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영어

This study performed verification experiment for the removal of total nitrogen in sewage from a Town M village sewage treatment plant using YPNR processes. The total nitrogen discharged after the denitrification process was maintained at a level of 8-15 mg/L, which results in the total nitrogen removal efficiency above 68% on average. The total nitrogen components in discharged water consisted of 16% of ammonia nitrogen, 6% of nitrite nitrogen, and 77% of nitrate nitrogen, which reaches a 95% nitrification efficiency. Hence, the YPNR advanced treatment process used in this study can be successfully applied to sewage treatment.

한국어

오․폐수 중의 질소와 인 성분은 하천 및 호수의 부영 양화를 발생시키며, 바다에서는 적조의 발생을 야기하게 된다. 특히 질소를 포함한 오․폐수는 얕은 하천에서 조류 (algae)와 수생식물의 성장을 증진시켜 수자원의 사용을 제한하게 된다(1, 2). 오․폐수 중의 총질소 (T-N)는 지역 별 오염물질 총량규제의 실시와 더불어 2008년부터 폐수 종말처리시설과 공공하수처리시설의 규제가 대폭 강화되 어 법적 방류허용기준 외에 더욱 높은 제거효율을 요구하 고 있다(3, 4). 현재 개발된 오․폐수 중의 질소 고도처리 기술은 생물 학적 방법과 물리화학적 방법을 단독 또는 병합하여 실제 현장에 적용하고 있다. 처리 방법의 선택은 각 산업체에서 발생되는 오․폐수 내 오염물질의 성상과 농도에 따라 가장 효과적인 방법을 선택하고 있다(4-6). 생물학적 처리법에 의한 질소처리는 오․폐수 중의 암모늄 이온 (NH4 +)이 호기 성 상태에서 질산화 미생물에 의해 생물학적으로 질산화 (nitrification; NH4 + ⟶ NO3 -) 되었다가, 다시 무산소 상태 에서 탈질 미생물에 의해 생물학적 탈질화 (denitrification; NO3 - ⟶ N2)가 일어나 질소화합물이 질소가스로 환원됨 으로 오․폐수 중의 질소성분의 제거가 이루어진다. 오․폐 수 중의 질소 성분을 제거하기 위해서는 유출되는 오․폐수 의 성상에 따라 다르지만, 일반적으로 질산화와 탈질화가 모두 필요하다. 알려진 생물학적 질소처리 공법들은 침전조 의 수에 따라 single sludge process, dual sludge process, triple sludge process로 구분되며, 이외에도 4단 Bardenpho process 등이 있다(3-5, 7, 8). 현재 널리 쓰이고 있는 상용기술은 고농도의 산업폐수 에서 유입수의 유기물 농도가 낮은 경우 외부탄소원을 사용 하여 탈질공정을 높은 효율로 수행할 수는 있으나, 질산화 공정에서 높은 효율을 얻기가 어려워 질산화 효율이 떨어져 총질소의 제거효율이 낮은 문제가 있다(4, 7). 하수의 경우 에는 유입수량과 수질의 불규칙성 때문에 질산화 공정에서 질산화 미생물의 관리가 어려워 첨가탄소원을 사용하더라 도 질산화 공정에 문제가 발생하여 총질소 제거효율이 떨어 지는 문제가 있다(3). 본 연구에서는 기존의 하수고도처리 공법의 개선방법으로 호기조 내에 다공성 담체를 적용하였다. 다공성 담체의 적용 은 고농도 미생물의 유지가 가능하고, 생물막적 처리 뿐만 아니라 담체에 의한 여과작용 등이 복합적으로 이루어지기 때문에 우수한 처리효율을 얻을 수 있는 장점이 있다. 이는 고농도의 미생물군의 유지와 다공성 담체에 의한 여과작용 으로 유출되는 SS (suspended solid)의 양을 최소화하여 처리효율을 높여주고 기존 공정의 대규모 호기조의 폭기에 따른 소요동력비를 줄일 수 있을 것으로 기대되고 있다(9). 본 연구에서 적용한 YPNR (Youngam Phosphate & Nitrogen Removal) 고도처리 공법(Fig. 1)은 기존의 Bardenpho 공법의 단점을 보완, 개선한 공법으로서 혐기 조, 무산소조 및 호기조로 구성된 생물반응조 중 호기조 내에 고정상 미생물 담체 (질산화 여재)를 충진하여 유효 미생물량을 늘림으로써 질산화율을 극대화하고 체류시간 을 단축시키고자 하였다. 본 공정의 특징은 유기물 분해 미생물 및 질산화 미생물을 50~70%는 부유상태로 유지하 고, 30~50%는 부착 상태로 유지함으로써 인 제거시 수반 되는 슬러지의 배출에 대비하여 미생물 농도를 적정 수준 으로 유지할 수 있게 하였다. 또한, 제 1 및 제 2호기조 내 에 접촉 여재 및 산기관을 포함하는 질산화 장치를 구비 시킴으로써 슬러지 유지시간을 길게 유지하고 용존산소가 안정적으로 유지되도록 하였다(3, 10). 본 연구에서는 하수나 마을하수에 중 총질소의 고도처 리를 위하여 오·폐수의 고도처리 공법인 YPNR 공법을 하 수처리 현장에서 실증연구를 수행하여 질산화 효율 및 총 질소 제거효율에 대한 실증연구를 수행하였다.