KR20120135746A - 고농도 질소 제거를 위한 폐수 처리 장치 및 그 장치를 이용한 폐수 처리 방법. - Google Patents

고농도 질소 제거를 위한 폐수 처리 장치 및 그 장치를 이용한 폐수 처리 방법. Download PDF

Info

Publication number
KR20120135746A
KR20120135746A KR20110054636A KR20110054636A KR20120135746A KR 20120135746 A KR20120135746 A KR 20120135746A KR 20110054636 A KR20110054636 A KR 20110054636A KR 20110054636 A KR20110054636 A KR 20110054636A KR 20120135746 A KR20120135746 A KR 20120135746A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wastewater
tank
nitrogen
anoxic
nitrite
Prior art date
Application number
KR20110054636A
Other languages
English (en)
Inventor
이재기
이수영
Original Assignee
(주)엔지에스티
이재기
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)엔지에스티, 이재기 filed Critical (주)엔지에스티
Priority to KR20110054636A priority Critical patent/KR20120135746A/ko
Publication of KR20120135746A publication Critical patent/KR20120135746A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/30—Aerobic and anaerobic processes
    • C02F3/302—Nitrification and denitrification treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/16—Nitrogen compounds, e.g. ammonia
    • C02F2101/166—Nitrites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/002—Construction details of the apparatus
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/02—Temperature
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2301/00—General aspects of water treatment
    • C02F2301/10—Temperature conditions for biological treatment
    • C02F2301/106—Thermophilic treatment
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
    • Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)

Abstract

본 발명은 고농도 질소 제거를 위한 폐수 처리 장치 및 그 장치를 이용한 폐수 처리 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 폐수 처리 장치는, 아질산화균이나 질산화균과 같은 미생물을 이용하여 폐수로부터 질소를 제거하는 폐수 처리 장치에 있어서, 아질산성 질소를 질소 기체로 환원시켜 1차적으로 탈질시키는 탈질 반응이 진행되는 전방 무산소조; 아질산화균에 의하여 암모니아성 질소를 아질산성 질소로 바꾸는 아질산화 반응이 진행되는 제1 호기조; 아질산성 질소 및 질산성 질소를 질소 기체로 환원시켜 2차적으로 탈질시키는 탈질 반응이 진행되는 후방 무산소조; 질산화균에 의하여 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 질산성 질소로 바꾸는 질산화 반응이 진행되는 제2 호기조; 상기 제1 호기조를 거친 폐수의 일부를 상기 전방 무산소조로 반송시키는 제1 반송 라인; 상기 제2 호기조를 거친 폐수의 일부를 상기 후방 무산소조로 반송시키는 제2 반송 라인;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 폐수 처리 과정에 아질산화 공정을 도입할 수 있어, 고농도 질소를 함유하면서도 탄질비가 낮은 폐수로부터 신속하게 질소를 제거할 수 있으며, 질소 제거시에 필요한 공기 공급량과 유기물 공급량을 감소시킬 수 있는 폐수 처리 장치 및 그 장치를 이용한 폐수 처리 방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

고농도 질소 제거를 위한 폐수 처리 장치 및 그 장치를 이용한 폐수 처리 방법.{Apparatus for treating high-concentration nitrogen wastewater and method for treating high-concentration nitrogen wastewater using the same.}
본 발명은 고농도 질소 제거를 위한 폐수 처리 장치 및 그 장치를 이용한 폐수 처리 방법에 관한 것으로서, 특히 고농도 질소를 함유하면서도 탄질비가 낮은 폐수로부터 신속하게 질소를 제거할 수 있으며, 질소 제거시에 필요한 공기 공급량과 유기물 공급량을 감소시킬 수 있는 폐수 처리 장치 및 폐수 처리 방법에 관한 것이다.
축산 폐수와 음식물 폐수의 소화액 등 고농도(1,000mg/L 이상)의 질소를 함유한 폐수를 혐기성 처리하게 되면, 가용한 유기물이 혐기성 소화과정을 거쳐 대부분 메탄으로 전환되기 때문에 폐수 내의 탄질비(C/N비)가 매우 낮아지게 된다. 일반적으로, 음식물 폐수의 경우 혐기성 소화가 적절하게 이루어졌을 경우 생물학적 산소 요구량(BOD)은 10,000mg/L정도, 질소는 4,000∼ 5,000mg/L 정도의 고농도를 갖고, 축산 폐수의 경우 혐기성 소화가 적절하게 이루어졌을 경우 BOD는 3,000∼6,000mg/L정도, 질소는 3,000 ~ 6,000mg/L 정도의 고농도를 갖는다. 따라서, 폐수 내에서 질소를 제거하기 위해 요구되는 적정 C/N비인 3.5와 비교할 때, 음식물 폐수는 2.0 정도의 작은 C/N비를 가지게 되고, 축산물 폐수는 1.0 정도의 작은 C/N비를 가지게 됨으로써, 탈질을 위해 필요한 유기 탄소원이 절대적으로 부족해지는 문제점이 있다. 특히 이러한 고농도 질소를 함유한 폐수를 처리하기 위하여 종래의 질산화공정을 사용하게 되면, 폐수 내의 C/N비가 더욱 낮아지게 된다.
이렇게 낮아진 C/N비를 보상하기 위하여, 종래에는 폐수 내에 대체 탄소원인 메탄올 등을 주입하기도 하였으나, 이러한 방법은 전체적인 폐수 처리 비용을 증가시키고 폐수 처리 장치의 유지관리비가 많이 소요된다는 문제점이 있으며, 폭발의 위험성이 높은 메탄올의 특성상 폐수 처리 장치를 지하에 매설할 수 없으므로 폐수 처리 장치의 지상 설치공간이 많이 확보되어야 한다는 문제점도 있다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 고농도 질소를 함유하면서도 탄질비가 낮은 폐수로부터 신속하게 질소를 제거할 수 있으며, 질소 제거시에 필요한 공기 공급량과 유기물 공급량을 감소시킬 수 있도록 구조가 개선된 폐수 처리 장치를 제공하기 위함이다.
본 발명의 다른 목적은, 상기 폐수 처리 장치를 이용하여, 고농도 질소를 함유하면서도 탄질비가 낮은 폐수로부터 신속하게 질소를 제거하는 폐수 처리 방법을 제공하기 위함이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 폐수 처리 장치는, 아질산화균이나 질산화균과 같은 미생물을 이용하여 폐수로부터 질소를 제거하는 폐수 처리 장치에 있어서, 외부로부터 처리하고자 하는 폐수가 유입되며, 상기 폐수 중의 유기물을 이용하여 아질산성 질소를 질소 기체로 환원시켜 1차적으로 탈질시키는 탈질 반응이 진행되는 전방 무산소조; 상기 전방 무산소조를 거친 폐수가 유입되며, 아질산화균에 의하여 암모니아성 질소를 아질산성 질소로 바꾸는 아질산화 반응이 진행되는 제1 호기조; 상기 제1 호기조를 거친 폐수가 유입되며, 아질산성 질소 및 질산성 질소를 질소 기체로 환원시켜 2차적으로 탈질시키는 탈질 반응이 진행되는 후방 무산소조; 상기 후방 무산조를 거친 폐수가 유입되며, 질산화균에 의하여 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 질산성 질소로 바꾸는 질산화 반응이 진행되는 제2 호기조; 상기 제1 호기조를 거친 폐수의 일부를 상기 전방 무산소조로 반송시키는 제1 반송 라인; 상기 제2 호기조를 거친 폐수의 일부를 상기 후방 무산소조로 반송시키는 제2 반송 라인;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 폐수 처리 방법은, 상술한 구성의 폐수 처리 장치를 사용하여 폐수로부터 질소를 제거하는 폐수 처리 방법에 있어서, 외부로부터 상기 전방 무산소조로 유입된 폐수와 상기 제1 호기조로부터 반송된 폐수를 혼합하여, 폐수 중에 함유된 아질산성 질소를 질소 기체로 환원시켜 1차적으로 탈질시키는 제1 탈질 단계; 상기 제1 탈질 단계를 거친 후 상기 제1 호기조로 유입된 폐수 중에 함유된 암모니아성 질소를 아질산화균에 의하여 아질산성 질소로 바꾸고, 이렇게 아질산화된 폐수의 일부를 상기 제1 반송 라인을 통하여 상기 전방 무산소조로 반송시키는 아질산화 단계; 상기 아질산화 단계를 거친 후 상기 후방 무산소조로 유입된 폐수 중에 함유된 아질산성 질소 및 질산성 질소를 탈질균에 의하여 질소 기체로 환원시켜 2차적으로 탈질시키는 제2 탈질 단계; 상기 제2 탈질 단계를 거친 후 상기 제2 호기조로 유입된 폐수 중에 함유된 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 질산화균에 의하여 질산성 질소로 바꾸고, 이렇게 질산화된 폐수의 일부를 상기 제2 반송 라인을 통하여 상기 후방 무산소조로 반송시키는 질산화 단계;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 외부로부터 유입된 폐수 중의 유기물을 이용하여 아질산성 질소를 질소 기체로 환원시켜 1차적으로 탈질시키는 탈질 반응이 진행되는 전방 무산소조와, 상기 무산소조를 거친 폐수 중의 암모니아성 질소를 아질산성 질소로 바꾸는 아질산화 반응이 진행되는 제1 호기조와, 상기 제1 호기조를 거친 폐수의 일부를 상기 전방 무산소조로 반송시키는 제1 반송 라인을 구비함으로써, 폐수 처리 과정에 아질산화 공정을 도입할 수 있어, 고농도 질소를 함유하면서도 탄질비가 낮은 폐수로부터 신속하게 질소를 제거할 수 있으며, 질소 제거시에 필요한 공기 공급량과 유기물 공급량을 감소시킬 수 있는 폐수 처리 장치 및 그 장치를 이용한 폐수 처리 방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예인 폐수 처리 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예인 폐수 처리 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 3은 제1 호기조 내의 폐수에 대하여 수소 이온 농도(pH)에 따른 아질산성 질소 농도 및 암모니아성 질소 농도를 나타내는 그래프이다.
이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예인 폐수 처리 장치를 설명하기 위한 개략도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예인 폐수 처리 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐수 처리 장치(100)는, 아질산화균(Nitrosomonas)이나 질산화균(Nitrobacter)과 같은 미생물을 이용하여 폐수로부터 질소를 제거하는 장치로서, 전방 무산소조(10)와, 제1 호기조(20)와, 후방 무산소조(30)와, 제2 호기조(40)와, 침전조(50)와, 산발효조(60)와, 메탄올조(70)를 포함하여 구성된다.
상기 전방 무산소조(10)는, 폐수 중의 유기물을 이용하여 아질산성 질소를 질소 기체로 환원시켜 1차적으로 탈질시키는 탈질 반응이 일어나는 저장 탱크로서, 본 실시예에서는, 제1 무산소조(11)와, 제2 무산소조(12)와, 제3 무산소조(13)가 직렬적으로 연속 배열되어 있는 3중 구조를 가진다. 여기서 상기 무산소조들(11, 12, 13)은 연속교반조형 반응기(CSTR; Continuous Stirred Tank Reactor)이다.
상기 제1 무산소조(11)는, 외부로부터 처리하고자 하는 폐수가 유입되는 저장 탱크로서, 제1 반송 라인(21) 및 슬러지 반송 라인(51)과 연결되어 있다. 상기 제1 무산소조(11)에서 처리된 폐수는 상기 제2 무산소조(12)로 이동하게 된다.
상기 제2 무산소조(12)는, 상기 제1 무산소조(11)에서 처리된 폐수가 유입되는 저장 탱크로서, 산발효액 투입 라인(61) 및 메탄올 투입 라인(71)과 연결되어 있다.
상기 제3 무산소조(13)는, 상기 제2 무산소조(12)에서 처리된 폐수가 유입되는 저장 탱크이다.
본 실시예에서는, 상기 전방 무산소조(10)는, 직렬로 배열되어 있는 3개의 무산소조(11, 12, 13)를 구비하는데, 4개 이상의 무산소조가 사용되면 폐수 처리 효율이 증가하는 긍정적 효과에 비해 무산소조의 건설비가 증가하는 부정적 효과가 더 크다는 문제점이 있으므로, 3개 이하의 무산소조를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 제1 호기조(20)는, 아질산화균에 의하여 암모니아성 질소를 아질산성 질소로 바꾸는 아질산화 반응이 진행되는 저장 탱크로서, 상기 제3 무산소조(13)를 거친 폐수가 유입되며, 상기 제1 반송 라인(21)과 연결되어 있다.
상기 제1 반송 라인(21)은, 상기 제1 호기조(20)를 거친 폐수의 일부를 상기 제1 무산소조(11)로 반송시키는 라인이다.
본 실시예에서는, 상기 제1 호기조(20)는, 내부에 수용된 폐수를 가온하기 위한 가온시설(22)을 구비하고 있다. 상기 가온시설(22)로서는, 전기히터, 화석연료를 사용하는 보일러, 태양열을 사용하는 보일러 등이 사용될 수 있다. 본 실시예에서는, 전기히터가 상기 가온시설(22)로서 사용되고 있다.
상기 후방 무산소조(30)는, 상기 제1 호기조(20)를 거친 폐수 중에 잔류하는 아질산성 질소 및 상기 제2 호기조(40)에서 반송된 폐수 중에 존재하는 질산성 질소를 질소 기체로 환원시켜 2차적으로 탈질시키는 탈질 반응이 일어나는 저장 탱크로서, 본 실시예에서는, 제4 무산소조(31)와 제5 무산소조(32)가 직렬적으로 연속 배열되어 있는 2중 구조를 가진다. 여기서 상기 무산소조들(31, 32)은 연속교반조형 반응기(CSTR; Continuous Stirred Tank Reactor)이다.
상기 제4 무산소조(31)는, 상기 제1 호기조(20)를 거친 폐수가 유입되는 저장 탱크로서, 제2 반송 라인(41)과 슬러지 반송 라인(51)과 산발효액 투입 라인(61) 및 메탄올 투입 라인(71)과 연결되어 있다.
상기 제5 무산소조(32)는, 상기 제4 무산소조(31)에서 처리된 폐수가 유입되는 저장 탱크이다.
상기 제2 호기조(40)는, 질산화균에 의하여 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 질산성 질소로 바꾸는 질산화 반응이 진행되는 저장 탱크로서, 상기 제5 무산소조(32)를 거친 폐수가 유입되며, 상기 제2 반송 라인(41)과 연결되어 있다.
상기 제2 반송 라인(41)은, 상기 제2 호기조(40)를 거친 폐수의 일부를 상기 제4 무산소조(31)로 반송시키는 라인이다.
상기 침전조(50)는, 폐수 중의 슬러지를 침전시키고 남은 상징수를 처리수로서 배출하기 위한 저장 탱크로서, 상기 제2 호기조(40)를 거친 폐수가 유입되며, 슬러지 반송 라인(51)과 연결되어 있다.
상기 슬러지 반송 라인(51)은, 상기 침전조(50)에 침전된 슬러지의 일부를 상기 제1 무산소조(11) 및 상기 제4 무산소조(31)로 반송시키는 라인이다.
상기 산발효조(60)는, 음식물폐수와 같이 유기물을 함유한 폐수로부터 발생되는 침출수를 산발효시킬 수 있는 저장 탱크로서, 상기 산발효액 투입 라인(61)에 연결되어 있다.
상기 메탄올조(70)는, 메탄올이 저장되는 탱크로서, 상기 메탄올 투입 라인(71)과 연결되어 있다.
한편, 상기 전방 무산소조(10)와, 상기 제1 호기조(20)와, 상기 후방 무산소조(30) 및 상기 제2 호기조(40)는, 그 안에 수용된 폐수가 차가운 대기와 접촉하지 않도록 복개되어 있다.
또한, 상기 전방 무산소조(10)와, 상기 제1 호기조(20)와, 상기 후방 무산소조(30) 및 상기 제2 호기조(40)는, 그 안에 수용된 폐수를 보온하기 위한 보온수단을 구비하고 있다. 본 실시예에서는, 상기 저장 탱크들(10, 20, 30, 40)을 둘러싸고 있는 단열재가 보온수단으로 사용되고 있다.
이하에서는, 상술한 구성의 폐수 처리 장치(100)를 이용하여 고농도의 질소를 함유한 폐수를 처리하는 방법의 일례를 설명하기로 한다.
먼저, 외부로부터 고농도(1,000mg/L 이상)의 질소를 함유한 폐수, 예컨대 적정 C/N비 3.5 미만의 축산 폐수, 음식물 폐수 등의 유입 폐수가 상기 제1 무산소조(11)로 유입되면, 상기 유입 폐수는, 상기 제1 반송 라인(21)을 통하여 상기 제1 호기조(20)로부터 반송되는 폐수와 혼합되고, 아울러 상기 슬러지 반송 라인(51)을 통하여 상기 침전조(50)로부터 반송되는 슬러지와 혼합된다. 이때, 상기 제1 무산소조(11)내에서는, 상기 제1 반송 라인(21)을 통하여 반송된 폐수 중에 잔류되어 있는 산소가 제거됨으로써, 상기 제2 무산소조(12) 및 제3 무산소조(13) 내에서의 탈질 효율을 향상시키게 된다.
6NO2 - + 3CH3OH → 3N2 + 6HCO3 - + 3H2O ----------------- (1)
또한, 상기 유입 폐수는, 상기 제1 무산소조(11)와 제2 무산소조(12)와 제3 무산소조(13)를 차례로 거치면서, 위의 식(1)과 같이 폐수 중에 함유된 아질산성 질소가 질소 기체로 환원되면서 1차적으로 탈질된다. 여기서, 상기 식(1)의 아질산염의 탈질 과정은, 후술하는 식(3)의 질산염의 탈질 과정과 비교할 때 3CH3OH/5CH3OH = 60%인 바, 필요한 유기물 공급량이 40% 감소하는 효과가 있음을 알 수 있다. (제1 탈질 단계, S10)
상기 제3 무산소조(13)를 거친 폐수는 상기 제1 호기조(20)로 유입되고, 상기 제1 호기조(20)로 유입된 폐수는, 아래의 식(2)과 같이 그 폐수 중에 함유된 암모니아성 질소가 아질산화균에 의하여 아질산성 질소로 바뀌는 아질산화의 과정을 겪게 된다.
NH4 + + 1.5O2 → NO2 + H2O + 2H+ ----------------- (2)
이렇게 아질산화된 폐수의 일부는 상기 제1 반송 라인(21)을 통하여 상기 제1 무산소조(11)로 반송된다. 이때, 상기 제1 호기조(20) 내의 폐수는, 상기 가온시설(22)에 의하여 30℃ 내지 40℃도의 온도로 유지된 상태로 상기 제1 호기조(20) 내에서 1.5일 내지 3일 동안 체류하며, 수소 이온 농도(pH)를 6.5 내지 8.5의 값으로 유지한 상태에서, 상기 제1 호기조(20)로부터 상기 제1 무산소조(11)로 반송되는 폐수의 양을 조절함으로써, 도 3에 도시된 빗금 친 부분과 같이, 폐수 중에 함유된 암모니아성 질소 농도 및 아질산성 질소 농도를 250mg/L 내지 1000mg/L로 유지한다. 예컨대, 상기 제1 무산소조(11)로 유입되는 폐수의 질소 농도가 1000mg/L 내지 6000mg/L 인 경우에, 유입되는 폐수 대비 상기 제1 무산소조(11)로 반송되는 폐수의 비율인 내부반송율은 3 내지 10의 값을 가지면, 폐수 중에 함유된 암모니아성 질소 농도 및 아질산성 질소 농도가 250mg/L 내지 1000mg/L로 유지될 수 있다. 여기서, 유입되는 폐수의 질소 농도가 높을수록 상기 내부반송율은 큰 값을 가지며, 유입되는 폐수의 질소 농도가 낮을수록 상기 내부반송율은 작은 값을 가지게 된다. 한편, 상기 식(2)의 아질산화 과정은, 아래의 식(4)의 질산화 과정과 비교할 때 1.5O2/(1.5+0.5)O2 = 75%인 바, 공기 공급량이 25% 감소하는 효과가 있음을 알 수 있다. (아질산화 단계, S20)
상기 제1 호기조(20)를 거친 폐수는 상기 제4 무산소조(31)로 유입되며, 상기 제4 무산소조(31)로 유입된 폐수는, 상기 제2 반송 라인(41)을 통하여 상기 제2 호기조(40)로부터 반송되는 폐수와 혼합되고, 상기 슬러지 반송 라인(51)을 통하여 상기 침전조(50)로부터 반송되는 슬러지와 혼합된다.
6NO3 - + 5CH3OH → 3N2 + 6HCO3 - + 7H2O ----------------- (3)
이때, 상기 폐수는, 위의 식(3)과 같이 상기 제4 무산소조(31)와 제5 무산소조(32)를 차례로 거치면서, 폐수 중에 함유된 아질산성 질소 및 질산성 질소가 탈질균에 의하여 질소 기체로 환원되면서 2차적으로 탈질된다. (제2 탈질 단계, S30)
상기 제5 무산소조(32)를 거친 폐수는 상기 제2 호기조(40)로 유입되며, 상기 제2 호기조(40)로 유입된 폐수 중, 잔류 암모니아성 질소는 위의 식(2) 및 아래의 식(4)와 같이, 아질산성 질소는 아래의 식(4)와 같이, 질산화균에 의하여 질산성 질소로 바뀌는 질산화 과정을 겪게 된다.
NO2 + 0.5O2 → NO3 ----------------- (4)
이렇게 질산화된 폐수의 일부는 상기 제2 반송 라인(41)을 통하여 상기 제4 무산소조(31)로 반송된다. (질산화 단계, S40)
상기 제2 호기조(40)를 거친 폐수는 상기 침전조(50)로 유입되며, 상기 침전조(50) 내에서는 폐수 중의 슬러지는 침전되고 남은 상징수가 처리수로 배출된다. 이때, 상기 침전조(50)에 침전된 슬러지의 일부는 상기 제1 무산소조(11) 및 상기 제4 무산소조(31)로 반송되며, 나머지 슬러지는 탈수된 후 폐기된다. (슬러지 처리 단계, S50)
상기 침전조(50)에서 배출된 처리수는, 생물학적 처리로 처리되지 못한 각종 오염물 성분을 화학적으로 처리하는 공정을 거치게 되며, 이러한 화학적 처리를 통하여 BOD, COD 등과 같은 항목에서 방류수 수질 기준을 만족하게 된다.(화학적 후처리 단계, S60)
한편, 유입 폐수의 종류에 따라서는, 상기 제1 탈질 단계(S10)를 거친 후에도 극히 낮은 값의 탄질비(C/N비)를 갖는 폐수가 있다. 예컨대, 혐기성 소화가 잘 이루어진 축산 폐수의 경우, BOD는 3,000∼6,000mg/L 정도이고, 질소는 3,000∼6,000mg/L 정도이므로, 탄질비(C/N비)가 1.0 정도밖에 되지 않는다. 이렇게 상기 제1 탈질 단계(S10)를 거친 후에도 폐수가 극히 낮은 탄질비(C/N비)를 가질 것으로 예상되는 경우에는, 상기 산발효조(60)로부터 생성된 산발효액을 상기 제2 무산소조(12) 및 상기 제4 무산소조(31)에 투입한다. 여기서, 상기 산발효액은, 음식물폐수와 같이 유기물을 함유한 폐수로부터 발생되는 침출수를 30℃ 내지 40℃도의 온도에서 0.5일 내지 1일 동안 산발효시켜 생성된다.(산발효액 투입 단계, S70)
아울러, 상기 산발효액 투입 단계(S70)를 거친 후에도, 폐수 중의 유기탄소원이 부족하다고 판단되는 경우에는, 상기 메탄올조(70)에 저장된 메탄올을 상기 제2 무산소조(12) 및 상기 제4 무산소조(31)에 투입한다. (메탄올 투입 단계, S80)
상술한 구성의 폐수 처리 장치(100)는, 질산성 질소를 질소 기체로 환원시켜 1차적으로 탈질시키는 탈질 반응이 진행되는 전방 무산소조(10)와, 상기 전방 무산소조(10)를 거친 폐수 중의 암모니아성 질소를 아질산성 질소로 바꾸는 아질산화 반응이 진행되는 제1 호기조(20)와, 상기 제1 호기조(20)를 거친 폐수의 일부를 상기 전방 무산소조(20)로 반송시키는 제1 반송 라인(21)을 구비하고 있으므로, 폐수 처리 과정에 아질산화 공정을 도입할 수 있어, 고농도 질소를 함유하면서도 탄질비가 낮은 폐수로부터 신속하게 질소를 제거할 수 있으며, 질소 제거시에 필요한 공기 공급량과 유기물 공급량을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
그리고, 상기 폐수 처리 장치(100)는, 상기 전방 무산소조(10)와, 상기 제1 호기조(20)와, 상기 후방 무산소조(30) 및 상기 제2 호기조(40)가 그 안에 수용된 폐수가 차가운 대기와 접촉하지 않도록 복개되어 있으므로, 폐수 중의 미생물이 유기물을 분해하면서 발생시키는 열이 외부로 빠져나가지 않고 폐수의 온도 유지에 이용될 수 있다는 장점이 있다.
또한, 상기 폐수 처리 장치(100)는, 상기 전방 무산소조(10)와, 상기 제1 호기조(20)와, 상기 후방 무산소조(30) 및 상기 제2 호기조(40)가 그 안에 수용된 폐수를 보온하기 위한 보온수단을 구비하고 있으므로, 폐수 중의 미생물이 유기물을 분해하면서 발생시키는 열이 외부로 빠져나가지 않고 폐수의 온도 유지에 이용될 수 있다는 장점이 있다.
그리고, 상기 폐수 처리 장치(100)는, 상기 제1 호기조(20)의 내부에 수용된 폐수를 가온하기 위한 가온시설(22)을 구비하고 있으므로, 상기 보온수단만으로 상기 제2 호기조(40) 내의 폐수 온도를 유지할 수 없는 경우에 열을 가할 수 있다는 장점이 있다.
아울러, 상기 폐수 처리 장치(100)는, 상기 침전조(50)와 상기 슬러지 반송 라인(51)을 구비하고 있으므로, 폐수 중의 슬러지를 침전시키고 남은 상징수를 처리수로서 배출시킬 수 있으며, 침전된 슬러지의 일부를 상기 제1 무산소조(11) 및 상기 제4 무산소조(31)로 반송시킴으로써 상기 제1 무산소조(11) 및 상기 제4 무산소조(31)의 미생물 농도(MLSS; Mixed Liquor Suspended Solid)를 적절하게 유지할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 상기 폐수 처리 장치(100)는, 상기 전방 무산소조(10)와 후방 무산소조(30)가 직렬적으로 연속 배열되어 있는 연속교반조형 반응기(CSTR; Continuous Stirred Tank Reactor)이므로, 압출류형 반응기(PFR; Plug Flow Reactor)와 유사한 형태를 가짐으로써, 하나의 무산소조를 가진 경우에 비하여 탈질 소요 시간이 감소되며 설치 면적도 감소되는 장점이 있다.
그리고, 상기 폐수 처리 장치(100)는, 음식물폐수와 같이 유기물을 함유한 폐수로부터 발생되는 침출수를 산발효시켜 산발효액을 제조할 수 있는 상기 산발효조(60)를 구비하고 있으므로, 상기 제1 탈질 단계(S10)를 거친 후에도 폐수가 극히 낮은 탄질비(C/N비)를 가질 것으로 예상되는 경우에, 미리 상기 산발효액을 상기 제2 무산소조(12) 및 제4 무산소조(31)에 공급하여 부족한 유기물을 공급할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 상기 폐수 처리 장치(100)는, 메탄올이 저장되는 메탄올조(70)를 구비하고 있으므로, 상기 산발효액의 투입으로도 유기물이 부족할 것으로 예상되는 경우에는, 추가적으로 메탄올을 상기 제2 무산소조(12) 및 제4 무산소조(31)에 공급하여 부족한 유기물을 공급할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 상술한 폐수 처리 방법은, 폐수 중에 함유된 암모니아성 질소를 아질산화균에 의하여 아질산성 질소로 바꾸고, 이렇게 아질산화된 폐수의 일부를 상기 제1 반송 라인을 통하여 상기 전방 무산소조로 반송시키는 아질산화 단계(S20)를 구비하고 있으므로, 아질산화 공정을 통하여 고농도 질소를 함유하면서도 탄질비가 낮은 폐수로부터 신속하게 질소를 제거할 수 있으며, 질산화 공정만을 사용한 경우에 비하여, 질소 제거시에 필요한 공기 공급량을 약 25% 감소시키고, 질소 제거시에 필요한 유기물 공급량을 40% 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
그리고, 상기 폐수 처리 방법은, 상기 아질산화 단계(S20)에서, 30℃ 내지 40℃도의 온도하에서, 도 3에 도시된 빗금 친 부분과 같이 수소 이온 농도(pH)가 6.5 내지 8.5로 유지하고 폐수 중에 함유된 암모니아성 질소 농도 및 아질산성 질소 농도를 250mg/L 내지 1000mg/L로 유지하여, 아질산화균의 성장 속도를 질산화균의 성장 속도의 2배 정도에 이르게 하므로, 상기 제1 호기조(20) 내의 폐수 체류 시간(SRT; Sludge Retention Time)을 아질산화균의 성장에 필요한 시간인 1.5일 내지 3일로 조절함으로써, 상기 제1 호기조(20) 내에 아질산화균만 남기고 질산화균을 제거(wash-out)할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 상기 폐수 처리 방법은, 상기 산발효액 투입 단계(S70)에서, 음식물폐수와 같이 유기물을 함유한 폐수로부터 발생되는 침출수를 30℃ 내지 40℃도의 온도에서 0.5일 내지 1일 동안 산발효시켜 생성된 산발효액을 상기 제2 무산소조(12) 및 상기 제4 무산소조(31)에 투입하고 있으므로, 상기 제1 탈질 단계(S10)를 거친 후에도 폐수가 극히 낮은 탄질비(C/N비)를 가질 것으로 예상되는 경우에, 미리 상기 산발효액을 상기 제2 무산소조(12) 및 제4 무산소조(31)에 공급하여 부족한 유기물을 공급할 수 있다는 장점이 있다.
아울러, 상기 폐수 처리 방법은, 상기 메탄올 투입 단계(S80)에서, 상기 메탄올조(70)에 저장된 메탄올을 상기 제2 무산소조(12) 및 상기 제4 무산소조(31)에 투입하고 있으므로, 상기 산발효액의 투입으로도 유기물이 부족할 것으로 예상되는 경우에는, 추가적으로 메탄올을 상기 제2 무산소조(12) 및 제4 무산소조(31)에 공급하여 부족한 유기물을 공급할 수 있다는 장점이 있다.
본 실시예에서는, 상기 가온시설(22)에 의하여 상기 제1 호기조(20) 내의 폐수가 가온되고 있으나, 계절적 요인 또는 폐수의 종류에 따라 상기 제1 호기조(20) 내의 폐수가 가온되지 않을 수 있음은 물론이다.
이상으로 본 발명을 설명하였는데, 본 발명의 기술적 범위는 상술한 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것은 아니며, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 수정 또는 변경된 등가의 구성은 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 것임은 명백하다.
＊ 도면의 주요부위에 대한 부호의 설명 ＊
100 : 폐수 처리 장치 10 : 전방 무산소조
11 : 제1 무산소조 12 : 제2 무산소조
13 : 제3 무산소조 20 : 제1 호기조
21 : 제1 반송 라인 22 : 가온시설
30 : 후방 무산소조 31 : 제4 무산소조
32 : 제5 무산소조 40 : 제2 호기조
41 : 제2 반송 라인 50 : 침전조
51 : 슬러지 반송 라인 60 : 산발효조
61 : 산발효액 투입 라인 70 : 메탄올조
71 : 메탄올 투입 라인

Claims (13)

  1. 아질산화균이나 질산화균과 같은 미생물을 이용하여 폐수로부터 질소를 제거하는 폐수 처리 장치에 있어서,
    외부로부터 처리하고자 하는 폐수가 유입되며, 상기 폐수 중의 유기물을 이용하여 아질산성 질소를 질소 기체로 환원시켜 1차적으로 탈질시키는 탈질 반응이 진행되는 전방 무산소조;
    상기 전방 무산소조를 거친 폐수가 유입되며, 아질산화균에 의하여 암모니아성 질소를 아질산성 질소로 바꾸는 아질산화 반응이 진행되는 제1 호기조;
    상기 제1 호기조를 거친 폐수가 유입되며, 아질산성 질소 및 질산성 질소를 질소 기체로 환원시켜 2차적으로 탈질시키는 탈질 반응이 진행되는 후방 무산소조;
    상기 후방 무산조를 거친 폐수가 유입되며, 질산화균에 의하여 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 질산성 질소로 바꾸는 질산화 반응이 진행되는 제2 호기조;
    상기 제1 호기조를 거친 폐수의 일부를 상기 전방 무산소조로 반송시키는 제1 반송 라인;
    상기 제2 호기조를 거친 폐수의 일부를 상기 후방 무산소조로 반송시키는 제2 반송 라인;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전방 무산소조와, 상기 제1 호기조와, 상기 제2 호기조 및 상기 후방 무산소조는, 그 안에 수용된 폐수가 차가운 대기와 접촉하지 않도록 복개되어 있는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 호기조는, 그 안에 수용된 폐수를 가온하기 위한 가온수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전방 무산소조는, 직렬적으로 연속 배열되어 있는 2개 내지 3개의 연속교반조형 반응기인 것을 특징으로 하는 폐수 처리 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 후방 무산소조는, 직렬적으로 연속 배열되어 있는 2개의 연속교반조형 반응기인 것을 특징으로 하는 폐수 처리 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    메탄올이 저장된 메탄올조를 구비하며,
    상기 메탄올조에 저장된 메탄올이, 상기 전방 무산소조 및 상기 후방 무산소조에 투입되는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 기재되어 있는 폐수 처리 장치를 사용하여 폐수로부터 질소를 제거하는 폐수 처리 방법에 있어서,
    외부로부터 상기 전방 무산소조로 유입된 폐수와 상기 제1 호기조로부터 반송된 폐수를 혼합하여, 폐수 중에 함유된 아질산성 질소를 질소 기체로 환원시켜 1차적으로 탈질시키는 제1 탈질 단계;
    상기 제1 탈질 단계를 거친 후 상기 제1 호기조로 유입된 폐수 중에 함유된 암모니아성 질소를 아질산화균에 의하여 아질산성 질소로 바꾸고, 이렇게 아질산화된 폐수의 일부를 상기 제1 반송 라인을 통하여 상기 전방 무산소조로 반송시키는 아질산화 단계;
    상기 아질산화 단계를 거친 후 상기 후방 무산소조로 유입된 폐수 중에 함유된 아질산성 질소 및 질산성 질소를 탈질균에 의하여 질소 기체로 환원시켜 2차적으로 탈질시키는 제2 탈질 단계;
    상기 제2 탈질 단계를 거친 후 상기 제2 호기조로 유입된 폐수 중에 함유된 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 질산화균에 의하여 질산성 질소로 바꾸고, 이렇게 질산화된 폐수의 일부를 상기 제2 반송 라인을 통하여 상기 후방 무산소조로 반송시키는 질산화 단계;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    음식물폐수와 같이 유기물을 함유한 폐수로부터 발생되는 침출수를 산발효시켜 생성된 산발효액을 상기 전방 무산소조 및 상기 후방 무산소조에 투입하는 산발효액 투입 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 산발효액 투입 단계에서는, 상기 침출수를 30℃ 내지 40℃도의 온도에서 0.5일 내지 1일 동안 산발효시켜 생성된 산발효액이 상기 전방 무산소조 및 상기 후방 무산소조에 투입되는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 방법.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 침전조에서 처리된 상징수를 처리수로서 배출시키고, 상기 침전조에 침전된 슬러지의 일부를 상기 전방 무산소조 및 상기 후방 무산소조로 반송시키는 슬러지 처리 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 방법.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 아질산화 단계는, 상기 제1 호기조 내의 폐수가 30℃ 내지 40℃도의 온도로 유지된 상태로 수행되는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 방법.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 아질산화 단계에서는, 상기 제1 호기조로부터 상기 전방 무산소조로 반송되는 폐수의 양을 조절함으로써, 상기 제1 호기조 내의 폐수 중에 함유된 암모니아성 질소 농도 및 아질산성 질소 농도가 250mg/L 내지 1000mg/L로 유지되는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 방법.
  13. 제 7항에 있어서,
    상기 아질산화 단계에서는, 폐수가 상기 제1 호기조 내에서 1.5일 내지 3일 동안 체류하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 방법.
KR20110054636A 2011-06-07 2011-06-07 고농도 질소 제거를 위한 폐수 처리 장치 및 그 장치를 이용한 폐수 처리 방법. KR20120135746A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20110054636A KR20120135746A (ko) 2011-06-07 2011-06-07 고농도 질소 제거를 위한 폐수 처리 장치 및 그 장치를 이용한 폐수 처리 방법.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20110054636A KR20120135746A (ko) 2011-06-07 2011-06-07 고농도 질소 제거를 위한 폐수 처리 장치 및 그 장치를 이용한 폐수 처리 방법.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20120135746A true KR20120135746A (ko) 2012-12-17

Family

ID=47903393

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20110054636A KR20120135746A (ko) 2011-06-07 2011-06-07 고농도 질소 제거를 위한 폐수 처리 장치 및 그 장치를 이용한 폐수 처리 방법.

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20120135746A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104402181A (zh) * 2014-11-17 2015-03-11 北京工业大学 一种剩余污泥发酵耦合ao生物脱氮的装置和方法
CN104556379A (zh) * 2014-12-31 2015-04-29 北京斯凯特达科技开发有限公司 一种污水生物脱氮处理设备及工艺

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104402181A (zh) * 2014-11-17 2015-03-11 北京工业大学 一种剩余污泥发酵耦合ao生物脱氮的装置和方法
CN104402181B (zh) * 2014-11-17 2016-03-02 北京工业大学 一种剩余污泥发酵耦合ao生物脱氮的方法
CN104556379A (zh) * 2014-12-31 2015-04-29 北京斯凯特达科技开发有限公司 一种污水生物脱氮处理设备及工艺

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102099380B1 (ko) 기존 생물학적 질소·인 제거공정의 반응조 모양 및 반송방법 개량과 혐기성암모늄산화공정(anammox)과의 조합을 통한 오·폐수내의 질·소인 제거방법
WO2010074008A1 (ja) 生物学的窒素除去方法、装置、及びそのための担体
JP3925902B2 (ja) 生物学的窒素除去方法及びその装置
KR101761129B1 (ko) 폐수 처리 장치 및 폐수 처리 방법
CN110642474B (zh) 一种厌氧-ao-sacr组合式高氨氮污水深度脱氮系统及工艺
KR100473639B1 (ko) 하수슬러지로부터 생산된 유기산을 이용한 고도하수처리시스템 및 고도하수 처리방법
KR0149978B1 (ko) 반송슬러지 내의 질산화물의 제거에 의한 개량된 하.폐수의 처리방법
CN205442947U (zh) 一种焦化废水处理系统
KR100733823B1 (ko) 바실러스 군집을 이용한 하·폐수 고도처리장치 및 하·폐수 고도처리방법
CN108483821A (zh) 以亚硝化-厌氧氨氧化为核心的城市污水高效脱氮工艺
KR100430382B1 (ko) 고농도 유기물, 질소, 인 함유 축산폐수의 처리 방법 및 그에 사용되는 처리 시스템
KR20110059692A (ko) 혐기성 소화 탈리액의 질소 제거 장치
JP6491056B2 (ja) 窒素除去方法及び窒素除去装置
KR20120135746A (ko) 고농도 질소 제거를 위한 폐수 처리 장치 및 그 장치를 이용한 폐수 처리 방법.
KR101045975B1 (ko) 혐기성 소화 탈리액의 질소 제거 방법
KR101063206B1 (ko) 공정 내 잉여슬러지의 감량화 및 재이용수 생산이 가능한 초고도하수처리장치 및 방법
KR20210040632A (ko) 다양한 고농도 폐액의 아질산화 반응과 미생물 배양강화를 통한 하수처리장 수처리공정에서 혐기성 암모늄 산화 공법 기반의 하수처리 시스템
KR20100046936A (ko) 복합탈질시스템
KR20110045812A (ko) 혐기성 소화 탈리액 질소 제거 장치 및 이를 이용한 혐기성 소화 탈리액의 질소 제거 방법
KR20120129829A (ko) 오폐수의 단축 질소 제거 방법
KR100460851B1 (ko) 내부 반송이 필요 없는 하폐수 고도처리 장치
KR20010076873A (ko) 혐기-호기-무산소 시스템을 이용한 침출수의 고농도유기물 및 질소 제거 방법
KR100438323B1 (ko) 생물학적 고도처리에 의한 하수, 폐수 처리방법
KR100321680B1 (ko) 유로변경에의한폐수의영양염류처리방법
KR100246024B1 (ko) 폐수처리장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E601 Decision to refuse application