폐수 COD과 질소 파라미터
1. 생분해성 COD
강산 화제로 측정된 폐수의 COD는 반드시 미생물로 전부 분해할 수 있는 것이 아니며, 혐기 조건 하에서 혐기 미생물에 의하여 소모되는 COD를 "생분해의 COD(Bio degradable COD) 즉 CODBD라 칭한다. 이것은 협기 과정의 미생물에 의하여 이용하는 COD 물질이다. 따라서 "기질 COD" (Substrate COD)라 칭한다. 총 COD에서 생분해 COD가 점유하는 백분비를 폐수 생분해도 (Biodegradeblity)라 불리고, "CODBD (%)"는 아래와 같다.
CODBD (%) = CODBD/ COD X 100% 폐수의 유기물 조성은 분해하기 쉬운 것, 분해 어려운 것, 분해 불가능한 것이 있다. 쉽게 분해하는 것은 각종 혐기오니(순화된 것이나 아닌 것)로 신속히 분해할 수 있는 화합물이다. 난분해성 유기물은 미 순화된 오염된 진흙에 의하여 분해할 수 없지만 일 전 시간을 지나 순화된 후 어느 정도 이상 분해되는 화합물이고, 이러한 종류의 화합물에 대하여 오염된 진흙이 요구하는 순화 시간의 장단은 이 화합물을 이용할 수 있는 특수 미생물의 증식에 드는 시간을 반영하고, 혹은 현재 있는 미생물이 이러한 복잡화한 물을 분해하도록 유도하는 효소(예로 세포 외의 가수분해 효소)를 만드는 데 소요하는 시간이다. 어떤 종류 유기화합물은 혐기 조건에서 근본적으로 분해 불가능하고, 이 종류의 유기물은 "타성 유기화합물" (Inert organic compound)라 칭한다.
2. 산화 가능 COD
CODBD는 실제 발효균 (즉 가수 분해균과 산화균)에 의하여 이용되는 기질을 가리키고, 더불어 미 산화 폐수 중에 전체 CODBD가 메탄 균에 의한 이용이 가능한 것은 아니다.
CODBD는 먼저 발효균에 의하여 세포 물질, 수소, 대량의 휘발성 지방산 (VFA) 노 전환되고, 그중에서 세포 물질의 COD (code ells)로 전환된 부분은 다시 메탄 균에 하여 이용될 수 없으며, 그 남은 부분은 메탄 균의 기질 COD로 사용한다. 진정 메탄 이 이용할 수 있는 부분은 "산화 가능한 COD(Acidifiable COD)라 칭하고, COD acid. 기록한다. COD acid는 최종 메탄과 VFA로 전환한다. COD acid는 폐수에서 총 COD의 분비 계산으로 아래와 같다.
COD acid (%) = (CODCH, + CODVFA)/CODX100%
그중 COD acid는 전체 CODBD와 같고, 즉 전체 COD이다. CODCH4의 최대치는 CODBD의 97%와 같다. 폐수 중에 COD acid는 CODCH4와 같으나, 대다수 상황에서 우리는 폐수 중 COD의 메탄 전환율은 대체로 COD의 산화율과 같은 것으로 인식하는 것이 좋다.
3. 생물 저항성 COD
폐수의 COD 중에는 생물분해 COD 즉 CODBD가 함유되어 있고, 동시에 오염된 진흙이 발효할 수 없는 유기화합물을 함유할 수 있다. 후자는 "생물 저항성 COD(Biological res instant COD)"라고 불리고, coders라 표기한다. coders는 측정 과정에서 미분해 유기물 및 분해 불가능한 "타성 유기화합물"로 인하여 오염된 진흙으로 발생하지 않는 것을 포함한다. 표 4.3은 협기 과정 중에서 분해되는 폐수 CODBD부분을 표시하고, 또 CODER 부분은 아직도 그대로 폐수 중에 정류하여 움직이지 않는다.
4. 폐수 용해성 COD의 분류
폐수 COD 중의 어떤 유기화합물은 불용 해성이다, 이밖에 용해성의 COD)는 성세포를 생산하며, 따라서 협기처리에 대하여 말하면, 용해성 COD는 한 개의 중 변수이다. 그림 4.4는 용해성 COD 및 유기물 미립자 대소의 표시로 COD 분류에 그여 표시했다. 일반적으로 여과한 폐수 COD를 CODilt라고 기록하고, 여지를 미 통과한 부분의 라 하며, 그 상응하는 COD를 CODAS라 한다. 폐수 중에 현탁 부유물은 원'(5 이용할 수 있고, 그 상등액은 CODIE라 할 수 있고, 침전 CODss라 할 수 있다.
보통 여과 혹은 원심분리로는 여액 중에 매우 미소한 불용성 유기물이 함유될 수다. 이렇게 미소한 불용 물, 즉 혼탁한 용액의 콜로이드 물질이다. 여액 (comfit) 중에 통과하지 못한 부분은 콜로이드 COD 즉 COD col이라 한다. 네덜란드와 유럽의 많은 역에서 이러한 분석으로 0.45㎛ 막으로 사용한다.
COD 중에 진정 용해성 부분은 용해성 COD라 칭하고, CODinsol로 표기한다.
5. 가수분해 가능 COD과 가수분해된 COD
어떤 폐수는 중합물로 기질을 함유하여, 이 기질은 필수적으로 단위체 혹은 이중으로 우선 분해 발효한다. 협기 과정에서 분해될 수 있는 중합물 CODsms는 "가수분해 기능 COD"로 불린다. 또 협기 과정 중의 어떤 단계에서 비 중합물 형식으로 존재할 COD(중합체 가수분해에서 유래한 것 포함)는 "기분 해 COD" (Hydrolyzed COD)라 칭하고, COD hydro로 표기한다.
여기서 불용성 현탁 부유물 혹은 콜로이드로 중합물이 존재한다. 불용성의 중합물이 용해성 화합물로 전환될 수 있고, 이 경로는 가수분해로 불용성의 화합물이 용해성 화합물로 전환되는 과정을 "액화" (Liquefaction)'이라 부른다. 만약 중합체가 모두 불용해서 이라면, 협기과정의 어떤 단계에서 액화는 가수분해와 같다. 불용해 COD는 협기 과정에 서 가수분해 백분율은 아래와 같다.
6. COD 제거와 COD 제거율
협기처리 과정에서 제거되는 COD는 유입폐수와 유출폐수 COD 차이를 가르친다. CO D 제거율은 아래 계산식에 의한다.
유입 COD 농도 - 유출 COD 농도 COD 제거율(%)
(4-3) 유입 COD 농도 용해성 폐수에 대하여 위 식에서 유출수 COD 표본 시 여과하거나 하지 않아도 좋으나, 이점은 당연히 측정시험에서 설명을 부가해야 한다. 용해성 폐수에 대해서 여과 후의 유출수 표본 COD 농도 (CODfil)를 채용하는 것이 더 의의가 있다. 그것은 과정 진 핵물질에 대하여 평형 계산에 적절하고, 반영 유출수에 용해성 유기물 제거의 상황을 더욱 확실히 할 수 있다. 용해성 폐수처리 후에 유출수의 SS는 실제 협기 과정에서 세포의 유기물로 전환한 것이고, 그들은 기본적으로 다음 공정의 침전 과정에서 제거해도 좋다. 여과한 유출수에서 COD 제거율은 "COD filter 제거율"로 표시하고, 계산은 아래와 겉 유입 COD 농도 - 유출 COD 농도 comfit 제거율 (%) = -X 100%
(4-4) 유입 COD 농도 그림 4.5는 협기처리에서 COD 제거율과 유입수와 유출수 COD의 관계를 표시한다. CODBD - 생분해성 COD, COD filter-여과 후 표본 폐수의 COD, COD acid - 산화 COD 그리고 남은 구간은 세포(이하 cells), 메탄(CHA), VFA의 COD로 전환한 구간이다. | 미신 화성 용해 폐수에 대하여 COD filter 제거율은 메탄 COD (즉 CODCH)의 백분율로 대부분이 전환되고, 또 산화 과정에서 세포로 전환하는 COD, 즉 COD cells를 포함한다. 그래서 소모된 COD(즉 이미 제거된 COD과 이산화 COD를 포함한다)에서 COD cells 점유의 백분율은 아래와 같이 계산한다.
(0) × 100% COD flit 71) 7 (%) – COACH (%) | COP cells (%) COD 제거율(%) + COD(%)'
식 중 : CODCH4 (%) - 폐수 COD가 메탄으로 전환된 백분율. codify (%) - 유입수 COD에서 유출수 VFA로 전환된 백분율.
기산 화한 용해성 폐수에서는 CODilter 제거율이 CODCH4 백분율과 대략 같다. 왜냐 해 면 이 상황에서 단지 메탄 균 성장만이 있기 때문이고, 또 메탄 균의 세포 발생률은 매가 낮다. 그래서 COD cells인 0%로 계산하나 정확히 계산할 때에 COD cells인 약 3%이다. 불용해물을 함유한 폐수에 대하여 COD의 제거율 계산에서 필수적으로 여과를 거치지 않은 유출수를 사용한다. 왜냐하면 중의 SS는 여전히 유출수에 부분적으로 보류할 수 있으며, 이 부분 COD는 협기 과정에서 제거되지 않고 남는다. 이 COD의 제거 부분은 협기 처리에서 비 미생물 과정이다. 주요 비 미생물 과정은 침전과 흡착이고, 그들은 소량의 유기물과 오니 혹은 유출수 중의 SS와 함께 결합한다. 침전은 일반적으로 pH의 변화 혹은 pH의 제어 또 첨가한 칼슘이 온 데 기인한다. 이하는 침전 반응의 전형적 예이다.
1 수소는 9보다 낮은 pH에서 혹은 칼슘 첨가 후 침전 개시. 2 지방은 8보다 낮은 pH에서 혹은 칼슘 첨가 후 침전 개시. 3 모종 단백질은 6보다 낮은 pH에서 침전 개시. 4 유기산은 pH5 이하 혹은 칼슘 첨가 시 침전. 5 펙틴은 칼슘 첨가 시 침전. 6 단백질과 타닌 형성 단백질 - 타닌 중합물.
흡착은 오염된 진흙의 표면에서 유기물 부착이다. 실제에서 최상으로 보이는 흡착 현상 중의 하나는 오니 상에 흡착이다.
비용해성 폐수의 SS에 대하여 미생물의 COD 제거는 역시 일정한 작용이 있다. 유입수에 SS는 오니 중에서 체류 될 수 있고, 이것은 오니 상이 일정의 여과 작용 혹은 SS 자체가 침강을 쉽게 하는 원인이다. 반응기에서 SS는 UASB 공정의 오니 중에 누적 혹은 기본적으로 고효율 반응기에서 세포 고정화로 어떠한 것에도 불리하다. SS는 오니 중의 미생물을 상대적 비례로 감소하게 만들고, 따라서 오니 활성을 낮춘다. SS의 누적은 최종적으로 반응기에 메탄 발생 능력과 부하 하락을 만든다. UASB반응기는 유입수 중에 어느 정도의 SS는 허락하나, SS의 액화 반응속도를 고려하는 것이 좋다. SS 중에 진정으로 가수분해(예 혐기소화 1개월 후에도 가수 분해되지 않는 것)가 충분히 되지 않는 것은 "누적 SS"라 부른다.
7. 질소 파라미터
많은 의복가공공장과 식품 공업폐수는 비교적 풍부한 질소를 함유한다. 이 종류 폐수의 다수는 유기물 형식으로 존재하는 질소로서 단백질과 아미노산에 있는 즉 유기질소이다. 협기 과정 중에서 유기질소는 암모니아 형식으로 존재하는 질소로 분해와 더불어 희석 방류되는 암모니아성 질소(NH4-N)이다. 이러한 전환은 유기질소의 무기화라 칭한다. 유입액과 유출액의 총질소(TKN)와 암모니아성 질소의 함량의 측정시험은 무기화 정도를 확정할 수 있다. 무기화의 백분율은 아래와 같이 계산한다.
유기질소의 무기화(%) = 암모니아성 질소/총질소 × 100%
폐수 중의 유기질소를 협기과정에 통과하면 주로 암모니아성 질소로 전환하고, 그 나머지 소량은 세포로 전환한다.
유입수와 유출수 중의 질소 농도 측정은 아래의 원인이다. (1) 암모니아성 질소는 미생물 성장의 중요 영양물이다. (2) 암모니아성 질소는 메탄 균에 대하여 독성을 발생할 수 있다. (3) 암모니아성 질소는 VFA를 중화할 수 있다.
이상 협기과정에 영향 주는 암모니아성 질소 농도는 유입액 중의 암모니아성 질소 농도가 아니다. 유기질소의 분해가 이 농도로 신속히 변할 수 있으므로 명확히 협기 과정 중에 유기질소의 무기화는 중요한 것이다. 가정하여 중요한 유기질소는 단백질과 아미노산이고, 즉 "저단백" 함량은 이하 공식을 사용한다.
단백질 함량(g/l) = 유기 질소(g/l) × 6.25 단백질 함량 (GEOD/l) = 유기질소 (g/l) × 7.81