소규모 하수처리장 방류수 후처리를 위한 막여과 광생물반응조와 화학적 후처리 성능비교

김정민 ( Jungmin Kim ),성수영 ( Sooyoung Sung ),김현우 ( Hyun-woo Kim ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2019 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2019 No.-

2017년도 기준 소규모하수처리장(500 m³/d 이하)개소 수는 일반 하수처리장(500 m³/d 이상)의 5배 이상 이지만 계절적 요인에 의한 유입특성 변화에 따라 처리효율 변동 폭이 크다. 특히 여름철 혹은 겨울철의 유입유량과 오염물질 성상의 변동은 혐기조, 무산소조, 혐기조를 이용하는 생물학적 처리효율의 급격한 저하를 가져와 수계의 부영양화를 초래하거나 방류수 수질기준 준수를 어렵게 하는 실정이다. 이 문제에 대한 현행 방류수 수질기준 대응방안은 미생물제제 혹은 화학약품의 활용인데 수질기준은 맞출 수 있지만 운영상의 경제적인 부담으로 연결될 수 있다. 이에 본 연구의 목적은 소규모하수처리장의 주된 애로사항인 질소와 인 제거 효율의 최적화 방안을 고찰하는 것이다. MPBR(막여과광생물반응조)를 통한 생물학적 질소/인 처리공정의 최적운영조건 도출, 질소 제거제 활용방안 마련 및 인 제거 응집제의 최적 투여방안 비교는 적정 방류수 수질기준을 준수할 수 있는 후처리 공정운영 방안 마련의 근거를 제시한다. MPBR의 경우 HRT(수리학적 체류시간)을 3 d부터 1 d로 줄이며 질소와 인의 제거효율을 평가한 결과 최대 95%의 질소제거율과 83%의 인 제거율을 얻을 수 있었다. HRT가 감소하면 질소와 인의 농도가 증가하지만 방류수 수질기준을 만족함을 확인하였다. 실험계획법을 바탕으로 jar test를 활용하여 질소 제거제와 인 응집제의 양과 pH를 독립변수로 조절하며 질소 제거율과 인 제거율 등을 종속변수로 관찰하였다. MPBR 운영 시 질소와 인의 방류수 수질기준을 만족할 수 있었지만, 화학적 처리의 경우 질소 제거율과 인 제거율이 최대 35% 수준으로 나타났다. 질소제거제와 인 응집제를 사용했을 때보다 MPBR를 후처리 공정으로 운영했을 때에 더 높은 후처리 효율을 기대할 수 있었다. 이상의 결과를 종합하면 본 연구는 MPBR을 활용한 생물학적 후처리가 방류수 수질악화 방지 및 개선에 가장 적합함을 보였고, 질산화 및 탈질 미생물 제제로 확인되는 질소제거제의 효과를 담보하기 위해서는 체류시간의 확보가 중요함을 밝혔으며, 화학적 인 제거를 위한 최적 응집제 투여가 유출수의 인농도 제거에 획기적인 성능을 보임을 입증하여 실용적이고 지속가능한 소규모하수처리장 운영방안 마련에 기여한다.

알루미나 시멘트를 이용한 질산성 질소 및 인 제거 특성

이상민,윤원희 한국도시환경학회 2012 한국도시환경학회지 Vol.12 No.1

하향류 칼럼식반응기에서 하수의 질소제거에 미치는 영향인자에 관한 연구

홍석주,최동혁,김태동 한국도시환경학회 2019 한국도시환경학회지 Vol.19 No.4

Biologically advanced treatment process have a significant effect on nutrient removal. In Korea, the relatively low C/ N ratio of influent and the low temperature of winter lower nitrogen removal efficiency. This study evaluated the effects of C/N ratio, and temperature on nitrogen removal in Downflow Column Reactor. When the C/N ratios of influent was low, 4~5, nitrogen removal reached to 95%, while that was high, 10~11, it dropped to 44%, This result showed the adjustment of C/N ratio was essential in nitrogen removal. The nitrogen removal dropped to 76% at the low rector temperature of 10°C, corresponding winter season, but it achieved to 90% at 20°C~30°C, corresponding other season. 생물학적 고도처리 공법은 영양물질 제거에 상당한 효과를 나타내고 있다. 그러나 우리나라의 경우 다른 선진국과 비교하여 유입수의 C/N비가 낮은 농도로 유입되고 있으며, 겨울철에는 낮은 온도로 인해 질소처리율이 저하되는 문제를 가지고 있다. 본 연구에서는 Downflow Column Reactor를 이용하여 유입수 C/N비, 온도에 따른 질소제거에 미치는 영향을 검토하였다. 그 결과, C/N비 4~5에서는 질소제거에 영향을 받지 않는 것으로 나타났으나, C/N비 10~11에서 질소제거율이 44%까지 낮아져 적절한 C/N비 조절이 필요한 것으로 나타났다. 반응기내 온도에 따른 질소제거 영향을 검토한 결과 20~30oC에서는 질소제거율 약 90%이상 나타났지만, 10oC에서 질소제거율 76%로 낮은 질소제거율을 보였다.

질소 합정 균주의 분리에 의한 특정검토와 합정폐수중의 암모니아정질소 제거

김수일(Su-D Kim),이기형(Ki-Hyung Lee),배재근(Jae-Gun Phae) 유기성자원학회 2002 유기물자원화 Vol.10 No.3

본 연구에서는 일반적인 생물학적 질소제거 공정을 거치지 않고 수중의 NH3 -N을 유기질소형태로 합성시키는 특수미생물을 분리, 이용하여 암모니아성질소로 오염된 폐수의 고도처리 가능성에 대해서 검토해 보았다. NH3 -N을 기질로 다량 이용할 수 있는 3종류의 특수미생물을 순수 분리한 후 無염분조건과 염분조건 (3%NaCn에서 배양해 본 결과 Mll은 염분조건에서 M12는 無염분조건 에서 M71의 경우는 양쪽 조건에서 높은 성장률을 보였다. 탄소원(glucose)의 영향을 검토한 실험 에서 는 Glucose농도가 5g/Q 일 때 , 미생물의 증식과 NH3 -N의 제거율이 가장 높았으나, 고농도(약 1000mg/L as NH3- N) 조건하에서 NH3 -N의 제거율은 높지 않은 결과를 보였다. NH3 -N의 농도는 100mg/L 일 때 제거효율이 가장 우수했고, 이 때 N02 -N과 N03-N의 증가는 일어 나지 않는 것으로 보아 제거된 NH3 -N은 유기질소로 변환되었음을 추측할 수 있었다, pH완충과 인의 공급을 위한 K2HP04 농도는 미생물마다 최적 성장 농도는 조금씩 달랐으나, 5g/Q 에서 적절한 성장조건을보였다. 또한 질소원으로 특수미생물은 NH3-N뿐만 아니라 N02-N과 N03-N도 질소원으로 이용할 수 있는 것으로 나타났다. 본 실험 결과 미생물의 증식이 활발할수록 NH3-N의 제거율이 증가하는 뚜렷한 양상을 나타내어 추후 NH3-N으로 오염된 폐수처리에의 높은 적용가능성을 보였다. This srudy experimented a possibiliry of advanced treatment through microorganism that converts NH3-N to organÎc nitrogen in wastewater contaminated by ammoniac nitrogen unlike conventional nitrogen removal process. After distributing three kinds of special bacteria that use NH3-N as a substrate, when those bacteria were cultured in no salt condition and salt condition (3% NaCl), M11 showed berrer growth in salt condition and M12 showed berrer growth in no salt conditÏon. However M71 grew well in both no salt conditÏon and salt conditÏon. In the test of glucose effect, maximum growth and removal rate were obseted in glucose concentratÏon of 5g/L bur in high concentratÏon (1000mg/L as NH3-N) ofNH3-N growth and removal rate were low. Removal rate was the highest in 100mL/ NH3-N and the fact that concentration of N02-N and N03-N didn’t increase assumed NH3-N was converted to organic nitrogen. Optimum concentratÏon of KzHP04 for phosphorous supply and buffer was 5g/L. Special bacteria distributed could use N02-N and N03-N as well as NH3-N as substrates. This srudy showed that when growth rate of bacteria was high removal rate a1so was high. It is possibleto apply as a method to treat wastewater pollured by NH3-N.

인 제거용 담체를 이용한 질소.인 동시제거 시스템

박수영 ( Soo-young Park ),정종태 ( Jong-tai Jung ),박정환 ( Jung-hwan Park ) 한국환경기술학회 2006 한국환경기술학회지 Vol.7 No.2

인 제거용 담체는 수중의 인을 인회석 형성을 통해 제거하는 것으로 본 연구에서는 이를 무산소조-호기조로 이루어진 시스템에 적용함으로서 혐기조가 없어도 질소 및 인의 동시제거가 가능한 시스템을 개발하고 가장 대표적 고도처리 공정인 A2/O 시스템과 비교하여 그 성능을 검증하였다. 연구결과 인 제거 담체를 적용한 시스템이 49.8%의 인 제거효율을 보여 A2/O 시스템의 인 제거 효율과 대등한 성능을 보였다. 또한 인 제거용 담체가 혐기조를 대체함으로서 무산소조에서 탈질을 위한 유기물을 직접 사용할 수 있으므로 질소 제거 효율 향상에 기여함으로써 인 제거 담체를 충전한 시스템이 A2/O 공정보다 약 7% 높은 질소 제거 효율을 나타내었다. Media for phosphorus removal eliminate phosphorus in wastewater by transforming it to hydroxyapatite products. The purpose of this study is to develop a system, which is able to remove nitrogen and phosphorus simultaneously without anaerobic tanks. The system was tested its performance by comparing with A2/O system, one of the well known BNR systems. The results indicate that phosphorus removal efficiency of the system employing the media shows 49.8%, which is equal to that of the A2/O system. This novel system also show about 7% better performance in the nitrogen removals than the A2/O system indicating that the organics is directly used in the anoxic tank for denitrification with no anaerobic tank enhancing the nitrogen removal efficiency.

MLE 공정에서 PAC 응집제 첨가에 따른 질소 및 인 제거 효율 평가와 질신화 저해에 관한 연구

안찬현 ( Chan Hyun An ),전동걸 ( Dong Jie Tian ),임현숙 ( Hyun Sook Lim ),정진 ( Jin Chung ),전항배 ( Hang Bae Jun ) 충북대학교 건설기술연구소 2015 建設技術論文集 Vol.34 No.1

80 일간의 운전 결과 본 MLE 공정 내 Al(III) 계 응집재인 PAC 를 주입한 결과 유기물 제거에는 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 다만 단일 반응조 내에서 Al(III) 이 수화물 및 침전물 형태로 장기적인 축적으로 미생물의 대사활동에 영향을 미친 것으로 보고되었지만 본 실험에서는 무산소조, 호기조 및 침전조 등 일련의 연속공정으로 구성한 결과 실제Al(III) 축적에 의한 영호t은 관찰되지 않았다. 또한 질소 재거에 있어서도 유기물과 마찬가지로 제거효율 영향은 거의 없다 즉, TN 제거효율은 각각 Run 1 70%, Run 2 73%, Run 3 78%이였으며, 마지막으로 Al/P몰비 5인 Run 4에서는 70% TN 제거효율을 나타내었다. 인의 경우 Run 1에서는 인 제거가 이루어지지 않음을 관찰할 수가 있다. 하지만 Al/P몰비를 3.6,4,5로 응집제를 주입한 Run 2, Run 3 및 Run 4에서는 각각 92%, 96%, 97%의 높은 인 제거효율을 나타내었다. 그 외 DO농도 3.0~4.0 mg/L의 조사결과로부터 농어촌진흥원 회분식 실험결과 Al/P 몰비 증가에 따라 NH4+-N 제거 속도는 마마하게 감소하였다. 즉, Al/P=0인 NH4+-N 제거 속도는 5.0 g-NH4+-N/kg -MLSS·hr 이었고, Al/P=3.6 및 Al/P=4일 경우에는 모두 4.9 g- NH4--N/kg-MLSS·hr이었으며, 마지막으로 Al/P=5일 경우에는 4.8 g- NH4+-N/kg -MLSS·hr 를 나타내었다. After 80 days of a continuous operation of a MLE(Modified Ludzack Ettinger) process, addition of PAC as a coagulant did not affect on COD removal. When Al(III) was hydrated and precipitated and they were accumulated for a long period of time in a single phase reactor, it has been reported that it might influence the microbial metabolism. However in this study Al(III) accumulation was not apparent in a series of anoxic-aerobic-clarification process. PAC coagulation did not affect the nitrogen removal as well TN removal efficiency was found to be 70%, 73 %, and 78% for Run 1, 2, and 3 respectively. At Run 4 with Al/P mole ratio of 5, 70% of TN was removed. In case of phosphorus, at Run 1 P was not removed. However when Al(III) was added as Al/P mole ratios of 3.6, 4, and 5, 92%, 96%, and 97% of P were removed respectively. When DO was 3.0~4.0 mg/L, as Al/P mole ratio increased NH4+,-N was removed insignificantly. In other word, when Al/P = 0, NH4+-N removal rate was 5.0 g-NH4+-N/kg-MLSS·hr. When AJ/P = 3.6 and AJ/P = 4, NH,+-N removal rate was 4.9 g-NH,+-N/kg-MLSS·hr for both cases. Finally when Al/P = 5, NH4+-N removal rate was 4.8 g-NH4+-N/kg-MLSS·hr.

TiO2를 이용한 질소산화물 제거 특성 평가

박준규,임희아,박영구 한국응용과학기술학회(구 한국유화학회) 2019 한국응용과학기술학회지 Vol.36 No.2

대기오염물질 중 미세먼지는 심각한 사회적 환경문제로 인식되고 있다. 미세먼지의 원인 물질 중 하나인 질소산화물(NOx)은 석탄화력발전소의 연소공정에서 주로 발생하므로 효율적인 NOx 제거가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 선택적 촉매 환원법(Selective Catalytic Reduction, SCR)을 이용한 NOx 제거에서 TiO2 광촉매의 NO 제거효율을 연구하였다. NO 제거효율을 평가하기 위해 발열제가 내장된 Al2O3 기판 표면에 TiO2 촉매와 인산염의 접착 바인더를 혼합하여 도포한 후 제조된 기판을 열처리하면서 실험을 수행하였다. 온도에 따른 촉매의 NO 제거효율을 평가하였고, 촉매의 물리화학적 특성을 위하여 XRD, SEM, TG-DTA, BET 분석을 수행하였다. NOx 제거 효율은 시간에 따른 온도변화(250℃∼500℃) 로 20분에서 제거효율은 58.7%∼65.9%이며, 30분에서 63.7%∼66.0%로 나타났다. 질소산화물 제거용 SCR로 사용되는 TiO2는 300℃가 제거효율이 가장 효율적인 것으로 판단된다. Fine dust in air pollutants is recognized as one of the most serious social environmental problems. Most of the NOx is generated in a combustion process such as that of a coal-fired power plant, and therefore efficient elimination of the NOx from the coal-fired power plants is needed. This study investigates the removal efficiency of using TiO2, a photocatalyst, to remove NOx by Selective Catalytic Reduction (SCR). To evaluate the NOx removal efficiency, TiO2 catalyst and phosphate binder were mixed on the surface of the Al2O3 substrate with the exothermic agent, and the substrate was heat–treated. The NOx removal efficiency of the catalysts was evaluated according to the temperature, and XRD, SEM, TG-DTA and BET analyzes were performed to investigate the physicochemical properties of the catalysts. NOx removal efficiency was 58.7%∼65.9% at 20min, 63.7∼66.0% at 30min with temperature change according to time(250℃∼500℃). The TiO2 used in the SCR for NOx removal is judged to have the most efficient removal efficiency at 300℃.

전기화학적인 공정을 이용한 혐기성 소화액의 질소제거 성능평가

박진세 ( Jinse Park ),이종근 ( Jongkeun Lee ),차호영 ( Hoyoung Cha ),이관용 ( Kwanyong Lee ),박기영 ( Ki Young Park ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2016 한국폐기물자원순환학회 심포지움 Vol.2016 No.2

대표적인 유기성폐기물 중 하나인 가축분뇨는 주로 혐기성소화 공정을 이용하여 처리되며, 이때 최종 처분을 필요로 하는 유기물의 양이 감소되고 공정의 부산물로는 바이오가스 형태의 에너지가 생산되는 것으로 알려져 있다. 가축분뇨의 혐기성소화는 이와 같은 장점을 갖는 공정임에도 불구하고 소화 공정 이후 유출수 내 포함된 고농도의 질소는 공정 외부로 배출됨과 동시에 반드시 이의 처리가 수반되어야 하는 단점을 수반한다. 따라서 기존의 혐기성소화 공정들은 다양한 물리·화학적 처리 프로세스를 혐기성소화 공정과 연계하여 유출수 내 포함된 질소를 제거하기도 한다. 하지만 일반적인 물리·화학적인 질소제거 공정들은 안정적인 유출수질의 확보가 어렵고, 처리시설을 운전하는데 고도의 숙련도를 갖춘 운전인력이 확보되어야 하며 초기 설비비 및 운전비가 높아 현장 적용에 어려움을 겪고 있다. 물리·화학적 질소 처리 공정과 함께 유출수 내 질소를 직접적으로 재활용하기 위한 방안으로 혐기성소화 유출수의 액비화를 통한 액비 생산이 소개되고 있으나 이 역시 수요와 공급의 불일치 및 액비화에 필요한 거대한 부지의 소요 등과 같은 문제점들로 인해 액비화의 실효성에 의문이 제기된다. 최근 기존 질소처리 또는 자원화 공정의 대체방법으로서 전기화학적 방법을 이용한 혐기성소화 유출수 내 질소처리에 관한 연구가 소개되고 있다. 전기화학적 방법을 이용한 질소처리 공정은 양극(anode)에서의 직접적인 산화와 유출수내 염소이온(Cl-)을 산화시켜 만들어진 잔류염소로 암모니아를 산화시키는 간접적인 산화를 거쳐 이루어진다. 본 연구에서는 가축분뇨의 혐기성소화 이후 발생되는 유출수 내 질소의 처리를 위해 불용성 전극을 사용하여 혐기성 소화 유출수를 산화시키고 암모니아성 질소를 효율적으로 제거하는 방법에 대한 연구를 수행하였다.

Struvite의 형성에 미치는 초기 pH의 영향

김영규 ( Young-kyu Kim ),이미경 ( Mi-gyeong Lee ),라덕관 ( Deog-gwan Ra ) 한국환경기술학회 2013 한국환경기술학회지 Vol.14 No.5

Struvite를 형성하는데 영향을 미치는 초기 pH 조건에 대하여 질소, 인 제거 실험을 수행하였다. Struvite 결정의 생성량은 초기 pH가 높을수록 증가하고, 잔류하는 마그네슘, 질소, 인의 양은 감소한다. 마그네슘, 질소, 인의 제거 몰량은 pH 증가에 따라서 증가하는 경향을 나타내었다. Run2와 3의 경우 pH에 대한 평균 제거 몰비인 (P/Mg)가 2.38, (N/Mg)가 1.53인 반면, Run 1에서는 각각 0.93과 0.92로 초기 유입조건인 (P/Mg)과 (N/Mg)의 비율과 유사한 비율로 질소와 인이 제거되었다. 마그네슘 농도가 질소, 인의 제거율을 결정하는 주요 요소로 작용하였으며, pH 9이상에서는 마그네슘이 다른 형태의 결합 즉 Mg(OH)₂ 등의 형태로 결합량이 증가하고, pH 7이하에서는 마그네슘이 질소, 인과 결합하는 struvite 형성에 기여하는 기회가 많은 것으로 나타났다. 질소, 인의 제거 추이는 유사한 결과를 나타내고 있으나, 계산값은 질소보다 인의 제거 능력이 약간 우수한 것으로 나타났다. Struvite formation experiments were carried out on various initial pH conditions that is effect to nitrogen and phosphorus remove during a struvite crystal formation. From the experiments, it was known that the production of struvite crystal was increased with high level of initial pH. Additionally, residual rate of soluble nitrogen and phosphorous were decreased by crystal formation on struvite. Therefore the removed mole amount of nitrogen and phosphorus were increased with the pH value growth on struvite crystal formation. In the case of different initial concentration of N, P, Mg for struvite crystal formation, the mole ratio of removed each materials such as P/Mg, N/Mg were calculated as 2.38, 1.53 on Run 2 and 0.93, 0.92 on Run 1 condition. And these removed ratios were shown to be similar to the initial inlet concentration ratio. Especially, it was known that Mg material was intent to become Mg(OH)₂ on above pH 9.0 and be come struvite below to pH 7.0. Even though the removal tendency for nitrogen and phosphorus was almost the same, the removal capacity for nitrogen was proved to be a little higher than phosphorus on comparing the calculated value for the before and after struvite crystal formation.

도금폐수 중 시안(CN)의 선택적 제거를 위한 Ferrate (VI) 적용

양승현(Seung-Hyun Yang),김영희(Younghee Kim) 한국청정기술학회 2021 청정기술 Vol.27 No.2