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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 발행연도
- 2016
- 저작권
- 동의대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수5
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우리나라 섬유염색 산업에서 발생되는 폐수는 염료, 조제, 화학약품 등의 난분해성 물질이 함유되어 있고 그 발생량과 배출특성으로 볼 때 공공수역에 미치는 영향이 아주 크다. 최근에는 다품종 소량의 조업 특성에 따라 성상이 복잡 다양해지고 환경규제도 강화되고 있어 적절한 대책이 요구되고 있다.
이에 염색폐수 성상의 변화와 미래의 환경규제 강화를 수용하면서 산업의 경쟁력을 지원할 수 있는 생태효율이 높은 새로운 폐수처리 방식의 도입이 필요하며, 기존의 활성슬러지방식 보다 제반 운전특성이 우수하며 운전비용도 크게 절감할 수 있는 유동상 생물막 방식이 그 대안이 될 수 있다고 본다.
하지만 염색폐수의 처리에 유동상 생물막 방식을 적용하여 운영하는 사례가 없어 부득이 실험실 규모에서부터 단계별로 처리용량을 확대하면서 생물막의 유동화 특성과 처리효율의 최적화 연구를 수행하고, 최종적으로 음식물폐수를 염색폐수에 부족한 탄소원으로 병합처리 하는 대용량 실증연구를 수행하였다.
본 논문은 정부의 “하·폐수 고도처리 및 핵심 요소기술개발 실증연구”에서 수행한 연구결과를 토대로 하여 최근까지 장기간에 걸친 신뢰성 운전실적을 종합하여 작성한 10,000 톤/일 규모의 “유동상 생물막 공정을 이용한 염색폐수와 음식물폐수의 병합처리”에 관한 것으로 주요 연구내용은 다음과 같다.
○ 10,000톤/일의 대용량 유동상 생물막 실증플랜트를 구축하고 염색폐수와 음식물폐수의 병합처리 운전을 약 3년 8개월 동안 장기간 수행한 결과, 현장에 유입되는 음식물폐수와 염색폐수의 성상과 운전조건의 변동 등에도 어려움 없이 최종 처리수질을 배출허용기준 이내로 유지할 수 있었다.
○ 음식물폐수의 병합비율에 따라 병합원수의 농도와 성상의 변화는 매우 다양하게 나타났으며, 음식물폐수를 염색폐수의 약 1.0% 또는 이하로 병합처리 하는 경우는 전 운전범위에 걸쳐 안정적으로 유지되었으나, 1.5% 이상 병합하는 경우는 추가 보완연구가 필요한 것으로 나타났다.
○ 음식물폐수를 염색폐수의 약 1%를 병합처리 할 경우, COD 처리효율은 82∼89% 수준으로 염색폐수 단독처리 시의 약 68% 수준보다 높았으며, 색도는 음식물폐수 병합에 따른 미생물 군집의 다양성 등으로 51∼58%로 유지되어 별도의 2차적인 화학처리 없이 배출허용기준을 준수하였다.
○ 본 유동상 생물막 병합처리 방식을 기존 활성슬러지방식의 30,000톤/일 규모로 환산하여 비교하면, 연간 약 15억원의 원가절감과 약 4,033 ton CO2eq/년의 온실가스 저감효과가 있으며, 병합처리 후 증가되는 슬러지를 연료화 할 경우 약 3,200 tonCO2eq/년의 추가 감축효과가 기대된다.
대부분의 오염물질은 그 성분과 성상을 잘 고려하면 생물학적인 처리가 가능하므로, 이러한 사유에서 “미생물에 의한 오염물질 폐수처리”라는 개념보다는 “환경오염 물질을 이용한 미생물 양식(배양)”의 개념으로 인식 전환이 요구되며, 이러한 변화와 함께 대용량 유동상 생물막 병합처리 기술이 미래의 환경산업의 융·복합 기술개발에 핵심 인프라 기술로 널리 활용되어지기를 기대한다.
이에 염색폐수 성상의 변화와 미래의 환경규제 강화를 수용하면서 산업의 경쟁력을 지원할 수 있는 생태효율이 높은 새로운 폐수처리 방식의 도입이 필요하며, 기존의 활성슬러지방식 보다 제반 운전특성이 우수하며 운전비용도 크게 절감할 수 있는 유동상 생물막 방식이 그 대안이 될 수 있다고 본다.
하지만 염색폐수의 처리에 유동상 생물막 방식을 적용하여 운영하는 사례가 없어 부득이 실험실 규모에서부터 단계별로 처리용량을 확대하면서 생물막의 유동화 특성과 처리효율의 최적화 연구를 수행하고, 최종적으로 음식물폐수를 염색폐수에 부족한 탄소원으로 병합처리 하는 대용량 실증연구를 수행하였다.
본 논문은 정부의 “하·폐수 고도처리 및 핵심 요소기술개발 실증연구”에서 수행한 연구결과를 토대로 하여 최근까지 장기간에 걸친 신뢰성 운전실적을 종합하여 작성한 10,000 톤/일 규모의 “유동상 생물막 공정을 이용한 염색폐수와 음식물폐수의 병합처리”에 관한 것으로 주요 연구내용은 다음과 같다.
○ 10,000톤/일의 대용량 유동상 생물막 실증플랜트를 구축하고 염색폐수와 음식물폐수의 병합처리 운전을 약 3년 8개월 동안 장기간 수행한 결과, 현장에 유입되는 음식물폐수와 염색폐수의 성상과 운전조건의 변동 등에도 어려움 없이 최종 처리수질을 배출허용기준 이내로 유지할 수 있었다.
○ 음식물폐수의 병합비율에 따라 병합원수의 농도와 성상의 변화는 매우 다양하게 나타났으며, 음식물폐수를 염색폐수의 약 1.0% 또는 이하로 병합처리 하는 경우는 전 운전범위에 걸쳐 안정적으로 유지되었으나, 1.5% 이상 병합하는 경우는 추가 보완연구가 필요한 것으로 나타났다.
○ 음식물폐수를 염색폐수의 약 1%를 병합처리 할 경우, COD 처리효율은 82∼89% 수준으로 염색폐수 단독처리 시의 약 68% 수준보다 높았으며, 색도는 음식물폐수 병합에 따른 미생물 군집의 다양성 등으로 51∼58%로 유지되어 별도의 2차적인 화학처리 없이 배출허용기준을 준수하였다.
○ 본 유동상 생물막 병합처리 방식을 기존 활성슬러지방식의 30,000톤/일 규모로 환산하여 비교하면, 연간 약 15억원의 원가절감과 약 4,033 ton CO2eq/년의 온실가스 저감효과가 있으며, 병합처리 후 증가되는 슬러지를 연료화 할 경우 약 3,200 tonCO2eq/년의 추가 감축효과가 기대된다.
대부분의 오염물질은 그 성분과 성상을 잘 고려하면 생물학적인 처리가 가능하므로, 이러한 사유에서 “미생물에 의한 오염물질 폐수처리”라는 개념보다는 “환경오염 물질을 이용한 미생물 양식(배양)”의 개념으로 인식 전환이 요구되며, 이러한 변화와 함께 대용량 유동상 생물막 병합처리 기술이 미래의 환경산업의 융·복합 기술개발에 핵심 인프라 기술로 널리 활용되어지기를 기대한다.
목차
I. 서론1.1 연구배경 11.2 연구목적 21.3 연구내용 3II. 문헌 연구2.1 염색폐수와 음식물폐수의 환경영향과 특성 52.1.1 국내 섬유염색산업의 폐수발생량과 수계영향 52.1.2 염색가공공정에서 발생되는 폐수의 성상과 특성 62.1.3 음식물폐수의 환경적 영향과 일반적 성상 122.2 유동상 생물막(MBBR) 기술의 현황과 특성 152.2.1 MBBR 공정의 국내·외 기술 동향 152.2.2 연구에 적용된 MBBR 담체의 사양과 특성 182.2.3 MBBR 기술의 일반적인 특성과 우수성 19III. MBBR의 유동화 특성과 운전인자 고찰3.1 20 L/day Lab-scale MBBR 유동화 및 운전특성 203.1.1 연구개요 203.1.2 장치 및 방법 203.1.3 결과 및 고찰 213.2 합성폐수 부하에 따른 MBBR 운전특성 평가 243.2.1 연구개요 243.2.2 장치 및 방법 243.2.3 결과 및 고찰 243.3 염색폐수에 적용한 MBBR 특성변화 283.3.1 연구개요 283.3.2 장치 및 방법 283.3.3 결과 및 고찰 28IV. PEMT MBBR 염색폐수 단독처리 최적화 모델링4.1 10 톤/일 MBBR 염색폐수 단독처리 운전특성 304.1.1 연구개요 304.1.2 장치 및 방법 304.1.3 결과 및 고찰 334.2 200 톤/일 MBBR 염색폐수 단독처리 운전특성 474.2.1 연구개요 474.2.2 장치 및 방법 474.2.3 결과 및 고찰 534.3 200 톤/일 MBBR 염색폐수 처리효율 개선연구 664.3.1 연구개요 664.3.2 장치 및 방법 664.3.3 결과 및 고찰 66V. PEMT MBBR 염색폐수 및 음식물폐수 병합처리5.1 10 톤/일 pilot MBBR 음식물폐수 병합처리 운전특성 695.1.1 연구개요 695.1.2 장치 및 방법 695.1.3 결과 및 고찰 705.2 200 톤/일 MBBR 음식물폐수 병합처리 운전특성 795.2.1 연구개요 795.2.2 장치 및 방법 795.2.3 결과 및 고찰 80VI. 대용량 MBBR에 적합한 적정 DO 공급장치6.1 대용량 MBBR에 적합한 DO 공급방안 고찰 896.1.1 연구개요 896.1.2 장치 및 방법 906.1.3 결과 및 고찰 916.2 대용량 MBBR 산기방식 및 음식물폐수 병합비율 1036.2.1 산기방식의 종류별 산소 전달효율 측정 1036.2.2 산기방식별 최대 허용 BOD 부하량 계산 104VII. 10,000 톤/일 MBBR에서의 음식물폐수 병합처리 실증화7.1 10,000 톤/일 MBBR의 염색폐수 단독처리 결과 1087.1.1 연구개요 1087.1.2 장치 및 방법 1087.1.3 결과 및 고찰 1117.2 10,000 톤/일 MBBR의 염색폐수와 음식물폐수 병합처리 1167.2.1 연구개요 1167.2.2 장치 및 방법 1167.2.3 결과 및 고찰 1177.3 10,000 톤/일 MBBR의 음식물폐수 병합처리 효과 1277.3.1 염색폐수와 음식물폐수 병합처리 경제성 평가 1277.3.2 대용량 MBBR의 온실가스 저감효과 1307.3.3 관련 환경분야의 인프라 기술로의 발전 가능성 130VIII. 결론8.1 결론 1318.2 활용과 전망 135참고 문헌 136ABSTRACT 140감사의 글 142
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