KR20020072360A - 부분 아질산화 및 혐기성 암모니아 산화를 이용한 고농도질소폐수 처리장치와 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기물이 적은 고농도의 질소폐수(SCOD:1000mg/L 이하, T-N:1000mg/L 이상)중의 암모니아성 질소(NH₄ ⁺-N)를 간헐포기 SBR 반응조에서 호기성 자가영양 미생물인 나이트로조모나스(Nitrosomonas sp.)에 의해 아질산성 질소(NO₂ ^--N)로 부분 산화시킨 후 연속식 여상 반응조(Sequencing Media Reactor)에서 암모늄 이온과 아질산 이온을 각각 전자공여체와 전자수용체로 사용하는 혐기성 자가영양 미생물인 암모니아 산화균을 이용하여 탈질시킴으로써 외부탄소원의 공급 없이 고농도 질소폐수를 효과적으로 처리할 수 있는 장치와 수처리방법을 제공하기 위한 것으로서, 부분 아질산화와 탈질을 위한 간헐포기 SBR 반응공정과 후속 처리공정을 위해 산소를 제거하는 탈산소조, 혐기성 암모니아 산화반응을 유도하기 위한 연속식 여상 반응조(SMR)와 침전조, 침전조로부터 연속식 여상 반응조(SMR)로의 반송으로 구성된다.

Description

부분 아질산화 및 혐기성 암모니아 산화를 이용한 고농도 질소폐수 처리장치와 처리방법{Biological Nitrogen Removal from Nitrogen-Rich Wastewaters by Partial Nitrification and Anaerobic Ammonium Oxidation}

본 발명은 간헐포기 SBR공정에서 암모니아성 질소(NH₄ ⁺-N)를 아질산성 질소(NO₂ ^--N)로 산화시키기 위한 생물학적 단위공정과 연속식 여상 반응조(SMR)의 유입수를 무산소상태로 공급하기 위한 탈산소조, 혐기성 암모니아 산화반응을 유도하기 위한 연속식 여상 반응조(SMR)를 이용한 고농도 질소폐수의 처리장치와 이것을 이용한 수처리방법에 관한 것이다.

종래의 질소폐수 처리방법은 고농도로 유입되는 질소폐수를 적절히 처리하는 데 어려움이 많고 이러한 폐수를 처리하기 위하여 제안된 종래의 여러 가지 방법은 탈질과정에서 추가적인 외부 탄소원의 주입이 필수적이었다.

본 발명의 목적은 하천의 부영양화의 주범인 고농도 질소폐수를 유효적절하게 처리하기 위한 것이다.

상기한 종래의 고농도 질소폐수를 처리하는 방법이 안고있는 문제점들을 해결하기 위한 방법으로 적합한 본 발명은 간헐포기 SBR 반응조와 탈산소조 및 연속식 여상 반응조(SMR)를 이용하여 부분아질산화와 혐기성 암모니아 산화반응을 일으킴으로써 외부 탄소원의 공급 없이 고농도 질소폐수를 효과적으로 처리하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 고농도 질소폐수 처리공정도

도 2는 상기 수처리공정을 수행하는 데 필요한 장치의 배치도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 단일 응집침전조2 : 간헐포기 SBR 반응조

3 : 탈산소조4 : 연속식 여상 반응조(SMR)

5 : 침전조

본 발명은 질소부하가 높은 폐수를 처리함에 있어서 최근 발견된 반응식-1,2,3을 적용한다. 즉, SCOD가 적은 고농도의 질소폐수를 반응식-1,2에 따라 암모니아성 질소와 아질산성 질소의 비가 1:1.3이 되도록 전환하고, 반응식-3과 같은 혐기성 암모니아 산화반응에 의해 질소를 제거하는 공정이며, 도 2와 같이 단일 응집침전조(1)와 간헐포기 SBR 반응조(2), 탈산소조(3), 연속식 여상 반응조(4), 및 침전조(5)의 순으로 배치된 수처리장치에 의해 운용된다.

간헐포기 SBR 반응조(2)는 부분 아질산화와 유기물을 이용한 탈질을 반복하여 유기물의 농도가 적정수준 이하가 되는 시점에서 암모니아성 질소와 아질산성 질소의 비가 1:1.3이 되도록 부분 아질산화 반응을 수행하여 탈산소조로 보낸다.

탈산소조(3)는 혐기성 암모니아 산화공정의 방해인자인 산소를 제거하여 연속식 여상 반응조(4)로 보내고 침전 슬러지는 폐기한다. 연속식 여상 반응조(4)는 증식속도가 느린 혐기성 암모니아 산화균이 여재에 충분히 부착하여 성장할 수 있도록 고정상과 유동상 접촉여재를 교대로 설치하여 반응식-3과 같은 기작이 순조롭게 일어나도록 한다.

반응식-1 (부분아질산화반응)

{2 NH}`_{4 } ^{+ } +{3O}_{2 } ~→~ 2 { NO}`_{2 } ^{- } +4 { H}^{ +} +2 { H}_{2 } O (호기성)

반응식-2 (탈질반응)

{2NO}`_{2 } ^{- } + { CH}_{3 } OH+ { CO}_{2 } ~→~ { N}_{2 } + { 2HCO}`_{3 } ^{- } + { H}_{2 } (무산소)

반응식-3 (혐기성 암모니아 산화반응)

{ 1NH}`_{4 } ^{+ } + { 1.31NO}`_{2 } ^{- } + { 0.0425CO}_{ 2} ~ →

{ 1.045N}_{2 } + { 0.22NO}`_{3} ^{- } +1.87 { H}_{2 } O+ { 0.09OH}^{- } + {0.0425CH }_{2 } O(혐기성)

각 반응조의 역할은 다음과 같다. 먼저, 단일 응집침전조(1)에서는 유입수가 간헐포기 SBR 반응조(2)로 유입되기에 앞서 혐기성 암모니아 산화반응의 방해인자인 인과 유기물을 응집제를 사용하여 화학적으로 침전시켜 제거한다. 여기서 90%에 달하는 인과 75%정도의 유기물이 제거되도록 한다.

또, 간헐포기 SBR 반응조(2)는 상기한 반응식-1(부분 아질산화반응)과 반응식-2(탈질반응)가 교대로 일어나도록 간헐포기를 하여 유기물을 소모한 후 재포기하여(반응식-1) 암모니아성 질소와 아질산성 질소의 비가 1:1.3이 되도록 한다. 이 간헐포기 SBR 반응조(1)는 나이트로조모나스(Nitrosomonas sp.)의 증식속도를 빠르게 하여 질산화 반응을 억제하고 아질산화 반응을 유도하기 위해 온도를 30∼35℃로 유지하고 미생물 체류시간(SRT)은 1.0∼3.0일이 되도록 운영한다.

그리고 간헐포기 SBR 반응조(2)의 운전조건은 다음과 같다. 유입수는 상기한 바와 같이 단일 응집침전조(1)에서 인과 유기물이 제거되며, pH는 포기에 의해 CO₂가 탈기되며 탈질시 알칼리도가 보충되므로 알칼리도의 추가적 주입 없이 7∼8로 유지된다. 또, 열교환기를 이용하여 수온을 30∼35℃로 유지하고, SCOD/NO₂ ^--N의 비가 2가 되는 시점까지 포기한 후 무산소 상태에서 유기물을 이용하여 탈질함으로써 유기물을 소모하도록 간헐포기를 한다.

또한 상기한 간헐포기과정을 통하여 유기물의 농도가 적정수준 이하가 된 후 암모니아성 질소와 아질산성 질소의 비가 1:1.3이 될 때까지 재포기하며 유출시에는 슬러지를 침전시키지 않고 교반상태에서 탈산소조(3)로 유출시켜 1.0∼3.0일의 짧은 SRT를 유지한다. 그리고 상기 공정은 복수계열로 설치해 운영함으로써 단일 응집침전조(1)에서 SBR 반응조(2)로의 연속유입이 이루어지록 한다.

탈산소조(3)는 혐기성 암모니아 산화반응의 방해인자인 산소를 제거하여 연속식 여상 반응조(4)로 보내고 침전된 슬러지는 폐기한다.

연속식 여상 반응조(4)는 하향류에서는 고정상 여재를 설치하여 혐기성 암모니아 산화균을 최대한 포집할 수 있도록 하고 상향류에서는 유동상 여재에 부착된 미생물이 질소폐수와 최대한 접촉하도록 하여 미생물이 최대한 부착하여 성장할 수 있도록 하며, 이를 교대로 설치하여 반응식-3과 같은 혐기성 암모니아 산화가 원활히 일어나도록 한다.

연속식 여상 반응조(4)의 운전조건은 혐기성 유지를 위해 유동상으로 가스를 재순환하고, 수리학적 체류시간(HRT)은 1.5∼2.0일, pH는 7∼8로 유지하며 온도는 열교환기를 이용하여 30∼35℃로 유지한다.

침전조(5)는 침전된 슬러지의 90% 이상을 혐기성 암모니아 산화조(4)로 반송하고 상징액만 방류한다.

이상 설명한대로 본 발명은 간헐포기 SBR 반응조와 탈산소조 및 연속식 여상 반응조를 이용하여 부분 아질산화와 혐기성 암모니아 산화반응을 일으키는 것으로 외부 탄소원의 공급 없이도 고농도 질소폐수를 아주 효과적으로 처리할 수 있다.

Claims (5)

1. 단일 응집침전조(1), 부분 아질산화 및 탈질을 위한 간헐포기 SBR 반응조(2), 탈산소조(3), 혐기성 암모니아 산화반응을 유도하기 위한 연속식 여상 반응조(4), 침전조(5) 및 침전조(5)로부터 연속식 여상 반응조(4)로의 반송 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 부분 아질산화 및 혐기성 암모니아 산화를 이용한 고농도 질소폐수 처리장치.
2. 유기물이 적고 질소농도가 높은 폐수중의 인과 유기물을 단일 응집침전조에서 감소시킨 후 간헐포기 SBR 반응조(부분 아질산화 및 탈질조)로 유입하는 단계와; 간헐포기 SBR 반응조와 연속식 여상 반응조를 결합하는 단계와; 연속식 여상 반응조에서 혐기성 상태를 유지하고 질산화 박테리아의 유입을 방지하기 위해 간헐포기 SBR 반응조와 연속식 여상 반응조 사이에 탈산소조를 경유하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 부분 아질산화 및 혐기성 암모니아 산화를 이용한 고농도 질소폐수 처리방법.
3. 제2항에 있어서 간헐포기 SBR 반응조에 있어 SRT 1.0∼3.0일, 온도 30∼35℃의 조건하에서 간헐포기에 의한 아질산화와 탈질에 의해 잔류 유기물을 소모하는 순환과정과, 이어지는 재포기에 의한 아질산화 반응에서 암모니아성 질소와 아질산성 질소의 비를 1:1.3으로 조정하는 부분 아질산화 및 혐기성 암모니아 산화를 이용한 고농도 질소폐수 처리방법.
4. 제2항에 있어서 연속식 여상 반응조는 HRT 1.5∼2.0일, 온도 30∼35℃의 조건하에서 혐기성 상태를 유지하여 혐기성 암모니아 산화반응이 촉진되도록 하는 부분 아질산화 및 혐기성 암모니아 산화를 이용한 고농도 질소폐수 처리방법.
5. 제4항에 있어서 상기한 연속식 여상 반응조의 하향류에서는 고정상 여재를 이용하여 미생물을 최대한 포집하고 상향류에서는 유동상 여재에 부착된 미생물이 질소폐수에 최대한 노출되도록 하여 미생물의 성장을 극대화하는 반응조의 형태와 연속식 여상 반응조에서의 MLSS를 유지하기 위하여 침전조로부터 슬러지를 반송하는 부분 아질산화 및 혐기성 암모니아 산화를 이용한 고농도 질소폐수 처리방법.