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문제 정의
- 그러나 기존 처리시설의 처리공정이나 시설용량에 따라 투입할 수 있는 탈리액의 양이 다르고 처리효율도 다르므로 적용성 검토 및 평가가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 안산하수처리장 공장폐수 계통의 영양염 제거 효율을 개선함에 있어 음식물쓰레기 탈리액을 외부 탄소원으로 사용 가능한지 여부를 평가하고 적정 투입량을 제시하기 위해 실증실험을 수행하였다. 이를 위해 최초 침전지의 슬러지 계면 변화, 생물 반응조 내 MLSS 농도 변화 및 BOD, COD, SS, 질소, 인 등의 수질 평가를 통해 최적의 음식물쓰레기 탈리액의 투입량을 파악하고 기존 하수처리시설의 운전 특성을 파악하였다.
- 공장폐수의 특성상 탄소원 부족에서 기인한 생물학적 고도처리의 효율 저하를 개선하기 위한 방법으로 외부 탄소원으로 음식물쓰레기 탈리액의 적용 가능성을 검토하였다. 구체적으로 2009년 3월부터 5월까지 공장계 폐수처리 공정에 외부 탄소원으로 음식물쓰레기 탈리액 투입에 따른 수질 변화를 Fig.
제안 방법
- 따라서 본 연구에서는 안산하수처리장 공장폐수 계통의 영양염 제거 효율을 개선함에 있어 음식물쓰레기 탈리액을 외부 탄소원으로 사용 가능한지 여부를 평가하고 적정 투입량을 제시하기 위해 실증실험을 수행하였다. 이를 위해 최초 침전지의 슬러지 계면 변화, 생물 반응조 내 MLSS 농도 변화 및 BOD, COD, SS, 질소, 인 등의 수질 평가를 통해 최적의 음식물쓰레기 탈리액의 투입량을 파악하고 기존 하수처리시설의 운전 특성을 파악하였다.
- 0 m를 넘지 않을 때 전반적으로 원활한 처리가 가능하였다. 따라서 침전지 한계 계면 높이를 2.0 m로 설정하고 음식물 탈리액 투입량 변화에 따른 슬러지 계면의 변화를 평가하여 최적 투입량을 결정하였다. 슬러지 계면은 슬러지의 호퍼 앞에서 부유물 농도와 계면/수심측정이 가능한 총고형물측정기(SS-5Z, TOA, Japan) 를 이용하여 측정하였다.
- 0 m로 설정하고 음식물 탈리액 투입량 변화에 따른 슬러지 계면의 변화를 평가하여 최적 투입량을 결정하였다. 슬러지 계면은 슬러지의 호퍼 앞에서 부유물 농도와 계면/수심측정이 가능한 총고형물측정기(SS-5Z, TOA, Japan) 를 이용하여 측정하였다.
- 결정하는 것이 바람직하다. 따라서 유입수의 영향이 거의 없는 반응조 하단부에서 시료를 채취하여 음식물쓰레기 탈리액의 투입량 변화에 따른 MLSS 농도의 변화를 평가하였다.
- 음식물쓰레기 탈리액의 투입에 따른 처리효율의 변화를 평가하기 위해 생물 반응조의 유입수 및 유출수의 수질을 분석하였다. 시료는 1일 3회 이상 채취하여 분석하였다.
- 시료는 1일 3회 이상 채취하여 분석하였다. CODMn, BOD, SS, TN, TP, MLSS 의 수질 항목을 조사하였으며, 모든 시료는 수질오염공정시험법(환경부, 2002) 에 따라 분석하였다.
- 2009년 3월에서 5월까지 음식물쓰레기 탈리액의 투입에 따른 최초 침전지 내 슬러지 계면의 변화를 측정하였으며, 그 결과를 Fig. 1에 나타내었다. 본 연구가 본격적으로 시작되기 전부터 3월 4일 이전까지는 음식물쓰레기 탈리액 투입량을 120 m3/일로 유지하였고, 이때의 슬러지 계면 높이는 약 1.
- 이상으로부터 탈리액 투입량 변화가 MLSS 농도 변화에 영향을 끼치나 MLSS 농도를 적정 운전범위 이내에 유지될 수 있음을 확인하였다. 한편, 최초 침전지의 슬러지 계면 상승 및 스컴 발생 문제점을 극복하고 탈리액 처리량의 증가를 꾀하기 위해 음식물쓰레기 탈리액을 생물 반응조에 직접 투입해 보았다. 그 결과, 최종 침전지에서 슬러지 반송량을 최소로 줄여 운영하여도 생물 반응조 내 MLSS 농도가 과도해지고 기존 멤브레인 산 관만으로는 충분한 산소공급 및 교반에 문제가 발생하는 것으로 나타나(자료 보이지 않음) 생물 반응조에 직접 투입해 처리하기 위해서는 시설 개선이 필요한 것으로 나타났다.
- 검토하였다. 구체적으로 2009년 3월부터 5월까지 공장계 폐수처리 공정에 외부 탄소원으로 음식물쓰레기 탈리액 투입에 따른 수질 변화를 Fig. 4에 나타내었고 그 결과를 음식물쓰레기 탈리액을 투입하지 않은 2008년 3월부터 5월까지의 수질과 비교해 평가하였다. 생물 반응조에 유입되는 평균수질은 (Table 2 참조) 2008년의 경우와 비교해 TN을 제외한 전 항목(BOD, COD, SS 및 TP)에서 그 농도는 크게 증가한 것으로 나타났다.
- 산업폐수의 생물학적 처리효율을 개선하기 위해 외부 탄소 원으로 음식물쓰레기 탈리액의 투입효과를 실증실험을 통해 검토하였다. 그 결과 음식물쓰레기 탈리액의 최대 투입량은 120 m3/일로 나타났으며, 초과하여 투입할 경우 침사지의 오일층 발생, 최초 침전지의 스컴 증가, 슬러지 계면의 상승 및 슬러지 유출 등 여러가지 문제점이 발생하는 것으로 나타났다.
대상 데이터
- 않도록 최초 침전지의 슬러지 계면을 고려하여 적정 투입량을 결정해야 한다. 본 연구대상 침전지는 수면고가 3.0 m로서 계면의 높이가 경험적으로 2.0 m를 넘지 않을 때 전반적으로 원활한 처리가 가능하였다. 따라서 침전지 한계 계면 높이를 2.
이론/모형
- 시료는 1일 3회 이상 채취하여 분석하였다. CODMn, BOD, SS, TN, TP, MLSS 의 수질 항목을 조사하였으며, 모든 시료는 수질오염공정시험법(환경부, 2002) 에 따라 분석하였다.
성능/효과
- 본 연구가 수행된 2009년 3월부터 5월까지 3개월간 안산하수처리장에 유입된 산업폐수 유량은 평균 164, 800 m3/일로 염색폐수가 33.4%, 기타폐수가 52.7%, 그리고 공단 우수가 13.8%를 차지하고 있다. 폐수의 수질 특성은 Table 1에 나타낸 것과 같이 유기물 농도는 낮고 질소 농도는 높다 (안산시, 2008b, 2009).
- 본 연구에서 사용된 음식물쓰레기 탈리액의 평균 성상은 BOD 가 65,000±8, 300 mg/L, 과망간산칼륨 산화 COD (CODMn)이 40,000±7,500 mg/L, SS가 30, 000±14, 000 mg/L, 총질소(TN)이 1,500±350 mg/L 그리고 총인(TP)이 300±80 mg/L 로 농도가 높고 겉보기 침전성이 매우 불량하여 2시간 침전실험에서 침전 슬러지 부피(settled sludge volume) 가 약 70%에 달했다.
- 1에 나타내었다. 본 연구가 본격적으로 시작되기 전부터 3월 4일 이전까지는 음식물쓰레기 탈리액 투입량을 120 m3/일로 유지하였고, 이때의 슬러지 계면 높이는 약 1.8 m로 안정적으로 유지되었다. 그러나 3월 4일부터 투입량을 142 m3/일로 증가시켜 운전한 결과, 약 2.
- 2 m까지 내려갔다. 4월 10일부터 음식물쓰레기 탈리액의 투입량을 약 95 m3/일로 다시 증가시켜 운전한 결과, 슬러지 계면 높이는 약 1.0 m 근방에서 크게 진동하다가 4월 16일 경부터 슬러지 계면이 급격히 상승하여 약 1.6 m (4월 22일)에 다다른 후 비교적 안정적인 슬러지 계면을 유지하였다. 한편, 4월 27일부터 다시 음식물쓰레기 투입량을 142 m3/일로 증가시켜 운전한 결과, 한동안 슬러지 계면은 약 1.
- 0 m 미만의 안정적인 슬러지 계면이 유지되고 스컴 생성 등 여타부작용이 없는 120 m3/일로 판단된다. 상기 실험기간 중음 식물 탈리액의 투입량과 슬러지 계면의 변화가 일치하지 않는 것은 슬러지 인발량, 유입폐수 및 공정 반려수에 의한 침전성 물질 투입, 슬러지의 고형물 농도 등 여러 현장 운전인 자의 영향으로 판단되며, 본 연구에서는 약 1~2주의 시차가 관찰되었다. 한편, 최초 침전지 내 슬러지층의 총고형물 농도는 3월 20일에 2.
- 이는 음식물쓰레기 탈리액의 투입에 따른 슬러지 발생량의 증가를 고려하여 최종 침전지로부터 슬러지 반송량을 줄였기 때문이다. 그 후 3월 22일부터 투입량을 70 m3/일로 감소시켜 운전한 결과, MLSS 농도도 급격히 감소하여 약 2, 900 mg/L에서 일정하게 유지되었다. 한편, 4월 10일부터 음식물쓰레기 탈리액의 투입량을 95m3/일로 다시 증가시켜 운전하였으나 MLSS 농도는 증가하지 않고 거의 일정한 값을 유지하였다.
- 안산하수처리장은 동절기에 처리효율의 저하를 방지하기 위해 최종 침전지로부터 반송되는 슬러지량을 유입수의 약 45%까지 늘려 MLSS 농도를 4, 000~4, 500 mg/L 로 유지한다. 그러나 본 연구가 수행된 기간 동안 음식물쓰레기 탈리액의 투입에 따른 슬러지 발생량의 증가를 고려해 점진적으로 슬러지 반송량을 줄여 운전하였고 4월 1일부터는 하절기 운전으로 전환되면서 슬러지 반송량을 약 35%까지 낮추어 운전하였기 때문에 일정한 MLSS 농도가 유지되었던 것으로 판단된다. 탈리액 투입량을 다시 142 m3/일로 증가시켜 운전한 4월 27일 이후 MLSS 농도는 점차 증가하여 5월 11일 부터 약 3, 200 mg/L 전후를 유지하였다.
- 탈리액 투입량을 다시 142 m3/일로 증가시켜 운전한 4월 27일 이후 MLSS 농도는 점차 증가하여 5월 11일 부터 약 3, 200 mg/L 전후를 유지하였다. 이상으로부터 탈리액 투입량 변화가 MLSS 농도 변화에 영향을 끼치나 MLSS 농도를 적정 운전범위 이내에 유지될 수 있음을 확인하였다. 한편, 최초 침전지의 슬러지 계면 상승 및 스컴 발생 문제점을 극복하고 탈리액 처리량의 증가를 꾀하기 위해 음식물쓰레기 탈리액을 생물 반응조에 직접 투입해 보았다.
- 한편, 최초 침전지의 슬러지 계면 상승 및 스컴 발생 문제점을 극복하고 탈리액 처리량의 증가를 꾀하기 위해 음식물쓰레기 탈리액을 생물 반응조에 직접 투입해 보았다. 그 결과, 최종 침전지에서 슬러지 반송량을 최소로 줄여 운영하여도 생물 반응조 내 MLSS 농도가 과도해지고 기존 멤브레인 산 관만으로는 충분한 산소공급 및 교반에 문제가 발생하는 것으로 나타나(자료 보이지 않음) 생물 반응조에 직접 투입해 처리하기 위해서는 시설 개선이 필요한 것으로 나타났다.
- 생물 반응조에 유입되는 평균수질은 (Table 2 참조) 2008년의 경우와 비교해 TN을 제외한 전 항목(BOD, COD, SS 및 TP)에서 그 농도는 크게 증가한 것으로 나타났다. 그럼에도 유출수 농도는 모든 항목에서 낮아져 BOD의 경우 처리효율이 8.1% 상승한 92.4%의 제거율을 보였다. COD와 SS의 경우에도 처리효율이 4.
- 4%의 제거율을 보였다. COD와 SS의 경우에도 처리효율이 4.9%와 3.7%가 상승해 전체 69.7%와 87.1%의 제거율을 보였다. 한편, 질소의 경우는 처리효율이 29.
- 5로 개선됨에 따라 TN의 처리효율이 크게 개선된 것으로 판단된다. Table 3에 나타낸 BOD, TN 및 TP 의 물질수지 결과와 같이 BOD 가 전부 생물 생합성에 사용되었다고 가정하면 생물 생합성에 사용된 TN 은 2008 년 1.09 kg/d에서 2009년 1.88 kg/d로 증가하였고 탈질에 의해 제거된 TN도 4.08 kg/d에서 4.84 kg/d로 증가해 BOD/TN 비의 증가가 질소 제거율 상승에 크게 기여한 것으로 판단된다. 더욱이 TP의 제거율도 크게 개선되었는데 생물 생합성에 사용된 TP는 2008년 0.
- 검토하였다. 그 결과 음식물쓰레기 탈리액의 최대 투입량은 120 m3/일로 나타났으며, 초과하여 투입할 경우 침사지의 오일층 발생, 최초 침전지의 스컴 증가, 슬러지 계면의 상승 및 슬러지 유출 등 여러가지 문제점이 발생하는 것으로 나타났다. 탈리액 투입 유량이 크게 변동했음에도 불구하고 투입전인 전년도 동일기간의 수질과 비교해 처리효율이 크게 개선된 것으로 나타났다.
- 그 결과 음식물쓰레기 탈리액의 최대 투입량은 120 m3/일로 나타났으며, 초과하여 투입할 경우 침사지의 오일층 발생, 최초 침전지의 스컴 증가, 슬러지 계면의 상승 및 슬러지 유출 등 여러가지 문제점이 발생하는 것으로 나타났다. 탈리액 투입 유량이 크게 변동했음에도 불구하고 투입전인 전년도 동일기간의 수질과 비교해 처리효율이 크게 개선된 것으로 나타났다. 탈리액의 투입에 따라 기질의 부하가 증가하였으나 제거율은 향상되었으며, BOD 제거율이 92.
- 탈리액 투입 유량이 크게 변동했음에도 불구하고 투입전인 전년도 동일기간의 수질과 비교해 처리효율이 크게 개선된 것으로 나타났다. 탈리액의 투입에 따라 기질의 부하가 증가하였으나 제거율은 향상되었으며, BOD 제거율이 92.4%, COD 제거율이 69.7% 그리고 SS 제거율이 87.1%로 나타나 전년도 동기에 비해 각각 8.1%, 4.9% 그리고 3.7%의 개선효과가 있었으며, 더욱이 TN의 경우는 처리율이 29.7%에서 71.7%로 크게 개선되어 42% 의 처리효율 증가가 관찰되었고 TP 의 경우도 34.8%에서 65.6%로 처리효율이 증가하여 30.8%의 개선효과가 있었다. 따라서 산업폐수종말처리시설에서의 음식물쓰레기 탈리액투입은 탄소원 보충에 의한 영양염류 제거율 개선과 함께 음식물쓰레기 탈리액의 처분을 동시에 수행할 수 있는 효과적인 방안인 것으로 판단된다.
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