KR100644854B1 - Method and apparatus for enriching anaerobic ammonium oxidizing bacteria continuously - Google Patents

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강신현
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Abstract

A method and apparatus for enriching anaerobic ammonium-oxidizing bacteria continuously are provided to significantly reduce the growth time of anaerobic ammonium-oxidizing bacteria, so that the initial operation time of wastewater treatment process is reduced. The method for enriching anaerobic ammonium-oxidizing bacteria continuously comprises the steps of: introducing the culture medium into an upflow reactor having anaerobic ammonium-oxidizing bacteria and anaerobic granular sludge and culturing the anaerobic ammonium-oxidizing bacteria(S1); introducing the total or a part of the releasing water from the upflow reactor into loss-preventing culture vessel of the anaerobic ammonium-oxidizing bacteria which is packed with nonwoven fabrics having the positive charge, and culturing the anaerobic ammonium-oxidizing bacteria(S2); and introducing the releasing water from the culture vessel into the reactor of the step(S1), wherein the retention time of solids in the upflow reactor is 50 days or more. The apparatus for enriching anaerobic ammonium-oxidizing bacteria continuously comprises the upflow reactor(10) and the loss-preventing culture vessel of anaerobic ammonium-oxidizing bacteria(20).

Description

혐기성 암모늄 산화균의 연속 배양 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ENRICHING ANAEROBIC AMMONIUM OXIDIZING BACTERIA CONTINUOUSLY}METHOD AND APPARATUS FOR ENRICHING ANAEROBIC AMMONIUM OXIDIZING BACTERIA CONTINUOUSLY}

도 1은 본 발명에 따른 혐기성 암모늄 산화균의 연속 배양 장치 구성을 나타내는 개략도이다.1 is a schematic view showing the configuration of a continuous culture apparatus of anaerobic ammonium oxide bacteria according to the present invention.

*도면의 주요 부분에 관한 부호 설명** Explanation of symbols on the main parts of the drawings *

1 : 상향류식 반응기 2 : 혐기성 암모늄 산화균 유실 방지 배양조1: Upflow Reactor 2: Anaerobic Ammonium Oxide Bacteria Loss Prevention Culture Tank

3 : 유입 펌프 4 : 재순환 펌프3: inflow pump 4: recirculation pump

5 : 침전조 6 : 발생 질소가스5: sedimentation tank 6: generated nitrogen gas

7 : 산화환원전위 미터 8 : 공기 유입 방지기 7: redox potential meter 8: air ingress protector

본 발명은 혐기성 암모늄 산화균의 연속 배양 방법 및 장치에 관한 것으로, 하수, 폐수 등의 처리장 발생 슬러지의 혐기성 처리 후 발생하는 반류수, 매립지 침출수 및 축산 폐수와 같은 고농도의 질소를 함유한 폐수를 경제적으로 처리하기 위해 필요한 혐기성 암모늄 산화균의 연속 배양 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for continuously culturing anaerobic ammonium oxidizing bacteria. The present invention relates to wastewater containing high concentrations of nitrogen such as reflux water, landfill leachate, and livestock wastewater generated after anaerobic treatment of treatment-producing sludge such as sewage and wastewater. The present invention relates to a method and apparatus for continuously culturing anaerobic ammonium oxidizing bacteria required for treatment.

종래에 하수, 폐수 등의 질소 제거를 위하여 재래식 질산화/탈질소화 반응의 조합 공정이 가장 많이 활용되었으며, 특히 하수 처리의 경우 경제적인 이유로 인하여 질산화/탈질소화 반응 공정이 많이 이용되었다.Conventional combinations of conventional nitrification / denitrification reactions have been most commonly used for nitrogen removal of sewage, wastewater, and the like. In particular, in the case of sewage treatment, many nitrification / denitrification reaction processes have been used.

상기 생물학적 질산화는 종속 영양 질산화 미생물이 산소를 전자수용체로 사용하여 암모니아성 질소를 질산성 질소로 산화시키는 반응으로서, 질산화된 질산성 질소는 무산소 조건에서 탈질소화 미생물에 의해 질소 가스로 환원된다. 다음 [반응식 1]은 암모니아성 질소를 질산성 질소로 산화시키는 질산화 반응식이고, [반응식 2]는 질산성 질소를 질소 가스로 환원하는 탈질소화 반응식이다.The biological nitrification is a reaction in which heterotrophic nitrification microorganisms use oxygen as an electron acceptor to oxidize ammonia nitrogen to nitrate nitrogen, which is reduced to nitrogen gas by denitrifying microorganisms under anoxic conditions. [Scheme 1] is a nitrification reaction for oxidizing ammonia nitrogen to nitrate nitrogen, and [Scheme 2] is a denitrification reaction for reducing nitrate nitrogen to nitrogen gas.

NH4 + + 2O2 → NO3 - + 2H+ + H2O NH 4 + + 2O 2 → NO 3 - + 2H + + H 2 O

6NO3 -+ 5CH3OH + CO2 → 3N2 + 6HCO3 - + 7H2O 6NO 3 - + 5CH 3 OH + CO 2 → 3N 2 + 6HCO 3 - + 7H 2 O

상기 [반응식 1]로부터 알 수 있듯이, 질산화 반응의 경우 1몰의 암모니아성 질소를 질산성 질소로 산화시키는데 2몰의 산소가 소모되며, 상기 [반응식 2]로부터 알 수 있듯이, 탈질소화 반응의 경우 6몰의 질산성 질소를 환원시키기 위해서 5몰의 메탄올이 필요하다. 한편, 일반적으로 상기 반응식들의 원리를 이용한 생물학적 질소 제거 공정에서 효율적으로 질소를 제거하기 위한 유입 폐수의 COD/N비로는 3 내지 6이 요구된다.As can be seen from [Scheme 1], in the case of nitrification, 2 moles of oxygen are consumed to oxidize 1 mole of ammonia nitrogen to nitrate nitrogen. As can be seen from [Scheme 2], in the case of denitrification 5 moles of methanol are needed to reduce 6 moles of nitrate nitrogen. On the other hand, in general, the COD / N ratio of the influent wastewater for efficiently removing nitrogen in the biological nitrogen removal process using the principles of the schemes is required 3 to 6.

이와 같은 질산화/탈질소화 반응에서는 효율적인 산소 공급과 알칼리도의 공 급이 필수적이며, 특히 추가적 탈질소화 미생물은 전자주게로서 다량의 외부탄소원을 필요로 하기 때문에 에너지뿐만 아니라 다량의 유기물 원을 필요로 하여 폐수처리시 많은 운영비가 소요된다는 단점이 있다. 나아가, 유입수 내 암모니아성 질소의 농도가 100 ppm 이하인 하수와 달리 고농도의 질소를 함유한 폐수의 처리시에는 막대한 비용이 소요된다는 문제가 있다.In such nitrification / denitrification reaction, efficient oxygen supply and alkalinity supply are essential. Especially, since additional denitrification microorganisms require a large amount of external carbon source as electron donor, it requires not only energy but also large amount of organic material. There is a disadvantage in that a large operating cost is required for processing. Furthermore, unlike sewage having a concentration of ammonia nitrogen in the inflow water of 100 ppm or less, there is a problem in that the treatment of wastewater containing a high concentration of nitrogen requires a huge cost.

상기 질산화 후 탈질소화 반응에 따른 에너지 소모 및 유기물 원의 양을 감소시키기 위한 공정으로서, 폐수 내 암모니아성 질소를 아질산성 질소까지 산화시킨 후, 아질산성 질소를 탈질소화하는 공정이 알려져 있다.As a process for reducing the energy consumption and the amount of the organic source according to the denitrification after nitrification, a process of oxidizing ammonia nitrogen in wastewater to nitrite nitrogen and then denitrifying nitrite nitrogen is known.

이 공정은 이른바 SHARON(Single reactor system for High activity Ammonia Removal over Nitrite) 공정으로 불리는데, 다음은 반응식은 SHARON 공정 반응의 반응식들을 나타낸다.This process is called the so-called Single reactor system for High activity Ammonia Removal over Nitrite (SHARON) process. The following schemes represent the reaction schemes of the SHARON process reaction.

NH4 + + 1.5O2 -> NO2 - + H2O + 2H+ NH 4 + + 1.5O 2 -> NO 2 - + H 2 O + 2H +

6NO2 - + 3CH3OH + 3CO2 -> 3N2 + 6HCO3 - + 3H2O 6NO 2 - + 3CH 3 OH + 3CO 2 -> 3N 2 + 6HCO 3 - + 3H 2 O

상기 SHARON 반응은 생물 반응조의 수리학적 체류시간, pH 및 온도를 조절하여 아질산성 질소 산화균인 니트로박터(nitorobacter)의 반응기 내에서의 성장을 억제함으로써 암모니아성 질소를 아질산성 질소까지 부분 산화시키는 반응으로서, 상기 반응식 3 및 4로부터 알 수 있듯이, 종래의 완전 질산화 공정과 비교할 때 25%의 산소 요구량이 절감되며 종래의 탈질소화 공정과 비교할 때 40%의 유기탄소원양이 절감된다는 장점이 있다. The SHARON reaction is to partially oxidize ammonia nitrogen to nitrite nitrogen by inhibiting growth in the reactor of nitrobacter, which is a nitrite nitrogen oxidizing bacterium, by adjusting the hydraulic residence time, pH and temperature of the biological reactor. As can be seen from the reaction schemes 3 and 4, the oxygen requirement of 25% compared with the conventional complete nitrification process is reduced, and the organic carbon source of 40% compared with the conventional denitrification process is advantageous.

그러나, 상기 SHRON 방법은 실제 폐수 처리 시 암모니아성 질소를 아질산성 질소까지만 안정적으로 부분 산화시키는 것이 매우 어렵기 때문에 현재 활발히 상용화되지 못하고 있는 실정이다.However, the SHRON method is currently not actively commercialized because it is very difficult to stably partially oxidize ammonia nitrogen to nitrite nitrogen in actual wastewater treatment.

한편, 최근 메탄생성 반응조의 유출수를 처리하는 탈질소화 유동상 반응기로부터 암모니아성 질소가 제거되는 것이 관찰된 이래로<미국 특허 제5,078,884호 참조>, 암모니아성 질소와 아질산성 질소를 질소 가스로 전환시키는 혐기성 암모늄 산화균의 존재가 확인되었다. 다음 [반응식 5]는 혐기성 암모늄 산화균에 의한 암모니아성 질소와 아질산성 질소의 질소가스 전환 반응을 나타내는 반응식이고, [반응식 6]은 총괄 반응식이다.On the other hand, since it was recently observed that ammonia nitrogen was removed from a denitrification fluidized bed reactor treating the effluent of a methane production reactor (see US Patent No. 5,078,884), anaerobic conversion of ammonia nitrogen and nitrite nitrogen to nitrogen gas was performed. The presence of ammonium oxide was confirmed. [Scheme 5] is a reaction equation showing a nitrogen gas conversion reaction between ammonia nitrogen and nitrite nitrogen by anaerobic ammonium oxide, and [Scheme 6] is a general reaction equation.

1.0NH4 + + 1.32NO2 - + 0.066HCO3 - + 0.13H+ -> 1.02N2 + 0.26NO3 - + 0.066CH2O0.5N0.15 + 2.03H2O 1.0NH 4 + + 1.32NO 2 - + 0.066HCO 3 - + 0.13H + -> 1.02N 2 + 0.26NO 3 - + 0.066CH 2 O 0.5 N 0.15 + 2.03H 2 O

NH4 + + 0.75O2 -> 0.5N2 NH 4 + + 0.75 O 2- > 0.5 N 2

상기 반응식들로부터 알 수 있듯이, 혐기성 암모늄 산화균에 의한 혐기성 암 모늄 산화반응을 이용하여 질소를 제거할 경우 재래식 질소 제거 공정과 대비하여 37.5%의 산소 요구량만이 필요하며, 탈질소화에 소요되는 외부 탄소원의 공급은 전혀 필요하지 않게 된다. 따라서, 운영비가 획기적으로 절감되어 매우 경제적이다.As can be seen from the above schemes, when nitrogen is removed by anaerobic ammonium oxidation by anaerobic ammonium oxidizing bacteria, only 37.5% of oxygen is required as compared to conventional nitrogen removal process, and external nitrogen required for denitrification The supply of carbon sources is not necessary at all. Therefore, the operating cost is drastically reduced and very economical.

그러나, 상기 혐기성 암모늄 산화균은 미생물 배가 시간이 11 내지 12일이므로 성장률이 아주 느릴 뿐만 아니라 생육 조건이 까다롭기 때문에 일반적인 자연환경에서는 배양하기가 어렵다는 단점이 있다.However, the anaerobic ammonium oxidizing bacterium has a disadvantage in that it is difficult to culture in a general natural environment because the growth rate of the microorganisms is 11 to 12 days as well as the growth rate is very difficult.

즉, 현재까지 알려진 바에 의하면 미생물 배가 시간이 11 내지 12일인 혐기성 암모늄 산화균을 실제 공정에 적용가능한 활성도 및 질소부하 0.4 kg N/m3-day 이상에서 운전하기 위해서는 6개월에서 1년간의 배양기간이 소요되고 이는 생물학적 질소제거공정을 성공적으로 설계 및 제작한다고 하더라도 정상적인 운전을 위한 시운전기간이 6개월 이상 소요됨을 의미하므로 그 상업적 적용은 불가능하거나 매우 어렵게 된다. In other words, it is known that incubation period of 6 months to 1 year to operate the anaerobic ammonium oxide bacteria having a microbial doubling time of 11 to 12 days at the activity and nitrogen load 0.4 kg N / m 3 -day or more applicable to the actual process This means that even if the design and manufacture of the biological nitrogen removal process is successful, the commissioning period for normal operation will be 6 months or more, so the commercial application is impossible or very difficult.

그러므로, 기존의 혐기성 암모늄 산화균을 이용한 질소 제거 공정에서는 무엇보다도 상기 혐기성 암모늄 산화균을 단기간에 안정적으로 배양할 수 있는 기술의 확보가 필수적이다.Therefore, in the conventional nitrogen removal process using anaerobic ammonium oxide bacteria, it is necessary to secure a technology capable of stably culturing the anaerobic ammonium oxide bacteria in a short time.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 혐기성 또는 무산소 조건에서 암모니아성 질소와 아질산성 질소를 질소 가스로 전환시킬 수 있는 혐기성 암모늄 산화균의 배양에 있어 서, 미생물 배가 시간이 길고 성장조건이 까다로운 상기 혐기성 암모늄 산화균을 단시간에 배양하여 질소 제거에 이용할 수 있는 혐기성 암모늄 산화균의 연속 배양 방법 및 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is to provide an anaerobic ammonium oxide bacterium capable of converting ammonia nitrogen and nitrite nitrogen into nitrogen gas under anaerobic or anoxic conditions. In culturing, it provides a method and apparatus for continuously culturing anaerobic ammonium oxidizing bacteria which can be used for nitrogen removal by culturing the anaerobic ammonium oxidizing bacteria which have a long time for microbial culturing and difficult growing conditions.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 혐기성 암모늄 산화균의 연속 배양 방법으로서, 혐기성 암모늄 산화균의 활성이 있는 미생물 및 혐기성 입상 슬러지가 식종된 상향류식 반응기 내에 배양액을 유입하고 혐기성 암모늄 산화균을 배양하는 단계(S1); 상기 S1 단계의 반응기로부터의 유출수의 일부 또는 전부를 양전하를 띠는 부직포가 충전된 혐기성 암모늄 산화균 유실 방지 배양조 내로 투입하여 혐기성 암모늄 산화균을 배양하는 단계(S2); 및 상기 S2 단계의 배양조로부터의 유출수를 상기 S1 단계의 반응기로 다시 투입하는 단계(S3)를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a continuous culture method of anaerobic ammonium oxidizing bacteria, in which a culture medium is introduced into an upflow reactor in which microorganisms having anaerobic ammonium oxidizing bacteria and anaerobic granular sludge are planted, and anaerobic ammonium oxidation Culturing the bacteria (S1); Culturing anaerobic ammonium oxidizing bacteria by injecting a part or all of the effluent from the reactor of step S1 into the anaerobic ammonium oxidizing bacteria loss prevention culture tank filled with a positively charged nonwoven fabric (S2); And it is characterized in that it comprises the step (S3) of introducing the effluent from the culture tank of the step S2 back to the reactor of the step S1.

본 발명에 따른 상기 방법은, 상기 S1 단계에서 상기 반응기로서 고형물 체류 시간이 50일 이상 유지되는 반응기를 사용하는 것을 특징으로 한다.The method according to the invention is characterized in that for using the reactor in which the solid residence time is maintained for at least 50 days as the reactor in the step S1.

본 발명에 따른 상기 방법은, 상기 S1 단계에서 상기 반응기 내에 1 내지 3mm의 혐기성 입상 슬러지를 총 반응기 용적의 50% 이상 식종하고 혐기성 암모늄 산화균의 활성이 있는 미생물을 총 반응기 용적의 10% 까지 식종하는 것을 특징으로 한다.In the method according to the present invention, in the step S1, 1 to 3 mm of anaerobic granular sludge is planted in the reactor at least 50% of the total reactor volume and microorganisms having an activity of anaerobic ammonium oxidizing bacteria are planted to 10% of the total reactor volume. Characterized in that.

본 발명에 따른 상기 방법은, 상기 S1 단계의 유출수의 흐름 속도를 50m/hr 이상으로 유지하는 것을 특징으로 한다.The method according to the invention, characterized in that for maintaining the flow rate of the effluent of the step S1 to 50m / hr or more.

본 발명에 따른 상기 방법은, 상기 S1 단계에서 상기 혐기성 암모늄 산화균의 배양 30일 이내에는 상기 반응기 내의 산화환원전위를 -100 내지 -150 mV로 유지하는 것을 특징으로 한다. The method according to the invention is characterized in that the redox potential in the reactor is maintained at -100 to -150 mV within 30 days of culturing the anaerobic ammonium oxidizing bacteria in the step S1.

본 발명에 따른 상기 방법은, 상기 S1 단계에서 상기 반응기에 황화수소 및 히드라진을 첨가하여 상기 산화환원전위를 조절하는 것을 특징으로 한다.The method according to the present invention is characterized in that in the step S1 by adding hydrogen sulfide and hydrazine to the reactor to control the redox potential.

본 발명에 따른 상기 방법은, 상기 S1 단계에서 상기 혐기성 암모늄 산화균의 배양 30일 후에는 상기 반응기 내의 산화환원전위를 -30 내지 -100mV로 유지하는 것을 특징으로 한다. The method according to the present invention is characterized in that the redox potential in the reactor is maintained at -30 to -100 mV after 30 days of culturing the anaerobic ammonium oxidizing bacteria in the step S1.

본 발명에 따른 상기 방법은, 상기 S1 단계에서 상기 반응기로 투입되는 암모니아성 질소/아질산성 질소의 몰비를 0.9 내지 0.95로 조절함으로써 상기 산화환원전위를 조절하는 것을 특징으로 한다.The method according to the invention is characterized in that the redox potential is adjusted by adjusting the molar ratio of ammonia nitrogen / nitrite nitrogen introduced into the reactor in the step S1 to 0.9 to 0.95.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 혐기성 암모늄 산화균의 연속 배양 장치로서, 혐기성 암모늄 산화균의 활성이 있는 미생물 및 혐기성 입상 슬러지가 식종되고, 배양액이 유입되어 혐기성 암모늄 산화균이 배양되는 상향류식 반응기; 및 상기 반응기로부터의 유출수의 일부 또는 전부가 유입되고, 양전하를 띠는 부직포가 충전되며, 배출되는 유출수가 다시 상기 반응기로 유입되는 혐기성 암모늄 산화균 유실 방지 배양조;를 포함하는 것을 특징으로 한다. The present invention for achieving the above object, as a continuous culture device of anaerobic ammonium oxidizing bacteria, microorganisms and anaerobic granular sludge with the activity of anaerobic ammonium oxidizing bacteria is planted, the culture solution is introduced into the anaerobic ammonium oxidizing bacteria is cultured Upflow reactor; And an anaerobic ammonium oxide bacteria loss prevention culture tank in which part or all of the effluent from the reactor is introduced, and a positively charged nonwoven fabric is filled, and the discharged effluent is introduced into the reactor again.

본 발명에 따른 상기 장치는, 상기 반응기의 고형물 체류 시간이 50일 이상 유지되는 것을 특징으로 한다.The device according to the invention is characterized in that the solid residence time of the reactor is maintained for at least 50 days.

본 발명에 따른 상기 장치는, 상기 반응기 내에 1 내지 3mm의 혐기성 입상 슬러지가 총 반응기 용적의 50% 이상 식종되고, 혐기성 암모늄 산화균의 활성이 있는 미생물이 총 반응기 용적의 10% 까지 식종되는 것을 특징으로 한다.The apparatus according to the present invention is characterized in that 1 to 3 mm of anaerobic granular sludge is planted in the reactor at least 50% of the total reactor volume, and microorganisms with the activity of anaerobic ammonium oxidizing bacteria are planted to 10% of the total reactor volume. It is done.

본 발명에 따른 상기 장치는, 상기 반응조의 유출수의 흐름 속도가 50m/hr 이상인 것을 특징으로 한다.The apparatus according to the present invention is characterized in that the flow rate of the effluent of the reaction tank is 50m / hr or more.

본 발명에 따른 상기 장치는, 상기 혐기성 암모늄 산화균의 배양 30일 이내에는 상기 반응기 내의 산화환원전위가 -100 내지 -150 mV로 유지되는 것을 특징으로 한다. The apparatus according to the present invention is characterized in that the redox potential in the reactor is maintained at -100 to -150 mV within 30 days of culturing the anaerobic ammonium oxide.

본 발명에 따른 상기 장치는, 상기 반응기에 황화수소 및 히드라진이 첨가되는 것을 특징으로 한다.The device according to the invention is characterized in that hydrogen sulfide and hydrazine are added to the reactor.

본 발명에 따른 상기 장치는, 상기 혐기성 암모늄 산화균의 배양 30일 후에는 상기 반응기 내의 산화환원전위가 -30 내지 -100mV로 유지되는 것을 특징으로 한다. The apparatus according to the present invention is characterized in that the redox potential in the reactor is maintained at -30 to -100 mV after 30 days of culture of the anaerobic ammonium oxide.

본 발명에 따른 상기 장치는, 상기 반응기에 투입되는 암모니아성 질소/아질산성 질소의 몰비가 0.9 내지 0.95인 것을 특징으로 한다.The apparatus according to the invention is characterized in that the molar ratio of ammonia nitrogen / nitrite nitrogen introduced into the reactor is 0.9 to 0.95.

이하, 본 발명에 따른 혐기성 암모늄 산화균의 연속 배양 방법 및 장치에 대하여 상술한다.Hereinafter, the method and apparatus for continuous culture of anaerobic ammonium oxide bacteria according to the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명에 따른 혐기성 암모늄 산화균의 연속 배양 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.1 is a schematic view showing the configuration of a continuous culture apparatus of anaerobic ammonium oxide bacteria according to the present invention.

도 1 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 혐기성 암모늄 산화균의 연속 배양 장치는 유입 펌프(30)에 의하여 배양액이 유입되는 상향류식 반응기(10)와 이로 부터의 유출수의 일부 또는 전부가 재순환 펌프(40)에 의해 유입되는 혐기성 암모늄 산화균 유실 방지 배양조(20)를 구비한다. 상기 상향류식 반응기(10)는 상부에 침전조(50)를 구비하고 상기 침전조(50)에는 산화환원전위 미터(70)가 장착되며, 상기 침전조(50)로부터 발생한 질소가스(60)는 배출된다. 상기 침전조(50)를 통과한 유출수는 공기 유입 방지기(80)를 통과하여 외부로 유출된다.As shown in Figure 1, the continuous culture apparatus of anaerobic ammonium oxidizing bacteria according to the present invention is a part or all of the upflow reactor 10 and the effluent water from the upflow reactor 10 is introduced into the culture medium by the inflow pump 30 is recycle pump The anaerobic ammonium oxide bacteria loss prevention culture tank 20 which flows in by 40 is provided. The upflow reactor 10 is provided with a settling tank 50 at the top, the redox potentiometer 70 is mounted on the settling tank 50, the nitrogen gas 60 generated from the settling tank 50 is discharged. Outflow water passing through the settling tank 50 is passed through the air inlet protector 80 to the outside.

상기 상향류식 반응기(10)에는 혐기성 암모늄 산화균의 활성을 가지는 미생물이 식종되고 또한 혐기성 입상 슬러지가 식종된다. 이러한 상향류식 반응기(10)에 배양액이 유입되고 혐기성 암모늄 산화균이 배양된다. 상기 상향류식 반응기(10)로서는 고형물 체류 시간이 50일 이상인 상향류식 연속 흐름 반응기가 바람직하다. 미생물 체류 시간을 50일 이상으로 하는 경우 성장속도가 극히 느린 혐기성 암모늄 산화균의 안정적인 성장이 가능한 생육 조건이 제공될 수 있다.In the upflow reactor 10, microorganisms having the activity of anaerobic ammonium oxidizing bacteria are planted, and anaerobic granular sludge is planted. The culture solution is introduced into the upflow reactor 10, and anaerobic ammonium oxide bacteria are cultured. As the upflow reactor 10, an upflow continuous flow reactor having a solids residence time of 50 days or more is preferable. When the microorganism retention time is 50 days or more, growth conditions capable of stably growing anaerobic ammonium oxide bacteria having extremely slow growth rates may be provided.

상기 혐기성 암모늄 산화균 유실 방지 배양조(20)는 그 내부에 양전하를 띠는 부직포가 충전되어 있다. 이와 같이 양전하를 띠는 부직포를 구비하는 것에 의하면 음전하를 띠는 혐기성 암모늄 산화균의 부착을 용이하게 할 수 있다. 이에 따라, 상기 반응조(10)로부터의 유출수가 배양조(20) 내로 투입된 경우 상기 유출수 내의 혐기성 암모늄 산화균이 유실되는 것을 최소로 할 수 있다. 이때, 상기 부직포의 재질로서 예를 들어 폴리프로필렌을 사용한다.The anaerobic ammonium oxide bacteria loss prevention culture tank 20 is filled with a non-woven fabric having a positive charge therein. By providing a positively charged nonwoven fabric in this manner, it is possible to facilitate the attachment of the negatively charged anaerobic ammonium oxide bacteria. Accordingly, when the effluent from the reaction tank 10 is introduced into the culture tank 20, it is possible to minimize the loss of anaerobic ammonium oxide bacteria in the effluent. At this time, for example, polypropylene is used as a material of the nonwoven fabric.

이와 같이 본 발명에서는 특히 상향류식 반응기를 채용하고, 상기 상향류식 반응기 내 미생물 체류 시간을 일정 시간 이상으로 하여 혐기성 암모늄 산화균의 성장이 가능한 생육 조건을 제공한다. 또한, 반응기 전단에는 혐기성 암모늄 산화 균의 유실을 방지할 수 있는 혐기성 암모늄 산화균 유실 방지 배양조를 구비하여 상기 반응기를 통과한 유출수의 일부 또는 전부가 재순환하는 과정에서 혐기성 암모늄 산화균이 유실이 없이 배양되도록 한다. 그 결과, 배가 시간이 길고 성장 조건이 까다로운 혐기성 암모늄 산화균을 단기간에 연속적으로 배양할 수 있다.As such, the present invention employs an upflow reactor, and provides growth conditions for the growth of anaerobic ammonium oxidizing bacteria by maintaining the microorganism residence time in the upflow reactor for a predetermined time or more. In addition, the front end of the reactor is equipped with an anaerobic ammonium oxide bacterium prevention culture tank that can prevent the loss of anaerobic ammonium oxide bacteria, so that part or all of the effluent passing through the reactor is recycled without loss. Allow culture. As a result, anaerobic ammonium oxidizing bacteria having a long doubling time and difficult growing conditions can be continuously cultured in a short time.

더욱이, 상기 반응기 내에 있어서, 배양 초기에는 1 내지 3mm의 혐기성 입상 슬러지를 총 반응기 용적의 50% 이상 식종하며 혐기성 산화균의 활성이 있는 미생물을 총 반응기 용적의 10% 까지 식종함으로써 배양 후 3개월 이내에 1kgN/m3-d의 질소 제거 활성도를 나타내도록 할 수 있다.Moreover, in the reactor, at the beginning of the culture, anaerobic granular sludge of 1 to 3 mm is planted at least 50% of the total reactor volume, and microorganisms having anaerobic oxidizing bacteria are planted to 10% of the total reactor volume within 3 months after the culture. It can be made to exhibit a nitrogen removal activity of 1kgN / m 3 -d.

그리고, 상기 반응기에 있어서, 혐기성 암모늄 산화균의 암모늄 질소와의 기질접촉속도를 증가시키고 또한 부산물인 발생 질소 가스의 배출을 용이하게 하도록 상기 반응기로부터의 유출수를 50m/hr 이상으로 유지한다. 이에 따라 유입 암모니아성 질소 및 아질산 질소의 농도를 희석시킬 수 있으므로 저해 영양을 줄일 수 있게 되고 초기 배양시 조기에 활성도도 증가시킬 수 있게 된다.In the reactor, the effluent from the reactor is maintained at 50 m / hr or more to increase the substrate contact rate of the anaerobic ammonium oxide bacteria with ammonium nitrogen and to facilitate the discharge of by-product nitrogen gas. As a result, the concentrations of the introduced ammonia nitrogen and the nitrite nitrogen can be diluted, thereby reducing the inhibitory nutrition and increasing the activity early in the initial culture.

또한, 혐기성 암모늄 산화균의 최적 성장 조건을 유지하기 위하여 배양 30일 이내에는 반응기 내의 산화환원전위를 -100 내지 -150mV 이하로 유지한다. 이와 같이 상기 산화환원전위를 조절하면 그렇지 않은 경우와 대비하여 특히 혐기성 암모늄 산화균이 우수한 활성을 나타낸다. 이때, 상기 산화환원전위를 상기 범위로 조절하기 위하여 혐기성 암모늄 산화균을 배양하는 초기에 상기 반응기에 환원제로서 황화수소 및 히드라진을 투입한다.In addition, in order to maintain optimal growth conditions of anaerobic ammonium oxidizing bacteria, the redox potential in the reactor is maintained at -100 to -150 mV or less within 30 days of culture. As such, when the redox potential is adjusted, anaerobic ammonium oxide shows excellent activity in comparison with the case where it is not. At this time, in order to control the redox potential in the above range, hydrogen sulfide and hydrazine are added to the reactor as a reducing agent in the early stage of culturing anaerobic ammonium oxide.

한편, 상대적으로 혐기성 암모늄 산화균의 활성이 작은 초기 운전 조건에서는 혐기성 암모늄 산화균이 성장 가능한 최적 환경이 중요하며, 이를 위하여 pH 7 내지 8, 온도 35 내지 37℃, 저가 영양 미생물에게 탄소원으로 이용되는 충분한 알칼리도, 철 및 망간 등의 미량 금속 물질의 공급도 요구된다.On the other hand, in the initial operating conditions where the activity of the anaerobic ammonium oxidants is relatively low, the optimum environment for the growth of the anaerobic ammonium oxidants is important. Sufficient alkalinity, supply of trace metals such as iron and manganese is also required.

나아가, 반응기 내에서의 연속 배양 한 달 후에는 산화환원전위를 -30 내지 -100mV로 함으로써 혐기성 암모늄 산화균의 활성을 더 빨리 증가시킬 수 있다. 이 경우, 상기 산화환원전위를 조절하기 위하여 환원제의 주입 대신에 암모니아성 질소/아질산성 질소의 몰비를 0.9 내지 0.95의 범위로 하도록 하며, 이에 따라 상기 반응기 내에서 아질산성 질소의 부족으로 인하여 산화환원전위가 -30 내지 -100mV 범위에서 운전될 수 있게 된다.Furthermore, after one month of continuous culture in the reactor, the activity of anaerobic ammonium oxidizing bacteria can be increased more quickly by setting the redox potential to -30 to -100 mV. In this case, in order to control the redox potential, the molar ratio of ammonia nitrogen to nitrite nitrogen is in the range of 0.9 to 0.95 instead of the injection of a reducing agent, and thus redox due to the lack of nitrite nitrogen in the reactor. The potential can be operated in the range of -30 to -100 mV.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니며 첨부된 특허청구범위내에서 다양한 형태의 실시예들이 구현될 수 있고, 단지 하기 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 동시에 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 실시를 용이하게 하고자 하는 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by explaining preferred embodiments of the present invention. However, the present invention is not limited to the following examples, and various forms of embodiments can be implemented within the scope of the appended claims, and the following examples are only common in the art while making the disclosure of the present invention complete. It is intended to facilitate the implementation of the invention to those with knowledge.

- 합성 배지 제조 -Synthetic medium preparation

본 실시예 및 비교예에 따른 혐기성 암모늄 산화균 배양 장치를 평가하기 위해서 먼저 합성 배지를 다음 표 1과 같이 제조하여 사용하였다.In order to evaluate the anaerobic ammonium oxidizing bacteria culture apparatus according to the present example and the comparative example, a synthetic medium was prepared and used as shown in Table 1 below.

물 (g/L)Water (g / L) 목표 농도(mg/L)Target concentration (mg / L) (NH4)2SO4 (NH 4 ) 2 SO 4 0.3300.330 7070 NaNO2 NaNO 2 0.3450.345 7070 NaHCO3 NaHCO 3 0.5040.504 7272 KH2PO4 KH 2 PO 4 0.0270.027 66 MgSO4·7H2OMgSO 4 7 H 2 O 0.1230.123 1212 CaCl2·2H2OCaCl 2 · 2H 2 O 0.1760.176 4848 히드라진(N2H4·H2O)Hydrazine (N 2 H 4 · H 2 O) 0.0250.025 14.014.0 히드록실아민(NH2OH)Hydroxylamine (NH 2 OH) 0.0350.035 0.50.5 미량 성분 용액 Ⅰ*Trace Component Solution I * 1ml/L1ml / L 미량 성분 용액 Ⅱ**Trace Component Solution II ** 1ml/L1ml / L 미량 성분 용액 Ⅰ*Trace Component Solution I * EDTAEDTA 55 FeSO4·7H2OFeSO 4 7H 2 O 55 미량 성분 용액 Ⅱ**Trace Component Solution II ** ZnSO4·7H2OZnSO 4 · 7H 2 O 0.4300.430 CoCl2·6H2OCoCl 2 · 6H 2 O 0.2400.240 MnCl2·4H2OMnCl 2 4H 2 O 0.9900.990 CuSO4·5H2OCuSO 4 · 5H 2 O 0.2500.250 Na2MoO4·2H2ONa 2 MoO 4 2H 2 O 0.2200.220 NiCl2·6H2ONiCl 2 · 6H 2 O 0.1900.190 Na2SeO4·10H2ONa 2 SeO 4 · 10H 2 O 0.2100.210 H3BO3 H 3 BO 3 0.0140.014

- 배양 장치 제작 --Production of culture device-

실시예 및 비교예의 배양 장치를 각각 다음과 같이 제작하였다.The culture apparatus of the Example and the comparative example was produced as follows, respectively.

혐기성 암모늄 산화균을 연속 배양할 수 있는 장치를 제작하였다. 유효 부피 3.35 L의 상향류 연속 흐름 반응기를 아크릴로 제작하였고, 상기 상향류 연속 흐름 반응기의 전단에 폴리프로필렌 재질의 부직포가 충전된 배양조를 연결하여 연속 배양 장치를 구성하였다(실시예). 펌프를 통하여 상기 반응기에 배양액으로서 제조된 합성 배지를 유입시킬 수 있도록 하였고, 상기 배양조와 상기 반응기 사이에는 펌프를 개재시켜 반응기로부터의 유출수의 재순환을 유도하였다. 상기 반응기의 상부에는 침전조를 설치하였고 상기 침전조에는 산화환원전위 미터를 설치하였다. 상기 침전조에서 발생한 질소 가스가 배출될 수 있도록 하였고 발생된 가스는 반응기 상부의 GSS(Gas Solid Separator)에 의해 분리되도록 하였으며, 습식 가스 미터(TG05 type, Ritter)로 미량의 발생 가스도 정확하게 측정될 수 있도록 하였다. 상기 침전조로부터의 유출수는 공기 유입 방지기를 통과하여 유출되도록 하였다. An apparatus capable of continuously culturing anaerobic ammonium oxide was produced. An upflow continuous flow reactor having an effective volume of 3.35 L was made of acrylic, and a continuous culture apparatus was constructed by connecting a culture vessel filled with a nonwoven fabric made of polypropylene to the front end of the upflow continuous flow reactor (Example). A synthetic medium prepared as a culture medium was introduced into the reactor through a pump, and a recycle was performed between the culture tank and the reactor through a pump. A precipitation tank was installed at the top of the reactor, and a redox potential meter was installed at the precipitation tank. Nitrogen gas generated in the sedimentation tank was discharged and the generated gas was separated by gas solid separator (GSS) at the top of the reactor, and even a small amount of generated gas could be accurately measured by a wet gas meter (TG05 type, Ritter). It was made. Effluent from the settling tank was allowed to flow through the air inlet protector.

한편, 상기 실시예에 따른 연속 배양 장치와의 성능 비교를 위하여, 상기 실시예와 동일하게 장치를 구성하되 상기 배양조를 연결함이 없이 배양 장치를 제작였다(비교예). On the other hand, in order to compare the performance with the continuous culture device according to the embodiment, the device was configured in the same manner as in the above embodiment, but the culture device was produced without connecting the culture tank (comparative example).

상기 실시예 및 비교예의 각 반응기의 온도를 조절하기 위하여, 127cm (가로) × 70cm (세로) × 151cm (높이) 크기의 박스에 PID 제어 방식의 히터를 장착한 항온 장치를 제작하고 그 내부에 각 반응기를 위치시켰다.In order to control the temperature of each reactor of the above Examples and Comparative Examples, a constant temperature device equipped with a PID control heater in a box of 127 cm (width) × 70 cm (length) × 151 cm (height) was manufactured and The reactor was placed.

그리고, 혐기성 암모늄 산화균의 활성이 있는 미생물의 성장에 영향을 미치는 pH, 온도, ORP 등을 상시 모니터링 하기 위한 자동 기기(Model IMC61, Isteck Inc.)와 컴퓨터를 각 반응기 주위에 설치하였다.In addition, an automatic device (Model IMC61, Isteck Inc.) and a computer for constant monitoring of pH, temperature, and ORP, which affect the growth of microorganisms having anaerobic ammonium oxide bacteria, were installed around each reactor.

식종 미생물로 주정폐수처리용 UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket) 공정에서 채취된 혐기성 입상 슬러지를 이용하였다. 상기 혐기성 입상 슬러지를 상기 실시예 및 비교예의 각 반응기 총 용적의 50%로 충전하였다.Anaerobic granular sludge collected from the UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) process for drinking wastewater was used as a seedling microorganism. The anaerobic granular sludge was charged to 50% of the total volume of each reactor of the examples and comparative examples.

혐기성 암모늄 산화균의 활성이 있는 미생물(Candidatus Brocardia Anammoxidans)을 상기 실시예 및 비교예의 각 반응기 총 용적의 10%로 충전하였다.Microorganisms with the Activity of Anaerobic Ammonium Oxides Brocardia Anammoxidans ) was charged to 10% of the total volume of each reactor of the examples and comparative examples.

상기 각 반응기 하부에는 직경 7 내지 10 mm의 세라믹 볼을 약 90 mL 부피로 채워 식종 미생물의 유실을 방지할 수 있도록 하였고, 미량 펌프(Model QSY with RH, Fluidmetering Inc.)를 이용하여 각 반응기에 제조한 합성 배지를 유입시켰다.The lower portion of each reactor was filled with a volume of about 90 mL of ceramic balls having a diameter of 7 to 10 mm to prevent loss of seed microorganisms, and prepared in each reactor by using a micro pump (Model QSY with RH, Fluidmetering Inc.). One synthetic medium was introduced.

- 운전 및 측정 - Driving and measuring

실시예 및 비교예의 배양 장치를 다음과 같이 운전 및 측정하였다.The culture apparatus of Examples and Comparative Examples was operated and measured as follows.

수리학적 체류시간으로서 운전 초기에 1일로 운전하였다. 내부 순환은 유입유량 대비 10Q 이상으로 순환시켰고 각 반응기 내 상향 유속을 50 m/hr 이상으로 유지하였다. It was operated for 1 day at the beginning of operation as a hydraulic retention time. The internal circulation was circulated above 10Q relative to the inflow flow rate and the upward flow rate in each reactor was maintained at 50 m / hr or more.

초기 유입 질소 부하는 0.14 kg N/m3-day 정도로 하였고(이와 같이 배양되도록 합성 배지를 조제하였다), pH는 인위적으로 조절하지 않았다. 반응기 내 온도가 중온 조건인 35±1℃가 되도록 항온 장치를 작동시켰다. The initial inlet nitrogen load was about 0.14 kg N / m 3 -day (synthetic medium was prepared to be so cultured) and the pH was not artificially controlled. The thermostat was operated so that the temperature in the reactor was 35 ± 1 ° C. at moderate temperature.

연속 배양에 따른 식종 미생물의 질소 제거 및 혐기성 암모늄 질소 산화 반응의 변화를 관찰하기 위해 주기적으로 유출수와 미생물을 채취하였다. 또한, 유출 가스 내 질소 가스 조성 변화를 매일 모니터링하였다. 이 후, 암모니아성 질소와 아질산성 질소의 제거 정도, 발생 가스 내 질소 가스의 조성 및 발생량에 따라 운전조건을 변화시켰다.Effluents and microorganisms were collected periodically to observe the nitrogen removal and anaerobic ammonium nitrogen oxidation of plant microorganisms during continuous culture. In addition, changes in nitrogen gas composition in the effluent gas were monitored daily. Thereafter, the operating conditions were changed according to the degree of removal of ammonia nitrogen and nitrite nitrogen, the composition and the amount of nitrogen gas in the generated gas.

연속 배양기에서 발생된 가스는 가스 미터를 이용하여 발생 가스 양을 측정하였으며, 가스 함량은 Porapak Q(80/100)를 충진한 1/8인치 구경, 6 ft 길이를 가진 스테인레스 칼럼과 TCD (Thermal Conductivity Detector)를 장착한 GC (HP 6890N)로 가스 성분을 분석하였다. 발생 가스는 주입구 온도 80℃, 오븐 온도 70℃와 검출기 온도 200℃의 운전조건에서 분석하였다. 캐리어 가스로는 아르곤 가스를 사용하였다. pH, 알칼리도, VSS, NH3-N의 시료 분석은 Standard Methods(APHA, 1998)에 따라 분석하였고, NO2-N, NO3-N 분석은 이온크로마토그래피(DX-500, DIONEX)를 이용하였다. The gas generated from the continuous incubator was measured using a gas meter. The gas content was 1/8 inch diameter, 6 ft long stainless column filled with Porapak Q (80/100), and TCD (Thermal Conductivity). Gas components were analyzed by GC (HP 6890N) equipped with a detector. The generated gas was analyzed under operating conditions of an inlet temperature of 80 ° C, an oven temperature of 70 ° C, and a detector temperature of 200 ° C. Argon gas was used as a carrier gas. Sample analysis of pH, alkalinity, VSS, NH 3 -N was analyzed according to Standard Methods (APHA, 1998), and NO 2 -N, NO 3 -N analysis was performed using ion chromatography (DX-500, DIONEX). .

- 결과 -- result -

실시예 및 비교예에 따른 배양 장치에 있어서의 분석 결과는 다음과 같다.The analysis result in the culture apparatus which concerns on an Example and a comparative example is as follows.

양전하를 띤 폴리프로필렌 부직포를 충전한 배양기를 상향류 연속 흐름 반응기의 전단에 둔 실시예의 연속 배양 장치는 배양 10일 후부터 우수한 혐기성 암모늄 산화 활성을 나타내기 시작하였다. 유입 기질인 암모니아성 질소 및 아질산성 질소의 농도를 70에서 500 mg/L까지 단계적으로 증가시켰을 때 지속적으로 우수한 활성을 나타내어 배양 3개월 이내에 1 kg N/m3-d의 높은 질소전환율을 나타내었다. The continuous culture apparatus of the example in which the incubator filled with the positively charged polypropylene nonwoven fabric was placed in front of the upflow continuous flow reactor started showing excellent anaerobic ammonium oxidation activity 10 days after the culture. Increasing the concentration of ammonia nitrogen and nitrite nitrogen in the inflow substrate from 70 to 500 mg / L showed excellent activity and showed high nitrogen conversion rate of 1 kg N / m 3 -d within 3 months of culture. .

반면, 비교예의 배양 장치는 유입 기질인 암모니아성 질소를 효율적으로 이용하지 못하였고 3개월간의 장기 배양에도 불구하고 0.1 kg N/m3-d이하의 낮은 질소 전환율을 나타내었다. 이것은 혐기성 암모늄 산화균이 증식하면서 입상 혐기성 암모늄 산화균에 쉽게 부착 증식하지 못하고 유출수로 유실되었기 때문이다. On the other hand, the culture apparatus of the comparative example was not able to efficiently use ammonia nitrogen as the inflow substrate and showed a low nitrogen conversion rate of less than 0.1 kg N / m 3 -d despite the long-term culture for 3 months. This is because the anaerobic ammonium oxidizing bacteria proliferated and were not easily attached to the granular anaerobic ammonium oxidizing bacteria and were lost to the effluent.

한편, 비교예의 경우 유출수내 VSS 농도가 30 내지 100 mg/L사이로 나타났으나, 실시예의 경우 유출수 내 VSS 농도가 10 mg/L이하로 유지되었고, 비교예의 경우에는 혐기성 암모늄 산화균의 유실에 따라 활성도가 쉽게 증가하지 않았다.On the other hand, in the comparative example, the VSS concentration in the effluent was found to be between 30 and 100 mg / L, but in the case of the example, the VSS concentration in the effluent was maintained below 10 mg / L, and in the comparative example, depending on the loss of anaerobic ammonium oxide Activity did not increase easily.

일반적인 경우 혐기성 암모늄 산화시 부산물로서 질산성 질소가 형성되며, 생성되는 비는 NH4 +:NO2 -:NO3 - = 1:1.32:0.26(종래 기술 부분 [반응식 5] 참조)의 몰 비율에 따르는 것으로 알려져 있다. The molar ratio of 0.26 (see prior art [Reaction Scheme 5]): 1.32: For general and the formation of nitrate nitrogen as a by-product during the anaerobic ammonium oxidation, the resulting ratio of NH 4 +: NO 2 -: - = 1 NO 3 It is known to follow.

본 실시예의 경우 정상 상태하에서는 제거된 암모니아성 질소 당 0.24 몰 정도의 질산성 질소가 생성되었고, 하기 [수학식 1]에 나타난 제거된 암모니아성 질소에 근거한 이론적인 질소가스 발생량과 유사한 양의 질소가스가 발생됨을 확인할 수 있었다.In the present embodiment, under normal conditions, about 0.24 mole of nitrate nitrogen was generated per ammonia nitrogen removed, and the amount of nitrogen gas similar to the theoretical nitrogen gas generation amount based on the removed ammonia nitrogen shown in Equation 1 below. Was confirmed to occur.

제거된 NH4 + 기준의 이론적인 하루 가스 발생량 (mL N2/day, 온도 35℃기준)= [{NH4 + 제거량 (mg/L) × 유입유량 (L/day)} × 1.02N2 mM] / 1NH4 + mM × 22.4 mL/mM × (273+35)/273Theoretical daily gas generation based on removed NH 4 + (mL N 2 / day, based on temperature 35 ° C) = [{NH 4 + removal (mg / L) × flow rate (L / day)} × 1.02N 2 mM / 1 NH 4 + mM × 22.4 mL / mM × (273 + 35) / 273

운전 초기에는 혐기성 입상 슬러지에 존재하는 유기물에 의해 메탄가스가 5% 미만으로 발생하였고, 0.1% 미만의 미량의 N2O가 발생하였지만, 연속 배양 한달 이후부터는 발생가스 내에 N2O가 전혀 검출되지 않은 것으로 보아 종속탈질(heterotrophic denitrification)은 일어나지 않은 것으로 판단되었다.At the beginning of operation, less than 5% of methane gas was generated by organic matter in anaerobic granular sludge, and less than 0.1% of N 2 O was generated, but N 2 O was not detected in the generated gas after one month of continuous culture. Heterotrophic denitrification did not appear to occur.

이와 같이, 별도의 배양조를 전단에 구비하지 않는 기존 공정의 경우 혐기성 암모늄 산화균이 유출수로 유출되어 1 kg N/m3-day의 조건까지 도달하기위해 약 1년이상의 배양기간이 필요하지만, 본 발명에 의하면 활성도를 획기적으로 증가시킬 있어서 3개월 이내에 기존 질소제거공정의 약 2.5배인 1 kg N/m3-day의 부하에서도 안정적으로 질소를 제거할 수 있게 된다.As such, in the conventional process without a separate culture tank at the front end, anaerobic ammonium oxide bacteria are discharged into the effluent and a culture period of about 1 year or more is required to reach a condition of 1 kg N / m 3 -day. According to the present invention, it is possible to stably remove nitrogen even under a load of 1 kg N / m 3 -day, which is about 2.5 times the existing nitrogen removal process, within three months of significantly increasing the activity.

본 발명의 혐기성 암모늄 산화균의 연속 배양 방법 및 장치에 따르면 성장속도가 극히 느린 혐기성 암모늄 산화균의 성장 시간을 비약적으로 단축시킬 수 있다. 따라서, 혐기성 암모늄 산화균을 이용한 고농도 질소 함유 폐수 처리 공정의 운전시 초기 운전 시간을 획기적으로 줄일 수 있어 상기 공정을 실제 적용하더라도 기간 단축을 도모할 수 있으며 공정의 안정성도 기대할 수 있어 상업적 이용에 문제가 없다.According to the method and apparatus for continuously culturing anaerobic ammonium oxidizing bacteria of the present invention, the growth time of anaerobic ammonium oxidizing bacteria with extremely slow growth rate can be drastically shortened. Therefore, the initial operation time of the highly concentrated nitrogen-containing wastewater treatment process using anaerobic ammonium oxidizing bacteria can be drastically reduced, so that even if the process is actually applied, the period can be shortened and the stability of the process can be expected. There is no.

Claims (16)

혐기성 암모늄 산화균의 연속 배양 방법으로서, As a continuous culture method of anaerobic ammonium oxide bacteria, 혐기성 암모늄 산화균의 활성이 있는 미생물 및 혐기성 입상 슬러지가 식종된 상향류식 반응기 내에 배양액을 유입하고 혐기성 암모늄 산화균을 배양하는 단계(S1); Introducing a culture solution into an upflow reactor in which microorganisms having anaerobic ammonium oxide bacteria and anaerobic granular sludge are planted and culturing the anaerobic ammonium oxide bacteria (S1); 상기 S1 단계의 반응기로부터의 유출수의 일부 또는 전부를 양전하를 띠는 부직포가 충전된 혐기성 암모늄 산화균 유실 방지 배양조 내로 투입하여 혐기성 암모늄 산화균을 배양하는 단계(S2); 및 Culturing anaerobic ammonium oxidizing bacteria by injecting a part or all of the effluent from the reactor of step S1 into the anaerobic ammonium oxidizing bacteria loss prevention culture tank filled with a positively charged nonwoven fabric (S2); And 상기 S2 단계의 배양조로부터의 유출수를 상기 S1 단계의 반응기로 다시 투입하는 단계(S3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 혐기성 암모늄 산화균의 연속 배양 방법.Continuous method of anaerobic ammonium oxidizing bacteria comprising the step (S3) of introducing the effluent from the culture tank of the step S2 back to the reactor of the step S1. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 S1 단계에서 상기 반응기로서 고형물 체류 시간이 50일 이상 유지되는 반응기를 사용하는 것을 특징으로 하는 혐기성 암모늄 산화균의 연속 배양 방법.Method of continuous culture of anaerobic ammonium oxide bacteria characterized in that for using the reactor in which the solid residence time is maintained for 50 days or more as the reactor in the step S1. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, The method according to claim 1 or 2, 상기 S1 단계에서 상기 반응기 내에 1 내지 3mm의 혐기성 입상 슬러지를 총 반응기 용적의 50% 이상 식종하고 혐기성 암모늄 산화균의 활성이 있는 미생물을 총 반응기 용적의 10% 까지 식종하는 것을 특징으로 하는 혐기성 암모늄 산화균의 연속 배양 방법.Anaerobic ammonium oxide, characterized in that the anaerobic granular sludge of 1 to 3mm in the reactor is planted in 50% or more of the total reactor volume and the microorganism having the activity of anaerobic ammonium oxide bacteria is planted to 10% of the total reactor volume in the step S1. Continuous culture method of bacteria. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 S1 단계의 유출수의 흐름 속도를 50m/hr 이상으로 유지하는 것을 특징으로 하는 혐기성 암모늄 산화균의 연속 배양 방법.Continuous culture method of anaerobic ammonium oxide bacteria characterized in that the flow rate of the effluent of the step S1 is maintained at 50m / hr or more. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, The method according to claim 1 or 2, 상기 S1 단계에서 상기 혐기성 암모늄 산화균의 배양 30일 이내에는 상기 반응기 내의 산화환원전위를 -100 내지 -150 mV로 유지하는 것을 특징으로 하는 혐기성 암모늄 산화균의 연속 배양 방법.The method of continuous culture of anaerobic ammonium oxide bacteria, characterized in that to maintain the redox potential in the reactor to -100 to -150 mV within 30 days of the culture of the anaerobic ammonium oxide bacteria in the step S1. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 S1 단계에서 상기 반응기에 황화수소 및 히드라진을 첨가하여 상기 산화환원전위를 조절하는 것을 특징으로 하는 혐기성 암모늄 산화균의 연속 배양 방법.The method of continuous culturing anaerobic ammonium oxidizing bacteria, characterized in that to control the redox potential by adding hydrogen sulfide and hydrazine to the reactor in the step S1. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, The method according to claim 1 or 2, 상기 S1 단계에서 상기 혐기성 암모늄 산화균의 배양 30일 후에는 상기 반응기 내의 산화환원전위를 -30 내지 -100mV로 유지하는 것을 특징으로 하는 혐기성 암모늄 산화균의 연속 배양 방법.After 30 days of culturing the anaerobic ammonium oxide bacteria in the step S1, the redox potential in the reactor is maintained at -30 to -100mV characterized in that the continuous culture method of anaerobic ammonium oxide bacteria. 제 7 항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 S1 단계에서 상기 반응기로 투입되는 암모니아성 질소/아질산성 질소의 몰비를 0.9 내지 0.95로 조절함으로써 상기 산화환원전위를 조절하는 것을 특징으로 하는 혐기성 암모늄 산화균의 연속 배양 방법.Method of continuously culturing anaerobic ammonium oxidizing bacteria, characterized in that by controlling the molar ratio of ammonia nitrogen / nitrite nitrogen introduced into the reactor in the step S1 to 0.9 to 0.95. 혐기성 암모늄 산화균의 연속 배양 장치로서, As a continuous culture device of anaerobic ammonium oxide bacteria, 혐기성 암모늄 산화균의 활성이 있는 미생물 및 혐기성 입상 슬러지가 식종되고, 배양액이 유입되어 혐기성 암모늄 산화균이 배양되는 상향류식 반응기; 및 An upflow reactor in which microorganisms having an activity of anaerobic ammonium oxidizing bacteria and anaerobic granular sludge are seeded, and culture medium is introduced to incubate anaerobic ammonium oxidizing bacteria; And 상기 반응기로부터의 유출수의 일부 또는 전부가 유입되고, 양전하를 띠는 부직포가 충전되며, 배출되는 유출수가 다시 상기 반응기로 유입되는 혐기성 암모늄 산화균 유실 방지 배양조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 혐기성 암모늄 산화균의 연속 배양 장치.Anaerobic ammonium, characterized in that it comprises a portion or all of the effluent from the reactor, the positively charged non-woven fabric is filled, the discharged effluent flowing into the reactor again anaerobic ammonium oxide loss prevention culture tank; Continuous culture apparatus of oxidizing bacteria. 제 9 항에 있어서, The method of claim 9, 상기 반응기의 고형물 체류 시간이 50일 이상 유지되는 것을 특징으로 하는 혐기성 암모늄 산화균의 연속 배양 장치.Continuous culture apparatus of anaerobic ammonium oxide bacteria characterized in that the solid residence time of the reactor is maintained for 50 days or more. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, The method according to claim 9 or 10, 상기 반응기 내에 1 내지 3mm의 혐기성 입상 슬러지가 총 반응기 용적의 50% 이상 식종되고, 혐기성 암모늄 산화균의 활성이 있는 미생물이 총 반응기 용적의 10% 까지 식종되는 것을 특징으로 하는 혐기성 암모늄 산화균의 연속 배양 장치.Anaerobic granular sludge of 1 to 3 mm is planted in the reactor at least 50% of the total reactor volume, and the microorganisms having the activity of anaerobic ammonium oxidizing bacteria are planted to 10% of the total reactor volume. Culture device. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, The method according to claim 9 or 10, 상기 반응기의 유출수의 흐름 속도가 50m/hr 이상인 것을 특징으로 하는 혐기성 암모늄 산화균의 연속 배양 장치.Continuous culture apparatus of anaerobic ammonium oxide bacteria characterized in that the flow rate of the effluent of the reactor is 50m / hr or more. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,The method according to claim 9 or 10, 상기 혐기성 암모늄 산화균의 배양 30일 이내에는 상기 반응기 내의 산화환원전위가 -100 내지 -150 mV로 유지되는 것을 특징으로 하는 혐기성 암모늄 산화균의 연속 배양 장치.Continuous culture apparatus of anaerobic ammonium oxidizing bacteria, characterized in that the redox potential in the reactor is maintained at -100 to -150 mV within 30 days of culturing the anaerobic ammonium oxidizing bacteria. 제 13 항에 있어서, The method of claim 13, 상기 반응기에 황화수소 및 히드라진이 첨가되는 것을 특징으로 하는 혐기성 암모늄 산화균의 연속 배양 장치.Hydrogen sulfide and hydrazine is added to the reactor, characterized in that the continuous culture device of anaerobic ammonium oxide bacteria. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, The method according to claim 9 or 10, 상기 혐기성 암모늄 산화균의 배양 30일 후에는 상기 반응기 내의 산화환원전위가 -30 내지 -100mV로 유지되는 것을 특징으로 하는 혐기성 암모늄 산화균의 연속 배양 장치.After 30 days of culturing the anaerobic ammonium oxidizing bacteria redox potential in the reactor is characterized in that the continuous culture apparatus of the anaerobic ammonium oxidizing bacteria is maintained at -30 to -100mV. 제 15 항에 있어서, The method of claim 15, 상기 반응기에 투입되는 암모니아성 질소/아질산성 질소의 몰비가 0.9 내지 0.95인 것을 특징으로 하는 혐기성 암모늄 산화균의 연속 배양 장치.Continuous culture apparatus of anaerobic ammonium oxide bacteria characterized in that the molar ratio of ammonia nitrogen / nitrite nitrogen to the reactor is 0.9 to 0.95.
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