생물막 공정에서 유기물질 및 영양염류의 제거특성에 관한 연구

Abstract

현재 고도처리 공정에 대한 많은 연구가 수행되어 왔으며, 부착·유성장을 이용한 생물막 공정(Biofilm Process)이 개발되면서 유기물질 및 영양염류의 제거에 대하여 다각적인 접근이 시도되어 왔다. 본 연구에서는 생물막 공정에서 유기물질과 영양염류의 제거특성을 고찰해 보고자 1, 2단계 실험을 수행하였다. 1단계 실험은 유동상 생물막 반응기와 고정상 생물막 반응기를 3 set로 구성하여 수리학적 체류시간(HRT)을 6 hr, 9 hr, 12 hr으로 변화하면서 실험하였다. 2단계 실험에서는 무산소조, 유동상 생물막 반응기, 고정상 생물막 반응기를 조합하여 질산화된 질산성 질소를 단계별 내부순환하였다. 1단계 실험결과에서는 유동상, 고정상 담체에서 모두 HRT가 증가함에 따라 전체적인 제거효율이 증가하였으며, 유기물질의 제거효율은 유동상 담체에서 더 높았고, 영양염류의 제거효율은 고정상 담체에서 높은 효율을 보였다. 유동상 담체에서는 유입부하가 0.1∼1.0 kgBOD/㎦/day에서 완만한 증가를 보여 유입부하의 변화에 따라서 유출농도의 변화가 비교적 적으며 평균 90 %이상의 안정적인 제거효율을 보였다. 고정상 담체에서는 유입부하가 0.1∼1.1 kgBOD/㎥/day에서 유출수질의 변화폭이 유동상에 비해 상당히 크게 나타났다. COD_(Cr) 유입부하 변화에 따른 체류시간별 NH_(3)의 제거효율은 유동상 생물막 반응기에서 체류시간 변화에 상관없이 약 95 %로 체류시간에 영향을 적게 받는 것을 알 수 있다. 또한, 고정상 생물막 반응기에서는 체류시간이 증가함에 따라 NH_(3)의 제거효율이 증가하고 있으므로 체류시간에 영향을 많이 받는 것으로 나타났다. 2단계 실험결과에서는 내부순환율 변화에 따라 유기물 제거효율은 BOD_(5) 91∼94 %, COD_(Cr) 90∼92 %, TOC 70∼80 %로 내부순환율 변화는 유기물의 제거효율에 거의 영향을 미치지 않았다. 또한, 반송율과는 상관없이 무산소조에서 유기물 제거효율은 BOD_(5) 83 %, COD_(Cr) 86 %, TOC 60 %로써 평균 76 %이상 제거되었다. 내부순환율의 각 단계에서 TN의 제거효율은 72.2 %, 73.0 %, 73.8 %, 73.5 %, 73.2 %로 평균 제거효율은 73 %이다. TN의 제거효율은 증가하다가 감소하여, 내부순환율이 200 %일 경우에 제거효율 73.8 %로 가장 높은 제거효율을 나타내었다. 총인(TP)의 제거효율은 평균 50 % 정도로 내부순환율의 변화에 따른 효율의 증가폭이 크게 나타나지 않았지만, 내부순환율이 증가할수록 제거율이 감소하였다. 결과적으로, 내부순환 변화에 따른 영향이 크게 나타나지 않은 것으로 보아 담체에 형성된 생물막의 영향을 더 크게 받고 있음을 알 수 있다. 본 연구결과는 하ㆍ폐수 처리시설의 처리 성능의 향상을 위한 기초자료로 이용될 수 있고, 향후 추가연구를 통해 실용화 및 상업화 연구를 거쳐 하ㆎ폐수의 처리공정으로 의 개발이 기대된다;This study has performed to find out characteristics of organic and nutrient removal in bioflim process through 2 stages. On the first stage, three sets of fluidized bed biofilm reactor and fixed bed biofilm reactor were prepared and performed with 6 hours, 9 hours, and 12 hours of HRT (Hydraulic Retention Time). On the second stage, anoxic reactor, fluidized bed biofilm reactor and fixed bed biofilm reactor were compounded, and nitrate which is nitroficated in aerobic reactor is recirculated internally in anoxic reactor at 50 %, 100 %, 200 %, 300 %, and 400 %. First Stage(RUN Ⅰ), Efficiency of organic removal was higher in fluidized media and Efficiency of organic and nutrient removal fixed media was higher in fixed media. As HRT were increased, total efficiency of removal was also increased at both of media. Effluent concentration was not changed much relatively and BOD removal efficiency rate was stable over 90 % in range of influent loading rate 0.1∼1.0 kgBOD/㎥/day at influidized media. Changed amount of the effluent concentration was bigger in range of influent loading rate 0.1∼1.1 kgBOD/㎥/day at fixed media than that at influidized media. NH_(3) removal efficiency for different HRT according to change of CODCr influent loading rate seems not to be affected much because it is shown to be about 95 % of removal efficiency at fluidized bed bioflim reactor irrelevant to HRT. Also, NH_(3)removal efficiency seems to be affected a lot because NH3 removal efficiency was increased due to the change of HRT. Second stage(RUN Ⅱ), Organic removal efficiency rates according to the change of internal recirculation were shown to be BOD_(5) 91∼94 %, COD_(Cr) 90∼92 %, TOC 70∼80 % and it tells that the organic removal efficiency rates is not affected much due to internal recirculation. Also, Organic removal efficiency rates was BOD_(5) 83 %, COD_(Cr) 86 %, TOC 60 %. (average 76 %) at anoxic reactor. TN removal efficiency rates according to the change of internal recirculation were 72.2 %, 73.0 %, 73.8 %, 73.5 %, 73.2 %, and its average was 73 %. TN removal efficiency rates were increased for a while, and then decreased. When internal recirculation rate was 200 %, TN removal efficiency rates was increased most. TP removal efficiency rates according to the change of internal recirculation was 50 %. Although increasing gap was not big, TP removal efficiency rates were decreased according to the increase of internal recirculation. In the result of those experiments, following facts are considered. When media is submerged and bioflim is formed due to the media, stable removal efficiencies could be attained irrelevant to change of influent loading rate. Removal efficiencies were not changed very much according to the change of internal recirculation. So it tells that removal efficiencies are more affected by bioflim.