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[환경공학] 멤브레인 평가A+최고예요

수처리특론MembraneKeyword : membrane, MF, UF, Nanofitration, RO1. 막의 정의1) 막은 두 개의 삼차원 균일상을 분리시키고 있은 상(phase)으로, 상의 물리화학적 성질에 의해 물질 및 에너지의 교환속도가 죄우되는 제 3의 상이다.2) 막은 모든 이동현상의 저항이 총집중되어 있는 상을 마하며, 그 저항은 물질에 따라 다르다. 그러므로 물질에 따라 막을 통한 이동속도가 다르며, 이로 인해 물질의 분리가 일어난다.무수히 많은 물질들이 막재질로 사용될 수 있고, 두께가 일반적으로 표면크기에 비해 상대적으로 매우작다.2. 막의 분리2-1. 막의 구조에 의한 분류①세공막(Macroporous membrane)공경(pore diameter, 0.1-10㎛)이 분자크기와 비교하여 매우 크고, 주로 macromolecule, colloid와 microparticle 등이 분리될 수 있는 막을 뜻한다. 이 막에는 이온이나 물과 같 은 대표적인 용매는 쉽게 통과할 수 있다.②미세공막(Microporous membrane)공경(50-500Å)이 고분자사슬의 크게에 준하는 막이므로 주로 유기화합물,macromoecule 이나 Knudsen흐름에 의한 기체분리에 사용된다.③비공성막(Nonporous membrane)미세공조차도 존재하지 않는 막 혹은 micelles 혹은 무기성 결정간의 간격(10Å내외)만 이 존재하는 막으로, 이 분자 간격을 통하여 물질이 투과된다. 이온의 95%이상 분리되 는 역삼투막, 기체분자 등이 용해되어 확산되는 고분자, 금속막 등이 이 부류에 속한다.membrane이란 기체, 액체 또는 고체로 이루어진 혼합물로부터 특정한 성분만을 분리해 낼 수 있는 상으로 막분리란 혼합물을 membrane의 물리화학적 특성을 이용하여 분자상태의 물질을 분리시키는 분리방법이다.분리막(Menrbrane)을 이용한 수처리기술은 해수의 담수화에 제일 먼저 상업화되었다. 수자원이 절대적으로 부족한 중동지역이나 미국의 남부 플로리다지역에서 것이며, 25%정도는 분리막에 의해 담수가 생산되고 있다.분리막 공정은 고분자 필름형태의 막과 이를 상업적으로 사용할 수 있도록 한 모듈(Module) 이 중요한 요소기술이며 이를 system화시키는 엔지니어링 기술이 결합되어 하나의 분리공정이 된다. 따라서 막의 재질, 형태에 따라 여러분야에 응용할 수 있으며 엔지니어링 기술이 개발됨에 따라 적용범위가 확 대되고 있어 새로운 분리기술로서 각광을 받고 있다.우리나라에서 분리막이 가장 먼저 사용된 분야는 반도체의 초순수 제조분야이며 서해안 지역의 공업용수확보를 위하여 대형 수처리시설이 건설되었다 그 후 의료 및 제약업계에서 무균수의 제조에 응용되기 시작되면서 그 장점 때문에 여러분야에서 적용 폐수의 처리 및 재이용분야의 응용은 수자원의 오염과 부족현상을 동시에 해결하고자 하는 것이 목적이나, 이 분야는 폐수의 종류나 형태가 너무 다양하고 기존의 상업화된 분리막에 해결하여야 할 문제점 이 있어 아직 활발하지는 않지만 우리의 수자원문제를 고려하면 우리나라에서는 가장 많이 적용될 수 있는 분야로 많은 연구개발이 진행되어야 한다.3. Membrane의 종류분리막의 구분은 막의 재료, 운전형태 및 Module 의 형태에 따라 구분하고 있다. 일반적으로 물에 함유되어 있는 것은 크기가 큰 부유물질과 물에 용존되어 있는 무기. 유기물질들이다. 전자의 부유물질은 콜로이드성 입자나 미생물 등이며, 후자는 칼슘, 나트륨, 망간과 같은 이온성 물질에서 부터 크롬, 구리와 같은 증금속류와 다양한 유기물질들이다. 이들 물질을 제거하고자 하는 목적에 따라 사용하는 분리막의 종류도 달라지게 된다.3-1. 막의 구조에 따른 분류분류공경제거물질다공막0.1∼10Å주로 거대분자,콜로이드 및 미세입자들을 분리할 수있다.이온이나 물과 같은 용매는 쉽게 통과할 수 있다.미세다공막50∼500Å고분자 사슬의 크기에 준하는 막으로 주로 유기화합물,고분자 등을 분리할 수 있다.균질막막구성물질의 분자간격정도만이 존해하는 균질한 막이온의 95% 이상이 분리되는 iving,DiffusionSieving,DiffusionCharge분리물질colloidpartialpartialAllAllAllpathogenscystsbacteriacystsbacteriaviruscystsbacteriaviruscystsbacteriavirusnoneorganicsnonenonesynthetic organic compoundsDBPSOCDBPnoneinorganicsnonenonecf. membrane의 제거 mechanism.Sieving - 여재의 공극이 투과물질의 크기보다 작을 때 발생한다.Diffusion - 막을 통한 물질전달속도가 막내에서의 농도구배에 의존하여 발생한다.Charge - 특정 전하를 띄우므로서 반대전하 물질을 제거하는 방법이다.cf. 한외여과한외여과는 10~1000A 정도의 기공 크기를 갖는 한외여과막을 이용하여 액체중에 용해되거나 분산된 물질을 입자크기나 분자량 크기별로 분리하는 방법이다. 한외여과막은 선택분리능을 갖는 활성층과 이를 지지하는 스폰지층으로 된 비대칭막으로 이루어져 있으며 고분자량 물질은 투과시키지 않고 물, 이온, 저분자량 물질은 투과시켜 특정물질만을 분별, 농축, 정제할 수 있는 장점이 있다.한외여과막으로 사용되기 위해서는 우수한 분획분자량과 높은 투과도 그리고 용제 및 오염에 대한 내구성이 요구된다.한외여과막 단면도중공사한외여과막은 사진에서와 같이 내외부 표면에는 치밀한 구조를 갖는 활성층이 있어분획성능을 조절하며 그 아래의 미세기공지지층이 활성층을 보강하여 막의 기계적인 강도를향상시켰다. 또한 내부에 존재하는 중간층 및 완충층에 의해 막의 투과 저항을 감소 시켜 높은 투과성능을 나타낸다.Backwash의 원리정밀여과막의 조직도3-3. membrane의 재질membrane 재질로 사용되고 있는 고분자물질은 특수한 고분자재료도 이용되고 있으나 Cellulose계와 Polyamide계가 대부분이다. 전자는 분리막의 개발 초기에 많이 사용되었으나 pH, 가수분해. 강도 등의 문제가 있어 최근에는 P반적으로 막은 단독으로는 사용되기 어렵고 막을 분리공정에 이용할 수 있도록 장치화하여 사용하게 되며 이렇게 막을 삽입하여 장치화한 설비를 이른바 모듈이라 한다. 현재까지 상업화된 막모듈의 형태는 다음과 같은 것들이 있다.막Module의 종류주 이용분야평판형 모듈정밀여과, 한외여과관형 모델한외여과중공사막 모듈한외여과, 기체분리나선형 모듈역삼투3-5. membrane 공정의 설계수처리에 분리막을 응용할 경우 대상 처리물질과 요구되는 처리수의 조건에 따라 설계의 기준이 결정되기 때문에 공정설계時 가장 먼저 고려되는 것은 처리하고자 하는 원수의 조건이다. 원수의 특성에 따라 membrane재질의 선정, 주변설비, 공정설계 등이 결정된다. 원수의 특성 중 공정에 영향 을 미치는 요인을 파악하여 설계시 이를 반영하여야 한다. 막분리에 영향을 미치는 요인은 원수에 함유되어 있는 물질 중, membrane 표면에 침전되어 Fouling을 일으키는 Dissolved 및 Suspended Colloidal성 물질과 Biofouling을 일으키는 Micro- organisms, 막 내에서 농도변화에 의해 생성되는 CaC03, CaSO4 등의 scale 형성물질들이다.전처리 공정은 막의 투과유속, 분리성능 빛 수명 을 좌우하는 중요한 처리공정으로 원수에 함유되어 있는 막오염 요인을 제거하는 공정이다. 막처리 공정은 시간이 경과함에 따라 막성능이 점차적으로 저하되는데 그 원인은 막 자체의 노화와 Fouling에 의 한 것으로 아래의 표에 투과유속과 배제율의 변화를 정리하였다.구분종류원인투과유속배제율문제시 되는 막노화화학적 노화가수분해↑(증가)↓(감소)Cellulose계 막산화↑(증가)↓(감소)합성고분자막물리적 노화압밀화↓↑역삼투막건조↓↑역삼투막, 한외여과생물적 노화황화↑↓Cellulose계 막Fouling부착물cake 층↓↓역삼투막, 한외여과정밀여과막gel 층↓↑scale 층↓↓역삼투압흡착층↓?한외여과눈막힘입체적↓↑흡착↓↑석출↓↑1)전처리공정Scaling은 용액 중에 녹아있는 이온들온들과 접촉하게 되면 각 입자의 전하층에 영향을 주어 서로 응집이 일어나 막에 Fouling을 일으키게 된다.따라서 콜로이드농도가 높은 용액은 전처리 과정에서 무기응집제(Alum, Ferric Compound) 나 Poly-electrolyte등의 응집제를 주입하여 입자를 일정크기 이상 응집시킨 다음 Clarifier나 Media Filter등 을 통과시켜 응집입자를 제거해 주어야 한다.미생물에 의하여 막에 오염이 생길 경우에는 막성능저하현상이 발생하므로 염소가스나 NaOCl등의 약품을 주입하여 원수 중에 함유된 미생물등을 제거해주어야 한다.2) Scale ControlMembrane의 Fouling현상을 초래하는 scale은 유입수 중에 용해되어 있는rm Ca^2+ , Mg^2+ , Ba^2+ , Sr^2+등의 양이온과rm HCO^3- , CO^3-등의 음이온이 결합되어 Hard 및 soft한 침전물을 형성, 막표면에 부착되면서 형성된다.soft scale인 CaCO3, SiO2는 membrane의 역세척이나 Chemical cleaning으로 제거가능하지만 hard scale인 CaSO4, BaSO4, SrSO4 등은 일단 scal이 형성되면 제거곤란하므로 Membran에 원수가 유입되기 전에 그 solubility을 고려하여 전처리를 실시하여야 한다. 이와 같은 scale 형성을 예측할 수 있는 지표는 Brackish Water의 경우에는 Langelier Saturation Index (LSI) 를 Sea Water의 경우에는 Stiff and Davis Stability Index (S & DSI) 를 사용 한다.pH8.5일때 농축수측의 LSI는LSI = pHb - pHspHs = pCa + pHCO3 + C 가 된다여기에서 pCa는 Ca농도의 ( - )log이며 . pAlk는 알카리농도의 ( -)log값이다. pHb는 농축수 측의 pH이며, C는 최대 온도에서의 TDS와 관계되는 상수이다.pHb = 6.30 + log Rb 이며Rb = HCO3(as

경영/경제| 2003.06.25| 9페이지| 1,000원| 조회(1,222)

환경공학, membrane, 멤브레인, 막문리

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[환경공학] BIOLOGICAL DENITRIFICATION 평가A+최고예요

BIOLOGICAL DENITRIFICATION생물학적 시스템에서의 Nitrate의 환원은 2가지 모델로 이루어진다.(동화작용과 이화작용이나 탈질화) nitrate 환원 동화는 세포합성에 암모니아를 이용하기 위해 nitrate를 환원하는 것을 수반하다. 이는 암모니아성 질소를 이용할 수 없을 때와 oxygen tesion과는 관계없이 일어난다. 반면에, 이화되는 nitrate 환원이나 탈질은 respirating electron chain와 연결되며, nitrous oxide, nitric oxide, nitrate를 질소로 환원되는 것을 수반하다.RM NO_3~ -> ~NO_2~ -> ~NO~ -> ~N_2 O~ -> ~N_2탈질은 산소가 없을 때 발생하는 무산소 공정이며, 유기 또는 무기성의 전자공여체가 필요하다.1. Microbiology2. Effect of Oxygen3. Effect of pH4. Oxidation - Reduction ReactionsMICROBIOLOGY탈질반응의 관심은 1800년대 비료화된 흙에서 질소가 손실되는 것을 해명하기 위해 시작되었다. 1876년, Meusel은 박테리아가 물이나 흙에서 nitrate의 파괴에 책임이 있다고 제안하였다. 1882년, Gayon과 Dupetit는 하수에서 nitrate를 사용하는 박테리아가 혐기성 활동을 하는 동안 가스가 생산되는 것을 설명하여 탈질을 소개하였다. 수많은 박테리아가 탈질을 수행하는 것으로 밝혀졌으나 이와 비슷한 미생물학적 능력이 algae나 fungi에서는 발견되지 않았다. 탈질을 수행할 수 있는 박테리아는 heterotrophs와 autotrophs 두가지 종류가 있다.heterotrophs 중 Payne은 다음과 같은 속들을 나열하였다.Achromobacter, Acinetobacter, Agrobacterium, Alcaligenes, Arthrobacter, Bacillus, Corynebacterium, Flavobacterium, Hypomicrobium, Moropseudomonas, Spirillum, VibrioGayle et al.(1989)은 Halobacterium과 Methanomonas도 발표하였다.이 미생물의 대다수가 산소는 물론 nitrate를 사용할 수 있으며 몇몇은 산소나 nitrate가 존재하지 않을 때 발효도 수행할 수 있다. autrotropic 탈질하에서 박테리아는 탄소원으로써 유기탄소 대신 CO2, HCO3-를 사용한다. Paracoccus 탈질균과 Thiobacillus denitrificans는 탈질화를 수행하는 동안 전자공여체로 각각 수소, 환원된 황화합물을 사용한다. 유기탄소원이 존재한다면 이 두 미생물은 hetrotrophs처럼 성장한다.(Gayle et al. 1989)①Pseudomonas species탈질균 중 가장 일반적이며 폭넓게 분포한다. 몇몇은 nitrate를 환원시키지 못하나 nitrite로 탈질을 시작한다. 특정한 종은 N2 대신 최종생산물로서 N2O 가스를 생성시킨다. Pseudomonas는 H, CH3OH, 탄화수소, 유기산, 알콜, benzoates, 방향족 화합물등 폭넓은 유기화합물을 사용한다. (Payne, 1981)②Hyphomicrobium이 종은 탄소원으로써 알콜과 간단한 1,2-탄소 산을 사용하며 복잡한 유기물들은 사용하지 않는다. (주둥이가 고급)③Bacillusnitrate와 nitric oxide를 환원하는 종들이 있다. 그러나 nitrite나 NO는 환원하지 못한다.B. azotoformans은 많는 탈질균들이 이용가능한 세가지 전자공여체(N2O, NO2, NO)를 사용한다. Bacillus는 폭넓은 범위의 유기기질을 사용할 수 있다.④Flavobacterium몇몇은 nitrate를 환원시키지 못하나 NO2-, NO를 N2로 환원시킬 수 있다.탄소원으로써 간단한 탄수화물(carbohydrates)을 사용한다.⑤Moraxella탄소원으로 방향족화합물을 사용할 수 있는 유일한 종이다.방향족 고리의 이중결합을 먼저 끊은 다음, 비방향족 고리를 파용할 수 있다. 탄소원으로 CO2를 사용하며 에너지원으로 산화한 수소를 사용할수도 있는, 즉 autotrophs처럼 성장할 수도 있는 유일한 종의 형태이다.⑦Rhodopseudomonas and Azospirillium식물의 근권(根圈)에서 발견된다. 질소고정을 행하거나 탈질을 수행할수 있는 유일한 종이다. NO를 N2로 환원시킬 수 있다.⑧Thobacillus denitrificans최종전자수용체로 nitrate를 사용하여 티오황산염(thiosulfate), 황화물(sulfide), 황(sulfur)을 산화시킬 수 있으며 부산물로써 sulfate를 생성한다.⑨Thiosphaera pantotrophaRobertson et al.(1988)은 이 미생물은 호기성 조건에서 탄소원으로써 acetate를 사용하여 질산화와 탈질을 동시에 수행할 수 있는 유일한 종이라고 밝혔다. 탈질율은 포화농도의 약 30%정도일 때 향상된다.Kugelman et al.(1991)은 호기성 탈질은 연속적으로 배치된 혐기/호기 활성슬러지공법(AO Process)에서 호기성조의 질소손실을 설명하는 중요한 메카니즘이라고 주장하였다.Effect of OxygenMacRae(1957)는 0.2mg/L의 DO 농도나 그 이상의 농도는 Pseudomonas의 활동을 저해하므로 탈질의 저해인자라고 밝혔다. 0.13mg/L의 DO 농도는 미생물의 높은 분산성정시 탈질이 중단된다. 활성슬러지 시스템에서 탈질의 DO 농도 영향은 혼합액의 DO 농도가 활성슬러지 floc의 실제 DO 농도를 나타내지는 않는다는 관점에서 매우 혼동을 일으킨다. .(생물학적 질산화 세미나 자료 참고)DO 농도 0mg/L나 무산소 상태에 노출되는 floc 생체량의 부분은 아래와 같은 사항에 영향을 받는다①혼합액의 DO 농도②floc size③산소호흡률에 영향을 미치는 유기물과 암모니아성 질소의 부하Rittman, Langeland(1985)은 확실한 호기성 상태에서 탈질이 일어나는 활성슬러지시스템의 종류와 DO 농도를 발표하였다atland et al.(1959)는 DO농도 0일 때와 각 DO 농도별 탈질율을 비교하면 다음과 같다.DO 2.0mg/L일 때 탈질율 10%정도, DO 0.2mg/L일 대 탈질율 50%정도, Focht와 Chang (1975)도 해수에서 위와 동일한 결과를 얻어냈다.Batchelor는 탈질율에 영향을 미치는 DO 농도의 방해영향을 포함한 탈질균의 성장률 식을 발표하였다.(IAWPRC도 이 모델을 통합하여 사용하였다.) Batchelor은 DO 저해 동역학 상수 Ko를 0.25mg/L로, IAWPRC 모델에서는 0.1mg/L로 사용하였다.rm R_xn = mu_m (F_DN ) (X_H ) [{S}over{K_s + S}] [{O}over{K_o +O}] [{NO}over{NO_s +NO}]식 2.23여기서,rm R_xn=탈질균의 성장률, mg/L-drm mu_m=heterotrophs의 최대비성장률, g/g-drm F_DN=전자수용체로 nitrate를 사용하는 heterotrophs의 비율, g/grm X_H=heterotrophs의 농도, mg/Lrm S=기질농도, mg/Lrm K_o=DO 방해상수, mg/LBatchelor 0.25mg/L IAWPRC model 0.10mg/LNO=nitrate 농도NOS=nitrate 감소에 대한 반포화상수, mg/L다수의 질소제거시스템은 대개 무산소, 호기성 상태를 교대로 반복하므로 중요한 점은 전자수송호흡고리(electron transport respiration chain)의 마지막 단계에서 미생물이 nitrate 환원효소를 활성화하거나 불활성화하는데 걸리는 시간이다. 그러나 활성슬러지시스템에서 이런 단계변화에 따른 중요한 반응에 관한 정보가 거의 없는 상태이다.Nelson, Knowles(1978)은 Azospirillum이 nirate 환원을 신진대사 경로로 이동시키는데 2시간의 지체기(lag period)가 필요하다는 것을 발견하였다. Payne, Riely(1969) 호기성 상태에서 무산소 상태로 미생물이 서 nitrate 환원으로 신진대사를 변경하지는 않는다. 일부는 무산소 환경에서 산소호흡 능력을 유지한다. 게다가 그는 일단 탈질효소가 생성되면 호기성이 되어도 때때로 탈질능력을 계속 진행시킬 수 있다고 발표하였다. nitric oxide의 존재는 용존산소의 영향으로부터 탈질세포를 보호하기 위한 것이라고 보고하였다. 무산소, 호기 상태의 반복으로 미생물의 응답특성(response characteri stic)을 아는 것이 중요하다고 밝혔다.(응답특성-환경의 변화에 적응할 수 있는 시간이나 특성)Effect of pH질산화 반응 시 알카리도를 소비하므로 pH는 감소하는 것에 비해 탈질 반응 시 알카리도는 생성되므로 pH가 상승한다.rm 5CH_3 OH ~+~ 6NO_3^- ~->~ 3N_2 ~+~ 5CO_2 ~+~ 7H_2 O ~+~6OH^-질산화균과 비교해 볼 때 탈질조로 유입되는 pH는 Chang과 Focht(1975)가 요약한 탈질율 측면에서 별 신경쓰지 않아도 되지만 그 결과는 다양한다. Dawson, Murphy(1972)는 pH 7.0이 최적의 탈질 조건이며 pH 6.0, pH 8.0일 때는 pH 7.0일 때와 비교할 때 탈질율은 절반정도라는 것을 발견하였다. (단, 적응기간 없이 실험을 행하였을 때)Nomnik 등 다수의 실험자들은 pH 6.0∼pH8.0 사이에서는 pH의 영향은 거의 없다는 것을 보여주었다. pH 8.0∼pH9.5과 pH 7.0∼pH4.0 에서는 탈질율이 선형적으로 감소한다. 알카리 폐수의 중성유지는 NO를 N2로 바꾸는데 용이하다.Oxidation-Reduction Rections탈질의 반응률탈질반응조 설계시 주요인자 중에 하나는 유입수의 산화된 질소를 제거하기 위해서는 필요한 기질의 양을 추정하는 것이다. 산화환원반응과 생물학적 수율을 이해하기 위해서는 기질요구정도를 결정하는 것이 중요하다. 아래에 나오는 산화환원반응은 폐수의 탈질을 위해 사용되는 다양한 기질을 나타내었다. 첫 번째로 나오는 메탄올은 외부탄소원으로써 가장 광범위H^-

공학/기술| 2003.06.25| 6페이지| 2,000원| 조회(384)

질산염, 고도처리, 산화 환원, 탈질, 암모니아성 질소

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Biological Nitrification

Biological NitrificationInstruction미처리된 하수내의 질소는 주로 용존성 및 입자상의 암모니아, 또는 유기질소의 형태로 있다. 용존유기질소는 주로 urea, amino acids의 형태로 되어 있다. 미처리된 하수 내에는 nitrite 도는 nitrate은 거의 없거나 또는 아주 없다. 유기성 입자상의 물질의 일부분은 일차침전에 의하여 제거된다. 생물학적 처리동안 대부분의 입자성의 유기질소는 ammonium과 기타 무기질소 형태로 변환된다. 암모늄의 일부는 생체의 세포물질로 동화된다. 처리된 2차 유출수내의 대부분의 질소는 암모늄의 형태로 있다. 총질소의 30% 미만이 재래식 2차처리에 의해서 제거된다.대표적인 질소제거 방법⑴ammonia stripping⑵break-point chlorination⑶selective ion exchange⑷biological nitrification and denitrification처리효율이나 단위공정의 경제성, 부산물의 안전성 등을 고려하여 ⑷biological nitrification and denitrification을 소개하고자 한다.1. Biological Nitrogen Removal2. Nitrification Microbiology3. Oxidation & Synthesis Relationships4. Stoichiometry5. Biological Kinetics6. Effect of pH7. Effect of Dissolved Oxygen8. Effect of Rates in Activated Sludge9. Nitrification Rates in Single Sludge BNR Systems10. Nitrification inhibition and ToxicityBiological Nitrogen Removal생물학적 질소 제거는 2단계로 구성된다.⑴암모니아가 nitrate로 산화(nitrification)⑵두 번째는 nitrate를 분자상의 질소로 제거(denitrificaPA(1975)0.15WPCF MOP FD-7(1983)0.050.220.170.130.12RozichRozich(1986)는 정상상태의 반응조에서 2.5∼18일 범위의 SRT를 기초로 질산화미생물의 순 생산을 관찰하였다. 이 범위에서 관찰된 수율(Yield)은 내생호흡으로 인한 세로량의 현저한 감소를 의미하는 긴 SRT에서 감소를 보이지는 않았다. 적절한 자료와 기술을 사용하여 그는 0.0038d-1의 내생호흡계수를 결정하였다. Neufeld dt al. 은 내생호흡계수를 0.04라고 보고했지만 산출방법을 제시하지는 못했다. 내생호흡계수는 질산화환경에서 잘 성립지는 않는다. 그리고 질산화미생물의 순생산을 계산할 때 매번 무시당하곤 했다. 질산화균은 암모니아나 nitrite의 산화에서 에너지를 얻기 때문에 질소화합물의 부족시 질산화균의 자산화는 기아상태(굶주린 상태)에서 가정할 수 있는 heterotrophs의 전형적인 자산화(autooxidation)와는 다르다.도시의 폐수를 처리하는 활성슬러지 탱크내의 혼합액의 질산화균의 비율은 BOD 제거와 비교되는 암모니아의 산화와 관련된 낮은 수율이나 기질수준으로 인해 전형적으로 2∼5%를 차지한다.#참고#폐수처리공학 written by Metcalf, Eddy#질산화 미생물은 거의 대부분의 호기성 생물학적 처리공정 내에 존재하지만, 대개 그 수는 제한되어 있다. 여러 활성슬러지 공정의 질산화 능력은 BOD/TKN의 비와 상관된다. 분리단계 질산화 공정에서 BOD/TKN비는 대략 1에서 3사이인데, 총 미생물 중 질산화 미생물의 비는 BOD/TKN비가 1에서 0.21이고 3일 때 0.083으로 변화하는 것으로 추정된다. 대부분의 재래식 활성슬러지에서 질산화 미생물의 비율은 따라서 0.083의 값보다 아주 작다. BOD/TKN비가 5보다 클 때 그 공정은 탄소산화와 질산화의 혼합공정으로 분류할 수 있으며, 그 비가 3이하 이면 분리단계 질산화 공정으로 분류될 수 있다.유입되는 하수의 암모니아성 질소(ammonium ni, pH 등 중요한 운전조건 하에서 바람직한 유출수의 암모니아성 질소를 제공하기 위해서 적절한 SRT를 선택함으로 써 폭기조의 용적을 계산하는 것이다. SRT의 설계는 최대 암모니아 부하율을 처리하는 질 산화균의 좀 더 높은 비율의 필요성을 위해서 안전율은 고려한 Monod Kinetic 식을 사용한 질산화균의 비성장률과 관련이 있다. 동력학적 모델과 실험실 연구의 개발을 기초로 Podus ka(1973)은 유출수의 암모니아성 질소의 농도를 유지하기 위해서 또는 설계값 이하로 배출 하기 위해서 평균 암모니아 부하율을 최고 암모니아성 질소의 농도로 안전율의 치침을정하여 발표하였다.rm SRT_d~ =~ S.F.(SRT)~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~여기서, SRTd = 설계 고형물 체류시간, dS.F. = 설계 안전율 = 최대 암모니아성 질소 부하/평균 암모니아성 질소 부하SRT = 요구되는 SRT, d완전 혼합 활성슬러지 시스템의 폭기조의 용적은 다음에 나오는 설계 SRT로서 계산될 수 있다.rm V~=~{[Y_nH (S_o -S) ~+` X_I ~+`Y_nH (N_ox ) ] Q(SRT_d )} overX#식 2.6여기서, V = 포기조의 용적, m3Q = 유량, m3/dayX = 포기조의 혼합액의 농도, mg/LSo = 유입 BOD5 농도, mg/LS = 유출 BOD5 농도, mg/LNox = 유입수이 암모니아성 질소의 농도, mg/LYnH = 내생호흡을 포함한 설계 SRT에서의 heterotrophs의 순 생산률, gTSS/gBOD5XI = 유입수 중 생물학적으로 분해 불가능한 불활성 고형물의 농도,mg/LYnN = 질산화균의 순 생산률, gTSS/g N#참고#하수도 시설기준#rm SRT~=~{수처리 ~시스템 ~내에~ 존재하는~ 활성슬러지량(kg)}over{하루에 ~시스템 ~외부로 ~배출되는 ~활성슬러지량(kg/day)}rm theta_c ~= ~ {VX}over{Q_w cdot X_w + (Q-Q_w) X_E}XE는 VX에 비해 극소량wles et al.(1965)은 온도의 함수로서 Kn 방정식을 다음가 같이 나타 내었다.rm K_n ~=~10^ {0.051T- 1.148}식 2.9여기서, T= Temp, ℃각 온도에서의 Kn 값10℃15℃20℃0.23mg/L0.41mg/L0.74mg/LChudoba et al.(1985) Kn=0.41mg/L (20℃)EFFECT OF pH보고된 pH의 영향은 조사된 연구마다 다양하며, 이는 미생물의 적응기간(acclimated perio d)이 없이 batch실험한 결과, 결정된 pH의 영향으로 해석된다.Wild et al.(1975)은 pH7에서rm mu_n,max는 pH8의rm mu_n,max와 선형적 관계를 가지며 약 50%정도 되는 것을 밝혀냈다. Engle, Alexander(1985), Dawning et al.(1964)는 pH 7.2과 8.0 사이에서는 pH의 영향이 거의 없으며, pH7.2 이하에서 질산화는 선형적으로 감소함을 밝혀냈다. Hall(1974)은 pH7.0과 9.4 사이에서는 완전한 질산화가 가능하며 U.S.EPA에서 발표한 다음 방정식은 pH 7.2 아래에서 pH의 영향을 밝히기 위해 제안되었다.rm mu_n,pH~ =~ (mu_n,7.2) [1-0.0833(7.2-pH)]식 2.10위와 비슷한 방정식이 Capetown 대학에 의해 제안되었다.rm mu_n,pH~ =~ (mu_n,7.2 ) (2.35)^{7.2-pH}식 2.11pH 6.5에서 두 방정식은 pH 7.2에서의 질산화율의 42%, 52%를 각각 보여준다.Boon, Laudelout(1962)은 pH 6.5에서 Nitrobacter에 의한 질산화율이 pH 7.5에서의 질산화율 의 60% 정도임을 발견하였다. 좀더 최근에, 비적응배양(unacclimated culture)을 이용한 An toniou et al.(1990)의 연구에서는 pH 6.9에서 질산화율이 pH7.9의 질산화율의 84%임을 밝혀 냈다. 또한 15℃, pH 6.8에서 질산화율은 pH 7.8의 질산부족지역에 위치하므로 floc 크기가 증가할 때마다 감소할 것이다. 이를 극복하기 위해서는 SRT를 길게 운전하는 것이 필요할 것이다. Stenstrom과 Song(1991)은 긴 SRT는 낮은 DO 농도와 물질전달의 높은 저항상태에서 질산화를 이루기 위해서 필요하다고 밝혔다. 활성슬러지에서 질산화를 위한 한계 DO 농도는 floc의 특성과 부하율에 따라서 0.5∼2.5mg/L 정도이다. 질산화균은 높은 DO 농도에 영향을 받지 않는다고 Okun(1949), Haug, McCarty(1971)가 각각 발표하였다. Charley et al.은 30℃에 높은 DO 농도의 영향을 연구하였으며, 처음 4일 동안에는 높은 DO 농도가 질산화의 방해물질(short-term inhibition)이 되며 5일 째는 어떠한 영향도 주지 않음을 발견하였다.NITRIFICATION RATES IN ACTIVATED SLUDGE활성슬러지에서 관찰되는 질산화율은 혼합액의 온도, 유입되는 질소와 BOD, 불활성 고형물, 운전SRT, heterotrophs와 질산화균의 수율 등, 많은 변수들의 함수이다. 비질산화율(SNR)은 식 2.6을 사용하여 다음과 같이 계산되어 나타난다.rm V~=~{[Y_nH (S_o -S) ~+` X_I ~+`Y_nH (N_ox ) ] Q(SRT_d )} overX#식 2.6rm SNR~=~{N_ox} over{HRT·X}~=~{N_ox}over{[Y_nH (S_o -S) ~+` X_I ~+`Y_nH (N_ox ) ] SRT }식 2.22여기서, SNR=비질산화율, g/g-dHRT=수리학적 체류시간, V/Q,d그리고 ,여기서, YnH=heterotrophs의 수율, gTSS/gBOD usedKd=내생호흡계수, gTSS lost/g TSS-d정상흐름상태의 운전SRT, 유입 암모니아와 BOD 농도, 유입수 중 불활성고형물 농도의 함수인 SNR(mg/gr MLSS·hr)이 초침의 유무에 의해 어떤 영향을 받는지 그림 2.2에 설명되어 있다. 다음에 나오는 가장이 그

자연과학| 2003.06.25| 16페이지| 1,000원| 조회(483)

질소제거, 고도처리, 질산화, 탈질, 동력학

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교육서식| 2003.03.21| 1페이지| 500원| 조회(11,464)

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