KR100463480B1 - 하폐수로부터 질소와 인을 제거하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 하폐수로부터 질소와 인을 제거하는 방법은 유입하수를 제1무산소조로 공급시켜 하수내 유기물 및 질산성 질소를 제거하고; 상기 제1무산소조의 처리수를 혐기조에 유입시켜 인을 방출시키고; 상기 혐기조에서의 처리수를 제1호기조로 보내어 하수내 유기물을 제거하는 것과 동시에 암모니아성 질소의 질산화를 유도하고; 상기 제1호기조에서 처리된 처리수와 음식물쓰레기 및 생슬러지를 발효시킨 산발효액이 제2무산소조에 공급되어 상기 제1호기조에서 처리된 처리수 내에 함유된 질산성 질소를 제거하고; 상기 제2무산소조의 처리수를 제2호기조에 보내어 질소가스의 탈기와 잔류 유기물을 최종적으로 산화하고; 상기 제2호기조의 처리수를 최종 침전조에서 슬러지를 분리한 후 배출하며; 그리고 상기 최종 침전조의 슬러지는 상기 제1무산소조로 반송하는 단계로 이루어로 이루어진다.
Description
발명의 분야
본 발명은 공업용 및 가정용 하수로부터 질소와 인을 효과적으로 제거하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 전무산소조를 설치하여 후단의혐기조에서 인방출을 최대한으로 유도하고, 외부 유기탄소원으로서 음식물쓰레기 및 생슬러지를 이용하여 처리비용을 절감하며, 또한 상기 외부 유기탄소원이 부족할 경우에는 선택적으로 유입하수를 분배하여 투입함으로써, 내부순환시설을 설치하지 않고도 질소와 인을 효과적으로 제거할 수 있는 방법에 관한 것이다.
발명의 배경
질소, 인은 주로 농업용 비료, 사람이나 가축의 분뇨, 합성세제로부터 발생되며, 이들이 미처리된 하수 또는 공장폐수가 강이나 댐을 포함한 호수로 다량 유입될 경우 부영양화, 연안의 적조현상, 암모니아의 어류독소, 수중의 용존산소결핍 등을 야기 시킨다. 또한, 질소, 인등의 상수원 유입으로 인한 조류의 과잉성장은 정수장에 조류의 과다번식을 초래할 수 있고, 정수공정인 모래여과지의 막힘현상을 유발하여 여과지의 운전시간을 단축시킨다.
일반적으로 알려진 질소와 인 동시 제거방법으로는 내부반송을 특징으로 하는 전탈질(pre-denitrification) 공정과 외부에서 탄소원을 공급해주는 것을 특징으로 하는 후탈질(post-denitrification) 공정으로 나뉜다.
상기 전탈질 공정에는 바덴포(M-Bardenpho) 법, 혐기-무산소-호기법(A2/O법:Anaerobic-Anoxic-Oxic법), UCT 법, VIP 법 등이 있는데, 유입 유량의 2∼5배 정도의 양을 내부 반송해야 하므로 반응조의 용적이 커야하고 대용량의 펌프시설 등이 소요되는 등 시설비와 운영비가 증가되는 단점이 있다. 또한 인제거율도 낮을 뿐만 아니라, 질소함량이 높은 우리나라 하수의 특성상 하수 내에 포함된 유기물만으로는 질소가 충분히 제거되지 않는다는 단점이 있다. 한편, 후탈질 공정은 메탄올 등을 외부 탄소원으로 사용할 경우 질소 제거율이 높지만, 내부 탄소원의 거의 이용하지 않으므로 운전비용이 많이 든다는 단점이 있다.
대한민국 특허공개 제2001-100301호에서는 고액분리된 상징수를 제1무산소조, 혐기조, 제1호기조, 제2무산소조, 제2호기조로 순차적으로 거치면서 처리하고, 일차 침전지의 슬러지를 산발효시켜 혐기조 및 제2무산소조로 공급하며, 제1호기조의 질산화수를 제1무산소조로, 이차 침전지의 슬러지의 일부를 제1호기조로 각각 내부반송시키는 질소/인 제거 시스템을 개시하고 있다.
그러나, 상기 방법은 호기조 후단에서 무산소조 전단으로 유입수를 내부순환 하여야 하는데 이는 초기의 건설비나 유지관리비 측면에서 비용이 많이 소요되는 등의 문제점이 있다.
본 발명자는 혐기조-제1호기조-무산소조-제2호기조-종침조로 이루어지고, 상기 제2호기조에서 무산소조로 내부반송되며, 종침조의 슬러지는 상기 혐기조 전단으로 이송하는 것을 특징으로 하는 외부 유기 탄소원을 이용한 하수의 질소, 인 제거방법을 개발한 바 있다(대한민국 등록특허번호 제375413호). 그러나, 상기 방법은 반송 슬러지중의 질산성 질소가 혐기조의 인방출을 저해하는 문제점이 있었으며, 또한 외부탄소원으로 음식물쓰레기를 사용할 경우, 음식물 쓰레기의 미확보시 질소 제거에 어려움이 있다.
이에 본 발명자는 상기의 문제점을 해결하기 위하여 전무산소조를 설치하여 인방출을 최대한 유도하고, 외부유기탄소원으로서 음식물쓰레기 또는 생슬러지를 이용하여 처리비용을 절감하며, 또한 상기 외부유기탄소원이 부족할 경우에는 유입하수를 분배하여 투입함으로써, 내부순환시설을 설치하지 않고도 질소와 인을 효과적으로 제거할 수 있는 방법을 개발하기에 이른 것이다.
본 발명의 목적은 내부순환시설을 설치하지 않고도 질소와 인을 효과적으로 동시에 제거할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 외부유기탄소원으로서 음식물 쓰레기나 생슬러지를 이용함으로써 음식물쓰레기 문제를 해결하는 동시에 처리비용을 절감할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 음식물 쓰레기 미확보로 인해 외부유기탄소원이 부족할 경우, 유입하수에 포함된 유기물을 최대한 이용하여 질소와 인을 효과적으로 제거할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 질산성 질소의 저해 없이 혐기조에서의 인방출을 최대한 유도할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상기 목적 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의해 모두 달성될 수 있다.
이하, 본 발명의 내용을 하기에 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 한 구체예의 질소 및 인을 제거하는 방법을 개략적으로 나타낸 공정도이다.
도 2는 본 발명에 따른 다른 구체예의 질소 및 인을 제거하는 방법을 개략적으로 나타낸 공정도이다.
도 3은 본 발명에 따른 또 다른 구체예의 질소 및 인을 제거하는 방법을 개략적으로 나타낸 공정도이다.
본 발명의 하폐수로부터 질소와 인을 제거하는 방법은 유입하수를 제1무산소조로 공급시켜 하수내 유기물 및 질산성 질소를 제거하고; 상기 제1무산소조의 처리수를 혐기조에 유입시켜 인을 방출시키고; 상기 혐기조에서의 처리수를 제1호기조로 보내어 하수내 유기물을 제거하는 것과 동시에 암모니아성 질소의 질산화를 유도하고; 상기 제1호기조의 처리수를 산발효액이 주입되는 제2무산소조에 공급하여 제1호기조에서 생성된 질산성 질소를 제거하고; 상기 제2무산소조의 처리수를 제2호기조에 보내어 질소가스의 탈기와 잔류 유기물을 최종적으로 산화하고; 상기 제2호기조의 처리수를 최종 침전조에서 슬러지를 분리한 후 배출하며; 그리고 상기 최종 침전조의 슬러지는 제1무산소조로 반송하는 단계로 이루어진다. 또한 상기 유입하수는 제1무산소조 40-100 %, 혐기조 0-30 % 및 제2무산소조 0-30 %로 나누어 공급될 수 있다. 이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 하기에 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의해 질소 및 인을 제거하는 방법을 개략적으로 나타낸 공정도이다.
제1무산소조에 유입된 하수는 혐기조, 제1호기조, 제2무산소조, 제2호기조 및 최종 침전조를 순차적으로 거치면서 처리되며, 종래의 기술과 달리 내부순환이 불필요하다.
상기 제1무산소조에서는 유입하수 및 최종 침전조에서 반송된 슬러지가 공급되며, 반송슬러지 내의 질산성 질소는 유입하수 내에 존재하는 유기물질과 반응하여 제거된다.
유기물질 + 2NO
3
-
→ N
2
↑ + CO
2
+ H
2
O
본 발명은 종래의 발명과 달리 반송슬러지를 제1무산소조에 투입한다. 따라서, 반송슬러지중의 질산성 질소가 제거됨으로써, 혐기조의 인이 보다 효율적으로 방출될 수 있는 것이다.
상기 제1무산소조에서의 처리수는 혐기조에 유입되어 인이 방출된다. 인제거에 관여하는 미생물은 혐기조건에서 PHB를 축적하면서 인을 방출한다. 본 발명에서는 혐기조건에서 인방출을 원활히 유도하기 위하여 선택적으로 외부탄소원인 산발효액을 주입한다. 또한, 상기 혐기조에는 운전상황에 따라 0-30 %의 유입하수를 주입하여 인 방출을 최대로 유도한다. 하수중에서 인의 제거과정을 살펴보면 다음과 같다.
혐기시: poly-P → ortho-P(에너지 방출)
유기산 → PHB(에너지 축적)
호기시: ortho-P → poly-P(에너지 축적)
PHB + O
2
→ CO
2
+ H
2
O(에너지 방출)
상기식에서 PHB는 poly-β-Hydroxybutyrate의 약자로 미생물 내에 저장된 탄수화물을 뜻한다.
다음에 상기 혐기조에서의 처리수는 제1호기조로 공급된다.
상기 제1호기조에서는 하수내 유기물을 제거하며 암모니아성 질소의 질산화가 일어난다.
NH
4
+
+ 2O
2
→ NO
3
-
+ H
2
O + 2H
+
상기 제1호기조의 처리수는 제2무산소조에 공급되며, 상기 제2무산소조에서는 산발효액이 주입되면서 상기 제1호기조에서 생성된 질산성 질소가 제거된다. 또한 상기 제2무산소조에는 운전상황에 따라 0-30 %의 유입하수를 주입하여 탈질을 최대로 유도할 수 있다.
상기 제2호기조에서는 질소가스의 탈기와 잔류 유기물이 최종적으로 산화된다.
상기 최종 침전조는 제2호기조로부터의 유출수로부터 슬러지를 분리하여 배출하며, 배출된 슬러지는 제1무산소조로 반송된다.
본 발명에서는 외부탄소원으로서 산발효액이 사용된다. 상기 산발효액으로는 생슬러지나 음식물 쓰레기를 발효시켜 사용할 수 있다.
상기 산발효액은 제2무산소조에 공급되며, 선택적으로 혐기조에도 함께 공급되어 혐기조에서의 인방출을 원활히 유도한다. 도2는 산발효액이 혐기조와 제2무산조에 각각 주입되는 것을 나타낸 공정도이다.
본 발명에서는 탈질과 탈인을 위한 충분한 산발효액이 확보될 경우, 하수 유입수의 전부를 제1무산소조로 유입한다. 그러나, 음식물 쓰레기 미확보로 인해 산발효액이 부족할 경우, 유입수 분배장치를 통하여 제1무산소조에 60-100 %, 혐기조에 0-30 % 그리고 제2무산소조에 0-30 %로 나누어 투입함으로써, 내부순환시설을 설치하지 않고도 유입하수에 포함된 유기물을 최대한 이용하여 질소와 인을 효과적으로 제거할 수 있다. 도3은 하수 유입수가 제1무산소조, 혐기조 및 제2무산소조로 나뉘어 투입되는 것을 나타낸 공정도이다.
본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예
실시예 1
하수를 시간당 4ℓ/hr로 제1무산소조에 공급하여 혐기조, 제1호기조. 제2무산소조, 제2호기조 및 최종 침전조 순으로 처리되도록 하고, 최종 침전조의 슬러지는 모두 제1무산소조로 반송하였다. 또한, BOD/TKN 비율이 30-40 인 음식물 쓰레기를 발효시킨 발효액을 혐기조 및 제2무산소조에 별도로 공급하였다.
체류시간을 약 8시간으로 하여 시료 하수를 처리하고, 최종 유출수를 분석하였으며, 그 결과 유기물(BOD5)의 약 97%, 총질소(TKN)의 89%, 총인(T-P)의 80%가 제거된 것으로 나타났다.
실시예 2
하수를 시간당 4ℓ/hr로 제1무산소조 60%, 혐기조 20% 및 제2무산소조 20%로 각각 나누어 공급한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다. 최종 유출수의 분석 결과 유기물(BOD5)의 약 96%, 총질소(TKN)의 90%, 총인(T-P)의 78%가 제거된 것으로 나타났다.
본 발명은 음식물쓰레기 문제를 해결하는 동시에 처리비용을 절감하고, 질산성 질소의 저해 없이 인방출을 최대한 유도할 수 있으며, 음식물 쓰레기의 미확보시에는 유입하수에 포함된 유기물을 최대한 이용하여 내부순환시설을 설치하지 않고도 질소와 인을 효과적으로 제거할 수 있는 방법을 제공하는 발명의 효과를 갖는다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에포함되는 것으로 볼 수 있다.
Claims (3)
- 유입하수를 제1무산소조로 공급시켜 하수내 유기물 및 질산성 질소를 제거하고;상기 제1무산소조의 처리수를 혐기조에 유입시켜 인을 방출시키고;상기 혐기조에서의 처리수를 제1호기조로 보내어 하수내 유기물을 제거하는 것과 동시에 암모니아성 질소의 질산화를 유도하고;상기 제1호기조에서 처리된 처리수와 음식물쓰레기 및 생슬러지를 발효시킨 산발효액이 제2무산소조에 공급되어 상기 제1호기조에서 처리된 처리수 내에 함유된 질산성 질소를 제거하고;상기 제2무산소조의 처리수를 제2호기조에 보내어 질소가스의 탈기와 잔류 유기물을 최종적으로 산화하고;상기 제2호기조의 처리수를 최종 침전조에서 슬러지를 분리한 후 배출하며; 그리고상기 최종 침전조의 슬러지는 상기 제1무산소조로 반송하는;단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하폐수로부터 질소와 인을 제거하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 혐기조에는 산발효액이 주입되는 단계를 더 포함하는것을 특징으로 하는 하폐수로부터 질소와 인을 제거하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유입하수는 제1무산소조에 40-100 %, 혐기조에 0-30 % 그리고 제2무산소조에 0-30 %로 나누어 공급하는 것을 특징으로 하는 하폐수로부터 질소와 인을 제거하는 방법.
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