본 연구는 A 하수처리장 내 혐기 소화 상징액 그리고 농축조 상징액을 대상으로 반응시간에 따른 질소 화합물 성상 변화에 관한 연구를 수행하였다. 하수처리장에서 질소 처리는 일반적으로 질산화 – 탈질의 생물학적 처리를 기반으로 하고 있다. 세계적으로 친환경·저에너지 형 기술이 주목받음에 따라 기존의 완전질산화 반응과 비교하여 경제적인 아질산화 반응 및 관련 연계 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 아질산화 반응은 SRT 조절에 따른 nitrite oxidizing bacteria(NOB)의 wash-out 또는 free ammonia(FA)에 의한 저해 작용과 같은 인위적인 조작이 없으면, 자연적 안정적으로 유도되기 어려운 반응으로 알려져 있다. 약 300일에 걸친 실험실 규모 아질산화 반응조 운전을 통하여 운전 SRT 별 반응시간에 따라 반응조 내 질소 화합물의 성상 변화를 분석하였다. 안정적인 아질산화 반응이 유도된 구간에서는 암모니아성 질소가 감소함에 따라 아질산성 질소만 증가하는 경향을 보였다. 하지만 완전질산화가 유도된 구간에서는 일정 반응 시간 암모니아성 질소가 감소함에 따라 아질산성 질소와 질산성 질소가 증가하다 일정 시간 이 후 아질산성 질소가 감소하고 질산성 질소가 증가하는 경향을 보였다. 이는 완전 질산화가 유도된 구간에서는 상대적으로 긴 SRT로 인해 반응기 내 아질산성 질소로 전환되었던 질소 화합물이 다시 질산성 질소로 전환되는 것을 확인 할 수 있다. 또한, 아질산성 질소가 질산성 질소로 전환되는 시점을 기준으로 아질산화 반응이 유도 가능한 SRT를 파악 할 수 있을 것으로 판단된다. 실험실 규모 운전 결과를 바탕을 도출된 본 연구의 연구 결과는 실제 하수처리장에 아질산화 반응 도입 시 중요한 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

수계 부영양화 방지의 사전 예방 대책으로 질소는 국내 하수처리장의 중요 관리 대상 항목 중 하나이다. 국내 하수처리장에서 질소 제거를 위해서 완전질산화 반응을 기반으로 하고 있지만 보다 경제적이고 친환경적인 장점이 있는 아질산화 반응에 관한 관심이 증대되고 있다. 하지만 아질산화 반응은 현장 적용성의 문제를 가지고 있어, 활용성은 아직 부족한 측면이 있다. 본 연구에서는 아질산화 반응의 활용성을 증대를 위한 방안으로, 아질산화 반응의 SBR 공법 적용성을 평가하고자 하였다. 이를 위해 약 200일 동안 실험실 규모의 SBR 형태의 아질산화 반응조를 운전하였으며, 운전 조건 조절을 통해 안정적인 아질산화 반응을 유도 할 수 있음을 확인하였다. 또한 HRT와 SRT의 분리를 통해 SBR 형태의 아질산화 반응조의 효율을 증가 시킬 수 있는 방안을 제시하였다. 이는 하수처리장에 아질산화 반응의 하수처리장 도입 시 SBR 공법을 이용하는 것을 고려할 수 있지만, 현장 적용성 측면에서 추가적인 연구가 이루어져야 할 것으로 판단된다.

하수처리장은 인간의 생활에 있어서 중요한 공공시설이다. 하수에 포함되어 있는 유기물, 질소, 인 등의 오염물질이 함유되어 아무런 처리없이 수계로 방류 될 경우 수계에 심각한 오염을 야기 할 수 있다. 특히 질소(Nitrogen)와 인(Phosphorus) 경우 수계에 부영양화(Eutrophication)를 일으키는 주요 원인으로 알려져 있다. 이 중 질소를 제거하는데에는 생물학적 방법이 대부분의 하수처리에 쓰이는데 이는 물리적 및 화학적 방법에 비하여 경제적, 환경적 장점을 가지고 있기 때문이다. 질소 제거방법에는 아질산화-탈질 공정이 사용 되는데, 기존에 쓰이는 질산화-탈질 공정에 비하여 25%의 산소량과 40%의 탄소원 절감이 가능하여 탈질의 고효율을 얻을 수 있기 때문이다. 본 연구에서는 이러한 아질산화를 혐기 소화 상징액을 이용하여 SRT가 암모니아 제거율과 아질산화율에 미치는 영향에 대한 연구를 하였다. 서울 H 하수처리장의 혐기 소화액을 대상으로 실험실 규모의 아질산화 반응조 운전결과 SRT 6일 이상에서 대부분 60%이상의 효율을 보였다. 또한 아질산화율의 경우 SRT 4일에서 고효율의 아질산화율을 보였다. SRT 16일에 낮은 아질산화율이 나타났는데, 이는 아질산성 질소가 질산성 질소로 완전한 질산화가 이루진 것으로 사료된다. 이러한 결과로 볼 때 SRT가 아질산화 반응에 영향을 미치는 인자로 판단된다.

하수에는 유기물, 질소, 인, 중금속 등 다양한 종류의 오염물질이 함유되어 있으며, 수계로 미처리하여 방류되게 되면 수계 수질을 악화시키게 된다. 그 중 질소(Nitrogen)와 인(Phosphorus)은 영양염류(Nutrient)로 분류되며 수계 부영양화(Eutrophication)의 주요한 원인으로 알려져 있다. 생물학적 영양소 제거 방법은 화학적 처리 방법에 비해 경제적, 환경적 및 운영적 장점을 가지고 있어 대부분의 하수처리에 적용되고 있다. 하지만, 현재 적용되는 기술에서는 암모니아성 질소를 질산성 질소 상태로 산화시킨 후 탈질 반응을 거치는 완전질산화(Nitrification)반응이 적용되고 있다. 만약 아질산성 질소 상태에서 탈질을 유도하는 아질산화 반응(Nitritation)을 적용하게 된다면, 완전질산화에 비해 이론적으로 약 25%의 산소를 절감할 수 있는 효과를 기대할 수 있다. 본 연구에서는 하수처리장에서 슬러지 처리 공정 중 혐기 소화단계에서 발생하는 고농도 질소를 함유한 혐기 소화 상징액을 대상으로 하여, SRT가 암모니아성 질소 제거율(Ammonium nitrogen removal rate)와 아질산화율(NItrite conversion rate)에 미치는 영향에 대한 연구를 수행하였다. 서울 A 하수처리장의 혐기 소화 상징액을 대상으로 한 실험실 규모 아질산화 반응조 운전 결과 안정적인 암모니아성 질소 제거율을 기대하기 위해서는 SRT 0.5d 이상, 고효율의 아질산화율을 기대하기 위해서는 SRT 1d를 유지해야 하는 것으로 나타났다. 이는 암모니아성 질소 제거율의 경우 일정한 SRT 이상 유지시켜 주면, 안정적인 효율을 기대 할 수 있는 반면, 아질산화율의 경우에는 일정한 SRT를 유지시켜 주어야만 안정적인 효율을 얻을 수 있는 것으로 해석 할 수 있다. 따라서 암모니아성 질소 제거 및 아질산화 반응에 서 SRT는 그 효율 및 유도에 있어 매우 중요한 인자로 작용하는 것을 확인 할 수 있다.