KR100344360B1 - High Efficiency Contact Oxidation and Its Flood Blocking Device in River Natural Purification Facilities - Google Patents
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Abstract
[과제][assignment]
종래의 기술보다도 짧은 시간에 효과적으로 오염된 하천수를 정화하고 슬러지 제거와 홍수차단이 용이한 기술을 제공한다.The present invention provides a technology that purifies polluted river water more effectively in a shorter time than the conventional technology, and facilitates sludge removal and flood blocking.
[해결수단][Resolution]
이 발명은 생활하수 및 오·폐수에 오염된 하천의 수질정화를 위한 하천자연정화 공법에 관한 것으로서, 하천자연정화 시설에 있어서 오염된 하천수의 일정량을 유입구의 스크린(1)에서 입자가 큰 고형물을 제거하고, 침사조(3)에서 모래 및 비중 2.65 이상의 부유물을 제거하고, 유량분배조(4)에서 유량을 분배하여 접촉반응조(5)로 유입, 접촉재(8)에 접촉시켜 접촉재 표면에 부착 번식되는 다종다양한 미생물 즉, BOD 산화미생물, 질산화 및 탈질미생물, 폴리-인 미생물 및 생물고분자 응집제를 생산하는 바실러스 속(Bacillus sp.) 미생물을 접종하여 우점적으로 활성화하고, 병렬로 배열된 여러 단의 접촉반응조(5)에 침적된 접촉재(8)에 접촉시켜 접촉재 면적 BOD부하가 2∼5g/㎡·day로 유지되게 조절하여 1 내지 2시간의 짧은 시간내에 BOD제거, 질산화 및 탈질산화, 탈인 공정을 동시에 또는 순차적으로 수행한 후 배출구를 거처 최종 방류하는 이 방법에 따르면 하천의 오염부하를 효율적으로 저감할 수 있다.The present invention relates to a river natural purification method for water quality purification of streams contaminated with domestic sewage and sewage and wastewater, wherein a certain amount of contaminated river water in a river natural purification facility is disposed of solids having large particles on the screen (1) of the inlet. Removes sand and suspended solids having a specific gravity of 2.65 or more from the immersion tank 3, distributes the flow rate in the flow distribution tank 4, enters the contact reaction tank 5, contacts the contact material 8, and contacts the surface of the contact material. Inoculating and predominantly inoculating and inoculating a variety of microorganisms that adhere to and propagate, such as BOD oxidizing microorganisms, nitrification and denitrification microorganisms, poly-phosphorus microorganisms, and Bacillus sp. BOD removal, nitrification and denitrification in a short time of 1 to 2 hours by adjusting the contact material 8 deposited in the stage reaction reactor 5 to maintain the contact area BOD load at 2 to 5 g / m 2 · day. Oxidation According to this method of performing the dephosphorization process simultaneously or sequentially, and finally discharging through the discharge port, the pollutant load of the stream can be effectively reduced.
Description
[산업상 이용분야][Industrial use]
이 발명은 하수 및 오,폐수가 유입되어 하천자체가 가지는 자정능력을 초과하여 원래 가지고 있어야 할 하천의 기능이 저하, 또는 열악한 상태를 본래에 상태로 복원시키기 위한 수질보전 방법으로서, 오염된 하천수를 간편하고 경제적인 방법으로 오염물질을 제거하여 하천기능을 개선하는 것으로, 유수중의 유기물저감, 하상의 개선, 탁도개선, 악취저감을 목적으로 수질보전에 이바지하기 위함이다.The present invention is a method of preserving contaminated river water as a method for preserving the original state of the degraded or poor state of the river, which is supposed to have its own capacity beyond the self-cleaning capacity of the stream itself due to the inflow of sewage and wastewater. It is to improve river function by removing pollutants in a simple and economic way, and to contribute to the conservation of water quality for the purpose of reducing organic matter in river water, improving riverbed, improving turbidity, and reducing odor.
이 발명은 하천에 흐르는 오염된 하천수를 접촉재를 이용한 생물학적 처리방법으로 유수의 정화처리기술에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 접촉재를 이용하여 접촉재에 부착 번식된 미생물을 이용하여 오염된 하천수 수질정화에 관한 것이다.The present invention relates to a technology for the purification and treatment of flowing water as a biological treatment method using a contact material for the contaminated river water flowing through the river. More specifically, the contaminated river water quality purification using the microorganisms attached to the contact material using the contact material. It is about.
[종래의 기술][Prior art]
종래의 하천정화방법에 있어서 대한민국 특허 제161767호와 특허 제161768호는 폐콘크리트 또는 폐타이어를 접촉재로 이용한 수질정화 방법과, 대한민국 특허공개번호 제00-0072174호는 미생물 담체 또는 제오라이트 담체를 용기에 채워 수로에 설치하고 하천수를 유입시켜 담체의 미생물로부터 유기 오염물질을 제거하는 방법과, 대한민국 특허 공개번호 제99-024173호는 하천의 양쪽 바닥에 가로막대를 고정시켜 로프형 접촉재를 결속, 접촉재에 부착서식하는 그 미생물에 따라 하천수를 정화는 방법이고, 일본특허 특개평9-38676호에 있어서 로프형태의 섬유상 접촉재를 하천 바닥에 일정간격으로 고정하고, 섬유상 접촉재 상부 끝부분에 부력체를 부착 수면에 뜨게하여 섬유상 접촉재에 미생물이 서식하고 그 미생물에 따라 유기오염물질을 제거하는 방법이고, 일본특허 특개평5-192639호, 특개평9-141280호, 특개평9-66290호 또한 금속제 망 또는 구멍이 뚫인 박스내부에 접촉재 로는 야쿠르트공병, 목탄, 제오라이트, 프라스틱 여재 등을 충진하여 하천저부 또는 수로에 설치하고 자연유하에 따라 오염된 하천수를 유입시켜 접촉재에 부착번식된 미생물로부터 오염물질을 정화하는 방법이고, 일본특허 특개평8-318106호, 특개평9-253674호, 특개평9-47770호 등은 하천저부 또는 수로에 접촉재를 설치하고 접촉재 하부에 강제적으로 공기를 불어넣어 호기성 미생물을 증식하여 오염물을 제거하는 방법 등이 있다.In the conventional river purification method, Korean Patent No. 161767 and Patent No. 161768 are water purification methods using waste concrete or waste tire as a contact material, and Korean Patent Publication No. 00-0072174 is a container for microbial carrier or zeolite carrier. The method of removing organic contaminants from microorganisms in a carrier by installing in a waterway and inflowing a river water, and the Republic of Korea Patent Publication No. 99-024173, binds a rope-type contact material by fixing a bar on both bottoms of the stream, The method is to purify river water according to the microorganisms attached to the contact material. In Japanese Patent Laid-Open No. 9-38676, a fibrous contact material in the form of a rope is fixed to the bottom of the river at a predetermined interval, and the upper end of the fiber contact material is fixed. It is a method to float a buoyant body on the surface of the water to attach microorganisms to the fibrous contact material and to remove organic pollutants according to the microorganisms. Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 5-192639, 9-141280 and 9-66290. In addition, as a contact material inside a box made of a metal mesh or perforated, Yakult engineers, charcoal, zeolites, plastic media, etc. It is a method of purifying contaminants from microorganisms propagated in contact material by installing contaminated river water in the bottom or waterway and flowing in contaminated water, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-318106, Japanese Patent Laid-Open No. 9-253674, 9-47770 and the like have a method of installing a contact material in the bottom of the river or a waterway and forcibly blowing air in the lower part of the contact material to multiply aerobic microorganisms to remove contaminants.
상기 종래의 방법은 접촉재의 표면적이 크지않고, 유입부 전단에서 내부막힘(Internal Clogging) 현상이 발생하고, BOD, COD, SS, T-N, T-P 등을 담체 또는 접촉재에 부착번식된 미생물로는 접촉반응조에서 짧은 시간에 동시제거가 어렵고, 접촉재에서 탈리된 슬러지 인출이 어려워 슬러지 혐기화로 처리수질이 악화되거나, 폭우시 토사의 유입 퇴적으로 처리시설의 기능을 상실하여 처리효율이 극히 낮았다.In the conventional method, the surface area of the contact material is not large, internal clogging occurs at the front end of the inlet, and BOD, COD, SS, TN, TP, etc. are contacted with the propagated microorganisms attached to the carrier or the contact material. It was difficult to simultaneously remove the reactor in a short time, and it was difficult to withdraw the sludge removed from the contact material, resulting in deterioration of the treated water quality due to anaerobic sludge, or loss of sediment inflow during the heavy rain, which resulted in extremely low treatment efficiency.
이 발명의 목적은 종래의 하천 자연정화 방법의 문제점을 해결하기 위한 것으로 여기에 진보성과 신규성을 더한 기술로서, 각각의 처리 공정에서 진보된 기능을 발휘하는 장치와 접촉반응조에 신규한 미생물을 접종 우점적 활성화하여, 이 미생물로 부터 단 시간에 고유의 생물학적 정화기능을 지속적으로 발휘하여 처리시간단축, 시스템의 간소화, 무인 자동화 등으로 런닝코스트를 절약하고, BOD, COD, SS, T-N, T-P 등 오염물질이 안정적으로 처리하여 농공업 용수로 재활용할 수 있는 것은 물론 하천의 수질오염을 저감하는 방법을 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to solve the problems of the conventional river natural purification method, which is a technology that adds advanced and novelty, and inoculates new microorganisms into a device and a contact reaction tank that exhibit advanced functions in each treatment process. By activating drips, this microorganism continuously exerts its unique biological purification function in a short time, saving running cost by reducing processing time, system simplification and unmanned automation, and contaminating BOD, COD, SS, TN, TP, etc. The material can be stably processed and recycled into agricultural industrial water, as well as providing a method of reducing water pollution in rivers.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 의하여 하천자연정화 프로세스를 개념적으로 나타낸 처리 공정도.1 is a process flowchart conceptually showing a stream natural purification process according to the first embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 의하여 접촉반응조의 유입방법에 있어서 수로식정화방법, 수평류식정화방법, 상향류식정화방법을 나타 낸 도면.FIG. 2 is a view showing a channel-type purification method, a horizontal flow purification method, and an upflow purification method in an inflow method of a contact reactor according to Example 1 of the present invention.
도 3, 4는 본 발명의 실시예 1에 의하여 하천수를 처리할 때 BOD 농도 변화와 BOD제거율을 나타낸 그래프.3 and 4 is a graph showing the BOD concentration change and BOD removal rate when treating the river water by Example 1 of the present invention.
도 5, 6은 본 발명의 실시예 1에 의하여 하천수를 처리할 때 총질소 농도변화와 총질소 제거율를 나타낸 그래프.5 and 6 is a graph showing the total nitrogen concentration change and the total nitrogen removal rate when treating the river water by Example 1 of the present invention.
도 7, 8은 본 발명의 실시예 1에 의하여 하천수를 처리할 때 총인 농도 변화와 총인 제거율을 나타낸 그래프.7 and 8 are graphs showing changes in total phosphorus concentration and total phosphorus removal rate when treating river water by Example 1 of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the code | symbol about the principal part of drawing>
1 : 스크린 2 : 유입부 홍수차단장치1: Screen 2: Inflow Flood Blocker
3 : 침사조 4 : 유량분배조3: sedimentation tank 4: flow distribution tank
5 . 접촉반응조 6 : 유출부 홍수차단장치5. Contact Reaction Tank 6: Outflow Flood Blocker
7 : 슬러지농축저류조 8 : 접촉재7: sludge concentrate storage tank 8: contact material
101 : DO Controller 102 : pH Controller101: DO Controller 102: pH Controller
103 : 측정장치 104 : 제어장치103: measuring device 104: control device
105 : 브로워 106 : 산기관105: brower 106: diffuser
107 : 슬러지수집장치 108 : 슬러지펌프107: sludge collecting device 108: sludge pump
109 : TWL, BWL109: TWL, BWL
[과제를 해결하기 위한 수단][Means for solving the problem]
상기 목적을 달성하고자 이 발명에서는, 접촉반응조 수로를 이용하여 하천수를 정화하는 방법에 있어서 기술적 사상을 첨부된 도면을 참고로 하여 설명하면 다음과 같다. [도 1] 은 본 발명의 실시에 1에 의하여 하천자연정화 프로세스를 개념적으로 나타낸 처리 공정도이고, [도 2] 는 본발명의 실시에 1에 의하여 접촉반응조의 유입방법에 있어서 수로식정화방법, 수평류식정화방법, 상향류식정화방법을 나타 낸 도면이고, [도 3, 4] 는 본 발명의 실시예에 의하여 하천수를 처리할 때 BOD 농도 변화와 BOD 제거율을 나타낸 그래프이고, [도 5, 6] 는 본 발명의 실시예 1에 의하여 하천수를 처리할 때 총질소 농도 변화와 총질소 제거율을 나타낸 그래프이고, [도 7, 8] 은 본발명의 실시예 1에 의하여 하천수를 처리할 때 총인 농도변화와 및 총인 제거율을 나타낸 그래프 이다. 상기 목적을 달성하기 위하여 유입된 하천수에 포함된 입자가 큰 고형물 등이 스크린(1)에서 제거하고 침사조(3) 에서 흙, 모래 등, 침전 가능한 SS 등이 침전분리 된 상징수를 유량분배조(4)에서 균등하게 분배되어 접촉반응조(5)에 유입시키면서 접촉재 면적 BOD부하가 2∼5g/㎡·day로 유지하고, 오염된 하천수의 BOD, COD, SS, T-N, T-P 등의 제거능이 우수한 유전자재조합(Gene recombination) 신균주 Bacillus khr-10mx와 복합균주khr-5-mx에 포함한 산화미생물, 질산화미생물, 탈질미생물, 폴리-인(Poly-P) 미생물 및 생물고분자 응집제를 생산하는 미생물을 접종하고, 병렬로 배열된 접촉반응조에 DO Controller(101), pH Controller(102), TWL (Top Water Level)(109), BWL(Bottom Water Level)(109) 등을 포함하는 측정장치(103), 상기 센서들의 검출치에 대응하는 A/D(Analog/Digital Conversion Device)변환 신호를 출력하는 인터페이스(Interface) 및 마이크로프로세스(Microprocessor)제어 하에 상기 인터페이스로부터 인가되는 디지털 신호에 따라 상기 센서들의 검출치를 각각의 예비설정치로 연산, 유지하는 마이크로프로세스 제어장치(104)로 이루어지고 상기 제어장치에 의한 용존산소량을 조절하여 1 내지 2시간의 짧은 시간으로 산화미생물에 의한 BOD 제거, 질산화미생물에 의한 질산화, 및 폴리-인 미생물과 생물고분자 응집제 생산용 바실러스 속 미생물에 의한 인제거공정을 동시에 또는 순차적으로 수행한다. 이어 얻어진 처리수를 방류하여 하천오염을 저감하는 것을 특징으로 하는, 하천수의 처리 방법이 제공된다.In the present invention to achieve the above object, the technical idea in the method for purifying the river water by using a reaction vessel can be described with reference to the accompanying drawings. 1 is a process flow diagram conceptually illustrating a stream natural purification process according to the embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a channel purification method in the inflow method of the contact reaction tank according to the embodiment 1 of the present invention, horizontally. 3 and 4 are graphs showing changes in BOD concentration and BOD removal rate when treating stream water according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 5 and 6. Is a graph showing the total nitrogen concentration change and total nitrogen removal rate when treating the river water according to Example 1 of the present invention, [Fig. 7, 8] is a change in the total phosphorus concentration when treating the river water according to Example 1 of the present invention And and graph showing the total phosphorus removal rate. In order to achieve the above object, the solid particles contained in the introduced river water are removed from the screen 1, and the sedimentation tank 3 is a symbol water in which sedimentary sediment, such as soil and sand, is precipitated and separated. Evenly distributed in (4) and flowing into the contact reaction tank (5) while maintaining the contact area BOD load of 2 ~ 5g / ㎡ · day, and the ability to remove BOD, COD, SS, TN, TP, etc. of contaminated river water Microorganisms producing oxidizing microorganisms, nitrifying microorganisms, denitrifying microorganisms, poly-P microorganisms, and biopolymer coagulants are included in the superior gene recombination strains Bacillus khr-10mx and complex strain khr-5-mx. Inoculation, measuring apparatus 103 including DO controller 101, pH controller 102, TWL (Top Water Level) 109, BWL (Bottom Water Level) 109, etc., in contact reactors arranged in parallel. And outputs an analog / digital conversion device (A / D) conversion signal corresponding to the detected values of the sensors. And a microprocess control device 104 which calculates and maintains the detection values of the sensors to respective preset values according to a digital signal applied from the interface under the control of an interface and a microprocessor. By controlling the dissolved oxygen amount by 1 to 2 hours, BOD removal by oxidizing microorganisms, nitrification by nitrifying microorganisms, and phosphorus removal process by B. microorganisms of Bacillus for producing poly-phosphorus and biopolymer coagulant simultaneously or sequentially To do it. Thereafter, a method for treating river water is provided, wherein the treated water is discharged to reduce river pollution.
이하 이 발명에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
이 발명에 따른 하천수의 처리공정도가 [도 1]에 도시되어 있다. 구체적으로는, 취수댐에서 유입관거를 통해 유입된 하천수를 스크린(1)에 유입시켜 고형협잡물을 제거한 후, 침사조(3)에서 모래 등 침전가능 물질(1.0mm이상, 비중2.65)을 침전분리 제거함으로서 모래에 의한 기계의 마모와 조내의 퇴적을 방지한다. 이어, 상징수를 유량분배조(4)에 유입시켜 접촉반응조(5)에 균등분배하고 접촉반응조의 접촉재(8)에 존재하는 미생물군(Biomass)에 의해 산화 분해시킴으로써 BOD제거, 질산화, 탈질 및 탈인공정을 동시 또는 순차적으로 수행한다. 이어, 접촉반응조(5)에서 발생한 슬러지는 슬러지수집장치(107)로 인출하여 슬러지농축저류조(7)에서 농축하여 폭우시에 방류하거나, 하수처리장에 이송처리 한다.The flow chart of the treatment of the river water according to this invention is shown in FIG. Specifically, the stream water introduced through the intake pipe from the intake dam is introduced into the screen (1) to remove solid contaminants, and the sedimentation tank (3) sedimentable substances (1.0 mm or more, specific gravity 2.65) are separated from the sedimentation tank (3). This prevents sand wear and deposits in the tank. Subsequently, the supernatant is introduced into the flow rate distribution tank 4 to be evenly distributed to the contact reaction tank 5, and oxidatively decomposed by a biomass present in the contact material 8 of the contact reaction tank to remove BOD, nitrify and denitrify. And dephosphorization processes are carried out simultaneously or sequentially. Subsequently, the sludge generated in the contact reaction tank 5 is taken out by the sludge collecting device 107 and concentrated in the sludge concentration storage tank 7 to be discharged during heavy rain or transported to a sewage treatment plant.
이 발명에 따른 하천수의 질소 및 인 제거방법은 더욱 구체적으로 BOD 제거공정, 질화 및 탈질공정, 및 탈인공정 등으로 나누어 설명될 수 있다.Nitrogen and phosphorus removal method of the river according to the present invention can be described in more detail divided into BOD removal process, nitriding and denitrification process, dephosphorization process and the like.
● BOD 제거공정● BOD removal process
[도 2] 는 이 발명에 따른 접촉반응조(5)를 나타내며, 전처리 공정을 거쳐 접촉반응조(5)에 유입된 하천수는 일정 시간동안 접촉재(8)와 접촉된다. 접촉반응조(5)의 접촉재(8)가 수로 저부에 일정간격으로 설치되고 접촉면적의 극대화로 유입수의 유통이 원할하고 폭기에 따른 산소 공급과 오염된 하천수를 접촉교반 유하시킨다.2 shows a contact reaction tank 5 according to the present invention, and the stream water introduced into the contact reaction tank 5 through a pretreatment step is contacted with the contact material 8 for a predetermined time. The contact material 8 of the contact reaction tank 5 is installed at the bottom of the channel at regular intervals, and the inflow of the influent is desired by maximizing the contact area, and the oxygen supply caused by the aeration and the contaminated river water are stirred down.
이 발명에 따른 접촉반응조(5)의 생물학적 처리에 있어서, 산화미생물은 산소를 이용하여 하수중의 오염 유기물질의 일부를 CO2와 H2O로 산화분해시키고 일부는 자신의 세포질 합성에 사용함으로써 BOD, COD를 감소시킨다. 또한, 하수중의 유기물량이 적게 되면 다시 산화세균은 자기의 세포질을 분해하여 에너지를 얻게 되는데 이러한 메카니즘을 표현하면 다음과 같다;In the biological treatment of the contact reaction tank 5 according to the present invention, the microorganisms oxidize some of the contaminating organic substances in sewage into CO 2 and H 2 O using oxygen, and some of them are used for their cellular synthesis. Reduces BOD, COD In addition, when the amount of organic matter in the sewage is less, the oxidizing bacteria decompose their own cytoplasm to obtain energy. The mechanism is expressed as follows;
1) 유기물의 산화분해1) Oxidative Decomposition of Organics
2) 세포질의 형성2) formation of cytoplasm
3) 세포질의 산화3) oxidation of the cytoplasm
이 발명은, 접촉재(8)에 자연적 또는 인위적으로 부착 번식되는 생물군(예:폴리-인 미생물, 응집제 생산 미생물, 질산화미생물, 탈질미생물 등)을 중심으로 하는 세균류(Amoeba, Paramecium, Opercularia) 등의 원생동물, 규조류, 염조류 특히 후생동물과 광범위한 식물연쇄에 의한 질산화, 탈질, 탈인 및 슬러지 발생량의 저하로 이어지는 것을 특징으로 한다.The present invention is directed to bacteria (Amoeba, Paramecium, Opercularia) centered on a group of organisms (eg, poly-phosphorus microorganisms, flocculant-producing microorganisms, nitrifying microorganisms, denitrifying microorganisms, etc.) that are naturally or artificially attached and propagated to the contact material 8. Protozoans, diatoms, salt algae, and the like, characterized in that it leads to the reduction of the nitrification, denitrification, dephosphorization and sludge generation by the animal and extensive plant chain.
따라서 이들 생물상은 운전관리상 중요한 하나의 지표가 될 수 있으며, 부하와 생물상의 관계를 지표생물군으로부터 알 수 있다.Thus, these biomes can be an important indicator of operational control, and the relationship between loads and biographies can be obtained from indicator biota.
① 적정부하인 경우의 생물상① Biohazard at proper load
원생동물(Opecularia, Epistylis) 등이 우점적으로 발생하고,윤충류(philodina), 선충류(Rhabdolaimus), 빈모류(Chaetogaster) 및 세균류(Zooglea ramigera) 등도 많이 출현한다.Protozoa (Opecularia, Epistylis) and the like predominantly occur, and many worms (philodina), nematodes (Rhabdolaimus), chaetogaster and bacteria (Zooglea ramigera) also appear.
② 고부하인 경우의 생물상② Biological situation at high load
Beggiatoa, Zooglea ramigera가 우점적으로 발생하고 Paramecium, candatum, Colpidium, Bodo, Cercobodo, Oikomonas 등도 다량 출현한다. 생물군의 색상은 흑색 또는 흑회색을 띠게 된다.Beggiatoa, Zooglea ramigera predominantly occur, and Paramecium, candatum, Colpidium, Bodo, Cercobodo, Oikomonas, etc. The color of the biome is black or black grey.
③ 저부하인 경우의 생물상③ Biologics at low load
Euglyha, Arcella 등이 우점적이고 생물막은 갈색을 띤다.Euglyha, Arcella, etc. are dominant and biofilm is brown.
● 질소 제거공정Nitrogen removal process
1. 질산화1. Nitrification
이 발명에서 BOD 농도가 20ppm 이하일 때 접촉반응조의 접촉재(8)에서 급격히 질산화가 진행된다. 이것은, BOD가 낮게 되면 접촉재표면에 부착, 증식하는 미생물군 중에서 자급영양성 세균인 질산화 세균이 우점종으로 되기 때문이다.In the present invention, when the BOD concentration is 20 ppm or less, nitrification proceeds rapidly in the contact material 8 of the contact reaction tank. This is because, when the BOD is low, the nitrifying bacteria, which are self-nourishing bacteria, become dominant species among the microbial groups that adhere to and proliferate on the contact material surface.
호기성 조건하에서 하수중의 암모니아성 질소가 아질산균(예: 니트로조모나스(Nitrosomonas), 니트로조코쿠스(Nitrosococcus) 등)에 의해 아질산성 질소로 산화되고 아질산성 질소가 질산균(니트로박터(Nitrobacter) 등)에 의해 질산성 질소로 산화되는 공정이 질화공정이다. 이 질산화반응의 메카니즘은 다음의 2단계로 행해진다;Under aerobic conditions, ammonia nitrogen in sewage is oxidized to nitrite nitrogen by nitrite bacteria (e.g., Nitrosomonas, Nitrosococcus, etc.) and nitrite nitrogen is nitrate bacteria (Nitrobacter, etc.). The nitrification step is followed by nitriding. The mechanism of nitrification is carried out in the following two steps;
상기 2단계 메카니즘에 의한 암모니아의 종합적 산화반응은 하기 메카니즘으로 설명된다;The comprehensive oxidation of ammonia by this two-step mechanism is explained by the following mechanism;
질산화미생물은 증식에 유기물을 필요로 하지 않고 NH4 +또는 NO2 -의 산화에 의해 얻은「에너지」를 사용하여 CO2를 환원하고 증식하는 자급영양세균이다.Nitrifying microorganisms are self-sustaining microorganisms that reduce and multiply CO 2 using "energy" obtained by oxidation of NH 4 + or NO 2 - without requiring organic matter for growth.
질산화 공정에서는 알카리도 암모니아의 산화에 의해 파괴되어 탄산가스(수중에서는 H2CO3)를 생성시키며 암모니아성 질소 1mg당 7.14mg의 알카리가 소비된다. 1kg의 아질산을 질산화하는 데는 1.14kg의 산소를 필요로 한다. 세포증식 반응은 하기 메카니즘으로 표시되는데, 1kg의 NH4 +가 산화되면 0.147kg의 니트로조모나스가 합성되며 1kg의 NO2 -가 산화되면 0.02kg의 니트로박터가 합성된다;In the nitrification process, alkali is also destroyed by oxidation of ammonia, producing carbon dioxide gas (H 2 CO 3 in water), and 7.14 mg of alkali is consumed per 1 mg of ammonia nitrogen. Nitrifying 1 kg of nitrite requires 1.14 kg of oxygen. The cell proliferation reaction is represented by the following mechanism: 0.1 kg kg of nitrozomonas is synthesized when 1 kg of NH 4 + is oxidized, and 0.02 kg nitrobacter is synthesized when 1 kg of NO 2 − is oxidized;
이러한 질산화 미생물의 균체증식율은 산화미생물의 증식율(0.5∼0.7)에 비해 상당히 적게 되므로 [표 1] 의 복합균주 khr-5-mx에 포함된 질산화 균주를 1주 내지 2주 완성 접종 방법에 따라 1일 내지 7일은 하천수 1㎣당 3ppm을 접촉재 표면 또는 접촉반응조 내에 접종하고, 7일 내지 14일은 하천수 1㎣당 2ppm을 접종 완성한다. 이후 미생물 활성화에 따라 일정량 또는 주기적으로 주입되거나 접촉재 표면을 수시로 관찰하여 접종 할 수 있다.Cell growth rate of these nitrifying microorganisms is significantly less than the growth rate of the oxidizing microorganisms (0.5 ~ 0.7), so that the nitrification strains contained in the complex strain khr-5-mx of Table 1 according to the complete inoculation method 1 to 2 weeks 1 Days 7 to 7 days inoculated 3ppm per stream water in the contact material surface or contact reaction tank, and 7 days to 14 days 2ppm per river water is completed inoculation. Thereafter, depending on the activation of microorganisms, it can be inoculated by a certain amount or periodically or by observing the contact surface from time to time.
질산화용 우점종 미생물은 [표 1] 과 같다.Dominant microorganisms for nitrification are shown in [Table 1].
2. 탈질소2. Denitrification
접촉반응조(5)에서 원수는 Air-on/off 타임스케줄에 따라 호기공정과 무산소 공정이 반복적으로 수행되고 상기 공정에 따라 잘산화, 탈질산화, 탈인공정이 자연스럽게 이루어진다. 이 발명에 따른 접촉반응조(5)가 지상에 설치하는 경우 접촉반응조(5)에서 접촉재(8)는 하천수에 100% 침적되어 상부 조수면 95% 정도에 걸쳐 직경 7 내지 15cm의 부력이 있는 플라스틱볼 또는 수지 주머니 또는 조의 덥게를 이용하여 일광을 차단함으로써 습입 방지 및 접촉재상 조류발생 방지를 달성한다.In the contact reaction tank (5), the raw water is repeatedly subjected to an aerobic process and an oxygen-free process according to the air-on / off time schedule, and well oxidized, denitrified, and dephosphorized. When the contact reaction tank 5 according to the present invention is installed on the ground, the contact material 8 in the contact reaction tank 5 is 100% deposited in the river water so that the buoyancy plastic having a diameter of 7 to 15 cm over about 95% of the upper tidal surface. By blocking the sun with a ball or a bag of resin or the warming of the jaw, it is possible to prevent intrusion and algae on the contact.
이 발명에 따르면, 접촉반응조(5)에서는, 접촉재(8) 무산소 조건하에서 생성된 아질산성 질소나 질산성 질소를 접촉재(8)에 부착 ·증식하는 탈질균(슈도모나스(Pesudomonas) 등)의 작용에 의해 질소가스로 환원하며, 이러한 반응의 메카니즘은 하기와 같다;According to the present invention, in the contact reaction tank (5), denitrifying bacteria (Pesudomonas, etc.) which attach and multiply nitrite nitrogen or nitrate nitrogen generated under the contact material 8 under anoxic conditions to the contact material 8 Reduced to nitrogen gas by action, and the mechanism of this reaction is as follows;
슈도모나스 등의 탈질균은 증식에 유기탄소원(Carbon Source)을 필요로 하는 종속영양세균으로서 호기적 조건에서는 산소호흡을 행하고 혐기적 조건에서는 NO3분자중 산소를 사용하여 호흡하는 통성 혐기성 미생물 이다. 여기서 필요한 탄소원은 자체 C-BOD원과 자기산화에 의한 내부탄소원을 이용하고, 또한 질소 유입이 많은 하천수의 수질에 따라 탈질소 공정에 필요한 [표 2] 의 탈질용 미생물을 1주 내지 2주 완선 접종방법에 따라 하천수 1㎣당 3ppm 내지 2ppm을 접종 완성한다.Denitrifying bacteria such as Pseudomonas are heterotrophic bacteria that require an organic carbon source for growth, and are anaerobic microorganisms that breathe oxygen under aerobic conditions and use oxygen in NO 3 molecules under anaerobic conditions. The carbon source required here uses its own C-BOD source and internal carbon source by self-oxidation, and completes the denitrification microorganism of [Table 2] necessary for the denitrification process according to the water quality of river water with high nitrogen inflow. Inoculate to 3ppm to 2ppm per stream of river water according to the inoculation method.
탈질용 우점종 미생물은 [표 2] 와 같다.Dominant species microorganisms for denitrification are shown in Table 2.
● 인 제거공정● Phosphorus Removal Process
도시하수 중의 전인(T-P) 평균농도는 0.6ppm 정도이며, 오르트인산(PO4 -3, HPO4 -2, HPO4 -)과 폴리인산 등이 유기화합물과 결합한 트리폴리인산, 해키 및 메타인산 등의 유기인산의 형태로 하천수에 많이 존재한다.Before in the municipal sewage (TP) and the average concentration is 0.6ppm, climb the open acid (PO 4 -3, HPO 4 -2 , HPO 4 -) and polyphosphoric acid, etc. The organic compound combined with tripolyphosphate, metaphosphoric acid, and the like hacky In the form of organophosphate, is present in a lot of river water.
인의 형태가 생물학적 처리에 의해 어떻게 변화하는가를 실험한 결과 전인(T-P)중의 90%가 오르트인산으로 변화하는 것을 발견하였으며, 이로부터 오르트인산의 제거만을 고려해도 하천수중의 인을 대부분 제거할 수 있다.As a result of experiments on how the form of phosphorus changes by biological treatment, it was found that 90% of total phosphorus (TP) is changed to ort phosphate. Can be.
이 발명의 생물학적 인제거공정에 따르면, 접촉반응조(6)의 접촉재에서 폴리-인(Poly-P) 미생물 [표 3] 의 미생물을 1주 내지 2주 완성 접종방법에 따라 하수 1㎣당 3ppm을 접촉재(8) 또는 접촉반응조(5) 내에 접종 완성한다. 이후 활성화된 폴리-인 미생물들은 접촉재 표면의 미생물막 혐기부에서 유기물(S-BOD)이 저분자 지방산(SCFA : short chain fatty acid)로 변화되고 SCFA가 세포내로 이송된다. 세포내에 있는 Polyphosphate가 Orthophosphate로 변화되어 방출된다.According to the biological phosphorus removal process of the present invention, in the contact material of the contact reaction vessel (6) 3ppm per sewage of the microorganism of poly-P (Ply-P) microorganism [Table 3] 1 ~ 2 weeks according to the complete inoculation method The inoculation is completed in the contact material 8 or the contact reaction tank 5. Since activated poly-phosphorus microorganisms, organic matter (S-BOD) is changed to short-chain fatty acids (SCFA) and SCFA is transported into the cell at the anaerobic membrane of the contact material. Polyphosphate in the cell is released by transforming it into Orthophosphate.
인방출 : 혐기조건 Poly-P+VFA→PHB+PO4 3- Phosphorus release: Anaerobic condition Poly-P + VFA → PHB + PO 4 3-
이때 SCFA는 PHB(Poly-β-Hydroxybutyrate)로 변화되어 축척된다.At this time, SCFA is changed to PHB (Poly-β-Hydroxybutyrate) is accumulated.
미생물막 호기부에서 폴리인산염으로 인을 재축척하는데 이때 PHB를 산화하여 증식하고(호기성 조건에서 인의 과잉섭취) 증식된 (인의 과잉섭취 및 분해) 잉여 슬럿지를 처분하므로서 인 제거가 달성된다.Phosphorus removal is achieved by re-scaling phosphorus with polyphosphate at the microbial membrane exhalation, oxidizing PHB to proliferate (excessive intake of phosphorus under aerobic conditions) and disposing excess sludge that has grown (overingestion and degradation of phosphorus).
인섭취 : 호기조건 PHB+PO →Poly-P+H2O+CO2 Intake: Aerobic PHB + PO → Poly-P + H 2 O + CO 2
인 제거에 사용되는 우점종 폴리-인 미생물을 하기 [표 3] 에 나타내었다.Dominant poly-phosphorus microorganisms used for phosphorus removal are shown in Table 3 below.
이 발명에 따르면, 접촉반응조에 생물고분자 응집제를 생산하는 신균주 바실러스가 포함된 미생물을 상기 접종방법에 따라 접종 활성화하여 생산된 응집제에 인화합물을 흡착하고 원판체의 현탁물 흡착력을 향상시킴으로써 폴리-인 미생물로 제거한 나머지 인 화합물의 제거율을 더욱 높일 수 있다.According to the present invention, by inoculating and activating the microorganism containing the new strain Bacillus to produce a biopolymer flocculant in the contact reaction tank according to the inoculation method, the phosphorus compound is adsorbed to the flocculant produced and the suspension adsorption of the disc is improved. It is possible to further increase the removal rate of the remaining phosphorus compound removed by the phosphorus microorganism.
이하 다음과 같은 실시예를 통하여 이 발명의 특징에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the features of the present invention will be described in detail with reference to the following examples.
[실시예 1]Example 1
다음은 이 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예들은 이 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 이 발명의 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이다.The following presents a preferred embodiment to aid in understanding this invention. However, the following examples are provided only to more easily understand the present invention, and are not limited to the following examples of the present invention, which will be apparent to those skilled in the art.
[도 1] 과 같은 하천자연정화 프로세스로 생물학적 BOD제거, 탈질소 및 탈인에 제거능이 우수한 신균주 미생물을 이용하여 하천수를 처리하였다. 하천수 처리 결과는 [도3, 4] 내지 [도5, 6] [도7, 8] 에 나타내었다.The river natural purification process as shown in [1] treated the river water using a new strain of microbial microorganisms excellent in biological BOD removal, denitrification and dephosphorization. The river water treatment results are shown in [Fig. 3, 4] to [Fig. 5, 6] [Fig. 7, 8].
하기한 [표 2]의 성상을 가지는 실제의 오염된 하천수를 [도 1]에 나타난 프로세스로 Lab 및 Pilot Scale Plant 실험장치에 실험을 수행하였다. 실험장치는 [도 1] 에 나타낸 처리 프로세스 및 시스템과 동일하게 제작하였으며, 수평류식, 상향류식, 수로식으로 구분하여 수로에 메디아(Media)를 충진 각 수로에 질소(N)와 인(P)을 동시에 처리할 수 있는 방법과 미생물을 이용 현장 적용 하였다.The actual contaminated river water having the properties shown in Table 2 was carried out in a Lab and Pilot Scale Plant experimental apparatus in the process shown in FIG. The experimental apparatus was manufactured in the same manner as the treatment process and system shown in FIG. 1, and the media (media) was filled into the channel by dividing it into a horizontal flow type, an upflow type and a channel type, and nitrogen (N) and phosphorus (P) in each channel. At the same time, the method and the microorganisms were applied to the site.
처리효율을 극대화 할 수 있는 운전조건을 확립하기 위하여 운전제어 인자인 유입수질, 체류시간, DO, pH, 온도 등을 측정 관찰하여 최적운존 조건을 확립하고 BOD, COD, SS, T-N, T-P 및 탁도, 색도를 동시 제거되는 처리효율을 측정 분석하였다.In order to establish the operating conditions to maximize the treatment efficiency, the optimum operating conditions are established by measuring and observing the operating control factors such as inflow water quality, residence time, DO, pH, temperature, and BOD, COD, SS, TN, TP and turbidity. We measured and analyzed the treatment efficiency to remove chromaticity simultaneously.
또한 무인자동화에 관한 실험으로 PLC(Programmable Logic Comtroller)제어 시스템을 이용 접촉반응조의 DO, pH, TWL, BWL, 등의 측정장치(103)에 의한 제어장치(104)로 브로워(105), 슬러지수집장치(107), 홍수차단장치(2, 6) 등을 자동으로 제어하였다.In addition, as an experiment on unmanned automation, a collector 105 and a sludge collection system are controlled by a control device 104 by a measuring device 103 such as DO, pH, TWL, BWL, etc. of a contact reactor using a PLC (Programmable Logic Comtroller) control system. The apparatus 107, the flood blockers 2 and 6, etc. were automatically controlled.
Pilot Scale Plant 실험에서 사용된 하천수의 성상은 다음과 같다.The characteristics of river water used in Pilot Scale Plant experiment are as follows.
하천수의 DO, BOD, COD, SS, T-N, T-P 의 평균 유입농도는 각각 2.6mg/ℓ, 21.7mg/ℓ, 48.5mg/ℓ, 27.6mg/ℓ, 13.3mg/ℓ, 1.20mg/ℓ, 탁도 및 색도 농도는 11.5NTU, 17.5degree 이다. 일정한 체류시간은 1.5∼2.0hr로 제어하였고, 폭기는 연속적으로 실시하였다. 따라서 시스템을 변환하는 과정에서 퇴적된 슬러지양을 계량하였다. 본 실험에서 체류시간에 따른 유입 및 유출수의 수질변화, 유입 및 유출수질의 상간관계, 체류시간과 제거율의 상관관계, 그리고 조내 슬러지 퇴적량에 기초한 물질수지를 도출하는 것이 주목이며 실시예의 처리공정은 다음과 같다.The mean inflow concentrations of DO, BOD, COD, SS, TN, and TP in river water were 2.6 mg / l, 21.7 mg / l, 48.5 mg / l, 27.6 mg / l, 13.3 mg / l, 1.20 mg / l, and turbidity, respectively. And chromaticity concentration is 11.5 NTU, 17.5 degree. Constant residence time was controlled at 1.5-2.0 hrs, and aeration was carried out continuously. Therefore, the sludge amount deposited during the system conversion was quantified. In this experiment, it is noteworthy to derive the water balance of inflow and outflow water according to residence time, phase relationship between inflow and outflow water quality, correlation between residence time and removal rate, and mass balance based on sludge deposition in the tank. As follows.
1단계(스크린 및 유입홍수차단장치) Pilot Plant의 원수 유입시설은 취수댐에서 유입되는 하천수에 포함되어 유입되는 비닐, 낙엽 등 고형협잡물을 제거하기 위하여 조목, 세목 스크린(1)을 설치하고, 도수관을 사용하며 자연유하식으로 유입하였으며 홍수시(Storm Flow) 유입수를 차단하기 위하여 홍수차단장치(2)을 설치하였다.Stage 1 (Screen and inflow flood blocker) The pilot plant's raw water inflow facility is installed with a small tree and a small-wood screen (1) to remove solid contaminants, such as vinyl and fallen leaves, which are included in the stream water flowing from the intake dam. It flowed into natural flow type and installed flood blocker (2) to block the inflow of Storm Flow.
여기서 독극물이나 특정오염물이 유입되는 것을 검지하기 하기위하여 pH Controller(102)와 홍수차단장치(2, 6)를 연동 유입수를 즉시 차단하여 미생물 사멸을 방지하였다.In order to detect the inflow of poison or specific pollutants, the pH controller 102 and the flood blockers 2 and 6 interlocked the influent immediately to prevent microbial death.
2단계(침사조 및 유량분배조) 유입수에 포함된 모래, 흙(1.0mm이상, 비중 2.65) 비부패성 무기물 등 침전가능한 물질을 침사조(3)에서 침전 제거한다. 이는 조내의 퇴적방지 와 펌프, 기계류의 손상 및 관로의 폐쇄를 방지하기 위한 전처리 장치이고, 유량분배조(4)는 접촉반응조(5)에 원수를 균등하게 배분하기 위한 처리시설이다.Step 2 (Sedimentation Tank and Flow Distribution Tank) Precipitable materials such as sand, soil (1.0mm or more, specific gravity 2.65) and non-corrosive inorganic matter contained in the influent are precipitated and removed from the sedimentation tank (3). This is a pretreatment device for preventing sedimentation in the tank, damage to pumps, machinery, and closing of the pipeline, and the flow rate distribution tank 4 is a treatment facility for evenly distributing raw water to the contact reaction tank 5.
4단계(접촉반응조) 접촉반응조(5)의 유효용량에 대한 접촉재(8) 충진부분의 용량의 비를 충진율로하여 접촉재(8)의 공극 및 충진된 접촉재간의 공극용량도 충진부분으로 계산, 접촉재의 형상, 조내의 배관, 산기관(106)의 위치 및 슬러지수집장치(107) 등을 고려하여 55%이상 충진하였다. 접촉재는 표면적이 크고 미생물 부착 분리가 용이한 허니콤(Honey Comb) 형태의 접촉재를 사용하였으며, 여기서 계획수량 : 50㎥/d, 체류시간 : 120min, 조내유속 : 0.3m/sec, BOD면적부하 : 3g/㎡·d로 하여 접촉재 필요표면적 : 23ppm×50㎥/d÷3g/㎡·d=383㎡, 체류시간 : 4.2㎥÷50㎥×24hr=2.0hr하여, 폭기 on/off가 25∼60min 간격으로 연속 또는 간헐적으로 반복 운전하였다.Step 4 (Contact Reaction Tank) The filling ratio is defined as the ratio of the capacity of the filling portion of the contacting material 8 to the effective capacity of the contacting reaction tank 5 as the filling rate. In consideration of the calculation, the shape of the contact material, the piping in the tank, the position of the diffuser 106, the sludge collecting device 107, and the like, 55% or more was filled. Honeycomb type contact material with large surface area and easy microorganism attachment and detachment was used, where planned quantity: 50㎥ / d, residence time: 120min, tank flow rate: 0.3m / sec, BOD area load : Required surface area of contact material at 3g / m² · d: 23ppm × 50㎥ / d ÷ 3g / ㎡ · d = 383㎡, residence time: 4.2㎥ ÷ 50㎥ × 24hr = 2.0hr, aeration on / off is 25 Repeated or continuous operation was performed at intervals of ˜60 min.
여기서 제거성능이 우수한 신균주 Bacillus khr-10-mx(한국과학기술연구원 유전자은행 기탁번호 KCTC 8533P)와 복합균주 khr-5-mx(한국과학기술연구원 유전자은행 기탁번호 KCTC 0078BP)에 포함한 BOD 산화미생물(Bacillus sp, Zoothamnium sp, Colpada sp 등), 질산화 미생물(Monas sp, Lepadella sp, Epistylis sp 등), 탈질산화 미생물(Boda sp, Vorticella ssp, Amoeba sp 등) 폴리-인(Poly-P) 미생물(Pseudomonas sp, Acinetobacter sp, Bacillus sp 등) 생물고분자 응집제를 생산하는 미생물을 접종한다. 접종 스케줄은 2주간 총, 하천수 유입량 및 저수량에 제1일에서 7일까지는 3∼5ppm/㎥·day, 제7일에서 14일까지는 1∼2ppm/㎥·day로 접종 완성하고 계절적 동절기와 하절기에 일정량을 투입 보충하였다.BOD oxide microorganisms included in Bacillus khr-10-mx (Genetic Bank Accession No. KCTC 8533P) and complex strain khr-5-mx (Genetic Bank Accession No. KCTC 0078BP) with excellent removal ability (Bacillus sp, Zoothamnium sp, Colpada sp, etc.), Nitrifying microorganisms (Monas sp, Lepadella sp, Epistylis sp, etc.), Denitrification microorganisms (Boda sp, Vorticella ssp, Amoeba sp, etc.) Poly-P microorganisms ( Pseudomonas sp, Acinetobacter sp, Bacillus sp, etc.) Inoculate microorganisms producing biopolymer flocculants. The inoculation schedule was completed for 2 weeks in total, river water inflow and low volume in the range of 3 ~ 5ppm / ㎥ · day from 1st to 7th and 1 ~ 2ppm / ㎥ · day from 7th to 14th, and during the winter season and summer A certain amount was added and replenished.
본 실시예의 접촉반응조를 1, 2, 3반응조로 구획하고, 유입방식은 [도 2] 에나타낸 수평류식, 상향류식, 수로식 등으로 각각 유입하고 운전은 하나의 운전 방식에 의해서 PLC(Programmable Logic Controller)로 제어하였다. 여기서 실시예들은 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 본 발명이 1, 2, 3반응조와 접촉재, 폭기시간 (Air-on/off) 등이 실시예에 한정되는 것은 아니다.The contact reaction tank of the present embodiment is divided into 1, 2, and 3 reaction tanks, and the inflow method is respectively introduced into the horizontal flow type, the upflow type, the water channel type, etc. shown in FIG. 2, and the operation is performed by one operation method. ). Herein, the examples are provided only to more easily understand the present invention, and the present invention is not limited to the examples of 1, 2, 3 reactors, contact materials, and aeration time (air-on / off).
이 발명의 하천수 처리방법에 따라 대전 근교 소하천 하류에 흐르는 하천수를 1일 50㎣ 취수하여 얻어진 처리수의 수질성적은 하기 [표 2] 와 같다.According to the river water treatment method of the present invention, the water quality of the treated water obtained by withdrawing 50 mW of river water flowing downstream of Daejeon suburb is shown in Table 2 below.
이 발명에 의한 처리방법으로 하천수 중의 BOD, COD, SS, T-N, T-P 등을 제거함으로서, 하천의 외관적 탁도, 색도개선과 하천의 감각적 악취개선은 물론 하천의 유기물 즉 부착물, 침전물 등의 제거효과로 오염된 하천을 복원 시민의 휴식공간으로 제공되고 수자원을 보호할 수 있는 효과를 제공하는 것이다.By removing BOD, COD, SS, TN, TP, etc. in the river water by the treatment method according to the present invention, the external turbidity, chromaticity and stream odor improvement of rivers, as well as the removal of organic matters such as deposits, sediments, etc. The restoration of polluted rivers serves as a resting place for citizens and provides the effect of protecting water resources.
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