초록 ▼

1. 최종목표
- 포기조내 버블트랩 장치 설치 방법 및 구성 개발
- 생물반응조의 포기조에 버블트랩 용존산소공급장치를 적용하여, 산소공급 효율증가 검토
- 산소공급 효율증가로 인해 기존의 산소 포기방법보다 30% 이상 에너지 절감 검토 및 확보
- 에너지 절감 기술 개발로 하․폐수처리장의 에너지 자립율 증대
- 저에너지 고효율의 생물처리 시스템 개발로 기후환경 변화에 대응함 및 지구환경 부담 경감 효과
- 개발 종료 후 중국․동남아시아 등 해외 시장 진출로 수출대체효과 극대화 및 인프라를 구축

1. 최종목표
- 포기조내 버블트랩 장치 설치 방법 및 구성 개발
- 생물반응조의 포기조에 버블트랩 용존산소공급장치를 적용하여, 산소공급 효율증가 검토
- 산소공급 효율증가로 인해 기존의 산소 포기방법보다 30% 이상 에너지 절감 검토 및 확보
- 에너지 절감 기술 개발로 하․폐수처리장의 에너지 자립율 증대
- 저에너지 고효율의 생물처리 시스템 개발로 기후환경 변화에 대응함 및 지구환경 부담 경감 효과
- 개발 종료 후 중국․동남아시아 등 해외 시장 진출로 수출대체효과 극대화 및 인프라를 구축

2. 개발내용 및 결과
산소공급 방법들에 대해 조사를 선행하고, 기존 산기 방식과 비교 평가한다. 평가 대상으로는 ‘Bubble trap 산소공급 장치에 의한 포기조의 산소공급효율’과 ‘산기량에 따른 산소공급효율’, ‘에어리프트의 사이즈에 따른 산소공급효율’, ‘산기시 기포 사이즈에 따른 산소공급효율’, ‘포기시 포기수심에 따른 산소공급효율’ 이들의 평가로 한다.
수심과 기포 사이즈 평가에 따라 버블트랩장치와 기존 산기장치 혹은 멤브레인을 이용한 산기방식을 batch test에 적용시켜 산소공급 효율뿐만 아니라 ‘에너지 절감효과에 따른 Bubble trap의 동력비 감소에 따른 경제성 평가’도 동시에 수행한다. batch test 실험결과에 따라 pilot plant를 설치하여 버블 트랩 장치의 유무에 따른 각각의 반응조의 DO 농도 변화를 상시 측정하고, 버블트랩 장치의 각 설치 단수에 따른 DO 농도 변화를 상시 측정한다. 이에 따른 산소공급 효율 평가와 함께 수질변화도 동시에 측정한다.

3. 사업성과
◦ 기술적 성과
1) Bubble trap 산소공급방법은 Membrane의 산소공급방법 보다 포화도달 시간이 짧으며, 포기효율의 기본적인 지표가 되는 산소용해 효율(E_A)을 계산한 결과 일반포기 E_A(20)은 7.0%이고, Bubble trap 산소공급법의 E_A(20)은 10.2%의 결과를 얻었다. 따라서 일반 포기에 비해 용존산소 공급효율이 평균 40% 이상 포기효율이 높아지는 것을 확인하였다.
2) 포기량 변화에 따른 효율에서 산기 속의 깊이는 20cm가 적당하였으며, 산소공급효율의 최적조건은 액형성부 면적 1cm₂당 포기량 1.1 L/min 정도가 가장 적당한 것으로 조사되었다.
3) 에어리프트의 수심에 관한 실험에서 Bubble trap 산소공급법은 일정 깊이 이상에서는 깊이에 관계없이 일정한 저에너지의 동력만으로 충분한 포기가 가능하며, 기존 사이즈는 20~30㎛의 크기가 높은 비율로 생성되는 것으로 나타났다.
4) 기포의 체류시간은 용해효율에 크게 영향을 미치게 되며, 기포의 입자가 작으면 작을수록 수중에서의 체류시간은 길어지며 그 만큼 용해효율은 증가하게 된다. 분석결과에서 전체 발생량의 10% 정도가 10μm 이하이고, 전체 발생량의 50% 정도가 30μm로 조사되었으며, 40μm 이상의 입자 크기는 전체의 10% 미만인 것으로 조사되었다. 평균 입자사이즈는 30μm로 조사되었다.
5) Bubble trap은 하수처리량 포기조에 적용할 경우 버블트랩의 단수가 많을수록 산소공급효율이 좀 더 큰 것으로 판단되었으며, Membrane 공정에 비해 1.1배 빠른 것으로 나타났다.
6) 포기조 내 질산화 효율의 영향을 초래할 것으로 사료되는 질소가스의 포화농도 검토에서는 Bubble trap 산소공급방법이 Membrane 산소공급방법의 포기조보다 N₂ gas가 약 12% 이상 탈기되는 것으로 조사되었다.

◦ 경제적 성과
1) 포기조의 높은 동력비 절감을 위한 실험으로 Bubble trap 장치의 포기량 변화를 주안점으로 두었다. 포기량의 변화는 20%, 30%, 50% 로 감소시켜 실험하였다.
2) 포기조 내 용존산소 포화농도 조사결과 Membrane 포기조에서는 용존산소 농도가 3.67 mg/L로 나타났으며, Bubble trap 포기조는 6.42 mg/L로 나타나 Membrane보다 1.7배 높은 용존산소 포화농도를 나타내는 것으로 조사되었다.
3) BOD 유기물의 처리에서는 일반적인 Membrane 산소공급방법에 비해 20% 포기량을 감소시킨 결과 처리율은 평균 32%로 증가되었으며, 30% 감소시 19%증가되었으나, 50% 감소시에는 약 4% 이하의 수치로 역효과를 나타내는 경향을 보였다. 따라서 30%의 포기량 감소시에는 충분한 처리효율을 나타낸 것으로 판단된다. COD의 처리에 있어 Bubble trap공정의 포기량을 20% 감소시킨 경우 14%로 높게 나타났고, 30%와 50%를 감소시킨 경우 BOD의 처리율과 유사한 경향을 나타내었다.
4) T-N의 경우 포기량을 20% 감소한 Bubble trap 공정과 Membrane 공정에서 약 25% 정도 높은 효율을 나타냈다. 30% 감소시 처리율이 14%까지 우수하였으나, 포기량을 50%까지 낮춘 경우 7%의 수치로 역효과를 나타내는 것으로 조사되었다. 따라서 T-N 의 처리시에도 포기량의 감소가 30%까지일 경우 안정된 처리율을 나타낼 것으로 판단된다.
5) T-P의 제거효율은 전반적으로 두 공정에서 비슷한 처리효율을 나타냈으나, Bubble trap 공정에서 공기 주입량이 Membrane공정에 비하여 각각 20%, 30%, 50%로 낮게 운영된 점을 고려한다면 Bubble trap 공정의 처리효율이 우수할 것으로 판단된다.

◦ 사회적 성과(일자리 창출 등)

4. 기술개발결과 활용계획
■ Bubble trap 산소공급 장치는 에너지 소비 절감에 부합하는 효율성 증대의 결과임.
■ Bubble trap 산소공급 장치는 모든 하수 및 폐수처리시설의 생물반응조에 별도의 시스템 변경 없이 적용할 수 있는 메리트를 갖고 있으며, 산소공급 장치로서 필요한 모든 생물학적 처리시설에 적용 가능함.
■ Bubble trap 산소공급 장치의 도입으로 에너지 절약이 가능하므로 생물처리 시 유지관리비의 약 30% 이상 절감을 유도할 수 있음.
■ 순수 국내 기술 및 부품 조달로 경제적이고, 조기 국내 사업화 및 해외시장 진출 및 수출대체효과가 극대화 할 수 있음.
■ 다양한 오염부하별 하ㆍ폐수를 처리하기 위한 설계 기준 확립을 통해 다양한 현장에 적용이 가능하도록 기술 표준화 구축 및 규격화를 통해 현장 설치가 용이하도록 제품의 표준화 구축함.

5. 기술개발자료의 보안관리
◦ 보안등급 분류기준에 따른 등급부여 및 관련 의견 기술
◦ 연구개발의 기술임치 및 특허 출원ㆍ등록 실적

목차 Contents

• 표지 ... 1개 발 결 과 의 견 서 ... 2최 종 보 고 요 약 서 (초록) ... 3목차 ... 5제 1 장 서 론 ... 7 제 1 절 연구개요 ... 7 제 2 절 연구의 필요성 ... 8 제 3 절 연구의 목적 ... 9제 2 장 과제개발 내용 및 방법 ... 10 제 1 절 과제개발 내용 ... 10 제 2 절 실험장치 ... 10 2.1 기존의 포기조 산소공법 방법 ... 10 2.2 기존의 포기장치 및 포기방법 ... 11 2.3 액막식 산소공급법 ... 15 2.4 Bubble trap ... 16 제 3 절 실험방법 ... 18 3.1 실험대상 원수 ... 18 3.2 Bubble trap의 산소공급 및 탈기실험 ... 18 3.3 Pilot plant 및 운전 ... 20 3.4 분석항목 ... 23 3.5 실험기간 ... 24제 3 장 사업성과 ... 25 제 1 절 기술적 성과 ... 25 제 2 절 경제적 성과 ... 26 제 3 절 기타성과 ... 27제 4 장 결 론 ... 28 제 1 절 산소공급효율 ... 28 1.1 Bubble trap 산소공급과 일반 포기시의 DO 농도 변화 ... 28 1.2 산소용해효율 평가 ... 29 1.3 포기량 변화가 산소공급 효율에 미치는 영향 ... 33 1.4 기포 사이즈에 따른 산소공급효율 ... 38 제 2 절 Batch Test 결과 ... 42 2.1 Bubble trap의 산소공급효율 ... 42 2.2 Bubble trap 장치와 Membrane 장치의 DO 농도 변화 ... 44 2.3 포기조 내의 탈기상태 검토 ... 47 제 3 절 에너지 절감효과 분석 ... 49 3.1 유입수의 수질변화 ... 49 3.2 처리수의 수질변화 ... 54 3.3 생물반응조에 미치는 영향 검토 ... 66 제 4 절 연구결과의 향후활용계획 ... 70참고문헌 ... 71부 록 ... 73끝페이지 ... 98