탈질(Denitrification)

탈질의 정의

탈질은 무산소 조건에서 질산성 질소를 질소가스로 환원하는 생물학적 반응이다.

탈질균은 산소 대신 질산염의 산소를 호흡에 써서 질소를 기체로 만든다.

이 과정에서 질소는 기체가 되어 물 밖으로 빠져나간다.

질산화와 탈질의 연결

탈질은 질산화와 짝을 이뤄 하수의 질소를 실제로 제거하는 공정이다.

호기조에서 암모늄성 질소가 질산화되어 질산성 질소가 생긴다.

이 혼합액을 무산소조로 내부 반송하면 질산염이 공급되어 탈질이 일어난다.

단계적 환원과 양론

탈질은 질산염이 여러 단계를 거쳐 질소가스로 환원되는 과정이다.

질산염은 아질산염, 일산화질소, 아산화질소를 거쳐 질소가스가 된다.

중간산물인 NO와 N2O는 온실가스이므로 완전 환원이 중요하다.

메탄올을 탄소원으로 쓰면 질산이온 1mol당 메탄올 약 0.83mol이 소모된다.

탈질에는 무산소 조건, 질산성 질소, 탄소원이 모두 필요하다.

탈질 공법 비교

탈질 공법은 탈질이 일어나는 위치와 탄소원 공급 방식에 따라 나뉜다.

전탈질은 유입 유기물을 탄소원으로 써서 외부 약품이 적게 든다.

후탈질은 방류 직전 잔류 질산성 질소를 제거하지만 탄소원을 따로 넣어야 한다.

전탈질과 후탈질 모두 무산소 구간에서 탈질이 일어난다.

계산 예제

계산 예제로 제거율과 내부 반송비의 관계를 확인한다.

유입 질산성 질소 20mg/L를 목표 10mg/L로 낮추면 제거율은 50%다.

제거율 식 R/(1+R)이 0.5가 되려면 반송비 R은 1.0이어야 한다.

반송비를 높이면 제거율은 오르지만 증가 폭은 점점 줄어든다.

정답은 약 66.7%다. 반송비를 높이면 동력 비용도 늘어나므로 경제적 최적점을 찾아야 한다.

흔한 실수

시험에서 자주 나오는 실수 세 가지를 짚어 본다.

첫째, 탈질을 호기 조건에서 일어나는 것으로 쓰면 틀린다.

둘째, 탄소원 역할을 빠뜨리면 안 된다.

셋째, 질산화와 탈질을 혼동하면 안 된다. 질산화는 호기 반응이다.

정리

정리하면 탈질은 무산소 조건에서 질산성 질소를 질소가스로 바꾸는 반응이다.

무산소, 질산성 질소, 유기탄소원이 모두 있어야 탈질이 일어난다.

질산화와 짝을 이뤄 고도처리의 질소 제거를 책임진다.