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.

연속회분식반응기에서 패턴매칭방법을 이용한 탈질완료 감지 알고리즘 개발

김예진(Ye Jin Kim),안유가(Yu Ga Ahn),신중필(Jung Phil Shin),김창원(Chang Won Kim) 大韓環境工學會 2007 대한환경공학회지 Vol.29 No.8

연속 회분식 반응기에서 측정되는 기초 상용계측기의 프로파일은 공정 내에서 행해지는 제거반응의 진행 정도에 대한 정보를 제공할 수 있다. 특히 ORP(산화환원전위, Oxidation-Reduntion Potential, ORP) 프로파일에서 관찰되는 탈질 완료를 알리는 굴곡점(nitrate knee point, NKP)을 이용한 탈질 반응의 완료 감지는 널리 알려진 응용사례라고 할 수 있다. 그러나 ORP 굴국점의 재현성이 부족하고, ORP 신호 자체가 가지는 잡음 등의 문제로 탈질 반응의 완료를 감지한 공정 제어의 현장 적용은 미비한 상태이다. 본 논문에서는 이러한 기존의 문제점을 극복할 수 있는 대안으로 ORP 프로파일의 패턴을 인지하여 탈질의 종료 여부를 진단할 수 있는 알고리즘을 제안하였다. 동적 시간 와핑 방법을 사용하여 패턴인지를 수행한 결과, ORP 굴곡점의 출현 여부와 상관없이 공정의 탈질 완료 여부를 감지할 수 있었다. The profiles of on-line sensors such as DO, ORP and pH can provide useful information about pollutant removal reaction in sequencing batch reactor. For detection of denitrification completion, the nitrate knee point from ORP profile has been considered as a main indicator of denitrification completion. However, many researchers pointed out that the nitrate knee usually disappeared when the progress of denitrification is so fast and it makes the fault at detection of denitrification completion. In this paper, dynamic time warping(DTW) method and discriminant analysis were used to detect and isolate the profiles of two cases, denitrification completed and uncompleted. As the results, proposed mehtods can detect state of denitrification successfully.

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.

회분식 반응조를 이용한 고농도 질산염의 생물학적 탈질

최정동 ( Jeongdong Choi ),최두식 ( Doo Sik Choi ),송재석 ( Jea Seok Song ),조병렬 ( Byung Yeol Cho ) 한국환경기술학회 2018 한국환경기술학회지 Vol.19 No.5

고농도 질산염 함유 폐수는 핵연료 공정, 스테인레스강 생산 공정, 화학비료 및 의약품 생산 공정에서 발생한다. 이러한 고농도 질소를 포함한 폐수가 적절하게 처리되지 않고 수계로 방류되면 수자원의 황폐화를 비롯하여 생태계 전반의 건강에까지도 위협을 받게된다. 본 연구에서는 고농도의 질산염 처리를 위해서 Pseudomonas halodenitrifican 미생물 식종 회분식 반응조가 사용되었다. 반응조의 원활한 운전을 위해서 아세트산을 탄소원으로 사용하였으며 pH, 아세트산/질산염 비율, 온도, 교반 속도, 및 질산염의 농도를 운전인자로 설정하여 최적 운전 조건을 도출하고자 하였다. 실험 결과를 바탕으로 고농도 질산염의 생물학적 탈질 가능성이 확인되었으며 최적의 운전 조건은 pH 7.5∼8.5, 온도 30 ℃, 아세트산/질산염 비율 1.0 으로 나타났다. High concentration of nitrate containing industrial wastewater is produced in nuclear fuel operation, the stainless steel manufacturing process, chemical fertilizers and pharmaceuticals. If this produced water is discharged into water bodies without proper treatment, water basin would be deteriorated and eventually affected the health of ecosystem. In this study, the characteristics of high concentration of nitrate treatment was investigated in batch reactor inoculated Pseudomonas halodenitrifican sp. The reactor was run with acetic acid as a carbon source under various experimental conditions: pH, A/N(acetic acid/nitrate) ratio, temperature, agitation speed (rpm) and concentrations of nitrate. The results indicated that industrial wastewater containing high strength nitrate could be reduced in biological denitrification process. Optimal conditions of reactor operation and cell growth were as the follows; pH range; 7.5∼8.5, temperature; 30 ℃, acetic acid/nitrate ratio; 1.0, respectively.

수소 풍부 환원제 변화가 Co-Pt/ZSM5 촉매를 사용하는 탈질 HC-SCR 반응에 미치는 영향

김성수,김대영,오세용,유승준,서영석,김진걸 한국수소및신에너지학회 2012 한국수소 및 신에너지학회논문집 Vol.23 No.3

HC-SCR was conducted over Co-Pt/ZSM5 catalyst coated over 200 cpsi cordierite in the condition of atomspheric pressure and 200℃-500℃. Weight ratio of Co/Pt determined from EDX analysis was 8/2, which was almost equal to the weight ratio at preparation step . XPS showed that nitrates within cobalt precursor and chlorine withn Pt precursor were removed. TEM result demonstrated that crystallite size of cobalt and Pt was under 5nm. Among these tested hydrocarbon reductants, isobutane (i-C4H10) showed the highest de-NOx yield of 80% under the condition of the mole ratio of reductant/NOx =1.0 at 180℃. De-NOx yield from HC-SCR was increased as the carbon number of hydrocarbon reductant was increased. The decrease of bonding energy between C and H of HC reductant played a role to increase of de-NOx yield, which indicated that the dissociation step of C-H bond of hydrocarbon molecule might be the rate determining step of HC-SCR. The increase of oxygen concentration in the feed resulted in the decrease of de-NOx yield but the increase of CO and N2O yield.

휘발성 유기화합물을 환원제로 이용한 탈질 반응에 대한 연구

정천우(Cheonwoo Jeong),김준우(Joonwoo Kim),이동철(Dongcheol Lee),김지원(Jiwon Kim),김성중(Seongjoong Kim) 한국에너지기후변화학회 2022 한국에너지기후변화학회 학술대회 Vol.2022 No.5

T-N 처리 System 질산화 운영효율 향상

박장석(Jangsuck Park),안대희,정선재,김판수 대한기계학회 2011 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2011 No.10

탄화수소 환원제 변화가 Fe/ZSM5 촉매를 사용하는 탈질 HC-SCR 반응에 미치는 영향

김성수,김대영,오세용,유승준,박정환,김진걸 한국수소및신에너지학회 2011 한국수소 및 신에너지학회논문집 Vol.22 No.2

HC-SCR was conducted using Fe/ZSM5 catalyst coated over 200 cpi cordierite in the conditions of atomspheric pressure and 200℃-500℃. Among the tested hydrocarbon reductants, isobutane (i-C_4H_10) showed the highest de-NO_x yield of 69% at 320℃ with the mole ratio of reductant/NO_x =1.0. De-NO_x yield resulted by the change of alkane reductant was increased as the carbon number of alkane reductant was increased. The order of increase of de-NO_x yield was proportional to the order of decrease of bonding energy between C and H of reductant, where the H abstraction step from alkane molecule could be the rate controlling step of HC-SCR.

내부 Baffle을 설치한 MBR 공정에서 HRT와 MLSS농도, DO농도 변화가 질소제거 효율에 미치는 영향

황규대 ( Gye Dae Whang ),박주영 ( Joo Young Park ) 대한상하수도학회 2009 상하수도학회지 Vol.23 No.5

논문(論文) : 하수처리수 재이용을 위한 실규모 입상황 생물막여과 시설의 효율증대 방안에 관한 연구

문진영 ( Jin Young Moon ),황용우 ( Yong Woo Hwang ),백승륜 ( Seung Ryun Baek ) 대한상하수도학회 2010 상하수도학회지 Vol.24 No.1