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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 이태진
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수14
이 논문의 연구 히스토리 (2)
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본 연구에서는 연속식 회분반응기(SBR)의 단점을 보완하기 위하여 개발된 Internal circulation sequencing batch reactor(IC-SBR)을 이용하여 고농도로 유입되는 질소 및 인의 처리효율을 향상시키고자 한 것으로, IC-SBR은“침전”
과정에서 압밀된 슬러지 하단부에 분배관을 통해 상등액과 원수를 혼합하여 유입함으로서 먼저 처리된 상등액으로 인한 유입수의 혼합효과가 일어나 유입농도를 희석함으로서 처리효율을 높일 수 있는 공정으로 전탈질을 도모하게
되어 반응조 내 용존 산소의 농도가 낮을수록 탈질율을 증대할 수 있으며, 본장치는 교반이 없이 상등액을 표면 하단부에서 흡입하고 유입수와 혼합하여 압밀 슬러지 층으로 하단 주입하므로 표면의 교란이 없어 산소 투과율을 최소화 할 수 있으며 혼합된 유입수와 상등액은 압밀 슬러지층을 통과하므로 고도로 농축된 슬러지 층에서 산소소모율을 높일 수 있는 장점이 있다. 하지만 기 개발된 IC-SBR의 경우 전체면적에서 상등액이 슬러지를 이용할 수 있도록 하는 내부순환관의 개선이 필요하며, 후탈질의 과정에서 유기물의 부족으로 처리효율이 떨어지는 것을 방지하기 위한 다단계유입을 추가하여 후
탈질의 처리효율을 높이는 것을 목적으로 하였다. 실험 결과 내부순환관 유출구의 위치 및 흐름방향, 내부순환관의 재배열 등을 적용하여 개선된 내부순환관으로 반응조를 구현하여 운전한 결과 비포기 구간에서 기존의 SBR운영보다 더 빠르게 용존산소가 제거됨을 확인하였으며 탈질반응 역시 처리효율이 약 68% 증가함을 나타내었다. 이는 기존 SBR에서 비포기구간 운영 시 교반보다 내부순환이 외부 산소와의 접촉을 차단시켜 보다 빠르게 무산소 조건에 도달 시킨다고 보여진다. 또한 기존의 SBR과 달리 탈질과정 시 부족한 유기물을 보충하기 위한 수단으로 다단계 유입을 실시한 결과 다단계 유입을 진행할수록 보다 낮은 유출수 농도를 가질 수 있음을 확인하였으며, C/N비, MLSS농도에 따라 최적 유입 비율이 달라져 C/N비 3이상, 3차 다단계 유입 시 가장 높은 효율의 질소 제거효율을 가지는 것을 확인하였다. 이로써 하수처리장의 다양한 유입 원수 성상에 따른 반응조의 운영 sequence를 제공할 수 있으며, 그 때의 처리효율을 미리 예측하고 대비할 수 있다.
한편, 반응조 운전 후 침전 전 단계에 포기구간을 삽입함으로써 비포기 구간 에서 생성된 인의 흡수와 침전기능의 향상을 도모하였다. 그 결과 인의 처리효율은 눈에 띄게 감소하여 최고 99%까지 처리되었으며, 슬러지의 침전성능을 SVI값을 활용하여 나타낸 결과 간헐포기를 진행 한 경우 SVI값이 70으로 현저하게 감소하여 약 53% 침전성능이 향상되었다. 이로써 간헐포기의 삽입을 통해 하수의 고도처리가 원활하게 이루어질 수 있음을 확인하였으며 침전성능의 향상은 유입과 유출이 한 반응조에서 이루어지는 SBR의 구조 상 보다 많은 처리 유량을 설정할 수 있어 반응조 대비 높은 처리용량을 가지는 반응조를 설계할 수 있다. Lab-scale의 IC-SBR 반응조를 토대로 Pilot-scale IC-SBR반응조를 구현하여 실제 하수처리장의 유입 원수를 이용하여 실험을 진행한 결과 내부순환관을 통해 전체적면으로 반응조 상등액이 순환함을 확인하였으며 용존산소의 감소 및 전탈질 효율이 증대됨을 확인하였다. 또한 다단계 유입을 통해 다단계 유입 시의 처리효율을 산출한 결과 약 17%의 처리효율이 증대됨을 확인하였다.
과정에서 압밀된 슬러지 하단부에 분배관을 통해 상등액과 원수를 혼합하여 유입함으로서 먼저 처리된 상등액으로 인한 유입수의 혼합효과가 일어나 유입농도를 희석함으로서 처리효율을 높일 수 있는 공정으로 전탈질을 도모하게
되어 반응조 내 용존 산소의 농도가 낮을수록 탈질율을 증대할 수 있으며, 본장치는 교반이 없이 상등액을 표면 하단부에서 흡입하고 유입수와 혼합하여 압밀 슬러지 층으로 하단 주입하므로 표면의 교란이 없어 산소 투과율을 최소화 할 수 있으며 혼합된 유입수와 상등액은 압밀 슬러지층을 통과하므로 고도로 농축된 슬러지 층에서 산소소모율을 높일 수 있는 장점이 있다. 하지만 기 개발된 IC-SBR의 경우 전체면적에서 상등액이 슬러지를 이용할 수 있도록 하는 내부순환관의 개선이 필요하며, 후탈질의 과정에서 유기물의 부족으로 처리효율이 떨어지는 것을 방지하기 위한 다단계유입을 추가하여 후
탈질의 처리효율을 높이는 것을 목적으로 하였다. 실험 결과 내부순환관 유출구의 위치 및 흐름방향, 내부순환관의 재배열 등을 적용하여 개선된 내부순환관으로 반응조를 구현하여 운전한 결과 비포기 구간에서 기존의 SBR운영보다 더 빠르게 용존산소가 제거됨을 확인하였으며 탈질반응 역시 처리효율이 약 68% 증가함을 나타내었다. 이는 기존 SBR에서 비포기구간 운영 시 교반보다 내부순환이 외부 산소와의 접촉을 차단시켜 보다 빠르게 무산소 조건에 도달 시킨다고 보여진다. 또한 기존의 SBR과 달리 탈질과정 시 부족한 유기물을 보충하기 위한 수단으로 다단계 유입을 실시한 결과 다단계 유입을 진행할수록 보다 낮은 유출수 농도를 가질 수 있음을 확인하였으며, C/N비, MLSS농도에 따라 최적 유입 비율이 달라져 C/N비 3이상, 3차 다단계 유입 시 가장 높은 효율의 질소 제거효율을 가지는 것을 확인하였다. 이로써 하수처리장의 다양한 유입 원수 성상에 따른 반응조의 운영 sequence를 제공할 수 있으며, 그 때의 처리효율을 미리 예측하고 대비할 수 있다.
한편, 반응조 운전 후 침전 전 단계에 포기구간을 삽입함으로써 비포기 구간 에서 생성된 인의 흡수와 침전기능의 향상을 도모하였다. 그 결과 인의 처리효율은 눈에 띄게 감소하여 최고 99%까지 처리되었으며, 슬러지의 침전성능을 SVI값을 활용하여 나타낸 결과 간헐포기를 진행 한 경우 SVI값이 70으로 현저하게 감소하여 약 53% 침전성능이 향상되었다. 이로써 간헐포기의 삽입을 통해 하수의 고도처리가 원활하게 이루어질 수 있음을 확인하였으며 침전성능의 향상은 유입과 유출이 한 반응조에서 이루어지는 SBR의 구조 상 보다 많은 처리 유량을 설정할 수 있어 반응조 대비 높은 처리용량을 가지는 반응조를 설계할 수 있다. Lab-scale의 IC-SBR 반응조를 토대로 Pilot-scale IC-SBR반응조를 구현하여 실제 하수처리장의 유입 원수를 이용하여 실험을 진행한 결과 내부순환관을 통해 전체적면으로 반응조 상등액이 순환함을 확인하였으며 용존산소의 감소 및 전탈질 효율이 증대됨을 확인하였다. 또한 다단계 유입을 통해 다단계 유입 시의 처리효율을 산출한 결과 약 17%의 처리효율이 증대됨을 확인하였다.
목차
목 차요약표목차그림목차기호설명Ⅰ. 서 론 11. 연구의 배경 및 목적 12. 연구 내용 3Ⅱ. 이론적 배경 41. 하수 고도처리의 필요성 41.1 국내 하수 고도처리시설의 운영현황 41.2 하수 고도처리시설의 유지보수 현황 71.3 하수 고도처리시설 유출수의 질소농도 규제 정책의 변화 82. 생물학적 하수 고도처리 142.1 생물학적 하수처리의 배경 142.2 생물학적 질소인 제거 발전 과정 152.3 생물학적 질소(Nitrogen) 제거 172.4 생물학적 인(Phosphorus) 제거 392.5 생물학적 질소인 제거 기술 573. 연속식 회분반응기(Sequence Batch Reactor; SBR) 663.1 연속식 회분반응기의 주요 특징 663.2 국내외 기술 보급 현황 693.3 변형된 연속식 회분반응기 공법 74Ⅲ. 실험 장치 및 실험 방법 761. 실험장치 761.1 Lab-scale 내부순환 연속식 회분반응조(IC-SBR) 761.2 등압분할법을 이용한 내부순환관의 설계 771.3 내부순환 연속식 회분반응조(IC-SBR)의 pilot plant 822. 내부순환 연속식 회분반응조(IC-SBR)의 운전방법 832.1 유입 원수의 성분조성 832.2 운전방법 842.3 분석방법 86Ⅳ. 실험 결과 및 고찰 871. 내부순환에 따른 질소 제거율 평가 871.1 등압분할법을 이용한 내부순환관의 설계 871.2 SBR과 IC-SBR의 처리효율 평가 902. 다단계 유입을 통한 고농도 질소 제거 922.1 C/N비 2.25일 때의 질소 제거 양상 932.2 C/N비 3일 때의 질소 제거 양상 962.3 C/N비 4.5일 때의 질소 제거 양상 993. C/N비에 따른 다단계 유입 시 원수 주입비율 산정 1023.1 질소 제거율 산정 1023.2 시간에 따른 질산화량 및 탈질량 산정 1033.3 C/N비 및 다단계 유입에 따른 주입비율 산정 1054. IC-SBR 운영 시 간헐 포기를 통한 인의 흡수 및 침전기능의 향상 1084.1 간헐 포기를 통한 인의 흡수 양상 1084.2. 간헐 포기를 통한 슬러지의 침전 기능의 향상 1105. IC-SBR의 Pilot plant 111Ⅴ. 결론 116참고문헌 118영문초록(Abstract) 127
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