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문제 정의
- 본 연구에서는 SBR 공정을 이용하여 H사와 B사에서시판되는 친환경성 절삭유의 생물학적 처리능을 평가하였다. H사의 절삭유는 응집/응결 전처리하여 SBR1의 유입수로 사용하여 운전한 결과, CODcr과 BOD5는 평균 90%, 97% 이상의 제거가 되었고, MLSS는 일정하게 유지되다가 점차 감소하는 경향이 관찰되었다.
제안 방법
- 반응기 직경은 16cm, 높이는 50cm이다. 8L의 최대용량과 4L의 운전 용량을 가진 반응기 (2개)를 제작하였고 유출수의 원활한 배출을 위하여 반응기 중간 높이에 유출밸브를 설치하였다. 다공성 산기관을 반응기 하단에 설치하여 공기를 공급하였다.
- 그림 5는 각각 반응조의 T-N, T-P 제거율을 나타낸 것으로 SBR1은 운전종료 시점 직전에, SBR2는 B2를 유입한 이후부터 운전종료 시점까지의 T-N, T-P 제거율을 관찰하였다. T-N, T-P의 평균 제거율이 SBR1은 각각 76%, 81%이었고, SBR2는 각각 80%, 76%로 나타났다.
- 8L의 최대용량과 4L의 운전 용량을 가진 반응기 (2개)를 제작하였고 유출수의 원활한 배출을 위하여 반응기 중간 높이에 유출밸브를 설치하였다. 다공성 산기관을 반응기 하단에 설치하여 공기를 공급하였다. 유입, 반응, 침전, 유출의 4단계 SBR 공정을 1cycle (48hr)로 단계별 시간을 설정하여 운전하였다.
- 절삭유를 사용하고 있는 또 다른 H사의 폐수처리장에서는 발생한 폐절삭유를 응집/응결 공정으로 전처리하여 생물학적 처리과정으로 보내 처리하고 있다. 따라서 본 연구에서도 폐절삭유를 응집/응결 전처리하여 SBR의 유입수로 사용하였다. Al2(SO4)3, 즉, Alum을 응집제로 사용하였다.
- 유입단계 (1hr)에서는 연동펌프 (Masterflex Pump System, cole-parmer, USA)를 이용하여 SBR1에는 유입수 H1을 유입하였고 SBR2에서는 유입수 B1, B2, B3을 순차적으로 유입하였다. 반응단계 (45.5hr)에는 하단에 설치된 다공성 산기관을 통하여 활성 슬러지의 산소 공급 및 교반을 목적으로 2L/min의 유량으로 공기를 공급하였다. 침전단계 (1hr)에는 공기공급을 중단하고 침전을 유도하였고 유출단계 (0.
- 또한 B1을 응집/응결 처리한 후 상등수 (B2)를 유입수로도 사용하였다. 실제 폐수처리 현장에서 적용되고 있는 폐절삭유와 오수의 합병 처리방법을 반영하기 위하여 표 2와 같은 조성을 가지고 있는 합성폐수를 인위적으로 조제한 후 B2와 혼합하여 SBR의 유입수 (B3)로 사용하였다.
- 다공성 산기관을 반응기 하단에 설치하여 공기를 공급하였다. 유입, 반응, 침전, 유출의 4단계 SBR 공정을 1cycle (48hr)로 단계별 시간을 설정하여 운전하였다. 유입단계 (1hr)에서는 연동펌프 (Masterflex Pump System, cole-parmer, USA)를 이용하여 SBR1에는 유입수 H1을 유입하였고 SBR2에서는 유입수 B1, B2, B3을 순차적으로 유입하였다.
- 유입, 반응, 침전, 유출의 4단계 SBR 공정을 1cycle (48hr)로 단계별 시간을 설정하여 운전하였다. 유입단계 (1hr)에서는 연동펌프 (Masterflex Pump System, cole-parmer, USA)를 이용하여 SBR1에는 유입수 H1을 유입하였고 SBR2에서는 유입수 B1, B2, B3을 순차적으로 유입하였다. 반응단계 (45.
- 유출수 내에 잔존하는 난분해성 유기물의 비율을 알아보기 위해 유입수 H1과 B3가 반응조에서 생물학적 처리를 거친 후 유출되는 유출수의 CODcr와 BOD5 농도를 이용하여 (CODCr-BOD5)/CODCr 비를 계산하였다. SBR1의 유출수는 평균 85%이었고 SBR2의 유출수는 평균 61%의 비율로 나타났다.
- 5로 될 때까지 주입하였다. 응집 과정은 jar-test를 통하여 이루어졌고 급속교반은 170rpm (3분), 완속교반은 70rpm (20분)으로 하였으며 침전시간은 30분으로 설정하여 실시하였다. 침전 후 상등수 (H1, B2)를 SBR 공정의 유입수로 사용하였다.
- 따라서 본 연구에서는 업체에서 개발되는 친환경성 절삭유의 생물학적 처리능을 사전에 평가하기 위해 SBR 공정을 적용하였다. 이를 위해 SBR 공정을 실험실 규모로 제작하여 친환경성 절삭유라는 제품으로 시판되고 있는 H사와 B사의 절삭유를 선택하여 SBR의 유입수로 사용하여 그 생물분해능을 평가하였다.
- 을 유입하였으나 MLSS가 지속적으로 감소하였으며 약 2,500mg/L에서 시작된 MLSS는 운전시간이 경과함에 따라 급격히 감소하여 운전시간 40일이 경과한 후에는 MLSS가 약 900mg/L까지 감소하였다. 이후부터는 응집/응결 전처리한 후 상등수인 B2를 유입수로 사용하여 0.01-0.04kgCOD/kgMLSSㆍd의 F/M비에 맞추어 유입하였다. 추후 운전시간이 경과되면서 MLSS는 더 이상 감소하지 않았고 일정하게 유지되었다.
- 절삭유의 생물학적 처리능을 관찰하기 위하여 MLSS, CODCr, BOD5, T-N, T-P를 분석항목으로 설정하여 측정 및 분석하였으며 분석방법은 표 4에 나타내었다.
- H사와 B사에서 친환경성 절삭유라는 제품으로 시판되고 있는 절삭유를 기본시료로 하여 네 가지 종류의 시료를 조제하였다. 조제된 폐수를 SBR의 유입수로 사용하여 폐절삭유의 생분해능을 평가하였고 유입수의 종류는 표 1에 나타내었다.
대상 데이터
- 따라서 본 연구에서도 폐절삭유를 응집/응결 전처리하여 SBR의 유입수로 사용하였다. Al2(SO4)3, 즉, Alum을 응집제로 사용하였다. Alum (8%)을 시료의 pH가 4로 낮아질 때까지 주입하고 다시 pH 4에서 NaOH (3%)를 시료의 pH가 7.
- 2절 참조)한 후 SBR의 유입수 (H1)로 사용하였다. B사의 절삭유는 절삭원유를 0.01v/v% 농도로 희석한 희석수(B1)를 SBR의 유입수로 사용하였다. 또한 B1을 응집/응결 처리한 후 상등수 (B2)를 유입수로도 사용하였다.
- H사와 B사에서 친환경성 절삭유라는 제품으로 시판되고 있는 절삭유를 기본시료로 하여 네 가지 종류의 시료를 조제하였다. 조제된 폐수를 SBR의 유입수로 사용하여 폐절삭유의 생분해능을 평가하였고 유입수의 종류는 표 1에 나타내었다.
- 이상의 운전조건을 표 3에 요약하였다. 반응기에 접종될 슬러지는 현재 금속가공공정에서 절삭유를 사용하고 있는 H사 폐수처리장에서 채집한 활성 슬러지를 사용하였다.
- 아크릴 재질의 원통형 SBR 반응기를 제작하여 생물반응조로 사용하였다 (그림 1).
이론/모형
- 이와 같은 장점을 지닌 SBR 공정은 실험실 규모의 비교적 간단한 장치로 구성되어 생물학적 운전인자를 도출할 수 있는 실험 장치로 널리 사용되고 있다. 따라서 본 연구에서는 업체에서 개발되는 친환경성 절삭유의 생물학적 처리능을 사전에 평가하기 위해 SBR 공정을 적용하였다. 이를 위해 SBR 공정을 실험실 규모로 제작하여 친환경성 절삭유라는 제품으로 시판되고 있는 H사와 B사의 절삭유를 선택하여 SBR의 유입수로 사용하여 그 생물분해능을 평가하였다.
성능/효과
- 을 반응조에 유입한 후 운전시간에 따른 반응조 내 MLSS 농도의 변화를 비교한 것이다. 0.04-0.08kgCOD/kgMLSSㆍd의 F/M비에 맞추어 H1을 유입한 SBR1의 경우 그림2a, 60일의 운전기간 중 34일 이전에는 큰 변화가 없이 MLSS가 일정한 수준으로 유지되는 것을 확인할 수 있지만 그 이후에는 서서히 감소하는 경향을 관찰할 수 있었다. 34일이 경과한 시점의 MLSS는 약 3,660mg/L이었고 운전종료 시점의 최종 MLSS는 약 2,450mg/L로 1,000mg/L 이상 감소하였는데 이는 활성슬러지 미생물이 기질로 받아들여 분해할 수 있는 생분해성 유기물이 점차 감소함에 따라 MLSS가 감소한 것으로 생각된다.
- 08kgCOD/kgMLSSㆍd의 F/M비에 맞추어 H1을 유입한 SBR1의 경우 그림2a, 60일의 운전기간 중 34일 이전에는 큰 변화가 없이 MLSS가 일정한 수준으로 유지되는 것을 확인할 수 있지만 그 이후에는 서서히 감소하는 경향을 관찰할 수 있었다. 34일이 경과한 시점의 MLSS는 약 3,660mg/L이었고 운전종료 시점의 최종 MLSS는 약 2,450mg/L로 1,000mg/L 이상 감소하였는데 이는 활성슬러지 미생물이 기질로 받아들여 분해할 수 있는 생분해성 유기물이 점차 감소함에 따라 MLSS가 감소한 것으로 생각된다.
- 본 연구에서는 SBR 공정을 이용하여 H사와 B사에서시판되는 친환경성 절삭유의 생물학적 처리능을 평가하였다. H사의 절삭유는 응집/응결 전처리하여 SBR1의 유입수로 사용하여 운전한 결과, CODcr과 BOD5는 평균 90%, 97% 이상의 제거가 되었고, MLSS는 일정하게 유지되다가 점차 감소하는 경향이 관찰되었다. 하지만 난분해성 유기물이 평균 85%의 비율로 유출수에 잔존하고 있는 것을 확인할 수 있었다.
- 비를 계산하였다. SBR1의 유출수는 평균 85%이었고 SBR2의 유출수는 평균 61%의 비율로 나타났다. 이는 유출수 내에 난분해성 유기물이 아직 상당부분 존재하고 있는 것으로 이해할 수 있다.
- 를 유입한 이후부터 운전종료 시점까지의 T-N, T-P 제거율을 관찰하였다. T-N, T-P의 평균 제거율이 SBR1은 각각 76%, 81%이었고, SBR2는 각각 80%, 76%로 나타났다. 표준활성슬러지법에서는 질소 및 인의 처리효율 향상을 위해 추가적인 공정을 도입하고 있지만 본 SBR 공정에서는휴지, 침전단계가 탈질과 인방출 과정이 일어나는 무산소조 및 혐기조 역할을 하기 때문에 더 높은 제거율을 나타낸 것으로 생각된다.
- 그리고 생분해 가능한 합성폐수와 B2를 혼합한 B3을 유입수로 사용한 경우에는 CODcr과 BOD5의 평균 제거율은 각각 98%, 97% 이상으로 관찰되었고 기질의 공동대사작용으로 인하여 MLSS가 지속적으로 증가하였다. 그러나 평균 61%의 난생분해성 유기물이 유출수에 상당부분 잔존하고 있는 것을 확인할 수 있었다. 이상의 결과로부터 폐절삭유의 생물학적 처리능 평가를 SBR 공정을 이용하여 수행할 수 있음을 확인하였다.
- 이후 절삭유를 응집 처리한 B2를 유입하였을 때는 CODCr의 평균 제거율은 85% 이상을 나타내었고 MLSS가 더 이상 감소하지 않고 일정하게 유지되었다. 그리고 생분해 가능한 합성폐수와 B2를 혼합한 B3을 유입수로 사용한 경우에는 CODcr과 BOD5의 평균 제거율은 각각 98%, 97% 이상으로 관찰되었고 기질의 공동대사작용으로 인하여 MLSS가 지속적으로 증가하였다. 그러나 평균 61%의 난생분해성 유기물이 유출수에 상당부분 잔존하고 있는 것을 확인할 수 있었다.
- 08 kg COD/kg MLSSㆍd이었다. 운전초기에는 활성슬러지 미생물이 기질에 순응하는 과정으로 대사과정이 활발하지 않아서 비교적 낮은 CODCr 제거율을 보였으나, 15일이 경과한 이후에는 85% 이상의 제거율을 보였다.
- 그러나 평균 61%의 난생분해성 유기물이 유출수에 상당부분 잔존하고 있는 것을 확인할 수 있었다. 이상의 결과로부터 폐절삭유의 생물학적 처리능 평가를 SBR 공정을 이용하여 수행할 수 있음을 확인하였다.
- 이후 F/M비를 0.09-0.11kgCOD/kg MLSSㆍd로 조절하여 B3의 CODCr 농도를 약 860mg/L 정도까지 증가시켜 유입하였을 때 98% 이상의 평균 CODCr 제거율을 보였다.
- B사의 절삭유는 초기에는 B1을 SBR2에 유입수로 사용하여 생물학적으로 처리하였으나 지속적인 MLSS의 감소를 보였다. 이후 절삭유를 응집 처리한 B2를 유입하였을 때는 CODCr의 평균 제거율은 85% 이상을 나타내었고 MLSS가 더 이상 감소하지 않고 일정하게 유지되었다. 그리고 생분해 가능한 합성폐수와 B2를 혼합한 B3을 유입수로 사용한 경우에는 CODcr과 BOD5의 평균 제거율은 각각 98%, 97% 이상으로 관찰되었고 기질의 공동대사작용으로 인하여 MLSS가 지속적으로 증가하였다.
- 04kgCOD/kgMLSSㆍd의 F/M비에 맞추어 유입하였다. 추후 운전시간이 경과되면서 MLSS는 더 이상 감소하지 않았고 일정하게 유지되었다. 이는 운전초기에 난분해성 유기물의 저해작용으로 인하여 유기물 분해가 원활하지 못하였지만 이후에 응집/응결 전처리로 인해 어느 정도 난분해성 유기물이 제거됨에 따라 대사가 원활하게 이루어진 결과로 이해할 수 있다.
- H사의 절삭유는 응집/응결 전처리하여 SBR1의 유입수로 사용하여 운전한 결과, CODcr과 BOD5는 평균 90%, 97% 이상의 제거가 되었고, MLSS는 일정하게 유지되다가 점차 감소하는 경향이 관찰되었다. 하지만 난분해성 유기물이 평균 85%의 비율로 유출수에 잔존하고 있는 것을 확인할 수 있었다.
후속연구
- 표준활성슬러지법에서는 질소 및 인의 처리효율 향상을 위해 추가적인 공정을 도입하고 있지만 본 SBR 공정에서는휴지, 침전단계가 탈질과 인방출 과정이 일어나는 무산소조 및 혐기조 역할을 하기 때문에 더 높은 제거율을 나타낸 것으로 생각된다. 또한, 본 실험에서는 침전단계가 반응단계보다 매우 적은 시간으로 운전되었기에 침전단계의 운전시간을 증가시켜 적당한 운전조건을 맞추어 준다면 T-N, T-P의 제거율은 더욱 향상될 수 있을 것으로 생각된다.
- 폐절삭유의 처리에서 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 응집/응결 전처리 최적화, 생물반응조의 체류시간 증대, 막분리 (membrane process)나 흡착공정과 같은 추가적인 난분해성 유기물 고도처리 공정을 도입하는 형태로 보완된다면 난분해성 유기물의 효율적인 처리 및 처분이 이루어 질 것으로 생각된다.
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