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[국내논문] 고율 혐기성 공정과 아질산-아탈질을 연계한 수산물가공폐수의 질소제거
Removal of Nitrogen in Seafood Processing Wastewater Using High-rate Anaerobic Process and Nitritation-denitritation 원문보기

韓國環境保健學會誌 = Journal of environmental health sciences, v.37 no.4, 2011년, pp.315 - 322  

최용범 (강원대학교 환경공학과) ,  강동구 (강원대학교 환경공학과) ,  박상성 (강원대학교 환경공학과) ,  엄기현 ((주)거화) ,  임재명 (강원대학교 환경공학과) ,  권재혁 (강원대학교 환경공학과)

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Objectives: Organic matter and nitrogen were removed using the EGSB process, a high-rate anaerobic process, in combination with a nitritation-denitritation process, in order to ensure the stable treatment of seafood processing wastewater. Methods: The upflow velocity of an EGGS reactor was operated ...

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문제 정의

  • 5 m/hr)으로 침전성이 큰 오염물질이 유입되면 반응조 하부 슬러지층에 오염물질이 축적되어 운전효율을 감소시키는 단점이 있다.4) 본 연구에서는 UASB 공정에 비하여 높은 상향유속(10 m/hr)을 유도하여 유동상 개념을 도입시킨 ESGB(Expended granular sludge bed) 공법을 수산물 가공폐수의 유기물 제거에 적용하고자 한다. ESGB 공정은 반응조내의 sludge bed층의 확장을 유도하여 유기물과 미생물간의 접촉시간을 증가시켜 높은 유기물 제거효율을 기대할 수 있다.
  • 본 연구는 수산물 가공폐수의 안정적인 처리를 위하여 고율 혐기성 공정과 아질산-아탈질 공정을 연계하여 수산물 가공폐수의 안정적인 처리방안에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구에 적용된 처리 공법은 불규칙한 폐수발생으로 연중 안정적인 미생물을 유지하기 어려운 재래식 처리공법을 대체할 수 있는 고율 혐기성 공정을 이용하여 효과적인 유기물 제거를 유도하고, 미처리된 유기물과 질소는 아질산-아탈질 공정을 적용함으로서 소규모 업체가 대부분인 수산물 가공업체의 경제적인 폐수처리방안을 제시하고자 하였다.
  • 본 연구는 수산물 가공폐수의 안정적인 처리를 위하여 고율 혐기성 공정과 아질산-아탈질 공정을 연계하여 수산물 가공폐수의 안정적인 처리방안에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구에 적용된 처리 공법은 불규칙한 폐수발생으로 연중 안정적인 미생물을 유지하기 어려운 재래식 처리공법을 대체할 수 있는 고율 혐기성 공정을 이용하여 효과적인 유기물 제거를 유도하고, 미처리된 유기물과 질소는 아질산-아탈질 공정을 적용함으로서 소규모 업체가 대부분인 수산물 가공업체의 경제적인 폐수처리방안을 제시하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 운전기간동안 항온수조를 이용하여 35±1℃를 유지하여 반응온도에 의한 영향과 유입폐수 농도(TCODcr 3,856~4,685 mg/l)에 의한 biogas 영향은 미미할 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서 biogas 발생량의 주요영향인자는 체류시간으로 판단되는바, 본 연구에서는 유입부하에 따른 biogas의 발생량을 산정하였다. Biogas 산정과정에서 온도와 수증기의 영향을 보정하기 위하여 Jewell 등12)이 제시한 35℃의 가스량을 0℃로 환산하는 dry biogas factor(0.
  • EGSB 공정의 유출수는 후속공정인 아질산-아탈질공정으로 유입되는데 본 절에서는 아질산-아탈질 공정에서의 유기물 제거 특성에 대하여 조사하였다. 아질산-아탈질 공정의 운전은 약 30일 간의 순응기간을 거친 후 약 10개월 동안 운전되었으며, 반응조 체류시간은 18~24 hr 범위에서 수행되었다.
  • 본 연구에서는 수산물가공 폐수내 고농도 질소제거를 위하여 EGSB 공정의 후단에 아질산-아탈질 공정을 적용하여 질소를 제거하고자 하였다. 질소제거 공정의 흐름을 살펴보면, EGSB 공정의 유출수는 아질산-아탈질 공정으로 유입되는데, 호기성조에서 아질산화를 유도하고 아질산화된 유출수를 무산소조로 반송함으로서 아탈질을 유도하였다.
  • 10은 운전기간동안 알카리도 변화 경향에 대하여 제시하였다. 본 연구에서는 아질산-아탈질 공정의 유입원수 알카리도가 1,000~1,800 mg/l로 측정되어, 질산화 과정에서 알칼리도 부족으로 인해 pH가 급속히 저하되는 것을 방지하기 위하여 유입 알칼리도를 평균 3,100 mg/l 내외로 조절하여 주입하였다. 질산화과정에서 소모되는 알카리도는 평균 7.
  • 본 연구에서는 질소의 최종 처리를 위하여 아질산화와 질산화된 처리수의 탈질반응을 수행하였다. 탈질반응을 위해서는 무산소조내의 탄소원이 필요한데, 아질산-아탈질 공정의 유입수는 EGSB 공정의 유출수를 적용하였기에 유입 폐수내 탄소원이 부족하였다.

가설 설정

  • 8371 at 35℃)를 이용하여 STP(Standard Temperature 온도 and Pressure, 0℃, 1 atm)의 상태로 산정하였다. 또한 biogas 발생량 및 메탄 생성율 산정에서, 운전기간동안 발생되는 biogas는 EGSB 반응조와 거의 동일한 온도에서 포집되어 측정되었으며, biogas는 수증기로 포화되고 수증기압 하에서 용질환원은 일어나지 않는다고 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
재래식 호기성 처리방법은 무엇을 제거하는데 부적합한가? 또한 염장 및 탈염공정에서 발생하는 염분은 생물학적 처리를 어렵게 하는 주요원인으로 작용하고 있다.1-3) 현재 수산물 가공폐수는 대부분 재래식 호기성 처리방법으로 처리되고 있어 폐수 내 포함된 유기물은 제거할 수 있으나 고농도 질소제거에는 부적합하다. 따라서 강화되는 법적규제를 준수하기 위해서는 유기물 제거뿐 아니라 폐수내 포함된 고농도 질소를 제거할 수 있는 경제적인 고도처리 공정이 수반되어져야 한다.
수산물 가공공정의 자숙, 탈수 과정에서는 무엇이 배출되는가? 수산물 가공공정에서 배출되는 폐수는 세척, 해동, 청소수가 대부분을 차지하나 자숙, 탈수 과정에서는 고농도의 유기물과 질소가 배출된다. 또한 염장 및 탈염공정에서 발생하는 염분은 생물학적 처리를 어렵게 하는 주요원인으로 작용하고 있다.
본 연구에서 수산물 가공폐수의 안정적인 처리를 위해 고율 혐기성 공정인 EGSB 공정과 아질산-아탈질 공정을 연계한 처리결과는? 1. EGSB 공정의 효율 검토결과, HRT 6 hr 이상, 유입부하 17.34 kgCOD/m3/day 이하에서 80% 이상의 유기물(CODcr) 제거효율을 나타내 수산물 가공 폐수의 안정적인 처리를 위한 최적 HRT는 6 hr 이상인 것으로 조사되었으며, 운전기간동안 유기물 부하는 7.830~26.237 kgCOD/m3/day로 고농도의 운전이 가능하였다. 2. 유입부하 7.83~17.37 kgTCOD/m3/day에서 TCODcr 제거에 따른 메탄 발생량은 0.23~0.38 m3CH4/ kgCODrem.으로 STP 상태의 이론적 메탄가스 발생량 0.35 m3CH4/kg TCODrem.과 유사하였으며, biogas내 메탄 함량은 70.1~76.8%로 유입부하 변동에 거의 영향을 받지 않았다. 3. 아질산-아탈질 공정의 유기물 제거효율은 체류시간 변화(18~21 hr)에도 제거효율에 큰 차이가 없었는데, 이는 EGSB 공정에서 분해하기 쉬운 유기물이 거의 제거되었기 때문으로 판단된다. HRT 21~24 hr에서 TKN은 89~95.2%, NH4+-N은 91~98%의 제거율을 보였으며, 질산화 과정에서 소모되는 알카리도는 평균 7.1 gAlk/g NH4+-Nrem.로 조사되었다. 4. NH4+-N 농도에 대한 아질산 전환율은 HRT 24 hr에서 82~87%, HRT 21 hr와 18 hr에서는 각각 72~81%, 64~69%가 전환되는 것으로 조사되어 HRT 감소에 따라 아질산화율 또한 감소하였으며, 전체 NOx-N에 대한 아질산염 비율은 82~96%로 대부분 아질산염 형태인 것으로 조사되었다. 5. 탈질과정에서, SCOD 소모/NOx-N 제거 비는 2.347~2.587의 범위로 평균 2.472로서, 일반적인 NO3-N 탈질시 SCOD 소모/NO3-N 제거비인 3.8~4.5(EPA, 1993)과 비교하여 약 40% 정도의 탄소원이 감소되는 것으로 조사되었다.
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참고문헌 (13)

  1. Choi YB, Kim GY, Kwon JH. Anaerobic/Aerobic biological reaction characteristics of the marine products industry wastewater. J Environ Health Sci. 2008; 34(6): 452-458. 

  2. Choi YB, Kwon JH, Rim JM. Effect of the salt concentration in seafood processing wastewater on the anaerobic ultimate biodegradability and multiple decay rate of organic matter. J Kor Soc Environ Eng. 2010; 32(11): 1038-1045. 

  3. Choi YB, Kwon JH, Rim JM. Effect of salt concentration on the aerobic biodegradability of sea food wastewater. J Kor Soc Environ Eng. 2010; 32(3): 256-263. 

  4. Lee HM, Yang BS. The effect of upflow velocity on operating characteristics in EGSB system. J Kor Soc Environ Eng. 1997; 19(10): 1245-1258. 

  5. Gil KI. Nitritation of anaerobic digester supernatant from sludge processing MWTP. J Kor Soc Wat Qual. 2006; 22(3): 540-545. 

  6. Choi JH, Lee YW, Yun ZH. Removal of concentrated nitrogen from the recycle water by biological nitritation-denitritation. J Kor Soc Environ Eng. 2001; 23(3): 371-381. 

  7. Han JH, Kwon M, Han JH, Yun HZ, Nam HU, Ko JH. Evaluation of operating parameters of reject water treatment system with pilot-scale biofilm nitritation plant at field condition. J Kor Soc Wat Qual. 2007; 23(5): 636-641. 

  8. Moon BH, Yoon CH, Seo GT, Kim SS. Effects of C/N ratio salt concentration on pollutant removal in SBR. J Kor Soc Environ Eng. 2002; 24(2): 251- 260. 

  9. Won CH. Nutrient removal of slurry-type swine wastewater using main processor of UASB reactor, ph D. thesis. Chuncheon: Kangwon National University; 2005. p.125-127. 

  10. EPA, Manual-Nitrogen Control, EPA/625/R-93/010, Washington, D.C., USA; 1993. p.104-109. 

  11. Barnes D, Bliss PJ. Biological control of nitrogen in wastewater treatment, New York: E. & F. N. Spon; 1983. p. 312-315. 

  12. Jewell WJ, Richards BK, Cummings RJ, White TE. Methods for kinetic analysis of methane fermentation in high solids biomass digesters. J Biomass and Bioenergy. 1991; 1(2): 65-73. 

  13. Gil KI, Lee YH, Choi ES, Yun ZH, Ha JS. Nitritation of anaerobic digester supernatant by suspended growth reactor and biofilm reactor. J Kor Soc Environ Eng. 2002; 24(8): 1415-1422. 

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