본 연구의 목적은 마이크로버블을 이용하여 외부탄소원으로서 음폐수의 재활용 가능성을 검토해 보고자 하였다. 가압탱크 압력 3 bar, 순환유량 3.65 LPM, 공기주입량 0.3 LPM의 회분식으로 진행된 실험에서 마이크로버블 접촉시간의 경우 18시간이 음폐수 외부탄소원의 재활용 기준을 만족하는 적정 시간임을 확인하였다. 회분식 실험 결과를 바탕으로 체류시간을 12, 14, 16, 18시간으로 설정하여 연속식 실험을 하였다. 연속식 실험에서도 체류시간 18시간에서 T-P를 제외한 SS, T-N, n-Hexane 추출물질, VFA 항목에서 외부탄소원 재활용기준을 만족하였다. 음폐수 원수 중 용존성 인의 농도가 전체 인 농도 중 약 88.5% 이상으로 용존성 인의 제거를 위해서는 응집제 사용이 필요함을 알 수 있었다. 또한, VFA의 경우 호기성 조건에서 유기물의 분해속도 및 농도에 따라 크게 영향을 받기 때문에 외부탄소원 재활용기준을 만족하기 위해서는 적절한 체류시간 선정 또는 산발효조 공정의 추가가 필요할 것으로 사료된다.
본 연구의 목적은 마이크로버블을 이용하여 외부탄소원으로서 음폐수의 재활용 가능성을 검토해 보고자 하였다. 가압탱크 압력 3 bar, 순환유량 3.65 LPM, 공기주입량 0.3 LPM의 회분식으로 진행된 실험에서 마이크로버블 접촉시간의 경우 18시간이 음폐수 외부탄소원의 재활용 기준을 만족하는 적정 시간임을 확인하였다. 회분식 실험 결과를 바탕으로 체류시간을 12, 14, 16, 18시간으로 설정하여 연속식 실험을 하였다. 연속식 실험에서도 체류시간 18시간에서 T-P를 제외한 SS, T-N, n-Hexane 추출물질, VFA 항목에서 외부탄소원 재활용기준을 만족하였다. 음폐수 원수 중 용존성 인의 농도가 전체 인 농도 중 약 88.5% 이상으로 용존성 인의 제거를 위해서는 응집제 사용이 필요함을 알 수 있었다. 또한, VFA의 경우 호기성 조건에서 유기물의 분해속도 및 농도에 따라 크게 영향을 받기 때문에 외부탄소원 재활용기준을 만족하기 위해서는 적절한 체류시간 선정 또는 산발효조 공정의 추가가 필요할 것으로 사료된다.
The purpose of this research was to examine the possibility on the recycling of foodwaste leachate as external carbon sources using microbubble. The following operating conditions were selected: pressurizing tank 3 bar, circulation flow rate 3.65 LPM, and air flow rate 0.3 LPM with batch type. Micro...
The purpose of this research was to examine the possibility on the recycling of foodwaste leachate as external carbon sources using microbubble. The following operating conditions were selected: pressurizing tank 3 bar, circulation flow rate 3.65 LPM, and air flow rate 0.3 LPM with batch type. Microbubble contact time of 18 hours is optimal time to satisfy the recycling of foodwaste leachate as external carbon sources with batch type. HRT 18 hours came up to standard for external carbon sources, except for T-P concentration with continuous type. Coagulants need to be used for removal of dissolved phosphorus concentration by more than 88.5% of the total phosphorus concentration. The VFA was influenced by the organic decomposition rate and the concentration in the aerobic condition. It was considered that the VFA was needed for selection the optimal HRT or the addition of acid fermentation process in order to meet recycling standard of foodwaste leachate.
The purpose of this research was to examine the possibility on the recycling of foodwaste leachate as external carbon sources using microbubble. The following operating conditions were selected: pressurizing tank 3 bar, circulation flow rate 3.65 LPM, and air flow rate 0.3 LPM with batch type. Microbubble contact time of 18 hours is optimal time to satisfy the recycling of foodwaste leachate as external carbon sources with batch type. HRT 18 hours came up to standard for external carbon sources, except for T-P concentration with continuous type. Coagulants need to be used for removal of dissolved phosphorus concentration by more than 88.5% of the total phosphorus concentration. The VFA was influenced by the organic decomposition rate and the concentration in the aerobic condition. It was considered that the VFA was needed for selection the optimal HRT or the addition of acid fermentation process in order to meet recycling standard of foodwaste leachate.
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문제 정의
따라서, 본 연구에서는 음폐수를 마이크로버블을 이용하여 고형물의 부상분리를 실시함으로써 음폐수의 외부탄소원으로서의 재활용 가능성을 검토하였다.
제안 방법
본 연구에서는 가압탱크의 압력은 3 bar, 순환유량은 3.7 LPM, 공기주입량은 0.3 LPM으로 실험을 수행하였다.
회분식 실험에서는 마이크로버블 접촉시간별 음폐수 처리효율을 검토하였다. 실험 초기 8시간 동안 음폐수에 마이크로버블을 접촉시켰으며, 마이크로버블 접촉 8시간 이후부터 4시간 간격으로 SS, T-N, T-P, n-Hexane 추출물질을 분석하였다. 한편, 연속식에서는 체류시간 12, 14, 16, 18시간으로 설정하여 실험을 하였다.
대상 데이터
시료는 경기도 화성시 소재 C 음식물폐기물처리업체의 유분분리 공정 후의 음폐수를 사용하였다. 본 실험에 사용된 음폐수의성상은 Table 1에 나타내었으며, 채취 시점에 따라 원수 수질에 차이가 있음을 알 수 있었다.
이론/모형
pH 측정은 pH meter (HQ11d, Hach, USA)를 이용하였다. SS와 T-N, T-P, n-Hexane 추출물질은 수질오염공정시험기준 (Ministry of Environment, 2014)에 준하여 분석 측정하였다.
본 연구에서는 음폐수가 입자상 물질과 유기물 및 유분이 높은 점을 감안하여 전처리 방법으로 부상분리법을 선택하였다. 특히, 용존공기부상법은 가압된 공기포화수가 순간적으로 감압될 때 발생하는 미세버블을 고형화된 오염물(floc)에 부착하여 분리하는 기술이다.
성능/효과
(1) 가압탱크 압력 3 bar, 순환유량 3.7 LPM, 공기주입량 0.3 LPM의 회분식으로 진행된 실험에서 SS, T-N, n-Hexane 추출물질, VFA의 경우 마이크로버블 접촉 18시간이 음폐수 외부탄소원의 재활용 기준 만족을 위한 적정 시간임을 확인하였다.
(2) 회분식 실험결과를 바탕으로 체류시간을 12, 14, 16, 18시간으로 설정하여 연속식 실험을 진행한 결과, 체류시간 18시간에서 T-P를 제외한 SS, T-N, n-Hexane 추출물질, VFA 항목에서 외부탄소원 재활용기준을 만족하였다.
(3) T-P의 경우 체류시간 18시간 이내에서는 재활용기준을 만족하지 못하였는데, 이는 음폐수의 용존성 인이 차지하는 비율이 높은데 그 원인이 있었다. 따라서, 용존성 인의 제거를 위해서는 응집제 사용이 필요하며, 음폐수의 pH를 고려한 응집제 선정및 적정주입량 산정에 대한 추가 실험이 진행되어야 할 것으로 사료된다.
3 and 4에 마이크로버블 접촉시간에 따른 T-N 및 T-P 농도 변화를 나타내었다. T-N의 경우에는 모든 체류시간 조건에서 음폐수 외부탄소원 재활용 기준을 만족하였다. 그러나 T-P의 경우 재활용기준을 만족하지 못하였는데 체류시간 18시간에서 처리수의 평균 T-P 농도와 PO43--P 농도는 각각 786 mg/L, 694 mg/L이었 으며, T-P 중 PO43--P가 차지하는 비율이 약 88.
5에 체류시간에 따른 n-Hexane 추출물질의 농도 변화를 나타내었다. n-Hexane 추출물질의 경우 체류시간이 16시간 이상 유지되어야 재활용기준을 만족하는 것을 확인 할 수 있었다.
이는 음폐수 중의 고형물들이 부상되어 고액분리가이루어졌기 때문이다. 결과적으로, 음폐수의 전처리 공정으로서 마이크로버블의 이용이 가능한 것으로 판단된다.
결론적으로, 버블크기와 순환유량을 고려해 보았을 때 압력 3 bar가 적절하다고 판단하였는데 순환유량은 곧, 음폐수의 마이크 로버블 접촉시간 및 마이크로버블 주입량과도 관계가 있으므로 순환유량이 작을 경우, 처리효율이 낮아지게 되므로 순환유량 및 버블크기를 동시에 고려해야한다. 따라서 선행연구(Kim and Jeong, 2004; Lim et al.
접촉시간이 증가됨에 따라 음폐수에 존재하는 고형물과 유분은 지속적으로 부상을 하게 됨으로 처리수 중의 고형물과 유분의 농도는 감소하게 되며, T-N의경우 고형물 내에 포함되어 있는 유기질소가 제거되므로 T-N의 농도 역시 감소하게 된다. 따라서 Table 4에 나타난 바와 같이 SS, T-N, n-Hexane 추출물질의 경우 음폐수의 외부탄소원으로서의 재활용 기준을 만족하였으나, T-P의 경우 마이크로버블 접촉 20시간까지 약 19.4%가 제거된 596 mg/L의 농도가 측정되어 재활용 기준인 400 mg/L를 만족하지 못하였다. 이는 폐수 중에 용해되어 있는 인의 양이 많아 마이크로버블에 의한 고형물의 제거만으로는 처리가 이루어지지 않은 것으로 사료된다.
후속연구
(4) VFA의 경우 유기물의 분해속도 및 농도에 따라 크게 영향을 받기 때문에 외부탄소원 재활용기준을 만족하기 위해서는 적절한 체류시간 선정 또는 산발효조 공정 추가가 필요할 것으로 사료된다.
결론적으로 음폐수를 마이크로버블을 이용하여 고형물을 부상 분리시킴으로써 음폐수의 외부탄소원으로서의 재활용 가능성을 확인하였으며, 음폐수를 유기산 발효과정을 거쳐 하수 및 폐수처리장에서 부족한 외부탄소원으로 공급하여 질소의 제거효율을 높일수 있는 자원으로서의 활용은 음폐수 처리에 있어 유용한 기술이 될 수 있을 것으로 판단된다.
따라서 용존성 인 제거를 위한 pH변화에 따른 적정한 응집제 및 주입농도에 대한 추가적인 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다. 고농도 폐수처리 시 응집 침전에 의한 인 제거는 처리 효과가 확실하여 일반적으로 많이 사용되는 방법이며, Im et al.
(3) T-P의 경우 체류시간 18시간 이내에서는 재활용기준을 만족하지 못하였는데, 이는 음폐수의 용존성 인이 차지하는 비율이 높은데 그 원인이 있었다. 따라서, 용존성 인의 제거를 위해서는 응집제 사용이 필요하며, 음폐수의 pH를 고려한 응집제 선정및 적정주입량 산정에 대한 추가 실험이 진행되어야 할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
용존공기부상법은 무엇인가?
본 연구에서는 음폐수가 입자상 물질과 유기물 및 유분이 높은 점을 감안하여 전처리 방법으로 부상분리법을 선택하였다. 특히, 용존공기부상법은 가압된 공기포화수가 순간적으로 감압될 때 발생하는 미세버블을 고형화된 오염물(floc)에 부착하여 분리하는 기술이다. 과거의 DAF(dissolved air flotation)는 표면부하율 (surface loading rate)이 5~15 m3/m2․h로, 기포의 이론적인 상승속도보다 낮은 속도로 운전되었으나, 최근에는 표면부하율이 20~40 m3/m2․h에 이르는 high rate DAF가 등장하고 있다(Kim et al.
마이크로버블을 수처리에 적용할 경우 어떤 특징이 있는가?
, 2007; Margery, 2000)로 주장하고 있다. 마이크로버블을 수처리에 적용할 경우 통상적인 포기법에 비해 기포의 크기가 작아 공기의 용해효율이 높으며 대전작용, 물리적 흡착효과, 자기가압효과 등의 특징을 가진다고 보고(Parmar and Majumder, 2013)되어 있다. 최근에는이 마이크로버블의 특징을 이용하여 다양한 공학적인 이용이 검토 되고 있다(Kil, 2010).
과거의 DAF와 high rate DAF의 가장 큰 차이점은 무엇인가?
, 2014). 기존의 DAF와 high rate DAF의 가장 큰 차이점은 버블 사이즈이며, high rate DAF에서는 마이크로버블을 사용한다. 마이크로버블의 크기에 대한 정의는 명확하게 규정되어 있지 않으며, 일부 연구자 들은 수백 μm (Kawaraha et al.
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