KR20090044973A

KR20090044973A - 다공성 복합 황 담체

Info

Publication number: KR20090044973A
Application number: KR1020080033592A
Authority: KR
Inventors: 유남종; 정욱진; 조을생; 마크 레딜리아스; 심은용; 김예경; 박준석; 지찬규; 박신정
Original assignee: (주)일신종합환경; 유남종; 정욱진
Priority date: 2007-10-31
Filing date: 2008-04-11
Publication date: 2009-05-07
Also published as: KR100924681B1

Abstract

본 발명은 황을 이용한 독립영양 탈질 공정에 사용하기 위한 알칼리도 공급원으로서 CaCO₃ 또는 폐자원인 패각(crushed shell) 분말과 미생물의 부착성 향상을 위한 수용성 발포제로서 Na₂CO₃를 첨가하여 제조된 다공성 S-CaCO₃ 또는 S-패각 복합 담체에 관한 것으로, 본 발명에 따른 다공성 황 복합 담체는 미생물 부착성을 증가시키기 위한 담체 표면적이 증가된 다공성 담체이며, 매우 안정적인 질산성 질소 제거율을 나타내며, CaCO₃ 또는 패각에 의한 알칼리도 공급 및 pH 보정이 효과적으로 이루어지고 반응조 내 막힘 현상도 일으키지 않고, 화학 약품 비용이 들지 않으며, 해양 폐기물인 패각을 재활용할 수 있는 경제적인 효과가 있다.

질산성 질소, 다공성 담체, 황, 패각, 독립영양 탈질 공정, 알칼리도

Description

다공성 복합 황 담체{Porous sulfur complex media}

본 발명은 황을 이용한 독립영양 탈질 공정에 사용하기 위한 다공성 담체에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 알칼리도 공급원으로서 CaCO₃ 또는 폐자원인 패각(crushed shell) 분말과 미생물의 부착성 향상을 위한 수용성 발포제로서 Na₂CO₃를 첨가하여 제조된 미생물 부착을 증가시킨 표면적이 큰 다공성 복합 황 담체에 관한 것이다.

질산성 질소(nitrate)는 수질오염 및 부영양화의 주원인으로 미관상의 문제를 유발할 뿐만 아니라 체내에 들어와서 아질산염(nitrite)으로 전환되면 청생아증(methemoglobinemia)를 유발하거나 발암물질인 나이트로소아민(nitrosoamine)을 형성한다.

주로 질산을 용제로 상용하는 반도체, 전자, 화학분야와 비료 공장 또는 도금폐수에서 배출되고 있는 이러한 질산성 질소를 제거하기 위해 가장 많이 이용되 고 있는 방법으로는 생물학적 처리기술이다.

생물학적 처리기술로서 일반적으로 사용되고 있는 종속영양 탈질공정은 효율적인 질산성 질소 처리를 위해서는 원수 중의 탄소원이 5 : 1(C/N 비)로 존재해야 하며 유기물질이 부족할 경우 높은 탈질율(denitrification rate)은 기대하기 어렵다. 특히, 전자, 반도체, 도금폐수 등의 경우 유기물이 거의 없어 메탄올과 같은 외부 탄소원의 첨가가 필요하다. 이 경우 처리비용 증가와 함께 처리수에 잔존하는 외부 탄소원으로 인해 유출수의 수질을 악화시킬 수 있다.

반면에 황, 수소, 철 등을 산화시키면서 NO₃ ^--N을 전자 공여체로 이용하는 독립영양미생물을 이용한 공법이 최근 다방면에서 실용성이 높이 평가되고 있으며, 이에 따라 황 산화 독립 영양 탈질에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

황을 이용한 독립영양 탈질은 황 산화 탈질 미생물이 여러 종류의 황 화합물을 황산염이온(SO₄ ^2- ; sulfate)으로 산화시키면서 동시에 NO₃ ^--N을 N₂(g)로 전환시키는 원리를 이용한다. 다시 말해 황 산화 탈질 미생물인 티오바실러스 데니트리피칸스(Thiobacillus denitrificans) 및 티오마이크로스피라 데니트리피칸스(Thiomicrospira denitrificans) 등의 탈질균을 이용하여 여러 종류의 황 화합물(S0, S₂O₃ ² ^-, S₄O₆ ² ^-, SO₃ ² ^-)을 황산염이온(SO₄ ^2-)으로 산화시키면서 탈질 반응을 진행한다. 황 산화 탈질 미생물은 독립 영양 미생물이므로 외부 탄소원이 필요하지 않고, C/N비가 낮은 폐수에 메탄올을 투여하지 않고도 경제적이고 안정적으로 탈질화 를 유도할 수 있다.

황 산화 미생물을 이용한 독립 영양 탈질 과정은 다음 반응으로 설명 될 수 있다.

1.06NO₃ ^- + 1.11S0 + 0.3 HCO₃ ^- + 0.485H₂O

↓

0.5N₂ + 1.11SO₄ ² ^- + 0.86H⁺ + 0.06C₅H₇O₂N

상기 식에 나타낸 바와 같이, 1.06 몰의 NO₃-N이 N₂(g)로 탈질이 되면 0.86 몰의 H⁺가 생성되고, 1g의 NO₃ ^--N이 탈질이 될 때 3.91g의 알칼리도가 소모된다. 그러므로 충분한 알칼리도 공급이 되지 않으면 독립영양 탈질 과정이 일어나는 동안에 pH가 계속 감소하므로 인해 황 산화 독립영양 탈질 미생물에 영향을 미쳐 탈질 효율이 저하된다.

이러한 문제점을 보완하기 위해 입자상의 황과 더불어 알칼리를 공급하기 위해 입자상의 CaCO₃를 첨가하여 pH저하로 인한 탈질효율 감소를 방지하기 위한 많은 연구가 진행되어왔다.

그러나 입자상의 CaCO₃를 장시간 사용할 경우 반응기에 막힘 현상 및 역세척 시 많은 양의 입자상 황과 석회석, CaCO₃가 손실되어 운전비 상승을 초래한다. 황 의 소모로 인한 황의 입경 감소 및 반응기에 충진된 석회석 및 CaCO₃가 해리됨으로 인해 입경의 감소되고, 그에 따라 공극이 압밀되어 막힘 현상이 발생할 수 있다. 또한, Ca² ⁺와 SO₄ ² ^-가 결합하여 생성된 CaSO₄가 반응기를 막히게 하는 원인이 된다. 막힘 현상은 탈질과정에 발생되는 질소가스가 공극을 채워 유입수 흐름의 방해를 초래하기도 한다.

최근 들어 사회적으로 환경 문제에 대한 위기의식이 확산되고 있고, 생활수준이 향상됨에 따라 쾌적한 환경에 대한 욕구가 점차 높아지고 있다. 또한 폐기물의 처분에 있어서도 에너지와 자원을 회수하고 2차 오염물질의 발생을 줄이는 접근을 하고 있다.

한 예로 굴 패각 이용에 있어서 패화 석회질 비료나 사료 등으로 약간 활용되어 왔으며, 최근에 패각을 사용하여 공업 약품용으로 초고순도 탄산칼슘을 제조하는 연구 등이 이루어져 패각의 활용에 대한 연구 분위기가 활성화되고 있다. 그러나 실제로 연간 약 360,000톤이나 생산되는 패각은 이중에서 종패접합용으로 약 9%, 비료 및 공업용 원료로 약 1%가 재활용되고 나머지 90%는 공유수면 매립이나(39%), 해안방치(51%)등으로 폐기물이 되는 실정이다. 이와 같이 막대한 양의 패각이 해안에 야적됨으로서 연안의 오염, 자연경관의 훼손 및 위생상 문제 등 여러 가지 환경 문제가 야기되고 있다.

알킬리 공급원으로 CaCO₃ 대신에 그 보다 저렴하고 표면적이 커서 용해가 더 잘되는 상기와 같은 패각을 이용하기 위한 방법이 대한민국 등록특허 제10-034910 호에 개시되어 있다. 이 방법에서는 반응조에 황 입자와 파쇄한 패각을 균일하게 혼합하여 충전시키고, 충전층 상부를 유리 구슬로 채워 충전된 황 입자와 패각이 부상하지 않도록 하고, 각 시료 채취구와 유출구에 망을 덧대어 황 입자와 패각이 반응조 외부로 유실되는 것을 방지하였다. 하지만, 이와 같은 황 입자와 패각의 부상 및 유실방치 장치에도 불구하고 반응시간이 경과함에 따라 황 입자와 패각의 유실량이 증가하여 탈질율이 저하되는 문제점이 있었다.

이에 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 극복하기 위하여 예의 연구를 거듭한 결과 본 발명에 이르게 되었다.

본 발명의 목적은 수질오염 및 부영양화의 주원인이 되며 발암물질을 형성시키는 질산성 질소를 제거하여 환경오염을 감소시키기 위하여 황을 이용한 독립영양 탈질 공정을 사용함에 있어 보다 효과적이며 경제적인 알칼리도 공급원을 제공하는 것이다.

본 발명의 상기와 같은 목적은 황을 이용한 독립영양 탈질 공정에서 알칼리도 공급원으로 CaCO₃ 또는 95% 이상이 CaCO₃로 구성된 패각(crushed shell) 분말과 미생물의 부착성 향상을 위한 수용성 발포제로서 Na₂CO₃를 첨가하여 다공성 복합 황 단일담체를 개발하고, 상기 담체의 질산성 질소 제거율, pH 변화 등을 관찰하여 탈질을 위한 다공성 황-패각 복합 단일담체의 이용 가능성을 연구함으로써 달성하였다.

본 발명은 황과, 수용성 무기발포제인 탄산나트륨 (Na₂CO₃) 및 CaCO₃ 또는 패각 분말로 이루어진 다공성 복합 황 담체를 제공한다.

수용성 무기발포제로서 사용된 탄산나트륨 (Na₂CO₃)은 미생물, 예를 들어, 자연계에 널리 분포하는 슈도모나스 종(Pseudomonas sp.), 마이크로스크픽스 종(Micoscopics sp.), 아크로모백터 종(Archromobactor sp.), 바실러스 종(Bacillus sp.)의 부착성을 증진시키는 역할을 한다. 이들 미생물은 무산소 상태에서 전자공여체로서 유기물을, 전자수용체로서 NO³ ^- 및 NO² ^-를 이용하여 호흡하는 종속 영양 미생물이며, 일반적으로 탈질시 질소는 질산에서 아질산으로, 최종적으로 질소 기체로 변환시킨다.

본 발명에서 바람직한 황 산화 탈질 미생물은 티오바실러스 데니트리피칸스(Thiobacillus denitrificans) 및 티오마이크로스피라 데니트리피칸스(Thiomicrospira denitrificans)이다.

상기 패각 분말은 폐자원으로서 알킬리도 공급을 위하여 화학약품인 라임(lime)이나 CaCO₃ 대신 사용되는 것이다.

상기 본 발명에 따른 황과 CaCO₃ 또는 패각은 분말형태로 사용하는 것이 바람직하고, 황과 패각의 비율은 중량비로 3:1인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 다공성 복합 황 담체는 분말 황과 CaCO₃ 또는 분말 패각을 3:1의 중량비로 혼합하여 120℃에 용융시킨 후, 다공성 담체 제조를 위하여 Na₂CO₃ 용액을 가한 후 건조시켜 제조한다.

본 발명은 또한 컬럼에 다공성 복합 황 담체와 황 산화 독립영양 탈질 미생물이 충진된 독립영양 탈질 반응기를 제공한다.

상기의 본 발명에 따른 독립영양 탈질 반응기는 컬럼에 다공성 황-패각 복합 담체를 담고, 황 산화 독립영양 탈질 미생물을 배양한 슬러지와 부유 배지를 컬럼에 넣어 제조되며, 일정시간 질소가스로 퍼징시킨 후 컬럼의 질산성 질소 농도 변화를 모니터링 하여 컬럼의 질산성 질소 농도가 1 ppm이하 (제거율 98%이상)일 때 사용한다.

본 발명에 따른 다공성 복합 황 담체는 제조 과정에서 수용성 발표제인 탄산나트륨 사용에 따른 공극 형성으로 공극이 70% 이상으로 담체의 표면적이 크고, 거칠기도 거칠어져 미생물이 부착하기에 좋은 조건으로 변환되어 탈질율이 우수하다.

또한, 다공성 복합 황 담체가 사용된 반응기의 독립영양 탈질 성능은 HRT 6시간 이상에서는 95% 이상, HRT 2h의 경우 92% 이상의 매우 안정적인 질산성 질소 제거율을 달성하였다.

또한, 연속 실험기간동안 pH 7이상으로 유지되어 패각에 의한 알칼리도 공급 및 pH 보정은 효과적으로 이루어졌으며 반응조 내 막힘 현상도 거의 관찰되지 않았다.

또한, 다공성 복합 황 담체는 알칼리도 공급을 위해 사용된 패각 분말로 인해 기존의 황탈질 시스템에서 사용된 화학 약품(석회석 혹은 CaCO₃) 비용이 들지 않고, 그동안 해양 폐기물로 여겨진 패각을 재활용할 수 있다는 점에서 경제적이다.

본 발명에 따른 CaCO₃ 또는 패각과 Na₂CO₃를 이용한 다공성 복합 황 담체는 매우 안정적인 질산성 질소 제거율을 나타내며, CaCO₃ 또는 패각에 의한 알칼리도 공급 및 pH 보정은 효과적으로 이루어져 반응조 내 막힘 현상도 일으키지 않고, 화학 약품 비용이 들지 않으며, 해양 폐기물인 패각을 재활용할 수 있는 경제적인 효과가 있어, 폐기물 처리 산업상 매우 유용한 발명인 것이다.

이하 본 발명의 하기 실시예를 참조로 하여 본 발명의 실시형태를 보다 상세하게 설명한다. 하지만 본 발명의 범위가 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 : 다공성 복합 황 담체의 제조

본 실시예에서는 수용성 무기발포제로 탄산나트륨 (Na₂CO₃)과, 알칼리도 공급을 위해 화학약품으로 폐자원인 패각을 사용하여, 각각 분말형태의 패각 및 분말 황과 탄산나트륨을 혼합하여 다공성 복합 황 담체를 제조하였다.

수용성 발포제로 탄산나트륨 (Na₂CO₃)을 사용하여 제조한 S (황) -Crushed shell (패각) 다공성 황-패각 복합 담체는, 패각 분말과 분말형태의 황과 중량비 3:1(W/W)의 비율로 분말 패각 5.55g과 분말 황 1.85g을 혼합하여 120℃에서 용융시킨 후 10 g/L Na2CO3 용액 1mL를 첨가하고, 교반하여 잘 섞어주었다.

이때 탄산나트륨 용액의 절반은 온도 조절기로 온도 조절 하에 교반하면서 첨가하고, 나머지 절반은 온도 조절기를 끈 후 교반하면서 첨가하였다. 생성된 다공성 황-패각 복합 담체를 식힌 후 건조시켰다.

한편, 알칼리도 공급원으로서 패각 대신 CaCO₃ 를 사용하여 상기와 동일한 방법으로 다공성 황-CaCO₃ 복합 담체를 제조하였다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 황 산화 독립영양 탈질 반응에 사용한 다공성 S-CaCO₃ 복합 담체와 S-패각 다공성 복합 담체는 공극이 S-CaCO₃이 약 60%, S-패각이 70% 이상으로 많으며 표면도 많이 거칠다는 것을 볼 수 있다. 즉 복합 담체의 제조 과정에서 수용성 발표제인 탄산나트륨 사용으로 인한 공극 형성으로 담체의 표면적이 넓어졌으며 거칠기도 거칠어져 미생물이 부착하기에 좋은 조건으로 변환된 것임을 알 수 있다.

실시예 2 : 황 산화 독립영양 탈질 미생물의 배양

황 산화 탈질 미생물인 티오바실러스 데니트리피칸스(Thiobacillus denitrificans)를 배양용 배지를 이용하여 다음과 같이 배양하였다.

20L의 탱크에 환경사업소의 활성 슬러지 10L와 티오바실러스 데니트리피칸스 배양용 배지(표 1 참조) 10L를 혼합하고, 1시간 동안 질소가스로 퍼징 한 후, 실온(20~25℃)에서 배양하였다. 질산성 질소 농도가 10 mg/L 이하가 되었을 때 농화된 슬러지를 컬럼에 넣고 실온에서 연속실험에 사용하였다.

<표 1>

1L 배양용 배지 조성 (277 ppm NO3-N)

부유 배지		미네랄 용액
KNO₃	2g	EDTA	0.5g
Na₂S₂O₃.5H₂O	2.5g	EDTA	0.5g
K₂HPO₄	2g	CaCl₂	0.0554g
MgCl.6H₂O	0.5g	CuSO₄.5H₂O	0.0157g
NaHCO₃	1g	CoCl₂.6H₂O	0.0161g
미네랄 용액	40mL	MnCl₂.4H₂O	0.0506g
NH₄Cl(200g/L)	2.5mL	ZnSO₄.7H₂O	0.22g
FeSO₄.7H₂O(4g/L)	2.5mL	FeSO₄.7H₂O	0.0499g
DI	955mL	DI	1000mL

실시예 3 : 컬럼 셋업 및 연속 실험

본 실험예에서는 반응기로 내경 10cm 및 높이 27.6cm의 것을 사용하였다. 베드 부피(Bed volume)는 2.1L인 컬럼에 다공성 황-패각 복합 담체1.5(±0.1)kg을 담고 황 산화 독립영양 탈질 미생물을 배양한 슬러지 1L와 1L 부유 배지 50 mg NO3--N/L (표 2 참조)를 컬럼에 넣은 후 1시간 정도 질소가스로 퍼징시킨 후 2~3일 간 컬럼의 질산성 질소 농도 변화를 모니터링 하여 컬럼의 질산성 질소 농도가 1 ppm이하 (제거율 98%이상)일 때 인공폐수 (표 3 참조)를 주입하기 시작하였다.

<표 2>

1L 부유 배지 50 mg NO3-N/L

부유 배지		미네랄 용액
KNO₃	0.361g	EDTA	0.5g
K₂HPO₄	2g	CaCl₂	0.0554g
MgCl₂.6H₂O	0.5g	CuSO₄.5H₂O	0.0157g
NaHCO₃	1g	CoCl₂.6H₂O	0.0161g
미네랄 용액	40mL	MnCl₂.4H₂O	0.0506g
NH₄Cl(200g/L)	2.5mL	ZnSO₄.7H₂O	0.22g
FeSO₄.7H₂O(4g/L)	2.5mL	FeSO₄.7H₂O	0.0499g
DI	955mL	DI	1000mL

<표 3>

인공폐수의 조성 (25 mg NO3--N/L)

합성 폐수		미네랄 용액
KNO₃	0.18g	EDTA	0.5g
K₂HPO₄	0.01125g	CaCl₂	0.0554g
MgCl.6H₂O	0.5g	CuSO₄.5H₂O	0.0157g
NaHCO₃	0.5g	CoCl₂.6H₂O	0.0161g
미네랄 용액	10mL	MnCl₂.4H₂O	0.0506g
NH₄Cl(200g/L)	0.01945mL	ZnSO₄.7H₂O	0.22g
FeSO₄.7H₂O(4g/L)	2.5mL	FeSO₄.7H₂O	0.0499g
DI	987mL	DI	1000mL

초기에는 담체에 미생물 부착 및 순응을 위해 8h의 수리학적체류시간(HRT; Hydraulic retention time)로 운전하였으며 점차적으로 HRT를 줄여 탈질 성능을 평가하였다. 연속 실험 기간 동안 S-CaCO₃ 복합담체의 경우 계절의 영향으로 비교적 낮은 온도(15-20℃ 이하)에서 이루어졌으며, S-패각 복합담체의 경우 운전 온도는 20~25℃로 하였으며, 나머지 조건도 동일하게 유지시키면 시료를 채수하고 수질을 분석하였다. 유입수의 pH는 7.6-8.5이며 알칼리도는 312±6.19였다. 수질분석항목은 pH, 알칼리도, NO₃ ^--N, NO₂ ^--N, SO₄ ² ^- 였으며 NO₃ ^--N와 NO₂ ^--N는 브란루베 자동 분석기 3(Bran+Luebbe Automatic Analyzer 3)를 사용하여 분석하였고, pH는 써모 오리온 pH 미터(Thermo Orion pH meter)를 사용하여 분석하였으며, 알칼리도와 SO₄ ² ^-는 표준 방법 (APHA, 1995)에 따라 분석하였다.

실험예 1 : 담체의 종류에 따른 NO ₃ -N의 제거율 조사

다공성 S-CaCO₃ 복합 담체로 충진된 반응기의 탈질능을 모니터링 하면서 반응기의 적재율을 0.075, 0.1, 0.15 kg/m³-d (8hrs HRT, 6hrs HRT, 4hrs HRT)으로 점진적으로 증가시켰다.

도 3에 도시한 바와 같이, 각각의 적재율에 따라 95%, 82%, 80%의 탈질로 안정적이고 높은 질산성질소 제거율을 보여주어 낮은 HTR에서도 PCS 반응기의 탈질 효율이 우수함을 알 수 있었다.

패각을 이용한 다공성 S-패각 복합 담체의 탈질성능을 평가하고 화학약품인 CaCO₃를 사용하여 동일한 방법으로 제조한 다공성 S-CaCO₃ 복합 담체(중량비 3:1)의 탈질성능과 비교하였다 탈질능을 모니터링 하면서 반응기의 수리학적 체류시간(HRT)을 8 h, 6 h, 2h 으로 서서히 줄여가며 실험을 하였다.

도 4에 도시한 바와 같이, HRT 8 h과 6h 에서는 각각 97.2±2.35%와 95.3±1.95%의 제거율을 보였으며 2 h의 짧은 HRT에서도 92.2±4.65% 의 높은 질산성 제거율을 달성하여 다공성 S-패각 복합 담체의 안정적이고 우수한 탈질 성능을 확인하였다. 다공성 S-CaCO₃ 복합 담체에 비해 다소 높은 탈질율은 S-패각 복합 담체의 약간 높은 공극율과 5-10℃ 높은 운전온도 차이로 인한 것으로 사료된다.

기존의 황탈질에 사용되는 황입자는 미생물의 부착 표면적을 증가시키기 위해 입자의 크기가 2 mm - 5 mm이나 이로 인해 막힘 현상이 잦아 탈질 성능이 저하된다. 본 연구에서 개발된 다공성 황복합 담체의 크기는 20-30 mm로 상당히 큼에도 불구하고 우수한 탈질율을 보였다. 이는 황복합 담체의 다공성으로 인한 미생물의 부착이 용이하고 담체의 적당한 크기로 인하여 반응조 내의 막힘현상 또한 줄일 수 있다.

실험예 2 : 반응시간에 따른 pH 의 변화 조사

황을 이용한 독립영양 탈질 반응에서는 탈질이 일어나는 동안 NO₃ ^-가 N₂(g)로 되면서 H⁺가 발생된다. H⁺의 생성은 pH를 감소시켜 탈질능을 저하시킨다. 황을 이용한 독립영양 탈질에서의 황 산화 미생물에 최적 pH는 6.8~8.2이고, 일반적으로 황 산화 미생물의 탈질 한계 pH는 6.2로 알려져 있다.

도 5 및 6에 도시한 바와 같이, 반응기의 HRT에 따른 pH의 변화를 나타내었다. 본 그래프에서와 같이 실험이 진행되는 동안 반응기의 pH는 HRT 변화와 상관 없이 7 이상으로 유지되어 탈질 효율에 미친 역효과는 거의 없었다고 사료된다. 이는 각 반응조에 충진된 CaCO₃와 패각이 해리되면서 생성된 HCO₃ ^-, CO₃ ² ^-등에 의해 탈질 과정에서 발생 된 H+와 결합하면서 pH가 보정되었기 때문이라 볼 수 있다. 알칼리도 또한 모두 200 mg/L CaCO₃ 정도로 높은 것을 확인할 수 있었다.

상기와 같은 본 발명의 실시예에서는 1) 분말 황과 탄산칼슘을, 2)분말 황과 패각분 (Crushed-shell)을 혼합한 후 수용성 발포제인 Na₂CO₃를 첨가하여 다공성 S-CaCO₃ 복합 담체와 다공성 S-패각 복합 담체를 제조하였으며, 이를 이용하여 탈질 성능과 pH 및 알칼리도 보정효과를 보기위하여 인공폐수의 농도를 25mg NO₃--N/L 로 일정하게 유지하고 체류시간을 변화시키면서 연속실험을 진행하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

1) 탄산칼슘과 Na₂CO₃를 이용한 다공성 S-CaCO₃ 복합 담체(중량비 3:1)를 이용한 독립영양 탈질 성능은 15-20℃ 의 비교적 낮은 운전온도에서 HRT 4 시간이상에서 80% 이상의 안정적인 질산성 질소 제거율을 보였다.

2) 패각과 Na₂CO₃를 이용한 다공성 S-패각 복합 담체(중량비 3:1)를 이용한 독립영양 탈질 성능은 HRT 6시간 이상에서는 95% 이상, HRT 2h의 경우 92% 이상의 매우 안정적인 질산성 질소 제거율을 달성하였다.

3) 두 반응조 모두 연속 실험기간동안 pH 7이상으로 유지되어 탄산칼슘과 ㅍ패각에 의한 알칼리도 공급 및 pH 보정은 효과적으로 이루어졌으며 반응조 내 막힘 현상도 거의 관찰되지 않았다.

4) 패각을 이용한 다공성 황복합 담체는 알칼리도 공급을 위해 사용된 패각 분으로 인해 기존의 황탈질 시스템에서 사용된 화학 약품(lime 혹은 CaCO₃)이 비용이 들지 않고, 그동안 해양 폐기물로 여겨진 패각을 재활용할 수 있다는 점에서 경제적이다.

도 1은 본 발명에 따라 제조된 다공성 황-패각 복합 담체의 사진이다.

도 2은 본 발명에 따라 제조된 다공성 황-CaCO₃ 복합 담체의 사진이다.

도 3은 본 발명의 황-CaCO₃ 복합 담체의 적재율에 따른 탈질 효율을 나타낸 그래프이다.

도 4는 반응기의 다양한 HRT에서 본 발명에 따른 다공성 황-패각 복합 담체 탈질능을 나타낸 그래프이다.

도 5는 4, 6 및 8 시간의 HRT에서 PSC 반응기의 pH 프로파일을 나타낸 그래프이다.

도 6은 반응기의 다양한 HRT에서 pH의 변화를 나타낸 그래프이다.

Claims

황과, 알칼리도 공급원인 CaCo₃ 또는 패각 및 수용성 무기발포제인 탄산나트륨 (Na₂CO₃)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 다공성 복합 황 담체.
제1항에 있어서, 상기 황과 알칼리도 공급원의 비율이 3:1의 중량비로 혼합된 것을 특징으로 하는 다공성 복합 황 담체.
황을 이용한 황산화 독립영양 탈질 반응기에 있어서, 제1항에 따른 다공성 복합 황 담체와 황 산화 독립영양 탈질 미생물이 컬럼에 충진되어 구성된 것을 특징으로 하는 독립영양 탈질 반응기.
제3항에 있어서, 상기 황 산화 독립영양 탈질 미생물이 티오바실러스 데니트리피칸스(Thiobacillus denitrificans) 또는 티오마이크로스피라 데니트리피칸스(Thiomicrospira denitrificans)인 것을 특징으로 하는 독립영양 탈질 반응기.