초록 ▼

1. 1차년도 연구개발 내용(1) 고활성 Nitrosomonas 선별 및 증식기술 연구각종 폐하수 처리장의 슬러지로부터 활성이 좋고 증식속도가 빠른 Nitrosomonas 균을 분리 동정하고 회분식 배양법을 통하여 증식하고자 하였다.(2) Nitritification 조건규명 연구pH와 온도조절로 free ammonia 농도를 증가시키거나, 조내 용존산소 농도를 한계치로 낮추는 등의 방법으로 Nitrobacter의 성장을 억제함으로서 Nitrosomonas의 활동을 상대적으로 촉진시킬 수 있는 기술을 개발하고자 하였다.(3) Nit

1. 1차년도 연구개발 내용(1) 고활성 Nitrosomonas 선별 및 증식기술 연구각종 폐하수 처리장의 슬러지로부터 활성이 좋고 증식속도가 빠른 Nitrosomonas 균을 분리 동정하고 회분식 배양법을 통하여 증식하고자 하였다.(2) Nitritification 조건규명 연구pH와 온도조절로 free ammonia 농도를 증가시키거나, 조내 용존산소 농도를 한계치로 낮추는 등의 방법으로 Nitrobacter의 성장을 억제함으로서 Nitrosomonas의 활동을 상대적으로 촉진시킬 수 있는 기술을 개발하고자 하였다.(3) Nitrosomonas 선택성 Media 개발담체 제조를 각종 원료물질의 물성과 선택적 생물막 형성을 촉진하는 담체의 재료혼합 및 표면처리 방안을 연구 한 후 담체 시작품을 제작하고 시작품에 대한 영양염류 제거 효율을 평가하고자 하였다.2. 2차년도 연구개발 내용(1). 담체 양산기술 개발 효율적인 질산화균 고정화를 위해서 여러 가지 비슷한 형태의 다공성 구조로 된 담체 중 세가지 재질을 선정하였다. 그리고 이를 대상으로 담체의 재질에 따른 고정화 효율 및 질산화 실험을 통하여 각각의 처리효율을 살펴보았으며, 실제 공정에 적용하기 위하여 마모도 실험을 통하여 담체의 내구성을 조사하였다.(2) Bench-scale reactor 개발 및 운전단축공정을 현장 적용하기 위한 적정 운전인자를 검토하고 발생가능한 문제점을 사전에 파악하여 pilot plant 운전의 효율성을 높힐 목적으로 Bench-scale reactor 3종(SCBNR(Short-Cut Biological Nitrogen Removal Reactor) I, II, III)을 개발하여 6개월 동안 운전하였다. 아울러 1차년도에 진행하였던 Nitritification (NH?-N→NO?-N) 및 NO?-N의 탈질 kinetic에 대한 연구를 심도있게 병행하였다.(3) Nitrosomonas immobilizing 방법 개발Ammonia oxidizers만 선택적으로 고정화함으로써 부분질산화가 원활히 일어나도록 하기 위하여 포괄고정화 담체를 제조하였으며, 제조 담체의 질산화 효율, 아질산 축적 효율 및 단축질소제거공정의 영향인자인 pH, 온도, 담체충진율 등의 변화에 따른 암모니아 제거효율을 평가하여 최적 운전조건을 도출하였다.3. 3차년도 연구개발 내용(1) Pilot plant 설계 및 운전Bench-scale의 실험 결과를 바탕으로 고농도의 암모니아성 질소 함유 폐수를 대상으로 현장작용의 가능성을 확인하고자 pilot plant를 운전하였다. 대상폐수로는 고농도 암모니아 폐수로써 발생량이 많고 우리나라에서 특히 문제되고 있는 축산폐수와 매립지 침출수를 선정하여 실험하였다. 축산폐수 처리의 대상 site는 300두 이상의 돼지를 사육하는 곳으로, 파주시 교하면 목동리에 위치한 정일농장을 선택하여 2000년 1월부터 1년동안 운전하였다. 또한 매립지 침출수 처리 pilot plant는 안산시 쓰레기 매립지의 침출수를 대상으로 선정하여 2000년 5월부터 운전하였다.

Abstract ▼

This research was performed in order to develope a short-cut process that oxidizes ammonia into nitrite and then denitrifies it into nitrogen gas. For this purpose, three years of research and development were accomplished.The areas of research and development for the first year were as follows:1) S

This research was performed in order to develope a short-cut process that oxidizes ammonia into nitrite and then denitrifies it into nitrogen gas. For this purpose, three years of research and development were accomplished.The areas of research and development for the first year were as follows:1) Selection and enrichment of Nitrosomonas.2) Studying of the appropriate conditions for nitrification(ammonia oxidation to nitrite).3) Development of Nitrosomonas selective media and evaluation.The focused areas for the second year were as follows:1) Development of Media mass production technology.2) Development and operating of bench-scale reactor.3) Development of Nitrosomonas immobilizing technology.In the third year, the design and operation of the pilot plant was the prime object of the research.

목차 Contents

• 제 1 장 서론 ... 51
• 제 1 절 연구 배경 및 필요성 ... 51
• 제 2 절 연구목표 및 범위 ... 54
• 제 2 장 국내·외 기술개발 현황 ... 56
• 제 1 절 기존의 생물학적 질소제거 ... 56
• 1. 생물학적 질산화 공정 ... 56
• 가. 질산화 ... 56
• 나. 질산화 동력학 ... 62
• 다. 질산화 영향인자 ... 67
• 2. 탈질화 ... 75
• 가. 탈질화 ... 75
• 나. 탈질화 동력학 ... 77
• 다. 탈질화 영향인자 ... 78
• 3. 생물학적 질소·인 제거 공정 ... 82
• 가. 기존 질소·인 제거 기술의 현황 ... 82
• 제 2 절 단축경로를 통한 생물학적 질소제거 ... 85
• 1. 질소제거 단축 경로의 개념 ... 85
• 2. 단축질소제거공정의 장점 ... 87
• 3. 아질산($NO_{2}^{-}$) 축적의 영향인자 ... 89
• 제 3 절 생물막 담체를 이용한 질소제거 기술 ... 101
• 1. 생물막 형성의 기전 ... 101
• 2. 반응 이론 ... 105
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 110
• 제 1 절 연도별 연구개발 내용 ... 110
• 1. 1차년도 연구개발 내용 ... 110
• 가. 고활성 Nitrosomonas 선별 및 증식기술 연구 ... 110
• 나. Nitritification 조건규명 연구 ... 110
• 다. Nitrosomonas 선택성 Media 개발 ... 110
• 2. 2차년도 연구개발 내용 ... 111
• 가. 담체 양산기술 개발 ... 111
• 나. Bench-scale reactor 개발 및 운전 ... 111
• 다. Nitrosomonas immobilizing 방법 개발 ... 111
• 3. 3차년도 연구개발 내용 ... 112
• 가. Pilot plant 설계 및 운전 ... 112
• 제 2 절 연도별 연구내용 요약 ... 113
• 1. 1차년도 연구내용 요약 ... 113
• 가. 고활성 Nitrosomonas 선별 및 증식기술 연구 ... 113
• 나. Nitritification 조건규명 연구 ... 113
• 다. Nitrosomonas 선택성 Media 개발 ... 113
• 라. 담체를 이용한 영양염류 제거 ... 115
• 2. 2차년도 연구내용 요약 ... 116
• 가. 담체 양산기술 개발 ... 116
• 나. Bench-scale reactor 개발 및 운전 ... 117
• 다. Nitrosomonas immobilizing 방법 개발 ... 121
• 3. 3차년도 연구내용 요약 ... 122
• 가. Pilot plant의 설계 및 운전 ... 122
• 제 3 절 담체 양산기술 개발 ... 124
• 1. 미생물 고정화 실험 ... 125
• 가. 실험에 사용한 담체의 특성 ... 125
• 나. 미생물 고정화능 실험 방법 ... 125
• 다. 미생물 고정화능 실험 결과 ... 126
• 라. 질산화 실험 결과 ... 130
• 2. 수중 내마모성 실험 ... 133
• 가. 담체 마모도 실험방법 ... 133
• 나. 담체 마모도 실험 결과 ... 135
• 다. 담체 기술이전 및 양산 ... 136
• 라. 담체 양산기술 개발 결과 요약 ... 137
• 제 4 절 Bench-scale Reactor 개발 및 운전 ... 139
• 1. 부분질산화 및 탈질 kinetics 연구 ... 139
• 가. 아질산화 및 질산화 동력학 ... 139
• 나. 탈질 동력학 ... 171
• 2. Bench-scale reactor의 설계와 유입수의 성상 및 분석방법 ... 182
• 3. 운전조건 ... 183
• 4. Bench-scale reactor 연구 결과 ... 184
• 가. SCBNR I ... 184
• 나. SCBNR II와 SCBNR III ... 197
• 다. Bench-scale reactor의 운전결과 요약 ... 218
• 제 5 절 Pilot plant의 설계 및 운전 ... 220
• 1. Pilot plant의 설계 및 제작 ... 220
• 가. 양돈폐수 처리 pilot plant의 설계 및 제작 ... 220
• 나. 매립지 침출수 처리 pilot plant의 설계 및 제작 ... 222
• 다. 반응기 흐름 특성 ... 224
• 2. 양돈폐수 처리 pilot plant 운전 ... 226
• 가. 양돈폐수의 특성 및 처리기준 ... 226
• 나. 실험 방법 ... 227
• 다. 운전 결과 및 고찰 ... 229
• 라. 운전개선 방안 ... 240
• 3. 매립지 침출수 처리 pilot plant 운전 ... 241
• 가. 매립지 침출수의 특성 ... 241
• 나. 실험 방법 ... 242
• 다. 운전 결과 및 고찰 ... 243
• 라. 운전개선 방안 ... 256
• 4. Pilot plant 운전 결과 요약 ... 257
• 가. 양돈폐수 처리 pilot plant ... 257
• 나. 매립지 침출수 처리 pilot plant ... 258
• 다. 단축질소제거공정의 현장 적용성 평가 ... 260
• 5. 폐수 성상별 적정 설계 및 운전인자 도출 ... 261
• 6. 단축질소제거공정의 경제성 평가 ... 263
• 제 6 절 Nitrosomonas Immobilizing 방법 개발 ... 264
• 1. 미생물 고정화법의 연구 배경 및 필요성 ... 264
• 2. 미생물 고정화법의 종류 및 선정 ... 265
• 가. 결합고정화법(생물막법) ... 266
• 나. 자기고정화법 ... 267
• 다. 포괄고정화법 ... 268
• 라. 미생물 고정화방법 선정 ... 269
• 3. 포괄고정화법의 영향인자 ... 272
• 가. 포괄고정화법의 온도 영향 ... 272
• 나. 포괄고정화담체에 대한 pH의 영향 ... 273
• 4. 포괄고정화 담체의 제조 기술 ... 275
• 가. 포괄고정화 담체의 재료 ... 275
• 나. 포괄고정화 담체 제조 방법 ... 277
• 다. 포괄고정화 담체 제조 ... 279
• 5. 포괄고정화 담체의 제조 ... 284
• 가. 식종미생물 ... 284
• 나. PEG 고정화 담체 제조 ... 287
• 다. 알긴산 & PEG 고정화 담체 제조 ... 288
• 6. 포괄고정화 담체의 성능 분석 ... 290
• 가. 담체의 기초 성능분석 ... 290
• 나. 고정화 담체의 질산화 효율 평가 ... 304
• 다. 포괄고정화 담체의 아질산 축적 효율 평가 ... 308
• 7. 포괄고정화 담체의 폐수처리 적용실험 ... 318
• 가. 고정화 담체의 적정 pH 산정 ... 318
• 나. 고정화 담체의 적정 온도 산정 ... 321
• 다. 고정화 담체 충진율 선정 ... 323
• 8. 포괄고정화법의 향후의 과제와 전망 ... 326
• 제 7절 Nitrosomonas 고정담체를 이용한 단축질소제거 공정의 기본설계 지침 및 운전 Manual ... 328
• 1. 기본 설계 지침 ... 328
• 가. 공정 설명 ... 328
• 나. 공기량 산정 ... 332
• 다. 장치설계 ... 340
• 2. 운전 Manual ... 356
• 가. START-UP 운전 ... 356
• 나. 단축질소제거공정의 운전 및 관리 ... 358
• 다. Trouble shooting ... 363
• 제 4 장 연구개발목표 달성도 및 대외 기여도 ... 369
• 제 1 절 연구개발 목표 및 달성도 ... 369
• 1. 연구개발 목표 및 내용 ... 369
• 가. 연차별 연구개발 목표 ... 369
• 나. 1차년도(1997.12.~1998.11.) 연구내용 및 결과 ... 370
• 다. 2차년도(1998.12.~1999.11.) 연구내용 및 결과 ... 370
• 라. 3차년도(1999.12.~2000.11) 연구내용 및 결과 ... 371
• 2. 연구개발 목표대비 달성도 ... 372
• 제 2 절 연구개발로 인한 대외기여도 ... 375
• 제 5 장 연구개발결과의 활용 계획 ... 378
• 제 6 장 참고문헌 ... 381
• Appendix ... 405