KR19990049594A - Simultaneous treatment of nitrogen and phosphorus using microorganisms - Google Patents
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Abstract
본 발명은 미생물을 이용하여 폐수중의 질소와 인을 제거하는 방법에 관한 것으로, 본 발명의 폐수처리방법은 제 1 호기성조에서 폐수중의 유기물을 미생물에 흡착시키는 생물흡착공정; 상기 생물흡착공정을 거친 폐수를 제 1 침전조에 유입시켜 유기물을 흡착한 미생물을 포함한 슬러지를 침전시키는 제 1 침전공정; 상기 제 1 침전공정에서 얻어진 상등 폐수를 제 2 호기성조에 유입시켜 질산화미생물을 이용하여 암모니아성 질소를 질산성 질소로 변화시키는 질산화공정; 상기 제 1 침전공정에서 얻어진 미생물 슬러지를 혐기성조에 이송하여 미생물로부터 인을 방출시키는 인방출공정; 상기 질산화공정에서 얻어진 질산성 질소를 함유하는 폐수와 상기 인방출공정에서 얻어진 방출된 인을 포함하는 미생물 슬러지를 무산소조에 유입시켜 탈질미생물을 이용하여 질산성 질소를 질소가스로 변화시키는 탈질공정; 상기 탈질공정의 결과물을 제 3 호기성조에 유입시켜 인축적 미생물을 이용하여 상기 인 방출공정에서 방출된 인을 과잉으로 흡수시키는 인흡수공정을 포함하여 구성된다.The present invention relates to a method for removing nitrogen and phosphorus from wastewater using microorganisms, the wastewater treatment method of the present invention comprises: a biosorption step of adsorbing organic matter in wastewater to microorganisms in a first aerobic tank; A first precipitation step of precipitating sludge containing microorganisms adsorbing organic matter by introducing the wastewater that has undergone the biosorption step into a first precipitation tank; A nitrification step of introducing the upper wastewater obtained in the first precipitation step into a second aerobic tank to convert ammonia nitrogen to nitrate nitrogen using a nitrifier microorganism; A phosphorus discharge step of releasing phosphorus from microorganisms by transferring the microbial sludge obtained in the first precipitation step to an anaerobic tank; A denitrification step of converting nitrate nitrogen into nitrogen gas by using a denitrification microorganism by introducing a wastewater containing nitrate nitrogen obtained in the nitrification step and a microbial sludge containing phosphorus released in the phosphorus release step into an oxygen-free tank; And a phosphorus absorption step of introducing the result of the denitrification step into the third aerobic tank to excessively absorb the phosphorus released in the phosphorus release step by using the condensed microorganism.
Description
본 발명은 미생물을 이용하여 폐수중의 질소와 인을 제거하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for removing nitrogen and phosphorus from wastewater using microorganisms.
하수나 폐수중에 함유된 질소와 인은 하천과 호수의 부영양화를 일으키기 때문에 이들을 하수와 폐수로부터 제거하려는 노력이 1970년대 이후부터 계속되고 있다. 종래는 질소와 인의 처리를 주로 화학적으로 제거하는 방법에 의존했으나, 1980년대 이후부터 미생물을 이용하여 질소와 인을 제거하는 방법들이 개발되어 실시되고 있다. 특히 유럽을 중심으로 미생물을 이용하여 질소와 인을 동시에 처리하는 처리장들이 계속 건설되고 있으며 여러 가지 처리방법들이 개발되어 있다. 이들중 대표적인 방법으로는 A2O법, 수정 Bardenpho법, VIP법, UCT법등이 있다.Since nitrogen and phosphorus in sewage and wastewater cause eutrophication of rivers and lakes, efforts to remove them from sewage and wastewater have been ongoing since the 1970s. Conventionally, the method of chemically removing the treatment of nitrogen and phosphorus mainly, but since the 1980s, methods for removing nitrogen and phosphorus using microorganisms have been developed and implemented. Particularly in Europe, treatment plants that process nitrogen and phosphorus simultaneously using microorganisms have been continuously constructed, and various treatment methods have been developed. Representative methods include A 2 O method, modified Bardenpho method, VIP method, and UCT method.
현재까지 개발된 질소, 인 동시처리법은 모두 혐기성조, 무산소조, 호기성조로 구성되어 있으며 이들 조를 적절하게 구성배치한 것이다. 그 구성의 특징을 보면 전부 혐기성조나 무산소조를 앞에 두고 호기성조를 뒤에 배치하고 있다. 종래기술을 대표하는 A2O법을 예로 들어 그 기술적 구성의 주요한 점을 설명하면 다음과 같다. 도 1에는 이 방법의 기본공정도가 나와 있다. 이 공정도에서 화살표는 폐수나 슬러지의 흐름을 나타낸다. A2O 법의 동작기술을 보면 혐기성조(anaerobic)(1)에서는 인축적미생물로부터 인의 방출이 일어나고 인을 방출한다. 인의 방출은 산소외에도 다른 전자수용체, 즉 NO3 -와 같은 물질들이 존재하면 산소가 없는 상태에서도 인의 방출이 방해를 받게 된다. 무산소조(4)에서는 탈질미생물에 의해 질산성 질소가 질소가스로 변하는 탈질반응이 일어난다. 이때 탄소원으로는 혐기성조(1)에서 유입된 유기물이 사용된다. 탈질반응은 미생물이 유기물을 분해할 때 산소대신 NO3 -를 최종 전자수용체로 사용하면서 NO3 -가 질소가스로 변화되는 반응이다. 다음으로 호기성조(aerobic)(6)에서는 질산화미생물에 의해 암모니아성 질소가 질산성 질소로 변화되며, 동시에 인축적미생물에 의해 혐기성조(1)에서 방출된 인과 폐수에서 유입된 인이 과잉으로 흡수되며 주로 호기성 유기물제거 미생물에 의해 폐수중의 유기물의 산화가 일어난다. 호기성조(6)에서 생성된 질산성 질소를 함유하는 폐수는 무산소조(4)에 반송되어 탈질에 이용된다. 침전지(8)에서는 인을 흡수한 슬러지를 혐기성조(1)에 반송하고 잉여슬러지를 폐기한다. 현재까지 개발된 질소, 인 동시처리법의 작동을 요약하면 A2O 법에 대한 설명으로부터도 알 수 있듯이 미생물을 사용하여 유기물 제거와 암모니아성 질소의 질산성 질소로의 산화를 동시에 일으킨후 이 질산성 질소를 반송시켜 폐수 속의 유기물로 탈질을 하고, 또 미생물을 혐기와 호기상태로 만들어 인을 미생물이 과잉섭취하게 하는 방법을 사용하고 있다.The nitrogen and phosphorus simultaneous treatment methods developed to date are all composed of anaerobic tanks, anaerobic tanks, and aerobic tanks. The characteristics of the composition are all anaerobic tanks and anaerobic tanks in front of the aerobic tank is placed behind. Taking the A 2 O method representing the prior art as an example, the main points of the technical configuration are as follows. 1 shows the basic process diagram of this method. Arrows in this flowchart show the flow of waste water or sludge. In the operating technique of the A 2 O method, anaerobic (1) releases phosphorus from phosphorus microorganisms and releases phosphorus. Phosphorus emission is interrupted in the absence of oxygen in the presence of other electron acceptors other than oxygen, such as NO 3 − . In the oxygen-free tank 4, denitrification reaction occurs in which nitrate nitrogen is changed to nitrogen gas by the denitrification microorganism. At this time, the organic material introduced from the anaerobic tank (1) is used as the carbon source. Denitrification is the reaction of NO 3 - into nitrogen gas when microorganisms decompose organic matter, using NO 3 − as the final electron acceptor instead of oxygen. Next, in the aerobic tank (6), ammonia nitrogen is changed to nitrate nitrogen by the nitrification microorganism, and at the same time, the phosphorus discharged from the anaerobic tank (1) by the accumulation microorganism is excessively absorbed. In addition, oxidation of organic matter in wastewater occurs mainly by aerobic organic matter removal microorganisms. The wastewater containing nitrate nitrogen generated in the aerobic tank 6 is returned to the anoxic tank 4 and used for denitrification. In the settling basin 8, sludge which has absorbed phosphorus is returned to the anaerobic tank 1 and the excess sludge is discarded. Summarizing the operation of the nitrogen and phosphorus simultaneous treatment methods developed to date, as can be seen from the description of the A 2 O method, microorganisms are used to remove organic matter and oxidize ammonia nitrogen to nitrate nitrogen. Nitrogen is transported to denitrify the organic matter in the wastewater and to make the microorganisms anaerobic and aerobic so that phosphorus is ingested excessively.
이상에서 설명한 바와 같은 종래 기술은 크게는 다음과 같은 문제점이 있다.The prior art as described above largely has the following problems.
첫째는 독립영양 미생물인 질산화미생물과 종속영양미생물인 인축적미생물, 탈질미생물, 유기물제거미생물이 모든 처리조에 공존하므로써 각 미생물이 제기능을 다 발휘하지 못한다. 특히, 유기물제거와 질산화가 동일반응조 즉 호기성조에서 동시에 이루어지도록 되어 있기 때문에 호기성조에서는 독립영양미생물인 질산화미생물과 종속영양미생물인 유기물제거미생물 및 인축적미생물이 산소를 서로 이용하려고 경쟁하게 된다. 이 경우 비성장속도가 느린 질산화미생물이 종속영양미생물보다 열등하게 되어 성장에 제약을 받게 된다. 그 결과 질산화에 많은 시간이 필요하게 되고 따라서 질산화시간을 단축하기 위해서는 호기성조의 용량을 키울 수 밖에 없어 건설비가 많이 소요된다.First, each microorganism does not perform its function because coexisting autotrophic microorganisms such as nitrifying microorganisms and heterotrophic microorganisms such as accumulation microorganisms, denitrification microorganisms, and organic matter removing microorganisms. In particular, since organic matter removal and nitrification are to be performed simultaneously in the same reaction tank, that is, aerobic tank, in the aerobic tank, nitrifying microorganisms, which are independent nutrient microorganisms, and organic microorganisms, which are heterotrophic microorganisms, compete to use oxygen. In this case, nitrifying microorganisms with slow specific growth rate are inferior to heterotrophic microorganisms and are therefore limited in growth. As a result, a lot of time is required for nitrification, and therefore, in order to shorten the nitrification time, the capacity of the aerobic tank must be increased, which requires a lot of construction cost.
둘째는 탈질을 위하여는 질산화된 폐수를 질산화가 일어나는 호기성조로부터 무산소조로 반송하는 것이 필수적이다. 따라서 탈질율은 반송율에 따라 달라진다. 예를 들어 1반송율 1Q(Q = 무산소조에 유입되는 폐수의 양)로 하면 아무리 탈질율을 높여도 50%를 넘을 수 없다. 그 결과 탈질율을 높이기 위하여는 반송율을 2Q, 3Q, 4Q 등으로 높일 수 밖에 없고 그 만큼 무산소조의 용량이 커지게 된다.Secondly, for denitrification, it is essential to return the nitrified wastewater from the aerobic tank where nitrification occurs to an anaerobic tank. Thus, the denitrification rate depends on the return rate. For example, a 1-feed rate of 1Q (Q = amount of wastewater flowing into the anaerobic tank) cannot exceed 50% no matter how high the denitrification rate. As a result, in order to increase the denitrification rate, the return rate can only be increased to 2Q, 3Q, 4Q, etc., and the capacity of the anoxic tank is increased accordingly.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 질산화시간이 짧으면서도 질산화조 및 탈질조의 용량이 작아도 되는, 미생물을 이용하여 폐수로부터 질소와 인을 동시에 제거하는 폐수처리방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 그 밖의 목적 및 잇점은 이하의 설명으로 부터 자명하게 드러날 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is that waste water to remove nitrogen and phosphorus from waste water at the same time using microorganisms, even if the nitrification time is short but the capacity of the nitrification tank and denitrification tank is small To provide a treatment method. Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description.
도 1은 A2O 법의 공정도이다.1 is a process chart of the A 2 O method.
도 2는 본 발명에 따른 폐수처리방법의 한 구체예의 공정도이다.2 is a process chart of one embodiment of the wastewater treatment method according to the present invention.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 심도있는 연구를 수행한 결과 미생물을 이용한 유기물흡착기술인 생물흡착기술(biosorption)을 질소, 인 동시처리에 적용하여 유기물의 제거화 질산화를 분리함으로써 본 발명을 완성하게 되었다. 이 생물흡착기술은 지금까지 질소, 인 동시처리에 적용된 적이 없는 기술이다.As a result of in-depth study to achieve the object of the present invention as described above, the present invention is applied by separating the denitrified nitrification of organic matter by applying biosorption, which is an organic material adsorption technology using microorganisms, to nitrogen and phosphorus simultaneous treatment. It was completed. This biosorption technique has not been applied to the simultaneous treatment of nitrogen and phosphorus.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 폐수처리방법은 제 1 호기성조에서 폐수중의 유기물을 미생물에 흡착시키는 생물흡착공정; 상기 생물흡착공정을 거친 폐수를 제 1 침전조에 유입시켜 유기물을 흡착한 미생물을 포함한 슬러지를 침전시키는 제 1 침전공정; 상기 제 1 침전공정에서 얻어진 상등 폐수를 제 2 호기성조에 유입시켜 질산화미생물을 이용하여 암모니아성 질소를 질산성 질소로 변화시키는 질산화공정; 상기 제 1 침전공정에서 얻어진 미생물 슬러지를 혐기성조에 이송하여 미생물로부터 인을 방출시키는 인방출공정; 상기 질산화공정에서 얻어진 질산성 질소를 함유하는 폐수와 상기 인방출공정에서 얻어진 방출된 인을 포함하는 미생물 슬러지를 무산소조에 유입시켜 탈질미생물을 이용하여 질산성 질소를 질소가스로 변화시키는 탈질공정; 상기 탈질공정의 결과물을 제 3 호기성조에 유입시켜 인축적 미생물을 이용하여 상기 인 방출공정에서 방출된 인을 과잉으로 흡수시키는 인흡수공정;을 포함하여 구성됨에 특징이 있다.In order to achieve the above object, the wastewater treatment method of the present invention comprises: a biosorption step of adsorbing organic matter in wastewater in a first aerobic tank to microorganisms; A first precipitation step of precipitating sludge containing microorganisms adsorbing organic matter by introducing the wastewater that has undergone the biosorption step into a first precipitation tank; A nitrification step of introducing the upper wastewater obtained in the first precipitation step into a second aerobic tank to convert ammonia nitrogen to nitrate nitrogen using a nitrifier microorganism; A phosphorus discharge step of releasing phosphorus from microorganisms by transferring the microbial sludge obtained in the first precipitation step to an anaerobic tank; A denitrification step of converting nitrate nitrogen into nitrogen gas by using a denitrification microorganism by introducing a wastewater containing nitrate nitrogen obtained in the nitrification step and a microbial sludge containing phosphorus released in the phosphorus release step into an oxygen-free tank; It is characterized in that it comprises a; phosphorous absorption step of absorbing the excess of phosphorus released in the phosphorus discharge process by using the condensation microorganism by introducing the result of the denitrification process into the third aerobic tank.
질산화공정은 제 2 호기성에서 질산화를 거친 폐수중의 질산화 미생물을 분리해내는 질산화미생물 분리공정 및 분리해낸 질산화 미생물을 제 2 호기성종에 반송하는 공정을 더욱 포함할 수 있다. 이때 질산화미생물 분리는 제 2 호기성종에서 질산화를 거친 폐수를 침전조에 유입시켜 질산화미생물을 포함한 슬러지를 침전시키는 방법에 의할수도 있고 제 2 호기성조에서 질산화를 거친 폐수를 멤브레인 필터를 통과시키는 방법에 의할 수도 있다. 이와 같이 질산화가 일어나는 제 2 호기성조에의 질산화미생물 보충은 질산화공정을 거친 폐수로부터 미생물을 분리하여 반송시키는 것이 바람직하나 별도로 배양한 질산화미생물을 공급할 수도 있다.The nitrification process may further include a nitrification microorganism separation step of separating the nitrification microorganisms from the wastewater undergoing nitrification at the second aerobic stage and returning the separated nitrification microorganisms to the second aerobic species. In this case, the nitrification of microorganisms may be performed by introducing the nitrified wastewater from the second aerobic species into the sedimentation tank to precipitate sludge including the nitrified microorganisms. You can also In this way, the nitrification of the nitrification to the second aerobic tank in which nitrification occurs is preferably carried out by separating the microorganisms from the wastewater which has undergone the nitrification process, but may also supply the nitrification microorganisms cultured separately.
또한 본 발명의 폐수처리방법은 상기 인흡수공정의 결과물을 제 3 침전조에 유입시켜 미생물을 포함한 슬러지를 침전시키고 상등수를 방출하는 제 3 침전공정을 더욱 포함할 수 있다. 이때 얻어지는 미생물 슬러지를 유기물흡착이 일어나는 제 1 호기성조에 반송하면 바람직하다.In addition, the wastewater treatment method of the present invention may further include a third precipitation step of introducing the result of the phosphorus absorption process into the third precipitation tank to precipitate sludge containing microorganisms and release the supernatant. It is preferable to return the microbial sludge obtained at this time to the 1st aerobic tank in which organic substance adsorption takes place.
또한 본 발명의 폐수처리방법은 상기 생물흡착공정전에 폐수내에 존재하는 부피 및 중량이 큰 협잡물을 제거하는 스크린 및 침전공정을 더욱 포함할 수 있다.In addition, the wastewater treatment method of the present invention may further include a screen and a precipitation process for removing a large volume and weight of contaminants present in the wastewater before the biosorption process.
본 명세서에서 혐기성조란 조내부가 완전히 밀폐되어 조내부의 수면이 외부공기와 접촉하지 않아 용존산소가 전혀 없는 조를 말하고, 무산소조란 조내부가 밀폐되지 않아 외부공기와 접촉하고는 있으나 조내부의 폐수가 정체만 되지 않을 정도로만 교반되는 용존산소가 거의 없는 조를 말한다.In this specification, anaerobic tank refers to a tank in which the inner part of the tank is completely sealed and the surface of the tank does not come into contact with external air, and thus no oxygen is dissolved. It refers to a tank with little dissolved oxygen that is stirred to the extent that it is only stagnant.
본 발명은 미생물을 흡착제로 이용하여 유기물을 흡착하는 기술인 생물흡착(biosorption)기술을 채택하여 우선 유입되는 폐수로부터 유기물을 제거하는데 생물흡착을 이루기 위해서는 종래의 활성슬러지법을 이용할 수 있으나 그 운영방법이 특이하다. 즉 생물흡착조(10)가 호기성으로 운영되긴 하지만 산소공급을 제한하여 미생물이 유기물을 분해하여 개체성장이나 에너지원으로 사용하지 못하도록 하고 미생물을 영양결핍상태로 만들어야 한다. 생물흡착기술은 주지된 기술로 예를 들면 다음과 같은 문헌(Wat. Sci. Teck. Vol. 25, No. 6, pp. 43-57, 1992『CHARACTERIZATION OF FUNCTIONAL MICROORGANISM GROUPS AND SUBSTRATE IN ACTIVATED SLUDGE AND WASTEWATER BY AUR NUR AND OUR』; Journal of Energy, Heat and Mass Transfer, Vol. 18, 267-274(1996)『New Processes for the Removal of Carbon and Ammonia from Wastewater』; Wat. Res. Vol. 27, No. 4, pp. 617-624, 1993『BIOLOGICAL PHOSPHORUS UPTAKE UNDER ANOXIC AND AEROBIC CONDITIONS』)에 나와있다. 본 발명에서 생물흡착은 주로 호기성 유기물제거 미생물이 담당한다.The present invention adopts a biosorption technique, which is a technique of adsorbing organic substances using a microorganism as an adsorbent, and may use a conventional activated sludge method to achieve biosorption to remove organic substances from firstly introduced wastewater. Unusual. In other words, although the biosorption tank 10 is operated aerobicly, the oxygen supply should be restricted to prevent microorganisms from decomposing organic matter and using them as individual growth or energy sources, and make microorganisms malnourished. Biosorption techniques are well-known techniques and are described, for example, in Watt. Sci. Teck. Vol. 25, No. 6, pp. 43-57, 1992 BY AUR NUR AND OUR; Journal of Energy, Heat and Mass Transfer, Vol. 18, 267-274 (1996), New Processes for the Removal of Carbon and Ammonia from Wastewater; Wat.Res. Vol. 27, No. 4, pp. 617-624, 1993, BIOLOGICAL PHOSPHORUS UPTAKE UNDER ANOXIC AND AEROBIC CONDITIONS. Biosorption in the present invention is mainly responsible for aerobic organic matter removal microorganisms.
또 본 발명의 폐수처리방법에서 사용되는 미생물을 이용한 질산화, 탈질, 인방출, 인흡수공정 그 자체는 종래의 기술로서 당해분야에 잘 알려져 있다. 그러나 이 공정들의 배열이나 구성 및 운영은 종래의 방법과는 전혀 다르다. 종래의 기술은 탈질조가 질산화조앞에 있으나 본 발명의 방법은 질산화조가 탈질조 앞에 있고 종래의 기술은 인흡수조, 혐기성조가 무산소조(탈질조)앞에 있으나 본 법은 별도로 분리되어 있고 종래의 기술은 질산화조에서 무산소조나 혐기성조로 슬러지를 반송하고 있으나 본 발명은 반송이 없다. 즉 기존의 기술은 일부 이용하고 있으나 그 이론적인 배경이나 공정의 구성 운영방법이 전혀 다르다.In addition, the nitrification, denitrification, phosphorus release, phosphorus absorption process itself using microorganisms used in the wastewater treatment method of the present invention is well known in the art as a conventional technique. However, the arrangement, configuration and operation of these processes are completely different from the conventional methods. In the conventional technique, the denitrification tank is in front of the nitrification tank, but in the method of the present invention, the nitrification tank is in front of the denitrification tank, and the conventional technique is the intake tank and the anaerobic tank in front of the anoxic tank (denitrification tank). Although the tank is returning sludge to an anaerobic tank or anaerobic tank, the present invention does not return. In other words, some of the existing technologies are used, but the theoretical background and operation of the composition are completely different.
상기와 같은 본 발명의 폐수처리방법의 한 구체예를 첨부된 도면을 참조하여 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 2에서 화살표는 폐수나 슬러지의 흐름을 나타낸다.One embodiment of the wastewater treatment method of the present invention as described above will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. Arrows in FIG. 2 indicate the flow of waste water or sludge.
미생물에 의한 유기물흡착이 일어나는 생물흡착조(10)는 호기성으로 운영하며 유기물을 미생물이 짧은 시간안에 흡착하게 한다. 보통 흡착에 소요되는 시간은 10분이내이나 공정구성상 10-30분의 체류시간을 갖게 한다. 필요할 경우 폐수를 제 1 호기성조(10)에 유입시키기 전에 협잡물을 제거하기 위해 스크린 및 침전공정을 거치게 할 수 있다. 이때 세목스크린을 설치할 경우에는 침전공정을 생략하고 조목스크린을 설치할 경우 체류시간 30분 이내의 침전지를 설치하여 차후 공정의 펌프나 관에 막힘을 일으키는 협잡물을 제거한다.The biological adsorption tank 10 in which organic matter adsorption by microorganisms occurs is aerobic and allows the microorganisms to adsorb organic matter in a short time. Usually, the time required for adsorption is within 10 minutes, but the residence time is 10-30 minutes due to the process configuration. If necessary, the wastewater may be subjected to a screening and sedimentation process to remove the contaminants before entering the first aerobic bath (10). In this case, when installing the detail screen, the precipitation process is omitted, and when the crude screen is installed, the sedimentation basin within 30 minutes of residence time is installed to remove the contaminants causing the blockage in the pump or pipe of the subsequent process.
제 1 호기성조(10)를 거친 폐수는 제 1 침전조에 이송하여 유기물을 흡착한 미생물을 포함한 슬러지를 침전시켜 다음 혐기성조(24)로 슬러지를 보내고 상등수를 질산화가 일어나는 제 2 호기성조(14) 즉 질산화조로 보낸다. 질산화조(14)는 질산화미생물만 고농도로 유지하여 짧은 체류시간에 질산화가 이루어지도록 한다. 암모니아 부하는 최대 1㎏N/㎏SS.d까지 할 수 있으며 보통 하수의 체류시간은 1-3시간 이내로 한다. 다음으로 질산화조(14)를 거친 폐수는 제 2 침전조(16)에 이송하여 질산화미생물을 침전시켜 다시 질산화조로 반송한다. 질산성 질소를 포함하는 상등 폐수는 탈질조(18)에 유입된다. 이 부분은 장차 침전조(16)를 없애고 경제성이 있을 경우 멤브레인 필터로 대체한다. 제 1 침전조(12)에서 침전시킨 미생물 슬러지는 완전 혐기성으로 운영되는 인방출조(24)에서 인을 방출한 후 탈질조(18)로 유입된다. 탈질조(18)는 무산소로 운영되며 질산성 질소를 질소가스로 변화시킨다. 생물흡착조(10)에서 미생물체에 흡착된 유기물은 탈질공정에서 탈질미생물의 탄소원으로 이용된다. 인흡수조(20)는 호기성으로 운영되며 인축적 미생물로 하여금 인방출조(24)에서 방출된 인을 과잉흡수(luxuly uptake)하게 하여 인을 제거한다. 다음으로 제 3 침전조에서는 인을 과잉흡수한 미생물 슬러지를 침전시켜 잉여슬러지는 폐기하고 나머지는 반송한다.The wastewater that has passed through the first aerobic tank 10 is transferred to the first sedimentation tank to precipitate sludge containing microorganisms adsorbing organic matter, and then, the sludge is sent to the anaerobic tank 24, and the second aerobic tank 14 in which nitrification of the supernatant water occurs. That is to send to nitrifier. The nitrification tank 14 maintains only nitrifying microorganisms in high concentration so that nitrification is performed in a short residence time. The load of ammonia can be up to 1㎏N / ㎏SS.d and the sewage residence time is usually within 1-3 hours. Next, the wastewater that has passed through the nitrification tank 14 is transferred to the second precipitation tank 16 to precipitate the nitrifier microorganisms and return it to the nitrification tank. The upper wastewater containing nitrate nitrogen enters the denitrification tank 18. This part eliminates the sedimentation tank 16 in the future and replaces it with a membrane filter if economical. The microbial sludge precipitated in the first precipitation tank 12 is introduced into the denitrification tank 18 after releasing phosphorus from the phosphorus discharge tank 24 which is operated in a completely anaerobic manner. The denitrification tank 18 is operated oxygen free and converts nitrate nitrogen to nitrogen gas. The organic material adsorbed to the microorganisms in the biological adsorption tank 10 is used as a carbon source of the denitrification microorganism in the denitrification process. Phosphorus absorption tank 20 is operated aerobic and removes phosphorus by allowing the accumulation microorganisms to excessively uptake phosphorus released from the phosphorus discharge vessel 24. Next, in the third settling tank, microbial sludge which has excessively absorbed phosphorus is precipitated, and the excess sludge is discarded and the rest is returned.
다음으로 개별공정별 특성을 실제로 수행한 실험에 기초하여 설명한다.Next, a description will be given based on an experiment in which the characteristics of individual processes are actually performed.
1. 생물흡착조1. Biological adsorption tank
생물흡착조는 기존처리법에서는 없는 공정으로 이 공정은 기존의 생물학적 질소, 인 처리법의 호기성조에 해당한다. 이 조에서는 유기물제거를 위하여 미생물이 갖고 있는 흡착성을 이용하여 유기물을 흡착한다. 생물흡착의 실험결과를 보면 체류시간 30분이내에 오.폐수중의 75% 이상 유기물이 흡착되었다. 이 생물흡착조는 호기성으로 운영하나 용존산소의 량이 극히 적은 상태에서 유기물의 흡착이 많이 일어난다. 또 유기물 부하는 다른 처리법에서는 최고 0.8kgBOD/m2·d인데 비하여 본 처리법에서는 최고 25kgBOD/m2·d까지 가능하였다. 본 발명의 폐수처리법과 종래의 방법에 의한 유기물 제거결과가 표 1에 나와 있다. 표 1의 표준활성 슬러지 결과는 94년도 환경부 발간 하수도 시설기준에서 인용한 것이다.Bioadsorption tank is a process that is not available in the existing treatment methods, and this process corresponds to the aerobic tank of existing biological nitrogen and phosphorus treatment methods. In this tank, organic matter is adsorbed using the adsorptive properties of microorganisms. The experimental results of the biosorption showed that more than 75% of the organic matter in the wastewater was adsorbed within 30 minutes of residence time. The bioadsorption tank operates aerobicly, but the adsorption of organic matter occurs in a very small amount of dissolved oxygen. In the organic load is the other starting materials inde top 0.8kgBOD / m 2 · d in the present treatment than was possible up to 25kgBOD / m 2 · d. Table 1 shows the organic matter removal results by the wastewater treatment method and the conventional method of the present invention. The results of the standard activated sludge in Table 1 are taken from the 1994 Sewage Facility Standard published by the Ministry of Environment.
본 발명의 경우는 생물흡착조에서 달성하고자 하는 목표제거율이고, 표준활성 슬러지 방법의 경우는 전체 공정에서의 목표제거율이다.In the case of the present invention, it is the target removal rate to be achieved in the biosorption tank, and in the case of the standard activated sludge method, it is the target removal rate in the entire process.
공기량은 1.0 ∼ 1.5㎏O2/㎥· 일로 활성슬러지의 3.6∼8.4㎏O2/㎥· 일에 비하여 대단히 적어 에너지가 많이 절약된다.Air is much less than the energy-saving highly 1.0 ~ 1.5㎏O 2 / ㎥ · day 3.6~8.4㎏O 2 / ㎥ · day of the active sludge.
2. 질산화조2. Nitrifier
다른 처리법이 유기물제거와 질산화가 동시에 이루어지도록 되어 있는데 비하여 본 process는 질산화만 이루어지도록 되어 있어 대단히 짧은 시간에 질산화가 일어난다. 실험결과는 체류시간이 1∼2시간에 100% 질산화가 이루어졌고, NH4-N부하량은 0.4∼0.8 N ㎏/㎥·일로 대단히 높았다. 질산화조의 실험결과를 다른 처리법과 비교하면 표 2와 같다.The other treatment is to remove organic matter and nitrification at the same time, whereas this process is only nitrification, so nitrification occurs in a very short time. The experimental results showed that the residence time was 100% nitrification in 1-2 hours, and the NH4-N loading was very high, 0.4-0.8 N kg / m 3 · day. Table 2 compares the experimental results of the nitrification tank with other treatment methods.
3. 탈질조3. Denitrification tank
탈질조는 다른 처리법과 비교하여 체류시간은 약 2시간으로 비슷하나 슬러지 반송이 없고 생물흡착조에서 흡착한 유기물을 탄소원으로 사용하므로서 처리효율을 크게 높일 수 있다. 실험결과를 보면 탈질효율은 90∼100%에 달했다.The denitrification tank has a residence time of about 2 hours compared to other treatment methods, but there is no sludge return and the organic material adsorbed in the bioadsorption tank can be used as a carbon source, thereby greatly improving the treatment efficiency. According to the experimental results, the denitrification efficiency reached 90 to 100%.
4. 인 방출조4. Phosphorus discharge tank
인방출조는 다른 처리법에서는 혐기성조로 대부분이 처리공정의 맨 앞에 위치하고 있어 모든 오.폐수가 이조를 거쳐서 다음 호기성조로 유입되나 본 발명에서는 본 공정(Main line)이 아니고 슬러지 순환공정인 별도공정(Side line)에 위치하여 슬러지만 혐기성조를 거치므로 혐기성조의 크기가 타 처리법에 비하여 ⅓∼¼ 정도밖에 되지 않는다. 실험결과에서 인방출량이 5∼10㎎/ℓ로 다른 처리법과 비슷하였다.Phosphorous discharge tank is anaerobic tank in other treatment methods, and most of them are located at the front of the treatment process, so all the wastewater flows into the next aerobic tank via this tank, but in the present invention, it is not a main line but a separate process that is a sludge circulation process. ) Is sludge but undergoes anaerobic tank, so the size of anaerobic tank is only about ⅓∼¼ compared to other treatment methods. In the experimental results, the phosphorus release amount was 5-10 mg / L, which was similar to other treatment methods.
5. 인흡수조5. Absorption tank
인흡수조는 다른 처리법과 비슷하며 흡수율도 실험결과 85∼95%로 대단히 양호하였다.Phosphorus absorption tank was similar to other treatment methods and the absorption rate was very good (85 ~ 95%).
종래의 미생물을 이용한 질소, 인 처리방법은 미생물을 사용하여 유기물제거와 암모니아성 질소의 질산성 질소로의 산화를 동시에 일으킨후 이 질산성 질소를 반송시켜 폐수 속의 유기물로 탈질을 하고, 또 미생물을 혐기와 호기상태로 만들어 미생물이 인을 과잉섭취하게 하는 방법을 사용하고 있다. 이에 반해 본 발명의 폐수처리방법은 먼저 미생물에 의한 유기물 흡착으로 유기물을 제거한 후 암모니아성 질소를 질산성 질소로 산화시킨후 탈질과 탈인을 한다.Conventional methods for treating nitrogen and phosphorus using microorganisms use microorganisms to remove organic matter and oxidize ammonia nitrogen to nitrate nitrogen at the same time, and then return this nitrate nitrogen to denitrify it to organic matter in wastewater. It uses anaerobic and aerobic conditions that cause microbes to ingest excess phosphorus. In contrast, the wastewater treatment method of the present invention first removes organic matter by adsorption of organic matter by microorganisms, and then oxidizes ammonia nitrogen with nitrate nitrogen, followed by denitrification and dephosphorization.
본 발명의 폐수처리 방법과 종래의 방법의 이와 같은 차이로 인해 본 발명은 종래의 방법에 비해 여러 가지 잇점이 많지만, 그중 주요한 것을 들면 다음과 같다.Due to such a difference between the wastewater treatment method of the present invention and the conventional method, the present invention has many advantages over the conventional method, but the main ones are as follows.
(1) 생물학적 질소제거에서 가장 시간이 많이 걸리는 질산화 공정이 종래의 방법과 달리 유기물제거와 분리되어 일어나므로 질산화 미생물만 독립적으로 분리하여 순환유지할 수 있고, 그 결과 질산화조의 혼합액농도(MLSS)를 3000㎎/ℓ - 10000㎎/ℓ까지 크게 높일 수 있어 질산화에 걸리는 시간을 대폭 단축할 수 있다. 종래의 방법에 비하여 대략 ⅓-¼밖에 소요되지 않는다. 또한 본 발명에서는 BOD를 유빌하는 유기물을 미생물이 흡착하므로 질산화시켜야할 농도가 낮아짐으로써 질화시간을 단축시킬 수 있다.(1) The nitrification process, which takes the most time in biological nitrogen removal, takes place separately from the removal of organic matter, unlike the conventional method, so that only nitrifying microorganisms can be separated and maintained independently. As a result, the mixed solution concentration (MLSS) of the nitrification tank is 3000. It can greatly increase the mg / L-10000mg / L, and the time for nitrification can be greatly reduced. Compared to the conventional method, it only takes about ⅓-¼. In addition, in the present invention, since the microorganisms adsorb organic matter mobilizing BOD, the nitrification time can be lowered, thereby shortening the nitriding time.
(2) 질산화된 폐수를 탈질조에 반송하지 않으므로 탈질조의 용량을 크게 줄일 수 있다. 또한 종래의 방법은 탈질을 위하여 질산화된 폐수를 뒤쪽에 위치한 질산화조에서 앞쪽의 탈질조로 반송시켜 탈질을 하는데, 이 경우 탈질율은 반송비율에 따라 달라진다. 그런데 반송비율이 너무 크면 질산화조의 체류시간이 짧아져서 질산화가 일어나지 않는다. 따라서 반송비율에 한계가 있어 탈질율이 최고 80%를 넘기 어렵다. 그러나 본 발명의 폐수처리방법은 반송을 하지 않고 질산화공정이 탈질공정앞에 있으므로서 자연스럽게 질산화된 폐수가 다음 공정의 탈질조에서 거의 100%까지 탈질이 될 수 있다.(2) Since the nitrified wastewater is not returned to the denitrification tank, the capacity of the denitrification tank can be greatly reduced. In addition, in the conventional method, the nitrified wastewater for denitrification is returned from the nitrification tank located at the rear to the front denitrification tank to denitrify, in which case the denitrification rate depends on the return ratio. However, if the conveyance ratio is too large, the residence time of the nitrification tank is shortened and nitrification does not occur. Therefore, there is a limit to the return rate, so the denitrification rate is hardly exceeding 80%. However, in the wastewater treatment method of the present invention, since the nitrification process is in front of the denitrification process without return, the naturally nitrified wastewater can be denitrified by almost 100% in the denitrification tank of the next process.
(3) 본 발명은 유기물 제거에서 기존의 미생물에 의한 산화 및 미생물 합성을 이용하는 것이 아니고 미생물에 의한 유기물 흡착을 이용하므로서 유기물제거에 소요되는 시간이 기존의 표준활성슬러지 공법에 비하여 1/12 - 1/24 정도밖에 소요되지 않는다. 또한 표준활성 슬러지공법에서와 같은 1차 침전지는 없어도 된다.(3) The present invention does not use oxidation and microbial synthesis by existing microorganisms in organic matter removal, but the time required for organic matter removal by using organic material adsorption by microorganisms is 1/12-1 compared with the conventional standard activated sludge process. It only takes about / 24. In addition, there is no need for a primary settler as in the standard activated sludge process.
(4) 또 종래의 방법에서는 탈질에서도 미생물이 이용하기 쉬운 탄소원은 유기물 제거 미생물이 먼저 제거하므로서 탈질에 필요한 저분자 유기물이 부족하여 탈질이 효율이 떨어지나 본 발명의 폐수처리방법에서는 생물흡착공정에서 미생물에 흡착된 저분자 유기물이 탈질에 이용되기 때문에 탄소원부족에 의한 탈질효율저하를 막을 수 있다.(4) In the conventional method, the carbon source, which is easy to use by microorganisms in denitrification, is first removed by organic matter removing microorganisms, and thus denitrification efficiency is low due to the lack of low molecular organic matter necessary for denitrification. Since the adsorbed low molecular weight organic material is used for denitrification, the denitrification efficiency decrease due to lack of carbon source can be prevented.
(5) 전체공정을 보면, 폐수처리공정에서 가장 중요한 총처리시간, 즉 유입폐수가 최종처리되어 나오기까지 걸리는 시간이 질소, 인을 처리하기 위하여는 종래의 처리법에서는 최하 12시간이상 걸리나 본 발명의 폐수처리법에서는 8시간 이하에서도 처리효율은 종래의 방법보다 20-30% 이상 높일 수 있다.(5) In the overall process, the most important total treatment time in the wastewater treatment process, that is, the time taken for the influent wastewater to be finally treated, is at least 12 hours or more in the conventional treatment method for treating nitrogen and phosphorus. In the wastewater treatment method, the treatment efficiency can be 20-30% or more higher than the conventional method even if it is 8 hours or less.
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