생물학적 질소제거

하수의 질소 성분은 유기질소왿� 암모니아성 질소(NH4+-N)로 구분되며 유기질소는 단백질성 물질과 요소로 구분 되어진다. 단백질성 물질은 박테리아의 분해를 통해 제거되고, 요소는 요소분해효소(urease)에 의한 가수분해를 통해 암모니아성 질소로 변환되어 일부는 미생물의 동화작용(assimilation)에 의한 세포합성에 이용되어지고 나머지는 질산화(nitrification) 및 탈질화(denitrification)반응을 연속적으로 유도하여 질소가스(N2)로 전환시키므로서 이루어진다. 세포합성에 이용되는 질소는 미생물 건조중량당 약 12.5% 정도로 알려져 있으며, 재래식 생물학적 처리공정에서의 질소 제거율은 낮게 평가되고 있다. 따라서 질소제거를 위한 경제적 방법으로 생물학적 질산화왿� 탈질화공정을 이용하게 되는데 다음과 같이 표현될 수 있다(EPA, 1993, Ranmani et al., 1995, Painter, 1970).


1. 생물학적 질산화(nitrification) 공정

1.1 생화학적 경로

질산화(nitrification)반응은 암모니아성 질소(NH4+-N)가 호기성조건에서 화학합성 독립영양균(Chemoautotrophics)에 속하는 질산화미생물에 의하여 아질산성 질소왿� 질산성 질소로 산화되는 과정으로 알려져 있다(Engel and Alexander, 1958).
암모니아성 질소 산화에 관여하는 미생물은 일반적으로 Nitrosomonas(N. europaea, N. mono cella)왿� Nitrococus로 알려져 있으며, 아질산성 질소의 산화에는 Nitrobacter(N. agilis, N. winogradskyi)왿� Nitrosocyshics가 관여하는 것으로 보고되어 있다(Painter, 1977). 생물학적 암모니아 산화반응은 hydroxylamine (NH2OH)의 생성과 아직도 정확히 규명되지 않은 불안정한 중간물질을 포함하는 복잡한 반응으로서 초기 산화반응에서 hydroxylamine이 생성되기까지 에너지 방출은 없으며, 식(2-7)에 제시된 바왿� 같이 NH2OH가 NO2-로 산화되는 과정은 cytochrome계를 포함하는 semiclical 공정이 요구되며, 이때 비로소 아질산성 질소(NO2--N)가 생성된다(Painter, 1977, Sharma and Ahlert, 1977, Focht and Chang, 1975).