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문제 정의
- 본 연구에서는 축산폐수 처리를 위한 조합공정의 효율을 향상시키기 위해 후처리공정으로 연속회분식 반응 조(SBR)의 최적 운전조건을 얻기 위해 운전 Mode 변경, 유입부하의 변화에 따른 질소와 인의 제거성능, 외부탄소원의 주입방법에 따른 질소변화을 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 이에, 본 연구에서는 축산폐수처리를 위해 ATAD와응집 , EGSB 조합공정의 후단공정으로 연속회분식 반응조(SBR)를 적용시 질소, 인 처리효율 향상을 위한 최적의 운전조건 및 인자를 파악함으로써, 후처리 공정으로 활용가능성에 대해 평가해 보고자 하였다.
제안 방법
- 원수 중의 COD 농도와 SS 분율에 따라 다르기는 하나 일반적으로 탈질에 충분한 내부탄소를 가지지 못한다.8) 이에, 무산소(Anoxic) 조건에서 질소제거를 높이기 위해 SBR 운전모드 Run-1, 2중 질소제거율이 낮은 Run-1 조건에서 외부탄소원으로 메탄올을 주입하여 회분식 실험을 수행하였다. 운전방법은 기존 SBR 운전조건과 같이 유입수의 충격부하를 최소화하기 위해 무산소(Anoxic)-호기(Aerobic).
- SBR 실험운전조건은 원수 유입의 경우 반응조에 부착된 정량펌프를 이용하여 일정한 유량을 유지시키며유입시켰으며, SBR 운전시 무산소(Anoxic), 호기 (Aerobic) 구간의 시간분배에 따른 질소와 인의 제거효율을 알아보기 위하여 먼저 Run-1 조건에서는 산소 (Anoxic), 호기(Aerobic) 구간을 세분화시켜 여러 Cycle 로 운전하였으며 , Run-2 조건에서는 Run-1과 비교하여 무산소(Anoxic), 호기 (Aerobic) 구간을 길게 운전하여질 소와 인의 제거 효율을 알아보았다.
- 034 g CODcr/L . day, HRT는 5 day, MLSS 는 2, 650 mg/Z, DO는 2.17-2.85 mg/E 유지하여 외 부탄소원으로 액상 메탄올(CH&H)을 분할주입 또는 혼합 주입하여 이용하였다. 각 조건에서 실시된 샘플을 채취하여, NOx-N, NH3-N를 분석한 결과 Fig.
- 각 구간별 운전모드는 Fig. 2와 같이 Run-1의 경우 간헐포기모드로 Anoxic( 1 hr)-Aerobic(2 hr) 7cycle, Sediment/Discharge(3 hr) 조건으로 운전하였으며, Run-2의 경우 Sediment(2 hr)-Fill(l hr)-Anoxic(3 hr)-Aerobic (6 hr) 2 cycle의 조건으로 각각의 운전mode에 따른 질소와 인의 처리효율을 분석하였다.
- 운전방법은 기존 SBR 운전조건과 같이 유입수의 충격부하를 최소화하기 위해 무산소(Anoxic)-호기(Aerobic). 과정동안 연속적으로 주입하고, 무산소(1 hr)-호기(2 hr)의 7 cycle과 침전/유출 (3 hr)의 방법으로 운전하였다. 외부탄소원의 주입방식은 외부탄소원을 무산소 조건일 때 분할에서 외부탄소원을을 주입하는 간헐주입 (Interm Ittent Feeding)식 방법과, 유입수와 외부탄소원을 섞어서 주입하는 혼합주입 (Mixed Influ ent Feeding)식 방식으로 나누어 외 부탄소원의 주입방법에 따른 질소변화를 알아보았다.
- 따라서 질소와 인의 제거효율이 높은 생물학적 처리공정을 하고자 질소와 인의 동시제거가 가능하며, 축산폐수와 같이 성상이나 유량변화가 심한 폐수에 대한 충격 부하에 적응하는 능력도 우수한 공정을 검토한 결과 시간 분할에 의한 처리방법인 SBR을 선택하였다.
- 또한, 유입부하에 따른 질소와 인의 처리효율, 외 부탄소원의 주입방법에 따른 질소변화를 통하여 연속회분식 반응조(SBR) 운전시 각각의 운전조건에 따른 질소와 인의 처리효율을 알아보았다.
- 연속회분식반응조(SBR)의 운전구간 중 무산소 (Anoxic) 구간에서의 인의 용출을 유도하고 호기 (Aerobic) 구간에서 인 섭취를 유도하기 위하여 각각 의무산소(Anoxic), 호기 (Aerobic) 구간의 시간을 변화 시켜 운전한 결과 T-P의 제거율은 Fig. 4와 같다. T-P 의 제거율을 보면 Run-1 조건에서 71.
- 연속회분식반응조(SBR)의 운전주기의 변화에 따른 질소와 인의 처리효율을 분석하기 위해 Run-1의 경우 무산소(Anoxic), 호기 (Aerobic)를 세분화하여 7 cycle를반복하여 하였으며, Run-2의 경우는 Run-1 보다 무산소(Anoxic) 및 호기 (Aerobic) 기간을 증가시켜 운전하였다. 각각의 운전주기 변화에 따른 운전결과는 Table 3과 같다.
- 과정동안 연속적으로 주입하고, 무산소(1 hr)-호기(2 hr)의 7 cycle과 침전/유출 (3 hr)의 방법으로 운전하였다. 외부탄소원의 주입방식은 외부탄소원을 무산소 조건일 때 분할에서 외부탄소원을을 주입하는 간헐주입 (Interm Ittent Feeding)식 방법과, 유입수와 외부탄소원을 섞어서 주입하는 혼합주입 (Mixed Influ ent Feeding)식 방식으로 나누어 외 부탄소원의 주입방법에 따른 질소변화를 알아보았다.
- 호기(Aerobic) 조건에서는 충분한 DO유지를 위해 반응조 하부에 산기관을 사용하여 충분한 산소가 유지될 수 있도록 공급하였다.
대상 데이터
- 본 실험에서 사용된 축산폐수는 충남 서산의 CXD종돈장에서 발생하는 축산폐수를 처리하기 위해 Fig. 1과같이 주 처리 공정으로 ATAD와 응집처리 후 EGSB 공정을 거친 유출수를 사용하였으며, 원수의 성상은 Table 1과 같다.
- 본 연구에 사용된 연속회분식반응조(SBR) 반응조는 Fig. 1과 같은 실험실 규모의 반응조로 5 mm의 투명아크릴로 제작하였다.
이론/모형
- 본 연구에서는 SBR 유입수와 처리수에 대하여 5개 항목을 분석하였으며, 분석방법은 수질오염 공정시험법$과 U.S. Standard Method에 준하여 T-N, T-P는 고압멸균기 (Autoclave)를 이용하여 전처리 하였으며, NH4-N, NOx-N, PO『P는 GF/C 여지로 여과 후 분석하였다.
성능/효과
- 1. 운전 Mode 변경에 따른 연속회분식반응조( SBR) 의 운전결과 T-N 경우 Run-1 이 약 67.1%, Run 2의 경우 74.3%, T-P의 경우 Run-1 이 71.2%, Run-2조건에서 74.1 %의 제거율로 나타나 무산소(Anoxic), 호기 (Ae robic) 구간 시간을 증가시킨 Run-2에서 제거율이 높은 것으로 나타났다.
- 2. 유입부하에 따른 질소와 인 제거 특성을 분석한 결과 질소의 경우 유입수가 저부하로 유입될 경우 고부하로 유입될 경우보다 질소 제거 효율에 있어 효과적으로 나타난 반면 인 제거 효율에 있어 유입 부하 에 따른 영향은 질소 제거특성에 비해 영향을 적게 받는 것으로 나타났다.
- 3. 외부탄소원 주입방법에 따른 질소변화 분석결과 외 부탄소원을 간헐 주입했을 경우가 혼합 주입에 비해 질소 제거에 효과적인 것으로 나타나 같은 양의 외 부탄소원이라 도 주입방법에 따라 공정효율이 달라지는 것을 알 수 있었다.
- 4와 같다. T-P 의 제거율을 보면 Run-1 조건에서 71.2%, Run-2 조건에서 74.1%으로 무산소(Anoxic), 호기 (Aerobic) 구간을 세분화시킨 Run-1과 비교하여 각각의 구간을 길게 유지되었던 Run-2 조건에서 제거 효율이 높은 것으로 나타났다.
- T-P의 형태별 제거율을 살펴보면 PO4-P 역시 무산소 (Anoxic), 호기 (Aerobic) 구간을 길게 유지되었던 Run-2조건이 각각의 구간을 세분화시킨 Run-1조건 보다 효율이 높은 것으로 나타났다.
- 있는 것이 뚜렷이 나타났다. 반면, 외 부탄소원을 간헐주입 할 경우 NHrN의 경우 혼합주입 방식과 비교하여 제거효율이 약 87%로 비슷한 제거효율을 보였으나, NOx-N의 경우 혼합주입방식과 다르게 운전 시간이 증가함에 따라 NOx-N 축적이 더 이상 진행되지 않고 질소가 제거되어 최종유출수의 농도가 약 12 mg/ /로 높은 제거효율을 나타냈다.
- 반면, 유입부하에 따른 T-P의 제거율을 살펴보면 유입 부하에 관계없이 유출농도가 초기 슬러지 적응 기간인 5일동안 감소하다가 가동시간 9일이 경과한 후 일정하게 유지되는 것으로 조사되었는데 이는 T-P 제거에 있어 유입부하에 따른 제거효율은 질소에 비해 영향을 적게 받는다는 결론을 얻을 수 있었다.
- 본 연구에서도 무산소(Anoxic) 구간이 길게 유지되었던 Run-2 조건에서 T-P의 제거율이 높은 것으로 나타났으나, T-N의 제거율과 비교하여 볼 때 제거효율이 적은 것으로 나타났다.
- 외부탄소원인 메탄올을 SBR반응조에 유입되는 유입수와 혼합주입 (Mixed Influent Feeding) 한 결과 NH, -N의 경우 최종 유출수의 농도가 10mg/ZS 약 80%의제거효율을 보인 반면, NOx-N의 경우 운전시간이 증가함에 따라 점차적으로 축적되어 운전초기에 비교하여 약 82mg/Z 농도가 증가하여 오히려 질소제거에 저해하고 있는 것이 뚜렷이 나타났다. 반면, 외 부탄소원을 간헐주입 할 경우 NHrN의 경우 혼합주입 방식과 비교하여 제거효율이 약 87%로 비슷한 제거효율을 보였으나, NOx-N의 경우 혼합주입방식과 다르게 운전 시간이 증가함에 따라 NOx-N 축적이 더 이상 진행되지 않고 질소가 제거되어 최종유출수의 농도가 약 12 mg/ /로 높은 제거효율을 나타냈다.
- 원수의 성상을 살펴보면 고농도 축산폐수 특성상 주처리 공정만으로 T-N, T-P가 완벽히 제거되지 않은 상태로 평균농도가 각각 185.3 mg/Z, 17.0mg/i으로 나타났으며, 원수중 T-N는 주로 암모늄(NH4-N) 형태로 존재하는 것으로 나타났다.
- 유입부하에 따른 질소와 인의 제거특성을 검토한 결과 T-N의 경우 저부하로 반응조 유입시 슬러지 순응 기간 4일동안 약 8.1%의 낮은 제거율을 보였지만 운전 시간이 증가함에 따라 제거율이 약 72.4%까지 상승하는 것으로 나타났다. 하지만 고부하로 SBR 공정으로 유입 시 초기부터 T-N 제거율이 감소하여 약 28.
- 이상의 실험결과로부터 같은 양의 외부 탄소 원이 라도 투입 방법에 따라 공정효율이 크게 달라짐을 알 수 있었다.
- 전 g의 연구에서도 무산소구간에서 완전 탈질을 유도하기 위해 외부탄소원의 주입방법에 따른 탈질율을 분석한 결과 반응조내 말단주입한 경우 질산화와 함께 NOx-N이 점차 축적되어 탈질을 방해하는 것으로 나타났으며, 외부탄소원을 분할주입 했을 경우 더 이상의 NOx-N 축적이 일어나지 않아 탈질을 유도한다는 결과를 얻어 외부탄소원을 분할주입했을 경우가 말단주입했을 경우보다 질소제거 효율이 좋은 것으로 나타났다.
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