고농도 질소폐수인 반류수 및 양돈폐수를 비용효율적으로 처리할 수 있는 혐기성 암모늄 산화 공정을 아질산화 반응과 연계하여 구축하고 파일로트 플랜트를 설계 및 운전하는 것을 최종목표로 하였다. 이를 위해 아래의 연구성과를 도출하였다.

1. 미생물 고농도 유지: 미생물의 유실 방지를 극대화하여 미생물의 농도를 15 g/L로 유지할 수 있었고, 수리학적 체류시간(HRT)은 0.5일로 유지, 최대 질소부하는 1.11 kg N/m3-day로 나타났다. 총질소의 제거효율은 평균 약 82%로 이론적인 총질소 제거효율인 88%에 근접했다.

2. 아질산화 반응: 회분식 아질산화 반응조의 NH4+-N 제거 효율은 89%로서 70%이상의 제거효율을 보였고, 최고 반응속도는 0.325 kg-N/m3-day로 운전되었다. 반면, 연속식 아질산화 반응조의 NH4+-N 제거효율은 83%로서 회분식 반응기에 비해 다소 낮아졌지만, 70%이상의 제거효율을 보였고, 최대속도는 0.345 kg-N/m3-day로 운전되었다. 35℃ 반응조 운전 결과, 전체적으로 0.1 ~ 0.47 Kg N/m3-day의 속도를 나타내었다.

 

반류수를 대상으로 한 실험 결과, NH4+-N 제거효율 80%이상의 값을 보였다. 파일로트 플랜트 설계 시에는 HRT(Hydraulic Retention Time, 수리학적 체류시간)와 SRT(Solids Retention Time, 고형물 체류시간)을 서로 다르게 운전을 할 수 있도록 하는 방법이 빠른 반응속도를 유지하는데 효율 적일 것으로 사료되었다.

 

Y 가축 분뇨 처리장의 원수를 이용하여 아질산화 반응조 운전을 한 결과 원수에 질산화에 필요한 아질산화 반응 속도는 최대 1.16 kg-N/m3-day를 나타내었다. H 가축 분뇨 처리장의 원수를 이용하여 아질산화 반응조 운전을 한 결과, 운전 기간 중 아질산화 반응 속도는 최대 0.95 kg-N/m3-day를 나타내었다.

3. 반류수내 질소제거 공정: 반류수를 암모니아성 질소의 농도가 50∼250 mg/L가 되도록 희석하여 주입하였다. 전처리 과정으로는 Fenton을 이용한 산화처리와 FeCl3를 이용한 응집처리의 2가지 방법을 수행하였다. 암모니아성 질소의 평균 제거율은 89.7±11.73%이었다. 아질산성 질소의 평균 제거율은 95.5±5.5%에 달했고 총질소 유입부하는 0.05~0.5 kg-N/m3-d까지 처리 가능 하였다.

4. 국내 고유 종 발굴: 국내 자생종은 기질의 농도를 암모니아성 질소와 아질산성 질소 각각 250 ppm으로 증가시킨 결과 훌륭한 제거효과를 보여 고농도 질소 농도에도 순응하는 것으로 밝혀졌다.

5. 생물막 반응기 개발: 분리막 반응기를 혐기성 암모늄 산화 반응에 적용하여, 암모니아성 질소 제거효율과 아질산성 질소 제거효율은 각각 76.74 %와 87.29 %를 나타내었다.

6. 반류수 처리: 연속 운전 기간 평균 76.1%의 암모니아성 질소 제거효율과 90.9%의 아질산성 질소 제거효율을 보임으로써 비교적 안정적인 질소 제거 성능을 나타내었다. 수리학적 체류시간은 1일로 유지하여 최대 질소부하는 0.31 kg-N/m3-day로 나타났다. 유기물 농는 전반적으로 감소하였으며, 유입수 대비 TOC는 약 27.52%, COD는 약 38.2 % 정도 감소하는 것으로 조사되었다.

7. 파일로트 플랜트: 1차 운영에서는 초기 시딩 슬러지의 급격한 저하가 발견되었는데, 이는 혐기성 암모늄 외 미생물의 급격한 사멸과 슬러지의 유출에 기인한 것으로 판단되었다.

 

혐기성 슬러지를 초기 슬러지량을 높여주는 2차 운영과 고분자 응집제를 첨가한 3차 운영에서는 부유 고형물 농도의 향상은 있었으나, 획기적인 혐기성 암모늄 산화균의 활성 향상이 나타나지 않았다. 혐기성 암모늄 산화균은 용존 산소에 의해 쉽게 저해되는 성질을 가지고 있으므로 용존산소의 적절한 조치가 없을 경우에 높은 활성을 유지할 수 없다.

 

 

[원문 파일첨부 참조]