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고농도 도시하수 처리를 위한 입상황 탈질 반응조의 설계 및 운영인자 평가
Evaluation of Design and Operation Parameters for a Spherical Sulfur Denitrification Reactor Treating High Strength Municipal Wastewater 원문보기

대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, v.32 no.12, 2010년, pp.1087 - 1093  

김용학 (코오롱건설(주) 기술연구소) ,  채규정 (코오롱건설(주) 기술연구소) ,  임성균 (코오롱건설(주) 기술연구소) ,  이영만 (한양대학교 대학원 건설환경공학과) ,  배우근 (한양대학교 대학원 건설환경공학과)

초록
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독립영양탈질은 추가적인 질소 제거를 위해 메탄올과 같은 고가의 외부탄소원을 필요로 하지 않는다는 면에서 효과적이고 경제적인 방법이다. 본 연구에서는 고농도 질소 농도를 함유한 하수에 대한 황탈질 평가를 통해 설계 및 운영인자의 도출에 필요한 기초자료를 확보하고자 하였다. 입상황으로 충진된 황탈질조는 유동형 스폰지 담체를 이용하여 영양염류를 제거하는 고도처리 공정 후단에 파일럿 규모로 설치되었다($Q=18\;m^3/day$). 외부 알칼리 주입 없이 황탈질조 유입수 내 알칼리(평균 $169.4{\pm}20.8\;mg$ $CaCO_3/L$)만을 활용하였고, 2.45시간의 체류시간으로 운영된 황탈질조 내 추가적인 질산성 질소의 제거를 통해 최종 처리수의 총질소가 7.0 mg T-N/L 이하로 도출되었다. 파일럿 설비 평가를 통해 동절기 저수온($15^{\circ}C$ 이하)에서도 60~80%의 안정적인 황탈질 제거효율을 나타내었으며, 2.78 ppm 이내의 Alum 주입 시 황탈질 성능에 거의 영향을 주지 않는 것으로 나타났다. 황탈질조에서 제거된 질산성 질소 대비 소모된 알칼리도$4.09{\pm}1.29\;g$ $CaCO_3/g$ ${NO_3}^-$-N로 도출되었고(이론값 4.57 g $CaCO_3/g$ ${NO_3}^-$-N), 황탈질조 유입수 내 질산성 질소의 전환에 필요한 알칼리도 이상을 포함하였다. 입상황의 소모량은 943.8 g S/day로서, 구형입상황의 마모 및 역세 시의 유실 등에 의해 이론적 소모량인 400.1 g S/day 대비 2.4배 정도 높게 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Autotrophic denitrification is known as an effective and economical alternative for heterotrophic denitrification using external carbon sources such as methanol. In this study, we evaluated design and operation parameters for a sulfur denitrification reactor (SDR) treating high strength nitrogen was...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이를 위해 일처리량 20 m3 용량의 파일럿 규모 설비를 이용하여 추가 탈질이 필요한 고도처리공정의 처리수를 대상 유입수로 사용하여 황탈질에 의한 질소제거 실험을 실시하였다. 본 연구를 통해 황탈질에 의해 추가적으로 제거될 수 있는 질소 농도를 산출하고, 이와 관련된 적정 운영 조건을 도출하여 실제 처리 현장에의 적용성을 검증하고자 하였다.
  • 본 연구의 목적은 질소, 인 제거를 위한 기존 생물학적 고도처리공정 후단의 황탈질을 이용한 탈질반응조를 설계하기 위한 운영 데이터를 확보하고 황탈질에 미치는 관련 운영 인자의 영향을 분석하고자 하였다. 이를 위해 일처리량 20 m3 용량의 파일럿 규모 설비를 이용하여 추가 탈질이 필요한 고도처리공정의 처리수를 대상 유입수로 사용하여 황탈질에 의한 질소제거 실험을 실시하였다.
  • 제거되는 단위 질소 당 소요되는 입상황과 외부탄소원인 메탄올의 이론적 소모량을 비교하여 입상황의 경제성을 비교 분석하고자 하였다.
  • 최종 처리수의 인 농도를 낮추기 위해 황탈질조 전단에 투입된 응집제가 황탈질 처리효율에 미치는 영향을 확인하고자 하였다. Table 4에 액상 Alum 투입 농도에 따른 최종 처리수의 인 제거 결과와 질산성 질소의 제거 결과를 나타내었다.
  • 황탈질 미생물은 탈질에 필요한 전자공체로서 황을 소모하게 되는데 적절한 운영비 산정이나 유지 관리 방안 수립을 위해 이론적 황 소모량과 실제 소모량 및 유실량을 확인하고자 하였다. 식 (1)에 근거할 경우 단위질소 당 황 소모량은 2.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
외부탄소원에 의한 탈질의 단점 극복을 위해 진행되는 연구는? 외부탄소원에 의한 탈질의 단점을 극복하기 위해 최근에는 수소,9) 철,10) 황11) 등을 탈질과정에서 전자공여체로 이용 하는 독립영양탈질에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 메탄올을 이용하는 종속영양탈질에 비해 독립영양탈질은 비용이 싼 물질을 전자공여체로 사용하므로 경제성이 높다.
폴리우레탄 재질의 스펀지 미생물담채를 이용한 공정에는 무엇이 있는가? 특히, 폴리우레탄 재질의 스펀지는 다공성을 가지며 생물반응조 내부 에서 활성슬러지와 유동할 수 있는 장점을 가지기 때문에 미생물담체로서 매우 효과적인 재질로 보고되고 있다. 이를 이용한 공정은 독일의 Linpor공정8) 과 국내의 NPR (Nitrogen & Phosphorus Removal) 공정5) 이 알려져 있다.
하수에 포함된 질소를 처리하는 방법에는 무엇이 있는가? 하수에 포함된 질소를 처리하는 방법으로는 경제적 우수성으로 인해 질산화반응과 탈질반응을 이용한 생물학적 방법이 널리 이용되고 있다.3) 이 방법은 호기성조건에서 독립영양세균인 질산화균이 암모니아성질소(NH3-N)를 아질산성질소(NO2--N)를 거쳐 질산성질소(NO3--N)로 산화한 뒤, 무산소조건에서 종속영양세균인 탈질균이 질산성질소를 여러 산화질소 형태(NO2-, NO, N2O)를 거쳐 최종적으로 질소가스(N2)로 환원하는 원리에 기초한다.
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참고문헌 (19)

  1. Smil, V., "Global population and the nitrogen cycle," Scientific American, pp. 76-81(1997). 

  2. Seo, D. C., Park, M. R., Kwak, N. W., Hwang, H. N., Lee, H. J., Cho, J. S. and Heo, J. S., "Optimum depth and volume ratio of anaerobic bed for development of smallscale sewage treatment apparatus by natural purification method," Kor. J. Environ. Agric., 25(1), 14-24(2006). 

  3. Metcalf and Eddy "Wastewater engineering : treatment and reuse," New York, NY, McGraw-Hill(2003). 

  4. Randall, C. W., Barnard, J. L. and Stensel, H. D., Eds., "Design and retrofit of wastewater treatment plants for biological nutrient removal," Water quality management library, Lancaster, PA, Technomic Publishing AG(1992). 

  5. 박희등, 김선형, 임성균, 최광호, 박찬혁, 황규대, "다공성폴리우레탄 담체를 이용한 도시하수의 영양염류 제거," 대한환경공학회지, 20(4), 489-498(1998). 

  6. Tyagi, R. D. and Kannan, V., "Application of biomass carriers in activated sludge process," Wastewater treatment by immobilizedcells, CRC Press, pp. 103-142(1990). 

  7. Louis, R. J. and Randall, C. W., "Utilization of a sponge media integrated fixed-film activated sludge process for treatment of a high strength, high ammonia industrial wastewater," Proceedings of WEFTEC'95 68th Annual Conference & Exposition, WEF, Florida, 3(2), pp. 357-366(1995). 

  8. Morper, M. R., "Upgrading of activated sludge systems for nitrogen removal by application of the LINPOR-CN process," Water Sci. Technol., 29(12), 167-176(1994). 

  9. Koenig, A. and Lui, L. H., "Autotrophic denitrification of landfill leachate using elemental sulphur," Water Sci. Technol., 34(5-6), 469-476(1996). 

  10. Kurt, M., Dnn, I. J. and Bourne, J. R., "Biological denitrification of drinkimg water using autotrophic organics with H2 in a fludized bed biofilm reactor," Biotechnol. Bioeng., 29, 493-450(1987). 

  11. Batchelor, B. and Lawrence, A. W., "Autotrophic denitrification using sulfur," J. WPCF, 50(8), 1986-2001(1978). 

  12. 이수원, 김규동, 최영균, 김동한, 정태학, "미생물 성장 특성에 기초한 독립영양탈질의 화학양론식 연구," 대한상하수도학회지, 18(2), 121-127(2004). 

  13. 윤수철, 주재영, 남덕현, 박철휘, "황입자를 이용한 T. denitrifications에 의한 질소제거 최적화 연구," 대한상하수도학회지, 22(2), 259-265(2008). 

  14. 환경부, "수질환경오염공정시험법," 환경부고시 제 2004 - 188호(2004). 

  15. APHA, AWWA, and WEF, "Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater," 19th edition, Washington DC. USA(1995). 

  16. 이의신, 장윤석, 박명균, 허용록, 박철휘, "국내 하수 성상에 적합한 생물학적 질소.인 제거기술," 대한상하수도학회 '96학술발표회 및 세미나, pp. 93-97(1996). 

  17. Koenig, A. and Liu, L. H., "Microbial aspects of autotropic denitrification of wastewaters," In: Matsuo, T., Hanaki, K., Takizawa, S., and Satoh, H. (Eds.), Advances in Water and Wastewater Treatment Technology, Elsevier, The Netherlands, pp. 217-226(2001). 

  18. 환경부, 경상남도 이룡지구 강변여과수 시범개발 조사 사업보고서(1998). 

  19. 김대영, 문진영, 백진욱, 황용우, "황 충진 MBR을 이용한 도금폐수의 고효율 생물학적 질소 제거," 상하수도학회지, 19(2), 200-208(2005). 

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