[논문]MBR(Membrane Bioreactor: A/O)공정과 나노여과를 이용한 축산폐수 고도처리

장경국; 배태현; 김은영; 장하원; 탁태문

[국내논문] MBR(Membrane Bioreactor: A/O)공정과 나노여과를 이용한 축산폐수 고도처리
Advanced Swine Wastewater Treatment with using Membrane Bioreator(A/O) and Nanofiltration 원문보기

장경국 (서울대학교 생물자원공학부) , 배태현 (서울대학교 생물자원공학부) , 김은영 (서울대학교 생물자원공학부) , 장하원 (서울대학교 생물자원공학부) , 탁태문 (서울대학교 생물자원공학부)

축산폐수에 대한 방류수 수질기준 항목에 COD의 추가 및 질소와 인의 기준이 강화(1999년)됨에 따라 많은 축산폐수처리시설의 보강과 새로운 기술도입이 요구되고 있다. 따라서 대부분의 공공처리시설에서는 질소 및 인을 제거하기 위하여 2차 처리단계에서 무산소조(탈질조)와 호기성(포기조)를 연계한 생물학적 질소제거를 실시하고, 최종처리단계에서 응집제 투입에 의한 응집ㆍ침전공정후 모래여과 또는 활성탄 흡착공정에 의한 인과 색도제거 하는 등, 생물학적 처리 및 물리ㆍ 화학적 처리시설이 추가적으로 보완ㆍ적용단계에 있다.(중략)

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문제 정의

또한 현재 정수처리에서 큰 관심을 가지고 있는 나노여과 공정을 마지막 고도처리 부분에 적용시켜 후처리의 난분해성 물질에 관하여 화학적 응집제나 염소 처리 없는 방류수를 생산하는 시스템의 적용성을 가늠해보고자 한다.

제안 방법

이와 같은 상황에서 기존 시스템보다 처리효율이 높고 안정적인 처리수질을 가지는 처리시스템으로 분리막 생물반응기와 나노여과 공정을 각각 주처리, 후처리 공정에 도입하여 고도처리와 함께 방류수 기준에 적합한 처리수를 생산하는 방법을 고려해보았다.
본 연구에 사용된 장치는 침지형 평막(퓨어엔비텍)을 이용한 MBR system으로 질소 제거를 위하여 포기조와 무산소조를 전면 설치하였다. 실제 적용 가능성을 높이기 위하여 실험규모는 pilot scale로서 무산소조 1 ton, 포기조 2 ton, MBR 조 0.
5 ton의 규모이며 하루 처리용량은 700L 이다. 미생물 적웅기간을 포함하여 전체 200일간을 정지 없이 계속적으로 운전하였으며, MBR 처리수에 대하여 실험실 자체 제조한 nano막과 구 상용막을 이용하여 batch 실험을 하여 방류수 기준에 합당한 처리수를 생산가능성을 타진하고자 하였다.

대상 데이터

본 실험에 사용된 원수는 서울대학교 부속실험목장에서 발생되는 양돈분뇨를 1 차 진동스크린을 통해 고액분리된 것을 실험 원수로 사용하였으며, 반옹조에 유입 시에는 세척수와 MBR처리수로 초기 10배 희석하여 농도를 낮춘 후 유입농도를 점차 높여가며 실험을 수행하였다.
제거를 위하여 포기조와 무산소조를 전면 설치하였다. 실제 적용 가능성을 높이기 위하여 실험규모는 pilot scale로서 무산소조 1 ton, 포기조 2 ton, MBR 조 0.5 ton으로 전체 3.5 ton의 규모이며 하루 처리용량은 700L 이다. 미생물 적웅기간을 포함하여 전체 200일간을 정지 없이 계속적으로 운전하였으며, MBR 처리수에 대하여 실험실 자체 제조한 nano막과 구 상용막을 이용하여 batch 실험을 하여 방류수 기준에 합당한 처리수를 생산가능성을 타진하고자 하였다.

성능/효과

140여일 동안 정지 없이 반웅조가 운전되었으며, COD의 경우 전체 평균 85%의 제거효율 가진 반면 COD 대비 20% 내외의 BOD의 경우 전체적으로 95% 이상의 높은 제거효율을 보였다.
총 질소의 제거율을 BOD 나 COD 제거에 비하여 상당히 불안한 거동을 보였다. 미생물의 성장을 도모해서 슬러지 폐기가 없었던 초기 phase 1에서 다소 높았던 제거율은 대부분의 질소제거가 미생물의 세포합성에 의해서 제거된 것으로 생각된다.
총 인의 제거율 또한 TN과 마찬가지로 상당히 불안한 거동을 보였는데 phase 1과 phase 2를 거처 제거효율이 떨어지던 총인의 비율이 phase 3에서 평균 제거율이 2배 이상 상승하였다. 이것은 앞서 생각했듯이 급격히 증가한 미생 물량에 폐기되는 슬러지 량의 증가로 제거효율이 좋아진 것으로 사료된다.

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