생물학적 폐수처리 (biological treatment)의 슬러지의 활성도 측정을 위하여 슬러지의 대사 열을 측정하는 장치와 소프트웨어를 개발하였다. 슬러지의 활성을 측정하는 호흡계와 같이 간헐식으로 폭기와 침전을 반복하연서 슬러지의 대사열의 monitoring 을 통하여 슬러지의 활 성진단올 할 수 있었다.
본 연구는 활성슬러지공법의 침전조를 막으로 대체하여 고액분리를 효과적으로 수행하도록 하는 막분리 활성슬러지 공법에 관한 것이다. 이와같은 방법은 공정자체가 간략화되는 동시에 종래법에서 슬러지 팽화(bulking)등에 의해 침전조에서 SS carry-over, 슬러지 침강성 향상을 위한 고부하처리의 곤란성, 침전조 처리수에의 SS 유출등 고액 분리의 문제점을 해소하므로, 여과, 응집침전, 혹은 활성탄흡착등의 고도처리설비없이 양질이 처리수를 얻을 수 있다고 보고 되고 있다.
본 연구에서는 페놀 분해 능력이 있는 활성슬러지 를 광경화성 수지에 포괄 고정화하여 페놀 분해에 미치는 영향인자에 대하여 조사 검토하였다. 고정화 활성슬러지의 경우 free 활성슬러지 보다 넓은 pH 범위에서 페놀 분해 상대활성도가 높게 나 타났£며, 고정화비드 직경이 작을수록 페놀분해 시 간이 짧았다. 페놀농도 2000 mg/L까지는 free 활 성슬러지의 분해시간이 짧았으나, 3000 mg/L에서 는 고정화 활성슬러지의 분해능이 높았다. 고정화비 드 주입량에 따른 페놀 분해성은 반융기 내에 주입 된 고정화비드양에 정비례 하지는 않았으나 주입량 이 많을수록 페놀 처리율이 높았다. 고정화 활성슬 러지의 반융에서는 반복샤용 7회 이상일 때의 상대 활성도는 처음의 약 8배 정도 증가하였다. 고정화 활성슬러지를 합성폐수 또는 증류수에서 진탕 또는 정지상태로 20일간 보관한 후에는 700 mg/L의 페놀이 24시간 후면 거의 분해되었으며, 증 류수에 정지된 상태로, 40일간 보관한 후에는 마찬가지로 24시간 후에 96.7 % 이상이 분해되었다. 또 한 고정화 활성슬러지를 합성폐수에서 호기적으로 보존하면 80일간 보존이 가능하였다. 고정화 활성슬러지를 사용한 연속처리에서는 용적 부하 5.59 kg-phenol/m3.d에서 95 % 이상의 페놀 이 제거되었으며, 연속실험에서 페놀제거 효율이 95 % 이상일 때 처리성척을 비교해보면, 고정화 활성 슬러지 빛 free 활성슬러지 용척부하는 각각 7.46, 3 3.72 kg-phenol/m3.day로써 고정화 활성슬러지가 2배 더 높은 부하에서 처리가 가능하였다.
단일균이나 활성슬러지를 이용하여 폐수를 처리하고자 할 때 폐수의 pH 가 단일균이나 활성 슬러지의 최적 pH 에 적합하지 아니한 경우에는 미생물을 고정화하여 희망하는 pH에서 최대의 분해활성을 나타내도록 최적 pH를 어느정도 변화시킬 수 있으며, 기존의 활성슬러지법 보다는 활성 슬러지를 고정화하여 처리하는 것이 높은 부하에서도 제거 효율이 높기 때문에 반응조의 콤펙트화가 가능할 것으로 사료된다.
레미콘공장에서 발생되는 회수수는 대부분 재활용되고 있으나, 회수수 슬러지에는 시멘트, 골재, 혼화제 등이 포함되어 있어, 콘크리트 제조시 성능을 저하시키는 요인으로 작용하고 있다. 본 연구에서는 회수수에 포함되어 있는 슬러지를 콘크리트용 혼화재료로서 활용하고자 기존의 연구를 참고하여 슬러지를 하소하여 활성도를 부여하였다. 활성도를 부여한 슬러지를 콘크리트용 혼화재로 사용한 특성을 분석하기 위하여 기본배합을 고로슬래그 미분말 대체, 플라이애시 대체, 고로슬래그 미분말과 플라이애시를 혼합 대체한 3가지 수준으로 하였으며, 기본배합에 대하여 활성 슬러지를 결합재의 2.5%씩 12.5%까지 대체하였다. 그 결과, 슬러지 대체율이 증가할수록 슬럼프는 다소 감소하였으며, 공기량은 증가하였으나, 큰 변화는 보이지 않았다. 콘크리트의 압축강도는 슬러지의 대체율 증가에 따라 소폭으로 증가하는 경향이었다. 이러한 결과를 바탕으로 레미콘 공장에서 발생되는 회수수 슬러지에 활성도를 부여하면 콘크리트 품질에는 큰 변화가 없을 것으로 판단되며, 회수수의 슬러지 농도를 저감시켜 레미콘 품질향상에도 기여할 것으로 전망된다.
활성슬러지에 의한 생물학적 폐수처리에 있어 주된 관리인자는 유기물의 효율적인 제거와 슬러지의 침강성을 일정치 이하로 유지하는 것이다. 식품폐수의 하나인 고농도의 대두가공폐수를 일반적인 활성슬러지법을 적용한 결과 최적 F/M비(food-to-microorganism ratio)는 0.24(kg-BOD/kg-MLVSS day)였으며 그 이상의 농도인 0.48(kg-BOD/kg-MLVSS day)에서는 슬러지 팽화현상이 발생하여 고농도의 식품폐수처리에는 효율적이지 못하였다. 이를 개선하기 위하여 응집보조제(NaOH)를 활용하여 유입폐수의 pH를 9.0으로 조절한 결과, 2.88(kg-BOD/kg-MLVSS day)의 고농도 폐수를 유입하여도 슬러지의 팽화현상없이 SVI(sludge volume index)를 150 이하로 유지하였다. 이것은 최대 허용부하를 일반적인 활성슬러지법에 비하여 7.2배 높일 수 있는 효율적인 방법으로 평가되었다.
비소를 제거하기 위한 경제적이고 친환경적인 생물흡착제 제조를 위해 폐 활성슬러지를 사용하여 생물흡착제로서의 적용성을 검토하였다. 생물흡착제로 사용된 폐 활성슬러지는 비소 흡착능 향상을 위해 각각 9시간과 24시간 메틸화(methylation) 되었고 흡착된 비소는 24시간 메틸화한 활성슬러지가 9시간보다 향상된 결과를 나타내었다. 24시간 메틸화한 활성슬러지의 비비소흡착량(specific As adsorption)은 0.06mmol As(V)/g biomass이고 용액의 pH가 비소에 미치는 영향은 생물흡착제로 사용된 활성슬러지가 메틸화된 후에도 지속되었다. 비소 제거에 대한 pH 영향은 5, 7, 9 세가지 경우에 대해서 조사되었고 이중 pH 5일때 비비소흡착량(specific As adsorption)이 pH 9인 경우보다 3배 큰 비흡착량을 나타내었다.
활성 슬러지 하수처리장의 주요 Process Control Variables인 Sludge age와 Sludge recycle올 고려하여 폐슬러지의 유량 ($Q_w$)을 효과적으로 결정하기 위한 두가지의 식이 개발되었다. 아울러 반송 슬러지의 일부를 폐슬러지로 배출할 경우에는 우선 순환비 (R)를, 포기조내의 활성슬러지의 일부를 폐슬러지로 배출할 경우에는 2차침전지의 슬러지 침전효율($S_f$)을 정확히 측정하여 개발된 식을 이용하면 폐슬러지의 유량을 용이하게 산정할 수 있다는 사실이 Sensitivity analysis의 결과로 밝혀졌다.
Pilot Plant 에서 도시하수가 처리되는 경우와 전 처리된 분뇨가 하수에 섞여 처리되는 두 가지 종류의 처리장하수를 대상으로 식종과 무식종의 경우로 나누어 활성슬러지의 정착 단계까지 조사하였다. 원생동물의 천이과정은 편모충류, 육질충류, 섬모충류 순이며, 섬모충류 내에서는 자유 유영형이 먼저 출현하고 포복형과 고착형이 차츰 증가하여 활성슬러지 원생동물상을 구성한다. 정상적으로 가동되는 처리장 포기조의 원생동물분포는 시운전초기단계의 원생동물 분포와 다르며, 시운전 안정화 단계에서의 원생동물 분포와 유사하였다. 포기조의 원생동물은 유입수에서 유래하는 것으로 판단되며, 포기조에 유입된 후 환경조건에 맞는 종이 증식하여 활성슬러지를 구성한다. 슬러지식종은 활성슬러지 원생동물 군집구조 형성에 영향을 미치지 못했으나 활성슬러지의 안정화기간을 다소 단축시키는 효과가 있었다. 처리장별로 활성슬러지 원생동물의 종류는 비슷하나 개체수는 달라 유입수의 성상에 영향을 받는 것으로 판단된다. Pilot plant 가동 후반기에는 섬모충류 비율이 70%전후, 개체수도 3,000∼5,000 개체/$m\ell$이며, 유출수의 BOD 농도도 안정적으로 나타나 정상적으로 가동된다고 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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