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고농도 유기성폐수 처리를 위한 순산소 폭기시스템개발 원문보기

보고서 정보
주관연구기관 에이치플러스이엔지(주)
연구책임자 권영배
참여연구자 채명수 , 이혁 , 연동석 , 강윤수 , 송병식 , 한성철 , 우재원 , 윤돈영
보고서유형최종보고서
발행국가대한민국
언어 한국어
발행년월2011-02
과제시작연도 2010
주관부처 환경부
사업 관리 기관 한국환경산업기술원
등록번호 TRKO201200001773
과제고유번호 1485008544
DB 구축일자 2013-05-20

초록

기존 폭기공정의 산소전달의 한계를 극복하여 극대화할 수 있는 기술, 높은 용적부하율에서도 Compact한 처리공정, 수리 및 유동해석 등의 접목을 통한 반응조 진단 및 효율향상 기술(융․복합 환경기술), 다양한 고농도 산업폐수, 축산폐수 등에 광범위하게 적용할 수 있는 기술, MBR 또는 기타 단위공정과의 결합이 용이한 공정, 처리성능 향상 및 운영비 절감 등을 통한 활용대상자의 경제적 부담 절감, 지적 재산권 확보 및 부가가치 창출, 국내․외 환경시장 개척, 독자적인 고유기술 개발로 인한 수입대체 및 기술 수출, 처리장 부지면적

목차 Contents

  • 제 출 문 ... 1
  • 보고서 초록 ... 2
  • 목 차 ... 7
  • 제1장 서론 ... 14
  • 1.1 연구개발의 중요성 및 필요성 ... 14
  • 1.1.1 기술개발의 배경 ... 14
  • 1.1.2 기술 연구개발의 방향 ... 17
  • 1.1.3 기술 연구개발의 필요성 ... 18
  • 1.2 연구개발의 국내외 현황 ... 21
  • 1.2.1 해외 기술개발 동향·시장 ... 21
  • 1.2.2 국내 기술개발 동향·시장 ... 22
  • 가. MBR 공정 기술 ... 22
  • (1) MBR 공정의 정의 및 종류 ... 22
  • (2) 국내외 관련기술 현황 ... 24
  • (가) 침적형 Submerged MBR 공정 ... 25
  • (3) 순산소 포기기술 ... 27
  • 1.3 연구개발대상 기술의 차별성 ... 29
  • 1.3.1 차별성 ... 29
  • 가. 대상기술의 차별성 기존공정개선 및 복합기술완성 ... 29
  • 나. 기존의 순산소 폭기공정의 개선 ... 29
  • 다. 복합 고도폐수처리시스템 완성 ... 30
  • 1.3.2 주관기관의 관련기술 보유현황 ... 32
  • 제2장 연구개발의 목표 및 내용 ... 33
  • 2.1 연구의 최종목표 ... 33
  • 2.1.1 연구개발의 목적 ... 33
  • 2.2 연도별 연구개발의 목표 및 평가방법 ... 34
  • 2.3 연도별 추진체계 ... 35
  • 제3장 연구개발 결과 및 활용계획 ... 36
  • 3.1 연구개발 결과 및 토의 ... 36
  • 3.1.1 기술 연구개발의 이론적 배경 ... 36
  • 가. 고효율 폭기시스템 ... 37
  • 나. 순산소 폭기시스템 ... 38
  • 3.1.2 기술 연구개발의 수행 방법 ... 39
  • 가. 1차년도 ... 39
  • 나. 2차년도 ... 41
  • 다. 3차년도 ... 42
  • 3.1.3 기존 폭기공정의 개선 및 순산소 폭기공정의 개발 ... 44
  • 가. 기존공정의 문제점 도출 및 개선방안 검토 ... 44
  • 나. 순산소 폭기공정 개발 및 평가 ... 47
  • 3.1.4 고농도 폐수용 복합고도처리시스템 개발 ... 49
  • 가. 순산소 폭기조의 성능평가 및 문제점 도출 ... 49
  • 나. 순산소 폭기조의 처리 공정도 ... 49
  • 다. 운전 데이터 ... 50
  • 라. 설치 및 운전전경 ... 51
  • 3.1.5 고농도 폐수용 복합고도처리시스템 개발 ... 52
  • 가. 현장 파일롯 플랜트를 이용한 산소전달 특성조사 ... 52
  • (1) 현장 플랜트의 산소전달 특성 ... 52
  • 나. 현장 파일롯 플랜트 고효율 복합고도처리시스템 ... 55
  • (1) 복합고도처리시스템에서 유량 및 부하율 증가 ... 55
  • (2) 복합고도처리시스템에 대한 용존산소, 온도, 및 pH ... 57
  • (3) 복합고도처리시스템에서 TSS, MLSS 및 침전성 ... 61
  • (4) 복합고도처리시스템에서 유기물 변화 ... 64
  • (5) 복합고도처리시스템에서 질소 변화 ... 65
  • (6) 복합고도처리시스템에서 총인 변화 ... 67
  • (7) 복합고도처리시스템에서 결정체 및 MINEQL 분석 ... 68
  • 3.1.6 순산소 고효율 폭기공정과 전/후처리 공정을 연계한 복합고도 처리시스템 개발 위탁Ⅰ ... 73
  • 가. 복합고도처리시스템의 성능평가 및 운전최적화 ... 73
  • (1) 순산소 고효율 폭기공정 내의 산소전달 특성 ... 73
  • (2) 장치구성 및 실험방법 ... 73
  • (3) 실험결과 및 고찰 ... 77
  • 나. 전/후처리 단위공정의 효율평가 및 설계인자 도출 ... 86
  • (1) 고효율 폭기 system 효율 평가 ... 86
  • (가) 운전조건 및 실험방법 ... 86
  • (나) 실험 결과 및 고찰 ... 86
  • (2) 혐기성 system 효율 평가 ... 91
  • (가) 음식물 침출수의 성상 ... 91
  • (나) 실험 장치 및 방법 ... 92
  • (다) 실험 결과 및 고찰 ... 94
  • (3) 온도별 산발효조의 VFAs 생성 효율 ... 96
  • (4) 연속공정에서의 이산화탄소 CO2 배출 특성 및 제거 ... 99
  • (5) 유출수의 색도 및 탁도 제거 ... 100
  • 다. 연구결과 및 결론 ... 103
  • (1) 혐기성 소화조, 산발효 온도별 효율 ... 103
  • (2) Mathane ... 103
  • (3) 순산소 고효율 폭기 시스템 ... 103
  • (4) CO2발생 및 제거 ... 103
  • (5) 유출수의 색도및 탁도 제거 ... 103
  • 3.1.7 순산소 고효율 폭기시스템개발 및 요소기술의 유체역학적 특성평가 위탁Ⅱ ... 104
  • 가. Jet Loop Reactor의 유동조건 및 유도관 기하조건에 따른 수리해석 ... 104
  • (1) Volume Fraction 체적비 방정식 ... 104
  • (2) Eulerian model ... 104
  • (3) Standard k-e 모델 ... 105
  • (4) 격자 모델링 ... 106
  • (5) 반응조 내부 유동해석 ... 107
  • (6) Renolds Number에 따른 순환조건 ... 109
  • (7) 공기 입자 크기에 따른 해석 ... 109
  • (8) Draft tube의 기하 구조에 따른 해석 ... 111
  • (9) Draft tube의 영향 ... 112
  • (10) Draft tube의 위치에 따른 해석 ... 113
  • (11) Draft tube 직경크기에 따른 해석 ... 118
  • 나. 기하학적 상사를 갖는 순환회로 반응로의 유동특성 ... 120
  • (1) 수치해석 모델 ... 120
  • (2) 상사원리 ... 120
  • (가) 실형과 모형의 상사성 ... 120
  • (나) Buckingham -정리 ... 121
  • 다. 수치해석결과 ... 122
  • (1) 실험실용 JLR Model A ... 122
  • (가) 유동특성 ... 122
  • (나) Re 수에 따른 유동특성 ... 122
  • (2) 스케일 업 된 JLR Model B ... 123
  • (가) 유동특성 ... 123
  • (나) Re 수에 따른 유동특성 ... 124
  • (3) Model A 와 Model B의 유동특성 비교 ... 124
  • 라. 연구결과 및 결론 ... 128
  • 3.1.8 Membrane coupled Pure oxygen High performance reactor MPHCR 위탁Ⅲ ... 129
  • 가. Membrane coupled Pure oxygen High performance reactor MPHCR ... 129
  • 나. MPHCR의 설계 ... 129
  • 다. 고효율 폭기장치 ... 131
  • (1) 고효율 폭기장치 원리 ... 131
  • (2) 고효율 폭기장치 설계 시 유의사항 ... 131
  • 라. 고효율 폭기장치 연구개발 수행내용 및 결과 ... 132
  • (1) 순환유량에 따른 미세기포 발생양상 및 유체흐름특성 ... 132
  • (2) 고효율폭기장치를 이용한 산소전달 특성조사 ... 133
  • (가) 순환유량에 따른 산소전달율 공기량 :0.0125 L/min, 온도 ; 10 ℃ 고정 ... 133
  • (나) Air 공급량에 따른 산소전달율 순환유량 : 7 L/min, 온도 ; 10℃ ... 135
  • (다) 온도에 따른 산소전달율 순환유량 7 L/min, 공기공급량 ; 0.0125 L/min ... 136
  • (라) Air 공급량에 따른 산소전달율 순환유량 ; 8 L/min, 온도 ; 23℃ ... 137
  • (마) Air공급량과 순산소 공급량에 따른 DO 변화 및 산소전달계수 비교 ... 138
  • 마. 침지형 중공사막 모듈 제작 ... 139
  • 바. 고효율 순산소 폭기장치를 적용한 반응조 운전 ... 142
  • (1) 운전설계 ... 142
  • (2) 유입수 성상 ... 143
  • (3) 음폐수 장기운전 효율 ... 144
  • (가) COD 제거효율 ... 144
  • (나) 처리수의 BOD/COD 비 ... 146
  • (다) T-N 제거효율 ... 147
  • (라) T-P 제거효율 ... 149
  • (마) COD ; N ; P 비 ... 150
  • (바) MLSS 농도 ... 152
  • (사) DO 농도 ... 152
  • (아) 운전기간 중 pH 변화 ... 153
  • (자) TMP 변화 ... 154
  • 바. 고농도 유기성 폐수처리에서 막오염 저감 기술 ... 155
  • (1) 막오염 특성분석 ... 155
  • (가) 유입유기물 부하에 따른 막오염 특성 ... 155
  • (나) MLSS 농도에 따른 막오염 특성 ... 159
  • (2) 막오염 원인인자 분석 ... 173
  • (가) ECP 추출 ... 174
  • (나) 다당류 측정 ... 174
  • (다) 단백질 측정 ... 174
  • (라) ECP 분비특성 ... 175
  • (마) SEM을 이용한 막표면 변화분석 ... 175
  • (바) SEM을 이용한 미생물 변화분석 ... 176
  • (사) EDS를 이용한 미생물 성분분석 ... 179
  • (아) 슬러지 입도 분석 ... 181
  • (자) 슬러지 점도 분석 ... 181
  • 사. 인제거효율 향상기술 ... 182
  • (1) Struvite법 MAP; Magnesium Ammonium Phosphate ... 182
  • (가) Struvite 적용을 위한 Jar-test ... 183
  • (나) Struvite 적용시 NH3-N 제거효율 ... 183
  • (다) Struvite 적용시 PO4-P 제거효율 ... 183
  • 아. 응집제를 이용한 음폐수 전처리 비교평가 ... 184
  • (1) 1차 응집제 주입실험 Jar-test ... 184
  • (2) 2차 응집제 주입실험 Jar-test ... 185
  • (3) 3차 응집제 주입실험 Jar-test ... 186
  • 자. 공정운전시의 문제점 ... 187
  • (1) 유입 및 유출라인의 석출물 생성 ... 187
  • (2) 거품과다 생성 ... 190
  • 3.2 연구개발 결과 요약 ... 191
  • 3.2.1 고농도 폐수용 복합고도처리시스템 개발 ... 191
  • 가. 현장 플랜트 산소전달율 검토 ... 191
  • 나. 유기물 부하율 및 DO, pH, TSS 및 MLSS ... 191
  • 다. 유기물, 총질소 및 총인 ... 191
  • 라. 현장 플랜트 결정체 형성 ... 192
  • 3.2.2 순산소 고효율 폭기공정과 전/후처리 공정을 연계한 복합고도 처리시스템 개발 위탁Ⅰ ... 192
  • 가. 혐기성 소화조, 산발효 온도별 효율 ... 192
  • 나. Mathane ... 192
  • 다. 순산소 고효율 폭기 시스템 ... 192
  • 라. CO2발생 및 제거 ... 193
  • 마. 유출수의 색도 및 탁도 제거 ... 193
  • 3.2.3 순산소 고효율 폭기시스템개발 및 요소기술의 유체역학적 특성평가 위탁Ⅱ ... 193
  • 가. Jet Loop Reactor의 유동조건 및 유도관 기하조건에 따른 수리해석 ... 193
  • 나. 기하학적 상사를 갖는 순환회로 반응로의 유동특성 ... 193
  • 3.2.4 Membrane coupled Pure oxygen High performance reactor MPHCR 위탁Ⅲ ... 193
  • 가. 고효율폭기장치를 이용한 산소전달 특성 ... 193
  • 나. 음페수 적용 유기물 제거 ... 194
  • 다. 음페수 적용 총질와 총인 제거 ... 194
  • 라. 막오염 특성 ... 194
  • 마. 인 제거효율 향상 기술과 응집 전처리 ... 195
  • 3.3 연도별 연구개발목표의 달성도 ... 196
  • 3.4 연도별 연구성과 논문·특허 등 ... 197
  • 3.4.1 지식재산권 출원·등록 성과 ... 197
  • 3.4.2 국내외 전문학술지 논문 게재 성과 ... 197
  • 3.4.3 국내외 학술회의 세미나 발표 성과 ... 198
  • 3.5 관련분야의 기술발전 기여도 ... 200
  • 3.5.1 기술적 측면 ... 200
  • 3.5.2 환경적 측면 ... 200
  • 3.5.3 경제적 측면 ... 200
  • 3.5.4 일자리 창출 측면 ... 200
  • 3.6 연구개발 결과의 활용계획 ... 201
  • 3.6.1 연구개발결과의 활용방안 ... 201
  • 3.6.2 사업화계획 및 효과 ... 202
  • 가. 사업화계획 ... 202
  • 나. 무역수지 개선효과 ... 203
  • 제4장 참고문헌 ... 204
  • 부 록 ... 209
  • 1. 국내 폐수처리시설 수질기준 ... 209
  • 1.1 폐수배출시설 배출허용기준 ... 209
  • 1.2 정화시설의 방류수 수질기준 ... 210
  • 1.3 폐수종말처리시설 방류수 수질기준 ... 211

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참고문헌 (25)

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