KR200211906Y1

KR200211906Y1 - 폐수내의 효과적인 탈질과 탈인을 위한 호기, 탈기,혐기와 무산소조의 순차 결합

Info

Publication number: KR200211906Y1
Application number: KR2020000018435U
Authority: KR
Inventors: 지종기; 지영호
Original assignee: 지영호
Priority date: 2000-06-28
Filing date: 2000-06-28
Publication date: 2001-02-01

Abstract

현재 고농도 분뇨, 쓰레기 매립장 침출수, 축산폐수와 같이 암모니아성 질소(NH₃-N)와 인산성 인(PO₄-P)을 생물학적 처리로 제거하기 위하여 이들 폐수의 유기물의 농도가 매우 높기 때문에 고농도 유기물을 소화시키기 위하여 혐기조를 먼저 설치하고 순차적으로 무산소조, 호기조를 설치하는 소위 A²O 공정으로 이들 폐수를 처리하고 있으나 암모니움이온()이 질산이온(NO₃ ^-)으로 산화는 호기조에서 일어나서 혐기조와 무산소조에서 이 질산이온이 질소와 산소로 환원되어 분해된다. 따라서 현재의 혐기조/무산소조/호기조(A²O) 공정은 효과적인 탈질 반응을 이루기 위하여 앞에서 언급한 폐수의 농도가 묽을 경우에는 역 A²O 공정인 호기조/혐기조/무산소조(OA²) 공법으로 바뀌어야 한다. 그러나 OA²공법은 호기조가 혐기조에 선행 배치되므로 호기조의 폐수중의 DO농도가 2 - 3ppm이 되므로 호기조의 폐수가 그대로 혐기조에 유입되면 혐기성 세균이 사멸하게 된다. 이와 같은 현상을 방지하기 위하여 호기조와 혐기조 사이에 탈기조(deaerobic vessel)를 설치하여 폐수중의 DO농도가 0.2 - 0.3ppm으로 낮추어야 한다. 즉 호기조/혐기조/무산소조 공정인 OA²공법은 호기조/탈기조/혐기조/무산소조 공정인 ODA²공법으로 바뀌어야 한다. 그리고 폐수의 농도가 고농도일 경우에는 ODA²공법에 혐기조를 선행시킨 혐기조/호기조/탈기조/혐기조/무산소조(AODA²) 공법으로 바꾸어야 한다. 그리고 인은 호기조에서 흡수되고 혐기조나 무산소조에서 방출되므로 폐수중에 용존되어 있는 암모니아성 질소와 인산성 인을 동시 효과적으로 제거하기 위해서는 폐수의 농도가 묽을 경우에는 호기조/탈기조/혐기조/무산소조(ODA²) 공법 후단에 호기조를 추가시킨 호기조/탈기조/혐기조/무산소조/호기조(ODA²O) 공법을 사용하여야 하고, 폐수의 농도가 높을 경우에는 AODA²공법 후단에 호기조를 연결한 혐기조/호기조/탈기조/혐기조/무산소조/호기조(AODA²O) 공법이 가장 적합한 공법이 된다.

따라서 본 고안에서는 암모니아성 질소를 효과적으로 제거하기 위해서 폐수의 농도가 낮을 경우에는 ODA²공법이 타당하고, 폐수의 농도가 높을 경우에는 AODA²공법이 타당하다. 그리고 암모니아성 질소와 인산성 인을 동시에 효과적으로 제거하기 위하여 폐수의 농도가 낮을 경우에는 ODA²O 공법이 타당한 공법이고, 폐수의 농도가 높을 경우에는 AODA²O 공법이 타당한 공법임을 고안하였다.

Description

폐수내의 효과적인 탈질과 탈인을 위한 호기, 탈기, 혐기와 무산소조의 순차 결합{The sequencing combination of oxic, deaerobic, anaerobic and anoxic vessels for effective denitrification and dephosphorus in waste water}

고농도의 분뇨, 쓰레기 매립장 침출수, 축산폐수에는 질산성 질소와 인산성 인이 다량 포함되어 있으므로 폐수처리 시 탈질과 탈인 효율을 높이는 문제는 국내외적으로 관심의 초점이 되고 있다. 왜냐하면 질소와 인이 수중에 많으면 민물에서는 녹조가 발생되어 저수지와 호소에 부영양화를 일으켜서 민물고기와 같은 수중 생태계를 위협하게 되며 농업용수, 공업용수, 상수도용수 생산에 막대한 지장을 초래하게 된다. 뿐만 아니라 염분이 많은 바닷물에서는 적조를 생성하게 되므로 연안 양식 어업에 엄청난 피해를 끼치게 되기 때문이다. 따라서 이들 폐수를 생물학적으로 처리할 때 탈질과 탈인의 효율을 높이는 문제는 매우 중요하다. 그러나 현재 사용되고 있는 혐기조, 무산소조와 호기조로 순차 결합된 기존의 A²O 공정으로 이들 폐수를 처리하고 있으나, 다음 반응에서 보는 바와 같이 암모니움이온()에서 질산이온(NO₃ ^-)으로의 산화는 호기조에서 일어나서 혐기조와 무산소조에서 질산이온이 질소와 산소로 환원되어 분해된다.

----------- 식(1)

---------------------------------- 식(2)

식(1)과 (2)는 각각 호기조에서 일어나는 아질산화와 질산화 반응이다.

------------ 식(3)

이 반응의 첫째 단계에서 1 몰의 산소가 방출되고, 둘째 단계에서 3/2 몰의 산소가 방출되며, 마지막 단계에서 1/2 몰의 산소가 방출되어, 전체적으로 3 몰의 산소가 방출된다. 그러므로 식 (3)의 반응은 2 몰의 질산이온이 분해하여 3 몰의 산소가 생성되는 반응이므로 이 반응은 혐기조와 무산조에서 일어나는 반응이다. 따라서 현재의 A²O 공정은 효과적인 탈질 반응을 이루기 위해서는 식(1)과 (2)에 나타낸 바와 같이, 일단 암모니움이온이 호기조에서 질산이온으로 산화된 후에 혐기조와 무산소조에서 질소와 산소로 환원되어 분해되어야 하므로, 앞에서 언급한 폐수의 농도가 묽을 경우에는 역 A²O 공정인 OA²공법으로 바뀌어야 한다. 따라서 현재의 A²O 공정은 효과적인 탈질 반응을 이루기 위하여, 폐수의 농도가 묽을 경우에는 역 A²O 공정인 OA²공법으로 바뀌어야 한다. 이와 같은 내용은 본 고안자가 출원번호 20-2000-0011855로 고안한 바 있으나 혐기조 전단에 탈기조를 설치하지 않아서 혐기조의 혐기성 세균이 사멸되는 단점이 있으므로 그 내용을 다음과 같이 개선하여 출원한다. OA²공법은 호기조가 혐기조에 선행 배치되므로 호기조의 폐수중의 DO농도가 2 - 3ppm이 되므로 호기조의 폐수가 그대로 혐기조에 유입되면 혐기성 세균이 사멸하게 된다. 이와 같은 현상을 방지하기 위하여 호기조와 혐기조 사이에 탈기조(deaerobic vessel)를 설치하여 폐수중의 DO농도가 0.2 - 0.3ppm으로 낮추어야 한다. 즉 호기조/혐기조/무산소조 공정인 OA²공법은 호기조/탈기조/혐기조/무산소조 공정인 ODA²공법으로 바뀌어야 한다. 그리고 폐수의 농도가 고농도일 경우에는 고농도의 유기물이 선행 분해되어야 하므로, ODA²공법에 혐기조를 선행시킨 AODA²공법으로 바꾸어야 한다. 그리고 인은 호기조에서 흡수되고 혐기조나 무산소조에서 방출되므로 폐수중에 용존되어 있는 암모니아성 질소와 인산성 인을 동시 효과적으로 제거하기 위해서는 폐수의 농도가 묽을 경우에는 ODA²공법 후단에 호기조를 추가시킨 ODA²O 공법을 사용하여야 하고, 폐수의 농도가 높을 경우에는 AODA²공법 후단에 호기조를 연결한 AODA²O 공법이 가장 적합한 공법이 된다.

그러나 종래의 A²O 공정은 암모니움이온을 질산이온으로 산화시키는 호기조가 혐기조/무산소조에 선행되지 않아서 질산성 질소의 효과적인 제거가 이론상 불가능하므로 암모니아성 질소 정화효율이 크게 떨어지는 문제점이 있다.

따라서 본 고안은 종래의 혐기조/무산소조/호기조로 구성된 소위 A²O 공정의 암모니아성 질소 제거효율을 크게 개선하기 위하여 폐수의 농도가 낮을 경우에는 호기조/탈기조/혐기조/무산소조로 구성된 ODA²공법을 이용하고, 폐수의 농도가 높을 경우에는 혐기조/호기조/탈기조/혐기조/무산소조(AODA²) 공법을 이용하여 암모니아성 질소를 효과적으로 제거하는 기술적 과제를 해결하였다. 뿐만 아니라 폐수중에 용존되어 있는 암모니아성 질소와 인산성 인을 동시에 높은 효율로 제거하기 위하여 폐수중의 유기물의 농도가 묽을 경우에는 호기조/탈기조/혐기조/무산소조/호기조(ODA²O) 공법을 사용하여야 하고, 유기물의 농도가 진할 경우에는 혐기조/호기조/탈기조/혐기조/무산소조/호기조(AODA²O) 공법을 이용하여야 하는 기술적 과제를 확립하였으며, 이와 같은 고안이 이루고자 하는 기술적 과제의 해결의 이론적 근거는 앞에서 언급한 고안이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래 기술 부분에서 상세히 설명하였다.

도 1 : 본 고안의 생물학적 호기조/탈기조/혐기조/무산소조(ODA²) 순차 폐수처리 평면도.

도 2 : 본 고안의 생물학적 혐기조/호기조/탈기조/혐기조/무산소조(AODA²) 순차 폐수처리 평면도.

도 3 : 본 고안의 생물학적 호기조/탈기조/혐기조/무산소/호기조(ODA²O) 순차 폐수처리 평면도.

도 4 : 본 고안의 생물학적 혐기조/호기조/탈기조/혐기조/무산소/호기조 (AODA²O) 순차 폐수 처리 평면도.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

(1)(17)(35)(53) - 폐수유입로

(2)(18)(36)(54) - 최초침전지

(3)(19)(37)(55) - 최초침전슬러지

(4)(21)(38)(42)(57)(61) - 호기조

(5)(22)(39)(58) - 탈기조

(6)(20)(23)(40)(56)(59) - 혐기조

(7)(24)(41)(60) - 무산소조

(8)(25)(43)(62) - 최종침전지

(9)(26)(44)(63) - 방류수

(10)(27)(45)(64) - 최종침전슬러지

(11)(28)(46)(65) - 잉여슬러지

(12)(29)(47)(66) - 반송슬러지관

(13)(14)(15)(16)(30)(31)(32)(33)(34)(48)(49)(50)(51)(52)(67)(68)(69) (70)(71)(72) - 혼합액순환로

이하 본 고안의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하고자 한다.

도 1은 생물학적 호기조/탈기조/혐기조/무산소조(ODA²) 순차 폐수처리 평면도로서 미세 스크린을 거치면서 폐수 내에 포함된 비교적 큰 물질들을 제거한 폐수가 유입로(1)을 통하여 최초침전지(2)에서 충분한 시간 동안 중력에 의한 침전을 진행시킨다. 이때 침전되는 최초침전슬러지(3)은 별도 처리한다. 이렇게 1차 침전을 거친 폐수는 호기조(4)로 유입시켜 반응식(1)과 (2)와 같이 암모니움이온을 질산이온으로 산화시키게 된다. 이렇게 처리한 호기조(4)의 처리수는 혼합액순환로(13)를 통과하여 탈기조(5)로 유입된다. 여기서 탈기조건 하에서 처리된 처리수는 혼합액순환로(14)을 통하여 혐기조(6)로 유입시킨다. 이때 혐기조(6)와 무산소조(7)에서는 식(3)의 반응과 같이 질산이온이 질소와 산소로 환원되어 분해된다. 무산소조(7)의 처리수는 최종침전지(8)로 이송시켜 응집 처리하거나 필터를 사용하여 슬러지를 분리 처리한다. 이때 최종침전슬러지(10)의 일부는 슬러지 반송관(12)을 통하여 호기조(4)로 반송시켜 활성오니의 부족한 먹이를 보충하고 나머지 잉여슬러지(11)은 벨트프레스로 짜서 케이크로 처리한다.

도 2는 생물학적 혐기조/호기조/탈기조/혐기조/무산소조(AODA²) 순차 폐수처리 평면도로서 유입로(17) 최초침전지(18) 최초침전슬러지(19)의 기능은 도 1의 (1) (2) (3)의 기능과 같다. 그리고 혐기조(20)은 폐수중에 유기물의 농도가 높을 경우 유기물을 혐기 조건하에서 소화 처리한 후 혼합액순환로(30)을 통하여 호기조(21)로 이송시킨다. 이렇게 하면 호기조(21)의 부하를 줄여주게 된다. 이와 같은 목적으로 도 2는 도 1의 앞단에 혐기조(20)을 추가시켰다. 그리고 혼합액순환로(32)과 (33)은 각각 도 1의 (14)와 (15)의 기능과 동일하다. 다음 혐기조(23)와 무산소조(24)의 역할은 도 1의 (6)와 (7)과 같다. 또한 (25) (26) (27) (28)과 (29)의 기능은 도 1의 (8) (9) (10) (11)과 (12)의 기능과 같다.

도 3은 생물학적 호기조/탈기조/혐기조/무산소/호기조(ODA²O) 순차 폐수처리 평면도로서 (35) (36) (37)의 기능은 도 1의 (1) (2) (3)의 기능과 같다. 일반적으로 폐수 중의 유기물의 농도 낮을 경우나 물리화학적 전처리로 유기물의 농도를 크게 낮출 경우에는 혐기조(40)와 무산소조(41)의 전단에 탈기조(39)를 설치하고 탈기조(39) 전단에 호기조(38)를 설치하여 반응식(1)과 (2)에 제시한 바와 같이 암모니아성 질소를 질산성질소로 산화시키는 것이 암모니아성 질소를 효과적으로 제거하는 방법이다. 이 때 인산성 인을 동시에 제거효율을 높이기 위하여 무산소조(41) 후단에 호기조를 설치하여야 한다. 나머지 (49) (50)와 (51)의 기능은 도 1의 (14)와 (15)의 기능과 동일하거나 유사하다. 그리고 (43) (44) (45) (46)과 (47)의 역할은 도 1의 (8) (9) (10) (11)과 (12)의 기능과 동일하다.

도 4는 생물학적 혐기조/호기조/탈기조/혐기조/무산소/호기조(AODA²O) 순차 폐수처리 평면도로서 (53) (54)와 (55)은 각각 도 1의 (1) (2)와 (3)의 기능과 동일하다. 일반적으로 폐수중에 유기물의 농도가 높을 경우에 도 3의 호기조(38) 맨 앞단에 혐기조(56)을 부착시켜 유기물을 혐기성으로 분해시켜 다음 단계의 호기조(57)의 부하를 줄여야한다. 이 때 혐기조(59)의 전단에 탈기조(58)을 설치하여 혐기조의 혐기성균의 사멸을 방지하여야 한다. (67)은 도 2의 (30)과 동일하고 나머지 (60)에서 (72)까지는 도 3의 (41)에서부터 (52)까지와 그 기능이 일치한다. 도 4와 같은 생물학적 순차 폐수처리는 폐수중에 유기물의 농도가 높을 경우 암모니아성 질소와 인산성 인의 생물학적 처리에 가장 효과적인 방법이다.

일반적으로 생물학적으로 폐수처리가 매우 어려운 분뇨, 쓰레기 매립장 침출수와 축산폐수와 같은 고농도의 암모니아성 질소와 인산성 인을 포함하고 있는 폐수에서 질소와 인을 높은 효율로 제거하는 방법과 폐기물에 포함된 유기물의 농도에 따라 질소 단독 또는 질소와 인을 동시에 제거하는 방법을 개발한 효과를 얻었다. 이와 같은 고안의 효과를 구체적으로 언급하면 다음과 같다.

현재 유기물의 농도가 매우 높은 고농도 분뇨, 쓰레기 매립장 침출수, 축산폐수 등의 암모니아성 질소(NH₃-N)와 인산성 인(PO₄-P)을 생물학적 처리로 제거하기 위해, 먼저 혐기조에서 고농도 유기물을 소화시키고 순차적으로 무산소조, 호기조를 설치하는 소위 A²O 공정으로 이들 폐수를 처리하고 있으나, 암모니움이온()이 질산이온(NO₃ ^-)으로 산화는 호기조에서 일어나서 혐기조와 무산소조에서 이 질산이온이 질소와 산소로 환원되어 분해된다. 따라서 현재의 혐기조/무산소조/ 호기조(A²O) 공정은 효과적인 탈질 반응을 이루기 위하여 앞에서 언급한 폐수의 농도가 묽을 경우에는 역 A²O 공정에 혐기조 앞단에 탈기조를 추가시킨 호기조/탈기조/혐기조/무산소조(ODA²) 공법으로 바뀌어야 한다. 그리고 폐수의 농도가 고농도일 경우에는 ODA²공법에 혐기조를 선행시킨 혐기조/호기조/탈기조/혐기조/무산소조(AODA²) 공법으로 바꾸어야 한다. 그리고 인은 호기조에서 흡수되고 혐기조나 무산소조에서 방출되므로 폐수중에 용존되어 있는 암모니아성 질소와 인산성 인을 동시 효과적으로 제거하기 위해서는 폐수의 농도가 묽을 경우에는 호기조/탈기조/혐기조/무산소조(ODA²) 공법 후단에 호기조를 추가시킨 호기조/탈기조/혐기조/무산소조/호기조(ODA²O) 공법을 사용하여야 하고, 폐수의 농도가 높을 경우에는 AODA²공법 후단에 호기조를 연결한 혐기조/호기조/탈기조/혐기조/무산소조/호기조(AODA²O) 공법이 가장 적합한 공법이 된다고 하는 고안의 효과를 얻었다.

Claims

농도가 낮은 폐수내의 암모니아성 질소를 효과적으로 제거하기 위하여 호기조(4)와 탈기조(5) 혐기조(6) 무산소조(7)순으로 구성함을 특징으로 하는 호기, 탈기, 혐기와 무산소조의 순차결합 폐수처리 장치.
제 1항에 있어서 농도가 높은 폐수내의 암모니아성 질소를 효과적으로 제거하기 위하여 처리 앞단에 혐기조(20)가 부가 설치함을 특징으로 하는 호기, 탈기, 혐기와 무산소조의 순차결합 폐수처리 장치.
제 1항에 있어서 농도가 낮은 폐수내의 암모니아성 질소와 인산성 인을 동시에 효과적으로 제거하기 위하여 처리 후단에 호기조(42)가 부가 설치함을 특징으로 하는 호기, 탈기, 혐기와 무산소조의 순차결합 폐수처리 장치.
제 1항에 있어서 폐수의 농도가 높은 폐수내의 암모니아성 질소와 인산성 인을 동시에 효과적으로 제거하기 위하여 처리 앞단에 혐기조(56)와 처리 후단에 호기조(61)가 부가 설치함을 특징으로 하는 호기, 탈기, 혐기와 무산소조의 순차결합 폐수처리 장치.