KR100446577B1 - Method for Eliminating Nitrogen Using Granule of Nitrifying Microorganisms - Google Patents
Method for Eliminating Nitrogen Using Granule of Nitrifying Microorganisms Download PDFInfo
- Publication number
- KR100446577B1 KR100446577B1 KR1020040040375A KR20040040375A KR100446577B1 KR 100446577 B1 KR100446577 B1 KR 100446577B1 KR 1020040040375 A KR1020040040375 A KR 1020040040375A KR 20040040375 A KR20040040375 A KR 20040040375A KR 100446577 B1 KR100446577 B1 KR 100446577B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- nitrifying
- ammonia
- nitrogen
- nitrification
- granule
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F3/34—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
- C02F11/12—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F3/02—Aerobic processes
- C02F3/12—Activated sludge processes
- C02F3/1236—Particular type of activated sludge installations
- C02F3/1263—Sequencing batch reactors [SBR]
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F3/30—Aerobic and anaerobic processes
- C02F3/302—Nitrification and denitrification treatment
- C02F3/307—Nitrification and denitrification treatment characterised by direct conversion of nitrite to molecular nitrogen, e.g. by using the Anammox process
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F9/00—Multistage treatment of water, waste water or sewage
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/10—Inorganic compounds
- C02F2101/16—Nitrogen compounds, e.g. ammonia
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
- C02F2209/22—O2
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
- C02F2209/44—Time
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2303/00—Specific treatment goals
- C02F2303/06—Sludge reduction, e.g. by lysis
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 질산화 미생물 그래뉼을 이용한 질소의 제거방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 질산화 미생물 그래뉼 반응기에서 암모니아 산화균을 위주로 한 질산화 미생물 그래뉼을 제조한 다음, 이를 이용하여 하·폐수에서 질소를 제거하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for removing nitrogen using nitrified microorganism granules, and more particularly, to prepare a nitrified microorganism granule based on ammonia oxidizing bacteria in a nitrified microorganism granule reactor, and then using the same to remove nitrogen from sewage and wastewater. It is about how to.
호수나 하천, 내해 등에 있어서 질소나 인 성분의 과잉 유입에 의한 부영양화 현상은 수환경 문제나 건강 위해성 문제뿐만 아니라 수자원의 사회적·경제적 가치를 저하시키는 등의 문제를 야기하고 있다. 특히 암모니아(NH3-N)로 대표되는 질소성분은 그 자체의 독성으로 인하여 수생생물에 독성을 끼치고 있고, 인구 증가와 산업발전에 따라 그 발생량이 비례하여 증가하는 특성으로 인해 중요한 오염물질로 인식되어 왔다.The eutrophication caused by excessive inflow of nitrogen and phosphorus in lakes, rivers, inland seas, etc. causes not only aquatic environment and health risks, but also lowers the social and economic value of water resources. In particular, the nitrogen component represented by ammonia (NH 3 -N) is toxic to aquatic organisms due to its own toxicity, and is recognized as an important pollutant due to its characteristic of increasing in proportion to population growth and industrial development. Has been.
따라서 질소성분을 제거하기 위한 폐수 고도처리기술의 개발은 수환경의 보호와 깨끗한 수자원 확보를 위하여 반드시 필요한 것이다. 보통 질소성분을 제거하기 위한 폐수 고도처리기술에는 생물학적 처리와 물리화학적 처리로 구분되고 폐수에 포함된 질소성분을 제거할 때는 기술적·경제적 요인으로 인하여 주로 생물학적 처리방법이 많이 이용된다.Therefore, the development of advanced wastewater treatment technology to remove nitrogen is essential for protecting the water environment and securing clean water resources. In general, the advanced wastewater treatment technology for removing nitrogen components is divided into biological treatment and physicochemical treatment, and biological treatment methods are mainly used to remove nitrogen components in wastewater due to technical and economic factors.
폐수의 생물학적 질소 제거기술은 일반적으로 호기성 조건에서 암모니아(ammonia)를 아질산으로 산화시키는 암모니아 산화, 아질산을 질산으로 산화시키는 아질산 산화의 질산화 단계와, 무산소(anoxic) 조건에서 산화된 아질산이나 질산을 전자공여체인 유기물의 도움을 받아 질소(N2)로 환원하는 탈질단계로 나눌 수 있다.질산화 단계는 독립영양 미생물인 암모니아 산화균과 아질산 산화균에 의해 진행되고, 탈질단계는 여러 종류의 종속영양 미생물에 의해 진행된다. 독립영양 미생물인 암모니아 산화균과 아질산 산화균은 탈질균에 비하여 수율이나 증식속도가 낮으므로 슬러지 내 질산화 미생물의 농도가 낮아져 희석(wash-out)될 가능성이 높고, pH나 온도, 저해물질에 민감하여 대부분 폐수의 생물학적 질소 제거공정에서 율속(rate limiting) 단계로 알려져 있다. 또한 부유하는 질산화 미생물은 슬러지에 존재하는 고등생물인 윤충류(rotifers) 등과 포식관계에 있어 이의 성장이 제한을 받게 된다. 종래의 기술에서는 질산화 미생물의 이러한 특성을 해결하기 위한 방안으로 담체에 미생물을 부착시킨 생물막(biofilm) 방법으로 해결하려 하였다. 그러나 생물막 방법은 그 나름대로의 장점에도 불구하고 비싼 담체 비용과 처리공정의 활용 제한성, 생물반응기 내부의 불균일한 혼합과 미생물 부착과 탈리 등의 문제점을 가지고 있다.Biological nitrogen removal technology of wastewater generally involves the ammonia oxidation of oxidizing ammonia to nitrite in aerobic conditions, the nitrification of nitrite oxidation of nitrite to nitric acid, and the nitrite or nitrate oxidized in anoxic conditions. It can be divided into denitrification step, which is reduced to nitrogen (N 2 ) with the help of donor organic material. Nitrification step is carried out by autotrophic microorganisms such as ammonia and nitrite, and denitrification step is carried out with various heterotrophic Proceed by. As autotrophic ammonia and nitrite oxidants are lower in yield and growth rate than denitrification bacteria, the concentration of nitrifying microorganisms in sludge is lowered and is likely to be washed out, which is sensitive to pH, temperature and inhibitors. This is known as the rate limiting step in most biological nitrogen removal processes. In addition, suspended nitrification microorganisms are limited in their growth in the predation relationship with rotifers, the higher organisms present in the sludge. In the prior art, to solve this characteristic of nitrifying microorganisms, a biofilm method in which microorganisms are attached to a carrier is attempted. However, the biofilm method has problems such as expensive carrier cost, limited use of the treatment process, heterogeneous mixing inside the bioreactor, and microorganism attachment and desorption despite its advantages.
종래의 하·폐수에서 질소를 제거하기 위한 방법으로 한국특허공개 제2002-0049328호에 섬유상 담체가 충진되어 있는 질산화 반응기 및 질화미생물 배양기가 연결되어 있는 암모니아 폐수처리용 유닛을 이용하여 폐수 내의 질소를 제거하는 방법이 개시되어 있다. 이러한 방법은 질산화 세균의 성장특징을 이용해 기존의 폐수처리장에서 처리되지 못하고 방류되는 암모니아를 적은 공간에서 제거할 수 있다는 장점을 가진다. 또한, 한국특허공개 제2003-0038137호에는 하수내의 질산화 미생물의 신진대사 활동을 조절, 제어하여 질산화 공정 및 탈질 공정의 2개 공정을 동시에 동일 공간에서 발생시켜 하수 내의 질소를 제거하는 방법에 관하여 개시하고 있다.As a method for removing nitrogen from conventional sewage and wastewater, the nitrogen in the wastewater is discharged by using the ammonia wastewater treatment unit connected to the nitrification reactor and the nitrification microorganism incubator in Korea Patent Publication No. 2002-0049328. A method of removal is disclosed. This method has the advantage that it can remove the ammonia which has not been treated in the existing wastewater treatment plant in a small space by using the growth characteristics of nitrifying bacteria. In addition, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2003-0038137 discloses a method for removing nitrogen in sewage by generating and controlling two processes of nitrification and denitrification at the same time by controlling and controlling metabolic activity of nitrifying microorganisms in sewage. Doing.
그러나, 상기 개시된 문헌들은 하·폐수의 질소를 제거하기 위하여, 적절한 조건의 질산화 미생물을 이용하여 호기성 조건에서 암모니아를 아질산으로 산화시키고, 아질산을 질산으로 산화시키는 질산화 단계 및 무산소 조건에서 산화된 아질산이나 질산을 질소로 환원하는 탈질 단계의 효율성을 높인 것으로 본 발명과 같이 질산화 과정 자체를 단축시킨 것으로는 볼 수 없다.However, in order to remove nitrogen from sewage and wastewater, the disclosed documents use nitrification microorganisms under appropriate conditions to oxidize ammonia to nitrous acid under aerobic conditions, to nitrite to nitrate, and to nitrite oxidized under anoxic conditions. The efficiency of the denitrification step of reducing nitric acid to nitrogen is not seen as shortening the nitrification process itself as in the present invention.
이에 본 발명자들은 특정 조건에서 암모니아 산화균 위주의 질산화 미생물 그래뉼을 제조한 다음, 이를 이용하여 폐수의 질산화를 관찰한 결과, 암모니아성 질소의 대부분이 아질산성 질소로만 산화되고, 질산성 질소는 생성되지 않음을 확인함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the present inventors prepared the nitrification microorganism granules based on ammonia oxidizing bacteria under specific conditions, and then observed nitrification of wastewater using the same. As a result, most of the ammonia nitrogen was oxidized to nitrite nitrogen, and no nitrate nitrogen was produced. The present invention has been completed by confirming that no.
결국, 본 발명의 주된 목적은 질산화 미생물 그래뉼을 이용한 질소의 제거방법을 제공하는데 있다.After all, the main object of the present invention is to provide a method for removing nitrogen using nitrified microorganism granules.
도 1은 본 발명에 따른 질산화 미생물 그래뉼을 이용한 탈질 공정을 나타낸 것이다.1 illustrates a denitrification process using nitrified microorganism granules according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 질산화 미생물 그래뉼에서 암모니아 산화균과 아질산 산화균의 공간적 분포를 나타낸 것이다.Figure 2 shows the spatial distribution of ammonia oxidizing bacteria and nitrite oxidizing bacteria in nitrifying microorganism granules according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 질산화 미생물 그래뉼을 이용한 탈질시, 암모니아, 아질산 및 질산의 농도변화를 나타낸 것이다.Figure 3 shows the concentration change of ammonia, nitrous acid and nitric acid during denitrification using nitrifying microorganism granules according to the present invention.
도 4는 질산화 미생물 그래뉼을 이용하여 폐수 질산화시 축적된 아질산이 탈질되는 것을 나타낸 것이다.Figure 4 shows that the denitrification of nitrite accumulated during wastewater nitrification using nitrification microorganism granules.
도 5는 일반적인 완전 질산화에 의한 탈질시 소모되는 외부탄소원의 양을 알아보기 위한 질산농도 100mg/L인 합성한 폐수의 탈질을 나타낸 것이다.Figure 5 shows the denitrification of the synthesized wastewater with a nitric acid concentration of 100mg / L to determine the amount of external carbon source consumed during the denitrification by a general complete nitrification.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 질산화 미생물 그래뉼 반응기에서 아질산 산화균의 성장을 저해하여 암모니아 산화균이 주로 분포하는 질산화 미생물의 그래뉼을 제조하는 단계; (b) 상기 질산화 미생물의 그래뉼을 질산화조에 유입하여 암모니아성 질소를 질산성 질소로 산화시키는 질산화단계; (c) 상기 질산화단계에서 얻어진 질산성 질소를 함유하는 폐수를 탈질조로 유입시켜 탈질미생물을 이용하여 질산성 질소를 질소가스(N2)로 변환시키는 탈질단계; 및 (d) 탈질된 혼합액을 2차 침전조로 이송하여 처리수 및 미생물 슬러지로 분리시키고, 상기 미생물 슬러지의 일부는 질산화조 또는 질산화 미생물 그래뉼 반응기로 반송하고 일부는 슬러지 농축, 소화 및 탈수하여 폐기하는 단계를 포함하는 질산화 미생물 그래뉼을 이용한 질소의 제거방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of (a) to inhibit the growth of nitrite oxidizing bacteria in the nitrification microbial granule reactor to prepare a granule of nitrifying microorganisms mainly distributed ammonia oxidizing bacteria; (b) nitrification step of oxidizing the granule of nitrifying microorganism into nitrification tank to oxidize ammonia nitrogen to nitric acid; (c) a denitrification step of converting nitrate nitrogen into nitrogen gas (N 2 ) using denitrification microorganisms by introducing wastewater containing nitrate nitrogen obtained in the nitrification step into a denitrification tank; And (d) transferring the denitrified mixed solution to the secondary settling tank to separate the treated water and the microbial sludge, and part of the microbial sludge is returned to the nitrification tank or the nitrification microbial granule reactor, and the sludge is concentrated, digested and dehydrated for disposal. It provides a method for removing nitrogen using nitrified microorganism granules comprising the step.
본 발명에 있어서, 상기 질산화 미생물의 그래뉼을 제조하는 (a) 단계는 (i) 배양기질로 고농도의 암모니아가 함유된 폐수를 질산화 미생물이 포함된 생물반응기에 연속회분 방식으로 주입하는 단계; (ii) 연속회분식 반응기로 질산화에 필요한 산소를 공급하면서 질산화 미생물의 그래뉼을 형성시키는 단계; (iii) 산소공급을 중단하여 반응기 혼합을 중지시킨 다음, 형성된 질산화 미생물 그래뉼은 침강시키고, 그래뉼 형성이 되지 않은 슬러지는 배출하는 단계; 및 (iv) 침강된 질산화 미생물 그래뉼을 인출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the step (a) of preparing a granule of nitrifying microorganisms comprises: (i) injecting wastewater containing a high concentration of ammonia into a culture substrate into a bioreactor containing nitrifying microorganisms in a continuous batch method; (ii) forming granules of nitrifying microorganisms while supplying oxygen for nitrification to a continuous batch reactor; (iii) stopping the oxygen supply to stop the reactor mixing, then settling the nitrified microorganism granules formed, and discharging the sludge that is not granulated; And (iv) withdrawing the precipitated nitrifying microbial granules.
본 발명에 따르면, 암모니아 산화균이 주로 분포하는 질산화 미생물의 그래뉼을 이용하므로, 암모니아가 주로 아질산으로만 산화되고 질산으로 산화되는 것을 방지하여 아질산에서 바로 질소로 탈질시킬 수 있다.According to the present invention, the granules of nitrifying microorganisms in which ammonia oxidizing bacteria are mainly distributed can be used, so that ammonia can be oxidized mainly to nitrous acid and prevented from being oxidized to nitric acid.
본 발명은 또한, 상기 질산화조에서 포기시간을 암모니아 산화가 끝나는 시간으로 제한하여 암모니아가 아질산으로만 산화되도록 하는 것을 특징으로 할 수 있고, 상기 포기시간은 2~4시간인 것이 바람직하다.The present invention can also be characterized in that the aeration time is limited to the time when the ammonia oxidation is finished in the nitrification tank so that only ammonia is oxidized to nitrous acid, and the aeration time is preferably 2 to 4 hours.
본 발명에 있어서, 상기 질산화 미생물 그래뉼 반응기의 용존산소 농도는 약 2㎎/L인 것이 바람직하고, 질산화 미생물 그래뉼 반응기의 자유 암모니아 농도는 0.1~2000㎎/L인 것이 바람직하다. 상기 자유 암모니아 농도는 초기 암모니아 농도, pH 또는 수온을 적절히 조절하여 얻어질 수 있다.In the present invention, the dissolved oxygen concentration of the nitrification microbial granule reactor is preferably about 2mg / L, the free ammonia concentration of the nitrification microbial granule reactor is preferably 0.1 ~ 2000mg / L. The free ammonia concentration can be obtained by appropriately adjusting the initial ammonia concentration, pH or water temperature.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are only for illustrating the present invention, it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not to be construed as being limited by these examples.
실시예 1: 질산화 미생물 그래뉼의 제조 Example 1: Preparation of Nitrified Microbial Granules
아크릴 소재의 원형관으로 제작된 반응기 외에 pH 조절기와 암모니아를 함유한 폐수를 주입하는 펌프, 공기공급을 위한 블로워(blower), 그리고 상등액과 그래뉼 배출을 위한 솔레노이드 밸브와 이 반응기의 연속회분 자동운전을 위한 컴퓨터로 구성된 연속회분식 반응기를 이용하여 질산화 미생물 그래뉼을 제조할 수 있다.In addition to the reactors made of acrylic circular tubes, pumps for injecting wastewater containing pH regulators and ammonia, blowers for air supply, solenoid valves for supernatant and granule discharge, and automatic operation of the reactors A nitrified microbial granule can be prepared using a continuous batch reactor configured with a computer.
반응기는 높이 200cm, 외경 15cm로 되어 있고, 침전 후 상등액과 그래뉼 배출을 위한 솔레노이드 밸브는 반응기의 중간 높이인 100cm와 반응기 바닥에 각각 설치하였다. 공기량은 조절밸브를 이용하여 0.005~0.2m/s 범위에서 조절하였으며, 반응기 내 pH는 7.0~8.0 범위에서 일정하게 유지하였다.The reactor had a height of 200 cm and an outer diameter of 15 cm, and a solenoid valve for discharge of the supernatant and granules after precipitation was installed at the center height of the reactor and 100 cm, respectively. Air volume was controlled in the range 0.005 ~ 0.2m / s using a control valve, the pH in the reactor was kept constant in the range 7.0 ~ 8.0.
질산화 미생물이 포함된 폐수 슬러지를 반응기에 접종하고 암모니아가 함유된 폐수를 반응기에 주입하면서 운전을 시작하였다. 연속회분식 반응기의 운전 순서는 암모니아 폐수 주입, 질산화, 침전, 상등액 배출의 순으로 반복하여 진행하였고, 경우에 따라 반응기의 그래뉼을 상등액 배출 후 인출할 수도 있다. 유입 폐수의 암모니아 농도는 100mgN/L 이상으로 2000mg/L까지 운전 가능하며, 암모니아 농도가 그 이상일 경우에는 희석하여 사용할 수도 있다. 암모니아와 더불어 질산화 미생물의 세포구성을 위한 무기탄소원(HCO3 -, CO3 2-)이 필요한데, 상기 무기탄소원으로 NaHCO3나 Na2CO3를 공급하였다. 이들 무기탄소원의 농도는 적어도 500mg/L 정도가 되어야 하고, 여기에 암모니아 농도에 7.13(CaCO3기준)을 곱한 값의 무기탄소원이 더 있어야 질산화에 따라 pH 저하를 막고 세포합성에 필요한 충분한 탄소원을 제공할 수 있다. 그 외 무기물은 다음의 표 1과 같은 조성범위에서 사용하였다.The operation was started by inoculating wastewater sludge containing nitrification microorganisms into the reactor and injecting wastewater containing ammonia into the reactor. The operation sequence of the continuous batch reactor was repeated in the order of ammonia wastewater injection, nitrification, precipitation, supernatant discharge, and in some cases, the granule of the reactor may be withdrawn after the supernatant discharged. The ammonia concentration of the influent wastewater can be operated up to 2000mg / L above 100mgN / L, and can be diluted when the ammonia concentration is above. Inorganic carbon source for the cell structure of the nitrification microorganisms with ammonia (HCO 3 -, CO 3 2- ) requires this, and supplies the NaHCO 3 or Na 2 CO 3 as the inorganic carbon source. The concentration of these inorganic carbon sources should be at least 500 mg / L, and additional inorganic carbon sources multiplied by ammonia concentration of 7.13 (based on CaCO 3 ) should provide sufficient carbon sources for the prevention of pH reduction and cell synthesis by nitrification. can do. Other inorganic materials were used in the composition ranges shown in Table 1 below.
연속회분 반응기의 침강시간을 10~60m/h로 유지하면서 침강성이 좋은 질산화 미생물의 그래뉼이 선택적으로 축적되도록 운전하였으며, 침강된 질산화 미생물 그래뉼을 인출하였다. 인출된 질산화 미생물 그래뉼은 질산화가 일어나는 다른 생물반응기로 바로 이송하거나, 다른 곳에 저장하였다가 필요시 사용할 수 있다.While maintaining the sedimentation time of the continuous batch reactor at 10 ~ 60m / h was operated to selectively accumulate granules of good nitrifying microorganisms, the precipitated nitrifying microorganism granules were taken out. The withdrawn nitrifying microbial granules can be transferred directly to another bioreactor where nitrification occurs or can be stored elsewhere and used as needed.
실시예 2: 질산화 미생물 그래뉼에 의한 연속회분식 생물반응기에서 폐수의 질산화 및 아질산 축적 특성 확인 Example 2: Characterization of Nitrification and Nitrite Accumulation in Wastewater in a Batch Bioreactor by Nitrifying Microbial Granules
상기 실시예 1에 의해 제조된 질산화 미생물 그래뉼을 이용하여 연속회분식 생물반응기에서 폐수의 질산화 실험을 수행하였다. 연속회분식 생물반응기는 부피 3L의 원통으로 만들어졌고, 암모니아 폐수의 유입(5분) - 포기 및 질산화(2시간 40분) - 침전(1~3분) - 처리수 배출(5분) - 슬러지 인출 및 대기(7~9분)로 되어 있고 한 싸이클은 3시간이었다. 처리수는 전체 반응기 부피의 1/2인 1.5L를 배출하여 전체적인 폐수의 수리학적 체류시간은 6시간으로 유지되었다. 실험에 사용된 폐수의 암모니아성 질소농도는 200mg/L 이고, NaHCO31.2g/L, MgSO4·H2O 5mg/L, KCl 7mg/L, NaHPO4·12H2O 29mg/L, CaCl2·2H2O 7mg/L, KH2PO411mg/L, FeCl3·6H2O 1mg/L, 반응기의 pH와 온도는 각각 7.3~7.5와 28±1.0℃로 유지하였다. 질산화에 필요한 산소는 공기를 확산기로 흘려주면서 용존산소는 약 2mg/L로 유지하였고, 반응기의 질산화 미생물 그래뉼은 상기 실시예 1의 방법에 의해 제조된 질산화 미생물 그래뉼을 건조중량기준으로 약 2g/L로 유지하며 실험하였다 (도 1).The nitrification experiment of wastewater in a continuous batch bioreactor was carried out using the nitrification microorganism granules prepared in Example 1 above. The continuous batch bioreactor was made of a 3 L cylinder, with ammonia inflow (5 minutes)-aeration and nitrification (2 hours 40 minutes)-sedimentation (1-3 minutes)-treated water discharge (5 minutes)-sludge withdrawal And atmosphere (7-9 minutes) and one cycle was 3 hours. The treated water discharged 1.5L, which is 1/2 of the total reactor volume, so that the overall hydraulic retention time of the wastewater was maintained at 6 hours. The ammonia nitrogen concentration of the wastewater used in the experiment was 200 mg / L, NaHCO 3 1.2 g / L, MgSO 4 · H 2 O 5 mg / L, KCl 7 mg / L, NaHPO 4 · 12H 2 O 29 mg / L, CaCl 2 2H 2 O 7mg / L, KH 2 PO 4 11mg / L, FeCl 3 · 6H 2 O 1mg / L, pH and temperature of the reactor were maintained at 7.3 ~ 7.5 and 28 ± 1.0 ° C, respectively. Oxygen required for nitrification flowed air to the diffuser and dissolved oxygen was maintained at about 2mg / L, the nitrification microorganism granules of the reactor is about 2g / L nitrified microorganism granules prepared by the method of Example 1 based on dry weight Experiments were carried out while maintaining (FIG.
질산화조에서 한 싸이클에서 반응시간에 따른 암모니아성 질소와 아질산성 질소, 질산성 질소의 농도변화는 도 3에 나타내었다. 먼저 질산화 그래뉼의 암모니아 산화균이 암모니아성 질소를 산화시켜 아질산성 질소로 전환시킴을 확인할 수 있었으며, 암모니아성 질소의 대부분이 아질산성 질소로 산화될 때까지 아질산 산화균의 활성은 낮은 상태로 약 5mg/L 정도의 질산성 질소가 생성되는 것을 확인할수 있었다.The concentration changes of ammonia nitrogen, nitrite nitrogen, and nitrate nitrogen with reaction time in one cycle in the nitrification tank are shown in FIG. 3. First, it was confirmed that the ammonia oxidizing bacteria of the nitrification granules oxidized the ammonia nitrogen and converted to nitrite nitrogen, and the activity of the nitrite oxidizing bacteria was low at about 5 mg until most of the ammonia nitrogen was oxidized to the nitrite nitrogen. It was confirmed that nitrate nitrogen of about / L was produced.
한편, 암모니아를 아질산으로까지만 부분 질산화시킬 때는 질산으로 완전 질산화 시보다 약 25%의 산소 절약 효과가 있다. 도 1에서 질산화 그래뉼에 의해 암모니아의 약 90% 정도는 아질산으로 축적되고, 10% 정도만이 질산으로 완전 질산화된다. 따라서, 표 1과 2의 화학반응식에 의해, 순 산소 소모량은 25%의 90%만큼인 22.5%가 절약되게 된다.Meanwhile, Partial nitrification of ammonia to nitrous acid alone provides about 25% more oxygen savings than nitric acid. In FIG. 1, about 90% of ammonia is accumulated as nitrite by nitrification granules, and only about 10% is completely nitrified to nitric acid. Therefore, by the chemical reaction equations of Tables 1 and 2, the net oxygen consumption is reduced by 22.5%, which is 90% of 25%.
상기의 질산화 미생물 그래뉼에서 아질산 산화균의 활성저하 현상은 세 가지로 설명될 수 있다. 첫째로, 아질산 산화균의 개체수가 암모니아 산화균에 비하여 적어 상대적으로 아질산 산화균의 활성이 적다. 이는 그래뉼 생성을 위한 반응기에서부터 아질산의 일부만이 산화되므로 아질산 산화균 생성을 위한 에너지원이 부족하고, 따라서 아질산 산화균의 성장 자체가 제한을 받게 되어 개체수가 적어진다. 두 번째는, 폐수에서 암모니아성 질소의 대부분은 NH4 +의 이온형태로 존재하나 pH와 온도조건에 따라 자유 암모니아(NH3)와 평형을 이루게 된다. 일부 존재하는 NH3는 암모니아 산화균이나 아질산 산화균 활성에 저해를 주게 되는데, 특히 아질산 산화균은 0.1mgN/L의 낮은 농도에서도 저해를 받아 같은 농도 조건에서 암모니아 산화균에 비해 더 불리한 조건이 된다. 참고로 자유 암모니아는 암모니아 이온, pH, 온도의 함수로 다음과 같이 수학식 1로 표시될 수 있다.Deactivation of nitrite oxidizing bacteria in the nitrifying microorganism granules can be explained in three ways. First, the number of nitrite oxidizing bacteria is smaller than that of ammonia oxidizing bacteria, so the activity of nitrite oxidizing bacteria is relatively low. This is because only a part of the nitrite is oxidized from the reactor for producing granules, there is a lack of an energy source for the production of nitrite oxidizing bacteria, and thus the growth of the nitrite oxidizing bacteria itself is limited, thereby reducing the number of individuals. Second, most of the ammonia nitrogen in the waste water is in the form of NH 4 + ions, but is in equilibrium with free ammonia (NH 3 ) depending on pH and temperature conditions. Some existing NH 3 inhibits the activity of ammonia oxidizing bacteria and nitrite oxidizing bacteria. In particular, nitrite oxidizing bacteria are inhibited even at low concentrations of 0.1 mgN / L, making them more unfavorable than ammonia oxidizing bacteria at the same concentration conditions. . For reference, free ammonia may be represented by Equation 1 as a function of ammonia ion, pH, and temperature.
Ka= 암모니아와 질산의 평형 이온화 상수K a = equilibrium ionization constant of ammonia and nitric acid
Kw= 물의 이온화 상수K w = ionization constant of water
Ka/Kw= e(6334/(273+??)) K a / K w = e (6334 / (273+ ??))
세 번째로는, 그래뉼에서의 질산화 미생물 분포를 보면 아질산 산화균은 암모니아 산화균보다 더 그래뉼 내부에 주로 분포하고 있고, 그래뉼 외부에서 공급되는 산소를 이용할 수 있는 기회가 암모니아 산화균보다 더 낮으며, 또한 산소에 대한 기질 친화도(Ks)도 암모니아 산화균에 비해 낮아서 같은 조건에서 산소를 이용하기 위한 경쟁에서 암모니아 산화균보다 불리한 위치에 놓여 있다. 벌크 액상의 용존산소 농도를 2mg/L 정도로 유지할 때 이러한 아질산 축적특성을 확인할 수 있다. 이러한 이유로 인해, 먼저 암모니아가 아질산으로 산화되고 암모니아 산화가 완결된 후에 아질산이 질산성 질소로 산화되는 것이다. 따라서 연속회분식 반응기에서 포기시간을 암모니아 산화가 끝나는 시간까지로 제한하면 암모니아는 대부분 아질산성 질소로 산화된 후, 바로 탈질되게 된다.Third, the distribution of nitrifying microorganisms in the granules shows that nitrite oxidizing bacteria are more predominantly distributed inside the granules than ammonia oxidizing bacteria, and the opportunity to use oxygen supplied from the outside of the granules is lower than that of the ammonia oxidizing bacteria. In addition, the substrate affinity (K s ) for oxygen is also lower than that of ammonia oxidizing bacteria, which is in an unfavorable position than ammonia oxidizing bacteria in competition for using oxygen under the same conditions. This nitrite accumulation can be confirmed when the dissolved oxygen concentration of the bulk liquid is maintained at about 2 mg / L. For this reason, ammonia is first oxidized to nitrous acid and nitrous acid is oxidized to nitrate nitrogen after the ammonia oxidation is completed. Therefore, if the aeration time is limited to the end of ammonia oxidation in a continuous batch reactor, ammonia is mostly denitrified after being oxidized to nitrite nitrogen.
실시예 3: 절감된 산소 소비량 및 유기물의 양에 대한 실험 Example 3: Experiment on reduced oxygen consumption and organic matter
연속회분반응기의 호기 질산화 운전시간을 아질산 축적되는 시간으로 조절하면 암모니아가 아질산으로만 전환되게 운전할 수 있다. 도 3은 질산화 미생물 그래뉼을 이용하여 폐수 질산화 시 아질산이 축적되었다가 질산으로 전환되는 것을 나타낸 것이다. 도 3에 나타난 바와 같이, 연속회분반응기를 3시간 운전한 뒤 종료하게 되면, 100%에 가까운 질산화가 이루어지며, 약90% 정도의 아질산이 축적되고 10%정도의 질산이 형성된다. 이를 곧바로 탈질반응기로 외부탄소원인 아세트산(acetic acid)과 함께 유입하면 아질산에 의한 탈질화가 진행된다.If the aerobic nitrification operation time of the continuous batch reactor is adjusted to the nitrite accumulation time, the ammonia can be operated to convert only to nitrous acid. 3 shows that nitrite is accumulated and converted to nitric acid during wastewater nitrification using nitrification microorganism granules. As shown in FIG. 3, when the continuous batch reactor is operated for 3 hours and terminated, nitrification close to 100% is achieved, about 90% of nitrite is accumulated, and about 10% of nitric acid is formed. If this is immediately introduced into the denitrification reactor with acetic acid, an external carbon source, denitrification by nitrous acid proceeds.
도 4는 질산화 미생물 그래뉼을 이용하여 폐수 질산화 시 축적된 아질산이 탈질되는 것을 나타낸 것이다. 도 4에 나타난 바와 같이, 질산화 미생물 그래뉼에의해 축적된 아질산을 외부탄소원(acetic acid)을 주입하여 탈질시, SCOD 소모/NO2 --N 제거비는 2.67 mgSCOD/mgNO2 --N이었으며, NO2 --N 제거시 세포합성을 고려한 SCOD 소모비인 2.295 mgSCOD/mgNO2 --N보다는 높게 나타났다. 이는 암모니아가 100% 아질산으로 축적되지 않고, 일부는 질산으로 완전 질산화되고 질산이 탈질에 관여하는 외부 탄소원을 많이 소모하였기 때문이다.Figure 4 shows that the denitrification of nitrite accumulated during wastewater nitrification using nitrification microorganism granules. As shown in FIG. 4, when denitrifying nitrite accumulated by nitrifying microbial granules by injecting an external carbon source (acetic acid), the SCOD consumption / NO 2 -- N removal ratio was 2.67 mgSCOD / mgNO 2 -- N, and NO 2 - higher than -N - -N removed during SCOD somobi of 2.295 mgSCOD / mgNO 2 Considering the cell synthesis. This is because ammonia does not accumulate to 100% nitrous acid, some of which is completely nitrified to nitric acid and nitric acid consumes a lot of external carbon sources involved in denitrification.
도 5는 일반적인 완전 질산화에 의한 탈질시 소모되는 외부탄소원의 양을 알아보기 위해 인공적으로 질산폐수를 제조하여 탈질화 시험을 수행한 결과를 나타낸 것이다. 100 mg/L의 질산을 외부탄소원(acetic aicd)을 주입하여 탈질시, SCOD 소모/NO3 --N 제거비는 4.05mg SCOD/mgNO3 --N로 나타났다. 이는 NO3 --N 제거시 세포합성을 고려한 SCOD 소모비인 3.75~4.05 mgSCOD/mgNO3 --N과 거의 비슷한 값이다.Figure 5 shows the results of performing the denitrification test by artificially producing the nitrate wastewater to determine the amount of external carbon source consumed during the denitrification by the normal complete nitrification. When denitrification of 100 mg / L of nitric acid was injected with an external carbon source (acetic aicd), the SCOD consumption / NO 3 − -N removal ratio was 4.05 mg SCOD / mgNO 3 − -N. This value is almost similar to the SCOD consumption ratio of 3.75 ~ 4.05 mgSCOD / mgNO 3 -- N in consideration of cell synthesis in NO 3 -- N removal.
도 4와 5의 결과를 비교하면 질산의 탈질시 소모되는 SCOD의 양에 비해 아질산의 탈질시 소모되는 SCOD의 양은 약 34% 정도 적은 것으로 나타났다. 비록 이론적으로 40%의 탄소원 절약이 가능하나 질산화 그래뉼에 의해 암모니아가 90% 정도 아질산으로 축적되고, 나머지는 질산 형태로 탈질되므로 6%의 오차가 발생하였으나, 아질산으로부터 탈질이 탄소원 절약 측면에서 매우 경제적인 것을 알 수 있다.Comparing the results of FIGS. 4 and 5, the amount of SCOD consumed in nitrous acid denitrification was about 34% less than the amount of SCOD consumed in nitric acid denitrification. Although theoretically 40% carbon source can be saved, ammonia accumulates as 90% nitrite by nitrification and 6% error occurs due to denitrification in nitric acid form, but denitrification from nitrous acid is very economical in terms of saving carbon source. It can be seen that.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.Having described the specific part of the present invention in detail, it is obvious to those skilled in the art that such a specific description is only a preferred embodiment, thereby not limiting the scope of the present invention. something to do. Thus, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 암모니아 산화균 위주의 질산화 미생물 그래뉼을 이용한 하·폐수의 질소제거 기술은 암모니아를 아질산까지만 산화시켜 바로 탈질될 수 있도록 하므로 질산화에 필요한 산소 소비랑 및 탈질에 필요한 유기물의 양을 현저히 절감시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 의할 경우 질산화 및 탈질 속도가 질산을 경유하는 것에 비해 상당히 빨라질 수 있으므로 생물반응기의 부피를 절감시키는 효과도 있다.As described in detail above, the nitrogen removal technology of the sewage and wastewater using the nitrification microorganism granules based on the ammonia oxidizing bacterium of the present invention oxidizes ammonia only to nitrous acid so that it can be directly denitrated, which is necessary for oxygen consumption and denitrification. The amount of organic matter can be significantly reduced. In addition, according to the present invention, since the nitrification and denitrification rates can be significantly faster than those via nitric acid, there is also an effect of reducing the volume of the bioreactor.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020040040375A KR100446577B1 (en) | 2004-06-03 | 2004-06-03 | Method for Eliminating Nitrogen Using Granule of Nitrifying Microorganisms |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020040040375A KR100446577B1 (en) | 2004-06-03 | 2004-06-03 | Method for Eliminating Nitrogen Using Granule of Nitrifying Microorganisms |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR100446577B1 true KR100446577B1 (en) | 2004-09-04 |
Family
ID=37362391
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020040040375A KR100446577B1 (en) | 2004-06-03 | 2004-06-03 | Method for Eliminating Nitrogen Using Granule of Nitrifying Microorganisms |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100446577B1 (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100586535B1 (en) * | 2006-02-28 | 2006-06-08 | 주식회사 에코비젼 | Advanced wastewater treatment system and method using nitrifying microorganisms granule reactor |
KR101537755B1 (en) * | 2013-10-16 | 2015-07-22 | 명지대학교 산학협력단 | Apparatus for treating landfill leachate using aerobic granular sludge and treatment method using thereof |
KR20180000627A (en) * | 2016-06-23 | 2018-01-03 | 주식회사 에코비젼 | Bacillus endospores immobilized carrier, and a method of manufacturing |
KR101935093B1 (en) * | 2016-06-23 | 2019-01-03 | 주식회사 에코비젼 | Selective Microorganism Immobilization Support |
CN111954644A (en) * | 2018-04-11 | 2020-11-17 | 株式会社日立制作所 | Nitrogen treatment method |
US10899642B2 (en) | 2017-02-23 | 2021-01-26 | Bkt Co., Ltd. | Wastewater treatment apparatus for shortcut nitrogen removal using anaerobic ammonium oxidation and partial nitritation using ammonium oxidizing bacteria granules |
CN112320948A (en) * | 2020-10-21 | 2021-02-05 | 江西挺进环保科技有限公司 | Efficient treatment method of rare earth mine tail water |
-
2004
- 2004-06-03 KR KR1020040040375A patent/KR100446577B1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100586535B1 (en) * | 2006-02-28 | 2006-06-08 | 주식회사 에코비젼 | Advanced wastewater treatment system and method using nitrifying microorganisms granule reactor |
KR101537755B1 (en) * | 2013-10-16 | 2015-07-22 | 명지대학교 산학협력단 | Apparatus for treating landfill leachate using aerobic granular sludge and treatment method using thereof |
KR20180000627A (en) * | 2016-06-23 | 2018-01-03 | 주식회사 에코비젼 | Bacillus endospores immobilized carrier, and a method of manufacturing |
KR101935093B1 (en) * | 2016-06-23 | 2019-01-03 | 주식회사 에코비젼 | Selective Microorganism Immobilization Support |
US10899642B2 (en) | 2017-02-23 | 2021-01-26 | Bkt Co., Ltd. | Wastewater treatment apparatus for shortcut nitrogen removal using anaerobic ammonium oxidation and partial nitritation using ammonium oxidizing bacteria granules |
CN111954644A (en) * | 2018-04-11 | 2020-11-17 | 株式会社日立制作所 | Nitrogen treatment method |
CN112320948A (en) * | 2020-10-21 | 2021-02-05 | 江西挺进环保科技有限公司 | Efficient treatment method of rare earth mine tail water |
CN112320948B (en) * | 2020-10-21 | 2022-12-27 | 江西挺进环保科技股份有限公司 | Efficient treatment method for rare earth mine tail water |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Cheng et al. | Organic carbon supplement influencing performance of biological nitritification in a fluidized bed reactor | |
JP2005238166A (en) | Anaerobic ammonoxidation treatment method | |
JP2008126143A (en) | Water treatment method | |
CN110282749A (en) | A kind of simulated wastewater and method of fast culture autotrophic denitrification Thiobacillus sludge | |
JPH08192185A (en) | Biologically nitrifying and denitrifying method | |
KR20080019975A (en) | Wastewater treatment apparatus using hybrid bio-electrochemical sequencing batch reactor combined a biological reactor and an electrode system | |
KR100446577B1 (en) | Method for Eliminating Nitrogen Using Granule of Nitrifying Microorganisms | |
KR100586535B1 (en) | Advanced wastewater treatment system and method using nitrifying microorganisms granule reactor | |
CN108163978A (en) | A kind of method that the basicity realization efficient nitrosation of high-concentration ammonia nitrogenous wastewater is provided with sodium carbonate | |
KR100346910B1 (en) | Autotrophic denitrification using sulfur and sea shell | |
KR100578408B1 (en) | Method of Denitrification Using Anearobic Granule Sludge | |
KR20210040632A (en) | Wastewater treatment system using anaerobic ammonium oxidation system in mainstream of mwtp by nitrification reaction of various high concentration waste liquid and microorganism culture reinforcement | |
KR20110059692A (en) | Apparatus for removing nitrogen from anaerobic digested waste water | |
JP2002143888A (en) | Method for accumulating autotrophic denitrifying microorganism and biological method for removing nitrogen | |
KR101045975B1 (en) | Method for removing nitrogen from anaerobic digested waste water | |
KR20010011875A (en) | Method and Apparatus of Biological Nitrogen Removal from the High Concentration Industrial Wastewater | |
JPS585118B2 (en) | Yuukiseihaisuino | |
KR20110045812A (en) | Apparatus and method for removing nitrogen from anaerobic digested waste water | |
KR100321679B1 (en) | Advanced wastewater treatment method | |
CN113735261A (en) | Treatment process and treatment device for aquaculture wastewater | |
KR20120129829A (en) | Method for removing nitrogen in waste water | |
KR100534040B1 (en) | Method of high-rate denitrification using two reactors in series | |
Ding et al. | Enhanced Nitrogen Removal of Eutrophic Water in Constructed Wetland by Novel Integration of Submerged Macrophyte Pond. | |
KR20100130656A (en) | Nitrite removal processes from waters using sulfur-oxidizing denitrifying bacteria | |
KR20100083223A (en) | Method for high class treatment of wastewater using gas permeable membrane-attached biofilm |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
A302 | Request for accelerated examination | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20090824 Year of fee payment: 6 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |