KR100420301B1 - method and equipment for advanced wastewater-treatment - Google Patents
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Abstract
본 발명은 도시 하수의 질소 및 인 제거방법에 관한 것으로, 기존의 하·폐수 처리공정에서 유로를 변경하고 미생물 활성도 향상을 위한 일부의 장치를 추가하여 생물학적으로 질소와 인을 추가적으로 제거하는 고도하수처리 공법이다.The present invention relates to a method for removing nitrogen and phosphorus from municipal sewage, and the advanced sewage treatment which additionally removes nitrogen and phosphorus biologically by changing the flow path and adding some devices for improving microbial activity in existing sewage and wastewater treatment processes. It is a construction method.
본 발명은, 유사A2/O(Anaerobic/Aonxic/Oxic)시스템으로 전탈질과 후탈질 공정을 동시에 수행할 수 있도록 고안한 것으로, 유기물질과 영양염류를 동시에 제거할 수 있는 적어도 하나 이상의 반응조와 침사지, 전탈질조(1)를 직렬로 연결하고 경우에 따라 유입하수(6)를 분리시켜 후탈질조(3)로 우회(bypass)(11)시킬 수 있도록 하여 일부 유기물질을 전자공여체로서 이용되도록 한 것이다. 영양염류를 제거하기 위한 유기물이 부족한 점을 고려할 때 후탈질조(3)로 유입하는 일부 유입하수와 함께 외부탄소원(12)을 공급하여 후탈질 효과를 극대화하는 동시에 전탈질을 위한 내부순환비를 최소화한다. 또한, 전탈질조(1) 전반부는 인의 방출을 유도할 수 있는 협기성 상태로 운영할 수 있고 후반부는 제1 폭기조(2)로부터 내부순환(11)에 의해 무산소성 탈질조로 운영할 수 있다. 이러한 본 발명에 의해 유기물질과 영양염류를 동시에 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 기존 하수처리 공정의 개선을 위한 부지활용을 극대화할 수 있으며 전력소비 및 외부 탄소원을 줄일 수 있어 운영비가 절감되는 것이다.The present invention is designed to simultaneously perform pre-denitrification and post-denitrification with a similar A 2 / O (Anaerobic / Aonxic / Oxic) system, and at least one reaction tank capable of simultaneously removing organic substances and nutrients. Some organic materials can be used as electron donors by connecting the sedimentation basin and the total denitrification tank (1) in series, and in some cases, separating the influent sewage (6) and bypassing the rear denitrification tank (3). It was made possible. Considering the lack of organic substances to remove nutrients, the external carbon source (12) is supplied along with some inflow sewage flowing into the after-denitrification tank (3) to maximize the post-denitrification effect and at the same time improve the internal circulation ratio for total denitrification. Minimize. In addition, the first denitrification tank 1 may be operated in an aerobic state capable of inducing the release of phosphorus, and the second half may be operated as an anoxic denitrification tank by the internal circulation 11 from the first aeration tank 2. By the present invention can not only remove organic substances and nutrients at the same time, it can maximize the site utilization for the improvement of the existing sewage treatment process, it is possible to reduce the power consumption and external carbon source to reduce the operating cost.
Description
본 발명은, 하·폐수중의 질소 및 인을 제거하는 방법 및 장치에 관한 것으로 기존의 유기물 및 부유물질 처리공법을 개선하고자 하는 기본 개념에 관한 것이며, 상세하게는 기존의 도시하수 처리공정을 효율적으로 개선 내지는 개량하여 유기물뿐만 아니라 질소와 인의 제거효율을 현저하게 향상시키는 하수의 고도처리방법과 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for removing nitrogen and phosphorus from sewage and wastewater, and relates to a basic concept for improving an existing organic material and suspended solids treatment method, and more specifically, to an existing municipal sewage treatment process. The present invention relates to an advanced method for treating sewage and an apparatus for significantly improving the removal efficiency of nitrogen and phosphorus as well as organic matter.
부영양화가 진행되고 있는 하천이나 저수지에는 녹조나 적조와 같은 조류가 급속히 번식하여 여러 수질문제를 유발시킨다.Rivers and reservoirs where eutrophication is progressing rapidly breed algae such as green algae and red tide, causing various water quality problems.
따라서 부영양화를 방지하기 위하여 하·폐수 내의 영양염류 성분이 하천 등의 수역으로 유입되기 전에 제거되어야 하는 것이다.Therefore, in order to prevent eutrophication, nutrient components in the sewage and wastewater have to be removed before they enter the body of the river.
이러한 하·폐수 중의 질소 및 인을 처리하기 위한 방법으로는 물리화학적 처리방법과 생물학적 처리방법이 있다.Methods for treating nitrogen and phosphorus in sewage and wastewater include physicochemical treatment and biological treatment.
물리화학적 처리방법은 폐수의 수소이온농도(pH)를 증가시키면서 공기를 주입하여 질소를 암모니아 상태로 형성시켜 탈기하는 방법과 이온교환물질을 사용한 선택적 흡착방법으로 질소를 처리하고 소석회 등의 응집제를 사용하여 인을 침전 처리시키는 방법 등이다.The physicochemical treatment method involves injecting air while increasing the hydrogen ion concentration (pH) of the wastewater, forming nitrogen in ammonia, and degassing it by selective adsorption using ion exchange material and using flocculant such as slaked lime. To precipitate the phosphorus.
생물학적 처리방법은 바텐포(Bardenpho) 공정, A/O, A2O 그리고 연속회분식반응조(SBR:Sequencing Batch Reactor)등으로 미생물을 이용하여, 질소의 경우 호기성 조건 하에서 호기성 미생물에 의해 질산화 시키고, 질산염을 탈질화 과정 즉,Biological treatment methods include the use of microorganisms in the Bardenpho process, A / O, A 2 O and SBR (Sequencing Batch Reactor), and in the case of nitrogen, nitrification is carried out by aerobic microorganisms under aerobic conditions. Denitrification process ie
준혐기 미생물에 의해 질소기체로 환원시켜 제거한다. 인의 경우 혐기성 조건에서 유입하수와 미생물을 접촉시켜 인을 방출시킨 후 호기성 조건에서 그 미생물에 의해 인을 과량 섭취하는 방법으로 하수로부터 인을 제거한다.It is removed by nitrogen gas by quasi-anaerobic microorganisms. In the case of phosphorus, phosphorus is removed from the sewage by contacting the influent sewage with microorganisms under anaerobic conditions to release phosphorus and then ingesting excessive phosphorus by the microorganisms under aerobic conditions.
또한, 특허공개번호 제1999-454호(공개일자: 1999년01월15일, 특허출원 제1997-23366호)에 개시된 전해법을 이용한 질소·인 동시제거 장치는, 전기화학적 방법과 물리화학적 방법으로 폐수중의 유기물을 제거하는 전해법을 이용하여 질소와 인을 동시에 제거할 수 있는 장치에 관한 것으로, 특히 부영양화로 인한 수질오염의 주원인이 되고 있는 질소와 인을 철 전극을 사용한 전해응집반응과 공기접촉산화에 의해 질소와 인을 단일반응조 내에서 동시에 제거한다.In addition, the simultaneous removal of nitrogen and phosphorus using the electrolytic method disclosed in Patent Publication No. 1999-454 (published date: January 15, 1999, Patent Application No. 1997-23366), electrochemical method and physicochemical method The present invention relates to a device capable of simultaneously removing nitrogen and phosphorus by using an electrolytic method for removing organic matter from wastewater. Particularly, electrolytic coagulation reactions using iron electrodes with nitrogen and phosphorus, which are the main causes of water pollution due to eutrophication, Air contact oxidation removes nitrogen and phosphorus simultaneously in a single reactor.
상술된 바와 같이 폐수를 정화하기 위한 방법으로는 물리화학적 방법과 생물학적 처리방법 등이 있으며, 이를 통하여 부영양화에 따른 수역의 오염을 방지시키고 있다.As described above, methods for purifying wastewater include physicochemical methods and biological treatment methods, thereby preventing contamination of the water caused by eutrophication.
그러나, 물리화학적 처리방법은 처리비용이 많이 소요되고 운전상 고도의 기술이 필요하다는 문제점이 있다.However, the physicochemical treatment method has a problem in that a high processing cost is required and a high technology in operation is required.
또한, 생물학적 처리방법에 있어서는 질소처리공정에서 폐수 중의 유기물이호기성 상태에서 대부분 분해되어 후속되는 준혐기성 탈질공정에서는 유기물이 존재하지 않아 미생물의 내생호흡에 의해 질산성 질소가 탈질되므로 속도가 매우 느리게 되며, 질소제거 효율이 낮고 설비 자체가 대형화되어야 하는 문제점이 있었던 것이다.In the biological treatment method, the organic matter in the wastewater is mostly decomposed in the aerobic state in the nitrogen treatment process, and in the subsequent quasi-anaerobic denitrification process, the organic material does not exist and the nitrogen nitrate is denitrated by the endogenous breathing of microorganisms, which is very slow. However, there was a problem that the nitrogen removal efficiency was low and the facility itself had to be enlarged.
이는 종래의 하·폐수 공법이 유기물질의 제거를 주된 목적으로 하는 공법으로, 유기물질의 농도가 낮고 질소농도는 상대적으로 높은 우리나라 하수의 특성에 적합하지 않았던 것이어서 부영양화의 요인이 되는 상기 질소와 인과 같은 영양염류제거에는 한계가 있었던 것이다.This is the conventional sewage and wastewater method, which is mainly used for the removal of organic substances, and the nitrogen and causal factors, which are factors of eutrophication, were not suitable for the characteristics of Korean sewage with low concentrations of organic substances and relatively high nitrogen concentrations. The same nutrient removal had limitations.
그 실례로서, 종래의 처리방법에 의할 경우 질소제거율은 10-40%이고, 인의 제거율은 5-20% 정도인 것으로 확인되었으며, 바텐포(Bardenpho)공정, A/O, A2O 공정들을 폐수처리효율을 증가시키기 위해 내적 순환량을 폐수 유입량의 4배가량으로 유지하여야 하기 때문에 운영이 복잡하고 과도한 설비가 요구되며, 연속회분식반응조는 폭기조 하나로 1차 침전지, 폭기조 2차 침전지의 역할을 수행하기 때문에 연속적으로 발생하는 대규모 폐수의 처리가 곤란한 문제점이 있었던 것이다.For example, the nitrogen removal rate was 10-40% and the phosphorus removal rate was about 5-20% according to the conventional treatment method, and the Bardenpho process, A / O, and A 2 O processes were used. In order to increase the efficiency of wastewater treatment, the internal circulation must be maintained at about four times the amount of wastewater inflow. Therefore, the operation is complicated and excessive facilities are required. The continuous batch reactor serves as the primary sedimentation basin and the aeration basin secondary sedimentation basin. Because of this, there was a problem that it is difficult to treat a large amount of wastewater generated continuously.
본 발명은 상술된 문제점을 해소하기 위한 것으로, 유기물질의 농도가 낮고 질소농도는 상대적으로 높은 우리나라 하수 특성에 맞추어 하·폐수 중의 유기물, 질소, 인을 동시에 처리하는 방법과 장치를 제공함에 그 목적이 있는 것이다.The present invention is to solve the above problems, to provide a method and apparatus for simultaneously treating organic matter, nitrogen, phosphorus in the sewage and wastewater in accordance with the sewage characteristics of Korea, low concentration of organic substances and relatively high nitrogen concentration. Is there.
도 1은 본 발명의 고도 하수 처리 방법의 일실시예에 따른 구성을 나타내는 블럭도,1 is a block diagram showing the configuration according to an embodiment of the advanced sewage treatment method of the present invention,
도 2는 본 발명의 고도 하수 처리 방법의 다른 실시예에 따른 구성을 나타내는 블럭도,2 is a block diagram showing a configuration according to another embodiment of the advanced sewage treatment method of the present invention;
도 3은 본 발명의 고도 하수 처리 장치의 일실시예에 따른 개략구성도,3 is a schematic configuration diagram according to an embodiment of the advanced sewage treatment apparatus of the present invention,
도 4는 본 발명의 고도 하수 처리 장치의 다른 실시예에 따른 개략구성도,4 is a schematic configuration diagram according to another embodiment of the advanced sewage treatment apparatus of the present invention;
도 5는 본 발명의 하·폐수 처리방법과 장치에 따라 실제 유기물질 등의 제거율을 나타낸 표.Figure 5 is a table showing the removal rate of the actual organic matter, etc. according to the wastewater treatment method and apparatus of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1,10: 생물반응조 2, 21,22: 제1폭기조1,10: bioreactor 2, 21,22: first aeration tank
3,30: 후탈질조 4,40: 제2폭기조3,30: post-denitrification tank 4,40: second aeration tank
10a,20a,20c,20d: 분리벽 10b,20b: 통로10a, 20a, 20c, 20d: partition wall 10b, 20b: passage
11,12,13,14,15,16,17: 분리실 50: 최종 침전지11, 12, 13, 14, 15, 16, 17: Separation chamber 50: Final sedimentation basin
60: 외부탄소원주입장치 L1,L2,L3,L4,L5,L6,L7: 라인60: External carbon source injection device L1, L2, L3, L4, L5, L6, L7: Line
P2,P3,P4,P5,P6,P7: 통로P2, P3, P4, P5, P6, P7: Pathway
이를 위한 본 발명은 유입하수 중의 유기물의 이용을 극대화하여 전탈질 공정과 후탈질공정의 장점을 동시에 적용한 것으로, 유기물질과 영양염류를 동시에 제거할 수 있는 충분한 체류시간을 확보하기 위하여 1차 침전지를 생물반응조로 전환하여 질산화된 폭기조 유출수를 반송시켜 원수의 유기물질을 이용하여 전탈질 시키고, 유입원수를 후탈질조로 우회(bypass)시켜 후탈질조에서 전자공여체로써 이용되도록 하였으며, 외부탄소원 주입장치설비를 첨가하여 유기물이 상당량 부족한 여름철 우기에 대비하도록 한 것이다.The present invention for this purpose is to maximize the use of organic matter in the influent sewage at the same time to apply the advantages of the total denitrification process and the post-denitrification process, the primary sedimentation pond to ensure sufficient residence time to remove the organic material and nutrients at the same time By converting into a bioreactor, the nitrified aeration tank effluent is returned and denitrified by using organic material of raw water, and the influent is bypassed by a post-nitrification tank to be used as an electron donor in a post-nitrification tank. It was added to prepare for the summer rainy season when a significant amount of organic matter.
또한, 전탈질조의 전반부는 혐기성 조건으로 운영되어 인의 방출을 유도할 수 있고, 후반부는 제 1 폭기조내에서 생성된 질산염을 반송하여 제거하는 무산소조건의 탈질반응조 역할을 수행할 수 있다. 경우에 따라 유입원수와 내부순환의 운전보도를 바꾸어 수행하도록 하여 전탈질조를 혐기/무산소 혹은 무산소 반응조로 전환할 수 있어 전탈질 및 후탈질 효과를 극대화하고 제거효율을 증가시킨 것이다.In addition, the first half of the total denitrification tank may be operated under anaerobic conditions to induce the release of phosphorus, and the second half may serve as an anoxic denitrification tank for transporting and removing nitrates generated in the first aeration tank. In some cases, it is possible to convert the denitrification tank to anaerobic / oxygen-free or anoxic reaction tank by changing the operating reports of the inflow source and the internal circulation, thereby maximizing the denitrification and post-denitrification effects and increasing the removal efficiency.
본 발명은 첨부된 예시도면과 함께 상세히 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 고도 하수 처리 방법과 장치의 일실시예에 따른 구성을 나타내는 블록도에서 본 발명의 고도 하수 처리 방법은, 종래와 같이, 침사지에서 그릿(grit)이 제거된 하수 또는 폐수를 원수로 유입시켜 적어도 제1폭기조(2)에서 질산화 과정에 의해 질산염을 생성시키는 제1폭기단계, 상기 제1폭기단계에서 유입한 질산염을 후탈질조(3)에서 탈질미생물의 내생호흡이나 외부탄소원, 원수의 유기물질 등에 의해 질소가스로 탈기시키는 후탈질단계, 후탈질단계에서 생성된 질소가스를 제2폭기조(4)에서 탈기시켜 후속되는 최종 침전지(50)의 슬러지 침강성을 양호하게 함과 동시에 처리되지 않은 유기물, 암모니아성 질소 등의 오염물질을 산화시키는 제2폭기단계, 그 제2폭기단계후, 최종 침전지(50)에서 고액분리에 의해 정화된 상징액과 슬러지를 분리, 배출시키는 침전단계를 포함하며, 유기물질과 영양염류를 동시에 제거할 수 있는 유사A2/O(Anaerobic/Aonxic /Oxic)시스템으로 후탈질단계와 동시에 전탈질단계가 수행될 수 있도록 상기 침전단계에서 침전되어 배출되는 슬러지의 일부를 반송시켜 미생물 체류시간(SRT)동안 유지시키고, 상기 제1폭기단계로부터 폭기조 유출수를 생물반응조(1)로 반송시켜 상기 제1폭기단계이전에 유입원수로부터 전탈질을 시키는 생물반응단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.1 and 3, in the block diagram showing the configuration of the advanced sewage treatment method and apparatus of the present invention, the advanced sewage treatment method of the present invention, as conventional, grit in the settlement ) A first aeration step of generating nitrate by nitrification at least in the first aeration tank (2) by introducing the sewage or waste water from which the effluent is removed, and the nitrate introduced in the first aeration step in the after-denitrification tank (3). After the denitrification step of denitrifying microorganisms, denitrification step of degassing with nitrogen gas by external carbon source, organic material of raw water, etc. A second aeration step for improving sludge sedimentation and oxidizing untreated organic matter, ammonia nitrogen, and other contaminants, and after the second aeration step, is purified by solid-liquid separation in the final sedimentation basin 50. It includes sedimentation step that separates and discharges the supernatant and sludge, which is a similar A 2 / O (Anaerobic / Aonxic / Oxic) system that can remove organic substances and nutrients at the same time. Part of the sludge precipitated and discharged in the sedimentation step is returned to maintain the microbial residence time (SRT), and the aeration tank effluent from the first aeration step is returned to the bioreactor 1 before the first aeration step. It characterized in that it comprises a bioreaction step for the total denitrification from the inflow source.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 고도 하수 처리 방법의 다른 실시예에 따른 구성은, 유입원수를 빈영양상태의 슬러지와 접촉시켜 혐기성 조건에서 유입원수 중의 유기물을 이용하여 인을 방출함으로써 원수수질에 따라 탈질효율과 함께 탈인효율을 최대화하도록 질산화된 폭기조 유출수를 반송하는 위치가 라인(L7)을 분리시켜 생물반응조(1,10)의 전반부와 중반부로 조절된다.As shown in Figures 2 and 3, the configuration according to another embodiment of the advanced sewage treatment method of the present invention, by contacting the inlet source with the sludge in the nutrient nutrient state using phosphorus organic matter in the inlet source water under anaerobic conditions By discharging, the position for conveying the nitrified aeration tank effluent to maximize the denitrification efficiency along with the denitrification efficiency according to the raw water quality is controlled by separating the line L7 to the first half and the middle half of the bioreactors 1 and 10.
또한, 일부 유기물질이 전자공여체로서 이용되도록 유입원수를 분리시켜 후탈질조(3)로 우회(bypass)시키는 단계와, 이 경우, 영양염류를 제거하기 위한 유기물이 부족한 점을 고려할 때 후탈질 효과를 극대화하는 동시에 전탈질을 위한 내부순환비를 최소화하도록 후탈질조(3)로 유입하는 일부 유입원수와 함께 외부탄소원주입장치(60)로부터 탄소를 주입하는 단계를 추가로 포함한다. 즉, 내부순환율을 유입수량의 1배 내지 2배로 줄이고, 장마철에 유기탄소원의 부족으로 인한 탈질율감소를 방지시키도록 외부탄소원이나 원수의 일부를 우회시켜 후탈질조(3)로 유입시킨다.In addition, the step of separating the inflow water to bypass the denitrification tank (3) so that some organic material is used as an electron donor, and in this case, the post-denitrification effect in view of the lack of organic matter to remove nutrients Injecting carbon from the external carbon source injection device 60 together with some inflow water flowing into the after-denitrification tank 3 to minimize the internal circulation ratio for the total denitrification at the same time. That is, the internal circulation rate is reduced to 1 to 2 times the amount of inflow, and bypasses a portion of the external carbon source or raw water to flow into the after-denitrification tank (3) to prevent the denitrification rate decrease due to the lack of organic carbon source during the rainy season.
도 3에서, 본 발명의 고도 하수 처리 장치의 일실시예에 따른 구성은, 유기물질과 영양염류를 동시에 제거할 수 있는 유사A2/O(Anaerobic/Aonxic /Oxic)시스템으로 후탈질과 동시에 전탈질이 수행될 수 있도록 침사지에서 그릿(grit)이 제거된 하수 또는 폐수를 원수로 유입시켜 상기 최종 침전지(50)에 침전되어 배출되는 슬러지의 일부가 반송되어 미생물 체류시간(SRT)동안 유지되고, 상기 제1폭기조(2)로부터 폭기조 유출수가 반송됨으로써 상기 제1폭기조(2)의 상류에 유입원수로부터 전탈질을 시키기 위한 생물반응조(1)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 그 하류에 질산화 과정에 의해 질산염을 생성시키기 위한 제1폭기조(2)와, 상기 제1폭기조에서 유입한 질산염을 탈질미생물의 내생호흡이나 외부탄소원, 원수의 유기물질 등에 의해 질소가스로 탈기시키기 위한 후탈질조(3)와, 그 후탈질조(3)에서 생성된 질소가스를 탈기시켜 후속되는 최종 침전지(50)의 슬러지 침강성을 양호하게 함과 동시에 처리되지 않은 유기물, 암모니아성 질소 등의 오염물질을 산화시키기 위한 제2폭기조(4)와, 고액분리에 의해 정화된 상징액과 슬러지를 분리, 배출시키기 위한 최종 침전지(50)를 포함하여 구성된다.In Figure 3, the configuration according to an embodiment of the advanced sewage treatment apparatus of the present invention, a similar A 2 / O (Anaerobic / Aonxic / Oxic) system capable of removing organic substances and nutrients at the same time before and after denitrification Part of the sludge precipitated and discharged in the final sedimentation basin 50 is discharged to the raw water by introducing the sewage or wastewater from which the grit is removed from the settling basin so that denitrification can be carried out, and is maintained for the microbial residence time (SRT) The aeration tank effluent is conveyed from the first aeration tank (2), characterized in that it comprises a biological reaction tank (1) for denitrifying the inlet source water upstream of the first aeration tank (2). Further, downstream of the first aeration tank 2 for producing nitrate by nitrification process, and the nitrate introduced from the first aeration tank is degassed with nitrogen gas by endogenous breathing of denitrifying microorganisms, external carbon source, organic matter of raw water and the like. The denitrification tank 3 and the nitrogen gas produced in the post-denitrification tank 3 are degassed to improve the sludge settling properties of the final sedimentation basin 50, and untreated organic matter, ammonia nitrogen, and the like. And a second aeration tank 4 for oxidizing contaminants therein and a final sedimentation basin 50 for separating and discharging the supernatant and sludge purified by solid-liquid separation.
그 생물반응조(1)와 제1폭기조(2), 그 제1폭기조(2)와 후탈질조(3), 제2폭기조(4)와 최종 침전지(50)는 라인(L2,L3,L4)으로 연결되고, 최종 침전지(50)로부터 라인(L5)을 통해 폐슬러지가 배출된다.The bioreactor (1) and the first aeration tank (2), the first aeration tank (2) and the post-denitrification tank (3), the second aeration tank (4) and the final sedimentation basin (50) are lines (L2, L3, L4). Waste sludge is discharged from the final settling tank 50 through line L5.
도 4에서 본 발명의 고도 하수 처리 장치의 다른 실시예에 따른 구성은, 상기 유입원수를 빈영양상태의 슬러지와 접촉시켜 혐기성 조건에서 유입원수 중의 유기물을 이용하여 인을 방출함으로써 원수수질에 따라 탈질효율과 함께 탈인효율을 최대화하기 위해 질산화된 폭기조 유출수를 반송하는 위치를 생물반응조(10)의 전반부와 중반부로 조절할 수 있도록 제1폭기조(21,22)로부터 생물반응조(10)의 전반부와 중반부로 통로(P3)와 통로(P4)로 분리되어 연결된다. 생물반응조(10)와 제1폭기조(21,22), 그 제1폭기조(2, 21,22)와 후탈질조(3,30), 제2폭기조(4,40)와 최종 침전지(50)는 통로(P2,P3) 및 라인(L4)로 연결되고, 최종 침전지(50)로부터 라인(L5)을 통해 폐슬러지가 배출된다.4 is a configuration according to another embodiment of the advanced sewage treatment apparatus of the present invention, denitrification according to the raw water quality by contacting the inlet water with the sludge of the poor nutrition state by releasing phosphorus using organic matter in the inlet water under anaerobic conditions From the first aeration tank (21, 22) to the first half and the middle portion of the bioreactor (10) to adjust the position to return the nitrified aeration tank effluent to the front and the middle of the bioreactor (10) to maximize the dephosphorization efficiency with efficiency The passage P3 and the passage P4 are separated and connected. The bioreactor 10 and the first aeration tank 21, 22, the first aeration tank 2, 21, 22, the post-denitrification tank 3, 30, the second aeration tank 4, 40 and the final settling basin 50. Is connected to the passages P2 and P3 and the line L4, and the waste sludge is discharged from the final settling tank 50 through the line L5.
또, 일부 유기물질을 전자공여체로서 이용하기 위해 유입원수를 분리시켜 후탈질조(30)로 우회(bypass)시키도록 상기 생물반응조(10)와 후탈질조(30)가 통로(P6)로 연결되고, 이 경우, 영양염류를 제거하기 위한 유기물이 부족한 점을 고려할 때 후탈질 효과를 극대화하는 동시에 전탈질을 위한 내부순환비를 최소화하도록 후탈질조(30)로 유입원수의 유입과 함께 탄소를 주입하기 위한 외부탄소원주입장치(60)를 추가로 포함할 수 있다. 즉, 내부순환율을 유입수량의 1배 내지 2배로 줄이고, 장마철에 유기탄소원의 부족으로 인한 탈질율 감소를 방지시키기 위해 외부탄소원이나 원수의 일부를 우회시켜 후탈질조(30)로 유입시키도록 구성될 수 있다.In addition, the bioreactor 10 and the post-denitrification tank 30 are connected to the passage P6 to separate the inflow water to bypass some of the organic materials as the electron donor to bypass the post-nitriding tank 30. In this case, in consideration of the shortage of organic substances for removing nutrients, carbon with the inflow of inflow of raw water into the after-denitrification tank 30 to maximize the post-denitrification effect and minimize the internal circulation ratio for pre-denitrification. It may further include an external carbon source injection device 60 for injection. That is, the internal circulation rate is reduced to 1 to 2 times the amount of inflow, and in order to prevent the denitrification rate due to the lack of the organic carbon source during the rainy season, bypass the external carbon source or part of the raw water to be introduced into the after-denitrification tank 30. Can be.
또, 질산화를 위한 폭기조내 미생물의 농도를 탈질조의 1.5배 내지 2.0배로 증가시켜 겨울철 저수온이나 질산화 저해물질 유입에 따른 영향을 저감시키고, 상기 생물반응조(1,10)는, 기존의 1차 침전지를 활용하여 부족한 수리학적 체류시간을 확보하는 것이 바람직하다.In addition, by increasing the concentration of microorganisms in the aeration tank for nitrification to 1.5 times to 2.0 times of the denitrification tank to reduce the effects of low water temperature or nitrification inhibitors in winter, the bioreactors (1,10), the existing primary sedimentation It is desirable to secure insufficient hydraulic residence time.
또, 적어도 하나 이상의 반응조와 침사지, 생물반응조(10)를 직렬로 연결하고, 기존의 병렬로 구성되어 있는 폭기조의 전·후반부를 절개한 후 직렬로 연결하여 내부 칸막이공사 없이 반응조를 호기성 및 무산소조로 구분될 수 있다. 즉, 생물반응조(10)은, 서로 엇갈린 통로(10b,20b)를 제외하고는 다수의 분리벽(10a)으로 분리되는 다수의 분리실(11,12,13,14,15,16,17)로 구성되어 체류시간이 길게 되며, 제1폭기조(21,22)도 분리벽(20a,20c)으로 분리되고 통로(P8) 및 통로(20b)로 연결되는 분리실(21,22)로 구성되고, 하나의 탱크(20)를 분리벽(20C,20d)으로 구분하여 제1폭기조(21,22)와 후탈질조(30) 및 제2폭기조(40)가 형성된다. 분리벽(20d)는 상하로 따라서, 2개의 탱크(10,20)로 구성될 수 있어, 컴팩트하게 구성될 수 있게 된다. 또, 세퍼레이터(20e)를 구비함으로써 미생물의 농도차에 따른 침전, 분리가 가능하고, 경사판형태로 하여 각도를 조절함으로써 경사판상에 축적된 누적 미생물을 조절,분리시키는 것이 가능하게 된다.In addition, at least one reaction tank, the settling basin, and the biological reaction tank 10 are connected in series, and the inlet and the rear half of the existing aeration tank are incised and connected in series, thereby connecting the reactors to the aerobic and anoxic tank without internal partition construction. Can be distinguished. That is, the bioreactor 10 is divided into a plurality of separation chambers (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17) separated by a plurality of separation walls (10a) except for the passages (10b, 20b) intersected with each other It is composed of a long residence time, the first aeration tank (21, 22) is also composed of the separation chamber (21, 22) is separated by the separation wall (20a, 20c) and connected to the passage (P8) and the passage (20b) The tank 20 is divided into separation walls 20C and 20d to form first aeration tanks 21 and 22, post-denitrification tanks 30, and second aeration tanks 40. The partition wall 20d can be composed of two tanks 10 and 20 along the top and bottom, so that the partition wall 20d can be configured compactly. In addition, the separator 20e allows sedimentation and separation according to the concentration difference of the microorganisms, and by adjusting the angle in the form of an inclined plate, it is possible to control and separate the accumulated microorganisms accumulated on the inclined plate.
위와 같은 본 발명은, 최종 침전지(50)로부터 연속적으로 슬러지가 반송되고, 이 반송슬러지는 생물반응조(1,10)의 전반부로 유입되며 슬러지내에 존재하는 질산염을 완전히 탈질시킨다. 침사지에 유입되어 그릿(grit)이 제거된 하·폐수 원수를 빈영양상태의 슬러지와 접촉시켜 혐기성 조건에서 유입원수 중의 유기물을 이용하여 인을 방출할 수 있게 한다. 생물반응조(1,10)의 중반부에서는 제1폭기조(2,21,22)에서 질산화 과정에 의해 생성된 질산염을 라인(7) 또는통로(P7)을 통해 내부순환하여 무산소 조건에서 탈질과 탈인반응에 의해 유기물과 질소, 인을 동시에 제거하게 되며 용존된 암모니아성 질소는 제1폭기조(2, 21,22)로 유입하게 된다. 제1폭기조(2, 21,22)에서는 호기성 조건으로 운전되어 질산화 미생물에 의해 질산화 되고, 방출된 인을 과잉 섭취하게 된다. 질산화 반응에 의해 생성된 질산염을 유입 원수량의 1배 내지 3배가 생물반응조(1,10)의 중반부로 이송되며, 나머지는 후탈질조(3,30)로 유입하게 된다. 후탈질조(3,30)로 유입한 일부 질산염은 탈질미생물의 내생호흡이나 외부탄소원, 원수의 유기물질 등에 의해 질소가스로 탈기되며 후속되는 제2폭기조(4,40)로 유입된다. 제2폭기조(4,40)에서는 상기에서 생성된 질소가스를 탈기시켜 후속되는 최종침전지(50)의 슬러지 침강성을 양호하게 하는 역할을 하는 동시에 처리되지 않은 유기물, 암모니아성 질소 등의 오염물질을 산화시키는 역할을 수행하게 된다. 최종침전지(50)는 고액분리에 의하여 슬러지와 정화된 상징액과 분리하는 역할을 수행하게 되며 정화된 상징액은 최종적으로 유출된다. 침전된 슬러지는 일부 반송되어 미생물 체류시간(SRT)을 유지하고, 일부는 폐기하여 인을 과잉 섭취한 슬러지와 함께 처리함으로써 인을 제거한다. 반송슬러지는 생물반응조(1,10)로 연속적으로 유입하여 활성슬러지 농도(MLSS)를 유지하는 단계로 이루어진 하·폐수 처리방법이다.In the present invention as described above, the sludge is continuously conveyed from the final settling basin 50, the sludge is introduced into the first half of the bioreactor (1, 10) and completely denitrate the nitrate present in the sludge. The sewage and sewage raw water, which has been removed from the settling ground and removed the grit, is brought into contact with the nutrient sludge so that phosphorus can be released by using the organic matter in the influent water under anaerobic conditions. In the middle of the bioreactor (1,10), the nitrate produced by the nitrification process in the first aeration tank (2, 21, 22) is internally circulated through the line (7) or the passage (P7) to denitrify and dephosphorize under anoxic conditions. By removing organic matter, nitrogen, phosphorus at the same time, dissolved ammonia nitrogen is introduced into the first aeration tank (2, 21, 22). In the first aeration tank (2, 21, 22) is operated under aerobic conditions, nitrified by nitrifying microorganisms, and excessive intake of the released phosphorus. One to three times the amount of nitrate produced by the nitrification reaction is transferred to the middle part of the bioreactors 1 and 10, and the rest is introduced into the post-denitrification tank 3 and 30. Some nitrates introduced into the after-denitrification tanks 3 and 30 are degassed by nitrogen gas by endogenous breathing of denitrification microorganisms, external carbon sources, and organic matters of raw water, and are subsequently introduced into the second aeration tanks 4 and 40. In the second aeration tanks 4 and 40, the nitrogen gas generated above is degassed to improve the sludge settling property of the final settler 50, and at the same time, oxidize untreated organic matter, ammonia nitrogen, and other contaminants. It will play a role. The final settler 50 serves to separate the sludge and the purified supernatant by solid-liquid separation, and the purified supernatant is finally discharged. Precipitated sludge is partially returned to maintain microbial retention time (SRT), and some are discarded to remove phosphorus by treating it with excess sludge. Return sludge is a sewage and wastewater treatment method consisting of continuously flowing into the bioreactor (1, 10) to maintain the activated sludge concentration (MLSS).
여기서, 일반적으로 영양염류 제거공정에서는 제1폭기조(2, 21,22)에서 생성된 질산염 내부순환 라인(L7) 또는 통로(P7)는, 원수내의 제거대상 물질의 변화에 따라 전탈질조(1)의 전반부와 중반부로 유입될 수 있도록 분리되는 것이 바람직하며, 생물반응조(1,10) 전체를 탈질반응을 위한 무산소조건과 인 방출을 위함 혐기성 조건 및 무산소 조건을 동시에 수행할 수 있도록 하여 하수의 특성에 따라 운전모드를 전환할 수 있도록 한 것이다.In general, in the nutrient removal process, the nitrate internal circulation line L7 or the passage P7 generated in the first aeration tanks 2, 21, and 22 is a total denitrification tank 1 according to the change of the substance to be removed in the raw water. It is preferable to separate so that it can be introduced into the first half and the middle half of the c), and the entire bioreactor (1,10) can be carried out at the same time to perform both anaerobic and anaerobic conditions for denitrification and phosphorus release. The operation mode can be switched according to the characteristics.
유기물질의 농도가 낮고 질소농도는 상대적으로 높은 우리나라 하수의 특성때문에 질소와 인과 같은 영양염류 제거에는 한계가 있다. 본 발명은 유입하·폐수의 일부를 후탈질조(3,30)로 라인(L6) 또는 통로(P6)를 통해 우회(bypass)시킬 수 있도록 하여 후탈질조(3,30)에서 탈질속도를 증가시킬 수 있게 된다.Due to the characteristics of the sewage in Korea, where the concentration of organic substances is low and the nitrogen concentration is relatively high, the removal of nutrients such as nitrogen and phosphorus is limited. The present invention allows a portion of the inflow and wastewater to be bypassed through the line L6 or the passage P6 to the post-denitrification tanks 3 and 30 to increase the denitrification rate in the post-denitrification tanks 3 and 30. You can increase it.
이러한 경우에 전탈질 반응에 의해 제기되지 않은 질산염을 후탈질 반응에 의해 완전히 제거함으로써 질소 제거효율을 극대화하고 내부순환율을 감소시켜 동력소비를 최소화하며 생물반응조(1,10)와 후탈질조(3,30)의 장점만을 도입하여 영양염류 처리효율을 극대화하고 제한된 유기물질을 최대한 이용하는 경제적인 이점을 도모한 것이다. 한편, 장마와 태풍 등으로 인한 강우가 여름철에 집중되어 있는 국내 기후의 특성 때문에 희석효과에 의해 유기물이 상당량 부족하여 생물학적 영양염류 제거가 어려울 때 일반적으로 사용되는 메탄올 등과 같은 외부탄소원을 공급할 수 있는 외부탄소원주입장치(60)를 이용하여 후탈질조(3,30)에서의 탈질속도를 향상시켜 질소제거효율을 향상시키고자 한 것이다.In this case, the nitrates not raised by the total denitrification reaction are completely removed by the post-denitrification reaction to maximize the nitrogen removal efficiency, reduce the internal circulation rate, minimize the power consumption, and reduce the bioreactor (1,10) and post-denitrification tank ( By introducing only the benefits of 3,30), it maximizes the efficiency of nutrient processing and promotes economic benefits of making the most of limited organic materials. On the other hand, due to the characteristics of the domestic climate where rainfall due to rainy seasons and typhoons are concentrated in the summer, it is possible to supply external carbon sources such as methanol, which are commonly used when it is difficult to remove biological nutrients due to the dilution effect. It is to improve the nitrogen removal efficiency by improving the denitrification rate in the after-denitrification tank (3,30) by using the carbon source injection device (60).
본 발명은 유기물질이 부족하여 생물학적 영양염류 처리가 어렵다는 전제와 유기물과 부유성 오염물질만을 제거할 수 있는 기존 하·폐수처리시설을 고도처리시설로 업그레이드(upgrade)하기 위한 기본적인 개념을 포함하는 것으로, 내부순환 라인(L7) 또는 통로(P7)와 유입하수를 분리시켜 운영모드를 전환하여 전탈질반응과 후탈질반응을 동시에 극대화 할 수 있고 특수한 상황에 따라 외부로부터 탄소원을공급하여 후탈질속도를 증가시켜 질소제거효율을 향상시킨 것이다.The present invention includes a premise that it is difficult to treat biological nutrients due to lack of organic materials and a basic concept for upgrading an existing sewage and wastewater treatment facility capable of removing only organic matter and floating pollutants to an advanced treatment facility. By separating the internal circulation line (L7) or passage (P7) and the influent sewage, the operating mode can be switched to maximize the total denitrification reaction and the post-denitrification reaction at the same time. By increasing the nitrogen removal efficiency is improved.
예시 도면 도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 하·폐수처리 방법과 장치를 나타낸 설명도로서, 본 발명은 유기물질의 농도가 낮고 질소농도는 상대적으로 높은 우리나라 하수의 특성에 맞추어 하·폐수 중의 유기물, 질소, 인을 동시에 처리하는 방법과 장치를 제공하고 있다.Exemplary drawings Figures 1 to 4 are explanatory views showing the wastewater and wastewater treatment method and apparatus according to the present invention, the present invention according to the characteristics of the sewage and wastewater in accordance with the characteristics of the domestic sewage with a low concentration of organic substances and a relatively high nitrogen concentration Provided are methods and apparatus for simultaneously treating organic matter, nitrogen and phosphorus.
이러한 본 발명의 하·폐수 처리방법과 장치에 따라 도 5에 나타낸 표에서와 같이, 유기물질(COD) 280mg/L, 총질소 30mg/L, 정인산염(ortho-P) 3mg/L 농도인 도시하수를 유입시킨 결과, 유기물질은 20mg/L, 총질소는 6mg/L, 정인산염은 0.5mg/L로 감소함을 관찰할 수 있었으며, 그 제거효율은 각각 93%, 80%, 83% 이었다. 또한 강우로 인해 질소제거율이 급격히 감소하는 여름철에 외부탄소원을 후탈질조(3)에 주입한 결과 총질소가 5mg/L 이하로 감소하여 80% 이상의 질소제거율이 관찰되었다.According to the sewage and wastewater treatment method and apparatus of the present invention, as shown in the table shown in FIG. 5, the concentration of organic matter (COD) 280mg / L, total nitrogen 30mg / L, ortho-P 3mg / L concentration As a result of the inflow of sewage, the organic matter was reduced to 20mg / L, total nitrogen was 6mg / L, and phosphate was 0.5mg / L. The removal efficiencies were 93%, 80% and 83%, respectively. . In addition, as a result of injecting an external carbon source into the after-denitrification tank (3) during the summer when the nitrogen removal rate was rapidly decreased due to rainfall, total nitrogen was reduced to less than 5 mg / L, and the nitrogen removal rate was more than 80%.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 유기물질과 인뿐만 아니라 국내 하·폐수에서 문제가 되고 있는 암모니아성 질소를 동시에 제거할 수 있는 효과가 있으며, 운영모드의 전환을 통하여 하·폐수의 성장과 기후적인 특수성에 대하여 유연성 있는 대응이 가능하며 내부순환 등에 의한 동력소비를 절감할 수 있고 제한된 유기물질을 최대한 이용하여 영양염류 제거를 향상시켜 운영비가 절감되는 효과가 있는 것이다. 또한 종래의 1차침전지, 폭기조, 최종침전지로 구성된 생물학적 하·폐수처리시설을 기본으로 1차 침전지를 탈인 및 탈질반응을 위한 생물반응조로 전환하여 본 발명을 구상함으로써 고도처리시설로의 업그레이드가 가능하여 부지확장 없이 기존의 시설의 이용을 극대화 할 수 있는 것이다.As described above, according to the present invention, there is an effect of simultaneously removing ammonia nitrogen, which is a problem in domestic sewage and wastewater as well as organic substances and phosphorus, and the growth and climate of sewage and wastewater through the change of operation mode. It is possible to respond flexibly to specific specificities, to reduce power consumption by internal circulation, and to reduce the operating cost by improving nutrient removal by using limited organic materials to the maximum. In addition, it is possible to upgrade to an advanced treatment facility by converting the primary sedimentation basin into a bioreactor for dephosphorization and denitrification based on a biological sewage and wastewater treatment facility composed of a conventional primary sedimentation cell, aeration tank, and a final sedimentation cell. Therefore, it is possible to maximize the use of existing facilities without site expansion.
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