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문제 정의
- 본 연구에서는 생활오수, 산업용폐수, 축산폐수에서 발생하는 질산성화합물, 난분해성 화합물 및 중금속을 효과적으로 고도처리하기 위한 방법으로서 막분리법과 다공 전극형 전기분해법을 조합한 하⋅폐수의 고도처리 기술을 연구함으로써 본 연구기술의 효율성을 조사하고자 하였다.
제안 방법
- COD와 T-N은 수질분석기(HS2300 Plus, Humas Co.)와 HS-COD-LR 및 HS-TN(CA)-L 키트를 이용하여 방류수의 수질을 분석하였으며, T-N의 경우는 NO3-N, NO2-N, NH3-N에 대한 세부항목은 고려하지 않고 측정하였다. SS는 수질분석법에 따라 측정하였다[16].
- 본 연구에서는 표준 활성슬러지법이 적용되고 있는 C산단 종말폐수 처리장 내에서 실 운전을 한 달간에 걸쳐 수행하였다. 공정은 제시된 Fig. 2와 같이１차 폭기조에 프레임을 침지시켜 막분리조를 구성하였다. 프레임은 2.
- 그리고 순수플럭스를 25°C에서 0.5∼1.5 kg/cm2의 압력을 가하여 측정하였다.
- 4 L/min의 유속을 유지하였고, 흡인압력은 -50∼ 0 cmHg에서 운전을 수행하였다. 막의 오염을 줄이기 위해 10분 운전 3분 휴지의 간헐운전을 병행하였다. 이를 일정시간 유지시킨 다음, 막분리조의 간헐운전 속도에 맞추어 전기분해장치로 주입하고 전기분해반응을 유도한 후 최종처리수로 방류하였다.
- Table 2에 각 공정에 따른 운전조건을 기술하였다. 방류된 처리수는 샘플을 수집하여 COD, SS, T-N을 측정하였다. 비교를 위하여 활성슬러지법, 막분리법, 제안 공정에서의 각각의 수질을 분석하였다.
- 이후 처리수는 평판형 MF분리막을 통하여 여과되어지고 처리된 여과수는 다공성 전극 전기분해장치를 거침으로써 양질의 수자원을 확보하게 된다. 분리막 여과공정에 있어서는 유기물(BOD)와 부유물(SS)를 제거하여 다공성 전기분해 장치의 전극에서 오염물로 발생할 수 있는 전극폐쇄 효과를 최소화하도록 하였고 다공성 전극 전기분해공정에서는 오염 물질 중 선 공정에서 처리되지 않은 유기오염물질을 양극에서 발생하는 수산라디칼 혹은 산소라디칼에 의해 산화 분해되도록 하였으며, 중금속계통의 오염물질은 음극에서 발생하는 수소라디칼 혹은 그 대전체를 통하여 흡착되어 환원되어짐으로써 연속적인 공정이 행해질 수 있도록 하였다. 본 연구에서는 표준 활성슬러지법이 적용되고 있는 C산단 종말폐수 처리장 내에서 실 운전을 한 달간에 걸쳐 수행하였다.
- 방류된 처리수는 샘플을 수집하여 COD, SS, T-N을 측정하였다. 비교를 위하여 활성슬러지법, 막분리법, 제안 공정에서의 각각의 수질을 분석하였다.
- 생활오수, 산업용폐수 및 축산폐수에 포함되어 있는 난분해성 유기물, 질소화합물을 생물학적 처리와 연계한 막분리/다공 전극형 전기분해 하이브리드 공정을 제안하고 적용하였으며 아래와 같은 결과를 얻었다.
- 여과막의 제조는 멤브레인 20권 2호 135∼141쪽[15]에 기술되어 있는 방법에 의해 제조하였고 이에 대한 형태구조학적 특성은 SEM사진을 통하여 관찰하였다.
- 막의 오염을 줄이기 위해 10분 운전 3분 휴지의 간헐운전을 병행하였다. 이를 일정시간 유지시킨 다음, 막분리조의 간헐운전 속도에 맞추어 전기분해장치로 주입하고 전기분해반응을 유도한 후 최종처리수로 방류하였다. Table 2에 각 공정에 따른 운전조건을 기술하였다.
- 형태구조학적 특성은 FT-SEM spectroscopy를 통하여 관찰하였으며 Fig. 3은 제조된 막의 이미지이다. 제조된 막은 약 0.
대상 데이터
- 분리막 여과공정에 있어서는 유기물(BOD)와 부유물(SS)를 제거하여 다공성 전기분해 장치의 전극에서 오염물로 발생할 수 있는 전극폐쇄 효과를 최소화하도록 하였고 다공성 전극 전기분해공정에서는 오염 물질 중 선 공정에서 처리되지 않은 유기오염물질을 양극에서 발생하는 수산라디칼 혹은 산소라디칼에 의해 산화 분해되도록 하였으며, 중금속계통의 오염물질은 음극에서 발생하는 수소라디칼 혹은 그 대전체를 통하여 흡착되어 환원되어짐으로써 연속적인 공정이 행해질 수 있도록 하였다. 본 연구에서는 표준 활성슬러지법이 적용되고 있는 C산단 종말폐수 처리장 내에서 실 운전을 한 달간에 걸쳐 수행하였다. 공정은 제시된 Fig.
이론/모형
- )와 HS-COD-LR 및 HS-TN(CA)-L 키트를 이용하여 방류수의 수질을 분석하였으며, T-N의 경우는 NO3-N, NO2-N, NH3-N에 대한 세부항목은 고려하지 않고 측정하였다. SS는 수질분석법에 따라 측정하였다[16].
성능/효과
- 1) SS제거율은 제안공정, 막분리공정, 활성슬러지 단독공정에서 각각 약 100%, 약 100%, 약 90%였고 막분리 하이브리드 공정만으로도 부유물질이 충분히 제거됨을 나타내고 있었다.
- 2) COD 제거효율은 제안공정 약 92%, 막분리공정 약 84%, 활성슬러지 단독공정 약 75%였으며 이는 COD의 제거에 있어서 막분리 하이브리드 공정은 SS분의 제거를 통한 COD와 SS 이외의 유기물질이 소량제거되었음을 보였고 전기분해 하이브리드 공정에 있어서는 유기물질의 산화반응을 통한 분해로 높은 제거효율을 보였다.
- 3) T-N의 제거효율은 제안공정 약 88%, 막분리공정 약 67% 활성슬러지 단독공정 약 58%였으며, T-N의 제거에 있어서는 막분리 하이브리드 공정은 SS분에 포함된 부분과 소량의 유기물에 포함된 부분이 제거되고 있는 반면 전기분해 공정에 있어서는 유기물질의 산화분해반응으로 인한 높은 제거효율을 나타내고 있었다.
- 5와 6으로부터 계산된 SS의 제거율은 활성슬러지법에 의하여 처리된 처리수의 경우 약 90∼95%인 반면, 막분리공정에 의하여 처리된 처리수의 경우 Fig. 9에 표시한바와 같이 거의 100%에 상당하는 제거율을 보였다.
- 다음으로 막공정을 거친 처리수는 막공정에서 처리되지 않은 용존성 COD를 전기분해에 의한 산화작용으로 처리됨으로써 보다 높은 제거효율을 나타내었다. T-N의 경우에 있어서는 Fig. 8에서 보는 바와 같이 활성슬러지법 단독으로는 평균 35 mg/L의 불안전한 처리공정을 보여 주고있는 반면 막분리공정이 연계된 경우는 평균 10 mg/L의 수치를 나타었고, Fig. 9에서 표시한 바와 같이 활성 슬러지공정은 58%의 제거효율을 보이는 반면 막분리공정 67% 제안공정에서는 88%까지 그 제거효율을 높이고 있음을 나타내고 있다. 이러한 제거효율 경로는 SS에 포함된 질소성분이 효과적으로 배제된 것으로 추측할 수 있으며, 전기분해 장치가 연계된 경우 평균 5 mg/L의 안정된 처리 수질로부터 전기분해장치에 의해 질산성 성분이 효율적으로 분해됨을 알 수 있다.
- 즉 활성 슬러지공정에 의해서 제거된 COD는 막분리공정으로 SS를 효과적으로 배제함으로써 COD가 관여한 SS성분의 제거를 통한 처리효율의 상승효과로 해석될 수 있다. 다음으로 막공정을 거친 처리수는 막공정에서 처리되지 않은 용존성 COD를 전기분해에 의한 산화작용으로 처리됨으로써 보다 높은 제거효율을 나타내었다. T-N의 경우에 있어서는 Fig.
- 7∼9)에서 보는 바와 같이 막분리공정을 통하여 처리된 1차 처리수는 표준 활성슬러지법에 의하여 처리된 처리수에 비하여 한층 수질이 향상되었음을 보여주고 있다. 더욱이 다공 전극형 전기분해장치를 통과한 최종 처리수는 COD 및 T-N이 현저히 저하되고 있음을 보여주고 있다. 본 처리공정은 30일간에 걸친 안정된 운전 결과로부터 시스템의 안정성을 나타내었다.
- 이는 막분리공정에 의한 처리수가 전기분해장치로 유입되는 경우, 다공성 전극의 공경폐쇄를 억제할 수 있어, 전기분해능력의 극대화 및 연속운전이 가능토록 해주게 됨을 예측할 수 있다. 또한 막분리 공정에서 차압의 상승이 30일에 걸쳐 아주 완만한 속도로 증가되었고 1개월간 막의 세척이 없이도 운전이 가능하였다. 이는 중공사막을 사용하는 경우 1개월 동안에 일반세정 및 역세척을 수회 실시하고, 필요시 약품세정을 실시하여야 하는 것과는 대조적인 것으로, 세정으로 인한 연속공정의 빈번한 단락을 평판형 막을 사용하여 감소시킬 수 있음을 보여주고 있다.
- 는 음극에서 반응하여 질소가스로 전환, 방출되게 된다. 본 연구에서 T-N의 효율적인 제거 또한 상기의 메커니즘이 관여되었음을 알 수 있다. 그러나 이 반응(NO3- )에서 표준산화 퍼텐셜(산화 전극전위차)의 정량적인 고찰은 수행하지 못하였다.
- 더욱이 다공 전극형 전기분해장치를 통과한 최종 처리수는 COD 및 T-N이 현저히 저하되고 있음을 보여주고 있다. 본 처리공정은 30일간에 걸친 안정된 운전 결과로부터 시스템의 안정성을 나타내었다. 이는 서두에서 언급한 바와 같이 난분해성 질산성화합물이 전기분해에 의하여 효과적으로 처리되었음을 증명하고 있으며 다음의 메커니즘을 따르고 있음을 예측할 수 있다[13].
- 9에서 표시한 바와 같이 활성 슬러지공정은 58%의 제거효율을 보이는 반면 막분리공정 67% 제안공정에서는 88%까지 그 제거효율을 높이고 있음을 나타내고 있다. 이러한 제거효율 경로는 SS에 포함된 질소성분이 효과적으로 배제된 것으로 추측할 수 있으며, 전기분해 장치가 연계된 경우 평균 5 mg/L의 안정된 처리 수질로부터 전기분해장치에 의해 질산성 성분이 효율적으로 분해됨을 알 수 있다. 상기의 결과(Figs.
- 4에 표시하였다. 플럭스는 압력에 따라 선형적으로 증가하며 이는 부유물이 존재하는 폐수에서 효과적으로 부유물을 제거함과 동시에 MF의 전형적인 플럭스를 나타내므로 본 연구에 적합한 특성막이 제조되었음을 보여주고 있다.
- 다음으로 전기분해공정이 관여된 경우는 평균 8 mg/L의 수치를 보여 주었다. 한편 Fig. 9에는 각각의 공정에 대한 COD효율을 나타내 었고 활성슬러지공정만으로는 75%의 제거효율을 막분리공정에 의해 84% 최종 제안된 공정으로는 92%까지 높은 제거효율을 보이고 있었다. 이러한 제거효율의 경로는 아래와 같이 설명될 수 있다.
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