Abstract
Recently, auto-thermal thermophilic aerobic digestion (ATAD) has a great attention for destruction of wasted sludge biomass in wastewater treatment plant. Reduction of sludge concentration has been successfully achieved with pilot scale ATAD and ceramic filtration process in field condition. However, high concentration of COD, total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) was observed in filtrate, which should be treated before recirculation of filtrate to biological wastewater treatment plant. This study was focused on removal of nitrogen and phosphorus contained in the filtrate of ATAD, using struvite crystallization method. The effect of operational and environmental parameters (such as, N, P and Mg ion concentration and molar ratio, pH, reaction time, agitation strength, seed dosage, and reaction temperature) on the treatment of TN and TP with struvite crystallization were evaluated. Magnesium (as $MgCl_26H_2O$) and phosphorus (as $K_2HPO_4$) ions were, if necessary, added to increase nitrogen removal efficiency by the crystal formation. Average concentration of $NH_4^+-N$ and $PO_4^{3-}-P$ of the filtrate were 1716.5 mg/L and 325.5 mg/L, respectively. Relationship between removal efficiencies of nitrogen and phosphorus and molar ratios of $Mg^{2+}$ and $PO_4^{3-}-P$ to $NH_4^+-N$ was examined. Crystal formation and nitrogen removal efficiencies were significantly increased as increasing molar ratios of magnesium and phosphorus to nitrogen. As molar ratio of $Mg^{2+}:PO_4^{3-}-P:NH_4^+-N$ were maintained to 2 : 1 : 1 and 2 : 2 : 1, removal efficiencies of nitrogen and phosphorus were 71.6% and 99.9%, and 93.8% and 98.6%, respectively. However, the effect of reaction time, mixing intensity, seed dose and temperature on the struvite crystallization reaction was not significant, comparing to those of molar ratios. Settled sludge volume after struvite crystallization was observed to be reduced with increase of seed dose and to be increased at high temperature.
하수처리장에서 발생되는 잉여슬러지가 고온 호기 소화 반응을 거치면 슬러지부피가 크게 감소하게 된다. 그러나 고온 호기 소화 상등액에는 고농도의 유기물, 질소 및 인이 함유되어 있기 때문에 이들을 별도로 제거해 주어야만 한다. 본 연구에서는 고농도의 질소와 인의 제거에 많이 사용되는 방법인 Struvite 결정화 공법을 이용하여 고온 호기 소화 여액에 함유되어 있는 질소와 인을 제거하였다. 대상폐수의 암모니아성 질소와 인산염인의 평균농도는 각각 1716.5 mg/L 및 325.5 mg/L였다. 최적의 결정화 반응 조건을 결정하기 위하여 $Mg^{2+}$와 $PO_4^{3-}$의 주입량, pH, 교반 시간($t_d$), 교반 강도(G), 결정핵 주입 그리고 반응 온도를 결정하였다. Struvite 결정화 반응시 마그네슘원으로 $MgCl_2{\cdot}6H_2O$, 인산염인염의 원으로 $K_2HPO_4$를 이용하였다. 질소와 인의 제거를 위한 $Mg^{2+}:PO_4^{3-}:NH_4^+$의 적정 주입 몰비는 2 : 1 : 1과 2 : 2 : 1로 압축되었는데 각각의 주입 몰비에 따른 암모니아성 질소 및 인산염인의 제거효율은 전자의 경우에 각각 71.6% 및 99.9%였고, 후자의 경우에는 93.8%와 98.6%였다. Struvite 결정화 반응에서 반응 시간($t_d$)과 교반 강도(G)는 암모니아성 질소와 인산염인의 제거율에 큰 영향을 미치지 않았다. 또한 결정핵 주입과 온도의 영향에서도 같은 결과가 나타났다. 그러나 결정핵의 주입량이 증가함에 따라 슬러지 발생량이 감소하였으며, 온도의 증가에 따라 생성된 슬러지의 부피는 증가하는 것으로 나타났다.
