질산화와 ASRT 관계(BOD 영향)

질소제거와 ASRT 관계로 운전을 잘 하자.

 

하수도법 개정에 따라 2007년 9월 28일자로 방류수의 기준초과시 공공하수처리장에서도 과태료부과대상이 되었다. 처음으로 시행되는 제도인만큼 환경부의 의지가 강력하다는것을 안다. 우리처리장의 경우 12월5일 채수해 갔고, 아직 결과통보가 되지 않았지만 겨울철 운전에 가장 큰 걸림돌은 BOD(C-BOD, N-BOD)다.

하여 질산화와 ASRT와의 관계와 실험에 의한 질산화율을 점검하는 일일게다.

새롭게 정리하면서 운전인자를 찾아보도록 한다.

공정제어시스템에 반영해야 할것 같다.

 

1. 질산화 반응과 ASRT의 관계

하수중의 질소는 호기조에서 질산화를 거쳐 탈질조에서 탈질에 의해 제거되므로 호기조의 질산화 정도에 따라 질소제거효율에 영향을 주게된다.

호기조에서 질산화는 호기성 미생물인 질산화균에 의해 진행되는데, 질산화균의 증식속도가 BOD제거를 수행하는 종속영양세균보다 느리게 진행하고 있어 생물반응조에서 질산화균을 유지하기 위해서는 질산세균증식에 필요한 최소한의 SRT이상을 확보하여야 한다.

질산화세균은 호기성조건에서만 증식이 가능하므로 호기성 반응조에 대한 미생물체류시간(ASRT)을 다음과 같이 고려하여야 한다.

V.X/Qw.Xw  = ASRT

V:호기조반응조(㎥) 체적, X:호기조MLSS , Qw:잉여인발량(㎥/일), Xw:잉여농도

ASRT:호기성세균의 슬러지체류시간(일)

2. ASRT관리가 처리수질(BOD)에 미치는 영향

일반적으로 고도처리공법을 처리장에 도입하면 처리수의 BOD처리효율도 향상되는 것으로 알고 있으나 처리수 C-BOD는 수온과 호기반응조의 SRT 즉 ASRT에 따라 결정된다.

동일한 수온에 있어서 ASRT가 길어질수록 처리수의 C-BOD는 낮아지게 되어 처리수질이 향상되나, 기존 표준활성슬러지법에서 고도처리로 변경하여 ASRT가 짧아지는 경우 처리수의 BOD는 표준활성슬러지법의 처리수질보다 악화 될 수 있다, 하지만 일반적인 고도처리 도입시 질소제거를 위해서는 표준활성슬러지법 보다 긴 ASRT를 확보하여야 되므로 BOD농도는 감소하게 된다.

그러나 처리수의 BOD 분석시 처리수중에 암모니아성질소가 존재할 경우 NH4-N가 NO3-N, NO2-N으로 전환될 때 산소를 소비하는 이른바 N-BOD가 발생될 수 있다.

생물처리단계에서 질산화를 억제 운전하여 처리수중에 질산화세균이 존재하지 않거나, 충분한 ASRT를 확보하여 완전 질산화를 이루어 처리수중에 NH4-N가 1mg/L이하로 유지되는 경우에는 5일간 BOD실험에서 N-BOD가 발현되지 않을 가능성이 크지만, ASRT관리가 부적절하여 처리수중에 NH4-N와 질산화세균이 공존하는 불완전질산화가 일어나게 되면 BOD분석 초기단계에서부터 질산화 반응이 BOD뷰란병내에 일어나 결과적으로 NBOD만큼의 처리수 BOD농도가 증가하게 된다.

 

이러한 N-BOD의 발생은 처리수중에 암모니아성질소와 질산화세균이 공존하는 경우에 발생하데 되므로 완전질신화에 필요한 ASRT를 확보하지 못하면 불완전질산화에 의해 수질이 악화 될 수 있다.

이러한 경우 발생될 수 있는 최대 NBOD는 이론적으로 암모니아성 질소의 4.57배에 달하에 된다.

이 관점에서 ASRT 관리는 질소제거뿐만 아니라 BOD 제거를 위한 지표로써 중요한 운전인자임을 알수 있다.

3. 수온변화와 처리수질 관계

생물반응조 수온은 조내에 생존하는 활성미생물의 유기물 분해속도와 증식 및 합성에 밀접한 관계를 맺고 있으며, 최적의 수온을 유지함으로서 미생물 활동을 극대화시킬 수 있는 주요인자이다.

평균 16℃이상에서 BOD 및 T-N항목 처리수질이 크게 개선되는 경향을 보여준다.

일반적으로 호기조 수온이 10℃ 상승할 때 미생물 활성도가 2배이상 증가되어 최종침전지 처리수질을 개선시키는 것으로 문헌에 보고되며 처리장에선 하절기 호기조내 수온상승(20℃이상)으로 처리수질이 향상된다, 또한 ASRT의 경우 수온이 저하될수록 질산균의 증식에 필요한 ASRT는 상대적으로 증가되므로 동절기에는 하절기보다 더 큰 반응조(호기조)용적이 요구되는 것이다.

4. 수온 ＆ ASRT

일반적으로 하수처리장에서는 수온이 상승하는 봄철의 경우 불완전한 질산화로 인해 처리수의 BOD농도 상승이 우려된다.

반면, 동절기에는 하수의 수온이 낮게 유입되어 호기조에서 질산화균 성장이 억제되어 질산화가 진행되지 않고 충분한 ASRT를 확보할 수 없으나 T-N기준 완화로 방류수수질기준 준수는 크게 어려움이 없다.

그러나, 수온이 상승하는 봄철의 경우에는 질산화에 필요한 ASRT가 짧아지게되어 동절기의 ASRT관리방식으로 운전할 경우 일부 질산화가 진행되며 이러한 불완전한 질산화가 호기조에 진행됨으로서 봄철 처리수의 BOD가 일시적으로 증가하여 방류수수질기눈을 초과하는 사례가 많이 보고되고 잇다.eHGKS 수온이 급격히 저하되는 가을에서 겨울로 접어들면서 수온전하로 인해 불완전한 질산화가 진행되어 질소제거율의 감소와 동시에 처리수의 BOD농도가 증가되는 현상이 발생되고 잇으머로 수온변화에 따른 처리장 운영에 만전을 기하여야 할 것이다.

우리처리장의 경우 약 10일 이상의 ASRT가 확보되어야 안정적인 처리수질(T-N)을 나타낼 수 있으며 소규모 처리장의 경우에는 유량변동이나 잉여슬러지 인발량이 불규칙하게 변화되므로 예비지 확보와 15일 이상의 ASRT가 요구된다.

5. DO

호기조의 경우 DO농도를 높게 유지함으로서 호기성미생물의 유기물분해와 증식과정에 필요한 산소를 공급하고, 암모니아성질소를 아질산성,질산성 지로소 질산화(Nitrification)시키는 역할을 수행하고 잇는 것으로 평가된다.

그러나 호기조 후단에서의 DO농도가 높게 유지될 경우에는 전력비 상승으로 처리비용이 증가하고, 침전지에서 부유물질 부상으로 처리수질이 악화될 우려가 잇다.

반대로 DO농도가 낮게 유지될 때에는 미생물의 활성도 저하로 처리효율을 저하시키는 원인이 되므로 안정적이고 경제적인 호기조 관리를 위해서는 DOFMF 1~2정도 유지하는 것이 바람직 하다.

6. 질산화 진행정도 및 질소제거율

1). 질산화 대사량 : 유입T-N - 유입NOx-N

2). 질산화량 : 질산화 대사량 - 유출NH3-N - 유출유기질소

3). 탈질량 : 질산화량 - 유출NOx-N

4). 생물반응조 질소제거율 : (유입TN-유출TN)/유입TN * 100

5). 질산화율 : (질산화량/질산화 대사량) * 100

6). 탈질율 : (탈질량/질산화량) * 100

 

 

 

2007. 12. 14   Lee. y.h