생물학적 폐수처리공학 - KOCw

생물학적 폐수처리공학

[ 전체 목차 ]

1. 알기 쉬운 하수도 시스템 2. 하수관거 시스템

3. 생물학적하폐수 처리 원리 4. 생물학적 고도처리

5. 생물학적 질소 제거

6. 생물학적 인 제거 기본 이해

7. 하폐수 재이용을 위한 처리 기술

8. 고농도 질소제거 및 혐기성 처리 이해(1) 9. 혐기성 처리 이해(2)

10. 혐기성 처리 이해(3)

고농도 질소 제거 및

혐기성 처리 이해(1)

- 고농도 질소함유 폐수 처리방안

아질산화-부분탈질 공정

1NH

+ 1.44O

+ 0.0496CO

→ 0.01C

H

O

N + 0.99NO

+ 1.99H

NO

+ 0.67CH

OH + 0.53H

CO

→ 0.04C

H

O

N + 0.48N

+ 1.23H

O + HCO

일반적인 질산화 보다 약 25%정도의 산소요구량 감소

일반적인 탈질과 비교하여 약 40%정도의 탄소원 소모량 감소

N 2 ← N 2 O ← NO Anoxic zone

NH 4 + → NO 2 - → NO 3 - Oxic zone

← NO 2 -

→ NO 3 -

← NO 2 -

→ NO 3 -

SHARON process

(Single reactor system for High Ammonium Removal Over Nitrite)

1. 개요

 초기 중온소화슬러지의 직접 탈수과정에서 반송되는 고농도 암모니아 함유 탈리액 처리를 위해 개발

 높은 온도 및 HRT조절에 의해 아질산성 질소 산화균을 wash out 시켜 암모니아 성 질소 산화균을 우점화(Nitrite build-up)

- SHARON 공정의 화학양론식 (Hellinga et al., 1998) 2NH₄⁺ + 2HCO₃^- + 1.5O₂

→ NH₄⁺ + NO₂^- + 2CO₂ + 3H₂O

- 고농도 질소함유 폐수 처리방안

온도, HRT(SRT), DO, pH, FA 등의 조절로 가능

SHARON process

(Single reactor system for High Ammonium Removal Over Nitrite)

2. 장점

 고농도 질소폐수 처리시 전처리가 필요없고, 화학적 부산물이 없다.

 공정의 안정성이 높고, 운전 및 유지관리가 용이하다.

 높은 온도에서 높은 비성장율을 가지므로 sludge retention 불필요

=> 간단한 연속흐름 혼합조에서 운전 가능(반송 불필요)

- 고농도 질소함유 폐수 처리방안

- ANAMMOX 반응의 화학양론식 (Strous et al., 1999) NH₄⁺ + 1.32NO₂^- + 0.066HCO₃^- + 0.13H⁺

→ 1.02N₂ + 0.26NO₃^- + 0.066CH₂O_0.5N_0.15 + 2.03H₂O

ANAMMOX process

(ANaerobic AMmonium Oxidation)

1. 개요

 혐기성 조건에서 암모니아와 아질산성질소가 질소가스로 전환하는 독립영양공정

 특히, 고농도의 질소를 포함한 폐수로부터 질소를 제거하는 생물학적 처리공정

- 고농도 질소함유 폐수 처리방안

ANAMMOX process

(ANaerobic AMmonium Oxidation)

2. 장단점

 일반적인 생물학적 질소제거공정(질산화/탈질)과 비교하여 sharon 공정과 조합 운영 할 경우 (

SHARON-ANAMMOX process)

장점

- 산소소모량이 3/8만 소요

- 탈질과정에서 유기물이 요구되지 않음 - 슬러지 생산량이 매우 적음

단점

- 완전한 탈질 불가능 -> 별도의 탈질조 필요 - Anammox 미생물의 성장속도가 극히 낮다.

- 온도가 높은 고농도 질소제거에 유리하며, 운전이 어려움

- 고농도 질소함유 폐수 처리방안

- SHARON-ANAMMOX process 화학양론식 (미생물 성장 고려하지 않음) 2NH₄⁺ + 2HCO₃^- + 1.5O₂

→ N₂ + 2CO₂ + 5H₂O

 혐기성 처리는 용존산소와 질산성질소가 배제된 상태에서 진행되는 생물학적인 폐수처리

➢ 혐기성 처리의 조건

- 고농도(탄수화물<단백질,지방)에 유리, 최근 저농도 도시폐수처리에 적용 - 충분한 무기영양소

- 적절한 알칼리도 유지 - 독성물질 없음

1. 혐기성 처리 개요

1. 혐기성 처리 개요

 혐기성 처리 VS 호기성 처리

➢ 장점

- 소화가스(메탄, 수소) 생산 - 고농도 폐수처리에 유리 - 산소공급 불필요

- 슬러지 생산량 적음 - 영양소 적게 소요

➢ 단점

- 긴 반응시간

- 유기물제거율이 다소 낮음 - 미생물의 낮은 성장율 - pH 조절 필요

- 가온을 위한 에너지 소비

1 g COD 제거당 0.35 L(22.4 L/64 g)의 CH 생성 (0 ℃ , 760 mmHg)

➢ 가스생성량 : CH

+ 2O

 CO

+ 2H

O

10

2. 혐기성 처리의 원리

Suspended Organic Matter Protein, Carbohydrates, Lipids

Amino acids, Sugars Fatty acid

21% 40% 39%

5% 34%

?

23%

Intermediate Products

Propionic , Butyrate, etc.

12% 8%

66%

20%

11%

35%

34%

Acetate Hydrogen

Acid

Fermentation

Hydrolysis

(Solubilization)

Acidogenesis

Acetogenesis

3. 영향인자-1

 pH 및 온도

Optimum range

pH 6.5~7.6 Temp. 30~40℃, 45~55℃