[논문]MSBR 공정에서 전기전도도를 이용한 인 제거 자동제어시스템 - 현장 적용 중심 -

장희선; 이호식

doi:10.15681/kswe.2017.33.1.90

MSBR 공정에서 전기전도도를 이용한 인 제거 자동제어시스템 - 현장 적용 중심 -
Automatic T-P Coagulation Control System using an EC in the MSBR Process - Full Scale Study - 원문보기

한국물환경학회지 = Journal of Korean Society on Water Environment, v.33 no.1, 2017년, pp.90 - 96

장희선 (국립환경과학원 유역총량연구과) , 이호식 (한국교통대학교 철도시설공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Many sewage treatment plants have applied the advanced technology of chemical coagulant system to remove phosporus in Korea. However there are some problems for the injection of optimum coagulant dosage. In order to solve these problems, the research related to the more cost-effective automatic total phosphorus coagulation control system using an EC(Electrical Conductivity) have been in progress. This study was conducted by the same process and operation method as the Lab-scale for public small town sewage treatment plant. First, it confirmed the correlation among the EC, PO4-P and coagulant dosage in the Lab-scale MSBR(Membrane Sequencing Batch Reactor) process. Next, it analyzed that correlation coefficient of EC and the coagulant dosage was 0.92 in the Full-scale MSBR process. As a result, not only T-P removal efficiency was doubled but also it satisfied the effluent water quality standard in a stable manner. In addition, by applying the automatic control system using the EC, compared to the fixed coagulant injection system the coagulant dosage could be reduced by 28%.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

, 2012; Kim, 2015). 본 연구에서는 SBR 반응조 후단에 멤브레인이 설치된 MSBR(Membrane Sequencing Batch Reactor) 공정을 이용하여 전기전도도와 인 농도와의 상관관계를 이용한 자동 인 응집시스템의 적용특성을 검토하였다. 이를 위해 Lab-scale의 실험과 Full-scale의 실험을 병행하여 연구를 수행하였다.

제안 방법

본 연구에서는 SBR 반응조 후단에 멤브레인이 설치된 MSBR(Membrane Sequencing Batch Reactor) 공정을 이용하여 전기전도도와 인 농도와의 상관관계를 이용한 자동 인 응집시스템의 적용특성을 검토하였다. 이를 위해 Lab-scale의 실험과 Full-scale의 실험을 병행하여 연구를 수행하였다.
전기전도도와 인 농도의 상관관계를 이용한 자동 인 응집시스템을 MSBR(Membrane Sequencing Batch Reactor)공정의 Lab-scale과 Full-scale(소규모마을하수처리시설)에 적용하여 인 제거효율 개선을 연구한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 MSBR 반응조는 철제로 제작한 일반적인 SBR 반응조로서 유효용량 9 L(40 cm × 59 cm × 4 cm)이며 8 hr/cycle로 설정하고 하루에 3 cycle을 운전하여 처리유량은 27 L/d이었다. 1 cycle의 구성을 Fill-Anoxic-Oxic- Decant-Idle로 하였으며 한 cycle에서 무산소조건 4 hr, 호기조건 2 hr으로 운전하였다.
본 연구에서 사용된 Full-scale은 A시에 위치한 소규모 마을하수처리시설을 본 연구의 lab-scale에서 적용한 MSBR 공정과 동일한 공정 및 운전방법이 가능하도록 개량한 시설로서 처리용량은 60 m³/d 이다. 전체 시설은 두 개의 SBR 반응조로 구분하였고 반응조 후단에 별도의 한 지의 membrane 반응조를 설치하여 각각의 SBR 반응조에서 유출된 처리수가 교대로 배출되도록 운전하였다.

이론/모형

하수처리시설의 유입조건에 따라 일부 운전조건은 실내 실험 운전조건과 다소 상이한 결과도 있었다. 모든 분석은 수질오염공정시험법(MOE, 2011)과 미국의 Standard Method(APHA, 19th)에 따라 수행되었다.

성능/효과

1) Lab-scale에서 전기전도도, PO_4-P 농도, T-P 농도, 응집제 주입량의 상관성을 확인하였고 Full-scale에서는 전기전도도와 응집제주입량의 상관관계가 R²=0.92로 높은상관성을 보였다.
2) 자동 인 응집제어 전후의 T-P 제거효율은 Lab-scale에서 68%에서 94%로 개선되었고, Full-scale은 40%에서 95%로 2배 이상 개선되었다.
3) MSBR 공정에 자동 인 응집제어시스템을 적용한 결과,다양한 인 농도에 대응하여 응집제를 주입하여 과잉 및과소 주입을 방지할 수 있었고, 이에 따라 응집제 주입량을 28% 절감할 수 있었다.

후속연구

5) 본 논문에 적용한 MSBR공정의 자동 인 응집시스템을 소규모마을하수처리시설 뿐만 아니라 향후 대규모하수처리시설이나 정수처리시설에 적용하여 연구한다면 보다 효율적인 인 제거를 수 있을 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	자 테스트의 문제점은?	또한 기존의 응집처리를 위한 응집제 주입량 결정은 대부분 자 테스트(Jar Test)에 의해 수동으로 행해지고 있다. 이 방법은 적정 약품 주입량을 찾기 위한 실험에 소요되는 시간이 길뿐만 아니라 현장 관리 인력이 부족한 상황에서는 수질변화에 능동적으로 대처하기 어렵다는 문제점이 있다K-water Institute, 1996). 적정응집제량 주입을 위한 계측기로 PO4-P sensor가 있지만 이는 고가이기 때문에 소규모 하수처리시설에서는 적용하기 어려운 실정이다.
	2012년 1월부터 일부 지역 공공하수처리시설 방류수 수질 기준의 인 농도는 어떻게 강화되었는가?	2012년 1월부터 일부 지역 공공하수처리시설 방류수 수질 기준의 인 농도가 2 mg/L에서 0.2 mg/L로 강화되었고, 2015년 1월부터 ‘하수처리용량 500 m3/d 미만의 동절기 총인 방류수 수질기준 8 mg/L 이하 적용’ 기준이 없어지면서(MOE, 2010) 다양한 총인 처리공정들이 연구되고 있다(Kim, 2010; Kim, et al., 2011; Seo, 2015; Yoon, 2013).
	총인처리시설 약품투입시설의 응집제 주입량 및 응집 조건 등을 최적화하지 못할 경우 어떤 문제를 초래할 수 있는가?	강화된 방류수 수질기준 준수 및 방류수역 수질개선 등을 위해 2013년 말 기준으로 326개소에서 별도 총 인처리시설이 설치되어 운영 중에 있다(MOE, 2014). 하지만 총인처리시설에서 약품투입시설의 응집제 주입량 및 응집 조건 등을 최적화하지 못할 경우 오히려 응집제 양이 과잉주입 또는 과소주입되어 약품비용면과 발생된 슬러지 처분비용면에서 저효율을 초래할 수 있다. 또한 기존의 응집처리를 위한 응집제 주입량 결정은 대부분 자 테스트(Jar Test)에 의해 수동으로 행해지고 있다.

참고문헌 (11)

American Public Health AssociationAmerican Water Works Association Water Environment Federation (APHA, AWWA, and WEF). (1995). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater 19th Edition, American Public Health AssociationAmerican Water Works Association Water Environment Federation.
Kim, C. G. (2015). A Study on the Automatic T-P Coagulation Control System Using an EC(Electrical Conductivity), Master's Thesis, Korea National University of Transportation, 49. [Korean Literature]
Kim, J. H. (2010). Coagulation Process to Enhance Phosphorus Removal Rate of Secondary Effluent from Wastewater Treatment Plant, Master's Thesis, Kyunghee University, 105-108. [Korean Literature]
Kim, S. G., Lee, H., and Jun, T. S. (2012). Development of the Automatic Control System for the Phosphorus Advanced Treatment in Sewage Treatment Plant, Journal of Korean Society on Water Environment, 28(2), 300-304. [Korean Literature]
Kim, W. K., Yoo, H. S., Kim, K. H., Joeng, S. G., Jeong, I. S., Zoh, K. D., and Cho, I. H. (2011). Application of Total Phosphorus(TP) Treatment in Sewage Wastewater Treatment Plant using Charge Analyzer System Titrator (SW-CAST), Proceedings of the 2011 Spring Co-Conference of the Korean Society on Water Environment and Korean Society of Water and Wastewater, Korean Society on Water Environment and Korean Society of Water and Wastewater, 407-408. [Korean Literature]
Ministry of Environment (MOE). (2011). Official Test Standards for Water Pollution, Ministry of Environment. [Korean Literature]
Ministry of Environment (MOE). (2010). SEWERAGE ACT, Ministry of Environment. [Korean Literature]
Seo, J. M. (2015). A Study on Coagulant Dose Optimization System for Total Phosphorus Removal in Sewage, Ph. D. Dissertation, University of Seoul, 147-151. [Korean Literature]
Ministry of Environment (MOE). (2014). Public Sewage Treatment Plant Operation and Management Analysis Results, Ministry of Environment, 9. [Korean Literature]
K-water Institute. (1996). A Study on the Development of Automatic Determination System of Coagulant Dosing(1st year), K-water Institute, 2. [Korean Literature]
Yoon, D. S. (2013). Chemical Removal of Phosphorus from Wastewaters Using Iron Salt, Master's Thesis, Kyungnam University, 56. [Korean Literature]

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