초록 ▼

단축질소제거 관련 기초연구들을 통하여 생물막을 이용한 단축질소제거 실용공정을 세계최초로 개발하는 것이며, 소주제별로 처리효율이 높은 단축질소제거공정과 운전기술개발, 생물막
내 아질산 산화균의 성장 및 저해 예측 및 모델개발, biosorption을 이용한 아질산 탈질 방안강구, 단축질소제거 공정에서의 N$2_O$ 가스의 발생정도의 측정과 저감방안을 목표로 삼는다.
연구는 4개 주제로 나뉘어 1주제를 중심으로 2주제의 생물막 질산화 기초연구, 3주제의 공정 개선을 위한 탈질 기초연구, 4주제의 환경 가스

단축질소제거 관련 기초연구들을 통하여 생물막을 이용한 단축질소제거 실용공정을 세계최초로 개발하는 것이며, 소주제별로 처리효율이 높은 단축질소제거공정과 운전기술개발, 생물막
내 아질산 산화균의 성장 및 저해 예측 및 모델개발, biosorption을 이용한 아질산 탈질 방안강구, 단축질소제거 공정에서의 N$2_O$ 가스의 발생정도의 측정과 저감방안을 목표로 삼는다.
연구는 4개 주제로 나뉘어 1주제를 중심으로 2주제의 생물막 질산화 기초연구, 3주제의 공정 개선을 위한 탈질 기초연구, 4주제의 환경 가스(N$2_O$) 관측을 통한 공정의 안정성 등이 연구
되었다.
- 1주제(효율 증대를 위한 공정 개선 연구) : 기존에 운전되던 연속식 단축질소제거 공정의 조내 N$H_4^{+}$ 농도 저하 실험과 3주제의 후속처리 실험을 통하여 최적화를 시도하였고
단축질소제거공정에 적합한 반응기 형식을 찾고자 두가지 반응기 형태에 대한 실험들을 수행하였으며, 이들 두 형태의 공정들의 실폐수 적용여부를 검토하였다.
- 2주제(생물막 내에서의 질소제거 동력학 및 모델 연구) : 질산화 미생물의 반응 동력학 모델과 이를 적용한 질산화 생물막 모델을 개발하고자 하였다. 제시된 모델들을 실험적으
로 검증하고자 하였으며 단축질소제거 공정의 운전인자를 찾기 위한 모사를 수행하였다.
- 3주제(아질산 탈질 연구) : 처음 2개년 동안 유출수로 배출되는 비교적 고농도의 N$O_2$을 biosorption(과잉유기물 섭취) 현상을 이용하여 효과적으로 탈질 시키는 기초 연구를
수행하였다. 이후 3차년에는 1주제에 포함하여 후처리 공정으로써 실폐수 적용실험이 수
행되었다.
- 4주제(N$2_O$ 발생 억제에 관한 연구) : 공정내의 N$2_O$를 측정하기 위한 측정 기법을 확립하여 단축질소제거공정과 일반공정들의 N$2_O$ 발생 경향을 파악하였으며 FISH 관측을 통
하여 단축질소제거공정 반응기들의 미생물상을 조사하였다.
3년간 연구된 4개의 소주제를 통하여 생물막을 이용한 단축질소제거 실용공정을 개발하였다.
- 1주제 : 연속식 단축질소제거공정(SBNR)의 최적화를 통하여 조내 방류수 N${H_4}^5$+ 농도를 약 10~50 mg/L까지 낮추는데 성공하였고 후속처리 공정으로 3주제의 SBR 반응기를 적
용하여 유출수의 농도를 배출허용기준이하로 저감할 수 있었다. 또한 단일 반응조(SBR) 로도 단축질소제거를 달성할 수 있었으며 이때의 유출수 N${H_4}^5$
+농도는 거의 10 mg/L 이하로 저하하였다. 또한 최적 운전 조건이 실험과 2주제에서 제안한 모델 결과로부터 제시
되었다. 이들 두 반응조는 실폐수 적용실험에서도 단축질소제거를 원활히 수행할 수 있
었다.
- 2주제 : 단축질소제거 공정을 이해하기 위해 필수적인 질산화 미생물에 대한 FA/FNA 저 해 및 DO 제한을 표현할 수 있는 반응 모델을 개발하였으며, 이를 적용한 질산화 생물막
모델과 SBR 모델도 또한 개발하였다. 모델들은 모두 실험적으로 검증되었으며 이를 통하 여 연속식 및 연속회분식의 단축질소제거 공정의 운전인자를 찾았고 모델들의 모사과정을
통하여 운전조건을 제시할 수 있었다.
- 3주제 : Biosorption을 이용한 탈질시 기질 종류, 미생물상태, 저장 기질에 따른 변화양 상을 확인하였으며 SBNR의 후속공정으로 이용할 수 있었다.
- 4주제 : N$2_O$ 측정을 위하여 head space법이 확립되었고 C/N비, 유입N${H_4}^5$ + 농도, HRT의 변화시 단축질소제거공정 및 일반 공정 내에서 발생하는 N$2_O$를 비교하였으며, 단축질소 제거공정 내에서의 저감방안이 제시되었다.

Abstract ▼

This research was to develop, a practical shortcut biological nitrogen removal (SBNR) process using biofilm through fundamental studies related to SBNR. The specific
objectives were : To develop a SBNR process and its operational technology, through; to estimate growth
of nitrite oxidizers and

This research was to develop, a practical shortcut biological nitrogen removal (SBNR) process using biofilm through fundamental studies related to SBNR. The specific
objectives were : To develop a SBNR process and its operational technology, through; to estimate growth
of nitrite oxidizers and inhibition within biofilm, and to develop modeling ; to study denitrification of nitrite using biosorption; and finally to measure and reduce the amount
of N$2_O$ gas generated from the SBNR process.
This research could be divided into four themes, Theme 1 constituted the main frame of the research, while the other Themes were to support Theme 1. The theme 2 was a modeling, the theme 3 was also the basic study of denitrification for the development of
the SBNR process and the theme 4 is related with the safety of the process.
- Theme 1 (Optimal process and its operation): Theme 1 was carried out to improve the efficiency of the SBNR process and its optimization with post-treatment process,
utilizing the results obtained from Theme 3. Strong and week points of hybrid reactors were investigated in comparison with suspended growth reactors
- Theme 2 (Model development for growth and distribution of nitrifiers in the biofilm under SBNR conditions): Biofilm models were developed by incorporating
kinetics of nitrifiers, inhibition and limitation.
- Theme 3 (Enhancement of biosorption capacity): SBR was selected as a promising process for utilizing biosorption from the 1st and 2nd year results. Investigation was
carried out to improve the efficiency of denitrification by using the biosorption phenomenon.
- Theme 4 (Quantification and reduction of N$2_O$-gas generation): Techniques of N$2_O$-gas measurement were established and the N$2_O$-gas production was investigated
in the SBNR process.
Effective SBNR process and its operational guidelines were successfully developed through fundamental researches.
- Theme 1 : The N${H_4}^5$+ concentration in the SBNR reactor could be reduced approximately 10~50 mg/L through optimization. A polishing reactor of sequencing
batch type further reduced the ammonium concentration to 10 mg/L. As on alternative SBNR process, a short-cut SBR process with and without biofilm, was developed.
Nitrite accumulation ratio (N$O_2$ -/NOX-) was over 95$\percnt$ and the effluent N${H_4}^5$+
concentration was less than 10mg/L. This SBR reactor successfully treated real
wastewater.
- Theme 2 : To express kinetics of nitrifiers under pH variation, reaction models were developed. Also, models for continuous and sequencing batch type of SBNR processes
were developed. From the modelling results, optimal N$O_2$
- accumulation conditions were proposed.
- Theme 3 : Biosorption of organic matter followed the Frendlich isotherm and was affected by water temperature. Endogenous denitrification was accomplished by two
different electron donor sources supplied from biosorption and self-oxidation. Post-denitrification utilizing biosorption was successful.
- Theme 4 : In a SBNR process, most N$2_O$ was generated from nitrification which was very different from the conventional BNR process in which N$2_O$ was generated from
denitirification. The mechanism and mitigation of N$2_O$ generation were investigated.

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문...3
• Ⅰ) 국문요약문...3
• Ⅱ. 연구결과 요약문...4
• Ⅰ) 국문요약문 ...4
• Ⅱ) 영문요약문...5
• Ⅲ. 연구내용...6
• Ⅰ) 서론 ...6
• Ⅱ) 주제별 연구 성과...10
• 제 1주제 : 단축질소제거공정의 처리효율 증대 및 처리시간 단축을 위한 공정개선 연구...10
• 1.1 서론...10
• 1.2 연구방법 및 이론 ...11
• 1.3 결과 및 고찰 ...20
• 1.4 인용 문헌 ...36
• 제 2주제 : 생물막 내부에서의 질산화 미생물의 성장 및 분포에 관한 동력학 및 모델 연구...44
• 2.1 서론 ...44
• 2.2 연구방법 및 이론...45
• 2.3 결과 및 고찰 ...66
• 2.4 인용 문헌 ...95
• 제 3주제 : Biosorption을 이용한 탈질효율의 안정화 연구...99
• 3.1 서론 ...99
• 3.2 연구방법 및 이론 ...100
• 3.3 결과 및 고찰 ...104
• 3.4 인용 문헌 ...118
• 제 4주제 : 단축질소 제거시 N$2_O$ gas 발생원과 발생량 평가...121
• 4.1 서론 ...121
• 4.2 연구방법 및 이론...122
• 4.3 결과 및 고찰 ...124
• 4.4 인용 문헌 ...136
• Ⅲ) 최종 결론 ...140