Wastewater containing high ammonium nitrogen such as livestock wastewater and landfill leachate requires large amounts of cost for aeration and organic carbon source to meet the effluent quality standard. Besides there also exist some disadvantages in the conventional process such as low efficiency. It’s requested in various nitrogen treatment processes.
Recently developed anaerobic ammonium oxidation (Anammox) process can reduce the cost of aeration and additional organic carbon as compared to nitrification-denitrification processes. However, the slow growth rate of anammox bacteria in combination with the inhibition effects and operational problems results in a very long reactor start-up. Nowadays, the availability of anmmox is still the limitation of practical application.
Another staple subject which is partial nitrification as pretreatment also has been investigated. It is necessary that only half of ammonia concentration oxidize to nitrite and to prevent production of nitrate for next anammox process. Among application of partial nitrification, there are various strategies using operational parameters. However these parameters are not clearly defined and difficult to control to achieve nitrite accumulation.
In this study, key parameter of partial nitrification was investigated for construction of stable process. And the objective of anammox experiment is to study the feasibility of inoculation of anammox reactor with anaerobic granular sludge and the characteristics of cell lysis from anaerobic granular sludge.
As a results, appropriate alkalinity ratio drive stable 50% partial nitrification even under low temperature. Alkalinity ratio (mg NaHCO3??L-1/ mg NH4+-N??L-1) was proposed as new strategy for 50 % partial nitrification without pH control. The effluent NO2-/NH4+ ratio reached almost 100 % when alkalinity ratio was 6.8. Microbial analysis by means of molecular biological techniques was taken to prove microbial community in granular sludge. Only AOB (Nitrosomona sp.) were detected but NOB were eliminated in both reactors.
In this study, anammox performance could be divided into two stages by different color of granule. It indicated anammox condition in the reactor. Therefore, it is suggested that each stage was required different strategy to reducing start-up period. For the first stage, nitrate dosing experiments were conducted to reduce cell lysis and denitrification when granule was black. For the second stage, calcium was added with stirring or without stirring for enhancement of granulation.
For the first stage, Additional nitrate concentration was supplemented to ensure adequacy of inorganic nitrogen for denitrification at provide COD concentration. It showed no further enhancement of denitrification. As a result of decreased denitrification, the color of granule changed from black to brownish.
In the second stage, introduction of calcium at concentration 150 mg/l enhanced the biomass accumulation and granulation process. The calcium concentration in granules was proportional to the influent calcium concentration, and calcium carbonate was the main calcium precipitate in granules.
하??폐수내의 질소제거는 기존공정에 비해 효과적이고 비용절감적인 생물학적 질소제거 공정이 물리??화학적 처리공정보다 보편적으로 많이 사용되고 있다. 그러나, 고농도의 암모니아성 질소의 축산폐수, 매립지 침출수, 반류수 등의 경우, 현행 방류수 수질기준을 만족시키기 위해서는 질산화시 다량의 공기공급에 필요한 에너지와 탈질시 유기탄소원이 필요로 한다. 또한, 생물학적 질산화 및 탈질화기술의 기존 처리기술들은 경제적 및 질소처리효율 면에서 경쟁력이 부족한 실정이기 때문에 보다 경쟁력이 있는 기술이 요구된다.
혐기성 암모늄 산화균 (anaerobic ammonium oxidizer) 은 탄소원의 공급 없이 암모니아와 아질산을 곧바로 질소 가스로 전환시킬 수 있는 미생물로 최근 발견되어 기존 공정에 비해 많은 운전비용을 절감할 수 있어 각광받고 있다. 하지만 성장률이 극도로 느리기 때문에 실적용에 있어 어려움이 있어 성장률을 높일 수 있는 방안을 모색해야 한다. 또한 Anammox 와 더불어 anammox 공정의 전처리단계로 부분질산화 공정도 하나의 주제로 활발히 연구되고 있다. Anammox공정을 운전하기 위해서는 고농도의 암모니아 중 약 50% 산화시켜 암모니아와 아질산의 비율을 1:1로 만드는 부분질산화 과정이 반드시 필요로 한다. 이 과정에서 질산화에 관계하는 질산화 박테리아 중 암모니아 산화 박테리아는 활성화시키고 아질산 산화 박테리아는 억제시키는 것이 부분질산화 과정의 관건으로 이와 관련된 연구가 진행되고 있다.
본 연구는 anammox 미생물의 고농도 배양기술 확보, 입상 혐기성 암모늄산화균의 고율 질소제거시스템 개발에 중점을 두고 공학적인 시점으로 공정을 개발하고자 하였다. 극도로 느린 배가시간을 고려해 EGSB 반응조를 이용해 anammox 균의 성능을 관찰하였다. Anammox 의 시동기간의 단축을 위해 anammox 균의 성장 과정의 따른 전략적인 운전을 제안하였다. Anammox 균이 검정색을 띌 때 세포의 용해와 탈질 현상이 주로 일어나기 때문에 이 기간을 줄이기 위해 질산을 주입하여 기간단축을 도모하였다. 이 단계가 이후 anammox 의 증식이 두드러지는데 이때 세포의 유출을 막고 이와 동시에 고율 질소 제거 처리를 위한 고농도의 미생물을 확보하기 위해 칼슘을 넣어 입상화를 증진시켰다. 이에 따라 그래뉼 내에 칼슘농도가 높아지면서 입상화에 도움을 준 것으로 판단된다.
부분질산화 공정에서는 아질산 산화 박테리아의 저해를 통한 안정된 약 50%의 암모니아 산화시스템 구축을 제안하였다. 적절한 알칼리비는 낮은 온도에서도 안정된 50%의 부분질산화에 적합한 시스템이라고 판단되었다. 이 때의 알칼리비 (mg NaHCO3??L-1/ mg NH4+-N??L-1) 가 6.8일 때 유출수의 아질산과 암모니아 비가 거의 100%에 도달하였다. 더불어 이 두 생물반응기내 미생물의 군집구조 분석을 하고자 하였다. 그 결과 오직 암모늄산화균 (Nitrosomona sp.) 만이 발견되었고 아질산산화균은 온도 다른 두 반응조에서 배출된 것으로 판단된다.