불균일계 촉매를 이용한 연속반응기에서의 Hiyama coupling 반응 연구

양가람 高麗大學校 大學院 2010 국내석사

Hiyama coupling 반응은 전이금속촉매를 사용하는 탄소-탄소 결합 반응으로 의약품 제조와 화학 산업에 유용하기 때문에 많은 연구가 진행되고 있다. 균일계 촉매를 사용하면 촉매 회수가 불가능하고 촉매를 분리해야 하는 한계가 있다. 이 문제점을 해결하기 위해서 불균일계 촉매를 제조하고 불균일계 촉매를 이용하여 Hiyama coulping 반응을 연속반응기에 적용하였다. 불균일계 촉매를 제조하기 위해서 실리카겔을 지지체로 이용하여 Hiyama coupling 반응에 사용되는 포스핀 화합물 리간드와 팔라듐 전이금속촉매를 결합하였다. 제조한 촉매를 ICP-MS, TGA 분석을 통하여 특징을 살펴보았다. 제조한 불균일계 촉매를 이용하여 회분식 반응기에서 반응을 수행하고 반응온도, 염 당량, 반응시간, 촉매 양 등 변수의 변화를 통해 촉매의 성능을 점검하였다. 제조한 불균일계 촉매를 사용하여 회분식 반응기에서 반응 후 촉매를 수거하여 재사용 하였다. 불균일계 촉매의 3회 반응 까지 10 % 미만의 성능 감소를 확인하였다. 연속 반응 공정을 설계하고 tube 반응기에 불균일계 촉매를 충진하여 연속반응기에서 Hiyama coulping 반응을 수행하고 연속 반응기에서 반응 조건들을 변화시켜 가능한 적은 양의 촉매를 사용해서 높은 수율을 얻을 수 있는 조건을 알아보았다. Hiyama coupling 반응을 연속반응기에 적용해서 회분식 반응기에서 반응성이 낮았던 반응물의 반응성을 높이고 회분식 반응 공정보다 더 높은 생산성을 얻었다. Hiyama coupling reaction is a transition-metal catalyzed carbon - carbon bond formation reaction. Many research problems for the Hiyama coupling reaction are underway because this reaction is useful in both pharmaceutical and chemical industry. Homogeneous catalyst has drawbacks of catalyst recovery and separation. To solve these problems, a heterogeneous catalyst was prepared and applied to the continuous reactor for the Hiyama coupling reaction. The heterogeneous catalyst which combine phosphine compound ligand and palladium was prepared using silica gel as a supporter. The characteristics of heterogeneous catalyst were analyzed by ICP-MS and TGA. Batch reaction was performed using prepared heterogeneous catalyst. The performance of the heterogeneous catalyst was checked through the change of reaction temperature, base equivalent, reaction time and amounts of catalyst. The recycle test of heterogeneous catalyst in batch reactor showed less than 10 % reduction in catalyst performance in the third run. A continuous reaction system was designed and the prepared heterogeneous catalyst was packed into a tubular reactor. The experimental condition for a high yield using the smallest amount of catalyst was found through changing the different reaction conditions. For the Hiyama coupling reaction, the continuous reactor showed higher reactivity and production rate than the batch reactor.

호기성 그래뉼을 이용한 연속 유입식 병렬 회분식 반응조에서의 질산화 및 탈질 효율에 관한 연구

유창현 고려대학교 대학원 2020 국내석사

도시화와 산업고도화에 따른 인구의 급격한 증가와 물 수요의 증가는 하천 및 호소의 오염물질과 영양염류 증가를 야기하고 이에 따른 하천의 녹조현상은 사회적 이슈로 대두고 있다. 또한, 수중 오염물질의 다양화와 함께 그 농도 또한 시간이 지날수록 높아짐에 따라 정부는 하수처리시설의 방류수 수질기준을 강화하고 있는 실정이다. 국내의 하수처리 시설은 대부분 활성슬러지를 기본으로 하는 다양한 형태의 생물학적 고도처리 공정을 적용하여 유기물 및 질소나 인 등의 영양염류를 함께 처리하고 있다. 하지만 국내 하수의 경우 C/N 비가 매우 낮아 기존의 하수처리공법으로는 영양염류 제거에 한계가 있어 방류단계에 약품을 투여하는 등의 후처리공정을 추가적으로 적용하고 있다. 또한 종래의 활성슬러지를 기본으로 하는 생물학적 고도처리 공정은 침전조의 설치로 인하여 넓은 면적의 운용부지가 요구된다. 호기성 그래뉼은 특정한 조건의 배양조에서 자연적으로 만들어지는 것으로 활성슬러지에 비해 높은 농도의 미생물을 담지할 수 있으며, 하나의 그래뉼 입자에서 동시 다발적인 유기물, 질소, 인 의 제거가 이루어진다. 호기성 그래뉼은 플록형 슬러지들의 자가 응집으로 형성되기 때문에 플록 슬러지에 비해 밀도가 높고 침전속도가 매우 빨라 고액분리에 소요되는 침전시간을 크게 감축시킬 수 있으며 처리수질 또한 향상시킬 수 있어 기존 활성슬러지 기반의 생물학적 고도처리 공법에 비하여 부지면적을 절감할 수 있다. 본 연구는 상기의 장점을 갖는 호기성 그래뉼을 적용한 새로운 하수처리시스템을 도출하기 위한 기초연구로써, 실험실 규모에서 호기성 그래뉼을 배양하며 호기성 그래뉼의 생성과 배양에 영향을 주는 다양한 인자들의 영향을 검토하여 최적의 호기성 그래뉼 배양조건을 도출하고, 이를 통하여 배양된 호기성 그래뉼을 적용한 새로운 하수처리 시스템인 연속유입식 병렬회분식반응조를 제시하고 실제하수를 대상으로 운전하여 영얌염류 제거 가능성을 확인하고자 수행되었다. 실험실 규모의 호기성 그래뉼 배양조는 긴 원통형 구조를 가진 공기수송식 회분반응조 (SBAR)를 이용하였다. 두 개의 반응조에 각각 Glucose와 아세트산나트륨 (NaAc)를 탄소원으로 하는 배양액으로 호기성 그래뉼을 배양한 결과, NaAc을 배양액으로 배양한 경우가 Glucose 조건에 비하여 그래뉼의 농도 및 크기와 형태를 안정적으로 유지하며, 생성된 호기성 그래뉼은 최대 크기 1.0 mm 이상, 평균 크기 0.5 mm로 성장하였고 최종 단계에는 6,000 mg/L로 매우 높은 농도를 유지하였다. 슬러지 용적 지수 (SVI)를 기초로 한 침전 성능 평가에서도 NaAc 조건의 호기성 그래뉼이 Glucose 조건 대비 약 1.5 배 빠르고 기존 활성슬러지 대비 약 7 배 빠른 우수한 침전성을 보였다. 배양조의 형태적 차이에 의한 호기성 그래뉼의 성장 특성을 비교하기 위하여 기존 3 L 배양조보다 유효용량이 3 배 이상 넓은 16 L 배양조를 이용한 결과, 단위 면적당 공기 유속이 기존에 비해 낮았지만 그래뉼 성장에 최적인 1.2 cm/s에 가까운 유속을 만들며 높은 F/M 비를 제공함에 따라 보다 우수한 호기성 그래뉼을 생성하는 것으로 나타났다. 호기성 그래뉼을 실제 하수처리에 적용하기 위해서는 호기성 그래뉼의 생성기간을 최소화할 필요가 있다. 따라서 직경 1 mm 이하 호기성 그래뉼을 식종하여 그래뉼화를 유도한 결과, 기존 활성슬러지로부터 그래뉼화를 유도하는 조건에서는 최소 60 일의 기간이 필요하였던 것에 비하여 50 % 이상 빠른 속도인 30일 정도에도 그래뉼화가 가능하였으며 생성된 호기성 그래뉼의 크기나 형태면에서도 다르지 않음을 확인하였다. 앞서 배양된 호기성 그래뉼을 적용한 새로운 하수처리 시스템인 연속유입식 병렬회분식반응조를 구성하여 실제하수를 대상으로 운전하여 질소, 인의 제거 가능성을 확인하였다. 연속유입식 병렬회분식반응조는 각각 무산소, 호기, 침전, 방류의 4 단계로 cycle이 구성되는 2 개의 회분식반응조를 병렬로 배치하고 각각의 반응조로 교대로 유입수를 유입하여 전체적으로 연속유입이 가능하도록 구성하였으며, 각 cycle 시간을 달리하여 두 가지 Phase로 운전하여 cycle 시간의 차이에 의한 영향을 비교하였다. 호기성 그래뉼을 적용한 연속유입식 병렬회분식반응조는 입자성 물질인 SS의 경우 운전조건에 관계없이 90 % 이상의 탁월한 제거효율을 나타내었으며 TCOD도 85 % 이상의 우수한 제거효율을 보였다. 암모니아성 질소는 순응단계를 제외한 모든 운전조건에서 거의 100 %에 가까운 질산화 효율을 보여주었으나 질산성 질소는 탄소원의 부족으로 45-55 %로 다소 낮은 탈질효율을 보였음에도 불구하고 총 질소(T-N) 제거효율은 최대 75 %로 만족할 수준의 제거효율을 나타내었다. 총 인(T-P)의 경우는 호기성 그래뉼의 특성과 탄소원의 부족으로 최대 60 % 정도의 다소 낮은 제거효율을 나타내었다. 반응시간에 있어서는 무산소 시간이 길수록 질소, 인의 처리에 유리하였으며, 낮은 DO의 유지는 빠른 무산소 환경을 조성하여 효율적 탈질을 유도하고 그에 따른 빠른 혐기 환경의 유도로 인 방출을 원활하게 하였다. 이러한 운전조건의 효율화에도 불구하고 낮은 C/N 비는 질소, 인 제거에 가장 중요한 영향인자인 것으로 판단된다. 결론적으로 호기성 그래뉼을 적용한 연속유입식 병렬회분식반응조는 향상된 유기물 및 고형물 제거와 함께 질소, 인의 처리가 가능한 새로운 하수처리 방법으로서 적용가능성이 있음을 확인할 수 있다.

유동상 담체 SBR을 이용한 하수중의 질소ㆍ인 제거

朴鎭晩 서울산업대 2000 국내석사

Sequencing Batch Reactor(SBR)는 연속 흐름 공정에 비해 중, 소규모 하수처리장에 적합한 공법이며 또한 생물막공법은 중, 소규모 처리장에도 적합하고 유기물의 제거와 영양소를 제거하는데 강점을 지닌다. 따라서 기존의 SBR에 생물막공법을 적용하여 질소, 인 제거의 가능성을 타진해 보았다. 본 연구는 연속회분식 반응기(Sequencing Batch Reactor)를 이용하여 반응 조별 media의 충전여부에 따른 유기물 및 질소, 인 제거효율과 각 반응조별 반응양상을 실험 고찰하였다. 반응기는 6L의 유효용적을 가진 4개의 반응조로 운전하였다. BOD-SS loading이 0.08∼0.26 ㎏-BOD/㎏-SS·day인 범위에서 각 반응조의 BOD는 85∼94%로 처리되었고, Reactor 3이 94%의 높은 처리율을 나타냈다. COD_Cr의 제거효율은 83∼87%로 나타나 4개 반응조가 균일한 제거효율을 얻었다. T-N 제거율은 40∼55%의 범위에서 각 반응조의 제거효율을 나타내었다. 각 반응조의 질산화 반응시 각 반응조에서 ORP 값이 70㎷ 이상으로 유지될 때 90%이상의 질산화율을 나타내었고, 탈질 반응 역시 ORP 값이 -60㎷ 이하로 유지될 때 탈질율이 60% 이상 나타났다. 따라서 위 결과를 충족하는 Reactor 2가 다른 반응조 보다 높은 효율을 얻을수 있었다. T-P 제거율은 media의 충전여부와 관계 없이 반응시간 변화에 따라 제거 효율이 변화 하였는데, media의 충전여부만을 비교하였던 Reactor 1, 3은 20% 정도의 제거율을 나타내었고, 반응시간을 조절한 Reactor 2, 4는 30% 이상의 제거율을 보여 media를 충전하여 반응시간을 길게 하거나 혐기/호기/무산소/호기의 반응을 하는 것이 T-P 제거율을 높인 것으로 나타났다. 그리고 ORP 값이 100㎷ 이상일 때 활성슬러지의 인 흡수율이 최대치를 나타내어 ORP가 최고값을 나타내었을 때 슬러지를 제거하는 것이 효율적인 인 제거 방법이라고 나타났다. 본 실험조건에서 각 반응조의 SVI는 50∼150 이하로 나타나 침전성이 우수하였으며, 각 반응조 미생물량은 Attached + Suspended가 모두 9,000 ㎎/L 이상을 나타내 media 충전 효과를 크게 하여 media를 충전하지 않은 반응조 보다 좋은 유기물 및 질소, 인 제거효율을 얻을수 있었다. The study was performed to enhanced the treatment efficiency of sewage wastewater removal of nitrogen and biological phosphorus with a media sequencing batch reactor. A sponge type media carried out were used as the moving media. In order to achive simultaneous biological nitorgen and phosphorus removal, the madia reactor was operated as a sequencing batch reactor. The spong media unit showed a good nitrification and denitrification capabilities but overall sludge settleability was poor. The operation condition consisted of distinct periods: fill, mix, reaction (oxic, anoxic, oxic), settle, drain, and sludge wasting. When the BOD loading rate was between 0.05 and 0.26 kg-BOD/kg-SS· day in each reactor, the removal of rate BOD showed 85∼94% and reactors was the most effective as BOD removal of 94% CODcr was presented equal removal of efficiency 83∼94% with in each reactor. TN removal efficiency ranged 40∼55% in each reactor. Each reactor was maintained over from nitrification showed more than 90% in the reactor when ORP maintained less than -60mV denitrification rate appeared more than 60% so reactor which satisfied the condition above had the highest efficiency. Removal efficiency of TP didn't depend on whether media was fixed or not. It only changed according to retention time. The reactor 1 and 3 which were compared with which media was fixed or not recored removal rate or 20%. However reactor 2 and 4 which controled retention time recorded removal rate of 30%. So if retention time is made long and fixed media reactors are operated as condition of anaerobic/oxic/anoxic/oxic by turn, removal efficiency of TP will increase. Active sludge uptake phosphorus the most effectively when ORP maintain more than 100mV. So when ORP become the highest level removal sludge is effective. Settle ability was good becomes SVI of each reactor was between 50 and 150. Also was fixed treatment ability such as organic compound, nitrogen and phosphorus MLSS in each reactor was more than 9,000mg/L and media was fixed.

연속회분식공정에 의한 축산폐수의 최적처리에 관한 연구

이성재 계명대학교 대학원 2006 국내석사

(Abstract) Korea’s steadily increasing per capita annual consumption of meat has deepen the problem of pollution of environment and drinking water sources by livestock excrements and livestock wastewater, with related regulations being strengthened gradually. Environmental Preservation Act or Waste Material Management Law requires farmers beyond a certain scale to establish purification facilities of excrements and wastewater, and growing cost of establishing facilities for meeting the requirements has resulted in the rise in production cost of livestock products. However, regarding the size of farmers under the environment-related regulations, most small-sized livestock farmers are scattered nationwide, and due to the lack of awareness on the matters related to livestock-caused pollution, easier and economical way of treatment has not been developed or spread yet, so problems frequently have been raised. Therefore, this study was designed to analyze individual impact factors in order to treat high concentration organic wastewater containing high concentration organic materials, nitrogen and phosphorus in the SBR process using bio-ceramic carrier of air stripped livestock wastewater and identify optimal operating factors needed in practical application, with experiment results summarized as follows: In the comparison of livestock wastewater treatment efficiency between groups with and without bio-ceramic carrier, bio-ceramic carrier was found to enhance biological treatment efficiency of runoff, with the highest removal rate at fill ratio of 1/12 being pH8.0. In terms of change in temperature, pH change in the SBR process was similar at 10, 20 and 30℃. These results showed that the temperature of wastewater in the SBR process did not have much impact on nitrification rate, with the greatest nitrification at 20℃, which implies that nitrification microorganisms such as nitrosomonas and nitrobacter living in the SBR process are categorized as mesophilic microorganism and at around 20℃ their activity is optimized. Therefore, both organism removal efficiency and nitrification are maximized at 20℃. In addition, if continuous addition of water to the SBR process, except T-N removal rate decreased at the condition of 3hr/2hr in aerobic/anaerobic reaction time, the removal rate was higher at all of the 3 conditions. However, nitrification and detrification rate appeared to be the highest at 1hr/1hr, and in case of intermittent filling limited to the anaerobic period using 1hr/1hr, operating at 2hr/2hr is considered to generate the best results. In conclusion, optimal operating conditions for the SBR process were water fill ratio of 1/12, pH 8.0, and 20℃, and intermittent filling of water only during the anaerobic period was efficient, and The 1hr/1hr reaction time was the maximal removal rate. (초록) 우리나라의 국민 1인당 연간 육류 소비량은 지속적으로 증가고 있으며, 이에 따라 가축분뇨 및 축산폐수로 인한 환경 및 상수원 수질오염문제가 심각하게 대두되고 있다. 그리고 이에 대한 규제가 점차 강화되고 있다. 이미 환경보전법이나 폐기물관리법에서 일정규모 이상의 양축가들에 대하여서는 분뇨정화시설과 폐수정화시설 설치가 의무화되어 있으며 규제기준에 따른 시설비 과다로 축산물 생산비 인상요인이 되고 있다. 그러나 환경관련법 규제규모 이하에 대하여서는 소규모 다수 양축가들이 지역적으로 산재하고 있을 뿐만 아니라 축산오염 유발문제에 대한 인식의 부족과 간편하고 경제적인 처리방법이 개발 또는 보급되지 않아 빈번하게 문제가 제기되고 있다. 따라서 본 연구에서는 공기탈기한 축산폐수의 Bio-ceramic담체를 이용한 연속회분식반응공정에서 고농도 유기물질 및 질소ㆍ인을 함유한 고농도유기성폐수를 처리하기 위하여 각 영향인자를 분석하고 실제 적용시 필요한 최적운전인자를 도출하여 실험한 결과를 요약하면 다음과 같다. Bio-ceramic 담체를 첨가한 경우와 첨가하지 않은 경우에 대하여 축산폐수의 처리효율을 비교한 결과는 Bio-ceramic 담체를 첨가한 경우 유출수의 생물학적처리 효율이 향상되었고, 충진율 1/12, pH8.0에서 가장 높은 제거율을 보여 주었다. 온도변화의 경우 SBR공정의 pH변화는 10, 20 및 30℃에서 유사하였다. 이와 같은 결과로 볼 때 SBR공정에서 유입폐수의 온도는 질산화율에 큰 영향을 미치지는 않는 것으로 나타났으나 20℃에서 질산화율이 가장 양호하였다. 이것은 SBR공정에서 서식하는 질산화 미생물인 nitrosomonas와 nitrobacter가 mesophilic미생물에 해당되며 최적 활동온도가 20℃ 전후로 판단된다. 따라서 온도 20℃가 유기물 제거효율 및 질산화율이 가장 좋은 것으로 판단된다. 또한, SBR공정에 원수를 연속식으로 주입할 경우 3hr/2hr조건에서 T-N제거율이 낮게 나타난 것 외에는 3조건에서 모두 높은 제거율을 나타내지만 1hr/1hr에서 질산화율과 탈질율이 가장 좋은 결과를 보였고, 1hr/1hr를 이용하여 무산소기간에만 간헐식으로 주입하는 경우 2hr/2hr로 운전 하는것이 가장 우수한 결과라고 판단된다. 따라서 SBR공정의 최적 운전조건은 원수의 충진율 1/12, pH 8.0, 온도 20℃로 나타났으며, 원수의 주입은 무산소기간에만 간헐적으로 주입하는 것이 효율적이였으며, 호기/무산소 반응시간이 1hr/1hr일 경우 가장 높은 제거율을 나타내었다.

유기합성을 위한 마이크로웨이브와 연속 흐름 반응 기술 : N-알킬화와 친핵성 수산화반응

정유진 부산대학교 대학원 2015 국내석사

There are many modern technologies to provide fast reaction, high yield, easy heat control, and rapid mixing for organic synthesis. In this thesis, we have focused on microwave and continuous flow reaction technology for N-alkylation and nucleophilic aromatic hydroxylation. Microwave reaction utilizing microwave irradiation has been recognized as a powerful tool for fast and efficient synthesis of organic compounds because of selective energy absorption by polar compounds. Secondly, an interest in continuous flow technology for organic synthesis is growing very fast in these days. Enhanced heat and mass transfer rates are intrinsic features of continuous flow reaction enabling chemical researchers to explore reactions that are traditionally difficult to investigate in common batch reactors. It provides powerful tools for studying highly energetic reactions with unstable intermediates. In this study, we applied microwave and continuous flow reaction technology for the synthesis of nitrogen-containing ionic liquids and utilized pack-bed reactor for nucleophilic aromatic hydroxylation reaction using solid KOH. The reaction time for N-alkylation reaction was dramatically reduced in both cases. For the synthesis of phenol, we applied super basic KOH/DMSO system in pack-bed reactor. Comparing flow reaction with batch reaction, reaction is completed in several minutes with high yields.

連續回分式 反應曺(SBR)에 의한 C, N, P의 除去特性

박수묵 慶星大學校 産業大學院 1996 국내석사

최근 들어 합성세제의 과다사용과 분뇨 및 공장폐수 등의 과다배출에 따른 영양염류 처리에 관심이 집중되고 있는데, 특히 질소와 인이 처리되지 않은 상태에서 호수나 하천에 유입되면 부영양화 등의 심각한 수질오염 문제를 초래할 수 있다. 생물학적 질소·인 동시제거 공정중에 특히 소규모 처리에 적합한 SBR 공법을 이용하여 유입 COD 농도는 500mg/ℓ로 고정하고 질소의 유입농도를 250mg/ℓ, 100mg/ℓ, 인의 유입농도를 40mg/ℓ, 20mg/ℓ의 조건 하에서 유기물 제거 및 질소·인의 제거특성을 고찰한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. C원 제거미생물이 거의 없게 순양된 SBR에서 질소와 인의 유입농도가 각 250mg/ℓ, 40mg/ℓ일 때 COD 제거율은 평균 98%로 나타났으며, 총질소는 평균 60.67%의 제거효율을 나타내었고, 질산성 질소가 1g탈질시 필요한 이론적 COD원이 3,70g인데 비해 본 연구에서는 각 3.46g, 3.37g 및 3.43g으로 평균 3.42g이었으며, 제거된 COD원의 대부분은 탈질에 필요한 에너지원으로 사용된 것으로 판단된다. 질소와 인의 유입농도가 각 250mg/ℓ, 40mg/ℓ일 때 COD 제거율은 평균 85.27%로 나타났으며, 총질소는 평균 31.4%의 질소제거율을 보였으며, 총인은 평균 45.8%의 제거효율을 나타냈었다. 제거된 COD가 모두 탈질에 필요한 에너지원으로 사용된 것이 아니라 일부분은 C원을 이용하는 미생물에 의해 제거된 것으로 판단된다. 질소와 인의 유입농도가 각 100mg/ℓ, 20mg/ℓ일 때 COD는 평균 96.4%의 제거율을 나타내었고, 총질소는 평균 80%의 제거율을 나타내었으며, 총인은 평균 53.3%의 제거효율을 나타내었다. In recent, the most concern is on the treatment of nutrients originated from excreta, industrial waste and excessive usage of detergents. Especially, nitrogen and phosphorous may cause severe water contamination such as eutrophication if they flow into river and lake without being treated. For the simultaneous removal of nitrogen and phosphorous, SBR process, known as a suitable process for small size treatment, was selected and run under the conditions of influent nitrogen concentration of 200 and 100 mg/L and influent phosphorous of 40 and 20 mg/L. The results obtained from the experiments were as follows; The average removal efficiency of COD was 98% and total nitrogen was 66.67% when the influent concentrations of nitrogen and phosphorous were 250 and 40 mg/L in carbon removal microorganism little to acclimated SBR. In comparing to the theoretical COD requirement, 3.70g COD for 1g denitrification, the average COD requirement in this study was 3.42g based on values of 3.46, 3.47 and 3.43g and most COD removed might be used for the energy source of denitrification. The average removal efficiency of COD was 85.3% total nitrogen was 31.4% and total phosphorous was 45.8% when the influent concentrations of nitrogen and phosphorous were 250 and 40 mg/L. In this case, it was postulated that the all COD removed was not used for the energy source of denitrification but the part of that was used for the synthesis of microorganism. When the influent concentrations of nitrogen and phosphorous were 100 and 20 mg/L, the average removal efficiency of COD was 96.4%, total nitrogen was 80% total phosphorous was 53.3% and the effluent nitrate and nitrite nitrogen concentrations were 3.4 and 5.3 mg/L, respectively.

민감도 분석 및 매개변수 추정 기능을 내장한 통합관리자 제어 시스템의 연속회분식 반응기 시뮬레이터 개발

임근택 부산대학교 대학원 2004 국내석사

In this study, a sequential batch reactor simulator is developed as a part of simulation module of supervisory wastewater treatment control system which will manage several small wastewater treatment plant. For this object, the simulator has I/O database frame and window interface. Activated Sludge Model No.3 is adopted as a process model for SBR process. The simulator has two built-in main functions, model sensitivity analysis and model parameter estimation. Random number generation method and cumulative distribution functions are used for quantifying model sensitivity. Genetic algorithm is used to estimate parameters. Developed simulator is applied to measured data sets (influent C/N 1, C/N 3, C/N 5, C/N 9). The simulator has a fine performance for N-profile especially in C/N5, C/N 9.

시계열 데이터 마이닝을 이용한 SBR의 기기 고장 진단

최대원 부산대학교 2005 국내석사

This paper describes how to diagnose SBR plant equipment using time-series data mining. It shows the equipment diagnostics based upon vibration signals that are acquired from each device for process control. Data transform techniques including two data preprocessing skills and data mining methods were employed in the data analysis. The proposed method is not only suitable for SBR equipment, but is also suitable for other industrial devices. The experimental results performed on a lab-scale SBR plant show a good equipment-management performance.

연속회분식반응조에서 산소섭취율을 이용한 유기부하량의 예측

성현주 서울産業大學校 産業大學院 2005 국내석사

본 연구에서는 연속 회분식 반응조(SBR : Sequence Batch Reactor)에서 산소섭취율을 이용하여 유입수의 유기물 부하량을 예측하고 유기물 소모식을 도출함으로써 공정상에서 유입부하량으로 인한 문제점이 발생하지 않으며 유출 수질을 향상시키는 방법을 모색하고자 하였다 먼저 유입 유기물 부하량의 농도를 50ppm에서 300ppm으로 단계적 변화를 주어 산소섭취율을 측정한 결과 유기물 부하량의 값이 50ppm, 100ppm, 150ppm, 200ppm, 300ppm 일 때 산소섭취을의 값은 각각 0.0067mgO_(2)/L/sec,0.0079mgO_(2)/L/sec, 0.O093mgO_(2)/L/sec, 0.0102mgO_(2)/L/sec, 0.0124mgO_(2)/L/sec로 유기물 부하량의 값이 커질수록 산소섭취율도 증가하는 것을 확인할 수 있었으며 이것으로 y_(1) = -5.65 + 1.23(1-e^(0.012x1))라는 유기부하 예측식을 도출하였다. 이때 y_(1)값은 높은 상관관계를 유추하기 위해 산소섭취율 값에 자연대수를 취하여 나타냈으며, x_(1)값은 그에 따른 유기물의 부하량이 된다. 이 예측식을 통해 유입부분의 산소섭취율 측정만으로 유입수의 유기물 부하량을 판단할 수 있다. 산출한 유기물 부하량의 농도는 유입구간 내에서 모두 제거되어야 하며 그러기 위해서는 유기물 부하량에 따른 유입정체시간 산정이 중요하다. 따라서, 시간당 소비되는 유기물 부하량의 농도를 파악하여 다음과 같은 y_(2) = 0.419 + 1.62x_(2) 라는 유기부하 소모식을 포출할 수 있었다. 이때 y_(2)값은 유기물 부하량을 뜻하며 x_(2)값은 그에 따른 유입정체시간을 나타낸다. 이를 통해 적절한 유입정체시간을 매정할 수 있으며 유입구간 동안 유기물의 제거가 완벽하게 이루어진다. 실폐수의 적용 가능성을 평가해보기 위하여 의정부 처리장의 하수를 이용하여 실험을 수행해 본 결과 오차 범위 10%안에 모든 값이 포합되었으며 실폐수에 적용 가능성이 충분하다고 판단되었다. 본 실험을 통해 연속회분식 반응조의 제어시스템 중 유입부분에서 유기물의 제거가 완벽하지 않아 안정적 운전이 될 수 없었던 문제점을 해결할 수 있으며 또한 유입수의 오염물질 농도가 낮은 경우에도 과다한 처리시간을 가지는 비효율적인 공정을 벗어나 효율적이며 안정적인 수질 고관리를 가능하게 할 수 있을 것이라 판단된다. The main objective of this investigation was to predict the organic loading ratio of the influent by considering the oxygen uptake rate within the SBA and the derivation of the organic consumption method, thus disallowing any problems regarding the oxygen uptake rate from fox nucleating in the process and searching for the method to improve the quality of the outflow water. Initially, the concentration of the inflow organic loading ratio should be varied from 50ppm to 300ppm enabling stage changes, thus allowing the values of the oxygen uptake rate to be 50ppm, 100ppm, 150ppm, 200ppm, and 300ppm. The corresponding results of oxygen uptake rates were 0.0067mgO_(2)/L/sec, 0.0079mgO_(2)/L/sec, 0.0093mgO_(2)/L/sec, 0.0102mgO_(2)/L/sec, and 0.0124mgO_(2)/L/sec. This result confirmed that as the organic loading ratio had increased, the oxygen uptake rate increased as well. By considering this aspect, the theoretical equation, y_(1) = -5.65 + 1.23(1-e^(0.012X1)) of the organic loading ratio was derived where, y_(1) value was represented through applying IN to the oxygen uptake rate in order to infer the high relativity, and x_(1) value was the corresponding oxygen loading ratio. By applying this prediction equation, the measurement of oxygen uptake rate in the influential component enabled determining the organic loading ratio of the influent. The yield concentration of organic loading ratio should be completely eliminated and for this to be possible, it would be very important to calculate the inflow time relative to the organic loading ratio. By considering the concentration of the organic loading ratio consumed hourly, it enabled the derivation of the organic loading consumption equation as y_(2) = 0.418 + 1.62x_(2). Whereas, y_(2) value defined as the organic loading ratio and x_(2) value represented the corresponding inflow time. By applying this equation, the sufficient inflow time could be assigned and this allowed the organic loading to be discarded completely. The wastewater examination from the primary clarifier at "U municipal wastewater treatment" facility following the above procedures to evaluate the possibility of applying this to municipal wastewater demonstrated the result that all values were observed within 10% error range and thus, led to a determination that it was possible to apply on the wastewater. This experiment resolved the problems associated with the unstable drive due to the incomplete organic loading elimination from the influential site at the control system of the SBR. Moreover, it also contributed for the possibility of managing more efficient and stable water quality instead of employing the inefficient process which allowed the excessive retention time for the influent with low toxicant concentration.

연속반응에 대한 연속류 교반조 반응기의 동특성 및 제어

김종엽 서울大學校 大學院 1979 국내석사