하폐수처리용 분리막 생물반응기에서 정족수감지 억제 미생물에 의한 생물막오염 제어

이기백,이선기,이상현,남창현,권혁필,이정학 한국공업화학회 2016 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2016 No.1

분리막 생물반응기는 고도하폐수 처리공정으로 널리 이용되고 있지만, 분리막 표면에 형성되는 생물막에 의해 분리막의 투수도를 감소시키고 운전비용을 증가시키는 등의 경제적인 손실을 발생시킨다. 최근에 이런 문제를 해결하고자 정족수 감지억제 기술 즉, 생물막 형성에 주요 인자인 정족수 감지 신호분자를 분해하는 미생물을 이용한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 정족수 감지 억제 미생물을 효율적으로 분리막 생물반응기에 적용하기 위해 다양한 타입의 담체가 개발되고 있으며 또한 새로운 정족수 감지 억제 미생물 발굴 및 이를 적용하여 보다 효율적인 생물막 오염 억제기술을 개발하고 평가였다.

제올라이트를 이용한 생물막 형성시 미생물의 부착에 금속이 미치는 영향에 관한 연구

김재근,박인선,박재우,Kim, Jae Keun,Park, In Sun,Park, Jae-Woo 대한토목학회 2009 대한토목학회논문집 B Vol.29 No.3B

천연 제올라이트는 효과적인 다공성 구조와 높은 양이온 교환능력을 가지고 있을 뿐 만 아니라 비교적 저렴한 가격으로 인하여 흡착제 및 생물막 담체 등으로 널리 사용되는 물질이다. 본 연구에서는 천연 제올라이트를 이용한 생물막 형성시 제올라이트에 흡착된 금속 양이온$(Na^+,\;Ca^{2+},\;Mg^{2+},\;Al^{3+})$이 미생물의 흡착량에 어떠한 영향을 미치는지에 대하여 검토하였다. 본 실험을 위하여 천연 제올라이트의 양이온 교환능력(cation exchange capacity; CEC)의 10%, 20%, 100%를 금속 양이온으로 치환하여 개질시킨 Metal-modified zeolite(MMZ)를 사용하였고 미생물은 Pseudomonas putida를 계대배양하여 사용하였다. 미생물 흡착실험 결과 MMZ로의 미생물의 흡착량이 천연 제올라이트로의 흡착량 보다 일반적으로 증가하는 경향을 나타내었다. 즉, 10% CEC의 경우 미생물의 흡착량은 $Mg^{2+}>natural>Na^+>Al^{3+}>Ca^{2+}$, 20% CEC의 경우 $Mg^{2+}>Ca^{2+}>Al^{3+}>natural>Na^+$, 100%의 CEC의 경우 $Ca^{2+}>Mg^{2+}>natural>Al^{3+}>Na^+$의 흡착량을 나타내었다. 특히, 마그네슘으로 개질된 Mg-modified zeolite(Mg-MZ)의 경우 가장 높은 미생물 흡착량을 보였으며 10% CEC로 개질한 경우 천연 제올라이트보다 60% 이상 증가된 흡착량을 나타내었다. 그러나 제올라이트에 흡착된 양이온의 양이 증가할수록 미생물의 흡착량은 감소되는 경향을 나타내었는데, 즉, 10% CEC Mg-MZ의 경우 미생물의 흡착 증가량이 60% 이상이었으나 20% CEC의 경우 50%, 100% CEC의 경우 10%로 흡착 증가량이 감소되었다. 또한 제올라이트에 흡착된 $Mg^{2+}$와 수용액 상에 존재하는 $Mg^{2+}$가 미생물의 흡착량에 미치는 영향을 비교한 결과 제올라이트에 흡착될 수 있는 미생물의 최대흡착량은 큰 차이가 없는 것으로 조사되었다. Natural zeolite is widely used as sorbents and bio-media materials because it is cheap as well as it has efficient porous structures and large cation exchange. In this study, the effect of metal cations $(Na^+,\;Ca^{2+},\;Mg^{2+},\;Al^{3+})$ adsorbed to natural zeolite on the microorganism attachment was investigated. Metal-modified zeolites (MMZ) were prepared with 0.01 M, 0.02 M and 0.1 M NaCl, $CaCl_2$, $MgCl_2$ and $AlCl_3$ solutions respectively, which concentrations were equivalent to 10%, 20% and 100% of cation exchange capacity (CEC) of natural zeolite. Pseudomonas putida was used as microorganism which was cultivated in Beef Extract Medium at $26^{\circ}C$. The microorganism attachment to MMZ was increased more than natural zeolite. The amount of bacterial adhesion to MMZ and natural zeolite were $Mg^{2+}>natural>Na^+>Al^{3+}>Ca^{2+}$ under 10% of CEC, $Mg^{2+}>Ca^{2+}>Al^{3+}>natural>Na^+$ under 20% of CEC and $Ca^{2+}>Mg^{2+}>natural>Al^{3+}>Na^+$ under 100% of CEC. Especially, Mg-modified zeolite (Mg-MZ) showed the highest amount of bacterial adhesion, which increased the microorganism attachment 60% higher than natural zeolite under 10% of CEC. However, the amount of bacterial adhesion was decreased as the concentration of metal cations modified to zeolite were increased, showing that the increased amounts were 60% under 10% of CEC, 50% under 20% of CEC and 10% under 100% of CEC in Mg-MZ. Additionally, the effect of $Mg^{2+}$ in solution on the bacterial adhesion was investigated in order to compare it with the effect of $Mg^{2+}$ adsorbed to zeolite. The maximum quantity of bacterial adhesion to Mg-MZ was not different from the amount of microorganism attachment to the natural zeolite when $Mg^{2+}$ solution was added.

염색폐수의 유기물 부하율 및 담체 충진율에 따른 PEMT-MBBR의 COD 제거특성

박도현 ( Do-hyeon Park ),정병길 ( Byung-gil Jung ),윤태경 ( Tae-kyung Yoon ) 한국환경기술학회 2018 한국환경기술학회지 Vol.19 No.5

본 연구는 담체를 이용한 유동상 생물막 공정인 PEMT-MBBR 공정 내 담체 충진율과 염색폐수의 유기물 부하율에 따른 COD 제거특성을 평가하는데 그 목적이 있다. 글루코스를 이용하여 합성염색폐수를 조제하여 사용하였으며, 반응기 내 담체로는 폴리에틸렌 재질의 유동상 담체(PEMT)를 적용하였다. 실험 결과 PEMT-MBBR 내 유입 유기물 부하량이 증가할수록(HRT가 감소할수록) COD 제거속도는 증가하였지만, COD 제거효율은 급격히 감소하는 것으로 나타났다. PEMT-MBBR 내 담체 충진율이 70 % 일 때 MLSS 농도는 거의 7,000 mg/L 까지 증가하였다. 또한 수중 SBF의 양은 유기물부하량 8 kg/m³·day 까지는 증가하다가 그 이상이 되면 오히려 감소하는 것으로 나타났다. 본 실험에서 나타난 유동상 생물막법의 특성을 활용하면 대규모 공정에 적용할 수 있을 것이다. COD removal characteristics as functions of organic loading rate(OLR) of synthetic dyeing wastewater and carrier volume were studied using a lab-scale moving-bed biofilm reactor (MBBR). Polyethylene-based modular tube(PEMT) was used as a carrier material inside the reactor. The experimental results showed that COD removal rates were increased with increasing OLRs of synthetic dyeing wastewater in a PEMT-MBBR, but COD removal efficiencies were decreased sharply. When the carrier volume in the MBBR was reached to 70 %, the MLSS concentration was increased to almost 7,000 mg/L. Also, the suspended biofilm(SBF) concentration was increased until the OLR was reached to 8 kg/m³·day, but then decreased when OLR was 16 kg/m³·day. The results of this study could be scaled up and used as a design tool for the moving-bed biofilm systems of the dyeing wastewater treatment processes.

MBR공정에서 질산화 미생물고정화 담체 적용에 따른 막 오염 제어

김지숙,국영롱,박정연,장유정,박철휘 대한환경공학회 2019 대한환경공학회지 Vol.41 No.5

In order to control membrane fouling in the MBR process, energy consumption by membrane cleaning is high as critical flux down operation, influent pre-treatment, and membrane cleaning (air cleaning, back washing, chemical cleaning) needs to be taken to control membrane fouling and reduce energy consumption at the same time. It is energy - effective to apply granular materials as scouring agent other than air to increase membrane fouling control and reduce the amount of air. In this study, nitrifier immobilized media of PVA material can be applied as scouring agent to reduce membrane fouling and it is possible to replace the MLSS of high concentration, which can reduce membrane fouling factors such as EPS and SMP that inducing membrane pore blocking. The transmembrane pressure difference was analyzed in case of flux 17 L/m2/h and 21, 24 L/m2/h respectively, there was almost no difference between the MBR and MMBR in the flux 17 L/m2/h but the pressure of 21, 24 L/m2/h increased to 242%, 485% in MBR and increased 64%, 225% in MMBR. Also, high concentration of NH3-N over 100 mg/L was 100% nitrified all together at HRT 6 h. MBR 공정에 있어 막 오염을 제어하기 위하여 임계플럭스 하향 운전, 유입수 전처리 및 막 세정(공기 세정, 역 세척, 화학 세정)을 하는데 막 세정에 의한 에너지 소비가 높아 막 오염 제어와 동시에 에너지 소비 저감에 대한 대책이 필요하다. Scouring agent로 공기 외에 입상 물질을 적용하면 막 오염 제어를 증가시키고, 공기세정을 줄일 수 있어 에너지 측면에서 효율적이다. 본 연구에서는 PVA재질의 nitrifier immobilized media를 scouring agent로 적용함으로써 막 오염을 저감시키고, 고농도의 MLSS를 대체할 수 있어 막 표면 및 공극을 막는 EPS 및 SMP등의 막 오염 유발 인자를 줄일 수 있다. Flux 17, 21, 24 L/m2/h조건에서 막 차압 상승률을 비교한 결과, 17 L/m2/h에서는 MBR과 MMBR의 차이가 거의 없었지만, 21, 24 L/m2/h에서는 MBR의 차압은 242%, 485%까지 상승하였고 MMBR은 66.5%, 225%로 MMBR의 차압 상승률이 2배 이상 낮은 것을 확인하였다. 실험 기간 동안 원수의 NH3-N농도가 평균 115 mg/L일 때 HRT 6 h 조건에서 MBR, MMBR 모두 100% 질산화되었다.

수처리용 담체의 수질정화효율 비교 실험

최선화 ( Sunhwa Choi ),이승헌 ( Seungheon Lee ),김민규 ( Minkyu Kim ),김흥섭 ( Heungseop Kim ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-

농업용 저수지의 유입수 오염물질 저감을 위해 2~3㎝의 자갈을 에폭시계 수지로 접착하여 직경 10㎝ 크기의 구상체(ball)인 수처리 미생물 담체인 바이오스톤 볼을 개발하였다. 본 연구에서는 복합유용미생물로 코팅한 바이오스톤 볼, 미생물을 코팅하지 않은 바이오스톤 볼, 바이오스톤 볼의 원 재료인 일반 쇄석으로 각각 충진한 반응조를 대상으로 수질정화효율을 비교·평가하였다. 미생물을 코팅한 바이오스톤 볼, 미생물을 코팅하지 않은 바이오스톤 볼, 일반 쇄석으로 충진한 반응조를 규모 0.23m(W)×1.3m(L)×0.6m(H)으로 제작하였고, 유입유량 1.5L/min, 체류시간 1.3hr, 수심 0.5m으로 하여 2017년 4월부터 6월까지 농업용 저수지 수변에 설치하여 운영하였다. 수질조사는 총 5회를 실시하였고, BOD, COD, SS, Chl-a, TN, TP 등에 대해 수질정화효율을 분석하였다. 미생물로 코팅한 바이오스톤 볼 반응조의 평균 수질정화효율은 BOD 74.9%, COD 47.5%, SS 83.7%, Chl-a 81.7%, TN 16.3%, TP 21.9%로 나타났고, 미코팅된 바이오스톤 볼 반응조의 평균 수질정화효율은 BOD 57.5%, COD 34.2%, SS 72.4%, Chl-a 69.8%, TN 5.7%, TP 16.1%로 나타났다. 일반 쇄석으로 충진한 반응조의 수질정화효율은 평균 BOD 59.0%, COD 34.7%, SS 71.2%, Chl-a 68.4%, TN 3.3%, TP 18.3%으로 나타나 미생물을 코팅한 바이오스톤 볼 > 코팅하지 않은 바이오스톤 볼 > 일반 쇄석 순으로 수질정화효율이 높게 나타났다. 미생물 코팅 바이오스톤 볼 반응조에서 BOD, SS, Chl-a, TN은 최대 12.5~17.4%까지 높은 정화효율을 나타내었다. 미생물을 코팅하지 않은 바이오스톤볼과 일반 쇄석을 충진한 반응조에서는 거의 유사한 정화효율을 나타내었다.

유동상 생물막 공정을 이용한 염색폐수 처리시 담체 충진량 및 공기 주입량의 영향

박도현 ( Do-hyeon Park ),정병길 ( Byung-gil Jung ),윤태경 ( Tae-kyung Yoon ) 한국환경기술학회 2015 한국환경기술학회지 Vol.16 No.6

유동상 생물막 공정을 염색폐수 처리에 적용하기 위하여 실험실 규모의 실험을 실시하였다. 본 실험에서는 20 L/day 규모의 원통형 반응장치를 사용하여 반응기 내 폴리에틸렌에 무기물 등을 첨가한 담체를 사용하였다. 담체 충진량이 70%일 경우 유동상태가 불량하고, 30% 일 때는 처리효율이 낮았으며, 50% 정도일 때 유동이 원활하며 처리효율도 비교적 높게 나타났다. 공기 주입량에 따른 생물막의 탈리 정도를 측정한 결과 공기 공급이 증가할수록 부착된 생물막의 탈리량도 증가함을 알 수 있었으며, 적정 공기량은 1.0 L/min으로 판단되었다. 유동상 생물막법과 기존 활성슬러지법을 사용하여 COD_Mn, 색도, SS, BOD₅ 처리를 비교한 결과 유동상 생물막법이 활성슬러지법 보다 처리효율이 더 우수한 것으로 나타났으며, 특히 색도는 36.8% 이상 효율이 개선되었다. 이러한 예비실험의 결과 염색폐수 처리에 유동상 생물막법이 활성슬러지법을 대체할 수 있을 것으로 생각되며, 향후 실험 규모를 확대하여 대규모 공정에 적용할 필요가 있다. The feasibility of moving-bed biofilm process to treat dyeing wastewater was studied using a 20 liter/day lab-scale moving-bed biofilm reactor(MBBR). A polyethylene-based modular tube(PEMT) was used as a carrier material inside the reactor. The moving bed has been maintained stable with high efficiency at carrier volume of 50%. Carrier volume of 30% showed stable but low efficiency, and 70% showed unstable performance. The effect of air supply on the biofilm detachment was tested with air volumetric flow rates of 1.0, 2.0 and 3.0 L/min. As air flow rate increased, the volume of detached bacterial biofilm was increased. Around 1.0 L/min looked better than others. The moving-bed biofilm reactor showed a better performance with high efficiencies of COD_Mn, Color, SS and BOD₅ than the activated sludge process. A moving-bed biofilm reactor would be a alternative process to fulfill requirements improving its efficiency in the treatment of dyeing wastewater. The results of this study could be scaled up and used as a design tool for the moving-bed biofilm systems of the dyeing wastewater treatment processes.

생물학적 질소 제거를 위한 생물담체 공정의 최근 동향 - 리뷰

제스민아터 ( Jesmin Akter ),이재엽 ( Jaiyeop Lee ),김일호 ( Ilho Kim ) 한국수처리학회(구 한국수처리기술연구회) 2021 한국수처리학회지 Vol.29 No.3

Biological nitrogen (N) removal with the bio-media process has been the preferred technology and recent developments in this technology have focused on improving N removal. However, integrated fixed film activated sludge, external nitrification, membrane, aerobic granulation BNR systems and more efficient N removal bioprocesses have been developed nowadays. To achieve N removal more efficiently, methods of nitrification and denitrification have been developed by preventing nitrate formation and enforcing nitrification-denitrification over nitrite. The process requires less oxygen and organics than nitrification-denitrification over nitrate allowing lower N concentrations to be achieved for the same influent organic’s concentration and oxygen supply. Biological filtration process using the bio-media technique that utilizes micro-organisms to remove nutrients from the wastewater. A recent study has been shown that various bio-media efficiently used for the nitrification-denitrification process, also the growth of biofilm is the potential for ammonia removal. Moreover, this technology applies to a wide range and effective in removing up to 90-95% nutrients from the effluents. Therefore, the specific surface area of bio-media is available for bio-film growth depends on media types. The main purpose of this review paper is to study the application and performance of different bio-media and their removal efficiency using biological biofilm process.

정족수 감지 억제 담체 제조에서 칼슘이온 농도가 담체의 내구성에 미치는 영향

이호성(Hosung Lee),민소진(Sojin Min),손광표(Kwang Pyo Son),채도원(Dowon Chae),강승모(Seung Mo Kang),임주완(Joowan Lim),박병규(Pyung-Kyu Park) 대한환경공학회 2022 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2022 No.11

폐타이어 담체를 이용한 파일럿 규모 유동상 생물막 공정에서 하수의 질소제거에 미치는 온도 영향

박운지(Woon Ji Park),안종화(Johng Ahn),이찬기(Chan Ki Lee) 大韓環境工學會 2008 대한환경공학회지 Vol.30 No.5

유동상 생물막 반응조에서 담체의 미생물 부착특성과 처리성능

박종웅,임수아 한국도시환경학회 2016 한국도시환경학회지 Vol.16 No.3