KR20050098051A - System for biological sewage treatment - Google Patents

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Abstract

본 발명은 외부 탄소원의 공급 없이 하폐수 내에 포함되어 있는 질소 등의 영양 염류를 효과적으로 제거할 수 있는 생물학적 하폐수 처리 장치에 관한 것으로서,The present invention relates to a biological wastewater treatment apparatus that can effectively remove nutrients such as nitrogen contained in the wastewater without supply of an external carbon source.

본 발명에 따른 생물학적 하폐수 처리 장치는 밀폐형의 소정 공간을 갖는 반응조;와, 상기 반응조 내에 구비되며 표면에 미생물이 부착되어 있는 복수개의 담체;와, 상기 반응조 일측에 구비되어 있어 상기 반응조 내부로 수소 가스를 공급하는 수소 가스 공급장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.Biological sewage treatment apparatus according to the present invention comprises a reaction tank having a predetermined space of a closed type; and a plurality of carriers provided in the reaction tank, the microorganism is attached to the surface; and one side of the reaction tank is provided with hydrogen gas into the reactor It characterized in that it comprises a hydrogen gas supply device for supplying.

Description

생물학적 하폐수 처리 장치{system for biological sewage treatment} Biological sewage treatment device {system for biological sewage treatment}

본 발명은 생물학적 하폐수 처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외부탄소원의 공급 없이 하폐수 내에 포함되어 있는 질소 등의 영양 염류를 효과적으로 제거할 수 있는 생물학적 하폐수 처리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a biological wastewater treatment apparatus, and more particularly, to a biological wastewater treatment apparatus capable of effectively removing nutrients such as nitrogen contained in the wastewater without supplying an external carbon source.

하수처리는 하수 중에 포함된 오염물질의 제거를 목적으로 하며 그 처리방식에 따라 1차 처리, 2차 처리 및 3차 처리로 분류된다. 1차 처리는 하수 중에 부유하는 물질이나 침강성 물질을 물리적으로 제거하는 방법으로 중력침강, 부상분리 등의 시설이 이용되며 대개 하수처리장에서 최초 침전지까지의 공정이 이에 해당된다. 2차 처리는 하수 중에 용존되어 있는 유기물 및 1차 처리에서 처리되지 않는 유기성 고형물의 제거를 목적으로 생물학적 처리방식이 주로 이용된다. 3차 처리는 물리, 화학, 생물학적 처리 방식을 조합하여 2차 처리에서 제거되지 않은 유기물 이외에 질소, 인과 같은 영양 염류를 제거하는 고도의 처리과정이다. Sewage treatment is aimed at removing contaminants contained in sewage and is classified into primary treatment, secondary treatment and tertiary treatment according to the treatment method. Primary treatment is a method of physically removing suspended solids or sedimentary substances in the sewage system, such as gravity sedimentation and flotation, which usually includes the process from the sewage treatment plant to the initial sedimentation basin. Secondary treatment is mainly used for biological treatment for the purpose of removing organic matter dissolved in sewage and organic solids not treated in the first treatment. Tertiary treatment is a highly advanced process that combines physical, chemical, and biological treatments to remove nutrients such as nitrogen and phosphorus in addition to organics not removed in the secondary treatment.

한편, 영양 염류를 제거하는 3차 처리 방법으로 물리적 방법, 화학적 방법 및 생물학적 방법이 있는데, 상기 물리적 방법 및 화학적 방법은 처리 비용이 고가이고 2차 오염의 문제점이 있으며 또한, 운전과정이 복잡하고 고도의 기술을 요구하기 때문에 상용화에 어려움이 있다. 이러한 경제적, 운전상의 이유로 생물학적 방법이 영양 염류 제거방법으로 널리 이용되고 있다.On the other hand, the tertiary treatment method for removing nutrients include a physical method, a chemical method and a biological method, the physical method and the chemical method is expensive to process, there is a problem of secondary pollution, and the operation process is complicated and advanced It is difficult to commercialize because it requires technology. For these economic and operational reasons, biological methods are widely used as nutrient removal methods.

대표적인 생물학적 3차 처리방법으로 활성 슬러지법이 있다. 활성 슬러지법은 1차 처리된 폐수의 2차 처리를 위하여 또는 1차 처리를 거치지 않은 폐수를 완전처리하기 위해 적용된 폐수처리 방법이다. 일반적인 활성 슬러지법에 따르면, 폐수가 폭기조(aeration tank)로 계속 주입됨에 따라 미생물이 폐수 중의 유기물을 섭취, 분해하여 질산화를 진행하면서 성장하게 되는데, 이렇게 성장된 미생물은 응집되어 종말 침전조에서 침전되어 침전물의 일부는 활성 슬러지의 형태로 다시 폭기조로 반송되고 일부 폐 슬러지는 폐기됨으로써 폭기조 내의 미생물량이 적절한 수준으로 유지되어 폐수 중의 유기물 분해와 함께 질소, 인 등의 제거가 이루어진다.Representative biological tertiary treatment is activated sludge method. Activated sludge is a wastewater treatment method applied for the secondary treatment of wastewater treated primarily or for complete treatment of wastewater not subjected to primary treatment. According to the general activated sludge method, as the waste water is continuously injected into the aeration tank, the microorganisms grow as the microorganism ingests and decomposes organic matter in the wastewater and proceeds to nitrification. Part of is returned to the aeration tank in the form of activated sludge, and some waste sludge is discarded, so that the amount of microorganisms in the aeration tank is maintained at an appropriate level to remove nitrogen, phosphorus, etc. together with organic matter decomposition in the waste water.

이러한 활성 슬러지법은 폐수 중 유기물을 처리하는데 우수한 효과가 있음이 오랫동안 인정되어 왔으나, 고농도의 유기물 및 질소 성분을 함유한 폐수로부터 유기물과 질소를 동시에 효과적으로 제거하기에는 부적합하고 잉여 슬러지의 양도 증가하는 등 많은 문제점을 갖고 있다. 이에, 활성 슬러지법을 기초로 한 하수처리장의 경우 유기물 제거를 주된 기능으로 하고 있을 뿐 질소 등의 영양 염류는 거의 미처리된 상태로 방류하고 있는 실정이다. It has long been recognized that such activated sludge method has an excellent effect on the treatment of organic matter in wastewater, but it is not suitable to effectively remove organic matter and nitrogen from wastewater containing high concentrations of organic matter and nitrogen, and the amount of excess sludge increases. I have a problem. Therefore, in the sewage treatment plant based on the activated sludge method, organic matter is mainly removed, and nutrients such as nitrogen are discharged in an untreated state.

이와 같은 질소 등의 영양 염류를 제거하기 위한 방법으로 다양한 방법들이 제시되었는데 크게 A2O(Anaerobic-Anoxic-Oxic) 계열, SBR(Sequencing Batch Reactor) 계열, 담체 및 미디어 계열 방법으로 구분할 수 있다. 이러한 방법들의 대부분은 유입수의 유기물 부하에 의존하여 질소를 제거하는 방식을 택하고 있으며 그 과정을 간략히 살펴보면 다음과 같다.Various methods have been proposed to remove nutrients such as nitrogen, which can be broadly classified into A 2 O (Anaerobic-Anoxic-Oxic) series, SBR (Sequencing Batch Reactor) series, carrier and media based methods. Most of these methods take the method of removing nitrogen depending on the organic load of the influent, and the process is briefly described as follows.

유입수 내에 포함되어 있는 암모니아는 질산화 과정(nitrification) 및 탈질 과정(denitrification)을 통해 질소 등을 분해되는데, 먼저 질산화 과정으로 암모니아는 독립영양세균(무기영양세균)인 니트로소모나스(nitrosomonas)에 의해 아질산성 질소(NO2 -)로 산화되고 상기 아질산성 질소는 니트로박터(nitrobacter)에 의해 질산성 질소(NO3 -)로 산화된다. 이어, 탈질 과정으로 상기 질산성 산소는 무산소조에서 종속영양세균이 유기물을 전자수용체로 사용하여 질산성 산소를 질소 가스로 전환된다.Ammonia contained in the influent decomposes nitrogen through nitrification and denitrification. First, ammonia is nitrified by nitrosomonas, an autotrophic bacterium. It is oxidized to nitrogen (NO 2 ) and the nitrite nitrogen is oxidized to nitric acid (NO 3 ) by a nitrobacter. Subsequently, in the denitrification process, the nitrate oxygen is converted into nitrate oxygen into nitrogen gas using heterogeneous bacteria as an electron acceptor in an anoxic tank.

질산화 과정 : NH4 + --> NO2 - --> NO3 - Nitrification process: NH 4 + -> NO 2 - -> NO 3 -

탈질 과정 : NO3 - --> NO2 - --> N2 Denitrification: NO 3 - -> NO 2 - -> N 2

최근에는 상기 질산화-탈질 공정을 개량한 아질산화-아탈질(nitritation-denitritation) 공정 및 온도에 의한 종의 선택적 성장을 통해 질산화시키는 샤론 공정(SHARON Process) 그리고 샤론 공정과 연계하여 암모늄과 아질산이 있는 조건에서 탈질을 진행시키는 아나목스(ANAMOX) 공정 등이 질소 제거 방법으로 제안되고 있다.Recently, the nitrification-denitritation process which improved the nitrification-denitrification process and the Sharon process for nitrifying through selective growth of species by temperature and the ammonium and nitrite in association with the Sharon process The Anamox (ANAMOX) process, which proceeds with denitrification under conditions, has been proposed as a nitrogen removal method.

그러나, 이와 같이 유기물 부하에 의존하여 질소를 제거하는 생물학적 처리 방법은 다음과 같은 한계를 갖고 있다. 먼저, 질산화 과정은 다량의 산소(4.6g-O2/g-NH4-N)를 필요로 하며 질산화 미생물의 성장속도가 느리다. 또한, 질산화 후 탈질되기 위해서는 다량의 유기물(약 4g-BOD/g-NO3-N)을 필요로 하는데 우리나라의 경우와 같이 하수의 BOD가 낮은 경우에 이는 큰 문제점이 된다. 즉, 생물학적 처리 방법의 총질소 제거효율은 유기탄소원/질소의 비 및 반송비에 의해 결정되는데 유기물이 부족한 경우에는 외부탄소원을 공급해야 하고 유기물이 충분한 경우에도 총질소 제거효율을 높이려면 반송비 증가가 요구되는 문제점이 있으며 이밖에도 여러 가지 환경에 영향을 받는 단점이 있다.However, the biological treatment method for removing nitrogen depending on the organic load in this way has the following limitations. First, the nitrification process requires a large amount of oxygen (4.6 gO 2 / g-NH 4 -N) and slows the growth rate of nitrifying microorganisms. In addition, in order to denitrify after nitrification, a large amount of organic matter (about 4g-BOD / g-NO 3 -N) is required, which is a big problem when BOD of sewage is low as in the case of Korea. In other words, the total nitrogen removal efficiency of the biological treatment method is determined by the ratio of organic carbon source / nitrogen and the return ratio.In case of lack of organic matter, an external carbon source must be supplied. In addition, there are disadvantages that are affected by various environments.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 외부탄소원의 공급 없이 하폐수 또는 2차 처리수 내에 포함되어 있는 질소 등의 영양 염류를 효과적으로 제거할 수 있는 생물학적 하폐수 처리 장치를 제공하는데 목적이 있다. The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a biological sewage treatment apparatus that can effectively remove nutrients such as nitrogen contained in sewage or secondary treated water without supply of an external carbon source. have.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 생물학적 하폐수 처리 장치는 밀폐형의 소정 공간을 갖는 반응조;와, 상기 반응조 내에 구비되며 표면에 미생물이 부착되어 있는 복수개의 담체;와, 상기 반응조 일측에 구비되어 있어 상기 반응조 내부로 수소 가스를 공급하는 수소 가스 공급장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.Biological wastewater treatment apparatus according to the present invention for achieving the above object is a reaction tank having a predetermined space of a closed type; and a plurality of carriers provided in the reaction tank, the microorganism is attached to the surface; and provided on one side of the reaction tank It characterized in that it comprises a hydrogen gas supply device for supplying hydrogen gas into the reactor.

바람직하게는, 상기 담체는 다공성의 합성 수지 구성되며 일 예로, 폴리우레탄으로 구성될 수 있다.Preferably, the carrier is made of porous synthetic resin, for example, may be composed of polyurethane.

바람직하게는, 상기 수소 가스 공급장치는 수소 가스 저장장치인 봄베(Gas cylinder)로 구성되거나, 양극과 음극을 구비하고 상기 양극과 음극 사이에 양이온 이동 방지를 위한 막이 구비되는 전기분해 장치로 구성될 수 있다.Preferably, the hydrogen gas supply device is composed of a gas cylinder which is a hydrogen gas storage device, or an electrolysis device having an anode and a cathode and a membrane for preventing cation migration between the anode and the cathode. Can be.

바람직하게는, 상기 반응조와 수소 가스 공급장치 사이에 수소 가스 공급관인 산기관이 더 구비되며 상기 산기관은 실리콘 튜브(silicon tube) 또는 멤브레인 디퓨져(membrane diffuser)로 구성될 수 있다.Preferably, an acid pipe which is a hydrogen gas supply pipe is further provided between the reactor and the hydrogen gas supply device, and the acid pipe may be formed of a silicon tube or a membrane diffuser.

바람직하게는, 상기 반응조 일측에 구비되어 상기 반응조 내부로 이산화탄소를 선택적으로 공급하여 상기 반응조 내의 pH를 조절하는 역할을 수행하는 이산화탄소 공급 장치를 더 포함하여 구성될 수 있다.Preferably, it may be configured to further include a carbon dioxide supply device which is provided on one side of the reaction tank to selectively supply carbon dioxide into the reaction tank to adjust the pH in the reaction tank.

바람직하게는, 상기 반응조의 전단에 구비되어 상기 반응조로 유입되는 하폐수의 유량을 조절하는 역할을 수행하는 유량 조절조를 더 포함하여 구성될 수 있다.Preferably, it may be configured to further include a flow rate adjusting tank which is provided at the front end of the reaction tank to serve to control the flow rate of the waste water flowing into the reaction tank.

본 발명의 특징에 따르면, 생물학적 탈질 과정을 수행함에 있어 전자 공여체로써 분자 형태의 수소 가스를 이용함에 따라 하폐수 내의 유기물 부족 등의 문제를 효과적으로 해결할 수 있으며 더불어, 탈질 과정의 간략화에 따라 탈질 과정에 소요되는 수소 가스의 양을 최소화할 수 있다. According to the characteristics of the present invention, by using the hydrogen gas in the form of molecules as an electron donor in performing the biological denitrification process, it is possible to effectively solve the problems such as lack of organic matter in the sewage, and the denitrification process according to the simplified denitrification process The amount of hydrogen gas that is introduced can be minimized.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 생물학적 하폐수 처리 장치를 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명에 따른 생물학적 하폐수 처리 장치의 구성도이다.Hereinafter, a biological sewage treatment apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 is a block diagram of a biological sewage treatment apparatus according to the present invention.

먼저, 도 1에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 생물학적 하폐수 처리 장치(100)는 먼저, 내부에 소정의 반응 공간을 갖는 반응조(110)를 구비한다. 여기서, 반응이라 함은 미생물에 의한 탈질 과정을 의미한다. 상기 반응조(110) 내부에는 소정 형상을 갖는 복수개의 담체(111)가 구비되어 있다. 상기 담체(111)는 다공성의 합성수지로 일 예로, 폴리우레탄 재질로 구성될 수 있으며 각 담체(111)의 바람직한 크기는 높이 10∼14mm, 길이 10∼14mm, 폭 10∼14mm 정도이다(도 3 참조). 상기 각 담체(111)의 표면에는 미생물 예를 들어, 독립영양 수소 탈질균(autohydrogeno trophic denitrifier)들이 부착되어 있다. 상기 독립영양 수소 탈질균들은 다공성의 담체(111) 표면에 부착하여 상기 반응조(110) 내부로 유입되는 하폐수에 포함되어 있는 질산 성분을 이용하여 성장한다.First, as shown in FIG. 1, the biological sewage treatment apparatus 100 according to the present invention first includes a reaction tank 110 having a predetermined reaction space therein. Here, the reaction refers to the denitrification process by the microorganism. The carrier 110 is provided with a plurality of carriers 111 having a predetermined shape. The carrier 111 is a porous synthetic resin, for example, may be composed of a polyurethane material, and the preferred size of each carrier 111 is about 10 to 14 mm high, 10 to 14 mm long, and about 10 to 14 mm wide (see FIG. 3). ). Microorganisms such as autohydrogeno trophic denitrifiers are attached to the surfaces of the carriers 111. The autotrophic hydrogen denitrification bacteria grow on the surface of the porous carrier 111 by using the nitric acid component contained in the wastewater flowing into the reactor 110.

상기 반응조(110)의 일측에는 수소 가스 공급장치(120)가 구비된다. 상기 수소 가스 공급장치(120)로부터 상기 반응조(110) 내부로 수소 가스가 공급되는데, 이 때 상기 수소 가스는 분자 형태의 수소를 의미한다. 또한, 상기 수소 가스 공급장치(120)와 반응조(110) 사이에는 수소 가스 공급관이 산기관(114)이 구비되는데 상기 수소 가스 공급장치(120)로부터 공급되는 수소 가스는 반응성이 크기 때문에 안정성을 고려하여 상기 산기관(114)은 실리콘 튜브(silicon tube) 또는 멤브레인 디퓨져(membrane diffuser)로 구성할 수 있다.One side of the reaction tank 110 is provided with a hydrogen gas supply device 120. Hydrogen gas is supplied from the hydrogen gas supply device 120 into the reactor 110, wherein the hydrogen gas means hydrogen in a molecular form. In addition, between the hydrogen gas supply device 120 and the reactor 110, a hydrogen gas supply pipe is provided with an diffuser 114. The hydrogen gas supplied from the hydrogen gas supply device 120 has high reactivity, so stability is considered. Thus, the diffuser 114 may be composed of a silicon tube or a membrane diffuser.

한편, 상기 수소 가스 공급장치(120)는 통상의 기체 저장 장치인 봄베(Gas cylinder)를 사용할 수 있으며 상기 봄베 이외에 자체적으로 수소 가스를 생성할 수 있는 전기분해 장치를 사용할 수 있다. 전기분해 장치를 사용하는 경우 도 2와 같은 구성을 가질 수 있다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 적용되는 전기분해 장치는 크게 전해 공간을 구비하는 전해조(121)와, 상기 전해조(121)에 담겨져 있는 물을 전기적으로 분해하는 양극(122)과 음극(123)으로 구성된다. 여기서, 상기 음극(123)은 탄소 재질로 구성될 수 있으며, 상기 물의 분해에 의해 양극(122)으로부터 발생되는 산소 이온이 음극(123)으로부터 발생되는 수소 이온과 혼합되는 것을 방지하는 소정의 막(cation exchange membrane)(124)이 상기 음극(123)과 양극(122) 사이에 구비될 수 있다. Meanwhile, the hydrogen gas supply device 120 may use a cylinder, which is a conventional gas storage device, and may use an electrolysis device that may generate hydrogen gas in addition to the cylinder. When using an electrolysis device may have a configuration as shown in FIG. Referring to FIG. 2, an electrolysis apparatus according to the present invention includes an electrolytic cell 121 having an electrolytic space, and an anode 122 and a cathode 123 electrically decomposing water contained in the electrolytic cell 121. It consists of. Here, the cathode 123 may be made of a carbon material, and a predetermined film may be used to prevent oxygen ions generated from the anode 122 from being mixed with hydrogen ions generated from the cathode 123 by decomposition of the water. A cation exchange membrane 124 may be provided between the cathode 123 and the anode 122.

상기 반응조(110) 일측에는 이산화탄소 공급 장치가 구비될 수 있다. 상기 이산화탄소 공급 장치는 반응조(110) 내부의 pH를 조절하는 역할을 수행하는데, 구체적으로 상기 수소 가스 공급장치(120)로부터 반응조(110) 내부로 수소 가스가 유입되고 상기 수소 가스와 질산 물질 사이의 화학적 반응이 진행되는 과정에서 상기 반응조(110) 내부의 pH는 유동적으로 변하게 된다. 따라서, 상기 반응조(110) 내부의 pH를 적당히 유지시킬 필요가 있으며 적정 수준의 pH를 위해 소정량의 이산화탄소가 상기 이산화탄소 공급장치(130)로부터 공급된다. 한편, 상기 반응조(110) 전단 정확히는, 하폐수 공급관(112) 전단에는 유량 조절조가 구비되어 상기 반응조(110) 내부로 유입되는 하폐수의 양을 적절히 조정할 수 있다. 또한, 상기 반응조(110) 일측에는 질산 과정이 완료된 처리수가 배출되는 처리수 배출관(113)이 구비된다.One side of the reaction tank 110 may be provided with a carbon dioxide supply device. The carbon dioxide supply device serves to adjust the pH of the reaction tank 110, specifically, the hydrogen gas flows into the reaction tank 110 from the hydrogen gas supply device 120 and between the hydrogen gas and the nitric acid material. During the chemical reaction process, the pH inside the reactor 110 is changed fluidly. Therefore, it is necessary to properly maintain the pH inside the reactor 110 and a predetermined amount of carbon dioxide is supplied from the carbon dioxide supply device 130 for a proper level of pH. On the other hand, exactly the front end of the reaction tank 110, the front end of the waste water supply pipe 112 is provided with a flow rate adjustment tank can be appropriately adjusted the amount of waste water flowing into the reaction tank (110). In addition, one side of the reaction tank 110 is provided with a treated water discharge pipe 113 for discharging the treated water is completed nitric acid process.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 생물학적 하폐수 처리 장치(100)의 동작 원리를 살펴보면 다음과 같다. Looking at the operating principle of the biological sewage treatment apparatus 100 according to the present invention having such a configuration as follows.

먼저, 반응조(110) 내부에 복수개의 담체(111)가 충진되어 있고 하폐수 공급관(112)을 통해 상기 반응조(110) 내부에 하폐수가 공급된 상태에서, 상기 수소 가스 공급장치(120)로부터 분자 형태의 수소 가스가 상기 산기관(114)을 거쳐 상기 반응조(110) 내부로 공급되면 상기 담체(111) 표면에 부착되어 있는 미생물에 의해 상기 하폐수 내에 포함되어 있는 질산 물질은 <식 1> 및 <식 2>의 탈질 과정을 통해 환원된다.First, in a state in which a plurality of carriers 111 are filled in the reaction tank 110 and the wastewater is supplied into the reaction tank 110 through the wastewater supply pipe 112, the hydrogen gas supply device 120 forms a molecular form. When hydrogen gas is supplied into the reaction tank 110 through the acid pipe 114, the nitric acid material contained in the wastewater by microorganisms attached to the surface of the carrier 111 is represented by <Formula 1> and <Formula 2> is reduced through the denitrification process.

<식 1><Equation 1>

(1) : 2NO3 - + 2H2 => 2NO2 - + 2H2O (1): 2NO 3 - + 2H 2 => 2NO 2 - + 2H 2 O

<식 2><Equation 2>

(2) : 2NO2 - + 3H2 + 2H+ => N2 + 4H2O (2): 2NO 2 - + 3H 2 + 2H + => N 2 + 4H 2 O

<식 3><Equation 3>

(1) + (2) : 2NO3 - + 5H2 + 2H+ => N2 + 6H2 O(1) + (2): 2NO 3 - + 5H 2 + 2H + => N 2 + 6H 2 O

상기 <식 1> 내지 <식 3>의 과정을 통해 상기 수소 가스가 전자 공여체의 역할을 수행함을 알 수 있으며, <식 1> 및 <식 2>의 총반응인 <식 3>을 참조하면, 1g의 질산 물질(NO3 --N)을 제거하는데 요구되는 수소 가스의 양은 0.357g 정도 밖에 되지 않음을 알 수 있다. 이와 같은 결과는 종래 질산화-탈질 공정에서 1g의 암모늄의 질산화에 4.6g의 산소, 1g의 질산 물질의 탈질화에 약 4g의 유기물이 요구되는 것에 비해 대단히 효율적임을 나타낸다. 또한, <식 1> 및 <식 2>의 탈질 과정은 종래의 질산화 및 탈질 과정인 NO3 - => NO2 - => NO => N2O => N2 에 비해 그 메카니즘이 현저히 간략화됨을 알 수 있다.It can be seen that the hydrogen gas serves as an electron donor through the processes of <Equation 1> to <Equation 3>, referring to <Equation 3> which is the total reaction of <Equation 1> and <Equation 2>, nitrate material of 1g - of the hydrogen gas required to remove (NO 3 -N) the amount it can be seen that not only about 0.357g. These results indicate that in the conventional nitrification-denitrification process, about 4 g of organic matter is required for nitrification of 1 g of ammonium and about 4 g of organic matter for denitrification of 1 g of nitric acid material. In addition, the denitrification process of <Equation 1> and <Equation 2> is significantly simplified compared to the conventional nitrification and denitrification process NO 3 - => NO 2 - => NO => N 2 O => N 2 Able to know.

본 발명에 따른 전기분해에 의한 수소 생성과 탈질 과정의 메카니즘을 화학 양론식으로 표현하면 도 5 및 다음의 <식 4> 내지 <식 6>과 같다.The mechanism of hydrogen generation and denitrification by electrolysis according to the present invention is expressed in terms of stoichiometry, as shown in FIGS. 5 and 6 below.

<식 4><Equation 4>

2NO3 - + 5H2 + 2H+ => N2 + 6H2O 2NO 3 - + 5H 2 + 2H + => N 2 + 6H 2 O

<식 5><Equation 5>

10e + 10H2O => 5H2 + 10OH- (Cathodic reaction) 10e + 10H 2 O => 5H 2 + 10OH - (Cathodic reaction)

10e + 2NO3 - + 12H+ => N2 + 6H2O 10e + 2NO 3 - + 12H + => N 2 + 6H 2 O

5H2O => 5/2O2 + 10H+ 10e (Anodic reaction)5H 2 O => 5 / 2O 2 + 10H + 10e (Anodic reaction)

<식 6><Equation 6>

Net reaction : 2NO3 - + 2H+ => N2 + 5/2O2 + H2O Net reaction: 2NO 3 - + 2H + => N 2 + 5 / 2O 2 + H 2 O

한편, 본 발명에 따른 생물학적 하폐수 처리 장치(100)에 따르면 도 4에 도시한 바와 같이 시간 경과에 따라 약 90% 이상의 높은 탈질율을 달성할 수 있다. On the other hand, according to the biological sewage treatment apparatus 100 according to the present invention can achieve a high denitrification rate of about 90% or more over time as shown in FIG.

본 발명에 따른 생물학적 하폐수 처리 장치는 다음과 같은 효과가 있다.The biological sewage treatment apparatus according to the present invention has the following effects.

생물학적 탈질 과정을 수행함에 있어 전자 공여체로써 분자 형태의 수소 가스를 이용함에 따라 하폐수 내의 유기물 부족 등의 문제를 효과적으로 해결할 수 있으며 더불어, 탈질 과정의 간략화에 따라 탈질 과정에 소요되는 수소 가스의 양을 최소화할 수 있다. In the biological denitrification process, the use of molecular hydrogen gas as an electron donor can effectively solve problems such as lack of organic matter in sewage water, and minimize the amount of hydrogen gas required for denitrification by simplifying the denitrification process. can do.

또한, 전기화학반응에 의한 방법을 이용함에 따라 반응의 제어가 용이하고 유기물 주입에 따른 2차 오염 문제가 미연에 방지된다. In addition, the use of the electrochemical method facilitates the control of the reaction and prevents the problem of secondary contamination due to the organic material injection.

도 1a는 본 발명에 따른 생물학적 하폐수 처리 장치의 사시도.1A is a perspective view of a biological sewage treatment apparatus according to the present invention.

도 1b는 본 발명에 따른 생물학적 하폐수 처리 장치의 정면도.1B is a front view of the biological sewage treatment apparatus according to the present invention.

도 2는 본 발명에 적용되는 전기분해 장치의 단면 구성도.Figure 2 is a cross-sectional configuration of the electrolysis device applied to the present invention.

도 3은 본 발명에 적용되는 담체의 실물을 나타낸 사진.Figure 3 is a photograph showing the real of the carrier applied to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 생물학적 하폐수 처리 장치를 이용하여 측정한 탈질율을 나타낸 그래프.Figure 4 is a graph showing the denitrification rate measured using a biological sewage treatment apparatus according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 전기분해에 의한 수소 생성 및 탈질 과정의 메카니즘을 설명하기 위한 참고도.Figure 5 is a reference diagram for explaining the mechanism of hydrogen generation and denitrification process by electrolysis according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>Description of the main parts of the drawing

100 : 생물학적 하폐수 처리 장치 100: biological sewage treatment apparatus

110 : 반응조 111 : 담체110 reactor 111 carrier

112 : 하폐수 공급관 113 : 처리수 배출관112: wastewater supply pipe 113: treated water discharge pipe

114 : 산기관 120 : 수소 가스 공급장치114: diffuser 120: hydrogen gas supply device

121 : 전해조 122 : 양극121: electrolytic cell 122: anode

123 : 음극 124 : 막123: cathode 124: membrane

130 : 이산화탄소 공급장치130: carbon dioxide supply unit

Claims (10)

밀폐형의 소정 공간을 갖는 반응조;Reactor having a predetermined space of the closed type; 상기 반응조 내에 구비되며 표면에 미생물이 부착되어 있는 복수개의 담체;A plurality of carriers provided in the reaction tank and having microorganisms attached thereto; 상기 반응조 일측에 구비되어 있어 상기 반응조 내부로 수소 가스를 공급하는 수소 가스 공급장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 생물학적 하폐수 처리 장치.Biological wastewater treatment apparatus is provided on one side of the reaction tank comprises a hydrogen gas supply device for supplying hydrogen gas into the reaction tank. 제 1 항에 있어서, 상기 담체는 다공성의 합성 수지로 구성되는 것을 특징으로 하는 생물학적 하폐수 처리 장치.The biological sewage treatment apparatus according to claim 1, wherein the carrier is made of a porous synthetic resin. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 담체는 폴리우레탄으로 구성되는 것을 특징으로 하는 생물학적 하폐수 처리 장치.3. The biological sewage treatment apparatus according to claim 1 or 2, wherein the carrier is made of polyurethane. 제 1 항에 있어서, 상기 수소 가스 공급장치는 수소 가스 저장장치인 봄베(Gas cylinder)로 구성되는 것을 특징으로 하는 생물학적 하폐수 처리 장치.The biological sewage treatment apparatus of claim 1, wherein the hydrogen gas supply device comprises a gas cylinder which is a hydrogen gas storage device. 제 1 항에 있어서, 상기 수소 가스 공급장치는 양극과 음극을 구비하고 상기 양극과 음극 사이에 양이온 이동 방지를 위한 막이 구비되는 전기분해 장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 생물학적 하폐수 처리 장치.The biological wastewater treatment apparatus of claim 1, wherein the hydrogen gas supply device comprises an electrolysis device having an anode and a cathode and a membrane for preventing cation migration between the anode and the cathode. 제 5 항에 있어서, 상기 음극은 탄소 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 생물학적 하폐수 처리 장치.6. The biological sewage treatment apparatus of claim 5, wherein the cathode is made of carbon material. 제 1 항 또는 5 항에 있어서, 상기 반응조와 수소 가스 공급장치 사이에 수소 가스 공급관인 산기관이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 생물학적 하폐수 처리 장치.The biological sewage treatment apparatus according to claim 1 or 5, further comprising an acid pipe which is a hydrogen gas supply pipe between the reactor and the hydrogen gas supply device. 제 7 항에 있어서, 상기 산기관은 실리콘 튜브(silicon tube) 또는 멤브레인 디퓨져(membrane diffuser)로 구성되는 것을 특징으로 하는 생물학적 하폐수 처리 장치.8. The biological sewage treatment apparatus of claim 7, wherein the diffuser comprises a silicon tube or a membrane diffuser. 제 1 항에 있어서, 상기 반응조 일측에 구비되어 상기 반응조 내부로 이산화탄소를 선택적으로 공급하여 상기 반응조 내의 pH를 조절하는 역할을 수행하는 이산화탄소 공급 장치를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 생물학적 하폐수 처리 장치.The biological sewage treatment apparatus of claim 1, further comprising a carbon dioxide supply device provided at one side of the reactor to selectively supply carbon dioxide into the reactor to adjust pH in the reactor. . 제 1 항에 있어서, 상기 반응조의 전단에 구비되어 상기 반응조로 유입되는 하폐수의 유량을 조절하는 역할을 수행하는 유량 조절조를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 생물학적 하폐수 처리 장치.2. The biological sewage treatment apparatus of claim 1, further comprising a flow rate adjusting tank provided at a front end of the reaction tank to adjust a flow rate of the wastewater flowing into the reaction tank.
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