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.

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.

알루미나 시멘트를 이용한 질산성 질소 및 인 제거 특성

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

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.

인 제거용 담체를 이용한 질소 · 인 동시제거 시스템에서 수리학적 체류시간 및 내부반송율이 처리효율에 미치는 영향

박수영 ( Soo-young Park ),황영길 ( Young-kil Hwang ),정종태 ( Jong-tai Jung ),박정환 ( Jung-hwan Park ) 한국환경기술학회 2007 한국환경기술학회지 Vol.8 No.4

본 연구에서는 MLE 공정에 인 제거 담체를 충전한 BNR 시스템으로 하수를 처리할 때 수리학적 체류시간 및 내부반송율의 변화가 유기물, 질소 및 인 제거에 미치는 영향을 분석하였다. 8~4시간의 HRT 및 2Q와 3Q의 내부반송율 범위 내에서 유기물제거는 유입수의 농도가 72~185mg/L 범위로 크게 변동함에도 CODCr 제거효율이 평균 88~91%로 안정적인 처리효율을 보였다. T-N 제거효율은 내부반송율에 따라 큰 변화를 나타내지 않았으나 HRT가 짧을수록 제거효율이 약 9% 상승하였다. T-P 제거효율은 내부반송율을 2Q에서 3Q로 증가시켰을 때 HRT 8시간, 6시간, 4시간에서 각각 14.1%, 9.8%, 1.6%가 증가하였으며, HRT를 감소시켰을 때 4~22%의 제거효율이 향상되었다. This study was performed to get the effects of the HRT and IR on removal of organic matter, nitrogen and phosphorus when sewage is treated by BNR system which fill media for phosphorus removal in MLE process. The COD removal efficiency is 88~91% that it shows stable treatment although influent concentration changes from 72 to 185 mg/L. T-N removal efficiency was not affected by IR of 2Q and 3Q but it rise about 9% as the HRT decreased. T-P removal efficiency increased 14.1%, 9.8%, 1.6%, respectively in HRT 8hr, 6hr, 4hr and also increased 4~22% when the HRT decreased.

UASB를 이용한 혐기성 하수처리공정에서 ABF 유출수 반송에 따른 유기물질과 질소 및 인 제거

전동걸(Dong Jie Tian),변병수(Byeong Su Byun),임현숙(Hyun Suk Lim),전항배(Hang Bae Jun) 大韓環境工學會 2013 대한환경공학회지 Vol.35 No.5

UASB-ABF (Up-flow anaerobic sludge blanket-aerated bio-filter) 시스템을 이용한 하수의 혐기성처리 방법에서 질소와 인을 제거하는 공법에 대하여 연구하였다. 160일간의 UASB-ABF 시스템을 운영한 결과 유출수 반송을 통하여 TCOD뿐만 아니라, TN과 TP를 효율적으로 제거할 수 있었다. 무반송의 경우 UASB 반응조에서 유기물 제거효율은 64%에 머물었으나, 반송률 120%, 180%, 240%로 증가한 결과 각각 92%, 95%, 96%로 향상되었다. 반송률 180% 이상에서는 유기물 제거효율 증가폭은 크지 않았다. ABF 유출수 반송으로 TN 제거효율이 크게 향상되었다. TN 제거효율은 무반송 조건일 때 18%에서 82%로 향상되었으며, UASB에서 지속적인 유기물질 제거로 인하여 ABF에서 질산화효율은 안정적으로 95% 이상으로 타나났다. ABF유출수 반송으로 TP 및 PO₄3- -P 제거효율이 모두 향상되었다. TP의 경우 무반송에서는 거의 제거되지 않았으나, 반송률이 120%, 180%, 240%에서는 각각 51%, 63%, 71%로 향상되었고, 주로 UASB에서 제거되었다. Nitrogen and phosphorus removal was investigated in an UASB-ABF (Up-flow anaerobic sludge blanket - aerated bio- filter) anaerobic sewage treatment system. Successful removal of nitrogen and phosphorus with organic matters was possible in the UASB-ABF system from the results of 160 days operation with the influent raw domestic sewage. Removal efficiencies of organic matter (as TCOD) showed 64% in UASB without recycle of the ABF effluent, however, they increased to 92%, 95%, 96% with 120%, 180% and 240% recycle of the ABF effluent, respectively. Increasement of the organic matter removal was not prominent at recycle ratio above 180%. Apparent increase in TN removal occurred with recycle of the ABF effluent. TN removal efficiency was 18% without recycle, but it increased to 82% with 240% recycle of the ABF effluent. And stable nitrification above 95% was possible as a result of efficient removal of organic matter in the UASB with and without recycle of the effluent. Removal of both TP and PO₄3- -P also increased remarkably with recycle of the effluent. Without recycle of the effluent, that is at strict anaerobic condition in UASB, TP was not removed, however, its removal efficiency increased to 51%, 63%, 71% at recycle ratios of 120%, 180%, 240%, respectively mainly at UASB.

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.

유용미생물 발효물의 Struvite 형성과 질소, 인 제거 효과

이미경 ( Mi-gyeong Lee ),임주석 ( Ju-seok Lim ),김영규 ( Young-kyu Kim ) 한국환경기술학회 2013 한국환경기술학회지 Vol.14 No.1

유용미생물(EM) 발효물이 Mg²⁺, NH₄⁺-N, PO₄^3- -P이 포함된 인공폐수의 Struvite 결정에 미치는 영향과 질소 및 인의 제거에 미치는 효과에 대해서 실험하였다. EM 발효물은 Struvite 결정 형성시 알칼리도를 소모하는 인자로 작용하였으며, Struvite 결정을 이루기 위한 최적 pH는 9정도로 나타났다. pH 9에서의 증류수 Struvite의 Mg²⁺, NH₄⁺-N, PO₄^3- -P의 제거 몰비는 약 1:1:1로 나타났으며, EM 발효물이 포함된 경우에는 약 1.0:1.3:1.6로 EM 발효물에 의해서 질소와 인의 제거는 증가하였다. EM 발효물이 포함된 Struvite 결정 형성과정의 질소 및 인의 제거몰수 증가는 EM 발효물내 각종 유기산류가 미세 Struvite 결정입자 형성에 가교적인 역할을 함과 동시에 다중 클러스터 형성으로 질소와 인의 결합이 증대되기 때문이다. Sruvite crystallization is good for high removal efficiency of nitrogen and phostphate in wastewater. In this study, several experiments were carried out with two kind of artificial wastewater which were added EM(Effective Micoorganisms) activated liquor or not, to find out the characteristics of each Struvite crystal formation and their affection on nitrogen and phosphous removal. From the results, though the EM activated liquor was rolled to consuming the alkalinity needed to crystal formation, the amount of alkalinity, demanded to reach pH 9, was enough to optimal EM crystal formation condition. At the time, the removal mol ratio of Mg²⁺, NH₄⁺-N, PO₄^3--P was estimated about 1.0:1.3:1.6. Therefore, it could be assumed that the by-products like a organic acid on EM activated liquor support to make a micro crystal formation and a formation of muti-cluster with nitrogen and phosphate.

A-34 : Struvite 결정화를 이용한 혐기성 소화액의 질소와 인 제거 특성

오민환,이은영,윤태한 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2013 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2013 No.-

본 연구는 돈분뇨를 유입수로 하는 퇴비화 공정 중에서 혐기성 소화조의 상등액의 질소와 인의 제거를 위하여 Mg2+의 주입량, pH, 반응시간, 교반속도와 같은 인자를 달리하여 실험하였다. Struvite 형성을 위한 Mg2+ 주입원으로 MgSO4를 사용하였다. 모든 실험은 상온에서 이루어졌으며 교반속도 인자 실험을 제외하고 100 rpm의 속도로 교반하여 실험하였다. Struvite 형성을 위한 최적 pH 조건을 알아보기 위하여 Mg2+: PO43-의 몰비를 1:1로 하여, pH 8부터 13까지 변화를 주고 질소와 인의 최대 제거율을 보이는 최적 pH를 알아보았다. Mg2+의 최적 주입량을 결정하기 위해 최적 pH에서, Mg2+ 주입 몰비를 1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 그리고 1.5(mole Mg2+/mole PO43-)로 변화시켰다. NH4+의 경우 Mg2+의 몰비가 커질수록 제거율이 높아졌다. 반면, PO43-는 1몰 반응 일 때와 1.1 몰 이상의 반응일 경우에 큰 차이가 없으므로 1:1의 몰비로 struvite 형성을 유도하였다. Struvite 형성을 위한 반응시간 및 교반 속도에 의한 질소와 인의 제거율을 알아보기 위해 10분, 1시간 그리고 24시간의 반응시간과 100 rpm 그리고 200 rpm의 교반속도를 달리하여 실험한 결과 24시간의 반응시간에서 가장 높은 질소와 인의 제거효율을 나타냈으며, 교반속도와 반응시간 10분과 1시간의 경우 질소와 인의 제거효율에 큰 영향을 미치지 않았다.

Struvite 결정화를 이용한 혐기성 소화액의 질소와 인 제거 특성

오민환,이은영,윤태한 한국폐기물자원순환학회 2013 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2013 No.2

본 연구는 돈분뇨를 유입수로 하는 퇴비화 공정 중에서 혐기성 소화조의 상등액의 질소와 인의 제거를 위하여 Mg2+의 주입량, pH, 반응시간, 교반속도와 같은 인자를 달리하여 실험하였다. Struvite 형성을 위한 Mg2+ 주입원으로 MgSO4를 사용하였다. 모든 실험은 상온에서 이루어졌으며 교반속도 인자 실험을 제외하고 100 rpm의 속도로 교반하여 실험하였다. Struvite 형성을 위한 최적 pH 조건을 알아보기 위하여 Mg2+: PO43-의 몰비를 1:1로 하여, pH 8부터 13까지 변화를 주고 질소와 인의 최대 제거율을 보이는 최적 pH를 알아보았다. Mg2+의 최적 주입량을 결정하기 위해 최적 pH에서, Mg2+ 주입 몰비를 1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 그리고 1.5(mole Mg2+/mole PO43-)로 변화시켰다. NH4+의 경우 Mg2+의 몰비가 커질수록 제거율이 높아졌다. 반면, PO43-는 1몰 반응일 때와 1.1 몰 이상의 반응일 경우에 큰 차이가 없으므로 1:1의 몰비로 struvite 형성을 유도하였다. Struvite 형성을 위한 반응시간 및 교반 속도에 의한 질소와 인의 제거율을 알아보기 위해 10분, 1시간 그리고 24시간의 반응시간과 100 rpm 그리고 200 rpm의 교반속도를 달리하여 실험한 결과 24시간의 반응시간에서 가장 높은 질소와 인의 제거효율을 나타냈으며, 교반속도와 반응시간 10분과 1시간의 경우 질소와 인의 제거효율에 큰 영향을 미치지 않았다.