KR20140085720A - Treatment system of wastewater containing ammonium nitrogen and nitrite nitrogen - Google Patents

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Abstract

Disclosed is a treatment system for wastewater containing ammonium nitrogen and nitrite nitrogen that is capable of improving biomass stay in a reactor, ensuring continuous nutrient salt injection, addressing the problem of reactivity reduction caused by air contact occurring during cleaning of biomass recovery means, and addressing the problem of reaction efficiency reduction attributable to a reaction tank pause. The present invention, which is a treatment system for wastewater containing ammonium nitrogen and nitrite nitrogen using biomass containing an autotrophic denitrifying microorganism and capable of producing nitrogen gas by reacting the ammonium nitrogen as an electron donor and the nitrite nitrogen as an electron acceptor in an anoxic condition, includes a biological reaction tank where the wastewater containing the ammonium nitrogen and the nitrite nitrogen flows in, a denitrification reaction is performed by an effect of the autotrophic denitrifying microorganism, a stream containing treated water and a part of the biomass flows out through an outflow port, and nitrogen gas produced through the denitrification reaction flows out upward; and a biomass recovery tank where the stream flows in, a membrane module is provided inside so that the treated water passing through the membrane module flows out, and the residual stream containing the biomass is returned to the biological reaction tank.

Description

암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템{TREATMENT SYSTEM OF WASTEWATER CONTAINING AMMONIUM NITROGEN AND NITRITE NITROGEN}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a treatment system for wastewater containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen,

본 발명은 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무산소 조건에서 암모니아성 질소를 전자 공여체로, 아질산성 질소를 전자 수용체로 반응시켜 질소 가스를 생성시킬 수 있는 독립영양성 탈질 미생물을 포함하는 바이오매스를 이용한 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a system for treating wastewater containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen, and more particularly, to a system for treating wastewater containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen by reacting ammonia nitrogen with an electron donor and nitrite nitrogen with an electron acceptor under anaerobic conditions to produce nitrogen gas The present invention relates to a treatment system for wastewater containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen using biomass including autotrophic denitrifying microorganisms.

각종 폐수에 함유된 질소 성분은 호소의 부영양화의 원인이 되고, 하천의 용존산소 저하의 원인이 되는 등으로 질소 성분을 제거할 필요가 있다. 폐수에 함유된 주요 질소 성분은 암모니아성 질소, 아질산성 질소, 질산성 질소, 유기성 질소 등을 들 수 있다.Nitrogen components contained in various wastewaters cause eutrophication of the lake, and it is necessary to remove the nitrogen component because it causes a decrease in dissolved oxygen of the river. Major nitrogen components contained in the wastewater include ammonia nitrogen, nitrite nitrogen, nitrate nitrogen, organic nitrogen and the like.

종래 질소 성분을 함유한 폐수는 질소 농도가 저농도일 경우 이온 교환법에 의한 제거나, 염소, 오존에 의한 산화법이 사용되고 있으나, 고농도일 경우 생물학적 처리가 적용되고 있으며, 예컨대, 소화세균에 의하여 암모니아성 질소를 아질산성 질소나 질산성 질소로 산화시키고, 메탄올 등의 전자 공여체를 첨가하여 탈질 세균에 의해 아질산성 질소나 질산성 질소를 질소 가스로 환원시켜 폐수로부터 질소를 제거하는 방법이 알려져 있다.Conventionally, wastewater containing a nitrogen component has been subjected to ion exchange treatment or oxidation by chlorine or ozone when the concentration of nitrogen is low. However, biological treatment is applied when the concentration is high. For example, ammonia nitrogen A method is known in which nitrite nitrogen or nitrate nitrogen is oxidized, an electron donor such as methanol is added, and nitrite nitrogen or nitrate nitrogen is reduced to nitrogen gas by denitrifying bacteria to remove nitrogen from the wastewater.

이러한 방법은 암모니아성 질소를 질소 가스로 산화시키기 위해 필요한 산화력보다 과잉의 산소를 필요로 하기 때문에 미생물에 공급하기 위한 과량의 산소 요구로 폐수 처리에 요구되는 에너지 측면에서 고비용의 원인이 된다. 또한, 탈질 반응을 위해 전자 공여체로서 메탄올 등의 유기물을 첨가하기 위한 비용이 소요되고, 이러한 유기물을 섭취하고 증식한 탈질 세균이 잉여 오니가 되기 때문에 폐기물 처리 비용 문제도 발생한다. 특히, 질산성 질소는 아질산성 질소에 비해 산화 상태에 있기 때문에 산소 공급 비용이 더욱 늘어나고, 또한 이를 환원시키기 위한 전자 공여체도 보다 많이 필요하며, 발생하는 잉여 오니 역시 증가하게 된다.This method requires excess oxygen to oxidize the ammonia nitrogen to the nitrogen gas, which is a cause of high cost in terms of the energy required for wastewater treatment due to an excessive oxygen demand to supply the microorganisms. In addition, a cost for adding an organic substance such as methanol as an electron donor is required for the denitrification reaction, and since the denitrifying bacteria consumed and proliferated from such organic matter become surplus sludge, there arises a problem of waste disposal cost. In particular, since nitrate nitrogen is in an oxidation state compared to nitrite nitrogen, the oxygen supply cost is further increased, and furthermore, an electron donor is required to reduce it, and excess sludge generated also increases.

이에, 최근 무산소 조건하에서 암모니아성 질소를 전자 공여체로, 아질산성 질소를 전자 수용체로서 두 성분을 반응시키고 질소 가스를 생성시킬 수 있는 독립영양성 탈질 미생물을 이용한 탈질 방법(하기 [반응식 1] 참조)이 개시되고 있다(Microbiology vol.142, p2187-2196, 1996). 이러한 탈질 반응은 혐기성 암모니아 산화(anaerobic ammonium oxidation; ANAMMOX) 반응(이하, 'ANAMMOX 반응'이라 한다.)이라 칭하며, 이용되는 독립영양성 탈질 미생물은 아나목스 세균(이하, 'ANAMMOX 세균'이라 한다.)이라 칭하기도 한다. ANAMMOX 반응을 이용한 탈질 방법에 의하면, 아질산성 질소가 갖는 산화력을 이용하여 암모니아성 질소를 산화시킬 수 있기 때문에, 이론량과 동일한 정도의 산소 소비량으로 질소를 제거할 수 있고, 에너지를 절약할 수 있다. 또한, 메탄올 등의 유기물을 첨가할 필요가 없기 때문에 그에 따른 비용도 절감할 수 있으며, 독립영양성 미생물은 수율이 낮고 오니의 발생량이 종속영양성 미생물에 비하면 현저히 적기 때문에 잉여 오니의 발생을 대폭 억제할 수 있다.Thus, in recent years, a denitration method (see Reaction Scheme 1 below) using an autothermal denitrifying microorganism capable of reacting ammonia nitrogen as an electron donor and nitrite nitrogen as an electron acceptor to generate nitrogen gas under anaerobic conditions (Microbiology vol. 142, p2187-2196, 1996). This denitrification reaction is called anaerobic ammonium oxidation (ANAMMOX) reaction (hereinafter referred to as 'ANAMMOX reaction'), and the autotrophic denitrifying microorganism used is called ANAMMOX bacteria (hereinafter referred to as 'ANAMMOX bacteria'). . According to the denitrification method using the ANAMMOX reaction, the ammonia nitrogen can be oxidized using the oxidizing power of the nitrite nitrogen, so that the nitrogen can be removed with an oxygen consumption amount equivalent to the theoretical amount, and energy can be saved . In addition, since it is not necessary to add an organic matter such as methanol, the cost can be reduced, and the yield of the autotrophic microorganism is low and the amount of sludge generated is significantly smaller than that of the heterotrophic microorganism, have.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

ANAMMOX 세균을 이용한 생물반응조의 형태로 모래, 합성수지, 겔 등 미생물 부착에 적당한 담체를 충전한 컬럼에 상향류로 폐수를 통과시키고, 담체 표면에서 질소 화합물과 미생물을 접촉시켜 탈질 반응을 수행하는 방식이 적용될 수 있다. 그러나, ANAMMOX 세균의 증식 속도는 최대 약 0.065/일 정도로 매우 느려 다량의 균체를 확보하는 것이 상당히 곤란한 것으로 알려져 있다. 한편, 자연계에 존재하는 ANAMMOX 세균의 양은 상당히 적기 때문에 ANAMMOX 세균을 이용한 탈질 장치를 기동하기 위해서는 우선 균체를 충분히 증식시킬 필요가 있고, 이를 위해서는 ANAMMOX 세균을 이상적인 환경에서 최대 증식 속도에서 증식시키고, 더불어 증식된 ANAMMOX 세균을 효율적으로 계내에 유지시키도록 하는 것이 필요하다.ANAMMOX A method of passing a wastewater through an upflow column to a column packed with a carrier suitable for attachment of microorganisms such as sand, synthetic resin and gel in the form of a bioreactor and contacting the nitrogen compound with a microorganism on the carrier surface to carry out a denitrification reaction Can be applied. However, the proliferation rate of ANAMMOX bacteria is very slow to a maximum of about 0.065 / day, and it is known that it is considerably difficult to obtain a large amount of cells. On the other hand, since the amount of ANAMMOX bacteria present in the natural world is considerably small, it is necessary to sufficiently propagate the cells in order to start the denitrification apparatus using ANAMMOX bacteria. For this purpose, the ANAMMOX bacteria should be proliferated at the maximum growth rate in an ideal environment, It is necessary to keep the ANAMMOX bacteria efficiently in the system.

이와 같이, ANAMMOX 세균을 최대 속도로 증식시키기 위해서는 암모니아성 질소, 질산성 질소, 무기 탄소원 등 균체의 기질이 되는 물질을 충분히 공급할 필요가 있으나, 담체에 부착시켜 증식시킬 경우 부착된 생물막의 내측까지 기질을 침투시키는 것이 어렵고, 따라서 최대 증식 속도보다도 늦은 속도로 증식되며 그 효율도 낮아지게 된다. 또한, 생물막의 내측까지 기질을 침투시키기 위해서는 액중 기질 농도를 높게 유지시키는 것이 필요하나, 특히 아질산성 질소가 상대적으로 고농도로 존재하게 되면 ANAMMOX 세균이 저해를 받아 증식되지 않거나 사멸하는 등의 문제가 발생하기도 한다. 또한, 실제 탈질 장치로서 가동시킬 경우 담체 표면에서 ANAMMOX 세균이 충분히 증식되기까지 최대 부하가 걸리지 않도록 하기 위해 기동이 늦어질 수 밖에 없다. 이러한 문제를 해결하기 위해 미리 ANAMMOX 세균이 충분히 부착된 담체를 탈질조에 투입하는 것도 가능하나, 이를 위해서는 가동시킨 탈질 장치와 동등 크기의 반응조에서 미리 ANAMMOX 세균을 배양해 둘 필요가 있고, 배양 장치 설치 비용이 들고, 설치 공간도 요구되며, 배양한 ANAMMOX 세균의 운반 비용도 늘어나게 된다. 또한, 담체 표면에서 ANAMMOX 세균을 증식시킬 때의 문제점으로, 담체 표면의 ANAMMOX 세균 일부는 항상 액중에 박리되어 처리수로 유출될 수 있다. 즉, 최종적으로 담체 표면은 ANAMMOX 세균으로 포화되고, 증식되는 ANAMMOX 균체와 박리되는 ANAMMOX 세균의 양이 균형을 이루기 위해 ANAMMOX 세균 부착량이 증가할수록 박리량도 증가하게 되어, ANAMMOX 세균의 증식 및 그에 수반하는 탈질 능력의 증가율은 외관상 최대 증식 속도보다도 낮아지게 된다.As described above, in order to proliferate ANAMMOX bacteria at the maximum rate, it is necessary to sufficiently supply a substance which becomes a substrate of cells such as ammonia nitrogen, nitrate nitrogen, inorganic carbon source, etc. However, And therefore, it is proliferated at a rate slower than the maximum growth rate, and its efficiency is also lowered. In order to permeate the substrate to the inner side of the biofilm, it is necessary to maintain the concentration of the substrate in the medium. However, when the nitrite nitrogen is present at a relatively high concentration, the ANAMMOX bacteria are inhibited, It is also said. In addition, when it is operated as an actual denitration apparatus, maneuver will be delayed in order to prevent the maximum load from being applied until the ANAMMOX bacteria grow sufficiently on the surface of the carrier. In order to solve this problem, it is also possible to put a carrier having a sufficient amount of ANAMMOX bacteria into the denitrification tank in advance. However, it is necessary to cultivate ANAMMOX bacteria in advance in a reaction vessel of the same size as the operated denitrification apparatus, And installation space is required, and the transportation cost of the cultured ANAMMOX bacteria is also increased. Furthermore, as a problem in propagating ANAMMOX bacteria on the surface of the carrier, some of the ANAMMOX bacteria on the surface of the carrier may always be stripped from the solution and may leak out into the treated water. That is, finally, the carrier surface is saturated with ANAMMOX bacteria. In order to balance the amount of ANAMMOX bacteria to be proliferated and the amount of ANAMMOX bacteria to be proliferated, the amount of the ANAMMOX bacteria is increased as the deposition amount of ANAMMOX bacteria increases, The increase rate of the denitrification ability becomes lower than the apparent maximum growth rate.

이러한 담체를 사용한 ANAMMOX 세균 증식 시 발생하는 문제에 대해 ANAMMOX 세균을 현탁 상태로 증식시키되, 도 1에 도시된 바와 같이, 탈질조(10) 내부에 분리막(11)을 설치하는 막분리법을 이용하는 방안이 제시되고 있다(Tao Wang 외, Bioresource Technology 122, 78-82, 2012). 이 방법에서는 하단에 교반기(12)가 설치되고 적당한 공극 크기를 갖는 중공사막을 구비한 막분리 수단(11)을 이용할 경우, 이러한 막분리 수단을 채용하지 않을 경우에 비해 바이오매스의 보유력을 효과적으로 증진시켜 ANAMMOX 세균 증식 속도를 2배 가까이 향상시킬 수 있음을 보여주었다. 이와 같은 막분리법은 막 면에서 발생하는 파울링(fouling) 현상을 방지하고자 하부에 구비된 교반기를 회전시키는 등으로 막 면에 농축되는 현탁 물질을 확산시키면서 연속적 여과를 수행하고 있으나, 막 여과 구동력이 되는 막간 차압을 무한정 유지시키기에는 한계가 있기 때문에 정기적으로 막 면에 부착된 오니를 박리하는 세정 작업이 필요하게 된다. As shown in FIG. 1, a method of using the membrane separation method in which the membrane 11 is installed in the denitrification tank 10 is proposed in order to proliferate the ANAMMOX bacteria in a suspension state to the problems that occur when the ANAMMOX bacteria are grown using such carriers (Tao Wang et al., Bioresource Technology 122, 78-82, 2012). In this method, when the membrane separation means 11 having the hollow fiber membrane having the agitator 12 at the lower end and having a proper pore size is used, the holding power of the biomass is effectively enhanced To increase the rate of ANAMMOX bacterial growth by nearly two-fold. In such a membrane separation method, continuous filtration is performed while diffusing a suspended substance concentrated on the membrane surface by rotating an agitator provided at the bottom in order to prevent a fouling phenomenon occurring on the membrane surface, It is necessary to perform a cleaning operation in which the sludge attached to the film surface is peeled off periodically.

이러한 세정 작업 시 막분리 수단을 탈질조 외부로 꺼내어 작업할 경우 외부 공기에 누출되어 이후의 탈질조 가동 시 ANAMMOX 반응 효율은 급격히 저하될 수 밖에 없다. 또한, 정기적으로 세척수나 공기를 역류시켜 막 면에 부착된 오니를 박리하는 역세척 조작이 고려되나, 이 경우에도 외부 공기와의 접촉을 완전히 피할 수는 없어 ANAMMOX 반응 효율이 저하되고, 역세척 조작 시 가동을 중지시켜야 하는 등 관리적 측면에서도 불리한 문제가 있다. 또한, 막 소재로 고분자 소재의 유기막 채용만을 고려하고 있어, 세정 효율이 낮아 반응조의 휴지 기간이 증가함은 물론, 세정 비용, 막 내구성 저하 등의 문제도 제기되고 있다.In such a cleaning operation, when the membrane separating means is taken out to the outside of the denitrifying tank, it leaks into the outside air, and the efficiency of the ANAMMOX reaction at the subsequent operation of the denitrifying vessel can not be lowered sharply. In addition, although backwashing operation in which sludge attached to the membrane surface is peeled off is taken into consideration, the contact with the outside air can not be completely avoided, so that the efficiency of the ANAMMOX reaction is lowered, There is also a disadvantage in terms of management such as stopping the operation of the city. In addition, only the use of an organic film made of a polymer material as a film material is considered, and the cleaning efficiency is low, so that the stop period of the reaction tank is increased, and problems such as cleaning cost and film durability are also raised.

따라서, 본 발명은 상기 문제를 해결하고자 안출된 것으로, 무산소 조건에서 암모니아성 질소를 전자 공여체로, 아질산성 질소를 전자 수용체로 반응시켜 질소 가스를 생성시킬 수 있는 독립영양성 탈질 미생물을 포함하는 바이오매스를 이용한 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템에 있어, 반응기내 바이오매스 체류율 향상과 영양염류의 연속 주입을 도모함과 함께 바이오매스 회수 수단의 세정 작업 시 발생하는 공기 접촉에 따른 반응성 저하 문제 및 반응조 휴지에 따른 반응 효율 저하 문제를 원천적으로 해결할 수 있는 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템을 제공하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a biomass including an autothermal denitrifying microorganism capable of producing nitrogen gas by reacting ammonia nitrogen with an electron donor and nitrite nitrogen with an electron acceptor under anaerobic conditions. In the treatment system for wastewater containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen by using the method of the present invention, improvement of the biomass retention rate in the reactor and continuous infusion of nutrients are carried out, And to provide a treatment system for wastewater containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen which can solve the problem of lowering the reactivity and lowering the reaction efficiency due to the stoppage of the reaction tank.

또한, 바이오매스 회수 수단으로 종래 유기막 채용에 따른 세정 효율 저하, 내구성 저하 등의 문제를 해결할 수 있는 소재가 적용된 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템을 제공하고자 한다.It is also intended to provide a treatment system for wastewater containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen to which a material capable of solving the problems of deterioration of cleaning efficiency and durability deterioration due to the adoption of organic membranes as a conventional biomass recovery means.

또한, 반응조내의 독립영양성 탈질 미생물의 응집 방지 및 바이오매스 회수 수단의 세정에 있어 별도의 설비를 추가하지 않고 효율적으로 운용될 수 있도록 하는 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템을 제공하고자 한다.The present invention also provides a treatment system for wastewater containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen, which can be efficiently operated without adding any additional facilities in order to prevent aggregation of autotrophic denitrifying microorganisms in the reaction tank and to clean biomass recovery means I want to.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 무산소 조건에서 암모니아성 질소를 전자 공여체로, 아질산성 질소를 전자 수용체로 반응시켜 질소 가스를 생성시킬 수 있는 독립영양성 탈질 미생물을 포함하는 바이오매스를 이용한 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템에 있어서, 상기 암모니아성 질소 및 상기 아질산성 질소를 함유한 폐수가 유입되어 상기 독립영양성 탈질 미생물의 작용에 의해 탈질 반응이 수행되고, 유출구를 통해 처리수 및 상기 바이오매스 일부를 포함하는 스트림이 유출되고, 상기 탈질 반응으로 발생되는 질소 가스가 상부로 유출되는 생물반응조; 및 상기 스트림이 유입되고, 내부에 멤브레인 모듈이 구비되어 상기 멤브레인 모듈을 통과한 처리수를 유출시키고, 상기 바이오매스를 포함하는 잔류 스트림은 상기 생물반응조로 반송시키는 바이오매스 회수조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템을 제공한다.In order to solve the above-described problems, the present invention provides an ammonia-containing microorganism which comprises an autothermal denitrifying microorganism capable of producing nitrogen gas by reacting ammonia nitrogen with an electron donor and nitrite nitrogen with an electron acceptor under anaerobic conditions, 1. A treatment system for wastewater containing nitrogen and nitrite nitrogen, characterized in that the ammonia nitrogen and the wastewater containing nitrite nitrogen are introduced, denitrification is carried out by the action of the autotrophic denitrifying microorganism, A bioreactor in which a stream containing water and a portion of the biomass flows out and nitrogen gas generated by the denitrification reaction flows out upward; And a biomass recovery tank into which the stream is introduced and a membrane module is provided to discharge the treated water having passed through the membrane module and to return the residual stream containing the biomass to the bioreactor The present invention provides a system for treating wastewater containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen.

또한, 상기 독립영양성 탈질 미생물은 혐기성 암모니아 산화(anaerobic ammonium oxidation; ANAMMOX) 세균인 것을 특징으로 하는 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템을 제공한다.Also, the present invention provides a system for treating wastewater containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen, wherein the autotrophic denitrifying microorganism is anaerobic ammonium oxidation (ANAMMOX) bacteria.

또한, 상기 멤브레인 모듈은 정밀여과막(microfiltration membrane)으로 구성된 것을 특징으로 하는 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템을 제공한다.The present invention also provides a system for treating wastewater containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen, wherein the membrane module is composed of a microfiltration membrane.

또한, 상기 정밀여과막은 세라믹 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템을 제공한다.The present invention also provides a system for treating wastewater containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen, wherein the microfiltration membrane is made of a ceramic material.

또한, 상기 시스템은, 상기 생물반응조의 상부로 유출되는 질소 가스를 포집하고 일부를 상기 생물반응조로 주입시키는 질소 가스 포집부;를 더 포함하고, 상기 생물반응조는 하부에 상기 주입된 질소 가스를 상승시키는 산기 장치가 구비된 것을 특징으로 하는 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템을 제공한다.The system may further include a nitrogen gas collecting part for collecting nitrogen gas flowing out to the upper part of the bioreactor and injecting a part of the nitrogen gas into the bioreactor, Wherein ammonia nitrogen and nitrite nitrogen are introduced into the waste water treatment system.

또한, 상기 질소 가스 포집부로부터 일부 질소 가스는 상기 멤브레인 모듈에 주입되는 것을 특징으로 하는 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템을 제공한다.The present invention also provides a system for treating wastewater containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen, wherein a portion of the nitrogen gas is injected into the membrane module from the nitrogen gas collector.

또한, 상기 멤브레인 모듈은 병렬로 설치되어, 상기 질소 가스 포집부로부터 주입되는 일부 질소 가스는 상기 멤브레인 모듈 중 어느 한 모듈에만 선택적으로 주입되는 것을 특징으로 하는 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템을 제공한다.The membrane modules are installed in parallel, and some of the nitrogen gas injected from the nitrogen gas collecting unit is selectively injected into only one module of the membrane module. The ammonia nitrogen and nitrite nitrogen- A processing system of the present invention.

본 발명에 따르면, 영양염류가 연속 주입되는 생물반응조에서 독립영양성 탈질 미생물을 현탁 상태로 증식시켜 반응이 수행되도록 하고, 생물반응조 외부에 바이오매스 회수조를 별도 설치 및 유출된 처리수 이외의 바이오매스가 생물반응조로 반송되도록 함으로써, 종래 막분리법에서 반응조내에 분리막을 설치함에 따라 세정 작업 시 발생되는 반응 효율 저하 문제를 원천적으로 방지할 수 있는 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템을 제공할 수 있다.According to the present invention, the autotrophic denitrifying microorganism is suspended in a bioreactor in which nutrients are continuously injected, so that the reaction can be performed. In addition, biomass recovery vessels are installed outside the bioreactor and biomass The waste water containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen which can prevent the problem of deterioration of reaction efficiency generated in the washing operation by installing the separation membrane in the conventional membrane separation method .

또한, 바이오매스 회수 수단으로 세라믹 소재의 정밀여과막을 채택하여 종래 유기막 채용에 따른 세정 효율 저하, 내구성 저하 등의 문제를 획기적으로 해소할 수 있는 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템을 제공할 수 있다.In addition, by adopting a ceramic filtration membrane as a biomass recovery means, it is possible to solve the problems of deterioration of cleaning efficiency and durability due to the adoption of conventional organic membranes, such as treatment of wastewater containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen System can be provided.

또한, 생물반응조 상부로 유출되는 질소 가스를 재순환시켜 생물반응조내에서 산기 장치를 통해 가스 리프팅시킴으로써 독립영양성 탈질 미생물의 응집 등을 방지하고, 바이오매스 회수조의 세정 작업 시 활용하여 별도의 부가적인 설비 구축 없이도 경제적으로 반응 생성물을 재이용하면서도 반응 효율을 향상시킬 수 있는 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템을 제공할 수 있다.In addition, the nitrogen gas flowing out to the upper part of the bioreactor is recirculated and the gas is lifted through the air diffuser in the bioreactor to prevent flocculation of the autotrophic denitrifying microorganisms, It is possible to provide a treatment system for wastewater containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen which can economically improve reaction efficiency while economically reusing reaction products.

또한, 바이오매스 회수조내에 멤브레인 모듈을 병렬로 설치하여 재순환되는 질소 가스를 이용한 세정 모드가 어느 한 멤브레인 모듈에만 적용되도록 함으로써, 적어도 하나의 멤브레인 모듈이 항시 작동하도록 하여 세정 작업에 따른 반응조의 휴지 시간이 고려될 필요가 없는 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템을 제공할 수 있다.In addition, since the cleaning mode using the recycled nitrogen gas is applied to only one membrane module by installing the membrane modules in parallel in the biomass recovery tank, the at least one membrane module always operates, It is possible to provide a treatment system for wastewater containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen which need not be considered.

도 1은 종래 막분리법을 이용한 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템을 설명하는 모식도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템을 설명하는 모식도,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템을 설명하는 모식도,
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템을 설명하는 모식도,
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템을 설명하는 모식도.
1 is a schematic view for explaining a treatment system of wastewater containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen using conventional membrane separation method,
2 is a schematic view for explaining a treatment system of wastewater containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen according to the first embodiment of the present invention,
3 is a schematic view for explaining a treatment system of wastewater containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen according to the second embodiment of the present invention,
4 is a schematic diagram illustrating a treatment system for wastewater containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen according to the third embodiment of the present invention,
5 is a schematic diagram illustrating a system for treating wastewater containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen according to a fourth embodiment of the present invention.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였고, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다. 또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and like parts are denoted by similar reference numerals throughout the specification. Also, throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements, not excluding other elements, unless specifically stated otherwise.

제1실시예First Embodiment

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템을 설명하는 모식도이다.2 is a schematic diagram illustrating a treatment system for wastewater containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen according to the first embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템(100)은 무산소 조건에서 암모니아성 질소를 전자 공여체로, 아질산성 질소를 전자 수용체로 반응시켜 질소 가스를 생성시킬 수 있는 독립영양성 탈질 미생물을 포함하는 바이오매스를 이용한 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템에 있어서, 상기 암모니아성 질소 및 상기 아질산성 질소를 함유한 폐수(W)가 유입되어 상기 독립영양성 탈질 미생물의 작용에 의해 탈질 반응이 수행되고, 유출구(111)를 통해 처리수 및 상기 바이오매스 일부를 포함하는 스트림(S1)이 유출되고, 상기 탈질 반응으로 발생되는 질소 가스가 상부로 유출되는 생물반응조(110); 및 상기 스트림(S1)이 유입되고, 내부에 멤브레인 모듈(121)이 구비되어 상기 멤브레인 모듈(121)을 통과한 처리수(S2)를 유출시키고, 상기 바이오매스를 포함하는 잔류 스트림(S3)은 상기 생물반응조(110)로 반송시키는 바이오매스 회수조(120);를 포함한다.Referring to FIG. 2, the system 100 for treating wastewater containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen according to the first embodiment of the present invention can treat ammonia nitrogen as an electron donor under anaerobic conditions, nitrite nitrogen as an electron acceptor And a nitrogen-containing denitrifying microorganism capable of reacting with ammonia nitrogen and nitrite nitrogen to produce ammonia nitrogen and nitrite nitrogen, wherein the ammonia nitrogen and nitrite nitrogen-containing waste water containing the ammonia nitrogen and the nitrite nitrogen The wastewater W is introduced and the denitrification reaction is performed by the action of the autotrophic denitrifying microorganism, and the treated water and the stream S1 containing the biomass fraction are discharged through the outlet 111, A biological reaction tank 110 in which the generated nitrogen gas flows upward; And a membrane module 121 is installed in the interior of the membrane module 121 to discharge the treated water S2 having passed through the membrane module 121. The residual stream S3 containing the biomass And a biomass recovery vessel (120) for returning the biomass to the bioreactor (110).

본 발명에 따른 폐수의 처리 시스템(100)에서 원수는 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수(W)로서 피처리수로 하고, 펌프(P1)에 의해 원수 배관을 통해 연속적으로 생물반응조(110)로 유입된다. In the wastewater treatment system 100 according to the present invention, the raw water is wastewater W containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen and is treated as the for-treatment water and is continuously supplied to the bioreactor 110).

원수(W)는 암모니아성 질소 및 아질산성 질소 이외의 유기물이나 유기성 질소를 포함할 수 있으나, 이들은 탈질 처리전에 미리 암모니아성 질소가 되는 정도까지 분해해 두는 것이 바람직하고, 또한, 용존산소 농도가 높을 경우에는 필요에 따라 용존산소를 제거해 두는 것이 바람직하다. The raw water W may contain organic substances other than ammonia nitrogen and nitrite nitrogen, or organic nitrogen, but they are preferably decomposed to such an extent as to become ammonia nitrogen in advance before the denitrification treatment. In addition, It is preferable to remove dissolved oxygen as necessary.

독립영양성 탈질 미생물로서 ANAMMOX 세균을 이용하여 탈질 처리를 수행하는 경우, 원수(W)의 암모니아성 질소에 대한 아질산성 질소의 비율(암모니아성 질소 : 아질산성 질소, 몰비)은 0.5~2, 바람직하게는 1~1.5, 더욱 바람직하게는 1~1.3일 수 있다. 따라서, 암모니아성 질소를 포함하는 원수를 처리할 경우, 원수의 일부에 대해 아질산형 질화를 수행하여 암모니아성 질소를 포함하는 원수와 아질산성 질소를 포함하는 질화액을 혼합하여 원수로 하거나, 또는 원수 중의 암모니아성 질소의 일부에 대해 아질산화를 실시한 액을 원수로 하는 것이 바람직하다. When denitrification is carried out using ANAMMOX bacteria as the autotrophic denitrifying microorganism, the ratio of the nitrite nitrogen (ammonia nitrogen: nitrite nitrogen, molar ratio) to the ammonia nitrogen of the raw water W is 0.5 to 2, May be 1 to 1.5, more preferably 1 to 1.3. Therefore, when raw water containing ammonia nitrogen is treated, nitrite type nitrification is performed on a part of the raw water to mix raw water containing ammonia nitrogen and nitrite containing nitrite nitrogen to make raw water, It is preferable to use a solution obtained by nitrification of a part of the ammonia nitrogen in the raw water.

일반적으로는 하수, 분뇨, 오니 소화 탈리액, 공장폐수, 매립 침출수 등의 암모니아성 질소, 유기성 질소, 유기물 등을 포함하는 배수가 처리 대상이 될 경우가 많지만, 이 경우에는 호기성 또는 혐기성 처리를 통해 유기물을 분해하고, 유기성 질소를 암모니아성 질소로 분해하거나, 일부 아질산화를 실시한 액을 원수로 할 수 있다.Generally, wastewater containing ammonia nitrogen, organic nitrogen, organic matter, etc., such as sewage, manure, onion digestion liquor, factory wastewater, and landfill leachate is often treated, but in this case, Decomposing the organic nitrogen into ammonia nitrogen, or subjecting the organic nitrogen to partial nitrification may be used as the raw water.

생물반응조(110)에서는 원수(W)가 유입되어 생물반응조(110)내 바이오매스에 포함된 독립영양성 탈질 미생물에 의해 원수(W) 중에 함유된 암모니아성 질소와 아질산성 질소가 동시에 탈질된다. 상기 독립영양성 탈질 미생물은 이산화탄소, 탄산염 등의 무기 탄소원을 이용하는 ANAMMOX 세균일 수 있고, 상기 반응식 1에 따른 반응을 수행할 수 있는 세균이라면 특별히 제한되는 것은 아니나, 예컨대, 플랑크토마이세테스(Planctomycetes)를 포함할 수 있다.In the bioreactor 110, the raw water W is introduced and the ammonia nitrogen and the nitrite nitrogen contained in the raw water W are simultaneously denitrified by the autotrophic denitrifying microorganisms contained in the biomass in the bioreactor 110. The autotrophic denitrifying microorganism may be an ANAMMOX bacterium using an inorganic carbon source such as carbon dioxide, carbonate or the like, and is not particularly limited as long as the bacterium is capable of performing the reaction according to the reaction formula 1, for example, Planctomycetes, . ≪ / RTI >

생물반응조(110)는 외부 공기가 혼입되지 않도록 밀폐 구조로 되어 있고, 탈질 반응으로부터 발생되는 질소 가스는 외부로부터 공기가 역류되는 것을 방지하기 위해 체크밸브(112)를 통해 외부로 배출된다.The bioreactor 110 is hermetically sealed to prevent external air from being mixed therein. The nitrogen gas generated from the denitrification reaction is discharged to the outside through the check valve 112 to prevent air from flowing back from the outside.

본 발명에서 생물반응조(110)내의 독립영양성 탈질 미생물의 응집 방지를 위한 수단이 강구될 수 있다. 즉, 탈질 미생물이 생물반응조(110)내에서 응집되어 침지됨으로써 기질과의 접촉 면적 감소로 반응성이 저하되는 현상을 방지하기 위해 반응조 하부에 교반기(113)나 수중 펌프 또는 가스 리프팅 장치를 설치하여 탈질 미생물의 응집을 막고 반응조(110) 중간을 중심으로 산포되도록 할 수 있다. 바람직하게는 반응조(110) 상부로부터 배출되는 질소 가스를 재순환시켜 응집 방지에 활용할 수 있으며, 후술하는 제2실시예를 통해 상세히 설명하기로 한다.Means for preventing the aggregation of the autotrophic denitrifying microorganisms in the bioreactor 110 in the present invention can be considered. That is, in order to prevent the denitrifying microorganisms from being agglomerated and immersed in the bioreactor 110 to reduce the reactivity due to the reduction of the contact area with the substrate, an agitator 113 or an underwater pump or a gas lifting device is installed under the reaction tank, It is possible to prevent microbial agglomeration and to disperse around the middle of the reaction tank 110. Preferably, the nitrogen gas discharged from the upper part of the reaction tank 110 is recycled and used for prevention of flocculation, which will be described in detail in the following second embodiment.

생물반응조(110)에서 처리된 원수(W)는 유출구(111)를 통해 바이오매스 일부를 포함하는 스트림(S1)으로 바이오매스 회수조(120)에 유입되어, 바이오매스 회수조(120)내에 구비된 멤브레인 모듈(121)을 통과한 처리수(S2)는 펌프(P2)를 통해 유출되고, 바이오매스를 포함하는 잔류 스트림(S3)은 반송 펌프(P3)를 통해 생물반응조(110)로 반송된다.The raw water W processed in the bioreactor 110 flows into the biomass recovery tank 120 through the outlet 111 into the stream S1 containing a part of the biomass and is stored in the biomass recovery tank 120 The treated water S2 having passed through the membrane module 121 is discharged through the pump P2 and the residual stream S3 containing the biomass is returned to the bioreactor 110 through the return pump P3 .

본 발명에서 멤브레인 모듈(121)은 유출수(S2)를 통한 ANAMMOX 세균의 유출을 유의적으로 방지하기 위해 정밀여과막(microfiltration membrane)이 사용되는 것이 바람직하다. 이때, 멤브레인 모듈(121)의 재질로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 고분자 유기 소재나 세라믹, 금속 등 무기 소재 등 특별히 한정되는 것은 아니나, 비가역적 생물오염으로 인한 막 오염 방지 및 유지관리 비용 절감을 위해 세라믹 소재로 이루어진 멤브레인 모듈(121)을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 멤브레인 모듈(121) 형태은 중공사막, 튜블러 막, 평막 등 다양한 형태의 것이 채용될 수 있으며, 바람직하게는 중공사막 형태로 설치될 수 있다. 또한, 멤브레인 모듈(121)에 의한 분리 방식은 데드 엔드(dead end) 여과 방식, 크로스 플로우(cross flow) 여과 방식, 침지막 방식, 다이내믹(dynamic) 여과 방식 등 다양한 방식이 적용될 수 있으나, 생물반응조(110) 상부에서 발생할 수 있는 스컴(scum)의 파쇄가 요구되므로, 이를 고려할 때 크로스 플로우 방식이 적용되는 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that a microfiltration membrane is used in the membrane module 121 in order to significantly prevent the outflow of ANAMMOX bacteria through the effluent S2. The material of the membrane module 121 may be a polymer organic material such as polyethylene or polypropylene, or an inorganic material such as ceramics or metal. However, in order to prevent membrane contamination due to irreversible bio-contamination and to reduce the maintenance cost, It is preferable to use a membrane module 121 made of a ceramic material. The membrane module 121 may have various shapes such as a hollow fiber membrane, a tubular membrane, and a flat membrane, and may be installed in the form of a hollow fiber membrane. Various methods such as a dead end filtration method, a cross flow filtration method, an immersion membrane method, and a dynamic filtration method can be applied to the separation method by the membrane module 121, It is desirable to use a cross flow method in consideration of this.

한편, 본 발명의 제1실시예에 따른 시스템(100)에서는 멤브레인 모듈(121) 세정 시 스트림 밸브(122) 및 바이오매스 반송 밸브(123)를 차단한 상태에서 실시하게 되므로, 생물반응조(110)내의 ANAMMOX 세균을 외부와의 접촉으로부터 차단시킬 수 있다. 이 경우 멤브레인 모듈(121) 세정에는 공지의 방법이 적용될 수 있다. 예컨대, 수산화나트륨 용액 등의 알칼리액, 차아염소산 탄산나트륨이나 과산화수소 등의 산화제, 염산, 황산, 구연산, 수산 등의 산, 각종 계면활성제 등 통상 막 세척에 사용되는 각종 약품을 이용하여 세정할 수 있다.
In the system 100 according to the first embodiment of the present invention, since the stream valve 122 and the biomass transport valve 123 are shut off during the cleaning of the membrane module 121, 0.0 > ANAMMOX < / RTI > bacteria in contact with the outside. In this case, a well-known method can be applied to the cleaning of the membrane module 121. For example, an alkali solution such as sodium hydroxide solution, an oxidizing agent such as sodium hypochlorite or hydrogen peroxide, an acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid, citric acid, and a variety of surfactants may be used.

제2실시예Second Embodiment

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템을 설명하는 모식도이다.3 is a schematic diagram illustrating a treatment system for wastewater containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen according to a second embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템(200)은 무산소 조건에서 암모니아성 질소를 전자 공여체로, 아질산성 질소를 전자 수용체로 반응시켜 질소 가스를 생성시킬 수 있는 독립영양성 탈질 미생물을 포함하는 바이오매스를 이용한 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템에 있어서, 상기 암모니아성 질소 및 상기 아질산성 질소를 함유한 폐수(W)가 유입되어 상기 독립영양성 탈질 미생물의 작용에 의해 탈질 반응이 수행되고, 유출구(211)를 통해 처리수 및 상기 바이오매스 일부를 포함하는 스트림(S1)이 유출되고, 상기 탈질 반응으로 발생되는 질소 가스가 상부로 유출되는 생물반응조(210); 상기 스트림(S1)이 유입되고, 내부에 멤브레인 모듈(221)이 구비되어 상기 멤브레인 모듈(221)을 통과한 처리수(S2)를 유출시키고, 상기 바이오매스를 포함하는 잔류 스트림(S3)은 상기 생물반응조(210)로 반송시키는 바이오매스 회수조(220); 및 상기 생물반응조(210)의 상부로 유출되는 질소 가스를 포집하고 일부를 상기 생물반응조(210)로 주입시키는 질소 가스 포집부(230);를 더 포함하고, 상기 생물반응조(210)는 하부에 상기 주입된 질소 가스를 상승시키는 산기 장치(240)가 구비되어 있다. 이하, 제1실시예와 상이한 구성을 중심으로 설명한다.Referring to FIG. 3, a treatment system 200 for treating wastewater containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen according to a second embodiment of the present invention can treat ammonia nitrogen as an electron donor under anaerobic conditions, nitrite nitrogen as an electron acceptor And a nitrogen-containing denitrifying microorganism capable of reacting with ammonia nitrogen and nitrite nitrogen to produce ammonia nitrogen and nitrite nitrogen, wherein the ammonia nitrogen and nitrite nitrogen-containing waste water containing the ammonia nitrogen and the nitrite nitrogen The wastewater W is introduced and the denitrification reaction is carried out by the action of the autotrophic denitrifying microorganism and the treated water and the stream S1 containing the biomass fraction are discharged through the outlet 211, A bioreactor 210 in which the generated nitrogen gas flows upward; The stream S1 flows in and a membrane module 221 is installed therein to drain the treated water S2 that has passed through the membrane module 221. The residual stream S3 containing the biomass A biomass recovery tank 220 for returning the biomass to the bioreactor 210; And a nitrogen gas collecting unit 230 collecting the nitrogen gas flowing out to the upper part of the bioreactor 210 and injecting a part of the nitrogen gas into the bioreactor 210, And an acid generator 240 for raising the injected nitrogen gas. Hereinafter, a configuration different from the first embodiment will be mainly described.

본 발명의 제2실시예에 따른 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템(200)은 제1실시예와 달리 생물반응조(210)로부터 발생하는 질소 가스를 계외로 그대로 배출시키지 않고, 이를 생물반응조(210)로 재순환시켜 생물반응조(210)내 탈질 미생물의 응집 방지를 위한 수단으로 재이용한다. The system 200 for treating wastewater containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen according to the second embodiment of the present invention does not discharge the nitrogen gas generated from the bioreactor 210 to the outside of the system unlike the first embodiment And recycles it as a means for preventing the denitrifying microorganisms from aggregating in the bioreactor 210 by recirculating it to the bioreactor 210.

생물반응조(210)에서 발생된 질소 가스는 배기구(213)를 통해 질소 가스 포집부(230)에서 압축되어 생물반응조(210) 하부에 설치된 산기 장치(240)로 이송되고, 산기 장치(240)를 통해 생물반응조(210) 상부로 리프팅되어 생물반응조(210)내 탈질 미생물을 포함한 바이오매스의 분산을 유도하고 생물반응조(210) 중간부를 중심으로 탈질 미생물이 기질과의 접촉 면적이 극대화되도록 하여 처리 효율을 향상시키게 되며, 기계적 교반 등 별도의 추가적 설비가 필요 없어 동력비를 절감시킬 수 있다. 이때, 생물반응조(210)내 질소 가스 분압이 과도할 경우 산기 장치(240)의 부하로 가스 리프팅 효과를 발휘할 수 없으므로, 생물반응조(210) 상부에 체크밸브(212)를 설치하여 정해진 질소 가스 분압을 초과하면 체크밸브(212)를 통해 정해진 분압 이하가 되도록 하여 일부 질소 가스를 계외로 배출시키도록 할 수 있다.
The nitrogen gas generated in the bioreactor 210 is compressed by the nitrogen gas trapping unit 230 through the exhaust port 213 and transferred to the oxidizer unit 240 installed in the lower part of the biological reactor 210, The biomass including the denitrifying microorganisms in the bioreactor 210 is induced and the contact area of the denitrifying microorganisms with the substrate is maximized around the middle part of the bioreactor 210, And the power ratio can be reduced because no additional equipment such as mechanical stirring is required. In this case, when the partial pressure of the nitrogen gas in the bioreactor 210 is excessive, a gas lifting effect can not be exerted on the load of the anaerosis device 240. Therefore, a check valve 212 is provided on the bioreactor 210, The nitrogen gas may be exhausted to the outside of the system so that the partial pressure is lower than the predetermined partial pressure through the check valve 212.

제3실시예Third Embodiment

도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템을 설명하는 모식도이다.4 is a schematic diagram illustrating a treatment system for wastewater containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen according to a third embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템(300)은 무산소 조건에서 암모니아성 질소를 전자 공여체로, 아질산성 질소를 전자 수용체로 반응시켜 질소 가스를 생성시킬 수 있는 독립영양성 탈질 미생물을 포함하는 바이오매스를 이용한 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템에 있어서, 상기 암모니아성 질소 및 상기 아질산성 질소를 함유한 폐수(W)가 유입되어 상기 독립영양성 탈질 미생물의 작용에 의해 탈질 반응이 수행되고, 유출구(311)를 통해 처리수 및 상기 바이오매스 일부를 포함하는 스트림(S1)이 유출되고, 상기 탈질 반응으로 발생되는 질소 가스가 상부로 유출되는 생물반응조(310); 상기 스트림(S1)이 유입되고, 내부에 멤브레인 모듈(321)이 구비되어 상기 멤브레인 모듈(321)을 통과한 처리수(S2)를 유출시키고, 상기 바이오매스를 포함하는 잔류 스트림(S3)은 상기 생물반응조(310)로 반송시키는 바이오매스 회수조(320); 및 상기 생물반응조(310)의 상부로 유출되는 질소 가스를 포집하고 일부를 상기 생물반응조(310)로 주입시키는 질소 가스 포집부(330);를 더 포함하고, 상기 생물반응조(310)는 하부에 상기 주입된 질소 가스를 상승시키는 산기 장치(340)가 구비되어 있고, 상기 질소 가스 포집부(330)로부터 일부 질소 가스는 상기 멤브레인 모듈(321)에 주입된다. 이하, 제2실시예와 상이한 구성을 중심으로 설명한다.Referring to FIG. 4, a system 300 for treating wastewater containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen according to the third embodiment of the present invention is characterized in that ammonia nitrogen is used as an electron donor in an anoxic condition, nitrite nitrogen is used as an electron acceptor And a nitrogen-containing denitrifying microorganism capable of reacting with ammonia nitrogen and nitrite nitrogen to produce ammonia nitrogen and nitrite nitrogen, wherein the ammonia nitrogen and nitrite nitrogen-containing waste water containing the ammonia nitrogen and the nitrite nitrogen The wastewater W is introduced and the denitrification reaction is performed by the action of the autotrophic denitrifying microorganism, and the treated water and the stream S1 containing the biomass fraction are discharged through the outlet 311, A biological reaction tank (310) in which the generated nitrogen gas flows upward; The stream S1 flows in and a membrane module 321 is installed to discharge the treated water S2 having passed through the membrane module 321. The residual stream S3 containing the biomass A biomass recovery tank 320 for returning the biomass to the bioreactor 310; And a nitrogen gas collecting part (330) collecting nitrogen gas flowing out to the upper part of the bioreactor (310) and injecting a part of the nitrogen gas into the bioreactor (310). The bioreactor (310) And a diffuser 333 for increasing the injected nitrogen gas. A portion of the nitrogen gas from the nitrogen gas collector 330 is injected into the membrane module 321. Hereinafter, a configuration different from the second embodiment will be mainly described.

본 발명의 제3실시예에 따른 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템(300)은 제2실시예에서 생물반응조(310)에 재이용되는 질소 가스의 적용범위를 바이오매스 회수조(320)의 세정 공정에까지 확장한다. 즉, 바이오매스 회수조(320)내의 멤브레인 모듈(321) 세정 시 질소 가스 포집부(330)에 압축된 질소 가스의 일부(S4)를 멤브레인 모듈(321)로 이송시켜 역세척(backwash)을 통해 세정 작업이 수행되도록 할 수 있다. 이때, 바이오매스 회수조(320)내 질소 가스 분압이 과도할 경우 역세척 공정 수행이 어려우므로, 바이오매스 회수조(320) 상부에 체크밸브(324)를 설치하여 정해진 질소 가스 분압을 초과하면 체크밸브(324)를 통해 정해진 분압 이하가 되도록 하여 일부 질소 가스를 계외로 배출시키도록 할 수 있다.
The treatment system 300 for treating wastewater containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen according to the third embodiment of the present invention can be applied to a biomass recovery tank 300 in which the application range of nitrogen gas reused in the bioreactor 310 in the second embodiment, (320). That is, when the membrane module 321 in the biomass recovery tank 320 is cleaned, a part S4 of the nitrogen gas compressed in the nitrogen gas trapping unit 330 is transferred to the membrane module 321 and is backwashed So that the cleaning operation can be performed. If the partial pressure of the nitrogen gas in the biomass recovery tank 320 is excessive, it is difficult to carry out the backwashing process. Therefore, the check valve 324 is installed on the biomass recovery tank 320, It is possible to discharge a part of the nitrogen gas to the outside of the system by making the pressure lower than the predetermined partial pressure through the valve 324.

제4실시예Fourth Embodiment

도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템을 설명하는 모식도이다.5 is a schematic diagram illustrating a treatment system for wastewater containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen according to a fourth embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템(400)은 무산소 조건에서 암모니아성 질소를 전자 공여체로, 아질산성 질소를 전자 수용체로 반응시켜 질소 가스를 생성시킬 수 있는 독립영양성 탈질 미생물을 포함하는 바이오매스를 이용한 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템에 있어서, 상기 암모니아성 질소 및 상기 아질산성 질소를 함유한 폐수(W)가 유입되어 상기 독립영양성 탈질 미생물의 작용에 의해 탈질 반응이 수행되고, 유출구(411)를 통해 처리수 및 상기 바이오매스 일부를 포함하는 스트림(S1)이 유출되고, 상기 탈질 반응으로 발생되는 질소 가스가 상부로 유출되는 생물반응조(410); 상기 스트림(S1)이 유입되고, 내부에 멤브레인 모듈(421)이 구비되어 상기 멤브레인 모듈(421)을 통과한 처리수(S2)를 유출시키고, 상기 바이오매스를 포함하는 잔류 스트림(S3)은 상기 생물반응조(410)로 반송시키는 바이오매스 회수조(420); 및 상기 생물반응조(410)의 상부로 유출되는 질소 가스를 포집하고 일부를 상기 생물반응조(410)로 주입시키는 질소 가스 포집부(430);를 더 포함하고, 상기 생물반응조(400)는 하부에 상기 주입된 질소 가스를 상승시키는 산기 장치(440)가 구비되어 있고, 상기 질소 가스 포집부(430)로부터 일부 질소 가스는 상기 멤브레인 모듈(421)에 주입되고, 상기 멤브레인 모듈(421)은 병렬로 설치되어, 상기 질소 가스 포집부(430)로부터 주입되는 일부 질소 가스는 상기 멤브레인 모듈(421) 중 어느 한 모듈(421)에만 선택적으로 주입된다. 이하, 제3실시예와 상이한 구성을 중심으로 설명한다.Referring to FIG. 5, a system 400 for treating wastewater containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen according to a fourth embodiment of the present invention includes an ammonia nitrogen as an electron donor in an anoxic condition, a nitrite nitrogen as an electron acceptor And a nitrogen-containing denitrifying microorganism capable of reacting with ammonia nitrogen and nitrite nitrogen to produce ammonia nitrogen and nitrite nitrogen, wherein the ammonia nitrogen and nitrite nitrogen-containing waste water containing the ammonia nitrogen and the nitrite nitrogen The wastewater W is introduced and the denitrification reaction is performed by the action of the autotrophic denitrifying microorganism, and the treated water and the stream S1 containing the biomass fraction are discharged through the outlet 411, A biological reaction tank 410 through which the generated nitrogen gas flows upward; The stream S1 flows in and a membrane module 421 is installed to discharge the treated water S2 having passed through the membrane module 421. The residual stream S3 containing the biomass A biomass recovery tank 420 for returning the biomass to the bioreactor 410; And a nitrogen gas collecting unit 430 collecting nitrogen gas flowing out to the upper part of the bioreactor 410 and injecting a part of the nitrogen gas into the bioreactor 410, A nitrogen gas is supplied from the nitrogen gas collecting unit 430 to the membrane module 421 and the membrane module 421 is connected in parallel with the nitrogen gas collecting unit 430. [ And some nitrogen gas injected from the nitrogen gas collecting part 430 is selectively injected into only one of the modules 421 of the membrane module 421. Hereinafter, a configuration different from the third embodiment will be mainly described.

본 발명의 제4실시예에 따른 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템(400)은 제3실시예에 따라 바이오매스 회수조내의 멤브레인 모듈 세정 공정 시 질소 가스 포집부로부터 질소 가스를 재이용할 경우라도 세정 공정 간 생물반응조를 휴지하여 공정을 중단시켜야 하는 문제가 있으므로, 멤브레인 모듈(421)을 병렬로 설치하여 바이오매스 회수조(420)내의 멤브레인 모듈(421) 세정을 번갈아 진행하도록 함으로써, 전체 공정의 중단 없이 연속하여 운전하는 것이 가능하도록 하여 바이오매스 회수조(420)내의 물질순환율을 향상시키게 된다.The system 400 for treating wastewater containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen according to the fourth embodiment of the present invention is configured such that the nitrogen gas from the nitrogen gas collector during the membrane module washing process in the biomass recovery tank according to the third embodiment The membrane module 421 is installed in parallel so that the membrane module 421 in the biomass recovery tank 420 can be washed alternately. In this case, So that it is possible to continuously operate without interruption of the entire process, thereby improving the material circulation rate in the biomass recovery vessel 420.

구체적으로, 질소 가스 포집부(430)로부터 질소 가스 흐름(S4)이 제2 멤브레인 모듈(421b)에만 주입되도록 제1 주입 밸브(425a)는 차단하고 제2 주입 밸브(425b)는 개방할 경우, 제1 멤브레인 모듈(421a)은 바이오매스 농축 모드로 작동하여 처리 공정이 유지되고, 제2 멤브레인 모듈(421b)은 역세척 모드로 작동하여 주입된 질소 가스를 이용한 세정 공정이 진행된다. 이때, 제2 유출 밸브(426b)는 차단되고, 제1 유출 밸브(426a)만이 개방되어 제1 멤브레인 모듈(421a)을 통과한 처리수(S2)만이 유출되도록 하게 된다. 이와 같이 제2 멤브레인 모듈(421b)의 세정 공정이 완료된 후 필요에 따라 제1 멤브레인 모듈(421a)을 세정하고자 할 경우에는 반대로 제2 주입 밸브(425b)를 차단하고 제1 주입 밸브(425a)를 개방, 제1 유출 밸브(426a)를 차단하고 제2 유출 밸브(426b)만을 개방하여 번갈아 세정 공정이 진행되도록 하게 된다.
Specifically, when the first injection valve 425a is shut off and the second injection valve 425b is opened so that the nitrogen gas flow S4 from the nitrogen gas trap 430 is only injected into the second membrane module 421b, The first membrane module 421a operates in the biomass concentration mode to maintain the treatment process and the second membrane module 421b operates in the backwash mode to perform the cleaning process using the injected nitrogen gas. At this time, the second outflow valve 426b is shut off, and only the first outflow valve 426a is opened so that only the treated water S2 that has passed through the first membrane module 421a flows out. When the first membrane module 421a is to be cleaned as needed after the cleaning process of the second membrane module 421b is completed, the second injection valve 425b is shut off and the first injection valve 425a is closed The first outlet valve 426a is closed and only the second outlet valve 426b is opened so that the cleaning process is alternately performed.

이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. The preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims.

따라서, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Accordingly, the scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the foregoing detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning, range, and equivalence of the claims are included in the scope of the present invention Should be interpreted.

100, 200, 300, 400: 폐수 처리 시스템
110, 210, 310, 410: 생물반응조
111, 211, 311, 411: 생물반응조 유출구
112, 212: 생물반응조 체크밸브 113: 교반기
120, 220, 320, 420: 바이오매스 회수조
121, 221, 321, 421: 멤브레인 모듈 122: 스트림 밸브
123: 바이오매스 반송 밸브 213: 질소 가스 배기구
230, 330, 430: 질소 가스 포집부 240, 340, 440: 산기 장치
324: 바이오매스 회수조 체크밸브 421a: 제1 멤브레인 모듈
421b: 제2 멤브레인 모듈 425a: 제1 주입 밸브
425b: 제2 주입 밸브 426a: 제1 유출 밸브
426b: 제2 유출 밸브 W: 폐수(원수)
S1: 생물반응조 유출 스트림 S2: 바이오매스 회수조 처리수
S3: 잔류(반송) 스트림 S4: 역세척용 질소 가스
P1: 폐수(원수) 펌프 P2: 처리수 펌프
P3: 반송 펌프
100, 200, 300, 400: Wastewater treatment system
110, 210, 310, 410:
111, 211, 311, 411: Bioreactor outlet
112, 212: Bioreactor check valve 113: Stirrer
120, 220, 320, 420: Biomass recovery tank
121, 221, 321, 421: Membrane module 122: Stream valve
123: Biomass conveying valve 213: Nitrogen gas vent
230, 330, 430: Nitrogen gas collecting units 240, 340, 440:
324: Biomass recovery tank check valve 421a: First membrane module
421b: second membrane module 425a: first injection valve
425b: second injection valve 426a: first outlet valve
426b: second outflow valve W: waste water (raw water)
S1: Bioreactor effluent stream S2: Biomass recovery tank treated water
S3: Residual (conveyed) stream S4: Nitrogen gas for backwash
P1: waste water (raw water) Pump P2: treated water pump
P3: Return pump

Claims (7)

무산소 조건에서 암모니아성 질소를 전자 공여체로, 아질산성 질소를 전자 수용체로 반응시켜 질소 가스를 생성시킬 수 있는 독립영양성 탈질 미생물을 포함하는 바이오매스를 이용한 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템에 있어서,
상기 암모니아성 질소 및 상기 아질산성 질소를 함유한 폐수가 유입되어 상기 독립영양성 탈질 미생물의 작용에 의해 탈질 반응이 수행되고, 유출구를 통해 처리수 및 상기 바이오매스 일부를 포함하는 스트림이 유출되고, 상기 탈질 반응으로 발생되는 질소 가스가 상부로 유출되는 생물반응조; 및
상기 스트림이 유입되고, 내부에 멤브레인 모듈이 구비되어 상기 멤브레인 모듈을 통과한 처리수를 유출시키고, 상기 바이오매스를 포함하는 잔류 스트림은 상기 생물반응조로 반송시키는 바이오매스 회수조;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템.
Ammonia nitrogen and nitrite nitrogen-containing wastewater using biomass including an autotrophic denitrifying microorganism capable of producing nitrogen gas by reacting ammonia nitrogen with an electron donor and nitrite nitrogen with an electron acceptor under anaerobic conditions A processing system comprising:
The ammonia nitrogen and the nitrite-nitrogen-containing wastewater are introduced, the denitrification reaction is performed by the action of the autotrophic denitrifying microorganism, the treated water and the stream containing the biomass fraction are discharged through the outlet, A bioreactor in which nitrogen gas generated by a denitrification reaction flows upward; And
A biomass recovery tank into which the stream flows, a membrane module disposed therein, for discharging treated water having passed through the membrane module, and returning the residual stream containing the biomass to the bioreactor;
Characterized in that the ammonia nitrogen and the nitrite nitrogen are present in the treated water.
제1항에 있어서,
상기 독립영양성 탈질 미생물은 혐기성 암모니아 산화(anaerobic ammonium oxidation; ANAMMOX) 세균인 것을 특징으로 하는 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the autotrophic denitrifying microorganism is an anaerobic ammonium oxidation (ANAMMOX) bacterium. The system for treating wastewater containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen.
제1항에 있어서,
상기 멤브레인 모듈은 정밀여과막(microfiltration membrane)으로 구성된 것을 특징으로 하는 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the membrane module is comprised of a microfiltration membrane. ≪ RTI ID = 0.0 > 8. < / RTI >
제3항에 있어서,
상기 정밀여과막은 세라믹 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템.
The method of claim 3,
Wherein the microfiltration membrane is made of a ceramic material. The system for treating wastewater containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen.
제1항에 있어서,
상기 시스템은,
상기 생물반응조의 상부로 유출되는 질소 가스를 포집하고 일부를 상기 생물반응조로 주입시키는 질소 가스 포집부;를 더 포함하고,
상기 생물반응조는 하부에 상기 주입된 질소 가스를 상승시키는 산기 장치가 구비된 것을 특징으로 하는 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템.
The method according to claim 1,
The system comprises:
Further comprising: a nitrogen gas collecting unit collecting nitrogen gas flowing out to an upper part of the bioreactor and injecting a part of the nitrogen gas into the bioreactor,
Wherein the bioreactor is provided with an aeration device for raising the injected nitrogen gas in a lower part thereof. 2. A treatment system for wastewater containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen.
제5항에 있어서,
상기 질소 가스 포집부로부터 일부 질소 가스는 상기 멤브레인 모듈에 주입되는 것을 특징으로 하는 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템.
6. The method of claim 5,
Wherein a portion of the nitrogen gas from the nitrogen gas collecting portion is injected into the membrane module.
제6항에 있어서,
상기 멤브레인 모듈은 병렬로 설치되어, 상기 질소 가스 포집부로부터 주입되는 일부 질소 가스는 상기 멤브레인 모듈 중 어느 한 모듈에만 선택적으로 주입되는 것을 특징으로 하는 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 함유한 폐수의 처리 시스템.
The method according to claim 6,
Wherein the membrane module is installed in parallel and the nitrogen gas injected from the nitrogen gas collecting part is selectively injected into only one of the modules of the membrane module to treat the wastewater containing ammonia nitrogen and nitrite nitrogen system.
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