KR101683271B1 - Apparatus for processing waste water with algae - Google Patents

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Abstract

조류를 이용한 오폐수 처리장치가 개시된다. 오폐수 처리장치는, 혐기성반응을 통하여 오폐수 내의 유기물을 분해하여 메탄(CH4)을 생산하는 메탄발효조, 메탄발효조의 상징액이 유입되어 유기물이 제거되는 유기물제거조, 유기물제거조의 유출물을 이용하여 조류를 생성하는 조류생성조, 조류생성조에서 발생된 산소를 이용하여 암모니아성 질소를 산화시키는 질산화조, 조류생성조 및 질산화조에서 생성된 조류와 질산화 미생물을 고액분리하는 침전조, 고액분리에 의해 얻어진 고상물을 열가수분해하는 열가수분해 반응조, 및 고액분리에 의해 얻어진 액상물을 탈질하는 탈질조를 포함한다. 이에 따르면, 가수분해공정을 통하여 오폐수 내에 존재하는 유기물의 분해속도 및 효율을 높인다. 또한 혐기성 처리 후 조류반응조로 유입되기 전에 잔류하는 유기물 및 고형물을 제거함으로써 조류반응조의 고형물 농도를 저감시켜 조류생성이 필요한 빛의 투과율을 높일 수 있다.A wastewater treatment apparatus using algae is disclosed. The wastewater treatment apparatus includes a methane fermentation tank for decomposing organic matters in the wastewater by anaerobic reaction to produce methane (CH 4 ), an organic matter removal tank for removing organic matter from the methane fermentation tank of the methane fermentation tank, , A nitrification tank for oxidizing ammonia nitrogen using oxygen generated from the algae production tank, a sedimentation tank for solid-liquid separation of algae and nitrifying microorganisms produced from the algae production tank and the nitrification tank, A thermal hydrolysis reaction tank for thermally hydrolyzing the solid matter, and a denitrification tank for denitrifying the liquid matter obtained by solid-liquid separation. According to this, the hydrolysis process increases the decomposition rate and efficiency of the organic substances present in the wastewater. In addition, it is possible to reduce the concentration of solids in the algae reaction tank by removing organic matters and solids that remain before entering the algae tank after the anaerobic treatment, thereby increasing the light transmittance required to generate algae.

Figure R1020140121905
Figure R1020140121905

Description

조류를 이용한 오폐수 처리장치 {Apparatus for processing waste water with algae}[0001] The present invention relates to an apparatus for treating wastewater using algae,

본 발명은 조류를 이용하여 오폐수를 처리하고 생산된 조류를 활용하여 메탄생산량을 증가시킬 수 있는 오폐수 처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 오폐수 내의 영양염류를 이용하여 조류를 성장시켜 이를 이용하여 혐기성 소화조의 메탄생산량을 증대시킬 뿐만 아니라 오폐수를 정화할 수 있는 오폐수 처리장치에 관한 것이다.The present invention relates to a wastewater treatment apparatus capable of increasing the amount of methane produced by treating wastewater using algae and utilizing the produced algae. More particularly, the present invention relates to a wastewater treatment apparatus for growing algae using nutrients in wastewater, The present invention relates to a wastewater treatment apparatus capable of not only increasing methane production of an anaerobic digestion tank but also purifying wastewater.

고농도의 유기물을 함유하는 오폐수를 처리하는 방법에는 여러 가지가 있으나 경제성 및 효율성을 고려하여 혐기성처리방법이 주로 이용된다. 혐기성처리방법의 대표적인 기술은 혐기성소화공정으로, 공기가 없는 혐기성 상태를 유지함으로써 산 생성 미생물과 메탄 생성 미생물의 분해작용을 통하여 유기물(C)을 메탄가스(CH4)로 전환하는 기술을 말한다. 혐기성 기술은 호기성 기술과 달리 유기물을 처리하는데 있어서 산소가 소요되지 않기 때문에 경제성이 우수하고 유용한 천연가스인 메탄(CH4)을 획득할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 오폐수에 혐기성 처리를 할 경우 유기물 제거는 가능하지만 질소 및 인은 제거가 되지 않을 뿐만 아니라 유기물과 결합되어 있었던 질소 및 인이 용출되어 후속되는 처리공정에 질소 및 인 부하를 증가시키는 단점이 있었다.There are various methods of treating wastewater containing high concentration of organic matter, but anaerobic treatment method is mainly used in consideration of economic efficiency and efficiency. A representative technique of the anaerobic treatment method is an anaerobic digestion process, which refers to a technique of converting organic matter (C) into methane gas (CH 4 ) by decomposing acid-producing microorganisms and methanogenic microorganisms by maintaining an anaerobic state without air. Unlike aerobic technology, anaerobic technology does not require oxygen to treat organic matter, so it has the advantage of obtaining methane (CH 4 ), which is an economical and useful natural gas. However, when anaerobic treatment is performed on wastewater, organic matter can be removed, but nitrogen and phosphorus are not removed, and nitrogen and phosphorus, which are combined with organic matter, are eluted, and nitrogen and phosphorus load are increased in subsequent processing steps.

오폐수 내에 존재하는 인은 화학적으로 제거가 가능한데 황산알루미늄이나 염화철 등과 같은 응집제를 이용하여 다음의 반응식과 같이 용존성 인을 고형물 형태로 전환시킨 뒤 고액분리를 통하여 제거시킨다. Phosphorus present in wastewater can be chemically removed. The dissolved phosphorus is converted into a solid form using a flocculant such as aluminum sulfate or iron chloride, and then removed by solid-liquid separation as shown in the following reaction formula.

Al3 + + PO4 3 - = AlPO4(↓)Al 3 + + PO 4 3 - = AlPO 4 (↓)

Fe3 + + PO4 3 - = FePO4(↓)Fe 3 + + PO 4 3 - = FePO 4 (↓)

질소의 경우에는 물리화학적으로 제거가 가능하지만 경제적인 이유로 생물학적인 방법을 통하여 제거가 된다. 우선 환원 상태의 암모니아성 질소가 산화조건에서 질산화 미생물에 의하여 산화가 이루어진다. 질산화는 2단계로 이루어지며 다음 식과 같다.In the case of nitrogen, it can be removed physically and chemically, but it is removed by biological methods for economic reasons. First, the ammonia nitrogen in the reduced state is oxidized by the nitrifying microorganism under the oxidizing condition. Nitrification consists of two steps and is as follows.

NH4 + + 1.5O2 → NO2 - + 2H+ + H2O (1단계)NH 4 + + 1.5 O 2 → NO 2 - + 2H + + H 2 O (Step 1)

NO2 - + 0.5O2 → NO3 - (2단계)NO 2 - + 0.5O 2 → NO 3 - (Step 2)

NH4 + + 2O2 → NO3 - + 2H+ + H2O (전체)NH 4 + + 2 O 2 ? NO 3 - + 2H + + H 2 O (total)

위의 식에서 알 수 있듯이 1g의 암모니아성 질소가 아질산성 질소로 전환되는데 3.43g의 산소가 소모되고 추가적으로 질산성 질소로 산화되는데 1.14g의 산소가 추가적으로 소모되어, 전체적으로 1g의 암모니아성 질소가 산화되는데 4.57g의 산소가 소모된다. 따라서 질산화를 위해서는 필요한 산소를 공급할 수 있는 시스템이 반드시 필요하며 유지관리비를 상승시키는 주요 원인이 된다.As shown in the above equation, 1 g of ammonia nitrogen is converted into nitrite nitrogen, which consumes 3.43 g of oxygen and is further oxidized to nitrate nitrogen, which consumes 1.14 g of oxygen, resulting in 1 g of ammonia nitrogen being oxidized as a whole 4.57 g of oxygen is consumed. Therefore, a system that can supply the required oxygen is necessary for nitrification and it is the main cause of the increase of the maintenance cost.

산화된 질소는 환원반응을 거처 최종적으로 질소가스(N2)로 전환되어 대기 중으로 방출되어야 질소 제거가 완료되는데 이러한 반응을 탈질이라고 한다. 탈질은 산소가 없는 환원조건에서 탈질 미생물이 산화된 질소를 전자수용체로 이용하여 달성되는데, 이때 전자공여체가 필요하여 메탄올과 같은 유기물이 이용된다. 메탄올을 전자공여체로 하는 탈질 반응은 다음과 같이 표현된다.The oxidized nitrogen is converted into nitrogen gas (N 2 ) after being subjected to the reduction reaction and released into the air to complete the nitrogen removal. This reaction is called denitrification. The denitrification is accomplished by using nitrogen as the electron acceptor in which denitrifying microorganisms are oxidized under oxygen-free reducing conditions. At this time, an electron donor is required and organic materials such as methanol are used. The denitrification reaction with methanol as an electron donor is expressed as follows.

6NO3 - + 5CH3OH → 3N2 + 5CO2 + 7H2O + 6OH- 6NO 3 - + 5CH 3 OH → 3N 2 + 5CO 2 + 7H 2 O + 6OH -

탈질반응은 질산성 질소(NO3 --N)와 아질산성 질소(NO2 --N) 상태에서 이루어질 수 있는데 이를 화학적인 양론식으로 다시 표현하면 다음과 같다.The denitrification can be carried out in nitrate nitrogen (NO 3 - N) and nitrite nitrogen (NO 2 - N) states.

0.25O2 + H+ + e- → 0.5H2O0.25O 2 + H + + e - & gt ; 0.5H 2 O

0.33NO2 - + 1.33H+ + e- → 0.17N2 + 0.67H2O0.33NO 2 - + 1.33H + + e - - > 0.17N 2 + 0.67H 2 O

0.20NO3 - + 1.2H+ + e- → 0.1N2 + 0.6H2O0.20NO 3 - + 1.2H + + e - > 0.1N 2 + 0.6H 2 O

위 식에서 알 수 있듯이 1g의 아질산성 질소(NO2 -)가 환원되기 위해서는 1.73g의 COD가 소모되고 1g의 질산성 질소(NO3 -)가 환원되기 위해서는 2.86g의 COD가 소모된다. 이러한 유기물들은 메탄올이나 초산 같은 것을 이용하는데 외부에 주입을 해 주어야 하기 때문에 외부탄소원이라 한다. 환원시켜야할 질소의 양이 증가하면 할수록 필요한 외부탄소원의 양도 증가하게 되어 결국 경제적인 부담을 증가시키는 원인이 된다.As can be seen from the above equation, in order for 1 g of nitrite nitrogen (NO 2 - ) to be reduced, 1.73 g of COD is consumed and 2.86 g of COD is consumed to reduce 1 g of nitrate nitrogen (NO 3 - ). These organic materials are called external carbon sources because they must be injected to the outside using methanol or acetic acid. As the amount of nitrogen to be reduced is increased, the amount of the external carbon source required increases, which causes an increase in the economic burden.

이러한 문제를 해결하기 위하여 최근에 개발된 공정이 아질산화-독립영양 탈질공정이다(도 1). 이 공정은 탈질을 위해 유기물을 이용하는 것이 아니라 무기물인 암모니아성 질소를 이용하기 때문에 독립영양 탈질이라고 부른다. 본 공정은 오폐수의 50%는 아질산화를 시키고 나머지 50%에 존재하는 암모니아성 질소를 전자공여체로 활용하여 탈질이 이루어진다. 이를 식으로 표현하면 다음과 같다To solve this problem, a recently developed process is a nitrification-independent denitrification process (Fig. 1). This process is called an autotrophic denitrification because it uses ammonia nitrogen, which is an inorganic substance, instead of using organic materials for denitrification. In this process, 50% of wastewater is nitrified and ammonia nitrogen existing in the remaining 50% is used as an electron donor. This can be expressed as:

NH4 + + NO2 - → N2+H2ONH 4 + + NO 2 - > N 2 + H 2 O

위 식에서 알 수 있듯이 탈질을 위해 외부탄소원이 소모되지 않기 때문에 기존공정에 필요한 외부탄소원을 100% 절감할 수 있다. 또한 질산화의 경우에도 유량의 50%만 아질산화시키기 때문에 기존공정에 비해 산소소모량이 37% 정도이다. 따라서 기존공정에 비해 경제적으로 매우 우수한 공정이라고 말할 수 있다. 그러나 본 공정은 반응조의 온도가 25℃ 이상 유지되어야 하고 미생물을 성장시키고 유지하기 위한 기간이 오래 걸리고 운전조건이 까다롭기 때문에 현장 적용에 많은 어려움이 있다.As can be seen from the above equation, since the external carbon source is not consumed for denitrification, the external carbon source necessary for the conventional process can be reduced by 100%. Also, in the case of nitrification, only 50% of the flow rate is nitrified, resulting in a 37% reduction in oxygen consumption compared to the conventional process. Therefore, it can be said that the process is economically superior to the existing process. However, this process requires a long period of time to grow and maintain the microorganisms, and the operation conditions are very difficult.

위에서 설명한 기술들은 오폐수 내의 질소 및 인을 오염물질로 보고 제거하는데 초점이 맞추어져 있었으나 근래에 오폐수 내에 있는 질소 및 인을 이용하여 조류를 성장시켜 에너지를 회수하려는 노력들이 이루어지고 있다.Although the above-described techniques have focused on removing nitrogen and phosphorus in wastewater as pollutants, efforts have recently been made to recover the energy by growing algae using nitrogen and phosphorus in wastewater.

조류는 일반적으로 C106H263O110N16P 로 나타내어지는데 1kg의 인을 활용하여 111kg의 조류와 138kg의 COD를 생산할 수 있고, 질소 1kg을 활용할 경우 조류 16kg과 COD 20kg을 생산할 수 있다. 일반적으로 하수 내의 질소 및 인의 농도가 45 및 6mg/L이기 때문에 조류 생산을 통하여 900 및 828mg/L의 COD의 생산이 가능하고, 하수처리장 혐기성 소화조 상징액을 활용할 경우 20,000mg/L의 COD의 생산이 가능하며 가축분뇨를 이용할 경우 100,000mg/L의 COD 생산이 가능하기 때문에 자원을 회수할 수 있는 잠재력이 매우 높다고 할 수 있다. 또한 근래 들어 LED 기술의 발달로 인하여 조류 성장에 필요한 빛을 제공할 수 있는 방법이 향상되어 조류를 이용한 여러 가지 기술들이 개발되고 있다.Birds are generally represented by C 106 H 263 O 110 N 16 P. They can produce 111 kg of algae and 138 kg of COD using 1 kg of phosphorus and produce 16 kg of algae and 20 kg of COD when 1 kg of nitrogen is utilized. Generally, since the concentrations of nitrogen and phosphorus in sewage are 45 and 6 mg / L, production of COD of 900 and 828 mg / L is possible through the production of algae, and production of COD of 20,000 mg / L by utilizing the anaerobic digester tank of sewage treatment plant It is possible to produce 100,000 mg / L COD using livestock manure, so the potential for recovering resources is very high. Recently, due to the development of LED technology, a method for providing light required for bird growth has been improved, and various technologies using algae have been developed.

근래 들어 미국에서 하수처리장의 처리수 및 반류수 내의 질소 및 인을 이용하여 조류를 생산하여 이를 혐기성소화조에 투입하여 메탄 생산량을 높이는 기술(도 2)의 개발이 이루어지고 있다. 그러나 이러한 공정은 질소 및 인을 제거시킬 수 있는 단계가 없기 때문에 장기적으로 운전할 경우 질소 및 인의 축적이 발생하는 문제가 있다.2. Description of the Related Art In recent years, the development of a technology (FIG. 2) for increasing production of methane by producing algae using nitrogen and phosphorus in treated water and recirculated water in a sewage disposal plant in the United States and injecting them into an anaerobic digester has been developed. However, since this process has no step to remove nitrogen and phosphorus, there is a problem that accumulation of nitrogen and phosphorus occurs when operated for a long period of time.

조류를 이용하여 오폐수를 처리하는 방법은 조류와 박테리아의 공생관계를 이용한다. 박테리아는 오폐수 내의 유기물을 산소를 이용하여 산화시키면서 이산화탄소를 생성하고 조류는 이산화탄소를 이용하여 빛이 있는 조건에서 광합성을 통하여 새로운 조류를 생성하고 산소를 생산한다. 조류에 의해 생산된 산소를 박테리아가 다시 이용함으로써 공생이 이루어진다. 이러한 박테리아와 조류의 공생을 이용한 오폐수 처리 공정을 Activated-Algae 라고 하는데 기존의 Activated-Algae 공정은 조류성장에 필요한 빛이 투과되는 깊이의 한계가 있고 동절기에는 온도 저하로 인하여 조류 성장이 저해되는 단점 때문에 현장 적용에는 실패하였다.The method of treating wastewater by using algae utilizes the symbiosis of algae and bacteria. Bacteria oxidize organic matter in wastewater using oxygen to produce carbon dioxide, and algae produce new algae and oxygen by photosynthesis under light conditions using carbon dioxide. Symbiosis is achieved by the bacteria again using the oxygen produced by the algae. The activated-algae process is called activated-algae, which uses the symbiosis of bacteria and algae. However, the existing activated-algae process has a limitation of the depth through which the light necessary for algal growth is transmitted. In winter, Failed to apply on site.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 오폐수 내에 존재하는 질소 및 인을 이용하여 조류를 성장시켜 이를 회수하여 재활용할 뿐만 아니라 잔류하는 질소를 별도의 산소공급 및 외부탄소원의 공급 없이 경제적으로 제거할 수 있는 방안을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for recovering and recycling algae using nitrogen and phosphorus present in wastewater, And it is an object of the present invention to provide a method which can be economically removed without supplying an external carbon source.

본 발명에 따른 오폐수 처리장치는, 혐기성반응을 통하여 오폐수 내의 유기물을 분해하여 메탄(CH4)을 생산하는 메탄발효조, 상기 메탄발효조의 상징액이 유입되어 유기물이 제거되는 유기물제거조, 상기 유기물제거조의 유출물을 이용하여 조류를 생성하는 조류생성조, 상기 조류생성조에서 발생된 산소를 이용하여 암모니아성 질소를 산화시키는 질산화조, 상기 조류생성조 및 질산화조에서 생성된 조류와 질산화 미생물을 고액분리하는 침전조, 고액분리에 의해 얻어진 고상물을 열가수분해하는 열가수분해 반응조, 및 고액분리에 의해 얻어진 액상물을 탈질하는 탈질조를 포함하는 것을 특징으로 한다.The apparatus for treating wastewater according to the present invention comprises a methane fermentation tank for decomposing organic matter in wastewater through an anaerobic reaction to produce methane (CH 4 ), an organic matter removal tank for removing organic matter by flowing a supernatant of the methane fermentation tank, A nitrification tank for oxidizing ammonia nitrogen by using oxygen generated from the algae production tank, an algae production tank and a nitrification microorganism produced from the algae production tank and the nitrification tank by solid-liquid separation A denitrification tank for denitrifying the liquid material obtained by solid-liquid separation; and a denitrification tank for denitrifying the liquid material obtained by solid-liquid separation.

상기 유기물 제거조는 부상식 여재를 사용하는 상향류 탈질여상을 사용하여 고형물과 유기물을 동시에 제거하는 것이 바람직하다.It is preferable that the organic matter removing tank is used to simultaneously remove solids and organic matter using an upflow denitrification filter using an auxiliary filter medium.

상기 침전조에서 고액분리된 상기 고상물의 일부는 상기 조류생성조로 반송된다.A part of the solid matter separated by solid-liquid separation from the settling tank is returned to the algae-producing tank.

상기 열가수분해 반응조에서 가수분해되어 회수된 탄소원은 상기 탈질조로 유입되고, 상기 탄소원의 일부는 상기 메탄발효조로 유입된다.The carbon source hydrolyzed and recovered in the thermal hydrolysis reactor flows into the denitrification tank, and a part of the carbon source is introduced into the methane fermentation tank.

상기 메탄발효조에서 생성된 메탄은 연소시켜 발전에 사용되고, 메탄 연소시 발생되는 이산화탄소는 상기 조류생성조의 탄소원으로서 공급된다.The methane generated in the methane fermentation tank is used for generation of electricity by combustion, and the carbon dioxide generated during methane combustion is supplied as a carbon source of the algae production tank.

상기 메탄발효조 전단에는 조류를 오폐수와 같이 발효시키는 산발효조가 구비될 수 있다.An acid fermentation tank may be provided at the front end of the methane fermentation tank to ferment algae such as wastewater.

본 발명에 따른 오폐수 처리장치는 가수분해공정을 통하여 오폐수 내에 존재하는 유기물의 분해속도 및 효율을 높인다. 또한 혐기성 처리 후 조류반응조로 유입되기 전에 잔류하는 유기물 및 고형물을 제거함으로써 조류반응조의 고형물 농도를 저감시켜 조류생성이 필요한 빛의 투과율을 높일 수 있도록 하였으며 생성된 조류의 순도를 높여 활용도를 높였다. 추가적으로 반송수에 포함된 산화된 질소가 잔류되는 유기물을 이용하여 제거됨으로써 질소 제거효율을 높이도록 하였다. 조류반응조는 전단에서 유기물 및 고형물이 제거되었기 때문에 조류가 우점될 뿐만 아니라 빛 투과를 방해하는 고형물 및 미생물의 성장을 최소화하여 빛 투과효율이 증가되도록 하였다. 조류 생산에 필요한 무기탄소는 메탄발효조에서 발생하는 메탄을 이용한 발전 및 탈수된 고형물을 연소하는 보일러에서 발생하는 이산화탄소를 재활용하도록 하였다. 질소 산화에 필요한 산소는 조류 생성시 발생하는 산소를 이용하여 별도의 산소공급이 필요 없도록 하였다. 탈질시 필요한 탄소원은 조류의 가수분해를 통하여 얻어지는데 일반적으로 잉여슬러지의 C/N비가 5.1인 것에 비해 조류의 C/N비는 71로 탄소원으로서의 가치가 매우 높아 별도의 외부탄소원의 주입이 필요 없어 경제성이 향상되도록 하였다.The wastewater treatment apparatus according to the present invention enhances the decomposition rate and efficiency of the organic matter present in the wastewater through the hydrolysis process. In addition, after the anaerobic treatment, the remaining organic matter and solids are removed before entering into the bird reactor, thereby reducing the solids concentration in the algae reactor, thereby increasing the light transmittance required for algae production and increasing the purity of the algae produced. In addition, the removal efficiency of nitrogen is improved by removing organic matter remaining in the oxidized nitrogen contained in the return water. Since the organic matter and solids were removed from the shear stage, the algal reaction tank was dominated by algae, and the growth of solids and microorganisms, which interfere with light transmission, was minimized and the light transmission efficiency was increased. The inorganic carbon required for algae production recycles methane generated from the methane fermenter and carbon dioxide from boilers that burn dehydrated solids. Oxygen required for nitrogen oxidation uses oxygen generated during the generation of algae so that no additional oxygen is required. The carbon source required for denitrification is obtained through hydrolysis of algae. In general, the C / N ratio of the algae is 71, which is very high as the carbon source, compared to the C / N ratio of the excess sludge of 5.1. Thereby improving the economic efficiency.

도 1은 기존의 고농도 오폐수 처리공정 개념도이다.
도 2는 기존의 조류를 이용한 고농도 오폐수 처리공정 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예이다.
도 4는 본 발명에 따른 조류와 슬러지를 동시에 발효하는 실시예이다.
1 is a conceptual diagram of a conventional high-concentration wastewater treatment process.
FIG. 2 is a conceptual diagram of a high-concentration wastewater treatment process using existing algae.
3 is an embodiment according to the present invention.
4 is an embodiment for simultaneously fermenting algae and sludge according to the present invention.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 오폐수 처리장치는, 고농도 오폐수를 이용하여 조류를 생산함으로써 메탄회수량을 증가시키면서 오폐수 내에 있는 질소 와 인을 제거할 수 있는 기술이다.In order to solve the above technical problems, the wastewater treatment apparatus is capable of removing nitrogen and phosphorus contained in wastewater by increasing the recovery of methane by producing algae using high concentration wastewater.

오폐수 내에 있는 질소 및 인을 이용하여 조류를 생산하고 조류 생산과정에 발생하는 산소를 이용하여 오폐수 내에 있는 질소를 산화시켜 후속되는 탈질공정에서 제거함으로써 조류생산 및 질소/인의 제거를 동시에 달성할 있는 기술이다. 질산화를 위한 별도의 산소공급이 필요 없기 때문에 산소공급을 위한 시스템이 필요 없어 초기투자비가 절감되고 산공공급 시스템을 가동하기 위한 전기소모가 필요 없어 유지관리비의 절감이 가능하다. 또한 조류 및 오폐수 내의 고형물을 신속하고 효율적으로 가수분해 하여 혐기성공정의 효율을 높이고 가수분해된 유기물을 질소 제거를 위한 탄소원으로 사용할 수 있도록 하였다. Technology to simultaneously produce algae and nitrogen / phosphorus by producing algae using nitrogen and phosphorus in wastewater and oxidizing nitrogen in wastewater by using oxygen generated in the process of algae to remove it from the subsequent denitrification process to be. Since no separate oxygen supply is required for nitrification, there is no need for a system for oxygen supply, which saves initial investment and saves maintenance expenses because there is no need to consume electricity to operate the system. In addition, the solids in wastewater and wastewater can be rapidly and efficiently hydrolyzed to increase the efficiency of the anaerobic process, and the hydrolyzed organic matter can be used as a carbon source for nitrogen removal.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 3은 본 발명에 따른 오폐수 처리 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. 본 발명에 따른 오폐수 처리장치는, 메탄발효조(10), 유기물제거조(20), 조류생성조(30), 질산화조(40), 침전조(50), 탈질조(60), 열가수분해 반응조(70)를 구비한다.3 is a schematic view of a wastewater treatment system according to the present invention. The wastewater treatment apparatus according to the present invention includes a methane fermentation tank 10, an organic matter removal tank 20, a bird producing tank 30, a nitrification tank 40, a settling tank 50, a denitrifying tank 60, (70).

고농도 오폐수는 우선 메탄발효조(10)에서 혐기성반응을 통하여 오폐수 내의 유기물을 분해하여 메탄(CH4)을 생산한다. 메탄발효조(10)의 상징액은 후속되는 유기물제거조(20)로 유입되어 침전조(50)에서 반송되는 질산성 질소에 의해 유기물이 제거된다. 유기물제거조(20)로는 탈질여상이 가장 적합한데, 고형물과 유기물이 동시에 제거되기 때문에 후속되는 조류생성조(30)로 유기물 및 고형물의 유입을 최소화할 수 있다. 조류생성조(30)로 유기물 및 고형물의 유입을 최소화하기 때문에 조류생성조(30)에서 조류의 우점이 가능하고 고형물의 축적에 의해 빛의 투과가 방해되는 것을 방지할 수 있다.The high concentration wastewater first decomposes the organic matter in the wastewater through the anaerobic reaction in the methane fermentation tank 10 to produce methane (CH 4 ). The supernatant of the methane fermentation tank 10 flows into the subsequent organic material removal tank 20, and the organic material is removed by the nitrate nitrogen returned from the settling tank 50. The denitrification process is most suitable for the organic matter removing tank 20, because the solids and the organic substances are removed at the same time, so that the inflow of the organic substances and the solids into the subsequent algae producing tank 30 can be minimized. The inflow of the organic matter and the solids into the alga generation tank 30 is minimized, so that the algae can be dominant in the algae generation tank 30 and the transmission of light due to the accumulation of solid matter can be prevented.

조류생성조(30)는 유기물제거조(20)의 유출물이 유입되어 질소, 인, 이산화탄소 및 빛을 이용하여 조류를 생성하고 부산물로 산소를 생성한다. 발생된 산소는 후속되는 질산화조(40)에서 암모니아성 질소를 산화하는데 사용된다. 조류생성조(30) 및 질산화조(40)에서 생성된 조류와 질산화 미생물은 침전조(50)에서 고액분리를 통하여 일부는 조류생성조(30)로 반송하고 일부는 열가수분해 반응조(70)로 유입하여 가수분해를 통하여 탄소원을 회수하여 탈질조(70)에서 이용되고 일부는 메탄발효조(10)로 유입되어 메탄생산량을 증가시킨다. 메탄발효조(10)에서 생산된 메탄은 연소시켜 발생된 열로 발전을 하여 전기를 생산하는 데에 사용되고, 메탄 연소시 발생하는 이산화탄소는 조류생성조(30)의 탄소원으로 공급된다.The algae-producing tank 30 receives the effluent of the organic material removing tank 20 and generates algae using nitrogen, phosphorus, carbon dioxide, and light, and generates oxygen as a by-product. The generated oxygen is used to oxidize the ammonia nitrogen in the subsequent nitrification tank 40. The algae and the nitrifying microorganisms generated in the algal production tank 30 and the nitrification tank 40 are subjected to solid-liquid separation in the sedimentation tank 50 and part of them are transferred to the algal production tank 30, The carbon source is recovered through hydrolysis to be used in the denitrification tank 70 and a part of the carbon source is introduced into the methane fermentation tank 10 to increase the methane production. Methane produced in the methane fermentation tank 10 is used to generate electricity by generating heat by combustion, and carbon dioxide generated during methane combustion is supplied as a carbon source of the algal-producing tank 30.

도 4는 본 발명의 다른 실시예로서, 도 3의 실시예와 유사하게 메탄발효조(10), 유기물제거조(20), 조류생성조(30), 질산화조(40), 침전조(60), 및 탈잘조(60)를 구비하며, 그 외에 메탄발효조(10) 전단에 산발효조(80)를 구비하는 구성을 갖는다.4 is a schematic view showing another embodiment of the present invention in which the methane fermentation tank 10, the organic matter removal tank 20, the algae generation tank 30, the nitrification tank 40, the settling tank 60, And a deasphalted tank 60. In addition, an acid fermentation tank 80 is provided at the upstream of the methane fermentation tank 10.

조류를 별도로 가수분해하지 않고 산발효조(80)로 유입시켜 오폐수와 같이 발효를 시킴으로써 공정을 단순화하고 메탄발효조(10)의 효율을 높이도록 하였다. 탈질에 필요한 탄소원은 산발효조(80)에서 생성된 유기산을 이용함으로써 탈질 속도를 증가시킬 수 있다. 또한 탈수를 통하여 발생된 고형물은 연소를 통하여 열 및 이산화탄소를 회수하여 재활용할 수 있도록 하였다.The algae are introduced into the acid fermentation tank 80 without being hydrolyzed separately to simplify the process and improve the efficiency of the methane fermentation tank 10 by performing fermentation like wastewater. The carbon source necessary for the denitrification can increase the denitrification rate by using the organic acid generated in the acid fermentation tank 80. In addition, solid matter generated through dehydration can recover heat and carbon dioxide through combustion and be recycled.

본 발명은 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

Claims (7)

혐기성반응을 통하여 오폐수 내의 유기물을 분해하여 메탄(CH4)을 생산하는 메탄발효조,
상기 메탄발효조의 상징액이 유입되어 유기물이 제거되는 유기물제거조,
상기 유기물제거조의 유출물을 이용하여 조류를 생성하는 조류생성조,
상기 조류생성조에서 발생된 산소를 이용하여 암모니아성 질소를 산화시키는 질산화조,
상기 조류생성조 및 상기 질산화조에서 생성된 조류와 질산화 미생물을 고액분리하는 침전조,
고액분리에 의해 얻어진 고상물을 열가수분해하는 열가수분해 반응조, 및
고액분리에 의해 얻어진 액상물을 탈질하는 탈질조
를 포함하는 것을 특징으로 하는 오폐수 처리장치.
A methane fermenter that decomposes organic matter in the wastewater through an anaerobic reaction to produce methane (CH 4 )
An organic matter removing tank through which a supernatant of the methane fermentation tank flows and organic substances are removed,
An algae generating tank for generating algae using the effluent of the organic material removing tank,
A nitrification tank for oxidizing ammonia nitrogen using oxygen generated from the algae production tank,
A sedimentation tank for solid-liquid-separating the algal-producing tank and the nitrifying microorganisms produced from the nitrifying tank,
A thermal hydrolysis reaction tank for thermally hydrolyzing the solid obtained by solid-liquid separation, and
A denitrification tank for denitrifying the liquid material obtained by solid-liquid separation
And a control unit for controlling the wastewater treatment unit.
제 1 항에 있어서,
상기 유기물 제거조는 부상식 여재를 사용하는 상향류 탈질여상을 사용하여 고형물과 유기물을 동시에 제거하는 것을 특징으로 하는 오폐수 처리장치.
The method according to claim 1,
Wherein the organic matter removing unit is configured to simultaneously remove solid matter and organic matter using an upflow denitrification filter using an auxiliary filter medium.
제 1 항에 있어서,
상기 침전조에서 고액분리된 상기 고상물의 일부는 상기 조류생성조로 반송되는 것을 특징으로 하는 오폐수 처리장치.
The method according to claim 1,
And a part of the solid matter separated by solid-liquid separation from the settling tank is transported to the algae-producing tank.
제 1 항에 있어서,
상기 열가수분해 반응조에서 가수분해되어 회수된 탄소원은 상기 탈질조로 유입되는 것을 특징으로 하는 오폐수 처리장치.
The method according to claim 1,
And the carbon source hydrolyzed and recovered in the thermal hydrolysis tank is introduced into the denitrification tank.
제 4 항에 있어서,
상기 탄소원의 일부는 상기 메탄발효조로 유입되는 것을 특징으로 하는 오폐수 처리장치.
5. The method of claim 4,
And a part of the carbon source is introduced into the methane fermentation tank.
제 1 항에 있어서,
상기 메탄발효조에서 생성된 메탄은 연소시켜 발전에 사용되고, 메탄 연소시 발생되는 이산화탄소는 상기 조류생성조의 탄소원으로서 공급되는 것을 특징으로 하는 오폐수 처리장치.
The method according to claim 1,
Wherein methane generated in the methane fermentation tank is used for generation of electricity and carbon dioxide generated during methane combustion is supplied as a carbon source of the algae production tank.
제 1 항에 있어서,
상기 메탄발효조 전단에 구비된 산발효조를 더 포함하며,
상기 산발효조는 조류를 오폐수와 같이 발효시키는 것을 특징으로 하는 오폐수 처리장치.
The method according to claim 1,
Further comprising an acid fermentation tank provided at a front end of the methane fermentation tank,
Wherein the acid fermentation tank ferments algae like wastewater.
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