KR101144968B1 - 혐기성 탈질반응을 유도하기 위한 전처리 장치 및 이를 이용한 전처리 방법 - Google Patents

혐기성 탈질반응을 유도하기 위한 전처리 장치 및 이를 이용한 전처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 혐기성 탈질반응을 유도하기 위한 전처리 장치 및 이를 이용한 전처리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 혐기성 암모늄 산화공정을 이용하여 고농도 질소폐수를 처리함에 있어 암모니아성 질소와 아질산성 질소의 혼합비율을 일정하게 유지시킨 채 탈질조로 유입시켜 원활한 혐기성 탈질반응을 유도할 수 있는 전처리 장치 및 이를 이용한 전처리 방법에 관한 것이다.
본 발명의 혐기성 탈질반응을 유도하기 위한 전처리 장치는 암모니아성 질소가 함유된 오폐수가 유입되며, 산소공급수단에 의해 산소가 공급되어 상기 오폐수 중의 용존산소 농도를 올리는 산소조와; 상기 산소조로부터 유출되는 제 1처리수 중의 암모니아성 질소를 아질산성 질소로 산화시키는 아질산화조와; 상기 아질산화조에서 생성된 아질산성 질소가 함유된 제 2처리수 및 암모니아성 질소가 함유된 오폐수가 유입되어 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 혼합시키는 혼합조;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Figure R1020090046732
오폐수, 탈질, 암모니아성 질소, 아질산성 질소

Description

혐기성 탈질반응을 유도하기 위한 전처리 장치 및 이를 이용한 전처리 방법{Pre-processing device for deriving anaerobic denitrogen reaction and Pre-processing method using the same}
본 발명은 혐기성 탈질반응을 유도하기 위한 전처리 장치 및 이를 이용한 전처리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 혐기성 암모늄 산화공정을 이용하여 고농도 질소폐수를 처리함에 있어 암모니아성 질소와 아질산성 질소의 혼합비율을 일정하게 유지시킨 채 탈질조로 유입시켜 원활한 혐기성 탈질반응을 유도할 수 있는 전처리 장치 및 이를 이용한 전처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 오폐수에 존재하는 협잡물, 유기물질, 질소 및 인 등을 처리함에 있어서는 물리적 및 생물학적 방법이 병행되고 있다. 특히 폐ㆍ하수에 존재하는 질소는 폐ㆍ하수처리 시스템 내에 질산화반응을 수행하는 반응조와 탈질반응을 수행하는 반응조를 설치하여 생물학적 방법에 의해 유기질소나 암모니아성 질소를 질산화시킨 다음 질소가스로 환원시켜 처리하고 있다.
이러한 생물학적 질산화/탈질은 침출수나 축산폐수 등과 같은 고농도의 유기물질과 암모니아성 질소를 포함하고 있는 폐ㆍ하수의 처리에도 유용하게 적용되고 있다.
종래에 질소 제거를 위하여 질산화/탈질소화 반응의 조합 공정이 가장 많이 활용되었으며, 특히 하수 처리의 경우 경제적인 이유로 인하여 질산화/탈질소화 반응 공정이 많이 이용되었다.
상기 생물학적 질산화는 종속 영양 질산화 미생물이 산소를 전자수용체로 사용하여 암모니아성 질소를 질산성 질소로 산화시키는 반응으로서, 질산화된 질산성 질소는 무산소 조건에서 탈질소화 미생물에 의해 질소 가스로 환원된다.
질산화 반응의 경우 1몰의 암모니아성 질소를 질산성 질소로 산화시키는데 2몰의 산소가 소모되며, 탈질소화 반응의 경우 6몰의 질산성 질소를 환원시키기 위해서 5몰의 메탄올이 필요하다. 한편, 일반적으로 생물학적 질소 제거 공정에서 효율적으로 질소를 제거하기 위한 유입 폐수의 COD/N비로는 3 내지 6이 요구된다.
이와 같은 질산화/탈질소화 반응에서는 효율적인 산소 공급과 알칼리도의 공급이 필수적이며, 특히 추가적 탈질소화 미생물은 다량의 외부탄소원을 필요로 하기 때문에 에너지뿐만 아니라 다량의 유기물 원을 필요로 하여 폐수처리시 많은 운영비가 소요된다는 단점이 있다. 나아가, 유입수 내 암모니아성 질소의 농도가 100 ppm 이하인 하수와 달리 고농도의 질소를 함유한 폐수의 처리시에는 막대한 비용이 소요된다는 문제가 있다.
상기 질산화 후 탈질소화 반응에 따른 에너지 소모 및 유기물 원의 양을 감소시키기 위한 공정으로서, 폐수 내 암모니아성 질소를 아질산성 질소까지 산화시킨 후, 아질산성 질소를 탈질소화하는 공정이 알려져 있다.
그러나, 상기 방법은 실제 폐수 처리 시 암모니아성 질소를 아질산성 질소까지만 안정적으로 부분 산화시키는 것이 매우 어렵고, 독립영양세균에 의한 탈질시 요구되는 아질산성 질소와 암모니아성 질소의 혼합비를 맞추기가 상당히 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 오폐수 중의 암모니아성 질소를 아질산성 질소로 산화시키는 아질산화 반응시 용존산소와 체류시간을 일정 조건으로 제한하여 암모니아성 질소를 아질산성 질소까지만 안정적으로 산화시킬 수 있는 혐기성 탈질반응을 유도하기 위한 전처리 장치 및 이를 이용한 전처리 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 암모니아성 질소와 아질산성 질소의 혼합비율을 적절하게 조절하여 탈질조로 유입시킴으로써 원활한 혐기성 탈질반응을 유도하여 오폐수를 효율적으로 탈질 처리할 수 있는 전처리 장치 및 이를 이용한 전처리 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 혐기성 탈질반응을 유도하기 위한 전처리 장치는 암모니아성 질소가 함유된 오폐수가 유입되며, 산소공급수단에 의해 산소가 공급되어 상기 오폐수 중의 용존산소 농도를 올리는 산소조와; 상기 산소조로부터 유출되는 제 1처리수 중의 암모니아성 질소를 아질산성 질소로 산화시키는 아질산화조와; 상기 아질산화조에서 생성된 아질산성 질소가 함유된 제 2처리수 및 암모니아성 질소가 함유된 오폐수가 유입되어 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 혼합시키는 혼합조;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 산소공급수단은 상기 산소조 외부에 설치된 블로워와, 상기 블로워와 연결되어 상기 산소조 내부로 연장되는 기체공급관과, 상기 기체공급관에 연결되며 상기 산소조 내부에 설치되어 오폐수 중으로 공기를 폭기시키는 산기관을 구비하고, 상기 전처리 장치는 상기 산소조로 오폐수를 공급하기 위한 제 1공급관에서 분기되어 상기 혼합조와 연결되며 상기 혼합조로 오폐수가 이송되는 제 2공급관을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 혐기성 탈질반응을 유도하기 위한 전처리 방법은 암모니아성 질소가 함유된 오폐수가 유입되는 산소조 내부로 산소를 공급하여 상기 오폐수 중의 용존산소 농도를 올리는 제 1단계와; 상기 산소조에서 유출되는 제 1처리수를 아질산화조에 유입시켜 암모니아성 질소를 아질산성 질소로 산화시키는 제 2단계와; 상기 아질산화조에서 유출되는 제 2처리수 및 암모니아성 질소가 함유된 오폐수를 혼합조로 유입시켜 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 설정된 비율로 혼합시키는 제 3단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2단계는 아질산화를 유도하기 위해 상기 아질산화조의 조건을 온도 35℃, 용존산소 1ppm, 수리학적 체류시간 1440분, 미생물체류시간 1440분, pH 8로 유지하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 3단계는 상기 혼합조의 조건을 수리학적 체류시간 240분, 용존산소 0.4ppm로 유지하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 오폐수 중의 암모니아성 질소를 아질산성 질소로 산화시키는 아질산화 반응시 용존산소와 체류시간을 일정 조건으로 제한 하여 암모니아성 질소를 아질산성 질소까지만 안정적으로 산화시킬 수 있다.
또한, 암모니아성 질소와 아질산성 질소의 혼합비율을 적절하게 조절하여 탈질조로 유입시킴으로써 원활한 혐기성 탈질반응을 유도하여 오폐수를 처리 효율을 증대시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 혐기성 탈질반응을 유도하기 위한 전처리 장치에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 혐기성 탈질반응을 유도하기 위한 전처리 장치(5)는 크게 산소조(10)와, 아질산화조(20)와, 혼합조(30)를 포함한다.
산소조(10)는 암모니아성 질소(NH4 +)가 함유된 오폐수가 공급되는 제 1공급관(11)과 연결되어 오폐수가 내부로 유입된다. 산소조(10)에 유입된 오폐수 중으로 산소를 공급하기 위한 산소공급수단으로 산소조(10) 외부에 설치된 블로워(91)와, 상기 블로워(91)와 연결되어 산소조(10) 내부로 연장되는 기체공급관(93)과, 기체공급관(93)에 연결되어 산소조(10) 내부에 설치된 산기관(95)으로 이루어진다. 블로워(91) 대신에 산소발생기나 산소가 저장된 붐베 등이 이용될 수 있다.
상기 산소조(10)는 후술할 아질산화조(20)에서 일어나는 아질산화 반응에 필요한 산소를 오폐수 중에 안정적으로 공급하기 위한 것이다. 이 경우 산소조(10)에 유입된 오폐수는 용존산소 5ppm, 온도 35℃, 수리학적체류시간(HRT) 600분 조건으 로 유지되는 것이 바람직하다.
산소조(10)에서 용존 산소 5ppm으로 처리된 오폐수, 즉 제 1처리수는 제 1연결관(13)을 통해 아질산화조(20)로 유입된다.
아질산화조(20)에는 균등한 분배를 위한 공지의 교반장치(50)가 설치된다. 일 예로, 교반장치(50)는 아질산화조(20)의 상부에 설치된 구동모터와 연결되어 아질산화조(20) 내부로 수직하게 설치된 회전축(51)과, 회전축(51)의 하부에 설치되는 2개의 교반날개(55)로 이루어진다.
아질산화조(20)에서는 산소조(10)로부터 유출되는 제 1처리수 중의 암모니아성 질소가 아질산화 반응에 의해 아질산성 질소로 산화된다. 이 경우 아질산화 반응을 유도하기 위해 용존산소와 체류시간을 제한 조건으로 아질산 산화균, 예를 들어 Nitrosomonas를 대량 번식시킨다. 이를 위해 산소조(10)로부터 용존산소 농도가 증대된 제 1처리수를 일정하게 아질산화조(20)로 유입시킨다.
본 발명에서 아질산화(NO2 -)반응을 유도하기 위하여 아질산화 반응은 온도 35℃, 수리학적체류시간 1440분, 미생물체류시간(SRT) 1440분, 용존산소 1ppm, pH 8조건에서 수행되는 것이 바람직하다.
아질산화(20)조에서는 하기와 같은 아질산화 반응에 의해 암모니아성 질소가 전부 아질산성 질소로 생성된다.
NH4 + + 1.5O2 → NO2 - + H2O +2H+
아질산화조(20)에서 반응처리된 오폐수, 즉 제 2처리수는 제 2연결관(25)을 통해 혼합조(30)로 유입된다. 이와 동시에 제 1공급관(11)으로부터 분기되어 혼합조(30)와 연결되는 제 2공급관(80)을 통해 암모니아성 질소를 함유하는 오폐수가 혼합조(30)로 유입된다. 이와 같이 혼합조(30)에서는 암모니아성 질소 및 아질산성 질소가 일정한 비율로 혼합된다. 이는 탈질시 요구되는 최적의 암모니아성 질소 및 아질산성 질소의 혼합 비율을 조정하기 위함이다.
혼합조(30)의 내부에 유입된 제 2처리수는 일정 시간 동안 체류하면서 탈기되고, 상대적으로 용존산소 농도가 낮은 오폐수와 혼합되면서 용존산소 농도를 감소시킨다.
후술할 탈질조(40)에서 최적의 혐기성 탈질 반응을 유도하기 위해서는 암모니아성 질소와 아질산성 질소의 비율이 약 1:1.32로 유지되는 것이 바람직하다. 그리고 혼합조(30)에서는 수리학적 체류시간을 240분으로 조절하고, 용존산소는 0.4ppm 이하로 유지시키는 것이 바람직하다.
혼합조(30)에서 발생한 슬러지는 슬러지 반송라인(70)을 통해 아질산화조로 순환시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 전처리장치(5)는 산소조(10)로부터 유입되는 암모니아성 질소를 아질산화조(20)에서 100% 아질산화시키고, 혼합조(30)에서 아질산화된 제 2처리수와 암모니아성 질소가 대부분인 오폐수를 1:1로 섞어 혐기성 탈질반응의 유입기질조건을 유지한다.
이러한 전처리 장치(5)를 통해 혼합조(10)로부터 전처리되어 유출되는 유출 수는 공지의 기술에 의해 탈질처리된다. 일예로, 혼합조로부터 전처리된 유출수는 제 3연결관(35)을 통해 탈질조(40)로 유입되어 혐기성 조건에서 탈질 미생물에 의해 탈질처리된다.
이러한 탈질반응은 하기 반응식으로 나타낼 수 있다.
1.0NH4 + +1.32NO2 - + 0.066HCO3 - +0.13H+ → 1.02N2 + 0.26NO3 _ + 0.066CH2O0 .5N0 .15 + 2.03H2O
한편, 도시되지 않았지만 탈질조(40)의 후단에는 침전조가 설치되어 탈질조로부터 유출된 처리수를 침전시킨 후 방류한다. 방류수는 하수와 연계처리하거나 추가로 후처리시설을 이용하여 방류수 수질기준 이하로 처리할 수 있다. 또한, 침전조에서는 처리수를 고액분리하여 슬러지 인출라인을 통해 폐슬러지 저류탱크로 잉여 슬러지를 폐기할 수 있으며, 또한, 슬러지 순환라인을 통해 슬러지를 회수하여 탈질조로 순환시킬 수 있다.
이상, 본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 혐기성 탈질반응을 유도하기 위한 전처리 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 산소조 20: 아질산화조
30: 혼합조 50: 교반장치

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 암모니아성 질소가 함유된 오폐수가 유입되며, 산소공급수단에 의해 산소가 공급되어 상기 오폐수 중의 용존산소 농도를 올리는 산소조와;
    상기 산소조로부터 유출되는 제 1처리수 중의 암모니아성 질소를 아질산성 질소로 산화시키는 아질산화조와;
    상기 아질산화조에서 생성된 아질산성 질소가 함유된 제 2처리수 및 암모니아성 질소가 함유된 오폐수가 유입되어 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 혼합시키는 혼합조;를 포함하고,
    상기 산소공급수단은 상기 산소조 외부에 설치된 블로워와, 상기 블로워와 연결되어 상기 산소조 내부로 연장되는 기체공급관과, 상기 기체공급관에 연결되며 상기 산소조 내부에 설치되어 오폐수 중으로 공기를 폭기시키는 산기관을 구비하고,
    상기 산소조로 오폐수를 공급하기 위한 제 1공급관에서 분기되어 상기 혼합조와 연결되며 상기 혼합조로 오폐수가 이송되는 제 2공급관을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 혐기성 탈질반응을 유도하기 위한 전처리 장치.
  3. 삭제
  4. 암모니아성 질소가 함유된 오폐수가 유입되는 산소조 내부로 산소를 공급하여 상기 오폐수 중의 용존산소 농도를 올리는 제 1단계와;
    상기 산소조에서 유출되는 제 1처리수를 아질산화조에 유입시켜 암모니아성 질소를 아질산성 질소로 산화시키는 제 2단계와;
    상기 아질산화조에서 유출되는 제 2처리수 및 암모니아성 질소가 함유된 오폐수를 혼합조로 유입시켜 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 설정된 비율로 혼합시키는 제 3단계;를 포함하고,
    상기 제 2단계는 아질산화를 유도하기 위해 상기 아질산화조의 조건을 온도 35℃, 용존산소 1ppm, 수리학적 체류시간 1440분, 미생물체류시간 1440분, pH 8로 유지하는 것을 특징으로 하는 혐기성 탈질반응을 유도하기 위한 전처리 방법.
  5. 암모니아성 질소가 함유된 오폐수가 유입되는 산소조 내부로 산소를 공급하여 상기 오폐수 중의 용존산소 농도를 올리는 제 1단계와;
    상기 산소조에서 유출되는 제 1처리수를 아질산화조에 유입시켜 암모니아성 질소를 아질산성 질소로 산화시키는 제 2단계와;
    상기 아질산화조에서 유출되는 제 2처리수 및 암모니아성 질소가 함유된 오폐수를 혼합조로 유입시켜 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 설정된 비율로 혼합시키는 제 3단계;를 포함하고,
    상기 제 3단계는 상기 혼합조의 조건을 수리학적 체류시간 240분, 용존산소 0.4ppm로 유지하는 것을 특징으로 하는 혐기성 탈질반응을 유도하기 위한 전처리 방법.
KR20090046732A 2009-05-28 2009-05-28 혐기성 탈질반응을 유도하기 위한 전처리 장치 및 이를 이용한 전처리 방법 KR101144968B1 (ko)

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