단축 질산화는 폐수 처리에서 효율적인 질소 제거를 위한 핵심 공정 중 하나로, 제어된 환경 조건과 운영 매개변수를 통해 아질산화 세균(AOB)을 선택적으로 증식시키고 아질산 산화 세균(NOB)의 활성을 억제하는 원리로 작동합니다. 이 공정은 암모니아성 질소를 아질산염으로 직접 전환하는 것을 목표로 합니다. 낮은 에너지 소비, 짧은 반응 주기, 최소한의 알칼리도 요구 사항과 같은 장점을 가지고 있으며, 안정적이고 효율적인 공정 운영을 위해서는 표준화된 배양이 필수적입니다. 주요 기술적 요점은 다음과 같습니다:
1. 접종 슬러지의 선별 및 순응
접종 슬러지의 품질은 단축 질산화의 시작 효율을 직접적으로 결정합니다. 하수 처리장 폭기조 활성 슬러지 또는 순응된 단축 질산화 슬러지를 우선적으로 사용해야 하며, 슬러지 침강률(SV30)은 20%-30%로 유지하고 MLSS 농도는 3000-5000 mg/L 사이로 유지하여 냄새가 없고 침강 성능이 우수한지 확인해야 합니다. 접종량은 반응기 유효 부피의 15%-20%로 제어해야 합니다. 접종 후 순응 단계를 시작합니다: 초기 유입 암모니아성 질소 농도를 50-80 mg/L로 설정하고, 부피 부하율을 0.1-0.2 kg NH4+-N/(m³·d)로 유지합니다. 암모니아성 질소 제거율이 70% 이상으로 안정화되면, 유입 암모니아성 질소 농도를 매주 20%-30%씩 점진적으로 증가시켜 설계 부하에 도달함으로써 기울기 적응을 통해 AOB의 환경 적응력과 대사 활성을 향상시킵니다.
2. 매개변수 제어
(1) 온도 제어
AOB의 최적 성장 온도는 25-35°C이며, 이 온도에서 암모니아 산화 속도가 NOB보다 현저히 높습니다. 배양 중에는 반응기 온도 변동을 ±1°C 이내로 제어해야 하며, 항온 수조 또는 가열 재킷과 같은 장비를 사용하여 유지할 수 있습니다. 온도가 15°C 이하로 떨어지면, AOB 활성 억제로 인한 공정 실패를 방지하기 위해 유입 부하를 적절히 줄여야 합니다.
(2) 용존 산소(DO) 조절
단축 질산화의 핵심 제어 지점 중 하나는 저산소 환경을 유지하는 것이며, 용존 산소(DO) 농도는 0.5-1.0 mg/L로 엄격하게 제어됩니다. 정확한 DO 조절은 폭기 강도 조절(저강도 연속 또는 간헐적 폭기 모드 사용)을 통해 이루어집니다. 저산소 환경은 호기성 질산화 세균(NOB)의 증식을 현저히 억제하는 동시에 암모니아 산화 세균(AOB)의 미호기성 대사 요구 사항을 충족합니다. 바이오필름 반응기를 사용하는 경우, 바이오필름 내의 무산소 미세 환경은 AOB의 선택적 증식을 더욱 향상시킬 수 있습니다.
(4) 영양소 배분
유입수는 AOB 성장에 필요한 영양 요구 사항을 충족해야 하며, 질소 대 인(N:P) 비율은 10:1로 제어해야 합니다. 또한, 마그네슘, 철, 망간과 같은 미량 원소를 보충하여(농도는 0.1~1.0 mg/L 범위가 바람직함) AOB 대사에 필수적인 보조 인자를 제공해야 합니다. 유입수 내의 고농도 유해 물질(예: 중금속, 항생제 등)은 미생물 활성의 비가역적 억제를 방지하기 위해 피해야 합니다.
III. 배양 과정의 모니터링 및 조절
배양 기간 동안, 유입수와 유출수의 암모니아성 질소, 아질산성 질소, 질산성 질소 농도를 매일 측정하는 일상적인 모니터링 메커니즘을 구축해야 하며, 동시에 pH, 용존 산소(DO), 온도, 알칼리도 및 기타 매개변수를 모니터링해야 합니다.
초기 단계(1-2주)에서는 암모니아성 질소 제거율과 슬러지 침강 성능에 중점을 두어야 합니다. 암모니아성 질소 제거율이 50% 미만인 경우, 미생물 군집이 적응할 때까지 현재 부하를 유지해야 합니다.
전환 단계(2-4주)에서는 아질산염 축적률(NO2--N/(NO2--N+NO3--N))을 모니터링하는 것이 주요 관심사입니다. 축적률이 80% 이상으로 안정화되면 부하를 점진적으로 증가시킬 수 있습니다.
안정 단계(4-6주)에서는 아질산염 축적률이 ≥90%이고 암모니아성 질소 제거율이 ≥85%인지 확인하는 것이 중요하며, 이는 단축 질산화 시스템이 성숙 단계에 도달했음을 나타냅니다.
배양 과정에서 NOB의 과도한 증식(질산성 질소 농도의 지속적인 증가)이 발생하는 경우, 온도 상승(30-35°C), 폭기 시간 단축 또는 단기 기아(1-2일 동안 유입 중단)와 같은 조치를 취하여 NOB 활성을 억제할 수 있습니다. AOB 활성이 감소하는 경우, pH, DO, 온도와 같은 매개변수가 최적 범위를 벗어나는지 조사하고, 즉시 조정하고 영양소를 보충해야 합니다.
IV. 안정적인 공정 운영을 위한 조치
단축 질산화 시스템이 성숙되면, 안정적인 운영 매개변수를 유지하고 유입 부하, 온도, pH 및 기타 요인의 급격한 변동을 피하는 것이 중요합니다. MLSS 농도를 3000-6000 mg/L 범위 내로 유지하여 슬러지 노화를 방지하기 위해 정기적인 슬러지 배출을 시행해야 합니다. 유입수 품질에 상당한 변화가 있는 경우, 미생물 군집이 적응할 시간을 주기 위해 단계적 부하 조절 방식을 채택해야 합니다. 표준화된 배양 절차와 정확한 운영 제어를 통해 단축 질산화 공정의 안정적이고 효율적인 운영을 달성하여 후속 탈질 또는 anammox 공정 통합의 기반을 마련할 수 있습니다.
