KR102515113B1 - Concentrated water treatment system using ion fixation - Google Patents
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Abstract
본 발명은 호기중심의 생물공정과 전기흡착공정을 융합 운용하여 기존 혐기/호기반응과 질산화반응을 개별 운용함에 있어 요구되는 다양한 설비들을 필요하지 않으면서도 반응조의 용량과 부지 및 추가 공정 등을 최소화할 수 있으며, 특히 전기흡착공정의 반복에 의해 발생하는 고농도 농축수와 생물공정 시 슬러지의 농도를 일정하게 유지하기 위해 주기적으로 인발되는 잉여슬러지를 이온고정조에서 함께 반응시켜 고농도 미생물에 의한 생흡착(Bio-sorption)을 유도한 후 슬러지로 최종 폐기시킴으로써 전기흡착 공정에서 발생되는 고농도 농축수의 처리가 용이해질 수 있도록 하는 이온 고정을 이용한 고농도 농축수 처리 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 유입된 하, 폐수를 생물학적으로 처리하여 유기물을 제거하는 생물반응조 및 상기 생물반응조에서 처리되는 처리수가 유입되고 처리수에 포함된 이온성 무기 오염물질을 흡착 처리하는 CDI처리조를 포함하는 시스템에 있어서, 상기 생물반응조에서 배출되는 잉여 슬러지와 상기 CDI처리조에서 배출되는 CDI농축수가 각각 유입되며, 상기 CDI농축수의 이온성 무기 오염물질이 잉여 슬러지와 흡착 반응이 이루어지도록 하는 이온고정조;를 더 포함하는 것이 특징이다.The present invention can minimize the capacity and site of the reaction tank and additional processes without the need for various facilities required for the individual operation of the existing anaerobic / aerobic reaction and nitrification reaction by fusion operation of the aerobic-centered biological process and the electrosorption process. In particular, bioadsorption by highly concentrated microorganisms ( It relates to a high-concentration concentrated water treatment system using ion fixation that facilitates the treatment of high-concentration concentrated water generated in the electrosorption process by finally disposing of it as sludge after inducing bio-sorption). A system comprising a bioreactor for biologically treating wastewater to remove organic matter and a CDI treatment tank for adsorbing and treating ionic inorganic contaminants contained in the treated water into which the treated water flows in the bioreactor, wherein the bioreactor An ion fixation tank into which the excess sludge discharged from the CDI treatment tank and the concentrated CDI water discharged from the CDI treatment tank are respectively introduced, and the ionic inorganic contaminants in the concentrated CDI water are adsorbed with the excess sludge. am.
Description
본 발명은 호기중심의 생물공정과 전기흡착공정을 융합 운용하여 기존 혐기/호기반응과 질산화반응을 개별 운용함에 있어 요구되는 다양한 설비들을 필요하지 않으면서도 반응조의 용량과 부지 및 추가 공정 등을 최소화할 수 있으며, 특히 전기흡착공정의 반복에 의해 발생하는 고농도 농축수와 생물공정 시 슬러지의 농도를 일정하게 유지하기 위해 주기적으로 인발되는 잉여슬러지를 이온고정조에서 함께 반응시켜 고농도 미생물에 의한 생흡착(Bio-sorption)을 유도한 후 슬러지로 최종 폐기시킴으로써 전기흡착 공정에서 발생되는 고농도 농축수의 처리가 용이해질 수 있도록 하는 이온 고정을 이용한 고농도 농축수 처리 시스템에 관한 것이다.The present invention can minimize the capacity and site of the reaction tank and additional processes without the need for various facilities required for the individual operation of the existing anaerobic / aerobic reaction and nitrification reaction by fusion operation of the aerobic-centered biological process and the electrosorption process. In particular, bioadsorption by highly concentrated microorganisms ( It relates to a high-concentration concentrated water treatment system using ion fixation that facilitates the treatment of high-concentration concentrated water generated in an electrosorption process by finally disposing of it as sludge after inducing bio-sorption.
산업화와 도시화로 물 오염이 가중되고 물 수요량은 급격히 증가하여 사용 가능한 물이 부족해지고 있으며 기후변화로 인한 가뭄 및 수질오염으로 인해 향후 물 부족 문제가 더욱 심화될 수 있다. Due to industrialization and urbanization, water pollution is aggravated and demand for water is rapidly increasing, and usable water is becoming scarce, and drought and water pollution caused by climate change may further intensify the water shortage problem in the future.
이러한 물 부족 상황에 대응하기 위해 정부는 수자원의 지속 가능한 이용을 도모하기 위하여 물의 재이용 촉진 및 지원에 관한 법률을 제정하고 다양한 수자원 확보 노력을 하고 있으며 하수처리수 재이용이 현실적인 대안으로 제시되고있다. In order to respond to this water shortage situation, the government has enacted laws on the promotion and support of water reuse to promote sustainable use of water resources, and is making efforts to secure various water resources, and reuse of sewage treatment water is being presented as a realistic alternative.
먼저 하수고도처리에서 주요 처리대상인자는 하수에 포함되어 있는 유기물 및 무기물 성분이라 할 수 있으며, 가장 보편적인 처리 방법으로는 혐기반응조(무산소조)와 호기반응조를 구분하여 구성하면서 혐기/호기산화 반응을 교대로 운영함으로써 반응조내에 존재하는 미생물의 대사과정 중 유기물의 산화와 유입 암모니아성 질소의 질산화 및 탈질 그리고 인의 흡착을 통해 오염물질을 제거 및 처리하였다.First of all, in advanced sewage treatment, the main treatment target factors are organic and inorganic components contained in sewage, and the most common treatment method is to divide an anaerobic reaction tank (anoxic tank) and an aerobic reaction tank and alternate anaerobic / aerobic oxidation reactions During the metabolic process of microorganisms in the reaction tank, pollutants were removed and treated through oxidation of organic matter, nitrification and denitrification of inflow ammonia nitrogen, and adsorption of phosphorus.
그러나 상술한 종래 하수고도처리 방법의 경우, 현행 공공하수처리시설 방류수 수질기준 중 유기물(BOD: 5~10 mg/L, COD: 20~40 mg/L) 및 총질소(20 mg/L) 농도는 기존의 생물공정으로도 해결이 가능하지만, 동절기와 같이 수온의 저하가 발생하게 되면 활성도가 크게 낮아지게 되어 그에 따른 질산화 효율이 감소하게 되며, 생물학적 인 제거의 경우에도 1 mg/L 이하로는 제거되기 어렵다고 알려져 있기 때문에 이로 인해 인의 방류수 수질 기준이 강화된 이후 응집제를 이용한 화학적 인 제거가 후속 공정에 추가되어야 하는 문제가 있으며, 향후 총질소(T-N) 규제농도의 강화 및 규제농도에 암모니아(NH4)가 추가될 경우 기존 생물공정 기반 공법으로는 처리에 한계를 가지고 있다.However, in the case of the conventional advanced sewage treatment method described above, the organic matter (BOD: 5-10 mg/L, COD: 20-40 mg/L) and total nitrogen (20 mg/L) concentrations among the current effluent water quality standards of public sewage treatment facilities can be solved with the existing bioprocess, but when the water temperature decreases, such as in the winter season, the activity is significantly lowered, resulting in a decrease in nitrification efficiency. Since it is known that it is difficult to remove phosphorus, there is a problem that chemical phosphorus removal using a flocculant must be added to the subsequent process after phosphorus effluent water quality standards have been strengthened. ) is added, the existing bioprocess-based method has limitations in treatment.
뿐만 아니라 총인(T-P) 농도 규제강화에 따라 일반적으로 적용되고 있는 응집제의 경우 Al 이온이 수계로 다량 유입됨에 따라 이는 또 다른 형태의 환경 문제를 유발할 우려가 제기되고 있다.In addition, in the case of coagulants, which are generally applied according to the strengthened total phosphorus (TP) concentration regulation, a large amount of Al ions flow into the water system, raising concerns about causing another type of environmental problem.
한편, 하수처리수 재이용은 비교적 처리방법이 간단하며 공공수역으로 배출되는 오염부하량을 저감시킬 수 있지만 재이용수에 대한 심리적 거부감이나 난분해성 유기물이나 중금속 등 무기물의 발생여부에 대한 우려도 공존하고 있다. On the other hand, the reuse of sewage treatment water has a relatively simple treatment method and can reduce the pollutant load discharged into public waters, but there are also concerns about the occurrence of inorganic substances such as non-degradable organic matter or heavy metals or psychological reluctance to reused water.
일반적으로 하수처리수를 재이용하기 위하여 재처리할 경우 수요처가 요구하는 목표수질에 따라 물리화학적 처리 또는 생물학적 처리 또는 이들을 융합시킨 복합 처리 등 다양한 공정을 적용하여 재처리를 실시하고 있으나, 이러한 수처리 과정에서는 염분, 질소, 이온성 물질 등이 고농도로 함유된 농축수가 필연적으로 발생하게 된다. In general, when reprocessing sewage treatment water for reuse, reprocessing is performed by applying various processes such as physicochemical treatment, biological treatment, or combined treatment that combines them according to the target water quality required by the consumer. Concentrated water containing high concentrations of salt, nitrogen, ionic materials, etc. is inevitably generated.
이와 같은 농축수는 하수처리장 전단으로 반송하여 재처리시키고 있으나, 고농도의 농축수가 하수처리장에 연계처리되는 경우 하수처리에 추가 부하로 작용되어 안정적인 생물학적 하수처리에 많은 문제를 유발하게 되고, 특히 높은 염분 농도는 미생물내 원형질 분리를 일으켜 세포내 기능저하를 유발하고 세포 파괴로 이어지며, 결국, SVI(sludge volume index) 상승과 플럭해체 등으로 방류수질에 직접적인 악영향을 미치게 되는 문제점이 있다.Such concentrated water is returned to the front end of the sewage treatment plant for reprocessing. However, when high-concentration concentrated water is treated in conjunction with the sewage treatment plant, it acts as an additional load in sewage treatment, causing many problems in stable biological sewage treatment, especially high salinity. Concentration causes protoplast separation in microorganisms, causing intracellular function degradation and leading to cell destruction, and eventually, there is a problem of directly adversely affecting effluent water quality by increasing SVI (sludge volume index) and floc disintegration.
이러한 문제점이 있음에도 불구하고 농축수가 생물학적 하,폐수처리시스템에 미치는 영향에 관한 연구결과는 미비한 실정이고 또한 적정처리를 위한 대안선정이나 공정설계에 어려움이 있는 것으로 보고되고 있어 이를 해결할 수 있는 기술의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.Despite these problems, research results on the effect of concentrated water on biological sewage and wastewater treatment systems are insufficient, and it is reported that there are difficulties in selecting alternatives for appropriate treatment or process design. Development of technology to solve these problems This is an urgent need.
이처럼 종래 기술에 의하면 축전식 탈염조에서 형성된 질산성 질소(NO3-)와 TDS가 농축된 CDI 농축수를 무산소조로 반송하여 무산소조의 탈질효율을 높이는 공정을 제시하고 있으나, 동절기 시 수온 저하로 인해 질산화율이 낮아질 경우 CDI 농축수에는 질산성 질소 뿐만 아니라, 암모니아성 질소도 상당량 포함되어 무산소조로 반송된다 하더라도 무산소조에 의한 탈질 효율의 향상 효과를 기대하기에 무리가 있을 뿐 아니라, 무산소조에서 질산성 질소가 일부 탈질된다 하더라도 농축수에 포함되어 있는 고농도의 TDS 성분(Ca2+, Mg2+, Cl- 등)이 생물반응조로 유입될 경우 생물반응조의 활성에 좋지 않은 영향을 준다는 것은 널리 알려져 있는 사실이다. 이로 인해 생물반응조로 반송되는 CDI농축수의 TDS농도를 저감시켜 생물반응조의 효율을 안정적으로 유지시킬 필요가 있다.As such, according to the prior art, a process of increasing the denitrification efficiency of the anoxic tank by returning the CDI concentrated water enriched with nitrate nitrogen (NO3-) and TDS formed in the capacitive desalination tank to the anoxic tank is proposed, but the nitrification rate due to the decrease in water temperature during the winter season If the CDI concentration is lowered, not only nitrate nitrogen but also ammonia nitrogen are included in a considerable amount, so even if it is returned to the anoxic tank, it is unreasonable to expect the effect of improving the denitrification efficiency by the anoxic tank. It is a widely known fact that even if denitrification occurs, when a high concentration of TDS components (Ca2+, Mg2+, Cl-, etc.) contained in the concentrated water flows into the bioreactor, it adversely affects the activity of the bioreactor. For this reason, it is necessary to stably maintain the efficiency of the bioreactor by reducing the TDS concentration of the CDI-concentrated water returned to the bioreactor.
따라서 본 발명의 목적은, 호기중심의 생물공정과 전기흡착공정을 융합 운용하여 기존 혐기/호기반응과 질산화반응을 개별 운용함에 있어 요구되는 다양한 설비들을 필요하지 않으면서도 반응조의 용량과 부지 및 추가 공정 등을 최소화할 수 있으며, 특히 전기흡착공정의 반복에 의해 발생하는 고농도 농축수와 생물공정 시 슬러지의 농도를 일정하게 유지하기 위해 주기적으로 인발되는 잉여슬러지를 이온고정조에서 함께 반응시켜 고농도 미생물에 의한 생흡착(Bio-sorption)을 유도한 후 슬러지로 최종 폐기시킴으로써 전기흡착 공정에서 발생되는 고농도 농축수의 처리가 용이해질 수 있는 이온 고정을 이용한 고농도 농축수 처리 시스템을 제공하고자 한다.Therefore, an object of the present invention is to fusion the aerobic-centered biological process and the electrosorption process, thereby eliminating the need for various facilities required for the individual operation of the existing anaerobic / aerobic reaction and nitrification reaction, the capacity and site of the reaction tank and additional processes In particular, high-concentration concentrated water generated by repetition of the electrosorption process and surplus sludge, which is periodically drawn out to maintain a constant concentration of sludge during bioprocessing, are reacted together in an ion fixation tank to obtain high-concentration microorganisms. It is intended to provide a high-concentration concentrated water treatment system using ion fixation that can facilitate the treatment of high-concentration concentrated water generated in an electrosorption process by finally disposing of it as sludge after inducing bio-sorption.
상기 목적을 이루기 위한 수단으로서 본 발명의 이온 고정을 이용한 고농도 농축수 처리 시스템(이하 '본 발명의 농축수 처리 시스템'이라 칭함)은, 유입된 하, 폐수를 생물학적으로 처리하여 유기물을 제거하는 생물반응조 및 상기 생물반응조에서 처리되는 처리수가 유입되고 처리수에 포함된 이온성 무기 오염물질을 흡착 처리하는 CDI처리조를 포함하는 시스템에 있어서, 상기 생물반응조에서 배출되는 잉여 슬러지와 상기 CDI처리조에서 배출되는 CDI농축수가 각각 유입되며, 상기 CDI농축수의 이온성 무기 오염물질이 잉여 슬러지와 흡착 반응이 이루어지도록 하는 이온고정조;를 더 포함하는 것이 특징이다.As a means for achieving the above object, the high-concentration concentrated water treatment system using ion fixation of the present invention (hereinafter referred to as 'concentrated water treatment system of the present invention') biologically treats the inflow and wastewater to remove organic matter In a system including a reaction tank and a CDI treatment tank in which treated water treated in the bioreactor enters and adsorbs and treats ionic inorganic contaminants contained in the treated water, excess sludge discharged from the bioreactor and in the CDI treatment tank It is characterized by further comprising an ion fixation tank into which discharged CDI concentrated water is introduced, and ionic inorganic contaminants in the CDI concentrated water are adsorbed with excess sludge.
하나의 예로써, 상기 CDI처리조와 이온고정조 사이에 개재되며, 상기 CDI처리조에서 배출되는 CDI농축수가 유입되고, 유입된 CDI농축수를 전기투석(Electro Dialysis) 방식으로 처리한 ED농축수를 배출하며, 배출된 상기 ED농축수가 상기 이온고정조로 유입되도록 하는 ED처리조;를 더 포함하는 것이 특징이다.As an example, it is interposed between the CDI treatment tank and the ion fixation tank, the CDI concentrated water discharged from the CDI treatment tank flows in, and the ED concentrated water treated with the electrodialysis method It is characterized by further comprising a; ED treatment tank for discharging and allowing the discharged ED concentrated water to flow into the ion fixation tank.
하나의 예로써, 상기 CDI처리조와 상기 ED처리조는 순환 라인을 통해 상호 연결되며, 상기 ED처리조에서 배출되는 ED농축수는 상기 CDI처리조와 상기 ED처리조 간에서 순환 과정을 거친 ED 재농축수이며, 배출된 ED 재농축수가 상기 이온고정조에 유입되도록 하는 것이 특징이다.As an example, the CDI treatment tank and the ED treatment tank are interconnected through a circulation line, and the ED concentrated water discharged from the ED treatment tank is ED re-concentrated water that has undergone a circulation process between the CDI treatment tank and the ED treatment tank And, it is characterized in that the discharged ED re-concentration water flows into the ion fixation tank.
하나의 예로써, 상기 이온고정조는 침전 과정을 통해 침전된 잉여 슬러지가 분리 배출되고, 상등수가 상기 생물반응조로 반송되도록 하는 것이 특징이다.As an example, the ion fixation tank is characterized in that excess sludge precipitated through the precipitation process is separated and discharged, and supernatant water is returned to the bioreactor.
하나의 예로써, 상기 이온고정조의 후단에 설치되어 상기 이온고정조의 침전 과정을 통해 배출되는 상등수가 유입되고, 유입된 상등수의 이온성 무기 오염물질에 반응하여 스트루바이트(Struvite ; NH4MgPO4·6H2O) 결정화를 유도하며 이를 통해 이온성 물질의 농도가 저감된 처리수를 배출하고, 배출된 처리수가 상기 생물반응조로 반송되도록 하는 Struvite생성조;를 더 포함하는 것이 특징이다.As an example, supernatant water discharged through the precipitation process of the ion fixation tank is installed at the rear end of the ion fixation tank, and Struvite (NH4MgPO4 6H2O) reacts with ionic inorganic contaminants in the inflow supernatant. It is characterized by further comprising a Struvite generating tank for inducing crystallization and discharging treated water having a reduced concentration of ionic materials therethrough, and returning the discharged treated water to the bioreactor.
하나의 예로써, 상기 이온고정조는, 상기 잉여슬러지에 의한 흡착 반응을 촉진시키기 위하여 응집제, 양이온성 성분, 음이온성 성분 중 하나 이상을 포함하는 흡착촉진약품이 첨가되는 것이 특징이다.As an example, the ion fixation tank is characterized in that an adsorption accelerator containing at least one of a coagulant, a cationic component, and an anionic component is added to promote an adsorption reaction by the surplus sludge.
이와 같이 본 발명의 농축수 처리 시스템은, 생물 공정과 전기흡착(CDI) 공정을 융합하여 동절기 수온의 영향없이 안정적인 질소와 인의 처리가 가능하고, 호기 중심의 생물공정 반응조 운영을 통해 반응조의 용량과 부지 및 추가 공정 등을 최소화할 수 있으며, 기존 혐기/호기 반응과 질산화 반응 등을 위해 요구되는 액이송 펌프, 공기공급장치 등의 설비가 필요치 않아 유지관리비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.As such, the concentrated water treatment system of the present invention combines the biological process and the electrosorption (CDI) process to stably treat nitrogen and phosphorus without being affected by the water temperature in winter, and through the operation of the aerobic-centered bioprocess reactor, the capacity and The site and additional processes can be minimized, and there is an advantage in that maintenance costs can be reduced because facilities such as liquid transfer pumps and air supply devices required for existing anaerobic/aerobic reactions and nitrification reactions are not required.
특히 전기흡착 공정의 반복에 의해 발생하는 고농도 이온 농축수와 생물 공정 시 배출되는 잉여슬러지를 이온고정조에 함께 저류시켜 고농도 미생물에 의한 생흡착(Bio-sorption) 반응을 유도하면서 슬러지로 최종 폐기시킴으로써 고농도 농축수의 이온성 물질 저감과 그 처리가 용이해질 수 있고 결과적으로 하수처리수를 효율적으로 재이용할 수 있게 되는 이점이 있다.In particular, high-concentration ion-concentrated water generated by repetition of the electro-adsorption process and surplus sludge discharged during the biological process are stored together in the ion fixation tank to induce a bio-sorption reaction by high-concentration microorganisms and finally be disposed of as sludge. There is an advantage in that the reduction of ionic substances in concentrated water and its treatment can be facilitated, and as a result, sewage treatment water can be efficiently reused.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 농축수 처리 시스템의 구성을 나타내는 개략도.
도 2는 도 1에 있어 ED처리조가 개재되는 예를 나타내는 개략도.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 Struvite생성조의 구성 예를 나타내는 개략도.1 is a schematic view showing the configuration of a concentrated water treatment system according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a schematic view showing an example in which an ED treatment tank is interposed in Fig. 1;
3 and 4 are schematic diagrams showing an example of the configuration of a struvite generating tank according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 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.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail based on the accompanying drawings. In describing the present invention, the terms or words used in this specification and claims are based on the principle that the inventor can appropriately define the concept of the term in order to best describe his or her invention. should be interpreted as a meaning and concept that corresponds to the technical idea of
도 1을 참조하면, 본 발명의 농축수 처리 시스템은 기본적으로 생물반응조(10)와 CDI처리조(20)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the concentrated water treatment system of the present invention basically includes a
상기 생물반응조(10)는 유입된 하, 폐수로부터 유기물을 제거하고 처리 과정에서 발생하는 유기물을 포함한 잉여 슬러지가 배출될 수 있도록 한다.The
상기 생물반응조(10)에서 배출되는 잉여 슬러지는 간헐적 또는 연속적으로 슬러지이송라인을 통해 이하에서 설명하는 이온고정조(30)로 이송될 수 있으며, 이온고정조(30)로 유입되는 CDI처리조(20)의 CDI농축수와 반응하여 생물 흡착이 이루어질 수 있도록 한다.Excess sludge discharged from the
일 예로 상기 잉여 슬러지는 상기 생물반응조(10)에서 슬러지의 농도를 일정하게 유지하기 위하여 주기적으로 인발되는 슬러지일 수 있다.For example, the surplus sludge may be sludge that is periodically drawn out to maintain a constant concentration of sludge in the
이와 같은 생물반응조(10)는 하, 폐수로부터 생물학적 반응을 유도할 수 있는 환경을 조성하여 유기물이 분리 및 제거되는 것으로, 공지 기술을 통해 다양하게 구현될 수 있다.Such a
일 예로, 상기 생물반응조(10)는 호기 공정을 통한 미생물 대사에 의해 유입 하수 중 유기물 성분을 제거하게 되는 호기반응조일 수 있다.For example, the
이와 같은 호기반응조는 활성슬러지를 활용하여 유입 하수 중 유기물 성분을 제거한 처리수를 이하에서 설명하는 CDI처리조(20)로 전달하고, CDI처리조(20)에서 유기물 성분이 제거된 처리수에 존재하는 이온성 암모니아성 질소 및 부분 질산화된 질산성 질소 성분과 PO4-P 형태의 인 등이 전기흡착을 통해 제거될 수 있도록 한다.Such an aerobic reaction tank utilizes activated sludge to transfer treated water from which organic components are removed from inflow sewage to the
이때 상기 호기반응조는 입자성 유기물의 보다 효율적인 제거를 위하여 도면에 도시된 바 없으나 분리막 구조의 멤브레인이 마련될 수 있다.At this time, the aerobic reaction tank may be provided with a membrane having a separation membrane structure although not shown in the drawing for more efficient removal of particulate organic matter.
상기 CDI처리조(20)는 상기 생물반응조(10)와 연결되어 생물반응조(10)에서 처리되는 처리수가 유입되고, 유입된 처리수에 포함된 이온성 무기 오염물질을 흡착 처리한다.The
즉 상기 CDI처리조(20)는 유입수에 존재하는 TDS(Total Dissolved Solid) 및 이온성 무기 오염물질을 전기장 원리를 이용하여 전기 흡착 방식으로 제거하는 탈염 처리조이다.That is, the
상기 CDI처리조(20)는 도면에 도시된 바 없으나 복수의 양전극과 음전극이 일정 간격을 두고 적층 구성되는 하나 이상의 CDI모듈과 상기 CDI모듈로 전원을 공급하는 전원공급모듈이 포함될 수 있다.Although not shown in the drawings, the
그리고 상기 CDI처리조(20)는 상기 양전극과 음전극 사이를 유동하는 유입수(생물반응조(10)의 처리수)에 존재하는 이온성 오염물질을 흡착한 후 배출하는 흡착 과정 및 상기 양전극과 음전극에 흡착된 이온성 오염물질을 탈착하는 재생 과정을 적어도 2회 이상 반복 수행할 수 있으며, 이러한 과정에서 이온성 오염물질이 농축된 CDI농축수를 선택적으로 배출할 수 있다.In addition, the
이와 같이 본 발명에서는 생물공정 융합 전기흡착(CDI)공정을 통해 동절기 수온의 영향없는 안정적인 질소성분 및 인의 처리가 가능하고, 호기 중심의 생물반응조(10)의 운영을 통해 반응조 용량 및 부지의 절감, 혐기/호기 반응조간의 액이송을 위한 펌프 설비, 기존 질산화과정을 위한 공기소모량의 절감을 통한 장치 및 유지관리비의 절감효과를 기대할 수 있게 된다.As such, in the present invention, through the bioprocess fusion electrosorption (CDI) process, it is possible to treat nitrogen components and phosphorus stably without being affected by water temperature in winter, and through the operation of the aerobic-
그러나, 전기흡착을 수행하게 되는 상기 CDI처리조(20)에서는 이온성 오염물질의 흡착과 탈착을 수회 반복하게 되면서 고농도의 이온 농축수가 발생하게 되는 바, 이에 대한 처리가 반드시 요구된다.However, in the
이에 따라 본 발명에서는 상기 CDI처리조(20)에서 발생되는 고농도 이온 농축수와 상기 생물반응조(10)의 미생물 농도를 일정하게 유지하기 위해 배출되는 잉여슬러지를 함께 반응시킴으로써, 잉여슬러지의 고농도 미생물에 의한 생흡착(Bio-sorption)이 유도되게 한 후 슬러지로 폐기될 수 있도록 하는 이온고정조(30)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Accordingly, in the present invention, by reacting the high-concentration ion-concentrated water generated in the
구체적으로 상기 이온고정조(30)는 상기 생물반응조(10)에서 배출되는 잉여 슬러지와 상기 CDI처리조(20)에서 배출되는 CDI농축수가 각각 유입되며 이들이 반응할 수 있도록 한다. Specifically, the
그리고 상기 이온고정조(30)는 상기 CDI농축수의 이온성 무기 오염물질이 잉여 슬러지에 포함된 유기물이나 무기물의 표면이나 내부에 흡착되게 반응을 유도함으로써 저류된 CDI농축수의 이온 농도를 저감시킬 수 있도록 하며, 이온성분이 흡착된 잉여 슬러지는 저류조에서 침전 처리되어 추후 슬러지이송차량 등을 통해 분리 배출될 수 있도록 한다.And the
생물학적 처리를 통해 분리된 유기물에 있어 미생물의 체외고분자물질은 특정 이온 성질을 띠게 되어 이온성 물질을 흡착할 수 있는 흡착 성능을 갖는 것으로 연구되었는 바, NH4 +-N, NO3--N, PO4 3--P 등의 이온성 영양염류를 포함하는 상기 CDI농축수는 상기 이온고정조(30)의 저류 과정에서 상기 잉여 슬러지의 유기물 표면에 생물 흡착이 이루어질 수 있게 되는 것이다. In organic matter separated through biological treatment, it has been studied that the extracorporeal polymers of microorganisms have specific ionic properties and have adsorption performance to adsorb ionic substances, NH 4 + -N, NO3 -N , PO 4 3- The CDI concentrated water containing ionic nutrients such as -P can be bioadsorbed on the surface of the organic matter of the excess sludge during the storage process in the
이때 상기 이온고정조(30)의 운전 조건, 예를 들면 생물반응조(10)에서 인발된 잉여슬러지 및 CDI농축수의 유입 유량과 시기, pH 조건, 이온 고정 효율을 높일 수 있도록 하는 응집제와 같은 첨가 약품 등은 최적의 생물 흡착 성능이 도출될 수 있도록 과거 누적된 이온성 영양염류의 제거특성 결과에 따라 선택적으로 설정하는 것이 바람직하다.At this time, the operating conditions of the
또한 상기 이온고정조(30)는 침전 과정을 통해 침전된 잉여 슬러지를 분리 배출함과 더불어 이온고정조(30)의 상등수를 상기 생물반응조(10)로 반송되도록 함으로써, 상기 생물반응조(10)의 운전 부하를 저감시킬 수 있도록 한다.In addition, the
여기서 상기 이온고정조(30)는 도면에 도시된 바 없으나, 생흡착 반응의 효율을 높일 수 있도록 조정조, 반응조, 침전조 등 복수의 처리조가 구비될 수 있으며, 이들 복수의 처리조가 분리 운영될 수 있음은 당연하다.Here, the
이처럼 본 발명의 농추수 처리 시스템에서는 고농도 CDI농축수를 처리함에 있어 복합적인 처리 과정과 그에 따른 고비용을 요구하지 않으면서도 잉여 슬러지에 이온성 영양염류만이 생물 흡착된 상태로 함께 폐기되게 함으로써, 고농도 농축수를 용이하게 처리할 수 있게 되는 효과가 있다.As such, in the agricultural and harvesting water treatment system of the present invention, only ionic nutrients are biosorbed in the surplus sludge and discarded together without requiring a complex treatment process and consequently high cost in treating the high-concentration CDI concentrated water. There is an effect that the concentrated water can be easily treated.
한편 본 발명의 농축수 처리 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 CDI처리조(20)와 이온고정조(30) 사이에 개재되며, 상기 CDI처리조(20)에서 배출되는 CDI농축수가 유입되고, 유입된 CDI농축수를 전기투석(Electro Dialysis) 방식으로 처리한 ED농축수를 배출하며, 배출된 상기 ED농축수가 이온고정조(30)로 유입되도록 하는 ED처리조(40)를 더 포함한다.Meanwhile, as shown in FIG. 2, the concentrated water treatment system of the present invention is interposed between the
즉 본 발명의 농축수 처리 시스템에서는 상기 ED처리조(40)를 구비하여 CDI농축수의 이온 농도를 더욱 농축시킨 ED농축수를 상기 이온고정조(30)로 유입되게 함으로써 결과적으로 유입 농축수의 량을 저감시켜 상기 이온고정조(30)의 용적 다시 말해 이온고정조(30)의 단위 면적을 최소화할 수 있도록 하는 것이다.That is, in the concentrated water treatment system of the present invention, the
구체적으로 상기 ED처리조(40)는 상기 CDI처리조(20)에서 이온을 탈착하여 전극을 재생하는 재생 과정 중 배출되는 CDI농축수를 회수하고, 전기투석(Electro Dialysis) 방식을 통해 회수한 CDI농축수로부터 이온을 분리하며, 이온이 분리 처리된 ED처리수와 이 과정에서 이온성 무기 오염물질이 더욱 농축된 ED농축수를 각각 분리 배출하도록 한다.Specifically, the
이때 상기 ED처리조(40)는 이온이 분리 처리된 상기 ED처리수를 상기 CDI처리조(20)에 공급하여 CDI모듈의 재생 과정에서 재생수로 활용될 수 있도록 구성되거나, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 CDI처리조(20)로부터 처리되는 처리수에 합류되어 방류될 수 있도록 할 수 있다.At this time, the
이러한 ED처리조(40)는 도면에 도시된 바 없으나, CDI농축수가 유입되고 CDI농축수 중 이온이 제거되는 희석실과 이온이 분리 수집되는 농축실을 각각 하나 이상 구비하고, 상기 희석실의 ED처리수와 상기 농축실의 ED농축수를 각각 분리 배출하되, 상기 농축실의 ED농축수는 상기 이온고정조(30)로 유입되도록 구성된 것이다.Although not shown in the drawing, the
특히 상기 CDI처리조(20)와 상기 ED처리조(40)는 순환 라인을 통해 상호 연결되어 적어도 2회 이상 순환과 탈염 처리 과정을 거치도록 하며, 상기 이온고정조(30)로 유입되는 ED농축수의 경우, 상기 CDI처리조(20)와 상기 ED처리조(40) 간에서 반복적인 순환 과정을 통해 더욱 더 이온 농도가 농축된 ED재농축수로 배출되어 이러한 ED재농축수가 상기 이온고정조(30)에 유입되게 한다.In particular, the
즉 상기 ED처리조(40)로부터 배출되는 ED재농축수는 ED처리조(40)에 유입되는 CDI농축수의 농도에 따라 50 내지 90%까지 재농축하여 CDI처리조(20)에서 발생되는 CDI농축수와 대비하여 최종적으로 이온고정조(30)로 유입되는 농축수의 부피가 더욱 더 저감된 상태로 상기 이온고정조(30)로 유입되는 것이다.That is, the ED re-concentrated water discharged from the
이와 같이 본 발명에서는 상기 이온고정조(30)로 유입되는 농축수의 부피와 유입량이 최소화됨으로써 이온고정조(30)의 용적 역시 최소화될 수 있을 뿐 아니라, 더욱 농축된 농축수로 인하여 이온고정조(30)의 생흡착 반응이 더욱 활성 및 촉진될 수 있으며 특히 이온고정조(30)에 수용된 잉여 슬러지의 밀도 변화가 최소화될 수 있도록 한다.As such, in the present invention, the volume and inflow of the concentrated water flowing into the
한편 본 발명의 농축수 처리 시스템은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기 이온고정조(30)의 후단에 설치되어 상기 이온고정조(30)의 침전 과정을 통해 배출되는 상등수가 유입되고, 유입된 상등수의 이온성 무기 오염물질에 반응하여 스트루바이트(Struvite ; NH4MgPO4·6H2O) 결정화를 유도하며 이를 통해 이온성 물질의 농도가 저감된 처리수를 배출하고, 배출된 처리수가 상기 생물반응조(10)로 반송되도록 하는 Struvite생성조(50)를 더 포함할 수 있다.On the other hand, the concentrated water treatment system of the present invention is installed at the rear end of the
도 4의 경우 ED처리조(40)가 구비된 상태에서 Struvite생성조(50)가 구성된 예를 도시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되지 않으며 도 3에서와 같이 ED처리조(40)의 유무와 상관없이 이온고정조(30)의 후단에 설치될 수 있다.4 shows an example in which the
일반적으로 하, 폐수를 처리함에 있어 질소나 인 성분은 물 내부의 심각한 부영영화의 원인이 되고 특히 암모니아는 용존산소 고갈을 유발하므로 질소, 인의 회수가 수처리에 있어 주요 사안이 되는 바, 본 발명에서는 상기 Struvite생성조(50)를 통해 상등수에 포함될 수 있는 잔여 질소, 인 성분의 회수는 물론 회수된 질소, 인 성분을 자원화할 수 있도록 함으로써 자원 보전과 함께 환경 보호에 기여할 수 있도록 한다.In general, in treating wastewater, nitrogen or phosphorus components cause serious eutrophication inside the water, and especially ammonia causes dissolved oxygen depletion, so the recovery of nitrogen and phosphorus is a major issue in water treatment. In the present invention, Through the
상기 Struvite생성조(50)는 상등수에 포함될 수 있는 잔여 인, 질소성 이온과 반응하여 스트루바이트를 생성하고 이를 분리 배출하는 것으로, 스트루바이트의 결정화에 주요 인자가 되는 결정화 환경이 조성되도록 운전한다.The
상기 스트루바이트의 생성을 위한 반응식은 아래와 같다.The reaction formula for the generation of the struvite is as follows.
Mg2+ + NH4 + + PO4 3- + 6H2O → MgNH4PO46H2OMg 2+ + NH 4 + + PO 4 3- + 6H 2 O → MgNH 4 PO 4 6H 2 O
즉 상기 Struvite생성조(50)에서는 스트루바이트의 생성을 위한 주요 조성(NH4 +, PO4 3-, 6H2O)을 상기 상등수로부터 얻을 수 있게 되며, 상기 상등수의 성분을 사전 조사한 결과에 따라 적정한 몰비로 마그네슘(Mg2+) 등을 첨가함으로써 스트루바이트의 생성을 위한 상기 반응식이 만족될 수 있도록 한다.That is, in the
여기서, 상기 Struvite생성조(50)에 의한 스트루바이트의 결정화 방법 및 운전 조건 등은 공지의 다양한 방법 중 적합한 하나를 선택하여 적용할 수 있다.Here, as the method of crystallizing struvite by the
다만 스트루바이트의 결정화 생성은 pH 8~10의 약 알칼리 조건에서 빠르게 진행된다는 연구 결과가 있는 바, 상기 반응식을 위한 조성외에도 스트루바이트의 결정화에서는 수산화나트륨 등과 같은 알칼리제가 선택적으로 첨가될 수 있음은 당연하다.However, there is a research result that the crystallization of struvite proceeds rapidly under weak alkali conditions of pH 8 to 10. In addition to the composition for the above reaction formula, an alkali agent such as sodium hydroxide can be selectively added in the crystallization of struvite. is natural
이와 같이 특정 이온성 무기 오염물질이 스트루바이트의 결정화로 제거 및 분리된 상태의 처리수는 앞서 언급한 바와 같이 상기 Struvite생성조(50)에서 상기 생물반응조(10)로 반송된다.As described above, the treated water in which specific ionic inorganic contaminants are removed and separated by crystallization of struvite is returned from the
이처럼 본 발명의 농축수 처리 시스템에서는 상등수로서 반송될 수 있는 잔여 인 및 질소성 이온 등을 다양한 생물학적 방법과 물리화학적 방법을 이용하지 않고서도 Struvite생성조(50)를 통해 회수가 가능하여 처리 비용을 절감할 수 있게 되며, 결정화된 스트루바이트를 별도로 비료 등의 적용 가능한 자원으로 재이용할 수 있게 된다.As such, in the concentrated water treatment system of the present invention, residual phosphorus and nitrogenous ions that can be returned as supernatant can be recovered through the
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.Through the above description, those skilled in the art will know that various changes and modifications are possible without departing from the technical idea of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention is not limited to the contents described in the detailed description of the specification, but should be defined by the claims.
10 : 생물반응조 20 : CDI처리조
30 : 이온고정조 40 : ED처리조
50 : Struvite생성조10: bioreactor 20: CDI treatment tank
30: ion fixation tank 40: ED treatment tank
50: Struvite generating tank
Claims (6)
상기 CDI처리조의 후단에 설치되며, 상기 CDI처리조에서 이온을 탈착하여 전극을 재생하는 재생 과정 중 배출되는 CDI농축수를 회수하고, 전기투석(Electro Dialysis) 방식을 통해 회수한 CDI농축수로부터 이온을 분리하며, 이온이 분리 처리된 ED처리수와 이 과정에서 이온성 무기 오염물질이 상기 CDI농축수보다 상대적으로 더 농축된 ED농축수를 각각 분리 배출하는 ED처리조;
상기 생물반응조에서 배출되는 잉여 슬러지와 상기 ED처리조에서 배출되는 ED농축수가 각각 유입되며, 상기 ED농축수의 이온성 무기 오염물질이 잉여 슬러지와 흡착 반응이 이루어지도록 하며, 흡착 반응 후 침전 과정을 통해 침전된 잉여 슬러지와 상등수가 분리 배출되는 이온고정조; 및
상기 이온고정조의 후단에 설치되어 상기 이온고정조의 침전 과정을 통해 분리 배출되는 상등수가 유입되고, 마그네슘(Mg2+)의 첨가와 pH를 8 내지 10으로 조성하여 유입된 상등수의 이온성 무기 오염물질로부터 스트루바이트(Struvite ; NH4MgPO4·6H2O) 결정화를 유도하며 이를 통해 결정화된 자원의 회수와 이온성 물질의 농도가 저감된 처리수를 분리 배출하고, 배출된 처리수가 상기 생물반응조로 반송되도록 하는 Struvite생성조;를 더 포함하되,
상기 CDI처리조와 상기 ED처리조는 순환 라인을 통해 상호 연결되며, 상기 ED처리조에서 배출되는 ED농축수는 상기 CDI처리조와 상기 ED처리조 간에서 복수회 반복 순환 및 탈염 처리 과정을 거친 ED 재농축수이며, 배출된 ED 재농축수가 상기 이온고정조로 유입되게 하고 유입 농축수의 부피와 유입량이 최소화되어 이온고정조의 용적이 최소화되게 하는 것을 특징으로 하는 이온 고정을 이용한 고농도 농축수 처리 시스템.
A system comprising a bioreactor for biologically treating the inflowed wastewater to remove organic matter and a CDI treatment tank for adsorbing and treating ionic inorganic contaminants contained in the treated water into the bioreactor. ,
It is installed at the rear end of the CDI treatment tank, recovers the CDI concentrated water discharged during the regeneration process of regenerating the electrode by desorbing ions from the CDI treatment tank, and collects ions from the CDI concentrated water recovered through the electrodialysis method. an ED treatment tank for separating and discharging ED-treated water in which ions are separated and ED-concentrated water in which ionic inorganic contaminants are relatively more concentrated than the CDI-concentrated water in this process;
Excess sludge discharged from the bioreactor and ED concentrate discharged from the ED treatment tank are respectively introduced, and ionic inorganic contaminants in the ED concentrate are adsorbed with the excess sludge, and the adsorption reaction is followed by a precipitation process An ion fixation tank in which excess sludge and supernatant precipitated through the separation and discharge; and
Installed at the rear end of the ion fixation tank, the supernatant separated and discharged through the precipitation process of the ion fixation tank flows in, and magnesium (Mg2+) is added and the pH is set to 8 to 10 to remove ionic inorganic contaminants from the introduced supernatant. Struvite generator induces crystallization of Struvite (NH4MgPO4 6H2O), recovers crystallized resources, separates and discharges treated water with reduced concentration of ionic substances, and returns the discharged treated water to the bioreactor ; Including more,
The CDI treatment tank and the ED treatment tank are connected to each other through a circulation line, and the ED concentrated water discharged from the ED treatment tank is repeatedly circulated between the CDI treatment tank and the ED treatment tank a plurality of times and subjected to desalination treatment to re-concentrate ED. High concentration concentrated water treatment system using ion fixation, characterized in that the discharged ED re-concentrated water flows into the ion fixation tank and the volume and inflow of the inflow concentrated water are minimized to minimize the volume of the ion fixation tank.
상기 이온고정조는,
상기 잉여슬러지에 의한 흡착 반응을 촉진시키기 위하여 응집제, 양이온성 성분, 음이온성 성분 중 하나 이상을 포함하는 흡착촉진약품이 첨가되는 것을 특징으로 하는 이온 고정을 이용한 고농도 농축수 처리 시스템.According to claim 1,
The ion fixation tank,
A highly concentrated concentrated water treatment system using ion fixation, characterized in that an adsorption accelerator containing at least one of a coagulant, a cationic component, and an anionic component is added to promote the adsorption reaction by the surplus sludge.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
AMND | Amendment | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
X091 | Application refused [patent] | ||
AMND | Amendment | ||
X601 | Decision of rejection after re-examination | ||
J201 | Request for trial against refusal decision | ||
J301 | Trial decision |
Free format text: TRIAL NUMBER: 2022101000678; TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20220325 Effective date: 20230222 |
|
GRNO | Decision to grant (after opposition) |