Hybrid UASB 반응기를 이용한 돈분 폐수 처리시 입상슬러지의 특성 연구

Abstract

지속적인 축산업의 발전으로 고농도 유기성 폐수인 돈분 폐수량이 급속히 증가하였으며, 처리되지 않고 수계로 유입될 때 많은 환경오염을 불러일으키고 있다. 돈분 폐수 처리에 있어서 처리시간을 단축하고 처리 효율을 향상시키기 위해서, 활성이 우수한 미생물을 고농도로 유지하는 입상슬러지의 특성을 연구하였다. 돈분 폐수에는 악취 물질인 동시에 높은 BOD의 원인인 여러 휘발성 유기산(초산, 프로피온산, 뷰티르산 등)과 암모니아가 고농도로 존재하고 있음을 확인하였다. 온도, pH, 암모니아 농도 등을 변화시키면서 입상슬러지의 유기산 분해 특성을 관찰하여 돈분 폐수의 혐기적 처리에 입상슬러지의 적용이 가능한지를 파악하였다. 입상슬러지를 이용한 경우 유기산의 분해율은 비입자성의 혐기성 소화 슬러지보다 우수하였고, 최적의 처리율을 나타내는 온도와 pH 범위는 각각 25~50℃, pH 6~8으로서 넓은 영역에서 안정된 처리 효율을 나타내었다. 또한 염화 암모늄의 농도가 11g/ℓ 이상이 되면서부터는 첨가 농도가 증가할수록 유기산 분해 속도는 감소하였다. 입상슬러지를 실제 돈분 폐수 처리에 적용한 경우, 유기산을 99% 이상 제거하였으며 용해성 $COD_cr(sCOD_cr)$도 80% 이상의 제거율을 나타냈다. 따라서 돈분 폐수를 처리하기 위한 혐기 처리 공정에 입상슬러지를 적용할 수 있었으며, 돈분 폐수 처리를 위해 입상슬러지를 식종한 hybrid UASB 반응기를 이용하였다. 혐기 미생물의 부유 및 부착 성장을 가능하게 하기 위해 담체로 반응기 중간에 Fixed-bed를 넣었다. 본 연구에서는 반응기의 처리 효율을 살펴보았으며, 반응기에 식종된 입상슬러지에 의한 처리 효과를 관찰하였다. 또한, Fixed-bed에 생성된 생물막에서 반응기 내의 미생물학적 변화를 관찰하였다. 실험 결과로서, 입상슬러지를 식종한 hybrid UASB 반응기에서 순화 기간 없이 바로 돈분 폐수 처리에 이용할 수 있었다. 적정 조건에서 70% 이상의 $COD_cr$가 제거되었다. 반응기 운전중에 입상슬러지의 유실은 없었다. 돈분 폐수 처리에 있어서 UASB 반응기의 안정되고 만족할 만한 운전을 위해서는 미생물의 활성이 우수한 입상슬러지를 식종해야 한다는 결론을 얻을 수 있다.