KR101063790B1 - System for removing total phosphorus and total nitrogen in wastewater by using endogeneous nitrate respiration mechanism - Google Patents

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KR101063790B1 KR1020110018045A KR20110018045A KR101063790B1 KR 101063790 B1 KR101063790 B1 KR 101063790B1 KR 1020110018045 A KR1020110018045 A KR 1020110018045A KR 20110018045 A KR20110018045 A KR 20110018045A KR 101063790 B1 KR101063790 B1 KR 101063790B1
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Abstract

본 발명은 폐수 중의 질소와 인을 생물학적 처리방법을 통하여 제거하는 시스템에 관한 것으로서, 미생물의 인 방출 능력향상과 안정적인 탈질성능을 유지하도록 하기 위하여, 폐수가 혐기성조, 무산소조, 호기성조 및 침전조를 통과하는 동안 미생물에 의해 인, 질소, 유기물이 제거되도록 하고, 상기 침전조의 슬러지를 농축하여 그 일부를 혐기조건 하에서 유기물이 없거나 부족할 때 일어나는 내생질산성질소 호흡을 통하여 탈질시킨 후 상기 혐기성조에 공급하며, 상기 농축된 슬러지 일부를 유기산 발효시켜 상기 무산소조 또는 혐기성조에 공급하는 총인 및 총질소 제거 시스템을 제공한다.
본 발명의 총인 및 총질소 제거 시스템은, 혐기성조에서 질산성질소 성분이 최소화되어 미생물의 인 방출이 최대화되므로 호기성조에서 미생물의 인 과잉섭취가 증가하여 총인 제거효율이 향상되며, 또한 폐기되는 슬러지를 유기물 공급원으로 사용함으로써 폐수의 부영양화 또는 빈영양화 시에도 안정적인 총인 및 총질소 제거가 가능하다.The present invention relates to a system for removing nitrogen and phosphorus from wastewater through a biological treatment method, in order to improve the ability to release phosphorus of microorganisms and to maintain stable denitrification, the wastewater passes through anaerobic tanks, anaerobic tanks, aerobic tanks and sedimentation tanks. Phosphorus, nitrogen and organics are removed by the microorganisms during the process, and the sludge of the sedimentation tank is concentrated, and a part of the sludge is denitrated through endogenous nitric acid breathing, which occurs when organic matter is absent or lacked under anaerobic conditions, and is then supplied to the anaerobic tank. A portion of the concentrated sludge is fermented with an organic acid to provide a total phosphorus and total nitrogen removal system for supplying the anoxic tank or anaerobic tank.
The total phosphorus and total nitrogen removal system of the present invention minimizes the nitrate nitrogen component in the anaerobic tank to maximize the phosphorus release of the microorganisms, so that the excess phosphorus intake of the microorganisms in the aerobic tank increases the total phosphorus removal efficiency, and also the sludge that is disposed of By using as an organic source, stable total phosphorus and total nitrogen can be removed even during eutrophication or poor nutrition of waste water.

Figure R1020110018045
Figure R1020110018045

Description

미생물의 내생탈질기작을 이용한 폐수의 총인 및 총질소 제거 시스템{system for removing total phosphorus and total nitrogen in wastewater by using endogeneous nitrate respiration mechanism}System for removing total phosphorus and total nitrogen in wastewater by using endogeneous nitrate respiration mechanism}

본 발명은 폐수 중의 질소와 인을 생물학적 처리방법을 통하여 제거하는 시스템에 관한 것으로서, 미생물의 인 방출 능력향상과 안정적인 탈질성능을 유지하도록 하는 총인 및 총질소 제거 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a system for removing nitrogen and phosphorus from wastewater through a biological treatment method, and relates to a total phosphorus and total nitrogen removal system for maintaining the phosphorus release ability and stable denitrification performance of microorganisms.

처리되지 않은 오염물질이 하천이나 호소를 비롯한 기타 수원에 유입됨에 따라 효율적인 수질관리에 많은 문제점을 야기하고 있다.As untreated pollutants enter rivers, lakes and other water sources, they cause many problems in efficient water quality management.

종래의 생물학적산소요구량(BOD) 또는 화학적산소요구량(COD) 중심의 오염물질 관리는 부영양화의 원인물질인 인(P), 질소(N)와 같은 영양염류를 그대로 자연수계에 배출하게 되었고, 수생태계의 일차생산자인 조류(algae)의 과잉 번식에 의한 부영양화(富榮養化) 현상이 발생하여 수자원으로 활용하기 어렵게 되었다.In the conventional biological oxygen demand (BOD) or chemical oxygen demand (COD) -centered pollutant management, nutrients such as phosphorus (P) and nitrogen (N), which are the causes of eutrophication, are released into the natural water system. Due to the overproliferation of algae, the primary producer of algae, it has become difficult to utilize as a water resource.

인(Phosphorus)은 단백질, ATP(adenosine triphosphate) 등과 같은 유기계 인(organic phosphorus), 정인산계 인(phosphate phosphorus) 및 다인산계 인(polyphosphate phosphorus)의 형태로 존재하며, 수중에서 phosphate로 전환되어 조류가 이용하게 되는데, 총인 1㎎/ℓ가 존재하면 조류의 과잉성장으로 COD가 100㎎/ℓ 이상으로 되어 수질오염을 가중시키게 된다. Phosphorus is in the form of proteins, organic phosphorus such as ATP (adenosine triphosphate), phosphorous phosphorus (phosphate phosphorus) and polyphosphate phosphorus (polyphosphate phosphorus). If a total of 1mg / l is present, the overgrowth of algae results in COD of 100mg / l or more, which adds to water pollution.

수중에서 질소(nitrogen)는 단백질, 아미노산, 요소(urea)와 같은 유기질소(organic nitrogen), 암모니아성 질소(ammonia nitrogen, NH4-N), 아질산성 질소(nitrite nitrogen, NO2-N) 및 질산성 질소(nitrate nitrogen, NO3-N)의 상태로 존재하며, 수중의 유기질소는 미생물의 작용에 의하여 암모니아성 질소로 분해되고 다시 아질산성 질소를 거쳐 질산성 질소로 산화하는데, 수중에 살고 있는 조류는 암모니아성 질소, 아질산성 질소와 질산성 질소 등 무기질소를 영양염류로 이용하여 증식하게 된다.Nitrogen in water contains proteins, amino acids, organic nitrogen such as urea, ammonia nitrogen (NH 4 -N), nitrite nitrogen (NO 2 -N), and It exists in the form of nitrate nitrogen (NO 3 -N), and organic nitrogen in water is decomposed into ammonia nitrogen by the action of microorganisms and then oxidized to nitrate nitrogen through nitrite nitrogen. Algae that are present are multiplied by using inorganic nitrogen such as ammonia nitrogen, nitrite nitrogen and nitrate nitrogen as nutrients.

이와 같은 부영양화는 조류의 증식으로 인하여 강 또는 하천의 미관상의 가치를 감소시키고, 강 또는 하천의 물을 수도 원수로 사용하는 경우 수돗물의 생산시에 여과지를 폐쇄시키고 이취미(異臭味)의 원인이 되기도 한다. This eutrophication reduces the aesthetic value of rivers or streams due to algae growth, and when the river or river water is used as raw water, it closes the filter paper during the production of tap water and causes odors. Sometimes.

또한, 고급 어종들이 소멸하고 경제적 가치가 적은 어류가 많아지게 되며, 대량의 조류나 수생식물들이 사멸될 때 급속히 분해되어 악취를 발생하고 다량의 용존산소를 소비하게 되며, 증식된 조류는 다른 생물에 영향을 미치는 저해물질을 생산하면서 수질을 악화시킨다.In addition, high-end fish are extinguished and fish are less economically valuable. When large amounts of algae or aquatic plants die, they rapidly decompose, produce odors, consume large amounts of dissolved oxygen, and multiply algae to other organisms. Deteriorates water quality by producing inhibitors that affect it.

상기 부영양화에 따른 조류나 수생생물 등의 증식에는 무기탄소 외에 질소(N), 인(P), 철(Fe), 마그네슘(Mg), 칼륨(K), 나트륨(Na), 황(S), 칼슘(Ca) 등의 염류를 필요로 하며, 그외에 몰리브덴(Mo), 코발트(Co), 망간(Mn), 아연 (Zn), 구리(Cu) 등을 필요로 하는 경우도 있으나, 상기 무기탄소를 제외하면 비교적 다량으로 필요로 하는 성분은 인과 질소이다.In addition to inorganic carbon, the growth of algae and aquatic organisms according to eutrophication includes nitrogen (N), phosphorus (P), iron (Fe), magnesium (Mg), potassium (K), sodium (Na), sulfur (S), Salts such as calcium (Ca) are required, and in addition, molybdenum (Mo), cobalt (Co), manganese (Mn), zinc (Zn), copper (Cu) and the like may be required. Except for the relatively large amounts of components needed are phosphorus and nitrogen.

따라서 수질의 부영양화를 방지하기 위하여는 질소와 인의 제거가 효과적인데, 현재 하수처리장에서 주로 사용하고 있는 처리공법인 활성슬러지공법은 유기물과 부유물질의 처리면에서는 안정적인 방류수 수질을 기대할 수 있으나, 질소와 인의 제거효율을 높이기 위해서는 추가의 고도처리시설이 필요하다.Therefore, the removal of nitrogen and phosphorus is effective to prevent eutrophication of water quality. The activated sludge process, which is currently used mainly in sewage treatment plants, can expect stable effluent water quality in terms of organic and suspended matter treatment. Additional advanced treatment facilities are needed to increase the removal efficiency.

지금까지 개발된 생물학적 처리공법 중 질소나 인을 제거하기 위한 가장 경제적인 공법으로는 A2/O(anaerobic/anoxic/aerobic)공법, 바덴포(bardenpho)공법 및 VIP(virginia initiative plant)공법 등이 있다.Among the biological treatment methods developed so far, the most economical methods for removing nitrogen or phosphorus include A 2 / O (anaerobic / anoxic / aerobic) method, bardenpho method and VIP (virginia initiative plant) method. have.

여기에서 A2/O공법은 종래의 A/O공법을 보다 개량한 것으로서 혐기성조(anaerobic tank), 무산소조(anoxic tank) 및 호기성조(aerobic tank)를 포함하고 있으며, 질산성질소를 제거하기 위한 내부반송과 슬러지반송으로 구성되어 있다.Here, the A 2 / O method is a further improvement of the conventional A / O method, including an anaerobic tank (anoerobic tank), anoxic tank (anoxic tank) and aerobic tank (aerobic tank), to remove the nitrate It consists of internal conveying and sludge conveying.

혐기성조는 인을 방출시켜 호기성조에서 미생물이 인을 과잉섭취할 수 있도록 하며, 무산소조는 질산성질소를 탈질시키는 역할을 한다.Anaerobic tanks release phosphorus to allow microbes to ingest excess phosphorus in aerobic tanks, and anoxic tanks serve to denitrate nitrate nitrogen.

이 공법은 기존 하수처리장을 고도처리공정으로 변경할 시 적용이 용이하지만, 반송슬러지 내의 질산성질소로 인하여 혐기성 조건하에서 인 방출이 억제되어 인의 제거효율이 낮은 단점이 있으며, 수온이 떨어지는 겨울철에는 질소와 인의 제거효율이 다소 저하되는 경향이 있다.This method is easy to apply when changing the existing sewage treatment plant to the advanced treatment process, but the phosphorus emission is suppressed under anaerobic conditions due to nitrate nitrogen in the return sludge. Removal efficiency tends to decrease somewhat.

또한, 바덴포공법은 혐기성조, 무산소조, 호기성조, 무산소조, 호기성조의 순서로 구성되어 있으며, 전단의 혐기성조, 무산소조 및 호기성조는 유기물, 질소 및 인을 제거하고, 후단의 무산소조에서는 탈질과정을 통해 미처리된 질산성질소를 제거하며, 마지막 호기성조에서는 폐수 내의 잔류하고 있는 질소가스를 제거하여 최종침전지에서의 인의 용출을 방지한다.In addition, the Badenpo process consists of anaerobic tank, anaerobic tank, aerobic tank, anaerobic tank, aerobic tank, and the anaerobic tank, anoxic tank and aerobic tank in the front stage remove organic matter, nitrogen and phosphorus, and the denitrification process in the anoxic tank in the latter stage. Untreated nitrogen nitrate is removed, and the last aerobic tank removes residual nitrogen gas in the waste water to prevent the elution of phosphorus in the final settler.

이 공법은 다른 생물학적 질소제거 공법에 비해 질소제거효율이 높고, A2/O공법에 비해 체류시간이 길므로 유기성 탄소의 산화능력이 높은 편이나, 유입원수 내의 유기물의 농도가 낮거나 수온이 낮은 겨울철에는 질소와 인의 제거효율이 저하되는 단점이 있다.This method has higher nitrogen removal efficiency than other biological nitrogen removal methods and longer residence time than A 2 / O method, so the organic carbon has high oxidation capacity, but low organic matter concentration or low water temperature In winter, the nitrogen and phosphorus removal efficiency is reduced.

또한, VIP공법은 표준활성슬러지공법을 변형한 공법으로서, 혐기성조, 무산소조 및 호기성조로 구성되며, 질산성질소를 제거하기 위한 호기성조에서 무산소조로의 내부반송과, 무산소조에서 혐기성조로의 내부반송 및 침전 슬러지반송으로 구성되어 있다.In addition, the VIP process is a modification of the standard activated sludge process, which consists of anaerobic tanks, anaerobic tanks and aerobic tanks, and the internal transport from an aerobic tank to an anaerobic tank to remove nitrate nitrogen, and the internal transport from an anaerobic tank to anaerobic tank and It consists of sediment sludge conveying.

유입수 내의 일부 유기물은 혐기성조에서 혐기성 분해에 의해 분해되므로 공정의 산소요구량을 감소시키는 효과가 있으며, A2/O공법보다 처리효율이 안정적이고 반응조의 크기가 작아서 경제적이며, 기존 하수처리시설을 고도처리공정으로 변경할 시 적용이 용이하나, 내부순환을 위한 펌프사용량이 많아 유지비가 높고, 수온이 낮은 겨울철에는 질소와 인의 제거효율이 다소 저하되는 단점이 있다.Some organics in the influent are decomposed by anaerobic decomposition in the anaerobic tank, which reduces the oxygen demand of the process.It is more economical than the A 2 / O method and is more economical due to the smaller size of the reaction tank. It is easy to apply when changing to a treatment process, but there is a disadvantage that the removal efficiency of nitrogen and phosphorus decreases somewhat in winter when the pumping amount for internal circulation is high and the maintenance cost is high and the water temperature is low.

또한, 기존에 많이 보급되어 있는 혐기와 호기의 생물학적인 제거 공정은 인이 미생물의 세포 내 물질인 다중인산으로 전환되는데 유기물이 공급되어야 하는데, 우리나라의 하수와 같이 하수관리 보급률이 낮아 유입수 중의 BOD/TN비가 낮은 경우, 총인 제거 과정이 총질소 제거시 필요로 하는 유기물 요구와 경쟁하기 때문에 현실적으로 생물학적으로 총인 제거에 어려움이 있다.In addition, the biological removal process of anaerobes and aerobics, which are widely used, converts phosphorus into multiphosphoric acid, which is a substance in the cells of microorganisms, and organic materials should be supplied. BOD / If the TN ratio is low, the phosphorus removal process is in fact difficult to biologically remove the phosphorus because it competes with the organic matter requirements for total nitrogen removal.

또한, 반송슬러지 내 질산성 질소성분이 혐기성조에서 미생물의 인 방출을 저해하는 요소로 작용하여 미생물의 총인 제거를 더더욱 어렵게 한다.In addition, the nitrate nitrogen in the return sludge acts as a factor to inhibit the release of microorganisms in the anaerobic tank, making the total phosphorus removal of the microorganisms even more difficult.

상기와 같이 폐수를 정수처리하여 수질의 부영양화를 방지하고자 하는 시도는 여러 가지 제안되고 있으나, 효율적인 면에서 만족할 만한 방법은 아직 개발되지 못하고 있는 실정이다.As mentioned above, various attempts to prevent eutrophication of water quality by treating wastewater with water have been proposed, but a satisfactory method in terms of efficiency has not been developed yet.

본 발명이 해결하려는 과제는 반송슬러지에 함유된 질산성질소 성분을 최소화하여 혐기성조에서 미생물의 인 방출을 최대화하는 방법을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a method for maximizing the phosphorus release of microorganisms in the anaerobic tank by minimizing the nitrate nitrogen component contained in the conveying sludge.

또한, 유입수 중의 BOD/TN비가 낮아서 총질소 제거시 필요로 하는 유기물의 부족현상을 해결하는 방법을 제공하는 것이다.In addition, the BOD / TN ratio in the influent is low to provide a method for solving the shortage of organic matter required to remove the total nitrogen.

본 발명은, 폐수와 탈질슬러지가 유입되고 혐기조건 하에서 인축적 미생물이 유기물을 이용하여 인을 방출하는 혐기성조(10); 상기 혐기성조(10)의 폐수와 호기성조(30)에서 반송되는 폐수가 인입되고, 무산소 조건하에서 탈질 미생물이 유기물을 이용하여 질소가스를 방출하는 무산소조(20); 상기 무산소조(20)의 폐수가 인입되어 호기조건 하에서 인축적 미생물이 폐수 중의 인을 섭취하고, 탈질 미생물이 폐수 중의 질소를 질산화하며 폐수의 일부를 무산소조(20)로 반송하는 호기성조(30); 상기 호기성조(30)의 폐수가 인입되어 비중에 의해 상등수와 슬러지로 분리되는 침전조(40); 및 상기 침전조(40)의 슬러지가 인입되어 상등수와 농축슬러지로 분리된 후 상기 상등수를 침전조(40)로 반송하는 농축조(50);를 포함하는 폐수의 총인 및 총질소 제거 시스템에 있어서, 상기 농축조(50)의 농축슬러지 일부를 혐기조건 하에서 유기물이 없거나 부족할 때 일어나는 내생질산성질소 호흡을 통하여 탈질시킨 후 상기 혐기성조(10)에 공급하는 탈질조(60);와 상기 농축조(50)의 농축슬러지 일부를 유기산 발효시켜 무산소조(20) 또는 혐기성조(10)에 공급하는 발효조(70);를 더 포함함으로써 상기 과제를 달성할 수 있다.The present invention, an anaerobic tank (10) in which wastewater and denitrification sludge are introduced and the phosphorus microorganisms release phosphorus using organic matter under anaerobic conditions; An anoxic tank 20 into which the wastewater of the anaerobic tank 10 and the wastewater conveyed from the aerobic tank 30 are introduced, and denitrifying microorganisms release nitrogen gas using organic materials under anoxic conditions; An aerobic tank (30) for introducing the wastewater of the anoxic tank (20) into a condensed microorganism to ingest phosphorus in the wastewater under aerobic conditions, denitrifying microorganisms to nitrate nitrogen in the wastewater and to return a portion of the wastewater to the anaerobic tank (20); A sedimentation tank 40 in which the wastewater of the aerobic tank 30 is drawn in and separated into supernatant and sludge by specific gravity; And a concentration tank (50) for returning the supernatant water to the precipitation tank (40) after sludge of the sedimentation tank (40) is introduced into and separated from the supernatant and the concentrated sludge. Denitrification tank (60) for denitrifying through the endogenous nitrous nitrogen breathing occurs when a portion of the concentrated sludge of (50) is absent or lacking under anaerobic conditions and then supplied to the anaerobic tank (10); and the concentration of the concentration tank (50) The above task can be achieved by further comprising a fermentation tank 70 which supplies a portion of the sludge to the organic acid fermentation and supplies it to the anaerobic tank 20 or the anaerobic tank 10.

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본 발명의 총인 및 총질소 제거 시스템은, 상기의 구성에 의해 혐기성조(10)에서 질산성질소 성분이 최소화되어 미생물의 인 방출이 최대화되므로, 호기성조(30)에서 미생물의 인 과잉섭취가 증가하여 총인 제거효율이 향상된다.The phosphorus and total nitrogen removal system of the present invention is minimized in the anaerobic tank 10 in the anaerobic tank 10 by the configuration of the phosphorus release of the microorganism is maximized, the excess phosphorus intake of the microorganism in the aerobic tank 30 is increased The total phosphorus removal efficiency is improved.

또한, 폐기되는 슬러지를 유기물 공급원으로 사용함으로써 폐수의 부영양화 또는 빈영양화 시에도 안정적인 총인 및 총질소 제거가 가능하며, 슬러지 폐기에 따른 처리비용이 절감된다.In addition, by using the waste sludge as an organic source, it is possible to remove the total phosphorus and total nitrogen even when eutrophication or poor nutrition of the waste water, and the treatment cost due to the sludge disposal is reduced.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 총인 및 총질소 제거 시스템의 구성을 보여주는 흐름도이다.1 is a flow chart showing the configuration of the phosphorus and total nitrogen removal system according to an embodiment of the present invention.

이하 본 발명에 따른 일 실시예를 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. 1.

도 1에는 본 실시예의 총인 및 총질소 제거 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이 도시되어 있다.1 is a diagram schematically showing the configuration of the phosphorus and total nitrogen removal system of this embodiment.

상기 시스템은, 폐수와 탈질슬러지가 유입되고 혐기조건 하에서 인축적 미생물이 유기물을 이용하여 인을 방출하는 혐기성조(10); 상기 혐기성조(10)의 폐수와 호기성조(30)에서 반송되는 폐수가 인입되고, 무산소 조건하에서 탈질 미생물이 유기물을 이용하여 질소가스를 방출하는 무산소조(20); 상기 무산소조(20)의 폐수가 인입되어 호기조건 하에서 인축적 미생물이 폐수 중의 인을 섭취하고, 탈질 미생물이 폐수 중의 질소를 질산화하며 폐수의 일부를 무산소조(20)로 반송하는 호기성조(30); 상기 호기성조(30)의 폐수가 인입되어 비중에 의해 상등수와 슬러지로 분리되는 침전조(40); 및 상기 침전조(40)의 슬러지가 인입되어 상등수와 농축슬러지로 분리된 후 상기 상등수를 침전조(40)로 반송하는 농축조(50);를 포함하는 폐수의 총인 및 총질소 제거 시스템에 있어서, 상기 농축조(50)의 농축슬러지 일부를 혐기조건 하에서 유기물이 없거나 부족할 때 일어나는 내생질산성질소 호흡을 통하여 탈질시킨 후 상기 혐기성조(10)에 공급하는 탈질조(60);와 상기 농축조(50)의 농축슬러지 일부를 유기산 발효시켜 무산소조(20) 또는 혐기성조(10)에 공급하는 발효조(70);를 더 포함한다.The system comprises: an anaerobic tank 10 into which wastewater and denitrification sludge are introduced, and under which anaerobic microorganisms release phosphorus using organic matter; An anoxic tank 20 into which the wastewater of the anaerobic tank 10 and the wastewater conveyed from the aerobic tank 30 are introduced, and denitrifying microorganisms release nitrogen gas using organic materials under anoxic conditions; An aerobic tank (30) for introducing the wastewater of the anoxic tank (20) into a condensed microorganism to ingest phosphorus in the wastewater under aerobic conditions, denitrifying microorganisms to nitrate nitrogen in the wastewater and to return a portion of the wastewater to the anaerobic tank (20); A sedimentation tank 40 in which the wastewater of the aerobic tank 30 is drawn in and separated into supernatant and sludge by specific gravity; And a concentration tank (50) for returning the supernatant water to the precipitation tank (40) after sludge of the sedimentation tank (40) is introduced into and separated from the supernatant and the concentrated sludge. Denitrification tank (60) for denitrifying through the endogenous nitrous nitrogen breathing occurs when a portion of the concentrated sludge of (50) is absent or lacking under anaerobic conditions and then supplied to the anaerobic tank (10); and the concentration of the concentration tank (50) Fermentation tank 70 for supplying a portion of the sludge organic acid fermentation to the anaerobic tank 20 or anaerobic tank 10; further comprises.

삭제delete

공장폐수, 축산폐수, 생활하수 등의 폐수는 먼저 혐기성조(10)에 인입되는데, 상기 혐기성조(10) 전단계에 폐수에 함유된 협잡물 및 부유물질을 제거하는 스크린조(도시되지 않음)를 설치할 수도 있다.Wastewater, such as factory wastewater, livestock wastewater and domestic sewage, is first introduced into the anaerobic tank 10, and a screen tank (not shown) is installed in the anaerobic tank 10 to remove impurities and suspended substances contained in the wastewater. It may be.

혐기성조(10)에서는 인축적 미생물이 혐기조건 하에서 폐수 중의 유기물을 섭취하여 PHB(polyhydroxybutyrates) 또는 PHA(polyhydroxyalkanoates)와 같은 저장물질을 형성하게 되며, 상기 저장물질 형성과정에서 에너지가 필요하게 되어 ATP(adenosine triphosphate) 또는 폴리인산(polyphosphate)에 포함되어 있는 인을 방출시켜 에너지를 얻게 되는데, 이러한 과정에서 인의 방출이 일어나게 된다.In the anaerobic tank (10), the accumulation of microorganisms ingests organic matter in wastewater under anaerobic conditions to form a storage material such as PHB (polyhydroxybutyrates) or PHA (polyhydroxyalkanoates), and energy is required in the formation of the storage material. Energy is released by releasing phosphorus contained in adenosine triphosphate or polyphosphate. In this process, phosphorous release occurs.

무산소조(20)에서는 탈질 미생물이 무산소 조건하에서 혐기성조(10)에서 유입된 폐수와 호기성조(30)로부터 반송되어온 폐수 중의 질산성 질소 또는 아질산성 질소에 포함된 산소를 호흡하여 소비함으로써 질산성 질소를 질소가스로 전환함과 동시에 세포조직을 형성하기 위하여 유기물을 소비한다.In the anoxic tank 20, denitrification microorganisms are made by breathing and consuming nitrate nitrogen or oxygen contained in the wastewater introduced from the anaerobic tank 10 and the wastewater returned from the aerobic tank 30 under anoxic conditions. Converts to nitrogen gas and consumes organic materials to form cellular tissue.

호기성조(30)에서는 호기조건 하에서 인축적 미생물이 체내의 인을 산화시키면서 폐수 중의 인을 과잉 섭취하게 되고, 탈질 미생물은 폐수 중의 질소를 산화시켜 질산성질소로 전환시킨다.In the aerobic tank 30, the condensed microorganisms oxidize phosphorus in the body under aerobic conditions, and excessively ingest the phosphorus in the wastewater, and the denitrification microorganism oxidizes the nitrogen in the wastewater to convert it into nitrate nitrogen.

호기성조(30)의 폐수의 일부는 무산소조(20)로 반송되어 폐수 중의 질산성질소가 탈질 미생물에 의해 질소가스로 전환되어 제거됨으로써 폐수로부터 질소가 제거되며, 나머지 폐수는 침전조(40)로 이송되어 비중에 의해 인을 섭취한 인축적 미생물이 포함된 슬러지가 침전되어 상등수로부터 분리됨으로써 폐수로부터 인이 제거된다.Part of the wastewater in the aerobic tank 30 is returned to the anoxic tank 20 so that nitrogen nitrate in the wastewater is converted to nitrogen gas by the denitrification microorganisms and removed to remove nitrogen from the wastewater, and the remaining wastewater is transferred to the settling tank 40. As a result, sludge containing phosphorus microorganisms ingesting phosphorus by specific gravity is precipitated and separated from the supernatant to remove phosphorus from the wastewater.

상기와 같이 폐수 중의 유기물은 혐기성조(10)에서 인축적 미생물에 의해, 무산소조(20)에서는 탈질 미생물에 의해, 그리고 호기성조(30)에서는 산화되어 제거되며, 폐수 중의 인, 질소, 유기물이 제거된 상등수는 침전조(40)에서 슬러지와 분리되어 하천으로 방류되거나 필요에 따라 중수도로 사용된다.As described above, the organic matter in the waste water is oxidized and removed by the accumulation microorganisms in the anaerobic tank 10, the denitrification microorganism in the anoxic tank 20, and in the aerobic tank 30, and phosphorus, nitrogen and organic matter in the waste water are removed. The supernatant is separated from the sludge in the settling tank 40 and discharged to the stream or used as heavy water as needed.

상기 침전조(40)에서 상등수와 분리된 슬러지는 농축조(50)로 이송되어 농축되고, 농축된 슬러지의 일부는 탈질조(60)로 반송되어 질산성질소를 제거한 후 혐기성조(10)로 이송되어 재사용되며 농축조(50)의 상등수는 상기 침전조(40)로 반송된다.The sludge separated from the supernatant in the sedimentation tank 40 is transferred to the concentration tank 50 and concentrated, and a portion of the concentrated sludge is returned to the denitrification tank 60 to remove nitrogen nitrate and then transferred to the anaerobic tank 10. The supernatant of the concentration tank 50 is reused and returned to the settling tank 40.

상기 농축조(50)의 미생물이 포함된 농축슬러지에는 호기성조(30)에서 질소가 산화된 질산성질소가 함유되어 있다.The concentrated sludge containing the microorganisms of the concentration tank 50 contains nitrogen nitrate nitrogen oxidized in the aerobic tank 30.

상기 질산성질소는 혐기성조(10)에서 인축적 미생물의 인방출을 저해하여 호기성조(30)에서의 인섭취 효율을 떨어뜨리는 요인으로 작용하므로 반송되는 농축슬러지의 질산성질소 함량을 낮출 필요가 있다.Since the nitrate nitrogen acts as a factor of inhibiting the phosphorus release of the accumulation microorganisms in the anaerobic tank 10 to reduce the intake efficiency in the aerobic tank 30, it is necessary to lower the nitrate nitrogen content of the concentrated sludge to be returned have.

이를 위하여 본 발명에서는 미생물의 내생질산성질소 호흡반응을 이용하여 혐기성조(10)에 반송되는 농축슬러지의 질산성질소 함량을 감소시키게 된다.To this end, in the present invention, the nitrate nitrogen content of the concentrated sludge returned to the anaerobic tank 10 is reduced by using the endogenous nitric acid breathing reaction of the microorganism.

상기 내생질산성질소 호흡반응은 미생물이 무산소 환경에서 외부탄소원인 유기물이 없거나 부족할 때 미생물의 세포 내에서 일어나는 반응으로서, 미생물의 파괴와 더불어 자기산화에 따른 질소가스가 생성된다.The endogenous nitric acid breathing reaction is a reaction occurring in the cells of the microorganisms when the microorganisms lack or lack an organic substance as an external carbon source in an anoxic environment, and nitrogen gas is generated along with the destruction of the microorganisms.

배기펌프(도시되지 않음)를 이용하여 밀폐공간을 갖는 탈질조(60) 내부의 공기를 배출시킨 다음, 상기 반송 농축슬러지를 상기 탈질조(60)에 투입하면, 미생물은 세포의 원형질이 산화되어, 즉 내생호흡에 의해 질산성질소를 질소가스로 전환시키게 된다.When the air inside the denitrification tank 60 having a closed space is discharged using an exhaust pump (not shown), and then the conveyed concentrated sludge is introduced into the denitrification tank 60, the microorganisms are oxidized in the plasma of the cell. That is, endogenous breathing converts nitrate nitrogen to nitrogen gas.

상기 탈질조(60)의 내부를 부압으로 운전하면 생성된 질소가스가 신속히 배출되어 제거되며, 이에 따라 미생물의 내생호흡이 촉진되어 반송 농축슬러지의 질산성질소 제거가 신속히 이루어질 수 있다.When the inside of the denitrification tank 60 is operated under a negative pressure, the generated nitrogen gas is quickly discharged and removed. Accordingly, endogenous respiration of microorganisms is promoted, so that nitric acid nitrate removal of the return concentrated sludge can be quickly performed.

상기 질산성질소가 제거된 탈질슬러지는 상기 혐기성조(10)에 투입되어 인축적 미생물의 인방출량을 증가시키게 되며, 이로 인해 호기성조(30)에서의 인 과잉섭취를 유도한다.The denitrification sludge from which the nitrate nitrogen has been removed is added to the anaerobic tank 10 to increase the phosphorus release rate of the accumulated microorganisms, thereby inducing phosphorus excess in the aerobic tank 30.

상기와 같이 반송 농축슬러지의 질산성질소 함량을 낮추어 혐기성조(10)에 투입함으로써 폐수 중의 총인 제거효율을 향상시킬 수 있다.As described above, by lowering the nitrate nitrogen content of the returned concentrated sludge and adding it to the anaerobic tank 10, the total phosphorus removal efficiency in the wastewater can be improved.

또한, 상기 농축슬러지의 일부를 발효시켜 무산소조(20) 또는 혐기성조(10)의 유기물 공급원으로 이용한다.In addition, a portion of the concentrated sludge is fermented and used as an organic material source of the anaerobic tank 20 or the anaerobic tank 10.

상기 농축조(50)의 미생물이 함유된 농축슬러지 일부를 발효조(70)로 이송시키면, 상기 발효조(70)에서는 유기물을 유기산이나 알코올로 분해하는 유기산균(acid producing bacteria)이 방출하는 외분비효소(extracellular enzyme)에 의해 슬러지가 저분자 물질로 가수분해되고, 상기 저분자 물질로부터 유기산이 생성된다.When a portion of the concentrated sludge containing the microorganisms of the concentration tank 50 is transferred to the fermentation tank 70, the fermentation tank 70 releases an exocrine enzyme (extracellular) released by organic acid bacteria (acid producing bacteria) that decomposes organic substances into organic acids or alcohols. The sludge is hydrolyzed to a low molecular weight material by an enzyme, and an organic acid is produced from the low molecular weight material.

슬러지를 미생물의 유기물 공급원으로 이용하기 위해서는 발효조(70)에서 유기물을 메탄이나 이산화탄소로 가스화하는 메탄발효를 억제할 필요가 있으며, 이를 위하여 상기 발효시 발효조건을 조정하여 메탄발효하는 메탄균의 증식을 억제할 필요가 있다.In order to use the sludge as an organic source of microorganisms, it is necessary to suppress the fermentation of methane that gasifies organic matter into methane or carbon dioxide in the fermentation tank 70. It needs to be suppressed.

유기산균은 통성혐기성세균군이고 pH에 민감하지 않으나, 메탄균은 편성혐기성세균군에 속하고 pH가 낮으면 활동이 억제되므로, 발효조(70)에서 유기산균에 의해 생성되는 유기산의 농도를 적정수준으로 유지하거나 외부에서 별도의 유기산을 공급하여 발효조(70)의 pH 환경을 4.0 미만으로 유지하거나, 또는 메탄균이 증식되지 않을 정도의 최소량의 공기를 발효조(70)에 공급하여 슬러지의 메탄발효를 억제한다.Organic acid bacteria are aerobic bacteria group and not sensitive to pH, but methane bacteria belong to the group of anaerobic bacteria and low pH, so the activity is suppressed, so the concentration of organic acid produced by organic acid bacteria in fermentation tank 70 is appropriate. To maintain the pH environment of the fermentation tank 70 to less than 4.0 by supplying a separate organic acid from the outside, or by supplying a minimum amount of air to the fermentation tank 70 so that the methane is not multiplied by the methane fermentation of sludge Suppress

상기 발효조(70)에서 생성된 유기산을 무산소조(20)로 공급하여 탈질 미생물의 에너지 공급원으로 사용할 수 있으며, 또한 혐기성조(10)로 공급하여 인축적 미생물의 에너지 공급원으로 사용할 수 있으므로, 유입되는 폐수 중의 유기물 함량이 부족한 경우에도 본 시스템의 안정적인 운전이 가능하다.The organic acid generated in the fermentation tank 70 can be used as an energy supply source for denitrification microorganisms by supplying it to the anoxic tank 20, and can also be used as an energy source for the accumulation of microorganisms by supplying it to the anaerobic tank 10. Stable operation of this system is possible even if the organic matter content is insufficient.

탈질조(60)와 발효조(70)에 공급하고 남은 농축조(50)의 농축슬러지는 폐기처리되거나 비료로 사용된다.The concentrated sludge of the remaining concentration tank 50 supplied to the denitrification tank 60 and the fermentation tank 70 is disposed of or used as a fertilizer.

상기와 같이 본 발명에서는 폐기되는 슬러지를 이용하여 미생물의 유기물 공급원으로 활용함으로써 폐기물 처리비를 절감하고 2차 환경오염을 방지할 수 있다.In the present invention as described above by using the sludge to be discarded by using as an organic material source of the microorganisms can reduce the waste disposal cost and prevent secondary environmental pollution.

10:혐기성조, 20:무산소조, 30:호기성조, 40:침전조, 50:농축조, 60:탈질조, 70:발효조10: anaerobic tank, 20: anaerobic tank, 30: aerobic tank, 40: sedimentation tank, 50: concentration tank, 60: denitrification tank, 70: fermentation tank

Claims (5)

폐수와 탈질슬러지가 유입되고 혐기조건 하에서 인축적 미생물이 유기물을 이용하여 인을 방출하는 혐기성조(10);
상기 혐기성조(10)의 폐수와 호기성조(30)에서 반송되는 폐수가 인입되고, 무산소 조건하에서 탈질 미생물이 유기물을 이용하여 질소가스를 방출하는 무산소조(20);
상기 무산소조(20)의 폐수가 인입되어 호기조건 하에서 인축적 미생물이 폐수 중의 인을 섭취하고, 탈질 미생물이 폐수 중의 질소를 질산화하며 폐수의 일부를 무산소조(20)로 반송하는 호기성조(30);
상기 호기성조(30)의 폐수가 인입되어 비중에 의해 상등수와 슬러지로 분리되는 침전조(40); 및
상기 침전조(40)의 슬러지가 인입되어 상등수와 농축슬러지로 분리된 후 상기 상등수를 침전조(40)로 반송하는 농축조(50);를 포함하는 폐수의 총인 및 총질소 제거 시스템에 있어서,
상기 농축조(50)의 농축슬러지 일부를 혐기조건 하에서 유기물이 없거나 부족할 때 일어나는 내생질산성질소 호흡을 통하여 탈질시킨 후 상기 혐기성조(10)에 공급하는 탈질조(60);와
상기 농축조(50)의 농축슬러지 일부를 유기산 발효시켜 무산소조(20) 또는 혐기성조(10)에 공급하는 발효조(70);를 더 포함하는, 미생물의 내생탈질기작을 이용한 폐수의 총인 및 총질소 제거 시스템.Anaerobic tank (10) in which wastewater and denitrification sludge are introduced and the phosphorus microorganisms release phosphorus using organic matter under anaerobic conditions;
An anoxic tank 20 into which the wastewater of the anaerobic tank 10 and the wastewater conveyed from the aerobic tank 30 are introduced, and denitrifying microorganisms release nitrogen gas using organic materials under anoxic conditions;
An aerobic tank (30) for introducing the wastewater of the anoxic tank (20) into a condensed microorganism to ingest phosphorus in the wastewater under aerobic conditions, denitrifying microorganisms to nitrate nitrogen in the wastewater and to return a portion of the wastewater to the anaerobic tank (20);
A sedimentation tank 40 in which the wastewater of the aerobic tank 30 is drawn in and separated into supernatant and sludge by specific gravity; And
In the sludge of the sedimentation tank 40 is separated into the supernatant and the concentrated sludge, the concentration tank 50 for returning the supernatant to the sedimentation tank 40; Total wastewater and total nitrogen removal system comprising:
Denitrification tank (60) for supplying to the anaerobic tank (10) after denitrification through endogenous nitrous nitrogen breathing occurs when a portion of the concentrated sludge in the concentration tank (50) is free or lacking organic matter under anaerobic conditions; and
Fermentation tank 70 for supplying a portion of the concentrated sludge of the concentration tank 50 to the organic acid fermentation to supply to the anaerobic tank 20 or anaerobic tank 10; further comprising, total phosphorus and total nitrogen removal of wastewater using the endogenous denitrification mechanism of the microorganism system. 청구항 1에 있어서,
상기 탈질조(60)는 부압 하에서 운전되는 것을 특징으로 하는, 미생물의 내생탈질기작을 이용한 폐수의 총인 및 총질소 제거 시스템.The method according to claim 1,
The denitrification tank (60) is characterized in that it is operated under negative pressure, total phosphorus and total nitrogen removal system of wastewater using the endogenous denitrification mechanism of the microorganism. 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 발효조(70)는 pH 4.0 미만으로 운전되는 것을 특징으로 하는, 미생물의 내생탈질기작을 이용한 폐수의 총인 및 총질소 제거 시스템.The method according to claim 1,
The fermenter (70) is characterized in that the operation is less than pH 4.0, the total phosphorus and total nitrogen removal system of the wastewater using the endogenous denitrification mechanism of the microorganism. 청구항 1에 있어서,
상기 발효조(70)에 메탄균이 증식되지 않을 정도의 최소량의 공기가 공급되는 것을 특징으로 하는, 미생물의 내생탈질기작을 이용한 폐수의 총인 및 총질소 제거 시스템.The method according to claim 1,
Total fermentation and total nitrogen removal system of the wastewater using the endogenous denitrification mechanism of the microorganism, characterized in that the fermentation tank 70 is supplied with a minimum amount of air so that the methane bacteria are not proliferated.
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