A Use of Heterotrophic Denitrification for the Supply of Alkalinity during Sulfur-utilizing Autotrophic Denitrification

황-이용 독립영양 탈질시 알칼리도 저감을 위한 종속영양 탈질의 이용방안

The use of heterotrophic denitrification as an alternative method for supplying alkalinity during sulfur-utilizing autotrophic denitrification was evaluated by examining the effects of external carbon source (both type and concentration) and HRT on denitrification efficiency. Concentrations of $NO_3{^-}-N$ and $COD_{Cr}$ of nitrified landfill leachate used for experiment were 700-900mg/L and 900-2500mg/L. respectively, All experiment was conducted with sulfur packed bed reactors (SPBRs) which were operated at $35^{\circ}C$. The fraction of $NO_3{^-}-N$ removed by heterotrophic denitrification ($HDNR_{fraction}$) to balance the alkalinity consumption by autotrophic denitrification varied with the type of external carbon source. When methanol and sodium acetate was added at theoretical HDNRfraction value. 100% denitrification was achieved without alkalinity addition. However, glucose and molasses require $HDNR_{fraction}$ value greater than theoretical value for complete denitrification. The EBCT and volumetric loading rate at which 100% denitrification efficiency could be achieved were 6.76 h and $2.84kg-NO_3{^-}-N/m^3{\cdot}d$, respectively, based on the fact that 100% denitrification occurred within the bottom 11.5 cm layer of the SPBR. The maximum nitrogen removal rate occurred with 89% removal efficiency at loading rate of $5.05kg-NO_3{^-}-N/m^3{\cdot}d$. However, at short EBCT, clogging of SPBR was observed with excess growth of heterotrophic denitrifiers. This problem may be eliminated by back washing or by separating of heterotrophic denitrification from sulfur-utilizing denitrification.

황-이용 탈질시 요구되는 알칼리도를 공급하기 위해 종속영양탈질을 동시에 이용하는 방안(종속/독립 동시탈질)의 가능성을 검토하였다. 이를 위해 $35^{\circ}C$에서 운전된 황 충전상 반응조에 $NO_3{^-}-N$ 및 $COD_{Cr}$이 각각 700~900 및 900~2500mg/L인 질산화된 침출수를 주입하며 종속/독립 동시탈질시 첨가된 외부탄소원의 종류 및 농도, 그리고 HRT가 탈질효율에 미치는 영향을 파악하였다. 종속/독립 동시탈질시 알칼리도 공급량을 0으로 유지하기 위해 종속영양탈질에 의해 제거되어야 하는 $NO_3{^-}-N$분율($HDNR_{fraction}$)은 탄소원별로 차이를 나타내었다. 메탄올과 아세트산 나트륨의 경우 이론적인 $HDNR_{fraction}$ 값에서 100%의 탈질효율을 얻었으나 글루코스와 당밀의 경우 이론치보다 높은 $HDNR_{fraction}$ 값이 필요하였다. 대부분의 탈질반응은 반응조 하단 11.5cm에서 완료되었으며, 이를 기준으로 계산한 종속/독립 동시탈질시 100% 탈질효율을 얻을 수 있는 EBCT와 용적부하는 각각 6.76 h와 $2.84kg-NO_3{^-}-N/m^3{\cdot}d$이었고, 최대 탈질율은 처리효율 89%에서 $5.05kg-NO_3{^-}-N/m^3{\cdot}d$이었다. 그러나 짧은 EBCT에서는 종속 영양균의 과도한 성장에 의한 반응조의 막힘현상이 발생하였는 바, 이는 역세척 또는 종속영양탈질과 황-이용 탈질의 분리운전 등의 대안으로 해결할 수 있을 것이다.