KR100531516B1 - Biological nutrient removal process - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하·폐수의 영양염류를 생물학적으로 처리하는 방법에 관한 것으로, 침사공정, 일차침전공정, 예비탈질공정, 혐기성바이오선택반응공정, 혐기성접촉공정, 탈질/탈인공정 및 최종침전공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a method for biologically treating nutrients in sewage and wastewater, and includes a sedimentation process, a primary sedimentation process, a preliminary denitrification process, an anaerobic bioselective reaction process, an anaerobic contact process, a denitrification / dephosphorization process, and a final sedimentation process. Characterized in that made.
본 발명의 하·폐수를 처리하는 방법은 각종 약품 또는 외부 탄소원 투입없이 하·폐수를 반송슬러지의 탈질에 필요한 탄소원으로 이용하여 인 용출의 극대화 및 사상균의 성장 억제로 슬러지의 팽화현상 제어, 탈질과 탈인 효율을 높이고 최종슬러지의 침전성과 농축성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 질산화공정 내의 탈질, 최종침전공정에서의 탈질과 탈질가능한 탈인미생물(DPRB)에 의한 탈질반응으로 탈질반응공정의 COD 요구량을 절감하여 저농도의 하·폐수 처리가 가능하며, 탈질반응조 규모를 줄일 수 있어 초기 시설 투자비와 시설 운영비를 줄일 수 있다. The method for treating sewage and wastewater according to the present invention uses sewage and wastewater as a carbon source necessary for denitrification of the returning sludge without introducing various chemicals or external carbon sources, thereby swelling the sludge and controlling the swelling of sludge by maximizing phosphorus elution and inhibiting growth of filamentous fungi. In addition to increasing the dephosphorization efficiency and increasing the sedimentation and concentration of the final sludge, the denitrification in the nitrification process, the denitrification in the final sedimentation process, and the denitrification by denitrification microorganisms (DPRB) can reduce the COD requirements of the denitrification process. The low concentration of sewage and wastewater can be treated, and the size of the denitrification tank can be reduced, thus reducing the initial facility investment cost and facility operation cost.
Description
본 발명은 하·폐수의 영양염류를 생물학적으로 처리하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하·폐수에 포함되어 있는 질소, 인 등의 영양염류를 생물학적으로 효율적으로 처리하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for biologically treating nutrients in sewage and wastewater, and more particularly, to a method for biologically efficiently treating nutrients such as nitrogen and phosphorus contained in sewage and wastewater.
가정에서 사용되는 각종 세제와 산업화가 진행됨에 따라 배출되는 각종 공장 폐수 등으로 인하여 하·폐수는 증가하고 있으며 이에 따라 상수원 및 위락수역 오염 등이 가중되고 있다. Wastewater is increasing due to various kinds of detergents used in homes and various factory wastewater discharged as industrialization progresses, and consequently, pollution of water supplies and amusement zones is increasing.
하·폐수에는 질소와 인 등의 영얌염류가 함유되어 있어 부영양화/적조현상을 일으키고 심한 악취가 발생한다. Sewage and wastewater contain nitrogen and phosphorus such as yam, causing eutrophication / reddening and severe odor.
이에, 하·폐수에 함유된 질소와 인을 제거하기 위하여 종래에는 각종 약품을 투입하여 제거하거나 또는 외부 탄소원을 투입하여 생물학적인 방법에 의하여 제거하는 방법 등이 이용되고 있다. 그러나 상기한 방법들은 약품 또는 외부 탄소원 등의 추가로 그에 따른 비용이 추가되는 문제점이 있었다. Thus, in order to remove nitrogen and phosphorus contained in the sewage and wastewater, various methods have been conventionally used to remove or by using an external carbon source to remove by biological methods. However, the above methods have a problem in that additional costs such as drugs or external carbon sources are added.
특히, 우리나라의 대부분 하수도 관거가, 하·폐수와 우수를 하나의 관거로 배제하는 합류식 배제방식 시스템으로 저농도의 하·폐수가 하수처리시설로 유입된다. 생물학적 처리공정으로 유입된 저농도의 하·폐수는 처리시스템 내의 미생물 성장에 적합한 조건(환경)을 유지시키지 못하는 처리공정/운전상의 문제점 등으로 처리효율이 낮고, 또한 단위공정별 처리구조물 용량은 환경에 민감한 미생물 성장에 적합한 환경제공이 미흡하여 초기시설 투자비 및 처리장 운영비가 높은 문제점이 있다.In particular, most sewage conduits in Korea are combined exclusion systems that exclude sewage, wastewater and rainwater as one conduit, and low concentrations of sewage and wastewater flow into sewage treatment facilities. The low concentration of sewage and wastewater introduced into the biological treatment process has low treatment efficiency due to treatment process / operational problems that do not maintain conditions (environment) suitable for the growth of microorganisms in the treatment system. There is a problem of high initial facility investment cost and treatment plant operation cost due to insufficient provision of suitable environment for growing sensitive microorganisms.
본 발명의 목적은 각종 약품 또는 외부 탄소원 투입없이 하·폐수에 포함되어 있는 영양염류인 질소와 인을 생물학적으로 동시에 제거하는 방법을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a method for biologically removing nitrogen and phosphorus, which are nutrients contained in sewage and wastewater, without the introduction of various drugs or external carbon sources.
본 발명의 다른 목적은 화학적산소요구량(COD)이 낮아 탈질이 어려운 저농도의 하·폐수 처리에도 적용가능한 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method applicable to low concentration sewage and wastewater treatment which is difficult to denitrify due to low chemical oxygen demand (COD).
본 발명의 또 다른 목적은 탈질반응조 및 질산화반응조 규모를 줄이고 초기시설 투자비와 시설운영비를 줄이는 것이다. Still another object of the present invention is to reduce the size of the denitrification tank and the nitrification tank and to reduce the initial facility investment cost and facility operation cost.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 하·폐수의 영양염류를 생물학적으로 처리하는 방법은, 침사공정과 일차침전공정을 통과하여 유입된 하·폐수의 영양염류를 생물학적으로 처리하는 방법에 있어서, 상기 일차침전공정을 거친 하·폐수를 유입시키어 최종침전과정에서 침전되어 반송되는 반송슬러지에 내포된 질산성질소(NO3-N)를 탈질시키는 예비탈질공정; 상기 예비탈질공정에서 탈질된 반송슬러지와 하·폐수를 유입시키어 혐기성 조건하에서 사상균 성장을 억제하고 인축적 미생물을 증식시키는 혐기성바이오선택반응공정; 상기 혐기성바이오선택반응공정을 거친 하·폐수를 혐기성 조건하에서 인 용출을 극대화시키는 혐기성접촉공정; 상기 혐기성접촉공정을 거친 하·폐수를 무산소(anoxic) 조건하에서 질산성 질소를 질소 가스로 방출하여 탈질시키고, 호기성(oxic) 조건하에서 과잉 섭취된 인이 탈인됨과 동시에 암모니움성 질소를 질산성 질소로 변화시켜 질소와 인을 동시에 제거시키는 탈질/탈인공정; 및 상기 탈질/탈인 공정을 거친 하·폐수를 최종적으로 고액분리시켜 침전시키는 최종침전공정;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the method of biologically treating the nutrients of sewage and wastewater of the present invention, in the method of biologically treating the nutrients of sewage and wastewater introduced through the sedimentation process and the primary sedimentation process, A pre-denitrification step of denitrifying nitrogen nitrate (NO 3 -N) contained in the return sludge which is precipitated and returned in the final settling process by introducing the sewage and wastewater which have passed through the first settling process; An anaerobic bioselection reaction step of introducing denitrified return sludge and sewage and wastewater in the preliminary denitrification step to inhibit filamentous fungi growth and to grow condensed microorganisms under anaerobic conditions; Anaerobic contact process to maximize the dissolution of the sewage and wastewater through the anaerobic bioselective reaction process under anaerobic conditions; The wastewater from the anaerobic contact process is denitrated by releasing nitrate nitrogen as nitrogen gas under anoxic conditions, and phosphorus ingested under aerobic conditions is dephosphorized and ammonium nitrogen is converted into nitrate nitrogen. Denitrification / dephosphorization processes that change to remove nitrogen and phosphorus simultaneously; And a final sedimentation step of finally solidifying the sewage and wastewater having undergone the denitrification / dephosphorization process to precipitate.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 하·폐수의 영양염류를 생물학적으로 처리하는 공정을 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a process for biologically treating the nutrients of sewage, wastewater of the present invention.
도 1에는 본 발명에 따른 하·폐수 처리방법의 일실시예 처리계통도가 제시되어 있다. Figure 1 shows an embodiment treatment system of the wastewater treatment method according to the present invention.
먼저, 유입되는 하·폐수의 불순물(모래 등)을 1차적으로 제거하는 침사공정을 거친다. 하·폐수가 침사조(1)에 유입되어 침사조(1) 내의 스크린 등의 통상의 여과 수단을 통하여 불순물을 걸러낸다. First, a sedimentation process is first performed to remove impurities (sand, etc.) from the introduced sewage and wastewater. Sewage and waste water flow into the sedimentation tank 1 to filter out impurities through normal filtration means such as a screen in the sedimentation tank 1.
상기한 침사조(1)를 통과한 하·폐수는 일차침전조(2)에서 침전과정을 거쳐 1차 처리수 및 폐슬러지로 분리되는 일차침전공정을 거친다. 상기 일차침전조(2)에서 침전된 슬러지는 통상의 슬러지저류조(9), 슬러지농축조(10) 및 슬러지탈수조(11)를 거쳐 분리되어 퇴비로 사용되거나 위생매립된다. The sewage and wastewater passing through the settling tank (1) is subjected to a primary settling process which is separated into primary treated water and waste sludge through a precipitation process in the primary settling tank (2). The sludge precipitated in the primary sedimentation tank 2 is separated through a conventional sludge storage tank 9, a sludge concentration tank 10 and a sludge dewatering tank 11 to be used as compost or sanitary landfill.
상기 일차침전공정을 거친 하·폐수는 예비탈질조(3)로 유입되어 예비탈질공정(Pre-denitrification Process)을 거친다. 이 때, 최종침전공정에서 침전된 슬러지 중 일부가 예비탈질조(3)로 반송되고, 유입되는 하·폐수가 탄소원으로 작용하여 반송슬러지에 내포된 질산성 질소를 탈질시킨다. The sewage and wastewater having undergone the primary precipitation process is introduced into the preliminary denitrification tank 3 and subjected to a pre-denitrification process. At this time, a part of the sludge precipitated in the final sedimentation process is returned to the pre-denitrification tank (3), the incoming sewage and waste water acts as a carbon source to denitrate the nitrate nitrogen contained in the conveying sludge.
이어, 상기 예비탈질공정을 거친 하·폐수가 혐기성바이오선택반응조(4)로 유입된다. 상기 혐기성바이오선택반응조(4)는 혐기성 조건으로 사상균 성장을 억제하고 예비탈질공정에서 미처리된 질산성질소를 탈질시키며 인축적 미생물(phosphorus accumulating organism; PAOs)을 증진시킨다. 이를 혐기성바이오선택반응공정(Anaerobic Bio-selectors Process)이라 한다. Subsequently, the sewage and wastewater having undergone the preliminary denitrification process are introduced into the anaerobic bioselection reaction tank 4. The anaerobic bioselection reactor (4) inhibits filamentous fungi growth under anaerobic conditions, denitrates untreated nitrogen nitrate in a pre-denitrification process, and enhances phosphorus accumulating organisms (PAOs). This is called the Anaerobic Bio-selectors Process.
상기 혐기성바이오선택반응공정을 거친 하·폐수는 혐기성접촉조(5)로 유입되어 인 용출이 극대화된다. 이를 혐기성접촉공정(Anaerobic Process)이라 한다. The wastewater, which has undergone the anaerobic bioselection reaction process, is introduced into the anaerobic contacting tank (5) to maximize leach. This is called the anaerobic process.
상기 혐기성접촉조(5)에서 혐기성접촉공정을 거친 하·폐수는 탈질/탈인반응조(6A)로 유입되어 질소와 인을 동시에 제거하게 된다. 이 탈질/탈인공정은 무산소(anoxic) 조건하에서 질산성 질소를 질소 가스로 방출하여 탈질시키고, 호기성(oxic) 조건하에서 과잉 섭취된 인이 탈인됨과 동시에 암모니움성 질소를 질산성 질소로 변화시켜 질소와 인을 동시에 제거시킴으로써 이루어진다. The wastewater, which has undergone the anaerobic contacting process in the anaerobic contacting tank 5, enters the denitrification / dephosphorization reaction tank 6A to simultaneously remove nitrogen and phosphorus. This denitrification / dephosphorization process releases nitrate nitrogen into nitrogen gas under anoxic conditions, and denitrifies it, and dephosphorization of excess phosphorus under aerobic conditions changes the ammonium nitrogen to nitrate nitrogen. By simultaneously removing phosphorus.
본 발명에 있어서, 상기한 탈질/탈인공정은 통상의 질소와 인을 제거하는 방법을 이용함으로써 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 탈질/탈인반응조(6A)에 간헐적으로 산소를 공급함으로써 무산소 조건하에서 질산성 질소를 질소 가스로 방출시키고, 호기성 조건하에서 과잉 섭취된 인이 탈인됨과 동시에 암모니움성 질소를 질산성 질소로 변화시키는 것이다. 탈질/탈인공정을 보다 구체적으로 설명하면, 단일반응조인 탈질/탈인반응조(6A) 상부 수면에 횡축기계식 포기장치인 로터(roater)가 설치되고 상기 탈질/탈인반응조(6A) 하부 수중에 교반기(agiator)가 설치되어 PLC(Programable Logic Controller) 운전 조작으로 탈질/탈인공정이 진행된다. 즉, 로터를 가동시키면 산소가 공급되어 상기 탈질/탈인반응조(6A)가 호기상 환경이 됨으로써 과잉 섭취된 인이 탈인됨과 동시에 암모니움성 질소가 질산성 질소로 변환되는 것이다. 이때 반응조 하부에 설치된 교반기는 가동되지 않는다. 한편, 로터의 가동을 중단시키면 산소의 공급이 중단되어 상기 탈질/탈인반응조(6A)가 무산소 환경이 됨으로써 질산화된 질산염과 유기성 탄소의 반응에 의해 탈질이 이루어지는 것이다. 이때 교반기는 반응조 내 혼합액의 플록 침전을 방지하기 위하여 가동된다. 유기물의 생물학적 처리를 위해 설치되는 로터의 산소 공급 용량은 하수의 성상에 따라 즉, 유기물 오염 부하량에 따라 달라진다. 따라서 유입수 부하량, 처리유출수 허용규제 농도 및 온도 변화 등에 따라 총산소 요구량이 결정되며 그에 따라 로터의 용량이 결정된다. 상기한 로터 및 교반기의 운전은 PLC에 의해 정해진 프로그램에 따라 이루어지며 탈질/탈인반응조 내 최저 및 최고 용존산소 농도를 제어가능하도록 되어 있다.In the present invention, the denitrification / dephosphorization process can be performed by using a conventional method of removing nitrogen and phosphorus. For example, by intermittently supplying oxygen to the denitrification / dephosphorization reactor 6A, nitrate nitrogen is released as nitrogen gas under anoxic conditions, and phosphorus ingested under aerobic conditions is dephosphorized and ammonium nitrogen is nitrate nitrogen at the same time. To change. In more detail, the denitrification / dephosphorization process is described in detail. A rotor, a horizontal axis mechanical aeration device, is installed on the surface of the denitrification / dephosphorization reactor 6A, which is a single reaction tank, and an agitator is placed in the lower water of the denitrification / dephosphorization reactor 6A. ), And the denitrification / dephosphorization process is performed by PLC (Programmable Logic Controller) operation operation. In other words, when the rotor is operated, oxygen is supplied to the denitrification / dephosphorization reactor 6A to become an aerobic environment, and excess phosphorus is dephosphorized and ammonium nitrogen is converted to nitrate nitrogen. At this time, the stirrer installed in the lower part of the reactor does not operate. On the other hand, when the rotor is stopped, oxygen supply is interrupted and the denitrification / dephosphorization reaction tank 6A becomes an oxygen free environment, whereby denitrification is caused by the reaction of nitrate nitrate with organic carbon. At this time, the stirrer is operated to prevent floc precipitation of the mixed liquid in the reactor. The oxygen supply capacity of the rotor installed for the biological treatment of organics depends on the nature of the sewage, ie the load of organic contamination. Therefore, the total oxygen demand is determined according to the influent load, the treatment effluent allowance concentration and the temperature change, and the rotor capacity is determined accordingly. The operation of the rotor and the stirrer is performed according to a program defined by the PLC and is capable of controlling the lowest and highest dissolved oxygen concentrations in the denitrification / dephosphorization reactor.
상기 탈질/탈인공정을 거친 하·폐수는 최종침전조(8)로 유입되어 고액분리되어 슬러지를 침전시키는 최종침전공정을 거친다. 최종침전공정을 거친 최종처리수는 방류되고 최종적으로 침전된 슬러지 일부는 예비탈질조(3)로 반송, 반송되고 남은 잉여슬러지는 통상의 슬러지 처리공정을 거쳐 처리된다. The sewage / wastewater that has passed through the denitrification / dephosphorization process is introduced into the final sedimentation tank 8 and subjected to a final sedimentation process to solidify and separate the sludge. After the final sedimentation process, the final treated water is discharged, and some of the finally settled sludge is returned to the preliminary denitrification tank 3, and the remaining excess sludge is treated through a conventional sludge treatment process.
한편, 본 발명의 하·폐수의 영양염류를 생물학적으로 처리하는 방법에 있어서, 상기 탈질/탈인공정은, 상기 혐기성접촉공정과 질산화공정을 거친 하·폐수를 무산소(anoxic) 조건하에서 인축적 미생물에 의한 인의 과잉섭취와, 탈질가능한 탈인미생물(DPRB)에 의한 탈질, 탈질미생물에 의한 탈질반응으로 질소와 인을 동시에 제거시키는 탈질반응공정;과 상기 혐기성 조건하에서 용출된 인이 호기성(oxic) 조건 하에서 인이 과잉섭취되어 탈인됨과 동시에 암모니움성 질소(NH4-N)를 질산성 질소(NO3-N)로 변환시키는 질산화공정;으로 이루어질 수 있다.On the other hand, in the method for biologically treating the nutrients of sewage and wastewater of the present invention, the denitrification / dephosphorization process, the anaerobic contact process and nitrification process wastewater and wastewater is subjected to the accumulation of microorganisms under anoxic conditions. Denitrification process to remove nitrogen and phosphorus simultaneously by excess intake of phosphorus by denitrification, denitrification by deproducible dephosphorus microorganism (DPRB), denitrification by denitrification microorganism; and phosphorus eluted under anaerobic conditions under aerobic conditions Phosphorus is excessively ingested and dephosphorized and at the same time nitrification process for converting ammonia nitrogen (NH 4 -N) to nitrate nitrogen (NO 3 -N);
도 2에 도시되어 있는 것과 같이, 상기 혐기성접촉공정을 거친 하·폐수와 질산화공정을 거친 하·폐수는 탈질반응조(6)로 유입되어 질소와 인을 동시에 제거시키는 탈질반응공정을 거친다. 상기 탈질반응조(6)는 무산소(anoxic) 조건으로 인축적 미생물에 의한 인의 과잉섭취, 탈질가능한 탈인미생물에 의한 탈질, 탈질미생물에 의한 탈질반응이 이루어진다. As shown in FIG. 2, the wastewater, which has undergone the anaerobic contact process and the wastewater, which has undergone the nitrification process, enters the denitrification tank 6 and undergoes a denitrification process which simultaneously removes nitrogen and phosphorus. The denitrification tank (6) is an anoxic (anoxic) condition in the excess intake of phosphorus by the accumulation of microorganisms, denitrification by denitrification microorganisms that can be denitrified, denitrification reaction by denitrification microorganisms.
한편, 질산화공정조(7)에서는 상기 혐기성바이오선택반응공정 및 혐기성 접촉공정에서 용출된 인이 호기성(oxic) 조건하에서 인이 과잉섭취되어 탈인됨과 동시에 암모니움성 질소를 질산성질소로 변환, 탈질반응조(6)로 피드백되어 탈질되는 순환과정을 거친다. On the other hand, in the nitrification process (7), phosphorus eluted in the anaerobic bioselection reaction process and anaerobic contact process is excessively phosphorus ingested under aerobic conditions and dephosphorized, and at the same time, ammonia nitrogen is converted to nitrate nitrogen and denitrification tank ( 6) is fed back into the denitrification cycle.
상기 질산화 및 탈질 공정을 거친 하·폐수는 최종침전조(8)로 유입되어 고액분리되어 슬러지를 침전시키는 최종침전공정을 거친다. After the nitrification and denitrification process, the wastewater is introduced into the final sedimentation tank 8 and subjected to a final sedimentation process to solidify and separate the sludge.
도 3과 4에 본 발명에 따른 하·폐수의 영양염류를 생물학적으로 처리하는 방법의 다른 실시예 처리계통도가 제시되어 있다. 3 and 4 show another embodiment of the method for biologically treating nutrients in sewage and wastewater according to the present invention.
도 3에는 상기 일차침전공정을 거친 하·폐수가 예비탈질조(3)와 혐기성바이오선택반응조(4)로 일정량 나뉘어 유입되는 실시예가 도시되어 있다. FIG. 3 shows an embodiment in which the sewage and wastewater that have undergone the primary settling process are divided into a predetermined amount into the preliminary denitrification tank 3 and the anaerobic bioselection reaction tank 4.
즉, 본 발명에 있어서, 상기 일차침전공정을 거친 하·폐수의 10~25%가 상기 예비탈질조(3)로, 나머지 75~90%가 상기 혐기성바이오선택반응조(4)로 유입되는 것이 바람직하다. That is, in the present invention, it is preferable that 10 to 25% of the wastewater and wastewater that have undergone the primary precipitation process are introduced into the preliminary denitrification tank 3 and the remaining 75 to 90% are introduced into the anaerobic bioselection reaction tank 4. Do.
본 발명에 있어서, 상기 예비탈질조(3)로 유입되는 하·폐수의 양은 처리되는 하·폐수 총량의 10~25%가 바람직한 데, 이는 미생물의 탄소원으로 사용되는 하·폐수가 상기한 양의 범위일 때 예비탈질조(3)에서 반송슬러지에 내포되어 있는 질산성 질소의 탈질 효율이 최대가 되기 때문이다. In the present invention, the amount of sewage and wastewater flowing into the pre-denitrification tank 3 is preferably 10 to 25% of the total amount of sewage and wastewater to be treated, which is the amount of sewage and wastewater used as the carbon source of the microorganisms. This is because the denitrification efficiency of the nitrate nitrogen contained in the conveying sludge in the preliminary denitrification tank 3 becomes maximum when it is in the range.
즉, 하·폐수의 10% 미만이 예비탈질조(3)로 유입되면 탄소원 부족으로 질산성 질소의 탈질 효율이 낮아지게 되고, 25%를 초과하면 예비탈질조(3)의 규모가 과대하게 되어 비경제적이다. That is, if less than 10% of sewage and wastewater enter the preliminary denitrification tank (3), the denitrification efficiency of nitrate nitrogen becomes low due to lack of carbon source, and if it exceeds 25%, the size of the preliminary denitrification tank (3) becomes excessive. Uneconomical
예비탈질조(3)로 유입되는 하·폐수의 적정량은 최종침전조(8)에서 반송되는 반송슬러지에 내포된 질산성질소의 농도에 따라 결정된다. The appropriate amount of sewage and wastewater flowing into the preliminary denitrification tank 3 is determined according to the concentration of nitrate nitrogen contained in the return sludge returned from the final sedimentation tank 8.
또한, 도 5와 6에 본 발명에 따른 하·폐수의 영양염류를 생물학적으로 처리하는 방법의 또 다른 실시예 처리계통도가 제시되어 있다. 5 and 6, there is also shown another embodiment of the treatment system of the method for biologically treating nutrients in sewage and wastewater according to the present invention.
도 5에 도시되어 있는 바과 같이, 본 발명의 하·폐수의 영양염류를 생물학적으로 처리하는 방법에서는 상기 예비탈질조(3)에서 예비탈질공정을 거친 하·폐수가 혐기성접촉조(5)로 유입되어 혐기성바이오선택반응공정을 거치지 않고 곧바로 혐기성접촉공정으로 처리될 수 있다. 이 때, 일차침전지공정을 거친 하·폐수의 75~90%는 혐기성접촉조(5)로 유입된다. 본 실시예에서는 혐기성바이오선택반응공정을 거치지 않음으로써 공정이 보다 단순화되며, 혐기성접촉조(5)로 하·폐수의 75~90%가 유입, 혐기성접촉조(5)에서 인의 용출이 극대화된다. As shown in FIG. 5, in the method for biologically treating the nutrients of sewage and wastewater of the present invention, the sewage and wastewater having undergone the preliminary denitrification process in the preliminary denitrification tank 3 is introduced into the anaerobic contact tank 5. It can be processed directly into the anaerobic contact process without going through the anaerobic bioselective reaction process. At this time, 75 ~ 90% of the sewage and wastewater that passed through the primary settling process flows into the anaerobic contact tank (5). In this embodiment, the process is further simplified by not undergoing an anaerobic bioselective reaction process, and 75 to 90% of wastewater and wastewater are introduced into the anaerobic contact tank 5, and the dissolution of phosphorus in the anaerobic contact tank 5 is maximized.
본 발명의 하·폐수의 영양염류를 생물학적으로 처리하는 방법을 보다 상세하게 설명한다. The method of biologically treating the nutrients in sewage and wastewater of the present invention will be described in more detail.
본 발명에 있어서, 상기 일차침전공정을 거친 하·폐수는 예비탈질조(3)로 유입되는 데, 이는 최종침전공정에서 침전되어 예비탈질조(3)로 반송되는 반송슬러지에 내포된 질산성질소를 탈질시키게 된다. In the present invention, the sewage and wastewater having undergone the primary sedimentation process is introduced into the preliminary denitrification tank 3, which is precipitated in the final sedimentation process and is contained in the return sludge returned to the preliminary denitrification tank 3. Will denitrate.
상기 예비탈질조(3)에서의 예비탈질공정은 반송슬러지에 내포되어 있는 인 용출의 저해요소인 질산성질소를 탈질산화반응에 의하여 제거함으로써 후단 공정에서 인용출이 극대화될 수 있도록 하기 위함이다. The pre-denitrification step in the pre-denitrification tank (3) is intended to maximize the extraction in the post-stage process by removing the nitric acid nitrate, which is an inhibitor of phosphorus elution, contained in the conveying sludge by the denitrification reaction.
본 발명에 있어서, 예비탈질공정의 탈질반응은 유기물의 분해반응이기 때문에 충분한 탄소에너지(유기물)가 필요하며 유입 하·폐수가 탄소원으로 이용되는 것이다. 이 때, 유입되는 하·폐수가 예비탈질조와 혐기성바이오선택반응조 또는 혐기성접촉조로 각각 나뉘어 유입되는 것이 질산성 질소의 탈질에 보다 효율적이다. 즉, 처리되는 하·폐수 총량의 10-25%만이 예비탈질조로 유입되고 나머지 75-90%의 하·폐수는 혐기성바오선택반응조 또는 혐기성접촉조로 유입되어 처리되는 것이 바람직하다. In the present invention, the denitrification reaction of the preliminary denitrification process is a decomposition reaction of organic matter, so that sufficient carbon energy (organic matter) is required, and inflow and wastewater are used as carbon sources. At this time, the inflow of sewage and wastewater into the preliminary denitrification tank, the anaerobic bioselection reaction tank, or the anaerobic contacting tank, respectively, is more efficient for the denitrification of nitrate nitrogen. That is, it is preferable that only 10-25% of the total amount of sewage and wastewater to be treated is introduced into the preliminary denitrification tank, and the remaining 75-90% of the sewage and wastewater is introduced into an anaerobic Bao selective reaction tank or anaerobic contacting tank and treated.
본 발명에서는 미생물이 유기물을 분해할 때 반송슬러지에 포함되어 있는 질산성 질소(NO3-N)를 최종 전자수용체(final electron acceptor)로 사용하면서 질산성 질소가 질소가스(N2)로 변환되는 예비탈질공정을 둠으로써 반송슬러지에 포함된 질산성 질소를 제거시켜 하·폐수에 포함되어 있는 인의 제거 효율을 높일 수 있다.In the present invention, when the microorganism decomposes organic matter, nitrate nitrogen is converted into nitrogen gas (N 2 ) while using nitrate nitrogen (NO 3 -N) included in the return sludge as a final electron acceptor. By providing a preliminary denitrification process, the nitrate nitrogen contained in the conveying sludge can be removed, thereby improving the removal efficiency of phosphorus contained in the sewage and wastewater.
즉, 혐기성접촉공정으로 질산성 질소가 유입되면 탈질미생물이 인축적 미생물보다 우선적으로 쉽게 분해가능한 저분자 유기물(short chain volatile fattyacids; SCVFA)을 사용하기 때문에 인축적 미생물에 축적시킬 SCVFA가 부족하게 되어 인 용출이 일어나지 않고, 또한 SCVFA 축적이 작아서 결과적으로 호기상에서 구하는 에너지가 부족하여 인 섭취 능력도 또한 감소시킨다.In other words, when nitrate nitrogen is introduced through anaerobic contact process, denitrification microorganisms use short-chain volatile fattyacids (SCVFAs) that are easily decomposed prior to the accumulation of microorganisms. Elution does not occur, and the SCVFA accumulation is small, resulting in a lack of energy available on the aerobic phase, which also reduces the phosphorus intake capacity.
이어, 상기 예비탈질공정에서 탈질된 반송슬러지와 상기 일차침전지공정을 거친 하·폐수가 혐기성바이오선택반응조(4)로 유입된다. Subsequently, the conveying sludge denitrated in the preliminary denitrification step and the sewage and wastewater which have passed through the primary settling step flow into the anaerobic bioselective reaction tank 4.
혐기성바이오선택반응조(4)에서의 혐기성바이오선택반응공정은 사상균(filamentous organism)의 성장을 억제하는 공정으로, 또한 예비탈질공정에서 미처리된 질산성 질소를 제거하고 인축적 미생물을 증식시키는 공정이다. The anaerobic bioselection reaction step in the anaerobic bioselection reaction tank 4 is a step of inhibiting the growth of filamentous organisms, and is a step of removing untreated nitrate nitrogen and prematurely accumulating microorganisms in a preliminary denitrification step.
생물학적인 질소·인 동시제거공정에서 사상균의 성장은 가장 흔한 운전상의 문제점이다. 사상균의 증가는 슬러지의 팽화(sludge bulking), 슬러지 침전성 불량을 초래한다. 슬러지의 팽화현상은 과대 번식한 사상균인 마이크로스릭스 파비셀라(Microthrix Parvicella), 스휘이로틸러스 네이탠스(Sphaerotilus Natans), 노카르디아(Nocardia), 타입 021엔 과 1701(Type 021 & 1701)에 기인한다.Growth of filamentous fungi is the most common operational problem in the simultaneous removal of biological nitrogen and phosphorus. The increase in filamentous fungi leads to sludge bulking of sludge and poor sludge settling. Sludge swelling is due to overgrown filamentous fungi Microthrix Parvicella, Sphaerotilus Natans, Nocardia, Type 021 yen and 1701 (Type 021 & 1701). Is caused.
팽화를 일으키는 주종은 엠·파비셀라(M·Parvicella)이며 반응조(reactor)내의 낮은 먹이-미생물(low F/M microorganism) 농도 때문이다. 낮은 먹이-미생물은 낮은 기질 농도에서 매우 높은 성장률을 나타낸다. 따라서 낮은 F/M비 에서는 세포 분열에 의해 사상균이 증식, 플록 형성균(floc-forming bacteria) 성장을 억제하며, 역으로 높은 기질 농도에서는 플록 형성미생물군의 높은 성장률을 유지하여 사상균의 성장이 억제된다. The main cause of swelling is M. Parvicella, due to the low F / M microorganism concentration in the reactor. Low food-microbes exhibit very high growth rates at low substrate concentrations. Therefore, at low F / M ratio, filamentous fungi proliferate and inhibit floc-forming bacteria growth due to cell division, and consequently, at high substrate concentration, filamentous fungi are suppressed by maintaining high growth rate of floc forming microorganisms. do.
또 다른 슬러지 팽화현상은 무산소조 연속혼합(anoxic mixing sequences), 낮은 BOD:N 과 BOD:P 비율에 기인 한다. 서로 다른 다양한 변화로 인하여 팽화를 일으키나, 이들 변화무쌍한 환경을 제어하기 위한 종래 단일공정의 파라메터(parameter)가 불가능하였다. Another sludge swelling phenomenon is due to anoxic mixing sequences, low BOD: N and BOD: P ratios. Various different changes cause swelling, but the parameters of the conventional single process for controlling these varying environments are not possible.
본 발명에서는 혐기성접촉공정 전 단계에 플러그 흐름(plug flow) 형태의 혐기성바이오선택반응공정을 두어 예비탈질공정의 유출수와 하·폐수(바람직하게는, 하·폐수의 75~90%)를 유입 혼합함으로써 높은 먹이-미생물(F/M)비에 의한 비사상성 미생물(non-filamentous organism)을 선택적으로 성장 촉진시켜 슬러지 팽화현상의 제어가 가능하다. In the present invention, a plug flow type anaerobic bioreaction process is provided in the previous stage of the anaerobic contacting process, so that the effluent and the wastewater (preferably, 75 to 90% of the wastewater and wastewater) of the preliminary denitrification process are mixed. Therefore, it is possible to control the growth of non-filamentous organisms selectively due to the high food-microbial (F / M) ratio to control the sludge swelling phenomenon.
즉, 비사상성 플록 형성균은 μmax 값은 크나 기질에의 친화력은 낮은 반면(즉, 큰 Ks), 사상균은 μmax 값은 작으나 기질에의 친화력은 크다(즉, 작은 Ks). 기질의 농도 구배가 크기 때문에 용존 유기물이 플록 형성미생물에 신속히 흡착된다. 용존 유기물의 급격한 제거에 따라 사상균의 성장에 필요한 유기물이 적게 되어 사멸된다. 그러므로 낮은 기질 농도에서는 사상균의 성장이 유리하다. In other words, non-flat flock-forming bacteria have a large μmax value but low affinity to the substrate (ie, a large Ks), whereas filamentous bacteria have a small μmax value but a large affinity to the substrate (ie, a small Ks). Due to the large concentration gradient of the substrate, dissolved organics are rapidly adsorbed to the floc forming microorganisms. As a result of the rapid removal of dissolved organic matter, less organic matter is required for the growth of filamentous fungi and is killed. Therefore, the growth of filamentous bacteria is advantageous at low substrate concentrations.
또한 혐기성바이오선택반응조(4)는 혐기성 조건(환경) 이므로 혐기성상(anaerobic)에서 성장률이 우수한 인축적 미생물(PAOs)을 증식 시킨다. 인축적 미생물의 활성에 필요한 에너지원으로 유기물을 사용함으로서 BOD도 제거된다. In addition, the anaerobic bioselection reactor (4) is an anaerobic condition (environmental), so it grows in the anaerobic phase (anaerobic) excellent growth rate microorganisms (PAOs). BOD is also eliminated by using organic matter as an energy source for the activity of accumulating microorganisms.
본 발명에서는 혐기성바이오선택반응조(4)의 최적조건을 맞추기 위해서 반송슬러지에 포함된 질산성 질소를 전단계인 예비탈질공정에서 질산성질소의 농도를 1mg/ℓ 이하로 유출되게 체류시간을 설정해야 한다. 또한 예비탈질공정에서 미탈질된 반송슬러지에 내포된 질상성질소가 혐기성바이오선택반응조(4)에서 탈질산화반응에 의해 제거된다. In the present invention, in order to meet the optimum conditions of the anaerobic bioselective reaction tank (4), it is necessary to set the residence time so that the concentration of nitrate nitrogen is 1 mg / l or less in the preliminary denitrification step of the preliminary denitrification process included in the return sludge. In addition, the nitrogenous nitrogen contained in the denitrified return sludge in the pre-denitrification process is removed by the denitrification reaction in the anaerobic bioselection reaction tank 4.
종래의 사상균 제어는 염소(chlorine)나 과산화수소(H2O2)를 반송슬러지에 주입하거나, 질산화공정의 용존산소(dissolved oxygen: DO) 농도를 변화시키거나, 주요 영양소를 주입하거나, 성장요소(growth factor)를 일시적으로 주입하였다. 염소 주입은 사상균 증식에 의한 슬러지 팽화 억제에는 효과적이지만 부착수(bound water)를 함유한 가벼운 플록에 의한 팽화에는 비효과적이다. 또한 염소 주입시 사상균이 사멸할 때까지의 탁한 유출수가 생산된다. 질산화된 슬러지의 염소처리 역시 질산화 미생물의 사멸로 탁한 유출수가 만들어지며 유지관리비의 상승요인이 된다.Conventional filamentous fungi control involves injecting chlorine or hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) into the return sludge, changing the dissolved oxygen (DO) concentration in the nitrification process, injecting key nutrients, growth factor) was temporarily injected. Chlorine injection is effective for suppressing sludge swelling by filamentous fungal growth but ineffective for swelling by light flocs containing bound water. In addition, turbid effluent is produced until the filamentous fungus dies upon chlorine injection. Chlorination of nitrified sludge also results in turbid runoff resulting from the killing of nitrifying microorganisms and increases maintenance costs.
혐기성접촉공정은, 혐기성바이오선택반응조(4)에서 유출된 반송슬러지와 유입 하·폐수가 완전 혼합되도록 수중형 혼합기(agitators)가 설치된다. 혐기성접촉공정 내에서 인 방출은 생물학적으로 분해가 쉬운 용해성 BOD는 종속영양균(heterotrophs)에 의해 주로 지방산인 저분자 유기물(SCVFA)이 형성된다. In the anaerobic contact process, submerged agitators are installed so that the return sludge and the inflow sewage and wastewater discharged from the anaerobic bioselective reaction tank 4 are completely mixed. Phosphorus release in anaerobic contact processes is a biodegradable, soluble BOD is formed by heterotrophs, mainly fatty acid low molecular weight organic matter (SCVFA).
형성된 저분자 유기물은 Poly-p 미생물들에 의해 분해되는데 저장된 폴리인산염(Poly-phosphate:P2O2)에 의해 가수분해하여 발생되는 에너지를 이용하여 오르소인산염(Ortho-phosphate:PO4 -2)으로 분해하여 용출되고 저분자 유기물은 PHB(Poly-β-hydroxy butyrate)로 세포 내에 저장 된다. Poly-p가 Ortho-p로의 분해는 혼합액 내에 용해성 인산염을 증가시키며 역시 에너지를 방출케 한다. 에너지는 미생물이 용해성 BOD를 세포벽을 통해 운반, 세포 내에 저장 한다. 이렇게 하여 혼합액의 BOD 농도는 산소 소모없이 감소된다.The formed low molecular weight organic matter is decomposed by Poly-p microorganisms. Ortho-phosphate (PO 4 -2 ) using energy generated by hydrolysis by stored polyphosphate (P 2 O 2 ). It is eluted by decomposition and low molecular weight organic matter is stored in cells as PHB (Poly-β-hydroxy butyrate). Degradation of Poly-p to Ortho-p increases soluble phosphate in the mixture and also releases energy. Energy stores microorganisms in soluble BODs through the cell wall. In this way, the BOD concentration of the mixed solution is reduced without oxygen consumption.
질산화공정에서 Poly-p 미생물이 아질산염과 산소를 PHB 산화에 이용함으로써 새로운 Poly-p 미생물로 성장하면서 PHB로 산화할 때 방출된 에너지를 흡수하여 용해 인을 정상수준 이상으로 섭취함으로써 세포 내에 고분자 인산염으로 저장된다. 이렇게 저장된 인은 미생물로 응집된 슬러지 내에 축적되어 최종침전공정에서 침전 제거된다. In the nitrification process, poly-p microorganisms use nitrite and oxygen for PHB oxidation to grow into new Poly-p microorganisms, absorbing the energy released when oxidizing to PHB, and ingesting soluble phosphorus above the normal level. Stored. The stored phosphorus accumulates in the sludge aggregated with the microorganisms, and is precipitated and removed in the final precipitation process.
질산화공정 및 탈질반응공정은, 유기물 또는 질소 및 인을 동시에 제거하기 위한 공정이며, 종래 낮은 질소와 인의 제거 효율을 향상시키기 위하여 별도의 예비탈질공정, 혐기성바이오선택조공정을 혐기성접촉공정 전단에 설치하여 질소 및 인의 제거효율을 보다 높게 개선시킨 것이다. The nitrification process and the denitrification process are processes for removing organic matter, nitrogen and phosphorus simultaneously, and in order to improve the efficiency of removing nitrogen and phosphorus at the same time, a separate pre-denitrification process and anaerobic bio-selection process are installed in front of the anaerobic contact process. By improving the nitrogen and phosphorus removal efficiency higher.
질산화공정인 호기성(oxic) 지역에서는 유기물질 산화 및 암모니움성 질소(NH4-N)를 질산성 질소(NO3-N)로 산화가 이루어지고, 아울러 인의 과잉섭취로 인해 탈인이 일어나며, 무산소(anoxic)지역(분자상 산소가 없는 상태)에서는 질산화된 질산염과 유기성 탄소의 반응에 의해 탈질이 진행되어 질산성 질소를 질소 가스로 방출케 한다. 이 탈질 반응에는 에너지원으로 유기탄소가 필요하기 때문에 유입 하·폐수 그 자체가 탄소원이다. 본 발명에서는 유입 하·폐수가 바로 무산소 지역으로 유입되기 때문에 유입 하·폐수가 탈질반응에 원활하게 사용될 수 있다.In the aerobic (oxygen) process, oxidization of organic substances and oxidation of ammonium nitrogen (NH 4 -N) to nitrate nitrogen (NO 3 -N) are carried out, and dephosphorization occurs due to excess intake of phosphorus. In the anoxic region (in the absence of molecular oxygen), denitrification proceeds by the reaction of nitrified nitrates with organic carbon, releasing nitrate nitrogen as nitrogen gas. The denitrification requires organic carbon as an energy source, so the influent sewage and waste water itself is a carbon source. In the present invention, since the influent wastewater flows directly into the anaerobic region, the influent wastewater can be smoothly used for denitrification.
질산화는 자가영양균(autotrophs)의 생물학적 과정이다. 즉 미생물 성장의 에너지가 주로 암모니움과 같은 질소산화물의 산화에서 얻어진다. 암모니움성 질소의 질산화는 나이트로조모나스(Nitrosomonas)와 나이트로박터(Nitrobacter)의 2 종류의 미생물이 관여하는 2 단계 과정이다. 첫번째 단계에서 암모니움이 아질산염(Nitrite)으로 변환되며, 두번째 단계에서 아질산염이 질산염(Nitrate)으로 Nitrification is a biological process of autotrophs. That is, the energy of microbial growth is mainly obtained from the oxidation of nitrogen oxides such as ammonium. Nitrification of ammonium nitrogen is a two-step process involving two types of microorganisms: nitrosomonas and nitrobacter. In the first stage, ammonium is converted to nitrite, and in the second stage, nitrite is converted to nitrate.
즉, In other words,
나이트로조모나스 Nitrozomonas
NH4 + +O2 ---------------> NO2 - + H2O + 2H+ NH 4 + + O 2 ---------------> NO 2 - + H 2 O + 2H +
나이트로박터 Niobacter
NO2 - + 1/2O2 -------------> NO3 - NO 2 - + 1 / 2O 2 -------------> NO 3 -
나이트로조모나스와 나이트로박터는 상기 반응에서 생산된 에너지를 세포성장과 유지에 사용한다.Nitrozomonas and nitrobacters use the energy produced in these reactions for cell growth and maintenance.
총괄적인 에너지 반응은 하기와 같으며, 결국 무산소 지역에서 탈질 즉 질소가 방출되는 것이다. The overall energy response is as follows, resulting in denitrification, or nitrogen release, in the anaerobic region.
NH4 - + O2 -------------> NO3 - + 2H+ + H2O NH 4 - + O 2 -------------> NO 3 - + 2H + + H 2 O
NO3 - + 기질 -------------> N2 +CO2 + H2O +OH + 세포NO 3 - + substrate -------------> N 2 + CO 2 + H 2 O + OH + cells
종래 하·폐수처리공정에서는 상기 나이트로조모나스 sp.와 나이트로박터 sp.의 2종류로 알려져 있는 질산균(nitrifier)은 실제 다양한 질산화 미생물종을 대표하는 관행상 편의에 의해 호칭한 것이다. 최근 FISH(fluorescent in situ hybridization) 등의 생명공학적 미생물 확인기법(gene probe)에 의하여 실제 하·폐수처리 공정에서 질산화를 일으키는 미생물 종에 대한 정보가 증가되고 있어, 본 발명의 공정에서는 이들 종속영양미생물에 의한 질산화반응(heterotrophic nitrification)을 활용함으로써(autotrotrophic nitrification의 10-15%) 가장 경제적인 질산화 공정을 가능하게 한다. In the conventional sewage and wastewater treatment process, nitrifiers known as two types of nitrozomonas sp. And nitrobacter sp. Are actually referred to by conventional conveniences representing various nitrifying microbial species. Recently, biotechnological microorganisms such as fluorescent in situ hybridization (FISH) have increased the information on the species of microorganisms that cause nitrification in the actual sewage and wastewater treatment process. In the process of the present invention, these heterotrophic microorganisms are increased. The use of heterotrophic nitrification (10-15% of autotrotrophic nitrification) enables the most economical nitrification process.
탈질은 반응조의 F/M비, 먹이의 양상(VFA 함량, VFA 종류), 사용미생물의 농도 등에 따라 상이한 데 F/M비가 클수록, VFA가 많을수록 탈질효과가 크다. 효과적인 탈질을 위해서는 충분한 먹이 즉 COD/N비가 클수록 효과가 크다. 따라서 질소와 인을 동시에 제거시키는 영양소 제거공정에서 COD/N비는 중요한 설계요소이다.Denitrification varies according to the F / M ratio of the reaction tank, the feeding mode (VFA content, VFA type), and the concentration of microorganisms used. The larger the F / M ratio, the higher the VFA, the greater the denitrification effect. For effective denitrification, the greater the food, the greater the COD / N ratio, the greater the effect. Therefore, COD / N ratio is an important design factor in the nutrient removal process that removes nitrogen and phosphorus simultaneously.
특히 우리나라의 저농도 하수는 COD 농도가 낮기 때문에 탈질이 어려우며, 결과적으로 인의 제거도 어렵다. 즉, COD/N비가 낮으므로 유기물에 비해 상대적으로 질소 농도가 높으므로 생물학적인 질소 제거에 필요한 유기물 중 필요한 부분을 해결하는 본 발명에서는 종래의 전통적인 무산소(anoxic) 상태에서 탄소원을 사용하는 종속영양 탈질산균(heterotrophic denitrifier)에 의한 질산염(NO3-N) --> N2 가스 전환 과정 이 외에도 자가영양탈질(Autotrophic denitrification) 미생물, 탈질가능한 탈인미생물(denitrifying phosphorous removal bacteria: DPRB)을 이용한다.In particular, low concentration sewage in Korea is difficult to denitrify because of low COD concentration, and as a result, it is difficult to remove phosphorus. That is, the present invention, which solves the necessary portion of the organic matter required for biological nitrogen removal because the nitrogen concentration is relatively high compared to the organic material because the COD / N ratio is low, heterotrophic desorption using a carbon source in the conventional traditional anoxic state In addition to the nitrate (NO 3 -N)-> N 2 gas conversion process by heterotrophic denitrifier, autotrophic denitrification microorganisms and denitrifying phosphorous removal bacteria (DPRB) are used.
즉, 혐기성접촉공정에서 과잉으로 방출된 인 함유 하·폐수를 탈질반응공정으로 직접 주입하여 인의 과잉섭취와 탈질가능한 탈인미생물에 의하여 질소와 인이 동시에 제거되는 것이다. That is, by directly injecting the phosphorus-containing sewage and wastewater discharged excessively in the anaerobic contact process to the denitrification process, nitrogen and phosphorus are simultaneously removed by overingestion of phosphorus and denitrifying microorganisms capable of denitrification.
따라서, 영양소에서 탈질반응공정의 COD의 요구량을 절감할 수 있는 것이다.Therefore, it is possible to reduce the required amount of COD of the denitrification process in nutrients.
즉, 탈질시 전환 과정은 하기 식으로 이루어지며, 이와 같은 질산화/탈질 반응공정의 연속 반복에 의해 탈질 및 인의 축적을 일으키며 최종침전공정(8)을 거치게 된다. That is, the conversion process during denitrification is performed in the following formula, and the denitrification and phosphorus accumulation are caused by the continuous repetition of the nitrification / denitrification reaction process, followed by the final precipitation process (8).
최종침전공정(Final Sedimentation)(8)은, 혼합액(mixed liquer suspended solid: MLSS)으로부터 고액 분리하여 목표 처리수를 얻고, 반송슬러지의 농축기능을 만족시켜야 한다.Final sedimentation (8) must solidify the liquid from the mixed liquer suspended solids (MLSS) to obtain the target treated water and satisfy the concentration function of the return sludge.
종래의 최종침전지공정은 하수도 설계기준(환경부)에 있는 표면부하율 또는 고형물 부하율을 적용하여 공정설계 함으로써, 부하율을 너무 크게 하는 경우 많은 양의 고형물이 유출되는 문제점을 안고 있었다. 생물학적 영양소 제거공정은 MLSS의 농도가 높고, 또한 SVI도 높기 때문에 최종침전지의 슬러지 계면이 높게 되어 침전지의 고형물이 유출되기 쉽다. The conventional final settling process has a problem in that a large amount of solids flows out when the load ratio is too large by designing the process by applying the surface load ratio or the solid load ratio in the sewer design standard (Ministry of Environment). The biological nutrient removal process has a high MLSS concentration and high SVI, so that the sludge interface of the final settler is high, and solids in the sedimentation basin are easily leaked.
본 발명에서는 처리수의 고형물 농도를 낮게 억제하고, 고액분리가 확실하게 달성되고, 슬러지 농축에 소요되는 침전지 바닥까지 이동할 수 있는 슬러지 계면(zone settling)을 고려한 한계고형물 플럭스(limiting solids flux) 기법을 적용함으로써 침전지로 유입되는 고형물 양이 한계고형물 플럭스 값보다 커서 고형물은침전지 내에서 축적되어 침전지 상부로 유출될 수 없다.In the present invention, a limiting solids flux technique is proposed in which the concentration of solids in the treated water is reduced, the solid-liquid separation is reliably achieved, and the sludge zone settling that can move to the bottom of the sedimentation basin for sludge concentration is considered. By application, the amount of solids entering the settling basin is greater than the limit solids flux value so that solids cannot accumulate in the settler and flow out of the settling basin.
이와 같이 반송슬러지의 농도에 따라 질산화공정의 최대 MLSS 농도는 변하게 된다. 이 때문에 최종침전공정은 생물학적 영양소 제거공정에서 일체적으로 함께 고려되어야 안정된 처리수를 얻을 수 있다. As such, the maximum MLSS concentration of the nitrification process is changed according to the concentration of the return sludge. For this reason, the final precipitation process must be considered together in the biological nutrient removal process to obtain stable treated water.
또한, 본 발명에서는 최종침전공정(8)내의 침전 슬러지층(10cm)(anoxic sludge blanket depth)에 의한 내생탈질호흡에 의한 탈질을 적용, 탈질반응공정의 체적(anoxic volume)을 감소시킴으로서 초기 투자비를 저렴화할 수 있다. In addition, in the present invention, denitrification by endogenous denitrification by the settling sludge layer (10 cm) (anoxic sludge blanket depth) in the final sedimentation process (8) is applied to reduce the initial investment cost by reducing the volume (anoxic volume) of the denitrification reaction process. It can be inexpensive.
한편, 잉여슬러지는 통상의 설비인 슬러지저류조(9)에서 슬러지농축조(10)로 이송, 슬러지탈수공정을 거쳐 탈수된 슬러지케익(sludge cake)은 유기비료로 사용 또는 위생매립 처분된다. On the other hand, the excess sludge is transferred to the sludge concentration tank 10 from the sludge storage tank 9 which is a conventional facility, and the sludge cake dehydrated through the sludge dewatering process is used as organic fertilizer or disposed of in sanitary land.
특히 본 발명의 하·폐수 처리방법은 예비탈질공정, 혐기성바이오선택반응공정, 혐기성접촉공정, 탈질반응공정, 질산화공정, 최종침전공정의 연속 공정에 따라 하·폐수의 탈인, 탈질 및 고액분리로 처리함으로써 초기 시설투자비가 적고 가장 경제적이며 안정된 처리수를 얻고 잉여슬러지는 인출 위생매립/퇴비로 재활용된다. In particular, the sewage and wastewater treatment method of the present invention is the dephosphorization, denitrification and solid-liquid separation of sewage and wastewater according to the continuous denitrification, anaerobic bioreaction, anaerobic contact, denitrification, nitrification, and final sedimentation. Treatment results in a low initial capital investment, the most economical and stable treatment water, and surplus sludge is recycled to withdrawal sanitation / compost.
또한 본 발명에서는 예비탈질공정의 필요 탄소원으로 하·폐수(10~25%)를 유입시키고, 혐기성바이오선택반응조(4)의 사상균 제거로 여름철의 처리 효율제고 및 겨울철의 고농도 질산성 질소(NO3-N) 제거 효율제고, 질산화공정의 탈질 및 최종침전공정의 탈질을 고려한 공법은 탈질반응조 규모를 감소 가능케 하고, 혐기성접촉공정에서 과잉으로 용출된 인 함유 하·폐수를 바로 탈질반응공정으로 직접 유입시켜 탈인미생물을 이용한 질소·인 동시제거로, 탈질반응공정의 COD 요구량 절감으로 우리나라 하수의 특성인 COD가 낮아 탈질이 어려우며, 결과적으로 인의 제거도 어려운 종래의 문제점을 해결할 수 있고, 초기 시설 투자비와 시설 운영비가 저렴한 유용한 발명이다.In addition, in the present invention, wastewater (10-25%) is introduced into the carbon source required for the preliminary denitrification process, and the treatment efficiency of the anaerobic bioselective reaction tank 4 is removed to improve the treatment efficiency in summer and the high concentration of nitrate nitrogen in winter (NO 3). -N) The method considering improvement of removal efficiency, denitrification of nitrification process and denitrification of final sedimentation process can reduce the size of denitrification tank, and directly introduce phosphorus-containing sewage and wastewater eluted from anaerobic contact process directly into denitrification process. Simultaneous removal of nitrogen and phosphorus using dephosphorization microorganisms, reducing the COD requirement of the denitrification process, makes it difficult to denitrify due to the low COD, a characteristic of Korea's sewage. It is a useful invention with low operating costs.
본 발명의 하·폐수의 영양염류를 생물학적으로 처리하는 방법의 적용범위는 상기에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 다양하게 변형 가능하고 이러한 변형은 하기한 본 발명의 청구범위에 속한다 할 것이다. The scope of application of the method for biologically treating nutrients in sewage and wastewater of the present invention is not limited to the above, and various modifications can be made within the scope of the present invention, and such modifications belong to the following claims. something to do.
본 발명의 하·폐수의 영양염류를 생물학적으로 처리하는 방법은 각종 약품 또는 외부 탄소원 투입없이 하·폐수에 포함되어 있는 질소와 인을 동시에 제거할 수 있을 뿐만 아니라 유기물을 효과적으로 제거할 수 있는 것으로, 적정량의 하·폐수를 반송슬러지의 탈질에 필요한 탄소원으로 이용함으로써 인 용출의 극대화 및 사상균의 성장 억제로 슬러지의 팽화현상 제어, 탈질과 탈인 효율을 높이고 최종슬러지의 침전성과 농축성을 높인다. The method for biologically treating nutrients in sewage and wastewater of the present invention is capable of simultaneously removing nitrogen and phosphorus contained in sewage and wastewater without introducing various chemicals or external carbon sources, as well as effectively removing organic matter. By using the appropriate amount of sewage and wastewater as a carbon source for denitrification of the return sludge, maximization of phosphorus elution and growth inhibition of filamentous fungi control sludge swelling, increase denitrification and dephosphorization efficiency, and increase sedimentation and concentration of final sludge.
또한, 본 발명의 하·폐수의 영양염류를 생물학적으로 처리하는 방법은 질산화공정 내의 탈질, 최종침전공정에서의 탈질과 탈질가능한 탈인미생물(DPRB)에 의한 탈질반응으로 탈질반응공정의 COD 요구량을 절감하여 저농도의 하·폐수 처리가 가능하며, 탈질반응조 규모를 줄일 수 있어 초기 시설 투자비와 시설 운영비를 줄일 수 있다. In addition, the method for biologically treating the nutrients of sewage and wastewater of the present invention is to reduce the COD requirement of the denitrification process by denitrification in the nitrification process, denitrification in the final sedimentation process and denitrification by denitrification microorganisms (DPRB). Therefore, it is possible to treat sewage and wastewater at low concentration, and to reduce the size of the denitrification tank, thus reducing the initial facility investment cost and facility operation cost.
아울러 본 발명의 방법으로 하·폐수 내의 질소와 인을 동시에 제거하고 유기물을 효과적으로 제거함으로써 상수원 및 위락수역 수질보호, 폐쇄수역의 부영양화/적조현상을 조기에 차단시킬 수 있다. In addition, by the method of the present invention by removing the nitrogen and phosphorus in the sewage and wastewater at the same time, and effectively remove the organic matter, it is possible to prematurely block the eutrophication / red tide phenomena of the water source and amusement water, closed water.
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도 1은 본 발명에 따른 하·폐수처리방법의 일실시예 처리계통도이다. 1 is a flow diagram of an embodiment of a wastewater treatment method according to the present invention.
도 2는 도 1에 제시된 일실시예의 탈질/탈인공정의 다른 구체예를 나타내는 처리계통도이다. FIG. 2 is a process flow diagram showing another embodiment of the denitrification / dephosphorization process of the embodiment shown in FIG. 1.
도 3과 4는 본 발명에 따른 하·폐수처리방법의 다른 실시예 처리계통도이다. 3 and 4 is another embodiment of the wastewater treatment method according to the present invention.
도 5와 6은 본 발명에 따른 하·폐수처리방법의 또 다른 실시예 처리계통도이다. 5 and 6 are still another embodiment of the wastewater treatment method according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>
1: 침사조 2: 일차침전조 1: sedimentation tank 2: primary precipitation tank
3: 예비탈질조 4: 혐기성바이오선택반응조 3: pre-denitrification tank 4: anaerobic bioselection reactor
5: 혐기성접촉조 6: 탈질반응조 5: anaerobic contact tank 6: denitrification reactor
6A: 탈질/탈인반응조 7: 질산화공정조 8: 최종침전조 6A: Denitrification / Dephosphorization Tank 7: Nitrification Process 8: Final Precipitation Tank
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