KR100424999B1 - Controlling system and method of sequencing batch reactor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 용존산소농도 측정을 통해 폭기종료시점과 비폭기-교반시간을 결정하는 연속식 회분 반응기(SBR)의 운전 제어시스템 및 운전 제어방법에 관한 것으로서, 연속식 회분반응기에서 용존산소의 변화량을 측정하여 유기물과 암모니아가 완전히 산화하는 지점을 인지함과 더불어 산화된 질산이 질소가스로 완전히 환원되는 시점을 파악하여 유입 오/폐수의 수질변동에 따라 탄력적으로 운전 가능하며, 고도처리가 가능하여 처리수의 수질을 개선에 크게 이바지 할 수 있다. 이러한 제어는 용존산소의 모니터링과 이에 연관된 단순 연산을 통하여 조작되므로 운전방법이 간단하다.The present invention relates to an operation control system and an operation control method of a continuous batch reactor (SBR) for determining aeration end point and non-aeration-stirring time by measuring dissolved oxygen concentration. It is possible to measure the point where oxidized nitric acid is completely reduced to nitrogen gas by measuring the point where organic matter and ammonia are completely oxidized, and can operate flexibly according to the water quality fluctuations of influent wastewater. We can greatly contribute to improvement of water quality of water. These controls are operated through monitoring of dissolved oxygen and related simple calculations, thus simplifying the operation method.
Description
본 발명은 용존산소농도를 측정하여 연속식 회분 반응기의 운전 제어시스템및 운전 제어방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 오/폐수 유입구, 폭기장치, 교반장치, 및 처리수 배출구를 구비하며 용존산소농도 측정을 통해 폭기종료시점과 비폭기-교반시간을 결정하는 연속식 회분 반응기(SBR)의 운전 제어시스템 및 운전 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to an operation control system and an operation control method of a continuous ash reactor by measuring dissolved oxygen concentration, and more particularly, has a waste water inlet, an aeration device, a stirring device, and a treated water outlet, and measures the dissolved oxygen concentration. The present invention relates to an operation control system and an operation control method of a continuous ash reactor (SBR) for determining aeration end point and non-aeration-stirring time.
연속식 회분반응기(Sequencing Batch Reactor, SBR)는 강제유입과 강제유출이 단시간에 이루어 지도록 구성되어 일정시간의 반응이 회분식으로 진행되며, 각각의 공정은 원수의 유입(fill), 반응(reaction), 침전(settle), 배출(draw) 그리고 휴지기(idle)로 구성된다. 유입과 반응 구간 동안 원수의 유입과 더불어 반응이 진행되며, 반응이 종료된 후 미생물들이 플럭(floc)을 이루며 침전되고, 처리된 상등수는 배출된다. 새로운 유입은 잠시 동안의 휴지기를 거치고 나서 시작된다.Sequencing Batch Reactor (SBR) is composed of forced inflow and forced outflow in a short time so that the reaction of a certain time is carried out in batch. Each process is composed of raw water inflow, reaction, It consists of a settle, a draw and an idle. During the inflow and reaction period, the reaction proceeds with the inflow of raw water, and after completion of the reaction, microorganisms flocculate and settle, and the treated supernatant is discharged. New inflows begin after a short pause.
일반적으로 연속회분식 반응기는 운전비용이 적게 소요되며, 이차 침전지가 불필요하여 최소 부지면적이 요구되므로 소규모 처리시설에 적합한 것으로 알려졌다. 또한 사상균의 제어가 용이하며 시공이 간편하여 폐수의 안정적 관리 측면에서 매우 바람직한 공정이다. 또한 SBR 공정은 "침전구간" 또는 "반응구간"에서 무산소 혼합을 이용하여 유기물뿐만 아니라 탈질반응도 추가적으로 일어날 수 있어 오/폐수의 처리에 있어서 이 반응장치의 사용은 더욱 늘어나고 있는 추세이다.In general, Batch reactors are known to be suitable for small-scale treatment facilities because they require a low operating cost and require no secondary settling sites, requiring a minimum land area. In addition, the control of filamentous bacteria is easy and the construction is simple, which is a very desirable process in terms of stable management of wastewater. In addition, in the SBR process, denitrification reactions as well as organic matter may be additionally performed by using anoxic mixing in the “sedimentation section” or “reaction section”, and thus the use of this reactor in the treatment of wastewater is increasing.
하수 또는 오/폐수의 영양염류인 질소화합물은 호수, 하천 및 해양 등 수계의 부영양화의 원인이 되며, 특히 암모니아는 그 자체가 독성이 있어 수생 생물에게 독성을 나타내고, 아질산염이온(NO2)은 혈액중에 혜모글로빈과 결합하여 태아에게 치명적인 메테모글로비네미아(Methemoglobinemia)라는 질병을 유발시키며 또한 아민과 반응하여 발암물질인 니트로스아민(Nitrosamine)을 만든다. 또 질산화 과정을 거치면서 산소를 다량 소모하여 수계의 무산소 상태를 만들기도 한다. 따라서 인산염(PO4)과 다른 영양염과 같이 존재하면 세포내의 물질로 전환되어 조류의 발생을 유발시킬 수 있다. 이러한 이유로 우리나라를 비롯한 세계 여러 나라는 질소의 각 형태별로 기준치를 정하여 수질을 관리하고 있다. 상기와 같은 문제점을 가지고 있는 질소화합물의 영양염류를 제거하기 위한 탈질소 과정을 거처야 한다.Nitrogen compounds, which are nutrients in sewage or sewage / wastewater, cause eutrophication of water systems such as lakes, rivers, and the ocean.In particular, ammonia itself is toxic and therefore toxic to aquatic organisms, and nitrite ions (NO 2 ) In combination with haemoglobin, it causes a disease called methemoglobinemia, which is lethal to the fetus, and also reacts with amines to produce nitrosamine, a carcinogen. In addition, the nitrification process consumes a large amount of oxygen to create an oxygen-free state of the water system. Therefore, when present together with phosphate (PO 4 ) and other nutrients, it can be converted into intracellular substances and cause the development of algae. For this reason, Korea and many other countries in the world manage water quality by setting standard values for each type of nitrogen. Denitrification process to remove the nutrients of the nitrogen compound having the above problems must go through.
국내에서도 SBR 처리방법의 특허와 실용신안 등이 보고되었으나 이들의 상당수가 복잡한 구성의 반응조와 슬러지처리시설 및 유인관리로 이루어진 것들로는, 대한민국 특허공개공보 제2000-0036569호에 개시된 SBR 공법은 질화, 탈질, 인 과잉 섭취의 기본적 생물학적 원리와 선회와류식 표면폭기기를 특징으로 하고 있다. 대한민국 특허공개공보 제2001-0028648호는 연속회분식 반응조의 생물학적 질소, 인 제거에 있어서 폭기를 중지한 경우에 NO3-N2에 의한 인제거 효율저하를 방지하기 위하여 반응조 내부에 침전 슬러지에 덮게를 만들어 인의 방출을 막는 기술을 개시하고 있다. 대한민국 특허공개공보 제2000-0033238호는 반응조에 미생물 고정담체를 충진하여 상하로 이동하며 교반기를 작동하는 것이 특징이며, 대한민국 특허 제118160호는 반응조의 상등액 배출에 따른 커튼월 장치와 작동원리 등을 특징으로 하는 방법이고, 대한민국 특허공개공보 제1999-015325호의 탈질, 탈인 박테리아를 이용한 하수처리 역시 단일 반응조가 아닌 혐기조, 무산소조, 침전조 등으로 여러단계의 개별 시설을 구비하고 제오라이트 분말을 첨가한 에틸렌그레콜수지에 미생물을 흡착고정한 담체를 이용한 처리방법이다.Patents and utility models of SBR treatment methods have been reported in Korea, but many of them consist of complex reactors, sludge treatment facilities, and manned management.The SBR method disclosed in Korean Patent Publication No. 2000-0036569 is nitriding. It is characterized by basic biological principles of denitrification, phosphorus excess and vortexing surface aeration. Korean Patent Laid-Open Publication No. 2001-0028648 discloses a method of covering sludge sludge inside a reactor in order to prevent a decrease in phosphorus removal efficiency by NO 3 -N 2 when aeration is stopped in biological nitrogen and phosphorus removal in a continuous batch reactor. The technique to prevent the release of phosphorus is disclosed. Republic of Korea Patent Publication No. 2000-0033238 is characterized by operating the stirrer by filling the reaction tank with a microbial fixation carrier up and down, the Republic of Korea Patent No. 118160 is a curtain wall device and operation principle according to the discharge of the supernatant of the reactor The sewage treatment using denitrification and dephosphorus bacteria of Korean Patent Publication No. 1999-015325 is also an anaerobic tank, anoxic tank, and sedimentation tank. It is a treatment method using a carrier which is fixed to adsorption of microorganisms in the call resin.
그러나, 현재 사용되고 있는 SBR을 포함한 오/폐수 처리장치의 운전 방법은 일정량의 체류시간을 가지는 고정된 프로세스로 유입수질의 변동에 탄력적으로 운영이 매우 어렵게 구성 되어있다. 따라서 유입 원수에 함유된 처리대상물질의 농도가 낮거나 높을 경우 처리시간만 길게 유지되어 처리설비의 경제성이 확보되지 않거나 미처리된 대상물질이 방류수에 포함되어 처리수가 악화되는 결과를 가져오게 된다. 따라서, 유입수의 수질에 연동하여 관리될 수 있는 제어시스템의 개발이 매우 필요한 시점이고, 이는 최근 날로 발전되는 제어장치 등의 하드웨어 및 소프트웨어 기술의 발달로 그 가능성이 점점 확보되고 있다.However, the operating method of the sewage / wastewater treatment system including SBR, which is currently used, is a fixed process with a certain amount of residence time, which is very difficult to operate flexibly due to fluctuations in inflow water quality. Therefore, if the concentration of the target material contained in the incoming raw water is low or high, only the treatment time is kept long and economic efficiency of the treatment facility is not secured or untreated target material is included in the discharged water, resulting in deterioration of the treated water. Therefore, the development of a control system that can be managed in conjunction with the water quality of the inflow is very necessary time, which is increasingly secured by the development of hardware and software technologies such as control devices that are being developed in recent days.
최근 이러한 유입수질의 변동에 대하여 산화환원전위(ORP)를 이용한 자동제어에 대한 기술이 한국특허공개공보 제 2001-10216호에 개시되었다. 그러나 ORP를 이용하여 반응 종료시점(제어점)을 파악하는 것은 오수/폐수의 성상 변화 및 ORP의 변화를 유도하는 인자가 아래 식 1과 같이 많기 때문에 여전히 그 적용이 어려워 ORP를 이용한 자동제어방법은 아직까지도 실제 현장에 적용되지 못하고 있으며 용존산소의 농도를 이용한 자동제어 방법은 SBR 공정에서 산화 과정만이 포함되어 최근 자연환경에 영향을 많이 주는 부영양화물질인 질소제거에 그 적용이 불가능하므로 이의 개선이 요구되고 있다.Recently, a technique for automatic control using the redox potential (ORP) to the fluctuation of the influent water quality has been disclosed in Korea Patent Publication No. 2001-10216. However, it is still difficult to apply the end point of the reaction (control point) using ORP because the factors that induce the change of sewage / wastewater and the change of ORP are as follows. It is not applied to the actual site, and the automatic control method using the dissolved oxygen concentration is not applicable to the removal of nitrogen, which is an eutrophic material that affects the natural environment recently because only the oxidation process is included in the SBR process. It is becoming.
본 발명에서는 이러한 ORP 및 용존산소를 이용한 제어의 불완전 점들을 보완하고자 수중의 용존산소의 농도 특성을 파악하여 유기물의 산화시점을 파악하고 그 산화시점을 이용하여 유입수의 암모니아의 함유량 및 질산이온의 생성량을 계산함으로써 탈질완료 시점까지의 반응시간을 도출하여 SBR공정의 제어효과를 극대화하여 안정된 처리 수질을 확보하는데 있다.In the present invention, in order to compensate for the incomplete points of the control using ORP and dissolved oxygen, the concentration characteristics of dissolved oxygen in water are grasped to determine the oxidation time of organic matter, and the ammonia content and the amount of nitrate ions generated in the influent using the oxidation time. By deriving the reaction time until the denitrification completion point to maximize the control effect of the SBR process to ensure a stable treated water quality.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명의 목적은 유입수질의 변동에 관계없이 유입수의 유기물 및 질소화합물을 안정적으로 처리하는 연속식 회분반응기의 운전 제어시스템을 제공하는 것이다.In order to solve the problems of the prior art as described above, it is an object of the present invention to provide an operation control system of a continuous batch reactor for stably treating organic matter and nitrogen compounds of influent regardless of fluctuations in influent quality.
또한, 본 발명은 유입 오/폐수의 수질변동에 따라 탄력적으로 운전 가능하며, 반응기의 운전이 간단한 연속식 회분 반응기의 운전 제어방법을 제공하는 것이다.In addition, the present invention is to provide a method for controlling the operation of a continuous batch reactor that can be operated elastically in accordance with the water quality fluctuations of the influent sewage / wastewater, the operation of the reactor is simple.
도 1은 연속식 회분반응기를 나타내는 개략도이다.1 is a schematic view showing a continuous batch reactor.
도 2a는 본 발명의 실시예 1에 따른 반응기내 용존산소농도와 암모니아 변화량을 나타내는 그래프이고, 도 2b는 도2a에 나타난 용존산소의 변화량을 시간에 따른 변화량()으로 나타낸 그래프이다.Figure 2a is a graph showing the dissolved oxygen concentration and ammonia change in the reactor according to Example 1 of the present invention, Figure 2b is the amount of change in dissolved oxygen shown in Figure 2a over time ( Is a graph.
도 3a는 본 발명의 실시예 2에 따른 유입 암모니아 농도와 폭기반응종료시점까지 소요된 시간의 상관관계를 나타내는 그래프이고, 도 3b는 유입암모니아농도에 따른 생성된 질산성 질소의 상관관계를 나타내는 그래프이다.Figure 3a is a graph showing the correlation between the inlet ammonia concentration and the time taken until the end of the aeration reaction according to Example 2 of the present invention, Figure 3b is a graph showing the correlation of the produced nitrogen nitrate according to the inflow ammonia concentration to be.
도 4는 탈질반응에서 시간당 탈질되는 질산성 질소의 농도를 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing the concentration of nitrate nitrogen denitrated per hour in the denitrification reaction.
도 5는 식당오수 유입수의 COD 농도분포를 나타낸 그래프이다.Figure 5 is a graph showing the distribution of COD concentration of drinking water intake.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은In order to achieve the above object, the present invention
오/폐수의 처리를 위한 연속식 회분 반응기(Sequencing Batch Reactor)의 운전 제어시스템에 있어서,In the operation control system of a sequencing batch reactor for the treatment of sewage / wastewater,
(a) 타이머 및 용존산소농도 측정 센서를 포함하는 측정부,(a) a measuring unit including a timer and a dissolved oxygen concentration sensor;
(b) 상기 측정된 시간 및 용존산소 농도를 입력받아 시간에 따른 용존산소농도의 변화량()값을 계산하여 폭기종료시점을 결정하고, 오/폐수 유입시점 또는 폭기시작시점부터 폭기종료시점까지의 반응시간을 계산하는 반응시간 연산 모듈과,(b) the amount of change in dissolved oxygen concentration over time by receiving the measured time and dissolved oxygen concentration ( A reaction time calculation module for determining the end point of aeration by calculating a value, and calculating the reaction time from the point of inflow of waste water or the start of the aeration to the end of the aeration,
상기 계산된 반응시간과 하기 수학식 2, 및 수학식 3를 이용하여 비폭기-교반시간을 계산하는 비폭기-교반시간 연산 모듈을 포함하는 연산부,An operation unit including a non-aeration-stirring time calculation module for calculating a non-aeration-stirring time by using the calculated reaction time and Equation 2 and Equation 3 below;
(c) 상기 연산부에서 계산된 폭기종료시점을 이용하여 폭기장치의 동작을 제어하는 폭기장치 제어 모듈과, 상기 연산부에서 계산된 비폭기-교반시간을 이용하여 교반장치의 동작을 제어하는 교반장치 제어 모듈을 포함하는 제어부로 구성된 연속식 회분 반응기의 운전 제어 시스템에 관한 것이다:(c) an aeration device control module for controlling the operation of the aeration device using the aeration end point calculated by the calculation unit, and a stirring device control for controlling the operation of the agitation device using the aeration-stirring time calculated in the calculation unit. An operational control system for a continuous batch reactor consisting of a control unit comprising a module:
상기 식에서,Where
Y는 유입된 오/폐수의 암모니아 농도,Y is the ammonia concentration of the introduced sewage / wastewater,
X는 폭기시작시점 또는 오/폐수 유입시점부터 폭기종료시점까지의 반응시간,X is the reaction time from the start of the aeration or from the inflow of wastewater to the end of the aeration,
a 및 b는 상수이고,a and b are constants,
상기 식에서,Where
Y는 유입 암모니아 농도,Y is the incoming ammonia concentration,
Z는 반응기내 생성된 질산성 질소 농도,Z is the concentration of nitrate nitrogen produced in the reactor,
c 및 d는 상수이다.c and d are constants.
또한, 본 발명은In addition, the present invention
(i) 타이머가 운전시간을 측정하고, 용존산소농도 측정 센서가 반응기내의 용존산소농도를 측정하는 단계,(i) the timer measuring the operating time and the dissolved oxygen concentration sensor measuring the dissolved oxygen concentration in the reactor,
(ii) 연산부가 상기 측정된 시간 및 용존산소 농도를 입력받아 시간에 따른 용존산소농도의 변화량()값을 계산하는 단계,(ii) the calculation unit receives the measured time and dissolved oxygen concentration and changes the dissolved oxygen concentration according to time ( Calculating the value,
(iii) 상기 연산부가 계산된 용존산소농도 변화량()에 따라 폭기종료시점을 결정하는 단계,(iii) the dissolved oxygen concentration change calculated by the calculation unit ( Determining when to end aeration,
(iv) 상기 제어부가 폭기종료시점에 폭기장치의 작동을 중단시키는 단계,(iv) the control unit stopping the operation of the aeration apparatus at the end of the aeration,
(v) 상기 연산부가 오/폐수 유입시점 또는 폭기시작시점부터 폭기종료시점까지의 반응시간을 계산하는 단계,(v) calculating the reaction time from the point of inflow or wastewater inflow or aeration to the end of aeration, by the calculation unit;
(vi) 상기 연산부가 계산된 반응시간과 하기 수학식 2을 이용하여 유입된 오/폐수의 암모니아 농도를 계산하는 단계(vi) calculating the ammonia concentration of the introduced wastewater / wastewater using the calculated reaction time and the following Equation 2
[수학식 2][Equation 2]
Y = aX + bY = aX + b
상기 식에서In the above formula
Y는 유입된 오/폐수의 암모니아 농도Y is the ammonia concentration of the introduced sewage / wastewater
X는 폭기시작 시점 또는 오/폐수 유입시점부터 폭기종료시점까지의 반응시간,X is the reaction time from the start of aeration or from the inflow of wastewater to the end of aeration,
a 및 b는 상수이며,a and b are constants,
(vii) 상기 연산부가 계산된 암모니아 농도와 하기 수학식 3를 이용하여 반응기내에 생성된 질산성 질소 농도를 계산하는 단계(vii) calculating the nitrate nitrogen concentration generated in the reactor by using the calculated ammonia concentration and Equation 3 below;
[수학식 3][Equation 3]
Z = cY + dZ = cY + d
상기 식에서,Where
Y는 유입 암모니아 농도,Y is the incoming ammonia concentration,
Z는 반응기내 생성된 질산성 질소 농도,Z is the concentration of nitrate nitrogen produced in the reactor,
c 및 d는 상수이며,c and d are constants,
(viii) 상기 연산부가 계산된 질산성 질소 농도로 탈질율(d(NO3 -농도)/dt)를 나누어 비폭기-교반시간을 계산하는 단계, 및(viii) calculating a non-aeration-stirring time by dividing the denitrification rate (d (NO 3 − concentration) / dt) by the calculated nitrate nitrogen concentration;
(ix) 상기 제어부가 계산된 비폭기-교반시간에 교반장치의 동작을 중단시키는 단계를 포함하는 오/폐수 처리를 위한 연속식 회분 반응기(Sequencing Batch Reactor)의 운전제어방법에 관한 것이다.(ix) the control method of the continuous batch reactor (Sequencing Batch Reactor) for sewage / wastewater treatment comprising the step of stopping the operation of the stirring device at the calculated non-aeration-stirring time.
이하에서, 본 발명을 더욱 자세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명은 반응기내 용존산소농도 측정을 통한 연속식 회분 반응기의 제어 시스템에 관한 것으로, SBR 공정에서 유기물 및 탈질이 완료되는 것을 파악하여 유입수질의 변동에 연동하여 안정한 처리수질을 확보하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a control system of a continuous batch reactor by measuring the dissolved oxygen concentration in the reactor, to identify the completion of organic matter and denitrification in the SBR process relates to a method for securing a stable treated water quality in conjunction with the fluctuation of influent water quality. will be.
일반적으로 오/폐수 처리를 위한 SBR반응기는 오/폐수 유입구, 폭기장치, 교반장치, 및 처리수 배출구를 구비하며, 여기서 본 발명의 SBR 반응기에 타이머, 용존산소(DO)농도, 수위조절센서(TWL, BWL)등의 검출센서를 포함하는 검출부와 상기 센서들의 검출치에 대응하는 전력펄스 신호를 출력하는 인터페이스 및 마이크로프로세스 제어하에 상기 인터페이스로부터 인가되는 전력펄스 신호치에 따라 상기 센서들의 검출치를 각각의 예비설정치로 유지하는 제어장치로 이루어지고, SBR 반응기에 장착되거나 별도로 연결된 공정 제어시스템이다. 일반적인 연속식 회분 반응기에 의한 오/폐수처리는 유입기(Fill time), 반응기(React time), 침전기(Settler time), 유출기(Decant time) 및 휴지기(Idle time)등의 5가지 공정이 1조내에서 이루어진다.In general, the SBR reactor for wastewater / wastewater treatment includes a wastewater inlet, aeration device, agitator, and treated water outlet, wherein the SBR reactor of the present invention includes a timer, dissolved oxygen (DO) concentration, and a water level control sensor ( A detection unit including a detection sensor such as TWL and BWL), an interface for outputting a power pulse signal corresponding to the detection value of the sensors, and a detection value of the sensors according to a power pulse signal value applied from the interface under microprocess control. It is a process control system that consists of a control device that maintains a pre-set value of, and is attached to a SBR reactor or connected separately. Wastewater treatment by the general continuous batch reactor includes five processes such as Fill time, React time, Settler time, Decant time and Idle time. It is made in one set.
1) 폐수유입기: 반응조의 최대용량에 25%∼100%의 폐수(유지물)를 유입한다, 이때 통상 1싸이클의 시간분율로 25% 시간이 소요된다.1) Wastewater inflower: 25% -100% of wastewater (maintain) is introduced into the maximum capacity of the reactor, which usually takes 25% of the time per cycle.
2) 반응기: 반응조의 최대용량인 100%의 폐수를 1 주기의 시간분율로 35% 시간동안 공기폭기와 교반을 하며 유기물질 제거, 탈질, 탈인반응이 수행되는 공정으로 혐기공정에서는 탈질반응 및 인의 방출을 유도하고 유기 질소는 암모니아의 형태로 가수분해한다. 연속되는 호기조건에서 인의 과잉섭취를 유도하며 질산화가 완료된다. 본 반응기는 폭기-교반 구간과 비폭기-교반구간으로 나누어진다.2) Reactor: A process in which 100% of the wastewater, the maximum capacity of the reactor, is agitated with air aeration for 35% of the time in one cycle, and organic material removal, denitrification, and dephosphorization are carried out. Induces release and organic nitrogen hydrolyzes in the form of ammonia. Under continuous aerobic conditions, excessive intake of phosphorus leads to nitrification. The reactor is divided into aeration-stirring section and non-aeration-stirring section.
3) 침전기: 1 주기당 시간분율의 20% 시간동안 침전을 이루는데, 폭기와 교반을 중지하고 활성 슬러지의 침전물(flock)을 중력 침전시켜 상징수와 분리한다.3) Precipitator: Sedimentation takes place for 20% of the time fraction per cycle. Stop aeration and agitation, gravity precipitate the activated sludge and separate it from supernatant.
4) 유출기: 1 주기당 시간분율의 15% 시간동안 상징수를 모터 등을 이용 유출하며, 적정량으로 쌓인 슬러지 또한 유출한다.4) Outflower: Symbolic water is discharged by using a motor for 15% of the time fraction per cycle, and sludge accumulated in an appropriate amount is also spilled.
5) 휴지기: 1 주기당 시간분율의 5% 시간동안 다음주기가 시작되기 전에 대비하는 기간이며 필요에 따라 교반이나 폭기과정을 갖기도 한다.5) Rest period: It is a period to prepare for 5% of the time fraction per cycle before the start of the next cycle, and it may be stirred or aerated if necessary.
도 1을 예로 들어 설명하면, 오,폐수 유입을 위한 유입펌프, 교반기가 구비된 반응조, 반응조에 공기를 공급하는 블라우어, 및 배출펌프로 이루어져 있다. 본 발명에 따른 연속식 회분 반응기의 제어시스템은Referring to FIG. 1 as an example, an inlet pump for wastewater inflow, a reaction tank equipped with a stirrer, a blower for supplying air to the reaction tank, and an exhaust pump are included. The control system of the continuous batch reactor according to the present invention
(a) 타이머 및 용존산소농도 측정 센서를 포함하는 측정부,(a) a measuring unit including a timer and a dissolved oxygen concentration sensor;
(b) 상기 측정된 시간 및 용존산소 농도를 입력받아 시간에 따른 용존산소농도의 변화량()값을 계산하여 폭기종료시점을 결정하고, 오/폐수 유입시점 또는 폭기시작시점부터 폭기종료시점까지의 반응시간을 계산하는 반응시간 연산 모듈과, 상기 계산된 반응시간과 하기 수학식 2, 및 수학식 3를 이용하여 비폭기-교반시간을 계산하는 비폭기-교반시간 연산 모듈을 포함하는 연산부,(b) the amount of change in dissolved oxygen concentration over time by receiving the measured time and dissolved oxygen concentration ( Reaction time calculation module for determining the end of the aeration by calculating the value, and calculates the reaction time from the inlet or waste water inlet or aeration start to the end of the aeration, the calculated reaction time and the following equation 2, and An operation unit including a non-aeration-stirring time calculation module for calculating a non-aeration-stirring time using Equation 3,
(c) 상기 연산부에서 계산된 폭기종료시점을 이용하여 폭기장치의 동작을 제어하는 폭기장치 제어 모듈과, 상기 연산부에서 계산된 비폭기-교반시간을 이용하여 교반장치의 동작을 제어하는 교반장치 제어 모듈을 포함하는 제어부로 구성된다.(c) an aeration device control module for controlling the operation of the aeration device using the aeration end point calculated by the calculation unit, and a stirring device control for controlling the operation of the agitation device using the aeration-stirring time calculated in the calculation unit. It is composed of a control unit including a module.
본 발명에 따른 오/폐수 처리를 위한 연속식 회분반응기의 운전 제어방법을 수행하기 전에, 처리하고자 하는 원수와 동일한 처리조건으로 수학식 2 및 3의 방정식, 및 탈질율을 계산하여야 한다. 그리고, 실제 원소를 연속시 회분 반응기로유입하고 폭기-교반반응을 수행하면서 시간에 따른 용존산소농도를 모니터링하면서 시간에 따른 용존산소농도 변화량을 계산하고 이를 이용하여 폭기반응종료시점과 비폭기-교반 반응구간을 계산하여 오/폐수 처리를 위한 연속식 회분반응기를 제어할 수 있다.Before performing the operation control method of the continuous ash reactor for wastewater treatment according to the present invention, the equations of Equations 2 and 3 and the denitrification rate should be calculated under the same treatment conditions as the raw water to be treated. In addition, the actual element is introduced into the batch reactor during continuous run and the aeration-stirring reaction is performed to monitor the dissolved oxygen concentration over time, and the amount of dissolved oxygen concentration changes over time is calculated and used to terminate the aeration reaction and the non-aeration-stirring. The reaction zone can be calculated to control the continuous batch reactor for wastewater treatment.
측정된 운전시간과 용존산소농도를 이용하여 그래프(도 2a, 도 2b)고 시간에 따른 용존산소농도 변화량값을 계산하여 폭기종료시점을 얻는다. 유입시작시점 또는 폭기시작시점부터 상기 폭기종료시점까지의 반응시간과 유입 오/폐수의 여러 가지 암모니아농도를 측정하여 상관관계 그래프(도 3a)를 그리고 이들 점들의 최적 직선방정식을 구하여 수학식 2 의 상수 a, b값을 구하여 표준 방정식을 얻는다. 다양한 유입 암모니아 농도를 갖는 오/폐수의 처리에서 생성되는 질산성 질소의 농도를 측정하여 그래프를 작성하고(도 3b) 이들 점들의 최적 직전방정식을 구하여 수학식 3의 상수 c, d값을 얻어 표준 방정식을 구한다. 그리고 마지막 단계로 본 반응장치를 이용한 운전결과 얻을 수 있는 시간당 질산성 질소가 질소가스로 환원되어 대기 중으로 방출되는 탈질률을 계산한다.Using the measured operating time and dissolved oxygen concentration, a graph (FIGS. 2A and 2B) calculates a change in dissolved oxygen concentration over time and obtains an aeration end point. Measure the reaction time from the start of inflow or the start of aeration to the end of the aeration and the various ammonia concentrations of the influent sewage / wastewater to obtain a correlation graph (Fig. 3a) and obtain the optimal linear equations of these points. The standard equations are obtained by calculating the constants a and b. A graph was prepared by measuring the concentration of nitrate nitrogen generated in the treatment of wastewater with various inflow ammonia concentrations (FIG. 3b), and the optimum direct equations of these points were obtained to obtain the constant c and d values of Equation 3. Find the equation. In the final step, the denitrification rate of nitrate nitrogen per hour obtained from the operation using the reactor is reduced to nitrogen gas and released into the atmosphere.
본 발명의 일예에 따른 오/폐수 처리의 제어방법을 설명하면, 유입수(하수/폐수)를 유입펌프를 이용하여 반응기내로 공급하고 블로우워를 이용하여 반응조내 공기를 적정 수치로 공급하고, 반응기에서 포기가 시작되는 시점에서 반응조내 용존산소량을 모니터링 시작한다.Referring to the control method of the sewage / wastewater treatment according to an embodiment of the present invention, the inlet water (sewage / wastewater) is supplied into the reactor by using an inlet pump and the air in the reaction tank by using a blower at an appropriate value, the reactor Start monitoring the dissolved oxygen in the reactor at the start of aeration.
본 발명에서 용존산소 측정부는 용존산소 농도를 측정하기 위한 모든 장치가 이용될 수 있으며, 바람직하게는 용존산소미터(DO meter)이다. 또한, 용존산소농도는 하나의 장치로 측정할 수도 있으나, 바람직하게는 2이상의 용존산소측정부를 이용하여 측정한 값을 평균하여 사용한다.In the present invention, the dissolved oxygen measuring unit may use any device for measuring the dissolved oxygen concentration, and is preferably a dissolved oxygen meter (DO meter). In addition, the dissolved oxygen concentration may be measured by one device, but preferably, the average value measured using two or more dissolved oxygen measuring units is used.
또한, 상기 연산부는 타이머로 측정된 운전시간 및 용존산소 농도로부터 시간에 따른 용존산소농도의 변화량()값을 계산하여 용존산소농도 변화량()에 따라 폭기종료시점을 결정하고, 상기 연산부에서 계산된 제어부가 폭기종료시점에서 폭기장치의 작동을 중단시킨다.In addition, the calculation unit changes the amount of dissolved oxygen concentration with time from the operating time and the dissolved oxygen concentration measured by a timer ( ) To calculate the dissolved oxygen concentration change ( The aeration end point is determined according to the above, and the control unit calculated by the calculating unit stops the operation of the aeration device at the end point of the aeration.
반응 종료시점(제어점)은값이 0 ±(최대값의 5%) 편차를 갖는 시점을 정하며, 더욱 바람직하게는 상기 값이 5분간 지속되는 시점으로 한다. 상기한 "최대값의 5%"의 편차와 "5분간의 지속"은 용존산소 측정장치의 기기적 민감도를 고려한 것으로 용존산소의 전기적 안정성과 용존산소 투과막에 순간적으로 이 물질이 접착함으로서 나타나는 순간적인 측정에러를 보상하기 위한 수치이다. 상기 반응기의 포기과정에서 나타나는 공기중 산소의 거동은 수중으로 유입되는 산소와 탈기되는 산소, 그리고 활성슬러지 미생물에 의한 유기물의 산화(반응식 1), 그리고 암모니아성 질소에 의한 산소의 소모로 나타난다(반응식 2).At the end of the reaction (control point) The value is 0 ± ( A time point with a deviation of 5% of the maximum value is determined, and more preferably, the time point lasts for 5 minutes. The deviation of "5% of maximum value" and "continuation for 5 minutes" are taken into account the mechanical sensitivity of the dissolved oxygen measuring device, and the instantaneous appearance of the material by the instantaneous adhesion of the material to the dissolved oxygen permeable membrane. This is a value to compensate for the normal measurement error. The behavior of oxygen in the air during the aeration of the reactor is represented by oxygen introduced into water, degassed oxygen, oxidation of organic material by activated sludge microorganisms (Scheme 1), and consumption of oxygen by ammonia nitrogen (Scheme 1). 2).
상기 반응식 1 및 2의 반응이 완료하게 되면 블로우워를 통해 수중으로 전달되는 산소와 수중의 산소가 대기 중으로 날아가는 탈기만이 남게 되며 일반적으로 반응구간 동안은 산소의 전달이 탈기보다 크므로 상기 반응식 1 및 2의 반응이 완료되는 시점에 순간적으로 용존산소의 증가현상이 나타나며 이 순간적 증가 후엔 수중으로 산소의 전달과 탈기가 평형을 이루며 일정한 양의 용존산소농도를 보여 주게 되므로, 시간에 따른 용존산소 변화량이 0 또는 0에 근사한 값을 갖게 되는 것이다.When the reactions of Schemes 1 and 2 are completed, only oxygen degassed to the atmosphere and oxygen delivered to the water through the blower remains in the atmosphere, and in general, the transfer of oxygen is greater than degassing during the reaction section. When the reaction of 2 and 2 is completed, the dissolved oxygen is instantaneously increased, and after this instantaneous increase, the oxygen concentration and the degassing of the water are in equilibrium, and the dissolved oxygen concentration shows a certain amount of dissolved oxygen over time. It will have a value of 0 or close to zero.
하기 반응식 3을 참조하여 질소물질 제거단계를 더욱 자세히 설명하면, SBR 반응조에서 질소 제거방법은 생물학적 방법으로 NH4을 질산화균을 이용하여 NO3으로 변환시킨후, 탈질소균을 이용하여 N2가스의 형태로 대기중으로 방출하는 방법이다. 질산화가 이루어지기 위해서는 2단계가 필요하다. 첫 번째 단계는 니트로소모나스가 암모니아를 O2분자를 사용하여 아질산으로 변환시키는 단계이고, 두 번째 단계는 니트로박터가 아질산을 질산으로 변환시키는 단계이다.Referring to Scheme 3 below, the nitrogen removal step is described in more detail. In the SBR reactor, the nitrogen removal method converts NH 4 into NO 3 using nitrifying bacteria in a biological method, and then removes N 2 gas using denitrification bacteria. It is a method to release into the atmosphere in the form of. Two steps are required to achieve nitrification. The first step is nitrosomonas converting ammonia to nitrite using O 2 molecules, and the second step is nitrobacter to convert nitrous acid to nitric acid.
산화된 질산성 질소는 수중에 용해되어 존재하게 되므로 상기 반응식 3과 같이 비포기 교반을 이용하여 환원함으로서 질소가스로 변화하게 되는데 이에 따른 탈질반응 종료 시점은 미생물에 의한 탈질률에 의해서 환산되는 상기 연산부에 의해 계산되며, 제어부에 의해 탈질 반응종료 됨으로서 다음 단계로 진행하게 된다.Since the oxidized nitrate nitrogen is dissolved in water and is present by reducing by using aerobic agitation as shown in Scheme 3, the nitric acid is changed to nitrogen gas. The end point of the denitrification reaction is calculated by the denitrification rate by the microorganism. Calculated by, and proceeds to the next step by the end of the denitrification reaction by the control unit.
상기 연산부가 오/폐수 유입시점 또는 폭기개시시점부터 폭기종료시점까지의 반응시간을 계산하고, 상기 연산부가 계산된 반응시간과 하기 수학식 2 및 3을 이용하여 유입된 오/폐수의 암모니아 농도 및 반응기내 생성된 질산성 질소농도를 계산한다.The calculation unit calculates the reaction time from the time of inlet or wastewater inflow or aeration start to the end of aeration, and the ammonia concentration of the introduced wastewater / wastewater using the calculated reaction time and the following equations 2 and 3 The nitrate nitrogen concentration produced in the reactor is calculated.
[수학식 2][Equation 2]
Y = aX + bY = aX + b
상기 식에서,Where
Y는 유입된 오/폐수의 암모니아 농도,Y is the ammonia concentration of the introduced sewage / wastewater,
X는 오/폐수 유입시점부터 또는 폭기시작시점부터 폭기종료시점까지의 반응시간,X is the reaction time from the inflow of wastewater or from the start of aeration to the end of aeration,
a 및 b는 상수이며,a and b are constants,
[수학식 3][Equation 3]
Z = cY + dZ = cY + d
상기 식에서,Where
Y는 유입 암모니아 농도,Y is the incoming ammonia concentration,
Z는 반응기내 생성된 질산성 질소 농도,Z is the concentration of nitrate nitrogen produced in the reactor,
c 및 d는 상수이다.c and d are constants.
또한, 본 발명은 상기 연산부가 계산된 질산성 질소 농도로 탈질율(d(NO3 -농도)/dt)를 나누어 비폭기-교반시간을 계산하고, 상기 제어부가 계산된 비폭기-교반시간에 교반장치의 동작을 중단시키는 단계를 포함한다.In addition, the present invention calculates the non-aeration-stirring time by dividing the denitrification rate (d (NO 3 - concentration) / dt) by the calculated nitrate nitrogen concentration of the calculation unit, and the control unit stirred at the calculated aeration-stirring time Stopping the operation of the device.
기존의 활성슬러지 공정에서 용존산소의 제어는 반응조 내 호기성 미생물의 환경을 적절히 유지하는 방책으로 사용되었다. 공기량의 공급을 제어함으로서 송풍기에 의한 과다 사용전력량을 제어하여 전력량의 낭비 및 호기성 미생물에게 양호한 환경조건을 유지하는 것이 가능하였던 것이다. 이 방법에 의한 결과 반응조의 용존산소가 공기량 공급을 조절함으로서 3 ㎎/ℓ로 유지될 때 유기물 및 질산화의 제거효과가 가장 높았다고 보고되었다. 그러나 이는 반응조 내에 일정한 용존산소를 공급함으로서 반응조 내 미생물들이 오염물질을 분해하는데 최적의 환경을 조성함으로서 반응조의 제거효율을 개선할 수 있음을 보여주는 것으로 본 방법에서 추구하는 바와 같이 실제적으로 활성슬러지 공정으로 유입되는 유입수의 성상이 매우 다양한 상태에서 수질변동을 보상하여 제어할 수 있는 기능이 없을 뿐 만 아니라 부영화의 원인물질인 질소화합물의 제거기능이 없으므로 본 발명에서 추구하는 유기물과 질소화합물이 함유농도가 변동이 심한 오/폐수 처리에 있어서 수질변화에연동하는 제어 방법에 있어서 앞에서 언급한 일정한 용존산소의 공급제어로는 한계가 있는 것이다.In the existing activated sludge process, the control of dissolved oxygen has been used as a measure to properly maintain the environment of aerobic microorganisms in the reactor. By controlling the supply of air, it was possible to control the amount of excessive power used by the blower to maintain a good environmental condition for waste of power and aerobic microorganisms. As a result of this method, it was reported that the removal effect of organic matter and nitrification was the highest when the dissolved oxygen in the reactor was maintained at 3 mg / L by controlling the air supply. However, this shows that by supplying certain dissolved oxygen in the reactor, microorganisms in the reactor can improve the removal efficiency of the reactor by creating an optimal environment for decomposing contaminants. In addition to the ability to compensate for and control water quality fluctuations in a very diverse state of incoming inflow, there is no function to remove nitrogen compounds, which are the causes of sub-films, and therefore the concentration of organic and nitrogen compounds There is a limit to the above-mentioned constant dissolved oxygen supply control in the control method linked to the water quality change in the sewage / wastewater treatment.
오염물질을 처리하기 위한 처리공정에 있어서 주요한 처리인자는 유입수의 성상변화이다. 기존에 설비에 있어서 설계기준은 표준화된 유입수의 수질에 근간을 하고 있으나 실제적으로 유입하수의 수질 변동폭은 작게는 2배에서 10배 이상으로 용량이 비교적 작은 오수처리 설비의 경우 유량조정조가 한정적 공간을 가질 수밖에 없으므로 유입되는 하수의 변동폭에 따른 처리수의 수질악화는 당연한 결과이라고 볼 수 있다. 도시하수처리장의 유입원소 COD변화를 보면(도 5) 유입수 변동에 안정적 처리효율을 가진 처리설비를 장치하기 위해 유량조정조의 용량에 따라 정할 수 있으나 유량 조정조의 역할이 미미할 경우 최대 농도인 600㎎/ℓ를 설계인자로 이용할 수 밖에 없다. 따라서, 도 5에서 살펴본 바와 같이, 오, 폐수 중 COD변화는 매우 다양하므로 초기 유입수의 성상에 따라 연속식 회분반응기를 적절히 운전할 필요가 있다.The main treatment factor in the treatment process for treating pollutants is the change in influent properties. Conventionally, the design criteria of the facility is based on the standardized influent water quality, but in practice, the fluctuation range of the influent sewage water is small to two to ten times or more. Due to the fluctuations in the amount of sewage flowing in, the deterioration of the treated water is a natural result. The COD change of the city sewage treatment plant can be determined according to the capacity of the flow regulating tank in order to equip the fluctuation in inflow fluctuation with a treatment facility having a stable treatment efficiency, but the maximum concentration is 600 mg / L can only be used as a design factor. Therefore, as shown in FIG. 5, since the COD change in the wastewater is very diverse, it is necessary to properly operate the continuous batch reactor according to the properties of the initial influent.
본 발명의 방법에 따라 유기물 (COD: 300 ㎎/ℓ)과 암모니아성 질소 20 ㎎/ℓ을 갖는 오,폐수처리을 처리한 경우에, 유기물의 산화와 암모니아성 질소의 산화가 완전히 이루어진 시점에서 (운전시작 후 210분 후) 용존 산소의 농도가 갑자기 증가하는 현상을 살펴 볼 수 있으며, 약 270분 후 수중으로 용존산소의 전달과 탈기가 평형을 이루며 약 6.0 ㎎/ℓ를 유지하는 것을 알 수 있다(도 2a). 다만, 용존산소농도가 급격히 증가하는 지점을 인지하고 폭기종료시점을 찾는 방법에 있어서 도 2a의 그래프로 폭기종료시점을 찾기 어려우므로 폭기종료시점을 효과적으로 찾기 위해 첫 번째로 도 2b에 도식한 바와 같이 도 2의 측정점들을 d(DO)/dt (시간의 변화량에 따른 용존산소의 변화량)으로 변환하여 시간 별로 도식하여 정확한 반응종료시점(제어점)을 알 수 있다.When the wastewater treatment with organic matter (COD: 300 mg / l) and 20 mg / l ammonia nitrogen was treated according to the method of the present invention, the organic matter and the oxidation of ammonia nitrogen were completely After 210 minutes, the dissolved oxygen concentration suddenly increases, and after about 270 minutes, the dissolved oxygen transfer and degassing equilibrates in water and maintains about 6.0 mg / l. 2a). However, in the method of recognizing the point where the dissolved oxygen concentration rapidly increases and finding the aeration end point, it is difficult to find the aeration end point in the graph of FIG. 2a, as shown in FIG. The measurement points of FIG. 2 are converted into d (DO) / dt (amount of change in dissolved oxygen according to the amount of change in time) and plotted for each time, so that an accurate end point of the reaction (control point) can be known.
도 2b에서 d(DO)/dt는 포기를 시작하면서 일차적으로 갑자기 증가한 후 감소하다가 일정시간 후 다시 증가한 후 감소하는 형태를 가지게 된다. 이 양상은 초기에 포기에 의해 산소를 공급함으로서 높은 산소전달률에 의해 반응조의 용존산소량이 일차적으로 증가하다가 유기물질과 암모니아의 산화로 산소의 소모률이 증가함에 따라 감소해 가는 것이며, 유기물질과 암모니아의 산화가 완료된 시점에서 산소 소모률이 격감하게 되므로 포기에 의한 산소 전달률이 재차 높아지게 되어 이차적인 용존산소의 증가가 나타나게 된다. 반응조에서 산화될 수 있는 물질이 완전히 산화되었을 때 최대 전달률에 따른 다소 높은 농도의 (본 실시예 1의 경우, 6 ㎎/ℓ) 용존산소의 양을 유지하게 되는 것이다. 이렇게 이차 증가가 완료된 시점에서는 반응조의 용존산소의 농도가 산소전달률에만 의존하게 되고 이는 수중에서 대기로 빠져나가는 탈기률과 평형을 이루게 되므로 d(DO)/dt는 영(0)을 유지하게 된다. 따라서 폭기반응종료시점은 시간에 따른 용존산소량의 변화가 없는 시점으로 간주 될 수 있으며 이것을 유기물과 암모니아가 완전히 산화하는 폭기종료시점이 되는 것이다.In FIG. 2B, d (DO) / dt starts to give up, and suddenly increases and then decreases, and then increases and then decreases after a certain time. In this aspect, the oxygen supply in the reactor increases primarily by the high oxygen transfer rate by supplying oxygen by aeration, and then decreases as the consumption rate of oxygen increases due to the oxidation of organic matter and ammonia. When the oxidation of is completed, the oxygen consumption rate is greatly reduced, so the oxygen transfer rate due to aeration increases again, resulting in a secondary increase in dissolved oxygen. When the substance that can be oxidized in the reactor is completely oxidized, the amount of dissolved oxygen is maintained at a rather high concentration (6 mg / l in the case of Example 1) according to the maximum transfer rate. When the secondary increase is completed, the dissolved oxygen concentration in the reactor depends only on the oxygen transfer rate, which is in equilibrium with the degassing rate from the water to the atmosphere, thereby maintaining d (DO) / dt at zero. Therefore, the end of the aeration reaction can be regarded as the time when there is no change of dissolved oxygen amount with time, and this is the end point of the aeration of organic matter and ammonia completely oxidized.
이 때 나타나는 반응종료 시점은 유기물과 암모니아의 산화와 밀접한 관계가 있으나 일반적으로 유기물의 산화속도가 암모니아의 산화속도보다 매우 빨라 실제적으로 폭기종료시점이 나타나는 시간은 유입수의 암모니아의 농도에 매우 의존하게 된다. 그 상관관계를 도 3a에 도식하였는데, 이를 보면 유입수의 암모니아의 농도가 높으면 산화에 요구되는 산소의 양이 비례적으로 많게 되므로 원수의 유입에서부터 반응종료 시점이 나타나는데 걸리는 시간은 길게 되고, 그 반대로 유입수의 암모니아의 농도가 낮을 경우 유입시점부터 폭기종료시점이 나타나는 시점은 짧게된다. 따라서 유입수의 암모니아의 농도는 도 3a에서 얻어진 폭기종료시점까지의 반응시간과 유입수 암모니아 농도의 상관관계로부터 계산되어 질수 있다. 또한 유입수의 암모니아의 농도는 산화반응에서 생성되는 질산성 질소의 농도와 비례하게 되므로 도 3b에 나타난 바와 같이 유입수의 암모니아의 농도가 높을수록 생성되는 질산성 질소의 농도는 비례적으로 높아지게 된다. 도 3b에서 나타난 유입 암모니아의 농도 대비 질산성 질소의 생성량의 비례적 상관관계를 이용하여 반응과정에서 생성된 질산성 질소의 농도 역시 예측이 가능하게 된다.The reaction termination point at this time is closely related to the oxidation of organic matter and ammonia, but in general, the oxidation rate of organic matter is much faster than the oxidation rate of ammonia. . The correlation is shown in FIG. 3A, which shows that when the concentration of ammonia in the influent increases, the amount of oxygen required for oxidation increases proportionally, resulting in a long time from the inflow of raw water to the end of the reaction, and vice versa. When the concentration of ammonia is low, the point of appearance of aeration ends from the time of inflow is shortened. Therefore, the concentration of ammonia in the influent can be calculated from the correlation between the reaction time until the end of the aeration obtained in FIG. 3A and the influent ammonia concentration. In addition, since the concentration of ammonia in the influent is proportional to the concentration of nitrate nitrogen produced in the oxidation reaction, as shown in FIG. 3B, the higher the concentration of the ammonia in the influent, the proportion of the produced nitrate is increased proportionally. The concentration of nitrate nitrogen generated during the reaction can also be predicted by using the proportional correlation of the amount of nitrate nitrogen produced with respect to the concentration of influent ammonia shown in FIG. 3b.
탈질에 필요한 반응시간은 미생물의 탈질률에 의존하게 되는데 이는 반응조내 탈질을 위한 환경조건(용존산소의 농도, 유기물의 농도, 또는 미생물의 생체량)에 따라 탈질률을 변화한다. 그러나 반응조에 물리적인 환경을 일정하게 유지함으로서 탈질률을 일정하게 나타나게 되는데 도 5에 나타나는 바와 같이 반응 종료시점(제어점)에서 무산소 교반을 통해 질산성 질소는 질소가스로 변화하여 수중의 질소화합물의 탈질이 완료 되게 된다. 따라서 도 3a와 도 3b에서 계산된 반응종료시점까지 소요된 시간으로부터 질산성 질소의 농도의 생성량을 파악할수 있으므로 탈질반응에서 제시되는 시간당 제거되는 질산성 질소의 량을 이용하여 탈질 완료를 위해 요구되는 반응시간을 계산할 수 있게 된다.The reaction time required for denitrification is dependent on the denitrification rate of the microorganism, which changes the denitrification rate according to the environmental conditions (concentration of dissolved oxygen, concentration of organic matter, or biomass of microorganism) for denitrification in the reactor. However, as the physical environment is kept constant in the reaction tank, the denitrification rate is shown to be constant. As shown in FIG. 5, the nitric acid nitrogen is changed to nitrogen gas through anoxic agitation at the end of the reaction (control point) to denitrify nitrogen compounds in water. Will be completed. Therefore, since the amount of nitrogen nitrate concentration can be determined from the time taken until the end of the reaction calculated in FIGS. 3a and 3b, the amount of nitrate nitrogen removed per hour presented in the denitrification reaction is required to complete denitrification. The reaction time can be calculated.
따라서 오/폐수의 유입수의 성상이 다르게 유입될 경우에도 용존산소농도의 거동을 이용하여 반응을 제어함으로서 유입 오/폐수의 수질변화에 유연하게 대처할 수 있는 고도처리를 위한 SBR 제어시스템을 완벽히 구현할 수 있다.Therefore, even if the inflow of wastewater flows differently, the SBR control system can be fully implemented for the advanced treatment that can flexibly cope with the water quality change of the incoming wastewater by controlling the reaction by using the behavior of dissolved oxygen concentration. have.
본 발명에 의하면, 용존산소의 변화량을 측정하여 유기물과 암모니아가 완전히 산화하는 지점을 인지하고 폭기반응종료시점(제어점)으로 파악하여 반응기 내에서 질산이온의 생성량을 추정하고 탈질에 필요한 시간(즉 비폭기-교반시간)을 설정함으로써 유입수질변동에 유연하게 대처할 수 있는 고도처리 기능을 가진 연속식 회분반응기를 구성할 수 있다. 따라서 본 발명은 변화하는 유기물 및 질소화합물 함유 오/폐수를 효과적으로 처리함으로서 수질개선 및 처리설비의 효율적 운전에 크게 이바지 할 수 있다.According to the present invention, the amount of dissolved oxygen is measured to recognize the point where organic matter and ammonia are completely oxidized, and the point of completion of the aeration reaction (control point) is used to estimate the amount of nitrate ions produced in the reactor and to determine the time required for denitrification (i.e. By setting the aeration-stirring time, it is possible to construct a continuous batch reactor with a high-treatment function that can flexibly cope with influent water fluctuations. Therefore, the present invention can greatly contribute to the improvement of water quality and the efficient operation of treatment facilities by effectively treating the changed organic matter and nitrogen compound-containing wastewater.
이하에서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 자세히 설명할 것이나, 본 발명의 보호범위가 하기 실시예로 제한되는 의도는 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the protection scope of the present invention is not intended to be limited to the following Examples.
[실시예]EXAMPLE
실시예 1Example 1
본 발명에서 사용된 유입원수는 경기도 양평군 서종면 하수처리장에서 채취된 것으로 별도의 처리없이 본 장치로 유입하였다.The inflow source used in the present invention was collected at the sewage treatment plant in Seojong-myeon, Yangpyeong-gun, Gyeonggi-do, and flowed into the apparatus without any additional treatment.
화학적 산소 요구량 (COD)측정은 미국수질학회(AWWA)에서 제시한 표준방법중 closed reflux titrimetric method로 분석하였으며, 용존산소 (DO)는 미국 Orion사의 전극측정법을 이용하여 측정하였고, 질소분석은 오염물질 중 암모니아, 아질산성 질소, 및 질산성 질소의 분석에는 수질오염 공정실험법 중 인도페놀법, 디아조-발색법과 부루신 법을 사용하였다.The chemical oxygen demand (COD) was measured by the closed reflux titrimetric method among standard methods proposed by the American Water Society (AWWA). Dissolved oxygen (DO) was measured using the electrode measurement method of Orion, USA. In the analysis of heavy ammonia, nitrite nitrogen, and nitrate nitrogen, the indophenol method, diazo-coloring method, and leucine method were used in the water pollution process test method.
상기 방법에 의해 유입원수중 COD 및 암모니아성 질소의 양을 측정한 결과, COD는 300 ㎎/ℓ과 암모니아성 질소는 20 ㎎/ℓ를 함유하였다. 반응조를 4등분하여 각 부분 중심점에 4개의 용존산소 측정기를 구비하고 반응조 운전용량이 42.4 L인 연속식 회분 반응기(40×40×60 cm(W×L×H))을 제조하고 여기에 유입원수를 유입펌프를 이용하여 반응조내로 1시간 이내에 총 반응 부피 대비 30%만큼 채운 후 블로우어(BLOWER)를 이용하여 반응조내 공기를 공급하였다. 이 때 포기량은 반응 종료시점으로 최종농도가 6 ㎎/ℓ가 될 수 있도록 포기량을 조절하였고, 이후 폭기반응, 침전, 배출의 순서에 따라 다음의 표 1의 조건에 따라 총 7시간동안 운전하였다. 상기 반응기내 슬러지(Mixed Liquor Suspended Solid-MLSS)의 농도는 5,000㎎/L로 유지하였다.As a result of measuring the amounts of COD and ammonia nitrogen in the influent water by the above method, COD contained 300 mg / l and ammonia nitrogen 20 mg / l. By dividing the reactor into four parts, a continuous batch reactor (40 × 40 × 60 cm (W × L × H)) with four dissolved oxygen measuring devices at each central point and a reactor operating capacity of 42.4 L was prepared. Was filled into the reaction tank by 30% of the total reaction volume within 1 hour using an inlet pump and then supplied air in the reaction tank using a blower (BLOWER). At this time, the aeration amount was adjusted so that the final concentration was 6 mg / l at the end of the reaction, and then operated for a total of 7 hours according to the conditions of the following Table 1 in the order of aeration reaction, precipitation, and discharge. It was. The concentration of the sludge (Mixed Liquor Suspended Solid-MLSS) in the reactor was maintained at 5,000 mg / L.
상기 반응기 운전동안 포기가 시작되는 시점(유입수가 반응조에 채워지기 시작한 후 1시간)에서 반응조 내 용존산소량을 모니터링을 시작하여 10분 간격으로 반응기의 운전동안 반응조를 4등분하여 각 부분 중심점에 4개의 용존산소 측정기를 이용하여 반응조 내 용존산소의 양을 측정하여 평균값으로 용존산소의 농도를 모니터링하였다. 반응시간별 용존산소농도 변화를 도 2a에 나타냈으며, 상기 측정된 용존 산소 농도의 시간에 따른 변화량()을 계산하여 도 2b에 나타냈다.At the time when the aeration starts during the operation of the reactor (1 hour after the inflow water starts to be filled in the reactor), the dissolved oxygen in the reactor is monitored and the reactor is divided into four quarters during the operation of the reactor at 10-minute intervals. The concentration of dissolved oxygen in the reactor was measured using a dissolved oxygen measuring instrument to monitor the dissolved oxygen concentration as an average value. The change in dissolved oxygen concentration for each reaction time is shown in FIG. 2A, and the amount of change in dissolved oxygen concentration measured with time ( ) Is shown in Figure 2b.
도 2a에 포기와 더불어 유기물 (COD: 300 ㎎/ℓ)과 암모니아성 질소 20 ㎎/ℓ를 함유한 유입수가 유입되었을 때 용존산소의 변화 곡선을 나타내었다. 상기한 바와 같이 유기물의 산화와 암모니아성 질소의 산화가 완전히 이루어진 시점에서 (운전시작 후 210분 후) 용존 산소의 농도가 갑자기 증가하는 현상을 살펴 볼 수 있었다. 약 270분 후 수중으로 용존산소의 전달과 탈기가 평형을 이루며 약 6.0 ㎎/ℓ를 유지하는 것을 알 수 있었다.In FIG. 2A, the dissolved oxygen flow curve was shown when an influent containing organic matter (COD: 300 mg / L) and 20 mg / L of ammonia nitrogen was introduced. As described above, when the oxidation of the organic matter and the oxidation of the ammonia nitrogen were completely completed (210 minutes after the start of operation), the dissolved oxygen concentration suddenly increased. After about 270 minutes, it was found that the delivery of dissolved oxygen and deaeration were in equilibrium and maintained at about 6.0 mg / l.
실시예 2Example 2
2-1. 암모니아농도와 반응시간 관계2-1. Relationship between ammonia concentration and reaction time
표 2에 나타낸 바와 같이, 반응기로 유입되는 암모니아의 농도를 여러 가지로 하여 실시예 1과 동일하게 실험을 수행하였으며, 그 결과 얻어진 오/폐수 유입개시시점부터, 폭기종료시점까지 소요되는 반응시간을 계산하였고, 이를 도 3a에 도시하였다.As shown in Table 2, the experiment was carried out in the same manner as in Example 1 with various concentrations of ammonia introduced into the reactor, and the reaction time required from the start of the inflow of wastewater to the end of the aeration was obtained. Calculations are shown in FIG. 3A.
상기한 바와 같이 유입수에 암모니아의 농도가 높을 때 폭기반응종료시점이 증가하는 것을 알 수 있었으며 이를 실험식으로 나타내면 다음 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다. 따라서 반응종료시점을 이용하여 역추산 함으로서 유입수의 암모니아의 농도를 계산할 수 있다.As described above, when the concentration of ammonia in the influent was high, the end point of the aeration reaction was found to increase, and this may be expressed as Equation 4 below. Therefore, the concentration of ammonia in the influent can be calculated by back estimating using the reaction termination point.
2-2. 질산성 질소의 생성량와 암모니아 농도 관계2-2. Relationship between Amount of Nitrate and Ammonia Concentration
상기 수학식 2을 이용하여 계산된 질산성 질소의 생성량을 다음의 표 3에 나타냈고, 이를 도 3b에 도시하였다.The production amount of nitrate nitrogen calculated using Equation 2 is shown in Table 3 below, which is illustrated in FIG. 3B.
도 3b는 유입수의 암모니아의 농도에 따른 질산성 질소의 생성량을 나타내는 그래프로 유입암모니아의 농도가 높을수록 질산성 질소의 생성량도 증가하였으며 이를 실험식으로 나타내면 다음 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.3b is a graph showing the amount of nitrate nitrogen produced according to the concentration of ammonia in the influent. As the concentration of the influent ammonia increases, the amount of nitrate nitrogen also increases, which can be expressed by Equation 5 below.
따라서 반응종료 시점(제어점)을 이용하여 상기한 상관관계를 이용하여 유입수의 암모니아의 농도와 더불어 질산성 질소의 생성량을 계산할 수 있다. 이는 질산성 질소의 생성량을 알 수 있으므로 탈질률을 이용하여 탈질에 필요한 비폭기 교반의 운전시간을 설정 할 수 있는 근거로 활용될 수 있다.Therefore, using the above correlation by using the end point of the reaction (control point) it is possible to calculate the amount of nitrate nitrogen in addition to the concentration of ammonia in the influent. This can be used as a basis for setting the operating time of the aerobic agitation required for denitrification by using the denitrification rate because the amount of nitrate nitrogen can be known.
2-3 질산성 질소의 탈질률2-3 Denitrification Rate of Nitrate Nitrogen
실시예 1에 기재된 것과 동일한 방법 및 조건으로 연속식 회분반응기를 운전하면서, 반응기내 질산성 질소의 농도를 부루신 법으로 측정하였다. 반응기의 운전시간에 따른 질산성 질소의 농도를 도 4에 그래프로 나타냈으며, 시간당 질산성 질소의 제거율, 즉 탈질률을 계산하였다. 도 4는 시간(hour)당 제거되는 질산성 질소의 농도를 나타낸 것이다. 본 조건에서는 시간당 제거되는 질산성 질소의 농도는 2.47 mg/L로 나타났으며, 이를 이용하여 생성된 질산성 질소의 농도에 따른비포기 교반의 운전시간을 추산할 수 있다.While operating a continuous batch reactor in the same manner and conditions as described in Example 1, the concentration of nitrate nitrogen in the reactor was measured by the leucine method. The concentration of nitrate nitrogen according to the operation time of the reactor is shown graphically in FIG. 4, and the removal rate of nitrate nitrogen per hour, that is, the denitrification rate was calculated. Figure 4 shows the concentration of nitrate nitrogen removed per hour. In this condition, the concentration of nitrate nitrogen removed per hour was found to be 2.47 mg / L, and it is possible to estimate the operation time of aerobic agitation according to the concentration of nitrate nitrogen produced.
실시예 3: 오염수중 COD 농도분포Example 3: COD concentration distribution in contaminated water
유입원수의 변화량을 알아보기 위해서, 본 실시 예에서는 2000년 10월 내지 11월까지 채취된 도시하수처리장의 유입원수의 성상을 조사하였다. 상기 도시하수 처리장의 유입원수에서 측정한 COD를 도 5에 나타냈다. 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 도시하수 처리장의 유입원수의 오염물질 농도 등은 일정하지 않고 심하게 변화하는 양상을 나타내므로 안정적으로 처리할 오/폐수 처리시스템 및 처리 제어방법이 필요한 것이다.In order to determine the amount of change in inflow water, in this embodiment, the characteristics of inflow water from the municipal sewage treatment plant collected from October to November 2000 were investigated. The COD measured in the inflow of the municipal sewage treatment plant is shown in FIG. 5. As can be seen in Figure 5, the concentration of contaminants in the influent of the municipal sewage treatment plant, etc. is not constant, but shows a pattern that changes severely, it is necessary to treat the wastewater / wastewater treatment system and treatment control method to be stable.
실시예 4Example 4
실시예 1과 동일한 유입원수를 사용하여 동일한 연속식 회분반응기에서 동일한 운전조건으로 처리하면서, 용존산소농도를 측정하였다. 측정된 용존산소농도를 이용하여 계산된 시간에 따른 용존산소농도의 변화량()값이 2분간 0이 되는 시점에서 폭기반응종료시점으로 하고 폭기장치의 작동을 중단시켰다. 반응기내 오/폐수 유입시점 또는 폭기시작시점부터 상기 폭기반응종료시점까지 반응시간을 계산하고(요청사항 2: 본 실험에서 얻어진 구체적 반응시간을 기재해 주시기 바랍니다), 이 반응시간과 실시예 2에서 구한 수학식 2 및 3을 이용하여 반응결과 생성되는 질산의 농도를 계산한 결과 5mg/L 이었다.Dissolved oxygen concentrations were measured using the same influent water as in Example 1 under the same operating conditions in the same continuous batch reactor. The amount of change in dissolved oxygen concentration over time calculated using the measured dissolved oxygen concentration ( ) Value was 0 for 2 minutes and the aeration reaction was terminated and the aeration device was stopped. Calculate the reaction time from the time of inflow of wastewater / wastewater into the reactor or from the start of aeration to the end of the aeration reaction (requirement 2: Please describe the specific reaction time obtained in this experiment), and the reaction time and in Example 2 The concentration of nitric acid produced as a result of the reaction was calculated using the equations (2) and (3), which was 5 mg / L.
실시예 2에서 계산된 탈질률이 2.47mg/L·hr이므로 다음과 같이 계산하면, 비폭기-교반시간은 2.02시간이었다.Since the denitrification rate calculated in Example 2 was 2.47 mg / L · hr, the aeration-stirring time was 2.02 hours when calculated as follows.
따라서, 반응종료시점(제어점)에 폭기장치의 동작을 중단하고 이후 2.02시간동안 비폭기-교반반응를 수행하여 처리한 처리수의 COD 및 암모니아, 질산성 질소 농도를 측정한 결과 각각 15㎎/ℓ, 0㎎/ℓ, 1.05㎎/ℓ이었다. 이는 종래의 SBR 운전방법에서 문제가 되어 왔던 탈질의 어려움을 극복할 수 있을 뿐 만 아니라, 더욱이 간단한 연산식을 통하여 질산성 질소의 생성량 및 탈질에 요구되는 시간을 계산하고 적절히 제어할 수 있는 장점이 있다.Therefore, at the end of the reaction (control point), the operation of the aeration device was stopped and the aeration-stirring reaction was performed for 2.02 hours thereafter, and the concentrations of COD, ammonia, and nitrate nitrogen were 15 mg / L, respectively. 0 mg / L and 1.05 mg / L. This not only overcomes the difficulties of denitrification which has been a problem in the conventional SBR operation method, but also has the advantage of calculating and appropriately controlling the amount of nitrogen nitrate produced and the time required for denitrification through a simple equation. have.
본 발명에 따른 연속식 회분 반응기의 운전 제어시스템 및 운전 제어방법을 제공함으로써, 반응기내 용존산소농도 거동을 이용하여 반응기의 효과적으로 제어할 수 있고, 유입된 오/폐수의 과부하 시 처리시간을 연장하고, 저부하시 불필요한 산소의 공급을 중단하여 운영시간을 줄여 유입된 오염물질의 수질변동에 따라 탄력적으로 반응기를 운전함으로써 처리수의 수질개선에 크게 이바지 할 수 있다. 또한 이러한 운전조작이 유기물 뿐 아니라 질소화합물을 제거할 수 있어 쾌적한 자연환경을 유지할 수 있고, 제어방법이 단순하여 특별한 조작기술이 불필요하며, 그 효과를 극대화 할 수 있는 방법이다.By providing the operation control system and operation control method of the continuous batch reactor according to the present invention, it is possible to effectively control the reactor by using the dissolved oxygen concentration behavior in the reactor, and to extend the treatment time in case of overload of the introduced wastewater / wastewater At the same time, it is possible to contribute to the improvement of the water quality of the treated water by stopping the supply of unnecessary oxygen at low load and reducing the operating time and operating the reactor flexibly according to the water quality fluctuations of the introduced pollutants. In addition, this operation operation can remove not only organic matter but also nitrogen compounds, thus maintaining a comfortable natural environment, and the simple control method eliminates the need for special operation techniques and maximizes the effect.
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