C/N비가 낮은 하.폐수에서 황입자를 이용한 아질산성질소 탈질 연구(회분식 실험) Autotrophic Nitrite Denitrification Using Sulfur Particles for Treatment of Wastewaters with Low C/N Ratios (Batch Tests)원문보기
본 연구는 단축질소제거(SBNR) 공정의 후속 공정 목적으로 황이용 독립영양탈질을 이용하여 유출수 내 아질산성질소를 제거하고자 황 이용 아질산성질소의 제거특성을 파악하였다. 이를 위하여 알칼리도가 이론적인 양보다 충분한 조건과 부족한 조건에서 아질산성질소와 질산성질소의 황탈질 회분식 실험을 수행하면서 메탄올의 영향을 파악하였다. 충분한 알칼리도와 완전독립영양 조건에서 초기 아질산성질소, 질산성질소 농도가 각각 100 mg N/L에서 배양 27시간 이내에 99% 이상의 질소가 제거 되었다. 탈질 속도는 질산성질소 탈질에 비해 아질산성질소 탈질이 약 1.3배 빨랐다. 아질산성질소 탈질 시 1 g 당 황산염 이온 생성량은 약 4.8 g ${SO_4}^{2-}/g$${NO_2}^-$-N 이었고, 질산성질소 탈질의 경우 13.5 g ${SO_4}^{2-}/g$${NO_3}^-$-N이었다. 알칼리도가 충분하지 않은 조건에서 아질산성질소는 95% 이상 높은 효율을 보였으나 15시간 정도의 긴 유도기가 관찰되었고, 질산성질소 탈질의 경우 배양기간 동안 전혀 탈질이 이루어지지 않았다. 아질산성질소 탈질에서 제거된 아질산성질소 1 g 당 황산염 이온 생성량은 약 2.6 g이었고 알칼리도 소비량은 1.2 g $CaCO_3$이었다. 모든 알칼리도 조건에서 투여한 메탄올의 아질산성질소 제거 영향은 없었다. 본 연구결과를 바탕으로 황이용탈질의 특성을 파악하여 하수 및 폐수의 특성에 맞게 반응조 운전이 이루어지면 기존 탈질 방법의 단점을 보완한 효율적인 탈질 방법이 될 것으로 판단된다.
본 연구는 단축질소제거(SBNR) 공정의 후속 공정 목적으로 황이용 독립영양탈질을 이용하여 유출수 내 아질산성질소를 제거하고자 황 이용 아질산성질소의 제거특성을 파악하였다. 이를 위하여 알칼리도가 이론적인 양보다 충분한 조건과 부족한 조건에서 아질산성질소와 질산성질소의 황탈질 회분식 실험을 수행하면서 메탄올의 영향을 파악하였다. 충분한 알칼리도와 완전독립영양 조건에서 초기 아질산성질소, 질산성질소 농도가 각각 100 mg N/L에서 배양 27시간 이내에 99% 이상의 질소가 제거 되었다. 탈질 속도는 질산성질소 탈질에 비해 아질산성질소 탈질이 약 1.3배 빨랐다. 아질산성질소 탈질 시 1 g 당 황산염 이온 생성량은 약 4.8 g ${SO_4}^{2-}/g$${NO_2}^-$-N 이었고, 질산성질소 탈질의 경우 13.5 g ${SO_4}^{2-}/g$${NO_3}^-$-N이었다. 알칼리도가 충분하지 않은 조건에서 아질산성질소는 95% 이상 높은 효율을 보였으나 15시간 정도의 긴 유도기가 관찰되었고, 질산성질소 탈질의 경우 배양기간 동안 전혀 탈질이 이루어지지 않았다. 아질산성질소 탈질에서 제거된 아질산성질소 1 g 당 황산염 이온 생성량은 약 2.6 g이었고 알칼리도 소비량은 1.2 g $CaCO_3$이었다. 모든 알칼리도 조건에서 투여한 메탄올의 아질산성질소 제거 영향은 없었다. 본 연구결과를 바탕으로 황이용탈질의 특성을 파악하여 하수 및 폐수의 특성에 맞게 반응조 운전이 이루어지면 기존 탈질 방법의 단점을 보완한 효율적인 탈질 방법이 될 것으로 판단된다.
A sulfur utilizing nitrite denitrification process could be placed after the shortcut biological nitrogen removal (SBNR) process. In this study, removal of nitrite using sulfur oxidizing denitrifier was characterized in batch tests with granular elemental sulfur as an electron donor and nitrite as a...
A sulfur utilizing nitrite denitrification process could be placed after the shortcut biological nitrogen removal (SBNR) process. In this study, removal of nitrite using sulfur oxidizing denitrifier was characterized in batch tests with granular elemental sulfur as an electron donor and nitrite as an electro acceptor. At sufficient alkalinity, initial nitrite nitrogen concentration of 100 mg/L was almost completely reduced in the batch reactor within a incubation time of 22 h. Sulfate production with nitrite was 4.8 g ${SO_4}^{2-}/g$${NO_2}^-$-N, while with nitrate 13.5 g ${SO_4}^{2-}/g$${NO_3}^-$-N. Under the conditions of low alkalinity, nitrite removal was over 95% but 15 h of a lag phase was shown. For nitrate with low alkalinity, no denitrification occurred. Sulfate production was 2.6 g ${SO_4}^{2-}/g$${NO_2}^-$-N and alkalinity consumption was 1.2 g $CaCO_3/g$${NO_2}^-$. The concentration range of organics used in this experiment did not inhibit autotrophic denitrification at both low and high alkalinity. This kind of method may solve the problems of autotrophic nitrate denitrification, i.e. high sulfate production and alkalinity deficiency, to some extent.
A sulfur utilizing nitrite denitrification process could be placed after the shortcut biological nitrogen removal (SBNR) process. In this study, removal of nitrite using sulfur oxidizing denitrifier was characterized in batch tests with granular elemental sulfur as an electron donor and nitrite as an electro acceptor. At sufficient alkalinity, initial nitrite nitrogen concentration of 100 mg/L was almost completely reduced in the batch reactor within a incubation time of 22 h. Sulfate production with nitrite was 4.8 g ${SO_4}^{2-}/g$${NO_2}^-$-N, while with nitrate 13.5 g ${SO_4}^{2-}/g$${NO_3}^-$-N. Under the conditions of low alkalinity, nitrite removal was over 95% but 15 h of a lag phase was shown. For nitrate with low alkalinity, no denitrification occurred. Sulfate production was 2.6 g ${SO_4}^{2-}/g$${NO_2}^-$-N and alkalinity consumption was 1.2 g $CaCO_3/g$${NO_2}^-$. The concentration range of organics used in this experiment did not inhibit autotrophic denitrification at both low and high alkalinity. This kind of method may solve the problems of autotrophic nitrate denitrification, i.e. high sulfate production and alkalinity deficiency, to some extent.
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문제 정의
따라서 본 연구는 단축질소제거(SBNR) 공정의 후속 공정 목적으로 황이용 독립영양탈질을 이용하여 유출수 내 아 질산성질소를 제거하고자 하였다. 알칼리도가 이론적인 양보다 충분한 조건과 부족한 조건에서 아질산성 질소와 질산성 질소의 황탈질 회분식 실험을 수행하면서 메탄올을 넣어 유기물의 영향을 파악하였다.
제안 방법
MCR을 통해 배양된 황입자를 채취 후 4% glutaraldehyde로 미생물을 고정하였다. 0.2 M Phosphate buffer (pH 7.4)를 이용하여 3회 세척하고 50, 60, 70, 80, 90%의 에탄올로 각각 30분 씩 탈수시켰다. 이어서 100% 에탄올로 45분 씩 두 번 탈수시키고, 전처리 시약(isoamyl acetate: 100% EtOH = 1:2, isoamyl acetate:EtOH = 1:1, iso amyl acetate : EtOh = 2:1) 으로 각각 1시간 씩 처리하였다.
18) 본 실험에서는 질소 농도에 비해 낮은 알칼리도 조건(180 mg/L as CaCO3)에서의 황산화 독립 영양 아질산성질소 탈질과 질산성질소 탈질의 비교 및 황산화 아질산성질소 탈질에 대한 초기 유기물(메탄올) 농도의 영향을 분석하였다.
이들 반응조를 진탕배양기에 넣고 30℃, 120 rpm에서 배양하였다. 5일 정도 배양 후 아질산성질소가 완전히 제거된 것을 확인한 후 황입자에 활성이 있는 황탈질 미생물이 부착된 상태에서 다음 실험이 진행되었다.
MCR내 황입자에 붙어있는 미생물의 형태를 관찰하기 위하여 SEM을 이용하였으며 방법은 다음과 같다. MCR을 통해 배양된 황입자를 채취 후 4% glutaraldehyde로 미생물을 고정하였다.
pH와 알칼리도는 실험초기와 실험종료 후 시료를 채취하여 분석하였으며 pH는 pH meter (Orion Benchtop 410A, Thermo, USA), 알칼리도는 Standard Methods의 titration method를 이용하였다. NO2--N, NO3--N, SO42-의 농도 변화를 알아보기 위해 3~6시간 간격으로 시료를 채취하여 AS14 analytical column을 이용하는 Ion chromatography (ICS-900, Dionex, USA)를 이용하여 분석하였다.
알칼리도가 이론적인 양보다 충분한 조건과 부족한 조건에서 아질산성 질소와 질산성 질소의 황탈질 회분식 실험을 수행하면서 메탄올을 넣어 유기물의 영향을 파악하였다. 각 경우에 있어서 전자수용체로 아질산성질소를 이용한 황이용 독립영양탈질에서 SO42- 생성, pH, 알칼리도 변화 및 아질산성질소 제거 효율 등의 특성을 파악하였다.
처리 후 건조는 이산화탄소를 사용하는 Critical Point Dryer (CPD, HCP-2, Hitachi Science, Japan)를 사용하였다. 관찰을 위해 Au-Pd 코팅(E1010, Hitachi Sciencem Japan)을 한 후 SEM (S-3500N, Hitachi Science, Japan)을 이용하여 미생물의 형태를 관찰하였다.
시간에 따른 MCR 내 아질산성질소, 질산성질소 및 황산염 이온의 농도 변화를 측정하였다. 또한 Scanning Electron Microscope (SEM, S-3500N, Hitachi Science System, Japan)를 이용하여 NO2--N MCR로부터 채취한 황입자 표면에 성장한 황산화 독립영양탈질 미생물들의 분포를 관찰하였다.
5T (T : 아질산성질소의 종속영양탈질시 이론적 메탄올 요구량)로 부가한 조건에서 황산화 아질산성질소 탈질 회분식 실험을 수행하였다. 또한, 황산화 아질산성질소 탈질과 비교 평가하기 위하여 각각의 알칼리도 조건에서 유기물 부가 없이 황산화 질산성질소 탈질 회분식 실험을 병행하였다. 일정 크기(직경 : 2~4.
본 실험에서는 황산화 아질산성질소 탈질 미생물 배양을 위한 MCR (NO2--N MCR)과 황산화 질산성질소 탈질 미생물 배양을 위한 MCR (NO3--N MCR)을 운전하였으며, 그 운전조건과 방법은 Table 1과 같다.
본 연구에서 알칼리도가 충분한 조건(1,800 mg/L as CaCO3) 과 부족한 조건(180 mg/L as CaCO3)에서의 아질산성질소와 질산성질소의 황탈질 회분식 실험을 수행하였다. 충분한 알칼리도와 완전독립영양 조건에서, 초기 아질산성질소와 질산성질소 100 mg N/L 모두에서 배양 27시간 안에 99% 이상의 아질산성질소와 질산성질소가 제거되었다.
이후 질소 가스를 폭기하여 용존산소를 제거하고, 가축분뇨공공처리시설에서 채취한 혐기슬러지를 식종한 후, 부피교환율 50%로 반연속식으로 운전하였다. 시간에 따른 MCR 내 아질산성질소, 질산성질소 및 황산염 이온의 농도 변화를 측정하였다. 또한 Scanning Electron Microscope (SEM, S-3500N, Hitachi Science System, Japan)를 이용하여 NO2--N MCR로부터 채취한 황입자 표면에 성장한 황산화 독립영양탈질 미생물들의 분포를 관찰하였다.
75 mm)의 황입자 일정량(100 g)을 여러 개의 500 mL 회분식 반응기에 넣었고 질소 stock의 부피와 식종액 10 mL를 합하여 최종 액체 부피가 250 mL가 될 수 있도록 탈질 미생물 배양액을 메디아 병에 넣었다. 아질산성질소와 질산성질소 stock 10,000 ppm을 제조하여 50 또는 100 mg/L 질소 농도를 맞추었다. 질소가스로 폭기하여 무산소 조건을 만들면서 NO2--N MCR 과 NO3--N MCR로부터 채취한 미생물 배양액 10 mL를 식종하였다.
따라서 본 연구는 단축질소제거(SBNR) 공정의 후속 공정 목적으로 황이용 독립영양탈질을 이용하여 유출수 내 아 질산성질소를 제거하고자 하였다. 알칼리도가 이론적인 양보다 충분한 조건과 부족한 조건에서 아질산성 질소와 질산성 질소의 황탈질 회분식 실험을 수행하면서 메탄올을 넣어 유기물의 영향을 파악하였다. 각 경우에 있어서 전자수용체로 아질산성질소를 이용한 황이용 독립영양탈질에서 SO42- 생성, pH, 알칼리도 변화 및 아질산성질소 제거 효율 등의 특성을 파악하였다.
4)를 이용하여 3회 세척하고 50, 60, 70, 80, 90%의 에탄올로 각각 30분 씩 탈수시켰다. 이어서 100% 에탄올로 45분 씩 두 번 탈수시키고, 전처리 시약(isoamyl acetate: 100% EtOH = 1:2, isoamyl acetate:EtOH = 1:1, iso amyl acetate : EtOh = 2:1) 으로 각각 1시간 씩 처리하였다. 처리 후 건조는 이산화탄소를 사용하는 Critical Point Dryer (CPD, HCP-2, Hitachi Science, Japan)를 사용하였다.
75 mm) 를 일정부피(500 mL) 만큼 넣고, 아질산성질소와 질산성질소 100 mg/L를 함유한 N/M/B 용액 500 mL를 채웠다. 이후 질소 가스를 폭기하여 용존산소를 제거하고, 가축분뇨공공처리시설에서 채취한 혐기슬러지를 식종한 후, 부피교환율 50%로 반연속식으로 운전하였다. 시간에 따른 MCR 내 아질산성질소, 질산성질소 및 황산염 이온의 농도 변화를 측정하였다.
아질산성질소와 질산성질소 stock 10,000 ppm을 제조하여 50 또는 100 mg/L 질소 농도를 맞추었다. 질소가스로 폭기하여 무산소 조건을 만들면서 NO2--N MCR 과 NO3--N MCR로부터 채취한 미생물 배양액 10 mL를 식종하였다. 이들 반응조를 진탕배양기에 넣고 30℃, 120 rpm에서 배양하였다.
-N MCR은 아질산성질소 탈질 미생물의 안정적인 공급을 위하여 운전되었다. 초기 아질산성질소 농도가 100 mg/L인 상태에서 5일 이내의 간격으로 500 mL 중 250 mL를 버리고 아질산성질소 200 mg/L를 함유한 배지 250 mL를 다시 채우는 반연속 방식으로 운전하였다. Fig.
초기 알칼리도와 유기물 농도에 따른 황산화 아질산성질소 탈질에 대한 영향을 파악하기 위하여 유기물을 추가로 넣지 않은 상태에서 이론적 요구량보다 현저하게 높은 알칼리도 조건(약 800 mg/L as CaCO3)과 낮은 알칼리도 조건(약 180 mg/L as CaCO3), 그리고 유기물로서 메탄올을 0.37T, 0.75T, 1.5T (T : 아질산성질소의 종속영양탈질시 이론적 메탄올 요구량)로 부가한 조건에서 황산화 아질산성질소 탈질 회분식 실험을 수행하였다. 또한, 황산화 아질산성질소 탈질과 비교 평가하기 위하여 각각의 알칼리도 조건에서 유기물 부가 없이 황산화 질산성질소 탈질 회분식 실험을 병행하였다.
초기 충분한 알칼리도 조건에서의 황산화 독립영양 아질산성질소 탈질에 대한 초기 유기물(메탄올) 농도의 영향을 분석하였다. Fig.
활성이 있는 황탈질 미생물이 부착된 황입자에 아질산성질소와 질산성질소 100 mg/L, 또한 여러 값의 알칼리도와 메탄올 농도를 함유한 미생물 배양액 250 mL를 채운 후 질소 가스로 폭기하고 고무마개로 막은 후, 진탕배양기를 이용하여 회분식 반응조들을 30℃, 120 rpm에서 배양하면서 시간대별로 액체시료를 채취하고 분석하였다. 아질산성질소 및 질산성질소의 황탈질을 위한 전자수용체, 전자공여체, 부가된 유기물 등 회분식 실험조건은 Table 2와 같다.
대상 데이터
황을 전자공여체로 이용하는 아질산성질소와 질산성질소의 독립영양탈질 실험에서 사용한 영양염류(N/M/B) 용액은 Thiobacillus denitrificans의 분리 및 배양을 위해 사용되는 액상배지를 참조하였으며, 그 조성은 다음과 같다. 1.
이론/모형
분석은 수질오염공정시험법에 준하여 실사하였다. pH와 알칼리도는 실험초기와 실험종료 후 시료를 채취하여 분석하였으며 pH는 pH meter (Orion Benchtop 410A, Thermo, USA), 알칼리도는 Standard Methods의 titration method를 이용하였다. NO2--N, NO3--N, SO42-의 농도 변화를 알아보기 위해 3~6시간 간격으로 시료를 채취하여 AS14 analytical column을 이용하는 Ion chromatography (ICS-900, Dionex, USA)를 이용하여 분석하였다.
분석은 수질오염공정시험법에 준하여 실사하였다. pH와 알칼리도는 실험초기와 실험종료 후 시료를 채취하여 분석하였으며 pH는 pH meter (Orion Benchtop 410A, Thermo, USA), 알칼리도는 Standard Methods의 titration method를 이용하였다.
성능/효과
초기 부족한 알칼리도 조건에서 탈질 효율은 95% 이상으로 초기 높은 알칼리도 조건에서의 결과와 큰 차이를 보이지 않았고 탈질 속도 역시 큰 영향을 받지 않았다. C/N비가 3.4 g COD/g N 이하의 초기 메탄올을 부가하였을 때 농도에 관계없이 배양 36시간 안에 70% 이상 완료되었으며, 회분식 배양 41시간 안에 아질산성질소 탈질 효율은 90% 이상이었다. 한편, 황산화 독립영양 질산성질소 탈질의 경우 배양기간 동안 전혀 탈질이 이루어지지 않았다.
따라서 단축 질산화 공정에 의하여 암모니아성질소를 아질산성질소 까지만 질산화를 시킬 경우 질소농도에 비하여 낮은 알칼리도 조건이 된다고 할지라도 소량의 알칼리도만 공급하여도 쉽게 탈질이 가능할 것으로 판단된다. 또한 생성되는 황산염 이온의 농도가 줄어들어 황입자를 절약할 수 있을 것으로 나타났다.
따라서 단축 질산화 공정에 의하여 암모니아성질소를 아질산성질소 까지만 질산화를 시킬 경우 질소농도에 비하여 낮은 알칼리도 조건이 된다고 할지라도 소량의 알칼리도만 공급하여도 쉽게 탈질이 가능할 것으로 판단된다. 또한 생성되는 황산염 이온의 농도가 줄어들어 황입자를 절약할 수 있을 것으로 나타났다. 단축질소제거(SBNR) 공정 후 나오는 아질산성질소 제거를 목적으로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
4 g COD/g N 이하의 범위에서는 탈질에 대한 영향을 보이지 않았다. 또한 투여한 메탄올이 독립영양탈질에 저해를 줄 것으로 판단하였으나 메탄올 농도 200 mg/L의 범위에서 메탄올에 대한 영향 또한 관찰되지 않았다. 이는 황입자에 붙어있는 미생물들이 황산화 미생물로서 독립영양탈질 미생물이며, 메탄올 이용 종속영양 또는 혼성영양(mixotrophic) 탈질 미생물이 실험초기에 순응되지(acclimation) 않았기 때문인 것으로 추정된다.
8배 낮았다. 아질산성질소 황탈질 시 알칼리도 소비량은 질산성 질소의 경우보다 약 2배 낮아, 황산화 아질산성질소 탈질이 질산성질소 탈질에 비해 경제적임을 알 수 있었다.
아질산성질소 황탈질 시 알칼리도 소비량은 질산성질소 황탈질 시 보다 약 2배 낮아, 황산화 아질산성질소 탈질이 질산성질소 탈질에 비해 경제적임을 알 수 있었다. 아질산성질소 1 g 당 알칼리도 소비량은 약 4.
알칼리도가 충분하지 않은 조건에서의 아질산성질소와 질산성질소의 황탈질 회분식 실험을 수행한 결과, 아질산성질소는 95% 이상 높은 효율을 보였으나 15시간 정도의 긴 유도기가 관찰되었고, 질산 탈질의 경우 배양기간 동안 전혀 탈질이 이루어지지 않았다. 황산화 아질산성질소 탈질에서 제거된 아질산성질소 1 g 당 황산염 이온 생성량은 약 3.
이러한 기존 생물학적 질소제거 공정의 단점을 극복하기 위하여 암모니아를 아질산성질소까지만 산화시킨 후 바로 탈질 시키는 공정이 연구되어 왔다. 이 공정은 기존공정에 비하여 질산화 시 산소요구량을 25%, 탈질 시 유기물 요구량을 40% 절감할 수 있다.1~5) 한편 Chung 등4), Bae 등6)은 아질산을 축적한 후 질소를 제거할 수 있는 단축질소제거(Shortcut Biological Nitrogen Removal, SBNR) 공정의 유용성을 보고하였다.
3배 빨랐다. 제거된 아질산성질소 1 g 당 황산염 이온 생성량은 약 4.8 g SO42-/NO2--N이었고, 질산성질소의 경우 13.5 g SO42-/NO3--N로서, 아질산성질소 탈질시 단위 질소 당 생성되는 황산염 이온의 농도가 2.8배 낮았다. 아질산성질소 황탈질 시 알칼리도 소비량은 질산성 질소의 경우보다 약 2배 낮아, 황산화 아질산성질소 탈질이 질산성질소 탈질에 비해 경제적임을 알 수 있었다.
제거된 아질산성질소 1 g 당 황산염 이온 생성량은 약 4.8 g SO42-/g NO2--N이었고 질산성질소 탈질의 경우 13.5 g SO42-/g NO3--N로, 아질산성질소 탈질 시 단위 질소 당 생성되는 황산염 이온의 농도가 질산성질소 탈질보다 2.8배 낮았다(Fig. 4). 황산염 이온 생성량은 이론적 황산염 이온 농도인 3.
3배 빨랐다. 한편, 황산화 독립영양 질산성질소 탈질의 경우 배양 22시간 안에 약 81%의 질산성질소의 제거는 이루어졌으나(Fig. 3), 질산 질소의 부분탈질이 이루어져 약 55 mg/L의 아질산성질소(제거된 질산성질소의 약 72%)가 축적되었고, 배양 36시간 안에 축적된 아질산성질소의 탈질이 완료되어 질산성질소 탈질 효율은 98%였다.
15) Oh 등17)에 의하면 메탄올의 경우 순화하여 종속영양 탈질하는데 아세테이트, 에탄올, 프로피오네이트 보다 더 많은 시간이 소요된 것으로 보고하였으며 일단 순화가 되면 황탈질과 종속영양탈질이 동시에 일어나는 것으로 보고하였다. 황산화 아질산성질소 탈질과 질산성질소 탈질의 효율은 98% 이상으로 큰 차이가 없었으나, 탈질 속도는 질산성질소 탈질에 비해 아질산성질소 탈질이 약 1.3배 빨랐다. 한편, 황산화 독립영양 질산성질소 탈질의 경우 배양 22시간 안에 약 81%의 질산성질소의 제거는 이루어졌으나(Fig.
알칼리도가 충분하지 않은 조건에서의 아질산성질소와 질산성질소의 황탈질 회분식 실험을 수행한 결과, 아질산성질소는 95% 이상 높은 효율을 보였으나 15시간 정도의 긴 유도기가 관찰되었고, 질산 탈질의 경우 배양기간 동안 전혀 탈질이 이루어지지 않았다. 황산화 아질산성질소 탈질에서 제거된 아질산성질소 1 g 당 황산염 이온 생성량은 약 3.4 g이었고, 알칼리도 소비량은 1.2 g CaCO3이었고 이론적인 양과 비교할 때 큰 차이는 없었다.
4 g COD/g N 이하의 범위에서 메탄올의 영향은 보이지 않았다. 황산화 아질산성질소 탈질의 효율은질산성질소 탈질에 비해 약 1.3배 빨랐다. 제거된 아질산성질소 1 g 당 황산염 이온 생성량은 약 4.
후속연구
또한 생성되는 황산염 이온의 농도가 줄어들어 황입자를 절약할 수 있을 것으로 나타났다. 단축질소제거(SBNR) 공정 후 나오는 아질산성질소 제거를 목적으로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
황을 이용한 독립영양탈질(sulfur-utilizing or sulfur-based autotrophic denitrification)이나 아질산성질소를 전자수용체로 이용하는 단축질소제거(SBNR) 공정은 폐수 중의 질소를 경제적으로 처리할 수 있을 것으로 보여 지고 있으나, 이들 공정을 동시에 적용한 연구는 거의 없는 실정이다. 두 공정을 동시에 적용할 경우 종속영양탈질에 주입되었던 메탄올, 아세트산 등 외부 탄소원 주입이 없어 경제적이며, 황 이용 독립영양탈질의 단점인 pH 저하로 인한 알칼리도의 보충, 반응에 따른 SO42- 생성 등의 문제점을 해결 할 수 있을 것으로 기대한다. 또한 황탈질 미생물은 이산화탄소를 탄소원으로 사용하는 독립영양미생물(autotrophs) 또는 유기물과 무기물을 동시에 이용할 수 있는 혼성영양미생물(mixotrophs)로서 유기물 농도는 아질산성질소 탈질에 영향을 미칠 것으로 판단되었고 아질산 황탈질 미생물의 유기물에 대한 영향 연구가 없었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
일반적으로 수중의 질소를 제거하기 위해 무엇을 이용하는가?
일반적으로 수중의 질소를 제거하기 위해서는 생물학적 질소제거 공정이 이용된다. 기존 생물학적 질소제거 공정에서 유입 폐수의 C/N비가 낮은 경우 원활한 종속영양탈질을 위해 외부탄소원이 요구되며, 이는 탈질 후 잔존하는 유기물의 처리와 외부 탄소원을 추가로 공급하는데 따른 운영비용을 증가시키는 요인이 된다.
기존 생물학적 질소제거 공정에서 유입 폐수의 C/N비가 낮은 경우, 발생하는 문제는?
일반적으로 수중의 질소를 제거하기 위해서는 생물학적 질소제거 공정이 이용된다. 기존 생물학적 질소제거 공정에서 유입 폐수의 C/N비가 낮은 경우 원활한 종속영양탈질을 위해 외부탄소원이 요구되며, 이는 탈질 후 잔존하는 유기물의 처리와 외부 탄소원을 추가로 공급하는데 따른 운영비용을 증가시키는 요인이 된다. 이러한 기존 생물학적 질소제거 공정의 단점을 극복하기 위하여 암모니아를 아질산성질소까지만 산화시킨 후 바로 탈질 시키는 공정이 연구 되어 왔다.
암모니아를 아질산성질소까지만 산화시킨 후 바로 탈질 시키는 공정의 성능은?
이러한 기존 생물학적 질소제거 공정의 단점을 극복하기 위하여 암모니아를 아질산성질소까지만 산화시킨 후 바로 탈질 시키는 공정이 연구 되어 왔다. 이 공정은 기존공정에 비하여 질산화 시 산소요구량을 25%, 탈질 시 유기물 요구량을 40% 절감할 수 있다.1~5) 한편 Chung 등4), Bae 등6)은 아질산을 축적한 후 질소를 제거할 수 있는 단축질소제거(Shortcut Biological Nitrogen Removal, SBNR) 공정의 유용성을 보고하였다.
참고문헌 (18)
Ruiz, G., Jeison, D. and Chamy, R., "Nitrification with high nitrite accumulation for the treatment of wastewater with high ammonia concentration," Water Res., 37(6), 1371-1377 (2003).
Peng, Y. and Zhu, G., "Biological nitrogen removal with nitrification and denitrification via nitrite pathway," Appl. Micribiol. Biotechnol., 73(1), 15-26(2006).
Chung, J., Bae, W., Lee, Y. W. and Rittmann, B. E., "Shortcut biological nitrogen removal in hybrid biofilm/suspended growth reactors," Proc. Biochem., 42(3), 320-328(2007).
Gao, D., Peng, Y., Li, B. and Liang, H., "Shorcut nitrification-denitrification by real-time control strategies," Biores. Technol., 100(7), 2298-2300(2009).
Bae, W., Baek, S. C., Chung, J. W. and Lee, Y. W., "Optimal operational factors for nitrite accumulation in batch reactors," Biodegradation, 12(5), 359-366(2002).
Oh, S. E., Kim, K. S., Choi, H. C., Choi, J. and Kim, I. S., "Kinetics and physiological characteristics of autotrophic denitrification by denitrifying sulfur bacteria," Water Sci. Technol., 42(3-4), 59-68(2000).
Moon, H. S., Chang, S. W., Nam, K., Choe, J. and Kim, J. Y., "Effect of reactive media composition and co-contaminants on sulfur-based autotrophic denitrification," Environ. Pollut., 144(3), 802-807(2006).
Manconi, I., Carucci, A. and Lens, P., "Combined removal of sulfur compounds and nitrate by autotrophic denitrification in bioaugmented activated sludge system," Biotechnol. Bioeng., 98(3), 551-560(2007).
Park, J. Y. and Yoo, Y. J., "Biological nitrate removal in industrial wastewater treatment: which electron donor we can choose," Appl. Microbiol. Technol., 82(3), 415-429(2009).
Zeng, H. and Zhang, T. C., "Evaluation of kinetic parameters of a sulfur?limestone autotrophic denitrification biofilm process," Water Res., 39(20), 4941-4952(2005).
Park, S. R., Seon, J., Byun, I., Cho, S., Park, T. and Lee, T., "Comparison of nitrogen removal and microbial distribution in wastewater treatment process under different electron donor conditions," Biores. Technol., 101(9), 2988-2995 (2010).
Atlas, R. M., Handbook of Microbiological Media, 3rd ed, CRC Press, Boca Raton, Florida, p. 1757(2004).
Bergey, D. H., Bergey's manual of determinative bacteriology, 9th ed., Williams & Wilkins, Baltimore, pp. 448-456 (1993).
Michael, T. M., John, M. M. and Jack, P., Brock Biology of Microorganisms, 10th ed., Pearson education, New Jersey, pp. 567-568(2003).
Oh, S. E., Bum, M. S., Yoo, Y. B., Zubair, A. and Kim, I. S., "Nitrate removal by simultaneous sulfur utilizing autotrophic and heterotrophic denitrification under different organics and alkalinity conditions: batch experiments," Water Sci. Technol., 47(1), 237-244(2002).
U.S. Environmental Protection Agency, "Manual Nitrogen control," EPA/625/R-93/010, Office of Research and Development. Washington, D.C., pp. 101-110(1993).
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