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문제 정의
- 그러나 그림 2 (b)에서 유출수의 색깔은 옅은 노란색을 띄었으며 이는 생물학적 처리시 나타나는 공통적인 결과(김진길 등, 2001)로서 미생물의 용해성 혹은 콜로이드성 대사생성물질인 SMP(Soluble microbial products) 때문에 나타나는 현상이며 MBR의 한계성을 단적으로 보여주는 것이다. 따라서 이러한 문제점 해결을 위해 다른 공정의 첨가가 요구되며 본 연구에서는 역삼투막 공정을 적용시켜 상기 문제점을 해결하고자 하였다.
- 본 연구에서는 합성하수 처리에 대한 MBR-RO 공정 적용시 공정효율에 미치는 영향을 실험적으로 검토하였다. 또한, MBR 공정의 경우 HRT(Hydraulic retention time) 변화가 유기화합물 및 질소, 인 제거에 미치는 영향을 평가하였다.
제안 방법
- RO 시스템의 운전조건은 투과 시간 5, 10, 15, 20 그리고 25분으로 하여 운전압력을 200psi로 조절한 후 AG-4040F의 RO막을 사용하여 투과실험을 하였다. DS-960(Speck pump) 펌프를 이용하여 시간 당 200L의 속도로 RO시스템을 운전하여 실험을 수행하였다. 그림 6 실험결과에서 MBR 유출수를 대상으로 RO 여과 공정을 사용하였을 때 RO 투과수 평균 색도는 1 PtCo로써 90%이상의 제거율을 보였으며 서울시 수돗물 수질 기준(5 PtCo)보다 낮은 농도를 나타내었다.
- MBR 운전 전에 MLSS 농도를 3000±200mg/L로 유지하기 위해 적당량의 슬러지를 반응조 내에서 폐기함으로써 SRT(Sludge retention time)를 10day로 조절하였으며, 운전기간 0～30, 30～60, 60～90, 90～105일에 대해 HRT를 6, 12, 18, 24시간으로 조절하여 실험을 수행하였다.
- 그림 6에서는 HRT 24hour로 105일 운전 후 MBR 공정에서 막으로 투과한 투과수에 대해서 RO공정을 후처리 실험에 도입하여 RO 투과수에 대해 색도 및 탁도의 처리수질을 분석한 실험결과이다. RO 시스템의 운전조건은 투과 시간 5, 10, 15, 20 그리고 25분으로 하여 운전압력을 200psi로 조절한 후 AG-4040F의 RO막을 사용하여 투과실험을 하였다. DS-960(Speck pump) 펌프를 이용하여 시간 당 200L의 속도로 RO시스템을 운전하여 실험을 수행하였다.
- 5, 폭기강도 5L/min, SRT 10일, 운전기간 30, 60, 90, 105일에 대해 HRT를 6, 12, 18 그리고 24시간으로 조절하여 실험을 수행하였다. SRT를 10일로 고정하기 위하여 주기적인 폭기조 내 슬러지의 반송과 폐기를 통해서 조절하였다. 또한 MBR 반응조에 무산소조의 반송비는 0.
- 또한 permeate tank의 MBR 유출수는 시료 분석을 위한 일정량을 제외하고는 MBR 반응조 내의 농도 유지를 위해 투과수 일부를 다시 MBR 반응조로 유입시켰다. 또한 HRT 24시간의 MBR 유출수를 RO 유입수로 사용하여 RO 공정의 처리특성을 평가하였다.
- 폭기조에 사용된 슬러지는 하수처리장의 반송슬러지를 합성하수에 적응시키면서 MLSS 농도를 3000±200mg/L로 유지하기 위해 주기적인 슬러지의 첨가와 MBR 반응조에서 무산소조로 배출함으로써 MLSS 농도를 유지하였다. 또한 permeate tank의 MBR 유출수는 시료 분석을 위한 일정량을 제외하고는 MBR 반응조 내의 농도 유지를 위해 투과수 일부를 다시 MBR 반응조로 유입시켰다. 또한 HRT 24시간의 MBR 유출수를 RO 유입수로 사용하여 RO 공정의 처리특성을 평가하였다.
- 본 연구에서는 합성하수 처리에 대한 MBR-RO 공정 적용시 공정효율에 미치는 영향을 실험적으로 검토하였다. 또한, MBR 공정의 경우 HRT(Hydraulic retention time) 변화가 유기화합물 및 질소, 인 제거에 미치는 영향을 평가하였다.
- MBR 운전 전에 MLSS 농도를 3000±200mg/L로 유지하기 위해 적당량의 슬러지를 반응조 내에서 폐기함으로써 SRT(Sludge retention time)를 10day로 조절하였으며, 운전기간 0～30, 30～60, 60～90, 90～105일에 대해 HRT를 6, 12, 18, 24시간으로 조절하여 실험을 수행하였다. 미생물의 활성을 유지하기 위해 water bath를 이용하여 온도는 25℃로 유지하였고, pH는 중탄산나트륨(Sodium bicarbonate)을 이용하여 중성 부근으로 조절하였다. 폭기조에 사용된 슬러지는 하수처리장의 반송슬러지를 합성하수에 적응시키면서 MLSS 농도를 3000±200mg/L로 유지하기 위해 주기적인 슬러지의 첨가와 MBR 반응조에서 무산소조로 배출함으로써 MLSS 농도를 유지하였다.
- 실험기간 동안 반응조내 운전 조건은MLSS 3000±200 mg/L, F/M 비 0.15(KgCOD/Kg MLSS·d), C/N 비 2.5, 폭기강도 5L/min, SRT 10일, 운전기간 30, 60, 90, 105일에 대해 HRT를 6, 12, 18 그리고 24시간으로 조절하여 실험을 수행하였다.
- 폭기조에 사용된 슬러지는 하수처리장의 반송슬러지를 합성하수에 적응시키면서 MLSS 농도를 3000±200mg/L로 유지하기 위해 주기적인 슬러지의 첨가와 MBR 반응조에서 무산소조로 배출함으로써 MLSS 농도를 유지하였다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용된 MBR의 membrane module은 침지형 중공사막((주)이엔이)으로써 분리막의 사양은 표 2, MBR-RO 시스템의 개요도는 그림 1에 나타내었다. 반응기는 아크릴 재질로서 반응기 유효용량은 3L이다.
- 본 연구에서 사용된 합성하수의 성상은 표 1에 나타내었으며 탄소 공급원으로는 포도당(C6H12O6)을 사용하였고 염화암모늄(NH4Cl)을 질소 공급원으로 하여 실험에 사용하였다.
성능/효과
- (1) MBR 공정을 적용한 결과 유출수의 탁도는 운전기간 동안 평균 2NTU 이하의 농도로 유지되어 99% 이상의 제거율을 보였으며 CODCr의 경우 HRT 12hour(MBR 운전 30일) 이후에 CODCr의 농도가 안정적으로 감소하였다.
- (3) HRT를 18hour로 운전한 60일 이후의 평균 MBR 유출 수의 TP 농도는 2.9mg/L이고 제거율은 86%로 HRT 6, 12hour보다 제거율이 높은 것으로 나타났다. 이는 SRT와 MLSS의 주기적인 조절을 통한 슬러지 폐기로 인하여 슬러지에 축척된 인도 함께 제거되었기 때문이다.
- (4) MBR 유출수를 대상으로 RO 여과 공정을 적용한 결과 RO 투과수 평균 색도는 1 PtCo로써 90%이상의 제거율을 보였고 RO 투과수의 탁도 제거에 대해서는 평균 90%의 제거율을 보이며 안정적인 탁도 제거 효율을 보였다.
- (5) MBR 유출수를 대상폐수로 하여 RO 여과 공정 적용결과, CODCr, #, TN 그리고 TP의 평균제거율은 90% 이상이었으며 재활용수로서의 가능성을 보였다.
- HRT 12hour(MBR 운전 30일) 이후의 CODCr 농도는 안정적으로 감소하며 평균 88.7%의 높은 제거효율을 보였다. 이는 종래의 활성슬러지 공정의 유기물 제거효율보다 높은 제거효율이다(Gao 등, 2004).
- 5mg/L이었다. MBR 유출수를 대상폐수로 하여 RO여과 공정을 시행한 결과 초기운전 5분후의 평균 농도는 0.09mg/L로 98.6%의 평균제거율을 보였고 RO 여과 공정을 20분 동안 시행한 결과 0.02mg/L로 99.7%의 평균 제거율을 나타내어 전체 운전 기간 동안 안정정인 처리 수질을 보였다.
- RO여과 공정 25분 후 # 및 #의 농도는 각각 1.04와 0.6mg/L이었고 제거효율은 각각 84와 92%로 높은 제거 효과를 보였으며 TN의 경우 RO 여과 공정을 20분 동안 시행한 결과 2.5mg/L로 84.6%의 좋은 제거특성을 나타내었다.
- 그러나 RO 여과 공정 적용 5분 후 # 및 #의 제거율이 모두 70% 이상으로 높은 제거효율을 보였고 TN의 경우 초기운전 5분후 평균 농도는 7.5mg/L로 53.7%의 평균제거율을 보였다.
- 그림 3의 실험결과에서 CODCr의 농도는 SCODCr로서의 농도이며 그 제거 거동 결과를 살펴보면 유입수 평균 CODCr의 농도는 219mg/L이며 MBR 운전 15일 이후 유출수의 평균 CODCr의 농도는 29.5mg/L로 안정적인 처리수질을 보였다. 그러나 15일 이전에는 CODCr의 농도가 감소하고는 있지만 불안정한 처리수질을 보이는데 이는 폐수 내에서 미생물이 유기물을 분해하기 위해서는 환경 내에서의 적응기간이 필요하기 때문이다.
- DS-960(Speck pump) 펌프를 이용하여 시간 당 200L의 속도로 RO시스템을 운전하여 실험을 수행하였다. 그림 6 실험결과에서 MBR 유출수를 대상으로 RO 여과 공정을 사용하였을 때 RO 투과수 평균 색도는 1 PtCo로써 90%이상의 제거율을 보였으며 서울시 수돗물 수질 기준(5 PtCo)보다 낮은 농도를 나타내었다. 또한 탁도 제거에 대해서는 평균 90%의 제거율을 보였으며 안정적인 탁도 제거 효율을 보였다.
- 2% 중 유입폐수 내에 거의 존재하지 않았던 #가 #의 질산화를 통해 생성되어 MBR 처리수의 TN 성분 중 약 50% 정도를 차지했다. 또한 MBR 공정에서 제거되지 못한 처리수의 잔여 29.2% TN에 대해서는 RO 여과 공정을 적용함으로써 전체 TN의 8.9%만이 제거되지 않았다.
- 그림 6 실험결과에서 MBR 유출수를 대상으로 RO 여과 공정을 사용하였을 때 RO 투과수 평균 색도는 1 PtCo로써 90%이상의 제거율을 보였으며 서울시 수돗물 수질 기준(5 PtCo)보다 낮은 농도를 나타내었다. 또한 탁도 제거에 대해서는 평균 90%의 제거율을 보였으며 안정적인 탁도 제거 효율을 보였다.
- 이는 질산화를 통해 #의 제거는 효과적으로 이루어 졌지만 그림 4(c)에서 보여준 것처럼 상대적으로 생성되는 #의 농도 증가로 인해 #보다 TN의 제거율이 낮은 것으로 판단된다. 생물학적 처리시 효과적인 질소 제거효율은 유입수의 C/N비가 큰 영향을 미치며 본 연구에서는 C/N비를 약 2.5로 유지하여 운전 105일 동안 운전한 결과 약 90%의 #와 TN의 평균 제거율을 얻었다. 이러한 결과는 황규대 등(1999)의 연구에서 C/N비를 약 3으로 유지하면서 운전하여 총 질소 제거효율이 90%인 연구결과와 유사한 결과를 보였다.
- 3mg/L이었다. 운전시간 15일 이후에 안정적인 처리 수질을 보였으며 HRT를 18hour로 운전한 60일 이후의 평균 MBR 유출수의 TP 농도는 2.9mg/L이고 제거율은 86%로서 HRT 6과 12hour보다 높은 것으로 나타났다. 전반적으로 TP의 제거는 안정적으로 이루어 졌는데 이는 SRT와 MLSS의 주기적인 조절을 통한 슬러지 폐기가 있었기 때문에 슬러지에 축척된 인도 함께 제거된 것으로 판단된다.
- 9mg/L로서 평균 75%의 제거율을 보였다. 이 결과는 RO 여과 공정을 통한 처리수의 수질이 MBR 공정에서 재활용수로서 만족시키지 못했던 수질을 대신하여 재활용수로서의 이용이 가능하다는 것을 보여준 것이다.
- 그림 2의 실험결과는 MBR을 이용하여 합성하수를 대상으로 운전기간 동안 폭기조의 투과수를 대상으로 탁도를 분석한 결과이다. 폭기조내의 중공사막을 통해 나온 처리수의 탁도는 운전기간 동안 평균 3NTU 이하의 농도로 유지되었으며 99% 이상의 제거율을 보였다. 이는 공경 0.
후속연구
- 일반적으로 미생물이 환경에 적응하기 위해서는 미생물 생체 내에서 효소활동이 이루어지게 되고 효소분비를 통해 그 환경에 적응한 후 유기물을 분해하게 된다. 또한 미생물을 이용한 유기오염물질 제거에서 MBR 반응조 내에서의 반응조가 처리할 수 있는 적정 폐수 농도, 적정 미생물의 농도 그리고 최적의 미생물 활성상태를 유지하는 것이 안정된 유기물 처리효율을 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
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