๊ฐ์ง์
(Jin-Young Kang)
a,โ iD
์ฅ์ํธ
(Young-Ho Jang)
biD
์ ๋ณํ
(Byeong-Hwan Jeong)
ciD
๊น์ฐ์ง
(Yeon-Jin Kim)
diD
๊น์ฉํธ
(Yong-Ho Kim)
eiD
-
๊ฒฝ๊ธฐ๋๋ณด๊ฑดํ๊ฒฝ์ฐ๊ตฌ์ ๋ฌผํ๊ฒฝ์ฐ๊ตฌ๋ถ
(Department of Water Environmental Research, Gyeonggi-do Institute of Health and Environment)
ยฉ Korean Society on Water Environment. All rights reserved.
Key words
Anammox, Eutrophication, Livestock wastewater, Nitrification, Nitritation
1. Introduction
ํ๋นํธ๋ฅผ ๋น๋กฏํ ๊ณต๊ณต์์ญ์์ ๋ฐ์ํ๋ ๋ถ์์ํ ๋ฌธ์ ๋ ์์์ ๋ฐ ์น์๊ตฌ์ญ์ผ๋ก์์ ๊ณต๊ณต์์ญ ๊ด๋ฆฌ ์ธก๋ฉด์ ์์ด์ ๊ฐ์ฅ ์ค์ํ ์ฌํญ ์ค ํ๋์ด๋ค. ๊ณผ๊ฑฐ
ํ๊ฒฝ๋ถ ์๋ฃ์ ๋ฐ๋ฅด๋ฉด ์ค์ ๋ก ์ ์ฒด ์คํ์ ๋ฐ์๋ ์ค ๊ฐ์ถ๋ถ๋จ์ ๋ฐ์๋์ด ์ฐจ์งํ๋ ๋น์ค์ ์ฝ 1% ์ ๋์ ๋ถ๊ณผํ์ง๋ง(ME, 2012), ๋์ ์ง์ ๋ฐ ์ธ ๋๋๋ก ์ธํด ์์์ผ๋ฅ ๋ฐ์๋ถํ๋์ ์ ์ฒด ๋ถํ๋ ์ค ์ฝ 37%๋ฅผ ์ฐจ์งํ๊ณ ์๋ค(Kim, 2018). ์ค์ 2022๋
๋ ๊ฒฝ๊ธฐ๋๋ณด๊ฑดํ๊ฒฝ์ฐ๊ตฌ์์ ๋ถ์๊ฒฐ๊ณผ์ ์ํ๋ฉด ๊ฐ์ถ๋ถ๋จ ์ ํ์ฒ๋ฆฌ์์ค์ ๋ฐฉ๋ฅ์ ์์ง๊ธฐ์ค ์ด๊ณผ์จ์ 27.3%(์๋ํ์ ํ์ 34.9%)๋ก,
๊ฐ์ ๊ธฐ๊ฐ ๊ฐ์ธํ์์ ์ด๊ณผ์จ 13.8%์ ๋นํด ์๋นํ ๋์ ์์ค์์ ํ์ธํ ์ ์๋ค(๊ฐ์ถ๋ถ๋จ ์ด๊ณผ์๋ฃ ํ๊ท ์ํํ์ ์ฐ์์๊ตฌ๋(Biochemical
oxygen demand, BOD) 4,736.9 mg/L, ์ด์ง์(Total Nitrogen, T-N) 556.4 mg/L).
์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ๋ง์ ํ์์ฒ๋ฆฌ์์ค์์๋ ์ด์๋น์ฉ์ ์ต์ํํ๊ธฐ ์ํด ์๋ฌผํ์ ์ฒ๋ฆฌ๋ฅผ ๋ฐํ์ผ๋ก ์ด์ํ๊ณ ์์ผ๋ ์ผ๋ถ ๊ณ ๋๋ ์ ๊ธฐํ์์ ๊ฒฝ์ฐ ์์ค ๋
์ฑ๋ฌผ์ง์
์ํด ๋ฏธ์๋ฌผ ํ์ฑ์ด ์ ํด๋์ด ์๋ฌผํ์ ๊ณต๋ฒ์ ์ด์ฉํ ์ฒ๋ฆฌ๊ฐ ๋งค์ฐ ๊น๋ค๋กญ๋ค๋ ๋ฌธ์ ๊ฐ ์๋ค. ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ์ง์์ ๊ฒฝ์ฐ ์ฒ๋ฆฌ๋์ง ์์ ํํ์ ์ค์์ ๋๋ถ๋ถ
์๋ชจ๋์ ํํ๋ก ์กด์ฌํ๋๋ฐ, ๊ฐ์ถ๋ถ๋จ์ ๊ฐ์ ๊ณ ๋๋ ์ง์ํ์์ ๊ฒฝ์ฐ ์๋ชจ๋์ ๋
์ฑ์ ์ํ ๋ฏธ์๋ฌผ์ ํ์ฑ ์ต์ ๋ก ์ธํด ํฌ์์ด๋ ํํ์ ์ ์ฒ๋ฆฌ ์์ด ์ผ๋ฐ์ ์ธ
์๋ฌผํ์ ์ฒ๋ฆฌ๊ณต๋ฒ์ผ๋ก ์ฒ๋ฆฌํ๊ธฐ์๋ ๋ง์ ์ด๋ ค์์ด ๋ฐ๋ฅด๋ ๊ฒ์ผ๋ก ์๋ ค์ ธ ์๋ค(Liu et al., 2019). ์ด๋ฌํ ๋ฌธ์ ๋๋ฌธ์ ๋๋ถ๋ถ์ ๊ฐ์ถ๋ถ๋จ์ ๊ฒฝ์ฐ ํด๋นํ ๋ฐ ์ก๋นํ ๋ฑ์ ์์ํ ๊ณผ์ ์ ํตํด ์ง์์ ์ธ์ ์ฌ์ด์ฉํ๊ณ ์์ง๋ง(ME, 2020), ์ด๋ ์์์ํ ๊ด์ ์์๋ ๋ฐ๋์งํ ์ ์์ผ๋ ์์นซ ๋ฌด๋ถ๋ณํ ๋น๋ฃ ์ดํฌ๋ก ์ธํ ๋น์ ์ค์ผ์์ผ๋ก ์์ฉํ ์ ์๋ค๋ ๋ฌธ์ ๊ฐ ์์ด ์์ง๊ด๋ฆฌ ์ธก๋ฉด์์์
์ฐ๋ ค๊ฐ ๊ณต์กดํ๋ค(Jang et al., 2015). ์ค์ ๋ก Gruber and Galloway (2008)์ ์ฐ๊ตฌ์ ๋ฐ๋ฅด๋ฉด ๋น๋ฃ๋ก ๊ณ ์ ๋ ์ง์์ ์ฝ 50%๋ ์ก์ง๋ฅผ ํตํด ์ต์ข
์ ์ผ๋ก ์์ํ๊ณ๋ก ์ด์ก๋๋ค๊ณ ์๋ ค์ ธ ์์ผ๋ฉฐ, ์ด์ ๋ฐ๋ผ ๊ฐ๋ณ ์ถ์ฌ์ ์๊ฐ์ฒ๋ฆฌ์
๋ํ ํ์์ฑ์ด ๋์ฑ ์ปค์ง๊ณ ์๋ ์ค์ ์ด๋ค. ํ๊ฒฝ๋ถ ํต๊ณ์ ๋ฐ๋ฅด๋ฉด ๊ฐ์ถ๋ถ๋จ์ ๋ฐ์๋์ ์ง์์ ์ผ๋ก ์ฆ๊ฐํ๋ ์ถ์ธ๋ฅผ ๋ณด์ด๊ณ ์์ผ๋ฉฐ(Fig. 1) ํนํ ๋ฐ์ ์ถ์ฌ์ ์ฒ๋ฆฌ์์ค์ ์ค์นํ์ฌ ์ง์ ์ ํ์ฒ๋ฆฌ ํ ๋ฐฉ๋ฅํ๋ ์๊ฐ์ฒ๋ฆฌ๋์ ๊ฒฝ์ฐ ์ง๋ 10๋
๊ฐ ์ฝ 130% ๊ฐ๋ ์ฆ๊ฐํ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ณด๊ณ ๋๊ณ ์๋ค(ME, 2020).
Fig. 1. Amount of livestock wastewater and livestock head count in Korea.
์ ํต์ ์ธ ์๋ฌผํ์ ์ง์ ์ ๊ฑฐ ๋ฐฉ๋ฒ์ผ๋ก๋ ์๋ชจ๋์ ์ฐํ ๋ฏธ์๋ฌผ(Ammonia oxidizing bacteria, AOB) ๋ฐ ์์ง์ฐ์ฑ ์ง์ ์ฐํ ๋ฏธ์๋ฌผ(Nitrite
oxidizing bacteria, NOB)์ ์ด์ฉํ ์ง์ฐํ-ํ์ง(Nitrification-Dinitrification) ๊ณต์ ์ด ์ฃผ๋ก ์ ์ฉ๋์ด ์์ผ๋,
์ต๊ทผ์ ํ์์ฒ๋ฆฌ ๊ณต์ ์ ์ด๋ฌํ ์ ํต์ ์ธ ์ง์ฐํ-ํ์ง ๊ณต์ ์ ํ์ํ ์๋์ง ๋ฐ ์ ๊ธฐํ์์ ๊ณต๊ธ์ ์ต์ํํ๊ธฐ ์ํด ๋ค์ํ ์ง์์ ๊ฑฐ ๊ณต์ ์ด ๊ตญ๋ด์ธ์์ ์ฐ๊ตฌ๋๊ณ
์๋ ์ถ์ธ์ด๋ค(Capodaglio et al., 2016; Hellinga et al., 1998). ์๋ฃ(WERF, 2014)์ ๋ฐ๋ฅด๋ฉด ๋จ์ถ์ง์์ ๊ฑฐ ๊ณต์ ์ผ๋ก ๋ถ๋ฅ๋๋ ๋ถ๋ถ์ง์ฐํ-๋ถ๋ถํ์ง(Nitritation-Dinitritation) ๋ฐ ์๋๋ชฉ์ค(Anammox) ๊ณต์ ์
๊ฒฝ์ฐ ๊ธฐ์กด ์ง์ฐํ-ํ์ง ๊ณต์ ์ ์์๋๋ ์๋์ง ์๋ชจ๋์ ๊ฐ๊ฐ 25%, 60% ์ด์ ์ ๊ฐ ๊ฐ๋ฅํ๋ค๊ณ ์๋ ค์ ธ ์๋์ง ์ ์ฝํ ์ฐจ์ธ๋ ์ง์์ ๊ฑฐ ๊ณต๋ฒ ์ค ํ๋๋ก
๋ถ๋ฅ๋๊ณ ์๋ค. ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ๋ ์ด๋ฌํ ๋จ์ถ์ง์์ ๊ฑฐ ๊ณต์ ์ค ๋ถ๋ถ์ง์ฐํ-๋ถ๋ถํ์ง ๊ณต์ ์ ํ์ฉํ์ฌ ๊ฐ๋ณ ์ถ์ฌ์์ ๋ฐ์ํ ๊ฐ์ถ๋ถ๋จ์ ์์ฒด ์ ํ์ฒ๋ฆฌ์ ๋ฐฉ๋ฅ์
์์ง๊ธฐ์ค ๋ฌ์ฑ ์ฌ๋ถ๋ฅผ ํ์ธํ๊ณ ํ์ฅ ์ ์ฉ ๊ฐ๋ฅ์ฑ์ ๊ฒํ ํ์๋ค. ๋ํ ๋ค์ํ ์ด์ ์กฐ๊ฑด์์ ์ฒ๋ฆฌ์์ ์กฐ์ฑ ๋ณํ๋ฅผ ๊ด์ฐฐํ์ฌ ๊ฐ์ถ๋ถ๋จ ์ฒ๋ฆฌ์์ ์๋๋ชฉ์ค
๊ณต์ ์ฐ๊ณ ๊ฐ๋ฅ์ฑ์ ํ์ธํ๊ณ ์ ํ์๋ค.
2. Materials and Methods
2.1 ๋์์ ์ ๋ฐ ๋ถ์๋ฐฉ๋ฒ
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ๊ฒฝ๊ธฐ๋ ๋ด A ๊ฐ์ถ๋ถ๋จ ๊ณต๊ณต์ฒ๋ฆฌ์ฅ์ ์ ์
์๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ์คํ์ ์งํํ์์ผ๋ฉฐ, 1์ฐจ ์นจ์ ์ ๊ฑฐ์น ์ ์
์๋ฅผ ์์๋ก ์ฌ์ฉํ์ฌ ๋ถ์ ๋ฌผ์ง์ ์ํ
์ํฅ์ ์ต์ํํ๊ณ ์ ํ์๋ค. ๋์ ํญ๋ชฉ์ผ๋ก๋ ๊ฐ์ถ๋ถ๋จ ์ค ๊ณ ๋๋ ์๋ชจ๋์๋ฅผ ํฌํจํ ์ง์ ๋๋์ ๋ณํ๋ฅผ ๊ด์ฐฐํ๊ธฐ ์ํด ํํ์ ์ฐ์์๊ตฌ๋(Chemical
oxigen demand, COD), ์ด์ง์(T-N), ์์ง์ฐ์ฑ ์ง์(NO2--N), ์ง์ฐ์ฑ ์ง์(NO3--N), ์๋ชจ๋์์ฑ ์ง์(NH4+-N) ๋ฐ ์์นผ๋ฆฌ๋์ ๋ํด ์์ง์ค์ผ ๊ณต์ ์ํ๊ธฐ์ค์ ๋ฐ๋ผ ๋ถ์ํ์๋ค. pH๋ Thermo scientific ์ฌ์ pH meter (Orion star
A211)์ ์ด์ฉํ์ฌ ์ธก์ ํ์์ผ๋ฉฐ ๋คํญ๋ชฉ์ธก์ ๊ธฐ(YSI Pro20 Lab/6600 V2)๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ์์จ, DO, ์ ๊ธฐ์ ๋๋ ๋ฑ์ ๊ด์ฐฐํ์๋ค.
2.2 FA/FNA์ ์ํ ์ง์ฐํ ๋ฐ์ ์ํฅ ๊ฒํ
๊ฐ์ถ๋ถ๋จ ์ค ์๋ชจ๋์(Free ammonia, FA) ๋
์ฑ์ ์ํ ์ง์ฐํ ๋ฏธ์๋ฌผ์ ํ์ฑ ์ ํด ์ ๋๋ฅผ ํ์ธํ๊ธฐ ์ํด ํ๋ถ์ ๋ฐ์๊ธฐ๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ๋ค์ํ
์ด๊ธฐ ์๋ชจ๋์ ๋๋ ์กฐ๊ฑด์์ ์ง์ฐํ ๋ฐ์์ ์งํํ์ฌ ์ง์ ์ฑ๋ถ์ ๊ฑฐ๋ ๋ณํ๋ฅผ ๊ด์ฐฐํ์๋ค. ์ถ๊ฐ๋ก ์ง์ฐํ ๋ฐ์์ด ์งํ๋จ์ ๋ฐ๋ผ ์ถ์ ๋๋ ์์ง์ฐ์ฑ ์ง์์
์ํ Free nitrous acid (FNA) ๋
์ฑ ์ญ์ ์ง์ฐํ ๋ฏธ์๋ฌผ์ ํ์ฑ์ ์ํฅ์ ์ค ์ ์๋ ์ธ์์ธ ๋งํผ ํธ๊ธฐ์กฐ๊ฑด์์ ์ ์
์๋ฅผ ๋ถํ ์ฃผ์
ํ๋ฉฐ
์์ง์ฐ์ฑ ์ง์์ ๋๋ ๋ณํ ๋ฐ ์ด๋ก ์ธํ ์ง์ฐํ ๋ฐ์์ ์ ํด ์ฌ๋ถ๋ฅผ ํ์
ํ์๋ค. ์คํ์ ๊ฐ์ถ๋ถ๋จ ๊ณต๊ณต์ฒ๋ฆฌ์ฅ ์ ์
์๋ฅผ ์คํ ์กฐ๊ฑด์ ๋ง๊ฒ ํฌ์ํ์ฌ ๊ฐ๊ฐ์
์ด๊ธฐ ์๋ชจ๋์ ์กฐ๊ฑด์ ์ค์ ํ์์ผ๋ฉฐ, 1 L beaker๋ฅผ ์ด์ฉํ ํ๋ถ์(Batch) ๋ฐ์๊ธฐ๋ก ์์จ ์กฐ๊ฑด ํ์์ ๋ฐ์์กฐ ๋ด ๋ฏธ์๋ฌผ ๋๋๋ ์ฝ 4,500
mg MLSS/L ์์ค์ผ๋ก ์ ์งํ๋ฉฐ ์งํํ์๋ค. ๋ํ ํด๋น ์กฐ๊ฑด์์ FNA์ ์ํ ๋
์ฑ ์ํฅ์ ํ์ธํ๊ธฐ ์ํด ๊ธฐ์กด ๋ฌธํ์๋ฃ(Anthonisen et al., 1976)๋ฅผ ์ฐธ๊ณ ํ์ฌ ์คํ์ด ์งํ๋ ์จ๋, pH, ์๋ชจ๋์์ฑ ์ง์ ๋ฐ ์์ง์ฐ์ฑ ์ง์ ๋๋ ์กฐ๊ฑด์์ FA ๋ฐ FNA์ ์ํฅ์ ๊ฒํ ํ์๋ค.
2.3 ์ฐ์ํ๋ถ์ ๋ฐ์์กฐ ์ด์ ๋ฐ ํ์ฅ ์ ์ฉ
๊ธฐ์ด์คํ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋ฐํ์ผ๋ก ์ฐ์ํ๋ถ์๋ฐ์๊ธฐ(Sequencing Batch Reactor, SBR)๋ฅผ ์ ์ ๋ฐ ์ด์ ํ์ฌ ์ฒด๋ฅ์๊ฐ์ ๋ฐ๋ฅธ ๊ฐ์ถ๋ถ๋จ ๋ด ์ง์
๊ฑฐ๋์ ๊ด์ฐฐํ์๋ค. ์คํ์ ์ฌ์ฉ๋ ์ฐ์ํ๋ถ์ ๋ฐ์๊ธฐ๋ ์ง๊ฒฝ(D) 130 mm, ๋์ด(H) 1,040 mm ์ ์ํตํ ์ํฌ๋ฆด ๋ฐ์๊ธฐ๋ก ๋ฐ์๊ธฐ์ ์ ํจ์ฉ๋์
์ฝ 7 L์ด๋ฉฐ PLC ์ ์ด๋ถ๋ฅผ ํตํด ๊ฐ๊ฐ์ ์ด์ ๋ชจ๋ ๋ณ ์ด์ ์๊ฐ์ ์ ์ดํ์๋ค(Fig. 2). ๋ฐ์๊ธฐ ํ๋จ์ ์ค์น๋ ์ธ๋ผ๋ฏน ๋ํจ์ ๋ฅผ ํตํด ๊ณต๊ธฐ๋ฅผ ๊ณต๊ธํ๊ณ ์๋จ์ ๊ต๋ฐ๊ธฐ๋ฅผ ์ค์นํ์ฌ ๋ฐ์์กฐ ๋ด ์ํํ ๊ต๋ฐ๊ณผ ์ฐ์ ๊ณต๊ธ์ด ์ด๋ฃจ์ด์ง๋๋ก ์ค๊ณํ์๋ค.
๋ฐ์์กฐ๋ ์ค์ ๊ฐ๋ณ ๊ฐ์ถ๋๊ฐ ์ ์ฉ์ ๊ณ ๋ คํ์ฌ ๋ณ๋์ ์จ๋ ์กฐ์ ์ฅ์น ์์ด ์์จ ์กฐ๊ฑด์์ ์ด์ํ์์ผ๋ฉฐ ์ํํ ์ง์ฐํ๊ฐ ์ด๋ฃจ์ด์ง๋๋ก ๋ฐ์์กฐ ๋ด ๋ฏธ์๋ฌผ ๋๋๋
์ฝ 4,500~5,000 mg MLSS/L ์์ค์ผ๋ก ์ ์งํ์๊ณ , ์ ๊ธฐ๋ฌผ ์ฐํ์ ์ํ ์ฉ์กด์ฐ์ ์๋น๋ก ์ง์ฐํ ๋ฐ์์ด ์ต์ ๋ ์ ์๋ค๋ ๊ธฐ์กด ์ฐ๊ตฌ๊ฒฐ๊ณผ(Lee and Yim, 2008)๋ฅผ ์ฐธ๊ณ ํ์ฌ ๋์ ์ ๊ธฐ๋ฌผ ๋๋ ์กฐ๊ฑด์์๋ ์ง์ฐํ ๋ฐ์์ด ์ผ์ด๋ ์ ์๋๋ก ํฌ๊ธฐ ์ ๋ฐ์์กฐ DO ๋๋๋ 3 mg/L ์ด์์ผ๋ก ์ ์ง๋๋๋ก ์ด์ํ์ฌ ํฌ๊ธฐ
์ ์ง์ฐํ ๋ฐ์์ ํ์ํ ์ฐ์๊ฐ ์ถฉ๋ถํ ๊ณต๊ธ๋ ์ ์๋๋ก ํ์๋ค. ์ ์
๋ ์์๊ฐ ๋ฐ์๊ธฐ ๋ด๋ถ์์ ๋จธ๋ฌด๋ ์๋ฆฌํ์ ์ฒด๋ฅ์๊ฐ(Hydraulic retention
time, HRT)์ ์ ์
์ ์ฑ์๋ถ์ ๊ฒฐ๊ณผ ๋ฐ ๊ธฐ์ด์คํ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋ฐํ์ผ๋ก 5~10์ผ ๋ฒ์์์ ์ด์ ํ์์ผ๋ฉฐ ์ฌ๋ฌ์ง ์ฒด๋ฅ์๊ฐ(Sludge retention
time, SRT)์ ๊ฐ๊ฐ ์ด์ ์กฐ๊ฑด๋ณ HRT์ ๋น์ทํ๊ฒ ์ด์๋ ์ ์๋๋ก ๊ด๋ฆฌํ์๋ค. ์ดํ ๊ฐ๋ณ ์ถ์ฌ์์์ ๋จ๋
์ ํ์ฒ๋ฆฌ ๊ฐ๋ฅ์ฑ์ ๊ฒํ ํ๊ธฐ ์ํด ์ฐ์ํ๋ถ์
๋ฐ์๊ธฐ ์ด์ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ์ค์ ๊ฐ์ถ๋ถ๋จ ์ ํ์ฒ๋ฆฌ์์ค์ ์ ์ฉํ์ฌ ์ด์ ํ๋ฉด์ ์ฒ๋ฆฌ์์ ์์ง๋ณํ๋ฅผ ๊ด์ฐฐํ์๋ค. ํ์ฅ ์ ์ฉ ์ ๋ถ๋ถ ํ์ง๋ฐ์ ํจ์จ์ ๋์ด๊ณ ์ ๋ง์ง๋ง
์์ ์ ์
์์ ์ ์ํ์ฌ์ ์ธ๋ถํ์์์ผ๋ก ์ฌ์ฉํ์ฌ ์์์ ํจ๊ป ์ฃผ์
ํ์์ผ๋ฉฐ, ๊ธฐ์กด ์ฐ๊ตฌ์๋ฃ(Park et al., 2020)๋ฅผ ์ฐธ๊ณ ํ์ฌ ์์ ์ค ์ง์ 1 g/L ๋น 3.7 g COD/L ์ด์์ผ๋ก ์ ์ง๋ ์ ์๋๋ก ์ด์ํจ์ผ๋ก์จ ํ์ง๋ฐ์์ด ์ํํ ์งํ๋ ์ ์๋๋ก ํ์๋ค.
Fig. 2. Schedule of the operation stages in each cycle of sequencing batch reactor.
3. Results and Discussion
3.1 ๊ฐ์ถ๋ถ๋จ ๋ฐ์ํน์ฑ
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์ ์ฌ์ฉ๋ ๊ฐ์ถ๋ถ๋จ์ ์ฑ์๋ถ์ ๊ฒฐ๊ณผ๋ Table 1๊ณผ ๊ฐ๋ค. ๊ธฐ์กด ์ฐ๊ตฌ๊ฒฐ๊ณผ(Lee and Yim, 2008)๋ฅผ ๊ณ ๋ คํ๋ฉด ๋์ ๋๋์ COD ์ ์
์ผ๋ก ์ธํ ์ง์ฐํ ๋ฐ์์ ์ต์ ๊ฐ ์์ ๊ฐ๋ฅํ์์ผ๋, ์ผ์ ๋๋ ์ด์์์์ ์ ์
์ ๊ธฐ๋ฌผ ๋๋ ๋ณํ๋ ์๋ชจ๋์ ์ ๊ฑฐ์จ
๋ฐ ์์ง์ฐํ์จ์ ํฐ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น์ง ์๋๋ค๋ Gil and Im (2011)์ ์ฐ๊ตฌ ๊ฒฐ๊ณผ์ ์ค์ ํ์ฅ ์ ์ฉ์ ๊ณ ๋ คํ์ฌ ๋ณธ ์คํ์ ๋ณ๋์ ์ ๊ธฐ๋ฌผ ์ ๊ฑฐ ์์ด ์งํํ์๋ค.
Table 1. Characteristics of livestock wastewater
Parameters
|
Values
|
pH
|
8.16 ยฑ 0.34
|
TCOD(mg/L)
|
4,426.3 ยฑ 134.8
|
T-N(mg/L)
|
1,887.9 ยฑ 305.2
|
NH4+-N(mg/L)
|
1,829.4 ยฑ 335.8
|
Alkalinity (mg/L)
|
9,029.0 ยฑ 1,140.4
|
3.2 FA/FNA์ ์ํ ์ง์ฐํ ๋ฐ์ ์ํฅ ๊ฒํ ๊ฒฐ๊ณผ
์ด๊ธฐ ์๋ชจ๋์ ๋๋์ ๋ฐ๋ฅธ ์ง์ฐํ ๋ฐ์์ ์ ํด์ฌ๋ถ๋ฅผ ํ์ธํ๊ธฐ ์ํด ๋ค์ํ ์๋ชจ๋์ ๋๋ ์กฐ๊ฑด์์ ์ฐ์ ํฌ๊ธฐํ๋ฉฐ ์ฒ๋ฆฌ์์ ์กฐ์ฑ ๋ณํ๋ฅผ ๊ด์ฐฐํ์๋ค. ๊ฐ
๋ฐ์์กฐ์ ํฌ๊ธฐ ์๊ฐ์ 24์๊ฐ ์ด์์ผ๋ก ์ ์
๋ ์๋ชจ๋์๊ฐ ์ถฉ๋ถํ ์ง์ฐํ๋ ์ ์๋๋ก ์ฅ์๊ฐ ํฌ๊ธฐํ์์ผ๋ฉฐ, ํฌ๊ธฐ ์ ํ ์๋ชจ๋์์ฑ ์ง์, ์์ง์ฐ์ฑ ์ง์
๋ฐ ์ง์ฐ์ฑ ์ง์ ๋๋, pH ๋ฑ์ ์ธก์ ํ์ฌ ์ ์
๋ ์ง์์ ๊ฑฐ๋์ ๊ด์ฐฐํ๋ฉฐ ์ง์ฐํ ๋ฐ์์ ์งํ ์์ค์ ํ์ธํ์๋ค(Fig. 3). ์คํ ๊ฒฐ๊ณผ ๋ฎ์ ์๋ชจ๋์์ฑ ์ง์ ๋๋ ์กฐ๊ฑด(550 mg NH4+-N/L ์ดํ)์์๋ ํฌ๊ธฐ ํ ์ฒ๋ฆฌ์์ ์์ง์ฐ์ฑ ์ง์ ๋ฐ ์ง์ฐ์ฑ ์ง์ ๋๋์ ์ฆ๊ฐ์ pH ๊ฐ์ ๋ฑ์ ๋ณํ๋ฅผ ๊ด์ฐฐํ ์ ์์์ผ๋ฉฐ, ์คํ ๊ฒฐ๊ณผ๋ก ๋ฏธ๋ฃจ์ด
๋ณผ ๋ ์ง์ฐํ ๋ฐ์์ด ์ํํ ์ด๋ฃจ์ด์ง๊ณ ์์์ ์ ์ ์์๋ค. ๋ฐ๋ฉด ๊ณ ๋๋ ์๋ชจ๋์ ์กฐ๊ฑด์์๋ ํฌ๊ธฐ ์ ํ ์์ง์ฐ์ฑ ์ง์ ๋ฐ ์ง์ฐ์ฑ ์ง์์ ๋๋ ๋ณํ๊ฐ
๊ฑฐ์ ์ผ์ด๋์ง ์์ ์ง์ฐํ ๋ฐ์์ด ์งํ๋์ง ์์ ๊ฒ์ผ๋ก ๊ด์ฐฐ๋์ด ๊ธฐ์กด ์ฐ๊ตฌ์์(Liu et al., 2019) ๋ฐํ์ง ๊ฒ๊ณผ ๊ฐ์ด ์์ ์ค ์๋ชจ๋์ ๋๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ FA ๋
์ฑ์ ์ํด ์ง์ฐํ ๋ฏธ์๋ฌผ์ ํ์ฑ์ด ์ต์ ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จํ์๋ค. ๋ค๋ง ๊ณ ๋๋ ์๋ชจ๋์
์กฐ๊ฑดํ์์ ์ฒ๋ฆฌ์ ์ค ์๋ชจ๋์์ฑ ์ง์ ๋๋๊ฐ ์ผ๋ถ ๊ฐ์ํ๊ณ pH๋ ์ฆ๊ฐํ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ณด์ ๊ณต๊ธฐ ๊ณต๊ธ์ ์ํด ์์ค ์๋ชจ๋์์ฑ ์ง์๊ฐ ์๋ชจ๋์ ๊ฐ์คํํ๋ก
ํ๊ธฐ๋์์ ๊ฒ์ผ๋ก ์์ ๊ฐ๋ฅํ์๋ค. ์ด๋ฅผ ํตํด ๊ณ ๋๋ ์ง์ํ์์ธ ๊ฐ์ถ๋ถ๋จ์ ์ ํ์ฒ๋ฆฌ๋ฅผ ์ํด์๋ ์ ์
์ ์ฃผ์
๋ฐฉ๋ฒ์ ์ ์ด๋ฅผ ํตํด ๋ฐ์์กฐ ๋ด ์๋ชจ๋์ ๋๋์
๊ด๋ฆฌ๊ฐ ํ์ํ๋ค๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ์๊ณ , ์คํ ์ ์ต๋ ์๋ชจ๋์์ฑ ์ง์ ๋๋ ์กฐ๊ฑด์ 550 mg/L ์ดํ๋ก ์ ์งํ๋๋ก ์ ์
์๋ฅผ ๋ถํ ์ฃผ์
ํ์ฌ ์ด์ํ์๋ค.
Fig. 3. Changes in nitrogen species concentration and pH with different initial ammonia concentrations under continuous aeration conditions.
์ดํ ์ง์ฐํ ๋ฐ์์ด ์งํ๋จ์ ๋ฐ๋ผ ์ถ์ ๋๋ FNA์ ์ํ ๋
์ฑ ์ํฅ์ ํ์
ํ๊ธฐ ์ํด ํธ๊ธฐ ์กฐ๊ฑด์์ ์ ์
์๋ฅผ ๋ฐ๋ณต ์ฃผ์
ํ๋ฉฐ ์ง์ฐํ ๋ฐ์์ ์ ๋ํ์๋ค.
์คํ ๊ฒฐ๊ณผ ์ง์ฐํ ๋ฐ์ ์ ๋ ์ ์ ์
๋ ์ง์์ ์ฝ 60%๊ฐ๋์ด ์์ง์ฐ์ฑ ์ง์ ํํ๋ก ์ถ์ ๋๊ณ ์ด๋ ์ ์ฒด ์ฐํ์ฑ ์ง์ ๋๋ ์ค ์์ง์ฐ์ฑ ์ง์ ๋๋์
๋น์จ(NO2--N/NOx-N)๋ ์ต๋ 87%๊น์ง ์ฆ๊ฐํ๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ์๋ค. ์คํ์ด ๋ฐ๋ณต๋จ์ ๋ฐ๋ผ ์ ์
์ ์ค ์๋ชจ๋์์ฑ ์ง์ ์ผ๋ถ๊ฐ ์ง์ฐํ๋์ง ์์ ์ฑ ์๋ฅํ์ฌ ๋๋๊ฐ ์กฐ๊ธ์ฉ
์ฆ๊ฐํ๋ ๊ฒฝํฅ์ ๋ณด์ด๋, ์์ง์ฐ์ฑ ์ง์๊ฐ ์ง์ฐ์ฑ ์ง์๋ก ์ฐํ๋๋ ์์ ์ง์ฐํ ๋ฐ์์ ์ถฉ๋ถํ ์ต์ ๋๊ณ ์๋ ๊ฒ์ผ๋ก ํ์ธ๋์๋ค. Anthonisen et al. (1976)์ ์ฐ๊ตฌ ๊ฒฐ๊ณผ์ ๋น๊ตํ์ ๋ ์์ง์ฐ์ฑ ์ง์์ ์ถ์ ์ FA ๋
์ฑ์ ์ํ NOB์ ํ์ฑ ์ต์ ๋๋ฌธ์ผ๋ก ์์๋๋ฉฐ(Fig. 4), ์ด๋ฅผ ํตํด ๊ฐ์ถ๋ถ๋จ์ ๊ฐ์ ๊ณ ๋๋ ์ง์ ํ์์ ๊ฒฝ์ฐ ์์ ์ง์ฐํ ๋ฐ์์ด ์ผ์ด๋๊ธฐ ์ด๋ ค์ด ์์ ํน์ฑ์ ๊ธฐ์กด์ ์ง์ฐํ-ํ์ง ๊ณต์ ์ ํตํ ์ ํ์ฒ๋ฆฌ๊ฐ
์ด๋ ต๋ค๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ ์ ์์๋ค. ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ๋ฐ์์กฐ ๋ด ์๋ชจ๋์ ๋๋ ๊ด๋ฆฌ๋ฅผ ์ํด ์ ์
์์ ๊ฐํ ์ฃผ์
๋ฐ ์ด์ ๋ชจ๋ ๋ณ๊ฒฝ์ด ์ฉ์ดํ SBR ๋ฐ์์กฐ๋ฅผ
์ค๊ณ ๋ฐ ์ ์ํ์ฌ ์คํ์ ์งํํ์์ผ๋ฉฐ, SBR ์ด์ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋ฐํ์ผ๋ก ํ์ฅ ์ ์ฉ์ ํตํด ์ฒ๋ฆฌ์์ ๋ฐฉ๋ฅ์ ์์ง๊ธฐ์ค ๋ฌ์ฑ์ฌ๋ถ๋ฅผ ํ์ธํ์๋ค.
Fig. 4. Variation of nitrogen species accumulation and pH change by repeated livestock wastewater injection(a), Effects of nitrification bacteria by free ammonia and free nitrous acid concentrations(b); Zone 1: free ammonia inhibition to ammonia oxidizing bacteria and nitrite oxidizing bacteria, Zone 2: free ammonia inhibition to nitrite oxidizing bacteria, Zone 3: Complete nitrification, Zone 4: Free nitrous acid inhibition to nitrite oxidizing bacteria.
3.3 SBR ์ด์ ๊ฒฐ๊ณผ ๋ฐ ํ์ฅ ์ ์ฉ ๊ฒฐ๊ณผ
๊ธฐ์ด์คํ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋ฐํ์ผ๋ก SBR ๋ฐ์๊ธฐ๋ฅผ ์ ์ ๋ฐ ์ด์ ํ์ฌ ์ ์
์์ ๋ฐ์๊ธฐ ๋ด ์ฒด๋ฅ์๊ฐ์ ๋ฐ๋ฅธ ์ฒ๋ฆฌํจ์จ ๋ฐ ์ง์ ๊ฑฐ๋ ๋ณํ๋ฅผ ๊ด์ฐฐํ์๋ค. ์ฌ์ฉ๋ ๋ฐ์๊ธฐ์
์ฉ๋ ๋ฐ ๊ฐ์ถ๋ถ๋จ ์ฑ์ ๋ถ์ ๊ฒฐ๊ณผ์ ๋ฐ๋ผ ์๋ชจ๋์(FA) ๋
์ฑ์ ์ํ ์ง์ฐํ ๋ฏธ์๋ฌผ ํ์ฑ ์ต์ ๋ฅผ ์๋ฐฉํ๊ธฐ ์ํ ๋ฐ์์กฐ ์ต์ ์ฒด๋ฅ์๊ฐ์ 4~5์ผ ์์ค์ผ๋ก
๊ฒฐ์ ํ์๋ค. ์ด์ ๊ฒฐ๊ณผ ์ฒด๋ฅ์๊ฐ์ ๋ฐ๋ผ ์ด์ง์ ์ ๊ฑฐ์จ, ์์ง์ฐ์ฑ ์ง์ ์ ํ์จ ๋ฐ ์ฒ๋ฆฌ์ ๋ด ์์ง์ฐ์ฑ ์ง์ ๋ ์๋ชจ๋์์ฑ ์ง์์ ๋๋๋น ์ฐจ์ด๋ฅผ ํตํด
์ด์ ๋ชฉ์ ์ ๋ง๋ ์ ์ HRT ์ ์ฉ ํ์์ฑ์ ๋ํด ํ์ธํ ์ ์์์ผ๋ฉฐ ๊ฐ ์ด์ ์กฐ๊ฑด์์์ ์ ์
์ ๋ฐ ์ ์ถ์ ์กฐ์ฑ ๋ณํ๋ Table 2์ ์ ๋ฆฌํ์๋ค. ์ด๊ธฐ ๊ฐ์ถ๋ถ๋จ ์ค ์กด์ฌํ๋ ์๋ชจ๋์์ ์ ๊ฑฐ์จ์ ์ ์ฒด ๊ธฐ๊ฐ์์ ๋ชจ๋ 80% ์ด์ ์ ๊ฑฐ๋๋ ๊ฒ์ผ๋ก ํ์ธ๋์์ผ๋, ๋ฐ์์กฐ ๋ด ์ฒด๋ฅ์๊ฐ์
๋ฐ๋ผ ์ง์ฐํ/ํ์ง ํจ์จ์ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น ๋ฟ ์๋๋ผ ์ฒด๋ฅ์๊ฐ ์ ์ด๋ฅผ ํตํด ์ฒ๋ฆฌ์ ์ค NO2--N ๋ฐ NO3--N ๋๋๋ฅผ ์ ์ดํ ์ ์๋ค๊ณ ์๋ ค์ง ๊ธฐ์กด ์ฐ๊ตฌ๊ฒฐ๊ณผ(Guo et al., 2017)์ ๊ฐ์ด ์ฒด๋ฅ์๊ฐ์ ๋ฐ๋ผ ์ฒ๋ฆฌ์ ์ค ์๋ฅํ๋ ์์ง์ฐ์ฑ ์ง์ ๋ฐ ์ง์ฐ์ฑ ์ง์์ ๋๋์ ์ํด ์ฒ๋ฆฌ์์ ์ด ์ง์ ๋๋ ๋ฐ ์ ๊ฑฐ์จ์์ ์ฐจ์ด๋ฅผ ๋ณด์๋ค. ๋จผ์
HRT 10์ผ ์กฐ๊ฑด์์์ ์ด ์ง์ ์ ๊ฑฐ์จ์ ์ฝ 74%, ์ฒ๋ฆฌ์์ ์ด ์ง์ ๋๋๋ ์ฝ 428.7 mg/L ์์ค์ผ๋ก ํ์ธ๋์๋ค. ํด๋น ์กฐ๊ฑด์์ ์ฒ๋ฆฌ์
์ค ์์ง์ฐ์ฑ ์ง์ ๋๋๋ ์ฝ 273 mg/L ๊น์ง ์ถ์ ๋๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ์์ผ๋ฉฐ ์ด ๋ ์๋ชจ๋์์ฑ ์ง์ ๋๋(213.1 mg NH4+-N/L)๋๋น ์์ง์ฐ์ฑ ์ง์ ๋๋์ ๋น๋ ์ฝ 1.3์ผ๋ก ์๋๋ชฉ์ค ๊ณต์ ์ ํ์ํ ์ด๋ก ์ ์ธ ๋๋๋น์ธ 1.32์ ๋งค์ฐ ๋น์ทํ ์์ค์ผ๋ก ์ฒ๋ฆฌ์์ ์๋๋ชฉ์ค
๊ณต์ ์ฐ๊ณ ๊ฐ๋ฅ์ฑ์ด ๋์ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จํ์๋ค. ๋ค๋ง ์ ์
์์ ๋ฎ์ C/N ๋น๋ก ์ธํด ์ธ๋ถํ์์ ์ฃผ์
์์ด๋ ๋จ๋
์ฒ๋ฆฌ๋ฅผ ํตํ ๋ฐฉ๋ฅ์ ์์ง๊ธฐ์ค ๋ฌ์ฑ์ด
๋ค์ ์ด๋ ค์ธ ๊ฒ์ผ๋ก ์์๋์ด, ์ค์ ํ์ฅ ์ ์ฉ ์์๋ ๋ณ๋์ ์ธ๋ถํ์์์ ์ฃผ์
ํ๋ฉฐ ์ด์ ํจ์ผ๋ก์จ ๋ฐฉ๋ฅ์ ์์ง๊ธฐ์ค ๋ฌ์ฑ์ฌ๋ถ๋ฅผ ํ์ธํ์๋ค. ๋ณด๋ค ์งง์ ์ฒด๋ฅ์๊ฐ
์กฐ๊ฑด(HRT 4.5์ผ)์ผ๋ก ์ด์ ํ์์ ๋์๋ ์ด ์ง์ ์ ๊ฑฐ์จ์ ์ฝ 68%๊น์ง ๊ฐ์ํ์ฌ ์ฒ๋ฆฌ์์ ์ด ์ง์ ๋๋๋ ์ฝ 600 mg/L๊น์ง ์์นํ์์ผ๋ฉฐ
์์ง์ฐ์ฑ ์ง์ ๋ ์๋ชจ๋์์ฑ ์ง์์ ๋๋๋น๋ ์ฝ 0.5 ์์ค์ผ๋ก ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์ ๋ชฉ์ ์ผ๋ก ํ๋ ๋จ๋
์ฒ๋ฆฌ ๋๋ ์๋๋ชฉ์ค ๊ณต์ ์ฐ๊ณ ๋ชจ๋์ ์์ด์ ๋ค์ ์ ํฉํ์ง
์์ ์กฐ๊ฑด์ผ๋ก ํ๋จํ์๋ค. SBR ์ด์ ๊ธฐ๊ฐ ์ค ๋ฐ์์กฐ ๋ด์ FA์ FNA ๋
์ฑ์ ์ํ ์ง์ฐํ ๋ฏธ์๋ฌผ ํ์ฑ ์ ํด ์ฌ๋ถ ๊ฒํ ๊ฒฐ๊ณผ(Fig. 5), ์ด์ ์ด๊ธฐ ์ผ๋ถ ์๋ฃ๋ฅผ ์ ์ธํ๋ฉด ๋๋ถ๋ถ์ ์ด์ ์กฐ๊ฑด์์ FA์ ์ํ NOB ํ์ฑ์ด ์ต์ ๋จ์ผ๋ก์ ์์ง์ฐ์ฑ ์ง์์ ์ถ์ ์ด ์ผ์ด๋ ์ ์์๋ ๊ฒ์ผ๋ก
ํ์ธ๋์์ผ๋ฉฐ, FA ๋ฐ FNA ๋
์ฑ์ ์ํ AOB์ ์ต์ ๋ ๋ฐ์ํ์ง ์์ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ณด์ธ๋ค.
Table 2. Results of SBR operation with different hydraulic retention times
Parameter
|
Unit
|
HRT 10 days
|
HRT 4.5 days
|
Influent
|
Effluent
|
Influent
|
Effluent
|
T-N
|
mg/L
|
1,695.2 ยฑ 240.8
|
428.7 ยฑ 109.5
|
1,870.6 ยฑ 380.2
|
598.9 ยฑ 50.2
|
NH4+-N
|
1,620.5 ยฑ 270.2
|
213.1 ยฑ 55.3
|
1,774.4 ยฑ 386.6
|
294.0 ยฑ 52.4
|
NO2--N
|
5.5 ยฑ 6.6
|
272.6 ยฑ 56.7
|
6.0 ยฑ 5.0
|
142.2 ยฑ 29.7
|
NO3--N
|
32.8 ยฑ 18.8
|
49.1 ยฑ 12.3
|
6.8 ยฑ 2.0
|
217.0 ยฑ 57.6
|
NO2--N/NH4+-N
|
g/g
|
-
|
1.3
|
-
|
0.5
|
T-N removed
|
%
|
74.2
|
68.0
|
NIR*
|
%
|
83.9
|
83.4
|
* NIR: Nitrification Ratio (Removed NH4+-N conc./Influent NH4+-N conc.)
|
Fig. 5. Estimation of the status of the nitrification bacteria, affected by free ammonia and free nitrous acid concentration during SBR operation.
์ ์ฐ๊ตฌ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋ฐํ์ผ๋ก ์ค์ SBR์ด ์ค์น๋ ๊ฐ๋ณ ๋๊ฐ์ ์ ์ ์ด์ ๋ชจ๋๋ฅผ ์ ์ฉํ๊ณ , ์ํํ ํ์ง๋ฐ์์ ์ํด ์ธ๋ถํ์์์ ์ฃผ์
ํ๋ฉฐ ์ด์ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๊ด์ฐฐํ์๋ค(Fig.
6). ์ค์ ํ์ฅ ์ ์ฉ ์ ์์ ์ฐ๊ตฌ๊ฒฐ๊ณผ์ ๋ฐ๋ผ ์ด์ ์กฐ๊ฑด์ ๊ฒฐ์ ํ์์ผ๋ฉฐ ์ ์
์ ์ค ์๋ชจ๋์๋ฅผ ์ ๋ ์ฒ๋ฆฌํ ์ ์์ ์ ๋๋ก ์ถฉ๋ถํ ์์ ์ธ๋ถํ์์์ ๊ณต๊ธํ์ฌ
์ด์ ํ ๊ฒฐ๊ณผ ๋ฐ์ํ ๊ฐ์ถ๋ถ๋จ๊ฐ ์ ์
๋๋ ์ฒซ๋ฒ์งธ ๊ต๋ฐ ๋จ๊ณ์์ T-N ๋๋๋ ์ต๋ 140 mg/L ์์ค์ผ๋ก ํ์ธ๋์์ผ๋ฉฐ ๊ฐ ์ด์ ๋ชจ๋๋ฅผ ๊ฑฐ์น๋ฉฐ ์์ง์ฐํ-์ํ์ง
๋ฐ์์ด ์งํ๋์ด ์ ์ฒด ์ด์ ์ฌ์ดํด์ด ๋๋ ํ ์ฒ๋ฆฌ์ ์ค T-N ๋๋๋ ์ฝ 85 mg/L ์ ๋๋ก ์์ ์ ์ผ๋ก ๋ฐฉ๋ฅ๋๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ์๋ค. ํ์ฅ ์ ์ฉ ๊ฒฐ๊ณผ
์ฒ๋ฆฌ์์ค์ ์ง์คํ ๋ฐ ๋ฐ์ ๊ฐ์ถ๋ถ๋จ์ ์ง์ ์ ์
์ผ๋ก ์ธํด ๋ฐ์์กฐ ๋ด ์์จ์ ์๋์ ์ผ๋ก ๋ ๋๊ฒ ์ ์งํ ์ ์์๊ณ , ์ด๋ฅผ ํตํด ์์ง์ฐํ-์ํ์ง ๋ฐ์์ด
๋ ์์ ์ ์ผ๋ก ์งํ๋ ์ ์์๋ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค.
Fig. 6. Variation of the nitrogen species concentrations in full-scale SBR reactor to treat livestock wastewater.
4. Conclusion
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ๋จ์ถ ์ง์์ ๊ฑฐ๊ณต์ ์ ์ ์ฉํ์ฌ ๊ฐ์ถ๋ถ๋จ ์ค ์ง์ ์ ๊ฑฐ๋ฅผ ์ํ ์ ์ ์ฒ๋ฆฌ์กฐ๊ฑด์ ํ์
ํ์์ผ๋ฉฐ ์ฐ๊ตฌ ๊ฒฐ๊ณผ๋ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ๋ค.
1) ๊ฐ์ถ๋ถ๋จ๋ฅผ ์ด์ฉํ ๊ธฐ์ด์คํ ๊ฒฐ๊ณผ ์ผ์ ์๋ชจ๋์ ๋๋์กฐ๊ฑด(550 mg NH4+-N/L ์ดํ) ํ์์๋ ์ง์ฐํ ๋ฐ์์ด ์ํํ๊ฒ ์ด๋ฃจ์ด์ก์ผ๋, ๊ณ ๋๋ ์๋ชจ๋์ ์กฐ๊ฑด(1,100 mg NH4+-N/L ์ด์)์์๋ FA ๋
์ฑ์ ์ํด AOB ๋ฐ NOB์ ํ์ฑ ์ต์ ๋ก ์ง์ฐํ ๋ฐ์์ด ์ํํ๊ฒ ์งํ๋์ง ์๋ ๊ฒ์ ํ์
ํ์๋ค. ์ด๋ฅผ ํตํด ๊ฐ์ถ๋ถ๋จ
์ ํ์ฒ๋ฆฌ ์ ๋ฐ์์กฐ ๋ด ์๋ชจ๋์ ๋๋ ๊ด๋ฆฌ์ ๋ํ ํ์์ฑ์ ํ์ธํ์๊ณ ์ ์
์ ๊ณต๊ธ๋ฐฉ๋ฒ ๋ณ๊ฒฝ์ ํตํด ์ด๋ฅผ ํด๊ฒฐํ๊ณ ์ ํ์๋ค.
2) ์คํ๊ฒฐ๊ณผ์ ๊ธฐ์กด ๋ฌธํ์๋ฃ๋ฅผ ๋น๊ตํ์ฌ FA ๋ฐ FNA์ ์ํ ์ง์ฐํ ๋ฏธ์๋ฌผ ํ์ฑ ์ต์ ์ฌ๋ถ ๊ฒํ ๊ฒฐ๊ณผ, ๊ฑฐ์ ๋๋ถ๋ถ์ ์คํ ์กฐ๊ฑด์์ FA ๋
์ฑ์
์ํ NOB ํ์ฑ ์ต์ ์ ์ํ ์์ง์ฐ์ฑ ์ง์์ ์ถ์ ์ด ํ์ธ๋์์ผ๋ฉฐ, FNA์ ์ํ NOB ํ์ฑ ์ต์ ๋ ๊ฑฐ์ ์ผ์ด๋์ง ์์์ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค.
3) ์คํ์ค ๊ท๋ชจ SBR ์ด์ ๊ฒฐ๊ณผ ์ ์
์์ ์ฒด๋ฅ์๊ฐ์ ๋ฐ๋ฅธ ์ฒ๋ฆฌ์์ ์กฐ์ฑ ๋ณํ๋ฅผ ํ์ธํ์ฌ ์ด์ ๋ชฉ์ ์ ๋ง๋ ์ ์ ์ฒด๋ฅ์๊ฐ์ ์ ์ฉ์ด ํ์ํ๋ค๋ ๊ฒ์
์ ์ ์์๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ ๋ฐฉ๋ฅ์ ์์ง๊ธฐ์ค ๋ฌ์ฑ์ ์ํด์๋ ์ถ๊ฐ์ ์ธ ์ธ๋ถํ์์ ์ฃผ์
์ด ํ์ํ์์ผ๋ฉฐ, ์ด๋ฅผ ๊ณ ๋ฌํ์ฌ ์ค์ ํ์ฅ ์ ์ฉ ๊ฒฐ๊ณผ ์ฒ๋ฆฌ์ ์ค T-N
๋๋๋ ์ฝ 85.1 mg/L ์์ค์ผ๋ก ๋ฐฉ๋ฅ์ ์์ง๊ธฐ์ค(250 mg T-N/L)์ ๋ง์กฑํ์๋ค. ๋ํ ์ฒด๋ฅ์๊ฐ ์ ์ด๋ฅผ ํตํด ๊ฐ์ถ๋ถ๋จ ์ฒ๋ฆฌ์ ์ค ์์ง์ฐ์ฑ
์ง์์ ์๋ชจ๋์์ฑ ์ง์์ ๋๋๋น๋ฅผ ์กฐ์ ํจ์ผ๋ก์จ SBR ์ฒ๋ฆฌ์์ ์๋๋ชฉ์ค ๊ณต์ ์ฐ๊ณ ๊ฐ๋ฅ์ฑ์ ํ์ธํ ์ ์์๋ค.
4) ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ํตํด ๊ฐ์ถ๋ถ๋จ ์ ํ์ฒ๋ฆฌ์์ค์์ ๋ฐฐ์ถ๋๋ ์ง์ ๋ถํ๋์ ์ ๊ฐํ ์ ์์ ๋ฟ๋ง ์๋๋ผ ์์ค ์ด์๋น์ฉ ์ ๊ฐ์๋ ๋์์ด ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ์์๋๋ค.
๋ํ ๊ฐ์ถ๋ถ๋จ ์ฒ๋ฆฌ์์ ์๋๋ชฉ์ค ๊ณต์ ์ ์ฉ ๊ฐ๋ฅ์ฑ์ ํ์ธํ ๋งํผ, ํฅํ ์ด์ ๋ํ ์ถ๊ฐ์ ์ธ ์ฐ๊ตฌ๊ฐ ํ์ํ ๊ฒ์ผ๋ก ์ฌ๋ฃ๋๋ค. ๋ค๋ง ๊ฐ๋ณ ์ถ์ฌ ์ ์ฉ ์์๋
์ฒ๋ฆฌ์์ค์ ํ๊ฒฝ์ ๋ฐ๋ฅธ ๊ฒจ์ธ์ฒ ์์จ ์ ํ๋ก ์ธํ ์ง์ฐํ ๋ฐ์ ์ต์ ํ์ ๋ฐ ์ถ์ฌ๋ณ ๊ฐ์ถ๋ถ๋จ ๋ฐ์ํน์ฑ ์ฐจ์ด์ ๋ฐ๋ฅธ ๋ถํ ๋ณ๋์ ๋ํ ๋์ฑ
๋ง๋ จ ๋ฑ์ด ํ์ํ
๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค.
Acknowledgement
๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์ ํ๊ฒฝ๋ถ์ ์ฌ์์ผ๋ก ๊ตญ๋ฆฝํ๊ฒฝ๊ณผํ์์ ์ง์์ ๋ฐ์ ์ํํ์์ต๋๋ค(NIER-2022-01-03-014).
References
Anthonisen A. C., Loehr R. C., Prakasam T. B. S., Srinath E. G., 1976, Inhibition
of nitrification by ammonia and nitrous acid, Journal (Water Pollution Control Federation),
pp. 835-852

Capodaglio A. G., Hlavรญnek P., Raboni M., 2016, Advances in wastewater nitrogen removal
by biological processes: State of the art review, Revista Ambiente and Agua, Vol.
11, pp. 250-267

Gil K. I., Im J. Y., 2011, Nitritation at various temperature conditions using anaerobic
digester supernatant, [Korean Literature], Journal of the Korean Society of Hazard
Mitigation,, Vol. 11, No. 3, pp. 237-243

Gruber N., Galloway J. N., 2008, An earth-system perspective of the global nitrogen
cycle, Nature, Vol. 451, No. 7176, pp. 293-296

Guo Y., Guo L., Sun M., Zhao Y., Gao M., She Z., 2017, Effects of hydraulic retention
time (HRT) on denitrification using waste activated sludge thermal hydrolysis liquid
and acidogenic liquid as carbon sources, Bioresource Technology, Vol. 224, pp. 147-156

Hellinga C., Schellen A. A. J. C., Mulder J. W., van Loosdrecht M. V., Heijnen J.
J., 1998, The sharon process: An innovative method for nitrogen removal from ammonium-rich
waste water, Water Science and Technology, Vol. 37, No. 9, pp. 135-142

Jang T. I., So H. C., Son J. G., Choi J. G., 2015, Analysis of non-point pollution
loads from paddy fields treated liquid manure, [Korean Literature], Journal of Korean
Society of Agricultural Engineers, Vol. 258

Kim W., 2018, Total assessment for phosphorus input load of public wastewater and
livestock manure treatment facilities in Korea, [Korean Literature], Journal of Korean
Society of Water and Wastewater, Vol. 32, No. 4, pp. 325-335

Lee J., Yim S., 2008, Nitrification/denitrification rate and classification of output
nitrogen according to COD loads in SBR, [Korean Literature], Journal of Korean Society
on Water Environment, Vol. 24, No. 1, pp. 30-35

Liu Y., Ngo H. H., Guo W., Peng L., Wand D., Ni B., 2019, The roles of free ammonia
(FA) in biological wastewater treatment processes: A review, Environment International,
Vol. 123, pp. 10-19

Ministry of Environment (ME), 2012, Comprehensive measures for the advancement of
livestock excreta management, [Korean Literature], Ministry of Environment

Ministry of Environment (ME), 2020, Statistical data on the occurrence and treatment
of livestock manure in 2019, [Korean Literature], Ministry of Environment

Park S., Jeon J., Bae H., 2020, High-rate denitrifying process based on methanol and
characteristics of organic carbon uptake, [Korean Literature], Journal of Korean Society
on Water Environment, Vol. 36, No. 6, pp. 581-591

Water Environment Research Foundation (WERF), 2014, Deammonification, https://www.waterrf.org/sites/default/files/file/2022-09/Deammonification.pdf
(accesssed Oct. 2023)
