초록 ▼

본 과제에서는 1단계 연구로 축적된 유기성 폐수 및 폐기물 에너지화 개별기술 노하우 및 장단점을 활용하여 기존의 하수처리 시스템을 대체하는 저에너지형/에너지 생산형 하수처리 공정을 구축하기 위하여 1) 막기술 기반 하수농축 기술, 2) 혐기성 메탄 생산 공정, 3) 저에너지형 질소처리 공정, 4) 재이용수 생산 기술, 5) N/P 자원화 핵심 요소기술 기술을 개발, 6) 바실러스균 이용 슬러지 처리 기술을 개발하였다.

1. 막기술 기반 하수농축 기술 개발
정삼투(forward osmosis, FO) 막분리 공정의

본 과제에서는 1단계 연구로 축적된 유기성 폐수 및 폐기물 에너지화 개별기술 노하우 및 장단점을 활용하여 기존의 하수처리 시스템을 대체하는 저에너지형/에너지 생산형 하수처리 공정을 구축하기 위하여 1) 막기술 기반 하수농축 기술, 2) 혐기성 메탄 생산 공정, 3) 저에너지형 질소처리 공정, 4) 재이용수 생산 기술, 5) N/P 자원화 핵심 요소기술 기술을 개발, 6) 바실러스균 이용 슬러지 처리 기술을 개발하였다.

1. 막기술 기반 하수농축 기술 개발
정삼투(forward osmosis, FO) 막분리 공정의 운전조건 인자 확보, 막 세정과 air scouring을 이용하여 실제 하수처리장의 1차처리수 5배 농축율 달성, 하수농축에 사용된 FO 막의 성능비교를 통하여 RSF (reverse solute flux)에 의한 유도용질 손실 79% 감소, 공정운전시 RSF를 94% 감소시킬 수 있는 유도용질(monosodium glutamate, MSG) 선정, 막을 통과하여 오염원수에 존재하는 유도용질(MSG) 의 회수 가능성 검증, 혐기공정 독성 평가 (Anaaerobic toxicity assay, ATA)를 이용하여 RSF 에 의해 유도용질이 존재하는 농축수의 혐기처리시 변화하는 가스발생량 확인에 따른 유도용질 (MSG) 적용 가능성 검증.

2. 통합형 바이오가스 생산 기술 개발
하수 및 음식물쓰레기 시료 성상 분석, 미생물 고정화 담체 개발 및 적용을 통한 고효율 혐기성 biofilm 반응조 (Anaerobic Expanded Bed Reactor, AEBR) 개발, AEBR 연속 장기 운전을 통한 최적 운전조건 도출 및 안정성 검증. 핵심성과지표로 제시한 하수농축수 및 음식물쓰레기 내 유기성 고형물 제거당 메탄생산량 500 mLCH₄/gVSremoved (㎥CH₄/tonVSremoved)을 상회하는 평균 메탄생산량 557 ㎥CH₄/tonVSremoved 달성.

3. 고농도 질소 제거 기술 개발
Sheet형 인공생물막 제조 확립 (안정성이 강화된 PVA 인공생물막 제조), 인공생물막 집적화 연속 반응기 구현 (Anammox 연속 배양 기술 개발), 고효율 질소 제거 속도 달성 (최대 평균 질소 유입속도 1.23 kg-N/㎥-day 및 평균 질소 제거율 87.8% 달성).

4. 재이용수 생산
하수농축 후 희석된 유도용액을 재농축하고 그 과정에서 재이용수를 생산하기 위하여 막증류 기반의 유도용액 회수 실험 수행함. 실제 하수 농축 과정에서 발생한 희석된 유도용액 2종(MgCl₂, monosodium glutamate)에 대하여, 막증류 실험 결과 목표(500 μS/cm 이하) 이하인 228 μS/cm달성.

5. N/P 자원화 기술 개발
분산형 물순환 시스템의 최종 처리 공정으로서 부영영화 유발물질인 N/P를 효과적으로 제거하기 위한 흡착소재 및 결정화 기법 개발. 흡착 소재의 경우, 인산염에 대한 흡착효율을 16 mg/g까지 확보. N/P 결정화를 위한 최적 기반 seed 물질 선정을 통해 하수로부터 N/P를 함유하고 있는 퇴비용 물질 합성. 이를 이용한 상용화 비료와의 성능 검증.

6. 바실러스균 이용 슬러지처리 기술
하수슬러지를 바실러스균을 이용한 슬러지 처리공정에서 처리하여 90% 이상의 처리율을 달성. 이 때 용존 산소 저감에 의한 바실러스균의 포자화를 이용하여 반응기 내 바실러스균의 우점화를 유도함.
(출처 : 보고서 초록)

Abstract ▼

Ⅳ. Results
1. Wastewater concentration using membrane separation
Investigation of the operating factor of the membrane separation process, Maximized sewage concentration at 5 times using air scouring and membrane washing, Evaluation of the FO membrane performance, Development of novel draw sol

Ⅳ. Results
1. Wastewater concentration using membrane separation
Investigation of the operating factor of the membrane separation process, Maximized sewage concentration at 5 times using air scouring and membrane washing, Evaluation of the FO membrane performance, Development of novel draw solute (monosodium glutamate, MSG) resulting in a 94% reduction of consumption due to the reduced reverse solute flux (RSF), Investigation of inhibitory effect of MSG on anaerobic digestion process using anaerobic toxicity assay

2. Integrated biogas production process
In-depth characterization of municipal wastewater and food waste, Development of biofilm support media, Development of anaerobic expanded biofilm reactor (AEBR), Mean methane gas production of 557 mLCH₄/gVS_removed from the mixture of concentrated municipal wastewater and food waste by the optimized operation of AEBR process

3. Development of high concentration nitrogen removal technology
Establishment of flat PVA gel production technology with improved popping phenomenon, Development of continuous anammox technology, achievement of fast & high-efficiency nitrogen removal (surplus achievement of an input nitrogen rate of 0.7 kg-N/㎥-day and a total nitrogen removal rate of 85%), Demonstrating the possibility of constructing integrated process

4. Production of reclaimed water
Installation of the membrane distillation process for the draw solute recovery during the municipal wastewater concentration process by the submerged osmotic membrane process, Recovery of inorganic and organic draw solutes, Evaluation of the reclaimed water quality by the electronic conductivity (achieved: 228 μS/cm , goal: < 500 μS/cm)

5. N/P recovery process
Development of adsorbent and crystallization technique for efficient removal of N/P. Achievement of removal efficiency for phosphate, 16mg/g. Sorting of the optimal seed material for N/P crystallization. Efficiency verification compared with commercial fertilizer.

6. Development of sludge treatment process using Bacillus sp.
achievement of removal efficiency in MLSS(92.3%), COD(99.3%), T-N(77.9%), T-P(50.7%) for 1 year operation. achievement of Bacillus domination by dissolved oxygen decrease in the reactor.
(출처 : SUMMARY)

목차 Contents

• 표지 ... 1제 출 문 ... 2보고서 초록 ... 4요 약 문 ... 5S U M M A R Y ... 9C O N T E N T S ... 12목차 ... 15제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 18 제 1 절 연구 배경 ... 18 1. 정삼투를 이용한 하수농축 ... 18 2. 통합형 바이오가스 생산 기술 개발 ... 19 3. 유용자원 순환을 위한 질소, 인 회수 및 자원화 ... 20 4. 슬러지 처리 기술 개발 ... 21 제 2 절 연구 목표 ... 22 1. 막기반 하수 농축 기술 개발 ... 22 2. 통합형 바이오가스 생산 기술 개발 ... 22 3. 고농도 질소 제거 및 N/P 자원화 기술 개발 ... 22 4. 슬러지 처리 기술 개발 ... 23제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 24 1. 막기술 기반 하수농축 기술 ... 24 2. 통합형 바이오가스 생산 기술 개발 ... 26 3. 고농도 질소 제거 기술 개발 ... 27 4. N/P 회수공정 ... 31 5. 바실러스균 이용 슬러지 처리 기술 개발 ... 33제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 35 제 1 절 정삼투를 이용한 하수농축 ... 35 1. FO(Forward osmosis) 막분리 공정 운전조건 도출 ... 35 2. SOM(Submerged osmosis membrane) 기반 하수농축 공정 운용 ... 37 3. 유도용액 개량을 통한 RSF 및 Js/Jw 감소 공정 연구 결과 ... 38 4. 유기계 유도용액을 이용한 하수농축 FO 막분리 공정 실험 결과 ... 42 5. 적용된 정삼투막 교체를 통한 RSF 및 Js/Jw 감소 연구 결과 ... 43 6. RSF 에 의해 발생된 유도용질의 회수 및 혐기공정에 대한 영향 실험 결과 ... 44 제 2 절 통합형 바이오가스 생산 기술 개발 ... 46 1. 음식물 쓰레기 및 하수 성상 상세 분석 ... 46 2. 혐기성 소화 슬러지 고정화 담체 제조 ... 47 3. 혐기성 biofilm 반응조(AEBR) 제작 ... 50 4. 최적 혐기성 biofilm 반응조(AEBR) 운전 조건 도출 ... 51 5. 혐기성 biofilm 반응조(AEBR)의 초기 운전 결과 ... 52 6. 막 기술 기반 시스템 적용 생산된 하수 농축수 및 음식물 쓰레기 성상 상세 분석 ... 56 7. 혐기성 biofilm 기반 통합형 바이오가스 생산 반응조 운전 결과 ... 57 8. 고농도 마그네슘 이온에 대한 혐기성 소화 미생물 적응 연구 결과 ... 58 9. 통합형 바이오가스 생산 반응조 장기 연속 운전 결과 ... 59 제 3 절 고농도 질소 제거 기술 개발 ... 61 1. 질소제거 미생물 배양 및 고속화 ... 61 2. 1단식 질소제거 공정 개발 ... 67 3. 실폐수 적용성 평가 ... 69 제 4 절 막증류를 이용한 재이용수 회수 ... 73 1. 희석된 MgCl2 유도용액을 이용한 유도용액 회수 실험 ... 73 2. 희석된 MSG 유도용액을 이용한 유도용액 회수 실험 ... 74 제 5 절 N/P 자원화 기술 개발 ... 76 1. 자원화 가능 N/P 성상 분석 및 자원화 단계 조사 ... 76 2. 결정화 기법을 이용한 N/P 자원화 기술 ... 77 3. Pot test를 통한 N/P 자원화 효율 실험 ... 86 제 6 절 바실러스균을 이용한 슬러치 처리 기술 개발 ... 93 1. 바실러스균을 이용한 하수슬러지 처리공정의 개발 ... 93 2. 반응기 내 바실러스균의 우점화 ... 93제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 95 제 1 절 목표달성도 ... 95 1. 막기술 기반 하수농축 기술 ... 95 2. 통합형 바이오가스 생산 기술 개발 ... 95 3. 고농도 질소 제거 기술 개발 ... 95 4. 막증류를 이용한 재이용수 회수 ... 96 5. N/P 자원화 기술 개발 ... 96 6. 바실러스균을 이용한 슬러지 처리 기술 개발 ... 96 제 2 절 관련분야 기여도 ... 97 1. 막기술 기반 하수농축 기술 ... 97 2. 통합형 바이오가스 생산 기술 개발 ... 97 3. 고농도 질소 제거기술 개발 ... 97 4. 막증류를 이용한 재이용수 회수 ... 98 5. N/P 자원화 기술 개발 ... 98 6. 바실러스균을 이용한 슬러지 처리 기술 개발 ... 98제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 99 1. 막기술 기반 하수농축 기술 ... 99 2. 통합형 바이오가스 생산 기술 개발 ... 99 3. 고농도 질소 제거 기술 개발 ... 99 4. 막증류를 이용한 재이용수 회수 ... 99 5. N/P 자원화 기술 개발 ... 100 6. 바실러스균을 이용한 슬러지 처리 기술 개발 ... 100제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 101제 7 장 참고문헌 ... 107끝페이지 ... 111