현수미생물 접촉법(懸垂微生物 接觸法)에 의한 폐하수 처리시 폭기량에 따른 삼차처리 효과에 관한 연구

Abstract

[한글]

현재의 생물학적 폐수처리 기술의 한계점을 극복하기 위하여 새로운 기법이 연구 개발되고 있는데, 그 중의 한 기법이 H·B·C (hanging bio contactor : 현수미생물접촉막 ) 법이다.

H·B·C법은 각 처리조내에 설치된 polyvinylidene chloride로 된 방사상의 접착재에 미생물을 부착시켜 이들의 공생작용 (symbiosis)과 먹이연쇄 (food-chain) 작용을 이용하여 폐하수를 처리하는 방법으로 잉여오니의 발생이 억제되며, 설비투자가 저렴하고 유지관리가 쉬운등 여러가지 장점을 가진 생물학적 처리법으로 그 효과가 기대되고 있다.

그러나 H·B C법은 현재 실험단계에 있으며 H·B·C법의 처리 효과에 미치는 각종 요인에 대한 분석이 실시되고 있으나 아직 확실히 밝혀지지 않고 있다.

본 연구는 산소 폭기량에 따른 일반 유기물 제거효율 및 부영양화 (eutrophication)의 원인물질인 질소와 인의 제거효율에 대하여 알아보기 위해 시도되었다. 유량 조절조, 4단계의 폭기처리조와 유출수조로 구성된 H·B·C pilot plant (용량 : 0.16㎥)를 이용하여

각단계 폭기처리조의 용존산소(DO ; dissolved oxygen) 농도를 단계별로 A조건 (총 송기량: 12.9ℓ/min ) ; 2, 4, 6 및 8 ㎖/ℓ, B조건 (총 송기량 : 9.4 ℓ/min ) ; 1.5, 3, 4.5, 및 6㎎/ℓ, C조건 (총 송기량: 6.3ℓ/min ); 1, 2, 3 및 4㎎/ℓ, D조건 (총 송기량: 5

.0ℓ/min): 0.5, 1, 1.5 및 2㎎/ℓ, E조건 (총 송기량: 9.0ℓ/min ) ; 2, 2, 2 및 2㎎/ℓ 그리고 F조건 ; 1, 1, 1 및 1 ㎎/ℓ로 하고 각조의 체류시간을 2시간씩 조정하여 조사한 결과는 다음과 같다.

1. A조건

각 처리조 단계별 DO농도가 2,4,6 및 8㎎/ℓ인 A조건 일때 BOD의 각 처리조 단계별제거효율 및 제거속도상수 K값*** 은 제1처리조에서 38.4% (K=5.808 day**-l ), 제2처 리조에서는 41.3%(K=6.408 day**-1 )이었고, 제3처리조에서 47.5%(K=7.800 day**-1 ), 4처리조에서는 33.3%(K=4.872 day**-1 )이었으며, 최초유입농도에 대한 최종제거효율은 92.1%였다.

TKN의 각 처리조 단계별 제거효율 및 제거속도상수 K값은 제1처리조에서 26.7%(K=3.720 day**-1 ), 제2처리조에서는 18.6%(K=2.472 day**-1 )이었고, 제3처리조에서 22.4%(K=3.

048 day**-1 )제4처리조에서는 10.3%(K=1.296 day**-1 )이었으며, 최초유입농로에 대한 최종제거효율은 62.0%였다.

NH^^3 -N의 각 처리조 단계별 제거효율 및 제거속도상수 K값은 제1처리조에서 5.7%(K=0.696 day**-1 ), 제2처리조에서 20.9%(K=2.808 day**-1 )이었고, 제3처 리조에서 8.7%(K=1.080 day**-1 ) 제4처리조에서는 5.1% (K=O.624 day**-1 )이었으며, 최초유입농도에 대한 최종제거효율은 35.9%였다.

PO^^4 -P의 각 처리조 단계별 제거효율 및 제거속도상수 K값은 제1처리조에서 2.2%(K=O.264 day**-1 ), 제2처리조에서는 3.9%(K=O.480 day**-1 )이었고, 제3처리조에서 5.6% (K=0.696 day**-1 ), 제4처리조에서는 6.3% (K=0.768 day**-1 )이었으며, 최초유입농도에 대한 최종제거효율은 20.2%였다.

2. B조건

각 처리조 단계별 DO농도가 1.5, 3, 4.5 및 6㎎/ℓ인 B조건 일때, BOD의 각 처리조 단계별 제거효율 및 제거속도상수 K값은 제1처리조에서 37.3%(K=5.616day**-1 ), 제2처리조에서는 32.7%(K=4.752 day**-1 )이었고, 제3처리에서 41.4%(K=6.08day**-1 ), 제4처리조에서는 37.8%(K=5.688 day-1 )이 었으며, 최초유입농도에 대한 최종제거효율은 88.6%였다.

TKN의 각 처리조 단계별 제거효율 및 제거속도상수 K값은 제1처리조에서 22.5%(K=3.048 day**-1 ), 제2처리조에서는 19.9%(K=2.664 day**-1 )이었고, 제3처리조에서 22.7%(K=3.

096day**-1 ), 제4처리조에서는 11.9%(K=1.512 day**-1 )이었으며 최초유입농도에 대한 최종제거효율은 58.3%였다.

NH^^3 -N의 각 처리조 단계별 제거효율 및 제거속도상수 K값은 제1처리조에서 5.8%(K=0.624 day**-1 ), 제2처리조에서는 14.2%(K=1.824 day**-1 )이었고, 제3처리조에서 12.1%(K=1.560 day**-1 ),제4처리조에서는 8.2%(K=0.816 day**-1 )이었으며, 최초유입농도에 대한 최종제거효율은 35.2%였다.

PO^^4 -P의 각 처리조 단계별 제거효율 및 제거속도상수 K값은 제1처리조에서 2.0%(K=0.240 day**-1 ), 제2처리조에서는 2.3%(K=0.288 day**-1 ) 이었고, 제3처리조에서 4.9%(K

=0.609 day**-1 ) 제4처리조에서는 5.2%(K=0.648 day**-1)이였으며, 최초유입농도에 대한 최종제거효율은 14.8%였다.

3. C조건

각 처리조 단계별 DO농도가 1,2,3 및 4㎎/ℓ인 C조건일 때 BOD의 각 처리조 단계별 제거효율 및 제거속도상수 K값은 제1처리조에서 22.9%(K=3.144 day**-1 ), 제2처리조에서는 28.9%(K=4.104 day**-1 )이었고, 제3처리조에서 41.4%(K=6.408 day**-1 )이었으며, 최초

유입농도에 대한 최종제거효율은 79.6%였다.

TKN의 각 처리조 단계별 제거효율 및 제거속도상수 K값은 제1처리조에서 16.3%(K=2.136 day**-1 ), 제2처리에서는 15.8%(K=2.088 day**-1 )이었고, 제3처리조에서 23.1%(K=3.16

8 day**-1 ), 대한 최종처리효율은 53.2%였다.

NH^^3 -N의 각 처리조 단계별 제거효율 및 제거속도상수 K값은 제1처리조에서 4.1%(K=0.504 day**-1 ), 제2처리조에서는 8.9%(K=1.104 day**-1 )이었고, 제3처리조에서 제4처리

조에서는 8.9%(K=1.104 day**-1 )이었으며, 최초유입농도에 대한 최종제거효율은 25.9%였다.

PO^^4 -P의 각 처리조 단계별 제거효율 및 제거속도상수 K값은 제1처리조에서 0.7%(K=0.096 day**-1 ), 제2처리조에서는 0.5%(K=0.048 day**-1 )이었고, 제3처리조에서 0.5%(K=

0.072 day**-1 ), 제4처리조에서는 1.8%(K=0.216 day**-1 )이었으며, 최초유입농도에 대한 최종제거효율은 4.4%였다.

4. D조건

각 처리조 단계별 DO농도가 0.5, 1, 1.5 및 2㎎/ℓ인 D조건 일때, BOD의 각 처리조 단계별 제거효율 및 제거속도상수 K값은 제1처리조에서 24.2%(K=3.336 day**-1 ), 제2처리조에서 24.4%(K=3.360 day**-1 )이었고, 제3처리조에서 25.9%(K=3.576 day**-1 )이었고, 제4처리조에서는 23.0%(K=3.144 day**-1 )이었으며, 최초유입농도에 대한 최종제거효율은 67.4%였다.

TKN의 각 처리조 단계별 제거효율 및 제거속도상수 K값은 제1처리조에서 14.6%(K=1.524 day**-1 ), 제2처리조에서는 8.6%(K=3.024 day**-1 )이었고, 제3처리조에서 10.2%(K=1.2

96 day**-1 ), 제4처리에서는 10.2%(K=1.704 day**-1 )이었으며, 최초유입농도에 대한 최종제거효율은 38.7%였다.

NH^^3 -N의 각 처리조 단계별 제거효율 및 제거속도상수 K값은 제1처리조에서 2.8%(K=0.336 day**-1 ), 제2처리조에서는 3.9%(K=0.480 day**-1 )이었고, 제3처리조에서 7.7%(K=0.960 day**-1 ), 제4처리조에서는 7.4%(K=0.930 day**-1 )이었으며, 최초유입농도에 대한 최종제거효율은 21.8%였다.

PO^^4 -P의 각 처리조 단계별 제거효율 및 제거속도상수 K값은 제1처리조에서 -1.3%(K=-0.168 day**-1 ), 제2처리조에서는 -2.6%(K=-0.312 day**-1 )이었고, 제3처리조에서 -3.2%(K=-0.384 day**-1 ), 제4처리조에서는 -1.2%(K=-0.144 day**-1 )이었으며, 최초유입농

도에 대한 최종제거효율은 -4.8%였다.

5. E조건

각 처리조 단계별 DO농도가 2, 2, 2 및 2㎎/ℓ인 E조건일때, BOD의 각 처리조 단계별 제거효율 및 재거속도상수 K값은 제1처리조에서 36.7%(K=5.496 day**-1 ), 제2처리조에서는 27.5%( K=3.864 day**-1 )이었고, 제3처리조에서 35.0%(K=5.160 day**-1 ) 제4처리조

에서는 31.9%(K=4.608 day**-1 )이었으며, 최초유입농도에 대한 최종제거효율은 81.3%였다.

TKN의 각 처리조 단계별 제거효율 및 제거속도상수 K값은 제1처리조에서 19.7%(K=2.616 day**-1 ), 제2처리조에서는 12.8%(K=1.656 day**-1 )이었고, 제3처리조에서 14.7%(K=1.

896 day**-1 ), 제4처리조에서는 10.0%(K=1.272 day**-1 ) 이었으며, 최초유입농도에 대한 최종제거 효율은 52.0%였다.

NH^^3 -N의 각 처리조 단계별 제거효율 및 제거속도상수 K값은 제1처리조에서 5.6%(K=0.696 day**-1 ), 제2처fl조에서는 14.2%(K=1 .656 day**-1 )이었고, 제3처리조에서 9.3%(K=1.896 day**-1 ), 제4처리조에서는 8.3%(K=1.272 day**-1 )이었으며, 최초유입농도에

대한 최종제거율은 34.5%였다.

PO^^4 -P의 각 처리조 단계별 제거효율 및 제거속도상수 K값은 제1처리조에서 2.7%(K=0.336 day**-1 ), 제2처리조에서는 3.1%(K=0.384 day**-1 )이었고, 제3처리조에서 4.8%(K=0.576 day**-1 ), 제4처리조에서는 5.8%(K=0.720 day**-1 )이었으며, 최초유입농도에 대한 최종제거효율은 17.5%였다.

6. F조건

각 처리조 단계별 DO농도가 1, 1, 1 및 1㎎/ℓ인 F조건 일때, BOD의 각 처리조 단계별 제거효율 및 제거속도상수 K값은 제1처리조에서 13.1%(K=1.680 day**-1 ), 제2처리조에서는 20.3%(K=2.712 day**-1 )이었고, 제3처리조에서 15.8%(K=2.064 day**-1 ), 제4처리조에서는 15.1%(K=1.920 day**-1 )이었으며, 최초유입농도에 대한 최종제거율은 50.5%였다.

TKN의 각 처리조 단계별 제거효율 및 제거속도상수 K값은 제1처리조에서 8.5%(K=1.056 day**-1 ), 제2처리조에서는 7.3%(K=0.912 day**-1 )이었고, 제3처리조에서 6.9%(K=0.864

day**-1 ) 제4처리조에서는 5.1%(K=0.504 day**-1 )이었으며, 최초유입농도에 대한 최종제거효율은 24.9%였다.

NH^^3 -N의 각 처리조 단계별 제거효율 및 제거속도상수 K값은 제1처리조에서 2.2%(K=0.264 day**-1 ), 제2처리조에서는 5.1%(K=0.624 day**-1 )이었고, 제3처리조에서 5.9%(K=0.720 day**-1 ) 제4처리조에서는 7.3%(K=0.912 day**-1 )이었으며, 최초유입농도에 대한 최종제거효율은 21.5%였다.

PO^^4 -P의 각 처리조 단계별 제거효율 및 제거속도상수 K값은 제1처리조에서 0.5%(K=0.048 day**-1 ), 제2처리조에서는 -2.3%(K=-0.288 day**-1 )이었고, 제3처리조에서 -3.6%(K=-0.432 day**-1 ), 제4처리조에서는 -4.1%(K=-0.504 day**-1 )이었으며, 최초유입농도

에 대한 최종제거효율은 -10.7%였다.

H.B.C법에서 산소공급량이 증가할수록 BOD제거효율이 증가하나 대체로 총 송기량이 약9.4ℓ/min일때 최대효과를 나타냈고, 그정도의 송기량에서는 용존산소량을 각 처리조 단계별로 1.5, 3, 4.5및 6㎎/ℓ로 증대시키는 방법이 효율적이었다.

부영양양화의 원인물질인 질소와 인의 제거효과에 있어서, 질소의 제거효과는 용존산소량이 증가함에 따라 역시 증가되는 경향을 보였으며, 인은 비교적 용존산소량이 높은 호기적 조건인 경우에는 그 제거효율이 증대되었으나 용존산소량이 비교적 낮은 2㎎/ℓ 이

하로 유지되도록 송기된 경우에는 인은 제거되지 않고 오히려 증가 되었다. 그러므로 인의 제거를 위하여서는 용존산소량을 2㎎/ℓ 이상유지하는 것 이 필요하다.

폭기량에 따른 질소와 인의 처리효과는 대체로 표준활성오니법과 일치하였다.

[영문]

This study was concerned with Hanging Bio Contactor process, which was utilized in the wastewater treatment by symbiosis and food- chain mechanism with microganisms adhered on the hanging contractor of biological reactor.

Recently this process has been widely applied to organic wastewater treatment with the advantages of low management cost without any techenical difficulties.

This study was undertaken to investigate aeration effect on tertiary treatment of wastewater by HBC process. Six aeration conditions were designed as follows :

A condition, DO: 2, 4, 6 and 8 ㎎/l for 4 consecutive tanks supplied by 12.9 1/min of total air. B condition, DO: 1.5, 3, 4.5 and 6㎎/1 respective supplied by 9.4 ;/min of total air. C condition, DO: 1, 2, 3 and 4 ㎎/1 supplied by 6.0 1/min of total air. D condition, DO: 0.5, 1, 1.5 and 2mg/1 supplied by 5.0 1/min of total air. E condition, DO: 2, 2, 2 and mg/1 supplied by 9.0 1/min of total air. F condition, DO: 1, 1, 1 and 1㎎/1 supplied by 5.3 1/min of total air.

The results are as follows :

BOD removal efficiency was increased as increasing air flow rate and the best BOD removal efficiency was showed when about 9.4 1/min of the total all flow rate was supplied to keep on the DO 1.5, 3, 4.5 and 6㎎/1 for the respective tanks.

Nitrogen removal efficiency was also increased as increasing air flow rate.

Phosphorus removal efficiency was increased in high aerobic condition, but the phosphorus concentration was increased when concentration of DO was less than.

2㎎/1. Therefore the concentration of DO required for removal of phosphorus should maintain mare than 2㎎/1.