폐수처리실무 - 탈질의 원인및 대책

 

폐수처리실무

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탈질에 영향을 주는 인자에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

1) 온도 : 20도 이상에서보다 20도 이하에서 탈질에 미치는 온도의 영향이 더 크다.  탈질의 적정 수온 범위는 35도~50도 이고, 5도~10도에서는 탈질속도가 낮다. 따라서 탈질속도가 낮으면 당연히 무산소조(탈질조)가 커야 한다.  온도가 낮아지면 집수시스템에서 기질의 발효속도도 저하되다. 따라서 유입폐수의 조성이 변화되어 탈질에 쉽게 이용되는 기질의 양이 감소될 수 있다.

2) DO

- O2가 전자수용체로 될 때에는 68Kcal/mole-gloucose의 에너지가 발생되고 NO3가 전자수용체로 될 때에는 570Kcal/mole-gloucose의 에너지가 발생되므로 O2가 존재하면 탈질균은 당연히 O2를 전자수용체로 선택하게 되어 탈질이 이루어지지 않는다.

- 순수배양에서 호기에서 무산소로 바뀔 때 탈질에 필요한 효소를 합성하는 데 2~3시간이 필요하다고 한다. 그러나 활성슬러지에서는 무산소 조건이 없는 시스템에서도 이 탈질효소가 있다고 한다. 따라서 활성슬러지에서는 탈질에 앞서 이 탈질효소의 합성이 필요하지는 않다.

- 산소는 탈질효소의 활성을 저해한다. 탈질이 중단되는 산소의 농도는 순수배양에서는 0.2mg/l, 활성슬러지에서는 0.3~1.5mg/l라고 한다. 이러한 차이는 활성슬러지의 플럭에서 산소전달이 제한되기 때문으로 보인다.

- 폭기조의 DO가 어느정도 높아도 활성슬러지 플럭의 내부, 생물막의 내부에서는 무산소조건이 존재할 수 있으므로 탈질이 일부 일어날 수 있다.

- 무산소조에 DO유입을 최소화해야 한다. 무산소조에서 MLSS의 완전한 현탁이 가능하도로고 혼합이 이루어져야 하지만 산소유입을 막기 위해 표면 와류를 최소화시켜야 하며 무산소조에 뚜껑을 하는 것도 하나의 방법이다.

- 폭기조 끝단의 DO를 너무 높게 올리지 않음으로써 무산소조로의 DO반송을 최소화할 수 있다.

- 무산소조에 DO가 유입되면 생분해가능 유기물이 호기적으로 소비되므로 탈질에 이용가능한 유기물량이 감소하게 된다. 많은 양의 DO가 무산소조로 반송되면 낮은 DO에서 잘 증식하는 사상체가 증식하여 슬러지 침강성이 불량해진다.

 

3) pH

-탈질가능 pH범위는 7.0~8.5이고 최적 pH는 7.0부근이다.

-탈질에 의해 생성된 OH-는 물속의 carbonic acid(H2CO3)와 반응하여 Bicarbonateion(HCO3-, bicarbonate alkalinity)이 생성된다.

-탈질에 의해 1g의 질산성질소가 제거될 때마다 이론적으로 3.57g의 alkalinity(as CaCO3)가 생성된다. 그러나 설계치로는 3.0mg의 alkalinity(as CaCO3)가 생성되는 걸로 본다.

-대체로 질화로 소비된 alkalinity의 1/2이 탈질로 보상된다.

-pH 6.0 미만, pH8.0 이상에서는 탈질이 저해된다. 그러나 질화보다는 pH에 훨씬 덜 민감하다. 탈질반응은 알칼리도를 생산하므로 고농도의 질산이 제거될 때에는 pH가 상승되므로 pH조정이 필요하다.

 

4)저해물질

-질화균보다 탈질균이 저해물질에 대해 덜 민감하다. 저해물질이 탈질균에 미치는 영향의 정도가 호기성 종속영양세균에 미치는 영향과 비슷하다. 따라사 활성슬러지에 미치는 저해물질의 영향농도가 탈질균에 대해서도 적용이 될 것이다. 뿐만 아니라 활성슬러지에서와 마찬가지로 순응에 의해 훨씬 높은 저해물질 농도에 대해서도 견딜 수 있게된된다.

-molubdenum,selenium은 오히려 탈질을 촉진시킨다고 한다.

-무산소조의 NO3-N농도를 조사하여 탈질이 잘 이루어지는 지 살펴봐야 한다. 탈질이 완전히 이루어지지 않으면 NO3-N이 혐기조(질소, 인 제거공정에서)로 유입되어 인제거효율이 감소하게 된다.

 

5) 기질전달

-생물막법에서는 기질의 확산 전달이 탈질속도에 영향을 준다. 그러나 fluidized bed와 같이 와류가 심한 조건에서는 확산이 특별히 문제로 되지 않는다.

 

6)유기물

-탈질에는 전자공여체가 필요한 데 전자공여체로는 acetic acid, citric acid, methanol 등의 저분자유기물이나 오수, 식품폐수(양조,당밀) 등과 같은 폐수가 이용될 수 있으나 가장 적당한 전자공여체는 메탄올이다.

-호기적 분해가 가능한 유기물질은 대부분 탈질의 기질(탄소원과 에너지원)로 이용될 수 있다. 그러나 일부 방향족화합물(벤젠 등)은 이용되기 어려운 데 이것은 방향족환의 효소분해에 산소가 필요하기 때문이다. 탈질에 이용될 수 있는 유기물질로는 폐수내에 존재하는 유기물, 메탄올, 에탄올, 초산 등이 있는데 주로 이용되는 것은 처음 2가지다. 탈질의 기질로 무엇을 사용할 것인가는 경비와 쉽게 조달할 수 있는지의 여부에 달려 있다.

-탈질에 의한 1g의 질산성질소 감소는 2.86g의 산소요구량 감소와 맞먹는다. 암모니아로부터 질산성질소 1g을 생성하는 데는 4.6g의 산소가 소모된다. 따라서 산소공급에 필요한 에너지의 62%(2.86/4.6)가 탈질에 의해 절약이 가능해진다. 이러하므로 탈질공정을 어떻게 배치하느냐가 에너지 절약면에서 매우 중요하다.

-탈질에 메탄올을 유기기질(에너지원)로 사용할 때 1g의 질산성질소를 제거하는데 필요한 메탄올량은 1.9g이다 COD로 나타내면 2.86g이다. 탈질반응 외에 유기영양세균의 균체합성에도 유기기질이 필요하다. 그러므로 1g의 질산성질소 탈질에 더 많은 유기기질이 필요하게 된다. 이 필요량은 기질의 종류, 미생물의 종류, 운전조건 등에 따라 달라지므로 실제 실험적으로 구해야 한다.

-실험적으로는 1g의 질산성질소를 제거하는 데 2.5~3.0g의 메탄올이 필요하다고 한다.