KR20100083223A - Method for high class treatment of wastewater using gas permeable membrane-attached biofilm - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 생물막이 부착된 기체투과성 막을 이용한 폐수의 고도처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for advanced treatment of wastewater using a gas permeable membrane with a biofilm.
폐수 내 질소 및 유기물을 제거하는 고도처리공정으로서, 최근 MABR(Membrane-Attached Biofilm Reactor)을 이용하는 시도가 있다. 그러나, 탈질 공정에서 가장 일반적인 종속영양 미생물을 이용하는 경우, 탈질에 필요한 적정농도의 유기물 함유가 중요한 제한인자로 작용한다. 유기물의 농도가 매우 낮은 지하수나 일부 공장폐수의 경우는 질소제거를 위하여 외부탄소원의 첨가가 필요하기 때문에, 이에 따라 처리비용의 증가와 잔류 유기물에 의한 2차 오염물질의 발생을 초래할 수 있다. As an advanced treatment process to remove nitrogen and organics in wastewater, there have been recent attempts to use membrane-attached biofilm reactors (MABR). However, when the most common heterotrophic microorganisms are used in the denitrification process, the proper concentration of organic matter necessary for denitrification serves as an important limiting factor. Groundwater or some plant wastewaters with very low concentrations of organic matter require the addition of an external carbon source for nitrogen removal, which can result in increased treatment costs and the generation of secondary pollutants by residual organic matter.
또한, 종래 MABR을 이용한 질소 및 유기물 제거 방식은 질산화 또는 탈질, 및 유기성 오염물질 제거를 위한 독립적인 단일공정에 국한되며, 이들 독립공정을 조합하여 장시간동안 연속운전을 한 연구사례는 거의 없다. 또한, 황산화와 같은 독립영양 탈질에 대한 보고는 있으나, 수소를 이용한 질산성 질소의 제거와 MABR을 이용한 폐수 고도처리공정에 대한 연구는 미비한 상태이다. In addition, the conventional method for removing nitrogen and organics using MABR is limited to an independent single process for nitrification or denitrification and organic pollutant removal, and there are few research cases of continuous operation for a long time by combining these independent processes. In addition, there are reports of autotrophic denitrification, such as sulphation, but studies on the removal of nitrate nitrogen using hydrogen and the advanced wastewater treatment process using MABR are insufficient.
본 발명에서는 질산화 공정과 수소를 이용한 탈질공정이 조합된 MABR 공정을 이용하여 폐수내의 총질소 및 유기성 오염물질을 제거하기 위한 폐수 고도처리공정을 제공하고자 한다.The present invention is to provide an advanced wastewater treatment process for removing total nitrogen and organic contaminants in the wastewater by using the MABR process combined with the nitrification process and the denitrification process using hydrogen.
본 발명은 기체투과성 막 내부로 공기 또는 산소를 공급하여 호기적 조건을 유지하면서 기체투과성 막의 외벽에 부착된 생물막에 의해 유기물 또는 질소 화합물을 분해하여 제거하는 공정; 및 기체투과성 막 내부로 수소를 공급하여 혐기적 조건을 유지하면서 기체투과성 막 외벽에 부착된 생물막에 의해 유기물 또는 질소 산화물을 분해하여 제거하는 공정을 순차적으로 또는 역순으로 연계하여 운전하는 폐수 처리 방법을 제공한다.The present invention comprises the steps of decomposing and removing organic matter or nitrogen compounds by the biofilm attached to the outer wall of the gas-permeable membrane while maintaining aerobic conditions by supplying air or oxygen into the gas-permeable membrane; And a method of treating wastewater in a sequential or reverse order by decomposing and removing organic matter or nitrogen oxides by a biofilm attached to the outer wall of the gas-permeable membrane while supplying hydrogen into the gas-permeable membrane to maintain anaerobic conditions. to provide.
본 발명의 일실시예에 의하면, 폐수중에 존재하는 질소 화합물을 유기물의 존재 유무에 관계없이 안정적으로 분해하여 처리할 수 있고, 질산화 미생물과 탈질산화 미생물이 부착하여 성장할 수 있는 담체로서의 기능과, 필요한 산소와 전자공여체를 효과적으로 공급하기 위한 공급장치로써의 기능을 동시에 하는 기체투과성 막을 이용하여 폐수처리를 함으로써, 기체공급 비용 절감 및 폐수 처리공정의 효율을 향상시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the nitrogen compound present in the waste water can be stably decomposed and treated regardless of the presence or absence of organic matter, and as a carrier capable of attaching and growing nitrifying and denitrifying microorganisms, By treating the wastewater using a gas-permeable membrane which simultaneously functions as a supply device for effectively supplying oxygen and an electron donor, it is possible to reduce the gas supply cost and improve the efficiency of the wastewater treatment process.
본 발명의 일실시예는 기체 투과성 막의 공극을 통하여 무기포방식으로 산소 또는 수소와 같은 가스 형태의 전자 수용체 및 전자 공여체를 막 표면에 형성된 생물막에 직접 공급하는 Membrane-Attached Biofilm Reactor (MABR)인 생물막 공법이다. 무기포식 생물막 공법은 유기물 분해 또는 질산화에서 필요한 산소를 생물막에 직접적으로 공급하기 때문에 이론적으로 100%에 가까운 산소이용효율을 얻을 수 있다. 특히 순산소를 이용한 고효율 처리시스템에서는 유기물의 농도에 관계없이 안정적인 질산화를 유지할 수 있어, MABR를 이용하여 암모니아성 질소를 제거할 수 있다. One embodiment of the present invention is a biofilm which is a Membrane-Attached Biofilm Reactor (MABR) that directly supplies a gas-like electron acceptor and an electron donor such as oxygen or hydrogen to a biofilm formed on the surface of the membrane through an air gap of the gas permeable membrane. It is a construction method. Inorganic predation biofilm process provides oxygen directly for biodegradation or nitrification directly to biofilm, and theoretically 100% oxygen utilization efficiency can be achieved. In particular, in the high-efficiency treatment system using pure oxygen, stable nitrification can be maintained regardless of the concentration of organic matter, and ammonia nitrogen can be removed using MABR.
MABR 방식에 의한 수소공급은 필요한 만큼의 수소를 생물막에 직접적으로 공급할 수 있다는 점과 대기로의 배출을 최소화 할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 또한 MABR 방식 중 기체투과성 막으로서 중공사막을 이용하는 경우는 다른 여재에 비하여 생물막이 부착되는 유효표면적을 상당히 크게 유지할 수 있기 때문에 고효율의 질소제거 시스템의 구성이 가능하게 된다.Hydrogen supply by MABR method has the advantage of supplying as much hydrogen as needed directly to the biofilm and minimizing the discharge to the atmosphere. In addition, when the hollow fiber membrane is used as the gas-permeable membrane in the MABR method, the effective surface area to which the biofilm is attached can be maintained significantly larger than other media, so that a highly efficient nitrogen removal system can be constructed.
본 발명의 일실시예는 기체 투과성 막의 외벽에 질소 및 유기성 오염물질 제거를 위한 생물막을 부착하고 성장시키고, 산소를 전자 수용체로 사용하는 호기성 생물반응에 의하여 유기성 오염물질 및 질소의 산화가 발생하는 호기성 생물막이 부착된 기체 투과성막을 이용하는 공정, 및 수소와 메탄올과 같은 전자 공여체를 이용하는 혐기성 생물반응에 의하여 질산성 질소가 발생하는 혐기성 생물막이 부착된 기체 투과성막을 이용하는 공정을 이용할 수 있다.One embodiment of the present invention is the aerobic aerobic bioreaction of the organic pollutants and nitrogen occurs by attaching and growing a biofilm for removing nitrogen and organic contaminants on the outer wall of the gas permeable membrane, aerobic bioreaction using oxygen as an electron acceptor The process of using the gas permeable membrane with a biofilm, and the process using the gas permeable membrane with the anaerobic biofilm which generate | occur | produces nitrate nitrogen by the anaerobic bioreaction using the electron donor, such as hydrogen and methanol, can be used.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
생물학적 공법에서의 질소제거 기작은 호기성 조건에서 질산화 미생물에 의하여 NH4 +-N가 NO2 --N 및 NO3 --N으로 산화된 후 무산소 조건에서 탈질소 미생물에 의하여 N2 가스로 환원되는 순서로 이루어진다. 탈질소 미생물은 산소가 제한될 때에 NO2 --N 와 NO3 --N를 전자수용체로 이용하는 임의성 미생물로서 유기물을 전자공여체로 이용하는 종속영양미생물과 무기물을 전자공여체로 이용하는 독립영양미생물이 존재한다. 여기서 종속영양미생물에 의한 탈질소 공정은 폐수내의 유기물과 질소간의 비율이 중요한 제한인자가 되며 유기물이 부족한 경우에는 외부탄소원을 첨가하여 주어야 한다. 외부탄소원은 주로 메탄올을 사용하는데, 비용적인 측면과 유기물 첨가에 의한 2차 오염의 발생 가능성에 대한 문제점을 안고 있다. 따라서 무기성 전자공여체의 사용이 대안이 되고 있으며, 전자공여체로서, 황, 철, 수소 등을 이용할 수 있다. 그 중, 수소(H2) 전자당량당 비용이 유기물보다 저렴하다는 점, 종속영양미생물보다 미생물 생성량이 적다는 점, 그리고 2차 오염물을 발생시키지 않는다는 장점을 지니고 있다. 하지만 H2의 용해도가 낮다는 점과 폭발의 위험성에 따른 문제로 인하여 미생물에게 효과적으로 H2를 공급할 수 있는 방법에 대한 연구가 필요하다. H2를 이용하는 독립영양 탈질(독립수소자화 탈질)은 고정상 및 유동상 시스템에서 사용되어 왔다. 일반적인 수소 공급 방법은 가스 산기에 의한 방법이었으나, 가스 살포는 수소를 필요 농도 이상으로 유지하는 경향이 있으므로 전자공여체 를 낭비하고, 대기 중으로 폭발성 가스를 방출하며 탈질의 중간생성물인 NO 및 N2O의 탈기를 촉진한다. The mechanism of nitrogen removal in the biological process is that NH 4 + -N is oxidized to NO 2 -- N and NO 3 -- N by nitrifying microorganisms under aerobic conditions and then reduced to N 2 gas by denitrifying microorganisms under anoxic conditions. In order. Denitrogen microorganisms are random microorganisms that use NO 2 -- N and NO 3 -- N as electron acceptors when oxygen is limited, and heterotrophic microorganisms using organics as electron donors and independent nutrient microorganisms using inorganic as electron donors. . In the denitrification process by heterotrophic microorganisms, the ratio between organic matter and nitrogen in the wastewater is an important limiting factor, and in case of lack of organic matter, an external carbon source should be added. The external carbon source mainly uses methanol, which is problematic in terms of cost and possibility of secondary pollution due to the addition of organic substances. Therefore, the use of an inorganic electron donor has become an alternative, and sulfur, iron, hydrogen, etc. can be used as an electron donor. Among them, hydrogen (H 2 ) has the advantage that the cost per electron equivalent is cheaper than organic matter, less microbial production than heterotrophic microorganisms, and does not generate secondary pollutants. However, due to the low solubility of H 2 and the risk of explosion, there is a need for research on how to effectively supply H 2 to microorganisms. Autotrophic denitrification (independent denitrification) using H 2 has been used in fixed bed and fluidized bed systems. In general, the method of supplying hydrogen was based on gaseous acid, but gas sparging tends to maintain hydrogen above the required concentration, thus dissipating electron donors, releasing explosive gas into the atmosphere, and denitrification intermediates NO and N 2 O. Promotes degassing
이러한 문제점들을 극복하기 위한 기체투과성 담체를 이용한 무기포 막 전달방식은 위와 같은 단점을 사전에 방지한다. 일반적으로 수소 플럭스는 COD로 lkg/1,000m2·d 정도로 낮게 유지되며, 이때 NO3 --N 농도도 낮게 유지된다. 완전한 NO3 --N 제거가 목적인 경우 플럭스를 높게 유지하면 된다.Inorganic cell membrane delivery method using a gas-permeable carrier to overcome these problems prevents the above disadvantages in advance. Hydrogen flux is generally kept as low as lkg / 1,000 m 2 · d in COD, with a low NO 3 − -N concentration. If the goal is complete NO 3 -- N removal, the flux can be kept high.
Hollow fiber Membrane Biofilm Reactor(HfMBR)은 중공사형 분리막의 외부표면에 생물막을 형성시키고, 전자수용체(예: O2, Air) 또는 전자공여체(예: H2)로 이용될 수 있는 gas를 막 내부 관로를 통하여 공급하여 외표면에 형성된 생물막에 공급하는 방식이다. 이러한 가스공급 특성에 의해 제거대상 물질에 따라 다양한 가스형태의 전자수용체 및 전자공여체의 효율적인 공급이 가능하며 고율처리시스템으로의 구성이 가능하다. Hollow fiber Membrane Biofilm Reactor (HfMBR) forms a biofilm on the outer surface of the hollow fiber-type separator, and passes gas that can be used as an electron acceptor (eg O 2 , Air) or an electron donor (eg H 2 ). It supplies through the biofilm formed on the outer surface. Such gas supply characteristics enable efficient supply of electron acceptors and electron donors in various gas forms depending on the material to be removed, and can be configured as a high rate treatment system.
본 발명의 일실시예에서는 중공사막(hollow fiber membrane)의 관로를 통하여 미생물의 호기/혐기 제거반응에 필요한 공기와 수소를 공급하고 유용미생물은 중공사막 (hollow fiber membrane) 외벽에서 생물막(biofilm)을 형성하는 공정을 이용하여 암모니아성 질소와 염소계 화합물의 효과적인 제거를 목적으로 하며, 특히 폐수내의 질소제거를 통한 폐수 고도처리방법을 제공한다. In an embodiment of the present invention, the air and hydrogen required for the aerobic / anaerobic removal reaction of the microorganisms are supplied through the hollow fiber membrane pipe, and the useful microorganisms are formed in the biofilm on the outer wall of the hollow fiber membrane. The purpose of the present invention is to effectively remove ammonia nitrogen and chlorine compounds using the forming process, and in particular, to provide a method for advanced treatment of wastewater through nitrogen removal in wastewater.
본 발명의 일실시예에서는 도 1과 같이 질산화 및 유기성 오염물질 분해공정 을 수행하게 되는 호기성 반응조와 탈질소화 공정을 수행하게 되는 혐기성 공정으로 구성되어있다. 각 공정은 중공사막 (hollow fiber membrane)이나 평판형 막이 충진되어 있는 모듈을 입수하여 반응조로 사용하였다. 모듈내로 유입된 원수가 반응조내에서 생물막과의 충분한 접촉기회를 가지기가 어렵기 때문에, 각 반응조에 순환펌프를 설치하여 반응시간에 필요한 충분한 접촉시간을 유지하여 주었다. 질산화 반응조는 막 내부로 산소와 공기를 혼합시킨 기체를 공급하여 호기성 상태를 유지하였으며, 탈질소화 반응조는 막 내부로 수소를 공급하였다. 질산화조에 공급되어지는 가스는 운전초기에는 산소를 이용하였으나 반응조내의 DO농도가 과잉으로 상승하여 공기와 혼합하여 DO농도를 조절하였다. 각 반응조의 하부에는 압력계를 설치한 후 가스밸브를 이용하여 각 반응조의 막에 공급되는 가스의 양을 조정하였다. 여기서 압력계는 막 내부로 공급되어지는 가스의 양을 측정하기 위한 장치로 사용되었다. NaHCO3와 인산염 완충액(K2HPO4 + KH2PO)를 첨가하여 반응조내에서의 질산화, 탈질소화 반응에 의한 pH변화를 조정하였으며, NaHCO3는 동시에 독립영양미생물의 무기탄소원으로 이용하였다. 미생물의 성장에 필요한 미량원소로는 Mg, Ca, Mn, Co, K, Fe, EDTA 등을 유입수에 첨가하였다. In an embodiment of the present invention, as shown in Figure 1 is composed of an aerobic reactor to perform the nitrification and organic contaminant decomposition process and the anaerobic process to perform the denitrification process. Each process obtained a module filled with a hollow fiber membrane or a flat membrane was used as a reaction tank. Since the raw water introduced into the module was difficult to have sufficient contact with the biofilm in the reaction tank, a circulation pump was installed in each reactor to maintain sufficient contact time for the reaction time. The nitrification tank maintained the aerobic state by supplying a gas mixed with oxygen and air into the membrane, and the denitrification reactor supplied hydrogen into the membrane. The gas supplied to the nitrification tank was oxygen at the beginning of operation, but the DO concentration in the reaction tank was excessively increased and mixed with air to control the DO concentration. After installing a pressure gauge in the lower part of each reactor, the amount of gas supplied to the membrane of each reactor was adjusted using the gas valve. The pressure gauge was used here as a device for measuring the amount of gas supplied into the membrane. NaHCO 3 and phosphate buffer (K 2 HPO 4 + KH 2 PO) were added to adjust the pH change by nitrification and denitrification in the reactor. NaHCO 3 was simultaneously used as an inorganic carbon source for autotrophic microorganisms. As trace elements required for the growth of microorganisms, Mg, Ca, Mn, Co, K, Fe, EDTA and the like were added to the influent.
이하에서는 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하는 것으로 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.
<실시예1>Example 1
도 2는 호기성 반응조(R1)에서의 NH4-N의 농도와 NO3-N의 농도변화를 운전시간에 따라 나타낸 것이다. 운전기간 동안에 유입수의 NH4-N 농도를 100 mgN/L에서 150 mgN/L로 증가시킨 기간동안 일시적으로 유출수의 NH4-N의 농도가 증가하였지만, 전체적으로 유입수의 NH4-N 농도가 50에서 150 mgN/L까지 증가하여도 유출수의 NH4-N 농도는 3 mgN/L 이하를 유지하였으며 질산화율은 99% 이상을 나타내며 안정적인 질산화를 유지하였다. 이 기간동안에는 유출수에서 NO2-N는 검출되지 않았으며 유입수에 함유된 모든 NH4-N는 NO3-N로 완전히 산화된 것으로 나타났다. 이것은 호기성 반응조의 막 표면에 생물막이 효과적으로 형성되었음을 나타내며, 이와 같이 막은 생물막이 형성될 수 있는 메디아 역할을 함과 동시에 질산화를 위한 원활한 산소공급의 역할을 한다는 것을 알 수 있다. Figure 2 shows the NH 4 -N concentration and NO 3 -N concentration change in the aerobic reactor (R1) according to the operating time. The inflow NH 4 -N concentration of 100 during the operation period mgN / L in temporarily for the period was increased to 150 mgN / L was increased the concentration of NH 4 -N in the effluent, in the overall inflow NH 4 -N concentration in the 50 The NH 4 -N concentration in the effluent was maintained below 3 mgN / L even though it increased up to 150 mgN / L, and the nitrification rate was more than 99% and stable nitrification was maintained. During this period NO 2 -N was not detected in the effluent and all NH 4 -N contained in the influent was found to be fully oxidized to NO 3 -N. This indicates that the biofilm is effectively formed on the membrane surface of the aerobic reactor, and thus the membrane can serve as a media for biofilm formation and at the same time, a smooth oxygen supply for nitrification.
또한, 도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 유출수의 NO3-N 농도가 유입수의 NH4-N 농도에 비하여 낮게 나타났다. 이것은 호기성 반응조에서의 DO농도가 0.5 - 2.5 mgO2/L의 범위에서 유지되었기 때문에 NH4-N의 산화에 의해 생성된 NO3-N가 탈질소화 반응에 의하여 제거되었음을 나타낸다. 이와 같이, 막과 접해있는 생물막의 안쪽부분은 산소가 직접 공급되기 때문에 bulk liquid의 DO 농도에 관계없이 산소가 풍부한 호기성 상태로 유지가 가능하지만, 생물막의 외부표면은 DO 농도가 낮은 상태로 유지되는 경우에는 탈질소화 반응이 발생할 수 있다. In addition, as can be seen in Figure 2, the NO 3 -N concentration of the effluent appeared lower than the concentration of NH 4 -N of the influent. This indicates that the NO 3 -N produced by the oxidation of NH 4 -N was removed by the denitrification reaction because the DO concentration in the aerobic reactor was maintained in the range of 0.5-2.5 mgO 2 / L. In this way, since the inner part of the biofilm that is in contact with the membrane is directly supplied with oxygen, the oxygen-rich aerobic state can be maintained regardless of the DO concentration of the bulk liquid, but the outer surface of the biofilm is kept at a low DO concentration. In this case, denitrification reaction may occur.
<실시예2>Example 2
도 3은 혐기성 반응조에서의 독립영양미생물에 의한 탈질소화 반응에 의하여 질소가 제거된 결과를 나타낸 것이다. 유입수의 NO3-N 농도는 30 mgN/L에서 단계에 따라 150 mgN/L까지 증가시켰으며, 반응조의 수리학적 체류시간(HRT)는 6시간을 동일하게 유지하였다. 도 3에서 나타난 바와 같이, 운전초기 약 60일까지와 유입수의 NO3-N 농도를 150 mgN/L까지 증가시킨 운전초기 기간을 제외하고는 대부분의 운전기간동안 유입수의 NO3-N 농도증가에 관계없이 안정된 독립영양탈질이 수행되었다.Figure 3 shows the result of the nitrogen is removed by the denitrification reaction by autotrophic microorganism in the anaerobic reactor. The NO 3 -N concentration of the influent increased from 30 mgN / L to 150 mgN / L in stages, and the hydraulic retention time (HRT) of the reactor remained the same for 6 hours. As shown in FIG. 3, the increase in NO 3 -N concentration of the influent during most of the operation period except for the initial operation period of about 60 days at the beginning of operation and the increase of the NO 3 -N concentration of the influent to 150 mgN / L. Regardless, stable autotrophic denitrification was performed.
운전기간 117일부터 132일까지는 NO3-N의 유입부하율이 증가함에 따라 일시적으로 NO2-N이 축적된 것으로 판단되며, 운전초기 0일부터 60일까지는 유입수에 인산염 완충액을 포함시키지 않았기 때문에 탈질소 반응에서 생성된 OH-에 의한 pH 상승이 탈질소화 반응에 저해작용을 한 것으로 판단된다. 이때의 유출수의 pH는 8.3까지 상승하였으며 독립영양미생물에 의한 탈질율이 평균 66%로 나타났다. 그러나, 유입수내에 인산염 완충액을 첨가한 이후부터는 유출수의 NO3-N 농도가 점차 감소하였으며, 수소를 전자공여체로 이용한 독립영양탈질소화 반응이 안정적으로 유지되면서 99% 이상의 질소 제거율을 나타내었다. NO 2 -N was temporarily accumulated as the inflow load rate of NO 3 -N increased from 117 days to 132 days, and the phosphate buffer was not included in the influent from 0 days to 60 days. The increase in pH due to OH − generated in the nitrogen reaction was considered to inhibit the denitrification reaction. At this time, the pH of the effluent increased to 8.3 and the denitrification rate by autotrophic microorganisms was 66% on average. However, after the addition of phosphate buffer in the influent, NO 3 -N concentration in the effluent gradually decreased, and the nitrogen removal rate was over 99% while maintaining the autotrophic denitrification reaction using hydrogen as an electron donor.
<실시예3>Example 3
도 4는 pH 변화에 따른 수소독립영양탈질의 효율변화를 알아보기 위한 것으로 유입수의 NO3-N 농도가 30 mgN/L, 50 mgN/L 일때 pH의 변화에 따른 유출수의 NO3-N 농도를 나타낸 것이다. 그림에서 나타난 바와 같이 유출수의 pH가 7.6 이하인 경우에는 탈질반응이 안정적으로 유지되었지만, pH가 7.8 이상으로 유지된 경우에는 탈질반응이 억제되는 것으로 나타났다. 하지만 연속실험의 경우에서는 유출수의 pH가 7.7-8.2 사이에서 유지되어도 탈질반응이 안정적으로 유지되는 것으로 나타났다. 수소를 이용한 독립영양탈질 반응에서는 2몰의 NO3-N이 제거됨에 따라 2몰의 OH-가 생성된다. 따라서 수소를 이용한 독립영양탈질 반응에서는 pH 증가와 탈질반응의 억제작용을 방지하기 위하여 pH 완충시스템이 필요함을 알 수 있었다.Figure 4 is the NO 3 -N concentration in the effluent according to the change in the hydrogen to be independent to evaluate the efficiency of NOx removal nutritional changes in the NO 3 -N concentration in the
<실시예 4><Example 4>
별도로 운전되던 호기성 반응조와 혐기성 반응조를 결합하여 하이브리드(hybrid) Hf-MBfR 시스템에서의 NH4-N의 부하율에 따른 질소 제거효율을 알아보았다. 도 5는 호기성 반응기에서의 유입수와 유출수의 NH4-N 농도변화와 NH4-N의 유입부하율을 나타낸 것이다. 운전기간동안 NH4-N의 제거율은 운전초기 기간을 제외하고 안정적으로 유지되었다. 전체 운전기간 중 NH4-N의 제거율은 98% 이상을 나타내었으며, 유출수의 NH4-N 농도는 0 - 6 mgN/L의 범위를 나타내었다. 호기성 반응기에 서의 NH4-N의 평균 비제거율은 0.49, 0.68, 1.33 gN/m2·d로 나타났으며, 멤브레인 표면적당 최대 제거율은 1.43 gN/m2·d로 나타났다.By combining aerobic and anaerobic reactors operated separately, the nitrogen removal efficiency according to NH 4 -N loading rate in the hybrid Hf-MBfR system was investigated. Figure 5 shows the NH 4 -N concentration change and the NH 4 -N influent load rate of the influent and effluent in the aerobic reactor. NH4-N removal rate remained stable during the operation period except during the initial operation period. The NH 4 -N removal rate was over 98% and the effluent's NH 4 -N concentration ranged from 0-6 mgN / L. The average specific removal rate of NH 4 -N in aerobic reactors was 0.49, 0.68, 1.33 gN / m 2 · d, and the maximum removal rate per membrane surface area was 1.43 gN / m 2 · d.
도 6은 혐기성 반응기에서 독립영양 미생물에 의하여 탈질소화반응이 수행된 결과이다. 운전시작일부터 6일까지 일시적으로 NO2-N이 축적되어 47 mgN/L까지 상승하였으나, 이후에는 안정적으로 효과적인 탈질소화 반응이 유지되었다. 도 6에서 나타난 것과 같이 전체 운전기간 중에 평균 탈질율은 98% 이상으로 나타났으며 NO2-N이 축적된 운전초기 기간을 제외하고 유출수에서의 NO2-N 농도는 0 - 2 mgN/L, NO3-N 농도는 0 - 7 mgN/L로 나타났다. 혐기성 반응기에서의 평균 비탈질율은 0.48, 0.66, 1.30 gN/m2·d였으며 멤브레인 표면적당 최대 탈질율은 1.43 gN/m2·d로 나타났다.Figure 6 is the result of the denitrification reaction by autotrophic microorganism in the anaerobic reactor. From the start of operation to 6 days, NO 2 -N was temporarily accumulated and increased to 47 mgN / L, but thereafter, a stable and effective denitrification reaction was maintained. As shown in FIG. 6, the average denitrification rate was 98% or more during the entire operation period, and the concentration of NO 2 -N in the effluent was 0-2 mgN / L, NO except for the initial operation period in which NO 2 -N was accumulated. The 3 -N concentration was found to be 0-7 mgN / L. The average denitrification rate in the anaerobic reactor was 0.48, 0.66, 1.30 gN / m 2 · d and the maximum denitrification rate per membrane surface area was 1.43 gN / m 2 · d.
본 처리시스템에서 나타난 총질소 제거율은 각 운전단계에서 모두 98% 이상의 제거율을 나타내었으며, 반응기 부피당 최대 제거율은 1.20 kgN/m3·d로 나타났다.The total nitrogen removal rate in this treatment system showed more than 98% removal rate in each operation stage, and the maximum removal rate per reactor volume was 1.20 kgN / m 3 · d.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 생물막이 부착된 기체 투과성 막을 이용한 폐수 고도처리공정의 모식도이다.1 is a schematic diagram of an advanced wastewater treatment process using a gas permeable membrane with a biofilm according to an embodiment of the present invention.
도 2는 호기성 반응조에서 NH4-N 및 NO3-N 농도 변화를 운전시간에 따라 나타낸 것이다.Figure 2 shows the NH 4 -N and NO 3 -N concentration change in the aerobic reactor according to the operating time.
도 3은 혐기성 반응조에서 NO3-N 및 NO2-N 농도변화를 운전시간에 따라 나타낸 것이다.Figure 3 shows the change in NO 3 -N and NO 2 -N concentration in the anaerobic reactor according to the operating time.
도 4는 혐기성 반응조에서 유출수의 pH 변화에 따른 NO3-N 농도 변화를 나타낸 것이다.Figure 4 shows the change in NO 3 -N concentration according to the pH change of the effluent in the anaerobic reactor.
도 5는 하이브리드 공정에서 호기성 반응조에서의 NH4-N 농도 변화를 나타낸 것이다.Figure 5 shows the NH 4 -N concentration change in the aerobic reactor in the hybrid process.
도 6은 하이브리드 공정에서 혐기성 반응조에서의 NO2-N 및 NO3-N 농도 변화를 나타낸 것이다. Figure 6 shows the change of NO 2 -N and NO 3 -N concentration in the anaerobic reactor in the hybrid process.
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