표제지
목차
ABSTRACT 11
제1장 서론 14
제1절 연구배경 14
제2절 연구목적 16
제2장 이론적 고찰 17
제1절 Biochar 17
1.1. Biochar의 개념 및 성질 17
1.2. Biochar관한 연구 동향 18
1.3. Biochar의 장단점 20
제2절 하수처리 중 질소 제거 방법 21
2.1. 물리 & 화학적 질소 제거 21
2.2. 생물적 질소 제거 22
2.3. 활성탄흡착을 통한 질소 제거 23
제3절 하수처리 중 인 제거 방법 23
3.1. 물리 & 화학적 인 제거 23
3.2. 생물학적 인 제거 24
3.3. 활성탄 흡착을 통한 인 제거 24
제4절 흡착이론 25
4.1. 흡착의 정의 25
4.2. 물리적 흡착 25
4.3. 화학적 흡착 26
4.4. 등온흡착식 27
제5절 MBR 29
5.1. 막여과 생물반응조(MBR)의 개념 및 동향 29
5.2. 막여과 생물반응조(MBR)의 유형 30
5.3. 막여과 생물반응조(MBR)의 장단점 32
제6절 MBR공정의 막오염 33
6.1. 막오염이 형성되는 원리 33
6.2. 막오염의 종류 34
제3장 연구재료 및 방법 37
제1절 연구재료 37
1.1. Biochar 제조 과정 37
1.2. 분말활성탄(PAC) 38
1.3. 인공원수 39
1.4. 활성슬러지 40
1.5. 중공사막 40
제2절 흡착제 특성 분석 41
2.1. Brunauer, Emmett, Teller(BET) 분석 41
2.2. Field Emission Scanning Electron Microscopes(FE-SEM) 분석 42
2.3. Fourier-transform infrared spectroscopy(FT-IR) 분석 42
제3절 흡착제 성능 실험 43
3.1. 등온흡착실험 43
제4절 MBR운전 실험 44
4.1. MBR의 구성 44
4.2. MBR의 운전 조건 46
제5절 수질 및 biofilm 분석 방법 47
5.1. 수질분석 47
5.2. 슬러지 EPS 분석 48
5.3. biofilm 특성연구 49
제4장 결과 및 고찰 50
제1절 흡착제 표면분석 결과 50
1.1. 기공 분포 분석 결과 50
1.2. 표면 3차원 구조분석 결과 52
1.3. 표면 물질 화학 구조분석 결과 54
제2절 등온흡착실험 결과 56
2.1. NO₃⁻ 등온흡착 결과 56
2.2. PO₄³⁻ 등온흡착 결과 58
제3절 Biochar를 이용한 MBR 운전 결과 60
3.1. 반응조 내 MLSS 분석 결과 60
3.2. TMP 분석 결과 62
3.3. Biochar-MBR 하수처리 능력 분석 결과 63
3.4. EPS 변화분석 결과 70
제4절 막 오염 분석 결과 72
4.1. FT-IR 분석 결과 72
4.2. CLSM 분석 결과 74
제5장 결론 76
참고문헌 80
국문초록 92
표 3-1. Physical and chemical properties of F400 (supplied by manufactured) 38
표 3-2. Characteristics of synthetic wastewater 39
표 3-3. Specification of ultrafiltration membrane 40
표 3-4. Operating conditions of the lab-scale MBR system 46
표 4-1. Specific surface area, pore volume and pore diameter of powder activated carbon and sludge biochar 51
표 4-2. Freundlich and langmuir model for the adsorption of NO₃⁻ by powder activated carbon and sludge biochar 58
표 4-3. Freundlich and Langmuir model for the adsorption of PO₄³⁻ by powder activated carbon and sludge biochar 60
표 4-4. Biofilm properties from COMSTAT analyses: effects of powder activated carbon or biochar on MBR membrane surface 76
그림 1-1. Concentration of nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) of the main rivers in China.(The bar graphs show the (red) TN concentrations... 15
그림 2-1. Manufacturing process and use of biochar 17
그림 2-2. Percentage removal of trichloroethylene (TCE) using biochars (BCs) and activated carbon(AC). 18
그림 2-3. The performance of the anaerobic sludge acclimatized in presence of pinewood biochar compared to control (without biochar... 19
그림 2-4. The changes in MLVSS of the reactor without biochar (a) supplementation and with (b) biochar supplementation. 20
그림 2-5. Nitrification and denitrification pathway 21
그림 2-6. Membrane bio-reactor (MBR) configurations (submerged and side stream). 29
그림 2-7. Strategies of biological-based mechanisms for membrane biofouling 33
그림 2-8. Stages in the formation of microbial biofilm 35
그림 3-1. BET measuring device(ASAP2460M, MICROMERITICS, USA) 41
그림 3-2. FT-IR measuring device(Nicolet iS10, Thermo Fisher, USA) 42
그림 3-3. Scheme of a lab-scale MBRs system 45
그림 3-4. (a): Glucose Standard and (b): BSA Standard 48
그림 4-1. pore size distribution curve of powder activated carbon(a) and sludge biochar(b) 51
그림 4-2. SEM photographs of the surface of dry sludge ((a)5.0k, (b)10.0k) 52
그림 4-3. SEM photographs of the surface of biochar ((a)5.0k, (b)10.0k) 53
그림 4-4. SEM photographs of the surface of powder activated carbon ((a)5.0k, (b)10.0k) 53
그림 4-5. FT-IR spectra of sludge and sludge based biochar 55
그림 4-6. Adsorption capacity of NO₃⁻ by powder activated carbon and sludge biochar 57
그림 4-7. Adsorption isotherm model for NO₃⁻ by powder activated carbon and sludge biochar. (a): Langmuir and (b): Freundlich 57
그림 4-8. Adsorption capacity of PO₄³⁻ by powder activated carbon and sludge biochar 59
그림 4-9. Adsorption isotherm model for PO₄³⁻ by powder activated carbon and sludge biochar. (a): Langmuir and (b): Freundlich 59
그림 4-10. Variation of MLSS in the MBR reactors during the operation 61
그림 4-11. Variation of TMP of the MBR reactors during the operation 62
그림 4-12. COD removal of MBR permeate 63
그림 4-13. Total nitrogen removal of MBR permeate 65
그림 4-14. NH₃-N removal of MBR permeate 67
그림 4-15. Variation of NO₃⁻-N of the MBR reactors during the operation 68
그림 4-16. Total phosphorus removal of MBR permeate 70
그림 4-17. Amount of EPS of activated sludge. (a): total EPS; (b): carbohydrate; (c): protein. 71
그림 4-18. FT-IR spectra of biofilm 73
그림 4-19. CLSM image of MBR membrane surface: (a) control; (b) AC-MBR; (c): BC-MBR 75