현재 강화된 방류수 수질 기준에 발맞춰 질소 인 제거를 포함한 고도처리 공정을 건설 중이거나 기존 표준활성슬러지 공정에서 고도처리공정으로의 개선이 추진되어지고 있다. 그러나 다양한 고도처리공정의 적용을 검토함에 있어 제거 효율 측면에서의 단순 평가만이 사용되고 있다. 따라서 고도처리공정 적용 시 제거 효율 뿐 아니라 슬러지 생산, 포기 비용 등을 복합적으로 평가할 수 있는 방법이 필요하였다. 따라서 본 연구에서는 표준활성슬러지 공정으로 운영 중인 S 하수처리장을 Biological nutrient removal(BNR) 공정으로 개선할 경우를 가정한 대안 공정 평가 방법을 제안하였다. 시간적, 비용적 장점을 가지며 객관적인 평가 기준으로 대두되고 있는 수학적 모델을 이용한 시뮬레이션을 통해 대안 공정으로 선정된 Anaerobic/anoxic/oxic ($A^2$/O), Virginia initiative plant (VIP), Daewoo nutrient removal (DNR) 공정에 대해 평가하였다. 시뮬레이션 결과를 바탕으로 공정의 처리 성능 뿐 아니라 슬러지 생산량 및 에너지 효율을 포함한 5가지 성능 지수들을 적용함으로써 개별 항목간의 비교 평가가 가능하였으며, 최적 공정을 제시하기 위한 객관적 판단과정을 퍼지 추론을 통하여 구현하였다.
The amount of waste water generated from the domestic sources is consistently increasing in proportion to economic growth, and the conventional activated sludge process is widely being used for general waste water treatment. But the ministry of environment becomes stringthent treatment standards of N and P (less than 20mg/L of N, 2mg/L of P) to prevent the eutrophication of lake water, and therefore highly advanced treatment technology is required not only in the existing treatment plants where the activated sludge process is being used, but also in newly constructed treatment plants for the treatment of N and P. This study is aimed at highly operating the engineering technology method was developed by domestic to eliminate N and P at the same time. Experiments were conducted in the treatment plant located in Yong In city. The bioreactor was started from the principal equipment for the elimination of N and P and the elimination of organic compounds. It consists of an internal recycle piping from the end of the aerobic tank to the anoxic tank and external recycle piping from the final settling basin to the denitrification tank. By experiment of 4 types separate inflow of waste water to the denitrification tank and the anaerobic tank, and changes in staying time at the anoxic tank and the aerobic tank, the elimination of organic compounds in each type and the relationship in the efficiency between the elimination of N and P were researched.
Where an activated sludge system needs to be converted to biological nutrient removal(BNR) system, the secondary clarifier must handle higher MLSS from bioreactor since nitrification in BNR system that requires higher SRTs than activated sludge system. Either increase the clarifier size or modification of clarifier physical structure is required to cope with MLSS surge. One of recommended structural modification is the insertion of Lamellar within clarifier. In this study, two clarifiers - one has Lamellar structure inserted and the other does not - were used to compare the effect of Lamellar in solid/liquid separation. Same MLSS was fed to both clarifiers and concentrations of MLSS were varied. With all MLSS concentrations, attachment of MLSS on Lamellar was observed and it was found that detached MLSS caused the higher effluent SS concentrations than that of non-Lamellar clarifier effluent. From these results, Lamellar should not be inserted in clarifier to handle MLSS from BNR processes and the recommendation must be withdrawn.
본 연구는 여재가 모래와 무연탄인 복층 중력식 급속여과법으로 BNR(biological nutrient removal) 공정 유출수를 처리할 때 여과율의 변화에 따른 오염물질 제거효율 및 여층 깊이별 처리수질을 파악하기 위하여 수행되었다. Pilot scale의 4-stage BNR 공정 유출수를 200, 300 및 400 m/day의 여과율로 급속여과시킨 결과, 처리수는 2.6 NTU 이하의 탁도를 나타내어 우리나라의 중수도 제한수질인 5.0 NTU를 만족하였다. 여과율이 200, 300 및 400 m/day로 증가함에 따라 SS 제거효율은 각각 80.6, 75.4 및 68.9%로 감소하는 경향을 보였지만, 여과수는 모든 여과율에서 유입수의 수질변화에 큰 영향을 받지 않고 평균 1.3 mg/L의 SS 농도를 보였다. 생물학적 작용에 의하여 영양염류도 제거되었는데, 200, 300 및 400 m/day의 여과율에서 질산화효율이 각각 17.4, 18.8 및 14.3%, 그리고 탈질효율이 각각 32.3, 27.7 및 21.4%로, 질산화와 탈질이 동시에 일어났다. 여과주기의 후반기에는 여층 내의 DO가 결핍됨에 따라 인의 재용출이 일어남으로써 유출수의 T-P 농도가 유입수에 비하여 6.1~21.4% 증가하였다.
A batch and a continuous type experiments were conducted to test the conditions for simultaneous phosphorus release and uptake, and denitrification, taking place in one process. The bacteria able to denitrify as well as to remove phosphorus were evaluated for the application to biological nutrient removal(BNR) process. In the batch-type experiment, simultaneous reactions of phosphorus release and uptake, and also denitrification were observed under anoxic condition with high organic and nitrate loading. However the rate and the degree of P release were lower than that occurred under anaerobic condition. BNR processes composed of anaerobic-anoxic-oxic(AXO), anoxic-anaerobic-oxic(XAO) and anoxic-oxic(XO) were operated in continuous condition. The anoxic reactors in each process received nitrate loading. In the AXO process, P release in anaerobic reactor and the luxury uptake in oxic reactor proceeded actively regardless to nitrate loading. However in XAO and XO processes, P release and luxury uptake occurred only with the nitrate loading less than $0.07\;kg{NO_3}^--N$/kgMLSS-d. With higher nitrate load, P release increased and the luxury uptake decreased. Therefore, it appeared that the application of denitrifying phosphorus-removing bacteria (DPB) to BNR process must first resolve the problem with decrease of luxury uptake of phosphorus in oxic reactor.
생물학적 질소 및 인을 제거하기 위한 경제적인 공법인 간헐 폭기 MBR공법은 내부순환이 없고, 간헐반응조 폭기 시간 조절을 통해서 반응시간을 조절할 수 있는 장점이 있다. 본 연구에서는 신기술로 인증 받은 폭기에너지 절약 공법인 신 간헐폭기-MBR공법, 그리고 간헐반응조 폭기/비포기 주기가 1시간/1시간 및 4시간/4시간인 일반적인 간헐 폭기 MBR공법에 있어서의 처리성을 컴퓨터시뮬레이션을 통해서 평가하였다. 폭기 주기가 1시간/1시간인 간헐폭기 MBR공법의 경우, 폭기 시 최대 용존산소 농도가 0.23mg/L가 되어, 동시 질산화/탈질 반응이 수행되는 것으로 나타나 질소와 인 제거 효율은 각각 57.0%, 55.0%로 가장 높았다. 본 연구는 유입수질이 일정한 경우에 있어서의 시뮬레이션을 수행하였으며, 각 시스템에 있어서의 실 처리장 적용성을 파악하기 위해서는 유입수질 변동에 따른 처리성을 평가할 필요가 있는 것으로 나타났다.
Laboratory scale experiments were conducted to investigate the removal characteristics of nitrogen and phosphorus in two sequencing batch biofilm reactors (SBBRs). SBBR1 had a short first non-aeration period and SBBR2 had a long first non-aeration period. The removal characteristics of nitrogen and phosphorus in each SBBR were precisely observed according to the variation of influent TOC concentration, and the operation control parameters (pH, DO concentration, ORP) in each reactor were measured. In biological nitrogen removal, there was little difference between SBBR1 and SBBR2 and the nitrogen removal efficiencies were very low. The nitrogen and phosphorus removal characteristics in high influent TOC concentration were different from those in low TOC. Nitrogen removals by simultaneous nitrification/denitrification (SND) were occurred in both SBBR1 and SBBR2. The P removal in SBBR1 was superior to that in SBBR2. The second P release was observed in SBBR1 which had long second non-aeration period.
In this study, we investigated the possibility of auto control and the proper operating factors in the BNR(Biological Nutrient Removal) process using an NADH(Reduced Nicotinamide Adenine Dinucleotide) fluorometer, which characterized the emitted fluorescence when activated by flashes of UV light at 460 nm. In terms of finding adequate operating parameters, results indicted that nitrification efficiency decreased in the controlled DO while denitrification efficiency decreased in the controlled pH. The above results indicated that controlled operating condition after combination with NADH, DO and pH was resonable. Result obtained from the correlation between NADH and pH showed that variation trend of influent loading was similar to those of NADH and pH, and also the variation cycle was repeated on a daily basis. Consequently, this result showed the increase of BOD loading caused the nitrification efficiency to decrease because air-flow, required for nitrification, was reduced, and so the NADH value was increased. From these results, it is possible to use NADH flourimetry to assess the variation of organic load and nitrification efficiency in the case of small change in influent pH such as in sewage and also to handle and operate the load variation in the auto control system using the NADH fluorometer.
The pilot study was conducted to evaluate the applicability of air flotation(AF) processes combined with biological nutrient removal(BNR) for the retrofitting of conventional wastewater treatment facilities. The BNR system was operated in pre-denitrification and intermittent aeration; developed ceramic membrane diffusers were installed to separate the solid-liquid of activated sludge at the bottom of a flotation tank. Before performing a pilot scale study, the size distribution of microbubbles generated by silica or alumina-based ceramic membrane diffusers was tested to identify the ability of solid-liquid separation. According to the experimental results, the separation and thickening efficiency of the alumina-based ceramic membrane diffuser was higher than the silica-based ceramic membrane diffuser. In a $100m^3/d$ pilot plant, thickened and return sludge concentration was measured to be higher than 15,000mg SS/L, therefore, the MLSS in the bioreactor was maintained at over 3,000mg SS/L. The effluent quality of the AF-BNR process was 4.2mg/L, 3.7mg/L, 10.6mg/L and 1.6mg/L for $BOD_5$, SS, T-N and T-P, respectively. Lastly, it was revealed that the unit treatment cost by flotation process is lower than about $1won/m^3$ compared to a gravity sedimentation process.
Laboratory scale experiments were conducted to compare the performance of two types of sequencing batch reactor(SBR) systems, anoxic-oxic-anoxic-oxic $((AO)_2)$ SBR and anoxic-oxic-anoxic $(A_2O)$ SBR on the biological nitrogen and phosphorus removal. Also, the profiles of DO and pH in reactors were used to monitor the biological nutrient removal in two SBRs. The break point in the pH and DO curves at the oxic period coincided with the end of nitrifying activity at about 1 h 30 min in oxic phase, and the change in pH appears to be related to nitrate concentration. The TOC removal efficiency in $A_2O$ SBR was higher than that in $(AO)_2$ SBR. The denitrification was completed at the influent period. The 2nd non-aeration and aeration periods were not necessary for the nitrogen and phosphorus removal because of the low influent TOC concentration in this study. The release and uptake of phosphorus in $AO_2$ SBR was much higher than that in $(AO)_2SBR.$ In order to uptake more phosphorus, the 1st aeration period in $A_2O$ SBR should be prolonged.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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