KR100274539B1 - Waste Water Treatment Methods and Fixed Bed Type Biofilm Media for Liquied Separation from MLSS & Nitrogen/Phosphorous Removal - Google Patents
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Abstract
본 발명은 부착증식된 생물막의 작용에 의하여 하폐수중의 유기물질과 질소 및 인등을 제거할 수 있게 된 고정상 생물막담체에 있어서, 다수의 관상공극이 구비되고, 상기 관상공극의 내부표면에 생물막이 부착증식되어 호기성반응조내의 반응액이 상기 관상공극을 통과하여 생물학적 반응을 일으키는 일련의 작용을 통하여 하폐수로부터 질소와 인등이 제거될 수 있고, 상기 관상공극들이 반응액중의 고형물을 분리시키는 종래의 경사판 침전지에 설치되는 경사판과 같은 기능에 의하여 반응조에 후속되는 침전지와 같은 고액분리수단이 생략될수 있는 고정상 생물막담체를 제공하는 한편, 다수의 관상공극이 구비되어 있는 상기 고정상 생물막담체는 호기성반응조에 설치되고 각각의 관상공극 내부에 호기성조건, 무산소조건 또는 혐기성조건으로 상이 분리 형성되도록 하여 유기물의 분해와 질소·인이 제거되는 것을 특징으로 하는 고정상 생물막담체에 의한 하폐수처리방법을 제공한다.The present invention provides a fixed-phase biofilm carrier capable of removing organic substances, nitrogen, and phosphorus from sewage water by the action of a multiplying biofilm, comprising a plurality of tubular pores, and attaching the biofilm to the inner surface of the tubular pores. Conventional inclined plate settling paper where nitrogen and phosphorus can be removed from the sewage through a series of actions that proliferate and the reaction liquid in the aerobic reaction tank passes through the tubular pores to cause a biological reaction, and the tubular pores separate the solids in the reaction liquid. The fixed bed biofilm carrier having a plurality of tubular pores is provided in the aerobic reactor, while the solid-liquid separation means such as the sedimentation basin following the reaction tank can be omitted by a function such as an inclined plate installed in the reactor. Aerobic, anaerobic or anaerobic conditions The present invention provides a method for treating sewage by fixed bed biofilm carriers, in which a phase is separated and organic matter is decomposed and nitrogen and phosphorus are removed.
Description
본 발명은 생물학적 하폐수처리를 위해 반응조 내부에 설치되는 고정상 생물막담체에 관한 것으로, 특히 단일반응조에서도 생물막에 의하여 높은 효율로 질소와 인이 제거될 수 있도록 담체의 일부구간에 부착증식되는 생물막은 호기성조건이 되고 또다른 일부구간은 무산소조건 내지는 혐기성조건이 되거나, 생물막담체에 의하여 부유고형물이 분리되어 침전지가 생략될 수 있는 고정상 생물막담체와 이를 이용하는 하폐수처리방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fixed bed biofilm carrier installed inside a reactor for biological sewage treatment, and in particular, a biofilm adhered to a portion of a carrier so that nitrogen and phosphorus can be removed with high efficiency by a biofilm even in a single reactor is aerobic condition. Another part of the method relates to a stationary biofilm carrier in which anoxic conditions or anaerobic conditions are used, or suspended solids are separated by biofilm carriers, and sedimentation basins can be omitted, and methods for treating wastewater using the same.
하폐수중의 오염물질에는 유기물과 영양염류인 질소와 인이 주종을 이루고 있다. 그러나 종래의 생물학적 질소·인제거공정은, 질산화(Nitrification)반응과 인의 과잉섭취(Luxury-uptake)를 위한 호기성반응조(Aerobic Reactor), 탈질(Denitri fication)반응을 위한 무산소반응조(Anoxic Reactor)와 인의 방출(Release)을 위한 혐기성반응조(Anaerobic Reactor) 등 분리된 3조이상의 반응조로 이루어져 있다. 단일반응조에서 질소와 인을 제거하고자 할 경우에는 시간간격을 두고 질산화와 탈질반응을 교대로 반복시키는 간헐포기방법이 사용되므로 공정과 장치의 구성이 복잡하고 운전관리가 어려운 문제점이 있었다.Pollutants in sewage water are mainly composed of organic matter and nutrients nitrogen and phosphorus. However, the conventional biological nitrogen and phosphorus removal process is performed by an aerobic reactor for nitrification and a phosphorus-uptake, and anoxic reactor and phosphorus for denitrification. It consists of more than 3 trillion reactors separated such as anaerobic reactor for release. In order to remove nitrogen and phosphorus in a single reactor, the intermittent aeration method of alternately nitrifying and denitrification reactions is used at a time interval, and thus, the configuration of the process and apparatus is complicated and operation management is difficult.
특히, 활성슬러지공법으로 이미 건설이 완료되어 가동중인 하폐수처리시설에서 질소, 인 제거효율을 높히는 고도처리시설을 도입하고자 할 경우에는 전탈질공법, 후탈질공법 또는 간헐포기방법으로 변경하고 혐기성반응조를 설치하여야 한다. 이에 따라 기계장치와 토목구조물을 개조 또는 증설하여야 되는 어려움이 있었다.In particular, if an advanced sludge treatment facility is introduced to increase the efficiency of nitrogen and phosphorus removal in a sewage treatment facility that has already been constructed by the activated sludge method, it can be changed to a total denitrification method, a post denitrification method, or an intermittent aeration method. Should be installed. Accordingly, there was a difficulty in remodeling or expanding the machinery and civil engineering structures.
종래의 영양염류제거방법중에서 본 발명에서와 같이 하폐수중의 유기물이 탈질반응에 이용되는 전탈질 방법 중 대표적인 A2O공법과 장치의 구성에 대하여 좀더 자세히 설명하면, 도6에서 보인 바와 같이, 혐기성 반응조(101)에서 슬러지로부터 인의 방출을 유도한 후에 무산소반응조(102)에서 탈질시키고, 호기성반응조(103)에서 질산화와 유기물을 분해시켜 영양염류를 제거시킬 수 있도록 구성되어 있다. 무산소반응조(102)에는 질산염이 함유된 내부 순환수와 유기물이 함유된 하수가 잘 혼합되고 활성슬러지가 바닥에 퇴적되지 않도록 혼합하는 교반장치(104)가 설치된다. 호기성반응조(103)에는 하폐수중의 유기물 분해 및 질산화 반응을 위하여 산소를 공급하기 위한 산기시설(105)과 송풍기(106)등으로 구성된 포기장치가 설치되며 반응액을 무산소반응조(102)로 내부순환시키기 위한 내부순환펌프(107)가 설치되어야 한다.As described in more detail with respect to the structure of the representative A 2 O method and apparatus of the total denitrification method in which the organic matter in the wastewater is used for the denitrification reaction in the conventional nutrient removal method, as shown in Figure 6, anaerobic After inducing the release of phosphorus from the sludge in the reactor 101 is denitrified in the oxygen-free reaction tank 102, the aerobic reaction tank 103 is configured to remove nutrients by decomposing nitrification and organic matter. The oxygen-free reaction tank 102 is provided with a stirring device 104 for mixing the internal circulating water containing nitrate and the sewage containing organic matter so that the activated sludge does not deposit on the bottom. The aerobic reactor (103) is provided with an aeration device (105) and a blower (106) for supplying oxygen for the decomposition and nitrification of organic matter in sewage water. The reaction liquid is internally circulated to the oxygen-free reactor (102). An internal circulation pump 107 should be installed.
그런데 상기한 장치들은 포기장치(105, 106)외에도 교반장치(104), 내부순환펌프(107)와 별도의 침전지(111)와 슬러지 반송펌프(108)등이 설치되므로, 시설비와 동력비 측면에서 비경제적이고 유지관리면에서도 어려움이 많은 문제점이 있으며, 특히 침전지(111)와 같은 고액분리수단과 슬러지 반송펌프(108)는 생략될수 없는 필수시설이다.By the way, in addition to the aeration device (105, 106), the above devices are provided with a stirring device (104), an internal circulation pump (107) and a separate sedimentation pond (111) and a sludge conveying pump (108). In terms of maintenance and maintenance, there are many problems, in particular, the solid-liquid separation means such as the sedimentation basin 111 and the sludge conveying pump 108 can not be omitted.
따라서 많은 전문가들은 종래의 활성슬러지포기조에 생물막담체를 충전하여 단일반응조에서 질소제거를 시도하였다. 그러나 종래방식의 생물막담체를 적용하는 단일반응조는 질소제거효율이 매우 저조하였으며 그 기작(Mechanism)을 설명하면 다음과 같다.Therefore, many experts attempted to remove nitrogen in a single reaction tank by filling a biofilm carrier in a conventional activated sludge aeration tank. However, the single reactor using the conventional biofilm carrier has very low nitrogen removal efficiency and the mechanism (Mechanism) is explained as follows.
생물막담체에 부착증식되는 생물막의 두께는 통상 1~2mm정도이며, 그중 표피층 약 0.1~0.2mm는 호기성조건이고, 내부층 생물막은 산소와 기질이 제대로 도달하지 못하는 혐기성조건이 된다. 이와 같이 생물막은 서로 상이 다른 층으로 형성될 수 있으므로 표피의 호기성층에서는 유기물분해와 함께 암모니아성질소(NH4-N)가 질소산화물(NO2-N, NO3-N)로 산화되는 질산화반응을, 혐기성층에서는 질소산화물이 유리질소(N2)로 환원되는 탈질반응을 기대하며 많은 환경전문가들은 생물막에 의한 질소제거를 시도하였다. 그러나 기질(Substrate)이 혐기성층에까지 도달하기 위해서는 생물막의 표피부분인 호기성층을 투과하여야 되므로 질소산화물과 유기물이 혐기성층에 도달되는 기회가 충분히 제공되지 못하여 탈질효율이 저조하였다.The thickness of the biofilm attached to the biofilm carrier is usually about 1 to 2 mm, of which about 0.1 to 0.2 mm of the epidermal layer is an aerobic condition, and the inner layer biofilm is an anaerobic condition in which oxygen and substrate cannot reach properly. As such, the biofilms may be formed in different phases, and thus, in the aerobic layer of the epidermis, nitrification reaction in which ammonia nitrogen (NH 4 -N) is oxidized to nitrogen oxides (NO 2 -N, NO 3 -N) together with organic decomposition In the anaerobic layer, nitrogen oxides are expected to be denitrified to free nitrogen (N 2 ), and many environmental experts have attempted to remove nitrogen by biofilms. However, in order for the substrate to reach the anaerobic layer, it has to pass through the aerobic layer, which is the epidermal part of the biofilm, and thus the denitrification efficiency is low because nitrogen oxides and organic substances are not sufficiently provided an opportunity to reach the anaerobic layer.
또한 탈질반응에 소요되는 전자공여체로서의 유기물도 호기성층에서 우선적으로 소모되므로 혐기성층에는 제대로 도달되지 못한다. 이에 따라 탈질반응에 소요되는 전자공여체는 주로 내부 혐기성층 생물막의 자산화에 의존하게 되므로 탈질효율이 저조할 뿐 아니라, 자산화가 진행되면 담체로부터 생물막이 탈리(Slough Off)되게 된다. 이와 같이 종래방식의 생물막담체로는 동일 반응조에서 질소제거목적으로 생물막을 증식시키는 것은 질소제거효율이 저조함은 물론 생물막 자체의 유지에도 어려움이 있었다.In addition, organic matter as an electron donor for denitrification is also consumed preferentially in the aerobic layer and thus does not reach the anaerobic layer properly. Accordingly, the electron donor required for the denitrification reaction mainly depends on the reoxidation of the internal anaerobic layer biofilm, so that the denitrification efficiency is low, and as the reoxidation progresses, the biofilm detaches from the carrier. As described above, the growth of the biofilm for the purpose of nitrogen removal in the same reactor as the conventional biofilm carrier has low nitrogen removal efficiency and difficulty in maintaining the biofilm itself.
이와 같이 상시 호기성상태로 가동되는 활성슬러지포기조에는 지금까지 사용되어 온 종래의 생물막담체를 적용하여 생물막공법으로 변경되어도 호기성반응조와 무산소반응조를 별도로 분리하여 구성시키지 않는 단일 반응조에서는 탈질효율이 저조하여 질소를 충분히 제거할 수 없었다.In this way, the activated sludge aeration tank operating in an aerobic state at all times is applied to the conventional biofilm carrier, which has been used so far, even if it is changed to a biofilm method, in a single reactor that does not separately separate the aerobic reactor and the anoxic reactor, the denitrification efficiency is low. Could not be removed sufficiently.
이에 본 발명은 상술한 제 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 생물막이 부착증식되고, 호기성상태로 가동되는 단일반응조에서도 질소와 인의 제거효율이 우수하며, 추가로 고액분리기능이 구비되어 침전지를 대체할 수 있는 고정상 생물막담체와 이를 이용하는 하폐수처리방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, the biofilm is attached and proliferated, the nitrogen and phosphorus removal efficiency is excellent even in a single reaction tank operated in aerobic state, and the solid-liquid separation function is provided to replace the sedimentation basin The purpose is to provide a fixed bed biofilm carrier and a wastewater treatment method using the same.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 부착증식된 생물막의 작용에 의하여 하폐수중의 유기물질과 질소 및 인 등을 제거할 수 있게 된 고정상 생물막담체에 있어서, 다수의 관상공극이 구비되고, 상기 관상공극의 내부표면에 생물막이 부착증식되어, 호기성반응조내의 반응액이 상기 관상공극을 통과하여 생물학적 반응을 일으키는 일련의 작용을 통하여 하폐수로 부터 질소와 인 등이 제거될수 있는 고정상 생물막담체를 제공하는 한편, 다수의 관상공극이 구비되어 있는 상기 고정상 생물막담체는 호기성반응조에 설치되고 각각의 관상공극 내부에 호기성조건, 무산소조건 또는 혐기성조건으로 상이 분리 형성되도록 하여 유기물의 분해와 질소·인이 제거되는 것을 특징으로 하는 고정상 생물막담체에 의한 하폐수처리방법을 제공한다.The present invention for achieving the above object, in the fixed-phase biofilm carrier that can remove the organic material, nitrogen, phosphorus, etc. in the wastewater by the action of the adhesion-proliferating biofilm, a plurality of tubular pores are provided, Biofilm adheres and proliferates on the inner surface of the coronary pores, which provides a stationary biofilm carrier that can remove nitrogen and phosphorus from the wastewater through a series of actions in which a reaction solution in the aerobic reactor passes through the coronary pores and causes a biological reaction. On the other hand, the stationary bed biofilm carrier having a plurality of tubular pores is installed in an aerobic reactor and the phases are separated and formed in aerobic conditions, anoxic conditions or anaerobic conditions inside each tubular pores to remove organic matter and remove nitrogen and phosphorus. Provided is a wastewater treatment method using a fixed bed biofilm carrier.
또한, 본 발명에서는 반응조 내부에 담장형 또는 슬라브형의 고정상 생물막 담체를 상기 관상공극들이 동일한 고정상 생물막담체에서는 같은 방향으로 경사지도록 설치하므로써, 상기 관상공극들이 반응액중의 고형물을 분리시키는 종래의 경사판 침전지에 설치되는 경사판과 같은 기능에 의하여 반응조에 후속되는 침전지와 같은 고액분리수단이 생략될수 있는 하폐수처리 장치와 방법을 제공한다.In addition, in the present invention, by installing a fence-type or slab-type fixed bed biofilm carrier inside the reactor so that the tubular pores are inclined in the same direction in the same stationary bed biofilm carrier, the tubular pores separate the solids in the reaction solution. Provided is a wastewater treatment apparatus and method by which a solid-liquid separation means such as a sedimentation basin following a reaction tank can be omitted by a function such as a slope plate installed in the sedimentation basin.
제1도는 본 발명에 따른 고정상 생물막담체의 작용을 설명하기 위한 개념도.1 is a conceptual diagram for explaining the action of the stationary biofilm carrier according to the present invention.
제2도는 본 발명에 따른 담장형 생물막담체가 설치된 반응조의 일부 절개 사시도.2 is a partially cutaway perspective view of a reactor in which a fence-type biofilm carrier according to the present invention is installed.
제3도는 본 발명에 따른 슬라브형 생물막담체가 설치된 반응조의 일부 절개 사시도.3 is a partially cutaway perspective view of a reactor in which a slab biofilm carrier according to the present invention is installed.
제4도는 본 발명에 따른 고정상 생물막담체에 의한 하폐수처리 실시예의 계통도.4 is a flow diagram of an embodiment of wastewater treatment by the fixed-phase biofilm carrier according to the present invention.
제5도는 종래의 인제거 및 전탈질 공정에 의한 질소제거를 위한 하폐수처리 계통도.5 is a wastewater treatment system for removing nitrogen by conventional phosphorus removal and total denitrification process.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
1 : 호기성반응조 2 : 고정상 생물막담체1: Aerobic Reactor 2: Stationary Biofilm Carrier
2a : 담장형 생물막담체 2b : 슬라브형 생물막담체2a: fence-type biofilm carrier 2b: slab-type biofilm carrier
3 : 관상공극 4 : 산기관3: coronal cavity 4: diffuser
5 : 수중오리피스 6a : 유입구5: Orifice 6a: Inlet
6b : 유출구 7 : 기포확산방지판6b: outlet 7: bubble diffusion prevention plate
10 : 생물막 11 : 부유미생물10: biofilm 11: suspended microorganisms
12 : 반응액의 흐름 13 : 고형물의 낙하방향12: flow of the reaction solution 13: falling direction of the solid
14 : 무산소반응조 15 : 혐기성 반응조14: anaerobic reactor 15: anaerobic reactor
16 : 내부순환수단 17 : 교반수단16: internal circulation means 17: stirring means
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 바람직한 실시예를 통하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail through the preferred embodiment of the configuration and operation of the present invention.
도 1은 다수의 관상공극(3)을 가진 본 발명에 따른 생물막담체의 종단면도로서, 생물막담체에 의하여 질소와 인이 제거되는 과정을 설명하면 다음과 같다.1 is a longitudinal cross-sectional view of a biofilm carrier according to the present invention having a plurality of tubular pores (3), the process of removing nitrogen and phosphorus by the biofilm carrier as follows.
관상공극(3)이 다수 형성된 고정상 생물막담체(2)를 하폐수를 처리하는 호기성 반응조에 설치하여 미생물을 증식시키면 담체의 외부표면과 관상공극의 내부표면에는 미생물이 부착증식되어 생물막(10)을 형성하게 되며, 생물막(10)으로부터 탈리된 미생물과 당초부터 부유증식되던 미생물들이 함께 부유미생물(11)군을 이루게 되어 고정상 생물막담체(2)에 부착증식되는 상기 생물막과 함께 반응조내부에서 복합증식형태를 이루게 된다. 반응조내의 하폐수에는 제거대상이 되는 유기물과 질소화합물과 인과 같은 영양염류가 비교적 풍부하게 존재하며 유기물의 호기성분해와 질산화를 위하여 인위적으로 공급되는 산소가 용존상태로 함께 존재하고 담체의 외부표면에는 호기성조건에서 생물막(10)이 증식하면서 유기물분해와 질산화반응이 이루어지게 된다.When the stationary biofilm carrier 2 having a large number of corrugated pores 3 is installed in an aerobic reactor for treating wastewater, the microorganisms are multiplied, and microorganisms are attached to the outer surface of the carrier and the inner surface of the tubular pores, thereby forming the biofilm 10. The microorganisms detached from the biofilm 10 and the microorganisms originally floated together form a floating microorganism (11) group together with the biofilm attached to the stationary biofilm carrier (2) to form a multiproliferation in the reaction tank. Is achieved. The wastewater in the reactor is relatively rich in organic matter, nitrogen compounds, and nutrients such as phosphorus. The artificially supplied oxygen is present in dissolved state for aerobic decomposition and nitrification of organic matter. In the biofilm 10 is proliferated while organic decomposition and nitrification is made.
반응조로 유입되는 하폐수의 유입수두, 포기에 따른 교반력에 의하여 반응액이 관상공극(3)의 내부로 유입된다. 관상공극(3)의 입구를 통하여서만 기질과 용존산소가 공극내부로 공급될 수 있으므로 공극의 길이 즉 체적에 비하여 관경이 작은 상기 관상공극(3)의 내부는 반응에 필요한 요소중에서 결핍되는 부분이 발생하게 된다.The reaction liquid is introduced into the tubular cavity 3 by the stirring head according to the inflow head of the wastewater introduced into the reactor and the aeration. Since the substrate and dissolved oxygen can be supplied into the pores only through the inlet of the coronary pores 3, the inside of the coronary pores 3 having a smaller diameter compared to the length of the pores, that is, the volume, is deficient in the elements necessary for the reaction. Will occur.
하폐수처리를 위한 호기성반응조에는 용존산소농도에 비하여 부과되는 유기물농도가 높은 조건으로 운영되므로 공극의 유입구를 통하여 제한적으로 기질과 용존산소가 유입되는 관상공극(3)의 내부에는 호기성조건의 유지에 필요한 용존산소가 결핍되게 된다. 즉, 관상공극(3)의 입구에서부터 내부표면에 부착증식되는 호기성 종속영양계 미생물에 의한 유기물분해와 호기성 독립영양계 미생물인 질산화균(Nitrosomonas, Nitrobactor)에 의한 암모니아성질소의 산화에 유리산소가 우선적으로 소모되는 반응액이 좀더 깊은 공극내부에 이르면 유리산소는 고갈되어 호기성조건이 종료되고 이산화탄소 등 분해부산물과 질산성질소 형태의 결합산소만이 존재하는 무산소조건으로 전환되게 된다.The aerobic reactor for wastewater treatment is operated under conditions of high organic matter concentration compared to dissolved oxygen concentration. Therefore, it is necessary to maintain aerobic conditions inside the tubular pores (3) where the substrate and dissolved oxygen flow in a limited way through the inlet. There is a lack of dissolved oxygen. That is, free oxygen preferentially decomposes organic matter by aerobic heterotrophic microorganisms attached to the inner surface from the entrance of the coronary cavity 3 and oxidation of ammonia nitrogen by nitrosomonas (Nitrobactor), an aerobic autotrophic microorganism. When the reaction solution consumed reaches the deeper pores, the free oxygen is depleted, the aerobic condition is terminated, and is converted to the anoxic condition in which only decomposed by-products such as carbon dioxide and combined oxygen in the form of nitrate-nitrogen are present.
유리산소가 존재하지 않는 무산소조건에서는 호기성 종속영양계 미생물은 질소산화물형태의 결합산소를 이용하여 유기물을 분해하게 되므로 질산염은 유리질소(N2)형태로 환원되어 제거되므로 무산소조건도 종료되어 질산염형태의 결합산소도 고갈된 혐기성조건으로 전환된다. 혐기성조건에서는 혐기성미생물에 의하여 생물막이 형성되어 잔여유기물은 계속 분해된다.Under anoxic conditions where free oxygen does not exist, aerobic heterotrophic microorganisms decompose organic matter using nitrogen oxides, and nitrates are reduced and removed to form free nitrogen (N 2 ). Bound oxygen also converts to depleted anaerobic conditions. Under anaerobic conditions, biofilms are formed by anaerobic microorganisms, and residual organic matter continues to decompose.
반응조에는 생물막(10)을 형성하는 부착증식 미생물 외에도 상기 생물막으로 부터 탈리된 미생물과 기타의 미생물들이 함께 부유증식되며 이러한 부유미생물(11)들도 반응액의 흐름(12)을 따라 관상공극(3)의 내부까지 유입되게 된다. 관상공극(3)의 내부로 유입된 부유미생물들은 혐기성구간을 통과하면서 인을 방출(Release)하게 되며 상기 관상공극(3)의 외부로 유출되어 다시 호기성조건으로 전환되면 방출된 것보다 더 많은 양의 인을 과잉섭취하게 되므로 미생물의 체내에 인이 초과축적된다. 인이 초과축적된 부유미생물(11)을 폐기하므로써 하폐수로부터 최종적으로 인이 제거될 수 있다.In addition to the adhesion-proliferating microorganisms forming the biofilm 10, the microorganisms detached from the biofilm and other microorganisms are proliferated together in the reaction tank, and the airborne microorganisms 11 are also coronal pores along the flow of the reaction solution 12. It will flow into the inside of). Suspended microorganisms introduced into the coronary pores (3) will release phosphorus while passing through the anaerobic section, and outflowed to the outside of the coronary pores (3) and converted back into aerobic conditions. Since phosphorus is excessively ingested, phosphorus is excessively accumulated in the body of the microorganism. By disposing of the suspended microorganism 11 in which phosphorus is over-accumulated, phosphorus may finally be removed from the sewage water.
이와 같이 본 발명에 의한 고정상 생물막담체(2)에서는 다수의 관상공극(3)들이 각각 PFR(Plug Flow Reactor)로 기능하며 용존산소가 제한요소로 작용하여 각각의 관상공극(3)들에 호기성구간, 무산소구간 또는 혐기성구간이 형성되므로 각개의 생물막담체(2)들이 종래의 질소·인 제거를 위한 생물학적 하폐수처리시설의 호기성반응조, 무산소반응조, 혐기성반응조들의 역할을 함축하여 수행할 수 있게 된다.As described above, in the stationary biofilm carrier 2 according to the present invention, a plurality of tubular pores 3 function as PFR (Plug Flow Reactor), respectively, and dissolved oxygen acts as a limiting element to each aerobic section. As an anaerobic section or anaerobic section is formed, each biofilm carrier (2) can perform the role of aerobic reactor, anaerobic reactor and anaerobic reactor in the biological sewage treatment facility for nitrogen and phosphorus removal.
이와 같이 질소와 인을 제거하기 위한 생물막담체에서는 관상공극의 관경과 길이 및 담체의 크기가 매우 중요하다.As such, the diameter and length of the coronary pores and the size of the carrier are very important in the biofilm carrier for removing nitrogen and phosphorus.
상기 관상공극(3)의 관경이 작아서 지나치게 미세할 경우 부착증식되는 생물막(10)에 의하여 공극이 폐쇄되거나 통수저항이 증대되어 공극내부로 기질공급이 어렵게 된다. 반면에 상기 관상공극(3)의 관경이 지나치게 클 경우에는 비표면적의 감소와 함께 기질과 용존산소가 관상공극(3)내부의 생물막(10)에 접촉하는 빈도가 감소하게 된다. 또한 포기과정에서 발생되는 공기방울이 공극의 내부까지 유입되어 상의 분리가 어렵게 되거나 공극을 길게 하여야 되므로 생물막담체의 크기가 지나치게 증대될 수도 있다.When the diameter of the tubular pores 3 is too small, the pores are closed or the water resistance is increased by the biofilm 10 to be attached and proliferated, so that it is difficult to supply the substrate into the pores. On the other hand, when the diameter of the tubular pores 3 is too large, the specific surface area decreases and the frequency of contact of the substrate and dissolved oxygen with the biofilm 10 inside the tubular pores 3 decreases. In addition, since the bubbles generated during the aeration process flow into the interior of the pores, it is difficult to separate the phases or lengths of the pores may increase the size of the biofilm carrier excessively.
생물막담체의 크기는 이와 같은 조건에 따라 설정된 관상공극을 수용할 수 있는 크기이어야 한다.The size of the biofilm carrier should be large enough to accommodate the coronary pores established according to these conditions.
또한 관상공극(3)이 경사지도록 하여 담장형태 또는 슬라브형태의 생물막담체를 축조하면 미생물의 부착증식과 함께 기존의 경사판침전지에서와 같이 작은 면적에서도 부유고형물을 높은 효율로 분리시킬 수 있게 되므로 반응조의 다음 단계에 설치되었던 침전지등의 고액분리수단을 생략할 수 있게 된다.In addition, by constructing the wall or slab-type biofilm carrier by inclining the corrugated cavity 3, it is possible to separate floating solids with high efficiency even in a small area as in a conventional inclined plate needle battery with the growth of microorganisms. It is possible to omit the solid-liquid separation means such as the sedimentation basin installed in the next step.
경사판침전지는 포집된 고형물들이 경사판을 따라서 미끄러져서 낙하(Slope down)될 수 있도록 침전지에 다수의 판재 또는 파이프 등이 경사지게 설치된 것으로, 경사판들이 중력방향으로 투영된 면적의 합계만큼 침전지의 수면적이 증대되는 효과를 발휘하므로 작은 침전지에서도 많은 유량을 처리할 수 있고, 고액분리성능도 우수하며, 고형물을 분리시키는 효율측면에서는 경사판이 촘촘하게 많은 수량이 설치되는 것이 유리하다. 경사판침전지는 고액분리성능이 우수함에도 불구하고 미생물이 부착증식되고 다시 탈리되어 부상되는 문제점이 있으되므로 지금까지 생물학적 하폐수처리공정에서는 사용이 기피되어 왔으나, 본 발명에서는 관상공극에 의하여 경사판침전지의 기능과 생물막담체의 기능 및 질소·인제거기능도 병행될 수 있도록 한 것이다.Inclined plate immersion batteries are provided with a number of plates or pipes inclined in the sedimentation basin so that the collected solids can slide down the slope and fall down, and the surface area of the sedimentation basin increases by the sum of the areas projected in the direction of gravity. It is advantageous to install a large amount of inclined plates in terms of efficiency of separating solids, because it can process a large flow rate even in a small sedimentation basin. Although the inclined plate needle battery has excellent solid-liquid separation performance, there is a problem that the microorganisms adhere and proliferate again so as to cause injuries. Thus, the inclined plate needle battery has been avoided for use in biological sewage treatment processes. The function of the biofilm carrier and the nitrogen and phosphorus removal function were also combined.
생물학적 인제거에서는 혐기·호기조건이 반복되어 인이 과잉섭취된 미생물 즉, 잉여슬러지를 폐기하므로써 인이 최종적으로 제거될수 있으므로 부착증식되는 생물막보다 폐기가 용이한 부유미생물(11)이 인의 제거에 보다 중요한 역할을 하게 된다. 관상공극(3)이 경사진 경우에는 상기 부유미생물이 관상공극(3)을 잘 통과 하지 못하게 되므로 일부 부유미생물은 상이 변화되는 관상공극(3) 내부의 전과정을 거칠 수 없게 된다. 그러나 대부분의 부유미생물(11)들은 경사진 관상공극(3)의 상부 혐기성구간에까지 도달하여 인을 방출하고 낙하되어 호기성조건인 반응조로 반송되어 다시 인을 과잉섭취할 수 있게 되므로 이를 제거하여 최종적으로 인을 제거할 수 있으며 혐기성 구간에서 방출된 인은 용존상태이므로 관상공극(3)을 통과하여 다음 단계의 호기성조건에서 미생물에 과잉섭취되어 제거될 수 있다.In the removal of biological phosphorus, anaerobic and aerobic conditions are repeated, so that phosphorus can be finally removed by discarding microorganisms in which phosphorus is excessively ingested, that is, excess sludge, so that floating microorganisms 11 are easier to remove than phosphorus biofilms. It will play an important role. When the corrugated pores 3 are inclined, the suspended microorganisms do not pass through the coronary pores 3 well, so that some of the suspended microorganisms cannot go through the whole process inside the corrugated pores 3 where the phase is changed. However, most of the suspended microorganisms (11) to reach the upper anaerobic section of the inclined coronary cavity (3) to release the phosphorus, fall down and returned to the aerobic reaction tank can be ingested again because excess phosphorus finally removed Phosphorus can be removed and phosphorus released from the anaerobic section can be removed by being excessively ingested by microorganisms through the aerobic conditions of the next step through the coronary pores (3).
도2는 본 발명에 따른 질소·인제거와 고액분리목적을 달성하기 위하여 다수의 관상공극이 경사지게 형성된 담장형 생물막담체(2a)가 설치되는 호기성반응조의 일부절개 사시도이다. 반응조(1)내부에 원형 또는 다각형 파이프, 파상의 골이 형성된 판재, 절곡된 판재등을 적층하여 관상공극(3)이 형성되도록 설치하되 생물막 담체와 접촉되지 않은 반응액이 유출되거나 다음 단계로 넘어가지 않도록 반응조(1)의 벽면과 닿도록 담장형 생물막담체(2a)로 축조된 것이다. 또한 관상공극(3)이 다수 천공되어 있는 블록형태의 생물막담체를 적층하여 관성공극이 형성되는 담장형 생물막담체(2a)를 축조할 수 있다.FIG. 2 is a partially cutaway perspective view of an aerobic reaction tank in which a fence-like biofilm carrier 2a having a plurality of tubular pores inclined to achieve nitrogen / phosphorus removal and solid-liquid separation purposes according to the present invention is installed. A circular or polygonal pipe, corrugated plate, or bent plate is stacked inside the reactor 1 so that the tubular pores 3 can be formed, but the reaction solution which is not in contact with the biofilm carrier flows out or goes to the next step. It is constructed with a fence-type biofilm carrier 2a so as not to touch the wall surface of the reactor 1. In addition, it is possible to build a fence-like biofilm carrier 2a in which the inertial voids are formed by stacking a biofilm carrier in the form of a block having a large number of corrugated pores 3.
상기 관상공극(3)의 단면은 원형에 국한되지 않으며 별모양, 다각형, 벌집모양, 슬릿(SLIT)형태 또는 기타 다양한 형태로 형성될 수 있으며 비표면적이 큰 형태로 하는 것이 많은 생물막을 부착증식시킬 수 있게 되어 바람직하다.The cross section of the tubular cavity 3 is not limited to a circle, and may be formed in a star shape, a polygon, a honeycomb, a slit (SLIT) form, or various other forms. It is desirable to be able to.
생물막담체에 부착증식되는 생물막이 노화되면 탈리되므로 관상공극이 수평으로 형성되는 경우에는 탈리된 생물막이 공극의 외부로 유출되지 못하고 장시간 체류되어 공극이 폐쇄되거나 해체 현탁되어 처리수질을 악화시키기도 한다. 관상공극(3)을 경사지게 하면 탈리된 생물막이 중력에 의하여 상기 관상공극 밖으로 미끄러져서 낙하되어 부유하게 되므로 반응조(1)에서 용이하게 제거될 수 있다.When the biofilm adhered to the biofilm carrier is detached when aging, the coronary pores are formed horizontally, so that the detached biofilm does not leak out of the pores and stays for a long time, thereby closing or dismantling the suspension, thereby deteriorating the treated water quality. When the corrugated cavity 3 is inclined, the detached biofilm slides out of the coronary cavity by gravity, so that the corrugated cavity 3 is dropped and floated, and thus can be easily removed from the reaction tank 1.
상기 관상공극(3)들이 동일한 방향으로 경사지게 되면 탈리된 생물막과 관상공극에 포집되는 부유고형물들이 경사방향을 따라 낙하되므로 담장형 생물막담체(2a)의 어느 한쪽편에 부유미생물농도를 높게 유지할 수 있게 된다. 따라서 반응조(1)에 다수개의 담장형 생물막담체(2a)를 관상공극(3)들이 하폐수가 유입되는 방향으로 하향경사지도록 축조하게 되면 유입구(6a)측에서 부유증식되는 미생물농도를 보다 높게 유지할 수 있게 되며 반대로 경사방향을 유출되는 방향으로 하향 경사지도록 하는 등 유입수의 성상과 처리목적에 따라 반응조(1)의 어느 한편에 부유미생물농도를 높게 조절할 수 있다.When the corrugated pores 3 are inclined in the same direction, the detached biofilm and the suspended solids collected in the coronary pores fall along the inclined direction so that the concentration of suspended microorganisms on either side of the fence-like biofilm carrier 2a can be maintained. do. Therefore, when the plurality of fence-type biofilm carriers 2a are constructed in the reactor 1 such that the corrugated pores 3 are inclined downward in the direction in which the wastewater flows in, the concentration of the microbial suspended floating on the inlet 6a can be maintained higher. On the contrary, it is possible to adjust the suspended microbial concentration high on either side of the reactor 1 according to the characteristics of the influent and the purpose of treatment such that the inclined direction is inclined downward in the outflow direction.
또한 2개의 담장형 생물막담체(2a)에서 관상공극(3)이 서로 마주보며 하향 경사지도록 하면 상기 부유미생물(11)들이 상기 담장형 생물막담체(2a) 사이의 공간에 밀집되므로 슬러지의 인발이 용이하게 된다.In addition, when the tubular pores 3 are inclined downwardly facing each other in the two fence-like biofilm carriers 2a, the floating microorganisms 11 are concentrated in the space between the fence-like biofilm carriers 2a, so that the sludge is easily drawn out. Done.
특히, 관상공극(3)의 내부에는 생물막(10)이 부착증식되므로 통과되는 고형물들이 상기 생물막에 점착되어 부유고형물의 포집능력이 우수할 뿐 아니라 이러한 관상공극(3)들은 고형물 포집능력이 우수한 경사판침전지의 기능도 병행하게 되므로 반응조(1) 다음 단계에는 침전지 등의 고액분리공정과 슬러지 반송시설을 생략할 수 있게 되어 소요부지와 건설비 측면에서 매우 경제적이다. 관상공극(3)에서 포집된 고형물중에서 비중이 가벼운 것은 부상하게 되므로 반응조(1)의 유출구와 최종 담장형 생물막담체 사이의 수면에는 수컴제거장치를 구비하는 것이 바람직하다.In particular, since the biofilm 10 is attached and propagated inside the tubular pores 3, the solids that pass through are adhered to the biofilms, so that the solid capacities of the suspended solids are excellent, and the tubular pores 3 are inclined plates having excellent solids capturing ability. The function of the sedimentation basin is also parallel, so the next step of the reaction tank (1) can omit the solid-liquid separation process such as the sedimentation basin and the sludge conveying facility, which is very economical in terms of required site and construction cost. Among the solids collected in the tubular pores (3), the light weight of the solid matter rises, so it is preferable to have a soak removal device on the water surface between the outlet of the reactor 1 and the final fence-type biofilm carrier.
또한 반응액이 일부 관상공극(3)으로 편중되어 유통되는 단락(Short Circuit)현상이 방지되도록 상기 유출구(6b)에는 다공관, 다공판 등에 의한 수중오리피스(5)를 설치하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to provide an underwater orifice 5 by a porous tube, a porous plate, or the like in the outlet 6b so as to prevent a short circuit phenomenon in which the reaction liquid is biased into some tubular pores 3.
관상공극(3) 내부에서 호기성, 무산소성 또는 혐기성 조건으로 상이 변환되어 질소와 인이 제거되기 위해서는 공기방울이 유입되지 않도록 산기관(4) 등의 포기장치를 상기 관상공극(3)의 경사방향이 고려되어 담장형 생물막담체(2a)에 근접하여 설치되거나 기포확산방지판(7)이 설치되는 것이 바람직하다.In order to remove nitrogen and phosphorus by changing the phase to aerobic, anaerobic or anaerobic conditions inside the tubular pores 3, the aeration device such as the air diffuser 4 is disposed so that the inclined direction of the tubular pores 3 is prevented. It is preferable to be installed in close proximity to the fence-type biofilm carrier 2a or to be provided with a bubble diffusion preventing plate 7.
상기 반응조(1)에는 담장형 생물막담체(2a)에 추가하여 유동상생물막담체를 충전하므로서 미생물농도를 보다 높게 유지할 수도 있다.The reactor 1 may be filled with a fluidized biofilm carrier in addition to the fence-type biofilm carrier 2a to maintain a higher microbial concentration.
도3은 본 발명에 따른 고정상 생물막담체가 상기 도2와는 달리 설치된 반응조의 일부 절개사시도이다.3 is a partially cutaway perspective view of a reaction vessel in which the stationary biofilm carrier according to the present invention is installed differently from FIG. 2.
반응조(1) 내부에 원형 또는 다각형 파이프, 파상의 골이 형성된 판재, 절곡된 판재등을 수평으로 적층하여 슬라브(slab)형 생물막담체(2b)로 축조한 것으로 담장형 생물막담체에서보다 담체의 하중을 지지하는 데 소요되는 지지수단은 크게 소요되는 단점은 있으나, 반응조(1)를 좁고 깊게 할 수 있어 부지소요가 작은 장점이 있다. 반응조의 하부에서 직접 포기할 수도 있으나 담장형 담체와는 달리 기포가 상기 관상공극(3)으로 유입되는 구조이어서 질소제거효율이 저하되므로 간접포기방식을 채택하는 것이 유리하다.Circular or polygonal pipes, corrugated boards, and bent boards are laid horizontally inside the reactor 1 and constructed as slab-type biofilm carriers 2b. There is a disadvantage that the support means required to support the large takes, but can be narrow and deep reactor (1) has the advantage of small site requirements. It is also possible to give up directly in the lower part of the reactor, but unlike the fence-type carrier, since bubbles are introduced into the tubular pores 3, the nitrogen removal efficiency is lowered, so it is advantageous to adopt the indirect aeration method.
관상공극(3)에 의한 고액분리기능 등은 도2의 담장형 생물막담체에서와 동일하다.The solid-liquid separation function by the tubular cavity 3 is the same as in the fence-type biofilm carrier of FIG.
도4는 본 발명에 따른 관상공극(3)이 구비된 담장형 생물막담체에 의한 하폐수처리계통도이다.4 is a wastewater treatment system diagram of a fence-type biofilm carrier equipped with a tubular cavity 3 according to the present invention.
본 발명에 따른 고정상 생물막담체에 의하여 단일 반응조에서도 높은 효율로 질소와 인을 제거할수 있으나, 질소와 인의 제거효율을 더욱 향상시키기 위하여 무산소반응조와 혐기성반응조를 추가로 구비한 것이다.The fixed bed biofilm carrier according to the present invention can remove nitrogen and phosphorus in a high efficiency even in a single reactor, but is further provided with an anaerobic reactor and anaerobic reactor to further improve the nitrogen and phosphorus removal efficiency.
본 실시예에서의 하폐수처리공정은 유입구로부터 무산소반응조(14), 혐기성반응조(15), 하나 이상의 담장형 생물막담체(2a)가 설치된 호기성반응조(1)의 순서로 구성되어 있다.The wastewater treatment process in this embodiment is composed of an aerobic reactor (14), an anaerobic reactor (15), and an aerobic reactor (1) provided with at least one fence-type biofilm carrier (2a) from the inlet.
하폐수가 최초로 유입되는 상기 무산소반응조(14)에서는 후단의 호기성반응조(1)로부터 내부순환되는 유입수중의 질소산화물이 유입하폐수중의 유기물이 전자공여체로 이용되어 탈질반응이 이루어지며, 비포기 교반상태를 유지하기 위한 교반수단(17)이 구비되어 있다. 무산소반응조(14)에 후속되어 설치되는 상기 혐기성반응조(15)에서는 미생물로부터 인의 방출이 이루어지며 이또한 비포기 교반상태를 유지하기 위한 교반수단(17)이 구비된다.In the anoxic reaction tank (14) into which wastewater is first introduced, nitrogen oxides in the influent water circulated internally from the aerobic reaction tank (1) in the rear stage are denitrified by using organic matter in the influent wastewater as an electron donor, and aerobic agitation. Stirring means (17) for maintaining the is provided. In the anaerobic reactor 15, which is installed after the anoxic reactor 14, phosphorus is released from the microorganisms, which is also provided with agitation means 17 for maintaining aerobic agitation.
담장형 생물막담체(2a)가 하나이상 설치되는 상기 호기성반응조(1)에서는 질소와 인이 제거되며 동시에 침전지를 대체하는 고액분리기능도 이루어지므로 후속되는 침전지는 생략된다.In the aerobic reactor (1) in which at least one fence-type biofilm carrier (2a) is installed, nitrogen and phosphorus are removed, and at the same time, a solid-liquid separation function for replacing the sedimentation basin is also performed.
호기성반응조(1)에는 포기수단이 구비되어야 하며 유출구(6)에 가장 근접하여 설치되는 최종의 담장형 생물막담체(2a)이 앞부분에서 상기 무산소반응조(14)로 반응액이 내부순환될수 있는 내부순환수단(16)이 구비된다.The aerobic reaction tank (1) should be provided with aeration means, and the final fence-type biofilm carrier (2a), which is installed closest to the outlet (6), may be internally circulated in the reaction liquid to the anoxic reaction tank (14) from the front. Means 16 are provided.
슬러지반송과 내부순환이 몇 개의 시설에 의하여 분리되어 이루어지며 종래의 A2O공정은 혐기성반응조, 무산소반응조, 호기성반응조의 순으로 구성되어 있으나, 본 실시예에서는 부유미생물과 내부순환수가 동시에 반송되므로 공정의 순서는 무산소반응조, 혐기성반응조, 호기성반응조로 구성되며 종래의 A2O공정과는 반응조의 배열이 다르게 이루어진다. 또한 상기 호기성반응조에 2개이상의 담장형 생물막담체(2a)가 설치되는 경우에도 부유미생물이 앞단계의 담장형 생물막담체를 통과할수 있도록 최종의 담장형 생물막담체가 유출구쪽으로 상향 경사진것과 달리 앞단계의 생물막담체는 유입방향으로 상향경사지도록 설치되는 것이 바람직하다.Sludge transport and internal circulation are separated by several facilities, and the conventional A 2 O process consists of anaerobic reaction tank, anaerobic reaction tank, and aerobic reaction tank, but in this embodiment, the suspended microorganism and internal circulation water are simultaneously returned. The order of the process consists of an anaerobic reactor, anaerobic reactor and aerobic reactor and the arrangement of the reactor is different from the conventional A 2 O process. In addition, even when two or more fence-type biofilm carriers 2a are installed in the aerobic reactor, the final fence-type biofilm carrier is inclined upwardly toward the outlet so that the floating microorganisms can pass through the fence-type biofilm carrier of the previous stage. The biofilm carrier is preferably installed to be inclined upward in the inflow direction.
본 실시예에서의 상기 호기성반응조(1)에 적용되는 생물막담체는 담장형 생물막담체(2a)가 국한되지 않으며, 슬라브형 생물막(2b)도 이용될수 있다.The biofilm carrier applied to the aerobic reactor 1 in this embodiment is not limited to the fence-type biofilm carrier 2a, and the slab biofilm 2b may also be used.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 질소·인제거를 위한 고정상 생물막담체와 이를 적용한 하폐수처리방법을 이용하게 되면, 단일반응조에서도 높은 효율로 질소와 인을 제거할 수 있게되어 국내외적으로 심각한 하천과 호수의 부영양화를 줄일수 있게 되며, 특히 후속되는 고액분리공정을 생략할 수 있게 되므로 하폐수처리공정이 단순하게 구성되어 매우 경제적이다. 또한 가동중인 하폐수처리 시설에 본 발명의 고정상 생물막담체를 설치하므로써 구조물과 기계장치류를 증설 또는 개조하지 않고서도 질소·인이 제거될수 있는 고도하수처리시설로 용이하게 변경할 수 있다.As described above, by using the fixed bed biofilm carrier for nitrogen and phosphorus removal according to the present invention and the wastewater treatment method using the same, it is possible to remove nitrogen and phosphorus with high efficiency even in a single reactor, which is a serious river at home and abroad. It is possible to reduce eutrophication of lakes and lakes, and in particular, since the subsequent solid-liquid separation process can be omitted, the wastewater treatment process is simple and very economical. In addition, by installing the fixed bed biofilm carrier of the present invention in an operating sewage water treatment facility, it can be easily changed to an advanced sewage treatment facility where nitrogen and phosphorus can be removed without expanding or modifying structures and machinery.
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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