BNR 효율개선을 위한 산 발효조 최적운전 조건에 관한 연구

A Study on the Optimum Operating Condition of Acid Fermenter for the BNR Performance Improvement

국내 하수처리장에 적용되는 BNR(Biological Nutrients Removal) 공정의 효율저하 원인은 유입원수의 낮은 C/N비와 탄소 (Carbon source) 부족이 가장 큰 것으로 지적되어 왔다. 탄소원의 효율적인 공급을 위해 1차 슬러지 산 발효조(Acid fermenter)를 이용하여 SCFAs(Short-Chain Fatty Acids) 생성을 유도할 수 있다. 본 연구에서는 side-stream의 산 발효조와 조합된 $A_2/O$ 프로세스를 운전하여 영양염류 제거에 미치는 영향을 연구하였다. 그 결과 산 발효조의 최대 SCFAs생성은 중온상의 SRT 4~5일에서 약 3.000mg/L(as COD), 대략 0.10~0.16 mg SCFA(as COD)/mg 1차 슬러지(as COD)로 나타났다. 또한 생성된 SCFAs의 성상비는 Acetic, Propionic, (iso)Butyric 및 (iso)Valeric이 1, 0.7, 0.5 그리고 0.6 순으로 나타났다. BNR공정의 side-stream 산 발효조 적용에 의한 영양염류 제거효율은 크게 증가하는 것으로 나타났다. T-N은 인공하수(R1)의 경우 35% 정도의 낮은 처리효율을 나타냈으나 인공 SCFA 주입(R2) 및 발효산물 투입(R3)의 경우 제거효율 74%, 76%로 크게 향상되는 것으로 나타났다. 또한 Phosphate 는 R1의 경우 45% 의 처리효율을 나타냈으나 R2, R3의 경우 73~74% 정도로 양호한 처리효율을 나타냈다. 이는 발효산물 및 SCFA 주입에 의해 혐기조에서 인의 방출 및 호기조에서 과잉섭취가 잘 이루어졌기 때문으로 R3의 경우 인의 방출율은 $0.34g\;PO_4-P/g$ COD로 기존 연구와 비교해서 유사한 것으로 나타났다.

The most problems of domestic sewage for BNR(Biological Nutrients Removal) process are deficiency of carbon source and low C/N ratio. Primary sludge fermentation is seemed to be one of the best solutions producing biodegradable organic substrates. Soluble organic materials from sludge fermentation are mainly SCFAs(Short-Chain Fatty Acids) with 2~5 carbon atoms. In this research, it was attempted to apply $A_2/O$ process with the side-stream acid fermenter to improve the nutrients removal efficiency. The result showed that proper SCFAs production is about 3.000mg/L with SRT of 4~5 days. SCFAs yield of approximately 0.10~0.16 mg SCFAs(as COD) per mg of primary sludge(as COD) were achieved. The ratio of acetic. propionic. butyric and valerie acid were 1, 0.7, 0.5 and 0.6. Significant improvements of nutrients removal over 70% in BNR process were observed. thus will reduce the demand for chemical dosing to increase nutrients removal efficiency. When the fermentate was entered $A_2/O$ process, the ratio of phosphate release to substrate uptake amounts to $0.34gPO_4-Pg^{-1}COD$.