Membrane bioreactor(MBR)과 Reverse osmosis(RO) 공정을 이용한 합성폐수 처리
Synthetic Wastewater Treatment using Membrane Bioreactor(MBR) and Reverse Osmosis(RO) Process
초록/요약
최근 정밀여과(MF)나 한외여과(UF)를 이용한 MBR 공정에 RO 공정을 연계한 처리시스템이 도시하수 재활용 기술로서 뿐만 아니라 제거효율, 운전 조작용이, 경제적인 이점 등에 의해 많이 이용되고 있다. 특히, 정밀여과나 한외여과를 이용한 MBR 공정은 부유성 고형물, 콜로이드성 물질, 질소 및 인 제거뿐만 아니라 RO에 의한 유출수 생산을 위해 이용되며 RO공정은 용존 고형물, 유기 및 이온성 물질들 제거를 통한 재활용수 생산을 위해 이용된다. 따라서, 본 연구에서는 합성폐수 처리에 있어 MBR-RO 공정 적용시 MBR 공정의 유기물 및 질소, 인 제거효율을 수리학적 체류시간(HRT ; Hydraulic retention time)에 따라 상호 비교 검토하였으며 재활용 수질 기준에 대한 RO 처리수의 재활용 가능성을 검토해 보았다. MBR 공정 적용 결과, 탁도의 경우 운전기간(MBR 105일)동안 2NTU 이하로 평균 99%이상의 제거효율을 보였다. CODCr, TN, NH4+-N, TP에 대한 결과는 다음과 같다. ① HRT 6hour의 경우 : 평균 제거효율 72.4%, 53.7%, 60.2%, 56.8% ② HRT 12hour의 경우 : 평균 제거효율 84%, 71%, 85.5%, 80.3% ③ HRT 18hour의 경우 : 평균 제거효율 88.6%, 78%, 91.3%, 86.3% ④ HRT 24hour의 경우 : 평균 제거효율 92.5%, 82.5%, 92.2%, 86.4% NO3--N의 경우 유입수 평균 농도 0.94㎎/ℓ보다 MBR 공정으로 처리후 유출수의 평균 농도가 5.1㎎/ℓ로 더 높은 것을 알 수 있는데 이는 질산화를 통하여 NH4+-N이 감소함으로 인해상대적으로 NO3--N이 생성되었기 때문이다. MBR 공정의 제거 효율을 살펴 본 결과 HRT 12hour이후 안정적인 처리 수질을 보이지만 연구 목표인 재활용수로의 사용가능성에 대해 수질기준(부록 표 A-1, A-2)에 미치지 못 하는 것을 알 수 있다. 이에 화학적 첨가제 없는 처리 목적에 맞추어, 법적 재활용수 기준을 맞추기 위한 고도처리로서 RO시스템을 후처리 공정으로 적용하였다. RO 여과 공정 적용 결과, 색도와 CODCr의 경우 평균 99.9%, 96.8%의 평균 제거효율을 나타내었으며 MBR 공정에서 만족시키지 못했던 재활용수 수질기준보다 낮은 농도를 보여주었다. 그 밖에 TN, NH4+-N, NO3--N, TP의 경우에서도 90%이상 제거 효율을 보이며 재활용수로의 사용가능성을 확인하였다. Cl-와 Na+, K+, Mg2+, Ca2+의 경우, RO 여과 공정 후 평균 제거율이 99%이상을 나타내며 재활용수로 사용이 가능함을 알 수 있다. 또한 일반세균의 경우, RO 여과 공정 5분 후 평균 82%의 제거효율을 확인할 수 있었고 25분 후에는 평균 제거효율이 90%로 일반세균에 대한 소독효과를 충분히 발휘하고 있다는 것을 알 수 있었다. 따라서, 본 연구에서는 MBR-RO 공정을 통해 합성폐수를 대상으로 재활용수로의 사용 가능성을 검토한 결과, 유기물질, 질소, 인의 제거 뿐만 아니라 재활용수 수질 기준에도 만족하는 안정된 수질을 확보하였다.
more초록/요약
Recently, the combined treatment processes of MBR(Membrane bioreactor) using membrane such as MF(Microfiltration) and UF(Ultrafiltration) and RO(Reverse osmosis) unit are becoming increasingly attractive as a technology for the reclamation of municipal sewage because of its efficiency and easy and economical operation. Particularly, MBR process using MF and UF is used for the removal of SS(Suspended solids), colloidal materials, nitrogen and phosphorus as well as the production of effluent followed by RO, while RO removes dissolved solids, organic and ionic matters. Therefore, this study was to investigate the effect on removal efficiencies of organic matter, nitrogen and phosphorus in synthetic wastewater for MBR-RO unit and to evaluate the feasibility of reclamation of RO effluent on the water quality criteria for recycling water. As the result of MBR process, turbidity was below average 2 NTU and average removal efficiency showed over 99% during the operation period(MBR 105 day). Also, removal efficiencies of CODCr, T-N, NH4 +-N and T-P on HRT variation are as follows; ① Average removal efficiencies of HRT 6hour were about 72.4%,53.7%, 60.2% and 56.8%, respectively. ② Average removal efficiencies of HRT 12hour were about 84%,71%, 85.5% and 80.3%, respectively. ③ Average removal efficiencies of HRT 18hour were about 88.6%,71%, 91.3% and 86.3%, respectively. ④ Average removal efficiencies of HRT 24hour were about 92.5%,82.5%, 92.2% and 86.4%, respectively. Average concentration of NO3--N in effluent(average 5.1㎎/ℓ) was higher than that of influent(average 0.94㎎/ℓ) owing to the nitrification of NH4+-N. Water items of MBR effluent were higher than the limiting standard of water quality criteria(appendix table A-1, A-2) for recycling water. In order to achieve the object which does not use chemical additions, the RO process was applied for advanced treatment fulfill the legal. As the result of RO process, average removal efficiencies of color and CODCr in RO permeate were about 99.9% and 96.8%, respectively and showed lower than the limiting standard of water quality criteria for recycling water. Also, removal efficiency of T-N, NH4+-N, NO3--N and T-P was all above 90%. In case of Cl- and Na+, K+, Mg2+ Ca2+, average removal efficiency was about 99% and average removal efficiency of general bacteria was above 90% during RO operation (25minutes). Therefore, MBR-RO process showed the excellent treatment performance of organic matter, nitrogen and phosphorus removal as well as the feasibility of reclamation of RO effluent on the water quality criteria for recycling water in synthetic wastewater.
more목차
제 1 장 서론 = 1
1.1 연구 배경 = 1
1.2 연구 목적 = 3
1.3 연구 내용 = 3
제 2 장 이론적 배경 = 5
2.1 활성슬러지 공정 = 5
2.2 활성슬러지의 특징 = 5
2.3 생물학적 질산화 공정 = 9
2.4 생물학적 탈질화 공정 = 12
2.5 막 결합형 생물반응기 = 13
제 3 장 실험재료 및 방법 = 35
3.1 대상폐수 = 35
3.2 분리막 및 모듈 = 35
3.3 MBR-RO의 운전 = 36
3.4 분석 = 40
제 4 장 실험결과 및 고찰 = 42
4.1 막결합형 생물반응기(MBR) 공정에 대한 수질 변화 특성 = 42
4.2 역삼투(RO) 여과 공정에 대한 수질 변화 특성 = 51
4.3 MBR-RO 공정의 물질수지 = 64
제 5 장 결론 = 68
참고문헌 = 72
부록 = 79
감사의 글 = 83
