KR200286507Y1 - Sulfur Denitrification reactor - Google Patents
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본 고안은 황산화 미생물에 의해서 하·폐수에 포함되어 있는 질산성질소(NO3-N)를 질소가스(N2)로 전환시키는 황접촉 탈질 반응기에 관한 것으로, 황입자와 석회석이 충전되며 황산화 미생물과 폐수가 반응하여 질소가스가 발생되는 황탈질반응조(1), 유입되는 폐수에 외부탄소원을 넣어주는 약품공급펌프(2), 상기 황탈질반응조(1)의 상향 및 하향으로 폐수를 유입시키는 폐수유입펌프(3), 상기 황탈질반응조(1)의 상부에 설치되어 질소가스의 농도를 측정하는 질소가스 모니터장치(4), 황탈질반응조(1) 내에 일부 남아있는 질소가스를 제거하기 위하여 일정기간에 한 번씩 가동시켜주는 역세척펌프(5)와 상기 황탈질반응조(1) 내부의 온도를 일정하게 유지시켜 황산화 미생물의 활동을 최적화 시켜주는 온도제어장치(6)로 이루어져서, 처리수가 안정적이고 기존의 공법에 비해 시스템이 간단하고 설치면적이 적으며 유지비용이 저렴하여 경제성이 현저하게 뛰어난 효과를 얻을 수 있다.The present invention relates to a sulfur contact denitrification reactor for converting nitrate nitrogen (NO 3 -N) contained in sewage and wastewater into nitrogen gas (N 2 ) by sulfated microorganisms, and charged with sulfur particles and limestone Sulfur denitrification tank (1) in which nitrogen gas is generated by reaction of oxidized microorganisms and waste water, a chemical supply pump (2) for introducing an external carbon source into the wastewater introduced, and wastewater is introduced upward and downward of the denitrification reaction tank (1) The wastewater inflow pump (3), which is installed on the top of the denitrification reactor (1) to remove the nitrogen gas remaining in the nitrogen gas monitor device (4), the denitrification reactor (1) to measure the concentration of nitrogen gas In order to maintain the temperature inside the desulfurization reaction tank (1) and the temperature control device (6) for optimizing the activity of the sulfated microorganisms to operate once in a certain period in order to process, The number is stable Compared with the existing method, the system is simple, the installation area is small, and the maintenance cost is low, so the economic efficiency is remarkably excellent.
Description
본 고안은 황접촉 탈질 반응기에 관한 것으로, 보다 상세히 말하면 황입자와 석회석을 채운 반응기 내에 생성된 황산화 미생물에 의해서 하·폐수에 포함되어 있는 질산성질소(NO3-N)를 질소가스(N2)로 전환시키는 황을 이용한 탈질 반응기에관한 것이다.The present invention relates to a sulfur contact denitrification reactor, and more specifically, to nitrogen nitrogen (N 3 -N) contained in sewage and wastewater by sulfated microorganisms generated in a reactor filled with sulfur particles and limestone. The denitrification reactor using sulfur to convert to 2 ).
최근의 하·폐수처리의 목적은 주로 생물화학적 산소요구량(BOD), 부유고형물(SS) 및 병원균의 감소 등 과거의 목적뿐만이 아니라 부영양화의 주범인 질소와 인 등 영양염류의 규제가 더욱 강화되고 있다.In recent years, the purpose of sewage and wastewater treatment is to strengthen the regulation of nutrients such as nitrogen and phosphorus, which are the main culprit of eutrophication, as well as the past purpose such as reduction of biochemical oxygen demand (BOD), suspended solids (SS) and pathogens. .
질소는 수자원의 용존산소 농도를 고갈시키고 수중생물에 독성을 유발하며 질병을 유발할 수 있어 수자원의 재사용에 있어 어려움을 초래하게 된다. 따라서, 질소 제거는 폐수처리에 있어 큰 중요성을 갖고 있다.Nitrogen depletes the dissolved oxygen concentration of water resources, induces toxicity to aquatic organisms, and can cause diseases, resulting in difficulties in reuse of water resources. Therefore, nitrogen removal is of great importance in wastewater treatment.
우리나라 하수의 특성은 유기물 농도가 질소농도에 비하여 매우 낮기 때문에 외국의 종속영양탈질 공법을 그대로 적용하기가 힘들며, 적용한다 하더라도 외부탄소원을 공급해야 하므로 경제적인 처리는 불가능하다. 산업폐수의 경우에 있어서도 유기물 농도가 질소 농도에 비하여 낮은 폐수의 경우는 값비싼 외부탄소원을 넣어주어야 한다.It is difficult to apply foreign heterotrophic denitrification as it is because organic matter concentration is very low compared to nitrogen concentration, and even if it is applied, it is impossible to economically treat it because external carbon source must be supplied. In the case of industrial wastewater, an expensive external carbon source should be added in the case of wastewater having an organic concentration lower than that of nitrogen.
따라서, 폐수 특성에 맞는 효율적이고 경제적인 질소 화합물 제거 기술의 개발이 불가피하다.Therefore, the development of efficient and economical nitrogen compound removal technology for wastewater characteristics is inevitable.
이에 본 고안은 상술한 바와 같은 종래 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 본 고안의 주요한 목적은 기존의 종속영양탈질 공정에서 야기되는 경제성 문제, 공정의 복잡성, 넓은 부지면적 등을 극복하기 위하여 공정이 간단하고, 유지비용이 적게 들며, 유지관리가 쉬운 질소제거장치를 제공하는 데 있다.Therefore, the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and the main purpose of the present invention is to simplify the process in order to overcome the economic problems, complexity of the process, and a large land area caused by the existing heterotrophic denitrification process. In addition, the present invention provides a nitrogen removal device that is low in cost and easy to maintain.
도 1은 본 고안의 황접촉 탈질 반응기의 일실시례를 개략적으로 나타낸 구성도.1 is a schematic view showing an embodiment of the sulfur-contact denitrification reactor of the present invention.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
1 : 황탈질반응조 2 : 약품공급펌프1: denitrification tank 2: chemical supply pump
3 : 폐수유입펌프 4 : 질소가스 모니터링 장치3: wastewater inflow pump 4: nitrogen gas monitoring device
5 : 역세척펌프 6 : 온도제어장치5: backwash pump 6: temperature control device
7 : 가스 쳄버 S : 황입자7: gas chamber S: sulfur particles
L : 석회석L: limestone
상기한 바와 같은 본 고안의 황접촉 탈질 반응기는 황입자와 석회석이 충전되며 황산화 미생물과 폐수가 반응하여 질소가스가 발생되는 황탈질반응조, 유입되는 폐수에 외부탄소원을 넣어주는 약품공급펌프, 상기 황탈질반응조의 상향 및 하향으로 폐수를 유입시키는 폐수유입펌프, 상기 황탈질반응조의 상부에 설치되어 질소가스의 농도를 측정하는 질소가스 모니터장치, 황탈질반응조 내에 일부 남아있는 질소가스를 제거하기 위하여 일정기간에 한 번씩 가동시켜주는 역세척펌프와 상기 황탈질반응조 내부의 온도를 일정하게 유지시켜 황산화 미생물의 활동을 최적화 시켜주는 온도제어장치로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The sulfur-contact denitrification reactor of the present invention as described above is a sulfur denitrification reactor filled with sulfur particles and limestone and reacted with sulfated microorganisms and wastewater to generate nitrogen gas, and a chemical supply pump for putting an external carbon source into the introduced wastewater. A wastewater inflow pump for introducing wastewater upward and downward of the denitrification reactor, a nitrogen gas monitoring device installed on the top of the denitrification reactor to measure the concentration of nitrogen gas, and to remove the nitrogen gas remaining in the denitrification reactor It is characterized by consisting of a backwash pump that operates once in a certain period and a temperature control device that optimizes the activity of sulfated microorganisms by maintaining a constant temperature inside the denitrification reactor.
본 고안의 황접촉 탈질 반응기는 질소를 제거하기 위해서 질소 농도가 유기물의 농도에 비하여 높은 폐수의 경우 메탄올, 에탄올, 아세테이트 등의 값비싼 유기물을 이용하여 질소를 제거했던 것과는 달리, 질산화 후 저렴한 황과 종속영양탈질 공정시 필요한 외부유기탄소원 양의 1/4∼1/2인 소량의 유기물을 이용하여 독립영양탈질과 종속영양탈질을 동시에 이용하는 후탈질공정으로 질소를 제거하고, 또한 황과 함께 패각 또는 제강슬러그를 이용하여 생성되는 수중의 칼슘이온(Ca2+)에 의한 정석법으로 인(P)도 동시에 제거할 수 있는 장치로서, C/N비가 낮은 폐수에 적합하다.In the sulfur-contact denitrification reactor of the present invention, in order to remove nitrogen, in the case of wastewater having a higher nitrogen concentration than that of organic matter, nitrogen, which is expensive, such as methanol, ethanol and acetate, is removed, Nitrogen is removed by a post-denitrification process using both independent and heterotrophic denitrification at the same time using a small amount of organic matter, which is 1/4 to 1/2 of the amount of external organic carbon source required for heterotrophic denitrification, and shelling or It is a device that can remove phosphorus (P) at the same time by crystallization by calcium ions (Ca 2+ ) in water produced using steelmaking slug, and is suitable for waste water with low C / N ratio.
이하, 첨부된 도면에 의하여 본 고안의 황접촉 탈질 반응기를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the sulfur contact denitrification reactor of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 고안의 황접촉 탈질 반응기의 일실시례를 개략적으로 나타낸 것이다.Figure 1 schematically shows an embodiment of the sulfur-contact denitrification reactor of the present invention.
도면을 참조하면, 본 실시례에 따른 도 1의 장치는 황탈질반응조(1), 약품공급펌프(2), 폐수유입펌프(3), 질소가스 모니터링 장치(4), 역세척펌프(5), 온도제어장치(6)로 구성되어 있다.Referring to the drawings, the apparatus of Figure 1 according to this embodiment is a denitrification tank (1), chemical supply pump (2), wastewater inflow pump (3), nitrogen gas monitoring device (4), backwash pump (5) And the temperature control device 6.
본 고안의 황접촉 탈질 반응기의 탈질공정을 설명하면 다음과 같다.The denitrification process of the sulfur-contact denitrification reactor of the present invention is as follows.
우선, 폐수유입펌프(3)를 통하여 황입자(S)와 석회석(L)이 채워진 황탈질반응조(1) 내로 폐수를 유입시킨다. 이때, 유기물과 암모니아를 함유한 폐수는 기존에 개발된 방법에 의해 유기물 제거 및 질산화를 시킨 후 질산성질소를 함유한 폐수를 상기 황입자(S)와 석회석(L)으로 채워진 황탈질반응조(1)에 상향류 및 하향류로 주입한다. 질산성질소와 일부의 유기물을 함유한 폐수의 경우에는 전단계를 거치지 않고 직접 황탈질반응조(1)의 황컬럼에 주입한다.First, wastewater is introduced into the denitrification reactor 1 filled with sulfur particles S and limestone L through a wastewater inflow pump 3. At this time, the wastewater containing organic matter and ammonia is desulfurization tank (1) filled with the sulfur particles (S) and limestone (L) after the organic matter is removed and nitrified by the conventionally developed method. ) Upstream and downflow. In the case of wastewater containing nitrogen nitrate and some organic substances, it is injected directly into the sulfur column of the denitrification reactor (1) without going through the previous step.
상기 황탈질반응조(1) 안에 충전된 황입자(S)는 전자공여체 및 황을 이용하는 독립영양미생물이 붙을 수 있는 담체로 작용한다.Sulfur particles (S) filled in the denitrification reaction tank (1) acts as a carrier to which an independent nutrient microorganism using an electron donor and sulfur is attached.
황을 이용하는 독립영양미생물로는 티오바실러스 데니트리피칸스(Thiobacillus denitrificans), 티오마이크로스피라 데니트리피칸스(Thiomicrospira denitrificans), 티오바실러스 티아시리스(Thiobacillus thyasiris), 티오스패라 판토트로파(Thiosphaera pantotropha), 파라코커스 데니프리피칸스(paracoccus denitrificans) 등이 있다.Independent nutritional microorganisms using sulfur include Thiobacillus denitrificans , Thiomicrospira denitrificans , Thiobacillus thiyasiris , and Thiosphaera pantotropha. ) And paracoccus denitrificans .
상기 유입되는 폐수는 황산화 미생물과 반응하여 유입수 중 질산성질소(NO3-N)를 제거한다. 다시 말하자면, 상기 황화합물을 이용하는 독립영양미생물은 아래의 식에서 보여주는 바와 같이 반응기 내부에서 S2-, S, S2O3 2-, S4O6 2-,SO3 2-등의 여러 가지 황화합물을 황산염이온(SO4 2-)으로 산화시키면서 동시에 질산성질소(NO3-N)를 질소가스(N2)형태로 전환시킨다.The incoming wastewater reacts with the sulfated microorganisms to remove nitrate nitrogen (NO 3 -N) from the influent. In other words, the autotrophic microorganism using the sulfur compound may contain various sulfur compounds such as S 2- , S, S 2 O 3 2- , S 4 O 6 2-, and SO 3 2- in the reactor as shown in the following equation. Oxidation of nitrate (NO 3 -N) into nitrogen gas (N 2 ) is achieved while oxidizing to sulfate ions (SO 4 2- ).
NO3 -＋ 1.10S ＋ 0.40CO2＋ 0.76H2O ＋ 0.08NH4 ＋→ NO 3 - + 1.10S + 0.40CO 2 + 0.76H 2 O + 0.08NH 4 + →
0.50N2↑＋ 1.10SO4 2-＋ 1.28H＋＋ 0.08C5H7O2N0.50N 2 ↑ + 1.10SO 4 2- + 1.28H + + 0.08C 5 H 7 O 2 N
즉, 상기 반응식과 같이 황과 유입폐수 내의 질소가 반응하여 황은 황산염(sulfate)으로 산화되는 동시에 질소는 질소가스 형태로 환원되어 제거되는 것이다.That is, as shown in the reaction scheme, sulfur reacts with nitrogen in the influent wastewater, so that sulfur is oxidized to sulfate and nitrogen is reduced and removed in the form of nitrogen gas.
그러나, 상기 식에서 알 수 있는 바와 같이 황산화 탈질 미생물을 이용하는 탈질 반응에서는 수소이온이 생성되기 때문에 알칼리도가 파괴되는 문제점이 있다. 따라서, 황산화 탈질 미생물을 이용하는 탈질 반응시에는 탈질미생물이 탈질을 일으킬 수 있는 충분한 알칼리도 조건인 pH6.5∼8.0을 만들어 주는 것이 상당히 중요하다.However, as can be seen from the above formula, in the denitrification reaction using sulfated denitrification microorganisms, since hydrogen ions are generated, alkalinity is destroyed. Therefore, in the denitrification reaction using sulfated denitrification microorganisms, it is very important to make pH 6.5 to 8.0 which is sufficient alkalinity condition for denitrification microorganism to cause denitrification.
이를 위하여, 본 고안에서는 상기 황탈질반응조(1) 내에 황입자(S)와 함께 석회석(L)을 공급하여 별도의 추가공급 없이 알칼리도를 보충할 수 있으며, 동시에인(P)성분을 제거할 수 있다.To this end, in the present invention, by supplying limestone (L) with sulfur particles (S) in the desulfurization reaction tank (1), it is possible to supplement alkalinity without additional supply, and at the same time remove the phosphorus (P) component have.
본 고안의 황접촉 탈질 반응기에서는 외부탄소원을 소량 넣어줌으로써, 유입되는 폐수 내의 질산성질소 중 일부가 종속영양탈질에 의해 제거되게 한다.In the sulfur-contact denitrification reactor of the present invention, a small amount of external carbon source is added, so that some of the nitrate nitrogen in the incoming wastewater is removed by heterotrophic denitrification.
종속영양탈질 반응에서는 수산화이온을 내기 때문에 황탈질시 생성되는 수소이온을 중화시켜줄 수 있을 뿐 아니라, 유입수의 일부가 종속영양탈질에 의하여 제거되기 때문에 그만큼 황산염이온의 생성농도는 줄어든다.In the heterotrophic denitrification reaction, hydroxide ions can be used to neutralize hydrogen ions produced during desulfurization, and the concentration of sulphate ions is reduced because some of the influent is removed by heterotrophic denitrification.
따라서, 본 고안에 따른 황접촉 탈질 반응기에서는 유입폐수에 소량의 외부탄소원을 넣어 완전 독립영양탈질, 임의성 독립영양탈질과 종속영양탈질을 동시에 수행할 수 있다. 이때, 유입폐수에 넣어주는 외부탄소원은 일반적인 종속영양탈질 방법에 넣는 메탄올 양의 1/4∼1/2정도로 소량을 넣어주어, 황을 이용하는 독립영양탈질과 유기물을 이용하는 종속영양탈질이 동시에 일어나게 유도하되 황탈질반응조(1) 안에서 유기물이 완전히 반응하여 유출수에는 투영한 외부탄소원의 유기물이 유출되지 않도록 하는 것이 중요하다.Therefore, in the sulfur-contact denitrification reactor according to the present invention, a small amount of external carbon source can be put in the influent wastewater to perform complete autotrophic denitrification, arbitrary autotrophic denitrification and heterotrophic denitrification at the same time. At this time, the external carbon source put into the influent wastewater is added in a small amount of 1/4 to 1/2 of the amount of methanol in the general heterotrophic denitrification method, so that independent nutrient denitrification using sulfur and heterotrophic denitrification using organic matter occur simultaneously. However, it is important to ensure that organic matter completely reacts in the denitrification tank (1) so that organic matter from the projected external carbon source does not flow out to the effluent.
상기와 같이 하여 발생된 질소가스(N2)는 황탈질반응조(1) 상부에 설치된 가스 쳄버(7)로 집결되어 배출되며 질소가스 모니터링 장치(4)에 의해 농도가 측정된다.Nitrogen gas (N 2 ) generated as described above is collected and discharged into the gas chamber (7) installed on the denitrification reactor (1) and the concentration is measured by the nitrogen gas monitoring device (4).
상기 가스 쳄버(7)를 거쳐 질소가스가 배출된 후, 황탈질반응조(1) 내에 일부 남아있는 질소가스는 역세척펌프(5)를 일정기간에 한 번씩 가동시켜 제거한다.After nitrogen gas is discharged through the gas chamber 7, some of the remaining nitrogen gas in the denitrification tank 1 is removed by operating the backwash pump 5 once in a predetermined period.
황탈질반응조(1) 내에 설치된 온도제어장치(6)는 황탈질반응조(1) 내부의 온도를 일정하게 유지시켜 황산화 미생물의 활동을 최적화 시켜준다.The temperature control device 6 installed in the denitrification reactor 1 maintains the temperature inside the denitrification reactor 1 to optimize the activity of the sulfated microorganisms.
본 장치를 통해 S시 하루종말처리장, 여수공단의 K화학, 울산공단 S특수강에 파일럿 테스트(pilot test)를 수행하여 좋은 결과를 얻었다.Through this device, a pilot test was performed on S-day end treatment plant, K chemical of Yeosu Industrial Complex, and S Special Steel of Ulsan Industrial Complex.
S시 하수종말처리장의 경우, 50㎥/d의 유량으로 평균농도 T-N 60㎎/L의 하수를 처리한 결과 평균 3㎎/L의 결과를 얻었으며, 여수공단의 K화학의 경우는 10㎥/d의 유량으로 평균농도 NO3-N 140㎎/L의 폐수를 처리하여 평균 10㎎/L의 결과를 얻었다. 울산공단 S특수강의 경우 5㎥/d의 유량으로 평균농도 NO3-N 300㎎/L의 폐수를 처리하여 평균 5㎎/L의 결과를 얻었다.In case of sewage treatment plant in S city, sewage treatment with an average concentration of TN 60mg / L was carried out at a flow rate of 50㎥ / d, resulting in an average of 3mg / L. Wastewater with an average concentration of NO 3 -N 140 mg / L was treated at a flow rate of d to obtain an average of 10 mg / L. In case of Ulsan Industrial Complex S special steel, wastewater with average concentration NO 3 -N 300mg / L was treated at a flow rate of 5㎥ / d to obtain an average of 5mg / L.
이와 같이 본 고안의 황접촉 탈질 반응기로 현장 파일럿 테스트를 수행한 결과 97％ 이상의 질소농도를 제거할 수 있었다.As a result of the field pilot test with the sulfur-contact denitrification reactor of the present invention, the nitrogen concentration of 97% or more was removed.
본 장치는 하수외에도 분뇨, 축산폐수, 공장폐수, 침출수, 지하수 등의 질소제거공법으로 적용가능하며, 특히 유기물의 농도가 질소의 농도에 비하여 상대적으로 낮은 폐수에 적합하다.In addition to sewage, this device is applicable to nitrogen removal methods such as manure, livestock wastewater, factory wastewater, leachate, and groundwater, and is particularly suitable for wastewater whose organic concentration is relatively lower than that of nitrogen.
상기한 바와 같이, 본 고안의 황접촉 탈질 반응기는 유입수의 부하변동에 따른 농도 변화에 따라 메탄올을 추가 공급함이 없이도 유입수를 안정적이게 처리할 수 있을 뿐 아니라, 종속영양탈질과 비교하여 슬러지 발생율이 70％나 적고 운전비용도 60％ 적으며, 침전조 및 재폭기조가 불필요하여 공정이 아주 간단하고 자동화할 수 있어 운전이 용이하고, 설치면적 또한 종속영양탈질의 1/2∼1/3 정도로 매우 적은 효과가 있다. 또, 황산화반응조에 황입자와 함께 석회석이 공급되어 있어 별도의 알칼리도 보충이 필요 없다.As described above, the sulfur-contact denitrification reactor of the present invention can not only stably process the influent without additional supply of methanol according to the change in concentration according to the load variation of the influent, and the sludge generation rate is 70 compared with the heterotrophic denitrification. % Less, 60% less operating cost, no need for sedimentation tank and reaeration tank, so the process is very simple and automated, easy to operate, and the installation area is also very small, about 1/2 to 1/3 of heterotrophic denitrification There is. In addition, limestone is supplied together with sulfur particles to the sulphation tank so that no additional alkalinity is required.
즉, 본 고안의 황접촉 탈질 반응기는 황입자를 이용한 독립영양탈질로서 기존의 공법에 비해 시스템이 간단하고 설치면적이 적으며 외부탄소원을 공급하지 않아 유지비용이 매우 저렴하여, 유기물 농도가 질소농도에 비해 낮은 질산성질소 폐수에 효과적이며 경제성이 뛰어난 질소제거장치라 할 수 있다.That is, the sulfur-contact denitrification reactor of the present invention is an independent nutrient denitrification using sulfur particles, which has a simpler system, a smaller installation area, and a lower maintenance cost because it does not supply an external carbon source, so that the organic matter concentration is nitrogen concentration. Compared to the low nitrogen nitrate wastewater, it is an economical nitrogen removal device.
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