매립지 침출수 처리를 위한 미생물 연료전지 결합형 폐수처리 시스템 개발에 관한 연구
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2016
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학술저널
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128-128(1쪽)
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매립지 침출수는 생활하수와 달리 난분해성 유기물, 고농도 암모니아성 질소 및 중금속 등의 독성물질을 포함하고 있어, 지하수, 하천 및 호소 등으로 유출되면 심각한 수질오염 및 토양오염을 유발할 수 있다. 또한 매립 쓰레기의 성상과 기후 등에 의한 수질 및 수량변동도 크다. 특히 암모니아성 질소를 생물학적으로 처리하기 위해서는 긴 수리학적 체류시간 및 높은 내부반송율을 요구하여, 넓은 부지면적과 높은 운전비용이 소요되기도 한다. 따라서 본 연구에서는 매립지 침출수의 급격한 수질 및 수량변화에 안정적으로 대처가 가능하고, 소요부지 및 운영비를 절감할 수 있는 컴팩트한 매립지 침출수 폐수처리 시스템을 개발하였다.
본 연구에서는 매립지 침출수 내 고농도 암모니아성 질소를 제거하기 위해 호기성 그래뉼 슬러지를 이용한 질산화/탈질 공정 기술을 개발하고 최적 운전인자를 도출하였다. 또한 미생물 연료전지를 결합하여 음식물 쓰레기 탈리액과 매립지 침출수의 혼합액 내 유기물을 처리함과 동시에 전기에너지를 생산할 수 있는 미생물 연료전지를 개발하고, 최적 운전인자를 도출하였다. 저농도 BOD에 의한 미생물 연료전지의 낮은 전기생산량을 극복하기 위해 고농도 유기성 폐수인 음식물 쓰레기 탈리액을 매립지 침출수와 혼합하여 BOD 농도 및 pH를 생물학적 처리에 적합하도록 높여 안정적인 유기물 제거 및 전기생산 기술을 확립하고자 하였다.
본 연구에서 개발된 호기성 그래뉼 슬러지를 이용한 질산화/탈질 공정은 일반 활성슬러지공법과 비교하여 질소 유입 부하량이 2.9~10 배정도 높고, 총 질소 처리효율도 약 97% 이상이다. 호기성 그래뉼 슬러지의 SVI30은 30~50 mL/g이다. 이는 호기성 그래뉼 슬러지에 비해 약 3~5배 정도 낮아, 반응조 내 MLSS 농도를 20,000 mg/L까지 유지할 수 있어 폐수처리시설의 수리학적 체류시간을 최소화 할 수 있다. 본 연구에서 개발된 미생물 연료전지는 환원전극부의 최종전자수용체로 오존을 사용하여 동일 구조의 미생물 연료전지보다 3배 이상 증가시킬 수 있다. 호기성 그래뉼 슬러지를 이용한 매립지 침출수 고도처리공정은 고농도 암모니아성 질소제거에 최적이다. 수도권 매립지 혹은 사용 종료된 매립지 침출수 처리시설로 적용되거나 기존 처리시설의 retrofitting 기술로 적용될 수 있다. 수도권 매립지 침출수 성상과 매우 비슷한 혐기소화폐액이나 하수처리시설의 반류수 처리공정으로도 적용가능하다. 미생물 연료전지는 해양투기 금지로 인한 음식물 쓰레기 탈리액 처리 문제의 현실적 대안으로써 이와 비슷한 성상을 가진 유기성 폐수 처리공정으로도 적용가능하다.
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