연속회분식공정에 의한 축산폐수의 최적처리에 관한 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

(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.

국문 초록 (Abstract)

(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.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• Ⅱ. 이론적 배경 3
• 1. 축산폐수의 발생량과 특성 3
• 1.1 축산폐수발생 및 처리현황 3
• 1.2 축산폐수 공공처리시설의 현황 5
• 2. 공기탈기공정 7
• 3. 연속회분식반응(SBR)공정 8
• 3.1 연속회분식반응(SBR)공정에 대한 이론 8
• 3.2 SBR공정의 특징 11
• 3.3 Bio-ceramic담체의 효과 13
• Ⅲ. 실험장치 및 방법 16
• 1. 시료폐수의 특성 16
• 2. 실험장치 및 운전조건 17
• 2.1 공기탈기공정 17
• 2.2 SBR공정 19
• 2.2.1 SBR공정의 운전조건 19
• 2.2.2 원수의 충진율평가 21
• 2.2.3 pH 및 온도의 영향 21
• 2.2.4 원수의 주입방법에 대한 영향 22
• 3. 실험방법 22
• 3.1 공기탈기공정 22
• 3.2 SBR공정 22
• 4. 분석 23
• Ⅳ. 결과 및 고찰 25
• 1. SBR에서 Bio-ceramic담체의 영향 25
• 2. SBR에서 pH의 영향 29
• 3. SBR에서 온도의 영향 32
• 4. 원수의 주입방법에 대한 영향 35
• 4.1 SBR공정에 원수를 연속식으로 주입하는 경우 35
• 4.2 무산소 반응기간에만 간헐식으로 주입하는 경우 39
• Ⅴ. 결 론 45
• 참고문헌 47
• 영문초록 52
• 국문초록 54