소개글
"탈질화반응"에 대한 내용입니다.
목차
1. 서론
1.1. 생물학적 질소 제거 개요 및 원리 소개
1.2. 질산화와 탈질 과정 설명
1.3. 생물학적 질소 제거 공정의 중요성
2. 본론
2.1. 질산화 과정
2.1.1. 질산화 반응 화학식
2.1.2. 질산화에 영향을 미치는 환경 인자
2.2. 탈질 과정
2.2.1. 탈질 반응 화학식
2.2.2. 탈질에 영향을 미치는 환경 인자
2.3. 생물학적 질소 제거 공정
2.3.1. 후탈질 공정
2.3.2. 전탈질 공정
2.3.2.1. Ludzack-Ettinger 공정
2.3.2.2. Modified Ludzack-Ettinger 공정
2.3.2.3. Barnard 공법
2.3.2.4. Bardenpho 공법
2.3.3. 전탈질 공정과 후탈질 공정의 비교
2.4. 질소 제거 공정의 운전 인자
2.4.1. 내부반송비
2.4.2. 체류시간
2.4.3. 수온 및 pH
3. 결론
3.1. 생물학적 질소 제거 공정의 장점
3.2. 생물학적 질소 제거 공정의 향후 전망
3.3. 생물학적 질소 제거 공정의 적용 사례
4. 참고 문헌
본문내용
1. 서론
1.1. 생물학적 질소 제거 개요 및 원리 소개
하수 처리 과정에서 질소 제거는 매우 중요한 과정이다. 폐수 중에 존재하는 질소 물질은 주로 유기성 질소, 암모니아성 질소, 아질산성 질소, 그리고 질산성 질소로 구성되어 있다. 이들 질소 화합물은 생물학적 처리 과정을 통해 효과적으로 제거될 수 있다.
생물학적 질소 제거 방식은 크게 두 단계로 이루어진다. 첫 번째 단계는 호기성 조건에서 질산화 과정으로, 자영양 미생물인 아질산균과 질산균에 의해 암모니아성 질소가 순차적으로 아질산성 질소와 질산성 질소로 산화된다. 두 번째 단계는 무산소 조건에서의 탈질 과정으로, 종속영양 미생물인 탈질균에 의해 질산성 질소가 질소 기체로 환원되어 대기 중으로 방출된다.
질산화 과정에서는 암모늄 이온이 우선 아질산 이온으로 산화되고, 이후 아질산 이온이 질산 이온으로 산화된다. 이 과정은 각각 Nitrosomonas와 Nitrobacter 속의 미생물에 의해 촉진된다. 질산화에 영향을 미치는 주요 인자로는 용존 산소, BOD, pH, 온도 등이 있다. 용존 산소 농도가 1 mg/L 이하로 낮아지면 질산화에 필요한 고체 체류 시간(SRT)이 급격히 증가하며, BOD 농도가 높을 경우 질산화 미생물의 활동이 저해된다. 또한 pH 6.8 이하에서는 질산화 속도가 크게 감소하며, 최적 pH 범위는 7.0~8.5이다.
탈질 과정에서는 질산성 질소가 무산소 조건에서 탈질균에 의해 질소 기체로 환원된다. 이때 유기물이 수소 공여체로 사용되며, 대표적인 탈질 미생물로는 Pseudomonas, Achromobacter, Bacillus 등이 있다. 탈질에 영향을 미치는 주요 인자로는 무산소 상태, 적정 pH, 적정 온도 등이 있다. 무산소 조건, pH 7.0~8.5, 온도 35~50℃가 최적 범위로 알려져 있다.
생물학적 질소 제거는 이와 같은 질산화와 탈질 과정을 연계하여 수행된다. 호기성 조건의 질산화조와 무산소 조건의 탈질조를 적절히 배치하여 질소를 제거하는 것이다. 이러한 생물학적 질소 제거 공법은 질소 성분이 방류수역의 부영양화를 유발하는 것을 방지하여 수질 보전에 기여할 수 있다는 점에서 그 중요성이 크다고 할 수 있다.
1.2. 질산화와 탈질 과정 설명
질산화와 탈질 과정 설명이다.
질산화(Nitrification)는 호기성 조건에서 독립영양미생물을 이용하여 수중의 암모늄 이온(NH4+)을 최종적으로 질산 이온(NO3-)으로 산화시키는 반응이다. 이는 두 단계로 세분화할 수 있다. 첫 번째는 암모늄 이온(NH4+)을 아질산 이온(NO2-)으로 산화시키는 반응이며, 대표적인 아질산균으로 Nitrosomonas가 있다. 두 번째는 아질산 이온(NO2-)을 질산 이온(NO3-)으로 산화시키는 반응이며, 대표적인 질산균으로 Nitrobacter가 있다. 이를 전체 화학반응식으로 나타내면 다음과 같다.
NH4+ + 1.5O2 → NO2- + H2O + 2H+
NO2- + 0.5O2 → NO3-
NH4+ + 2O2 → NO3- + H2O + 2H+
질산화에는 용존 산소(DO), 유기물(BOD), pH 등의 환경 인자가 영향을 미친다. DO가 1mg/L 이하로 낮아지면 질산화에 필요한 SRT가 급격히 증가하며, 2mg/L 이상이 되면 질산화율이 일정해진다. BOD가 높으면 DO 부족으로 질산화가 저해되므로 BOD 부하를 낮추어야 한다. pH는 6.8 이하에서 크게 감소하며, 7.0~8.5 범위에서 최적의 질산화율을 보인다. 온도는 30℃가 최적이며 5℃ 이하에서는 정지된다.
탈질(Denitrification)은 무산소 조건에서 질산화의 최종 산물인 질산 이온(NO3-)을 질소 기체(N2)로 전환시켜 제거하는 것이다. 종속영양 미생물 중 Pseudomonas, Achromobacter, Bacillus, Micrococcus 등이 대표적인 탈질 미생물이다. 이를 화학반응식으로 나타내면 다음과 같다.
6NO3- + 5CH3OH → 3N2 + 5CO2 + 7H2O + 6OH-
탈질에는 유기탄소원, 무산소 조건, pH 등이 영향을 미친다. 하수 내 유기물이 부족할 경우 메탄올, 초산 등의 외부 탄소원을 공급해야 한다. DO는 무산소 조건이 필요하며, BOD 농도가 높을수록 잘 이루어진다. pH는 7.0~8.5 범위가 적정하며, 7.0이 최적이다. 온도는 35~50℃가 적절하다.
1.3. 생물학적 질소 제거 공정의 중요성
생물학적 질소 제거 공정의 중요성은 다음과 같다.
생물학적 질소 제거 공정은 수중의 유기성 질소와 암모니아성 질소를 질산화와 탈질 과정을 통해 질소 기체로 제거함으로써 방류수의 부영양화를 방지하고 수질 환경을 보전하는 데 핵심적인 역할을 한다. 특히 호수, 하천, 연안 등의 수역에 유입되는 질소로 인한 부영양화 문제가 심각해짐에 따라 생물학적 질소 제거 공정의 중요성이 더욱 대두되고 있다. 이러한 생물학적 질소 제거 공정은 물리화학적 질소 제거 방법에 비해 운전 및 유지관리가 상대적으로 용이하고 비용 대비 효과적이라는 장점이 있어 현재 우리나라를 비롯한 전 세계 대부분의 하수처리장에서 널리 활용되고 있다. 또한 생물학적 질소 제거 공정은 하수처리수의 재이용 확대를 위한 필수적인 공정이기도 하다. 방류수 수질 기준이 점점 강화됨에 따라 생물학적 질소 제거 공정의 처리 효율을 높이고 안정화하는 것이 하수처리장의 핵심 과제 중 하나로 대두되고 있다. 이를 위해 다양한 운전 인자 최적화,...
참고 자료
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용수 및 하폐수처리 강의자료 14강 호기성 생물막 공정
용수 및 하폐수처리 강의자료 15강 영양소 제거 공정
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