KR101279701B1 - Waste Water Reclamation System - Google Patents
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Abstract
본 발명은 1차 처리한 하수를 공업용수로 사용하기 위한 하수재처리시스템에 관한 것으로, 전처리시스템과 역삼투막장치를 포함하는 하수재처리시스템의 농축수 방출관로에 음이온교환수지탑과 전기분해장치를 설치하여 농축수를 처리하며, 종래와는 달리 무기응집제와 유기탄소원을 투입할 필요가 없고 슬러지가 발생하지 않아 슬러지 처리를 위한 농축조나 탈수기가 필요 없어 장치가 간단하여 경제적이고 운전이 쉬운 효과가 있다.The present invention relates to a sewage reprocessing system for using primary treated sewage as industrial water, and includes an anion exchange resin tower and an electrolysis device in a concentrated water discharge line of a sewage reprocessing system including a pretreatment system and a reverse osmosis membrane device. It installs and treats concentrated water. Unlike conventional, it does not need to add inorganic coagulant and organic carbon source, and it does not need sludge, so it does not need a concentration tank or dehydrator for sludge treatment, so the device is simple and economical and easy to operate. .
Description
본 발명은 하수재처리시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하수처리장에서 1차로 처리한 하수를 공업용수로 사용하기 위하여 재처리시에 역삼투막장치에서 발생하는 농축수에 포함되는 유기물과 질산성질소 이온( NO3 - )을 제거할 수 있는 하수재처리시스템에 관한 것이다. 본 발명에서 '하수'는 '폐수'를 포함하는 의미로 사용한다.
The present invention relates to a sewage reprocessing system, and more particularly, organic matter and nitric nitrate ions contained in the concentrated water generated in the reverse osmosis membrane device during reprocessing in order to use the sewage treated first in the sewage treatment plant as industrial water. (NO 3 -) it relates to a wastewater treatment system in which material can be removed. In the present invention, 'sewage' is used to mean 'wastewater'.
일반적으로, 하수처리장에서 1차로 처리한 하수를 공업용수로 사용하기 위한 하수재처리시스템은 전처리장치인 응집침전 여과막을 이용한 한외막여과장치나 정밀막여과장치를 사용하여 물속의 유기물과 부유물질을 제거한 다음에 역삼투막(reverse osmosis, R/O)장치를 사용하여 이온성 물질을 제거하며, 역삼투막장치를 사용하여 이온성 물질을 제거할 때 농축수가 발생한다.
In general, the sewage reprocessing system for the first use of sewage treated in the sewage treatment plant as industrial water uses an ultrafiltration membrane or a precision membrane filtration device using a coagulation sedimentation filtration membrane as a pretreatment device. After removal, the reverse osmosis membrane (R / O) device is used to remove the ionic material, and the reverse osmosis membrane device is used to remove the ionic material.
1차 처리한 하수 중의 유기물과 인(燐,phosphorus) 등은 대개 전처리장치에서 제거되나, 일부의 유기물이나 NO3 - 등은 전처리장치에서 제거되지 아니하여 역삼투막장치로 유입되어 역삼투막장치에서 제거되어 농축수에 포함된다.
Organics and phosphorus in the sewage treated in the first treatment are usually removed from the pretreatment unit, but some organics and NO 3 - are not removed from the pretreatment unit and flow into the reverse osmosis membrane unit and are removed from the reverse osmosis membrane unit. It is included in the number.
2013.01.01.이후에 하수처리장의 방류수에 적용되는 수질기준은 생물화학적산소요구량(BOD)이 10 mg/l, 화학적 산소요구량(COD)이 20~40 mg/l, 부유물질(SS)이 10 mg/l, 총질소(T-N)가 20mg/l, 총인(T-P)이 0.2~2 mg/l 이다.
Since January 1, 2013, the water quality standards applied to the effluent from sewage treatment plants are 10 mg / l for biochemical oxygen demand (BOD), 20 to 40 mg / l for chemical oxygen demand (COD) and 10 for suspended solids (SS). mg / l, total nitrogen (TN) is 20 mg / l, total phosphorus (TP) is 0.2-2 mg / l.
역삼투막장치에 유입되는 유입수는 탁도가 1 NTU 이하, SDI가 4 이하, COD가 10 mg/l 이하이어야 하고, 역삼투막장치의 회수율은 75%~85% 이며, 농축수로 농축되는 비율은 4 ~ 6.7 배이다. 따라서 역삼투막장치에서 발생되는 농축수의 COD가 40 ~ 67 mg/l 에 이르게 되어 상기 방류수의 수질기준을 초과하게 되므로 2013.01.01.이후에는 그대로 방류시킬 수 없게 된다.
The influent flowing into the reverse osmosis membrane device should have turbidity of 1 NTU or less, SDI of 4 or less, COD of 10 mg / l or less, recovery rate of reverse osmosis membrane device is 75% ~ 85%, and the concentration of concentrated water is 4 ~ 6.7 It is a ship. Therefore, the COD of the concentrated water generated in the reverse osmosis membrane apparatus reaches 40 to 67 mg / l, so that the water quality standard of the discharged water is exceeded, and thus it cannot be discharged as it is after January 1, 2013.
질소( N2 )의 경우에도, COD의 경우와 같이, 농축되어 방류수의 수질기준보다 높게 된다. 방류수 중에 포함된 질소는 90% 정도가 질산성질소로 구성되어 있으며, 방류수 중에 포함된 질소의 제거를 위하여 생물학적 처리를 한다.
In the case of nitrogen (N 2 ), as in the case of COD, the concentration is higher than the water quality standard of the discharged water. About 90% of the nitrogen contained in the effluent is composed of nitrate nitrogen, and biological treatment is performed to remove the nitrogen contained in the effluent.
통성혐기성 미생물이 유기물을 이용하여 아질산성질소(NO2-N)와 질산성질소(NO3-N)를 질소가스로 환원하는데 이 반응을 생물학적 탈질소반응이라 하며, 이 반응에 관여하는 미생물을 탈질미생물이라 부른다.
Through anaerobic microorganisms, organic matter is used to reduce nitrous nitrogen (NO 2 -N) and nitrate nitrogen (NO 3 -N) to nitrogen gas. This reaction is called biological denitrification. It is called denitrification microorganism.
탈질반응은 용존산소가 존재하지 않는 조건하에서의 통성혐기성 미생물의 질산성 호흡 또는 아질산성 호흡으로 다음 식과 같이 이루어진다.
The denitrification reaction is performed by nitrate breathing or nitrite breathing of the anaerobic microorganisms in the absence of dissolved oxygen as follows.
( NO3 - → NO2 - ) : 2NO3 - + 2(H2) → 2 NO2 - + 2H2O (NO 3 - → NO 2 - ): 2NO 3 - + 2 (H 2) → 2 NO 2 - + 2H 2 O
( NO2 - → N2 ) : 2NO2 - + 3(H2) → N2 + 2OH- + 2H2O(NO 2 - → N 2 ): 2NO 2 - + 3 ( H 2) → N 2 + 2OH - + 2H 2 O
( NO3 - → N2 ) : 2NO3 - + 5(H2) → N2 + 2OH- + 4H2O
(NO 3 - → N 2) : 2NO 3 - + 5 (H 2) → N 2 + 2OH - + 4H 2 O
위의 반응에 있어서 H2 는 하수 중의 유기물, 메탄올 등의 유기물과 미생물 내에 축적된 유기물 등의 분해에 의해 공급되는 수소공여체로부터 공급받는다.
In the above reaction, H 2 is supplied from a hydrogen donor supplied by decomposition of organic matter in sewage, organic matter such as methanol, and organic matter accumulated in microorganisms.
위와 같은 탈질반응이 진행되기 위해서는 활성슬러지 혼합액에 용존산소가 존재하지 않아야 하고 활성슬러지 혼합액에 관여하는 미생물 내에 산화 대상인 유기물이 존재해야 한다.
In order to proceed with the denitrification, dissolved oxygen should not be present in the activated sludge mixture, and the organic substance to be oxidized should be present in the microorganisms involved in the activated sludge mixture.
상기 탈질반응에 따라 1g 의 질산성질소를 환원하기 위해서는 2.86g 의 O2 에 해당하는 유기물이 있어야 한다. 또, 탈질반응과 동시에 미생물의 증식에 유기물이 사용되므로, 미생물 증식을 포함한 반응식은 메탄올이 유기탄소원으로 사용되는 경우 다음과 같다.
In order to reduce 1 g of nitrate nitrogen according to the denitrification, there should be 2.86 g of organic material corresponding to O 2 . In addition, since the organic material is used for the growth of the microorganism at the same time as the denitrification reaction, the reaction formula including the growth of the microorganism is as follows when methanol is used as the organic carbon source.
NO3 - + 1.08CH3OH + H+ →0.065C5H7O2N + 0.47N2 + 0.76CO2 + 2.44H2O
NO 3 - + 1.08CH 3 OH + H + → 0.065C 5 H 7 O 2 N + 0.47N 2 + 0.76CO 2 + 2.44H 2 O
이 반응식으로부터 1g 의 질산성질소의 탈질을 위해서는 2.47g 의 메탄올이 필요하며, 메탄올 1g 은 거의 BOD 1g 정도이므로, 1g의 질산성질소의 탈질을 위해서는 약 2.5g 의 BOD가 필요하다. 또한, 미생물의 증식을 위해서는 미량의 인(P)과 같은 물질들이 필요하며, 인(P)과 같은 물질들이 부족할 경우 추가로 약품을 투입하여야 한다.
From this scheme, 2.47 g of methanol is required for denitrification of 1 g of nitrogen nitrate, and about 1 g of methanol is approximately 1 g of BOD, so about 2.5 g of BOD is required for denitrification of 1 g of nitrogen nitrate. In addition, a small amount of a substance such as phosphorus (P) is required for the growth of microorganisms, and if a substance such as phosphorus (P) is insufficient, an additional drug should be added.
역삼투막장치에서 발생하는 농축수를 처리하기 위하여, 응집침전과 같은 처리를 통하여 COD 유기원을 제거하고, 생물반응조(Bioreactor)에 메탄올, 에탄올 등 유기탄소원을 투입하여 생물학적 질소를 제거한다. 또, 미량의 인(P)과 같은 물질들이 부족할 경우에는 추가로 약품을 투입한다.
In order to treat the concentrated water generated in the reverse osmosis membrane apparatus, COD organic sources are removed through a treatment such as flocculation and precipitation, and organic carbon sources such as methanol and ethanol are added to a bioreactor to remove biological nitrogen. In addition, when a small amount of a substance such as phosphorus (P) is added an additional drug.
그러나 이와 같은 농축수의 처리는 무기응집제 투입에 따른 슬러지 발생과 생물반응조에서의 슬러지 발생으로 인하여 탈수케익의 양이 증가하며, 무기응집제와 유기탄소원의 주입으로 인하여 약품비가 증가된다.
However, the treatment of the concentrated water increases the amount of dewatered cake due to sludge generation due to the input of inorganic coagulant and sludge generation in the bioreactor, and the chemical cost increases due to the injection of the inorganic coagulant and the organic carbon source.
또한, 유기탄소원의 과량 투입시에는 유기탄소원에 의하여 방류 수질의 기준을 초과하게 될 수도 있어 운전이 까다로우며, 자동운전제어를 위하여 다수의 계측제어 장치가 요구되는 문제점이 있다.
In addition, when an excessive amount of the organic carbon source is input, the organic carbon source may exceed the standard of discharged water quality, which makes the operation difficult and requires a plurality of measurement control devices for automatic operation control.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 농축수에 포함되어 있는 유기물과 NO3 -를 제거할 수 있고 장치가 간단하여 경제적이고 운전이 쉬운 하수재처리시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a sewage reprocessing system that can remove organic matter and NO 3 − contained in concentrated water and is simple and economical and easy to operate.
본 발명은 위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 전처리시스템과 역삼투막장치를 포함하는 하수재처리시스템에 있어서, 상기 역삼투막장치의 농축수 방출관로에 음이온교환수지탑과 전기분해장치를 설치하여 농축수를 처리한다.
The present invention, in order to achieve the above object, in the sewage treatment system comprising a pretreatment system and a reverse osmosis membrane device, by installing an anion exchange resin tower and an electrolysis device in the concentrated water discharge line of the reverse osmosis membrane device to treat the concentrated water do.
본 발명은 종래의 하수재처리시스템과는 달리 무기응집제와 유기탄소원을 투입할 필요가 없고 슬러지가 발생하지 않아 슬러지 처리를 위한 농축조나 탈수기 등이 필요 없어 장치가 간단하여 경제적이고 운전이 쉬운 효과가 있다.
Unlike the conventional sewage treatment system, the present invention does not require an inorganic coagulant and an organic carbon source, and does not require sludge, and thus does not require a thickening tank or a dehydrator for sludge treatment. have.
또, 본 발명은 역삼투막장치의 농축수의 COD, 질산성질소의 농도가 높아도 처리할 수 있어 농축수의 농도에 관계없이 처리 할 수 있는 효과가 있다.
In addition, the present invention can be treated even if the concentration of COD and nitrate nitrogen in the concentrated water of the reverse osmosis membrane device is high, there is an effect that can be treated regardless of the concentration of the concentrated water.
또, 본 발명은 이온교환수지탑과 전기분해장치를 추가하고 운전방법을 변경하면 기존의 하수재처리시스템에도 쉽게 적용할 수 있는 효과가 있다.
In addition, the present invention has an effect that can be easily applied to the existing sewage treatment system by adding an ion exchange resin tower and an electrolysis device and changing the operation method.
도 1은 본 발명의 하수재처리시스템 실시예의 구성도이다.
도 2는 종래의 하수재처리시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of an embodiment of the sewage treatment system of the present invention.
2 is a block diagram of a conventional sewage treatment system.
이하 본 발명의 실시예를 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 하수재처리시스템은, 전처리시스템(10)과 역삼투막장치(20)를 포함하는 하수재처리시스템에 음이온교환수지탑(30)과 전기분해장치(40)를 설치하여 농축수를 처리한다.
As shown in FIG. 1, the sewage ash treatment system of the present invention includes an anion
본 발명은 상기 역삼투막장치(20)의 농축수 방출관로에 음이온교환수지탑(30)을 설치하여 농축수를 처리하여 방류한다. 하수재처리시스템의 역삼투막장치(20)에서 발생되는 농축수는 음이온교환수지탑(30) 내의 음이온교환수지를 통과하면서 처리되는데, 농축수 중의 유기물은 음이온교환수지에 흡착되어 제거되고, NO3 -는 이온교환반응에 의하여 제거된다. 이렇게 유기물과 NO3 -가 제거된 역삼투막장치(20)의 농축수는 방류수에 혼합되어 방류된다.
The present invention installs an anion
AR-Cl + NO3 - = AR-NO₃ + Cl-
AR-Cl + NO 3 - = AR-NO₃ + Cl -
상기 음이온교환수지탑(30) 내의 음이온교환수지는 세공의 크기가 큰 엠알(macroreticular) 타입이나, 아크릴 구조(acrylic structure)를 가지는 강염기성 음이온교환수지를 사용하는 것이 바람직하다.
The anion exchange resin in the anion
농축수에서 유기물과 NO3 -를 흡착하여 제거하는 음이온교환수지는 일정시간 사용되면 소진되어 더 이상 유기물과 NO3 -를 제거할 수 없게 되며, 이러한 경우에는 재생시켜서 다시 사용한다.
Anion exchange resins that adsorb and remove organic matter and NO 3 − from the concentrated water are exhausted after a certain period of time and are no longer able to remove organic matter and NO 3 − , in which case they are regenerated and used again.
소진된 음이온교환수지는 염화나트륨(NaCl)이나 수산화나트륨(NaOH)으로 재생시킬 수 있다. 본 발명에서는 NaCl 주입장치(60)로 Nacl을 주입하여 Nacl 로 재생시키거나, Nacl 7.5 와 NaOH 1 비율의 혼합물로 재생시킨다. 재생의 효율을 높이기 위하여서는 Nacl 약 90% 에 NaOH 약10% 로 혼합하여 재생시키는 것이 바람직하다.
The spent anion exchange resin can be regenerated with sodium chloride (NaCl) or sodium hydroxide (NaOH). In the present invention, NaCl is injected into the
소진된 음이온교환수지를 Nacl나 NaOH로 처리하면 음이온교환수지가 흡착하고 있던 유기물과 NO3 -가 떨어져 나오며, 소진된 음이온교환수지가 Nacl 로 재생되는 반응은 다음과 같다.
When the exhausted anion exchange resin is treated with Nacl or NaOH, the organic matter adsorbed by the anion exchange resin and NO 3 − are separated, and the reaction of the exhausted anion exchange resin with Nacl is as follows.
AR-NO₃+ Na+ + Cl- = AR-Cl + Na+ + NO₃-
AR-NO₃ + Na + + Cl - = AR-Cl + Na + + NO₃ -
음이온교환수지를 재생하기 위하여 이온교환수지 1 리터당 160~250g 의 Nacl을 사용하며, 재생시에 발생되는 재생폐액은 저장조(70)에 저장한 후, 전기분해장치(40)로 재생폐액 속의 유기물과 NO3 -을 산화 및 분해시켜 제거한다.
160-250 g of Nacl per liter of ion-exchange resin is used to regenerate the anion-exchange resin, and the regeneration waste liquid generated at the time of regeneration is stored in the
다음에 전기분해를 통하여 재생폐액 속의 유기물과 NO3 -를 산화시켜 제거하는 과정에 대하여 설명한다. 전기분해장치(40)의 양극에서 생성되는 염소(Cl₂)가 가수분해되어 차아염소산(HOCl)이 생성되어 유기물을 산화 및 분해시켜 이산화탄소(CO₂)로 제거하고, NO3 -를 산화시켜 N₂로 제거한다.
Next, the process of oxidizing and removing organic matter and NO 3 − in the regeneration waste liquid through electrolysis will be described. Chlorine (Cl₂) generated at the anode of the
2Cl- = Cl₂ + 2e- 2Cl - = Cl₂ + 2e -
Cl₂+H2O = HOCl +Cl- + H+
Cl₂ + H2O = HOCl + Cl - + H +
전기분해장치(40)의 양극에서 Cl₂가 생성되기 위해서는 염소이온(Cl-)이 있어야 하고, Cl₂가 많이 생성되기 위해서는 Cl-이 많이 있어야 한다. 이러한 이유로 재생시에 Nacl을 사용하여 재생하며, 사용되고 남은 Nacl로 인하여 Cl-이 많이 존재하기 때문에 재생시에 방출된 유기물과 NO₃-를 전기분해로 산화 및 분해시켜 제거시키기에 충분한 Cl₂가 생성된다.
To be Cl₂ is generated at the anode of the
전기분해장치(40)의 전극은 불용성 전극을 사용하고, 직류전원을 공급하기 위하여 정류기(80)를 사용하며, 전기분해장치 후단에 과산화금속 촉매탑(50)를 두어 제거되지 않고 누출되는 유기물과 NO3 - 이 잔류하는 HOCl이나 OCl과 산화반응을 일으키도록 하여 제거하면 제거효율을 높일 수 있다.
The electrode of the
이렇게 유기물과 NO3 - 이 제거된 음이온교환수지 재생폐액은 처리된 농축수에 혼합되어 농축수와 함께 방류된다.
The anion exchange resin regeneration waste liquid from which organic matter and NO 3 − are removed is mixed with the treated concentrated water and discharged with the concentrated water.
이상에서 실시예를 토대로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능하다. 따라서 위의 기재 내용에 의하여 본 발명의 범위가 한정되지 아니한다.
While the present invention has been described with reference to the exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but is capable of various changes and modifications within the technical scope of the invention. Therefore, the scope of the present invention is not limited by the above description.
또한, 본 발명의 상세한 설명과 특허청구범위에 기재된 도면부호는 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해서 참고로 부기한 것으로, 본 발명은 도면상의 형태로 한정되지 아니한다.
Further, the detailed description of the present invention and the reference numerals in the claims are provided for ease of understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the drawings.
본 발명은 역삼투막장치를 사용하는 모든 물 처리시스템에 사용할 수 있다.
The present invention can be used in any water treatment system using a reverse osmosis membrane device.
10: 전처리시스템 20: 역삼투막장치
30: 음이온교환수지탑 40: 전기분해장치
50: 촉매탑 60: NaCl 주입장치
70: 저장조 80: 정류기10: pretreatment system 20: reverse osmosis membrane device
30: anion exchange resin tower 40: electrolysis device
50: catalyst tower 60: NaCl injector
70: reservoir 80: rectifier
Claims (6)
상기 역삼투막장치(20)에 연결된 음이온교환수지탑(30)이 설치되고,
상기 음이온교환수지탑(30)에 연결된 전기분해장치(40)가 더 설치되어,
상기 역삼투막장치(20)의 농축수 내의 유기물과 NO₃－ 을 상기 음이온교환수지탑(30) 내의 음이온교환수지로 제거하고,
소진된 음이온교환수지의 재생폐액 내의 유기물과 NO₃－ 을 상기 전기분해장치(40)로 산화 및 분해시켜 제거할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 하수재처리시스템
In the sewage reprocessing system comprising a pretreatment system 10 and a reverse osmosis membrane device,
Anion exchange resin tower 30 is connected to the reverse osmosis membrane device 20,
An electrolysis device 40 connected to the anion exchange resin tower 30 is further installed,
Remove the organic matter and NO₃- in the concentrated water of the reverse osmosis membrane apparatus 20 with the anion exchange resin in the anion exchange resin tower 30,
Sewage reprocessing system characterized in that the organic matter and NO₃- in the regeneration waste liquid of the exhausted anion exchange resin can be oxidized and decomposed by the electrolysis device (40).
상기 음이온교환수지가 엠알(macroreticular) 타입인 것을 특징으로 하는 하수재처리시스템
The method of claim 1,
The sewage treatment system, characterized in that the anion exchange resin is a macroreticular type
상기 음이온교환수지가 아크릴 구조(acrylic structure)인 것을 특징으로 하는 하수재처리시스템
The method of claim 1,
The sewage treatment system, characterized in that the anion exchange resin is an acrylic structure (acrylic structure).
상기 전기분해장치(40)에 연결된 촉매탑(50)이 더 설치되어,
유기물과 NO₃－ 의 제거효율을 높일 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 하수재처리시스템The method of claim 1,
A catalyst tower 50 connected to the electrolysis device 40 is further installed,
Sewage treatment system characterized in that it is possible to increase the removal efficiency of organic matter and NO₃-.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020110065834A KR101279701B1 (en) | 2011-07-04 | 2011-07-04 | Waste Water Reclamation System |
Applications Claiming Priority (1)
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2011
- 2011-07-04 KR KR1020110065834A patent/KR101279701B1/en active IP Right Grant
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| 한국물환경학회. 대한상하수도학회. 공동학술발표회 논문집. 2010. 4. pp437 * |
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