KR100432437B1

KR100432437B1 - 입상형 제올라이트를 이용한 질소 함유 하·폐수 처리방법 및 장치

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Publication number: KR100432437B1
Application number: KR10-2002-0008235A
Authority: KR
Inventors: 정윤철; 손대희
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2004-05-22
Also published as: KR20030068340A

Abstract

본 발명은 입상형 제올라이트를 담체로 사용한 연속회분식 생물막반응기를 이용한 하·폐수처리에 관련된 기술로서 특히 질소제거에 관련된 기술이다. 본 발명은 입상형 제올라이트를 반응조내에 충진 후 생물막을 형성시켜 폐수를 주입 후 연속 순환토록 하여 하·폐수 중의 유기물, 질소 및 인을 연속적으로 제거하는 공정에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 질소를 함유하는 하·폐수의 처리에 있어서, 본 발명은 단일 반응조 내에서 질소를 함유한 유입수를 무산소 또는 혐기 조건하에서 탈질화균으로 탈질화시키는 동시에, 하·폐수 내에 존재하는 암모니아성 질소를 반응조 내에 충진된 제올라이트에 의한 이온교환으로 제거하고, 암모니아성 질소가 흡착된 제올라이트를 반응조 내에서 호기 조건하에 질산화균과 접촉시켜, 암모니아성 질소를 질산화하는 과정을 통해 제올라이트로부터 암모니아성 질소를 탈리시키며, 질산화 단계를 거쳐 생성된 질산성 질소를 다시 무산소 또는 혐기 상태하에서 제거하는 것을 특징으로 하는 하·폐수의 처리방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 하·폐수 처리 속도가 빠르며, 제올라이트를 생물학적 재생을 통하여 반영구적으로 사용할 수 있고, 하·폐수 처리 장치 및 이의 조작과 운전이 간단하며, 하·폐수중의 유기물, 질소, 인, 부유물질(ss)등의 제거효율을 경제적으로 높일 수 있다.

Description

입상형 제올라이트를 이용한 질소 함유 하·폐수 처리방법 및 장치{Method and Apparatus for Treating N-containing Wastewater Using Granular Zeolites}

본 발명은 입상형 제올라이트를 담체로 사용한 연속회분식 생물막반응기를 이용한 하·폐수처리에 관련된 기술로서 특히 질소제거에 관련된 기술이다. 본 발명은 입상형 제올라이트를 반응조내에 충진 후 생물막을 형성시켜 폐수를 주입 후 연속 순환토록 하여 하·폐수 중의 유기물, 질소 및 인을 연속적으로 제거하는 공정에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 입상형 제올라이트를 담체로 한 단일 반응조내에서 혐기 혹은 무산소 상태로부터 공기 공급을 통한 호기 상태로 조건을 변화시켜, 제올라이트의 암모니아성 질소의 이온 교환 특성과 제올라이트에 부착된 생물막 및 미생물을 이용해 유기물이 감소토록 하며, 혐기 혹은 무산소 상태에서 탈질산화가 일어나고, 호기상태에서는 질산화를 촉진하는 공정으로써, 하·폐수중의 유기물, 질소, 인, 부유물질(ss)등의 제거효율을 경제적으로 높일 수 있는 방법에 관한 것이다.

기존의 대부분의 하·폐수처리장은 활성슬러지공법이 적용·운용되고 있으나, 이 공정은 주로 유기물의 제거를 주목적으로 하는 공정으로써, 최근 심각한 사회문제인 호/소의 부영양화의 유발물질로 알려져 있는 질소와 인의 제거공정으로는 적합하지 않다. 이러한 활성슬러지공법을 대체할 수 있는 신공법 개발을 위한 노력들이 선진각국에서 행해지고 있는데, 그 예로써 하나의 혐기조와 하나의 호기조를 배열한 A/O법, 하나의 혐기조와 하나의 무산소조 및 하나의 호기조를 배열한 방법인 A²/O법, 이들 방법을 개선한 바덴포(Bardenpho)법, 유씨티(UCT)법, 단일 반응조에서 무산소, 호기상태의 변화를 주어 처리하는 연속회분식(SBR)법, 담체를 이용하는 생물막(Biofilm)법 등이 있다. 그러나, 이들 공정들은 고농도의 질소를 함유한 폐수처리에 있어서는 그 제거효율이 반송비에 의존하며, 토지의 요구량이 많은 점, 활성슬러지내의 사상성 균의 번식으로 침전성 저하, 혹은 반응기의 안정적인 운영의 문제점들을 내포하고 있다.

일반적으로, 질소를 생물학적으로 제거하기 위해서는 하·폐수 중에 존재하는 암모니아성 질소를 호기 조건 하에서 질산화균에 의해서 질산성 질소로 변환시켜야 하며, 변환된 질산성질소는 혐기 혹은 무산소 조건하에서 탈질균의 작용에 의해 질소분자로 환원되어 제거된다. 이러한 과정이 원활하게 이루어지기 위해서는 호기조에서 질산화균에 의해서 암모니아가 질산성 질소형태로 변환이 잘 이루어져야 하며, 혐기조 혹은 무산소조에서 탈질이 원활하게 이루어져야 한다. 그런데, 호/소의 부영양화에 영향을 미치는 질소와 인의 경우 처리장내에서 거의 완전한 처리가 이루어져야 함에도 불구하고, 피혁폐수, 축산폐수, 침출수 원수 등의 고농도 질소 함유 폐수인 경우에는 고농도 암모니아에 의한 질산화균의 활동저해작용, 암모니아 농도에 비해 부족한 유기물량 등으로 인하여 기존의 활성슬러지 공정 등으로는 질산화 자체가 잘 이루어지지 않으며, 이로 인해, 질소제거에 어려움이 있어, 생태계의 환경오염을 가중시키고 있는 실정이다.

한편, 천연 제올라이트의 뛰어난 암모니아에 대한 선택성을 응용하여 하·폐수의 생물학적 폐수처리를 위한 연구결과들(예; 대한민국등록특허:제0282212호, 제0275004호, 제0273856호, 제0188878호, 제0188804호)이 보고되고 있다. 그러나, 이들 방법은 제올라이트의 암모니아성 질소에 대한 이온교환능에만 의존하여 흡착과 질산화의 향상을 유발시키는 등의 일련의 방법을 사용하여 암모니아성 질소의 농도를 감소시키고 있으며, 제올라이트에 의한 암모니아의 흡착이 포화된 경우에는, 제올라이트의 재생을 위하여 염화나트륨 등의 물질을 사용하거나, 생물학적 처리조 내의 미생물을 반송하여 그 재생을 도모하는 방법에 관한 것이다. 그러나, 이 방법을 사용할 경우, 추가의 제올라이트 이온교환 장치가 필요하고, 암모니아가 흡착된 제올라이트의 인위적 재생에 따른 경비 부담, 제올라이트 반응조내에서의 막힘현상등의 발생에 따른 손실 등이 예상된다. 한편 "일본 특개평10-99893호"에서는 처리조내에 투여된 분말형 제올라이트에 대해 생물학적 기작을 이용한 재생방법을 이용하고 있으나 이 방법에서는 혐기 또는 무산소조, 호기조와 침전조의 별도의 반응조가 필요하며, 부유성장 공법에 따른 슬러지 제어문제가 발생할 수 있으며, 분말형 제올라이트 특성상 제올라이트만을 분리하기 어려워 잉여슬러지 폐기에 따른 유실된 제올라이트를 추가로 보충해주어야 하는 문제점을 오존처리를 통해 분해된 슬러지와 제올라이트를 재 순환시키는 방법을 제시하였으나, 이럴 경우 유출수의 인 농도가 증가할 수 있는 가능성에 대해 언급하지 않았으며 별도의 오존처리 장치가 필요함에 따라 경제적인 문제점을 갖고 있다. 또한 고농도의 유기성 하·폐수처리시에는 제시된 방법이 적용되기에는 기술적으로 용이하지 않다. 또한 이와 비슷한 원리가 적용된 "일본 특개평2000-325987호"에서는 별도의 제올라이트 충전층을 두어 암모니아를 흡착 제거한 제올라이트를 재생하는 방법을 제시하고 있으나 무산소조, 호기조와 침전조의 순서를 가진 기본공정에 단순히 제올라이트 충전층을 후단에 부착하여 생물학적 재생방법을 제공하고 있어 장치가 복잡하며, 제올라이트 충전 조가 잔류 암모니아성 질소의 이온교환 장치로만 사용되고 있어 장치의 효율성의 문제가 발생한다.

현재 세계적으로 질소에 대한 규제가 강화되고 있는 실정으로 국내에서도 수계의 질소는 많은 환경문제를 야기하고 있다. 따라서 경제적이면서도 질소제거를효과적으로 달성할 수 있는 하·폐수 처리공정이 필요한 실정임에도 불구하고 대부분의 질소제거 공정이 반송비에 의존하는 단점을 극복하지 못하고 있거나 추가적인 반응조의 설치 등으로 해결하려는 실정이다.

이에, 본 발명은 상기한 종래의 기술상의 문제점들을 개선코자 한 것으로써, 생물막 공법을 기본으로 하여 암모니아성 질소에 대하여 이온교환능을 가지고 있는 입상형 제올라이트를 담체로 사용함에 있어 단일 반응조에서 암모니아성 질소의 이온교환, 탈질산화 반응, 질산화 반응(생물학적 재생), 여과 반응이 모두 이루어지는 방법으로써 추가적인 제올라이트의 보충 또는 분말형 제올라이트의 재사용을 위한 오존산화 등의 슬러지 분해과정없이 충진된 제올라이트를 생물학적 재생 및 역세조작을 통해 반영구적으로 사용하는 동시에 침전성 저하 문제 또는 침전을 위한 시간이 필요없으며, 질소제거효율과 부유물질의 제거효율을 획기적으로 높일 수 있는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 본 발명은 저농도 질소함유폐수 뿐만 아니라, 피혁, 축산, 침출수 등의 고농도 질소함유폐수에도 경제적이고 효과적으로 적용할 수 있는 것으로 하·폐수 처리에 있어서 입상형 제올라이트를 담체로 사용한 연속회분식 생물막 처리방법 및 장치를 제공하려는 것이다.

도1은 하·폐수 처리를 위한 연속 회분식 생물막 반응기 장치도이고,

도2는 연속회분식 생물막 반응기의 운전주기의 예이다.

<도면의 주요부분에 대한 설명>

111 : 반응조

121 : 원수 유입관

122 : 내부반송관

123 : 처리수 유출관

124 : 역세수 유출관

125 : 역세수 유입관

131 : 원수 유입펌프

132 : 내부 반송펌프

133 : 역세수 유입펌프

141 : 처리수 배출용 자동개폐기(solenoid valve)

142 : 역세수 배출용 자동개폐기(solenoid valve)

151 : 제올라이트 담체

161 : 에어펌프

162 : 역세공기공급용 에어펌프

163 : 산기관

171 : 수위조절센서(water level sensor)

172 : DO(Dissolved Oxygen) 또는 ORP(산화환원전위) 측정센서(DO or ORP sensor)

173 : pH 측정기(pH sensor)

181 : 자동제어장치(auto controller)

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 질소를 함유하는 하·폐수의 처리방법에 있어서, 단일 반응조 내에서 유기물 및 질소를 함유한 유입수를 무산소 또는 혐기 조건하에서 탈질화균으로 탈질화시키는 동시에, 유입수 내에 존재하는 암모니아성 질소를 반응조 내에 충진된 제올라이트의 이온교환에 의하여 제거시키는 무산소 또는 혐기 단계, 상기 무산소 또는 혐기 단계를 거쳐 암모니아성 질소가 흡착된 제올라이트를 반응조 내에서 호기 조건하에 질산화균과 접촉시켜, 암모니아성 질소를 질산화하는 과정을 통해 제올라이트로부터 암모니아성 질소를 탈리시키는 호기 단계를 포함하며, 호기 단계를 거쳐 생성된 질산성 질소를 다시 무산소 또는 혐기 단계를 통해 유기물과 함께 제거하는 것을 특징으로 하는, 제올라이트를 이용한 질소 함유 하·폐수의 처리방법에 관한 것이다.

또한 상기의 기술적 과제를 이루기 위해서 본 발명에서는 제올라이트가 충진된 반응조, 반응조에 연결되어 반응조로 하·폐수를 유입시키는 원수 유입관, 유입된 유입수의 유량을 조절하기 위한 수위조절센서, 반응조 내에서 무산소 또는 혐기성 조건하에 탈질화되고 상기 제올라이트에 의해 암모니아성 질소가 제거된 처리수를 배출시키는 처리수 유출관, 반응조의 하부에 위치하여 제올라이트에 공기를 공급함으로써 호기 조건을 조성하며 제올라이트에 흡착된 암모니아성 질소를 질산화하여 탈리시키는 에어펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제올라이트를 이용한 질소 함유 하·폐수의 처리장치가 제공된다.

한편, 호기 단계 이후에 반응조 내에서 충진된 제올라이트에 공기를 공급함으로써 제올라이트에 부착되어 과잉성장 하는 미생물들을 제거하는 역세 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 방법은, 상기 무산소 또는 혐기 단계 이전에 상기 단일 반응조 내로의 원수 유입단계를 더 포함하고, 상기 호기 단계 이전에 상기 반응조로부터의 유출단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 방법은, 상기 유출 단계 이전에 호기 조건을 조성하여 잔류 유기물을 제거하는 잔류 유기물 제거 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 역세 단계는 공기 이외에도 반응조 내에서 세척수가 제올라이트에 공급되어 상기 제올라이트에 부착되어 과잉성장 하는 미생물들을 제거하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고 상기 세척수로는, 역세 단계에서 생성된 역세수를 반응조에 부착된 역세수 유출관을 통해 배출하여 침전 또는 여과 과정을 거쳐 고액분리시킨 후 다시 반응조로 유입시켜 사용할 수 있다.

한편, 상기 반응조에 유입된 유입수는 제올라이트에 부착된 미생물 또는 부유 미생물과 폐수 내의 기질과의 원활한 접촉을 위해 상향 또는 하향방향으로 내부 반송된다.

또한, 상기 제올라이트는 암모니아성 질소에 대해 이온교환능을 갖는 천연 제올라이트 또는 합성 제올라이트인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 장치의 작동을 자동으로 제어하는 자동제어장치가 포함된다.

또한, 미생물을 부착시키기에 적합한 환경과 미생물을 적합한 수준으로 유지하기에 적합한 환경을 유지하기 위해 상기 제올라이트는 반응조의 유효용적의 20% 내지 100% 범위 내의 양으로 충진되는 것이 바람직하며, 직경은 0.1mm 내지 100mm 범위 내인 것이 사용가능하며, 바람직하게는 3mm 내지 10mm 범위의 것이 효과적이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 도1의 장치는 구조물 또는 플라스틱, 스텐렌스 등의 재질로 된 원형이나 사각형의 반응조(111)에 입상형 제올라이트(151)가 반응조 용적의 20∼100% 범위로 충진된다. 펌프로는 원수유입펌프(131), 내부 반송펌프(132), 역세수 유입펌프(133)가 있고, 에어펌프(161), 역세공기공급용 에어펌프(162)와 산기관(163)이 장치되며, 처리수 배출용 자동개폐기(141)와 역세수 배출용 자동개폐기(142)가 반응조에 설치된다. 주요 유체(폐수)의 이동을 위한 유송관은 원수 주입을 위한 원수 유입관(121), 반송수를 위한 내부반송관(122), 역세수 주입을 위한 역세수 유입관(125), 처리수 배수를 위한 처리수 유출관(123) 및 역세수의 배수를 위한 역세수 유출관(124)으로 구성된다. 또한 유입수 유량을 조절하기 위한 수위조절센서(171), DO 또는 ORP 측정센서(172), pH 측정센서(173) 및 반응조의 운전을 자동으로 제어하는 자동제어장치(181)로 하·폐수 처리시스템이 최종 구성된다. 본 발명의 구성과 관련하여 운전과 그 작용에 대해 살펴보면 다음과 같다. 운전은 도2와 같이 행해진다.

도1과 같이 구성된 반응조에 원수 유입펌프(131)의 가동으로 원수 유입관(121)을 통해 하·폐수의 원수가 일정시간동안 유입된다. 이를 유입단계라 한다(도2의 2a).

수위조절센서(171)와의 접촉으로 유입이 중단되고, 반송펌프(132)가 작동되어 내부반송관(122)을 통해 유체가 반응조 내에서 지속적으로 내부순환된다. 이를 무산소 또는 혐기 단계라 한다(도2의 2b). 이 상태에서는 공기가 주입되지 않아 무산소상태를 유지한다.

혐기 또는 무산소 단계의 반응이 일정시간동안 유지된 후 마무리되면 처리수 배출용 자동개폐기(141)가 자동으로 열리게 되고 바로 유출관이 위치해 있는 수위까지 반응조내의 유체(처리수)가 배출된다. 이 과정을 유출단계라 한다(도2의 2c). 필요에 따라 유출단계 이전에 완전히 소모되지 않은 유기물의 제거 목적으로 일정시간 호기상태를 유지할 수도 있다.

유출과정이 끝나면 공기 주입을 위한 에어펌프(161)와 내부 반송펌프(132)가 동시에 작동된다. 이 과정을 호기 또는 질산화 반응 단계라고 한다(도2의 2d).

이들 무산소 또는 혐기와 호기(질산화)반응과정이 진행되는 동안 미생물들이 제올라이트 담체에 부착되어 지속적으로 성장하게 되는데, 과잉성장하게 된 미생물들을 적절히 제거해 주어 반응조의 막힘현상이나 단회로 현상의 발생을 방지하는 역세과정이 필요하게 된다. 이를 역세단계라고 한다(도2의 2e).

역세과정이 끝나면 다시 원수 유입펌프(131)가 작동하게 되어 유입단계(도2의 2a)가 다시 시작된다. 반응기가 운전되는 동안 반응기내의 용존산소와 pH 상태를 감시하기 위한 DO 또는 ORP 측정센서(172) 및 pH측정기(173)가 지속적으로 작동하게 된다.

이들 일련의 과정은 자동제어장치(181)에 의해 제어되며, 도2의 과정을 순환·반복하면서 하·폐수처리가 이루어진다.

무산소 또는 혐기단계에서는, 이전에 제올라이트 담체 또는 부유되어 있는 질산화균에 의해 질산화된 질산성 질소가 반응조내의 유체에 함유되어 있다가 유입된 원수내에 존재하는 탄소원(COD 또는 BOD)을 에너지원으로 이용하는 탈질산화균들에 의해 탈질산화 반응이 일어나 유체내의 유기물이 제거되고, 질산성 질소는 환원되어 가스상태(N₂)로 대기로 제거된다. 이와 동시에 유입된 원수내의 암모니아성 질소가 제올라이트에 이온교환을 통해 교환된다. 이 과정을 다시 정리하면 유입원수내의 유기물 또는 외부에서 보충되는 탄소원(메탄올, 아세트산 등)과 질산성질소는 제올라이트 표면에 부착되거나 부유되어 있는 탈질산화균들에 의해 생물학적 탈질산화 반응을 통해 제거 되고, 유입원수의 암모니아성 질소는 제올라이트 담체에 화학적으로 이온교환되어 제거되는 원리이다.

호기 또는 질산화 반응단계에서는, 제올라이트에 이온교환된 암모니아성 질소가 생물학적 질산화 반응을 통해 반응조의 유체로 점차 탈착되어 빠져나오고 이와 동시에 유체내에 포함되어 있는 양이온(Na⁺등)으로 이온교환이 이루어지는 것으로 제올라이트 담체의 생물학적 재생이 이루어지는 것이다. 이는 제올라이트 담체가 생물학적 재생을 통해 원래 상태를 회복하는 것을 의미하는 것으로 다시 암모니아성 질소를 이온교환 할 수 있는 능력을 갖게되는 것이다. 한편, 호기상태(도2의 2d)의 처리과정에서 pH가 질산화 반응을 통해 일정 수치 이하로 떨어지면 미생물들의 활성이 저하되므로 필요에 따라 알카리도를 보충해 주어야 하는데 일반적으로 NaOH 또는 NaHCO₃등의 약품이 사용된다.

역세단계는 매 주기에 반드시 포함되는 단계는 아니다. 예를 들어 매주기에 역세 단계가 포함될 수도 있고, 경우에 따라서 2∼3주기, 또는 그 이상의 주기에 한번씩 포함될 수도 있다. 역세과정은 호기상태(도2의 2d)로 일정시간 동안 반응후 완료되면 역세공기공급용 에어펌프(162)가 호기상태를 유지하기 위한 에어펌프(161)의 공기유량의 2∼5배 정도 더 많은 양으로 일정시간 가동된다. 그 후 역세수 배출용 자동개폐기(142)가 열리게 되고 담체에서 탈리된 미생물과 함께 유체가 자동개폐기 수위까지 배출된다. 필요에 따라 담체내부에서 탈리된 미생물을 씻어주기 위한 역세수가 역세수 유입펌프(133)에 의해 세척수로 사용된다. 배출된 유체는 침전이나 여과등의 과정을 통해 고액분리되고 미생물을 포함한 고형물이 제거된 유체는 역세수 유입펌프(133)를 통해 반응조 내로 다시 유입된다. 이 과정을 통해 담체에 과잉성장하여 성장한 미생물이 제올라이트에서 적절히 제거되고 미생물의 제거를 통해 인이 제거되는 것이다.

<실시예>

이하, 본 발명의 실시예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 본 발명의 바람직한 일실시예일 뿐 본 발명의 내용이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 구성(도1)과 운전 및 작용(도2)의 방법으로 실증 실험을 실시하였다. 반응조(111)는 아크릴 재질로, 유효용적 3L로 제작되었으며, 사용된 제올라이트(151)는 국내에서 생산되는 구룡포산 클린옵틸올라이트(clinoptilolite) 계열의 천연 제올라이트로 2.5∼4.5mm의 직경을 가진 입상형 제올라이트를 1L의 부피(충진율;33%)로 반응조내에 충진하였다.

<비교예>

비교실험을 위해 같은 직경을 가지며, 이온교환능이 거의 없는 입상형 활성탄((주)삼천리)을 같은 크기의 반응조에 동일한 부피로 충진하였다.

유입원수는 실험실 내에서 인공적으로 조제하여 사용하였는데 화학적산소요구량(CODcr)은 900mg/L, 암모니아성 질소는 200mg/L, 인은 9mg/L, 알칼리도 1000mg/L로 하였다. 운전조건으로는 유입원수 유량은 0.7L, 유체체류시간(HRT;hydraulic retention time)은 반응조 유효용적 기준으로 4.3일로 운전하였으며, 일련의 과정(도2 참조)을 24시간(hr) 주기(cycle)로 이루어지게 하였다. 세부적으로는 유입시간 30분, 무산소반응시간 8시간, 유출시간 5분, 호기(또는 질산화)반응시간 15시간 25분으로 하였으며, 역세는 주1회 10분간 실시하였다. 한편, DO의 경우 혐기 또는 무산소단계에서는 0.2mg/L이하, 호기 단계에서는 4mg/L이상으로 유지하였으며, pH는 전체적으로 7이상을 유지하였다.

실시예 및 비교예의 결과는 [표1]과 같다. [표1]의 결과 보면 본 발명에 의한 실시예의 경우 유기물, 질소 및 인에 대하여 높은 제거효율을 보였으며, 특히 질소의 경우 약 95%이상의 총질소 제거효율을 보여주었는데 반해 비교예의 경우 본 발명에 비해 20∼25%낮음을 알 수 있다.

분석항목	유입원수	실시예	비교예
화학적산소요구량	농도(mg/L)	900	20∼50	30∼60
화학적산소요구량	제거효율(%)	-	94.4∼97.8	93.3∼96.7
암모니아성 질소	농도(mg/L)	200	2∼10	40∼60
암모니아성 질소	제거효율(%)	-	95.0∼99.0	70.0∼80.0
총질소	농도(mg/L)	200	2.5∼11.5	41∼61.5
총질소	제거효율(%)	-	94.3∼98.8	69.3∼79.5
총인	농도(mg/L)	9	2∼5	2.5∼6
총인	제거효율(%)	-	44.4∼77.8	33.3∼72.2

본 발명에 따른 입상형 제올라이트를 담체로 사용하는 연속회분식 생물막 반응기의 하·폐수 처리방법 및 장치는 부유성장 공법에 비해 많은 미생물을 고정시킬 수 있는 담체를 사용함으로써, 하·폐수 처리 속도가 부유성장 공법에 비해 2∼5배 빠르며, 생물학적 재생을 통하여 반영구적으로 사용할 수 있고, 질소제거의 극대화를 달성할 수 있으며, 또한 모든 공정이 단일반응조내에서 이루어지기 때문에 별도의 장치가 필요없어 비용이 절감되며, 부지면적이 적게 소요되고, 장치의 조작과 운전이 간단하며, 경제적인 효과를 얻을 수 있다.

Claims

질소를 함유하는 하·폐수의 처리방법에 있어서,

단일 반응조 내에서 유기물 및 질소를 함유한 유입수를 무산소 또는 혐기 조건하에서 탈질화균으로 탈질화시키는 동시에, 상기 유입수 내에 존재하는 암모니아성 질소를 상기 반응조 내에 충진된 제올라이트에 의한 이온교환으로 제거하는 무산소 또는 혐기 단계; 및

상기 무산소 또는 혐기 단계를 거쳐 암모니아성 질소가 흡착된 상기 제올라이트를 상기 반응조 내에서 호기 조건하에 질산화균과 접촉시켜, 암모니아성 질소를 질산화하는 과정을 통해 상기 제올라이트로부터 암모니아성 질소를 탈리시키는 호기 단계를 포함하며,

상기 호기 단계를 거쳐 생성된 질산성 질소를 다시 상기 무산소 또는 혐기 단계를 통해 유기물과 함께 제거하는 것을 특징으로 하는, 제올라이트를 이용한 질소 함유 하·폐수의 처리방법.
제1항에 있어서,

상기 호기 단계 이후에, 상기 반응조 내에서 상기 충진된 제올라이트에 공기를 공급함으로써 상기 제올라이트에 부착되어 과잉성장 하는 미생물들을 제거하는 역세 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 제올라이트를 이용한 질소 함유 하·폐수의 처리방법.
제2항에 있어서,

상기 방법은, 상기 무산소 또는 혐기 단계 이전에 상기 단일 반응조 내로의 원수 유입단계를 더 포함하고, 상기 호기(질산화) 단계 이전에 상기 반응조로부터 처리수의 유출 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 제올라이트를 이용한 질소 함유 하·폐수의 처리방법.
제3항에 있어서,

상기 방법은, 상기 유출 단계 이전에 호기 조건을 조성하여 잔류 유기물을 제거하는 잔류 유기물 제거 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 제올라이트를 이용한 질소 함유 하·폐수의 처리방법.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 역세 단계는 상기 공기 이외에도 상기 반응조 내에서 세척수가 상기 제올라이트에 공급되어 상기 제올라이트에 부착되어 과잉성장 하는 미생물들을 제거하는 것을 특징으로 하는, 제올라이트를 이용한 질소 함유 하·폐수의 처리방법.
제5항에 있어서,

상기 세척수는, 상기 역세 단계를 통해 생성된 역세수를 상기 반응조로부터 배출하여 침전 또는 여과 과정을 거쳐 고액분리시킨 후 다시 상기 반응조로 도입시킨 것임을 특징으로 하는, 제올라이트를 이용한 질소 함유 하·폐수의 처리방법.
제1항에 있어서,

상기 반응조에 유입된 유입수는 상기 제올라이트에 부착된 미생물 또는 부유 미생물과 폐수 내의 기질과의 원활한 접촉을 위해 상향 또는 하향방향으로 내부 반송되는 것을 특징으로 하는, 제올라이트를 이용한 질소 함유 하·폐수의 처리방법.
제1항에 있어서, 상기 제올라이트는 암모니아성 질소에 대해 이온교환능을 갖는 천연 제올라이트 또는 합성 제올라이트인 것을 특징으로 하는, 제올라이트를 이용한 질소 함유 하·폐수의 처리방법.
유기물 및 질소를 함유한 하·폐수의 처리 장치에 있어서,

제올라이트가 충진된 반응조;

상기 반응조에 연결되어 상기 반응조로 하·폐수를 유입시키는 원수 유입관;

상기 반응조의 상부에 위치하여 상기 유입된 유입수의 유량을 조절하기 위한 수위조절센서;

상기 반응조 내에서 무산소 또는 혐기성 조건하에 탈질화되고 상기 제올라이트에 의해 암모니아성 질소가 제거된 처리수를 배출시키는 처리수 유출관; 및

상기 반응조의 하부에 위치하여 상기 처리수 유출관을 통해 처리수가 배출된 이후에 상기 제올라이트에 공기를 공급함으로써 호기 조건을 조성하여, 상기 제올라이트에 흡착된 암모니아성 질소를 질산화하여 탈리시키는 에어펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제올라이트를 이용한 질소 함유 하·폐수의 처리장치.
제9항에 있어서, 상기 하·폐수의 처리장치는,

상기 제올라이트에 부착되어 과잉성장된 미생물을 제거하기 위해 상기 제올라이트에 공기를 공급하는 역세공기 공급용 에어펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 제올라이트를 이용한 질소 함유 하·폐수 처리장치.
제10항에 있어서, 상기 하·폐수의 처리장치는,

상기 역세공기 공급용 에어펌프에 의해 상기 제올라이트로부터 탈리된 미생물이 포함된 역세수를 상기 반응조로부터 배출시키는 역세수 유출관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 제올라이트를 이용한 질소 함유 하·폐수 처리장치.
제11항에 있어서, 상기 하·폐수의 처리장치는,

상기 역세수 유출관을 통해 배출된 역세수를 침전 또는 여과를 통해 고액분리한 후 다시 상기 반응조 내로 도입시키는 역세수 유입관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 제올라이트를 이용한 질소 함유 하·폐수 처리장치.
제9항에 있어서, 상기 하·폐수의 처리장치는,

상기 반응조 내의 유입수를 배출시킨 후 다시 반응조 내로 반송하는 내부 반송관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 제올라이트를 이용한 질소 함유 하·폐수 처리장치.
제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 하·폐수의 처리장치는,

상기 장치의 작동을 자동으로 제어하는 자동 제어장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 제올라이트를 이용한 질소 함유 하·폐수 처리장치.
제9항에 있어서, 상기 충진된 제올라이트는 상기 반응조의 유효용적의 20% 내지 100%의 범위 내의 양으로 충진된 것을 특징으로 하는, 제올라이트를 이용한 질소 함유 하·폐수 처리장치.
제9항에 있어서, 상기 충진된 제올라이트는 직경이 0.1mm 내지 100mm의 범위 내인 것을 특징으로 하는, 제올라이트를 이용한 질소 함유 하·폐수 처리장치.