KR100891004B1 - Wastewater Treatment System and Method Using Nano Metal and Catalysis Membrane - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하폐수처리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 처리대상 하수의 부유물질 및 유기물질을 제거하는 촉매막 및 난분해성 물질 및 음이온성 물질을 제거하기 위해 0.5 ~ 9 V의 전압하에 10 mA ~ 10 A 전류를 인가하여 나노금속을 석출시키는 다수개의 나노금속 석출장치가 내부에 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 호기조를 포함하는 하폐수 처리 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a wastewater treatment system and method, and more particularly, to remove catalyst membranes and hardly decomposable substances and anionic substances that remove suspended solids and organic substances in treated sewage under a voltage of 0.5 to 9 V. The present invention relates to a sewage treatment system including an aerobic tank, wherein a plurality of nanometal precipitation devices are provided therein to apply a mA to 10 A current to precipitate nanometals.
본 발명에 따른 촉매막 및 나노금속 석출장치를 이용한 하폐수처리 시스템은 특별한 변경 없이 기존 시설에 적용이 용이하고, 혐기조가 필요 없어, 하수 처리장의 개보수 및 신설시 공사비용을 절감할 수 있으며, 혐기조에서 인을 용출하는데 사용한 탄소원을 질산성 질소를 탈질시키는 에너지원으로 활용하여 질소와 인의 처리효율을 향상시킬 뿐만 아니라, 미생물이 막 표면에 달라붙는 파울링 현상을 방지하고, 비소나 시안 등의 난분해성 물질의 제거율도 높일 수 있다.The wastewater treatment system using the catalyst membrane and the nano-metal precipitation apparatus according to the present invention can be easily applied to an existing facility without any special change, and does not require an anaerobic tank, thereby reducing the construction cost when the sewage treatment plant is renovated and newly established, and in an anaerobic tank. By using the carbon source used to elute phosphorus as an energy source to denitrate nitrate nitrogen, it not only improves the treatment efficiency of nitrogen and phosphorus, but also prevents fouling phenomenon that microorganisms adhere to the membrane surface and prevents decomposability such as arsenic or cyanide. The removal rate of the substance can also be increased.
하폐수, 촉매막, 금속 석출장치, 혐기조, 나노금속 Sewage water, catalyst film, metal precipitation device, anaerobic tank, nano metal
Description
본 발명은 하폐수처리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 처리대상 하수의 부유물질 및 유기물질을 제거하는 촉매막 및 난분해성 물질 및 음이온성 물질을 제거하기 위해 0.5 ~ 9 V의 전압하에 10 mA ~ 10 A 전류를 인가하여 나노금속을 석출시키는 다수개의 나노금속 석출장치가 내부에 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 호기조를 포함하는 하폐수 처리 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a wastewater treatment system and method, and more particularly, to remove catalyst membranes and hardly decomposable substances and anionic substances that remove suspended solids and organic substances in treated sewage under a voltage of 0.5 to 9 V. The present invention relates to a sewage treatment system including an aerobic tank, wherein a plurality of nanometal precipitation devices are provided therein to apply a mA to 10 A current to precipitate nanometals.
질소 및 인과 같은 영양염류는 생물에게 필수 영양소이지만 이를 적절하게 처리하지 않고 자연계에 과다하게 배출시킬 경우 부영양화를 초래하여 수질오염을 가중시킨다. 부영양화가 진행된 수역은 상수처리시 여과시의 폐쇄 및 상수의 맛을 저하시킴은 물론 심한 악취를 발생하므로 상수원으로서 가치를 저하시킬 뿐만 아니라, 산화과정을 거치면서 수중의 용존 산소를 소모하여 하천의 자정작용에 악영향을 끼치고, 또한 조류의 과다번식 문제 등으로 인하여 생태계의 파괴 및 용수의 생 산에 막대한 지장을 초래한다.Nutrients such as nitrogen and phosphorus are essential nutrients to organisms, but if they are excessively discharged in nature without proper treatment, they cause eutrophication and aggravate water pollution. The water that has undergone eutrophication not only decreases the value of water as a source of odor as it closes the filtration and reduces the taste of the water during the treatment, but also causes severe odors, and consumes dissolved oxygen in the water through the oxidation process. It adversely affects the action, and also causes a great disruption of ecosystems and water production due to overproliferation of algae.
최근 호소 및 연근해의 부영양화를 유발하는 질소와 인에 대한 적절한 제거가 절실히 필요하나, 중·소규모 처리시설의 경우, 하수도달시간이 대규모 처리장에 비하여 매우 짧고, 유입 수량의 변동이 일간, 주간 및 계절에 따라 매우 커서 질소 및 인을 함께 제거하기가 어려운 반면, 높은 수준의 방류 수질의 유지가 필요한 경우가 많다. 그러나 종래 중·소규모 폐수 처리장의 경우, 대부분 유기 물질과 부유 물질 제거에 초점이 맞추어져 있을 뿐, 질소와 인 등의 영양염류에 대한 처리가 거의 이루어지지 않고 있다. 부유 미생물을 이용한 대규모의 활성 슬러지 공정에서는 침전조에서 포집된 미생물 플럭을 포기조로 반송시켜 포기조의 미생물 농도를 원하는 만큼 높게 유지하여 적절한 처리를 유지하지만, 유입 수질 및 유량의 변동이 심한 중·소규모 시설에서 미생물 플럭 형성이 좋지 않을 경우에는 반응조 내의 미생물 농도를 충분히 높게 유지하기 어렵기 때문에 질소 및 인의 처리가 어렵게 되는 바, 적절한 미생물량을 유지하기 위해서는 매우 까다로운 제어과정을 통한 설비 운전이 필요하다. 나아가, 질소의 제거를 위한 탈질 및 질산화 공정은 그 관련 미생물이 별도로 존재하지만, 상기 두 공정이 연속적으로 이루어지는 종래 기술하에서는 각 공정에 관련된 미생물이 모두 존재하는 가운데 각각의 반응조에서 미생물에 유리한 조건을 제공함으로써 탈질 혹은 질산화를 달성하고 있으므로, 상대적으로 일반 유기물 제거와 탈질에 관여하는 종속 영양 미생물보다 비성장 속도가 느리고 환경에 민감한 질산화 미생물인 독립영양 미생물의 적절한 미생물량의 보유는 매우 어렵다.In recent years, proper removal of nitrogen and phosphorus, which causes eutrophication of lakes and soft waters, is urgently needed.However, for small and medium-sized treatment facilities, the sewage delivery time is much shorter than that of large-scale treatment plants, and the inflow quantity fluctuates daily, day and season. In some cases it is very difficult to remove nitrogen and phosphorus together, while maintaining high levels of discharged water. However, in the case of conventional small- and medium-sized wastewater treatment plants, most of them focus only on the removal of organic substances and suspended solids, and almost no nutrients such as nitrogen and phosphorus are treated. In the large-scale activated sludge process using suspended microorganisms, the microbial flocs collected in the sedimentation tank are returned to the aeration tank to keep the concentration of microorganisms in the aeration tank as high as desired to maintain proper treatment, but in medium and small-sized facilities with high fluctuations in inflow water quality and flow rate. If the microbial floc formation is not good, it is difficult to maintain nitrogen and phosphorus in the reactor because it is difficult to maintain a high enough concentration of microorganisms in the reactor, it is necessary to operate the facility through a very difficult control process to maintain an appropriate microbial amount. Furthermore, the denitrification and nitrification process for the removal of nitrogen has its associated microorganisms separately, but under the prior art in which the two processes are continuous, all of the microorganisms associated with each process are present and provide favorable conditions for the microorganisms in each reactor. As a result, denitrification or nitrification is achieved, and therefore, it is very difficult to maintain an appropriate amount of microorganisms of autotrophic microorganisms, which are relatively nitrifying microorganisms that are slower in growth rate and environmentally sensitive than heterotrophic microorganisms involved in general organic matter removal and denitrification.
한편, 고도처리에 있어, 인의 제거는 대부분 생물학적 처리 방법에 의존하고 있으나, 중·소규모 시설의 경우는 운전이 복잡하고 유입부하의 변동이 커서 인의 처리가 안정적으로 이루어지기 힘들고, 슬러지 저류조에서 인이 재 용출되어 처리 계통내로 다시 유입되는 단점이 있다. 상기 단점을 극복하기 위해 약품을 이용한 인의 화학적 처리방법이 개발되어 있으나, 이 경우, 약품 투입시설의 설치 및 유지관리 문제, 지속적인 약품 구입 비용 소요, 잔류 화학약품으로 인한 2차 오염 발생 및 과량의 슬러지 처리 등의 많은 문제점을 가진다.On the other hand, in the high-level treatment, the removal of phosphorus mostly depends on the biological treatment method, but in the case of small and medium-sized facilities, the operation is complicated and the inflow load fluctuates so that it is difficult to process the phosphorus stably. There is a drawback of re-eluting and reintroducing into the treatment system. In order to overcome the above disadvantages, a chemical treatment method of phosphorus using chemicals has been developed, but in this case, the problem of installation and maintenance of chemical input facilities, the continuous cost of purchasing chemicals, the occurrence of secondary pollution and residual sludge due to residual chemicals There are many problems such as processing.
아울러, 전기분해장치를 이용한 인 제거방법도 공지되어 있으나, 지금까지 알려진 전기분해를 이용하여 폐수를 처리하는 방법은 대부분 SS, n-헥산, 색도, 전질소 등이 포함된 악성폐수에 전류를 인가하여, 폐수 중에 포함된 오염물질 자체를 전기분해하여 처리하는 방법들이었다 (대한민국 특허공고 0231331, 대한민국 특허공고 0148315 및 대한민국 특허공개 2004-0035634). 그러나 상기와 같은 전기분해를 이용한 폐수처리 방법은 자체가 전기분해 가능한 오염물질에만 적용될 수 있으며, 축산폐수나 가정용 오수에 포함된 인, 질소 및 유기물들을 제거할 수 없는 단점이 있었다. 인과 질소의 제거를 위한 생물학적 처리공정은 최적공정관리가 매우 복잡하고, 활성 미생물에 의한 영양염류 제거율이 신뢰도가 매우 낮아 제거효율을 높이기 위하여, 오 폐수에 화학약품을 투입하는 화학적 처리방법을 병행하여 사용하고 있으나, 비용이 많이 들고, 잉여슬러지의 처리량이 증가되며, 화학약품을 계속 투입할 경우 미생물의 활성도가 저하하게 된다.In addition, a method of removing phosphorus using an electrolysis device is also known, but a method of treating wastewater using electrolysis that has been known so far applies current to malignant wastewater containing SS, n-hexane, color, and total nitrogen. Therefore, the pollutants contained in the wastewater were treated by electrolysis (Korean Patent Publication 0231331, Korean Patent Publication 0148315 and Korean Patent Publication 2004-0035634). However, the wastewater treatment method using the above electrolysis can be applied only to pollutants that can be electrolyzed by itself, and has a disadvantage in that phosphorus, nitrogen and organic matters contained in livestock wastewater or household wastewater cannot be removed. In the biological treatment process for the removal of phosphorus and nitrogen, optimal process management is very complicated, and the removal rate of nutrients by active microorganisms is very reliable, so that the chemical treatment method is injected in the waste water in order to increase the removal efficiency. Although it is used, it is expensive, the throughput of excess sludge is increased, and if the chemicals are continuously added, the activity of microorganisms is reduced.
이에 반해 폐수처리 시의 전기분해의 전극으로 철을 이용하면 전극에서 석출 되는 철 이온이 폐수 중의 인, 질소 및 유기물들과 반응하여 불용성 염을 형성시키고, 침전된 불용성 염을 제거함으로써 효과적으로 폐수를 처리할 수 있는 장점이 있다.On the other hand, when iron is used as an electrode for electrolysis during wastewater treatment, iron ions precipitated from the electrode react with phosphorus, nitrogen, and organics in the wastewater to form insoluble salts, and effectively remove wastewater. There is an advantage to this.
철의 전기분해를 이용한 오폐수의 처리방법(대한민국 특허등록 0142894)은 오폐수 처리조 내에 설치된 봉형태의 철 전극에 전류를 인가하여 철 전극으로부터 2가 철이온(Fe2+)을 생성시키고, 생성된 Fe2 +은 전류의 흐름 방향에 따라 양극에서 음극의 철판표면으로 이동하는 과정에서 철의 전기 분해조의 용존산소와 반응하여 2가 철이온의 일부분은 3가 철로 전환되며, 전해반응에 의해 발생된 철이온은 Fe2 +, Fe3+, Fe(OH)2+, 및 Fe(OH)2+ 등과 같은 형태로 존재하며 용액 내의 부유물질 및 용해성 유·무기물과 반응하여 불용성 침전물을 형성하여 처리조 바닥으로 침전되게 된다. 철의 전기분해에 의해 석출된 철 산화물에 의해 처리조 내의 호기성 박테리아의 증식을 활성화시켜 유기물질의 산화, 분해 능력이 증가되어 오폐수 내의 유기물질이 효과적으로 제거되게 된다.Wastewater treatment method using electrolysis of iron (Korean Patent Registration 0142894) generates a divalent iron ion (Fe 2+ ) from the iron electrode by applying a current to the rod-shaped iron electrode installed in the wastewater treatment tank, Fe 2 + is a portion of the reaction and electrolysis set of dissolved oxygen of the iron in the process of moving the steel plate surface of the cathode to the anode in accordance with the current flowing direction divalent iron ion is a trivalent enters iron, electrolytic generated by the reaction Iron ions exist in the form of Fe 2 + , Fe 3+ , Fe (OH) 2+ , and Fe (OH) 2+ , and react with suspended solids and soluble organic and inorganic substances in solution to form insoluble precipitates. It will settle to the bottom. The iron oxide precipitated by the electrolysis of iron activates the proliferation of aerobic bacteria in the treatment tank to increase the oxidation and decomposition capacity of organic substances, thereby effectively removing organic substances in the waste water.
철 전기분해를 이용한 폐수 처리조 내부의 질소는 철의 전기분해에 의해 석출된 철산화물에 의해 포기조 내의 질산화 박테리아의 증식이 활발해 지고, 오폐수 중 암모니아성 질소가 호기성 미생물의 호흡과정에 의해 질산염으로 질산화되고, 최종 침전지에서는 철염이 혼합된 활성슬러지와 질산염이 함유된 폐수를 포기조로부터 무산소조로 반송시켜 무산소조에서 탈질 미생물에 의해 질산염이 질소가스로 환원되어 질소산화물을 제거하게 된다. Nitrogen inside the wastewater treatment tank using iron electrolysis is actively promoted by nitric oxide in the aeration tank by iron oxide precipitated by electrolysis of iron, and ammonia nitrogen in wastewater is nitrified to nitrate by aerobic microbial respiration process. In the final sedimentation basin, the wastewater containing activated sludge and nitrate mixed with iron salt is returned from the aeration tank to the anoxic tank so that the nitrate is reduced to nitrogen gas by the denitrification microorganism in the anoxic tank to remove nitrogen oxides.
또한, 인의 경우는 포기조에 투입된 양극의 철봉표면에서 생성된 2가 철이온이 수용액에서 전류의 흐름에 따라 양극에서 음극의 철봉표면으로 이동하는 과정에서 포기조 내 용존산소와 반응하여 3가 철로 환원되고, 이때, 반응조 내 철이온은 용존 산소와 반응하여 주로 입자상의 철산화물을 형성하여 오폐수 중의 인산염이 철산화물의 표면에 흡착되어 제거되게 된다.In the case of phosphorus, the divalent iron ions generated on the iron rod surface of the anode injected into the aeration tank are reduced to trivalent iron by reacting with dissolved oxygen in the aeration tank in the process of moving from the anode to the iron rod surface of the cathode as the current flows in the aqueous solution. In this case, the iron ions in the reaction tank react with the dissolved oxygen to form mainly iron iron oxide, and phosphate in the waste water is adsorbed on the surface of the iron oxide to be removed.
그러나, 상기와 같은 종래의 철 전기분해를 이용한 오폐수처리공정에서는 철 전극이 포기조 내에 존재하여, 처리조 내부에서 발생하는 스컴 등이 전극에 부착되어 안정적인 전기분해가 이루어지지 못하며, 철 전극으로 사용되는 철봉이 전기분해로 소모되고 난 후에 교환하는 것이 번거롭다. However, in the wastewater treatment process using the conventional iron electrolysis as described above, since the iron electrode is present in the aeration tank, scum generated inside the treatment tank is attached to the electrode, and thus, stable electrolysis is not performed and is used as the iron electrode. It is cumbersome to change the bar after it is consumed by electrolysis.
이를 해결하고자 본 발명자들은 혐기조, 무산소조 및 호기조로 구성된 오폐수 처리 장치에 철의 전기분해조를 별도로 설치하여 호기조에서 유입된 오폐수를 이용하여 철을 전기분해하는 시스템을 개발하였으나(대한민국 특허출원 2004-86525호), 상기 시스템은 오폐수가 혐기조로 유입되면 혐기조 내의 미생물이 유기물에서 인을 용출시키는데 에너지원을 사용하여, 정작 무산소조에서 탈질을 위한 에너지원이 부족하여 탈질 효율이 떨어지는 단점이 있었고, 또한 종래의 철 전기분해에서 석출되는 철 이온은 인산염이나 음이온성 물질과 결합력이 약하기 때문에, 불용성 침전물의 형성이 저조하고, 음이온성 물질과 결합된 철 이온은 이온결합 도중에 다시 용출되어 처리수의 색도를 황색으로 만드는 문제점이 있다.To solve this problem, the present inventors developed a system for electrolyzing iron by using wastewater introduced from an aerobic tank by separately installing an electrolysis tank of iron in a wastewater treatment device composed of an anaerobic tank, an anaerobic tank, and an aerobic tank (Korean Patent Application 2004-86525 The wastewater flows into the anaerobic tank using microorganisms in the anaerobic tank to elute phosphorus from organic matter. Since iron ions precipitated in iron electrolysis are weakly bound to phosphates or anionic substances, insoluble precipitates are poorly formed, and iron ions bound to anionic substances are eluted again during ionic bonding, turning the treated water to yellow. There is a problem making.
따라서, 고효율 및 저비용으로 질소 및 인을 함유한 하폐수를 고도처리할 수 있는 시스템 및 방법에 대한 요구가 절실하다.Therefore, there is an urgent need for a system and method capable of highly treating wastewater containing nitrogen and phosphorus at high efficiency and low cost.
이에, 본 발명자들은 종래기술의 단점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 기존의 하폐수처리 시스템에서, 혐기조를 제거하고 처리대상 하수의 부유물질 및 유기물질을 제거하는 촉매막과 난분해성 물질 및 음이온성 물질을 제거하기 위한 나노금속 석출장치가 구비된 호기조를 포함한 공정을 수행함으로, 인 및 질소제거 효율을 높일 수 있다는 것을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the present inventors have made diligent efforts to solve the shortcomings of the prior art. As a result, in the existing sewage treatment system, the catalyst membrane, the hardly decomposable substance and the anionic substance remove the anaerobic tank and remove the suspended substances and organic substances of the sewage to be treated. By performing a process including an aerobic tank equipped with a nano-metal precipitation apparatus for removing the, it was confirmed that the phosphorus and nitrogen removal efficiency can be improved and completed the present invention.
본 발명의 주된 목적은 유기물질, 질소 및 인을 동시에 고효율 및 저비용으로 처리할 수 있는 촉매막 및 나노금속 석출장치를 이용한 하폐수처리 시스템을 제공하는데 있다.It is a main object of the present invention to provide a wastewater treatment system using a catalyst membrane and a nanometal precipitation apparatus that can simultaneously process organic materials, nitrogen and phosphorus at high efficiency and low cost.
본 발명의 다른 목적은 상기 시스템을 이용한 하폐수의 처리방법을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a method for treating wastewater using the system.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 처리대상 하수의 부유물질 및 유기물질을 제거하는 촉매막; 및 난분해성 물질 및 음이온성 물질을 제거하기 위해 0.5 ~ 9 V의 전압하에 10 mA ~ 10 A 전류를 인가하여 나노 금속을 석출시키는 다수개의 나노 철 석출장치가 내부에 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 호기조를 포함하는 하폐수 처리시스템을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a catalyst membrane for removing suspended solids and organic matter in the treated sewage; And a plurality of nano iron precipitation apparatuses for depositing nano metals by applying a current of 10 mA to 10 A under a voltage of 0.5 to 9 V to remove hardly decomposable substances and anionic substances. It provides a wastewater treatment system comprising a.
본 발명은 또한, 촉매막이 침지되어 있어 처리대상 하수의 부유물질 및 유기 물질을 제거하고, 질산화를 수행하는 호기조; 0.5 ~ 9 V의 전압하에 10 mA ~ 10 A 전류를 인가하여 나노 철을 석출시키는 나노 철 석출장치를 구비하여 상기 호기조로부터 일부 유입된 처리수로 나노 철을 석출시키는 나노 철 분해조; 및 상기 나노 철 분해조로부터 유입된 나노 철을 이용하여 처리수의 탈질 및 탈인을 수행하는 무산소조 또는 산소저감조를 포함하는 촉매막 및 나노 철 석출장치가 장착되어 있는 하폐수 처리시스템을 제공한다.The present invention also includes an aerobic tank in which the catalyst membrane is immersed to remove suspended matter and organic substances in the sewage to be treated, and to perform nitrification; A nano iron decomposition tank having a nano iron precipitation device for depositing nano iron by applying a current of 10 mA to 10 A under a voltage of 0.5 to 9 V to precipitate nano iron into some of the treated water introduced from the exhalation tank; And it provides a wastewater treatment system equipped with a catalyst membrane and a nano-iron precipitated device including an oxygen-free tank or oxygen reduction tank to perform the denitrification and dephosphorization of the treated water using the nano-iron introduced from the nano-iron decomposition tank.
본 발명은 또한, 상기 하폐수 처리시스템을 이용하는 것을 특징으로 하는 하폐수 처리방법을 제공한다.The present invention also provides a wastewater treatment method characterized by using the wastewater treatment system.
이상 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 유기물질, 질소 및 인을 동시에 고효율 및 저비용으로 처리할 수 있는 촉매막 및 나노금속 석출장치를 이용한 하폐수처리 시스템 및 방법을 제공하는 효과가 있다. 본 발명에 따른 촉매막 및 나노 금속 석출장치를 이용한 하폐수처리 시스템은 특별한 변경 없이 기존 시설에 적용이 용이하고, 혐기조가 필요 없어, 하수 처리장의 개보수 및 신설시 공사비용을 절감할 수 있으며, 혐기조에서 인을 용출하는데 사용한 탄소원을 질산성 질소를 탈질시키는 에너지원으로 활용하여 질소와 인의 처리효율을 향상시킬 뿐만 아니라, 미생물이 막 표면에 달라붙는 파울링 현상을 방지하고, 비소나 시안 등의 난분해성 물질의 제거율도 높일 수 있다.As described in detail above, the present invention has an effect of providing a wastewater treatment system and method using a catalyst membrane and a nanometal precipitation apparatus that can simultaneously process organic materials, nitrogen, and phosphorus at high efficiency and low cost. The sewage treatment system using the catalyst membrane and the nano-metal precipitation apparatus according to the present invention can be easily applied to an existing facility without any special changes, and does not require an anaerobic tank, thereby reducing the construction cost when the sewage treatment plant is renovated and newly established, and in the anaerobic tank. By using the carbon source used to elute phosphorus as an energy source to denitrate nitrate nitrogen, it not only improves the treatment efficiency of nitrogen and phosphorus, but also prevents fouling phenomenon that microorganisms adhere to the membrane surface and prevents decomposability such as arsenic or cyanide. The removal rate of the substance can also be increased.
본 발명은 기존의 막공법에서 인을 제거하기 위해 설치했던 혐기조를 촉매막 및 나노금속 석출장치 장착된 호기조로 대체하여 인을 안정적으로 제거하고 축적된 탄소원으로 질산성 질소를 효율적으로 탈질시키는 하폐수처리 시스템 및 방법을 제공한다.The present invention replaces the anaerobic tank installed to remove phosphorus in the existing membrane process with an aerobic tank equipped with a catalyst membrane and a nano metal precipitation device to stably remove phosphorus and to efficiently denitrate nitrate nitrogen with the accumulated carbon source. Provides a system and method.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
먼저, 도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 촉매막 및 나노금속 석출장치를 이용한 하폐수 처리시스템은 기존 하폐수 처리시스템에 혐기조 없이 촉매막 및 나노금속 석출장치가 구비된 호기조를 포함하는 것으로, 유기물질 및 부유물질을 제거하기 위하여 설치된 촉매막(1), 공기를 호기조에 공급하는 산기관(2), 금속 나노입자를 석출시키는 나노금속 석출장치(3) 및 산기관(2)에 공기를 주입하는 공기 주입부(4)를 포함한다.First, as shown in FIG. 1, the wastewater treatment system using the catalyst membrane and the nanometal precipitation apparatus according to the present invention includes an aerobic tank equipped with the catalyst membrane and the nanometal precipitation apparatus without an anaerobic tank in the existing wastewater treatment system. Air is injected into the catalyst membrane (1) installed to remove substances and suspended matter, the diffuser (2) for supplying air to the aerobic tank, the nano-metal precipitation apparatus (3) for depositing metal nanoparticles, and the diffuser (2). It includes an air injection unit (4).
본 발명에 따른 하폐수 처리시스템은 호기조에 촉매막을 침지시켜, 호기조로 유입된 하폐수의 유기물 및 부유물질을 촉매막에 의해 제거시키고, 유입수 중의 암모니아성 질소는 미생물 호흡과정에 의해 호기조 내에서 질산염으로 질산화되는 과정을 거쳐 탈질 가스로 환원되어 제거되며, 유입수 중의 용해성 인산염은 나노금속 석출장치에서 석출된 나노금속 입자와 공유결합하여 불용성 침전물 형태로 호기조 내에서 제거된다.In the wastewater treatment system according to the present invention, the catalyst membrane is immersed in an aerobic tank to remove organic matter and suspended solids from the wastewater introduced into the aerobic tank by the catalyst membrane, and the ammonia nitrogen in the influent is nitrified to nitrate in the aerobic tank by the microbial respiration process. After the process is reduced to remove the denitrification gas, soluble phosphate in the influent is covalently bonded with the nano-metal particles precipitated in the nano-metal precipitation apparatus is removed in the aerobic tank in the form of insoluble precipitate.
본 발명에 따른 나노금속 석출장치의 석출된 나노금속은 철, 니켈 및 알루미늄으로 구성된 그룹에서 선택되는 하나의 금속 또는 둘 이상의 합금인 것을 특징 으로 할 수 있다.The deposited nanometal of the nanometal precipitation apparatus according to the present invention may be characterized in that it is one metal or two or more alloys selected from the group consisting of iron, nickel and aluminum.
따라서, 본 발명에 따른 하폐수 처리시스템은 기존 운영하수처리장이나 신설 하수 처리장에 별도의 기초설비공사 없이 간단하게 설치할 수 있고, 혐기조를 설치할 필요가 없어, 보다 경제적으로 설치가 가능하며, 혐기조 내부의 미생물이 하수에 포함된 유기물에서 인을 용출하는데 필요한 탄소원 등을 사용하여 기존의 무산소조 또는 산소저감조에서 탈질 반응시의 에너지원이 부족했던 단점을 개선시킨 것으로, 처리수에 포함된 유기물질을 탈질에 활용하여 탈질 효율을 향상시킨다.Therefore, the wastewater treatment system according to the present invention can be easily installed in an existing operating sewage treatment plant or a new sewage treatment plant without additional basic equipment construction, and does not need to install an anaerobic tank, so that it can be installed more economically, and microorganisms in the anaerobic tank are installed. By using the carbon source needed to elute phosphorus from the organic matter contained in this sewage, the shortcoming of the lack of energy source in the denitrification reaction in the existing anoxic tank or oxygen reduction tank was improved. To improve the denitrification efficiency.
본 발명에 있어서, 나노금속 석출장치(3)는 절연체로 코팅되어 사람이 접촉하지 못하도록 되어 있는 금속판이 형성되고, 상기 금속판의 간격을 조절하는 각 극판을 구비하는 나노금속 생성장치를 포함하며, 상기 나노금속 생성장치는 금속판을 카트리지 형식으로 삽입하도록 되어 있어, 금속판이 나노금속으로 용출되어 마모되면 쉽게 교체할 수 있도록 한다.In the present invention, the nano-metal precipitation apparatus (3) is formed of a metal plate is coated with an insulator to prevent human contact, and comprises a nano-metal generating device having each pole plate for adjusting the spacing of the metal plate, Nanometal generator is to insert a metal plate in the form of a cartridge, so that the metal plate is eluted with nanometal and can be replaced easily.
기존의 철 전기분해를 이용한 오폐수 처리방법들은 철 전극에 전류를 인가하여 철 전극으로부터 철이온을 생성시키는 것에 반해, 본 발명의 나노금속 석출장치는 나노금속을 석출시키는 것으로, 나노금속 석출과정은 금속판 표면에 0.5 ~ 9V 전합하에 10mA ~ 20A의 큰전류를 흐르게 하여 금속판 표면으로부터 금속이온을 생성시키고, 생성된 금속이온은 전류의 흐름 방향에 따라 양극에서 음극의 금속판 표면을 이동하는 과정에서 음전하를 받아 나노금속이 석출된다. Conventional methods for treating wastewater using iron electrolysis generate iron ions from the iron electrode by applying a current to the iron electrode, whereas the nanometal precipitation apparatus of the present invention deposits nanometals, and the nanometal precipitation process is performed using a metal plate. A large current of 10 mA to 20 A flows through the surface at 0.5 to 9 V to generate metal ions from the surface of the metal plate, and the generated metal ions generate negative charges in the process of moving the surface of the metal plate of the cathode from the anode according to the current flow direction. Nanometals are deposited.
본 발명에 있어서, 금속판 표면에 흐르는 전류는 0.5 ~ 9 V 전압하에 10 mA 이하일 경우, 나노금속이 제대로 석출되지 않고, 0.5 ~ 9 V 전압하에 20 A 이상인 경우에는 상기 전류와 같은 큰 전압과 전류를 발생시킬 수 있는 전기분해장치가 고가이므로, 하폐수 처리비용면에서 비효율적임에 따라, 바람직하게 0.5 ~ 9V 전합하에 10mA ~ 20A이다.In the present invention, when the current flowing on the surface of the metal plate is 10 mA or less under a voltage of 0.5 to 9 V, nanometals do not precipitate properly, and when the current is 20 A or more under a voltage of 0.5 to 9 V, a large voltage and a current equal to the current are applied. Since the electrolysis apparatus that can be generated is expensive, it is inefficient in terms of wastewater treatment cost, and is preferably 10 mA to 20 A under a total of 0.5 to 9 V.
상기 금속판의 형태는 직사각형 또는 정사각형이며 전기분해 모듈의 전기 공급방식은 0.5~9 V 전압하에 10 mA ~ 20A의 전류로 1 ~ 2시간 간격으로 (+)단자와 (-)단자를 전기적으로 교환되어 금속판에 붙어 있는 이물질을 제거할 수 있다. The metal plate has a rectangular or square shape, and the electrolytic module is supplied with an electric current of 10 mA to 20 A under a voltage of 0.5 to 9 V, and the positive and negative terminals are electrically exchanged at intervals of 1 to 2 hours. Foreign matter attached to the metal plate can be removed.
금속 전기분해에서 석출되는 금속이온은 인산염이나 질산성 질소 등 음이온성 물질과 이온 결합을 하기 때문에 결합력이 약해 불용성 침전물의 형성이 저조하고, 인산염이나 음이온성 물질과 결합된 금속 이온은 이온결합 도중에 다시 용출되어 처리수의 색도를 황색으로 만드는 문제점이 있으나, 나노금속은 인산염이나 비소, 시안 등의 음이온성 물질과 강한 공유결합을 하므로서, 나노금속이 음이온과의 결합도중 금속 이온으로 다시 용출되는 양이 극히 적고, 나노금속은 불용성 침전물의 형성을 촉진하여, 기존 금속 이온의 문제점을 해결할 수 있다.Metal ions precipitated during metal electrolysis are ionic bonds with anionic substances such as phosphates and nitrates, so they have a weak bonding force, resulting in poor formation of insoluble precipitates. There is a problem of eluting the chromaticity of the treated water, but the nanometals have strong covalent bonds with anionic materials such as phosphate, arsenic, and cyan, so that the amount of nanometals eluted again as metal ions during the bonding with anions Very few, nanometals can promote the formation of insoluble precipitates, thereby solving the problems of existing metal ions.
한편, 본 발명에 따라 호기조에 설치된 촉매막은 촉매가 담지된 흡입여과 방식의 침지형 중공사막으로, 바람직하게는 평균 공극크기가 0.1 ~ 0.01㎛인 나노카달리시스-PVDF(nanocatalysis-polyvinyldifluoride) 중공사막이다. 이에 상기 촉매막은 부유성 입자 크기가 1.2㎛이상이고, 대장균 크기가 1 ~ 6㎛이므로 본 발명의 중공사막을 통해 완벽하게 제거할 수 있는 장점을 아울러 제공한다. On the other hand, the catalyst membrane installed in the aerobic tank according to the present invention is a immersion hollow fiber membrane of the suction filtration method supported by the catalyst, preferably a nano-cadalism-polyvinyldifluoride (PVDF) hollow fiber membrane having an average pore size of 0.1 ~ 0.01㎛. The catalyst membrane has a floating particle size of more than 1.2㎛, E. coli size of 1 ~ 6㎛ provides a combined advantage that can be completely removed through the hollow fiber membrane of the present invention.
상기 촉매막에 담지되는 촉매는 ZnO, TiO2, MnO 등과 같은 미생물을 제거하 는 살균력을 가지는 친수성 촉매 또는 광촉매이고, 살균력이 있는 친수성 촉매 또는 광촉매가 담지되기 때문에, 플럭(flux)을 감소시켜, 미생물이 막의 표면에 달라붙어 발생되는 파울링(fouling) 현상이 방지된다. The catalyst supported on the catalyst film is a hydrophilic catalyst or a photocatalyst having a sterilizing ability to remove microorganisms such as ZnO, TiO 2 , MnO, and the like, and since the sterilizing hydrophilic catalyst or photocatalyst is supported, the flux is reduced, Fouling caused by microorganisms sticking to the surface of the membrane is prevented.
본 발명에 따른 촉매막은 살균력을 가지는 친수성 촉매 또는 광촉매를 유기용매에 용해시키고, 친수성 촉매 또는 광촉매가 용해된 유기용매에 증류수를 첨가한 다음, 강산을 첨가하여 수득된 촉매 졸에 PVDF(polyvinyldifluoride)을 담지시켜 나노카탈리시스-PVDF(nanocatalysis-polyvinyldifluoride)를 제조한다. 상기 유기용매는 에탄올, 메탄올 등과 같은 통상적인 유기용매를 사용할 수 있고, 강산은 염산, 황산, 질산 등의 강산을 사용할 수 있다.In the catalyst membrane according to the present invention, a hydrophilic catalyst or photocatalyst having bactericidal power is dissolved in an organic solvent, distilled water is added to an organic solvent in which the hydrophilic catalyst or photocatalyst is dissolved, and then PVDF (polyvinyldifluoride) is added to the catalyst sol obtained by adding a strong acid. It is supported to prepare nanocatalyst-PVDF (nanocatalysis-polyvinyldifluoride). The organic solvent may be a conventional organic solvent such as ethanol, methanol, and the like, and the strong acid may be a strong acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, or the like.
상기 PVDF 및 촉매의 비율은, PVDF의 100에 대한 촉매의 비율이 1 이하인 경우에는 촉매의 효과가 미비하고, PVDF 100에 대한 촉매의 비율이 10 이상인 경우에는 경제적이지 못하기 때문에, 본 발명에 따른 PVDF 및 촉매의 비율은 바람직하게 100:1 ~ 100:10이다. According to the present invention, the ratio of the PVDF and the catalyst is not economical when the ratio of the catalyst to 100 of the PVDF is less than or equal to 1, and is not economical when the ratio of the catalyst to the PVDF 100 is 10 or more. The ratio of PVDF and catalyst is preferably 100: 1 to 100: 10.
본 발명에 있어서, 호기조에 침지된 촉매막은 호기조에서 부유물질 및 유기물질을 제거시키므로, 나노금속 석출장치 전극에 발생되는 스컴 등을 방지할 수 있다.In the present invention, the catalyst film immersed in the aerobic tank removes suspended substances and organic substances from the aerobic tank, thereby preventing scum and the like generated on the nanometal precipitation apparatus electrode.
본 발명에 있어서, 산기관(2)은 호기조 내에 형성되어 있으며, 공기 주입부(4)를 통해서 공기중의 산소가 처리수 속에서 잘 용해되도록 한다.In the present invention, the diffuser 2 is formed in the aerobic tank, and the oxygen in the air is dissolved well in the treated water through the air inlet 4.
또한, 도 2는 본 발명에 따른 촉매막 및 나노금속 석출장치가 구비된 호기조와 무산소조로 구성되는 하폐수처리 시스템을 도시한 것으로, 상기 하폐수 처리시 스템은 무산소조 또는 산소저감조가 추가로 포함하여, 종래에 혐기조 내부의 미생물이 하수에 포함된 유기물에서 인을 용출시키는 데에 탄소원 등을 사용하여 무산소조에서 탈질 반응시의 에너지원이 부족했던 단점을 개선시킨 것으로, 하수가 곧 바로 무산소조 또는 산소저감조로 유입되어 하수에 포함된 유기물질을 탈질에 활용하여 탈질 효율을 향상시키고, 처리수 중의 인의 제거는 호기조에서 수행된다.In addition, Figure 2 shows a sewage treatment system consisting of an aerobic tank and an anoxic tank equipped with a catalyst membrane and a nano-metal precipitation apparatus according to the present invention, the wastewater treatment system further includes an oxygen-free tank or oxygen reduction tank, In the anaerobic tank, the microorganism inside the anaerobic tank was used to elute phosphorus from organic matter contained in the sewage, thereby improving the shortcoming of the lack of energy source during the denitrification reaction in the anoxic tank. Therefore, the denitrification efficiency is improved by utilizing organic substances contained in sewage for denitrification, and the removal of phosphorus from the treated water is performed in an aerobic tank.
본 발명에 따른 무산소조 또는 산소저감조가 추가로 포함된 촉매막 및 나노 금속 석출장치를 이용한 하폐수처리 시스템은 기존 하폐수처리 시스템에 혐기조 없이 촉매막과 나노 금속 석출장치가 구비된 호기조 및 무산소조를 포함하는 것으로, 유기물질 및 부유물질을 제거하기 위하여 설치된 촉매막(1), 공기를 호기조에 공급하는 산기관(2), 금속 나노입자를 석출시키는 나노금속 석출장치(3), 산기관에 공기를 주입하는 공기 주입부(4), 처리수내에 용존되어 있는 인산염과 금속 나노입자의 안정적인 결합을 위한 교반부(5) 및 호기조에서 질산화 처리된 처리수 및 호기조에서 석출된 나노 금속 입자를 무산소조로 공급하는 무산소조 공급부(6)를 포함한다. The wastewater treatment system using the catalyst membrane and the nano metal precipitation apparatus further including an oxygen-free tank or the oxygen reduction tank according to the present invention is to include an aerobic tank and anoxic tank equipped with the catalyst membrane and the nano-metal precipitation apparatus without an anaerobic tank in the existing wastewater treatment system. , A catalyst membrane (1) installed to remove organic substances and suspended solids, an acid pipe (2) for supplying air to an aerobic tank, a nanometal precipitation device (3) for depositing metal nanoparticles, and air injection into the acid pipes An aerobic tank for supplying the air inlet unit 4, the stirring unit 5 for stable coupling of the phosphate dissolved in the treated water and the metal nanoparticles, and the treated water treated with nitrification in the aerobic tank and the nano metal particles precipitated in the aerobic tank to an anaerobic tank. And a supply part 6.
상기 하폐수처리 시스템은 하수가 곧 바로 무산소조로 유입되어 하수에 포함된 유기물질을 탈질에 활용하여 탈질효율을 향상시키고, 일부 탈질된 처리수는 촉매막 및 나노금속 석출장치가 구비된 호기조로 유입되어 촉매막에 의해 유기물질 및 부유물질을 제거하며, 유입수 중의 암모니아성 질소는 미생물 호흡과정에 의해 호기조 내에서 질산염으로 질산화되고, 나노금속 석출장치는 호기조 내에서 나노금속 입자를 석출한다. 상기 호기조로부터 석출된 나노금속 입자 및 질산화된 처리수 는 무산소조 공급부(6)를 통하여 무산소조로 내부 반송되고, 공급된 질산화 처리수중에 함유된 인산염, 비소 등의 음이온성 물질은 교반부(4)를 통해 나노 금속 입자와 결합되어 슬러지 형태로 제거되고, 질산화된 질산염은 탈질 가스로 환원되어 제거된다.The sewage wastewater treatment system is directly introduced into an anoxic tank to improve the denitrification efficiency by utilizing organic substances contained in the sewage for denitrification, and some denitrified water is introduced into an aeration tank equipped with a catalyst membrane and a nanometal precipitation device. Organic membranes and suspended solids are removed by the catalyst membrane, and the ammonia nitrogen in the influent is nitrified to nitrate in the aerobic tank by the microbial respiration process, and the nanometal precipitation apparatus precipitates the nanometal particles in the aerobic tank. The nanometal particles precipitated from the aerobic tank and the nitrated treated water are internally returned to the anoxic tank through the anoxic tank supply part 6, and anionic substances such as phosphate and arsenic contained in the supplied nitrified water are stirred in the stirring part 4. Through the combination with the nano-metal particles to remove the sludge form, the nitrate nitrate is reduced to remove the denitrification gas.
본 발명에 있어서, 무산소조 또는 산소저감조에 형성된 교반부(4)는 석출된 나노 금속이 처리수에 용존되어 있는 인산염과 안정적으로 결합하도록 처리수의 흐름을 원활하게 한다. In the present invention, the stirring part 4 formed in the anoxic tank or the oxygen reducing tank smoothly flows the treated water so that the precipitated nanometals can be stably combined with the phosphate dissolved in the treated water.
도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 촉매막 및 나노금속 석출장치를 이용한 하폐수처리 시스템은 촉매막이 침지되어 있어 처리대상 하수의 부유물질 및 유기물질을 제거하고, 질산화를 수행하는 호기조, 0.5 ~ 9 V의 전압하에 10 mA ~ 10 A 전류를 인가하여 나노금속을 석출시키는 나노금속 석출장치를 구비하여 상기 호기조로부터 일부 유입된 처리수로 나노금속을 석출시키는 나노금속 분해조 및 상기 나노금속 분해조로부터 유입된 나노금속을 이용하여 처리수의 탈질 및 탈인을 수행하는 무산소조 또는 산소저감조를 포함한다.As shown in Figure 3, the sewage treatment system using the catalyst membrane and the nano-metal precipitation apparatus of the present invention, the catalyst membrane is immersed to remove suspended matter and organic substances in the sewage to be treated, an aerobic tank for performing nitrification, 0.5 ~ 9 A nanometal deposition apparatus for depositing nanometals by applying a current of 10 mA to 10 A under a voltage of V; An anoxic tank or an oxygen reducing tank for performing denitrification and dephosphorization of the treated water using the introduced nanometal is included.
본 발명에 있어서, 하폐수가 곧 바로 무산소조로 유입되어 하폐수에 포함된 유기물질을 무산소내에서 탈질하고, 탈질된 처리수는 나노 금속 전해조로 유입되어 나노 금속을 석출시킨 다음, 석출된 나노 금속 및 탈질된 처리수는 호기조로 유입되어 촉매막에 의해 처리수 중의 부유물질 및 유기물을 제거하고 질산화시킨다. 질산화처리된 처리수 및 나노금속은 무산소조 공급부(6)를 통하여 무산소조 또는 산소저감조로 내부반송되고, 내부반송된 처리수는 무산소조 또는 산소저감조에서 탈 인 및 탈질이 수행된다.In the present invention, the wastewater immediately flows directly into an anaerobic tank to denitrate organic substances contained in the wastewater in anoxic, and the denitrified treated water flows into the nanometal electrolyzer to precipitate the nanometal, and then precipitate the nanometal and denitrification. The treated water is introduced into an aerobic tank to remove and nitrify suspended solids and organic matter in the treated water by the catalyst membrane. The nitrified treated water and the nanometals are internally transported to the oxygen-free tank or the oxygen-reducing tank through the oxygen-free tank supply unit 6, and the internally transported treated water is dephosphorized and denitrified in the oxygen-free tank or the oxygen-reducing tank.
상기 하폐수 시스템의 인 제거는 나노금속 석출장치에서 석출된 나노금속 입자와 유입수 중의 용해성 인산염을 반응시켜 불용성 침전물형태로 만들어 제거하는 원리이며, 질소의 제거는 나노금속이 호기조에 유입되면 호기조 내의 질산화박테리아의 증식이 촉진되어 질산화율이 향상을 가져와 무산소조에서 탈질 효율이 높아지게 된다. 유기물의 제거는 석출된 나노금속 산화물에 의해 호기조 내의 박테리아의 증식을 촉진시켜 유기물질의 산화, 분해능력을 증가시켜 침전시켜 제거하게 된다.Phosphorus removal of the sewage water system is a principle of removing insoluble precipitate by reacting the nanometal particles precipitated in the nanometal precipitation apparatus with soluble phosphate in the influent, and removing nitrogen is the nitric oxide in the aerobic tank when the nanometal is introduced into the aerobic tank. Promotes the growth of nitric oxide, thereby improving the nitrification rate, thereby increasing the denitrification efficiency in the oxygen-free tank. The removal of organic matters promotes the growth of bacteria in the aerobic tank by the precipitated nanometal oxides, thereby increasing the oxidation and decomposition ability of the organic materials, thereby removing them by precipitation.
상기 촉매막과 나노금속 석출장치는 방류수조에 별도로 설치하거나, 호기조 또는 혐기조-무산소조-호기조(A2/O, Anaerobic-Anoxic-Oxic Basin)로 구성되는 생물 반응조의 무산소조 또는 호기조에 별도로 설치할 수 있다.The catalyst membrane and the nano-metal precipitation apparatus may be separately installed in the discharge tank, or may be separately installed in the anaerobic tank or the aerobic tank of the biological reaction tank consisting of an aerobic tank or an anaerobic tank-anaerobic tank-Aerobic tank (A2 / O, Anaerobic-Anoxic-Oxic Basin).
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are only for illustrating the present invention, it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not to be construed as being limited by these examples.
실시예Example 1: One: 촉매막Catalyst film 및 나노 철을 이용한 And using nano iron 하폐수처리Wastewater Treatment 시스템 system
1-1: 1-1: 반응조Reactor 및 운전조건 And operating conditions
본 발명에서 사용한 하폐수처리 시스템은 도 2에 나타난 바와 같이, 촉매막 및 나노 철 석출장비가 구비된 호기조 및 무산소조로 구성되는 것으로, 상기 호기 조내에서 촉매막이 침지되어 처리대상수의 유기물질 및 부유물질이 제거되고 질산화되며, 나노 철 석출장비에서 석출된 철 나노입자가 석출된 후 무산소조 공급부를 통하여 유기물질 및 부유물질이 제거된 질산화된 처리수 및 나노 철 입자가 무산소조로 공급된다. 상기 무산소조내에서 나노 철 입자가 인산염이 결합하여 탈인되고, 질산화된 질산염은 탈질 가스로 환원되어 제거되는 공정으로 수행된다. The wastewater treatment system used in the present invention is composed of an aerobic tank and an anaerobic tank equipped with a catalyst membrane and a nano iron precipitation equipment, as shown in Figure 2, the organic membrane and suspended solids of the treated water by immersing the catalyst membrane in the aerobic tank After removal and nitrification, the iron nanoparticles precipitated in the nano-iron precipitation equipment are deposited, and the nitrated treated water and nano-iron particles from which organic and suspended solids are removed are supplied to the anaerobic tank through an anoxic tank feeder. In the anoxic tank, the nano-iron particles are dephosphorized by phosphate bonding, and the nitrate nitrate is reduced and removed by denitrification gas.
하폐수 처리시스템의 하루 처리용량은 0.1톤으로 조정하고, 호기조 및 무산소조를 각각 2시간, 4시간으로 총 6시간의 체류시간을 유지하였다.The daily treatment capacity of the sewage treatment system was adjusted to 0.1 tons, and the aerobic and anaerobic tanks were maintained for 6 hours with 2 hours and 4 hours respectively.
슬러지는 장당하수처리장 잉여슬러지를 사용하였으며, 유입수는 하수를 사용하였다. 사용된 반응조의 크기는 하기와 같다.The sludge used surplus sludge in Jangdang sewage treatment plant, and the influent used sewage. The size of the reactor used was as follows.
무산소조 : W 1.6m×L 1.5m×H 1.75m, 4.2㎥Anaerobic tank: W 1.6m × L 1.5m × H 1.75m, 4.2㎥
호기조 : W 1.6m×L 3.0m×H 1.75m, 8.4㎥Aerobic tank: W 1.6m × L 3.0m × H 1.75m, 8.4㎥
전체용적 : 10.6㎥Total volume: 10.6㎥
1-2: 1-2: 촉매막Catalyst film 준비 Ready
먼저, 촉매는 티타늄 이소프로폭사이드 500g 및 염화아연 50g을 에탄올1000㎖에 용해시킨 다음, 증류수 10ℓ를 상기 티타늄 이소프로폭사이드 및 염화아연이 용해된 에탄올에 첨가하여 희석시키고, 증류수로 희석된 상기 에탄올에 염산 5ml 첨가하여 반응시킨 후 졸 형태의 산화티탄(TiO2) 및 산화아연(ZnO)를 수득하였다. 상기 제조방법으로 수득된 산화티탄(TiO2) 및 산화아연 졸에 공극 크기가 0.05㎛인 PVDF 중공사막을 담지시킨 다음, 10시간 동안 상온에서 건조시켜 촉매막을 제조하였다.First, the catalyst is dissolved 500 g of titanium isopropoxide and 50 g of zinc chloride in 1000 ml of ethanol, and then diluted by adding 10 l of distilled water to the ethanol in which the titanium isopropoxide and zinc chloride are dissolved and diluted with distilled water. After adding 5 ml of hydrochloric acid to ethanol for reaction, titanium oxide (TiO 2 ) and zinc oxide (ZnO) in sol form were obtained. The catalyst membrane was prepared by supporting a PVDF hollow fiber membrane having a pore size of 0.05 μm in titanium oxide (TiO 2 ) and zinc oxide sol obtained by the above method, and then drying at room temperature for 10 hours.
1-3: 나노 철 1-3: Nano Iron 석출장치Precipitation device 준비 Ready
나노 철 석출장치는 철판면적이 10㎠인 것을 사용하였으며, 철판에 인가하는 전압 및 전류는 각각 1.0V 및 1A로 하였다.The iron iron precipitation device used was an iron plate area of 10 cm 2, the voltage and current applied to the iron plate was 1.0V and 1A, respectively.
실시예Example 2: 인 및 질소 제거효율 2: phosphorus and nitrogen removal efficiency
유입수의 T-P(전체 인) 농도는 5.0㎎/L이었으며, 실시예 1과 같은 방법으로 처리한 경우, 처리수의 T-P농도는 0.40㎎/L로 T-P 제거효율은 92.0%이었다. 무산소조로 유입된 철 나노 입자와 인산염이 공유결합하여 제거효율이 높게 유지되었다. The T-P (total phosphorus) concentration of the influent was 5.0 mg / L, and when treated in the same manner as in Example 1, the T-P concentration of the treated water was 0.40 mg / L and the T-P removal efficiency was 92.0%. Iron nanoparticles and phosphate introduced into the anoxic tank covalently bonded to maintain high removal efficiency.
유입수의 T-N(전체 질소)농도는 40.0㎎/L이었으며, 실시예 1과 같은 방법으로 처리한 경우, 처리수의 T-N농도는 4.0㎎/L로 T-N 제거효율은 75.0%이었다. 유입수의 평균C/N비는 2.0로 낮으면서도 T-N 제거효율은 높게 나온 것으로 보아, 석출된 철 나노입자와 부유물질이 응집되는 현상으로 인하여 부가적으로 질소가 제거되었다는 것을 알 수 있었다.The T-N (total nitrogen) concentration of the influent was 40.0 mg / L, and when treated in the same manner as in Example 1, the T-N concentration of the treated water was 4.0 mg / L and the T-N removal efficiency was 75.0%. As the average C / N ratio of the influent was low as 2.0 and the T-N removal efficiency was high, it was found that nitrogen was additionally removed due to the aggregation of precipitated iron nanoparticles and suspended solids.
또한, 탄소원인 유입수가 무산소조로 유입되어 질산성 질소를 탈질하여 질소제거가 높게 나타난 것으로 판단된다.In addition, the inflow of carbon source is introduced into the anoxic tank, denitrifying nitrate nitrogen, and the removal of nitrogen is considered to be high.
실시예Example 3: 유기물 제거 효율 3: organic matter removal efficiency
유입수의 BOD(생물학적 산소요구량)는 100.0㎎/L이었으며, 처리수의 BOD는 5.0㎎/L로, BOD 저감효율은 95.0%이었다. 유입수의 COD(화학적 산소요구량)Mn 농도는 60.0㎎/L이었고, 처리한 처리수의 CODMn는 5.0㎎/L로 CODMn 감소효율은 91.7%이었다. 유입수의 SS(Suspended Solid) 농도는 평균 5.0㎎/L이었으며, 처리수의 SS는 평균 5.0㎎/L로 SS제거효율은 96.2%이었다. The BOD (biological oxygen demand) of the influent was 100.0 mg / L, the BOD of the treated water was 5.0 mg / L, and the BOD reduction efficiency was 95.0%. The influent COD (chemical oxygen demand) Mn concentration COD Mn of the treated one, the process was 60.0㎎ / L was as 5.0㎎ / L COD Mn reduction efficiency is 91.7%. SS (suspended solid) concentration of influent was 5.0mg / L on average, and SS of treated water was 5.0mg / L on average and SS removal efficiency was 96.2%.
본 발명의 촉매막 및 나노 철 석출장치를 이용한 하폐수처리 방법에 의한 하폐수의 처리효율을 표 1에 나타내었다.Table 1 shows the treatment efficiency of the wastewater by the wastewater treatment method using the catalyst membrane and the nano-iron precipitation apparatus of the present invention.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다.As described above in detail specific parts of the present invention, it will be apparent to those skilled in the art that these specific descriptions are merely preferred embodiments, and thus the scope of the present invention is not limited thereto. will be.
도 1은 본 발명에 따른 촉매막 및 나노금속 석출장치가 구비된 호기조를 포함하는 하폐수처리 시스템을 도시한 것이다.1 illustrates a wastewater treatment system including an aerobic tank equipped with a catalyst membrane and a nanometal precipitation apparatus according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 촉매막 및 나노금속 석출장치가 구비된 호기조와 무산소조를 포함하는 하폐수처리 시스템을 도시한 것이다.Figure 2 shows a sewage treatment system comprising an aerobic tank and anoxic tank equipped with a catalyst membrane and a nano-metal precipitation apparatus according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 촉매막이 침지된 호기조, 나노금속 석출장치가 구비된 나노금속 전해조 및 무산소조를 포함하는 하폐수처리 시스템을 도시한 것이다.3 illustrates a wastewater treatment system including an aerobic tank in which a catalyst film is immersed according to the present invention, a nanometal electrolyzer equipped with a nanometal precipitation apparatus, and an oxygen free tank.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1: 촉매막 2: 산기관1: catalyst membrane 2: diffuser
3: 나노금속 석출장치 4: 공기 주입부3: nano-metal precipitation apparatus 4: air injection unit
5: 교반부 6: 무산소조 공급부5: stirring part 6: oxygen-free tank supply part
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