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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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