KR100336483B1 - Method for removing nitrogen from waste water through sulfur-utilizing denitrification - Google Patents

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Abstract

본 발명은 질소를 포함한 폐수로부터 질소를 제거하는 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 고농도 질소를 제거하기 위하여 황을 이용한 탈질 공정을 수행함으로써 폐수로부터 질소를 제거하는 본 발명의 방법은 질산화/탈질만으로 총질소 제거 효율을 증가시키려는 경우 반송비를 높임으로 인한 동력비 증가, 탈질조에 외부 탄소원을 첨가함으로 인한 경제성 저하 및 탈질 후 잔류 유기물의 질산화 저해 등의 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 종속 영양 탈질을 후탈질로 적용할 경우에 외부 탄소원을 첨가해야 하고 최종 유출수의 잔류 유기물 및 미생물 분리를 위하여 후속 시설을 설치해야 하는 문제도 해결할 수 있다.The present invention relates to a method for removing nitrogen from wastewater containing nitrogen. Specifically, the method of the present invention for removing nitrogen from wastewater by performing a denitrification process using sulfur in order to remove high concentrations of nitrogen is carried out by only nitrification / denitrification. In order to increase the efficiency of nitrogen removal, it is possible to solve problems such as increased power costs due to higher return costs, economic deterioration due to the addition of an external carbon source to the denitrification tank, and inhibition of nitrification of residual organic matter after denitrification. If applicable, the problem of having to add external carbon sources and the installation of subsequent facilities for the separation of residual organics and microorganisms from the final effluent can also be solved.

Description

황 이용 탈질에 의하여 폐수 중의 질소를 제거하는 방법 {Method for removing nitrogen from waste water through sulfur-utilizing denitrification}Method for removing nitrogen from waste water through sulfur-utilizing denitrification}

본 발명은 고농도 질소를 포함한 폐수중의 질소를 제거하는 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 고농도 질소를 제거하기 위하여 황을 이용한 탈질 공정을 수행함으로써 질소를 제거하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for removing nitrogen in wastewater containing high concentration nitrogen, and more particularly, a method for removing nitrogen by performing a denitrification process using sulfur to remove high concentration nitrogen.

고농도 질소를 포함한 폐수의 처리 공정으로는 일반적으로 질산화/종속 영양 탈질이 적용되어 왔는데, COD/N 비가 높을 경우에 질산화/종속 영양 탈질 공정이일반적으로 적용된다. 그러나 이 경우 효율은 반송비(반송되는 유량/유입 원수 유량)에 의해 좌우되기 때문에 유출수의 총질소 제거 효율을 높이려면 반송비를 증가시켜야 하고, 이에 따라 동력비가 증가하게 된다. 예를 들어, 탈질에 필요한 유기물이 충분하고 질산화조 및 탈질조의 효율이 100%인 경우 2000 ㎎/ L 암모니아성 질소(NH4 +-N)를 200 ㎎/L 이하로 처리하기 위해서는 반송비가 9 이상이어야 한다. 이는 반송비가 9인 경우 탈질조 유입수의 암모니아성 질소(NH4 +-N)는 희석에 의해 200 mg/L로 유지되며, 이 암모니아성 질소(NH4 +-N)는 탈질조에서 변환되지 않고 질산화조에서 질산화되어 유출되기 때문이다.Nitrification / dependent nutrient denitrification has been generally applied to the treatment of wastewater containing high concentrations of nitrogen, but nitrification / dependent nutrient denitrification is generally applied when the COD / N ratio is high. However, in this case, the efficiency depends on the returning rate (returned flow rate / inflowed raw water flow rate). Therefore, in order to increase the total nitrogen removal efficiency of the effluent, the returning rate must be increased, thereby increasing the power cost. For example, when there is sufficient organic matter for denitrification and the efficiency of nitrification and denitrification tank is 100%, the return ratio is 9 or more in order to treat 2000 mg / L ammonia nitrogen (NH 4 + -N) to 200 mg / L or less. Should be This means that when the return ratio is 9, the ammonia nitrogen (NH 4 + -N) in the denitrification tank influent is maintained at 200 mg / L by dilution, and this ammonia nitrogen (NH 4 + -N) is not converted in the denitrification tank. This is because nitrifying and outflow from nitrification tank.

COD/N 비가 낮은 폐수에 대하여는 메탄올, 에탄올 같은 외부 탄소원의 첨가가 필요하며 이에 따라 경제성이 감소한다. 또한, 외부 탄소원을 첨가하는 경우 폐수에 포함된 유기물이 탈질에 이용되기 어려우며, 과잉으로 첨가된 외부 탄소원이 잔류할 경우 질산화 공정에 저해 작용을 일으킬 수 있다. 총질소 제거 효율을 높이기 위하여 질산화/탈질 공정 유출수를 종속 영양균을 이용하여 후탈질할 경우 최종 유출수의 잔류 유기물 및 미생물 분리를 위한 후속 시설이 필요하게 된다.Wastewaters with low COD / N ratios require the addition of external carbon sources such as methanol and ethanol, thus reducing economics. In addition, when an external carbon source is added, organic matters contained in the waste water are difficult to be used for denitrification, and when an excessively added external carbon source remains, it may cause an inhibitory effect on the nitrification process. Post-denitrification of the nitrification / denitrification process effluent with heterotrophic bacteria is necessary to increase the total nitrogen removal efficiency, which requires subsequent facilities for separation of residual organics and microorganisms from the final effluent.

이와 같이 고농도 질소를 포함한 폐수 처리 공정으로 질산화/종속영양탈질 공정을 적용하는 경우, 점차 강화되는 방류수 질소 기준을 만족시키기 위해서 질산화/탈질만으로 총질소 제거 효율을 증가시키려면 반송으로 인한 동력비 증가, 탈질조에 외부 탄소원 첨가로 인한 경제성 저하 및 탈질 후 잔류 유기물의 질산화 저해 등의 문제가 발생할 수 있다. 종속 영양 탈질을 후탈질로 적용할 경우에도 외부 탄소원의 첨가가 필수적이며 최종 유출수의 잔류 유기물 및 미생물 분리를 위한 후속 시설의 설치가 문제가 된다.As such, when the nitrification / dependent nutrient denitrification process is applied to the wastewater treatment process containing high concentration of nitrogen, in order to increase the total nitrogen removal efficiency only by nitrification / denitrification in order to satisfy the gradually strengthened effluent nitrogen standard, the increase in power cost due to conveyance and denitrification Problems such as economic deterioration due to the addition of an external carbon source to the bath and inhibition of nitrification of residual organic matter after denitrification may occur. The addition of external carbon sources is also essential when heterotrophic denitrification is applied as post-nitrogen, and the installation of subsequent facilities for the separation of residual organics and microorganisms from the final effluent is a problem.

이에 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 노력하던 중, 황을 이용한 탈질 공정을 적용하면 상기한 반송으로 인한 동력비 증가, 탈질조에의 외부 탄소원 첨가로 인한 경제성 저하 및 탈질 후 잔류 유기물의 질산화 저해 등의 문제와 종속 영양 탈질을 후탈질로 적용할 경우에 필수적인 외부 탄소원의 첨가, 최종 유출수의 잔류 유기물 및 미생물 분리를 위한 후속 시설의 설치 등의 문제들이 모두 해결되며 경제적으로 대부분의 질소를 제거할 수 있다는 사실을 알아내어 본 발명을 완성하였다.Therefore, the present inventors are trying to solve the above problems, when applying the denitrification process using sulfur, the increase in power costs due to the above conveyance, the economic deterioration due to the addition of external carbon source to the denitrification tank and the inhibition of nitrification of residual organic matter after denitrification Problems such as the addition of external carbon sources that are essential when applying heterotrophic denitrification as post-nitrogen, and the establishment of subsequent facilities for the separation of residual organics and microorganisms in the final effluent are all economically viable. The present invention has been completed by finding out that it can.

본 발명의 목적은 고농도 질소를 포함하는 폐수에서 경제적으로 질소를 제거하는 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method for economically removing nitrogen from wastewater containing high concentrations of nitrogen.

도 1은 본 발명의 방법에 따라 유기물과 질소가 고농도로 포함된 폐수중의 질소를 제거하는 공정을 나타낸 것이고, Figure 1 shows a process for removing nitrogen in the wastewater containing a high concentration of organics and nitrogen according to the method of the present invention,

도 2는 알칼리도가 충분하지 않은 경우 종속 영양 탈질과 황 이용 탈질을 동시에 이용하는 하이브리드(hybrid)상 반응조의 구조를 나타낸 것이다. 2 shows the structure of a hybrid phase reactor using both heterotrophic denitrification and sulfur using denitrification when alkalinity is not sufficient.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 폐수중의 고농도 질소 제거를 위하여 황 이용 탈질 공정을 적용하여 질소를 제거하는 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for removing nitrogen by applying a sulfur denitrification process to remove high concentration of nitrogen in the waste water.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 고농도 질소를 포함하는 폐수중의 고농도 질소를 제거하기 위하여 황 이용 탈질 공정을 적용하여 질소를 제거하는 방법을 제공한다.The present invention provides a method for removing nitrogen by applying a sulfur-based denitrification process to remove the high concentration of nitrogen in the wastewater containing a high concentration of nitrogen.

정유 공정의 부산물로 발생하는 황은 메탄올, 에탄올 같은 외부 탄소원보다 훨씬 단가가 저렴하고 황 이용 탈질균은 바닷가 개펄로부터 단기간에 쉽게 배양할 수 있다. 또한 황 입자 충전상 반응조를 이용하므로 고형물 체류 시간(solids retention time ; 이하 'SRT'라고 약칭함)이 증가하여 슬러지 생성량이 매우 작고, 교반이나 반송 등의 동력비가 소모되지 않는다는 장점이 있다.Sulfur, a by-product of the refinery process, is much cheaper than external carbon sources, such as methanol and ethanol, and sulfur-derived denitrifiers can be easily cultured from beach litter in a short time. In addition, since the sulfur particle packed bed reactor is used, solids retention time (hereinafter, abbreviated as 'SRT') is increased, so that sludge production is very small and power costs such as stirring and conveyance are not consumed.

본 발명의 방법에 따른 폐수 중의 질소를 제거하는 공정은 크게 세 가지로 구분되어 질 수 있다. 폐기물 중에 질소와 유기물이 많이 포함된 경우에는 무산소조, 포기조, 황 이용 탈질 공정을 거치게 되고, 질소의 함량은 많으나 유기물의 양은 적은 경우에는 포기조만을 거친 후 황 이용 탈질 공정을 거치게 되고, 질소의 함량이 적은 경우에도 포기조만을 거친 후 황 이용 탈질 공정을 거치게 된다. 상기의 각 경우에 알칼리도가 충분하지 않은 경우에는 황 이용 탈질과 함께 종속 영양 탈질을 동시에 적용할 수 있다.The process for removing nitrogen in the wastewater according to the method of the present invention can be classified into three types. When the waste contains a lot of nitrogen and organic matter, it goes through anoxic tank, aeration tank, and denitrification process using sulfur. When the nitrogen content is high but the amount of organic matter is small, it goes through aeration tank and then desulfurization process using sulfur. In some cases, only the aeration tank is used, followed by a denitrification process using sulfur. In each of the above cases, if the alkalinity is not sufficient, heterotrophic denitrification can be applied simultaneously with sulfur utilization denitrification.

도 1에서는 질소와 유기물의 함량이 많은 폐수 처리의 경우를 설명하고 있으며, 상기한 바와 같이 폐수를 무산소조, 포기조 및 황 충전상 반응조의 순서로통과시킴으로써 수행된다. Figure 1 illustrates the case of wastewater treatment with a high content of nitrogen and organic matter, and is carried out by passing the wastewater in the order of anoxic tank, aeration tank and sulfur packed bed reactor as described above.

우선 고농도 질소를 포함한 폐수는 질산화조 반송수와 함께 무산소조로 유입된다. 무산소조에서 반송수의 질산성 질소는 폐수 내의 유기물을 이용하여 탈질된다. 무산소조는 혐기성균을 식종하여 폐수의 COD/N 비가 높은 경우 탈질 후 잔류 유기물은 CH4로 제거되도록 한다.First, wastewater containing high concentration of nitrogen flows into the anoxic tank along with the return of nitrification tank. In the anaerobic bath, the nitrate nitrogen in the return water is denitrated using organics in the waste water. The anaerobic tank plants anaerobic bacteria so that residual organics are removed with CH 4 after denitrification if the COD / N ratio of the wastewater is high.

반송수에 의해 희석된 질소 및 유기물을 포함한 무산소조 유출수는 포기조로 유입된다. 포기조에서 질소는 질산화, 잔류 유기물은 산화된다. 포기조 유출수의 일부는 탈질조로 반송된다.The anaerobic tank effluent, including nitrogen and organics diluted by the return water, enters the aeration tank. In the aeration tank, nitrogen is nitrified and residual organics are oxidized. Part of the aeration tank effluent is returned to the denitrification tank.

포기조 유출수의 잔류 유기물이나 알칼리도가 황 이용 탈질에 충분하지 않은 경우 황 충전상 반응조로 유입되기 전에 질산성 질소의 일부를 종속 영양 탈질시킬 수 있는 유기물 또는 알칼리도를 첨가한다. 황충전상 반응조에서는 잔류 또는 첨가된 유기물을 이용한 종속 영양 탈질이 발생하며 이로부터 생성된 알칼리도나 첨가된 알칼리도를 이용하여 황 이용 독립 영양 탈질이 발생된다.If the residual organics or alkalinity in the aeration tank effluent is not sufficient for sulfur-based denitrification, an organic or alkalinity is added which can partially heterotrophically denitrify some of the nitrate nitrogen prior to entering the sulfur packed bed reactor. In the Hwang-Chang phase reactor, heterotrophic denitrification occurs using residual or added organic substances, and sulfur-independent denitrification using sulfur is generated using alkalinity or alkalinity generated therefrom.

황 충전상 반응조 유출수의 COD가 방류수 수질 기준을 초과할 경우 응집 침전 등의 물리화학적 처리 공정을 추가할 수 있다.If the COD of the sulfur packed-bed reactor effluent exceeds the effluent water quality criteria, physicochemical treatment processes such as flocculation precipitation can be added.

전체 공정을 거쳐 질소 및 유기물이 제거된 최종 유출수를 방류시킨다.Throughout the process, the final effluent with nitrogen and organics removed is discharged.

본 발명에서는 알칼리도가 충분한 경우, 고농도 질소를 제거하기 위하여 질산화/탈질 공정 후에 황 충전상 반응조를 설치하여 하기 반응식 1의 방법에 의하여질소를 제거하는 방법을 제공한다. 여기에서 알칼리도란 산을 중화시킬 수 있는 능력의 크기를 의미하는 것으로서, 총 알칼리도는 0.02 N의 황산으로 일정량의 시료를 pH 4.5까지 적정하여 구할 수 있으며, 일반적으로 CaCO3로 환산하여 나타낸다. 하기 반응식 1에서 알칼리도가 충분한 폐수라는 것은 1g의 질산성 질소에 대해 4.38g(CaCO3로 환산시) 이상의 알칼리도를 포함한 폐수를 의미한다.The present invention provides a method for removing nitrogen by the method of Scheme 1 below by installing a sulfur packed bed reactor after nitrification / denitrification to remove high concentration nitrogen when the alkalinity is sufficient. Here, alkalinity refers to the size of the ability to neutralize the acid, the total alkalinity can be obtained by titrating a predetermined amount of the sample to pH 4.5 with 0.02 N sulfuric acid, and generally expressed in terms of CaCO 3 . In the following Scheme 1, wastewater having sufficient alkalinity means wastewater containing an alkalinity of 4.38 g or more (as converted to CaCO 3 ) with respect to 1 g of nitrate nitrogen.

본 발명의 방법에 따라 알칼리도가 충분한 고농도 질소 폐수를 처리할 경우에는 메탄올, 에탄올 등의 외부 탄소원의 첨가가 필요하지 않으므로 200 원/㎏(구형으로 가공된 경우, 구형으로 가공되지 않은 경우에는 100 원/kg)인 황과 500 원/㎏인 메탄올의 단가만을 비교하였을 경우 유기물 이용 탈질보다 경제적이다. 예를 들어, 700 ㎎/L의 질산성 질소(NO3 --N)를 5000 ton/day의 유량으로 처리할 경우 메탄올은 연간 18억 6천만원, 황은 6억 4천만원이 소요되어 황 이용 후탈질시 연간 12억 2천만원이 절약된다. 이 때 메탄올의 소요 비용은 COD/N 비를 2.86으로 계산한 경우이며 미생물 합성에 필요한 양까지 고려하면 그 비용은 더 증가할 것이다. 또한, 황 이용 탈질은 충전상 반응조를 이용하므로 SRT가 길어져 슬러지 생성량이작고, 교반이나 반송 등의 동력비가 소모되지 않는다는 장점이 있다.When treating high concentration nitrogen wastewater with sufficient alkalinity according to the method of the present invention, it is not necessary to add an external carbon source such as methanol and ethanol, so 200 won / kg (when processed into a sphere, 100 won if not processed into a sphere). / kg) is more economic than organic denitrification when only the unit price of sulfur and 500 won / kg methanol. For example, when 700 mg / L of nitrate nitrogen (NO 3 -- N) is processed at a flow rate of 5000 ton / day, methanol costs 1.06 billion won and sulfur costs 640 million won per year. City saves 1.2 billion won annually. At this time, the cost of methanol is calculated by calculating the COD / N ratio as 2.86 and considering the amount necessary for the microbial synthesis, the cost will be further increased. In addition, since sulfur-using denitrification uses a packed-bed reactor, the SRT is long, so that sludge production is small and power costs such as stirring and conveyance are not consumed.

또한 본 발명에서는 알칼리도가 충분하지 않은 고농도 질소 폐수를 처리하는 경우에 있어서는 알칼리도를 별도로 첨가하거나 종속 영양 탈질과 황 이용 탈질을 동시에 이용함으로써 알칼리도를 따로 공급하지 않고 질소를 제거하는 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for removing nitrogen without separately supplying alkalinity in the case of treating a high concentration nitrogen wastewater having insufficient alkalinity or by using heterotrophic denitrification and sulfur-using denitrification at the same time.

도 2에서는 알칼리도가 충분하지 않은 폐수의 처리 공정시 종속 영양 탈질과 황 이용 탈질을 동시에 이용하는 하이브리드(hybrid) 반응조의 구성을 나타내고 있다. 본 반응조는 유기물의 함량이 높은 폐수의 경우 당연히 적용될 수 있으며, 유기물의 함량이 낮은 폐수의 경우에도 당밀 폐수와 같은 고농도의 유기성 폐수인 경우나, 또는 그 밖의 경우 값이 저렴한 유기물을 공급함으로써 적용할 수 있다. FIG. 2 shows the configuration of a hybrid reactor that simultaneously uses heterotrophic denitrification and sulfur denitrification in treating wastewater with insufficient alkalinity. Naturally, this reactor can be applied to wastewater with high organic content, and even for wastewater with low organic content, it can be applied to high-density organic wastewater such as molasses wastewater, or else by supplying low-cost organic matter. Can be.

황 이용 탈질균과 종속 영양 탈질균이 동일 반응조 내에서 활동하는 경우, 황 이용 탈질균에 의한 pH저하가 종속 영양 탈질균의 활동을 억제할 수 있으므로, 본 발명에서는 이를 방지하기 위하여 종속 영양 탈질과 황 이용 탈질을 분리하여, 하이브리드(hybrid)상 하단에서는 유기물을 첨가하여 종속 영양 탈질이 선행되고 이후 알칼리도가 증가된 폐수는 상단의 황이 충전된 부분으로 유입되어 황 이용 탈질이 수행되어 질소를 제거하는 방법을 제공한다.When the sulfur-using denitrifying bacteria and the heterotrophic denitrifying bacteria act in the same reactor, the pH lowering by the sulfur-using denitrifying bacteria can suppress the activity of the heterotrophic denitrifying bacteria. Sulfur denitrification is separated and the organic phase is added at the bottom of the hybrid phase and heterotrophic denitrification is preceded by the organic matter, and then the waste water with increased alkalinity flows into the sulfur-filled portion at the top to remove nitrogen to remove nitrogen. Provide a method.

알칼리도가 충분하지 않은 고농도 질소 폐수를 처리할 경우 황 이용 탈질만을 이용하게 되면 알칼리도를 따로 공급해야 하기 때문에 종속 영양 탈질보다 경제성이 오히려 감소하게 되나, 종속 영양 탈질과 동시에 이용하는 경우에는 종속 영양 탈질시 생성된 알칼리도를 황 이용 독립 영양 탈질에 이용할 수 있게 되므로 효율적이다.When treating high concentration nitrogen wastewater with insufficient alkalinity, only sulfur-based denitrification is used, so alkalinity must be supplied separately. Therefore, economic efficiency is reduced rather than heterotrophic denitrification. It is efficient because the alkalinity can be used for independent nutrient denitrification using sulfur.

상기 반응식 1의 황 이용 독립 영양 탈질식에 따르면 이론적으로 1 g의 질산성 질소(NO3 --N)가 탈질될 때 4.38 g의 알칼리도가 소모된다. 이런 경우에 황 이용 탈질과 동시에 종속 영양 탈질을 이용하면 알칼리도를 따로 공급하지 않고 하기 반응식 2에 나타난 바와 같이 1g의 질산성 질소(NO3 --N)의 유기물 탈질시 생성된 알칼리도 3.55g을 황 이용 독립 영양 탈질에 이용할 수 있다. 이 때 유기물 첨가량은 종속 영양 탈질만 수행할 경우의 이론적 필요량의 60%만을 첨가하면 되기 때문에 700 ㎎/L의 질산성 질소를 5000 ton/day의 유량으로 처리할 경우 메탄올이 연간 11억 2천 만원, 황이 2억 6천 만원이 소요되므로 유기물 탈질만을 이용할 경우보다 연간 4억 8천 만원이 절약된다. 또한 생성된 미생물이나 잔류 유기물 처리 및 알칼리도 증가 등 유기물 이용 탈질의 단점도 해결할 수 있다.According to sulfur using autotrophic de choke of Scheme 1 In theory, the nitrate nitrogen in 1 g - has an alkalinity of 4.38 g when a denitrification (NO 3 -N) is consumed. In this case, if heterotrophic denitrification is used at the same time as sulfur-using denitrification, 3.55 g of alkalinity generated during organic denitrification of 1g of nitrate nitrogen (NO 3 -- N) is sulfur as shown in Scheme 2 without supplying alkalinity separately. It can be used for independent nutritional denitrification. At this time, the amount of organic matter added is only 60% of the theoretical requirement in the case of heterotrophic denitrification alone. When 700 mg / L of nitrogen nitrate is treated at a flow rate of 5000 ton / day, methanol is 1,120 million won per year. In addition, sulfur costs about 260 million won, saving about 480 million won per year compared to using organic denitrification alone. In addition, it is possible to solve the disadvantages of denitrification using organic materials, such as treatment of generated microorganisms or residual organic matter and increase in alkalinity.

NO3 -+ 1.08 CH3OH + 0.24 H2O + 0.24 CO2 = 0.056 C5H7O2N + 0.47 N2+ 1.68 H2O + HCO3 - NO 3 - + 1.08 CH 3 OH + 0.24 H 2 O + 0.24 CO 2 = 0.056 C 5 H 7 O 2 N + 0.47 N 2 + 1.68 H 2 O + HCO 3 -

본 발명에서 황 이용 탈질이 가능한 질산성 질소의 농도는 최대 1500 mg/L이고, 바람직하게는 750 mg/L 이하이다. 750 mg/L 이상의 농도에서는 유입 질소 중 상당량이 온실 가스로 알려진 N2O로 회수된다.In the present invention, the concentration of nitrate nitrogen capable of sulfur-using denitrification is at most 1500 mg / L, preferably 750 mg / L or less. At concentrations above 750 mg / L, a significant fraction of the incoming nitrogen is recovered as N 2 O, known as greenhouse gas.

따라서, 폐수 중의 질산성 질소의 농도가 750 mg/L이하(저농도 유기물을 포함한 폐수)인 경우에는 질산화 과정만을 거치고 황 이용 탈질을 곧바로 적용할 수 있다.Therefore, in the case where the concentration of nitrate nitrogen in the wastewater is 750 mg / L or less (wastewater containing low concentration organic matter), sulfur denitrification can be directly applied after only nitrification.

이하 실시예에 의하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following examples. The following examples are merely illustrative of the present invention and the present invention is not limited by the examples.

실시예 1Example 1

황 충전상 반응조는 정유 공정의 부산물로 발생한 황을 2.82∼5.84 mm의 구형으로 가공한 입자로 충전되었다. 식종을 위한 미생물은 바닷가 개펄을 채취하여 700 ㎎/L 질산성 질소(NO3 --N)와 티오황산나트륨을 주입하여 배양하였다. 배양된 미생물은 알칼리도 주입량을 증가시켜 가며, S2O3 2-를 단계별로 감소시켜 한달 내에 황에 순응되었다.The sulfur packed bed reactor was filled with particles of sulfur produced as by-products of the refinery process into spheres of 2.82-5.84 mm. Microorganisms for sikjong is collected to the sea lagoon 700 ㎎ / L of nitrate-cultured by injecting (NO 3 -N) and sodium thiosulfate. The cultured microorganisms were acclimated to sulfur within a month by increasing the alkalinity dose and decreasing the S 2 O 3 2- step by step.

인공 폐수를 이용한 실험에서 1500 ㎎/L의 질산성 질소(NO3 --N) 농도까지 100% 제거 효율을 나타내며 황 이용 독립 영양 탈질이 가능하였다. 그러나 750㎎/L이상의 질산성 질소(NO3 --N) 농도에서는 유입 질소 중 상당량이 발생 가스 중 N2O로 회수되었다.In the experiments using artificial wastewater, it showed 100% removal efficiency up to 1500 mg / L nitrate nitrogen (NO 3 -- N) concentration, and it was possible to use autotrophic denitrification using sulfur. However, at concentrations of nitrate nitrogen (NO 3 -- N) of more than 750 mg / L, a significant amount of incoming nitrogen was recovered as N 2 O in the generated gas.

총질소 및 CODCr이 1580∼2170 및 2590∼4340 ㎎/L인 수도권 매립지 침출수에 대하여 실험실 규모의 질산화/탈질 및 황 이용 후탈질 공정을 적용하였다. 질산화/탈질 공정은 반송비 2로 운전하였으며 각 반응조의 운전 조건은 표 1과 같았다.Laboratory scale nitrification / denitrification and sulfur post-denitrification processes were applied for leachate from metropolitan landfills with total nitrogen and COD Cr of 1580-2170 and 2590-4340 mg / L. The nitrification / denitrification process was operated at a return ratio of 2, and the operating conditions of each reactor were shown in Table 1.

침출수 처리 시스템의 운전 조건Operating Conditions of Leachate Treatment System 시스템system 유량(L/day)Flow rate (L / day) HRT(hour)HRT (hour) 온도(℃)Temperature (℃) 무산소조Anaerobic 7.57.5 12a(36b)12 a (36 b ) 3535 산소조Oxygen tank 48a(144b)48 a (144 b ) 2020 황 충전상 반응조Sulfur packed bed reactor 22 14.1(40.6c)14.1 (40.6 c ) 3535 HRT(hydraulic retention time) : 수리학적 체류시간a : 내부 반송을 고려한 HRTb : 반송을 제외한 폐수 원수에 대한 HRTc : 충전하지 않은 상과의 반응 시간(Empty bed contact time)HRT (hydraulic retention time): hydraulic retention timea: HRTb considering internal return: HRTc for wastewater except for return: reaction time with uncharged bed (Empty bed contact time)

침출수는 질산화/탈질 이후 잔류 COD가 평균 730 ㎎/L이었으나 대부분이 난분해성 물질이며 질산성 질소(NO3 --N) 농도는 600∼800 ㎎/L, 잔류 알칼리가 100 ㎎/L 이하였으므로 황 충전상 반응조로 유입시키기 전에 유기물이나 알칼리도를 첨가해야만 했다. 표 2에 알칼리도 및 유기물을 첨가한 각각 실험에서의 전체 처리공정의 총질소 및 CODCr의 제거 효율을 나타내었다. 2400 ㎎/L의 알칼리도를 NaHCO3로 첨가하여 처리한 경우 유출수의 총질소 및 CODCr의 제거 효율은 각각 평균 100 및 76%이었다. CODCr의 제거 효율은 600 ㎎/L의 Fe3+를 이용한 응집 침전 공정을 추가한 경우 88%까지 증가하였다. 1000 ㎎/L의 COD에 해당하는 메탄올을 공급하고 알칼리도를 300 ㎎/L로 감소 공급하고 종속 영양 탈질을 동시에 수행한 경우 총질소 및 CODCr의 제거 효율은 각각 81 및 74%이었다.The leachate had a residual COD of 730 mg / L on average after nitrification / denitrification, but most of them were hardly decomposable, and nitrate nitrogen (NO 3 -- N) concentration was 600-800 mg / L and residual alkali was less than 100 mg / L. Organics or alkalinity had to be added before entering the packed bed reactor. Table 2 shows the removal efficiencies of total nitrogen and COD Cr of the entire treatment step in the experiments with addition of alkalinity and organic matter. In the case of treatment with an alkalinity of 2400 mg / L with NaHCO 3 , the removal efficiencies of total nitrogen and COD Cr in the effluent were on average 100 and 76%, respectively. The removal efficiency of COD Cr increased up to 88% with the addition of a coagulation precipitation process using 600 mg / L Fe 3+ . Total methanol and COD Cr removal efficiencies were 81 and 74%, respectively, when methanol corresponding to 1000 mg / L of COD was supplied, alkalinity was reduced to 300 mg / L, and heterotrophic denitrification was performed simultaneously.

실험실 규모에서의 침출수 처리 시스템의 총질소 및 CODCr의 제거 효율Removal Efficiency of Total Nitrogen and COD Cr in Leachate Treatment System at Laboratory Scale 알칼리도(㎎/L)Alkalinity (mg / L) CH3OH(㎎/L as COD)CH 3 OH (mg / L as COD) 총질소 제거효율(%)Total Nitrogen Removal Efficiency (%) CODcr제거효율(%)COD cr removal efficiency (%) 24002400 -- 100100 7676 300300 10001000 8181 7474

상기 결과에서 알 수 있듯이, 알칼리도가 충분한 경우에는 유기물을 첨가하지 않은 경우에도 총 질소 제거 효율은 100%이었고, 알칼리도가 충분하지 않은 경우에는 유기물을 첨가하여야 총 질소 제거 효율이 증가하였다.As can be seen from the above results, when the alkalinity is sufficient, the total nitrogen removal efficiency was 100% even when the organic material was not added, and when the alkalinity was not sufficient, the total nitrogen removal efficiency was increased by adding the organic material.

실시예 2Example 2

수도권 매립지 침출수를 처리하는 파일럿 플랜트 규모의 질산화/탈질 공정유출수의 질산성 질소(NO3 --N) 및 CODCr은 800 및 1450 ㎎/L이었으며 이에 대하여 황 이용 후탈질 공정을 적용하였다. 표 3에 알칼리도 및 유기물을 첨가한 각각 실험에서의 황 이용 후탈질 공정의 질산성 질소(NO3 --N) 제거 효율을 나타내었다. 유입 질산성 질소(NO3 --N)중 50%를 유기물 탈질시킬 수 있는 1140 ㎎/L의 COD에 해당하는 메탄올과 420 ㎎/L의 알칼리도를 NaHCO3로 첨가한 경우 질산성 질소(NO3 --N) 제거 효율은 평균 97%이었다. 유입 질산성 질소(NO3 --N) 중 60%를 유기물 탈질시킬 수 있는 1370 ㎎/L의 COD에 해당하는 메탄올을 첨가한 경우 질산성 질소(NO3 --N) 제거 효율은 평균 100%이었다. 황 충전상 반응조에서 첨가된 유기물은 모두 제거되었으며 질산화/탈질 유출수 중 잔류하던 난분해성 유기물의 일부도 제거되었다.Pilot Plant-Scale Nitrification / Denitrification Process Treating Metropolitan Landfill Leachate The nitrate nitrogen (NO 3 -- N) and COD Cr of the effluent were 800 and 1450 mg / L and the sulfur-based post-denitrification process was applied. After each of the sulfur used in the experiment by the addition of alkalinity and organic matter are shown in Table 3. nitrate nitrogen of the denitration process (NO 3 - -N) showed removal efficiency. Influx of nitrate (NO 3 - -N) during the addition of methanol and alkalinity of 420 ㎎ / L corresponding to 50% of organic material in 1140 ㎎ / L of COD capable of denitrification with NaHCO 3 nitrate nitrogen (NO 3 - -N) removal efficiency averaged 97%. When 60% of the influent nitrate nitrogen (NO 3 -- N) is added with methanol corresponding to 1370 mg / L COD, which can denitrate the organic matter, the efficiency of removing nitrate nitrogen (NO 3 -- N) is 100% on average. It was. All organics added in the sulfur packed-bed reactor were removed and some of the remaining hardly decomposable organics in the nitrification / denitrification effluent were also removed.

황 이용 후탈질 공정에서 파일럿 스케일의 질산화/탈질 시스템 배출수의 질산성 질소(NO3 --N) 제거 효율Removal Efficiency of Nitrate Nitrogen (NO 3 -- N) from Pilot-Scale Nitrification / Denitrification System Effluent in Sulfur-Based Denitrification Process 첨가된 알칼리도(㎎/L)Added alkalinity (mg / L) CH3OH(㎎/L as COD)CH 3 OH (mg / L as COD) 질산성 질소 제거 효율(%)Nitric Acid Nitrogen Removal Efficiency (%) 420420 11401140 9797 -- 13701370 100100

이상에서 살펴본 봐와 같이, 본 발명의 방법은 폐수중의 고농도 질소 제거를 위하여 황 이용 탈질 공정을 적용하는 방법으로, 질산화/탈질만으로 총질소 제거 효율을 증가시키려는 경우 필요한 반송으로 인한 동력비 증가, 탈질조 외부 탄소원 첨가로 인한 경제성 저하 및 탈질 후 잔류 유기물의 질산화 저해 등의 문제를 해결하고, 종속 영양 탈질을 후탈질로 적용할 경우 필요한 외부 탄소원의 첨가와 최종 유출수의 잔류 유기물 및 미생물 분리를 위한 후속 시설의 설치 문제 등을 해결하는 장점이 있다.As described above, the method of the present invention is a method of applying a sulfur-based denitrification process to remove high concentrations of nitrogen in wastewater, and increases the power cost due to the necessary return and denitrification in order to increase the total nitrogen removal efficiency only by nitrification / denitrification. Addressing the problems of economic deterioration due to the addition of crude external carbon sources and inhibition of nitrification of residual organics after denitrification, and the subsequent addition of external carbon sources required for the application of heterotrophic denitrification as a post-denitrification and separation of residual organics and microorganisms in the final effluent. There is an advantage to solve the installation problem of the facility.

또한 본 발명의 방법이 종속 영양 탈질과 동시에 이용하는 경우, 종속 영양 탈질시 생성된 알칼리도를 황 이용 독립 영양 탈질에 이용할 수 있게 되어, 유기물 첨가량은 종속영양탈질만 수행할 경우의 이론적 필요량의 60%만을 첨가하면 되어 종속 영양 탈질만을 이용할 경우보다 더 경제적이다. 또한 생성된 미생물이나 잔류 유기물 처리 및 알칼리도 증가 등 종속 영양 탈질의 단점도 해결할 수 있다.In addition, when the method of the present invention is used simultaneously with heterotrophic denitrification, the alkalinity generated during heterotrophic denitrification can be used for independent nutrient denitrification using sulfur, and the amount of organic matter added is only 60% of the theoretical requirement of performing heterotrophic denitrification alone. The addition is more economical than the use of heterotrophic denitrification alone. It also solves the shortcomings of heterotrophic denitrification, such as treatment of generated microorganisms or residual organics and increased alkalinity.

Claims (8)

폐수 중에 포함된 질소를 생물학적으로 제거하기 위하여,In order to biologically remove nitrogen contained in wastewater, 상기 폐수를 호기성 상태의 질산화조를 통과시켜 질산화 공정을 거쳐 질산성 질소로 산화시키거나,The wastewater is oxidized to nitric acid through a nitrification process through an aerobic nitrification tank, 상기 질산성 질소가 포함된 폐수를 황-이용 탈질균이 식종된 황 충전 반응조를 통과시켜, 상기 황-이용 탈질균에 의해 독립영양성 탈질 반응을 수행하여 상기 질산성 질소를 질소가스로 전환하여 폐수중의 질소를 제거하는 방법.The wastewater containing nitrate nitrogen was passed through a sulfur filling reactor in which sulfur-using denitrification bacteria were planted, and an autotrophic denitrification reaction was performed by the sulfur-using denitrification bacteria to convert the nitrate nitrogen into nitrogen gas. To remove nitrogen in the process. 제 1항에 있어서, 탈질균이 식종된 무산소조를 통과시켜 종속영양 탈질을 수행하는 생물학적 질소 제거 공정을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, further comprising a biological nitrogen removal process in which the denitrifying bacteria are passed through the seeded anaerobic tank to carry out heterotrophic denitrification. 제 1항에 있어서, 추가로 잔류 유기물 제거를 위한 응집 침전 과정을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, further comprising a flocculation precipitation process for removal of residual organics. 삭제delete 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 황 충전상 반응조로 유입되는 폐수의 알칼리도가 충분하지 않은 경우, 추가로 상기 황 충전상 반응조에 외부 탄소원을 공급하여 종속영양 탈질균에 의해 종속영양 탈질 반응을 수행하고, 상기 종속영양 탈질 반응에서 발생되는 알칼리도를 이용하여 황-이용 탈질균에 의한 독립영양 탈질 반응을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.The heterotrophic denitrification reaction according to claim 1 or 2, wherein when the alkalinity of the wastewater flowing into the sulfur packed bed reaction tank is not sufficient, a heterotrophic denitrification reaction is carried out by supplying an external carbon source to the sulfur packed bed reactor. And an autotrophic denitrification reaction by sulfur-using denitrification bacteria using the alkalinity generated in the heterotrophic denitrification reaction. 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 황 충전상 반응조로 유입되는 폐수의 알칼리도가 충분하지 않은 경우, 추가로 상기 황 충전상 반응조에 알칼리도를 공급하는 것을 특징으로 하는 방법.The method according to claim 1 or 2, wherein when the alkalinity of the wastewater flowing into the sulfur packed-bed reactor is not sufficient, alkalinity is further supplied to the sulfur packed-bed reactor. 제 6항에 있어서, 상기 알칼리도가 NaHCO3인 것을 특징으로 하는 방법.7. The method of claim 6, wherein said alkalinity is NaHCO 3 . 제 5항에 있어서, 상기 외부 탄소원이 메탄올 또는 에탄올인 것을 특징으로 하는 방법.6. The method of claim 5 wherein the external carbon source is methanol or ethanol.
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