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SUMMARY

CONTENTS

목차

제1장 연구개발과제의 개요 28

제1절 연구개발의 필요성 28

제2절 연구개발 목표 및 내용 30

1. 연구개발의 최종목표 30

2. 연차별 연구개발 목표 30

3. 연구 내용 31

제2장 국내외 기술개발 현황 32

제1절 국내외 기술의 현황 32

1. 염색폐수의 일반적인 처리방법 및 특성 32

2. 염색폐수처리 기술의 국내외 현황 및 문제점 33

제3장 연구개발수행 내용 및 결과 38

제1절 이론 38

1. 입자 제거 이론 38

가. 부유성 입자의 제거 원리 38

나. 여과 이론 42

2. 생물막 이론 43

가. 생물막의 구조 43

나. 생물막의 부착 및 변천 44

다. 생물막의 정화이론 47

3. 생물학적 처리 53

가. 활성슬러지 공정 53

나. 혐기성 처리법 54

다. 호기성 처리법 56

4. 응집 침전(Chemical precipitation) 57

가. 응집의 정의 57

나. 응집 원리 57

다. 응집제의 수중반응 58

라. 응집제의 종류 59

5. O₃(오존)산화 이론 62

가. 오존의 물리적 특성 62

나. 오존의 화학적 특성 63

다. 오존을 이용한 폐수 처리 65

라. 오존산화에 미치는 조작인자의 영향 68

마. 오존농도 70

제2절 연구수행내용 및 연구결과 72

1. 연구개발수행내용 72

가. 기초문헌조사 72

나. Pilot-Plant 설계 79

다. Pilot-Plant 설치를 위한 장소 협의 81

2. 연구결과 82

가. 단위사업장별 염색폐수 특성파악 82

나. 고속응집침전여과기를 이용한 염색폐수의 전처리 특성 84

다. 생물학적 혐기/호기공정을 이용한 염색폐수의 처리특성 128

라. 생물막여과를 이용한 염색폐수의 처리특성 연구 157

마. 기존 염색폐수처리시설과 Line A, Line B의 처리특성 비교검토 198

바. LineA와 LineB 처리수의 후처리를 위한 단위공정 연구 201

사. 오존을 이용한 슬러지 감량 연구 210

제4장 연구개발 목표 달성도 및 대외기여도 214

제1절 연구개발 목표 달성도 214

제2절 대외기여도 215

제5장 연구개발결과의 활용계획 218

제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 220

제7장 참고문헌 230

Table 1-1. 염색공정별 오염발생원 28

Table 1-2. 국내 염색폐수의 일반적인 처리방법 및 특성 29

Table 2-1. 국내외에서 염색폐수의 일반적인 처리방법 및 특성 32

Table 2-2. 염색폐수처리에 관한 연구 33

Table 2-3. 국내 기술개발 현황 34

Table 2-4. 국외 기술개발 현황 35

Table 3-1. 입상여재 여과지 내에서 부유물질(부유무질) 제거에 기여하는 기작 39

Table 3-2. 산화제의 산화값 (유규선, 1999) 62

Table 3-3. 오존의 물리적 특성(Gottschalk et al., 2000) 63

Table 3-4. 유기성 물질의 반응속도비(Hoigne and Bader,1983; Buxton et, al,1988) 64

Table 3-5. 1954-1997년 동안 독일 기업에 의해 지어진 오존 생산 플랜트 수와 적용분야(data from Boeme, 1999) 66

Table 3-6. 염료별 탈색처리 시험결과 66

Table 3-7. 일반적인 오존주입률 68

Table 3-8. 염색폐수를 발생하는 20개의 단위사업장의 표기 82

Table 3-9. 여재의 특성 85

Table 3-10. 고속침전여과기의 운전조건 86

Table 3-11. RSFASA SYSTEM의 생물반응조(ASA) 제원 및 운전조건 128

Table 3-12. 고속침전여과기의 운전조건 132

Table 3-13. MLSS 농도증가를 위한 슬러지 폐기량(kg/day)과 SRT(day) 138

Table 3-14. 운전 Mode에 따른 생물반응조의 구성과 체류시간 139

Table 3-15. 각 공정 및 MLSS 농도별 주요 수질 항목의 처리특성 142

Table 3-16. 체류시간(HRT)변화에 따른 반응조별 COD, BOD, 색도의 처리특성 155

Table 3-17. 생물막여과지의 운전조건 159

Table 3-18. 혐기-호기-호기 생물막여과의 누적제거율(Mode 2) 196

Table 3-19. 혐기-혐기-호기 생물막여과의 누적제거율(Mode 3) 197

Table 3-20. 혐기-혐기-호기 생물막여과의 누적제거율(Mode 3) 197

Table 3-21. 녹산 염색조합내 폐수처리시설의 공정별 수처리특성 199

Table 3-22. RSFASA SYSTEM의 처리특성 199

Table 3-23. Biofilter process의 처리특성(Mode 3) 199

Table 3-24. RSFASA SYSTEM과 녹산염색조합폐수처리장의 슬러지 발생량 200

Table 3-25. 오존 접촉조의 제원 202

Table 3-26. 운전조건별 유입수의 운전특성 202

Table 3-27. 슬러지 감량공정의 운전조건 210

Table 4-1. 1차년도 연구개발목표의 달성도 214

Table 4-2. 2차년도 연구개발목표의 달성도 215

Table 4-3. 기술개발을 통한 분야별 기여도 216

Table 4-4. 연구성과 활용 실적 217

Table 6-1. 오존주입농도변화와 BAF 연계공정에 의한 처리특성 220

Fig. 3-1. 입상여과지 내의 부유성 입자물질의 제거원리 I 40

Fig. 3-2. 입상여과지 내의 부유성 입자물질의 제거원리 II 41

Fig. 3-3. Biofilm system모식도 44

Fig. 3-4. 기저의 생물학적 군체에 대한 이론적 모델에 기인한 기본공정도 45

Fig. 3-5. Biofilm의 형성과 변천 I 46

Fig. 3-6. Biofilm의 형성과 변천 II 47

Fig. 3-7. Biofilm의 기본 분포도 48

Fig. 3-8. 완전혼합식 Biofilm 반응조에서 기질변화의 개략도 51

Fig. 3-9. 생물여과가 Plug-flow일 때 수리학적 개략도 52

Fig. 3-10. 혐기-호기 처리공정에서 azo계 염료와 aromatic amines의 분해기작 54

Fig. 3-11. 오존의 분해에 미치는 pH의 영향 69

Fig. 3-12. 수심과 오존흡수의 관계 70

Fig. 3-13. 오존주입율과 흡수율의 비교 70

Fig. 3-14. Pilot Plant 공정 흐름도 79

Fig. 3-15. Pilot Plant 개보수 후 공정 흐름도 80

Fig. 3-16. 단위사업장별 염색폐수배출량 82

Fig. 3-17. 단위사업장별 염색폐수의 SS, COD 및 색도 배출특성 83

Fig. 3-18. 단위사업장별 염색폐수의 T-N, T-P 배출특성 83

Fig. 3-19. 고속침전여과기의 모식도RSF(Rapid Settli g Filter) 84

Fig. 3-20. 고속침전여과지의 유입원수특성(SS, COD, BOD, Color, Temperature) 87

Fig. 3-21. 고속침전여과지의 유입원수특성(TN, TP, pH) 87

Fig. 3-22. Type 1 여재를 이용한 경우의 SS제거특성 89

Fig. 3-23. Type 2 여재를 이용한 경우의 SS제거특성 89

Fig. 3-24. Type 1 여재를 이용한 경우의 COD제거특성 90

Fig. 3-25. Type 2 여재를 이용한 경우의 COD제거특성 90

Fig. 3-26. Type 1 여재를 이용한 경우의 BOD제거특성 91

Fig. 3-27. Type 2 여재를 이용한 경우의 BOD제거특성 91

Fig. 3-28. Type 1 여재를 이용한 경우의 색도제거특성 92

Fig. 3-29. Type 2 여재를 이용한 경우의 색도제거특성 92

Fig. 3-30. Type 1 여재를 이용한 경우의 TN제거특성 93

Fig. 3-31. Type 2 여재를 이용한 경우의 TN제거특성 93

Fig. 3-32. Type 1 여재를 이용한 경우의 TP제거특성 94

Fig. 3-33. Type 2 여재를 이용한 경우의 TP제거특성 94

Fig. 3-34. 고속침전여과기의 여과속도 100 m/day일때 역세주기 97

Fig. 3-35. 고속침전여과기의 여과속도 200 m/day일때 역세주기 97

Fig. 3-36. 고속침전여과기의 여과속도 300 m/day일때 역세주기 98

Fig. 3-37. 고속침전여과기의 여과속도 400 m/day일때 역세주기 98

Fig. 3-38. 고속침전여과기의 여과속도 100 m/day일 때 SS제거특성 100

Fig. 3-39. 고속침전여과기의 여과속도 200 m/day일 때 SS제거특성(SS제거성) 100

Fig. 3-40. 고속침전여과기의 여과속도 300 m/day일 때 SS제거특성 101

Fig. 3-41. 고속침전여과기의 여과속도 400 m/day일 때 SS제거특성 101

Fig. 3-42. 고속침전여과기의 여과속도 100 m/day일 때 COD제거특성 102

Fig. 3-43. 고속침전여과기의 여과속도 200 m/day일 때 COD제거특성 102

Fig. 3-44. 고속침전여과기의 여과속도 300 m/day일 때 COD제거특성 103

Fig. 3-45. 고속침전여과기의 여과속도 400 m/day일 때 COD제거특성 103

Fig. 3-46. 고속침전여과기의 여과속도 100 m/day일 때 BOD제거특성 105

Fig. 3-47. 고속침전여과기의 여과속도 200 m/day일 때 BOD제거특성 105

Fig. 3-48. 고속침전여과기의 여과속도 300 m/day일 때 BOB제거특성 106

Fig. 3-49. 고속침전여과기의 여과속도 400 m/day일 때 BOD제거특성 106

Fig. 3-50. 고속침전여과기의 여과속도 100 m/day일 때 Color제거특성 107

Fig. 3-51. 고속침전여과기의 여과속도 200 m/day일 때 Color제거특성 107

Fig. 3-52. 고속침전여과기의 여과속도 300 m/day일 때 Color제거특성 108

Fig. 3-53. 고속침전여과기의 여과속도 400 m/day일 때 Color제거특성 108

Fig. 3-54. 고속침전여과기의 여과속도 100 m/day일 때 T-N제거특성 110

Fig. 3-55. 고속침전여과기의 여과속도 200 m/day일 때 T-N제거특성 110

Fig. 3-56. 고속침전여과기의 여과속도 300 m/day일 때 T-N제거특성 111

Fig. 3-57. 고속침전여과기의 여과속도 400 m/day일 때 T-N제거특성 111

Fig. 3-58. 고속침전여과기의 여과속도 100 m/day일 때 T-P제거특성 112

Fig. 3-59. 고속침전여과기의 여과속도 200 m/day일 때 T-P제거특성 112

Fig. 3-60. 고속침전여과기의 여과속도 300 m/day일 때 T-P제거특성 113

Fig. 3-61. 고속침전여과기의 여과속도 400 m/day일 때 T-P제거특성 113

Fig. 3-62. 고속침전여과기의 여과속도별 SS제거율 비교 114

Fig. 3-63. 고속침전여과기의 여과속도별 COD제거율 비교 114

Fig. 3-64. 고속침전여과기의 여과속도별 BOD제거율 비교 114

Fig. 3-65. 고속침전여과기의 여과속도별 Color제거율 비교 115

Fig. 3-66. 고속침전여과기의 여과속도별 T-N제거율 비교 115

Fig. 3-67. 고속침전여과기의 여과속도별 T-P제거율 비교 115

Fig. 3-68. Type 3 여재를 이용한 경우의 SS 제거특성 117

Fig. 3-69. Type 3 여재를 이용한 경우의 BOD 제거특성 117

Fig. 3-70. Type 3 여재를 이용한 경우의 COD 제거특성 118

Fig. 3-71. Type 3 여재를 이용한 경우의 색도 제거특성 118

Fig. 3-72. Type 3 여재를 이용한 경우의 TN 제거특성 119

Fig. 3-73. Type 3 여재를 이용한 경우의 TP 제거특성 119

Fig. 3-74. 여과속도에 따른 수질항목별 처리효율 120

Fig. 3-75. 여과속도 100m/day 일 때 고속침전여과기의 Mass balance 122

Fig. 3-76. 여과속도 200m/day 일 때 고속침전여과기의 Mass balance 123

Fig. 3-77. 여과속도 300m/day 일 때 고속침전여과기의 Mass balance 124

Fig. 3-78. 여과속도 400m/day 일 때 고속침전여과기의 Mass balance 125

Fig. 3-79. RSFASA SYSTEM의 흐름도(Line A) 128

Fig. 3-80. 고속침전여과기(RSF : Rapid Settling Filter)의 모식도 130

Fig. 3-81. 운전기간동안 유입원수의 온도와 pH 특성 136

Fig. 3-82. 운전기간동안 유입원수의 COD와 색도 특성 136

Fig. 3-83. 운전기간동안 유입원수의 BOD와 SS 특성 137

Fig. 3-84. 운전기간동안 유입원수의 TN와 TP 특성 137

Fig. 3-85. MLSS의 농도변화 증가에 따른 F/M의 변화 138

Fig. 3-86. 실험기간 중 유입원수의 수온변화 139

Fig. 3-87. 유입원수의 COD와 Color의 농도 140

Fig. 3-88. 유입원수의 BOD와 SS의 농도 141

Fig. 3-89. 유입원수의 수온과 TN, TP의 농도 141

Fig. 3-90. MLSS농도 변화에 따른 COD와 Color의 처리특성 143

Fig. 3-91. MLSS농도 변화에 따른 SS와 BOD의 처리특성 143

Fig. 3-92. MLSS농도 변화에 따른 TN과 TP의 처리특성 144

Fig. 3-93. MLSS농도 변화에 따른 COD와 색도의 처리효율 144

Fig. 3-94. MLSS농도 변화에 따른 BOD와 SS의 처리효율 145

Fig. 3-95. MLSS농도 변화에 따른 TN와 TP의 처리효율 145

Fig. 3-96. 운전기간에 따른 COD와 색도 146

Fig. 3-97. 운전기간에 따른 BOD와 SS 146

Fig. 3-98. 수온에 따른 RSFASA의 COD의 처리특성 148

Fig. 3-99. 수온에 따른 RSFASA의 COD의 처리효율 148

Fig. 3-100. 수온에 따른 RSFASA의 색도의 처리특성 149

Fig. 3-101. 수온에 따른 RSFASA의 색도의 처리효율 149

Fig. 3-102. 운전기간 중 COD, Color의 특성 150

Fig. 3-103. 운전기간 중 BOD, SS의 특성 150

Fig. 3-104. Mode1,2,3에 대한 RSFASA의 COD 처리특성 152

Fig. 3-105. Mode1,2,3에 대한 RSFASA의 색도 처리특성 152

Fig. 3-106. Mode1,2,3에 대한 RSFASA의 BOD 처리특성 153

Fig. 3-107. Mode1,2,3에 대한 RSFASA의 SS 처리특성 153

Fig. 3-108. RSFASA의 최적운전조건에 따른 COD체적부하와 COD 처리특성 155

Fig. 3-109. 고속침전여과기와 생물막여과지의 연계공정 모식도(Line B) 157

Fig. 3-110. Biofilter A의 SS제거특성(Mode 1) 162

Fig. 3-111. Biofilter A의 COD제거특성(Mode 1) 162

Fig. 3-112. Biofilter A의 BOD제거특성(Mode 1) 163

Fig. 3-113. Biofilter A의 Color제거특성(Mode 1) 163

Fig. 3-114. Biofilter A의 TN제거특성(Mode 1) 164

Fig. 3-115. Biofilter A의 TP제거특성(Mode 1) 164

Fig. 3-116. Biofilter B의 SS제거특성(Mode 1) 165

Fig. 3-117. Biofilter B의 COD제거특성(Mode 1) 165

Fig. 3-118. Biofilter B의 BOD제거특성(Mode 1) 166

Fig. 3-119. Biofilter B의 Color제거특성(Mode 1) 166

Fig. 3-120. Biofilter B의 TN제거특성(Mode 1) 167

Fig. 3-121. Biofilter B의 TP제거특성(Mode 1) 167

Fig. 3-122. Biofilter C의 SS제거특성(Mode 1) 168

Fig. 3-123. Biofilter C의 COD제거특성(Mode 1) 168

Fig. 3-124. Biofilter C의 BOD제거특성(Mode 1) 169

Fig. 3-125. Biofilter C의 Color제거특성(Mode 1) 169

Fig. 3-136. Biofilter C의 TN제거특성(Mode 1) 170

Fig. 3-127. Biofilter C의 TP제거특성(Mode 1) 170

Fig. 3-128. Biofilter A의 SS 제거특성(Mode 2) 173

Fig. 3-129. Biofilter A의 COD 제거특성(Mode 2) 173

Fig. 3-130. Biofilter A의 BOD 제거특성(Mode 2) 174

Fig. 3-131. Biofilter A의 색도 제거특성(Mode 2) 174

Fig. 3-132. Biofilter A의 TN 제거특성(Mode 2) 175

Fig. 3-133. Biofilter A의 TP 제거특성(Mode 2) 175

Fig. 3-134. Biofilter B의 SS 제거특성(Mode 2) 176

Fig. 3-135. Biofilter B의 COD 제거특성(Mode 2) 176

Fig. 3-136. Biofilter B의 BOD 제거특성(Mode 2) 177

Fig. 3-137. Biofilter B의 색도 제거특성(Mode 2) 177

Fig. 3-138. Biofilter B의 TN 제거특성(Mode 2) 178

Fig. 3-139. Biofilter B의 TP 제거특성(Mode 2) 178

Fig. 3-140. Biofilter C의 SS 제거특성(Mode 2) 179

Fig. 3-141. Biofilter C의 COD 제거특성(Mode 2) 179

Fig. 3-142. Biofilter C의 BOD 제거특성(Mode 2) 180

Fig. 3-143. Biofilter C의 색도 제거특성(Mode 2) 180

Fig. 3-144. Biofilter C의 TN 제거특성(Mode 2) 181

Fig. 3-145. Biofilter C의 TP 제거특성(Mode 2) 181

Fig. 3-146. Biofilter A의 SS 제거특성(Mode 3) 183

Fig. 3-147. Biofilter A의 COD 제거특성(Mode 3) 183

Fig. 3-148. Biofilter A의 BOD 제거특성(Mode 3) 184

Fig. 3-149. Biofilter A의 색도 제거특성(Mode 3) 184

Fig. 3-150. Biofilter A의 TN 제거특성(Mode 3) 185

Fig. 3-151. Biofilter A의 TP 제거특성(Mode 3) 185

Fig. 3-152. Biofilter B의 SS 제거특성(Mode 3) 186

Fig. 3-153. Biofilter B의 COD 제거특성(Mode 3) 186

Fig. 3-154. Biofilter B의 BOD 제거특성(Mode 3) 187

Fig. 3-155. Biofilter B의 색도 제거특성(Mode 3) 187

Fig. 3-156. Biofilter B의 TN 제거특성(Mode 3) 188

Fig. 3-157. Biofilter B의 TP 제거특성(Mode 3) 188

Fig. 3-158. Biofilter C의 SS 제거특성(Mode 3) 189

Fig. 3-159. Biofilter C의 COD 제거특성(Mode 3) 189

Fig. 3-160. Biofilter C의 BOD 제거특성(Mode 3) 190

Fig. 3-161. Biofilter C의 색도 제거특성(Mode 3) 190

Fig. 3-162. Biofilter C의 TN 제거특성(Mode 3) 191

Fig. 3-163. Biofilter C의 TP 제거특성(Mode 3) 191

Fig. 3-164. Mode 3에서 Biofilter A의 Mass balance 193

Fig. 3-165. Mode 3에서 Biofilter B의 Mass balance 194

Fig. 3-166. Mode 3에서 Biofilter C의 Mass balance 195

Fig. 3-167. 녹산 염색조합내 가동중인 기존 염색폐수처리시설 흐름도 198

Fig. 3-168. 오존 발생기 및 처리시설의 개략도 201

Fig. 3-169. 응집-혼화-침전지의 흐름도 203

Fig. 3-170. 오존접촉시간에 따른 pH변화 204

Fig. 3-171. 오존접촉시간에 따른 색도변화 204

Fig. 3-172. 오존접촉시간에 따른 COD 205

Fig. 3-173. 오존접촉시간에 따른 COD, Color제거효율 205

Fig. 3-174. 응집제 주입량에 따른 색도 제거특성 206

Fig. 3-175. 응집제 주입량에 따른 COD 제거특성 207

Fig. 3-176. 응집제 주입량에 따른 SS 제거특성 207

Fig. 3-177. 응집제 주입량에 따른 TP 제거특성 208

Fig. 3-178. 응집제 주입량에 따른 TN 제거특성 208

Fig. 3-179. 오존 발생기 및 처리시설의 개략도 210

Fig. 3-180. 0.2gO₃/gSS의 경우 MLSS 제거율 212

Fig. 3-181. 0.4gO₃/gSS의 경우 MLSS 제거율 212

Fig. 3-182. 0.6gO₃/gSS의 경우 MLSS 제거율 213

Fig. 3-183. 0.8gO₃/gSS의 경우 MLSS 제거율 213

Fig. 6-1. 오존처리수와 BAF 처리공정의 구성 220

Fig. 6-2. 전산화조와 UASB를 이용한 네델란드의 염색폐수 처리시스템 221

Fig. 6-3. 운전기간 중 혐기처리공정에서 생물학적인 색도제거 효율 222

Fig. 6-4. 오존처리시스템의 구성 222

Fig. 6-5. UASB와 활성슬러지법을 연계한 염색폐수처리공정 223

Fig. 6-6. 염색폐수의 오존처리실험장치 224

Fig. 6-7. 살수여과공정을 이용한 염색폐수 처리시스템(처리스스템) 225

Fig. 6-8. 혐기적 부유성 생물반응조와 호기생물막여과공정을 이용한 염색폐수 처리시스템 226

Fig. 6-9. 염색폐수 처리를 위한 막여과를 결합한 SBR공정 226

Fig. 6-10. MBR과 SBR의 염색폐수 처리특성 비교 227

Fig. 6-11. MBR공정을 이용한 염색폐수의 재이용 시스템 227

Fig. 6-12. 운전기간에 따른 염색폐수의 COD 제거 228

Fig. 6-13. 운전기간에 따른 MLSS와 MLVSS의 변화 228

Photo. 3-1. 부산광역시 강서구 송정동 녹산염색조합내 Pilot-Plant 건물 전경 81

Photo. 3-2. Type 1의 여재 85

Photo. 3-3. Type 2의 여재 85

Photo. 3-4. Type 3의 여재 85

Photo. 3-5. 생물반응조 및 교반기 129

Photo. 3-6. 최종 침전지 상부 및 감속기 129

Photo. 3-7. 생물반응조와 최종침전지 129

Photo. 3-8. 고속침전여과기(RSF : Rapid Settling Filter)의 전경 131

Photo. 3-9. Pilot-Plant 제어판 133

Photo. 3-10. 유입원수탱크 133

Photo. 3-11. 생물반응조 교반기 및 산기장치 134

Photo. 3-12. 공기주입을 위한 Blower 134

Photo. 3-13. 생물막여과지에 사용된 여재 157

Photo. 3-14. 생물막여과지 158

Photo. 3-15. 오존접촉조 201

Photo. 3-16. 오존발생기 201