Abstract
To study the characteristics of organic and nutrient removal by Bacillus species at high COD concentration of influent, three lab-scale batch reactors(R1, R2, R3), each of which has different substrate composition, were operated. More than 95% of $NH_4^+$-N and $COD_{cr}$, concentrations were removed under an aerobic condition, and their removal efficiencies were found to be 22.6 and 90.5%(R1), 23.9 and 65.8%(R2), 30.2 and 86.4%(R3), respectively. The removal efficiency of $NH_4^+$-N was high when an enough amount of $NO_3^{-}$-N was supplied, and that of $COD_{cr}$. was low when a high concentration of initial $NO_2^{-}$-N was added. The amount of carbon utilized in denitrification was a little. In all reactors,$NO_3^{-}$-N was removed under an anoxic condition, but in the R3 reactor, 10% of $NO_3^{-}$-N could be removed even undo, an aerobic condition. The removal efficiencies of TN and TP were 41.8 and 49.5%(R1), 40.1 and 35.8%(R2), 47.0 and 57.6%(R3), respectively. Alkalinities destructed under an aerobic condition for each reactor were 4.96, 5.41 and 3.93 mg/L (as $CaCO_3$) per each gram of $NH_4^+$-N oxidized, respectively, while 3.06, 3.17 and 2.60 mg/L (as $CaCO_3$) of alkalinities were produced for each gram of ,$NO_3^{-}$-N reduced to $N_2$. The SOUR were found to be 38.5, 52.7 and 42.0 mg $O_2$/g MLSS/hr, which indicated that Bacillus sp. had a higher cell activity than activated sludge. The OLR and sludge production were estimated to be 0.69 and 0.28(Rl), 0.77 and 0.20(R2), 0.61 kg COD/$m^3$/day and 0.25 kg MLSS/kg COD(R3), respectively. From the N-balance, the highest percentage(40.9%) of nitrogen lost to $N_2$ was obtained in the R3 reactor. From all the results, the possibility of aerobic denitrification Bacillus sp. has been shown and the B3 process seemed to have two advantages: a little amount of carbon was required in denitrification and not much amount of alkalinity was destructed under an aerobic condition.
높은 COD 농도의 유입수질에 따른 Bacillus 균주의 유기물 및 영양소 제거특성을 파악하고자 실험실 규모의 3가지 다른 기질 조성을 가지는 회분식 반응조(Rl, R2, R3)를 운전하였다. $NH_4^+$-N 및 $COD_{cr}$, 농도는 호기적 상태에서 95% 이상 제거되었으며, 각 반응조의 $NH_4^+$-N 및 $COD_{cr}$, 제거율은 각각 22.6 와 90.5%(Rl), 23.9 와 65.8%(R2), 30.2와 86.4%(R3)이었다. $NH_4^+$-N의 제거는 $NO_3^{-}$-N의 농도가 충분히 공급이 될 경우 제거효율이 높은 것으로 나타났고, 초기 nitrite의 농도가 높을 시에는 COD 처리효율을 크게 떨어뜨림을 알 수 있으며, 탈질에 이용되는 탄소량은 거의 없었다. 따라서, Bacillus 균주에 의한 탈질과정에서는 일반적 전자공여체 대신에 암모니아성 질소가 전자공여체로서 이용될 수 있다는 가능성을 보였다. $NO_3^{-}$-N농도는 무산소 조건에서 거의 탈질 되는 것으로 나타났으며, R3 반응조의 경우에만 호기상태에서도 10%의 제거가 일어났다. 총질소(TN)와 총인(TP)의 제거율은 각각 41.8 와 49.5%(Rl), 40.1와 35.8%(R2) 및 47.0 와 57.6%(R3) 이었다. Alkalinity는 호기조건에서 alkalinity의 농도가 많이 소모되었다가 다시 무산소 조건에서 탈질반응에 의하여 회복됨을 알 수 있었는데, 호기적 조건하에서 1 mg/L의 $NH_4^+$-N이 산화될 때 소모된 alkalinity는 Rl, R2, R3 반응조에서 각각 4.96, 5.41, 3.93 mg/L($CaCO_3$으로 환산한 농도로서)이었으며, 무산소 조건하에서는 1 mg/L의 $NO_3^{-}$-N이 제거되는 동안 회복되는 alkalinity는 각각 3.06, 3.17, 2.60 mg/L.($CaCO_3$으로 환산한 농도로서)이었다 Rl, R2, R3 각 반응조의 SOUR 값을 구해보면, 각각 38.5, 52.7 및 42.0 mg $O_2$/g MLSS/hr으로서 기존의 활성슬러지보다 높은 미생물 활성을 보였다. 각 반응조의 유기물질 용적부하율(OLR) 및 슬러지 생산량을 계산하면 각각 0.69 와 0.28(Rl), 0.77 와 0.20(R2) 및 0.61 kg COD/$m^3$/day 와 0.25 kg MLSS/kg COD(R3)이 었다. 유기물 부하율이 상당히 높은데 반해 슬러지 생산량은 다른 공법에 비해 다소 낮은 것으로 나타났다. 초기 $NO_3^{-}$-N 농도가 높은 R3 반응조는 무산소 조건하에서의 $NH_4^+$-N 1 mg 제거 당 가장 많은 양의 $NO_3^{-}$-N 제거 및 COD 1 mg 제거 당 가장 많은 $NO_3^{-}$-N 량이 제거되었다. Rl, R2 반응조에서의 $NH_4^+$-N 1 mg 당 제거된 COD mg수는 10.41-12.63으로서 호기적 탈질을 일으킨다고 보고된 T. pantotropha 균주를 사용한 실험결과와 비슷한 값을 나타내었고, $N_2$로의 변환에 의한 질소제거를 N-balance로부터 구해보면, R3 반응조의 경우가 가장 높은 제거율(40.9%)을 보였다. 이상의 결과들을 볼 때, Bncillus 균주는 호기적 탈질을 일으킬 수 있는 가능성이 있고, Bncillus 균주를 이용한 B3 공정은 탈질에 이용되는 탄소량이 거의 없고, 적은 alkalinity 소모에 의한 경제적 이익 등 장점을 가진 공정으로 보여 진다.
