초록 ▼

SWPP여재를 이용한 생물막 공법의 각 공정별 제거기작을 파악하고 여재의 물리.화학적 특성, 각 단위공정별 제거특성과 생물막 부착특성, 그리고 단위 공정별 동력학계수 등을 도출하는 것을 목적으로 하였다.
1차 년도에서는 기초 자료조사를 통하여 여재의 비표면적, 밀도, 인장강도 등의 물리적 특성과 화학적 안정성 등을 조사하였으며, 단일 반응조 실험을 통한 각 공정별(혐기성조, 무산소조, 호기성조) 제거특성과 동역학 인자들을 파악하였다. 또한, 실제 배출되는 하수를 대상으로 연속식 운전을 통하여 유기물 부하 및 체류시간 변화에 따

SWPP여재를 이용한 생물막 공법의 각 공정별 제거기작을 파악하고 여재의 물리.화학적 특성, 각 단위공정별 제거특성과 생물막 부착특성, 그리고 단위 공정별 동력학계수 등을 도출하는 것을 목적으로 하였다.
1차 년도에서는 기초 자료조사를 통하여 여재의 비표면적, 밀도, 인장강도 등의 물리적 특성과 화학적 안정성 등을 조사하였으며, 단일 반응조 실험을 통한 각 공정별(혐기성조, 무산소조, 호기성조) 제거특성과 동역학 인자들을 파악하였다. 또한, 실제 배출되는 하수를 대상으로 연속식 운전을 통하여 유기물 부하 및 체류시간 변화에 따른 SWPP 공법에서의 생물막 부착특성에 대한 연구를 수행하였다. 2차 년도에서는 혐기/무산소/호기로 구성된 BNR 공정을 이용하여 수리학적 체류시간 및 내부반송율의 변화에 따른 유기물 및 영양염류의 제거특성을 파악하였고, 단일반응조 실험결과와 연계하여 각 반응조별 동력학 인자를 파악하고자 하였다.
폐비닐 재활용여재(SWPP media)의 물리적 특성 및 생물?화학적 안정성을 조사한 결과 생물막 여재로 사용하기에 적합한 것으로 나타났으며, 접촉여재의 형태학적 특성은 미생물 부착이 매우 용이한 형태를 지닌 것으로 조사되었다.
여재의 충진율 변화에 따른 실험결과 50%∼60%가 적당한 것으로 판단되나 제거효율과 경제성면을 고려하면 최적의 여재 충진율은 약 50%인 것으로 조사되었다. SWPP여재를 이용한 혐기성조의 실험결과 수리학적 체류시간 2.2hr 이상에서는 제거효율의 차이가 미미한 것으로 나타나 혐기성조의 최적 체류시간은 약 2∼2.5hr으로 운전하는 것이 바람직한 것으로 판단된다. 또한, 부하율이 3.0gCOD/L/day 이상으로 증가하면 유출수의 농도도 점차적으로 증가하는 추세를 보였으며, 제거효율은 약 40% 전후로 떨어지는 것으로 조사되어 혐기성조의 적정 유입부하율은 3.0gCOD/L/day 미만인 것으로 조사되었다. 무산소조에서의 유입 및 유출수 농도와 제거효율을 파악한 결과 체류시간 1.7hr이상 에서는 체류시간이 증가하여도 제거효율의 차이가 미미한 것으로 나타나 최적의 체류시간은 약 1.7hr인 것으로 조사되었다. 또한, 호기성조에서 COD 제거율을 60%이상 얻기 위해서는 수리학적 체류시간을 약 5.0hr이상으로 운전해야 하는 것으로 나타났다.
BNR 공정을 이용한 연속식 실험결과 14hr의 수리학적 체류시간과 50%의 내부반송율로 운전해야 하는 것으로 나타났으며, 유기물과 암모니아성 질소는 효과적으로 제거되는 것으로 나타났다. 그러나 생물막 공정의 특성상 인의 제거율은 매우 낮게 나타났다.
Stover-Kincannon 모델을 호기성조에 적용한 결과 $NH_4^+$-N와 COD의 제거식은 monod식과 유사한 것으로 조사되었다. 최대기질소비율(M)과 반포화속도상수(k)는 각각 6.17g$NH_4^+$-N/$m^2/day$와 5.05g$NH_4^+$-N/$m^2/day$로 조사되었으며, 유기물의 경우 M과 k는 19.5gCOD/$m^2/day$와 23.7gCOD/$m^2/day$로 산정되었다. 또한, 동력학 상수를 통한 수질예측값은 실험값에 잘 부합하는 것으로 나타났다. 혐기성조에서 M과 k는 각각 263.3gCOD/$m^2/day$와 450.1gCOD/$m^2/day$로 산정되었으나, 유기물이 증가함에 따라 제거되는 양은 점차적으로 감소하였으며, 예측값과 실험값은 다소 차이가 있었다. 따라서 혐기성조의 경우 Stover-Kincannon 모델을 적용하는 것은 바람직하지 않다고 판단된다.
SWPP여재에 부착된 생물막의 두께와 단위면적당 VSS 함량은 각각 342.0∼907.0${\mu}m$와 2.675∼2.822mgVSS/$cm^2$로 조사되었다. 또한, 생물막 건조밀도는 32.60mg/$cm^3$로 나타났으며, F/M비가 0.051∼0.192로 증가함에 따라 부착미생물량은 2.688∼2.815mg/$cm^2$으로 증가하였다.
한편, 본 연구에서는 SWPP공법을 이용한 생물학적 영양염류 제거공정의 단위공정별 제거특성 및 적정 설계인자를 파악하고, 생물막 부착특성 및 동력학 인자 들을 도출함으로서 현재까지 연구가 미흡한 생물막공법에 대한 보다 다양하고 체계적인 자료를 제시함으로서 본 학문분야의 발전에 크게 이바지 한 것으로 판단된다. 또한, 1-2차 년도에 걸쳐 진행된 본 연구는 계획한 연구 내용 및 목표를 충분히 달성 하였고, 본 연구에서 얻어진 연구결과를 이미 국내 전국전문학술지에 게재함으로서 그 학술적 가치를 인정받았으며, 현재까지 도출된 연구결과를 산학협력을 통하여 지방중소기업에 전수함으로 지역경제의 활성화를 도모하였고, 2년 간의 연구수행과정을 통하여 능력있고 우수한 연구인력을 많이 양성하였다.

Abstract ▼

The purpose of this research is to investigate the removal characteristics of each unit process and biofilm attachment characteristics of SWPP media. And we intended to investigate the kinetic parameters of each unit process.
The first part of 2-year research is conducted to investigate the physi

The purpose of this research is to investigate the removal characteristics of each unit process and biofilm attachment characteristics of SWPP media. And we intended to investigate the kinetic parameters of each unit process.
The first part of 2-year research is conducted to investigate the physical characteristics of specific surface area, density, extension intensity etc... And also find the removal characteristics of each process (anaerobic zone, anoxic zone, aerobic zone). Experiments were carried out in order to estimate of the characteristics of the attached biomass in SWPP process at various hydraulic retention time and organic loading rate. The second part of 2-year research investigate the removal characteristics of organic matter and nutrients according to the HRT and internal recycle rate using the BNR process, combine with each process. As results of this research, we investigate the kinetic parameters.
Physical characteristics and biologico-chemical safety of SWPP media were proper to adopt to biofilm media and the specific spherical was adequate for microbe to be easily attached on the media.
As results of variation of the media packing ratio, the media packing ratio was proper 50%∼60%. However the optimal media packing ratio was proper about 50% considering of removal efficiency and economic aspect. In anaerobic reactor, removal efficiency was similar above 2.2hr HRT and optimal HRT was 2∼2.5hr. The effluent concentration increased gradually and the removal efficiency decreased about 40% with an increase in organic loading (over 3.0gCOD/L/day). Therefore optimal organic loading was under 3.0gCOD/L/day. In anoxic reactor, optimal HRT was above 1.7hr. To remove more than 60% of COD, HRT has to be controlled more than 5.0hr in aerobic reactor The results of continuous test, organic matter and ammonium nitrogen were removed effectively. At 50% of internal recycle rate, organic removal efficiency was somewhat higher than the other. Total nitrogen was removed significantly at 50% internal recycle rate. However, total phosphorus removal efficiency was low with all internal recycle rates.
The Stover-Kincannon model was adopted to the aerobic tank. The equations, removal of $NH_4^+$-N and COD, were similar to Monod equation. The specific maximal $NH_4^+$-N removal efficiency (M) and proportionality constant (k) were 6.17g$NH_4^+$-N/$m^2/day$ and 5.05g$NH_4^+$-N/$m^2/day$, respectively. And for the organic matter, M and k were 19.5gCOD/$m^2/day$ and 23.7gCOD/$m^2/day$ and it were found that the experimental and the estimated values corresponded well. In anaerobic tank, M and k were 263.3gCOD/$m^2/day$ and 450.1gCOD/$m^2/day$, respectively. However, as the organic loading rate increased, the removal rate decreased. Thus, it was found that the adoption of the Stover-Kincannon model was inadequate, because experimental and estimated value did not correspond.
The equivalent biofilm thickness and VSS content per unit area were observed in the range of 342.0 to 907.0${\mu}m$ and 2.675 to 2.822mgVSS/㎠. Biofilm dry density was observed 32.60mg/$cm^3$ and biomass increased from 2.675 to 2.822mgVSS/㎠ with an increase in F/M ratio from 0.051 to 0.192.

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문...3
• 1. 국문요약문...3
• Ⅱ. 연구결과 요약문...4
• 1. 국문요약문...4
• 2. 영문요약문...5
• Ⅲ. 연구내용...6
• 1. 서론...6
• 2. 실험장치 및 운전방법...1
• 3. 결과 및 고찰...7
• 3.1 기초자료조사...7
• 3.2 단일 공정별 제거특성...8
• 3.3 SWPP 여재의 생물막 부착특성...12
• 3.4 연속식 실험의 제거특성 및 동력학 계수 산정...15
• 4. 결론...20
• 5. 인용문헌...21