Nitritation-ANAMMOX (Deammonification)

Nitritation-ANAMMOX (Deammonification) (시험 대비)

1. Nitritation-ANAMMOX (Deammonification)란?

Nitritation-ANAMMOX 또는 Deammonification은 하수처리에서 질소(암모니아, NH₄⁺)를 제거하는 공정이에요. 기존 질산화-탈질 공정보다 산소와 에너지를 적게 사용해서 효율적이에요.

• 주요 특징: 두 단계(Nitritation + ANAMMOX)로 진행.
• 목표: 암모니아를 질소 가스(N₂)로 바꿔 제거.

2. 공정 단계

Nitritation-ANAMMOX 공정은 두 단계로 나뉘어요.

2.1 Nitritation (부분 질산화)

• 무슨 일이 일어나나요? 암모니아(NH₄⁺)의 일부를 아질산(NO₂⁻)으로 바꿔요.
• 미생물: AOB(Ammonia Oxidizing Bacteria, 암모니아 산화 박테리아).
• 반응:
\[ NH_4^+ + 1.5 O_2 \rightarrow NO_2^- + 2 H^+ + H_2O \]
• 쉽게 이해하기: 암모니아를 반만 산화해서 아질산으로 바꾸는 거예요. 기존 질산화는 암모니아를 질산(NO₃⁻)까지 바꾸지만, 여기선 아질산까지만 만들어요.
• 조건: DO(용존산소) 0.5 ~ 1.0 mg/L, 온도 25 ~ 35°C, pH 7.5 ~ 8.5.

2.2 ANAMMOX (Anaerobic Ammonium Oxidation)

• 무슨 일이 일어나나요? 아질산(NO₂⁻)과 남은 암모니아(NH₄⁺)를 반응시켜 질소 가스(N₂)로 바꿔요.
• 미생물: ANAMMOX 박테리아(예: Candidatus Brocadia).
• 반응:
\[ NH_4^+ + 1.32 NO_2^- + 0.066 HCO_3^- + 0.13 H^+ \rightarrow 1.02 N_2 + 0.26 NO_3^- + 0.066 CH_2O_{0.5}N_{0.15} + 2.03 H_2O \]
• 쉽게 이해하기: 아질산과 암모니아를 섞어서 질소 가스로 바꿔 공기 중으로 날려버리는 거예요. 이 과정은 산소가 거의 필요 없어요.
• 조건: 혐기성 조건(DO 0 mg/L), 온도 30 ~ 40°C, pH 7.0 ~ 8.0.

3. 전체 반응

Nitritation과 ANAMMOX를 합친 전체 반응이에요.

\[ NH_4^+ + 0.85 O_2 \rightarrow 0.44 N_2 + 0.11 NO_3^- + 1.43 H^+ + 1.14 H_2O \]

• 특징: 암모니아 1몰당 산소 0.85몰만 필요 → 기존 질산화-탈질(1.9몰)보다 산소 소모 적음.
• 부산물: 소량의 질산(NO₃⁻) 생성.

4. 장점

• 에너지 절감: 산소 소모량 60% 감소 (기존 질산화-탈질 대비).
• 탄소 소모 적음: 탈질에 유기물(탄소) 불필요.
• 슬러지 감소: 미생물 성장률 낮아 슬러지 발생 적음.
• 효율적 질소 제거: 고농도 암모니아 폐수(예: 혐기성 소화액)에 적합.

5. 단점 및 운전 고려사항

• 미생물 성장 느림: ANAMMOX 박테리아 성장 속도 느림(배가 시간 10 ~ 14일).
• 조건 민감: 온도, pH, DO에 민감 → 엄격한 제어 필요.
• 질산 부산물: 소량의 질산(NO₃⁻) 생성 → 추가 처리 필요.
• 적용 한계: 저농도 암모니아 폐수에는 비효율적.

6. 적용 사례

• 혐기성 소화액 처리: 고농도 암모니아 폐수(500 ~ 2,000 mg/L).
• 산업 폐수: 축산 폐수, 매립지 침출수.
• 공정 형태: SHARON-ANAMMOX, CANON, DEMON 등.

시험 대비 핵심 요약

Nitritation: 암모니아 → 아질산 (AOB, DO 0.5 ~ 1.0 mg/L).

ANAMMOX: 암모니아 + 아질산 → 질소 가스 (ANAMMOX 박테리아, DO 0 mg/L).

장점: 산소 60% 절감, 탄소 불필요, 슬러지 감소.

단점: 미생물 성장 느림, 조건 민감, 질산 부산물.

적용: 고농도 암모니아 폐수 (혐기성 소화액, 산업 폐수).