[논문]알루미늄 부식 반응조를 조합한 MLE공정에서 하수의 질소와 인 제거

박상일; 최형일; 정경훈; 박대훈

doi:10.5322/jesi.2013.22.11.1383

알루미늄 부식 반응조를 조합한 MLE공정에서 하수의 질소와 인 제거
Nitrogen and Phosphorus Removal from Domestic Wastewater by MLE Process Combined with Aluminum Corrosion Process 원문보기

Journal of environmental science international = 한국환경과학회지, v.22 no.11, 2013년, pp.1383 - 1388

박상일 (조선대학교 환경공학과) , 최형일 (조선대학교 환경공학과) , 정경훈 (조선대학교 환경공학과) , 박대훈 (주식회사 21세기환경)

Abstract ▼ AI-Helper

The pilot plant experiment was performed to investigate phosphorus and nitrogen removal from domestic wastewater by MLE process combined with aluminum corrosion reactor. When operating 0.5Q and 1Q to internal recycle and sludge recycle in the MLE process, the effluent $COD_{Mn}$ concentration of internal recycle 0.5Q were higher than internal recycle 1Q, the removal efficiency rates of $NH_3$-N in the internal recycle 0.5Q were was higher than internal recycle 1Q. Denitrification rates were about 86.8% in internal recycle and sludge recycle 0.5Q. When operating 0.5Q to internal recycle and sludge recycle in the MLE process, the removal efficiency rates of total nitrogen was the highest. The removal efficiency rates of total phosphorus was about 91.5% in the aluminum corrosion reactor.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서 MLE공정(Pilot plant, 50 ton/day)을 이용하여 질소와 인 제거를 위한 최적의 반송율 선정과 MLE공정 후단에 알루미늄 부식 반응조에서 인을 제거한 결과는 다음과 같다.

제안 방법

MLE공정에서 내부반송과 슬러지반송율을 각각 0.5 ∼ 1Q로 조정하였으며 각 반응조에서의 T-N, T-P, NH3-N, NO3-N의 변화를 검토하였고 T-P 제거율은 알루미늄 부식 반응조의 효율을 검토하기 위하여 1차침전조의 방류수와 2차침전조의 방류수 농도를 비교하였다.
본 연구에서는 Cheong 등(2005)이 수행한 이종금속부식 원리를 이용하여 염화물이 존재하는 수용액에서 알루미늄판의 부식으로 용출된 알루미늄이온에 의해 하수 중의 인을 제거하는 공정을 업그레이드하여 MLE 공정에 조합하였으며, MLE 공정에서 반송율 변화에 따른 질소와 인 제거율과 알루미늄 부식 반응조에서 인 제거율을 검토하여 하수의 질소와 인의 동시 제거를 검토하였다.
알루미늄 부식 반응조는 Park 등(2011)이 수행한 회분식 실험의 결과를 기초로 원통형으로 제작하였고 알루미늄제선(2T, 1000계열)과 동선(2T, T/P계열)을 각각 16,666.7 m를 꼬아서 사용하였으며 침전물이 달라붙는 현상을 방지하기 위해 브러쉬를 설치하였다(Fig. 2).

대상 데이터

Pilot plant 운전기간은 2011년 7월, 8월동안 안정화기간을 거쳐 2011년 9월부터 2012년 3월까지 7개월간 실험을 수행하였다. MLE공정에서 내부반송과 슬러지반송율을 각각 0.
Pilot plant는 무산소조, 포기조, 1차침전조, 인제거조(알루미늄 부식 반응조), 2차침전조로 구성되었으며 공정도는 Fig. 1과 같다. 용량은 50 ton/day이며 MLE 공정에서 MLSS는 무산소조 3500 ∼4500 mg/L, 포기조 2500 ∼3500 mg/L, 외부반송 4000 ∼7000 mg/L 이다.
본 실험에 사용된 하수는 K하수종말처리장에 유입되는 하수이며 Table 1과 같이 COD_Mn의 평균 농도는 64.5 mg/L이고 T-N의 평균 농도는 32.9 mg/L, T-P의 평균 농도는 3.0 mg/L이다.

이론/모형

5 ∼ 1Q로 조정하였으며 각 반응조에서의 T-N, T-P, NH₃-N, NO₃-N의 변화를 검토하였고 T-P 제거율은 알루미늄 부식 반응조의 효율을 검토하기 위하여 1차침전조의 방류수와 2차침전조의 방류수 농도를 비교하였다. 각 측정항목은 수질오염공정 시험법에 따라 분석하였다(Kim, 1999).

성능/효과

1. 외부반송 1Q보다 외부반송 0.5Q일 때 1차침전조에서 CODMn 유출수 농도는 높았으며 외부반송과 내부반송 0.5Q일 때 CODMn 유출수 농도는 8 ∼ 9.2 mg/L로 다른 조건에서 보다 농도가 높았으나 상대적으로 유입수의 농도가 높아서 제거율은 향상되었다.
2. 포기조 NH3-N 농도는 0.1 ∼ 4.4(평균 2.0) mg/L이고 내부반송 0.5Q일 때 질산화율은 95.5%(외부반송 1Q)와 98.3%(외부반송 0.5Q)로 증가하였으며 내부반송과 외부반송이 0.5Q일 때 포기조에서 NH3-N 농도는 0.3 ∼ 0.5 mg/L를 유지하였다.
3. 무산소조 NO3-N 농도는 0.2 ∼ 0.6(평균 0.4)mg/L이다.
4. 1차침전조 유출수 T-N 농도는 4.8 ∼ 10.8(평균 8.2) mg/L이며 외부반송이 0.5Q일 때 외부반송 1Q일때 보다 T-N 제거율은 높았으며 내부반송과 외부반송이 0.5Q일 때 1차침전조 T-N 유출수 농도는 4.8 ∼5.7 mg/L이었다.
5. 알루미늄 부식 반응조에서 T-P 제거율은 운전기간동안 91.5%이고 방류수(2차침전조) T-P 농도는 0.13 ∼ 0.25(평균 0.18)를 유지하였고 ST-P 제거율은 94.2%, 농도는 0.08 ∼ 0.18(평균 0.13)이었다.
4)mg/L이다. 내부반송과 외부반송 0.5Q일 때 탈질율은 86.8%로 가장 높았고 외부반송이 1Q일 때 내부반송을 증가시키면 높아졌고 외부반송이 0.5Q일 때는 내부반송이 증가하면 탈질율은 감소하였다. 이는 내부 반송과 외부반송이 0.
본 Pilot plant 운전에서도 외부반송 1Q와 0.5Q 조건에서 내부반송 1Q보다 내부반송 0.5Q일 때 1차침전조에서 CODMn 유출수 농도는 높았고 외부반송과 내부반송 0.5Q일 때 상대적으로 유입수의 농도가 높아서 제거율은 높았으나 CODMn 유출수 농도는 8 ∼ 9.2 mg/L로 다른 조건에서 보다 농도가 높았다.
본 연구에서도 내부반송율이 1Q보다는 0.5Q일 때 질 산화율이 증가하였으며 내부반송과 외부반송이 0.5Q 일 때 포기조에서 NH3-N 농도는 0.3 ∼ 0.5 mg/L를 유지하였다.
3) mg/L이다. 생물학적처리(MLE공정)에서 반송율에 따른 COD_Mn 제거율은 외부반송 (Sludge recycle) 1Q일 때 내부반송(Internal recycle) 1Q에서 85.5% 내부반송을 0.5Q로 감소시키면 85.9%이고, 외부반송 0.5Q일 때 내부반송 1Q에서는 86.8% 내부반송을 0.5Q로 감소시키면 88.9%이었다.
9) mg/L이다. 생물학적처리에서 반송율에 따른 NH₃-N 질산화율은 외부반송 1Q일때 내부반송 1Q에서는 85.6% 내부반송을 0.5Q로 감소시키면 95.5%이고, 외부반송 0.5Q일 때 내부반송 1Q에서 89.0% 내부반송을 0.5Q로 감소시키면 98.3%이었다.
8) mg/L이다. 생물학적처리에서 반송율에 따른 NO3-N 탈질율은 외부반송 1Q일 때 내부 반송 1Q에서 78.7% 내부반송을 0.5Q로 감소시키면 73.6%이고, 외부반송 0.5Q일 때 내부반송 1Q에서 81.9%이며 내부반송을 0.5Q로 감소시키면 86.8%로 내부반송과 외부반송 0.5Q일 때 가장 높았다.
2) mg/L이다. 생물학적처리에서 반송율에 따른 T-N 제거율은 외부반송 1Q일 때 내부반송 1Q에서 69.6%이고 내부반송을 0.5Q로 감소시키면 69.1%이며, 외부반송 0.5Q일 때 내부반송 1Q에서 73.8% 내부반송을 0.5Q로 감소시키면 82.7%로 제거율이 가장 높았다. 외부반송이 0.
2) mg/L이다. 생물학적처리에서 반송율에 따른 T-P 제거율은 외부반송과 내부반송 1Q일 때 48.1%로 가장 높았고 외부반송과 내부반송 0.5Q일 때 11.3%로 가장 낮았다. 알루미늄 부식 반응조에서 T-P 제거율은 운전기간동안 91.
알루미늄 부식 반응조에서 T-P 제거율은 운전기간동안 91.5%이고 방류수(2차침전조) T-P 농도는 0.13∼ 0.25(평균 0.18)를 유지하였고 ST-P 제거율은 94.2%, 농도는 0.08 ∼ 0.18(평균 0.13)이었다.
외부반송이 0.5Q일 때 외부반송 1Q일 때 보다 T-N 제거율은 높았으며 내부반송과 외부반송이 0.5Q일 때 1차침전조 T-N 농도는 4.8 ∼ 5.7 mg/L이었다.
유입하수의 CODMn 농도는 38 ∼ 96(평균 64.5) mg/L 이며 무산소조, 포기조, 1차침전조 CODMn 농도는 각각 7.6 ∼ 10.8(평균 9.0), 7.4 ∼ 9.4(평균 8.4) 그리고 7.0 ∼ 10.0(평균 8.3) mg/L이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	중․소규모 오수처리시설에 적합한 인 제거 기술로 응집제 성분인 알루미늄제나 철제를 이용하는 것은 어떤 시스템인가?	중․소규모 오수처리시설에 적합한 인 제거 기술로 응집제 성분인 알루미늄제나 철제를 이용한 연구개발이 수행되고 있으며, 이것은 전기화학적으로 금속을 용해시켜 발생되는 금속이온과 수중의 인을 반응시켜 제거하는 시스템이다. Groterud와 Smoczynski(1986)는 전기분해를 이용한 인 제거에서 철 전극보다는 알루미늄 전극을 사용하였을 때 인 제거율이 향상되었음을 보고하였고 Iyo 등(1996)은 알루미늄 접촉제를 이용한 소형 합병처리 정화조의 처리성능에 관한 연구 및 소형 합병처리 정화조의 처리기능의 고도화에 관한 연구에서 알루미늄판을 합병처리 정화조의 접촉 폭기조에 설치하였을 때 합성폐수 및 실제하수 중의 인이 효율적으로 제거됨을 보고하였다.
	MLE공정을 이용하여 질소와 인 제거를 위한 최적을 반송율 선정과 MLE공정 후단에 알루미늄 부식 반응조에서 인을 제거한 결과는?	1. 외부반송 1Q보다 외부반송 0.5Q일 때 1차침전조에서 CODMn 유출수 농도는 높았으며 외부반송과 내부반송 0.5Q일 때 CODMn 유출수 농도는 8 ∼ 9.2 mg/L로 다른 조건에서 보다 농도가 높았으나 상대적으로 유입수의 농도가 높아서 제거율은 향상되었다. 2. 포기조 NH3-N 농도는 0.1 ∼ 4.4(평균 2.0) mg/L이고 내부반송 0.5Q일 때 질산화율은 95.5%(외부반송 1Q)와 98.3%(외부반송 0.5Q)로 증가하였으며 내부반송과 외부반송이 0.5Q일 때 포기조에서 NH3-N 농도는 0.3 ∼ 0.5 mg/L를 유지하였다. 3. 무산소조 NO3-N 농도는 0.2 ∼ 0.6(평균 0.4)mg/L이다. 내부반송과 외부반송 0.5Q일 때 탈질율은 86.8%로 가장 높았고 외부반송이 1Q일 때 내부반송을 증가시키면 높아졌고 외부반송이 0.5Q일 때는 내부반송이 증가하면 탈질율은 감소하였다. 이는 내부 반송과 외부반송이 0.5Q일 때 질산화율이 가장 높고 1차침전조에서 탈질이 진행되어 질소를 제거 할 수 있는 최적의 조건이 이루어진 것으로 사료된다. 4. 1차침전조 유출수 T-N 농도는 4.8 ∼ 10.8(평균 8.2) mg/L이며 외부반송이 0.5Q일 때 외부반송 1Q일때 보다 T-N 제거율은 높았으며 내부반송과 외부반송이 0.5Q일 때 1차침전조 T-N 유출수 농도는 4.8 ∼5.7 mg/L이었다. 5. 알루미늄 부식 반응조에서 T-P 제거율은 운전기간동안 91.5%이고 방류수(2차침전조) T-P 농도는 0.13 ∼ 0.25(평균 0.18)를 유지하였고 ST-P 제거율은 94.2%, 농도는 0.08 ∼ 0.18(평균 0.13)이었다.
	중소규모 하수처리장에서 총인을 제거하기 위해서는 무엇이 필요한가?	정부에서는 강화된 총인 규제치를 만족시키기 위해 응집제 사용을 권장하고 있으나 총인처리시설의 설치비와 운전관리의 어려움 때문에 대규모하수처리장에만 적용될 우려가 있다. 중소규모 하수처리장에서 총인을 제거하기 위해서는 약품비 및 슬러지처리, 운전비, 유지관리비 등을 만족할 수 있는 공법이 필요한 실정이다. 또한, 각 시군 및 지방자치단체 하수처리시설 공법 공모 시 공공시설의 신기술 적용 촉진을 위한 업무처리규정(환경부훈령 제 682호, 2006.

참고문헌 (7)

Korean Journal of Environmental Health Sciences 25 70 1999
Journal of the Environmental Sciences international 9 95 2000
정경훈, 최형일, 정오진, 박상일, 김우항. 알루미늄 부식을 조합한 간헐폭기 활성슬러지 공정에서 질소와 인의 동시 제거. 한국환경과학회지 = Journal of the environmental sciences, vol.14, no.7, 675-681.

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JKSWW 15 325 2001
Water Res. 20 667 1986

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J. Water Waste 38 24 1996
J. Water Waste 38 24 1996

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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