KR100430382B1 - Treatment method for livestock waste water including highly concentrated organoc, nitrogen and phosphate and treatment system used therein - Google Patents

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Abstract

본 발명은 축산폐수에 함유되어 있는 유기물, 질소, 인을 동시에 처리할 수 있는 축산폐수 처리 방법 및 처리 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a livestock wastewater treatment method and treatment system capable of simultaneously treating organic matter, nitrogen and phosphorus contained in the livestock wastewater.

본 발명의 축산폐수 처리방법은 탈질단계에서 절대 혐기성 미생물을 이용하여 절대 혐기조건의 고율 혐기성소화조와 폭기조를 기본구성으로 하며 폐수의 성상에 따라 전처리(고액분리)와 후처리(응집침전, 오존산화, 전기분해, 여과)등을 추가할 수 있어 즉 폐수의 성상이 BOD 10,000ppm, 부유물농도(SS) 7,000ppm, 총 질소농도 3,500 ppm 인 축산폐수와 같은 경우는 고액분리기-고율혐기성 소화조-폭기조-응집침전의 공정을 구성하여 축산폐수에 포함되어 있는 고농도 유기물, 질소, 인을 효율적으로 처리하여 최종 방류수의 수질을 규제치 이하로 만족시킬 수 있는 경제적인 처리방법에 관한 발명이다.Livestock wastewater treatment method of the present invention is based on the high anaerobic digestion tank and aeration tank of the absolute anaerobic condition using the absolute anaerobic microorganism in the denitrification step, and pretreatment (solid-liquid separation) and post-treatment (coagulation sedimentation, ozone oxidation, Electrolysis, filtration), etc., ie solid waste separator-high rate anaerobic digestion tank-aeration tank-aggregation, such as livestock wastewater with BOD 10,000ppm, suspended solids concentration (SS) 7,000ppm, total nitrogen concentration 3,500ppm. The present invention relates to an economical treatment method capable of satisfying the final effluent water quality below the regulation level by efficiently treating the high concentration organic matter, nitrogen, and phosphorus contained in the livestock wastewater.

Description

고농도 유기물, 질소, 인 함유 축산폐수의 처리 방법 및 그에 사용되는 처리 시스템{TREATMENT METHOD FOR LIVESTOCK WASTE WATER INCLUDING HIGHLY CONCENTRATED ORGANOC, NITROGEN AND PHOSPHATE AND TREATMENT SYSTEM USED THEREIN}Process for treating livestock wastes containing high concentrations of organic matter, nitrogen and phosphorus and treatment system used therein {TREATMENT METHOD FOR LIVESTOCK WASTE WATER INCLUDING HIGHLY CONCENTRATED ORGANOC, NITROGEN AND PHOSPHATE AND TREATMENT SYSTEM USED THEREIN}

본 발명은 축산폐수에 함유되어 있는 유기물, 질소, 인을 동시에 처리할 수 있는 축산 폐수 처리 방법 및 축산 폐수 처리 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a livestock wastewater treatment method and a livestock wastewater treatment system capable of simultaneously treating organic matter, nitrogen and phosphorus contained in the livestock wastewater.

축산폐수는 1 차적으로 고농도 유기물이 하천과 호수를 오염시켜 수질을 악화시키며, 2 차적으로는 질소와 인이 부영양화를 초래하여 수계를 파괴시킨다. 특히 대부분의 축산농가가 상수원이나 하천에 인접하고 있어서 수질오염을 가중시키고 있으므로 깨끗한 수원확보를 위해서는 유기물 뿐만 아니라 질소, 인까지 안정적이고 확실하게 처리되어야 한다.Livestock wastewater degrades water quality primarily by contaminating rivers and lakes with high concentrations of organic matter, and secondly, nitrogen and phosphorus cause eutrophication and destroy water systems. In particular, since most livestock farms are adjacent to water sources and streams, they are increasing water pollution. Therefore, in order to secure a clean water source, nitrogen and phosphorus must be treated stably and reliably.

한편 국내에서 발생되는 축산폐수는 BOD 25,000∼35,000ppm, 총질소 2,500 ∼7,000ppm, 총인 150∼2,000ppm으로 발생원에 따라 성상의 차이가 매우 크며, 질소와 인의 농도가 매우 높은 특징이 있다. 국내에서는 고농도 축산폐수를 처리하기 위해서 액상부식법, 장기 폭기법 등의 호기성 생물학적 처리법과 혐기성 미생물을 이용하는 혐기성 생물학적 처리법 등이 사용되어 왔다. 그러나 이러한 처리방법은 유기물 처리를 위한 처리방법으로써 질소 및 인을 동시에 처리할 수 없는 문제점이 있다.On the other hand, domestic livestock wastewater is B5,000 25,000 ~ 35,000ppm, total nitrogen 2,500 ~ 7,000ppm, total phosphorus 150 ~ 2,000ppm, the characteristics of the source is very different, and the concentration of nitrogen and phosphorus is very high. In Korea, aerobic biological treatment such as liquid corrosion and long-term aeration and anaerobic biological treatment using anaerobic microorganisms have been used to treat high concentration livestock wastewater. However, such a treatment method has a problem in that nitrogen and phosphorus cannot be treated simultaneously as a treatment method for organic matter treatment.

폐수의 유기물, 질소, 인을 동시에 처리할 수 있는 방법으로는 전기화학적 처리로써 전기분해와 생물학적 처리로써 혐기-호기 반복공정이 사용되고 있다. 그러나 전기분해의 경우 처리효율은 높은 편이나 시설비와 유지비가 높아 범용적으로 사용할 수 없다.Anaerobic-aerobic repetition processes are used as electrochemical and biological treatments to treat organic matter, nitrogen and phosphorus in wastewater at the same time. However, in the case of electrolysis, the treatment efficiency is high, but the facility cost and maintenance cost cannot be used universally.

생물학적 질소, 인 처리로써 혐기-호기 반복공정은 미생물이 호기 조건에서 암모니아성 질소를 질산화시키고 인은 미생물 체내에 축적하며, 혐기 조건에서 질산화된 질소를 탈질시키고 인은 미생물 체외로 방출시키는 원리를 이용하는 것이다. 혐기-호기 반복과정을 거치면서 질소는 호기성 조건에서 질산화 박테리아에 의해 암모니아성 질소가 아질산성 질소, 그리고 질산성 질소로 단계적으로 산화되며, 무산소 조건에서 질산성 질소가 다시 아질산성 질소를 거쳐서 질소 가스로 환원되어 제거된다. 호기조건에서 미생물 체내에 축적된 인은 잉여미생물을 제거할 때 제거된다.The anaerobic-aerobic repetition process with biological nitrogen and phosphorus treatment uses the principle that microorganism nitrifies ammonia nitrogen in aerobic conditions, phosphorus accumulates in the microorganism, denitrifies nitrogen in anaerobic condition and phosphorus is released into the microorganism in vitro. will be. During the anaerobic-aerobic repetition process, nitrogen is gradually oxidized to ammonia nitrogen and nitrite nitrogen by a nitrifying bacteria under aerobic conditions.Nitrate nitrogen is again passed through nitrite nitrogen under anoxic conditions. Reduced to and removed. Phosphorus accumulated in the microorganisms under aerobic conditions is removed when the excess microorganisms are removed.

그러나 유기물, 질소, 인을 동시에 처리할 수 있는 생물학적 처리기술은 대부분 하수와 같은 저농도 폐수를 처리대상으로 하고 있으며(대한민국 특허 공개번호 96-014012, 대한민국 특허 제 153211), 고농도축산폐수에 대한 적용은 아직 미미한 상황이다[첨단환경기술 3(1) 1995, 폐수처리공학 1993].However, most biological treatment technologies capable of simultaneously treating organic matter, nitrogen, and phosphorus target low-density wastewater such as sewage (Korean Patent Publication No. 96-014012, Korean Patent No. 153211). It is still insignificant [Advanced Environmental Technology 3 (1) 1995, Wastewater Treatment Engineering 1993].

생물학적 처리에 사용되는 미생물은 활성오니 중 임의성 미생물을 이용하고 있다. 그러나 활성오니는 기본적으로 고농도폐수를 처리하는 데 한계가 있어 축산폐수와 같은 고농도폐수를 처리하는 데는 어려움이 있다. 따라서 활성오니로 처리할 수 있는 농도까지 희석하거나 처리시간이 길어지며 결과적으로 처리시설이 대용량화 되어야 한다.Microorganisms used for biological treatment utilize random microorganisms in activated sludge. However, activated sludge has a limitation in treating high concentration wastewater, so it is difficult to treat high concentration wastewater such as livestock wastewater. Therefore, dilution up to the concentration that can be treated with activated sludge or the processing time becomes long, and as a result, the treatment facility should be large in capacity.

탈질공정에서 질산성 질소는 탈질 미생물에 의해 질소가스로 탈질되는데 이때 탈질 미생물은 폐수에 함유되어 있는 질산성 질소 농도에 대해 최소한 4 배에 해당하는 유기탄소(유기물)를 소비하면서 탈질을 한다. 그러나 축산폐수의 경우 질소농도가 높아 유기물농도/질산성질소농도의 비가 4 이하이므로 탈질되기 매우 어려우며 추가적으로 유기탄소원을 첨가해 주어야 한다. 또한 축산폐수의 유기물은 난분해성으로써 미생물이 쉽게 이용하지 못하며 결과적으로 탈질이 더욱 어렵게 된다.In the denitrification process, nitrate nitrogen is denitrated by denitrification microorganisms with nitrogen gas. At this time, the denitrification microorganisms denitrify while consuming at least four times the organic carbon (organic matter) in relation to the concentration of nitrate nitrogen contained in the waste water. However, in the case of livestock waste water, the nitrogen concentration is high, so the ratio of organic matter concentration / nitrogen nitrogen concentration is 4 or less, so it is very difficult to denitrate and additional organic carbon source must be added. In addition, organic matter in livestock wastewater is difficult to decompose because it is hardly decomposable, and consequently denitrification is more difficult.

본 발명은 축산폐수에 포함되어 있는 고농도 유기물, 질소, 인을 효율적으로 처리하여 최종 방류수의 수질을 규제치 이하로 만족시킬 수 있는 경제적인 처리방법을 제공하는데 목적이 있다. 본 발명에서는An object of the present invention is to provide an economical treatment method that can efficiently treat the high concentration of organic matter, nitrogen, phosphorus contained in the livestock wastewater to satisfy the final quality of the discharged water below the regulatory value. In the present invention

첫째, 탈질단계에서 절대 혐기성 미생물을 이용한다.First, absolute anaerobic microorganisms are used in the denitrification stage.

종래의 방법은 탈질 단계에서는 임의성 미생물, 즉 활성오니를 이용하여 무산소 또는 혐기조건을 부여하였고 질산화 단계에서는 호기성 미생물을 이용하였다.반면에 본 발명에서는 탈질 단계에서 절대 혐기미생물을 이용하였고, 이를 위해서 절대 혐기조건을 갖는 고율 혐기성 소화조를 이용하였다. 질산화 단계에서는 동일하게 호기성 미생물을 이용하였다. 고율 혐기성 소화조내의 절대 혐기미생물은 고농도 유기성 폐수를 희석없이 고효율로 처리할 수 있는 장점을 갖고 있다. 또한 유기물을 절대 혐기적으로 분해하는 과정은 유기물을 유기산으로 산 발효한 후 다시 유기산을 메탄 발효시키는 과정인데 이 과정에서 생성된 유기산은 화학적으로 볼 때 분자구조가 간단하여 생물학적으로 미생물이 이용하기에 용이한 형태이다. 따라서 탈질 미생물이 탈질과정에서 유기탄소원으로써 분해가 용이한 유기산을 이용함으로써 탈질이 용이하게 일어난다.In the conventional method, an anaerobic or anaerobic condition was imparted using an optional microorganism, that is, activated sludge in the denitrification step, and an aerobic microorganism was used in the nitrification step. In the present invention, an absolute anaerobic microorganism was used in the denitrification step. A high rate anaerobic digester with anaerobic conditions was used. In the nitrification step, the same aerobic microorganism was used. Absolute anaerobes in high rate anaerobic digesters have the advantage of treating high concentration organic wastewater with high efficiency without dilution. In addition, the process of anaerobic decomposition of organic matter is the process of acid fermentation of organic matter with organic acid and then methane fermentation of organic acid again. It is an easy form. Therefore, denitrification occurs easily by using an organic acid that is easily decomposed as an organic carbon source in the denitrification process.

둘째, 원폐수는 최하부 디스트리뷰터를 통해 유입시키고 침전조로부터 반송된 폐수는 담체층의 최하부와 슬러지층의 최상부의사이로 유입시킨다.종래의 방법에서는 탈질이 일어나는 혐기조 또는 무산소조에서 질산화된 폐수와 원폐수, 그리고 미생물이 혼합되면서 인방출과 탈질화가 동시에 이루어졌다. 그러나 질산성 질소나 아질산성 질소가 존재할 경우 인의 방출이 억제되어 효과적으로 인을 제거할 수 없다. 본 발명에서는 탈질반응과 함께 효과적으로 인을 방출하기 위해서 질산화된 폐수를 고율 혐기성 소화조로 반송시킬 때 담체의 하부층과 소화조 하부 슬러지층의 사이로 유입시킨다. 따라서, 탈질반응과 미생물의 인 방출이 서로 저해작용을 주지않고 효과적으로 일어날 수 있다.Second, the raw wastewater is introduced through the bottom distributor and the wastewater returned from the settling tank is introduced between the bottom of the carrier bed and the top of the sludge bed.In conventional methods, nitrified wastewater and raw wastewater in anaerobic or anaerobic tanks where denitrification occurs, and As the microbes were mixed, phosphorus release and denitrification occurred simultaneously. However, in the presence of nitrate nitrogen or nitrite nitrogen, the release of phosphorus is suppressed and phosphorus cannot be effectively removed. In the present invention, the nitrified wastewater is introduced between the lower layer of the carrier and the lower sludge layer of the digester when the nitrified wastewater is returned to the high rate anaerobic digester in order to effectively release phosphorus together with the denitrification reaction. Therefore, denitrification and phosphorus release of microorganisms can occur effectively without interfering with each other.

셋째, 침전조의 상등수와 침전된 슬러지를 혐기성 소화조로 반송시킨다.Third, the supernatant and precipitated sludge in the settling tank is returned to the anaerobic digester.

종래의 방법은 임의성 활성오니를 이용하며 혐기(또는 무산소)→호기의 반복공정일 경우 혐기조에서 처리된 폐수와 슬러지(미생물)가 함께 호기조로 유입된다. 또한 호기조에서 처리된 폐수와 슬러지는 침전조에서 침전되어 상등수는 방류되고 슬러지는 혐기조와 폭기조의 미생물 농도유지를 위해서 반송된다. 본 발명에서는 절대 혐기미생물을 이용하여 호기조에서 반송되는 호기성 슬러지의 감량화를 한다. 이로 인하여 전체공정에서 잉여 슬러지 발생량도 저감한다. 인은 침전조에서 제거되는 잉여슬러지와 함께 제거되며, 고율 혐기조로 반송된 호기성 처리수는 절대 혐기미생물에 의해 탈질된다.The conventional method uses random activated sludge and in the case of the anaerobic (or anoxic) → aerobic repetition process, the wastewater and sludge (microorganism) treated in the anaerobic tank are introduced into the aerobic tank together. In addition, the wastewater and sludge treated in the aerobic tank are precipitated in the settling tank so that the supernatant is discharged and the sludge is returned for maintaining the concentration of microorganisms in the anaerobic and aeration tanks. In the present invention, the absolute anaerobic microorganism is used to reduce the aerobic sludge returned from the aerobic tank. This reduces the amount of excess sludge generated in the whole process. Phosphorus is removed along with the excess sludge removed from the settling tank, and the aerobic treated water returned to the high rate anaerobic tank is denitrated by absolute anaerobes.

도 1 : 본 발명의 축산폐수 처리방법 공정도1: process chart of livestock wastewater treatment method of the present invention

도 2 : 고율 혐기성 소화조의 단면도Figure 2: Cross section of high rate anaerobic digester

본 발명의 축산폐수 처리 방법 및 처리 시스템은 절대 혐기조건의 고율 혐기성소화조와 폭기조를 기본구성으로 하며 폐수의 성상에 따라 전처리(고액분리)와 후처리(응집침전, 오존산화, 전기분해, 여과)등을 추가할 수 있다. 즉 폐수의 성상이 BOD 10,000ppm, 부유물농도(SS) 7,000ppm, 총질소농도 3,500ppm인 축산폐수와 같은 경우는 고액분리기-고율혐기성소화조-폭기조-응집침전의 공정을 구성할 수 있다. 각 공정의 역할은 다음과 같다.Livestock wastewater treatment method and treatment system of the present invention is based on the high anaerobic digestion tank and aeration tank of the absolute anaerobic condition, and according to the characteristics of the wastewater pretreatment (solid-liquid separation) and post-treatment (coagulation sedimentation, ozone oxidation, electrolysis, filtration), etc. You can add In other words, in case of livestock wastewater with BOD 10,000ppm, suspended solids concentration (SS) 7,000ppm, and total nitrogen concentration 3,500ppm, the process of solid-liquid separator, high rate anaerobic digestion tank, aeration tank, and coagulation sedimentation can be configured. The role of each process is as follows.

고액분리 :Solid-liquid Separation:

고율 혐기성 소화조로 폐수를 유입시키기 전에 고액 분리를 하여 농도 편차를 최소화하고 농도를 최대한으로 저감하여 다음 공정에 미치는 부하를 경감한다. 고액분리로는 폐수의 부유물농도 및 유량에 따라 원심분리방법, 필터방법이 이용된다.Before the wastewater is introduced into the high-rate anaerobic digester, solid-liquid separation is used to minimize the concentration variation and reduce the concentration to the maximum to reduce the load on the next process. As the solid-liquid separation, a centrifugal separation method and a filter method are used according to the concentration and flow rate of the waste water.

고율 혐기성 소화조 :High rate anaerobic digester:

고액 분리되어 유입되는 폐수에 포함되어 있는 고농도 유기물을 1 차적으로 제거한다. 유기물을 제거하는 단계에서 중간생성물로 생성되는 유기산과 아세테이트 등을 이용하여 질산화가 이루어진 폐수를 탈질시킨다. 동시에 인의 방출이 이루어지는 단계이다.The high concentration of organic matter contained in the wastewater flowing into the solid-liquid separation is removed first. In the step of removing the organics, the denitrified wastewater is denitrated using organic acids and acetates produced as intermediate products. At the same time, phosphorus is released.

폭기조 :Aeration tank:

고율 혐기성 소화조에서 1 차적으로 처리된 폐수내에 존재하는 잔류 유기물을 제거하고, 폐수에 포함되어 있는 암모니아성 질소를 질산화시킨다. 이때 인은 미생물의 체내에 섭취되며 잉여 슬러지를 제거할 때 함께 제거된다.In the high-rate anaerobic digester, residual organic matter present in the first treated wastewater is removed and nitrified ammonia nitrogen contained in the wastewater. Phosphorus is ingested in the body of the microorganism and is removed together when removing excess sludge.

폭기조의 효율을 높이기 위하여 폭기조의 수량을 2 개 이상으로 할 수 있다.In order to increase the efficiency of the aeration tank, the number of aeration tanks may be two or more.

침전조 :Sedimentation tank:

생물학적 처리가 완료된 폐수에서 미생물을 중력에 의해 분리한다. 침전된 슬러지에는 인이 과잉 섭취되어 있고 상등액은 질산화가 완료된 폐수로, 일부는 방류하고, 일부는 1 차 생물학적 처리단계인 고율 혐기성 소화조로 반송하여 탈질을 완료시킨다. 또한 잉여 오니도 상등수와 함께 고율 혐기성 소화조로 반송시킨다.Gravity separates microorganisms from wastewater with biological treatment. Precipitated sludge contains excess phosphorus and the supernatant is nitrified wastewater, part of which is discharged, and part of which is returned to a high-rate anaerobic digester, the primary biological treatment step, to complete denitrification. The surplus sludge is also returned to the high rate anaerobic digester with supernatant.

후처리 : 응집.침전, 오존산화, 여과Post-treatment: flocculation, sedimentation, ozone oxidation, filtration

처리수의 방류기준을 최종적으로 만족시키는 단계로 축산폐수 고유의 색도까지 동시에 제거한다. 후처리 방법은 생물학적 처리가 완료된 폐수의 특성에 따라 응집침전, 오존산화, 전기분해, 여과(모래여과 + 활성탄여과) 중에서 선택하여 사용한다.As a final step of satisfying the discharge standard of treated water, the intrinsic chromaticity of the livestock wastewater is removed simultaneously. The post-treatment method is selected from coagulation sedimentation, ozone oxidation, electrolysis, and filtration (sand filtration + activated charcoal filtration) according to the characteristics of the wastewater after biological treatment.

이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

고율 혐기성 소화조는 본 발명자들이 개발한 고율 혐기성소화조(대한민국 특허출원번호 97-75848)를 이용하였으며, 절대 혐기성 조건을 갖는 상기와 다른 형태의 고율 혐기성 소화조를 사용해도 된다. 이 혐기성 소화조의 상부에는 본 발명자들이 개발한 다공성 세라믹 담체(대한민국 특허 제 123019 호, 제 153156 호)가 충전되어 있으며 이 담체에는 탈질미생물이 고정화되어 고율혐기조의 탈질효율을 더욱 높이는 역할을 한다. 이 혐기성소화조에서는 고농도 유기물의 분해가 활발히 진행된다.The high rate anaerobic digester used the high rate anaerobic digester developed by the present inventors (Korean Patent Application No. 97-75848), and other types of high rate anaerobic digester having absolute anaerobic conditions may be used. The upper part of the anaerobic digester is filled with a porous ceramic carrier developed by the present inventors (Korean Patent Nos. 123019 and 153156), and denitrification microorganisms are immobilized on the carrier to further enhance the denitrification efficiency of the high rate anaerobic tank. In this anaerobic digester, the decomposition of high concentration organic matter proceeds actively.

이때 중간생성물로 유기산이 생성되는데, 이는 탈질 미생물의 에너지원으로 이용이 매우 용이하다. 일반적으로 탈질단계에서 유기물과 질소의 비가 지나치게 낮은 경우(4.0 이하), 외부에서 유기 탄소원을 투입하는데 이때 가장 이용빈도가 높은 물질이 메탄올이다. 이는 단분자 형태로 미생물이 이용하기 매우 쉽기 때문이다. 따라서 다른 형태의 유기물보다도 유기산(주로 탄소분자 3-4 개로 구성됨)은 탈질단계의 탄소원으로 매우 적합하여 미생물의 유기물이용 효율을 극대화 시킬수 있으므로 외부 탄소원의 첨가량을 최소화 할수 있으며, 경우에 따라서는 불필요할 수도 있다. 특히 원폐수를 탄소원으로 이용하는 경우보다 미생물이 쉽게 기질로 이용하므로 탈질속도를 빠르게 유지할 수 있고, 그 결과 혐기성 소화조의 용적을 작게하는 것이 가능하게 하여 경쟁력을 높일 수 있다.At this time, an organic acid is produced as an intermediate product, which is very easy to use as an energy source of denitrification microorganisms. In general, when the ratio of organic matter and nitrogen in the denitrification step is too low (4.0 or less), the organic carbon source is introduced from the outside, and the most frequently used substance is methanol. This is because the microorganism in the form of a single molecule is very easy to use. Therefore, organic acids (mainly composed of 3-4 carbon molecules) are more suitable as carbon sources in the denitrification step than other forms of organic materials, so that the utilization efficiency of microorganisms can be maximized, thus minimizing the amount of external carbon sources, which may be unnecessary in some cases. It may be. In particular, since microorganisms are easily used as substrates than raw wastewater as a carbon source, it is possible to maintain a fast denitrification rate, and as a result, it is possible to reduce the volume of the anaerobic digester to increase competitiveness.

인은 혐기성 조건에서 방출되는데, 이때 폭기조에서 반송되는 폐수내에 포함되어 있는 질산성 질소나 아질산성 질소가 공존할 경우 인 방출이 억제된다. 따라서 본 발명에서는 질산화된 폐수(폭기조에서 반송되는 폐수로 질소의 형태가 대부분 질산성 질소의 형태임)가 반송되는 위치를 유입되는 원폐수의 위치보다는 높게하여 유기산의 이용이 용이하게 하였다. 이로써 인 방출과 탈질반응이 서로 저해작용을 미치지 않고 원활하게 이루어 지도록 하였다. 도 2 는 고율 혐기성 소화조의 단면도로 이러한 사항을 표시하였다.Phosphorus is released under anaerobic conditions, where phosphorus release is suppressed if nitrate or nitrite nitrogen coexists in the wastewater returned from the aeration tank. Therefore, in the present invention, the position where the nitrified wastewater (the form of nitrogen is mostly in the form of nitrate nitrogen as the wastewater conveyed in the aeration tank) is higher than the position of the inflowing raw wastewater to facilitate the use of organic acids. This ensures that phosphorus release and denitrification occur smoothly without interfering with each other. Figure 2 shows this in a cross-sectional view of a high rate anaerobic digester.

폭기조에서는 고율 혐기성 소화조의 유출수를 2 차 생물학적 처리를 하는 단계로, 축산폐수내에 포함되어 있는 잔류 유기물을 분해하며 암모니아성 질소를 질산화 시킨다. 폭기조는 효율을 더욱 높이기 위하여 수량을 2 개 이상으로 할 수 있다. 즉 폭기조로 유입되는 폐수에 함유되어 있는 질소는 대부분 암모니아성 질소의 형태를 유지하고 있다. 이러한 암모니아성 질소는 호기성 조건에서 질산화 박테리아에 의해 그 형태가 암모니아성 질소 → 아질산성 질소 → 질산성 질소 단계로 변화되어야 한다. 그러나 폐수 내에 미처리된 유기물이 존재하여 BOD5/TKN 이 3∼5 이상이면 유기물을 제거하기 위한 미생물들의 활동이 활발하게 되는 반면, 질산화 미생물은 숫적으로 감소하여 그 활성이 약화된다. 따라서 원활한 질산화를 위해서는 잔류 유기물을 제거해야 한다. 이를 위해서 폭기조의 수량을 2 개로 하여 제 1 폭기조에서는 일부 질산화 반응도 일어나지만 주된 반응은 잔류 유기물이 제거되도록 하고, 제 2 폭기조에서는 질산화와 인의 과잉섭취를 완료하게 할 수 있다.In the aeration tank, a second biological treatment of the effluent from the high-rate anaerobic digester is used to decompose the residual organic matter contained in the livestock wastewater and nitrify the ammonia nitrogen. The aeration tank may have two or more water quantities to further increase efficiency. In other words, most of the nitrogen contained in the wastewater flowing into the aeration tank maintains the form of ammonia nitrogen. This ammonia nitrogen should be changed in form from ammonia nitrogen to nitrite nitrogen to nitrate nitrogen under aerobic conditions by nitrifying bacteria. However, when untreated organics are present in the wastewater and the BOD 5 / TKN is 3 to 5 or more, the activity of the microorganisms for removing the organics becomes active, whereas the nitrifying microorganisms decrease in number and weaken their activity. Therefore, residual organic matter should be removed for smooth nitrification. For this purpose, the number of aeration tanks is two, so that some nitrification reactions occur in the first aeration tank, but the main reaction is to remove residual organic matter, and the second aeration tank can complete nitrification and excess intake of phosphorus.

침전조에서는 중력에 의한 고액분리가 일어나는 곳으로, 활성오니는 플록을 형성하면서 침전되고 폐수는 상등수로 남게 된다. 이때 침전된 활성오니(슬러지)는 인을 과잉 섭취하고 있으며 잉여미생물 제거시 함께 제거된다. 활성오니의 일부는폭기조의 미생물의 농도를 일정하게 유지시키기 위해 폭기조로 반송시킨다. 본 발명에서는 폭기조로의 반송율을 적정 미생물 농도에 근거하여 20∼150% (원폐수의 유량대비 값임)로 하였다.In the sedimentation tank, where solid-liquid separation occurs by gravity, activated sludge is precipitated to form flocs and the wastewater remains as supernatant. At this time, the precipitated activated sludge (sludge) is excessively ingested with phosphorus and is removed when the excess microorganism is removed. Some of the activated sludge is returned to the aeration tank to maintain a constant concentration of microorganisms in the aeration tank. In the present invention, the return rate to the aeration tank was set to 20 to 150% (value of the flow rate of the raw waste water) based on the appropriate microbial concentration.

혐기성 소화조로 반송되는 활성오니는 절대 혐기미생물에 의해서 감량화되므로 전체 공정에서 잉여미생물(폐슬러지)의 생성량을 줄일 수 있다. 이때 침전조 상등액도 함께 반송되어 절대 혐기미생물에 의해 탈질화된다. 본 발명에서는 축산폐수의 유량과 농도에 따라 고율 혐기성 소화조로의 반송율을 200∼600 %(원폐수의 유량대비 값임)로 조절하였다.The activated sludge returned to the anaerobic digester is reduced by absolute anaerobic microorganisms, thereby reducing the amount of surplus microorganisms (waste sludge) produced in the overall process. At this time, the settling supernatant is also returned and denitrified by the anaerobic microorganisms. In the present invention, the rate of return to the high-rate anaerobic digester according to the flow rate and concentration of the livestock wastewater was adjusted to 200 to 600% (value compared to the flow rate of the original wastewater).

후처리 단계는 생물학적 처리가 완료된 폐수를 방류기준에 적합하도록 유기물과 인 및 색도를 최종적으로 조절하는 단계이다. 응집.침전 방법과 오존산화, 그리고 전기분해등을 폐수의 성상에 맞게 선택하여 사용한다. 응집침전의 방법을 사용할 경우 무기응집제와 고분자 응집제를 이용하는데, 본 공정에서는 무기 응집제로 황산반토와 철염을, 고분자 응집제로는 음이온성 고분자 응집제를 이용하였다.The post-treatment step is to finally adjust the organic matter, phosphorus and chromaticity to meet the discharge criteria for the wastewater after biological treatment. Coagulation and sedimentation methods, ozone oxidation, and electrolysis are selected according to the characteristics of the wastewater. In the case of the coagulation sedimentation method, an inorganic coagulant and a polymer coagulant are used. In this step, an alumina coagulant and iron salt are used as the inorganic coagulant, and an anionic polymer coagulant is used as the coagulant.

첫째, 절대혐기성 미생물을 이용하는 고율 혐기성 소화조를 사용하여 고농도 폐수를 희석없이 처리할 수 있으며 유기물 분해단계에서 생성되는 생물학적 분해가 용이한 유기산을 탈질단계에서 필요한 탄소원으로 이용함으로써 탈질효율과 미생물의 탄소원 이용효율을 높인다. 이때 원폐수의 유입은 최하부의 디스트리뷰터를 이용하여 유입시켜 유기물을 처리하며, 호기처리후 침전조에서 반송되는 폐수 및 오니는 소화조의 중간 높이로 유입시켜 소화조에서 유기물 분해단계에서 생성된 유기산을 이용하여 탈질시킨다. 그 결과 고농도폐수를 희석없이 짧은 시간내 처리할 수 있으며 탈질효율을 높일수 있어 설비비를 절감할 수 있다. 또한 탈질과정에서 필요한 유기탄소원의 투입량을 최소화할 수 있어서 운영비를 줄일 수 있고 운전도 용이하다.First, high-density anaerobic digester using absolute anaerobic microorganisms can be used to treat high concentration wastewater without dilution, and denitrification efficiency and microbial carbon source by using biodegradable organic acid generated in organic decomposition step as carbon source needed in denitrification step. Increase the efficiency At this time, the inflow of the raw wastewater is processed by using the lowest distributor to treat organic matter.The wastewater and sludge returned from the settling tank after the aerobic treatment flows into the middle height of the digester and denitrification using the organic acid produced in the organic matter decomposition step in the digester. Let's do it. As a result, high concentration wastewater can be treated in a short time without dilution, and the denitrification efficiency can be improved, thereby reducing the equipment cost. In addition, it is possible to minimize the input amount of organic carbon source required in the denitrification process, thereby reducing operating costs and easy operation.

1. 혐기성소화조에서 원폐수가 유입되는 위치보다 호기처리후 반송되는 폐수가 유입되는 위치가 높기 때문에 한 반응조에서 효과적인 탈질반응 뿐만아니라 인방출도 용이하다.1. In the anaerobic digestion tank, the waste water returned after aerobic treatment is higher than the position where the raw water is introduced, so it is easy to remove phosphorus as well as effective denitrification in one reactor.

2. 기존의 활성오니 이용방법은 각 조에서의 역할이 분담되어 있어서(예를들면 질산화조, 탈질조, 혐기조 등)여러 개의 반응조가 필요하며 이로 인하여 설비가 거대해지는 문제점이 있었으나, 본 발명은 고율 혐기성 소화조에서 효율적인 탈질반응과 인방출, 유기물 제거반응이 일어남으로써 설비의 소형화가 가능하다.2. The existing method of using activated sludge is divided into roles in each tank (for example, nitrification tank, denitrification tank, anaerobic tank, etc.), and thus requires a plurality of reaction tanks. In a high rate anaerobic digester, efficient denitrification, phosphorus release, and organic matter removal reactions occur, making it possible to miniaturize the equipment.

3. 호기처리후 슬러지와 상등액을 동시에 고율 혐기성 소화조로 반송시켜 탈질반응을 수행하므로 전체 공정에서 잉여 슬러지의 발생량을 최소화 할 수 있어서 매우 경제적인 처리시스템이다.3. After sludge treatment, the sludge and the supernatant are simultaneously returned to the high-rate anaerobic digester to perform denitrification, which minimizes the amount of excess sludge in the overall process.

이하 본 발명을 실시예로 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples.

실시예 1)Example 1

충남 논산시 소재 C 농장에서 발생되는 축산폐수에 본 발명의 처리공정을 적용하였다. 사용한 축산폐수는 저류와 스크린을 거치면서 BOD 10,000ppm, 부유물질 7,000ppm, 총질소 3,500 ppm, 총인 200ppm 수준이었다.The treatment process of the present invention was applied to the livestock wastewater generated in C farm in Nonsan, Chungnam. The livestock wastewater used was 10,000 ppm of BOD, 7,000 ppm of suspended solids, 3,500 ppm of total nitrogen, and 200 ppm of total nitrogen.

고율 혐기성 소화조의 용량은 10 리터 였으며 상부에 다공성 세라믹 담체를50% 충전하였다. 하수종말처리장의 혐기성 소화슬러지를 1 일간 침전시킨후 이를 투입하였으며 체류시간은 16 시간으로 하였다. 제 1 폭기조는 40 리터 용량으로 체류시간은 1.3 일 이었으며, 미생물농도는 5,000ppm으로 조절하였다. 제2폭기조는 40리터 용량으로 체류시간은 2일로 하였고, 미생물 농도는 5,000ppm 으로 조절하였다. 제 1폭기조와 제 2 폭기조에 활성오니는 하수종말 처리장의 반송슬러지를 이용하였다. 침전조는 1 리터 용량으로 체류시간 1 시간이었다. 폭기조 1 로의 반송율은 원수유입량 대비 100%로 하였으며, 고율 혐기성 소화조로의 반송율은 200%로 하되 침전슬러지와 침전조 상등액을 같은 비율로 하여 반송하였다. 응집반응조에서는 황산반토를 1,000ppm 투입하여 15 분간 100rpm 으로 교반한후 음이온성 고분자 응집제를 10ppm 투입하여 30rpm 으로 40 분간 교반하였다. 이후 90 분간 침전하였다. 이후 여과(모래+활성탄)단계를 거쳐서 방류하였다.The capacity of the high rate anaerobic digester was 10 liters and the top was filled with 50% porous ceramic carrier. Anaerobic digested sludge from the sewage treatment plant was precipitated for 1 day and then added. The residence time was 16 hours. The first aeration tank had a capacity of 40 liters with a residence time of 1.3 days and a microbial concentration of 5,000 ppm. The second aeration tank had a retention time of 2 days and a microbial concentration of 5,000 ppm with a capacity of 40 liters. The return sludge of the sewage terminal treatment plant was used for the first aeration tank and the second aeration tank. The settling tank had a residence time of 1 hour at a capacity of 1 liter. The return rate to the aeration tank 1 was 100% of the raw water inflow, and the return rate to the high-rate anaerobic digester was 200%, but the settling sludge and the supernatant of the settling tank were returned at the same ratio. In the flocculation tank, 1,000 ppm of alumina sulfate was added and stirred at 100 rpm for 15 minutes, followed by 10 ppm of anionic polymer flocculant, followed by stirring at 30 rpm for 40 minutes. Thereafter, it was precipitated for 90 minutes. After filtration (sand + activated carbon) step was discharged.

본 발명의 공정을 운전하면서 수질분석을 실시하였으며, 정상상태에 도달한 후 운전일수에 따른 주요 생물학적 공정의 유출수를 분석하였다. 수질분석 항목은 BOD와 총질소, 총인, 잉여 슬러지 발생량이었으며 결과를 표 1 에 나타내었다.Water quality analysis was performed while operating the process of the present invention, and after the steady state was reached, the effluents of major biological processes were analyzed according to the number of operating days. The water quality analysis items were BOD, total nitrogen, total phosphorus, and excess sludge generation. The results are shown in Table 1.

비교예 1)Comparative Example 1)

질산화된 폐수를 탈질반응을 실시함에 있어서 절대 혐기성 미생물을 이용하지 않고 일반 활성오니중 임의성 미생물을 이용하여 실시예 1 과 동일하게 수행하였다. 이를 위해서 고율 혐기성 소화조와 같이 밀봉된 반응조가 아닌 개방된 소화조를 이용하였다. 탈질단계에서 요구되는 탄소원은 원폐수내에 포함되어 있는 유기물로 하였다. 운전을 수행하면서 정상상태에 도달한 후 운전일수에 따른 공정별 수질분석을 실시하였다. 수질분석 항목은 실시예 1 과 동일하게 하였으며 이를 표 2 에 나타내었다.In carrying out the denitrification of the nitrified wastewater, it was carried out in the same manner as in Example 1 by using an arbitrary microorganism in the general activated sludge instead of using an absolute anaerobic microorganism. For this purpose, an open digester was used rather than a sealed reactor, such as a high rate anaerobic digester. The carbon source required in the denitrification step was an organic substance contained in the raw wastewater. During the operation, after reaching the steady state, water quality analysis was performed according to the operation days. Water quality analysis items were the same as in Example 1 and are shown in Table 2.

비교예 2)Comparative Example 2)

침전조에 저류되는 질산화된 폐수를 반송하여 탈질반응을 수행함에 있어서 침전된 슬러지를 반송하지 않고 상등액만을 고율 혐기성 소화조로 반송하여 실시예 1 과 동일하게 실시하였다. 운전을 수행하면서 정상상태에 도달한 후 운전일수에 따른 공정별 수질분석을 실시하였다. 수질분석항목은 실시예 1 의 항목과 동일하게 하였으며 이를 표 3 에 나타내었다.In carrying out the denitrification reaction by returning the nitrified wastewater stored in the settling tank, only the supernatant was returned to the high-rate anaerobic digester in the same manner as in Example 1. During the operation, after reaching the steady state, water quality analysis was performed according to the operation days. Water quality analysis items were the same as in Example 1 and are shown in Table 3.

Claims (8)

혐기성 소화조, 폭기조 및 침전조로 구성된 폐수 처리 시스템을 이용하여 고농도 유기물, 질소 및 인이 포함되어 있는 폐수를 처리하는 방법에 있어서,In the wastewater treatment system consisting of anaerobic digestion tank, aeration tank and sedimentation tank, the method for treating wastewater containing high concentration of organic matter, nitrogen and phosphorus, 상기 폭기조에서 질산화된 폐수를 탈질시키기 위하여 상기 침전조에서 침전시킨 상등수와 침전된 오니를 상기 혐기성 소화조로 반송하는 것을 특징으로 하는 축산 폐수 처리 방법.Livestock wastewater treatment method comprising the step of returning the supernatant and precipitated sludge precipitated in the settling tank to the anaerobic digester in order to denitrate the nitrified wastewater in the aeration tank. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 혐기성 소화조는 절대 혐기성 미생물을 이용하고, 탄소원으로 유기산을 사용하는 것을 특징으로 하는 축산 폐수 처리 방법.The anaerobic digester uses an absolute anaerobic microorganism and uses organic acid as a carbon source. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 혐기성 소화조는 원폐수가 유입되는 최하부 디스트리뷰터, 상기 최하부 디스트리뷰터 상부의 하부 슬러지층 및 상기 하부 슬러지층 상부의 담체층을 포함하며,The anaerobic digester comprises a bottom distributor, through which raw wastewater flows, a bottom sludge layer on top of the bottom distributor, and a carrier layer on top of the bottom sludge layer. 반송되는 상기 상등수 및 오니는 상기 하부 슬러지층의 최상층과 상기 담체층의 최하층 사이로 유입되는 것을 특징으로 하는 축산 폐수 처리 방법.The supernatant and sludge to be returned is introduced between the uppermost layer of the lower sludge layer and the lowermost layer of the carrier layer. 삭제delete 혐기성 소화조 및 폭기조로 구성된 폐수 처리 시스템을 이용하여 고농도 유기물, 질소 및 인이 포함되어 있는 축산 폐수를 처리하는 방법에 있어서,In the method for treating livestock wastewater containing high concentrations of organic matter, nitrogen and phosphorus using a wastewater treatment system consisting of anaerobic digestion tank and aeration tank, 상기 혐기성 소화조 내의 미생물에 의해 상기 혐기성 소화조로 유입된 폐수에 인방출하는 단계;Discharging the wastewater introduced into the anaerobic digester by the microorganisms in the anaerobic digester; 상기 폭기조에서 상기 폐수에 포함된 암모니아성 질소를 질산화하고 상기 방출된 인을 미생물 내에 축적하는 단계;Nitrifying the ammonia nitrogen contained in the wastewater in the aeration tank and accumulating the released phosphorus in the microorganism; 질산화된 상기 폐수의 일부를 상기 혐기성 소화조로 반송하는 단계; 및Returning a portion of the nitrified wastewater to the anaerobic digester; And 상기 혐기성 소화조에서 반송된 폐수를 탈질하는 단계를 포함하는 축산 폐수 처리 방법.Livestock wastewater treatment method comprising the step of denitrifying the wastewater returned from the anaerobic digester. 유입되는 고농도의 유기물, 질소 및 인을 함유하는 축산 폐수를 처리하기 위한 축산 폐수 처리 시스템에 있어서,In a livestock wastewater treatment system for treating livestock wastewater containing high concentrations of organic matter, nitrogen and phosphorus, 유입되는 폐수에 포함된 유기물을 1차적으로 분해하고, 호기성 처리된 폐수에 포함된 질산성 및 아질산성 질소를 탈질하며, 인을 미생물 체외로 방출하는 혐기성 소화조;An anaerobic digestion tank that primarily decomposes the organic matter contained in the incoming wastewater, denitrates the nitrate and nitrite nitrogen contained in the aerobic treated wastewater, and releases phosphorus into the microorganism in vitro; 상기 혐기성 소화조를 통과하여 유출되는 폐수에 포함된 암모니아성 질소를 질산화시키고 인을 미생물 내에 축적하는 호기성 폭기조; 및An aerobic aeration tank for nitrifying ammonia nitrogen contained in wastewater flowing out through the anaerobic digester and accumulating phosphorus in microorganisms; And 탈질 처리를 위해 상기 호기성 폭기조로부터 유출되는 처리수를 침전하여 발생한 오니와 상등수의 일부를 상기 혐기성 소화조로 반송하는 반송 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 축산 폐수 처리 시스템.And a conveying apparatus for conveying a portion of sludge and supernatant water generated by sedimenting the treated water flowing out of the aerobic aeration tank for denitrification to the anaerobic digester. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 혐기성 소화조는 원폐수의 유입을 위한 최하부 디스트리뷰터와, 상기 최하부 디스트리뷰터 상부에 형성된 담체층을 포함하며,The anaerobic digester includes a bottom distributor for the inflow of raw wastewater, and a carrier layer formed on the bottom distributor. 상기 혐기성 소화조는 상기 최하부 디스트리뷰터와 상기 담체층 사이에 상기 반송되는 상등수와 오니의 유입을 위한 유입구를 구비하는 것을 특징으로 하는 축산 폐수 처리 시스템.The anaerobic digester has an inlet for the inflow of the supernatant and sludge returned between the bottom distributor and the carrier layer. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 혐기성 소화조는 질산성 및 아질산성 질소를 탈질하기 위해 절대 혐기성 미생물을 이용하고, 상기 절대 혐기성 미생물의 탄소원으로 유기산을 이용하는 것을 특징으로 하는 축산 폐수 처리 시스템.The anaerobic digester uses an absolute anaerobic microorganism to denitrate nitric acid and nitrite nitrogen, and uses an organic acid as a carbon source of the absolute anaerobic microorganism.
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