생물학적 영양염류 제거공정설계실무

이동근,조윤진,박재욱

대표저자

서울대학교화학공학과학사
한국과학기술원(KAIST)화학공학과석사,박사
캘리포니아대학교버클리화학공학과방문학자
미국LawrenceBerkeleyNationalLaboratory(LBL)
방문연구원

1987~현재경상국립대학교화학공학과교수
1996~현재경상국립대학교환경보전학과교수

Chapter1생물학적영양염류제거공정의개요
1.생물학적영양염류제거공정
1.1생물학적질소제거
1.2생물학적과잉인제거
1.3공정선정
1.4BNR공정설계에고려할인자들
1.5BNR공정운전에서고려할인자들
1.6제언402.미생물성장메커니즘
2.1미생물성장반응속도
2.2미생물손실반응속도
2.3미생물순성장
2.4생물고형물생산
3.완전혼합흐름반응기에서의기질과생물체모델링
3.1반응기의물질수지
3.2슬러지고형물반송이있는시스템과없는시스템
3.3수리적체류시간과슬러지체류시간
3.4세포세정시간
3.5반응기의슬러지농도
3.6유출수의기질
3.7제언
4.생물반응기의부하율
4.1슬러지부하(먹이대미생물비)
4.2기질활용율(U)과SRT의상관관계
4.3생물체고형물의세분화
5.생물학적영양염류제거공정의형상
5.1생물학적영양염류제거의장점
5.2생물학적영양염류제거공정역사
5.3생물학적영양염류제거공정의온실가스배출

Chapter2생물학적거동과하수의본질에관한기본지식
1.생물학적거동
1.1전자수용체및전자공여체
2.탄소계에너지측정
2.1화학적산소요구량
2.2총산소요구량
2.3생화학적산소요구량
2.4총유기탄소
3.COD/VSS비
4.하수의본질
4.1하수의특성
4.2하수특성의정량화

Chapter3생물학적영양염류제거공정설계개요
1.하수특성의상대적중요성
2.하수특성이설계에미치는영향(완전혼합흐름반응기의경우)
2.1유입COD및유입유량
2.2유입TKN,μnmT및수온
2.3쉽게생물분해되는COD,느리게생물분해되는COD
3.생물반응기설계를위한기본지식
3.1완전혼합흐름반응기와플러그흐름반응기의물질수지
3.2완전혼합흐름반응기와플러그흐름반응기의성능비교
3.3완전혼합흐름반응기들의직렬연결
3.4실규모완전혼합흐름반응기의실질적체류시간분포
3.5TIS(Tanks-in-series)모델1613.6반송에의한하수흐름

Chapter4탄소계물질제거
1.생물학적반응속도론
2.공정반응속도
2.1혼합레짐
2.2SRT(SludgeRetentionTime)
2.3평균수리적체류시간(HRT:HydraulicRetentionTime)
2.4유출수COD농도
3.공정설계방정식
4.정상상태설계차트
5.반응기부피
6.탄소계산소요구량
7.일슬러지생산량
8.슬러지생산에필요한영양염류요구량
9.공정설계및제어
9.1제어변수로서의SRT와슬러지부하율SLR의비교
9.2공정제어
9.3수리적SRT제어
10.SRT선정
10.1짧은SRT(1∽5일)
10.2중간범위의SRT(10∽15일)
10.3긴SRT(20일이상)
11.설계예
11.1유입하수특성
11.2수온영향
11.3유기물질분해산출

Chapter5질산화
1.생물학적반응속도
1.1미생물성장
1.2내생호흡
1.3거동특성
2.반응속도론
2.1암모니아유출농도
3.질산화반응에영향을주는인자들
3.1하수특성
3.2수온
3.3pH및알칼리도
3.4비포기반응기
3.5용존산소농도
3.6주기적유량및부하변동
4.설계에반영할내용
4.1유입TKN의전환경로
4.2유출수TKN
4.3질산화용량
5.설계예
5.1질산화가혼합액(mixedliquor)의pH에미치는영향
5.2질산화에필요한최소SRT
5.3하수원수
5.41차침강을거친하수
5.5질산화공정거동

Chapter6생물학적질소제거
1.기본공정
1.1슬러지생산에의한질소제거
1.2생물학적탈질
1.3산소요구량에미치는탈질의영향
1.4알칼리도에미치는탈질의영향
2.탈질에필요한조건
2.1질산염의존재
2.2용존산소의부재
2.3임의성박테리아
3.전자공여체(에너지원)
4.탈질공정현상
5.탈질반응속도
5.1일정한부하및유량
5.2일정한주기로유량및부하변동이발생하는조건
6.탈질포텐셜
6.11차무산소반응기의탈질포텐셜
6.22차무산소반응기의탈질포텐셜
7.질소제거공정의설계절차
7.1설계절차의원칙
7.2완전탈질달성가능성
7.3완전탈질달성이가능한시점
8.설계예
8.1하수특성의변동
8.2수온의영향
8.3최대비포기슬러지질량분율
8.4질산화
8.5탈질
8.6질소제거공정부피및산소요구량
8.7제언

Chapter7생물학적과잉인제거
1.배경
2.최근인제거동향
2.1혐기반응기의질산염배제
2.2인제거공정해석
3.과잉인제거모델의진화
3.1과잉인제거의전제조건
3.2과잉인제거량
3.3과잉인제거정량화모델
3.4모델의적용범위
4.설계에적용할모델요약
4.1과잉인제거계수(γ)
4.2과잉인제거경향인자(Pf)
4.3과잉인제거모델
5.설계절차
6.설계차트
7.설계예
7.1A2O공정
7.2UCT공정
7.3A2O공정과UCT공정비교
7.4UCT공정재설계
7.5공정부피
7.6산소요구량
8.공정선정지침
8.1공정선정
8.2혐기성슬러지질량분율선정
8.3혐기반응기의세분화
9.제언및결론

Chapter8실시설계에반영할내용
1.2차침강조
2.시설제어
2.1공정입력변수
2.2공정출력변수
2.3그외반영사항들
3.계측장치
3.1유량계
3.2용존산소공급제어
3.3수온
3.4에너지소비량
3.5슬러지블랭킷센서
3.6샘플링
3.7운전시간측정계기
4.용존산소제어
4.1간접산소전달
4.2포기시스템
5.수리(hydraulics)
6.스컴처리및제어
7.폐기슬러지처분
8.생물반응기
8.1혐기영역
8.2무산소영역
8.3호기영역
9.보충시설
10.경제성검토
10.1생물학적영양염류제거시설의전형적처리비용
10.2공정형상선정
10.3유량균등에의해단위공정크기및관련비용에미치는영향
10.4부하균등의영향
10.5완전및부분질산화와탈질
11.인력충원

Chapter9생물막반응기설계
1.질소제거를위한MBR시스템의형상
1.1침지형(immersed)MBR과사이드-스트림(side-stream)MBR
1.22개의방으로구성된무산소/호기연속반응MBR
1.3생물학적질소동시제거가가능한MBR
1.4이동상바이오필름MBR
1.5막-포기바이오필름반응기
1.6소규모시스템
2.질소제거를위한새로운MBR
2.1미세조류MBR
2.2생물전기화학생물막반응기
2.3혐기성MBR
3.MBR성능에영향을주는운전변수
3.1하수원수의조성
3.2막의특성
3.3HRT와SRT
4.과잉인제거를위한MBR
4.1과잉인제거MBR의한계
4.2과잉인제거용MBR시스템형상
4.3막구조의진화
5.MBR시스템모델링
6.MBR의도전과기회

Chapter10SBR설계
1.SBR의개요
1.1채움(Fill)
1.2반응(React)
1.3침강(Settle)
1.4분리(Decant)
1.5휴지(Idle)
2.연속흐름시스템
3.SBR설계시고려하여야할인자들
3.1예비/일차처리
4.SBR설계
4.1유량연동회분식운전
4.2송풍기설계
4.3분리(Decanting)
4.4바닥경사
4.5SBR조후단유출수균등
4.6SBR조부피산정
4.7고형물체류시간(SRT)결정

Chapter11생물반응기실제설계에서고려하여야할사항
1.생물반응기의실질적크기산정
1.1처리효율대수리적체류시간
1.2계열화운전에필요한반응기형상

생물학적처리공정은오랜기간에걸쳐그기술이점진적으로진보하고있다.진보하고있는기술을대학생및대학원생을포함한젊은하수처리전문가,해당분야의공무원및연구원등에게자세하게소개하기위한목적으로이책은집필되었다.
대학생및대학원생을포함한젊은하수처리전문가,해당분야의공무원및연구원등은오랫동안우리의소중한수자원보호분야에서활동할젊은물전문가들이다.하수를생물학적으로처리하는것이분명더욱복잡해졌으나,과거보다지금이더처리방법개선이시급하기도하다.더욱강화된역량을바탕으로이들젊은물전문가들이더깊은통찰력,앞선지식,더큰자신감을갖추는데이책이조금이나마도움이되기를기대한다.