0834월먹진짜최종

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environment practical affairs 환경실무코너 수질관리 폐수고도처리 연재 Ⅱ. 질소및인의처리기술 1. 생물학적인 질소제거공정 1-4-3. 설계인자 HRT : 5 8시간 ( 혐기성조 : 1.0 2.0시간, 1차무산소조 : 2.0 4.0시간, 2차무산소조 : 2.0 4.0시간, 호기성조 : 4.0 12.

1 environment practical affairs 환경실무코너 수질관리 폐수고도처리 연재 Ⅱ. 질소및인의처리기술 1. 생물학적인 질소제거공정 설계인자 HRT : 5 8시간 ( 혐기성조 : 시간, 1차무산소조 : 시간, 2차무산소조 : 시간, 호기성조 : 시간 ) SRT : 10 30일 F/M비 : kg BOD/MLVSS/d MLSS : 1,500 3,000mg/L 슬러지반송율 (RAS) : % 내부반송 (Nifrifier 반송 ) : % 내부반송 (Anoxic 반송 ) : % 장단점 인제거공정이최적화되어있어 A2/O, UCT 공법보다처리효율이안정 기존시설의고도처리변경시적용용이 건설비는표준활성슬러지법과유사하거나약간높은 (5 10% ) 수준임 내부순환을위한펌프사용량이많아유지관리비가높으며운전이복잡함 BOD/TN 비가낮은국내하수의처리에대한기술축적이되어있지않아외부탄소원의주입이필요할수있음 수온저하시효율이다소저하함 처리공정모식도 64 환경정보

2 환경실무코너 수질관리 1-5. VIP(Virginia Initative Plant) 공법 처리공정개요 혐기성조, 무산소조, 호기성조로구성 탈질을위한내부반송과무산소조에서혐기성조로의내부반송및침전지슬러지반송으로구성 공정유입수내의일부유기물혐기성지역에서혐기성분해공정의산소요구량을감소시키는효과가있음 처리효율 유기물질 BOD : 90% 이상, SS : 90% 이상 영양염류 TN : 50 75%, TP : 80% 이상 설계인자 HRT : 5 8시간 ( 혐기성조 : 시간, 무산소조 : 시간, 호기성조 : 시간 ) SRT : 5 10일 F/M비 : kg BOD/MLSS/d MLSS : 1,500 3,000mg/L 슬러지반송율 (RAS) : % 내부반송 (Nifrifier 반송 ) : % 내부반송 (Anoxic 반송 ) : % 장단점 A2/O, UCT 공법보다처리효율이안정적 반응조크기가적으므로경제적 기존시설의고도처리변경시적용용이 건설비는표준활성슬러지법과유사하거나약간높은 (5 10% ) 수준임 내부순환을위한펌프사용량이많아유지관리비가높으며운전이복잡 BOD/TN 비가낮은국내하수의처리에대한기술축적이되어있지않음 수온저하시효율이다소저하함 처리공정모식도 1-6. PhoStrip 및 PhoStripⅡ 공법 처리공정개요 PhoStrip 공법 생물학적처리공정중반송슬러지의일부가탈인조로유입후혐기성조건에서용출된인은상등수로서배출되고, 인이거의없어진활성슬러지는포기조로반송 인농도가높은상징액은석회 (Lime) 나기타응집제로처리후고액분리시킴 PhoStripⅡ 공법 질소제거를위하여 PhoStrip 공법을변형한것 인용출탱크앞에전단용출탱크를설치용출체류시간을증가시킴 환경정보 65

3 environment practical affairs Underflow의용해성 BOD를이용하여유입슬러지중의질산성질소를탈질 처리효율 유기물질 BOD : 90% 이상, SS : 90% 이상 영양염류 TN : 20 30%(PhoStripⅡ : 70 80%), TP : 90% 이상 설계인자 주처리공정 : 표준활성슬러지법과비슷 HRT : 4 10시간, SRT : 10 30일, F/M비 : kg BOD/MLSS/d, MLSS : 1,500 3,000mg/L, 반송율 (RAS) : 20 50% 탈인조 : HRT 8 12시간, 슬러지반송 : 10 20% 전단용출탱크 (Re stripper tank) 의 HRT : 약 2시간 장단점 연중안정적인방류수수질유지가가능 수온, 유입수질의변동에영향이적음 건설비는표준활성슬러지법보다약간높음 인제거를위하여석회를사용하므로유지관리비가높음 석회 Scale의방지대책이필요 처리공정모식도 1-7. SBR 처리공정개요 단일반응조에서정해진시간의배열에따라각단위공정이연속적으로일어남 유입 (Fill) 공정 반응 (React) 공정 침전 (Settle) 공정 배출 (Draw) 공정 휴지 (Idle) 공정의순 처리효율 유기물질 BOD : 85 90%, SS : 85 90% 영양염류 TN : 30 85%, TP : 30 70% 66 환경정보

4 1 2 환경실무코너 수질관리 설계인자 운전시간 (3 24시간) 및제어방법 MLSS : 2,000 3,000mg/L F/M비 : kg BOD/MLSS/d 반송율 : 반송없음 혐기지속시간 : hr 호기지속시간 : hr 장단점 침전지및반송이필요없음 반응조건을조절함에따라질소와인의제거 충격부하 (Shock load) 에비교적강함 시설이간단하여운전이용이함 토지가부족한소규모하수처리에주로적용 ( 주로 20,000 30,000m 3 / 일이하 ) 처리공정모식도 1-8. B3 공법 (Bio-Best-Bacillus sp.) 공법특징우리나라의하수처리장에현재적용되어있는공법은대부분이활성슬러지공법으로이는유기물제거에중점을둔공법으로현재여러문제가되고있는영양염류의제거에는그제거효율의한계가있다. 또한, 반응조를각각혐기조, 무산소조, 호기조로구분을하여각각설치운영되고있는공법보다기존의활성슬러지로운전되고있는처리장의보완시나신설처리장의적용시그비용및유지관리가타공법에비해저렴하고운전이용이한특징을가지고있다 공법의구성하수처리장하수처리장에서본공법은크게유입수를균등분배 하기위한분배조, 최초침전지, 반응조, 최종침전지로구성된다. 반응조는총 4개의실로구분되어각각의실에폭기및교반을위한산기관이설치되어있다. 분뇨 축산폐수처리장고농도의유기물질이처리장내로유입되기때문에 제 1 반응조와제 2 반응조로구성되어처리하고있다. 환경정보 67

1 environment practical affairs B3 공법의주공정도 1-8-2. 공법의영양물질제거원리질소제거원리 B3공법에의한질소제거공정아래에나타낸 4가지의과정에의해질소가제거된다.. 가.

5 1 environment practical affairs B3 공법의주공정도 공법의영양물질제거원리질소제거원리 B3공법에의한질소제거공정아래에나타낸 4가지의과정에의해질소가제거된다.. 가. 호기탈질에의한질소제거수소공여체로서유기물질이나황화합물을환원하여사용하는호기탈질에의한질소제거 호기성조건에서수소공여체가존재할경우 2NH 4 N2O 2 H 2 N 2 4H 2 O 2H ΔG = 435kJ/mol of NH 4 2NH 4 N2O 2 4[H] 2NH 2 OH 2H 2 O2H 2NH 2 OH N 2 2H 2 O2H 8NH 4 N6O 2 4N 2 12H 2 O8H Δ G= 316kJ/mol of NH 4 나. 동화작용에의한질소제거추가탄소원의공급없이바실러스속세균의세포합성과에너지대사에필요로하는 glutamine 합성효소의생산을위해암모니아성질소의형태로섭취하는동화작용에의한질소제거과정이다. NH 4 N 체내흡수 (Glutamine & Asparagine Amino Acid) 암모니아의동화작용의과정에관여하는것으로 Glutamate, 탈수소효소, 글루타민합성효소, 알라닌탈수소효소, 글루타민 알라닌아미노기전이효소가관여하는것으로알려져있다. Glutamin합성과정은 Glutamate dehydro -genase에의해 ammonium을 α ketoglutarate로이동하여 glutamate합성 Glutamine synthetase에의해 ammonium 을 glutamate로이동하여 glutamine을합성다. Anamox(Anaerobic ammonium oxidation) 에의한질소제거무산소상태에서전자수용체인아질산성질소나질산성질소에의해암모니아가산화되는 Anammox (Anaerobic ammonium oxidation) 공정에의해제거 5NH 4 N3NO 3 N 4N 2 9H 2 O2H ΔG= 297kJ/mol of NH 4 NH 4 NNO 2 N N 2 2H 2 O Δ G= 358kJ/mol of NH 4 68 환경정보

6 환경실무코너 수질관리 라. 일반적인질산화 탈질과정에의한질소제거대부분의유기물이나질소및인이제거되는포기조제1실의우점종은바실러스속세균이지만이외의절대적호기성세균인질산화미생물등이공존하는상태이므로질산화과정 탈질과정을경유하여질소가제거되는것을생각할수있다. 그러나실제현장에서 90% 이상의질소가제거되는포기조제1실에서측정한질산성질소의농도가저농도로측정되는것으로보아 B3공법에서질산화과정 탈질과정에의한질소제거는매우적음을알수있다. NH 4 N NO 2 N NO 3 N N 2 ΔG= 349 kj/mol of NH 4 2 인제거원리가. 물질대사에의한제거 ( 핵지질, 핵산, 단백질의구성성분으로섭취 ) 나. 포자화과정으로진행될때인산염보충 ( 알칼리성 Phosphatase 유전자를발현시킴 ) 다. 바실러스속세균의고균체농도에의한인의다량제거 ( 일반적인활성슬러지법과비교하여 배의고균체의농도를유지함으로서 P의다량제거 ) 2. 생물막공정일반적으로하 폐수처리공정은미생물의성장형태에따라부유식성장 (Suspended Growth) 과부착식성장 (Attached Growth) 으로나눌수있다. 부착식성장의경우에는관여하는미생물들이고정상또는이동상의매질에부착하여형성된생물막 (Biofilm) 을이용하여정화하는방법으로살수여상, RBC, 활성생물막 (Activated Biofilter), 유동상생물막 (Fluidized Bed Reactor) 등여러가지가있는데, 미국의경우하 폐수처리장에서생물막공정이차지하는비율이 30% 이상이나되는반면에우리의경우는거의 90% 이상의하수처리장이부유식성장에근거한활성슬러지공정을사용하고있다 생물막공법에의한질소 인제거공정 생물막공법의기본이론생물막은입자표면에부착되어있는미생물로구성되며미생물세포와여러가지생성물로구성되어있다 (Marshall, 1992). 생물막은유기고분자겔속에갇혀있는살아있는미생물과유기고분자겔로서고려될수있다 (Flemming, 1993). 생물막자체는흡착력이매우강하고물이 95% 이상인다공성구조이며, 매트릭스내에서무기물질을포획하기도한다. 생물막은젖어있는모든표면에서성장한다. 특히유기물질이박테리아에정상적으로공급되는유수계 (flowing system) 에서빠르게형성된다 생물막형성과정생물막공정에서생물막형성과정은유기물의흡착, 미생물의이동과부착, 미생물의증식에따른생물막의탈리와같은과정을거치며이루어진다. 각각의생물막은다양한계면을통한물질전달과정과지지매체에생물막이축적되는과정으로분류할수있다. 따라서생물막형성은다음의물리적, 화학적, 생물학적공정을거쳐서형성된다고할수있다. 먼저유기물분자가지지매체에축적되어 조절된담체표면 (Conditioed substratum) 을형성한다. 부유하는형태의미생물세포가벌크유체로부터조절된담체표면으로이동된다. 담체에도달한세포층일부분이가역적으로담체에부착하였다가탈착한다. 이과정을가역부착이라고한다. 탈착은주로유체의전단력에의해발생되지만, 다른물리적, 화학적또는생물학적요소들도영향을미칠수있다. 가역적으로흡착된세포중일부는어느일정기간이상고정화되고비가역적으로부착된다. 비가역적으로부착된세포는벌크유체로부터기질과영양염을이용하여성장함에따라생물막 환경정보 69

environment practical affairs 세포수가증가하고다른신진대사후생성물을만드는데, 이중일부분은배출된다. 이러한생성물의한종류가생물막을결합시켜주는세포의고분자물질이다. 그러므로생물막축적은벌크유체의기질에너지를소모하는미생물대사과정을통하여축적된다. 세포와다른입자성물질이생물막에부착되어생물막축적을증가시킨다. 생물막의일부분이탈착되어벌크유체에서부유하게된다.

7 environment practical affairs 세포수가증가하고다른신진대사후생성물을만드는데, 이중일부분은배출된다. 이러한생성물의한종류가생물막을결합시켜주는세포의고분자물질이다. 그러므로생물막축적은벌크유체의기질에너지를소모하는미생물대사과정을통하여축적된다. 세포와다른입자성물질이생물막에부착되어생물막축적을증가시킨다. 생물막의일부분이탈착되어벌크유체에서부유하게된다. 여기서탈리 (detachment) 는생물막으로부터세포외고분자물질의유실을의미하나, 탈착 (desorption) 은담체표면으로부터미생물과세포외고분자물질의유실을의미한다. 탈리는침식이나탈락에의한손실을말하며, 미생물증식과정중딸세포를벌크유체상으로방출할수도있다. Marshall(1971) 등은부착과정이상대적으로두단계로구성되어있다고제안하였다. 첫번째단계는매우빨리일어나부착능이상대적으로약하고가역적이며운동상태를유지하면서세포와접촉표면사이에서서로잡아당기는 Van der Waal s 인력과전자층 (Electron layer) 의척력이작용하여양자사이에는좁지만일정한간극이존재한다고하였다. 이에반해두번째단계는비가역적인단단한부착으로써적어도 3시간의잠복기간을필요로하며, 이단계에서는부착상태에있는생물막을흐르는물에서세척을하여도부착된표면으로부터생물막이떨어지지않는다 생물막구조 < 그림 1> 에나타난바와같이생물막은두가지다른구조로형성되어있다. 기초막 (Base film) : 독특한성분이연속적인고체모형 (matrix) 을형성 표면막 (Surface film) : 다소불연속적이고사상성구조를형성 그림 1 Schematic diagram of base and surface film 생물막은표면막이나기초막하나로이루어지거나두부분의조합으로이루어진다. 표면막은생물막벌크액체계면근처에서의불균일한생물막영역으로정의된다. 표면막은거칠고점탄성표면 (visco-elastic) 을가지며, 유체의마찰저항을받는다. 표면막에유기물이나무기물이전달된다. Suschka(1987) 는살수여상공정에는두개의생물막층 ( 기초막과표면막 ) 이존재하며, 기초막의공극율과표면막의공극율이다르다고주장하고, 표면막층에서는액체가자유로이움직일수있고, 기초막에서는생물막내로포획되어흐른다고하였다. 기초막에는세포와고분자가연속적으로축적되고표면막보다밀도가높아서전달현상이제한되어영양물질수송은분자확산에의해지배된다. 자료제공 : 환경보전협회환경연수부다음호에계속 70 환경정보

08일이월먹최종

08일이월먹최종 environment practical affairs 환경실무코너 수질관리 폐수고도처리 연재 Ⅰ. 고도처리 1. 하수의고도처리 활성오니법을주체로한종래의 2차처리로보기보다는고도로정화된처리수를얻기위해필요한처리법전체를의미하는용어로해석되고있다. 종래에는 2차처리후에부가되는주로물리화학처리의여러과정을 3차처리라고총칭해왔다. 2차처리인생물학적처리가개선되어고도처리수를얻는기술이일반화됨에따라종래의