[AMX] 이단 부분아질산/아나목스 공정을 위한 에어리프트 그래뉼 형성 부분아질산조의 최적화 연구

 

저자명: Minki Jung, Taeseok Oh, Kyungbong Jung, Jaemin Kim and Sungpyo Kim
발행정보: Membrane and Water Treatment, Vol. 10 No.4, [2019], 265-275

❏ 실험목적

- AGR에서의 부분아질산화 효율 평가

- 그래뉼 형성을 위한 최적 조건 및 AOB 농화배양 결과 분석

- AGR을 이용한 부분아질산화와 아나목스를 결합한 공정의 질소제거 성능 평가

❏ 실험재료 및 실험방법

- 대전하수처리장에 일 10m3을 처리할 수 있는 two-stage pilot 설비 설치 (부분아질산화조는 에어리프트 형태의 반응조를 이용하여 부분아질산화 및 AOB 그래뉼을 형성하도록 함)

- 평가를 위해 대전하수처리장 반류수(하수처리장 슬러지의 혐기소화 탈리액) 사용

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 ❏ 결과 및 토의

○ 부분아질산화와 아나목스 반응조의 질소제거 성능

- 부분아질산화조 운전결과 높은 질소 부하율의 조건(2.2~2.4kgNm-3d-1)과 6시간의 수리학적 체류시간 조건(HRT)에서 암모니아의 절반이 아질산성 질소로 전환되는 것을 확인

- 부분아질산화조의 질소용적부하율은 기존의 바이오필름 형태(1.76 kgNm-3d-1)보다 1.3배, 부유성 형태(1.2 kgNm-3d-1) 보다 1.9배 높은 수치를 나타냄

Fig 2. Performance of the partial nitritation using AGR over the course of the study (pase 1, 2, 3, 4 and 5) showing (A) the nitrogen loading rate and HRT of the reactor, and (B) the concentration of ammonium, nitrite and nitrate in the effluent

Fig 2. Performance of the partial nitritation using AGR over the course of the study (pase 1, 2, 3, 4 and 5) showing (A) the nitrogen loading rate and HRT of the reactor, and (B) the concentration of ammonium, nitrite and nitrate in the effluent

- 아나목스 반응조는 2.33 kgNm-3d-1의 높은 용적부하율로 운전되었고, 이때 질소제거 효율은 87%을 나타내어 질소제거율(NRR)은 2.0 kgNm-3d-1을 달성함

    - 아나목스 반응조에서는 축적되는 아질산성 질소의 저해로 인해 효율이 저하될 수 있으나, two-stage 형태의 아나목스 기술은 부분아질산조에서 아질산의 비율을 쉽게 조정이 가능하여 문제 해결이 가능한 장점을 확인함

Fig 3. The performance of the Anammox reactor as a function of the nitrogen loading rate (NLR) and nitrogen removal rate (NRR)

Fig 3. The performance of the Anammox reactor as a function of the nitrogen loading rate (NLR) and nitrogen removal rate (NRR)

○ 부분아질산화조에서의 그래뉼 형성

- 에어리프트 형태의 부분아질산화조는 내부 수리학적 전단력에 의해 그래뉼이 형성됨

- 운전 30일 이후부터 SVI가 50이하로 유지되었으며, 운전 75일 이후부터 0.6mm 이상의 그래뉼이 52%가 존재하였고, 0.3~0.6mm의 그래뉼이 28% 형성됨을 확인함

Fig 7. The sludge volume index (SVI) and the MLSS concentration measured during operation of the AGR pilot reactor

Fig 7. The sludge volume index (SVI) and the MLSS concentration measured during operation of the AGR pilot reactor

Fig 9. Distribution of granule size and MLSS concentration during the operation period

Fig 9. Distribution of granule size and MLSS concentration during the operation period

○ 암모늄산화 미생물(AOB)의 농화배양

    - 부분아질산화조에서 형성되는 FA를 높게 유지하여 NOB의 성장을 억제하여 운전을 수행

    - NGS를 이용한 16S rRNA 분석결과 운전 35일부터 AOB가 증가됨이 확인되었고, 160일 이후 AOB는 25%로 증가되어 초기대비 12배가 증가되었음을 확인함(NOB는 성장억제되어 초기대비 5%만이 증가됨)

 

○ 부착 미생물의 질소제거율 평가

- 부직포의 구조 특성 및 SA/V가 높은 특성 때문에 아나목스 미생물량을 많이 확보할 수 있으며, 이에 따라 질소제거율도 높게 나타남을 확인 (높은 질소제거를 위해서는 반응조 내 미생물 확보가 중요)

Fig 11. Comparison of total nitrogen removal rate (NRR, left) and amount of strongly attached biomass (SAB, right) per unit sheet.

Fig 11. Comparison of total nitrogen removal rate (NRR, left) and amount of strongly attached biomass (SAB, right) per unit sheet.

 
 

 ❏ 결론

- AGR을 이용한 부분아질산화조는 AOB의 농화배양 및 그래뉼 형성이 가능하였고, 질소 부하율을 제어하여 암모늄과 아질산염의 적절한 비율의 아나목스 유입 조건 형성이 가능함을 확인

- AGR의 질소부하율 제어를 통해 아나목스에서 잔류 아질산에 의한 저해 영향을 최소화하여, 아나목스 반응조의 질소제거율(NRR) 2.0 kgNm-3d-1을 안정적으로 달성 가능하였음

 
논문21 bktAMX