황 탈질조 유입수질은 회분식 실험을 통한 질산화된 유출수를 사용하였으며, 유입수 주입방향에 따라 상향류와 하향류식으로 운전하여 주입방식에 따른 탈질효율 성능을 평가하였다. 또한, 탈질효율 평가에 따라 선정된 주입방식의 최적 운전조건을 산출하기 위해 EBCT(Empty bed contact time) 변화와 유입 질소농도를 증가시켜 유입부하 증가에 따른 질소 제거효율을 평가하였다. 유입방식 변화에 따른 황 탈질조의 탈질효율 평가결과, 상향류 방식이 탈리된 미생물과 유출 고형물의 재침전으로 인하여 하향류 방식보다 유출 유기물 농도가 낮은 것으로 조사되었다. 또한, 상향류 방식에서 T-N 제거 효율은 73.3~90.2%로 하향류 방식보다 약 10.0% 이상 높은 것으로 조사되어 질소제거 측면에서도 상향류 방식이 유리한 것으로 판단된다. EBCT 변화에 따른 질소제거 효율 검토결과, 1hr에서는 47.4%, 3hr에서는 88.1%, 5hr에서는 90.5%로 조사되어, 황 탈질 공정의 최적 EBCT는 3hr로 판단된다. 법 규정과 부하율에 따른 총질소 제거효율을 검토한 결과, T-N 법적 방류수질 20mg/L를 을 안정적으로 유지하기 위해서는 황 탈질조의 유입 T-N 부하율은 $0.443kgT-N/m^3{\cdot}day$ 이하로 유지하여야 한다.
황 탈질조 유입수질은 회분식 실험을 통한 질산화된 유출수를 사용하였으며, 유입수 주입방향에 따라 상향류와 하향류식으로 운전하여 주입방식에 따른 탈질효율 성능을 평가하였다. 또한, 탈질효율 평가에 따라 선정된 주입방식의 최적 운전조건을 산출하기 위해 EBCT(Empty bed contact time) 변화와 유입 질소농도를 증가시켜 유입부하 증가에 따른 질소 제거효율을 평가하였다. 유입방식 변화에 따른 황 탈질조의 탈질효율 평가결과, 상향류 방식이 탈리된 미생물과 유출 고형물의 재침전으로 인하여 하향류 방식보다 유출 유기물 농도가 낮은 것으로 조사되었다. 또한, 상향류 방식에서 T-N 제거 효율은 73.3~90.2%로 하향류 방식보다 약 10.0% 이상 높은 것으로 조사되어 질소제거 측면에서도 상향류 방식이 유리한 것으로 판단된다. EBCT 변화에 따른 질소제거 효율 검토결과, 1hr에서는 47.4%, 3hr에서는 88.1%, 5hr에서는 90.5%로 조사되어, 황 탈질 공정의 최적 EBCT는 3hr로 판단된다. 법 규정과 부하율에 따른 총질소 제거효율을 검토한 결과, T-N 법적 방류수질 20mg/L를 을 안정적으로 유지하기 위해서는 황 탈질조의 유입 T-N 부하율은 $0.443kgT-N/m^3{\cdot}day$ 이하로 유지하여야 한다.
This study examined the influent of a sulfur denitrification reactor using nitrified effluent from a batch type reactor. The denitrification efficiency was compared according to the injection type. The nitrogen removal effects were compared with the changes in the EBCT and nitrogen concentration of ...
This study examined the influent of a sulfur denitrification reactor using nitrified effluent from a batch type reactor. The denitrification efficiency was compared according to the injection type. The nitrogen removal effects were compared with the changes in the EBCT and nitrogen concentration of the influent to determine the optimal operation conditions with the selected injection type. A denitrification efficiency evaluation of a reactor according to the change in injection type and up-flow was performed using a lower organic concentration of the effluent than the down-flow because of the re-precipitation of desorbed microbes and spilled solids. In the up-flow type, organics were controlled by the low concentration than the down-flow type because of solid re-precipitation. The T-N removal efficiency of the up-flow type was 73.3~90.2%, which was more that 10% higher that down-flow type. This means that the up-flow type has a great advantage in removing T-N and organics. The T-N removal efficiency by EBCT at 1hr was 47.3%, and was 88.1% and 90.5% by EBCT 3hr and 5hr, respectively. Therefore, the optimal operation conditions to remove nitrogen was considered to be EBCT for 3hr. After careful consideration of rule of law and T-N removal effects, the T-N load factor in the reactor should remain below $0.443kgT-N/m^3{\cdot}day$ to maintain the legal total nitrogen concentration for discharge, which is 20mg/L.
This study examined the influent of a sulfur denitrification reactor using nitrified effluent from a batch type reactor. The denitrification efficiency was compared according to the injection type. The nitrogen removal effects were compared with the changes in the EBCT and nitrogen concentration of the influent to determine the optimal operation conditions with the selected injection type. A denitrification efficiency evaluation of a reactor according to the change in injection type and up-flow was performed using a lower organic concentration of the effluent than the down-flow because of the re-precipitation of desorbed microbes and spilled solids. In the up-flow type, organics were controlled by the low concentration than the down-flow type because of solid re-precipitation. The T-N removal efficiency of the up-flow type was 73.3~90.2%, which was more that 10% higher that down-flow type. This means that the up-flow type has a great advantage in removing T-N and organics. The T-N removal efficiency by EBCT at 1hr was 47.3%, and was 88.1% and 90.5% by EBCT 3hr and 5hr, respectively. Therefore, the optimal operation conditions to remove nitrogen was considered to be EBCT for 3hr. After careful consideration of rule of law and T-N removal effects, the T-N load factor in the reactor should remain below $0.443kgT-N/m^3{\cdot}day$ to maintain the legal total nitrogen concentration for discharge, which is 20mg/L.
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문제 정의
본 연구는 유입방식 변화에 따른 황 탈질 공정의 질소 제거 효율을 검토함으로서, 황 탈질 공정의 최적 운전조건을 제시하고자 수행되었다.
본 절에서는 3.1의 결과를 근거로 하여 상향류 운전 방식에서 최적 운전 조건을 산출하기 위하여 공탑 체류 시간(Empty Bed Contact Time : EBCT) 변화에 따른 황탈질 공정의 실험을 수행하였다. 운전기간 동안 유입 T-N 농도는 10.
본 절에서는 유입질소 농도 변화에 따른 황 탈질 공정의 성능을 평가하고자 수행되었다.
제안 방법
본 연구에서는 황 탈질조의 식종을 하지 않고 자연적으로 황 탈질 미생물의 증식을 약 4주에 걸쳐 유도하였다.
따라서 초기 황 탈질 여재의 충전으로 인한 여과 및 부착에 대한 영향을 최소화 하였다. 또한 황 탈질 미생물 및 부유물질의 과다 부착으로 인해 유출수의 부유물질 농도가 급격히 높아질 경우 역세공정(back washing)을 수행하였다. 역세 공정은 Blower를 이용해 공기를 1분간 주입하여 여재 공극 사이의 질소가스 제거와 미생물 탈리를 유도한 후, 주입 공기를 50% 감소시켜 3.
황 탈질 공정의 운전 방식을 상·하향류로 설정하여 유출수의 농도 변화를 조사하였으며, 황 탈질 공정의 역세는 하수도법의 공공하수처리시설 방류수 수질기준[10]항목 중 SS 농도가 10mg/L를 초과하는 경우 수행하였다. 반응조 운전 기간은 총 81일간 연속 유입으로 운전하여 황 탈질공정의 성능을 파악하였다.
2은 실험실 설치사진을 제시하였다. 상향류 하부의 유입 부분은 콘 모양으로 꺽인 관으로 수직적으로 유입시킴으로써 편류 현상을 방지하였고, 하향류는 유출관의 높이를 조절하여 반응기 내부로 공기 유입 방지 및 수위를 조절하였다. 내부에 충전된 황과 석회석은 3:1(v/v)로 총 2L를 충전하였으며, 황 여재는 2.
실험기간 내 황 탈질조 유입수의 T-N은 10.17∼ 25.68mg/L, NO3-N는 4.061∼18.778mg/L으로 조사되었는데, 본 연구에서는 유입수에 KNO3를 첨가하여 유입수 T-N 농도를 9.98∼98.37mg/L로 증가시켰으며, 이에 따라 NO3-N 농도는 4.061∼74.820mg/L로 증가하였다.
역세 공정 후 2∼3일간의 안정화 과정을 거친 후 실험을 수행하였다.
또한 황 탈질 미생물 및 부유물질의 과다 부착으로 인해 유출수의 부유물질 농도가 급격히 높아질 경우 역세공정(back washing)을 수행하였다. 역세 공정은 Blower를 이용해 공기를 1분간 주입하여 여재 공극 사이의 질소가스 제거와 미생물 탈리를 유도한 후, 주입 공기를 50% 감소시켜 3.5L/min의 역세수와 함께 주입하여 충전된 여재의 공극 막힘 현상을 해결하였다. 역세 공정 후 2∼3일간의 안정화 과정을 거친 후 실험을 수행하였다.
황 탈질 공정의 성능을 검토하고자, Fig. 1에 제시한 바와 같이, 유입수 주입방식을 상향류와 하향류로 달리하여 운전 하였으며, Fig. 2은 실험실 설치사진을 제시하였다. 상향류 하부의 유입 부분은 콘 모양으로 꺽인 관으로 수직적으로 유입시킴으로써 편류 현상을 방지하였고, 하향류는 유출관의 높이를 조절하여 반응기 내부로 공기 유입 방지 및 수위를 조절하였다.
황 탈질 공정의 운전 방식을 상·하향류로 설정하여 유출수의 농도 변화를 조사하였으며, 황 탈질 공정의 역세는 하수도법의 공공하수처리시설 방류수 수질기준[10]항목 중 SS 농도가 10mg/L를 초과하는 경우 수행하였다.
대상 데이터
내부에 충전된 황과 석회석은 3:1(v/v)로 총 2L를 충전하였으며, 황 여재는 2.8 ∼5.8mm, 석회석은 2∼5mm의 크기를 사용하였다[9].
본 연구에서는 황 탈질조의 식종을 하지 않고 자연적으로 황 탈질 미생물의 증식을 약 4주에 걸쳐 유도하였다. 본 실험은 황 탈질 미생물이 황 여재에 부착한 것을 육안으로 확인 후 실험을 수행 하였다. 따라서 초기 황 탈질 여재의 충전으로 인한 여과 및 부착에 대한 영향을 최소화 하였다.
황 탈질 공정은 생물학적 공정에서 유기물 제거 후 유출수의 질산성 질소 제거를 위한 후속 공정이다. 본 실험의 유입수는 S시 하수종말처리시설의 유입 하수를 회분식 실험을 통하여 유기물 제거 후 질산화 공정을 거친 유출수를 사용하였다. 24hr 동안의 회분식 실험 결과, 최종 BOD 농도는 4.
성능/효과
1. 유체흐름 특성상, 상향류 방식이 황 여재에서 탈리된 미생물의 재침전으로 하향류 방식보다 유출 유기물 농도가 적은 것으로 조사되어, 유기물 감소 측면에서 상향류 주입방식이 유리한 것으로 판단된다.
2. 유입방식에 따른 질소제거효율 조사결과, 상향류 방식의 T-N 제거율은 73.3∼90.2%, 하향류는 61.1∼75.3%로, 상향류 운전방식이 10.0% 이상 높은 질소 제거효율을 나타냈다.
본 실험의 유입수는 S시 하수종말처리시설의 유입 하수를 회분식 실험을 통하여 유기물 제거 후 질산화 공정을 거친 유출수를 사용하였다. 24hr 동안의 회분식 실험 결과, 최종 BOD 농도는 4.7mg/L로 93.9%의 제거율 보였으며, NH3-N는 0.172mg/L, NO3-N의 최종 농도는 17.9mg/L 로 조사되었다.
3. 상향류식 방식에서 EBCT 변화에 따른 질소제거 효율 검토결과, 1hr에서는 47.4%, 3hr에서는 88.1%, 5hr에서는 90.5%로 조사되었다. 실험결과, EBCT 3hr 이상에서는 대부분의 질소가 제거되는 것으로 조사되어, 황 탈질 공정의 최적 EBCT는 3hr로 판단된다.
4. 법 규정과 부하율에 따른 총 질소 제거효율을 검토한 결과, T-N 법적 방류수질 20mg/L를 을 안정적으로 유지하기 위해서는 황 탈질조의 유입 T-N 부하율은 0.443kgT-N/㎥·day 이하로 유지하여야 한다.
EBCT 3hr 이상에서는 탈질효율이 증가하는 것으로 조사되었는데, 3∼5hr 에서의 탈질효율의 증가율이 미미한 것으로 조사되어, 상향류 운전방식 황 탈질조의 최적 EBCT는 3hr로 판단된다.
NO3-N 농도는 0.026∼ 0.396gNO 3-N/m3 · day에서 유출 NO3-N은 0.387∼ 10.974mg/L 였으나, 0.407∼0.479kgNO3-N/m3 ·day에서는 유출농도는 11.756∼26.386mg/L로 증가하는 것으로 조사되어, 유입 질소부하 증가에 따라 제거효율은 감소하는 것으로 조사되었다.
다양한 EBCT에 따른 상향류 운전 방식의 유출수 농도를 분석한 결과, EBCT 1hr에서는 짧은 체류시간으로 인해 황 탈질이 이루어지기 위한 황 여재와 유입수의 접촉시간 부족으로 제거효율이 낮게 나타났다. EBCT 3hr 이상에서는 탈질효율이 증가하는 것으로 조사되었는데, 3∼5hr 에서의 탈질효율의 증가율이 미미한 것으로 조사되어, 상향류 운전방식 황 탈질조의 최적 EBCT는 3hr로 판단된다.
68mg/L로 조사되었다. 또한 EBCT에 따른 평균 제거율은 각각 47.4%, 88.1%, 90.5%로 조사되어 EBCT가 증가에 따라 제거효율 또한 증가하였다.
또한 탈질과 관계된 NO3-N의 제거효율은 상향류 는 주기당 평균 69.3∼ 91.6%, 하향류는 63.5∼72.9%로, 상향류 방식이 탈질효율이 우수하였다.
5%로 조사되었다. 실험결과, EBCT 3hr 이상에서는 대부분의 질소가 제거되는 것으로 조사되어, 황 탈질 공정의 최적 EBCT는 3hr로 판단된다.
유입 T-N 부하율이 0.064 ∼0.312kgT-N/m3 ·day에서의 유출수 T-N 농도는 0.61∼ 9.44mg/L로 조사되었으나, 0.373∼0.630kgT-N/m3 ·day에서는 유출수 농도가 9.97∼37.21mg/L로 증가하는 것으로 조사되었다.
유입 질소 부하 증가에 따른 제거효율을 검토한 결과, 0.026∼0.396kg NO3-N/ m3 ·day 범위에서는 질소 제거율이 79.2∼88.6%로 조사되었으나, 그 이상의 질소부하에서는 71.7%이하로 감소되는 것으로 조사되었다.
유입방식에 따른 T-N 제거율 검토한 결과, 유입 T-N 은 10.0∼27.6mg/L 였으며 상향류 유출은 0.61∼ 13.27mg/L로, 하향류 방식은 1.88∼19.39 mg/L로, 상향류 주입방식이 성능이 우수한 것으로 조사되었다.
유입방식에 따른 성능평가 결과, 상향류 방식의 주기당 평균 T-N 제거율은 73.3∼90.2%, 하향류 방식의 평균 제거율은 61.1∼75.3%로, 상향류 운전방식이 10.0% 이상 높은 제거율을 나타냈다.
유입수 주입방식에 따른 유기물 제거효율 분석결과, 상·하향류 주입방식 모두 유출 농도가 증가한 것으로 조사되었다.
유입수 주입방식에 따른 질소제거공정에서, 운전 초기 탈질이 원활하지 않아 유출수 T-N 농도가 높게 나타났으나, 운전기간이 길어질수록 질소제거가 이루어지는 것으로 조사되었다.
유입수의 NO3-N 농도는 4.061∼18.778mg/L 였으며 EBCT에 따른 유출농도는 1hr는 1.125∼7.302mg/L, 2hr는 0.387∼2.086mg/L, 5hr에서는 0.016∼1.214mg/L로 조사되었으며, EBCT에 따른 평균 제거효율은 57.5%, 88.7%, 95.4%로 조사되어 T-N의 경우와 마찬가지로 EBCT가 증가할 수록 제거효율이 높아졌다.
주입방식에 따른 유기물 제거효율을 검토한 결과, 상향류 방식의 유출수가 하향류 방식보다 유출 유기물 농도가 낮은 것으로 조사되었다. 이러한 이유는 유체특성에 기인한 것으로 판단할 수 있는데, 상향류 방식은 탈리된 미생물이 반응조 내에서 재침전이 발생하기 때문에 하향류 방식보다 유출수질에 미치는 영향이 적기 때문으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
황 탈질 공정은 무엇인가?
독립영향 탈질공정에서 가장 대표적인 공정으로 황탈질 공정(Sulfur denitrification)을 들 수 있는데, 황 탈질 공정은 전자수용체인 질산성 질소(NO3-N)를 이용하여 황 화합물(S2-, S0 , S2O32-)을 황산염이온(SO42-)으로 산화시킴으로써 질소를 제거할 수 있는 공정이다[8]. 그러나 탈질시 수소이온(H+)이 생성되어 알칼리도 소모에 따른 pH 저하로 질소 제거효율에 영향을 미치기 때문에 황 탈질 공정에는 적정 알칼리도를 유지하는 것이 매우 중요하다[4,8].
상향류 방식 유출수의 유출 유기물 농도가 하향류 방식보다 낮은 이유는?
주입방식에 따른 유기물 제거효율을 검토한 결과, 상향류 방식의 유출수가 하향류 방식보다 유출 유기물 농도가 낮은 것으로 조사되었다. 이러한 이유는 유체특성에 기인한 것으로 판단할 수 있는데, 상향류 방식은 탈리된 미생물이 반응조 내에서 재침전이 발생하기 때문에 하향류 방식보다 유출수질에 미치는 영향이 적기 때문으로 판단된다. 또한 일부 용출된 충진 여재 역시 상향류의 경우 재침전이 발생하나, 하향류의 경우 유출수에 포함되기 때문에 유출 수질농도에 영향을 미치기 때문으로 판단된다. Fig.
탈질 시 수소이온 생성은 어떤 영향을 주는가?
독립영향 탈질공정에서 가장 대표적인 공정으로 황탈질 공정(Sulfur denitrification)을 들 수 있는데, 황 탈질 공정은 전자수용체인 질산성 질소(NO3-N)를 이용하여 황 화합물(S2-, S0 , S2O32-)을 황산염이온(SO42-)으로 산화시킴으로써 질소를 제거할 수 있는 공정이다[8]. 그러나 탈질시 수소이온(H+)이 생성되어 알칼리도 소모에 따른 pH 저하로 질소 제거효율에 영향을 미치기 때문에 황 탈질 공정에는 적정 알칼리도를 유지하는 것이 매우 중요하다[4,8]. 일반적으로 황 탈질 공정에서 유입수의 주입은 상향류 방식과 하향류 방식으로 구분할 수 있는데, 최근까지 실제 처리시설에서는 하향류 방식이 많이 적용되었으며, 점차 상향류 방식으로 전환되고 있다.
참고문헌 (11)
Y.H. Kim, K.C. Chae, S.K. Yim, Y.M. Lee, W.K. Bae, "Evaluation of Design and Operation Parameters for a Spherical Sulfur Denitrification Reactor Treating High Strength Municipal Wastewater", J. of Kor. Soc. Environ. Eng., 35(10), pp. 1087-1093, 2010.
Yoo. S. J., "A study on the removal of nitrogen and phosphorus in the recyclr water from waste water treatment system sulfur by denitrification", Department of environmental engineering the graduate school, Hanseo University of korea. pp. 1-3, pp. 40-43, 2012.
Park. N. Y., "Nitrogen and Phosphorous Removal in an Anoxic-Anaerobic-Aerobic BNR Process", Department of civil and environmental engineering the graduate school Yonsei University of korea, pp. 2-4, 2004.
Kim. M. S., "Denitrification of sulfur utilizing bacteria for the treatment of wastewaters with low C/N ratio", Department of environmental engineering graduate school, Industry Chonnam National University, pp. 1-2, 2002.
Kurt. M., Dunn, I. J., and Bourne, J. R., "Biological denitrification of drinking water using autotrophic organics with $H_2$ in a fluidized bed biofilm reactor", Biotechnol Bioeng., 29, pp. 493-501, 1987. DOI: http://dx.doi.org/10.1002/bit.260290414
Brian, A. T., Lenly, J. W. and Alvarez, J. J., "Fe(0)-Supported autotrophic denitrification", Environ. Sci. Technol., 32, pp. 634-639, 1998. DOI: http://dx.doi.org/10.1021/es9707769
Charles, T. D. and James, J. B., "The use of sulfur and sulfide in packed bed reactors for autotrophic denitrification", J. WPCF., March, pp. 569-577, 1978.
Shin. B. S., "A Study on Nitrate Removal from Municipal Sewage Using Sulfur-Utilizing Autotrophic Denitrification", Department of environmental engineering the graduate school, Inha University of korea, pp. 6-9, pp. 24-27, pp. 48-52, 2002.
Koenig, A. and Liu, L. H., "autotrophic denitrification of landfill leachate using elemental sulfur", Wat. Sci. Tech., 34(5-6), pp. 469-476, 1996. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/0273-1223(96)00680-4
The National Law Information Center(http://www. law.go.kr)
R Yamamoto-Ikemoto, T Komori, M Nomuri, Y Ide & T Matsukami., "Nitrogen removal from hydrophnic culture wastewater by autotrophic denitrification using thiosulfate", Wat. Sci. Tech., 42(3-4), pp. 369-376, 2000.
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