KR102536845B1 - 아질산 산화 미생물을 효과적으로 저해하며 폐수 내 질소를 제거하는 장치 및 그의 제어방법 - Google Patents
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Abstract
아질산 산화 미생물을 효과적으로 저해하며 폐수 내 질소를 제거하는 장치 및 그의 제어방법을 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면,시간 경과에 강인하게 아질산 산화 미생물의 활성을 저해할 수 있는 질소 제거장치를 제공한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면,시간 경과에 강인하게 아질산 산화 미생물의 활성을 저해할 수 있는 질소 제거장치를 제공한다.
Description
본 발명은 아질산 산화 미생물을 효과적으로 저해하며 폐수 내 질소를 제거하는 장치 및 그의 제어방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
폐수에 존재하는 오염물질에는 고형물, 유기물뿐만 아니라 질소 및 인과 같은 영양염류와 미량유해물질 등이 있다.
이러한 오염물질을 제거하는 방법에는 물리적, 화학적 및 생물학적 방법이 사용되는데, 이러한 방법 중 박테리아를 이용하여 오염물질을 제거하는 생물학적 활성슬러지 공법이 경제적으로나 효율적인 측면에서 우수하기 때문에 가장 많이 사용된다.
일반 가정이나 사업장으로부터 나오는 폐수에는 다양한 종류의 질소가 포함되어 있는데, 암모니아, 암모늄 화합물, 아질산 화합물, 질산 화합물 등의 무기성 질소와, 아미노산, 단백질 등의 유기성 질소가 있다.
이러한 질소 성분을 포함하는 폐수는, 수질의 부영양화를 발생시키며, 특히 암모니아성 질소는 산소요구량이 높기 때문에 방류수계의 용존 산소의 저하를 일으켜 어패류의 폐사를 발생시키기도 하며, 수생동물에 독성을 유발하기 때문에 공공용 수역으로의 배출량을 최소화되도록 규제되고 있다.
폐수 중의 질소 성분의 대부분이 암모니아성 질소로 존재하고 있기 때문에, 종래 행해지고 있는 생물학적 질소처리는 암모니아성 질소를 산소를 이용하여 산화시키는 질산화 공정과 유기물을 전자공여체로 질산화된 질소를 전자공여체로 이용한 탈질 공정을 조합시킨 처리방법이 주로 이용되고 있다.
그러나 종래의 처리공정에서는 암모니아성 질소를 질산화시키기 위해 산소를 공급하는 송풍기의 전력소모량이 전체 하수처리장 운영비의 30~50%로, 산소 공급이 운영비 상승의 주요 원인이 된다. 또한, 생물학적으로 질소를 제거하는데 많은 양의 산소 및 유기물이 필요하기에, 이 역시, 운전비용의 상승을 초래하게 된다.
특히, 하수처리장 탈리액, 산업폐수, 가축분뇨 및 음폐수 등의 병합소화에서의 폐수 처리의 경우에는 질소의 농도가 500 내지 3,000 mg/L로 매우 높다. 이에 전술한 폐수를 질산화 하는데 다량의 산소가 필요하고, 질소 농도에 비해 유기물 농도가 상대적으로 낮아서 탈질을 위하여 메탄올과 같은 유기물을 투입해야만 했다. 이로 인해, 종래의 폐수 처리방법에서는 다량의 산소 및 유기물 투입으로 인해 운전비용이 증가하는 단점이 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해 개발된 방법이 암모니아성 질소의 일부(57%)를 아질산성(NO2 -) 단계까지만 산화한 후, 잔류(47%)하는 암모니아성 질소를 전자공여체로 활용하여 질소를 제거하는 단축질소 제거공정이다. 이 공정은 종래의 공정보다 산소는 60%, 유기물은 100%를 절감할 수 있다.
종래의 단축질소 제거공정은 암모니아성 질소를 아질산성 질소로 산화시키는 1단계 및 생성된 아질산성 질소를 이용하여 암모니아성 질소를 산화하는 2단계(혐기성암모늄산화, ANAMMOX: Anaerobic Ammonium Oxidation)로 이루어진다. 혐기성암모늄산화 반응은 혐기성 조건 하에서, 아질산성 질소로 암모니아성 질소를 산화하는 것으로 아래와 같이 수행된다.
1.0NH4 + + 1.32NO2 - + 0.066HCO3 - + 0.13H+
→ 1.02N2 + 0.26NO3 - + 0.066CH2O0.5N0.15 + 2.03H2O
전술한 반응식에서 확인할 수 있듯이, 질소가 제거되기 위해서는 전자수용체로서 아질산성 질소가 필요하다. 이에 종래의 단축질소 제거공정은 폐수 중 암모니아성 질소의 일부(57%)를 아질산성 질소로 산화하는 부분 아질산화 공정이(PN: Partial Nitritation) 선행되어야 한다.
부분 아질산화를 효과적으로 이룩하기 위해서는 암모니아 산화 미생물(AOB: Ammonia Oxidizing Bacteria, 이하에서 'AOB'라 칭함)의 활성은 극대화되고 아질산 산화 미생물(NOB: Nitrite Oxidizing Bacteria, 이하에서 'NOB'라 칭함)의 활성은 최대한 저해되어야 한다. 이를 위해 다양한 방법이 사용되는데, 온도 조절, 고형물 체류시간(SRT: Solid Retention Time) 조절, 용존 산소량(DO: Dissolved Oxygen) 조절, 유리 암모니아 농도(FA: Free Ammonia, 이하에서 'FA'라 칭함) 조절 또는 유리 아질산 농도(FNA: Free Nitrous Acid, 이하에서 'FNA'라 칭함) 조절 등이 있다. 여기서, 가장 빈번하게 사용되는 방법이 FA 및 FNA 농도를 AOB의 활성은 저해하지 않으면서 NOB의 활성을 저해하는 농도로 조절하는 방법이 사용된다.
다만, 최근 발표되는 여러 연구자료를 참조하면, AOB 및 NOB는 주어진 환경(FA 및 FNA)에 적응하는 능력이 있어, 장기적으로 해당 환경에서 반응조의 운전이 진행될 경우 해당 환경에서의 미생물 저해 효율이 점차 떨어지는 것으로 나타났다. 이를 확인할 수 있는 자료가 도 7 및 8에 도시되어 있다.
도 7은 종래의 질소 제거장치 내 암모니아성 질소, 아질산성 질소 및 질산성 질소의 농도 비를 도시한 도면이다.
도 7(a)는 AOB의 활성은 향상시키고 NOB의 활성은 저해하는 환경에 AOB와 NOB가 적응하기 이전 상황에서, 폐수가 막 제공되었을 때와 그로부터 24시간이 지난 후에서의 각 질소의 농도비를 도시하고 있다.
최초 유입되는 폐수 내에는 질소 성분이 대부분 암모니아성 질소(NH4-N)로 존재하는 것을 확인할 수 있다. 한편, 종래의 질소 제거장치 내에는 전술한 환경이 제공되기에, 폐수의 유입 후 24시간이 지난 상황에서는 AOB의 활성이 원활하고 NOB의 활성은 저해된다. 따라서, 폐수 내 일정 수준의 아질산성 질소(NO2-N)가 생성되는 반면, 질산성 질소(NO3-N)는 거의 존재하지 않은 것을 확인할 수 있다.
도 7(b)는 AOB와 NOB가 일정 기간동안 전술한 환경에 노출되며 적응한 상황에서, 폐수가 막 제공되었을 때와 그로부터 24시간이 지난 후에서의 각 질소의 농도비를 도시하고 있다.
최초 유입되는 폐수 내에는 질소 성분이 도 7(a)의 상황과 유사한 형태를 갖는 것을 확인할 수 있다. 반면, 폐수가 유입된 후 24시간이 지난 상황에서는 각 미생물들이 이미 환경에 노출되며 적응한 상황이기에 도 7(a)일 때와 같이 충분히 NOB의 활성 저해가 일어나지 못하게 된다. 따라서, 도 7(a)일 때보다 NOB의 활성이 향상되어, 질소 제거장치 내 아질산성 질소(NO2-N)의 농도는 상대적으로 감소한 반면, 질산성 질소(NO3-N)의 농도가 현저히 증가한 것을 확인할 수 있다.
이는 도 8에서도 확인할 수 있다.
도 8은 종래의 질소 제거장치에서의 시간에 따른 암모니아성 질소, 아질산성 질소 및 질산성 질소 변화를 도시한 그래프이다.
종래의 질소 제거장치 내 미생물들이 전술한 환경에 일정 시간 이상 노출된 상황에서, 폐수가 유입될 경우 암모니아성 질소는 빠르게 상승하게 된다. 이후, AOB의 동작으로 암모니아성 질소가 아질산성 질소로 산화되며 암모니아성 질소의 농도가 감소하게 된다.
다만, 도 8에 도시된 아질산성 질소와 질산성 질소의 농도 변화를 살펴보면, 시간에 따라 크게 변화하지 않는 것을 확인할 수 있다. NOB의 활성이 온전히 저해되었다면, AOB의 동작으로 인해 아질산성 질소는 꾸준히 증가하고 질산성 질소의 농도는 상대적으로 낮은 상태에서 변화가 없어야 한다. 그러나 도 8을 참조하면, 초기에는 아질산성 질소의 농도가 증가하나 점차 시간이 지날수록 감소하고 있음을 확인할 수 있으며, 질산성 질소의 농도는 초기부터 일정 수준 이상이 발생하며 해당 농도를 유지하고 있는 것을 확인할 수 있다.
즉, 종래의 질소 제거장치는 초기에는 NOB의 활성을 일정 수준으로 저해할 수 있었으나, 장기간 운영에 있어서는 부적절한 문제가 있었다.
본 발명의 일 실시예는, 시간 경과에 강인하게 아질산 산화 미생물의 활성을 저해할 수 있는 질소 제거장치를 제공하는 데 일 목적이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는, 모든 종류의 아질산 산화 미생물의 활성을 저해할 수 있는 질소 제거장치를 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 유기물의 소비 없이 유입되는 폐수 내 질소 성분을 제거하는 질소 제거장치에 있어서, 상기 질소 제거장치로 유입되는 폐수 내 포함된 고형물을 침전시켜 제거하는 침전부와 상기 침전부를 거친 폐수 내 용존성 유기물을 제거하는 유기물 처리부와 상기 침전부에서 침전된 고형물이나 상기 유기물 처리부에서 생성된 잉여 슬러지를 유입받아 소화폐액 및 바이오가스로 분해하는 혐기성 소화조와 상기 혐기성 소화조에서 발생한 소화폐액을 유입받아 고체성분과 탈리액으로 분리하는 탈수부와 상기 유기물 처리부를 거친 폐수 및 상기 탈수부에서 분리된 탈리액을 유입받아, 암모니아성 질소 일부를 아질산성 질소로 산화시키는 부분 아질산화조와 상기 부분 아질산화조를 거친 폐수를 유입받아, 아나목스(ANAMMOX) 미생물에 의한 아나목스 반응을 유도하여 폐수 내 질소를 제거하는 아나목스 반응조와 상기 부분 아질산화조 내 유입수의 온도, pH, 암모니아성 질소의 농도 및 아질산성 질소의 농도를 센싱하는 센서부 및 상기 질소 제거장치 내 각 구성의 동작을 제어하며, 상기 센서부의 센싱값을 토대로 상기 부분 아질산화조가 상기 부분 아질산화조 내 암모니아 산화 미생물의 활성은 향상시키고 아질산 산화 미생물의 활성은 저해시키는 제1 환경을 갖도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 질소 제거장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제어부는 상기 부분 아질산화조가 복수의 기간으로 구성되는 하나의 사이클 동안 상기 제1 환경을 갖도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제어부는 하나의 사이클 중 일부 기간에는 상기 부분 아질산화조가 아나목스 산화 미생물의 활성을 향상시키는 환경을 갖도록 제어하고, 나머지 기간에는 상기 부분 아질산화조가 아질산 산화 미생물의 활성을 저해시키는 환경을 갖도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 탈리액은 기 설정된 온도 범위를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제어부는 상기 탈수부에서 분리된 탈리액을 상기 부분 아질산화조, 상기 아나목스 반응조 또는 상기 침전조로 반송시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제어부는 상기 부분 아질산화조에서 아질산 산화 미생물의 활성 저해가 필요한 경우, 상기 부분 아질산화조로 우선하여 탈리액을 반송시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제어부는 상기 아나목스 반응조로 유입되는 폐수 내 암모니아성 질소와 아질산성 질소의 비율이 1:1.32를 만족시키지 못할 경우, 이를 만족시키기 위해 상기 아나목스 반응조로 탈리액을 반송시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제어부는 상기 부분 아질산화조 및 상기 아나목스 반응조로 탈리액의 반송이 일어나지 않았거나 일어났음에도 탈리액이 잔존하는 경우, 상기 침전조로 탈리액을 반송시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 질소 제거장치가 암모니아 산화 미생물의 활성은 향상시키고 아질산 산화 미생물의 활성은 저해시키기 위한 방법에 있어서, 유기물이 제거된 폐수 및 잉여 슬러지의 탈리액을 유입받아 기 설정된 제1 환경에 배치하는 배치과정과 부분 아질산화조로 산을 주입시켜, 상기 부분 아질산화조 내 유입수의 pH를 저하시키며 기 설정된 제2 시간동안 유지하는 제1 유지과정과 상기 부분 아질산화조로 알칼리를 주입시켜 상기 부분 아질산화조 내 유입수의 pH를 상승시키며 기 설정된 제4 시간동안 유지하는 제2 유지과정 및 상기 부분 아질산화조로의 알칼리 주입을 중단하여 상기 부분 아질산화조 내 유입수의 pH를 저하시키며 기 설정된 제5 시간동안 유지하는 제3 유지과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 아질산 산화 미생물 활성 저해방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 아질산 산화 미생물 활성 저해방법은 상기 제1 유지과정을 거친 후 기 설정된 제3 시간 동안 추가로 제1 유기과정의 환경을 유지하는 제4 유지과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 시간 경과에 강인하게 아질산 산화 미생물의 활성을 저해할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 모든 종류의 아질산 산화 미생물의 활성을 저해할 수 있어 충분한 아질산 산화 미생물의 활성 저해 효과를 가져올 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 질소 제거장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 pH, 유리 암모니아 농도 및 유리 아질산 농도에 따른 미생물의 활성 정도를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 질소 제거장치에서 일정 시간에 따른 온도, 유리 암모니아 농도 및 유리 아질산 농도 변화를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 질소 제거장치에서 한 사이클 동안 pH, 온도, 암모니아성 질소 농도, 아질산성 질소 농도, 유리 암모니아 농도 및 유리 아질산 농도 변화를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 질소 제거장치로 탈리액이 유입될 때와 그로부터 한 사이클이 경과한 후의 암모니아성 질소, 아질산성 질소 및 질산성 질소의 농도 비를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 질소 제거장치 내 제어부가 NOB의 활성 저해를 위해 각 구성을 제어하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 7은 종래의 질소 제거장치 내 암모니아성 질소, 아질산성 질소 및 질산성 질소의 농도 비를 도시한 도면이다.
도 8은 종래의 질소 제거장치에서의 시간에 따른 암모니아성 질소, 아질산성 질소 및 질산성 질소 변화를 도시한 그래프이다.
도 2는 pH, 유리 암모니아 농도 및 유리 아질산 농도에 따른 미생물의 활성 정도를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 질소 제거장치에서 일정 시간에 따른 온도, 유리 암모니아 농도 및 유리 아질산 농도 변화를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 질소 제거장치에서 한 사이클 동안 pH, 온도, 암모니아성 질소 농도, 아질산성 질소 농도, 유리 암모니아 농도 및 유리 아질산 농도 변화를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 질소 제거장치로 탈리액이 유입될 때와 그로부터 한 사이클이 경과한 후의 암모니아성 질소, 아질산성 질소 및 질산성 질소의 농도 비를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 질소 제거장치 내 제어부가 NOB의 활성 저해를 위해 각 구성을 제어하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 7은 종래의 질소 제거장치 내 암모니아성 질소, 아질산성 질소 및 질산성 질소의 농도 비를 도시한 도면이다.
도 8은 종래의 질소 제거장치에서의 시간에 따른 암모니아성 질소, 아질산성 질소 및 질산성 질소 변화를 도시한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 질소 제거장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 질소 제거장치(100)는 침전부(110), 유기물 처리부(120), 농축부(130), 혐기성 소화조(140), 탈수부(150), 부분 아질산화조(160), 아나목스 반응조(170), pH 조정탱크(180), 센서부(미도시) 및 제어부(미도시)를 포함한다.
침전부(110)는 질소 제거장치(100)로 유입되는 폐수를 최초로 유입받아 폐수 내 포함된 고형물 상태의 유기물을 제거한다. 침전부(110)는 일정 시간 동안 유입된 폐수를 저장하여, 고형물 상태의 유기물을 침전시켜 분리함으로서 고형물 상태의 유기물을 폐수 내에서 제거한다.
유기물 처리부(120)는 침전부(110)를 거친 폐수 내 용존성 유기물을 제거한다. 유기물 처리부(120)는 혐기성 환경에서 유기물을 분해하는 혐기성 미생물 또는 호기성 환경에서 유기물을 분해하는 호기성 미생물을 포함하여, 미생물의 종류에 부합하는 환경을 제공하며 유기물을 제거한다. 후술할 아나목스 반응조(170)는 유기물이 존재하지 않는 상태에서, 아나목스(ANAMMOX) 미생물에 의해 암모니아성 질소와 아질산성 질소가 질소 기체로 탈질된다. 이에 따라, 아나목스 반응조(170)로 유입될 폐수 내에는 모든 유기물이 제거되어야 한다. 유기물 처리부(120)는 침전부(110)를 거친 후 폐수 내 잔류하는 용존성 유기물들을 미생물을 이용해 제거한다.
유기물 처리부(120) 내에서 용존성 유기물이 미생물에 의해 분해되며, 미생물의 양이 증가하게 된다. 이때, 유기물 처리부(120)로 유입되는 폐수 내 통상적으로 포함된 용존성 유기물을 제거하는데 필요한 양 이상의 미생물은 요구되지 않는다. 이처럼 필요한 양 이상의 미생물을 잉여 슬러지(WAS: Wasted Acivated Sludge)라 하며, 잉여 슬러지들은 배출되어야 한다. 유기물 처리부(120)는 잉여 슬러지를 침전시켜 농축부(130)로 분리하고, 상등수를 부분 아질산화조(160)로 배출한다.
농축부(130)는 침전부(110)에서 침전된 고형물이나 유기물 처리부(120)에서 침전된 잉여 슬러지를 유입받아 농축한다.
혐기성 소화조(140)는 혐기성 분해를 수행하여 농축된 고형물 또는 잉여 슬러지를 소화폐액 및 바이오 가스로 분해한다. 혐기성 소화조(140)는 혐기성 환경에서 혐기성 미생물을 이용해 농축부(130)에서 농축된 고형물 또는 잉여 슬러지를 소화폐액 및 바이오 가스로 분해한다. 바이오 가스에는 주로 메탄과 이산화탄소가 포함되며, 미량의 황화수소(H2S)와 실록산(R2SiO) 등이 포함될 수 있다. 혐기성 소화조(140)에서 발생한 소화폐액은 탈수부(150)로 배출된다.
탈수부(150)는 혐기성 소화조(140)에서 발생한 소화폐액을 유입받아 액체 성분과 고체 성분으로 분리한다. 탈수부(150)는 소화폐액을 유입받아 액체 성분과 고체 성분으로 분리하며, 분리된 액체 성분(탈리액)은 제어부(미도시)의 제어에 따라 침전부(110), 부분 아질산화조(160) 및 아나목스 반응조(170)로 반송되며, 분리된 고체 성분은 외부로 반출된다.
부분 아질산화조(160)는 유기물 처리부(120)를 거친 폐수 또는 탈수부(150)에서 분리된 탈리액을 유입받아 암모니아성 질소 일부를 아질산성 질소로 산화시킨다. 부분 아질산화조(160) 내에는 AOB가 포함되어 있어, 유입되는 폐수나 탈리액 내 암모니아성 질소 일부를 아질산성 질소로 산화시킨다. 전술한 바와 같이, 아나목스 미생물에 의해 아나목스 반응이 일어나기 위해서는 암모니아성 질소와 아질산성 질소의 비율이 1:1.32가 되어야 한다. 이에 따라, 부분 아질산화조(160)는 제어부(미도시)의 제어에 따라 AOB의 활성을 적절히 조정함으로서, 암모니아성 질소와 아질산성 질소의 비율이 전술한 비율을 갖도록 암모니아성 질소 일부를 아질산화 시킨다.
한편, 부분 아질산화조(160) 내에는 AOB 뿐만 아니라 NOB도 성장할 수 있다. NOB는 AOB의 활동에 의해 생성된 아질산성 질소를 질산성 질소로 산화시킨다. 다만, 질산성 질소는 후술할 아나목스 반응조(170) 내에서의 아나목스 반응으로 제거되지 못하는 성분이기 때문에, 아질산성 질소의 산화는 최대한 지양되어야 한다. 이에 따라, 부분 아질산화조(160)는 제어부(미도시)의 제어에 따라 AOB의 활성은 향상시키고 NOB의 활성은 저해하는 환경을 형성함으로서, 암모니아성 질소가 질산성 질소까지 산화되는 것을 최대한 방지한다.
아나목스 반응조(170)는 부분 아질산화조(160)를 거친 폐수를 유입받아, 폐수 내 질소를 제거한다. 아나목스 반응조(170)는 아나목스 미생물을 포함하여, 아나목스 반응을 유도한다. 아나목스 반응이란 혐기 조건(무산소 조건) 하에서 아나목스 미생물이 유기물의 이용 없이 아질산성 질소로 암모니아성 질소를 산화시키는 반응에 해당한다. 이에, 암모니아성 질소가 질소 기체로 탈기되며, 폐수 내 질소가 제거된다. 아나목스 반응은 다음과 같다.
1.0NH4 + + 1.32NO2 - + 0.066HCO3 - + 0.13H+
→ 1.02N2 + 0.26NO3 - + 0.066CH2O0 . 5N0 .15 + 2.03H2O
아나목스 반응조(170)는 아나목스 미생물을 이용하여 별도의 유기물이나 산소를 주입받지 않더라도, 폐수 내 질소 성분을 제거할 수 있다. 아나목스 반응조(170)는 폐수 내 질소 성분의 제거 후 방류한다.
부분 아질산화조(160) 및 아나목스 반응조(170)는 반응조 내에 미생물이 잔류하여 전술한 동작을 수행하여야 하기에, 잔류하는 미생물이 내부로 유입된 유입수와 함께 배출되는 것이 방지되어야 한다. 따라서, 부분 아질산화조(160) 및 아나목스 반응조(170)는 MBBR(Moving Bed Biofilm Reactor) 형태로 구현되거나 Packed Bed 형태로 구현되어 미생물의 배출을 방지할 수 있다.
pH 조정탱크(180)는 제어부(미도시)의 제어에 따라 산 또는 염기를 부분 아질산화조(160)로 공급한다. 부분 아질산화조(160)에서 AOB의 활성이 향상되고 NOB의 활성이 저해되기 위해서, 경우에 따라 부분 아질산화조(160) 내 폐수의 pH가 조정되어야 하는 경우가 발생한다. 이에, pH 조정탱크(180)는 산 및 염기를 저장하며, 제어부(미도시)의 제어에 따라 산 또는 염기를 부분 아질산화조(160)로 공급하여 부분 아질산화조(160) 내 폐수의 pH가 조정한다.
센서부(미도시)는 부분 아질산화조(160) 내 온도, pH, 암모니아성 질소의 농도 및 아질산성 질소의 농도를 센싱한다. 제어부(미도시)가 부분 아질산화조(160) 내 폐수의 FA 및 FNA를 연산할 수 있도록, 센서부(미도시)는 부분 아질산화조(160) 내 온도, pH, 암모니아성 질소의 농도 및 아질산성 질소의 농도를 센싱한다. FA 및 FNA는 직접 센싱될 수는 없고, 연산에 의해 도출될 수 있는 정보에 해당한다. FA 및 FNA는 다음과 같이 연산된다.
여기서, NH4-N은 암모니아성 질소의 농도를, Kw는 물의 이온화 상수를, Kb는 암모니아 수용액의 이온화 상수를, NO2-N은 아질산성 질소의 농도를, Ka는 아질산 수용액의 이온화 상수를 각각 의미한다.
전술한 수식에 따르면, FA는 암모니아성 질소의 농도, 폐수의 pH 및 폐수의 온도 함수로서, 각 성분에 비례한다. FNA는 아질산성 질소의 농도, 폐수의 pH 및 폐수의 온도 함수로서, 아질산성 질소의 농도에는 비례 나머지 성분에는 반비례한다.
센서부(미도시)는 부분 아질산화조(160) 내 온도, pH, 암모니아성 질소의 농도 및 아질산성 질소의 농도를 센싱함으로서, 제어부(미도시)가 부분 아질산화조(160) 내 폐수의 FA 및 FNA를 연산할 수 있도록 한다.
제어부(미도시)는 질소 제거장치(100) 내 각 구성의 동작을 제어하며, 부분 아질산화조(160)가 AOB의 활성은 향상시키고 NOB의 활성은 저해하는 환경을 하나의 사이클동안 유지할 수 있도록 제어한다.
제어부(미도시)는 침전부(110), 유기물 처리부(120), 농축부(130) 및 혐기성 소화조(140)가 각각 전술한 동작을 수행할 수 있도록 제어한다.
제어부(미도시)는 탈수부(150)의 동작을 제어한다. 제어부(미도시)는 탈수부(150)의 동작에 의해 분리된 고체성분은 외부로 배출하도록 제어하는 한편, 탈리액(액체성분)은 경우에 따라 침전부(110), 부분 아질산화조(160) 또는 아나목스 반응조(170)로 반송하도록 제어한다.
먼저, 탈리액 내에는 고농도의 암모니아성 질소가 포함되어 있기 때문에, 제어부(미도시)는 부분 아질산화조(160)에서 NOB의 활성 저해가 필요할 때 부분 아질산화조(160)로 우선하여 탈리액을 반송시킨다. 혐기성 소화조(140)에서 발생하는 소화폐액이나 탈수부(150)에서 분리된 탈리액은 통상적으로, 35 내지 55℃의 온도 범위를 갖는다. 다만, 경우에 따라 55℃ 이상의 소화폐액 또는 탈리액이 발생할 수도 있는데, 이러할 경우, 제어부(미도시)는 반송되는 탈리액의 양을 조정하여 부분 아질산화조(160)로 유입되는 폐수와 함께 탈리액이 35 내지 55℃의 온도 범위를 갖도록 조정한다.
다음으로, 제어부(미도시)는 아나목스 반응조(170)로 유입되는 폐수 내 암모니아성 질소와 아질산성 질소의 비율이 1:1.32를 만족시키지 못할 경우, 이를 만족시키기 위해 아나목스 반응조(170)로 탈리액을 반송시킨다. 제어부(미도시)는 후술할 제어공정으로 AOB의 활성과 NOB의 활성 저해를 만족시켰다 하더라도 일부 각 질소간 비율이 전술한 비율을 만족시키지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 이에 따라, 아나목스 반응조(170) 내에서 온전히 아나목스 반응이 일어나지 못하는 문제가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해, 제어부(미도시)는 아나목스 반응조(170)로 탈리액을 반송시킴으로서, 아나목스 반응조(170)에서 아나목스 반응이 원활히 일어날 수 있도록 한다.
마지막으로, 전술한 반송이 일어나지 않았거나, 일어났음에도 잔여 탈리액이 잔존하는 경우, 제어부(미도시)는 남은 탈리액을 침전부(110)로 반송함으로서 후속공정에 유입될 수 있도록 한다.
제어부(미도시)는 부분 아질산화조(160)가 AOB의 활성은 향상시키고 NOB의 활성은 저해하는 환경을 하나의 사이클동안 유지할 수 있도록 제어한다.
NOB의 종류는 다음의 3가지 종류가 존재한다. 니트로토가(Nitrotoga), 니트로스피라(Nitrospira) 및 니트로박터(Nitrobacter)가 존재한다. 3종류 미생물들 모두 아질산성 질소를 질산성 질소로 산화시키되, 각각은 서로 다른 요인에 의해 활성의 저해를 받는다. 니트로토가 종은 온도에 의해 활성이 저해되는 특성을 갖는다. 니트로토가 종은 저온에서 우수한 생명력과 활성을 갖기 때문에, 35 내지 55℃의 온도 범위에서는 활성이 현저히 저해된다. 이와는 달리, 니트로스피라 종과 니트로박터 종은 각각 FA와 FNA에 의해 활성이 향상되거나 저해된다. 니트로스피라 종과 니트로박터 종의 활성과 관련된 FA 및 FNA는 도 2에 도시되어 있다.
도 2는 pH, 유리 암모니아 농도 및 유리 아질산 농도에 따른 미생물의 활성 정도를 도시한 그래프이다.
도 2를 참조하면, FA가 0.1 내지 10mg/L(ZONE 2)일 경우 또는 FNA가 0.2 내지 2.8mg/L(ZONE 3)일 경우, NOB의 동화작용과 이화작용이 저해된다. 한편, FA가 150mg/L 이상일 경우(ZONE 4) 또는 FNA가 2.8mg/L 이상일 경우(ZONE 5), 비로소 AOB의 동화작용과 이화작용이 저해된다.
즉, NOB 중 니트로스피라 종은 FA가 0.1 내지 10mg/L(ZONE 2)일 경우에 활성이 저해되는 특성을 가지며, 니트로박터 종은 FNA가 0.2 내지 2.8mg/L(ZONE 3)일 경우에 활성이 저해되는 특성을 갖는다.
한편, AOB나 NOB는 자신의 활성을 저해하는 환경에 장시간 노출될 경우, 자신의 활성을 저해하는 환경이라 하더라도 저해되는 정도가 둔화되는 것으로 알려져 있다. 이에 따라, 미생물이 자신의 활성을 저해하는 환경에 장시간 노출되었을 경우, 해당 미생물의 활성을 저해하기 위해서는 기존의 환경보다 더 높은 FA 또는 FNA에 노출되어야만 비로소 활성이 추가로 저해될 수 있다. 따라서, NOB에 대해 ZONE 2 또는 3에 의한 활성 저해가 일정 시간 이루어진 경우, 이후에 추가적인 NOB의 활성 저해를 위해서는 환경을 ZONE 5 또는 6으로 변경하여 제공하여야 NOB의 지속적인 활성 저해가 효과적일 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 이러한 AOB 및 NOB의 특성을 참조하여, 제어부(미도시)는 하나의 사이클동안 AOB의 활성은 향상시키고 NOB의 활성은 저해하는 환경을 유지할 수 있도록 제어한다. 제어부(미도시)의 제어방법은 도 3 및 4에 도시되어 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 질소 제거장치에서 일정 시간에 따른 온도, 유리 암모니아 농도 및 유리 아질산 농도 변화를 도시한 그래프이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 질소 제거장치에서 한 사이클 동안 pH, 온도, 암모니아성 질소 농도, 아질산성 질소 농도, 유리 암모니아 농도 및 유리 아질산 농도 변화를 도시한 그래프이다. 도 3 및 4에는 폐수 내 질소를 제거하기 위한 하나의 사이클이 60시간이라 도시되어 있으나, 이는 하나의 사이클에 대해서 60시간은 예시일 뿐이며, 상황이나 환경에 따라 가변될 수 있음은 자명하다.
먼저, 제어부(미도시)는 유기물 처리부(120)를 거친 폐수와 탈수부(150)를 거친 잉여 슬러지의 탈리액을 유입받아 기 설정된 제1 환경에 배치하도록 부분 아질산화조(160)를 제어한다. 부분 아질산화조(160)로 유입되는 폐수나 탈리액은 초기에는 상당히 고농도의 암모니아성 질소를 포함하며 35 내지 55℃의 고온을 가진 상태에 해당한다. 따라서, 유입수는 150mg/L 이상의 FA를 갖기 때문에, AOB와 함께 NOB 중 니트로스피라 종의 저해가 일어난다. 또한, 35 내지 55℃의 고온의 유입수가 부분 아질산화조(160)로 유입되기에, NOB 중 니트로토가 종의 저해가 일어난다. 제어부(미도시)는 무산소 및 혐기 상태로 기 설정된 제1 시간(310), 예를 들어 7 내지 14시간동안 유입된 폐수 및 탈리액을 배치해두도록 부분 아질산화조(160)를 제어한다. 이에 따라, 부분 아질산화조(160) 내에서 NOB에 대한 1차적인 저해가 발생한다.
이후, 제어부(미도시)는 부분 아질산화조(160)로 산을 주입하여 pH를 저하시키도록 pH 조정탱크(180)를 제어하여, AOB의 활성을 향상시킨다. NOB에 대한 1차적인 저해가 발생한 경우, 제어부(미도시)는 부분 아질산화조(160)로 산을 주입하도록 pH 조정탱크(180)를 제어하여, 부분 아질산화조(160) 내 폐수의 pH를 낮춘다. 부분 아질산화조(160)로 유입된 유입수는 기간이 자니며 온도는 지속적으로 감소할 수밖에 없으며, 주입되는 산에 의해 pH가 저해되기 때문에, 부분 아질산화조(160)로 유입된 유입수(폐수)의 FA는 점차 낮아진다. 제어부(미도시)는 FA가 150mg/L 이하가 되도록 pH 조정탱크(180)를 제어한다. FA가 150mg/L가 될 경우, AOB가 활동하는데 이상이 없는 환경이 제공된다. 이에 따라, AOB의 활성 및 성장은 원활히 진행되는 반면 여전히 NOB의 활성은 저해되는 환경이기 때문에, AOB가 안정적으로 활동하며 성장할 수 있다. 제어부(미도시)는 전술한 환경을 기 설정된 제2 시간(320), 예를 들어, 10 내지 20시간 동안 유지한다. 이에 따라, 부분 아질산화조(160) 내에서 AOB에 대한 1차적인 활성 향상이 발생한다.
기 설정된 제2 시간(320)을 거치며, AOB에 의한 암모니아성 질소의 산화가 원활히 일어나게 된다. 이에 따라, 아질산성 질소의 농도는 증가하게 되고, 그에 따라 pH는 함께 감소하게 된다. 전술한 대로 온도는 지속적으로 저하가 발생하기 때문에, FNA가 증가하게 된다. FNA의 증가로 인해 NOB, 특히, 나머지 종인 니트로박터 종의 저해가 발생하게 된다. 제어부(미도시)는 NOB의 활성 저해를 위해, 기 설정된 제2 시간(320)을 거친 후 추가로 동일한 환경을 기 설정된 제3 시간(330) 동안 유지한다. 기 설정된 제3 시간은 예를 들어, 4 내지 8시간일 수 있다. 이에 따라, 부분 아질산화조(160) 내에서 NOB에 대한 2차적인 저해가 발생한다.
기 설정된 제3 시간(330)이 지난 후, 제어부(미도시)는 부분 아질산화조(160)로 알칼리를 주입하여 pH를 상승시키도록 pH 조정탱크(180)를 제어하여, AOB의 활성을 향상시킨다. 제어부(미도시)는 부분 아질산화조(160)로 알칼리를 주입하여 부분 아질산화조(160) 내 유입수(폐수)의 pH를 상승시킴으로서, FNA를 AOB의 활성이 저해되지 않는 농도(2.8mg/L 이하)로 조정한다. 유입수 내에는 AOB의 활동에 필요한 성분인 암모니아성 질소가 충분히 존재하며, 기 설정된 제1 시간(310) 및 기 설정된 제3 시간(330)을 거치며 모든 NOB 종에 대해 활성 저해가 일어났기 때문에, AOB가 안정적으로 성장할 수 있는 환경이 조성된다. 제어부(미도시)는 전술한 환경을 기 설정된 제4 시간(410), 예를 들어, 12 내지 16시간 동안 유지한다. 이에 따라, 부분 아질산화조(160) 내에서 AOB에 대한 2차적인 활성 향상이 발생한다.
기 설정된 제4 시간(410)이 지난 후, 제어부(미도시)는 부분 아질산화조(160)로 주입되는 알칼리의 주입을 중단하여, 부분 아질산화조(160) 내 유입수(폐수)의 pH를 저하시킨다. AOB의 활성에 따라 아질산성 질소의 농도는 증가하고 있는 한편, 온도는 낮아지고 있으며 제어부(미도시)의 제어에 따라 pH는 감소하기 때문에, FNA가 2.8mg/L 이상으로 증가하게 된다. 해당 FNA는 AOB의 활성을 저해할 수 있는 수준이다. 하지만, AOB에 대해서는 이미 기 설정된 제2 시간(320) 및 기 설정된 제4 시간(410)을 거치며 활성 향상이 일어난 점, 이미 기 설정된 제1 시간(310) 및 기 설정된 제3 시간(330)을 거치며 모든 NOB 종에 대해 활성 저해가 일어난 점을 고려할 때, 상대적으로 NOB에 대한 저해가 보다 현저히 발생하게 된다. 제어부(미도시)는 전술한 환경을 사이클의 남은 기간(기 설정된 제5 시간, 420) 동안 유지함으로서, 부분 아질산화조(160) 내 NOB에 대한 3차적인 저해를 발생시킨다.
전술한 과정과 같이, 제어부(미도시)는 기 설정된 제1 내지 제3 시간 동안의 AOB 활성 향상 및 NOB 활성 저해만을 제어하는 것이 아니라, 그에 적응하여 활성 향상 및 활성 저해가 둔화되는 것까지 고려하여 기 설정된 제4 시간 및 제5 시간 동안의 추가적인 활성 향상 및 저해를 진행함으로서, 보다 확실하게 NOB 활성 저해를 이룩하여 부분 아질산화조(160) 내에서 부분 아질산화를 수행할 수 있다. 이를 뒷받침하는 자료가 도 5에 도시되어 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 질소 제거장치로 탈리액이 유입될 때와 그로부터 한 사이클이 경과한 후의 암모니아성 질소, 아질산성 질소 및 질산성 질소의 농도 비를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 최초 유입되는 폐수 내에는 종래와 같이 질소 성분이 대부분 암모니아성 질소(NH4-N)로 존재하는 것을 확인할 수 있다.
한편, 제어부(미도시)의 제어에 따라 하나의 사이클(60시간으로 예시됨)이 경과한 후, 부분 아질산화조(160)에서는 AOB의 활성이 충분히 향상되어 암모니아성 질소가 아질산성 질소로 충분히 산화된 반면, 아질산성 질소에서 질산성 질소로의 산화는 거의 진행되지 않은 것을 확인할 수 있다.
따라서, 제어부(미도시)는 시간 경과에 강인하게 NOB의 활성을 저해할 수 있음을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 질소 제거장치 내 제어부가 NOB의 활성 저해를 위해 각 구성을 제어하는 방법을 도시한 순서도이다.
제어부(미도시)는 유기물이 제거된 폐수 및 잉여 슬러지의 탈리액을 유입받아 기 설정된 제1 환경에 배치하도록 부분 아질산화조(160)를 제어한다(S610).
제어부(미도시)는 부분 아질산화조(160)로 산을 주입하도록 pH 조정탱크(180)를 제어하여, 부분 아질산화조(160) 내 유입수의 pH를 저하시키며 기 설정된 제2 시간동안 유지한다(S620). 제어부(미도시)는 부분 아질산화조(160) 내 유입수의 pH를 저하시키며 기 설정된 제2 시간동안 유지한 후, 추가적으로 기 설정된 제3 시간동안 해당 환경을 유지할 수 있다.
제어부(미도시)는 부분 아질산화조(160)로 알칼리를 주입하도록 pH 조정탱크(180)를 제어하여, 부분 아질산화조(160) 내 유입수의 pH를 상승시키며 기 설정된 제4 시간동안 유지한다(S640).
제어부(미도시)는 부분 아질산화조(160)로 알칼리의 유입을 중단하도록 pH 조정탱크(180)를 제어하고, 해당 환경을 기 설정된 제5 시간동안 유지한다(S650).
도 6에서는 각 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 각 도면에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 각 과정 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 6에 도시된 과정들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽힐 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 즉, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 질소 제거장치
110: 침전부
120: 유기물 처리부
130: 농축부
140: 혐기성 소화조
150: 탈수부
160: 부분 아질산화조
170: 아나목스 반응조
180: pH 조정탱크
110: 침전부
120: 유기물 처리부
130: 농축부
140: 혐기성 소화조
150: 탈수부
160: 부분 아질산화조
170: 아나목스 반응조
180: pH 조정탱크
Claims (10)
- 유기물의 소비 없이 유입되는 폐수 내 질소 성분을 제거하는 질소 제거장치에 있어서,
상기 질소 제거장치로 유입되는 폐수 내 포함된 고형물을 침전시켜 제거하는 침전부;
상기 침전부를 거친 폐수 내 용존성 유기물을 제거하는 유기물 처리부;
상기 침전부에서 침전된 고형물이나 상기 유기물 처리부에서 생성된 잉여 슬러지를 유입받아 소화폐액 및 바이오가스로 분해하는 혐기성 소화조;
상기 혐기성 소화조에서 발생한 소화폐액을 유입받아 고체성분과 탈리액으로 분리하는 탈수부;
상기 유기물 처리부를 거친 폐수 및 상기 탈수부에서 분리된 탈리액을 유입받아, 암모니아성 질소 일부를 아질산성 질소로 산화시키는 부분 아질산화조;
상기 부분 아질산화조를 거친 폐수를 유입받아, 아나목스(ANAMMOX) 미생물에 의한 아나목스 반응을 유도하여 폐수 내 질소를 제거하는 아나목스 반응조;
상기 부분 아질산화조 내 유입수의 온도, pH, 암모니아성 질소의 농도 및 아질산성 질소의 농도를 센싱하는 센서부; 및
상기 질소 제거장치 내 각 구성의 동작을 제어하며, 상기 센서부의 센싱값을 토대로 상기 부분 아질산화조가 상기 부분 아질산화조 내 암모니아 산화 미생물의 활성은 향상시키고 아질산 산화 미생물의 활성은 저해시키는 제1 환경을 갖도록 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 탈수부에서 분리된 탈리액을 상기 부분 아질산화조, 상기 아나목스 반응조 또는 상기 침전조로 반송시키되, 상기 부분 아질산화조에서 아질산 산화 미생물의 활성 저해가 필요한 경우, 상기 부분 아질산화조로 우선하여 탈리액을 반송시키고,
상기 부분 아질산화조가 복수의 기간으로 구성되는 하나의 사이클 동안 상기 제1 환경을 갖도록 제어하되,
상기 하나의 사이클은 탈리액을 유입받아 무산소 및 혐기 상태로 기 설정된 제1 시간 동안 배치시켜 아질산 산화 미생물 활성을 저해시키는 배치과정, 산을 주입하여 pH를 저하시키며 기 설정된 제2 시간동안 암모니아 산화 미생물의 활성 환경을 유지하는 과정, 기 설정된 제3 시간동안 상기 암모니아 산화 미생물 활성 환경을 유지하여 유리 아질산 농도를 증가시키면서 아질산 산화 미생물의 활성을 저해시키는 환경으로 유지하는 과정, 상기 부분 아질산화조로 알칼리를 주입하여 pH를 상승시키며 기 설정된 제4 시간동안 암모니아 산화 미생물의 활성 환경을 조성 및 유지하는 과정 및 알칼리 주입을 중단하여 pH를 저하시키며 기 설정된 제5 시간동안 아질산 산화 미생물의 활성을 저해시키는 환경으로 유지하는 과정이 순차적으로 이루어지도록 구성되어 부분 아질산화조가 제어되며,
상기 부분 아질산화조로 유입되는 탈리액은 35℃ 내지 55℃의 온도 범위를 갖도록 제어되는 것을 특징으로 하는 질소 제거장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 아나목스 반응조로 유입되는 폐수 내 암모니아성 질소와 아질산성 질소의 비율이 1:1.32를 만족시키지 못할 경우, 이를 만족시키기 위해 상기 아나목스 반응조로 탈리액을 반송시키는 것을 특징으로 하는 질소 제거장치. - 제1항 또는 제7항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 부분 아질산화조 및 상기 아나목스 반응조로 탈리액의 반송이 일어나지 않았거나 일어났음에도 탈리액이 잔존하는 경우, 상기 침전부로 탈리액을 반송시키는 것을 특징으로 하는 질소 제거장치. - 질소 제거장치가 암모니아 산화 미생물의 활성은 향상시키고 아질산 산화 미생물의 활성은 저해시키기 위한 방법에 있어서,
기 설정된 온도 범위를 갖는, 유기물이 제거된 폐수 및 잉여 슬러지의 탈리액을 부분 아질산화조로 유입받아, 기 설정된 제1 시간 동안 무산소 및 혐기 상태로 배치하여 아질산 산화 미생물의 활성을 저해시키는 상태로 유지하는 배치과정;
부분 아질산화조로 산을 주입시켜, 상기 부분 아질산화조 내 유입수의 pH를 저하시키며 기 설정된 제2 시간동안 유지하여 암모니아 산화 미생물을 활성화시키는 제1 유지과정;
상기 부분 아질산화조로 알칼리를 주입시켜 상기 부분 아질산화조 내 유입수의 pH를 상승시키며 기 설정된 제4 시간동안 유지하여 암모니아 산화 미생물을 활성화시키는 제2 유지과정; 및
상기 부분 아질산화조로의 알칼리 주입을 중단하여 상기 부분 아질산화조 내 유입수의 pH를 저하시키며 기 설정된 제5 시간동안 유지하여 아질산 산화 미생물의 활성을 저해시키는 제3 유지과정을 포함하되,
상기 제1 유지과정을 거친 후 기 설정된 제3 시간 동안 추가로 제1 유지과정의 환경을 유지하여 유리 아질산 농도를 증가시키면서 아질산 산화 미생물의 활성을 저해시키도록 하는 제4 유지과정을 더 포함하며,
상기 부분 아질산화조로 유입되는 폐수 및 잉여 슬러지의 탈리액이 갖는 기 설정된 온도 범위는 35℃ 내지 55℃의 범위인 것을 특징으로 하는 아질산 산화 미생물 활성 저해방법.
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