KR20000006206A - 탈질소기능을갖는물처리장치 - Google Patents

Abstract

탈질소 기능를 구비한 물 처리 장치의 소형화 및 구성의 간략화를 도모한다.

호기성 처리부(2)의 후단계에 혐기성 처리부(3)를 형성하고, 이 혐기성 처리부에는 미생물 담지체를 다수 충진하여 이루어지는 여과층(5)을 형성하며, 이 여과층에서 증식한 황산염 환원균에 의해 유황분을 환원함과 더불어, 이로 인해 얻어진 황화물을 이용하여 호기성 처리부에서 생성된 초산성 질소를 여과층에서 증식한 유황 탈질균에 의해 가스화하도록 한다. 특히, 미생물 담지체로서 수중에서 부유가능한 플라스틱 발포체로 이루어지는 부유 여과재를 이용한다.

Description

탈질소 기능을 갖는 물 처리 장치{WATER TREATMENT SYSTEM BASED ON DENITRIFICATION}

본 발명은 미생물의 동작에 의해 수중의 질소분을 생물학적으로 제거하는 탈질소 기능을 갖는 물 처리 장치에 관한 것이다.

부영양화의 원인이 되는 수중의 질소분을 제거하는 탈질소 기능을 갖는 물 처리 장치로서는, 종래에 호기성 처리부를 유통시킨 처리수의 일부를 전단계의 혐기성 처리부로 환류하는 구성으로 하여, 호기성 처리부에 있어서 초화균의 작용에 의해 초화가 촉진된 수중의 질소분을 전단계의 혐기성 처리부에 있어서 다른 영양성 탈질균의 작용에 의해 가스화하도록 한 것이 공지되어 있다.

그런데, 이러한 종래의 물 처리 장치에 있어서는, 후단계의 호기성 처리부에 있어서의 암모니아성 질소의 초화에 10시간 가까운 장시간동안 폭기(曝氣)가 필요하고, 또한 전단계의 혐기성 처리부에 있어서의 탈질소에도 4 내지 5시간의 체류 시간이 필요하게 되며, 장치가 대형화되어 설치 면적이 증대하는 문제점이 있었다. 또한, 탈질소 과정에서 원수(原水)중에 유기 탄소원이 부족할 경우에는, 메탄올 등의 탄소원을 첨가해야 하고, 또한 호기성 처리부의 처리수를 혐기성 처리부로 환류시키기 위한 관로나 펌프 등의 순환 설비가 필요하기 때문에, 장치 구성이 복잡화되는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 그 주된 목적은 소형화 및 구성의 간략화를 도모할 수 있는 탈질소 기능을 구비한 물 처리 장치를 제공하는 것에 있다.

이러한 목적을 도모하기 위해서, 본 발명에 있어서는 탈질소 기능을 갖는 물 처리 장치의 구성을 호기성 처리부의 후단계에 혐기성 처리부를 형성하고, 이 혐기성 처리부에는 미생물 담지체를 다수 충진하여 이루어지는 여과층을 형성하며, 이 여과층에서 황산염 환원균 및 유황 탈질균을 증식시켜, 황산염 환원균에 의해 유황분을 환원함과 더불어, 이로 인해 얻어진 황화물을 이용하여 유황 탈질균에 의해 호기성 처리부에서 생성된 초산성 질소를 가스화하는 것으로 하였다.

이에 따르면, 대략 이하에 나타내는 과정을 거쳐 탈질소 과정이 실행된다. 즉, 전단계의 호기성 처리부에서는 초화균의 작용에 의해 원수에 포함되어 있는 질소분으로서의 암모니아성 질소가 초산성 질소로 산화된다. 구체적으로는, 니트로소모나스(Nitrosomonas), 니트로코쿠스(Nitrococcus) 등의 작용에 의해,

NH₄ ⁺+(3/2)O₂→NO₂ ^-+H₂O+2H⁺

로 표시되는 반응이 진행되고, 또한 니트로박터(Nitrobacter), 니트로사이스티스(Nitrocystis) 등의 작용에 의해,

NO₂+(1/2)O₂→NO₃ ^-

로 표시되는 반응이 진행된다. 이 밖에, 호기성 처리부에서는 호기균의 작용에 의해 원수중의 유기물이 분해 및 고정화되고, BOD(생물 화학적 산소 요구량), COD(화학적 산소 요구량) 및 SS(부유 물질)가 감소한다.

반면, 후단계의 혐기성 처리부에서는 황산염 환원균(Desulfovibrio desulfuricans) 등에 의해, 원수중의 유황분으로서의 황산염이 황산 호흡에 의해 황화수소로 환원된다. 이 때의 반응식은,

SO₄ ^2-+4H₂+H⁺→HS^-+4H₂O

로 표시된다. 이 황산염 환원 과정에서 얻어진 황화수소는 유황탈질균(Beggiatoa, Thiothrix 등)에 의해 황산염으로 산화되는 반면, 전단계의 호기성 처리부의 초화 과정에서 얻어진 초산성 질소를 질소 가스로 변화시킨다. 이 때의 반응식은.

5HS^-+8NO₃ ^-+3H⁺→5SO₄ ^2-+4N₂+4H₂O

로 표시된다. 이 탈질소 과정에서 생성된 질소 가스는 최종적으로 대기중에 방산된다. 이 밖에, 혐기성 처리부에서는 잔존하는 유기물을 이용하여 다른 영양성 탈질균에 의한 탈질소 과정도 아울러 실행된다.

이와 같이, 본 발명에 있어서 혐기성 처리부는 미생물 담지체를 다수 충진하여 이루어지는 여과층에 의해 상기 유용 미생물의 높은 활성이 유지되고, 탄소원을 필요로 하지 않는 탈질소 반응을 실현할 수 있다. 이에 의해, 탄소원의 첨가 설비가 불필요하게 되고, 또한 호기성 처리부의 후단계에서 혐기성 처리부를 형성하는 것이 가능해지며, 초화액을 환류시키기 위한 관로나 펌프 등의 순환 설비가 불필요해진다. 또, 상기 황산염 환원 과정에서는 유황분이 필요하지만, 통상적으로 질소분에 적당한 유황분이 포함되어 있으므로, 원수에 특별히 첨가할 필요는 없다. 원수의 유황분이 부족할 우려가 있을 경우에는, 안정적인 처리가 가능하도록 유황분의 보급 수단을 형성해 두면 좋다.

상기 담지체는 미생물의 유지 능력이 우수한 다공질재가 바람직하고, 또한 담지체가 수중에 침강 및 정지한 고정 여과층을 형성하는 것이나, 혹은 유동화에 의해 유동 여과층을 형성하는 것도 가능하지만, 특히 수중에서 부유할만한 비중을갖는 부유 여과층을 형성하는 것이 바람직하다. 이에 따르면, 고정 여과층 방식에 비해서, 원수와 미생물의 접촉 효율이 높아지고, 상기 각각의 미생물의 활성을 한층 더 높여서 처리 시간을 단축할 수가 있다. 또한, 유동 여과층 방식에 비해서, 박리 생물막이 담지체로부터 처리수중으로 혼입되는 것이 적어서 후침전 처리가 불필요하게 된다. 상기 부유 여과재로서는, 예를 들어 섬유질 형상인 것이어도 좋지만, 내구성이나 유실 방지의 면에서 플라스틱 발포체가 바람직하다.

도 1은 본 발명이 적용된 물 처리 장치의 개략적인 구성을 도시하는 개념도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 스크린 2 : 호기 처리조

3 : 혐기 처리조 4, 5 : 부유 여과층

6, 7 : 확산관

이하에 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 근거하여 구성된 물 처리 장치가 도시되어 있다. 이 물 처리 장치는 처리해야 할 원수가 먼지를 제거하는 스크린(1)을 거친 후에, 호기 처리조(2)와 혐기 처리조(3)를 순차적으로 통과하여 정화 처리되도록 되어 있다.

호기 및 혐기의 각 처리조(2, 3)에는, 내부를 상하로 칸막이 하도록 배치된 철망 등으로 된 여과재 유실 억지대의 하측에 다수 충진된 부유 여과재가 상기 여과재 유실 억지대에 의해 부상을 규제하도록 부유 여과층(4, 5)이 각각 형성되어 있다.

여기서 이용되는 부유 여과재는 플라스틱 발포체 등으로 이루어지는 입상체(예를 들면, 직경이 10 내지 30㎜)로서, 유입되는 원수중에서 적절히 부유할 수 있도록 원수보다 작거나 혹은 동등한 정도의 비중으로 설정되어 있다. 이 부유 여과재의 표면에는 미생물이 막형상으로 부착되어 증식된다.

호기 및 혐기의 양 처리조(2, 3)는 원수를 하부에 송입하여 상부로부터 인출하는 구성으로 되어 있고, 이에 의해 원수가 각각의 부유 여과층(4, 5)을 상방향으로 통과한다.

양 처리조(2, 3)의 바닥부에는 각각 확산관(6, 7)이 형성되어 있다. 이 중에서 호기 처리조(2)의 확산관(6)은 항상 부유 여과층(4)을 호기 상태로 유지하기 위한 폭기와, 적절히 부유 여과층(4)의 막힘을 해소하기 위한 후세(逆洗) 공정에 이용되는 것으로, 공기나 중산소 등이 공급된다. 반면, 혐기 처리조(3)의 확산관(7)은 후세 공정용으로만 공급되는 것으로, 혐기 상태에 지장을 주지 않는 질소 가스 등이 공급된다.

호기 처리조(2)의 부유 여과층(4)에는 수중의 유기물을 섭취하는 호기성 균이 증식되어, 원수중의 유기분이 분해 및 고정화된다. 또한, 이 부유 여과층(4)에는 수중의 질소분을 초화하는 초화균이 고농도로 유지되어, 질소분을 초산성 질소로 산화하는 초화 반응이 촉진된다.

반면, 혐기 처리조(3)의 부유 여과층(5)에는 황산염 환원균 및 유황 탈질균이 증식되고, 원수에 포함되는 유황분을 환원하는 황산염 환원 반응이 황산염 환원균에 의해서 촉진됨과 더불어, 이로 인해 얻어진 황화물을 이용하여 호기 처리조(2)에서 생성된 초산성 질소를 가스화하는 탈질소 반응이 유황 탈질균에 의해 이루어진다. 이 때, 부유 여과층(5)을 비교적 높게(예를 들면 3m) 설치함으로써, 하부에 주로 황산염 환원균이, 상부에 주로 유황 탈질균이 각각 서식하는 격리 서식지가 이루어지고, 황산염 환원 및 유황 탈질의 양 과정이 단계적으로 진행된다. 또한, 부유 여과층(5)에서는 상기 미생물에 의한 탈질소 처리 이외에, 잔존하는 유기물을 이용하여 다른 영양성 탈질균에 의한 탈질소 처리도 아울러 실행된다. 또, 공업 폐수와 같이 황산염 환원균 및 유황 탈질균을 다량으로 포함하지 않은 원수의 처리에서는 이러한 종류의 미생물을 미리 훈육 배양하도록 하면 좋다.

이상, 호기 및 혐기의 양 처리조를 각 1기씩 설치한 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 원수의 수질 등에 따라 여러가지의 형태를 취할 수 있다. 예를 들면, 암모니아성 질소가 고농도인 경우에는, 호기 및 혐기의 각 처리조를 2기씩 설치한 구성으로 하면 좋다.

(실시예)

이상과 같이 구성된 물 처리 장치를 이용하여 실제로 처리를 실행하였다. 여기서는, 주된 오탁원(汚濁源)이 생활 배수인 하천수를 원수로 이용하여, 호기 및 혐기의 각 처리조의 체류 시간을 각각 1시간으로 하였다. 그 결과, 하기 표에 나타낸 바와 같이 T-N(전체 질소) 양이 혐기 처리에 의해서 대폭 감소되고, 단시간에 고도한 탈질소 처리가 달성되어, 본 발명의 유효성이 실증되었다. 또한, BOD 및 SS는 호기 처리 단계에서 대폭 감소되고, 또한 혐기 처리에서도 감소가 인정되었다. T-S(전체 유황) 양에는 거의 변화가 없었다.

(단위 : ppm)

	원수	호기 처리	혐기 처리
BOD	30.2	5.2	4.3
T-N	7.7	6.1	0.81
SS	22	4.8	3.2
T-S	8.3	―	8.2

이와 같이 본 발명에 따르면, 탈질소 과정에서 탄소원이 불필요하기 때문에, 그 첨가 설비를 설치할 필요가 없고, 또한 호기 처리부로부터 혐기 처리부로 초화액을 환류시키기 위한 관로나 펌프 등의 순환 설비도 불필요하며, 장치 구성을 대폭적으로 간략화하여 동력비 등의 비용을 삭감할 수 있어 큰 효과를 얻을 수 있다.

특히 미생물 담지체로서 부유 여과재를 이용하면, 원수와 미생물의 접촉 효율을 높여 유용 미생물의 활성을 한층 더 높이는 것이 가능해져, 1 내지 3시간의 단시간에 고도한 탈질소 과정이 가능해진다. 이에 따라, 처리 시간이 비약적으로 단축되고, 장치의 소형화에 의해 설치 면적의 축소를 도모할 수 있어 현저한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 후침전 처리가 불필요하기 때문에, 장치 구성을 한층 더 간략화하는 이점도 얻을 수 있다.

Claims (2)

1. 호기성 처리부와 혐기성 처리부를 갖고, 상기 호기성 처리부에서는 유기물의 분해 및 고정화와 더불어, 초화균에 의해 질소분을 초산성 질소로 산화하는 초화를 실행하고, 상기 혐기성 처리부에서는 상기 초산성 질소를 가스화하는 탈질소 과정을 실행하도록 한, 탈질소 기능을 갖는 물 처리 장치에 있어서,

   상기 호기성 처리부의 후단계에 상기 혐기성 처리부를 형성하고, 상기 혐기성 처리부에는 미생물 담지체를 다수 충진하여 이루어지는 여과층을 형성하며, 상기 여과층에서 증식한 황산염 환원균에 의해 유황분을 환원함과 더불어, 이로 인해 얻어진 황화물을 이용하여 상기 여과층에서 증식한 유황 탈질균에 의해 상기 초산성 질소를 가스화하도록 한 것을 특징으로 하는

   탈질소 기능을 갖는 물 처리 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 담지체는 수중에서 부유가능한 플라스틱 발포체로 이루어지는 부유 여과재인 것을 특징으로 하는

   탈질소 기능을 갖는 물 처리 장치.