KR20020035801A - Development of Soil Clothing-Style SBR for Sewage Treatment, Soil-SBR - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A soil clothing-style SBR for sewage treatment, which has an effect of counterbalance of pH variations because nitrification/denitrification reactions is occurred in same reactor, can be provided in case of low alkalinity of sewage because that can prevent pH decline in nitrification reaction. The plants and soil microorganisms at the upper part of the reactor can purify the polluted materials by using them with nutrition. CONSTITUTION: The soil clothing-style SBR comprises a sequencing batch reactor(10) in which a filter layer(12) is installed at the upper part; a net(13) placed on the filter layer; a soil layer placed on the net; a sensor(15) which measures DO, pH, temperature and controls anaerobic/aerobic reactions by aeration; a PLC(20) which is transmitted the signal from the sensor; a computer(30) which controls aeration volume and aeration/agitation time with output unit by controlling the PLC. On the soil layer, plants such as grass that can provides soil microorganisms to the reactor is planted.

Description

토양피복형 연속회분식 하수처리 공법{Development of Soil Clothing-Style SBR for Sewage Treatment, Soil-SBR}Development of Soil Clothing-Style SBR for Sewage Treatment, Soil-SBR}

본 발명은 하수처리공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 토양피복형 연속회분식 하수처리공법에 관한 것이다.The present invention relates to a sewage treatment method, and more particularly to a soil-coated continuous batch sewage treatment method.

최근에 사회적인 문제로 크게 대두되고 있는 호소 및 연안 등의 폐쇄성 수역에 부영양화(eutrophication)현상은 질소와 인 화합물의 과다유입으로 발생하며, 이것은 수중의 식물성 플랑크톤인 조류(algae)의 성장을 촉진시킨다. 수중의 질소와 인 화합물은 그 자체가 오염물로서 수자원 가치 상실에도 원인이 되지만 조류 증식에 필요한 영양물질로 이용되어 수질을 더욱 악화시키는 작용을 한다.In recent years, eutrophication in closed waters such as lakes and coasts, which has become a major social problem, is caused by the influx of nitrogen and phosphorus compounds, which promote the growth of algae, phytoplankton in the water. Nitrogen and phosphorus compounds in water are themselves contaminants and cause loss of water resources, but they are used as nutrients necessary for algae growth and thus worsen water quality.

따라서 지난 96년부터 처리장 방류수 수질기준에 질소와 인 항목을 추가(총질소(N) = 60mg/L, 총 인(P) = 8mg/L)하였고, 2002년부터는 수질기준을 총 질소(N) = 20mg/L, 총 인(P) = 2mg/L로 강화할 예정이다.Therefore, since 1998, nitrogen and phosphorus items were added to the treatment plant effluent water quality standard (total nitrogen (N) = 60 mg / L, total phosphorus (P) = 8 mg / L), and from 2002, the water quality standard was defined as total nitrogen (N). = 20 mg / L, total phosphorus (P) = 2 mg / L.

상기한 바와 같은 질소나 인을 제거하는 공정을 참고적으로 살펴보면, 먼저 탈질화 공정에는 수소공여체를 첨가하는 생합성형 탈질화 방식과 탈질화 미생물의 내생호흡작용을 이용하는 내생 호흡형 탈질화 방법이 있다.Referring to the process of removing nitrogen or phosphorus as described above, first, the denitrification process includes a biosynthetic denitrification method using a hydrogen donor and an endogenous respiratory denitrification method using endogenous respiration of denitrified microorganisms. .

생합성형 탈질화는 수소 공여체로서 처리하지 않은 폐수중의 유기물을 이용하는 방법과 메탄올, 초산 등의 약품을 첨가하는 방법이 있다.Biosynthetic denitrification is a method of using organic substances in untreated wastewater as a hydrogen donor and adding a chemical such as methanol or acetic acid.

인 제거 공법으로는 크게 화학적인 방법과 생물학적인 방법으로 대별된다. 화학적 인 제거 기술은 알류미늄염(Al2(SO4)3·14H2O), 철염(FeCl3) 등과 같은 금속염을 인이 들어있는 물에 투입시켜 불용존 인 결합물을 만들어 물 속에 녹아 있는 인 성분을 침전시켜 제거하는 기술로서 광범위하게 사용되고 있다.Phosphorus removal methods are largely classified into chemical and biological methods. Chemical removal technology uses metal salts such as aluminum salts (Al 2 (SO 4 ) 3 · 14H 2 O) and iron salts (FeCl 3 ) into water containing phosphorus to form insoluble phosphorus binders. It is widely used as a technique for precipitating and removing components.

활성슬러지 공법에 의해 BOD를 제거시설에서도 최종 침전지에 금속염을 투입하는 방법을 사용해 특별한 별도 시설을 추가하지 않고서도 인을 제거할 수 있다.The activated sludge process also allows the removal of phosphorus from BOD removal plants by adding metal salts to the final settling basin without adding a special facility.

그리고 최근에는 인 화합물을 결정체로 만들어 제거하는 인정석법이 개발되어 사용되고 있다. 이 같은 화학물질을 사용해 인을 제거하는 경우에는 인의 제거 효율 면에서는 우수하나, 일반적으로 화학약품의 비용 때문에 운전비용이 매우 높고, 인이 다량 함유된 화학 슬러지를 발생시키는 단점이 있다.Recently, a recognized stone method for making and removing phosphorus compounds into crystals has been developed and used. Phosphorus removal using such chemicals is excellent in terms of phosphorus removal efficiency, but generally has a disadvantage in that the operation cost is very high due to the cost of chemicals, and chemical sludge containing a large amount of phosphorus is generated.

화학적 인(P) 제거 기술의 결점을 보완하기 위하여 개발된 것이 생물학적 인 제거 기술이다. 이 기술에 의한 인 제거의 원리는 미생물에 의한 유기물이나 질소의 제거와는 많은 차이가 있다.Biological removal technology was developed to compensate for the drawbacks of chemical phosphorus (P) removal technology. The principle of phosphorus removal by this technique is very different from the removal of organic matter and nitrogen by microorganisms.

인(P)도 물론 미생물의 세포 증식에 필수적인 성분이므로 미생물 체세포 합성에 쓰이는 양이 슬러지로 제거되는 것은 같으나 인 제거의 주된 기작은 소위 미생물의 인 과다섭취로 인한 현상에 있다. 활성슬러지내에는 인을 과잉 섭취할 수 있는 Acinetobacter 종이 주류를 이루는 Poly-P 미생물이 있는데, 인 제거 반응조내의 환경이 혐기상태와 호기상태로 반복하면서 변화되면 Poly-P 미생물의 활동은 평소에 비해 상대적으로 활발해지고 이에 따라 인의 섭취량도 증가한다.Phosphorus (P) is also an essential ingredient for the growth of microorganisms, so the amount used for microbial somatic cell synthesis is the same as sludge, but the main mechanism of phosphorus removal is the phenomenon caused by the excessive intake of phosphorus by microorganisms. In activated sludge, there is a poly-P microorganism which is a mainstream Acinetobacter species that can ingest excessive phosphorus.If the environment in the phosphorus removal reactor is changed repeatedly with anaerobic and aerobic state, the activity of Poly-P microorganism is relatively As a result, the intake of phosphorus increases accordingly.

이를 미생물의 인 과다섭취 현상이라 부르며 인 함량이 높은 미생물을 슬러지로 제거함으로써 인 제거율을 높이는 것이 생물학적 인 제거 기술의 원리이다. 활성슬러지내 일반 미생물의 인 함유 비는 보통 2∼3%이나 Poly-P 미생물은 이보다훨씬 높은 5∼10%이다.This is called the over-phosphorus intake of microorganisms, and the principle of biological removal technology is to increase the phosphorus removal rate by removing microorganisms with high phosphorus content with sludge. Phosphorus content of ordinary microorganisms in activated sludge is usually 2-3%, while poly-P microorganisms are much higher, 5-10%.

생물학적 인(P) 제거 공정은 크게 주류공정(main stream process)과 측류공정(side stream process)으로 구별한다. 모든 유입수가 혐기, 호기과정을 거치는 방식이 주류공정이고 일부만 혐기, 호기 과정을 거치는 방식이 측류공정이다 A/O 공정은 전형적인 초기의 인 제거 방법으로서 Poly-P 미생물들이 반응조와 침전조를 순환하면서 인을 흡수하고 일부는 폐슬러지로 폐기된다.Biological phosphorus (P) removal processes are largely divided into main stream processes and side stream processes. All inflows go through the anaerobic and aerobic processes in the mainstream process, and only part through the anaerobic and aerobic processes in the sidestream process. The A / O process is a typical initial phosphorus removal method. And some are disposed of as waste sludge.

이 공정은 호기조의 운전조건에 따라 질소제거도 함께 일어날 수 있으며, 운전이 간편하고 인 제거 효율도 높은 것으로 알려지고 있다.This process can occur with nitrogen removal depending on the operation conditions of the aerobic tank, it is known that the operation is simple and the phosphorus removal efficiency is high.

한편, Phostrip 공정은 인 제거가 주된 목적이며 혐기조에서 슬러지를 장시간 체류시켜 세포분해에 의해 생성되는 유기물을 탈인조에서의 인 방출시 요구되는 유기물로 사용하는 내생탈인 공정으로서 인의 제거가 유입수의 수질에 영향을 크게 받지 않는다.On the other hand, Phostrip process is the end purpose of phosphorus removal and endogenous dephosphorization process that uses sludge sludge in anaerobic tank for a long time and uses organic material produced by cell decomposition as organic matter required for phosphorus discharge from dephosphorization tank. Not greatly affected by

그러나 Phostrip 공정에서 혐기조로부터 방출된 인은 최종적으로 소석회의 주입으로 응집·처리되기 때문에 비용이 많이 들고 운전이 번거롭다. 또한, 이 공정의 폭기조가 질산화를 위해 운전되는 경우에는 폭기조에서 형성되는 질산염에 의해 탈인조에서 인 방출이 영향을 받게 된다.However, the phosphorus released from the anaerobic tank in the Phostrip process is agglomerated and processed by the injection of slaked lime, which is expensive and cumbersome to operate. In addition, when the aeration tank of this process is operated for nitrification, phosphorus release from the dephosphorization tank is affected by the nitrates formed in the aeration tank.

이와 같이 생활하수등과 같은 오폐수를 처리하기 위해 다양한 처리방법이 제안되고 있는데 그 일 예들을 살펴본다.As such, various treatment methods have been proposed to treat wastewater, such as domestic sewage.

우리 나라에는 SBR 공정의 기계장치나 공정의 일부를 변경하여 만들어진 여러 종류의 SBR 변법들이 적용되고 있는데, 대표적인 것으로는 연속유입식 간헌식장기폭기공정(KIDEA), ICEAS(Intermmitent Cycle Extended Aeration System : 연속회분식 활성슬러지공법, 양양하수종말처리장에 도입), 아쿠아-MSBR(Aqua-MSBR), 아쿠아-SBR(Aqua-SBR), 옴니플로-SBR(Omniflo-SBR), 선회와류식-SBR, 범양 연속회분식 활성슬러지법(PSBR) 등이 있다.In Korea, various types of SBR variants are made by changing the machinery or parts of the SBR process. Typical examples are the continuous inflow type and aerobic cycle extended aeration system (ICEAS). Batch Activated Sludge Process, Introduced to Yangyang Sewage Treatment Plant), Aqua-MSBR, Aqua-SBR, Omniflo-SBR, Swirl Swirl-BBR Activated sludge method (PSBR).

이러한 공법들의 처리원리는 모두 유사하나 각 공법의 가장 큰 차이점은 하수유입방식과 기계장치의 차이점이다. 처음 3개의 공법이 연속식 유입방법을 사용하고 있는데 반해, 뒤에 4개의 공법은 회분(간헐)식 유입방법을 사용하고 있다.The treatment principles of these methods are all similar, but the biggest difference between them is the sewage inflow method and the mechanism. The first three methods use a continuous inflow method, while the next four methods use a batch (intermittent) inflow method.

연속식 유입방법은 유량조정조가 반드시 필요하지 않으나 회분식 유입방법은 유량 조정조가 필요하다. 그러나 연속식 유입방법은 처리수의 수질이 안정적이지 못하며, 특히 고농도의 하수 유입시에는 처리수질이 악화될 수 있다. 하지만 회분식 유입방법은 처리수의 수질이 비교적 안정적이다.The continuous inflow method does not necessarily require a flow adjustment tank, but the batch inflow method requires a flow adjustment tank. However, in the continuous inflow method, the water quality of the treated water is not stable. In particular, the treated water quality may deteriorate at a high concentration of sewage inflow. However, the batch inflow method is relatively stable in the quality of treated water.

연속유입식 간헐방류식 장기폭기공법(KIDEA)은 국산화된 디켄터를 반응조 상부에 설치하여 유지보수가 용이하고, KIDEA공정에서 유입된 원수를 SBR반응조 하부에 유공관을 설치하여 균등하게 수조에 유입되도록 하기 위한 배관설비 방식용 배관에 의한 원수의 균등분배로 내부반송 및 교반기가 불필요하나, 공기공급이 전면 산기방식으로 이루어져 있어 막힐 경우, 유지보수를 위해 반응조를 비워야 하고, 반응조에서 스컴 발생이 문제시 되고 있으며 침전 공정에서도 원수가 유입되므로 침전효율이 회분식 보다 낮다.The continuous inflow intermittent discharge type long-term aeration method (KIDEA) installs a localized decanter at the top of the reactor for easy maintenance, and installs a hollow pipe at the bottom of the SBR reactor to allow the inflow of raw water from the KIDEA process to flow into the tank evenly. Internal conveyance and agitator are not necessary due to the equal distribution of raw water by the piping system for the piping equipment.However, if the air supply is blocked by the front diffuser method, the reactor needs to be emptied for maintenance, and scum occurrence in the reactor is problematic. In addition, the precipitation efficiency is lower than the batch type because raw water is introduced in the precipitation process.

연속회분식 활성슬러지공법 (ICEAS:Intermmitent Cycle Extended Aeration System) 의 반응조 구조물은 다른 SBR 공법들과 달리 전처리 반응조와 주처리 반응조로 이원화되어 있다. 전처리 반응조는 유기물 선택조로서 미생물에 의해 최대 생물흡착을 유도하기 때문에 슬러지 벌킹의 원인이 되는 사상균의 성장을 억제하며, 유지방 기름과 같은 물질을 제거하고 처리수 유출단계동안 유입하수의 와류 방지의 기능도 수행한다.The reactor structure of the continuous batch activated sludge process (ICEAS), unlike other SBR methods, is dualized as a pretreatment reactor and a main treatment reactor. The pretreatment reactor is an organic selection tank that induces maximum biosorption by microorganisms, thus inhibiting the growth of filamentous bacteria that cause sludge bulking, removing substances such as milk fat, and preventing vortices of influent sewage during the treatment water outflow stage. Also perform.

그러나 전처리 반응조가 토목 구조물로 고정되어 유량 및 부하변동시 제어가 곤란하고, 전면 산기 방식이므로 유지관리가 어려우며 유지보수시 반응조를 완전히 비워야 한다.However, because the pretreatment reactor is fixed as a civil structure, it is difficult to control when the flow rate and load fluctuate, and it is difficult to maintain because the front diffuser type, and the reactor must be completely empty during maintenance.

아쿠아-MSBR(Aqua-MSBR) 공법은 미국 Aqua-Aerobic 사에서 개발한 SBR공법으로 기존의 연속유입식 활성슬러지 공정과 SBR의 장점을 효과적으로 채택하여 개발한 개량식 활성슬러지공정으로 중대용량의 하폐수를 처리하는데 아주 경제적이며 효과적이다. 아쿠아(Aqua-MSBR)은 SBR의 특징과 장점은 물론 원수 연속유입, 처리수 연속배출 및 조내의 일정수면유지가 가능하고 하나의 반응조를 5-9개의 셀로 나누며 각 셀은 유기물, 질소, 및 인을 제거하도록 독립된 기능을 가진다.Aqua-MSBR is an SBR method developed by Aqua-Aerobic in the US and it is an advanced activated sludge process developed by adopting the advantages of the existing continuous inflow activated sludge process and SBR to treat heavy sewage wastewater. Very economical and effective. Aqua-MSBR has the features and advantages of SBR, as well as continuous inflow of raw water, continuous discharge of treated water, and constant surface maintenance in the tank.Aqua-MSBR divides one reactor into 5-9 cells, each cell containing organic matter, nitrogen, and phosphorus. It has an independent function to remove it.

각 셀에는 기능에 따라 필요한 설비들이 설치되어 있다. 또한 원수 연속유입, 처리수 연속배출 및 조내의 일정수면유지가 가능하고 하나의 반응조를 5-9개의 셀로 나누며 셀(Cell)은 유기물, 질소 및 인을 제거하도록 독립된 기능을 가진다.Each cell is equipped with the necessary equipment according to its function. In addition, continuous inflow of raw water, continuous discharge of treated water, and constant sleep in the tank are possible, and one reactor is divided into 5-9 cells, and the cell has an independent function to remove organic matter, nitrogen, and phosphorus.

아쿠아-SBR(Aqua-SBR) 공법은 폭기장치외에도 교반장치를 설치하여 산소전달 능력 향상에 의한 에너지 절감효과를 높였으나, 착탈식 산기관, DDM-MiXER(미국 Aqua-Aerobic 사의 SBR공정중 무산소공정에 사용되는 교반기(Direct-Drive Mixer), 부유식 디켄터 등의 기계장치가 3개로 나뉘어져 있어 반응조가 여러 개일 경우에유지보수가 어렵다.Aqua-SBR (Aqua-SBR) method increases the energy saving effect by improving the oxygen transfer capacity by installing agitator in addition to the aeration device.However, the removable acid engine, DDM-MiXER (Aqua-Aerobic, USA) It is difficult to maintain and maintain the reactor in case of several reactors because it is divided into three devices such as direct-drive mixer and floating decanter.

옴니플로-SBR(Omniflo-SBR) 공법은 미국(U.S. FILTER/JET TECH(사))에서 개발한 SBR(Sequencing Batch Reactor)System으로 유입, 반응,침전, 및 처리수배출 및 휴지(Idle)의 5단계 공정을 한 개의 반응조에서 순차적으로 수행 하는 공정으로. ID/SC 분배관으로 슬러지를 고르게 안정적으로 인출함으로 폐슬러지의 함수율을 낮출 수 있으며, 무동력 부유식 디켄터가 사용되어 유지관리가 용이하고 제트 에어레이터를 사용함으로써 장기간 사용할 때에도 산소전달효율이 지속된다.Omniflo-SBR is a SBR (Sequencing Batch Reactor) system developed by the US (US FILTER / JET TECH Co., Ltd.), which is used for inflow, reaction, sedimentation, treatment water discharge and idle. A step process is a process performed sequentially in one reactor. By discharging the sludge evenly and stably with ID / SC distribution pipe, the water content of the waste sludge can be lowered. The non-powered floating decanter is used for easy maintenance, and the use of jet aerator keeps oxygen transfer efficiency even during long-term use.

그러나, 제트분사 노즐의 폐쇄를 방지하기 위해 침사지에 미세 스크린의 설치가 필요하며, 재순환 배관, 폭기장치 세정시설 등의 기계/배관이 복잡하다.However, in order to prevent the closing of the jet injection nozzle, it is necessary to install a fine screen on the settlement, and the machinery / piping of the recirculation pipe, the aeration device cleaning facility, etc. is complicated.

선회와류식-SBR 공법은 폭기와 교반기능을 동시에 수행하는 표면교반기를 설치하여 운전함으로 산기관을 사용하는 공법들에 비해 시설이 단순하나, 표면교반기를 사용하므로 중/대용량의 하수처리시에는 반응조의 수가 많아지는 문제점이 있다.Swirl Vortex-SBR method is simpler than the method using diffuser by installing and operating surface stirrer which performs aeration and agitation function simultaneously. There is a problem that the number of.

범양 연속회분식 활성슬러지법 공법(PSRB)은 하수의 유기물 및 질소, 인의 제거 능력을 향상시키고 1주기당의 배출비를 극대화 시킨 공정이며, 간단한 배출예비실과 상승 커튼월에 의하여 스컴이나 침전된 슬러지층의 교란없이 안정된 처리수질을 확보할 수 있는 상징수 배출장치(Decanting System)가 있다.Pumyang Continuous Batch Activated Sludge Process (PSRB) is a process that improves the ability to remove sewage, nitrogen and phosphorus in sewage and maximizes the discharge rate per cycle. There is a decanting system that can secure stable treated water quality without disturbing.

슬러지 이송공정이 완료되면, 배출예비실의 커튼월의 승하강에 의해 배출비를 조절하고, 배출예비실이 고정월과 이동월에 의해 슬러지 침강층을 확보하고, 고장시 예비펌프를 가동하여, 계속적인 처리와 수리를 병행할 수 있다.When the sludge conveying process is completed, the discharge ratio is controlled by raising and lowering the curtain wall of the discharge reserve chamber, and the discharge reserve chamber secures the sludge settling layer by the fixed wall and the moving wall, and operates a preliminary pump in case of failure. You can carry out parallel processing and repairs.

PSBR 공법은 펌프에 의한 가압식 배출로 자연유하 배출방식에 의한 일반적인 시스템보다 전력비등 유지관리상의 추가비용이 발생하고, 예비를 포함하여 슬러지이송 및 배출기능을 위한 펌프의 수효가 많아 지므로 공동구내에 별도의 기계실을 두어야 하며, 배관이 복잡하고, 배출펌프로 우천시 유량까지 처리해야 하므로 후단설비의 용량이 증대되고, 자동제어를 위한 반응조 내부의 커튼월을 전동식으로 구동해야 하므로 고장시 대처가 어렵다는 단점이 있다.The PSBR method is a pressurized discharge by the pump, which incurs additional costs in maintenance of power consumption compared to the general system based on the natural discharge method, and increases the number of pumps for sludge transfer and discharge functions including reserves. The machine room must be installed, and the piping is complicated, and the discharge pump has to handle up to the flow rate in the rain, so that the capacity of the rear end equipment is increased, and the curtain wall inside the reactor for the automatic control must be driven electrically. have.

상기한 바와 같은 다양한 하폐수 처리공법이외에도 다양한 것이 있으나 최근 연속 회분식 반응조(Sequencing Batch Reactor, SBR)공법이 개발이 시도되고 있는데 초기의 회분식 방법에 기초를 두는 공법으로 1893년 영국의 토마스 워들(Thomas Wardle)경에 의해 처음으로 제안되었다.In addition to the various sewage treatment methods described above, there are a variety of methods, but recently, a sequencing batch reactor (SBR) method has been developed. The method based on the initial batch method is Thomas Wardle of England in 1893. It was first proposed by Sir.

그 후 1914년 멜링(Melling)과 쇽워스(Suckworth) 등에 의하여 소규모적으로 이용되어 오다가 1930년대 이후 도시의 급속한 인구증가와 산업화에 따른 많은 양의 유입폐수를 자동적으로 개폐할 수 있는 밸브(Valve) 및 기타 부속설비의 기술개발이 뒤따르지 못하여 이 공법은 더 이상 발전이 되지 못하였다. 그 이후 자동화 설비인 자동 밸브시스템, 전기적 타이머 및 기타 수위조절장치 등의 개발과 실용화가 가능케 됨에 따라 1950년대 후버(Hoover), 퍼지스(Porges) 등에 의해 연속회분식공법(Sequencing Batch Reactor, 이하 SBR이라 함)이 재론되었고, 1970년대 이후에 이르러 일빈(Irvine)에 의해 SBR공법의 우수성이 확인되면서 재차 주목을 받기 시작하였다.Since then, it has been used on a small scale by Meling and Suckworth in 1914, and it can automatically open and close a large amount of influent wastewater due to the rapid population growth and industrialization of the city since the 1930s. ) And other subsidiary facilities, the development of which is no longer possible. Since then, the development and practical use of automated valve systems, electrical timers and other water level control devices have become possible.In the 1950s, Sequencing Batch Reactor (SBR) was developed by Hoover and Porges. After the 1970's, Irvine began to attract attention as the superiority of the SBR method was confirmed by Irvine.

비 SBR계열의 공법들은 각각의 반응조를 공간적으로 분할하여 배치하고 있으나, SBR은 공간적으로 분할된 여러 반응조 들을 하나의 단일 반응조로 합쳐 각각의 반응이 시간의 순서에 따라 진행되도록 하고 있다. 즉, SBR은 하나의 반응조에서 유입, 혐기, 호기, 침전, 배출이 시간의 순서로 이루어진다.Non-SBR-based methods divide each reactor in a spatial manner, but SBR combines the spatially divided reactors into a single reactor to allow each reaction to proceed in the order of time. In other words, in SBR, inflow, anaerobic, aerobic, sedimentation, and discharge are performed in order of time in one reactor.

SBR은 공간적으로 분할된 여러 반응조 들을 하나의 단일 반응조로 합쳐 각각의 반응이 시간의 순서에 따라 진행되도록 하고 있다. 즉, SBR은 하나의 반응조에서 유입, 혐기, 호기, 침전, 배출이 시간의 순서로 이루어지며, 순서별로 나타나는 반응조의 기능을 설명하면 다음과 같다.SBR combines spatially partitioned reactors into a single reactor, allowing each reaction to proceed in chronological order. In other words, SBR inflow, anaerobic, aerobic, sedimentation, discharge in one reactor is made in the order of time.

1)유입(Fill): 유입기간 동안에는 하수가 반응조 내에 남아있는 미생물과 접촉하면서 원하는 부피만큼 채워지게 된다. 유입부피는 오수의 특성에 따라 30-75% 내에서 결정될 수 있다. 유입방식은 크게 정적유입(Static Fill), 혼합유입(Mixed Fill), 폭기유입(Aerated Fill) 3가지 방식으로 대별된다. 이중에서 혼합유입방식을 가장 흔히 채택하는데, 혼합유입의 경우에는 유입기간에 혐기반응이 일어나면서 탈질과 인방출을 행하기 때문에 처리효율의 향상을 가져오게 된다.1) Fill: During the inflow period, the sewage is filled with the desired volume as it comes into contact with the microorganisms remaining in the reactor. The inflow volume can be determined within 30-75% depending on the nature of the sewage. There are three main types of inflows: static fills, mixed fills, and aerated fills. Among them, the mixed inflow method is most commonly adopted. In the case of the mixed inflow, the anaerobic reaction takes place during the inflow period, so that denitrification and phosphorus emission are performed, resulting in an improvement in treatment efficiency.

2)반응(React): 반응기간은 산소를 공급하는 호기성 반응시간과 산소의 공급이 없는 혐기 또는 무산소 반응시간으로 이루어진다. 이 기간 동안에는 유기물 제거뿐만 아니라 질소와 인의 제거를 동시에 이룰 수 있다. 반응시간은 한 주기 내에서 전체시간의 대략 50% 이하로 하여 운전하며, 반응시간은 호기/혐기 상태가 주기적으로 반복된다.2) React: The reaction period consists of aerobic reaction time to supply oxygen and anaerobic or anoxic reaction time without oxygen supply. During this time, not only organic matter but also nitrogen and phosphorus can be simultaneously removed. The reaction time is operated at about 50% or less of the total time in one cycle, and the reaction time is periodically repeated an aerobic / anaerobic state.

3)침전(Settle): 혼합액으로부터 고액분리를 이루는 단계이며, 침전기간 중에 유입수의 흐름이 전혀 없기 때문에 높은 침전효율을 가지게 된다. SBR은 슬러지의재순환 없이 침전된 슬러지가 다음 Cycle에서 반응에 필요한 미생물로 남기 때문에 침전효율의 향상은 처리효율의 향상과 직접적으로 관련된다. 일반적으로 유입수의 부하가 높지 않은 경우 침전시간은 0.5 - 1.5시간 정도이다. 3) Settle: This is the step of separating solid-liquid from mixed liquid and has high settling efficiency because there is no flow of influent during settling period. SBR is directly related to improvement of treatment efficiency because sludge precipitated without recycle of sludge remains as microorganism for reaction in the next cycle. Generally, if the load of influent is not high, the settling time is about 0.5-1.5 hours.

4)배출(Draw): 배출은 고정된 배출펌프 또는 부상 배출펌프를 사용하며, 이 외에도 여러 가지 다양한 배출 방식이 이용되고 있다. 특히, 배출단계에서는 고액분리된 상징액만의 배출을 목적으로 하기 때문에 침전된 슬러지의 흔들림이 없도록 하는 것이 처리수의 수질 안정에 중요하다.4) Draw: The discharge uses a fixed discharge pump or a floating discharge pump, and various other discharge methods are used. In particular, in the discharge step, it is important to stabilize the water quality of the treated water so that the sedimented sludge is not shaken because the purpose is to discharge only the supernatant separated from the solid solution.

SBR공법의 특징으로는 SBR처리 시스템에서 폭기시간을 산정하기 위해서는 유기물, 질소 및 인의 농도 등에 대한 유입원수의 기본 성상과 1 사이클(Cycle)의 처리수량, 반응조의 용량, 반응조의 형상, 조내의 MLSS 농도, 폭기강도, 산소전달율 등의 시스템 운영인자, 그리고 각 항목별 목표제거율 등이 동시에 고려되어야 한다.The characteristics of the SBR method are to calculate the aeration time in the SBR treatment system.The basic characteristics of the influent water, the amount of water treated in one cycle, the capacity of the reactor, the shape of the reactor, and the MLSS in the tank are used to calculate the aeration time in the SBR treatment system. System operating factors such as concentration, aeration intensity, oxygen transfer rate, and target removal rate for each item should be considered at the same time.

SBR 처리 시스템에서는 유입수의 특성상 질소의 제거가 우선되어야 할 경우 충분한 질산화가 이루어지기 위해 폭기시간과 폭기강도를 증가(적어도 1 mgO2/L의 용존 산소가 계속 유지)하고, 인의 제거가 보다 중요한 경우에는 0.5mg/L로 유지되어야 한다. 질소제거를 위한 SBR의 응용에서 주의해야 할 점은 폭기시간의 조절을 통하여 탈질화 반응에 필요한 유기물이 반응조 안에 있도록 하는 것이다.In the SBR treatment system, when the removal of nitrogen should be prioritized due to the characteristics of the influent, the aeration time and aeration intensity are increased to maintain sufficient nitrification (at least 1 mgO 2 / L dissolved oxygen is maintained), and the removal of phosphorus is more important. Should be maintained at 0.5 mg / L. In the application of SBR for nitrogen removal, attention should be paid to controlling the aeration time so that the organics necessary for the denitrification reaction are present in the reactor.

또한, 단일 반응조 내에 환경이 혐기와 호기 상태로 반복하여 변화됨으로서 미생물의 인 과다섭취 현상(Luxury Uptake)가 일어나 인 제거량이 증가하게 된다.In addition, by repeatedly changing the environment in the anaerobic and aerobic state in a single reactor, the uptake of phosphorus (Luxury Uptake) of the microorganisms is increased to increase the amount of phosphorus removal.

그러나 SBR공법은 고도로 자동화된 운전 시스템을 요구하기 때문에 활성화되지 못하고 있었으나, 자동화 기술의 일반화로 이러한 문제점이 극복되어 최근에는 널리 사용되고 있다. SBR공법의 공통된 장점은 (1) 설치면적이 작고 공정이 단순하며, (2) 순간적으로 높은 유량이나 오염물질 부하량에 강하고, (3) 반송슬러지 운송이 필요 없으므로 시설비 및 운전비가 저렴하며, (4) 단일반응조에서 호기/혐기 상태가 교대되어 사상균 성장 억제에 의한 벌킹이 없고, (5) 장기폭기이므로 슬러지의 발생량이 적다. (6) 슬러지의 벌킹이 일어나기 어렵다. 특히 폐수의 유입기간을 혐기성 상태로 유지함으로써 SVI가 저하하게 되고 폭기의 동력비도 절감된다.However, the SBR method has not been activated because it requires a highly automated operation system, but these problems have been overcome by generalization of automation technology and have been widely used in recent years. Common advantages of the SBR process include: (1) small footprint and simple process, (2) instantaneous high flow rates or pollutant loads, (3) transportation and transport costs are low because no transport of sludge is required, and (4) ) There is no bulking due to the inhibition of filamentous fungi due to the alternating aerobic and anaerobic conditions in a single reactor. (6) Sludge bulking is unlikely to occur. In particular, by maintaining the inflow period of the waste water in the anaerobic state, the SVI is lowered and the energy cost of the aeration is also reduced.

아울러, 질소 제거 공법에는 크게 물리·화학적 방법과 생물학적 방법이 있다. 물리·화학적 방법에는 암모니아 스트립핑법, 불연속점 염소주입법, 이온 교환법, 역침투법, 전기 투석법 등이 있는데 설치 및 운전비용, 환경에 미치는 영향, 재생시에 발생되는 농축수의 처리문제 등이 있어 현재는 거의 사용되지 않고 있다.In addition, the nitrogen removal method is largely divided into physical and chemical methods and biological methods. Physical and chemical methods include ammonia stripping, discontinuous chlorine injection, ion exchange, reverse osmosis, and electrodialysis. These include installation and operating costs, environmental impact, and treatment of concentrated water generated during regeneration. Is rarely used.

이에 반해 생물학적 방법은 그 원리가 어느 정도 규명되어 있고, 물리·화학적 처리방법에 비해 비용, 환경에 미치는 문제, 그리고 부산물의 발생이 거의 없는 관계로 수중의 질소 제거 기술로 광범위하게 사용되고 있다.On the other hand, biological methods are widely used as nitrogen removal techniques in water because their principles are elucidated to some extent, and cost, environmental problems, and by-products are rarely generated compared to physical and chemical treatment methods.

그러나 특히 SBR공법은 유기물 제거에 일반적으로 많이 이용되는 공법이지만 운전조건에 따라 질소와 인도 함께 제거할 수 있으며 효율도 높은 것으로 보고된 바 있으나 질소제거를 위한 SBR의 응용에서 주의해야 할 점은 폭기시간의 조절을 통하여 탈질화 반응에 필요한 유기물이 반응조 안에 있도록 해야하며 또한, 단일 반응조 내에 환경이 혐기와 호기 상태로 반복하여 변화됨으로서 미생물의 과잉섭취에 의한 세포합성 현상(Luxury Uptake)이 일어나 인 제거량이 증가하게 되는 것에 주의를 기울여야 할 것이다.However, the SBR method is a commonly used method for removing organic matter, but it can be removed together with nitrogen depending on the operating conditions and has been reported to have high efficiency. However, in the application of SBR for nitrogen removal, it is necessary to pay attention to the aeration time. The organic matter necessary for the denitrification reaction must be maintained in the reaction tank through the control of. In addition, the environment is repeatedly changed to anaerobic and aerobic conditions in a single reaction tank, resulting in the uptake of microorganisms due to excessive uptake of microorganisms. Care should be taken to increase.

전술한 바와 같은 다양한 하폐수 처리공법이 개발되었으나 환경적인 측면이나 설치공간 및 유지 및 보수 관리 비용 등에 있어 SBR공법이 각광받게 되었으나 이를 실용화하지 못하고 있는 실정이여서 이를 실용화 할 수 있는 기술개발이 요구되었다.Although various sewage treatment methods have been developed as described above, the SBR method has been in the spotlight in terms of environmental aspects, installation space, and maintenance and maintenance costs, but it has not been put into practical use.

본 발명은 SBR공법에서 pH를 저하시키는 질산화 반응 및 pH를 상승시키는 탈질화 반응이 동일 반응조에서 일어나기 때문에 pH 증감을 서로 상쇄하는 효과를 얻을 수 있어, 우리 나라의 하수와 같이 질산화 반응시 pH 저하를 방지할 수 있는 알카리도 농도가 매우 낮은 경우에 SBR 공법을 제공하는데 그 목적이 있다.According to the present invention, since the nitrification reaction to lower the pH and the denitrification reaction to raise the pH occur in the same reactor, the pH increase and the effect of offsetting the increase and decrease of each other can be obtained. The purpose is to provide a SBR method when the alkalinity level that can be prevented is very low.

본 발명은 공정의 처리효율을 향상시키기 위해 다음사항을 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide the following to improve the processing efficiency of the process.

SBR공법으로는 연속식 방법에 비해 처리수의 수질이 안정적인 회분식을 채택하였고, 종래에는 반응조 표면에 발생하는 슬러지 벌킹으로 인해 디켄터(상징수 배출장치)를 설치해야 되었으나, 본 공법에서는 상부에 토양미생물이 다수다종 서식하는 다공질토양을 피복함으로써 디켄터를 설치하지 않고도 토양미생물에 의해 처리기능이 유지되었다.As the SBR method, the batch water of the treated water is more stable than the continuous method, and in the past, a decanter (a symbol discharge device) has to be installed due to the sludge bulking occurring on the surface of the reactor, but in this method, the soil microorganism By covering the porous soil inhabiting this many species, the treatment function was maintained by the soil microorganisms without installing a decanter.

유입수 수질의 이상현상 또는 공기공급 장치의 고장 등으로 반응조 내의 미생물이 사멸하더라도 상부에 다공질토양을 피복함으로써 토양층내의 미생물이 자연적으로 공급되므로 인위적인 공급이 필요없고 토양층내에서 악취를 흡착, 제거하므로 별도의 탈취장치도 불필요하다.Even if microorganisms in the reactor die due to abnormalities in the inflow water quality or breakdown of the air supply system, the microorganisms in the soil layer are naturally supplied by covering the porous soil on the upper part, so no artificial supply is required. Deodorizers are also unnecessary.

질소 제거율을 높이기 위해서는 동일한 양의 유입수량을 처리하는데 있어 수리학적 체류시간을 길게 하는 것보다 가능한 짧게 유지하고, 한 주기내에서 반복적으로 나타나는 혐기반응과 호기반응의 시간배분에서 가능한 혐기반응 시간이 더 길게 하였다.In order to increase the nitrogen removal rate, it is necessary to keep the hydraulic residence time as short as possible in treating the same amount of influent, and to allow more anaerobic reaction time in the time allocation of the anaerobic and aerobic reactions that occur repeatedly in one cycle. Lengthened.

호기성 반응에서 혐기성 반응으로 전환될 때 반응조내의 DO농도가 높으면 전환 시간대가 길어져 혐기반응(탈질화) 시간이 그 만큼 줄어드는 효과가 발생함으로 SBR 운전에서 반응조의 호기반응시에 DO농도가 적정범위(1∼2 mg/ℓ)를 초과하지 않도록 반응조내에 각종 센서를 설치하고 그 센서에 의해 감지된 신호를 통해 원격제어 모니터링하고 콘트롤할 수 있도록 함으로서 pH, DO, 온도를 모니터링하여 제어하도록 하였다.When the DO concentration in the reactor is high when the aerobic reaction is converted to anaerobic reaction, the conversion time is longer and the anaerobic reaction (denitrification) time is reduced by that amount. Various sensors were installed in the reaction tank so as not to exceed ˜2 mg / ℓ), and the pH, DO, and temperature were monitored and controlled by remotely monitoring and controlling the signals detected by the sensors.

본 발명은 인의 제거량을 늘리기 위해서는 주어진 반응 시간내에서 혐기와 호기의 반복시간을 가능한 짧게 하여 반복회수를 늘림으로서 미생물의 Stress 증가로 인한 인의 과잉섭취에 의한 세포합성(Luxury Uptake)이 높아지도록 하는데 그 목적이 있다.In order to increase the amount of phosphorus removed, the repetition time of anaerobic and aerobic cycles is shortened as much as possible within a given reaction time, thereby increasing the number of repetitions, thereby increasing the cell uptake due to excessive intake of phosphorus due to the stress of microorganisms. There is a purpose.

또한 한 주기가 끝나는 침전시간 바로 앞의 반응은 인을 흡수하는 호기반응이 오도록 혐기/호기 반복주기를 설정하여 인의 처리효율을 향상시키는데 그 목적이 있다.In addition, the reaction immediately before the settling time at the end of one cycle aims to improve the efficiency of phosphorus by setting the anaerobic / aerobic repetition cycle so that the aerobic reaction to absorb the phosphorus comes.

도 1은 본 발명에 따른 반응조 상세도,1 is a detailed view of the reactor according to the present invention,

도 2는 본 발명에 따른 반응조의 각 시료별 운전상황을 나타낸 도면,2 is a view showing the operating status for each sample of the reaction tank according to the present invention,

도 3은 본 발명에 따른 자동화 운전 PLC(Programable Logic Controller)의 전체 구성도,3 is an overall configuration diagram of an automated operation PLC (Programmable Logic Controller) according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 모니터링 시스템 구성도이다.4 is a block diagram of a monitoring system according to the present invention.

< 도면의 주요부분의 부호의 설명 ><Description of Signs of Major Parts of Drawings>

10 : 반응조 11 : 토양층10: reactor 11: soil layer

12 : 여재층 13 : 모관망12: Media layer 13: Maternal network

15 : 자동측정기15: automatic measuring instrument

20 : PLC(Programable Logic Controller)20: Programmable Logic Controller

30 : 컴퓨터30: computer

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명의 목적을 달성하기 위해 도 1에 도시된 바와 같이 회분식 SBR 공정에 친자연형 공법인 토양정화법을 접목시켰다. 다시 말하면 반응조(10) 상부에 다공질토양을 피복하여 그 위에 잔디를 식생시킴으로써 토양과 식물의 자연정화기능을 이용하도록 하였다. 이로 인해 반응조 상부에 놓여지는 토양층(11)과 그 위의 잔디는 토양미생물과 함께 BOD, T-N, T-P 등을 영양소로 이용하여 오염물질을 처리하는 보조기능의 역할을 수행함으로서 처리효율을 그만큼 높일 수 있게 되었다.In order to achieve the object of the present invention, as shown in Figure 1, a batch-type SBR process is combined with the soil purification method, a natural method. In other words, the porous soil was coated on the upper part of the reactor 10 and the grass was planted thereon to use the natural purification function of the soil and the plant. As a result, the soil layer 11 placed on the upper part of the reactor and the grass thereon can increase treatment efficiency by serving as an auxiliary function for treating pollutants using BOD, TN, TP, etc. together with soil microorganisms as nutrients. It became.

또한, 유입수 수질의 이상현상 또는 공기공급 장치의 고장 등으로 반응조(10) 내의 미생물이 사멸하였을 때 토양층(11)(토양생태층)의 미생물이 자연적으로 반응조(10)내로 공급될 수 있기 때문에 인위적인 미생물 배양조를 별도로 설치하지 않더라도 이러한 역할을 토양층(11)이 대신할 수 있다.In addition, when microorganisms in the reaction tank 10 are killed due to abnormalities in the inflow water quality or failure of the air supply device, the microorganisms in the soil layer 11 (soil ecological layer) may be naturally supplied into the reaction tank 10. Even if the microbial culture tank is not separately installed, the soil layer 11 may replace this role.

이처럼 토양층(11)에는 식물, 동물, 미생물 등과 같은 생물체들이 상호 의존관계를 유지하면서 살아가고 있다. 특히, 반응조에서 발생하는 악취는 상부에 다공성 토양층을 통과하면서 흡착되며, 흡착된 악취물질은 토양미생물에 의하여 서서히 냄새 없는 물질로 전환될 수 있으며, 반응조(10)의 최상부가 잔디와 같은 식생 식물로 덮여져 있어 조경시설의 일원으로도 활용될 수 있을 것이다.As such, organisms such as plants, animals, and microorganisms live in the soil layer 11 while maintaining interdependence. In particular, the odor generated in the reaction vessel is adsorbed while passing through the porous soil layer on the upper side, the adsorbed odor substance may be gradually converted into a odorless material by soil microorganisms, the top of the reaction tank 10 to a vegetation plant such as grass It is covered and can be used as a member of landscaping facilities.

반응조 여재층과 토양층(11) 사이에는 모관망(13)을 설치하여 흙이 하부로 떨어지지 않도록 모관망을 고정시키고, 토양층 밑부분으로 전체용량의 20% 깊이 까지는 쇄석(φ100∼150)을 사용하여 충진하였다.A capillary network 13 is installed between the reactor media layer and the soil layer 11 to fix the capillary network so that the soil does not fall to the bottom, and using crushed stone (φ100 to 150) to the bottom of the soil layer to a depth of 20% of the total capacity. Filled.

이러한 여재층(12)은 반응조로 유입되는 하수와 토양층을 연결할 뿐만 아니라 여재에 부착되는 미생물에 의해 하수내 오염물질의 일부가 제거될 수 있다.The filter media layer 12 may not only connect the sewage and soil layers introduced into the reactor, but also remove some of the contaminants in the sewage by the microorganisms attached to the filter media.

또한, 반응조 내에서 물이 교반될 때 이것이 토양층 하부에 미치는 충격 영향을 완화하는 기능도 포함하고 있다.It also includes the ability to mitigate the impact of water on the bottom of the soil layer as it is stirred in the reactor.

여재층 충진재로서 쇄석을 사용한 이유는 경제성이 있으며 자연에서 구하기가 용이하고 토양미생물들이 토양층(11)뿐만 아니라 반응조 내부에서도 성장하는데 가장 근접한 조건을 줄 수 있다고 판단하였기 때문이다.The reason for using the crushed stone as the filter media filler is because it is economical and easy to obtain in nature, and it is determined that the soil microorganisms can give the closest condition to grow not only in the soil layer 11 but also inside the reactor.

여재층 하부 반응조(14)는 SBR와 같은 기능을 수행하도록 하였다. 즉, 반응조의 상태가 시간대에 따라 유입조/호기조/혐기조/침전조의 역할로 변화되도록 하였다. 하수유입방식은 회분(간헐)식 유입방법을 사용하였으나, 본 발명에서는 2개의 반응조 들에 유입시간대를 다르게 하여 유입하수가 가능한 연속적으로 주입되도록 하였다.The lower filter layer 14 is to perform the same function as the SBR. In other words, the state of the reaction tank is changed to the role of inflow tank / aerobic tank / anaerobic tank / sedimentation tank according to the time zone. The sewage inflow method used a batch (intermittent) inflow method, but in the present invention, the inflow sewage was continuously injected into the two reaction tanks in different time periods.

본 발명에 따른 호기성 반응, 혐기성반응 및 질소와 인제거에 따른 생물학적 혹은 화확적 반응에 대하여 설명한다.The aerobic reaction, anaerobic reaction and the biological or chemical reaction according to nitrogen and phosphorus removal according to the present invention will be described.

※호기성 반응에 대하여,※ About aerobic reaction,

호기성 미생물은 유기물을 분해하여 에너지를 얻고 세포합성을 하는데, 이것을 식으로 나타내면 다음과 같다.Aerobic microorganisms decompose organic matter to obtain energy and synthesize cells, which are expressed as follows.

COHN(유기물) + O2+ 영양소 → C5H7O2N + CO2+ NH3+ 기타 생성물COHN (organic) + O 2 + nutrients → C5H7O2N + CO 2 + NH 3 + other products

위의 식에서 보여지는 바와 같이 오폐수내의 유기물은 미생물의 새로운 세포(C5H7O2N), CO2등으로 전환되어 제거된다. 이때 1kg의 C5H7O2N을 합성하기 위해서는 0.12kg의 질소와 0.025kg의 인이 소비된다.12)As shown in the above equation, organic matter in waste water is converted to new cells of microorganisms (C 5 H 7 O 2 N), CO 2, etc. and removed. At this time, 0.12 kg of nitrogen and 0.025 kg of phosphorus are consumed to synthesize 1 kg of C 5 H 7 O 2 N.

※혐기성 반응Anaerobic reaction

혐기성 미생물에 의한 유기물 분해 과정은 크게 2단계로 나눌수 있다. 첫번째 단계에서는 유기산 생성균에 의해 유기물이 초산(CH3COOH)이나 로피온산(CH3CH2COOH)과 같은 유기산으로 전환되며 단백질의 경우에는 분해되는 과정에서 유기산 이외에 암모니아(NH3)가 생성된다. 두 번째 단계에서는 첫 번째 단계에서 생성된 유기산이 메탄 생성균에 의해 최종 산물인 메탄과 이산화탄소로 전환된다. 유기산 생성균의 증식 속도는 빠른 반면에 메탄 생성균의 증식 속도는 느리기 때문에 혐기성 방법에 의한 폐수처리 효율은 유기산 생성균보다는 메탄 생성균의 역활에 의해 좌우된다. 메탄생성균에 의한 유기물 분해과정을 식으로 나타내면 다음과 같다.The process of decomposition of organic matter by anaerobic microorganism can be divided into two stages. The first organic material by the acid producing bacteria in the step of acetic acid (CH 3 COOH), or as will be converted into an organic acid such as propionic acid (CH 3 CH 2 COOH) is ammonia (NH 3) is generated in addition to the organic acid in the course of decomposition in the case of a protein . In the second stage, the organic acid produced in the first stage is converted by the methane producing bacteria into the final products methane and carbon dioxide. Since the growth rate of organic acid producing bacteria is fast while the growth rate of methane producing bacteria is slow, the efficiency of wastewater treatment by anaerobic method is dependent on the role of methane producing bacteria rather than organic acid producing bacteria. The process of decomposition of organic matter by methane-producing bacteria is as follows.

COHN(유기물) + H2O + 영양소 → C5H7O2N + CH4+ CO2+ NH3+ HCO3+ 기타 생성물COHN (organic) + H 2 O + Nutrients → C 5 H 7 O 2 N + CH 4 + CO 2 + NH 3 + HCO 3 + Other products

위의 식에 나타난 바와 같이 메탄생성균에 의해 유기물은 C5H7O2N, CH4, CO2등으로 전환된다.As shown in the above equation, the organic matter is converted to C 5 H 7 O 2 N, CH 4 , CO 2, etc. by methane producing bacteria.

※질소제거 이론Nitrogen removal theory

오폐수속에 우세한 질소형태는 유기질소(Organic Nitrogen) 및 암모니아성 질소(NH3-N)다. 유기질소는 혐기성 또는 호기성 조건에서 미생물의 분해작용에 의해 NH3-N 로 전환된다. NH3-N은 이를 산화시키는 미생물에 의해 아질산성 질소(NO2-N)를 거쳐 질산성 질소(NO3-N)로 된다.The predominant nitrogen forms for wastewater are organic nitrogen and ammonia nitrogen (NH 3 -N). Organonitrogen is converted to NH 3 -N by the decomposition of microorganisms under anaerobic or aerobic conditions. NH 3 -N is converted to nitrate nitrogen (NO 3 -N) via nitrite nitrogen (NO 2 -N) by a microorganism oxidizing it.

이러한 NH3-N의 산화과정을 질산화(Nitrification)라 부르며, 질산화 작용에 의해 생성된 NO3-N은 다시 이를 환원시키는 미생물에 의해 질소가스(N2)로 환원되어 대기중으로 방출되는데 이를 탈질화(Denitrification)라 한다.This oxidation process of NH3-N is called nitrification, and NO 3 -N produced by nitrification is reduced to nitrogen gas (N 2 ) and released into the atmosphere by microorganisms that reduce it. Denitrification).

※질산화 과정Nitrification Process

암모니아의 산화를 일으키는 미생물에는 여러 가지가 있으나 대표적인 것으로 니트로소모나스(Nitrosomonas)와 니트로백터(Nitrobacter)가 있다. 이들은 모두 호기성 독립 영양 미생물(Aerobic Autotrophic Bacteria)이며 산소로 암모니아를 산화시키며 생장한다. 수중에서 암모니아 이온(NH4 +) 형태로 존재하는 암모니아의 질산화 과정을 식으로 나타내면 다음과 같다.There are many kinds of microorganisms that cause oxidation of ammonia, but the representative ones are Nitrosomonas and Nitrobacter . These are all aerobic autotrophic Bacteria and grow by oxidizing ammonia with oxygen. The nitrification of ammonia in water in the form of ammonia ions (NH 4 + ) is as follows.

22NH4 ++ 37O2+ 4CO2+ HCO3 -→ C5H7O2N + 21NO3 -+ 20H2O + 42H+ 22NH 4 + + 37O 2 + 4CO 2 + HCO 3 - → C 5 H 7 O 2 N + 21NO 3 - + 20H 2 O + 42H +

질산화는 암모니아가 산화되면서 만들어지는 세포증식율(Cell yield)이 종속영양미생물(Heterotrophic Bacteria)에 비해 매우 낮다. 독립 영양인 질산화 미생물은 유기물을 분해하는 종속영양미생물에 비해 증식속도가 매우 높기 때문에 오폐수내에 유기물의 농도가 높으면 이것을 분해하는 종속영양미생물의 증식속도가 높아 반응조내에 질산화 미생물을 집적시키기 어렵게 된다.Nitrification has a very low cell yield produced by the oxidation of ammonia compared to heterotrophic Bacteria. Nitrogen microorganisms, which are independent nutrients, have a much higher proliferation rate than heterotrophic microorganisms that decompose organic matters. Therefore, if the concentration of organic matter is high in the wastewater, the proliferation rate of heterotrophic microorganisms that decomposes it is difficult to accumulate nitrifying microorganisms in the reactor.

또한, 질산화 과정에서는 수소 이온(H+)이 발생하기 때문에 수중의 pH 저하로 인해 질산화율이 감소될 수 있다. 질산화의 적정 pH는 7.5 ∼ 8.6 사이의 좁은 범위이나, 이보다 낮은 pH에 적응된 반응조내 미생물의 경우에는 낮은 pH에서도 질산화반응이 성공적으로 일어날 수 있다.In addition, since nitric oxide (H +) is generated in the nitrification process, the nitrification rate may be reduced due to the pH decrease in water. The optimum pH for nitrification is a narrow range between 7.5 and 8.6, but in the case of microorganisms adapted to lower pH, nitrification can be successful even at low pH.

하지만 pH가 5 이하로 저하되면 질산화는 더 이상 이루어지지 않는 것으로 알려지고 있다. 따라서 반응조내 적정 pH를 유지하기 위해서는 암모니아성 질소 1mg당 7.14mg의 알카리도(as CaCO3)를 공급해 주어야 한다.However, when the pH is lowered below 5, it is known that nitrification no longer occurs. Therefore, in order to maintain an appropriate pH in the reactor, it is necessary to supply 7.14 mg of alkalinity (as CaCO 3 ) per 1 mg of ammonia nitrogen.

※탈질화 과정※ Denitrification Process

탈질화(Denitrification)는 질산화 과정에서 생성된 질산염(NO3)이 무해한 질소 가스(N2)로 환원되는 과정을 말한다. 탈질화 과정에서는 NO3 -가 수소수용체(hydrogen acceptor)로 이용되므로 혐기성 반응이 되며, 메탄올을 탄소원으로 공급할 경우에 NO3를 제거하기 위한 생물학적 반응식은 다음과 같다.Denitrification refers to a process in which nitrates (NO 3 ) generated during nitrification are reduced to harmless nitrogen gas (N 2 ). In the denitrification process, since NO 3 is used as a hydrogen acceptor, it becomes an anaerobic reaction. In the case of supplying methanol as a carbon source, the biological equation for removing NO 3 is as follows.

NO3 -+ 1.08CH3OH + H+→ 0.065C5H7O2N + 0.47N2+ 0.76CO2+ 2.44H2O NO 3 - + 1.08CH 3 OH + H + → 0.065C 5 H 7 O 2 N + 0.47N 2 + 0.76CO 2 + 2.44H 2 O

탈질화균에는Pseudomonas, Micrococcus, Archomobactor, Bacillus등과 같은 종이 있으며, 이러한 미생물은 임의성(facultative) 종속영양미생물이므로 분자상태의 산소가 존재할 때에는 이를 전자 수용체로 이용하기 때문에 탈질화는 일어나지 않는다. 따라서 탈질작용을 활성화시키기 위해서는 산소공급이 없는 무산소(anoxic) 환경과 충분한 유기물의 공급이 절대적으로 필요하다. 탈질화 과정에서 필요한 유기물로서 메탄올이 경제성 때문에 가장 널리 사용되고 있지만, 대체할 수 있는 유용한 유기물을 오폐수내에서 얻게 되면 메탄올을 공급하는데 드는 비용을 절감할 수 있을 것이다.Denitrifying bacteria include species such as Pseudomonas, Micrococcus, Archomobactor, Bacillus, etc. Since these microorganisms are facultative heterotrophic microorganisms, denitrification does not occur because molecular oxygen is used as an electron acceptor. Therefore, in order to activate the denitrification, an oxygen-free environment and supply of sufficient organic matter are absolutely necessary. Methanol is the most widely used organic material for denitrification because of its economic feasibility. However, if a useful alternative is obtained in the waste water, the cost of supplying methanol can be reduced.

탈질화 반응의 적정 pH는 7∼7.5이고, pH가 6 이하이거나 8 이상인 경우에는 탈질이 저해를 받는 것으로 보고되고 있다. 그러나Pseudomonas등은 pH 5.8∼9.2에서도 탈질이 일어나는 것으로 알려지고 있다. 탈질화 과정에서는 질산화 과정과 반대로 수소이온을 방출하는 것이 아니라 소모하기 때문에 수중의 pH가 상승하게 된다. 이러한 효과를 적절히 활용하기 위하여 탈질화 반응조 뒤에 질산화 반응조를 위치시키고 질산화액을 탈질화 반응조로 내부순환시키는 방법이 많이 응용되고 있다.Denitrification is reported to have an appropriate pH of 7 to 7.5 and denitrification is inhibited when the pH is 6 or less or 8 or more. However, Pseudomonas et al. Are known to be denitrified even at pH 5.8-9.2. In the denitrification process, as opposed to nitrification, the pH of the water rises because it consumes rather than releases hydrogen ions. In order to properly utilize these effects, a method of placing a nitrification reactor behind the denitrification reactor and internally circulating the nitrification liquid into the denitrification reactor has been widely applied.

※인 제거 이론※ phosphorus removal theory

미생물의 세포내에 인 함량은 건조 무게비로 1.5∼2% 정도이기 때문에 일반적인 환경에서는 생물학적 인 제거는 거의 일어나지 않는다. 그러나 반응조내의 환경이 혐기와 호기 상태를 반복하면 미생물(PAOs, phosphate accumulatingorganisms)에 의한 인 섭취량이 증가하게 되는데, 이를 미생물의 인 Luxury Uptake라 부른다. 인 섭취량이 높은 미생물을 슬러지로 제거함으로서 인은 최종적으로 제거된다. PAOs의 주된 우점종은 Acinetobacter인 것으로 밝혀져 있다.Phosphorus content in the cells of the microorganism is about 1.5 to 2% by dry weight ratio, so biological removal is rarely performed under normal circumstances. However, when the environment in the reactor repeats anaerobic and aerobic conditions, phosphorus intake by microorganisms (PAOs, phosphate accumulatingorganisms) increases, which is called luxury uptake of microorganisms. Phosphorus is finally removed by sludge removal of microorganisms with high phosphorus intake. The main dominant species of PAOs has been found to be Acinetobacter.

PAOs는 혐기성 상태에서 세포내에 축적된 인산이온(orthophosphate)의 중합체 (Poly-phosphate)가 인산이온으로 분해·방출될 때 발생하는 에너지를 이용하여 세포내에 유기물을 PHB(poly-β-hydroxybutyrate) 형태로 저장하고, 호기성 상태에서 세포내에 저장된 PHB를 산소로 분해하면서 인산이온(orthophosphate)을 외부로부터 섭취하여 Poly-phosphate 형태로 세포내에 저장한다. 따라서 인 제거율을 높이기 위해서는 호기성 상태를 거친 직후에 슬러지를 제거하는 것이 바람직하다. 혐기성 상태는 산소로만 호흡하는 호기성 미생물들에게는 심각한 저해 요인이 될 수 있다.PAOs utilize the energy generated when the orthophosphate polymers (poly-phosphate) accumulated in the cell in the anaerobic state are decomposed and released into phosphate ions to convert organic matter into cells in the form of poly-β-hydroxybutyrate (PHB). In the aerobic state, phosphate ions (orthophosphate) are ingested from the outside while being decomposed into oxygen by PHB and stored in the cell in the form of poly-phosphate. Therefore, in order to increase the phosphorus removal rate, it is preferable to remove the sludge immediately after passing through the aerobic state. Anaerobic conditions can be a serious deterrent to aerobic microbes that breathe only with oxygen.

하지만, PAOs는 성장이 느리고 탄수화물 밖에 이용할 수 없다는 단점이 있으나, Poly- phosphate에 에너지를 저장하고 꺼내 쓸 수 있는 PAOs에게는 호기와 혐기 상태의 반복이 상대적으로 유리하다. 즉, 호기성 상태만 유지되는 경우에는 일반 호기성 미생물에 비해 PAOs의 성장이 열세이나, 호기와 혐기 상태가 주기적으로 반복되는 상황에서는 일반 호기성 미생물과 PAOs는 경쟁할 수 있다. PAOs에 의한 인 방출과 인 섭취 과정을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.However, PAOs are slow in growth and can only be used for carbohydrates. However, repetition of aerobic and anaerobic conditions is advantageous for PAOs that can store and extract energy from polyphosphates. That is, when only aerobic conditions are maintained, growth of PAOs is inferior to general aerobic microorganisms, but general aerobic microorganisms and PAOs may compete in a situation where the aerobic and anaerobic cycles are periodically repeated. In more detail, the process of phosphorus release and phosphorus intake by PAOs is as follows.

※인 방출 과정※ Phosphorus release process

혐기성 상태에서의 인 방출 과정은 일반적인 pH 조건에서아세타이트산(Acetic Acid; HAc)의 대부분은 이온상태로 존재하게 되며, 고농도의 아세타이트(Acetate, Ac)는 세포내부로 수동 확산하게 된다.In the anaerobic phosphorus release process, most of the acetic acid (HAc) is present in the ionic state at normal pH conditions, and high concentrations of Acetate (Ac) are passively diffused into the cells.

혐기조건에서의 인 방출 과정Phosphorus Release Process in Anaerobic Conditions

세포내로 수동확산된 HAc는 Poly-P가 분해되어 인산 이온을 방출할 때 발생하는 에너지를 이용하여 아세틸-조효소(acetyl-CoA, AcCoA)로 전환되고, 이때 생성된 AcCoA의 일부는 TCA(tricarboxylic acid) 회로를 통해 NADH (reduce nicotinamide adenine dinucleotide)를 생성하며 나머지 NADH를 이용하여 PHB 형태로 저장된다. 혐기성 조건에서 질산염(NO3)의 농도가 인 방출에 큰 영향을 주는 것으로 보고되어져 왔으며, 질산염의 농도가 높을수록 인 방출량은 감소하는 것으로 알려지고 있다. 이는 산소(O2)가 없는 무산소 상태에서 Poly-P와 PHB를 저장하고 있는 인 제거 미생물 중의 일부(denitrifying PAOs)가 NO3를 최종전자수용체로 사용하여 PHB를 소비하면서 인 방출이 아닌 인 섭취현상을 재현하기 때문이다.HAc passively diffused into cells is converted to acetyl-coenzyme (acetyl-CoA, AcCoA) using energy generated when Poly-P is decomposed to release phosphate ions, and part of the generated AcCoA is TCA (tricarboxylic acid). It produces NADH (reduce nicotinamide adenine dinucleotide) and stores it in PHB form using the remaining NADH. It has been reported that the concentration of nitrate (NO 3 ) has a significant effect on phosphorus release under anaerobic conditions, and the higher the concentration of nitrate, the lower the phosphorus release rate. This is because some of the phosphorus-removing microorganisms (denitrifying PAOs) that store Poly-P and PHB in the absence of oxygen (O 2 ) use NO 3 as the final electron acceptor, consuming PHB and not phosphorus release. Because it reproduces.

※인 섭취 과정※ phosphorus intake process

호기 상태에서의 인 섭취 과정은 아래의 그림에서 알 수 있는 바와 같이 혐기 상태를 거친 인 제거 미생물은 호기나 무산소 상태가 되어 O2나 NO3같은 전자 수용체가 존재하게 되면 세포내에 저장되어 있는 PHB를 Acetyl-CoA로 전환시킨다.As shown in the figure below, the phosphorus intake process in aerobic state is anaerobic and the phosphorus removing microorganism becomes aerobic or anaerobic, and when there is an electron acceptor such as O 2 or NO 3 , PHB stored in the cell Convert to Acetyl-CoA.

호기조건에서의 인 섭취 과정Phosphorus intake process in aerobic conditions

Acetyl-CoA는 TCA 회로를 거치면서 NADH2를 생성하고, NADH2가 산화되면서 세포합성과 Poly-P의 재합성에 필요한 에너지원 ATP를 형성한다. 따라서 이러한 합성과정에 필요한 ATP를 계속 공급하기 위하여 외부로부터 인의 섭취가 일어난다. 미생물의 세포내에 Poly-P 형태로 인산이온을 저장하는데 필요한 에너지를 얻기 위하여 유기물을 분해할 때 용존산소(DO)는 필요하며, 효과적인 인 섭취를 위해서2mg/L 이상의 DO 농도를 유지해 주어야 한다. 유기물의 부하가 낮은 경우에는 DO가 0.3mg/L 이하에서 인 방출이 이루어지며, 유기물의 부하가 높은 경우에는 0.1mg/L 이하에서 인 방출이 시작된다.Acetyl-CoA produces NADH2 through the TCA circuit, and NADH2 is oxidized to form the energy source ATP necessary for cell synthesis and resynthesis of Poly-P. Therefore, the intake of phosphorus from the outside occurs to continue to supply the ATP required for this synthesis process. Dissolved oxygen (DO) is required when decomposing organic materials to obtain the energy needed to store phosphate ions in the form of poly-P in the cells of microorganisms. If the load of organic matter is low, the phosphorus release occurs at 0.3 mg / L or less. If the load of organic matter is high, phosphorus release starts at 0.1 mg / L or less.

※토양에 의한 생물정화 이론※ Biopurification theory by soil

토양지표면 아래 약 1m까지는 식물, 동물, 미생물 등과 같은 생물체들이 상호의존관계를 유지하면서 살아가고 있다. 이러한 토양층에 오염물이 유입될 경우에는 오염물이 토양생물체의 영양소가 되어 분해·제거된다. 특히 토양 원생동물중에 지렁이는 일반 하수구에서 흔히 볼 수 있듯이 오니를 상당히 좋아하며 매일 자신의 체중만큼의 오니를 자기 몸속으로 통과시켜 분해하는 능력을 갖고 있다.Up to about 1 meter below the soil surface, organisms such as plants, animals, and microorganisms live in interdependence. When contaminants enter the soil layer, the contaminants become nutrients to soil organisms and are decomposed and removed. Earthworms, especially earthworms, are very fond of sludge as is commonly seen in general sewers, and have the ability to break down sludge by passing their weight into their bodies every day.

한편, 대장균과 같은 오폐수내에 유해세균은 토양미생물과 상호적대관계가 존재하여 토양미생물의 먹이가 되어 완전제거가 가능하고, 토양미생물은 원생동물의 먹이가 되며 이 원생동물은 지렁이의 영양원이 된다.On the other hand, harmful bacteria in wastewater, such as E. coli, have mutual relations with soil microorganisms, which can be completely eliminated by feeding on soil microorganisms.

본 발명에서 사용한 오폐수처리 현장 실험 장치와 실험 장치의 주요 설비 제원은 아래의 표1 과 표2에 요약하였다.The main equipment specifications of the wastewater treatment field test apparatus and the test apparatus used in the present invention are summarized in Table 1 and Table 2 below.

현장 실험장치의 주요 설비 기능 및 제원Major facility functions and specifications of field test equipment 명 칭Name 제 원Specification 반응조Reactor 규 격유효용적수 량Standard Effective Capacity 0.6×0.3×1.0(m)0.1㎥2조0.6 × 0.3 × 1.0 (m) 0.1㎥2 set 에어 송풍기(Air Blower)Air Blower 수 량Quantity 2대2 units 유량조절펌프Flow Control Pump 수 량Quantity 2대2 units 토양층Soil layer 두 께표 면Thickness surface 0.15m잔디식생0.15m grass vegetation 충진 MediaFilling Media 재 료공 극 율Material Pole Rate 초벌구이황토관 조각0.46Roasted Yellow Clay Pipe Piece 0.46 PLCPLC 규 격standard Master-K 시리즈(K10S)Master-K series (K10S) 자동측정기Automatic measuring machine 규 격standard DO, pH, 온도 meterDO, pH, temperature meter

SBR 반응조 설계용량SBR reactor design capacity 구 분division 용 량Volume 유량(Q)Flow rate (Q) 0.025㎥ × 4cycle/day × 2조0.025㎥ × 4cycle / day × 2 sets 용적(V)Volume (V) 0.1㎥ × 2조0.1㎥ × 2 set 체류시간(HRT)HRT 24hour24hour MLSSMLSS 3000 ∼ 3500mg/ℓ3000-3500 mg / ℓ CycleCycle 6hour·4cycle/day6hour4cycle / day 여재층 용적Media layer volume 0.02㎥ × 2조0.02㎥ × 2 sets SBR 반응조 용적SBR reactor volume 0.08㎥ × 2조0.08㎥ × 2 set 총용적Total volume 0.1㎥ × 2조0.1㎥ × 2 set

반응조의 수는 총 2개이며, 각 반응조의 처리용량은 0.1㎥/day를 기준으로 하였다. 반응조의 설계 내역은 위 표 2에 보여진다.The total number of reactors was two, and the treatment capacity of each reactor was based on 0.1 m 3 / day. The design details of the reactor are shown in Table 2 above.

반응조는 아크릴 판을 이용하여 제작되었으며, 도 1에 도시된 바와 같이 반응조 상부는 토양층과 그 위에 잔디를 식생시킴으로서 토양과 식물의 자연정화 기능을 이용하여 그 만큼의 오염물질 정화기능이 향상되도록 하였다.The reactor was manufactured using an acrylic plate, and as shown in FIG. 1, the upper part of the reactor was used to grow soil layers and grasses thereon, thereby improving the pollutant purification function by using the soil and plant natural purification functions.

즉, 반응조 상부에 놓여지는 토양층과 그 위에 잔디는 토양미생물과 함께 BOD, T-N, T-P 등을 영양소로 이용하여 오염물질을 처리하는 보조기능의 역할을 수행함으로서 처리효율을 그만큼 높일 수 있을 것이다.In other words, the soil layer placed on the upper part of the reactor and the grass on it will be able to increase the treatment efficiency by serving as an auxiliary function of treating pollutants using BOD, T-N, T-P, etc. together with soil microorganisms.

또한, 유입수 수질의 이상현상 또는 공기공급 장치의 고장 등으로 반응조 내의 미생물이 사멸하였을 때 토양층(토양생태층)의 미생물이 자연적으로 반응조 내로 공급될 수 있기 때문에 인위적인 미생물 배양조를 별도로 설치하지 않더라도 이러한 역할을 토양층이 대신할 수 있다. 앞에서 설명한 바와 같이 토양층에는 식물, 동물, 미생물 등과 같은 생물체들이 상호 의존관계를 유지하면서 살아가고 있다.In addition, microorganisms in the soil layer (soil ecological layer) can be naturally supplied into the reactor when the microorganisms in the reactor die due to abnormalities in inflow water quality or failure of the air supply device. Soil layer can take over. As described above, organisms such as plants, animals, and microorganisms live in the soil layer while maintaining interdependence.

특히, 반응조에서 발생하는 악취는 상부에 다공성 토양층을 통과하면서 흡착되며, 흡착된 악취물질은 토양미생물에 의하여 서서히 냄새 없는 물질로 전환될 수 있으며, 반응조의 최상부가 잔디와 같은 식생 식물로 덮여져 있어 조경시설의 일원으로도 활용될 수 있을 것이다.In particular, the odor generated in the reaction vessel is adsorbed while passing through the porous soil layer on the upper side, the adsorbed odorous substance can be gradually converted into an odorless substance by soil microorganisms, and the top of the reaction vessel is covered with vegetation plants such as grass. It can also be used as a member of landscaping facilities.

반응조 상부와 토양층 사이에는 모관망을 설치하여 흙이 하부로 떨어지지 않도록 하였고, 토양층 밑부분으로 20cm 깊이 까지는 초벌구이 황토관 조각을 사용하여 충진하였다.A capillary network was installed between the upper part of the reactor and the soil layer to prevent the soil from falling to the bottom.

이러한 여재층은 반응조로 유입되는 오폐수와 토양층을 연결할 뿐만 아니라 여재에 부착되는 미생물에 의해 오폐수내 오염물질의 일부가 제거될 수 있다. 또한, 반응조 내에서 물이 교반될 때 이것이 토양층 하부에 미치는 충격 영향을 완화하는 기능도 포함하고 있다.Such a filter bed may not only connect the wastewater and the soil layer introduced into the reactor, but also remove some of the pollutants in the wastewater by the microorganisms attached to the filter medium. It also includes the ability to mitigate the impact of water on the bottom of the soil layer as it is stirred in the reactor.

여재층 충진재로서 황토관을 사용한 이유는 황토관이 토양 성분과 거의 유사하여 토양미생물들이 토양층뿐만 아니라 반응조 내부에서도 성장하는데 가장 근접한 조건을 줄 수 있다고 판단하였기 때문이다.The reason for using the ocher tube as the filter layer filler is that the ocher tube is almost similar to the soil component, and it was determined that the soil microorganisms could give the closest condition for growth not only in the soil layer but also inside the reactor.

여재층 하부 반응조는 연속회분식 반응조(Sequential Batch Reactor, SBR)와 같은 기능을 수행하도록 하였다. 즉, 반응조의 상태가 시간대에 따라 유입조/호기조/혐기조/침전조의 역할로 변화되도록 하였다.The lower layer of the filter media was to perform the same function as the Sequential Batch Reactor (SBR). In other words, the state of the reaction tank is changed to the role of inflow tank / aerobic tank / anaerobic tank / sedimentation tank according to the time zone.

하수유입방식은 회분(간헐)식 유입방법을 사용하였으나, 본 발명에서 사용한 2개의 반응조 들에 유입시간대를 다르게 하여 유입하수가 가능한 연속적으로 주입되도록 하였다.The sewage inflow method used a batch (intermittent) inflow method, but the inflow sewage was continuously injected into the two reaction tanks used in the present invention in different time periods.

또한, 반응조 내부 교반의 효과를 확인하기 위하여 첫 번째 반응조는 교반기를 이용하여 혐기성 반응 시간대에 내부 교반(Mixing)이 일어나게 하였고, 두 번째 반응조는 교반기를 설치하지 않음으로서 혐기성 반응 시간대에 내부 교반이 일어나지 않도록 하였다. 그러나 호기성 반응 시간대에는 하부 공기 주입에 의하여 두 개의 반응조 모두에서 내부 교반이 일어났다.In addition, in order to confirm the effect of the internal agitation of the reactor, the first reactor caused internal agitation at the anaerobic reaction time using a stirrer, and the second reactor did not install the internal agitation during the anaerobic reaction time because no agitator was installed. It was not. However, during the aerobic reaction time, internal agitation occurred in both reactors by injection of bottom air.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 반응조를 운전하여 아래와 같이 실험을 하였다.By operating the reactor according to the present invention as described above was performed as follows.

주요 수질항목의 유입하수 농도는 CODcr 169.9 ∼401.9mg/L, BOD 85.0 ∼211.5mg/L, SS 66.0 ∼238.0mg/L, T-N 37.1 ∼ 75.1mg/L, NH3-N 17.6 ∼48.6mg/L, NO3--N 0.0 ∼4.6mg/L, T-P 2.6∼8.6mg/L, PO4-P 2.4∼5.5mg/L이다.Influent sewage concentrations of major water quality items are CODcr 169.9 to 401.9 mg / L, BOD 85.0 to 211.5 mg / L, SS 66.0 to 238.0 mg / L, TN 37.1 to 75.1 mg / L, NH3-N 17.6 to 48.6 mg / L, NO3--N 0.0-4.6 mg / L, TP 2.6-8.6 mg / L, PO4-P 2.4-5.5 mg / L.

본 실험의 운전 조건은 유기물 제거보다는 질소 인 제거에 초점을 맞추었다. 4가지의 서로 다른 조건하에서 실험장치는 운전되었으며, 하루의 전체 사이클은 4사이클/일이고, 반응시간은 6시간/사이클이다. 소규모 오폐수처리일 때는 6시간/사이클이 적당하나, 저농도일 때는 4시간/사이클(cycle)이 일반적으로 사용된다. 그리고 분뇨 등이 혼합되어 유입수의 농도가 점점 증가하면 사이클(Cycle)당의 시간도 8시간/cycle, 12시간/cycle, 24시간/cycle로 반응시간이 늘어나게 된다.The operating conditions of this experiment focused on the removal of nitrogen phosphorus rather than organic matter removal. The experimental unit was operated under four different conditions, with a total cycle of 4 cycles / day and a reaction time of 6 hours / cycle. 6 hours / cycle is suitable for small wastewater treatment, but 4 hours / cycle is generally used at low concentrations. And when manure is mixed and the concentration of influent is gradually increased, the reaction time is increased to 8 hours / cycle, 12 hours / cycle, and 24 hours / cycle as well.

본 발명에서는 소규모 오폐수처리를 기준으로 하여 6시간/cycle로 반응조를 운전하였다. 이 조건에서 유입시간은 20∼30 분/cycle이고, 반응시간은 혐기와 호기가 반복되도록 하였으며 침전은 공통으로 40 분/cycle로 하였다.In the present invention, the reactor was operated at 6 hours / cycle based on small scale wastewater treatment. In this condition, the inflow time was 20-30 minutes / cycle, the reaction time was repeated anaerobic and aerobic, and the precipitation was set to 40 minutes / cycle in common.

단계별 유입농도 현황 단위(mg/L)Inflow Concentration Status Unit by Step (mg / L) 단계항목Step Item 표준치 이상Above standard value 시료 1Sample 1 시료 2Sample 2 시료 3Sample 3 시료 4Sample 4 CODcrCODcr 169.9∼401.9169.9 to 401.9 208.8∼305.2208.8-305.2 224.9∼452.7224.9-452.7 162.1∼270.6162.1 to 270.6 223.9∼250.9223.9-250.9 BODBOD 85.0∼187.585.0-187.5 103.6∼151.2103.6-151.2 120.7∼211.5120.7 to 211.5 87.5∼127.387.5-127.3 120.2∼146.0120.2-146.0 SSSS 87.0∼200.087.0-200.0 66.0∼115.066.0-115.0 102.0∼238.0102.0 to 238.0 74.2∼128.074.2-128.0 114.5∼137.5114.5-137.5 T-NT-N 38.8∼64.338.8 ~ 64.3 37.1∼63.137.1 to 63.1 51.3∼75.151.3 ~ 75.1 44.8∼68.244.8 to 68.2 52.7∼60.452.7-60.4 T-PT-P 2.6∼8.62.6-8.6 4.2∼7.04.2-7.0 4.1∼6.04.1-6.0 3.7∼4.53.7 to 4.5 3.5∼4.13.5 to 4.1 NH3-NNH3-N 18.6∼40.918.6-40.9 17.6∼30.617.6 to 30.6 34.5∼41.034.5-41.0 23.5∼48.623.5 to 48.6 29.1∼34.629.1 to 34.6 NO3-NNO3-N 0.0∼4.10.0 to 4.1 2.3∼4.62.3 to 4.6 3.2∼4.23.2 to 4.2 2.6∼3.42.6 to 3.4 2.3∼3.12.3-3.1 PO4-PPO4-P 3.2∼5.53.2 to 5.5 3.2∼4.93.2 to 4.9 3.1∼4.13.1 to 4.1 2.9∼3.62.9 to 3.6 2.4∼3.12.4 to 3.1 수 온Water temperature 10.5∼22.5℃10.5-22.5 ℃ 15.3∼25.6℃15.3 ~ 25.6 ℃ 18.4∼27.6℃18.4 ~ 27.6 ℃ 27.1∼35.4℃27.1 ~ 35.4 ℃ 30.2∼35.1℃30.2-35.1 ℃ AlkalinityAlkalinity 164.9∼245.6164.9-245.6 154.8∼204.8154.8-204.8 212.4∼257.4212.4 to 257.4 175.6∼278.4175.6 ~ 278.4 205.6∼224.5205.6-224.5

방류는 유입과 동시에 작동되도록 하였다. 운전조건은 한 사이클내의 유입/호기/혐기/침전의 시간변화 및 혐기/호기의 순서변화에 따라 구분하였고, 시료 1∼3의 수리학적 체류시간은 24시간이고, 시료 4의 경우는 18시간이다. 한편, 반응조 내의 MLSS 농도는 3000∼3500mg/L 정도가 유지되도록 하였다.The discharge was allowed to operate simultaneously with the inflow. The operating conditions were classified according to the change in the time of inflow / expiration / anaerobic / sedimentation and the order of anaerobic / exhalation within one cycle, and the hydraulic residence time of Samples 1 to 3 was 24 hours, and Sample 4 was 18 hours . On the other hand, MLSS concentration in the reaction tank was to maintain about 3000 to 3500mg / L.

수질분석 방법으로는 주 1회 정도의 빈도로 시료를 채취하여 분석하였으며, 시료채취 지점은 유입수와 유출수의 2개였다. 그러나 반응조의 운전 조건이 변화되기 전에 1회씩 한 사이클(6hour/cycle)내에서 혐기와 호기가 반복되는 시간대 별로시료를 채취하여 분석하였다.Water analysis method Samples were collected and analyzed at a frequency of about once a week, and the sampling points were inflow and outflow. However, samples were analyzed for each time period during which anaerobic and aerobic cycles were repeated within one cycle (6hour / cycle) before the operating conditions of the reactor were changed.

각 운전 조건의 변화에 따른 유입하수 처리 특성을 파악하기 위하여 정기적으로 측정된 수질항목은 CODcr, T-N, NH3-N, NO3--N, T-P, PO4-P, SS, BOD, pH, 온도, DO이다.In order to understand the characteristics of influent sewage treatment according to the change of each operating condition, the water quality items measured regularly are CODcr, TN, NH3-N, NO3--N, TP, PO4-P, SS, BOD, pH, temperature, DO to be.

이 항목들 중에서 pH, 온도, DO는 휴대용 기기를 이용하여 현장에서 측정하였고, 나머지 항목들은 시료를 채취하여 아이스박스(Ice Box)에 담아 실험실로 운반한 후에 환경오염공정시험법과 미국 표준방법(Standard Methods)에 따라 분석하였다. 수질분석 항목별 분석방법은 표 4에 보여진다.Among these items, pH, temperature, and DO were measured in the field using a portable device. The remaining items were taken in an ice box and transported to a laboratory, followed by environmental pollution test method and US standard method (Standard). Method). The analysis method for each item of water quality analysis is shown in Table 4.

수질항목별 분석 방법Analysis method by water quality item 항목(Items)Items 실험방법(Methods) 및 기기Testing methods (Methods) and devices pH pH pH/mv meter(Fisher Scientific Accument 1003) pH / mv meter (Fisher Scientific Accument 1003) DO (Dissolved Oxygen) DO (Dissolved Oxygen) O'Brein dlectrode method (YSI model 51B) O'Brein dlectrode method (YSI model 51B) CODcr (Chemical Oxygen Demand) CODcr (Chemical Oxygen Demand) Closed Reflux Titrimetric method (Standard Methods) Closed Reflux Titrimetric method (Standard Methods) BOD(Biological Oxygen Demand) Biological Oxygen Demand (BOD) 5-Day BOD Test (YSI model 51B) 5-Day BOD Test (YSI model 51B) T-N (Total Nitrogen)T-N (Total Nitrogen) Environmental pollution official method(Korea) Shimadzu UV-1601 UV-Visible SpectrophometerEnvironmental pollution official method (Korea) Shimadzu UV-1601 UV-Visible Spectrophometer T-P (Total Phosphorus )T-P (Total Phosphorus) Environmental pollution official method(Korea) Shimadzu UV-1601 UV-Visible SpectrophometerEnvironmental pollution official method (Korea) Shimadzu UV-1601 UV-Visible Spectrophometer NH3-N(Ammonium Nitrogen) NH3-N(Ammonium Nitrogen) Phenate Method (Standard Methods) Shimadzu UV-1601 UV-Visible SpectrophometerPhenate Method (Standard Methods) Shimadzu UV-1601 UV-Visible Spectrophometer NO3-N (Nitrate Nitrogen) NO3-N (Nitrate Nitrogen) Ultraviolet Spectrophotometric Screeing Method Shimadzu UV-1601 UV-Visible SpectrophometUltraviolet Spectrophotometric Screeing Method Shimadzu UV-1601 UV-Visible Spectrophomet Phosphorus PO4-PPhosphorus PO4-P Ascorbic Acid Method Shimadzu UV-1601 UV-Visible SpectrophometAscorbic Acid Method Shimadzu UV-1601 UV-Visible Spectrophomet 온도(Temperature)Temperature Fisher Scientific Accument 1003 Fisher Scientific Accument 1003 알카리도(Alkalinity)Alkalinity Titration Method Titration Method Suspended SolidSuspended Solid Gravimetric method(Standard Methods) Drying Oven(Temp : 105℃)Gravimetric method (Standard Methods) Drying Oven (Temp: 105 ℃)

앞에서 설명한 바와 같이 본 실험에서는 교반기를 설치한 반응조 1과 교반기를 설치하지 않은 반응조 2를 구별하여 실험을 수행하였으며, 각 반응조에 의한COD, BOD, T-N, T-P, SS 등의 제거특성을 살펴보면 다음과 같다.As described above, the experiment was performed by distinguishing Reactor 1 with agitator and Reactor 2 without agitator, and the removal characteristics of COD, BOD, TN, TP, and SS by each reactor were as follows. same.

※COD, BOD 제거율※ COD, BOD removal rate

본 실험기간 동안의 유입수 COD 평균농도는 260mg/L이고, 시료 1∼4 각각의 유입수 평균농도는 255mg/L, 332mg/L, 219mg/L, 235mg/L이다. 시료 1을 제외한 나머지 시료들의 배출수 COD 농도는 20mg/L 이하로 나타났다. 표준치 이상과 시료 1 기간을 제외한 COD 평균 제거효율은 반응조 1에서 93.7%이고, 반응조 2에서 92%로 나타났으며, 교반기를 설치한 반응조 1이 COD 제거효율이 1 ∼ 2% 정도 더 높았다. 이런 이유는 혐기조건에서도 슬러지가 교반되므로 오염물질과 미생물의 접촉량이 늘어났기 때문이다.The mean influent COD concentration during this experiment was 260 mg / L, and the mean influent concentrations for each of Samples 1-4 were 255 mg / L, 332 mg / L, 219 mg / L, and 235 mg / L. Except for sample 1, the effluent COD concentration was less than 20 mg / L. The average COD removal efficiency was 93.7% in Reactor 1, 92% in Reactor 2, and the COD removal efficiency was 1 ~ 2% higher. This is because the sludge is agitated even under anaerobic conditions, increasing the amount of contact between contaminants and microorganisms.

시료 1에서의 COD 제거효율은 반응조 1이 87%이고, 반응조 2가 89%로 나타났는데, 다른 시료들에서 보다 COD 제거효율이 낮은 이유는 2개의 반응조들 모두가 아직 정상상태로 안정화되지 않았기 때문이다. 시료 2에서는 반응조 1, 2의 COD 제거효율이 각각 94%와 93%였다. 시료 3에서의 COD 제거효율은 반응조 1이 93%이고 반응조 2는 90%로 나타내었다.The COD removal efficiency in sample 1 was 87% in reactor 1 and 89% in reactor 2, which was lower than in other samples because both reactors were not stabilized yet. to be. In Sample 2, the COD removal efficiencies of Reactors 1 and 2 were 94% and 93%, respectively. The COD removal efficiency of Sample 3 was 93% in Reactor 1 and 90% in Reactor 2.

수리학적 체류시간을 24시간에서 18시간으로 줄인 시료 4에서의 COD 제거효율은 반응조 1, 2에서 각각 94%와 91%로 나타났다. 이러한 이유는 반응조 유입 부하량의 증가로 미생물의 증식량이 많아졌기 때문인 것으로 판단된다.COD removal efficiencies in Sample 4, which reduced hydraulic retention time from 24 to 18 hours, were 94% and 91% in Reactors 1 and 2, respectively. This reason is believed to be due to the increase in the amount of microbial growth due to the increase in the reactor load.

생물의 증식량이 많아졌기 때문인 것으로 판단된다.It seems to be because the growth amount of a living thing increased.

그래프1 (유입,유출 COD 농도 변화)Graph 1 (Change of inflow and outflow COD concentration)

그래프2 (운전 시료별 COD의 처리율)Graph 2 (Processing Rate of COD by Operation Sample)

본 실험기간 동안의 유입수 BOD 평균농도는 134mg/L이고, 시료 1∼4 각각의 유입수 평균농도는 130mg/L, 168mg/L, 109mg/L, 130mg/L이다. 시료 1을 제외한 나머지 시료 들의 배출수 BOD 농도는 거의 대부분의 경우에 10mg/L 이하로 나타났다(그래프 3). 한편, 본 실험기간 동안의 유입수의 BOD/COD의 비율은 0.52로 나타났다.The average influent BOD concentration for this experiment was 134 mg / L, and the average influent concentrations for each of Samples 1-4 were 130 mg / L, 168 mg / L, 109 mg / L, and 130 mg / L. The effluent BOD concentrations in all samples except Sample 1 were below 10 mg / L in almost all cases (Graph 3). On the other hand, the ratio of BOD / COD of influent during the experiment period was 0.52.

BOD 제거효율을 나타내는 그래프 4을 살펴보면, 시료 1에서는 반응조 1이 91%이고, 반응조 2가 86%이다. 시료 2에서 반응조 1, 2의 BOD 제거효율은 각각 94%와 93%로 나타났고, 탈질효율을 높이기 위하여 혐기(비포기)반응 시간을 증가시킨 시료 3에서는 시료 2와 유사하게 반응조 1이 94%이고, 반응조 2가 94%이다.Looking at graph 4 showing the BOD removal efficiency, in sample 1 reactor 1 is 91%, reactor 2 is 86%. BOD removal efficiency of reactors 1 and 2 in sample 2 was 94% and 93%, respectively.In sample 3 where the anaerobic (aerobic) reaction time was increased to increase denitrification efficiency, reactor 1 was 94% similar to sample 2. Reactor 2 is 94%.

따라서 전체 반응시간 중에서 미생물 증식율이 높은 호기반응 시간을 줄이고 미생물 증식율이 낮은 혐기 반응시간을 높이더라도 BOD 처리효율에는 영향이 없는 것으로 나타났다. 시료 3의 조건에서 수리학적 체류시간만을 줄인 시료 4에서는 반응조 1, 2의 BOD 제거효율이 각각 93%와 92%였다.Therefore, even if the aerobic reaction time of high microbial growth rate was reduced and the anaerobic reaction time of low microbial growth rate was increased, the BOD treatment efficiency was not affected. In Sample 4, in which only the hydraulic residence time was reduced under the conditions of Sample 3, BOD removal efficiencies of Reactors 1 and 2 were 93% and 92%, respectively.

그래프3 (유입, 유출 BOD 농도변화)Graph 3 (Change of Inflow and Outflow BOD Concentration)

그래프4 (운전 시료별 BOD의 처리율)Graph 4 (Processing Rate of BOD by Operation Sample)

※질소 제거율※ Nitrogen removal rate

운전조건 시료별 질소제거 특성은 그래프 5와 그래프 9에 보여진다. 본 실험기간 동안의 유입수내 T-N, NH3-N 및 NO3 --N의 평균농도는 각각 56.7mg/L, 33.1mg/L, 2.9mg/L이고, 유출수의 경우에 반응기 1은 각각 16.8mg/L, 2.2mg/L, 13.3mg/L이며, 반응기 2는 각각 19.7mg/L, 2.5mg/L, 14.4mg/L로 나타났다. NO3--N의 경우에 유출수 농도가 유입수 농도보다 높은 이유는 질산화 작용에 의해 NH3-N이 NO3--N으로 전환되었기 때문이다.Operating conditions The nitrogen removal characteristics of each sample are shown in Graphs 5 and 9. The average concentrations of TN, NH 3 -N and NO 3 -- N in the influent during this experiment were 56.7 mg / L, 33.1 mg / L and 2.9 mg / L, respectively. / L, 2.2 mg / L, 13.3 mg / L, and reactor 2 was 19.7 mg / L, 2.5 mg / L, 14.4 mg / L, respectively. In the case of NO3--N, the effluent concentration is higher than the influent concentration because NH3-N is converted to NO3--N by nitrification.

그래프 8에 나타난 것처럼 시료 2 부터의 NH3-N의 제거율은 90% 정도이며,이 것은 NH3-N의 거의 전부가 NO3 --N으로 변환되었음을 의미한다. 앞에서 설명한 바와 같이 질산화 과정에서는 수소 이온(H+)이 발생하기 때문에 수중의 pH 저하로 인한 질산화율이 감소될 수 있어 반응조내 적정 pH를 유지하기 위해서는 NH3-N 1mg당 7.14mg의 알카리도(as CaCO3)를 공급해 주어야 한다. 본 발명의 실험기간 동안에는 유입 하수내 알카리도의 평균농도는 212mg/L로서 이론적 소요량보다 약 10.1%가 부족한 상태였으나, NH3-N농도가 평균치 보다 훨씬 높은 경우에는 알카리도의 결핍이 일어 났다.NH 3 -N removal efficiency of the sample from the two, as shown in the graph 8 is approximately 90%, it is almost all of the NH 3 -N NO 3 - means that the conversion to -N. As described earlier, since hydrogen ions (H + ) are generated in the nitrification process, the nitrification rate may be reduced due to the pH drop in the water. In order to maintain a proper pH in the reaction tank, 7.14 mg of alkalinity (as CaCO per 1 mg of NH 3 -N) may be used. 3 ) must be supplied. During the experimental period of the present invention, the average concentration of alkalinity in the influent sewage was 212 mg / L, which was about 10.1% short of the theoretical requirement, but the lack of alkalinity occurred when the NH 3 -N concentration was much higher than the average value.

그래프5 (유입, 유출 T-N 농도 변화)Graph 5 (Changes in inflow and outflow T-N concentrations)

그래프6 (운전 시료(Phase)별 T-N의 처리율)Graph 6 (Processing Rate of T-N by Phase)

그래프7 ,(운전 시료(Phase)별 NH3-N의 농도변화)Graph 7, (Change in Concentration of NH 3 -N by Phase)

그래프8 (운전 시료(Phase)별 NH3-N의 처리율)Graph 8 (Processing Rate of NH 3 -N by Phase)

그래프 9(시료(Phase)별 COD처리율)Graph 9 (COD Treatment Rate by Phase)

하지만, 유출수의 pH 범위는 질산화에 양호한 수준인 6.5∼7.4로 나타나고 있어, 반응조내 pH 저하는 크지 않았다. 이러한 이유는 무산소 반응시에 일어나는pH 증가분이 질산화 반응시에 보이는 pH 저하를 상쇄하는 효과를 나타내고 있기 때문이다. 혐기반응인 탈질화과정(NO3 --N → N2)에서는 질산화 과정과 반대로 수소이온을 방출하는 것이 아니라 소모하기 때문에 수중의 pH가 상승하게 된다.However, the pH range of the effluent was shown to be 6.5-7.4, which is a good level for nitrification, so that the pH drop in the reaction tank was not large. This is because the increase in pH that occurs during the anoxic reaction has an effect of canceling the pH decrease seen in the nitrification reaction. In the anaerobic denitrification process (NO 3 -- N → N 2 ), in contrast to nitrification, the pH of the water rises because it consumes rather than releases hydrogen ions.

T-N의 제거효율은 그래프 6에 보여진다. 시료 1에서의 T-N 제거효율은 반응조 1이 66%이고, 반응조 2가 56%로 나타났는데, 다른 시료 들에서 보다 T-N 제거효율이 낮은 이유는 2개의 반응조들 모두가 아직 정상상태로 안정화되지 않았기 때문이다. 시료 2에서는 반응조 1, 2의 T-N 제거효율이 각각 70%와 64%였다.The removal efficiency of T-N is shown in Graph 6. The TN removal efficiency in sample 1 was 66% in reactor 1 and 56% in reactor 2, because the TN removal efficiency was lower than in other samples because both reactors were not stabilized yet. to be. In Sample 2, the T-N removal efficiencies of Reactors 1 and 2 were 70% and 64%, respectively.

무산소 반응인 탈질화의 시간을 늘리기 위하여 한 사이클 내에서 호기반응 시간을 10분 줄이고 비포기 시간을 10분 늘린 시료 3에서의 T-N 제거효율은 반응조 1이 73%이고 반응조 2는 67%로 나타났다.In order to increase the denitrification time, which is an anoxic reaction, T-N removal efficiency of sample 3, which was reduced by 10 minutes and aeration time by 10 minutes, was 73% in reactor 1 and 67% in reactor 2 in one cycle.

이러한 결과는 T-N 유입농도에 따라 호기 또는 혐기 반응시간을 조절할 필요성이 있음을 보여준다. 수리학적 체류시간을 24시간에서 18시간으로 줄인 시료(Phase) 4에서의 T-N 제거효율은 반응조 1, 2에서 각각 74%와 72%로 나타났다. 수리학적 체류시간이 짧았던 시료 4에서 T-N 제거효율이 높았던 이유는 호기반응 시간에 반응조 내의 DO 농도가 다른 시료 들에 비해 낮았기 때문이다.These results show that it is necessary to adjust the aerobic or anaerobic reaction time according to the T-N inflow concentration. T-N removal efficiencies in Phase 4, which reduced hydraulic retention time from 24 to 18 hours, were 74% and 72% in Reactors 1 and 2, respectively. The reason why the T-N removal efficiency was high in Sample 4, which had a short hydraulic residence time, was because the concentration of DO in the reactor was lower than that of other samples during the aerobic reaction time.

즉, 호기성 반응에 필요한 적정 DO 농도는 1∼2mg/L 정도이나, 시료(Phase) 1∼3까지 반응조내의 DO 농도는 이보다 훨씬 큰 1.5 ∼6.6mg/L였고, 시료(Phase) 4에서의 반응조내 DO 농도는 다른 시료 들에 비해 낮은 1.5∼2.1mg/L였다. 따라서 호기성 반응에서 무산소성 반응으로 전환될 때 반응조 내의 DO 농도가 높으면 전환시간대가 길어져 무산소/혐기반응 시간이 그 만큼 줄어드는 효과가 발생함으로 SBR 운전에서 반응조의 호기반응시에 DO 농도를 적정범위 내에서 최소화 할 필요성이 있다.In other words, the appropriate DO concentration required for aerobic reaction was about 1 to 2 mg / L, but the DO concentration in the reaction tank from sample 1 to 3 was 1.5 to 6.6 mg / L, which was much larger than that. DO concentrations were 1.5-2.1 mg / L, lower than those of the other samples. Therefore, when the DO concentration in the reactor is high when the aerobic reaction is converted into an anaerobic reaction, the conversion time becomes longer and the anoxic / anaerobic reaction time is reduced. There is a need to minimize it.

한편, 교반기가 있는 반응조 1이 교반기가 없는 반응조 2에 비해 T-N 제거 효율이 전체 평균에서 보면 약 5% 정도 높았는데, 이는 교반기가 혐기시간 동안의 반응을 촉진시킨 결과로 판단된다.On the other hand, T-N removal efficiency was about 5% higher in Reactor 1 with agitator than in Reactor 2 without agitator, which is considered to be the result of the stirrer promoting the reaction during the anaerobic time.

※인 제거율※ Phosphorus removal rate

각 운전 시료에 따른 인의 제거 특성은 그래프 10과 그래프 13에 나타난다. 본 실험기간 동안의 유입수내 T-P 및 PO4-P의 평균농도는 각각 4.5mg/L, 3.4mg/L이며, 유출수의 경우에는 반응조 1 이 각각 1.6mg/L, 1.2mg/L이고, 반응조 2가 각각 1.8mg/L, 1.3mg/L이다.The phosphorus removal characteristics for each run sample are shown in Graph 10 and Graph 13. The mean concentrations of TP and PO4-P in the influent during the experimental period were 4.5 mg / L and 3.4 mg / L, respectively. In the case of effluent, reactor 1 was 1.6 mg / L and 1.2 mg / L, respectively. 1.8 mg / L and 1.3 mg / L, respectively.

시료(Phase) 1에서의 T-P 제거효율은 반응조 1, 2에서 각각 51%와 46%로 나타났는데, 다른 시료 들에서 보다 T-P 제거효율이 낮은 이유는 2개의 반응조들 모두가 아직 정상상태로 안정화되지 않은 면도 있지만, 시료 1에서 보여지는 바와 같이 한 사이클내에서 마지막 반응이 혐기상태에서 종료되었기 때문이다. 앞에서 설명한 바와 같이 혐기상태에서는 슬러지에 의한 인 방출이 일어나 유출수 내의 T-P 농도를 증가시키는 역할을 할 수 있다.The TP removal efficiencies in Phase 1 were 51% and 46% in Reactors 1 and 2, respectively. The reason for the lower TP removal efficiency than in other samples was that both reactors were not stabilized yet. This is because, as shown in Sample 1, the last reaction ended in anaerobic in one cycle. As described above, in the anaerobic state, phosphorus release by sludge may occur to increase the T-P concentration in the effluent.

따라서 한 사이클 내의 마지막 반응이 슬러지에 의한 인 흡수가 일어나는 호기상태로 종료될 수 있도록 운전조건 그래프을 바꾼 시료 2에서의 T-P 제거효율은반응조 1이 61%, 반응조 2가 56%로 나타나, 시료(Phase) 2에 의한 T-P의 제거효율이 시료 1보다 10% 만큼 크게 높아졌다. 이러한 결과는 한 사이클 내의 마지막 반응이 호기상태로 종료되어야 한다는 것을 보여 준다.Therefore, the TP removal efficiency of sample 2, which changed the operating conditions graph so that the last reaction in one cycle could end in aerobic state where phosphorus absorption by sludge occurred, showed 61% of reactor 1 and 56% of reactor 2. The removal efficiency of TP by) 2 is significantly higher than that of Sample 1. These results show that the last reaction in one cycle should end in aerobic state.

그래프 10( 운전 시료(Phase)별 T-P의 농도변화 )Graph 10 (T-P Concentration Change by Phase)

그래프 11(운전 시료(Phase)별 T-P의 처리율)Graph 11 (Processing Rate of T-P by Operation Sample)

그래프 12( 운전 시료(Phase)별 PO4-P의 농도변화)Graph 12 (Change of Concentration of PO 4 -P by Phase)

그래프 13( 운전 시료(Phase)별 PO4-P의 제거율)Graph 13 (Removal Rate of PO 4 -P by Phase)

한 사이클내에서 호기반응 시간을 줄이고 혐기반응 시간을 늘린 시료(Phase) 3의 경우에 반응조 1, 2에 의한 T-P의 제거효율은 각각 67%와 63%였다. 수리학적 체류시간을 24시간에서 18시간으로 줄인 시료(Phase) 4의 경우에는 T-P의 처리효율이 각각 80%와 78%로 나타났다.In the case of Phase 3, which reduced the aerobic reaction time and increased the anaerobic reaction time in one cycle, the removal efficiencies of T-P by reactors 1 and 2 were 67% and 63%, respectively. In case of sample 4, which reduced hydraulic residence time from 24 hours to 18 hours, the treatment efficiency of T-P was 80% and 78%, respectively.

T-P 처리효율의 증가는 반응조 유입 부하량의 증가로 미생물의 증식량이 늘어나 발생한 측면도 있겠으나, 앞에서 설명한 것처럼 호기반응 시간에 DO 농도 저감에 의해 Phase 4의 혐기/무산소반응 시간이 Phase 3보다 많아 졌기 때문이다.The increase in TP treatment efficiency may be caused by the increase of microbial proliferation due to the increase in reactor loading, but as described above, the anaerobic / oxygen-free reaction time of Phase 4 is greater than that of Phase 3 due to the reduction of DO concentration in the aerobic reaction time. .

한편, 표준이상(Start-Up) 기간 동안에 T-N 및 T-P의 제거효율이 높았던 이유는 각 반응조 상부의 여재층에 여재로 사용된 황토관에 의한 흡착작용이 운전초기에 발생하여 NH3 +, NO3 -, PO4-3 등과 같은 이온성 물질이 황토관에 흡착되었기때문이다. 그러나 운전기간이 경과됨에 따라 황토관 표면에 미생물이 부착됨으로서 황토관에 의한 흡착효과는 사라졌다.On the other hand, the reason was high removal efficiency of TN and TP period standards above (Start-Up) is adsorption by the yellow soil pipe used as a filter medium to filter material layer above each reaction vessel is to occur at the initial stage NH 3 +, NO 3 - is because the ionic materials such as PO -3 4 was adsorbed to the yellow soil pipe. However, as the operation period passed, the adsorption effect by the ocher tube disappeared as the microorganisms adhered to the ocher tube surface.

※SS 제거율※ SS removal rate

그래프 14에 나타난 바와 같이 본 실험기간 동안의 유입수의 SS 평균농도는 116mg/L이고, 시료 1∼4 각각의 유출수의 SS평균농도는 반응조 1이 각각 11.4mg/L, 6.6mg/L, 5.2mg/L, 6.3mg/L이고, 반응조 2가 16.7mg/L, 8.6mg/L, 6.6mg/L, 7.0mg/L이다. Start-Up 기간을 제외한 나머지 시료 들의 배출수 SS 농도는 거의 대부분의 경우에 10mg/L 이하로 나타났다.As shown in Graph 14, the average SS concentration of the influent during the experiment was 116 mg / L, and the average SS concentration of the effluent of each of Samples 1-4 was 11.4 mg / L, 6.6 mg / L, and 5.2 mg of Reactor 1, respectively. / L, 6.3 mg / L, Reactor 2 is 16.7 mg / L, 8.6 mg / L, 6.6 mg / L, 7.0 mg / L. Except for the start-up period, the effluent SS concentrations of the samples were below 10 mg / L in most cases.

그래프 15에서 SS의 제거효율은 모든 시료(Phase) 들에서 90%이상 제거되는 것을 볼 수 있다. 시료 1에서 제거효율이 낮은 것은 유출수의 SS 농도는 다른 시료 들과 유사하나, 유입수의 SS 농도가 낮아 발생한 것이다. 본 발명의 토양피복형 연속회분식 공법은 유출수 배출장치인 디켄터를 설치하지 않았으나, 시료 2에서 4까지의 SS 평균 제거효율은 반응조 1, 2의 각각에서 95%, 94%로서, 다른 SBR 공법들에 비해 SS 제거효율이 떨어지지 않았다. 이러한 이유는 반응조 상부에 위치한 여재층의 여과작용에 의해 SS가 제거되었기 때문이다.In graph 15, the removal efficiency of SS can be seen to be removed more than 90% in all the (Phase). The lower removal efficiency in Sample 1 is due to the SS concentration of the effluent being similar to that of other samples, but due to the low SS concentration of the influent. The soil-coated continuous batch method of the present invention did not install a decanter as a effluent discharge device, but the average removal efficiency of SS from Samples 2 to 4 was 95% and 94% in each of Reactors 1 and 2, which was applied to other SBR methods. Compared with SS removal efficiency did not fall. This is because the SS was removed by the filtration of the media layer located above the reactor.

그래프14(유입, 유출 SS 농도 변화)Graph 14 (Change inflow and outflow SS concentration)

그래프15(운전 시료별 SS의 처리율)Graph 15 (Processing Rate of SS for Each Operation Sample)

한편, 일반적으로 반응조 내에 여재를 충진 할 경우에는 시간의 경과와 함께 미생물이 증식하여 여재층에 막힘현상이 빈번히 발생하게 되는데, 본 발명의 실험장치는 200일 이상 가동하였으나 이러한 현상은 나타나지 않았다. 여재층의 막힘현상이 나타나지 않은 이유는 2가지로 구분할 수 있다.On the other hand, in general, when filling the filter medium in the reaction tank with the passage of time, the microorganisms are proliferating frequently clogging phenomenon occurs in the filter layer, the experimental apparatus of the present invention operated for more than 200 days, but this phenomenon did not appear. There are two reasons for the blockage of the media layer.

첫 번째는 여재층 상부 토양층에 서식하는 지렁이와 같은 토양생물이 슬러지를 먹이로 이용하기 때문이고, 두 번째는 여재층에 생성되는 슬러지가 하부의 공간인 SBR 반응조로 떨어지는 현상이 일어나기 때문이다.The first is because soil organisms such as earthworms in the upper soil layer use sludge as food, and the second is because sludge generated in the media layer falls into the SBR reactor, the lower space.

※한 주기내의 반응시간별 농도변화※ Concentration change by reaction time in one cycle

그래프 1-4에 보여지는 바와 같이 시료 2∼4로 반응조를 운전하는 동안에 한 주기(Cycle)의 반응은 유입(방류)/혐기/호기/혐기/호기/혐기/호기/침전/호기/침전의 순서로 이루어졌다.As shown in Graphs 1-4, the reaction of one cycle while operating the reactor with Samples 2 to 4 is performed by inflow (discharge) / anaerobic / aerobic / aerobic / aerobic / aerobic / sedimentation / aerobic / sedimentation. In order.

그러나 유입수의 수량 및 농도 그리고 방류 후 반응조 내에 남아있는 물의 수량 및 농도에 기초하여 이 들이 합쳐진 혼합수가 유입(방류) 시간에 나타내는 농도를 계산하였고, 나머지 시간의 농도는 직접 측정된 것이다.However, based on the quantity and concentration of influent and the quantity and concentration of water remaining in the reactor after discharge, the concentrations of these mixed waters at the inlet (discharge) time were calculated, and the concentration of the remaining time was measured directly.

각 수질항목에 대한 혼합수의 농도를 직접 측정하지 않은 이유는 유입과 방류가 동시에 이루어져 유입 시간대에는 반응조 내의 물을 교반하지 않아 반응조내 모든 부분의 농도가 일정하게 나타날 수 없었기 때문이다. The reason for not directly measuring the concentration of the mixed water for each water quality item is that the concentration of all parts in the reaction vessel could not be uniformed because the water in the reaction vessel was not stirred during the inflow and discharge at the same time.

※반응시간의 경과에 따른 COD 농도 변화※ COD concentration change with the reaction time

시간의 경과에 따른 반응조 1, 2의 COD 농도 변화는 그래프 16과 그래프 17 에 각각 보여진다. 유입수의 COD 농도는 시료 2, 3, 4에서 각각 374mg/L, 203mg/L,244mg/L이고, 반응조 1의 혼합수 COD 농도는 105mg/L, 61mg/L, 87mg/L로서 희석에 의한 감소율은 71.9%, 69.9%, 64.4%이다. Changes in COD concentrations in Reactors 1 and 2 over time are shown in Graph 16 and Graph 17, respectively. COD concentration of influent was 374mg / L, 203mg / L, 244mg / L in sample 2, 3 and 4, respectively, and the mixed water COD concentration of Reactor 1 was 105mg / L, 61mg / L and 87mg / L, respectively. Is 71.9%, 69.9%, 64.4%.

그래프16 (반응조 1의 운전주기별 COD 농도변화)Graph 16 (Changes in COD Concentration by Operation Cycle of Reactor 1)

그래프17(반응조 2의 운전주기별 COD 농도변화)Graph 17 (Change of COD Concentration by Operation Cycle of Reactor 2)

한편, 반응조 2의 혼합수 COD 농도는 시료 2, 3, 4에서 107mg/L, 63mg/L, 82mg/L로 나타나 희석에 의한 감소율은 71.4%, 69.2%, 66.4%이다. 첫 번째 혐기시간에 시료 2, 3, 4에서 반응조 1의 COD 제거율은 각각 91%, 78%, 72%였고, 반응조 2 경우에는 각각 88.1%, 69.4%, 72.4%였다.On the other hand, the mixed water COD concentration of Reactor 2 was 107 mg / L, 63 mg / L, 82 mg / L in Samples 2, 3, and 4, and the reduction rates due to dilution were 71.4%, 69.2%, and 66.4%. In the first anaerobic time, the COD removal rates of Reactor 1 were 91%, 78%, and 72% in Samples 2, 3, and 4, respectively, and in Reactor 2, 88.1%, 69.4%, and 72.4%, respectively.

유입 COD의 제거는 첫 번째 혐기반응과 호기반응 시간대에서 거의 완료되고, 그 이후의 나머지 시간대에서는 시간이 경과함에 따라 COD가 약간씩 제거되는 것으로 나타났다.Removal of the influent COD was almost complete at the first anaerobic and aerobic time zones, with the COD being slightly removed over time in the remaining time zones.

시료 2의 첫 번째 혐기반응 시간이 시료 3이나 4보다 10분이 짧음에도 불구하고 COD 처리효율이 높게 나타난 이유는 분석 시료수에 포함된 고형물의 양이 상대적으로 특이하게 낮았기 때문에 발생한 것으로 추정된다. 이 것은 경과 시간 60분 이후에 측정된 값들에서는 예상한 대로 시료 2의 COD 잔류량이 시료 3이나 4보다 높은 것을 보고 판단한 것이다. COD 분석은 용존 COD가 아닌 총 COD를 측정하였다.Although the first anaerobic reaction time of Sample 2 was 10 minutes shorter than Samples 3 or 4, the reason for the high COD treatment efficiency was presumably due to the relatively unusual amount of solids in the number of samples. This was determined by looking at the values measured after 60 minutes of elapsed time, as expected, with a higher residual COD of Sample 2 than Samples 3 or 4. COD analysis measured total COD, not dissolved COD.

반응시간의 경과에 따른 질소 농도 변화 Changes in nitrogen concentration with the passage of reaction time

그래프 19와 그래프 20에는 반응시간의 경과에 따른 반응조 1, 2의 NH3-N의 농도 변화가 각각 보여진다. 시료 2, 3, 4의 각각에 대한 유입수의 NH3-N 농도는 35.3mg/L, 48.6mg/L, 34.0mg/L이다. 이 때, 반응조 1에서 혼합수의 NH3-N 농도는 각각 9.2mg/L, 13.8mg/L, 11.8mg/L이고, 반응조 2의 경우는 각각 13.6mg/L,13.3mg/L, 11.7mg/L이다.Graphs 19 and 20 show changes in the concentration of NH 3 -N in Reactors 1 and 2 as the reaction time elapsed. The NH 3 -N concentrations of influent for each of Samples 2, 3 and 4 are 35.3 mg / L, 48.6 mg / L and 34.0 mg / L. At this time, the NH 3 -N concentration of the mixed water in the reactor 1 is 9.2mg / L, 13.8mg / L, 11.8mg / L, respectively, in the case of reactor 2 13.6mg / L, 13.3mg / L, 11.7mg / L

따라서 시료 2, 3, 4의 운전동안에 희석에 의한 NH3-N 농도의 감소율은 반응조 1에서 각각 73.8%, 71.5%, 65.2%이고, 반응조 2에서 각각 61.5%, 72.6%, 65.5%이다. 한편, 시간의 경과에 따른 반응조 1, 2의 NO3-N 농도 변화는 그래프 , 와 그래프 에 각각 나타난다. 유입수의 NO3--N 농도는 시료 2, 3, 4에서 각각 2.8mg/L, 2.3mg/L, 2.3mg/L이다. 반응조 1의 혼합수 NO3--N 농도는 각각 10.5mg/L, 7.2mg/L, 5.8mg/L로서 희석에 의한 증가율은 73.8%, 64.6%, 60.0%이며, 반응조 2의 혼합수 NO3--N 농도는 7.7mg/L, 7.0mg/L, 5.9mg/L로 나타나 희석에 의한 증가율은64.2%, 63.4%, 60.6%이다.Therefore, the reduction rate of NH 3 -N concentration by dilution during the operation of Samples 2, 3, and 4 was 73.8%, 71.5%, and 65.2% in Reactor 1, respectively, and 61.5%, 72.6%, and 65.5% in Reactor 2, respectively. On the other hand, the NO3-N concentration change of Reactors 1 and 2 over time is shown in the graphs and graphs, respectively. NO3--N concentrations in the influent were 2.8 mg / L, 2.3 mg / L and 2.3 mg / L for Samples 2, 3 and 4, respectively. The mixed water NO3--N concentrations of Reactor 1 were 10.5 mg / L, 7.2 mg / L, and 5.8 mg / L, respectively, and the increase rates by dilution were 73.8%, 64.6%, and 60.0%, respectively. N concentrations were 7.7 mg / L, 7.0 mg / L, and 5.9 mg / L, and the increase rates due to dilution were 6.42%, 63.4%, and 60.6%.

그래프18 , (반응조 1의 운전주기별 NH3-N 농도변화)Graph 18, (Change of NH 3 -N Concentration by Operation Cycle of Reactor 1)

그래프 19(반응조 2의 운전주기별 NH3-N 농도변화)Graph 19 (Change in NH 3 -N Concentration by Operation Cycle of Reactor 2)

그래프 20(반응조 1의 운전주기별 N03 --N농도변화)Graph 20 (N0 3 -- N Concentration Change by Operation Cycle of Reactor 1)

그래프21(반응조 2의 운전주기별 N03 --N농도변화)Graph 21 (N0 3 -- N Concentration Change by Operation Cycle of Reactor 2)

시간의 경과에 따른 NH3-N과 N03 --N의 농도 변화도에서 보여지듯이 혐기시간보다 호기시간이 많았던 시료 2에서 초·중반 시간대에 질산율이 높으나, 반응시간이 후반부에 거의 도달하면 어느 운전조건에서나 NH3-N의 질산화가 거의 완료된다.As shown in the concentration gradients of NH 3 -N and N0 3 -- N over time, sample 2, which had more aerobic time than anaerobic time, had a high nitrate rate in the early and mid-time periods, Under all operating conditions, nitrification of NH 3 -N is almost complete.

그러나 탈질량을 알 수 있는 그래프 22와 그래프 23의 용존T-N 제거량을 살펴보면, 호기시간보다 혐기시간이 시료(Phase) 2보다 많았던 시료(Phase) 3과 4의 탈질율은 반응시간의 후반부에 거의 도달하였을 때는 시료 2와 비슷하나, 초·중반 시간대에서는 탈질율이 더 높게 나타나고 있다.However, when the dissolved TN removal amount of Graph 22 and Graph 23 showing the demassation was observed, the denitrification rates of Phases 3 and 4 where anaerobic time was greater than Phase 2 than the aerobic time were almost reached in the second half of the reaction time. It is similar to Sample 2, but the denitrification rate is higher in the early and mid-hours.

하지만, 세 번째의 혐기반응이 종료되는 시점(230분이 경과한 시간)을 기준으로 살펴보면, 시료(Phase) 3과 4는 이 시점에서 탈질이 거의 완료되었으나, 시료2의 경우에는 반응시간의 주기가 거의 끝나는 시점에서 탈질이 완료되고 있다(그래프 22와 그래프 23). 따라서 본 발명에서 한 주기로 설정한 6시간을 줄여 질소제거 측면에서 하루 당 처리수량을 증가시키기 위해서는 시료 3과 4 같이 호기반응 시간보다 혐기반응 시간이 많아야 할 것이다.However, when the third anaerobic reaction was completed (230 minutes elapsed), the samples (Phase) 3 and 4 were almost completely denitrified at this point, but in the case of sample 2, the reaction time period Denitrification is nearing the end (Graph 22 and Graph 23). Therefore, in order to reduce the 6 hours set as one cycle in the present invention to increase the amount of water per day in terms of nitrogen removal, the anaerobic reaction time should be greater than the aerobic reaction time as in Samples 3 and 4.

시료 4는 시료 3보다 수리학적 체류시간이 6시간 짧은 18시간으로 운전되었기 때문에 그 만큼 T-N의 부하량은 시료 3보다 높았으나, T-N의 잔류량은 거의 비슷하게 나타났다. 한편, 그래프 와 그래프 에서 혼합수의 용존 T-N 농도가 첫 번째 혐기반응이 끝난 시점의 농도보다 낮은 이유는 유입(방류) 시간대에는 교반이 없어 슬러지로부터 질소성분의 용출이 없었으나, 첫 번째 혐기반응 시간 동안에 슬러지 내의 질소 성분의 용출이 일어나 T-N의 농도가 증가된 것으로 추정된다.Since sample 4 was operated for 18 hours, which was 6 hours shorter than the sample 3, the T-N load was higher than that of sample 3, but the residual amount of T-N was about the same. On the other hand, the reason why the dissolved TN concentration of the mixed water in the graph and the graph was lower than the concentration at the end of the first anaerobic reaction was that there was no elution of nitrogen component from the sludge because there was no agitation during the inflow (discharge) period, but the first anaerobic reaction time During the elution of the nitrogen component in the sludge, it is assumed that the concentration of TN is increased.

그래프22 , (반응조 1의 운전주기별 T-N 농도변화)Graph 22, (T-N concentration change by operation cycle of reactor 1)

그래프23 , (반응조 2의 운전주기별 용존 T-N 농도변화)Graph 23, (Change of Dissolved T-N Concentration by Operation Cycle of Reactor 2)

※반응시간의 경과에 따른 인의 농도 변화※ Changes in phosphorus concentration over time

시간의 경과에 따른 반응조 1, 2의 용존 T-P 농도 변화는 그래프 24와 그래프 25에 각각 보여진다. 유입수의 T-P 농도는 시료 2, 3, 4에서 각각 5.5mg/L, 4.9mg/L, 3.5mg/L이고, 반응조 1의 혼합수 T-P 농도는 2.6mg/L, 1.8mg/L, 1.5mg/L로서 희석에 의한 감소율은 52.0%, 60.0%, 56.3%이다. 한편, 반응조 2의 혼합수 T-P 농도는 시료 2, 3, 4에서 2.7mg/L, 1.8mg/L, 1.6mg/L로 나타나 희석에 의한 감소율은 51.5%, 59.0%, 55.5%이다.Changes in dissolved T-P concentrations in Reactors 1 and 2 over time are shown in Graph 24 and Graph 25, respectively. The influent TP concentrations were 5.5 mg / L, 4.9 mg / L and 3.5 mg / L in Samples 2, 3 and 4, respectively, and the mixed water TP concentrations in Reactor 1 were 2.6 mg / L, 1.8 mg / L and 1.5 mg / L. The reduction rate by dilution as L is 52.0%, 60.0%, 56.3%. On the other hand, the mixed water T-P concentration of Reactor 2 is 2.7 mg / L, 1.8 mg / L, 1.6 mg / L in Samples 2, 3, 4, the reduction rate by dilution is 51.5%, 59.0%, 55.5%.

혼합수의 T-P 농도가 첫 번째 혐기반응이 끝난 시점의 농도보다 더 낮은 이유는 T-N의 경우와 마찬가지로 슬러지로부터 질소성분의 용출이 유입(방류) 시간대에는 없었으나, 첫 번째 혐기반응 시간 동안에 인의 용출이 일어나 발생한 것으로 판단된다. (그래프 24와 그래프 25)에 나타난 바와 같이 T-P의 제거는 반응시간의 초반부에는 거의 일어나지 않다가 중반부 이후부터 점점 증가하고 있다.The reason why the concentration of TP in the mixed water was lower than the concentration at the end of the first anaerobic reaction was that, as in the case of TN, the elution of nitrogenous components from the sludge did not occur during the inflow (discharge) period, but during the first anaerobic reaction, It seems to have occurred. As shown in (Figure 24 and Figure 25), the removal of T-P rarely occurs at the beginning of the reaction time, but has been increasing since the middle.

이러한 현상은 반응시간에 따른 PO4-P의 농도 변화에서도 거의 동일하게 나타나고 있다(그래프 26와 그래프 27). 그 이유는 그래프 에 보여지듯이 혐기/호기 반응의 반복시간이 중반부 이후에는 초반부보다 더 짧아서 미생물의 Stress 증가로 인한 인의 과다섭취현상이 발생하였기 때문이다. This phenomenon is due to the PO4The change in concentration of -P is almost identical (graph 26 and graph 27). The reason for this is that the repetition time of anaerobic / aerobic reaction is shorter than the early part after the middle part.

따라서 반응조의 운전시 인의 제거량을 늘리기 위해서는 주어진 반응 시간내에서 혐기/호기 반복시간을 가능한 짧게 유지할 필요성이 있다. 한편, 시료 3보다 수리학적 체류시간이 짧은 시료 4의 인 제거량이 높은 것은 유입 부하량의 증가로 미생물의 증식량이 많아져 그 만큼 인의 소모량이 늘어났기 때문이다.Therefore, it is necessary to keep the anaerobic / aerobic repetition time as short as possible within a given reaction time in order to increase the amount of phosphorus removed during operation of the reactor. On the other hand, the amount of phosphorus removal of sample 4, which has a shorter hydraulic residence time than sample 3, is higher because the inflow load increased, and thus the amount of phosphorus consumption increased.

이 것은 동일한 양의 유입수량을 처리하는데 있어 수리학적 체류시간을 길게 하는 것보다는 어느 정도 짧게 유지하는 것이 단위 시간내에 미생물의 증식량이 늘어나 인의 제거량을 높일 수 있음을 보여준다.This suggests that rather than lengthening the hydraulic residence time in treating the same amount of influent, it is possible to increase the removal of phosphorus by increasing the growth of microorganisms within a unit time.

그래프24 (반응조 1의 운전주기별 용존 T-P 농도변화)Graph 24 (Change of Dissolved T-P Concentration by Operation Cycle of Reactor 1)

그래프25(반응조 2의 운전주기별 용존 T-P 농도변화)Graph 25 (Change of Dissolved T-P Concentration by Operation Cycle of Reactor 2)

그래프26(반응조 1의 운전주기별 PO4-P 농도변화)Graph 26 (PO 4 -P Concentration Change by Operation Cycle of Reactor 1)

그래프27(반응조 2의 운전주기별 PO4-P 농도변화)Graph 27 (Change of PO 4 -P Concentration by Operation Cycle of Reactor 2)

또한 SBR 반응조의 자동운전을 위하여 도 1과 도 3 및 도4에 도시된 바와 같이 PLC(20, Programable Logic Controller, 이하 PLC라 함)를 장착하였으며, 원격 모니터링 시스템을 통해 화상감시 및 운전상태를 실시간으로 파악할 수 있도록 하였는데 그 구성은 다음과 같다.In addition, the PLC (20, Programmable Logic Controller, hereinafter referred to as PLC) was mounted as shown in FIGS. 1, 3, and 4 for the automatic operation of the SBR reactor, and real-time image monitoring and operation status through a remote monitoring system. The configuration is as follows.

본 발명에서는 SBR 반응조의 반응시간을 자동 조절하기 위하여 타이머(Timer)보다 더 효율적인 PLC를 설치하여 사용하였다.In the present invention, a more efficient PLC was installed and used than a timer to automatically adjust the reaction time of the SBR reactor.

PLC는 종래에 사용하던 제어반 내의 릴레이 타이머, 카운터 등의 기능을 IC, 트랜지스터 등의 반도체 소자로 대체시켜 기본적인 시퀀스 제어 기능에 수치연산 기능을 추가하여 프로그램 제어가 가능하도록 한 자율성이 높은 제어 장치이다.PLC is a highly autonomous control device that replaces the functions such as relay timer and counter in the control panel, which are used in the past, with semiconductor elements such as ICs and transistors, and adds numerical operations to basic sequence control functions to enable program control.

PLC의 적용분야는 설비의 자동화와 고능률화의 요구에 따라 사용 범위가 확대되고 있다. 과거 중규모 이상의 릴레이 제어반 대체 효과에 현재 고기능화, 고속화의 추세로 소규모 공박 기계에서 대규모 시스템 설비에 이르기까지 폭넓게 적용되어질 수 있다.The field of application of PLC is being expanded by the demand for automation and high efficiency of equipment. In the past, over the medium-sized relay control panel replacement effect, the current trend of high performance and high speed can be widely applied from small scale machine to large system equipment.

PLC의 구성으로서, PLC는 마이크로 프로세서(micro- trocessor) 및 메모리를 중심으로 구성되어 사람의 두뇌 역할을 하는 중앙처리 장치(CPU), 외부 기기와의 신호를 연결시켜 주는 입·출력부, 각 부에 전원을 공급하는 전원부, PLC내의 메모리에 프로그램을 기록하는 주변기기로 구성되어 있다.PLC is composed of a microprocessor and a memory centered around a central processing unit (CPU) that acts as a human brain, an input / output unit that connects signals to external devices, and each part. It is composed of a power supply unit for supplying power to a peripheral device and a peripheral device for writing a program to a memory in the PLC.

본 발명에서 반응조의 자동화 운전을 위해 사용한 PLC는 Master-K10S이다.이것을 사용한 이유는 최대 접점수가 24점이고 소규모로 쓰기에 적당하기 때문이다. 이 PLC의 또 다른 특징은 이피롬 메모리(EEPROM)의 적용으로 사용자 프로그램의 장기 보관을 위한 밧데리(Battery)가 불필요하며, 그리고 RS-232C/RS-485 통신의 지원으로 폭 넓은 통신 제어가 가능하고 시계 기능의 지원(Option)으로 스케줄 프로그램이 가능하다.The PLC used for the automated operation of the reactor in the present invention is Master-K10S. The reason for using this is because the maximum number of contacts is 24 points and it is suitable for small use. Another feature of this PLC is the application of EEPROM, which eliminates the need for a battery for long-term storage of user programs, and enables wide communication control with support for RS-232C / RS-485 communication. Schedule program is available with clock function (Option).

그리고 Master-K10S의 PLC 프로그램은 래더 프로그램을 사용하며, 이 프로그램의 작성법에 따라 반응시간별 운전조건을 맞추었고, PLC의 데이터 메모리는 사용 용도에 따라 여러 종류로 분류되어진다.And PLC program of Master-K10S uses ladder program. According to the method of writing this program, the operation condition by reaction time is matched, and PLC's data memory is classified into various types according to the intended use.

첫 번째는 외부 기기와 직접 접속되는 입·출력 릴레이이다. 입력 접점은 PLC 내부의 메모리에 입력 상태가 보존되므로 a, b 접점이 사용 가능하고, 출력 접점은 a 접점만이 사용 가능하다. 식별자로서 P의 기호를 사용한다.The first is an input / output relay that is directly connected to an external device. Since input state is saved in memory inside PLC, a, b contact is available, and only a contact is available for output contact. Use the symbol P as the identifier.

두 번째는 보조 릴레리이다. 이 것은 PLC의 내부 릴레이로서 외부로 직접 출력이 불가능하지만 입·출력 릴레이와 연결하면 외부 출력이 가능하다. 프로그램 연산 중 내부 정보를 가공할 때 정보를 전달해 주는 용도로 사용된다.The second is an auxiliary release. This is PLC's internal relay, so it is impossible to output directly to the outside, but when connected to I / O relay, external output is possible. It is used to convey information when processing internal information during program operation.

세 번째는 킵 릴레이이다. 보조릴레이와 사용용도는 동일하나 전원 ON에 의한 운전(RUN)이 시작될 때에 그 이전의 데이터를 보존하는 영역으로서 a, b 접점의 사용이 가능하며, 식별자로서 K를 붙여서 다른 릴레이와 구분하고 있다.The third is the keep relay. The auxiliary relay has the same usage purpose, but the a and b contacts can be used as an area to preserve the previous data when the RUN is started by turning on the power, and is distinguished from other relays by attaching K as an identifier.

네 번째는 특수 릴레이로서 PLC의 동적 상태나 펄스 등을 제공하는 내부 접점이다. PLC가 (RUN) 상태이거나 (PROGRAM) 상태인 경우 특정 접점을 ON하거나 운전 중에 0.1초, 1초, 1분 등의 주기로 온·오프(ON/OFF) 하는 펄스를 발생시킨다.The fourth is a special relay, which is an internal contact that provides the dynamic state or pulse of PLC. When PLC is in (RUN) state or (PROGRAM) state, it turns on a specific contact point or generates pulses that are ON / OFF at intervals of 0.1 seconds, 1 second, 1 minute, etc. during operation.

여기서 잠시 PLC에 대하여 설명하면 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 리밋 스위치와 근접 스위치와 광전스위치(이하 센서라 함)를 포함하는 입력장치(21)로 정보를 검출하고 검출된 신호는 마이크로 프로세서(25)로 전달하고 마이크로프로세서(25)는 본 정보를 메모리(26)에 저장하고 본 정보에 따른 지시사항을 전자개폐기와 솔레노이드 및 램프로 이루어진 출력부(24)를 작동시키게 된다.Here, the PLC will be briefly described. As shown in FIGS. 3 and 4, information is detected by an input device 21 including a limit switch, a proximity switch, and a photoelectric switch (hereinafter referred to as a sensor), and the detected signal is a microprocessor. The microprocessor 25 stores the information in the memory 26 and operates the output unit 24 including the electronic switch, the solenoid and the lamp according to the information.

출력부(24)로 전송된 각각의 구성요소들 즉, 전자개폐기와 솔레노이드는 송풍기를 통해서 SBR반응조 내부에 공기를 유입하여 폭기시키기 위해 밸브를 개폐시키는 것으로, 폭기량과 시간을 제어한다. 다양한 변형예를 이것은 타이머를 통해 잠금과 닫음을 제어하여 공기를 유입 혹은 차단량을 제어하게 된다. 여기서 출력부의 구성요소 이외에도 그와 상응하는 동일 유사한 기능을 하는 균등물로 치환하여 사용하여도 무방하다Each of the components transmitted to the output unit 24, that is, the electromagnetic switch and the solenoid, opens and closes a valve to introduce air into the SBR reactor through the blower to control the amount and time of the aeration. In various variations, this controls the locking and closing through a timer to control the amount of air inlet or shut off. Here, in addition to the components of the output unit may be replaced with equivalents having the same similar function.

상기한 PLC을 통하여 반응조를 원격으로 제어가능하고 반응조의 상태를 모니터링할 수 있도록 한 것이다. 즉, 이러한 시스템은 마을단위 개별 오수처리장과 같이 현장에 상주하는 인력이 없거나 항시 관리가 필요치 않은 소규모 오폐수처리장 등에 특히 유용하게 사용될 수 있다.Through the PLC it is possible to remotely control the reactor and to monitor the state of the reactor. In other words, Such a system may be particularly useful for small wastewater treatment plants, such as village-level sewage treatment plants, which do not have on-site personnel or do not require management at all times.

현장 실험장치의 실시간 모니터링 시스템 구성도는 SBR 반응조 내에는 pH, DO, 수온 자동 측정기를 설치하였고, 이러한 자동 측정기가 있는 현장 호스트(Host)와 각 정보를 수신·저장·관리하는 서버 및 클라이언트(Client)가 위치한 각각의 장소에 적합한 실시간 현장 실험장치 모니터링 시스템을 구축하였다.The real-time monitoring system configuration of the field experiment device is installed in the SBR reactor, pH, DO, water temperature automatic measuring device, the field host (Host) with such automatic measuring device and the server and client (receiving, storing and managing each information) A real-time field tester monitoring system was constructed for each location where) is located.

첫 번째 단계에서는 현장 호스트(Host)의 정보는 9초 간격으로 한 개의 파일을 생성시키고 서버에 전달하고, 서버에서는 9초 간격을 기본으로 데이터베이스에 저장시켜 전송한다.In the first step, the information of the field host is generated and sent to the server at 9 second intervals, and the server is stored at the database based on the 9 second intervals for transmission.

두 번째 단계에서는 현장 호스트(Host)와 서버와의 네트워크가 일시 또는 장시간 중단되는 상황을 고려하여 현장 호스트(Host)에는 서버와의 연결이 끊겼을 때만 자료를 저장시키고, 연결중일 때는 서버에만 저장시켰다.In the second step, considering that the network between the site host and the server is temporarily or long suspended, the site host only stores data when the server is disconnected, and only the server when connected. .

또한 제3의 관리자가 위치한 클라이언트에서는 자료전송요구시 접속자 신원확인 후 해당정보를 전송시키는 시스템을 구축하였다. 이러한 자료는 도 4에 도시된 바와 같이 컴퓨터(30)는 상기 PLC(20)와 반응조(10)에 토양층을 관통해 설치되어 있는 상기한 입력장치 즉, 센서들로 부터 들어오는 정보를 모니터로 보여주어 관리자가 이를 보고 상태를 감독 혹은 콘트롤할 수도 있다. 물론 인터넷(Internet)으로도 연결되어 인터넷(Internet)상에서도 이를 관찰 할 수 있다.In addition, the client where the third administrator is located has established a system that transmits the information after confirming the identity of the visitor when requesting data transmission. As shown in FIG. 4, the computer 30 displays the information coming from the input devices, that is, sensors, installed in the PLC 20 and the reactor 10 through the soil layer. Administrators can report this and monitor or control the status. Of course, it is also connected to the Internet and can be observed on the Internet.

본 발명은 상기한 실시예에 국한되지 않고 당 업종에 종사하는 사람이면 특허청구범위의 범주를 벗어남이 없는 한도내에서 이를 응용실시 할 수 있다.The present invention is not limited to the above-described embodiment and can be applied to those who are engaged in the industry within the scope of the claims without departing from the scope of the claims.

이상에서 설명한 바와 같은 토양피복형 연속회분식 하수처리공법은 ;As described above, the soil-coated continuous batch sewage treatment method;

첫째, 질소와 인의 처리효율이 향상되어 호소 및 연안해역에 부담을 주지 않고,First, the processing efficiency of nitrogen and phosphorus is improved, without burdening the appeal and coastal waters,

둘째, 악취를 제거하기 위한 탈취 시설이 불필요하고,Secondly, deodorization facilities to remove odors are unnecessary,

셋째, 비산등에 의한 병원균으로 제2차오염을 유발하지 않으므로 대도시의주거밀집지역에도 시설이 가능하고,Third, because it does not cause secondary pollution by pathogens caused by scattering, etc., it is possible to install facilities in residential areas of large cities.

넷째, 슬러지 벌킹에 의한 부유물질 대책 및 디켄터(처리수 배출장치)를 별도로 설치할 필요가 없고,Fourth, there is no need to separately install suspended solids countermeasure and decanter (treated water discharge device) by sludge bulking,

다섯째, 피복된 토양에서 미생물이 자연적으로 공급되므로 미생물의 사멸로 인한 인위적인 공급이 불필요하여 처리기능이 안정적이고,Fifth, since microorganisms are naturally supplied from the coated soil, artificial supply is not necessary due to the death of microorganisms, so that the processing function is stable.

여섯째, 피복토양 상부의 식생으로 조경시설물로도 이용이 가능하고,Sixth, it can be used as a landscaping facility with vegetation on top of the covered soil.

일곱째, 반응조내 자동운전을 위하여 PLC를 장착하여 운전원 없이도 운전상태를 항상 파악할 수 있고,Seventh, equipped with a PLC for automatic operation in the reaction tank can always know the operating state without the operator,

여덟째, 상기와 같은 효과로 유지관리가 용이하고 미생물 공급 등이 불필요하여 유지관리비가 저렴하고,Eighth, the maintenance cost is low because the above-mentioned effect is easy to maintain and do not need microorganism supply,

아홉째, 악취제거, 벌킹방지, 디켄터, 조경등 별도의 시설물이 불필요하여 시설비가 대폭 감소된다.Ninth, there is no need for separate facilities such as odor removal, bulking prevention, decanter, and landscaping, which greatly reduces the cost of facilities.

따라서, 본 발명에 의하여 친환경적이고 자연생태적인 시설로 구성되어 혐오시설로 기피하고 있는 하수처리시설에 대한 주민들의 인식 전환에도 기여할 수 있을 것으로 판단된다.Therefore, according to the present invention, it is considered that it is possible to contribute to the change of residents' awareness about the sewage treatment facility, which is composed of environmentally friendly and ecological facilities and avoids hate facilities.

이와 함께 경제적인 측면에서 기존에 개발된 SBR공법에 비해 기계설비 및 처리기능에 따른 부가설비가 대폭 축소되어 유지관리 측면에서도 유리하고 에너지 절약문제에 있어서도 비용을 절감할 수 있게 되는 것이다.In addition, in terms of economics, compared to the previously developed SBR method, additional facilities according to the mechanical facilities and processing functions are greatly reduced, which is advantageous in terms of maintenance and energy saving.

Claims (1)

하수처리공법에 있어서, 오폐수가 유입되는 유입구와 배출되는 배출구를 구비하는 연속회분식 반응조(10)의 내부에 소정의 공간부를 구비하되, 바닥으로부터 소정공간 이격되도록 여재층(12)을 설치하고, 상기 여재층(12)의 상부에 모관망(13)을 고정설치한 뒤 상기 모관망(13)의 상부에 토양층을 피복하고 그 위에 잔디 등과 같은 식물을 식재하여 토양의 미생물이 자연적으로 반응조내로 공급되도록 하고,In the sewage treatment method, provided with a predetermined space portion inside the continuous batch reactor 10 having an inlet and discharge outlet for waste water inlet, and install the filter media layer 12 so as to be spaced apart from the bottom by a predetermined space, After the capillary network 13 is fixed to the upper part of the filter medium layer 12, the soil layer is coated on the upper part of the capillary network 13, and plants such as grass are planted thereon so that the microorganisms of the soil are naturally supplied into the reactor. and, 상기 반응조(10)의 내부에 폭기관을 통하여 에어를 폭기시키고 교반시켜 혐기 및 혹은 호기 반응이 진행되도록 콘트롤하기 위하여 상기 반응조(10)내에 DO, pH온도를 자동으로 측정하는 DO, pH, 온도측정용 센서(15)들을 설치하고 센서에 의해 검출된 신호를 PLC(20)로 전달하여 컴퓨터(30)에 저장하여 이를 통하여 원거리에서 모니터링 및 콘틀롤할 수 있도록 하되, 상기 컴퓨터(30)에 의해 상기 PLC(20)를 제어함으로서 전자개폐기 혹은 솔레노이드와 같은 출력부를 통해 상기 폭기량과 폭기시간 및 교반시간등을 제어하여 오폐수를 정화시키는 것을 특징으로 하는 토양피복형 연속회분식 하수처리 공법.DO, pH, temperature measurement to automatically measure the DO, pH temperature in the reaction tank 10 to control the aerobic and / or aerobic reaction to proceed by aeration and agitation through the aeration pipe inside the reactor (10) For example, the sensor 15 may be installed and the signal detected by the sensor may be transmitted to the PLC 20 to be stored in the computer 30 so as to be monitored and controlled at a long distance through the computer 30. A soil-coated continuous batch sewage treatment method characterized by purifying wastewater by controlling the aeration amount, aeration time and stirring time through an output unit such as an electronic switch or solenoid by controlling the PLC (20).
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