Evaluation of Design and Operation Parameters for a Spherical Sulfur Denitrification Reactor Treating High Strength Municipal Wastewater

Autotrophic denitrification is known as an effective and economical alternative for heterotrophic denitrification using external carbon sources such as methanol. In this study, we evaluated design and operation parameters for a sulfur denitrification reactor (SDR) treating high strength nitrogen wastewater. The SDR was filled with spherical sulfur media in connected to a pilot-scale nutrient removal process (daily flow rate, $Q=18\;m^3/d$) using moving spongy media. Total nitrogen (TN) concentration of the final effluent was below the 7.0 mg TN/L because nitrate was additionally removed through autotrophic denitrificationin without adding alkalinity (initial alkalinity was $169.4{\pm}20.8\;mg$ $CaCO_3$/L). During the test period, 60~80% of nitrogen in the influent was removed even in low temperature (below $15^{\circ}C$). The alkalinity consumption for nitrate removal in SDR was $4.09{\pm}1.29$ g $CaCO_3/g$ ${NO_3}^-$-N, and the residual alkalinity of influent of SDR was higher than that of theoretical requirements for full conversion of nitrate. The consumption of sulfur was 943.8 g S/d and it was 2.4 times higher than theoretical value (400.1 g S/d) due to abrasion and loss of sulfur media in backwash, etc.

고농도 도시하수 처리를 위한 입상황 탈질 반응조의 설계 및 운영인자 평가

독립영양탈질은 추가적인 질소 제거를 위해 메탄올과 같은 고가의 외부탄소원을 필요로 하지 않는다는 면에서 효과적이고 경제적인 방법이다. 본 연구에서는 고농도 질소 농도를 함유한 하수에 대한 황탈질 평가를 통해 설계 및 운영인자의 도출에 필요한 기초자료를 확보하고자 하였다. 입상황으로 충진된 황탈질조는 유동형 스폰지 담체를 이용하여 영양염류를 제거하는 고도처리 공정 후단에 파일럿 규모로 설치되었다($Q=18\;m^3/day$). 외부 알칼리 주입 없이 황탈질조 유입수 내 알칼리(평균 $169.4{\pm}20.8\;mg$ $CaCO_3/L$)만을 활용하였고, 2.45시간의 체류시간으로 운영된 황탈질조 내 추가적인 질산성 질소의 제거를 통해 최종 처리수의 총질소가 7.0 mg T-N/L 이하로 도출되었다. 파일럿 설비 평가를 통해 동절기 저수온($15^{\circ}C$ 이하)에서도 60~80%의 안정적인 황탈질 제거효율을 나타내었으며, 2.78 ppm 이내의 Alum 주입 시 황탈질 성능에 거의 영향을 주지 않는 것으로 나타났다. 황탈질조에서 제거된 질산성 질소 대비 소모된 알칼리도는 $4.09{\pm}1.29\;g$ $CaCO_3/g$ ${NO_3}^-$-N로 도출되었고(이론값 4.57 g $CaCO_3/g$ ${NO_3}^-$-N), 황탈질조 유입수 내 질산성 질소의 전환에 필요한 알칼리도 이상을 포함하였다. 입상황의 소모량은 943.8 g S/day로서, 구형입상황의 마모 및 역세 시의 유실 등에 의해 이론적 소모량인 400.1 g S/day 대비 2.4배 정도 높게 나타났다.