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문제 정의
- 따라서 가축분뇨 공공처리시설 및 개별농가에서도 적용이 가능하도록 경제적이고 운영이 비교적 쉽고 간단하며 부지가 적게 소요되는 컴팩트한 처리시설의 개발이 절실히 요구되고 있다. 가축분뇨의 고농도 부하도 안정적으로 처리하며 발생되는 슬러지도 퇴비화 가능한 처리 공정을 개발하는 것이 본 연구의 목적이다.
제안 방법
- 1) 가축분뇨처리와 처리과정에서 발생되는 잉여슬러지 및 NF/RO 농축수도 처리하여 공공처리시설 및 개별농가에서도 적용이 가능하며 Table 1에서 제시한 기존 공공처리시설보다 공정이 간단하고 부지가 적게 소요되는 컴팩트한 처리 시설을 Fig. 9와 같이 개발하였다.
- NF/RO 공정에서 발생된 농축수에는 고농도의 질산염과 난분해성 유기물이 함유되어 있다. 따라서 탈질공정을 거쳐 질소 제거를 위해 탈질조에 MBR 잉여슬러지와 NF/RO 농축수를 혼합하고 외부탄소원을 투입하였다. MBR잉여슬러지는 연속적으로 투입되고 NF/RO농축수는 NF/RO가 운전되는 격일로 유입된다.
- 무기응집제로 염화 제2철(FeCl3) 사용시 많은 알카리도가 소비되며 이 과정에서 CO2 가스가 다량 발생되어 슬러지가 부상하여 후단의 가압부상설비의 효율을 높여준다. 유입수 라인에 보조응집제로 폴리머를 투입하여 응집효율을 높였다. 약품응집처리 공정 조건 및 가압부상조의 제원은 Table 6, 7에 각각 나타내었다.
- 탈질공정을 거친 NF/RO 농축수, MBR 잉여슬러지 혼합액은 MLSS농도가 8,000~9,000 mg/L 이상으로 침전으로 고액 분리가 어렵기 때문에 응집처리 후 가압부상공정을 선택하였다. 무기응집제로 염화 제2철(FeCl3) 사용시 많은 알카리도가 소비되며 이 과정에서 CO2 가스가 다량 발생되어 슬러지가 부상하여 후단의 가압부상설비의 효율을 높여준다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 안성시 소재 M 양돈농가 모돈의 분과 뇨 혼합액을 응집제가 투입되는 벨트프레스에서 탈수한 탈리액을 유입원수로 사용하였으며, 2012년 1월부터 10월까지의 유입유량 및 오염물질 분석결과는 Table 2와 같다. 처리 대상수의 수온은 최저 7.
이론/모형
- 본 연구의 모든 수질 분석방법은 공정시험법 및 Standard Method (1998, USA)에 준하게 실험을 진행하였으며, HACH사의 DR 5000을 활용하였다.
성능/효과
- 2) 탈수공정을 거친 가축폐수는 CODcr 29,200 mg/L, BOD 12,985 mg/L, SS 606 mg/L, T-N 2,274 mg/L, T-P 32.5 mg/L 의 농도를 지니며 MBR/NF/RO로 처리하여 CODcr 13.7 mg/L, T-N 28.7 mg/L, T-P 0.7 mg/L로 처리된다. NF/RO농축수는 MBR슬러지와 함께 탈질/응집가압부상되어 CODcr 41.
- 3) 분리막의 평균 유입유량은 2.7 m3/hr였으며, 304일 운전기간동안 CIP없이 유지세정만으로 TMP 0.18~0.22 kgf/cm2으로 평균 TMP 0.20 kgf/cm2을 유지하였으며, Flux는 평균 12.0 LMH로 11.6~13.8 LMH로 안정적으로 운전이 가능하였다.
- 4) NF/RO유입수의 전도도는 10,000 uS/cm로 매우 높은 수준이나 평균 유입압력은 11 kgf/cm2으로 운전기간 동안 안정적으로 유지되었으며, 회수율은 75.2~78.9%로 평균 77.0%로 일정하게 나타났다.
- 5) 가축분뇨는 축산농가가 발생자 처리 원칙에 따라 직접 처리하는 것이 바람직하나 농경지확보가 곤란한 농가는 지원화처리가 어렵다
- 또한 한 양돈농가에서는 “말할 수는 없지만 알게 모르게 불법으로 처리하는 경우도 많다”고 밝혔다.6) 고액분리시설을 갖추지 않는 농가도 많아 가축분뇨를 톱밥/왕겨와 섞어 퇴비화 하는 농가가 증가하는데 이에 따라 퇴비화비용이 증가하고 양돈가격 하락으로 농가의 경제적 어려움이 가중되고 있다.
- CODcr는 평균 26,155 mg/L이며 SCODcr의 경우 평가기간 동안 24,500 mg/L~38,640 mg/L으로 유입되며, 최종방류수의 농도는 평균 34.7 mg/L로 안정적으로 배출되었다. SCODcr 처리효율 및 농도변화를 Table 8 및 Fig.
- MBR의 질소제거율은 Fig. 5와 같이 평균 93.2%로 90.2~97.9%의 범위로 보였으며, 90% 이상의 효율을 보였다. 고농도 유기물의 산화과정에서 발생하는 열로 인해 겨울에도 높은 수온이 유지된다.
- 1에 나타내었다. MBR의 호기조의 MLSS는 평균 8,000 mg/L이며 HRT 20일, SRT 106일로 유지되었다.
- NF/RO농축수의 T-N농도는 평균 222.6 mg/L이며 잉여슬러지와 혼합하여 약 200~210 mg/L의 농도로 후탈질조에 희석되고 외부탄소원 주입에 의한 탈질 이후 T-N은 평균 98.6 mg/L이며, 가압부상처리 후 평균 44.7 mg/L로 나타났다. 가압부상처리수는 NF/RO처리수와 혼합되어 최종방류되며 이때의 T-N농도는 42.
- NF/RO유입수의 전도도는 10,000 uS/cm로 매우 높은 수준이나 평균 유입압력은 11 kgf/cm2으로 운전기간 동안 안정적으로 유지되었으며, 회수율은 75.2~78.9%로 평균 77.0%로 일정하게 나타났다.
- T-N농도는 평균 2,274 mg/L(용존 T-N 1,927 mg/L)로 유입된 후 생물반응조에서 질산화/탈질 과정을 거쳐 최종 UF 처리수는 120 mg/L, NF/RO 생산수의 경우 28.7 mg/L로 나타났다.
- TMP 0.18~0.22 kgf/cm2으로 평균 TMP 0.20 kgf/cm2을 유지하였으며, Flux는 평균 12.0으로 11.6~13.8 LMH로 안정적으로 운전이 가능하였다. Fig.
- RO막은 공경이 매우 작아 1가 이온까지 99% 이상 제거가 가능하지만 고농도의 폐수를 처리할 경우 높은 압력을 필요로 한다. 따라서 1단 내 NF막과 RO막을 2 : 1 비율로 장착한 NF/RO공정을 선정하여 NF막에서는 1가 이온 제거율을 낮게 하고 높은 여과 속도를 유지하게 하며, RO막에서는 오염물질을 고도로 처리함으로써 처리수 수질을 향상시켜 결과적으로 처리수의 수질과 회수율을 동시에 달성할 수 있도록 하였다. 이렇게 함으로써 적정수질 달성은 물론이고 회수율을 향상(농축수 발생량 감소)시킬 수 있다.
- 유입수의 T-N은 평균 2,274 mg/L이며 용존 T-N의 경우 유입수는 1,140 mg/L~2,760 mg/L 범위로 유입되며, 방류수 농도는 평균 42.2 mg/L로 안정적으로 배출되었다. T-N 처리효율 및 농도변화를 Table 9 및 Fig.
- 유입수의 T-P은 평균 55.7 mg/L이며 용존 T-P 농도는 8.0 mg/L~106 mg/L로 유입되었으며 최종방류수의 농도는 평균 0.8 mg/L으로 안정적으로 배출되었다. T-P 처리효율 및 농도변화를 Table 10 및 Fig.
- 의 농도를 Table 11에 나타냈다. 유입수의 평균 농도는 26,155 mg/L이며, 생물반응조인 무산소조와 호기조의 평균 농도는 1,955 mg/L, 680 mg/L이며, UF처리수와 NF/RO처리수의 평균 농도는 566.4 mg/L, 13.7 mg/L로서 각각 97.8%, 99.9%의 제거효율 보였다.
- 본 연구에서는 안성시 소재 M 양돈농가 모돈의 분과 뇨 혼합액을 응집제가 투입되는 벨트프레스에서 탈수한 탈리액을 유입원수로 사용하였으며, 2012년 1월부터 10월까지의 유입유량 및 오염물질 분석결과는 Table 2와 같다. 처리 대상수의 수온은 최저 7.0, 최대 27.1℃로 평균 17.0℃, pH는 7.1~8.1로 평균 7.6으로 측정되었다. 평균 유입농도는 BOD는 12,985 mg/L, CODcr은 29,200 mg/L CODmn은 2,658 mg/L, SCODcr은 26,155 mg/L, SS는 606 mg/L로 분석되었다.
- NF/RO농축수의 경우 평균 농도는 744 mg/L로 나타났으며, 잉여슬러지와 혼합하여 탈질을 거친 유기물 평균농도 524 mg/L로 나타났다. 최종방류수의 SCODcr의 평균 농도는 34.7 mg/L이며, BOD 농도는 1.6 mg/L로 나타났다.
- 3 mg/L로 나타났다. 최종방류수의 농도는 0.8 mg/L로 공공처리장 방류수 수질기준 8 mg/L 이하보다 매우 낮은 수준을 유지하는 것으로 나타났다.
- 6으로 측정되었다. 평균 유입농도는 BOD는 12,985 mg/L, CODcr은 29,200 mg/L CODmn은 2,658 mg/L, SCODcr은 26,155 mg/L, SS는 606 mg/L로 분석되었다. T-N 및 T-P는 각각 2,274 mg/L, 56 mg/L로 분석되었다.
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