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.

Phosphorus is a vital resource for sustaining agriculture and nutrition, but a limited non-renewable resource. Thus, the recovery of phosphorus from waste activated sludge(WAS) was attempted by microwave heating and magnesium ammonium phosphorus(MAP) crystallization. Polyphosphate-accumulating organisms(PAOs) in WAS release phosphate from the cell when they are exposed to high temperature environments. Microwave heating caused phosphorus and ammonia to release from WAS. The amount was increased with increasing temperature, showing that 88.5% of polyphosphate present in the cells were released in the form of phosphate at 80oC. A similar result was also observed in the release of ammonia. On the other hand, both phosphorus and ammonia were crystallized with magnesium, and then was harvested as MAP. Phosphorus recovery rate reached almost 97.8%, but the ammonia was about 13.4%. These results cleary indicate that phosphorus could be recovered from WAS using a physiological trait of PAOs. Heavy metal analyses also show that the MAP crystal is useful and safe as a phosphorus fertilizer.

본 연구에서는 순수와 유사한 밀도의 세척형 구형 입자를 제작하고 순수 수조 내에서 산기량 및 입자 농도에 따른 입자의 유동 속도를 측정하였다. 세척형 구형 입자 1~3%를 MLSS 8,000 mg/L인 활성슬러지 용액에 주입하고 20 LMH 및 산기량 500 mL/min 조건에서 FR 및 SFCO 모드로 동시에 투과 실험하였다. 사용한 분리막은 유효 막면적이 90 cm2, 공칭 세공크기가 0.4 μm인 평막이다. 입자 농도가 증가할수록 TMP가 감소하였으며 FR 모드, 입자 농도 2%일 때 가장 효과적 인 것으로 확인되었다.

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.

A wastewater treatment plant consists of unit processes designed to achieve specific waste reduction goals. However, offensive odors associated with the treatment processes are a constant source of public complaints. The purpose of this study was to statistically determine the process parameters that influence the formation of volatile sulfur conpounds (VSCs) in the secondary treatment system. A statistical model was developed to relate the process parameters to the formation of VSCs in this system. The model established that F{M ratio, sludge blanket depth and SSV60 were the dominant process parameters that would influence the formation of VSCs in the secondary sedimentation basin. This model provides a useful tool for plant engineers to predict and control the VSCs formation in an secondary activated sludge system.

Theoretical total nitrogen removal efficiency and reactor volume ratio in oxic-anoxic-oxic system can be found by influent water quality in this study. The influent water quality items for calculation were ammonia, nitrite, nitrate, alkalinity, and COD which can affect nitrification and denitrification reaction. Total nitrogen removal efficiency depends on influent allocation ratio. The total nitrogen removal follows the equation of 1/(1+b). Optimal reactor volume ratio for maximum TN removal efficiency was expressed by those influent water quality and nitrification/denitrification rate constants. It was possible to expect optimal reactor volume ratio by the calculation with the standard deviation of ±14.2.

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.