변형된 AAO 시스템을 이용한 폐수 내 오염물질 제거 효율 분석
개요
그만큼혐기성-무산소-호기성(AAO 또는 A²/O)공정은 유기탄소, 질소, 인을 동시에 제거하도록 설계된 생물학적 폐수처리 기술로 널리 채택되고 있습니다. 세 개의 상호 연결된 영역으로 구성됩니다.
- 무산소 구역: 산소와 질산염이 부족하여 조건세균이 유기화합물을 분해하여 인을 방출합니다.
- 무산소 구역: 탈질세균은 유기탄소를 전자공여체로 사용하여 질산염/아질산염(호기존에서 복귀)을 질소가스로 환원시켜 질소를 제거합니다.
- 산소 존: 호기성 미생물은 남아 있는 유기물을 산화시키고 질산화(암모니아에서 질산염으로)를 촉진하는 반면, 인-을 축적하는 유기체는 인산염을 흡수합니다.
폐수 처리 분야에서 기존 AAO 시스템은 하수에서 오염물질을 제거할 수 있지만, 폐수의 구성이 점점 복잡해지면서 AAO 공정의 처리 효율성이 어느 정도 저하되었습니다. AAO 프로세스의 적용 수준과 효율성을 보장하기 위해,수정된 시스템에 대한 구체적인 연구를 수행할 필요가 있습니다.이는 관련 기업 및 부서의 운영 품질 개선에 있어 실질적으로 중요한 의미를 갖습니다.
수정된 AAO 시스템
1. AAO 제도의 기본원리
특정 폐수 처리장의 AAO 폐수 처리 시스템을 예로 들면, 기존 시스템은기존 AAO 프로세스, 주로 다음 네 가지 구성 요소로 구성됩니다.혐기조, 호기조, 무산소조, 2차침전조에 자세히 설명되어 있습니다.그림 1.
기존 AAO 시스템에서는 미생물이 다양한 환경 조건에서 성장하고 대사됩니다. 다양한 미생물 군집 간의 상호 작용을 통해 암모니아화, 질화, 탈질화와 같은 화학 반응을 통해 오염 물질을 효과적으로 제거하여 유기 오염 물질을 크게 제거합니다.
기존 AAO 시스템은 낮은 기술 비용, 간단한 작동, 짧은 유압 유지 시간(HRT) 등의 장점을 제공합니다. 그러나 다음과 같은 단점도 안고 있습니다.인 제거 효율이 낮음그리고슬러지 연령 및 탄소원 설계에 대한 엄격한 요구 사항이로 인해 일부 폐수 오염물질 제거 프로젝트에서 예상되는 기준을 충족하기가 어려워졌습니다.
2. 수정된 AAO 시스템의 설계 분석
이전 연구를 바탕으로 주로 혐기성 탱크를 중심으로 기존 AAO 시스템이 개선되었습니다. 그만큼수정된 혐기성 탱크 시스템세 부분으로 구성됩니다:슬러지-물 혼합 구역, 슬러지-물 분리 구역 및 매체 구역, 에 표시된 것처럼그림 2.
에서수정된 AAO 시스템 (그림 3), 슬러지{0}}물 혼합 구역과 여재 구역은 동일한 치수(길이 15cm × 폭 20cm × 높이 60cm)로 설계되었으며 각각 유효 부피는 9L입니다. 슬러지 구역과 여재 구역 모두 수리학적 체류 시간(HRT)은 2시간입니다.
3. 개량 AAO 시스템의 COD 제거 효율 분석
수정된 AAO 시스템의 화학적 산소 요구량(COD) 제거 효율을 분석했습니다. 유입수 COD가 447mg/L일 때 혐기성 단계의 배출수 COD는 약 147mg/L, 최종 배출수 COD는 42mg/L로 Class A 배출 기준을 충족합니다. 초기 혐기성 단계의 COD 제거 효율은 변동이 심하고 MLSS(혼합액 부유 고형물) 수준이 상대적으로 낮아 불안정했습니다. 하지만,7일 후 제거율은 94%로 안정화되었습니다.. 혐기성 단계에서는 미생물 분해와 환류에 의한 희석을 통해 오염물질을 1차적으로 제거함으로써 효과적인 오염물질 제거가 가능함을 보여줍니다.
Minitab 소프트웨어를 사용하여 수정된 AAO 시스템과 기존 AAO 시스템의 제거 성능을 독립적인 샘플 t{0}}테스트 분석을 통해 비교했으며 그 결과는 다음과 같습니다.그림 4.
95% 신뢰구간에서 t-값은 0.26, p-값은 0.605였습니다.. 데이터 분석에서는 두 시스템 간의 평균 제거율에 큰 차이가 없는 것으로 나타났습니다. 수정된 AAO 시스템은 순응 단계를 포함한 초기-단계 데이터의 차이로 인해 COD 제거 효율에서 상대적으로 높은 가변성을 나타냈습니다.전반적으로 수정된 AAO 시스템은 효과적인 COD 제거를 보여주었습니다..
4. 변형된 AAO 시스템의 암모니아성 질소 제거 효율 분석
암모니아성 질소(NH₃-N) 제거 효율을 분석하였습니다. 유입수 NH₃-N 농도가 36mg/L일 때, 혐기성 단계에서 배출되는 NH₃-N은 약 19mg/L였습니다. 초기 단계에서는 유출수 농도가 상대적으로 높았고, 제거 효율의 변동폭이 컸다. 하지만,적응 12일 후 제거율은 약 81%로 증가했습니다., 대수 성장 단계에서 질산화 박테리아가 있습니다.이후 제거율은 안정화되어 평균 93%에 이르렀습니다., 유출수 NH₃-N 농도가 4mg/L이고 클래스 A 배출 표준을 충족합니다.
95% 신뢰구간에서 t-값은 3.41, p-값은 0.998이었습니다.. 데이터 분석에서는 두 시스템 간의 평균 제거율에 큰 차이가 없는 것으로 나타났습니다. 수정된 AAO 시스템은 주로 순응 단계를 포함한 초기{3}}단계 데이터의 차이로 인해 NH₃-N 제거 효율에서 상대적으로 높은 가변성을 나타냈습니다.전반적으로 수정된 AAO 시스템은 효과적인 NH₃-N 제거를 보여주었습니다..
5. 변형된 AAO 시스템의 총인 및 총질소 제거효율 분석
5.1 총인 제거 효율
총인(TP) 제거 효율을 분석하였다. 유입수 TP 농도가 3.6 mg/L인 경우 11일의 순응 기간이 필요했습니다. 전체 시스템의 유출수 TP 농도는 2.8mg/L에 도달한 반면, 혐기성 단계 유출수 TP 농도는 4.2mg/L로 상당한 인 방출을 나타냅니다. 순응 후 TP 제거 성능은 눈에 띄게 향상되었으며, 혐기성 단계 배출수 TP 농도는 2.7mg/L로 감소하고 제거 효율은 17%에 도달했습니다.후기 단계에서는 TP 제거율이 60% 이상으로 안정화되었으며, 유출수 TP 농도는 0.5 mg/L에 근접했습니다., 클래스 B 방전 표준을 충족합니다.
두 시스템을 비교한 결과 수정된 AAO 시스템은 상대적으로 낮은 제거 효율로 초기 적응 기간이 필요하다는 것을 보여주었습니다. 그러나 적응 후에는TP 제거 성능이 크게 향상되어 기존 AAO 시스템에 비해 향상된 효율성을 입증했습니다.
5.2 총질소 제거 효율
총질소(TN) 제거효율을 분석하였다. 유입수 TN 농도가 34mg/L일 때 혐기성 단계 배출수 TN 농도는 약 18mg/L였습니다. 초기 단계에서는 유출수 농도가 상대적으로 높았고, 제거 효율의 변동폭이 컸다.10일간의 적응 후, TN 제거율은 68%로 증가했으며, 유출수 농도는 9mg/L였습니다., 클래스 A 방전 표준을 충족합니다.
95% 신뢰구간에서 t-값은 0.72, p-값은 0.753이었습니다.. 데이터 분석에서는 두 시스템 간의 평균 제거율에 큰 차이가 없는 것으로 나타났습니다. 수정된 AAO 시스템은 순응 단계를 포함한 초기-단계 데이터의 차이로 인해 TN 제거 효율에서 상대적으로 높은 가변성을 나타냈습니다.전반적으로 수정된 AAO 시스템은 효과적인 TN 제거를 보여주었습니다..
결론
요약하면, 수정된 AAO 시스템은 짧은 적응 기간 후에 클래스 A 또는 B 배출 표준을 충족하는 주요 폐수 오염물질-COD, 암모니아 질소, 총 질소 및 총인-을 제거하는 강력한 성능을 보여줍니다.
통계 분석(t-test, p{1}}값)에서는 기존 시스템과 비교하여 평균 제거 효율에 큰 차이가 없는 것으로 나타났으나, 수정된 설계는 초기 작동 중 더 큰 데이터 가변성에도 불구하고 시간이 지남에 따라 더 높은 안정성과 향상된 치료 결과를 나타냈습니다. 특히 혼합, 분리 및 매체 영역이 최적화된 혐기성 영역의 개선 사항은 공정 탄력성과 효율성을 높이는 데 기여합니다.
이러한 연구 결과는 다음과 같은 점을 강조합니다.복잡한 폐수 구성을 효과적으로 처리하기 위한 수정된 AAO 시스템의 잠재력, 기존 처리 인프라 업그레이드를 위한 실제 적용을 지원합니다.