황-이용 독립영양 탈질에서의 패각을 이용한 알칼리도 공급

Alkalinity Supplement using Sea Shell for Sulfur-utilizing Autotrophic Denitrification

본 연구에서는 황-이용 독립영양 탈질을 위한 경제적이면서도 효율적인 알칼리원의 선정을 위하여 숯, 연탄재, 패각 및 석회석을 대상으로 희분식 실험 및 연속실험을 실시하여 $NO_3{^-}-N$ 부하에 따른 탈질효율을 파악하였다. 희분식 실험 결과 패각 및 석회석이 가장 우수한 산 중화능력을 보였으나, 넓은 표면적을 가진 패각이 석회석보다 알칼리도 공급능력이 더 좋은 것으로 나타났으며, 황과 패각간의 혼합비는 1/1 (V/V)이 가장 효율적인 것으로 판단되었다. $NO_3{^-}-N$의 농도를 증가시키면서 수행한 연속실험 결과, 116 g $NO_3{^-}-N/m^3-day$의 부하까지는 90% 이상의 탈질효율을 나타내었으나, 145 g $NO_3{^-}-N/m^3-day$의 부하에서는 탈질효옳이 48%로 악화 되었다. 제거된 $NO_3{^-}-N$ 1 g당 생성된 $SO_4{^{2-}}$의 양은 평균 7.02 g으로 이론값인 7.54 g보다 낮게 나타났다. $NO_3{^-}-N$의 탈질은 반응속도상수가 평균 0.146/hr인 1차 반응으로, 그리고 $SO_4{^{2-}}$의 생성은 반응속도상수가 평균 -53.1 mg/L-hr인 0차 반응으로 나타났다. $NO_3{^-}-N$의 탈질량에 비례하여 가스가 발생되었는데, 질소 물질수지를 따진 결파 제거된 질소중 71~109%, 평균 90%가 $N_2$가스로 회수되었다.

The purpose of this study was to select an effective and economical alkali source for sulfur-utilizing autotrophic denitrification. Tests on acid neutralization and denitrification at various alkali/sulfur mixing ratios were performed for charcoal, briquette ashes, sea shell, and limestone. The results of the experiments showed that sea shell was the most effective alkali source because it could provide more surface area than limestone, and the optimal alkali/sulfur mixing ratio was 1/1(V/V). In a sulfur/sea shell packed bed reactor, the denitrification efficiency was above 90% up to a loading rate of 116 g $NO_3{^-}-N/m^3-day$. but the denitrification efficiency deteriorated to 48% at the loading rate of 145 g $NO_3{^-}-N/m^3-day$. The average $SO_4{^{2-}}$ generation per g of $NO_3{^-}-N$ removed was 7.02 g, which is lower than the theoretical value of 7.54 g. Denitrification and sulfate generation appeared to be a first-order and a zero-order reaction with a reaction rate constant of 0.146 /hr and -53.1 mg/L-hr, respectively. According to nitrogen mass balance, 71~109%, with an average of 90%, of the removed nitrogen was recovered as $N_2$ gas.