초록 ▼

(1) 수직형 MBR 공정의 운전조건 도출
본 연구에서 새롭게 개발된 수직형 MBR 공정은 하부에 위치하는 무산소조와 상부의 호기조 간의 역할 분담이 가장 큰 특징이라 할 수 있으므로 무산소조와 호기조의 적정 비율을 결정하는 것이 매우 중요하다. 또한 내부 반송율, C/N 비, HRT 등에 따른 공정의 제거효율을 평가함으로써 적정 운전조건을 도출한다.
(2) Pilot 규모 수직형 MBR 공정의 성능 평가
실제 하수를 대상으로 pilot scale 수직형 MBR 공정을 연속 운전하며, 장기간 운전시 4계절 동안의 다

(1) 수직형 MBR 공정의 운전조건 도출
본 연구에서 새롭게 개발된 수직형 MBR 공정은 하부에 위치하는 무산소조와 상부의 호기조 간의 역할 분담이 가장 큰 특징이라 할 수 있으므로 무산소조와 호기조의 적정 비율을 결정하는 것이 매우 중요하다. 또한 내부 반송율, C/N 비, HRT 등에 따른 공정의 제거효율을 평가함으로써 적정 운전조건을 도출한다.
(2) Pilot 규모 수직형 MBR 공정의 성능 평가
실제 하수를 대상으로 pilot scale 수직형 MBR 공정을 연속 운전하며, 장기간 운전시 4계절 동안의 다양한 환경 및 운전 조건 변화에 따른 공정의 안정성 및 효율을 평가하고자 한다. 또한, 슬러지 고온 용해 유기산을 외부 탄소원으로 주입하며 막 오염 현상 및 공정의 거동도 관찰한다. 이때 막간 차압(TMP)과 투과유속(Flux)의 변화를 관찰하며 적정 세정주기를 제시하게 된다. 또한, 운전기간 동안 주기적으로 미생물 분포를 분자 생물학적 기법을 적용하여 관찰함으로써 MBR 반응조 내에서 유기물 및 영양염류 제거와 관련된 주요한 미생물의 거동을 규명하고자 한다. 마지막으로 개발된 공정을 장기 운전할 경우 타 공정과의 경제성을 비교 검토하고 공정의 모델링을 통해 검증하며, 유출수의 재이용성을 평가하고자 한다.
(3) 50 $m^3$/day급 실증플랜트 수직형 MBR 공정의 성능 평가
실제 하수처리장의 유입수를 대상으로 실증플랜트의 장기간 운전을 통해 수온 및 운전 조건 변화에 따른 공정 특성을 규명하고자 한다. 평막과 중공사막, 중공사막 fiber 배열형태, 공기역세 등에 따른 막간 차압(TMP) 및 투과 유속(Flux)을 비교 평가하여 화학적 세정 주기를 연장할 수 있는 방안을 찾고자 한다. 또한, 화학적 인 제거를 위하여 응집제(FeCl3)를 투입했을 때 공정의 안정성 및 foluing에 미치는 영향을 평가한다. 마지막으로 사업화를 위하여 특허출원 및 환경신기술 검증작업을 수행한다.
(4) 슬러지 가용화 및 산발효 수율 향상 방안 연구
슬러지 용해과정에서 산과 온도가 용해에 미치는 영향과 이들 인자의 최적조건을 평가하고 산발효실험을 통해 용해조건이 산생성율에 미치는 영향 및 최적의 유기산 생성조건을 파악한다. 또한 초음파를 이용한 슬러지 가용화 연구를 통해 최적 운전조건을 도출하고 산발효 특성을 향상시킬 수 있는 방안을 도출한다.

Abstract ▼

(1) Derivation of optimal operation conditions of vertical-type MBR
In this research, determining an optimal ratio of oxic reactor and anoxic reactor was one of the most important operation conditions, because the role assessment of each reactor were critical in the novel vertical-type MBR system

(1) Derivation of optimal operation conditions of vertical-type MBR
In this research, determining an optimal ratio of oxic reactor and anoxic reactor was one of the most important operation conditions, because the role assessment of each reactor were critical in the novel vertical-type MBR system. Desirable operation parameters such as HRT, internal recycle ratio, T/N ratio were obtained by evaluating the nutrient removal efficiency.
(2) Performance of semi-pilot scale vertical MBR system
$5m^3$/day pilot plant was operated to verify the performance of the submerged and vertical-ype MBR under various environmental conditions. Furthermore, a behavior of the reactor was monitored, in accordance with organic acids derived from sludge solubilization as an external carbon source injected into the reactor. Simultaneously, TMP and flux variation was monitored and, based on the results, the optimal cleaning period were suggested. Through the whole operation period, the variation of microbial communities in lab-scale and pilot-scale reactor were monitored by PCR-DGGE (polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis) method to examine the microbial communities which were concerned with nutrient removal. Lastly, we analyzed the economical efficiency of the vertical-type MBR, including automatic control system, and estimated the feasibility of reuse of effluent.
(3) Performance of pilot scale vertical MBR system
50 m3/day pilot plant was constructed and operated to estimate the performance of the vertical-type MBR under various environmental conditions. The effects of membrane type, arrangement of membrane fiber, and air backwashing were investigated to prolong the chemical cleaning period. Also, effect of FeCl3 on a phosphorous removal was analyzed. Finally, verification to commercialize the technology were carried out.
(4) Study on the methods to enhance a sludge solubilization and
acidification rate
In UASB acidification reactor, sludge solubilization rate was monitored as temperature varied. Ultrasonic waves was applied to the sludge, causing biological cells to vibrate so rapidly that they explode, enabling the cell contents to be rapidly converted to soluble organic matters. Optimal acidification and solubilization conditions were derived to enhance the nutrient removal.

목차 Contents

• 표지 ...1
• 제출문 ...2
• 요약문 ...4
• SUMMARY ...10
• Contents ...16
• 목차 ...20
• List of Tables ...24
• List of Figures ...30
• 제1장 서론 ...38
• 제1절 연구 개발의 필요성 ...40
• 제2절 연구 개발의 목적 및 범위 ...49
• 1. 연구 개발의 목적 및 범위 ...49
• 2. 연구 개발 추진 체계 ...51
• 제2장 국내외 기술 개발 현황 ...52
• 제1절 A2/O 공정에 기초한 질소, 인 동시 제거 공정 ...54
• 제2절 막 결합 생물학적 공정 (Membarne Bioreactor, MBR) ...59
• 1. MBR 공정의 정의 및 종류 ...59
• 2. MBR 공정의 장.단점 ...67
• 3. MBR 공정을 위한 분리막 선정 기준 ...76
• 4. MBR 공정의 발전 과정 ...80
• 가. 순환형 (Side-stream) MBR 공정 ...81
• 나. 침지형 (Submerged) MBR 공정 ...83
• 다. 상용화 사례 ...87
• 5. MBR 공정을 이용한 도시하수 처리 ...90
• 6. 유기산발효공정의 연구 배경 및 기술의 개요 ...94
• 가. 일차슬러지의 산발효 ...104
• 나. 초음파를 이용한 슬러지 용해기술 ...111
• 제3장 연구 개발 수행 내용 및 결과 ...120
• 제1절 실험 내용 및 방법 ...122
• 1. 수직형 MBR 공정의 운전 인자 도출 ...122
• 가. 무산소조와 호기조의 비율 결정 ...122
• 나. 내부 반송율, C/N 비, HRT의 영향 평가 ...125
• 2. 수직형 MBR 공정의 처리 효율 평가 ...128
• 가. 실험실 규모 수직형 MBR 공정의 처리 효율 평가 ...128
• 나. Pilot 규모 수직형 MBR 공정의 장기간 운전 효율 평가 ...130
• 다. 실증플랜트 규모 수직형 MBR 공정의 장기간 운전 효율 평가 ...136
• 3. 유기산발효공정 설치 및 운전 ...174
• 가. 회분식 실험 ...174
• 나. 연속운전 ...176
• 다. 초음파를 이용한 가용화 및 산발효 실험 ...178
• 라. 실증플랜트 산발효시스템 시설 ...186
• 4. 분석 원리 및 방법 ...191
• 가. 막 저항 측정 ...191
• 나. 생물학적 막 오염 인자 측정 ...192
• 다. 물리/화학적 막 오염 인자 측정 ...193
• 라. 호흡률 측정기를 이용한 유입수 성상 구분 및 미생물 활성도 측정 ...194
• 마. 공정의 처리 효율 평가 ...199
• 바. 장기간 운전 시 미생물의 종 거동 (population dynamics) 변화 ...200
• 사. 수직형 MBR 공정 모델링 ...204
• 아. 중공사막 재질과 물리적 특성 평가 ...217
• 제2절 연구 결과 ...220
• 1. 수직형 MBR 공정의 운전 인자 도출 ...220
• 가. 무산소조와 호기조의 비율 결정 ...220
• 나. 내부 반송율, C/N 비, HRT의 영향 평가 ...222
• 2. 수직형 MBR 공정의 처리 효율 평가 ...225
• 가. 실험실 규모 수직형 MBR 공정의 처리 효율 평가 ...225
• 나. Pilot 규모 수직형 MBR 공정의 장기간 운전 효율 평가 ...236
• 다. Pilot 규모 수직형 MBR 공정 장기 운전 시 막 오염 경향 및 저감 방안 연구 ...257
• 3. 실증플랜트 수직형 MBR 공정의 처리 효율 평가 ...266
• 가. 분배장치 및 산기장치 개발 ...266
• 나. 실증플랜트 반응조 기본안 ...287
• 다. 반응조의 수리학적 구조가 DO 농도에 미치는 영향 ...290
• 라. 무동력 내부반송에 의한 내부반송량 측정 ...306
• 마. 실증플랜트 규모 수직형 MBR 공정의 장기간 운전 효율 평가 ...311
• 4. 산발효 공정의 처리효율 평가 ...341
• 가. 고온 용해 유기산을 이용한 산발효 효율 향상 ...341
• 나. 슬러지의 고온 산용해 실험 ...353
• 다. 초음파를 이용한 슬러지 가용화 ...361
• 5. 수직형 MBR 공정의 경제성 평가 ...376
• 가. 경제성 평가의 원리 및 방법 ...376
• 나. 수직형 MBR 공정의 경제성 평가 ...378
• 다. 수직형 MBR 공정의 경제성 평가 결론 ...389
• 6. Pilot 규모 수직형 MBR 공정에서 장기간 운전시 미생물의 거동 ...390
• 7. Pilot-scale 수직형 MBR 공정의 모델링 ...394
• 8. 중공사막 재질과 물리적 특성 ...407
• 가. 재질(FT-IR) 분석결과 ...407
• 나. 공경크기 분석결과 ...408
• 다. 표면분석결과 ...409
• 라. 내약품성 및 pH 범위 분석결과 ...411
• 9. 결 론 ...416
• 제4장 연구 개발 목표 달성도 및 대외기여도 ...422
• 제1절 연구 개발 목표 달성도 ...424
• 제2절 대외 기여도 ...430
• 제5장 연구 개발 결과의 활용 계획 ...432
• 제1절. 기술이전 및 연구결과 활용계획 ...434
• 1. 2005년 활용계획 ...434
• 2. 차년도 이후 활용계획 ...434
• 제2절. 기대효과 ...435
• 1. 사업화 계획 ...435
• 2. 무역수지 개선효과 ...435
• 제6장 참고 문헌 ...436
• 부 록 ...448