KR102169383B1 - Sludge reduction and its sewage treatment method - Google Patents

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Abstract

슬러지 감량화 및 그 부산물을 활용한 하수처리 방법이 개시된다. 본 발명의 하수처리 방법은 (a)하수관로로부터 스크린을 통과한 하수가 유량저장조로 유입되는 1단계와 유량저장조 내 유입수의 탄소원 농도와 질소농도를 검출하는 2단계, 상기 질소 농도를 기준으로 유입 유량을 산출하는 3단계, 산출된 유입 유량을 탈질조로 투입하는 4단계, 탈질공정 수행단계, 및 방류단계를 포함하게 구성함으로써, 침전조에 모여진 슬러지를 대상으로 가수분해 단계를 통해 고형분을 줄이고 분해과정에서 생산된 유기물질을 고도하수처리에 탄소원으로 활용해 유기물로 활용하는 기술과 생물학적 처리기술운영 방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.Disclosed is a method for reducing sludge and treating sewage using its by-products. The sewage treatment method of the present invention includes (a) the first step in which the sewage flowing through the screen from the sewage pipe is introduced into the flow storage tank and the second step of detecting the carbon source concentration and nitrogen concentration of the influent water in the flow storage tank, and the inflow flow rate based on the nitrogen concentration. In the process of reducing solids through a hydrolysis step for sludge collected in the sedimentation tank, by comprising three steps of calculating the inflow, four steps of introducing the calculated inflow flow into the denitrification tank, performing the denitrification process, and a discharge step. It has the effect of providing a technology that utilizes the produced organic material as a carbon source for advanced sewage treatment and uses it as an organic material and a method of operating biological treatment technology.

Description

슬러지 감량화 및 그 부산물을 활용한 하수처리 방법{SLUDGE REDUCTION AND ITS SEWAGE TREATMENT METHOD}Sludge reduction and sewage treatment method using its by-products{SLUDGE REDUCTION AND ITS SEWAGE TREATMENT METHOD}

본 발명은 하수슬러지 침전조에 모여진 슬러지를 열가수분해하여 감량화 및 가용화하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 하수처리 공정 내에 저농도 C/N비로 유입되는 하수를 처리하기 위해 사용되는 외부탄소원을 대체할 수 있는 슬러지 감량화 및 그 부산물을 활용한 하수 처리 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a device for reducing and solubilizing sludge collected in a sewage sludge sedimentation tank by thermal hydrolysis, and more specifically, to replace an external carbon source used to treat sewage flowing into the sewage treatment process at a low concentration C/N ratio. It is about the possible sludge reduction and the sewage treatment method using the by-products.

생활하수를 처리하기 위한 기술은 생물학적인 처리를 기반으로 하며, 다양한 미생물(박테리아, 원생동물, 곰팡이, 담윤충, 조류)을 포함하는 생물학적 처리를 최대로 운전하기 위해 사전처리 및 사후처리를 포함하여 처리하고 있다. The technology for treating domestic sewage is based on biological treatment, including pre-treatment and post-treatment in order to maximize biological treatment including various microorganisms (bacteria, protozoa, fungus, gall bladder, algae). Processing.

생물학적으로 하수내 오염물질 저감을 이해하기 위해서는 운전조건을 달리 해줘야 한다.To understand biologically the reduction of pollutants in sewage, the operating conditions must be different.

<생물학적 처리에서 공기투입 유무에 따라 발생하는 기작><Mechanism that occurs according to the presence or absence of air in biological treatment>

첫째. 호기조건에서 미생물 기작first. Microbial mechanism under aerobic conditions

호기성 종속영양 미생물이 전자 수용체로 산소(O2)를 사용하며, 전자 공여체 및 미생물의 탄소원으로 활용하여 폐수내 유기물이 감소한다. 이때 최종 산물로 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)이 생성된다. Aerobic heterotrophic microorganisms use oxygen (O 2 ) as an electron acceptor, and as a carbon source for electron donors and microorganisms, organic matter in wastewater is reduced. At this time, carbon dioxide (CO 2 ) and water (H 2 O) are produced as final products.

호기성 독립영양 미생물은 크게 3가지 반응으로 나뉜다.Aerobic autotrophic microorganisms are largely divided into three reactions.

1. 암모니아가 전자공여체로 작용하며, 단계적으로 산화시켜 아질산성 질소 또는 질산성 질소로 변화시키는 질산화 반응(Nitrification)이 있으며, 이때 탄소원으로 수계의 이산화탄소(CO2)가 사용된다.1. There is a nitrification reaction in which ammonia acts as an electron donor and is oxidized in stages to change to nitrite nitrogen or nitrate nitrogen, and carbon dioxide (CO 2 ) in water is used as the carbon source.

2. 제1 철(Fe(II))이 전자공여체로 작용하고 수계 내 이산화탄소(CO2)를 탄소원으로 활용하여 최종적으로 제2철(Fe(III))로 변화시키는 철산화반응(Iron oxidation)이 있다.2. Iron oxidation in which ferrous iron (Fe(II)) acts as an electron donor and uses carbon dioxide (CO 2 ) in the water system as a carbon source to finally convert it into ferric iron (Fe(III)). There is this.

3. 황화수소(H2S), 황이온(S0), 티오황산(S2O3 2-)이 전자공여체로 작용하고 탄소원으로 이산화탄소(CO2)를 활용하여 황산이온(SO4 2-)을 최종물질로 만드는 황산화공정 (Sulfur oxidation)이 있다.3. Hydrogen sulfide (H2S), sulfur ions (S 0 ), thiosulfuric acid (S 2 O 3 2- ) act as electron donors and use carbon dioxide (CO 2 ) as a carbon source to finalize sulfate ions (SO 4 2- ). There is a sulfur oxidation process that is made into a substance.

이때 질산화 현상을 이론적으로 보면 두 단계로 이루어 진다.In this case, the nitrification phenomenon is theoretically composed of two steps.

[Nitroso-bacteria][Nitroso-bacteria]

2NH4 + + 3O2 ->2NO2 - + 4H+ + 2H2O 2NH 4 + + 3O 2 -> 2NO 2 - + 4H + + 2H 2 O

[Nitro-bacteria][Nitro-bacteria]

2NO2 -+O2 -> 2NO3 - 2NO 2 - + O 2 -> 2NO 3 -

[Total oxidation reaction][Total oxidation reaction]

NH4 ++2O2 -> NO3 - +2H+ + H2O NH 4 + + 2O 2 -> NO 3 - + 2H + + H 2 O

특히 질산화 공정의 경우 질산화 미생물이 수계에 존재하는 암모니아를 질산성 질소 또는 아질산성 질소로만 산화시키는 공정이기 때문에 유입된 질소 대비 감소가 일어나지 않는다. In particular, in the case of the nitrification process, since nitrifying microorganisms oxidize ammonia existing in the water system only with nitrate nitrogen or nitrite nitrogen, there is no reduction compared to the introduced nitrogen.

따라서 지속적으로 산소를 공급해주는 것 이외에 산소 공급을 차단하여 다른 전자수용체를 사용할 수 있도록 해야 한다.Therefore, in addition to continuously supplying oxygen, it is necessary to block the supply of oxygen so that other electron acceptors can be used.

둘째. 무산소 조건에서 미생물 기작second. Microbial mechanism in anoxic conditions

호기조건과 유사하게 전자 공여체와 탄소원으로 유기물질(Organic compounds)을 활용하며, 전자 수용체로 질산성 질소(NO3 -) 또는 아질산성 질소(NO2 -)를 활용해 최종산물로 질소가스(N2), 이산화탄소(CO2), 물을 생성하며 이 기작을 탈질화(Denitrfication) 또는 무산소반응(Anoxic reaction)이라고 한다.Utilizing aerobic the organic material with an electron donor and carbon source similar to the conditions (Organic compounds), and the nitrate as an electron acceptor nitrogen (NO 3 -) or nitrite (NO 2 -) to utilize in the final product nitrogen gas (N 2 ), carbon dioxide (CO 2 ), and water are produced, and this mechanism is called denitrification or anoxic reaction.

이때 탈질이 진행되기 위해서는 수중에 산소농도(DO)가 없거나 낮은 산소 농도(DO)로 존재해야 하며, 질산성 질소 및 아질산성 질소가 존재해야 한다. 따라서 공정 순서상 호기조 이후 생성된 아질산성 질소 또는 질산성 질소를 산소가 없는 조에 두어 자연스럽게 산소농도가 떨어지게 하는 것이 적합하지만, 호기조가 앞단에 있는 경우 전자공여체로 사용될 수 있는 유기물질이 호기성 미생물에 의해 사용되기 때문에 탈질에 사용될 전자공여체가 부족하다. At this time, in order for denitrification to proceed, there must be no oxygen concentration (DO) or low oxygen concentration (DO) in water, and nitrate nitrogen and nitrite nitrogen must exist. Therefore, in the process sequence, it is appropriate to place nitrite nitrogen or nitrate nitrogen generated after the aerobic tank in an oxygen-free tank so that the oxygen concentration naturally decreases.However, when the aerobic tank is in the front end, organic substances that can be used as electron donors are used by aerobic microorganisms. Because it is used, electron donors to be used for denitrification are insufficient.

따라서 이를 해결하기 위해 유입수와 후방 호기조에서 내부순환하는 하수와 일정비율로 혼합해 탈질조에 투입하고 탈질 이후 질산화를 하는 사전탈질 공정이 주로 사용되고 있다. Therefore, in order to solve this problem, a pre-denitrification process is mainly used in which the inflow water and the sewage circulating in the rear aerobic tank are mixed at a certain ratio and introduced into the denitrification tank, followed by nitrification.

생활하수를 C10H19O3N으로 가정한다면, 이를 대상으로 하는 탈질 공정의 이론적인 식은 다음과 같다.Assuming that the domestic sewage is C 10 H 19 O 3 N, the theoretical equation of the denitrification process for this is as follows.

C10H19O3N + 10NO3 - -> 5N2 + 10CO2+3H2O + NH3 + 10OH- C 10 H 19 O 3 N + 10NO 3 - -> 5N 2 + 10CO 2 + 3H 2 O + NH 3 + 10OH -

하지만 생활 하수의 특성인 낮은 C/N비로 인해 충분한 전자공여체가 투입되지 않아 탈질에 시간이 오래 걸리는 단점을 갖는다. 이를 해결하기 위해 추가적인 탄소원을 투입하여 효율적인 탈질을 유도한다. 대표적으로 아세트산 또는 메탄올이 외부 탄소원으로 사용되고, 이러한 외부탄소원으로 사용하는 경우 다음과 같은 식을 갖는다.However, due to the low C/N ratio, which is a characteristic of domestic sewage, sufficient electron donors are not injected, so it takes a long time for denitrification. To solve this problem, an additional carbon source is introduced to induce efficient denitrification. Typically, acetic acid or methanol is used as an external carbon source, and when used as such an external carbon source, it has the following equation.

C/N(COD/TKN)비는 포기조의 질소 및 인 제거공정의 처리효율에 큰 영향을 미치는 유입수 내의 유기물질과 질소농도와의 비를 의미하는 것으로 하수처리장으로 들어오는 유입수질의 유기물과 질소의 비를 의미한다.The C/N (COD/TKN) ratio refers to the ratio between the organic matter and nitrogen concentration in the influent water, which has a great influence on the treatment efficiency of the nitrogen and phosphorus removal process in the aeration tank. Means rain.

포기조에서 발생되는 질산성 질소는 혐기조에서 인 방출에 영향을 미치기 때문에 유입수의 COD/TKN비 또한 질소 및 인 제거공정의 처리 효율에 큰 영향을 미친다.Since nitrate nitrogen generated in the aeration tank affects phosphorus emission in the anaerobic tank, the COD/TKN ratio of the influent also has a great influence on the treatment efficiency of the nitrogen and phosphorus removal process.

[Methanol][Methanol]

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

[Acetate] [Acetate]

5CH3COOH+8NO3 - -> 4N2+10CO2 +6H2O + 8OH- 5CH 3 COOH + 8NO 3 - - > 4N 2 + 10CO 2 + 6H 2 O + 8OH -

이러한 외부탄소원을 대체하기 위해 유기성 폐기물이 활용 가능성이 대두되고 있다. 하수처리장의 경우 생물학적 처리를 기반으로 하기 때문에, 수중에 유기물이 감소하고 미생물이 증식하기 때문에, 증식한 미생물을 탈수효율을 증가시키기 위해 응집제와 유사한 화학제를 주입하고 탈수기를 통해 고체를 분리한다. 탈수 슬러지는 차량으로 매립지, 소각장, 시멘트 보조재로 활용되고 있다. 하지만 매립시설의 경우 매립 용량 부족으로 인해 슬러지류의 직매립을 금지하고 있고, 매립하더라도 80% 이상 수분을 함유하고 있어 침출수가 발생하므로 이를 처리하기 위한 추가적인 수처리시설이 요구된다. To replace these external carbon sources, the possibility of using organic waste is emerging. In the case of a sewage treatment plant, since it is based on biological treatment, organic matter in the water decreases and microorganisms proliferate. Therefore, in order to increase the dehydration efficiency of the proliferated microorganisms, a chemical agent similar to a coagulant is injected and the solid is separated through a dehydrator. Dewatered sludge is used as a vehicle for landfills, incineration plants, and cement auxiliary materials. However, in the case of landfill facilities, direct landfilling of sludges is prohibited due to lack of landfill capacity, and even if landfilled, since leachate is generated because it contains more than 80% moisture, additional water treatment facilities are required to treat them.

소각의 경우 전처리를 통해 수분함량을 낮춰야 하고 슬러지 자체로는 열량이 낮기 때문에 보조연료를 필요로 하며, 이를 소각하더라도 질소 및 황 산화물 등의 대기오염물질이 발생하기 때문에 이를 저감하기 위한 공정이 필수적이다.In the case of incineration, the water content must be lowered through pretreatment, and the sludge itself needs auxiliary fuel because the calorific value is low, and even if it is incinerated, air pollutants such as nitrogen and sulfur oxides are generated, so a process to reduce this is essential. .

하수슬러지를 처리하여 탄소원으로 사용한다면 하수처리장에서 발생하는 슬러지의 총량 저감과 하수처리장의 고도하수처리 처리 효율 향상이 기대된다.If sewage sludge is treated and used as a carbon source, it is expected to reduce the total amount of sludge generated in the sewage treatment plant and improve the efficiency of advanced sewage treatment in the sewage treatment plant.

소규모 하수처리장의 경우, 방류수 수질을 안정적으로 유지하기 어려운 단점을 가지고 있고 부영양화의 원인인 영양염류 제거에 어려움을 겪고 있다. In the case of a small-scale sewage treatment plant, it is difficult to stably maintain the quality of the effluent water, and it is difficult to remove nutrients that are the cause of eutrophication.

게다가 안정적인 슬러지 조절이 어렵고, 유입 수량의 증가에 따라 슬러지가 방류되는 문제점을 겪고 있다. In addition, stable sludge control is difficult, and sludge is discharged according to an increase in the inflow quantity.

KR 등록실용신안공보 제20-0367638호(2004.11.03)KR Registered Utility Model Publication No. 20-0367638 (2004.11.03)

이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 유기물질을 고도하수처리에 탄소원으로 활용해 유기물로 활용하는 기술 및 이를 활용하는 생물학적 처리기술운영 방법을 제공하기 위한 슬러지 감량화 및 그 부산물을 활용한 하수처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention for solving this problem is to reduce sludge and a sewage treatment method using the by-products to provide a technology for utilizing organic matter as a carbon source for advanced sewage treatment and utilizing it as an organic material and a biological treatment technology operating method using the same. It aims to provide.

또한, 본 발명은 하수처리장 침전조에 모여진 하수슬러지를 열가수분해를 이용한 감량화 및 가용화하는 것을 기반으로 하는 슬러지 감량화 및 그 부산물을 활용한 하수처리 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.In addition, another object of the present invention is to provide a method for reducing and solubilizing sewage sludge collected in a sedimentation tank of a sewage treatment plant by using thermal hydrolysis to reduce and solubilize the sludge.

또한, 본 발명은 하수와 침전조 하단에서 순환되는 슬러지를 혼합하여 탈질조로 투입되는 오염물질의 농도를 특정 범위 내에서 유지할 수 있는 슬러지 감량화 및 그 부산물을 활용한 하수 처리 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, another object of the present invention is to provide a method for reducing sludge and treating sewage using the by-products, which can maintain the concentration of contaminants introduced into the denitrification tank within a specific range by mixing sewage and sludge circulated at the bottom of the settling tank. To do.

그리고 본 발명은 추가적으로 투입되는 열가수분해 부산물의 투입량을 제어하여 최적 조건하에서 유기물과 질소 안정화 기능을 효과적으로 수행할 수 있는 슬러지 감량화 및 그 부산물을 활용한 하수 처리 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a method for reducing sludge and treating sewage using the by-products, which can effectively perform the function of stabilizing organic matter and nitrogen under optimal conditions by controlling the amount of additionally added thermal hydrolysis by-products. .

이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 슬러지 감량화 및 그 부산물을 활용한 하수처리 시스템을 이용한 하수처리 방법은, (a)하수관로로부터 스크린을 통과한 하수가 유량저장조로 유입되는 1단계와 (b)유량저장조 내 유입수의 탄소원 농도와 질소농도를 검출하는 2단계와, (c)상기 질소 농도를 기준으로 유입 유량을 산출하는 3단계와, (d)산출된 유입 유량을 탈질조로 투입하는 4단계, (e)탈질공정 수행단계, 및 (f)방류단계를 포함하게 구성함으로써 달성할 수 있다.The sewage treatment method using the sludge reduction and the sewage treatment system utilizing the by-products of the present invention to solve these problems includes (a) step 1 in which the sewage passing through the screen from the sewage pipe flows into the flow storage tank and (b) the flow rate. The second step of detecting the carbon source concentration and the nitrogen concentration of the influent water in the storage tank, (c) the third step of calculating the inflow flow rate based on the nitrogen concentration, and (d) the fourth step of introducing the calculated inflow flow rate into the denitrification tank, ( It can be achieved by configuring to include e) a denitrification process performing step, and (f) a discharge step.

또한, (d)단계는 유량저장조에서 하수와 호기조 하단에서 질산성 질소를 함유한 슬러지가 혼합되어 탈질조로 유입되는 단계를 더 포함하게 구성하고, 상기 유량저장조에서 검출된 질소 농도를 호기조 슬러지와 혼합하여 희석하는 단계와, 혼합된 탈질조 유입수의 상기 질소 농도가 기준 농도 보다 높으면, 혼합유입수의 질소 농도를 기준 농도로 맞추기 위해 호기조 내부 순환량을 늘리는 단계, 및 상기 순환량을 늘리는 단계 이후 혼합유입수에서 검출된 질소 농도가 상기 기준 농도 범위 내에 존재하지 않으면, 상기 순환량 늘리는 단계를 반복 수행하도록 결정하는 3단계를 포함할 수 있다.In addition, step (d) comprises a step of mixing the sludge containing nitrate nitrogen at the bottom of the flow storage tank and the aerobic tank and mixing the sludge containing nitrate nitrogen into the denitrification tank, and mixing the nitrogen concentration detected in the flow storage tank with the aerobic tank sludge. Dilution and, if the nitrogen concentration of the mixed denitrification tank influent is higher than the reference concentration, increasing the internal circulation amount of the aerobic tank to adjust the nitrogen concentration of the mixed inflow water to the reference concentration, and increasing the circulation amount, detection in the mixed inflow water If the determined nitrogen concentration does not exist within the reference concentration range, it may include a third step of determining to repeatedly perform the step of increasing the circulation amount.

또한, 회분식 생물반응조로 하수가 투입되는 1단계와, 투입된 하수가 암모니아 농도를 기준으로 반응조 내 기준농도 (15~20 mg-N/L)로 조절하여 운전 조건을 제어하는 2단계, 생물반응조 내 교반을 통해 생물학적탈질을 진행하는 3단계, 상기 생물반응조 내 질산성 질소(NO3) 및 아질산성질소(NO2)농도가 1이하로 유지되는 경우 하부 산기 장치를 활용하여 공기를 공급하는 4단계, 상기 상기 반응조 내 암모니아 농도가 0.5 mg-N/L 이하로 유지되는 경우 교반 및 공기공급을 중단하는 5단계, 및 상기 반응조 내 30분 이상의 침전시간 이후 투입된 유량(1Q)을 배출하는 6단계를 포함하게 구성한다.In addition, the first step in which sewage is introduced into the batch-type bioreactor, and the second step in which the input sewage is adjusted to the standard concentration (15-20 mg-N/L) in the reaction tank based on the ammonia concentration to control the operating conditions, and in the bioreactor Step 3 of proceeding biological denitrification through stirring, step 4 of supplying air using a lower air diffuser when the concentration of nitrate nitrogen (NO3) and nitrite nitrogen (NO2) in the bioreactor is maintained below 1, the In the case where the ammonia concentration in the reaction tank is maintained at 0.5 mg-N/L or less, 5 steps of stopping stirring and air supply, and 6 steps of discharging the flow rate (1Q) introduced after a settling time of 30 minutes or more in the reaction tank are included. Make up.

따라서, 본 발명의 슬러지 감량화 및 그 부산물을 활용한 하수 처리 방법에 의하면, 침전조에 모여진 슬러지를 대상으로 가수분해 단계를 통해 고형분을 줄이고 분해과정에서 생산된 유기물질을 고도하수처리에 탄소원으로 활용해 유기물로 활용하는 기술과 생물학적 처리기술운영 방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.Therefore, according to the sludge reduction and sewage treatment method using the by-products of the present invention, the sludge collected in the sedimentation tank reduces the solid content through the hydrolysis step, and the organic material produced in the decomposition process is utilized as a carbon source for advanced sewage treatment. There is an effect that can provide a technology used as an organic matter and a method of operating a biological treatment technology.

또한, 본 발명의 슬러지 감량화 및 그 부산물을 활용한 하수 처리 방법에 의하면, 하수처리장 침전조에 모여진 하수슬러지를 열가수분해를 이용하여 감량화 및 가용화할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the sludge reduction and the sewage treatment method using the by-products of the present invention, there is an effect of reducing and solubilizing the sewage sludge collected in the sedimentation tank of the sewage treatment plant by using thermal hydrolysis.

또한, 본 발명의 슬러지 감량화 및 그 부산물을 활용한 하수 처리 방법에 의하면, 하수와 침전조 하단에서 순환되는 슬러지를 혼합하여 탈질조로 투입되는 오염물질의 농도를 특정 범위 내에서 유지할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the sludge reduction and the sewage treatment method using the by-products of the present invention, there is an effect of maintaining the concentration of pollutants introduced into the denitrification tank within a specific range by mixing the sewage and sludge circulated at the bottom of the settling tank.

그리고 본 발명의 슬러지 감량화 및 그 부산물을 활용한 하수 처리 방법에 의하면, 추가적으로 투입되는 열가수분해 부산물의 투입량을 제어하여 최적 조건하에서 유기물과 질소 안정화 기능을 효과적으로 수행할 수 있다.And according to the sludge reduction and the sewage treatment method using the by-products of the present invention, it is possible to effectively perform the function of stabilizing organic matter and nitrogen under optimal conditions by controlling the amount of additionally added thermal hydrolysis by-products.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 슬러지 감량화 및 그 부산물을 활용한 생물학적 하수처리 시스템의 주요 구성도,
도 2는 실시예의 결과로 선탈질구조의 하수처리장치에서 외부 탄소원을 투입하지 않은 경우 방류되는 유출수내 질소성분, 용존 유,무기 탄소 농도표,
도 3은 열가수분해된 생물학적 슬러지를 탈질조에 유입수 투입량(1Q)를 기준으로 투입한 경우 방류되는 처리수 운전 결과표,
도 4는 상기 생물학적 탈질과 질산화가 구분된 반응조 이외에 단상 회분식반응기에서의 개략적인 구성도,
도 5는 회분식 반응기에서 실시예의 결과로 열가수분해된 슬러지를 유입 유량에 맞춰 투입한 경우 시간에 따라 변화는 농도의 변화표,
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 유량저장조와 탈질조간의 생물학적 하수처리 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 유량저장조와 호기조간의 생물학적 하수처리 방법을 설명하기 위한 흐름도,
그리고
도 8은 본 발명의 일실시예에 의한 침전조 하부와 탈질조간의 생물학적 하수처리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
1 is a main configuration diagram of a biological sewage treatment system using sludge reduction and by-products according to an embodiment of the present invention,
2 is a table of nitrogen components, dissolved organic and inorganic carbon concentrations in effluent discharged when an external carbon source is not input in a sewage treatment apparatus having a linear denitrification structure as a result of an example,
FIG. 3 is a table of operation results of treated water discharged when the thermally hydrolyzed biological sludge is added to the denitrification tank based on the influent amount (1Q);
4 is a schematic configuration diagram of a single-phase batch reactor in addition to the reactor in which the biological denitrification and nitrification are separated,
5 is a table of changes in concentration varying with time when the thermally hydrolyzed sludge as a result of the Example in a batch reactor is added according to the inflow flow rate,
6 is a flow chart for explaining a biological sewage treatment method between the flow storage tank and the denitrification tank according to an embodiment of the present invention,
7 is a flow chart for explaining a biological sewage treatment method between a flow storage tank and an aerobic tank according to an embodiment of the present invention;
And
8 is a flowchart illustrating a biological sewage treatment method between a lower part of a settling tank and a denitrification tank according to an embodiment of the present invention.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Terms and words used in the present specification and claims are not limited to the usual or dictionary meanings, and the inventor is based on the principle that the concept of terms can be appropriately defined in order to explain his or her invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 및/또는 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated. In addition, terms such as "... unit", "... group", "module", and "device" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which is implemented by a combination of hardware and/or software. Can be.

명세서 전체에서 "및/또는"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및/또는 제3 항목"의 의미는 제1, 제2 또는 제3 항목뿐만 아니라 제1, 제2 또는 제3 항목들 중 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.Throughout the specification, the term "and/or" is to be understood as including all possible combinations from one or more related items. For example, the meaning of “a first item, a second item and/or a third item” may be presented from two or more of the first, second or third items as well as the first, second or third item. It means a combination of all possible items.

명세서 전체에서 각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c, ...)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 한정하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.Throughout the specification, the identification code (for example, a, b, c, ...) in each step is used for convenience of description, and the identification code does not limit the order of each step, and each step is It may occur differently from the specified order unless a specific order is clearly stated in the context. That is, each of the steps may occur in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.

이하, 도면을 참고하여 본 발명의 일실시예에 대하여 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 슬러지 감량화 및 그 부산물을 활용한 생물학적 하수처리 시스템의 주요구성도이다.1 is a schematic diagram of a biological sewage treatment system using sludge reduction and by-products according to an embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이, 본 발명의 생물학적 하수처리 시스템은 하수에서 모래 및 분해되지 않는 협잡물을 제거하고 유량저장조(20)에 유입되는 유입수를 조절하기 위한 스크린(10)과, 탈질조(30), 호기조(40), 침전조(50) 그리고 열가수분해반응기(60)를 포함하여 구성한다.As shown, the biological sewage treatment system of the present invention removes sand and impurities that do not decompose from sewage and controls the influent water flowing into the flow storage tank 20, the denitrification tank 30, the aerobic tank It comprises (40), a settling tank (50) and a thermohydrolysis reactor (60).

먼저 본 발명에서는 유입수 내의 질소 농도 내 상징액은 NH4 +-N 농도 형태로 검출되고 여기서는 유입수 내 질소 농도로 표현하기로 한다.First, in the present invention, the supernatant in the nitrogen concentration in the influent is detected in the form of NH 4 + -N concentration, and it will be expressed as the nitrogen concentration in the influent water.

일상생활에서 발생하는 하수는 발생시간에 따른 유기물질의 농도 및 발생량의 차이를 보이기 때문에 유량저장조(20)에 일차적으로 모이게 된다. Sewage generated in daily life is primarily collected in the flow storage tank 20 because the difference in concentration and generation amount of organic substances according to the generation time is shown.

모여진 하수는 일정한 농도로 혼합되고, 투입량이 일정한 유량 및 농도로 혼합될 때 안정적인 하수처리가 가능하기 때문에 유량저장조(20) 내부에는 완전히 혼합되는 조건을 형성하기 위하여 순환 펌프 또는 교반 장치를 구비할 수 있다.The collected sewage is mixed at a constant concentration, and when the input amount is mixed at a constant flow rate and concentration, stable sewage treatment is possible.Therefore, a circulation pump or a stirring device may be provided in the flow storage tank 20 to form a condition for completely mixing. have.

여기에서 순환 펌프 또는 기타 교반 장치는 하수의 완전 혼합 조건을 제어하기 위한 장치가 된다.Here, the circulation pump or other stirring device becomes a device for controlling the conditions of complete mixing of sewage.

또한, 유량저장조(20)에는 탄소원 농도측정기(22)와 질소농도측정기(24)를 구비할 수 있다.In addition, the flow storage tank 20 may be provided with a carbon source concentration meter 22 and a nitrogen concentration meter 24.

유량저장조(20) 전단에는 모래 및 분해되지 않는 협잡물과 같은 고형물질을 제거하기 위한 스크린(10)을 구비할 수 있다. The front end of the flow storage tank 20 may be provided with a screen 10 for removing solid substances such as sand and impurities that are not decomposed.

특히, 스크린(10)을 통해 협잡물이 제거되지 않으면 이후 공정내 무기물의 축적 및 순환 펌프 및 교반에 저해가 발생할 수 있다. In particular, if impurities are not removed through the screen 10, the accumulation of inorganic matter in the subsequent process and inhibition of circulation pumping and stirring may occur.

하수처리 시스템 운영에 있어서 스크린(10)을 통한 무기물 및 협잡물의 제거를 통한 유입수 조절은 하수처리 효율 증대를 할 수 있게 된다.In the operation of the sewage treatment system, controlling the inflow water through the removal of inorganic matter and impurities through the screen 10 can increase the efficiency of sewage treatment.

탈질조(30)는 생물학적 탈질 공정을 수행하도록 구성되며, 탈질을 위해서는 적정한 조건 범위에서 유지되어야 한다. The denitrification tank 30 is configured to perform a biological denitrification process, and must be maintained in an appropriate range of conditions for denitrification.

그렇지 않으면, 설계된 용량에서 처리할 수 있는 범위를 벗어나 효율이 떨어질 수 있다.Otherwise, the efficiency may fall outside the range that can be handled at the designed capacity.

예를 들면, 생물학적 탈질 공정에서 수계에 존재하는 유기물질의 농도가 낮은 경우 탈질 속도에 영향을 준다. 이러한 낮은 유기물질의 농도는 정해진 반응조 내에서 탈질이 종료되지 않아 질산화 공정 이후 기준 농도 이상의 질소 농도가 방류수 내에 잔존하게 된다. 이러한 현상은 특히 공정 운영이 어려운 소규모 하수처리장에서 자주 나타난다.For example, in a biological denitrification process, when the concentration of organic substances in water is low, the denitration rate is affected. Such a low concentration of organic substances does not end denitrification in a predetermined reaction tank, so that a nitrogen concentration above the reference concentration remains in the effluent after the nitrification process. This phenomenon often occurs especially in small-scale sewage treatment plants where process operation is difficult.

이러한 탈질 공정에서 나타나는 문제점을 미연에 방지하기 위하여 본 실시예에서는 유량저장조(20)에서 탈질조(30)로 투입되는 질소 농도를 질소농도측정기(24)에서 측정하여 측정값을 기준으로 그것들을 설계한 후 실시간으로 투입되는 열가수분해액이 적정한지, 그리고 탈질조(30)에서 질산성질소와 아질산성질소 농도, 후술하는 호기조(40)에서 암모니아 농도가 일정 수준 이하인지 검출 및 공정을 제어하도록 한다. In order to prevent problems occurring in the denitrification process in advance, in this embodiment, the nitrogen concentration input from the flow storage tank 20 to the denitrification tank 30 is measured by a nitrogen concentration meter 24 and designed based on the measured value. In order to detect whether the thermal hydrolysis solution input in real time is appropriate, and the concentration of nitrate and nitrite nitrogen in the denitrification tank 30, and the ammonia concentration in the aerobic tank 40 to be described later is below a certain level and control the process. do.

이를 위하여 탈질조(30)는 교반장치(32)와 질산성질소농도검출부(34)와 내부순환로(36)를 구비할 수 있다.To this end, the denitration tank 30 may include a stirring device 32, a nitrate nitrogen concentration detection unit 34, and an internal circulation path 36.

이러한 제안에 의하면 생물학적 하수처리 공정이후 방류수 수질을 일정하게 유지하는 것이 가능하다. According to this proposal, it is possible to keep the quality of the effluent water constant after the biological sewage treatment process.

또한, 생물학적 슬러지를 활용하여 내부에서 활용하는 방법을 통해 하수처리장에서 발생하는 부산물을 저감할 수 있다.In addition, it is possible to reduce by-products generated in a sewage treatment plant through a method of utilizing biological sludge internally.

생물학적 탈질은 활성슬러지 공법에서 공기를 공급해주지 않는 무산소 조건으로 운전하는 경우 산소를 전자수용체로 활용할 수 없기 때문에 산소를 대체하는 전자수용체를 활용하는 것을 기본으로 한다. Biological denitrification is based on the use of an electron acceptor that replaces oxygen because oxygen cannot be used as an electron acceptor when operating in an oxygen-free condition that does not supply air in the activated sludge method.

여기서 박테리아가 산소를 대신하여 질산성 질소(NO3 -)를 사용하고, 질산성 질소는 질소가스로 변환되어 수계에 질소 농도가 감소한다. The bacteria of nitrate instead of oxygen (NO 3 -) use, and the nitrate is converted into nitrogen gas to reduce the nitrogen concentration in the water system.

이러한 현상을 활용하여 수처리 과정 중 질소 농도를 저감하는 방법으로 활용하고 있으나, 낮은 탈질 속도로 인해 무산소조에서 낮은 처리 효율을 보인다.This phenomenon is utilized as a method of reducing nitrogen concentration during water treatment, but shows low treatment efficiency in an oxygen-free tank due to a low denitrification rate.

이를 위해, 일반적인 하수처리장에서 고려되는 것이 반응조 내의 유기 탄소 농도이다. For this, it is the organic carbon concentration in the reaction tank that is considered in general sewage treatment plants.

호기조(40)에서 활성 슬러지에 의해 암모니아가 산화되어 질산성질소로 존재하고 이를 내부순환하여 탈질 공정에 적용하는데, 이때 호기성 미생물에 의해 유기물질이 분해되고, 질산화 종료 이후 고액분리하여 액상부분을 총 탄소분석으로 측정하면 6-10mg-C/L가 측정된다. 이러한 미량 물질은 활성슬러지를 무산소 조건으로 운전하여도 미생물이 활용할 수 없는 물질이기 때문에 생물학적 탈질에 영향을 주지 않는다.In the aerobic tank 40, ammonia is oxidized by activated sludge to exist as nitrate nitrogen, which is internally circulated and applied to the denitrification process.At this time, organic substances are decomposed by aerobic microorganisms, and after nitrification is completed, the liquid phase is separated into total carbon. As measured by analysis, 6-10mg-C/L is measured. These trace substances do not affect biological denitrification because they cannot be utilized by microorganisms even when activated sludge is operated under oxygen-free conditions.

예를 들면, 선탈질 공정에서 유입수를 탈질조로 직접 투입하는 방식을 사용하는데, 유입수 내에 유기물질을 전자공여체로 활용한다. For example, in the linear denitrification process, the influent water is directly injected into the denitrification tank, and organic substances in the influent are used as electron donors.

이러한 방식에서 유입수가 포함하고 있는 유기물질이 충분할 경우 생물학적인 탈질이 완료되지만, 국내 하수의 특징인 낮은 유기물함량으로 인해 탈질조가 낮은 유기 탄소 농도로 운전된다. 따라서 외부 탄소원을 추가로 투입하여 탈질조 내부에 탄소 농도를 증가시켜 생물학적 탈질을 유도한다.In this way, biological denitrification is completed if there are sufficient organic substances in the influent, but the denitrification tank is operated with a low organic carbon concentration due to the low organic substance content characteristic of domestic sewage. Therefore, an external carbon source is added to increase the carbon concentration inside the denitrification tank, thereby inducing biological denitrification.

한편, 외부 탄소원을 투입하여 생물학적 탈질의 조절이 가능하지만, 실규모 현장에 적용하여 운영하는 경우 적정 투입량을 설정하지 못한다면 외부 탄소원 투입비가 많이 소요되고 운전비용 상승으로 이어져 공정의 경제성이 매우 취약해지는 문제를 야기하게 된다.On the other hand, it is possible to control biological denitrification by inputting an external carbon source, but if an appropriate amount of input is not set when applied to a real-scale site, the cost of inputting an external carbon source is high, leading to an increase in operating costs, resulting in very weak process economics. Will cause.

안정적인 생물학적 하수처리 공정을 운영하기 위해서는 질소 농도를 기준으로 각 공정의 운전조건을 설계해야 한다. In order to operate a stable biological sewage treatment process, it is necessary to design the operating conditions of each process based on the nitrogen concentration.

예컨데 유입수 내 질소 농도는 암모니아가 주요 형태로 존재하고, 탈질조 내부의 질소 농도는 호기조에서 내부순환으로 투입되는 질산성 질소와 유입수에 포함된 암모니아의 형태로 존재한다. For example, the nitrogen concentration in the influent is ammonia in the main form, and the nitrogen concentration in the denitrification tank is in the form of nitrate nitrogen introduced into the internal circulation from the aerobic tank and ammonia contained in the influent water.

반면 호기조(40)에서는 탈질조 내부에서 처리되지 않는 암모니아가 주요 질소 농도로 존재한다. 이러한 하수처리 공정에서 방류되는 처리수 내부에 질소농도는 호기조에서 암모니아가 질산화된 질산성질소 형태로 검출된다.On the other hand, in the aerobic tank 40, ammonia, which is not treated in the denitrification tank, is present as the main nitrogen concentration. The nitrogen concentration in the treated water discharged in the sewage treatment process is detected in the form of nitrate nitrogen in which ammonia is nitrated in an aerobic tank.

이러한 질소 농도를 기준치 이하로 방류하기 위해서는 유량저장조(20)에서 탈질조(30)로 유입되는 생활 하수에 포함된 암모니아가 호기조(40)에서 순환된 하수와 혼합되었을 때 농도를 측정해야 한다. In order to discharge the nitrogen concentration below the standard value, the concentration should be measured when ammonia contained in the domestic sewage flowing from the flow storage tank 20 to the denitrification tank 30 is mixed with the sewage circulated in the aerobic tank 40.

전술한 바와 같이, 이렇게 혼합된 하수는 암모니아와 질산성 질소를 포함하고 있으며 하수에서 공정 운영을 위한 기준 질소는 암모니아가 된다.As described above, the mixed sewage contains ammonia and nitrate nitrogen, and the reference nitrogen for process operation in the sewage becomes ammonia.

또한, 호기조(40)에도 교반장치(42)와 NH4농도검출부(44)와 내부순환로(46)를 구비할 수 있다.In addition, the aeration tank 40 may also be provided with a stirring device 42, an NH 4 concentration detector 44, and an internal circulation path 46.

구체적으로 설명하면, 질산성질소는 생물학적 탈질 공정을 통해 질소가스로 배출되어 수계 내 질소 농도를 감소하는 결과를 보인다. 암모니아는 호기조에서 감소하지만 질산성질소 형태로 전환되어 하수내 질소 농도는 변하지 않는다. Specifically, nitrate nitrogen is discharged as nitrogen gas through a biological denitrification process, thereby reducing the nitrogen concentration in the water system. Ammonia decreases in the aerobic tank, but is converted to the form of nitrate nitrogen, so the concentration of nitrogen in the sewage does not change.

다시 말해서 생물학적 탈질의 경우 하수 내 질소농도 감소가 가능하지만, 호기조와 탈질조가 교차되는 공정에서 방류수 내 질소농도를 저감하기 위해서는 호기조로 투입되는 암모니아 농도를 기준 이하로 설정하는 것이 매우 중요하다.In other words, in the case of biological denitrification, it is possible to reduce the nitrogen concentration in the sewage, but in order to reduce the nitrogen concentration in the effluent in the process where the aerobic tank and the denitrification tank are intersected, it is very important to set the ammonia concentration input to the aerobic tank below the standard.

위에서 언급한 바와 같이, 생물학적 하수처리장에서 질소 저감을 위한 처리 공정 운영에서 탈질조 내 초기 암모니아 농도가 15~20 mg-N/L 범위의 농도로 제어하는 것이 바람직하다.As mentioned above, it is desirable to control the initial ammonia concentration in the denitrification tank to a concentration in the range of 15-20 mg-N/L in the operation of the treatment process for nitrogen reduction in a biological sewage treatment plant.

본 실시예에 의하면, 탈질조 내 암모니아를 기준 이하로 설정하기 위해 유량저장조(20)에서 탈질조로 유입되는 유량을 "1Q"로 설정한다. 이때 유량을 결정하는 요소는 유량저장조(20)에서 완전히 혼합된 하수의 질소 농도를 기준으로 하며, 호기조(40)에서 내부순환용 펌프를 통해 순환되는 유량과 혼합되는 비율을 통해 탈질조로 유입되는 암모니아 농도가 일정한 범위에서 유지되도록 하여야 한다. According to this embodiment, in order to set the ammonia in the denitrification tank below the standard, the flow rate flowing from the flow storage tank 20 to the denitrification tank is set to "1Q". At this time, the factor that determines the flow rate is based on the nitrogen concentration of sewage completely mixed in the flow storage tank 20, and ammonia introduced into the denitrification tank through a ratio mixed with the flow rate circulated through the internal circulation pump in the aerobic tank 40. The concentration must be maintained within a certain range.

다음으로 탈질조(30) 내의 질산성 질소 농도를 질산성 질소 농도 검출부(34)에서 검출한다. Next, the nitrate nitrogen concentration in the denitrification tank 30 is detected by the nitrate nitrogen concentration detection unit 34.

본 단계에서, 질산성 질소는 주로 상징액에서 검출되는데, 생물학적 탈질과 질산화가 적정하게 운전되는 하수처리장에서의 질산성 질소는 투입되는 유입수내 질소농도와 유사하거나, 약간 높은 정도이다.In this step, nitrate nitrogen is mainly detected in the supernatant, and nitrate nitrogen in a sewage treatment plant where biological denitrification and nitrification are properly operated is similar to or slightly higher than the nitrogen concentration in the input water.

상기 단계에서의 판단 결과 질산성 질소가 기준 농도범위(15 mg-N/L 이하)에서 검출되면, 하수처리공정을 진행한다.As a result of the determination in the above step, when nitrate nitrogen is detected in the reference concentration range (15 mg-N/L or less), the sewage treatment process is performed.

상기 단계에서 질산성 질소가 기준 농도 범위보다 높은 경우이면, 탈질조 후단에서 전단으로 내부순환로(36)를 통해 질산성 질소 농도를 기준 농도 이하로 제어한다.In the case where the nitrate nitrogen is higher than the reference concentration range in the above step, the nitrate nitrogen concentration is controlled to be below the reference concentration through the internal circulation path 36 from the rear end of the denitrification tank to the front end.

여기에서, 질산성 질소의 경우 생물학적 탈질을 진행하기 위한 열가수분해액 투입량을 산출한다. Here, in the case of nitrate nitrogen, the input amount of the thermal hydrolysis solution for biological denitrification is calculated.

본 실시예에 의하면 유량저장조(20)에서 탈질조(30)으로 유입되는 유량을 "1Q"로 설정하고, 호기조(40)에서 순환되는 유량을 "3Q"로 투입하는 경우, 탈질조 (30)내의 질산성 질소의 기준(15 mg-N/L)을 만족한다. 이러한 질산성 질소 농도를 기준으로, 유입되는 유량의 약 2.5% 정도의 열가수분해액을 투입하는 것이 바람직하다.According to the present embodiment, when the flow rate flowing from the flow storage tank 20 to the denitrification tank 30 is set to "1Q" and the flow rate circulated in the aerobic tank 40 is input to "3Q", the denitrification tank 30 It satisfies the standard (15 mg-N/L) of nitrate nitrogen. Based on the concentration of nitrate nitrogen, it is preferable to add a thermal hydrolysis solution of about 2.5% of the flow rate.

전술한 과정에서 탈질조(30) 내부의 수리학적 체류시간은 약 4시간 정도이며, 탈질조 유출수 내에 질산성 질소의 농도가 0~1 mg-N/L 범위에 들어올 때까지 탈질조 후단에서 전단으로 내부순환을 반복할 수 있다. In the above-described process, the hydraulic residence time inside the denitrification tank 30 is about 4 hours, and sheared at the rear end of the denitrification tank until the concentration of nitrate nitrogen in the effluent of the denitrification tank falls within the range of 0-1 mg-N/L. Internal circulation can be repeated.

탈질조(30)는 활성슬러지를 기반으로 하는 하수처리 방식 및 활성슬러지법을 응용 하는 방식 등을 채택하여 운전할 수 있다.The denitration tank 30 may be operated by adopting a sewage treatment method based on activated sludge and a method applying activated sludge method.

호기조(40)로 유입되는 유량은 탈질조(30)에서 유출된 하수를 기준으로 하며, 암모니아의 농도는 탈질조(30)로 유입된 암모니아 농도와 유사하거나, 약간 높은 정도이다. 그 이유는 산소가 없는 조건에서 생물학적 탈질 뿐만 아니라 미생물이 분해된다. 즉, 미생물이 분해됨에 따라 유기물질과 암모니아가 생성되고 이러한 암모니아가 초기 투입된 암모니아 농도를 증가시키기 때문이다. The flow rate flowing into the aerobic tank 40 is based on the sewage discharged from the denitrification tank 30, and the concentration of ammonia is similar to or slightly higher than the ammonia concentration introduced into the denitrification tank 30. The reason is that microorganisms are decomposed as well as biological denitrification in the absence of oxygen. That is, as the microorganisms are decomposed, organic substances and ammonia are produced, and the ammonia increases the initially introduced ammonia concentration.

본 실시예에 의하면 호기조(40)로 투입되는 탈질조(30) 유출수 내에 유량은 "4Q"이다. 특히 호기조(40) 내부의 수리학적 체류시간은 약 2시간 정도이며, 호기조(40) 유출수 내에 암모니아 농도가 0~1 mg-N/L 범위에 들어올 때까지 호기조 후단에서 전단으로 내부순환을 반복할 수 있다. According to this embodiment, the flow rate in the effluent water of the denitrification tank 30 input to the aerobic tank 40 is "4Q". In particular, the hydraulic residence time inside the aerobic tank 40 is about 2 hours, and the internal circulation from the rear end of the aerobic tank to the front end is repeated until the ammonia concentration in the effluent of the aerobic tank 40 reaches 0-1 mg-N/L. I can.

호기조(40)에서 슬러지를 포함하는 유출수가 침전조(50)로 유입되는 하수는 적정시간 침전시킨 후 방류한다. Sewage water flowing from the aerobic tank 40 to the sedimentation tank 50 is discharged after being settled for an appropriate time.

침전조(50) 하부에서 농축된 슬러지는 열가수분해 반응기(60)로 투입된다. The sludge concentrated in the lower part of the settling tank 50 is introduced into the thermohydrolysis reactor 60.

본 실시예에 의하면, 열가수분해 반응기(60)로 투입되는 농축된 생물학적 슬러지는 약 3%의 농도로 유입되었고, 열가수분해 반응기에서 반응조건은 200 ℃, 반응시간은 2시간으로 설정하는 것이 바람직하다. According to the present embodiment, the concentrated biological sludge introduced into the thermohydrolysis reactor 60 was introduced at a concentration of about 3%, and the reaction condition in the thermohydrolysis reactor was set to 200°C and the reaction time was set to 2 hours. desirable.

도 2는 실시예의 결과로 선탈질구조의 하수처리장치에서 외부 탄소원을 투입하지 않은 경우 방류되는 유출수내 질소성분, 용존 유,무기 탄소 농도이다. FIG. 2 shows the nitrogen component, dissolved organic, and inorganic carbon concentrations in the effluent discharged when an external carbon source is not input in a sewage treatment apparatus having a linear denitrification structure as a result of the Example.

전술한 바와 같이 방류되는 유출수 내 용존 유기탄소 농도는 약 8 mg-C/L로 존재한다. 이러한 탄소는 생물학적으로 활용이 불가능하며 탈질조로 순환되어도 생물학적 탈질에 영향을 주지 않는다. As described above, the dissolved organic carbon concentration in the effluent discharged is about 8 mg-C/L. Such carbon is not biologically available and does not affect biological denitrification even if it is circulated to the denitrification tank.

뿐만 아니라 질산성질소의 경우 증가하는 결과를 보이는데, 이는 탈질조(30)에 충분한 유기탄소가 존재하지 않아 탈질이 이루어지지 않는 결과이다.In addition, in the case of nitrate nitrogen, there is an increasing result, which is a result that denitrification is not performed because sufficient organic carbon does not exist in the denitrification tank 30.

도 3은 열가수분해된 생물학적 슬러지를 탈질조에 유입수 투입량(1Q)를 기준으로 투입한 경우 방류되는 처리수 운전 결과이다. 하수처리장치가 안정화됨에 따라 방류되는 질소 농도는 약 15 mg-N/L로 안정적으로 유지되는 것을 확인할 수 있다. FIG. 3 is a result of operating the treated water discharged when the thermally hydrolyzed biological sludge is added to the denitrification tank based on the influent input amount (1Q). As the sewage treatment system is stabilized, it can be seen that the concentration of nitrogen discharged is stably maintained at about 15 mg-N/L.

도 4는 상기 생물학적 탈질과 질산화가 구분된 반응조 이외에 단상 회분식반응기에서의 개략적인 구성도이다. 4 is a schematic configuration diagram of a single-phase batch reactor in addition to the reactor in which biological denitrification and nitrification are separated.

상기 단상 회분식 생물반응조는 탈질과, 질산화, 침전, 그리고 방류를 포함한다.The single-phase batch bioreactor includes denitrification, nitrification, precipitation, and discharge.

탈질 및 질산화가 단일 반응조에서 진행되기 때문에, 조건에 따른 반응 시간을 조절하여 도 1에서 설명한 공정의 각 단계를 진행할 수 있다. Since denitrification and nitrification are performed in a single reaction tank, each step of the process described in FIG. 1 can be performed by adjusting the reaction time according to conditions.

상기 2단 반응조와 같이 하수와 열가수분해액이 유입된다. 탈질이 종료되면 공기를 공급하여 질산화를 유도하여 처리한다. Like the two-stage reactor, sewage and thermal hydrolysis liquid are introduced. When denitrification is complete, air is supplied to induce nitrification and treatment.

도 5는 회분식 반응기에서 실시예의 결과로 열가수분해된 슬러지를 유입 유량에 맞춰 투입한 경우 시간에 따라 변화는 농도의 변화이다. 미생물에 의해 분해가능한 탄소가 초기 1시간 이내에 소모되고 상대적으로 분해가 어려운 물질이 무산소, 호기 조건이 진행됨에 따라 감소한다.5 is a change in concentration with time when the sludge thermally hydrolyzed as a result of the Example is added in a batch reactor according to the inflow flow rate. Carbon degradable by microorganisms is consumed within the first hour, and substances that are relatively difficult to decompose decrease as oxygen-free and aerobic conditions progress.

탈질이 진행되어 질산성 질소가 1 mg-N/L 근방까지 감소하고 질산화가 진행됨에 따라 암모니아가 질산성질소로 산화되어 20 mg-N/L 이하의 농도를 보인다.As denitrification proceeds, nitrate nitrogen decreases to around 1 mg-N/L, and as nitrification proceeds, ammonia is oxidized to nitrate nitrogen, showing a concentration of 20 mg-N/L or less.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 하수슬러지 감량화 및 그 부산물을 이용한 하수처리장 운영 방법은, 종래 생물학적 하,폐수 처리 시설에서 발생하는 생물학적 슬러지를 대상으로 열가용화를 통해 하수처리장에서 생물학적 탈질 효율 증대를 위한 탄소원으로 활용한다. 열가수분해 반응조건은 200 ℃, 반응시간을 2시간으로 설정함에 따라 가용화율 및 고액분리 최적화가 가능할 것이다.As described above, the method of reducing sewage sludge and operating a sewage treatment plant using its by-products according to the present invention is to increase biological denitrification efficiency in a sewage treatment plant through thermal solubilization for biological sludge generated in conventional biological sewage and wastewater treatment facilities. It is used as a carbon source for The solubilization rate and solid-liquid separation can be optimized by setting the thermohydrolysis reaction condition to 200°C and the reaction time to 2 hours.

이러한 구성을 이용한 본 발명의 하수처리 방법에 대하여 도면을 참고하여 설명한다.The sewage treatment method of the present invention using this configuration will be described with reference to the drawings.

먼저, 본 발명의 슬러지 감량화 및 그 부산물을 활용한 하수처리 방법은 유량저장조와 탈질조간의 생물학적 하수처리 방법과, 유량저장조와 호기조간의 생물학적 하수처리 방법 그리고 침전조 하부와 탈질조간의 생물학적 하수처리 방법으로 진행된다.First, the sludge reduction and the sewage treatment method using the by-products of the present invention include a biological sewage treatment method between a flow storage tank and a denitrification tank, a biological sewage treatment method between a flow storage tank and an aerobic tank, and a biological sewage treatment method between the sedimentation tank and the denitrification tank. It goes on.

도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 유량저장조와 탈질조간의 생물학적 하수처리 방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 도시된 바와 같이, 본 발명의 유량저장조와 탈질조간의 생물학적 하수처리 방법은, 먼저 하수관로로부터 스크린(10)을 통과한 하수가 유량저장조(20)로 유입되는 단계(S110)와, 유량저장조(20) 내 유입수의 탄소원 농도와 질소농도를 검출하는 단계(S120), 상기 검출된 질소 농도를 기준으로 탈질조(30)로 유입할 유량을 산출하는 단계(S130)와 단계 S130에서 산출된 유입 유량을 탈질조(30)로 유입하는 단계(S140), 호기조(40)에서 활성 슬러지에 의해 암모니아가 산화되어 질산성질소로 존재하고 이를 내부순환하여 탈질 공정을 수행하는 단계(150)와 호기조(40)에서 슬러지를 포함하는 유출수가 침전조(50)로 유입되어 하수를 적정시간 침전시킨 후 방류하는 단계(160)를 포함한다. 6 is a flow chart for explaining the biological sewage treatment method between the flow storage tank and the denitrification tank according to an embodiment of the present invention, as shown, the biological sewage treatment method between the flow storage tank and the denitrification tank of the present invention, first, the sewage pipe The step of introducing the sewage that has passed through the screen 10 from the flow storage tank 20 (S110), the step of detecting the carbon source concentration and the nitrogen concentration of the influent water in the flow storage tank 20 (S120), the detected nitrogen concentration Calculating the flow rate to be introduced into the denitrification tank 30 based on (S130) and introducing the flow rate calculated in the denitrification tank 30 (S140), by activated sludge in the aerobic tank 40 Ammonia is oxidized to exist as nitrate nitrogen, and the effluent water including sludge from the aerobic tank 40 flows into the sedimentation tank 50 and discharges the sewage after the step 150 of performing the denitrification process by internal circulation. Step 160 is included.

도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 유량저장조와 호기조간의 생물학적 하수처리 방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 도시된 바와 같이, 유량저장조와 호기조간의 생물학적 하수처리 방법은 유량저장조(20)에서 하수와 호기조(40) 하단에서 질산성 질소를 함유한 슬러지가 혼합되어 탈질조(30)로 유입하는 방법은, 먼저 유량저장조(20)에서 검출된 질소 농도를 호기조(40)의 반송라인을 통한 슬러지와 혼합하여 희석하는 단계(S151), 혼합된 탈질조(30) 유입수의 상기 질소 농도가 기준 농도보다 높으면, 혼합유입수의 질소 농도를 기준 농도로 맞추기 위해 호기조 내부 순환량을 늘리는 단계(S152)와, 단계 S152이후 혼합유입수에서 검출된 질소 농도가 상기 기준 농도 범위 내에 존재하지 않으면, 단계 S142를 반복 수행하도록 결정하는 단계(S153)를 포함하여 이루어진다.7 is a flow chart for explaining the biological sewage treatment method between the flow storage tank and the aerobic tank according to an embodiment of the present invention, as shown, the biological sewage treatment method between the flow storage tank and the aerobic tank is sewage in the flow storage tank 20 At the bottom of the aerobic tank 40, the sludge containing nitrate nitrogen is mixed and introduced into the denitrification tank 30. First, the nitrogen concentration detected in the flow storage tank 20 is transferred to the sludge through the return line of the aerobic tank 40. Mixing and diluting (S151), if the nitrogen concentration of the mixed denitrification tank 30 influent is higher than the reference concentration, increasing the internal circulation amount of the aerobic tank to adjust the nitrogen concentration of the mixed influent to the reference concentration (S152), and If the nitrogen concentration detected in the mixed inflow water after S152 does not exist within the reference concentration range, a step (S153) of determining to repeat step S142 is performed.

또한, 단계 S150에서 탈질조(30)로 투입되는 열가수분해액은 유량저장조(20)에서 탈질조(30)로 투입되는 유량(1Q)의 2 -2.5%를 기준으로 투입하는 단계(S154)와, 탈질조 유출수 내 질산성질소(NO3) 및 아질산성질소(NO2)의 농도가 0.5 이하로 유지되지 않는 경우, 탈질조 내에서 내부순환하는 단계(S155), 기준농도 이하(0.5 mg-N/L 이하)로 질산성 질소 및 아질산성 질소가 낮아지는 경우(S156), 내부순환을 멈추는 단계(S157)을 포함하여 이루어진다.In addition, the step of introducing the thermal hydrolysis liquid introduced into the denitrification tank 30 in step S150 based on 2 -2.5% of the flow rate (1Q) input from the flow storage tank 20 to the denitrification tank 30 (S154) Wow, when the concentration of nitrate nitrogen (NO3) and nitrite nitrogen (NO2) in the effluent of the denitrification tank is not maintained below 0.5, internal circulation in the denitrification tank (S155), below the reference concentration (0.5 mg-N) /L or less) when nitrate nitrogen and nitrite nitrogen are lowered (S156), including a step of stopping the internal circulation (S157).

도 8은 본 발명의 일실시예에 의한 침전조 하부와 탈질조간의 생물학적 하수처리 방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 도시된 바와 같이, 침전조(50) 하부에서 열가수분해 반응기(60)로 이송하는 단계(S161)와, 침전조(50) 하부에서 생물슬러지 이송 중 열교환기를 통과하는 단계(S162), 가온된 슬러지를 열가수분해 반응기 내부에서 일정한 조건으로 열가수분해를 진행하는 단계(S163), 열가수분해 반응기(60) 하부에서 가수분해된 슬러지를 2단계 열교환기를 통해 온도를 낮추는 단계(S164), 온도가 낮아진 열가수분해액을 일정량 탈질조(30)로 투입하는 단계(S165)로 이루어진다.8 is a flow chart for explaining the biological sewage treatment method between the lower part of the sedimentation tank and the denitrification tank according to an embodiment of the present invention, as shown, the step of transferring from the lower part of the settling tank 50 to the thermohydrolysis reactor 60 (S161) and, passing through a heat exchanger while transferring biological sludge from the bottom of the sedimentation tank 50 (S162), performing thermal hydrolysis of the heated sludge in a thermohydrolysis reactor under certain conditions (S163), thermal heating It consists of a step of lowering the temperature of the sludge hydrolyzed in the lower part of the decomposition reactor 60 through a two-stage heat exchanger (S164), and a step (S165) of introducing the reduced temperature of the thermal hydrolysis liquid to the denitrification tank 30 (S165).

그리고 회분식 생물반응조로 하수가 투입되는 단계(S171)와, 투입된 하수가 암모니아 농도를 기준으로 반응조 내 기준농도 (15~20 mg-N/L)로 조절하여 운전 조건을 제어하는 단계(S172)와, 생물반응조 내 교반을 통해 생물학적탈질을 진행하는 단계(S173), 상기 생물반응조 내 질산성 질소(NO3) 및 아질산성질소(NO2)농도가 1이하로 유지되는 경우 하부 산기 장치를 활용하여 공기를 공급하는 단계(S174), 상기 반응조 내 암모니아 농도가 0.5 mg-N/L 이하로 유지되는 경우 교반 및 공기공급을 중단하는 단계(S175), 상기 반응조 내 30분 이상의 침전시간 이후 투입된 유량(1Q)을 배출하는 단계(S176)를 포함하여 하수처리가 생물학적으로 처리된다.And the step of introducing sewage into the batch bioreactor (S171), and the step of controlling the operating conditions by adjusting the input sewage to a reference concentration (15-20 mg-N/L) in the reaction tank based on the ammonia concentration (S172) and , Step of performing biological denitrification through stirring in the bioreactor (S173), when the concentration of nitrate nitrogen (NO3) and nitrite nitrogen (NO2) in the bioreactor is kept below 1, air is removed using a lower air-gasifier. Supplying (S174), when the ammonia concentration in the reaction tank is maintained below 0.5 mg-N/L, stopping stirring and air supply (S175), the flow rate (1Q) introduced after a settling time of 30 minutes or more in the reaction tank Sewage treatment is biologically treated, including the step of discharging (S176).

그리고 투입된 하수의 유량(1Q)을 기준으로 2~2.5%의 열가수분해액을 산정하는 단계(S181)와 상기 회분식반응조에서 배출되는 슬러지를 농축하여 열가수분해 반응기(60)로 이송하는 단계(S182), 가수분해된 슬러지의 온도를 조절하는 단계(S183), 온도가 감소된 열가수분해 슬러지를 탈질조(30)로 이송하는 단계(S184), 투입량을 2~2.5%로 조절하는 단계(S185)를 포함하여 이루어질 수 있다.In addition, the step of calculating a thermal hydrolysis liquid of 2 to 2.5% based on the flow rate (1Q) of the input sewage (S181), and the step of concentrating the sludge discharged from the batch reactor and transferring it to the thermohydrolysis reactor 60 ( S182), the step of controlling the temperature of the hydrolyzed sludge (S183), the step of transferring the reduced temperature of the thermohydrolyzed sludge to the denitrification tank 30 (S184), the step of adjusting the input amount to 2 ~ 2.5% ( S185) may be included.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대하여 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.In the above, the present invention has been described in detail with respect to the described embodiments, but it is obvious to those skilled in the art that various modifications and modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention, and it is natural that such modifications and modifications belong to the appended claims.

10 : 스크린 20 : 유량저장조
22 : 탄소원농도측정기 24 : 질소농도측정기
30 : 탈질조 32 : 교반장치
34 : 질산성질소농도측정기 36 : 내부순환로
40 : 호기조 42 : NH4농도측정기
44 : 교반장치 46 : 내부순환로
50 : 침전조 52 : 제1열교환기
60 : 열가수분해반응기 62 : 제2열교환기
10: screen 20: flow storage tank
22: carbon source concentration meter 24: nitrogen concentration meter
30: denitrification tank 32: stirring device
34: nitrate nitrogen concentration meter 36: internal circulation path
40: aerobic tank 42: NH4 concentration meter
44: stirring device 46: internal circulation path
50: settling tank 52: first heat exchanger
60: thermal hydrolysis reactor 62: second heat exchanger

Claims (9)

슬러지 감량화 및 그 부산물을 활용한 하수처리 시스템을 이용한 하수처리 방법은,
(a)하수관로로부터 스크린을 통과한 하수가 유량저장조로 유입되는 1단계;
(b)유량저장조 내 유입수의 탄소원 농도와 질소농도를 검출하는 2단계;
(c)상기 질소 농도를 기준으로 유입수의 유입 유량을 산출하는 3단계;
(d)산출된 유입 유량을 탈질조로 투입하는 4단계;
(e)탈질공정 수행단계;및
(f)방류단계;
를 포함하고,
상기 (d)단계는
유량저장조에서 하수와 호기조 하단에서 질산성 질소를 함유한 슬러지가 혼합되어 탈질조로 유입되는 단계를 더 포함하되,
상기 유량저장조에서 검출된 질소 농도를 호기조 슬러지와 혼합하여 희석하는 단계와, 혼합된 탈질조 유입수의 상기 질소 농도가 기준 농도 보다 높으면, 혼합유입수의 질소 농도를 기준 농도로 맞추기 위해 호기조 내부 순환량을 늘리는 단계, 및 상기 순환량을 늘리는 단계 이후 혼합유입수에서 검출된 질소 농도가 상기 기준 농도 범위 내에 존재하지 않으면, 상기 순환량 늘리는 단계를 반복 수행하도록 결정하는 3단계를 포함하고,
상기 (f)단계는
침전조 하부에서 하수를 열가수분해 반응기로 이송하는 1단계;
침전조 하부에서 열가수분해 반응기로 생물슬러지 이송 중 제1열교환기를 통하여 생물슬러지를 가온하는 2단계;
가온된 슬러지를 열가수분해 반응기 내부에서 일정한 조건으로 열가수분해를 진행하는 3단계;
상기 반응기 하부에서 가수분해된 슬러지를 제2 열교환기를 통해 온도를 낮추는 4단계;및
온도가 낮아진 열가수분해액을 일정량 탈질조로 투입하는 5단계;
를 더 포함하고, 상기 제2 열교환기에서 상기 탈질조로 투입되는 유량은 상기 유량저장조에서 상기 탈질조로 투입되는 유량의 2~2.5%가 되게 투입하는 슬러지 감량화 및 그 부산물을 활용한 하수처리 방법.
Sewage treatment method using a sewage treatment system using sludge reduction and its by-products,
(a) the first step in which sewage that has passed through the screen from the sewage pipe flows into the flow storage tank;
(b) a second step of detecting the carbon source concentration and nitrogen concentration of the influent water in the flow storage tank;
(c) a third step of calculating the inflow flow rate of the influent water based on the nitrogen concentration;
(d) a fourth step of introducing the calculated inflow flow rate into the denitrification tank;
(e) performing a denitrification process; And
(f) discharge step;
Including,
Step (d)
The flow storage tank further comprises the step of mixing the sludge containing nitrate nitrogen at the bottom of the sewage and the aerobic tank and introducing it into the denitrification tank,
Diluting the nitrogen concentration detected in the flow storage tank with the aerobic tank sludge, and if the nitrogen concentration of the mixed denitrification tank influent is higher than the reference concentration, increasing the amount of circulation inside the aerobic tank to adjust the nitrogen concentration of the mixed inflow water to the reference concentration. Step, and if the nitrogen concentration detected in the mixed inflow water after the step of increasing the circulation amount is not within the reference concentration range, determining to repeat the step of increasing the circulation amount,
Step (f) is
Step 1 of transferring sewage from the bottom of the sedimentation tank to the thermohydrolysis reactor;
A second step of heating the biological sludge through the first heat exchanger while transferring the biological sludge from the lower part of the sedimentation tank to the thermohydrolysis reactor;
A third step of performing thermal hydrolysis of the heated sludge under constant conditions in a thermal hydrolysis reactor;
4 step of lowering the temperature of the sludge hydrolyzed in the lower part of the reactor through a second heat exchanger; And
5 step of injecting a certain amount of the thermal hydrolysis liquid whose temperature is lowered into the denitrification tank;
A method for reducing sludge and using the by-products to further include, wherein the flow rate input from the second heat exchanger to the denitrification tank is 2 to 2.5% of the flow rate input from the flow storage tank to the denitrification tank.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
운전조건 200℃, 운전시간 2시간 조건으로 운전되는 열가수분해 반응기;
를 포함하는 슬러지 감량화 및 그 부산물을 활용한 하수처리 방법.
The method of claim 1,
A thermal hydrolysis reactor operated under conditions of operation conditions of 200° C. and operation time of 2 hours;
Sludge reduction and sewage treatment method using the by-products including a.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 슬러지 감량화 및 그 부산물을 활용한 하수처리 시스템은
일상 생활에서 발생하는 하수에 혼입되어 있는 고형물질을 제거하는 스크린;
상기 스크린을 통과한 혼합유입수를 저장하는 유량저장조;
상기 유량저장조에서 혼합유입수를 유입받아 생물학적 탈질을 수행하는 탈질조;
상기 탈질조 이후 유출수 내 암모니아를 질산화시키는 호기조;
상기 호기조 하단에서 생성된 질산성 질소를 함유한 슬러지를 탈질조로 반송시키는 반송라인;
상기 호기조에서 유출된 유출수를 수용하여 생물학적 슬러지를 농축하는 침전조;및
상기 침전조로 모여진 생물학적 슬러지를 유입받아 분해하는 열가수분해 반응기;
를 포함하는 슬러지 감량화 및 그 부산물을 활용한 하수처리 방법.
The method of claim 1,
The sludge reduction and the sewage treatment system using the by-products
A screen to remove solid substances mixed in sewage generated in daily life;
A flow storage tank for storing mixed inflow water passing through the screen;
A denitrification tank for receiving mixed inflow water from the flow storage tank and performing biological denitrification;
An aerobic tank for nitrifying ammonia in the effluent water after the denitrification tank;
A return line for returning the sludge containing nitrate nitrogen generated at the bottom of the aerobic tank to the denitrification tank;
A settling tank for concentrating biological sludge by receiving the effluent water discharged from the aerobic tank; And
A thermohydrolysis reactor that receives and decomposes the biological sludge collected in the settling tank;
Sludge reduction and sewage treatment method using the by-products including a.
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