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문제 정의
- 본 연구는 RO 농축수 처리를 위해서 대표적인 고 도처 리공정 인 SBR과 MLE 공정을 적용하여 농축수 처 리평가를 비교 평가한 것이며 , Table 5는 유기물질에 대한 공정 제거효율을 나타낸 것이다. CODCr과 CODMn 의 모두 SBR 보다 MLE 공정의 방류수 농도가 다소 높은 것으로 나타났다.
- RO를 이용한 시설 에서 필연적으로 RO 농축수가 발생하게 되며, 고농도의 질소 제거를 위한 적절한 처리공정의 연구가 필요한 시점이다. 본 연구는 고도수처리 시스템 에서발생되는 RO 농축수의 처리 특성을 평가하기 위하여 회분식과 연속식 반응의 대표적인 고도처리 공정인 Sequencing Batch Reactor(SBR)과 Modified Ludzack Ettinger(MLE)의 공정운전을 실시하여 비교평가를 수행하였다.
가설 설정
- NO2--N과 DO 농도는 없다고 가정하고 탈질해 야 할 NO3---N 농도를 120 mg/L로 가정하여 메탄올 주입량을 결정하였다. SBR과 MLE 반응기 모두 메탄올 296 mg/L가 하루동안 주입되도록 하여 탄소원 부족으로 인해 탈질 반응이 저해되지 않도록 하였다.
제안 방법
- SBR 공정 은 2 cycle/일 로서 포기 5시간, 비포기(무산소 부분)5 시간, 잔류 COD성분의 산화를 위한 재포기 30분, 침 전 1시간 방류 및 휴지시간을 30분으로 총 12시간이 1 cycle로 구성하였다. MLE 공정은 내부반송과 외부반 송을 각각 1Qin, 2Qin로 고정하였으며 , SRT는 두 공정 모두 안정적인 질산화를 위해 30일로 유지하였다. 또한 온도는 20℃, DO는 유기물 분해와 질산화를 위한산소량을 고려하여 공기량을 250 m/min로 고정하여 충분히 주입하였다.
- 5 hr로 설계하였다. SBR 공정 은 2 cycle/일 로서 포기 5시간, 비포기(무산소 부분)5 시간, 잔류 COD성분의 산화를 위한 재포기 30분, 침 전 1시간 방류 및 휴지시간을 30분으로 총 12시간이 1 cycle로 구성하였다. MLE 공정은 내부반송과 외부반 송을 각각 1Qin, 2Qin로 고정하였으며 , SRT는 두 공정 모두 안정적인 질산화를 위해 30일로 유지하였다.
- 2에 각각 나타내었다. SBR 공정은 부하변동에 대한 처리 성능이 안정적이기 때문에 선정을 하였고, MLE 공정은 연속식 공정 중 질소제거를 위해 특화된 공법으로 RO 농축수의 고농도 질소 제거에 초점을 맞추었기 때문에 선정을 하였다. 두 반응기 모두 아크릴을 사용하여 제작하였고, SBR의 경우 PLC 제어프로그램을 통해 공정시간을 제어하였다.
- SBR 공정은 부하변동에 대한 처리 성능이 안정적이기 때문에 선정을 하였고, MLE 공정은 연속식 공정 중 질소제거를 위해 특화된 공법으로 RO 농축수의 고농도 질소 제거에 초점을 맞추었기 때문에 선정을 하였다. 두 반응기 모두 아크릴을 사용하여 제작하였고, SBR의 경우 PLC 제어프로그램을 통해 공정시간을 제어하였다. 탈질을 위한 외부 탄소원으로 메탄올을 사용하였고, SBR의 경우 포기시간 종료 후 무산소가 시작될 때 자동으로 주입되도록 하였으며, MLE는 무산소조에 메탄올을 24시간 일정하게 주입하였다.
- 본 연구를 SBR 공정 에서 SNR 0.051 kg NH3-N/ kg MLVSS-day, SDNR 0.287 kg NOj-N/ kg MLVSS-day의 동역학적 인자를 도출하였다. MLE 공정 에서는SNR 0.
- RO 농축수의 특성상 유입수 질소 농도가 높지만 질소제거를 위한 탄소원으로 가용할 수 있는 생분해성 유기물이 부족하기 때문에 반드시 적절한 C/N 비를 맞춰주기 위해서 외부탄소원이 필요할 것이다. 본 연구에서는 외부 탄소원으로 메탄올을 사용하여 탈질에 필요한 탄소원으로 아래의 식을 통해 메탄올양을 결정하여 보충하였다.
- 두 반응기 모두 아크릴을 사용하여 제작하였고, SBR의 경우 PLC 제어프로그램을 통해 공정시간을 제어하였다. 탈질을 위한 외부 탄소원으로 메탄올을 사용하였고, SBR의 경우 포기시간 종료 후 무산소가 시작될 때 자동으로 주입되도록 하였으며, MLE는 무산소조에 메탄올을 24시간 일정하게 주입하였다. SBR과 MLE 공정 모두 공기량 설계를 통해 250 ml/min으로 산소공급을 일정하게 유지해 주었다.
- RO 농축수 처 리를 위한 SBR과 MLE 공정의 운전 조건을 Table 1에 나타내었다. 하루 처 리유량 10 L/일을 바탕으로 생물반응조 용량은 10L이며 , SBRe 5 L씩 2 cycle을 처리하고 MLE 공정은 무산소조와 포기조의 HRT가 각각 7.5 hr와 16.5 hr로 설계하였다. SBR 공정 은 2 cycle/일 로서 포기 5시간, 비포기(무산소 부분)5 시간, 잔류 COD성분의 산화를 위한 재포기 30분, 침 전 1시간 방류 및 휴지시간을 30분으로 총 12시간이 1 cycle로 구성하였다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용된 RO 농축수는 H 산업폐수처 리장의 용수 재이용 설비 에서 채수하여 사용 하였으며 성상은 Table 2에 나타내었다. TN이 높고 BOD가 낮기 때문에 탈질에 반드시 외부탄소원이 필요한 것으로 나타났으며, TN농도가 최소 107.
이론/모형
- SS는 GF/C filter와 Gucci 도가니를 이용하여, 103-105℃와 550℃ 에서 건조하여 측정하였다. TKNe Macro Kjeldahl Nitrogen로 방법으로 하였으며, 암모니 아와 질산성 질소는 Standard Methods 방법에 준하여 Hach사 흡광도 기기를 사용하여 분석하였다.
- 68 mg/L의 TN 농도를 나타내고 있다. 고농도의 질소제거 에 효과적인 SBR 공정과 일반적으로 질소제거 효율이 좋은 연속 흐름식 공정인 MLE 공법을 적용하여 질소 제거 특성에 대하여 평가를 하였다. Table 6은 SBR과 MLE 공정의 질소와 인제 거에 대한 운전결과를 나타낸 것이다.
- 유기물의 경우, BOD 분석은 5-day BOD 시험법을 이용하였으며, COD 분석은 크롬법으로 측정하였고, 측정방법은 Closed titrimetric method를 이용하였다. SS는 GF/C filter와 Gucci 도가니를 이용하여, 103-105℃와 550℃ 에서 건조하여 측정하였다.
성능/효과
- 1) 동일한 유량과 반응조 용량으로는 SBR 공정의 질소 제거 성능이 좋은 것으로 나타났지만, MLE 공정의 경우 무산소조의 용량을 늘려 충분한 HRT를 확보한다면 질소제거 효율이 향상될 것으로 판단된다. SBR의 운전이 다소 어 렵지만 경제적 인 측면에서 SBR공정 이 연속 흐름식 공정보다 더 경쟁력 이 있을 것으로 사료된다.
- 2) SBR과 MLE 공정 에서 도출된 SNR과 SDNRe RO 농축수 처리를 위한 고도처리공정 설계시 유용한 자료로 활용이 가능할 것이며 , 특히 SBR 공정의 SDNR 값이 0.287 kg NOj-N/ kg MLVSS-day 로 높게 나타났는데 이는 슬러지의 성상 변화에 따른 것으로 판단되며, 경제적인 측면에서 SBR 공정의 무산소 HRT를 결정하는데 있어서 중요한 설계 인자로 활용이 가능할 것으로 사료된다.
- 3) RO 농축수의 특성 중 중금속 농도가 일반적 인하 수보다 높은 것으로 나타났지만, 미생물의 성장과 활성도 큰 영향을 미치지 않은 것으로 나타났다. RO 농축수의 특성과 기질로 메탄올 사용으로 인해 슬러지의 성상이 일반 하수슬러지와는 다른 제거 및 침전특성을 나타내었는데, 슬러지의 특성에 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
- 공정 제거효율을 나타낸 것이다. CODCr과 CODMn 의 모두 SBR 보다 MLE 공정의 방류수 농도가 다소 높은 것으로 나타났다. 유입수의 TCODCr은 111.
- RO 농축수의 질소성분은 NH3-N과 NO3--N이 각각 50% 정도의 비율로 구성되어 있으며, 본 연구에서 사용된 농축수는 NH3-N, NO3--N의 농도가 각각 평균 57.23, 57.99 mg/L로 나타났다. 비교적 고농도의 질소함유 폐수이며 , 128.
- 71 mg/L로 SBR 공정보다 높은 농도를 나타내었다. TCODMn의 유입수 농도는 56.57 mg/L이며 방류수는 SBR과 MLE 공정 에서 각각 34.27, 37.63 mg/L 로 COD*의 제거율과 비슷한 경향으로 MLE 공정이다소 높은 것을 확인할 수 있었다. RO 농축수의 유기물 중에 난분해성 유기물이 상당부분 존재하는 것으로 나타났으며, 안정적으로 방류수 수질을 확보하기 위해서는 생물학적 처리공정 후단에 난분해성 COD를 제거할 수 있는 시스템 이 필요할 것으로 사료된다.
- Table 2에 나타내었다. TN이 높고 BOD가 낮기 때문에 탈질에 반드시 외부탄소원이 필요한 것으로 나타났으며, TN농도가 최소 107.5 mg/L에서 최대 150 mg/L로 평균 122.27 mg/L로 높은 농도를 보였다.
- 두 공정 모두 NH3-N의 NQf-N으로의 질산화는 98% 이상의 효율을 보였으며, 질산화를 위한 충분한 SRT가 유지되었기 때문인 것으로 사료된다. 그러나 탈질에 대해서는 TN성분으로 SBR의 방류수가 6.52 mg/L로 MLE의 28.98 mg/L보다 같은 운전조건에서 더 뛰어난 제거성능을 보여줌을 확인하였다. Fig.
- 대부분의 중금속 농도가 하수나 오수보다 높은 것으로 나타났으나, 미생물의 성장이나 활동에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 김금용 등(2007)은 Zn 과 Cu의 경우 SRT에 따라서 미생물 활성 저해농도를SRT 5일과 9일에 각각 IC50(half maximal inhibitory concentration)농도를 각각 15, 17.
- 동일한 유량과 반응조 용량으로는 SBR 공정의 질소 제거 성능이 좋은 것으로 나타났지만, MLE 공정의 경우 무산소조의 용량을 늘려 충분한 HRT를 확보한다면 질소제거 효율이 향상될 것으로 판단된다. SBR의 운전이 다소 어렵지만 경제적인 측면에서 SBR 공정이 연속 흐름식 공정보다 더 경쟁력이 있을 것으로 사료된다.
- CODCr과 CODMn 의 모두 SBR 보다 MLE 공정의 방류수 농도가 다소 높은 것으로 나타났다. 유입수의 TCODCr은 111.57 mg/L이고 SBR의 방류수는 77.97 mg/L로 30.11%의 낮은 제거효율을 보였으며, MLE 공정의 방류수는 평균 83.71 mg/L로 SBR 공정보다 높은 농도를 나타내었다. TCODMn의 유입수 농도는 56.
- 99 mg/L로 하수의 특성과 비슷한 농도를 나타내었으며, 미생물 합성분에 사용되는 인의 양으로도 방류수 수질기준 2 mg/L 이하를 달성할 수 있었기 때문에 생물학적 처리공정에서 인 제거 기작을 위한 공정은 고려하지 않았다. 인 제거에 대해서 SBR과 MLE 공정 모두 비슷한 제거효율을 나타내 었으며, SRT 30일의 긴 운전조건에서도 미생물 합성에 사용된 양 만큼 인 제거가 이루어져 방류수 수질 기준을 만족할 수 있었다.
후속연구
- 63 mg/L 로 COD*의 제거율과 비슷한 경향으로 MLE 공정이다소 높은 것을 확인할 수 있었다. RO 농축수의 유기물 중에 난분해성 유기물이 상당부분 존재하는 것으로 나타났으며, 안정적으로 방류수 수질을 확보하기 위해서는 생물학적 처리공정 후단에 난분해성 COD를 제거할 수 있는 시스템 이 필요할 것으로 사료된다.
- 본 연구의 SBR 공정 에서 도출된 SDNR 값은 Table 7에서 보는 바와 같이 다른 연구자들이 도출한 값보다 훨씬 큰 것으로 나타났다. RO 농축수의 특성과 기질로 메탄올 사용으로 인해 슬러지의 성상이 일반 하수슬러지와는 다른 제거 및 침전특성을 나타내었는데, 슬러지의 특성에 추가적 인 연구가 필요할 것으로 판단된다. 도출된 동역학적인자는 RO 농축수 처리를 위한 공정 설계시 적용공정에 따른 포기조 및 무산소조의 용량을 설계하는데 유용한 자료가 될 것으로 판단된다.
- 본 연구의 SBR 공정 에서 도출된 SDNR 값은 Table 7에서 보는 바와 같이 다른 연구자들이 도출한 값보다 훨씬 큰 것으로 나타났다. RO 농축수의 특성과 기질로 메탄올 사용으로 인해 슬러지의 성상이 일반 하수슬러지와는 다른 제거 및 침전특성을 나타내었는데, 슬러지의 특성에 추가적 인 연구가 필요할 것으로 판단된다. 도출된 동역학적인자는 RO 농축수 처리를 위한 공정 설계시 적용공정에 따른 포기조 및 무산소조의 용량을 설계하는데 유용한 자료가 될 것으로 판단된다.
- RO 농축수의 특성과 기질로 메탄올 사용으로 인해 슬러지의 성상이 일반 하수슬러지와는 다른 제거 및 침전특성을 나타내었는데, 슬러지의 특성에 추가적 인 연구가 필요할 것으로 판단된다. 도출된 동역학적인자는 RO 농축수 처리를 위한 공정 설계시 적용공정에 따른 포기조 및 무산소조의 용량을 설계하는데 유용한 자료가 될 것으로 판단된다.
- RO 농축수의 특성과 기질로 메탄올 사용으로 인해 슬러지의 성상이 일반 하수슬러지와는 다른 제거 및 침전특성을 나타내었는데, 슬러지의 특성에 추가적 인 연구가 필요할 것으로 판단된다. 도출된 동역학적인자는 RO 농축수 처리를 위한 공정 설계시 적용공정에 따른 포기조 및 무산소조의 용량을 설계하는데 유용한 자료가 될 것으로 판단된다.
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