초록 ▼

개발 목적 및 필요성
본 Next-generation WWTP에 따라 제안된 고효율 응집-침전 ATP 및 MD Hybrid 미세조류 배양에 따른 에너지 회수율 20% 증가, 미세조류 및 바이오차 생산에 따른 부가가치를 활용한 운영비용 20% 절감, 그리고 최종 유출수 Membrane distillation 처리에 따른 잔류 부산물 1% 이내 제어를 통해 새로운 하수처리 패러다임을 제시하고자 한다.

연구개발 결과
본 연구는 Next-generation WWTP 개발을 위해 총 4개의 연구 테마로 구성되어져 있다

개발 목적 및 필요성
본 Next-generation WWTP에 따라 제안된 고효율 응집-침전 ATP 및 MD Hybrid 미세조류 배양에 따른 에너지 회수율 20% 증가, 미세조류 및 바이오차 생산에 따른 부가가치를 활용한 운영비용 20% 절감, 그리고 최종 유출수 Membrane distillation 처리에 따른 잔류 부산물 1% 이내 제어를 통해 새로운 하수처리 패러다임을 제시하고자 한다.

연구개발 결과
본 연구는 Next-generation WWTP 개발을 위해 총 4개의 연구 테마로 구성되어져 있다. 먼저 (연구 1) 전처리 응집-침전 공정 (APT)을 통해 하수내 유기물을 제거하기에 적합한 응집제의 종류와 최적 주입량을 결정하였으며, 원수 기준으로 90% 이상의 탁도, TCOD, TSS, T-P 제거율을 달성하였다.

응집-침전 공정을 통해 사전 처리된 하수를 (연구 2) 막 증류장치 (MD)와 미세조류 배양장치를 결합한 공정을 이용하여 잔류된 하·폐수 내 질소 및 인 성분을 추가로 제거함으로써 최종 잔류부산물을 원수 대비 1% 이내로 저감시켰다. 연구 2를 통해 영양물질과 미세조류의 농도에 따른 미세조류 증식계수를 산출함으로써 미세조류 성장을 위한 최적의 조건도 도출하였다. 이후 각 조건에 대해 F/M 비에 따른 미세조류의 평균 비 증식률을 계산함으로써 하·폐수 처리에 이용되는 미세조류의 F/M비는 0.8g-SCOD/g-VSS/day이상 설정해야한다는 것을 확인하였으며, SCOD 100mg/L, T-N 20 mg/L, T-P 2 mg/L이 최적유입수 배양조건인 것으로 확인되었다. 막 증발법의 경우에도 최적화를 위해 유입수와 처리수의 온도차이, 유속 등의 조건을 달리하여 실험을 진행하였으며, 대부분의 조건에서 큰 차이 없이 MD 시스템을 적용할 수 있는 것으로 확인되었다. 미세조류 농도가 0.5 g/L일 경우 다른 미세조류 농도에 비해 투과 유속이 서서히 감소할 뿐만 아니라 막 젖음 현상이 발생하지 않아 막 증발법과 미세조류 배양 적용이 함께 가능함을 확인하였다.

연구 3은 연구 1, 2로부터 발생한 하수 슬러지와 폐 미세조류, 두 고형물을 처리하기 위한 공정으로 혐기성 소화를 채택하여 운전하였다. 두 유기성 폐기물을 동시에 전처리 공정을 진행하게 되면 많은 에너지가 필요하므로 폐 미세조류에만 전처리 공정을 적용하였다. 열처리 (55~85℃)를 통해 폐 미세조류를 전처리하는 1단계와 전처리된 미세조류와 고도처리된 하수슬러지를 병합 소화하는 2단계로 구성하여 기존 단일 기질 소화보다 20% 이상 높은 메탄발생효율을 달성하였다.

(연구 4) 혐기소화를 통해 최종적으로 발생하는 고형물은 240℃에서 30분 동안 수열탄화 진행을 통해 바이오차를 생산하였다. 이렇게 생성된 바이오차는 1톤 당 24,845원에 해당하는 에너지를 회수할 수 있는 것으로 평가되어 수열탄화 처리를 통한 고형연료 생산이 경제적인 것으로 산출되었다. 본 연구에서 제안한 4단계 공정을 하수처리시스템에 구성하여 운전할 경우 당초 목표로 하는 에너지 자립형 수처리 공정에 다가갈 수 있을 것으로 기대된다.

성능사양 및 기술개발 수준
APT 공법, 미세조류-Hybrid MD, 바이오차 등 아직 국내에서 많이 진행되지 않은 연구들을 중심을 이루기 때문에 국내 기술개발에 큰 지표가 될 수 있을 것으로 기대되지만 아직 Lab-scale 수준에서 연구되었기 때문에 추가적으로 pilot 수준의 연구가 필요할 것으로 사료된다.

활용계획
연속 공정 개발을 목적으로 지속적인 연구가 진행될 것이며, 최종적으로는 에너지 자립형 소규모 하수처리장 도입을 목적으로 연구에 적용 및 활용될 예정이다.

(출처 : 요약서 4p)

Abstract ▼

Ⅳ. Results
· Of the six coagulants selected for APT system application, only FeCl₃, PACl and Al₂(SO₄)₃ were found to be effective for the removal of solids from wastewater. In the case of PACl, organic matter removal of more than 90% was achieved with o

Ⅳ. Results
· Of the six coagulants selected for APT system application, only FeCl₃, PACl and Al₂(SO₄)₃ were found to be effective for the removal of solids from wastewater. In the case of PACl, organic matter removal of more than 90% was achieved with only 25 mg/L.

· Anaerobic digestion test for sludge generated from APT system showed that anaerobic digestion reaction was inhibited by aluminum component of PACl, while FeCl₃ was found to be 30% higher than conventional anaerobic sludge digestion efficiency. As a result of comprehensive anaerobic digestion, FeCl₃ was selected as coagulant in this sewage treatment process.

· Microalgae-Hybrid MD system showed that the fouling phenomenon was significantly reduced by coagulation treatment compared with non treated sewage. The F/M ratio of the microalgae used in the wastewater treatment should be set to 0.8 g-SCOD/g-VSS/day or higher. The efficiency of treatment of residual organic/inorganic matter was improved. When the concentration of microalgae was 0.5 g/L, the flow rate of distillation membrane permeation gradually decreased compared with other microalgae concentrations.
Membrane wetting did not occur. These results indicated that microalgae concentration should be controlled for application of membrane distillation.

· To improve co-digestion of microalgae and sludge, the microalgae were first pretreated with heat and then treated microalgae was digested with sewage sludge. Co-digestion of treated microalae and sewage sludge led to approximately 20% higher methane generation than digestion of a single substrate (microalgae and sewage sludge, respectively).

· The optimal conditions for hydrothermal carbonization of the sludge were 240℃ for 30 minutes to produce a biochar. Under optimal conditions, the energy corresponding to 24,845 won could be recovered if the produced biochar is utilized as a solid fuel.

(출처 : SUMMARY 12p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 요약서 ... 4
• 요약문 ... 8
• SUMMARY ... 12
• 목차 ... 14
• 표목차 ... 15
• 그림목차 ... 16
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 21
• 1-1. 연구개발 목적 ... 21
• 1-2. 연구개발의 필요성 ... 22
• 1-3. 연구개발 범위 ... 24
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 32
• 2-1. 국내 기술 수준 및 시장 현황 ... 32
• 2-2. 국외 기술 수준 및 시장 현황 ... 37
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 42
• 3-1. 연구개발의 내용(범위) 및 최종목표 ... 42
• 3-2. 연구개발 결과 및 토의 ... 47
• 3-3. 연구개발 결과 요약 ... 113
• 4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 122
• 4-1. 목표달성도 ... 122
• 4-2. 관련분야 기여도 ... 125
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 126
• 5-1. 연구개발결과의 활용방안 ... 126
• 5-2. 추가 연구의 필요성 ... 128
• 5-3. 사업화계획 및 효과 ... 129
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 130
• 7. 연구개발결과의 보안등급 ... 135
• 8. 국가과학기술종합정보시스템(NTIS)에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 136
• 9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 136
• 10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 138
• 11. 기타사항 ... 140
• 12. 참고문헌 ... 140
• 끝페이지 ... 144