Influence of a chemical additive on the reduction of highly concentrated ammonium nitrogen(NH4+-N) in pig wastewater

Excess nitrogen (N) flowing from livestock manure to water systems poses a serious threat to the natural environment. Thus, livestock wastewater management has recently drawn attention to this related field. This study first attempted to obtain the optimal conditions for the further volatilization of NH₃ gas generated from pig wastewater by adjusting the amount of injected magnesia (MgO). At 0.8 wt.% of MgO (by pig wastewater weight), the volatility rate of NH₃ increased to 75.5% after a day of aeration compared to untreated samples (pig wastewater itself). This phenomenon was attributed to increases in the pH of pig wastewater as MgO dissolved in it, increasing the volatilization efficiency of NH₃. The initial pH of pig wastewater was 8.4, and the pH was 9.2 when MgO was added up to 0.8 wt.%. Second, the residual ammonia nitrogen (NH₄⁺-N) in pig wastewater was removed by precipitation in the form of struvite (NH₄MgPO₄·6H₂O) by adjusting the pH after adding MgO and H₃PO₄. Struvite produced in the pig wastewater was identified by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) and X-ray diffraction (XRD) analysis. White precipitates began to form at pH 6, and the higher the pH, the lower the concentration of NH₄⁺-N in pig wastewater. Of the total 86.1% of NH₄⁺-N removed, 62.4% was achieved at pH 6, which was the highest removal rate. Furthermore, how struvite changes with pH was investigated. Under conditions of pH 11 or higher, the synthesized struvite was completely decomposed. The yield of struvite in the precipitate was determined to be between 68% and 84% through a variety of analyses.

양돈 폐수로부터 고농도 암모니아성 질소의 감소를 위한 화학적 첨가제의 영향

양돈 폐수로부터 NH₃를 제거하기 위해서 양돈 폐수의 무게 대비 MgO(wt. %)의 양을 변화시키면서 양돈 폐수에 주입하였다. 24시간 동안 폭기시키면서 MgO (0.8 wt. %)로 처리한 양돈 폐수는 미처리 양돈 폐수에 비하여 NH₃ 가스 발생량이 75.5% 감소하였으며, 1개월 동안 밀폐된 상태에서도 NH₃ 가스가 거의 발생하지 않았다. 본 연구에서 사용한 MgO는 양돈 폐수의 pH를 상승시켜 NH₃가 가스 형태로 탈기될 수 있는 조건을 제공해 주었으며, 과량 주입할 경우에도 호기성 미생물 활동에 악영향을 줄 수 있는 pH 10.5를 초과하지 않았다. 양돈 폐수에서 제거되지 않고 남아 있는 NH₄⁺는 인산과 MgO를 첨가하여 스트루바이트의 형태로 침전시켜 제거하였다. 스트루바이트를 합성하기 위해서 NH₄⁺의 몰비와 동일하게 인산과 MgO를 주입하고 황산을 첨가하여 양돈 폐수의 초기 pH를 5로 조정한 후 점진적으로 폐수의 pH를 상승시켰다. pH 6에서 흰 침전물 소위 스트루바이트가 생성되기 시작하여 pH 10까지 지속적으로 합성이 이루어졌다. 총 86.1%의 NH₄⁺ 제거 중에서 62.4%가 약산성인 pH 6에서 제거되었다. 침전물 중에 스트루바이트의 존재를 XRD로 조사하였고 그 결과 pH 6에서 침전물이 스트루바이트의 결정성을 갖는다고 확인되었다. pH 7~10인 조건에서는 스트루바이트가 비결정질 형태로 존재하며, pH가 11인 이상에서는 생성된 스트루바이트가 완전히 붕괴되었다. 침전물 내에서 스트루바이트의 수득률은 에너지 분산형 X-ray, 열중량분석기, 원소분석기의 결과치를 바탕으로 하여 68%~84%임을 확인할 수 있었다. 만약 NH₃가 제거된 양돈 폐수를 건조 퇴비에 뿌려 부숙하게 된다면 퇴비의 부숙 기간 동안 NH₃로 인한 악취를 상당히 감소시킬 수 있을 것이다. 이와 더불어, MgO로 처리한 양돈 폐수는 가축 퇴비에 인과 질소를 보충하는 역할을 담당할 수 있을 것이다. 앞으로도 본 연구를 계속적으로 진행하여 국내에서 친환경퇴비를 생산할 수 있는 기틀을 마련하고자 한다.