정수처리 효율 향상을 위한 강화 생물활성탄 공정의 적용

손희종; 정은영; 염훈식; 김상구; 맹승규

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자료유형: 학술저널

저자정보: 손희종 (부산광역시 상수도사업본부) 정은영 (부산광역시 상수도사업본부) 염훈식 (부산광역시 상수도사업본부) 김상구 (부산광역시 상수도사업본부) 맹승규 (세종대학교)

저널정보: 대한환경공학회 대한환경공학회지 대한환경공학회지 제42권 제6호

발행연도: 2020.6

수록면: 298 - 307 (10page)

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목적 : 본 연구에서는 기존 BAC (biological activated carbon) 공정과 인과 과산화수소를 투입하는 강화 BAC 공정에서의 부착 생물막의 특성과 BDOC (biodegradable dissolved organic carbon) 제거능을 낙동강 하류에 위치한 pilot-plant에서 동일한 운전조건으로 비교하였다. 낙동강 하류에 위치한 대규모 정수장들의 노후화된 O₃/BAC 공정의 운전효율 증대를 위한 적용가능성을 평가하였다.
방법 : 낙동강 하류에 위치한 정수장의 O₃/BAC 공정에서 2년 사용한 활성탄을 채집하여 사용하였다. 실험기간 동안 후오존은 1 mg･O₃/mg･DOC로 고정하여 투입하였다. BAC 공정 시스템은 내경 20 cm, 높이 250 cm의 아크릴컬럼 4개를 사용하였다. 공탑체류시간은 20분으로 고정하여 운전하였으며, 역세척은 주 1회 실시하였다. 4개의 BAC 컬럼들은 기존 BAC (control-BAC), 과산화수소를 투입한 강화 BAC (H₂O₂+BAC), 인을 투입한 강화 BAC(PO₄-P+BAC) 및 인과 과산화수소를 함께 투입한 강화 BAC (PO₄-P+H₂O₂+BAC)이다. PO₄-P를 투입한 강화 BAC 의 경우 유입수에 0.010 mg/L의 농도로 PO₄-P를 추가로 보충하였으며, H₂O₂를 투입한 BAC에서는 H₂O₂를 유입수에 1 mg/L의 농도로 투입하였다.
결과 및 토의 : 손상된 생물막의 회복능을 평가한 결과, H₂O₂+BAC에서는 control-BAC와 비교하여 생체량 회복율에 차이가 없었으나 PO₄-P+BAC에서는 생체량이 빠르게 회복되었다. 유기물 제거능이 정상상태 도달한 이후의 부착 생물막의 생체량과 활성도를 평가한 결과, PO₄-P+BAC에서는 control-BAC에 비해 전 여층에서 생체량과 활성도가 각각 20~86% 및 7~14% 정도 증가하였으며, H₂O₂+BAC에서는 활성도만 3~11% 정도 증대되었다. PO₄-P+H₂O₂+BAC에서는 생체량 및 활성도가 각각 27~87% 및 8~20% 정도 높게 나타났다. H₂O₂+BAC에서는 control-BAC에 비하여 BDOC 제거율이 20% 정도 높게 나타났으며, PO₄-P+BAC에서는 BDOC 제거율이 100% 이상 증대되었다. Control-BAC 유출수 중의 탈리된 총 세균수(total cell counts, TCC)는 평균 41.7×10<SUP>6</SUP> cells/mL이었으며, H₂O₂+BAC에서는 control-BAC와 비교하여 TCC가 49% 정도 감소하였고, PO₄-P+BAC와 PO₄-P+H₂O₂+BAC에서는 각각 67% 및 85% 정도 감소하여 강화 BAC 공정의 생물막이 control-BAC에 비하여 더 안정적으로 평가되었다.
결론 : 생물학적 처리공정의 일종인 BAC 공정에서 부착 생물막의 생체량과 활성도는 오염물질 제거능을 결정하는 중요 인자들 중 하나이다. PO₄-P와 H₂O₂를 투입한 강화 BAC 공정은 부착 생물막의 생체량과 활성도 증진에 매우 효과적이었다. H₂O₂에 비하여 PO₄-P를 투입한 강화 BAC 공정이 생물막의 생체량, BDOC 제거율 및 생물막의 안정도 측면에서 더욱 효과적인 것으로 나타났다. PO₄-P만 투입한 경우에 비해 PO₄-P와 H₂O₂를 함께 투입한 강화 BAC에서는 소폭으로 추가적인 효율 상승이 나타났다

Objectives : In this study, we compared the properties of the attached biofilm with the ability to remove biodegradable dissolved organic carbon (BDOC) in the conventional BAC (biologically activated carbon) process and the enhanced BAC process with phosphorus and hydrogen peroxide added. The enhanced BAC process was designed to increase the operational efficiency of the old O₃/BAC process by evaluating the applicability of large-scale water treatment facilities located downstream of the Nakdong River.
Methods : The granular activated carbon which was used for 2 years in the O₃/BAC process in the water treatment plant located downstream of the Nakdong River was used in this experiment. During the experiment period, the ozone dosage was fixed at 1 mg･O₃/mg･DOC. Four acrylic columns with an inner diameter of 20 cm and a height of 250 cm were prepared. Empty bed contact time (EBCT) was fixed at 20 minutes and backwash was performed once a week. The four BAC columns are conventional BAC (control-BAC), enhanced BAC with hydrogen peroxide (H₂O₂+BAC), enhanced BAC with phosphorus (PO₄-P+BAC), and enhanced BAC with phosphorus and hydrogen peroxide together (PO₄-P+H₂O₂+BAC). In the case of enhanced BAC with PO₄-P added, PO₄-P was added with a concentration of 0.010 mg/L in the influent, and in BAC with H₂O₂, H₂O₂ was added with a concentration of 1 mg/L to the influent.
Results and Discussion : As a result of evaluating the recovery ability of the damaged biofilm, there was no difference in the biomass recovery rate in the H₂O₂+BAC compared to the control-BAC, but the biomass was rapidly recovered in the PO₄-P+BAC. Considered the biomass and activity of the attached biofilm after the ability to remove organic substances reached a steady state, the biomass and activity in the entire filter layer of the PO₄-P+BAC increased by 20 to 86% and 7 to 14%, respectively, compared to the control-BAC. In the H₂O₂+BAC, only the activity increased by 3~11% and In the PO₄-P+H₂O₂+BAC, biomass and activity were high, about 27 to 87% and 8 to 20%, respectively. In the H₂O₂+BAC, the BDOC removal rate was higher than the control-BAC by 20%, and in the PO₄-P+BAC, the BDOC removal rate increased by more than 100%. Detached total cell counts (TCC) in the control-BAC effluent was 41.7×106 cells/mL on average, and in the H₂O₂+BAC, TCC was reduced by 49% compared to control-BAC and decreased by 67% and 85% in the PO₄-P+BAC and the PO₄-P+H₂O₂+BAC effluent. It means the biofilm of the enhanced BAC process was evaluated more stably than control-BAC.
Conclusions : The biomass and the activity of the attached biofilm in the BAC process, are one of the important factors that determine the ability to remove contaminants. The enhanced BAC process combined PO₄-P with H₂O₂ was very effective in enhancing the biomass and the activity of the attached biofilm. The PO₄-P added enhanced BAC was more effective in terms of biomass, BDOC removal rate, and biofilm stability than the H₂O₂ added enhanced BAC. The enhanced BAC combined PO₄-P with H₂O₂ showed a slight increase additional efficiency compared to the PO₄-P added BAC.

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참고문헌 (24)

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