본 연구에서는 오존을 이용하여 축산폐수를 전처리하고 일반하수와 연계하여 처리하였을 때 처리효율을 실험실 규모의 장치를 이용하여 비교 분석하였으며 결과는 다음과 같다. 축산폐수의 오존산화 결과 대상폐수의 pH를 산성(pH4), 중성(pH7), 알칼리성(pH10)으로 변화시켰을 때 각각 COD제거율은 시간당 17%, 78%, 62% 로 분석되었다. 오존산화에 의해 NBDCOD 중 일부가 미생물이 분해가능한 BDCOD 로 전환되어 SCODcr/TCODcr 비는 26%에서 약 38%로 증가하였다. 따라서, 오존산화에 의한 축산폐수의 전처리는 난분해성 물질을 생물학적 분해 가능한 물질로 일부 전환시키며 후단 생물학적 처리 단계에서의 제거효율을 높일 수 있는 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 오존산화처리된 축산폐수와 하수와의 연계유입수를 MLE(Modified Ludzack-Ettinger) 공정으로 처리한 결과, 내부반송 100%일 때 TCODcr 93.8%, T-N 74.3%, T-P 89.7%, SS 97.5%의 처리효율을 나타냈다. 또한 내부반송율을 150%로 증가시켰을 때 처리효율은 각각 94.5%, 54.5%, 70.8%, 98.5% 로 나타났고, 200%로 증가시켰을 때 처리효율은 각각 92.6%, 83.1%, 81.9%, 98.5% 로 나타났다. 연계유입수를 원수로 사용한 경우 특히 질소제거율은 내부반송율 100%, 150%, 200%에서 각각 74.3%, 54.5%, 83.1%로 나타났으며, 모든 경우에 있어 일반하수를 원수로 사용한 경우보다 질소제거율이 우수한 것으로 분석되었다.
본 연구에서는 오존을 이용하여 축산폐수를 전처리하고 일반하수와 연계하여 처리하였을 때 처리효율을 실험실 규모의 장치를 이용하여 비교 분석하였으며 결과는 다음과 같다. 축산폐수의 오존산화 결과 대상폐수의 pH를 산성(pH4), 중성(pH7), 알칼리성(pH10)으로 변화시켰을 때 각각 COD제거율은 시간당 17%, 78%, 62% 로 분석되었다. 오존산화에 의해 NBDCOD 중 일부가 미생물이 분해가능한 BDCOD 로 전환되어 SCODcr/TCODcr 비는 26%에서 약 38%로 증가하였다. 따라서, 오존산화에 의한 축산폐수의 전처리는 난분해성 물질을 생물학적 분해 가능한 물질로 일부 전환시키며 후단 생물학적 처리 단계에서의 제거효율을 높일 수 있는 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 오존산화처리된 축산폐수와 하수와의 연계유입수를 MLE(Modified Ludzack-Ettinger) 공정으로 처리한 결과, 내부반송 100%일 때 TCODcr 93.8%, T-N 74.3%, T-P 89.7%, SS 97.5%의 처리효율을 나타냈다. 또한 내부반송율을 150%로 증가시켰을 때 처리효율은 각각 94.5%, 54.5%, 70.8%, 98.5% 로 나타났고, 200%로 증가시켰을 때 처리효율은 각각 92.6%, 83.1%, 81.9%, 98.5% 로 나타났다. 연계유입수를 원수로 사용한 경우 특히 질소제거율은 내부반송율 100%, 150%, 200%에서 각각 74.3%, 54.5%, 83.1%로 나타났으며, 모든 경우에 있어 일반하수를 원수로 사용한 경우보다 질소제거율이 우수한 것으로 분석되었다.
In this study, to investigate the effect of chemical pretreatment for livestock wastewater, laboratory scale test for ozonation and linked treatment of sewage were conducted. and the results were obtained as follows. The ozonation of livestock wastewater showed the COD removal rate per hour to be 17...
In this study, to investigate the effect of chemical pretreatment for livestock wastewater, laboratory scale test for ozonation and linked treatment of sewage were conducted. and the results were obtained as follows. The ozonation of livestock wastewater showed the COD removal rate per hour to be 17%, 78% and 62% at each pH 4, 7 and 10, respectively. With transformation of NBDCOD to biodegradable BDCOD by ozonation, the ratio of SCODcr/TCODcr was increased from 26% to 38%. Accordingly, pretreatment of livestock wastewater affected to the biological post treatment process to elevate removal efficiency by transformation of nonbiodegradable mass to biodegradable mass. As the results of linked treatment of pre-ozonated livestock wastewater and sewage in the MLE process, the treatment efficiencies of TCODcr 93.8%, T-N 74.3%, T-P 89.7%, SS 97.5% were earned at 100% of internal recycle rate. When the internal recycle rate was increased to 150%, the treatment efficiencies of TCODcr 94.5%, T-N 54.5%, T-P 70.8%, SS 98.5% were earned. Also the removal efficiencies of TCODcr 92.6%, T-N 83.1%, T-P 81.9%, SS 98.5% were earned as the internal recycle rate was increased to 200%. Especially, nitrogen removal efficiency in the linked treatment showed 74.3%, 54.5%, 83.1% at 100%, 150% and 200% of internal recycle ratio, respectively, which revealed the tendency of higher removal efficiency than that of sewage treatment.
In this study, to investigate the effect of chemical pretreatment for livestock wastewater, laboratory scale test for ozonation and linked treatment of sewage were conducted. and the results were obtained as follows. The ozonation of livestock wastewater showed the COD removal rate per hour to be 17%, 78% and 62% at each pH 4, 7 and 10, respectively. With transformation of NBDCOD to biodegradable BDCOD by ozonation, the ratio of SCODcr/TCODcr was increased from 26% to 38%. Accordingly, pretreatment of livestock wastewater affected to the biological post treatment process to elevate removal efficiency by transformation of nonbiodegradable mass to biodegradable mass. As the results of linked treatment of pre-ozonated livestock wastewater and sewage in the MLE process, the treatment efficiencies of TCODcr 93.8%, T-N 74.3%, T-P 89.7%, SS 97.5% were earned at 100% of internal recycle rate. When the internal recycle rate was increased to 150%, the treatment efficiencies of TCODcr 94.5%, T-N 54.5%, T-P 70.8%, SS 98.5% were earned. Also the removal efficiencies of TCODcr 92.6%, T-N 83.1%, T-P 81.9%, SS 98.5% were earned as the internal recycle rate was increased to 200%. Especially, nitrogen removal efficiency in the linked treatment showed 74.3%, 54.5%, 83.1% at 100%, 150% and 200% of internal recycle ratio, respectively, which revealed the tendency of higher removal efficiency than that of sewage treatment.
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문제 정의
본 연구에서는 오존산화로 전처리 한 축산폐수를 하수에 연계처리 시 MLE 공정에 미치는 처리효율 변화를 분석하고자 실험실 시험을 실시하여 조사 및 분석하였으며 결과는 다음과 같다.
비교 . 분석하였으며 축산폐수와 하수의 연계처리에 대한 가능성을 연구하고자 하였다.
제안 방법
대상원수와 오존과의 최적의 반응조건을 분석하기 위하여 원수의 pH변화에 대한 오존과의 반응성을 분석하였다. 대상축산폐수는 pH 4, pH 7, pH 10 의 세 단계로 0.
대상축산폐수는 pH 4, pH 7, pH 10 의 세 단계로 0.1N-NaOH와 0.1N-H2SO4을 이용하여 pH 조정 후 유입산소량 3LPM, 접촉시간 1hr 으로 오존접촉 조에서 반응시킨 후 TCODcr 및 SCODcr 을 분석하였으며 결과는 [Table 2]에 나타내었다.
본 연구에서는 화학적 산화제인 오존을 이용하여 축산폐수를 산화분해 하고 처리된 축산폐수를 일반 하수와 연계하여 생물학적 질소제거 공정 중 하나인 MLE 공정으로 처리하였을 때 내부반송율 변화에 따른 오염물 제거효율을 비교 . 분석하였으며 축산폐수와 하수의 연계처리에 대한 가능성을 연구하고자 하였다.
오존발생량을 분석하였다. 산소발생 장치 (Oxygen Concentrator, NewLIfe, Elite)에 의해 산소공급량을 1LPM, 2LPM, 3LPM, 4LPM 으로 변화 시켜 오존발생장치에 유입시켰으며 생성되는 오존은 오존 포집 액 (2% KI)에 전량 포집 후 적정하여 분석하였다.
시료는 pH, BOD, CODg TOC, SS, TN, TP에 대하여 분석을 실시하였다. [Table 1]에 나타낸 것과 같이 분석은 수질오염 공정시험방법과 Standard method에 준하여 실시하였다11, 12).
연계유입수에 대한 MLE 공정의 처리효율을 비교 평가하기 위하여 내부반송율 100, 150, 200% 로 조정하여 운전하였으며 운전 parameter 는 [Table 3] 에 나타내었다.
오존산화로 전처리 한 축산폐수의 하수와의 연계처리 시 MLE 공정의 처리효율에 미치는 영향을 분석하기 위하여 B시 N하수처리장 유입원수와 1시간 오존산화처리 한 축산폐수를 혼합하여 연계유입수를 제조하였다. 연계유입수의 성상은 TCODcr 762.
오존산화처 리에 의한 축산폐수의 성상변화를 분석하기 위하여 산소발생장치(Oxygen Concentrator, NewLIfe, Elite), 오존발생기(AZCOZON HYU 500- PDGE), 오존접촉조, 배오존포집장치로 구성된 반응조를 설치하였다. 산소발생장치에서 생성된 순산소는 오존 발생기로 유입되어 최종적으로 오존을 생성하여 반응조에 축산시료와 접촉 반응시켰다.
1]과 같이 반응조로 구성된 MLE 공정에 투입하였다. 외부반송율은 50%로 고정하였으며 내부반송율을 100, 150, 200%로 변화시키며 운전하여 유기물에 대한 제거율을 분석하였다.
축산폐수와 반응하는 오존량을 분석하기 위하여 오존 발생 장치(AZCOZON HYU 500-PDGE)에 의해 생성되는 오존발생량을 분석하였다. 산소발생 장치 (Oxygen Concentrator, NewLIfe, Elite)에 의해 산소공급량을 1LPM, 2LPM, 3LPM, 4LPM 으로 변화 시켜 오존발생장치에 유입시켰으며 생성되는 오존은 오존 포집 액 (2% KI)에 전량 포집 후 적정하여 분석하였다.
하수와 축산폐수를 혼합하여 유입수로 주입했을 때 MLE 공정의 처리효율 변화를 비교분석하기 위하여 오존산화처리 된 축산폐수를 하수와 일정비율 혼합하여 [Fig. 1]과 같이 반응조로 구성된 MLE 공정에 투입하였다. 외부반송율은 50%로 고정하였으며 내부반송율을 100, 150, 200%로 변화시키며 운전하여 유기물에 대한 제거율을 분석하였다.
대상 데이터
본 연구에 사용된 하수는 경기도 B시에 위치한N 하수처 리장의 침사지 유입수를 원수로 사용하였으며 축산폐수는 경기도 K시에 위치한 G 축산폐수 공공 처리시설의 1차처리수를 샘플링하여 사용하였다. 항목별 성상 분석은 수질오염공정시험범 및 Standard Method(USA)에 준하여 실시하였다11), 12).
이론/모형
분석을 실시하였다. [Table 1]에 나타낸 것과 같이 분석은 수질오염 공정시험방법과 Standard method에 준하여 실시하였다11, 12).
항목별 성상 분석은 수질오염공정시험범 및 Standard Method(USA)에 준하여 실시하였다11), 12).
성능/효과
SCODcr 분석 결과 축산폐수 원수의 SCODcr/TCODcr 비는 26% 였으며 오존처리결과 평균 38% 정도로 TCODcr에 대한 SCODcr의 비율이 증가함을 알 수 있었으며, 이는 오존산화에 의해 NBDCOD 중 일부가 BDCOD 로 전환되어 미 생물이 이용 가능한 기질로 전환되 었음을 알 수 있다. 이는 축산폐수의 inert COD 를제외한 total COD 에 대한 soluble COD 분율의 증가는 축산폐수의 생분해능력(biodegradability)이 증가했다는 것을 의미 한다고 볼 수 있다.
5% 로 증가하였다. 내부반송이 200%로 증가했을 때 처리효율은 각각 9.8%, 56.9%, 55.8%, 28%로 증가한 것으로 분석되었다.
5% 로 나타났다. 내부반송이 200%로 증가했을 때 처리효율은 각각 92.6%, 83.1%, 81.9%, 98.5% 로 분석되었다. 각각의 제거효율에 대한 비교 결과는 [Table 4]에 나타내었다.
6 정도 증가하였으며 축산폐수의 알칼리도는 2445mg/L에서 1860mg/L로 감소되었다. 따라서 실험결과 pH 변화에 대한 오존과의 반응성은 원수의 pH가 중성일 때 자유라디칼의 생성과 자기분해속도가 균형을 이루어 가장 우수한 오존산화효율이 얻어졌다고 분석 되었다.
그러므로 pH 7 에서 자유라디칼의 생성과 자기분해속도가 균형을 이루어 가장 우수한 오존산화효율이 얻어졌다고 판단된다. 또한 SCODcr 분석 결과 축산폐수 원수의 SCODcr/TCODcr 비는 26% 였으며 오존처 리결과 평균 38% 정도로 TCODcr에 대한 SCODcr의 비율이 증가함을 알 수 있었으며, 이는 오존산화에 의해 NBDCOD 중 일부가 BDCOD 로 전환되어 미생물이 이용 가능한 기질로 전환되 었음을 알 수 있다13)~15).
오존은 낮은 pH에서 electrophilic, nucleophilic 등의 선택적인 반응이 우세하며 중성 pH 에서는오존보다 더 강력한산화력을 지니는 hydroxyl radical을 형성하는 것으로 알려져 있으며 이렇게 생성된 hydroxyl radicale 폐수 내의 유기물 및 무기물과 큰 범위로 다양하게 반응하는 것으로 알려져 있다3). 또한 화학적 산화를 통한 축산폐수의 전처리는 생물학적 후처리를 통해 높은 처리효율을 거둘 수 있는 것으로 평가받고 있다.
실험결과 pH 변화에 대한 오존과의 반응성은 원수의 pH가 중성 일 때 오존의 산화력이 가장 크게 나타나는 것으로 분석되었다. 이는 중탄산염 및 탄산염, 무기염들은 radical을 놓고 유기물과 경쟁하며 오존분해를가속화시키기 때문에 pH 조건은 오존산화력을 결정하는 OH radical 형성에 가장 큰 영향을 주는 인자가 되기 때문이다.
각각의 제거효율에 대한 비교 결과는 [Table 4]에 나타내었다. 연계유입수를 원수로 사용한 경우 질소제거율은 내부반송율 100%, 150%, 200%에서 각각 74.3%, 54.5%, 83.1%로 모든 경우에 있어 일반하수를 원수로 사용한 경우보다 질소제거율이 우수한 것으로 나타났다. Ekama et al(2007)에 의하면 1mg/L 의 질산성 질소를 질소가스로 탈질산화시키기 위해서는 8.
연구결과 연계유입수는 하수원수의 C/N 비 , C/P 비에 비해서 높은 값으로 이는 단일슬러지 공정에서 고도처리를 위한 C/N, C/P 비를 충족시키는 결과였으며 모든 조건에서 처 리효율이 우수하게 나타난 것으로 사료된다. 다만 연계유입수는 축산폐수를 처리한 것이므로 하수처리 시 원수 대비 연계처리수의 비율이 높아질 경우 C/N비의 불균형을 초래할 수 있으므로 현장에서는 이에 대한 지속적인 모니터링이 필요할 것으로 판단된다.
오존산화로 전처리 한 축산폐수의 연계유입수를 내부 반송률 100%(Run-1) MLE 공정 에 유입 시 켰을 때의 처리효율을 분석한 결과 TCODcr52.2mg/L, SCODcr 49.3mg/L, T-N 23.1mg/L, T-P 1.9mg/L, SS 5.2mg/L 로 나타났으며, 일반하수를 유입 원수로 처리한 MLE 공정의 처리효율과 비교 시 내부반송 100% 일때 TCODcr 29.8%, T-N 40%, T-P 76.8%, SS 38.4%로 각각 처 리효율이 증가함을 알 수 있었다. 오염항목별 처리수의 성상변화는 각각 [Fig.
오존산화로 전처리 한 축산폐수의 연계유입수를 내부 반송률 150%(Run-1) MLE 공정 에 유입 시 켰을 때의 처리효율을 분석한 결과 TCODcr51.6mg/L, SCODcr 42.8mg/L, T-N 29.6mg/L, T-P 1.8mg/L, SS 11.4mg/L 로 나타났으며, 일반하수를 유입 원수로 처리한 MLE 공정의 처리효율과 비교 시 내부반송 150% 일때 TCODcr 12.0%, T-N 14.4%, T-P 39.3%, SS 16.5%로 각각 처 리효율이 증가함을 알 수 있었다. 하수를 유입수로 처 리한 경우와 달리 축산폐수와 연계처리 시 내부반송률이 증가함에 따라 오염물 제거율은 다소 감소하는 것으로 분석되었다.
3]에 나타내었다. 오존산화로 전처리 한 축산폐수의 연계유입수를 내부 반송률 150%(Run-1) MLE 공정에 유입 시켰을 때의 처리효율을 분석한 결과 TCODcr38.2mg/L, SCODcr 28.1mg/L, T-N 16.9mg/L, T-P 2.2mg/L, SS 11.6mg/L 로 나타났으며, 일반하수를 유입 원수로 처리한 MLE 공정의 처리효율과 비교 시 내부반송 200% 일때 TCODcr 9.8%, T-N 56.9%, T-P 55.8%, SS 28.0%로 각각 처 리효율이 증가함을 알 수 있었다. 내부반송률이 200%로 증가했을 때 T-N의 경우 83.
오존산화처리 된 축산폐수와 하수와의 연계유입수를 MLE 공정으로 처리하였을 때 내부반송 100%일 때 TCODcr 93.8%, T-N 74.3%, T-P 89.7%, SS 97.5%의 처리효율을 나타냈으며 내부반송 150% 일 때 각각 94.5%, 54.5%, 70.8%, 98.5% 로 나타났다. 내부반송이 200%로 증가했을 때 처리효율은 각각 92.
일반하수만을 MLE 공정으로 처리했을 때와 비교 시 내부반송 100%일 때 TCODcr 29.8%, T-N 40%, T-P 76.8%, 38.4% 로 처리효율이 증가하였으며 150%일 때 각각 12%, 14.4%, 39.3%, 16.5% 로 증가하였다. 내부반송이 200%로 증가했을 때 처리효율은 각각 9.
축산폐수의 오존산화 결과 대상폐수의 pH를 산성 (pH4), 중성 (pH7), 알칼리성 (pH10)으로 변화시켰을 때 각각 COD제거율은 시간당 17%, 78%, 62% 로 분석되었다. 이때 pH는 0.
5%로 각각 처 리효율이 증가함을 알 수 있었다. 하수를 유입수로 처 리한 경우와 달리 축산폐수와 연계처리 시 내부반송률이 증가함에 따라 오염물 제거율은 다소 감소하는 것으로 분석되었다. 오염항목별 처 리수의 성상변화는 각각 [Fig.
후속연구
다만 연계유입수는 축산폐수를 처리한 것이므로 하수처리 시 원수 대비 연계처리수의 비율이 높아질 경우 C/N비의 불균형을 초래할 수 있으므로 현장에서는 이에 대한 지속적인 모니터링이 필요할 것으로 판단된다.
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