이 기술은 하수처리장 반류수·매립지 침출수·축산폐수·음폐수 등 고농도 질소 함유 폐수를 하나의 연속회분식반응조(SBR)에서 처리하면서, 탈질·혐기성 암모늄 산화(Anammox)·부분 아질산화 반응을 외부 탄소원·알칼리도 투입 없이 동시에 유도하여 90% 이상 질소 제거와 50% 이상 에너지 절감을 달성하는 질소 제거 방법이다. 반응조 내에서 원수 유입(S1) – 탈질·아나목스(S2) – 부분 아질산화(S3) 세 단계를 하나의 반응주기로 하여 4회 이상 반복, 식(1),(2)를 이용해 회차별 유입량·반응조 잔여 용량을 정밀 제어함으로써 NH4⁺-N·NO₂⁻-N 농도와 미생물 활성도를 안정적으로 유지하는 고효율 질소 제거 공정을 구현한다.
수요설명
국내외에서는 유기성 폐수의 해양 투기 금지 및 방류수 질소 기준 강화로 인해, 특히 하수처리장 반류수(유입량 1~3%로 질소 부하 20% 이상), 매립지 침출수, 축산·음폐수와 같은 고농도 질소 폐수를 경제적으로 처리하는 기술 수요가 크게 증가하고 있다. 기존 A2O·일반 SBR 공법은 막대한 산소 요구량, 외부 탄소원(메탄올)·알칼리도 투입, 넓은 부지·복잡한 공정 구성, 질소 제거율 40~70% 수준, 높은 운영비 등 한계로 인해 강화된 규제를 만족하기 어렵고, 고농도 질소 반류수를 주 공정에 그대로 되순환함으로써 전체 하수처리장의 질소 부하와 에너지 소비를 가중시키는 문제가 있어, 단일 반응조에서 고부하 질소를 고효율로 제거하면서도 에너지·약품 사용을 최소화하는 신공정에 대한 요구가 크다.
해결방안
본 발명은 단일 SBR 반응조에서 원수 유입량·반응조건·미생물 군집을 통합 제어함으로써 문제를 해결한다. 구체적으로 식(1)에 따라 회차별 원수 유입량을 계산해 반응수 내 NH4⁺-N 목표 상승 농도(A)를 10~40 mg/L로 제한하고, 이를 4회 이상 분할 유입함으로써 부분 아질산화로 생성되는 NO₂⁻-N을 20 mg/L 이하로 유지해 혐기성 암모늄 산화균 독성을 방지한다. 동시에 (S2) 단계에서 종속영양 탈질균 + 아나목스균에 의한 탈질·혐기성 암모늄 산화, (S3) 단계에서 DO 0.2~0.7 mg/L, NO₂⁻-N/ NH4⁺-N 비 0.4~0.6 범위에서 부분 아질산화를 유도해, **질산화–탈질이 아닌 ‘아나목스 기반 단일 반응조 질소 제거 시스템’**을 구축한다. 그 결과 외부 탄소원·알칼리도 무투입으로도 N 제거 속도 0.5 kg-N/m³·d, 질소 제거율 94.4%, 산소 요구량 1.8 kg O₂/kg NH4⁺-N, 에너지 소모 1.1 kWh/kg N 수준을 달성하여, 기존 공법 대비 에너지·약품 사용을 크게 절감한다.
적용분야 및 장점
이 기술은 하수처리장 반류수 전용 질소 제거 설비, 소규모 하수·축산폐수·음폐수 처리장, 매립지 침출수 처리, 고농도 질소 산업폐수 처리 시설 등에 적용 가능하며, 기존 SBR 공정 리트로핏 또는 신규 반류수 전처리 라인으로 도입할 수 있다. 적용 시 ① 단일 반응조에서 고농도 질소를 90% 이상 제거하는 고효율 공정, ② 외부 탄소원·알칼리도 무투입으로 약품비·슬러지 발생량·운영비 절감, ③ 산소 요구량·에너지 사용 50% 이상 저감, ④ 부지 소요 최소화 및 공정 단순화로 투자비 절감, ⑤ 강화되는 방류수 질소 기준 및 해양투기 규제에 대한 안정적 대응 등의 장점을 제공하며, 특히 기존 질산화·탈질 공정을 운영 중인 하수처리장의 반류수 전처리 솔루션으로서 높은 도입 가치를 가진다.
개발단계 및 TRL
본 기술은 실험실 규모 단일 반응조(예: 8 L)에서 합성 반류수(실제 소화 슬러지 탈리액 모사)를 대상으로, 회차별 유입 제어·(S1~S3) 반복 운전 시 질소·알칼리도·pH·ORP·DO 거동 및 질소 제거 효율을 정량 평가한 결과를 확보하여, 기존 질산화·탈질 공법 및 일본 등록 특허 공법과 에너지·성능 비교까지 수행한 단계이다. 공정 조건(유입량 계산식, C/N 범위 0.4~2, DO·NO₂⁻ 제어 범위 등)과 운전 전략이 구체적으로 제시되어 있어 파일럿 규모 SBR 반응조로 스케일업이 가능한 상태이며, 상용 플랜트 적용을 위해서는 현장 원수 성상 검증, 운전 자동제어(센서·PLC) 설계, 장기 운전·부하 변동 대응성 평가가 추가로 필요하다. 따라서 현재 개발 수준은 실험실–파일럿 설계 기반이 확립된 TRL 4 수준(실험실 규모 공정 검증 완료 단계)로 평가할 수 있다.
◆ 기술 개요
◆ 기술 설명
◆ 기술이전 조건
◆ 첨부문서