[논문]PFR 공정의 ASBF 구조에 의한 유기물제거와 질산화의 영향에 대한 연구

최영익

doi:10.5322/jes.2008.17.11.1265

문제 정의

게다가, 수중의 생물막 표면에 공기 기포의 직접접촉으로 생물막 안의 박테리아의 산소 전달율을 강화하고, 폐수에서 암모니아 화합물을 제거하기 위한 질산화의 문제를 해결하고자 하였다. 따라서 암모니아성 질소의 제거효율은 COD의 유입농도에 의존하는 것으로 판단된다.
살수여상에서도 일반적으로 운전을 할 경우 최소한 두 가지의 반응차수가 있으며, 살수여상의 최상부에서는 0차 반응이 일어난다. 따라서, 본 연구에서는 호기성 침지형 생물막 반응기를 이용하여 PFR 공정에서 ASBF 반응기를 대상으로 낮은 온도에서 용해성 유기물과 암모니아성 질소의 제거효율실험을 하였으며, 고정생물 막 내에서의 용해성 유기물과 질소화합물 제거를 통한 종속영양박테리아 및 독립영양박테리아의 동적 관계를 이해하고 개선하는 것이 본 연구의 목적이다.
유량은 ASBF의 유입탱크에서 모듈 #1을 통하여 모듈 #24로 흘러나와 유출탱크로 흘려 나가는 방식이다. 본 실험장치는 물 속에 위치하는 종속영양 미생물 및 독립영양 미생물의 바이오 필름에 기포를 발생시켜 바이오 필름의 표면에 호기성 조건을 형성하여 물과 접촉하는 박테리아로 하여금 유기물 및 질소화합물을 제거하도록 하는 목적으로 만들어졌다. 장치의 하단 부분을 보여주는 Figs.

제안 방법

ASBF에 의한 질산화 연구를 위해 실험장치를 증앙유역수질개선시설(CVWRF)의 1차침전조와 살수여상 사이의 산화지 옆에 설치 - 운영하였다. 실험 장치의 용적은 2.
경우에 따라 밤에 시료를 채취하는 어려움을 없애기 위해 유출수의 시료채취를 자동시료 채취기로 수행하였다.
또한, 각각의 모듈은 12개의 판넬로 구성되어 있으며, 판넬의 하부에 산소공급관을 설치하였다. 기포는 각각의 판넬 양쪽 표면을 직접적으로 접촉하면서 올라가도록 설계하였다. 고정된 바이오 필름의 총 면적은 302 n?이었으며, 장치의 모듈 정상까지 폐수로 가득 채울 경우 6, 058 L를 담을 수 있다.
일광으로부터 차단되도록 하였으며, 그 표면상에 박테리아의 바이오필름을 갖는 경사면에 산소를 직접 공급하는 시스템으로서 경사면의 하단에 기포를 방출시키도록 구성되어 있다. 또한 경사면을 따라 기포가 상승하게 함으로써 바이오 필름에 호기성 조건을 형성하고 폐수를 경사면을 따라 순환시키는 산소 공급 시스템을 가지도록 구성하였다. 처리효율을 높이기 위해서 필요량 이상의 공기를 공급하여 에너지를 낭비하지 않도록 박테리아의 생화학적 질산화과정 에 대한 산수 요구량에 충분한 만큼만 공기를 공급하는 것이 바람직하다고 사료된다").
채취한 유입수 시료와 유출수 시료를 한 쌍으로 하여 체류시간을 산정한 후 유출수 시료를 채취하였다. 경우에 따라 밤에 시료를 채취하는 어려움을 없애기 위해 유출수의 시료채취를 자동시료 채취기로 수행하였다.
측정하였다. 추가로 시료는 실험장치의 세 지점에서 채취하였으며, 통계적인 목적을 위해 각 지점별로 채취를 3번(n=3)하였다.
폐수 중의 pH, 온도, DO, 탁도, 전기전도도는 수질 다항목 측정 기 (Model Horiba U-10, Japan)를 이 용하여 측정하였다. 추가로 시료는 실험장치의 세 지점에서 채취하였으며, 통계적인 목적을 위해 각 지점별로 채취를 3번(n=3)하였다.
회분식 운전이 PFR 공법보다 처음과 끝의 기질 농도의 파악과 분석이 쉬울 것으로 판단되어 PFR 공법을 연속식으로 하기에 앞서 회분식 연속운전 실험하였다. 그 결과 성숙한 질산화 박테리아의 성장으로 실험이 용이하였다.

대상 데이터

6 m 수중에 위치하고 있다. 또한, 각각의 모듈은 12개의 판넬로 구성되어 있으며, 판넬의 하부에 산소공급관을 설치하였다. 기포는 각각의 판넬 양쪽 표면을 직접적으로 접촉하면서 올라가도록 설계하였다.
실험 장치의 용적은 2.4 m X 6.7 m X 0.9 m이다. 반응기안에 24개의 ASBF 모듈이 있으며, 이 모듈은 1차 침전지 유출수의 0.
이 논문의 ASBF에 .의한 질산화 연구는 C 중앙유역하수처리장 내에 실험장치 설치하여 실험하였다. 이 연구의 주제는 두 가지로 요약할 수 있다.

이론/모형

준하여 분석하였다. 또한, TKN 측정은 HACH회사에서 제공하는 Digesdahl 소화방법으로 분석하였다. 그리고 본 연구에 사용된 폐수의 성상을 Table 1에 나타내었다.
폐수의 화학적 산소요구량 (CODcr), 암모니아성 질소(NH3-N), 아질산성 질소(N02-N), 질산성 질소 (NCH-N) 및 알칼리도의 측정은 Standard methods11' 에 준하여 분석하였다. 또한, TKN 측정은 HACH회사에서 제공하는 Digesdahl 소화방법으로 분석하였다.

성능/효과

1. 수온이 높으면 용해성 유기물과 암모니아성 질소의 제거가 더 효율적이며, 용존 산소의 농도는 유입 탱크에서부터 모듈 #7까지 에서는 떨어지고, 모듈 #8을 통과한 후에는 부터는 증가하는 추세 이다.
2. 암모니아성 질소의 제거율은 유량율이 2.2 L/min을 초과하면 용해성 유기물의 제거율보다 제거율이 하락하였다.
3. 이 연구에서는 유량이 2.2 L/min을 초과할 때 낮은 질산화율로 인해 종속영양 박테리아는 독립 영양 박테리아보다 더 우세하다는 것을 알 수 있었다.
5. Fig 6에서 알 수 있듯이 COD의 유입농도는 COD의 제거효율에 영향을 미치지 않았고, COD의 유입농도가 낮으면, COD의 제거효율이 더 효과적인 것을 알 수 있었다.
6. 암모니아성 질소의 제거효율은 COD의 유입농도에 많은 영향을 받고, 높은 COD의 농도가 유입될 때 반응기의 상단부분에 많은 종속영양 박테리아가 존재하고 독립 영양박테리아는 반응기의 하단 부분에 존재하는 것으로 사료되어진다.
결론적으로, ASBF의 모듈은 값싸게 라군의 공정을 향상시킬 수 있으며, 오염물과 냄새의 처리에 더 효과적이다. 이 연구의 결과는 주목할 만하고 실용적이다.
이는 일정하게 공급되는 DO가 미생물의 산화후 점차적으로 축적된 것으로 사료되어진다. 그리고 염소이온 농도는 변하지 않았고 암모니아성 질소와 COD 제거율은 각각 36%와 85%로 나타났다.
암모니 아성 질소의 유입농도가 낮을 때 제거효율 또한 높은 것을 알 수 있다. 또한 공정 E와 F운전의 실험 중에 두 공정의 암모니아성 질소의 유입농도는 같았지만, 제거효율은 E운전이 나쁘게 나타났다. 이때 COD의 유입농도가 E운전이 높은 것으로 나타나, 암모니아성 질소의 제거율은 COD의 유입농도에 의존한다는 것으로 판단되어 진다.
5를 통해 알 수 있었다. 실험 기간 중에 암모니아성 질소제거율이 최대로 낮았을 때에는 유량이 높았으며 용존산소의 감소가 두드러지게 나타났다. 이것으로 유량은 암모니아성 질소 제거에 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.
2 L/min이고, 유입 시료의 채취는 유입탱크에서 임의로 채취하였으며. 암모니아서 질소와 COD의 제거율은 각각 90%와 83%였고, 알칼리도의 제거율은 51%로 나타났다. J 운전의 유량 율은 2.
27 mg/L로 증가하였다. 암모니아성 질소와 COD 의 제거율은 각각 3&9%와 83%로 나타났다. C 운전의 암모니아성 질소와 COD의 제거율은 각각 36% 와 81%로 나타났고, 。운전의 암모니아성 질소와 COD의 제거율은 각각 43%와 86%로 나타났으며, 이때의 유량율은 3.
7시간으로 암모니 아성 질소와 COD의 제거율은 각각 90%와 88%로 나타났다. 유량을 절반으로 감소시킨 결과 암모니아성 질소의 제거율은 증가하였지만, COD의 제거율은 거의 차이가 없이 높은 제거율로 나타났다. 이유는 종속영양 미생물이 COD를 산화시키는 데 필요한 산소를 다 사용하고 난 후에 독립 영양 미생물 이질 산화 과정을 같기 때문인 것으로 사료되어진다.
이때의 암모니아성 질소와 COD의 제거율은 각각 53% 와 86%로 나타났다. 이것으로 pH가 증가하고 DO의 농도가 충분하며, 유량이 4.2 L/min일 때 질산화 및 탈질화가 활발히 일어나는 것을 알 수 있었다. G 운전의 암모니아성 질소와 COD의 제거율은 각각 45%와 85%로 나타났으며, 유량율은 4.
1 L/min으로 고정하였다. 체류시간은 47.7시간으로 암모니 아성 질소와 COD의 제거율은 각각 90%와 88%로 나타났다. 유량을 절반으로 감소시킨 결과 암모니아성 질소의 제거율은 증가하였지만, COD의 제거율은 거의 차이가 없이 높은 제거율로 나타났다.
전기전도도는 경미하게 감소하였는데, 그것은 양이온의 제거(NH₄+와 그 외 성분」)로 인한 것으로 나타났다. 탁도는 90 NTU 에서 3 NTU로 감소하였고, DO는 3.87 mg/L에서 5.27 mg/L로 증가하였다. 암모니아성 질소와 COD 의 제거율은 각각 3&9%와 83%로 나타났다.

후속연구

통해 다음과 같은 결론을 얻었다. 그리고 본연구의 결과에서 나타났던 결론은 수질의 성상이 같지 않으면 다른 결과도 도출될 수 있는 가능성을 배제하기는 어렸다고 사료되고 성상이 다른 수질에서의 연구도 계속되어야 할 것으로 판단된다.

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