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미생물 순응 호환성에 기반한 대체탄소원 개발 및 실용화 사례
Development and Full-scale Application of the Alternative Carbon Source Based on the Substrate Compatibility

정인철   (부산광역시 환경시설공단CC0187773  ); 조현길   (부산광역시 환경시설공단CC0187773  ); 이두호   (부산광역시 환경시설공단CC0187773  ); 강동효   (부산광역시 환경시설공단CC0187773  ); 임근택   ((주)엔바이론소프트 부설연구소CC0045234  ); 이성학   (부산대학교 환경공학과UU0000613  ); 김창원   (부산광역시 환경시설공단CC0187773  );
  • 초록

    B시 J하수처리장은 질소성분의 제거를 위해 메탄올을 외부탄소원으로 이용하고 있다. 메탄올은 외부탄소원으로 널리 쓰이고 있으나 고가의 약품비용과 취급상 위험도가 높아 약품비 절감을 위해 저렴한 대체 탄소원의 개발이 요구되었다. 정밀화학 부산물(보습코팅제 부산물)은 한외여과막을 이용 셀룰로오스와 같은 고분자 물질을 제거하여 유기성분 중 RBDCOD(readily biodegradable chemical oxygen demand) 비율을 $98{\sim}99%$ (COD기준)로 상승시켰다. 이 정밀화학 부산물의 주유기성분은 메탄올(methanol), 프로필렌글리콜(prophylenglycol), 메톡시프로판올(methoxypropanol)로 모두 알콜기를 가지고 있어 메탄올과 탄소원 호환성을 가진다. 때문에 대체탄소원으로 빠르게 순응되며, 수급차질 등의 비상 시 갑작스런 메탄을 사용에도 순응에 따른 지체기간 없이 공정을 운용할 수 있다. 현장적용평가에서 정밀화학 부산물을 대체외부탄소원으로 사용한 실험군은 메탄올을 투입하는 대조군과 비교하여 동등의 처리 성능 및 수질 안정성을 얻었다. 이 결과를 바탕으로 J하수처리장 고도처리 공정 3개 계열 중 2개 계열의 외부탄소원을 전량 정밀화학 부산물로 대체하였으며, 탄소원 교체 계열의 경우 55.4%의 외부탄소원비용 절감 효과가 예상된다.


    J sewage treatment plant (WWTP) in Busan has used methanol as an external carbon source for the biological denitrification process. Methanol is widely used. but rather expensive and very dangerous in handling. Therefore, it has been required that the economic alternative carbon source must be developed. By-product from a fine chemical industry can be Purified by removing high molecular weight substances using the ultrafilter membrane separation process and RBDCOD fraction becomes $98{\sim}99%$ of COD substances in the purified by-product. The purified by-product containing three types of alcohols, methanol, prophylenglycol and methoxypropanol; showed similar chemical characteristics to the methanol, a main external carbon source, in biodegradation pathway. Shown above, the compatibility between main and alternative carbon sources has been achieved. Also very short or no adaptation period is necessary in the case of exchanging these carbon sources. The compatibility between external carbon sources is an essential element for stabilizing WWTP operations. During the full-scale application test of the by-product, the alternative carbon source line got on par with the treatment efficiency of the methanol line. With the test result, J-WWTP changed methanol to a fine chemical by-product, in two out of three J-WWTP lines. Moreover, it is expected that 55.4% of the external carbon source cost reduction can be achieved in the alternative carbon source applied lines.


  • 주제어

    대체탄소원 .   탈질 .   외부탄소원 .   폐자원 .   탄소원 호환성.  

  • 참고문헌 (10)

    1. Nam, K. H., Ahn, Y. H., and Min, K. S., 'Biological nutrient removal for low Strenth sewage in rural areas using a fermenter supernatant as an externalcarbon source,' in Proceedings of the 7th IAWQ Asia - Pacific Regional Conference - ASIAN WATERQUAL '99, IWA publishing, Taipei, 1, pp. 41-46(1999) 
    2. Choi, E. H., Ko, J. H., Woo, H. J., Jun, B. H., Kim, C. W., 'Evaluation of waste reuse for biological nutrient removal process as an external carbon source,' in Proceedings of the Enviro 2002 & IWA 3rd World Water Congress, Five leading associations(Australian Water Association, Clean Air Society of Australia & New Zealand, Environment Business Australia, International Water Association, Waste Management Association of Australia), Melbourne, pp. 445-446(2002) 
    3. 최은희, 전병희, 우혜진, 이재현, 최광수, 김창원, '고도폐수처리를 위한 폐자원 재활용에 관한 연구,' 대한환경공학회지, 24(3), 521-531(2002) 
    4. Christensson, M., Lie, E., and Welander, T. A., 'A comparison between ethanol and methanol as carbon source for denitrification,' Water Sci. Technol., 30(6), 83 -90 (1994) 
    5. Jowitt, Z. L., Donald, S. M., and Harlan, G. K., 'Using thermophilic aerobic digested sludge supernatant as a potential carbon source in biological nutrient removal system,' in Proceedings of the 7th IA WQ Asia-Pacific Regional Conference-ASIAN WATERQUAL '99, IWA publishing, Taipei, 1, pp. 388 - 393(1999) 
    6. Ekama, G. A., Dold, P. L., and Marais, G. V. R., 'Procedures for determining influent COD fractions and the maximum specific growth rate of heterotrophs in activated sludge systems,' Water Sci. Technol., 18(6), 91-114(1986) 
    7. 정인철, 김호영, 강동효, 정종순, 이상원, 임근택, 김창원, '유기폐자원을 이용한 고도하수처리 대체탄소원 개발 및 실플랜트 적용,' 한국환경과학회지 10(13), 911-919(2004)     
    8. 최은희, 우혜진, 고주형, 부경민, 김창원, '다양한 탈질용 대체기질물질의 성능평가,' 대한환경공학회지, 24(9), 1561-1568(2002) 
    9. 최은희, Bioferric 슬러지 및 대체외부탄소원을 이용한 생물학적 폐수처리 성능 향상, 부산대학교 대학원 환경공학과 박사학위 논문(2002) 
    10. Hallin, S. and Pell, M., 'Metabolic properties of denitrifying bacteria adapting to methanol and ethanol in activated sludge,' Water Res., 32(1), 13 -18(1998) 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (3)

    1. Jung, In-Chul ; Jun, Sung-Gyu ; Sung, Nak-Chang 2006. "Assessment of Characteristics and Field Applicability with TPA By-Product as Alternative External Carbon Source" 대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, 28(5): 480~486     
    2. Jung, In-Chul ; Lee, Sung-Hak ; Sung, Nak-Chang 2006. "Analysis of the Substrate Removal Characteristics of TPA Using OUR and NUR Tests, and Simulation with ASM1" 대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, 28(9): 926~934     
    3. Han, Hyung Suk ; Choi, Yong Gu ; Song, Jin Ho ; Kim, Ho 2014. "Study on Organic Matter and Nitrogen Removal by Biological Treatment of Wastewater Processing of Chicken, which is the Primary Chemical Processing" Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, 47(3): 247~256     

 저자의 다른 논문

  • 정인철 (4)

    1. 2004 "유기폐자원을 이용한 고도하수처리 대체탄소원 개발 및 실플랜트 적용" 한국환경과학회지 = Journal of the environmental sciences 13 (10): 911~919    
    2. 2005 "유기폐자원을 이용한 고도하수처리 대체탄소원 실플랜트 적용" 한국상하수도협회지 = Journal of Korea water and wastewater works association 9 (): 44~49    
    3. 2006 "대체 외부탄소원으로서의 TPA 생산부산물 특성 및 현장적용성 평가" 대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers 28 (5): 480~486    
    4. 2006 "호흡률과 탈질률 실험과 ASM1을 이용한 전산모사를 통한 TPA의 기질 분해 특성 평가" 대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers 28 (9): 926~934    
  • 강동효 (6)

  • 임근택 (1)

  • 이성학 (2)

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