천연 자원에 대한 압력이 증가하고 깨끗한 물과 지속 가능하고 에너지 효율적인 기술의 필요성으로 인해 폐수 처리장은 자원 및 에너지 회복의 통합으로 밀려납니다. 가장 일반적으로 사용되는 접근법은 폐기물 유기물의 혐기성 소화를 추가하는 것입니다.
열성 온도에서 혐기성 소화조의 작동으로 인해 바이오 가스 생산이 증가하여 열과 전기를 현장에서 생성하는 데 사용할 수 있습니다. 이 과정의 단점은 혐기성 소화 된 슬러지의 탈수 중에 생성 된 거부 물의 생성입니다. 거부 물은 매우 높은 농도의 암모늄-질소를 특징으로합니다 (NH 4 -n) (최대 2,000 mg/L), 유기물의 분해 동안 세포에서 방출됩니다.
많은 폐수 처리 시설에서, 거부 물은 사전 처리없이 식물의 머리로 다시 재순환됩니다. 주류 프로세스로 다시 재순환하면 NH 4 의 최대 15-30%가 추가됩니다. -유입수로의 부하, 질화를 억제하고 폭기 요구 사항을 증가 시키며 전체 질소 제거 효율에 부정적인 영향을 줄 수 있습니다.
거부 물의 별도의 처리는 더 나은 대안을 나타냅니다. N 리턴 하중을 줄이고, 부하 변화를 중재하며, 주류 N 제거 효율을 증가시켜 공장이 부영양화 감소를 목표로하는 환경 규제를 준수하는 데 도움이 될 수 있습니다. 또한 전력과 화학 소비를 줄입니다. 저 흐름, 고온 및 높은 NH 4 의 처리를 위해 최적화 된 전용 원자로의 사용 농도는 수처리의 효율을 크게 향상시킬 수 있습니다.
질화/탈질과 같은 생물학적 질소 제거 (BNR) 과정은 일반적으로 폐수 처리에 사용됩니다. 기존의 질화/탈질은 암모늄의 산화를 포함한다 (NH <서브> 4 ) 질산염 (No
조류는 폐수 처리에도 사용되었습니다. 조류는 직접적인 질소 동화를 사용하여 질소를 제거하거나 질화 미생물에 의해 소비되는 빛의 존재 하에서 산소를 생성함으로써 질소를 제거 할 수 있습니다. 조류와 박테리아의 공생은 특정 경제적 이점을 가져오고 기존의 BNR 프로세스를보다 경제적이고 에너지 집약적으로 만들 수 있습니다. 최근 까지이 연구의 주요 초점은 질화 과정에서 조류와 박테리아의 사용에있었습니다.
실험실의 이전 연구에서 Wang et al. (2015)는 조류 컨소시엄을 단축 컷 질소 제거와 결합한 새로운 기술을 개발 한 최초의 사람들이었습니다. 번갈아 가서 어두운주기를 교대로 사용하고 외부 유기 탄소 공급원의 추가 된 조류 박테리아 사진 시퀀싱 배치 반응기 (PSBR)를 사용하여 Wang et al. (2015)는 95% NH 4 를 달성했다 혐기성 소화 된 돼지 분뇨 농축액에서 제거. PSBR에서, 광 사이클 동안 광합성을 통해 조류에 의해 생성 된 산소는 질화를 촉진하는 반면, 암흑주기 산소 동안 미생물에 의해 빠르게 소비되었으며, 이는 탈질을 자극했다 (도 1).
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질산염 생산을 담당하는 아질산염 산화 미생물의 억제는 고농도의 암모늄 및 아질산염 및 저농도의 용존 산소를 사용하여 수행되었다. 조류 광합성이 시스템에 64%의 산소를 공급 한 것으로 추정되는 반면, 나머지 26%는 기계적 통기에서 나온 것으로 추정되었다. 이것은 제안 된 PSBR이 기존의 BNR 프로세스에 비해 상당한 에너지와 비용 절감을 제공 할 수 있음을 보여줍니다.
Arashiro et al. (2017)에서, SRT (Solids Ergention Time)와 같은이 새로운 프로세스를 지배하는 지배적 인 요인을 이해하고 PSBR의 고체 농도가 빛의 이용 가능성에 어떻게 영향을 미치고 IT 산소 생산 및 질소 제거와 관련된 수학적 모델을 개발하는 첫 번째 시도가 이루어졌다. International Water Association Activated Sludge Model No. 3은 조류 프로세스를 포함하도록 수정 된 실험 데이터에 적합합니다.
Arashiro et al. (2017)은 각각 7 일 및 11 일의 SRT로 작동하는 PSBR에서 95% 및 94%의 매우 유사한 총 무기 N 제거 효율이 95% 및 94%라고보고했다. 동시에, 그들은 더 높은 SRT를 갖는 PSBR에서 더 높은 고형물 농도 및 세포 자체 쉐이딩으로 인해 광 강도의 감소를 관찰하여, 이는 질화 박테리아에 대한 산소 이용 가능성의 상응하는 감소를 초래했다. 우리의 현재 연구는 질소 제거 측면에서 PSBR의 성능에 대한 SRT의 효과와 다양한 SRT에서 미생물 군집의 조성의 변화를 더 자세히 살펴보고있다.
.바로 가기 질소 제거로 PSBR의 이점에도 불구하고, 유기 탄소 공급원의 첨가는 여전히 탈질에 필요하다. 화학 첨가와 관련된 비용을 줄이기 위해 Manser et al. (2016)은 Algammox라는 새로운 개념을 개발했습니다. Algammox 또는 Algal 혐기성 암모늄 산화는 하나의 PSBR 미세 조류, 암모니아 산화 박테리아 및 Anammox 과립에 결합됩니다 (그림 2).
Anammox는 무산소 조건 하에서 아질산염의 존재 하에서 암모늄을 산화시킨다. 자가 영양 미생물이기 때문에 신진 대사를 위해 유기 탄소가 필요하지 않습니다. 예비 결과에 기초하여, Algammox는 기계적 통기 또는 유기 탄소 첨가없이 높은 암모니아 강도 폐수로부터 완전한 질소 제거를 달성하는 데 많은 약속을 보여 주었다.
.고도로 농축 폐기물 스트림의 치료의 문제점은 높은 유리 암모니아 농도의 존재가 조류에 억제 효과가 있다는 것입니다. 이전에,이 문제는 농축 물을 담수로 희석하거나 Fed-Batch Reactor 접근법을 사용하여 해결되었습니다. 높은 암모니아 강도 폐기물 치료를위한 가능한 전략 중 하나는 Wang et al. (2018)은 새로운 하이브리드 조류 광합성 및 이온 교환 (HAPIX) 프로세스를 제안한 사람. 이 과정에서, 암모늄은 Chabazite에 의해 표현되는 이온 교환 물질 제올라이트에 의해 일시적으로 흡착되며, 이는 액체에서 유리 암모니아의 농도를 억제 수준 이하로 감소시킬 것이다. 제올라이트로부터의 암모늄의 후속 탈착은 조류의 성장을 지원할 것이다 (그림 3)
실험의 결과는 제안 된 HAPIX 공정이 농축 물에 존재하는 대부분의 암모늄을 흡착함으로써 유리 암모니아의 독성을 감소시킬 수 있음을 입증 하였다. 또한, 다양한 용량의 제올라이트는 조류 바이오 매스에서 단백질 및 전분의 생산에 영향을 미치는 것으로 나타 났으며, 이는 동물 사료 또는 중합체 생산에 사용하기 위해 수확 할 수있다. Drs. Ergas와 Wang은 2018 년 HAPIX 프로세스에 대한 특허 (17A090PRC_ERAS, 보류)를 제출했습니다.
우리의 현재 연구는 계속해서 이온 교환 재료를 사용하여 고 암모니아 강도 폐수를 조류 박테리아 바이오 매스 및 아나 모스 과립과 통합하여 기계적 통기와 유기 탄소의 첨가에 대한 필요성을 줄임으로써 고 암모니아 강도 폐수를 치료하고 있습니다. 새로운 제안 된 과정은 Algammix (이온 교환을 사용한 Algal 혐기성 암모늄 산화)라고합니다.
이러한 결과는 최근 저널 Water Research에 발표 된 높은 암모늄 강도 폐수 처리를위한 하이브리드 조류 광합성 및 이온 교환 (HAPIX) 프로세스라는 제목의 기사에 설명되어 있습니다. 이 작업은 사우스 플로리다 대학교 (University of South Florida)의 Meng Wang, Karl A. Payne 및 Sarina J. Ergas와 South Florida University, China Geoscience University 및 Beijing Key Laboratory of Meat Processing Technology에 의해 수행되었습니다.
.이 자료는 Grant Nos. 1243510 및 1511439에 따라 National Science Foundation에서 지원하는 작업을 기반으로합니다.이 자료에 표현 된 의견, 결과 및 결론 또는 권장 사항은 저자의 의견이며 반드시 National Science Foundation의 견해를 반영하지는 않습니다.
.참조 :
- Arashiro, L.T., Rada-Ariza, A.M., Wang, M., Van der Steen, P. &Ergas, S.J. (2017). 조류 박테리아 컨소시엄을 사용하여 폐수에서 단축키 질소 제거 모델링. 물 과학 기술, 75 (4), pp. 782-792.
- Manser, N.D., Wang, M., Ergas, S.J., Mihelcic, J.R., Mulder, A., Van de Vossenberg, J., Van Lier, J.B. &van der Steen, P.
- Wang, M., Payne, K., Tong, S. &Ergas, S.J. (2018). 높은 암모늄 강도 폐수 처리를위한 하이브리드 조류 광합성 및 이온 교환 (HAPIX) 공정. 물 연구, 142, pp. 65-74.
- Wang, M., Yang, H., Ergas, S.J. 및 Van der Steen, P. (2015). 광 시퀀싱 배치 반응기 (PSBR)에서 조류-박테리아 컨소시엄을 사용한 새로운 단축 컷 질소 제거 공정. 물 연구, 87, pp. 38-48.
