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하수슬러지 가용화와 하수처리 운전조건 개선을 통한 하수슬러지 발생저감 연구
Study on Sludge Reduction by Sludge Solubilization and Change of Operation Conditions of Sewage Treatment Process

최인수    (서울시립대학교 환경공학부   ); 정회석    (서울시립대학교 환경공학부   ); 한인섭    (서울시립대학교 환경공학부  );
  • 초록

    하수슬러지의 해양투기 배출규제에 대한 대체 처리방안으로, 하수슬러지의 초음파 가용화를 통한 재기질화와 하수처리 공정에 대한 개선을 통한 슬러지 발생량의 저감방안을 살펴보았다. 분리막 반응조(MBR) 실험을 통해 SRT를 점진적으로 SRT=5.1일에서 442일까지 증가시켰으며, 이때 반응조내 미생물의 평균 농도값은 $c_B$ =3.4 3.4 $gTSSL^{-1}$ 에서 $c_B$ =14.5 14.5 $gTSSL^{-1}$ 까지 증가하였다. 이때 기질제거율과 미생물의 성장량과의 관계를 나타내는 미생물 수율( $Y_{B/S}$ )는 SRT=5.1일 일때의 약 0.5-0.7에 비해 SRT=442일 일때 0.005-0.007로 저감되어, 직접적인 슬러지 발생량의 감소를 가져오게 되는 것을 확인하였다. 반응 조내 미생물 농도와 폭기효율과의 관계를 프로펠러 루프 반응조에서 교반속도에 따른 산소전달계수와 ${\alpha}$ -factor의 변화로써 살펴보았다. 한편 슬러지에 대한 초음파 가용화는 에너지 투입량에 따라 가용화 효율이 증가하고, 가용화한 슬러지의 혐기성 소화효율은 가용화하지 않은 슬러지에 비해 바이오가스 발생량이 많았다.


    In order to find the way to solve the problem of sewage sludge discharge into the ocean, the sludge solubilization by ultrasonic and the improvement methods of wastewater treatment process were studied. In the membrane bioreactor the sludge retention time was stepwise increased from 5.1 day to 442 days where the biomass average concentration has been increased from $c_B$ =3.4 3.4 $gTSSL^{-1}$ to $c_B$ =14.5 14.5 $gTSSL^{-1}$ respectively. At the same time, the biomass yield coefficients were reduced from 0.5-0.7 at SRT=5.1 day to 0.005-0.007 at SRT=442 days which means the reduction of sludge production. Oxygen mass transfer coefficients and ${\alpha}$ -factor were investigated with changing stirrer speed to find the relation between the high biomass concentration and aeration efficiency in the propeller loop reactor. As a result of sludge solubilization, the solubilization of sludge by ultrasound was increased with increasing energy input and it led to improved anaerobic digestion rate with more biogas production than that of nonsolubilized sewage sludge.


  • 주제어

    하수슬러지 .   슬러지 가용화 .   폭기효율 .   초음파 가용화 .   혐기성소화.  

  • 참고문헌 (19)

    1. 김순영, 신윤미, 박철휘, 김진수, “호열균을 이용한 하수잉여슬러지 감량화 연구,” 한국물환경학회, 대한상하수도학회, 공동춘계학술발표회 논문집, D-6, pp.259-262(2004) 
    2. 염익태, 이기룡, 황의성, 권재현, 김형수, “슬러지 전처리와 막분리를 이용한 고효율 슬러지 감량화 공정,” 대한환경공학회지, 25(3), 379-384(2003) 
    3. Choi, I. S., "Aerobic degradation of surfactant and nitrification in a membrane bioreactor (MBR) with $CO_2$ and $O_2$ gas analysis" TU-Berlin, Reihe 3: Verfahrenstechnik Nr. 838, D$\ddot{a}$sseldorf: VDI-Verlag, ISBN 3-18-383803-6(2005) 
    4. 정경은, 배민수, 조윤경, 조광명, “부직포 여과막 생물반응조에서의 폐활성슬러지 감량화,” 대한환경공학회지, 28(1), 88-96(2006)     
    5. Guender B. and Krauth K., "Replacement of secondary clarification by membrane separation - Results with tubular plate and hollowfibre modules," Water Sci. Technol., 40(4-5), 311-320(1999) 
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    7. Scheminski A., Krull R. and Hempel D. C., "Oxidative treatment of digested sewage sludge with ozone", Water Sci. Technol., 42(9), 151-158(2000) 
    8. Wang Q., Kuninobu M., Kakimoto K., Ogawa H.I. and Kato Y., "Upgrading of anaerobic digestion of waste activated sludge by ultrasonic pretreatment," Bioresour. Technol., 68(3), 309-313(1999) 
    9. Stenstrom, M.K. and Gilbert, R.G., Review paper: "Effects of alpha, beta, and theta factor upon the design, specification and operation of aeration systems". Water Res., 15(6), 643-654(1981) 
    10. Cicek, N., Macomber, J., Davel, J., Suidan, M.T., Audic, J. and Genestet, P., "Effect of solids retention time on the performance and biological characteristics of a membrane bioreactor," Water Sci. Technol., 43(11), 43-50(2001) 
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    12. Bourigrier, C., Albasi, C., Delgenes, J.P. and Carrere, H., “Effect of ultrasonic, thermal and ozone pre-treatments on waste activated sludge solubilization and anaerobic biodegradability” Chem. Eng. Proc., 45, 711-718(2006) 
    13. Gottschalk C., Libra J. A. and Saupe A., "Ozonation of water and waste water - A practical guide to understanding ozone and its application," Wiley-VCH, ISBN 3-527-30178-X(2000) 
    14. 환경관리공단, “하수슬러지의 효율적 처리방안 보고서,” (2004) 
    15. Rosenberger, S., "Charakterisierung von belebtem Schlamm in Membranbelebungs- reaktoren zur Abwasserreinigung," TU-Berlin, Reihe 3: Verfahrenstechnik Nr. 769, D$\ddot{u}$sseldorf: VDI-Verlag, (2002) 
    16. Cornel, P., Wagner, M. and Krause, S., "Investigation of oxygen transfer rates in full scale membrane bioreactors," Water Sci. Technol., 47 (11), 313-319(2003) 
    17. 김혜영, 이수철, 한동우, 김동진, “전처리 방법에 따른 하수슬러지 가용화 효과 및 혐기소화 효율 비교,” 대한환경공학회 2008 춘계학술연구발표회 논문집, pp. 1191-1197,(2008) 
    18. 박성현, “마이크로파와 초음파를 이용한 하수슬러지 전처리에 관한 연구,” 동아대학교 대학원 환경공학 전공 박사학위논문(2005) 
    19. Yeom, I. T., Lee, K. R. Kwon, J. H., Kim, H. S., "Effects of sludge pre-treatment of membrane-coupled aerobic digestion," Journal. of KSCS, 22(6-B), pp. 803-809(2002) 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (3)

    1. Moon, Kwang-Hyun ; Kim, Jae-Young ; Chang, Moon-Ik ; Kim, Un-Sung ; Kim, Seong-Jo ; Baek, Seung-Hwa 2013. "Heavy Metal and Amino Acid Contents of Soybean by Application of Sewage and Industrial Sludge" 한국식품영양과학회지 = Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition, 42(2): 268~277     
    2. 2014. "" Environmental engineering research, 19(1): 59~66     
    3. Jang, Seong-Ho ; Yi, Pyong-In ; Lee, Yong-Dea ; Kim, Han-Soo ; Cho, Han-Jin ; Ryu, Jae-Young ; Kim, Sang-Woo 2014. "A Study on the Improvement of Sludge Digestion Efficiency by Solubilization Equipment and Gas Purification System" Journal of environmental science international = 한국환경과학회지, 23(5): 853~859     

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