초록 ▼

개발 목적 및 필요성
소규모 하수처리시설은 사회여건, 수질제도, 하수발생여건 변화에 따라 방 류수 수질기준 이하로 처리하는 본래의 목적을 수행하는데 어려움을 겪고 있어, 최근에는 이 문제점을 해결하기 위해 침지형 분리막이 많이 적용되고 있으나, 그러나 침지형 분리막은 포기조 및 막분리조의 과도한 용존산소 소요에 의한 경제성, 계내외 세정에 의한 유지관리, 용존산소 저감조 및 슬러지 저류 조 등 부대설비 소요 등의 문제점을 발생시키고 있음.

따라서 본 연구에서는 산기관 및 배출기능을 동시에 갖는 세라믹 분리막을 적용

개발 목적 및 필요성
소규모 하수처리시설은 사회여건, 수질제도, 하수발생여건 변화에 따라 방 류수 수질기준 이하로 처리하는 본래의 목적을 수행하는데 어려움을 겪고 있어, 최근에는 이 문제점을 해결하기 위해 침지형 분리막이 많이 적용되고 있으나, 그러나 침지형 분리막은 포기조 및 막분리조의 과도한 용존산소 소요에 의한 경제성, 계내외 세정에 의한 유지관리, 용존산소 저감조 및 슬러지 저류 조 등 부대설비 소요 등의 문제점을 발생시키고 있음.

따라서 본 연구에서는 산기관 및 배출기능을 동시에 갖는 세라믹 분리막을 적용한 침지형 분리막시스템과 소규모 하수처리장의 영양염류 수질기준 초과 되는 문제점을 해결할 수 있는 후단 고도처리공정을 개발하고 이를 소규모 하수처리장 실증플랜트에 적용하여 설계, 시공, 운전 기술을 획득하여 사업화 하는데 있음.

연구개발 결과
현재 우리나라의 소규모 하수처리시설은 선진국에 비해 보급률이 낮은 편이고 시설 노후 및 유지관리 미흡에 따른 방류수 수질이 악화되는 현상이 자주 발생됨에 따라 시설확충 및 시설개선 사업이 이루지고 있으며, 최근 들어 안정적인 처리가 가능한 MBR공법이 많이 적용되고 있으나, 공정운전 중 발생되는 막파손 및 막세정 유지관리 문제가 대두되고 있다.

유지관리가 쉬운 하수처리용 고강도 세라믹막을 개발을 위해 여러 가지 샘플을 제조하여 실험을 통해 최적의 세라믹막 제조기술을 확보하였으며, 최종 개발된 세라믹막의 주재료는 알루미나와 실리카로 조성되고, 외형은 두께 3 mm의 관형이며, 기공크기 0.1㎛, 기공분포율 30%, 막 투과유속 20~40LMH의 사양을 갖고 있다.

세라믹막의 파일롯 테스트를 통해 세라믹막의 운전인자 및 실증플랜트 설계인자를 도출하였고 파일롯 운영결과, 처리수의 수질농도는 평균적으로 BOD 1.5mg/ℓ, COD_Mn 6.6mg/ℓ, SS O.Omg/ℓ, T—N 7.572mg/ℓ, T—P 1.012mg/ℓ, 대장균 0개/㎖이며, 각각의 처리효율은 98.4%, 86.4%, 100.0%, 79.2%, 73.1%, 100%로 처리되어 재이용수로 사용가능한 수질의 확보가 가능하였다.

소규모 하수처리설의 방류수 고품질화를 위해 이온교환수지를 이용한 여과탑을 개발하여 기존 하수처리장의 방류수로 실험을 한 결과, 질산성 질소가 평균 2.53mg/ℓ, 제거효율이 76.8%이고 인산염인은 평균 0.12mg/ℓ, 제거 효율이 84.9%로 나타났다. 총질소는 평균 4.44mg/ℓ 제거효율이 69.0%이고 총인은 평균 0.16mg/ℓ, 제거효율이 84.7%로 나타났으며, 이온교환탑의 처리비용은 397.6원/톤으로 조사 되었다.

Test-bed는 현재 운영상에 문제점이 있는 기존 SBR공법으로 가동 중인 소규모 하수시설에 세라믹막을 이용한 MBR공법 변경하는 시설개선사업을 통해 실증시설을 구축하고 최적의 세라믹막 시스템 및 비상처리 시스템을 개선 적용하였다. 운전결과 세라믹막의 여과속도는 평균 43.6 LMH로 운전되었고 공기역세정을 통해 별도의 화학세정 없이 약 3개월간의 지속운전이 가능하였으며, 처리수의 평균 수질농도는 BOD 3.3mg/ℓ, COD_Mn 6.9mg/ℓ, SS 0.2mg/ℓ, T-N 8.227mg/ℓ, T-P 0.866mg/ℓ, 대장균 1개/㎖이며, 각각의 처리효 율은 97.4%, 90.4%, 99.8%, 76.2%, 70.9%, 100%로 처리되어 개발공법 목표 수질에 만족하는 처리가 가능하였다. 또한 유입유량 변동에 대처하여 세라믹막의 처리유량 조절 및 탈기조 상등수배출 시스템을 통해 방류수 수질기준에 만족하는 하수처리가 가능하였다.

실증시설의 장기간 운전을 통해 도출된 운전인자를 바탕으로 자동제어 시스템을 구축하여 공정제어 프로그램에 따라 연속적으로 운전되며, 원격 모니터링을 통한 유지관리가 가능하여 개발공정의 무인화 운전을 도모하였다.

성능사양 및 기술개발 수준
국내 기술로 하·폐수처리용 침지형 세라믹막을 개발하였으며, 최종 개발된 세라믹막은 관형, 두께 3mm, 기공크기 0.1㎛, 기공분포율 30%, Flux 20~40LMH의 사양을 갖고 있다.

공기역세정 방식을 적용하여 막세정 및 수중산소전달 효과가 있어 유지관리비(약품비, 전력비)의 절감이 가능하다.

활용계획
개발된 세라믹 분리막 기술을 이용하여 고분자막을 이용한 MBR기술을 대체 및 고분자막의 한계를 넘는 적용성이 있어 차세대 핵심기술로 활용이 가능하고 기타 수처리 분야에 응용 연구을 통한 다양한 접근에 활용할 것이다.

(출처 : 요약서 4p)

Abstract ▼

IV. Results
Based on observation, the distribution of small sewage plant in Korea was significantly lower in quality than developed country. The effluent water quality from small sewage plant was observed to be rather deteriorated over time because of plant aging without a proper maintenance. Rec

IV. Results
Based on observation, the distribution of small sewage plant in Korea was significantly lower in quality than developed country. The effluent water quality from small sewage plant was observed to be rather deteriorated over time because of plant aging without a proper maintenance. Recently, the continuous maintenance was performed to the application of MBR technology improving stable effluent quality; however, membrane damage and membrane washing maintenance were identified to be a main issue to overcome producing reliable water effluent in small sewage plant.

Ceramic membrane was, therefore, raised to conquer difficulties in MBR process. Ceramic membrane in sewage plant was tested in various size and thickness and confirmed the most effective size of mm round-shape with pore size of 0.1㎛, porosity of 30%, permeability velocity of 20-40LMH.

A number of pilot tests was performed to derive operation factor and demonstration plant design factor, and the result was found to be average effluent concentration of BOD 1.5mg/ℓ COD_Mn 6.6mg/ℓ SS 0.0mg/ℓ, T-N 7.572mg/ℓ, T-P 1.012mg/ℓ, colon bacilius 0/㎖ with treatment efficiency of 98.4%, 86.4%, 100.0%, 79.2%, 73.1% and 100%, obtaining reusable water quality.

To improve effluent quality in small sewage plant using ion exchange resin and Filtration, average NOx, 2.53mg/ℓ with removal rate of 76.8%, and average phosphate phosphorus 0.12mg/ℓ with removal rate of 84.9%. Average T-N was 4.44mg/ℓ with removal rate of 69.0%, average T-P was 0.16mg/ℓ with removal rate of 84.7%. The cost for Ion-Exchange Tower treatment was 397.6 won/ton.

This Test-bed was replaced for MBR technology at existing site with SBR applied for facility improvement. As a result of operation, the velocity of ceramic permeability was average 43.6 LMH, and the system was able to operate three months without cleaning materials, only by continuous backflow. Average treated water was BOD 3.3 mg/ℓ, COD_Mn 6.9mg/ℓ SS 0.2mg/ℓ T-N 8.227mg/ℓ, T-P 0.866mg/ℓ, colon bacilius 1/㎖. The treated efficiency was 97.4%, 90.4%, 99.8%, 76.2%, 70.9%, and 100%, respectively. The treated water satisfied the effluent regulation threshold. In addition, the ceramic membrane was able to manage inflow load fluctuation adjusting treated flux, and to produce satisfactory effluent concentration by Upper water exhaust apparatus.
Through the operation period, the automated control system was established to derive operation factors, to develop continuous and remote operation.

(출처 : SUMMARY 15p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 환경기술개발사업 최종보고서(제출서) ... 2
• 제 출 문 ... 3
• 요 약 서 ... 4
• 요 약 문 ... 7
• SUMMARY ... 14
• 목차 ... 18
• 표목차 ... 20
• 그림목차 ... 22
• 제1장 서론 ... 26
• 제1절 연구개발과제의 개요 ... 28
• 1. 연구개발의 목적 및 필요성 ... 28
• 2. 연구개발대상 기술의 차별성 ... 36
• 제2절 연구개발의 국내외 현황 ... 37
• 제3절 연구개발의 내용 및 범위 ... 40
• 1. 연구개발의 최종목표 ... 40
• 2. 연도별 연구개발 목표 및 평가방법 ... 40
• 3. 연도별 추진체계 ... 45
• 제2장 연구개발 수행내용 및 결과 ... 46
• 제1절 연구개발 결과 및 토의 ... 48
• 1. 소규모 하수처리시설 현황조사 ... 48
• 2. MBR 공정 개요 ... 59
• 3. 세라믹막(Ceramic Membrane) Lab Test ... 70
• 4. 이온교환수지 Test ... 79
• 5. Pilot Test ... 117
• 6. Test-Bed ... 165
• 제2절 연구개발 결과 요약 ... 226
• 제3장 목표 달성도 및 관련분야 기여도 ... 228
• 제1절 연도별 연구개발목표의 달성도 ... 230
• 제2절 관련분야의 기술발전 기여도(환경적 성과 포함) ... 232
• 1. 환경적 측면 ... 232
• 2. 기술적 측면 ... 232
• 3. 경제적 측면 ... 232
• 4. 일자리 창출 측면 ... 232
• 제4장 연구개발결과의 활용계획 등 ... 234
• 제1절 연구개발 결과의 활용계획 ... 236
• 제2절 NTIS에 등록한 연구시설·장비현황 ... 237
• 제5장 참고문헌 ... 240
• 부록 ... 244
• 부록 1. 소규모 하수처리시설 실증시설 설계 보고서 ... 246
• 부록 2. 운전 및 유지관리 매뉴얼 ... 295
• 부록 3. 연구성과 ... 337
• 끝페이지 ... 360