KR100783789B1 - Apparatus for wastewater treatment and method for wastewater treatment using the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 하수처리장치를 나타내는 개념도.1 is a conceptual diagram showing a sewage treatment apparatus of the present invention.
도 2a는 여과율에 따른 NO3 제거율을 나타내는 그래프.Figure 2a is NO 3 according to the filtration rate Graph showing removal rate.
도 2b는 여과율에 따른 부유물 제거율을 나타내는 그래프.Figure 2b is a graph showing the removal rate of suspended matter according to the filtration rate.
도 3은 외부탄소원 주입량에 따른 NO3제거율을 나타내는 그래프.3 is a graph showing the NO 3 removal rate according to the external carbon source injection amount.
도 4는 온도에 따른 NO3제거율을 나타내는 그래프.Figure 4 is a graph showing the NO 3 removal rate with temperature.
도 5는 본 발명의 하수처리방법을 장기적으로 운전하여 NO3제거율의 변화를 나타내는 그래프.5 is a graph showing the change in NO 3 removal rate by operating the sewage treatment method of the present invention for a long time.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10: 1차 침전조 20: 혐기조10: primary sedimentation tank 20: anaerobic tank
30: 무산소조 40: 호기조 30: anoxic tank 40: aerobic tank
50: 2차 침전조 60: 탈질반응조50: secondary precipitation tank 60: denitrification reactor
70: 탈질여과조70: denitrification tank
본 발명은 하수처리장치 및 이를 이용한 하수처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하수처리공정의 탈질효율을 향상시켜 유출수에 질소가 함유되어 수계의 환경을 저해하는 것을 방지 한 하수처리장치 및 이를 이용한 하수처리방법에 관한 것이다.The present invention relates to a sewage treatment apparatus and a sewage treatment method using the same, and more particularly, to improve the denitrification efficiency of a sewage treatment process, to contain nitrogen in the effluent to prevent damaging the environment of the water system and using the same. It relates to a sewage treatment method.
일반적으로, 하수처리는 유입하수를 1차침전 후에 혐기조, 무산소조, 호기조로 구성되는 미생물반응조에서 미생물을 이용하여 처리시킨 후에 다시 2차 침전지에서 침전 방류하는 방법을 택하고 있다. In general, the sewage treatment is a method of sedimentation and discharge from the secondary sedimentation basin after the influent sewage is treated with microorganisms in the microbial reaction tank consisting of anaerobic tank, anoxic tank, and aerobic tank after the first settling.
이때, 미생물반응조에서 생산된 미생물을 슬러지(sludge)라고 하며, 이는 2차 침전조에서 침전된다. 침전된 슬러지는 일부 미생물반응조로 순환되고, 일부는 방출되어 폐슬러지 처리되는 공정으로 이루어진다At this time, the microorganisms produced in the microbial reaction tank is called sludge, which is precipitated in the secondary settling tank. Precipitated sludge is circulated to some microbial reactors, and some is discharged to waste sludge treatment.
한편, 이와 같은 하수처리 흐름에서 수계로 방류되는 유출수에는 유량에 비하여 질소농도가 높아 수계의 생태환경을 저해하는 요인으로 작용하는 문제점이 있었다.On the other hand, the effluent discharged to the water system in such a sewage treatment stream has a problem that acts as a factor that inhibits the ecological environment of the water system because the nitrogen concentration is higher than the flow rate.
즉, 하수종말처리시설 운영실태분석 보고서(2005년, 환경부)를 보면, 일반하수처리장에서 유입수와 방류수의 T-N(총질소)평균농도는 각각 32.1; 16.3mg/L로 제거율은 약 49%에 불과하며, 일부 하수처리장에서는 T-N의 연평균 방류수질이 수질 기준을 초과하였다. In other words, the Sewage Terminal Treatment Facility Analysis Report (2005, Ministry of Environment) shows that the average concentrations of T-N (total nitrogen) of influent and effluent in general sewage treatment plants were 32.1; At 16.3 mg / L, the removal rate was only about 49%, and in some sewage treatment plants, the annual average discharge quality of T-N exceeded the water quality standard.
한편, 고도처리시설로 운영중인 하수처리장 152개소의 평균 T-N 유출수질은 13.0mg/L로 재이용수질 권고기준인 10mg/L를 크게 상회하고 있다. 이는 고도처리시설로 운영되는 하수처리장의 유출수가 하천유지를 위해 수계로 방류되기에도 적합하지 않다는 것을 의미한다. 따라서 추가적인 질소제거의 필요성이 대두되고 있으며, 하수처리장 유출수 중 T-N의 대부분은 질산염(NO3) 형태로 존재하므로 이러한 질산염을 추가적으로 제거할 수 있는 후탈질 공정이 절실히 요구되고 있는 실정이다. On the other hand, the average TN effluent quality of 152 sewage treatment plants operated as advanced treatment facilities is 13.0mg / L, far exceeding the recommended 10mg / L recycled water quality standard. This means that the effluent from the sewage treatment plant operated as an advanced treatment facility is not suitable for being discharged into the water system for river maintenance. Therefore, there is a need for additional nitrogen removal, and since most of the TN in the sewage treatment plant effluent is present in the form of nitrate (NO 3 ), a post-denitrification process that can additionally remove such nitrate is urgently needed.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 하수처리시 최종 유출수의 질소함유량을 저감시켜 수계의 생태환경에 악영향이 미치는 것을 예방함으로써 안정적인 유출수질을 확보할 수 있는 하수처리장치 및 이를 이용한 하수처리방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to improve the above-mentioned problems, sewage treatment apparatus that can ensure a stable effluent quality by reducing the nitrogen content of the final effluent during sewage treatment to prevent adverse effects on the ecological environment of the water system and The purpose is to provide a sewage treatment method using the same.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명의 하수처리장치는, 하수를 유입시켜 침전시키는 1차침전조와, 상기 1차침전조의 유출수를 미생물을 이용하여 질산화시키는 호기조를 포함하는 미생물반응조와, 상기 미생물반응조의 미생물 슬러지를 침전시키는 2차침전조와, 상기 2차침전조의 유출수가 수용되며, 내부의 담체를 통해 탈질하는 탈질반응조 및 상기 탈질반응조의 유출수에 포함된 부유물을 내부의 여재를 통해 제거하며 상기 유출수의 잔존 질산염을 제거하는 탈질여과조를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.As a means for achieving the above object, the sewage treatment apparatus of the present invention, a microbial reaction tank including a primary sedimentation tank for introducing sewage into the sewage, and an aerobic tank for nitrifying the effluent of the primary sedimentation tank using microorganisms, The secondary sedimentation tank for precipitating the microbial sludge of the microbial reaction tank, and the effluent of the secondary sedimentation tank is accommodated, the denitrification tank for denitrification through the carrier therein and the suspended substances contained in the effluent of the denitrification tank are removed through the internal media. And a denitrification filtration tank for removing residual nitrate from the effluent.
또한, 본 발명의 하수처리방법은, 하수를 유입시켜 침전시키는 1차 침전공정과, 상기 1차 침전공정의 유출수를 미생물을 이용하여 호기조건에서 질산화시키는 공정을 포함하는 미생물반응공정과, 상기 미생물반응공정의 미생물 슬러지를 침전시키는 2차 침전공정과, 상기 2차 침전공정의 유출수가 수용되며, 상기 유출수에 외부탄소원을 투입하고 내부의 담체를 통해 탈질하는 탈질공정 및 상기 탈질공정의 유출수에 포함된 부유물을 제거하며, 상기 유출수의 잔존 질산염을 제거하는 탈질여과공정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. In addition, the sewage treatment method of the present invention, a microbial reaction process comprising a first precipitation step of introducing sewage by introducing sewage, and a step of nitrifying the effluent of the first precipitation step under aerobic conditions using a microorganism, and the microorganism The secondary precipitation step of precipitating the microbial sludge of the reaction process, and the effluent water of the secondary precipitation step is accommodated, the denitrification step of denitrification process by introducing an external carbon source to the effluent and denitrification through an internal carrier and included in the effluent of the denitrification process It is characterized in that it comprises a denitrification filtration process to remove the suspended matter, and to remove the residual nitrate of the effluent.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 하수처리장치를 나타내는 개념도이다.1 is a conceptual diagram showing a sewage treatment apparatus of the present invention.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 하수처리장치는, 하수를 유입시켜 침전시키는 1차침전조(10)와, 상기 1차침전조(10)의 유출수를 미생물을 이용하여 처리하는 미생물반응조와, 상기 미생물반응조의 유출수를 침전시키는 2차침전조(50)와, 탈질을 위한 탈질반응조(60) 및 부유물을 내부의 여재를 통해 제거하기 위한 탈질여과조(70)로 구성된다.As shown in Figure 1, the sewage treatment apparatus of the present invention, the
상기 미생물반응조는, 혐기조(20)와 무산소조(30) 및 호기조(40)로 구성된 미생물반응조에 1차침전조(10)를 통과한 처리수를 유입시켜 질소(N), 인(P) 및 유 기물질을 제거한다. 즉, 상기 1차 침전공정 이후 혐기조에서 인(P)을 방출하고 무산소조(30)에서 호기조(40)로부터 반송되는 내부반송수 내의 질산염(NO3)을 탈질하며, 호기조(40)에서 유기물 산화, 질산화, 인(P) 축적하는 순서로 미생물을 처리한다. The microbial reaction tank, nitrogen (N), phosphorus (P) and organic by introducing the treated water passing through the
한편, 상기 미생물반응조는 혐기조(20), 무산소조(30) 및 호기조(40)로 구성된 생물학적 질소, 인 제거공정뿐만 아니라, 표준활성화슬러지공정과 같이 전체가 하나의 호기조(40)로 이루어질 수 있다. 즉, 본 발명은 종래의 생물학적 질소, 인 제거공정뿐만 아니라 표준활성화슬러지공정 등과 같이 호기조(40)를 포함한 공정에 동일하게 적용될 수 있는데, 이하에서는 전자를 중심으로 설명하기로 한다.On the other hand, the microbial reaction tank may be composed of a single
탈질반응조(60)에는 담체가 부피비 10%로 충진되어 미생물이 담체에 부착됨으로써 상기 미생물이 부유되어 유출되는 것을 방지하여 탈질반응조(60) 내의 미생물의 농도를 조절하게 된다. 이때, 탈질반응조(60)에는 교반기가 마련되어 상기 담체의 부유를 촉진시키는 것이 바람직하다. 또한, 상기 담체는 폴리우레탄의 스폰지형 또는 폐타이어를 가공한 유동상 담체가 적용될 수 있다.The
탈질반응조(60)는 유출수에 포함된 부유물을 내부에 일정높이로 이루어진 모래층(여재)을 통해 제거하여 최종 유출시킨다.The
이하, 상기와 같은 구성을 갖는 하수처리장치를 이용한 하수처리방법에 대해 설명한다. Hereinafter, a sewage treatment method using the sewage treatment apparatus having the above configuration will be described.
본 발명의 하수처리방법은, 1차 침전공정→ 미생물반응공정→ 2차 침전공정→ 탈질공정→ 탈질여과공정의 순으로 이루어진다. The sewage treatment method of the present invention comprises a first precipitation step → a microbial reaction step → a second precipitation step → a denitrification step → a denitrification filtration step.
1) 1차 침전공정은, 하수처리장의 하수를 1차침전조(10)에 유입시켜 하수 내의 부유 고형물질을 침전시킨 다음 처리수를 미생물반응공정으로 방출한다.1) In the first precipitation process, sewage from the sewage treatment plant is introduced into the
2) 미생물반응공정은, 혐기조(20)와 무산소조(30) 및 호기조(40)로 구성된 미생물반응조에 1차침전조(10)를 통과한 처리수를 유입시켜 질소(N), 인(P) 및 유기물질을 제거한다. 즉, 상기 1차 침전공정 이후 혐기조(20)에서 인(P)을 방출하고 무산소조(30)에서 질산염(NO3)을 탈질하며, 호기조(40)에서 유기물 산화, 질산화, 인(P) 축적하는 순서로 처리한다.2) The microbial reaction process flows the treated water passing through the
3) 2차 침전공정은, 상기 미생물반응공정에서 생산된 미생물을 2차침전조(50)에 침전시켜 제거하고, 이때, 침전된 미생물(슬러지)의 일부는 미생물반응공정 중의 혐기조(20)로 반송되고 나머지 슬러지는 폐슬러지처리된다.3) In the secondary precipitation step, the microorganisms produced in the microbial reaction step are precipitated and removed in the
4) 탈질공정은, 상기 2차침전조(50)의 유출수가 수용되는 탈질반응조(60)에 외부탄소원을 투입하여 탈질반응조(60)에 수용된 미생물에게 탄소를 공급하게 된다.4) In the denitrification process, carbon is supplied to the microorganisms contained in the
한편, 탈질반응조(60)에는 담체가 충진되어 미생물이 담체에 부착됨으로써 상기 미생물이 부유되어 이탈되는 것을 방지하여 탈질반응조(60) 내의 미생물의 농도를 조절하게 된다. On the other hand, the
즉, 상기 미생물은 질산염을 탈질시키는 탈질균의 역할을 수행하는 것이며, 이 탈질균에 외부탄소원을 주입하여 탄소원을 공급함으로써 탈질반응을 활성화시키는 것이다.That is, the microorganism is to perform the role of denitrification bacteria to denitrate nitrates, and to activate the denitrification reaction by supplying a carbon source by injecting an external carbon source to the denitrification bacteria.
5) 탈질여과공정은, 탈질반응조(60)의 유출수에 포함된 부유물을 탈질여과조(70)의 여재를 통해 제거하여 최종 유출시킨다. 이때, 탈질여과공정에는 탈질반응조(60)에서 투입된 외부탄소원이 잔존하여 탈질여과조(70) 내에서 미생물에 탄소원을 공급함으로써 부가적인 탈질이 이루어지게 된다. 따라서 탈질여과공정에서는 부유물제거뿐만 아니라 2차 탈질도 이루어지는 것이다. 5) The denitrification filtration process removes the suspended matter contained in the effluent of the
이와 같은 공정을 갖는 본 발명의 하수처리방법의 작용에 대해 살펴보면 다음과 같다.Looking at the operation of the sewage treatment method of the present invention having such a process as follows.
도 2a는 여과율에 따른 NO3 및 부유물 제거율을 나타내는 그래프이고, 도 2b는 여과율에 따른 부유물 제거율을 나타내는 그래프이다.Figure 2a is NO 3 according to the filtration rate And it is a graph showing the removal of suspended matter, Figure 2b is a graph showing the removal of suspended matter according to the filtration rate.
도 2a 및 도 2b와 같이, 탈질여과조(70)의 여재에 대한 여과율을 50 m3/m2ㆍd에서 150 m3/m2ㆍd까지 변화시켰는데 질소 제거율과 부유물 제거율 모두 크게 영향을 받았다. As shown in Figures 2a and 2b, the filtration rate for the filter medium of the
즉, 여과율이 50~100m3/m2ㆍd일 때 부유물 제거율은 81.6%~79.4%로 거의 변화가 없었으나 150m3/m2ㆍd에서 52.4%로 감소하였다. 한편, NO3 제거율은 여과율 100m3/m2ㆍd에서 68.1%였으나, 150m3/m2ㆍd에서 50.4%로 감소하였다. 따라서 탈질여과조(70)의 적정 여과율은 50~100m3/m2ㆍd가 바람직한 것을 알 수 있다. That is, when the filtration rate was 50-100m 3 / m 2 ㆍ d, the removal rate of the suspended solids was almost unchanged from 81.6% to 79.4%, but decreased to 52.4% at 150m 3 / m 2 ㆍ d. On the other hand, the NO 3 removal rate was 68.1% at a filtration rate of 100m 3 / m 2 ㆍ d, but decreased to 50.4% at 150m 3 / m 2 ㆍ d. Therefore, it can be seen that the proper filtration rate of the
도 3은 외부탄소원 주입량에 따른 NO3제거율을 나타내는 그래프이다.3 is a graph showing the NO 3 removal rate according to the external carbon source injection amount.
호기조(40)에서 질산화된 유출수의 탈질을 위해 투입되는 외부탄소원의 투입량은, 이론량(이론적 탄소원 요구량)의 0%, 50% 및 100%의 메탈올을 투입하였으며 도 3과 같이, 이론량의 100%에 해당하는 메탄올이 투입되었을 때 탈질율은 70.2%로 가장 효율적 것을 알 수 있다. 이때, 상기 이론량은 경험식(McCarty et al., 1969)에 의거하여 산정할 수 있다.The input amount of the external carbon source for the denitrification of the nitrified effluent in the
여기서, Cm = 메탄올 요구량(Methanol requirement)(mg/L)이고, N0 = NO3 --N (mg/L)이며, N1 = NO2 --N(mg/L)이고, D0 = DO(mg/L)이다.Where Cm = Methanol requirement (mg / L), N 0 = NO 3 -- N (mg / L), N 1 = NO 2 -- N (mg / L), D 0 = DO (mg / L).
즉, 수학식 1에 의해 산출된 값을 이론적 탄소원 요구량 100%으로 가정하여 0%, 50% 및 100%를 투입한 것이다.That is, 0%, 50%, and 100% are input by assuming that the value calculated by
도 4는 온도에 따른 NO3제거율을 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing the NO 3 removal rate with temperature.
도 4와 같이 탈질반응조(60) 및 탈질여과조(70)의 반응온도를 18℃에서 30℃로 변화시켰을 때 NO3제거율은 65.7%~70.5% 사이를 안정적으로 유지하는 것을 알 수 있어 온도는 크게 영향을 끼치지 않는 것을 알 수 있다. As shown in FIG. 4, when the reaction temperature of the
도 5는 본 발명의 하수처리방법을 장기적으로 운전하여 NO3제거율의 변화를 나타내는 그래프이고, 표 1은 장기 운전시에 운전조건을 나타낸다.5 is a graph showing the change in the NO 3 removal rate by operating the sewage treatment method of the present invention for a long time, Table 1 shows the operating conditions during long-term operation.
표 1과 같이, 상술한 바와 같은 조건으로 장기적으로 운전한 경우 여과율이 지나치게 높았던 경우(Mode 3)와 외부탄소원이 요구량보다 적게 주입된 경우(Mode 4, 5) 이외에, 정상적인 운전 조건(Mode 6, 7, 8, 9)에서는 70% 내외의 높은 탈질율을 보이는 것을 알 수 있다.(도 5와 같이) 즉, 여과율이 50~100m3/m2ㆍd이고, 외부탄소원 투입량이 100%의 조건으로 운전한 Mode 6 내지 Mode 9가 가장 효율적인 NO3제거율을 보이는 것을 알 수 있어 가장 효율적인 운전조건임을 알 수 있다.As shown in Table 1, in the long-term operation under the above-described conditions, the normal operating conditions (
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and it is common in the art that various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 하수처리장치 및 이를 이용한 하수처 리방법은, 하수처리시 탈질반응조에 외부탄소원과 담체를 통해 탈질하고 탈질여과조에서 부유물을 제거하고 부가적인 탈질이 이루어져 최종 유출수의 총질소 농도를 저감시켜 수계의 생태환경에 악영향이 미치는 것을 예방할 수 있는 효과가 있다.As described above, the sewage treatment apparatus of the present invention and the sewage treatment method using the same, the denitrification reaction tank denitrification through the external carbon source and the carrier during the sewage treatment, removing the suspended matter in the denitrification filtration tank and additional denitrification is made of the final effluent By reducing the total nitrogen concentration it is possible to prevent adverse effects on the ecological environment of the water system.
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