반응시간에 따른 아질산화 반응조 내 질소 화합물 변화

임지열,길경익 한국방재학회 2015 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.14 No.-

본 연구는 A 하수처리장 내 혐기 소화 상징액 그리고 농축조 상징액을 대상으로 반응시간에 따른 질소 화합물 성상 변화에 관한 연구를 수행하였다. 하수처리장에서 질소 처리는 일반적으로 질산화 – 탈질의 생물학적 처리를 기반으로 하고 있다. 세계적으로 친환경·저에너지 형 기술이 주목받음에 따라 기존의 완전질산화 반응과 비교하여 경제적인 아질산화 반응 및 관련 연계 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 아질산화 반응은 SRT 조절에 따른 nitrite oxidizing bacteria(NOB)의 wash-out 또는 free ammonia(FA)에 의한 저해 작용과 같은 인위적인 조작이 없으면, 자연적 안정적으로 유도되기 어려운 반응으로 알려져 있다. 약 300일에 걸친 실험실 규모 아질산화 반응조 운전을 통하여 운전 SRT 별 반응시간에 따라 반응조 내 질소 화합물의 성상 변화를 분석하였다. 안정적인 아질산화 반응이 유도된 구간에서는 암모니아성 질소가 감소함에 따라 아질산성 질소만 증가하는 경향을 보였다. 하지만 완전질산화가 유도된 구간에서는 일정 반응 시간 암모니아성 질소가 감소함에 따라 아질산성 질소와 질산성 질소가 증가하다 일정 시간 이 후 아질산성 질소가 감소하고 질산성 질소가 증가하는 경향을 보였다. 이는 완전 질산화가 유도된 구간에서는 상대적으로 긴 SRT로 인해 반응기 내 아질산성 질소로 전환되었던 질소 화합물이 다시 질산성 질소로 전환되는 것을 확인 할 수 있다. 또한, 아질산성 질소가 질산성 질소로 전환되는 시점을 기준으로 아질산화 반응이 유도 가능한 SRT를 파악 할 수 있을 것으로 판단된다. 실험실 규모 운전 결과를 바탕을 도출된 본 연구의 연구 결과는 실제 하수처리장에 아질산화 반응 도입 시 중요한 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

회전원판법을 적용한 Modified Dephanox 공정의 하수처리특성

강민구(Min Koo Kang),김금용(Keum Yong Kim),류홍덕(Hong Duck Ryu),이상일(Sang Ill Lee) 大韓環境工學會 2010 대한환경공학회지 Vol.32 No.5

본 연구는 생물학적 폐수처리공정의 하나인 회전원판법(RBC)을 이용하여 질산화 반응을 향상 시키는 목적으로 수행되었다. 그 일환으로 회전원판법(RBC)에 의한 질산화반응의 향상을 평가하기 위해서 본 연구에서는 Modified Dephanox 공정에 회전원판법(RBC)를 적용하여 연구를 수행하였다. 회전원판법(RBC)을 이용한 공정의 가장 두드러진 특징은 질산화 반응조 안으로 질산화반응에 방해인자로 작용하는 고농도의 부유성 고형물(suspended solid)이 유입되어도 질산화반응을 원활히 수행할 수 있다는 데 있다. 게다가 공정의 운영결과 TCOD 제거 효율은 유입 TCOD 부하율이 0.04~0.1kg/day·m3일 때는 약 90%이상의 TCOD 제거효율이 나타났다. T-N 제거효율은 약 75% 정도로 실험실규모의 공정운영에도 불구하고 높은 제거효율이 관찰되었다. 또한 인 의 경우 PO₄ 3--P 및 T-P 제거효율은 유입 PO₄ 3--P 및 T-P 부하율이 증가할수록 제거효율은 증가하는 경향을 나타내고 있다. 결론적으로 Modified Dephanox 공정에서 독립질산화 반응을 수행하는 회전원판법(RBC)의 이용은 높은 질산화반응을 수행할 뿐만 아니라 유입되는 부유성 고형물(suspended solid)의 영향을 최소화하여 안정적인 처리효율을 나타내는 시스템이다. This study was performed with the object in which it improves the nitrification by using RBC, that is one of the biological waste water treatment process. By applying the Modified Dephanox process to RBC in this research in order to evaluate the improvement of the nitrification by RBC a research was conducted. There is the most conspicuous feature of the process of using RBC. it is that the nitrification can be smoothly performed even if the suspended solid of the high concentration as the interference factor in the nitrification tank is flowed in. Moreover, as a result of experiment, TCOD removal efficiency of the process showed up more than about 90%. when influent TCOD loading rate was 0.04~0.1kg / day m3. and T-N removal efficiency is high at about 75% in spite of the process operating of the laboratory scale was observed. Also, As increasing influent PO₄ 3--P, T-P loading rate, PO₄ 3--P, T-P removal efficiency was increased. Finally, it was elucidated that the utilization of RBC in external nitrification system resulted in not only high nitrification performance but also stable system operation by minimizing inhibitory effect of overflowed suspended solid (SS).

활성슬러지 모델 수정을 통한 동시 질산화·탈질 반응 해석

김효수(Hyo Su Kim),김예진(Ye Jin Kim),이성학(Sung Hak Lee),문태섭(Tae Sup Moon),최재훈(Jae Hoon Choi),김창원(Chang Won Kim) 大韓環境工學會 2008 대한환경공학회지 Vol.30 No.2

동시 질산화·탈질은 낮은 DO 농도로 유지되는 동일한 반응조에서 질산화 반응과 탈질 반응이 동시에 발생함을 의미한다. 동시 질산화 탈질 반응을 모사할 수 있는 몇몇 수학적 모델들이 개발되었지만, 모델 구조가 복잡하거나 모델을 적용하기 위한 다양한 제반 지식을 얻어야만 정확한 결과를 얻을 수 있어 범용적인 모델 적용에 한계점이 있는 단점이 있었다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해, 동시 질산화·탈질 반응이 반응기 내 DO 농도의 부분적 부재로 발생한다는 가정 하에, 만약 활성슬러지 모델을 사용하여 동시 질산화·탈질 반응의 거동을 해석할 수 있다면, 모델의 구조가 다른 개발된 모델들보다 복잡하지 않고, 다양한 운전 조건에서 모델이 활용될 수 있을 것으로 판단하였다. 하지만 기존의 활성슬러지 모델로는 호기 조건에서 발생하는 탈질 반응을 표현하기 어려운 점이 있기 때문에, 본 연구에서는 활성슬러지 모델을 수정함으로써 동시 질산화·탈질 반응을 해석하고자 하였다. 활성슬러지 모델 No.1(ASM1)이 선택이 되어 탈질 반응식이 수정되었으며, 수정된 ASM1의 시뮬레이션 결과는 측정값의 거동을 잘 모사하였다. 이를 통해 수정된 ASM1은 실험 결과에 기반하여 구한 hg의 값과 호기 조건에서의 탈질 반응을 모사하기 위해 수정된 Monod 식의 영향으로 모델의 구조가 본 연구의 실험 결과에서 확인된 동시 질산화·탈질 반응을 해석할 수 있도록 구성되었다고 사료된다. Simultaneous nitrification and denitrification means that nitrification and denitrification occur concurrently in the same reaction vessel under low DO concentration. Some mathematical models developed to simulate simultaneous nitrification and denitrification reaction, but they have the complex model structures or have limitations of model application. To solve these problems, if possible that predict the behavior of simultaneous nitrification and denitrification reaction by activated sludge model, structures of the model is less complex than previous models and applies the various operation conditions. But original activated sludge models have difficulties in representing the denitrification reaction under aerobic condition. So the aim of this study is to interpret simultaneous nitrification and denitrification reaction by modifying activated sludge model. Original activated sludge model No.1(ASM1) was selected and modified. The simulation result in modified ASM1 predicted appropriately for the measured data. This indicates the structures of ASM1 are properly improved for interpretation of simultaneous nitrification and denitrification reaction.

양돈폐수 공공처리장에서 질산화 및 탈질산화 효율향상을 위한 공정개선

김병군 ( Byung-goon Kim ),김홍석 ( Hong-suck Kim ),서인석 ( In-seok Seo ),김연권 ( Youn-kwon Kim ) 한국환경기술학회 2008 한국환경기술학회지 Vol.9 No.3

본 연구에서는 C군 양돈폐수 공공처리장을 대상으로 질산화 반응 및 탈질산화 반응 저해 요인을 조사하고, 시설개선을 통해 방류수 질소제거 효율을 향상시켰다. 공정진단 결과, 호기조에서 질산화 반응으로 인해 pH가 7 이하인 4~5 정도로 유지되고 있어 생물학적 질산화 반응 및 기타 생물학적 기작이 적정하게 일어날 수 없는 상황이었다. 질산화에 있어서 pH의 영향은 매우 크며, 통상 최적 pH범위는 7.2~8.0로 공공처리장의 공정을 개선하여 pH를 조절해 주었으며, pH 조절 전후의 방류수 총질소 농도변화는 pH를 조절해주기 전 평균 179 mg/L(118 mg/L~304 mg/L)에서 pH 조절 후 평균 62 mg/L로 안정적인 값을 보임으로 pH 조절을 통해 질소제거 효율을 높일 수 있었다. The purpose of this study is to investigate the inhibition of nitrification & denitrification in "C" public swine wastewater treatment facility and to improve the nitrogen removal efficiency by facility retrofitting. As the results of facility investigation, The pH of oxic tank is from 4 to 5. At the pH lower than pH 7, the inhibition of nitrification can be occurred. Before and after the pH control(pH 7), the average of total nitrogen concentration of effluent changed from 179 mg/L to 62 mg/L. From this result, it was found that pH control by 7 in oxic tank could increase the nitrogen removal efficiency.

미생물 고정화 담체 적용을 통한 통합 반류수 질소 처리

김지숙,신동철,박정태,정혜민,임흔의,박철휘 대한환경공학회 2019 대한환경공학회지 Vol.41 No.4

The recycle water inflow of the sewage treatment plant is small at 2 to 5% of the total amount, but it may cause impact load due to the high concentration of nitrogen. In order to reduce impact load, recycle water treatment series are separately installed and a long-term aeration is carried out to oxidize ammonia nitrogen into nitric acid. The alkalinity of the recycle water is not sufficient to 100% nitrate the high concentration of ammonia, so that the addition of alkalinity or the generation mechanism is necessary. Therefore, it is considered that the denitrification tank can be placed at the front of the aeration tank to improve the nitrification rate and the T-N removal rate according to the alkalinity generation. The purpose of this study is to investigate the properties of organic materials that affect denitrification・nitrification reaction by COD fraction and nitrite fraction. Furthermore, in order to improve the rate of denitrification·nitrification reaction, this study derives the efficient treatment of recycle water by applying immobilized microbial media. Non-degradable dissolved COD in recycle water was more than 37% and particulate organic nitrogen was more than 15%, nitrification rate was 9.34 mg/L・hr and denitrification rate was 48.4 mg/L・hr. 하수처리장의 반류수 유입은 전체의 2∼5%로 적은 양이지만 고농도의 질소로 인하여 충격부하를 일으킬 수 있어 이를 감소시키기 위해 반류수 처리 계열을 따로 운전한다. 이때 장기폭기를 하여 암모니아성 질소를 질산성 질소로 산화하여 하수처리장으로 재유입한다. 질산화 과정에서 알칼리도를 소모하는데 고농도의 암모니아가 존재하는 반류수의 경우 알칼리도가 수중에 얼마나 존재하는지에 따라 질산화 반응이 이루어지는 정도가 결정된다. 하지만 반류수의 수중 알칼리도는 고농도의 암모니아를 100% 질산화하기에 부족하여 알칼리도를 추가로 주입하거나 생성하는 기작이 필요하다. 이에 따라 탈질반응조를 호기조 전단에 두어 알칼리도 생성에 따른 질산화율을 향상시키고 T-N 제거율을 증가 시킬 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구는 반류수를 대상으로 COD fraction 및 Nitrogen fraction 실험을 하여 질산화/탈질반응에 영향을 미치는 유기물 성상을 파악하고, 질산화/탈질 반응 속도를 증가시키고자 미생물 고정화 담체를 적용하여 반류수 중 질소의 효율적인 처리방법을 도출하고자 하였다. 반류수 중 분해 불가능한 용존성 COD는 37% 이상, 입자성 유기질소는 15% 이상으로 나타났고, 질산화・탈질 미생물 고정화 담체를 이용하였을 때 질산화반응속도는 9.34 mg/L・hr, 탈질반응속도는 48.4 mg/L・hr로 도출되었다.

암모니아 폐수의 부분아질산화에서 최적 운전 pH의 변동

배우근(Woo Keun Bae),Hammad Khan 大韓環境工學會 2016 대한환경공학회지 Vol.38 No.5

아질산화 반응을 통한 nitrite 축적은 단축질소제거 혹은 anammox 공정 수립을 위해 필수적이고 이 반응의 속도가 전체 질소제거공정의 효율에 큰 영향을 미칠 수 있다. 본 연구는 부유 미생물 연속류 반응기에서 pH 농도가 암모니아 폐수(2,000 mgN/L) 처리에 주는 복잡하고 다양한 영향 들을 modeling과 실험을 통해 종합적으로 분석하였다. modeling 연구 결과 반응의 안정성(stability)은 pH에 의해 지대한 영향을 받으며, free ammonia 저해가 심해지는 알칼리성 환경일수록 안정적 운전 영역(stable region)은 축소되었다. 기질과 pH의 좌표 상에서 stable region과 unstable region을 가르는 경계(stability ridge) 근처에서 안정적인 최대반응속도를 얻을 수 있고, 이 운전조건에서 아질산 축적 가능성도 최대가 되었다. stability ridge 근처의 조건에서 반응기를 운전한 결과 아질산화속도는 안정적으로 약 6 kgN/m3-d까지 얻을 수 있었고, 아질산축적율은 약 99% 이었다. 그러나 unstable region에서는 부하증가를 통한 반복된 교란 결과 유출수 암모니아 농도가 회복 불가능한 상태로 상승하였다. Modeling 결과 고유(intrinsic) 최적 pH 값을 고정하여도 실험에서 관찰되는 최적 운전 pH는 사용 기질의 농도가 높을수록 낮아지는 것으로 나타났으며, 이는 문헌에서 보고된 경향과 일치 하였다. 본 연구의 modeling 조건에서 95% 아질산화(5%는 암모니아로 잔존)를 위한 최적 운전 pH는 ~8.0인 것으로 예측되었으나, anammox 유입수 생산을 위해 55% 아질산화하려 할 때의 최적 운전 pH는 ~7.2로 낮아 졌다. Nitrite accumulation is essential for constructing an anammox process. As the pH in the reactor exerts a complicated and strong influence on the reaction rate, we investigated its effects upon treatment of an ammonic wastewater (2,000 mgN/L) through modeling and experiment. The modeling results indicated that the reaction stability is strongly affected by pH, which results in a severe reduction of the ‘stable region’ of operation under alkaline environments. On a coordinate of the total ammonia nitrogen (TAN) concentration vs. pH, the maximal stable reaction rates and the maximal nitrite accumulation potentials could be found on the ‘stability ridge’ that separates the stable region from the unstable region. We achieved a stable and high ammonia oxidation rate (~6 kgN/m3-d) with a nitrite accumulation ratio of ~99% when operated near the ‘stability ridge’. The optimum pH that can be observed in experiments varies with the TAN concentrations utilized, although the intrinsic optimum pH is fixed. The direction of change is that the optimum operational pH falls as the TAN concentration increases, which is in excellent accordance with the observations in the literature. The optimum operational pH for 95% nitritation was predicted to be ~8.0, whereas it was ~7.2 for 55% partial nitritation to produce an anammox feed in our experimental conditions.

부직포 여과막 생물반응조에서 알칼리도가 질산화 성능에 미치는 영향

배민수(Min Su Bae),안윤찬(Yoon Chan Ahn),장명배(Myung Bae Jang),조윤경(Yun Kyung Cho),조광명(Kwang Myeung Cho) 大韓環境工學會 2007 대한환경공학회지 Vol.29 No.7

부직포 여과막 생물반응조의 질산화 성능을 파악하기 위하여 주입폐수의 암모니아 농도를 54∼1,400 mg/L 그리고 알칼리도를 43∼10,480 mg/L로 변화시키면서 약 11시간의 체류시간에서 641일간 실험을 실시한 결과 반응조의 MLSS농도는 최초의 2,650 mg/L에서 830 mg/L까지 감소하였다가 최고 8,340 mg/L까지 증가함으로써 반응조의 용적부하는 0.120∼3.130 kg NH₃-N/m3-day의 범위에서 변하였으나 F/M 비는 0.067∼0.414 kg NH₃-N/kg MLSS-day의 적은 변화를 보였다. 각 실험단계별 평균 질산화 효율이 35.2∼100%로서, 최대 질산화율은 2.970 kg N/m3-day 또는 0.489 g N/g MLVSS-day로 나타났다. MLVSS의 질산화미생물 분율은 최초의 7.1%에서 최고 100%까지 변하였으나 부직포 여과막에 형성된 생물막의 경우에는 2.2%의 매우 낮은 값을 보였다. 미생물 성장계수는 0.117 g VSS/g N removed로 그리고 알칼리도 소모량은 평균 7.08 g alkalinity/g NOx-N produced로 측정되었다. 이러한 실험결과로 보아 부직포 여과막 생물반응조가 고농도 암모니아 폐수의 질산화에 적합한 공법으로 판단된다. To investigate the effects of alkalinity on the nitrification capability of the nonwoven fabric filter bioreactor(NFBR), an experiment was performed for 641 days at a hydraulic retention time of approximately 11 hours by changing the influent concentration of NH₃-N from 54 mg/L to 1,400 mg/L and alkalinity from 43 mg/L to 10,480 mg/L. The MLSS concentration reduced from an initial value of 2,650 mg/L down to 830 mg/L, then increased up to 8,340 mg/L. Though the volumetric loading rate varied in a range of 0.120∼3.130 kg NH₃-N/m3-day, the F/M ratio showed a narrow range of 0.067∼0.414 kg NH₃-N/kg MLSS-day. The average nitrification efficiency at each experimental stage resulted in the range of 35.2∼100%, and the maximum nitrification rate was 2.970 kg N/m3-day or 0.489 g N/g MLVSS-day. The nitrifiers` fraction of the MLVSS increased up to 100% from an initial value of 7.1% and the biofilm formed on the nonwoven fabric filter showed a very low nitrifiers` fraction of mere 2.2%. The growth yield of the MLSS and the alkalinity consumption rate were computed to be 0.117 g VSS/g N removed and 7.08 g alkalinity/g NOx--N produced, respectively. Results of the research suggest that NFBR could be an adequate process for nitrification of wastewaters with high ammonia concentrations.

연속회분식반응기에서 패턴매칭방법을 이용한 유입수 부하수준 진단 알고리즘 개발

김예진(Ye Jin Kim),안유가(Yu Ga Ahn),김효수(Hyo Su Kim),신중필(Jung Phil Shin),김창원(Chang Won Kim) 大韓環境工學會 2009 대한환경공학회지 Vol.31 No.2

연속회분식반응기에서 측정되는 기초상용계측기의 프로파일은 공정 내에서 수행되는 유기오염물질 및 영양염류 제거반응의 진행 정도에 대한 정보를 제공할 수 있다. 특히 호기성 반응구간에 측정되는 pH나 DO, ORP의 변곡점 등의 정보를 이용한 반응 종료 감지는 널리 알려진 응용사례라고 할 수 있다. 그러나 이러한 정보들은 반응의 종료 여부에 대한 정보를 제공할 뿐, 현재 공정에 가해지는 부하에 대한 정보를 제공하지는 못한다. 본 논문에서는 운전자에게 공정 유입수 내의 호기적 반응을 요하는 부하, 즉 암모니아 부하 및 유기물 부하의 고/중/저에 관한 정보를 제공할 수 있는 기초상용계측기의 정보를 활용한 진단 알고리즘을 개발하였다. 본 알고리즘으로 인해, 연속회분식반응기를 운전할 시에 수시로 변화하는 유입수의 부하를 습식분석 없이 자동 계측기 프로파일로부터 얻어낼 수 있을 것으로 사료된다. DO, ORP and pH values measured during SBR operation can provide information about removal reaction of organic contaminants and nutrient materials in the reactor. It is already generalized control strategy to control reaction phase time using their special patterns indicating the end of the removal reactions. However, those informations are limited to point out the end time of oxidative reaction in the aerobic phase or reductive reaction in the anoxic phase without giving quantitative value of influent loading level. In this research, a diagnosis algorithm which can estimate the loading level of carbon and ammonia as high, medium and low was developed using the basic measurements like DO, ORP, and pH. It will be possible to know the level of influent loading rate from those on-line measurements without experimental analysis.

활성슬러지의 질산화 반응시 온도 및 독성물질(Cu)이 미치는 영향

김금용(Kim Geum Yong),원성연(Won Seong Yeon),이상일(Lee Sang Il) 大韓環境工學會 2003 대한환경공학회지 Vol.25 No.12

MBR공정에서 질산화 미생물고정화 담체 적용에 따른 막 오염 제어

김지숙,국영롱,박정연,장유정,박철휘 대한환경공학회 2019 대한환경공학회지 Vol.41 No.5

In order to control membrane fouling in the MBR process, energy consumption by membrane cleaning is high as critical flux down operation, influent pre-treatment, and membrane cleaning (air cleaning, back washing, chemical cleaning) needs to be taken to control membrane fouling and reduce energy consumption at the same time. It is energy - effective to apply granular materials as scouring agent other than air to increase membrane fouling control and reduce the amount of air. In this study, nitrifier immobilized media of PVA material can be applied as scouring agent to reduce membrane fouling and it is possible to replace the MLSS of high concentration, which can reduce membrane fouling factors such as EPS and SMP that inducing membrane pore blocking. The transmembrane pressure difference was analyzed in case of flux 17 L/m2/h and 21, 24 L/m2/h respectively, there was almost no difference between the MBR and MMBR in the flux 17 L/m2/h but the pressure of 21, 24 L/m2/h increased to 242%, 485% in MBR and increased 64%, 225% in MMBR. Also, high concentration of NH3-N over 100 mg/L was 100% nitrified all together at HRT 6 h. MBR 공정에 있어 막 오염을 제어하기 위하여 임계플럭스 하향 운전, 유입수 전처리 및 막 세정(공기 세정, 역 세척, 화학 세정)을 하는데 막 세정에 의한 에너지 소비가 높아 막 오염 제어와 동시에 에너지 소비 저감에 대한 대책이 필요하다. Scouring agent로 공기 외에 입상 물질을 적용하면 막 오염 제어를 증가시키고, 공기세정을 줄일 수 있어 에너지 측면에서 효율적이다. 본 연구에서는 PVA재질의 nitrifier immobilized media를 scouring agent로 적용함으로써 막 오염을 저감시키고, 고농도의 MLSS를 대체할 수 있어 막 표면 및 공극을 막는 EPS 및 SMP등의 막 오염 유발 인자를 줄일 수 있다. Flux 17, 21, 24 L/m2/h조건에서 막 차압 상승률을 비교한 결과, 17 L/m2/h에서는 MBR과 MMBR의 차이가 거의 없었지만, 21, 24 L/m2/h에서는 MBR의 차압은 242%, 485%까지 상승하였고 MMBR은 66.5%, 225%로 MMBR의 차압 상승률이 2배 이상 낮은 것을 확인하였다. 실험 기간 동안 원수의 NH3-N농도가 평균 115 mg/L일 때 HRT 6 h 조건에서 MBR, MMBR 모두 100% 질산화되었다.