표제지
목차
요약문 8
SUMMARY 11
제1장 서론 22
1.1. 연구 목적 및 배경 22
1.2. 연구 내용 및 범위 22
제2장 역삼투 모형플랜트 구축ㆍ운영을 통한 재이용율별 막오염 영향 및 농축수 성상분석 24
2.1. 하ㆍ폐수 재이용 역삼투 모형플랜트 구축 및 운영 24
2.1.1. 하ㆍ폐수 재이용 역삼투 모형플랜트 설계 및 구축 24
2.1.2. 하ㆍ폐수 재이용 역삼투 모형플랜트 운영결과 26
2.2. 랩규모 역삼투 실험을 통한 막세정 주기 예측방안 고찰 29
2.2.1. 기존 FDR(Flux Decline Rate) 모델의 정확도 재검토 29
2.2.2. 새로운 FDR(Flux Decline Rate) 모델 적용가능성 검토 31
제3장 증발결정화 실험을 통한 유입수질(회수율)별 설계ㆍ운영비용 분석 33
3.1. 증발결정화 및 RO 공정 전처리를 위한 연수화 평가 33
3.1.1. 연수화 jar-test 실험 개요 33
3.1.2. 방류수 연수화 평가 34
3.1.3. 연수화+3rd RO(80%) 농축수 연수화 평가 36
3.1.4. 3rd RO(80%) 농축수 연수화 평가 37
3.1.5. 3rd RO(90%) 농축수 연수화 평가 38
3.1.6. 고농축 폐수(FMX) 농축수 연수화 평가 40
3.1.7. 고액분리 향상을 위한 고분자 응집제 주입 평가 41
3.2. 증발공정 스케일 감소를 위한 RO 회수율 향상 평가 44
3.2.1. 경도 농도에 따른 연수화 약품 주입량 제안 44
3.2.2. 3rd RO 농축수 연수화 전처리에 따른 막오염 비교 평가 45
3.3. 증발농축 및 결정화 평가 47
3.3.1. 증발농축 운영 조건 및 결정화 슬러지 제조 47
3.3.2. 증발농축 공정 운영에 따른 농축수 평가 48
3.3.3. 증발농축 공정 운영에 따른 응축수 평가 49
3.3.4. 증발농축 공정 운영에 따른 전력량 평가 51
3.3.5. 결정화 슬러지 특성 분석(XRF, EDS, XRD 분석) 51
3.3.6. 결정화 슬러지 폐기물 용출 시험 52
3.3.7. 결정화 슬러지 시멘트 대체원료 재활용 가능성 평가 53
제4장 시뮬레이션을 통한 재이용율별 공정 시나리오 분석 55
4.1. 하ㆍ폐수 재이용 공정 시뮬레이션을 위한 모델 구축 55
제5장 하ㆍ폐수 재이용 공정의 유기물 거동분석 및 하ㆍ폐수처리장 반류 농축수 영향평가 63
5.1. 하ㆍ폐수 재이용 역삼투공정의 유기물 거동 평가 및 해석 63
5.1.1. 하ㆍ폐수 재이용 공정수 분석 63
5.1.2/5.1.1. 아산 하수 재이용시설 공정수 분석 및 유기물 거동 평가 65
5.1.3/5.1.2. 성서 하수 재이용시설 공정수 분석 및 유기물 거동 평가 70
5.2. 역삼투 농축수 반류로 인한 생물학적 공정 영향 평가 75
5.2.1. 유기물 생분해도 및 미생물 활성도 평가(OUR test) 75
5.2.2. 농축수 내 무기물 농축에 따른 미생물 활성도 평가 78
5.2.3. 농축수 내 유기물 농축에 따른 미생물 활성도 평가 79
제6장 결론 83
참고문헌 85
[부록 1] 용역보고서 88
목차 94
요약문 91
1. 연구개요 97
1.1. 연구목적 97
1.2. 연구수행 방안 97
1.2.1. 하ㆍ폐수 재이용 역삼투공정의 유기물 거동 평가 및 해석 97
1.2.2. 역삼투 농축수 반류로인한 생물학적 공정 영향평가 97
2. 하ㆍ폐수 재이용 공정수 분석 98
2.1. 공정수 기초분석 및 유기물 성상분석 항목 99
2.2. 하ㆍ폐수 재이용 공정수 별 유기물 거동 분석 101
2.2.1. 아산 하수 재이용시설 공정수 분석 101
2.2.2. 대구성서 폐수재이용 시설 공정수 분석 106
3. 역삼투 농축수 반류로 인한 생물학적 공정 영향 평가 110
3.1. 실험방법 111
3.1.1. 시료준비 - 유기물 및 무기물 분리 111
3.1.2. 유기물 생분해도 및 미생물 활성도 평가 113
3.2. 실험결과 114
3.2.1. 농축수내 무기물 농축에 따른 미생물 활성도 평가 114
3.2.2. 농축수내 유기물 농축에 따른 미생물 활성도 평가 117
4. 결론 122
[부록 1] 미생물 군집분석(아산/대구성서/대전 하수처리장) 123
[부록 2] 무기물 이온 농도 124
[부록 3] Pilot 규모 공정수 분석 125
표 2.1. 역삼투 모형플랜트 운영기간('20.11.02~12.22) 수질데이터 요약 27
표 2.2. 역삼투 모형플랜트 운영기간('20.11.02~12.22) 운전데이터 요약 27
표 2.3. 다양한 혼합수에서 역삼투 성능평가 결과 30
표 2.4. FDR 계산을 위한 다양한 혼합수에서 역삼투 성능평가 결과 31
표 3.1. 연수화 jar-test 및 pilot 플랜트 공정에서 사용되는 약품 개요 33
표 3.2. 막오염 평가 실험 항목 및 조건 45
표 3.3. 증발 공정수 분석 결과(KTR 공인 분석) 및 재이용수 공급수질 기준 50
표 3.4. XRF(구성비율) 및 EDS, XRD(구성물질) 분석 결과 52
표 5.1. 하ㆍ폐수 재이용 공정수의 분석항목 및 방법 64
표 5.2. 아산 하수 재이용시설 공정수의 기초수질 분석결과 정리 67
표 5.3. 대구 성서 폐수 재이용시설 공정수 기초수질 분석 결과 72
표 5.4. 전기투석 장치를 이용한 농축수 분리액의 DOC 및 전도도 분석 76
표 5.5. 전기투석 후 무기물 이온 용액의 ICP 분석 76
표 5.6. OUR 평가 실험조건 77
그림 2.1. 하ㆍ폐수 재이용 역삼투 모형플랜트 공정도 24
그림 2.2. 하ㆍ폐수 재이용 역삼투 모형플랜트 설치 위치(평면도) 25
그림 2.3. 역삼투 모형플랜트 유입ㆍ유출수 라인 및 전원공급 라인 위치 25
그림 2.4. 하ㆍ폐수 재이용 역삼투 모형플랜트 전경 26
그림 2.5. 역삼투 모형플랜트 운영기간('20.11.02~12.22) 유입수온 및 유입압력 변화 27
그림 2.6. 역삼투 모형플랜트 운영기간('20.11.02~12.22) 보정생산유량 변화 28
그림 2.7. 랩규모 역삼투 평막실험을 통한 세정시기 예측방안 예시 29
그림 2.8. 분리막 기공사이즈에 따른 FDR 모델 정확도 비교 30
그림 2.9. FDR 모델별 혼합수 정확도 비교(평막 역삼투 공정, 6시간 운전) ((a) 아산침전수 혼합수, (b) 폐수방류수 혼합수, (c) 대호지 혼합수) 31
그림 2.10. FDR 모델별 혼합수 정확도 비교(평막 역삼투 공정, 3일 운전) 32
그림 2.11. FDR 모델별 혼합수 정확도 비교(상용화시설, 1년 운전) ((a) 대산산업용수센터 1차RO, (b) 대산산업용수센터 2차RO) 32
그림 3.1. 경도 측정 기기 34
그림 3.2. pH 및 전기전도도 측정 기기 34
그림 3.3. jar-tester 34
그림 3.4. Soda 주입농도에 따른 경도 변화(방류수) 35
그림 3.5. Lime 주입농도에 따른 경도 변화(방류수) 35
그림 3.6. 응집제 주입농도에 따른 수질 변화(방류수) 35
그림 3.7. Soda 주입농도에 따른 경도 변화(연수화+3rd RO) 36
그림 3.8. Lime 주입농도에 따른 경도 변화 36
그림 3.9. 응집제 주입농도에 따른 수질 변화(연수화+3rd RO) 37
그림 3.10. Soda 주입농도에 따른 경도 변화(3rd RO(80%)) 38
그림 3.11. Lime 주입농도에 따른 경도 변화(3rd RO(80%)) 38
그림 3.12. 응집제 주입농도에 따른 수질 변화(3rd RO(80%)) 38
그림 3.13. Soda 주입농도에 따른 경도 변화(3rd RO(90%)) 39
그림 3.14. Lime 주입농도에 따른 경도 변화(3rd RO(90%)) 39
그림 3.15. 응집제 주입농도에 따른 수질 변화(3rd RO(90%)) 39
그림 3.16. Soda 주입농도에 따른 경도 변화(고농축 폐수) 40
그림 3.17. Lime 주입농도에 따른 경도 변화(고농축 폐수) 40
그림 3.18. 응집제 주입농도에 따른 경도 변화(고농축 폐수) 41
그림 3.19. 응집제 주입농도에따른 탁도 변화(고농축 폐수) 41
그림 3.20. PAC 주입에 따른 침강 속도 변화 42
그림 3.21. PAC+polymer 0.25 mg/L 주입에 따른 침강 속도 변화 42
그림 3.22. PAC+고분자응집제 0.5mg/L 주입에 따른 침강 속도 변화 42
그림 3.23. PAC+고분자응집제 1.0mg/L 주입에 따른 침강 속도 변화 42
그림 3.24. 철염 주입에 따른 침강 속도 변화 43
그림 3.25. 철염+polymer 0.25 mg/L 주입에 따른 침강 속도 변화 43
그림 3.26. 철염+polymer 0.5 mg/L 주입에 따른 침강 속도 변화 43
그림 3.27. 철염+polymer 1.0 mg/L 주입에 따른 침강 속도 변화 43
그림 3.28. 총경도에 따른 최적 및 이론 Lime 주입농도 44
그림 3.29. 총경도에 따른 최적 및 이론 Soda 주입농도 44
그림 3.30. 총경도에 따른 칼슘, 마그네슘, Lime, Soda의 상관성 45
그림 3.31. 3차 RO 농축수 회수율별 총경도 조성 비교 45
그림 3.32. 막오염 평가 실험장치 모식도 46
그림 3.33. 연수화 전처리 유무에 따른 Nomalized flux 값 비교 46
그림 3.34. 연수화 전처리 유무에 따른 flux 감소율 비교 46
그림 3.35. 증발 소규모 실험장치 구성도 47
그림 3.36. 증발 소규모 실험장치 사진 및 결정화 sludge 48
그림 3.37. 증발 공정 농축률에 따른 실제 및 이론 TDS 변화 49
그림 3.38. 증발 농축 공정수의 경도 변화 49
그림 3.39. 감압 및 상압 조건에 따른 유기물 변화 50
그림 3.40. 증발기 농축률에 따른 전력 소요량 비교 51
그림 3.41. 3rd RO 및 고농축 농축수의 증발기 농축률에 따른 TDS 변화 51
그림 3.42. 결정화 슬러지의 용출 시험 평가 53
그림 3.43. 결정화 슬러지의 고형연료제품 품질검사 평가 54
그림 3.44. 결정화 슬러지 시멘트 원료 재활용 기준 평가 54
그림 4.1. 하ㆍ폐수 재이용 공정 구성도(1차 역삼투 농축수 반류하는 경우) 55
그림 4.2. 하ㆍ폐수 재이용 공정 구성도(2차 역삼투 농축수 반류하는 경우) 56
그림 4.3. 하ㆍ폐수 재이용 공정 구성도(3차 역삼투 농축수 반류하는 경우) 56
그림 4.4. 하ㆍ폐수 재이용(무방류 포함) 공정 시뮬레이션을 위한 소스코드 61
그림 4.5. 하ㆍ폐수 재이용 하이브리드 공정 수질예측 프로그램 S/W 등록증 62
그림 5.1. 아산 하수재이용 시설 공정도 및 샘플 채취 지점 63
그림 5.2. 대구 성서 폐수재이용 시설 공정도 및 샘플 채취 지점 63
그림 5.3. 아산 하수 재이용시설 공정수의 기초수질 분석결과 66
그림 5.4. 아산 하수 재이용시설 공정수 FEEM 분석 결과 68
그림 5.5. 아산 하수 재이용시설 공정수의 PARAFAC 분석 결과 69
그림 5.6. 아산 하수 재이용시설 공정수 분자량 Fraction 및 intensity 분석 70
그림 5.7. 대구성서 폐수 재이용시설 공정수의 기초수질 분석결과 71
그림 5.8. 아산 하수 재이용시설 공정수 FEEM 분석 결과 73
그림 5.9. 성서 폐수 재이용시설 공정수 분자량 Fraction 및 intensity 분석 74
그림 5.10. 재이용시설에서 RO 농축수 반류 75
그림 5.11. 전기투석장치를 이용한 농축수의 무기물 이온/유기물 분리 75
그림 5.12. 전기투석에 따른 농축수의 유기물 성상 변화 76
그림 5.13. 연구에 사용된 OUR 평가장치 77
그림 5.14. 농축수 내 무기물 농축에 따른 미생물의 산소소비속도 변화 78
그림 5.15. 농축수 내 무기물 농축에 따른 반응조 내 유기물의 분자량 분포 분석 79
그림 5.16. 농축수 내 유기물 농축에 따른 미생물의 산소소비속도 및 반응조 내 DOC 농도 평가 79
그림 5.17. 농축수내 유기물 농축에 따른 반응조내 유기물의 분자량 분포분석 80
그림 5.18. 농축수내 유기물 농축에 따른 반응조내 유기물 성상분석 81
그림 5.19. 농축수 내 유기물 농축에 따른 반응조 내 유기물 PARAFAC 분석 82
표 1. 하ㆍ폐수 재이용 공정수의 분석항목 및 방법 99
표 2. 아산 하수 재이용시설 공정수의 기초수질 분석결과 정리 102
표 3. 대구성서 폐수 재이용시설 공정수의 기초수질 분석결과 정리 107
표 4. 전기투석 장치를 이용한 농축수 분리액의 DOC 및 전도도 분석 111
표 5. 전기투석 후 무기물 이온 용액의 ICP 분석 112
표 6. OUR 평가 실험조건 113
표 7. 아산 하수재이용 시설 공정수의 무기물 이온 농도 124
표 8. 대구성서 폐수재이용 시설 공정수의 무기물 이온 농도 124
표 9. Pilot 공정수의 기초수질 분석결과 정리 125
그림 1. 하ㆍ폐수 재이용 공정의 모식도 및 연구개요 97
그림 2. 아산 하수재이용 시설 공정도 및 샘플 채취 지점 98
그림 3. 대구성서 폐수재이용 시설 공정도 및 샘플 채취 지점 98
그림 4. 아산 하수 재이용시설 공정수의 기초수질 분석결과 101
그림 5. 아산 하수 재이용시설 공정수의 FEEM 분석결과 103
그림 6. 아산 하수 재이용시설 공정수의 PARAFAC 분석결과 104
그림 7. 아산 하수 재이용시설 공정수의 분자량 Fraction(가) 및 intensity 분석(나) 105
그림 8. 대구성서 폐수 재이용시설 공정수의 기초수질 분석결과 106
그림 9. 대구성서 하수 재이용시설 공정수의 FEEM 분석결과 108
그림 10. 대구성서 폐수 재이용시설 공정수의 분자량 Fraction(가) 및 intensity 분석(나) 109
그림 11. 재이용시설에서 RO 농축수 반류 110
그림 12. 전기투석장치를 이용한 농축수의 무기물 이온/유기물 분리 111
그림 13. 전기투석에 따른 농축수의 유기물 성상 변화(가: 농축수, 나: 전기투석 후 무기물 이온 용액, 다: 전기투석 후 유기물 용액) 111
그림 14. 연구에 사용된 OUR 평가장치 113
그림 15. 농축수 내 무기물 농축에 따른 미생물의 산소소비속도 결과 114
그림 16. 농축수 내 무기물 농축에 따른 반응조 내 유기물 성상분석 115
그림 17. 농축수 내 무기물 농축에 따른 반응조 내 유기물의 분자량 분포분석 116
그림 18. 농축수 내 유기물 농축에 따른 미생물의 산소소비속도(가) 및 반응조 내 DOC 농도(나) 평가 117
그림 19. 농축수내 유기물 농축에 따른 반응조내 유기물 성상분석 118
그림 20. 농축수내 유기물 농축에 따른 반응조내 유기물의 분자량 분포분석 119
그림 21. 농축수내 유기물 농축에 따른 반응조내 유기물 PARAFAC 분석(가: Component 1, 나: Component 2, 다: Component 3) 120
그림 23. pilot 공정수의 FEEM 분석결과 126
그림 24. Pilot 공정수의 분자량 Fraction(가) 및 intensity 분석(나) 126