The effect of alkaline pre-treatment on the solubilization of waste activated sludge(WAS) was investigated, and the biodegradability of WAS, pretreated WAS, [PWAS], food waste and two types of mixture were estimated by biochemical methane potential [BMP] test at $35^{\circ}C$. The biodegradability of PWAS and mixture waste were significantly improved due to the effect of alkaline hydrolysis of WAS. An alkaline pre-treatment was identified to be one of the useful pre-treatment for improving biodegradability of WAS and mixture waste. In high-rate anaerobic co-digestion system coordinate with an alkaline pre-treatment in process, the digesters were operated at the HRT of 5, 7, 10 and 13 days with a mixture of FW $50\%\;and\;PWAS\;50\%,\;$In term of $CH_4$ content, VS removal and specific methane production [SMP] which are the parameters in the performance of digester, the optimum operating condition was found to be a HRT of 7 days and a OLR of 4.20g/L-day with the highest SMP of 0.340 L $CH_4/g$ VS.
Industrial and municipal wastewater treatment plants produce large amounts of sludge cakes for final disposal. This problem is an inevitable drawback inherent to the activated sludge process. Both the reduction of the amount of sludge produced and improvement of its dewaterability are presently very important issue also in Korea. So many pre-treatment processes have been developed in order to improve sludge dewatering efficiency. In this study the effects of hydrogen peroxide and paper sludge mixing processes were considered as reasonable alternatives to enhance sludge dewaterability. The CST of sludge was significantly decreased, and dewaterability improved by hydrogen peroxide oxidation treatment. The optimum dosage of hydrogen peroxide was proved to be 10mg/g-TS (when TS of sludge was 2%) with the conditions of pH 4 and only 1~2 minutes of reaction time. The mixing of paper sludge with sewage sludge was turned out to be very effective in reduction of sludge cake; 30% of sludge cake reduction was accomplished. Optimum mixing ratio of paper sludge was about 30%(v/v). This process also could save 25% of polymer to be required. These two alternatives are somewhat realistic, but it was concluded that paper sludge mixing process will be the best choice.
본 연구는 유지관리비가 적게 소요되고 관리가 용이한 에너지절감형 축산뇨오수 처리기술을 개발하기 위하여 목편 살수여상과 활성오니를 정화기술하는 처리기술을 연구하였다. 1. 스크레파 축사의 축산뇨오수 처리를 위한 목편칩 살수여상 활성오니 연계 시스템을 개발하였다. 처리공정은 축산뇨오수 원수$\to$스크린$\to$목편칩 살수여상$\to$활성오니$\to$침전/오존처리 공정으로 처리하였다. 2. 처리결과 축산뇨오수 원수의 BOD 8,620mg/$\iota$ 에서 최종처리수의 BOD는 58mg/$\iota$로 처리되었다. 또한 COD_{Mn},은 원수 4,290mg/$\iota$에서 232mg/$\iota$, SS 2,228mg/$\iota$에서 49.5mg/$\iota$, T-N 4,223mg/$\iota$에서 395mg/$\iota$, T-P 97.4mg/$\iota$에서 8.0mg/$\iota$로 처리되었다. 3. SS는 목편살수여상조에서 $71.1\%$가 제거되어 활성오니 처리 대비 슬러지 발생량이 $70\%$ 절감되었다.
슬러지 전처리 방법으로 상용화되어 있는 cavitation을 이용한 방법은 서로 다른 원리, 초음파발생기(sonotrode)와 수리동 역학을 이용하고 있지만 이들 방법의 효율을 비교한 연구는 없었다. 본 연구에서는 이 두 전처리 방법에서 슬러지 가용화 효율, 전처리 후 입경변화, 전처리 전후의 메탄 생성량 변화를 평가하였다. 두 방법에 있어서 단위 에너지 투입량 당 가용화 효율은 유사하였으며, 최대 가용화 효율은 0.18 kWh/L에서 302 mg ${\Delta}SCOD/g$ TS이었다. 전처리 초기에는 슬러지의 floc 해체가 주로 일어났고, 전처리가 진행됨에 따라 1 ${\mu}m$ 이하의 입자가 증가하여 셀이 파괴되는 것을 확인할 수 있었다. BMP 시험 결과 슬러지의 메탄가스 발생량은 전처리 방법별 차이는 없이 최대 24.3%까지 증가하였으나, 투입 에너지에 비례하여 증가하지는 않았다. 비록 두 방법의 에너지 효율을 유사하지만 운영 및 유지비와 향후 에너지효율 개선 잠재력 면에서 볼 때 수리동력학적 원리를 이용하는 방법이 현장 적용에 유리하다고 판단된다.
하수 처리장에서 발생하는 폐활성슬러지는 대부분 미생물로 구성되어 있으며, 단단한 세포벽 때문에 혐기성 소화에 의한 안정화가 힘들다. 이를 극복할 수 있는 다양한 전처리 방법 가운데 하나가 벤츄리를 이용한 수리동력학적 캐비테이션 방법 (venturi cavitation system, VCS)이다. 본 연구에서는 VCS을 사용한 전처리가 폐활성슬러지의 소화효율에 미치는 영향을 조사하였다. VCS로 전처리한 슬러지는 대조군에 비하여 전처리 기간에 따라 메탄 발생량, COD 제거효율, VS 제거효율이 각각 41~45%, 36.5~43.1%, 18.4~24.1%가 증가하였다. 또한 전처리에 의하여 SCOD를 증가시켜 투입하였을 때, 증가된 SCOD의 이론적 메탄가스 발생량보다 약 3.3~4.2배 많은 메탄이 발생한 것으로 나타났다. 이는 VCS에 의한 전처리에서 슬러지의 가용화 현상에 의하여 소화효율이 향상되었을 뿐 아니라 가용화가 되지 않은 입자상 부분도 소화에 유리한 상태로 개량되었음을 의미한다. 전처리를 위해 투입한 에너지와 메탄가스의 발생 증가분에 대한 에너지 수지를 계산하였을 때 대부분의 조건에서 에너지 회수가 가능하여, VCS 장치의 현장 적용성이 높을 것으로 판단된다.
본 연구에서는 소화가스 효율 향상을 위한 전처리로 전기분해를 이용한 하수슬러지 가용화 연구를 수행하였다. 전기분해 처리시간과 전류밀도가 증가함에 따라 SCOD 농도가 증가하였고, 처리시간 60분에 SCOD, TN, TP가 각각 7.4배, 1.9배, 1.3배로 가장 높은 증가율을 보였다. 하수슬러지 초기 pH별 전기분해 처리효과는 강산성, 강알칼리성에서 가용화율이 높았고, 특히 pH 12에서 32.9%의 높은 가용화율을 보였다. 이상의 결과는 전기분해에 의한 직 간접산화작용으로 인해 슬러지의 플록, EPS 구조가 파괴되어 미생물이 이용가능한 유기물들이 증가되었음을 의미한다.
It is required to propose an alternatives for appropriate sludge treatment owing to persistent construction of sewage treatment plant and increase of sewage sludge quantity. In order to treat sludge more efficiently, the methods which reduce the cost of sludge treatment have been studied such as sludge reduction and conditioning. Especially ozone treatment reduces solid quantity and improves separation of solid-liquid at the same time. Therefore ozone treatment have a positive effect on reduction and stabilization of sludge. So, this study applied ozone to sewage sludge and induced cell destruction of sludge. By comparing with the correlation between thickening and dewatering, and evaluating moisture content and solubilization of cake, this study verificates the effect of process improvement for ozone pre-treatment. In J-STP case, according to ozone dose solid flux increased about 12 times from $1kg/m^2{\cdot}h$ to $12kg/m^2{\cdot}h$. Also this plant were capable to shorten thickening time from 40 minutes to 6~7 minutes. Thus it is expected to reduce volume and retention time of thickener. On pH effect factor, dewatering at pH4 was more than at pH11, $3.05{\times}10^{11}$ and $3.82{\times}10^{11}(m/kg)$. But effect of pH was analogous to ozone, $2.81{\times}10^{11}(m/kg)$. The effect of pH on thickening was similar to law sludge, $0.68(kg/m^2{\cdot}h)$, and the effect of ozone injection on thickening was the biggest, $3.45(kg/m^2{\cdot}h)$. The COD solubilization rate improved from about 5 to 30%. So it is judged that we are able to utilize most solubilized sludge to another sewage treatment plants.
하수슬러지의 초음파 전처리시 용존성 유기물의 증가와 혐기성 생분해도 향상을 평가하였다. 하수슬러지의 초음파에 의한 가용화는 세포벽의 파괴로 인하여 용해성 화학적 산소요구량, 단백질 및 탄수화물의 농도 증가와 입자크기를 감소시켰다. 혐기성 생분해도 측면에서초음파 전처리는 메탄가스 발생량을 증가시켜 혐기성 생분해를 향상시키는 것으로 나타났다. 하수슬러지의 생화학적 메탄 잠재 발생량 실험결과 초음파 전처리 후 슬러지의 최종 메탄 수율은 294.3 ml $CH_4/gVS$로 나타나 전처리를 하지 않은 경우 211.3 ml $CH_4/gVS$에 비해 약 40 % 향상된 값을 보였다. 이와 같은 결과를 고려 시 하수슬러지의 가용화는 혐기성 생분해도 향상에 효과적인 것으로 나타났다.
Genera and number of protozoa were investigated in the conventional activated sludge pilot plant used for the treatment of municipal sewage and pre-treated night soil-containing sewage. In both case, the predominant protozoa was ciliates and among them Vorticella was the most common. In the pilot plant where pre-treated night soil was mixed with municipal sewage, genera of free-swimming ciliates, flagellates and amoeba was higher than in those withour night soil. Correlation analysis on the quality of effluent and protozoa indicates that municipal sewage has positive correlation with protozoa. However in the pilot plan 샐 sewage contatinin pre-treated night coil soil more samples show negative correlation. Followed equations were derived by the regression analysis of BOD in both the pilot plants. In case of pilot plant A of municipal sewage, the analysis B of munici-pal and pre-treated night soil-containing sewage, the analysis of BOD was $6.731$\times$10_{-2}$$\times$Bodo+0.306(Adjusted $R^2$=0.864). At low temperature, number of protozoa was decreased to 35% and among therm, Aspidisca was the most common genus. Therefore, protozoa can be used as indicator of quality of the effluent in sewage treatment plants.
The performance of elutriated acid fermentation with slurry-type piggery waste was investigated, especially to evaluate the effects of temperature and pre-treatment. In the first phase, the acid elutriation reactor with piggery waste after centrifugation operated at both mesophilic and thermophilic conditions to evaluate the effect of temperature. Solubilization yield($gVFAs/gSCOD_{prod.}$) and acidification rate($gVFAs/gSCOD_{prod.}$) in the thermophilic digestion were 0.45 and 0.55, which were higher than those of the mesophilic digestion, 0.25 and 0.45. In addition, the acid elutriation reactor at thermophilic temperature is more effective in removing e-coli. In the second phase, the acid elutriation reactor was fed with piggery waste before centrifugation. With piggery wastes before centrifugation, the solubilization yield and the acidificaton rate were 0.40 and 0.80, respectively, which were higher than the rates using piggery waste after centrifugation at both mesophilic and thermophilic conditions. The higher sludge volume reduction of 80% benefits sludge management. Furthermore, economical advantages can be achieved by removing the pre-treatment process, such as centrifugation. Consequently, the treatment with piggery waste before centrifugation proved to be effective. Also, the optimum temperature condition was estimated at mesophilic or thermophilic conditions, considering solubilization yields and acidification rates, though the system should be heated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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