The ballasted flocculation effects of the mill scale and magnetite on activated sludge were investigated. Both ballasted flocculants (BF) could remarkably improve the sludge settleability in terms of zone settling velocity (ZSV) and sludge volume index (SVI). With the BF dosage of 0.2 to 2.0 g-BF/g-SS, the magnetite particles showed better efficiency on improving settling behavior of activated sludge than the mill scale due to higher surface area and hydrophobic property. The efficiency of SVI30 with magnetite injection was 2.5 to 11.3% higher than mill scale injection and that of the ZSV appreciated from 23.7% to 44.4% for magnetite injection. Averaged floc size of the BF sludge with magnetite dosage (0.5 g-BF/g-SS) was 2.3 times higher than that of the control sludge. Dewaterability of the sludge was also greatly improved by addition of the BF. The specific resistance to filtration (SRF) was reduced exponentially with increasing the dosage of BF. However, the BF’s particle size effect on the SRF looks to be marginal. Consequently, for improving the dewaterability, the BF played a physical role to remove the pore water of the biological flocs by intrusive attachment and a chemical role to induce aggregation of the flocs by charge neutralization.

The effects of activated carbon originated Ballasted Flocculant (BF) on the settleability of activated sludge and the recovery of BF by Hydro-cyclone (HC) were analyzed experimentally. Two kinds of BF (M-I: 125-250 μm, M-II: 250-425 μm in dia.) and three kinds of activated sludges with different SS concentration (2,300-7,100 mg/L) were applied for this study. With the dosage variation of BF from 0.14 to 1.3 g-BF/g-SS, we could obtain 24-31% improvement in SV30 (Sludge Volume after 30min sedimentation) for the lowest SS concentration sludge (2,300 mg/L). Whereas the SV30 improvement was much higher as 44-48% for the highest SS concentration sludge (7,100 mg/L). The settling characteristics of the sludge with BF followed Vesilind model the best among three models (Vesilind, Takacs and Cho model). HC could effectively separate BF with the separation efficiency of 70-90% and over 95% separation efficiency could be obtained when the HC was applied twice.

본 연구에서는 산기량의 변화에 따른 임계 투과유속을 투과유속단법으로 측정하였다. 유효 막 면적이 85 cm2이고 공칭 세공크기가 0.4 μm인 중공사형 막모듈을 MLSS 5,000 mg/L인 활성슬러지 수용액에 침지시켜 투과 실험하였다. 산기시 키지 않을 경우 임계 투과유속은 15.2 L/m2⋅h로 측정되었으나 산기량을 100에서 1,000 mL/min까지 증가시키면 임계 투과 유속이 20.6에서 32.5 L/m2⋅h까지 크게 상승하였다.

본 연구에서는 사인파형 투과유속 운전방식을 중공사형 분리막에 적용하여 운전시간에 따른 막간차압(TMP)을 측 정하였다. 유효 막면적이 100 cm2이고 공칭 세공크기가 0.45 μm인 중공사막 모듈을 MLSS 5,000 mg/L 활성슬러지 용액으로 투과 실험하였다. 연속적인 단계별 투과유속 변화법으로 임계 투과유속을 측정하였으며 그 값은 26.6 L/m2⋅hr이었다. 여과 운전/정지이완(FR), 정지이완시 역세척(FR/BW) 및 사인파형 투과유속 연속운전(SFCO) 방식에 따른 TMP를 측정하였다. 임 계 투과유속보다 낮은 15, 20 및 25 L/m2⋅hr에서는 SFCO 운전방식이 FR 및 FR/BW에 비하여 효과적이었다. 그러나 임계 투과유속 이상에서는 FR/BW 운전방식이 SFCO보다 효과적으로 막오염을 제어할 수 있음을 확인하였다.

본 연구에서는 dimethylformamide (DMF)와 acetone의 혼합용액에 산화그래핀(graphene oxide, GO)을 분산시키고 기질 고분자인 PVdF (polyvinylidene fluoride)를 도입하여 전기방사법으로 나노섬유를 제조하였다. 또한 PVdF/GO 복합 나노 섬유를 평막 형태로 적층시켜 기공크기 0.4 μm인 정밀여과막을 제조하였다. 그리고 GO의 고유한 항균 특성으로 생물학적 오염을 줄일 수 있는 PVdF/GO 복합막의 막오염을 평가하기 위하여 막간 압력차(transmembrane pressure, TMP)를 측정하였 다. 유효 막면적이 0.01 m2인 PVdF/GO 평막과 상용화된 MBR용 CPVC (chlorinated polyvinyl chloride) 평막을 MLSS 4,500 mg/L인 활성슬러지 수용액 내에서 동시에 투과 실험하였다. 공기를 주입하지 않을 경우, 투과유속이 10 L/m2⋅h일 때 PVdF/GO 막의 TMP는 CPVC 막의 최대 79%까지 감소하였다. 또한 운전/휴직 방식으로 운전할 경우, 10 L/m2⋅h일 때 PVdF/GO 막의 TMP는 CPVC 막의 최대 69%까지 감소함을 확인하였다.

본 실험은 실험실적 규모의 침지식 평막형 분리막이 장착된 활성슬러지 생물반응기에 인공폐수를 사용하여 수행하였다. 분리막 운전은 MLSS 5,000 mg/L 활성슬러지 용액을 일정 유량으로 계속 투과시키는 방식과 주기적으로 10분여과/2분휴지 방식으로 구분하여 실시하였다. 산기량은 0.25 L/min로 일정하게 유지한 상태에서 투과유속을 10에서 25 L/m2⋅hr까지 증가시키면서 막간차압을 측정하였다. 또한 분리막 오염 상태를 판단하기 위하여 완전막힘, 표준막힘, 중간막힘, 비압축성케이크 및 선형압축성 케이크 오염 모델을 실험값에 적용하였다. 10분운전/2분휴지 운전방식에서는 매 주기마다 펄스형태로 막간차압이 변화하므로 최고점 및 최저점 연결선으로 구분하여 막오염 모델을 적용하였다. 활성슬러지 케이크 막오염은 이상의 5가지 오염 모델 중 선형압축성 케이크 오염 모델이 모든 투과실험 결과와 가장 잘 일치하였다.

Nanotechnology has become one of the fastest developing technologies and recently applied to a variety of industries. Thus, increasing number of nano materials including various nanoparticles would be discharged into wastewater and consequently entering a biological wastewater treatment process. However, the impact of the nano particles on biological wastewater treatment has not been estimated intensively. In this research, we investigated the effect of silica nanoparticle on the oxygen uptake rates (OURs) of activated sludge used in a conventional wastewater treatment process. The inhibition (%) values were estimated from the results of OURs experiments for the silica nanoparticles with various sizes of 10-15, 45-50, and 70-100 nm and concentrations of 50, 250, and 500 ppm. As results, the inhibition value was increased as the size of silica nano particles decreased and the injected concentration increased. The maximum inhibition value was investigated as 37.4 % for the silica nanoparticles with the size of 45-50 nm and concentration of 50 ppm. Additionally, the effect of size and concentration on the inhibition should be considered cautiously in case that the aggregation of particles occurred seriously so that the size of individual particles was increased in aquatic solution.

We used a conventional activated sludge process to treat a paper wastewater, and then the effluent was treated with an ozone oxidation process as advanced process to remove non-degradable materials. It was found that the removal efficiency rates of the organic matter has been rapidly increased initially, and then it was almost constant after this period. The concentration of ozone should be recommended to maintain approximately 8.3 mg/L during this operation to keep the CODmn value below 100 mg/L and ozone contact time longer than 60 min.

유기물과 질소를 동시에 제거하기 위하여 연속회분식으로 운전한 MBR (membrane bioreactor)시스템에서 미생물농도와 슬러지 부하량이 막오염과 미생물 활성에 미치는 영향을 살펴보았다. 막오염은 MLSS (mixed liquor suspended solid) 농도 증가에 따라 조금씩 증가하는 경향을 보였고, 그 효과는 비포기 조건보다 포기 조건에는 좀더 두드러지게 나타났다. MLSS 농도는 막오염에 직접적인 커다란 영향을 주지는 않으나, 지나치게 높은 MLSS에서 유도되는 낮은 슬러지 부하에서는 막오염이 크게 증가하는 현상이 발견되었고, 이러한 조건에서는 포기에 의한 막 세척 효과도 크게 줄어들었다. 미생물의 개별 활성도는 슬러지 부하가 감소할수록 지속적으로 감소하는 경향을 나타내었다 반응조 전체 활성도 또한 17,000 mg/L 이상의 높은 MLSS로부터 유도되는 낮은 슬러지 부하율에서는 높은 미생물 농도에도 불구하고 오히려 감소했는데 이는 기질 부족으로 인한 경쟁으로 활성도가 떨어지고, 용액의 점성 증가로 인해 산소 전달율이 저하되었기 때문이다.

상전환 방법에 의해 PVC계 MF막을 제조하여 환성슬러지가 포함된 폐수 처리용 MBR (Membrane bioreactor)에 적용하였다. 막 제조시 첨가제의 농도에 따른 막 특성을 확인한 결과 첨가제의 농도가 증가할수록 기공 크기가 증가하였으며 친수화도 역시 향상되었다. MBR의 내부 환경변화에 따른 실험을 통해 제조한 막의 투과 성능 및 막에 발생하는 막 오염 거동을 조사하였다. 사상균의 생성으로 인한 Sludge bulking 시 막 오염 현상이 가속화되었으며, 이 때 각 시료의 Rc을 조사한 결과 CP-0 > CP-1.0 > CP-1.5의 순으로 나타났고, 정상상태와 비교하여 sludge busking시 Rc값은 3.5~7배가지 증가하였다. 표면 특성이나 투과 유속면에서 PVP 1.5 wt% (CP-1.5)를 첨가하였을 때가 가장 적합하였다. 평균 투과 유속은 시료 모두에서 12(±2) L/m2hr 정도였으며, 평균 COD 제거율은 98.8% 정도를 나타내었다 MBR 운전에 있어 sludge bulking시 사상균이 차지하는 비율과 미생물의 모양과 크기에 따라 막 오염은 가속화 되었고, 투과 유속 감소를 보였다. 따라서 막 여과 특성은 막의 친수화 정도와 MBR 내부 미생물의 성장 조건과 환경에 의해 결정되는 것을 알 수 있었다.

막결합형 활성슬러지 시스템의 운전에서 운전 시간에 따른 막 여과 특성의 변화를 살펴보았다. 슬러지의 순환 과정에서 전단력에 의한 플럭 크기의 변화가 여과 저항에 미치는 영향을 살펴보기 위해 여과 저항 모델식을 사용하였으며 또한 케이크 층의 특성 변화를 살펴보기 위해 입자의 비저항을 측정하였다. 플럭의 크기는 운전 초기 4~6시간 내에 급격한 감소 양상을 보였으며 이후 서서히 감소하여 20μm 부근의 값을 유지하였다. 운전 시간에 따른 입자의 비저항의 증가는 시간에 따른 입자 크기의 감소로부터 예상되는 결과와 잘 일치하였다. 플럭의 구성 성분 중에서 용존 유기물과 미생물이 플럭스 감소에 미치는 영향은 상대적으로 작았으며 콜로이드성 입자가 가장 큰 플럭스 감소 요인으로 작용하였다. 미생물 플록과 비교하여 콜로이드성 입자는 높은 비저항을 가졌으며 이로 인해 상대적으로 높은 케이크 저항을 나타내었다.

활성슬러지 공정을 이용하여 Kraft 펄프공장에서 배출되는 유출수에 잔류하는 만성독성의 제거가능성을 평가하기 위하여 pilot plant를 운전하였다. 독성 이외에도 폐수내의 BOD, SS, resin과 fatty acids, 색도, 그리고 AOX와 같은 오염물질의 제거효과도 측정되었다. Pilot plant는 정상상태에서 약 10주 동안 운전되었으며 운전기간 동안의 평균 F/M 비율은 0.28, 그리고 sludge age는 8.4일로 계산되었다. 평균 MLSS 농도는 4,309mg/l이었으며 이중 휘발성 물질은 57%이었다. 운전기간 동안, BOD 제거계수(k)는 $30^{\circ}C$에서 8.2/일 이었으며 BOD 제거율은 full-scale 운전시보다 3~6% 정도 낮은 84%로 나타났다. 활성슬러지 유출수의 만성독성 시험은 Dinnel 방법과 BML 방법이 활용되었으며, 시험결과 pilot plant 활성슬러지 시스템에서도 효율적인 운전을 통하여 90% 이상의 독성제거가 가능함을 알 수 있었다. Pilot plant의 진 공정을 통해서 색도와 AOX의 제거는 매우 미미하였으나 resin과 fatty acids는 뛰어난 제거율을 나타내었다.

The purpose of this study was to evaluate the effect of high-salinity wastewater on the microbial activity of Aerobic Granule Sludge (AGS). Laboratory-scale experiments were performed using a sequencing batch reactor, and the Chemical Oxygen Demand (COD), nitrogen removal efficiency, sludge precipitability, and microbial activity were evaluated under various salinity injection. The COD removal efficiency was found to decrease gradually to 3.0% salinity injection, and it tended to recover slightly from 4.0%. The specific nitrification rate was 0.043 0.139 mg NH4 +-N/mg MLVSS·day. The specific denitrification rate was 0.069 0.108 mg NO3 --N/mg MLVSS·day. The sludge volume index (SVI30) ultimately decreased to 46 mL/g. The specific oxygen uptake rate decreased from an initial value 120.3 to a final value 70.7 mg O2/g MLVSS·hr. Therefore, salinity injection affects the activity of AGS, causing degradation of the COD and nitrogen removal efficiency. It can be used as an indicator to objectively determine the effect of salinity on microbial activity.

Chemical batch tests were conducted to investigate the amount of nutrients that were released from the wasted activated sludge during microwave heating. For this study, three types of activated sludge were obtained from A2/O, MLE and oxidation ditch (OD) processes. Polyphosphate-accumulating organisms in the activated sludge have a unique trait: they releases phosphate from the cell when they are exposed to high temperatures. The sludge obtained from the A2/O process released the largest amount of phosphate, followed by those from the MLE and OD processes. The release of phosphate increased with increasing polyphosphate content in the sludge under strongly alkaline or acidic conditions. Furthermore, ammonia and heavy metals were released with phosphorous. The largest amount of ammonia was observed from the sludge obtained from the MLE process. The release of heavy metals strongly depends on the pH conditions. Therefore, the chemical analysis results strongly suggest that both phosphorus and ammonia react with Mg2+ or Ca2+ to form metal complexes such as magnesium ammonium phosphate or hydroxyapatite under alkaline conditions.

하수슬러지의 발생량은 꾸준히 증가하고 있으며, 하수슬러지의 해양투기 금지로 인해 대체 처리 방안들이 요구되고 있다. 다양한 하수 슬러지 처리 방안들 중, 하수 슬러지를 이용한 활성탄의 제조는 슬러지를 폐기가 아닌 재이용하는 방안으로 제기되고 있다. 활성탄은 탄소 성분을 이용하여 제조되므로, 하수 슬러지를 이용하여 활성탄을 제조하는 것도 가능하다. 기존의 대기오염제어설비에서 쉽게 제거되지 않는 원소 수은은 활성탄 흡착을 통해 제거될 수 있다. 본 연구에서는 국내 하수처리장에서 발생한 건조슬러지를 이용하여 다양한 물리적 특성을 지닌 활성탄을 제조하였고, 수은 흡착 능력을 평가하였다. 그리고 다른 원료에서 제조된 활성탄과 수은 흡착 결과를 서로 비교하였다.

하수슬러지의 발생량은 산업발달 및 인구증가로 꾸준히 증가하고 있으나, 하수슬러지의 해양투기 금지로 대체 할 수 있는 새로운 처리 방법이 요구되고 있다. 특히, 최근에는 건조슬러지를 재이용하는 다양한 방안들이 제기되고 있으며, 그 중 활성탄을 제조하여 이용하는 방법이 있다. 활성탄은 일반적으로 석탄이나 목재와 같은 탄소질 물질을 이용하여 제조된다. 또한 활성탄의 제조는 탄화와 활성화 공정으로 이루어지며, 탄화와 활성화 공정의 인자들의 변화를 통해 활성탄의 특성이 달라진다. 따라서 본 연구에서는 국내 건조 하수처리장에서 발생한 건조슬러지를 이용하여 활성탄을 제조하였다. 탄화시간, 탄화온도, 활성화시간, 활성화온도, 수증기 주입량과 같은 여러 인자들의 변화에 따른 활성탄의 비표면적, 기공분포도의 분석을 통해 활성탄의 최적조건을 도출하여 활성탄을 제조하고자 하였다.

In this study, the recycling water that produced during remicon manufacturing was activated by desulfurization gypsum, and then mortar with activated-sludge was made. As a result, possibility of activated-sludge in remicon was verified via flow and compressive strength test.

Domestic sewerage treatment plant is operated by activated sludge method and its modified method by using microorganism. In most cases, a method of using microorganism is directly controlled by the operator based on individual judgment through factors of DO, pH and ORP. In addition, under aerobic condition in bioreactor, energy consumption including excessive air injection is learned to be somewhat plenty. In order to solve this problem, in most of the process, improvement of internal recycling and activated environmental factor of microorganism were researched extensively. However, as factors are changed depending on various conditions, it is not sufficient as an indicator of judgment. As such, a research on operation of bioreactor that measures metabolic change in short time by directly measuring activated condition of microorganism using NADH fluorometer is required in reality.It is considered that the method like this could supplement problem of energy consumption being occurred in the existing treatment method and operational optimization of bioreactor would be enabled by controlling optimal air volume. Therefore, in this study, in order to obtain optimal operational indicator of bioreactor, proper air volume control test was performed and through batch test and site evaluation, possibility of NADH sensor being utilized as operational control indicator of bioreactor is intended to be analyzed. In order to compare with measured value, DO, ORP that are operational control indicator of existing bioreactor were used. As MLSS concentration was increased through batch test, NADH value was increased and site evaluation also showed similar tendency to batch test. Resultantly, it could be confirmed that changing level of NADH fluorometer was a sensor that could measure bioreactor condition effectively and optimized scale of bioreactor is considered to be utilized.

2011년 말 기준 전국에 가동 중인 공공하수처리시설은 500 m³/일 이상이 505개소에 시설용량은 25,017,730 m³/일이고, 500 m³/일 미만은 2,858개소에 시설용량은 210,376 m³/일에 달한다. 이는 2003년부터 하수도 보급률 78.8%에서 해마다 약 3%씩 증가하여 2011년도 말에는 90.9%로 증가되고, 인구증가 등의 요인에 따른 것이다. 또한 매년 하수처리시설의 유입유량과 유입하수농도의 변화는 지속적으로 증가하고 있다. 하수처리시설의 주 처리방법은 고액분리와 용존성 물질의 고형화하는 방법이 주를 이루며 이외에도 산화의 방법, 필터에 의한 방법 등으로 수중의 오염물을 배제시킨다. 특히, 용존성 물질을 고형화 하는 과정에서 대부분 유기성 물질로 구성된 오염물을 미생물의 처리과정으로 처리가 되어 지는데, 이 때 하수처리시설에서 생물 반응조의 상태를 보기 위하여 대부분이 SVI를 측정한다. 이는 미생물의 상태를 간접적으로 확인하고, 후단 공정에서의 고액분리의 정도를 예측하는 중요한 방법으로 많이 활용되고 있다. 따라서 본 연구에서는 SV30의 측정방법에 대하여 높이에 따른 광원의 조사와 측정된 값을 인식 가능성에 대하여 실시하고자 하였다. 연구에 대상으로 사용된 슬러지는 경기도 안산시 A공공하수처리장의 생물반응조 내의 슬러지를 채수하여 실험에 사용하였으며, 이 때 사용된 슬러지의 TS는 3,428 mg/L, VS는 2,491 mg/L로 측정이 되었다. 광원으로 사용된 램프는 LED(White, Foryard Co. Ltd, Taiwan)으로 하단에서 최초 높이 20mm 정도를 제외하고 높이 17mm간격으로 20개를 설치하였다. 광원 검출기(Perkin Elmer Co., German)도 동일한 방법으로 설치하고 광원과 검출기 사이에 SV30을 실험하는 방법을 기준으로 1,000mL의 유리재질의 매스실린더를 사용하였으며, 광의 조사 및 검출의 외부 환경은 외란광이 존재하는 조건에서 실험을 실시하였다. 사용된 검출기의 특징은 외부 광원을 에너지로 인식하고 광원이 조사되면 저항(단위 Ω, R)이 내려가고, 광원이 차단되면 저항이 올라간다. 외란광의 환경에서 하부에서 상부로 갈수록 외란광의 차단효과가 적어져 메스실린더 내의 슬러지 투입전의 1,000 mL 위치에서 LED 램프 조사전은 4.78 kΩ, 0 mL에서 27.75 kΩ, 조사시는 1,000 mL 위치에서 3.49 kΩ, 0 mL에서 5.92 kΩ으로 측정이 되었다. 활성슬러지 투입시 압밀침전 전까지 슬러지 침강속도는 43.6 mm/min이었으며, 압밀침전의 속도는 3.58 mm/min으로 측정이 되었다. 이 때, 슬러지 계면이 있을 경우와 없을 경우의 측정차는 약 90 kΩ이상이 발생하여 슬러지 계면의 정도에 따른 측정이 가능할 것으로 판단된다.

활성슬러지 공정의 생물학적 반응조 및 2차 침전지 설계와 관련해서 정상상태 설계식(Ekama et al., 1986; WRC, 1984) 및 1-D flux theory 설계식(Ekama et al., 1997)을 사용하여 슬러지 농도에 따라 두 가지 공정을 일괄적으로 설계하였다. 또한, 슬러지 농도에 따른 생물학적 반응조 및 2차 침전지 크기 변화를 도식화하고, 유입수 성상이나 슬러지 침강성, 환경 및 운전조건 그리고 첨두유량이 각 공정의 크기결정에 미치는 영향을 평가하였다. 먼저 유입수의 특성과 관련하여 난분해성 용해성 물질(fs,us)은 반응조 크기 결정에 큰 영향이 없었지만, 난분해성 입자성 물질(fs,up), 무기 고형물(fi) 및 유기물 강도(Sti)의 영향은 크게 나타났다. 운전인자인 Sludge Retention Time(SRT)의 경우, 슬러지 생산량과 관련되므로 반응조 크기결정에 역시 큰 영향을 미쳤다. 2차 침전지의 설계요소인 Sludge Volume Index(SVI) 및 첨두유량이 커질수록 2차 침전지에 수리학적 부하가 커지게 되어, 2차 침전지가 크게 설계되어야 했다. 본 설계과정에서는, 온도 변화가 미치는 영향은 작게 나타났다. 대규모 처리장의 경우 반응조 및 2차 침전지 전체 크기 결정과 함께 1개조 크기의 상한선을 설정하여 개수를 산정하였다. 최종적으로 엔지니어는 여러 가지 슬러지 농도에 대하여 반응조 및 2차 침전조의 크기, 개수 및 현장조건을 고려한 건설비용을 반복적으로 계산하게 되면, 최소비용 설계와 함께 최적의 슬러지 농도를 결정하게 된다.