수산물 가공폐수의 생물학적 처리시 염분 영향
본 연구는 고농도의 유기물과 질소를 함유하고 있는 수산물 가공폐수의 안정적인 처리를 위하여 수행되었으며, 이러한 목적을 달성하기 위하여 실험계획을 3 단계로 구분하여 수행하였다. 1 단계는 수산물가공 폐수내 염분농도가 생물학적 처리에 미치는 영향을 파악하기 위하여, 염분농도에 따른 생분해도 특성을 파악하였다. 2 단계는 현재 적용되고 있는 재래식처리시설을 대체하기 위하여, 고율 혐기성 공정을 적용하여 유기물 부하, 염분농도에 따른 혐기성 소화효율을 평가하였다. 3 단계는 고율 혐기성 공정에서 미처리된 유기물과 질소를 제거하기 위해, 아탈질 공정을 적용하여 미처리된 유기물과 질소를 제거하였다.
이상의 연구에서 얻어진 결과를 종합하면 다음과 같다.
1. S/I ratio 0.9에서 재래식 혐기성 소화슬러지와 입상슬러지의 생분해도를 평가한 결과, 최종 생분해도(TCODcr)는 각각 72.0, 92.0 %로, 다중분해속도 k₁은 소화슬러지가 0.1252 day^(-1), 입상슬러지는 0.1709 day^(-1)로 조사되어 입상슬러지가 유기물 제거효율, 분해속도 등에서 효과적인 것으로 조사되어, 고농도 폐수의 혐기성 처리에는 입상슬러지가 효과적인 것으로 나타났다.
2. S/I ratio와 Cl^(-) 농도에 따른 혐기성 생분해도 결과, 최적 S/I ratio는 0.9로 산정되었고, 6,000 mgCl^(-)/L 이상에서는 유기물 제거효율이 80.0 % 이하로 감소하였다. 다중분해속도(k₁)는 3,000 Cl^(-)mg/L 이하에서 0.1603~0.1709 day^(-1)로, 6,000 mgCl^(-)/L 이상에서는 0.0565~0.0760 day^(-1)로 산정되어 Cl^(-)농도가 증가할 수 록 k₁은 감소하고 반응시간은 증가하는 경향을 나타냈으며, k_(2)는 Cl^(-) 영향이 k₁보다 적은 것으로 조사되었다.
3. Cl^(-) 농도에 따른 호기성 생분해도 실험결과, 6,000 mgCl^(-)/L 이하에서는 미생물들 Cl^(-)농도에 순응하였으나, 12,000 mgCl^(-)/L 이상에서는 반응시간이 길어져도 미생물 순응이 어려운 것으로 나타났다. 이러한 특성은 기질분석결과에서도 나타났는데, 12,000 mgCl^(-)/L 이상에서는 S_(S), X_(S), S_(I), X_(I) 성분의 변화가 발생하였으며, 질산화 과정에서는 Cl^(-)가 질산화 미생물에 영향을 미쳐 nitrite의 build up 현상이 발생하였는데, 이러한 특성은 질소제거를 위한 아질산-아탈질 공정을 적용할 수 있는 장점으로 판단된다.
4. 고율 혐기성 소화 실험 결과, 재래식처리공정 보다 고부하 운전(26.2 kgCOD/ ㎥•d)이 가능하였으며, Cl^(-)농도 4,000 mgCl^(-)/L 이하에서는 유기물(TCODcr) 제거효율이 83 % 이상으로 안정적인 제거효율을 나타냈다. 또한 고율 혐기성 공정은 불규칙한 폐수발생에도 입상슬러지를 안정적으로 유지 관리할 수 있어 발생특성이 불규칙한 폐수처리에도 입상슬러지를 적용한 고율 혐기성 공정은 매우 효과적인 것으로 판단된다.
5. 질소제거를 위해 적용한 아질산-아탈질 공정에서, SCOD 소모/NOx-N 제거 비는 2.347∼2.587의 범위로 평균 2.472로서 산정되어, 일반적인 NO₃-N 탈질시 소모되는 탄소원에 비해 약 40 % 정도의 탄소원이 감소되어 아탈질 공정은 완전탈질화 공정보다 경제적인 것으로 조사되었다. 실험결과 폐수내 포함된 Cl^(-)는 질산화 미생물에 영향을 미쳐 인위적 조작 없이 아질산염이 축적되기 때문에, 아탈질 공정은 수산물 가공폐수 뿐 아니라 김치 가공폐수 및 음식물 탈리액과 같은 염분함유 폐수에 효과적인 것으로 판단된다.
This study aimed to stably treat the seafood wastewater that contains high-concentration organic matter and nitrogen. The experiment was conducted in three stages. In the first stage, the characteristic of biodegradability with respect to the salt concentration was identified to examine the effect of the salt concentration of seafood wastewater on the biological treatment. In the second stage, the anaerobic digestion efficiency with respect to the organic loading and salt concentration was evaluated using the high efficiency anaerobic process to replace the conventional treatment facilities. In the third stage, the non-treated organic matter and nitrogen were removed via the denitritation process to remove the organic matter and nitrogen that were not treated in the high efficiency anaerobic process.
The following are the experiment results.
At the S/I ratio of 0.9, the ultimate biodegradability of anaerobic digestion sludge and granular sludge was evaluated. The ultimate biodegradability(TCODcr) was 72.0 % and 92.0 %, respectively. The multiple decay rate(k₁) was 0.1252 day^(-1) for digestion sludge and 0.1709 day^(-1) for granular sludge, which indicated that the granular sludge was more efficient in terms of organic matter removal efficiency and degradation rate. The test results showed that the granular sludge was efficient for the anaerobic treatment of the high-concentration waste water.
From the anaerobic biodegradability test with respect to the S/I ratio and Cl^(-) concentration, the optimal S/I ratio was 0.9, and the organic matter removal efficiency decreased to 80.0 % or less at the Cl^(-) concentration of 6,000 mgCl^(-)/L or more. The calculated multiple decay rate(k₁) was 0.1603~0.1709 day^(-1)at 3,000 mgCl^(-)/L or less, and 0.0565∼0.0760 day^(-1) at 6,000 Cl^(-)mg/L or more, which showed that the increase in the concentration of Cl^(-) decreased k₁ and increased there action time. k_(2) was less influenced by the concentration of Cl^(-)than k₁.
In the aerobic biodegradability test with respect to the concentration of Cl^(-), microorganisms acclimated themselves to the Cl^(-) concentration of 6,000 mgCl^(-)/L or less, but not at 12,000 mgCl^(-)/L or more. This characteristic was also shown in the substrate analysis results. At the Cl^(-) concentration of 12,000 mgCl^(-)/L or more, S_(S), X_(S), S_(I) and X_(I) changed, and the nitrite build-up phenomena occurred during nitrification procedure because Cl^(-) influenced nitrifying microorganisms. This seems to be an advantage in applying nitritation-denitritation process for nitrogen removal.
In the high efficiency digestion test, the operation was possible under the load higher than that for the conventional treatment process(26.2 kgCOD/ ㎥•d). At the Cl^(-) concentration of 4,000 mgCl^(-)/L or less, the organic matter(TCODcr) removal efficiency was 83 % or more, which was stable. It seems that the high anaerobic process using granular sludge is very efficient for the treatment of irregularly discharged wastewater because it can stably maintain the granular sludge.
In the nitritation-denitritation process for nitrogen removal, gSCOD/g NOx-Nrem. removal ratio was 2.472 on average and within the range of 2.347 to 2.587. Compared to the conventional NO3-N denitrification, 40 % of carbon source decreased, which showed that the denitritation process was more economical than the full denitrification process. In the test, Cl^(-) in the wastewater influenced the nitrifying microorganisms, and resulted in the accumulation of nitrite with out artificial treatment. Therefore, the denitritation process is efficient for the wastewater that contains salt, including kimchi processing wastewater and food waste water, as well as for seafood wastewater.
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