Jet Loop 반응기의 생물학적 반응열 생성과 슬러지 감량에 관한 연구

이광헌 서울시립대학교 도시과학대학원 2012 국내석사

유용미생물을 고정화한 비소성 흙블록을 이용한 자연정화 처리기술

신초롱 서울시립대학교 일반대학원 2014 국내석사

본 연구에서는 비교적 친환경적인 이점을 가지고 있는 생물학적 처리 방법 중 수질 개선에 유용한 미생물들을 선별하고 블록에 고정화하여 수질을 개선하려는 목적으로 기존에 연구되어진 시멘트 콘크리트 블록에 유포자미생물을 첨가하는 방식을 토대로 시멘트를 전혀 사용하지 않는 흙블록에 유용미생물을 첨가하여 자연수계의 수질보전 및 개선, On-site treatment/ Eco-technology, 자연형 정화법으로 수질개선 방식을 연구하여, 그에 따른 효율을 검증하고 다양한 환경의 적용성 평가를 하고자 한다. 본 연구에 사용된 미생물은 유기물제거 능력이 좋은 유용미생물인 M사 M21EX제제와 영양염류제거 기능의 Bacillus Subtilis, 탈질을 위한 복합미생물 균주로 구분할 수 있으며 이를 1:1:1로 혼합하여 제올라이트를 분말여재로 하여 비소성 흙블록에 고정화 하였다. 효율을 검증하기 위한 실험으로 lab-test(Test1) 4개의 각각의 반응조 (원수, 흙블록, 원수aeration, 흙블록aeration )에 10L씩 하수처리장 1차 침전지 유출수를 주입후 DO 2∼4mg/L, 온도는 실온으로 시간에 따른 제거효율을 비교한 결과 원수에 비해 흙블록aeration 반응조의 제거효율이 CODcr, BOD₅, T-N, T-P, SS가 각각 51.1%, 66.9%, 43.2%, 59.8%, 64.8%로 유용미생물이 활성슬러지 미생물의 분해상승작용을 일으켜 유기물질 및 영양 염류를 효과적으로 제거 하는 것으로 나타났다. 이를 다양한 환경에 적용하기 위해 pilot plant (Test2, Test3, Test4)를 통하여 호소수, 농수로, 하천의 적용성을 검토 하였고, 그결과 호소수(Test2)는 1800m³의 용량 대비 흙블록 시공 공간이 너무 적어 현장에서의 제거효율이 미비하였으나 lab-test의 결과 100L 반응조의 제거효율은 CODcr, BOD₅, T-N, T-P, SS가 각각 49.8%, 56.4%, 32.8%, 37.8%, 85.6%를 보였고, 200L 반응조의 제거효율은 CODcr, BOD₅, T-N, T-P, SS가 각각 41.5%, 52.0%, 23.0%, 28.9%, 80.0%를 보였으며 특히 SS제거효율이 높아 T-N, T-P의 감소로 조류 억제 효과가 있을 것으로 사료된다. 그 외 하천(Test3)에서의 CODcr, BOD₅, T-N, T-P, SS는 각각 54.8%, 47.0%, 38.7%, 45.2%, 59.3%의 높은 제거효율을 보였으며, 농수로(Test4)에서는 CODcr, BOD₅, T-N, T-P, SS가 각각 41.5%, 52.0%, 23.0%, 28.9%, 79.9%의 제거효율을 나타내었다. Mode1, Mode2, Mode3의 실험을 통하여 미생물 생존 개체수를 확인한 결과 10⁵ cfu/mg이상 존재하므로 다양한 환경에 적용 가능한 것으로 판단되어 진다.

대형 노후상수도관 개량에 따른 관내면 코팅 적용성에 대한 연구

여두현 서울시립대학교 도시과학대학원 2012 국내석사

In the process of rapid economy growth in Korea, water consumption also has been raised rapidly because residential environment had became urbanized and industrialized. According to these changes, water systems have been also developed too. Therefore, water management have been began in earnest to improve water resources development and river management since 1960. The construction of Multi-Regional Water Supply pipeline was completed in 1979 and 1 & 2 stage of pipeline was coated by coal tar enamel. Due to long-term use over 30 years and corrosion, coating of pipeline was almost removed or separated from the pipe severly. It was investigated that adhesion force of coal tar enamel significantly reduced and some corrosion was found in some part of pipe. Thus the site survey for the pipeline has been conducted. And then deterioration status assessment has been conducted to confirm the status of the pipe. The environmental influence on water quality in the adjacent region has been also analyzed against the discharge of remaining deposits and residual water in the pipeline. Also, to rehabilitate and improve the status of pipe, the rehabilitation project has been carried out as non-excavation method, not using excavation method. Because this project has been adapted the automation equipment to the large water pipeline for the first time, all working processes including the existing coal tar enamel elimination, surface preparation, coating work have been performed by the automation equipment. Here, applied coating work is most important factor on water pipeline renewal as final steps. Therefore the study on applicability and environmental stability of coating were necessary to perform. The objective of this study is to ensure the quality assurance and stability of applied coating in typical site. In this study, we have conducted deterioration assessment for the large aging water pipeline. And the status of the pipes have been evaluated "C"grade and the status of applied painting have been evaluated "D"~"E" grade. So, it was necessary to rehabilitate the pipeline against coating loss and coating separation. Regarding the influence assessment of water quality affected by remaining deposits and leachate occurred at rehabilitation work, we have confirmed that before and after the adaptation of the diffusion range prevention by weighted concentration, the range of diffusion has been reduced 52.6% and 46.4%. We have confirmed that two types of epoxy coating have been satisfied with properties test of 6 items and hygiene safety tests of 26 items. And we have also confirmed drying time and optimum injection distance. When the injection distance is 50㎝ from auto coating machine to the surface, it shows that the coating quality is good. And the adhesion force of epoxy coatings were more higher than RE standards and suitable for the site application. Finally, according to the status result of large aging pipeline used over 30 years, we have concluded that aging pipeline should be rehabilitated against a coating loss and corrosion. And we could have established water environment measures for the concentration diffusion of effluent when pipeline was rehabilitated. And we have verified that the aging water pipeline has same performance just like new one, because coating is adapted to the site after the property verification in laboratory, Key words : Deteriorated large water mains, Epoxy coating, Drying time, Hygiene safety, Adherence force 우리나라의 경제가 급속하게 성장하는 과정에서 주거환경이 도시화와 공업화되어 물소비도 급증하여 상수도 시설도 빠르게 발전하였다. 따라서, 1960년대 이후 수자원개발과 하천관리 기능 개선을 위하여 물 관리가 본격적으로 시작되었다. 1979년 준공된 광역상수도 1, 2단계 관로의 내면에는 콜타르에나멜이 도장되어 있고 30년 넘는 장기 사용으로 관로 내면의 도복장이 들뜸과 탈락등의 현상을 발생하여 도막의 부착력도 상당히 저하되고 강관 내부가 부식이 진행된 구간도 있는 것으로 조사되었다. 따라서 대상 노후 대형상수관에 대하여 현장 조사를 실시하여 노후도 상태평가를 실시하여 관로의 상태를 평가하고, 관로 개량시 발생되는 관로내잔존 퇴적물과 잔류수의 배출시 인접하천의 수질 환경영향을 분석하였다. 또한, 관로를 개량하기 위하여 굴착방법이 아닌 비굴착방법으로 자동화 장비로 대형 상수도 관로에 처음 적용하는 개량사업을 추진하므로, 도막인 타르에나멜을 제거하고 표면조도 형성후 도료 코팅까지 기계화로 적용되었다. 여기서, 마지막 단계인 코팅작업이 새롭게 태어나는 상수도관에 가장 큰 영향을 미치므로 수도용 재도장용 도료로서의 적용성과 환경적 안전성 연구가 필요하였으며 현장에 적용시 안전성과 품질을 확보 할 수 있도록 하는데 본 연구의 목적이 있다. 본 연구에서는 대형 노후 상수도관 개량과 관련하여 관로의 노후도 상태평가를 시행한 종합결과 관로 상태평가 c등급으로 나타났으며 도막상태 조사에서도 78%가 평가등급 d, e 로 조사되어 도막의 탈락과 들뜸등으로 인한 관로의 부식이 진행되고 있어 관체 보호를 위하여 개량이 필요한 상태였다. 관로 개량시 발생하게 되는 관로내 잔존 퇴적물과 침출수에 의한 하천 수질 영향에 대하여서는 가중농도에 의한 확산범위 방지에 대한 저감 전후에서 52.6%와 46.4%로 저감됨을 확인하였다. 관로 내면에 코팅되는 에폭시계열 2종의 코팅제에 대하여서는 물성시험 6항목과 위생안전 시험 항목 27개항목에 대하여 안전성을 확인하였으며 코팅제의 건조시간 조건을 확인함과 기계화장비의 도장 이격거리 50㎝정도가 최적의 거리임을 확인하였다. 또한 현장에서의 부착력이 RS 기준 10MPa보다 높게 나와 현장 적용성에 적합함을 확인하였다. 최종적 결론으로 30년간 사용된 노후 상수도관의 상태평가에 의하여 도막 탈락에 의한 부식이 진행되어 관로 개량이 필요함을 재확인하였으며 관로 개량시 관로내에서 배출되는 배출수의 농도확산에 대하여 수질환경 대책을 수립할 수 있었다. 또한, 에폭시계열 2종류의 도료에 대하여 실험실에서 성능을 검증한 후 현장 적용하므로서 재탄생하는 노후 상수도관로가 신재품과 동일한 성능을 갖도록 관로 개량의 토대를 검증 할 수 있었다.

막 결합형 2상 고온 소화공정을 이용한 하수슬러지와 음식물탈리액 병합처리연구

박은희 서울시립대학교 일반대학원 2014 국내석사

2013년부터 런던협약으로 인한 슬러지 및 음식물쓰레기의 해양배출이 전면금지됨에 따라 매년 증가하는 유기성페기물의 육상처리체제 구축이 요구되고 있다. 고농도유기성폐기물을 처리하기 위하여 슬러지감량을 더불어 고부가가치 자원인 메탄가스를 회수할 수 있는 효과적인 방법으로 혐기성소화조에 대한 비율이 점차 증대되고 있다. 그러나 기존의 하수처리장으로 유입되는 낮은 C/N로 과잉질소 등 인의 제거가 거의 되지 않기 때문에 음식물탈리액의 혼합으로 하수슬러지와 음식물탈리액이 각자 지니고 있는 단점을 보완하여 공정 안정성을 향상시키는 병합혐기성소화가 최근 활발히 진행 중에 있다. 하지만 혐기성 소화공정의 최종처리수의 수질농도를 위해서는 소화조 상징액의 고액분리를 통한 각 반응조의 미생물 농도를 적정수준으로 유지하는 것이다. 본 연구에서는 막 결합형 2상 고온 혐기성소화공정을 이용하여 하수슬러지와 음식물탈리액의 처리를 연구하고자 하였다. 이를 위해서 우선 하수슬러지와 음식물탈리액의 적정혼합비를 도출하고, 도출된 혼합비로 막을 결합하여 최종적인 막유출수의 유기물제거효율, 메탄가스 발생량의 변화 및 막의 성능을 관찰하였다. 또한 막의 파울링의 방지를 위해 구성된 메탄생성조 후단의 농축조의 슬러지를 메탄생성조로 재반송하여 BMP test로 메탄생성미생물의 농도유지로 인한 메탄생성에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 실험은 lab-scale로 진행되었으며, 대상시료는 서울시 소재의 N물재생센터의 잉여슬러지와 S매립지의 음식물탈리액을 이용하였다. 프로세스의 구성은 산발효조, 메탄생성조, 농축조, 침지형UF 멤브레인으로 구성 후 실험에 임하였다. 하수슬러지와 음식물탈리액의 비율의 증가로 pH, Alkalinity, NH4+-N의 변화로 공정의 안정성을 비교해본 결과, Mode 3에서는 pH의 저하로 추가적인 약품주입이 요구되었다. 음식물탈리액의 혼합비가 증가함에 따라 C/N비는 12, 14, 16 및 COD 부하율 14, 15, 17kg COD/m3·day로 증가하여 실험한 결과 C/N의 최적범위인 12∼16에 분포되어 있고, 공정의 안정성을 본 결과 Mode2에서 가장 적합하였다. 이를 바탕으로 소화조 후단에 농축조와 막을 결합하여 운전한 결과 TCODcr 98%, T-P 96%, TS 92%, TKN 51%의 제거효율로 TKN의 경우 증가된 C/N비로 최종유출수의 과잉질소가 줄어들어 단독소화보다 높은 제거효율을 보였다. 농축조의 슬러지 재반송으로 슬러지내에 존재하는 메탄생성미생물의 농도를 유지함으로써 메탄생성 향상을 BMP test로 관찰하였다. 그결과 VS 및 SCODcr의 제거량은 슬러지를 재반송한 Case B, C에서 초기운전부터 5일에서 꾸준한 제거량을 보였다. VS부하량 기준으로 0.82, 0.61, 0.64kg VS/m3·day로 재순환률 20%일 때 부하량이 가장 적어 충격부하가 없었고, 농축슬러지의 순환으로 슬러지에 존재하는 메탄생성미생물의 유입으로 미생물활동성 및 미생물농도를 일정하게 유지해주어 메탄생성향상에 도움을 주는 것으로 판단된다.

토양세정법(Soil Flushing)의 계면활성제에 따른 TPH 제거 적용성 연구

하용운 서울시립대학교 도시과학대학원 2013 국내석사

본 연구에서는 토양세정법(Soil Flushing)의 주입, 추출공정을 Lab-scale 규모로 운용하기 위하여 유류오염 토양정화 사업에 적용실적이 있는 2종류의 계면활성제를 오염토에 적용하여 TPH 제거 적용성 연구를 진행하였다. 연구내용은 오염토양의 특성을 알아보기 위하여 이화학적 분석(physiochemical analysis)을 실시하였고, TPH 제거 효율에 영향을 미치는 계면활성제의 종류, 농도, 주입량에 대한 평가를 바탕으로 최적의 계면활성제를 선정하였다. 또한 실제 측정한 TPH의 최종 잔류량과 계면활성제 내 실험결과를 가지고 산출한 이론적인 최종 잔류량의 차이가 발생하는 원인을 규명하였다. 실험방법으로는 아크릴로 제작된 칼럼에 TPH 농도 5,066(mg/kg)의 오염토를 충진 하고, 증류수 및 0.5%, 1.0% 부피 농도별로 제조된 2종류의 계면활성제를 1.5(㎖/min) 속도로 칼럼 하부로부터 상부방향으로 통과시킨 후 3,5,8,12,17 pore volume 단계에서 시료를 채취하여 계면활성제 내에 함유되어 있는 TPH 농도를 측정하였고, 세정 실험 완료 후에는 칼럼 내 오염토양의 잔류 TPH농도를 측정하였으며 제거율을 산출하였다. 실험결과, 증류수 바탕실험의 최저 TPH 잔류농도는 3,186.7(㎎/㎏)으로 3지역 토양오염우려기준인 2,000(mg/kg)에는 큰 차이가 있으나 증류수에 의한 세정만으로도 약 1,880(㎎/㎏)의 TPH가 제거될 수 있음으로 2,3지역의 TPH 1,500(mg/kg) 이하 오염토 처리에는 적용이 가능할 것으로 판단되었다. 계면활성제 CELON TW-80 0.5%와 CELON TW-80 1.0% 의 최저 잔류농도는 각각 2,970(㎎/㎏), 2,400(㎎/㎏)으로 목표기준 2,000(mg/kg) 이상으로 현장 적용은 곤란하나, 이들 모두 2,3지역의 TPH 2,500~3,500(mg/kg) 이하 오염토 처리에는 적용이 가능할 것으로 판단되었다. 계면활성제 SOR-100 0.5%, SOR-100 1.0% 의 최종 TPH 잔류농도가 각각 1,533.3(㎎/㎏), 766.7(㎎/㎏)으로 모두 목표기준을 만족하나 경제적 측면과 환경적 측면을 고려할 때 제거효율이 84.9%로 가장 높은 SOR-100 1.0%를 현장에 적용하여야 할 것으로 최적주입량은 10~13 pore volume 구간에서 결정되어져야 할 것이다. 마지막으로 실제 TPH 잔류량과 이론적 잔류량의 차이를 분석한 결과, 원토양 TPH 질량의 약 25%~38%에 해당하는 382mg~579mg이 실험과정에서 계면활성제의 외적인 요인에 의해서 제거되어진 다는 것을 알 수 있었다. 제거요인으로는 첫째, 오염물이 세정과정에서 하부에서 상부 조립토로의 이송에 의한 제거, 둘째, 토양 미생물의 생물학적 작용, 그리고 셋째, 약 1,400~1,700분 동안의 세정 과정을 통하여 유류에 포함되어 있던 휘발성물질이 대기로 유출되었던 것으로 판단된다. 주요어 : 토양세정법, TPH, 이화학적 분석, 계면활성제, 생물학적작용, 휘발성물질, pore volume, 주입공정, 추출공정, 적용성 연구

질소부하율과 암모니아성 질소농도에 따른 음식물 탈리액의 혐기성 소화 운전 특성 연구

박현철 서울시립대학교 일반대학원 2014 국내석사

음식물의 처리과정에서 발생하는 물 또는 음식물의 일부를 음식물 탈리액이라고 한다. 음식물 탈리액은 하루 약 9,000톤이 발생하며, BOD 농도가 약 74,000mg/L로 고농도의 유기물을 함유하고 있다. 음식물 탈리액의 처리는 해양투기에 의존되어 왔다. 하지만 런던협약 이후, 해양 투기가 금지됨에 따라 음식물 탈리액의 처리방법으로 혐기성 소화가 대두되고 있다. 혐기성 소화는 유기물을 혐기성 조건에서 분해하여 최종 부산물로 CH4가 발생하는 생물학적 처리방법이다. 효과적인 혐기성 소화의 처리를 위해서는 여러 가지 문제점을 극복하여야 한다. 그 중 고농도 질소화합물을 함유한 음식물 탈리액의 혐기성 소화에 있어서 C/N 비 불균형으로 인한 암모니아성 질소의 축적은 매우 시급한 문제이다. 본 연구는 재래식 단상 혐기성 소화조를 이용하여 음식물 탈리액을 이용한 혐기성 소화 시 질소 부하율에 따른 암모니아성 질소 변화와 소화조의 운전특성을 연구하였다. 또한, 암모니아성 질소를 제어하여 비교 연구 하기 위해 가수와 슬러지 재순환 공정을 적용하여 암모니아성 질소를 제어하였다. 그리고 고농도 질소 부하율에서 가수와 슬러지 재순환 공정의 적용성 연구와 한계 암모니아성 질소 농도를 도출하였다. 대상 시료는 인천시 소재 S 매립지 음식물 탈리액을 사용하였으며, 공정의 구성은 유효용적 35L 혐기성 반응조와 50L 가스 저장조로 구성하였다. 질소 부하율에 따른 암모니아성 질소의 변화를 살펴 본 결과, 질소 부하율 0.075, 0.15, 0.3 NLR (kg N/m3∙d) 모두 소화조 유입 후, C/N 비 불균형으로 인하여 암모니아성 질소가 증가하였으며, 이에 따라 증가된 암모니아성 질소로 인하여 전반적으로 혐기성 소화 공정에 저해 작용을 일으켰다. 반면 질소 부하율 0.075 NLR(kg N/m3∙d)에서 가수와 슬러지 재순환 공정을 적용하여 암모니아성 질소를 제어한 결과, 암모니아성 질소는 약 800mg/L를 유지하였으며, 이에 따라 알칼리도 3,800mg/L, pH 7.2, VFA 100mg/L로 적정 농도를 유지하였다. 고농도 질소 부하율 0.26 NLR (kg N/m3∙d)에서 소화조 내 암모니아성 질소의 한계 농도 도출을 위해 실험한 결과, 소화조 내 암모니아성 질소는 약 2,000mg/L에서 독성으로 작용하였다. 또한, 고농도 질소 부하율에서 암모니아성 질소의 한계 농도를 유지하기 위해 가수와 슬러지 재순환 공정을 이용한 결과, 암모니아성 질소는 2,000mg/L 이하로 효과적으로 제어되었으며, 이에 따라 pH 7.4, VFA 1,800mg/L, SCODCr 6,000mg/L 이하로 저해 작용이 발생하지 않는 범위를 나타내었다.

하수처리수 재이용을 위한 UF/RO 공정의 회수율 향상과 모델링 및 경제적 제어연구

정화원 서울시립대학교 일반대학원 2013 국내박사

인류문명의 발전에 따라 수자원은 점점 한계자원으로 인식되어 새로운 수자원의 개발이 필요하게 되었으며 하수처리수에 대한 재이용이 고려되었다. 그러나 이를 처리하기 위해서는 기존의 탁도 물질 제거뿐만 아니라 용존 물질의 제거도 필요하게 되었으며 이를 위해 UF/RO 공정을 도입하였다. UF/RO 공정은 원래 용존물질을 처리하는 RO공정과 RO공정을 보호하기 위한 전처리 공정인 모래여과로 구성되었지만 UF 공정으로 변환되었으며 탁질제거 기능이 강화됨에 따라 지하수와 같은 저탁도 원수에서 해수 및 하수처리수와 같이 상대적으로 고탁도 물질의 원수에 까지 응용되었다. 2000년대에 들어서는 하수처리수 재이용을 위한 UF/RO 공정이 상용 공법으로 인식되고 있으며 향후 용수수요가 부족한 신규산업단지의 물공급을 위해 활발한 도입이 예상되고 있다. 이에 본 연구에서는 UF/RO 공정에 대해 보다 경쟁력을 높이기 위해 다음과 같이 세 가지의 테마로 연구를 진행하였다. 우선 첫째로 UF/RO를 이용하는 공정에서 UF는 전처리공정을 RO는 용존물질을 처리하는 별개의 공정으로 다루어지기 때문에 하나의 통합된 공정으로서 다루어지지 않는다. 따라서 UF 및 RO 공정을 통합으로 운전하여 효율성을 향상시키는 방법이 필요하다. 이를 위해서 UF의 역세척수를 기존의 UF막 여과수에서 RO막의 농축수로 전환하여 그 적용 타당성을 살펴보고자 한다. 두 번째로는 막의 세정주기 혹은 교환시기를 경제적으로 결정하기 위해서는 막의 투과플럭스 혹은 막의 차압을 예측하는 기술이 매우 중요하다. 이에 대해 기존의 연구들은 주로 인공신경망 등의 비선형 모델에 기반하였지만 본 연구에서는 안정적인 예측값을 보여줄 수 있는 전이함수 ARIMA 모델을 이용하여 RO막차압을 예측하였다. 세 번째로는 UF/RO 공정에서 막 운영비용을 최소화 시키기 위한 운영관리기법을 제안하고자 한다. 이를 위해 실시간으로 소요되는 전력량을 파악하고 장래 예상되는 운영비용을 추론하여 운영비용이 최소가 되는 화학세정을 실시하는 방안을 연구하였다. Water resource becomes limited along with development of society and urbanization. Consequently, new solutions for alleviating water demand were required and wastewater reuse has been considered as one of the alternatives. The UF/RO process was selected for wastewater reuse since it required the removal of not only suspended solids but also dissolved solids. In the UF/RO process, the sand filter instead of UF membrane was utilized as a pretreatment to protect the RO system. As the technology has been developed, the sand filter was modified to UF membrane and the solid removal performance has been improved. Consequently, the process could be applied to various range of raw water from low turbidity water like ground water to the high turbidity water like seawater or wastewater. The UF/RO process has been the utilized more widely process for wastewater reuse since 2000’s and its usage would be more popular in the future especially in providing water resources for various type of industrial use. The purpose of this study is to improve the UF/RO process for its competitiveness. To do this, three themes of study were performed. First theme was focused on the improvement of recovery rate in the UF/RO process. The UF/RO process has been considered as a combined treatment system of an individual process, but this study researched on improvement of recovery rate of integrated UF and RO processes. In this study, we used the RO concentrate instead of UF filtered water for UF backwash. The second theme was research about modeling the transmembrane pressure (TMP) of RO membrane. It is the key technology especially in the operation of the UF/RO system. The transfer ARIMA was applied to simulate TMP stably. The third theme was to study an economical operation of UF/RO process. The electrical power was analyzed for optimum chemical cleaning condition while UF/RO system was operating.

고속여과공정을 이용한 비점오염원의 월류수 처리효율

박홍준 서울시립대학교 일반대학원 2014 국내석사

우리나라는 대부분의 수원을 지표수에 의존하고 있어 호소 및 하천의 수질관리는 대단히 중요하다. 그러나 많은 재원을 투자하여 하수도 정비 및 하 · 폐수 처리장을 건설하였으며 각종 수질규제를 운영하고 있음에도 불구하고 지표수의 수질 악화는 아직 뚜렷한 진전을 보이지 않고 있는 실정이다. 도시지역에서 발생되는 비점오염원은 오염물질의 유출이 강우시에만 집중되고, 오염원이 넓은 지역에 분산되어 있기 때문에 오염원으로서의 중요성이 인식되지 못하였다. 하지만 강우초기에 지표면의 오염물질이 유출되는 초기우수(first-flush) 유출수는 오염물질의 유출농도가 높다. 특히, 강우시 차집관거를 통해 들어오는 하수처리장 유입수는 평시 시간최대 오수량의 3배 가량이 되며, 강우 초기에 발생하는 초기우수는 오수뿐만 아니라 지표면 오염물질과 관거 퇴적물을 다량으로 포함하고 있어 농도가 방류수 수질기준의 수십배가 넘는 경우까지 발생하고 있다. 따라서 도시지역에서 비점오염원은 주로 강우시에 발생되며 이 중 가장 큰 비중을 차지하는 것이 합류식 하수도 월류수(CSOs)이다. 본 연구에서는 장치형 처리장치의 최대 단점인 강우사상에 따른 CSOs 발생량 변화에 대한 대처능력 저하를 극복하고자 EVA섬유 여재를 이용한 고속여과시스템(High-rate filtration process)장치로 처리를 하고 다양한 조건에서 시험운전, 처리시설 설계조건과 최적 운전조건을 도출하는 것이다. 반응조는 pilot규모로 제작을 하였으며 최적운전조건을 도출하기 위해 선속도별, 응집제별, 여재별 3구도 방향으로 실험을 진행하였다. 최적 여과선속도 결정을 하기 위해 여과 선속도는 500 ~ 1500m3/m2·d의 범위에서 임의적으로 증가시키며 실험을 하였다. 응집제 실험을 유기오염물뿐만 아니라 T-P의 제거효율 증대를 위해 Jar-test를 통한 최적 응집제 주입량 및 주입 농도를 결정한다. 대상시료는 원수(CSOs 및 초기우수)와 적정처리 후 처리수이며 비오기 1시간 전에 대기 하여 초반에 5분 ~ 10분 간격으로 채수를 하였으며, 1시간이 지난 후에는 30분 ~ 60분 간격으로 채수를 하였다. 분석 항목으로는 BOD5, CODCr, SS, T-N, T-P로 공정시험방법에 따라 분석하였으며 반응조 중앙부에 위치한 압력계에 의해 손실수두가 4~5 kpa(40~50cm)가 될 때 역세척을 실시하였다. 운전 기간 중 육각 Y형 여재, 선속도 500m3/m2·d, alum(8%) 20ppm농도로 주입한 결과 최고 효율을 보인 경우는 TSS는 74.8%, TBOD5는 58.7%, TCODCr은 37.4%, T-N은 40.6%, T-P는 41.5%로 나타났다. Water quality management of lake water and stream is extremely important in Korea as most of water resource is dependent on the surface water. Although considerable amount of budget was input to the maintenance of sewer, construction of sewage and waste water treatment center, and enforcement of various water quality regulations, there is no outstanding improvement in the quality of surface water. Because of non-point pollution source, generated from urban area, its importance as source of pollution has not been recognized as the discharge of pollutants is solely focused during rainfall and source of pollution is dispersed in broad area. However, first-flush effluent to which pollutants are discharged from the surface at initial stage of rainfall presents high concentration of discharged pollutants. Particularly, the quantity of waste water treatment center effluent that comes through the intake conduit during the rainfall is about three times hourly maximum waste water quantity (Q) during normal times. Also, as first-flush that occurs at initial stage of rainfall not only contains waste water but also large quantity of pollutants from the surface and sediments of conduit, its concentration is couples to several dozen times the water quality standard of effluent. Generally, non-point pollution source is mainly generated during the rainfall and combined sewer overflows (CSOs) occupies the largest proportion among them. The purpose of this study is to conduct treatment through EVA fiber media using high-rate filtration process device, conduct test operation under various condition, and extract optimal treatment facility design parameters and operating condition in order to overcome the lowering of countermeasure capacity toward change in CSOs generation followed by rainfall events which is the most critical disadvantage of existing treatment facility. The reaction tank was manufactured in the pilot scale and experiment was conducted for each linear velocity, coagulant, and media in order to extract optimal operating condition. In order to determine optimal filtration linear velocity, the experiment was conducted with voluntary increase in filtration linear velocity in the range of 500~1500m3/m2·d. In regards to the experiment on coagulants, jar-test was conducted to determine optimal coagulants dosage and input concentration for the increase in removal efficiency of not only organic pollutants but also T-P. Sampling point were feed water (CSOs & initial flush) and treated water after adequate treatment and the water sampling was conducted with the interval of 5~10 minutes at initial stage by waiting 1 hour in advance of rainfall. 1 hour after the start of rainfall, the water sampling was conducted with the interval of 30~60 minutes. In regards to the analysis item, BOD5, CODCr, SS, T-N, and T-P were analyzed based on process testing manual and reverse cleaning was performed when the loss of head by the manometer located at the center of reaction tank was 4~5 kpa(40~50cm). The highest efficiency presented with the input of Y shaped hexagon media, linear velocity of 500m3/m2·d, and alum 8% with concentration of 20ppm during operating period were 74.8%, 58.7%, 37.4%, 40.6%, and 41.5% for TSS, BOD5, CODCr, T-N, and T-P respectively.

침지형 MBR공정에서 파울링 특성과 파울링 완화제의 적용성에 관한 연구

박준원 서울시립대학교 일반대학원 2012 국내석사

Conventional BNR process is unable to meet discharging water quality standards and can not deal with nutrients such as nitrogen and phosphorus perfectly. At this point the introduction of MBR process has come to the fore as an alternate to resolve these problems, and a lot of studies have been conducted to apply membrane process to biological treatment of wastewater. Though MBR process has many advantages, the greatest risk factors in operating MBR process are occurrence of membrane fouling and decrease of flux. Sustaining operations without efficient methods of back flushing can lead to shortening of membrane life and increase of maintenance cost. It is very difficult to find exact mechanism due to complex influence by many effects, although there have been recently many studies of membrane fouling. The purposes of this study are firstly evaluating bioreactor of lab-scale and micro-filtration hollow fiber membrane, secondly investigating correlation between foulants affecting membrane performance and membrane fouling, and lastly evaluating various parameters affecting fouling and applicability of membrane fouling reducer. As the analysis of influent and effluent quality, average removal efficiencies of CODcr, T-N, T-P were 95.8%, 71.9%, 60.1% respectively. Also, critical flux was determined by flux-step method. After 140 minutes, TMP was increasing rapidly and showed 0.32bar and the average of flux was 88LMH. EPS concentration decreased as increasing MLSS concentration. Especially, EPS concentration tends not to change much above MLSS concentration (6,000mg/L). However, EPS concentration variation is wide below MLSS concentration (6,000mg/L). From results of membrane surface condition and element analysis using SEM/EDX, carbon and fluorine were founded to be the highest percentage in membrane because of characteristics of membrane material. In operating continuously, inorganic fouling was generated by increase of these inorganic substances such as Al3+ and Mg2+. From results of particle size, zeta potential, SCODcr, EPS and MLSS concentration in order to analysis of effects of MFR addition on mixed liquor properties, the best filtration performance was obtained for 0.03mg MFR/mg MLSS and the addition of MFR to the reactor could not affect on microbial activity. When optimal MFR dosage was added, MFR, cationic polymer made particle flocs larger and these flocs could reduce membrane fouling since they could prevent permeation into membrane pore. Flux increase was likely a result of floc size enhancement. Key words : MBR, Hollow fiber membrane, Fouling, SEM/EDX, MFR 2025년 전 세계의 2/3의 인구가 경제적, 물리적 물 부족 현상에 직면하게 될 것이라고 예상되어 수자원 확보에 대한 대책이 마련되어야만 하는 상황이다. 또한 기존의 BNR공정은 강화된 방류수 수질기준을 충족시키지 못하고 있으며, 질소와 인과 같은 영양염류 물질들의 완벽한 처리가 어려운 실정이다. 현 시점에서 MBR(Membrane Bio-Reactor)공정의 도입은 이러한 문제를 해결할 수 있는 방안으로 대두되고 있으며, 하·폐수의 생물학적 처리에 멤브레인을 응용하는 연구가 많이 수행되고 있다. 그러나 MBR공정의 여러 가지 장점에도 불구하고 현장적용에 있어서 가장 큰 제한요소로 작용하는 것은 운전이 지속됨에 따라 멤브레인 파울링이 발생하여 플럭스의 저하가 발생하는 것이다. 효율적인 역세과정 없이 운전이 지속되면 멤브레인 수명 단축과 운전 및 유지비용의 증가로 이어진다. 현재 멤브레인 파울링에 관한 수많은 연구가 진행되고 있으나, 여러 가지 원인들이 복합적으로 영향을 미치기 때문에 정확한 메커니즘을 밝히기 어려운 실정이다. 본 연구에서는 lab-scale의 생물반응조와 정밀여과 중공사 멤브레인의 성능을 평가하고, 멤브레인 성능에 영향을 미치는 오염물질들을 측정하여 파울링과의 상관관계를 규명하고자 하였다. 마지막으로 파울링을 일으키는 다양한 인자들과 파울링 완화제(Membrane Fouling Reducer, MFR)의 적용성을 평가하였다. lab-scale의 MBR(Membrane Bio-Reactor)공정을 이용하여 처리성능을 측정하였으며 최적운전 인자를 도출하였다. 유입수와 유출수의 수질을 분석한 결과 CODcr, T-N, T-P의 평균 제거효율은 각각 95.8%, 71.9%, 60.1%로 안정적인 처리수질을 확보할 수 있었다. 또한 140분후 TMP가 급격히 증가하였고 88LMH로 임계 플럭스가 결정되었으며, 그때의 한계압력은 0.32bar로 나타났다. EPS농도는 MLSS농도가 증가함에 따라 감소하였다. 특히, MLSS농도가 6,000mg/L 이하에서는 EPS농도의 변화 폭이 큰데 비하여 6,000mg/L이상에서는 변동폭이 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. SEM/EDX를 이용하여 멤브레인 표면상태와 원소분석을 측정한 결과 탄소와 불소가 멤브레인의 재질 특성상 가장 많은 비율을 차지하였으며, Al3+,Mg2+와 같은 무기물의 비율이 증가한 것으로 보아 운전이 지속됨에 따라 무기성 멤브레인 파울링이 발생한 것으로 판단된다. MFR주입량에 따른 혼합액의 특성 변화를 측정하기 위해 입도분석, 제타전위, SCODcr, EPS 및 MLSS농도를 비교분석한 결과 전반적으로 0.03mg MFR/mg MLSS의 MFR을 주입하였을 때 가장 좋은 결과를 나타내었으며, 미생물의 활성에도 큰 영향을 미치지 않았다. 또한 여과 성능 실험의 결과로부터 적정 주입량인 0.03mg MFR/mg MLSS의 MFR이 주입되면 양이온 고분자 물질인 MFR로 인하여 큰 플럭이 형성되고 이러한 플럭들이 멤브레인 세공안쪽으로의 침투를 감소시켜 파울링 발생을 최소화 시키고 플럭스를 증대시켰다고 사료된다.

상하우류식 간벽시설을 갖춘 4-stage 하수고도처리 성능개선 연구

정영기 서울시립대학교 도시과학대학원 2012 국내석사

Rapid industrial development, population growth and urban sprawl in these days increasingly generate pollutants in industrial wastewater and domestic sewage. Inflow of pollutants exceeding the self-purification capacity of rivers and lakes seriously degrades water quality. Ministry of Environment therefore enhanced the quality standards of effluent discharged from public sewage treatment plants in 2012, aiming to improve the water quality of rivers. Under the circumstances, this study inspected an existing B sewage treatment plant and found its inefficient performance. After the problem was identified, the sewage treatment plant improved its process like HRT of reactor. And although the current effluent quality standards were met, the treatment process should be improved to the level which it can effectively remove organic matters, T-N and T-P simultaneously in order to keep up with the standards to be strengthened. Thus, the plant upgraded partition wall and reactor structure. Biodegradation experiment compared the flow before and after the partition wall structure. It showed at least SOUR of 49% and SNUR of 61% from plant improvement. As BOD after the facility improvement was average 107.7㎎/L, anoxic reactor had about 71% of organic matters removed. It is believed that the anoxic reactor consumed biodegradable organic compounds for denitrification. Partition wall of the existing bioreactor was converted into up-down stream and acquired design HRT(6.5hr); reaction structure and organic carbon supply system were improved. These mere changes improved the efficiency by BOD 1.2%, COD 0.5%, SS 2.1%, T-N 4.8%, and T-P 23.6% respectively. Therefore, if it is possible to meet the effluent quality standards by complementary measure, renovation should be the first choice. If it is not possible, retrofitting should be considered first because simple actions such as inflow control, aeration upgrade, improvement in sludge system, such as return water, efficient management of treated water can help treatment plants measure up to the reinforced standards. 최근 급속한 산업 발달과 인구 증가, 도시화가 진행됨에 따라 산업폐수 및 생활하수의 오염물질 발생량은 급속히 증가하고, 하천이나 호소의 자정능력을 넘어선 과도한 오염물질의 유입으로 심각한 수질악화를 일으키고 있어 환경부는 하천의 수질 개선을 위해 2012년부터 공공하수처리시설의 방류수 수질기준을 강화하였다. 이에, 본 연구에서는 기존 B하수처리장의 운영실태 등을 조사‧분석하여 공정내 효율이 떨어져 있는 문제점을 찾아 공정개선(반응조 배열 변경 및 탄소성분을 함유한 유입수의 분할 공급)과 반응조의 HRT를 개선하여 실증시설의 결과를 토대로 기존 처리시설 개선의 필요성과 성능개선 방안을 제안하고자 한다. 기존 B하수처리장의 운영실태 분석 결과, 개선 전 하수 유입량은 24,269㎥/d로 시설용량 대비 80.9%의 하수가 유입되어 현행 방류수 수질기준을 준수하였으나, 갈수록 강화되어 가는 방류수 수질기준을 준수하기 위하여 유기물질 및 T-N, T-P의 제거효율을 향상시킬 수 있는 고도처리공정으로의 개선이 요구됨에 따라 간벽구조와 반응구조를 개선하였다. 생분해 실험을 통한 간벽구조 개선 전‧후의 유동효과 검토 결과, SOUR 49%, SNUR 61% 이상이 향상된 것으로 나타났다. 시설개선 후 유입수의 BOD 농도는 평균 107.7㎎/L로 무산소조에서 약 71%의 유기물이 제거되었는데 이는 무산소조에서 탈질에 의한 생분해성 유기화합물질이 소비되었을 것으로 판단된다. 기존 생물반응조의 간벽구조를 상하우류식으로 개조하여 설계 HRT(6.5hr)을 확보하고, 반응조의 배열 변경 및 유입수내 함유된 탄소성분의 분할 공급만으로도 개선 전보다 BOD 1.2%, COD 0.5%, SS 2.1%, T-N 4.8%, T-P 23.6%의 효율 향상을 얻을 수 있었다. 따라서, 기존 하수처리장의 고도처리 개선시 운영실태 등을 체계적으로 분석하고, 고도처리공정의 처리성능에 대한 사전검증을 통하여 효과적인 개선이 될 수 있도록 추진하여야 할 것이며, 일부 설비 보완 등으로 강화된 방류수 수질기준 준수가 가능한 경우 운전개선방식(renovation)으로 우선적으로 검토하되, 방류수 수질기준 준수가 곤란할 경우에는 유입유량의 조절, 포기방식의 개선, 반송수 등 슬러지 계통의 운영개선, 연계처리수의 효율적 관리, 여과시설 설치 등의 조치만으로도 강화된 수질기준 준수가 가능한 경우가 많으므로 시설개량방식(retrofitting)을 도입하는 것을 우선 검토하여야 할 것으로 판단된다.