KR100439212B1 - 산업폐수의 유기물질과 질소 제거를 위한 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 산업폐수의 유기물질과 질소 제거를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에서는 무산소조(20)(40)와 호기조(30)(50)를 직렬로 1단 또는 2단으로 연결하는 전단의 생물학적 처리공정에서 산업폐수의 유기물질과 질소를 제거하고, 후단의 침전조(60)에서 고액분리를 시킨 후 메디아접촉조(70)를 이용하여 제거되지 않고 남아있는 유기물질과 질소를 제거하는 것으로, 폐수 내에 존재하면서 생물학적 처리에 악영향을 미치는 독성물질을 생물학적 처리공정으로 유입시키기 전에 활성탄흡착조(10)에서 제거시켜 유입수를 분배 주입시키고, 반송되는 슬러지는 미생물적응조(80)에서 미생물이 유입수의 유기물 부하에 적응하도록 하여 무산소조(20)(40)로 각각 반송시키는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 본 발명에 의하면 활성탄흡착조(10)에서 폐수 중 미생물의 독성물질을 먼저 제거시키고 미생물적응조(80)에서 미생물이 유입되는 폐수에 적응하도록 함으로서 생물학적 처리공정에서 미생물의 활성도를 높여 유기물질과 질소의 제거효율을 높이고 슬러지 팽화 현상을 예방하며, 또한 메디아접촉조(70)에서 잔류되어 있는 유기물질과 질소를 제거함으로서 안정적인 처리수의 수질을 얻을 수 있는 이점이 있다.
Description
본 발명은 산업폐수를 정화하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산업폐수 중의 유기물질과 질소 제거를 보다 안정적이고 효율적으로 할수 있도록 한 산업폐수의 유기물질과 질소 제거를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
종래에는 폐수 중에 존재하는 질소를 제거하기 위하여 암모니아 탈기법, 불연속점 염소처리법, 이온교환법 등 물리화학적 처리방법과 단단계 또는 다단계 질산화와 탈질산화 프로세스, 생물막 프로세스 등 생물학적 처리방법이 사용되어 왔고, 유기물질을 제거하기 위해서는 활성오니법, 살수여상법, 생물막법 등 생물학적 처리방법이 널리 사용되어 왔다.
도 1에는 종래 기술에 의한 유기물질과 질소 제거를 위한 폐수처리방법이 도시되어 있다. 이에 도시된 바에 따르면, 폐수는 먼저 제 1 무산소조(1)로 유입되고 호기조(2)와 제 2 무산소조(3)를 차례로 거쳐 침전조(4)에서 고액분리되어 유출된다.
상기 호기조(2)에서는 폐수중의 질소는 질산화 미생물인 니트로소모나스(nitrosomonas)나 니트로박터(nitrobactor) 등에 의하여 질산성질소의 형태로 질산화되고, 제 1, 2 무산소조(1)(3)에서는 탈질산화 미생물에 의하여 용존산소가 거의 존재하지 않는 조건에서 탄소원과 질산성질소가 결합하여 질소가스의 형태로 제거된다.
하지만, 종래 기술에서는 질산화 미생물이 성장하기 위해서는 긴 체류시간이 필요하고, 또한 산업폐수 중 유기, 무기화합물 등 미생물의 성장에 악영향을 미치는 독성물질이 함유되어 있을 경우에 독성물질에 의한 질산화 미생물의 성장에 방해를 받게되어 처리효율이 급격하게 떨어지는 문제가 발생하여 처리수의 안정적인방류가 힘들뿐만 아니라 미생물의 긴 체류시간으로 인하여 침전조에서는 침강성이 나빠지고 슬러지 팽화 현상이 발생되어 운전에 어려움이 많이 발생한다.
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 산업폐수에서 유기물질과 질소를 처리하기 위한 미생물의 성장환경조건을 양호하게 하고 미생물의 적응력을 높여 폐수처리를 효율적으로 수행하도록 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 처리수에 잔류되어 있는 유기물질과 질소를 보다 확실하게 제거시킴으로서 효율적이고 안정적인 산업폐수의 처리가 가능하도록 하는 것이다.
도 1은 종래 기술에 의한 유기물질과 질소 제거를 위한 폐수처리장치의 구성을 보인 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 산업폐수의 유기물질과 질소 제거를 위한 장치의 일실시예의 구성을 보인 구성도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예의 폐수처리장치의 구성을 보인 구성도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 활성탄흡착조 20: 제 1 무산소조
30: 제 1 호기조 40: 제 2 무산소조
50: 제 2 호기조 60: 침전조
70: 메디아접촉조 80: 미생물적응조
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 내부에 활성탄이 투입되어 유입되는 폐수중의 독성물질을 제거하는 활성탄흡착조와, 상기 활성탄흡착조를 통과하여 나온 폐수 중의 유기물질과 질소를 미생물을 이용하여 제거하는 생물학적 처리부와, 상기 생물학적 처리부에서 처리된 폐수중의 침전물을 분리시켜 배출하는 침전조와, 상기 활성탄흡착조를 통과한 폐수중 일부와 상기 침전조에서 나온 반송슬러지의 미생물을 투입하여 미생물을 적응시켜 상기 생물학적 처리부로 전달하는 미생물적응조를 포함하여 구성된다.
상기 생물학적 처리부는 탈질을 위한 무산소조와 유기물질의 산화와 질산화를 위한 호기조를 쌍으로 구비하고, 상기 호기조에서 무산소조로 내부반송이 이루어진다.
상기 활성탄흡착조에는 분말활성탄이 주입되고, 활성탄흡착조를 지난 폐수는 각각의 무산소조와 미생물적응조로 분리되어 전달된다.
상기 침전조에서 나온 상등수 중의 잔류 유기물질과 질소를 제거하는 메디아접촉조를 더 구비한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 활성탄을 사용하여 폐수중의 독성물질을 제거하는 제1단계와, 상기 제1단계에서 독성물질이 제거된 폐수중의 유기물질과 질소를 미생물을 이용하여 제거하는 제2단계와, 상기 제2단계에서 처리된 폐수중의 침전물을 분리하는 제3단계와, 상기 분리된 침전물과 상기 제1단계에서 독성물질이 제거된 폐수를 혼합하여 미생물이 폐수에 적응되도록 하여 상기 제2단계의 공정으로 전달하는 제4단계를 포함하여 구성된다.
상기 제3단계에서 침전물이 분리된 처리수중에 잔류하는 유기물질과 질소를 메디아와 접촉시켜 제거하는 제5단계를 더 포함한다.
상기 활성탄으로는 분말활성탄을 사용한다.
이와 같은 본 발명에 의하면 폐수의 정화단계 전에 미생물에 악영향을 미치는 물질을 활성탄을 사용하여 미리 제거하고, 미생물적응조에서 미리 폐수의 유기물 부하에 적응되도록 한 미생물을 사용하므로 보다 효율적으로 정화가 이루어지는 이점이 있다. 그리고 메디아접촉조를 더 사용하므로 잔류 유기물질과 질소를 확실하게 제거할 수 있게 된다.
이하 본 발명에 의한 산업폐수의 유기물질과 질소 제거를 위한 장치 및 방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2에는 본 발명에 의한 유기물질과 질소 제거를 위한 장치의 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 이에 도시된 바에 따르면, 본 발명의 장치는 활성탄흡착조(10), 제1무산소조(20), 제1호기조(30), 제2무산소조(40), 제2호기조(50), 침전조(60), 메디아접촉조(70), 미생물적응조(80)를 포함하여 구성된다.
상기 활성탄흡착조(10)는 미생물의 성장에 저해를 주는 산업폐수 속에 있는 광범위한 유기, 무기화합물들을 1차적으로 제거하는 곳이다. 상기 활성탄흡착조(10)에서는 분말활성탄을 사용하여 유기, 무기화합물을 제거하는데, 이와 같이 함에 의해 이후의 처리과정에서 질산화 미생물, 탈질산화 미생물 및 호기성 미생물의 안정적인 성장과 활동을 가능하도록 한다.
상기 제1무산소조(20)는 탈질산화 미생물에 의하여 유입수 중 포함되어 있는 질산성질소와 제1호기조(30)에서 질산화되어 내부반송되어 온 질산성질소를 질소가스로 전환시켜 제거시키게 된다. 이를 위해서는 다양한 미생물이 사용될 수 있다.
제1호기조(30)에서는 호기성 미생물에 의하여 유기물질을 산화시키고 질산화 미생물에 의하여 유기성질소와 암모니아성질소를 질산성질소로 전환시켜서 제1무산소조(20)로 반송시킨다. 이 때 제1무산소조(20)에서는 탈질산화 미생물의 에너지원으로서 상기 활성탄흡착조(10)를 통과한 폐수에서 공급되는 유기탄성원이 사용되고, 경우에 따라서는 외부에서 유기탄소원이 공급될 수도 있다.
한편, 상기 활성탄흡착조(10)에서 상기 제1무산소조(20)와 제2호기조(30)로차례로 전달된 폐수중에는 활성탄이 함께 전달되는데, 이에 미생물이 부착 증식하게 되어 반송슬러지와 함께 계속적으로 순환되어 슬러지일령이 길어짐과 동시에 활성탄에 흡착된 유기물질과 질소의 제거가 계속적으로 이루어지는 것이 가능하도록 한다.
본 실시예에서는 무산소조와 호기조로 구성되는 생물학적 처리부를 2쌍 두고 있다. 즉, 제1무산소조(20)와 제1호기조(30) 그리고 제2무산소조(40)와 제2호기조(50)이다. 물론 설계조건에 따라 이들의 쌍을 더 많이 둘 수도 있고, 도 3에서와 같이 한쌍만을 둘 수도 있다. 상기 제2무산소조(40)와 제2호기조(50)는 상기 제1무산소조(20)와 제1호기조(30)와 같은 기능을 하게 된다. 그리고 상기 제2무산소조(40)는 상기 활성탄흡착조(10)로 부터 폐수를 일부 공급받는다. 이는 탈질산화 미생물의 에너지원으로서 유기탄소원의 공급이 필요하기 때문이다.
상기 침전조(60)는 상기 제2호기조(50)를 통과한 폐수가 유입되는 부분이다. 전단계의 생물학적 처리공정을 거치면 폐수중에는 미생물의 집합체라고 할 수 있는 슬러지(일명 MLSS:Mixed Liquor Suspended Solids)가 고형물의 형태로 존재한다. 상기 슬러지는 침전조(60)에서 바닥으로 가라앉아 액상인 상등수는 처리수로서 월류되어 다음의 공정으로 넘어가게 된다. 한편, 상기 침전조(60)에서 침전된 슬러지는 침전조(60)로부터 인발되어 일부는 상기 미생물적응조(80)로 전달되고, 나머지는 인발되어 제거된다.
상기 메디아접촉조(70)는 상기 침전조(60)에서 슬러지가 제거된 처리수를 전달받아 처리수에 잔류하는 유기물질과 질소를 제거한다. 메디아접촉조(70)는 폐수처리에 이용되는 메디아와 처리수가 접촉하게 하여 유기물질과 질소를 제거한다. 여기서 사용되는 메디아(Media)는 상업적으로 판매되는 섬모상 생물막이나 BC-PLUS등이 있다. 상기 메디아접촉조(70)에서는 침전조(60)의 상등수가 월류되면서 동시에 유출되는 미세한 슬러지를 제거하는데, 상기 슬러지가 메디아에 부착되어 증식하여 잔류오염물질이 제거되는 것이다.
미생물적응조(80)에서는 상기 침전조(60)에서 인발된 슬러지와 활성탄흡착조(10)를 통과한 폐수의 일부가 혼합되어, 미생물이 짧은 시간동안 유입되는 폐수에 적응하도록 한다. 즉, 미생물이 폐수의 충격부하에 잘 견딜 수 있도록 한 상태로 만들어 주는 것이다. 상기 미생물적응조(80)는 상기 제1무산소조(20)와 제2무산소조(40)에 각각 연결되어 슬러지, 즉 폐수에 적응된 미생물을 제1무산소조(20)와 제2무산소조(40)로 공급한다.
이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명 실시예의 작용을 상세하게 설명한다.
본 발명 실시예에서 폐수는 활성탄흡착조(10)로 유입된다. 상기 활성탄흡착조(10)에서 미생물의 성장에 좋지 않는 산업폐수 속의 광범위한 유기, 무기화합물이 일차적으로 제거된다. 이와 같이 하여 이후의 공정에서 질산화 미생물, 탈질산화 미생물 및 호기성 미생물의 안정적인 성장과 활동이 가능하게 한다.
상기 활성탄흡착조(10)를 지난 폐수는 대부분 제1무산소조(20)로 공급된다. 상기 제1무산소조(20)에서는 미생물에 의해 탈질이 이루어진다. 여기서는 아질산성질소, 질산성질소를 질소가스(N2gas)의 형태로 전환시켜 제거한다.
상기 제1무산소조(20)를 통과한 폐수는 제1호기조(30)로 전달되는데, 상기 제1호기조(30)에서는 유기성질소와 암모니아성질소를 질산화하여 질산성질소와 아질산성질소로 변환시키고 유기물질을 산화시키게 된다. 상기 제1호기조(30)에서는 상기 제1무산소조(20)로 내부반송이 일어나는데, 이와 같은 내부반송에 의해 상기 제1호기조(30)에서 발생된 질산성질소와 아질산성질소가 제1무산소조(20)에서 질소가스 형태로 제거된다.
상기 제1호기조(30)를 지난 폐수는 다시 제2무산소조(40)와 제2호기조(50)를 통과하면서 반복하여 질소와 유기물질이 제거된다. 특히 상기 제2무산소조(40)로는 활성탄흡착조(10)에서 폐수의 일부가 공급된다. 이는 상기 제2무산소조(40)에서 탈질산화 미생물의 에너지원으로 유기탄소원이 공급되어야 하기 때문이다. 상기 제2호기조(50)에서 상기 제2무산소조(40)로도 내부반송이 이루어진다.
상기 제2호기조(50)를 나온 폐수는 침전조(60)로 유입된다. 상기 침전조(60)에서는 고체와 액체를 분리하는 것으로 슬러지는 침전조(60) 바닥에 가라앉고, 상등수는 배출되는 것이다. 상기 슬러지는 침전조(60)에서 인발되어 일부는 버려지고 일부는 상기 미생물적응조(80)로 전달된다.
상기 미생물적응조(80)에서는 침전조(60)에서 반송되는 슬러지와 상기 활성탄흡착조(10)에서 일부 전달된 활성탄이 투입된 폐수의 일부를 혼합하여 미생물이 짧은 시간안에 유입되는 폐수에 적응되도록 하여, 미생물이 충격부하에 잘 견딜 수 있도록 한다. 상기 미생물적응조(80)에서 나온 슬러지, 즉 폐수에 적응된 미생물은 제1무산소조(20)와 제2무산소조(40)로 공급된다.
한편, 상기 침전조(60)에서 월류된 상등수는 메디아접촉조(70)로 전달되는데, 상기 메디아접촉조(70)에서는 메디아와 처리수가 접촉하면서 잔류하는 유기물질과 질소를 제거하여 처리수의 안정적인 방류가 가능하도록 한다. 참고로 상기 메디아접촉조(70)에서도 슬러지가 발생하는데, 이는 필요시 인발하여 제거하여야 한다.
참고로 본 실시예의 산업폐수의 유기물질과 질소 제거를 위한 방법을 이용하여 폐수처리실험을 한 예를 표 1을 참고로 하여 설명한다. 실험대상 폐수는 화학폐수이고, 실험에 사용한 전 공정의 체류시간은 48시간으로 하였다.
본 발명의 산업폐수의 유기물질과 질소 제거를 위한 방법의 실험장치로서, 활성탄흡착조(10)의 용량은 5ℓ, 제 1 무산소조(20)의 용량은 15ℓ, 제 1 호기조(40)의 용량은 30ℓ, 제 2 무산소조(40)의 용량은 25ℓ, 제 2 호기조(50)의 용량은 50ℓ, 메디아접촉조(70)의 용량은 15ℓ, 미생물적응조(80)의 용량은 5ℓ로 하였다. 활성탄흡착조(10)에는 분말활성탄을 250㎎/ℓ 주입하고, 제 1, 2 호기조(30)(50)에서 제 1, 2 무산소조(20,40)로 내부반송율을 300%, 침전조(60)에서 미생물적응조(80)를 거쳐 제 1, 2 무산소조(20,40)로의 슬러지반송율을 100%가 되도록 하였다. 활성탄흡착조(10)에서 유입수의 분배는 제 1 무산소조(20)로 50%, 제 2 무산소조(40)로 30%, 미생물적응조(80)로 20%가 되도록 각각 조절하였다.
비교 예로서, 종래 기술에 의한 유기물질과 질소 제거를 위한 폐수처리방법의 실험장치로서, 제 1 무산소조의 용량을 25ℓ, 호기조의 용량을 50ℓ, 제 2 무산소조의 용량을 25ℓ로 각각 하였다. 호기조에서 제 1 무산소조로 내부반송율을300%, 침전조에서 제 1 무산소조로 슬러지반송율을 100%로 하였다.
| 오염물질명 | 유입수 | 본 발명의 방법에 의한 처리수 | 종래 기술의 방법에 의한 처리수 |
| COD(㎎/ℓ) | 443.3 | 77.0 | 201.0 |
| NH4 +-N(㎎/ℓ) | 4.9 | 0.043 | 2.045 |
| NO2 --N(㎎/ℓ) | 10.3 | 0.15 | 0.996 |
| NO3 --N(㎎/ℓ) | 350.2 | 48.8 | 109.535 |
| Organic-N(㎎/ℓ) | 106.4 | 2.707 | 48.732 |
| T-N(㎎/ℓ) | 471.8 | 51.7 | 161.308 |
| SVI | - | 36.4 | 50.0 |
표1에 나타난 바와 같이, 본 실시예의 산업폐수의 유기물질과 질소 제거를 위한 방법은 종래 기술에 의한 폐수처리방법보다 유기물질과 질소의 제거율이 높게 나타나고, 슬러지 침강성의 지표로 사용되어지는 SVI 값이 낮게 나타나는 것으로 조사되어 슬러지의 침강성도 양호한 것으로 분석되었다. 유입수의 COD 농도는 443.3㎎/ℓ, T-N 농도는 471.8㎎/ℓ이었으며, 본 발명의 산업폐수의 유기물질과 질소 제거를 위한 방법으로 처리한 처리수의 COD 농도는 77.0㎎/ℓ, T-N 농도는 51.7㎎/ℓ가 되어 제거율은 각각 COD가 82.6%, T-N이 89.0%로 분석되었고, SVI 값은 36.4로 조사되었다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에서는 무산소조와 호기조의 생물학적 처리 공정에서 미생물의 활성을 저해시키는 독성물질을 활성탄흡착조에서 미리 제거하도록 하였고, 미생물의 유기물 충격부하에 적응하도록 하는 미생물적응조를 사용하였다. 따라서, 미생물의 활성도가 높아져서 유기물질과 질소의 제거율이 높아지고 침전조에서의 슬러지 팽화현상이 방지되어 산업폐수중 오염물질을 안정적이고 효율적으로 제거할 수 있게 된다.
특히, 잔류 유기물질과 질소를 제거하는 메디아접촉조를 사용함에 의해 침전조의 상등수가 재처리되는데, 메디아의 표면에 호기성, 혐기성 미생물의 성장을 유도함으로서 잔류되어 있는 유기물질과 질소를 제거하여 처리수의 안정적인 방류가 가능하도록 한다.
한편, 활성탄흡착조에 투입된 활성탄은 슬러지가 큰 덩어리로 뭉쳐지도록 하는 하나의 씨앗(seed)으로 작용하여 슬러지의 크기와 비중을 높임에 따라 침전조에서 슬러지의 침강성을 향상시키고 슬러지 팽화 현상이 일어나는 것을 방지할 수 있다.
Claims (8)
- 내부에 활성탄이 투입되어 유입되는 폐수중의 독성물질을 제거하는 활성탄흡착조와,상기 활성탄흡착조를 통과하여 나온 폐수 중의 유기물질과 질소를 미생물을 이용하여 제거하는 생물학적 처리부와,상기 생물학적 처리부에서 처리된 폐수중의 침전물을 분리시켜 배출하는 침전조와,상기 활성탄흡착조를 통과한 폐수중 일부와 상기 침전조에서 나온 반송슬러지의 미생물을 투입하여 미생물을 적응시켜 상기 생물학적 처리부로 전달하는 미생물적응조를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 산업폐수의 유기물질과 질소 제거를 위한 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 생물학적 처리부는 탈질을 위한 무산소조와 유기물질의 산화와 질산화를 위한 호기조를 쌍으로 구비하고, 상기 호기조에서 무산소조로 내부반송이 이루어짐을 특징으로 하는 산업폐수의 유기물질과 질소 제거를 위한 장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 활성탄흡착조에는 분말활성탄이 주입되고, 활성탄흡착조를 지난 폐수는 각각의 무산소조와 미생물적응조로 분리되어 전달됨을 특징으로 하는 산업폐수의 유기물질과 질소 제거를 위한 장치.
- 제 3 항에 있어서, 상기 무산소조는 제1 및 제2 무산소조를 포함하고, 활성탄흡착조에서 상기 제1 무산소조, 제2무산소조 및 미생물적응조로 50%: 30% : 20%의 비율로 폐수가 전달됨을 특징으로 하는 산업페수의 유기물질과 질소 제거를 위한 장치.
- 제 1 항 내지 제 4 항 어느 한 항에 있어서, 상기 침전조에서 나온 상등수 중의 잔류 유기물질과 질소를 제거하는 메디아접촉조를 더 구비함을 특징으로 하는 산업폐수의 유기물질과 질소 제거를 위한 장치.
- 활성탄을 사용하여 폐수중의 독성물질을 제거하는 제1단계와,상기 제1단계에서 독성물질이 제거된 폐수중의 유기물질과 질소를 미생물을 이용하여 제거하는 제2단계와,상기 제2단계에서 처리된 폐수중의 침전물을 분리하는 제3단계와,상기 분리된 침전물과 상기 제1단계에서 독성물질이 제거된 폐수를 혼합하여 미생물이 폐수에 적응되도록 하여 상기 제2단계의 공정으로 전달하는 제4단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 산업폐수의 유기물질과 질소 제거를 위한 방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 제3단계에서 침전물이 분리된 처리수중에 잔류하는유기물질과 질소를 메디아와 접촉시켜 제거하는 제5단계를 더 포함함을 특징으로 하는 산업폐수의 유기물질과 질소 제거를 위한 방법.
- 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 활성탄으로는 분말활성탄을 사용함을 특징으로 하는 산업폐수의 유기물질과 질소 제거를 위한 방법.
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