KR100239804B1 - System and its operation method for disposing of livestock waste biologically - Google Patents
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Abstract
본 발명은 생물학적 축산폐수처리 시스템 및 운전방법에 관한 것으로, 특히 축산폐수 처리 시스템에 있어서의 반응조의 배열을 혐기성 반응조 - 제1간헐 폭기조 - 제2간헐 폭기조 - 호기조 - 침전조의 순으로 하고, 상기 각 반응조에서의 질산화 반응과 탈질산화 반응 및 내부 순환등의 운영을 효과적으로 실시함에 의해 적은 비용으로 축산폐수에서 나오는 유기물이나 질소, 인과 같은 성분을 효과적으로 처리하여 폐수의 방치로 인한 환경오염을 방지할 수 있는 기술이다.The present invention relates to a biological livestock wastewater treatment system and a method of operation, and in particular, the arrangement of the reaction tank in the livestock wastewater treatment system in the order of anaerobic reaction tank-first intermittent aeration tank-second intermittent aeration tank-aerobic tank-sedimentation tank By effectively conducting nitrification, denitrification, and internal circulation in the reactor, it is possible to effectively treat organic substances from livestock wastewater such as nitrogen, phosphorus, etc. at low cost, and prevent the environmental pollution caused by the waste water. Technology.
Description
본 발명은 생물학적 축산폐수 처리시스템 및 운전방법에 관한 것으로, 특히 축산폐수로부터 발생하는 유기물과 영양물질인 질소와 인을 적은비용으로 동시에 효율적으로 제거하여 폐수방출로 인한 환경오염을 방지할 수 있는 축산폐수의 처리시스템 및 그 운전방법에 관한 것이다.The present invention relates to a biological livestock wastewater treatment system and a method of operation, and in particular, to remove the organic and nutrients nitrogen and phosphorus generated from the livestock wastewater at a low cost and efficiently at the same time to prevent the environmental pollution due to wastewater discharge The present invention relates to a wastewater treatment system and a method of operating the same.
일반적으로 도시하수나 축산폐수 및 산업폐수로부터 발생하는 영양물질인 질소와 인은 하천 및 호수의 수질보전을 위하여 적절하게 처리되어야 한다. 만약 적절한 처리가 이루어지지 않을 경우, 부영양화를 유발하는 조류의 이상 증식을 가져오는 중요한 요인이 될 수 있으며, 더 나아가 하천이나 호수 같은 수자원의 관리에 큰 장애가 될 수 있으며, 하천수를 원수로 취수하여 정수하는 경우 생산비용의 증가등 많은 경제적 손실을 유발하게 하는 요인으로 작용될 수 있다.In general, nitrogen and phosphorus, which are nutrients from urban sewage, livestock waste and industrial wastewater, should be properly disposed of for the conservation of rivers and lakes. If not properly treated, it can be an important factor in the abnormal growth of algae that cause eutrophication, and can also be a major obstacle to the management of water resources such as rivers and lakes. This can be a factor that causes many economic losses, such as an increase in production costs.
특히 축산폐수는 고농도의 유기물과 질소 및 인과 같은 영양물질을 다량 함유하고 있기 때문에 부영양화의 원인이 되어 녹조류를 생성시키는데, 에컨대 1kg의 질소가 환경중에 배출되었을 경우, 약 16kg의 조류를 생산할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 이를 화학적 산소요구량(COD)으로 환산하면, 약 20kg에 해당된다. 이로인해 소양호를 비롯한 국내의 주요 호소가 거의 중영양화 이상의 몸살을 앓고 있으며, 제주 해안지역을 제외한 나머지 해안은 부영양상태이거나 부영양화가 진행중에 있으므로 영양물질 유입에 대한 특별관리가 시급하게 요구되는 실정이다. 특히 축산폐수의 배출지점이 댐상류에 산재되어 있는 점을 고려하여 특별한 관리가 필요하다.In particular, livestock wastewater contains high concentrations of organic substances and large amounts of nutrients such as nitrogen and phosphorus, which cause eutrophication and produce green algae. For example, when 1 kg of nitrogen is released into the environment, it can produce about 16 kg of algae. Has the potential. When converted into chemical oxygen demand (COD), it corresponds to about 20 kg. Due to this, major domestic appeals, including Soyang Lake, are suffering from over-nutrition, and the rest of the coast except Jeju coastal area is in an nutrient-rich state or an ongoing process of nutrient-nutrition. . In particular, special management is necessary considering the fact that the discharge point of livestock wastewater is scattered upstream of the dam.
일반적으로 수중의 영양물질을 처리하는 방법에는 물리화학적인 방법과 생물학적인 방법이 있으나, 대규모 처리시설에는 주로 생물학적인 방법이 사용된다.Generally, there are physicochemical and biological methods for treating nutrients in water, but biological methods are mainly used for large-scale treatment facilities.
국내에서 주로 사용되는 하수처리방법으로는 24시간 폭기시키는 표준활성 슬러지법으로서, 약 98% 이상이 상기 표준활성슬러지법을 사용하는 실정이며, 축산폐수처리법으로는 24시간 계속 공기를 공급하는 장기폭기 활성슬러지법이 주로 사용되고 있다.As a sewage treatment method mainly used in Korea, the standard activated sludge method is aerated for 24 hours, and more than 98% is the situation using the standard activated sludge method, and the livestock waste water treatment method is a long-term aeration that continuously supplies air for 24 hours. Activated sludge method is mainly used.
그러나 상기와 같은 폐수처리방법에 있어서는, 질소의 경우 유기성 및 암모니아성 질소를 아질산성 혹은 질산성질소 같은 형태로 그 형태를 변화시킬 뿐, 최종적으로 완전하게 처리되는 것을 기대할 수 없으며, 아울러 인의 처리효율도 매우 저조한 문제점을 안고 있다.However, in the wastewater treatment method as described above, in the case of nitrogen, organic and ammonia nitrogen is changed to the form of nitrite or nitrate nitrogen, and the final treatment cannot be expected to be completed. Also has very poor problems.
또한 질소와 인을 처리하는 생물학적인 처리방법에는 운영형태에 따라 여러가지의 방법이 이용되고 있으나 통상적으로 이용되는 방법으로는 바덴포(Bardenpho), 에이오(A/O), 에이투오(A2/O) 방법등이 있다.In addition, there are various methods for biological treatment of nitrogen and phosphorus depending on the operation type, but commonly used methods include Bardenpho, A / O, and A 2 / O. ) There are methods.
그러나 상기와 같은 종래방법들은 질소제거를 위하여 외부에서 유기물을 별도로 계속 공급해야 하므로 경제적인 부담이 큰 점이 사용상의 문제점으로 지적되고 있다.However, the conventional methods as described above have been pointed out as a problem in use because of the large economic burden because the organic material must be continuously supplied from the outside for nitrogen removal.
아울러, 최근에는 상기와 같은 종래의 방식에서 벗어나 유입수의 주입방향 및 반응조의 운영방식을 시간에 따라 변화시키는 운영방법으로 특히 질소처리에 효과가 좋은 간헐폭기 형태의 처리법이 개발되어 있으나 질소가 고농도로 유입될시에는 이에 대한 처리가 여전히 곤란한 문제점이 있다.In addition, in recent years, as an operating method of changing the inflow direction of the influent and the operation of the reaction tank over time as described above, an intermittent aeration type treatment method, which is particularly effective for nitrogen treatment, has been developed. When it is introduced, there is still a problem that the processing thereof is difficult.
따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 반응조의 배열과 상기 배열된 반응조의 운용방식을 적절하게 실시함으로써 축산폐수로부터 발생되는 유기물, 질소 및 인 등의 성분을 효과적으로 제거할 수 있는 생물학적 축산폐수의 처리시스템 및 그 운전방법을 제공함에 그 목적이 있다.Therefore, in order to solve the above problems, the present invention provides a biological livestock wastewater that can effectively remove organic matter, nitrogen, phosphorus, etc. generated from the livestock wastewater by appropriately implementing the arrangement of the reactor and the operating method of the arranged reactor. Its purpose is to provide a treatment system and a method of operation thereof.
도1은 본 발명의 방법에 따른 생물학적 축산폐수 처리시스템의 구조를 도시한 도면.1 is a view showing the structure of a biological livestock wastewater treatment system according to the method of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 혐기조 2 : 제1간헐폭기조1: anaerobic tank 2: first intermittent aeration tank
3 : 제2간헐폭기조 4 : 호기조3: second intermittent aeration tank 4: aerobic tank
5 : 침전지 6 : 내부반송5: sedimentation basin 6: internal conveying
7 : 슬러지 외부반송 8 : 패들7: Sludge External Transfer 8: Paddle
9 : 슬러지 폐기 10 : 블로어(Blower)9: Sludge Disposal 10: Blower
11, 12 : 펌프 13 : 솔레노이드 밸브11, 12: pump 13: solenoid valve
14 : 모터 15 : 원수14
16 : 처리수 17 : 디퓨져16: treated water 17: diffuser
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 폐수처리시스템은, 폐수가 최초로 유입되는 혐기조내에서 탈질산화 반응, 인의 방출 및 유기물분해를 수행하는 단계와; 폭기와 비폭기가 주기적으로 교대실행되는 제1간헐폭기조와 제2간헐폭기조내에서 폭기시에는 질산화반응과 인의 섭취를, 비폭기시에는 탈질산화반응, 인의 방출 및 유기물분해를 수행하는 단계와 상기 제2간헐폭기조와 연결되는 호기조내에서 질산화반응이 수행되고 또한 인을 섭취하여 인의 농도를 제어하는 단계와, 상기 호기조와 연결되는 침전조내에서 오염물질을 섭취하여 성장한 미생물을 분리하는 단계와; 오염물을 다량섭취한 미생물을 폐기하는 단계로 구성되며, 또한 이외에도 상기 호기조내에서 형성된 질산성질소를 최초의 혐기조로 내부반송시켜 탈산화반응을 통해 질소가스로 전환시키는 단계와; 상기 침전조의 슬러지를 상기 제2간헐폭기조로 외부반송시켜 상기 각 반응조의 미생물농도를 일정하게 유지하고 또한 슬러지내에 존재하는 미량의 질산성질소를 비폭기시의 제2간헐폭기조 내에서 탈질산화반응을 통해 고갈시키는 단계가 추가로 포함된다.The wastewater treatment system of the present invention for achieving the above object comprises the steps of performing a denitrification reaction, phosphorus release and organic decomposition in an anaerobic tank into which wastewater is first introduced; In the first intermittent aeration tank and the second intermittent aeration tank in which aeration and non-aeration are alternately performed, performing nitrification and phosphorus intake during aeration, denitrification, release of phosphorus, and organic decomposition during the aeration; Performing nitrification in the aerobic tank connected to the intermittent aeration tank and controlling phosphorus concentration by ingesting phosphorus, and separating the microorganisms grown by ingesting contaminants in the precipitation tank connected to the aerobic tank; Comprising the step of discarding the microorganisms ingested a large amount of contaminants, and in addition to the step of transferring the nitrate nitrogen formed in the aerobic tank to the first anaerobic tank to the nitrogen gas through the deoxidation reaction; The sludge of the sedimentation tank is returned to the second intermittent aeration tank to maintain a constant microbial concentration in each reaction tank, and a small amount of nitrate nitrogen present in the sludge is denitrified in the second intermittent aeration tank during non-aeration. Depleting is further included.
상기한 바와 같이 반응조의 배열과 운용방식을 적절히 조절하여 처리하는 본 발명에 따른 축산폐수의 생물학적 처리방법 및 장치는 축산폐수에서 발생되는 유기물, 질소 및 인을 처리하는데 효과적으로 적용될 수 있다. 이는 유기물의 농도가 대체적으로 낮은 반면 질소의 농도가 상대적으로 높은, 다시 말하여 유기물(BOD)에 대한 총질소(T-N)의 비율(T-N/BOD)이 높고, 유기물과 질소 및 인을 함유한 축산폐수의 처리에 효과적으로 적용될 수 있다.As described above, the biological treatment method and apparatus for livestock wastewater according to the present invention by appropriately adjusting the arrangement and operation of the reactor can be effectively applied to treat organic matter, nitrogen and phosphorus generated from the livestock wastewater. This is because the concentration of organic matter is relatively low while the concentration of nitrogen is relatively high, that is, the ratio of total nitrogen (TN) to organic matter (TN) (TN / BOD) is high, and livestock containing organic matter, nitrogen and phosphorus It can be effectively applied to the treatment of waste water.
이하, 본 발명의 적합한 실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
일반적으로 질소를 처리하기 위해서는 1단계로 유기성질소나 암모니아성질소를 질산화과정을 거쳐 아질산성질소 혹은 질산성질소의 상태로 전환시켜야하고; 2단계로 상기 전환된 아질산성질소나 질산성질소를 무산소상태에서 탈질산화반응시켜 질소가스 형태로 전환하는 단계를 거쳐 대기중으로 방출시키는 과정으로 이뤄진다.In general, in order to treat nitrogen, organic nitrogen or ammonia nitrogen must be converted to the state of nitrous nitrogen or nitrate through nitrification in one step; In the second step, the converted nitrous nitrogen or nitrate nitrogen is denitrified in anoxic state and converted into nitrogen gas.
도1은 본 발명의 방법에 따른 생물학적 축산폐수 처리시스템의 구조를 도시한 도면이다.1 is a view showing the structure of a biological livestock wastewater treatment system according to the method of the present invention.
상기 도면을 참조하면, 본 발명의 생물학적 축산폐수 처리시스템에 있어서 반응조의 배열은 혐기조(1) - 제1간헐폭기조(2) - 제2간헐폭기조(3) - 호기조(4) - 침전조(5)의 순으로 되어있다.Referring to the drawings, the arrangement of the reaction tank in the biological livestock wastewater treatment system of the present invention is anaerobic tank (1)-first intermittent aeration tank (2)-second intermittent aeration tank (3)-aerobic tank (4)-sedimentation tank (5) In order.
첫번째 위치에 배치된 상기 혐기조(1)에서는 조내로 공기가 공급되지 않는 무공기상태에서 탈질산화반응이 일어나 아질산성질소나 질산성질소를 질소가스형태로 전환시켜 대기중으로 방출하고, 또한 인의 용출을 원할하게하는 역할을 하고, 슬러지의 정체를 방지하기 위해 조(1)내에 패들(8)이 설치되어 있다.In the anaerobic tank (1) disposed at the first position, denitrification reaction occurs in an airless state in which no air is supplied into the tank to convert nitrous nitrogen or nitrate nitrogen into nitrogen gas and release it into the atmosphere. The
상기 혐기조(1)의 다음 위치에 설치된 제1간헐폭기조(2)에서는 원수(유입수, 15)로부터 유입된 암모니아 및 질산성질소, 유기물, 인 등 여러가지 물질의 반응이 복합적으로 일어나는 반응조이며, 비폭기시 슬러지의 침전을 방지하기위해 역시 조(2) 내에 패들(8)을 설치한다.In the first
세번째 위치에 있는 제2간헐폭기조(3)는 상기 제1간헐폭기조(2)와 운전방식은 같지만 이것과 교대로 운영되는 폭기조이다. 즉 제1간헐폭기조(2)가 폭기상태이면 제2간헐폭기조(3)는 비폭기 상태로 운영되며, 폭기 및 비폭기시간의 주기는 상기 제1간헐폭기조(2)와 동일하다.The second intermittent aeration tank 3 in the third position is an aeration tank which is operated in the same manner as the first
네번째 위치에 설치된 호기조(4)는 두가지의 목적을 위해 설치된 반응조이다.The
첫번째는, 유입되는 질소의 농도가 높을 경우 원할한 질산화반응이 진행되지 않을 경우가 있으므로 이 조(4)에서는 질산화가 충분히 일어날 수 있도록 호기상태를 유지시켜 주는 역할을 한다.First, since the nitrification may not proceed smoothly when the concentration of nitrogen is high, this tank (4) serves to maintain an aerobic state so that nitrification can occur sufficiently.
두번째는, 상기 제2간헐폭기조(3)에서 인의 움직임으로 인하여 다이나믹(dynamic)하게 유출되는 인을 확실하게 섭취하여 인의 농도를 안정적으로 제어하는 것이다.The second is to stably control the concentration of phosphorus by reliably ingesting phosphorus dynamically released due to the movement of phosphorus in the second intermittent aeration tank 3.
한편, 상기 제1간헐폭기조(2)와 제2간헐폭기조(3)에서 공기를 공급하는 시간과 공기를 공급하지 않는 시간의 주기는 40분∼1시간30분으로 한다.On the other hand, the period of time for supplying air from the first
마지막에 위치한 침전조(5)는 오염물질을 섭취하여 성장한 미생물을 효과적으로 분리하는 반응조로서 고액분리를 위해 설치되었으며, 조(5)내에 슬러지가 쌓이는 것을 방지하기 위해 패들을 설치하여 약 1∼2 rev/min 정도의 속도로 회전하도록 한다.The sedimentation tank (5) located at the end is a reaction tank for effectively separating the microorganisms grown by ingesting contaminants, and is installed for solid-liquid separation, and by installing a paddle to prevent sludge accumulation in the tank (5), about 1 to 2 rev / Rotate at min speed.
상기 침전조(5) 내에 슬러지가 쌓일 경우 혐기성 상태가 되어 인의 농도가 높게 유출될 수 있기 때문에 슬러지가 쌓이지 않고 원할하게 반송 및 폐기되도록 한다.When the sludge is accumulated in the settling tank (5) to become an anaerobic state because the concentration of phosphorus can be discharged high so that the sludge does not accumulate and is smoothly conveyed and discarded.
상기 도1에 도시된 경로(6)은 내부반송 경로로서, 상기 호기조(4)에서 효과적으로 질산화반응을 통해 질산성질소로 변한 질소성분을 탈질산화시키기 위하여 유기물의 농도가 풍부한 혐기조(1)로 순환시키는 것이다. 이때 반송량은 용적비를 기준하여 유입수의 250∼300%로 하나, 질소처리 농도에 따라 100∼400% 까지도 가능하다.The
도1의 경로(7)은 슬러지를 외부반송하는 경로로서, 침전조(5)에서 제2간헐폭기조(3)로 이루어지며, 역시 용적비를 기준하여 유입수의 약 100% 정도로 한다. 이는 각 반응조의 미생물농도를 일정하게 유지하며, 슬러지내에 존재하는 미량의 질산성질소를 탈질산화반응으로 고갈시키고, 인의 섭취를 이루고자 하는 목적에서 이뤄진다.The
패들(8)은 혐기조(1), 제1간헐폭기조(2), 제2간헐폭기조(3)에 각각 설치되며, 각 반응조내에 슬러지가 쌓이지 않도록 일정 회전속도 예컨대 10∼20rev/min 정도로 회전시켜준다.The
경로(9)는 슬러지를 폐기하는 경로로서, 오염물을 섭취한 미생물이 반응조내에 너무 오래 머물 경우 미생물이 노쇠화하여 제거효율을 감소시키고 제거효율이 불안정하기 때문에 슬러지 일령이 오래된 미생물을 제거하고, 새로 성장하는 미생물을 관리하도록 한다.
설명안된 도면부호 (10), (11, 12), (13), (14), (17) 은 본 발명의 처리시스템에 사용된 부속 구성부재들로서, 도면부호(10)은 블로어(blower)이고, (11, 12)는 펌프, (13)은 밸브, (14)는 패들(8)을 작동시키기 위한 모터이다.
또한 부호(15)와 (16)은 본발명의 폐수처리시스템에서 원수 및 처리수가 유입되고 유출되는 것을 도시한 것이다.In addition,
이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 방법에 따라 생물학적 축산폐수 처리시스템에 있어서의 반응조의 배열을 혐기조 - 제1간헐폭기조 - 제2간헐폭기조 - 호기조 - 침전조의 순으로 하고, 상기 각 반응조에서의 질산화반응, 탈질산화반응, 내부반송 및 슬러지 외부반송 등의 운영을 효과적으로 실시함으로써 적은 비용으로 축산폐수에서 나오는 유기물이나 질소, 인 등의 성분을 효과적으로 처리하여 환경오염을 방지할 수 있다.As described above, according to the method of the present invention, the arrangement of the reaction tanks in the biological livestock wastewater treatment system is performed in the order of anaerobic tank-first intermittent aeration tank-second intermittent aeration tank-aerobic tank-precipitation tank, and nitrification in each reaction tank. By effectively conducting operations such as reaction, denitrification, internal transport, and sludge external transport, environmental pollution can be prevented by effectively treating organic matter, nitrogen, and phosphorus from livestock wastewater at low cost.
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