비폭기 충전층 및 공기 부상식 생물 반응기를 이용한 저농도 암모니아성 질소 제거

Abstract

환경에 방출되는 질소 화합물 중 암모니아는 발암 물질의 유발, 수중 부영양화, 용수 처리 시 방해 작용 등 여러 가지 환경문제를 일으킨다.총 암모니아성 질소(TAN, total ammonia nitrogen)는 용액내의 비이온성 암모니아성 질소(NH3-N)와 이온성 암모니아성 질소(NH4+-N)의 합으로 나타난다. 수중 암모니아성 질소는 비이온성 암모니아(NH3)와 이온성 암모니아(NH4+)의 형태로 평형을 이루어 존재하고 pH 및 온도에 영향을 받으며 중성의 pH에서 암모니아성 질소의 99%는 이온성 암모니아로 존재하고, pH 9 이상에서는 비이온성 암모니아의 농도가 급격히 증가한다. 비이온성 암모니아는 동물의 세포벽을 통과하여 저농도에서도 어류에게 치명적인 피해를 주고(Liao and Mayyo, 1974), 1 g/m3 이상의 암모니아는 구리파이프를 부식시키며, 질산성 질소나 아질산성 질소로 산화되면서 수중의 용존산소를 소비시켜 BOD를 증가시키는 원인이 되므로 암모니아성 질소를 신속히 제거하는 공정이 필요하다. 본 연구에서는 비폭기 충전층 반응기와 공기부상식 생물반응기에서 저농도 암모니아성 질소의 제거특성을 비교하여 저농도 암모니아성 질소의 제거를 위한 연속 공정의 개발을 위한 기초 데이터를 얻는데 목적이 있으며, 이를 위해 질화세균이 포괄고정화한 PVA bead를 비폭기 충전층 생물반응기와 공기 부상식 생물반응기에 충전시키고 비폭기 충전층 생물반응기에서는 용존산소로 포화시킨 저농도 암모니아 용액을 공급하여 수력학적 체류시간(HRT, hydraulic residence time), 초기 암모니아성 질소 농도, 온도, pH가 암모니아성 질소의 제거에 미치는 영향을 연구하였으며. 공기 부상식 생물반응기에서는 저농도 암모니아 용액을 공급하여 수력학적 체류시간(HRT), 초기 암모니아성 질소 농도, 공탑 공기 유속(SAV, superficial air velocity), 온도, pH가 암모니아성 질소의 제거에 미치는 영향을 연구하여 저농도 암모니아성 질소의 제거속도를 구하여 두 반응기의 특성을 비교하였다.

The removal of low concentration total ammonia nitrogen(TAN) was performed in the packed bed and airlift bioreactor using the nitrifier consortium entrapped in polyvinyl alcohol(PVA) for removing low concentration total ammonia nitrogen(TAN). The study for packed bed bioreactor estimated the effect of hydraulic residence time(HRT), influent total ammonia nitrogen (TAN) concentration, temperature and pH in the packed bed bioreactor using immobilized nitrifiers. Removal rate of ammonia nitrogen was increased with decreasing HRT and the optimum HRT was 0.2 hour when influent TAN was 2 g/m3. At this point, removal rate was 226.1 g/m3·day and removal efficiency was 88.8%. Removal rate of ammonia nitrogen was increased with increasing TAN concentration. Removal rate and efficiency of ammonia nitrogen were kept constant at 20~35℃ and pH 8~9 value. The study for airlift bioreactor estimated the effect of hydraulic residence time(HRT), influent total ammonia nitrogen(TAN) concentration, superficial air velocity(SAV), temperature and pH in the Airlift bioreactor using immobilized nitrifiers. Removal rate of ammonia nitrogen was increased with decreasing HRT and the optimum HRT was 0.1 hour when influent TAN was 2 g/m3. At this point, removal rate was 198.9 g/m3·day and removal efficiency was 43.3%. Removal rate of ammonia nitrogen was increased with increasing TAN concentration. Removal rate and efficiency of ammonia nitrogen were kept constant at the condition of all superficial air velocity(SAV) of 0.4, 0.5, 0.59, 0.7 and 0.8 cm/sec. And removal rate and efficiency of ammonia nitrogen were kept constant at 20~35℃ and pH 7~9 value. for the treatment of low concentration ammonia less than 2 g/m3, packed bed bioreactor has more advantage than airlift bioreactor.