KR102015607B1 - 고농도 암모니아성 질소 폐수에 함유된 질소 제거 시스템 - Google Patents

고농도 암모니아성 질소 폐수에 함유된 질소 제거 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 고농도 암모니아성 질소 폐수에 함유된 질소 제거 시스템은, 혐기성소화 탈리액을 포함하는 고농도 암모니아성 질소 폐수에 함유된 암모니아성 질소를 제거하는 반응기, 상기 반응기로부터 유입된 폐수의 혐기성 암모니아산화균 그레뉼과 호기성 암모니아산화균이 부착된 메디아는 순환수로 반응조에 회수하고 호기성 미생물(주로 호기성 아질산산화균)은 처리수로 배출하는 사이클론유닛, 상기 사이클론유닛에서 배출된 처리수를 재처리하는 스크린 미생물 회수기 및 상기 스크린 미생물 회수기에서 배출된 처리수의 질산성 질소 및 아질산성 질소를 제거하는 황산화 탈질기를 포함한다.

Description

고농도 암모니아성 질소 폐수에 함유된 질소 제거 시스템{Nitrogen removal system for sewage and wastewater comprising nitrogen}
본 발명은 고농도 암모니아성 질소 폐수에 함유된 질소 제거 시스템에 관한 것으로, C/N비가 낮고 암모니아성 질소 농도가 높은 고농도 암모니아성 질소 폐수를 처리하기 위한 기술이다. 보다 상세하게는 사이클론을 이용하여 비중이 큰 미생물인 혐기성 암모니아산화균(아나목스균) 그레뉼과 호기성 암모니아산화균이 부착된 메디아를 반응조로 회수하고, 호기성 아질산산화균과 같은 비중이 작은 미생물은 처리수로 배출하며, 배출되는 처리수를 스크린 미생물 회수기를 통해 걸러 스크린을 통과하지 못한 혐기성 암모니아산화균 그레뉼과 호기성 암모니아산화균이 부착된 메디아를 반응조로 회수하고, 나머지 비중이 작은 미생물을 처리수로 배출하며, 혐기성 암모니아산화균에 의한 암모니아 산화 과정에서 생성된(잔존하는) 질산성 질소와 아질산성 질소를 황산화탈질기에서 제거함으로써 기존의 질산화-종속영양탈질 기술에 비해 보다 경제적으로 총 질소 처리효율을 높일 수 있는 고농도 암모니아성 질소 폐수에 함유된 질소 제거 시스템에 관한 것이다.
하수처리장에서 배출되는 슬러지 및 음식물류폐기물, 축산분뇨 등의 고농도 유기성폐기물 내에 함유되어 있는 유기물을 메탄가스로 변환시켜 에너지를 생산하는 혐기소화설비는, 폐기물 감량과 에너지 생산이라는 장점이 있으나, 유기성폐기물 내에 함유되어 있던 고농도의 암모니아성 질소가 배출됨에 따라 하수처리장 메인 공정(Main stream)으로 유입되어 질소부하를 증가시키는 문제점이 있다.
이 문제를 해결하기 위해서는, 하수처리장의 메인 공정의 처리용량을 증대시키거나, 반류수의 처리(Side stream)를 통해 하수처리장으로 유입되는 질소부하를 저감시켜야만 한다. 그러나 대부분의 하수처리장의 경우, 부지에 여유가 없으며, 또한 하수처리 용량을 증대시키기 위해서는 막대한 비용이 요구되므로 처리용량을 증설하는 것은 용이하지 않다.
이에 반해, 혐기소화 탈리액이 함유된 반류수의 질소를 직접 처리하는 방법은, 본 처리용량을 증설하는 것에 비해 간단하고 비용면에서도 경제적이다.
반류수의 질소처리를 위한 기존의 질산화-종속영양탈질 기술로는 처리설비 용량을 축소시키기 어렵다는 문제가 있다. 세계적으로는 1990년대 후반부터 이를 해소하기 위한 다양한 기술개발이 진행되어 왔으며, 최근 유럽, 미국, 일본을 중심으로 고농도 암모니아성 질소(NH4 +-N)를 제거하는 설비가 설치되고 있다.
이에 주목받고 있는 암모니아성 질소(NH4 +-N)를 제거할 수 있는 신규 기술이 아나목스(ANAMMOX)이다.
아나목스 기술은, 혐기 상태에서 암모니아(NH4 +)와 아질산(NO2 -)을 기질로 이용하고, 무기탄소로부터 균체를 합성하는 독립영양균인 혐기성 암모니아산화균(아나목스균)에 의해 수행되는 반응으로, 혐기성 암모니아산화(ANaerobic AMMonium OXidation) 또는 탈암모니아(Deammonification)이라고도 한다. 이 미생물은 서로 잘 뭉쳐져서 그레뉼(Granule)을 형성하는 특징이 있어 ‘혐기성 암모니아산화균 그레뉼‘ 또는 ‘아나목스 그레뉼’이라고도 한다.
아나목스 기술은 혐기 상태에서 NH4 +가 전자공여체, NO2 -가 전자수용체로서 반응하여 질소가스를 생성하는 독립영양반응으로서, 질산화를 위한 산소가 기존 질산화-탈질에 비해 매우 적게 필요하며 탈질을 위한 유기탄소원의 공급이 필요 없으므로 처리비용이 대폭 저감된다.
아나목스 반응에 의해 질소성분을 제거하기 위해서는, 암모니아성 질소(NH4 +-N)와 아질산성 질소(NO2 --N)의 농도가 약 50:50의 비율로 아나목스 반응조에 유입되어야 한다.
즉, 처리대상 원수 중에 존재하는 암모니아성 질소(NH4 +-N)를 호기성 암모니아산화균(Ammonium Oxidizing Bacteria; AOB)에 의해 호기성 상태에서 아질산성 질소(NO2 --N)로 전환시키는 호기성 암모니아 산화(Aerobic ammonium OXidation) 또는 부분아질산화(Partial Nitritation) 또는 아질산화(Nitritation)가 전제되어야 한다.
또한, 아래 반응식에 나타낸 것과 같이, 암모니아(NH4 +)와 아질산(NO2 -)이 1 : 1.32 몰비로 존재해야 하므로 약 50~55%만을 아질산성 질소형태로 변환시켜야 하는데, 이를 부분아질산화라고 한다.
아질산화와 아나목스반응식은 다음과 같다.
아질산화반응 : 2NH4 + + 1.5O2 → NH4 + + NO2 - + H2O + 2H+
아나목스반응 : 1.0NH4 + + 1.32NO2 - + 0.066HCO3 - + 0.13H+
→ 1.02N2 + 0.26NO3 - + 0.066CH2O0.5N0.15(biomass) + 2.03H2O
여기서, 상기 0.066CH2O0.5N0.15(Biomass)는 아나목스균을 나타낸다.
반류수의 암모니아성 질소제거에 아나목스 기술을 적용시킴에 의해 기존 암모니아성 질소 처리방법에 비해, 초기 투자비, 운영비, 부지면적, 에너지사용량, CO2배출량 등이 전부 30~60%이상 저감된다.
최초의 아나목스 기술은 폐수 원수에 존재하는 암모니아성 질소의 절반을 아질산성 질소로 전환시키는(부분아질산화) 아질산화 반응조와 이를 아나목스 미생물에 의해 처리하는 아나목스 반응조를 두 개로 분리 적용한 이른바 2조식(Two stage 또는 Two tank system) 반응기 형태로 적용되었다. 이후 부분아질산화와 아나목스 반응을 단일 반응조에서 구현한 1조식(One stage 또는 One tank system) 반응기 형태로 발전되었다. 1조식 아나목스 기술은 2조식 기술에 비해 침전조가 필요 없고, 단일 반응조에서 부분아질산화와 아나목스 반응을 수행하므로 반응조의 부피를 대폭 줄일 수 있는 장점이 있다. 따라서 설치부지, 배관, 펌프 등의 초기 투자비용을 줄일 수 있는 경제적 장점 때문에 최근에는 1조식 아나목스 기술이 대부분 적용되고 있는 실정이다.
1조식 아나목스 기술은 부분아질산화와 아나목스 반응을 단일 반응조에서 동시에 구현하는 특징을 가지고 있다. 따라서 반응조 내에 호기성 암모니아산화균과 아나목스 균은 적정비율로 유지시키고 호기성 아질산산화균(또는 아질산화균, Nitrite Oxidizing Bacteria; NOB), 호기성 종속영양균(Heterotrophic Bacteria)과 같은 미생물들은 반응조 외부로 유실(Washout) 시키거나 활동에 저해(Inhibition)를 주어 반응조로부터 도태 시켜야 한다.
특히, 아나목스 균은 증식속도가 매우 느리기 때문에 한번 식종 후 유실 없이 반응조에 유지시켜야하며, 반면에 호기성 아질산산화균은 유출시켜야 한다. 호기성 아질산산화균은 아질산성 질소에 대해 혐기성 암모니아산화균과 경쟁관계에 있다. 만약 호기성 아질산산화균이 많으면 아질산성질소가 질산성 질소로 전환만 되어 질소가 제거되지 않고 남게 되기 때문이다. 따라서 2조식 공정의 경우에는 후단에 침전조를 설치하여 미생물을 반송을 통해 회수한다.
1조식 공정의 경우에는 침지식 막을 적용하여 처리수와 슬러지를 분리하거나, 그레뉼(Granule)을 형성하는 혐기성 암모니아산화균의 특성을 이용, 타워 형태의 상향류 반응조 형태로 반응조를 구성하여 혐기성 암모니아산화균 그레뉼이 빠르게 침전하는 동안 부유성의 타 미생물들을 유실시키는 형태의 반응조로 적용되기도 한다.
그러나, 이러한 방법들은 호기성 암모니아산화균과 혐기성 암모니아산화균, 호기성 아질산산화균이 모두 섞여 있는 상태이기 때문에 호기성 아질산산화균만 구분해서 배출시키는 것이 매우 어렵다. 그레뉼을 이용하는 타워형태의 상향류 반응조에서는 부유성 미생물의 배출이 용이하지만 그레뉼에 부착된 호기성 아질산산화균을 배출시키는 것이 어렵다. 또한 침전조를 위한 부지가 커지게 되고, 막 설치 및 운영비가 많이 들고, 타워형태의 반응조 내부에는 그레뉼을 외부로 유실되지 않도록 경사판과 같은 내장제가 필요하기 때문에 시설비용이 매우 높아진다는 단점이 있다. 따라서 이를 해소하기 위한 보다 경제적인 기술이 필요하다.
이에, 특허문헌 1은 입자 선택 및 보유를 위한 장치로서, 상기 장치는 탱크의 혼합 액체로부터, 메인 고형물-액체 분리기로부터의 고형물 리사이클 스트림으로부터, 또는 추출된 폐기-고형물 스트림으로부터 입자를 선택하기 위하여 10-5,000마이크론 범위의 메쉬 크기를 적용하는 분류 스크린을 포함하며, 상기 장치는 선택된 입자의 적어도 일부를 상류부로 복귀시키도록 구성되는 장치를 제공하였다.
그리고, 특허문헌 2에서는 암모늄-함유 폐수의 처리 방법으로서, 활성화 탱크로부터 활성화 슬러지가 상기 하이드로사이클론이 기존에 도입된 슬러지를 처리하기 위해 동작하는 동안에는 상기 하이드로사이클론에 도입되지 않고, 상기 하이드로사이클론이 기존에 도입된 슬러지를 처리한 후에는 하이드로사이클론에 도입되고, 하이드로사이클론에서의 활성화 슬러지의 분리 후에, 조밀한 분획, 및 호기성 암모늄-산화 박테리아(AOB)를 주로 함유하는 경질 분획 쌍방이, 장치의 적어도 하나의 활성화 탱크로 복귀되고, 하이드로사이클론에서의 활성화 슬러지의 분리 동안, 호기성 암모늄-산화 박테리아(AOB) 보다 더 높은 밀도를 갖는 혐기성 암모늄-산화 박테리아는 하이드로사이클론에서의 원심력 및 동유체력 (Hydrodynamic forces) 에 의해 하이드로사이클론의 마모력을 생성할 수 있도록 거친 내벽 표면에 침강되고, 빠르게 이동하는 혐기성 암모늄-산화 박테리아와 하이드로사이클론의 이동하지 않는(Stationary) 마모력을 생성할 수 있도록 거친 내벽 표면 사이의 상대 운동에 의해 마모력(Abrasive forces) 이 생성되고, 상기 마모력을 통해, 암모늄-산화 박테리아, 특히 플랑크토마이세테스 과립에 존재하는 유기 또는 무기 플라크가 적어도 부분적으로 제거되는, 암모늄-함유 폐수의 처리 방법을 제공하였다.
그러나, 특허문헌 2와 같이 하이드로사이클론을 이용하면 하부로는 비중이 큰 혐기성 암모늄-산화 박테리아가 배출되고 상부로는 비교적 비중이 작은 호기성 아질산산화 박테리아 배출되기는 하나, 하이드로사이클론의 상부로 배출되는 슬러지에도 혐기성 암모니아산화균(아나목스 그레뉼)이 포함되어 유실되는 문제가 있었다.
앞서 설명한 바와 같이 혐기성 암모니아산화균은 성장속도가 매우 느리기 때문에 소량의 슬러지만 배출되더라도 반응조 내에서는 매우 빠른 속도로 혐기성 암모니아산화균의 유실이 발생될 수 있다.
또한, 아나목스 반응에 의해 암모니아성 질소가 처리되어도 제거되는 암모니아성 질소 대비 약 10% 정도의 질산성질소가 생성물로 잔존하게 되는 특징이 있다. 또한 아나목스 공정의 운전이 불안정한 경우 질산성질소와 아질산성질소의 농도가 높아진다. 이는 호기성 아질산산화균의 비율이 반응조에서 높아졌기 때문인데, 이러한 경우 사이클론의 배출량을 증가시켜 호기성 아질산산화균을 배출시켜야 한다. 그러나 종래에는 혐기성 암모니아산화 그레뉼도 함께 배출되어 처리부하가 급격히 감소되는 문제가 있다. 따라서 사이클론을 통한 호기성 아질산산화균 배출 시 혐기성 암모늄산화 그레뉼은 배출되지 않도록 해야 처리부하를 유지하면서 처리효율도 유지시킬 수 있다. 또한 잔존 질소가 후단의 주처리 공정에 미치는 영향(부하증가)를 최소화시키고, 총 질소 제거효율을 높이기 위해서는 잔존하는 질산성 질소까지 완벽히 제거하기 위한 후속 공정이 필요하다. 일반적으로 질산성 질소는 종속영양미생물(Heterotrophs)의 의한 탈질(Denitrification)로 제거 될 수 있다. 그러나 혐기성소화액의 경우 대부분의 유기물이 바이오가스로 소비되어 생분해 가능한 유기물(Biodegradable organic carbon) 잔존량이 높지 않기 때문에 메탄올과 같은 외부탄소원의 추가 공급이 필요할 수 있으며, 이를 통해 슬러지 발생량도 증가하게 된다. 이와 같은 방식은 곧 운전비용의 증가를 초래하게 되므로 보다 경제적인 잔존 질산성 질소 처리 방법이 필요하다.
황탈질은 황을 전자공여체로 이용하여 아질산성질소 및 질산성질소를 제거하는 기술이다. 황산화 미생물은 독립영양미생물로서 외부탄소원이 불필요하고, 슬러지 발생량이 종속영양미생물에 비해서 약 10배 낮아 슬러지 처리비용이 절감된다. 따라서 이러한 황탈질 기술과 아나목스 기술을 결합하게 되면 후단의 질산성 질소를 제거하는데 있어서 보다 경제적으로 처리가 가능하다.
특허문헌 1 : 공개특허 제10-2015-0086239호(2015년7월27일 공개) 특허문헌 2 : 등록특허 제10-1642173호(2016년07월18일 등록)
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 1조식 아나목스 공정을 보다 안정적으로 운전하기 위한 방법에 관한 것이다.
즉, 호기성 암모니아산화균(AOB)과 혐기성 암모니아산화균을 반응조 내에 잘 유지시키는 것이 중요하며, 호기성 아질산 산화균(NOB)은 반응조의 외부로 배출시켜야 한다. 이를 위해 메디아를 투입하여 주로 호기성 암모니아산화균을 부착 및 성장시키고, 이를 혐기성 암모니아산화균(아나목스 그레뉼)과 함께 사이클론을 이용하여 반응조로 회수한다.
이때, 메디아나 그레뉼에 부착되지 않아 비중이 작은 미생물은 순환 또는 처리수로 배출한다.
그리고, 본 발명은 사이클론을 통해 배출되는 처리수를 스크린 미생물 회수기를 통해 재처리를 하여, 스크린을 통과하지 못한 혐기성 암모니아산화균 그레뉼과 호기성 암모니아산화균이 부착된 메디아를 반응조로 회수하고 나머지 하폐수를 처리수로 배출하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 혐기성 암모니아산화균에 의해 암모니아 산화 과정에서 생성된(잔존하는) 질산성 질소 및 아질산성 질소를 황산화탈질 반응조에서 제거함으로써 주처리장의 질소 부하를 획기적으로 줄여주고, 아나목스가 불안정하게 운전될 경우 백업역할을 해주고 또한, 기존의 질산화-종속영양탈질 기술에 비해 보다 경제적으로 총 질소 처리효율을 높일 수 있는 질소 제거 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 고농도 암모니아성 질소 폐수에 함유된 질소 제거 시스템은, 혐기성소화 탈리액을 포함하는 고농도 암모니아성 질소 폐수에 함유된 암모니아성 질소를 제거하는 반응기, 상기 반응기로부터 유입된 폐수의 혐기성 암모니아산화균 그레뉼과 호기성 암모니아산화균이 부착된 메디아는 순환수로 반응조에 회수하고 호기성 미생물은 처리수로 배출하는 사이클론유닛, 상기 사이클론유닛에서 배출된 처리수를 재처리하는 미생물 회수기 및 상기 스크린 미생물 회수기에서 배출된 처리수의 질산성 질소 및 아질산성 질소를 제거하는 황산화 탈질기를 포함한다.
상기 호기성 미생물은 아질산산화균을 포함할 수 있다.
상기 사이클론유닛은 상기 반응기에서 배출된 폐수를 집수하는 집수조, 상기 집수조에 저장된 폐수를 분출하도록 연결된 복수의 분배노즐, 상기 복수의 분배노즐에 각각 폐수의 공급량 및 압력을 조절하는 밸브가 설치된 연결관으로 연결되고 분출된 폐수를 와류에 의한 비중의 차로 비중이 높은 혐기성 암모니아산화균 그레뉼 및 호기성 암모니아산화균이 부착된 메디아와 비중이 낮은 호기성 아질산산화균과 같은 호기성 미생물로 분리하는 복수의 사이클론 및 상기 복수의 사이클론에서 분리된 처리수를 상기 미생물 회수기로 배출하도록 각각 연결된 복수의 오버플로 파이프, 상기 복수의 사이클론에서 분리된 혐기성 암모니아산화균 그레뉼과 호기성 암모니아산화균이 부착된 메디아를 함유한 순환수를 반응기로 배출하도록 각각 연결된 복수의 언더플로 파이프를 포함할 수 있다.
상기 미생물 회수기는 상기 사이클론유닛에서 배출된 처리수가 유입되는 분리조 및 상기 분리조의 내부에 경사지게 설치되어 유입되는 처리수를 걸러주는 스크린을 포함하며, 부피가 큰 혐기성 암모니아산화균 그레뉼 및 호기성 암모니아산화균이 부착된 메디아는 순환수로서 반응기로 배출하고, 부피가 작은 호기성 아질산 산화균과 같은 호기성 미생물은 처리수로서 황산화 탈질기로 배출하는 것일 수 있다.
상기 황산화 탈질기는 상기 미생물 회수기에서 배출된 처리수를 담는 저류조, 상기 저류조에서 비중이 큰 미생물이 제거된 처리수가 유입되는 탈질조, 상기 탈질조에 충진되어 처리수의 질산성 질소를 제거하는 황산화 탈질 담체 및 상기 황산화 탈질 담체의 역세척을 위해 공기를 공급하는 탈질기 블로어를 포함할 수 있다.
상기 탈질조에는 상기 황산화 탈질 담체에 의해 질산성 질소가 제거되어 탈질조의 상부로 상승된 처리수를 하부로 재유입시키는 순환펌프가 연결될 수 있다.
상기 오버플로 파이프의 일단은 상기 사이클론의 상부배출구에 연결되고, 타단은 하향으로 만곡되어 상기 집수조의 하부에 배치된 상기 저장조에 연결될 수 있다.
상기 복수의 오버플로 파이프 중 일부는 복수의 사이클론에서 분리된 호기성 미생물을 함유한 처리수의 일부를 순환수로써 반응기로 배출할 수 있다.
상술한 수단으로 구현된 본 발명에 따르면, 고농도 암모니아성 질소 폐수의 암모니아성 질소가 아나목스 반응기에 의해 제거된 후 황산화 탈질기에 의해 질산성 질소 및 아질산성 질소가 연속적으로 제거되므로 아나목스 공정 단독적용 시 잔존하는 질소까지 완벽처리가 가능하여 처리수의 총 질소 농도를 현저하게 낮출 수 있으며, 사이클론유닛에 의해 그레뉼을 형성하는 혐기성 미생물과 메디아에 부착된 호기성 암모니아산화균을 비중차에 의해 분리 후 반응조로 회수하고, 호기성 아질산 산화균은 배출시킨다.
또한, 사이클론유닛에서 배출되는 처리수를 스크린 미생물 회수기를 통해 재처리하여 한번 더 걸러줌으로써, 사이클론의 하강선회류에 의해 분리되지 않고 처리수에 포함되어 배출될 수 있는 그레뉼을 형성하는 혐기성 미생물과 메디아에 부착된 호기성 암모니아산화균을 반응조로 회수할 수 있는 효과가 있다.
이는 아나목스 그레뉼의 유실을 방지함으로서 아나목스 반응조 내의 혐기성 암모니아산화균 그레뉼의 부피를 점점 증가시켜, 아나목스균의 대량 확보를 가능하게 하고, 아질산성 질소 산화균(NOB)의 배출을 위해 사이클론의 배출량을 증가시켜도 아나목스균의 유실을 방지하는 효과가 있다.
이로써 호기성 암모니아산화균 및 혐기성 아나목스균의 유실을 방지하고 호기성 아질산산화균의 배출로 질산성 질소로 과량 전환되는 것을 조절하여 질소 처리 효율의 저하를 방지하고, 1조식 아나목스 공정의 안정적인 운영이 가능 할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 고농도 암모니아성 질소 폐수에 함유된 질소 제거 시스템의 전체적인 공정을 나타낸 공정도.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 사이클론유닛을 입체적으로 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 사이클론유닛의 단면을 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 사이클론유닛의 작동을 나타낸 작동도.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 폐수를 촬영한 이미지
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 언더플로 파이프의 순환수를 촬영한 이미지.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 오버플로 파이프의 처리수를 촬영한 이미지.
도 8은 본 발명의 실시예에 의한 처리수를 300 μm, 200 μm 두 개의 체로 체거름하여 비교한 이미지,
도 9는 본 발명의 실시예에 의한 스크린 미생물 회수기를 설치하기 전과 후에 처리수에 함유된 아나목스균의 부피를 비교한 이미지,
도 10은 본 발명의 실시 예에 의한 스크린 미생물 회수기를 설치하기 전과 후의 반응조에서의 아나목스 그레뉼의 부피 및 농도 변화를 비교한 이미지이다.
이하에서는 본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
따라서, 도면에서 표현한 구성요소의 형상 등은 더욱 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기술의 기능 및 구성에 관한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 고농도 암모니아성 질소 폐수에 함유된 질소 제거 시스템은, 혐기성소화 탈리액을 포함하는 고농도 암모니아성 질소 폐수에 함유된 암모니아성 질소를 제거하는 반응기(100), 반응기(100)로부터 유입된 폐수의 혐기성 미생물과 호기성 미생물을 분리하여 순환수 및 처리수로 배출하는 사이클론유닛(200), 사이클론유닛에서 배출된 처리수를 재처리하여 처리수의 혐기성 미생물과 호기성 미생물을 한번 더 분리하는 스크린 미생물 회수기(300), 스크린 미생물 회수기에서 배출된 처리수의 질산성 질소를 제거하는 황산화 탈질기(400)를 포함한다.
반응기(100)는 혐기성소화 탈리액을 포함하는 고농도 암모니아성 질소 폐수에 함유된 암모니아성 질소를 제거하는 것으로서, 이러한 반응기(100)는 혐기성소화 탈리액을 포함하는 고농도 암모니아성 질소 폐수를 담는 반응조(110), 반응조(110)에 설치된 미세산기판(122)으로 공기를 공급하는 블로어(120), 반응조(110)에서 암모니아성 질소가 제거된 폐수를 사이클론유닛(200)으로 배출시키는 펌프(130)를 포함한다.
반응조(110)는 사각통형 또는 원통형으로 형성되어 고농도의 암모니아성 질소가 함유된 혐기성소화 탈리액을 포함하는 고농도 암모니아성 질소 폐수가 담긴다. 반응조에는 ⓐ 호기성 및 혐기성 미생물, ⓑ 호기성 및 혐기성 미생물을 함유하는 슬러지가 부착된 혐기성 암모니아산화균 그레뉼, ⓒ 주로 호기성 암모니아산화균이 부착된 메디아가 존재한다. 여기서, 호기성 및 혐기성 미생물은 호기성 암모니아산화균, 호기성 아질산산화균, 호기성 종속영양균, 혐기성 종속영양균 및 혐기성 암모니아산화균을 포함할 수 있다.
메디아는 반응조(110) 내의 호기성 암모니아산화균이 안정적으로 유지되도록 작용하는 것으로서, 이러한 메디아는 0.5mm 이하의 크기로 형성되고, pH와 온도 및 UV 자외선에 민감하지 않고 기계적 전단 변형력 또는 생물학적 또는 화학적 영향에도 민감하지 않은 우수한 내구성뿐만 아니라 우수한 침전성 및 정착성(부착능력)이 있다.
그리고 상기 메디아는 슬러지 부착능력이 5 kg/kg-메디아 이상으로, 부유성 슬러지량에 비해 5배 이상의 슬러지를 보유하고 유지할 수 있다. 메디아는 최초에 미생물이 부착되지 않은 형태로 충전되며, 반응조 내에 체류하면서 미생물들이 부착된다. 메디아 투입 초기에는 호기성 암모니아산화균, 호기성 아질산산화균, 호기성 종속영양균 및 혐기성 종속영양균 및 그레뉼, 혐기성 암모니아산화균 등이 모두 부착될 수 있으나, 시간이 지남에 따라 호기성 암모니아성 질소산화균의 부착이 주를 이룬다. 그 이유는 미생물들이 메디아 표면에서 바이오필름(Biofilm)을 형성 한 후 액상(Bulk liquid)에 존재하는 기질의 농도와 성장속도에 따라 그 종류가 달라진다. 즉, 액상에는 용존산소와 암모니아성질소, 질산성질소가 존재한다. 생분해 가능한 유기물 농도는 매우 낮기 때문에 호기성 미생물은 성장하기 힘들다. 바이오필름 최 외곽에는 용존산소와 암모니아성 질소와 질산성 질소가 존재하기 때문에 이를 기질로 사용하는 호기성 암모니아산화균과 호기성 아질산산화균이 부착하게 된다. 사이클론을 통과하면서 두 미생물 모두 탈리되지만 호기성 암모니아산화균에 비해 느린 성장속도를 가진 호기성 아질산화균은 성장하기 전에 탈리되는 과정을 반복하기 때문에 호기성 암모니아산화균이 주로 남게 되는 것이다. 메디아에 부착된 바이오필름으로 인해 비중과 사이즈가 커지게 되고 사이클론을 통해 일부 회수 가능하지만 회수되지 못하고 배출된 메디아는 다시 스크린에 걸러져 회수가 가능하게 된다.
혐기성 암모니아산화균 그레뉼은 플럭(Floc)을 형성하는 능력이 낮은 호기성 암모니아산화균, 호기성 아질산산화균, 호기성 종속영양균 및 혐기성 종속영양균과 달리, 균들이 서로 엉키면서 그레뉼(Granule) 형태로 성장한 것이다. 혐기성 암모니아산화균 그레뉼은 대략 0.1~3mm 크기의 그레뉼 형태로 되어 반응조(110)에 충전되며, 그 표면에는 상술한 호기성 및 혐기성 미생물, 즉 호기성 암모니아산화균, 호기성 아질산산화균, 호기성 종속영양균, 혐기성 종속영양균 및 그레뉼이 되기 전의 혐기성 암모니아산화균이 함유된 슬러지가 부착된다.
블로어(120)는 반응조(110)의 내부 바닥에 설치된 미세산기판(122)으로 공기를 공급하는 것으로서, 이러한 블로어(120)에서 공급하는 공기에 의해 반응조(110) 내의 혐기성소화 탈리액을 포함하는 고농도 암모니아성 질소 폐수는 아질산화만 일어나는 호기성 조건을 이루게 된다.
순환수펌프(130)는 반응조(110)의 내부에 설치되어 암모니아성 질소가 제거된 호기성 및 혐기성 미생물, 혐기성 암모니아 그레뉼 및 메디아를 함유한 폐수를 사이클론유닛(200)으로 배출시킨다. 이러한 순환수펌프(130)에 의해 사이클론유닛(200)은 폐수의 유입량 및 내부 압력이 조절된다.
사이클론유닛(200)은 반응기(100)로부터 유입된 폐수의 혐기성 미생물과 호기성 미생물을 와류에 의한 비중의 차로 분리하여 순환수 및 처리수 형태로 배출한다. 사이클론유닛은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 반응기(100)에서 배출된 폐수를 집수하는 집수조(210), 집수조(210)에 저장된 폐수를 분출하도록 연결된 복수의 분배노즐(220), 복수의 분배노즐(220)에서 분출된 폐수를 와류에 의한 비중의 차에 의해 혐기성 미생물과 호기성 미생물로 분리하여 순환수 및 처리수 형태로 배출하는 복수의 사이클론(230), 복수의 사이클론에서 각각 배출된 호기성 미생물을 포함하는 처리수를 스크린 미생물 회수기(300)로 배출하는 오버플로 파이프(240), 각각의 오버플로 파이프(240)에서 배출된 처리수를 저장하는 저장조(250), 복수의 사이클론(230)에서 각각 배출된 혐기성 미생물을 포함하는 순환수를 반응기(100)로 배출하는 언더플로 파이프(260)를 포함한다.
여기서, 상기 복수의 오버플로 파이프(240) 중 일부는, 복수의 사이클론(230)에서 분리된 호기성 미생물을 함유한 처리수의 일부를 순환수로써 스크린 미생물 회수기(300)가 아닌 반응기(100)로 재유입되게 배출해준다.
즉, 상기 복수의 오버플로 파이프(240) 중 일부는 반응기(100)와 연결된다.
집수조(210)는 원통형으로 형성되어 폐수를 집수하는 것으로서, 이러한 집수조(210)의 상부에는 유입구(212)가 형성되어 반응기(100)에서 배출된 폐수가 유입된다.
분배노즐(220)은 복수로 이루어지는데, 이를 위해 분배노즐(220)은 집수조(210)의 둘레 중앙부에서 방사상으로 연결되어 집수조(210) 내의 폐수를 일정하게 각각 분출하게 된다.
사이클론(230)은 복수의 분배노즐(220)에 각각 연결되어 폐수에 함유된 혐기성 미생물과 호기성 미생물을 비중 차이에 의해 분리배출한다. 도 3을 참조하면, 사이클론(230)은 상부의 원통부(232) 및 하부의 원뿔부(234)로 구성되는데, 원통부(232)의 상단부 중앙에는 상부배출구(233)가 형성되고, 원뿔부(234)의 하단부 중앙에는 하부배출구(235)가 형성된다. 그리고 원통부(232)의 상부 일측에는 공급구(236)가 형성되어 분배노즐(220)과 연결관(237)을 통해 연결되고, 이 공급구(236)를 통해 암모니아성 질소가 제거된 폐수가 공급된다. 또한, 연결관(237)에는 밸브(238)가 설치되어 폐수의 공급량 및 압력을 조절하는데, 이러한 밸브는 폐수의 공급량 및 압력을 미세하게 조절하기 위해 볼밸브로 구현되는 것이 바람직하지만, 필요에 따라 폐수의 공급량 및 압력을 조절할 수 있는 다양한 밸브로 구현될 수 있다. 더하여, 사이클론(230)의 내면에는 복수의 돌기(239)가 원주 및 축 방향을 따라 소정 간격을 이루도록 형성되어, 그레뉼화된 혐기성 암모니아산화균의 표면에 부착된 슬러지가 탈리되는 동시에 하강선회류에 의해 폐수에서 분리되며 하강된다.
오버플로 파이프(240)는 복수의 사이클론(230)의 상부배출구(233)에 각각 연결되어 호기성 미생물을 함유한 처리수를 저장조(250)로 배출하는 것으로서, 이러한 오버플로 파이프(240)의 일단은 사이클론(230)의 상부배출구(233)에 연결되고 타단은 하향으로 완만히 만곡되어 저장조(250)의 개방된 상부에 연결된다.
여기서, 상기 복수의 오버플로 파이프(240) 중 일부는 반응기(100)의 반응조(110) 개방된 상부와 배관으로 연결된다.
저장조(250)는 각각의 오버플로 파이프(240)에서 배출된 처리수를 저장하는 것으로서, 이러한 저장조(250)는 상부가 개방된 원통형으로 형성되어 오버플로 파이프(240)에서 배출된 처리수가 저장되고, 하부 중앙에는 배출구(252)가 형성되어 스크린 미생물 회수기(300)로 처리수를 배출하게 된다.
또한, 저장조(250)를 구비하지 않고 각각의 오버플로 파이프(240)를 통하여 직접 스크린 미생물 회수기(300)로 공급하는 것도 가능하다.
저장조(250)를 통하여 공급하는 경우에 저장조(250)는 집수조(210)의 하부에 배치되는데, 이때 집수조(210)는 저장조(250)의 상단 중심에서 교차되게 설치된 복수의 제1 브래킷(254)에 의해 받쳐져 고정된다. 또한, 저장조(250)의 외주연 하부에는 방사상으로 복수의 제2 브래킷(256)이 설치되어 복수의 사이클론(230) 하부를 각각 받쳐서 고정시키게 된다. 더하여, 저장조는 하부 일측에 설치되어 처리수를 배출하는 드레인밸브(258)를 더 포함할 수 있다.
언더플로 파이프(260)는 복수의 사이클론(230)의 하부배출구(235)에 각각 연결되어 혐기성 미생물을 함유한 순환수를 배출한다. 도 1 및 도 3을 참조하면, 언더플로 파이프(260)의 일단은 사이클론(230)의 하부배출구(235)에 연결되고 타단은 절곡되어 반응조(110)의 개방된 상부에 연결된다.
스크린 미생물 회수기(300)는 사이클론유닛(200)에서 처리되어 오버플로 파이프를 통하여 공급된 처리수를 재처리하여 처리수의 혐기성 미생물과 호기성 미생물을 한번 더 분리하는 것으로서, 상기 오버플로 파이프에서 배출된 처리수가 유입되는 분리조(310)와, 상기 분리조(310)의 내부에 유입되는 처리수를 거를 수 있도록 경사지게 설치되어, 부피가 큰 혐기성 암모니아산화균 그레뉼 및 호기성 암모니아산화균이 부착된 메디아와 부피가 작은 호기성 아질산 산화균과 같은 호기성 미생물로 분리하는 스크린(320)을 포함한다.
스크린 미생물 회수기는 본 발명의 일예일 뿐 직경에 따라 분리할 수 있는 체 형태인 경우 어떠한 형태로든 적용가능 하다. 예를 들어 평면적인 스크린 형태 또는 드럼 형태 모두 적용가능 하며 특정한 형태로 한정되는 것은 아니다.
여기서 상기 스크린(320)은 나일론사와 같은 합성섬유나 스테인리스와 같은 금속재질의 실을 촘촘하게 엮어 만든 체(sieve)의 형태로 이루어진 것이다.
이때, 상기 스크린(320)은 1 내지 300 마이크론(μm)의 메쉬 크기로 이루어질 수 있고, 바람직하게는 200마이크론(μm)의 메쉬 크기로 이루어진다.
황산화 탈질기(400)는 스크린 미생물 회수기(300)에서 걸러져 배출된 후 1차 처리수조(500)에 모인 처리수에 함유된 질산성 질소 및 아질산성 질소를 제거하는 것으로서, 침전가능한 미생물이 1차적으로 제거될 수 있다. 이러한 황산화 탈질기는 아나목스 공정 처리수를 담는 저류조(410)와, 저류조(410)에서 침전가능한 미생물이 제거되어 배출된 처리수를 담는 탈질조(420)와, 상기 탈질조(420)에 충진되어 처리수의 질산성 질소 및 아질산성 질소를 제거하는 황산화 탈질 담체(430), 탈질조(420)로 공기를 공급하는 탈질기 블로어(440)를 포함한다.
저류조(410)는 1차 처리수조(300)에서 처리된 처리수가 처리수펌프(450)에 의해 담기게 되는 것으로서, 이러한 저류조(410)는 처리수를 탈질조(420)로 일정하게 유입시킬 수 있고, 처리수 내에 침전가능한 미생물(비중이 큰 미생물)을 저류조 하부로 침전시킴으로서 탈질조(420)로 유입되는 고형물의 농도를 줄이는 것이다.
탈질조(420)는 사각통형 또는 원통형으로 형성되어 저류조(410)에서 침전가능한 미생물이 제거되어 배출된 처리수가 담기게 된다.
황산화 탈질 담체(pellet, 430)는 탈질조(420)에 충진되어 황산화 탈질 미생물의 유지와 pH 조정을 위한 것으로서, 이러한 황산화 탈질 담체(430)는 황산화 탈질 반응을 이용하여 처리수에 함유된 질산성 질소를 탈질에 의해 제거하게 된다. 즉, 사이클론유닛(200)을 거친 처리수에는 반응기(100)에서 처리된 질소 농도 대비 대략 10%의 질산성 질소가 발생하며, 아나목스가 불안정하게 운전될 때 질산성 질소는 더욱 높아지고, 아질산성 질소도 높아 지는데 이 질산성 질소와 아질산성 질소를 황산화 탈질 담체(430)의 황산화 탈질 반응을 이용하여 제거하는 것이다.
탈질기 블로어(440)는 탈질조(420)의 하부로 공기를 공급하는 것으로서, 이러한 탈질기 블로어(440)에서 공급하는 공기는 탈질조의 역세척을 위해 설치한다.
즉, 담체 사이에 부착된 탈질 미생물의 성장으로 인해 공극이 막혀 담체와 폐수가 골고루 접촉되지 않고 한쪽으로 쏠려 이동하는 채널링 현상을 방지하기 위해 필요시 간헐적으로 역세척을 하기 위한 것이다.
더하여, 황산화 탈질기(400)는 황산화 탈질 담체(430)에 의해 질산성 질소가 제거되어 탈질조(420)의 상부로 상승된 처리수를 하부로 재유입시키는 순환펌프(460)를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 황산화 탈질기(400)에 의해 질산성 질소가 제거된 처리수는 2차 처리수조(600)를 지나 방류된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 전체적인 작용 및 효과를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 반응기(100)의 반응조(110)에는 호기성 및 혐기성 미생물, 호기성 및 혐기성 미생물을 함유하는 슬러지가 부착된 혐기성 암모니아 그레뉼, 호기성 및 혐기성 미생물을 함유하는 슬러지가 부착된 메디아가 충전되고, 이 반응조(110)로 암모니아성 질소가 함유된 혐기성소화 탈리액을 포함하는 고농도 암모니아성 질소 폐수가 연속적으로 유입된다.
이어서, 블로어(120)의 작동으로 미세산기판(122)을 통해 반응조(110) 내부로 적정량의 공기를 공급하여 슬러지에 함유된 호기성 암모니아산화균에 의해 암모니아성 질소의 일부가 아질산성 질소로 변화된다.
그리고 블로어(120)의 작동을 정지시켜서 반응조(110) 내부로 공기의 공급을 중단하면 반응조(110)의 내부는 혐기성 조건을 이루게 되고, 이후 교반날개(도시생략)를 가동하여 메디아와 혐기성 암모니아산화균 그레뉼을 반응조(110) 내에서 교반시키면, 암모니아성 질소와 아질산성 질소는 혐기성 암모니아산화균 그레뉼과 슬러지에 함유된 혐기성 암모니아산화균(그레뉼 되기 이전)에 의해 혐기성 암모니아 산화 반응으로 산화되어 질소가스로 변환되며, 혐기성 암모니아산화균은 성장하게 된다.
이와 같이, 암모니아성 질소가 제거된 폐수는 호기성 및 혐기성 미생물을 함유하는 슬러지가 부착된 혐기성 암모니아 그레뉼, 호기성 및 혐기성 미생물을 함유하는 슬러지가 부착된 메디아를 함유한다.
블로어의 작동 정지 없이도 반응조 내부로 적정량의 공기 공급을 통해 호기성 암모니아산화균에 의해 암모니아성 질소의 일부가 아질산성 질소로 변환되고, 암모니아성 질소와 아질산성 질소는 혐기성 암모니아산화균 그레뉼과 슬러지에 함유된 혐기성 암모니아산화균(그레뉼 되기 이전)에 의해 혐기성 암모니아 산화 반응으로 산화되어 질소가스로 변환된다.
도 5의 (a)는 아나목스 반응조의 슬러지를 임호프콘에 담아서 촬영한 이미지이고, (b)는 임호프콘에 담긴 폐수를 현미경으로 확대하여 촬영한 이미지이다.
이러한 성분을 함유한 폐수는 순환수펌프(130)의 작동에 의해 사이클론유닛(200)으로 배출된다.
다음, 사이클론유닛(200)의 유입구(212)를 지나 집수조(210)로 유입된 폐수는 복수의 분배노즐(220)을 통해 각각의 사이클론(230)으로 분출되고, 사이클론(230) 내부로 분출된 폐수는 원통부(232)를 따라 선회하면서 원뿔부(234)로 하강하다 중심부로 상승하게 된다.
이때, 혐기성 암모니아산화균 그레뉼은 사이클론(230)의 돌기(239)에 부딪혀서 슬러지가 탈리된 후 하강선회류에 의해 분리되며 하강되고, 메디아는 돌기(239)에 부딪혀서 슬러지가 탈리된 후 분리되어 자중에 의해 하강된다. 즉, 사이클론(230)으로 유입된 폐수에 함유된 비중이 크고 아나목스균을 포함하는 혐기성 미생물(혐기성 암모니아산화균 그레뉼 및 메디아)은 하강 선회류(도 4의 실선화살표)에 의해 하강되어 하부배출구(235)를 지나 언더플로 파이프(260)를 통해 배출된 후 반응기(100)의 반응조(110)에 순환수 형태로 다시 투입된다. 도 6은 언더플로 파이프(260)를 통해 배출된 순환수를 임호프콘에 담아 촬영한 이미지이다.
반면, 비중이 작은 호기성 미생물(아질산산화균)은 사이클론(230)의 중심부로 상승하는 상승 선회류(도 4의 점선화살표)에 의해 상부배출구(233)를 지나 오버플로 파이프(240)를 통해 저장조(250)에 저장된 후 스크린 미생물 회수기(300)에 처리수 형태로 투입된다. 도 7은 오버플로 파이프(240)를 통해 배출된 처리수를 임호프콘에 담아 촬영한 이미지이다.
여기서, 상기 처리수의 일부는 저장조(250)에 저장되지 않고 순환수로써 반응기(100)로 다시 투입된다. 상술한 바와 같이, 상기 저장조(250)에 처리된 처리수는 스크린 미생물 회수기(300)의 분리조(310)로 유입된다. 상기 분리조(310)의 중앙부분으로 유입된 처리수는 분리조(310) 내부에 경사지게 설치된 스크린(320)에 의해 걸러진다.
여기서, 혐기성 암모니아산화균 그레뉼은 그레뉼화되어 부피가 크기 때문에 상기 스크린(320)에 의해 걸러진다. 즉, 스크린 미생물 회수기(300)에 유입된 처리수에 함유된 부피가 크고 아나목스균을 포함하는 혐기성 미생물(혐기성 암모니아산화균 그레뉼)은 스크린(320)에 의해 걸러져 반응기(100)의 반응조(110)에 순환수 형태로 다시 투입된다.
반면, 부피가 작아 상기 스크린(320)에 의해 걸러지지 않은 아질산 산화균과 같은 호기성 미생물은 1차 처리수조(500)에 처리수 형태로 투입된다.
이때, 도 8의 (A)에 도시된 바와 같이, 혐기성 암모니아산화균 그레뉼의 분포를 보면 300 마이크론(μm) 크기에 많이 분포된 것을 알 수 있다. 따라서 상기 스크린(320)은 바람직하게는 200 마이크론(μm) 메쉬 크기로 이루어진다.
300 마이크론(μm) 메쉬 크기의 체로도 혐기성 암모니아산화균 그레뉼을 거를 수 있지만, 도 8의 (B)~(E)에서 보이는 바와 같이, 300 마이크론(μm) 메쉬 크기의 체는 200 마이크론(μm) 메쉬 크기의 체에 비해 약 50% 정도의 효율만 나타낸다. (도 8의 (B), (C)는 처리수를 300 마이크론(μm) 메쉬 크기의 체와 200 마이크론(μm) 메쉬 크기의 체를 겹쳐놓고 거른 사진, 도 8의 (D), (E)는 (B), (C)에서 두 개의 체에 걸러진 혐기성 암모니아산화균의 부피를 비교한 사진)
또한, 100 마이크론(μm) 메쉬 크기의 체는 공극이 빨리 막혀 연속적인 체거름이 불가능하다.
이러한 상기 스크린 미생물 회수기(300)는 사이클론(230)의 하강선회류에 의해 걸러지지 않고 처리수에 포함되어 배출될 수 있는 소량의 혐기성 암모니아산화균을 줄여주는 효과가 있다. 도 9는 스크린 미생물 회수기(300)의 설치 전과 후의 처리수에 함유된 혐기성 암모니아산화균의 부피를 비교한 이미지이다.
이는 상기 반응조(100) 내의 혐기성 암모니아산화균 그레뉼의 부피를 점점 증가시켜, 아나목스균의 대량 확보를 가능하게 하고, 아질산성 질소 산화균(NOB)의 배출을 위해 사이클론의 배출량을 증가시켜도 아나목스균의 유실을 방지하는 효과가 있다. 도 10은 스크린 미생물 회수기(300) 설치 전과 후의 아나목스 반응조(100)에서의 혐기성 암모니아산화균 그레뉼의 부피 및 농도 변화를 나타낸 이미지이다.
그리고, 1차 처리수조(500)에 처리된 처리수는 처리수펌프(450)의 작동에 의해 저류조(410)로 유입된다.
상기 저류조(410)에서 비중이 큰 미생물이 침전되어 제거된 상기 처리수는 황산화 탈질 담체(430)가 충진된 탈질조(420)의 하부로 유입된다.
이때, 상기 처리수에 남은 질산성 질소 및 아질산성 질소는 탈질조(420)에 충진된 황산화 탈질 담체(430)의 황산화 탈질 반응에 의해 제거된다.
이와 같이, 황산화 탈질기(400)에 의해 질산성 질소가 제거된 처리수는 2차 처리수조(600)로 배출된다.
선택적으로, 황산화 탈질기(400)에 의해 질산성 질소 및 아질산성 질소가 제거되어 황산화 탈질 담체(430)의 상부로 상승된 처리수는 순환펌프(460)에 의해 탈질조(420)의 하부로 재투입될 수 있다.
또한 탈질기 블로어(440)의 작동으로 탈질조(420)의 내부로 공기를 공급하여 간헐적인 역세척을 실시할 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다.
그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
100 : 반응기 110 : 반응조
120 : 블로어 130 : 순환수펌프
200 : 사이클론유닛 210 : 집수조
220 : 분배노즐 230 : 사이클론
240 : 오버플로 파이프 250 : 저장조
260 : 언더플로 파이프 300 : 스크린 미생물 회수기
310 : 분리조 320 : 스크린
400 : 황산화 탈질기 410 : 저류조
420 : 탈질조 430 : 황산화 탈질 담체
440 : 탈질기 블로어 500 : 1차 처리수조
600 : 2차 처리수조

Claims (9)

  1. 혐기성소화 탈리액을 포함하는 고농도 암모니아성 질소 폐수에 함유된 암모니아성 질소를 제거하는 반응기;
    상기 반응기로부터 유입된 폐수의 혐기성 암모니아산화균 그레뉼과 호기성 암모니아산화균이 부착된 메디아는 순환수로 반응조에 회수하고 호기성 미생물은 처리수로 배출하는 사이클론유닛;
    상기 사이클론유닛에서 배출된 처리수를 재처리하는 스크린 미생물 회수기 및 상기 스크린 미생물 회수기에서 배출된 처리수의 질산성 질소 및 아질산성 질소를 제거하는 황산화 탈질기를 포함하는 고농도 암모니아성 질소 폐수에 함유된 질소 제거 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 호기성 미생물은 호기성 아질산산화균을 포함하는 고농도 암모니아성 질소 폐수에 함유된 질소 제거 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 사이클론유닛은 상기 반응기에서 배출된 폐수를 집수하는 집수조;
    상기 집수조에 저장된 폐수를 분출하도록 연결된 복수의 분배노즐;
    상기 복수의 분배노즐에 각각 폐수의 공급량 및 압력을 조절하는 밸브가 설치된 연결관으로 연결되고 분출된 폐수를 와류에 의한 비중의 차로 비중이 높은 혐기성 암모니아산화균 그레뉼 및 호기성 암모니아산화균이 부착된 메디아와 비중이 낮은 호기성 아질산 산화균과 같은 호기성 미생물로 분리하는 복수의 사이클론 및
    상기 복수의 사이클론에서 분리된 처리수를 상기 스크린 미생물 회수기로 배출하도록 각각 연결된 복수의 오버플로 파이프, 상기 복수의 사이클론에서 분리된 혐기성 암모니아산화균 그레뉼과 호기성 암모니아산화균이 부착된 메디아를 함유한 순환수를 반응기로 배출하도록 각각 연결된 복수의 언더플로 파이프를 포함하는 고농도 암모니아성 질소 폐수에 함유된 질소 제거 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서
    상기 스크린 미생물 회수기는 상기 사이클론유닛에서 배출된 처리수가 유입되는 분리조 및 상기 분리조의 내부에 경사지게 설치되어 유입되는 처리수를 걸러주는 스크린을 포함하며,
    부피가 큰 혐기성 암모니아산화균 그레뉼 및 호기성 암모니아산화균이 부착된 메디아는 순환수로서 반응기로 배출하고, 부피가 작은 호기성 아질산 산화균과 같은 호기성 미생물은 처리수로서 황산화 탈질기로 배출하는 것을 특징으로 하는 고농도 암모니아성 질소 폐수에 함유된 질소 제거 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 황산화 탈질기는 상기 미생물 회수기에서 배출된 처리수를 담는 저류조;
    상기 저류조에서 비중이 큰 미생물이 제거된 처리수가 유입되는 탈질조;
    상기 탈질조에 충진되어 처리수의 질산성 질소 및 아질산성 질소를 제거하는 황산화 탈질 담체 및
    상기 황산화 탈질 담체의 역세척을 위해 공기를 공급하는 탈질기 블로어를 포함하는 고농도 암모니아성 질소 폐수에 함유된 질소 제거 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 탈질조에는 상기 황산화 탈질 담체에 의해 질산성 질소 및 아질산성 질소가 제거되어 탈질조의 상부로 상승된 처리수를 하부로 재유입시키는 순환펌프가 연결된 것을 특징으로 하는 고농도 암모니아성 질소 폐수에 함유된 질소 제거 시스템.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 사이클론유닛은 상기 각각의 오버플로 파이프에서 배출된 처리수를 저장하는 저장조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고농도 암모니아성 질소 폐수에 함유된 질소 제거 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 오버플로 파이프의 일단은 상기 사이클론의 상부배출구에 연결되고, 타단은 하향으로 만곡되어 상기 집수조의 하부에 배치된 상기 저장조에 연결된 것을 특징으로 하는 고농도 암모니아성 질소 폐수에 함유된 질소 제거 시스템.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 복수의 오버플로 파이프 중 일부는, 복수의 사이클론에서 분리된 호기성 미생물을 함유한 처리수의 일부를 순환수로써 반응기로 배출하는 것을 특징으로 하는 고농도 암모니아성 질소 폐수에 함유된 질소 제거 시스템.
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