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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 전산 모형을 이용하여 BNR 공법들의 처리장 설계와 운전시 근거자료로활용할 수 있도록 하기 위하여 유입수의 하수성상과 설계인자 및 운전인자들에 따른 처리효과들을정립하였다.
제안 방법
- ASM NO.2d의 시뮬레이션 A2/O와 MUCT공법의 대상하수에 대한 각 성분농도를 분석하였다. 대상하수의 유기물농도는 TCOD로 87~234mg/L(평균 171mg/L), SCOD는 54~132mg/L(평균 75mg/L), BOD는 65~115mg/L(평균 84mg/L)를 나타났으며, TKN은 19~31mg/L(평균 25.
- ASM No.2d를 기초로 하여 만들어진 전산모형인 Envirosim사의 Biowin 프로그램을 시뮬레이션도구로 활용하여, 국내 하수에 비교적 적용하기 용이한 A2/O 공정과 MUCT 공정에 대한 유기물, 질소 및 인처리 효율을 비교하고 유입수의 C/N와 SRT 및 온도에 따른 질소, 인 처리 특성과 유출수의 거동 등을 파악한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 5ppm 이하로 하고 이때 초기 슬러지 농도는 2, 370mgMLSS/L, 1, 820mgVSS/L였다. 무산소조건에서는 KNO3를 이용하여 NO3-N농도가 탈질반응으로 90~140분 동안 섭취된 용해성 유기물을 측정하였다. 이때 초기 유기물/ 미생물농도비 즉 SCOD/VSS는 1.
- 무산소조는 용량 4L로 슬러지는 1L정도를 채우고 실제 BNR로 운전중인 플랜트내의 무산 소조에서 활성슬러지를 1L 채취하여 무산소 회분식조에 충전하였으며, DO는 “0”에 가까운 수치를 유지하였다. 또한 슬러지와 하수와의 원활한 혼합을 위하여 Agitator를 이용하여 30rpm을 유지하였다.
- 본 연구에서 대상으로 하는 하수는 경기도 H하수처지장의 1차 침전지 유출수를 직접 채수하여변질을 막기 위하여 4°C 이하의 냉장상태를 유지하면서 하수분석을 실시하였다. Soluble COD와 NH4-N은 GF/C filter로 여과 후 측정하였다.
- Soluble COD와 NH4-N은 GF/C filter로 여과 후 측정하였다. 시뮬레이션을 위한 유입하수성상중 COD는 respirometer를 이용한 OUR test 및 batch실험을 통하여 구하였고 용존성 유기물 측정을 위해 호기 조회 분식 반응조와 무산소회 분식 반응조를 사용하였다.
- 실제 하수를 이용하여 하수의 성상분석과 동력학적 계수등의 결과를 이용하여 비교적 국내 하수에 적용하기 용이한 A2/O공정과 MUCT공정에 대한 시뮬레이션을 캐나다 Envirosim사의 Biowin v2.1을 이용하여 실시하였다. 이 프로그램은 유입하수성분의 변화와 반응에 미치는 변수조건의 입력이 자유로우며 각 반응조별 설계조건과 반응조건들이 상세하게 수치화될 수 있는 장점이있다.
- 분석되어야 한다. 하수내 COD는 크게 용존성물질와 입자성물질로 나누며 이중 용존성 물질은 생물학적으로 분해가 쉬운 유기물(Readily Biodegradable Substrate, Sf)과 유기산(Volatile Acids, Sa) 으로 나누며, 입자성물질은 입자성 난분해 유기물(Inert Non-biodegradble Organics, Xi) 및 입자성으로 분해가 느린 유기물(Slowly biodegradable Substrate, Xs)과 불활성 미생분해 유기물(Soluble Non-biodegradable Organics, Si)등으로 나누었다. 또한 질소성분은 암모니아성 질소와 질산성 질소로 나누고 인성분은 인산염 형태로 존재한다.
- 호기조 회분식 반응조는 무산소조와 온도는 동일하나 ORP는 1mg/L이상, DO는 2mg/L이상을 유지하였으며 활성슬러지는 실제 BNR 플랜트의 호기 조에서 활성슬러지를 1L 채취하여 4L 반응조에 주입하여 초기 슬러지 농도를 측정한 2, 230mgMLSS/L, 1, 750mgVSS/L였다. 온도는 용기안에 반응조를 넣고 온도조절기를 이용하여 18°C 2.
대상 데이터
- 시뮬레이션에 이용된 활성슬러지모델인 ASM NO.2d는 생물반응조에서 유기물의 가수분해 및혐기와 호기성분해, 질소의 질산화 및 탈질, 탈질 가능한 인제거 미생물 및 인의 생물학적 섭취 등이 포함된 반응식을 포함한 모델링을 할 수 있는 Monod식 형태의 21개의 동력학적 반응식으로 구성된다. 사용된 전산프로그램은 캐나다 Envirosim사의 Biowin 2.
성능/효과
- 1) 컴퓨터 simulation을 이용한 모델링으로 짧은 시간에 생물학적 반응기의 최적 운전 조건을 도출 할 수 있었으며 반응조의 미생물의 성장조건 및 환경인자(SRT, 온도, pH)등의 변화를 간단히 설계에 반영할 수 있어 향후 고도처리 공정의 적합한 설계, 운전 및 수질 예측에 효과적이다.
- 2) 우리나라 하수 특성인 저농도 하수(COD/TKN 비 = 6)일 때 MUCT 공정을 기준으로 질소는 47.14%, 인은 69.57%를 나타내 높은 영양염류 제거 효율을 얻기 위해서는 질산성 질소 제거 미생물의 선 유기물 분해 반응에 의한 인 제거 미생물의 유기물 부족현상을 해결하거나 국내하수 성상에 맞는 공법 개발 및 보완이 시급하다.
- 3) 온도 변화에 따른 BNR공정의 처리 효율에서 질소 제거 미생물은 10°C 이하에서 19.65%, 18.21%의 낮은 효율을 나타내 저온에서의 질소처리에 또 다른 대안이 필요했던 반면 인제거 미생물은 낮은 온도에서 높은 효율을 나타내 높은 세포생산량을 가진 성장속도 느린 Psychrophilic bacteria가 낮은 온도에서 증가함을 증명했다. 따라서 온도 변화에 따른 영양염류의 계절별 제거 기준을 따로 마련하여 하수처리장 설계 및 운전 시 적극 반영하여야 한다.
- 4) 본 연구에서는 질소와 인 동시제거 적정 SRT가 6~7일로 나타났고 공정별, 하수 특성별 최적 SRT값의 결정은 BNR공정의 처리 효율을 극대화 할 수 있음을 보였다.
- 효율을 보여주지 못하고 있다. Fig. 1과 2에서 보는 바와 같이 COD/TKN 비가 8이상에서는 A2/O 공법과 MUCT공법 모두 TCOD, TKN 및 TP 효율이 커지는 것을 관찰할 수 있으며 특히 A2/O 공법이 MUCT보다 상대적으로 유입수의 COD/TKN비에 더 큰 영향을 받는 것을 알 수 있다. 특히, COD/TKN비가 낮은 저농도 하수에서 극히 낮은 TP 처리 효율을 보여주고 있는데 이는반송슬러지내 질산성 질소가 혐기조로 유입되는 과정에서 탈질 미생물의 유기물 선분해 반응으로인분해 미생물의 인 방출이 저해되기 때문이며, 이를 보완하여 반송슬러지를 무산소조에서 탈질산화한 후 혐기조로 재반송하는 MUCT공정이 A2/O보다 우수한 결과를 보였다.
- 2d의 시뮬레이션 A2/O와 MUCT공법의 대상하수에 대한 각 성분농도를 분석하였다. 대상하수의 유기물농도는 TCOD로 87~234mg/L(평균 171mg/L), SCOD는 54~132mg/L(평균 75mg/L), BOD는 65~115mg/L(평균 84mg/L)를 나타났으며, TKN은 19~31mg/L(평균 25.7mg/L), NH4-N는 14~25mg/L(평균 19.5mg/L)이고, T-P는 3.2~5.5mg/L(평균 4.2mg/L), PO4-P는 1.6 ~ 3.5mg/L(평균 2.7mg/L)로 매우 넓은 범위를 보이고 있다. 하수의 평균농도를 기준으로 COD/TKN 비는 6.
- 하지만 실험결과에서도 알 수 있듯이 질소제거를 위해서는 SRT를 길게 할수록 처리효율이 좋아짐을 알 수 있다. 따라서 질소 인 동시 제거를 위해서는 적정한 SRT를 유지하는 것이 중요한데 본 연구에서 질소는 SRT 5일에서 평균 28.7%의 제거효율을, 인은 SRT 10일에서 평균 56.9%의 제거 효율을 나타냈다. 따라서 질소와 인 동시 제거 시 최적 SRT는 6~7일이 적당함을 알 수 있다.
- 1을 이용하여 실시하였다. 이 프로그램은 유입하수성분의 변화와 반응에 미치는 변수조건의 입력이 자유로우며 각 반응조별 설계조건과 반응조건들이 상세하게 수치화될 수 있는 장점이있다. 입력조건은 2개 공정 모두 비교적 질소, 인 처리효율이 양호한 결과가 예측되는 COD/TKN 비와 평균 운전범위인 온도와 SRT를 중심(*)으로 낮은 위와 아래 값을 선택하여 Table 2와 같이운전범위를 정하였다.
- 1과 2에서 보는 바와 같이 COD/TKN 비가 8이상에서는 A2/O 공법과 MUCT공법 모두 TCOD, TKN 및 TP 효율이 커지는 것을 관찰할 수 있으며 특히 A2/O 공법이 MUCT보다 상대적으로 유입수의 COD/TKN비에 더 큰 영향을 받는 것을 알 수 있다. 특히, COD/TKN비가 낮은 저농도 하수에서 극히 낮은 TP 처리 효율을 보여주고 있는데 이는반송슬러지내 질산성 질소가 혐기조로 유입되는 과정에서 탈질 미생물의 유기물 선분해 반응으로인분해 미생물의 인 방출이 저해되기 때문이며, 이를 보완하여 반송슬러지를 무산소조에서 탈질산화한 후 혐기조로 재반송하는 MUCT공정이 A2/O보다 우수한 결과를 보였다.
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