대한환경공학회지 (Journal of Korean Society of Environmental Engineers)

  • 제30권5호
  • /
  • Pages.507-516
  • /
  • 2008
  • /
  • 1225-5025(pISSN)
  • /
  • 2383-7810(eISSN)
대한환경공학회 (Korean Society of Environmental Engineers)
권호 표지

폐타이어 담체를 이용한 파일럿 규모 유동상 생물막 공정에서 하수의 질소제거에 미치는 온도 영향

Effect of Temperature on the Nitrogen Removal of Municipal Wastewater in a Pilot-scale Moving Bed Biofilm Reactor with Waste-tire Media

  • 박운지 (강원대학교 지구.환경공학부) ;
  • 안종화 (강원대학교 지구.환경공학부) ;
  • 이찬기 (강원대학교 지구.환경공학부)
  • Park, Woon-Ji (Division of Environmental and Geosystem Engineering, Kangwon National University) ;
  • Ahn, Johng-Hwa (Division of Environmental and Geosystem Engineering, Kangwon National University) ;
  • Lee, Chan-Ki (Division of Environmental and Geosystem Engineering, Kangwon National University)
  • 발행 : 2008.05.31
PDF 다운로드
⟨ 이전 논문 다음 논문 ⟩

초록

폐타이어 담체 유 무에 따른 질소 제거 효과와 담체를 충진한 유동상 생물막 공정의 질소제거 특성을 알아보고자 실험을 수행하였다. 하수처리장 유입하수를 이용해 폐타이어 담체 유 무에 따른 질소 제거 정도는 실험실 규모 회분식 실험을 이용하고, 온도가 질소제거에 미치는 영향은 담체를 15% 충진한 파일럿 규모 유동상 생물막 공정을 약 370일 동안 장시간 운전을 통해 알아보았다. 폐타이어 담체 유 무에 따른 질산화율은 3.4 및 1.7 mg NH$_4^+$-N/g Mixed-Liquor Volatile Suspended Solid(MLVSS)$\cdot$hr로 담체를 투입한 경우 질소 제거가 더 효과적이었다. 온도범위가 9$\sim$10$^{\circ}C$에서 20$\sim$24$^{\circ}C$로 증가하였을 때 총 질소제거효율은 53 $\pm$ 8%에서 76 $\pm$ 5%까지 증가하였다. 온도가 9$\sim$10$^{\circ}C$, 10$\sim$20$^{\circ}C$, 20$\sim$24$^{\circ}C$에서 질산화율은 0.8 $\pm$ 0.5, 3.1 $\pm$ 1.9, 3.4 $\pm$ 2.1 mg NH$_4^+$-N/g MLVSS$\cdot$hr로, 탈질율은 0.6 $\pm$ 0.2, 1.1 $\pm$ 0.6, 1.4 $\pm$ 0.6 mg NO$_3^-$-N/g MLVSS$\cdot$hr로 나타났으며, 전체미생물 중 부착미생물은 17 $\pm$ 7, 20 $\pm$ 6, 22 $\pm$ 6%로 온도가 증가함에 따라 증가하는 경향을 나타내었다. 미생물 총괄활성도는 온도가 9$\sim$10$^{\circ}C$에서 20$\sim$24$^{\circ}C$으로 증가함에 따라 혐기조, 무산소조, 호기조에서 22, 20, 15% 증가하였고 질산화 미생물인 Nitrosomonas와 Nitrobacter 활성분율도 증가하였다.

This research was conducted to elucidate the effect of temperature on the nitrogen removal of municipal wastewater with waste-tire media. The experiments were carried out in laboratory-scale batch reactor and pilot-scale moving bed biofilm reactor filled at a 0.15 filling ratio with waste-tire media, respectively. In batch tests, specific nitrification rate(SNR) with media was 3.4 mg NH$_4^+$-N/g Mixed-Liquor Volatile Suspended Solid(MLVSS)$\cdot$hr, compared with 1.7 mg NH$_4^+$-N/g MLVSS$\cdot$hr without media. In pilot-scale test with media, total nitrogen removal efficiency increased from 53 $\pm$ 8% to 76 $\pm$ 5% as the temperature increased from 9$\sim$10$^{\circ}C$ to 20$\sim$24$^{\circ}C$. At the temperature of 9$\sim$10$^{\circ}C$, 10$\sim$20$^{\circ}C$, and 20$\sim$24$^{\circ}C$, the SNRs were 0.8 $\pm$ 0.5, 3.1 $\pm$ 1.9, and 3.4 $\pm$ 2.1 mg NH$_4^+$-N/g MLVSS$\cdot$hr and the specific denitrification rates(SDNR) were 0.6 $\pm$ 0.2, 1.1 $\pm$ 0.6, 1.4 $\pm$ 0.6 mg NO$_3^-$-N/g MLVSS.hr, respectively. The overall activities of biomass in anaerobic, anoxic, and oxic zones at 20$\sim$24$^{\circ}C$ increased to 22, 20, and 15%, compared with those at 9$\sim$10$^{\circ}C$, respectively. The activity distribution of Nitrosomonas and Nitrobacter also increased with the increase of temperature.

키워드

참고문헌

  1. 김미화, 나승우, 조갑규, 박태주, "고정생물막을 적용한 Pilot 규모 BNR공정에서 유기물농도가 낮은 하수내의 질소제거 재현성," 대한환경공학회지, 24(6), 995-1003(2002)
  2. 박태진, 이정민, 송경석, 조일형, 김영규, 정문호, "$A_2O$공 정에서의 섬모상 담체 사용 유무에 따른 하수의 질소․ 인 제거에 관한 연구," 한국환경위생학회지, 26(3), 69-75(2000)
  3. 임정훈, 오경아, 우혜진, 최은희, 이상일, 김창원, "MBBR 에서 부착 미생물의 거동과 공정성능에 대한 온도영향," 대한환경공학회지, 24(10), 1819-1827(2002)
  4. 전병희, "다공성 담체를 이용한 유동상 및 하이브리드 반응기에서의 질소제거," 대한환경공학회지, 27(5), 542-548(2005)
  5. Rusten, B., Hem, L. J., and Odegaard, H., "Nitrification of municipal wastewater in movingbed biofilm reactors," Water Environ. Res., 67, 75-86(1995) https://doi.org/10.2175/106143095X131213
  6. 김용환, 조재현, 김무훈, 이용우, "생물막 담체를 이용한 질산화 반응 특성 연구," 대한환경공학회지, 19(3), 415-424(1997)
  7. 최명섭, 손인식, "RBC 반응조를 이용한 2단 A/O 공정에 서 유기물질 및 질소제거," 한국환경위생학회지, 29(3), 59-64(2003)
  8. Rusten B., Hem L. J., and Odegaard H., "Nitrogen removal from dilute wastewater in cold climate using moving bed biofilm reactors," Water Environ. Res., 67, 65-72(1995) https://doi.org/10.2175/106143095X131204
  9. 조재현, 김용환, 이용우, 이원권, "생물막 신공정을 이용 한 유기물 제거 및 질산화에 관한 연구," 대한환경공학회지, 20(3), 443-450(1998)
  10. 정용준, 민경석, 이재근, 임광희, "회분식활성슬러지를 이용한 표면개질된 폐타이어담체의 하수처리특성 평가," 대한환경공학회지, 25(6), 682-687(2003)
  11. 정용준, 민경석, "활성탄 표면개질 유동상 폐타이어담체가 충전된 $A_2/O$공정의 하수처리 특성," 대한환경공학회지, 25(10), 1299-1304(2003)
  12. Noigueira, R., Melo, L. F., Purkhold, U., Wuertz, S., and Wagner, M., "Nitrifying and heterotrophic population dynamics in biofilm reactors: effects of hydraulic retention time and the presence of organic carbon," Water Res., 36, 469-481(2002) https://doi.org/10.1016/S0043-1354(01)00229-9
  13. Jun, B., Tanji, Y., and Unno, H., "Stimulating accumulation of nitrifying bacteria in porous carrier by addition of inorganic carbon in a continuous-flow fludized bed wastewater treatment reactor," J. Biosci. Bioeng., 89(4), 334-339(2000) https://doi.org/10.1016/S1389-1723(00)88955-0
  14. Canziani, R., Emondi, V., Garavaglia, M., Malpei, F., Pasinetti, E., and Buttiglieri, G., "Effect of oxygen concentration on biological nitrification and microbial kinetics in a cross-flow membrane bioreactor(MBR) and movingbed biofilm reactor(MBBR) treating old landfill leachate," J. Membr. Sci., 286, 202-212(2006) https://doi.org/10.1016/j.memsci.2006.09.044
  15. 김금용, 원성연, 이상일, "활성슬러지의 질산화 반응시 온도 및 독성물질(Cu)이 미치는 영향," 대한환경공학회지, 25(12), 1578-2583(2003)
  16. 하준수, 최의소, 박재홍, 길경익, 김성원, "영양소제거 공정의 기질 정량관계에 대한 온도와 기질부하의 영향," 상하수도학회지, 17(6), 777-784(2003)
  17. 정인철, 정병길, 성낙창, "수온 감소기와 증가기의 질소제거 특성 평가," 한국폐기물학회지, 23(5), 397-403(2006)
  18. 신응배, 배우근, 강희만, 윤현식, 홍상기, 김송기, 윤도윤, "온도 변화에 따른 BNR(Biological Nutrients Removal) 효율 특성," Bullet. Environ. Sci., 18, 17-30(1997)
  19. 김백민, "장기 SRT로 운전될 때 메디아 형태에 따른 $A_2/O$ 공정의 영양염류 제거연구," 창원대학교 석사논문, pp. 16-18(2005)
  20. 김미화, 김영규, 박태주, "기존 처리장의 BNR 공정으로 시설개조에 따른 유기물농도가 낮은 하수내 질소제거시 호기성 반응조의 ${NH_4}^+-N$ 최적 표면적 부하율과 메디아 충전율," 대한환경공학회지, 23(4), 613-621(2001)
  21. 최두형, 김환기, "선회류 생물학적 유동상의 최적 메디아 충전량에 관한 연구," 대한환경공학회지, 22(2), 331-340 (2000)
  22. 환경관리공단, "폐타이어담체(Bio-SAC)를 이용한 유동상 생물막법 영양염류 제거기술," 환경기술검증보고서, pp. 69-74(2001)
  23. Koopman, B., Bitton, G., Logue, C., Bossart, J. M., and Lopez, J. M., "Validity of tetrazolium reduction assays for assessing toxic inhibition of filanentous bacteria in activated sludge," Toxicity screening procedures using bacterial system(Edited by Dickson Liu and Bernard J. Dutka), pp. 147-162(1984)
  24. Caravelli, A., Giannuzzi, L., Zaritzky, N., "Effect of chlorine on filamentous microorganism present in activated sludge as evaluated by respirometry and INT-dehydrogenase activity," Water Res., 38, 2395-2405(2004) https://doi.org/10.1016/j.watres.2004.01.044
  25. 박종웅, 송주형, "폐타이어로 성형제조된 부정형 과립담체에 부착된 미생물 측정방법," 상하수도학회지, 17(2), 255-260(2003)
  26. 박종웅, 송주석, "호기성 침지형 생물막 여과장치를 이용한 오수처리," 한국물환경학회지, 16(4), 523-532(2000)
  27. Pack, J. W. and Ganczarczyk, J. J., "Gravity separation of biomass washed-out from an aerated submerged filter," Environ. Technol., 15, 945-955(1994) https://doi.org/10.1080/09593339409385502
  28. APHA, AWWA, WEF, Standard methods for the examination of water and wasterwater, 21th edition, Washington DC(2005)
  29. 환경부, 수질오염공정시험법(2004)
  30. Hao, O. J. and Li, C. T., "Effect of slowly biodegradable organics on kinetic coefficients," J. Environ. Eng., 113(1), 147-154(1987) https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9372(1987)113:1(147)
  31. Eckenfelder, W. W. Jr., and Ford, D. L., Water Pollution Control, 17(1970)
  32. 박종복, "The effects of dPAO and microbial community in the step feed 5-stage BNR process," 고려대학교 박사논문(2002)
  33. 김장규, 음영진, "유량조정와 Hybrid SBR 공정을 이용한 하수 고도처리 기술(BCS-II 공법)," 첨단환경기술, 5호, pp. 102-109(2004)
  34. 안승섭, 박노삼, 이수식, 이관영, 박상현, "영양염류 제거를 위한 생물막 공정의 적용에 관한 연구," 한국환경과학회지, 9(5), 415-422(2000)
  35. 김광수, 이상은, 안정희, "생물학적 질소제거를 위한 적정 내부반송비," 대한환경공학회지, 25(2), 212-216(2003)
  36. Beccari, M., Passino, R., Ramadori, R., and Tandio, V., "Kinetics of dissimilatory nitrate and nitrite reduction in suspended growth culture," J. Water Pollut. Control Fed., 55(1), 58-64(1983)
  37. Carucci, A., Ramadori, R., Rosetti, S., and Tomei, M. C., "Kinetics of denitrification reactions in single sludge systems," Water Res., 30(1), 51-56(1996) https://doi.org/10.1016/0043-1354(95)00127-7
  38. Zhang, B., Yamamoto, K., Ohgaki, S., and Kamiko, N., "Floc size distribution and bacterial activities in membrane separation activated sludge processes for smallscale wastewater treatment/reclamation," Water Sci. Technol., 35(6), 37-44(1997)
  39. Skerman. V. B., MacRae, I. C., "The influence of oxygen availability on the degree of nitrate reduction by Pseudomonas denitrificans," J. Microbiol., 3(3), 505-530 (1957)
  40. Nelson, L. M., Knowles, R., "Effect of oxygen and nitrate on nitrigen fixation and denitrification by Azospirillum brasilense grown in continuous culture," J. Microbiol., 24(11), 1395-1403(1978)
  41. 길경익, 이형섭, 최의소, "RBC 시스템에서 생물막 성장 및 인 제거 특성," 대한환경공학회지, 24(7), 1235-1242 (2002)