침지형 정밀여과시스템을 결합한 이상 혐기성 시스템에 의한 유기물 제거율의 향상

Improved Organic Removal Efficiency in Two-phase Anaerobic Reactor with Submerged Microfiltration System

고형물 함유 유기폐수의 효율적인 메탄에너지 회수를 위해서 이상소화 반응시스템에 정밀여과시스템을 결합하여 시험하였다. 본 실험에 사용된 막분리 시스템은 산발효조내에 침지시켜 압축공기로 주기적으로 역세척하였고 셀룰로오스재질의 $0.5{\mu}m$ 크기의 막공경을 가진 카트릿지 형태의 정밀여과막을 사용하였다. 메탄발효조는 플라스틱 충진물을 반응기부피의 반 정도 채운 AUBF (Anaerobic Upflow Sludge Bed Filter) 를 사용하였다. 합성폐수는 선분 5,000 mg/L을 기질로 사용하였으며 운전부하에 따른 COD 제거특성을 조사하였다. 산발효조의 HRT는 10일에서 4.5일까지 단계적으로 감소시켰고 이때의 유기물 용적부하는 0.5에서 $1.0kg\;COD/m^3-day$ 로 변회되었다. 한편, 메탄발효조의 HRT는 2.8일에서 0.5일까지 단계적으로 감소시켰고 이때의 유기물 용적부하는 0.8에서 $5.8kg\;COD/m^3-day$까지 변화되었다. 산발효조의 경우 체류시간 4~5 일에서 80% 이상의 우수한 산선환율을 나타내었다. 메탄발효조의 경우에는 장기간의 운전을 통한 슬러지의 입상화에 기인하여 유기물 부하의 변동에 크게 관련없이 95% 이상 (처리수 COD 300 mg/L 이하)의 우수한 COD 제거특성을 나타내었다. 막분리형 이상소화공정은 산발효조의 미생물농도를 증가시켜 산전환율을 향상시킬 수 있는 가능성을 보여 주었고, 복합형 염기성 반응기는 우수한 COD 및 SS 제거를 나타내었다.

A two-phase anaerobic reactor with a submerged microfiltration system was tested for its ability to produce methane energy from organic wastewater. A membrane separation system with periodic backwashing with compressed air was submerged in the acidogenic reactor. The cartridge type of microfiltration (MF) membrane with pore size of $0.5{\mu}m$ (mixed esters of cellulose) was tested. An AUBF (Anaerobic Upflow Sludge Bed Filter: 1/2 packed with plastic media) was used for the methanogenic reactor. Soluble starch was used as a substrate. The COD removal was investigated for various organic loading with synthetic wastewater of 5,000 mg starch/L. When the hydraulic retention time (HRT) of the acidogenic reactor was changed from 10 to 4.5 days, the organic loading rate (OLR) varied from 0.5 to $1.0kg\;COD/m^3-day$. When the HRT of the methanogenic reactor was changed from 2.8 to 0.5 days, the OLR varied from 0.8 to $5.8kg\;COD/m^3-day$. The acid conversion rate of the acidogenic reactor was over 80% in the 4~5 days of HRT. The overall COD removal efficiency of the methanogenic reactor showed over 95% (effluent COD was below 300 mg/L) under the highly fluctuating organic loading condition. A two-phase anaerobic reactor showed an excellent acid conversion rate from organic wastewater due to the higher biomass concentration than the conventional system. A methanogenic reactor combined with sludge bed and filter, showed an efficient COD and SS removal.