상하수도 121회 1교시 문제 11. 질산화

답 1. 생물학적 질소제거의 중요성

- 하수처리장에서의 생물학적 질소 제거의 목적 : 수계 보전과 부영양화 방지

→ 질소가 미처리되어 수역으로 배출되면 조류의 성장으로 잠재적인 COD 유발원이 되고, 질소에 의한 산소 소모량이 매우 커서 이를 처리해야 함

- 질산성 질소는 Blue-baby 문제 유발

- 정수장에서 염소소독 시 염소 요구량을 증가시키는 문제점 발생

답 2. 생물학적 질소제거의 원리

1) 질산화(Nitrification)

- 하수 중 질소화합물은 유기성 질소, 암모니아성 질소, 아질산성 질소, 질산성 질소 등이 있으며, TKN 화합물인 유기성 질소와 암모니아성 질소가 대부분

- 생물학적 질산화를 통해 처리장으로 유입된 암모니아성 질소는 포기조에서 산화되어 최종적으로 질산성 질소로 전환

- 질산화 미생물량은 SRT와 수온에 따라 변하며, 저수온 시에는 질산화 미생물의 비증식속도가 작기 때문에 SRT 길게 유지

2) 탈질산화(Denitrification)

- 용존산소가 거의 없는(DO < 0.5mg/L) 조건하에서 통성혐기성 미생물의 호흡(질산성 호흡 또는 아질산성 호흡)으로 아질산성 질소와 질산성 질소를 질소가스로 환원

- 수소(H2)는 수소공여체인 하수 중의 유기물, 메탄올 등의 유기물과 미생물계 내 축적물 등의 분해에 의해 공급

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답 3. 질산화 영향인자

1) pH

- pH에 민감. 질산화율은 pH 6.8 이하에서는 상당히 감소

- pH 5.8~6.0 근처에서의 질산화율은 pH 7.0에서의 10 ~ 20% 정도

- 최적의 질산화율은 pH 7.5 ~ 8.0 정도의 범위에서 일어남

2) Alkalinity

- 낮은 알칼리도 하수에는 적정 pH 유지를 위해 알칼리도 첨가 필요. 첨가 알칼리도의 양은 초기 알칼리도와 산화될 NH4+양에 따라 결정

- Lime(석회), Soda-Ash(소석회), 중탄산나트륨 형태로 첨가

3) 독성

- 질산화 미생물은 호기성 종속 영양미생물보다 훨씬 유기 및 무기화합물 농도에 민감

- 일부 독성은 질산화박테리아를 죽이며, 이러한 독성 화합물로는 유기용매 화합물, 아민, 단백질, 탄닌, 페놀화합물, 알코올, 시안화물, 에테르, 벤젠 등

4) 중금속

- 니켈 0.5mg/L, 크롬 0.25mg/L, 구리 0.1mg/L정도에 완전 산화저해 영향

5) 용존산소

- 질산화반응을 진행시키기 위해서는 적어도 용존산소 농도가 0.3mg/L 이상이어야 함

- Nitrosomonas 및 Nitrobacter에게 영향을 주지 않는 용존산소의 농도는 1mg/L 및 2mg/L

- 부유성장형 및 부착성장형 공정에서 질산화는 SRT 및 물질이송, 확산저항에 의존하며 DO농도는 0.5 ~ 2.5 정도임

6) 온도

- 질산화 반응은 약 4 ~ 45℃의 범위에서 영향을 받으며 Nitrosomonas는 35℃에서, Nitrobacter는 35~42℃범위에서 가장 큰 질산화율을 보이고, 일반적인 최적온도는 약 30℃임

- 질산화 반응에 있어서 온도에 의한 영향은 30℃의 범위까지 Van’t Hoff-Arrhenius식에 적용되어 일반적으로 적용범위 내에서 10℃ 증가함에 따라 성장률 2배 이상 증가 예측

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