KR100955842B1 - Method for Preparing Carbon Source Composition for Denitrification Using a Waste Obtained From a Production Process of 1,4-butanediol, Carbon Source Composition Obtained Thereby and a Denitrification Method Using the Same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 1,4-부탄디올 생성 폐기물을 이용한 탈질 탄소원용 조성물의 제조방법, 그 방법에 의하여 얻어진 탈질 탄소원용 조성물 및 이를 이용한 오폐수의 탈질 방법을 개시한다. 구체적으로 본 발명은 1,4-부탄디올 생성 폐기물에 Cannizzaro Reaction을 적용하여 그 폐기물에 존재하는 포름알데히드를 포름산과 메탄올로 전환시키는 단계를 포함하는 탈질 탄소원용 조성물의 제조방법과 그 방법에 의하여 얻어진 탈질 탄소원용 조성물 및 그 조성물을 이용하여 오폐수를 탈질시키는 방법을 개시한다.The present invention discloses a method for producing a composition for denitrification carbon source using 1,4-butanediol producing waste, a composition for denitrification carbon source obtained by the method and a method for denitrifying waste water using the same. Specifically, the present invention provides a method for preparing a composition for denitrification carbon source comprising applying Cannizzaro Reaction to 1,4-butanediol-producing waste and converting formaldehyde present in the waste into formic acid and methanol and denitrification obtained by the method. Disclosed are a composition for carbon sources and a method for denitrifying wastewater using the composition.
1,4-부탄디올, 폐기물, 탈질, 탄소원 1,4-butanediol, waste, denitrification, carbon source
Description
본 발명은 1,4-부탄디올 생성 폐기물을 이용한 탈질 탄소원용 조성물의 제조방법, 그 방법에 의하여 얻어진 탈질 탄소원용 조성물 및 이를 이용한 오폐수의 탈질 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a composition for denitrification carbon source using 1,4-butanediol-producing waste, a composition for denitrification carbon source obtained by the method, and a method for denitrification of waste water using the same.
일반적으로 하천이나 연안 해역으로 유입되는 오폐수 중에는 유기물 이외에 질소, 인 등 영양염류가 상당량 포함되어 있다. 이들 영양염류는 부영양화와 식물성플랑크톤이 대량 번식하는 적조 현상을 일으키며, 수중 산소를 소모시킴으로써 산소 부족으로 인한 어패류 패사를 일으키기도 한다. Generally, wastewater flowing into rivers or coastal waters contains significant amounts of nutrients such as nitrogen and phosphorus in addition to organic matter. These nutrients cause red tide phenomena of eutrophication and phytoplankton reproduction, and fish and shellfish killing due to oxygen deficiency by consuming oxygen in the water.
오폐수의 질소 제거 방법은 암모니아 탈기법(Ammonia stripping), 이온교환법(Ion exchanger) 등 물리화학적 방법과 탈질에 관여하는 미생물을 이용한 생물학적 방법으로 나누어 볼 수 있는데, 물리화학적 방법은 고비용이라는 점, 효율이 기대보다 낮다는 점 등에서, 통상은 오폐수의 질소를 제거에 생물학적 방법을 이용하고 있다. Nitrogen removal of waste water can be divided into physicochemical methods such as ammonia stripping and ion exchanger and biological methods using microorganisms involved in denitrification. In general, biological methods are used to remove nitrogen from wastewater, in view of lower than expected.
생물학적 방법에 의한 탈질은 아래의 <반응식 1> 및 <반응식 2>에서 보여지는 바와 같이, 유산소 조건에서 호기성균인 질산화 미생물(Nitrosomonas, Nitrobactor)에 의해서 암모니아성 질소가 질산염으로 전환되는 질산화 단계와, 질산염이 무산소(anoxic) 조건에서 탈질화 미생물(Pseudomonas, Micrococcus, Bacillus 등)에 의해서 질소 가스로 전환되는 탈질 단계를 거쳐 이루어진다.Denitrification by biological methods is shown in <
<반응식 1> <
NH4 + + O2 → NO2- + O2 → NO3 - NH 4 + + O 2 → NO 2 - +
<반응식 2><
NO3 - + 탄소원(H2) → NO2 - + 탄소원(H2) → N2 + CO2 + H2ONO 3 - + carbon (H 2) → NO 2 - + carbon (H 2) → N 2 + CO 2 + H 2 O
그런데 상기 반응식에서 보여지듯이 탈질 단계에서는 탈질화 미생물의 성장에 필요한 탄소원이 요구된다.However, as shown in the reaction scheme, the denitrification step requires a carbon source necessary for the growth of denitrification microorganisms.
일반적으로 오폐수 중에 존재하는 유기물이 일차적으로 이러한 탄소원으로 이용되지만, 우리 나라의 하수종말처리장에 유입되는 오폐수는 BOD/T-N 평균값이 2-3 정도로 유기물이 부족하므로(이성학 등 "변형 생물학적 고도처리 공정에서 ASM2d를 이용한 민감도 분석 및 온도/SRT 영향 평가", 2004, 26(1), pp 83~88) 탈질에 필요한 탄소원으로서 외부에서 탄소원(이하 "외부 탄소원")을 공급해 줄 필요가 있다. In general, organic matter present in wastewater is primarily used as such a carbon source, but wastewater flowing into the sewage treatment plant in Korea is deficient in organic matter with a BOD / TN average of 2-3 (in the modified biological advanced treatment process such as physics). Sensitivity analysis using ASM2d and evaluation of temperature / SRT impact ", 2004, 26 (1), pp 83 ~ 88) As a carbon source for denitrification, it is necessary to supply a carbon source (hereinafter referred to as" external carbon source ") from the outside.
현재 외부 탄소원으로서는 메탄올, 에탄올, 아세테이트 등이 쓰여지고 있지 만 이들 외부 탄소원은 매우 고가라는 문제점이 있다. Methanol, ethanol, acetate and the like are currently used as external carbon sources, but these external carbon sources are very expensive.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하고자 관점에서, 1,4-부탄디올 생성 폐기물을 오폐수의 탈질을 위한 대체 외부 탄소원(대체 외부 기질)으로 이용할 수 있는 기술을 개시한다.In view of solving this problem, the present invention discloses a technique in which 1,4-butanediol generating waste can be used as an alternative external carbon source (alternative external substrate) for denitrification of waste water.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 1,4-부탄디올 생성 폐기물을 이용한 탈질용 탄소원용 조성물의 제조 방법을 제공하는 데 있다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a method for producing a composition for denitrification carbon source using 1,4-butanediol production waste.
본 발명의 다른 기술적 과제나 구체적인 양태 등은 이하에서 제시될 것이다.Other technical problems, specific embodiments, and the like of the present invention will be presented below.
일반적으로 특정 폐기물 또는 어떠한 부산물을 외부 탄소원으로 이용하기 위해서는 그 폐기물 또는 부산물의 독성 성분 유무에 대한 안정성 평가와 더불어 탈질 성능에 대한 평가가 수반되어야 한다(정정은 등, "OUR, NUR 실험을 통한 산업폐수의 대체 탄소원으로서의 타당성 평가" 대한환경공학회 2004 추계학술연구발표회논문집, 전북대학교, 2005.11.4 ~ 11.6 pp307-312; 정인철 등, "미생물 순응 호환성에 기반한 대체 탄소원 개발 및 실용화 사례", 대한환경공학회지, 2005, 27(5), pp491~498).In general, the use of a particular waste or by-product as an external carbon source should be accompanied by an assessment of its denitrification performance as well as a safety assessment of the presence or absence of a toxic component of that waste or by-product (Jung, Eun et al., Feasibility Evaluation of Wastewater as Alternative Carbon Source "Journal of Korean Society of Environmental Engineers 2004 Fall Conference, Chonbuk National University, 2005.11.4 ~ 11.6 pp307-312; Jeong, In-Cheol et al.," Cases of Development and Commercialization of Alternative Carbon Sources based on Microbial Compatibility, " , 2005, 27 (5), pp 491-498).
따라서 본 발명에서 대체 탄소원으로 이용하는 1,4-부탄디올 생성 폐기물의 외부 탄소원으로서의 적용 가능성을 확인하기 위해서는, 먼저 성분 분석을 통하여 1,4-부탄디올 생성 폐기물에서 독성 물질의 유무를 살펴볼 필요가 있고, 독성 물질이 있다면 그것의 제거가 필요하며, 마지막으로 독성 물질이 제거된 무독성화된 그 폐기물의 탈질능을 평가할 필요가 있다. 이러한 과정을 통하여 만일 독성 물질이 제거되지 않거나 탈질능이 낮은 것으로 평가된 경우에는 그 폐기물을 대체 탄소원으로서 이용하기는 어렵다고 보아야 한다.Therefore, in order to confirm the applicability of the 1,4-butanediol-producing waste used as an alternative carbon source in the present invention as an external carbon source, it is necessary to first examine the presence or absence of toxic substances in the 1,4-butanediol-producing waste through component analysis. If there is a substance, it needs to be removed, and finally it is necessary to assess the denitrification capacity of the non-toxic waste from which the toxic substance has been removed. This process should be considered to be difficult to use as an alternative carbon source if toxic substances are not removed or if the denitrification capacity is assessed to be low.
일반적으로 합성피혁 접착제 및 알키드 수지의 원료물질인 1,4-부탄디올의 생성 공정은 아래의 <반응식 3> 및 <반응식 4>에서 확인되듯이 포름알데히드와 아세틸렌을 반응시켜 1,4-부틴디올(1,4-butynediol)을 생성하는 단계와 1,4-부틴디올에 수소를 반응시켜 목표물질인 1,4-부탄디올을 생성하는 단계로 이루어진다. In general, the process for producing 1,4-butanediol, which is a raw material of synthetic leather adhesive and alkyd resin, is performed by reacting 1,4-butynediol with formaldehyde and acetylene, as shown in <
<반응식 3><
2CH2O(포름알데히드) + C2H2(아세틸렌) → HOCH2CCCH2OH(1,4-부틴디올)2CH 2 O (formaldehyde) + C 2 H 2 (acetylene) → HOCH 2 CCCH 2 OH (1,4-butyndiol)
<반응식 4> <
HOCH2CCCH2OH(1,4-부틴디올) + 2H2 → HOCH2CH2CH2CH2OH(1,4-부탄디올)HOCH 2 CCCH 2 OH (1,4-butynediol) + 2H 2 → HOCH 2 CH 2 CH 2 CH 2 OH (1,4-butanediol)
상기의 1,4-부탄디올 생성 공정의 <반응식 3>에서, 하기 <표 1>에서와 같이 반응하지 않은 포름알데히드, 메탄올, 메틸알 등을 주성분으로 하는 폐기물, 즉 목표물질인 1,4-부틴디올을 제외한(즉 1,4-부틴디올을 분리한 후의) 반응 부산물이 발생하게 된다.In <
[표 1] TABLE 1
본 발명에서 이용한 1,4-부탄디올 생성 폐기물은 상기의 1,4-부탄디올 생성 공정의 <반응식 3>에서 생성되는 폐기물, 즉 반응 후의 총 생성물에서 1,4-부틴디 올을 분리한 후의 반응 부산물이다.The 1,4-butanediol-producing waste used in the present invention is a waste product produced in <
그런데 상기 폐기물은 메탄올 함량이 높기는 하지만, 독성 성분인 포름알데히드를 다량 함유하고 있다. 상기 폐기물은 이런 이유 때문에 고온 열분해에 의한 소각 처분이 강제되고 있는데, 상기 폐기물을 외부 탄소원으로 이용하기 위해서는 상기 폐기물에서 포름알데히드의 제거가 선행되어야 한다.By the way, the waste, although high in methanol content, contains a large amount of formaldehyde, a toxic component. For this reason, the waste is forced to be incinerated by high temperature pyrolysis, and in order to use the waste as an external carbon source, removal of formaldehyde from the waste must be preceded.
본 발명에서는 하기 실시 예에서 보여지는 바와 같이 상기 폐기물에서 포름알데히드의 제거에 Cannizzaro Reaction(Cannizzaro, S. (1853). "Ueber den der Benzoёsaure entsprechenden Alkohol". Liebigs Annalen 88: 129 - 130); 본 문헌은 본 명세서의 일부를 이룬다)을 이용하였는데, 여기서 Cannizzaro Reaction을 이용한 이유는 아래의 <반응식 5>에서 확인되는 바와 같이 그 반응 생성물이 모두 탄소원으로 이용 가능한 메탄올과 포름산이라는 점과 포름알데히드가 <도 1>에서 보여지는 바와 같이 반응 24시간 경과 후 100%의 제거율을 보인다는 점 때문이다.In the present invention, Cannizzaro Reaction (Cannizzaro, S. (1853). "Ueber den der Benzoёsaure entsprechenden Alkohol". Liebigs Annalen 88: 129-130) for the removal of formaldehyde from the waste as shown in the following examples; This document forms part of this specification), where the reason for using the Cannizzaro Reaction is that the reaction products are methanol and formic acid, both of which are available as carbon sources, as shown in
<반응식 5>
2CH2O + 염기→HCOOH + CH3OH <염기(NaOH 등)를 반응물로 사용함>2CH 2 O + base → HCOOH + CH 3 OH <using base (NaOH etc.) as reactant>
이처럼 본 발명자는 1,4-부탄디올 생성 폐기물을 무독성화시킨 후, 하기 실험에서 확인되는 바와 같이 무독성화된 폐기물(이하 "RCSHP"(high-purity recovered carbon source)로 명명)의 탈질능을 미생물 순응 실험, OUR TEST 및 NUR TEST를 통해 외부 탄소원으로 가장 많이 사용되는 메탄올과 비교평가하였다. As such, the present inventors have detoxified 1,4-butanediol-producing waste, and then denitrification ability of the non-toxic waste (hereinafter referred to as "RCS HP " (high-purity recovered carbon source)) as confirmed in the following experiment. The compliance experiments, OUR TEST and NUR TEST, were compared to methanol, the most commonly used external carbon source.
그 결과, 아래의 실시예 및 실험 예에서 확인되듯이, RCSHP의 경우 메탄올과 거의 유사하게 높은 순응성을 가진 것으로 확인되었고, OUR TEST를 통해 측정된 RCSHP의 생분해도 지표인 RBDCOD/COD도 약 100%로 메탄올과 동등한 생분해도를 가지는 것으로 확인되었으며, 기질 이용 시 에너지 이용과 관계 깊은 Sum OUR를 보더라도 RCSHP가 에너지원으로 사용되는 비율이 높아 슬러지 발생량이 적은 것으로 확인되었다.As a result, as shown in the following Examples and Experimental Examples, it was confirmed that the RCS HP has high compliance almost similar to methanol, and RBDCOD / COD, which is an index of biodegradability of RCS HP measured through OUR TEST, is also about The biodegradation rate of 100% was found to be equivalent to that of methanol. The sum OUR, which is closely related to the energy use of the substrate, shows that the amount of sludge generated is low due to the high rate of RCS HP used as an energy source.
또한 아래의 실시예 및 실험예에서 확인되듯이, NUR test를 통해 순응기간이 경과할수록 NOx-N 농도 감소 속도가 증가하는 현상이 확인되었으며, NOx-N 제거율도 메탄올에 비해 높은 것으로 확인되었다. 나아가 탈질에 요구되는 탄소원량인 C/N 비도 RCSHP가 메탄올 보다 더 적은 것으로 확인되었으며, RCSHP를 메탄올과 동일량 사용할 경우에 비탈질율이 101.5% 이상으로 탈질 속도면에서도 메탄올과 동등하거나 또는 그 이상의 성능을 보이는 것으로 확인되었다. 특히 RCSHP는 독성 물질인 포름알데히드가 제거되었기 때문에 미생물에 어떠한 독성도 나타내지 않음이 확인되었다.In addition, as confirmed in the following Examples and Experimental Examples, the rate of NOx-N concentration decrease was observed as the acclimation period elapsed through the NUR test, it was confirmed that the NOx-N removal rate is also higher than methanol. Furthermore was the carbon amount required for denitration the C / N non RCS HP determined that less than methanol, a non-denitration rate is equal to the methanol in terms of NOx removal rate by more than 101.5% when the RCS HP use the same amount of methanol to or It was confirmed that the above performance. In particular, it was confirmed that RCS HP shows no toxicity to microorganisms because formaldehyde, which is a toxic substance, was removed.
본 발명은 이러한 실험 결과에 기초하여 제공되는 것으로서, 일 측면에 있어서 탈질 탄소원용 조성물의 제조방법으로 파악할 수 있다. The present invention is provided on the basis of these experimental results, and in one aspect can be understood as a method for producing a composition for denitrification carbon source.
본 발명의 탈질 탄소용 조성물의 제조방법은 1,4-부탄디올 생성 폐기물에 Cannizzaro Reaction을 적용하여 상기 <반응식 5>에서 보여지는 바와 같이 상기 폐기물에 존재하는 포름알데히드를 포름산과 메탄올로 전환시키는 단계를 포함함을 특징으로 한다. Method for producing a composition for denitrification carbon of the present invention is to convert the formaldehyde present in the waste to formic acid and methanol by applying Cannizzaro Reaction to 1,4-butanediol generated waste It is characterized by including.
본 명세서에서, 상기 "1,4-부탄디올 생성 폐기물"이란 상기 <반응식 3> 및 <반응식 4>로 이루어진 1,4-부탄디올 생성 공정에서 1,4-부틴디올을 생성하기 위한 <반응식 3>의 총 생성물에서 1,4-부틴디올을 분리한 후의 반응 부산물로서 정의된다. In the present specification, the "1,4-butanediol waste generated" refers to the <
상기에서 1,4-부틴디올이 분리되는 정도는 바람직하게는 98% 이상 분리된 경우를 의미하고, 더 바람직하게는 완전히 분리된 경우 즉 100% 분리된 경우를 의미한다. The degree of separation of 1,4-butynediol in the above means preferably when more than 98% separated, and more preferably means when fully separated, that is, 100% separated.
상기 "1,4-부탄디올 생성 폐기물"은 구성 성분 측면에서도 정의할 수 있는데, 구성 성분 측면에서 정의한다면 포름알데히드가 5~30 중량%, 메탄올 40~90 중량%, 메틸알 1~20 중량% 및 기타 성분(수분, 1,4-부틴디올 등) 잔량(본 명세서에서 잔량은 존재하지 않거나 존재하더라도 나머지 성분들 즉 포름알데히드, 메탄올 및 메틸알과 합해 100 중량%가 되도록 하는 함량을 의미한다)으로 정의해볼 수 있다.The "1,4-butanediol generating waste" can also be defined in terms of constituents, if defined in terms of constituents 5-30% by weight of formaldehyde, 40-90% by weight methanol, 1-20% by weight of methylal and Remaining amount of other components (moisture, 1,4-butynediol, etc.) (in this specification, the residual amount means 100% by weight in combination with the remaining components such as formaldehyde, methanol, and methylal even if present or not present). You can define it.
상기 본 발명의 탈질 탄소원용 조성물의 제조방법에 의하여 얻어지는 결과물인 탈질 탄소원용 조성물은 전기한 바의 RCSHP와 동일한 의미를 가지는데, 즉 포름알데히드가 제거되어 무독성화된 1,4-부탄디올 생성 폐기물을 의미한다.The resulting denitrified carbon source composition obtained by the method for preparing the denitrified carbon source composition of the present invention has the same meaning as the RCS HP as described above, that is, formaldehyde is removed to produce nontoxic 1,4-butanediol waste. Means.
한편 Cannizzaro Reaction은 이미 전술한 바와 같이 알데히드를 염기와 반응시켜 알코올과 카르복시산을 생성시키는 반응이다. Cannizzaro Reaction, on the other hand, is a reaction to generate an alcohol and carboxylic acid by reacting an aldehyde with a base, as described above.
여기서 염기란 당업계에서 통상적으로 받아들여지는 의미로서 이해하면 되는데, 즉 넓게는 염기는 비공유전자쌍을 내놓는 물질을 의미하고 좁게는 양성자(H+)를 받아들일 수 있는 물질을 의미하며 가장 좁게는 수용액 상태에서 해리하여 수산화이온을 내놓는 물질을 의미한다. Cannizzaro Reaction이 염기 수용액(즉 알카리 수용액) 상태에서 이루어지기 때문에 본 명세서에서는 염기의 의미를 상기 가장 좁은 의미로 받아들여도 무방하다.Here, the base is to be understood as a commonly accepted meaning in the art, that is, the base broadly means a substance which gives out a non-covalent electron pair, and narrowly means a substance that can accept a proton (H + ) and most narrowly an aqueous solution. It means a substance that dissociates in a state to give hydroxide ions. Since Cannizzaro Reaction is made in an aqueous base solution (ie, an alkaline aqueous solution), the meaning of the base may be taken in the narrowest sense herein.
여러 시행착오를 거듭한 본 발명자들의 경험에 따를 때, 포름알데히드를 메탄올과 포름산으로 전환시키는 Cannizzaro Reaction은 강염기 조건에서, 상압에서, 30 내지 100℃의 온도 범위에서 그리고 [OH-]/[CH2O]가 0.5 내지 8의 범위 내에서 수행되는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 강염기 조건에서, 상압에서, 40 내지 80℃의 온도 범위에서 그리고 [OH-]/[CH2O]가 0.5 내지 4의 범위 내에서 수행되는 것이 바람직하다. 특히 하기 실시예에서 확인되듯이 60℃ 온도, 상압 그리고 [OH-]/[CH2O]=4인 조건에서 NaOH를 사용하였을 때 반응 6시간 후 98.4%의 포름알데히드의 제거율을 보여주고, 9시간 경과 후에는 99.9%의 제거율을 보인다는 점에서, Cannizzaro Reaction는 상기의 각 구체적인 조건에서 수행되는 것이 가장 바람직하다.In accordance with the experience of the inventors of many trials and errors, the Cannizzaro Reaction, which converts formaldehyde into methanol and formic acid, can be used in strong base conditions, at atmospheric pressure, in the temperature range of 30 to 100 ° C. and in [OH − ] / [CH 2 O] is preferably carried out in the range of 0.5 to 8, more preferably in strong base conditions, at atmospheric pressure, in the temperature range of 40 to 80 ° C. and [OH − ] / [CH 2 O] of 0.5 to 4 It is preferably carried out within the range of. Especially found in the following Examples Just as the 60 ℃ temperature, atmospheric pressure, and [OH -] / [CH 2 O] = 4 After the reaction was 6 hours when in the condition was used for NaOH showed the removal rate of 98.4% formaldehyde, 9 It is most preferable that the Cannizzaro Reaction is performed under each of the above specific conditions in that the removal rate is 99.9% after the passage of time.
강염기는 일반적으로 이온화도(degree of electrolytic dissociation)가 상온 등의 조건에서 1에 가까운 염기로서 이해할 수 있는데, 본 명세서에서는 LiOH, NaOH, KOH, Ca(OH)2, 또는 Ba(OH)2로 한정하여 이해하여도 무방하다. 가장 바람직하게는 본 명세서에서 강염기란 NaOH 또는 KOH를 의미한다.Strong bases can generally be understood as bases whose degree of electrolytic dissociation is close to 1 in conditions such as room temperature, but in the present specification limited to LiOH, NaOH, KOH, Ca (OH) 2 , or Ba (OH) 2 . You may understand. Most preferably, the strong base herein means NaOH or KOH.
다른 측면에 있어서, 본 발명은 상기 방법을 통하여 얻어진 탈질 탄소원용 조성물을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a composition for denitrification carbon source obtained through the above method.
본 발명의 탈질 탄소원용 조성물은 1,4-부탄디올 생성 폐기물의 포름알데히드의 제거율 관점에서 1,4-부탄디올 생성 폐기물에서 포름알데히드가 95% 이상 제거된 조성물로 이해할 수 있고, 더 바람직하게는 99% 이상 제거된 조성물로 이해할 수 있으며, 가장 바람직하게는 100%로 제거된 조성물로 이해할 수 있다.The composition for the denitrification carbon source of the present invention can be understood as a composition in which at least 95% of formaldehyde is removed from 1,4-butanediol-producing waste from the viewpoint of the removal rate of formaldehyde of 1,4-butanediol-producing waste, more preferably 99% It can be understood as a composition removed above, and most preferably, a composition removed at 100%.
본 발명의 탈질 탄소원용 조성물은 1,4-부탄디올 생성 폐기물에서 포름알데히드가 제거된 후의 성분 함량 비율의 관점에서, 메탄올이 83 중량% 내지 93 중량%, 메틸알이 3 중량% 내지 10 중량%, 포름알데히드는 존재하지 않거나 존재하더라도 1 중량% 이하, 포름산은 2 중량% 내지 10 중량%, 기타 물질(수분, 1,4-부틴디올 등)이 잔량인 조성물로 이해할 수 있다.The composition for the denitrification carbon source of the present invention is 83% to 93% by weight of methanol, 3% to 10% by weight of methylal, in terms of the component content ratio after formaldehyde is removed from 1,4-butanediol-producing waste, It can be understood as a composition in which formaldehyde is absent or even present, up to 1% by weight, formic acid is from 2% to 10% by weight, and other substances (moisture, 1,4-butynediol, etc.) remain.
본 발명의 탈질 탄소원용 조성물은 하기 실시예에서 보여 지듯이 COD 농도가 메탄올과 큰 차이가 없고 탈질 성능이 우수하여 기존 메탄올을 쓰던 곳의 경우 주입시설의 변경 없이 사용할 수 있을 것으로 기대된다.The composition for the denitrification carbon source of the present invention is expected to be able to be used without changing the injection facility in the case of using the existing methanol because the COD concentration is not significantly different from methanol and the denitrification performance is excellent.
또 다른 측면에 있어서, 본 발명은 상기 탈질 탄소원용 조성물을 오폐수와 접촉시키는 단계를 포함하는 오폐수의 탈질 방법에 관한 것이다.In another aspect, the present invention relates to a method for denitrification of waste water comprising the step of contacting the composition for denitrification carbon source with waste water.
여기서 상기 오폐수란 탈질이 필요한 모든 유형의 생활 하수와 모든 유형의 산업폐수를 의미한다.Here, the wastewater means all types of domestic sewage and all types of industrial wastewater which require denitrification.
본 발명의 오폐수의 탈질 방법에 사용되는 탈질 탄소원용 조성물은 이미 전술한 바와 같이 질산화 단계 및 탈질 단계로 구성되는 탈질 반응에 있어 탈질 단계 의 탄소원으로 작용하게 된다.The composition for the denitrification carbon source used in the denitrification method of waste water of the present invention serves as a carbon source of the denitrification step in the denitrification reaction consisting of the nitrification step and the denitrification step as described above.
전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 1,4-부탄디올 생성 폐기물을 대체 탄소원으로 이용할 수 있는 방법 및 그 방법에 따라 얻어지는 대체 탄소원을 제공할 수 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to provide a method capable of using 1,4-butanediol generated waste as an alternative carbon source and an alternative carbon source obtained by the method.
본 발명의 대체 탄소원은 메탄올과 유사한 탈질성능 등을 지니고 있어 고가의 메탄올을 대체할 수 있을 것으로 기대된다. The alternative carbon source of the present invention is expected to be able to replace expensive methanol because it has similar denitrification performance to methanol.
이하 본 발명을 실시예 및 실험예를 참조하여 설명한다. 그러나 본 발명의 범위가 이러한 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to Examples and Experimental Examples. However, the scope of the present invention is not limited to these examples and experimental examples.
<실시예> 1,4-부탄디올 생산 공정 폐기물을 이용한 탈질 탄소원의 제조 EXAMPLES Preparation of Denitrification Carbon Source Using 1,4-Butanediol Production Process Waste
1,4-부탄디올 생산 공장에서 발생하는 폐수/폐기물 중 상기 <반응식 3>에서 발생하는 폐기물을 사용하였다. 이 폐기물은 <반응식 3>의 반응 총 생성물에서 1,4-부틴디올이 분리된 후의 폐기물로서, 그 성상은 하기 <표 2>와 같다. Waste generated in <
이 폐기물은 포름알데히드를 다량 함유하고 있어 고온 열분해에 의한 소각 처분이 강제되는 폐기물이다.This waste contains a lot of formaldehyde and is a waste that is forced to be incinerated by high temperature pyrolysis.
상기 폐기물에서 포름알데히드를 제거하기 위해 상기 <반응식 5>로 표현되는 Cannizzaro Reaction을 사용하였다.Cannizzaro Reaction, represented by
위 반응은 온도 60℃, 상압에서 [OH-]/[HCHO] = 4 인 조건에서 NaOH를 반응물로 사용하여 24시간 수행하면서 포름알데히드의 제거율을 측정하였다.Above the reaction temperature is 60 ℃, at normal pressure [OH -] and in / [HCHO] = 4 conditions using NaOH to the reaction product while performing 24 hours to determine the removal rate of formaldehyde.
상기 반응 조건에서 반응 시간에 따라 포름알데히드가 제거되는 정도를 <도 1>에 나타내었고, 또 본 실험에 사용할 포름알데히드가 제거된 폐기물("RCSHP")은 9시간 동안 반응이 진행된 것(<도 1>를 참조하면 알 수 있듯이 포름알데히드가 99.0% 제거된 것)을 사용하였는데 그것의 성분 함량 비를 반응 전의 폐기물과 비교하여 하기 <표 2>에 나타내었다. The degree of formaldehyde removal according to the reaction time in the reaction conditions is shown in <Figure 1>, and the formaldehyde-free waste ("RCS HP ") to be used in this experiment was reacted for 9 hours (< As can be seen from Figure 1> formaldehyde was removed 99.0%) was used and its component content ratio is shown in Table 2 below compared with the waste before the reaction.
[표 2]TABLE 2
상기 <표 2>에서 Cannizzaro Reaction을 통하여 포름알데히드가 99.0%가 제거되었음을 알 수 있다.It can be seen from Table 2 that 99.0% of formaldehyde was removed through the Cannizzaro Reaction.
<실험예> RCS HP 의 탈질 성능 평가 실험 Experimental Example Experiment for Denitrification Performance of RCS HP
상기 <표 2>의 성상을 가진 RCSHP의 탈질 성능을 평가하기 위하여 미생물 순응 실험, OUR(Oxygen uptake rate) test 및 NUR(Nitrate uptake rate) test를 실시하였다. In order to evaluate the denitrification performance of the RCS HP having the properties shown in Table 2, a microbial compliance test, an oxygen uptake rate (OUR) test, and a nitrogen uptake rate (NUR) test were performed.
대조군으로 메탄올을 사용하였다. Methanol was used as a control.
기존 연구에서(Akunna, J. C et al., (1993) "Nitrate and nitrite reductions with anaerobic sludge using various carbon sources: glucose, glycerol, acetic acid, lactic acid and methanol.", Wat. Res. 27(8): 1303-1312), 탄소원의 종류에 따라 기질에 요구되는 시간과 탈질능이 달라진다는 것이 보고된 바 있고 순응의 정도에 따라 기질 제거능, 탈질능의 변화가 발생하게 된다는 것이 보고된 바 있다. In a previous study (Akunna, J. C et al., (1993) "Nitrate and nitrite reductions with anaerobic sludge using various carbon sources: glucose, glycerol, acetic acid, lactic acid and methanol.", Wat.Res. 27 (8 (1303-1312), it has been reported that the time and denitrification capacity required for the substrate varies depending on the type of carbon source, and that the substrate removal and denitrification capacity changes depending on the degree of compliance.
따라서 본 실험에서는 RCSHP의 하수처리 공정에서 미생물에 요구되는 순응에 필요한 기간, 순응 후 최대 생분해성 및 탈질능이 얼마인가를 정확히 평가하기 위해 회분식 실험을 수행하였다. 회분식 실험은 유효부피가 5L인 동일한 반응기 4개로 수행되었으며 운전일수 변화에 따른 기질 제거능 평가를 통해 기질의 순응을 평가하였다. 운전조건으로는 회분식 반응기의 희석율을 일정하게 하기위해 B시 N하수처리장 2차 침전조 슬러지 5L에 유기물 농도 500 mg/L가 되도록 각각 두 개의 반응기에 메탄올과 RCSHP를 주입하였으며, NO3-N농도는 KNO3를 이용하여 초기 농도가 50 mg/L가 되도록 주입하여 회분식 반응기 C/N비가 10이 되도록 하여 23일간 수행하였다. 실험절차는 탈질을 위한 무산소 구간(10 hr)에 외부탄소원(메탄올과 RCSHP)과 질산염을 주입하여 반응시킨 후 호기 구간(6 hr)을 통해 무산소 구간에 제거되지 못한 잔류 COD 제거를 수행하였다. 다음 싸이클에 잔류된 난분해성 물질의 영향을 최소화하기 위해 침전 구간(6 hr)을 두어 슬러지와 상등수를 분리하였고 다음 실험을 위한 상등수 배출 및 청수 공급 구간 (2 hr) 의 총 24hr cycle로 운전하였다. <도 2>에 순응을 위한 회분식 반응기 운전을 도식화하였으며, <표 3>에 순응 실험의 초기 농도와 운전 조건을 정리했다. Therefore, in this experiment, a batch test was conducted to accurately evaluate the period, maximum biodegradability and denitrification capacity required for acclimatization required for microorganisms in the sewage treatment process of RCS HP . Batch experiments were carried out in four identical reactors with an effective volume of 5L and substrate compliance was assessed by evaluating substrate removal capacity with varying operating days. When the operating condition is B were injected with methanol and RCS HP in each of the two reactors so that the N secondary sewage treatment plant clarifier
[표 3][Table 3]
순응 실험의 초기 농도와 운전 조건 Initial Concentration and Operating Conditions for Acclimation Experiments
외부탄소원(메탄올과 RCSHP)의 생분해성을 평가하기 위한 OUR 실험은 <도 3>의 EnvironSoft사에서 개발한 호흡율 측정기(Autoload & Biotox)를 사용하였는데, 이 호흡율 측정기는 예비폭기조와 호흡실, DO meter로 구성되어 있다. 호흡율 측정기는 호흡율을 연속적으로 측정할 수 있는 장치로 밀폐되고 완전 혼합되는 호흡실로 이루어져 있으며 호흡실 유량은 0.75L/min, 호흡실 부피는 0.75L이다. 예비폭기조에서 폭기된 슬러지는 호흡실로 연속적으로 유입되면 유입슬러지의 DO는 1분 동안 측정되고, 1분이 경과되면 solenoid valve의 흐름이 바뀌고 다시 1분 동안 호흡실 유출 슬러지의 DO를 측정한다. 측정된 DO값은 호흡율 자동계산을 위해 부착된 컴퓨터에 저장되어 호흡율 계산에 사용된다. 이때 대상물질 중 입자성 물질과 질소성분에 의한 산소소모를 배제하기 위하여 GFC-40 filter 로 여과한 대상물질에 질산화 억제 물질인 ATU(Allylthio urea)를 넣어 측정을 수행하였다. 유효용적 5L인 반응기에서 미생물 순응실험을 위한 연속 회분식 운전을 수행하면서 4일 간격으로 슬러지를 2L를 취수하여 OUR 측정을 수행하였고, 나머지 3L의 슬러지로 부산물에 대한 탈질능을 평가하였다. 호흡율 측정에 가장 민감한 인자인 SO/XO 비는 문헌조사와 예비실험을 통해 0.07 ~ 0.15로 조정하여 수행하였다. OUR 실험의 초기 COD, 미생물(MLVSS) 농도에 대해 <표 4>에 정리하였다.The OUR experiment for evaluating the biodegradability of external carbon sources (methanol and RCS HP ) used a respiratory rate analyzer (Autoload & Biotox) developed by EnvironSoft of <Figure 3>. It consists of a meter. The respiratory rate meter is a device that can continuously measure respiratory rate and consists of a closed and fully mixed respiratory chamber with a respiratory chamber flow rate of 0.75 L / min and a respiratory chamber volume of 0.75 L. When the sludge aerated in the preliminary aeration tank is continuously introduced into the respiratory chamber, the DO of the inlet sludge is measured for 1 minute, and after 1 minute, the flow of the solenoid valve is changed and the DO of the respiratory outlet sludge is measured again for 1 minute. The measured DO value is stored on an attached computer for automatic respiratory rate calculation and used for respiratory rate calculation. At this time, in order to exclude oxygen consumption due to particulate matter and nitrogen in the target material, ATU (Allylthio urea), a nitrification inhibitor, was added to the target material filtered with a GFC-40 filter. OUR measurement was performed by taking 2L of sludge at 4 days intervals while performing continuous batch operation for microbial acclimation experiment in 5L reactor with an effective volume of 5L, and the denitrification ability of the by-products was evaluated with the remaining 3L of sludge. S O / X O ratio, the most sensitive factor for respiratory rate measurement, was adjusted from 0.07 to 0.15 through literature and preliminary experiments. The initial COD and microorganism (MLVSS) concentrations of the OUR experiment are summarized in <Table 4>.
[표 4]TABLE 4
OUR 실험의 초기 COD 및 미생물(MLVSS) 농도 Initial COD and Microbial (MLVSS) Concentration in the OUR Experiment
순응기간에 따른 탈질능 평가를 통해 외부탄소원(메탄올과 RCSHP)이 가진 탈질속도와 1g nitrate 제거에 사용되는 COD 요구량이 측정되었다. 외부탄소원(메탄올과 RCSHP)의 NUR 평가를 위한 회분식 실험은 메탄올과 RCSHP를 기질로 사용한 순응실험에 사용된 미생물로 수행되었다. OUR 측정을 위해 채취된 2L의 슬러지를 제외한 나머지 3L의 슬러지 수행된 NUR 평가에서 탈질시 유기물질이 제한인자가 되지 않기 위해 회분식 반응기내 초기 C/N비가 10 이 되도록 메탄올과 RCSHP를 주입하여 유기물 농도 500 mg/L, KNO3를 이용하여 NO3-N 초기 농도가 50 mg/L가 되도록 주입하였다. 이 때, 반응기 내 MLVSS 농도는 1.5 - 3.5g/L로 유지되었고, 온도는 25 ㅁ 2℃범위로 유지하며 반응시간 전체에 걸쳐 반응기 내 혼합을 위한 교반이 수행되었다. 탈질실험이 진행되는 동안 탈질속도와 탄소원 제거속도를 측정하기 위해 0', 10', 20', 40', 60', 90', 120', 180', 270', 360' (10회)분에 시료채취를 하여 COD, NO3-N농도를 측정하였다. <표 5>는 NUR 실험의 초기 농도와 운전 조건에 대해 나타낸 것이다. The denitrification capacity according to the acclimation period was used to determine the denitrification rate of the external carbon sources (methanol and RCS HP ) and the COD requirement used to remove 1g nitrate. Batch experiments for the NUR evaluation of external carbon sources (methanol and RCS HP ) were carried out with the microorganisms used in the acclimation experiments using methanol and RCS HP as substrates. In the NUR evaluation performed with the remaining 3L sludge except for 2L sludge collected for OUR measurement, organic matter was injected by injecting methanol and RCS HP so that the initial C / N ratio was 10 in the batch reactor so that organic matter was not a limiting factor during denitrification. Using a concentration of 500 mg / L, KNO 3 was injected so that the initial concentration of NO 3 -
[표 5]TABLE 5
NUR 실험의 초기 농도와 운전 조건Initial concentration and operating conditions of the NUR experiment
23일 간의 순응 평가를 위해 Nitrate와 탄소원을 주입한 초기와 주입 6시간 후의 NOx-N, SCODCr 농도와 6시간 동안 제거된 NOx-N, SCODCr 농도를 <도 4> 및 <도 5>에 각각 나타내었다. 모든 실험 조건에서 질산성 질소 대 탄소원 비인 C/N 비는 약 9~10을 유지하여 탈질에 필요한 탄소원의 부족현상이 발생하지 않았다. <도 4>에서 확인할 수 있듯이 운전 10일 이후 6시간 후의 NOx-N 농도는 RCSHP계열과 메탄올 계열 모두 거의 0 mg/L로 떨어져 탄소원에 대한 탈질균의 순응이 원활하게 진행되었음을 알 수 있었다. NOx-N 제거능을 평가하기 위해 SET2와, SET3에서는 NOx-N 초기농도를 100 mg/L, 200 mg/L으로 증가시켰으나 5일이 지나지 않아 6시간 후에 RCSHP계열과 메탄올 계열 모두에서 거의 0 mg/L로 제거되는 것을 확인할 수 있었다. 이런 결과는 RCSHP 가 메탄올과 거의 유사한 순응성을 나타낸다는 것을 입증하는 자 료이다.The concentrations of NOx-N, SCOD Cr and NOx-N and SCOD Cr removed for 6 hours after the initial and 6 hours of injection of nitrate and carbon source for the evaluation of compliance for 23 days are shown in <Figure 4> and <Figure 5>. Respectively. Under all experimental conditions, the C / N ratio, which is the ratio of nitrate nitrogen to carbon source, was maintained at about 9 ~ 10 so that there was no shortage of carbon source necessary for denitrification. As can be seen in FIG. 4, the NOx-N concentration after 6 hours after 10 days of operation was nearly 0 mg / L in both the RCSHP series and the methanol series, indicating that the acclimatization of the denitrifying bacteria to the carbon source proceeded smoothly. In order to assess NOx-N removal ability, SET2 and SET3 increased NOx-N initial concentration to 100 mg / L and 200 mg / L, but after 5 days, almost 0 mg in both RCS HP and methanol series after 6 hours. It could be confirmed that / L is removed. These results demonstrate that RCS HP shows nearly comparable compliance with methanol.
RCSHP 와 메탄올을 기질로 이용한 순응실험을 수행하는 슬러지를 이용하여 7일마다 진행된 OUR test의 비호흡율(Specific OUR)을 <도 6>에 도시하였다. <도 6>의 왼쪽과 오른쪽의 그래프는 각각 기질로 RCSHP와 메탄올을 사용하였을 때의 4번의 호흡율 실험결과를 정리한 것이다. 초기 순응이 되지 않은 상태에서 실험(RUN1)은 RCSHP 계열과 메탄올 계열 모두 반응 종료점을 확인할 수 없었으나 순응실험이 수행된 RUN2 이후의 실험에서는 종료점이 분명하게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 또한 순응 기간이 길어질수록 최대호흡율은 증가하고 산소를 섭취하는 기간이 짧은 시간 안에 종결되었다. 이는 순응이 진행될수록 기질로 주입된 탄소원을 더 빠르고 활발하게 이용하였다는 것을 입증하는 자료이다.The specific respiratory rate (OUR) of the OUR test performed every 7 days using the sludge performing the acclimation experiment using RCS HP and methanol as a substrate is shown in FIG. 6. The left and right graphs of FIG. 6 summarize the results of four respiratory rate experiments when RCS HP and methanol were used as substrates, respectively. In the initial acclimatization state, the experiment (RUN1) could not confirm the reaction end point of both the RCS HP series and the methanol series, but it was confirmed that the end point was apparent in the experiments after the RUN2 in which the acclimation experiment was performed. In addition, the longer the acclimation period, the higher the maximum respiration rate and the shorter the period of oxygen intake. This proves that the acclimation used the carbon source injected into the substrate faster and more actively.
<표 6>은 수행된 OUR 실험의 최대 호흡율과 호흡율 합, 생분해성탄소원비를 정리하였다. 종료지점을 확인할 수 없었던 RUN1을 제외하고는 모든 실험에서 생분해성탄소원비는 RCSHP와 메탄올 모두 100%로 외부탄소원 주입에 대한 COD 증가의 영향은 없는 것으로 판단되었다. 제거된 기질 중에 에너지로 사용되는 기질의 양을 나타내는 호흡율 합(Sum OUR)은 메탄올에 비해 RCSHP에서 매우 높게 나타났는데, RCSHP이 메탄올에 비해서 미생물의 생체량 증가보다는 에너지원으로 높게 사용된다고 판단된다. 이는, RCSHP를 메탄올과 동일한 양으로 사용하였을 때 메탄올 보다 슬러지 발생량은 적으면서 에너지를 얻는 반응인 탈질반응이 우세하게 발생하는 탈질에 효과적인 탄소원임을 확인할 수 있다. Table 6 summarizes the maximum respiration rate, the sum of respiration rates, and the biodegradable carbon ratio of the OUR experiments. Except for RUN1, where the end point could not be determined, the biodegradable carbon source ratio was 100% for both RCSHP and methanol, indicating that there was no effect of COD increase on external carbon source injection. Indicating the amount of a substrate that is used for energy in the removed substrate sum respiratory rate (Sum OUR) is was shown much higher in the RCS HP compared to methanol, and the RCS HP is determined that use high energy source than the biomass growth of microorganisms as compared to methanol . This can be confirmed that the denitrification reaction, which is a reaction for obtaining energy while generating less sludge than methanol when using RCS HP in the same amount as methanol, is an effective carbon source for denitrification that is predominantly generated.
[표 6]TABLE 6
OUR 실험의 최대 호흡율과 호흡율 합, 생분해성탄소원비Maximum respiratory rate and respiratory rate of OUR experiment, biodegradable carbon ratio
<도 7>은 4회에 걸쳐 실시된 NUR test의 실험 결과를 도시한 것이다. <도 7> (a), (b)의 경우에는 NUR test 6시간 동안의 NOx-N 농도를 나타내었고 (c), (d)의 경우에는 SCODCr 농도를 나타내었다. <도 7>에서 확인할 수 있듯이 탄소원에 대한 순응이 되지 않은 RUN1의 경우 NOx-N와 SCODCr 농도가 아주 천천히 감소하였으나 순응기간이 지날수록 농도 감소 속도가 아주 빨라져서 RUN3의 경우에는 RCSHP를 기질로 사용한 경우 탈질 실험 후 2시간 경과 후 NOx-N 가 모두 제거되었고 메탄올의 경우에는 3시간 경과 후 모두 제거되었다. 모든 실험조건에서 탄소원 농도는 충분했기 때문에 기질부족에 의한 저해는 발생하지 않았다. 초기 NOx-N 농도를 200 mg/L로 증가시킨 RUN4 실험에서 RCSHP를 기질로 사용한 경우 270분 경과 후 NOx-N 가 모두 제거되었고 메탄올의 경우에는 360분 경과 후에 모두 제거되었다. Figure 7 shows the experimental results of the NUR test carried out four times. (A) and (b) showed NOx-N concentrations during 6 hours of NUR test, and (c) and (d) showed SCODCr concentrations. In the case of <7> As you can see in the case of not the conformity of the carbon RUN1 NOx-N and although SCOD Cr concentration is very slowly decreased over the compliance period, the concentration rate of decline is very ppalrajyeoseo RUN3 there as a substrate for RCS HP In the case of use, NOx-N was removed after 2 hours after the denitrification experiment and in the case of methanol, after 3 hours. In all experiments, the concentration of carbon source was sufficient, so no inhibition by substrate deficiency occurred. In RUN4 experiments where the initial NOx-N concentration was increased to 200 mg / L, all NOx-Ns were removed after 270 minutes with RCS HP as substrate and after 360 minutes with methanol.
탈질 속도와 탈질에 요구되는 탄소원 비를 비교하기 위해 탈질실험 후 2 시간 경과 후의 C/N 비와 비탈질율을 <도 8> 에 도시하고 <표 7>에 정리하였다. <도 8> (a)에서 확인할 수 있듯이 상용 외부탄소원인 메탄올보다 RCSHP의 C/N 비가 낮아 같은 농도의 질산염을 탈질하기 위해 필요한 탄소원이 RCSHP를 사용하였을 때 더 적었으며 메탄올에 비해 평균 약 90% 정도가 요구되었다(<표 7>).In order to compare the denitrification rate and the carbon source ratio required for denitrification, the C / N ratio and the denitrification rate after 2 hours after the denitrification experiment are shown in <Figure 8> and summarized in <Table 7>. <Figure 8> (a) As can be seen in a commercial external carbon source is a carbon source necessary for methanol than the RCS HP for denitrification of nitrate in the C / N ratio of the concentration of low were fewer when using the RCS HP compared to methanol average about About 90% was required (Table 7).
탈질실험 2시간 경과 후의 비탈질율은 순응기간이 길어질수록 증가하였고 순응실험 23일째 측정되었던 최종 비탈질율은 RCSHP와 메탄올의 경우 각각 17.1, 16.8 mgN/gVSS/hr 였다. <그림 8>(b)에서 확인할 수 있듯이 비탈질율의 경우에도 RCSHP를 기질로 사용하였을 때 메탄올보다 비탈질율이 높았으며 RUN4의 경우 메탄올 대비 1.5% 높아 RCSHP를 기질로 사용하였을 때 메탄올보다 우수한 탈질성능을 나타낼 수 있을 것으로 사료된다. After 2 hours of denitrification, the denitrification rate increased with longer acclimation period, and the final denitrification rates measured at 23 days of acclimatization were 17.1 and 16.8 mgN / gVSS / hr for RCS HP and methanol, respectively. As can be seen in (b), the denitrification rate was higher than that of methanol when RCS HP was used as the substrate, and RUN4 was 1.5% higher than methanol when using RCS HP , which was superior to methanol when using RCS HP as the substrate. It is thought to be able to exhibit denitrification.
[표 7]TABLE 7
탈질실험 후 2 시간 경과 후의 C/N 비와 비탈질율 C / N ratio and specific denitrification rate after 2 hours after denitrification test
위의 실험결과를 통해 아래와 같은 결론을 도출할 수 있었다. Through the above experimental results, the following conclusion can be drawn.
1) 순응기간 동안 NOx-N를 초기 50에서 200까지 증가시켰으나 빠른 순응성을 보이며 6시간 후의 농도가 거의 0 mg/L으로 모두 제거되었다. 이 때 제거된 탄소원 농도는 SET1, 2, 3에서 RCSHP의 경우 각각 180.5, 324.0, 584.0 mg COD/L가 소모되었고 메탄올의 경우 각각 198.3, 324.9, 643 mgN/L가 소모되었다. 순응평가를 통해 RCSHP는 상용 외부탄소원인 메탄올과 거의 유사한 높은 순응성을 가진 것으로 판단되었다.1) During the acclimation period, NOx-N was increased from the initial 50 to 200, but showed rapid compliance and after 6 hours all concentrations were almost eliminated to 0 mg / L. At this time, the removed carbon source concentrations were 180.5, 324.0 and 584.0 mg COD / L for RCS HP and 198.3, 324.9 and 643 mgN / L for methanol, respectively. According to the compliance assessment, RCS HP was found to have high compliance with methanol, which is a commercial external carbon source.
2) OUR test를 통해 측정된 RCSHP의 생분해도 지표인 RBDCOD/COD는 약 100%로 메탄올과 동등한 생분해도를 보여주었다. 기질 이용 시 에너지 이용과 관계 깊은 Sum OUR 은 RUN2, 3, 4에서 RCSHP를 기질로 사용한 경우 각각 101.7, 122.3, 140.1 mgO2/L였고 메탄올의 경우 각각 127.1, 101.4, 97.6 mgO2/L 였다. 이는 Sum OUR이 메탄올에 비해 상대적으로 높은 RCSHP가 소모된 기질 중에 에너지 원으로 사용되는 비율이 높아 슬러지 발생량이 저감한다는 것을 입증한다.2) RBDCOD / COD, the biodegradability index of RCS HP measured by OUR test, was about 100%, showing biodegradability equivalent to methanol. Sum OUR, which is related to energy use during substrate use, was 101.7, 122.3, 140.1 mgO 2 / L for the RCS HP as the substrate for RUN2, 3, 4, and 127.1, 101.4, 97.6 mgO 2 / L for the methanol, respectively. This demonstrates that the sum OUR has a relatively high rate of RCS HP being used as an energy source among the substrates consumed, which is higher than that of methanol, which reduces sludge generation.
3) NUR test를 통해 순응기간이 경과할수록 NOx-N 농도 감소 속도가 증가하는 현상을 나타내었고, 탈질 실험 후 2시간 경과 후 NOx-N 제거율은 RUN2, 3, 4에서 RCSHP를 기질로 사용한 경우 각각 5.2, 12.5, 17.1 mgN/gVSS/hr 였고, 메탄올의 경우에는 4.7, 11.6, 16.8 mgN/gVSS/hr로서 RCSHP를 기질로 사용한 경우 메탄올에 비해 NOx-N 제거율이 높아 우수한 탈질성능을 가진 것으로 판단된다. 또한 탈질에 요구되는 탄소원량인 C/N 비는 RUN2, 3, 4에서 RCSHP를 기질로 사용한 경우 각각 4.6, 4.7, 3.2 gCOD/gNOx-N 였고, 메탄올의 경우에는 4.8, 5.1, 3.7 gCOD/gNOx-N 으로 같은 농도의 질산염을 탈질하기 위해 필요한 탄소원이 RCSHP를 사용하였을 때 더 적게 요구되는 것을 확인할 수 있었다. 3) NUR test showed that the rate of NOx-N concentration decreases as the acclimation period elapses. After 2 hours after denitrification, the NOx-N removal rate was RUN2, 3, 4 when RCS HP was used as a substrate. respectively, 5.2, 12.5, 17.1 for the mgN / gVSS / hr, was methanol is 4.7, 11.6, 16.8 mgN / a gVSS / hr as with the NOx-N removal efficiency superior denitration performance higher than that of methanol when used for RCS HP as substrate Judging. In addition, the C / N ratio, the carbon source required for denitrification, was 4.6, 4.7, and 3.2 gCOD / gNOx-N, respectively, in the case of using RCS HP as the substrate in RUN2, 3, and 4, and 4.8, 5.1, and 3.7 gCOD / for methanol. It was confirmed that less carbon source was required when using RCSHP to denitrate the same concentration of nitrate with gNOx-N.
4) RCSHP는 메탄올과 동일 량 사용 시 비탈질율 101.5% 이상으로 탈질 속도면에서 메탄올과 동등 또는 이상의 성능을 보여 반응시간을 단축할 수 있다.4) RCS HP shows the same or better performance than methanol in terms of denitrification rate with a specific denitrification rate of 101.5% or more when used in the same amount as methanol, thereby reducing the reaction time.
5) 단위 질소 제거를 위한 탄소원 요구량은 메탄올 대비 87.2%로 탄소원 주입량을 약 13%절감할 수 있다. 5) The carbon source requirement for unit nitrogen removal is 87.2% compared to methanol, which can save about 13% of the carbon source injection.
6) 포름알데히드 무독성화 산물인 RCSHP의 경우 포름알데히드에 의한 미생물 독성 영향이 발생하지 않았으며, COD 농도가 메탄올과 큰 차이가 없고 탈질성능이 우수하여 기존 메탄올을 쓰던 곳의 경우 주입시설의 변경 없이 사용할 수 있는 장점과 동일량 탈질에 사용되는 탄소원량을 줄일 수 있는 장점을 가진다. 6) In the case of RCS HP , a formaldehyde non-toxic product, no microbial toxicity effect was caused by formaldehyde, and the COD concentration was not significantly different from methanol and the denitrification performance was excellent. It can be used without and has the advantage of reducing the amount of carbon used in the same amount of denitrification.
도 1은 1,4-부탄디올 생성 폐기물에 Cannizzaro Reaction을 적용하여 포름알데히드가 반응 시간에 따라 제거되는 정도를 그래프로 나타낸 것이다.1 is a graph showing the degree to which formaldehyde is removed according to reaction time by applying Cannizzaro Reaction to 1,4-butanediol-producing waste.
도 2는 미생물 순응 실험을 위한 회분식 반응기 운전 과정을 도식화한 것이다.2 is a schematic diagram of a batch reactor operation for microbial compliance experiments.
도 3은 OUR 실험에 사용된 호흡율 측정기의 사진이다.Figure 3 is a photograph of the respiratory rate meter used in the OUR experiment.
도 4는 23일 간의 순응 평가를 위해 Nitrate와 탄소원을 주입한 초기와 주입 6시간 후의 NOx-N 및 6시간 동안 제거된 NOx-N의 농도를 나타낸 그래프이다.Figure 4 is a graph showing the concentration of NOx-N and the removal of NOx-N for 6 hours after the initial injection and 6 hours after the injection of Nitrate and carbon source for 23 days compliance evaluation.
도 5는 23일 간의 순응 평가를 위해 Nitrate와 탄소원을 주입한 초기와 주입 6시간 후의 SCODCr 농도와 6시간 동안 제거된 SCODCr 농도를 나타낸 그래프이다.FIG. 5 is a graph showing SCOD Cr concentrations after initial injection and 6 hours of injection of Nitrate and a carbon source for 23 days of compliance evaluation and SCOD Cr concentrations removed for 6 hours.
도 6은 RCSHP와 메탄올을 기질로 이용한 순응실험을 수행하는 슬러지를 이용하여 7일마다 진행된 OUR test의 비호흡율(Specific OUR)을 나타낸 그래프이다.Figure 6 is a graph showing the specific breath of the OUR test carried out every 7 days using the sludge to perform the compliance experiment using the RCS HP and methanol as a substrate.
도 7은 4회에 걸쳐 실시된 NUR test의 실험 결과를 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing the experimental results of the NUR test conducted four times.
도 8은 탈질 속도와 탈질에 요구되는 탄소원 비를 비교하기 위해 탈질실험 후 2 시간 경과 후의 C/N 비와 비탈질율을 나타낸 그래프이다.8 is a graph showing the C / N ratio and the denitrification rate after 2 hours after the denitrification experiment in order to compare the denitrification rate and the carbon source ratio required for denitrification.
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