A study on the denitrification of reverse osmosis(RO) concentrated wastewater from sewage reuse treatment plant in P city was conducted using waste desulfurization agent obtained from desulfurization process. Sulfur-based autotrophic denitrifying carrier comprises the predetermined amount of waste iron sulfide (FeS, Fe2S3), mine drainage sludge and elemental sulfur showing mesoporisity with 9.9 nm (99 Å) of average pore size. Sulfur denitrifying bacteria and sulfur reducing bacteria were implanted into the pores of sulfur denitrifying carrier. Nitrate was not affected by empty bed contact time (EBCT). It is probably due to larger reducing capacity of the carrier than the concentration of nitrate in RO concentrated wastewater. Total nitrogen (T-N) removal efficiency exhibited about 90% after 4 days. Sulfate ion was surprisingly decreased with sulfur autotropic process due to the reduction of sulfate ion to HS- and S2- by sulfur reducing bacteria. Sulfide and hydrogen sulfide ions were then taken by Fe(OH)3, main component of mine drainage sludge, releasing OH-. Alkalinity was therefore maintained between 7.5 and 8.5 in pH by the released OH-. Also, it had the effect of suppressing the production of H2S, which causes bad odor.

본 연구에서는 하수 재이용을 위한 역삼투막 공정에서 전처리 정밀여과막(MF) 손상에 대한 누출되는 다양한 수 질변화로써 막 손상 검지 방안을 제시하였다. 이를 위하여 역삼투막 유입수질 적합성 평가지표인 SDI (silt density index)를 3에서 5의 범위 내에서 막 손상 시 검지 감도를 정량화하기 위하여 전처리 분리막이 1에서 3가닥 파단에 따라 SDI는 1.92에 서 6.11까지 증가한 결과를 확인할 수 있었다. 일반적으로 3을 기준으로 역삼투막 유입수질로 설정하였을 때 분리막이 3가닥 까지 파단이 되어야만 막 손상 검지가 가능하다는 것을 의미하며 역삼투막의 오염은 잠재적으로 가속화되어 효율을 저하시 킬 수 있다. 또한 이때 누출되는 입자성과 유기물질에 대하여 0.45 μm 이상의 크기만 걸러주는 입자계수는 입도분포별 막 파 단 개수에 따라 일정한 패턴을 확인할 수 없었으며, TOC 농도는 약 2배의 변화패턴으로써 SDI와의 상관관계로써 TOC가 막 손상 수질지표로써 신뢰성이 높은 것으로 확인되었다. 수질분석결과와 더불어 USEPA에서 제시하는 막 손상 검지 방법 중 압력손실시험과 이를 기반으로 LRVDIT 모델의 적합성 평가를 한 결과 막 손상 또는 역삼투막 공정으로 유입되는 막오염물질 을 신속하게 확인할 수 있는 SDI 및 TOC를 포함한 LRVDIT 모니터링과 UCL 설정을 병행해야 한다.

본 연구에서는 하수처리유출수의 유기물 성상을 제어하기 위해 서로 다른 흡착제를 적용하여 역삼투막의 막오염 경향성을 관찰하였다. 실험실 규모에서 역삼투막 운전결과, 다중벽탄소나노튜브 (5%), 팽창흑연 (21%), 하수처리유출수(25%), 활성탄 (26%) 순서로 초기대비 투과수량이 감소하였다. 형성된 막오염 물질의 FEEM 분석결과, 활성탄의 경우 팽창흑연, 다중벽탄소나노튜브, 하수처리 유출수에 상대적으로 높은 미생물유래물질에 의한 막오염이 존재하였다. 더 나아가, 분자량 분석 결과를 통해 고분자 미생물유래물질(>15K Da)의 영향이 큰 것을 확인하였다. 결과적으로, 하수재이용공정에서 고분자 미생물유래물질이 역삼투막 효율저하의 주요한 역할을 하며, 이를 저감시키기 위한 방안마련이 필요하다고 판단되었다.

산업 발전에 따른 물 사용량과 폐수 배출량의 증가로 환경오염에 대한 사회적 인식과 제도적 개선에 대한 관심이 높게 부각되고 있으며, 기후 변화로 가뭄 빈발과 지역적 물 부족 문제를 해결하기 위한 대안으로 물 재이용 시스템 공급을 활성화시키는 것이다. 해당 사업장내 하(폐)수의 재이용 시스템 도입에 대한 제반 여건은 기술적으로는 상당 수준으로 정착되고 있으나 물 재이용 시스템에서 발생되는 오염원 배출에 대해서는 여전히 환경 보전 및 수자원 보호 등의 사회적 책임과 기술적 한계로 인하여 물 재이용 시스템 활성화에 난항을 겪고 있다. 이에 발생 폐수를 당해 사업장안에서 재이용하고 오염원은 고형화하여 외부 처리하는 폐수 무방류 배출시설의 도입에 대해 실적 사례 소개와 하수 재이용 시스템과의 연계성에 대해 소개하고자 한다.

본 사례는 최근 준공된 “구미하수처리장 하수처리수를 이용한 재이용시설”에 대한 것으로 이 시설은 구미하수처리장의 2차 처리수를 원수로, 응집침전시설, 전처리시설, 주처리시설과 재이용수 공급시설로 구성되어 있으며, 설비의 성능 확인을 위한 시운전을 완료하였다. 주처리시설로는 역삼투막(RO Membrane)을 적용하였으며, 하수처리수 내 잔류물질로 인한 역삼투막 성능저하방지와 수요처의 요구수질 충족을 위해 활성탄 주입을 포함한 응집침전공정과 정밀여과막(Micro Filter)을 전처리시설로 구성하였다. 사업 초기단계에 현재 시공된 것과 동일한 공정으로 구성된 Pilot Plant를 건설, 운영하여, 반영된 각 단계별 공정의 적정성과 주요 설계 인자를 확인하였으며, 일부 확인된 개선 사항은 실시설계시 반영하였다.

인구구조 및 생활방식 등의 변화로 물 소비는 증가되고 있는 반면, 가뭄 등 기후변화로 가용수자원 여건은 악화되고 있어 안정적인 용수공급의 필요성이 증대되고 있다. 우리 정부는 물의 재이용 촉진 및 지원에 관한 법률을 제정하고 하수처리수 재이용, 중수도, 빗물이용 등 지속가능한 물 순환을 추진하며 지역적 물 부족을 해소하기 위하여 노력하고 있다. 정부는 물 재이용 관리체제를 강화하고 시설기반을 구축하는 한편 관련 산업 육성과 전문인력 양성을 위해 노력해 왔다. 하지만 국내 물 재이용은 여러 가지 정책⋅재정⋅기술적 한계로 인해 계획대비 더디게 진행되고 있어 물 재이용 방향성의 재정립이 필요하다. 이에 본 발표를 통해 물재이용의 방향에 대하여 하수처리수 재이용을 중심으로 제언하고자 한다.

하수처리 혐기성 유동상 생물반응기(Anaerobic Fluidized Bed Bioreactor : AFBR)는 높은 표면적을 갖는 입상활 성탄을 유동 메디아로 적용함으로써 생물막 형성 및 유지에 유리하며 이로 인해 우수한 유기물 제거 효율을 나타내나 처리된 유출수 내의 질소와 같은 영양염류의 잔존이 여전히 문제로 남아있다. 본 연구에서는 AFBR에 의해 처리된 유출수 내의 질소 배제를 위하여 정삼투막(FO membrane)을 유도용액의 종류와 농도에 따라 적용하였다. 실험결과 유출수의 총질소 배제 효율 은 FO막에 적용하는 유도용액(draw solution : DS)의 종류 및 농도에 크게 의존하였다. 유도용액 농도가 증가함에 따라 FO막의 수투과량이 증가하였으며, 1 M의 NaCl을 유도용액으로 사용한 경우 총질소 배제 효율은 55%이었으나 1 M의 glucose를 유도용액을 사용한 경우 거의 완벽한 총질소 배제 효율을 나타내었다. AFBR 유출수를 FO막으로 24시간 동안 여과를 진행하 였으나 파울링에 의한 수투과량의 감소는 관찰되지 않았다.

The Anaerobic fluidized bed bioreactor (AFBR) treating synthetic wastewater to simulate domestic sewage was operated under GAC fluidization to provide high surface area for biofilm formation. Although the AFBR achieves excellent COD removal efficiency due to biological activities, concerns are still made with nutrient such as nitrogen remaining in treated wastewater. In this study, FO membrane was applied to treat the effluent produced by AFBR. Removal efficiency with total nitrogen (TN) was investigated with draw solution (DS, NaCl) and hydrodynamic condition (i.e., recirculation flow rate) along FO membranes. Permeability of FO membrane increased with increasing DS concentration. About 85% of TN removal efficiency was observed with the FO membrane using 1 M of NaCl DS. During operational period of a day, no permeate flux decline was observed.

In this study, various physical cleaning methods such as physical washing and osmotic backwash, were conducted to understand membrane fouling properties by employing real secondary wastewater effluent (SWWE). In addition, microfiltration (MF) and ultrafiltration (UF) pretreatments were compared to maximize removal of organic matter and to control membrane fouling efficiently. Organic foulants deposited on the active layer of FO membrane were observed by fouling behavior test. The relationship between concentrations of natural organic matter and membrane fouling was also investigated from the bench-scale FO tests.

(주)에코니티에서 개발한 자유말단형 분리막모듈(End-Free type)은 기존 분리 막 모듈과는 달리 고농도의 MLSS(Mixed Liquor Suspended Solids) 에서도 지속적인 운전이 가능하며, 그 외 다양한 현장 문제 발생 시에서도 쉽게 대응이 가능하여 안정적으로 운영이 가능한 특징을 가지고 있다. 본 연구에서는 (주)에코니티 자유말단형 분리막의 MBR(Membrane Bioreactor) 장기 운전 성능을 평가하였다. 운영을 하는 동안 발생하는 이벤트에 대한 해결 방안을 확인하면서 최적의 운전조건을 검토하였다. 또한 하수처리수가 재이용으로 적용되는 시스템에서 MBR 처리수가 역삼투 멤브레인의 원수로 공급되는 만큼 안정적이며 양호한 수질이 생성되는지 지속적으로 검토하였다.

This study applied microbubbles to reduce membrane fouling in wastewater reuse membrane processes, evaluated and compared the transmembrane pressure with or without the application of microbubbles and the cleaning efficiency with the application of aeration and microbubbles. In addition, this study analyzed foulants removed from the membrane surface. Changes in the transmembrane pressure of membranes with the presence or absence of microbubbles were observed. As a result, transmembrane pressure (TMP) increasing rate decreased twofold when applying microbubbles to realize stable operations. This study compared and evaluated cleaning efficiency applying aeration and microbubbles. As a result, the cleaning efficiency was 5% higher on average when applying microbubbles. In turbidity and total organic carbon (TOC), foulants were discharged when applying microbubbles twice as much as applying aeration. It is thought that particulate foulants precipitated on the membrane surface were more likely to desorb because the adhesion between the membrane surface and particle was weakened by microbubbles. Therefore, it is considered possible to effectively control membrane fouling because of the increase in cleaning efficiency when applying microbubbles to wastewater reuse membrane processes.

Various studies have forwarded an outstanding wastewater effluent treatment systems toward securing sustainable supply of water sources. In this paper, a broad overview of the performance of MF membrane as pretreatment option for wastewater reuse will be presented based on the literature survey and experiments conducted over the wastewater reuse pilot plant. The pilot plant was operated with a continuous data acquisition for about 300days under various chemical enhanced backwash (CEB) system with subsequent treated water quality analysis. Accordingly, assessment of the effluent revealed that the pretreated water is suitable enough to be used as an input for Reverse Osmosis (RO) unit and significant effect of CEB and concentration of NaOCl is also conceived from the analysis. Moreover, it's also observed that the application of various CEB condition over long operational hours induced a constant declination of overall performance of MF membrane.

There has been an accelerating increase in water reuse due to growing world population, rapid urbanization, and increasing scarcity of water resources. However, it is well recognized that water reuse practice is associated with many human health and ecological risks due to numerous chemicals and pathogenic microorganisms. Especially, the potential transmission of infectious disease by hundreds of pathogenic viruses in wastewater is one of the most serious human health risks associated with water reuse. In this study, we determined the response of different bacteriophages representing various bacteriophage groups to chlorination in real wastewater in order to identify a more reliable bacteriophage indicator system for chlorination in wastewater. Different bacteriophages were spiked into secondary effluents from wastewater plants from three different geographic areas, and then subjected to various doses of free chlorine and contact time at 5˚C in a bench-scale batch disinfection system. The inactivation of φX174 was relatively rapid and reached ∼4 log10 with a CT value of 5 mg/L*min. On the other hand, the inactivation of bacteriophage PRD1 and MS2 were much slower than the one for φX174 and only ~1 log10 inactivation was achieved by a CT value of 10 mg/L*min. Overall, the results of this study suggest that bacteriophage both MS2 and PRD1 could be a reliable indicator for human pathogenic viruses for chlorination in wastewater treatment processes and water reuse practice.

비료를 유도용액으로 사용하는 정삼투를 하수처리수(2차 침전지 유출수)의 재이용에 적용하여 유도용액의 성능을 평가하였다. 일반적으로 많이 사용되고 있는 비료 중에서 삼투압, 용해도 및 pH 등을 고려하여 NH4H2PO4, KCl, KNO3, NH4Cl, (NH4)2HPO4, NH4NO3, NH4HCO3 및 KHCO3을 유도용액 후보군으로 선정하고, 수투과선속 및 역용질선속을 측정하 여 유도용액의 성능을 평가하였다. 평균 수투과선속은 KCl > NH4Cl > NH4NO3 > KNO3 > KHCO3 > NH4HCO3 > NH4H2PO4 > (NH4)2HPO4의 순서로 나타났으며, KCl을 유도용액으로 사용하였을 때, 평균 수투과선속은 13.49 LMH이었다. 하수처리장 2차 침전지 유출수의 삼투압은 탈이온수의 삼투압에 비해 큰 차이가 없었다. 역용질선속은 NH4H2PO4 < NH4Cl < (NH4)2HPO4 < KNO3 < NH4HCO3 < NH4NO3의 순서로 나타났으며, NH4H2PO4를 유도용액으로 사용하였을 때, 역용질선 속은 4.96 × 10-3 mmol/m2⋅sec이었다.

본 연구에서는 하수처리수를 원수로 사용하여 직접 접촉식 막증발법을 적용하여 원수 온도와 원수 유량 변화에 따 른 하수처리수의 COD, TN, TP, TOC의 제거율 변화와 여과플럭스의 변화를 측정하였다. 또한 하수처리수에 의한 분리막의 오염 가역성을 평가하기 위해 1차 증류수만을 사용하여 물리세정을 수행한 후 플럭스의 회복률을 측정하였다. 실험결과 원수 의 온도 및 유량에 관계없이 원수가 3배 농축될 때까지 여과를 진행하였음에도 불구하고 하수처리수의 주요 오염물질인 COD, TN, TP, TOC에 대한 제거율이 92% 이상으로 높게 나타났다. 또한 비교적 낮은 온도인 50°C와 60°C에서 원수의 유량에 따라 최소 13.8 LMH에서 20.3 LMH로 높은 여과플럭스를 나타냈다. 그리고 높은 농축계수까지 여과 실험을 진행했음에도 불구하 고 낮은 여과플럭스의 감소를 나타냈으며 1차 증류수를 이용한 짧은 시간 동안의 물리세정만으로 최소 90% 이상의 높은 여과 플럭스 회복율을 나타냈다. 따라서 하수처리수 재이용을 위한 공정으로 막증발법의 적용이 충분히 가능할 것으로 판단된다.

저농도 합성폐수를 처리하는 membrane bioreactor (MBR) 시스템에서 공기폭기와 PET (polyethertaraphtalate) 입상메디아 혼합사용이 멤브레인 파울링과 처리효율에 미치는 영향을 관찰하였다. 일정한 공기폭기유량과 투과플럭스로 실험한 결과, PET 메디아를 첨가 시 메디아를 첨가하지 않은 경우보다 낮은 파울링 속도가 관찰되었다. MBR 반응기에서 입상 메디아에 의한 파울링 감소효과는 중공사막 모듈에 비해 평막 모듈이 더욱 효과적이었다. 공기폭기와 함께 멤브레인 표면을 따라 움직이는 입상 메디아의 접근성과 접촉성이 중공사막보다 효과적이었던 것으로 사료된다. MBR 적용에 있어 PET 메디아의 적용은 메디아를 적용하지 않았을 때와 비교 시 MBR 처리효율에 큰 영향을 주지 않았다.

포항시 하수처리수 재이용 시설은 UF-RO 공정을 통해서 일 10만 톤의 재이용수를 생산하여 철강 산업단지에 공급하는 시설로서 2014년 8월부터 운영 중이며, 2020년 기준 포항시에서 예상되는 물 부족량의 45%를 충당할 것으로 예상한다. 본 시설의 전처리 공정은 침지형 UF 막으로, 회수율 95%, Flux 25.7 L/m²-h로 운영되며, 역삼투 분리막은 회수율 80%, Flux 20 L/m²-h로 운영된다. 농축수 25,000톤 중 9,000톤은 생물 막 여과를 통해 처리되어 방류되며, 16,000톤은 하수처리장으로 반송된다. 본 연구에서는 하수처리수 재이용 시설의 분리막 오염 특성에 대해서 살펴보고 운전 자료를 바탕으로 안정적인 실시간 운영을 위한 공정 구성 및 운전 방법에 대해 검토하였다.

하수방류수 재이용을 위한 RO 전처리로 부유물질 및 콜로이드 물질의 제거를 위해 가압식 MF를 사용하였다. 남양주 J 하수처리장의 생물학적 처리와 모래여과를 거쳐 방류되는 방류수를 원수로 사용하였으며 100 톤/일 규모의 pilot plant를 1년 이상 운전하여 성능을 검토하였다. 가압식 MF에 의해 원수 수질 및 온도의 변화에 상관없이 flux 40 LMH 운전이 가능하였으며 전처리로 응집제를 넣어 용존 유기물을 응집할 경우 60 LMH 운전이 가능하였다. RO 공정에서 장기간 정지 이후 운전을 재개하였을 때 1단 pressure drop이 급격히 증가하는 현상이 나타났고 이러한 결과는 배관 내 형성된 유기물과 이온물질의 복합오염물질이 1단 RO막에 침적된 결과로 사료된다.