선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서, 본 연구의 목적은 국내외 개발된 산화구변법과 다르게1,7-9) 기개발된 공간분리형 고도처리공법(A2O 등)을 산화구내에 쉽게 적용할 수 있도록 산화구내에 격벽을 이용하여 공간적 분할을 통한 유입하수 중의 유기물과 질소·인의 처리특성을 연구하여 이를 통해 중소규모 하수처리시설의 안정적인 처리를 위한 운전인자를 얻고자 한다.
제안 방법
- SRT(미생물체류시간) 변화(17~38일)에 따른 유출수를 대상으로 질소, 인의 변화를 알아보고, 유입하수의 유기물, 질소, 인 부하와 C/N비, C/P비에 따른 처리특성을 분석하였다. 또한, 개선된 산화구변법의 공정인 혐기조, 무산소조, 포기조의 영양염류 형태별 변화추이와 내부반송유무에 따른 변화 추이를 관찰하였다.
- 기존의 산화구공정과 차별적으로 격벽을 이용하여 산화구의 공간적인 분리를 통해 유기물과 질소·인의 동시처리를 도모하고자 개선된 산화구변법을 통해 실제 하수를 대상으로 연속운전하며 유입·유출수의 영양물질 및 유기물의 제거효율을 통해 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 기존 산화구공정은 산화구 반응조에 로터형 표면포기기(Rotor) 2대를 40 mmH의 깊이로 침수시켜 50 rpm으로 회전하여 공기공급 및 순환하도록 하였다. 또한, 개선된 산화구변법은 Fig. 1과 같이 산화구 반응조내에 격벽을 이용하여 혐기조(#), 무산소조(#), 호기조(#)로 제작되었고 반응조별 상태를 측정하고자 각 반응조 측부에 벨브를 설치하였다. 실험조건에 따라 호기조에 필요한 산소농도를 조절하기 위해 산기장치에 Flow meter(평균 45 l/min)를 설치하였다.
- SRT(미생물체류시간) 변화(17~38일)에 따른 유출수를 대상으로 질소, 인의 변화를 알아보고, 유입하수의 유기물, 질소, 인 부하와 C/N비, C/P비에 따른 처리특성을 분석하였다. 또한, 개선된 산화구변법의 공정인 혐기조, 무산소조, 포기조의 영양염류 형태별 변화추이와 내부반송유무에 따른 변화 추이를 관찰하였다.
- 본 연구에 이용된 유입하수는 충청남도 S시의 공공하수처리시설의 침사지 유출수를 이용하였으며, 하수성상은 Table 1과 같았다. 또한, 슬러지는 같은 시설의 포기조에서 직접 채취하여 Activity와 MLSS(3,000~5,000 mg/l) 조건을 만들기 위해 반응조에서 10일동안 순응배양시킨 후 유입하수를 유입시켰다. 이때, 슬러지의 인함량은 약 3.
- 본 연구에 적용된 개선된 산화구변법은 한 반응조에서 격벽을 이용한 혐기, 무산소, 호기가 이루어져 질소 및 인을 처리하는 공정으로 전체 운전기간동안 SRT 변화에 따른 질소 및 인의 처리특성을 Fig. 3에 나타내었다.
- 산화구의 규격은 200 mmW × 910 mmL × 340 mmH이며, 산화구의 수로폭은 85 mm이다. 산화구 끝 부분은 물의 흐름저항을 최소화하기 위하여 반원형으로 제작하였으며, 유속편중으로 슬러지 퇴적현상을 방지하기 위해 지름 80 mm, 높이 220 mm인 반원형 유도벽을 설치하였다.
- 시료는 각 모드별로 1일 간격으로 채취하였으며, 측정항목으로는 유입수, 유출수 및 산화구내 각 반응조를 대상으로 pH, BOD5, CODMn, T-N, T-P, DO, MLSS 등을 측정하였고, 반응조별 NH3-N, NO2-N, NO3-N, PO4-P 등 영양물질을 형태별로 측정을 하였다. 각 항목별 수질분석방법은 Standard Methods 및 환경오염공정 시험법에 준하여 분석하였다.
- 9%를 나타내었다. 실험기간은 슬러지 순응기간(10일)을 포함하여 총 70일로 운전하였으며, Table 2에 나타낸 것과 같이 각 모드별 10일로 운전하였다.
-
2. 실험방법
실험조건에 따라 기존 산화구공정과 개선된 산화구변법을 비교하고, 개선된 산화구변법의 적정 HRT를 설정하기 위해 각각 6 hr, 8 hr, 12 hr, 24 hr, 48 hr의 체류 시간을 구분하여 유기물 및 영양물질 제거효율을 통한 최적의 HRT(수리학적 체류시간)를 선정하였다.
- 산화구내의 MLSS는 3,000~5,000 mg/l, 슬러지반송율은 100%로 조절하였다. 침전지는 유효용량 10 l로 장방형으로 제작하였고, 외부반송을 조절을 위한 저류지(유효용량 l)를 추가로 설치하였다.
- 하수유입, 내부반송 및 외부반송의 정량조절을 위해, 튜브관을 이용하여 peristaltic 펌프로 조절하였다. 유입 수조는 교반장치가 있는 원통형 반응조(60 l)로 제작하였으며, 조내 온도는 15~20℃로 유지하였다.
대상 데이터
- 본 연구에 이용된 유입하수는 충청남도 S시의 공공하수처리시설의 침사지 유출수를 이용하였으며, 하수성상은 Table 1과 같았다. 또한, 슬러지는 같은 시설의 포기조에서 직접 채취하여 Activity와 MLSS(3,000~5,000 mg/l) 조건을 만들기 위해 반응조에서 10일동안 순응배양시킨 후 유입하수를 유입시켰다.
- 실험장치는 기존 산화구공정(Conventional OD)과 개선된 산화구변법(Modified OD)과의 비교를 위해 2개의 아크릴 반응조를 제작하였다. 산화구의 규격은 200 mmW × 910 mmL × 340 mmH이며, 산화구의 수로폭은 85 mm이다.
이론/모형
- -P 등 영양물질을 형태별로 측정을 하였다. 각 항목별 수질분석방법은 Standard Methods 및 환경오염공정 시험법에 준하여 분석하였다.11,12)
성능/효과
- 17) 본 연구결과, 내부반송이 포함된 M4 모드의 경우 무산소조에서의 평균 5.5 mg/l의 질산성질소농도로 인한 인방출 저해현상으로 인의 제거효율이 65.3%로 나타났으며, M7 모드에서는 무산소조의 질산성질소 평균 7.5 mg/l의 농도로 인해 인 제거효율이 내부반송이 있는 M4 모드보다 적게 나타났다.
- 2. 개선된 산화구변법의 운전기간동안 적정 HRT를 알아본 결과, HRT 12 hr에서 질소 및 인 각각 83.1%, 74.1%의 최대효율을 나타내었다. 또한, SRT의 경우, 최대처리효율을 보인 20~30일 이내로 운전해야 할 것으로 판단된다.
- 3) 그러나, 이 공정들은 자국의 하·폐수 성상에 맞도록 개발되었기 때문에 유입수의 BOD 농도가 상대적으로 낮은 우리나라의 하수에 대해서는 계획된 처리효율을 나타내지 못하는 경우가 많았다.
- 3. 개선된 산화구변법은 C/N비가 3.0~3.5일 때 T-N 제거효율은 최대 83.1%를 보였으나, 3.5이상일 때는 오히려 T-N 제거효율은 감소되었다. 또한, 유입수의 C/P 비가 같은 범위에 있을 경우 HRT가 증가될수록 T-P 제거효율도 함께 증가하였으며, C/P비가 25-28 범위에서 최대 T-P 제거효율(74.
- 실험조건에 따라 호기조에 필요한 산소농도를 조절하기 위해 산기장치에 Flow meter(평균 45 l/min)를 설치하였다.7) 각 반응조의 DO 농도는 혐기조(0~0.5 mg/l), 무산소조(0~1.0 mg/l), 호기조(2.5~3.0 mg/l)를 넘지 않도록 조절하였다. 산화구내의 흐름을 유도하고 슬러지혼합을 위해 수중펌프 2대를 흐름방향으로 설치하였다.
- 7) 질소계열인 NH3-N, NO3-N, NO2-N의각 반응조별 거동에 대한 분석결과, 포기조에서 질산화와 무산소조에서 탈질반응을 거침에 따라 질소제거효과가 있는 것으로 나타났다. NH3-N은 혐기조에서 19.
- 98 kg BOD/m3/d로 제시되고 있다.7,10) 본 연구결과, 기존 산화 구공정에서는 유입 BOD 부하율은 0.10~0.12 kg BOD/m3/d 범위에서 유출수 BOD 농도는 평균 10.4 mg/l이하로 90.3% 이상의 제거효율이 나타났다. 또한, 개발된 산화구변법은 유입 BOD 부하율은 0.
- COD 항목도 BOD와 비슷한 경향으로 대부분 12.0 mg/l 이하의 수질로 나타났으며, M4 모드에서 최대 제거효율(86.2%)을 보이는 것으로 나타났다.
- Fig. 3에 나타낸 바와 같이, 질소와 인은 SRT가 증가함에 따라 유출수 농도가 증가하는 경향이 나타나 SRT가 30일 이후로 길게 유지하면 제거효율의 저하를 가져오게 되므로 본 실험조건으로 운전하여 유출수 농도가 낮게 나타난 SRT 20~30일 이내로 운전해야 할 것으로 판단된다. SRT에 따른 처리특성을 위해 각 모드별(M2-M7 모드)로 운전된 산화구변법의 T-N 제거효율은 44.
- 1%의 제거효율을 보였다. M2 모드를 제외하고 M3, M5, M6 모드의 제거효율은 평균 50% 이상의 안정적인 처리가 되고 있었다. 체류시간이 짧은 M2 모드의 경우 30%의 제거 효율을 보였는데, 이는 반응조내에 탈질을 위한 유기물의 부족현상 및 침강특성의 저하에 기반된 것으로 판단된다.
- 3에 나타낸 바와 같이, 질소와 인은 SRT가 증가함에 따라 유출수 농도가 증가하는 경향이 나타나 SRT가 30일 이후로 길게 유지하면 제거효율의 저하를 가져오게 되므로 본 실험조건으로 운전하여 유출수 농도가 낮게 나타난 SRT 20~30일 이내로 운전해야 할 것으로 판단된다. SRT에 따른 처리특성을 위해 각 모드별(M2-M7 모드)로 운전된 산화구변법의 T-N 제거효율은 44.5~83.1%(평균 67.0%), T-P 제거효율은 23.5~74.1%(평균 48.1%)로 낮은 제거효율을 나타내었다. 또한, T-P의 경우 SRT 20~30일 이내에서는 HRT가 증가할수록 유출수 농도가 감소하였으며, SRT가 29~38일로 증가한 M7 모드에서는 실험초기에 유출수가 유입 수보다 높은 농도로 유출되어 제거효율이 낮게 나타났으나, 이후 안정적인 감소폭을 나타내었다.
- 86 mg/l로 방류수수질기준을 만족하여 안정적인 제거효율을 얻는 것으로 나타났다. T-P 제거효율은 기존 산화구 공정이 15.6%을 보인 반면, 개선된 산화구변법은 56.1%로 증가하였다. 다만, T-P 제거효율은 높았지만 유출수의 인 농도가 1 mg/l 이상으로 고효율의 처리를 위해서는 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
- 7에 나타내었다. 개선된 산화구변법은 유입수의 C/P비가 같은 범위에 있을 경우 HRT가 증가될수록 T-P 제거효율도 함께 증가하였으며, C/P비가 25-28 범위에서 최대 T-P 제거효율(74.1%)을 보였다.
- 개선된 산화구변법의 운전기간동안 유출수의 T-N은 6.7~19.3 mg/l로 나타났으며, HRT 12 hr에서 83.1%의 최대 제거효율을 보였다. 이후 체류시간이 증가할수록 제거효율은 소폭 감소하나 12 mg/l 이하의 수질을 유지하였다.
- 공정내에 내부반송라인이 포함된 M4 모드의 T-N 유출수 농도는 평균 8.0 mg/l, T-N 제거효율은 79.2%로 나타났으며, 내부반송라인이 포함되지 않은 M7 모드는 평균 10.5 mg/l, T-N 제거효율은 71.9%로 나타났다. 또한, M4 모드에서 내부반송이 진행되는 동안 무산소 조로 유입되는 반송수의 질산성질소 농도가 1.
- 2%로 최대 제거효율을 나타내었다. 기존 산화구공정과 체류시간(24 hr)이 같은 M5 모드로 운전모드를 변경함에 따라 감소하는 경향(91.9~94.9%)이 나타났으나, 기존 산화구공정보다 효율 면에서는 높게 나타났다. 이후 HRT 48 hr인 M6 모드에서는 89.
- 기존 산화구공정은 유입 유기물부하(0.102~0.115 kg/m3/d)에 관계없이 일정한 효율을 보인 반면, 개선된 산화구변법은 유입 BOD 부하율 0.120~0.520 kg/m3/d범위로 유입시 HRT 변화에 따라 T-P 제거효율이 다르게 나타났으며, 유입 BOD 부하율 0.2 kg/m3/d 이하로 감소하면, 오히려 T-P 제거효율이 감소되는 것으로 나타났다.
- 기존 산화구공정의 유출수 T-N 농도는 평균 20.35 mg/l로 나타났으며, 개선된 산화구변법은 평균 9.86 mg/l로 방류수수질기준을 만족하여 안정적인 제거효율을 얻는 것으로 나타났다. T-P 제거효율은 기존 산화구 공정이 15.
- 따라서, 본 연구에 적용된 개선된 산화구변법의 적정 HRT는 유기물 및 영양염류 제거가 최대제거효율을 나타낸 12 hr으로 판단된다.
- 4%로 개선된 산화구변법으로 운전시 제거효율이 소폭 증가하였다. 또한, BOD와 함께 COD 항목도 75.0%에서 78.3%로 증가되어 산화구 개선이 유기물제거에 영향이 있는 것으로 나타났다.
- 9%로 나타났다. 또한, M4 모드에서 내부반송이 진행되는 동안 무산소 조로 유입되는 반송수의 질산성질소 농도가 1.4~5.0 mg/l가 소모되어 최대 83.1%의 제거효율을 보였다. 이는 내부반송라인을 무산소조에 연결하여 혼합하기 때문에 M7 모드보다 M4 모드가 효율적인 탈질산화 반응이 유도된 것으로 판단된다.
- 1%)로 낮은 제거효율을 나타내었다. 또한, T-P의 경우 SRT 20~30일 이내에서는 HRT가 증가할수록 유출수 농도가 감소하였으며, SRT가 29~38일로 증가한 M7 모드에서는 실험초기에 유출수가 유입 수보다 높은 농도로 유출되어 제거효율이 낮게 나타났으나, 이후 안정적인 감소폭을 나타내었다.16)
- 3% 이상의 제거효율이 나타났다. 또한, 개발된 산화구변법은 유입 BOD 부하율은 0.05~0.48 kg BOD/m3/d 범위에서 유출수 BOD 농도는 8.3 mg/l 이하의 결과를 나타내었으며, 92.6% 이상의 안정적인 제거효율을 얻을 수 있었다. 한편, 운전기간동안 COD 부하율에 대한 제거효율을 보면, COD 부하율 0.
- 5이상일 때는 오히려 T-N 제거효율은 감소되었다. 또한, 유입수의 C/P 비가 같은 범위에 있을 경우 HRT가 증가될수록 T-P 제거효율도 함께 증가하였으며, C/P비가 25-28 범위에서 최대 T-P 제거효율(74.1%)을 보였다.
- 기존 산화구공정은 유입하수의 C/N비 변화와 상관없이 일정한 T-N 제거 효율을 보였다. 반면, 개선된 산화구변법은 C/N비가 3.0~3.5일 때 T-N 제거효율은 최대 83.1%를 보였으나, 3.5 이상일 때는 오히려 T-N 제거효율이 감소되었다.
- 유출수 중 T-P는 평균 50%의 제거효율을 보이며, HRT 12 hr인 M4 모드에서 최대 74.1%의 제거효율을 보였다. M2 모드를 제외하고 M3, M5, M6 모드의 제거효율은 평균 50% 이상의 안정적인 처리가 되고 있었다.
- 전체 운전기간동안 유출수의 BOD는 4.69~12.56 mg/l었으며, M2 모드에서 M4 모드로 HRT가 증가됨에 따라 HRT 12 hr에서 93.2~96.2%로 최대 제거효율을 나타내었다. 기존 산화구공정과 체류시간(24 hr)이 같은 M5 모드로 운전모드를 변경함에 따라 감소하는 경향(91.
- 정상 운전기간동안 유출수 BOD는 두 조건 모두 20 mg/l 이하로 나타났으며, BOD 제거효율은 90.3%에서 93.4%로 개선된 산화구변법으로 운전시 제거효율이 소폭 증가하였다. 또한, BOD와 함께 COD 항목도 75.
- 중소규모 하수처리장의 하나인 산화구 공정에 격벽을 이용하여 혐기, 무산소, 호기조건으로 공간분리가 가능하도록 하여 기존 BNR((Biological Nutrient Removal) 공법과 같은 고도처리가 가능하다는 것을 본 연구에서 제시한 개선된 산화구변법의 유기물 및 질소, 인 처리 특성을 통해 입증할 수 있었다.
- 6% 이상의 안정적인 제거효율을 얻을 수 있었다. 한편, 운전기간동안 COD 부하율에 대한 제거효율을 보면, COD 부하율 0.02~0.19 kg COD/m3/d의 범위에서 최소 65% 이상의 COD 제거효율을 얻을 수 있었다.
후속연구
- 1. 정상 운전기간동안 유기물 제거는 기존 공정에 비해 소폭 증가하였으며, 유출수의 T-N은 평균 9.86 mg/l로 개선된 산화구변법이 안정된 제거효율을 보인 반면, 유출수의 T-P 농도가 1 mg/l 이상으로 나타나 고효율 처리를 위한 추가적 연구가 필요할 것으로 판단된다.
- 4. 내부반송라인을 무산소조에 연결하여 혼합한 M4모드의 T-N 제거효율은 79.2%로 나타났으며, T-P 제거 효율이 65.3%로 나타나 탈인효율을 향상하기 위한 추가적 대책이 필요할 것으로 판단된다.
- 1%로 증가하였다. 다만, T-P 제거효율은 높았지만 유출수의 인 농도가 1 mg/l 이상으로 고효율의 처리를 위해서는 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.