탈질의 원리(2)

C/N비

 탈질균은 종속영양 미생물로 세포의 증식을 위하여 유기탄소를 필요로 하며, 또한 탈질시 에너지원으로 Carbon Source를 필요로 한다. 하수 중에 쉽게 생분해 가능한 유기물인 Soluble Biodegradable Carbon을 섭취하는데 C/N비가 맞지 않을 경우 외부 Carbon Source로 Methanol를 주입한다. 이론적으로 NH3-N 1mg/L를 제거하는데 필요한 CBOD는 약 3.7mg/L가 필요하다. 그러므로 유입하수 성상 중에 CBOD:N의 비율이 약 4:1 이상으로 유지되어야 만이 정상적인 탈질 효율을 기대할 수가 있다. 만약 C/N비가 맞니 않을 경우, 하수 온도에 따라 3.34mg/L 및 2.16mg/L로 각각 용량 대비로 계산하여 투입해야만 할 것이다.

 

염소농도

 유입하수 염소이온이 500mg/L 이상 존재할 경우, 미생물 활성화에 영향을 미쳐 질산화 및 탈질에 영향을 주므로 해수의 유입은 최대한 방지한다.

 

미생물의 종류

 일반적으로 질산화 반응은 주로 화학합성 독립영양 세균에 의한 것으로 알려져 있으나 몇몇 연수자들에 의하면 종속영양 세균에 의한 질산화 반응도 보고되고 있다.

 

인 제거 원리

 활성슬러지에 의하여 인을 제거할 때 활성슬러지를 혐기성 조건과 호기성 조건에 교대로 노출시킴으로써,, 보통 활성슬러지보다 인 함유율이 훨씬 더 높은 활성 슬러지를 생성시킬 수 있다. 이렇게 높은 인을 함유한 슬러지는 혐기성 조건하에서 인을 방출하고 호기성 조건하에서 더 많은 인을 섭취함으로써 보통 활성슬러지보다 훨씬 더 많은 인을 유입 기질로부터 제거할 수 있다. 아울러 탄소계 기질은 양 조건 하에서 공히 제거된다. 인산의 섭취가 급속히 진행될 때 과잉섭취 현상이 생기는데, 이때는 인산이 세포 속으로 부족하고 세포밖에는 충분하게 있을 때이다. 세포가 인에 굶주리고 있는 스트레스 상태는 사전에 혐기성 조건을 보여함으로써 이룩된다. 인 축축 박테리아는 혐기성 조건에서 하수로부터 생분해가 되기 쉬운 유기물을 섭취한다. 인 축적 박테리아는 세포 내에 축척했던 다중 인산염을 분해하여 에너지를 생성한다. 따라서 혐기성 조건에서 인 축척 박테리아는 유기물의 저장과 관련하여 인을 방출한다. 호기성조건에서 PAB는 PHB/PHV를 소모하며, 이로 인한 생성된 에너지는 PAB에 의해 성장 및 Poly-P 형태로 인 저장에 사용된다. 이러한 조건으로 인을 과잉섭취를 하게 된다.

 

인 제거 반응 원리

 일반적으로 생물학적인 제거에 필요한 Uptake는 양론적으로 Cell 생성을 위한 수용액으로 인을 섭취하는 량 보다 3~6배 까지의 과잉섭취에 의해서 제거되며, 이것은 혐기성 조건에서 호기성, 무산소성 단계를 지날 때 Cell 성장을 위한 양론적 요구량을 초월하여 섭취한다.

 

F/N비의 영향

 반응조내의 MLSS 농도는, 포기의 제한을 받는 일반 활성슬러지의 경우와 같이 2,000~4,000mg/L가 보고되고 있다. 혐기 단계에 대한 탄소계 지질의 부하량은 조내의 DO와 질산성 질소가 있는 경우, 우선 그것을 제거하고, 인산과대섭취(초과축척) 세균이 인산을 최대한 방출할 수 있도록 하고, 정상적인 세모 증식에 필요한 유입 인량에 대응하는 탄소량을 공급하기에 충분하여야 한다. 첫 째의 경우는 조의 혐기성 조건을 확립시키기 위한 것인데, 첫째와 둘째의 목적을 달성하기 위해서는 가능한 한 양분 해성 기질을 공급하여야 한다. 그것과 관련하여 조 내에 적정 수준의 발효 세균이 있고, 그것이 아세트산 등 쉽게 세포내로 운반될 수 있는 세포 내 저장물을 생성하도록 하는 것이 중요하다. 단일 반응조의 인, 질소 제거 공정은 질산화 및 탈질화에 필요한 낮은 F/N비를 요구한다. 이것은 질산성 질소로 전환하기 위한 산화과정에서 Nitrosomonas나 Nitrobacter 등의 질산성 미생물이 성장 속도에 큰 영향을 미치기 때문이다.

 

SRT의 영향

 단일 반응조에 의한 혐기, 호기성 조건의 인 제거는 기본적으로 인산 과잉섭취 잉여슬러지의 폐기에 의존하고 있다. 따라서 슬러지 일령이 중요한 Parameter가 되고 있다. 단일 반응조의 생물학적인, 질소, 제거 공정은 유기물 제거뿐만 아니라 질산화와 탈질 과정도 고려하여 SRT를 길게 운전해야 한다. 그 운전주기는 Pilot Plant에서 최대 35일 조건을 주어 운전을 하였고, 그에 따른 처리수 분석 결과는 유입수 평균 수질에 대해서 평균 1mgP/L 이하의 수질을 유지하였다. 이것은 장기간의 SRT와 Anoxic, Anaerobic SRT의 조건이 각각 15일 이상 넘지 않는 조건으로 주어진 결과로 판단한다.

 

HRT의 영향

 생물학적 인 제거에서 혐기조건의 수리학적 체류시간은 1~2시간으로 설정하며 그 이유는 유입수의 유기물질을 VFA로 전환하기 위한 체류시간이 필요하기 때문이다. 그러나 질산화, 탈질 과정을 겸한 단일 반응조 공정에서는 질산화 및 탈질에 필요한 유기물의 체류시간이 필요함으로 Pilot Plant에서 12~16시간의 HRT를 적용하여 운전하였다. 단계별 인 제거 메커니즘은 혐기성 조건은 ADP를 형성하고 인산을 방출하며 Energy를 형성한다. 이것은 또한 혐기성 초, 중기 단계에서, 형성된다. 무산소 조건에서 용해성 정인산량이 감소하고 ADP가 ATP로 전환되며 Soluble BOD가 감소한다. 또한 인의 과잉섭취를 위한 전자 수용체로 질산성 질소를 이용함으로써 탈질 효과를 높여준다. 무산소 단계는 포기 초기단계나 포기 종료 후 침전 초기단계를 이용할 수 있다. 여기서 용해성 BOD가 계속 감소한다. 포기 조건에서는 ADP가 ATP로 전환되고, Polt-P화 되며, 이때 인의 과잉섭취를 위한 에너지로 PHB/PHV를 사용하고 전자 수용체로 산소를 이용한다. 무산소, 혐기 단계의 조건은 침전된 슬러지 층의 산소농도를 이용한다.