KR100311342B1 - 질소 및 인을 제거하기 위한 폐수처리장치 및 이를 이용한 폐수처리방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐수내에 포함된 질소 및 인을 제거하기 위한 폐수처리 장치 및 이를 이용한 폐수처리방법에 관한 것으로서, 본 발명의 폐수처리장치는 무산소 상태에서 질산성 질소의 탈질반응이 진행되는 전탈질조; 상기 전탈질조를 거친 처리수로가 유입되며, 혐기성 상태에서 미생물에 의한 인방출 반응이 진행되는 혐기조; 상기 혐기조를 거친 처리수가 유입되며, 무산소 상태에서 DPB(Denitrifying Phosphorus removing Bacteria)에 의한 탈질 반응 및 탈인 반응이 동시에 진행되는 탈질탈인조; 상기 탈질탈인조를 거친 처리수가 유입되며, 무산소 상태에서 질산성 질소의 탈질반응이 진행되는 무산소조; 및 상기 무산소조를 거친 처리수가 유입되며, 처리수의 일부를 상기 탈질탈인조의 내부반송수 투입구로 반송시키고, 산소가 공급되는 상태에서 질산화 반응 및 인 과잉섭취반응이 진행되는 산소조;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 하폐수내에 포함된 질소 및 인을 생물학적으로 제거하기 위한 폐수처리방법에 관한 것이다.
하폐수내의 질소성분은 유기질소와 무기질소의 형태로 존재하며, 이들을 합하여 총질소(T-N)라 한다. 무기질소는 다시 암모니아성 질소와 질산성 질소(NOx)로 구분되며, 암모니아성 질소와 유기질소를 합하여 TKN(Total Kjeldahl Nitrogen)이라 한다.
하폐수 중으로 유입되는 질소는 대부분 TKN 형태이며, 이들은 일반적으로 질산화-탈질(nitrification-denitrification)의 2단계 과정에 의한 생물학적 처리방법에 의하여 처리된다. 즉, 질산화 단계에서는 호기성인 질산화균에 의해 암모니아성 질소 및 유기질소가 질산성 질소로 전환되며, 무산소 조건에서 이루어지는 탈질 단계에서는 부족한 산소대신 질산성 질소를 전자수용체로 사용하는 탈질산화 세균이 유기물을 산화시키고 질산성 질소는 질소 기체(N2)로 환원시켜 대기중으로 방출시킨다.
탈질 반응은 유기물이 있는 경우와 없는 경우로 구분할 수 있다. 유기물이 없는 경우를 내생 탈질반응(Endogeneous Denitrification)이라고 하며 탈질 속도가 느려 긴 체류시간을 필요로 하는 반면, 유기물이 있는 경우는 탈질 속도가 매우 빠르기 때문에 체류시간을 짧게 할 수 있다. 탈질 속도는 유기물의 종류에도 다소 의존한다.
한편, 하폐수내에 포함된 인은, 혐기성 상태에서 유기물을 이용하는 미생물에 의하여 인이 방출된 후, 유산소 상태에서 미생물이 인을 과잉섭취하여 세포내인 함량을 증가시킴으로써 제거된다. 특히, 혐기성 상태에서 미생물에 의한 인방출을 위해서는 질산성 질소의 농도가 낮아야 하는데, 질산성 질소가 다량 존재하게 되면 질산 중의 산소 성분으로 인해 미생물의 인방출 활동이 억제되기 때문이다.
따라서, 하폐수 중에 존재하는 질소와 인을 동시에 제거하기 위해서는 다음과 같은 어려움이 있다.
TKN의 질산화 반응을 위해서는 용존산소가 충분히 존재하여야 하나, 탈질 반응 및 인 방출 반응을 위해서는 용존산소가 없어야 한다.
또한, 탈질 반응 및 인 제거반응에 관여하는 미생물은 에너지원으로 유기탄소원이 필요한 종속영양(heterotropic nutrition) 미생물이다. 이론적으로 1g의 질산성 질소를 제거하는데 필요한 유기물의 양은 2.86 gCOD이고, 1g의 용해성 인(Soluble Phosphorus; S-P)을 제거하는데 필요한 유기물은 40 gCOD인 것으로 알려져 있다. 그러나, 국내 하수는 유입 유기물 농도가 이보다 낮기 때문에 질소와 인을 동시에 제거하는데 어려움이 있다. 또한, 외부 탄소원을 별도로 공급하는 경우에는 운전 비용이 많이 들게 된다.
또한, 탈질산화 반응은 폐수중의 유기물 농도 및 유기물의 종류에 따라 반응속도가 다양하기 때문에 체류시간을 적절하게 조절하기가 곤란하며 장시간의 체류시간을 필요로 한다.
폐수내에 포함된 질소와 인을 생물학적으로 처리하기 위한 기존의 방법은 기본적으로 인제거 미생물은 탈질 능력이 없다는 가정하에 유입수 내의 유기탄소원을 이용하며 경우에 따라서는 인을 제거하기 위해 약품을 사용하기도 한다.
구체적으로 예를 들면, 다이거(Daigger) 등의 미국특허 제4,867,883호에는 도 1에 도시된 바와 같은 공정이 개시되어 있다.
1차 침전지를 거친 하폐수(10)는 무산소조(102) 끝단에서 반송되는 하폐수(12a)와 함께 혐기성 반응조(101)로 유입된다. 혐기성 반응조(101)에서는 유입수내에 존재하는 유기물을 이용하여 미생물들이 인을 방출하는 반응이 일어나며, 용존산소가 없을 것을 조건으로 한다.
혐기성 반응조(101)에서 인 방출 반응을 거친 하폐수(11)는 반송슬러지(15a) 및 산소조(103)에서 반송된 하폐수(13a)와 함께 무산소 반응조(102)로 유입된다. 무산소 반응조(102)에서는 잔존 유기물을 이용하여 산소조(103)에서 반송된 하폐수(13a) 내에 존재하는 질산성 질소의 탈질 반응이 일어난다.
무산소조(102)를 거친 하폐수(12)는 산소조(103)로 유입되어 질산화 반응 및 인의 과잉섭취 반응이 진행되면서 유기물도 제거된다. 산소조(103)를 거친 하폐수는 침전지(104)에서 고액분리되어 상등수는 처리수(14)로서 배출되고 침전 슬러지의 일부(15a)는 무산소조(102)로 반송되고, 나머지(15b)는 폐기된다.
또한, 도 2는 스펙터(Spector) 등의 미국특허 제4,056,465호에 개시된 폐수처리공정을 도시한 것이다. 스펙터의 특허가 다이거의 특허와 다른 점은 침전지(204)에서 반송된 슬러지(23a)가 무산소조(202)가 아닌 혐기조(201)로 투입된다는 점과, 무산소조(202)를 거친 하폐수(22)의 일부를 혐기조(201)로 반송시키지 않는다는 점이다. 따라서, 혐기조(201)에서는 질산성 질소와 용존산소가 모두 존재하지 않는 상태에서 인 방출 반응이 진행된다.
상기 다이거 및 스펙터의 공정에서는, 처리하고자 하는 하폐수를 혐기성 반응조에 모두 유입시켜서 미생물에 의한 인 방출 반응 또는, 인 방출 반응 및 탈질 반응을 진행시킨 후, 다시 무산소조에서 탈질 반응을 진행시킨다. 따라서, 국내 하수와 같이 유기물 함량이 낮은 경우에는 유입수에 함유된 한정된 양의 유기 탄소원이 혐기성 반응조에서 모두 소모되어 버리기 때문에 후속되는 무산소조에서는 탈질반응이 원활하게 진행되기 어려워 외부 탄소원을 공급해 주어야 하며, 질소 및 인 각각의 제거효율이 달라져 전체적인 체류시간이 길어질 수 밖에 없다.
또한, 산소조의 끝 부분으로부터 무산소조로 반송되는 하폐수내의 질산성 질소나 반송 슬러지내의 질산성 질소량에 따라 무산소조에서의 탈질 효율이 달라질 수 있어 폐수중의 질소 및 인을 안정적으로 제거할 수 없으며, 고농도의 질소와 인을 제거하는데 한계가 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하여 하폐수내에 포함된 질소 및 인을 효율적으로 제거할 수 있는 폐수처리장치 및 이를 이용한 폐수처리 방법을 제공하는 것이다.
도 1 및 도 2는 종래 기술에 의한 폐수처리방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 폐수처리방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐수처리방법의 흐름도이다.
<도면의 주요한 부분에 대한 부호의 설명>
101, 201, 302, 402 : 혐기조
102, 202, 304, 404 : 무산소조
103, 203, 305, 405 : 산소조
104, 204, 306, 406 : 침전조
301, 401 : 전탈질조
303, 403 : 후탈질조
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본발명은 질소 및 인을 제거하기 위한 폐수처리 장치에 있어서,
무산소 상태에서 질산성 질소의 탈질반응이 진행되는 전탈질조;
상기 전탈질조를 거친 처리수로가 유입되며, 혐기성 상태에서 미생물에 의한인방출 반응이 진행되는 혐기조;
상기 혐기조를 거친 처리수가 유입되며, 무산소 상태에서 DPB(Denitrifying Phosphorus removing Bacteria)에 의한 탈질 반응 및 탈인 반응이 동시에 진행되는 탈질탈인조;
상기 탈질탈인조를 거친 처리수가 유입되며, 무산소 상태에서 질산성 질소의 탈질반응이 진행되는 무산소조; 및
상기 무산소조를 거친 처리수가 유입되며, 처리수의 일부를 상기 탈질탈인조의 내부반송수 투입구로 반송시키고, 산소가 공급되는 상태에서 질산화 반응 및 인 과잉섭취반응이 진행되는 산소조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치를 제공한다.
상기 장치는 상기 산소조를 거친 처리수 중 고형 성분을 침전시키는 침전조를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 전탈질조, 혐기조, 탈질탈인조, 무산소조 및 산소조가 복수개의 칸막이에 의해 나누어진 하나의 반응조에 포함되어 있을 수도 있다.
또한, 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위하여 제1항의 장치를 이용한 폐수처리 방법을 제공하는데, 상기 방법은
처리하고자 하는 하폐수를 전탈질조, 혐기조 및 무산소조에 분배하여 공급하는 단계;
상기 전탈질조에 유입된 하폐수에 함유된 유기물을 이용하여 질산성 질소를 탈질시키는 단계;
상기 전탈질조를 거쳐 혐기조에 유입된 처리수와 상기 혐기조에 공급된 하폐수로부터 미생물에 의한 인방출 반응을 진행시키는 단계;
상기 혐기조를 거친 처리수를 탈질탈인조에 유입시켜 DPB(Denitrifying Phosphorus removing Bacteria)에 의한 탈질 반응 및 탈인 반응을 동시에 진행시키는 단계;
상기 탈질탈인조를 거쳐 무산소조에 유입된 처리수와 상기 무산소조에 공급된 하폐수로부터 질산성 질소의 탈질반응을 진행시키는 단계; 및
상기 무산소조를 거친 처리수를 산소조에 유입시켜 암모니아성 질소의 질산화 반응 및 인 과잉섭취반응을 동시에 진행시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 처리하고자 하는 하폐수를 상기 혐기조 및 무산소조로만 분배공급하고 상기 전탈질조로의 공급은 차단하여 전탈질조에서는 내생 탈질반응이 진행되도록 할 수도 있다.
상기 산소조를 거친 처리수의 일부를 상기 탈질탈인조로 내부반송시키는 것이 바람직하다.
상기 산소조를 거친 처리수를 침전조에 유입시켜, 고형성문을 침전시킨 다음 침전된 슬러지의 일부를 상기 전탈질조로 반송시키는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하면서, 본 발명에 의한 질소 및 인 제거를 위한 폐수처리방법을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 질소 및 인 제거를 위한 폐수처리 장치는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 종래의 폐수처리장치, 즉 인방출 반응이 일어나는 혐기조(302, 402), 탈질반응이 진행되는 무산소조(304, 404), 질산화 반응 및 인 과잉섭취 반응이 진행되는 산소조(305, 405)로 구성되는 장치에 있어서, 혐기조(302, 402)의 전단에 전탈질조(301,401)를 도입하고, 혐기조(302, 402)와 무산소조(304, 404) 사이에 탈질탈인조(303, 403)를 도입한 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명의 폐수처리장치는 전탈질조, 혐기조, 탈질탈인조, 무산소조 및 산소조를 포함하는데, 각각 하나의 반응조로 구성하거나 전체적으로 하나의 반응조에 4개의 칸막이를 설치하여 5개의 단으로 구성할 수도 있다. 또한, 유입수 수질 및 처리수의 수질 기준에 따라 반응조의 크기를 각각 조절할 수 있다.
혐기조(302, 402)의 전단에 위치하는 전탈질조(301, 401)는 혐기조에서 진행되는 인 방출 반응에 방해가 되는 질산성 질소를 제거하기 때문에 결과적으로 인제거 효율의 향상에 기여한다.
혐기조(302, 402)와 무산소조(304, 404) 사이에 위치하는 탈질탈인조(303, 403)는 DPB(Denitrifying Phosphorus Removing Bacteria)조 라고도 하며, 산소 소요량과 슬러지 발생량 및 탈질반응에 필요한 유기물의 양을 줄여주는 역할을 한다.
도 3을 참조하면, 처리하고자 하는 폐수가 유입되는 라인은 기본적으로 3개, 즉 전탈질조(301), 혐기조(302) 및 무산소조(304)로 공급되도록 3개(30a, 30b, 30c)가 설치된다.
유입수를 분배하여 공급함으로써 혐기조(302)에는 인제거 반응에 필요한 유기물만이 주입되도록 하고, 나머지 유기물은 탈질화 반응에 사용될 수 있도록 전탈질조(301) 및/또는 무산소조(304)에 주입되도록 할 수 있어 탈질 효율이 극대화될 수 있다. 또한, 혐기조(302)에는 처리하고자 하는 폐수의 일부(30b)만을 주입하기 때문에 혐기조에서의 체류시간(HRT)을 줄일 수 있다.
처리하고자 하는 폐수를 분배하여 주입하게 되면 혐기조(302) 및 무산소조(304)에서 각각 진행되는 인 방출반응과 탈질반응에 의해 유기물이 거의 완전히 제거되기 때문에 산소조(305)에서는 순수하게 질산화 반응만 진행될 수 있어 질산화율도 높아진다.
경우에 따라서는 도 4에 도시된 바와 같이, 전탈질조(401)로 공급되는 라인을 차단하여 혐기조(402) 및 무산소조(404)에만 유입되도록 할 수 있다. 도 3과 같이, 처리하고자 하는 폐수를 전탈질조(301)에 주입하는 경우에는 일반적인 유기물 탈질반응이 진행되고, 도 4와 같이 주입하지 않는 경우에는 내생 탈질반응이 진행된다.
내부 반송라인(35a)은 산소조(305)의 끝단으로부터 탈질탈인조(303)로 연결되고, 침전조(306)로부터 배출되는 슬러지의 일부(37a)는, 전탈질조(301)의 미생물 농도를 높여서 처리효율을 향상시키고 체류시간을 단축시키기 위하여 전탈질조(301)로 반송된다.
각각의 반응조의 사용목적과 기능을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
본 명세서에서 사용된 '원수'란 용어는 본 발명의 장치를 사용하여 처리하고자는 하폐수를 의미하는 것으로서, 전처리, 예를 들어 1차 침전지 등을 거친 것일 수도 있고 안 거친 것일 수도 있다. 그러나, 본 발명의 장치에 포함된 반응조를 하나라도 거친 것은 제외한다.
본 명세서에서 사용된 '처리수'란 용어는 본 발명의 장치에 포함된 반응조를 하나 이상 거친 하폐수를 의미한다.
전탈질조(301, 401)는 무산소 상태에서 혐기조(302, 402)에 유입될 수 있는 질산성 질소를 제거하기 위한 것으로서, 전탈질조에는 침전조로부터 반송되는 슬러지(37a, 47a)가 유입되며, 경우에 따라서 처리하고자 하는 원수(30a)가 유입될 수 있다. 전술한 바와 같이 원수(30a)가 공급되는 경우에는 유기물 탈질반응이 진행되나 원수가 공급되지 않는 경우에는 내생 탈질반응이 진행된다. 원수를 공급하게 되면 탈질속도가 증가하기 때문에 체류시간을 줄일 수 있다.
전탈질조(401)에 원수를 공급하지 않는 경우에 진행되는 내생탈질반응은 처리수중의 질산성 질소의 양이 적거나 온도가 높은 경우에 유리하다. 일반적으로 여름에는 온도가 높기 때문에 탈질 반응속도가 빨라 원수를 공급하지 않더라도 질산성 질소가 충분히 제거될 수 있는 반면 겨울에는 온도가 낮기 때문에 탈질반응속도가 느려 장시간의 체류시간을 필요로 한다. 따라서, 원수를 공급하지 않으면 2차 인방출 반응이 일어날 염려가 있어 원수를 공급하는 것이 바람직하다. 즉, 2차적으로 방출된 인은 제거되지 못하고 방류되어 처리수 중의 인농도를 오히려 원수보다 높일 수 있기 때문에 탈질조에서는 원수의 공급여부와 상관없이 2차 인방출반응이 일어나지 않아야 하며, 후속 혐기조에 유입되면 인 방출 기작에 방해될 수 있는 질산성 질소가 제거되어야 한다. 또한, 슬러지 혼합이 있어야 하며 산소공급이 있어서는 안된다.
혐기조(302, 402)에는 원수(30b, 40b) 및 전탈질조를 거친 처리수(31, 41)가 유입된다. 인방출 반응을 진행시키기 위해서는 용존산소가 없어야 한다. 미생물 세포내에 포함되어 있는 ATP가 인을 방출하면서 ADP로 되는데, 미생물은 이 때 발생되는 에너지를 이용하여 유기물을 PHB(Polyhydroxybutyrate) 형태로 세포내에 저장한다. 유입수 내에 질산성 질소가 존재하게 되면 질산성 질소를 전자수용체로 이용하기 때문에 인방출 반응이 일어나지 않게 되고, 인 방출반응이 일어나지 않으면 과잉 인 섭취반응도 일어나지 않게 되어 생물학적 인 제거가 불가능해진다. 역시 슬러지 혼합이 있어야 하며, 산소공급이 있어서는 안된다.
DPB조라고도 하는 탈질탈인조(303, 403)에는 혐기조를 거친 처리수(32, 42)와 산소조 끝단에서 내부반송된 처리수(35a, 45a)가 유입되며, 탈질반응과 탈인반응이 동시에 일어난다. 탈인반응이란 인방출반응과 과잉섭취반응을 말하는 것으로서, DPB 미생물이 질산성질소의 산소을 이용하여 인 방출시 세포내에 저장된 PHB를 산화시키기 때문에 탈질반응 및 탈인반응이 동시에 일어난다. DPB 미생물이란 인제거 미생물들 중에서 탈질능력이 있는 미생물을 말하며, 혐기조에서 미생물 세포내에 PHB 형태로 저장된 유기물을 사용하여 탈질반응을 유도하기 때문에 적은 양의 유기물로도 탈질반응을 진행시킬 수 있다. 보다 상세하게 설명하자면, 혐기조(302, 402)에서의 인방출반응시 세포내에 저장된 PHB는 후속하는 산소조(305, 405)에서 인 과잉섭취 반응이 진행될 때 산소를 전자 수용체로 하여 산화되어 소모된다. 그런데, 탈질탈인조(303, 403)에서 질산성 질소를 전자수용체로 하여 상기 PHB의 일부를 산화시키면 산소조(305, 405)에서 필요로 하는 산소의 양을 감소시킬 수 있다. 또한, 산소를 전자 수용체로 하는 경우보다 세포 합성량이 줄어들기 때문에 슬러지 발생량도 줄일 수 있고, 인방출시 세포내에 저장된 PHB를 사용하기 때문에 후속하는 무산소조(304, 404)에서의 탈질 반응에 필요한 유기물을 줄일 수 있다. 역시 슬러지 혼합을 위해 교반시켜 주어야 하며, 용존산소가 없는 무산소 상태이어야 하므로 산소공급은 하지 않는다.
무산소조(304, 404)에는 탈질탈인조를 거친 처리수(33, 43)와 원수(30c, 40c)가 유입된다. 무산소조는 혐기조 전단에 위치하는 전탈질조에 대비하여 후탈질조라고도 할 수 있다. 원수내에 포함된 유기물을 이용하여 탈질탈인조를 거친 처리수 내에 존재하는 질산성 질소의 탈질 반응이 일어난다. 무산소조에서의 체류시간은 결국 질산성 질소의 농도와 유기물의 양에 따라 결정된다. 슬러지 혼합을 위하여 교반해 주어야 하며, 무산소 상태를 유지하기 위하여 산소는 공급하지 않는다.
산소조(305, 405)에는 무산소조를 거친 처리수(34, 44)가 유입된다. 상기 처리수에는 암모니아성 질소가 많이 포함되어 있으며, 산소조에서는 이들이 질산성 질소로 전환된다. 혐기조(302, 402)에서 방출된 인은 탈질탈인조(303, 403)에서 일부 제거된 다음 산소조(305, 405)에 이르게 되는데, 산소조에서는 미생물이 산소를 전자 수용체로 하여 인을 과잉 섭취하므로 처리수 중의 인이 제거된다. 즉, 미생물이 산소를 전자수용체로 하여 세포내 저장물질을 산화시킬 때 ATP 또는 폴리인산의 형태로 잠재 에너지를 합성하게 되는데, 이 때 폐수내에 존재하는 인을 과잉으로섭취함으로서 처리하고자 하는 폐수 내의 인이 제거되는 것이다.
본 발명에 의하면, 산소조(305, 405)에는 유기물이 거의 존재하지 않게 되어 질산화율이 높아 체류시간을 줄일 수 있다. 암모니아성 질소의 질산화와 인 과잉 섭취반응을 진행시키기 위해 산소를 공급해 주어야 한다.
산소조를 거친 처리수(35, 45)는 침전조(306, 406)로 유입되어 고액분리되고, 침전된 슬러지의 일부(37a, 47a)는 전탈질조로 반송된다.
이하에서는 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하고자 하나, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아님은 물론이다.
하기 실시예는 처리용량 40ℓ/day의 파일롯 장치를 하수종말처리장에 설치하여 1997년 11월부터 1999년 4월까지 운전한 결과이다. 상기 파일롯 장치는 복수개의 칸막이에 의해 5개의 단으로 나뉘어져 있으며, 반응조의 용량은 각각 14ℓ로 하였다.
<실시예 1>
도 3에 도시된 공정을 이용하였으며, 원수를 혐기조와 무산소조에 각각 50 씩 유입시켰다. 산소조로부터 탈질탈인조로의 내부반송율은 100%로 하였고 침전조로부터의 슬러지는 전탈질조로 반송시켰다. 전탈질조, 혐기조 및 무산소조의 체류시간은 각각 30분으로 하였다.
<실시예 2>
도 4에 도시된 공정을 이용하여, 원수를 전탈질조, 혐기조, 무산소조에 각각 10%, 50%, 40%로 유입시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 처리하였다.
<실시예 3 및 4>
산소조로부터 탈질탈인조로의 내부반송율을 150%로 한 것을 제외하고는 실시예 1 및 2와 동일한 방법으로 처리하였다.
<실시예 5 및 6>
산소조로부터 탈질탈인조로의 내부반송율을 200%로 한 것을 제외하고는 실시예 1 및 2와 동일한 방법으로 처리하였다.
<실시예 7-11>
전탈질조, 혐기조 및 무산소조에서의 체류시간을 각각 60분으로 한 것을 제외하고는 실시예 1 내지 5와 동일한 방법으로 처리하였다.
<비교예>
미국 특허 4,056,465호에 개시된 스펙터의 공정, 즉 전탈질조 및 탈질탈인조를 포함하지 않는 공정을 이용하여 폐수처리하였다.
실시예 1 내지 12와 비교예의 실험결과를 하기 표 1에 나타내었다. 원수와 처리수 중의 총질소량(T-N) 및 정인산염(ortho-P)의 양을 비교하였는데, T-N은 TKN과 NOX를 합한 값으로서 Nessler 시약을 사용하여 측정하였고, Ortho-P는 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)를 사용하여 측정하였다.
| 구 분 | 총질소량(mg/ℓ) | 인 함량 (mg/ℓ) | 총체류시간 |
| 유입수 | 25 - 45 | 5 - 7 | |
| 실시예 1 | 13 | 1.2 | 6.8 |
| 실시예 2 | 10 | 0.5 | 6.8 |
| 실시예 3 | 10 | 0.8 | 6.8 |
| 실시예 4 | 8 | 0.5 | 6.8 |
| 실시예 5 | 8 | 0.8 | 6.8 |
| 실시예 6 | 8 | 0.5 | 7.9 |
| 실시예 7 | 12 | 1.0 | 7.9 |
| 실시예 8 | 9 | 0.5 | 7.9 |
| 실시예 9 | 7 | 0.8 | 7.9 |
| 실시예 10 | 7 | 0.8 | 7.9 |
| 실시예 11 | 7 | 0.5 | 7.9 |
| 비교예 | 15 이하 | 2.5 이하 | 9 - 11 시간 |
상기 표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 장치 및 방법을 사용한 실시예에 의하면 반응조 체류시간이 감소될 뿐만 아니라 질소 및 인 제거효율이 높아 처리 수질도 우수하고, 계절에 따른 하폐수의 수질변화에도 불구하고 안정적인 처리가 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 전탈질조 및 탈질탈인조를 이용한 질소 및 인 제거용 폐수처리 장치에 의하면, 외부 탄소원을 별도로 공급하지 않고도 폐수내에 포함된 질소 및 인을 효율적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 반응조의 체류시간을 줄여서 반응조의 크기를 줄임으로써 건설 투자비를 줄일 수 있다.
또한, 전탈질조 및 탈질탈인조의 완충작용으로 인하여 원수중의 질산성 질소의 농도가 급격하게 변하는 상황이 발생하더라도 안정적으로 처리하여 원하는 수질을 얻을 수 있다.
Claims (7)
- 질소 및 인을 제거하기 위한 폐수처리 장치에 있어서,무산소 상태에서 질산성 질소의 탈질반응이 진행되는 전탈질조;상기 전탈질조를 거친 처리수로가 유입되며, 혐기성 상태에서 미생물에 의한 인방출 반응이 진행되는 혐기조;상기 혐기조를 거친 처리수가 유입되며, 무산소 상태에서 DPB(Denitrifying Phosphorus removing Bacteria)에 의한 탈질 반응 및 탈인 반응이 동시에 진행되는 탈질탈인조;상기 탈질탈인조를 거친 처리수가 유입되며, 무산소 상태에서 질산성 질소의 탈질반응이 진행되는 무산소조; 및상기 무산소조를 거친 처리수가 유입되며, 처리수의 일부를 상기 탈질탈인조의 내부반송수 투입구로 반송시키고, 산소가 공급되는 상태에서 질산화 반응 및 인 과잉섭취반응이 진행되는 산소조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 산소조를 거친 처리수 중 고형 성분을 침전시키는 침전조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수처리장치.
- 제1항에 있어서, 상기 전탈질조, 혐기조, 탈질탈인조, 무산소조 및 산소조가 복수개의 칸막이에 의해 나누어진 하나의 반응조에 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 폐수처리장치.
- 제1항의 장치를 이용한 폐수처리 방법에 있어서,처리하고자 하는 하폐수를 전탈질조, 혐기조 및 무산소조에 분배하여 공급하는 단계;상기 전탈질조에 유입된 하폐수에 함유된 유기물을 이용하여 질산성 질소를 탈질시키는 단계;상기 전탈질조를 거쳐 혐기조에 유입된 처리수와 상기 혐기조에 공급된 하폐수로부터 미생물에 의한 인방출 반응을 진행시키는 단계;상기 혐기조를 거친 처리수를 탈질탈인조에 유입시켜 DPB(Denitrifying Phosphorus removing Bacteria)에 의한 탈질 반응 및 탈인 반응을 동시에 진행시키는 단계;상기 탈질탈인조를 거쳐 무산소조에 유입된 처리수와 상기 무산소조에 공급된 하폐수로부터 질산성 질소의 탈질반응을 진행시키는 단계;상기 무산소조를 거친 처리수를 산소조에 유입시켜 암모니아성 질소의 질산화 반응 및 인 과잉섭취반응을 동시에 진행시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제4항에 있어서, 처리하고자 하는 하폐수를 상기 혐기조 및 무산소조로만 분배공급하고 상기 전탈질조로의 공급은 차단하여 전탈질조에서는 내생 탈질반응이 진행되도록 하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 산소조를 거친 처리수의 일부를 상기 탈질탈인조로 내부반송시키는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 산소조를 거친 처리수를 침전조에 유입시켜, 고형성분을 침전시킨 다음 침전된 슬러지의 일부를 상기 전탈질조로 반송시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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