초록 ▼

본 연구는 총 2단계 연구계획중 1단계 연구결과로써 1단계 연구개발의 목표는 biosorption과 농축질화균을 이용한 기존 처리장을 양양염류 처리공정으로 upgrade하는 공법(NRL공정) 개발, 음식물 쓰레기를 유기산화하여 이를 탈질공정에 이용하는 기법개발, 여과사 표면 특성 조정을 이용한 중수도 생산기술 개발, 반응조의 유체거동 및 처리상태 예측기법 개발로 크게 나눌 수 있으며 이를 위한 각각의 단위 공정 핵심요소기술 개발이 수행되었다. NRL 공정 연구에서 HRT 5 hr에서도 질산화 효율이 90%이상을 유지하며 온도 및 H

본 연구는 총 2단계 연구계획중 1단계 연구결과로써 1단계 연구개발의 목표는 biosorption과 농축질화균을 이용한 기존 처리장을 양양염류 처리공정으로 upgrade하는 공법(NRL공정) 개발, 음식물 쓰레기를 유기산화하여 이를 탈질공정에 이용하는 기법개발, 여과사 표면 특성 조정을 이용한 중수도 생산기술 개발, 반응조의 유체거동 및 처리상태 예측기법 개발로 크게 나눌 수 있으며 이를 위한 각각의 단위 공정 핵심요소기술 개발이 수행되었다. NRL 공정 연구에서 HRT 5 hr에서도 질산화 효율이 90%이상을 유지하며 온도 및 HRT 변화에 강하고 C/N비가 낮은 국내 하수 성상에도 불구하고 MLE 및 기존 DEPHANOX 공정보다 영양염류 제거 효율면에서 우수한 공정임을 확인할 수 있었으며 현재 운영중인 기존 하수처리장을 경제적으로 영양염류처리시설로 upgrade할 수 있을 것으로 사료된다. 또한, 각각 단위요소기술 및 공정 연구결과를 본 연구 핵심개발 공정 연구에 적용함으로서 질소 및 인제거 효율 극대화와 양질의 중수도 생산에 크게 기여할 수 있음을 확인할 수 있었다.

목차 Contents

• 제 1 장 연구개발과제의 개요...40
• 제 1절 연구의 필요성...40
• 1. 연구개발의 경제ㆍ사회ㆍ기술적 중요성...40
• 가. 기술적 측면...44
• 나. 경제, 산업적 측면...44
• 다. 사회, 문화적 측면...45
• 제 2 절 연구목표 및 내용...45
• 1. 연구의 최종목표...45
• 2. 연구개발 목표 및 내용...46
• 가. 연차별 연구개발목표...46
• 나. 세부 연구내용 및 방법...48
• 제 2 장 국내ㆍ외 기술개발 현황...51
• 제 1 절 영양염류 공정 및 중수도 생산의 국내ㆍ외 기술 수준비교...51
• 1. 국외 기술 수준...51
• 2. 국내 기술 수준...52
• 3. 현 기술상태의 취약성...53
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...56
• 제 1 절 도시하수의 영양염류처리를 위한 NRL(Nutrient Removal Laboratory) 공정 운영...56
• 1. 서론...56
• 가. 연구내용...56
• 2. 문헌고찰...57
• 가. 생물학적 질소제거 (Biological nitrogen removal)...57
• (1) 생물학적 질산화 반응...57
• (가). 생물학적 질산화 반응의 영향인자...58
• ① pH의 영향...58
• ② 용존산소의 영향...59
• ③ 온도의 영향...60
• (2) 생물학적 탈질산화반응(Biological denitrification)...61
• (가) Microbiology...62
• (나) 생물학적 탈질산화 반응의 영향인자...62
• ① pH의 영향...62
• ② 용존산소의 영향...63
• ③ 온도의 영향...64
• 나. 생물학적 인제거 (Biological phosphorus removal)...64
• (1) 인제거 기작...64
• (2) 생물학적 인제거의 영향인자...66
• 다. 생물학적 영양염류 처리공정...66
• 3. NRL과 DEPHANOX 공정간의 유기물 및 영양염류처리 비교...73
• 가. 실험 재료 및 방법...73
• (1) 도시하수의 성상...73
• (2) NRL 및 DEPHANOX 공정 운영...74
• (3) PASS 1 예측모델 적용...76
• 나. 실험 결과 및 고찰...77
• (1) 온도 및 수리학적 체류시간이 유기물 제거에 미치는 영향...77
• (2) 온도 및 수리학적 체류시간(HRT)이 질소 제거에 미치는 영향...78
• (3) 수리학적 체류시간(HRT)이 인 제거에 미치는 영향...83
• (4) 유입 부하가 유기물 제거에 미치는 영향...85
• (5) T-N 유입 부하가 질소 제거에 미치는 영향...86
• (6) 질산성 질소의 농도가 인 제거에 미치는 영향...87
• (7) Simulation(PASS I)에 의 한 영 영양염류처리 예측...89
• (가) NRL 공정...89
• ① DO 영향...89
• ② 폭기 및 비폭기시간 영향...92
• (나) DEPHANOX 공정과 비교...94
• 4. NRL과 MLE공정의 유기물 및 영양염류처리 비교...96
• 가. 실험 재료 및 방법...96
• (1) 실험장치...96
• (2) 실험방법...97
• 나. 실험 결과 및 고찰...98
• (1) 유입하수의 성상분석...98
• (2) NRL 및 MLE 공정의 온도 영향...98
• (3) NRL 및 MLE 공정의 수리학적 체류시간 영향...101
• (4) NRL 공정의 유입부하 영향...103
• 제 2 절 활성슬러지의 biosorption 특성 연구...106
• 1. 서론...106
• 가. 연구내용...106
• 2. 이론적 고찰...107
• 가. 활성슬러지에 의한 유기물 제거...107
• (1) 부유성 물질의 제거...108
• (2) 콜로이드성 물질 제거...108
• (3) Adsorption에 의한 용존유기물의 제거...108
• 나. Biosorption의 특성...110
• (1) Extracellular biopolymer의 조성...110
• (2) Extracellular polymer의 측정...111
• 다. Bacteria의 bioflocculation...114
• 3. 도시하수의 biosorption 특성...115
• 가. 실험재료 및 방법...115
• (1) 실험재료...115
• (가) 반응조...115
• (나) 유입수...115
• (2) 실험방법...116
• (가) SBR 반응조 운영...116
• (나) Biosorption 실험...116
• (다) Biopolymer 측정방법...117
• (라) 측정항목 및 방법...117
• 나. 실험결과 및 고찰...117
• (1) 도시하수 유입 횟수에 따른 유기물 제거 특성...117
• (2) SRT에 따른 biosorption의 특성...122
• (3) F/M ratio에 따른 유기물 흡착특성...126
• (4) SRT에 따른 biopolymer의 생성과 흡착에 미치는 영향...127
• (5) Biopolymer의 양에 따른 유기물 흡착 특성...132
• 4. 축산폐수의 biosorption 특성...133
• 가. 실험재료 및 방법...133
• (1) 실험재료...133
• (가) 실험 장치 및 운전...133
• (나) 대상 폐수...134
• (2) 실험방법...134
• (가) 흡착효율 평가...134
• (나) 등온흡착식 분석...136
• 나. 실험결과 및 고찰...136
• (1) SRT에 따른 유기물 흡착특성...136
• (2) SRT에 따른 세포외 폴리머(EPS) 생산과 흡착효율 관계...140
• (3) 축산폐수 용존 유기물의 흡착 공정 분석...145
• 제 3 절 질화균에 관한 연구...147
• 1. 서론...147
• 가. 연구내용...147
• 2. 농축질화균의 영향인자 연구...148
• 가. 이론적 고찰...148
• (1) 질화균의 온도 및 활성화에너지 영향...148
• (2) 부착성 성장의 Kinetics...150
• 나. 실험재료 및 방법...152
• (1) 암모니아 부하에 따른 질화균 농축...152
• (2) 농축질화균의 온도에 따른 질화반응속도 측정...153
• (3) 부착성 질화균의 온도 영향...154
• 다. 실험결과 및 고찰...154
• (1) 암모니아 부하에 질산화균 농축에 대한 연구...154
• (2) 농축질화균의 활성화 에너지...156
• (3) 부유성 및 부착성 질화균의 온도 영향...159
• 3. 활성슬러지내 질화균의 영향인자 연구...160
• 가. 실험재료 및 실험방법...160
• (1) 실험재료...160
• (2) 온도가 질산화 반응에 미치는 영향...161
• (3) 독성물질이 반응속도에 미치는 영향...161
• 나. 연구결과 및 고찰...162
• (1) 온도가 질산화 반응에 미치는 영향...162
• (2) 독성물질이 반응속도에 미치는 영향...165
• 제 4 절 음식물 쓰레기처리와 하수의 질소 및 인처리 연계기법 개발...169
• 1. 서론...169
• 가. 연구내용...169
• 2. SBR에서 발효 음식물 쓰레기가 낮은 C/N 비 하수의 생물학적 영양염류 제어에 미치는 영향...170
• 가. 실험재료 및 방법...170
• (1) 영양염류 처리(BNR) 공정...170
• (2) 대상 폐수...171
• (3) 외부탄소원...171
• (4) 실험 방법...172
• (가) 발효된 음식물 쓰레기가 BNR에 미치는 영향...172
• (나) 측정항목 및 분석방법...173
• 나. 실험결과 및 고찰...173
• (1) 유입수 C/N 비와 발효 음식물 쓰레기 주입에 따른 유출수 nitrate 농도 변화...173
• (2) C/N 비에 따른 각 기질 별 TN 및 TP 제거율...175
• (3) 외부 탄소원 종류에 따른 탈질율...177
• 3. 음식물 쓰레기 산 발효액의 주입방법이 탈질 및 탈인에 미치는 영향...179
• 가. 실험재료 및 방법...179
• (1) 영양염류 처리(BNR) 공정...179
• (2) 대상 폐수...179
• (3) 외부탄소원...180
• (4) 실험 방법...181
• 나. 실험결과 및 고할...182
• (1) C/N 비에 따른 주입방법별 유기물, 질소 및 인의 거동...182
• (2) NOx-N 농도와 인 방출량의 관계...190
• (3) C/N비에 따른 최적 주입방법 도출...192
• 제 5 절 여과사 표면 특성 조정 기법 개발 및 여과공정 개량...196
• 1. 서론...196
• 가. 연구내용...196
• 2. 상향류식 연속 역세 여과 장치의 성능평가...196
• 가. 실험재료 및 실험방법...196
• (1) 폐수의 성상...197
• (2) 실험방법...197
• 나. 결과 및 고찰...198
• (1) 여과장치에 의한 부유물질 제거...198
• 3. 여과사의 표면처리에 의한 처리율 검토...202
• 가. 실험 재료 및 방법...202
• (1) 실험재료...202
• (가) 여재의 코팅(coating)...202
• (나) 여재를 이용한 연속실험...203
• (2) 실험방법...203
• 나. 실험 결과 및 고찰...205
• (1) pH에 따른 여재의 흡착 실험...205
• (2) 여재의 재흡착 실험...211
• (3) 여재를 이용한 탈착 실험...211
• 제 6 절 공정 및 반응조의 유체거동 예측기법 개발...215
• 1. 서론...215
• 가. 연구내용...215
• 2. 이론적 고찰...216
• 가. 수치해석방법...216
• (1) 일반지배방정식 및 해법...216
• (2) 입자이동모델...219
• (3) 입자침강모델...220
• (4) 경계조건...222
• (가) 바닥경계조건...222
• (나) 입구경계조건...222
• (다) 자유수면 경계조건...223
• (라) 출구경계조건...223
• 3. 실험재료 및 방법...224
• 가. 실험방법...224
• 4. 실험결과 및 고찰...224
• 가. 원통형 1차 침전지 해석...224
• 나. 장방형 2차 침전지 해석...227
• 다. Hydrocyclone형 침사지 해석...229
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...231
• 제 1 절 연구개발의 최종목표...231
• 제 2 절 연구개발 목표 및 달성도...232
• 제 3 절 관련분야의 기술발전에 기여도...235
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...236
• 제 1 절 추가연구의 필요성...236
• 제 2 절 개발기술의 활용계획...236
• 제 3 절 기업화 추진방안...237
• 제 6 장 참고문헌...238