Journal of Korean Society of Environmental Engineers (대한환경공학회지)

Korean Society of Environmental Engineers (대한환경공학회)
권호 표지

The Effect of Struvite Formation in Swine Wastewater on Nitrification

축산폐수의 Struvite 전처리가 질산화 과정에 미치는 영향

Ryu, Hong-Duck;Chung, Keun-Yook;Lee, Sang-Ill
류홍덕;정근욱;이상일

  • Published : 20021000
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Abstract

This study was initiated to investigate the efficient removal of high concentration of nitrogen contained in the swine wastewater by first the crystallization of struvite, then consecutive execution of biological wastewater treatment. The experimental results obtained from this study demonstrated that the struvite crystallization used as pretreatment was effective in the biological nitrification of swine wastewater. Biological removal efficiency of ammonia-N and TN contained in the supernatants formed following the struvite crystallization was much less affected by HRT values from 48 to 8 hr. than that in the raw swine wastewater (control). In biological treatment of raw swine wastewater, removal effciency of ammonia-N is 57, 41, 17 and 21% at HRT 48, 32, 24 and 16 hr. respectively. However, in case of performing of struvite crystallization, removal efficiency of ammonia-N is 95% at HRT 48 and 32 hr. 86. 76. 70 and 50% at HRT 24, 16, 12 and 8 hr, respectively. In addition, considering overall efficiency, comparing raw swine wastewater with effluent which treated through struvite crystallization and biological process, struvite crystallizing effect brings about very high ammonia-N removal efficiency over 95% in range of HRT 16 through to HRT 48 hr. In the removal efficiency of TN, nearly 100% removal efficiency was observed at through HRT 48 to HRT 16 hr. In research about effect of ammonia-N concentration contained in influents, the higher concentration of ammonia- N is, the lower removal efficiency of ammonia-N is, in case of same HRT value, and the shorter HRT value is, the lower removal efficiency of ammonia-N is, in case of same concentration of ammonia-N contained in influent. Another fact exaggerates that high concentration of ammonia-N hinders nitrification. In biological nitrification of raw swine wastewater not pretreated, high concentration of nitrite was observed at HRT 48 hr because Nitrobacter which convert nitrite into nitrate was inhibited by high concetnrations of ammonia-N and free ammonia.

본 연구는 축산폐수의 struvite 전처리가 생물학적 질산화과정에 미치는 영향에 대한 검토를 목적으로 시작되었다. 실험 결과 축산폐수에 함유된 질소를 struvite 전처리를 통해서 어느 수준까지 제거한 다음 struvite 결정화 후 생성된 상등수를 생물학적 처리를 하는 것이 원수를 전 처리 없이 생물학적 처리를 하는 것(대조군)보다 ${NH_4}^+-N$ 제거 효율과 질산화에 있어 더 좋은 것으로 드러났다. 생물학적 처리시 다른 운영조건은 동일하게 유지한 채 HRT를 48에서 8 hr으로 변화시켜 운영한 결과 struvite 전처리를 거친 폐수가 축산폐수 원수에 비해 질산화에 있어 HRT의 영향에 민감하게 반응하지 않았으며 짧은 HRT에서도 ${NH_4}^+-N$와 TN 제거효율이 더 좋았다. 대조군의 경우 HRT 48 hr에서 약 57%의 ${NH_4}^+-N$ 제거효율을 보였으며 HRT 32 hr에서 41%. HRT 24 hr에서 17%. HRT 16 hr에서 21%의 제거효율을 보인 반면 struvite 전처리를 거친 경우 HRT 48. 32 hr에서 95%. HRT 24 hr에서 86%. HRT 16 hr에서 76%의 제거효율을 보였으며 HRT 12 hr에서 70%. HRT 8 hr에서도 50%의 제거효율을 보였다. 게다가 struvite 전처리 공정을 거쳤을 경우 원수 대비 전체 ${NH_4}^+-N$ 제거 효율은 HRT 16-48 hr의 범위에서 95% 이상의 높은 제거 효율을 보였다. TN 제거 효율 역시 ${NH_4}^+-N$ 제거 효율과 같은 경향을 보이고 있으며 struvite 전처리 공정을 거쳤을 경우 원수 대비 전체 제거 효율은 HRT 48. 32. 24. 16 hr에서 제거 효율이 거의 100%에 가까웠다. 유입수에 함유된 ${NH_4}^+-N$ 농도에 부하에 따른 ${NH_4}^+-N$ 제거 효율을 살펴 본 결과 HRT가 같더라도 유입 수의 ${NH_4}^+-N$ 농도가 높을수록 제거 효율이 감소하였으며, 유입수의 ${NH_4}^+-N$ 농도가 같더라도 HRT가 짧아지면서 제거 효율도 감소됨이 관찰되었다. 한편 struvite 결정화에 의한 질소 제거가 이루어지지 않은 축산폐수 원수의 질산화시 HRT 48 hr에서 ${N0_2}^--N$를 ${N0_3}^--N$으로 전환시키는 Nitrobacter가 고농도 질소로 인해 생성된 free ammonia에 의해 제한을 받아 유출수에 함유된 ${N0_2}^--N$ 농도가 높은 것이 관찰되었다.

Keywords

References

  1. 홍영석, 배재호. “매립지 침출수의 암모니아 제거를 위한 아질산-탈질과 질산-탈질의 비교.” 대한환경공학회지. 19(11), 1419-1432(1997)
  2. Randall, C. W., Barnard, J. L., and Stensel. H. D., Design and retrofit of wastewater treatment plants for biological nutrient removal. 5, Technomic pubilishing company, Inc., pp. 2-4 (1992)
  3. Bouchard, D. C., Williams, M. K., and Surampalli, R. Y., 'Nitrate concentration of groundwater: Source and potential health effects.' J. Am. Water Works Assoc., 84(9), 85-90(1992)
  4. Anthonisen, A. C., Loehr, R. C., Prakasam, T. B. S., and Srinath, E. G., "Inhibition of nitrification by ammonia and nitrous acid." J. WPCF, 48(5), 835-852(1976)
  5. Smith, R. V., Doyle, R. M., Bums, L. C., and Stevens, R. J., "A model for nitrite accumulation in soils." Soil Biol. Biochem., 29(8), 1241-1247(1997) https://doi.org/10.1016/S0038-0717(97)00028-X
  6. Shiskowski. D. M. and Mavinic, D. S., "Biological treatment of a high ammonia leachate: Influence of External carbon during initial startup." Wat. Res., 32(8). 2533-2541(1998) https://doi.org/10.1016/S0043-1354(97)00465-X
  7. 김만수. 고농도 질소 및 인의 결정화에 미치는 영향인자 규명. 충북대학교 석사학위논문(2000)
  8. Randall, C. W., Barnard, J. L., and Stensel. H. D., Design and retrofit of wastewater treatment plants for biological nutrient removal. 5, Technomic pubilishing company, Inc., pp. 33-34(1992)
  9. U. S. Environmental Protection Agency, Process design mannual for nitrogen control. Office of Technology Transfer, Washington. DC. October(1975)