KR101018772B1

KR101018772B1 - 암모니아성 질소 함유수의 처리 방법

Info

Publication number: KR101018772B1
Application number: KR1020057013889A
Authority: KR
Inventors: 타카아키 토쿠토미; 노부히로 오리타; 히데요 야마우치
Original assignee: 쿠리타 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2003-02-21
Filing date: 2004-02-13
Publication date: 2011-03-07
Also published as: JPWO2004074191A1; EP1595852A1; KR20050102628A; AU2004213273A1; JP4735256B2; US20050242027A1; AU2004213273B2; TW200427638A; US20070251881A1; US7297276B2; TWI248918B; US7438816B2; EP1595852A4; EP1595852B1; WO2004074191A1

Abstract

암모니아성 질소를 함유하는 원수를 질화조에 도입하여, 암모니아성 질소의 저해에 기초하여, 아질산 산화 세균에 의한 아질산성 질소의 질산화를 억제함으로써, 암모니아 산화 세균의 작용에 의해 안정된 아질산형 질화를 고부하로 행한다. 질화조(1)에 탄산염 및/또는 중탄산염을 첨가한다. 질화조(1) 내의 무기 탄소 농도를 35 mg-C/L 이상으로 유지한다. 얻어진 질화액을 탈질조에 도입하여, 잔류하는 암모니아성 질소를 전자 공여체로 하고 아질산성 질소를 전자 수용체로 하는 탈질 반응을 하는 탈질 세균의 작용에 의해 탈질을 행한다.

Description

암모니아성 질소 함유수의 처리 방법{METHOD FOR TREATING WATER CONTAINING AMMONIA NITROGEN}

본 발명은, 암모니아성 질소를 함유하는 원수(raw water)를 질화조에 도입하여, 원수 중의 암모니아성 질소의 일부를 암모니아 산화 세균의 작용에 의해 아질산성 질소로 산화하여, 아질산 산화 세균에 의한 아질산성 질소의 질산화를 억제함으로써, 아질산형 질화를 행하는 질화 방법과, 얻어진 질화액을 탈질조에 도입하여, 잔류하는 암모니아성 질소를 전자 공여체로 하고 아질산성 질소를 전자 수용체로 하는 탈질 반응을 하는 탈질 세균의 작용에 의해 탈질을 행하는 탈질 방법에 관한 것이다.

배수 중에 포함되는 암모니아성 질소는 하천, 호수 및 바다 등에 있어서의 부영양화의 원인 물질의 하나로, 배액 처리 공정에서 효율적으로 제거해야 한다. 일반적으로, 배수 중의 암모니아성 질소는 암모니아성 질소를 암모니아 산화 세균에 의해 아질산성 질소로 산화하고, 또한 이 아질산성 질소를 아질산 산화 세균에 의해 질산성 질소로 산화하는 질화 공정과, 이들 아질산성 질소 및 질산성 질소를 종속 영양성 세균인 탈질균에 의해, 유기물을 전자 공여체로서 이용하여 질소 가스로까지 분해하는 탈질 공정의 2 단계의 생물 반응을 거쳐 질소 가스로까지 분해된 다.

이와 같은 질화 탈질 처리에서는 암모니아성 질소를 산화하기 위해서 필요한 폭기 동력이 운전 비용 중의 대부분을 차지하고 있다.

또한, 종래의 질화 탈질법에서는 폭기를 위한 비용뿐만 아니라, 탈질 공정에서 전자 공여체로서 메탄올 등의 유기물을 다량으로 필요로 하여, 발생 오니량도 많다고 하는 결점이 있다.

폭기를 위한 비용을 저감하는 방법으로서, 질산성 질소를 생성시키지 않고, 아질산성 질소를 생성시켜, 아질산성 질소를 탈질하는 방법을 생각할 수 있다.

또한, 최근, 암모니아성 질소를 전자 공여체로 하고, 아질산성 질소를 전자 수용체로 하는 독립 영양성 미생물(이하, 「ANAMMOX균」이라 부르는 경우가 있음)을 이용하여, 암모니아성 질소와 아질산성 질소를 반응시켜 탈질하는 방법이 제안되었다. 이 방법이라면, 유기물의 첨가는 불필요하기 때문에, 종속 영양성의 탈질균을 이용하는 방법과 비교하여, 비용을 저감할 수 있다. 또한, 독립 영양성의 미생물은 수율이 낮고, 오니의 발생량이 종속 영양 성미생물과 비교하면 현저하게 적기 때문에, 잉여 오니의 발생량을 억제할 수 있다. 더욱이, 종래의 질화 탈질법에서 관찰되는 N₂O의 발생이 없어, 환경에 대한 부하를 저감할 수 있다고 하는 특징도 있다.

이 ANAMMOX균을 이용하는 생물 탈질 프로세스는 Strous, M, et al., Appl. Microbiol. Biotechnol., 50, p.589-596(1998)에 보고되어 있고, 다음과 같은 반응 으로 암모니아성 질소와 아질산성 질소가 반응하여 질소 가스로 분해된다고 생각되고 있으며, 암모니아성 질소와 아질산성 질소는, 암모니아성 질소:아질산성 질소 = 0.43:0.57(몰비) = 1:1.3(몰비)로 반응한다.

따라서, 이 ANAMMOX균을 이용하여 탈질 처리를 하는 경우, 원수의 암모니아성 질소와 아질산성 질소의 비율은 몰비로 암모니아성 질소 1에 대하여 아질산성 질소 0.5∼2, 특히 1∼1.5(즉, 암모니아성 질소:아질산성 질소=2:1∼1:2 바람직하게는 1:1∼1:1.5)로 하는 것이 바람직하다. 이 때문에 암모니아성 질소를 포함하는 원수를 처리하는 경우에는, 이 원수의 일부에 대해서 아질산형 질화를 행하여, 암모니아성 질소를 포함하는 원수와 아질산성 질소를 포함하는 질화액을 혼합하여 원수로 하거나, 혹은 원수 중의 암모니아성 질소의 일부에 대해서 아질산화를 실시한 액을 원수로 하는 것이 바람직하다.

종래, 질화 공정에 있어서, 암모니아성 질소의 산화를 아질산성 질소로 제지하여, 질산성 질소를 생성시키지 않는 아질산형 질화를 행하기 위한 제어 방법으로서는, 반응조 내의 암모니아성 질소의 저해에 의한 방법(일본 특허 공개 2000-61494), 용존 산소(DO) 농도를 제어하는 방법(일본 특허 공개 평4-122498), 미생물의 증식 속도의 차를 이용하는 방법(EP0826639A1) 등이 검토되고 있다. 이들은 모두 아질산 산화 세균의 활동을 저해하여, 암모니아 산화 세균만이 활동할 수 있는 조건을 만들어냄으로써, 고농도의 아질산성 질소를 반응조 내에 축적시키고자 하는 것이다.

한편, 암모니아성 질소를 아질산성 질소로 산화하는 반응에서는, 알카리성의 암모니아성 질소가 산성의 아질산성 질소로 산화되기 때문에, 질화조 내의 pH는 저하하기 쉽다. 그리고, pH가 6.5 이하까지 저하되면, 암모니아 산화 세균의 활성이 현저하게 저하한다. 이 경우는, 암모니아성 질소의 산화 속도는 중성영역인 경우의 산화 속도보다 저하되어 버린다. 이것을 막기 위해서, 수산화나트륨 등의 알칼리 약품을 외부에서 첨가하여 pH 조정할 필요가 있다.

상기 종래의 방법 중, 암모니아성 질소에 의한 저해를 이용한 방법에서는, 처리수 중에 암모니아성 질소가 고농도로 잔류하기 때문에, 잔류된 암모니아성 질소를 후속 공정에서 질산성 질소로까지 산화하여 처리할 필요가 있어, 아질산성 질소를 생성시키는 이점이 손상된다.

DO를 제어하는 방법에서는, 기질인 산소의 농도를 내리기 때문에, 오니당 처리 활성이 낮아져, 고부하가 잡히지 않는다.

미생물의 증식 속도의 차를 이용하는 방법에서도, 케모스타트(Chemostat) 배양을 위해 오니 농도를 높게 할 수 없어, 고부하가 잡히지 않는다.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하여, 암모니아성 질소를 함유하는 원수를 질화조에 도입하여, 암모니아 산화 세균의 작용에 의해 안정된 아질산형 질화를 고부하로 행할 수 있는 질화 방법과, 이 질화 방법에 의해 얻어진 질화액을 탈질조에 도입하여, 추가 탈질을 행하는 탈질 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 암모니아성 질소 함유수의 처리 방법은, 암모니아성 질소를 함유하는 원수를 질화조에 도입하여, 원수 중의 암모니아성 질소의 일부를 암모니아 산화 세균의 작용에 의해 아질산성 질소로 산화하여, 아질산 산화 세균에 의한 아질산성 질소의 질산화를 억제함으로써, 아질산형 질화를 행하는 방법에 있어서, 상기 질화조 내의 무기 탄소 농도를 35 mg-C/L 이상으로 유지하는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 질화 방법에 의해 얻어진 질화액을 탈질조에 도입하여, 잔류하는 암모니아성 질소를 전자 공여체로 하고 아질산성 질소를 전자 수용체로 하는 탈질 반응을 하는 탈질 세균의 작용에 의해 탈질을 행할 수 있다.

본 발명에서는, 질화조 내의 무기 탄소 농도, 즉 탄산 이온(CO₃ ^2-) 농도와 중탄산 이온(HCO₃ ^-) 농도와의 합계를 높게 유지함으로써, 암모니아 산화 세균을 우세하게(우점적으로) 고농도로 유지하여, 그 처리 능력을 높인다. 본 발명에 의한 이러한 작용 기구의 상세한 것은 명확하지는 않지만, 다음과 같이 추정된다.

즉, 질화조 내의 무기 탄소 농도를 높게 유지함으로써, 생물막 내부의 pH 구배의 형성을 방지한다. 이에 따라, 생물막의 내부가 암모니아 산화 세균의 활동에 알맞은 pH로 유지되어, 암모니아 산화 세균의 활동이 촉진된다. 따라서, 암모니아 산화 세균의 증식이 아질산 산화 세균의 증식보다도 빨라진다. 또한, 생물막 내부에서 복수의 미생물이 경쟁 관계에 있는 경우, 증식 속도가 빠른 종류의 미생물이 서서히 우점하는 것이 알려져 있지만, 질화조 내의 무기 탄소 농도를 높은 상태로 유지하면, 암모니아 산화 세균이 서서히 생물막 중에서 우점종으로 되어, 아질산 산화 세균은 서서히 배제되어 간다. 이에 따라, 전체의 반응은 아질산형으로 이행해 나가, 처리수 중에는 아질산성 질소가 축적되어 간다.

그러나, 질화조 내의 암모니아성 질소가 다 소비되어 버리면, 암모니아 산화 세균의 기질이 없는 상태로 되기 때문에, 전술한 경쟁 관계가 무너져, 아질산 산화 세균이 활동할 수 있게 된다. 이 때문에, 질화조 내에는 암모니아성 질소가 잔류하는 조건을 유지할 필요가 있다. 다만, 암모니아성 질소에 의한 저해 효과는 필수 조건은 아니기 때문에, 잔류시키는 암모니아성 질소 농도는 고농도일 필요는 없으며, 10∼50 mg-N/L 정도로 충분하다.

본 발명에 있어서, 탄산염 및/또는 중탄산염을 질화조에 첨가하는 경우, 원수의 암모니아에 대하여 C/N 비로 0.5 이상 첨가하거나, 혹은 질화조 내의 무기 탄소 농도가 35 mg-C/L 이상이 되도록 첨가하는 것이 바람직하며, 또한, 탄산염 및/또는 중탄산염으로서는 연소 배출 가스의 알칼리 흡수액을 이용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 질화 방법에 따르면, 암모니아성 질소를 함유하는 원수를 질화조에 도입하여, 암모니아 산화 세균의 작용에 의해 안정된 아질산형 질화를 고부하로 행할 수 있다. 또한, 본 발명의 탈질 방법에 따르면, 이와 같이 하여 얻어진 질화액을 탈질조에 도입하여 ANAMMOX균에 의해 효율적인 탈질을 행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 질화 방법의 실시에 적합한 질화 장치를 도시하는 개략적 인 구성도이다.

도 2는 실시예 3 및 참고예 1의 암모니아성 질소의 산화 속도와 아질산성 질소의 산화 속도의 반응 속도 상대비를 나타내는 그래프이다.

도 3은 본 발명의 질화 방법의 실시에 적합한 다른 질화 장치를 나타내는 개략적인 구성도이다.

도 4는 도 3의 장치에 의한 실험 결과(질소 화합물 농도의 시간 경과에 따른 변화)를 나타내는 그래프이다.

도 5는 도 3의 장치에 의한 실험 결과(무기 탄소 농도의 시간 경과에 따른 변화)를 나타내는 그래프이다.

이하에 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 형태를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 질화 방법의 실시에 적합한 질화 장치를 도시하는 개략적인 구성도이다.

원수(암모니아성 질소 함유수)는 질화조(폭기조)(1)에 도입되어, 배산기관(1A)에 의한 폭기 하에, 질화 오니와 접촉하여 질화 처리되어, 질화액이 배출된다.

질화조(1)에서는, 암모니아성 질소가 질화되어 아질산성 질소가 생성됨으로써 pH가 저하되기 때문에, 알칼리제의 첨가에 의해 pH 조정을 할 필요가 있다. 이 형태에 있어서는, 탄산 가스를 pH 조정용의 알칼리에 흡수시켜, 탄산가스 흡수액을 생성시켜, 이 액을 질화조(1)에 첨가하여 pH 조정과 함께 탄산염 첨가를 한다.

탄산가스로서는 특별히 제한은 없으며, 보일러 등의 연소 배출 가스 외에, 폭기조로부터 배출되는 탄산가스 함유 배출 가스나 탈질조 배출 가스, 메탄 발효조로부터의 바이오가스 등, 각종 탄산가스 함유 배출 가스를 이용할 수 있지만, 이 형태에서는 보일러 배출 가스를 이용한다.

탄산가스 함유 배출 가스 중의 탄산가스를 흡수하는 알칼리로서는, 특별히 제한은 없지만, 0.1 ∼ 25 중량% 정도의 가성소다 수용액이 적합하다.

NaOH조(2) 내의 가성소다 수용액이 펌프(2P)에 의해 배출 가스 흡수탑(3)의 상부의 배산기관(3B)으로부터 살수된다. 살수된 가성소다 수용액은 배출 가스 흡수탑(3) 내부의 충전층(3A)에 있어서 보일러 배출 가스와 향류 접촉함으로써, 보일러 배출 가스 중의 탄산가스를 흡수한다. 이 배출 가스 흡수탑(3)으로 탄산가스를 흡수한 탄산가스 흡수액이 펌프(3P)에 의해 질화조(1)에 첨가된다.

질화조(1) 내의 액의 pH가 pH 센서(1B)로 측정된다. 이 측정된 pH 수치에 기초하여 펌프(3P)가 제어되고, 이에 따라, 배출 가스 흡수탑(3)으로부터 질화조(1)에의 탄산가스 흡수액의 공급이 제어된다.

질화조(1)에 탄산염 및/또는 중탄산염이 첨가됨으로써, 질화조 내의 무기 탄소 농도가 높게 유지되어 아질산형 질화가 이루어진다. 이 첨가되는 탄산염, 중탄산염으로서는 탄산소다, 중탄산소다나 중탄산칼륨 등의 시약이일 수 있다. 그러나, 탄산염이나 중탄산염은 가성소다에 비해서 고가이며, 또한, 공업 제품은 분말형이기 때문에 취급 작업성도 나쁘다. 이에 대하여, 도 1과 같이, 보일러 배출 가스 등의 탄산가스를 포함하는 배출 가스 중의 탄산가스를 가성소다와 같은 알칼리 약제에 흡수시킨 액을 질화조(1)에 첨가함으로써, 배출 가스의 유효 이용을 도모할 수 있다. 이 탄산 가스 흡수액은 취급이 용이하다.

질화조(1)에의 탄산염 및/또는 중탄산염의 첨가량은 하기 (1), (2)의 조건의 적어도 한 쪽을 만족하는 첨가량인 것이 바람직하다.

(1) 질화조 내의 무기 탄소 농도가 35 mg-C/L 이상, 바람직하게는 50 mg-C/L 이상, 특히 바람직하게는 100 mg-C/L 이상, 예컨대 100 ∼ 150 mg-C/L.

(2) 원수의 암모니아성 질소에 대한 무기 탄소 몰비(C/N 비)가 0.5 이상, 바람직하게는 0.5 ∼ 2.0.

상기 (1)의 범위보다도 무기 탄소 농도가 낮으면, 질화조(1) 내의 무기 탄소 농도를 높게 유지함에 의한 효과를 충분히 얻을 수 없는 경우가 있다. 상기 (2)의 범위보다도 C/N 비가 작으면, 탄산염 및/또는 중탄산염만으로는 질화에 알맞은 pH를 유지할 수 없는 경우가 있다.

안정적인 아질산형 질화를 행하기 위해서, 질화조(1)로부터 유출되는 질화액의 암모니아성 질소 농도(C_A)와 아질산성 질소 농도(C_N)와의 비(C_A/C_N)는 1/1 ∼ 1/1.5, 특히 1/1.32 ∼ 1/1.4가 되도록 하는 것이 바람직하고, 이 때문에, 질화조(1) 내의 pH를 6 ∼ 8, 특히 7.3 ∼ 7.8이 되도록 제어하는 것이 바람직하다.

따라서, 탄산가스를 흡수한 액을 질화조(1)에 첨가하는 경우에는, 탄산가스 흡수액의 첨가에 의해 상기 무기 탄소 농도 및/또는 C/N 비와 pH 수치를 함께 만족할 수 있도록, 알칼리 농도나 배출 가스 흡수탑에 있어서의 접촉 조건 등을 설정해 두는 것이 바람직하다.

안정된 아질산형 질화를 위해, 질화조(1) 내의 수온은 10 ∼ 40℃로 하는 것이 바람직하다. 수온이 40℃를 넘으면 질화 반응이 정지하고, 10℃ 미만이면 질화 활성이 뒤떨어지는 것으로 된다.

질화조(1)로부터 유출된 질화액은 도시하지 않는 탈질조로 도입되어, 암모니아성 질소를 전자 공여체로 하고 아질산성 질소를 전자 수용체로 하여 탈질 반응을 하는 ANAMMOX균의 작용에 의해 탈질 처리된다.

탈질조에 있어서의 처리 조건에는 특별히 제한은 없지만, 일반적으로는 다음과 같은 조건을 채용하는 것이 바람직하다.

pH : 6 ∼ 9, 특히 6.5 ∼ 8.0

온도 : 10 ∼ 40℃, 특히 20 ∼ 35℃

BOD 농도 : 0 ∼ 50 mg/L, 특히 0 ∼ 20 mg/L

질소 부하 : 0.1 ∼ 10 kg-N/m³/일, 특히 0.2 ∼ 5 kg-N/m³/일

본 발명에서 이용하는 질화조 및 탈질조의 형식에는 특별히 제한은 없다. 고정상, 유동상, 그래뉼법, 담체 첨가법 등의 생물막식의 반응조라면, 후단의 고액 분리를 위한 침전조를 생략할 수 있다. 오니 현탁식의 반응조라면, 그 유출물을 침전조나 막분리 장치로 고액 분리하여 분리 오니를 그 조로 반송함으로써 계 내에 오니를 유지할 수 있다. 또한, 질화조는 에어 리프트형 폭기조일 수 있고, 탈질조는 에어 대신에 질소 가스를 이용한 가스 리프트형 반응조일 수 있다. 또한, 탈질조는, ANAMMOX균의 그래뉼 오니상을 형성한 USB(Upflow Sludge Bed : 상향류 오니 상) 반응조일 수 있다. 이러한 반응조라면, 후단의 침전조를 생략할 수 있다.

탈질조의 유출액은 제2의 탈질조로 도입하여, 메탄올 등의 유기물을 첨가하고, 교반 하에, ANAMMOX 반응으로 생성된 질산이나 잔류하는 아질산성 질소를 탈질 세균에 의해 혐기 조건 하에서 질소 가스로 분해하는 탈질 처리를 하더일 수 있다. 탈질조의 유출액을 다시 폭기조로 도입하여, 잔류하는 BOD 성분을 호기 처리할 수 있다.

이하에 실시예, 비교예 및 참고예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

실시예 1, 비교예 1

도 1에 도시하는 장치를 이용하여 아질산형 질화를 실시했다. 원수의 성형 및 이용한 장치의 사양과 조건은 다음과 같다.

원수 : 하수 처리수에 황산암모늄을 첨가하여, NH₄-N 농도 500 mg/L로 한 물

질화조 : 치수 250 mm × 250 mm × 1500 mm 높이

용량 90 L(수면 높이 약 1400 mm)

질화조 내의 생물 담체 : 3 mm 각 스폰지 약 30 L

수온 : 32℃

DO 농도 : 1.5 mg/L

처리를 시작함에 있어서, 질화조는 다음과 같은 식으로 순양(馴養)했다. 스폰지 담체에 미생물(암모니아 산화 세균 등)을 부착시키기 위해서, BOD원으로서 효 모 엑기스를 0.5 kg/m³일의 부하가 되도록 질화조에 첨가하는 동시에, 질소 부하가 2 kg-N/m³/일의 부하가 되도록 원수(질소원으로서 황산암모늄을 첨가한 하수 처리수)를 질화조에 도입했다. 중화용 알칼리로서는 4 중량% 가성소다 수용액을 이용하여, 질화조의 pH를 7.6로 제어했다.

암모니아 산화 세균이 스폰지에 담지되고, 아질산으로의 전환 부하가 1.0 kg-N/m³/일이 된 시점에서, 각각 이하의 처리를 했다.

비교예 1에서는, BOD원인 효모 엑기스의 주입을 정지하여, 그대로 운전을 계속했다.

실시예 1에서는, 효모 엑기스의 주입을 정지하는 동시에, 가스 보일러의 배출 가스를 중화용 가성소다 용액에 불어넣어, 탄산가스를 가성소다 수용액에 흡수시킨 탄산가스 흡수액을 질화조의 무기 탄소 농도가 100 mg-C/L이 되도록 질화조에 첨가하여 운전을 계속했다.

이 때의 암모니아성 질소의 아질산성 질소(NO₂-N)로의 전환량과, 질산성 질소 농도의 시간 경과에 따른 변화를 표 1에 나타냈다.

표 1로부터 분명한 바와 같이, 탄산가스 흡수액을 첨가하지 않는 비교예 1에서는, 시간 경과에 의해 NO₂-N으로의 전환량이 감소하고, 아질산의 산화가 발생하여, NO₃-N이 생성되었지만, 탄산가스 흡수액을 첨가한 실시예 1에서는, NO₂-N로의 전환량은 증가하여, 처리수의 NO₃-N 농도는 안정되고 있었다.

실시예 2

실시예 1에서 얻어진 NO₂-N 농도 280 ∼ 290 mg/L, NH₄-N 농도 207 ∼ 219 mg/L, NO₃-N 농도 1 ∼ 3 mg/L의 질화액을 더욱 하기 사양 및 조건의 탈질조에 도입하여 연속적으로 처리하는 질화 탈질 처리를 실시했다.

탈질조 : 치수 200 mm × 200 mm × 1500 mm 높이

용량 50 L(수면 높이 약 1250 mm)

pH : 7.6 ∼ 8.2

온도 : 32℃

BOD 농도 : 10 mg/L 이하

한편, 이 탈질조에는, ANAMMOX균 그래뉼 500 g을 투입했다.

이 탈질조의 유출액은 그대로 처리수로 했다.

그 결과, NH₄-N 농도 1.2 mg/L, NO₂-N 농도 0.2 ∼ 1.6 mg/L, NO₃-N 농도 10 ∼ 20 mg/L의 고수질 처리수를 장기간에 걸쳐 안정적으로 얻을 수 있었다.

실시예 3, 참고예 1

스폰지 담체를 충전율 40%로 충전한, 용량 2.3 L의 질화조(폭기조)에, 황산암모늄을 주체로 하는 NH₄-N 농도 400 ∼ 500 mg-N/L의 합성 배수를 투입하고, 설정 pH 7.5, 수온 30℃의 조건으로 암모니아 산화 세균에 의한 아질산형 질화를 배치(batch)로 실시했다.

참고예 1에 있어서는, 인위적으로 탄산이온을 첨가하지 않고, 통상의 폭기에 의해 질화 반응을 실시했다. 한편, 수중의 탄산이온 농도는 공기 중에 포함되는 탄산가스 농도에 의해서 정해지며, 그 농도는 5 mg/L 이하였다 (No.1).

또한, 실시예 3에 있어서는, 폭기의 공기와 탄산가스를 혼합 비율을 여러 가지로 바꿔, 질화조 중의 무기 탄소 농도가 40 mg-C/L(No.2), 80 mg-C/L(No.3), 또는 160 mg-C/L(No.4)로 되도록 혼합 가스로 폭기하고, 탄산가스를 혼합하지 않고서 공기 폭기한 경우의 암모니아성 질소 산화 속도 및 아질산성 질소 산화 속도에 대한 각각의 무기 탄소 농도에서의 암모니아성 질소 산화 속도 및 아질산성 질소 산화 속도의 상대치(반응 속도 상대비)를 구하여, 결과를 도 2에 나타냈다.

또, 참고예 1에 있어서 탄산나트륨 대신에 pH 완충 효과를 갖는 인산이온을 NaH₂PO₄를 이용하여 질화조 중의 인산 이온 농도가 200 mg-P/L이 되도록 첨가한 경우의 암모니아성 질소 산화 속도 및 아질산성 질소 산화 속도도 측정하여, 첨가하지 않은 경우(No.1)의 질소 산화 속도 및 아질산성 질소 산화 속도를 기준으로 하여, 그 상대치(반응 속도 상대비)를 각각 구해, 결과를 도 2에 도시했다.

도 2로부터, 질화조 중의 무기 탄소 농도가 높을수록, 암모니아성 질소의 산화 반응만이 촉진되어, 양호한 아질산형 질화를 행할 수 있음을 알 수 있다. 한편, 인산 이온을 첨가한 참고예 1에서도, 암모니아성 질소의 반응 속도 상대비가 상승하고 있어, 인산 이온이라도 그 pH 완충 작용으로 생물막 내의 pH 구배를 막음으로써, 암모니아성 질소의 산화가 촉진되고 있음을 알 수 있는데, 인산 이온에서는, 고농도의 인을 배수 중에 투입함으로써, 후속 공정에서 인의 처리가 필요하게 되기 때문에, 바람직하지 못하다.

실시예 4

도 3에 도시하는 실험 장치에 있어서 본 발명 방법을 연속 처리 방식으로 실시했다.

원수는 질화조(11)에 연속적으로 공급되어, 블로워(13)로부터 배산기관(12)으로 보내지는 공기에 의해 폭기된다. 질화조(11)에 대하여 저장조(14) 내의 중탄산나트륨 수용액이 펌프(15)에 의해서 공급된다. 조(11) 내의 액의 pH가 pH계(16)에 의해서 검출된다. 조(11) 내에는 스폰지 담체가 수용되어 있다.

실험 조건은 다음과 같이 했다.

조(11)의 용적 : 2.3 L

스폰지 담체의 양 : 조(11)의 용적 40%

원수 : 황산암모늄을 주체로 하는 합성 배수(NH₄-N 농도 100 mg/L)

원수 유입량 : 약 50 L/d

수리학적 체류 시간(HRT) : 약 2시간

조(11) 내의 pH : 7.5

조(11) 내의 수온 : 30℃

조(14) 내의 중탄산암모늄 수용액의 NaHCO₃ 농도 : 50 g/L

중탄산암모늄 수용액의 첨가량 : 500 mL/day

배산기관(12)으로부터의 폭기 공기량 : 2 L/min

조(11)에 암모니아 산화 세균을 포함한 활성 오니를 투입하고, 상기 조건으로 운전하여, 조(11)로부터 유출되는 질화액 중의 NH₄-N, NO₂-N, NO₃-N의 시간 경과에 따른 변화를 측정하여, 도 4에 도시했다. 조(11) 내의 무기 탄소 농도를 측정하여, 도 5에 도시했다. 도 4, 도 5와 같이, 이 실험 결과, 조 내의 무기 탄소의 잔류 농도가 35 ∼ 40 mg/L인 조건에 있어서도 아질산형의 반응을 유지할 수 있음을 알 수 있었다.

Claims

암모니아성 질소를 함유하는 원수를 질화조에 도입하여, 원수 중의 암모니아성 질소의 일부를 암모니아 산화 세균의 작용에 의해 아질산성 질소로 산화하여, 아질산 산화 세균에 의한 아질산성 질소의 질산화를 억제함으로써, 아질산형 질화를 행하는 방법에 있어서, 상기 질화조 내의 무기 탄소 농도를 35 mg-C/L 이상으로 유지하며,

상기 질화조로부터의 질화액을 탈질조에 도입하여, 잔류하는 암모니아성 질소를 전자 공여체로 하고 아질산성 질소를 전자 수용체로 하는 탈질 반응을 하는 탈질 세균의 작용에 의해 탈질을 행하고, 상기 탈질 세균은 ANAMMOX균인 것을 특징으로 하는 암모니아성 질소 함유수의 처리 방법.
제1항에 있어서, 질화조 내의 무기 탄소 농도를 50 mg-C/L 이상으로 유지하는 것을 특징으로 하는 암모니아성 질소 함유수의 처리 방법.
제1항에 있어서, 질화조 내의 무기 탄소 농도를 35 ∼ 150 mg-C/L로 유지하는 것을 특징으로 하는 암모니아성 질소 함유수의 처리 방법.
제1항에 있어서, 상기 질화조에 탄산염 및 중탄산염의 적어도 한 쪽을 첨가하는 것을 특징으로 하는 암모니아성 질소 함유수의 처리 방법.
제4항에 있어서, 탄산염 및 중탄산염의 적어도 한 쪽을, 원수의 암모니아성 질소에 대한 무기 탄소 몰비(C/N 비)가 0.5 이상이 되도록 첨가하는 것을 특징으로 하는 암모니아성 질소 함유수의 처리 방법.
제5항에 있어서, C/N 비가 0.5 ∼ 2.0인 것을 특징으로 하는 암모니아성 질소 함유수의 처리 방법.
제5항에 있어서, 질화조에 탄산염 및 중탄산염의 적어도 한 쪽을 첨가하기 위해서, 연소 배출 가스를 알칼리 수용액에 흡수시킨 액을 질화조에 첨가하는 것을 특징으로 하는 암모니아성 질소 함유수의 처리 방법.
제7항에 있어서, 알칼리 수용액은 가성소다 수용액인 것을 특징으로 하는 암모니아성 질소 함유수의 처리 방법.
제8항에 있어서, 가성소다 수용액의 농도가 0.1 ∼ 25 중량%인 것을 특징으로 하는 암모니아성 질소 함유수의 처리 방법.
제1항에 있어서, 상기 질화조로부터의 질화액 중에 있어서의 암모니아성 질소 농도(C_A)와 아질산성 질소 농도(C_N)와의 비(C_A/C_N)가 1/1 ∼ 1/1.5인 것을 특징으로 하는 암모니아성 질소 함유수의 처리 방법.
제1항에 있어서, 상기 질화조로부터의 질화액 중에 있어서의 암모니아성 질소 농도(C_A)와 아질산성 질소 농도(C_N)의 비(C_A/C_N)가 1/1.32 ∼ 1/1.4인 것을 특징으로 하는 암모니아성 질소 함유수의 처리 방법.
제1항에 있어서, 질화조 내의 pH를 6 ∼ 8로 하는 것을 특징으로 하는 암모니아성 질소 함유수의 처리 방법.
제1항에 있어서, 질화조 내의 pH를 7.3 ∼ 7.8로 하는 것을 특징으로 하는 암모니아성 질소 함유수의 처리 방법.
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