초록 ▼

본 연구의 최종목표는 난분해성 염색폐수의 효율적 고도처리 공정 개발과 기존 염색폐수처리장의 개선에 적합한 공정개발로 크게 구분할 수 있다. 난분해성 염색폐수의 효율적 고도처리 공정 개발 연구는 염색폐수 분해 미생물을 고정화한 특수 담체공정으로 BOD 90% 이상 제거한 후 고급산화 공정으로 유입시키는, 생물학적 처리와 고급산화를 조합한 공정으로 색도, 유기물, 영양염류를 RFP의 기준치 이내로 처리하는 것이다. 본 연구에서 목표로 하고 있는 RFP 기준은 색도 100도(최대 40도), $COD_{Mn}$ 20mg

본 연구의 최종목표는 난분해성 염색폐수의 효율적 고도처리 공정 개발과 기존 염색폐수처리장의 개선에 적합한 공정개발로 크게 구분할 수 있다. 난분해성 염색폐수의 효율적 고도처리 공정 개발 연구는 염색폐수 분해 미생물을 고정화한 특수 담체공정으로 BOD 90% 이상 제거한 후 고급산화 공정으로 유입시키는, 생물학적 처리와 고급산화를 조합한 공정으로 색도, 유기물, 영양염류를 RFP의 기준치 이내로 처리하는 것이다. 본 연구에서 목표로 하고 있는 RFP 기준은 색도 100도(최대 40도), $COD_{Mn}$ 20mg/L, BOD 10mg/L, SS 10mg/L, T-N 20mg/L, T-P 1mg/L 이하이다.
또한 기존 염색폐수처리장의 개선에 적합한 공정개발 연구는 기존 반월염색폐수처리장을 대상으로 생물학적 처리시설을 개선하고, 펜톤산화 처리공정을 최적화하여 현행 배출수 수질기준을 만족하면서, 경제적 처리가 가능한 공정을 개발하는 것이다. 즉, 현 염색폐수 처리공정의 높은 운전비용(180억원/년)을 고려하여, 처리비용을 20% 이상 절감하고 처리 능력을 25% 신장할 수 있는 최적의 개선 공정을 개발하는 것을 목표로 연구를 수행하였다. 이에 따른 각 해당연도의 연구 내용 및 범위는 다음과 같다.
$\blacksquare$ 1차년도
$\circ$ 기존 폐수처리장의 처리현황 및 문제점 검토
$\circ$ 난분해성 염색폐수의 분해균주 개발
$\circ$ 미생물고정화 담체 소재 개발
$\circ$ 기존 펜톤산화 공정의 최적화 연구
$\circ$ 3가철을 이용한 유사펜톤 공정 연구
$\circ$ 폐수 내 용존 $TiO_2$의 영향 연구
$\blacksquare$ 2차년도
$\circ$ 염색폐수의 난분해성 물질의 규명을 위한 공정별 성상분석
$\circ$ 난분해성 염색폐수의 분해균주 Pool 개발 및 확보
$\circ$ 미생물고정화 담체의 소재 개발 및 제조공정 확립
$\circ$ 기존 생물학적 처리공정의 개선 방안 연구
$\circ$ 기존 화학적 처리공정의 최적화 연구
$\blacksquare$ 3차년도
$\circ$ 미생물을 고정화시킨 담체의 시제품 생산
$\circ$ 고정화 담체를 이용한 생물학적 고도처리 공정 개발 연구
$\circ$ 생물학적 처리와 고급산화의 조합 처리 공정 연구
$\circ$ 고정화 담체의 모니터링 및 개선 방안 연구
$\circ$ 난분해성 염색폐수의 분해균주 모니터링
$\circ$ 생물학적 고도처리 Pilot plant의 설계 및 제작
$\circ$ 기존 폐수처리장의 개선에 적합한 공정 개발 연구
$\blacksquare$ 4차년도
$\circ$ 고정화 담체 공정 및 고급산화 공정의 Pilot plant 운전
$\circ$ 고정화 담체의 모니터링 및 개선 방안 연구
$\circ$ 난분해성 염색폐수의 분해균주 모니터링 및 분리동정
$\circ$ 반월염색폐수처리장의 공정 개선방안 제시
$\circ$ 국가신기술 인증 신청
$\circ$ 국가별 배출허용기준 수준에 적합한 공정개발 연구
$\circ$ 개발된 고정화 담체공정의 타 폐수에 대한 활용가능성 평가

Abstract ▼

Two ultimate goals of this research were to develop an efficient and advanced treatment process for recalcitrant dyeing wastewater treatment and to develop processes to improve the performance of the existing treatment facilities. The efficient and advanced treatment process combined a special cell-

Two ultimate goals of this research were to develop an efficient and advanced treatment process for recalcitrant dyeing wastewater treatment and to develop processes to improve the performance of the existing treatment facilities. The efficient and advanced treatment process combined a special cell-immobilized process and an ozone oxidation process. The processes to improve the existing facilities included an improved biological process and an optimized Fenton oxidation process, which, as a whole, made the overall process economical. The results were summarized as follows.
Efficient and advanced process for recalcitrant dyeing wastewater treatment
A pool of adapted microorganisms was immobilized into a polyethylene glycol medium which was applied to construct various biological reactors. The cell-immobilized media, manufactured as $4{\times}4mm$ pellets, provided smooth material and oxygen diffusion and showed sufficient compressive strength and durability. It was confirmed that cells were growing in the pellets. The recalcitrant organic matters which were not degraded in an activated sludge were removed substantially. This resulted in saving of chemicals in the following chemical processes. The final effluent met the requirements of the Request for Proposal, giving $COD_{Mn}$ and color values less than 20 mg/L and 40 ADMI units, respectively.
Processes to improve the existing facilities
The major problem in the existing biological process (pure-oxygen fed up-flow sludge blanket type reactor) was the insufficient biomass concentration in the aeration tank. It was shown in a pilot-plant study that an addition of biofilm media (BioPOP, a sponge type commercial medium) increased the biomass concentration sufficiently, producing better effluent quality with less reaction time. Improved biological treatment resulted in a large saving of chemicals up to 50% in the subsequent Fenton oxidation process.
Application and commercialization of the key technology
The cell-immobilized biomedia process was considered to have a great potential for practical applications. It could be adopted to developing countries since it generated good effluent quality without an additional expensive chemical process. It also could be utilized in the advanced countries which required more stringent effluent quality as it could be combined with chemical processes effectively and economically.

목차 Contents

• 표 지...1
• 제출문...2
• 요약문...3
• SUMMARY...15
• CONTENTS...17
• 목 차...24
• List of Figures...30
• List of Tables...43
• 제 1 장 서론...48
• 제 1 절 연구 배경 및 필요성...48
• 1. 연구개발의 목적 및 필요성...48
• 2. 국내 외 관련기 술의 현황...49
• 3. 국내 외 유사기술과의 차별성...51
• 제 2 절 연구목표 및 범위...52
• 제 2 장 국내 외 기술개발 현황...55
• 제 1 절 염색폐수의 특성...55
• 1. 염색공정 및 염색폐수의 특성...55
• 2. 염료의 종류 및 특성...61
• 3. 염색 폐수의 처리 방법...65
• 4. 국내의 염색폐수 처리공정...69
• 제 2 절 미생물 고정화법...70
• 1. 미생물 고정화법의 연구배경 및 필요성...70
• 2. 미생물 고정화법의 종류 및 원리...72
• 제 3 절 염색폐수의 생물학적 처리 및 생물막 공정...78
• 1. 염색폐수의 생물학적 처리...78
• 가. 호기성 처리법...78
• 나. 혐기성 처리법...79
• 다. 혐기/호기 처리법...82
• 2. 생물막 공정...84
• 가. 호기성 생물막 공정...84
• 나. 혐기성 생물막 공정...86
• 제 4 절 고급산화공정 및 활성탄 흡착...88
• 1. 고급산화공정...88
• 가. 고급산화공정의 정의...88
• 나. 폐수처리에서의 OH radical의 중요성...91
• 다. 고급산화공정의 분류...93
• 2. 펜톤산화 공정...95
• 가. 펜톤산화의 반응 메카니즘...95
• 나. 펜톤산화 공정을 이용한 유기물의 산화 처리...98
• 3. 오존산화 공정...100
• 가. 오존의 분해 메카니즘...100
• 나. Ozone/High pH AOP...102
• 다. Ozone/H2O2 AOP (PEROX ONE)...104
• 라. Ozone/UV AOP...105
• 4. 활성탄 흡착...107
• 가. 흡착 이론...107
• 나. 흡착평형식...108
• 다. 흡착탑의 파과...110
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...112
• 제 1 절 난분해성 염색폐수의 효율적 고도처리 공정개발...112
• 1. 염색폐수의 공정별 성상분석...112
• 가. 시료의 채취 및 분석방법...113
• 나. 결과 및 고찰...114
• 다. 연구결과 요약...127
• 2. 난분해성 염색폐수의 분해균주 개발...129
• 가. 시료의 채취...130
• 나. 균주 분리 및 배양...131
• 다. 균주 동정...133
• 라. 미생물 분리 동정 결과...141
• 마. 연구결과 요약...148
• 3. 고정화담체의 소재 개발 및 제조 기술...149
• 가. 담체의 소재 개발 및 합성...149
• 나. 담체합성기의 제작 및 적용...174
• 다. 연구결과 요약...178
• 4. 고정화담체의 모니터링 및 개선 방안...180
• 가. 질산화 담체의 모니터링...180
• 나. SBR 반응기에 적용된 고정화담체의 모니터링...186
• 다. 고정상 반응기와 유동상 반응기에 적용된 고정화담체의 모니터링...189
• 라. 고정화담체의 개선방안 (비중 향상)...196
• 마. 연구결과 요약...198
• 5. 고정화담체 공정을 이용한 염색폐수의 처리...199
• 가. 부유성장 미생물을 이용한 SBR 운전...199
• 나. 고정화담체 공정을 이용한 염색폐수의 처리 (SBR 운전)...212
• 다. 고정화담체 공정을 이용한 염색폐수의 처리 (Lab-scale 반응기)...217
• 라. 고정화담체 공정을 이용한 염색폐수의 처리 (Pilot plant)...232
• 마. 연구결과 요약...244
• 6. 고급산화공정을 이용한 염색폐수의 처리...248
• 가. 오존산화 공정...248
• 나. 활성탄 흡착 및 펜톤산화 공정...265
• 다. 연구결과 요약...279
• 7. 혐기 전처리를 이용한 고정화담체 공정개발...281
• 가. 혐기성 반응기를 이용한 염색폐수의 색도 처리...282
• 나. 호기성 반응기를 이용한 염색폐수의 난분해성 물질 처리...292
• 다. 연구결과 요약...306
• 제 2 절 기존 염색폐수처리장의 개선에 적합한 공정개발...308
• 1. 기존 염색폐수처리장의 현황과 문제점...308
• 가. 폐수처리장 현황...308
• 나. 폐수처리장 운전 현황...313
• 다. 폐수처리장 공정 분석...318
• 라. 연구결과 요약...323
• 2. 생물학적 처리공정의 개선 방안...324
• 가. 담체 충진율에 따른 유기물 제거 회분식 실험...324
• 나. 담체 충진율에 따른 유기물 제거 Pilot plant 실험...329
• 다. Pilot plant와 순산소포기조 유출수의 펜톤산화 처리비용 비교...345
• 라. 연구결과 요약...347
• 3. 반월염색조합 공동폐수처리장의 공정 개선안...349
• 가. 폐수처리장 개선 목적...349
• 나. 단위공정별 평균제거율을 고려한 공정개선 후 예측수질...350
• 다. 최종 개선안 및 경제성 분석...352
• 4. 펜톤산화 운전인자 최적화를 위한 기초 연구...354
• 가. 펜톤시약의 주입량 절감을 위한 최적 주입 조건 도출...354
• 나. 응집 및 펜톤산화에 의한 최적 처리방안 도출...364
• 다. 연구결과 요약...373
• 5. 펜톤산화 공정의 최적화 연구...374
• 가. 반월염색폐수처리장의 펜톤산화 처리 현황...374
• 나. 펜톤산화조 공정 분석...376
• 다. 펜톤산화 및 ferric coagulation의 비교 실험...381
• 라. 철 응집과 펜톤산화의 연계처리...385
• 마. 연구결과 요약...391
• 6. 3가철을 이용한 유사펜톤 공정 연구...392
• 가. 유사펜톤 반응에서 Fe(III)의 종류에 따른 염료 제거효율 비교...392
• 나. 유사펜톤 반응을 이용한 실제 염색폐수의 처리...394
• 다. 연구결과 요약...399
• 7. 폐수내 용존 TiO2의 영향 연구...400
• 가. TiO2/UV 시스템의 개요...400
• 나. 펜톤산화 공정에서 Fe2+와 Fe3+의 염료 분해효과 비교...402
• 다. UV광이 펜톤산화 공정에 미치는 영향...403
• 라. UV광이 유사펜톤 공정에 미치는 영향...404
• 마. TiO2 농도의 영향...405
• 바. 실폐수의 분해에 대한 Hisol의 효과...406
• 사. 용존 Ti4+이 염색폐수의 광분해에 미치는 영향...407
• 아. TiO2의 광분해에 따른 염료의 성상 변화...409
• 자. 연구결과 요약...411
• 제 3 절 요소기술의 상품화 및 활용방안 연구...412
• 1. 국가별 배출허용기준 수준에 적합한 공정개발 연구...412
• 2. 개발된 고정화담체 공정의 타 폐수에 대한 활용가능성 평가...417
• 3. 국가신기술 인증 신청...419
• 제 4 장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도...420
• 제 1 절 연구개발 목표 및 달성도...420
• 1. 연구개발 목표 및 내용...420
• 2. 연구개발 목표대비 달성도...422
• 3. 연구개발 결과...426
• 제 2 절 연구개발로 인한 대외기여도...432
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...434
• 제 6 장 참고문헌...436