KR19990015325A - Biological denitrification and dephosphorization apparatus for sewage using denitrifying bacteria - Google Patents
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Abstract
1차 침전조(11)-혐기조(12)-간헐폭기조(13)-2차 침전조(14)와 2차 침전조(14)에서 혐기조(12)로 가는 반송슬러지라인(16)으로 또는 혐기조(12)-무산소조(21)-2차 침전조(14)-질산화조와(23) 질산화조(23)에서 무산소조(21)로 가는 내부반송(24)을 포함하는 공정으로 구성되어 있는 장치에서 탈질 인제거 박테리아를 이용하여 폐수의 탈질 및 탈인 처리하는 것으로서, 탈질 인제거 박테리아의 성장을 촉진시키는 환경을 조성해주고 탈질 인제거 박테리아의 활동에 의해 무산소 상태에서 인의 섭취와 탈질이 동시에 일어나므로 낮은 양의 화학적 산소 요구량(COD)을 사용하고도 생물학적 질소 및 인의 제거가 가능하여 국내하수의 문제점인 탈질 및 탈인을 위한 유기물 부족문제를 해결한다.From the first settling tank (11)-anaerobic tank (12)-intermittent aeration tank (13)-the second settling tank (14) and the second settling tank (14) to the return steam sludge line (16) or to the anaerobic tank (12) -Denitrification phosphorus removal bacteria in a device consisting of a process comprising an oxygen-free tank (21) -second precipitation tank (14)-nitrification tank (23) and nitriding tank (23) to the internal transport (24) to the oxygen-free tank (21) Denitrification and dephosphorization of the wastewater by using the same method, which creates an environment that promotes the growth of denitrifying bacteria and simultaneously induces phosphorus intake and denitrification in anoxic state due to the activity of denitrifying bacteria. COD) can be used to remove biological nitrogen and phosphorus, which solves the problem of denitrification and depletion of organic matter, which is a problem of domestic sewage.
Description
[산업상 이용분야][Industrial use]
본 발명은 탈질 및 탈인 처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 호수, 하천 및 해양에 존재하는 각종 유기성 산업폐수 또는 도시의 생활하수에서 유기성 오염물질 뿐만 아니라 부영양화의 원인물질인 질소 및 인등의 영양물질을 생물학적으로 동시에 제거하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a denitrification and dephosphorization treatment device, and more particularly, to organic organic contaminants in various organic industrial wastewaters or living sewage existing in lakes, rivers, and oceans, as well as nutrients such as nitrogen and phosphorus, which are causes of eutrophication. The present invention relates to a device for simultaneously removing biologically.
[종래 기술][Prior art]
질소(N)는 많은 미생물과 식물이 자라는 데에 꼭 필요한 원소이다. 그러나 다량으로 존재할 때에는 다음과 같은 문제점이 나타난다. 먼저 다른 영양염, 즉 인산염(PO4 -3)과 같이 존재하면 세포내의 물질로 전환(동화)되어 조류의 대발생을 유발시킬 수 있으며, 또 질산화(nitrification)과정을 거치면서 산소를 다량 소모하여 수계에서 무산소 상태를 만들기도 한다. 질소화합물 중에서 암모니아(ammonia)는 그 자체가 독성이 있어 1㎎/ℓ이상이면 수생 생물에게 독성을 나타내고 아질산염이온(NO2 -)은 혈액중의 헤모글로빈과 결합하여 태아에게 치명적인 메테모글로비네미아(methemoglobinemia)라는 질병을 유발시키며 아민과 반응하여 발암물질인 니트로스아민(nitrosamine)을 만든다. 또한 질산염이온(NO3 -)도 태아의 장내 세균에 의하여 아질산염이온으로 환원되어 아질산염이온과 같은 효과를 나타낸다. 이러한 이유로 우리나라를 비롯한 세계 여러 나라는 질소를 각 형태별로 기준치를 정하여 수질을 관리하고 있다. 인 또한 질소와 함께 생물의 필수 영양소이지만, 이를 적절히 처리하지 않고 자연계에 과다하게 배출되는 경우에는 부영양화가 초래되어 조류의 증식에 의한 수질오염을 가중시키며 부영양화가 진행된 수역은 상수처리시 여과지의 폐쇄 및 상수의 맛을 떨어뜨림은 물론 악취마저 심하게 풍김으로써 상수원으로 부적합할 뿐만 아니라 산화과정을 거치면서 수중의 용존산소를 소모하여 하천의 자정작용에 악영향을 끼침으로써 어류와 같은 수중생물의 서식조차도 위태롭게 만든다.Nitrogen (N) is an essential element for many microorganisms and plants to grow. However, when present in large quantities, the following problems arise. First, if present with other nutrients, phosphates (PO 4 -3 ), they can be converted (assimilated) into intracellular substances, causing algae generation, and consuming large amounts of oxygen during nitrification. Also creates anaerobic conditions. A nitrogen compound of ammonia (ammonia) is the back surface itself is toxic it 1㎎ / ℓ or higher indicates toxicity to aquatic life nitrite ion (NO 2 -) is a fatal methane Moguls to the fetus in combination with hemoglobin in the blood TOV Mia ( It causes a disease called methemoglobinemia and reacts with amines to produce carcinogens nitrosamines. In addition, nitrate ions (NO 3 − ) are also reduced to nitrite ions by intestinal bacteria in the fetus, showing the same effect as nitrite ions. For this reason, many countries around the world, including Korea, manage water quality by setting nitrogen as the standard for each type. Phosphorus is also an essential nutrient of living organisms along with nitrogen, but if it is excessively discharged in nature without proper treatment, eutrophication is caused, which increases water pollution by algae growth. Not only does it degrade the taste of the water, but it also makes it unsuitable as a source of water by causing bad odors, and it consumes dissolved oxygen in the water during the oxidation process, which adversely affects the self-cleaning of rivers, thereby endangering the habitat of aquatic organisms such as fish. .
상기와 같은 문제점을 갖고 있는 질소와 인이 다량으로 존재하는 폐수는 탈질 및 탈인 과정을 거쳐야 한다. 유기질소나 암모니아 형태로 유입된 질소는 우선 질산화과정을 거쳐야 한다. 질산화과정이란 일부 국한된 독립영양세균에 의해 이루어지며 암모니아 또는 암모늄 이온이 아질산염이온과 질산염이온으로 산화되는 과정을 말한다. 아질산염이온 생성과 질산염이온 생성은 2단계로 이루어지며, 각 단계는 서로 다른 미생물 집단이 관여한다. 즉, 질산화 과정은 니트로소모나스(Nitrosomonas)에 의해 아질산염이온 형태로 전환된 후, 니트로박터(Nitrobactor)에 의해 질산염이온으로 전환된다. 질산화 세균의 성장속도는 다른 종속영양 미생물에 비해 매우 작아 높은 체류시간이 필요하다. 또한 질산화는 온도의 영향을 많이 받으므로 겨울철에는 질산화가 일어나기 어려우며 질산화에 관여하는 미생물 종이 매우 제한되어 있을 뿐만 아니라 이들 질산화 과정은 환경에 대한 영향을 많이 받는다. 일반적으로 질산화는 호기성 조건에서만 일어나고 혐기성 조건에서는 일어나지 않는 것으로 알려져 있다.Wastewater containing a large amount of nitrogen and phosphorus having the above problems must be subjected to denitrification and dephosphorization. Nitrogen introduced in the form of organic nitrogen or ammonia must first undergo nitrification. The nitrification process is carried out by some localized autotrophs and means the oxidation of ammonia or ammonium ions to nitrite and nitrate ions. The formation of nitrite and nitrate ions consists of two stages, each involving a different microbial population. That is, the nitrification process is converted into nitrite ion form by Nitrosomonas and then to nitrate ion by Nitrobactor . The growth rate of nitrifying bacteria is very small compared to other heterotrophic microorganisms and requires high residence time. In addition, since nitrification is highly influenced by temperature, it is difficult to nitrify in winter and the microbial species involved in nitrification are very limited, and these nitrification processes are affected by the environment. In general, nitrification is known to occur only under aerobic conditions and not under anaerobic conditions.
암모늄 이온과 같은 양이온이 아질산염, 질산염 이온과 같은 음이온으로 변하기 때문에 질산화는 특히 토양에 있어서 중요한 의미를 가지고 있다. 토양 내에서 양이온은 음이온을 띈 토양입자와 결합되어 있으나, 음이온을 띈 물질은 토양내 물에 의해 유리되어 이동하므로 질산화는 토양내에서 영양소의 유동성을 촉진시키는 역할을 한다. 생성된 아질산염과 질산염은 식물체에 의해 유기화합물로 동화되기도 하며 토양층을 통해 지하수로 침출되기도 한다.Nitrification is particularly important in soils because cations such as ammonium ions turn into anions such as nitrite and nitrate ions. In the soil, cations are combined with negatively charged soil particles, but the negatively charged substances are transported by the water in the soil, so nitrification plays a role in promoting nutrient fluidity in the soil. The nitrites and nitrates produced are assimilated into organic compounds by plants and leached into the groundwater through soil layers.
또한, 질산성질소는 대기 중으로 질소(N2), 아산화질소(N2O)의 형태로 날아가게 되는데 이를 탈질이라 한다. 질산염이 최종 전달받게로서 환원되어 아질산염이 되고, 또 이 물질도 전자받게로 참가하여 아산화질소로 산화된 후 질소 가스까지 산화된다. 이 탈질반응은 토양과 수중에서 비휘발성인 질소 화합물이 기체로 되어 공기중으로 날아감으로써 토양의 비옥도를 낮추며 폐수처리장에서는 질소를 제거하는 방법으로 응용된다. 탈질능력을 가지고 있는 미생물은 슈도모나스(Pseudomonas), 마이크로코커스(Micrococus),아르크로모박터(Archromobactor),티오바실러스(Thiobacillus) 등이 있으며 이들은 환원효소(reductase)를 가지고 있어 질산성 질소를 가스상의 질소로 환원시킬 수 있다. 이들 탈질균은 무산소 상태에서 탄소원을 전자공여체로 하고 질산화물을 전자수용체로 이용하여 탈질반응을 유도하는데, 이 때 유리산소(free oxygen)가 존재할 경우에는 이것을 이용하므로 탈질율의 저하를 초래하는 요인이 된다. 이와 같이 최종전자 수용체로서 질산염이온이나 산소를 이용할 수 있기 때문에 이들을 통성 호기성 박테리아(facultative heterotrophic bacteria)라고 부른다. 이들은 하수처리과정에서 충분히 존재하므로 적당한 조건만 만들어지면 탈질이 가능하다.In addition, nitrate nitrogen is flying in the form of nitrogen (N 2 ), nitrous oxide (N 2 O) to the atmosphere, which is called denitrification. Nitrate is reduced to the final delivery to nitrite, which also participates as an electron acceptor, oxidizes to nitrous oxide, and then to nitrogen gas. This denitrification is applied as a method of removing nitrogen from the wastewater treatment plant by lowering the fertility of the soil by flying non-volatile nitrogen compounds into the air as gas. Microorganism having denitrification capability and the like, Pseudomonas (Pseudomonas), micro Rhodococcus (Micrococus), Arc our bakteo (Archromobactor), thio Bacillus (Thiobacillus) which nitrate nitrogen has got a reductase (reductase) to the gas phase of nitrogen Can be reduced. These denitrification bacteria induce denitrification by using a carbon source as an electron donor and an nitrous oxide as an electron acceptor in the absence of oxygen, and in the case of free oxygen, it is used to cause a decrease in the denitrification rate. . As such, since nitrate ions or oxygen can be used as the final electron acceptor, these are called facultative heterotrophic bacteria. These are sufficiently present in the sewage treatment, so denitrification is possible only if the proper conditions are created.
한편, 인을 생물학적으로 제거하기 위해서는 혐기-호기(무산소)의 과정을 거쳐야 한다. 혐기 기간 중에 인제거 미생물들은 세포내에 축적되어 있던 Poly-P를 분해할 때 생기는 에너지를 이용하여 아세테이트(acetate)와 같은 유기산을 섭취하여 폴리-β-히드록시부틸산(PHB)의 형태로 저장하고 유리된 정인산(orthophosphate)을 체외로 방출한다. 혐기상태에서 호기상태(무산소)로 바뀌면 인제거 미생물은 저장해 두었던 폴리-β-히드록시부틸산을 분해하여 ATP를 합성하고 이를 이용하여 정인산을 섭취하여 Poly-P를 합성한다. 이와 같은 기작을 인의 과잉섭취라고 한다.On the other hand, in order to biologically remove phosphorus must go through the process of anaerobic-aerobic (oxygen). During anaerobic period, phosphorus-removing microorganisms use the energy generated when decomposing Poly-P accumulated in cells to ingest organic acids such as acetate and store them in the form of poly-β-hydroxybutyl acid (PHB). Free orthophosphate is released into the body. When changed from anaerobic to aerobic (oxygen-free), the phosphorus-removing microorganism decomposes the stored poly-β-hydroxybutyl acid to synthesize ATP and ingests phosphate to use to synthesize Poly-P. This mechanism is called overingestion of phosphorus.
생물학적 처리방법으로 종래의 질소 및 인제거 방법은 크게 두 가지로 나누어지는데, 하나는 연속식(continuous flow)이고 다른 하나는 회분식(batch)이다. 연속식 하수처리 방법은 하수가 반응조 안으로 플러그(plug flow) 형태로 흘러 들어가 처리되어지는 방법으로 이러한 방식으로 질소 및 인을 동시에 제거하는 방법 중 대표적인 것은 혐기와 호기 조건을 적절히 분리, 조합하여 운전하는 혐기-호기 공정(A/O), 혐기-무산소-호기 공정(Anaerobic Anoxic-Oxic법: A2/O법), 바덴포(Bardenpho)공정, 브이아이피(VIP)공정, 유씨티(UCT)공정 등이 있다.Conventional nitrogen and phosphorus removal methods are largely divided into two methods, one being a continuous flow and the other being a batch. Continuous sewage treatment is a method in which sewage flows into a plug flow into a reactor and is treated with nitrogen and phosphorus simultaneously in this way. Anaerobic-Aerobic Process (A / O), Anaerobic-Anoxic-Aerobic Process (Anaerobic Anoxic-Oxic Method: A 2 / O Method), Bardenpho Process, VIP Process, UCT Process, etc. There is this.
이 중 혐기-무산소-호기 공정은 혐기-무산소-호기의 반응기로 구성되고, 2차 침전조에서 혐기조로 가는 외부반송라인과 호기조에서 무산소조로 가는 내부반송라인이 있는데, 각각의 반응조의 설치와 반송라인의 설치와 운전에 펌프 등의 부대설비가 필요해 공사비용이 증가하고, 운전비가 증가하는 단점이 있다.The anaerobic-oxygen-aerobic process is composed of reactors of anaerobic-oxygen-aerobic, and there is an external conveying line from the secondary sedimentation tank to the anaerobic tank and an internal conveying line from the aerobic tank to the anaerobic tank. The installation and operation of the equipment requires a supplementary equipment such as a pump, which increases the cost of construction and increases the operating cost.
또 하나의 방법인 회분식 방법은 유입방식에 따라 에스비알(SBR)로 대표되는 간헐유입 연속회분식 반응조와 아이씨이에이에스(ICEAS)로 대표되는 연속유입 회분식반응조로 분류될 수 있다. 이들 방식은 한 반응조에서 반응 및 침전이 동시에 일어나므로 초기투자비가 저렴한 장점이 있으나 대규모 처리시설에는 적합하지 못한 단점이 있다.Another method, a batch method, may be classified into an intermittent inflow batch reactor represented by SBR and a continuous inflow batch reactor represented by ICEAS according to the inflow method. These methods have the advantage that the initial investment cost is low because the reaction and precipitation occurs in one reactor at the same time, but it is not suitable for large-scale treatment facilities.
한편, 일반적으로 무산소 단계에서는 인의 섭취가 불가능하다고 알려져 있었으나 무산소 단계에서도 인의 섭취가 가능한 탈질 인제거 박테리아(Denitrifying Phosphorus Removing Bacteria: DPB)라는 미생물을 이용하면 인의 섭취와 동시에 탈질을 함으로써 낮은 화학적 산소 요구량(COD)의 환경에서도 생물학적 탈질 및 탈인이 가능하다. 또한 슬러지의 발생량이 적어 슬러지 처리 비용이 절감 될 수 있다. 이와 같은 미생물은 앞에서도 언급한 혐기-무산소-호기 공정, 포스트립(Phostrip)공정, 에스비알 공정 등의 하수 및 오수처리 공정에 흔히 존재하지만 탈질 인제거 박테리아의 성장이 미미하여 무산소 상태에서 탈질과 동시에 인의 섭취하는 것을 기대하기가 어렵다.On the other hand, in general, it is known that phosphorus intake is not possible in the anaerobic stage, but using a microorganism called Denitrifying Phosphorus Removing Bacteria (DPB), which can also be phosphorus in the anaerobic stage, denitrification and denitrification at the same time, resulting in low chemical oxygen demand ( Biological denitrification and dephosphorization are possible in the environment of COD). In addition, the amount of sludge generated is reduced, the sludge treatment cost can be reduced. Such microorganisms are often present in sewage and sewage treatment processes such as anaerobic-oxygen-aerobic processes, postrip processes, and ESV processes mentioned above. It is difficult to expect to eat phosphorus.
탈질 인제거 박테리아를 이용하는 가장 대표적인 공정으로는 Wanner등이 개발한 공정으로 혐기-1차 침전-호기-2차 침전-무산소-3차 침전으로 구성되는 공정이 있다. 이 공정에는 3차 침전조에서 혐기로 가는 반송과, 1차 침전조에서 무산소조로 가는 반송, 2차 침전조에서 호기조로 가는 반송의 3개의 반송라인이 있다. 이 방법은 혐기조를 거친 하수는 1차 침전조에서 상등액과 MLSS(mixed-liquor suspended solid)가 분리되어 상등액은 호기조로 들어가 질산화되고 MLSS는 무산소조로 반송된다. 호기조에서 질산화된 하수는 2차 침전조에서 분리된 후 무산소조의 질산염을 적절한 양으로 유지시킨다. 혐기상태에서 방출된 인은 무산소 상태에서 탈질 인제거 박테리아들에 의해 섭취되고 이와 동시에 탈질이 일어난다. 그러나 이 공정이 가지는 단점은 1차 침전조에서 무산소조로의 반송에서 암모니아가 들어가 질산화되지 않으므로 완벽한 질산화가 이루어지지 않아 완전한 탈질이 일어나지 않으며 3개의 침전조가 존재하여 건설비용 및 운전비가 상승한다는 것이다.The most representative process using denitrification bacteria is the process developed by Wanner et al., Which consists of anaerobic-first precipitation-expiratory-secondary precipitation-anoxic-third precipitation. In this process, there are three conveying lines: return from the third settling tank to anaerobic, return from the first settling tank to the anaerobic tank, and return from the second settling tank to the aerobic tank. In this method, the anaerobic sewage is separated from the supernatant and mixed-liquor suspended solids (MLSS) in the primary sedimentation tank. The supernatant is nitrified into the aerobic tank and the MLSS is returned to the anaerobic tank. Nitrified sewage in the aerobic tank is separated from the secondary sedimentation tank to maintain an anoxic bath nitrate in an appropriate amount. Phosphorus released in anaerobic state is ingested by denitrifying bacteria in the anaerobic state and at the same time denitrification occurs. However, the disadvantage of this process is that since ammonia is not nitrified in the return from the primary settling tank to the anoxic tank, complete nitrification does not occur, and thus complete denitrification does not occur, and there are three settling tanks, which increases construction and operating costs.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 탈질 인제거 박테리아의 성장을 촉진할 수 있는 환경을 조성하여 무산소 상태에서 완전한 탈질과 동시에 탈인 작용을 할 수 있으며 침전조를 감소시켜 경제적으로 운전할 수 있는 질소와 인을 동시에 처리할 수 있는 장치를 제공하기 위한 것이다.The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is to create an environment that can promote the growth of denitrifying bacteria to remove dephosphorization and at the same time dephosphorization in the anoxic state and settling tank It is to provide a device that can simultaneously process nitrogen and phosphorus that can be economically operated by reducing the
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 연속주입식 연속혐기 간헐폭기법을 이용한 생물학적 탈질 및 탈인 처리장치를 개념적으로 나타낸 공정도.1 is a process diagram conceptually showing a biological denitrification and dephosphorization treatment apparatus using a continuous injection continuous anaerobic intermittent aeration method according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 혐기조-무산소조-2차 침전조-질산화조를 이용한 생물학적 탈질 및 탈인 처리장치를 개념적으로 나타낸 공정도.Figure 2 is a process diagram conceptually showing a biological denitrification and dephosphorization treatment apparatus using an anaerobic tank- anoxic tank-secondary precipitation tank-nitrification tank according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 의하여 하수를 처리할 때 처리일에 따른 암모니아의 양을 나타낸 그래프.Figure 3 is a graph showing the amount of ammonia according to the treatment days when treating sewage according to Example 1 of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 의하여 하수를 처리할 때 처리일에 따른 질산염의 양을 나타낸 그래프.Figure 4 is a graph showing the amount of nitrate according to the treatment days when treating sewage according to Example 1 of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 의하여 하수를 처리할 때 처리일에 따른 인산염의 양을 나타낸 그래프.Figure 5 is a graph showing the amount of phosphate according to the treatment days when treating sewage according to Example 1 of the present invention.
도 6은 본 발명의 실시예 2에 의하여 하수를 처리할 때 처리일에 따른 암모니아의 양을 나타낸 그래프.Figure 6 is a graph showing the amount of ammonia according to the treatment days when treating sewage according to Example 2 of the present invention.
도 7은 본 발명의 실시예 2에 의하여 하수를 처리할 때 처리일에 따른 질산염의 양을 나타낸 그래프.7 is a graph showing the amount of nitrate according to treatment days when treating sewage according to Example 2 of the present invention.
도 8은 본 발명의 실시예 2에 의하여 하수를 처리할 때 처리일에 따른 인산염의 양을 나타낸 그래프.Figure 8 is a graph showing the amount of phosphate according to the treatment days when treating sewage according to Example 2 of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
11: 1차 침전조 12: 혐기조 13: 간헐폭기조11: primary sedimentation tank 12: anaerobic tank 13: intermittent aeration tank
14: 2차 침전조 15: 1차 슬러지 산발효조14: secondary sedimentation tank 15: primary sludge acid fermentation tank
16: 반송슬러지 라인 21: 무산소조16: Return Sludge Line 21: Anoxic Tank
22: 산소접촉조 23: 질산화조22: oxygen contact tank 23: nitric oxide bath
24: 질산염 반송라인24: nitrate return line
[과제를 해결하기 위한 수단][Means for solving the problem]
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 유입된 폐수를 고액분리하기 위한 1차 침전조(11)와 상기 1차 침전조(11)와 연결되어 있으며 상기 1차 침전조(11)에서 얻은 상등액 중의 오탁물질을 혐기상태에서 인을 방출하기 위한 혐기성 구역(12)과 탈질 인제거 박테리아를 포함하며 폭기 및 교반을 교대로 실시하여 질산화, 탈질 및 과잉인섭취를 하는 간헐폭기구역(13)이 한 반응조 내에 설치되어 있는 혐기조(12)/간헐폭기조(13)와 상기 혐기조(12)/간헐폭기조(13)와 연결되어 있으며 상기 혐기조(12)/간헐폭기조(13)에서 처리한 액을 고액분리하고 슬러지의 일부 또는 전부를 상기 혐기조(12)/간헐폭기조(13)로 순환시키는 2차 침전조(14)를 포함하는 폐수의 생물학적 탈질 및 탈인 처리장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is connected to the primary sedimentation tank 11 and the primary sedimentation tank 11 for solid-liquid separation of the wastewater introduced therein, and the contaminant in the supernatant obtained in the primary sedimentation tank 11. An intermittent aeration zone 13 including an anaerobic zone 12 for releasing phosphorus in an anaerobic state and denitrifying phosphorus removal bacteria and performing aeration and agitation alternately for nitrification, denitrification and excess intake is installed in one reactor. Connected to the anaerobic tank 12 / intermittent aeration tank 13 and the anaerobic tank 12 / intermittent aeration tank 13, the liquid treated in the anaerobic tank 12 / intermittent aeration tank 13 is separated into solid and a portion of the sludge or Provided is a biological denitrification and dephosphorization apparatus for wastewater including a secondary sedimentation tank 14 for circulating all of the anaerobic tank 12 / intermittent aeration tank 13.
상기한 간헐폭기조(13)는 폭기를 실시하여 호기 상태를 유지하고 교반을 실시하여 무산소 상태를 유지하는 공정을 실시하는 것으로서, 상기 폭기 시간과 교반 시간의 비가 0.5:1 내지 5:1인 것이 바람직하다.The intermittent aeration tank 13 performs an aeration process to maintain an aerobic state and to carry out agitation to maintain an oxygen-free state, and the ratio between the aeration time and the stirring time is preferably 0.5: 1 to 5: 1. Do.
본 발명의 폐수의 탈질 및 탈인 처리장치는 1차 침전조(11)에서 발생한 슬러지를 산발효시켜 유기산을 만들어 탈질 및 탈인에 사용하는 1차 슬러지 산발효조(15)를 더욱 포함하는 것이 바람직하다.The denitrification and dephosphorization treatment apparatus of the wastewater of the present invention preferably further includes a primary sludge acid fermentation tank 15 which is acid-fermented in the sludge generated in the primary sedimentation tank 11 to be used for denitrification and dephosphorization.
1차 슬러지 산발효조는 1차 슬러지 중의 유기물을 산발효시켜 아세테이트와 같은 유기산을 만들어 생물학적 과잉인섭취, 탈질 등의 유기물원으로 사용한다. 유기산을 가장 많이 발생시키는 조건은 수리학적 체류시간(HRT) 4∼24시간, 슬러지 체류시간(SRT) 1∼5일, 온도 35℃(중온소화), 반응조 유입량은 전체 유입량의 2∼10% 정도가 적당하다. 1차 침전지에서 침전된 슬러지를 1차 슬러지 산발효조로 보내며 일부는 폐기하여 슬러지 체류시간을 조정하고 1차 슬러지 산발효조에서는 1차 슬러지를 산발효까지만 시킨다. 메탄생성은 저해시켜야 하는데 이것은 메탄균이 자랄 수 없도록 슬러지 체류시간 및 수리학적 체류시간 등을 충분히 적게 한다. 중온소화(35℃±2)로 하여 저온기에 대비한다. 이와 같은 공정은 수리학적 체류시간 및 슬러지 체류시간의 조정이 가능하여 메탄균의 생성을 저해하므로 유기산의 생성이 많다.The primary sludge acid fermentation tank is acid fermented with organic materials in the primary sludge to make organic acids such as acetate, and is used as an organic source of biological excess intake and denitrification. The conditions that generate the most organic acid are hydraulic retention time (HRT) 4 to 24 hours, sludge retention time (SRT) 1 to 5 days, temperature 35 ° C (mid-temperature digestion), and reactor inflow rate is about 2-10% of the total inflow rate. Is suitable. The sludge precipitated in the primary sedimentation basin is sent to the primary sludge acid fermentation tank, some of which are disposed of to adjust the sludge residence time, and in the primary sludge acid fermentation tank, only the primary sludge is acid fermented. Methane production should be inhibited, which is enough to reduce the sludge residence time and the hydraulic retention time so that methane bacteria cannot grow. Prepared for low temperature by medium temperature digestion (35 ℃ ± 2). In this process, the hydraulic retention time and the sludge residence time can be adjusted, which inhibits the production of methane bacteria, and thus generates a large amount of organic acids.
또한 상기한 2차 침전조(14)는 에틸렌글리콜 또는 제오라이트 분말을 첨가한 에틸렌글리콜의 수지에 부착고정화시킨 질산화균을 포함하는 것이 바람직하며 상기한 수지의 크기는 5∼20㎜이고, 비중은 1∼1.05인 것이 바람직하다.In addition, the secondary sedimentation tank 14 preferably includes nitrifying bacteria that are fixed and fixed to the resin of ethylene glycol to which ethylene glycol or zeolite powder is added. The size of the resin is 5 to 20 mm and specific gravity is 1 to 1. It is preferable that it is 1.05.
그리고 본 발명에 있어서, 폐수를 혐기적으로 처리하기 위한 혐기조(12)와 상기 혐기조(12)와 연결되어 있으며 탈질 인제거 박테리아를 포함하여 탈질 및 인섭취를 실시하는 무산소조(21)와 상기 무산소조(21)와 연결되어 있으며 상기 무산소조(21)에서 처리한 액을 고액분리하고 슬러지의 일부 또는 전부를 상기 혐기조(12)로 순환시키는 2차 침전조(14)와 상기 2차 침전조(14)와 연결되어 있으며, 상기 2차 침전조(14)에서 처리한 액을 질산화시키고 질산화된 액을 무산소조(21)로 반송하는 질산화조(23)를 포함하는 폐수의 생물학적 탈질 및 탈인 처리장치를 제공한다.In the present invention, the anaerobic tank 12 for anaerobic treatment of waste water and the anaerobic tank 12 and the anaerobic tank 21 for denitrification and ingestion including denitrifying phosphorus removal bacteria and the anaerobic tank ( 21 is connected to the secondary sedimentation tank 14 and the secondary sedimentation tank 14 to solidify the liquid treated in the anoxic tank 21 and circulate part or all of the sludge to the anaerobic tank 12. The present invention provides a device for biological denitrification and dephosphorization of wastewater including nitrification tank 23 for nitrifying the liquid treated in the secondary precipitation tank 14 and returning the nitrified liquid to the anaerobic tank 21.
상기한 무산소조(21)와 상기 2차 침전조(14) 사이에 산소접촉조(22)를 더욱 포함하는 것이 바람직하다.It is preferable to further include an oxygen contacting tank 22 between the anoxic tank 21 and the secondary precipitation tank 14.
상기 질산화조(23)에서 상기 무산소조(21)로 반송되는 비는 유입수량의 50∼400%인 것이 바람직하다.The ratio returned from the nitrification tank 23 to the oxygen-free tank 21 is preferably 50 to 400% of the amount of inflow water.
또한 상기한 혐기조(11)의 체류시간은 1∼6시간이고, 상기 무산소조(21)의 체류시간은 2∼10시간이며 상기한 산소접촉조(22)의 체류시간은 0.1∼1시간인 것이 바람직하다.The residence time of the anaerobic tank 11 is 1 to 6 hours, the residence time of the oxygen-free tank 21 is 2 to 10 hours, and the residence time of the oxygen contact tank 22 is preferably 0.1 to 1 hour. Do.
본 발명의 일 양태에 의하면 1차 침전조(11)-혐기조(12)-간헐폭기조(13)-2차 침전조(14)와 2차 침전조(14)에서 혐기조(12)로 가는 반송슬러지 라인(16)으로 구성된다. 본 발명에서는 내부 반송을 없애고 타이머, 산화-환원 상태를 나타내 주는 값인 ORP(Oxidation Reduction Potential), pH, 수중의 용존산소(DO)등에 의해 간헐폭기조에서 무산소 상태와 호기 상태가 교대로 일어나게 하여 혐기-무산소-호기 공정과 같이 무산소/호기의 상태를 얻으면서 내부 반송을 제거한다.According to an aspect of the present invention, the return sludge line 16 to the anaerobic tank 12 from the primary sedimentation tank 11, the anaerobic tank 12, the intermittent aeration tank 13, and the secondary sedimentation tank 14 and the secondary sedimentation tank 14 is described. It is composed of In the present invention, the anaerobic-aerobic and aerobic states occur alternately in the intermittent aeration tank by eliminating internal conveyance and by a timer, ORP (Oxidation Reduction Potential), pH, and dissolved oxygen (DO) in water. Internal conveyance is eliminated while acquiring an oxygen-free / expired state, such as an anaerobic-aerobic process.
탈질 인제거 박테리아의 성장이 가능하기 위해서는 호기상태를 피해야 하는데, 본 발명에 의한 공정은 혐기-간헐폭기가 혐기-무산소 상태를 간헐적으로 가능하게 함으로써 혐기-호기 상태에서 Poly-P를 저장하는 균들과 경쟁하여 유리한 위치를 가질 수 있게 한다. 따라서 본 발명에 의한 공정에서는 탈질 인제거 박테리아는 기존의 다른 공정과는 달리 많은 양이 종속 영양 미생물과 같이 생존한다.In order to be able to grow denitrifying bacteria, an aerobic state should be avoided. The process according to the present invention allows the anaerobic-intermittent aeration to intermittently enable the anaerobic-aerobic state and the bacteria storing the Poly-P in the anaerobic-aerobic state. It can compete to have an advantageous position. Therefore, in the process according to the present invention, denitrifying bacteria, unlike other conventional processes, survive in large amounts with heterotrophic microorganisms.
본 공정에서 간헐폭기조(13)의 운전을 보면 폭기시간에는 교반기를 끄고 블로워(blower)를 돌려 폭기만 시키고, 교반시간에는 블로워를 끄고 교반(mixing)만 시킨다. 폭기시간에는 암모니아성 질소(NH4 +-N)의 질산화가 이루어지고, 교반시간에는 질산성 질소(NO3 --N)의 탈질이 이루어진다. 유기물의 산화과정에서 발생한 전자는 최종전자 수용체인 산소(O2)나 질산성 질소(NO3 --N) 또는 아질산성 질소(NO2 --N)에 의해 수용된다. 즉, 산소대신에 미생물들은 질산염이온, 아질산염이온을 최종 전자수용체로 대용할 수 있어 폭기에 필요한 에너지가 절감될 뿐만 아니라, 성장량이 작으므로 슬러지의 발생량이 적어 폐기물의 처리비용이 절감된다. 무산소 상태에서는 질산화가 일어나지 않아 암모늄이온(NH4 +)이 유출될 가능성이 있으나, 유입된 하수는 체류시간중에 여러 번의 무산소/호기 상태를 거치므로 문제되지 않는다.In this process, the operation of the intermittent aeration tank 13 shows that during the aeration time, the agitator is turned off and the blower is blown to turn the aeration. Nitrogenation of ammonia nitrogen (NH 4 + -N) takes place during the aeration time, and denitrification of nitric acid nitrogen (NO 3 -- N) takes place during the stirring time. The electrons generated during the oxidation of organic matter are accepted by the final electron acceptor, oxygen (O 2 ), nitrate nitrogen (NO 3 -- N) or nitrite nitrogen (NO 2 -- N). That is, instead of oxygen, microorganisms can substitute nitrate ions and nitrite ions as the final electron acceptors, which not only reduces the energy required for aeration, but also reduces the amount of sludge due to the small amount of growth, thereby reducing the waste disposal cost. In the anaerobic state, nitrification does not occur and ammonium ion (NH 4 + ) may be leaked, but the introduced sewage is not a problem since it undergoes several anoxic / aerobic states during the residence time.
무산소 및 호기 시간은 ORP, pH, DO 등을 이용하여 제어한다. 먼저, ORP에 의한 방법을 보면 간헐폭기조(13)의 폭기를 1∼3시간 정도 실시하여 ORP를 100∼400정도로 유지시키고 그 다음 폭기를 중지하고 교반기만 돌려 무산소 상태를 유지시킨다. 무산소 상태는 ORP값이 0∼30이하 또는 음(-)으로 떨어지면 중지하고 다시 폭기한다. 무산소 상태는 일반 간헐폭기보다는 무산소 시간이 작아야 하는데 이는 앞에 있는 혐기 단계때문이다. 무산소 시간과 폭기 시간의 비는 1:1∼5시간 등이 사용될 수 있다.Anaerobic and aerobic times are controlled using ORP, pH, DO and the like. First, in the method by ORP, the aeration of the intermittent aeration tank 13 is performed for about 1 to 3 hours to maintain the ORP at about 100 to 400. Then, the aeration is stopped and only the stirrer is turned to maintain an oxygen-free state. The anaerobic state stops when the ORP value falls below 0-30 or negative, and aeration again. The anaerobic condition should be shorter in anaerobic time than in regular intermittent aeration because of the anaerobic phase ahead. The ratio of the anaerobic time and the aeration time may be used, such as 1: 1 to 5 hours.
본 발명은 하나의 반응조에서 혐기, 무산소, 호기, 침전의 상태를 바꾸는 에스비알 공법의 장점을 일부 채용하고 있는데, 에스비알 공법이 간헐주입식인데 반하여 본 발명은 연속 주입식이고, 에스비알 공법이 하나의 반응조에서 혐기, 호기, 무산소, 침전이 반복되는 것에 비해 본 발명은 혐기조(12)는 항상 존재하고 간헐폭기조(13)에서 무산소와 호기가 반복되는 특성이 있다. 또한 2차 침전조(14)가 별도로 존재하여 기타의 간헐폭기법과는 차별화되는 특성이 있다.The present invention employs some of the advantages of the ESB process that changes the state of anaerobic, anaerobic, aerobic, and sedimentation in one reactor, whereas the ESB method is an intermittent injection method, and the present invention is a continuous injection method. In the present invention, the anaerobic tank 12 is always present and the anaerobic and aerobic cycles are repeated in the intermittent aeration tank 13 as compared with the repetition of anaerobic, aerobic, anoxic and precipitation in the reactor. In addition, there is a secondary sedimentation tank 14 is present to distinguish it from other intermittent aeration method.
이와 같이 시스템을 구성할 경우 질산화에 많은 시간이 소요되므로, 이 문제의 해결을 위해 2차 침전조(14)에 질산화균을 에틸렌글리콜 등의 수지에 부착고정화시킨 후에 폭기시켜 고효율의 질산화가 이루어지도록 할 수 있다. 질산화균을 고정화시키는 담체는 에틸렌글리콜 또는 제오라이트 분말을 추가한 에틸렌글리콜 등이 있다. 담체의 크기는 대략 5∼20㎜정도이고 비중은 1∼1.05 정도의 것을 사용한다.If the system is configured as described above, it takes a long time for nitrification, and in order to solve this problem, the nitrifier is fixed in the secondary precipitation tank 14 to the resin such as ethylene glycol, and then aerated to achieve high efficiency nitrification. Can be. Examples of the carrier for immobilizing nitrifying bacteria include ethylene glycol or ethylene glycol added with zeolite powder. The carrier is about 5 to 20 mm in size and 1 to 1.05 in specific gravity.
도 1에 의한 발명은 탈질 인제거 박테리아와 다른 종속영양 미생물이 같이 성장하지만, 도 2에 의한 발명은 탈질 인제거 박테리아만을 이용하기 위해 개발된 공정이다. 도 2를 보면 혐기조(12)-무산소조(21)-2차 침전조(14)-질산화조와(23) 질산화조(23)에서 무산소조(21)로 가는 내부반송(24)을 포함하는 공정으로 구성되어 있다. 무산소 상태의 질산염의 농도는 질산화조(23)에서 반송되는 질산염에 의해 유지되는데, 질산화조(23)는 폴리우레탄 또는 셀룰로즈 담체를 이용하므로 침전조가 따로 필요 없는 단순한 구조를 가지고 있다. 이 반송은 탈질에 많은 영향을 미치는데 반송비는 유입수량의 50∼400%정도를 유지한다. 혐기조(12)의 체류시간은 1∼4시간 정도이고, 무산소조(21)의 체류시간은 2∼6시간 정도를 유지한다. 슬러지 체류시간(SRT 또는 MCRT)는 이 미생물의 성장속도가 느리다는 점을 감안하여 5∼40일 정도로 유지하는 것이 좋다. 담체는 폴리우레탄이나 셀룰로즈와 같이 다공성 구조를 가지면서, 내마모성을 가지는 것이 좋으며 5∼15㎜정도의 길이를 가지는 직육면체, 정육면체 또는 원형 등의 구조를 가진다. 이와 같은 공정에 의해 2차 침전조(14)에서 질산염의 농도가 낮아져 2차 침전조(14)에서 다시 인을 방출하는 경우도 있는데 이를 막기 위해 무산소조(21)와 2차 침전조(14) 사이에 체류시간 0.1∼1시간 정도의 산소접촉조(22)를 넣을 수도 있다.While the invention according to FIG. 1 grows together with denitrifying bacteria and other heterotrophic microorganisms, the invention according to FIG. 2 is a process developed to use only denitrifying bacteria. Referring to Figure 2 anaerobic tank (12)-anaerobic tank (21)-secondary sedimentation tank (14)-nitrification tank (23) and the nitriding tank (23) is composed of a process including an internal transport (24) to go to the oxygen-free tank 21 have. The concentration of the anoxic nitrate is maintained by the nitrate conveyed from the nitrification tank 23. The nitrification tank 23 has a simple structure that does not require a sedimentation tank because it uses a polyurethane or a cellulose carrier. This return has a great effect on the denitrification, but the return cost is maintained at about 50-400% of the inflow. The residence time of the anaerobic tank 12 is about 1 to 4 hours, and the residence time of the anaerobic tank 21 is maintained about 2 to 6 hours. The sludge residence time (SRT or MCRT) should be maintained at about 5 to 40 days in consideration of the slow growth rate of this microorganism. The carrier preferably has a porous structure such as polyurethane or cellulose and has abrasion resistance, and has a structure such as a cube, a cube or a circle having a length of about 5 to 15 mm. By such a process, the concentration of nitrate in the secondary settling tank 14 is lowered, thereby releasing phosphorus again in the secondary settling tank 14. To prevent this, the residence time between the anoxic tank 21 and the secondary settling tank 14 is prevented. The oxygen contacting tank 22 of about 0.1 to 1 hour can also be put.
[실시예]EXAMPLE
다음은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예 및 비교예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예들은 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.The following presents preferred examples and comparative examples to aid in understanding the invention. However, the following examples are merely provided to more easily understand the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.
실시예 1Example 1
도 1과 같은 폐수의 생물학적 탈질 및 탈인 처리장치를 이용하여 폐수를 처리하였다. 폐수 처리 결과는 도 1 내지 도 3에 나타내었다.Wastewater was treated using a biological denitrification and dephosphorization treatment apparatus of the wastewater as shown in FIG. 1. The wastewater treatment results are shown in FIGS. 1 to 3.
실시예 2Example 2
도 2와 같은 폐수의 생물학적 탈질 및 탈인 처리장치를 이용하여 폐수를 처리하였다. 폐수 처리 결과는 도 4 내지 도 6에 나타내었다.Wastewater was treated using a biological denitrification and dephosphorization treatment apparatus of the wastewater as shown in FIG. 2. The wastewater treatment results are shown in FIGS. 4 to 6.
본 발명은 내부 반송을 없애고 타이머, ORP, pH, DO등에 의해 간헐폭기조에서 무산소 상태와 호기 상태가 교대로 일어나게 하여 혐기-무산소-호기 공정과 같이 무산소/호기의 상태를 얻으면서 내부반송은 없앤다. 따라서 본 발명은 회분식 방법과 같이 반응조의 수가 적고 반송도 적으면서, 대규모의 시설에 적합한 방법으로 기존 방법의 단점을 극복한 것이다.The present invention eliminates internal transport and eliminates internal transport while acquiring anoxic / aerobic conditions such as anaerobic-aerobic-aerobic processes by alternating anoxic and aerobic conditions in an intermittent aeration tank by a timer, ORP, pH, DO, and the like. Therefore, the present invention overcomes the disadvantages of the existing method by a method suitable for large-scale facilities while having a small number of reaction tanks and a small number of transports as in a batch method.
또한 기존의 다른 공정의 경우 탈질 인제거 박테리아의 성장이 미미하여 무산소 상태에서 탈질과 동시에 인의 섭취를 기대하기 어려웠으나, 본 발명은 탈질 인제거 박테리아의 성장을 촉진시키는 환경을 조성해 준다. 이러한 탈질 인제거 박테리아의 활동에 의해 무산소 상태에서 인의 섭취와 탈질이 동시에 일어나므로 낮은 양의 화학적 산소 요구량(COD)을 사용하고도 생물학적 질소 및 인의 제거가 가능하다. 이는 국내하수의 문제점인 탈질 및 탈인을 위한 유기물 부족문제를 해결할 수 있는 방안을 제시해 준다.In addition, in the case of other existing processes, it is difficult to expect denitrification and desorption of phosphorus at the same time as the denitrification of bacteria, but the present invention provides an environment for promoting the growth of dephosphorus removal bacteria. The activity of these denitrifying bacteria removes both intake and denitrification of phosphorus in the anaerobic state, so that biological nitrogen and phosphorus can be removed even with a low chemical oxygen demand (COD). This suggests a solution to the problem of organic matter shortage for denitrification and dephosphorization which is a problem of domestic sewage.
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