KR20050068544A - Apparatus and method for treat biologic denitration of wastewater and sewage comprising nitrate nitrogen - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐ㆍ하수의 생물학적 황탈질 처리장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 질산성질소가 다량 함유되어 있는 폐ㆍ하수를 완전 탈질 처리할 수 있는 폐ㆍ하수의 생물학적 황탈질 처리장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 탄산수소나트륨(NaHCO3)이 수용된 알칼리도 저장탱크와; 상기 알칼리도 저장탱크에 수용된 탄산수소나트륨(NaHCO3)과 원수 저장조에 수용된 원수를 혼합하여 황탈질 반응조로 분배하는 혼합 분배조와; 상기 혼합 분배조의 원수(알칼리도가 혼합된 원수)가 유입되고, 그 내부에 독립영양 황탈질 미생물이 부착된 수불용성의 과립담체, 입상 활성탄 및 입자 황으로 이루어진 생물막(BIO-FILTER)이 충전되고, 하단에는 상기 생물막의 유출을 방지하는 여과체가 설치된 황탈질 반응조;를 포함하여 구성되는 폐ㆍ하수의 생물학적 황탈질 처리장치 및 이를 이용한 황탈질 처리방법을 제공한다. 이에 따라, 본 발명은 탈질처리 효율을 극대화시키고 잉여 유기물 및 부유물질을 흡착 제거할 수 있으며, 응집 침전물의 생성을 방지하여 황탈질 반응조 내부와 배관의 막힘 현상을 방지할 수 있는 효과를 갖는다.The present invention relates to an apparatus and method for biological denitrification of waste and sewage, and more particularly, to an apparatus and method for biological denitrification of waste and sewage capable of completely denitrifying waste and sewage containing a large amount of nitrate nitrogen. will be. The present invention provides an alkalinity storage tank containing sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ); A mixing distribution tank for mixing sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ) contained in the alkali storage tank and raw water contained in the raw water storage tank and distributing it to the denitrification reaction tank; Raw water (raw water mixed with alkalinity) of the mixing distributor is introduced, and a biofilm (BIO-FILTER) composed of water-insoluble granular carriers, granular activated carbon, and particle sulfur, to which autotrophic denitrifying microorganisms are attached, is filled therein. It provides a biological denitrification treatment apparatus for waste and sewage, and a denitrification treatment method using the same, including a; desulfurization reaction tank is installed at the bottom of the filter medium to prevent the outflow of the biofilm. Accordingly, the present invention can maximize the denitrification efficiency and can remove and remove excess organics and suspended solids, and prevent the formation of aggregated precipitates, thereby preventing the blockage of the inside of the denitrification reactor and the pipe.
Description
본 발명은 폐ㆍ하수에 다량 존재하는 질산성질소를 생물학적으로 제거하는 폐ㆍ하수의 생물학적 황탈질 처리장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 질산성산소가 다량 함유되어 있는 폐ㆍ하수(질산화 반응을 거친 원수)를 독립영양 황탈질 미생물이 부착된 수불용성의 과립담체, 입상 활성탄 및 입자 황이 혼합 충전된 황탈질 반응조에 투입하여 처리함으로써 특히 탈질처리 효율을 극대화시킴과 동시에 잉여 유기물 및 부유물질(SS)을 흡착 제거하고, 알칼리도는 외부에서 주입 공급하되 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 사용함으로써 황탈질 반응조 내부와 배관의 막힘 현상을 방지할 수 있는 폐ㆍ하수의 생물학적 황탈질 처리장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wastewater and sewage biological denitrification treatment apparatus and method for biologically removing a large amount of nitrate nitrogen present in the waste and sewage, and more specifically, waste and sewage (nitrification) containing a large amount of nitrate oxygen. Reacted raw water) into a denitrification reactor filled with water-insoluble granular carriers, granular activated carbon and granular sulfur attached with autotrophic denitrifying microorganisms to maximize the efficiency of denitrification, and at the same time, surplus organics and suspended solids. (SS) is adsorbed and removed, the alkalinity is injected from the outside, but using sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ) to prevent the blockage of the inside of the denitrification reactor and the pipes, biological denitrification treatment apparatus of waste and sewage and its It is about a method.
일반적으로 폐ㆍ하수에 존재하는 협잡물, 유기물질, 질소 및 인 등을 처리함에 있어서는 물리적 및 생물학적 방법이 병행되고 있다. 특히 폐ㆍ하수에 존재하는 질소는 폐ㆍ하수처리 시스템 내에 질산화반응을 수행하는 반응조와 탈질반응을 수행하는 반응조를 설치하여 생물학적 방법에 의해 유기질소나 암모니아성 질소를 질산화시킨 다음 질소가스로 환원시켜 처리하고 있다. 이러한 생물학적 질산화/탈질은 침출수나 축산폐수 등과 같은 고농도의 유기물질과 암모니아성 질소를 포함하고 있는 폐ㆍ하수의 처리에도 유용하게 적용되고 있다. 이때 유입 폐ㆍ하수의 C/N (유기물/질소)값이 클 경우에는 더욱 효율적이다. 이러한 질산화/탈질 공정은 원수 중의 유기물을 전자 공여체로 이용하기 위해 폐수 내의 C/N비를 고려하여 유출수 반송이나 내부반송을 이용하는 선탈질/후질산화의 순서로 운전되는 장치가 주로 이용되고 있다. In general, physical and biological methods are used in the treatment of contaminants, organic substances, nitrogen and phosphorus in waste and sewage. In particular, nitrogen in waste and sewage is treated in a waste and sewage treatment system by installing a reaction tank for nitrification and a reaction tank for denitrification and nitrifying organic nitrogen or ammonia nitrogen by biological method and then reducing it to nitrogen gas. Doing. Such biological nitrification / denitrification is usefully applied to the treatment of waste and sewage containing high concentrations of organic substances such as leachate and livestock wastewater and ammonia nitrogen. This is more efficient when the C / N (organic / nitrogen) value of the influent wastewater and sewage is large. In this nitrification / denitrification process, in order to use organic matter in raw water as an electron donor, an apparatus operated in order of denitrification / postoxidation using effluent return or internal transport in consideration of the C / N ratio in waste water is mainly used.
도 1은 종래의 일반적인 기술에 따른 폐ㆍ하수의 생물학적 황탈질 처리방법을 설명하기 위해 도시한 계통도이다. 1 is a schematic diagram illustrating a method for treating biological denitrification of waste and sewage according to a conventional general technique.
일반적으로, 폐ㆍ하수의 처리는 폐ㆍ하수의 수질 균등화를 이루기 위한 유량 조정조, 협잡물을 제거하여 펌프의 오작동이나 막힘을 방지하는 기능을 수행하는 스크린, 모래나 점토 등과 같은 물질이 처리시설에 혼입되어 반응조 내에 퇴적되거나 펌프가 마모되는 것을 방지하도록 모래나 점토를 침적시키는 침사지 그리고 중력침강 작용에 의하여 고형물질을 사전에 제거하는 초기 침전지 등이 설치된 장치를 이용하여 물리적 처리공정을 수행한 다음 유기물, 질소 및 인을 처리하기 위한 생물학적 처리공정을 수행하는데, 이때 도 1에 보인 바와 같이 생물학적 처리대상 유입원수(10)는 혐기조(20), 탈질 반응조(30), 질산화 반응조(40), 최종침전지(50)를 거쳐 처리된다. 혐기조(20)에서는 활성슬러지의 인이 방출되고, 탈질 반응조(30)에서는 종속영양 탈질 미생물에 의한 탈질반응이 진행되며, 질산화 반응조(40)에서는 질산화 반응이 진행됨과 동시에 유기물과 인이 제거된다. 이때, 질산화 반응이 진행되는 질산화 반응조(40)에서의 혼합액의 일정비율은 탈질 반응조(30)로 반송되어 이곳에 서식하는 종속영양 탈질 미생물에 의해 질산성 질소는 질소로 환원되어 대기 중으로 방출된다. In general, waste and sewage treatment includes flow control tanks for water quality equalization of waste and sewage, and screens, sand, clay, and the like, which perform functions of removing contaminants to prevent pump malfunction or clogging, and mixing them into the treatment facility. Physical treatment process using a device equipped with a sedimentation basin for depositing sand or clay and an initial sedimentation basin to remove solids by gravity sedimentation to prevent sedimentation or pump wear in the reactor. A biological treatment process for treating nitrogen and phosphorus is performed, wherein the inflow source 10 for biological treatment is anaerobic 20, denitrification 30, nitrification 40, and final settler ( 50). Phosphorus of activated sludge is released in the anaerobic tank 20, denitrification by heterotrophic denitrification microorganisms is carried out in the denitrification reactor 30, and nitrification is carried out in the nitrification reactor 40, and organic matter and phosphorus are simultaneously removed. At this time, a certain ratio of the mixed liquid in the nitrification reaction tank 40 in which nitrification proceeds is returned to the denitrification reaction tank 30, and the nitrate nitrogen is reduced to nitrogen by the heterotrophic denitrification microorganisms inhabited therein and is released into the atmosphere.
이때 원활한 탈질 반응을 위해서, 즉 질소의 제거효율을 높이기 위해서는 적정 종속영양 탈질 미생물농도가 유지되어야 하는데, 이러한 종속영양 탈질 미생물농도는 내부반송(90)에 의해 결정된다. 즉, 종속영양 미생물의 증식을 위한 활성슬러지가 질산화 반응조(40)로부터 탈질 반응조(30)로 가능한 한 많은 양이 내부반송(90) 되어져야 한다. 이에 따라, 도 1에 보인 바와 같은 종속영양 탈질 미생물을 이용한 생물학적 탈질 처리는 내부반송(90) 등의 복잡한 과정을 거쳐 질소가 제거되므로 소요부지, 내부반송 펌프의 동력비, 제거효율의 한계성 및 반응조(30)(40) 용적 증가 등의 제반 문제점이 수반되었다. 또한, 제거효율을 향상시키기 위해서 유입원수의 유기탄소원(유기물)이 부족할 경우에는 초산염, 메탄올 등의 유기탄소원을 인위적으로 외부에서 주입(11)해야 하는 문제점이 있었다.In this case, in order to smooth the denitrification reaction, that is, to increase the nitrogen removal efficiency, an appropriate heterotrophic denitrification microorganism concentration should be maintained. The heterotrophic denitrification microbial concentration is determined by the internal transport 90. That is, the amount of activated sludge for propagation of heterotrophic microorganisms should be internally conveyed as much as possible from the nitrification reactor 40 to the denitrification reactor 30. Accordingly, the biological denitrification treatment using heterotrophic denitrification microorganism as shown in FIG. 1 removes nitrogen through a complicated process such as internal transfer 90, so that the required site, power ratio of internal transfer pump, limitation of removal efficiency, and reaction tank ( 30) (40) It was accompanied with various problems such as volume increase. In addition, in order to improve the removal efficiency, when the organic carbon source (organic material) of the inflow source is insufficient, there is a problem in that the organic carbon source such as acetate, methanol, etc. must be artificially injected from the outside (11).
이때, 유기탄소원이 과량으로 주입(11)되어 이 유기탄소원이 반응조(30)(40)에 잔류할 경우에는 질산화/탈질 공정에 저해작용을 일으켜 오히려 제거효율을 저하시킬 수 있으며, 유출수의 잔류 유기물 제거와 잉여 슬러지의 처리를 위한 후처리 시설이 필요할 수 있다. At this time, when the organic carbon source is injected in excess (11) and the organic carbon source remains in the reaction tank (30) (40), it may cause an inhibitory effect on the nitrification / denitrification process, rather, may lower the removal efficiency, the residual organic matter in the effluent Post-treatment facilities may be needed for removal and treatment of excess sludge.
이에 따라, 최근에는 상기와 같은 종속영양 미생물을 이용한 탈질 처리의 한계성 때문에 독립영양 미생물을 이용한 황탈질 처리공정의 관심이 증대되고 있다.Accordingly, in recent years, due to the limitation of the denitrification treatment using heterotrophic microorganisms as described above, the interest in the denitrification treatment process using autotrophic microorganisms has increased.
대한민국 특허 제0304068호, 공개특허번호 제10-2002-0001495호, 공개특허번호 제10-2003-0008416호 등에서는 유기탄소원(유기물)이 필요 없는 황을 이용한 탈질처리 장치 및 방법이 제시되어 있다. 이러한 황이용 탈질 처리는 독립영양 황탈질 반응조에 독립영양 황탈질 미생물이 부착된 입자 황을 충전하여 탈질 반응(환원 반응)을 이루어지게 한 것으로서, 구체적으로는 독립영양 황탈질 미생물에 의해 이온화된 황이 질산성 질소로부터 산소를 빼앗아(환원) 자기 자신(황)은 황산이온(SO4 2-)이 되고 질산성 질소(NO3-N)는 질소가스(N2 )로 환원시켜 방출되게 한 것이다.Republic of Korea Patent No. 0304068, Patent Publication No. 10-2002-0001495, Patent Publication No. 10-2003-0008416 and the like has been proposed a denitration treatment apparatus and method using sulfur that does not require an organic carbon source (organic). The sulfur-using denitrification treatment is to charge the autotrophic denitrification reactor with the sulfur of the particle attached with the autotrophic denitrification microorganism to perform denitrification reaction (reduction reaction). Specifically, sulfur ionized by the autotrophic denitrification microorganism is Oxygen is taken away from the nitrate nitrogen (reduction) itself (sulfur) to be sulfate ion (SO 4 2- ) and nitrate nitrogen (NO 3 -N) is reduced to nitrogen gas (N 2 ) to be released.
이러한, 독립영양 황 이용 탈질 처리는 종속영양 탈질 처리와는 달리 질산성 질소(NO3-N)가 탈질되면서 최종 생성물로서 황산이온(SO4 2-) 이외에 수소이온(H +)이 생성되어 독립영양 황탈질 반응조 내의 pH가 낮아지게 된다. 이때, 황탈질 반응조 내의 낮은 pH 조건은 미생물의 성장에 직접적인 영향을 끼쳐 처리효율의 악화를 초래하므로 황 이용 탈질의 원활한 수행을 위해서는 알칼리도를 충분히 공급해 주어야 한다. 이를 위해 종래에는 상기 입자 황을 구성함에 있어서, 알칼리도의 공급을 위해서 액체 황에 탄산칼슘(CaCO3)을 혼합해서 소정의 직경을 갖는 입상으로 성형 가공하여 사용하였다. 즉, 알칼리도를 공급함에 있어 입자 황에 혼합시켜 황탈질 반응조 내에 자체 충전방식으로 내부에서 공급하되, 알칼리도는 탄산칼슘(CaCO3)을 사용하였다.Unlike the heterotrophic denitrification, the denitrification using autotrophic sulfur is independent due to the denitrification of nitrate nitrogen (NO 3 -N) and the formation of hydrogen ions (H + ) in addition to sulfate ion (SO 4 2- ) as a final product. The pH in the nutrient denitrification reactor is lowered. At this time, the low pH condition in the denitrification reactor has a direct effect on the growth of microorganisms, which leads to deterioration of the treatment efficiency, so that the alkalinity should be sufficiently supplied for the smooth execution of sulfur using denitrification. To this end, conventionally, in forming the particle sulfur, for the supply of alkalinity, calcium carbonate (CaCO 3 ) was mixed with liquid sulfur and molded into a granular particle having a predetermined diameter. In other words, in supplying the alkalinity, the particles were mixed with the sulfur of sulfur and supplied internally in a denitrification reactor by a self-filling method, and the alkalinity was calcium carbonate (CaCO 3 ).
그러나, CaCO3와 황을 혼합해서 제조한 입자 황의 내부 충전방식은 자체적으로 필요한 알칼리도를 황탈질 반응조에 충분히 공급할 수는 있으나, 시간이 경과함에 따라 입자 황으로부터 불용성 물질인 황산칼슘(CaSO4)이 발생하게 되어 이 황산칼슘(CaSO4)이 반응조 내부와 배관에 응집 침전되어 반응조 내부와 배관의 막힘 현상이 일어나게 하는 문제점이 있었다.However, the internal filling method of granular sulfur prepared by mixing CaCO 3 and sulfur can supply sufficient alkalinity to the denitrification tank by itself, but as time passes, insoluble matter calcium sulfate (CaSO 4 ) The calcium sulfate (CaSO 4 ) is agglomerated and precipitated in the reaction vessel and the pipes to cause clogging of the reaction vessel and the pipes.
또한, 황탈질 반응조에서는 충전된 입자 황과 유입원수(질산화된 질산성 질소가 존재하는 폐ㆍ하수)의 접촉이 자유롭도록, 즉 유입원수가 충분히 입자 황의 사이사이를 통과하도록 입자 황과 입자 황 사이사이에는 가능한 한 많은 공극이 존재하여야 하는 데, 상기한 바와 같이 반응 시간이 경과함에 따라 입자 황의 입경이 작아져 공극이 작아지게 되어 입자 황들이 밀집되는 문제점이 있었다. 이는 결국 입자 황과 유입원수의 접촉율을 감소시켜 탈질 효율을 저하시키고, 작아진 입자 황에 의해 반응조가 막히는 문제점을 야기시켰다. 이때, 종래에는 작아진 입자 황에 의해 반응조가 막히는 현상을 방지하기 위해 역세 펌프를 설치하여 역세척을 하고 있으나, 그 회수가 많아 동력비가 상승되고 많은 회수의 역세척에 의해 유입원수와 입자 황의 접촉이 불량하여 탈질 효율이 저하되는 문제점도 있었다. In addition, in the denitrification reactor, the charged sulfur and the influent water (waste and sewage containing nitrated nitrate nitrogen) are freely contacted, that is, between the sulfur and the particle sulfur so that the inflow water sufficiently passes between the particle sulfur. As many voids as possible should be present between the particles, as described above, as the reaction time elapses, the particle diameter of the particle sulfur becomes smaller and the pore becomes smaller, thereby causing the particle sulfur to be concentrated. This, in turn, reduces the contact rate between the particle sulfur and the influent water, thereby lowering the denitrification efficiency and causing the problem of clogging the reactor by the smaller particle sulfur. At this time, in order to prevent the reaction tank from clogging due to the smaller particle sulfur, the backwash pump is installed to perform backwashing, but due to the high number of times, the power cost is increased and the contact of the inflow water and the particle sulfur is caused by the backwashing of a large number of times. There was also a problem that this was poor and denitrification efficiency was lowered.
그리고, 황탈질 반응조에 유입된 유입원수는 잉여의 유기물 및 부유물질(SS)이 존재하고 있는 데, 종래의 황탈질 반응조에는 탈질처리를 위한 생물막(BIO-FILTER), 즉 독립영양 미생물이 부착된 입자 황만 충전되어 있고 유기물이나 부유물질(SS)을 제거하기 위한 별도의 수단이 없어 유출수(처리수)는 유기물 및 부유물질(SS)이 다량 존재한 상태로 유출되는 문제점이 있었다. In addition, the inflow water introduced into the denitrification reactor has surplus organic matter and suspended solids (SS). The conventional denitrification reactor has a biofilm (BIO-FILTER) for denitrification, that is, an autotrophic microorganism is attached. Only particle sulfur is filled and there is no separate means for removing organic matter or suspended solids (SS), and thus, the effluent (treated water) has a problem in that organic and suspended solids (SS) are leaked in a large amount.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 질산성산소가 다량 함유된 폐ㆍ하수를 독립영양 황탈질 미생물이 부착된 과립담체, 입상 활성탄 및 입자 황으로 이루어진 생물막(BIO-FILTER)이 충전된 독립영양 황탈질 반응조에 투입하여 처리함으로써 탈질 처리효율을 극대화시킴과 동시에 잉여 유기물 및 부유물질(SS)을 흡착 제거할 수 있고 동력비를 절감할 수 있으며, 알칼리도는 외부에서 주입 공급하되 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 사용함으로써 황탈질 반응조 내부와 배관의 막힘 현상을 방지할 수 있는 폐ㆍ하수의 생물학적 황탈질 처리장치 및 그 방법을 제공하는 데에 목적이 있다.The present invention has been invented to solve the above problems, a biofilm consisting of granular carriers, granular activated carbon and granular sulfur to which waste and sewage containing a large amount of nitrates are attached to autotrophic denitrifying microorganisms (BIO-FILTER ) By maximizing the efficiency of denitrification, absorbing and removing excess organic matter and suspended solids (SS) and reducing power costs, and supplying alkalinity from outside. It is an object of the present invention to provide a wastewater and sewage biological denitrification treatment apparatus and a method thereof, by using sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ), which can prevent clogging of the inside of the denitrification reactor and piping.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 질산성질소가 다량 함유된 폐ㆍ하수가 유입되어 탈질 반응이 진행되도록 독립영양 황탈질 미생물 및 황이 충전된 황탈질 반응조를 가지는 폐ㆍ하수의 생물학적 황탈질 처리장치에 있어서, In order to achieve the above object, the present invention provides a biological denitrification apparatus for waste and sewage having an autotrophic denitrifying microorganism and sulfur-filled denitrification reaction tank so that waste and sewage containing a large amount of nitrate nitrogen is introduced and denitrification proceeds. To
탄산수소나트륨(NaHCO3)이 수용된 알칼리도 저장탱크와; 상기 알칼리도 저장탱크에 수용된 탄산수소나트륨(NaHCO3)과 원수 저장조에 수용된 원수(질산성질소가 다량 함유된 폐ㆍ하수)를 혼합하여 황탈질 반응조로 분배하는 혼합 분배조와; 상기 혼합 분배조의 처리대상 원수(질산성질소가 다량 함유된 폐ㆍ하수와 알칼리도(NaHCO3)가 혼합된 원수)가 유입되고, 그 내부에 독립영양 황탈질 미생물이 부착된 수불용성의 과립담체, 입상 활성탄 및 입자 황으로 이루어진 생물막(BIO-FILTER)이 충전되고, 하단에는 상기 생물막의 유출을 방지하는 여과체가 설치된 황탈질 반응조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐ㆍ하수의 생물학적 황탈질 처리장치를 제공한다.An alkalinity storage tank containing sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ); A mixing distribution tank for mixing sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ) contained in the alkali storage tank and raw water (waste and sewage containing a large amount of nitrate nitrogen) contained in the raw water storage tank and distributing them to the denitrification reaction tank; Water-insoluble granular carrier having raw water (raw water containing large amounts of nitrate nitrogen and alkalinity (NaHCO 3 ) mixed) flowing into the mixing distribution tank and having an autotrophic denitrifying microorganism attached thereto; Biological denitrification treatment apparatus for waste and sewage, comprising: a desulfurization reactor filled with a bio-film (BIO-FILTER) made of granular activated carbon and granular sulfur, and having a filter medium installed at a lower end thereof to prevent the biofilm from flowing out. to provide.
또한, 본 발명은 질산성질소가 다량 함유되어 있는 폐ㆍ하수를 독립영양 황탈질 미생물 및 황을 이용하여 탈질 처리하는 폐ㆍ하수의 생물학적 황탈질 처리방법에 있어서, In addition, the present invention provides a method for biological denitrification of waste and sewage, in which waste and sewage containing a large amount of nitrate nitrogen is denitrified using autotrophic denitrifying microorganisms and sulfur.
하단에 여과체가 설치된 황탈질 반응조에 독립영양 황탈질 미생물이 부착된 수불용성의 과립담체, 입상 활성탄 및 입자 황으로 이루어진 생물막(BIO-FILTER)을 충전한 다음, 상기 질산성질소가 다량 함유되어 있는 폐ㆍ하수를 상기 황탈질 반응조에 투입시킴과 동시에 상기 황탈질 반응조에 알칼리도를 외부에서 공급하되 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 사용하는 것을 특징으로 하는 폐ㆍ하수의 생물학적 황탈질 처리방법을 제공한다.A biofilm (BIO-FILTER) consisting of water-insoluble granular carrier, granular activated carbon, and granular sulfur, to which an autotrophic denitrifying microorganism is attached, was filled in a denitrification reactor having a filter medium at the bottom, and then a large amount of nitrate nitrogen was contained. It provides a method for treating biological denitrification of waste and sewage, wherein waste and sewage are introduced into the denitrification reactor and at the same time, alkalinity is supplied to the desulfurization reactor from the outside, using sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ). .
이하, 본 발명의 예시적인 황탈질 처리장치의 구성도를 보인 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 생물학적 황탈질 처리장치 및 그 방법을 상세히 설명한다. Hereinafter, the biological denitrification apparatus and method thereof of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings showing a schematic diagram of an exemplary desulfurization apparatus of the present invention.
본 발명의 생물학적 황탈질 처리장치 및 방법은 폐ㆍ하수의 전체적인 처리 공정에서 질산성질소가 다량 함유되어 있는 폐ㆍ하수, 구체적으로는 질산화 반응을 거친 원수(탈질 처리대상 원수)를 처리하는 것으로서, 특히 장치는 그 선단에 물리적 전처리시설 부분인 유량 조정조, 스크린, 침사지 및 초기 침전지 등과 연계되며, 후단에는 통상적인 최종 침전지 등의 후처리 시설이 연계될 수 있다. The biological denitrification apparatus and method of the present invention is to treat waste and sewage containing a large amount of nitrate nitrogen in the overall treatment process of waste and sewage, specifically raw water (denitrification target raw water) which has undergone nitrification. In particular, the device is connected to the front end of the physical pretreatment, such as the flow control tank, the screen, the settling basin and the initial settling basin, the rear end may be associated with a conventional final settling basin.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 생물학적 황탈질 처리장치의 예시적인 구성도를 보인 것으로 도 2는 하향류식 장치를 보인 것이고, 도 3은 상향류식 장치를 보인 것이다. 2 and 3 show an exemplary configuration of a biological denitrification apparatus according to the present invention, Figure 2 shows a downflow device, Figure 3 shows an upflow device.
도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 탈질 처리장치를 설명하면, 본 발명의 황탈질 처리장치는 적어도 알칼리도 저장탱크(100), 혼합 분배조(200) 및 황탈질 반응조(300)를 포함하여 구성된다. 2 and 3, the denitrification apparatus of the present invention includes at least an alkali storage tank 100, a mixing distribution tank 200, and a denitrification reaction tank 300. It is composed.
상기 알칼리도 저장탱크(100)는 도시된 바와 같이 황탈질 반응조(300)의 외부에 설치되어 황탈질 반응조(300) 내에 알칼리도를 외부에서 공급하며, 여기에는 탄산수소나트륨(NaHCO3)이 수용된다.The alkalinity storage tank 100 is installed on the outside of the denitrification reaction tank 300 as shown to supply the alkalinity in the denitrification reaction tank 300 from the outside, where sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ) is accommodated.
상기 혼합 분배조(200)는 알칼리도 저장탱크(100)에 수용된 탄산수소나트륨(NaHCO3)과 원수 저장조(400)에 수용된 원수(질산성질소가 다량 함유된 폐ㆍ하수, 구체적으로는 질산화 반응을 거친 폐ㆍ하수)를 혼합하여 황탈질 반응조(300)로 처리대상 원수, 즉 질산성질소가 다량 함유된 폐ㆍ하수와 알칼리도(NaHCO3)가 혼합된 원수를 분배(투입)하는 것으로서, 여기에는 그 상부에 메인배관(510)이 연결되고, 그 하부에는 처리대상 원수를 황탈질 반응조(300)로 유입시키는 유입배관(520)이 연결된다. 이때, 유입배관(520)의 일측은 상기 혼합 분배조(200)의 하부에 연결되고, 그 타측은 장치가 하향류식일 경우에는 황탈질 반응조(300)의 상부에 연결되며, 상향류식일 경우에는 황탈질 반응조(300)의 하부에 연결된다.The mixing distributor 200 is a sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ) accommodated in the alkalinity storage tank 100 and the raw water (waste and sewage containing a large amount of nitrate nitrogen, accommodated in the raw water storage tank 400, specifically, nitrification reaction Coarse waste and sewage) is mixed into the denitrification reactor 300 to distribute (inject) raw water to be treated, that is, waste and sewage containing a large amount of nitrate nitrogen and raw water mixed with alkalinity (NaHCO 3 ). The main pipe 510 is connected to the upper portion, and the inflow pipe 520 for introducing the raw water to be treated into the denitrification reactor 300 is connected to the lower portion thereof. At this time, one side of the inlet pipe 520 is connected to the lower portion of the mixing distribution tank 200, the other side is connected to the upper portion of the denitrification reaction tank 300, if the device is a downflow type, if the upflow type It is connected to the lower portion of the denitrification reactor (300).
또한, 상기 메인배관(510)에는 알칼리도 저장탱크(100)와 연통된 제1분기관(512)과, 원수 저장조(400)와 연통된 제2분기관(514)이 연결된다. 그리고, 도시된 바와 같이 혼합 분배조(200)의 위치에 따라 알칼리도(NaHCO3)와 원수가 혼합 분배조(200)로 강제 유입되도록 상기 제1분기관(512)과 제2분기관(514)에는 알칼리도 유입펌프(P1) 및 원수 유입펌프(P2)가 설치될 수 있다. 아울러, 상기 혼합 분배조(200)와 황탈질 반응조(300)의 위치에 따라 유입배관(520)에도 펌프(도시하지 않음)가 설치될 수 있다.In addition, the main pipe 510 is connected to the first branch pipe 512 in communication with the alkalinity storage tank 100 and the second branch pipe 514 in communication with the raw water storage tank 400. And, as shown, the first branch pipe 512 and the second branch pipe 514 so that the alkalinity (NaHCO 3 ) and raw water is forced into the mixing distribution tank 200 according to the position of the mixing distribution tank 200. An alkalinity inflow pump P1 and a raw water inflow pump P2 may be installed. In addition, a pump (not shown) may be installed in the inlet pipe 520 according to the positions of the mixing distribution tank 200 and the denitrification reaction tank 300.
상기 원수 저장조(400)에는 질산성질소가 다량 함유된 폐ㆍ하수, 구체적으로는 질산화 반응을 거친 폐ㆍ하수가 수용되어 있으며, 이러한 원수 저장조(400)는 통상의 질산화 반응조(40, 도 1참조)가 될 수 있다. The raw water storage tank 400 contains waste and sewage containing a large amount of nitrate nitrogen, specifically, waste and sewage that have undergone nitrification. Such raw water storage tank 400 is a conventional nitrification tank 40 (see FIG. 1). Can be
따라서, 원수 저장조(400)의 원수(질산성질소가 다량 함유된 폐ㆍ하수)와 알칼리도 저장탱크(100)의 알칼리도(NaHCO3)는 메인배관(510)을 통과하는 과정에서 혼합되다가 혼합 분배조(200)에서 완전 혼합된 다음 유입배관(520)을 통과하여 황탈질 반응조(300)로 유입되어 탈질 처리된다.Therefore, the raw water (waste and sewage containing a large amount of nitrate nitrogen) of the raw water storage tank 400 and the alkalinity (NaHCO 3 ) of the alkalinity storage tank 100 are mixed in the process of passing through the main pipe 510 and then the mixing distribution tank. Completely mixed at 200 and then passed through the inlet pipe 520 to the denitrification reactor 300 is denitrified.
상기 황탈질 반응조(300)에는 그 내부에 독립영양 황탈질 미생물이 부착된 과립담체(352), 입상 활성탄(354) 그리고 입자 황(356)이 충전된다. 이러한 과립담체(352), 입상 활성탄(354) 및 입자 황(356)은 각각의 입자들이 종류별로 층을 이루면서 충전되거나 상호간 불균일하게 혼합되어 충전되어 황탈질 반응조(300) 내에서 생물막(BIO-FILTER, 350)을 형성하는 데, 적어도 과립담체(352)와 입자 황(356)은 종류별로 층을 이루지 않고 상호간 불규칙적으로 혼합되어 충전된다. The denitrification reactor 300 is filled with a granular carrier 352, granular activated carbon 354 and granular sulfur 356 to which autotrophic denitrifying microorganisms are attached. The granular carrier 352, the granular activated carbon 354 and the particle sulfur 356 are filled with each particle layered by type or are mixed with each other in a non-uniform manner so that the biofilm (BIO-FILTER) in the denitrification reactor 300 is filled. , 350, wherein at least the granular carrier 352 and the particle sulfur 356 are not layered by type and are randomly mixed and filled with each other.
상기 입자 황(356)은 탈질 처리의 에너지원으로 사용되는 것으로서, 본 발명에서 사용되는 입자 황(356)은 종래와 같이 CaCO3와 액체 황을 혼합해서 제조한 입자 황이 아니고, CaCO3이 포함되어 있지 않은 황을 주재료로 한 입자 황이다. 바람직하게는 재활용 측면에서 원유의 탈황 처리공정에서 발생되는 부산물로 가공한 것을 사용한다. 이러한 입자 황(356)은 특별히 한정하는 것은 아니지만 바람직하게는 대략 5 ~ 10mm의 직경을 갖는 것을 사용한다. 입자 황(356)의 직경이 5mm 미만인 경우에는 빨리 작아져 바람직하지 못하며, 10mm를 초과하는 경우에는 유동성 면에서 바람직하지 못하고 충전 량 대비 전체 표면적이 작아 우수한 탈질 효과를 발휘하지 못할 수 있다. 그리고, 본 발명에서 상기 입자 황(356)은 그 표면에 독립영양 황탈질 미생물이 부착된 것과 부착되지 않은 것을 포함한다.The particles of sulfur 356 as being used as an energy source for the denitrification process, the particles of sulfur (356) used in the present invention is not sulfur particles produced by mixing the CaCO 3 with the liquid sulfur as in the prior art, it includes a CaCO 3 Particulate sulfur based on sulfur not present. Preferably, in terms of recycling, the processed by-products generated in the desulfurization process of crude oil is used. Such particle sulfur 356 is not particularly limited, but preferably, one having a diameter of about 5 to 10 mm is used. When the diameter of the particle sulfur 356 is less than 5mm, it is not preferable because it is small quickly, and when it exceeds 10mm, it is not preferable in terms of fluidity and may not exhibit excellent denitrification effect because the total surface area is small compared to the filling amount. In addition, in the present invention, the particle sulfur 356 includes one having an autotrophic denitrifying microorganism attached thereto and one not attached thereto.
상기 입상 활성탄(354)은 황탈질 반응조(300)에 부유하여 존재하는 잉여 유기물 및 부유물질(SS)을 흡착함과 동시에 특히 독립영양 황탈질 미생물을 흡착하여 반응조 내에 계속 체류하게 하여 탈질 작용을 할 수 있도록 하는 것으로서, 일례로 8~20mesh의 야자탄을 사용할 수 있다. The granular activated carbon 354 adsorbs the surplus organic matter and suspended matter (SS) that are suspended in the denitrification reactor 300, and in particular, adsorbs the autotrophic denitrifying microorganisms and keeps them in the reaction tank to perform denitrification. As an example, 8 to 20 mesh palm coal can be used.
상기 과립담체(352)는 독립영양 황탈질 미생물이 부착 성장할 수 있는 수류에 유동이 자유로운 수불용성의 과립상으로서, 예를 들어 플라스틱제의 과립담체가 될 수 있다. 여기서, 플라스틱은 기공(pore)이 형성된 발포 플라스틱 및 폐플라스틱을 포함한다. 이러한 과립담체(352)는 황탈질 반응조(300) 내에서 입자 황(356)과 혼합된 상태로 충전되어 처리대상 원수와 입자 황(356)의 접촉이 양호하도록 공극을 형성한다. 즉, 탈질 반응 시간이 경과함에 따라 입자 황(356)의 직경이 작아져 공극이 감소되는데, 이때 상기 수불용성의 과립담체(352)는 황탈질 반응조(300) 내에 공극을 형성시켜 처리대상 원수와 입자 황(356)의 접촉율을 증가시켜 탈질 효율을 극대화시킨다. 또한, 상기 과립담체(352)는 작아진 입자 황(356)이 부착될 수 있는 담체적 역할을 하여 작아진 입자 황(356)에 의해 황탈질 반응조(356)가 막히는 현상을 방지한다. 이러한 과립담체(352)는 5 ~ 10mm의 직경을 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 직경이 5mm 보다 작으면 공극 형성 면에서 바람직하지 못하며, 10mm 보다 크게 되면 유동에 많은 에너지가 필요하게 되고 유동범위가 작아져 반응조(356)의 바닥에 쌓이게 되는 현상이 발생할 수 있어 바람직하지 않다.The granule carrier 352 is a water-insoluble granule free of flow in the water stream to which autotrophic denitrifying microorganisms can grow, and may be, for example, a granule carrier made of plastic. Here, the plastic includes foamed plastic and waste plastic in which pores are formed. The granular carrier 352 is filled in the denitrification reaction tank 300 mixed with the particle sulfur 356 to form pores so that the raw water to be treated and the particle sulfur 356 are in good contact. That is, as the denitrification reaction time elapses, the diameter of the particle sulfur 356 decreases to decrease the pore size. In this case, the water-insoluble granular carrier 352 forms pores in the denitrification reaction tank 300 and the raw water to be treated. The contact rate of the particle sulfur 356 is increased to maximize the denitrification efficiency. In addition, the granular carrier 352 serves as a carrier to which the smaller particle sulfur 356 can be attached, thereby preventing the denitrification reactor 356 from being blocked by the smaller particle sulfur 356. Such granular carrier 352 is preferably used having a diameter of 5 ~ 10mm. If the diameter is smaller than 5mm, it is not preferable in terms of forming voids. If the diameter is larger than 10mm, a large amount of energy is required for the flow and the flow range is reduced, which may occur in the bottom of the reactor 356, which is not preferable.
또한, 상기 과립담체(352)는 그 표면에 독립영양 황탈질 미생물이 부착된 상태로 황탈질 반응조(300)에 충전된다. 독립영양 황탈질 미생물은 티오바실러스 디니트리피칸스(Thiobacillus denifrificans), 티오마이크로스피라 디니트리피칸스(Thiomicrospira denifrificans) 등을 사용할 수 있으며, 이들은 독자적으로 선택 배양되어 과립담체(352)의 표면에 부착된다.In addition, the granular carrier 352 is filled in the denitrification reactor 300 in the state that the autotrophic denitrification microorganism is attached to the surface. On the surface of the autotrophic sulfur denitrification microbes thio Bacillus di NITRY pecan switch (Thiobacillus denifrificans), thio micro Spirra di NITRY pecan switch (Thiomicrospira denifrificans) and the like, which are independently selected culture granular carrier 352 Attached.
상기 독립영양 황탈질 미생물은 과립담체(352)에서 성장 증식하여 입자 황(356)에 부착되어 탈질 반응에 참여한다. 즉, 본 발명에서 상기 입자 황(356)은 독립영양 황탈질 미생물이 부착되지 않은 상태로 충전될 수 있는 데, 이때 과립담체(352)에 부착된 독립영양 황탈질 미생물이 황탈질 반응조(300)에서 성장 증식하여 입장 황(352)에 부착되어 탈질 반응에 참여한다. 그리고, 황탈질 반응조(300) 내에 다량의 독립영양 황탈질 미생물이 함유될 수 있도록 과립담체(352)와 더불어 입자 황(356)에도 독립영양 황탈질 미생물을 부착시킨 상태로 황탈질 반응조(300)에 충전될 수 있다. The autotrophic denitrifying microorganisms grow and proliferate in the granular carrier 352 and attach to the particle sulfur 356 to participate in the denitrification reaction. That is, in the present invention, the particle sulfur 356 may be filled in a state in which autotrophic denitrification microorganisms are not attached. In this case, the autotrophic denitrification microorganisms attached to the granular carrier 352 are denitrification reactor 300. Grows and attaches to the entry sulfur 352 to participate in the denitrification reaction. In addition, the denitrification reactor 300 is attached to the autotrophic denitrification microorganism in addition to the granular carrier 352 and the particle sulfur 356 so that a large amount of autotrophic denitrification microorganisms can be contained in the denitrification reactor 300. Can be charged.
또한, 상기 과립담체(352)는 폐폴리에틸렌, 제올라이트, 분말활성탄을 일정비율로 혼합하여 직경이 5 ~ 10mm이고, 진비중이 1 ~ 1.19 범위를 갖도록 제조한 것을 사용한 것이 바람직하다. 이러한 과립담체(352)는 다양한 종류의 미생물 부착 성장이 양호하고, 수류에 따라 원활히 유동되며, 폐폴리에틸렌이 주원료로 사용되어 경제성이 높은 장점이 있다. 이와 같은 특징을 갖는 과립담체 및 그 제조방법에 대하여 본 출원인은 대한민국 특허출원 제10-2003-0019093호(2003년 3월 27일 출원)에 상세히 제시하였다. In addition, the granular carrier 352 is preferably used by mixing waste polyethylene, zeolite, powdered activated carbon in a predetermined ratio to have a diameter of 5 ~ 10mm, a specific gravity of 1 ~ 1.19 range. The granular carrier 352 is good growth of various kinds of microorganisms attached, it is smoothly flows according to the water stream, waste polyethylene is used as the main raw material has the advantage of high economic efficiency. The applicant for the granule carrier having such a feature and a method for producing the same are described in detail in Korean Patent Application No. 10-2003-0019093 (filed March 27, 2003).
본 발명에서 사용되는 과립담체(352)는 상기 특허출원 제10-2003-0019093호에 제시된 과립담체를 포함한다. 이를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. The granular carrier 352 to be used in the present invention includes the granular carrier described in Patent Application No. 10-2003-0019093. This will be described in more detail as follows.
과립담체(352)는 폐폴리에틸렌 또는 그 유도체와, 제올라이트 그리고 분말 활성탄을 혼합한 혼합물을 과립상으로 압출 성형하여 직경이 5 ~ 10mm이고, 진비중이 1 ~ 1.19 범위를 갖게 제조한다. 구체적인 제조방법의 예를 들면, 폐폴리에틸렌(또는 그 유도체) 50 ~ 70중량%와, 제올라이트 분말 10 ~ 31중량% 그리고 분말 활성탄 5 ~ 14 중량%를 혼합하여 조성하고, 교반기에 넣어 75 ~ 80rpm의 회전속도로 30 ~ 60분 교반 혼합하여 용융 압출기로 용융 압출하는데 이때 혼합물의 용융온도는 200 ~ 250℃가 유지되도록 하며, 압출 압력은 0.2 ~ 0.4 kgf/㎠로 유지되도록 한다. 그리고, 압출 성형기에서 압출과 동시에 5 ~ 10 mm의 크기로 절단하여 과립상으로 성형하되, 절단 시에는 물 분사기로 10 ~ 16℃의 물을 분사시키면서 절단함으로써 성형된 담체를 급냉시켜 성형된 담체끼리 재접착되지 않도록 한다. The granular carrier 352 is manufactured by extrusion molding a mixture of waste polyethylene or its derivatives, zeolite and powdered activated carbon into granules with a diameter of 5 to 10 mm and a specific gravity of 1 to 1.19. As a specific example of the preparation method, 50 to 70% by weight of waste polyethylene (or a derivative thereof), 10 to 31% by weight of zeolite powder, and 5 to 14% by weight of powdered activated carbon are mixed and put into a stirrer at 75 to 80 rpm. 30-60 minutes of stirring and mixing at a rotational speed melt extrusion into a melt extruder, wherein the melt temperature of the mixture is maintained at 200 ~ 250 ℃, the extrusion pressure is to be maintained at 0.2 ~ 0.4 kgf / ㎠. In addition, the extruder is cut into a size of 5 to 10 mm at the same time as the extrusion, and then molded into granules, and when cutting, the carriers are formed by quenching the molded carriers by cutting while spraying water at 10 to 16 ° C. with a water sprayer. Do not reattach.
위와 같이 제조된 과립담체(352)는 직경이 5 ~ 10mm이고, 진비중이 1 ~ 1.19 이며, 겉보기 비중이 0.45 ~ 0.60kg/L로서 상기한 바와 같이 다양한 종류의 미생물이 부착 성장하기에 양호하고, 수류에 따라 원활히 유동되어 담체의 정체현상이 없는 장점이 있으며, 폐폴리에틸렌이 주원료로 사용되어 경제성이 높은 특성을 갖는다. 그리고, 많은 미생물의 부착 성장에 적합한 큰 비표면적을 가지므로 탈질의 고속처리를 가능하게 하고, 영양염류, 유기물 및 부유물질(SS)을 흡착 제거할 수 있다. The granular carrier 352 prepared as described above has a diameter of 5 to 10 mm, a specific gravity of 1 to 1.19, and an apparent specific gravity of 0.45 to 0.60 kg / L, which is good for attaching and growing various kinds of microorganisms as described above. It has the advantage that there is no stagnation of the carrier because it flows smoothly according to the water flow, and waste polyethylene is used as the main raw material and has high economical characteristics. In addition, since it has a large specific surface area suitable for adhesion growth of many microorganisms, high-speed treatment of denitrification is possible, and nutrients, organic matter, and suspended solids (SS) can be adsorbed and removed.
본 발명에 따라서 황탈질 반응조(300) 내에는 상기와 같은 과립담체(352), 입상 활성탄(354) 및 입자 황(356)이 충전되어 생물막(350)이 형성되는 데, 이때 상기와 같은 3가지 물질로 이루어진 생물막(350)은 그 전체 중량을 기준으로 하여 과립담체(352) 40 ∼ 60중량%, 입상 활성탄(354) 5 ~ 15중량% 그리고 입자 황(356) 30 ∼ 50중량%의 혼합 비율로 구성되도록 충전하는 것이 바람직하다. 이러한 범위에서 공극의 형성, 과립담체(352)의 원활한 유동, 탈질 효과, 부유물질(SS) 흡착 제거 효과 등에서 양호한 특성을 갖는다. In the denitrification reaction tank 300 according to the present invention, the granular carrier 352, the granular activated carbon 354, and the particle sulfur 356 are filled to form the biofilm 350. The biofilm 350 made of the material has a mixing ratio of 40 to 60 wt% of the granular carrier 352, 5 to 15 wt% of the granular activated carbon 354 and 30 to 50 wt% of the particle sulfur 356. It is preferable to charge so that it consists of. It has good characteristics in the formation of voids, smooth flow of the granular carrier 352, denitrification effect, adsorption removal effect of suspended solids (SS) in this range.
또한, 상기 황탈질 반응조(300)의 하단에는 상기 입상으로 이루어진 생물막(350)이 유출배관(540)을 통하여 반응조(300) 외부로 유출되지 않도록 여과체(380)가 설치된다. 이러한 여과체(380)는 과립담체(352), 입상 활성탄(354) 및 입자 황(356)이 빠져나가지 않도록 이들의 직경보다 작은 구멍이 형성된 것으로서, 반응조(300)의 형상과 대응한 원반형의 망이거나 육면체의 망통체 및 원통형의 망통체를 포함한다. 아울러, 여과체(380)는 수류의 유동에 흔들리지 않도록 반응조(300)의 하단에 견고하게 고정된다. In addition, the filter body 380 is installed at the lower end of the denitrification reaction tank 300 so that the biofilm 350 made of the granules does not flow out of the reaction tank 300 through the outlet pipe 540. The filter body 380 is formed with holes smaller than their diameters so that the granular carrier 352, the granular activated carbon 354 and the particle sulfur 356 do not escape, and the disk-shaped net corresponding to the shape of the reaction tank 300. Or hexahedron and cylindrical cylinders. In addition, the filter body 380 is firmly fixed to the lower end of the reaction tank 300 so as not to shake the flow of the water flow.
따라서, 황탈질 반응조(300)에서는 과립담체(352) 및 입상 활성탄(354)에 의해 잉여 유기물 및 부유물질(SS)이 흡착 제거되며, 과립담체(352)에 의해 형성된 공극에 의해 입자 황과 원수의 접촉율이 높아 탈질 반응이 원활히 진행됨과 동시에 과립담체(352)에 미생물의 성장 증식이 향상되어 빠른 탈질 반응이 진행된다. 이때, 황탈질 반응조(300)에서는 처리대상 원수에 존재하는 총질소(T-N), 질산성 질소(NO3-N) 등이 질소가스(N2)로 환원되어 제거되는 데, 일례로 질산상 질소(NO 3-N)의 제거는 다음과 같은 화학 반응 양론식으로 표현되어 제거될 수 있다.Therefore, in the denitrification reactor 300, the surplus organic matter and suspended solids (SS) are adsorbed and removed by the granular support 352 and the granular activated carbon 354, and the particle sulfur and the raw water are formed by the pores formed by the granular support 352. The high contact rate of the denitrification reaction proceeds smoothly and at the same time the growth and growth of microorganisms in the granular carrier 352 is improved, the fast denitrification reaction proceeds. At this time, in the denitrification reactor 300, total nitrogen (TN), nitrate nitrogen (NO 3 -N) and the like present in the raw water to be treated are reduced to nitrogen gas (N 2 ) and removed. Removal of (NO 3 -N) can be removed by expressing the following stoichiometry.
[화학 반응 양론식]Chemistry of Chemical Reactions
NO3 - + 1.1S + 0.76H2O + 0.4CO2 + 0.08NH4 + NO 3 - + 1.1S + 0.76H 2 O + 0.4CO 2 + 0.08NH 4 +
→ 0.08C5H7NO2 + 0.5N2 + 1.1SO 4 2- + 1.28H+ → 0.08C 5 H 7 NO 2 + 0.5N 2 + 1.1SO 4 2- + 1.28H +
이때, 상기 반응식의 생성물에 포함되어 있는 황산이온(SO4 2-)과 수소이온(H+)에 의한 반응조(300)의 pH 저하는 외부에서 원수와 함께 공급되는 알칼리도(NaHCO3)에 의해 상승된다.At this time, the pH decrease of the reaction tank 300 by the sulfate ion (SO 4 2- ) and hydrogen ion (H + ) contained in the product of the reaction formula is increased by the alkalinity (NaHCO 3 ) supplied with raw water from the outside. do.
또한, 본 발명에 따른 생물학적 황탈질 처리장치는 시간이 경과함에 따라 작아진 입자 황(356)이 반응조(300) 하부에 일부 축적되는 것을 방지하도록 통상과 같이 역세척을 위한 역세 펌프(도시하지 않음)가 설치된다. 그러나, 본 발명에 따른 황탈질 처리장치는 과립담체(352)에 의해 충분한 공극이 형성되어 있고, 작아진 입자 황(356)의 일부는 과립담체(352)에 부착되어 있으므로 역세 펌프(도시하지 않음)의 가동 회수는 종래보다 훨씬 제한된다. In addition, the biological denitrification apparatus according to the present invention is a backwash pump (not shown) for backwashing as usual so as to prevent the small particle sulfur 356 accumulated in the lower part of the reactor 300 over time. ) Is installed. However, in the desulfurization treatment apparatus according to the present invention, sufficient pores are formed by the granule carrier 352, and a part of the smaller particle sulfur 356 is attached to the granule carrier 352, so that a backwash pump (not shown) is provided. The number of times of operation) is much more limited than before.
본 발명에 따른 생물학적 황탈질 처리장치는 하향류식 및 상향류식을 포함한다. 도 2는 혼합 분배조(200)에 수용된 처리대상 원수(질산화 반응을 거친 폐ㆍ하수와 알칼리도(NaHCO3)가 혼합된 원수)가 황탈질 반응조(300)의 상부로 유입되어 하향하는 과정에서 처리되는 하향류식 처리 장치를 보인 것이고, 도 3은 처리대상 원수가 황탈질 반응조(300)의 하부로 유입되어 상향하는 과정에서 처리되는 상향류식 처리 장치를 보인 것이다.Biological denitrification apparatus according to the present invention includes a downflow and upflow. 2 is a process in which raw water (a raw water mixed with wastewater and sewage having undergone nitrification and alkalinity (NaHCO 3 ) mixed) received in the mixing distributor 200 flows into the upper portion of the denitrification reactor 300 and is processed downward. Figure 3 shows the upflow type processing apparatus is shown, Figure 3 shows the upflow processing apparatus that is processed in the process of raw water flowing into the lower portion of the denitrification reactor 300 is up.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 탈질 처리장치가 하향류식일 경우에는 탈질 처리된 처리수를 외부로 유출할 수 있도록 황탈질 반응조(300)의 하부에 처리수 유출배관(540)이 연결되며, 도 3에 도시된 바와 같이 상향류식일 경우에는 처리수 유출배관(540)이 황탈질 반응조(300)의 상부에 연결된다.2, when the denitrification apparatus according to the present invention is a downflow type, the treated water outflow pipe 540 is connected to the lower portion of the denitrification reactor 300 so that the denitrified treated water can be discharged to the outside. In the case of the upflow type, as shown in FIG. 3, the treated water outlet pipe 540 is connected to the upper portion of the denitrification reactor 300.
이때, 본 발명에 따른 장치가 하향류식일 경우에는 생물막(350)을 적층 구성함에 있어서, 즉 독립영양 황탈질 미생물이 부착된 과립담체(352), 입상 활성탄(354) 그리고 입자 황(356)을 충전함에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 입상 활성탄(354)은 황탈질 반응조(300)의 하측에 위치되도록 충전하고, 이 입상 활성탄(354)의 위에 과립담체(352)와 입자 황(356)의 혼합 입자들이 위치되도록 충전하는 것이 바람직하다. 이는 황탈질 반응조(300)의 하부에 연결되어 있는 처리수 유출배관(540)에 근접하여 입상 활성탄(354)이 위치되도록 하여 유출되는 처리수의 유기물 및 부유물질(SS)이 입상 활성탄(354)에 최종적으로 흡착 제거되게 하기 위함이다. 또한, 상향류식일 경우에는 상기 생물막(350)을 적층 구성함에 있어서, 위와 같은 이유로 도 3에 도시된 바와 같이 상기 입상 활성탄(354)은 황탈질 반응조(300)의 상측에 위치되도록 충전하고, 이 입상 활성탄(354)의 아래에 과립담체(352)와 입자 황(356)의 혼합 입자들이 위치되도록 충전하는 것이 바람직하다.In this case, when the apparatus according to the present invention is a downflow type in forming the biofilm 350, that is, the granular carrier 352, granular activated carbon 354, and granular sulfur 356 to which the autotrophic denitrifying microorganisms are attached. In filling, as shown in FIG. 2, the granular activated carbon 354 is filled so as to be located under the denitrification reactor 300, and the granular carrier 352 and the grain sulfur 356 are placed on the granular activated carbon 354. It is preferable to fill so that the mixed particles of 위치) are located. This causes the granular activated carbon 354 to be positioned in proximity to the treated water outlet pipe 540 connected to the lower portion of the denitrification reactor 300, so that the organic matter and suspended solids (SS) of the treated water flowing out are granular activated carbon 354. This is to finally remove the adsorption. In the case of the upflow type, in the stacking of the biofilm 350, as shown in FIG. 3, the granular activated carbon 354 is charged to be positioned above the denitrification reactor 300. It is preferable to fill so that the mixed particles of the granular carrier 352 and the particle sulfur 356 are positioned under the granular activated carbon 354.
한편, 본 발명에 따른 생물학적 황탈질 처리방법은 상기와 같은 황탈질 반응조(300)를 이용하여 처리하되, 알칼리도를 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 사용하여 황탈질 반응조(300)의 외부에서 공급하는 것으로서,On the other hand, the biological denitrification treatment method according to the present invention is treated using the denitrification reactor 300 as described above, the alkalinity is supplied from the outside of the denitrification reactor 300 using sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ). As,
하단에 여과체(380)가 설치된 황탈질 반응조(300)에 독립영양 황탈질 미생물이 부착된 수불용성의 과립담체(352), 입상 활성탄(354) 및 입자 황(356)으로 이루어진 생물막(BIO-FILTER, 350)을 충전하는 단계와;Biofilm consisting of water-insoluble granular carrier 352, granular activated carbon 354, and granular sulfur 356 attached to the denitrification reactor 300 having the filter medium 380 installed at the bottom thereof. FILTER, 350);
질산화 반응을 거친 원수를 상기 황탈질 반응조(300)에 투입시키는 단계와;Injecting the raw water undergoing nitrification into the denitrification reactor (300);
상기 황탈질 반응조(300)에 알칼리도를 외부에서 공급하되 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 사용하는 단계;를 포함한다.And supplying alkalinity to the denitrification reactor 300 from the outside, using sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ).
바람직하게는 상기 본 발명에 따른 황탈질 처리장치를 사용하여 처리한다. Preferably it is treated using the denitrification apparatus according to the present invention.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다. Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described.
[실시예]EXAMPLE
도 2에 보인 바와 같은 하향류식 장치를 시험 설치하고, 황탈질 반응조(300)에는 생물막(350)을 충전하였다. 이때, 생물막(350)은 과립담체(352) 40중량%, 입상 활성탄(354) 10중량%, 입자 황(356) 50중량%의 비율로 이루어지게 하되, 상기 과립담체(352)는 폐폴리에틸렌 70중량%와 제올라이트 20중량% 및 분말 활성탄 10중량%를 혼합하여 압출 성형하여 제조한 것으로서 직경분포 5 ~ 10mm을 가지며 진비중이 1.09, 겉보기비중이 0.46kg/L인 것을 사용하였다. 그리고 이 과립담체(352)의 표면에는 본 발명자들이 독자적으로 독립 배양한 Thiobacillus denifrificans를 부착하였다.A downflow apparatus as shown in FIG. 2 was tested and the denitrification reactor 300 was filled with a biofilm 350. At this time, the biofilm 350 is made of a ratio of 40% by weight of the granular carrier 352, 10% by weight of granular activated carbon 354, 50% by weight of the particle sulfur (356), the granular carrier 352 is waste polyethylene 70 The mixture was prepared by extrusion molding by mixing 20% by weight of zeolite and 10% by weight of powdered activated carbon, having a diameter distribution of 5 to 10 mm, a specific gravity of 1.09 and an apparent specific gravity of 0.46 kg / L. On the surface of the granule carrier 352, the inventors attached Thiobacillus denifrificans , which was independently incubated.
먼저, 황탈질 반응조(300)의 하부에 상기 입상 활성탄(354)을 충전한 다음 그 위에 독립영양 탈질 미생물이 부착된 과립담체(352)와 입자 황(356)의 혼합 입자를 적층하였다. 이때, 입자 황(356)은 원유의 탈황 처리공정에서 발생된 부산물로 가공한 것으로서, 평균 직경 6mm인 것을 사용하였으며, Thiobacillus denifrificans를 부착하지 않은 상태로 충전하였다.First, the granular activated carbon 354 was charged to the lower part of the denitrification reactor 300, and then mixed particles of the granular carrier 352 and the particle sulfur 356 to which the autotrophic denitrifying microorganism was attached were stacked. At this time, the particle sulfur (356) was processed as a by-product generated in the desulfurization process of crude oil, was used having an average diameter of 6mm, was filled without Thiobacillus denifrificans attached.
그리고, 원수는 반도체 폐수를 사용하였으며 약 2개월 동안 운전하여 원수 및 처리수에 대한 총질소(T-N), 질산성 질소(NO3-N)의 함량을 수회 반복 분석하여 하기 [표 1] 및 [표 2]에 나타내었다. [표 1]은 총질소(T-N)의 분석 결과이고, [표 2]는 질산성 질소(NO3-N)의 분석 결과이다. 분석 결과는 수질오염 공정시험방법에 따라 측정된 결과이다.In addition, the raw water was used for the semiconductor wastewater and operated for about 2 months to repeatedly analyze the contents of total nitrogen (TN) and nitrate nitrogen (NO 3 -N) for raw water and treated water [Table 1] and [ Table 2]. Table 1 shows the results of analysis of total nitrogen (TN), and Table 2 shows the results of analysis of nitrate nitrogen (NO 3 -N). The analytical results are measured according to the water pollution process test method.
상기 [표 1] 및 [표 2]에 보인 바와 같이 평균 80% 이상의 우수한 처리율을 가짐을 알 수 있으며, 특히 질산성 질소(NO3-N)는 94% 이상의 처리율을 가짐을 알 수 있다.As shown in [Table 1] and [Table 2] it can be seen that the average has a good throughput of 80% or more, in particular, nitrate nitrogen (NO 3 -N) has a throughput of 94% or more.
따라서, 본 발명은 질산성질소가 다량 함유된 폐ㆍ하수를 황탈질 처리함에 있어서, 독립영양 황탈질 미생물이 부착된 수불용성의 과립담체(352), 입상 활성탄(354) 및 입자 황(356)으로 이루어진 생물막(350)이 충전된 황탈질 반응조(300)에 투입하여 처리함으로써 공극 형성에 의한 접촉율을 증가시켜 탈질처리 효율을 극대화시키고 잉여 유기물 및 부유물질(SS)을 흡착 제거하는 효과를 갖는다. Therefore, in the present invention, in denitrifying waste and sewage containing a large amount of nitrate nitrogen, water insoluble granular carrier 352, granular activated carbon 354 and granular sulfur 356 to which autotrophic denitrifying microorganisms are attached Injected into the denitrification reaction tank 300 filled with a biofilm 350 made of a treatment to increase the contact rate by the formation of voids to maximize the denitrification efficiency and has the effect of adsorption and removal of excess organic matter and suspended solids (SS). .
또한, 알칼리도는 외부에서 주입 공급하되 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 사용함으로써 응집 침전물(CaSO4)의 생성을 방지하여 황탈질 반응조(300) 내부와 배관의 막힘 현상을 방지하는 효과를 갖는다.In addition, the alkalinity is injected and supplied from the outside, but by using sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ) to prevent the formation of agglomerated precipitate (CaSO 4 ) has the effect of preventing the blockage phenomenon of the denitrification reaction tank 300 and the pipe.
그리고, 과립담체(352)에 의해 충분한 공극을 형성시키고, 작아진 입자 황(356)의 일부는 과립담체(352)에 부착되게 함으로써 작아진 입자 황(356)에 의한 반응조(300) 내부의 막힘 현상을 방지함은 물론 역세펌프의 가동 회수를 종래보다 훨씬 줄일 수 있어 동력비를 절감할 수 있는 효과를 갖는다. Then, sufficient pores are formed by the granule carrier 352, and a part of the smaller particle sulfur 356 is attached to the granule carrier 352, thereby blocking the inside of the reaction tank 300 by the smaller particle sulfur 356. In addition to preventing the phenomenon, the number of operations of the backwash pump can be much reduced than before, thereby reducing power costs.
도 1은 종래의 일반적인 기술에 따른 폐ㆍ하수의 생물학적 황탈질 처리방법을 설명하기 위해 도시한 계통도이다. 1 is a schematic diagram illustrating a method for treating biological denitrification of waste and sewage according to a conventional general technique.
도 2는 본 발명에 따른 생물학적 황탈질 처리장치의 예시적인 구성도를 보인 것으로, 하향류식 장치를 보인 구성도이다. Figure 2 shows an exemplary configuration of the biological denitrification apparatus according to the present invention, a configuration showing a downflow device.
도 3은 본 발명에 따른 생물학적 황탈질 처리장치의 예시적인 구성도를 보인 것으로, 상향류식 장치를 보인 구성도이다. Figure 3 shows an exemplary configuration of a biological denitrification apparatus according to the present invention, a configuration showing an upflow device.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 * Explanation of symbols on main parts of drawing
100 : 알칼리도 저장탱크 200 : 혼합 분배조100: alkalinity storage tank 200: mixing distribution tank
300 : 황탈질 반응조 350 : 생물막300: denitrification reactor 350: biofilm
352 : 과립담체 354 : 입상 활성탄 352: granular carrier 354: granular activated carbon
356 : 입자 황 380 : 여과체356: particle sulfur 380: filter medium
400 : 원수 저장조 510 : 메인배관400: raw water storage tank 510: main piping
512 : 제1분기관 514 : 제2분기관512: first branch engine 514: second branch engine
520 : 유입배관 540 : 유출배관 520: inlet pipe 540: outlet pipe
P1 : 알칼리도 유입펌프 P2 : 원수 유입펌프P1: alkalinity inflow pump P2: raw water inflow pump
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