KR101201058B1

KR101201058B1 - 배수 처리 장치

Info

Publication number: KR101201058B1
Application number: KR20050123157A
Authority: KR
Inventors: 도시히로 기요카와; 도모아키 다나카; 나오토 이치야나기
Original assignee: 쿠리타 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2005-12-14
Publication date: 2012-11-14
Also published as: CN102826708A; KR20120055510A; TWI449674B; KR101299352B1; KR20060067886A; CN102826708B; KR101352247B1; CN102107996A; KR20130031866A; TW200631908A

Abstract

질소 화합물 및 무기이온 함유 배수 처리 장치는, 아질산형 질화를 행하여 질소 화합물 및 무기이온 함유 배수 중의 질소 화합물을 처리하는 데 있어서, 질화조에서의 무기이온의 불용화에 의한 스케일 석출을 방지한다. 처리 장치는 질소 화합물 및 무기이온을 함유하는 배수를 폭기하여 질소 화합물을 아질산성 질소로 산화하는 질화조(1)와, 무기이온의 스케일화를 억제하기 위한 스케일 방지 수단(2, 3)과, 질화조(1) 내의 pH를 중성 내지 알카리성으로 유지하기 위한 pH 조정제 첨가 수단(2)을 구비한다.

Description

배수 처리 장치{APPARATUS FOR TREATING WASTE WATER}

도 1은 제1 발명의 질소 화합물 및 무기이온 함유 배수 처리 장치의 실시형태를 도시하는 계통도.

도 2는 제2 발명의 (아)질산성 질소 및 다가 무기이온 함유 배수 처리 장치의 실시형태를 도시하는 계통도.

도 3은 제3 발명의 배수 처리 장치를 도시하는 블록도.

도 4는 제3 발명의 배수 처리 장치를 도시하는 블록도.

도 5는 제3 발명의 배수 처리 장치를 도시하는 블록도.

도 6은 제4 발명의 배수 처리 장치를 도시하는 블록도.

도 7은 제4 발명의 배수 처리 장치를 도시하는 블록도.

도 8은 제4 발명의 배수 처리 장치를 도시하는 블록도.

도 9는 비교예의 블록도.

도 10은 실시예 3 내지 5의 그래뉼(granules)의 침강 속도를 도시하는 특성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 질화조

2 : pH 조정제 첨가 수단

3 : 무기이온 제거 수단

4 : pH 조정 수단

6 : 막 분리 장치

11 : 원수 도입 배관

21 : 스케일 방지제 첨가 수단

23 : 탈질 장치

42 : 연화 수단

43 : 역침투막 분리 수단

제1 발명은 질소 화합물과 무기이온을 함유하는 배수 처리 장치 및 처리 방법에 관한 것이다.

제2 발명은 질산성 질소 및/또는 아질산성 질소(이하, 이들을「(아)질산성 질소」라고 칭함)와 다가 무기이온을 함유하는 배수를 막 분리 장치로 농축하고, 농축수를 생물학적 탈질 장치로 탈질 처리하는 장치에 관한 것이다.

제3, 제4 발명은 유기 질소 화합물 및/또는 암모니아태질소를 함유하는 배수 처리 장치에 관한 것이며, 더 자세히는 유기 질소 화합물 및/또는 암모니아태질소에 추가하여 무기이온을 함유한 배수를 처리하는 처리 장치에 관한 것이다.

질소 함유 배수를 처리하는 방법으로서, 암모니아성 질소를 함유하는 유기성 질소를 생물학적으로 아질산성 질소 또는 질산성 질소로 질화하고, 이 아질산성 질소 및 질산성 질소를 생물학적으로 환원하여 탈질하는 생물학적 탈질 처리 방법은 주지이다. 이 생물학적 탈질 처리에서의 질화 공정으로 배수를 폭기(曝氣)하여 호기적으로 생물 처리하면, 배수 중의 유기성 질소는 암모니아성 질소로 되고, 암모니아성 질소는 암모니아 산화 세균에 의해 아질산성 질소로 된다.

아질산성 질소는 질화 공정에 있어서, 아질산 산화 세균에 의해 질산성 질소로 된다. 이 질화 공정에서 유기성 질소가 암모니아성 질소를 거쳐서 아질산성 질소로 질화되고, 아질산성 질소가 질산성 질소로 산화되기 전의 단계에서 반응을 멈춤으로써, 질화 공정에서 필요로 하는 산소량이 적어도 좋다.

암모니아성 질소를 전자 공여체로 하고, 아질산성 질소를 전자 수용체로 하는 독립 영양성 미생물을 이용하여 아질산성 질소를 암모니아성 질소와 반응시켜 탈질함으로써, 메탄올 등의 수소 공여체의 첨가를 필요 없게 하여 잉여 슬러지 발생량이 감소한다.

질화조 내의 잔류 암모니아성 질소 농도가 50 mg-N/L 이상이 되도록 조절함으로써 아질산형 질화를 행하는 방법이 일본 특허 공개 2004-298841호 공보에 기재되어 있다.

아질산형 질화란, 질화 공정으로 생성하는 산화태질소(아질산성 질소와 질산성 질소) 중, 아질산성 질소가 50% 이상을 차지하는 것을 말한다. 아질산형 질화의 적합한 pH 조건은 7.5 내지 8.5이며, 암모니아성 질소를 질산성 질소로까지 산화하는 질산형 질화를 행하는 경우의 적합한 pH 조건인 6.5 내지 7.5에 비해 높다.

질화조 내부가 아질산형 질화에 적합한 pH 7.5 내지 8.5의 비교적 높은 pH로 되어 있으면, 처리 대상으로 삼는 원수 중에 용해성이 낮은 2가나 3가의 무기이온이 함유되어 있는 경우, 이들이 질화조 내에서 탄산칼슘이나 탄산마그네슘 등의 무기 탄산 화합물의 고형물(스케일)로서 석출된다. 질화조 내에서 스케일이 석출되면 생물 슬러지 중의 무기 슬러지량이 증가하거나, 공기 공급관의 막힘에 의해 질화조로의 공급 공기량이 감소하여 안정된 처리를 할 수 없고, 처리 효율(처리 부하)이 저하되며, 또한 처리수질이 저하된다.

아질산형 질화를 행하는 경우에, 질화조 내에서 스케일이 발생하기 쉽다. 즉, 질화에 의해 암모니아성 질소가 산성인 아질산성 질소로 됨으로써, 질화조 내의 pH는 저하한다. 암모니아 산화 세균은 pH가 6.5 이하가 되면 활성이 현저히 저하되어 아질산으로의 산화가 잘 진행되지 않는다. 이 때문에, 통상 pH를 중성 이상으로 유지하도록 pH 조정제(알칼리)를 첨가하는 것이 행해진다. 처리 대상의 원수 중에 용해성의 무기이온이 함유되어 있으면, 이 pH 조정에 의해 무기이온이 수산화물이나 탄산염으로서 불용화되고, 스케일이 석출된다. 배수의 pH가 낮은 경우에는 pH 조정에 의해 배수 중에 용해되어 있던 무기 탄산 화합물이나 수산화 화합물도 스케일화 된다. pH 조정제로서 탄산염 및/또는 중탄산염을 첨가하면 무기이온이 탄산염으로 되어 용이하게 석출된다.

제1 발명은 질소 화합물과 무기이온을 함유하는 배수를 아질산형 질화함에 있어서, 무기이온에 의한 스케일 석출이 방지되는 질소 화합물 및 무기이온 함유 배수 처리 장치 및 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

제1 발명의 질소 화합물 및 무기이온 함유 배수 처리 장치는, 질소 화합물 및 무기이온을 함유하는 배수를 호기적으로 생물 처리하여 이 질소 화합물을 아질산성 질소로 산화하는 질화조와, 이 무기이온의 스케일화를 억제하기 위한 스케일 방지 수단과, 상기 질화조 내의 pH를 중성 내지 알칼리성으로 유지하기 위한 pH 조정제 첨가 수단을 구비한다.

제1 발명의 질소 화합물 및 무기이온 함유 배수 처리 방법은, 질소 화합물 및 무기이온을 함유하는 배수를 호기적으로 생물 처리하여 이 질소 화합물을 아질산성 질소로 산화하는 질화 공정과, 이 무기이온의 스케일화를 억제하기 위한 스케일 방지 공정과, 상기 질화 공정에서의 pH를 중성 내지 알칼리성으로 유지하기 위한 pH 조정 공정을 구비한다.

제1 발명에 의하면, 질화조에서의 무기이온의 스케일화가 방지된다.

질화조에서의 아질산형 질화에 의해, 암모니아성 질소의 대부분을 아질산성 질소로 변환한 후에는 질화조 유출액을 통상적으로 탈질조에 도입하고, 탈질 세균에 의해 아질산성 질소를 질소 가스로까지 환원 처리한다. 원수의 질소 화합물 농도가 낮은 경우에는 질화 처리액을 일단 농축한 후 탈질 처리하는 것이 바람직하다. 예컨대 질화조의 후단에 막 분리 장치[예컨대 역침투(RO) 막 분리 장치]를 배치하고, 아질산성 질소를 함유하는 질화조 유출액을 막 분리 장치로 유도하며, 투과수와 농축수로 분리하여 농축수를 탈질 처리한다. 질화 처리액의 농축에 의해 아질산성 질소의 농도가 높아지고, 효율적으로 생물 탈질 처리된다. 질화 처리액이 농축되면 탈질조에 도입되는 수량이 감소하여 탈질조가 소용적의 것으로 충분하다.

질화 처리액을 스케일 방지 처리한 후 막 분리 처리하는 경우, 막 분리 장치에서의 스케일 석출이 방지된다.

제1 발명에서는 질화조에 pH 조정제로서, 탄산염 및/또는 중탄산염을 첨가하는 것이 바람직하다.

제1 발명에 있어서, 스케일 방지 수단은 배수 중의 무기이온을 제거하는 것이어도 좋고, 스케일 방지제를 첨가하는 것이더라도 좋다.

제1 발명에 있어서, 질화조는 균체를 유지하기 위한 담체를 이용한 것이 처리 효율 면에서 바람직하다.

질소 함유 배수를 처리하는 방법으로서, 암모니아성 질소를 함유하는 유기성 질소를 생물학적으로 (아)질산성 질소로 질화하고, 이 (아)질산성 질소를 생물학적으로 질소 가스로까지 환원 처리하는 생물학적 탈질 처리 방법은 주지이다. 생물학적 탈질 처리에 앞서서, (아)질산성 질소를 함유하는 질화 처리액을 막 분리 장치로 농축하고, 농축수를 탈질 처리하는 것도 행해지고 있다(일본 특허 공개 평6-142693호 공보). 질화 처리액의 농축에 의해 (아)질산성 질소의 농도를 높여 효율적으로 생물 탈질 처리하는 것이 가능하다.

질화 처리액을 막 분리 장치로 농축하는 경우, 질화 처리액에 칼슘이온 등의 용해성이 낮은 다가 무기이온이 함유되어 있으면, 탄산 칼슘 등의 스케일이 막 면에 석출?침착되어 막 분리 장치의 처리수량 및 처리수질이 저하된다.

제2 발명은 (아)질산성 질소와 다가 무기이온을 함유하는 배수를 막 분리 장치로 농축하고, 농축수를 생물학적 탈질 장치로 탈질 처리하는 데 있어서, 막 분리 장치에서의 다가 무기이온의 불용화에 의한 스케일화 및 그에 따른 막 분리 장치의 처리수량 및 처리수질의 저하를 방지하는 (아)질산성 질소 및 다가 무기이온 함유 배수 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

제2 발명의 (아)질산성 질소 및 다가 무기이온 함유 배수 처리 장치는, 질산성 질소 및/또는 아질산성 질소와 다가 무기이온을 함유하는 배수에, 이 다가 무기이온의 스케일화를 억제하는 스케일 방지제를 첨가하는 수단과, 이 스케일 방지제가 첨가된 상기 배수를 막 분리 처리하여 투과수와 농축수로 분리하는 막 분리 장치와, 상기 농축수에 함유되는 질산성 질소 및/또는 아질산성 질소를 탈질 처리하는 생물학적 탈질 장치를 갖는다.

제2 발명에서는 (아)질산성 질소 및 다가 무기이온 함유 배수를 막 분리 장치로 막 분리하는데 있어서, 다가 무기이온의 스케일화를 억제하기 위한 스케일 방지제를 첨가한다. 막 분리 장치에서의 다가 무기이온의 스케일 석출이 방지된다.

이 스케일 방지제로서 생물 분해성의 스케일 방지제를 이용한 경우에는, 미반응의 잉여 스케일 방지제가 후단의 생물학적 탈질 장치로 분해되고, 스케일 방지제가 처리수에 포함되지 않게 된다. 후단의 생물학적 탈질 장치에 있어서, 스케일 방지제가 생물 분해됨으로써, 생물학적 탈질 장치 내에서 다가 무기이온이 유리된다. 이 다가 무기이온이 슬러지 안으로 수용되어 슬러지의 침강성을 높인다.

제2 발명에 있어서, 생물학적 탈질 장치는 USB식 생물학적 탈질 장치가 바람직하다. 상향류식 슬러지 블랭킷(USB)의 생물학적 탈질 장치에서 그래뉼의 침강성이 높아지면, 탈질조 내의 슬러지 농도가 높아진다. 탈질조의 후단에 침전조가 마련되는 경우, 침전조에서의 슬러지의 침강성이 높아지면, 슬러지가 고액 분리되기 쉬워진다.

제2 발명에서는 스케일 방지제가 생물 분해성이 아니고, 생물학적 탈질 장치에서 다가 무기이온이 유리되지 않는 경우, 계 외로부터 무기 화합물을 첨가하여 슬러지의 침강성을 높이더라도 좋다. 계 내의 다가 무기이온으로는 슬러지의 침강성의 향상을 충분히 도모할 수 없는 경우에도, 계 외로부터 무기 화합물을 첨가하여 슬러지의 침강성을 높이더라도 좋다.

전자 산업 분야에서의 반도체 제조 공정이나 액정 제조 공정에서는, 모노 에탄올 아민(MEA)이나 테트라 메틸 암모늄 히드로 옥사이드(TMAH) 등의 아민이나 암모늄이 많이 사용되기 때문에, 이들 유기 질소 화합물 및/또는 암모니아태질소가 포함된 배수가 배출되고 있다.

상기 MEA나 TMAH 등의 유기 질소 화합물은 활성 슬러지와 혼합하여 폭기 처리하는 호기성 미생물 처리에 의해 분해되고, 질소분을 질산이나 아질산 형으로 산화할 수 있다. 그리고, 이러한 질산 등의 질소 산화물을 함유한 배수로부터 질산성 질소나 아질산성 질소를 제거하기 위해, 역침투막을 이용한 분리 수단에 의해 투과수와 농축수로 분리하고, 그 후 분리된 농축수를 생물 처리 장치에 의해 생물학적으로 탈질 처리하는 방법이 종래부터 행해지고 있다(일본 특허 공개 2000-70986호 공보).

그러나, 전술한 방법에서는 배수가 유기 질소 화합물에 기인한 질산성 질소, 아질산성 질소에 추가하여 칼슘이온, 알루미늄이온, 철이온 등의 2가나 3가 무기이 온을 함유하고 있는 경우에는 역침투막에 의해 투과수와 농축수로 분리할(이하, 「역침투막에 의해 투과수와 농축수로 분리하는 것」을「RO 막 분리」라고 하는 경우가 있다) 때에, 무기이온의 스케일이 역침투막의 막 면에 석출되어 침착한다. 이 때문에 역침투막을 투과하는 투과수량의 증가가 서서히 진행되고, RO 막 분리가 곤란해진다.

제3, 제4 발명의 목적은 배수가 무기이온을 함유하고 있더라도, 역침투막의 막 면에 스케일이 부착되지 않는 배수 처리 장치를 제공하는 것에 있다.

제3 발명의 배수 처리 장치는 질산성 질소 또는 아질산성 질소를 함유하면서, 무기이온을 함유하는 배수를 연화하는 연화 수단과, 이 연화 수단으로부터의 유출액을 역침투막에 의해 투과수와 농축수로 분리하는 역침투막 분리 수단과, 상기 농축수를 생물학적으로 탈질 처리하여 탈질 처리수를 얻는 탈질 수단을 구비한다.

연화 수단은 배수 중의 무기이온을 나트륨이온 등으로 이온 교환하여 연화한다. 이 때문에 연화 수단으로부터의 유출액을 역침투막 분리 수단에 의해 투과수와 농축수로 분리할 때에 무기이온의 스케일이 역침투막의 막 면에 석출되지 않아, 스케일의 부착을 방지할 수 있다. 따라서, 역침투막에 의한 투과수와 농축수의 분리(RO 막분리)를 원활히 행할 수 있고, 분리된 농축수를 탈질 수단에 공급함으로써 생물학적으로 탈질 처리한 후, 방류할 수 있다.

제4 발명의 배수 처리 장치는 유기 질소 화합물 및/또는 암모니아태질소와 무기이온을 함유하는 배수 공급 수단과, 이 공급 수단으로부터의 상기 배수를 수용하고, 폭기 처리에 의해 유기 질소 화합물을 미생물 분해하고 질화를 행하는 폭기조와, 이 폭기조 내의 혼합액을 고액 분리하는 고액 분리 수단과, 이 고액 분리 수단으로 분리된 분리수를 연화하는 연화 수단과, 이 연화 수단으로부터의 유출액을 역침투막에 의해 투과수와 농축수로 분리하는 역침투막 분리 수단과, 상기 농축수를 생물학적으로 탈질 처리하여 탈질 처리수를 얻는 탈질 수단을 구비한다.

폭기조에서는 MEA나 TMAH 등의 유기 질소 화합물을 미생물 분해하여 질산성 질소나 아질산성 질소로 분해하고, 고액 분리 수단에 의해 고액 분리를 행한다. 고액 분리된 분리수는 질산성 질소, 아질산성 질소에 추가하여 무기이온을 함유하고 있지만, 그 후의 처리를 행하는 연화 수단에 의해 무기이온을 나트륨이온 등으로 이온 교환하여 연화되기 때문에, 그 후의 유출액을 역침투막에 의해 투과수와 농축수로 분리하더라도 무기이온의 스케일이 막 면에 석출되지 않아, 스케일의 부착을 방지할 수 있다. 따라서, 역침투막에 의한 투과수와 농축수의 분리(막 분리)를 원활히 행할 수 있고, 분리된 농축수를 탈질 수단에 공급함으로써 생물학적으로 탈질 처리하여 이 탈질 처리수를 방류할 수 있다.

제3, 제4 발명의 배수 처리 장치에 있어서, 상기 탈질 처리수를 상기 폭기조에 송급하는 송급 수단을 구비하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 탈질 처리수가 폭기조에서의 pH 조정제를 보조하는 수단으로서 이용된다.

제3, 제4 발명의 배수 처리 장치에서는, 상기 폭기조는 미생물을 담지하는 담체가 충전되어 있는 것이 바람직하다. 상기 연화 수단으로부터 배출되는 무기이온을 함유하는 재생 배수의 일부 또는 모든 양을 탈질 수단에 송급하는 재생 배수 송급 수단을 더 구비하는 것이 바람직하다. 상기 탈질 수단은 탈질 세균이 슬러지 입자를 형성하고 있는 탈질조인 것이 바람직하다.

제3, 제4 발명의 배수 처리 장치에 의하면 연화 수단이 칼슘이온, 알루미늄이온, 철이온 등의 무기이온을 나트륨이온 등으로 이온 교환하여 연화되기 때문에, 연화 수단으로부터의 유출액을 역침투막에 의해 투과수와 농축수로 분리하더라도, 무기이온의 스케일이 막 면에 석출되지 않아, 스케일의 부착을 방지할 수 있다. 이 때문에, 역침투막에 의한 투과수와 농축수의 분리(막 분리)를 원활히 행할 수 있다.

본 발명은, 연화 처리 공정을 도입함으로써 역침투막 분리 처리와 탈질 처리를 안정적으로 실시할 수 있고, 또한, 탈질조에 무기이온으로서 칼슘이온을 첨가함으로써, 탈질 처리를 보다 고부하로 안정적으로 행할 수 있는 배수 처리 장치 및 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

이하에 도면을 참조하여 제1 발명의 질소 화합물 및 무기이온 함유 배수 처리 장치 및 처리 방법의 실시형태를 상세히 설명한다.

도 1은 제1 발명의 질소 화합물 및 무기이온 함유 배수 처리 장치의 실시형태를 도시하는 계통도이다.

제1 발명에 있어서, 처리 대상 배수 중에 함유되는 무기이온이란, 수계에서 불용화되어 스케일화하기 쉬운 이온으로, 대표적으로는 2가 내지 3가의 양이온이며, 예컨대 Ca²⁺, Mg²⁺, Fe³⁺, Al³⁺ 등의 이온을 들 수 있다. 이들 무기이온은 수산이온, 탄산이온, 인산이온, 불소이온 등의 불용화되기 쉬운 쌍이온이 존재하면 스케일화한다.

제1 발명에 있어서, 처리 대상 배수에 함유되는 질소 화합물이란, 암모니아나 암모늄계 화합물이나 아민계 화합물, 예컨대 TMAH(테트라 메틸 암모늄 하이드로 옥사이드), MEA(모노 에탄올 아민), 그 밖의 아미노산 등의 유기성 질소이며, 이들 유기성 질소는 질화 공정에서 암모니아성 질소를 거쳐 아질산성 질소로 산화된다.

무기이온과 질소 화합물을 함유하는 제1 발명의 처리 대상 배수로서는, 예컨대 액정 공장 배수, 반도체 공장 배수 등을 들 수 있다.

질소 화합물 및 무기이온 함유 배수로 이루어지는 원수를 배관(11)으로부터 질화조(1)에 도입하고, 폭기 등에 의해 호기적 생물 처리하여 아질산형 질화를 행한다. 질화조(1)에 무기이온의 스케일화를 억제하기 위한 스케일 방지 수단을 마련한다.

이 스케일 방지 수단으로서는 도 1의 (a)에 도시한 스케일 방지제 첨가 수단(2)이나, 도 1의 (b)에 도시한 질화조(1)의 전단에 마련된 무기이온 제거 수단(3)을 들 수 있다. 스케일 방지 수단으로서 스케일 방지제 첨가 수단과 무기이온 제거 수단의 양쪽 모두를 채용할 수도 있다.

도 1의 (a)에 도시한 바와 같이, 스케일 방지 수단으로서 스케일 방지제를 첨가하는 경우, 원수에 스케일 방지제를 첨가함으로써, 질화계 내에서의 무기이온 의 스케일화를 억제한다. 스케일 방지제의 첨가 장소는 도 1의 (a)에 도시한 바와 같이, 질화조(1)로의 원수 도입 배관(11)이어도 좋고, 질화조(1)이더라도 좋으며 또한, 그 양쪽 모두라도 좋다.

첨가하는 스케일 방지제로서는, 생물 난분해성 스케일 방지제, 예컨대 폴리아크릴산, 폴리 무수말레산, 폴리아크릴 아미드 가수분해물, 술폰산계 중합체 등의 고분자 분산제, 포스폰산염, 무기 폴리인산염, EDTA(에틸렌 디아민 사초산) 등의 킬레이트계 방지제 등을 사용할 수 있다. 이들 스케일 방지제는 1 종을 단독으로 이용하더라도 좋고, 2 종 이상을 혼합하여 이용하더라도 좋다.

스케일 방지제의 첨가량은 무기이온의 스케일화를 억제할 수 있는 정도면 좋고, 통상의 경우 5 내지 500 mg/L 정도이다.

무기이온 제거 수단(3)으로서는 이온 교환 장치, 정석(晶析) 장치, 응집 분리 장치 등을 이용할 수 있다.

이온 교환 장치는 강산성 양이온 교환 수지 또는 약산성 양이온 교환 수지를 충전한 이온 교환탑이며, 예컨대 연화탑을 사용할 수 있다. 원수를 이온 교환탑에 통수시킴으로써, 무기이온(양이온)을 흡착 제거할 수 있다.

정석 장치로서는 종정 물질(예컨대, 탄산칼슘, 인산칼슘 등)을 충전한 정석탑을 사용할 수 있다. 원수에 무기이온과 반응하여 불용성물을 생성하는 불용화제(예컨대, 탄산염, 인산염 등)를 첨가하여 이러한 정석탑에 통수시킴으로써, 무기이온을 종정 상에 결정화시켜 제거할 수 있다.

응집 분리 장치로서는 배수에 불용화제(예컨대, 소석회 등의 알칼리)나 응집 제를 첨가하여 무기이온을 응집 플록으로 하고, 응집 플록을 침전, 부상, 여과 등의 고액 분리에 의해 제거하는 것을 이용할 수 있다.

스케일 방지 수단에 의해, 바람직하게는 원수 중의 무기이온을 그 포화 농도의 1/10000 내지 1/1, 바람직하게는 1/10000 내지 9/10으로 제거하거나, 또는 무기이온을 분산시켜 질화조(1)에서의 스케일 석출을 방지한다.

질화조의 후단에 막 분리 장치를 배치하고, 질화조 유출액을 농축하는 경우는 그 농축 배율에 따라서, 무기이온의 제거율을 조정하는 것이 바람직하다.

질화조(1)에서는 pH 조정 수단(4)에 의해 pH 조정제(알칼리)가 첨가되고, 조 내 pH가 아질산형 질화에 적합한 pH, 즉 pH 7.5 내지 8.5로 유지됨으로써, 아질산형 질화가 행해진다. pH 조정 수단(4)에 의해 첨가되는 알칼리로서, 탄산나트륨 등의 탄산염이나 중탄산나트륨 등의 중탄산염을 이용하고, 탄산염이나 중탄산염의 pH 완충 능력에 따라서 생물막 내에서의 pH의 저하를 방지하며, 아질산형 질화를 유지하는 것이 바람직하다. 다만, pH 조정 수단(4)에 의해 수산화 나트륨(NaOH) 등의 강알칼리가 첨가되어도 좋다.

보일러 배출 가스 등의 탄산 가스를 함유하는 배출 가스를 가성 소다와 같은 알칼리 약제에 흡수시킨 액을 탄산염 및/또는 중탄산염의 함유수로서 질화조(1)에 첨가하더라도 좋다.

질화조(1)에서는 pH 7.5 내지 8.5의 중성 내지 알칼리성의 pH 조건으로 아질산형 질화가 행해지지만, 원수 중의 무기이온의 스케일화가 억제되어 있기 때문에, 이 질화조(1)에서의 스케일 석출이 방지된다.

질화조(1)에는 균체를 유지시키기 위한 담체(5)를 첨가하더라도 좋다. 담체의 첨가에 의해 질화조(1) 내에 균체를 고농도로 유지하여 한층 더 효율적인 처리를 행할 수 있게 된다. 첨가하는 담체로서는 스폰지형으로 비표면적이 큰 것이 바람직하다. 담체는 2 내지 20 mm 정도 크기의 것이 바람직하다. 담체의 형상은 특별히 한정되지 않고, 예컨대 구형, 입방체형의 것 등을 사용할 수 있다. 스폰지의 소재는 에스테르계 폴리우레탄을 들 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 담체는 겉보기 용적으로 질화조(1)의 용적의 20 내지 80 용량% 정도 첨가하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 질화조(1)에 담체(5)를 첨가하더라도, 담체에 스케일이 부착되는 것이 방지된다.

아질산형 질화를 행한 질화조(1)의 유출액은 배관(12)으로부터 막 분리 장치(6)로 도입되어 농축된 후, 농축수는 배관(13)보다 막질조(膜窒槽)(도시 생략)에 송급되어 생물 탈질 처리된다. 막 분리 장치(6)의 투과수는 배관(14)으로부터 계 외로 배출된다.

질화 처리액을 막 분리 처리하는 경우에도, 전단의 스케일화 방지 처리에 의해 막 분리 농축에 의한 스케일 장해를 방지할 수 있다.

막 분리 장치(6)로서는 예컨대 마이크로 필터막과 RO 막의 2 단계 처리 장치나, RO 막 분리 장치 등을 이용할 수 있다.

제1 발명에 있어서, 아질산형 질화를 행하기 위해 암모니아 산화 세균을 우성으로 하기 때문에, 질화조 내에 탄산염 및/또는 중탄산염을 첨가하여 질화조 내 의 무기 탄소 농도를 50 mg-C/L 이상으로 유지하는 방법이나, 일본 특허 공개 2004-298841호 공보와 같이, 질화조 내의 잔류 암모니아성 질소 농도를 50 mg-N/L 이상으로 조절하는 방법(암모니아성 질소의 저해 작용을 이용하는 방법), 기타, 저해제를 주입하는 방법, 설정 온도에 의한 균체의 증식 속도의 차이를 이용한 방법, 용존 산소(DO) 농도를 조절하는 방법 등을 채용할 수 있다.

이하에 실시예 및 비교예를 들어 제1 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

도 1의 (a)에 도시하는 장치에 Ca이온 45 mg/L, K-N(켈달 질소) 100 mg/L의 배수를 원수로서, 1000 L/d의 유량으로 통수하여 처리하였다. 또한, 대상 배수에서의 운전은 각 공정의 장치를 작동시킨 후, 처리 능력이 정상 상태가 된 시점에서 시작하였다. 각 공정의 운전 조건은 이하와 같다.

스케일 방지제 첨가 수단: 폴리아크릴산 나트륨을 300 mg/L 첨가

질화조: 용적 100 L

pH 7.5

온도 30℃

담체로서 3 mm 각 스폰지를 30 용량% 첨가

pH 조정제 탄산나트륨

조 내 무기탄산 농도(설정치) 60 mg/L

막 분리 장치: RO 막 닛토덴코사제「NTR 759 HR-S2」

(전처리: 이층 여과(LV= 1 m/h), 슬라임 컨트롤제 첨가)

RO 막 입구압 1.3 MPa

RO 막 출구압 1.25 MPa

순환수량 6 L/min

설정 투과수량 0.7 L/min

설정 농축수량 0.3 L/min

RO 급수 pH 6.0

이 때의 질화조 내의 스폰지 담체의 무기 슬러지 함유율과, 질화조의 처리수의 수질과 막 분리 장치의 RO 막 플럭스(투과 유속) 저하율의 시간 경과에 따른 변화의 조사 결과를 표 1에 나타내었다.

운전 일수	질화처리수 수질(mg/L)		유기 슬러지 함유율(%)	RO 막 플럭스 저하율 (%)
운전 일수	K-N(켈달질소)	Nox-N 아질산성 질소	유기 슬러지 함유율(%)	RO 막 플럭스 저하율 (%)
1일	13	73	18	2.3
3일	16	76	19	3.1
5일	-	-	20	3.3
10일	15	72	21	4.1

표 1로부터 명백한 바와 같이, 질화조에서의 스폰지 담체 안의 무기 슬러지의 비율은 상승하지 않고, 질화 처리를 10일간 안정적으로 계속 실시할 수 있었다. 또한, RO 막 분리 장치에서는 운전 시작으로부터 3 일째에도 운전 시작시와 비교하여 5% 이하의 플럭스의 저하밖에 관측되지 않고, 운전 시작으로부터 10 일째에도 운전 시작시의 5% 이하의 플럭스 저하로 계속 처리할 수 있게 되었다.

[비교예 1]

실시예 1에 있어서, 스케일 방지제를 첨가하지 않은 것 이외는 동일하게 처리하여, 질화조 내의 스폰지 담체의 무기 슬러지 함유율과, 질화조의 처리수의 수질과 막 분리 장치의 RO 막 플럭스(투과 유속) 저하율의 시간 경과에 따른 변화를 조사하여 결과를 표 2에 나타내었다.

운전 일수	질화처리수 수질(mg/L)		유기 슬러지 함유율(%)	RO 막 플럭스 저하율 (%)
운전 일수	K-N(켈달질소)	Nox-N 아질산성 질소	유기 슬러지 함유율(%)	RO 막 플럭스 저하율 (%)
1일	23	64	26	23
2일	-	-	42	30
3일	56	36	51	40

표 2로부터도 명백한 바와 같이, 비교예 1에서는 질화조에서, 운전 시작으로부터 3 일째에 스폰지 담체 안의 무기 슬러지의 비율이 높아졌기 때문에, 담체의 비중이 커져 조 내에 침전하도록 되었다. 이 때문에, 스폰지 담체에 부착된 균체에 산소를 충분히 공급할 수 없게 되어 질화 처리 능력이 저하되었다. 또한, RO 막 분리 장치에서도 운전 시작 후부터 막 면에 스케일이 서서히 부착되고, 운전 시작으로부터 3 일째에는 플럭스가 40% 저하되었다.

이하에 도면을 참조하여 제2 발명의 (아)질산성 질소 및 다가 무기이온 함유 배수 처리 장치의 실시형태를 상세히 설명한다.

도 2는 제2 발명의 (아)질산성 질소 및 다가 무기이온 함유 배수 처리 장치의 실시형태를 도시하는 계통도이다.

제2 발명에 있어서, 처리 대상 배수 중에 함유되는 다가 무기이온이란, 수계로 불용화되어 스케일화하기 쉬운 이온으로, 대표적으로는 2가 내지 3가의 양이온이며, 예컨대 Ca² ⁺, Mg² ⁺, Fe³ ⁺, Al³ ⁺ 등의 이온을 들 수 있다. 이들 무기이온은 수산이온, 탄산이온, 인산이온, 불소이온 등의 불용화하기 쉬운 쌍이온이 존재하면 스케일로서 석출한다. SO₄ ² ^-, PO₄ ³ ^-, CO₃ ² ^-등의 음이온도 스케일화 한다. 이들 음이온도 본 발명에 관한 다가 무기이온에 함유된다.

무기이온과 (아)질산성 질소를 함유하는 처리 대상 배수로서는, 예컨대 액정 공장 배수, 반도체 공장 배수 등의 유기성 질소 함유 배수를 질화 처리한 질화 처리액을 들 수 있다. 유기성 질소 함유 배수가 질화 처리되면, 배수 안의 암모니아나 암모늄계 화합물이나 아민계 화합물, 예컨대 TMAH(테트라 메틸 암모늄 하이드로 옥사이드), MEA(모노 에탄올 아민), 기타 아미노산 등의 유기성 질소가 암모니아성 질소를 거쳐 (아)질산성 질소로 된다.

(아)질산성 질소 및 다가 무기이온 함유 배수를 원수로서 배관(31)으로부터 막 분리 장치(22)에 도입하여 막 분리 처리를 행한다. 막 분리 장치(22)에서의 무기이온의 스케일화를 억제하기 위해, 막 분리 장치(22)로의 원수 도입 배관(31)에 마련한 스케일 방지제 첨가 수단(21)에 의해 원수에 스케일 방지제를 첨가한다.

첨가하는 스케일 방지제로서는, 미분산화에 의해 스케일을 방지하는 것이나, 킬레이트 생성에 의해 가용화하는 것 등을 이용할 수 있다. 생물 난분해성의 스케일 방지제로서 예컨대 폴리아크릴산, 폴리 무수말레산, 폴리아크릴 아미드 가수분해물, 술폰산계 중합체 등의 고분자 분산제, 포스폰산염, 무기 폴리인산염, EDTA(에틸렌 디아민 사초산) 등의 킬레이트계 방지제를 이용할 수 있다. 용이한 생물 분해성의 스케일 방지제로서, 예컨대 폴리아스파라긴산, 폴리글루타민산, 폴리알라닌, 폴리류신, 폴리리신, 폴리알긴산 등을 이용할 수 있다. 이들 스케일 방지제는 1 종을 단독으로 이용하더라도 좋고, 2 종 이상을 혼합하여 이용하더라도 좋다.

용이한 생물 분해성의 스케일 방지제를 이용한 경우에는, 미반응의 잉여 스케일 방지제가 후단의 생물학적 탈질 장치(23)에 의해 분해된다. 후단의 생물학적 탈질 장치(23)에 있어서, 스케일 방지제가 생분해됨으로써, 생물학적 탈질 장치(23) 내에서 다가 무기이온이 유리되고, 이 다가 무기이온이 슬러지 안에 수용되어 슬러지의 침강성이 높아진다. 상향류식 슬러지 블랭킷(USB)의 생물학적 탈질 장치에 있어서, 그래뉼 슬러지의 침강성이 높으면 탈질조 내의 슬러지 농도가 높아진다. 슬러지의 침강성이 좋으면 침전조 안에서 슬러지가 침강하기 쉽다.

스케일 방지제의 첨가량은 다가 무기이온의 스케일화를 억제할 수 있는 정도이면 좋고, 원수의 다가 무기이온 농도나 막 분리 장치(22)의 처리 조건(농축 배율 등), 이용하는 스케일 방지제의 종류 등에 따라서 적절하게 결정되지만, 통상의 경우 5 내지 500 mg/L 정도이다.

제2 발명에서는 스케일 방지제를 첨가함으로써, 원수 중의 다가 무기이온을 분산시켜 막 분리 장치(22)에서의 스케일 석출을 방지한다.

스케일 방지제가 첨가된 원수가 도입되는 막 분리 장치(22)의 분리막으로서는, (아)질산성 질소를 농축할 수 있다, 역침투(RO)막, 나노필트레이션(NF)막 등을 이용할 수 있다. 막 분리 장치를 2 단 이상으로 마련하더라도 좋다.

막 분리 장치(22)에서는 다가 무기이온의 스케일 석출이 방지됨으로써, 장기간에 걸쳐, 막의 플럭스(flux: 투과 유속)를 높게 유지하여 안정적이면서 효율적인 막 분리 처리를 계속할 수 있다.

이 막 분리 장치(22)의 투과수는 원수 중의 염류나 유기물의 대부분이 제거된 청정도가 높은 물로, 배관(32)으로부터 회수하여 그대로, 또는 필요한 순도로 처리하여 수질을 더 향상시킨 후에 재이용할 수 있다.

막 분리 장치(22)의 농축수는 배관(33)으로부터 생물학적 탈질 장치(23)에 도입되어 탈질 처리된다.

생물학적 탈질 장치(23)는 부유 활성 슬러지식, 또는 상향류식 슬러지 블랭킷(USB) 등일 수 있다. USB 식은 담체나 탄산칼슘 등을 핵으로서 직경 1 내지 수 mm의 그래뉼을 형성시켜 처리하는 방식이며, 부유 활성 슬러지식에 비해 설치 면적이 작고, 고부하화가 가능하다라는 이점이 있어 바람직하다.

생물 처리에서는 미생물의 증식 및 침강성 향상을 위해, 소량의 무기이온이 필요하다. 스케일 방지제로서 용이한 생물 분해성의 스케일 방지제를 이용한 경우에는, 탈질 공정에서의 스케일 방지제의 생물 분해에 의해 다가 무기이온을 유리시켜 이용할 수 있다.

생물 난분해성의 스케일 방지제가 이용되면서, 다가 무기이온이 킬레이트 화합물을 형성하고 있는 경우에는 탈질 공정에서 충분한 양의 무기이온을 공급할 수 없다. 따라서, 이러한 경우에는 무기이온을 공급하기 위해서는, 별도 무기 화합물을 생물학적 탈질 장치(23)의 입구 또는 생물학적 탈질 장치(23)에 첨가하는 것이 바람직하다.

USB 방식에 있어서, 슬러지 또는 그래뉼 무기이온을 수용하게 하고, 그 비중을 높이면 슬러지 및 그래뉼의 부상 및 유출이 방지된다.

첨가하는 무기 화합물은 염화칼슘이나 수산화칼슘 등이 바람직하고, 그 첨가량은 필요한 슬러지 침강성을 얻을 수 있는 정도이면 좋다.

제2 발명에 있어서는, 이와 같이 하여 생물학적 탈질 장치(23)에서의 무기이온량을 확보함으로써, 슬러지의 침강성을 높이고, 탈질조 내의 모든 슬러지량에서 차지하는 유기 슬러지비(VSS/SS)를 0.80 이하, 예컨대 0.5 내지 0.8 정도로 유지하여 탈질 처리하는 것이 바람직하다.

생물학적 탈질 장치(23)에서의 다른 처리 조건으로서는 특별한 제한은 없다. 이 생물학적 탈질 장치(23)에는 필요에 따라 메탄올 등의 수소 공여체가 첨가된다.

이 생물학적 탈질 장치(23)의 처리수는 배관(34)으로부터 계 외로 배출되고, 더 처리되어 회수, 재이용되거나 방류된다.

이하에 실시예 및 비교예를 들어 제2 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예 2]

도 2에 도시하는 장치에 의해, 칼슘이온 농도 45 mg/L, NO₃-N 농도 160 mg/L의 배수를 원수로서, 200 L/d의 유량으로 통수하여 처리하였다. 대상 배수에서의 운전은 각 공정의 장치를 작동시킨 후, 처리 능력이 정상 상태가 된 시점에서 시작하였다. 각 장치의 운전 조건은 이하와 같다.

스케일 방지제 첨가 수단: 폴리아스파라긴산을 400 mg/L 첨가

막 분리 장치: RO 막 닛토덴코사제 「NTR759 HR-S2」

RO 막 입구압= 1.3 MPa

RO 막 출구압= 1.25 MPa

순환수량= 6 L/min

설정 투과수량= 0.7 L/min

설정 농축수량= O.3 L/min

RO 급수 pH= 6.0

생물학적 탈질 장치: USB 방식

조 용적= 3.5 L

pH= 7.5

온도= 35 ℃

수소 공급체: 메탄올 1400 mg/L을 첨가

이 때의 막 분리 장치에서의 막 플럭스의 저하율 및 생물학적 탈질 장치에서의 VSS/SS 비와, 생물학적 탈질 장치 입구수와 출구수의 질산(NO₃-N) 농도의 시간 경과에 따른 변화를 조사하고, 결과를 표 3에 도시하였다.

운전일수	플럭스 저하율 (%)	VSS/SS 비	NO₃-N 농도(mg/L)
운전일수	플럭스 저하율 (%)	VSS/SS 비	생물학적 탈질장치 입구수	생물학적 탈질장치 출구수
1일	2.4	0.70	511	25
10일	3.7	0.68	508	22
30일	4.1	0.66	515	23

표 3으로부터 명백한 바와 같이, 막 분리 장치에서는 운전 시작으로부터 10 일째에도 운전 시작시와 비교하여 5% 이하의 플럭스의 저하밖에 관측되지 않고, 30 일째에도 운전 시작시의 5% 이하의 플럭스 저하로 계속 처리할 수 있었다. 생물학적 탈질 장치에서는, 슬러지 전체에서 차지하는 무기 슬러지의 비율은 거의 일정값을 유지하고, 제거율 90% 이상에서 안정적으로 탈질 처리할 수 있었다.

[비교예 2]

실시예 2에 있어서, 스케일 방지제를 첨가하지 않은 것 이외는 동일하게 처리하여, 막 분리 장치에서의 막 플럭스의 저하율 및 생물학적 탈질 장치에서의 VSS/SS비와, 생물학적 탈질 장치 입구수와 출구수의 질산 농도의 시간 경과에 따른 변화를 조사하여 결과를 표 4에 도시하였다.

운전일수	플럭스 저하율(%)
1일	21
5일	35
10일	42

표 4로부터 명백한 바와 같이, 비교예 2에서는 운전일수가 지날 때마다, 막 면으로의 스케일의 부착에 의해 서서히 막 분리 장치의 플럭스가 저하하고, 10 일째에는 플럭스는 운전 시작시에 비해 40% 이상이나 저하되었다.

이하, 제3 발명의 배수 처리 장치에 관해서, 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도 3은 제3 발명의 배수 처리 장치를 도시하는 블록도이다. 도 3에 도시하는 처리 장치(41)는 연화 수단(42)과, 역침투막 분리 수단(43)과, 탈질 수단으로서의 탈질조(44)를 구비하는 것에 특징이 있다.

연화 수단(42)에는 공급 수단(45)으로부터 배수가 공급된다. 배수는 MEA나 TMAH 등의 유기성 질소 화합물에 기인한 질산성 질소나 아질산성 질소를 함유하고, 칼슘이온, 알루미늄이온, 철이온 등의 2가 및/또는 3가의 무기이온을 함유하고 있다. 연화 수단(42)은 배수 중의 무기이온을 이온 교환에 의해 연화하는 것이고, 그 반응탑에는 양이온 교환 수지가 충전되어 있다. 따라서, 연화 수단(42)의 상부로부터 배수를 도입하여 반응탑을 통과시킴으로써, 배수는 함유되어 있는 무기이온이 나트륨이온으로 이온 교환된 후, 연화 수단(42)의 하부로부터 유출되고, 이 유출액이 역침투막 분리 수단(43)에 도입된다.

여기서, 연화 수단(42)에 있어서는, 무기이온을 역침투막 분리 공정에서의 농축 배율에 따라 포화 농도의 1/10000 내지 1/1의 농도, 보다 바람직하게는 1/10000 내지 9/10의 농도가 되도록 제거하는 것이다.

역침투막 분리 수단(43)으로는 이온 교환된 배수를 역침투막에 의해 투과수(46)와 농축수(47)로 분리한다. 그리고, 투과수(46)는 회수수로서 재이용되고, 농축수(47)는 탈질조(44)에 도입된다. 농축수(47)는 메탄올 등의 유기물과 함께 탈질조(44)에 도입되며, 도입된 농축수(47)는 생물학적인 탈질 처리가 행해져 탈질 처리수(48)가 되고, 필요에 따라 폭기되어 침전 처리된 후, 방류된다.

탈질조(44)에서의 생물학적인 탈질 처리로서는, 부유 활성 슬러지법 혹은 상향류식 슬러지 블랭킷(USB) 법을 이용할 수 있다. USB 법은 탈질 세균에 의해 형성된 슬러지 입자를 이용하여 탈질 처리를 행하는 방법이다. 즉, 담체나 탄산칼슘 등을 핵으로서 직경 1 내지 수 mm의 그래뉼을 형성하여 탈질 처리를 하는 것으로, 역침투막 분리 수단(43)으로부터의 농축수(47)를 탈질조(44)의 하부로부터 도입하여 농축수(47)를 그래뉼과 접촉시킴으로써, 농축수(47) 안의 질산성 질소나 아질산성 질소를 분해하고, 이 탈질 처리수(48)를 탈질조(44)의 상부로부터 추출하도록 되어 있다. 이 USB 법은 부유 활성 슬러지에 비해 설치 면적이 작고, 고부하화가 가능하다라는 이점을 갖고 있다.

이상의 처리 장치(41)에 따르면, 배수가 무기이온을 함유하고 있더라도, 연화 수단(42)을 통과함으로써 이온 교환에 의해 무기이온이 제거된다. 이 때문에, 그 후의 역침투막 분리 수단(43)으로의 투과수와 농축수가 분리(RO 막분리)될 때에, 이들 무기이온이 스케일로 되어 역침투막의 막 면에 석출하여 부착되지 않게 된다. 따라서, 역침투막에 의한 투과수와 농축수의 분리(RO 막분리)를 원활히 행할 수 있기 때문에, 배수 처리를 신속하면서 효율적으로 행할 수 있다.

도 4는, 제3 발명에서의 다른 배수 처리 장치(51)를 도시하는 블록도이다. 도 4에 도시하는 처리 장치(51)는 도 3의 구조에 추가하여, 재생 배수 공급 수단(49)을 구비하고 있다. 재생 배수 공급 수단(49)은 일단이 연화 수단(42)의 상부에 접속되고, 타단이 탈질조(44)에 접속되어 있다. 또한, 재생 배수 공급 수단(49)은 재생 배수를 저류하는 재생 배수 저류조(50)를 구비하고 있다.

도 4의 처리 장치(51)는 연화 수단(42), 역침투막 분리 수단(43) 및 탈질조(44)를 구비함으로써 도 3의 처리 장치(41)와 마찬가지로 작용할 수 있다. 이에 추가하여, 도 4의 처리 장치(51)에서는 재생 배수 공급 수단(49)을 구비함으로써, 연화 수단(42)에서의 반응탑의 하부로부터 염화나트륨 수용액 등의 역세수(52)를 도입하고, 반응탑 내의 양이온 교환 수지에 포착되어 있는 무기이온을 양이온 교환 수지로부터 분리할 수 있다. 분리한 무기이온을 포함하는 물은 재생 배수로 되고, 재생 배수 저류조(50)에 저류된다. 저류한 재생수는 그 일부 또는 전부가 역침투막 분리 수단(43)으로부터의 농축수(47)와 함께 탈질조(44)에 공급된다.

일반적으로, 탈질조(44)에서의 생물학적 탈질 처리에서는 소량의 무기이온이 필요하다. 특히, USB 법에서는 발생하는 질소 가스의 부착이나 내포에 의한 그래뉼의 부상?유출이 문제가 되기 때문에, 높은 침강성을 갖은 그래뉼의 형성이 질소 처리 부하를 유지하는 데에 중요해진다. 이 때문에, 그래뉼이나 슬러지에 무기이온을 받아들이게 하여 비중을 크게하는 것이 효과적이다.

연화 수단(42)에서는 염화나트륨 수용액을 사용하고 있기 때문에, 그 재생 배수에는 칼슘이온이나 마그네슘이온, 철이온 등의 무기이온이 고농도로 함유되어 있다. 재생 배수 공급 수단(49)은 이러한 무기이온을 고농도로 함유한 재생 배수를 탈질조(44)에 공급하기 때문에, 탈질조(44) 내의 그래뉼이나 슬러지의 비중을 크게 할 수 있다. 이에 따라, 탈질조(44)에서의 탈질 처리를 고효율로 행하는 것이 가능해진다.

도 5는 제3 발명에서의 또 다른 배수 처리 장치(61)를 도시하는 블록도이다. 도 5에 도시하는 처리 장치(61)에서는 도 3 및 도 4와 마찬가지로 연화 수단(42), 역침투막 분리 수단(43) 및 탈질조(44)를 구비하고 있다. 이에 추가하여, 처리 장치(61)는 칼슘 화합물(CaCl₂) 등의 무기이온을 탈질조(44)에 공급하는 것이 가능한 구조로 되어 있다. 무기이온은 역침투막 분리 수단(43)으로부터의 농축수(47)에 혼입됨으로써 탈질조(44)에 도입된다. 이에 따라, 도 4의 처리 장치(51)와 마찬가지로 탈질조(44) 내의 그래뉼이나 슬러지의 비중을 크게 할 수 있고, 탈질조(44)에서의 탈질 처리를 고효율로 행하는 것이 가능해진다.

도 6은 제4 발명에 관한 배수 처리 장치(71)를 도시하는 블록도이다. 도 6에 도시하는 처리 장치(71)는 폭기조(72)와, 침전조로 이루어지는 고액 분리 수단(73)과, 연화 수단(42)과, 여과기(74)와, 역침투막 분리 수단(43)과, 탈질조(44)를 구비하고 있다. 폭기조(72)는 확산 수단(75)으로부터 내부에 공기가 폭기된다. 공급 수단(45)은 이 폭기조(72)에 배수를 공급한다. 배수는 MEA, TMAH 등의 유기 질소 화합물 및/또는 암모니아태질소와 전술한 무기이온을 함유한 상태로 폭기조(72)에 도입된다.

폭기조(72)에서는 확산 수단(75)으로부터 폭기된 공기에 의해 배수를 폭기 처리한다. 이 폭기 처리로는 미생물에 의해 유기 질소 화합물이 산화 분해되는 동시에, 질소 성분이 질화되어 질산성 질소 또는 아질산성 질소로 된다. 고액 분리 수단(73)은 폭기조(72)에서 폭기 처리된 처리액을 고액 분리한다. 고액 분리 수단(73)과 폭기조(72) 사이에는 슬러지 반송 라인(76)이 마련되어 있고, 고액 분리 수단(73)으로 분리된 분리 슬러지는 슬러지 반송 라인(76)을 통해 폭기조(72)에 반송된다. 한편 분리된 맑은 웃물은 연화 수단(42)에 공급된다.

연화 수단(42)으로는 고액 분리 수단(73)으로부터의 맑은 웃물이 상부로부터 도입되고, 반응탑을 통과하는 동안에 이온 교환된다. 이에 따라, 맑은 웃물 중에 함유되어 있는 무기이온이 나트륨이온으로 이온 교환되고, 맑은 웃물이 연화된다.

이온 교환된 맑은 웃물은 여과기(74)를 통과시킴으로써 미세한 고형분이 제거된다. 여과기(74)로는 모래 여과, 정밀 여과, 한외 여과, 그 밖의 수단을 이용할 수 있다.

여과기(74)를 통과한 후는 역침투막 분리 수단(43)에 공급되어 투과수(46)와 농축수(47)로 분리된다. 투과수(46)는 회수수로서 재이용되고, 농축수(47)는 메탄올 등의 유기물이 첨가되어 탈질조(44)에 도입되며, 탈질조(44) 내에서 생물학적으로 탈질 처리된다. 탈질 처리된 탈질 처리수(48)는 필요에 따라 재폭기되어 침전 처리된 후, 방류된다.

이 처리 장치(71)에 있어서는, 탈질조(44)로부터의 탈질 처리수의 일부를 폭기조(72)에 급송하는 급송 수단(77)이 마련된다. 이와 같이, 급송 수단(77)에 의해 폭기조(72)에 급송되는 탈질 처리수(48)는 pH 조정제로서 작용하고, 공급 수단(45)으로부터의 배수의 pH 조정을 원활히 행할 수 있다.

이 처리 장치(71)에 있어서는, 배수가 유기 질소 화합물 및/또는 암모니아태질소와 무기이온을 함유하고 있더라도, 폭기조(72)에 의해 유기 질소 화합물이 산화 분해 및 질화되어 질산성 질소나 아질산성 질소가 되기 때문에, 탈질조(44)가 탈질을 효율적으로 행할 수 있다. 또한, 고액 분리 수단(73)으로부터의 맑은 웃물을 이온 교환하는 연화 수단(42)을 마련하고 있기 때문에, 무기이온을 제거할 수 있고, 역침투막 분리 수단(43)에서의 역침투막의 막 면에 무기이온이 스케일이 되어 부착되지 않게 된다. 이에 따라, 역침투막에 의한 투과수(46)와 농축수(47)의 분리(RO 막 분리)를 효율적으로 행할 수 있다.

또한, 도시를 생략하지만, 도 4와 마찬가지로 연화 수단(42)의 양이온 교환 수지에 포착된 무기이온을 분리하여 재생 배수로 하고, 이 재생 배수의 일부 또는 전부를 탈질조(44)에 공급하도록 하더라도 좋다. 이에 따라, 탈질조(44) 내의 그래뉼이나 슬러지의 비중을 크게 할 수 있고, 탈질조(44)에서의 탈질 처리를 고효율로 행할 수 있다.

도 7은 제4 발명의 다른 처리 장치(81)를 도시하는 블록도이다. 도 7에 도시하는 처리 장치(81)에서는 도 6의 처리 장치(71)에 대하여 질화균을 유지한 담체(82)를 이용하는 것으로, 이 담체(82)는 폭기조(72)에 도입된다. 질화균을 유지하는 담체(82)로는 발포 수지 등의 비표면적이 큰 것이 이용된다. 이와 같이 질화균을 유지한 담체(82)를 폭기조(72)에 적용시킴으로써, 폭기조(72)에서의 질화를 더 효율적으로 행하는 것이 가능해진다.

이에 추가하여, 도 7의 처리 장치(81)에서는 응집 반응조(83) 및 응집 침전조(84)를 이용하고 있다. 응집 반응조(83)는 폭기조(72)에서 담체(82)로부터 박리되는 슬러지나 증식되는 부유 균체 등의 고형물에 응집제를 추가하여 응집시키는 것으로, 응집 후의 플록은 응집 침전조(84)에 공급되고, 응집 침전조(84)에 의해 고액 분리된다. 이와 같이, 응집 반응조(83) 및 응집 침전조(84)를 이용함으로써, 고액 분리를 확실하고 신속하게 행하는 것이 가능해진다.

도 8은 제4 발명의 또 다른 배수 처리 장치(91)를 도시하는 블록도이다. 도 8에 도시하는 처리 장치(91)는 도 6에서의 처리 장치(71)의 폭기조(72)를 대신하여 침지막식 폭기조(92)를 이용하는 것이다. 침지막식 폭기조(92)는 침지막(93)을 이용하는 것으로, 이 침지막(93)이 폭기조(92) 내의 배수에 침지된 상태로 되어 있고, 폭기조(92) 내에서 미생물 분해 및 질화됨으로써 생성된 처리수는 침지막(93)에 의해 여과된 후, 연화 수단(42)에 공급된다. 따라서, 이 처리 장치(91)에서는 도 6의 처리 장치(71)에서의 고액 분리 수단(73)이 필요 없게 되고, 설치 면적을 작게 할 수 있다.

이 경우, 폭기조(92) 내부는 확산 수단(75)에 의해 폭기 상태로 되어 있고, 여기에 침지막(93)을 배치함으로써, 하부로부터의 폭기에 의해 막 표면의 퇴적물을 제거할 수 있다. 따라서, 장기간에 걸쳐 침지막(93)을 안정적으로 작용시킬 수 있다. 침지막(93)으로는 한외 여과막, 정밀 여과막 등을 사용할 수 있고, 그 재질로서는 폴리올레핀, 초산 셀룰로오스, 세라믹 등을 선택할 수 있다. 이러한 침지막(93)은 세정함으로써 반복 사용이 가능하여, 경제적이라고 할 수 있다.

실시예 및 비교예에 의해 제3 발명을 구체적으로 설명한다. 이하의 실시예 및 비교예에서는 Ca이온 농도 45 mg/L, NO₃-N 농도 80 mg/L의 배수를 원수로서 하여, 200 L/d의 유량으로 통수하여 질소 제거 처리를 실시하였다. 또한, 대상 배수에서의 운전은 각 공정의 장치를 작동시킨 후, 처리 능력이 정상 상태가 된 시점에서 시작하였다. 각 처리 공정의 운전 조건은 이하와 같다.

(1) 연화 처리 공정: 약산성 양이온 교환 수지(바이엘사제, 상품명 「Lewatit CNP80」), SV70hr^-1

(2) 막 분리 공정: 역침투막(RO 막)(닛토덴코사제, 상품명 「NTR759 HR-S2」)

(3) 탈질 공정: USB 법(상향류식 슬러지 블랭킷 법: Upflow Sludge Blanket 법, 탈질조 용적 3.5 L, pH 7.5, 온도 35 ℃, 메탄올 240 mg/L를 첨가

[비교예 3]

도 9에 도시하는 흐름도에 의해 배수 처리를 행하였다. 즉, 연화 처리 공정을 거치지 않은 원수를 역침투막으로 투과수(46)와 농축수(47)로 분리하고, 분리한 농축수(47)를 탈질조(44)에서 탈질 처리하였다. 운전을 시작한 후, 역침투막에 스케일이 서서히 부착되고, 표 5에 도시한 바와 같이, 역침투막으로 분리되는 투과수량(이하, 플럭스라고 함)이 운전 시작시에 비해 1 일째에는 26% 저하되고, 3 일째에는 42% 저하되었다.

	플럭스 저하율(%)
1일째	26
2일째	33
3일째	42

[실시예 3]

도 3에 도시하는 흐름도에 의해 배수를 처리하였다. 즉, 배수를 연화 수단(42)으로 이온 교환 처리한 후, 역침투막 분리 수단(43)으로 통액하여 투과수(46)와 농축수(47)로 분리하고, 그 후 그 농축수(47)를 탈질조(44)에 도입하여 탈질 처리를 행하였다. 결과를 표 6에 나타낸다.

표 6에 도시한 바와 같이, 이 실시예 3에서는 운전 시작으로부터 1 일째의 플럭스 저하율은 운전 시작시와 비교하여 2.1%밖에 저하되어 있지 않고, 15 일째와 30 일째에도 각각 3.1%, 4.3%밖에 저하되어 있지 않아 5% 이하가 유지되며, 역침투막에 의한 투과수와 농축수의 분리를 계속 행하는 것을 확인할 수 있었다. 탈질 공정에서는 운전 시작시부터 서서히 처리수 중의 질산성 질소 농도의 증가를 볼 수 있지만, 운전 시작으로부터 30 일째의 질산성 질소는 86.5%이며, 제거율로서 85%를 유지할 수 있었다. 질산성 질소의 제거율이란, 탈질 공정에 유입하는 유입수로부터 질산성 질소(NO₃-N)를 제거한 비율을 나타내는 것이다.

	플럭스의 저하율(%)	탈질 공정에서의 NO₃-N(mg/L)
	플럭스의 저하율(%)	유입수	처리수	제거율(%)
1일째	2.1	510	26	94.9
15일째	3.1	503	48	90.5
30일째	4.3	519	70	86.5

[실시예 4]

도 4에 도시하는 흐름도에 의해 배수를 처리하였다. 즉, 배수를 연화 수단(42)으로 이온 교환 처리한 후, 역침투막 분리 수단(43)으로 통액하여 투과수(46)와 농축수(47)로 분리하고, 그 후 그 농축수(47)를 탈질조(44)에 도입하여 탈질 처리를 행하였다. 탈질 처리에 있어서는, 재생 배수 급송 수단(9)으로부터 재생 배수를 농축수(47)에 혼합하여 탈질조(44)에 도입하였다. 이 재생제에는 염화나트륨(NaCl)을 사용하였다. 결과를 표 7에 나타낸다.

표 7에 도시한 바와 같이, 이 실시예 4에서는 운전 시작으로부터 30 일째에도 플럭스의 저하율에 현저한 증가를 볼 수 없이 5% 이하가 유지되며, 또한 질산성 질소의 제거율에도 현저한 변동을 볼 수 없이 대개 약 95%이었다. 따라서, 역침투막 분리 처리 및 탈질 처리도 운전 시작시와 동일한 처리능과 처리수질을 유지할 수 있었다.

	플럭스의 저하율(%)	탈질 공정에서의 NO₃-N(mg/L)
	플럭스의 저하율(%)	유입수	처리수	제거율(%)
1일째	2.5	530	24	95.5
15일째	3.9	512	28	94.5
30일째	4.4	522	21	96.0

[실시예 5]

도 5에 도시하는 흐름도에 의해 배수를 처리하였다. 즉, 배수를 연화 수단(42)으로 이온 교환 처리한 후, 역침투막 분리 수단(43)으로 통액하여 투과수(46)와 농축수(47)로 분리하고, 그 후 그 농축수(47)를 탈질조(44)에 도입하고 칼슘 화합물을 탈질조(44)에 첨가하여 탈질 처리를 행하였다. 칼슘 화합물로서는 염화칼슘을 사용하였다. 결과를 표 8에 나타낸다.

표 8에 도시한 바와 같이, 이 실시예 5에서는 운전 시작으로부터 30 일째에도, 플럭스의 저하율에 현저한 증가를 볼 수 없이 5% 이하가 유지되고, 또한 질산성 질소의 제거율에도 현저한 변동을 볼 수 없이 대개 약 95%이었다. 따라서, 역침투막 분리 처리 및 탈질 처리도 운전 시작시와 동일한 처리능과 처리수질을 유지할 수 있었다.

	플럭스의 저하율(%)	탈질 공정에서의 NO₃-N(mg/L)
	플럭스의 저하율(%)	유입수	처리수	제거율(%)
1일째	1.9	521	28	94.6
15일째	2.8	518	31	94.0
30일째	4.1	529	23	95.6

도 10은 실시예 3 내지 5에서의 그래뉼의 침강 속도의 추이를 도시한 그래프이다. 칼슘이온이 탈질조(44)에 도입하는 물에 함유되지 않았던 실시예 3에서는 운전 시작시에는 50 m/hr이었던 그래뉼의 침강 속도가 운전 시작 후 30 일째에는 40 m/hr로 저하되어 있었다. 한편, 칼슘이온을 첨가한 실시예 4 및 실시예 5에서는 운전 시작 후 30 일째에도 그래뉼의 침강 속도를 50 m/hr로 유지할 수 있었다.

본 발명에 따르면, 연화 처리 공정을 도입함으로써 역침투막 분리 처리와 탈질 처리를 안정적으로 실시할 수 있고, 또한 탈질조에 무기이온으로서 칼슘이온을 첨가함으로써, 탈질 처리를 보다 고부하로 안정적으로 행할 수 있었다.

Claims

질소 화합물 및 무기이온을 함유하는 배수를 호기적으로 생물 처리하여 이 질소 화합물을 아질산성 질소로 산화하는 질화조와,

상기 무기이온의 스케일화를 억제하기 위한 스케일 방지 수단과,

상기 질화조 내의 pH를 중성 내지 알칼리성으로 유지하기 위한 pH 조정제 첨가 수단

을 포함하고,

상기 스케일 방지 수단은 스케일 방지제를 상기 질화조와 상기 배수 중 하나 이상에 첨가하는 수단인 것을 특징으로 하는 질소 화합물 및 무기이온 함유 배수 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 pH 조정제 첨가 수단은 탄산염과 중탄산염 중 하나 이상을 상기 질화조와 상기 배수 중 하나 이상에 첨가하는 수단인 것을 특징으로 하는 질소 화합물 및 무기이온 함유 배수 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 스케일 방지 수단은 상기 배수 중의 무기이온을 제거하는 수단인 것을 특징으로 하는 질소 화합물 및 무기이온 함유 배수 처리 장치.
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제1항에 있어서, 상기 질화조 내에 생물 담체가 존재하는 것을 특징으로 하는 질소 화합물 및 무기이온 함유 배수 처리 장치.
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