[국내논문]MARPOL 73/78의 기준에 따른 선박오수 처리 장치(SBR 및 MBR 복합공정)의 사용 가능성 평가 : 영양염류 위주 (T-N 및 T-P) Feasibility Study of a Shipboard Sewage Treatment Plant (Sequencing Batch Reactor and Membrane Bioreactor) in Accordance with MARPOL 73/78, Focusing Mostly on Nutrients (T-N and T-P)원문보기
This study aimed to evaluate changes in the TN and TP removal efficiencies, depending on whether or not a settling process is applied, in a sequencing batch reactor (SBR) process with a membrane bioreactor (MBR). Nutrient removal was considered in terms of developing an advanced water treatment syst...
This study aimed to evaluate changes in the TN and TP removal efficiencies, depending on whether or not a settling process is applied, in a sequencing batch reactor (SBR) process with a membrane bioreactor (MBR). Nutrient removal was considered in terms of developing an advanced water treatment system for ships in accordance with water quality standards set forth by 227(64). For these purposes, the TN and TP concentrations in the inflow and outflow water were measured to calculate the TN and TP removal efficiencies, depending on whether or not a settling process was used. Water discharged from a bathroom, which was constructed for the experiment, was used as the raw water. The experiment that included a settling process was conducted twice, and the operating conditions were: aeration for 90 min, settling for 30 min, agitation for 15 min, and settling for 15 min for one experiment; and aeration for 150 min, settling for 45 min, agitation for 15 min, and settling for 15 min in the other. Operating conditions for the experiment that did not include a settling process were: aeration for 180 min and agitation for 60 min. The concentration of the mixed liquor suspended solids (MLSS) in the reactor was 3,500 mg/L, while the aeration rate was 121 L/min and the water production rate was 1.5 L/min. For the two experiments where a settling process was applied, the average TN removal efficiencies were 44.39% and 41.05%, and the average TP removal efficiencies were 47.85% and 46.04%. For the experiment in which a settling process was not applied, the average TN removal efficiency was 65.51%, and the average TP removal efficiency was 52.51%. Although the final nutrient levels did not satisfy the water quality standards of MEPC 227(64), the TN and TP removal efficiencies were higher when a settling process was not applied.
This study aimed to evaluate changes in the TN and TP removal efficiencies, depending on whether or not a settling process is applied, in a sequencing batch reactor (SBR) process with a membrane bioreactor (MBR). Nutrient removal was considered in terms of developing an advanced water treatment system for ships in accordance with water quality standards set forth by 227(64). For these purposes, the TN and TP concentrations in the inflow and outflow water were measured to calculate the TN and TP removal efficiencies, depending on whether or not a settling process was used. Water discharged from a bathroom, which was constructed for the experiment, was used as the raw water. The experiment that included a settling process was conducted twice, and the operating conditions were: aeration for 90 min, settling for 30 min, agitation for 15 min, and settling for 15 min for one experiment; and aeration for 150 min, settling for 45 min, agitation for 15 min, and settling for 15 min in the other. Operating conditions for the experiment that did not include a settling process were: aeration for 180 min and agitation for 60 min. The concentration of the mixed liquor suspended solids (MLSS) in the reactor was 3,500 mg/L, while the aeration rate was 121 L/min and the water production rate was 1.5 L/min. For the two experiments where a settling process was applied, the average TN removal efficiencies were 44.39% and 41.05%, and the average TP removal efficiencies were 47.85% and 46.04%. For the experiment in which a settling process was not applied, the average TN removal efficiency was 65.51%, and the average TP removal efficiency was 52.51%. Although the final nutrient levels did not satisfy the water quality standards of MEPC 227(64), the TN and TP removal efficiencies were higher when a settling process was not applied.
, 2010). 본 연구에서는 선박이라는 협소한 공간에 설치하여 운영 가능한 Compact한 공정 개발 및 MARPOL 73/78의 방류수질기준에 부합하는 영양염류의 높은 처리효율을 동시에 도모할 수 있는 SBR 및 MBR 복합공정 장치를 제작하여 MARPOL 73/78 개정발효에 따른 선박용 고도수처리 장치의 사용가능성 평가에 그 목적이 있다.
제안 방법
Condtion 3에서는 질소 제거율을 향상시키기 위해 반응조에 MBR 공정이 구성 되어 있기에 기존 Condition 1과 2에서 포함되어있던 침전 공정을 제외시키고 폭기 및 교반 공정만으로 Pilot plant를 운전하였다.
따라서 본 연구에서는 Condtion 1의 폭기시간 90 mins를 Condition 2에서는 폭기시간 150 mins으로 변경하여 운전을 실시하였으며, 무산소조 조건의 반응 시간을 늘리기 위해 초기 침전시간을 30분에서 45분으로 증가시켜 폭기 150 mins, 침전 45 mins, 교반 15 mins 및 침전 15 mins의 주기로 Pilot-plant를 운전하였다.
Condition 1의 경우 최초 단계의 운전조건이며, 저류 및 혐기성조에서는 별도의 혐기화를 고려하지 않고 스크린을 통해서 생물반응조로 유입시켰다. 생물반응조의 경우 초기 미생물 농도를 MLSS 3,500 mg/L 로 유지한 후 폭기 → 침전 → 교반 → 침전 순으로 폭기 90 mins, 침전 30 mins, 교반 15 mins 및 침전 15 mins의 주기로 SBR 공정을 진행하였다.
대상 데이터
본 연구에 사용된 원수는 실험을 위해 자체적으로 약 40인 내외의 인원이 사용할 수 있는 화장실을 설계 및 제작하여 설치하였으며, 화장실에서 배출되는 오수는 Pilot plant의 혐기성 조로 유입되도록 유도해 장치를 제작하였다.
성능/효과
Condition 1의 운전조건으로 연구를 진행한 결과 평균적으로 T-N 평균 제거효율 44.39%, T-P 평균 제거효율 47.85%로 나타나 MEPC. 227(64)의 기준(T-N 제거효율 70%, T-P 제거효율 80%)을 충족시키지 못하였으며, SBR 반응조에서 호기 및 무산소조 전환이 제대로 이뤄지지 않았다고 판단됨에 따라, 폭기, 침전 및 교반의 시간을 늘린 Condition 2를 적용한 결과 평균적으로 T-N 평균제거효율 41.05%, T-P 평균 제거효율 46.04%로 나타나 Condition 2 또한 MEPC. 227(64)의 기준을 충족하지 못하였다.
Condition 2에서는 Condition 1과 마찬가지로 SBR 반응조에서 호기 및 무산소조 전환이 제대로 이뤄지지 않았다고 판단되어, Condition 3에서는 침전공정을 제외시킨 조건으로 실험을 실시한 결과 평균적으로, T-N 평균 제거효율 65.51%, T-P 평균 제거효율 52.51%로 나타나 Condition 3의 경우 반응조 내의 호기조-혐기조 전환이 비교적 제대로 이루어졌다고 판단된다(Jang, 2002). 그러나 좀 더 명확한 전환 및 탈질을 이끌어 내기 위해서는 폭기 및 교반 시간을 증가시킨 운전 및 Data 확보의 필요성이 추가되어야 할 것으로 판단되며, 향후 추가운전(폭기 및 교반시간 조절)을 통해 T-N 제거효율 70% 및 T-P 제거효율 80%을 만족할 수 있을 것으로 판단되며, 해양오염방지에 긍정적인 기여를 할 수 있을 것으로 판단된다.
후속연구
51%로 나타나 Condition 3의 경우 반응조 내의 호기조-혐기조 전환이 비교적 제대로 이루어졌다고 판단된다(Jang, 2002). 그러나 좀 더 명확한 전환 및 탈질을 이끌어 내기 위해서는 폭기 및 교반 시간을 증가시킨 운전 및 Data 확보의 필요성이 추가되어야 할 것으로 판단되며, 향후 추가운전(폭기 및 교반시간 조절)을 통해 T-N 제거효율 70% 및 T-P 제거효율 80%을 만족할 수 있을 것으로 판단되며, 해양오염방지에 긍정적인 기여를 할 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
부영양화의 원인물질은 무엇인가?
2010년에 개최된 제 61차 회의에서 발틱 8개국으로부터 추가 개정안을 수용 위원회의 논의 후 MARPOL 73/78 부속서 4의 개정안을 승인하였으며, 2012년 개최된 제 64차 회의에서 채택되었다. 부영양화의 원인물질인 T-N 및 T-P에 대한 규제를 포함한 MARPOL 73/78 부속서4는 2013년 1월 1일에 발효되었으며, 2016년 1월 1일부터 신조선여객선, 2018년 1월 1일부터 현존여객선에 적용될 예정이다. 이러한 국제적 협의에 의해 우리나라의 국토해양부에서는 2015년 9월 30일 “해양오염 방지설비 형식승인을 위한 성능 시험 및 검정기준”을 개정하였다(Ministry of Land, 2015).
우리나라의 선박시장이 해양강국으로 자리매김하게 된 계기는?
우리나라는 지하자원이 부족하여 산업기반의 시스템은 오로지 비행기 및 선박을 통한 수출입에 의존할 수밖에 없는 실정이다. 따라서 3면이 바다로 이루어진 반도라는 이점을 살려 경제를 성장시키고자 인천, 부산 및 울산 등에 항구를 지어 규모가 큰 산업단지를 조성하였으며 이로 인하여 해상물동량이 급격히 증가하였다. 이러한 점을 바탕으로 하여 우리나라의 선박시장은 최신의 대형설비, 기술인력, 설계기술 및 건조경험을 바탕으로 조선해양산업의 선도국의 위치를 차지하고 있으며 해상물동량이 6위이고 선박의 보유량은 세계 8위의 해양강국으로 자리매김하였다.
선박 오수처리장치가 갖추어야할 조건은?
선박의 오수처리는 선상에서 이루어지므로, 육상에서 고려되어야 하는 요건 이외에도 선박이라는 특수한 환경에서 요구되는 요건들이 추가적으로 만족되어야 한다. 선박에는 오수처리시설 및 설비 이외에도 많은 기기들이 육상과는 달리 비교적 협소한 공간에 비치되어 있어 최우선적으로 선박 오수처리장치는 크기가 작아야 되고 전문가가 아닌 선원들에 의해 조작되므로 간단하고 운전의 자동화가 필수적이다(Kim et al., 2010).
참고문헌 (8)
Kim, I. S., 2008, A Study on marine environmental preservation : Defining the Concept and Establishing the Boundaries of Marine Environment, Sarek, 37(5), 35-44.
K.R, 2010, Marine Enviornment Protection Committee, 60th Session Result Report, 67-5, Busan, Korea.
Ministry of Land, 2015, License standard and efficiency test for marine pollution prevention equipment, No. 2013-201, Seoul, Korea.
Kim, I. S., Oh, Y. J., Lee, Y. S., 2010, Shipboard sewage treatment using membrane sequence batch reactor, Journal of Navigation and Port Research, 34(5), 383-388.
Hwang, E, J., Cheon, H, C., 2009, High-rate phosphorous removal by PAC (poly aluminum chloride) coagulation of A2O effluent, Korean Society of Environmental Engineers, 31(8), 673-678.
Kim, I. S., Lee, E. S., Oh, Y. J., Kim, E. J., 2010, Shipboard sewage treatment using Membrane sequence batch reactor, Journal of Navigation and Port Research, 34(5), 383-388.
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