질소에 의한 수질 오염의 심각성이 부각되면서 하 폐수 내 질소제거를 위한 연구가 수행되고 있다. 특히 아질산화 반응을 기반으로 하는 경제적이며 친환경적인 장점을 지닌 혁신적인 질소 제거 공법에 관한 연구가 주목받고 있다. 하지만 아질산화 반응을 기반으로 하는 공법의 현장 적용성 및 효율화 방안에 관한 연구는 완전히 이루어지고 있지 않은 실정이다. 본 연구에서는 하수처리장 유입 하수, 최초 침전지 상등액, 반류수 그리고 가축분뇨의 특성분석 및 실험실 규모 반응조를 운전하였다. 반류수 및 가축분뇨의 경우 다른 하수에 비해 고농도의 질소를 함유한 것으로 나타나 수처리 계통 질소 부하를 증가시키는 것으로 나타났다. 반응조 운전 결과 낮은 암모니아성 질소의 농도로 인해 유입 하수와 최초 침전지 상등액의 경우에는 아질산화 반응이 유도되지 않음을 확인하였다. 또한 하수 종류 별로 아질산화 반응이 유도되는 체류시간 조건이 차이를 보였는데 이는 유기물 및 암모니아성 질소 농도에 의한 것으로 판단된다. 아질산화 반응이 유도된 하수 중 혐기 소화 상등액이 가장 높은 효율을 보이는 것으로 나타났다.
질소에 의한 수질 오염의 심각성이 부각되면서 하 폐수 내 질소제거를 위한 연구가 수행되고 있다. 특히 아질산화 반응을 기반으로 하는 경제적이며 친환경적인 장점을 지닌 혁신적인 질소 제거 공법에 관한 연구가 주목받고 있다. 하지만 아질산화 반응을 기반으로 하는 공법의 현장 적용성 및 효율화 방안에 관한 연구는 완전히 이루어지고 있지 않은 실정이다. 본 연구에서는 하수처리장 유입 하수, 최초 침전지 상등액, 반류수 그리고 가축분뇨의 특성분석 및 실험실 규모 반응조를 운전하였다. 반류수 및 가축분뇨의 경우 다른 하수에 비해 고농도의 질소를 함유한 것으로 나타나 수처리 계통 질소 부하를 증가시키는 것으로 나타났다. 반응조 운전 결과 낮은 암모니아성 질소의 농도로 인해 유입 하수와 최초 침전지 상등액의 경우에는 아질산화 반응이 유도되지 않음을 확인하였다. 또한 하수 종류 별로 아질산화 반응이 유도되는 체류시간 조건이 차이를 보였는데 이는 유기물 및 암모니아성 질소 농도에 의한 것으로 판단된다. 아질산화 반응이 유도된 하수 중 혐기 소화 상등액이 가장 높은 효율을 보이는 것으로 나타났다.
As the seriousness of water pollution resulted from nitrogen is being magnified, research has been conducted to reduce nitrogen in sewage as well as wastewater. Particularly research on innovative nitrogen removal methods that are based on the reaction of nitritation and are economically feasible an...
As the seriousness of water pollution resulted from nitrogen is being magnified, research has been conducted to reduce nitrogen in sewage as well as wastewater. Particularly research on innovative nitrogen removal methods that are based on the reaction of nitritation and are economically feasible and eco-friendly has been receiving attention. However, research on the applicability and efficiency of the methods based on the reaction of nitritation has not been completely done yet. Accordingly, the current study has analyzed the characteristics of sewage flowing into municipal wastewater treatment plants, primary clarifier supernatant, recycled water, and livestock wastewater and also operated a laboratory-level reactor. The result shows that recycled water and livestock wastewater contain higher-concentration nitrogen than other kinds of sewage, so they increase nitrogen loading in the water treatment line. And the result of operating a reactor shows that because of ammonium nitrogen low concentration, sewage and primary clarifier supernatant do not induce the reaction of nitritation. Also, there exist differences in the conditions of retention time inducing the reaction of nitritation by the types of sewage, and this seems to be attributed to organic compound and ammonium nitrogen concentration. Among the kinds of sewage inducing the reaction of nitritation, anaerobic digester supernatant indicates the highest efficiency.
As the seriousness of water pollution resulted from nitrogen is being magnified, research has been conducted to reduce nitrogen in sewage as well as wastewater. Particularly research on innovative nitrogen removal methods that are based on the reaction of nitritation and are economically feasible and eco-friendly has been receiving attention. However, research on the applicability and efficiency of the methods based on the reaction of nitritation has not been completely done yet. Accordingly, the current study has analyzed the characteristics of sewage flowing into municipal wastewater treatment plants, primary clarifier supernatant, recycled water, and livestock wastewater and also operated a laboratory-level reactor. The result shows that recycled water and livestock wastewater contain higher-concentration nitrogen than other kinds of sewage, so they increase nitrogen loading in the water treatment line. And the result of operating a reactor shows that because of ammonium nitrogen low concentration, sewage and primary clarifier supernatant do not induce the reaction of nitritation. Also, there exist differences in the conditions of retention time inducing the reaction of nitritation by the types of sewage, and this seems to be attributed to organic compound and ammonium nitrogen concentration. Among the kinds of sewage inducing the reaction of nitritation, anaerobic digester supernatant indicates the highest efficiency.
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문제 정의
운전 결과를 바탕으로 아질산화 반응이 적용 가능한 하･폐수를 선정하고, 운전 조건을 도출하고자 하였다. 또한 아질산화 반응의 적용하였을 때, 가장 높은 효율을 기대할 수 있는 대상 하수를 파악하고자 하였다.
본 연구에서는 수처리계통 하수, 반류수 그리고 가축분뇨를 대상으로 실험실 규모 반응조를 운전하였다. 운전 결과를 바탕으로 아질산화 반응이 적용 가능한 하･폐수를 선정하고, 운전 조건을 도출하고자 하였다. 또한 아질산화 반응의 적용하였을 때, 가장 높은 효율을 기대할 수 있는 대상 하수를 파악하고자 하였다.
제안 방법
본 연구에서는 수처리계통 하수, 반류수 그리고 가축분뇨를 대상으로 실험실 규모 반응조를 운전하였다. 운전 결과를 바탕으로 아질산화 반응이 적용 가능한 하･폐수를 선정하고, 운전 조건을 도출하고자 하였다.
3에서는 (a) 유입 하수, (b) 최초침전지 상등액, (c) 농축조 상등액, (d) 혐기 소화 상등액, (e) 탈리여액 그리고 (f) 가축분뇨를 대상으로 안정화가 이루어졌다고 판단된 후약 100일간의 실험실 반응조 운전 결과를 정리하였다. 실험실 규모 반응조 초기 운전을 위해 하수처리장 포기조 시료를 이용하여 seeding 하였으며, HRT를 기준으로 운전구간을 구분하였다. 각 반응조 별 HRT는 운전 초기에는 길게 운전하였으며, 점차 HRT를 줄여가며 반응조를 운전하였다.
대상 데이터
본 연구를 위한 실험실 반응조는 서울시 A하수처리장 유입 하수, 최초침전지 상등액, 농축조 상등액, 탈리여액, 혐기 소화조 상등액 그리고 경기도 B 가축분뇨처리장의 가축분뇨를 대상으로 운전하였다. 상기 언급한 여섯 종류는 대표적인 하수처리장 하･폐수로 각 유입수에 대한 농도 특성은 Table 1을 통해 확인할 수 있다.
이론/모형
실험실 반응조로 유입 전 알칼리도를 측정하여 알칼리도 부족으로 인해 질산화 반응이 영향을 받지 않도록 Na(H)CO3를 이용해 알칼리도를 조절하였다. 실험을 위해 수행된 수질 분석은standard method에 의거하여 분석하였다(APHA, 1998).
성능/효과
1) 수처리 계통 하수인 유입 하수와 최초 침전지 상등액의 암모니아성 질소농도를 비교하였을 때, 1차 침전지 상등액의 암모니아성 질소 농도가 높은 것으로 나타났다.이는 수처리 계통으로 반송되는 반류수의 영향에 의한 것으로 판단되며, 반류수 및 하수처리장으로 연계 처리하는 가축분뇨로 인해 수처리 공정의 질소 부하가 증가하는 것으로 사료된다.
2) 실험실 규모 아질산화 반응조 운전 결과 유입하수와 최초 침전지 상등액의 경우 낮은 암모니아성 질소로nitrobacter에 저해작용을 주지 못하여 아질산화 반응이 유도되지 않은 것으로 나타났다. 반면 농축조 상등액,혐기 소화 상등액, 탈리여액 및 가축분뇨는 안정적인 아질산화 반응이 유도되었으며, 하･폐수 내 함유된 유기물과 암모니아성 질소 농도에 의해 아질산화 반응이 유도되는 HRT는 차이를 보이는 것으로 나타났다.
3) 안정적인 아질산화 반응 유도할 수 있는 슬러지 처리 공정 하수와 가축분뇨의 ARE와 NCE 비교 결과 혐기 소화 상등액에서 가장 높은 효율을 보이는 것으로 나타났다. 따라서 혐기 소화 상등액을 대상으로 아질산화 반응관련 공법을 적용시킬 경우 가장 높은 효율을 기대할 수있을 것이라 판단된다.
3) 안정적인 아질산화 반응 유도할 수 있는 슬러지 처리 공정 하수와 가축분뇨의 ARE와 NCE 비교 결과 혐기 소화 상등액에서 가장 높은 효율을 보이는 것으로 나타났다. 따라서 혐기 소화 상등액을 대상으로 아질산화 반응관련 공법을 적용시킬 경우 가장 높은 효율을 기대할 수있을 것이라 판단된다.
2) 실험실 규모 아질산화 반응조 운전 결과 유입하수와 최초 침전지 상등액의 경우 낮은 암모니아성 질소로nitrobacter에 저해작용을 주지 못하여 아질산화 반응이 유도되지 않은 것으로 나타났다. 반면 농축조 상등액,혐기 소화 상등액, 탈리여액 및 가축분뇨는 안정적인 아질산화 반응이 유도되었으며, 하･폐수 내 함유된 유기물과 암모니아성 질소 농도에 의해 아질산화 반응이 유도되는 HRT는 차이를 보이는 것으로 나타났다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
일반적으로 수중의 질소를 처리하기 위해서는 어떠한 방법이 있는가?
일반적으로 수중의 질소를 처리하기 위해서는 화학적인 방법과 생물학적인 방법이 있는데, 제거 효율 및 경제성 등의 이유로 하수처리장에서는 생물학적 질소 제거 방법을 기반으로 하고 있다. 생물학적 질소 제거는 하･폐수에 산소를 공급하여 수중에 존재하는 암모니아성 질소를 산화시키는 질산화 반응과 추가적인 탄소원 통해 가스 형태의 질소로 환원시키는 탈질 반응을 기본적인 구조를 가지고 있다(Yang et al.
녹조, 적조 현상은 무엇인가?
질소가 수계로 과다 유출되면 부영양화를 유발하는 주요 원인 물질 중 하나로 작용한다. 부영양화가 발생하면, 수계 내 조류가 과다하게 번식하여 색이 녹색이나 갈색으로 변하게 되는데, 흔히 이를 녹조, 적조 현상이라 한다. 이러한 현상이 발생하게 되면, 수생식물의 사멸, 조류 산소소비량 급증, 수계 내 동･식물 폐사 등으로 인해 수계 내 용존산소의 감소를 초래한다.
녹조, 적조 현상이 발생하게 되면 어떤 악영향을 끼치는가?
부영양화가 발생하면, 수계 내 조류가 과다하게 번식하여 색이 녹색이나 갈색으로 변하게 되는데, 흔히 이를 녹조, 적조 현상이라 한다. 이러한 현상이 발생하게 되면, 수생식물의 사멸, 조류 산소소비량 급증, 수계 내 동･식물 폐사 등으로 인해 수계 내 용존산소의 감소를 초래한다. 용존 산소가 감소하게 되면 혐기성 세균이 번식, 악취 발생 및 독성물질이 발생되어 수계의 이용가치가 감소하게 된다. 따라서 부영양화를 방지하기 위해 국내･외적으로 수중에 함유된 주요 부영양화 유발 물질인 질소를 처리하여 안정적인 수질을 확보하고자 많은 노력을 기울이고 있다(Im and Gil, 2011a; Im and Gil, 2013; Li et al.
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