부분 아질산화와 혐기성 암모늄 산화(ANAMMOX) 공정을 이용한 매립지 혼합폐수의 질소제거 연구 = A study on the nitrogen removal from mixed wastewater in landfill site by partial nitritation and ANaerobic AMMonium OXidation(ANAMMOX) process

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 부분 아질산화 및 ANAMMOX 결합공정을 통해 매립지에서 발생되는 고농도 질소 혼합폐수 처리에 적용하여 에너지 절감형 질소제거 기술개발과 그 성능을 평가하고자 했다.

실험은 SBR시스템으로 진행되었고, Pilot 규모의 부분 아질산화 반응조에 매립지 침출수 처리장 생물슬러지를 식종하여 부분 아질산화 환경을 조성하였다. 반응조에서 Air-lift를 이용한 그래뉼 슬러지를 형성하여 MLSS를 6000mg/L까지 유지시켜 주었고, 이를 통해 침전성과 아질산화 반응속도를 향상시켰다. DO 3mg/L전후, pH 6.5로 운전결과 NO2--N/NH4+-N 1이상 안정적으로 운전되었다. 전체 처리수 중 NO3--N농도는 10%내외로 유지된 것으로 보아 AOB의 우점화와 NOB의 저해가 적절히 이루어졌다고 판단되었다.
최대 암모니아 부하는 2.71kgNH4-N/㎥-day였고, 암모니아 제거율은 약 1.67kgNH4-N/㎥-day으로 반응조 목표 유입 부하율인 2kgNH4-N/㎥-day이상에서도 안정적으로 운전되었다.
ANAMMOX 반응조는 연속공정으로 운전했고, 부분 아질산화 반응이 안정화 된 후 NO2--N/NH4+-N이 1이상인 처리수를 유입기질로 이용했다. 질소부하 0.2kg-TIN/㎥-day으로 운전되었고, NH4-N, NO2--N, NO3--N제거율은 각각 82%, 94%, 63%으로 유입수질과 처리수질을 비교해보았을 때 질소제거는 약87%의 높은 처리 효율을 보였다. 조내 온도 30℃이상, pH 7.6~8, ORP -50mV이하에서 안정적인 활성도를 보여주었다.

본 연구결과를 통해 부분 아질산화와 ANAMMOX 공정을 이용하여 매립지 발생 고농도 질소 혼합폐수의 처리가능성을 확인 할 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study aims to develop energy saving technology for nitrogen treatment and evaluate the performance of treating mixed wastewater with high ammonium content in Landfill Site by Partial nitritation and ANAMMOX Process.
The pilot-scale experiment was carried out sludge seeding from a existing biological process(MLE, Modified Ludzack and Eddinger) at the leachate treatment plant for the Partial nitritation reactor. A MLSS concentration was maintained over 6000mg/L by using Air-lift Granulation and it improved reaction time.
The Partial nitritation reactor was stably operated under pH6.5 and DO 2~3mg/L. The percentage of NO3--N in Effluent water was approximatively 10% and this result showed AOB enrichment and inhibition of NOB. The maximum loading rate was 2.7kg-NH4/㎥/d and the nitrogen removal rate averaged 1.7kg-NH4/㎥/d. It successfully attained a high nitrogen loading rate over 2.0kg-NH4/㎥/d.
After establishing stable partial nitritation, the PN reactor was connected to an ANAMMOX reactor. NO2--N/NH4+-N ratio of influent was about 1~1.3 , which was an appropriate ratio for the subsequent ANAMMOX process. The nitrogen loading rate of the ANAMMOX reactor was operated 0.2 kg-TN/㎥/d and more than 87% of the nitrogen was removed. The nitrogen loading rate of the ANAMMOX reactor was operated 0.2 kg-TN/㎥/d and more than 87% of the nitrogen was removed. Appropriate treatment condition for ANAMMOX process was upper 30℃, pH 7.6~8 and ORP -50mV in ANAMMOX reactor.
This results confirmed the possibility of nitrogen treatment from mixed wastewater in Landfill site by Partial nitritation and ANAMMOX Process.

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• 요약 ⅰ
• 표목차 ⅱ
• 그림목차 ⅲ
• I. 서 론 1
• 1. 연구의 배경 1
• 2. 연구의 목적 2
• II. 이론적 고찰 3
• 1. 생물학적 질소처리 3
• 1) 질산화(Nitrification) 3
• 2) 탈질(Denitrification) 6
• 2. 부분 아질산화(Partial Nitritation, PN) 공정 9
• 1) 공정의 개념 9
• 2) 영향인자 10
• 3. 혐기성 암모늄산화(ANAMMOX) 공정 16
• 1) 반응특성 16
• 2) 관여 미생물 19
• 3) 미생물의 생리적 특성 20
• III. 연구내용 및 방법 22
• 1. 연구대상 22
• 1) 매립지 발생 혼합폐수 개념 22
• 2) 혼합폐수(유입수) 성상 24
• 2. 실험장치 25
• 3. 실험방법 27
• 1) 운전방법 27
• 2) 수질 분석방법 28
• IV. 연구 결과 및 고찰 29
• 1. PN 반응조를 이용한 아질산화 반응 29
• 1) 질소 및 유기물의 변화 29
• 2) pH 및 DO의 변화에 따른 부분 아질산화 반응 31
• 3) 질소유입부하(NLR)에 따른 운전결과 34
• 4) 슬러지 그래뉼화 36
• 2. ANAMMOX 공정을 이용한 질소제거 38
• 1) 운전에 따른 온도, pH 및 ORP의 변화 38
• 2) COD 변화 41
• 3) 질소제거 42
• V. 결 론 45
• 참고문헌 47
• 영문초록(Abstract) 52