동시 질산화로 유기물 제거 | 난닝 피콕 프라이드 주식회사

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 1882(2022) 이 기사 인용

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이 기사에 대한 저자 수정 사항은 2022년 11월 17일에 게시되었습니다.

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돼지 폐수 처리는 효율적인 공정이 필요한 높은 유기물(OM) 및 질소(N) 농도로 인해 복잡한 과제입니다. 이 연구는 돼지 폐수를 공급하는 UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket) 반응기에서 OM 및 N 제거를 위한 두 가지 지원 매체를 평가하는 데 중점을 두었습니다. 생물막과 부유 바이오매스 모두에 대한 최대 특정 질산화(MSNA) 및 탈질화(MSDA) 활성 테스트는 폴리우레탄 폼(R1)과 폴리에틸렌 링(R2)을 지지체로 사용하여 수행되었습니다. 결과는 R2 시스템이 R1보다 효율적으로 OM 제거율 77 ± 8%, N 제거율 98 ± 4%에 도달한 것으로 나타났습니다. 이는 기록된 더 높은 특정 탈질 활성(5.3 ± 0.34 g NO3-N/g TVS∙h)에 기인합니다. 또한, 폐수 내 초기 N의 40 ± 5%가 SND를 통해 분자 질소로 변환될 수 있었으며, 이 중 10 ± 1%만이 휘발되었습니다. 이런 의미에서, MSDA 테스트는 부유 바이오매스가 N 제거의 최소 70%를 담당하고 단지 20%만이 생물막에 기인할 수 있음을 나타냅니다. SND는 슈도모나스(Pseudomonas) 속이 54.4%로 시스템의 원핵생물 군집을 지배했기 때문에 미생물 다양성 분석을 통해 확인할 수 있었습니다.

질소는 생물학적 성장에 필수적인 영양소이며 모든 살아있는 유기체의 주요 구성 요소 중 하나입니다. 그러나 과도한 존재는 다음과 같은 이유로 피해야 합니다: (a) 환원된 형태의 질소는 수용 수역에서 산소 요구량을 행사합니다1, (b) 암모니아와 아질산염은 0.045 및 0.20 mg/L 이상의 농도에서 어류에 독성이 있습니다. 각각2, (c) 질소 농도가 높은 폐수는 소독을 위해 많은 양의 염소를 필요로 합니다3, (d) 각각 0.2 및 1.5 mg/L 이상의 농도를 갖는 아질산염 및 질산염과 0.10 mg/L 이상의 농도를 갖는 인을 함께 필요로 합니다. L은 호수와 수역의 부영양화를 일으켜 조류와 기타 수생 식물의 통제할 수 없는 성장을 초래할 수 있습니다4,5. 질소는 농도, pH 및 온도에 따라 암모늄(NH4+) 및 암모니아(NH3+) 등 다양한 이온화된 형태로 폐수에 나타날 수 있습니다6.

실제로 물에서 질소를 제거하기 위해 다양한 기술이 제안되었습니다. 이러한 기술에는 이온 교환, 흡착, 역삼투와 같은 물리화학적 공정과 활성 금속 및 촉매 방법과 같은 화학 공정이 포함됩니다7,8,9,10. 그러나 이러한 기술은 비귀금속 Ni-Fe 음극을 사용하여 낮은 농도(50mg/L)의 질산염 제거를 보고한 Jonoush 등11과 같이 고농도의 암모니아 및 기타 N 종의 제거에 초점을 맞추지 않았습니다. 질소 제거를 위해 다양한 생물학적 기술이 개발되었습니다. 예를 들어 (i) 낮은 산소 조건에서 50%의 아질산염으로의 암모늄 산화를 기반으로 하는 SHARON 공정으로 가장 잘 알려진 아질산염에 대한 높은 암모늄 제거를 위한 단일 반응기 시스템(< 0.7mg의 O2/L); (ii) 혐기성 암모늄 산화(ANAMMOX), 여기서 암모늄은 전자 공여체로 기능하고 아질산염 산소는 전자 수용체로 작용하여 기체 질소를 얻습니다. (iii) 호기성 반응기에서 발견되는 박테리아 집단의 내부에 무산소 마이크로존을 형성함으로써 제공되는 동시 질산화-탈질화(SND). 호기성 구역과 무산소 구역이 공존하면 OD 분포로 인해 SND에서 독립 영양 질산화 미생물과 종속 영양 탈질 미생물이 자가 조립됩니다. 따라서 호기성 시스템에서 질화-탈질화를 촉진하고 종속 영양 미생물과의 DO 경쟁을 줄이기 위해 탄소 함량이 높은 폐수의 혐기성 처리를 수행하는 것이 매우 중요합니다. C/N 비율이 높은 유입수는 또한 종속영양생물의 우세로 인해 질산화 박테리아의 풍부함과 질산화 공정 효율에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 총질소(TN) 제거율은 C/N 비율 19.5에서 77%, 7.712 비율에서 87%에 달했다는 보고가 있습니다. 따라서 SND는 250 mg N/L 이상의 농도에서 암모늄 및 기타 질소 화합물을 제거하는 가장 유망한 기술이 되었지만 주목할 가치가 있으며 여전히 더 많은 연구가 필요합니다13,14.

99%. In this sense, the systems evaluated in this study demonstrated much higher efficiency with respect to similar systems. As mentioned previously, this excellent performance could have been due to biofilm presence (18 ± 5 and 21 ± 3 g TVS/L for R1 and R2, respectively), which was measured at the end of the assays. Ødegaard et al.39 and Bassin et al.28 suggested that the quantity of adhered biomass to a support medium not onl1y depends on the superficial area but also its form or material configuration. These findings indicate that supports, as Mutag Biochip that has the form of a satellite dish, are frequently subjected to attrition forces due to the intense contact with the surrounding liquid, favoring biofilm detachment and the quantity of adhered solids. Whereas the types of support with cylindrical shape or rings favor biofilm accumulation./p> 0.05). Additionally, at the end of the assay, loss of nitrogen was evident in both systems, but it was not found in any of the determined soluble forms, approximately 60% and 65% for R1 and R2, respectively. Presumably, these non-quantified nitrogen percentages have been converted to molecular nitrogen by means of SND. Garzón-Zuñiga et al.13 explained that aeration systems with fixed biomass in support materials are capable of developing denitrifying processes starting from heterotroph bacteria that achieve growing in anoxic environments. On their part, Lo et al.35 studied nitrogen transformation in the form of ammonium to nitrogen, gas in a hybrid biofilm system. The results showed that approximately 60% of soluble nitrogen was converted to nitrogen gas by a SND process. On the other hand, some Pseudomonas species have been reported capable of reducing nitrogen compunds in denitrification process40. Zhang et al.25 isolated a Pseudomonas stutzeri YZN-001 from swine manure effluent and evaluated the reduction of all nitrogen species. For example, this strain had the capability to remove 275.08 mg/L of nitrate and 171.40 mg/L nitrite under aerobic conditions. Moreover, 39% of removed ammonium was completely oxidised to nitrogen gas, indicating that this strain could achieve heterotrophic nitrification and aerobic denitrification./p>