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대체용수(빗물/중수) 연계활용에 의한 저에너지 순환형 도시용수처리기술 개발

Development of a Low Energy Recycled Urban Water Treatment Technology Integrating Alternative Water Resources (rainwater/reused wastewater)

보고서 정보
주관연구기관 (주)시노펙스
연구책임자 박병주
참여연구자 장지웅 , 신용일 , 김현정 , 차춘근 , 정인식 , 이경근 , 정성진
보고서유형최종보고서
발행국가대한민국
언어 한국어
발행년월2011-11
과제시작연도 2010
주관부처 환경부
사업 관리 기관 한국환경산업기술원
등록번호 TRKO201200001765
과제고유번호 1485008385
DB 구축일자 2013-05-20

초록

본 연구를 통해 개발된 시스템은 빗물과 중수의 연계활용으로 안정적인 수량과 수질 확보가 가능하며, 상수도 보급률이 낮아 생활용수가 부족한 지역에서 중수 사용을 통한 물 부족 문제의 해결방안으로도 크게 기여할 것으로 예상된다. 또한 빗물-중수 통합형 MBR기술은 분산형 및 저에너지 기술 개발의 핵심 기술로써, 전 세계 광범위한 범위에서 적용이 가능 할 뿐만 아니라 소비자가 추구하는 수질을 맞출 수 있기 때문에 중수 재이용을 통해 사람들이 가지는 중수에 대한 불신을 줄이는데 기여할 수 있을 것이다.
또한, 빗물 및 하수재이용 합류

목차 Contents

  • 표지 ... 1
  • 제출문 ... 2
  • 보고서 초록 ... 3
  • 목 차 ... 7
  • 표목차 ... 12
  • 그림목차 ... 15
  • 제1장 서론 ... 20
  • 제1절 연구개발의 중요성 및 필요성 ... 20
  • 1. 연구개발의 필요성 및 동향 ... 20
  • 제2절 연구개발 개요 ... 23
  • 1. 중수 재이용 ... 23
  • 가. 중수도의 유형과 처리방식 ... 23
  • 나. 중수도 수질기준 ... 23
  • 다. 중수도 관련 법규 ... 25
  • 2. 빗물 재이용 ... 26
  • 가. 빗물 관련 법률 조사 ... 26
  • 나. 빗물 30년 기준 편차 ... 28
  • 다. 빗물 수집방법 ... 28
  • 라. 빗물저류시설의 재질의 특성 ... 30
  • 마. 국내 빗물 재이용 시설 사전 조사 ... 30
  • 바. 빗물 재이용 장치 관련 특허 ... 37
  • 사. 유사 특허분석 ... 39
  • 아. 빗물의 수질특성 파악연구 ... 40
  • 자. 빗물의 수질특성 파악연구 ... 42
  • 3. MBR 발전과 External MBR ... 50
  • 가. 교차흐름(cross flow) 여과 방식 MBR ... 50
  • 나. 침지식 막분리 활성슬러지 공정 ... 51
  • 다. 차세대 MBR 공법(3세대 MBR 공법) ... 51
  • 라. MBR 최신 연구동향(IWA Beijing, 2009 기준) ... 52
  • 제3절 연구개발의 국내외 현황 ... 55
  • 1. 해외 기술개발 동향 ․ 시장 ... 55
  • 가. 빗물이용 현황 ... 55
  • 나. 하수 재이용 현황 ... 59
  • 다. 국외 분리막 시장규모 및 중수처리 기술 동향 ... 63
  • 2. 국내 기술개발 동향 ․ 시장 ... 65
  • 가. 국내 빗물이용 현황 ... 65
  • 나. 국내 하수재이용 현황 ... 67
  • 제4절 연구개발대상 기술의 차별성 ... 72
  • 1. 연구개발의 차별성 ... 72
  • 제 2 장 연구개발의 목표 및 내용 ... 74
  • 제1절 연구의 최종목표 ... 74
  • 1. 연구개발 목표 ... 74
  • 제2절 연도별 연구개발의 목표 및 평가방법 ... 75
  • 1. 연도별 연구개발 목표 및 달성도 ... 75
  • 2. 연도별 연구개발 추진일정 ... 76
  • 3. 연구성과(논문, 특허 등) 계획 및 달성도 ... 78
  • 4. 주요 연구계획 변경사항 ... 78
  • 5. 연차별 평가 착안점 및 기준 ... 79
  • 6. 최종 평가 착안점 및 기준 ... 80
  • 제3절 연도별 추진체계 ... 81
  • 1. 연구개발 최종 추진전략 ... 81
  • 2. 연도별 추진전략 ... 83
  • 3. 연구개발 추진체계 ... 84
  • 4. 연차별 연구수행 방법 ... 85
  • 제 3 장 연구개발 결과 및 활용계획 ... 87
  • 제1절 연구개발 결과 및 토의 ... 87
  • Chapter 1. 신개념 빗물 및 중수처리 병합 분산형 저에너지 수질조정 MBR 시스템 개발 ... 87
  • 1. Membrane module 선정 및 최적 운전조건 도출 ... 87
  • 가. Lab-scale 규모 빗물/중수 연계활용을 위한 MBR 구성 ... 87
  • 나. 분리막별 사양 ... 88
  • 다. Cleanwater flux test ... 90
  • 라. S사 PTFE 분리막 적용 및 성상 분석 ... 94
  • 2. S사 PTFE Membrane module을 통한 최적 운전조건 도출 ... 98
  • 가. MLSS 농도에 따른 제거율 변화 ... 98
  • 나. Air 주입 및 Flux 변화에 따른 압력 변화 ... 99
  • 다. HRT 변화에 따른 COD 제거율 변화 ... 101
  • 라. 최적 순환유량 도출 ... 102
  • 마. 최적 air 주입량 도출 ... 102
  • 바. 막 오염 저감을 위한 세정 방법 ... 103
  • 사. 최적운전 조건 도출 ... 106
  • 아. 최적 운전조건에서의 운영 및 수질평가 ... 107
  • 3. 후처리 공정의 최적설계인자 도출 및 최종 처리수 용도에 따른 공정적용 및 활용방안 도출 ... 108
  • 가. 오존, LPRO 등 후처리 공정의 최적설계인자 도출 및 처리성능 평가 ... 108
  • 4. 빗물 및 중수처리 병합운영 스마트 소프트웨어 개발 ... 118
  • 가. 빗물 수질에 따른 Membrane module 선택적 병행 스마트 소프트웨어 개발 ... 118
  • 나. 빗물과 중수도 병합운영 시스템 ... 122
  • 다. 빗물이용의 경제성 분석 ... 123
  • 라. 경제성 분석 방법 결정 ... 124
  • 마. 비용, 편익 산정 및 분석결과 ... 125
  • 바. MBR 시설의 설치비 및 유지관리비 ... 126
  • 사. MBR + RO 시설의 설치비용 및 유지관리비용 ... 127
  • 아. 편익 산정 ... 127
  • 자. 분석결과 ... 128
  • 5. 빗물 저장시설 규모 산정 소프트웨어 개발 ... 129
  • 6. 오수 및 빗물 병합처리 외부순환형 MBR Pilot plant 운전 ... 132
  • 가. Pilot plant 및 빗물저장조 관련 현장 조사 ... 132
  • 나. lab-scale 실험을 통한 pilot 운전인자 및 설계인자 도출 ... 133
  • 다. 빗물저장조 설계 및 제작 ... 133
  • 라. Pilot plant 운전 방법 ... 144
  • 마. 생물반응조 운전 방법 ... 146
  • 바. pilot plant 시 운전 ... 147
  • 사. PTFE 분리막의 (주)시노펙스 모듈화 작업 ... 148
  • 아. pilot plant 결과 ... 152
  • 7. 오수/빗물 Blending test 및 후처리공정(활성탄) 선정 ... 155
  • 8. 빗물탱크 software의 적용 및 평가 ... 157
  • 가. 현재 상황에서의 시뮬레이션 ... 157
  • 나. 겨울철 배제 방안 ... 158
  • 다. 집수면적 증가 방안 ... 159
  • 라. pilot plant 빗물 저장조 산정의 최적화 ... 160
  • 마. 최종 결론 ... 160
  • 9. 중수 재이용 Pilot plant 경제성 산출 ... 161
  • 가. 경제성 평가항목 ... 161
  • 나. 빗물재이용 시설의 pilot plant(10㎥/일) 경제성 평가 ... 162
  • 다. 빗물재이용 시설 소규모 현장 맞춤형 plant(30㎥/일) 경제성 평가 ... 164
  • 라. 빗물재이용 시설 대규모 현장 맞춤형 plant(100㎥/일) 경제성 평가 ... 166
  • 마. 비용편익 분석 ... 169
  • Chapter 2. 빗물 및 하수재이용 합류식 유량조정 도시물순환형 고효율 막 여과 시스템 개발 ... 173
  • 1. 약품 역세를 적용한 회분식 막 여과 실험(Lab-scale) ... 173
  • 가. 실험 목적 및 범위 ... 173
  • 나. 실험장치 및 방법 ... 174
  • 다. 결과 및 토의 ... 178
  • 2. 약품역세를 적용한 하수재이용 Lab-scale 막 여과 시스템의 운전성능 평가 ... 193
  • 가. 실험 목적 및 범위 ... 193
  • 나. 실험장치 및 방법 ... 193
  • 다. 결과 및 고찰 ... 197
  • 3. 세척기술을 조합한 막 여과 pilot-plant 설계 및 제작 ... 204
  • 가. PTFE 분리막 적용 ... 204
  • 나. Pilot Plant 설계 개요 ... 208
  • 다. pilot plant 도면 및 사진 ... 210
  • 라. Pilot Plant 설비 및 세부사항 ... 216
  • 4. 시운전을 통한 Pilot Plant 성능평가 ... 217
  • 가. 실험 목적 및 범위 ... 217
  • 나. 실험장치 및 방법 ... 217
  • 다. 결과 및 고찰 ... 220
  • 5. 물리세정 방법에 따른 운전조건 최적화 ... 222
  • 가. 실험 목적 및 범위 ... 222
  • 나. 실험장치 및 방법 ... 222
  • 6. 약품역세를 통한 물리세정 방법에 따른 막 세정 효율 평가 ... 228
  • 가. 실험 목적 및 범위 ... 228
  • 나. 실험장치 및 방법 ... 228
  • 다. 결과 및 고찰 ... 229
  • 7. 화학세정 농도에 따른 물리세정 방법별 세정효율 평가 ... 233
  • 가. 실험 목적 및 범위 ... 233
  • 나. 실험 장치 및 방법 ... 233
  • 다. 결과 및 고찰 ... 233
  • 8. 유량 조정 막 여과 고플럭스 유지 세척기술 적용성 평가 ... 236
  • 가. 실험 목적 및 범위 ... 236
  • 나. 실험장치 및 방법 ... 236
  • 다. 결과 및 고찰 ... 238
  • 9. PTFE 재질의 내약품성 및 내구성 특성 평가 ... 239
  • 가. 시험방법 ... 239
  • 나. 시험분석 결과 ... 239
  • 10. 막 오염 방지를 위한 전 처리 공정 연구(Lab-scale) ... 241
  • 가. 실험 목적 및 범위 ... 241
  • 나. 실험 장치 및 방법 ... 241
  • 다. 결과 및 고찰 ... 242
  • 11. NaOCl 전처리 공정 적용 하수재이용 Lab-scale 막여과 시스템의 운전성능 평가 ... 246
  • 가. 실험 목적 및 범위 ... 246
  • 나. 실험장치 및 방법 ... 246
  • 다. 결과 및 고찰 ... 247
  • 12. 빗물의 유입유량 및 혼합수질 성상분석(pilot-plant) ... 250
  • 13. 전 처리와 막 여과 공정의 연동 운전 조건 최적화(pilot-plant) ... 254
  • 가. 실험 목적 및 범위 ... 254
  • 나. 실험장치 및 방법 ... 254
  • 다. 결과 및 고찰 ... 255
  • 14. Integrity Test를 고려한 침지형 막 여과 공정 최적 설계 방안 제시 ... 257
  • 가. 실험방법 ... 257
  • 나. 실험 결과 ... 257
  • 15. 막 오염 추이 모니터링 모델링 프로그램 소스 구축 ... 260
  • 가. 연구 목적 및 범위 ... 260
  • 16. 유지화학세정에서의 VCV 알고리즘 ... 264
  • 가. 연구 목적 및 범위 ... 264
  • 나. VCV 알고리즘 도면 ... 265
  • 다. 연구 결과 및 고찰 ... 266
  • 17. 경제성 평가 ... 268
  • 제2절 연구개발 결과 요약 ... 271
  • 제3절 연도별 연구개발 목표의 달성도 ... 274
  • 1. 연도별 연구개발 목표 및 달성도 ... 274
  • 제4절 연도별 연구성과(논문특허) ... 275
  • 1. 연도별 성과 목표 및 지표 ... 275
  • 2. 국내외 학술발표 성과 ... 275
  • 3. 국내외 논문 성과 ... 277
  • 4. 지식재산권(특허) 성과 ... 278
  • 5. 회의 및 세미나 ... 278
  • 6. 추후 발표 및 논문 계획 ... 279
  • 제5절 관련분야의 기술발전 기여도 ... 280
  • 1. 연구개발결과 활용방안 ... 280
  • 2. 관련 분야의 기대성과 ... 280
  • 제6절 연구개발 결과의 활용계획 ... 283
  • 1. 사업화계획 및 효과 ... 283
  • 제 4 장 참고문헌 ... 285
  • 부 록 ... 288
  • 1. 세미나 개최 ... 288

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참고문헌 (25)

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