In this research, investigations were made on material transfer mechanisms and optimum operation mode for sequencing batch reactor(SBR) system removing phosphorus and nitrogen simultaneously. Phosphorus release characteristics were expressed in the Monod equation, in which the reaction rate was replaced with specific phosphorus release(SPR) rate. The rate of SPR was increased during the first 80 days, but increased sharply to reach 0.003 $hr^{-1}$ afterwards. Phosphorus removal efficiencies were about 60% in the first 80 days, 75% after 80 days, and above 95% after 120 days. After 120 days, phosphorus concentration in the effluent was below $0.5{mgl}^{-1}$ when$8 {mgl}^{-1}$ in the influent and the released phosphorus after 3-hour-anaerobic period was $60{mgl}^{-1}$.
SBR, which shows the similar hydraulic characteristics to the combination of continuous-flow stirred tank reactor(CFSTR) and plug flow reactor (PFR) has the redundant time periods, such as SETTLE and DRAW not involved in bioreaction. Theses defects of SBR, however, can be overcome by its versatile hydraulics and less land requirement. SBR hydraulics is suitable for some wastewater generated intermittently over other reactors system. SBR has many other advantages, such as having readily settlable sludge, being able to omit final settling tank, and adaptability to various operating conditions, From the computer simulation and experimental results, the hydraulic characteristics of SBR show the interim between PFR and CFSTR at the higher substrate removal rate, and FILL time in SBR system is an important factor to affect the SBR hydraulics, and the shorter FILL time enhances the SBR hydraulics.
The method to develop excess phosphorus removal system was proposed. Biological excess phosphorus removal system could be achieved in a week and showed good performance and stability on the proposed operation method. From these results, several assumptions made in this research for biological excess phosphorus removal (BEPR) system could be accepted. That is, growth control for heterotrophic bacteria enhances the activity of BEPR bacteria-Acinetobactor spp., which results to improve the phosphorus removal. The removal effciencies of TOC and phosphorus were both above 98% in one week operation.
The effects and transformations of organic substrate were studied in batch and sequencing-batch reactors. In this study, the molar rations of the removed organic substrate to released phosphorus were 0.5 with acetate, 0.6 with glucose, 0.9 with glucose/acetate, and 1.3 with glucose/acids, respectively in S-SBR. Phosphorus release was inhibited at TOC higher than 200 mg/L. Volatile fatty acids were produced during anaerobic condition, which could enhance the BEPR characteristics. About 10% of influent COD (as glucose) might be converted to VFAs. With acetate, operation was hampered by the poor sludge settleability and phosphorus uptake was incomplete even though the high phosphorus release was effective. With milk/starch, the phosphorus release and uptake was well developed even though the phosphorus release was not high.
본 논문은 최근 전세계적으로 문제시되고 있는 호수나 연근해에서 발생하는 부영양화나 적조현상을 근본적으로 방지하기 위하여, 원인물질로 알려진 폐하수내의 질소 및 인을 경제적이고 효율적으로 제거하는 공정의 개발을 최종연구목표로 한다. 미생물을 이용하여 유기물질과 동시에 질소 및 인을 제거할 수 있는 공정을 개발하여, 기존 1, 2, 3차 처리로 알려져 있는 하폐수처리의 개념을 바꾸어 2차 처리 시설만으로 2, 3차 처리 효과를 대신함으로써 경제적인 하폐수처리가 가능하도록 하였다. 본 연구는 국내의 하폐수의 특성과 지형 및 기후조건에 알맞는 한국형 하폐수처리공정의 개발과 운전인자의 특성에 대하여 연구하고, pilot plant를 이용한 실하수 적용실험을 통하여 실용화 방안을 제시하였다.
본 실험에서는 SBR을 주 처리공정으로 하고, 생물학적 질소 및 인제거과정에 필요한 유기산을 공급해 주기 위하여 1차 침전슬러지와 잉여슬러지를 산소화시키는 혐기성 유기산 생성조를 운전하였다. SBR은 실온에서 운전하였고, 산생성조는 35℃로 운전하였다. 슬러지의 산소화 결과 유기산 및 암모니아나 인이 생성되므로 이를 직접 SBR에 넣어 줄 경우 전체적인 영양물질제거율을 저하시키므로 산생성조의 유출수내의 암모니아 및 인을 마그네슘과 함께 struvite를 형성시켜 화학적으로 침전시켜 제거하였다.
위의 처리공정을 이용하여 대전시 하수처리장으로 유입하는 하수원수를 채취하여 실험실과 현장에서 적용실험을 수행하였다. 실험실 실험결과 생물학적 과잉인제거에 COD/P 비와 유기산의 영향이 중요한 인자로 밝혀졌으며, 과잉인제거 현상을 이용하기 위하여 최소 COD/P비는 20이었다. 20보다 낮은 경우는 COD/P 비에 비례하여 인제거율은 감소하였다. 또한, 운전중반부터는 슬러지를 산생성조에서 소화시켜 발생되는 유기산을 이용하기 위해서 산생성조 유출수를 연속회분식 반응조 유입수에 혼합하여 넣어 주므로써 과잉 인제거 효율이 크게 향상되었다.
현장실험장치는 본 연구결과 개발된 공정으로 구성되었으며, SBR 용적은 총 18 톤 규모로 제작되었다. 실험결과는 1) COD 는 대부분 혐기성 조건에서 제거되었다. 2) 유출수 COD 는 20 mg/l 이하로 나타났다. 3) 암모니아가 완전히 제거되면서 인의 과잉제거 특성은 점차사라졌다. 4) 암모니아는 주로 질산화에 의하여 제거되는 것으로 나타났다. 5) 생성된 질산기는 3 시간의 준기반응으로 완전히 탈질되지 않았으며, 슬러지 소화조 유출수을 첨가하여 준 후부터 완전히 탈질되었다.
