하폐수 처리장에서의 질소 제거 ㈜ 비-썬

하페수 처리장에서의 질소제거 국내 하폐수 처리장의 경우, 최근 건설된 하수 처리장 대부분이 고도처리 공법으로 시공되어 질소처리에 큰 문제가 없는 것 같으나 건설된 지 오래된 마을 하수 처리장의 경우 질소가 규제치를 벗어나는 경우가 종종 있다. 질소가 가장 문제시 되는 곳은 침출수 처리장, 축산폐수처리장, 도금폐수, 비료 폐수, 도축 폐수 및 질소화합물을 원료로 하는 산업폐수 등을 들 수 있다. 질소를 처리하는 방법은 여러 가지가 있으나 그 중 가장 현실적이고 경제적인 방법은 미생물에 의한 생물학적 처리 방법이다. 대부분의 처리장이 생물학적 처리장을 갖추고 있기 때문에 기존 시설을 이용하여 처리효율을 향상 시키는 접근이 용이하다. 질소처리에 있어서 일률적인 처방은 있을 수 없다. 처리장마다 문제가 되는 질소 성분이 다르고, 농도도 다르며, 처리시설도 다르기 때문에 각 처리장 현실에 맞는 처방이 있어야 한다.

수중의 질소는 크게, 유기성질소, 암모니아성 질소, 아질산성 질소, 질산성 질소로 나누며 이들을 합한 질소총량을 총질소 혹은 T-N이라 한다. 생물학적 처리장에서 질소는 미생물에 의해 질산화 과정과 탈질 과정을 거쳐 처리된다. 질산화 과정이란 유기성 질소와 암모니아성 질소가 호기성 조건에서 나이트로박터나 나이트로소모나스등 질산화 미생물에 의해 산화되어 질산성 질소로 바뀌는 과정을 말하고 탈질 과정이란 질산성 질소가 무산소 상태에서 수도모나스나 바실러스등 탈질 미생물에 의해 질소가스로 바뀌어 대기 중으로 방출되는 것을 말한다.

(Pseudomonas, Bacillus) 유기물 NH3 암모니아 N2 질소가스 NO 일산화 질소 N2O 아질산화 질소 질산화 박테리아 (Nitrosomonas) (Nitrobacter) 탈질 박테리아 (Pseudomonas, Bacillus) NO3 질산 NO2 아질산 탈질화 공정 질산화 공정 부패 (유산소 공정) (무산소 공정) 미생물 공법의 질소 제거 싸이클

생물학공정에서 질산화와 탈질을 성공적으로 수행하기 위해서는 처리 시설이 이들 공정을 수행할 수 있게 설계되었는지가 가장 기본이 되어야 하고, 설치된 장비의 용량이 충분해야 하며, 질산화 미생물 및 탈질 미생물의 개체수가 충분히 확보되어야 하며, 질산화 효율 및 탈질 효율에 따른 적절한 폭기량 및 반송량이 확보되어야 하며 탈질을 위한 C/N비가 맞아야 하고, 독성물질의 유입이 차단되거나 중화되어야 한다. 따라서, 질소제거를 위해 단순히 질산화 미생물과 탈질 미생물을 처리장에 넣어주는 것 만으로는 상기 조건을 만족시키지 못한다. 생물학 공정으로 질소를 처리하려면 운전 조건이 까다롭지만 그런 조건을 잘 갖추어 주고, 관리한다면 가장 친환경적이고 효과적이면서 좋은 수질을 얻을 수 있는 질소제거 방법이 될 것이다.

(주) 비썬에서는 하폐수 처리장에 대한 진단 및 설계가 가능하고, 미생물제 및 활성제등의 제품을 보유하고 있는 업체로서, 질소처리문제에 있어서 생물학적 처리가 가능한 난분해성 폐수가 아니면 우수한 제품과 기술로 생물학적 공법의 질소제거를 성공적으로 수행할 수 있다. 각 하폐수 처리장의 특성과 문제점을 파악하고 진단하기 위해서는 다음 사항들이 먼저 파악되어야 한다. 현장 시설 제원 파악 유입 및 방류 수질 파악 폭기조 및 무산소조 운영방법 파악 현장의 상황이 파악되면 ㈜ 비썬에서 다음과 같은 진단과 제안을 제시한다. 현 시설 및 유입조건에 대한 설계진단 운영 방법 및 시설 보완 계획 제시 질산화 및 탈질 미생물 투입 기존 처리장의 미생물 활성제 투입 개선 후 처리효율 관찰 및 사후 관리

질소 제거 제품 질산화 작용 활성화 / B-Live XN & NGM & NIB (1) 질산화(Nitrification) 작용은 질산화 박테리아에 의해 암모니아성 질소(NH3)가 아질산성 질소(NO2), 혹은 질산성 질소(NO3)로 변환 되는 작용이다. 질산화 박테리아중 암모니아를 아질산성 질소로 변환 시키는 종류는 주로 Nitrosomonas 이고, 질산성 질소로 변화 시키는 종류는 Nitrobacter이다. 암모니아가 질산으로 변화되는 과정을 화학식으로 나타내면 다음과 같다.   암모니아성 질소와 아질산성 질소가 질산성 질소로 산화 되면서 발생되는 에너지는 질산화 박테리아의 성장을 위한 세포합성을 위해 사용된다. Nitrosomonas와 Nitrobacter에 의한 세포 합성 반응식은 다음과 같다. 반 응 식 미 생 물 NH4+ + 1.5O2  NO2- + H2O + 2H+ Nitrosomonas NO2- + 0.5O2  NO3- Nitrobacter NH4+ + 2O2  NO3- + H2O + 2H+ 전체화학반응식 NH4+ + HCO3- + 4CO2 + H2O  C5H7O2N + 5O2

질소 제거 제품 질산화 작용 활성화 / B-Live XN & NGM & NIB (2) 제품 B-Live XN은 암모니아를 아질산성 질소로 바꿔주는 나이트로소모나스(Nitrosomonas)와 아질산성 질소를 질산성 질소로 바꿔주는 나이트로박터(Nitrobacter)가 농축되어 들어 있다. 질산화 미생물의 특징은 일반 BOD 제거 미생물에 비해 성장 속도가 500배 이상 느리고, 쇼크에 쉽게 사멸되고, 유실되면 필요한 량의 질산화 미생물량으로 복구되기 어렵다 따라서 건강한 질산화 미생물 농축액(B-Live XN)을 폭기조에 투입해 주면 안정된 질소 제거 효과를 얻을 수 있게 한다. B-Live NGM: 제품 B-Live NGM 은 질산화 미생물 활성제이다. 질산화 미생물 농축액을 넣어 주는 것이 질소 제거에 도움이 되나 필요한 만큼의 충분한 양을 넣어 주려면 농축액을 그대로 넣는 것보다 BOD 제거 미생물과 경쟁하지 않는 분리된 환경에서 안정된 조건으로 배양하여 투입하는 것이 경제적이고 훨씬 더 효율적이다. 질산화 미생물을 활성화시키는데 사용되는 제품이 B-Live NGM이다. B-Live NIB: 제품 B-Live NIB는 질산화 미생물 배양 촉진 및 환경 안정제이다. 질산화 미생물 농축액을 B-Live NGM과 함께 배양할 때 사용되는 제품이다.

탈질 제품 탈질 작용 활성화 / B-Live CE (1) 탈질 작용은 미생물에 의해 질산성 질소가 질소가스(N2)로 환원되는 작용을 지칭한다. 탈질 작용은 산소가 부족한 환경에서 미생물이 생장에 필요한 산소를 얻기 위해 질산(NO3)에 포함되어 있는 산소를 빼내 이용 하므로 질산에 붙어 있던 산소가 떨어져 나가게 되므로서, 질소가스(N2)로 환원되어 대기 중으로 방출되는 과정이다. 이 탈질 작용에 관여하는 미생물은 많은 종류가 있으나 대표적인 미생물로는 Pseudomonas 와 Bacillus가 있다. 한편, 탈질 미생물들은 종속 영양균에 속하는 것으로 성장을 위해 외부로부터 영양분(탄소)을 공급 받아야 하는데, 외부 탄소원으로 사용 가능한 물질들은 하수의 유기물을 이용하여 유기물 제거 효과도 주지만, 이 영양분이 부족하면 추가의 영양분을 인위적으로 공급해 주어야 한다. 이때 사용되는 유기물로는 메탄올, 아세트산, 메탄등이 있다.

탈질 제품 탈질 작용 활성화 / B-Live CE (2) 제품 B-Live CE는 탈질작용에 필요한 미생물 (Pseudomonas, Bacillus등) 을 포함하고 있을 뿐만 아니라 미생물이 활성화 될수 있는 양분을 함께 공급한다 폐수 속에는 미생물이 분해하기 쉬운 유기물과 분해가 어려운 유기물이 함께 존재한다. 쉽게 분해되는 유기물은 특별한 미생물의 도움 없이 폐수 처리장에 우점하고 있는 일반 미생물에 의해 쉽게 처리된다. 하지만 분해가 어려운 고분자 물질이나 유독성 물질들은 이들 미생물이 분해하기 어려울 뿐만 아니라 미생물에게 해가 된다. 이러한 경우 외부로부터 특별한 미생물 혹은 효소의 도움을 필요로 한다. 일반적으로 미생물은 단세포 동물로서 용해성 저분자 물질만 섭취할 수 있다. 고분자 물질이나 콜로이드 상태의 물질은 미생물 세포에 직접 흡수 될 수 없어 결국 분해되지 못하고 방류 수질을 악화 시킨다. 이러한 고분자 물질이나 콜로이드성 물질들이 분해되기 위해서는 효소가 필요하다. 효소는 이러한 물질들을 선별적으로 분해할 수 있다. 바로 이 효소가 미생물에 의해 생산된다. 미생물이 효소를 생산하는 조건은 먹이가 부족한 환경에서 효소를 생산하는데 폐수 처리장과 같은 유기물이 풍부한 환경에서는 미생물이 효소를 생산하지 않는다. 따라서 따로 배양기를 설치하여 B-Live CE 미생물을 배양하여 효소를 발생시켜 투입할 경우, 난분해성 오염물은 미생물이 쉽게 활용할 수 있도록 효소에 의해 분해되고 또한 영양분이 부족하여 인공적으로 메탄올, 아세트산, 메탄등의 약품을 넣었을 때도 미생물이 잘 활용할 수 있는 형태의 양분으로 전환시키는 역할을 하여 폐수 속의 미생물 활동을 활성화하여 오염물 제거뿐만 아니라 탈질의 효과를 극대화시킨다.

T-N 제거 및 독성 중화 제품 B-Live BS 활성화된 리그닌 70여종의 미네랄 20여종의 미생물로 구성되어 있다. 모든 생명체는 필수원소 외에 각종 비타민 및 소량의 미네랄이 있어야 비로소 최적의 성장을 할 수 있다. B-Live BS에 포함 되어있는 70여종의 미네랄 성분은 기존 미생물 활동을 도와 BOD, COD, T-N 감소 하폐수처리장에서 슬러지 감소 소화조에서의 슬러지 감소 및 메탄가스 발생량 증가 황화합물 및 암모니아 악취감소 중금속 제거 , 기름 제거 및 부식방지 등의 기능을 갖는다. 독립영양세균인 질산화 박테리아는 성장이 느리고 독성물질에 쉽게 사멸되며 슬러지 벌킹시 함께 유실되면 복구가 힘드나, B-Live BS에는 질산화를 유도하는 미생물이 포함되어 있어서 안정적인 질산화 작용을 유지할 수 있으며, 활성화된 리그닌은 다공성 분자구조로 되어있어 유독성 물질을 흡착하므로서 질산화 미생물의 활동을 도와 처리장의 총질소 처리효율을 증대시킬 수 있다.

위에 열거된 제품들은 현장 조건과 운전 방법등에 따라 사용 방법이 다양하고 또한 그에 따라 그 효율의 차이가 많을 수 있다 위에 열거된 제품들은 현장 조건과 운전 방법등에 따라 사용 방법이 다양하고 또한 그에 따라 그 효율의 차이가 많을 수 있다. 따라서 자세한 현장파악과 운전법을 알려주면 ㈜비-썬에서 가장 적합한 제품을 가장 바람직한 방법으로 사용할 수 있도록 제안할 수 있다.