The object of this study is to feasibility assesment for co-digestion efficiency of food waste recycling wastewater(FWR) with thermal hydrolysis process dehydration cake (THP Sludge). As a result of THP pre-treatment experimental conditions to 160oC and 30 minutes, the solubility rate(conversion rate of TCOD to SCOD) of the THP sludge increased by 34%. And the bio-methane potential in the THP sludge increased by about 1.42 times from 0.230 to 0.328 m3 CH4/kg VS compared to the non-pre-treatment. The substrates of the co-digestion reactor were FWR and THP sludge at a 1:1 ratio. Whereas, only FWR was used as a substrate in the digestion reactor as a control group. The experimental conditions are 28.5 days of hydraulic retention time(HRT) and 3.5 kg VS/m3-day of organic loading rate(OLR). During the 120 days operation period, the co-digestion reactor was able to operate stably in terms of water quality and methane production, but the FWR digestion reactor deteriorated after 90 days, and methane production decreased to 0.233 m3 CH4/kg VS, which is 67% of normal condition. After 120 days of the experiment, organic loading rate(OLR) of co-digestion reactor was gradually increased to 4.5 kg VS/m3-day and operated for 80 days. Methane production during 80 days was evaluated to be good at the level of 0.349 m3 CH4/kg VS. As a result of evaluating the dehydration efficiency of the sludge before/after 150-180oC THP using a filter press, it was confirmed that the moisture content of the sludge treated before THP at 180oC was 75% and improved by 8% from 83-85% level. Therefore, it is expected that the co-digestion reactor of FWR and THP sludge will ensure stable treatment water quality and increase bio-methane production and reduction effect of dehydration sludge volume.

In this study, a pilot-scale (3 m3/day) membrane distillation (MD) process was operated to treat digestate produced from anaerobic digestion of livestock wastewater. In order to evaluate the performance and energy cost of MD process, it was compared with the pilot scale (10 m3/day) reverse osmosis (RO) process, expected competitive process, under same feed condition. As results, MD process shows stable permeate flux (average 10.1 L/m2/hr) until 150 hours, whereas permeate flux of RO process was decreased from 5.3 to 1.5 L/m2/hr within 24 hours. In the case of removal of COD, TN, and TP, MD process shows a high removal rate (98.7, 93.7, and 99% respectively) stably until 150 hours. However, in the case of RO process, removal rate was decreased from 91.6 to 69.5% in COD and from 93.7 to 76.0% in TP during 100 hours of operation. Removal rate of TN in RO process was fluctuated in the range of 34.5-62.9% (average 44.6%) during the operation. As a result of energy cost analysis, MD process using waste heat for heating the feed shows 18% lower cost compare with RO process. Thus, overall efficiency of the MD process is higher then that of the RO process in terms of permeate flux, removal rate of salts, and operating cost (in the case of using waste heat) in treating the anaerobic digestate of livestock wastewater.

탄화규소(Silicon Carbide, SiC) 세라믹 멤브레인은 알루미나 원료의 세라믹 멤브레인보다 높은 친수성을 나타내어 동일한 압력 하에 높은 수투과도 유지가 가 능하다. 이러한 탄화규소 세라믹 멤브레인을 혐기성 생물막 반응조(Anaerobic Membrane Bioreactor, AnMBR)에 설치하여 고농도의 생물반응조 운전에도 불구하고 낮고 안정된 운전압력을 유지할 수 있었으며, 막오염 현상의 획기적인 저감이 가능하였다. 본 연구에서는 도시하수와 음폐수를 혼합 처리함에 있어서 탄화규소 세라믹 멤브레인을 적용한 AnMBR의 운전결과를 알루미나 세라믹 멤브레인을 적용한 경우와 비교 평가하였다.

평관형 알루미나 세라믹 멤브레인을 적용한 실험실 규모의 단독 혐기성 유동상 멤브레인 생물반응기 (Anaerobic Fluidized Bed Ceramic Membrane Bioreactor, AFCMBR) 하수처리 적용 가능성을 평가하였다. 단독 AFCMBR은 25℃에서 395일 간 합성폐수의 평균 유입 COD 260 mg/L에서 연속운전 되었다. 운전기간 동안 약 25 mg/L의 NaOCl 용액을 주입하여 주기적인 유지세정으로 멤브레인 투과플럭스 14.5-17 L/m².hr 달성이 되었다. 투과수의 용해성 COD는 1시간 HRT 에서 23 mg/L 이었고 고형물 발생량은 0.014 gVSS/gCODremoved였다. 단독 AFCMBR 운전 요구 전기에너지는 0.038 kWh/m³ 이었고 생산되는 메탄발생 전기에너지의 약 17%에 해당되었다.

혐기성 MBR은 에너지 소비가 높은 기존 호기성 처리를 대체할 수 있는 에너지 중립형 기술로서 최근 하폐수 처리의 차세대 기술로 주목받고 있다. 혐기성 MBR은 다양한 장점을 가지고 있지만, 분리막 파울링은 해결해야하는 과제이다. 따라서 본 연구에서는 막 파울링 억제를 위하여 섬유볼 미디어와 회전판을 이 용하여 혐기성 MBR의 막 파울링을 제어하였다. 혐기성 MBR을 이용하여 저농 도의 유기물 부하 조건에서 안정적인 처리수질을 보였으며, 유기물 부하가 높을 수록 높은 메탄가스 생산량을 보였다. 이를 토대로 혐기성 MBR의 적용에 효율적일 것으로 보이는 고농도 폐수의 처리 가능성 확인하기 위하여 음폐수를 대상으로 혐기성 MBR의 처리 특성을 살펴보고 고효율 혐기성 MBR 기술의 에너지 자립의 가능성을 평가하였다.

본 연구에서는 분리막을 이용하여 안정적인 혐기소화조 전처리 농축공정에 대한 적용성을 평가하는데 목적을 두었다. 실험결과 슬러지 감량율의 경우 혐기조건에서 약 47.16%, 간헐폭기 조건에서 약 41.17%으로 나타났으며, 반류수의 농도의 경우 간헐폭기 조건이 평균적으로 혐기조건보다 낮은 반류수 농도를 나타냈다. Flux 감소에 대한 영향인자로 TTF, MLSS, CODcr, 및 EPS의 상관관계 분석결과 Flux 감소에 TTF가 가장 높은 연관성을 보였으며, 이외에 MLSS, CODcr 및 EPS도 밀접한 관련이 있는 것으로 도출되었다. 이러한 결과 혐기소화조의 전처리 공정으로 관형막을 이용한 경우 막오염 및 반류수 부하를 고려한 농축조 간헐폭기 조건이 안정적 전처리공정으로 적절할 것으로 사료된다.

The purpose of this study is to estimate the applicability of a stable anaerobic digester using a separator membrane to the preprocessing thickening process. The results of the experiments showed about a 47.16% weight loss rate for the sludge under anaerobic condition, and about 41.17% under intermittent aeration condition. The concentrations of rejection water were SCODCr 25 mg/L, T-N 16.6 mg/L, and T-P 1.4 mg/L on the average under the intermittent aeration condition, which were lower than the concentrations of rejection water under an anaerobic condition. As for the factors affecting the reduction of the flux, correlation analyses of TTF, MLSS, SCODCr, and EPSProtein, EPSPolysacchride resulted in -0.97, -0.95, -0.84 and -0.86, -0.95, respectively, which showed that TTF had the highest correlation to the reduction of the flux. In addition, it was concluded that MLSS, SCODCr and EPSProtein, EPSPolysacchride also have close correlations. The results are considered to show that, in the case of the process using a tubular membrane in the preprocessing process of an anaerobic digester, an intermittent aeration condition of the thickener considering the contamination of the membrane and load of rejection water is appropriate for the stable preprocessing process.

Response surface methodology (RSM) based on a Box-Behnken Design (BBD) was applied to optimize the thermal-alkaline pre-treatment operating conditions for anaerobic digestion of flotation scum in food waste leachate. Three independent variables such as thermal temperature, NaOH concentration and reaction time were evaluated. The maximum methane production of 369.2 mL CH4/g VS was estimated under the optimum conditions at 62.0°C, 10.1% NaOH and 35.4 min reaction time. A confirmation test of the predicted optimum conditions verified the validity of the BBD with RSM. The analysis of variance indicated that methane production was more sensitive to both NaOH concentration and thermal temperature than reaction time. Thermal-alkaline pretreatment enhanced the improvement of 40% in methane production compared to the control experiment due to the effective hydrolysis and/or solubilization of organic matters. The fractions with molecular weight cut-off of scum in food waste leachate were conducted before and after pre-treatment to estimate the behaviors of organic matters. The experiment results found that thermal-alkaline pre-treatment could reduce the organic matters more than 10kD with increase the organic matters less than 1kD.

This study examined a feasibility of coagulation as post-treatment to remove sulfide and phosphorus for the effluent of anaerobic fluidized bed reactor (AFBR) treating domestic wastewater. Removal efficiencies of sulfide, phosphorus and COD by coagulation were not affected by pH in the range of 5.9 to 7.2. Alkalinity requirement could be estimated by the amount of Fe3+ to form Fe(OH)3(S) and to remove sulfide and phosphorus. At coagulant aid dosage of 2 mg/L, anionic polymer showed best results regarding size and settleability of flocs. Sulfide removal for the AFBR effluent at the Fe3+/S2- ratio of 0.64, close to the theoretical value of 0.67 found with a synthetic wastewater, was only 75.2%. One of the reasons for this low sulfide removal is that the AFBR effluent contains, phosphorus, hydroxide and bicarbonate which can react with Fe3+ competitively. Concentrations of sulfide and phosphorous reduced to below 0.1 and 0.5 mg/L, respectively, at the Fe3+/S2- ratio of 2.0. Average effluent COD of 80 mg/L, mostly soluble COD, was obtained at the dosage 50 mg Fe3+/L (Fe3+/S2- ratio of 2.0) with corresponding COD removal of 55%. For better removal of COD, soluble COD removal at the AFBR should be enhanced. Coagulation with Fe3+ removed sulfide, phosphorus and COD simultaneously in the AFBR effluent, and thus could be an alternative process for the conventional wastewater treatment processes where relatively high quality effluent is not required.

본 연구는 10년 이상 과채류를 재배하여 뿌리혹선충 피해가 많이 발생되었던 시설재배 토양에서 친환경적인 뿌리혹선충방제를 위하여 밀기울 토양환원처리 효과를 구명하였다. 토양소독처리후 뿌리혹선충의 밀도를 조사한 결과 시험전과 비교하여 모든 처리구에서 뿌리혹선충밀도가 감소하는 경향을 보였지만 특히 밀기울처리구에서는 높은 방제효과를 보였다. 처리후 90일경에도 밀기울처리구가 매우 낮게 유지되었으며 멜론의 생육도 가장 양호하였다. 수확기 멜론의 고사율을 조사한 결과 무처리구 65%인데 비해 밀기울처리구, 3%로 현저히 낮았으며 과실의 크기와 품질도 밀기울처리구가 우수하였다. 따라서 밀기울 토양환원처리는 뿌리혹선충 발생포장에 농약을 사용하지 않고 멜론을 1작기 동안 안전하게 재배할 수 있는 유망한 소독방법일 뿐만 아니라 멜론의 품질을 개선하는데 매우 효과적인 방법으로 생각되었다.

Anaerobic Digestion of thickened septage was investigated in this study. Thickening could reduce the volume of septage to be treated to about 40% with 12hr HRT. The VS and BOD removal efficiencies were respectively 28 to 45%, and 75% when digested the thickened septage with 30 day HRT Or $1.4kgVS/m^3/d$. The BOD removal efficiency could be increased to about 90% with subsequent settling tank with about 6 hours HRT. The gas production rate was 0.22 to $0.35m^3gas/kgVSadd$($0.75m^3gas/kgVSrm$), or $1.32m^3gas/kgBOD_{rm}$. In addition, the supernatant of thickener could be returned to the aeration tank treating domestic sewage. In this case, a BOD loading rate of 0.5 to $0.7kgBOD/m^3/d$ or 0.5kgBOD/kgMLVSS/d was proposed for 80% BOD reduction.

The objectives of this paper are to present data to illustrate how an advanced digestion process, two-phase digestion, can provide superior performance in terms of waste stabilization efficiency and net energy recovery. As the result, it is possible to separate enrichment cultures of acidogenic and methanogenic organisms in isolated environments by kinetic control involving manipulation of dilution rates. In single-phase digestion process, HRT and COD loading for effective operation were 14.29 days and 2.33kg $COD/m^3$ day, but two-phase digestion may be conducted efficiently at 7 days of HRT and 5.71kg $COD/m^3$ day of loading. Data from this studies showed that the two-phase process is better than single-phase digestion under all test conditions when compared on the bases of gas yield and production rate, reductions of COD and VS, buffer capacity, and unconverted volatile acids in the effluent.

하수처리시설의 방류수 수질기준은 계속적으로 강화되고 있으며, 이러한 기준을 충족시키기 위해 다양한 공법을 적용하려는 노력들이 증가하고 있다. 지금까지는 질소, 인 처리를 목적으로 활성슬러지 공법을 많이 적용해왔지만, 활성슬러지 공법의 경우 용존산소 및 온도 유지, 미생물의 생장에 필요한 탄소원이 부족할 경우 추가적인 메탄올 공급의 필요 등과 같은 문제점들을 가지고 있어 대안책이 필요한 상황이다. 따라서 본 연구에서는 응집제 주입을 통해 유기물 뿐만 아니라 질소, 인 등을 제거하여 활성슬러지 공법을 대체할 수 있는 응집-침전 1차 처리(Chemically enhanced primary treatment, CEPT)의 최적화 과정을 진행하였으며, 추가적으로 CEPT 슬러지를 이용하여 혐기성 소화를 진행하였을 때 메탄 생성효율에는 어떠한 영향을 미치는지 확인하고자 하였다. 먼저 문헌조사를 통해 총 7개의 후보군(FeCl2, FeCl3, FeSO4, PACl, Al2(SO4)3, 키토산, glucan)을 선정하였으며, jar-test를 통해 응집제로써의 적용가능성 및 최적 주입량을 확인하였다. Jar-test의 경우 광주 제 1하수처리장으로 들어오는 하수 원수 500ml를 이용하여 진행하였으며, 급속교반(150rpm, 1분), 완속교반(40rpm, 10분), 침전(10분) 순으로 진행한 뒤 상징액을 통해 저감효과를 확인하였다. 90% 이상의 탁도 저감효과를 보인 FeCl3, PACl, Al2(SO4)3 대상으로 CEPT 슬러지를 제작하여 혐기성 소화를 진행하였다. jar-test에서는 PACl이 응집제 주입량 대비 가장 높은 탁도저감효과를 보인 반면, 혐기성 소화 공정에서는 PACl을 이용하여 제작한 CEPT 슬러지의 메탄 발생효율이 가장 낮고, FeCl3를 주입한 경우에 가장 메탄발생효율이 높은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 PACl의 Al 성분이 미생물의 생장을 저해한 반면, FeCl3의 경우에는 Fe3+가 Fe2+로 환원되는 과정에서 유기물로부터 H+를 받아 유기물의 분해속도를 촉진시켰기 때문인 것으로 추측된다.

상향류식 혐기성 생물전기화학 반응조(upflow anaerobic bioelectrochemical reactor, UABE)를 이용하여 주정폐수를 유기물부하율 16 g COD/L.d에서 처리하는 동안 pH, 알카리도, 유기산 등의 상태변수들의 변화와 COD 제거율, 비메탄발생량 및 메탄함량에 대한 전극배치의 영향을 평가하였으며, 그 성능을 UASB 반응조와 비교하였다. 면적이 27 m²/m³인 전극을 나선형으로 UABE 반응조 전체 공간에 고르게 배치하였을 때 비메탄발생율은 5.78 L/L.d로서, 전극을 설치하지 않은 UASB 반응조의 3.49 L/L.d보다 약 65.6%로 높았다. 이것은 UABE 반응조에 전기활성미생물이 성장하여 직접 종간전자전달(direct interspecies electron transfer, DIET) 반응이 활성화됨으로서 메탄생성반응이 크게 향상되었다는 것을 의미한다. UABE 반응조의 상부 1/3의 공간에 위치한 전극을 제거하였을 때, 비메탄발생율은 5.74 L/L.d로서 반응조 전체 공간에 전극을 설치한 경우와 큰 차이가 없으나, UABE 반응조 상부 2/3 공간에 설치한 전극을 제거한 경우 비메탄발생율은 5.34 L/L.d로 약 7.5% 감소하였다. 이 결과는 UABE 반응조에서 전극을 하부 1/3의 공간에만 설치한 경우 전기활성미생물도 감소하여 DIET 반응도 감소하였다는 것을 의미한다. 전극을 UABE 반응조 하부로부터 2/3 이상의 공간까지 설치하였을 때 COD 제거율은 약 91.5%이었으나 반응조 하부로부터 1/3의 공간에만 설치한 경우 COD 제거율은 88.9%로 약 2.6%로 감소하였다.

현재 국내에서 발생하는 음폐수의 해양투기 금지와 음식물류 폐기물의 에너지화 정책에 따라 유기성 폐기물의 혐기소화를 통한 바이오가스화 시설이 지속적으로 설치 및 운영되고 있다. 그동안 많은 연구와 운영 경험을 통해 유기성 폐기물의 바이오가스화 공정은 점차적으로 안정화되어 가고 있는 가운데, 해당 시설에서 발생하는 혐기소화여액에 대한 적정 처리가 전체 시설의 경제성에 큰 영향을 미치고 있다. 해외, 특히 유럽에서는 유기성 폐기물의 혐기소화여액을 대부분 퇴비 또는 비료로 활용하고 있으나 국내에서는 경작 면적 및 시비 시기 등에 대한 제약으로 인해 해외의 경우처럼 혐기소화여액을 퇴비 및 비료로 활용하는데 한계를 가지고 있다. 이에 대다수의 국내 음식물류 폐기물 바이오가스화 시설에서는 혐기소화여액을 별도의 폐수처리 후 하수처리장에 연계 처리하고 있으며, 고형물인 탈수케익은 일부 퇴비원료로 생산하고 있으나 이에 대한 수요 및 구매 매력도가 떨어져 무상공급 또는 유상처리하고 있는 실정이다. 이에 따라 탈수케익을 퇴비원료로 생산하는 대신 매립 또는 소각 처리로 전환하는 시설도 늘어나고 있다. 또한, 음식물류 폐기물의 혐기소화여액은 높은 질소 농도로 인해 하수처리장 연계수질에 따라 단순 응집침전부터 다단 고도처리까지 적용하여 처리하고 있어, 본 과제에서는 국내 음식물류 폐기물 바이오가스화 시설을 직접 방문 조사하여 각 시설의 폐수처리공정 성능 및 애로사항 파악을 통해 주요 연계수질 기준에 따른 최적 폐수처리공정 선정 Guideline을 도출하고자 하였다.