초록 ▼

연구개발 결과
무기슬러지 분리장치 최적화 연구를 수행한 결과, 인발주기는 4일 이상으로 하고 사이클론 처리량 대비 하부유량비율을 6.5% 이하로 유지할 경우 유기물함량 40% 이하의 무기슬러지를 안정적으로 배출할 수 있었다. 무기슬러지 분리량은 고효율 호기소화와 결합한 개발기술 최적 운전조건에서 최종 케익 발생량의 19%를 분리할 수 있었다. 파일롯 시설에 적용된 습식 사이클론은 내경 96mm, 높이 630mm이고, 사이클론에서의 압력손실은 2kg/cm²을 적용하였으며 이때 사이클론 처리유량은 평균 3.9m

연구개발 결과
무기슬러지 분리장치 최적화 연구를 수행한 결과, 인발주기는 4일 이상으로 하고 사이클론 처리량 대비 하부유량비율을 6.5% 이하로 유지할 경우 유기물함량 40% 이하의 무기슬러지를 안정적으로 배출할 수 있었다. 무기슬러지 분리량은 고효율 호기소화와 결합한 개발기술 최적 운전조건에서 최종 케익 발생량의 19%를 분리할 수 있었다. 파일롯 시설에 적용된 습식 사이클론은 내경 96mm, 높이 630mm이고, 사이클론에서의 압력손실은 2kg/cm²을 적용하였으며 이때 사이클론 처리유량은 평균 3.9m³/hr로 운전되었다.
무기슬러지 분리장치 구성요소인 MAP 성장조에 MgCl₂를 투입한 결과, 유입 PO₄-P 대비 2몰 주입시 처리수 평균 PO₄-P는 5.1mg/L로 82%의 제거율을 보였고, 4몰 주입시 3.2mg/L로 처리되어 87%의 제거율을 보였다. 비록, 2몰 주입대비 4몰 주입시 처리효율은 다소 증가하지만 처리성과 경제성을 함께 고려할 때 MgCl₂ 주입량은 2몰이 적정하였다. 고효율 호기소화와 결합한 개발기술 최적 운전조건에서 유입 T-P 대비 처리수내 용존성 인은 2.0%(4.8mg/L)로 유출되어 당초 목표한 10% 이하를 안정적으로 달성할 수 있었다.
무산소조로의 내부반송은 유입 슬러지량 대비 300~500%로 운전되었으며, 개발기술 최적화 운전조건에서 질산화율은 93%였고 처리수내 NO3-N 평균농도는 8.0mg/L로 유지되어 질산화된 NO₃-N의 99%가 탈질되었다. 유입 T-N 대비 처리수내 용존성 질소는 4.8%(평균 68.2mg/L)로 유출되어 당초 목표한 10% 이하를 안정적으로 달성할 수 있었다.
가용화 적용에 따른 유기물 제거율 평가 결과, 가용화 시설을 적용하지 않은 경우의 VS 제거율은 체류시간 9.6일에서 21.7%였으며, 가용화 시설을 적용한 경우 HCT 및 UCT에서 각각 22.2%, 24.6%로 향상되었다. 그러나, 투입된 에너지 대비 효율 측면에서 초음파 가용화 방식(UCT)이 매우 효과적이었다. 따라서, 개발기술의 가용화 설비로 초음파 캐비테이션 기술(UCT)을 채택하였고, 에너지 투입률은 유입 슬러지량 대비 1.06kWh/m³로 설정하였다.
최종적으로 발생되는 탈수케익 발생량은 혐기성 소화 단독 처리시 케익 발생량은 유입 TS 대비 63.0%였고, 혐기성 소화 후단에 일반 호기성 소화를 적용하는 경우 51.9%, 혐기성 소화 후단에 개발기술을 적용하는 경우 46.2%로 각각 발생되었다.
개발기술의 경제성을 평가하기 위해 동등한 처리성능을 가지는 비교기술에 대한 공사비와 유지관리비 비교를 수행하였다. 비교기술로 슬러지 감량을 위해 대표적 감량화 설비인 건조설비를 도입하는 것으로 계획하고, 반류수 처리를 위한 별도의 생물학적 반류수 처리시설을 추가 설치하는 조건을 가정하였다. 경제성 검토결과 개발기술은 비교기술 대비 77%의 공사비로 설치가 가능하고 기술도입을 통한 유지관리비 절감액이 146%로 향상되는 매우 경제적인 기술로 평가되었다.

Abstract ▼

Ⅳ. Results
Results of a study on the optimization of inorganic sludge separation unit are as follows. In case of withdrawal cycle is more than 4 days and the proportion of bottom flow to cyclone treatment flow is maintained to be less than 6.5%, discharge of inorganic sludge which contained less

Ⅳ. Results
Results of a study on the optimization of inorganic sludge separation unit are as follows. In case of withdrawal cycle is more than 4 days and the proportion of bottom flow to cyclone treatment flow is maintained to be less than 6.5%, discharge of inorganic sludge which contained less than 40% of organic matter can be discharged stably.
The amount of separated inorganic sludge was 19% of final cake generation under optimal operation condition of CaviTec II which is combined with high rate aerobic digestion. Inner diameter and height of hydro cyclone is 96mm and 630mm respectively, pressure loss of 2kg/cm² is applied to cyclone and the average treatment flow is 3.9m³/hr.
MgCl₂ was pumped into MAP growth tank, a component of separation unit of inorganic sludge, and then removal rate of PO₄-P was compared.
The average PO4-P of effluent was 5.1mg/L(82% removed) after injecting 2 mole MgCl₂ and 3.2mg/L(87% removed) after injecting 4 mole. Under optimal operating condition the proportion of soluble phosphorous of effluent to inflow T-P was 2.0%(4.8mg/L).
In order to promote sludge solubilization in aerobic digestion, HCT(hydrodynamic cavitation technology) and UCT(ultrasonic cavitation technology) were selected as pretreatment technology and comparative experiments between two technologies were conducted. Solubilization was performed in the solubilization tank of 20L which is installed on the return line of sedimentation sludge in aerobic digestion tank. Solubilized sludge was returned to anoxic tank included in digestion tank and then used as organic source of denitrification.
Removal rate of organic compound was compared after applying solubilization. When detention time was 9.6 days, VS removal rate was 21.7% without applying solubilization. In contrast, after applying solubilization, VS removal rate of HCT and UCT was improved to 22.2% and 24.6% respectively. However, energy input into 1m³ influent sludge of HCT and UCT was 13.9kWh/m³ and 1.06kWh/m³, UCT was more efficient.
Accordingly, UCT was selected as solubilization facility of CaviTec II and energy input per inflow sludge was determined to 1.06kWh/m³.
The amount of cake generated was estimated 63.0% of TS inflow after treating separately with anaerobic digestion. In contrast, the amount of cake generated after applying aerobic digestion at the end of anaerobic digestion was 51.9%, and it was 46.2% after applying CaviTec II system at the end of anaerobic digestion.
Internal return to anaerobic tank was operated by 300 ∼ 500% of influent flow. Under optimal operating condition of CaviTec II system, nitrification was 93%, and average concentration of NO3-N in effluent water was maintained to 8.0mg/L, so 99% of nitrified NO3-N was denitrified. Soluble nitrogen in effluent was 4.8%(average 68.2mg/L) of influent T-N.
In order to evaluate economic feasibility of CaviTec II system, comparative technology is selected as follows. Drying facility, representative reduction facility, is introduced for sludge reduction, and additionally biological treatment facility is introduced to treat reject water.
As a result, CaviTec II system could be installed by 77% construction expenses of comparative technology, and saving cost of maintenance expenses could be improved by 146%, accordingly CaviTec II system is supposed to be economical.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 요 약 서 ... 4
• 요 약 문 ... 8
• SUMMARY ... 15
• 목 차 ... 19
• 표 목 차 ... 23
• 그 림 목 차 ... 27
• 제1장 서 론 ... 35
• 제1절 연구개발과제의 개요 ... 37
• 1. 연구개발의 중요성(필요성) ... 37
• 2. 연구개발의 국내외 현황 ... 39
• 가. 국내시장 및 기술개발동향 ... 39
• 나. 해외시장 및 기술개발동향 ... 46
• 3. 연구개발 대상 기술의 차별성 ... 54
• 제2절 연구개발의 목표 및 추진전략 ... 56
• 1. 연구개발의 목표 ... 56
• 가. 연구개발의 최종목표 ... 56
• 나. 연도별 연구개발의 목표 및 내용 ... 56
• 다. 연도별 연구개발의 추진일정 ... 57
• 2. 연구개발의 추진전략·체계 및 연구수행 방법 ... 58
• 가. 연구개발의 추진전략 ... 58
• 나. 연차별 추진체계 ... 58
• 다. 연차별 연구수행 방법 ... 59
• 제2장 연구개발 수행내용 및 결과 ... 73
• 제1절 무기슬러지 분리기술 개발 연구 ... 75
• 1. CFD 해석을 통한 습식 사이클론 기초설계 ... 75
• 가. 기술개요 ... 75
• 나. 해석조건 및 결과 ... 81
• 2. 회분식 습식 사이클론 운전결과 ... 91
• 가. 1차년도 회분식 습식 사이클론 장치구성 ... 91
• 나. 유량별 처리특성 ... 93
• 다. 농도별 처리특성 ... 95
• 라. 교반조건 실험결과 ... 98
• 마. 가용화 및 MAP반응에 따른 처리특성 ... 99
• 3. 파일롯 장치를 이용한 습식 사이클론 운전 ... 102
• 가. 습식 사이클론 및 MAP성장조 개요 ... 102
• 나. MAP 성장조 내부의 TS 및 VS 거동 ... 104
• 다. 인발방식에 따른 무기슬러지 배출효율 검토 ... 105
• 라. 최종 발생 케익 대비 무기슬러지 인발량 검토 ... 108
• 4. MAP 반응을 통한 인제거 연구 ... 109
• 가. 무기응집제별 인제거 특성 평가 실험 ... 109
• 나. 파일롯 장치를 이용한 인제거 특성 평가 실험 ... 117
• 5. 연구결과 요약 ... 124
• 제2절 고효율 호기성 소화기술 개발 연구 ... 126
• 1. 실험실 규모 호기성 소화 연구 ... 126
• 가. HCT 전처리 후 회분식 소화 실험 ... 126
• 나. 초음파 전처리 후 회분식 호기성 소화 실험 ... 129
• 다. 연속 회분식 호기성 소화 실험 ... 134
• 2. 모의실험을 통한 가용화 전처리 최적화 연구 ... 142
• 가. 초음파 결합형 호기성 소화 모델 개발 ... 142
• 나. 호기성 소화 모의실험을 통한 전처리 적용방식 최적화 연구 ... 159
• 3. 파일롯 규모 호기성 소화 연구 ... 166
• 가. 파일롯 장치를 이용한 호기성 소화 효율 평가 실험 ... 166
• 나. 반류수 수질 평가 ... 181
• 다. 운전조건별 케익 발생량 평가 ... 186
• 4. 연구결과 요약 ... 191
• 제3절 개발기술 최적화 및 실용화 연구 ... 193
• 1. 기술 최적화 연구 ... 193
• 가. 슬러지 농축 방식 연구 ... 193
• 나. 스컴 제어 방안 연구 ... 197
• 다. 무기슬러지 인발방식 연구 ... 199
• 2. 실용화 연구 ... 204
• 가. 무기슬러지 활용방안 연구 ... 204
• 3. 개발기술의 경제성 검토 ... 211
• 가. 평가 기준 ... 211
• 나. 경제성 분석 결과 ... 214
• 4. 연구결과 요약 ... 217
• 제3장 목표 달성도 및 관련분야 기여도 ... 221
• 제1절 연도별 연구개발목표의 달성도 ... 223
• 1. 1차년도 연구개발 목표의 달성도 ... 223
• 2. 2차년도 연구개발 목표의 달성도 ... 224
• 3. 최종 연구개발 목표의 달성도 ... 226
• 제2절 관련분야의 기술발전 기여도 ... 228
• 1. 슬러지 감량 및 반류수 처리 기술 ... 228
• 2. 무기슬러지 분리 및 MAP 형성/회수기술 ... 228
• 3. 하수슬러지를 이용한 수처리 개선제 생산 ... 229
• 제4장 연구개발결과의 활용계획 등 ... 233
• 제1절 연구성과 활용계획 ... 235
• 1. 경제사회적 성과달성 계획 ... 235
• 가. 사업화 추진계획 ... 235
• 나. 고용창출 계획 ... 237
• 다. 비용절감 계획 ... 237
• 라. 매출추진 계획 ... 237
• 2. 과학기술적 성과달성 계획 ... 238
• 가. 지식재산권 획득 계획 ... 238
• 나. 국내외 신기술 신제품 등 관련 인증 계획 ... 247
• 다. 국내외 전문학술지 게재 계획 ... 247
• 라. 국내외 학술회의(세미나) 발표 계획 ... 251
• 제2절 NTIS에 등록한 연구시설·장비현황 ... 256
• 1. 등록 장비 현황 ... 256
• 가. 캐비텍Ⅱ ... 256
• 제5장 참고문헌 ... 259
• 1. 국내문헌 ... 262
• 2. 국외문헌 ... 263
• 부록 ... 269
• <부 록 1> 실험데이터 ... 271
• <부 록 2> 개발기술의 경제성 검토 ... 319
• 끝페이지 ... 335