Modelling of Nitrogen Oxidation in Aerated Biofilter Process with ASM3

부상여재반응기에서 ASM3를 이용한 질산화 공정 모사

Process analysis with ASM3 (Activated Sludge Model3) was performed to offer basic data for the optimization of aerated biofilter (ABF) process design and operation. This study was focused on the simulation of the nitrification reaction in ABF which was a part of the advanced nutrient treatment process using bio-adsorption. The ABF process has been developed for the removal of suspended solids and nitrification reaction in sewage. A GPS-X (General Purpose Simualtor-X) was used for the sensitivity analysis and operation assessment. Sensitivity of ASM3 parameters on ABF was analysed and 4 major parameters ($Y_A$, $k_{sto}$, ${\mu}_A$, $K_{A,HN}$) were determined by dynamic simulation using 70 days data from pilot plant operation. The optimized values were 0.14 for $Y_A$, 3.5/d for $k_{sto}$, 2.7/d for ${\mu}_A$ and 1.1 mg/L for $K_{A,HN}$, respectively. Simulation with optimized parameter values were conducted and TN, $NH_4{^+}-N$ and $NO_3{^-}-N$ concentrations were estimated and compared with measured data at the range of 10 min to 4 hrs of hydraulic retention time (HRT). The simulated results showed that optimized parameter values could represent the characteristics of ABF process. Especially, the ABF showed relatively high nitrification rate (60%) under very short HRT of 10 min. As a consequence, the ABF was thought to be successfully used in the site which having high variation of influent loading rate.

하폐수의 생물학적 고도처리 공정의 설계와 운전 최적화에 필요한 자료를 제공하기 위하여 ASM3를 이용하여 부상여재반응기(ABF)에 대한 해석을 수행하였다. 대상 반응기로서는 수중의 부유물질 제거와 질산화 반응을 위해 이용되는 호기적 부상여재반응기로 하였다. 본 연구에서는 하폐수 고도처리공정 중 활성슬러지의 생흡착반응을 이용한 전체 시스템 중에 흡착조를 거친 유출수를 부상여재를 이용하여 질산화시키는 공정에 대한 해석을 목적으로 하였다. 민감도 분석과 영향평가를 위해서 상용 수처리 공정해석 프로그램인 GPS-X(V 5.0)을 이용하였다. 민감도 분석을 통해 공정거동에 영향이 큰 매개변수($Y_A$, $k_{sto}$, ${\mu}_A$, $K_{A,HN}$)가 결정되었고, 70일간의 pilot plant 운전자료를 이용한 동적 시뮬레이션을 통해 최적화하였다. 최적화된 매개변수 값들은 $Y_A$가 0.14, $k_{sto}$는 3.5/d, ${\mu}_A$는 2.7/d, $K_{A,HN}$는 1.1mg/L로 결정되었다. 최적화된 매개변수 값들을 이용하여 시뮬레이션을 수행하였고, 부상여재반응기의 수리학적 체류시간(HRT)을 10분에서 4시간으로 변화시키면서 TN, $NH_4{^+}-N$, $NO_3{^-}-N$의 변화를 예측하여 실측값과 비교한 결과 HRT가 10분 정도로 매우 짧은 운전조건에서도 60%에 가까운 질산화율을 보여주고 있었다. 짧은 HRT에서 우수한 질산화 능력을 보인 부상여재의 특성을 이용하여 유량변동이 매우 큰 현장에 부상여재반응기가 효과적으로 적용될 수 있다고 판단되었다.