KR20110059691A - 혐기성 소화 탈리액의 질소 제거 방법 - Google Patents

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Abstract

혐기성 소화 탈리액의 질소 제거 방법이 개시된다.
본 발명에 의한 혐기성 소화 탈리액의 질소 제거 방법은, (a) 제1탈질 단계; (b) 아질산화 단계; (c) 제1내부반송 및 탈질단계; (d) 제2탈질 단계; (e) 질산화 단계; (f) 제2내부반송 및 탈질단계; 및 (g) 상기 질산화 단계를 거친 탈리액을 침전조 또는 가압부상조로 유입시키고, 슬러지를 분리한 후, 상기 슬러지의 일부를 제1무산소조로 반송하는 단계;를 포함하여 이루어진다.

Description

혐기성 소화 탈리액의 질소 제거 방법{Method for removing nitrogen from anaerobic digested waste water}
본 발명은 혐기성 소화 탈리액의 질소 제거 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저 C/N비 및 고농도의 질소를 함유하고 있는 혐기성 소화 탈리액 내의 질소를 효과적으로 제거할 수 있는 질소 제거 방법에 관한 것이다.
생물학적 방법에 의한 질소제거는 기본적으로 아래의 3가지 범주로 구분할 수 있는데, 물리 또는 화학적 처리보다 유지관리가 용이하고 경제성이 상대적으로 높아 오수, 하수 및 폐수(이하 '폐수'라 통칭한다)내의 질소제거에 널리 사용되고 있다.
<생물학적 방법에 의한 질소 제거>
1) 세포합성대사 경로를 통하여 세포의 구성성분으로 이용
2) 질산화 미생물에 의해 암모니아성 질소의 질산성 질소로의 변환
3) 탈질 미생물에 의해 질산성 질소를 질소가스로 전환
폐수 중의 질소는 대부분 유기질소와 암모니아성 질소(NH3-N)로 구성되어 있으며, 상기 질소들은 가수분해(Hydrolysis)와 질산화반응(Nitrification)에 의하여 아질산성 질소(NO2-N)와 질산성 질소(NO3-N)로 변환된 후, 탈질과정(Denitrification)을 거쳐 질소가스(N2)로 대기 중에 방출됨으로써 제거된다. 탈질과정은 탄소원과 용존산소가 없는 무산소조건(Anoxic)을 필요로 한다.
자연계 내에서 질산화 현상은 암모니아(NH3)를 아래의 화학식 1 및 2와 같이 순차적으로 아질산(NO2 -)과 질산(NO3 -)으로 산화시키는 화학합성 독립영양미생물이 작용하는 것으로 알려져 있다.
[화학식 1]
NH4 + + 1.5 O2 → NO2 - + 2H+ + H2O + 240~350KJ (Nitrosomonas)
[화학식 2]
NO2 - + 0.5 O2 → NO3 - + 65~90KJ (Nitrobacter)
여기서 생성되는 에너지는 질산화 미생물들이 CO2, HCO3 -, CO3 2 - 등과 같은 탄소원으로부터 자신에게 필요한 유기물질을 합성하는데 사용하므로 자체가 질산화 미생물의 성장과 매우 밀접한 관계를 가지고 있다. 상기 화학식 1 및 화학식 2의 반응 중 암모니아가 아질산으로 산화되는 첫 번째 반응은 주로 Nitrosomonas와 Nitrosococcus속의 미생물에 의해 이루어진다. Nitrosomonas 특히, N. europaea는 폐수처리를 위한 환경에서 가장 쉽게 찾을 수 있고, 현재까지 상당히 많은 연구가 진행된 미생물로 산화반응의 대표 미생물이라고 할 수 있다. 두 번째 반응인 아질산의 산화반응은 Nitrobacter로 분류되는 미생물에 의해 수행된다.
용존산소가 충분한 상태에서 미생물들은 용존산소를 전자수용체로 사용하여 에너지를 얻게 되지만 용존산소가 절대적으로 부족하고 반면에 NO3 -나 NO2 -와 같은 형태의 화합물이 존재하는 무산소 상태에서는 NO3 -나 NO2 -등을 전자수용체로 사용하게 된다.
탈질산화가 일어나는 우선조건은 낮은 DO 농도와 충분한 질산염의 확보에 있다. DO의 존재유무에 따라서 혐기성탈질이란 용어가 사용되기도 하나 생화학적 반응경로는 혐기성이 아니며, 단순히 호기성 반응경로가 약간 변형된 형태를 띠고 있다. 따라서 “혐기성 탈질”이란 용어가 선호되고 있으며 미생물도 일반적 호기성 미생물들 중에서 산소 대신 질산이나 아질산을 최종 전자수용체로 사용할 수 있는 전자전달체계를 가진 미생물이면 탈질산화를 수행할 수 있게 된다. 탈질산화는 보통 2단계로 일어나며 첫 번째 단계는 질산이 아질산으로 전환되는 과정이고, 두 번째 단계는 두 가지의 중간생성물을 거치면서 아질산이 N2 gas로 전환되는 과정이다. 이 두 단계를 흔히 호흡이라 한다.
N2 gas로의 환원을 위해서 미생물은 산화제를 필요로 한다. 탈질산화를 위한 전자공여체는 아세트산, 아세톤, 메탄올 등을 들 수 있다. 폐수 자체는 가장 경제적이고 확실한 유기 탄소원으로 이것이 탈질산화에 이용되면 약간의 암모니아가 재합성되고 상당량의 용해성 BOD가 제거된다.
음식물 쓰레기를 혐기성 미생물에 의해 분해 처리한 소화액 즉, 혐기성 소화액의 경우에는 가용 가능한 유기물이 혐기성 소화과정을 거쳐 대부분 메탄으로 전환이 이루어졌기 때문에 C/N(탄소/질소)비가 매우 낮은 특성을 가진다. 음식물의 경우 혐기성 소화가 적절하게 이루어졌을 경우 BOD(생물학적 산소 요구량)는 5,000㎎/ℓ정도이며, 질소는 2,000 ~ 3,000㎎/ℓ 정도의 농도를 갖는다. 따라서 질소를 제거하기 위해 요구되는 적정 C/N비인 3.5 ~ 5, 대비 2.0 정도의 C/N비를 가짐으로써 탈질을 위한 유기 탄소원이 부족하여 기존의 질소제거 공법을 적용하기에는 적정 유기물이 절대적으로 부족하기 때문에 대체탄소원인 메탄올 등을 공급할 필요가 있어 유지관리비가 많이 소요된다.
또한, 혐기성 소화액은 질소 농도가 높기 때문에 질산화 및 탈질이 어렵다. 혐기성 소화를 거친 음식물은 TKN성분 중 유기질소 성분들이 가수분해 되어 NH4 +-N로 전환이 이루어지기 때문에 혐기성 소화된 소화액의 수질을 분석해보면 T-N 중 NH4 +-N이 90% 이상을 차지한다. 또한, 질소의 대부분이 유입수 수질과 동일할 정도로 높은 농도를 유지하는 것이 특징이다. 따라서 Nitrosomonas 또는 Nitrobacter의 경우 고농도의 NH4 +-N 농도에서는 생장이 저해되므로 이러한 미생물이 저해 받지 않고 질산화가 가능하게 조건을 만들어 줄 필요성이 있다. 미생물의 질산화 조건은 NH4 +-N 이외에도 NO2-N, NO3-N, 온도 및 pH 등을 적절하게 조절할 필요성이 있다.
C/N비가 3.0정도인 축산폐수의 경우에도 국내에 여러 공법이 적용되어 있지만, 시설비가 톤당 5 ~ 6,000만원에 이르면서도 방류수 수질을 맞추는데 어려움이 있는 형편이다. 따라서 최적의 경제적인 처리공정을 구성하여 경제성 있는 공법을 적용할 수 있어야 한다.
국내의 생물학적 질소제거 기술은 크게 A2O계열, SBR계열, 담체 및 MEDIA계열로 구분이 될 수 있고 개발된 기술도 30여개가 존재하고 있다. 하지만, 상기 종래 기술은 T-N 제거 능력이 최대 70%정도에 머물러 고농도의 질소를 함유한 폐수 처리에는 한계가 있다.
질소 고도처리에 적용된 국내의 생물학적 처리기술은 다음과 같은 한계를 가지고 있다.
1) 질산화 과정에서 다량의 공기를 필요로 한다.
2) 질산화 후 탈질하기 위해서는 다량의 유기물을 필요로 하나 혐기성 소화액은 유기물이 적어 현재의 상태에서는 적용이 곤란하다.
3) 질산화 미생물의 성장 속도가 낮아 질산화를 하기 위해서는 긴 SRT(처리시간)가 요구된다.
4) 질소의 농도가 1,000㎎/ℓ이상인 고농도 폐수는 NH3 Free Ammonia Inhibition 작용으로 인하여 질산 및 탈질이 힘들어 농도에 따라 HRT를 20 ~ 30일까지 가져가는 경우가 많아 부지가 협소한 경우는 적용이 힘들다. 특히 국내에 적용 중인 축산폐수처리 공정의 경우 긴 HRT를 가져가는 A2O공정이 대다수를 차지한다.
또한 국내외에 알려져 있는 저 C/N비의 고농도 질소 함유 폐수 처리방법은 다음과 같다.
1) Membrane 적용 공법
Membrane을 적용하여 미생물의 농도를 높여 질산화 및 탈질을 원활하게 하는 공정으로 구성이 되어 있으나 Membrane의 Fouling현상으로 인하여 폐수처리가 적절하게 이루어지고 있지 못한 상태이다.
2) ANAMMOX(Anaerobic ammonium oxidation)
전자수용체로서 아질산염을 사용하여 암모니아를 질소 기체로 산화하는 방법으로 독립영양 탈질공정이다. ANAMMOX 공법은 암모니아의 반을 아질산염으로 전환하는 것을 전제로 하고 있어 SHARON 공정을 전 단계에 적용해야만 한다.
단점으로는 슬러지의 배가시간이 약 11일로, 안정화되는데 실험실 규모에서는 약 120일, 실용화 공장에서는 약 200일 정도가 소요되며, 슬러지가 이상 징후로 인해 다량 유출될 경우 회복하는데도 많은 시간이 소요되거나 회복이 안 될 경우가 있다. 또한, NO2-N 과 NH4 +-N의 이론적인 비율이 1 : 1.3 정도이나 연구자나 폐수의 종류에 따라 그 비율이 달라 정확한 비율을 산출하기 어렵다. 따라서 NH4 +-N의 농도가 5,000㎎/ℓ에 이르는 고농도 질소폐수를 방류수 “나”기준까지 처리하기 위해서는 후단에 고전적인 질산화 탈질공정이 필수적으로 부가되어야 할 것으로 생각된다. 또한, SHARON 공정의 효율에 따라 질산화된 질소비율이 일정치 않으므로 처리수의 농도 변화가 심할 것으로 판단되며, 외국의 경우도 상업화가 이루어지지 않고 국내에서도 연구단계에 머물러 있는 실정이다.
3) OLAND(Oxygen limited autotrophic nitrification denitrification)
이 공정은 Ghent 대학에서 개발된 공정으로 autotrophic nitrifiers를 배양한 후 암모늄이 풍부한 하수를 처리하는데 배양된 미생물을 생물 촉매로 사용한 공정이다. 하지만, 유입 암모니아가 높은 축산폐수, 매립지침출수, 반류수 등의 경우에는 메탄올과 같은 외부 탄소원을 추가적으로 공급하여야만 방류수 수질기준을 만족할 뿐만 아니라, 장기간의 공기 공급이 필요한 단점을 가지고 있다.
4) SHARON-ANAMMOX
이 공정은 Delft 대학의 Muller 등이 최초로 실험실 규모의 배양에 성공하였으며, 이 후 연속 회분식 반응기를 이용하여 ANAMMOX 연구를 수행하였다. 1998년에는 Fludized bed 반응기를 사용 기존 질소 제거 효율의 2배 이상을 달성하였다. 최근 일본에서는 2000년 쿠마모토대학이 네델란드 PAQUES사와 공동연구를 하였다. 국내의 경우는 2007년 한국과학기술연구원에서 입상슬러지를 이용하여 고농도 질소를 제거하는 연구를 수행하였다.
그러나 상기와 같은 처리 공법들 역시 저 C/N비의 고농도 질소 함유 폐수 처리에는 효율적이지 못하며, 적용한 사례도 없는 것으로 알려져 있다.
따라서 C/N비가 낮으면서도 고농도의 질소를 함유하고 있는 폐수를 처리하는 기술의 확보가 시급한 실정이며, 이에 본 발명의 발명자들은 상기 종래기술들의 문제점을 극복하기 위하여 노력한 결과, 아질산화에 관여하는 Nitrosomonas와 질산화에 관여하는 Nitrobacter를 동시에 사용하여 질소를 제거하는 과정에서 34 내지 40℃의 비교적 높은 온도를 유지할 경우, Nitrobacter의 증식은 억제되고 Nitrosomonas의 증식은 배가되어 아질산화가 주로 이루어지기 때문에, 종래에 비하여 유기 탄소원의 요구량과 필요 공기량이 줄어들면서도 질소 제거 효과가 우수한 것을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 혐기성 소화 탈리액의 질소를 효과적으로 제거할 수 있는 질소 제거 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히 본 발명은 저 C/N비와 고농도의 질소를 함유하고 있는 혐기성 소화 탈리액의 질소를 효과적으로 제거할 수 있는 질소 제거 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 혐기성 소화 탈리액의 질소 제거 방법을 제공하는데, 본 발명에 따른 혐기성 소화 탈리액의 질소 제거 방법은,
(a) 혐기성 소화 탈리액을 제1무산소조로 유입시켜 탈리액 내의 아질산염 또는 질산염을 아질산염 또는 질산염을 전자수용체로 사용하는 탈질 미생물에 의해 질소가소로 환원시키는 제1탈질 단계;
(b) 상기 제1탈질단계를 거친 탈리액을 제1폭기조로 유입시키고 제1폭기조(30)의 내부온도를 34 내지 40℃로 유지시켜 상기 제1폭기조에서 아질산화균의 증식은 촉진시키고, 질산화균의 증식은 억제시킴으로서, 탈리액 내의 암모니아를 질산염보다 아질산염으로 더 많이 산화되도록 하는 아질산화 단계;
(c) 상기 아질산화 단계를 거친 탈리액을 내부반송을 통해 제1무산소조로 재주입하여 질소가스로 환원시키는 제1내부반송 및 탈질단계;
(d) 상기 아질산화 단계를 거친 탈리액을 제2무산소조로 유입시키고, 탈리액내의 질산염을 질산염을 전자수용체로 사용하는 탈질 미생물에 의해 질소가스로 환원시키는 제2탈질 단계;
(e) 상기 제2탈질 단계를 거친 탈리액을 제2폭기조로 유입시키고, 상기 제2탈질 단계를 거치고도 잔류하는 암모니아를 질산화균에 의해 질산염으로 산화시키는 질산화 단계;
(f) 상기 질산화 단계를 거친 탈리액을 내부반송을 통해 제2무산소조로 재주입하여 질소가스로 환원시키는 제2내부반송 및 탈질단계; 및
(g) 상기 질산화 단계를 거친 탈리액을 침전조 또는 가압부상조로 유입시키고, 슬러지를 분리한 후, 상기 슬러지의 일부를 제1무산소조로 반송하는 단계;를 포함하여 이루어진다.
상기 혐기성 소화 탈리액은 음식물 쓰레기, 축산폐수 및 분뇨로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 혐기성 미생물에 의하여 혐기성 소화시킨 후, 슬러지를 분리하여 생성될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 의할 경우, 종래에 비하여 유기 탄소원과 공기의 공급을 줄이면서도 혐기성 소화 탈리액내의 질소를 보다 효과적으로 제거할 수 있게 된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일례에 의한 혐기성 소화 탈리액의 질소 제거 방법에 사용되는 질소 제거 장치를 도식화하여 나타낸 것이다.
도 3은 종래의 A2O 공정의 시스템을 도식화하여 나타낸 것이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 혐기성 소화 탈리액의 질소 제거 방법을 제공하는데, 혐기성 소화 탈리액의 질소 제거 방법을 설명하기에 앞서 본 발명의 질소 제거 방법에 사용되는 혐기성 소화 탈리액의 질소 제거 장치에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일례에 따른 혐기성 소화 탈리액의 질소 제거 방법에 사용되는 질소 제거 장치를 도식화하여 나타낸 것이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 일례에 의한 혐기성 소화 탈리액의 질소 제거 방법에 사용되는 질소 제거 장치는, 탈리액 저류조(10), 제1무산소조(20), 제1폭기조(30), 열교환기(40), 제2무산소조(70), 제2폭기조(80) 및 침전조(50)를 포함한다.
상기 탈리액 저류조(10)는 혐기성 소화 탈리액을 저장하는 공간이며, 상기 탈리액 저류조(10)에 저장되는 혐기성 소화 탈리액은 제1무산소조(20)로 공급된다.
상기 제1무산소조(20)는 상기 탈리액 저류조(10)에서 유입된 탈리액의 아질산염(NO2 -) 또는 질산염(NO3 -)을 아질산염 또는 질산염을 전자수용체로 사용하는 탈질 미생물에 의해 질소가스(N2)로 전환하는 역할을 수행한다.
상기 제1폭기조(30)는 제1무산소조(20)에서 유입된 탈리액의 암모니아(NH3)를 아질산화균 또는 질산화균의 작용으로 아질산염 또는 질산염으로 산화시키고 상기 제1무산소조(20)로 반송시키는 역할을 수행한다.
본 발명의 주된 특징 중의 하나는 제1폭기조(30) 내에서 아질산화균의 성장은 촉진시키고 질산화균의 성장은 억제되도록 제1폭기조(30)의 내부 온도를 34 내지 40℃로 유지시키는 것이다. 이를 위하여 상기 제1폭기조(30)에는 열교환기(40)가 연결 설치된다.
상기 제2무산조조(70)는 상기 제1폭기조(30)에서 유입된 탈리액의 질산염을, 질산염을 전자수용체로 사용하는 탈질 미생물에 의해 질소가스로 전환하여 탈질하는 역할을 수행한다.
상기 제2폭기조는 제2무산소조(70)에서 유입된 탈리액의 암모니아(NH3)를 질산화균의 작용으로 질산염으로 산화시키고 상기 제2무산소조(70)로 반송시키는 역할을 수행한다.
최종적으로 상기 침전조(50)는 상기 제2폭기조(80)에서 유입된 탈리액에서 슬러지를 분리하는 역할을 수행하며, 분리된 슬러지의 일부는 상기 제1무산소조(20)로 반송된다.
도 2는 상술한 질소 제거 장치의 변형예로서 상술한 질소 제거 장치와 대부분의 구성이 동일하고, 침전조(50)를 가압부상조(60)로 대체한 것이므로 이의 상세한 설명은 생략한다.
이하에서는 본 발명, 즉 상기와 같은 질소 제거 장치를 사용하여 혐기성 소화 탈리액의 질소를 제거하는 방법에 대하여 설명한다.
즉, 본 발명의 일례에 의한 혐기성 소화 탈리액의 질소 제거 방법은,
(a) 혐기성 소화 탈리액을 제1무산소조(20)로 유입시켜 탈리액 내의 아질산염 또는 질산염을 아질산염 또는 질산염을 전자수용체로 사용하는 탈질 미생물에 의해 질소가소로 환원시키는 제1탈질 단계;
(b) 상기 제1탈질단계를 거친 탈리액을 제1폭기조(30)로 유입시키고 제1폭기조(30)의 내부온도를 34 내지 40℃로 유지시켜 상기 제1폭기조(30)에서 아질산화균의 증식은 촉진시키고, 질산화균의 증식은 억제시킴으로서, 탈리액 내의 암모니아를 질산염보다 아질산염으로 더 많이 산화되도록 하는 아질산화 단계;
(c) 상기 아질산화 단계를 거친 탈리액을 내부반송을 통해 제1무산소조(20)로 재주입하여 질소가스로 환원시키는 제1내부반송 및 탈질단계;
(d) 상기 아질산화 단계를 거친 탈리액을 제2무산소조(70)로 유입시키고, 탈리액내의 질산염을 질산염을 전자수용체로 사용하는 탈질 미생물에 의해 질소가스로 환원시키는 제2탈질 단계;
(e) 상기 제2탈질 단계를 거친 탈리액을 제2폭기조(80)로 유입시키고, 상기 제2탈질 단계를 거치고도 잔류하는 암모니아를 질산화균에 의해 질산염으로 산화시키는 질산화 단계;
(f) 상기 질산화 단계를 거친 탈리액을 내부반송을 통해 제2무산소조(70)로 재주입하여 질소가스로 환원시키는 제2내부반송 및 탈질단계; 및
(g) 상기 질산화 단계를 거친 탈리액을 침전조 또는 가압부상조로 유입시키고, 슬러지를 분리한 후, 상기 슬러지의 일부를 제1무산소조(20)로 반송하는 단계;를 포함하여 이루어진다.
상기 혐기성 소화 탈리액은 음식물 쓰레기, 축산폐수 및 분뇨로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 혐기성 미생물에 의하여 혐기성 소화시킨 후, 슬러지를 분리하여 생성될 수 있다.
암모니아성 질소는 아질산화균(Nitrosomonas)과 질산화균(Nitrobacter)에 의해 하기 화학식 3 및 4와 같은 아질산화 및 질산화 과정을 단계적으로 거치는 것이 일반적이다.
[화학식 3] 아질산화 과정
NH4 + + 1.5O2 → NO2 + H2O + 2H+ (Nitrosomonas)
[화학식 4] 질산화 과정
NO2 + 0.5O2 → NO3 (Nitrobacter)
본 발명은 제1폭기조(30)의 온도를 조절하여 인위적으로 아질산화균의 증식은 촉진시키고, 질산화균의 증식은 억제시키게 된다. 이와 같은 과정을 통하여 제1폭기조(30)의 탈리액 내의 암모니아는 질산염보다 아질산염으로 더 많이 산화된다. 아질산화균의 증식은 촉진시키고, 질산화균의 증식은 억제시키기 위하여 제1폭기조(30)의 온도는 34 내지 40℃ 범위내에서 조절된다. 이와 같은 온도범위에서는 아질산화균의 증식은 촉진되고, 질산화균의 증식은 억제된다.
하기 화학식 5 및 6은 아질산염과 질산염의 탈질과정을 나타낸 것이다.
[화학식 5] 아질산염의 탈질
6NO2 - + 3CH3OH → 3N2 + 6HCO3 - + 3H2O
{화학식 6} 질산염의 탈질
6NO3 - + 5CH3OH → 3N2 + 6HCO3 - + 7H2O
상기 화학식에 나타난 바와 같이, 아질산염이나 질산염을 제거하기 위하여 메탄올과 같은 유기 탄소원을 사용하는 경우, 아질산염의 탈질은 질산염의 탈질보다 40% 더 적은 메탄올이 사용된다.
즉, 상기 화학식 3 내지 6에서 알 수 있는 바와 같이 암모니아성 질소를 제거하는 과정에서 아질산염의 경로가 질산염의 경로보다 25% 더 적은 산소를 필요로 하고, 40% 더 적은 메탄올을 필요로 하게 된다.
따라서 본 발명과 같이 아질산화균의 증식은 촉진시키고, 질산화균의 증식은 억제시켜 암모니아를 질산염보다 아질산염으로 더 많이 산화시켜 질소를 제거하게 되면 질산화 반응에 의하는 기존의 질소제거 방법에 의하여 에너지의 소모가 적게 된다.
또한 본 발명의 경우 상기 아질산화 단계 및 제1내부반송 및 탈질단계와 더불어 후속공정으로 질산화 단계 및 제2내부 반송 및 탈질단계를 거치게 하여 제2탈질 단계를 거치고도 잔류하는 암모니아를 추가적으로 제거함으로써 질소 제거 효율을 극대화 할 수 있게 된다.
이하 실시예 및 시험예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
실시예
도 1에 나타낸 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 의한 질소 제거 방법에 사용되는 질소 제거 장치를 이용하여 음식물 쓰레기를 혐기성 소화시킨 탈리액의 질소제거를 수행하였다.
질소제거는 37일간 실시되었고, 매일 제1무산소조, 제2무산소조, 제2폭기조의 pH와 용존산소농도(DO)를 측정하였으며, 제1폭기조의 pH, 온도 및 용존산소농도를 측정하여 이를 하기의 표 1에 나타내었다.
횟 수
 제1무산소조 제1폭기조(아질산화조) 제2무산소조 제2폭기조
pH DO pH 온도 DO pH DO pH DO
1 7.58 0 6.84 36.9 6.09 6.77 0 6.42
2 7.32 0 6.75 34.8 6.53 6.41 0 6.38 6.95
3 8.32 0 8.16 36.0 5.72 7.40 0 7.01 7.09
4 8.60 0 8.54 38.0 6.90 7.59 0 6.73
5 8.57 0 8.22 35.3 6.08 7.68 0 7.05
6 8.52 0 8.16 35.4 6.34 7.84 0
7 8.56 0 8.23 35.6 6.84 8.22 0
8 8.64 0 8.32 37.1 7.00 8.55 0 7 6.9
9 8.68 0 8.58 32.8 7.30 8.46 0 6.7 7.2
10 8.62 0 8.52 34.9 7.08 8.16 0
11 8.62 0 8.55 34.2 5.12 8.55 0 7.98 5.15
12 8.73 0 8.02 39.6 3.08 8.21 0 7.05 5.58
13 8.93 0 7.35 36.3 3.26 8.31 0 7.1 7.2
14 8.86 0 7.51 35.8 3.84 8.24 0
15 8.93 0 7.35 36.0 3.80 7.20 0 7.05 7.26
16 9.11 0 8.09 38.8 4.30 8.00 0 8.04 7.8
17 8.97 0 7.79 37.5 1.05 8.03 0 8.1 6.8
18 8.81 0 8.14 35.1 3.80 8.16 0 8.23 6.6
19 9.11 0 8.04 34.1 5.14 8.43 0 8.4 6.22
20 8.94 0 8.13 35.5 4.28 8.11 0
21 8.95 0 8.11 35.2 4.07 8.13 0
22 9.09 0 8.16 34.9 3.55 8.41 0 8.47 6.2
23 8.80 0 8.47 34.6 5.94 8.52 0 8.57 6.7
24 8.84 0 8.26 35.9 5.82 8.42 0
25 8.96 0 8.15 33.7 5.66 8.32 0 8.51 6.8
26 8.91 0 8.27 34.8 4.95 8.39 0
27 8.90 0 8.22 36.6 4.54 8.40 0 8.5 6.63
28 8.55 0 8.16 35.2 4.28 8.42 0
29 8.27 0 8.34 35.3 4.69 8.52 0
30 8.19 0 8.57 35.5 4.61 8.69 0 8.77 6.6
31 9.32 0 8.85 33.1 6.13 8.82 0 8.84 6.9
32 9.34 0 8.75 34.5 6.22 8.78 0 8.86 6.9
33 8.93 0 8.55 34.9 5.42 8.66 0
34 8.27 0 7.98 35.3 4.09 8.13 0 6.38 4.7
35 8.19 0 7.84 35.7 4.53 8.09 0
36 8.26 0 7.58 36.1 4.82 7.84 0
37 8.34 0 7.63 35.4 4.59 7.69 0 5.5 6.5
평균 8.66 0 8.09 35.6 5.07 8.12 0 7.64 6.62
또한 질소 제거 실시 전 탈리액의 COD, BOD, SS, NH3-N을 측정하였고, 제거 중의 제1무산소조, 제1폭기조, 제2무산소조 및 제2폭기조 내부의 COD, BOD, SS, NH3-N을 측정하였으며, 제거 후 방류수의 COD, BOD, SS, NH3-N을 측정하여 이를 하기 표 2에 나타내었다.
(단위 : ㎎/ℓ)
항 목 탈리액 제1무산소조 제1폭기조 제2무산소조 제2폭기조 방류수
1회 2회 1회 2회 1회 2회 1회 2회 1회 2회 1회 2회
COD 949 740 - - - - - - - - 23.0 323
BOD 1,860 1,710 - - - - - - - - 26.4 13.0
SS 1,180 950 - - - - - - - - 7.8 9.2
NH3-N 838 767 128 159 130 7.68 96.5 4.39 41.9 1.18 26.1 1.28
비교예
비교예로 도 3에 도식화하여 나타낸 바와 같은 종래의 A2O 공정을 이용하여 음식물 쓰레기를 혐기성 소화시킨 탈리액의 질소제거를 수행하였다. 질소 제거는 47일간 실시되었으며, 무산소조에 메탄올을 하루에 2.5㎏MeOH/㎏NO3-NRe 비율로 주입하였고, 매일 혐기조 및 무산소조의 pH와 용존산소농도(DO)를 측정하였으며, 폭기조의 pH, 온도 및 용존산소농도를 측정하여 이를 하기의 표 3에 나타내었다.
횟 수 혐기조 무산소조 폭기조
pH DO pH DO pH 온도 DO
1 6.65 0 6.75 0 6.08 25.0 4.25
2 6.47 0 6.70 0 6.39 25.6 4.95
3 6.53 0 6.75 0 6.41 26.3 4.38
4 6.63 0 6.82 0 6.50 27.0 4.12
5 6.61 0 6.57 0 6.23 24.9 3.50
6 6.62 0 6.56 0 6.31 24.8 4.09
7 6.71 0 6.64 0 6.54 25.2 4.73
8 6.41 0 6.30 0 6.08 26.6 3.95
9 6.41 0 6.30 0 6.08 26.6 3.95
10 6.38 0 6.51 0 6.25 25.3 3.48
11 7.86 0 7.76 0 6.72 24.1 2.98
12 7.96 0 7.93 0 7.51 25.6 1.22
13 8.14 0 8.05 0 6.74 26.0 3.14
14 8.22 0 8.14 0 7.48 26.6 2.50
15 8.25 0 8.17 0 7.21 26.1 2.78
16 8.06 0 8.05 0 7.07 26.4 3.03
17 8.05 0 8.03 0 7.07 27.5 2.56
18 8.16 0 8.13 0 7.20 27.7 4.25
19 8.13 0 8.10 0 7.30 29.1 4.21
20 8.15 0 8.09 0 7.17 28.0 3.96
21 8.09 0 8.04 0 6.86 27.4 3.92
22 6.75 0 7.77 0 6.45 26.9 5.80
23 7.87 0 7.33 0 5.82 26.2 6.93
24 7.80 0 7.57 0 6.22 25.7 6.10
25 7.93 0 7.71 0 6.19 29.2 4.90
26 7.95 0 7.78 0 6.22 27.2 5.13
27 7.96 0 7.76 0 6.28 28.7 5.43
28 7.95 0 7.82 0 6.17 28.0 4.72
29 8.01 0 7.89 0 6.03 25.7 4.95
30 7.99 0 7.79 0 5.84 26.3 4.22
31 7.94 0 7.85 0 5.77 27.4 4.51
32 7.92 0 7.80 0 5.51 27.0 4.23
33 7.81 0 7.69 0 5.37 27.1 4.04
34 7.86 0 7.74 0 5.29 26.5 4.05
35 7.99 0 7.81 0 5.08 27.9 4.62
36 8.02 0 7.86 0 5.29 29.1 5.40
37 8.01 0 7.81 0 5.47 28.8 5.14
38 7.96 0 7.78 0 5.58 28.4 5.02
39 7.99 0 7.74 0 5.81 28.6 5.22
40 8.04 0 7.85 0 6.14 28.5 5.22
41 8.02 0 7.81 0 5.94 27.9 5.64
42 7.93 0 7.75 0 5.80 27.8 6.33
43 7.98 0 7.84 0 6.18 28.1 1.92
44 7.96 0 7.83 0 6.23 28.3 2.22
45 7.94 0 7.78 0 6.05 28.6 2.41
46 7.88 0 7.74 0 5.74 28.7 1.85
47 7.82 0 7.67 0 5.46 28.8 1.36
평균 7.69 0 7.62 0 6.26 27.1 4.09
또한 또한 질소 제거 실시 전 탈리액의 COD, BOD, SS, NO3-N을 측정하였고, 제거 중의 폭기조 내부의 COD, BOD, SS, NH3-N을 측정하였으며, 제거 후 방류수의 COD, BOD, SS, NH3-N을 측정하여 이를 하기의 표 4에 나타내었다.
(단위 : ㎎/ℓ)
항목 탈리액 폭기조 방류수
1회 2회 1회 2회 1회 2회
COD 262 380 - - 179 105
BOD 420 247 - - 99.4 49.7
SS 270 138 1,980 - 11.7 13.0
NH3-N 795 897 135 55.1 146 56.3
상기 본 발명의 실시에 및 비교예에 의한 결과를 분석해 보면, 비교예에 의하여 처리된 방류수의 암모니아성 질소 농도는 높은 송풍량과 메탄올의 주입에도 146 및 56.3㎎/ℓ로 나타난 반면, 본 발명의 실시예에 의하여 처리된 방류수의 암모니아성 질소 농도는 26.1 및 1.28㎎/ℓ로 나타나 본 발명의 경우 혐기성 소화 탈리액의 질소 제거에 탁월한 효과가 있는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명은 상기한 실시예와 첨부한 도면을 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 개념 및 범위 내에서 상이한 실시예를 구성할 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위 및 이와 균등한 것들에 의해 정해지며, 본 명세서에 기재된 특정 실시예에 의해 한정되지는 않는다.
10 : 탈리액 저류조 20 : 제1무산소조
30 : 제1폭기조 40 : 열교환기
50 : 침전조 60 : 가압부상조
70 : 제2무산소조 80 : 제2폭기조

Claims (2)

  1. (a) 혐기성 소화 탈리액을 제1무산소조로 유입시켜 탈리액 내의 아질산염 또는 질산염을 아질산염 또는 질산염을 전자수용체로 사용하는 탈질 미생물에 의해 질소가소로 환원시키는 제1탈질 단계;
    (b) 상기 제1탈질단계를 거친 탈리액을 제1폭기조로 유입시키고 제1폭기조(30)의 내부온도를 34 내지 40℃로 유지시켜 상기 제1폭기조에서 아질산화균의 증식은 촉진시키고, 질산화균의 증식은 억제시킴으로서, 탈리액 내의 암모니아를 질산염보다 아질산염으로 더 많이 산화되도록 하는 아질산화 단계;
    (c) 상기 아질산화 단계를 거친 탈리액을 내부반송을 통해 제1무산소조로 재주입하여 질소가스로 환원시키는 제1내부반송 및 탈질단계;
    (d) 상기 아질산화 단계를 거친 탈리액을 제2무산소조로 유입시키고, 탈리액내의 질산염을 질산염을 전자수용체로 사용하는 탈질 미생물에 의해 질소가스로 환원시키는 제2탈질 단계;
    (e) 상기 제2탈질 단계를 거친 탈리액을 제2폭기조로 유입시키고, 상기 제2탈질 단계를 거치고도 잔류하는 암모니아를 질산화균에 의해 질산염으로 산화시키는 질산화 단계;
    (f) 상기 질산화 단계를 거친 탈리액을 내부반송을 통해 제2무산소조로 재주입하여 질소가스로 환원시키는 제2내부반송 및 탈질단계; 및
    (g) 상기 질산화 단계를 거친 탈리액을 침전조 또는 가압부상조로 유입시키고, 슬러지를 분리한 후, 상기 슬러지의 일부를 제1무산소조로 반송하는 단계;를 포함하여 이루어지는 혐기성 소화 탈리액의 질소 제거 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 혐기성 소화 탈리액은 음식물 쓰레기, 축산폐수 및 분뇨로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 혐기성 미생물에 의하여 혐기성 소화시킨 후, 슬러지를 분리하여 생성되는 것임을 특징으로 하는 혐기성 소화 탈리액의 질소 제거 방법.
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