KR20000061412A - 아나목스 탈질반응 및 섬모형 생물막법을 이용한 유기물, 질소,인의 처리장치 및 방법 - Google Patents

아나목스 탈질반응 및 섬모형 생물막법을 이용한 유기물, 질소,인의 처리장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기물, 질소, 인을 함유하고 있는 하·폐수를 처리하기 위해 아나목스(Anammox) 탈질 반응 및 섬모형 접촉여재를 사용하는 하·폐수 고도처리 공법으로서 제 1공정에서는 유입하수를 혐기조, 아나목스 탈질반응조에 분할 공급하여 질소를 처리하고, 제 2공정에서는 탈질반응조에 섬모형 유동상 접촉여재, 호기조에 섬모형 고정상 접촉여재를 설치하여 인 제거 및 질산화, 탈질에 관여하는 아시네토박터(Acinetobacter), 니트로소모사스(Nitrosomosas), 니트로박터 (Nitrobacter), 피슈도모나스(Peseudomonas), 마이크로코커스(Micrococcus), 시피릴륨(Spirillum), 알칼리게너스(Alcaligenes), 아나목스(Anammox) 반응을 촉매하는 혐기성 자가영양세균 등의 미생물을 생물막에 고정하여 질소·인을 처리하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 그 기술적 구성으로 제 1공정은 하수유입관이 혐기조, 아나목스 탈질반응조를 분할하는 설비로 구성되어 있고, 제 2공정에서는 3개의 생물반응조로 구성하여 아나목스 탈질반응조에는 섬모형 유동상 접촉여재, 호기성조에는 섬모형 고정상 접촉여재가 충진되고, 혐기조와 아나목스 탈질반응조에서는 수중교반장치가 있고, 호기성조에서는 산기관이 설치되어 있다.
유기물, 질소, 인을 함유하고 있는 하·폐수를 아나목스 탈질반응을 촉매하는 자가영양세균을 섬모형 접촉여재에 부착 처리함으로서 유기물, 질소, 인의 처리효율을 극대화시킨 고도처리 공법이다.

Description

아나목스 탈질반응 및 섬모형 생물막법을 이용한 유기물, 질소, 인의 처리장치 및 방법{Apparatus and method for treatment of organic material, nitrogens and phosphorus in the waste water by Anammox denitrogen reaction and cilium biofilm contact system}
본 발명은 도 1에 도시한 바와 같이 아나목스(Anammox) 탈질반응조 및 생물학적 공정의 조합, 유입하수 분할 장치 및 섬모형 접촉여재를 이용한 하·폐수 고도처리장치 및 공법에 관한 것이다.
하·폐수 중의 유기물, 질소, 인의 방류수계 영향은 부영양화 등으로 인한 생태계의 악영향과 용수로 이용시에 문제점을 유발하고 있다. 종래의 공법으로는 유기물, 질소, 인을 동시에 고도처리 하기에는 어려운 점이 많고, 질소, 인의 고도처리 목적으로 도입된 외국의 공법은 국내의 하·폐수 성상이 외국과는 달라 질소, 인의 농도가 높고 C/N비가 불균일하며 부하변동이 심하여 적용시에 많은 문제점을 안고 있다.
이러한 기술적 문제점을 해결하고자 본 발명에서는 생물반응조를 혐기성조, 아나목스 탈질반응조, 호기조로 분할하고, 탈질반응조에 섬모형 유동상 접촉여재, 호기조에 섬모형 고정상 접촉여재를 설치하고 아나목스 탈질반응을 이용하여 유기물, 질소, 인을 고도처리하는 방법을 제공함에 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 탈질반응조에서 암모니아(Ammonia) 감소현상을 무산소성 암모니아 산화반응(ANaerobic AMMonia OXidation, 이하 아나목스(Anammox)라 칭함)과 섬모형 접촉여재를 이용한 하·폐수 처리공정도.
도 2a 내지 도 2b는 본 발명에 따라 사용되는 섬모형 유동상 접촉여재의 슬러지 부착전, 부착후 접촉여재의 상태도.
도 3은 본 발명에 따라 사용되는 섬모형 고정상 접촉여재의 상태도.
도 4a 내지 도 4b는 본 발명에 따라 사용되는 섬모형 유동상 접촉여재, 섬모형 고정상 접촉여재의 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 섬모형 유동상 접촉여재의 크기별 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 섬모형 고정상 접촉여재와 고정장치의 조합도.
도 7은 본 발명에 따른 섬모형 고정상 접촉여재 고정장치의 상부고정장치 사시도.
도 8은 본 발명에 따른 섬모형 고정상 접촉여재 고정장치의 하부고정장치 사시도.
* 도면의 주요부분에 대한 설명*
1 : 하수유입 2 : 혐기성조
3 : 아나목스 탈질 반응조(3) 4 : 호기성조
5 : 분배조 6 : 침전조
7, 8 : 분할배관 9 : 섬모형 유동상 접촉여재
10 : 섬모형 고정상 접촉여재 11 : 내부반송
12 : 반송 17 : 상부고정장치
18 : 하부고정장치
본 발명의 이러한 목적들은 하수유입구와 생물반응조로 협기조, 반응조 및 호기성조로 이루어지고 침전조로 이루어진 폐수 처리장치에 있어서, 하수 유입물(1)이 협기조(2), 아나목스(Anammox) 탈질 반응조(3)에 분할공급되는 수단과, 상기 생물반응조(2, 3 및 4)가 협기조(2), 아나목스 탈질반응조(3), 호기성조(4)로 분할된 상태에서 침전조(6)의 처리수를 협기성조(2)로 반송하는 수단과, 상기 호기성조(4)와 침전조(6) 사이에 분배조(5)를 더 포함하여 분배조로 유입된 처리수를 아나목스 탈질반응조(3)로 내부반송하는 수단으로 본 발명에 따르는 페수처리장치에 의해서 달성되며, 또한 하수유입구와 생물반응조로 현기조, 반응조 및 호기성조로 이루어지고 침전조로 이루어진 폐수 처리방법에 있어서, 하수 유입물(1)이 협기조(2), 아나목스(Anammox) 탈질 반응조(3)에 분할공급되는 단계와, 상기 생물반응조(2, 3 및 4)가 협기조(2), 아나목스 탈질반응조(3), 호기성조(4)로 분할된 상태에서 침전조(6)의 처리수를 협기성조(2)로 반송하는 단계와, 상기 호기성조(4)와 침전조(6) 사이에 분배조(5)를 더 포함하여 분배조로 유입된 처리수를 아나목스 탈질반응조(3)로 내부반송하는 단계인 본 발명에 따르는 페수처리장치에 의해서 달성된다.
본 발명은 기본적으로 2개의 공정으로 이루어져 있는데, 첫 번째 공정은 유입하수를 혐기성조(2), 아나목스 탈질반응조(3)에 분할공급하여 질소를 처리하는 공정이고, 두 번째 공정은 탈질반응조(3)에 섬모형 유동상 접촉여재(9), 호기성조(4)에 섬모형 고정상 접촉여재(10)와 부착성 미생물을 이용하여 유기물, 질소, 인을 처리하는 공정으로 구성된다.
첫 번째 공정에서는 하수유입(1)과 혐기성조(2), 아나목스(Anammox) 탈질반응조(3)로 유입량을 검량 조정할 수 있는 하수 분할배관(7,8)으로 구성된 공정이다.
두 번째 공정에서는 생물반응조(2,3,4)를 3개조로 분할하여 전단 첫 번째 조는 혐기성조(2)로서 교반을 위한 수중믹서기(13)와 침전조(6)에서 반송(12)되는 장치가 구비되어 있다. 두 번째 조의 아나목스 탈질반응조(3)는 섬모형 유동상 접촉여재(9)와 수중믹서기(14)가 설치되고, 분배조(5)에서 내부반송(11)되는 장치로 구성되어 있다. 세 번째 조의 호기성조(4)에는 섬모형 고정상 접촉여재(10)와 산기관(15)이 설치되어 있으며, 침전조(6)에서 잉여오니 인출(16)되는 장치로 구성되어 있다.
본 발명품에서의 특징적인 구성으로는 첫 번째는 유입하수를 분할공급하고 아나목스 탈질 반응에 의한 질소처리이다.
종래의 탈질반응식(1)과 본 발명의 아나목스 탈질반응식(2)은 다음과 같다 :
유기탄소원(CH2O)에 의한 기존탈질 반응식(C/N비 5:1)
아나목스(Anammox)반응을 이용한 탈질 반응식(C/N비 2:1)
상기 본 발명의 아나목스 반응을 이용한 탈질 반응식은 암모니아를 전자공여체(Electron donor, 에너지원)로, 질산염을 산소 대신 전자수용체(Electron acceptor)로 이용하는 아나목스 반응을 촉매하는 혐기성 자가영양세균은 기존 탈질 방식보다 낮은 유기물/질소(C/N:2:1)비에서 탈질처리효율이 높다.
두 번째 공정의 기술적 특징은 일반적으로 공개되어 있는 혐기, 무산소성 및 호기성 반응조를 이용한 질소, 인 제거 공법과는 달리 아나목스 탈질반응조(3)에는 섬모형 유동상 접촉여재(9), 호기성조에는 상부고정장치(17)와 상부고정장치(18)를 이용하여 섬모형 고정상 접촉여재(10)를 충진하고, 침전조에서 혐기조로 유입처리수를 반송하는 방식은 인 제거(poly-P + VFA → PHB + PO4 3-→ poly-P + H2O + CO2) 및 생물반응조 내의 MLSS (Mixed Liquor Suspended Solid) 유지를 위한 장치를 설치하였다는 점과 내부반송(11)을 아나목스 탈질반응조로 하였다는 점이다.
질산화 및 탈질에 관여하는 니트로소모나스(Nitrosomonas), 니트로박터 (Nitrobacter), 슈도모나스(Psedomonas), 마이크로코거스(Micrococcus), 스피릴륨 (Spirillum), 알칼리게네스(Alcaligenes), 아나목스(Anammox) 반응을 촉매하는 혐기성 자가영양세균 등의 미생물은 증식속도가 상당히 느려서 생물반응조에서 일정량을 유지하기 어려우나 섬모형 접촉여재를 충진하여 부착성에 의한 미생물 고정으로 일정 농도를 유지할 수가 있어 질소와 인의 제거가 안정적으로 처리된다.
본 발명에 의하여 섬모상 접촉여재의 생물막내에서 질소, 인 제거는 혐기조(2), 아나목스(Anammox) 탈질반응조(3), 호기성조(4)의 분할 및 침전조에서의 반송(12)과 분배조(5)에서의 내부반송공정에 의하여 처리효율을 높일 수 있다.
본 발명에 의한 장치와 방법으로 효과를 다음에 예시하는 실시예를 통하여 기술하고자 한다. 하기의 실시예는 본 발명의 효과 및 기술적 구성을 예시할 목적으로 제시된 것이며 이것으로 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예1.
본 원 발명의 장치를 이용해서 하·폐수를 처리함에 있어서, "H" 하수처리장의 하수를 연속적으로 주입하여 처리하였다. 하수의 유입성상 및 처리효율은 다음과 같다.
유 입 수 처 리 수 처리효율(%)
BOD(㎎/ℓ) 78 4.5 94.2
COD(㎎/ℓ) 65.6 13.4 79.5
SS(㎎/ℓ) 92 7.8 91.5
T-N(㎎/ℓ) 38.5 5.7 85.1
T-P(㎎/ℓ) 5.5 1.0 81.8
pH 7.78 7.71
상기 하수의 생물반응조는 10,000ℓ 용량으로 충진된 접촉여재의 면적은 1.0㎡였다. 처리수 수질은 유기탄소원을 첨가하지 않은 상태에서의 수질이다.
실시예2.
"K" 하수처리장의 유입하수 성상 및 처리수 수질은 다음과 같다.
유 입 수 처 리 수 처리효율(%)
BOD(㎎/ℓ) 83.6 5.6 93.2
COD(㎎/ℓ) 87.5 12.1 86.2
SS(㎎/ℓ) 73.7 6.3 90.8
T-N(㎎/ℓ) 35.7 6.1 82.9
T-P(㎎/ℓ) 3.3 0.8 75.7
pH 7.2 6.8
생물반응조로 5,000ℓ 용량으로 충진된 접촉여재의 면적은 0.8㎡였다. 처리수 수질은 유기탄소원을 첨가하지 않은 상태에서의 수질이다.
실시예 3.
"J"하수처리장 유입수의 성상 및 처리수질은 다음과 같다.
유 입 수 처 리 수 처리효율(%)
BOD(mg/l) 90 5.4 94
COD(mg/l) 95 18.0 81.1
SS(mg/l) 89 11.0 87.6
T-N(mg/l) 25 3.9 84.4
T-P(mg/L) 7.5 1.3 82.6
pH 7.2 6.7
생물반응조로 1,000ℓ 용량으로 충진된 접촉여재의 면적은 1.3㎡였다. 처리수 수질은 유기탄소원을 첨가하지 않은 상태에서의 수질이다.
본원 발명의 제 1공정에서 사용되는 장치는 다음과 같다.
제 1 공정 유입하수 혐기성조와 아나목스 탈질반응조 분할 배관장치
본원 발명의 제 2공정에서 사용되는 장치는 다음과 같다.
제 2 공정 수중교반장치를 설치한 혐기성조
섬모형 유동상 접촉여재를 충진한 아나목스 탈질반응조
섬모형 고정형 접촉여재를 충진한 호기성조
앞서 기술한 발명의 구성 및 적용 항에서 살펴 본 바와 같이 본원 발명의 하·폐수 고도처리장치 및 방법을 이용할 경우 유기물, 질소, 인의 제거가 현저한 것으로 나타났으며, 그 구체적인 처리효율은 본원 실시예에서도 상세히 기술되고 있다.

Claims (4)

  1. 하수유입구와 생물반응조로 협기조, 반응조 및 호기성조로 이루어지고 침전조로 이루어진 폐수 처리장치에 있어서,
    하수 유입물(1)이 협기조(2), 아나목스(Anammox) 탈질 반응조(3)에 분할공급되는 수단과,
    상기 생물반응조(2, 3 및 4)가 협기조(2), 아나목스 탈질반응조(3), 호기성조(4)로 분할된 상태에서 침전조(6)의 처리수를 협기성조(2)로 반송하는 수단과,
    상기 호기성조(4)와 침전조(6) 사이에 분배조(5)를 더 포함하여 분배조로 유입된 처리수를 아나목스 탈질반응조(3)로 내부반송하는 수단으로 이루어지는 것을 특징으로하는 페수처리 장치.
  2. 하수유입구와 생물반응조로 현기조, 반응조 및 호기성조로 이루어지고 침전조로 이루어진 폐수 처리방법에 있어서,
    하수 유입물(1)이 협기조(2), 아나목스(Anammox) 탈질 반응조(3)에 분할공급되는 단계와,
    상기 생물반응조(2, 3 및 4)가 협기조(2), 아나목스 탈질반응조(3), 호기성조(4)로 분할된 상태에서 침전조(6)의 처리수를 협기성조(2)로 반송하는 단계와,
    상기 호기성조(4)와 침전조(6) 사이에 분배조(5)를 더 포함하여 분배조로 유입된 처리수를 아나목스 탈질반응조(3)로 내부반송하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로하는 페수처리 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 탈질반응조(3)에서는 NO3로부터 2CH2O 공급하에 탈질균의 작용에 의해 NO2 -로 탈질처리시키고 나서 NH4 +의 공급하에 아나목스 반응에 의해 상기 NO2 -를 N2 가스로서 발생시켜 제거하는 단계를 포함하는 처리를 수행하는 것을 특징으로하는 페수처리 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 아나목스 탈질반응조(3)에 섬모형 유동상 접촉여재(9), 호기성조(4)에 상부고정장치(11)와 하부고정장치(12)를 이용하여 섬모형 고정상 접촉여재(10)를 충진하는 것을 특징으로 페수처리 방법
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