KR100683914B1 - Wastewater treatment system using sequencing batch reactors and method for wastewater treatment - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 회분식 하수처리장치의 구성도. 1 is a block diagram of a continuous batch sewage treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2는 처리수 배출장치의 구성도.2 is a block diagram of a treatment water discharge device.
도 3은 총 질소 처리효율을 나타낸 그래프.3 is a graph showing the total nitrogen treatment efficiency.
도 4는 총 인 처리효율을 나타낸 그래프.4 is a graph showing the total phosphorus treatment efficiency.
도 5는 각 공정별 즉, 혼합, 포기, 침전, 방류 과정의 진행 후 유기물, 질소, 인의 농도 변화를 나타낸 그래프.Figure 5 is a graph showing the change in concentration of organic matter, nitrogen, phosphorus after each process, that is, mixing, aeration, precipitation, discharge process.
도 6은 포기 과정 진행시 시간에 따른 유기물(SCODCr), 질소(NH4-N, NO3-N), 인(PO4-P)의 농도변화를 나타낸 그래프.Figure 6 is a graph showing the concentration change of organic matter (SCOD Cr ), nitrogen (NH 4 -N, NO 3 -N), phosphorus (PO 4 -P) with time during the aeration process.
도 7은 침전/방류 과정시 반응조의 수위, 슬러지층의 높이 및 수위와 슬러지층 사이의 높이 차이를 나타낸 그래프.7 is a graph showing the water level of the reactor, the height of the sludge layer and the height difference between the water level and the sludge layer during the precipitation / discharge process.
도 8은 방류 종료 시점에서 반응조별 SCODCr 및 NH4-N, NO3-N의 농도변화를 나타낸 그래프.8 is a graph showing the change in concentration of SCOD Cr and NH 4 -N, NO 3 -N for each reaction tank at the end of discharge.
도 9는 침전/방류 과정시 반응조 높이별 질소 농도변화를 나타낸 그래프.9 is a graph showing the change in nitrogen concentration according to the height of the reactor during the precipitation / discharge process.
도 10은 침전/방류 과정시 반응조 높이별 인의 농도변화를 나타낸 그래프.Figure 10 is a graph showing the change in the concentration of phosphorus by the height of the reactor during the precipitation / discharge process.
도 11은 각 공정별 수위, 용존산소, 산화환원전위 및 MLSS 거동을 나타낸 그래프.11 is a graph showing the water level, dissolved oxygen, redox potential and MLSS behavior for each process.
본 발명은 연속 회분식 하수처리장치 및 이를 이용한 하수처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연속 회분식 반응 공정을 진행함에 있어 완전 혼합 반응기와 관형 반응기를 선택적으로 동작하도록 하여 질소 및 인의 제거 효율을 향상시킬 수 있는 연속 회분식 하수처리장치 및 이를 이용한 하수처리방법에 관한 것이다. The present invention relates to a continuous batch sewage treatment apparatus and a sewage treatment method using the same, and more particularly, in the continuous batch reaction process, a complete mixing reactor and a tubular reactor can be selectively operated to improve nitrogen and phosphorus removal efficiency. It relates to a continuous batch sewage treatment apparatus that can be, and a sewage treatment method using the same.
하수처리는 하수 중에 포함된 오염물질의 제거를 목적으로 하며 그 처리 방식에 따라 1차 처리, 2차 처리 및 3차 처리로 분류된다. 1차 처리는 하수 중에 부유하는 물질이나 침강성 물질을 물리적으로 제거하는 방법으로 중력침강, 부상분리 등의 시설이 이용되며 대개 하수처리장에서 최초 침전지까지의 공정이 이에 해당된다. 2차 처리는 하수 중에 용존되어 있는 유기물 및 1차 처리에서 처리되지 않은 유기성 고형물의 제거를 목적으로 생물학적 처리방식이 주로 이용된다. 3차 처리는 물리, 화학, 생물학적 처리 방식을 조합하여 2차 처리에서 제거되지 않은 생물학적 분해도가 낮은 유기물 이외에 질소, 인과 같은 영양물질을 제거하는 고도의 처리과정이다. Sewage treatment aims at the removal of contaminants contained in sewage and is classified into primary treatment, secondary treatment and tertiary treatment according to the treatment method. Primary treatment is a method of physically removing suspended solids or sedimentary substances in the sewage system, such as gravity sedimentation and flotation, which usually includes the process from the sewage treatment plant to the initial sedimentation basin. Secondary treatment is mainly used for the treatment of organic matter dissolved in sewage and untreated organic solids in the primary treatment. Tertiary treatment is a highly advanced process that combines physical, chemical, and biological treatments to remove nutrients such as nitrogen and phosphorus in addition to low biodegradable organics that are not removed in secondary treatment.
통상, 하수처리장에서 방류되는 방류수는 상기 2차 처리를 거친 것을 말하며, 2003년 말 기준으로 국내 184개소 하수처리장에서 방류되는 2차 처리수는 하루 평균 약 1.8천만톤 정도로 연간 66억톤에 이른다(환경부 2005년 자료 기준). 그러나, 방류되는 2차 처리수 중 재이용되는 2차 처리수는 약 1.58억톤으로 재이용률이 약 2.4% 밖에 되지 않는다. 이러한 2차 처리수의 재이용률을 5%로 올릴 경우, 약 3.3억톤 유효 용량의 댐을 확보하는 효과가 발생된다. 이에 따라, 하수처리장의 2차 처리수를 재이용하기 위해 다양한 노력들이 진행되고 있다. Normally, the discharged water discharged from the sewage treatment plant has gone through the secondary treatment, and as of the end of 2003, the secondary treated water discharged from 184 domestic sewage treatment plants reaches 6.8 billion tons per year, an average of about 180 million tons per day (Ministry of Environment) Based on 2005 data). However, the secondary treated water recycled out of the discharged secondary treated water is about 158 million tons, which is only 2.4% reuse. Increasing the reuse rate of the secondary treated water to 5% has the effect of securing a dam of about 300 million tons effective capacity. Accordingly, various efforts are being made to reuse secondary treatment water in sewage treatment plants.
2차 처리수의 재이용 용도는 세정 용수, 살수 용수, 조경 용수, 하천유지 용수, 농업용 용수 및 냉각 용수 등이 있다. 2차 처리수를 재이용하는 3차 처리 과정의 처리 기준은 상기 용도에 따라 다소간의 차이가 있다. 예를 들어, 살수 용수나 조경 용수로 사용될 경우 색도 처리가 요구되지 않는 반면, 세정 용수의 경우 색도가 20도를 넘지 않아야 한다. Reuse of secondary treated water includes washing water, sprinkling water, landscaping water, river maintenance water, agricultural water and cooling water. The treatment criteria of the tertiary treatment process in which the secondary treated water is reused are somewhat different depending on the use. For example, when used as sprinkling water or landscaping water, no chromatic treatment is required, while for washing water the chromaticity should not exceed 20 degrees.
한편, 3차 처리 과정을 수행하는 방법으로는 고도산화법, 응집침전법, 급속여과법, 활성탄 흡착법, 연속 회분식 반응법, 염소처리법, 역삼투압법, 막분리법 등이 있다. 하수처리장 2차 처리수의 재이용 사례가 많은 곳으로 알려진 미국 서부지역에서는 2차 처리수의 탁도 및 현탁물을 제거하여 소독, 산화 효과를 높이기 위한 목적으로 응집침전법 또는 사여과로 여과한 후 소독 처리하는 방법이 많이 적용 되어 왔다. 그러나, 응집의 경우 추가적인 슬러지가 발생하는 단점이 있고, 사여과의 경우 온도가 높은 여름에는 2차 침전조에서의 조류 성장으로 인한 막힘 현상에 대응하기 어려운 단점이 있다. 특히, 국내 하수처리장의 경우 2003년 기준 하수고도처리가 되어 배출되는 처리수가 약 17%이며 숙련된 인력이 부족한 상황에서 스컴, 미세 플록, 조류 성장들로 인한 사여과 장치의 폐색이 쉽게 일어나는 문제점이 있다. On the other hand, as a method of performing the tertiary treatment process, there are advanced oxidation method, flocculation precipitation method, rapid filtration method, activated carbon adsorption method, continuous batch reaction method, chlorine treatment method, reverse osmosis method, membrane separation method and the like. In the western United States, where there are many cases of reuse of secondary treatment water in sewage treatment plant, it is filtered by coagulation sedimentation or filtration to remove turbidity and suspension of secondary treatment water and to enhance the disinfection and oxidation effect. Many methods have been applied. However, in case of flocculation, there is a disadvantage in that additional sludge occurs, and in the case of filtration, it is difficult to cope with clogging due to algae growth in a secondary sedimentation tank in a high temperature summer. In particular, domestic sewage treatment plants are treated with high sewage treatment as of 2003, and the discharged water is about 17%, and there is a problem that clogging of the filtration device due to scum, micro flocs, and algae growth is difficult when skilled man is lacking. have.
2차 처리수를 염소로 소독하는 경우, 트리할로메탄(THM : tri halo methane)과 같은 소독부산물이 발생하여 수원을 오염시키는 문제점이 있어 하수처리장에 설치되어 있는 염소 소독장치들까지도 사용하지 않는 것이 현실이다. 또한, 염소 처리로 소독 방법을 선택하는 경우, 상기 THM 문제를 해소할 수 있는 탈염소 설비를 설치하여 대책을 강구해야 하는 단점이 있다. In case of disinfecting the secondary treated water with chlorine, disinfection by-products such as tri halo methane (THM: tri halo methane) are generated to contaminate the water source. Therefore, even chlorine disinfection equipment installed in the sewage treatment plant is not used. Is the reality. In addition, in the case of selecting a disinfection method by chlorine treatment, there is a disadvantage that a countermeasure should be taken by installing a dechlorination facility that can solve the THM problem.
연속 회분식 반응법(SBR : Sequencing Batch Reactor)은 하수의 유입, 반응, 침전, 처리수 배출과 같은 일련의 조작을 일정한 시간 계획에 따라 행하는 처리방식으로 유입 유량 및 유입수의 성상, 처리 목적에 따라 사이클 구성 및 시간 변경이 가능한 융통성을 가지고 있고 전통적인 활성 슬러지 공정에 비해 2차 침전지 및 슬러지 반송 설비가 불필요한 장점이 있다. 그러나, 침전 및 방류 기간이 길고 이 기간 동안 반응이 진행되지 않아 활성 슬러지 공법과 같은 연속식 공정에 비해 체류시간이 길어지는 단점이 있다. Sequencing Batch Reactor (SBR) is a process that performs a series of operations such as sewage inflow, reaction, sedimentation and discharge of treated water according to a certain time schedule. It has the flexibility to change configuration and time and does not require secondary settling and sludge conveying facilities over traditional activated sludge processes. However, there is a disadvantage in that the settling and discharging period is long and the reaction does not proceed during this period, so that the residence time is longer than that of the continuous process such as activated sludge process.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 연속 회분식 반응 공정을 진행함에 있어, 침전과 방류 단계 동안 오폐수를 반응조 하부를 통해 균등하게 유입시켜 관형 흐름 반응기 형태를 유지하도록 하여 탈질화 및 인 방출 반응이 진행되도록 함으로써 질소 및 인의 제거 효율을 향상시킬 수 있는 연속 회분식 하수처리장치 및 이를 이용한 하수처리방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been made to solve the above problems, in the continuous batch reaction process, waste water is introduced evenly through the bottom of the reactor during the precipitation and discharge step to maintain the tubular flow reactor form to denitrification and It is an object of the present invention to provide a continuous batch sewage treatment apparatus and a sewage treatment method using the same that can improve the removal efficiency of nitrogen and phosphorus by allowing the phosphorus release reaction to proceed.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연속 회분식 하수처리장치는 오폐수의 저류 공간을 제공하는 저류조와, 오폐수의 반응 공간을 제공하는 반응조와, 상기 반응조 일측에 구비되어 공기 공급관을 통해 상기 반응조 내부로 산소를 공급하는 역할을 하는 송풍기와, 상기 반응조 하부에 구비되어 반응조 내로 유입되는 오폐수를 혼합하고, 상기 공기 공급관을 통해 유입되는 산소를 반응조 내부로 산기시키는 역할을 하는 수중 교반기와, 상기 반응조 일측에 구비되어 상기 저류조로부터 공급되는 오폐수를 임시 저장하는 오폐수 분배 탱크 및 상기 오폐수 분배 탱크와 반응조의 하부 사이를 연결하여 상기 반응조 하부로 오폐수를 공급하며, 상기 반응조의 하부와 연결되는 일단이 복수개로 분기되어 상기 반응조 하부 전면에 걸쳐 균일하게 오폐수를 공급하는 오폐수 분배관을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.Continuous batch sewage treatment apparatus according to the present invention for achieving the above object is a storage tank for providing a storage space of waste water, a reaction tank for providing a reaction space of waste water, and provided on one side of the reaction tank through the air supply pipe inside the reactor A blower serving to supply oxygen to the reactor, an underwater stirrer provided under the reactor to mix wastewater introduced into the reactor, and to diffuse oxygen introduced through the air supply pipe into the reactor, and one side of the reactor A waste water distribution tank provided in the storage tank for temporarily storing waste water supplied from the storage tank and connected between the waste water distribution tank and a lower portion of the reaction tank to supply waste water to the lower portion of the reaction tank, and one end connected to the lower portion of the reaction tank is branched into a plurality; Evenly distributed throughout the reactor bottom front It characterized in that it comprises a waste water distribution pipe for supplying water.
본 발명에 따른 연속 회분식 하수처리방법은 오폐수의 저류 및 반응 공간을 제공하는 반응조를 포함하여 구성되며, 상기 반응조의 하부에 수중 교반기 및 오폐 수 분배관이 구비되고 상기 반응조 상부에 처리수 배출장치가 구비되는 연속 회분식 하수처리장치를 이용한 하수처리방법에 있어서, 상기 반응조의 하부를 통해 오폐수가 반응조 내부로 유입되고, 상기 수중 교반기에 의해 오폐수가 혼합되는 혼합 단계와, 상기 수중 교반기에 의해 오폐수가 혼합되는 상태에서 상기 반응조의 하부를 통해 산소가 공급되어 포기 과정이 진행되는 포기 단계와, 상기 반응조 내의 산소 공급을 차단하고 상기 수중 교반기의 작동을 정지시켜 반응조 내의 슬러지를 침전시키는 침전 단계 및 상기 처리수 배출장치가 하강하여 상기 슬러지의 상부에 위치하는 정화수를 반응조 외부로 배출하는 방류 단계를 포함하여 이루어지며, 상기 혼합, 포기, 침전 및 방류 단계의 진행시 반응조 하부를 통해 오폐수가 유입되고, 상기 혼합 및 포기 단계에서는 완전 혼합 흐름 반응기 형태가 되고, 상기 침전 및 방류 단계에서는 관형 흐름 반응기 형태가 되는 것을 특징으로 한다.Continuous batch sewage treatment method according to the present invention comprises a reaction tank for providing the storage and reaction space of the waste water, is provided with an agitator and waste water distribution pipe in the lower portion of the reaction vessel and the treatment water discharge device in the upper portion of the reactor In the sewage treatment method using a continuous batch sewage treatment device provided, waste water is introduced into the reaction tank through the lower portion of the reaction tank, the waste water is mixed by the water stirrer and the waste water mixed by the water stirrer The aeration step in which oxygen is supplied through the lower portion of the reaction tank to proceed with the aeration process, and a precipitation step of precipitating sludge in the reaction tank by stopping the operation of the oxygen in the reaction tank and stopping the operation of the underwater agitator, and the treated water. Purifying water located in the upper part of the sludge because the discharge device is lowered It comprises a discharge step of discharging to the outside of the reactor, the waste water is introduced through the lower portion of the reaction tank during the mixing, aeration, precipitation and discharge step, in the mixing and aeration step is in the form of a fully mixed flow reactor, the precipitation And in the discharge step, a tubular flow reactor.
바람직하게는, 상기 반응조의 일측에 오폐수 공급 탱크가 구비되고, 상기 오폐수 분배 탱크와 상기 반응조의 하부 사이에는 오폐수 분배관이 구비되며, 상기 반응조의 하부에 연결되는 오폐수 분배관은 복수개로 분기되어, 상기 반응조 하부 전면에 걸쳐 균일하게 오폐수를 공급한다. Preferably, a waste water supply tank is provided at one side of the reaction tank, a waste water distribution pipe is provided between the waste water distribution tank and a lower portion of the reaction tank, and the waste water distribution pipe connected to the lower portion of the reaction tank is branched into a plurality of, Waste water is supplied uniformly over the entire bottom of the reactor.
본 발명의 특징에 따르면, 연속 회분식 하수처리 과정을 진행함에 있어서 혼합 및 포기 과정은 완전 혼합 흐름 반응기(CMFR, Completely Mixed Flow Reactor) 형태로 진행하고, 침전 및 방류 과정은 관형 흐름 반응기(PFR, Plug Flow Reactor) 형태로 탈질 및 인 방출 반응이 진행되도록 함으로써 질소 및 인의 제거 효율을 향상시킬 수 있게 된다. According to a feature of the invention, in the process of continuous batch sewage treatment, the mixing and aeration process proceeds in the form of a Completely Mixed Flow Reactor (CMFR), and the precipitation and discharge process is a tubular flow reactor (PFR, Plug) In the form of a flow reactor, the denitrification and phosphorus release reactions can be performed to improve the efficiency of nitrogen and phosphorus removal.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 회분식 하수처리장치 및 이를 이용한 하수처리방법을 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 회분식 하수처리장치의 구성도이다. Hereinafter, a continuous batch sewage treatment apparatus and a sewage treatment method using the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1 is a block diagram of a continuous batch sewage treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
먼저, 도 1에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 연속 회분식 하수처리장치는 크게 저류조(110) 및 반응조(140)의 조합으로 이루어진다. 상기 저류조(110)는 오폐수를 저류하는 공간이며, 상기 반응조(140)는 상기 저류조(110)로부터 오폐수를 공급받아 혼합, 포기, 침전 및 방류 등의 일련의 연속 회분식 반응 과정이 진행되는 공간이다. 상기 연속 회분식 반응 과정을 통해 생물학적 산소요구량(BOD)이 저하되고 질산화 및 인의 과잉 섭취 반응이 진행되는데, 이에 대한 설명은 후술하는 하수처리방법에서 상세히 설명하기로 한다.First, as shown in FIG. 1, the continuous batch sewage treatment apparatus according to the present invention is composed of a combination of a
상기 저류조(110)에서 반응조(140)로의 오폐수 공급은 오폐수 공급펌프(120)를 통해 가능하며, 상기 오폐수 공급펌프(120)를 통해 배출되는 오폐수는 상기 반응조(140)에 직접 공급되기에 앞서 오폐수 공급관(121)을 통해 오폐수 분배 탱크(130)에 저장된다. 상기 오폐수 분배 탱크(130)는 상기 반응조(140) 상단의 일측에 구비될 수 있다. 상기 오폐수 분배 탱크(130) 내의 오폐수는 오폐수 분배관(131)을 통해 반응조(140) 내에 공급되는데, 상기 오폐수 분배관(131)은 일단이 상기 오폐수 분배 탱크(130)의 하부에 연결되고 다른 일단이 반응조(140)의 하부에 연결되어 있어 오폐수가 반응조(140)의 하부를 통해서만 공급되는 구조를 갖는다. 여기서, 상기 반응조(140)의 하부에 연결되는 오폐수 분배관(131)은 복수개로 분기 될 수 있다. Waste water supply from the
한편, 상기 반응조(140) 내의 하부에는 수중 교반기(150)(submersible aerator)가 구비되며, 상기 수중 교반기(150)가 구비되는 위치에 상응하는 반응조(140)의 하부에는 공기 공급관(181)이 구비되어 있어 상기 공기 공급관(181)을 통해 상기 반응조(140) 내에 산소가 공급된다. 상기 수중 교반기(150)는 상기 오폐수 분배관(131)을 통해 반응조(140) 내에 공급된 오폐수를 혼합함과 동시에 상기 공기 공급관(181)을 따라 공급되는 산소를 반응조(140)로 산기시키는 역할을 수행한다. 한편, 상기 공기 공급관(181)은 일단이 상기 반응조(140)의 일측에 구비되는 송풍기(180)와 연결되어 있어 상기 송풍기(180)로부터 산소를 공급받는다. Meanwhile, a
상기 반응조(140) 상부에는 처리수 배출장치(160)가 구비된다. 상기 처리수 배출장치(160)는 슬러지와 분리된 정화수를 반응조(140) 외부로 배출하는 역할을 수행하는 것으로서, 상기 처리수 배출장치(160)는 일 실시예로 본 출원인이 기 출원한 특허출원 제2005-41102호에 명시된 '연속회분식 반응조의 처리수 배출장치'를 이용할 수 있다(도 2 참조, 도면부호 1 : 반응조). 상기 기 출원 특허를 참조하면 상기 처리수 배출장치(160)를 통한 정화수 배출시 반응조(140)의 수면에 형성된 스컴 및 정화수 하부의 슬러지는 배출되지 않는다.The treatment
상기 처리수 배출장치(160)의 하단에는 방류관(171)이 구비되어 있고 상기 방류관(171)의 일단은 정화수 배출수조(170)와 연결되어 있어 정화수가 반응조 외부로 배출된다. 참고로, 상기 처리수 배출장치(160)는 반응조(140) 일측에 구비되어 있는 구동수단에 의해 선택적으로 상하이동이 가능하다. A
이와 같은 구성을 갖는 연속 회분식 하수처리장치의 동작 즉, 본 발명에 따른 연속 회분식 하수처리장치를 이용한 하수처리방법을 설명하면 다음과 같다. 본 발명에 따른 연속 회분식 하수처리장치를 이용한 하수처리방법은 전술한 바와 같이 혼합(Mixing), 포기(Aeration), 침전(Settling) 및 방류(Decanting) 등의 4단계의 과정으로 이루어진다. 상기 각 과정을 순차적으로 설명하기로 한다. The operation of the continuous batch sewage treatment apparatus having such a configuration, that is, the sewage treatment method using the continuous batch sewage treatment apparatus according to the present invention will be described. The sewage treatment method using the continuous batch sewage treatment apparatus according to the present invention comprises a four-step process such as mixing, aeration, settling, and decanting, as described above. Each process will be described sequentially.
상기 혼합 과정은 상기 반응조(140) 내에 오폐수가 공급되어 혼합되는 과정이다. 세부적으로, 먼저 상기 저류조(110)에 저류되어 있는 오폐수가 오폐수 공급펌프(120) 및 오폐수 공급관(121)을 통해 상기 오폐수 분배 탱크(130)에 공급된다. 이어, 상기 오폐수 분배 탱크(130)에 저장되어 있는 오폐수가 오폐수 분배관(131)을 따라 반응조(140) 내부로 공급된다. 이 때, 전술한 바와 같이 상기 오폐수 분배관(131)의 일단은 반응조(140)의 하부에 연결되어 있음에 따라 상기 오폐수 분배관(131)을 통해 공급되는 오폐수는 상기 반응조(140)의 하부에서 상부를 향해 공급된다. 또한, 상기 오폐수 분배관(131)의 일단은 복수개로 분기되는 형태로 구성될 수 있음에 따라 상기 반응조(140) 하부 전면에 걸쳐 균일하게 공급될 수 있다. The mixing process is a process in which wastewater is supplied and mixed in the
한편, 상기 오폐수 분배관(131)을 통해 오폐수가 공급됨과 동시에 상기 반응조(140) 하부에 구비되어 있는 수중 교반기(150)가 작동하게 된다. 이에 따라, 상기 반응조(140) 내부로 오폐수의 본격적인 혼합이 진행된다. 이와 같은 혼합 과정의 진행으로 인해 오폐수 내의 탈질 반응이 진행된다. On the other hand, while the waste water is supplied through the waste
상기 수중 교반기(150)의 작동을 통해 혼합 과정이 진행되는 상태에서 상기 반응조(140) 내부에 산소가 공급되면 포기 과정이 시작된다. 여기서, 상기 산소는 공기 공급관(181)을 따라 상기 반응조(140) 하부로 공급된다. 상기 반응조(140) 내에 산소가 공급됨에 따라 오폐수의 생물학적 산소요구량(BOD)이 저하되고 질산화 반응 및 인의 과잉 섭취 반응이 진행된다. 이에 따라, 오폐수 내의 유기질소는 질산성 질소로 변화된다. 이와 같은 포기 과정이 완료되기 전에, 상기 슬러지 인발 펌프를 이용하여 상기 반응조(140) 내의 슬러지를 외부로 배출한다. When oxygen is supplied into the
상기 포기 과정의 진행 후 침전 과정이 진행되는데, 상기 침전 과정은 상기 반응조(140) 내부로의 산소 공급을 차단하고 수중 교반기(150)의 작동을 정지시킴으로써 진행된다. 상기 수중 교반기(150)의 작동이 정지됨에 따라 오폐수 내의 슬러지는 반응조(140) 하부에 침전되고 슬러지가 걸러진 오폐수 즉, 정화수는 슬러지의 상단에 위치하게 된다. 이와 같이 슬러지와 정화수가 분리된 상태는 방류 준비가 완료되었음을 의미한다.After the aeration process, a precipitation process is performed. The precipitation process is performed by shutting off the supply of oxygen to the
한편, 상기 침전 과정이 진행되는 상태에서 상기 반응조(140)에는 상기 오폐수 분배관(131)을 통해 상기 오폐수 분배 탱크(130)로부터 오폐수가 공급된다. 상기 침전 과정 중에 반응조(140) 내에 공급되는 오폐수는 반응조(140) 내의 미생물과 반응하여 탈질 과정 및 인 방출 과정이 진행된다. 이와 같이 포기 과정이 완료된 상태에서 침전 과정 진행 중에 오폐수가 공급되어 반응조(140) 내의 미생물과 미리 반응함에 따라, 다음 사이클의 포기 과정이 진행될 때 오폐수의 반응 시간 즉, 포기 과정의 진행 시간을 단축할 수 있게 된다. 참고로, 포기 과정 완료 후 반응조(140) 내로의 오폐수 공급은 상기 침전 과정뿐만 아니라 후술하는 방류 과정에 서도 동일하게 적용된다. On the other hand, waste water is supplied from the waste
상기와 같이 침전 과정이 완료된 상태에서, 방류 과정이 진행된다. 구체적으로, 상기 반응조(140) 내부의 상단에 위치한 처리수 배출장치(160)가 아래를 향하여 적절한 위치에 이동된다. 상기 처리수 배출장치(160)의 이동은 전술한 바와 같이 상기 반응조(140) 일측에 구비된 구동 수단에 의해 가능하며, 상기 처리수 배출장치(160)의 이동 거리는 반응조(140)의 크기, 정화수의 높이 등으로 고려하여 적절히 설정할 수 있다. 이와 같은 상태에서 상기 처리수 배출장치(160), 방류관(171)을 따라 정화수가 외부로 배출되면 방류 과정이 완료된다. 이 때, 전술한 바와 같이 방류 과정시에도 반응조(140) 내에 오폐수가 유입되는데, 오폐수의 유입속도보다 방류 속도가 크기 때문에 반응조(140) 내의 수위는 낮아지게 되어 최저수위(BWL, bottom water level) 위치까지 수위가 내려갔다가 방류가 끝나게 되면 상기 처리수 배출장치(160)는 상승하고 반응조(140)의 수위 역시 최고수위(TWL, top water level)까지 상승하게 된다. In the state where the precipitation process is completed as described above, the discharge process is performed. Specifically, the treatment
이상, 혼합, 포기, 침전 및 방류 과정으로 구성되는 일련의 연속 회분식 하수처리방법을 설명하였다. 상기 혼합, 포기, 침전 및 방류 과정은 하나의 사이클이며 이와 같은 사이클을 반복적으로 진행할 수 있다. In the above, a series of continuous batch sewage treatment methods consisting of mixing, aeration, sedimentation and discharge processes were described. The mixing, aeration, precipitation and discharge processes are one cycle and the cycle can be repeated repeatedly.
한편, 일반적으로 오폐수가 유입되는 즉시 반응조(140) 내에서 완전 혼합이 일어나는 방식을 완전 혼합 흐름 반응기(CMFR, Completely Mixed Flow Reactor) 형태라 하고, 고농도에서 반응을 유도하는 방식을 관형 흐름 반응기(PFR, Plug Flow Reactor)라 하는데, 상술한 연속 회분식 하수처리방법(혼합, 포기, 침전, 방류)에 있어서 상기 혼합 및 포기 과정은 오폐수가 반응조(140) 내에 공급됨과 동시에 혼합 기능과 산기 기능을 겸비한 수중 교반기(150)에 의해 완전 혼합이 일어남에 따라 이 때의 반응조(140)는 완전 혼합 반응기(CMFR)라 할 수 있으며, 반면 상기 침전 및 방류 과정은 수중 교반기(150)가 작동하지 않는 상태에서 반응조(140) 하부의 고농도 슬러지층에 오폐수 분배관(131)을 통해 오폐수가 균등하게 공급되고 반응조(140) 내부에서 분산 없이 반응이 진행되는 형태를 갖음에 따라 이 때의 반응조(140)는 관형 흐름 반응기(PFR)라 할 수 있다. On the other hand, in general, a method in which complete mixing occurs in the
본 출원인은 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 회분식 하수처리장치에 대하여 본 발명에 따른 연속 회분식 하수처리방법을 적용한 실험을 진행하였다. 실험을 통해 총 질소(T-N) 처리효율, 총 인(T-P) 처리효율 및 공정별 물질 거동을 살펴볼 수 있다. 상기 공정별 물질 거동은 세부적으로, 1) 공정별 유기물질 농도 변화, 2) 포기 과정시 유기물, 질소, 인의 농도변화, 3) 침전 및 방류 과정시 슬러지 침전 특성, 4) 방류 과정시 반응조(140) 높이별 유기물 및 질소 농도변화, 5) 침전 및 방류 과정시 반응조(140) 높이별 질소 농도변화, 6) 침전 및 방류 과정시 반응조(140) 높이별 인 농도변화, 7) 공정 동안의 수위, 용존산소, 산화환원전위, MLSS 농도변화로 구분될 수 있다. 이하, 각각의 실험 결과를 살펴보기로 한다. Applicant proceeded the experiment applying the continuous batch sewage treatment method according to the present invention for the continuous batch sewage treatment apparatus according to an embodiment of the present invention as described above. Experiments can examine the total nitrogen (T-N) treatment efficiency, the total phosphorus (T-P) treatment efficiency, and the process-specific material behavior. The material behavior of each process is described in detail as follows: 1) change in concentration of organic matter by process, 2) change in concentration of organic matter, nitrogen and phosphorus during aeration process, 3) sludge precipitation characteristics during precipitation and discharge process, and 4) reaction tank during discharge process. ) Changes in organic and nitrogen concentrations by height, 5) Changes in nitrogen concentration by
[T-N 처리효율][T-N Processing Efficiency]
아래의 <표 1> 및 도 3을 참조하면, 반응조(140)에 유입되는 오폐수(influent)의 평균 T-N 농도는 33.5mg/L이고 반응조(140)를 거친 후 정화수(effluent)의 평균 T-N 농도는 8.3mg/L로 T-N 제거효율은 최고 96.1%, 최저 52.2%, 평균 처리효율은 74.4%로 나타남을 알 수 있다. 또한, T-N의 처리수의 경우 1.7∼18.4mg/L로 유지됨을 알 수 있다. Referring to Table 1 and FIG. 3 below, the average TN concentration of influent wastewater (influent) flowing into the
<표 1> T-N 처리효율<Table 1> T-N Processing Efficiency
※ 최저값∼최고값, ( )는 산술평균 임. ※ Minimum value ~ maximum value, () is the arithmetic mean.
[T-P 처리효율][T-P Processing Efficiency]
<표 2> 및 도 4에 참조하면, 오폐수(influent)의 평균 T-P 농도는 4.12mg/L, 정화수(effluent)의 평균 T-P 농도는 0.39mg/L로 T-P 제거효율은 최고 99.6%, 최저 55.1%, 평균 처리효율은 89.9% 임을 알 수 있다. T-P 처리효율이 T-N 처리효율보다 우수한 이유는, T-P의 경우 오폐수가 반응조(140) 하부의 슬러지층으로 유입됨에 따라 유입수에 포함된 비교적 용이하게 생분해되는 물질을 최대한 활용하여 다른 공정에 비해 제거 효율이 높아지기 때문으로 볼 수 있다. Referring to Table 2 and FIG. 4, the average TP concentration of influent is 4.12 mg / L, the average TP concentration of effluent is 0.39 mg / L, and the TP removal efficiency is 99.6% and 55.1%, respectively. The average processing efficiency is 89.9%. The reason why the TP treatment efficiency is superior to the TN treatment efficiency is that, in the case of TP, as wastewater flows into the sludge layer below the
<표 2> T-P 처리효율<Table 2> T-P Processing Efficiency
※ 최저값∼최고값, ( )는 산술평균 임. ※ Minimum value ~ maximum value, () is the arithmetic mean.
[공정별 유기물질, 질소, 인 농도변화][Changes in Organic Substances, Nitrogen and Phosphorus by Process]
도 5는 각 공정별 즉, 혼합, 포기, 침전, 방류 과정의 진행 후 유기물, 질소, 인의 농도 변화를 나타낸 그래프이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 오폐수(raw)의 SCODCr 농도는 67.0mg/L, TIN은 22.0mg/L, TP는 3.97mg/L로 조사되었으며, 15분간의 혼합 과정(mixing) 진행 후 SCODCr 농도는 26.5mg/L, TIN은 13.0mg/L, PO4-P는 2.50mg/L로 조사되었으며, 60분간의 포기 과정(aeration) 진행 후 SCODCr 농도는 12.2mg/L, TIN은 7.2mg/L, PO4-P는 0.11mg/L로 조사되었다. 그리고, 40분간의 침전 과정(settling) 진행 후 상등수의 SCODCr 농도는 4.9mg/L, TIN은 5.1mg/L, PO4-P는 0.14mg/L로 조사되었으며, 방류 과정(decanting)의 정화수는 SCODCr 농도가 6.3mg/L, TIN은 4.7mg/L, PO4-P는 0.23mg/L로 조사되었다. 최초 오폐수(raw) 대비 정화수 내의 유기물(SCODCr), 질소(TIN), 인(PO4-P)의 제거효율은 각각 90.6%, 78.6% 및 94.2% 이다. Figure 5 is a graph showing the change in concentration of organic matter, nitrogen, phosphorus after each process, that is, mixing, aeration, precipitation, discharge process. As shown in FIG. 5, the SCOD Cr concentration of the waste water was 67.0 mg / L, the TIN was 22.0 mg / L, and the TP was 3.97 mg / L, and the SCOD after 15 minutes of mixing was performed. Cr concentration was 26.5mg / L, TIN was 13.0mg / L, PO 4 -P was 2.50mg / L. After 60 minutes of aeration, SCOD Cr concentration was 12.2mg / L and TIN was 7.2 mg / L, PO 4 -P was investigated at 0.11 mg / L. In addition, the SCOD Cr concentration of supernatant was 4.9 mg / L, TIN was 5.1 mg / L, and PO 4 -P was 0.14 mg / L after 40 minutes of settling. The SCOD Cr concentration was 6.3 mg / L, TIN 4.7 mg / L, and PO 4 -P 0.23 mg / L. The removal efficiencies of organic matter (SCOD Cr ), nitrogen (TIN) and phosphorus (PO 4 -P) in the purified water compared to the original waste water are 90.6%, 78.6% and 94.2%, respectively.
[포기 과정시 유기물, 질소, 인의 농도변화][Changing Concentrations of Organics, Nitrogen and Phosphorus During Aeration]
도 6은 포기 과정 진행시 시간에 따른 유기물(SCODCr), 질소(NH4-N, NO3-N), 인(PO4-P)의 농도변화를 나타낸 그래프이다. 참고로, 본 실험에 이용된 오폐수의 SCODCr은 128.4mg/L, NH4-N 24.5mg/L, PO4-P 농도 1.38mg/L이다. 도 6을 참조하면, 반응조(140)에서 오폐수가 완전히 혼합되었을 때 SCODCr은 39.0mg/L, NH4-N 10.1mg/L, PO4-P 농도 1.25mg/L이었다. 포기가 시작되면서 유기물의 산화, 질산화가 진행되었고, 인의 섭취는 포기 시작 후 약 30분 정도 경과되면서 반응조(140) 내 용해성 인의 농도가 거의 0으로 유지되었다. Figure 6 is a graph showing the concentration changes of organic matter (SCOD Cr ), nitrogen (NH 4 -N, NO 3 -N), phosphorus (PO 4 -P) with time during the aeration process. For reference, the SCOD Cr of wastewater used in this experiment was 128.4 mg / L, NH 4 -N 24.5 mg / L, and PO 4 -P concentration of 1.38 mg / L. Referring to FIG. 6, when the wastewater was completely mixed in the
[침전/방류 과정시 슬러지 침전 특성][Sludge Sedimentation Characteristics during Sedimentation / Discharge Process]
도 7은 침전/방류 과정시 반응조(140)의 수위, 슬러지층의 높이 및 수위와 슬러지층 사이의 높이 차이를 나타낸 그래프이다. 도 7에 도시한 바와 같이 포기 과정시 완전 혼합된 상태에서 포기를 멈춘 후부터 슬러지층은 침전/방류 과정(settling/decanting step) 동안 서서히 침강하게 된다. 약 40분 정도의 침전 후 수면과 슬러지층 높이의 차이가 약 90cm 정도이었으며 방류 과정시 슬러지 계면의 상승은 없었다. 7 is a graph showing the difference between the water level of the
[방류 과정 후 반응조(140) 높이별 유기물 및 질소 농도변화][Change of Organic Matter and Nitrogen Concentration by Height of Reactor (140) after Discharge Process]
도 8은 방류 종료 시점에서 반응조(140)별 SCODCr 및 NH4-N, NO3-N의 농도변화를 나타낸 그래프이다. 참고로, 침전 과정 45분 후 슬러지층의 높이는 113cm 이었고 방류 종료 시점에서의 슬러지층 높이는 70cm이었다. 그리고, 침전/방류 과정시 유입되는 오폐수는 침전된 고농도 슬러지층으로 균등 분배되며 오폐수의 SCODCr 농도는 138mg/L, NH4-N, NO3-N의 농도는 각각 30mg/L, 0.5mg/L이었다. 도 8에 도시한 바와 같이 방류 종료 시점시 반응조(140) 높이 50cm에서 유기물 및 NH4-N의 농도가 급격하게 감소됨을 확인할 수 있었다.8 is a graph showing the concentration change of SCOD Cr and NH 4 -N, NO 3 -N for each
[침전/방류 과정시 반응조(140) 높이별 질소 농도변화][Change of Nitrogen Concentration by Height of Reactor (140) During Precipitation / Discharge Process]
도 9에 도시한 바와 같이 포기 과정(aeration) 종료시 총 무기질소(NH4-N + NO3-N)의 농도는 7.8mg/L로 NO3-N의 농도가 대부분이었다. 또한, 45분간의 침전 과정 후 반응조(140) 하부에서 상당한 양의 질산성 질소가 감소하였으며 방류 45분 후에는 하부에서 질산성 질소가 거의 제거되었고 유입수의 암모니아성 질소의 농도에 의해 암모니아성 질소의 농도가 증가됨을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 9, the concentration of total inorganic nitrogen (NH 4 -N + NO 3 -N) was 7.8 mg / L at the end of the aeration process, and the concentration of NO 3 -N was most. In addition, after 45 minutes of precipitation, a considerable amount of nitrate nitrogen was reduced in the lower part of the
[침전/방류 과정시 반응조(140) 높이별 인 농도변화][Change of Phosphorus Concentration by Height of Reactor (140) During Precipitation / Discharge Process]
도 10은 침전/방류 과정시 반응조(140) 높이별 인의 농도변화를 나타낸 그래프이다. 참고로, 침전 45분 후 슬러지층의 높이는 113cm이었고 방류 종료 시점에서의 슬러지층 높이는 70cm이었다. 도 10에 도시한 바와 같이 침전/방류 과정시 유입된 오폐수의 PO4-P 농도는 1.56mg/L이었다. 침전 과정 후에는 슬러지층에서 인의 방출이 진행되어 8.69mg/L로 증가되었으며 방류가 종료된 시점에서는 13.86mg/L로 증 가되었다. 인의 제거효율이 유기물 또는 질소의 제거효율보다 높은 이유는 오폐수에 포함된 쉽게 생분해되는 유기물들이 슬러지층에 직접 접촉하므로 인의 방출이 원활하게 진행되기 때문인 것으로 판단된다.10 is a graph showing the change in the concentration of phosphorus by the height of the
[공정별 수위, 용존산소, 산화환원전위 및 MLSS 농도변화][Change of Water Level, Dissolved Oxygen, Redox Potential and MLSS Concentration by Process]
도 11은 각 공정별 수위, 용존산소, 산화환원전위 및 MLSS 거동을 나타낸 그래프이다. 참고로, 반응조(140) 내 용존산소, 산화환원전위, MLSS 메터의 설치 위치는 반응조(140) 바닥으로부터 약 2m 높이에 설치하였다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 반응조(140)의 수위는 혼합, 포기, 침전 과정이 진행되면서 지속적으로 상승하며 방류 과정시에는 방류량이 유입량보다 많아 수위가 하강하게 된다. 반응조(140) 내의 용존산소의 경우 혼합 과정시 거의 0에 가깝게 유지되다가 포기 과정이 시작된 시점에서부터 증가하게 되며 포기 과정 종료 후 급격히 감소하여 거의 0에 가깝게 유지되었다. 산화환원전위의 경우 혼합 과정에서 -300mV 정도 유지하다가 포기 과정에서 급격히 상승하여 -100mV 정도로 유지되다가 포기 과정이 종료된 시점에서 급격히 감소하였다. 반응조(140)의 MLSS 농도 경우, 혼합 및 포기 과정시에는 거의 일정한 값을 유지하였고, 침전 과정에서는 측정값의 흔들림이 있었으며 슬러지층의 높이가 MLSS 측정 높이 이하로 내려갈 경우 급격히 저하하는 경향을 나타내었다. 11 is a graph showing the water level, dissolved oxygen, redox potential and MLSS behavior for each process. For reference, the installation position of dissolved oxygen, redox potential, and MLSS meter in the
본 발명에 따른 연속 회분식 하수처리장치 및 이를 이용한 하수처리방법은 다음과 같은 효과가 있다. Continuous batch sewage treatment apparatus and sewage treatment method using the same according to the present invention has the following effects.
연속 회분식 하수처리 과정을 진행함에 있어서 혼합 및 포기 과정은 완전 혼합 흐름 반응기(CMFR) 형태로 진행하고, 침전 및 방류 과정은 관형 흐름 반응기(PFR) 형태로 진행함으로써 질소 및 인의 제거 효율을 향상시킬 수 있게 된다. In the case of continuous batch sewage treatment, the mixing and aeration process is carried out in the form of a complete mixed flow reactor (CMFR), and the precipitation and discharge processes are carried out in the form of a tubular flow reactor (PFR) to improve the efficiency of nitrogen and phosphorus removal. Will be.
또한, 침전 및 방류 단계에서도 반응이 진행됨에 따라 전체 수리학적 체류시간을 단축시킬 수 있게 된다. In addition, as the reaction proceeds in the precipitation and discharge steps, the total hydraulic residence time can be shortened.
Claims (3)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR20060101796A KR100683914B1 (en) | 2006-10-19 | 2006-10-19 | Wastewater treatment system using sequencing batch reactors and method for wastewater treatment |
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