Temperature (
oC)
0 10 20 30 40
P O
43--P r e m o v a l e ff ic ie n c y ( % )
Ⅳ
Ⅳ
Ⅳ---555...결결결 론론론
본 연구에서는 외부탄소원으로서 음식물 유기산 발효액을 SBR공정에 첨가하여 생물학적 영양염류 제거 효과에 대하여 알아보고자 유기산 발효액 첨가량 및 반응 온도 변화에 따른 유기물 및 영양염류 제거효율을 조사하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
1.유기산 발효액 첨가량 변화에 따른 각 SBR 공정에서 SCOD 농도는 유기산 발 효액에 존재하는 유기물 중 생물학적으로 분해 불가능한 유기물이 유기산 발효 액 첨가량의 증가에 따라 비례적으로 증가하여 유출수 중의 SCOD 농도가 증가 하였다.
2.질산성 질소의 농도는 무산소조에서 유기산 발효액 첨가량이 증가함에 따라 감 소하였으며,암모니아성 질소의 농도는 혐기 단계에서는 높게 나타났지만 폭기 가 시작되면서 질산화가 진행됨에 따라 암모니아성 질소의 제거율이 증가하기 시작하였다.이와 같이 호기 단계에서 암모니아성 질소의 제거율이 높게 나타난 것은 질산화와 세포의 합성에 의한 것으로 사료된다.
3.유기산 발효액을 첨가하지 않은 경우에는 혐기 단계와 호기 단계에서 인 방출과 과잉 섭취가 관찰되지 않았으나,유기산 발효액을 첨가한 경우에서는 C/P비가 증가할수록 혐기 단계에서의 인 방출 및 호기 단계에서의 인 흡수가 활발하게 이루어져 인 제거효율이 향상되었다.
4.반응 온도 변화에 따른 각 SBR 공정에서 10℃ 정도의 낮은 반응 온도에서는 미 생물 중 질산화균이 탈질균보다 온도에 민감하게 영향을 받아 활성이 감소하였으 며,SCOD와 인 제거율은 반응 온도 변화에 따른 영향이 거의 나타나지 않아 반 응 온도보다 SRT 나 BDCOD 농도의 영향을 크게 받는다는 것을 알 수 있었다.
제제제 ⅤⅤⅤ 장장장...막막막 결결결합합합형형형 고고고정정정상상상 생생생물물물막막막 공공공정정정
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Ⅴ---111...연연연구구구배배배경경경 및및및 목목목적적적
물에 대한 수요량은 급증하고 있으나 수자원의 오염 및 부족으로 인한 용수원의 확보 문제와 유기성 물질뿐만 아니라 질소․인 등의 부영양화를 일으키는 영양염 류의 축적으로 인한 문제가 사회적으로 대두되어 하․폐수의 고도처리 및 용수 재 활용 시스템의 공정 개발이 필요한 실정이다.
폐수 중 유기물 제거를 위한 생물학적 처리방법으로 사용되고 있는 활성슬러지 공정은 과다한 폭기조 용량을 필요로 하고 슬러지 팽화현상이 자주 발생되며 부하 변동에 대처하는 능력에 한계가 있어 운전과 유지관리에 난점이 많은 것으로 알려 져 있다.이러한 결점을 보완하는 방안으로 담체를 이용한 생물막 공정은 미생물에 게 담체 내부의 넓은 부착면적을 제공함으로써 부유 미생물뿐만 아니라 부착 미생 물의 존재로 인한 고농도의 미생물을 이용하여 처리효율을 증가시킬 수 있는 장점 을 지니고 있다.그러나 이와 같은 활성슬러지 공정이나 담체 공정들은 생물학적으 로 분해 가능한 용존 물질을 제거한 후 미생물과 처리수를 분리하기 위한 침전조 가 사용되고 있다.위의 두 공정에서 사용되는 침전조는 운전조건에 따라서 변하는 슬러지의 침강 속도에 의해 성능이 크게 영향을 받으며,침전조 설치에 따른 넓은 부지면적이 필요하여 경제적인 제약이 따르는 문제점이 있다59).
특히 유동상 생물막 반응조는 일반적인 활성슬러지 공정보다 침전 성능이 낮은 단 점이 있다.이와 같은 단점을 보완하기 위해 고정상 생물막 공정에 침지형 중공사 분리막을 결합한 새로운 형태의 공정이 막결합형 고정상 생물막 공정이다.
최근까지 활성슬러지 반응조에 분리막을 결합한 공정에 대한 연구보고는 많이 이루어진 반면,고정상 생물막 반응조에 분리막을 결합한 새로운 공정에 대한 연구 보고는 아직까지 거의 이루어지지 않고 있다.특히 막결합형 고정상 생물막 공정은 기존의 MBR공정과 달리 반응조 내에 고형상 담체가 존재하여 막 오염 특성이 다 르게 나타난다.
따라서 본 연구에서는 침지형 MBR 공정에서 부영양화를 유발하는 영양소 중 하 나인 인의 제거율을 향상시키고 막 오염을 완화시키고자 본 연구실에서 폐석회와 무기바인더를 사용하여 제조한 담체 No.2를 이용한 막결합형 고정상 생물막 공정 에서 공기 유량 및 담체 충진율 변화에 따른 막 여과특성을 조사하고 유기물 및 영양염류 제거 특성을 비교하였다.
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Ⅴ---222...이이이 론론론
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Ⅴ---222---111...막막막 결결결합합합형형형 고고고정정정상상상 생생생물물물막막막 공공공정정정의의의 개개개념념념
활성슬러지 공정이나 담체를 이용한 생물막 공정들은 생물학적으로 분해 가능한 용존 물질을 제거한 후 미생물과 처리수를 분리하기 위한 침전조가 사용되고 있다.
이와 같은 공정에서 사용되는 침전조는 운전조건에 따라서 변하는 슬러지의 침강 속도에 의해 성능이 크게 영향을 받으며,침전조 설치에 따른 넓은 부지면적이 필 요하여 경제적인 제약이 따르는 문제점이 있다.이와 같은 단점을 보완하기 위해 고정상 생물막 공정에 침지형 중공사 분리막을 결합한 새로운 형태의 공정이 막결 합형 고정상 생물막 반응조(M-CFPBR,Membrane-Coupled Fixed PhaseBiofilm Reactor)공정이다.
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Ⅴ---222---222...막막막 결결결합합합형형형 고고고정정정상상상 생생생물물물막막막 공공공정정정의의의 막막막 오오오염염염 인인인자자자 1
11)))막막막 모모모듈듈듈형형형태태태에에에 의의의한한한 영영영향향향
막 모듈은 그 형태에 따라 중공사막의 밀집도가 달라진다(Fig.Ⅴ-1).이에 따라 운전 중 미생물 플록에 의한 중공사막간 막힘(inter-fiberclogging)양상이 다르게 나타나게 되어 막 오염의 진행에 차이가 생기게 된다7).이것은 막 모듈의 형태에 따라 공기의 흐름과 중공사 막의 움직임이 다르기 때문이다8).중공사막의 모듈 형 태를 크게 다섯 가지로 구분해 보면 Fig.Ⅴ-2와 같이 나타낼 수 있으며,중공사막 의 밀집도가 높을수록 미생물에 의한 중공사막간 막힘 현상이 급속도로 진행되게 된다.
Futamura8)는 Fig.Ⅴ-2에 나타낸 B형과 E형의 모듈형태에 대한 막 오염의 진행 도를 비교하였는데,E형이 B형에 비하여 폭기에 의한 세정효과가 우수하다고 보고
하였다.또한 Shimizu등9)은 고농도의 MLSS에서는 급격한 엉김을 방지하고,여과 가 일어나는 막 면적(effectivemembranearea)을 충분히 확보하기 위해서는 적절 한 중공사막 간격이 필요하다고 제안하였다.
침지형 평막의 경우에는 평막 사이가 너무 넓을 경우에는 폭기에 의한 효과가 적고 너무 좁을 경우에는 미생물이 엉기는 현상이 발생하게 된다.Kubota사의 침 지형 평막 모듈은 막 사이의 거리를 7mm로 설계하였다114,115).Gunder116)는 활성슬 러지 공정에 Kubota사의 평막과 Zenon사의 중공사막을 도입하여 유입수의 유량 변동에 대한 안정성과 처리효율 면에서 기존의 침전조를 대체할 수 있는가에 대한 가능성을 검토하였다.이 때 평막 사이의 거리를 8mm로 설계하여 운전하였으며, 두 형태의 막에 대한 투과도(permeability)는 평막일 경우가 더 높은 결과를 나타 내었다.
2 2
2)))기기기타타타 첨첨첨가가가물물물에에에 대대대한한한 영영영향향향
막분리 공정에 응집제를 도입할 경우 입자의 크기가 응집에 의하여 증가하여 막 세공의 막힘 현상이나 입자가 막 표면에 쌓이는 현상을 획기적으로 줄여준다.콜로 이드 입자의 불안정화에는 다음과 같은 네 가지 메커니즘이 존재한다117).
(1)전기 이중층의 압축 (Doublelayercompression)
(2)흡착에 의한 전하 중화 (Adsorptionandchargeneutralization) (3)침전물의 체 거름 (Enmeshmentinaprecipitate)
(4)흡착에 의한 입자간의 가교 (Adsorptionandinterparticlebridging)
Milisic118)은 규조토를 여과 보조제로 사용하여 유입수에 섞어주면서 투여할 경우 투과율이 향상되었음을 보고하였다.Cross119)는 응집제를 사용하여 세포 외 효소를 분리하였는데,중공사형 정밀여과막을 사용할 경우 특히 효과적이라고 보고하였다.
Peuchot등120)은 crossflow 정밀여과에서 응집을 병행함으로써 입자의 크기가 증 가되어 막 표면에 입자가 쌓이는 것을 억제하여 여과 특성을 향상시킬 수 있다고 하였다.
region1 region2
region3 region4
Fig.Ⅴ-1.Sludgeaccumulationcharacteristicsunderdifferentpackingdensities (region 1:totally dispersed,region 2:partially accumulated,
region3:completelyaccumulatedandregion4:surfaceclogging).
Fig.Ⅴ-2.Typesofsubmergedhollow fibermembranemodules.
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Ⅴ---222---333...인인인의의의 제제제거거거
호소수의 부영양화를 방지하기 위해서는 인의 제거가 필수적이며,인 방출 기준 이 강화되면서 화학적인 방법과 생물학적 방법을 병행하여 처리하는 시설이 늘어 나고 있다.폐수 내의 인을 효과적으로 제거하기 위해서 소석회,알루미늄 및 철을 포함하는 금속염을 첨가하게 된다.
금속염을 투여하는 위치는 공정의 특성과 원하는 처리 정도에 따라 다양하며, Fig.Ⅴ-3에 나타낸바와 같이 약품을 투여하는 위치에 따라 primary coagulation, simultaneous coagulation,post-coagulation 및 post-precipitation으로 나누어 볼 수 있다.
Primarycoagulation는 유입수에 약품을 직접 투여하게 되는데,이때에는 폐수가 폭기조로 유입되기 전에 정인산 및 부유 고형물 등이 일부 제거된다.그러나 이 경 우에는 유기산 및 고분자인산(polyphosphate)은 제거되지 않으며,폭기조에 유입되 기 전에 인이 과도하게 제거될 경우,유기물 부하량이 높은 폐수에 대하여는 폭기 조 내의 인 부족현상이 발생하게 되며,약품의 투여량이 매우 많아지고 이에 따라 슬러지의 발생량이 증가하게 된다는 단점이 있다.
Simultaneouscoagulation은 폐수가 폭기조에 유입되기 바로 직전,혹은 슬러지 반송선에 직접 투여하게 되는데,이 경우에는 미생물 혼합액의 침강성이 증대되어 팽화에 의한 문제점이 감소하며 설치시 추가로 투자해야 되는 비용이 적다는 장점 이 있다.그러나 무기염의 축적으로 인해 MLSS 농도가 크게 증가하여 적절한 BOD 제거를 위해서는 상당히 높은 MLSS 농도를 유지해야 하며,과도하게 폭기를 할 경우에는 무기염과 미생물로 이루어진 플록이 파괴되어 침강성이 저하될 수 있 다는 단점이 있다.
Post-coagulation은 폭기조와 침전조의 중간 지점에 약품을 투여하는데,이 경우 에 존재하는 인은 대부분이 정인산으로 존재하여 인 제거 효율이 높으며,설치 시 추가로 투자해야 하는 비용이 적기 때문에 가장 효율적인 투여 방법이라 할 수 있 다.그러나 이 경우에도 무기염과 미생물로 이루어진 플록이 폭기조로 반송되기 때