KR20160150287A - Method of partial nitrification using aerobic granular sludge - Google Patents

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KR20160150287A
KR20160150287A KR1020160173723A KR20160173723A KR20160150287A KR 20160150287 A KR20160150287 A KR 20160150287A KR 1020160173723 A KR1020160173723 A KR 1020160173723A KR 20160173723 A KR20160173723 A KR 20160173723A KR 20160150287 A KR20160150287 A KR 20160150287A
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김문일
최봉호
김보현
박세용
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한양대학교 에리카산학협력단
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Abstract

Provided is a partial nitrification method using aerobic granular sludge. The partial nitrification method using aerobic granular sludge comprises the following steps: preparing the aerobic granular sludge in a reaction tank; introducing ammonia-containing treating water into the reaction tank; and aerating the treating water so as to oxidize ammonia contained in the treating water into nitrous acid using the aerobic granular sludge in the reaction tank.

Description

호기성 입상 슬러지를 이용한 부분 질산화 방법{Method of partial nitrification using aerobic granular sludge}[0001] The present invention relates to a partial nitrification method using aerobic granular sludge,

본 발명은 호기성 입상 슬러지를 이용한 부분 질산화 방법에 관련된 것으로, 보다 상세하게는, 호기성 입상 슬러지를 이용하여 처리수에 포함된 암모니아를 아질산으로 산화시키는 것을 포함하는, 호기성 입상 슬러지를 이용한 부분 질산화 방법에 관련된 것이다.The present invention relates to a partial nitrification method using aerobic granular sludge and more particularly to a partial nitrification method using aerobic granular sludge which comprises oxidizing ammonia contained in treated water with nitrite using aerobic granular sludge .

최근 부영양화의 원인 물질인 질소 제거를 위한 많은 기술들이 개발되고 있다. 질소를 제거하는 공정으로 생물학적 질산화 및 탈질 공정이 현재 가장 널리 사용되고 있다. Recently, many technologies for removing nitrogen, which is the cause of eutrophication, have been developed. Biological nitrification and denitrification processes are currently the most widely used processes for nitrogen removal.

활성 슬러지를 이용하여 질산화 및 탈질 공정을 수행하는 경우, sludge bulking, sludge rinsing 등과 같은 운전 상의 문제가 발생할 수 있다. 또한, 질산화 박테리아는 환경 조건에 민감하게 반응하고 성장 속도가 느리기 때문에 반응 시스템을 운전하고 유지하는 것이 어렵다. When nitrification and denitrification processes are performed using activated sludge, operational problems such as sludge bulking and sludge rinsing may occur. In addition, it is difficult to operate and maintain the reaction system because the bacteria are susceptible to environmental conditions and slow in growth rate.

대한 민국 특허 공개 공보 10-2002-0090967(출원 번호 10-2002-0065480, 출원인 한국과학기술원 등)에는, 내부순환펌프의 간헐적 가동으로 무산소/혐기 공정을 교대로 반복시켜, 무산소 상태에서는 탈질 반응으로 질소를 제거하고, 혐기 상태에서는 인을 방출시킴으로써, 하·처리수 중의 질소와 인을 동시에 효과적으로 처할 수 있는 막분리 활성 슬러지 공법을 개시하고 있다.Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2002-0090967 (Application No. 10-2002-0065480, filed by KAIST, etc.), an anaerobic / anaerobic process is alternately repeated by intermittent operation of an internal circulation pump, Discloses a membrane separation activated sludge process which removes nitrogen and releases phosphorus in an anaerobic state to effectively treat nitrogen and phosphorus in the treated water and treated water at the same time.

대한 민국 특허 공개 공보 10-2002-0090967Korean Unexamined Patent Application Publication No. 10-2002-0090967

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 고신뢰성의 부분 질산화 방법을 제공하는 데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a highly reliable partial nitrification method.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 고효율의 부분 질산화 방법을 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a highly efficient partial nitrification method.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 질산화 과정에서 산소 요구량이 감소된 부분 질산화 방법을 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a partial nitrification method with reduced oxygen demand in the nitrification process.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 질산화 과정에서 유기물 요구량이 감소된 부분 질산화 방법을 제공하는 데 있다. It is another object of the present invention to provide a partial nitrification method in which the amount of organic matter required in the nitrification process is reduced.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 상술된 것에 제한되지 않는다. The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 호기성 입상 슬러지를 이용한 부분 질산화 방법을 제공한다. In order to solve the above technical problems, the present invention provides a partial nitrification method using aerated granular sludge.

일 실시 예에 따르면, 상기 호기성 입상 슬러지를 이용한 부분 질산화 방법은, 반응조 내에 호기성 입상 슬러지가 준비되는 단계, 상기 반응조 내에 암모니아를 포함하는 처리수가 유입되는 단계, 및 상기 처리수를 폭기시켜, 상기 반응조 내에서, 상기 호기성 입상 슬러지에 의해, 상기 처리수에 포함된 암모니아를 아질산으로 산화시키는 단계를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the partial nitrification method using the aerated granular sludge may include the steps of preparing aerated granular sludge in a reaction tank, introducing treatment water containing ammonia into the reaction tank, and aerating the treated water, , The step of oxidizing ammonia contained in the treated water with nitrite by the aerobic granular sludge may be included.

일 실시 예에 따르면, 암모니아 산화균이 아질산 산화균보다 우점(優占)하는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the ammonia oxidizing bacteria may comprise a dominant (dominant) component than the nitrite oxidizing bacteria.

일 실시 예에 따르면, 상기 호기성 입상 슬러지를 이용한 부분 질산화 방법은, 상기 반응조 내에 유기물을 주입하는 단계, 및 상기 반응조 내에서, 상기 호기성 입상 슬러지 및 유기물에 의해, 아질산을 질소 가스로 환원시키는 단계를 더 포함할 수 있다. According to an embodiment, the partial nitrification method using the aerated granular sludge may include the steps of injecting organic matter into the reaction tank, and reducing nitrite to nitrogen gas by the aerobic granular sludge and organic matter in the reaction tank .

일 실시 예에 따르면, 상기 암모니아를 아질산으로 산화시키는 단계는, 상기 호기성 입상 슬러지의 표면에서 수행되고, 상기 아질산을 질소로 환원시키는 단계는, 상기 호기성 입상 슬러지의 내부에서 수행되는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the step of oxidizing the ammonia to nitrite is performed at the surface of the aerobic granular sludge, and the step of reducing the nitrite to nitrogen may include being performed in the aerobic granular sludge .

일 실시 예에 따르면, 상기 호기성 입상 슬러지의 상기 표면은 호기성 조건이고, 상기 호기성 입상 슬러지의 내부는 혐기성 조건인 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the surface of the aerated granular sludge may be an aerobic condition and the interior of the aerobic granular sludge may be an anaerobic condition.

일 실시 예에 따르면, 상기 반응조는 연속 회분식 반응조를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the reaction vessel may comprise a continuous batch reactor.

일 실시 예에 따르면, 암모니아가 아질산으로 산화되어, 상기 호기성 입상 슬러지의 크기(size)가 감소되는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the ammonia may be oxidized to nitrite to reduce the size of the aerated particulate sludge.

본 발명의 실시 예에 따르면, 반응조 내에서 호기성 입상 슬러지가 생성되고, 상기 반응조 내에서 상기 호기성 입상 슬러지를 이용하여 처리수에 포함된 암모니아가 아질산으로 산화될 수 있다. 이에 따라, 산소 요구량 및 유기물 요구량이 감소된 고효율의 부분 질산화 방법이 제공될 수 있다. According to the embodiment of the present invention, aerobic granular sludge is generated in the reaction tank, and ammonia contained in the treated water can be oxidized to nitrite using the aerobic granular sludge in the reaction tank. Thereby, a highly efficient partial nitrification method with reduced oxygen demand and organic matter requirement can be provided.

또한, 상기 호기성 입상 슬러지의 생성 및 암모니아의 아질산 산화 공정에 동일한 반응조 내에서 수행되어, 간소화된 공정의 부분 질산화 방법이 제공될 수 있다. In addition, the production of the aerobic granular sludge and the nitrite oxidation of ammonia can be performed in the same reaction tank, and a simplified process for partial nitrification of the process can be provided.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 호기성 입상 슬러지를 이용한 부분 질산화 방법에 사용된 호기성 입상 슬러지를 촬영한 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 호기성 입상 슬러지를 이용한 부분 질산화 방법에 의한 부분 질산화 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 호기성 입상 슬러지를 이용한 부분 질산화 방법에 사용된 호기성 입상 슬러지의 미생물 속(genus)를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 부분 질산화된 처리수의 질소 농도를 측정한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 부분 질산화된 처리수의 Alkalinity 및 pH를 측정한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 부분 질산화된 처리수의 질산화율 및 아질산화율을 측정한 것이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 부분 질산화된 처리수의 호기성 입상 슬러지의 FE-SEM 사진이다.
1 is a photograph of a aerated granular sludge used in a partial nitrification method using aerobic granular sludge according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing partial nitrification results by a partial nitrification method using aerobic granular sludge according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view showing the microbial genus of the aerated granular sludge used in the partial nitrification method using the aerated granular sludge according to the embodiment of the present invention.
4 is a graph showing the nitrogen concentration of partially treated nitrified water according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph of Alkalinity and pH of partially treated nitrified water according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph illustrating nitrification rate and nitrification rate of partially nitrified treated water according to an embodiment of the present invention.
7 is an FE-SEM photograph of aerated granular sludge of partially nitrified treated water according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical spirit of the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.Also, while the terms first, second, third, etc. in the various embodiments of the present disclosure are used to describe various components, these components should not be limited by these terms. These terms have only been used to distinguish one component from another. Thus, what is referred to as a first component in any one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and exemplified herein also includes its complementary embodiment. Also, in this specification, 'and / or' are used to include at least one of the front and rear components.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. The singular forms "a", "an", and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. It is also to be understood that the terms such as " comprises "or" having "are intended to specify the presence of stated features, integers, Should not be understood to exclude the presence or addition of one or more other elements, elements, or combinations thereof.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

본 발명의 실시 예에 따른 호기성 입상 슬러지를 이용한 부분 질산화 방법이 설명된다. A partial nitrification method using aerated granular sludge according to an embodiment of the present invention is described.

반응조 내에 호기성 입상 슬러지가 준비될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 반응조는 연속회분식 반응조일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 호기성 입상 슬러지는 상기 반옹조(예를 들어, 연속회분식 반응조)에서 배양된 것일 수 있다. Aerobic granular sludge can be prepared in the reaction tank. According to one embodiment, the reaction vessel may be a continuous batch reaction vessel. According to one embodiment, the aerated granular sludge may be one that has been cultivated in the semi-ounce (e. G., A continuous batch reactor).

상기 반응조 내에 암모니아를 포함하는 처리수가 유입될 수 있다. 상기 처리수는 800 mg NH4-N/L 이상의 고농도 암모니아 폐수일 수 있다. Treated water containing ammonia may be introduced into the reaction tank. The treated water may be a high concentration ammonia waste water of 800 mg NH 4 -N / L or more.

상기 처리수가 상기 반응조 내로 유입되기 전, 또는 상기 처리수가 반응조 내로 유입된 후, 유기물이 상기 반응조 내에 주입될 수 있다. 예를 들어, 상기 유기물은, 메탄올(CH3OH)일 수 있다. Organic matter may be injected into the reaction tank before the treated water flows into the reaction tank or after the treated water has flowed into the reaction tank. For example, the organic material may be, for methanol (CH 3 OH).

상기 반응조 내에서 산소를 공급하여, 상기 처리수를 폭기시킬 수 있다. 이로 인해, 상기 반응조 내에서, 상기 호기성 입상 슬러지에 의해 상기 처리수에 포함된 암모니아(NH4 +)가 아질산(NO2 -)으로 산화될 수 있다. 암모니아는, 아래의 <화학식 1>과 같이 상기 반응조 내에 공급되는 산소와 반응하여, 상기 호기성 입상 슬러지에 의해 아질산으로 산화되고, 물 및 수소 이온을 생성할 수 있다. Oxygen can be supplied in the reaction tank to aerate the treated water. Therefore, in the reaction tank, ammonia (NH 4 + ) contained in the treated water can be oxidized to nitrite (NO 2 - ) by the aerobic granular sludge. Ammonia reacts with oxygen supplied to the reaction tank and is oxidized to nitrite by the aerobic granular sludge as shown in the following Formula 1 to produce water and hydrogen ions.

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

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

상기 호기성 입상 슬러지의 표면은, 상기 반응조 내에 공급되는 산소에 의해, 호기성 조건일 수 있다. 이에 따라, 암모니아가 아질산으로 산화되는 단계는, 상기 호기성 입상 슬러지의 표면에서 수행될 수 있다. The surface of the aerobic granular sludge may be aerobic condition by oxygen supplied into the reaction tank. Thus, the step of oxidizing ammonia to nitrite can be carried out on the surface of the aerobic granular sludge.

또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 호기성 입상 슬러지의 표면에서 암모니아가 아질산으로 산화되어, 상기 호기성 입상 슬러지의 크기(size)가 감소될 수 있다. Also, according to one embodiment, the ammonia may be oxidized to nitrite at the surface of the aerobic granulated sludge, so that the size of the aerobic granulated sludge may be reduced.

상기 처리수에 포함된 암모니아가 산화된 아질산은, 상기 반응조 내에서, 상기 호기성 입상 슬러지 및 상기 유기물에 의해, 질소 가스로 환원될 수 있다. 예를 들어, 아질산은, 아래의 <화학식 2>와 같이, 상기 유기물(예를 들어, 메탄올)과 반응하여, 질소 가스로 환원될 수 있다. The nitrite oxidized with ammonia contained in the treated water can be reduced to nitrogen gas by the aerobic granular sludge and the organic matter in the reaction tank. For example, nitrous acid can be reduced to nitrogen gas by reacting with the organic substance (for example, methanol) as shown below in Formula 2 below.

<화학식 2>(2)

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

상기 호기성 입상 슬러지의 내부는, 상기 반응조 내로 공급되는 산소가 전달되지 않아, 혐기성 조건일 수 있다. 이에 따라, 아질산이 환원되는 단계는, 상기 호기성 입상 슬러지의 내부에서 수행될 수 있다. The inside of the aerobic granular sludge may be anaerobic condition because oxygen supplied into the reaction tank is not transferred. Thus, the step of reducing the nitrous acid may be performed in the aerobic granular sludge.

상기 처리수에 포함된 암모니아가 아질산으로 산화되고, 아질산이 질소 가스로 환원되는 동안, 암모니아를 아질산으로 산화시키는 암모니아 산화균인 Nitrosomanas이, 아질산으로 질산으로 산화시키는 아질산 산화균인 Nitrobacter 보다 우점할 수 있다. 이로 인해, 상기 처리수에 포함된 암모니아의 아질산화율이, 질산화율보다 높아, 상기 처리수에 포함된 암모니아가 효율적으로 아질산으로 산화될 수 있다. 이에 따라, 상기 처리수에 포함된 질소를 제거하기 위해 필요한 산소 요구량 및 유기물 요구량이 감소될 수 있다. While ammonia contained in the treated water is oxidized to nitrite and nitrite is reduced to nitrogen gas, Nitrosomas, which is an ammonia oxidizing bacteria that oxidizes ammonia to nitrite, may be dominant than nitrite bacteria which are nitrite oxidized by nitrite have. As a result, the nitrification rate of the ammonia contained in the treated water is higher than the nitrification rate, so that the ammonia contained in the treated water can be efficiently oxidized to nitrite. Accordingly, the oxygen demand amount and the organic matter demand amount necessary for removing the nitrogen contained in the treated water can be reduced.

만약, 상기 처리수에 포함된 암모니아가, 아래의 <화학식 3>과 같이, 질산으로 산화되고, 질산이, 아래의 <화학식 4>와 같이, 질소 가스로 환원되는 경우, 산소 요구량 및 유기물 요구량이 증가될 수 있다. If the ammonia contained in the treated water is oxidized to nitric acid as shown in the following chemical formula 3 and nitric acid is reduced to nitrogen gas as shown in the following chemical formula 4, Can be increased.

<화학식 3>(3)

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

<화학식 4>&Lt; Formula 4 >

6NO2 - + 5CH3OH + CO2 -> 3N2 + 6HCO3 - + 2H+ 6NO 2 - + 5CH 3 OH + CO 2 -> 3N 2 + 6HCO 3 - + 2H +

하지만, 상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따라 상기 처리수에 포함된 암모니아를 상기 호기성 입상 슬러지를 이용하여 아질산으로 산화시키고 아질산을 질소 가스로 환원시키는 경우, 상기 처리수에 포함된 암모니아를 질산으로 산화하고 질산을 질소 가스로 환원시키는 것과 비교하여, 산소 요구량을 25%감소시킬 수 있고, 유기물 요구량을 40% 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 산소 요구량 및 유기물 요구량이 감소된, 처리수로부터의 질소 제거 방법이 제공될 수 있다.However, as described above, according to the embodiment of the present invention, when ammonia contained in the treated water is oxidized to nitrite using the aerobic granular sludge and nitrite is reduced to nitrogen gas, ammonia contained in the treated water is reduced Compared to oxidizing with nitric acid and reducing nitric acid to nitrogen gas, the oxygen demand can be reduced by 25% and the organic matter requirement can be reduced by 40%. Thereby, a method of removing nitrogen from treated water with reduced oxygen demand and organic matter demand can be provided.

또한, 상기 호기성 입상 슬러지가 배양된 상기 반응조에서, 상기 처리수에 포함된 암모니아가 아질산으로 산화되는, 부분 질산화 공정이 수행되어, 공정이 간소화될 수 있다. Further, in the reaction tank in which the aerated granular sludge is cultivated, a partial nitrification process is performed in which the ammonia contained in the treated water is oxidized with nitrite, so that the process can be simplified.

이하, 상술된 본 발명의 실시 예에 따른, 호기성 입상 슬러지를 이용한 부분 질산화 방법의 구체적인 실험 예가 설명된다. Hereinafter, a specific experimental example of the partial nitrification method using the aerated granular sludge according to the above-described embodiment of the present invention will be described.

상술된 본 발명의 실시 예에 따라, 아래 <표 1>과 같은 운전 조건에서, 호기성 입상화 연속회분식 반응기를 운전하였다. 반응기의 유효 부피는 2.85L 이고, 유입 암모늄 농도를 증가시키면서, 130일 동안 운전하여, 처리수에 포함된 암모니아를 아질산으로 산화시키는 부분 질산화를 수행하였다. According to the embodiment of the present invention described above, the aerobic granular continuous batch reactor was operated under the operating conditions shown in Table 1 below. The effective volume of the reactor was 2.85 L, and the partial nitrification, in which the ammonia contained in the treated water was oxidized to nitrite, was operated for 130 days while increasing the ammonium concentration.

운전인자Driving factor 운전값Operation value 접종슬러지Inoculated sludge 호기성 입상슬러지Aerobic granular sludge 초기 슬러지 농도Initial sludge concentration 3000 mg/L3000 mg / L 유입 (NH4)2SO4농도Inlet (NH 4 ) 2 SO 4 Concentration 200-800 mg NH4-N/L200-800 mg NH 4 -N / L 알칼리도Alkalinity 3500-4000 mg CaCO3/L3500-4000 mg CaCO 3 / L 온도Temperature 35?35? pHpH 7.5~8.57.5 to 8.5 용존산소Dissolved oxygen 2mg/L 이상2mg / L or more 폭기강도Aeration intensity 3L/분3L / min 유입시간Inflow time 4분4 minutes 폭기시간Aeration time 350분350 minutes 침전시간Settling time 5분5 minutes 유출시간Leak time 1분1 minute 수리학적 체류시간(HRT)Hydraulic residence time (HRT) 0.48일0.48 days

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 호기성 입상 슬러지를 이용한 부분 질산화 방법에 사용된 호기성 입상 슬러지를 촬영한 사진이다. 1 is a photograph of a aerated granular sludge used in a partial nitrification method using aerobic granular sludge according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 상술된 <표 1>고 같은 조건에서, 처리수에 포함된 암모니아를, 호기성 입상 슬러지를 이용하여, 아질산으로 산화시킨 후, 호기성 입상 슬러지를 촬영하였다. Referring to FIG. 1, ammonia contained in treated water was oxidized with nitrous acid using aerobic granular sludge under the same conditions as in the above-mentioned <Table 1>, and aerobic granular sludge was photographed.

도 1의 (a)는 접종한 호기성 입상 슬러지를 나타내고, 도 1의 (b)는 처리수에 포함된 암모니아가 아질산으로 산화된 후 호기성 입상 슬러지를 나타낸다. 도 1에서 알 수 있듯이, 평균 직경 6mm의 접종 호기성 입상 슬러지가 평균 직경 1mm로 감소된 것을 확인할 수 있다. 또한, 처리수에 포함된 암모니아가 아질산으로 산화된 후에도, 상기 접종 호기성 입상 슬러지가 입상 슬러지를 유지하고 있음을 확인할 수 있다. Fig. 1 (a) shows the aerated granular sludge inoculated, and Fig. 1 (b) shows aerated granular sludge after the ammonia contained in the treated water was oxidized with nitrite. As can be seen from Fig. 1, it can be seen that the inoculated aerated granular sludge having an average diameter of 6 mm was reduced to an average diameter of 1 mm. It can also be confirmed that the inoculated aerobic granular sludge retains the granular sludge even after the ammonia contained in the treated water is oxidized with nitrite.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 호기성 입상 슬러지를 이용한 부분 질산화 방법에 의한 부분 질산화 결과를 나타내는 그래프이다. FIG. 2 is a graph showing partial nitrification results by a partial nitrification method using aerobic granular sludge according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 상술된 <표 1>과 같은 조건에서, 처리수에 포함된 암모니아를, 호기성 입상 슬러지를 이용하여, 아질산으로 산화시키는 과정에서, 암모니아, 아질산, 질산, 및 Alkalinity를 측정한 것이다. Referring to FIG. 2, ammonia, nitrite, nitric acid, and alkalinity were measured in the process of oxidizing ammonia contained in treated water to nitrite using aerobic granular sludge under the same conditions as in Table 1 will be.

반응기 운전 20일 경과 후, 아질산이 축적되기 시작하는 것이 관찰될 수 있다. 또한, 유입 암모눔 부하량을 1.79kg N/m2/d로 높인 후에도, 미생물들이 암모니아의 독성에 저해 받지 않고, 암모니아를 아질산으로 산화시킨 것을 확인할 수 있다. After 20 days of reactor operation, it can be observed that the nitrite begins to accumulate. Furthermore, even after increasing the loading ammonia load to 1.79 kg N / m 2 / d, it can be confirmed that the microorganisms are not inhibited by the toxicity of ammonia and the ammonia is oxidized with nitrous acid.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 호기성 입상 슬러지를 이용한 부분 질산화 방법에 사용된 호기성 입상 슬러지의 미생물 속(genus)를 나타낸 도면이다. FIG. 3 is a view showing the microbial genus of the aerated granular sludge used in the partial nitrification method using the aerated granular sludge according to the embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 상술된 <표 1>과 같은 조건에서, 처리수에 포함된 암모니아를 호기성 입상 슬러지를 이용하여 아질산으로 산화시킨 후 입상 슬러지의 미생물 군집 분석을 수행한 후, 5% 이상의 속만을 나타내었다. 3, ammonia contained in the treated water was oxidized with nitrite using aerobic granular sludge under the same condition as in the above-mentioned <Table 1>, and the microbial community analysis of the granular sludge was performed. Respectively.

도 3에서 알 수 있듯이, 암모니아를 산화시켜 아질산을 생성하는 암모늄 산화균인 Nitrosomanas가, 아질산을 산화시켜 질산을 생성하는 아질산 산화균인 Nitrobacter보다 우점된 것을 확인할 수 있다. As can be seen from FIG. 3, it can be seen that Nitrosomas, an ammonium oxidizing bacteria that oxidizes ammonia to produce nitrite, dominated nitrite, which is a nitrite-oxidizing nitric acid, by oxidizing nitrite.

상술된 <표 1>의 운전 조건과 달리, 아래 <표 2>의 운전 조건에서, 연속회분식 반응기에서 Glucose를 탄소원으로 하여 배양한 입상 슬러지를 이용하여, 처리수에 포함된 암모니아를 아질산으로 산화시키는 부분 질산화를 수행하였다.Unlike the operating conditions in Table 1, ammonia contained in the treated water was oxidized to nitrite using the granular sludge cultured with glucose as a carbon source in a continuous batch reactor under the operating conditions shown in Table 2 below Partial nitrification was performed.

운전인자Driving factor 운전값Operation value 유입 유량Influent flow 1.5 L1.5 L 유입시간Inflow time 3분3 minutes 폭기시간Aeration time 325분325 minutes 침전시간Settling time 30분30 minutes 유출시간Leak time 2분2 minutes 수리학적 체류시간(HRT)Hydraulic residence time (HRT) 6시간6 hours

상기 <표 2>와 같은 운전 조건에서 반응이 시작된 후 37일까지를 stage A로 정의하고, 처리수의 암모니아 농도를 250mg/L, 및 Alkalinity(CaCo3)를 3000 mg/L로 설정하였다. 또한, 38일부터 61일까지를 stage B로 정의하고, 암모니아 농도 500mg/L의 처리수수를 유입하고, Alkalinity(CaCo3)를 4800 mg/L로 설정하였다. 61일부터 88일까지를 stage C로 정의하고, 암모니아 농도 700mg/L의 처리수를 유입하고, Alkalinity(CaCo3)를 3500 mg/L로 설정하였다.Stage A was defined as the stage A until 37 days after the start of the reaction under the operating conditions shown in Table 2, and the ammonia concentration of the treated water was set to 250 mg / L and the alkalinity (CaCo 3 ) was set to 3000 mg / L. In addition, 38 to 61 days were defined as stage B, ammonia concentration of 500 mg / L was introduced, and Alkalinity (CaCo 3 ) was set at 4800 mg / L. 61 to 88 days were defined as stage C, and treated water with an ammonia concentration of 700 mg / L was introduced and Alkalinity (CaCo 3 ) was set to 3500 mg / L.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 부분 질산화된 처리수의 질소 농도를 측정한 그래프이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 부분 질산화된 처리수의 Alkalinity 및 pH를 측정한 그래프이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 부분 질산화된 처리수의 질산화율 및 아질산화율을 측정한 것이고, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 부분 질산화된 처리수의 호기성 입상 슬러지의 FE-SEM 사진이다. FIG. 4 is a graph of nitrogen concentration of partially nitrified treated water according to an embodiment of the present invention, FIG. 5 is a graph of Alkalinity and pH of treated nitrified water according to an embodiment of the present invention, 6 is a graph showing nitrification rate and nitrification rate of partially nitrified treated water according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is an FE-SEM photograph of aerated granular sludge of partially nitrified treated water according to an embodiment of the present invention.

도 4 내지 도 7을 참조하면, 상술된 <표 1>와 같은 조건에서 처리수에 포함된 암모니아를, 호기성 입상 슬러지를 이용하여 아질산으로 산화시켰다. Referring to FIGS. 4 to 7, ammonia contained in the treated water was oxidized to nitrite using aerobic granular sludge under the same conditions as in Table 1 described above.

도 4에서 알 수 있듯이, 반응 시작 후, 13일 후, 암모니아가 아질산으로 산화되는 현상이 나타났다. 이후, NO2-N의 농도는 지속적으로 증가하였으나, NO3-N의 농도는 실질적으로 변화가 없는 것을 확인할 수 있다. 암모니아를 포함하는 처리수의 유입 농도가 높아진 후, 15일 후 아질산 축적 현상이 나타났으며, 질산화 현상은 실질적으로 관찰되지 않았다. As can be seen from Fig. 4, 13 days after the start of the reaction, ammonia was oxidized to nitrite. Thereafter, the concentration of NO 2 -N continuously increased, but the concentration of NO 3 -N did not substantially change. Nitrate accumulation was observed after 15 days after the concentration of the treated water including ammonia was increased, and nitrification phenomenon was not observed substantially.

도 5 및 도 6에서 알 수 있듯이, 초기 처리수의 Alkalinity 농도는 반응 시간이 30일이 경과한 후, 1000mg/L로 감소되었다. Alkalinity의 감소 현상으로 미루어보아, 독립 영양균이 순응하여 성장했음을 알 수 있고, 아질산화 비율이 70% 이상으로 질산화 비율보다 현저하게 높은 것으로 보아, 독립 영양균 중에서 암모늄 산화균이 성장하고 있음을 확인할 수 있다. As can be seen in FIGS. 5 and 6, the alkaline concentration of the initial treated water was reduced to 1000 mg / L after 30 days of reaction time. As a result of the decrease in alkalinity, it can be seen that the autotrophic bacteria grew by adaptation, and the nitrification rate was remarkably higher than the nitrification rate by more than 70%, confirming the growth of ammonium oxidizing bacteria in the autotrophic bacteria .

도 7에서 알 수 있듯이, 반응 초기 호기성 입상 슬러지의 평균 직경은 약 3mm정도인 반면, 30일 후와 60일 후에는 평균 직경이 약 1mm 정도로 관찰 되었다. 또한, FE-SEM 사진을 보면, 시간이 흐름에 따라 미생물 종이 환경 조건에 따라 변화하고 있음을 알 수 있다. 따라서, 최초에 Glucose를 탄소원으로 배양 한 호기성 입상 슬러지가 고농도 암모니아를 함유한 처리수와 반응 하여도 입상화가 해체 되지 않고 환경에 따라 형태가 변하면서 동시에 미생물 종이 변하는 모습을 관찰 할 수 있다.As can be seen from FIG. 7, the average diameter of the aerobic granulated sludge at the beginning of the reaction was about 3 mm, while the average diameter was observed to be about 1 mm after 30 days and 60 days. In addition, FE-SEM photographs show that microorganism species change with time according to environmental conditions. Therefore, even if the aerobic granular sludge that initially cultivated with glucose as a carbon source reacts with the treated water containing high concentration ammonia, the granular form is not disassembled and the morphology changes according to the environment, and at the same time, the microorganism species can be observed.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will also be appreciated that many modifications and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims (5)

반응조 내에 호기성 입상 슬러지가 준비되는 단계;
상기 반응조 내에 암모니아를 포함하는 처리수가 유입되는 단계;
상기 처리수를 폭기시켜, 상기 반응조 내에서, 상기 호기성 입상 슬러지에 의해 상기 처리수에 포함된 암모니아를 <화학식 1>과 같이 아질산으로 산화시키는 단계;
상기 처리수가 상기 반응조 내에 유입된 후, 상기 반응조 내에 메탄올(CH3OH)을 주입하는 단계; 및
상기 반응조 내에서, 상기 호기성 입상 슬러지 및 상기 메탄올에 의해, <화학식 2>와 같이 아질산을 질소 가스로 환원시키는 단계를 포함하되,
암모니아 산화균이 아질산 산화균보다 우점(優占)하여, 상기 처리수에 포함된 암모니아의 아질산화율이 질산화율보다 높은 것을 포함하는 호기성 입상 슬러지를 이용한 부분 질산화 방법.
<화학식 1>
NH4 + + 1.5O2 -> NO2 - + H2O + 2H+
<화학식 2>
6NO2 - + 3CH3OH + 3CO2 -> 3N2 + 6HCO3 - + 2H+
Preparing aerobic granular sludge in the reaction tank;
Introducing treatment water containing ammonia into the reaction tank;
A step of aerating the treated water and oxidizing ammonia contained in the treated water by the aerated granular sludge in the reaction tank with nitrite as shown in Formula 1;
Injecting methanol (CH 3 OH) into the reaction tank after the treated water flows into the reaction tank; And
And reducing nitrite to nitrogen gas by the aerobic granular sludge and methanol in the reaction tank,
Wherein the ammonia oxidizing bacteria have dominance over the nitrite oxidizing bacteria and the nitrification rate of the ammonia contained in the treated water is higher than the nitrification rate.
&Lt; Formula 1 >
NH 4 + + 1.5 O 2 -> NO 2 - + H 2 O + 2H +
(2)
6NO 2 - + 3CH 3 OH + 3CO 2 -> 3N 2 + 6HCO 3 - + 2H +
제1 항에 있어서,
상기 암모니아를 아질산으로 산화시키는 단계는, 상기 호기성 입상 슬러지의 표면에서 수행되고,
상기 아질산을 질소로 환원시키는 단계는, 상기 호기성 입상 슬러지의 내부에서 수행되는 것을 포함하는 호기성 입상 슬러지를 이용한 부분 질산화 방법.
The method according to claim 1,
The step of oxidizing the ammonia with nitrite is carried out on the surface of the aerobic granular sludge,
Wherein the step of reducing the nitrite to nitrogen is performed in the aerobic granulated sludge.
제2 항에 있어서,
상기 호기성 입상 슬러지의 상기 표면은 호기성 조건이고,
상기 호기성 입상 슬러지의 내부는 혐기성 조건인 것을 포함하는 호기성 입상 슬러지를 이용한 부분 질산화 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the surface of the aerated granular sludge is in an aerobic condition,
Wherein the inside of the aerated granulated sludge is anaerobic.
제1 항에 있어서,
상기 반응조는 연속회분식 반응조를 포함하는 호기성 입상 슬러지를 이용한 부분 질산화 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the reaction tank comprises a continuous batch reactor, and the partial nitrification method using aerated granular sludge.
제1 항에 있어서,
암모니아가 아질산으로 산화되어, 상기 호기성 입상 슬러지의 크기(size)가 감소되는 것을 포함하는 호기성 입상 슬러지를 이용한 부분 질산화 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the ammonia is oxidized to nitrite to reduce the size of the aerobic granulated sludge.
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