A Study on the Removal of Nitrogen and Phosphorus by Addition of Coagulant in the Sulfur Denitrification Process Coupled to the Membrane Bioreactor

MBR과 황탈질 공정에서 응집제 주입에 따른 질소.인 제거에 관한 연구

  • Received : 2010.07.27
  • Accepted : 2010.10.29
  • Published : 2010.10.31

Abstract

A method for simultaneous removal of nitrogen and phosphate from sewage by elemental sulfur denitrification with membrane bioreactor was proposed, and capacity $10\;m^3$/day of pilot plant was operated for 350 days. This study was investigated to have the effect of denitrification rate and T-P removal with the addition of Alum in Sulfur denitrification Reactor (SDR). The addition of Alum and alkalinity ($NaHCO_3$) in the effluent of MBR was tried to remove simultaneous phosphate and nitrogen in SDR. Characteristics of total nitrogen (T-N) and total phosphate (T-P) removal was compared without and with the addition of Alum as a coagulant. T-N removal without and with the addition of Alum was 92.1% and 87.8%, respectively. And denitrification efficiency was 93.8% and 87.1%, respectively. T-P removal rate was increased to 75.6% in SDR by addition of Alum (2.6~4 mg/L as Al), but T-P removal rate was about 26.7% without the addition of Alum. Therefore, denitrification rate was 6.7% of reduction but T-P removal rate was increased by addition of Alum.

하수의 질소 인 동시 제거를 위해 MBR 공정과 SDR 공정순으로 구성하여 처리용량 $10\;m^3$/일의 pilot plant를 약 350일 동안 운전을 하였다. MBR 유출수에 알칼리도($NaHCO_3$)와 응집제(Alum)를 일정한 농도로 주입하여 황 탈질 공정에서 질소 인을 동시에 제거하기 위해 인 제거와 탈질효율에 대한 영향을 조사하였다. MBR 유출수에 응집제를 주입 여부에 따라 SDR 공정에서의 T-N 제거율은 92.1%와 87.8%로 각각 나타났으며, 탈질율은 93.8%와 87.1%로 각각 나타났다. T-P 제거율은 응집제를 주입하지 않고 실험한 결과 약 26.7%로 나타났지만, Alum 2.6~4 mg/L (as Al)를 연속적으로 주입하여 실험한 결과에서 75.6%의 T-P 제거율이 나타났다. 따라서 응집제를 주입함에 따라 SDR 공정에서 탈질효율은 약 6.7% 정도 감소하였으며, 인 제거율은 증가되는 것으로 나타났다.

Keywords

References

  1. 이승훈, 이재근, 정인택, 이광호, "생물학적 영양염류 제거 공정에서 HRT 및 C/N비에 따른 영향," 대한환경공학회, '98 추계학술대회, pp. 217-218(1998).
  2. 오상은, 채규정, 김인수, "미생물호흡측정기를 이용한 독립영양 황산화 탈질 미생물의 탈질특성 분석 연구," 대한환경공학회지, 22(9), 1651-1659(2000).
  3. Campos, J. L., Carvalho, S., Portela, R., Mosquera-Corral, A. and Mendez, R., "Kinetics of denitrification using sulphur compounds : Effects of S/N ratio, endogenous and exogenous compounds," Bioresour. Technol., 99, 1293-1299 (2008). https://doi.org/10.1016/j.biortech.2007.02.007
  4. Koenig, A. and Liu, L. H., "Kinetic model of autotrophic denitrification in sulphur packed-bed reactors," Water Res., 35(8), 1969-1978(2001). https://doi.org/10.1016/S0043-1354(00)00483-8
  5. Liu, L. H. and Koenig, A., "Use of limestone for pH control in autotrophic denitrification: batch experiments," Proc. Biochem., 37, 885-893(2002). https://doi.org/10.1016/S0032-9592(01)00302-8
  6. Oh, S. E., Yoo, Y. B., Young, J. C. and Kim, I. S., "Effect of organics on sulfur-utilizing autotrophic denitrification under mixotrophic conditions," J. Biotechnol., 92, 1-8(2001). https://doi.org/10.1016/S0168-1656(01)00344-3
  7. Soares, M. I. M., "Denitrification of groundwater with elemental sulfur," Water Res., 36, 1392-1395(2002). https://doi.org/10.1016/S0043-1354(01)00326-8
  8. Tian C. Zhang and David G. Lampe, "Sulfur: Limestone autotrophic denitrification processes for treatment of nitratecontaminated water: batch experiments," Water Res., 33, 599-608(1999). https://doi.org/10.1016/S0043-1354(98)00281-4
  9. 신도연, 문희선, 김재영, 남경필, "질산성 질소 제거를 위한 독립영양 황탈질 칼럼에서의 미생물 적응에 관한 연구," 한국지하수토양환경학회지, 11(2), 38-44(2006).
  10. 이정수, 상하수도공학 : 기초와 응용, 신광문화사(2007).
  11. 현대건설주식회사, 질소.인 제거 공정 설계 핸드북(2003).
  12. 이동욱, 박재홍, 배재호, "황-이용 독립영양 탈질시 알칼리도 저감을 위한 종속영양 탈질의 이용 방안," 대한환경공학회지, 22(11), 1995-2005(2000).
  13. Katsuki K., Masahiko N. and Yoshimasa W., "Nitrate removal by a combination of elemental sulfur-based denitrification and membrane filtration," Water Res., 36, 1758-1766(2002). https://doi.org/10.1016/S0043-1354(01)00376-1
  14. 박우신, 김인수, "질소가스발생 모니터링과 전위차 측정을 통한 황이용 독립영양탈질 공정에서의 유효높이의 결정," 대한환경공학회지 2003 춘계학술연구발표회 논문집, pp. 183-190(2003).
  15. 최종민, 배민수, 조광명, "질소부하가 황-패각 충전상 반응조에서의 독립영양 탈질에 미치는 영향," 대한환경공학회지, 23(5), 821-830(2001).