초록 ▼

□ 연구개요
하수처리장에서 소비되는 전력은 연간 국가별 총 전력 사용량의 3-5%를 차지하는 것으로 조사되었으며, 하수의 수집 및 처리과정에서 막대한 양의 에너지가 소비되고 있음. 에너지 저감형 공정으로 혐기성 암모늄 산화 미생물(AMX)을 적용한 단축질소제거 공정이 주목받고 있지만, AMX의 느린 성장 특성과 저농도 질소 조건에서의 활성 저하와 질산염 축적 문제로 인해 제한적으로 적용되고 있음. 따라서 하수와 같은 저농도 질소 조건에서도 저에너지로 유기물과 질소를 안정적으로 처리 가능한 공정이 필요함.
분리막 공정은 반

□ 연구개요
하수처리장에서 소비되는 전력은 연간 국가별 총 전력 사용량의 3-5%를 차지하는 것으로 조사되었으며, 하수의 수집 및 처리과정에서 막대한 양의 에너지가 소비되고 있음. 에너지 저감형 공정으로 혐기성 암모늄 산화 미생물(AMX)을 적용한 단축질소제거 공정이 주목받고 있지만, AMX의 느린 성장 특성과 저농도 질소 조건에서의 활성 저하와 질산염 축적 문제로 인해 제한적으로 적용되고 있음. 따라서 하수와 같은 저농도 질소 조건에서도 저에너지로 유기물과 질소를 안정적으로 처리 가능한 공정이 필요함.
분리막 공정은 반응조내에서 유효한 미생물을 정착시킴과 동시에 미생물의 농도를 유지할 수 있고, 분리막을 통해 확산된 산소를 생물막에 직접 전달하는 방식으로 기존 하수처리장의 폭기 비용을 최대 80% 이상 절약할 수 있음. 하나의 반응조에서 호기성 미생물과 혐기성 미생물의 선택적인 생물막 군집 형성을 유도하여 미생물간의 산소 및 기질 경쟁을 최소화할 수 있음. 따라서 본 연구에서는 분리막 공정과 탈암모니아 공정을 융합하여, 공정내 고농도의 바이오매스를 유지함으로써, 하수와 같은 저농도 질소조건에서도 안정적으로 질소를 처리할 수 있는 저에너지 탈암모니아 바이오 분리막 공정(Deammo-MABR)을 개발하였음.

□ 연구 목표대비 연구결과
기체 분리막을 적용하여 바이오 분리막 공정과 탈암모니아 공정을 융합한 저에너지 탈암모니아 바이오 분리막 공정(Deammo-MABR)을 구축하였으며, 저농도 질소 및 상온 조건에서 공정 성능을 평가하여 하수 수준의 질소를 처리하였음.
안정적인 Deammo-MABR 공정 운영을 위하여 HRT에 따른 공정 성능 평가를 통해 최적 HRT를 도출하였으며, 최적 생물막 두께 제어가 가능한 scouring 강도 및 주기를 검토하였음. 또한 공정 효율 저하 대응 방안에 따른 공정 성능 회복을 달성하였음.
하수 수준의 유기물 조건에서 공정에 유효한 미생물(AOB/NOB, PD, AMX)의 순차적 정착을 유도하여 질소 제거 거동을 검토하였고, 미생물 군집을 분석하여 공정 성능을 비교 평가하였음. 미생물연료전지 기반 유기물 에너지 회수공정의 유기물 회수 효율별 유기물 농도 변동에 따른 최적 연계 운전 전략을 도출하였고, 질소 제거효율 85% 및 유기물 제거효율 95% 이상을 달성하였으며 국내 방류수 수질을 만족하였음.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
Deammo-MABR 공정에서 분리막에 적용되는 공기 제어 특성에 따라 공기가 확산되는 분리막쪽 생물막에는 질산화 미생물, 생물막 바깥쪽에는 AMX가 우점화 될 수 있는 선택적 유용 생물막 형성 개발 연구에 기초 자료로 활용. 또한 공정 내 미생물 활성 분석 및 미생물 군집 분석을 통한 공정 해석 자료로 활용.
MFC 기반 유기물 에너지 회수공정과 Deammo-MABR 공정이 결합된 에너지 생산형 하수처리 융합공정의 실용화를 위한 안정적인 공정 전략 개발 연구에 활용.
전 세계적으로 탈암모니아 공정을 적용한 에너지 저감형 공정 개발이 활발하게 진행되고 있으므로, 향후, 노후화된 하수처리장의 개보수 및 재건설에 탈암모니아 공정이 적용될 수 있도록 기초 자료 제공에 기여할 것으로 기대.
국내의 경우, 탈암모니아 공정 적용사례 없음. 향후 국내 물시장 활성화 및 해외 시장 진출을 확대하기 위해서는 하수처리 주공정 적용을 위한 저농도 질소처리용 탈암모니아 공정의 연구개발이 시급하므로, Deammo-MABR 기술이 관련 분야의 기술 개발 및 향상에 기여할 것으로 기대.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1. 연구 개발의 목적 ... 4
• 1.2. 연구 개발의 필요성 및 범위 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 2.1. [1차년도] 저농도 질소처리 가능 Deammo-MABR 구축 ... 5
• 2.2. [2차년도] 저농도 질소처리 효율 안정적인 유지 전략 확보 ... 8
• 2.3. [3차년도] 유기물 에너지 회수공정과 연계한 융합공정 운영 ... 11
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 15
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 15
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 3) 목표 달성 수준 ... 15
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 16
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 16
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 16
• 6. 참고문헌 ... 17
• 붙임1 세부 정량적 연구개발성과 ... 19
• 붙임2 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 28
• 끝페이지 ... 42