Behaviors of Pollutants and Microorganisms in an Anaerobic Digestion of Propionate Containing High Ammonia Nitrogen Level

고농도 암모니아성 질소를 함유한 프로피온산의 혐기성 분해시 오염물질 및 미생물 거동

Behaviors of simple organic compound and granular sludge in an upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor treating propionate at high ammonia nitrogen levels were investigated for 12 months. The UASB reactor achieved about 80% removal of chemical oxygen demand (COD) at ammonia nitrogen concentration up to 6000 mg-N/L. At higher concentration of ammonia nitrogen, the propionate in the effluent increased whereas the acetate was very low. At ammonia nitrogen concentration of 8000 mg-N/L, the volatile suspended solids (VSS) increased sharply due probably to the decrease of the content of extracellular polymer (ECP) although methane production was very low. The specific methanogenic activity (SMA) using formate, acetate, and propionate as substrate to granules decreased as ammonia nitrogen concentration increased. The ammonia nitrogen concentration $I^{50}$, causing 50% inhibition of SMA were 2666, 4778 and 5572 mg-N/L, respectively. The kinetic coefficients of ammonia inhibition using formate, acetate, and propionate as substrate were 3.279, 0.999 and 0.609, respectively. The SMA using formate was severely affected by ammonia nitrogen than those using acetate and propionate. This result indicated that the hydrogenotrophic methanogens was most affected by ammonia nitrogen. Granules were mainly composed of microcolonies of methanothrix-like bacteria resembling bamboo-shape, and several other microcolonies including propionate degrader with juxtapositioned syntrophic associations between the hydrogen-producing acetogens and hydrogen-consuming methanogens.

고농도 암모니아성 질소를 함유한 프로피온산의 처리시 유기물과 입상슬러지의 거동을 평가하기 위하여 12개월간 상향류 혐기성 슬러지 블랭킷 (UASB) 반응조를 운전하였다. UASB 반응조의 경우 암모니아성 질소 농도 6000mg-N/L까지는 80%의 COD 제거가 가능하였다. 암모니아성 질소 농도를 고농도로 유지하는 경우 유출수의 프로피온산의 농도는 증가하였으나 초산 농도는 상대적으로 매우 낮게 유지되었다. 암모니아성 질소 농도 8000mg-N/L에서는 낮은 메탄 발생량에도 불구하고 유출수의 휘발성 현탁 고형물 농도가 증가하였으며, 이는 입상슬러지의 체외고분자 물질의 감소에 기인하는 것으로 판단된다. 개미산, 초산 및 프로피온산을 기질로 이용한 비메탄 활성도는 암모니아성 질소 농도 증가에 따라 감소하는 경향을 보였다. 일반화된 비선형 모델을 이용하여 산정한 동력학적 상수값은 개미산, 초산 및 프로피온산을 기질로 사용한 경우 각각 3.279, 0.999 및 0.609로 나타났다. 비메탄 활성도에 50% 저해를 미치는 암모니아성 질소 농도는 개미산, 초산 및 프로피온산을 기질로 이용한 경우 각각 2666, 4778 및 5572mg-N/L로 나타나 수소 이용 메탄균의 저해가 가장 큰 것으로 나타났다. 입상슬러지는 대나무 모양(bamboo-shape form)의 methanothrix 형태의 미생물이 주종을 이루고 있으며, hydrogen-producing acetogens와 hydrogen-consuming methanogens이 존재하는 것으로 나타났다.