亞窒酸의 獨立營養黃脫質 特性

Abstract

본 연구에서는 부분 암모니아 산화공정인 단축질소제거 공정과 독립영양황탈질 공정을 이용한 고농도 질소제거 가능성에 주목하여, 전자수용체로 thiosulfate와 sulfur를 이용한 nitrate와 nitrite의 탈질특성, SO42- 생성, pH 변화 및 MLSS의 변화 등 탈질특성을 파악하였다. 또한 kinetic parameter의 도출을 통해 반응기의 운전 최적화를 위한 기초연구를 수행하였다. 전자공여체로 thiosulfate를 이용한 독립영양탈질공정에서 nitrate 탈질 시, nitrite 축적이 일어나지만 nitrate의 탈질이 끝나는 시점에서 nitrite의 탈질이 시작되면서 일정범위 내에서 pH가 회복하는 것으로 나타났다. 한편, nitrite 탈질 시, nitrate의 경우보다 생성되는 sulfate 양이 2배 적고 pH가 증가한 반면, 비기질소비속도는 비슷한 것으로 나타나서 nitrate의 완전탈질 보다 nitrite의 탈질속도가 더 빠른 것을 알 수 있었다. 한편, 반속도상수 Ks는 nitrite의 질소가스로의 탈질 시가 nitrate의 nitrite까지 탈질에 비하여 약 1.5배 크게 나타났는데, 이는 nitrate에서 nitrite까지의 탈질속도가 nitrite에서 질소가스까지의 탈질속도 보다 빠르다는 것을 암시한다. 또한 Y 값은 nitrite가 1.6배 낮아 슬러지의 생성량이 적은 것을 알 수 있었다. 전자공여체로 thiosulfate, 전자수용체로 nitrate를 이용하는 반응기의 미생물 군집은 Thiobacillus sajanensis이 39%, T. denitrificans이 32%를 차지해 우점종인 것으로 확인되었다. 한편, 전자수용체로 nitrite를 이용하는 반응기의 미생물 군집은 T. sajanensis이 38%로 nitrate의 경우와 같은 비율을 보였으나, T. denitrificans는 22%까지 감소하였고 T. thioparus가 새로이 출현해 14%를 차지하므로써 우점종이 3종으로 증가한 것이 확인되었다. 이는 nitrite가 T. denitrificans의 성장에 저해영향을 끼쳤기 때문으로 판단된다. 한편, 독립영양탈질 능력을 가진 것으로 알려진 T. thioparus는 nitrate보다는 nitrite에서 잘 성장하는 것으로 판단되며, T. thioparus가 다른 우점종 보다 nitrite의 독립영양탈질에 깊게 관여하는 것으로 추정되었다. 전자공여체로 sulfur를 이용한 회분식 실험에서는 충분한 알칼리도와 완전독립영양 조건에서 초기 아질산성 질소, 질산성 질소가 각각 100 mg N/L일 때, 배양 27시간 이내에 99% 이상의 아질산성 질소와 질산성 질소가 제거되었다. 또한 탈질속도는 질산 탈질에 비해 아질산 탈질이 약 1.3배 빠른 것으로 나타났다. 또한 알칼리도가 충분하지 않은 조건에서 아질산성 질소는 95% 이상 높은 제거 효율을 보였으나 15시간 정도의 긴 지체기 (유도기)가 관찰되었고, 질산의 경우 배양기간 동안 전혀 탈질이 이루어지지 않았다. 제거된 아질산성 질소 1g 당 황산염 이온 생성량은 약 2.6 g이었고, 알칼리도 소비량은 1.2 g CaCO3인 것으로 나타났다. 한편, 황입자를 채운 연속 column 반응기의 운전 실험에서는 알칼리도가 충분한 조건에서 아질산성 질소의 탈질은 HRT가 4.6 시간 이상일 경우 100%에 가까운 효율을 보였으나, HRT가 4.6 시간 이하로 줄어들면서 제거효율은 급격하게 떨어지는 것으로 나타났다. 이 때 황 충진 부피당 최고 탈질속도는 약 0.4 kg N/m3·day 이었다. 유입과 유출수의 pH 변화는 거의 관찰되지 않았고 아질산성 질소 1 g당 1.2-2 g CaCO3의 알칼리도가 소모되었으며, 약 4.5 g의 황산염 이온이 생성되는 것으로 나타났다.