탈질 공정에서의 pH 온라인 모니터링

1. pH는 질산화에 영향을 주는 핵심 요인임

질산화에서 가장 중요한 기능적 요인은 세균 활성이다. 질산화 세균은 pH에 매우 민감하다. 중성 또는 약알칼리 조건(pH 8–9 범위)에서는 이들의 생물학적 활성이 최대이며, 질산화 과정이 급속히 진행된다.

PH > 9.6 또는 < 6.0과 같은 극단적인 pH 조건에서는 질산화 세균의 생물학적 활성이 억제되어 결국 정지하기에 이른다. pH > 9.6일 경우, NH₄⁺에서 NO₂⁻ 및 NO₃⁻로의 전환이 여전히 비정상적으로 빠르긴 하나, NH₄⁺의 이온화 평형에 따르면 NH₃ 농도가 급격히 증가한다. 질산화 세균은 NH₃에 극도로 민감하므로, 이는 궁극적으로 질산화 속도에 영향을 미친다.

산성 조건(pH < 7.0)에서는 질산화 속도가 감소한다. pH < 6.5일 경우 질산화 속도가 급격히 감소하며, pH < 5.0일 경우 질산화 속도는 거의 0에 수렴한다.

2. 질산화 과정 중 pH 저하의 원인

PH 저하는 두 가지 가능한 원인으로 인해 발생할 수 있다. 첫째, 유입수에 강산이 포함되어 있어 유입 폐수의 pH를 낮추고, 이로 인해 혼합액의 pH도 감소한다.

둘째, 질산화 반응식에서 보듯이 NH₃-N이 NO₃⁻-N으로 전환될 때 무기산성(H⁺)이 생성되며, 이는 일부 알칼리도를 소비한다. NH₃-N 1g이 NO₃⁻-N으로 전환될 때 약 7.14g의 알칼리도(CaCO₃ 기준)가 소비된다. 따라서 폐수 내 알칼리도가 부족하고 TKN(총 케줄달 질소) 부하가 상대적으로 높을 경우 폐수 내 알칼리도가 고갈될 수 있다. 이로 인해 혼합액의 pH가 7.0 이하로 떨어져 질산화 속도가 감소하거나 억제될 수 있다.

유입수에 강산이 존재하지 않는 경우, 일반적인 도시 하수는 대개 약알칼리성이며, 이는 pH가 일반적으로 7.0 이상임을 의미합니다. 이 경우, pH는 주로 유입 하수의 알칼리도에 따라 결정됩니다.

따라서 생물학적 질산화 반응조에서는 혼합액의 pH를 7.0 이상으로 유지하기 위해 가능한 모든 조치를 취해야 합니다. pH > 7.0을 유지하는 것은 성공적인 생물학적 질산화 시스템을 운영하기 위한 전제 조건입니다. pH를 정밀하게 제어하기 위해서는 알칼리도 계산을 수행해야 합니다. pH < 6.5일 경우, 하수에 알칼리제를 추가해야 합니다.

지더(JIDE)는 폐수 처리 공정용으로 특별히 설계된 pH 센서를 제공합니다. 이 센서는 디지털 신호 전송 및 정밀 측정 기능을 지원합니다. 외부 신호 릴레이 기능 3개를 탑재하여, 설정된 고/저 pH 기준값에 따라 투입 펌프의 작동 및 정지를 제어할 수 있습니다. 이러한 센서는 질산화 공정에서의 pH 모니터링에 광범위하게 사용되고 있습니다.

3. 확장 제품: 유기 부하 모니터링 – COD/BOD 온라인 분석기

지데(JIDE)의 COD 및 BOD 온라인 분석기는 또한 질산화 반응 모니터링에 널리 사용됩니다. 질산화 및 질소 제거를 위해 생물학적 폭기 여과(BAF) 공정을 사용할 경우, NH₄-N 제거는 어느 정도 유기물 부하에 의존합니다.

유기물 부하가 3.0 kg BOD/(m³ 매체·일)를 약간 초과하면 NH₃-N 제거가 억제됩니다. 유기물 부하가 4.0 kg BOD/(m³ 매체·일)를 초과하면 NH₃-N 제거가 현저히 억제됩니다. 따라서 탄소 제거와 질산화를 동시에 수행하기 위해 생물학적 폭기 여과 공정을 사용할 경우, 유기물 부하를 낮춰야 합니다.

유기물 제거를 위해 생물학적 폭기 여과 공정을 설계할 때는 먼저 처리 대상 폐수의 종류 및 요구되는 방류 수질에 따라 적절한 BOD 부피 하중을 선택해야 한다. BOD 부피 하중은 유사한 폐수 처리장의 실제 운영 데이터를 분석하여 결정하여야 하며, 설계 시 여유량을 확보해야 한다. 생물학적 폭기 여과 공정을 탄소 제거와 질산화를 동시에 수행하는 데 사용할 경우, 유기물 하중을 낮춰야 하며, 유기물 하중을 2.0 kg BOD/(m³ 매체•d) 이하로 유지하는 것이 가장 바람직하다.