KR100414417B1 - The method and device of sewage wastewater treatment using the Bio-membrane Channel type Reactor composing Aerobic/Anaerobic conditions - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단일의 반응조내에서 혐기 및 호기성 상태를 유지할 수 있도록 생물막담체를 형성하도록 하여 유기물 분해 및 탈인과 탈질작용이 동시에 계속적으로 이루어질 수 있도록 한 생물막 채널타입 반응기를 이용한 오·하수처리장치와 방법에 관한 것이다.The present invention is a sewage and sewage treatment apparatus and method using a biofilm channel type reactor that allows biodegradation, dephosphorization and denitrification to be carried out simultaneously by forming a biofilm carrier to maintain anaerobic and aerobic conditions in a single reactor. It is about.
상기 폭기조내에 생물막 채널타입 반응장치를 설치하도록 하되, 상기 생물막 채널타입 반응장치는 원통형의 지지대와 상기 지지대의 상하에 위치되어 생물막담체를 지지하는 상·하판으로 이루어지며, 상기 상·하판에 일정간격의 배열로 소정형태의 구멍을 형성하여 다수개의 생물막담체와 결합되게 형성한 환원채널 유니트; 상기 환원채널 유니트의 중심에 위치되게 설치되어 상기 폭기조내에 용존산소의 원활한 공급을 위해 공기이송관으로 공기펌프와 연결되는 산기관; 상기 환원채널 유니트의 하판에 결합되며 소정의 공간을 형성하여 혐기성상태를 유지하는 혐기부패조; 상기 환원채널 유니트의 상부 소정의 위치에 전·후폭기조와의 결합이 되도록 형성한 유입·유출 연결관;으로 구성하는 호기 및 혐기성 생물막 채널타입 반응기를 이용한 오·하수 처리장치를 구현하고자 한 것이다.The biofilm channel type reactor is installed in the aeration tank, wherein the biofilm channel type reactor is formed of a cylindrical support and an upper and lower plate positioned above and below the support to support the biofilm carrier, and at predetermined intervals on the upper and lower plates. Reduction channel unit formed to form a hole of a predetermined form in the arrangement of the combined with a plurality of biofilm carriers; An diffuser installed at a center of the reduction channel unit and connected to an air pump to an air transfer pipe for smooth supply of dissolved oxygen into the aeration tank; An anaerobic decay tank coupled to the lower plate of the reduction channel unit to maintain a anaerobic state by forming a predetermined space; It is intended to implement a sewage and sewage treatment apparatus using an aerobic and anaerobic biofilm channel type reactor composed of an inlet and an outflow connecting tube formed to be combined with a front and rear aeration tank at a predetermined upper portion of the reduction channel unit.
Description
본 발명은 호기 및 혐기성 생물막 채널반응기를 이용한 오·하수 처리장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단일의 반응조에서 오·하수 중의 유기물, 질소 및 인을 동시에 처리하기 위해 폭기조에 생물막 채널타입반응기(BCR; Bio-membrane Channel type Reactor)를 구성하여 호기성 및 혐기성의 미생물의 대량 부착증식을 통해 미생물에 의한 채널을 형성하고, 용존산소의 농도구배현상을 유도함으로써, 호기 및 혐기적 미생물의 기능을 활성화하고, 동일 반응조에서 탈질과 탈인이 동시에 이루어질 수 있도록 한 호기 및 혐기성 생물막 채널타입 반응기를 이용한 오·하수 처리장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a sewage and sewage treatment apparatus and method using an aerobic and anaerobic biofilm channel reactor, and more particularly, to a biological membrane channel type reactor in an aeration tank for simultaneously treating organic matter, nitrogen and phosphorus in sewage and sewage in a single reactor. (BCR; Bio-membrane Channel type Reactor) is formed to form channels by microorganisms through mass adhesion proliferation of aerobic and anaerobic microorganisms, and induces concentration gradient of dissolved oxygen, thereby promoting the function of aerobic and anaerobic microorganisms. The present invention relates to an apparatus and a method for treating sewage and sewage using an aerobic and anaerobic biofilm channel type reactor, which are activated and allow denitrification and dephosphorization to occur simultaneously in the same reactor.
인류의 고도 문명을 실현하려는 욕구는 시대를 거듭하면서 많은 시행착오와 발전을 거쳐 현재에까지 이르게 되어 과거에 비해 각 분야에서 급속도로 발전하여 시간과 공간의 제약을 극복할 수 있게 되고, 생활수준도 많이 윤택해져 지금과 같은 고도 문명을 이루어내어 인류의 발전에 많은 공헌을 한 장점은 있지만, 환경과의 조화를 외면한 채 극대화된 이익을 위해 무분별하게 자연을 개발한 결과, 지금은 심각하게 자연환경이 오염되고 있어 인류의 생존을 위협하고 있는 실정이다.The desire to realize the high civilization of mankind has passed through the ages, through many trials and errors, and to the present, and has developed rapidly in each field compared to the past, overcoming the limitations of time and space, and living standards Although it has been improved, it has achieved the same high civilization and contributed much to the development of mankind.However, as a result of indiscriminate development of nature for maximum benefit, neglecting harmony with the environment, the natural environment is now seriously polluted. It is becoming a threat to the survival of humanity.
이러한 환경오염은 어느 특정지역이나 국가에 의해 해결해야 할 문제가 아니기 때문에 전세계적으로 이에 대한 공동대응이 시급하여 뒤늦게나마 지금은 거의 모든 지역과 국가가 상호 연대하여 환경보존을 위한 노력을 하고 있는데, 특히 수질오염의 경우 동·식물의 생존에 있어 막대한 피해를 주어 생태계를 위협할 뿐만 아니라 인류의 건강을 심각하게 위협하고 있다.Since such environmental pollution is not a problem to be solved by a specific region or country, it is urgent to cope with it globally. Lately, almost all regions and countries are working together to preserve the environment. In particular, water pollution causes enormous damage to the survival of animals and plants, threatening ecosystems and seriously threatening human health.
상기와 같은 수질오염을 방지하기 위한 직접적인 방법으로는 각 산업체에서 배출되는 유해 폐수의 효과적인 처리 후 배출을 하도록 하고, 각 일반가정에서 배출되는 오수 및 하수를 처리한 후 배출을 하여야 하는데, 건설부지의 선정, 재정문제, 운영비 조달 및 전문인력의 부족 등의 이유로 인해 폐수 및 하수처리장이 제대로 구비되지 않은 채, 배출되어 하천 및 지하수를 오염시키고 있는데, 이러한 오수 및 폐수 등은 종류와 오염농도가 다양하고 심각하게 증가하는 추세이며, 최근에는 환경호르몬 등과 같이 인체 유해물질의 함유로 인해 국민들의 건강을 심각하게 위협하고 있다.As a direct way to prevent water pollution as described above, the wastewater discharged from each industry should be discharged after effective treatment, and the wastewater and sewage discharged from each general household should be discharged. Wastewater and sewage treatment plants are discharged and contaminated rivers and groundwater due to selection, financial problems, operating costs, and lack of professional manpower. It is a serious increase in recent years, and recently, due to the inclusion of human harmful substances such as environmental hormones, seriously threaten the health of the people.
각 산업체나 일반가정 등지에서 배출되는 폐수나 하수를 처리하는 방법으로는 타 하수처리방법에 비해 상대적으로 슬러지 발생량이 적고, 부하변동 및 독성물질에 대한 적응력이 강한 생물학적 처리방법이 적합한 것으로 인정되는데, 상기의 생물학적 처리방법의 경우 폐수 및 하수처리에 이용되는 미생물을 부착시킬 여재의 특성에 따라 운전형태 및 처리특성이 달라질 수 있으며, 유기물의 제거만 목적으로 하는지 혹은 질소, 인과 같은 영양염류의 제거를 포함하는지는 매우 중요한 요소이다.As a method of treating wastewater or sewage discharged from each industry or general household, it is recognized that a biological treatment method that has a relatively low sludge generation rate and a strong adaptability to load fluctuations and toxic substances than other sewage treatment methods is suitable. In the case of the biological treatment method, the operation type and treatment characteristics may vary depending on the characteristics of the media to which microorganisms used for wastewater and sewage treatment are attached.The purpose of the biological treatment is to remove organic matter or to remove nutrients such as nitrogen and phosphorus. Inclusion is a very important factor.
종래에는 활성오니처리공정이나 접촉산화처리공정을 통해 폐수 및 하수를 처리하였는데, 상기의 공정은 2차 처리시설로서 주로 유기물만 제거하는 공정인데다가 상기 활성오니처리공정은 전문적이면서도 집중적인 관리가 요구되며, 대규모 시설에서의 경제적인 운용이 가능하고, 유입수의 부하변동이 불안정하며, 슬러지가 다량 발생하는 등 유지관리비가 높아 경제적인 부담이 크다는 문제점이 있고, 상기 접촉산화처리공정은 특성상 미생물이 호기 및 혐기간으로 자유롭게 이동이 어렵기 때문에 인의 제거율이 떨어진다는 문제점이 있다.Conventionally, wastewater and sewage are treated through an activated sludge treatment process or a catalytic oxidation treatment process. The above process is a secondary treatment facility that mainly removes organic matter, and the activated sludge treatment process requires professional and intensive management. It is possible to operate economically in large-scale facilities, unstable load fluctuations, large amount of sludge, high maintenance costs such as high economic burden, and the contact oxidation treatment process has a characteristic of exhaling microorganisms. And it is difficult to move freely in the anaerobic period, there is a problem that the removal rate of phosphorus falls.
최근 들어 수질환경이 부영양화로 인한 피해가 급속히 증가하고 있고, 차후 유기물의 농도규제는 물론 영양염에 대한 방출규제가 더욱 강화될 전망이어서 생물학적 유기물과 질소, 인을 동시에 제거하기 위한 처리공법이 많이 연구되어 지고 있는데, 특히 탈질공정은 암모니아성 질소를 산화시키기 위한 호기조와 질산성 질소를 질소가스로 환원시키기 위한 무산소조가 반드시 존재해야 하며, 탈인공정도 인의 방출을 위한 혐기조와 인의 과잉섭취를 위한 호기조가 필요하여 이들을 공간적으로 구분해야 하기 때문에 반응조의 용적이 많이 소요되는 문제점이 있다.Recently, the damage caused by eutrophication of the water environment is rapidly increasing, and in the future, the regulation of concentrations of organic matters and the release of nutrients are expected to be strengthened further. Therefore, many treatment methods for simultaneously removing biological organic matter, nitrogen, and phosphorus have been studied. In particular, in the denitrification process, an aerobic tank for oxidizing ammonia nitrogen and an anoxic tank for reducing nitrate nitrogen to nitrogen gas must exist, and a dephosphorization process also requires an anaerobic tank for releasing phosphorus and an aerobic tank for overingestion of phosphorus. Therefore, there is a problem in that a large volume of the reaction tank is required because these must be spatially separated.
상기와 같이 질소와 인을 동시에 제거하는 방법 중에 대표적인 처리방법으로는 A2/O공법, 5-스테이지 바덴포공법, UCP(University Capetown Process)공법, VIP(Virginia Initiative Plant)공법, 연속회분식 활성슬러지공법 (Seguencing Batch Reactor : SBR) 등이 있는데, 상기 A2/O공법은 A/O공법을 개량하여 탈질이 요구될 때 혐기조와 호기조 사이에 무산소조를 추가하여 질소와 인을 동시에 제거할 수 있도록 한 것이지만, 최적 운전조건의 설정이 어렵고, 추운 기후에 처리효율이 떨어진다는 경향이 있으며, 또한 완전한 인제거가 곤란하고, A/O공정에 비해 다소 공정이 복잡하다는 문제점이 있다.Representative treatment methods of simultaneously removing nitrogen and phosphorus as described above are A 2 / O method, 5-stage Badenpo method, UCP (University Capetown Process) method, VIP (Virginia Initiative Plant) method, continuous batch activated sludge Seguencing Batch Reactor (SBR), etc. The A 2 / O method is an improvement of the A / O method to remove nitrogen and phosphorus simultaneously by adding an anaerobic tank between the anaerobic and aerobic tanks when denitrification is required. Although it is difficult to set the optimum operating conditions, there is a tendency that treatment efficiency is low in cold climates, and it is difficult to completely remove phosphorus, and the process is more complicated than the A / O process.
상기 5-스테이지 바덴포공법은 종래의 생물학적 질소제거 공정인 4단 바덴포공정 앞에 혐기조를 추가시켜서 질소 및 인을 동시에 제거하는 공정으로서 기존의 A2/O공정에 추가로 무산소조와 폭기조를 설치하도록 한 것이지만, 내부순환 펌프비용이 추가적으로 들게 되며, A2/O공정에 비해 큰 반응조가 필요하게 되고, 또한 높은 BOD/P가 필요로 하며, 온도의 영향이 불명확하고, 특히 반송 슬러지내의 잔존 질산염이 혐기조에 유입되어 탈질산화 박테리아들이 Acinetobactor에 우선하여 탄소원을 사용하면서 탈질산화함으로써 인방출이 저하되고, 결과적으로 인제거 효율이 저하된다는 문제점이 있다.The 5-stage Badenpo process is a process for removing nitrogen and phosphorus simultaneously by adding an anaerobic tank in front of the 4-stage Badenpo process, which is a conventional biological nitrogen removal process, to install an oxygen-free tank and an aeration tank in addition to the existing A 2 / O process. However, the cost of the internal circulation pump is additionally increased, which requires a larger reactor compared to the A 2 / O process, and also requires a high BOD / P, the effect of temperature is unclear, and especially the residual nitrate in the conveying sludge. Denitrification bacteria introduced into the anaerobic tank have a problem that phosphorus release is lowered by denitrification using a carbon source in preference to Acinetobactor, and consequently, phosphorus removal efficiency is lowered.
상기 UCP(University Capetown Process)공법은 슬러지를 혐기조로 반송시키지 않고, 탈질조로 반송시키며, 질산성 질소가 제거된 무산소조의 혼합액을 혐기조로 반송시켜 혐기조에서의 질산성 질소에 의한 영향을 최소화시킴으로써 유입수의 COD/TKN비가 7.14mgCOD/mgN에서도 처리수의 인농도를 1mg/L이하로 유지할 수 있도록 한 것이지만, 내부순환 펌프비용이 추가적으로 들며, 높은 BOD/P비가 필요하며, 또한 슬러지의 침전성이나 농축성이 떨어지고, 특히 Anoxic조의 질산염 농도를 낮게 유지하는 것이 전체 인 제거효율을 결정짓게 됨으로써 질산화를 충분히 시키지 않게 되는 문제점이 있다.The UCP (University Capetown Process) method does not return the sludge to the anaerobic tank, but returns to the denitrification tank, and by returning the mixed solution of the anoxic tank from which nitrate nitrogen is removed to the anaerobic tank to minimize the effects of nitrate nitrogen in the anaerobic tank Even though the COD / TKN ratio is 7.14mgCOD / mgN, it can maintain the phosphorus concentration of treated water below 1mg / L, but it requires additional internal circulation pump cost, high BOD / P ratio, and also sludge sedimentation and concentration There is a problem that the fall, and in particular to keep the nitrate concentration of the Anoxic bath to determine the overall phosphorus removal efficiency is not enough to nitrate.
상기 VIP(Virginia Initiative Plant)공법은 UCT가 한 개의 완전 혼합조로 구성된 반면 완전 혼합조를 직렬조합하여 인의 과잉축적 능력을 증가시킨 것이고, UCT의 슬러지 체류시간이 13 ~ 25일인 반면에 VIP의 경우 슬러지 체류시간이 5 ~ 10일이므로 슬러지 생성율이 높아 인 제거에 유리하도록 한 것이지만, 내부순환 펌프가 필요하므로 에너지비용이 증가하며, 저온시 질소의 제거효율이 다른 공정에 비해 떨어진다는 문제점이 있다.In the VIP (Virginia Initiative Plant) method, the UCT is composed of one complete mixing tank, but the combination of the complete mixing tanks increases the excess accumulation capacity of phosphorus, and the sludge residence time of the UCT is 13 to 25 days, whereas the sludge is VIP. Since the residence time is 5 to 10 days, the sludge generation rate is high, so that it is advantageous to remove phosphorus. However, since the internal circulation pump is required, the energy cost is increased, and the nitrogen removal efficiency at low temperature is inferior to other processes.
상기 연속회분식 활성슬러지공법(Seguencing Batch Reactor : SBR)은 유입수를 한 개의 반응조에서 혐기, 호기, 무산소, 침전 등의 운전을 교대로 실시하여 영양염류를 처리하는 공정으로, 운전형태는 기본적으로 유입(fill), 반응(react), 침전(settle), 방류(draw) 및 휴지기(idle)의 5가지 공정으로 이루어지는데, 폐수가 유입되어 반응, 침전 및 방류를 거쳐 대기를 할 때까지를 한 사이클로 하며, 한 사이클에 걸리는 총 소요시간은 다섯공정에 걸리는 시간의 합으로 표시할 수 있고, 상기 공법의 경우 각기 생장환경이 다른 미생물이 동일한 반응기에서 존재를 해야하는데 위에서 기술한 기본 5가지 공정을 각기 연속적인 시간에 따라 수행함으로써, 갑자기 변화하는 환경에 적용하는 시간이 지연되어 탈질과 탈인의 효과가 낮다는 문제점이 있다.The continuous batch activated sludge process (Seguencing Batch Reactor) (SBR) is a process of treating nutrients by alternately operating inflow of anaerobic, aerobic, anaerobic, and sedimentation in one reactor, and the operation type is basically inflow ( It consists of five processes: fill, react, settle, draw, and idle, with one cycle of wastewater entering the atmosphere through reaction, settling and discharge. For example, the total time taken for one cycle can be expressed as the sum of the time taken for five processes, and in the above method, microorganisms having different growth environments must be present in the same reactor. By performing according to the regular time, there is a problem that the effect of denitrification and dephosphorization is low because the time to apply to a suddenly changing environment is delayed.
본 발명은 상기의 종래 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 단일 반응조상에서 호기성과 혐기성의 미생물을 대량으로 부착증식할 수 있도록 하되, 환형구조의 섬유담체를 형성한 다공성 원통관을 폭기조내에 설치된 환원채널 유니트상에 다수개를 설치하여 호기성 미생물은 섬유담체의 외부에, 혐기성 미생물은 다공성 원통관 내부에 적절한 생육환경을 조성하여 암모니아의 산화와 질소의 환원방출 및 인의 용출, 산화가 단일 반응조에서 연속적으로 이루어지도록 하여 탈질과 탈인의 효율성을 향상시키도록 하는데 목적이 있다.The present invention has been made in order to solve the above-mentioned conventional problems, to enable the growth of aerobic and anaerobic microorganisms in a large reaction in a single reaction tank, a reducing channel installed in the aeration tank porous porous tube formed a circular carrier By installing a plurality of units on the unit, the aerobic microorganisms create an appropriate growth environment inside the fiber carrier and the anaerobic microorganisms inside the porous cylinder tube so that oxidation of ammonia, reduction of nitrogen, elution of phosphorus, and oxidation are carried out continuously in a single reactor. The purpose is to improve the efficiency of denitrification and dephosphorization.
상기의 목적을 달성하기 위하여 상기 폭기조내에 생물막 채널타입 반응장치를 설치하도록 하되, 상기 생물막 채널타입 반응장치는 원통형의 지지대와 상기 지지대의 상하에 위치되어 생물막담체를 지지하는 상·하판으로 이루어지며, 상기 상·하판에 일정간격의 배열로 소정형태의 구멍을 형성하여 다수개의 생물막담체와 결합되게 형성한 환원채널 유니트; 상기 환원채널 유니트의 중심에 위치되게 설치되어 상기 폭기조내에 용존산소의 원활한 공급을 위해 공기이송관으로 공기펌프와 연결되는 산기관; 상기 환원채널 유니트의 하판에 결합되며 소정의 공간을 형성하여 혐기성상태를 유지하는 혐기부패조; 상기 환원채널 유니트의 상부 소정의 위치에 전·후폭기조와의 결합이 되도록 형성한 유입·유출 연결관;으로 구성하는 호기및 혐기성 생물막 채널타입 반응기를 이용한 오·하수 처리장치를 구현하고자 한 것이다.In order to achieve the above object, the biofilm channel type reactor is installed in the aeration tank, wherein the biofilm channel type reactor is formed of a cylindrical support and an upper and lower plate positioned above and below the support to support the biofilm carrier. A reduction channel unit formed in the upper and lower plates in a predetermined interval by forming holes of a predetermined shape to be combined with a plurality of biofilm carriers; An diffuser installed at a center of the reduction channel unit and connected to an air pump to an air transfer pipe for smooth supply of dissolved oxygen into the aeration tank; An anaerobic decay tank coupled to the lower plate of the reduction channel unit to maintain a anaerobic state by forming a predetermined space; It is intended to implement a sewage and sewage treatment apparatus using an aerobic and anaerobic biofilm channel type reactor consisting of an inlet and an outflow connecting tube formed to be combined with a front and rear aeration tank at a predetermined upper portion of the reduction channel unit.
또한, 단일의 반응조내에 다수의 공극이 일정한 배열로 형성된 원통형 다공성관과 생선비늘형태를 한 환형의 섬유담체를 결합한 생물막담체 표면에 미생물이 부착 증식되게 해서 생물막 채널이 형성되게 하여 상기 생물막 내부에 혐기성상태, 생물막 외부에 호기성상태로 상이 분리되게 형성해 유기물 분해 및 탈질, 탈인이 단일 반응조내에서 동시에 계속적으로 이루어지도록 하는 호기 및 혐기성 생물막 채널타입 반응기를 이용한 오·하수 처리방법을 구현하고자 한 것이다.In addition, microorganisms adhere to and propagate on the surface of the biofilm carrier, which combines a cylindrical porous tube having a plurality of pores in a single array in a single reactor, and a cyclic fiber carrier in the form of fish scales, to form a biofilm channel so that the biofilm channel is anaerobic inside the biofilm. The purpose of the present invention is to implement a sewage and sewage treatment method using an aerobic and anaerobic biofilm channel type reactor in which phases are separated in an aerobic state outside the biofilm to allow organic decomposition, denitrification, and dephosphorization to be continuously performed simultaneously in a single reactor.
도1은 본 발명에 적용되는 오·하수 처리장치의 전체 단면도1 is an overall cross-sectional view of a sewage and sewage treatment apparatus applied to the present invention
도2는 본 발명에 적용되는 오·하수 처리장치의 요부 확대 단면도 및 평면도Figure 2 is an enlarged cross-sectional view and plan view of the main portion of the sewage and sewage treatment apparatus applied to the present invention
도3은 본 발명에 적용되는 탈질과정을 도시한 공정도Figure 3 is a process chart showing the denitrification process applied to the present invention
도4는 본 발명에 의한 생물막 채널타입 반응기내의 용존산소농도의 경일변화를 도시한 그래프Figure 4 is a graph showing the change in dissolved oxygen concentration in the biofilm channel type reactor according to the present invention
도5는 본 발명에 의한 생물막 채널타입 반응기내의 pH변화를 도시한 그래프Figure 5 is a graph showing the pH change in the biofilm channel type reactor according to the present invention
도6은 본 발명에 의한 생물막 채널타입 반응기내의 암모니아성 질소의 경일변화를 도시한 그래프FIG. 6 is a graph showing changes in ammonium nitrogen in the biofilm channel type reactor according to the present invention.
도7은 본 발명에 의한 생물막 채널타입 반응기내의 질산성 질소의 경일변화를 도시한 그래프FIG. 7 is a graph showing changes in nitrate nitrogen in the biofilm channel type reactor according to the present invention.
도8은 본 발명에 의한 생물막 채널타입 반응기내의 인의 경일변화를 도시한 그래프8 is a graph showing changes in phosphorus in the biofilm channel type reactor according to the present invention.
도9는 본 발명에 의한 생물막 채널타입 반응기내의 유기물 CODcr변화를 도시한 그래프9 is a graph showing the change of organic matter CODcr in the biofilm channel type reactor according to the present invention.
도10은 본 발명에 의한 생물막 채널타입 반응기내의 유기물, 질소 및 인의 제거효율을 도시한 그래프10 is a graph showing the removal efficiency of organic matter, nitrogen and phosphorus in the biofilm channel type reactor according to the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호설명** Description of Signs of Main Parts of Drawings *
10. 생물막 채널타입 반응기 11. 환원채널 유니트10. Biofilm channel type reactor 11.Reduction channel unit
11a. 상판 11b. 하판11a. Top 11b. Bottom plate
11c. 지지대 11d. 연결관11c. Support 11d. Connector
11e. 구멍 12. 원통형 다공성관11e. 12. Cylindrical porous tube
13. 섬유담체 14. 산기관13. Fiber carrier 14. Diffuser
14a. 공기이송관 15. 혐기부패조14a. Air Transport 15. Anaerobic Corruption
16ab. 유입/유출 연결관16ab. Inflow / outflow connector
본 발명은 단일의 반응기안에서 호기성 및 혐기성 미생물의 적절한 생육환경을 각각 제공할 수 있도록 하여 호기성상태에서 유기질소 및 암모니아성 질소가 질산성질소로 산화되고, 혐기성 상태에서 활성슬러지로부터 인의 방출을 유도한 후, 방출된 인성분은 호기성 미생물에 의해 섭취되어 호기적으로 산화되고, 인을 과잉섭취한 호기성 미생물은 잉여활성슬러지지를 통해 제거하도록 하여 인을 제거할 수 있도록 하며, 혐기부패조(15)에서 질산성질소를 질소가스로 환원하여 대기중으로 방출시켜 탈질반응이 이루어지도록 하여 질소를 제거할 수 있도록 한다.The present invention is to provide an appropriate growth environment for aerobic and anaerobic microorganisms in a single reactor, so that organic nitrogen and ammonia nitrogen are oxidized to nitric acid in aerobic state, and induces the release of phosphorus from activated sludge in anaerobic state. , The released phosphorus component is ingested by the aerobic microorganisms and oxidized aerobically, the aerobic microorganisms ingesting excess phosphorus can be removed through excess activated sludge to remove phosphorus, and in the anaerobic decay tank (15) The acidic nitrogen is reduced to nitrogen gas and released into the atmosphere so that the denitrification reaction can be carried out to remove nitrogen.
본 발명에 의한 오·하수처리장치는 단일의 반응기내에서 호기성 및 혐기성 미생물의 적절한 생육환경을 제공하여 상기 미생물들의 기능을 연속적으로 유지시키기 위해서 생물막 채널타입 반응기(10)를 설치하여 생물막 외부에서는 호기적인 조건에 의해 암모니아의 산화를 촉진시키도록 하며, 생물막 내부에서는 혐기적인조건으로 질소와 인의 방출이 연속적으로 일어날 수 있도록 하여 탈질과 생물학적 탈인이 단일 반응기내에서 동시에 이루어질 수 있도록 한 것이다.The sewage and sewage treatment apparatus according to the present invention provides a suitable growth environment for aerobic and anaerobic microorganisms in a single reactor, and installs a biofilm channel type reactor 10 to continuously maintain the functions of the microorganisms. In order to accelerate the oxidation of ammonia under the conventional conditions, the release of nitrogen and phosphorus in the anaerobic condition can be continuously performed inside the biofilm so that denitrification and biological dephosphorization can be simultaneously performed in a single reactor.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 의한 호기 및 혐기성 생물막 채널타입 반응기(10)를 이용한 오·하수 처리장치 및 방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the sewage and sewage treatment apparatus and method using the aerobic and anaerobic biofilm channel type reactor 10 according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도1은 본 발명에 적용되는 오·하수 처리장치의 전체 단면도이고, 도2는 본 발명에 적용되는 오·하수 처리장치의 요부 확대 단면도 및 평면도이고, 도3은 본 발명에 적용되는 탈질과정을 도시한 공정도이고, 도4는 본 발명에 의한 생물막 채널타입 반응기(10)내의 용존산소농도의 경일변화를 도시한 그래프이고, 도5는 본 발명에 의한 생물막 채널타입 반응기(10)내의 pH변화를 도시한 그래프이고, 도6은 본 발명에 의한 생물막 채널타입 반응기(10)내의 암모니아성 질소의 경일변화를 도시한 그래프이고, 도7은 본 발명에 의한 생물막 채널타입 반응기(10)내의 질산성 질소의 경일변화를 도시한 그래프이고, 도8은 본 발명에 의한 생물막 채널타입 반응기(10)내의 인의 경일변화를 도시한 그래프이고, 도9는 본 발명에 의한 생물막 채널타입 반응기내(10)의 유기물 CODcr변화를 도시한 그래프이고, 도10은 본 발명에 의한 생물막 채널타입 반응기(10)내의 유기물, 질소 및 인의 제거효율을 도시한 그래프이고, 미도시부호 20은 유량조정조, 21은 유입구, 22는 스크린, 23은 홈, 24는 정량펌프, 25는 공기펌프, 30은 폭기조, 40은 침전조, 41는 에어리프트, 50은 여과조, 51은 여과조망, 52는 유출구이다.Figure 1 is an overall cross-sectional view of the sewage and sewage treatment apparatus applied to the present invention, Figure 2 is an enlarged cross-sectional view and a plan view of the main portion of the sewage and sewage treatment apparatus applied to the present invention, Figure 3 is a denitrification process applied to the present invention 4 is a graph showing changes in dissolved oxygen concentration in the biofilm channel type reactor 10 according to the present invention, and FIG. 5 shows pH changes in the biofilm channel type reactor 10 according to the present invention. 6 is a graph showing changes in ammonia nitrogen in the biofilm channel type reactor 10 according to the present invention, and FIG. 7 is a nitrate nitrogen in the biofilm channel type reactor 10 according to the present invention. FIG. 8 is a graph showing changes in phosphorus in the biofilm channel type reactor 10 according to the present invention, and FIG. 9 is a graph of organic matter in the biofilm channel type reactor 10 according to the present invention. Figure 10 is a graph showing the change in CODcr, Figure 10 is a graph showing the removal efficiency of organic matter, nitrogen and phosphorus in the biofilm channel type reactor 10 according to the present invention, 20 is a flow control tank, 21 is an inlet, 22 is Screen, 23 is groove, 24 is metering pump, 25 is air pump, 30 is aeration tank, 40 is sedimentation tank, 41 is air lift, 50 is filtration tank, 51 is filtration net and 52 is outlet.
도1은 본 발명에 적용되는 오·하수처리장치의 전체 단면도이다.1 is an overall sectional view of a sewage and sewage treatment apparatus applied to the present invention.
도시된 바와 같이 오·하수처리장치는 유량조정조(20), 폭기조(30),침전조(40), 여과조(50)로 구성하여 유입구(21)를 통해 유입된 유입수는 스크린(22)과 유량조정조(20)를 거쳐 생물막 채널타입 반응기(10)를 설치한 폭기조(30)로 유도되어 단일의 반응조내에서 생물막 외부의 호기적인 조건과 생물막 내부의 혐기적인 조건에 의해 질소와 인의 방출이 연속적으로 발생하여 탈질과 탈인이 동시에 이루어지도록 한다.As shown, the sewage and sewage treatment apparatus includes a flow adjusting tank 20, an aeration tank 30, a settling tank 40, and a filtration tank 50 so that the inflow water introduced through the inlet 21 is the screen 22 and the flow adjusting tank. It is led to the aeration tank 30 in which the biofilm channel type reactor 10 is installed via (20) to continuously release nitrogen and phosphorus by aerobic conditions outside the biofilm and anaerobic conditions inside the biofilm in a single reactor. Denitrification and dephosphorization are performed simultaneously.
상기 오·하수처리장치는 처리공정에 따라 유입구(21), 스크린(22), 유량조정조(20), 폭기조(30), 침전조(40), 여과조(50), 유출구(52)로 이루어지도록 구성되어 있는데, 상기 스크린(22)은 유입구(21)를 통해 유입되는 유입수 중에 뒤섞여 들어오는 모래, 찌꺼기 등의 협잡물을 걸러서 제거할 수 있도록 하여 후속 처리과정을 진행하는 반응조의 기능에 악영향을 미치지 않도록 한다.The sewage and sewage treatment apparatus is configured to consist of an inlet 21, a screen 22, a flow adjusting tank 20, an aeration tank 30, a settling tank 40, a filtration tank 50, and an outlet 52 according to a treatment process. The screen 22 may filter out and remove impurities such as sand and debris mixed in the inflow water flowing through the inflow port 21 so as not to adversely affect the function of the reactor for subsequent treatment.
상기 유량조정조(20)는 스크린(22)을 통해 유입되는 유입수를 균등하게 분배하기 위하여 정량펌프(24)로 폭기조(30)인 생물막 채널타입 반응기(10)로 이송하도록 하되, 하부에 홈(23)을 형성하여 미세한 입자의 침강을 유도하며 일정한 유기물의 부하를 유지할 수 있도록 한다.The flow rate adjustment tank 20 is to be transferred to the biofilm channel type reactor 10, which is an aeration tank 30, to the metering pump 24 in order to distribute the inflow water flowing through the screen 22 evenly, the groove 23 at the bottom ) To induce fine particles to settle and to maintain a constant organic load.
상기 폭기조(30)는 유량조정조(20)를 통해 유입된 유입수에 산소를 공급하여 산화작용 및 호기성세균에 의한 소화작용을 촉진하도록 하여 유입수를 정수하도록 하는 것인데, 상기 폭기조(30)에 본 발명에 의한 생물막 채널타입 반응기(10)를 설치하되, 환원채널 유니트(11)와 혐기부패조(15)로 구성하는데, 상기 환원채널 유니트(11)에는 다수개의 원통형 다공성관(12)을 형성하며, 각 원통형 다공성관(12)에는 망사형으로 연결되어 있는 환형구조의 섬유담체(13)를 뒤집어 씌워 상기 다공성관(12)을 감싸도록 형성하며, 하부에는 소정의 공간을 형성하고 있는 혐기부패조(15)를 구성한다.The aeration tank 30 is to supply oxygen to the inflow water introduced through the flow adjustment tank 20 to promote the oxidation and digestion by aerobic bacteria to purify the inflow water, the aeration tank 30 in the present invention The biofilm channel type reactor 10 is installed, but is composed of a reduction channel unit 11 and an anaerobic decay tank 15. The reduction channel unit 11 forms a plurality of cylindrical porous tubes 12, Cylindrical porous tube 12 is formed to cover the porous tube 12 by covering the fibrous carrier 13 of the annular structure connected in a mesh shape, the anaerobic decay tank 15 to form a predetermined space below ).
상기 침전조(40)는 경통을 침전조(40) 하부로부터 높이의 40%까지 설치하여 상기 폭기조(30)를 통해 유입수의 유입시 소류현상에 의한 슬러지의 재부상을 방지할 수 있도록 하고, 반송할 슬러지는 에어리프트(41)를 이용하여 상기 폭기조(30)로 반송할 수 있도록 하여 정수공정을 재실시하도록 하며, 상기 여과조(50)는 여과조망(51)을 형성하여 유출구(52)를 통해 배출되는 정수된 유입수내의 부유고형분에 의한 오염물 유출을 방지하도록 하며, 상기 유출구(52)를 통해 정화된 유량을 외부로 방출할 수 있도록 한다.The settling tank 40 is installed in the barrel up to 40% of the height from the bottom of the settling tank 40 to prevent the re-injury of the sludge due to the current flow during the inflow of the inflow water through the aeration tank 30, the sludge to be conveyed Is to be carried out to the aeration tank 30 by using the air lift 41 to perform the water purification process again, the filtration tank 50 is formed through the filtration mesh 51 is discharged through the outlet 52 It is possible to prevent the outflow of contaminants by suspended solids in the purified influent, and to discharge the purified flow rate through the outlets 52 to the outside.
도2는 본 발명에 적용되는 오·하수 처리장치의 요부 확대 단면도 및 평면도이다.2 is an enlarged cross-sectional view and a plan view of a main portion of the sewage and sewage treatment apparatus applied to the present invention.
도시된 바와 같이 폭기조(30)에 설치되는 생물막 채널타입 반응기(10)에는 망사형조직으로 이루어져 있는 환형구조의 섬유담체(13)를 형성한 다수의 공극이 형성된 원통형 다공성관(12)이 산기관(14)을 중심으로 다수개의 방사형태로 이루어진 환원채널 유니트(11)를 설치하도록 하고, 상부 양측면에는 유입연결관(16a)과 유출연결관(16b)을 형성하며, 하부에는 소정의 공간을 가진 혐기부패조(15)가 형성되게 구성한다.As shown, the biofilm channel type reactor 10 installed in the aeration tank 30 has a cylindrical porous tube 12 having a plurality of pores formed with a fibrous carrier 13 having an annular structure composed of a mesh structure. Reducing channel unit (11) consisting of a plurality of radial forms around the 14 to be installed, the inlet connecting pipe (16a) and the outlet connecting pipe (16b) is formed on both sides of the upper, having a predetermined space at the bottom Anaerobic decay tank 15 is configured to be formed.
상기 환원채널 유니트(11)는 상판(11a)과 하판(11b) 하부의 혐기부패조(15)와 연결이 되도록 원통형의 지지대(11c)를 형성하여 구성하되, 상기 상판(11a)과 하판(11b)에는 일정한 배열 즉, 산기관(14)을 중심으로 방사형태로 구멍을 형성하여 원통형 다공성관(12)의 안지름과 동일한 바깥지름을 갖는 길이 150㎜정도의 연결관(11d)을 일체로 형성되게 하고, 상기 연결관(11d)과 원통형 다공성관(12)이 결합되게 한다.The reduction channel unit 11 is formed by forming a cylindrical support (11c) to be connected to the anaerobic decay tank 15 of the upper plate (11a) and lower plate (11b), the upper plate (11a) and lower plate (11b) ) In a radial arrangement around the diffuser 14 to form a connection tube 11d of about 150 mm in length having an outer diameter equal to the inner diameter of the cylindrical porous tube 12. Then, the connecting pipe (11d) and the cylindrical porous tube 12 is to be coupled.
상기 원통형 다공성관(12)은 PVC나 폴리우레탄 재질의 소재를 사용하되, 상기 관(12)의 원주면상에는 다수개의 공극이 일정한 배열로 형성되게 하여 호기성 미생물 및 농도구배현상으로 인한 이동이 가능하도록 하며, 상기 원통형 다공성관(12)의 상부는 상판(11a)의 연결관(11d)과 결합되어 대기중으로 노출이 되도록 하여 질소가스의 방출이 가능하도록 하고, 하부는 하판(11b)의 연결관(11d)과 결합되어 폭기조(30)환경과 격리된 혐기부패조(15)와 연결되도록 한다.The cylindrical porous tube 12 is made of a material of PVC or polyurethane, but a plurality of pores are formed in a predetermined arrangement on the circumferential surface of the tube 12 to allow movement due to aerobic microorganisms and concentration gradient phenomenon. The upper portion of the cylindrical porous tube 12 is coupled to the connection pipe 11d of the upper plate 11a to be exposed to the atmosphere to allow the release of nitrogen gas, and the lower portion of the cylindrical porous tube 12 is connected to the lower plate 11b. 11d) is coupled to the anaerobic decay tank 15 isolated from the aeration tank 30 environment.
상기 원통형 다공성관(12)은 환형구조의 섬유담체(13)를 지지하는 역활을 하는 것으로, 상기 섬유담체(13)는 호기성 미생물이 대량 부착하여 증식될 수 있도록 하기 위해 생선비늘형태를 한 환형의 섬유담체(13)의 저면을 망사조직으로 형성하여 지지대역활을 하는 상기 원통형 다공성관(12)을 감싸도록 뒤집어 씌워 형성되게 하되, 상기 섬유담체(13)의 눈은 폴리에스텔 섬유를 소재로 하되, 크기는 3 ∼ 7㎜정도로 하는 것이 바람직 할 것이다.The cylindrical porous tube 12 serves to support the annular structure of the fibrous carrier 13, the fibrous carrier 13 has an annular form of fish scale in order to allow aerobic microorganisms to attach and proliferate in large quantities. The bottom surface of the fiber carrier 13 is formed by a mesh structure so as to cover the cylindrical porous tube 12 to support the support band formed so as to cover, the eye of the fiber carrier 13 is made of polyester fibers, It is preferable that the size be about 3 to 7 mm.
수중에서 공기의 흐름은 상향으로 부상하고, 환형 생물막담체의 망과 연결된 부분이 위로 향하며 선단은 아래로 향하되, 망의 수직방향과 환형의 중심각도가 30 ∼ 70°를 갖도록 하는데, 이는 공기의 부상을 일시적으로 방해하여 수중에서의 체류시간을 길게 연장해 줌으로써, 용존효과를 향상시키는 역활을 담당하며, 이 때의 생선비늘형태의 생물막담체의 길이는 20 ∼40㎜ 정도가 바람직 할 것이다.In the water, the air flows upward, the part connected to the web of the annular biofilm carrier is facing upwards, and the tip is directed downward, so that the vertical angle of the web and the center angle of the annulus are 30 to 70 °. Temporarily impedes the injury and extends the residence time in water to play a role in improving the dissolution effect. At this time, the length of the fish scale biofilm carrier is preferably about 20 to 40 mm.
상기 산기관(14)은 폭기조(30)내의 용존산소의 원활한 공급을 위해 환원채널 유니트(11)내에 설치하되, 생선비늘형태의 섬유담체(13) 선단에서 30 ∼ 70㎜를 이격하여 설치하도록 하며, 연결방식은 고정되지 않게 하여 하부에 형성된 혐기부패조(15)의 선단에 올려놓도록 하여 공기이송관(14a)을 통해 산소를 공급받아 폭기조(30)내에 적절한 산소를 방출할 수 있도록 한다.The diffuser 14 is installed in the reduction channel unit 11 for smooth supply of dissolved oxygen in the aeration tank 30, and is installed at a distance of 30 to 70 mm from the tip of the fish carrier-shaped fiber carrier 13. , So that the connection method is not fixed so that it is placed on the tip of the anaerobic decay tank 15 formed in the lower portion so that oxygen is supplied through the air transfer pipe 14a to release appropriate oxygen in the aeration tank 30.
상기 혐기부패조(15)는 환원채널 유니트(11)의 하판(11b)과 연결되게 하되, 소정의 공간을 형성하여 원통형 다공성관(12)을 통해 탈리된 생물막이 체류할 수 있도록 하여 시간의 경과에 따라 유기산을 발생하도록 함으로써, 탈질과정시 전자공여체로 이용될 수 있도록 하며, 탈인과정시 원통형 다공성관 내부로 유입된 미생물들이 방출한 인을 미생물들이 섭취하기에 용이하도록 하여 미생물의 체내에 인이 과잉축적되게 하는 역활을 한다.The anaerobic decay tank 15 is connected to the lower plate 11b of the reduction channel unit 11, but forms a predetermined space so that the biofilm detached through the cylindrical porous tube 12 can remain. By generating an organic acid according to the present invention, it can be used as an electron donor during the denitrification process, and the phosphorus in the body of the microorganism is made easy for the microorganism to ingest the phosphorus released by the microorganisms introduced into the cylindrical porous tube during the dephosphorization process. It acts as an overaccumulation.
상기 유입관(16a)과 유출관(16b)은 상부 소정의 위치에 유입수가 유입되며, 정수처리된 유입수가 유입 및 유출이 되도록 관을 형성하여 전·후폭기조와의 연결을 용이하도록 한다.The inflow pipe (16a) and the outflow pipe (16b) is the inflow water is introduced into a predetermined position in the upper, forming a pipe so that the purified inflow water inflow and outflow to facilitate connection with the front and rear aeration tank.
상기와 같이 본 발명은 단일의 폭기조(30)내에서 탈질과 탈인이 동시에 이루어질 수 있도록 한 것으로, 본 발명에 의해 진행되는 탈질과 탈인과정을 살펴보면 다음과 같다.As described above, the present invention allows denitrification and dephosphorization to be simultaneously performed in a single aeration tank 30. Looking at the denitrification and dephosphorization process performed by the present invention as follows.
폭기조(30)의 상부에 형성된 유입연결관(16a)을 통해 정수처리되어야 할 유입수가 유입되어 상기 폭기조(30) 뿐만 아니라 원통형 다공성관(12)내에도 다수의 공극을 통해 함께 채워지면, 산기관(14)은 공기펌프(25)로부터 공급받은 산소를 방출하여 폭기함으로써, 산화작용 및 호기성 미생물에 의한 소화작용을 촉진할 수 있도록 하는데, 일정시간이 경과하게 함에 따라 원통형 다공성관(12)에 형성되어 있는 환형구조의 섬유담체(13)의 표면에는 세균, 원생동물 및 후생동물 등의 호기성 미생물이 활발하게 부착증식되어 소정의 원통형 미생물막 채널이 형성된다.When the inflow water to be purified through the inlet connecting pipe 16a formed on the upper part of the aeration tank 30 is introduced and filled together through a plurality of pores not only in the aeration tank 30 but also in the cylindrical porous tube 12, 14 is to release the oxygen supplied from the air pump 25 to aeration, thereby promoting oxidation and digestion by aerobic microorganisms, which is formed in the cylindrical porous tube 12 as a certain time passes Aerobic microorganisms such as bacteria, protozoa, and welfare animal are actively attached and proliferated on the surface of the annular structure of the fiber carrier 13 to form a predetermined cylindrical microbial membrane channel.
상기 생물막 채널의 형성에 의해 생물막 채널의 내부인 원통형 다공성관(12)내에는 호기성조건의 유지에 필요한 용존산소가 부족하게 되어 결국 무산소상태(ORP:0 ∼ -150)가 유지되는데, 상기 생물막의 내부에는 호기성 미생물에 의해 유기물이 분해되며, 암모니아성 질소의 산화에 산소가 필요하기 때문에 일정시간이 경과함에 따라 상기 생물막 내부의 산소는 고갈되어 호기성 조건은 종료됨으로 인해 무산소상태를 유지하게 되는 것이다.The formation of the biofilm channel leads to a lack of dissolved oxygen necessary for maintaining aerobic conditions in the cylindrical porous tube 12 inside the biofilm channel, thereby maintaining an oxygen free state (ORP: 0 to -150). Organic matter is decomposed by aerobic microorganisms inside, and oxygen is required to oxidize ammonia nitrogen, and thus, oxygen is depleted in a certain time and the aerobic condition is terminated.
상기 생물막의 외부에는 포기에 의해 호기성상태(DO:5 ∼ 7㎎/ℓ)를 유지할 수 있도록 하여 단일 반응조에서 호기 및 혐기성의 조건이 동시에 형성이 되도록 하며, 도3에 도시된 바와 같이 상기 폭기조(30)내에 유입된 암모니아성 질소는 호기성 질산균에 의해 계속적으로 질산성 질소로 산화되고, 상기 산화물인 질산성 질소는 농도구배현상에 의해 원통형 생물막 채널내부로 이동하게 되어 혐기적인 상태하에서 탈질균에 의해 환원되어 질소가스로 전환된 후, 원통형 다공성관(12)을 통해 대기 중으로 방출되고, 이 때 탈질을 위한 전자공여체로서는 생물막 채널내부에 형성된 혐기성 생물막이 노화되어 탈리된 생물막의 분해생성물인 단쇄지방산이 제공되도록 한다.It is possible to maintain aerobic (DO: 5 ~ 7mg / L) by aeration to the outside of the biofilm to form aerobic and anaerobic conditions in a single reactor at the same time, as shown in Figure 3 the aeration tank ( The ammonia nitrogen introduced in 30) is continuously oxidized to a nitric acid nitrogen by aerobic nitric acid bacteria, and the oxide nitrate nitrogen is moved into the cylindrical biofilm channel by the concentration gradient phenomenon by denitrification bacteria under anaerobic conditions. After being reduced and converted to nitrogen gas, it is released into the atmosphere through the cylindrical porous tube 12. At this time, as an electron donor for denitrification, the anaerobic biofilm formed in the biofilm channel is aged and short-chain fatty acid, which is a decomposition product of the detached biofilm, is aged. To be provided.
상기 폭기조(30)내에 유입된 유입수 중에서 탈인되는 과정을 보면, 상기 유입수에 함유된 유기인 및 인산염인 중에 상기 인산염인은 호기성 미생물에 의해 바로 섭취가 되어 체내에 축적이 되며, 상기 유기인의 경우에는 농도구배현상에 의해 호기성상태에서 생물막 내부인 혐기성상태로 이동한 후, 혐기성상태에서 인을 방출하게 되며, 그 후 다시 생물막의 외부로 이동하여 호기성상태로 전환되면, 미생물은 대사과정에서 저급지방산을 섭취하면서 PHB합성을 하면서 혐기성상태에서 호기성상태로 이동한 인을 과잉섭취하게 되므로, 상기와 같이 인을 과잉축적한 미생물을 폐기함으로써 유입수로부터 인을 제거하도록 한다.In the process of dephosphorization from the inflow water introduced into the aeration tank 30, the phosphate phosphorus in the organic phosphorus and phosphate phosphorus contained in the inflow water is immediately ingested by the aerobic microorganisms and accumulated in the body, in the case of the organic phosphorus In the concentration gradient phenomenon, the aerobic state is moved from the aerobic state to the inside of the biofilm, and then, phosphorus is released from the anaerobic state, and then moved to the outside of the biofilm to switch to aerobic state, the microorganisms are lower fatty acids in the metabolic process While ingesting PHB synthesis while overingesting phosphorus moved from the anaerobic state to aerobic state, to remove the phosphorus from the influent by discarding the over-accumulated microorganisms as described above.
이상과 같이 본 발명에 의한 호기 및 혐기성 생물막 채널타입 반응기(10)를 이용한 오·하수 처리장치의 작용공정과 실험 실시례를 살펴보면 다음과 같다.Looking at the operation process and experimental example of the sewage and sewage treatment apparatus using the aerobic and anaerobic biofilm channel type reactor 10 according to the present invention as described above.
[실험조건][Experimental Conditions]
본 발명에서 이용된 오수의 물리·화학적 특성 및 실험조건은 아래의 표1과 같다.Physical and chemical properties and experimental conditions of the sewage used in the present invention are shown in Table 1 below.
본 발명에 의한 오·하수처리장치에 유입되는 오수의 용존산소(DO; Dissolved Oxygen)는 0.24 ∼ 1.2㎎/ℓ로 매우 낮은 농도를 유지하게 되고, 오수 중의 화학적 산소요구량(CODcr; Chemical Oxygen Demand)과 생화학적산소요구량(BOD5; Biochemical Oxygen Demand)는 각각 185 ∼ 315㎎/ℓ으로 평균 240㎎/ℓ으로 유기몰농도가 높고, 부유물질(SS; Susoended Solids)는 55 ∼ 120㎎/ℓ, 총질소는 30 ∼60㎎/ℓ으로 평균42㎎/ℓ이며, 암모니아성 질소는 18 ∼ 40㎎/ℓ으로 평균 33㎎/ℓ이며, 총 인은 1.9 ∼ 4.0㎎/ℓ으로 평균 3.3㎎/ℓ이며, pH는 6.7 ∼ 7.8을 나타내어 일반적인 오수의 성질을 나타내고 있음을 알 수 있다.Dissolved Oxygen (DO; Dissolved Oxygen) of the sewage flowing into the sewage treatment system according to the present invention is maintained at a very low concentration of 0.24 to 1.2 mg / l, and the chemical oxygen demand in the sewage (CODcr; Chemical Oxygen Demand) Biochemical Oxygen Demand (BOD 5 ) and Biochemical Oxygen Demand (BOD 5 ) are 185-315mg / l, 240mg / l on average, and high molarity of organic matter (SS) is 55-120mg / l, Total nitrogen was 30-60 mg / l, average 42 mg / l, ammonia nitrogen was 18-40 mg / l, average 33 mg / l, total phosphorus was 1.9-4.0 mg / l, average 3.3 mg / l PH shows 6.7-7.7, and it turns out that it shows the characteristic of general wastewater.
본 발명에 의한 실험예에서는 이와 같은 성질을 가진 오수를 미량 정량펌프를 이용하여 수리학적 체류시간(HRT)이 6.5hr, 유기물부하가 0.89kg-COD/㎥·d, 질소부하가 0.15kg-NH4/㎥·d, 총인의 부하를 11.3g-TP/㎥·d 그리고 공기는 1ℓ/min의 속도로 수족관에서 이용되는 소형공기펌프를 이용하여 주입하고, 공기 유량계를 이용하여 주입량을 일정하게 조절하도록 한다.In the experimental example according to the present invention, by using a micro-quantitative pump for sewage having such a property, the hydraulic retention time (HRT) was 6.5hr, the organic load was 0.89kg-COD / ㎥ · d, and the nitrogen load was 0.15kg-NH4. / ㎥ · d, the total phosphorus load is 11.3g-TP / ㎥ · d and the air is injected by using a small air pump used in the aquarium at a rate of 1ℓ / min, and the air flow meter is used to adjust the injection amount constantly. do.
또한, 용존산소의 경일변화 관찰을 위해 휴대용 산소전극(No. 57CL570W, TOA elctronics LTD, Japan)에 의해 측정되게 하고, 용존산소 측정기의 보정을 위해 습식방법인 윙클러 아지드화 변법도 병용하며, pH는 pH전극(model No.HM-20, toa Electronics, 55CC885W, Japan)에 의해 측정되도록 하고, 암모니아성 질소, 질산성 질소, 총인 그리고 화학적 산소요구량 등 일반적인 수질 측정에는 환경오염공정시험법과 미생물상의 조사에는 광학현미경(No. 27894, Meiji Techno Co.,LTD, Japan)이 이용하도록 한다.In addition, it is measured by a portable oxygen electrode (No. 57CL570W, TOA elctronics LTD, Japan) to observe the change in dissolved oxygen, and in combination with the wet method Winkler azide method to calibrate the dissolved oxygen measuring instrument, pH Should be measured by pH electrode (model No.HM-20, toa Electronics, 55CC885W, Japan) .For general water quality measurement such as ammonia nitrogen, nitrate nitrogen, total phosphorus and chemical oxygen demand, An optical microscope (No. 27894, Meiji Techno Co., Ltd., Japan) should be used.
[실험예 1 (용존산소농도의 경일변화)]Experimental Example 1 (Daily Change in Dissolved Oxygen Concentration)
도4는 생물막 채널타입 반응기(10)안에서의 용존산소농도의 경일변화를 도시한 것으로써, 용존산소는 유입구의 부분과 포기를 행하는 호기성부분 및 채널안쪽부분을 측정하였으며, 상기 유입구의 DO는 0.24 ∼ 1.2㎎/ℓ로 매우 낮은 농도로 유지되어 있는데, 이는 생활오수가 대부분 분뇨성분으로 이루어져 있으므로 높은 유기물농도에 기인한 산화현상에 의해 DO가 고갈되었기 때문이며, 포기를 행하고 있는 호기성부분에서는 공기교반과 더불어 실험을 시작한 지 5일 이후에 3㎎/ℓ전후의 농도를 보이고 있다.Figure 4 shows the change in dissolved oxygen concentration in the biofilm channel type reactor 10, the dissolved oxygen measured the portion of the inlet and the aerobic portion to give up and the inside of the channel, the DO of the inlet is 0.24 It is maintained at a very low concentration of ~ 1.2mg / l, because most of the living sewage is composed of manure components, which is due to DO depletion due to oxidation caused by high organic matter concentration. In addition, after 5 days from the start of the experiment shows a concentration around 3mg / ℓ.
하지만, 채널내부에는 실험초기의 경우 교반과 동시에 DO가 증가하는 경향을 보였으나, 실험을 시작한 지 약 8일 이후부터는 서서히 감소하기 시작하면서 15일 이후로는 유입부의 DO농도와 같은 정도로 유지되는 것을 알 수 있는데, 상기와 같은 실험결과는 채널의 외부에는 호기성이 유지되고 있음에도 불구하고 채널내부에는 혐기성의 상태로 전이되고 있음을 의미하는 것이다.However, in the beginning of the experiment, DO tended to increase with the agitation at the beginning of the experiment, but gradually decreased after about 8 days after the experiment was started, and after 15 days, the DO concentration remained the same. As can be seen, the above experimental results mean that the aerobic state is transferred to the inside of the channel even though aerobic is maintained outside the channel.
상기와 같은 현상의 원인으로는 폴리우레탄 섬유로 만들어진 담체 표면상에 미생물이 부착 증식하여 막을 형성함으로써, 용존산소가 먼저 고갈되며, 또한 미생물막에 의해 호기적인 상태와 혐기적인 상태가 확실히 구분되고 있음을 알 수 있으며, 상기와 같은 호기 및 혐기의 상태는 실험기간 동안 계속 유지되고 있음도 알 수 있다.As a cause of the above phenomenon, microorganisms adhere and proliferate on the surface of the carrier made of polyurethane fibers to form a membrane, and dissolved oxygen is depleted first, and the aerobic and anaerobic states are clearly distinguished by the microbial membrane. It can be seen that the state of the aerobic and anaerobic as described above is maintained for the duration of the experiment.
[실험예 2 (생물막 채널타입 반응기내의 pH변화)]Experimental Example 2 (Change of pH in Biofilm Channel Type Reactor)
도5는 생물막 채널타입 반응기(10)내의 pH변화를 도시한 것으로, 유입수 중의 pH는 6.7 ∼ 7.8을 나타내고 있고, 호기상태인 포기부분과 유출수의 경우에도 유입수와 큰 차이는 관찰되지 않고 있지만, 채널 내부의 pH는 실험을 시작한 지 약일주일 후에는 7.8정도로 증가하는 경향을 보이다가 그 후로는 서서히 감소하여 20일 후에는 6.5정도의 pH를 나타내는 것을 알 수 있는데, 상기의 실험결과는 채널 내부가 혐기성상태(ORP : 0 ∼ -150)로 유지되면서 탈리된 미생물막의 혐기적 분해에 의해 유기산이 형성되었기 때문이다.FIG. 5 shows the pH change in the biofilm channel type reactor 10. The pH in the influent shows 6.7 to 7.8, and no significant difference is observed between the inlet and the outflow even in the aeration state and the outflow. The internal pH tends to increase to about 7.8 after one week from the beginning of the experiment, and then gradually decreases to about 6.5 after 20 days. The experimental results show that the inside of the channel is anaerobic. This is because an organic acid was formed by anaerobic decomposition of the detached microbial membrane while maintaining the state (ORP: 0 to -150).
[실험예 3 (암모니아성 질소의 경일변화)]Experimental Example 3 (Daily Change of Ammonia Nitrogen)
도6은 생물막 채널타입 반응기(10)내의 암모니아성 질소의 경일변화를 도시한 것으로, 유입수 중의 암모니아성 질소는 18 ∼ 40㎎/ℓ으로 평균 33.0㎎/ℓ을 유지하고 있고, 이 때 총질소는 30 ∼ 60㎎/ℓ으로 평균 42㎎/ℓ을 나타내고 있으며, 상기 도6에서 알 수 있는 바와 같이 포기에 의한 호기성부분에는 암모니아의 산화에 의해 약 5㎎/ℓ이하의 낮은 농도를 나타내고 있으며, 유출수에서도 호기성부분과 큰 차이없이 약 8㎎/ℓ이하의 농도를 유지하고 있다.FIG. 6 shows the change of ammonia nitrogen in the biofilm channel type reactor 10, wherein the ammonia nitrogen in the influent is 18-40 mg / l and maintains an average of 33.0 mg / l. 30 to 60 mg / l on average, 42 mg / l, and as can be seen in FIG. 6, the aerobic portion by aeration gave a low concentration of about 5 mg / l or less by oxidation of ammonia, and effluent water. In addition, it maintains the concentration of about 8mg / l or less without significant difference with the aerobic part.
포기부분보다도 유출수의 암모니아성 질소의 농도가 다소 높은 경향을 알 수 있는데, 이는 침전조(40)부분에서의 질소 용출현상 때문이며, 채널 내부에서의 암모니아성 질소는 실험직후 서서히 감소하여 10일 후에는 20.0㎎/ℓ을 나타내며, 20일 후에는 10.0㎎/ℓ이하를 나타내고 있고, 실험이 종료될 때까지 유출수와 같은 수준을 유지하고 있는데, 상기의 결과는 유입된 암모니아성 질소가 호기적인 조건에서의 질산화 미생물에 의해 아질산성 질소 또는 질산성 질소로 활발히 산화되고 있음을 나타낸다.The concentration of ammonia nitrogen in the effluent is slightly higher than that of the aeration part. This is due to the nitrogen dissolution in the sedimentation tank 40. The ammonia nitrogen in the channel gradually decreases immediately after the experiment and 20.0 after 10 days. Mg / l, and after 20 days, it is 10.0mg / l or less, and it maintains the same level as the effluent until the end of the experiment. The above results indicate that the introduced ammonia nitrogen is nitrified under aerobic conditions. It is actively oxidizing to nitrite nitrogen or nitrate nitrogen by the microorganism.
[실험예 4 (질산성 질소의 경일변화)]Experimental Example 4 (Daily Change of Nitrate Nitrogen)
도7은 생물막 채널타입 반응기(10)내의 질산성 질소의 경일변화를 도시한 것으로, 유입수 중의 질산성 질소의 농도는 3.0㎎/ℓ이하의 농도를 유지하고 있지만, 포기에 의한 호기성상태로 전환되면서 급격히 증가하는 경향을 나타내다가 실험이 개시된 10일 이후에는 17㎎/ℓ정도를 나타내며, 40일 정도에서는 23.0㎎/ℓ이상을 나타내는 경우도 발생하게 되는데, 이것은 유입된 암모니아성 질소가 포기에 의해 증가된 용존산소는 질산화균의 증가를 유도하며, 질산화균은 암모니아를 적극적으로 산화하고 있음을 나타낸다.FIG. 7 illustrates the change in nitrate nitrogen in the biofilm channel type reactor 10. The concentration of nitrate nitrogen in the influent is maintained at a concentration of 3.0 mg / l or less, but is changed to an aerobic state by aeration. After 10 days of the experiment, it showed a tendency to increase rapidly, and then showed about 17 mg / l and about 40 days or more, and 23.0 mg / l or more, which was caused by aeration of ammonia nitrogen introduced. Dissolved oxygen leads to an increase in nitrifying bacteria, which indicates that they are actively oxidizing ammonia.
하지만 유출수부분에는 낮은 질산성 질소의 농도를 나타내고 있으며, 상기 도6에서 유출수 중의 암모니아의 농도가 낮게 나타낸 것은 반응기 중에 다른 형태의 질소(NO2-N)로 축적되어 있든지 N2O 또는 N2가스로 환원되어 공기 중으로 휘발되었기 때문이며, 상기 도7에서 알 수 있는 바와 같이 실험개시 후 12일 정도까지는 채널부분에서 질산성 질소가 약 10.0㎎/ℓ까지 증가하다가 다시 감소하여 20일 이후에는 유출수 농도와 같은 수준인 3.0㎎/ℓ이하를 유지한다.However, the effluent portion shows a low concentration of nitrate nitrogen, and the low concentration of ammonia in the effluent in FIG. 6 indicates that N 2 O or N 2 is accumulated as other types of nitrogen (NO 2 -N) in the reactor. This is because it was reduced to gas and volatilized into the air. As can be seen in FIG. 7, the nitrate nitrogen increased to about 10.0 mg / l in the channel portion until about 12 days after the start of the experiment, and then decreased again. Maintain the same level as 3.0 mg / L or less.
이것은 도4에서 알 수 있는 바와 같이 실험개시 후 약 8일 정도에서 채널부분의 용존산소농도가 급격히 감소하는데 이 때의 대부분의 용존산소는 유기물의 산화에 이용되었기 때문이며, 또 다른 이유로는 폴리우레탄 섬유의 섬유상 담체표면위에 미생물이 점차 부착 성장하여 미생물막의 두께가 두꺼워지고, 용존산소의 구배가 형성됨에 따라 산기관에서 공곱되는 산소가 채널내부까지 충분히 도달하지 않기 때문이며, 질산성 질소가 서서히 감소하는 현상은 채널내부가 혐기성으로 전환에 의한 암모니아를 산화시킬 수 있는 질화세균의 활성이 억제되기 때문이다.As can be seen in FIG. 4, the dissolved oxygen concentration of the channel portion rapidly decreased about 8 days after the start of the experiment, since most of the dissolved oxygen at this time was used for the oxidation of organic matter. The microorganisms gradually adhere to and grow on the surface of the fibrous carrier, and the thickness of the microbial membrane becomes thicker. As the dissolved oxygen gradient is formed, oxygen that is mixed in the diffuser does not reach the inside of the channel sufficiently, and the nitrate nitrogen gradually decreases. This is because the activity of nitrifying bacteria which can oxidize ammonia by conversion into anaerobic inside channel is suppressed.
[실험예 5 (생물막 채널타입 반응기내의 인의 경일변화)]Experimental Example 5 (Changes in Phosphorus Phosphorus in Biofilm Channel Type Reactor)
도8은 생물막 채널타입 반응기(10)내의 인의 경일변화를 도시한 것으로, 유입수 중의 총인은 1.9 ∼ 4.0㎎/ℓ으로 평균 3.3㎎/ℓ을 나타내고 있는데, 유출수에서는 실험개시 직후부터 서서히 감소하여 20일 후에는 0.5㎎/ℓ이하의 낮은 농도를 나타내고 있는데, 이와 같이 실험개시 후 20일 전후에 유출수의 총인농도의 현저한 감소현상은 채널내의 용존산소농도의 감소와 관련이 있다.FIG. 8 shows changes in phosphorus in the biofilm channel type reactor 10. The total phosphorus in the influent shows 1.9 to 4.0 mg / l, which is 3.3 mg / l on average. Later, the concentration was lower than 0.5 mg / l. Thus, a significant decrease in the total phosphorus concentration in the effluent 20 days after the start of the experiment was related to the decrease in the dissolved oxygen concentration in the channel.
Okada 등의 연구사례에 의하면[Okada M., Terazono K., Sudo R., "Removal of nutrient and BOD from soybean formation wastewater in aten-year-old sequncing batch reactor activated sludge process", Wat.Sci Tach., Vol.22, 85(1990)], Acinetobacter strain Br-2를 순수 배양하였을 때 용존산소가 0.1㎎/ℓ에서 poly-P가 합성되고, 0.5㎎/ℓ에서 인 섭취효율이 최대가 된다는 것을 알 수 있는데, 본 실험의 경우에 미생물막이 형성되면서 막의 두께에 따른 산소의 농도구배 형성이 인의 방출과 섭취에 대한 최적 분위기가 조성된다는 것을 알 수 있다.Okada et al. [Okada M., Terazono K., Sudo R., "Removal of nutrient and BOD from soybean formation wastewater in aten-year-old sequncing batch reactor activated sludge process", Wat. Sci Tach., 22, 85 (1990)], when pure Acinetobacter strain Br-2 was cultured, poly-P was synthesized at 0.1 mg / l dissolved oxygen and phosphorus intake efficiency was maximized at 0.5 mg / l. In the case of this experiment, it can be seen that as the microbial membrane is formed, the concentration gradient of oxygen according to the thickness of the membrane forms an optimum atmosphere for phosphorus release and intake.
[실험예 6 (생물막 채널타입 반응기내에서의 화학적 산소요구량 변화)]Experimental Example 6 (Chemical Oxygen Demand Change in Biofilm Channel Type Reactor)
도9는 생물막 채널타입 반응기(10)내에서의 유기물상태를 화학적 산소요구량으로 도시한 것으로, 유입오수 중의 CODcr은 185 ∼ 315㎎/ℓ으로 평균 240㎎/ℓ를 나타내고 있는데, 실험개시 직후부터 서서히 감소하여 10일 이후에는 약 150㎎/ℓ, 20일 이후에는 100㎎/ℓ, 30일 이후에는 10㎎/ℓ의 유기물 농도를 나타내고 있다.FIG. 9 shows the state of organic matter in the biofilm channel type reactor 10 as a chemical oxygen demand. The CODcr in the influent sewage is 185 to 315 mg / l, which is an average of 240 mg / l. After 10 days, the concentration was about 150 mg / L, 20 days after 100 mg / L, and 30 days after 10 mg / L.
유기물 농도가 서서히 감소하여 30일 이후에서 낮은 농도를 나타내는 이유는 생물막의 형성에 기인된 것이고, 폴리에틸렌 섬유담체(13) 표면위에 미생물이 형성되는 것은 실험개시 2주일이 지나서야 형성되기 시작하여 20일에는 외관상 약 10 ∼20㎜ 정도의 미생물막이 형성되므로 유기물의 효과적인 제거현상은 상기 미생물막이 형성된 후에 비로서 활성화되었다고 보아야 할 것이다.The reason for the low organic concentration after 30 days is due to the formation of the biofilm, and the formation of microorganisms on the surface of the polyethylene fiber carrier 13 began to form only two weeks after the beginning of the experiment. Since the appearance of the microbial film of about 10 to 20 mm is formed, the effective removal of the organic matter should be seen as activated after the formation of the microbial film.
[실험예 7 (유기물, 질소 및 인의 제거효율)]Experimental Example 7 Removal Efficiency of Organics, Nitrogen and Phosphorus
도10은 유기물, 질소 및 인의 제거효율을 도시한 것으로, 오수의 HRT가 6.5hr, 유기물, 질소 및 인의 부하가 각각 0.89㎏-CODcr/㎥·d, 0.15㎏-NH4/㎥·d, 11.3g-TP/㎥·d인 조건에서 유입된 유기물의 95%, 질소는 75% 그리고 인은 97% 이상이 제거되었음을 알 수 있으며, 상기와 같은 결과는 본 발명에 의한 생물막 채널타입 반응기 내에서 높은 미생물 농도, 담체의 충진에 의한 암모니아 충격부하 방지 등 호기성 및 혐기성 미생물의 활동조건이 충분히 보장되기 때문에 가능한 것이다.10 shows the removal efficiencies of organic matter, nitrogen and phosphorus, and the HRT of sewage is 6.5hr, the load of organic matter, nitrogen and phosphorus is 0.89kg-CODcr / m 3 · d, 0.15kg-NH 4 / m 3 · d, 11.3, respectively. It can be seen that more than 95% of organic matter, 75% of nitrogen and 97% of phosphorus have been removed under the conditions of g-TP / m 3 · d. The above results are high in the biofilm channel type reactor according to the present invention. This is possible because the active conditions of aerobic and anaerobic microorganisms, such as the concentration of microorganisms and the prevention of ammonia impact load by the filling of carriers, are sufficiently guaranteed.
이상과 같이 본 발명은 단일의 반응조내에서 호기성 및 혐기성 조건을 제공하여 계속적인 탈질과 탈인이 동시에 이루어질 수 있도록 한 유용한 발명으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시례 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.As described above, the present invention is a useful invention that provides continuous aerobic and anaerobic conditions by simultaneously providing aerobic and anaerobic conditions in a single reaction tank, and the present invention is available to those skilled in the art to which the present invention pertains. Various substitutions, modifications, and changes are possible without departing from the spirit of the present invention and are not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings.
본 발명은 생물막을 이용하여 호기성상태와 혐기성상태를 분명하게 분리되게 하여 상기 생물막 외부에서는 암모니아와 유기물의 산화가 이루어지도록 하고, 상기 생물막 내부에서는 탈질이 원활히 이루어지도록 함으로써, 단일의 반응조내에서 탈질과 탈인이 동시에 이루어지도록 하여 오수나 폐수의 정수시 질소와 인의 제거효율을 향상시키도록 하는 효과가 있으며, 오·하수처리장치를 설치시 부지면적을 줄일 수 있으며 부대시설 설비에 필요한 경비도 절감되어 경제적인 효과도 있다.The present invention allows the aerobic and anaerobic states to be clearly separated by using a biofilm to allow oxidation of ammonia and organic matter outside the biofilm, and to facilitate denitrification inside the biofilm, thereby allowing denitrification in a single reactor. It is effective to improve the removal efficiency of nitrogen and phosphorus when purifying sewage or waste water by simultaneously dephosphorization, and it can reduce the land area when installing sewage and sewage treatment system, and also reduce the cost required for additional facilities. There is also an effect.
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