주류를 제외한 과일 및 탄산음료 등을 제조하는 비알코올성 음료품 제조시설에서 발생되는 폐수는 높은 농도의 유기물과 낮은 농도의 질소, 인 등을 함유한다. 이러한 폐수의 처리 시설은 주로 호기성 공정과 약품응집 공정으로 구성하고 후단에 사여과지 또는 활성탄 공정을 추가하기도 한다. 하지만 이러한 방식은 긴 체류시간과 침전지 설치로 인해 많은 부지를 필요로 하는 문제가 있다. 본 연구에서는 부지소요 문제와 슬러지 유출로 인한 수질저하 문제를 해결하고자 W식품공장 폐수처리장 인근에 MBR pilot plant를 설치하고 장기간 운영을 통해 데이터를 확보하고 처리 효율을 평가하였다. 약 3개월간 음료수 제조공정 폐수를 평막을 적용한 MBR pilot plant로 운전조건을 변화하며 처리한 결과, 처리유량 $20m^3/day$, HRT 29 hr, 4Q 반송조건까지는 유기물 제거율 97% 이상으로 안정적인 처리가 가능했다. 하지만 그 이상의 운전조건에서는 생물반응조의 오염물질 제거율이 감소하였고 TMP가 급격히 증가하는 모습을 보였다.
주류를 제외한 과일 및 탄산음료 등을 제조하는 비알코올성 음료품 제조시설에서 발생되는 폐수는 높은 농도의 유기물과 낮은 농도의 질소, 인 등을 함유한다. 이러한 폐수의 처리 시설은 주로 호기성 공정과 약품응집 공정으로 구성하고 후단에 사여과지 또는 활성탄 공정을 추가하기도 한다. 하지만 이러한 방식은 긴 체류시간과 침전지 설치로 인해 많은 부지를 필요로 하는 문제가 있다. 본 연구에서는 부지소요 문제와 슬러지 유출로 인한 수질저하 문제를 해결하고자 W식품공장 폐수처리장 인근에 MBR pilot plant를 설치하고 장기간 운영을 통해 데이터를 확보하고 처리 효율을 평가하였다. 약 3개월간 음료수 제조공정 폐수를 평막을 적용한 MBR pilot plant로 운전조건을 변화하며 처리한 결과, 처리유량 $20m^3/day$, HRT 29 hr, 4Q 반송조건까지는 유기물 제거율 97% 이상으로 안정적인 처리가 가능했다. 하지만 그 이상의 운전조건에서는 생물반응조의 오염물질 제거율이 감소하였고 TMP가 급격히 증가하는 모습을 보였다.
Manufacturing facility for non-alcoholic drink, the parts of the food industry, disposes wastewater which includes high organic concentration and low nitrogen, phosphorus concentration. For this kind of wastewater, the treatment plant consists mainly of aerobic reactor and chemical coagulation proce...
Manufacturing facility for non-alcoholic drink, the parts of the food industry, disposes wastewater which includes high organic concentration and low nitrogen, phosphorus concentration. For this kind of wastewater, the treatment plant consists mainly of aerobic reactor and chemical coagulation process. And sand-filter or activated carbon process is normally installed further. However, aerobic reactor must have long HRT to treat high concentration of organic contaminant included in this wastewater, so the large site area is required. And settling tank which is normally applied for wastewater treatment facility has some problems such as water quality degradation caused by the sludge spill. To solve these problems, we applied MBR system for the wastewater. And the MBR pilot plant was installed nearby the wastewater treatment facility of W food factory and operated during long term to evaluate treatment efficiency. This plant was operated about 3 months and than the result was 97% of organic removal rate on conditions of flow rate $20m^3/day$, HRT 29 hr, recycle 4Q. However, contaminant removal ratio of bio-reactor decreased and TMP of membrane increased rapidly on more conditions.
Manufacturing facility for non-alcoholic drink, the parts of the food industry, disposes wastewater which includes high organic concentration and low nitrogen, phosphorus concentration. For this kind of wastewater, the treatment plant consists mainly of aerobic reactor and chemical coagulation process. And sand-filter or activated carbon process is normally installed further. However, aerobic reactor must have long HRT to treat high concentration of organic contaminant included in this wastewater, so the large site area is required. And settling tank which is normally applied for wastewater treatment facility has some problems such as water quality degradation caused by the sludge spill. To solve these problems, we applied MBR system for the wastewater. And the MBR pilot plant was installed nearby the wastewater treatment facility of W food factory and operated during long term to evaluate treatment efficiency. This plant was operated about 3 months and than the result was 97% of organic removal rate on conditions of flow rate $20m^3/day$, HRT 29 hr, recycle 4Q. However, contaminant removal ratio of bio-reactor decreased and TMP of membrane increased rapidly on more conditions.
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문제 정의
본 연구는 기존 음료수 제조공정 폐수 설비의 부지소요 문제와 슬러지 유출로 나타나는 수질저하 문제 등을 해결할 수 있는 효율적인 처리 공정을 확보하기 위해 c-PVC 재질의 평막을 장착한 MBR 시스템을 처리에 적용하고자 하였다. 이에 W식품 공장 폐수처리장 인근에 MBR pilot plant를 설치하고 운영하였으며 장기간 운영을 통해 데이터를 확보하고 처리 효율을 평가하였다.
제안 방법
대상폐수는 음료수 원액 또는 폐액으로 구성된 평균 CODCr 농도 1,524 mg/L의 고농도 유기폐수로 안정적인 실험 진행을 위해 처리유량 10 m3/day, 운영 flux 4 LMH (L/m2/hr)부터 점차적으로 처리유량을 증가시키며 실험을 진행하였다. 일반적으로 산업폐수는 각각의 폐수마다 함유된 오염물질과 농도가 다르기 때문에 생물 반응조 미생물 식종과 적응에 많은 시간이 소요된다.
보통 P사의 평막은 일반하수를 대상으로 설계 flux 20 LMH 정도로 운영하지만 본 연구의 대상폐수는 높은 농도의 유기물을 함유한 음료수 제조공정 폐수이고 이에 대한 해당 분리막의 적용사례가 많지 않기 때문에 비교적 낮은 flux인 4 LMH부터 운영하였다. 또한 대상 폐수가 생물학적 분해도가 높은 유기물을 다량 함유하고 있기 때문에 종속영양 미생물(Heterotrophic bacteria)의 빠른 성장속도를 고려하여 초기 SRT를 2.5일로 결정하였다.
본 연구는 대상폐수에 적합한 MBR pilot plant 운전 조건을 확보하기 위해 처리유량 및 운전 flux, SRT (Solid Retention Time), 반송량을 변화하며 실험을 진행하였다. 실험은 분리막 오염을 최소화하면서 MBR 처리용량 및 처리효율을 확인하기 위해 처리유량을 10 m3/day부터 단계적으로 증가시키며 진행하였다.
본 연구를 위해 처리유량 20 m3/day 규모의 MBR pilot plant를 W식품 공장 폐수처리장 인근 부지에 설치하였고 공장 내 폐수처리장과 동일한 다단폭기 공정을 적용하여 운영하였다.
본 연구에 사용된 MBR pilot plant는 높은 농도의 유기물과 낮은 농도의 질소, 인을 함유한 음료수 제조공정 폐수를 처리하기 위해 다단폭기 공정을 적용하였다. Fig.
본 연구는 대상폐수에 적합한 MBR pilot plant 운전 조건을 확보하기 위해 처리유량 및 운전 flux, SRT (Solid Retention Time), 반송량을 변화하며 실험을 진행하였다. 실험은 분리막 오염을 최소화하면서 MBR 처리용량 및 처리효율을 확인하기 위해 처리유량을 10 m3/day부터 단계적으로 증가시키며 진행하였다. Table 3에는 운영기간동안 MBR pilot plant의 운전조건을 나타내었다.
음료수 제조공정 폐수는 높은 농도의 유기물과 낮은 농도의 질소, 인을 함유하여 유기물 제거에 중점을 두고 연구를 수행했다. 운영기간 동안 본 연구에서 사용된 대상폐수의 평균농도는 CODCr 1,471 mg/L, T-N 7.
본 연구는 기존 음료수 제조공정 폐수 설비의 부지소요 문제와 슬러지 유출로 나타나는 수질저하 문제 등을 해결할 수 있는 효율적인 처리 공정을 확보하기 위해 c-PVC 재질의 평막을 장착한 MBR 시스템을 처리에 적용하고자 하였다. 이에 W식품 공장 폐수처리장 인근에 MBR pilot plant를 설치하고 운영하였으며 장기간 운영을 통해 데이터를 확보하고 처리 효율을 평가하였다.
대상 데이터
보통 P사의 평막은 일반하수를 대상으로 설계 flux 20 LMH 정도로 운영하지만 본 연구의 대상폐수는 높은 농도의 유기물을 함유한 음료수 제조공정 폐수이고 이에 대한 해당 분리막의 적용사례가 많지 않기 때문에 비교적 낮은 flux인 4 LMH부터 운영하였다. 또한 대상 폐수가 생물학적 분해도가 높은 유기물을 다량 함유하고 있기 때문에 종속영양 미생물(Heterotrophic bacteria)의 빠른 성장속도를 고려하여 초기 SRT를 2.
본 연구의 대상폐수는 W식품 공장 음료수 제조공정에서 발생되는 폐수로 공장 내 폐수처리장 원수 저류조에 수중펌프를 설치하여 대상폐수가 MBR 반응조로 직접 유입되도록 구성하였다. 운영기간 동안의 대상폐수 성상은 Table 1에 나타내었다.
성능/효과
Run 4 실험 이후 오염된 분리막은 NaOCl 500 mg/L 용액을 이용하여 계외세정을 실시하였다. 계외세정 후 Run 1 운전조건으로 재가동을 실시했으며 TMP가 초기 값으로 회복되는 모습을 확인하였다.
대상폐수 성상은 일반적인 비알코올성 음료품 제조시설에서 배출되는 폐수와 비슷하였으며 공장의 운영 조건에 따라 유기물 농도(CODCr)가 최소 472 mg/L부터 최대 3,100 mg/L까지 큰 변화를 나타내었다.
5Q 반송조건에서는 생물반응조의 CODCr 농도가 증가하였고 이에 따라 처리수 수질이 악화되고 TMP가 급격히 증가하는 모습을 보였다. 때문에 본 연구에 사용된 MBR pilot plant의 최대 처리유량은 20 m3/day로 판단되었다.
약 3개월간 음료수 제조공정 폐수를 평막을 적용한 MBR pilot plant로 처리유량을 증가시키며 실험한 결과, 20 m3/day, HRT 29 hr, 4Q 반송조건까지는 안정적인 처리가 가능했다. 하지만 처리유량 25 m3/day, HRT 23.
때문에 Run 1 초기에는 수압에 의한 양압이 나타났고 약 90일 운영 후에 막오염으로 인해 점차 음압으로 바뀌는 현상이 나타났다. 운영 flux를 점차 증가시키며 실험을 진행한 결과, 10 LMH로 운영한 Run 4에서 TMP가 급격히 증가하였다. 이는 생물반응조 처리용량 초과로 반응조 유기물 농도가 급증하여 막오염이 가속화되었기 때문으로 판단된다.
음료수 제조공정 폐수는 높은 농도의 유기물과 낮은 농도의 질소, 인을 함유하여 유기물 제거에 중점을 두고 연구를 수행했다. 운영기간 동안 본 연구에서 사용된 대상폐수의 평균농도는 CODCr 1,471 mg/L, T-N 7.8 mg/L, T-P 1.4 mg/L로 나타났고 높은 유기물 농도와는 달리 T-N은 대부분 방류수질농도인 20 mg/L 이하로 유입되는 것으로 나타났다. 때문에 본 연구의 대상폐수는 대부분 다단폭기 공정만으로 충분히 처리가 가능했다.
운영기간 동안의 CODCr 평균농도는 1,471 mg/L이었으나 472∼3,100 mg/L 사이에서 큰 변동을 보였고 T-N, T-P 평균농도도 각각 7.8 mg/L, 1.4 mg/L로 비교적 낮게 나타났으나 T-N은 최대 23 mg/L, T-P는 최대 17.8 mg/L으로 평균농도 대비 큰 변동를 보였다.
처리유량 10 m3/day를 시작으로 5 m3/day씩 증가시키며 Run 1∼Run 4를 단계적으로 운영한 결과, 처리유량 20 m3/day의 이하의 운전 조건인 Run 1∼Run 3에서는 대상폐수를 비교적 안정적으로 처리하는 모습을 보였다.
/day, HRT 29 hr, 4Q 반송조건까지는 안정적인 처리가 가능했다. 하지만 처리유량 25 m3/day, HRT 23.2 hr, 3.5Q 반송조건에서는 생물반응조의 CODCr 농도가 증가하였고 이에 따라 처리수 수질이 악화되고 TMP가 급격히 증가하는 모습을 보였다. 때문에 본 연구에 사용된 MBR pilot plant의 최대 처리유량은 20 m3/day로 판단되었다.
후속연구
이는 질소 등의 다른 영양염류 농도가 낮아 미생물 성장에 사용된 T-P의 양이 많지 않기 때문에 나타난 현상으로 판단된다. 때문에 본 공정에서 안정적인 T-P 제거를 위해서는 별도의 인제거 공정이 검토되어야 할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
비알콜성 음료 및 얼음 제조시설 발생 폐수의 특징은 무엇인가?
비알콜성 음료 및 얼음 제조시설 발생 폐수는 높은 농도의 유기물과 낮은 농도의 질소, 인을 함유하여 일반적으로 호기성 공정과 약품응집 공정을 조합하여 처리하고 후단에 사여과 공정이나 활성탄 공정을 추가하기도 한다[2]. 비알콜성 음료폐수는 생물학적으로 분해가 용이한 유기물 함량이 매우 높아 일반 활성슬러지 공정만으로 충분히 처리가 가능하지만 높은 유기물 농도로 인해 긴 체류시간을 필요로 하여 많은 부지가 소요된다.
분리막 생물반응기의 장점은 무엇인가?
분리막 생물반응기(Membrane Bio-Reactor; MBR)는 생물반응조와 분리막 기술을 조합한 공정으로 높은 고액분리 효율로 인해 기존 활성슬러지 공정(Conventional Activated Sludge; CAS)보다 높은 MLSS (Mixed Liquor Suspended Solid)를 유지할 수 있어 처리효율 증대가 가능하고 별도의 침전조와 부상조가 필요치 않기 때문에 소요부지 절감이 가능하다[3-5]. 이러한 이유로 현재하·폐수를 대상으로 다양한 MBR 공정이 연구되고 있다[6-11].
비알콜성 음료품 제조시설의 용기 세척공정에서 대부분의 폐수가 발생되는 이유는 무엇인가?
이 중 비알콜성 음료품 제조시설은 주류를 제외한 과일 및 탄산음료 제조시설 등이 해당되며 식용 또는 냉장용 얼음 및 인조눈을 생산하는 산업활동, 천연 생수를 생산하여 병 또는 기타 포장용기에 포장하는 산업활동, 물에 설탕, 감미료 또는 향미료를 첨가한 음료를 생산하거나, 과실주스, 과실추출물 또는 기타 합성추출물을 첨가하여 청량음료 또는 기타 비알콜성 음료를 제조하는 시설이 해당된다. 이들 시설의 제조공정은 원액의 여과, 혼합 및 희석, 살균공정으로 재이용되는 용기가 많기 때문에 용기의 세척공정에서 대부분의 폐수가 발생된다. 환경부 조사 결과에 따르면 이러한 비알콜성 음료품 제조시설에서 배출되는 폐수의 오염물질 농도가 BOD (Biochemical Oxygen Demand) 1,464∼4,860 mg/L, COD (Chemical Oxygen Demand) 655.
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