MBBR + A/O 공정을 이용한 마늘 폐수의 향상된 미생물 처리
개요
마늘 폐수주로 마늘을 가공하는 동안 썰고 헹구는 과정에서 발생합니다. 특징은고농도의 유기물, s상당한 수준의 질소와 인이 함유되어 있으며 상당한 양의 알리신이 함유되어 있습니다.. 알리신(디알릴 티오설피네이트)은 마늘의 매운 냄새를 담당하는 휘발성 액체이며 화학적으로 불안정하고 반응성이 높습니다. 알리신은 다양한 미생물의 성장을 억제할 수 있습니다. 고농도-마늘 폐수를 처리하지 않고 방류하면 환경에 심각한 영향을 미칩니다. 일부 연구자들은 막여과, 펜톤 산화, 미세전기분해 등의 기술을 사용했지만 이러한 방법은 마늘 폐수 처리에 효과적이지 않았으며 다량의 화학물질을 사용하면 후속 처리 비용이 증가합니다. 많은 학자들이 혐기성-호기성 복합 공정을 이용한 생물학적 처리 방법을 제안해 왔습니다. 그러나 알리신의 항균성으로 인해 미생물 배양이 어렵고, 처리효율도 이상적이지 못하다. 따라서 생물학적 치료의 핵심은마늘 폐수에 적응할 수 있는 미생물 균주를 배양 및 적응시키고 생분해를 향상시킵니다..
이 연구에는 배양 및 선별이 포함되었습니다.마늘 폐수를 분해하는 데 효과적인 박테리아 균주, 그런 다음이동층 생물막 반응기(MBBR). 접종된 슬러지와 유량- 증가 생물막 형성 방법을 사용하여 생물막을 형성하여 폐수에서 질소와 인의 제거를 향상시켰습니다. 이어서 A/O(무산소/산소) 생화학적 처리가 추가로 이루어졌습니다. GB18918-2002 표준에 따르면 배출수 COD 및 암모니아 질소(NH₃-N) 수준은 2차 표준(COD: 100mg/L, NH₃-N: 25-30mg/L)을 충족할 수 있습니다. 이 공정은 폐수의 유기물 함량을 효과적으로 감소시켜 후속 처리 단계의 어려움을 낮춰줍니다.
1. 실험 섹션
1.1 프로세스 흐름 설계
마늘 폐수 처리의 전체 공정 흐름은 다음과 같습니다.그림 1, 핵심 구성요소는MBBR + A/O 시스템의 생분해. 마늘 폐수를 분해하는 데 효과적인 세 가지 선별 및 분리 균주 – Alcaligenes sp., Acinetobacter sp. 및 Achromobacter sp. – 빠른 시동을 촉진하기 위해 활성 슬러지와 혼합되어 MBBR 장치에 도입되었습니다.-
1.2 MBBR + A/O 처리 프로세스
거친 스크린과 미세한 스크린을 통과하여 부유 물질을 제거한 후 마늘 폐수는 MBBR로 직접 펌핑됩니다. 유입수 품질은 다음과 같습니다.표 1. MBBR의 유출수는 A/O 시스템으로 직접 흐릅니다. MBBR 유출수의 유기 함량이 낮기 때문에 생마늘 폐수를 Oxic(O) 탱크에 적절하게 추가하여 A/O 공정의 탄소원을 보충합니다. 시스템의 내충격성을 테스트하기 위해 연속 작동 중에 MBBR의 유기물 부하율을 점진적으로 증가시키고 유출수 품질을 모니터링했습니다.
1.3 프로세스 매개변수
1.3.1 용존산소(DO)
생물막 내 DO가 지나치게 높으면 탈질이 방지되어 MBBR의 질화 및 탈질 동시 기능이 상실될 수 있습니다. DO가 지나치게 낮으면 사상균이 증식하여 유출수 품질에 영향을 미치고 질산화 과정을 방해할 수 있습니다.
1.3.2 수력학적 체류 시간(HRT)
지나치게 짧은 HRT는 대부분의 유기물을 포함하는 폐수가 완전히 흡수되기 전에 배출되는 강렬한 반응 조건을 유발합니다. 지속적인 유입은 미생물을 일정한 생분해 상태로 유지하여 효율성을 감소시키고 에너지 소비를 증가시킵니다. 지나치게 긴 HRT는 영양분 고갈로 이어집니다. 영양분이 없으면 미생물은 단지 생존을 유지하기 위해 활동과 대사 요구를 줄입니다.
1.3.3 탄소-대-질소 비율(C/N)
C/N 비율이 낮으면 암모니아가 다른 물질로 전환되는 촉매 작용이 일어나 암모니아 질소 제거에 영향을 미칠 수 있습니다. 또한 쉽게 필라멘트 벌킹, 응집에 영향을 미치는 지속적인 성장을 유발하여 슬러지 벌킹 및 부유 슬러지를 유발합니다. 높은 C/N 비율은 미생물 생분해 및 성장에 좋지 않아 미생물에 대한 유기 부하가 증가합니다.
1.4 MBBR 생물막 시작-업
바이오필름 시작-: 접종 슬러지 + 유속-증가 방식을 사용했습니다.. MBR-농축 활성 슬러지는 초기 MLSS(혼합액 부유 물질) 농도가 약 5.82g/L인 반응기에 접종되었습니다. 통기가 시작되었고, 폴리에틸렌 담체가 반응기에 추가되었습니다.충전율 약 60%. 그만큼~하다원자로에서 제어되었습니다4.0mg/L 이상. 유입유량은 20L/h씩 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140L/h씩 단계적으로 증가시켰으며, 각 유속은 1일 동안 유지되었습니다. 이 단계에서는 슬러지가 낭비되지 않았습니다. 미생물이 부착되어 성장하는 담체 표면에 연한 노란색의 생물막이 형성됩니다. 성공적인 바이오필름 시동 후-안정적인 운영이 지속되어30일의 슬러지 체류 시간(SRT). 안정적인 작동 중에 MBBR의 유기물 로딩 속도를 조정하여 COD, 질소 및 인 제거에 미치는 영향을 관찰했습니다.
2. 결과 및 고찰
2.1 생물막 시작 중 MBBR 유출수 품질 분석-
MBBR의 폭기 강도는 DO 농도를 조절하기 위해 조정되었습니다. DO가 4.0mg/L 미만이면 통기 강도가 균일하고 높은{2}}유동의 담체 난류 운동을 지원하기에 불충분하여 적절한 혼합을 방해하고 담체 표면에 생물막을 형성하기 어렵게 만듭니다. DO가 4.0~6.0mg/L 사이일 때 담체는 활성 슬러지 및 폐수와 완전히 혼합되었습니다. 담체의 색상 변화가 흰색에서 황{7}}갈색으로 관찰되었으며, 이는 그림과 같이 이러한 통기 강도 하에서 성공적인 미생물 부착 및 성장을 나타냅니다.그림 2.
시작 단계 중 유입수 및 유출수 COD의 변화 곡선은-다음과 같습니다.그림 3(a). 처리 효율의 초기 감소는 담체에 부착된 미생물의 양이 매우 적기 때문이었습니다. 활성슬러지 내 미생물에 의한 분해만으로는 다량의 유기물을 제거하기에는 역부족이었습니다. 스타트업이-진행됨에 따라 담체에 부착된 미생물의 양이 증가하여 점차적으로 바이오필름을 형성했습니다. 배출수 COD 농도는 점차적으로 안정화되었으며, COD 제거 효율은 90% 이상으로 안정화되었습니다.
MBBR 유입수 및 유출수 NH₃-N의 변화 곡선은 다음과 같습니다.그림 3(b). 활성슬러지 내 호기성 박테리아에 의한 질화작용으로 암모니아성 질소가 효과적으로 제거됩니다. 7일째부터 유입되는 NH₃-N 농도는 점차 증가하였다. 23일까지 유입되는 NH₃-N은 여전히 증가하고 있었지만 제거율도 증가했습니다. 이는 질산화 박테리아가 처음에는 천천히 성장하기 때문입니다. 시간이 지남에 따라 개체수가 증가하고 생물막이 성숙해지며 NH₃-N 제거율이 점차 증가하고 안정화되었습니다.
MBBR 유입수와 유출수 TN의 변화 곡선은 다음과 같습니다.그림 3(c). 암모니아성 질소 제거와 달리 초기에는 TN 제거 효율이 감소하였다. 원자로 환경에는 산소와 탄소원이 풍부해 탈질균의 성장이 제한됐기 때문이다. 그러나 생물막이 형성되면서 TN 제거 효율이 향상되기 시작했다. 20일째에는 유입수 TN 농도가 증가했지만, 유출수 TN 및 제거율은 50~60% 범위로 안정화되었습니다.
MBBR 유입수 및 유출수 TP의 변화 곡선은 다음과 같습니다.그림 3(d). 시작부터-안정적인 작동까지 TP 제거율은 안정적으로 유지되었습니다. 유입수 TP 농도는 초기에는 높았다가 이후 감소했지만, 제거 효율은 큰 변화를 보이지 않아 시스템의 인 제거 능력을 나타냅니다. 시스템의 TP 제거율은 80%~90% 사이로 유지되었습니다.
요약하자면,MBBR 시스템 DO를 4~6mg/L 사이로 유지합니다. 이는 20일 간의 지속적인 공급 후에 성숙한 생물막이 생성됩니다.. 기존 활성 슬러지 공정과 비교하여 MBBR 시스템은 강력한 내충격성과 높은 처리 효율성을 제공하여 마늘 처리 폐수의 후속 처리 단계의 어려움을 효과적으로 줄입니다.
2.2 안정적인 운영 중 배출수질 분석
생물막 시작-단계 후에 생물막이 성숙되었습니다. MBBR 시스템의 내충격성을 테스트하기 위해 안정적인 작동 중에 유기물 로딩율을 지속적으로 증가시켰습니다.
안정적인 운전 중 MBBR 유입수 및 유출수 COD의 변화 곡선은 다음과 같습니다.그림 4(a). 1~5일째부터 일정한 유입으로 COD 제거 효율은 95% 이상으로 유지되었으며, 유출수 COD 농도는 약 100mg/L에 도달했습니다. 5일부터 20일까지 유입량은 증가하여 유기물 부하량을 20kgCOD/m3·d에서 30kgCOD/m3·d로 점차 늘렸습니다. 제거 효율에는 큰 변화가 관찰되지 않았으며, 유출수 COD는 80~100mg/L 사이로 유지되어 강력한 내충격성을 나타냈습니다. 20일 후에는 유입량을 더 증가시켜 반응기 내 유기물 부하량을 30kgCOD/m3·d에서 37kgCOD/m3·d로 지속적으로 높이고 5일 동안 유지했습니다. MBBR의 COD 제거 능력은 95% 이상을 유지했습니다.
그림 4(b)와 (c)안정적인 작동 중 NH₃-N 및 TN에 대한 변화 곡선을 각각 보여줍니다. 1일부터 5일까지 일정한 유입으로 MBBR 생물막은 동시에 질화 및 탈질화를 나타냈습니다. 폭기 상태에서 폐수와 완전히 혼합된 생물막의 외부 층에 부착된 호기성 질화 박테리아는 질화를 통해 상당한 질소원을 소비했습니다. 내부 무산소층의 탈질균은 탈질작용을 통해 질산성 질소를 효과적으로 제거합니다. 5~20일째부터 유입량이 증가함에 따라 초기에는 NH₃-N 및 TN의 제거 효율이 크게 감소했습니다. 약 7일 동안 계속 작동한 후 시스템이 점차 적응해 나갔습니다. NH₃-N 및 TN에 대한 제거 효율은 증가했지만, 저유량 기간보다 낮은 수준을 유지했습니다. 일정한 유입 하에서 NH₃-N 제거율은 90% 이상에 이르렀고, 유출수 NH₃-N은 10~15mg/L 사이였으며, TN 제거는 기본적으로 80% 이상 유지되었으며, 유출수 TN은 약 30mg/L였습니다. 유입량이 증가하고 시스템이 지속적인 영향으로 새로운 균형에 도달한 후 NH₃-N 제거는 약 80% 안정화되었으며, 유출수 NH₃-N은 50~70mg/L 사이, TN 제거는 약 60%, 유출수 TN은 50mg/L 미만이었습니다.
안정적인 작동 중 TP의 변동 곡선은 다음과 같습니다.그림 4(d). 유출수 TP 농도는 기본적으로 약 10 mg/L로 유지되었습니다. 처음에는 일정한 저유량과 낮은 유입수 TP 농도로 인해 처리 효과가 제한되었습니다. 유입량과 유입수 TP 농도가 증가함에 따라 충격 단계와 그에 따른 고부하 운전 전반에 걸쳐 높은 처리 효율을 달성했으며, TP 제거율은 약 90% 변동했습니다.
요약하자면,높은 유기 부하 충격 하에서 시스템의 COD 제거 효율은 크게 변하지 않았지만 NH₃-N 및 TN의 제거는 더욱 크게 감소했습니다.. 유기물 부하량이 최대 37kgCOD/m³·d에 도달하면 NH₃-N 및 TN에 대한 시스템의 제거 효율이 눈에 띄게 감소했습니다.
2.3 MBBR + A/O 시스템의 배출수질 분석
생물막 시작-단계와 안정적인 운영 1개월 후, MBBR 유출수의 고급 처리를 위해 A/O 프로세스가 다운스트림에 추가되었습니다. 최적의 HRT에 해당하는 최적의 유입 속도를 결정하기 위해 유입 속도의 기울기 증가를 적용하여 전체 유기물 부하를 증가시켰습니다.
COD 변동 곡선은 다음과 같습니다.그림 5(a). 유입량은 100, 120, 130, 150, 170 L/h로 순차적으로 증가했습니다. 처음부터 최대 유량까지 MBBR 시스템의 유기물 부하량은 20kgCOD/m³·d에서 37kgCOD/m³·d로 증가했습니다. 결합된 시스템의 최종 유출수는 COD 농도가 100mg/L 미만으로 안정적으로 유지되었습니다. 지속적인 높은 유기물 부하 충격 하에서 MBBR 시스템은 잘 작동했지만, 유출수 COD는 유속이 150L/h에 도달했을 때 약간의 증가를 보였습니다. 며칠 동안 170L/h 유속을 유지한 후 MBBR 유출수 COD가 눈에 띄게 증가하는 경향이 관찰되었습니다. 그러나 후속 A/O 공정을 통해 최종 복합 시스템 배출수는 여전히 100mg/L 미만으로 유지되었습니다. 이는 37kgCOD/m³·d의 높은 유기물 부하 충격 하에서도 복합 공정이 마늘 가공 폐수에 대한 강력한 제거 효과를 나타냄을 나타냅니다.
NH₃-N 및 TN의 변동 곡선은 다음과 같습니다.그림 5(b)와 (c), 각각. 마늘 처리 폐수에는 암모니아 질소와 총 질소 농도가 높으며, 이는 산화로 인해 시간이 지남에 따라 더욱 증가할 수 있습니다. 일반적으로 암모니아 질소 농도 범위는 300~500mg/L이고 총 질소 농도는 450~600mg/L입니다. MBBR의 동시 질화 및 탈질화 하에서 암모니아성 질소 제거는 더 효과적이었습니다. 이는 질산화 박테리아가 폭기 시 폐수를 보다 효율적으로 활용하기 때문일 것입니다. 탈질 박테리아는 무산소 조건을 필요로 하며 종종 탈질을 위해 소모된 유기 탄소에 의존합니다. 유입량을 증가시킬 때 NH₃-N 및 TN의 제거효율이 주요 고려사항이었다. 1~4일째부터 낮은 유속과 적당한 NH₃-N으로 인해 NH₃-N 제거율은 90% 이상을 유지했으며 TN 제거 효율은 점차 증가했습니다. 그 후 유입률이 크게 증가했습니다. 유입량이 증가함에 따라 여러 단계의 NH₃{18}}N 및 TN의 유출 농도가 순차적으로 증가하고 유입률이 높을수록 유출 농도가 높아지는 것이 명확하게 관찰되었습니다. 유속이 증가함에 따라 생물막 담체의 바이오매스가 증가하여 질산화가 향상되었습니다. 여기서 암모니아 질소는 산소 하에서 박테리아를 질산화하여 질산염과 아질산염으로 산화됩니다.
TP 농도 변화 곡선은 다음과 같습니다.그림 5(d). 유입수 COD 및 TN 농도가 높다는 점을 감안할 때 미생물 성장을 위한 이론적 최적 TP 농도는 100mg/L 이상입니다. 그러나 유입수 TP 농도는 이 이론적인 요구 사항보다 훨씬 낮았습니다. 따라서 MBBR 방류수 TP 농도는 약 10mg/L로 유지되었으며, 최종 복합 시스템 방류수 TP 농도는 2~3mg/L 사이로 유지되었습니다.
MBBR 시스템과 후속 A/O 시스템의 운전 전후 슬러지 특성을 그림과 같이 측정하였다.표 2.
요약하자면,유속을 150 L/h로 증가시키면 COD, NH₃-N, TN, TP의 제거율이 다른 유속보다 우수함을 알 수 있다.. 이 유속에서의 HRT는 27시간이었습니다. 더욱이, MBBR과 A/O 시스템 모두에서 슬러지 농도는 가동 후 크게 증가했습니다.
3. 결론
MBBR에서 생물막이 형성된 후 COD, NH₃-N, TN 및 TP에 대한 제거 효율은 안정적이었습니다. 안정적인 조건에서 1개월 연속 운전하는 동안 COD 제거율은 95% 이상, NH₃-N 및 TN 제거율은 약 80%, TP 제거율은 약 90% 안정화되었습니다.
MBBR 유출수는 A/O 시스템에서 추가로 처리되었습니다. 결합된 공정은 최대 37kgCOD/m³·d의 유기물 부하를 견딜 수 있습니다. 전체 공정에 대한 최적의 작업은 HRT 27시간 미만이었습니다. 최종 유출수 COD는 100mg/L 미만, NH₃-N은 10~20mg/L, TN은 30mg/L 미만, TP는 10mg/L 미만으로 안정화되었습니다. 운전 후 MBBR 시스템의 슬러지 농도는 8.5g/L, A/O 시스템의 슬러지 농도는 4.1g/L로 운전 전보다 상당히 높아 미생물 바이오매스가 크게 증가한 것으로 나타났다. 생물학적 처리 후 COD 및 암모니아 질소 수준은 GB18918-2002의 2차 배출 표준을 충족했습니다. 추가 처리를 위해 Fenton의 첨단 산화 기술을 사용하여 생물학적으로 처리된 폐수를 심층 처리하여 1차 배출 기준을 달성할 수 있습니다.