선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 질산화 효율이 낮거나 질산화 반응에 저해가 야기된 시설에서 질산화 효율을 짧은 기간에 높이기 위하여 적용될 수 있는 상업용 질산화 세균(Commercially Developed Nitrifying Bacteria, CDNB)의 성장특성을 관찰하고 배양된 질산화 세균군(Cultivated Nitrifying Bacterium Group, CNBG)을 일반 활성슬러지 공정에 적용하여 배양된 질산화 세균군의 적용성에 대해 조사하였다.
제안 방법
- 배양된 질산화 세균군 농축액의 주입량에 따른 질산화 효율을 추정하기 위하여 총 4개의 연속식 반응조를 운전하였으며 각 반응조의 운전조건을 Table 1에 나타내었다. 4개의 연속식 반응조에 MLSS 농도가 약 2000mg/L가 되도록 슬러지를 식종한 뒤 배양된 질산화 세균 군 농축액(Concentrated CNBG Solution, CCNBGS; 10,000mg MLSS/L)을 대조 반응조 #1을 제외한 반응조 #2, #3, #4에 각각 약 5mL, 10mL, 20mL씩 투여하여 시간에 따른 유출수의 #의 농도 변화를 관찰한 뒤 완전한 질산화 반응에 소요되는 기간을 파악하였다. 또한 연속식 반응조 내의 슬러지 농도 변화에 따른 차이점을 관찰하기 위해 동일한 운전조건에서 MLSS 농도를 3000mg/L로 증가시켜 운전하였다.
- HRT를 4시간으로 운전하였으며, 온도는 20°C, DO 농도는 3~4mg/L, pH 는 7.5±1.0로 각각 유지되었다.
- pH는 1N NaOH와 1N의 H2SO4를 사용하여 8.0 ± 0.5로 유지시켰으며, 질산화 세균이 성장하기 위한 최적 온도를 유지하기 위해 온도조절장치를 반응기 상부에 설치하여 27 ± 1.0°C로 일정하게 유지시켰다.
- ∙ 배양된 질산화 세균군의 적용방법에 따른 효용성을 조사하기 위해 HRT와 MLSS 농도가 각각 4시간, 약 2,000mg/L로 유지한 4개의 활성 슬러지 반응조에 반응조 #1을 제외한 반응조 #2에는 질산화 세균군 농축액(CCNBGS, 10,000mg/L)를 20mL, 반응조 #3에는 유동상 담체를 20% 충진하였으며, 반응조 #4에는 배양된 질산화 세균군이 부착된 담체를 20% 충진하여 운전하였다. 반응조 #1과 반응조 #3은 운전 종료일까지 유출수의 # 농도가 1mg/L 이하로 감소하지 않았으며, 반응조 #2의 경우 유출수 암모니아 농도가 1mg/L 이하로 나타나는데 소요된 기간은 3일로 나타났으며 일일 평균 암모니아 제거량은 358mg #/d로 나타났다.
- 4개의 연속식 반응조에 MLSS 농도가 약 2000mg/L가 되도록 슬러지를 식종한 뒤 배양된 질산화 세균 군 농축액(Concentrated CNBG Solution, CCNBGS; 10,000mg MLSS/L)을 대조 반응조 #1을 제외한 반응조 #2, #3, #4에 각각 약 5mL, 10mL, 20mL씩 투여하여 시간에 따른 유출수의 #의 농도 변화를 관찰한 뒤 완전한 질산화 반응에 소요되는 기간을 파악하였다. 또한 연속식 반응조 내의 슬러지 농도 변화에 따른 차이점을 관찰하기 위해 동일한 운전조건에서 MLSS 농도를 3000mg/L로 증가시켜 운전하였다.
- 의 성장에 공통적으로 필요한 영양분을 공급하기 위해 제조된 흰색 분말 25g을 함께 투여하여 약 2주간 배양하였다. 배양기간 동안 매일 동일한 시간에 샘플을 채취하여 질산화 세균이 포함된 미생물의 농도와 # 농도를 측정하여 # 농도 감소에 따른 질산화 세균의 증가율을 산정하였다.
- 배양된 질산화 세균군 농축액 주입량에 따른 #의 제거율과 적용 방법에 따른 효용성을 비교하기 위하여 포기조 용량이 5L, 침전지 용량이 2L인 아크릴 재질의 연속식 반응조를 운전하였다. 포기조와 침전지는 Baffle에 의해 분리되고 포기조 하부에 설치된 산기석으로 공기를 주입하여 형성된 유동으로 침전지에 침전된 슬러지의 내부순환이 이루어지게 하였으며 Fig.
- 배양된 질산화 세균군 농축액의 주입량에 따른 질산화 효율을 추정하기 위하여 총 4개의 연속식 반응조를 운전하였으며 각 반응조의 운전조건을 Table 1에 나타내었다. 4개의 연속식 반응조에 MLSS 농도가 약 2000mg/L가 되도록 슬러지를 식종한 뒤 배양된 질산화 세균 군 농축액(Concentrated CNBG Solution, CCNBGS; 10,000mg MLSS/L)을 대조 반응조 #1을 제외한 반응조 #2, #3, #4에 각각 약 5mL, 10mL, 20mL씩 투여하여 시간에 따른 유출수의 #의 농도 변화를 관찰한 뒤 완전한 질산화 반응에 소요되는 기간을 파악하였다.
- 배양된 질산화 세균군의 비질산화율을 산정하기 위해 배양 반응조 내에 NH4Cl로 초기 암모니아 농도를 약 67mg/L가 되게 한 뒤 시간에 따른 # 농도변화를 측정하였다. 반응조의 운전조건은 상업용 질산화 세균의 배양 운전조건과 동일하게 수행되었다.
- 배양된 질산화 세균군의 적용방법에 따른 효용성을 알아보고자 총 4개의 반응조에 활성슬러지(약 2,000mg MLSS/L)를 식종한 후, 반응조 #1을 제외한 반응조 #2에는 질산화 세균군 농축액을 20mL 투여하였으며 반응조 #3에는 유동상 담체를 20% 충전하였고 반응조 #4에는 배양된 질산화 세균군이 부착된 담체를 20% 충전하였으며, 각 반응조의 운전 조건을 Table 2에 나타내었다.
- 배양된 질산화 세균군의 적용방법에 따른 효용성을 알아보기 위하여 활성슬러지 농도를 2,000mg MLSS/L로 조정된 4개의 연속식 반응조에 반응조 #1을 제외한 반응조 #2에 질산화 세균군 농축액 20mL 투여하였으며, 반응조 #3은 유동상 담체를 20% 충진하였고, 반응조 #4에는 배양된 질산화 세균군이 부착된 담체를 20% 충진하여 연속식 반응조를 운전하였으며, 유입수와 유출수의 # 농도 변화를 Fig. 9에 나타내었다. 유입수 #의 평균 농도는 26.
- 배양된 질산화 세균군이 활성도를 유지하는지 여부를 파악하기 위해 배양액의 초기 # 농도를 67mg/L가 되도록 조정 한 뒤 회분식 반응조를 운전하였다. 운전초기 약 67mg/L 이었던 # 농도는 운전 48시간 후에 약 1.
- 1에 나타내었다. 상업용 질산화 세균 제조사가 제시한 최적의 성장조건을 유지하기 위하여 반응기 하단부에는 질산화 과정에 소비되는 산소를 공급하기 위해 산기석을 설치하였으며 유량계를 사용하여 DO 농도가 7mg/L가 되게 포기량을 조절하였다. pH는 1N NaOH와 1N의 H2SO4를 사용하여 8.
- 상업용 질산화 세균을 배양, 배양된 질산화 세균군의 온도변화와 하수혼합비율에 따른 비질산화율을 산정하기 위해 유효 용적이 7L인 원통형 반응기를 사용하였으며 Fig. 1에 나타내었다. 상업용 질산화 세균 제조사가 제시한 최적의 성장조건을 유지하기 위하여 반응기 하단부에는 질산화 과정에 소비되는 산소를 공급하기 위해 산기석을 설치하였으며 유량계를 사용하여 DO 농도가 7mg/L가 되게 포기량을 조절하였다.
- 상업용 질산화 세균의 성장특성을 알아보기 위해 27°C에서 질산화 세균이 포함된 상업용 농축액을 배양하였다.
- 시료의 성상 분석을 하기 위하여 pH, DO, MLSS, Ammonia, Nitrite, Nitrate은 환경공정오염시험법과 Standard Methods에 나타난 방법을 이용하여 측정하였으며, 각 실험 항목에 대한 측정 방법을 Table 4에 나타내었다.
- 실험에 사용된 담체는 폴리우레탄(Polyurethane) 재질로 공극율 95%이고 한 변의 길이가 10~20mm인 정육면체 형상으로 미생물이 부착이 용이하고 미생물에게 유기물과 용존산소가 효과적으로 전달 될 수 있도록 되어 있다. 식종슬러지(Seed sludge)로 처리수의 #이나 #의 농도가 매우 낮게 유지되어 질산화 반응이 뚜렷하게 나타나지 않는 하수처리장의 반송 슬러지(MLSS 농도 약 9,000mg/L)를 이용하였으며, 슬러지를 식종하기 전 증류수를 사용하여 3번 세척하여 수돗물과 혼합하여 이용하였다.
- 온도 변화가 배양된 질산화 세균이 포함된 미생물의 비질산화율에 미치는 영향을 조사하기 위하여 운전온도를 27°C에서 각각 20°C, 15°C로 변화시켜 회분식 반응조를 운전하였다.
- 운전온도가 배양된 질산화 세균군의 비질산화율에 미치는 영향을 알아보기 위해 회분식 배양 반응조의 온도를 27°C 에서 각각 20°C, 15°C로 변화시켜 온도 변화에 따른 배양된 질산화 세균군의 비질산화율을 산정하였다.
- 하수 혼합비율이 배양된 질산화 세균군에 미치는 영향을 알아보고자 경기도 S시 환경사업소 내 최초 침전지의 월류수와 배양조에서 고액 분리된 상등수의 비율을 각각 9：1, 8：2, 7：3, 5：5로 혼합하여 4개의 회분식 반응조에 각각 1L용량으로 채운 뒤 고액 분리된 질산화 세균군 농축액(MLSS 농도 약 10,000mg/L)을 각각의 반응조에 10mL씩 투여하여 반응조 내 질산화 세균의 농도가 약 100mg/L가 되도록 하였다. 이때 NH4Cl을 이용하여 각각의 회분식 반응조에 초기 # 농도를 약 32mg/L가 되게 조정하였다.
대상 데이터
- 0로 각각 유지되었다. 실험에 사용된 담체는 폴리우레탄(Polyurethane) 재질로 공극율 95%이고 한 변의 길이가 10~20mm인 정육면체 형상으로 미생물이 부착이 용이하고 미생물에게 유기물과 용존산소가 효과적으로 전달 될 수 있도록 되어 있다. 식종슬러지(Seed sludge)로 처리수의 #이나 #의 농도가 매우 낮게 유지되어 질산화 반응이 뚜렷하게 나타나지 않는 하수처리장의 반송 슬러지(MLSS 농도 약 9,000mg/L)를 이용하였으며, 슬러지를 식종하기 전 증류수를 사용하여 3번 세척하여 수돗물과 혼합하여 이용하였다.
- 와 Nitrobacter sp.의 성장에 공통적으로 필요한 영양분을 공급하기 위해 제조된 흰색 분말 25g을 함께 투여하여 약 2주간 배양하였다. 배양기간 동안 매일 동일한 시간에 샘플을 채취하여 질산화 세균이 포함된 미생물의 농도와 # 농도를 측정하여 # 농도 감소에 따른 질산화 세균의 증가율을 산정하였다.
성능/효과
- 이 기간 동안 주입된 질산화 세균군 농축액의 양에 따른 일일 평균 # 제거량은 주입량이 5mL일 경우 300mg#/d, 10mL일 경우 340mg #/d, 20mL일 경우 355mg#/d로 나타나 농축액 주입량이 증가 할수록 # 제거량도 증가하는 것으로 나타났으나 주입량에 따른 증가량 변화는 크지 않았다. MLSS 농도를 3,000mg/L로 유지한 경우 MLSS 농도를 2,000mg/L로 유지한 경우 보다 유출수 암모니아 농도를 1mg/L 이하로 감소시키는데 소요되는 기간이 매우 짧게 나타났고 암모니아 제거량도 높게 나타났는데 이는 질산화 반응을 나타내지 않았던 슬러지에 질산화 세균의 성장에 최적인 조건을 형성 시켜 줌으로써 질산화 세균의 성장과 활성이 유도되었고, 종슬러지의 농도가 높을수록 슬러지 내 질산화 세균의 량이 상대적으로 높아 질산화 효율에 차이가 있는 것으로 사료된다.
- ∙ 배양된 질산화 세균군의 투여량에 따른 #제거율을 조사하기 위하여 MLSS 농도를 2,000mg/L와 3,000mg/L로 유지한 5L 반응조에 농도가 약 10,000mg/L인 농축액 5mL, 10mL, 20mL 주입한 결과 유출수의 # 농도를 1mg/L 이하로 감소시키기 위해 소요되는 기간은 주입량에 따라 각각 7일, 4일, 3일로 나타나 농축액 주입량에 따라 소요되는 기간이 단축되는 것을 알 수 있었다. 또한 MLSS 농도를 3,000mg/L로 유지한 경우 주입량에 따른 효과는 크게 나타나지 않았다.
- ∙ 온도와 하수성상이 배양된 질산화 세균군의 비질산화율에 미치는 영향을 조사한 결과 온도를 27°C, 20°C, 15°C로 변화시켰을때 비질산화율은 각각 0.0107, 0.0067, 0.0048g NH 4+-N/g MLSS/hr로 나타나 배양된 질산화 세균군의 비질산화율은 온도변화에 민감한 반응을 보이는 것으로 사료되며, 위 범위 내에서 온도보정계수는 1.07로 산정되었다.
- 07로 산정되었다. 또한 하수와 배양액의 혼합비율을 각각 9:1, 8:2, 7:3, 5:5로 변화 하였을 시 비질산화율은 0.0057, 0.0057, 0.0055, 0.0052g #/g MLSS/hr으로 나타나 하수성상이 비질산화율에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 관찰되었다.
- 0057g #/g MLSS/hr 범위의 값으로 나타났으며 하수의 혼합비율이 높을수록 높은 비질산화율을 나타내었으나 하수의 혼합비율이 비질산화에 미치는 영향은 미미하였다. 배양된 질산화 세균군은 하수의 혼합변화에 대하여 크게 영향을 받지 않은 것으로 나타나 배양된 질산화 세균군을 처리장 생물 반응조에 직접 투여하여도 동일한 효율을 얻을 수 있을 것으로 판단되었다.
- 이때 배양된 질산화 세균군의 MLSS 농도는 124mg/L에서 132mg/L로 증가하였다. 비질산화율은 평균 MLSS 농도인 128mg/L을 사용하여 산정한 결과, 0.0107g NH4-N/g MLSS/hr로 나타나 보고된 일반 활성슬러지의 SNR값인 0.00133~0.00604g NH4-N/g MLSS/hr과 Randall 등 (1991)이 제시한 BNR공정에서의 SNR값인 0.0015~0.0072g NH4-N/g MLSS/hr의 값과 Jetten 등 (1996)이 제시한 유동상 담체반응기에서 0.0021~0.011g NH4-N/g MLSS/hr의 값을 비교했을 때 월등히 높은 SNR값을 나타내었다. 이는 MLSS 농도로 나타낸 배양된 질산화 세균군에는 질산화 세균이 높은 비율로 존재하고 있을 뿐만 아니라 반응조 온도를 27 ± 1.
- 5°C로 유지하였기 때문으로 사료된다. 산정된 비질산화율 값인 0.0107g NH4-N/g MLSS/hr는 배양중인 질산화 세균군의 비질산화율인 0.0234g NH4-N/g MLSS/hr보다 낮게 나타났으며, 배양된 질산화 세균군의 생장수율(Y)을 산출한 결과 0.122mg MLSS/mg #로 나타나 상업용 세균의 배양기간 동안의 생장수율보다 낮게 나타났다. 이는 상업용 질산화 세균 배양액에 포함되었던 질산화 세균 성장에 필요한 여러 가지 영양물질이 소진되어 질산화 세균의 성장이 충분이 이루어지지 못하였고 배양된 질산화 세균군 MLSS 농도 중에는 질산화 세균뿐만 아니라 종속 영양미생물의 비율도 증가되었기 때문으로 사료된다.
- 06mg VSS/mg #보다 매우 높았으며, 이러한 차이는 배양된 질산화 세균군에는 질산화 세균만 존재하는 것이 아니라 미생물 농축액의 특성, 투여된 Medium의 성상 등에 따라 질산화 세균뿐만 아니라 여러 종류의 미생물이 배양기간에 접종되어 성장하였기 때문으로 사료된다. 운전 종료 후 MLVSS의 농도는 약 95mg/L로 MLVSS/MLSS의 비율은 약 0.77로 나타나 일반 활성슬러지의 MLVSS/MLSS비와 비슷하였다.
- 6에 나타내었다. 운전기간 중 측정된 MLSS 농도의 평균값을 이용하여 비질산화율을 측정한 결과 0.0052~0.0057g #/g MLSS/hr 범위의 값으로 나타났으며 하수의 혼합비율이 높을수록 높은 비질산화율을 나타내었으나 하수의 혼합비율이 비질산화에 미치는 영향은 미미하였다. 배양된 질산화 세균군은 하수의 혼합변화에 대하여 크게 영향을 받지 않은 것으로 나타나 배양된 질산화 세균군을 처리장 생물 반응조에 직접 투여하여도 동일한 효율을 얻을 수 있을 것으로 판단되었다.
- 의 농도는 242~301mg/L 범위로 평균 275mg/L로 나타났다. 유입수의 TSS 농도가 유기물 농도에 미치는 영향을 CODcr량으로 계산한 결과 1.3g CODcr/g TSS로 높게 나타나 입자성 물질 대부분이 CODcr을 유발하는 물질로 나타났다. # 농도는 22.
- 4mg/L 이하로 감소되지 않았다. 이 기간 동안 주입된 농축액의 양에 따른 일일 평균 NH 4+-N 제거량은 주입량이 5mL일 경우 240mg#/d, 10mL일 경우 265mg #/d, 20mL일 경우 290mg #/d로 나타나 농축액 주입량이 증가 할수록 # 제거량도 증가하는 것으로 나타났으나 주입량에 따른 증가량 변화는 크지 않았다.
- 농축액이 투여되지 않은 반응조는 7일 후에 유출수의 # 농도가 1mg/L 이하로 감소되었다. 이 기간 동안 주입된 질산화 세균군 농축액의 양에 따른 일일 평균 # 제거량은 주입량이 5mL일 경우 300mg#/d, 10mL일 경우 340mg #/d, 20mL일 경우 355mg#/d로 나타나 농축액 주입량이 증가 할수록 # 제거량도 증가하는 것으로 나타났으나 주입량에 따른 증가량 변화는 크지 않았다. MLSS 농도를 3,000mg/L로 유지한 경우 MLSS 농도를 2,000mg/L로 유지한 경우 보다 유출수 암모니아 농도를 1mg/L 이하로 감소시키는데 소요되는 기간이 매우 짧게 나타났고 암모니아 제거량도 높게 나타났는데 이는 질산화 반응을 나타내지 않았던 슬러지에 질산화 세균의 성장에 최적인 조건을 형성 시켜 줌으로써 질산화 세균의 성장과 활성이 유도되었고, 종슬러지의 농도가 높을수록 슬러지 내 질산화 세균의 량이 상대적으로 높아 질산화 효율에 차이가 있는 것으로 사료된다.
- 질산화 세균이 포함된 상업용 농축액의 배양기간 동안 미생물의 농도는 초기 7mg/L에서 2일 후 87mg/L로 급격히 증가한 후 이 후 완만한 추세로 증가하여 8일 후 119mg/L로 증가하였다. 이 후 미생물의 농도는 아주 느린 속도로 증가하여 14일 후에는 124mg/L로 증가하여 전체 증가의 약 80%가 초기에 일어나는 것으로 나타났다. 박 등 (1998)은 NH4Cl을 10mg/L첨가한 배지에서 28°C의 온도로 AOB(Ammonia Oxdation Bacteria)를 배양한 결과 암모니아 산화세균은 배양 초기부터 빠른 증식속도와 동시에 암모니아 산화속도를 나타내었다고 보고하여 본 연구의 결과와 동일한 결과를 나타내었다.
- 7mg/L로 감소되어 27°C로 운전된 경우에 비하여 24시간이 더 소요되었다. 이때 평균 MLSS 농도인 135mg/L를 이용하여 계산된 비질산화율은 0.0067g NH4-N/g MLSS/hr로 나타나 비질산화율이 현저히 감소되는 것으로 나타났다. 15°C로 운전된 경우 #를 모두 산화 시키는데 소요된 시간은 98시간으로 측정되었다.
- 질산화 세균이 포함된 상업용 농축액의 배양기간 동안 미생물의 농도는 초기 7mg/L에서 2일 후 87mg/L로 급격히 증가한 후 이 후 완만한 추세로 증가하여 8일 후 119mg/L로 증가하였다. 이 후 미생물의 농도는 아주 느린 속도로 증가하여 14일 후에는 124mg/L로 증가하여 전체 증가의 약 80%가 초기에 일어나는 것으로 나타났다.
후속연구
- 반응조 #4의 # 제거율이 가장 높았는데 이는 담체에 # 산화율이 높은 배양 질산화 세균군이 부착되어 반응조내 질산화 세균을 용이하게 유지할 수 있었기 때문으로 사료된다. 따라서 제안된 반응조에서 단기간에 질산화 효율을 향상시킬 때 배양된 질산화 세균군을 담체에 부착시켜 생물반응조에 투여하는 것이 가장 효율적인 것으로 사료되나 효율성은 장기간 동안의 현장규모 시설의 운전 자료를 통해 검증 되어야 하겠다.
- 반응조 #4의 경우 유출수 # 농도가 1mg/L 이하로 감소되는데 소요된 기간은 2일로 나타났으며 일일 평균 암모니아 제거량은 365mg #/d로 나타났다. 따라서 질산화 효율이 낮거나 질산화 반응에 저해가 발생한 처리 공정내에서 짧은 기간 내에 질산화 반응을 유도하기 위해서는 배양된 질산화 세균군을 담체에 부착시켜 생물 반응조에 투여하는 것이 가장 효율적인 것으로 나타났으나 효율성은 장기간의 현장규모시설의 운전자료를 통해 검증되어야 하겠다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.