미생물 고정화 담체 공정의 질소 제거를 위한 pilot plant의 실험적 연구 :A pilot plant study for nitrogen removal using microorganism-immobilized media

박정연

추천

검색

자료유형: 학위논문

저자정보: 박정연 (서울시립대학교, 서울시립대학교 대학원)

지도교수: 박철휘

발행연도: 2020

저작권: 서울시립대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수35

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2020

미생물 고정화 담체 공정의 질소 제거를 위한 pilot plant의 실험적 연구

박정연 환경공학과 2020.01 학위논문

2019

미생물 고정화 담체 공정의 질소 제거 효율의 실험적 연구

박정연 , 박정태 , 장유정 외 2명 대한환경공학회 학술발표논문집 2019.12 학술대회자료

이 논문의 후속연구가 궁금하신가요?
연관 학술논문 또는 학술발표를 통해 보다 발전된 연구결과를 확인하실 수 있습니다.
이 논문의 연구 히스토리 확인하기

초록· 키워드

오류제보하기

현대 사회에는 도시화·고도산업사회로 인하여 하·폐수 속에 난분해성 물질과 유기질소와 암모니아성 질소가 지속적으로 증가하여 미처리된 하·폐수의 영향으로 부영양화가 발생하여 녹조와 적조 현상으로 심각한 문제가 대두 되고 있다. 이에 따라 방류수 수질기준이 강화되고 있으며, 재이용 수질 권고 기준에 의해 T-N은 향후 10 mg/L이하로 강화 될 것으로 예상되며, CODMn은 산화율이 낮아 난분해성 유기물까지 포함한 총유기물질을 측정하지 못하며, BOD5는 측정시간이 길어 유기물질 관리에 한계를 극복하기 위해 2020년 물환경보전법에 따라 TOC로 대체될 예정이다. 특히 고농도 질소는 생물학적 처리에 필요한 미생물에 영향을 주어 미생물량을 적정하게 유지하기 어려운 문제점이 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 고농도 미생물을 유지하여 질소를 처리 할 수 있는 미생물 고정화 담체 공정을 이용한 pilot plant 공정을 통해 실제 현장에서의 적용성을 판단하기 위해 실제 하수를 대상으로 실험하여 운전성능 평가를 실시하였다.
본 연구에서는 질산화 미생물(Nitrosomonas europaea, Nitrobacter winogradskyi)과 탈질 미생물(Paraccocus denirtificant, Psedomonas fluorecsns)을 각각 고정화한 미생물 고정화 담체를 이용하여 합성폐수가 아닌 하수를 대상으로 활성화를 진행 하였다. SEM을 통하여 담체 내부 공극에 미생물 군집 형성을 확인하였으며, EDX 분석 결과 활성화된 미생물의 원소가 증가한 것을 확인하였다.
Live and dead cell을 통하여 담체 내부 미생물의 생존·사멸 여부를 평가하였고 그 결과 활성화 후 생존률이 높은 결과를 나타냈다. 담체 내부의 미생물량을 정량화하기 위해 BCA법을 이용해 MLSS로 계산하였으며, 질산화 담체는 5,525 mg/L, 탈질 담체는 10,007 mg/L로 계산되었다. NGS 기법을 이용한 미생물 군집 분석 결과 질산화 담체에는 Acinetobacter, Simplicispira, Nitrosospira 등이 존재하며, 탈질 미생물 담체에는 Hydromonas, Petrimonas, Brachymonas 등이 존재하는 것이 관찰되었는데 pilot plant 운전과정에서 군집 구조가 변한 것으로 나타났다.
Pilot plant를 통한 운전 성능 평가에서 하계기간인 mode Ⅱ 운전 시 SCODCr 18.5 mg/L, TOC 4.0 mg/L, T-N 10.0 mg/L로 유출되었다. 동계기간인 mode Ⅲ는 SCODCr 17 mg/L, TOC 3.1 mg/L, T-N 16.9 mg/L로 나타내었다. SCODCr, TOC, T-N의 공공하수처리시설 방류수 수질 기준에 만족하였으며, 하계기간 T-N의 경우 앞으로 강화 될 방류수 수질기준에도 만족하는 것으로 나타났다.
Pilot plant를 통해서 실제 현장에서도 안정적인 질소제거 처리가 가능할한 것으로 나타났다. 완벽한 공정을 구성하기 위해 MLE반응조 후단에 총인처리공법과 같은 후속공정을 추가 시 SS, COD, T-P도 방류수 수질기준에 만족할 것으로 판단된다. 계절별로 온도에 따른 미생물 저하에 대한 대응을 하여 공정을 운전할 경우 향후 강화될 방류수 수질 기준을 만족시켜 실제 현장에서도 적용시킬 수 있을 것으로 판단된다.

In modern society, the number of nondegradable materials, organic nitrogen, and ammonia nitrogen continuously increases in sewages and wastewater due to urbanization and the rapid pace of industrialization. Eutrophication occurs due to the untreated sewages and wastewater, and serious problems are emerging due to green algal bloom and red tide. In response, the effluent standard is being strengthened, and T-N is expected to be strengthened to 10 mg/L or less by the effluent standard. To overcome the limitation of BOD5 and CODMn in total organic material measurement which is due to the effect of nondegradable organic materials, TOC will be added under the Water Environment Preservation Law of 2020. Especially, a high concentration of nitrogen affects the microorganisms needed for biological treatment, which causes problems in maintaining the biomass concentration properly. In order to solve this problem, this study conducted a sewage experiment to determine the applicability in the actual field through the pilot plant process using the microorganism immobilized media process which can treat nitrogen by maintaining the high-concentration microorganisms. In this study, activation was carried out by using microorganism immobilization media which were separately immobilized with nitrification microorganisms (Nitrosomonas europaea, Nitrobacter winogradskyi) or denitrification microorganisms (Paraccocus denirtificant, Psedomonas fluorescens), and the target was sewage, instead of synthetic wastewater. SEM showed microorganism community formation in the pores of media, an EDX analysis showed that elements originated from activated microorganisms increased. Live and dead cell was used to verify the vitality of microorganisms in the media, and the result showed that the survival rate was higher after activation. Quantification of the concentration of microorganisms in the media was performed by calculation using MLSS by the BCA method, and the calculated results were 5,525 mg/L and 10,007 mg/L for nitrification and denitrification media, respectively. Microorganism community analysis results by the NGS method showed that nitrification media contains Acinetobacter, Simplicispira, Nitrosospira, etc., and denitrification microorganism meida contains Hydromonas, Petrimonas, Brachymonas, etc., which indicate a change of the community structure during the pilot plant operation. In the operation performance evaluation through the pilot plant, SCODCr 18.5 mg/L, TOC 4.0 mg/L, and T-N 10.0 mg/L were calculated when operated with Mode II, which is the summer period mode. With the winter period mode, Mode III, the values were SCODCr 17 mg/L, TOC 3.1 mg/L, and T-N 16.9 mg/L respectively. SCODCr, TOC, and T-N concentration met the effluent standard of public sewage treatment facilities, and T-N of the summer period met the effluent standard which will be strengthened in the future. The pilot plant operation suggested that removing nitrogen stably will be possible in the actual field. In order to build an ideal process, if follow-up processes such as the total phosphorous treatment process is added to the end of the MLE reactor, SS, COD, and T-P will likely to meet the effluent standard. If the process is adjusted to the decline of microorganism activity according to the temperature by season, it can be applied to the actual field by meeting the effluent standard which will be strengthened in the future.

1. 서 론 1
1.1 연구 배경 및 목적 1
1.2 연구 내용 및 범위 3
2. 이론적 배경 5
2.1 물리·화학적 인 처리 5
2.1.1 여과 공정 5
2.2 생물학적 질소 처리 7
2.2.1 질산화 반응(Nitrification) 8
2.2.2 탈산화 반응(Denitrification) 12
2.2.3 생물학적 질소 처리공정 15
2.3 미생물 고정화 방법 22
2.3.1 결합법(Attachment method) 25
2.3.2 가교법(Cross-liking method) 26
2.3.3 포괄고정화법(Entrapping immobilization) 27
2.3.4 PVA(polyvinyl alcohol) 고정화법 29
2.4 국·내외 담체(Media) 30
2.4.1 담체(Media) 기술 30
2.4.2 담체(Media) 공정 33
3. 연구내용 및 방법 38
3.1 연구 재료 38
3.1.1 대상원수 38
3.1.2 대상원수 성상분석 39
3.1.3 질산화·탈질 미생물 고정화 담체 40
3.2 미생물 고정화 담체 생물학적 특성 분석 45
3.2.1 담체 표면 및 내부 분석 45
3.2.2 Live and Dead cell 46
3.2.3 미생물량 분석 46
3.2.4 질산화 및 탈질 반응속도 분석 47
3.2.5 SS의 농도에 따른 미생물 고정화 담체의 효율 평가 49
3.3 미생물 군집 분석 50
3.3.1 NGS (Next Generation Sequencing) 분석 50
3.4 Pilot plant 공정 운영 55
3.4.1 Pilot plant 55
3.4.2 Pilot plant 운전조건 60
3.5 수질분석 항목 및 측정방법 61
4. 실험결과 및 고찰 64
4.1 대상원수의 특성 분석 64
4.1.1 대상원수 성상분석 64
4.1.2 COD fraction & OUR test 65
4.1.2 Nitrogen fraction 70
4.2 미생물 고정화 담체 특성 75
4.2.1 미생물 고정화 담체 표면 및 내부 분석 75
4.2.2 Live and dead cell 80
4.2.3 담체 내부 미생물량 분석 82
4.2.4 생물학적 질소처리 평가 83
4.2.5 SS의 농도에 따른 미생물 고정화 담체의 효율 평가 86
4.2.6 미생물 고정화 담체 내부의 미생물 군집 분석 90
4.3 Pilot plant 공정을 통한 운전 성능 평가 97
4.3.1 디스크형 섬유상 여과기 97
4.3.2 미생물 고정화 담체 공정 운전 성능 평가 100
5. 결 론 116
Reference 121
Abstract 134

최근 본 자료

전체보기

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	원문	원문 PDF 파일
AI 학습용 데이터	원문 + 메타 (기본/상세)	원문 PDF 파일 및 서지정보 CSV
대량 구매용 데이터	B2B 구독 방식	특정 자료 한정으로 원문 접근 권한 부여
대량 구매용 데이터	URL 전달 방식	바로 PDF 뷰어를 열람할 수 있는 URL 제공

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	기본 메타	발행기관명, 간행물명, 권호명, 권(vol), 호(issue), 통권, 발행연도, 발행월, 논문명, 저자명, 시작페이지, 종료페이지, 전체페이지, 상세페이지URL
상세 메타 데이터	발행기관 메타	발행기관 이명, 영문명, 창립연도, 홈페이지URL, 발행기관 소개
	간행물 메타	부제목, 간행물 유형, ISSN, ISBN, 최초발행연도, 폐간연도, 간행빈도, 발행주기, 등재사항, 이용수, 피인용수, 권호수, 논문수, 표지이미지
	논문 메타	작성 언어, 부제목, 대등제목, 목차, 키워드, 초록, 이미지, 참고문헌, 이용수, 피인용수, 논문활용도, DBpia통합주제분류, KDC분류, DDC분류, 한국연구재단분류, UCI, DOI
	저자 메타	소속기관, 소속부서, 직급, 연구분야, 연구키워드, 이용수, 피인용수, 저자 논문활용도

구분	그룹	데이터 항목
※ 결합형/맞춤형 메타 데이터는 신청 내용에 따라 다양하게 제공 가능
이용순위 정보	주제분야별 많이 이용된 논문	“인문학”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	이용기관별 많이 이용된 논문	“중고등학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	세부기관별 많이 이용된 논문	“서울대학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	키워드별 많이 이용된 논문	“Chat GPT”에서 많이 이용된 논문 TOP100
키워드 정보	많이 이용된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 이용된 키워드
	많이 발행된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 발행된 키워드
	많이 검색된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 검색된 키워드
	연구 트렌드 키워드	특정 키워드 연관 연구동향 분석 데이터 키워드

논문 기본 정보

이 논문의 연구 히스토리 (2)

초록· 키워드

목차

최근 본 자료

댓글(0)