Introduction of SHARON process (SHARON 공정 소개)

소개글

Introduction of SHARON process (SHARON 공정 소개)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. Nitrogen Removal
가. Nitrogen Compound
나. Nitrogen Removal Process
2. The Theory of SHARON Process
가. The SHARON process
나. Effective factors
1) Temperature
2) pH 6
3. The Organization of SHARON Reactor
가. One-stage system
나. Two-stage system
4. The Advantage of SHARON Process
가. Investment costs
나. Variable costs
다. Total costs
5. Conclusion
6. References

본문내용

낸 것이다.
전체 2시간 cycle로 부분 질산화는 처음 80분 동안, 탈질은 부분 질산화에 이어 40분 동안 이루어진다.
부분 질산화가 이루어지는 80분 동안 반응기에는 공기만이 주입된다. 이 때 반응기 내 DO농도는 약 2~3정도로 맞추는 것이 적절하다.
탈질이 이루어지는 40분 동안에는 반응기에 산소 주입을 멈추고 carbon source를 주입하게 된다. 이 때 carbon source는 보통 methanol으로 주입한다.
이렇게 되면 하나의 반응기에서 연속적으로 부분 질산화와 탈질이 이루어진다. 보통 실험실 반응기에서 SHARON process를 구성할 때는 이 시스템을 주로 이용한다.
Two-stage system
다음은 서로 다른 환경을 가진 두 개의 반응기를 직렬로 연결하는 방법에 대한 것이다.<그림 7>
기본적으로 앞에서 설명한 하나의 반응기와 크게 다른 것은 없다. 단지, 하나의 반응기로 운영하는 것은 시간차로 반응기의 환경을 공정 단계에 따라 조절했다면, 두 개의 반응기를 직렬로 연결하는 방법은 우측의 그림과 같이 두 개의 반응기에 부분 질산화와 탈질에 맞는 환경을 각각 맞추어 놓고 HRT를 공정이 잘 이루어 질 수 있도록 알맞게 조절하게 된다.
The Advantage of SHARON Process
SHARON process의 장점은 무엇보다도 경제성이라고 할 수 있다. 이번 장에서는 SHARON process의 경제적 이점에 대해서 설비 부문, 운용 부문, 총 비용 등의 세 갈래로 나누어 설명할 것이다.
Investment costs
SHARON process의 유출수는 많아야 1g/L 정도의 부유 물질을 함유하고 있으며 슬러지 농도가 다른 공정에 비해 매우 낮다. 그러므로 슬러지 반송 시스템이 필요하지 않다. 전체 설비에서 슬러지 반송 시스템을 없애게 되면 슬러지 반송에 쓰이는 파이프 등의 시설이 없어지게 되고 여기서 초기 투자비용이 어느 정도 줄어들게 된다.
또 기존 설비 중에는 반송 슬러지 내의 NO3로 인한 공정 내 방해를 제거하기 위해 전체 공정 시설의 맨 앞에 슬러지 탈질조를 설치하는 공법도 있었다.<그림 8> 공정 슬러지 반송을 하지 않게 되면 이것 또한 생략할 수 있게 된다.
Variable costs
SHARON process는 기존 공정에 비해서 어느 정도의 운용비용을 줄일 수 있다. 아래의 그림<그림 9>을 보면 SHARON process는 기존의 질소 제거 공정에 비해 1mol의 NH4-N에 대해서 0.5mol의 산소와 0.58mol의 메탄올의 소모가 적다는 것을 알 수 있다.
SHARON process의 운용비용은 크게 세 가지의 부분에서 절약된다. 첫 번째로 위의 그림에서도 볼 수 있듯이 SHARON process는 기존의 질소 제거 공정보다 산소의 소모량이 약 25% 정도 적다. 그러므로 aeration 비용이 줄어들게 된다. 두 번째로 주입하는 carbon source의 양이 줄어든다. 이 사실은 위의 화학양론 식으로도 유추해 볼 수 있고, NO2에서 탈질이 이루어지는 것과 NO3에서 탈질이 이루어지는 것을 비교해 볼 때도 메탄올의 소모량은 약 40%정도 줄어들게 된다. 마지막으로 두 단계의 공정이 서로 pH를 조절해주는 효과가 있어서 pH 조절 비용 또한 어느 정도 줄어들게 된다.
Total costs
SHARON process로 질소를 제거하는데 드는 총 비용에 대한 자료를 찾아보았다.<그림 10>
이 자료에서 유입수의 질소 부하는 1g/L NH4+-N이라고 하며, 1kg의 NH4+-N를 85% 의 수율로 없애는데 총 1.7달러의 비용이 든다고 한다.
우측의 그림은 일 1200kg의 NH4+-N를 제거하는데 1년 동안 드는 비용을 항목별로 정리한 표이다.
Conclusion
SHARON process는 NO2의 산화를 억제함으로써 질소 제거 공정을 보다 경제적으로 개선한 공정이다.
NO2의 산화를 억제함으로써 얻을 수 있는 효과는 다음과 같다.
1) 설비 비용의 절감
2) Aeration 비용의 절감
3) pH 조절 비용의 절감
4) Carbon source 주입량 절감을 통한 비용 절감
SHARON process의 운전 특성은 다음과 같다.
1) 부유물질의 농도가 낮다.
2) pH가 다소 높은 편이다.
3) 반응기 내의 온도가 다소 높은 편이다.
4) 미생물의 선택이 온도와 HRT의 조절에 의해 이루어진다.
References
Hellinga C, Schellen AAJC, Mulder JW, van Loosdrecht MCM, Heijnen JJ. The SHARON process : an innovative method for nitrogen removal from ammonium-rich wastewater. Water Sci Technol (1998); 37(9), 135-142.
Paredes D, Kuschk P, Mbwette TSA, Stange F, Muller RA, Koser H. New aspects of microbial nitrogen transformations in the context of wastewater treatment - a review. Engineering in Life Sciences (2007); 7(1), 13-25.
Mosquera-Corral A, Gonzalez F, Campos JL, Mendez R, Partial nitrification in a SHARON reactor in the presence of salts and organic carbon compounds. Process Biochemistry (Oxford, United Kingdom) (2005); 40(9), 3109-3118.
Magri A, Corominas L, Lopez H, Campos E, Balaguer M, Colprim J, Flotats X. A model for the simulation of the SHARON process: pH as a key factor. Environmental technology (2007); 28(3), 255-65.

키워드

질소,   SHARON,   질소제거공정,   질소제거