유기성 슬러지 탄화물 담체를 이용한 염색폐수의 생물학적 처리 = Biological Treatment of Dyeing Wastewater using carbonaceous materials form media

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 유기성 슬러지 탄화물의 처리 및 재활용을 위해 350～550℃로 온도별 탄화된 슬러지 탄화물의 중금속 용출 특성 평가 및 유기성 슬러지 탄화물 담지 폴리우레탄 고분자 담체와 활성탄 담지 폴리우레탄 고분자 담체를 사용하여 부유메디아 생물막 공정(Moving-Bed Biological Reactor, MBBR)을 이용한 염색폐수의 생물학적 처리에 대한 연구를 수행하였다.
먼저 회분식 실험을 통하여 담체 충진율, COD/N비, pH 등의 최적 조건을 도출하였고, 이를 Pilot 실험에 적용하여 COD, Color, T-N, T-P 분석을 통하여 염색폐수 처리 효율을 평가하였다. 또한 생물학적 처리 최종 유출수에 대한 응집실험을 통하여 유출수의 ‘청정지역’의 방류수 수질기준을 만족하기 위한 실험을 수행하였다.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• 1. 서론 = 1
• 2. 이론적 배경 = 3
• 2.1 염색폐수의 현황 = 3
• 2.1.1. 염색폐수의 처리기준 = 3
• 2.1.2. 염색공정 및 염색폐수의 특성 = 6
• 2.1.3. 염색가공 공정 = 7
• 1) 청정공정 = 10
• 2) 염색공정 = 13
• 3) 마무리(완제)공정 = 14
• 2.2. 염료의 종류 및 특성 = 14
• 2.2.1. 화학구조에 따른 분류 = 15
• 1) 발색단 = 15
• 2) 조색단(Auxo chrome) = 17
• 2.2.2. 염색성에 따른 분류 = 17
• 1) 산성염료 = 17
• 2) 분산염료 = 18
• 3) 직접염료 = 18
• 4) 반응성 염료 = 18
• 5) 황화염료 = 19
• 2.3. 염색폐수의 처리방법 = 19
• 2.3.1. 물리적 폐수처리 = 20
• 1) 스크린(Screen) = 20
• 2) 집수조(Storage tank) = 20
• 3) 침사지(Grit chamber) = 21
• 4) 침강분리(Clarifier) = 21
• 5) 부상분리(Flotation tank) = 21
• 2.3.2. 화학적 폐수처리 = 22
• 1) 중화(Neutralization) = 22
• 2) 폭기(Aeration) = 22
• 3) 응집침전(Coagulation sedimentation) = 23
• 4) 산화․환원(Oxidation․reduction) = 23
• 5) 흡착(Adsorption) = 23
• 6) 이온교환(Ion exchange) = 24
• 2.3.3. 생물학적 폐수처리 = 24
• 1) 혐기성 처리(Anaerobic treatment) = 24
• 2) 호기성 처리(Aerobic treatment) = 25
• 3) Biomass 형태에 따른 생물학적 폐수처리 = 25
• 2.3.4. 담체이용 공정의 특징 = 29
• 1) 담체 이용시의 특징 = 29
• 2) 담체 부착 미생물의 특징 = 29
• 3) 담체 이용 공정의 효율 = 30
• 2.4. 유기성 슬러지의 특성 및 발생현황 = 30
• 2.4.1. 슬러지의 종류 및 특성 = 30
• 2.4.2. 슬러지 발생 현황 = 32
• 2.4.3. 유기성 슬러지의 성상 및 특성 = 32
• 2.4.4. 우리나라의 슬러지 관리 및 처리방안 = 33
• 2.4.5. 슬러지 처리 및 재활용 현황 = 35
• 1) 퇴비화를 통한 재활용 = 36
• 2) 산림지에의 이용 = 36
• 3) 농경지에의 이용 = 36
• 4) 폐광지역 및 토양 오염지 복원에의 이용 = 37
• 5) 매립지 복토재로의 이용 = 37
• 2.4.6. 우리나라의 슬러지 처리 및 재활용 현황 = 37
• 2.4.7. 외국의 슬러지 처분 및 재활용 현황 = 38
• 1) 미국 = 38
• 2) 일본 = 39
• 3) 유럽 = 40
• 3. 실험 재료 및 방법 = 41
• 3.1. 실험재료 = 41
• 3.1.1. 염색폐수 = 41
• 3.1.2. 유기성 슬러지 탄화물 = 42
• 3.1.3. 유기성 슬러지 탄화물의 물성 실험 = 43
• 1) 초기 pH 측정 = 43
• 2) 중금속 용출 특성 평가 = 43
• 3.2. 폴리우레탄 담체 = 45
• 3.2.1. 탄화물 담지 폴리우레탄 담체(PU-AC)의 제조 = 45
• 3.2.2. 탄화물 담지 폴리우레탄 담체의 성상 및 물성 = 46
• 3.3. 백색부후곰팡이를 이용한 염색폐수의 처리 효율 평가 = 48
• 3.3.1. 백색부후곰팡이 배양 = 48
• 3.3.2. 백색부후곰팡이 부착 = 50
• 3.4. 회분식 실험을 통한 생물학적 처리시 최적운전조건 도출 = 50
• 3.4.1. 실험목표 = 50
• 3.4.2. 회분식 실험장치 = 50
• 3.4.3. 분석항목 및 방법 = 51
• 1) 용존 산소 소비속도(DO uptake rate) = 52
• 2) 담체에 부착된 미생물 농도 측정(Biomass 측정) = 52
• 3) SEM 분석 = 52
• 3.5. Pilot Test를 통한 현장 적용성 검토 = 53
• 3.5.1. 실험목표 = 53
• 3.5.2. 반응기의 구성 = 53
• 3.5.3. 분석항목 및 방법 = 54
• 4. 실험 결과 및 고찰 = 56
• 4.1. 유기성 슬러지 탄화물의 중금속 용출 = 56
• 4.1.1. Aqua Regia법에 의한 중금속 용출 = 56
• 4.1.2. TCLP(Toxicity characteristic leaching procedure)법에 의한 중금속 용출 = 60
• 4.1.3. KLT(Korean leaching test)법에 의한 중금속 용출 = 64
• 4.1.4. SEM-EDS 분석 = 68
• 4.1.5. XRF 분석 = 69
• 4.2. 회분식 실험 = 70
• 4.2.1. 미생물 부착 = 70
• 4.2.2. 용존 산소 소비속도(DO uptake rate)의 측정 = 74
• 4.2.3. 담체 첨가의 영향 = 74
• 1) 활성탄 담지 폴리우레탄 담체 첨가의 영향 = 74
• 2) 탄화물 담지 폴리우레탄 담체 첨가의 영향 = 77
• 4.2.4. 담체 충진율의 영향 = 79
• 1) 활성탄 담체 충진율의 영향 = 79
• 2) 탄화물 담체 충진율의 영향 = 81
• 4.2.7. pH의 영향 = 83
• 1) 활성탄 담지 폴리우레탄 담체 = 83
• 2) 탄화물 담지 폴리우레탄 담체 = 85
• 4.2.8. COD/N비가 염색폐수의 생물학적 처리에 미치는 영향 = 87
• 1) 활성탄 담지 폴리우레탄 담체 = 87
• 2) 탄화물 담지 폴리우레탄 담체 = 89
• 4.3. Pilot 반응기를 이용한 염색폐수의 처리 효율 = 91
• 4.3.1. 활성탄 담지 폴리우레탄 담체 = 91
• 1) COD 처리 효율 = 91
• 2) 색도(Color)처리 효율 = 92
• 3) 기타 처리 분석 결과 = 94
• 4.3.2. 탄화물 담지 폴리우레탄 담체 = 96
• 1) COD 처리 효율 = 96
• 2) 색도(Color)처리 효율 = 97
• 3) 기타 처리 분석 결과 = 99
• 4.4. 생물학적 처리 유출수의 응집 = 100
• 4.4.1. FeCl2를 이용한 생물학적 처리 유출수의 응집 = 100
• 4.4.2. Alum을 이용한 생물학적 처리 유출수의 응집 = 103
• 4.4.3. 화학슬러지 탄화물을 이용한 생물학적 처리 유출수의 응집 = 105
• 5. 결론 = 109
• 6. 참고문헌 = 112
• 7. Abstract = 116