A Study on the Optimum Operating Conditions and Effects of Wastewater Characteristics in Electrochemical Nitrogen Removal Process

This study was performed under four operational conditions for nitrogen removal in metal finishing wastewater. The conditions include electrode gap, reducing agent, the recycling of treated wastewater in 1st step and the simultaneous treatment of nitrate and other materials. Result showed that the removal efficiency of $NO_3{^-}-N$ was highest at the electrode gap of 10 mm. As the electrode gap was shorter than 10 mm, the removal efficiency of $NO_3{^-}-N$ decreased due to increasing in concentration polarization on electrode. And, in case that the electrode gap was longer than 10 mm, the removal efficiency of $NO_3{^-}-N$ increased with an increase in energy consumption. Because hydrogen ions are consumed when nitrate is reduced, reducing reaction of nitrate was effected more in acid solution. As 1.2 excess amount of zinc was injected, the removal efficiency of $NO_3{^-}-N$ increased due to increasing in amount of reaction with nitrate. As the effluent from 1st step in the reactor was recycled into the 1st step, the removal efficiency of $NO_3{^-}-N$ increased. Because the zinc were detached from the cathode and concentration-polarization was decreased due to formation of turbulence in the reactor. The presence of $NH_4{^+}-N$ did not affect the removal efficiency of $NO_3{^-}-N$ but the addition of heavy metal decreased the removal efficiency of $NO_3{^-}-N$. As chlorine is enough in wastewater, the simultaneous treatment of nitrate and ammonia nitrogen may be possible. The problem that heavy metal decrease the removal efficiency of $NO_3{^-}-N$ may be solved by increasing current density or using front step of electrochemical process for heavy metal removal.

질소 제거를 위한 전기화학적 처리 공정의 최적 운전조건 및 폐수 성상에 따른 영향에 관한 연구

표면처리폐수 내 질산성 질소를 제거하기 위한 전기화학적 처리공정에서 전극간격, 환원제, 1단 처리수 반송, 타 물질과 동시 처리 등 네 가지 조건을 변화시키며 실험을 진행하였다. 실험 결과, 전극간격은 10 mm일 때 질산성 질소 제거효율이 높았으며 10 mm 보다 전극간격이 좁아질 경우 농도분극 현상의 증가로 인해 제거효율이 감소하며 10 mm 보다 넓어질 경우 전압이 상승하여 에너지 소모가 증가하였다. 환원제 영향에 대한 실험 결과, 질산성 질소가 환원되는 과정에서 수소가 소모되기 때문에 수소이온 농도가 높은 산성조건에서 더 원활한 환원반응이 이루어졌으며 아연을 1.2배 투입할 경우 질산성 질소와의 반응량이 증가하여 질산성 질소 제거효율이 증가하였다. 1단 처리수를 반송할 경우 난류가 형성되어 환원전극에 부착된 아연이 탈착되어 재 이용되고 내부 확산이 증가하여 농도분극현상이 감소함으로 인해 질산성 질소 제거효율이 증가하였으며 아연 투입량 감소 효과가 나타났다. 암모니아성 질소는 질산성 질소 제거에 영향을 미치지 않았고 폐수 내 염소성분이 충분할 경우 질산성 질소와 동시 처리에도 문제가 없는 것으로 나타났다. 중금속은 환원되는 과정에서 전자를 소모하여 질산성 질소 제거효율은 감소하지만 전류밀도 증가나 본 장치의 전단을 중금속 제거용으로 사용하는 방법 등으로 해결이 가능할 것으로 생각한다.