KR100242715B1 - 고농도 폐수에서 질소를 제거하는 처리방법 - Google Patents

Abstract

[목적] : 고농도의 암모니성 질소와 유기물 등이 함유되어 처리하기 곤란한 하수나 폐수를 처리하기 위한 질소제거.

[구성] : 폐수를 접촉탱크(8)에 유입하여 탄소원을 공급하기 위하여 메탄올과 황산을 첨가한 유체를 첫단계 무산소 탈질반응탱크(1)에서 교반하여 탈질화한 것을 호기성 질산화 반응탱크(2)에 넘겨 반응시킨 유체를 다시 2단계의 무산소 탈질반응탱크(3)에 보내서 탈질한 것을 2단계의 호기성 질산화 탱크(4)를 통해 침전탱크(11)로 보내며, 상기 1,2단계의 무산소 탈질반응탱크(1,3)와 호기성 질산화 탱크(2,4)의 pH와 온도는 각기 6.5-8.0, 13-37℃로 조절하고, 1단계 호기성 질산화 반응탱크(2)에서 접촉탱크(8)로 반송하며(일반적으로 4-6Q이나 운전조건에 따라 변화가 가능) 2단계의 호기성 질산화 반응탱크(4)에서 침전조에 도달한 유체는 접촉탱크로 반송함으로서(일반적인 반송율은 1Q이나 조건에 따라 변화 가능) 알카리도의 보전과 유기탄소 요구량의 최소화 및 용존산소의 보전 그리고 유입 암모니아와 유출 질산성 질소의 희석 효과를 올리도록 함으로서 침출수와 같은 악성 폐수를 처리한다.

Description

고농도 폐수에서 질소를 제거하는 처리방법

본 발명은 질소 제거방법에 관한 것으로, 특히 고농도의 암모니아성 질소와 유기물 등이 함유되어 처리가 어려운 하수나 폐수 및 쓰레기로부터의 침출수를 효과적으로 처리하는 고농도 폐수에서 질소를 제거하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 고농도의 암모니아성 유기물을 함유한 폐수를 처리하기 위해서 AO, A₂O 등으로 이는 대부분 호기성 공정을 앞단에 위치시켜 질산화를 먼저 발생시키도록 하고 있었다.

때문에, 우선 고농도의 암모니아가 함유된 폐수에서는 완전한 질산화가 발생되지 않고 아질산에서 축적되며 이와 같이 축적된 아질산이나 암모니아가 그대로 방류되어 주변 수계를 오염시키는 원인이 되고, 또 혐기성 공정이 맨 앞 탱크에 위치하는 A₂O공정에 있어서는 뒤에 설치되는 탈질 공정에 새로운 탄소원을 첨가해야 하며, 첨가된 탄소원이 제대로 처리되지 않아 배출수의 화학적 산소요구량(COD)을 높이는 경우가 있었다.

따라서, 질소는 제거된다 하더라도 유기물이 그대로 방류되어 문제가 발생된다. 더욱이 유기물이 과다하게 유입되는 폐수에서는 유기물 분해 미생물의 과다한 번식으로 질산화가 발생되지 않는다.

한편, 질산화 미생물은 독립영양 미생물로서 무기탄소 즉 알카리도 등을 탄소원으로 이용하며, 유기물은 전혀 소모하지 않는다. 반면 탈질산화 미생물은 종속영양 미생물로서 유기탄소를 탄소원으로 이용하며, 그 과정에서 알카리도를 생성한다.

이러한 반응을 고려할 때 호기성 반응조가 앞단에 위치하는 기존의 공정은 질산화조에는 알카리도를 추가로 공급해 주고 탈질소조에서 생성된 알카리도는 다시 제거해 주어야 하는 2중부담을 갖는 문제점이 있었다.

그리고, 유기물 제거 미생물의 반응속도가 질산화 미생물보다 커서 고농도의 유기물과 질소를 함유하는 일반 폐수의 호기성 공정에서는 질산화 미생물의 활동이 둔화되어 질산화 작용이 느린 문제점이 있었다.

따라서, 국내 선 출원된 특허출원 제85-289호의 활성 오니법은 처리 수조내의 폐수를 연속적으로 서서히 가하고, 폐수를 연속적으로 서서히 가하면서, 처리 수조내의 혼합액을 무산소 상태가 될 때까지 진탕시켜 탈질소화를 야기시키고, 이어서 혐기성 상태가 될 때까지 진탕시켜 오니로부터 인을 방출시키며, 호기성 상태의 혼합액에 폐수를 연속적으로 서서히 가하면서, 호기성 상태에서 혼합액을 폭기시켜 질소화가 수행되도록 하는 동시에 인이 오니에 의해 섭취되도록 하고, 진탕 및 폭기단계로 이루어지는 사이클(여기에서, 폭기시간에 대한 진탕시간의 비는 1:1 내지 5:1이다.)을 각 사이클이 2시간이내에 완결되도록 2회 이상 반복 수행하고, 진탕 및 폭기된 혼합액을 침전시켜 상등액과 오니로 분리시킨 후, 상등액은 유출물로서 방류시키고, 침전된 오니는 폐수처리를 위해 재 사용하는 단계를 포함함을 특징으로 하여, 호기성 박테리아를 함유하는 활성 오니를 사용하며 시간표에 따라 처리 수조 내에서의 작동 유형을 교대로 변화시킴으로써 폐수로부터 질소 및 인을 제거하는 방법으로 이를 해결하였다.

그러나, 이러한 종래 선 출원되어 공고된 특허공고 제92-2816호의 활성 오니법에서는 호기성 박테리아를 함유하는 활성 오니를 사용하여 폐수로부터 질소 및 인을 제거하는 방법이 제안되어 있으나, Nitrosomonas 미생물은 10-150㎎/L 농도의 Free Ammonia에 의해 독성영향을 받으며, Nitrobactor 미생물은 0.1-2.5㎎/L 농도의 Free Ammonia에 의해 독성영향을 받는 문제점이 있다.

또한, 두 가지 미생물 모두 0.22-2.8㎎/L의 Free Nitrous Acid농도에서 독성영향을 받는데, 상기 선행기술의 경우 암모니아성 질소의 농도가 높은 폐수의 경우 질산화과정 중에서도 고농도의 Free Ammonia 및 Free Nitrous Acid가 생성되어 이들의 독성으로 인해 질산화 미생물들이 저해를 받아 불완전한 질산화가 발생하므로 처리효율이 급격히 저하되어 고농도의 암모니아성 폐수를 효율적으로 처리하지 못하는 중요한 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 근본적인 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 무산소 탈질반응탱크와 호기성 질산화 반응공정을 2단으로 배열하여 알카리도, 용존산소 포기량 등의 요구량을 최소화하고, 유기물과 질소를 동시에 제거할 수 있도록 함으로서 고농도의 유기물과 질소를 함유하는 악성폐수 즉 매립지의 침출수등의 처리효과를 극대화하고자 하는 고농도 폐수에서 질소를 제거하는 처리방법을 제공하는 데 있다.

첨부된 도면은 본 발명을 설명하기 위한 공정실시예의 개략도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1(3) : 1단 및 2단 무산소 탈질반응탱크 2(4) : 호기성 질산화반응탱크

5 : 메탄올탱크 6(7) : 반송라인

8 : 접촉탱크 9 : 황산탱크

10 : 중탄산소다탱크 11 : 침전탱크

12 : 처리수 콘테이너 13 : 피드펌프

14 : CS펌프 15 : RS펌프

본 발명의 목적을 달성하기 위한 실험에서 pH가 7.5의 조건에서 암모니아성 질소 농도가 400㎎/L이하일 경우, Free Ammonia, Free Nitrous Acid가 독성을 나타내지 않을 정도로 낮은 농도로 폐수 중에 존재함을 발견하였으며 이러한 독성영향을 제거하여 고농도의 암모니아성 질소를 제거하기 위한 다양한 실험을 수행하여 질산화 및 탈질산화를 각각의 반응조에서 수행하고 이를 다시 2단계로 처리하는 방법을 이며, 탈질 탱크가 질산화 반응조 앞단에 위치함으로서 탈질산화 미생물이 유입수의 유기물을 이용하여 질산화탱크에서 반송된 질산성 질소를 탈질화하며, 알카리도를 생성하고 후속의 질산화 공정에서는 탈질탱크에서 생성된 알카리도를 이용하여 질산화를 일으키도록 하고, 또 유기물이 과다하게 유입되는 폐수에서는 유기물 분해 미생물의 번식으로 질산화가 발생되지 않으므로, 본 발명에서는 탈질반응 탱크에서 유기물이 제거되어 후속 질산화 공정에서는 유기물 부하가 높지 않아 원활한 질산화가 이루어질 수가 있도록 한다.

따라서, 본 발명에 있어서는 무산소와 호기성 1쌍을 2단으로 배치하고 앞단의 무산소 탈질반응탱크에서는 앞단의 호기성 질산화반응탱크에서 반송 유입되는 질산성 질소를 질소가스로 전환하여 제거하며, 이때 탈질 미생물의 탄소원으로 고농도의 유기물이 제거되며 동시에 NO₃-N 1㎎ 제거당 3.6㎎의 알카리도가 생성되고 이 알카리도가 후단의 호기성탱크에 암모니아의 질산 전환시 탄소원으로 사용된다.

또한, 앞단의 탱크에서 고농도의 유기물이 제거되어 후단의 호기성 질산화반응탱크에서 질산화 미생물의 활성도가 증진되며, 산소 포기량을 줄일 수도 있다.

또 앞단 호기성 질산화반응탱크에서 일부 방류되는 질산성 질소는 후단의 무산소 탈질반응탱크내에서 탈질되며, 이때 탄소원으로 메탄올이 첨가되도록 했다. 첨가되는 메탄올이 전액 소모되지 않을 경우 COD가 증가할 수 있으므로, 이러한 문제를 해결하기 위하여 2단의 후단 탱크에 호기성 질산화반응탱크를 설치하여 잔류메탄올을 제거하도록 한 것이다.

[실시예]

이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 고농도의 암모니아성 질소와 유기물 등이 함유되어 처리하기 어려운 하수나 폐수 및 쓰레기에서 발생되는 침출수를 효율적으로 제거하기 위한 방법을 나타낸 공정실시예의 개략도이다.

이로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 고농도 암모니아성 질소함유 폐수에서 질소를 제거하기 위한 처리방법에 따른 각 처리단계는 먼저, 접촉탱크(8)로 유입한 폐수와 질산화반응탱크(2)에서 반송된 반송수 및 메탄올과 황산을 교반하여 pH를 조정한 혼합액을 무산소 탈질반응탱크(1)로 이송하는 제1단계처리와, 상기 무산소 탈질반응탱크(1)내의 탈질 미생물에 의해 탈질반응과 함께 폐수의 고농도 유기물을 제거하며 동시에 알카리도를 생성시키는 제2단계처리와, 반응액을 상기 질산화반응탱크(2)로 이송하고 중탄산소다를 이용하여 이송액의 pH를 조절한 후, 호기성 질산화미생물에 의해 탄소원으로 앞단에서 생성된 알카리도를 이용하여 유입된 폐수내의 암모니아성 질소를 질산으로 전환되는 제3단계처리와, 일부 방류되는 질산성 질소는 후단의 무산소 탈질반응탱크(3)내에서 탄소원으로 첨가된 메탄올을 이용하여 탈질되는 제4단계처리와, 잔류분의 메탄올은 호기성 질산화반응탱크(4)에서 제거되는 제5단계처리로 이루어진 공정으로 고농도 암모니아성 질소함유 고농도 폐수에서 질소를 제거하는 처리방법이다.

여기서 침출수를 피드펌프(Feed pump, 13)를 통해 교반기가 설치된 접촉탱크(8)에 유입하고 탄소원을 공급하기 위하여 메탄올탱크(5)로부터 앞단과 후단에 교반기가 설치된 무산소 탈질반응탱크(1, 3)에 메탄올을 공급 첨가했다. 메탄올 주입량은 3:1인 메탄올 대 질소비에 따라 결정된다.

또한, 메탄올은 주입전에 4배로 희석하였다. 질산화는 호기성 질산화반응탱크( 2, 4)에서 발생하며, 질산화반응탱크(2, 4)에서의 pH 및 온도는 각각 6.5∼8.0과 13∼37℃ (최적 pH 7.5. 최적온도 30℃)로 유지한다.

상기 무산소 탈질반응탱크(1, 3)의 pH 및 온도는 각각 6.5~8.0과 13~37℃(최적 pH 7.2, 최적온도 25℃)로 조절했으며, 이들 반응탱크의 적절한 pH를 유기하기 위하여 무산소 탈질반응탱크(1, 3)에는 황산탱크로부터 황산을 각기 첨가하고, 호기성 질산화반응탱크(2)에는 중탄산소다탱크(10)로부터 중탄산소다를 각기 첨가했다. 그리고, 호기성 질산화반응탱크(2)에서 처리된 침출수의 일부는 CS펌프(14)에 의하여 반송라인(6)을 통해 접촉탱크(8)로 반송을 하고(일반적인 반송율은 4∼6Q이나 운전 조건에 따라 변함), 침전조(11)에서 처리된 침출수의 일부는 RS폄프(15)에 의하여 반송라인(7)을 통해 접촉탱크(8)로 반송을 한다.(일반적으로 1Q의 반송을 유지하나 조건에 따라 변함)

상기한, 접촉탱크(8)와 무산소 탈질반응탱크(1, 3)내의 교반기의 교반속도는 접촉탱크(8)와 무산소 탈질반응탱크(1, 3)내의 고형물의 침전을 방지하고 적절한 혼합을 제공하기에 적합한 속도로 조정했다.

상기 실시예의 실험 결과는 아래 표와 같다.(각 공정 배출수 측정수치임)

위 표에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명은 고농도 폐수에서의 질소를 제거하는 처리방법에 있어서, 무산소 탈질반응탱크를 앞단에 두고 호기성 질산화반응탱크를 후단에 두는 1쌍 2단의 A₂O₂공정 방법은 고농도의 유기물과 암모니아성 질소를 함유하는 악성폐수, 예를 들어 침출수와 같은 폐수를 처리하는데 효과가 있음을 알수 있다.

그리고, 본 발명에 의하면, 무산소 탈질탱크에서 생성되는 알카리도가 호기성 질산화탱크에서 소모되므로 별도로 요구되는 알카리도를 감소할 수가 있으며, 유입수의 유기탄소(분해성 COD)는 탈질 반응을 진행시키기 위하여 요구되는 것이며, 유기탄소는 질산화 반응을 진행시키기 위한 것은 아니지만 호기성 반응탱크에서 소모되고 따라서 호기성 반응탱크 앞 탱크에서 무산소 탈질반응탱크를 배치함으로서 완전한 탈질반응을 유도하기 위한 유기탄소 요구량을 저감시킬 수가 있다.

또한, 탈질공정은 산소원으로서 용존 산소 대신 질산성 질소를 이용토록 한것이므로 앞의 탱크에 탈질공정을 가지고 있는 공정은 뒤이어 오는 질산화공정에서 암모니아의 산화를 위한 용존산소를 절약할 수 있게 되어 용존산소의 보전의 효과와 호기성 질산화탱크로부터 탈질 무산소탱크로 알카리도의 밸런스 유지 및 질산성 질소의 탈질을 위해 대량의 반송이 요구되므로, 반송유량과 관련한 희석효과로 인해 고농도 암모니아 농도에 의한 질산화 억제 인자를 감소시키는 효과와 아울러 호기성 질산화탱크에서 배출되는 질산성 질소의 농도를 감소시키는 것이므로 유입 암모니아 및 유출 질산성 질소의 희석 효과를 나타내는 유용한 발명이다.

이상에서 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (3)

1. 고농도의 암모니아성 질소와 유기물 등을 함유해 처리하기 어려운 폐수를 처리함에 있어서, 접촉탱크(8)로 유입한 폐수와 질산화 반응탱크(2)에서 반송된 반송수 및 메탄올과 황산을 교반하여 pH를 조정한 혼합액을 무산소 탈질반응탱크(1)로 이송하는 제1단계처리와, 상기 무산소 탈질반응탱크(1)내의 탈질 미생물에 의해 탈질반응과 함께 폐수의 고농도 유기물을 제거하며 동시에 알카리도를 생성시키는 제2단계처리와, 반응액을 질산화 반응탱크(2)로 이송하고 중탄산소다를 이용하여 이송액의 pH를 조절한 후, 호기성 질산화미생물에 의해 탄소원으로 앞단에서 생성된 알카리도를 이용하여 유입된 폐수내의 암모니아성 질소를 질산으로 전환되는 제3단계처리와, 일부 방류되는 질산성 질소는 후단의 무산소 탈질반응탱크(3)내에서 탄소원으로 첨가된 메탄올을 이용하여 탈질되는 제4단계처리와, 잔류분의 메탄올은 호기성 질산화 반응탱크(4)에서 제거되는 제5단계처리로 하는 것을 특징으로 한 고농도 폐수에서 질소를 제거하는 처리방법.
2. 제1항에 있어서, 첫단의 호기성 질산화 반응탱크(2)에서 접촉탱크(8)로 반송하고, 침전탱크(11)에서 접촉탱크(8)로 반송하는 것을 특징으로 하는 고농도 폐수에서 질소를 제거하는 처리방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 호기성 질산화 반응탱크(2, 4) 및 무산소 탈질반응탱크(1, 3)에서의 pH범위는 6.5∼8.0이고, 온도는 13∼37℃인 것을 특징으로 하는 고농도 폐수에서 질소를 제거하는 처리방법.