The MBR process, which uses membrane to separate solids instead of secondary clarifier, has the advantage of maintaining high MLSS (Mixed Liquor Suspended Solids) concentration in bioreactors. In this study, three MBR processes combined with chemical phosphorus removal facility were studied: the phase-isolated MBR process with one recirculation pump, the A2O MBR process with two recirculation pumps, and the MBR process without a oxygen depletion reactor with three recirculation pumps. 116 simulations by EQPS (Effluent Quality Prediction System) were performed, under same design influent characteristics and hydraulic retention time, to see the effects of recirculation ratio changes on effluent water quality. The final effluent limits for total nitrogen and phosphorus were set to as 10 ㎎/L or less and 0.2 ㎎/L or less, respectively. AlCl3 was fed at MBR effluent to make 0.2 ㎎/L of total phosphorus precisely by PI (Proportional-Integral) controller in EQPS. This study showed that the phase isolated MBR process (R1 600%) had the highest nitrogen removal efficiency, with a final effluent T-N concentration of 6.765 mg/L. However, the A2O MBR process (R1 400%, R2 100%) required the lowest AlCl3 flow of 0.742 m3/day, which is approximately 59.1% lower than the average AlCl3 flow of the phase-isolated MBR process. It also produced 4,835 kg/day of sludge, the lowest among the studying MBR processes. It seems that A2O MBR process is the most economic method to treat studying wastewater to meet final effluent nutrient limit targets. However, carbon neutrality must be considered to select the best process to treat studying wastewater and it will be presented later.

This study evaluates the potential of various coagulants to enhance the efficiency of total phosphorus removal facilities in a sewage treatment plant. After analyzing the existing water quality conditions of the sewage treatment plant, the coagulant of poly aluminium chloride was experimentally applied to measure its effectiveness. In this process, the use of poly aluminium chloride and polymers in various ratios was explored to identify the optimal combination of coagulants. The experimental results showed that the a coagulants combination demonstrated higher treatment efficiency compared to exclusive use of large amounts of poly aluminium chloride methods. Particularly, the appropriate combination of poly aluminium chloride and polymers played a significant role. The optimal coagulant combination derived from the experiments was applied in a micro flotation method of real sewage treatment plant to evaluate its effectiveness. This study presents a new methodology that can contribute to enhancing the efficiency of sewage treatment processes and reducing environmental pollution. This research is expected to make an important contribution to improving to phosphorus remove efficiency of similar wastewater treatment plant and reducing the ecological impact from using coagulants in the future.

This study investigated phosphorus removal from secondary treated effluent using coagulation-membrane separation hybrid treatment to satisfy strict regulation in wastewater treatment. The membrane separation process was used to remove suspended phosphorus particles after coagulation/settlement. Membrane separation with 0.2 μm pore size of micro filtration membrane could reduce phosphorus concentration to 0.02 mg P/L after coagulation with 1 mg Al/L dose of polyaluminum chloride (PACl). Regardless of coagulant, the residual concentration of phosphorus decreased as the dose increased from 1.5 to 3.5 mg Al/L, while the target concentration of 0.05 mg P/L or less was achieved at 2.5 mg Al/L for the aluminum sulfate (Alum) and 3.5 mg Al/L for PACl. Moreover, alum showed better membrane flux as make bigger particles than PACl. Alum showed a 40% of flux decrease at 2.5 mg Al/L dose, while PACl indicated a 50% decrease of membrane flux even with a higher dose of 3.5 mg Al/L. Thus, alum was more effective coagulant than PACl considering phosphorus removal and membrane flux as well as its dose. Consequently, the coagulation-membrane separation hybrid treatment could be mitigate regulation on phosphorus removal as unsettleable phosphorus particles were effectively removed by membrane after coagulation.

합성폐수 내의 유기물(COD), 질산성 질소, 인산이온을 제거하기 위한 폐수처리 시스템 개 발을 위한 연구를 수행하였다. 먼저 COD는 HClO의 산화 반응에 의해 거의 100 % 제거되었으며 전기 화학적 처리에 의해 질산성 질소가 암모니아성 질소로 환원되지만, 암모니아성 질소는 HClO 처리에 의 해 질산성 질소로 재 산화 되었다. 암모니아성 질소는 가열 증발 처리에 의하여 거의 100% 제거 되었 으며 HClO 처리를 하여도 재 산화되는 암모니아성 질소는 나타나지 않았다. 인산 이온은 pH에 따라 금속 착염을 형성함으로써 침전 처리에 의해 제거할 수 있었으며 전기화학적 처리와 HClO 처리를 통 하여 COD 99.5 % 이상, 질소 97.3 %, 인 91.5 %의 제거 효율을 얻을 수 있었다.

A membrane bioreactor by sequentially alternating the inflow and by applying a two-stage coagulation control based on pre-coagulation was evaluated in terms of phosphorus removal efficiency and cost-savings. The MBR consisted of two identical alternative reaction tanks, followed by aerobic, anoxic and membrane tanks, where the wastewater and the internal return sludge alternatively flowed into each alternative reaction tank at every 2 hours. In the batch-operated alternative reaction tank, the initial concentration of nitrate rapidly decreased from 2.3 to 0.4 mg/L for only 20 minutes after stopping the inflow, followed by substantial release of phosphorus up to 4 mg/L under anaerobic condition. Jar test showed that the minimum alum doses to reduce the initial PO4-P below 0.2 mg/L were 2 and 9 mol-Al/mol-P in the wastewater and the activated sludge from the membrane tank, respectively. It implies that a pre-coagulation in influent is more cost-efficient for phosphorus removal than the coagulation in the bioreactor. On the result of NUR test, there were little difference in terms of denitrification rate and contents of readily biodegradable COD between raw wastewater and pre-coagulated wastewater. When adding alum into the aerobic tank, alum doses above 26 mg/L as Al2O3 caused inhibitory effects on ammonia oxidation. Using the two-stage coagulation control based on pre-coagulation, the P concentration in the MBR effluent was kept below 0.2 mg/L with the alum of 2.7 mg/L as Al2O3, which was much lower than 5.1∼7.4 mg/L as Al2O3 required for typical wastewater treatment plants. During the long-term operation of MBR, there was no change of the TMP increase rate before and after alum addition.

최근 방류수 수질 강화에 따라 총인 처리시설의 설치와 응집제 사용량이 증가하고 있다. 본 연구는 유입하수에 포함된 응집제 성분(Al3+, Fe3+ 등)을 활용하여 PO43-와 응집시킴으로써 하수처리공정에 별도의 응집제 주입 없이 총인 농도를 0.2mg/L 이하로 제거할 수 있는 MBR 하수처리공정을 개발하는 것이다. 활성슬러지와 차아염소산나트륨으로 제조한 알칼리슬러지를 MBR 공법의 생물반응조에 주입하여 적정 pH를 유지시킴으로써 유입하수 중의 용존성 이온을 상호 응집시켜 고형화 하였고 분리막으로 고액 분리하여 하수처리수의 총인 농도를 0.2mg/L이하로 달성하였다. 이 연구를 통해 개발한 공법은 응집제 주입 없이 하수처리수의 총인 농도를 0.2mg/L이하로 제거하여 약품비용을 절감에 기여할 것으로 예상된다.

The purpose of this study is to evaluate for performance of biochipfiltration phosphorus treatment process developed by ANT21 and to enhance phosphorus water quality standards to meet the optimum operation conditions of phosphorus treatment process are presented. Alum, FeCl3 as the coagulant used, each with a Jar-Test influent water quality and remaval efficiency of phosphorus treatment process when compared to water quality and removal efficiency of T-P are not a big difference, Alum in the removal efficiency and water quality was the most stable and high coagulant in the case of the removal of CODmn, SS, TN. Alum and Polymer processing efficiency when using the water quality was good and treatment water quality is CODmn 19 mg/L, SS 5 mg/L, TN 26 mg/L, T-P 0.135 mg/L less than water quality standards. If Alum is applied to the field, Alum injection amount per m3 influent unit is 24 g. During the field testing operation period, the influent has average COD mn 27 mg/L, SS 10 mg/L, T-N 22 mg/L, T-P 0.910 mg/L, and the final effluent has average CODmn 22 mg/L, SS 4 mg/L, T-N 20 mg/L, T-P 0.166 mg/L respectively. Average removal efficiency of each water quality item was CODmn 21%, SS 65%, T-N 8%, TP 82% and phosphorus treatment process is effective for the removal of SS and T-P but there is a limit to the removal of CODmn and T-N.

국내 하수처리장에서는 방류수에 총인 규제의 강화에 대응하기 위해 응집제와 여과 혹은 가압 부상 등의 방법을 이용하여 인을 물리·화학적으로 처리고 있으며, 사용되는 응집제는 주로 황산반토, PAC(poly aluminum chloride)등을 이용되고 있다. 그리고 처리 과정에서 발생되는 슬러지(이하에서는 총인 슬러지라고 함)는 별도로 탈수하거나 처리장의 여건에 따라 소화 슬러지와 통합하여 탈수하여 처분되고 있는 실정이다. 총인 슬러지에는 다량의 알루미늄과 인이 함께 함유되어 있으며, D시 하수처리장에 발생되는 총인 슬러지를 대상으로 하여 분석한 결과, 알루미늄이 150~220g/kg, 총인이 16~23g/kg정도 함유되어 있는 것으로 나타났다. 이와 같은 함유량은 다량의 응집제를 사용하는 정수 공정에서 발생되는 슬러지의 알루미늄 함유량(110~140g/kg)에 비해서도 높은 값임을 알 수 있다. 따라서 본 연구에서는 D시의 하수처리장 중에서 총인 슬러지를 별도로 탈수 처리하고 있는 처리장의 슬러지를 대상으로 비료의 원료로 사용할 수 있는 인과 응집제로 재사용을 위한 알루미늄의 회수를 위한 기초적 조건을 검토하고 회수한 응집제의 인의 회수능과 분리 회수한 인의 순도에 대한 검토를 실시하였다. 회수한 응집제의 경우는 황산반토와 유사한 인의 제거능을 보였으나, Hydroxylapatite의 형태로 회수한 인의 경우는 알루미늄과의 완전한 분리가 이루어지지 않아 중량 단위로 인에 비해 3배 이상의 알루미늄이 되어 있는 것으로 나타났지만, 총인 슬러지에 있어서 인의 함유량이 알루미늄의 약 10배 정도임을 감안한다면, 약 70%의 알루미늄을 제거한 알루미늄과 결합되어 있을 가능성이 높은 Hydroxylapatite를 얻을 수 있었다.

빈번한 조류 발생으로 인한 수질 악화를 완화시키기 위해 2012년부터 총인의 수질 기준이 강화되었으며, 이에 앞서 2010년부터 기존의 하수처리장에 총인 처리시설을 설치하였다. 총인은 생물학적 처리공정에서도 제거할 수 있으나 질소와는 달리 기체로 전환시켜 대기 중으로 확산시키는 형태로 제거할 수 없기 때문에 혐기･(무 산소)･호기 프로세스를 이용하여 미생물에게 인을 과잉 섭취시켜 슬러지의 형태로 제거하는 방법이다. 그러나 이 방법은 국내의 엄격한 인에 대한 수질 기준을 만족시킬 수 없기 때문에 인과 친화성이 높은 알루미늄 분자가 주 원료인 황산반토, PAC 등과 같은 응집제를 이용하여 침전･분리시켜 슬러지의 형태로 처리하고 있는 실정이다. 이러한 인의 처리는 어떤 처리 방법에 있어서도 슬러지의 형태로 계외로 배출되는 특성을 지니고 있다. 결국 총인처리시설의 도입으로 인해 기존에 용존 상태로 공공수역에 방류된 인이 알루미늄과 결합된 슬러지의 형태로 전환되게 되었다. 이와 같이 알루미늄과 결합된 인은 기존의 슬러지 처리시설에서 최종침전지의 슬러지와 함께 각 처리장의 기존 슬러지 처리시설에서 처리되고 있다. 그러나 응집제의 도입과 인의 함유량 증가와 같은 슬러지의 성상이 기존의 슬러지 처리 공정에 미치는 영향에 대해서는 조사된 사례가 없으며, 특히 부숙화나 고화 처리의 경우는 토양 환원시에 알루미늄과 인의 함유량 변화가 작물의 생장이나 토양 생태계에 영향을 미칠 수 있음에도 불구하고 이에 대한 기초적인 연구가 전무한 실정이다. 본 연구에서는 총인처리시설 도입 후에 처리장내에서의 인과 계외(처리장 외부)로 배출되는 슬러지(부숙토, 고화토 등)중의 인과 함께 알루미늄의 거동에 대해 검토하였다. 연구 대상으로 한 G하수종말처리장의 처리공법은 DNR이며, 잉여 슬러지는 총인슬러지와 함꼐 탈수 후에 부숙처리하고 있다. 먼저 처리장의 월별 운영자료로 인의 수지를 산정한 결과, 총인처리시설에서 제거되는 인의 양은 4.33 kg/d (28.7%)이었으며, 총인처리시설 이전 단계에서의 인 제거량은 4.65 kg/d(30.9%)로 유입되는 인의 약 41%는 생물반응조내의 미생물에 축적되어 있는 것으로 나타났다. 그리고 총인 처리과정에 발생된 슬러지에는 건조중량 기준으로 알루미늄이 254.6 g/kg, 총인이 40.1 g/kg 함유되어 있고, 완제품의 부숙토에는 알루미늄이 49.5 g/kg, 총인이 30.8 g/kg 함유되어 있는 것으로 나타났다. 이는 전술한 인의 수지에 근거해서 재산정하면 총인처리시설의 도입 후에 부숙토 중의 인함량은 약 2배 정도 증가한 것으로 보인다. 한편 알루미늄은 일반 슬러지중의 알루미늄의 함량이 높지 않음을 감안한다면 대부분이 인의 제거를 위해 투입된 황산반토에서 기인된 것로 판단된다. 이와 같이 총인 처리시설의 도입으로 인해 슬러지 중의 알루미늄과 인의 함량은 급격하게 증가되었음이 확인되었다. 한편, pH 2이하의 조건에서 용출시험 결과, 인(T-P)과 알루미늄의 용출 농도는 각각 80 mg/L과 27 mg/L이었으며 pH 4이상의 조건에서는 알루미늄과 인이 안정된 결합상태로 유지하는 것으로 나타났다.