KR20180116539A - Biological Treatment System And Method For Low Temperature Waste Water Using Electrochemical Stabilization Tank - Google Patents

Biological Treatment System And Method For Low Temperature Waste Water Using Electrochemical Stabilization Tank Download PDF

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KR20180116539A
KR20180116539A KR1020170048926A KR20170048926A KR20180116539A KR 20180116539 A KR20180116539 A KR 20180116539A KR 1020170048926 A KR1020170048926 A KR 1020170048926A KR 20170048926 A KR20170048926 A KR 20170048926A KR 20180116539 A KR20180116539 A KR 20180116539A
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오상은
기미레 우메시
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강원대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to an apparatus and a method to biologically treat low-temperature wastewater by using an electrochemical stabilization tank. In order to solve problems of a conventional biological treatment apparatus and a method thereof, which do not satisfy standards of discharged water due to degraded ammonia removal efficiency, provided is an electrochemical stabilization tank having a constant ammonia removal effect regardless of temperature and effectively controlling residual chlorine generated from an ammonia removing procedure, and thus, the present invention is capable of satisfying the standards and effectively conducting biological wastewater treatment regardless of temperature. Thus, the present invention is capable of replacing a conventional biological treatment method, in which ammonia removal efficiency must be maintained through repeated addition of nitrification bacteria in winter when a propagation rate of nitrification bacteria gets lower as the temperature of influent water gets lower.

Description

전기화학적 안정화 탱크를 이용한 저온 하폐수의 생물학적 처리장치 및 방법{Biological Treatment System And Method For Low Temperature Waste Water Using Electrochemical Stabilization Tank}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an electrochemical stabilization tank,

본 발명은 전기화학적 안정화 탱크를 이용한 저온 하폐수의 생물학적 처리장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and a method for biological treatment of low-temperature wastewater using an electrochemical stabilization tank.

하폐수 내의 질소를 제거하는 방법은 이온교환방법, 멤브레인 방법 및 생물학적 처리방법이 있다. 이온교환방법 및 멤브레인 방법은 하폐수의 질소처리에 있어서 고비용이 요구되는 처리방법이며 생물학적 처리방법은 낮은 농도의 질소처리에는 적합하나 고농도의 질소처리에는 한계가 있으며 특히, 하폐수 내에 독성물질이 있거나 하폐수의 온도가 저온으로 유지되면 처리효율이 급격하게 감소하는 단점이 있다. 질산화균(nitrate bacteria)등을 이용한 폐수 내 생물학적 처리방법은 최근 하폐수처리장치에서 많이 사용되는 공법이다. 생물학적 처리장치의 반응조에는 질산화균(nitrate bacteria)등이 존재하며 상기 질산화균은 하폐수의 암모니아, 암모늄이온 등을 아질산염 또는 질산염으로 산화시키고 탈질미생물에 의하여 탈질시켜 하폐수 내 질소를 제거하는 역할을 한다. 사계절이 명확하고 동절기와 하절기의 평균 기온차가 매우 큰 한국의 경우, 동절기에는 평균기온이 10℃이하로 떨어지는 일수가 증가하게 된다. 따라서 동절기 하폐수처리장으로 유입되는 하폐수의 평균온도는 8 내지 9℃에 머물게 된다. 상기 생물학적 처리공법은 단계별로 일정한 반응시간 후 처리된 배출수를 방류하는 공정이기 때문에 하폐수처리 과정에서 일정량의 질산화균이 배출될 수 있다. 이러한 상황에서 상기 유입하폐수의 온도가 8 내지 9℃와 같은 저온으로 유지되면 질산화균의 증식속도가 느려져 배출되는 질산화균의 수를 질산화균의 증식을 통해 상쇄시킬 수 없는 상황에 처하게 된다. 따라서 상기 생물학적 처리공법은 동절기에 실제 하폐수 처리에 필요한 질산화균의 수를 확보할 수 없어 질산화율이 격감하게 되는 단점이 있다. 상기 단점을 극복하기 위해 동절기에 질산화균을 일정한 간격으로 반응조에 공급하는 방법이 사용되고 있으나 상기 방법은 일시적으로 질산화균의 수를 증가시켜 질산화율을 향상시키는 효과가 있으나 동절기 질산화율 저하의 원인을 근원적으로 해결하는 방법이 아니어서 반복적인 공급이 필수적인 단점이 있다. 전기분해는 암모니아, 탁도, 및 생화학적 산소요구량(biochemical oxygen demand, BOD)의 제거 목적으로 사용된다. 상기 전기분해를 이용한 암모니아 또는 암모니아태 질소(ammonia nitrogen)의 제거는 두 가지 경로에 의하여 수행된다. 첫 번째 경로는 직접산화방법(direct oxidation)이며 두 번째 경로는 간접산화방법(indirect oxidation)이다. 상기 직접산화방법은 산화전극에서 생성되는 OH 라디컬(radical)등에 의해 유기물 및 질소가 제거되는 기작을 의미하며 상기 간접산화방법은 염소이온이 산화되면서 생성되는 Cl2, HOCl, OCl-과 같은 유리염소에 의해 암모니아가 제거되는 기작을 의미한다. 상기 간접산화방법의 경우 고농도 질소 폐수 처리에 적용된 사례, 축산분뇨의 질산, 인, 및 색도제거를 목적으로 적용된 사례, 고액분리된 축산분뇨에 MgCl2를 첨가하여 스트루바이트(struvite)를 형성시킨 후 전기분해를 수행한 사례가 있으나, 상기 사례 모두 처리수의 유기물 농도가 높고 염소부산물이 잔존하여 이를 배출하기에는 부적합한 단점이 있는 것으로 확인되었다. 또 다른 사례에 의하면 NaCl을 축산분뇨에 첨가하여 전기전도도를 향상시키므로 암모니아태 질소의 제거효율을 향상시킨 사례가 있었으나 처리수의 NaCl 농도가 상승할 뿐 아니라 간접산화방법의 단점이 염소부산물이 생성되어 배출수의 기준을 충족시키지 못하는 단점이 있는 것으로 확인되었다. Methods for removing nitrogen in wastewater include ion exchange methods, membrane methods, and biological treatment methods. Ion exchange method and membrane method is a treatment method which requires high cost in nitrogen treatment of wastewater. Biological treatment method is suitable for treatment of low concentration of nitrogen but there is a limit to high concentration of nitrogen treatment. Especially, there is toxic substance in wastewater, If the temperature is maintained at a low temperature, there is a drawback that the treatment efficiency is drastically reduced. Biological treatment methods in wastewater using nitrate bacteria have recently been widely used in sewage treatment plants. In the biological treatment apparatus, nitrate bacteria are present in the reaction tank, and the nitrification bacteria oxidize ammonia, ammonium ions and the like of the wastewater into nitrite or nitrate, and denitrify by the denitrifying microorganisms to remove nitrogen in the wastewater. In Korea, where the four seasons are clear and the mean temperature difference between winter and summer is very high, the number of days in which the average temperature falls below 10 ℃ increases in winter. Therefore, the average temperature of the wastewater flowing into the wastewater treatment plant in the winter season is 8 to 9 ° C. Since the biological treatment method is a step of discharging treated wastewater after a predetermined reaction time in a stepwise manner, a certain amount of nitrifying bacteria may be discharged in the wastewater treatment process. In such a situation, if the temperature of the inflow wastewater is maintained at a low temperature such as 8 to 9 占 폚, the rate of growth of nitrifying bacteria is slowed and the number of discharged nitrifying bacteria can not be canceled by the growth of nitrifying bacteria. Therefore, the biological treatment method can not secure the number of nitrifying bacteria necessary for the actual wastewater treatment in the winter season, so that the nitrification rate is drastically reduced. In order to overcome the above disadvantages, a method of supplying nitrification bacteria to the reaction vessel at regular intervals in the winter season is used. However, this method has an effect of increasing nitrification rate by increasing the number of nitrification bacteria temporarily, This is not a method of repetitive supply. Electrolysis is used to remove ammonia, turbidity, and biochemical oxygen demand (BOD). The removal of ammonia or ammonia nitrogen using the electrolysis is performed by two routes. The first path is direct oxidation and the second path is indirect oxidation. The direct oxidation method refers to a mechanism in which organic substances and nitrogen are removed by OH radicals generated in the oxidation electrode, and the indirect oxidation method is a method in which a chloride ion such as Cl 2 , HOCl, and OCl - It means the mechanism by which ammonia is removed by chlorine. In the case of the indirect oxidation method, it is applied to the treatment of high concentration nitrogen wastewater, the nitrate, phosphorus, and chromaticity removal of livestock manure, the case where MgCl 2 is added to the solid-liquid livestock manure to form struvite However, in all of the above cases, it has been found that there is a disadvantage in that the organic matter concentration of the treated water is high and the chlorine byproduct remains, which is inadequate to discharge the organic matter. Another example is the addition of NaCl to livestock manure to improve the electrical conductivity, thereby improving the removal efficiency of ammonia nitrogen. However, not only does the NaCl concentration in the treated water rise, but also the disadvantage of the indirect oxidation method is the formation of chlorine byproducts It has been confirmed that there is a disadvantage that it does not meet the criteria of effluent water.

본 명세서에서 언급된 특허문헌 및 참고문헌은 각각의 문헌이 참조에 의해 개별적이고 명확하게 특정된 것과 동일한 정도로 본 명세서에 참조로 삽입된다. The patent documents and references cited herein are hereby incorporated by reference to the same extent as if each reference was individually and clearly identified by reference.

한국등록특허 제10-1392439호Korean Patent No. 10-1392439

본 발명자들은 겨울철 폐수의 생물학적 처리공법을 이용한 하폐수 처리에 있어서 하폐수가 저온으로 유입되면 암모니아의 처리효율이 저하되는 문제점을 해결하기 위하여 연구 노력한 결과, 유입 하폐수의 온도에 의해 암모니아의 처리효율이 저하되지 않으면서도 상기 암모니아 제거반응으로부터 생성되는 잔류염소를 효율적으로 제거할 수 있는 전기화학적 안정화 탱크 및 이를 이용한 암모니아의 전기분해방법을 발명하고 이를 적용하여 일시적인 저온 하폐수 유입시기에 암모니아의 처리효율이 저하되지 않는 저온 하폐수용 생물학적 처리장치를 개발하여 본 발명을 완성하였다. The present inventors have made efforts to solve the problem that ammonia treatment efficiency is lowered when the wastewater is introduced at a low temperature in the wastewater treatment using the biological treatment method of winter wastewater. As a result, the treatment efficiency of the ammonia decreased due to the temperature of the wastewater The present invention relates to an electrochemical stabilization tank capable of effectively removing residual chlorine generated from the ammonia removal reaction without using the electrolytic solution, and an electrolysis method of ammonia using the electrolytic stabilization tank. The present invention has been accomplished by developing a biological treatment device for low temperature wastewater.

따라서 본 발명의 목적은 전기화학적 안정화 탱크(electrochemical stabilization tank), 1차 정화장치(primary clarifier), 생물학적 반응조(bioreactor), 또는 2차 정화장치(secondary clarifier)를 포함하는 저온 하폐수용 생물학적 처리장치를 제공하며 상기 저온 하폐수용 생물학적 처리장치를 이용한 저온 하폐수의 생물학적 처리방법을 제공하는 데 있다.It is therefore an object of the present invention to provide a biological treatment apparatus for low temperature wastewater comprising an electrochemical stabilization tank, a primary clarifier, a bioreactor, or a secondary clarifier, And a method for biological treatment of low temperature wastewater using the biological treatment apparatus for low temperature wastewater.

본 발명의 다른 목적 및 기술적 특징은 이하의 발명의 상세한 설명, 청구의 범위 및 도면에 의해 보다 구체적으로 제시된다. Other objects and technical features of the present invention will be described in more detail with reference to the following detailed description, claims and drawings.

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 전기화학적 안정화 탱크(electrochemical stabilization tank), 1차 정화장치(primary clarifier), 생물학적 반응조(bioreactor), 또는 2차 정화장치(secondary clarifier)를 포함하는 저온 하폐수용 생물학적 처리장치를 제공한다. According to one aspect of the present invention, the present invention provides a process for the preparation of a low temperature wastewater comprising an electrochemical stabilization tank, a primary clarifier, a bioreactor, or a secondary clarifier. A biological treatment device for a biological sample is provided.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 전기화학적 안정화 탱크는 1차 정화장치의 앞에 설치되거나 2차 정화장치의 뒤에 설치되어 상기 저온 하폐수 처리장치의 질소제거율을 향상시킨다. According to an embodiment of the present invention, the electrochemical stabilization tank is installed in front of the primary purification apparatus or at the back of the secondary purification apparatus to improve the nitrogen removal rate of the low-temperature wastewater treatment apparatus.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 저온 하폐수는 온도가 10℃이하이며 상기 전기화학적 안정화 탱크는 전기분해반응을 이용하여 상기 저온 하폐수의 암모니아를 70%이상 제거하므로 온도저하에 따른 질소제거율의 감소를 예방한다. According to another embodiment of the present invention, the low-temperature wastewater has a temperature of 10 ° C or lower, and the electrochemical stabilization tank removes ammonia of the low-temperature wastewater by 70% or more using an electrolysis reaction, .

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 전기분해반응을 이용한 저온 하폐수의 암모니아 제거시 분말활성탄을 첨가하여 잔류염소를 제거하며 상기 분말활성탄은 상기 저온 하폐수의 암모니아에 대비하여 1 : 3-5의 중량비로 첨가한다. According to another embodiment of the present invention, when ammonia is removed from the low-temperature wastewater by the electrolysis reaction, powdered activated carbon is added to remove residual chlorine, and the powdered activated carbon has a ratio of 1: 3-5 By weight.

본 발명의 다른 일 양태에 따르면 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 저온 하폐수의 생물학적 처리방법을 제공한다:According to another aspect of the present invention, there is provided a method of biological treatment of cold wastewater comprising the steps of:

a) 저온 하폐수를 전기화학적 안정화 탱크로 유입하는 단계;a) introducing cold wastewater into an electrochemical stabilization tank;

b) 상기 저온 하폐수에 대하여 전압 2-20V 및 전류 0.2-2A의 조건으로 전기를 가하여 2-5시간동안 전기분해반응을 수행하는 단계; b) applying electricity to the low-temperature wastewater under the conditions of a voltage of 2-20 V and a current of 0.2-2 A to perform an electrolysis reaction for 2-5 hours;

c) 상기 b)의 저온 하폐수에 분말활성탄을 첨가하고 2-3시간동안 반응시켜 잔류염소를 제거하는 단계; 및c) adding powdered activated carbon to the low-temperature wastewater of b) and reacting for 2-3 hours to remove residual chlorine; And

d) 상기 c)의 잔류염소가 제거된 저온 하폐수를 1차 정화장치(primary clarifier), 생물학적 반응조(bioreactor), 및 2차 정화장치에 순차적으로 유입시켜 생물학적 처리를 수행하는 단계; 및d) performing a biological treatment by sequentially introducing cryogenic wastewater from which the residual chlorine of c) has been removed into a primary clarifier, a bioreactor, and a secondary purification device in sequence; And

e) 상기 d)의 생물학적 처리를 수행한 저온 하폐수를 소독장치(disinfection device)에 유입시켜 미생물을 제거하는 단계.e) removing the microorganisms by introducing the low-temperature wastewater subjected to the biological treatment of d) into a disinfection device.

본 발명의 또 다른 일 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 저온 하폐수의 생물학적 처리방법을 제공한다:According to another aspect of the present invention, the present invention provides a method for biological treatment of cold wastewater comprising the steps of:

a) 저온 하폐수를 1차 정화장치(primary clarifier), 생물학적 반응조(bioreactor), 및 2차 정화장치에 순차적으로 유입시켜 생물학적 처리를 수행하는 단계;a) subjecting the low temperature wastewater to sequential introduction into a primary clarifier, a bioreactor, and a secondary purification device to perform a biological treatment;

b) 상기 a)의 생물학적 처리가 수행된 저온 하폐수를 전기화학적 안정화 탱크로 유입하는 단계;b) introducing the cold wastewater subjected to the biological treatment of a) into an electrochemical stabilization tank;

c) 상기 b)의 저온 하폐수에 대하여 전압 2-20V 및 전류 0.2-2A의 조건으로 전기를 가하여 2-5시간 동안 전기분해반응을 수행하는 단계; 및c) performing electrolysis reaction for 2-5 hours by applying electricity to the low temperature wastewater of b) under the condition of a voltage of 2-20 V and a current of 0.2-2A; And

d) 상기 c)의 전기분해된 저온 하폐수에 분말활성탄을 첨가하고 잔류염소를 제거하여 기존의 소독공정으로 활용하는 단계.d) adding powdered activated carbon to the electrolyzed low-temperature wastewater c), removing residual chlorine, and utilizing it as a conventional disinfection process.

본 발명은 전기화학적 안정화 탱크를 이용한 저온 하폐수의 생물학적 처리장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 겨울철 저온의 하폐수를 처리하는데 있어서 저하된 암모니아의 제거효율로 인하여 배출수의 기준을 충족시킬 수 없는 종래의 생물학적 처리장치 및 방법의 문제점을 해결하기 위하여 온도에 상관없이 동일한 암모니아제거 효과를 가지며 암모니아 제거과정에서 발생하는 잔류염소를 효과적으로 제어하는 전기화학적 안정화 탱크를 도입함으로서 온도에 상관없이 하폐수의 생물학적 처리를 효과적으로 수행할 수 있고 배출수의 기준을 만족시킬 수 있는 저온 하폐수의 생물학적 처리장치 및 방법을 제공한다. 따라서 본 발명은 겨울철과 같이 유입수의 온도가 저하되어 질산화균의 증식속도가 저하된 상황에서 반복적인 질산화균의 투입을 통해 하폐수의 암모니아 제거효율을 유지시켜야 했던 종래의 생물학적 처리방법을 대체할 수 있을 것으로 판단된다. The present invention relates to an apparatus and a method for biological treatment of low-temperature wastewater using an electrochemical stabilization tank. The present invention has the same ammonia removal effect regardless of temperature in order to solve the problems of the conventional biological treatment apparatus and method which can not meet the standard of the effluent water due to the ammonia removal efficiency lowered in treating the wastewater of low temperature in winter The present invention relates to a biological treatment apparatus and method for low-temperature wastewater that can effectively perform biological treatment of wastewater regardless of temperature and meet the criteria of effluent by introducing an electrochemical stabilization tank that effectively controls residual chlorine generated during ammonia removal process to provide. Therefore, the present invention can replace the conventional biological treatment method in which the ammonia removal efficiency of the wastewater must be maintained by repeated nitrification of nitrification bacteria in the case where the temperature of the influent water is lowered and the growth rate of the nitrifying bacteria is decreased as in winter .

도 1은 전기화학적 안정화 탱크 내부의 전기분해를 위한 전극의 구성 및 반응을 개략적으로 보여준다.
도 2는 본 발명의 전기화학적 안정화 탱크가 적용된 생물학적 처리장치의 구성을 개략적으로 보여준다.
도 3은 인가전압의 변화에 따른 암모니아태 질소의 제거량의 변화를 보여준다. 패널 A는 암모니아태 질소의 제거를 보여주며; 패널 B는 암모니아태 질소의 제거에 따른 유리염소의 변화를 보여주며; 패널 C는 암모니아태 질소의 제거에 따른 결합염소(NH2Cl)의 변화를 보여주며; 패널 D는 암모니아태 질소의 제거에 따른 결합염소(NHCl2)의 변화를 보여준다.
도 4는 전기분해반응 후 잔류하는 암모니아의 양(패널 A), 전기분해를 통해 생성된 유리염소(HOCl)의 양(패널 B), 전기분해를 통해 생성된 결합염소 NH2Cl의 양(패널 C) 및 전기분해를 통해 생성된 결합염소 NHCl2의 양(패널 D)을 보여준다.
도 5는 전기분해 반응 후 분말 활성탄을 첨가에 따른 하폐수의 pH의 변화(패널 A), 전기전도도의 변화(패널 B) 및 잔류 암모니아의 양(패널 C)를 보여준다.
도 6은 전기분해 반응 후 분말 활성탄을 반응시킨 하폐수의 전체 염소의 양(패널 A), 유리염소의 양(패널 B), 결합염소 NH2Cl의 양(패널 C) 및 결합염소 NHCl2의 양(패널 D)을 보여준다.
Figure 1 schematically shows the configuration and reaction of the electrodes for electrolysis within an electrochemical stabilization tank.
2 schematically shows the configuration of a biological treatment apparatus to which the electrochemical stabilization tank of the present invention is applied.
FIG. 3 shows the change in the removal amount of ammonia nitrogen depending on the applied voltage. Panel A shows the removal of ammonia nitrogen; Panel B shows the change in free chlorine with removal of ammonia nitrogen; Panel C shows the change in bound chlorine (NH 2 Cl) due to the removal of ammonia nitrogen; Panel D shows the change in bound chlorine (NHCl 2 ) due to the removal of ammonia nitrogen.
Figure 4 shows the amount of ammonia remaining after the electrolysis reaction (panel A), the amount of free chlorine (HOCl) produced through electrolysis (panel B), the amount of bound chlorine NH 2 Cl produced through electrolysis C) and the amount of bound chlorine NHCl 2 produced through electrolysis (panel D).
FIG. 5 shows the pH change (panel A), the electrical conductivity change (panel B) and the amount of residual ammonia (panel C) of the wastewater after addition of the powdered activated carbon after the electrolysis reaction.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the amount of total chlorine (panel A), the amount of free chlorine (panel B), the amount of bound chlorine NH 2 Cl (panel C) and the amount of bound chlorine NHCl 2 in the wastewater reacted with powdered activated carbon after the electrolytic reaction (Panel D).

본 발명의 일 양태에 따르면 본 발명은 전기화학적 안정화 탱크(electrochemical stabilization tank), 1차 정화장치(primary clarifier), 생물학적 반응조(bioreactor), 또는 2차 정화장치(secondary clarifier)를 포함하는 저온 하폐수용 생물학적 처리장치를 제공한다. According to one aspect of the present invention there is provided a process for the preparation of low temperature wastewater comprising an electrochemical stabilization tank, a primary clarifier, a bioreactor, or a secondary clarifier, Thereby providing a biological treatment apparatus.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 전기화학적 안정화 탱크는 1차 정화장치의 앞에 설치되거나 2차 정화장치의 뒤에 설치되어 상기 저온 하폐수 처리장치의 질소제거율을 향상시킨다. According to an embodiment of the present invention, the electrochemical stabilization tank is installed in front of the primary purification apparatus or at the back of the secondary purification apparatus to improve the nitrogen removal rate of the low-temperature wastewater treatment apparatus.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 전기화학적 안정화 탱크는 철(Fe), 티타늄(Ti), 백금(Pt) 또는 이리듐(Ir)을 포함하는 재질로 제조된 산화전극 및 철(Fe), 알루미늄(Al), 또는 구리(Cu)를 포함하는 재질로 제조된 환원전극을 포함하며 여러개의 전극이 직렬 또는 병렬로 연결되어 반응조 안에 구성될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the electrochemical stabilization tank comprises an oxidation electrode made of a material containing iron (Fe), titanium (Ti), platinum (Pt) or iridium (Ir) (Al), or copper (Cu), and a plurality of electrodes may be connected in series or in parallel to form a reactor.

상기 전기화학적 안정화 탱크에 하폐수가 유입되면 상기 산화전극 및 환원전극으로 전기를 공급하여 하폐수에 대한 전기분해반응을 수행한다. 상기 전기분해반응은 하폐수에 존재하는 암모니아 및 유기물을 제거할 수 있으며 하폐수의 탁도를 저하시키는 효과가 있다. 상기 전기분해반응을 통해 암모니아가 제거되는 기작은 두 가지 경로에 의해 수행된다. 상기 경로는 직접산화방법(direct oxidation)과 간접산화방법(indirect oxidation)이다. 본 발명에서는 주로 간접산화방법을 이용하여 하폐수에 존재하는 암모니아를 제거한다. 상기 간접산화방법이 수행되면 무반응성을 가지는 산화전극에서 Cl2가 생성되고 상기 Cl2는 물에 녹아 유리염소(HOCl 또는 OCl-)가 된다(화학식 1 참조). When the wastewater flows into the electrochemical stabilization tank, electricity is supplied to the oxidation electrode and the reduction electrode to perform an electrolysis reaction on the wastewater. The electrolysis reaction can remove ammonia and organic substances present in the wastewater and reduce the turbidity of the wastewater. The mechanism by which ammonia is removed through the electrolysis reaction is performed by two routes. The pathway is a direct oxidation method and an indirect oxidation method. In the present invention, ammonia existing in wastewater is mainly removed by indirect oxidation. When the indirect oxidation process is performed, Cl 2 is generated in the oxidation electrode having no reactivity, and the Cl 2 is dissolved in water to be free chlorine (HOCl or OCl - ) (see Chemical Formula 1).

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상기 생성된 유리염소는 하폐수의 암모니아와 반응하여 질소가스(N2)로 변환되어 처리되면 일부의 질소는 질산태질소(NO3-N), 아질산태질소(NO2-N) 또는 암모니아태질소(NH4-N)를 생성할 수 있다(화학식 2 참조). When the generated free chlorine reacts with the ammonia of the wastewater and is converted into nitrogen gas (N 2 ) and treated, some of the nitrogen is nitrate nitrogen (NO 3 -N), nitrite nitrogen (NO 2 -N) (NH 4 -N) (see Chemical Formula 2).

Figure pat00002
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상기 유리염소와 암모니아의 반응은 매우 복잡하며 완전히 규명되지 않은 것으로 알려져있다. 그러나 종래의 연구결과들을 종합하여 보면 반응용액의 pH, 염소의 주입량 및 염소와 암모니아의 접촉시간등에 따라 중간 생성물 및 최종생성물이 결정된다. 하폐수에 포함된 암모니아태 질소(NH3-N)의 경우 상기 암모니아태 질소의 5배에 해당하는 염소를 투입하면 결합염소(chloramine 또는 combined chlorine: NH2Cl, NHCl2 및 NCl3)가 형성되고 그 이상의 유리염소가 투입되면 상기 결합염소가 N2 가스로 전환되는 산화반응이 일어나게 된다. 상기 NH2Cl의 형성은 기본적인 반응에 해당하며 하기 화학식 3으로 표현될 수 있다. The reaction of free chlorine with ammonia is known to be very complex and not fully characterized. However, the synthesis of intermediate and final products depends on the pH of the reaction solution, the amount of chlorine introduced, and the contact time of chlorine and ammonia. In the case of ammonia nitrogen (NH 3 -N) contained in the wastewater, chlorine or chlorine combined chlorine (NH 2 Cl, NHCl 2 and NCl 3 ) is formed when the amount of chlorine corresponding to 5 times the ammonia nitrogen is added When more free chlorine is added, an oxidation reaction occurs in which the combined chlorine is converted into N 2 gas. The formation of NH 2 Cl corresponds to a basic reaction and can be expressed by the following formula (3).

Figure pat00003
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NCl3에 대한 반응속도 상수는 NHCl2 및 NH2Cl의 반응속도상수에 대비하여 아주 작은 값을 가지나 하폐수가 pH 3-4 이하인 상황에서는 NCl3의 생성속도가 증가할 수 있다. 그러나 하폐수의 pH가 7 이상이면 기본적으로 NH2Cl이 주된 잔류결합염소로 존재하게 되며 pH 7 내지 pH 4에서는 NHCl2의 생성량이 증가하여 NHCl2가 주된 잔류결합염소로 존재하게 된다. 따라서 하폐수의 pH를 4를 초과하여 유지시키고 염소를 투여한 후 전기분해를 수행하게 되면 NCl3을 제외한 유리염소(HOCl) 및 결합염소(NH2Cl 및 NHCl2)가 주된 잔류염소로 존재하게 된다. 상기 HOCl, NH2Cl 및 NHCl2는 활성탄을 투여하면 쉽게 제거가 가능한 장점이 있다. 다만 상기 NH2Cl는 활성탄과의 반응에서 일부 NH3가 재치환되는 단점이 있어 이를 보완하기 위한 하폐수의 반응조건 조절이 필요하다. The reaction rate constant for NCl 3 is very small compared to the reaction rate constants for NHCl 2 and NH 2 Cl, but the production rate of NCl 3 may be increased when the wastewater is below pH 3-4. However, if the pH of the wastewater is above 7 is basically the NH 2 Cl is present in the main residual chlorine bonded in the pH 7 to pH 4 to increase the production of NHCl 2 present in the residual primary NHCl 2-conjugated goat. Therefore, when the pH of the wastewater is kept over 4 and the electrolysis is performed after chlorine is added, free chlorine (HOCl) and bound chlorine (NH 2 Cl and NHCl 2 ) except NCl 3 are present as the main residual chlorine . The HOCl, NH 2 Cl and NHCl 2 can be easily removed by the administration of activated carbon. However, NH 2 Cl has a disadvantage in that NH 3 Cl is partially re-substituted in the reaction with activated carbon. Therefore, it is necessary to control the reaction conditions of the wastewater.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명의 저온 하폐수는 pH가 약산성 또는 중성영역이다. 따라서 본 발명의 저온 하폐수는 전기분해반응 후 잔류하는 주된 염소로서 유리염소(HOCl)와 결합염소 NHCl2를 가지게 된다. According to one embodiment of the present invention, the low temperature wastewater of the present invention has a weakly acidic or neutral pH range. Therefore, the low temperature wastewater of the present invention has free chlorine (HOCl) and bound chlorine NHCl 2 as the main chlorine remaining after the electrolysis reaction.

하폐수에 존재하는 암모니아를 제거하기 위한 생물학적 처리방법은 반응조에 질산화균을 배양하고 유입된 하폐수의 암모니아에 대하여 질산화균을 이용하여 질산화하는 방법으로 수행된다. 이를 위하여 질산화균은 반응조내에서 일정 수준이상의 속도로 증식을 해야 한다. 그렇지 않으면 처리수가 배출하는 동안 함께 배출되어 사라지는 질산화균의 수를 보전하지 못하여 질산화율이 급격히 저하되게 된다. 특히 질산화균의 경우 온도가 저하되면 증식률도 저하되는데 겨울철과 같이 유입 하폐수의 온도가 평균 8-9℃로 유지되는 경우 30℃의 하폐수에 존재하는 암모니아를 제거하는 질산화균의 질산화율 대비 25-27%수준에 머무르게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 종래에는 겨울철에 생물학적 처리방법을 사용하는 경우 질산화균을 반응조에 주기적으로 투입하여 주는 방법을 사용하였다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명은 상기 전기화학적 안정화 탱크(electrochemical stabilization tank)를 종래의 생물학적 처리용 반응조의 앞 또는 뒤에 설치하여 겨울철 유입되는 하폐수의 온도가 10℃이하인 경우에도 질산화율이 저하되지 않는 저온 하폐수용 생물학적 처리장치를 제공한다. 상기 전기화학적 안정화 탱크에는 전극이 설치되고 유입된 하폐수에 대하여 전기분해반응을 수행하므로 하폐수의 온도에 상관없이 암모니아를 제거하여 하폐수의 온도 저하로 인하여 감소한 생물학적 처리장치의 질산화율을 보전하는 역할을 한다.The biological treatment method for removing ammonia present in wastewater is performed by cultivating nitrification bacteria in the reaction tank and nitrifying the ammonia of the introduced wastewater using nitrifying bacteria. For this purpose, nitrifiers must propagate at a rate higher than a certain level in the reaction tank. Otherwise, the number of nitrifying bacteria discharged together with the treated water during discharge can not be maintained and the nitrification rate is rapidly lowered. In the case of nitrification bacteria, when the temperature is lowered, the proliferation rate is lowered. If the temperature of the influent wastewater is maintained at 8-9 ° C as in winter, the nitrification rate of 25-27% Level. In order to solve this problem, conventionally, when biological treatment method is used in winter, nitrification bacteria are periodically injected into the reaction tank. According to an embodiment of the present invention, the electrochemical stabilization tank may be installed in front of or behind a conventional biological treatment tank to reduce the nitrification rate even when the temperature of the wastewater entering in winter is 10 ° C or lower. The present invention provides a biological treatment apparatus for low temperature wastewater. The electrochemical stabilization tank is provided with an electrode and performs an electrolytic reaction with the introduced wastewater. Therefore, ammonia is removed regardless of the temperature of the wastewater, thereby preserving the nitrification rate of the biological treatment apparatus which is decreased due to the temperature drop of the wastewater.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 전기화학적 안정화 탱크는 전기분해반응을 이용하여 상기 저온 하폐수의 암모니아를 방류기준에 맞추어 30%이상 제거한다. 상기 전기분해반응을 통해 수행하는 암모니아의 제거는 생물학적 처리장치의 효율변화에 맞추어 방류수 기준을 충족할 수 있는 수준으로 암모니아를 제거하는데 사용할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the electrochemical stabilization tank removes ammonia of the low-temperature wastewater by 30% or more according to the discharge standard using the electrolysis reaction. The removal of ammonia carried out through the electrolysis reaction can be used to remove ammonia to a level that meets the discharge water criterion according to the change in efficiency of the biological treatment apparatus.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명의 전기분해를 통한 암모니아의 제거는 간접산화방법을 사용하므로 반응부산물로서 유리염소와 결합염소가 생성된다. 상기 유리염소와 결합염소는 수돗물의 소독에 사용할 만큼 독성이 있어 배출을 위해 엄격한 기준이 적용된다. 따라서 상기 암모니아의 제거과정에서 생성된 유리염소와 결합염소는 배출전에 제거되어야 한다. As described above, since the removal of ammonia through electrolysis of the present invention uses an indirect oxidation method, free chlorine and bonded chlorine are produced as reaction byproducts. The free and bound chlorine is toxic enough to be used in the disinfection of tap water and strict standards are applied for the discharge. Therefore, the free chlorine and the combined chlorine produced in the ammonia removal process must be removed before the discharge.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 저온하폐수 성상은 pH 4-7일 수 있으며 전기분해반응을 통해 생성된 유리염소(HOCl) 및 결합염소(NHCl2)를 분말활성탄을 이용하여 제거할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the low temperature wastewater of the present invention may have a pH of 4-7, and free chlorine (HOCl) and binding chlorine (NHCl 2 ) produced through the electrolysis reaction may be removed using powdered activated carbon .

상기 분말활성탄을 이용하여 유리염소(HOCl) 및 결합염소(NH2Cl 및 NHCl2)를 제거하는 기작은 하기의 화학식 4 및 6으로 설명된다. 유리염소(HOCl)를 제거하는 활성탄의 반응은 하기 화학식 4와 같다. 하기 C*은 활성탄 표면의 탄소성분을 의미하며 하기 C*O는 상기 반응을 통하여 생성된 표면 산화물(surface oxide)로서 활성탄의 흡착능력을 저하시킨다. 상기 활성탄의 투입으로 인하여 유리염소가 효과적으로 제거되면 상기 유리염소에 의해 생성되는 염소부산물(chlorination disinfection by-products)이 배출수에 존재하는 것을 예방할 수 있는 장점이 있다. The mechanism of removing free chlorine (HOCl) and bound chlorine (NH 2 Cl and NHCl 2 ) using the above powdered activated carbon is explained by the following chemical formulas 4 and 6. The reaction of the activated carbon to remove free chlorine (HOCl) is shown in the following chemical formula 4. The following C * means the carbon component of the activated carbon surface, and the following C * O is the surface oxide generated through the reaction, which lowers the adsorption ability of the activated carbon. When the free chlorine is effectively removed due to the introduction of the activated carbon, chlorination disinfection by-products produced by the free chlorine can be prevented from being present in the effluent.

Figure pat00004
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전기분해반응에서 생성될 수 있는 결합염소 NH2Cl와 NHCl2를 제거하는 활성탄의 반응은 하기 화학식 5 및 6으로 설명된다. Reaction of the activated carbon to remove chlorine bond NH 2 Cl 2 NHCl and which may be produced in the electrolytic reaction is described by the following chemical formula 5, and 6 below.

Figure pat00005
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Figure pat00006
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상기 화학식 5에서 활성탄에 의한 결합염소의 제거반응은 일정시간의 적응기간이 지난 후 각각 50:50으로 반응이 진행된다. 상기 화학식 5의 두 번째 반응식에 따르면, 상기 생성된 NH2Cl는 활성탄과 반응하여 일부 NH3로 재치환되는 단점이 있다. 그러나 상기에서 설명한 바와 같이 하폐수 pH를 중성영역으로 유지하게 되면 전기분해반응에서 생성되는 주된 결합염소를 NHCl2로 구성할 수 있다. 상기 결합염소 NHCl2는 화학식 6과 같이 활성탄과 반응하여 질소가스 및 염소이온의 형태로 분해될 뿐 일부 NH3로 재치환되지 않는다. 따라서 본 발명의 실시예와 같이 하폐수의 pH가 약산성에서 중성영역이면 NCl3 및 NH2Cl의 생성이 억제되어 하폐수의 잔류 결합염소를 NHCl2로 유지할 수 있는 장점이 있다. 또한 상기와 같이 하폐수의 잔류 결합염소를 NHCl2로 유지하면 NH3 재치환으로 인한 암모니아 제거효율의 일부 감소를 예방할 수 있는 효과가 있다.In the above formula (5), the reaction for removing the bound chlorine by activated carbon proceeds at 50:50 after an adaptation period of a predetermined time. According to the second reaction formula (5), the produced NH 2 Cl reacts with activated carbon and is partially re-substituted with NH 3 . However, as described above, if the pH of the wastewater is maintained in the neutral region, the main bound chlorine generated in the electrolysis reaction can be composed of NHCl 2 . The combined chlorine NHCl 2 reacts with activated carbon as shown in Formula 6 to be decomposed into nitrogen gas and chlorine ion, but is not replaced with NH 3 . Therefore, if the pH of the wastewater is in a neutral range at the pH of the wastewater as in the embodiment of the present invention, the generation of NCl 3 and NH 2 Cl is suppressed, and the residual binding chlorine of the wastewater can be maintained as NHCl 2 . Also, when the residual binding chlorine of the wastewater is maintained as NHCl 2 as described above, there is an effect that partial reduction of ammonia removal efficiency due to NH 3 replacement can be prevented.

특히 상기 NHCl2는 활성탄과의 반응성에 있어서 다른 유리염소 및 결합염소에 비해 매우 빠른 반응성(반응성의 빠르기: NHCl2 > HOCl > OCl- > NH2Cl)을 가지고 있다. 따라서 상기의 하폐수의 조절을 통해 결합염소의 종류를 NHCl2로 단일화하면 NHCl2의 빠른 반응성으로 인해 암모니아 제거효율이 향상되는 장점이 있다. In particular, the NHCl 2 exhibits very fast reactivity (reactivity purity: NHCl 2 >HOCl> OCl - > NH 2 Cl). Therefore, when the type of combined chlorine is unified with NHCl 2 through the control of the wastewater, ammonia removal efficiency is improved due to the rapid reactivity of NHCl 2 .

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 분말활성탄은 상기 저온 하폐수의 암모니아에 대비하여 1 : 3 - 5의 중량비로 첨가한다. According to an embodiment of the present invention, the powdered activated carbon is added at a weight ratio of 1: 3 to 5 relative to ammonia of the low-temperature wastewater.

본 발명의 다른 일 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 저온 하폐수의 생물학적 처리방법을 제공한다:According to another aspect of the present invention, the present invention provides a method of biological treatment of cold wastewater comprising the steps of:

a) 저온 하폐수를 전기화학적 안정화 탱크로 유입하는 단계;a) introducing cold wastewater into an electrochemical stabilization tank;

b) 상기 저온 하폐수에 대하여 전압 2-20V 및 전류 0.2-2A의 조건으로 전기를 가하여 2-5시간동안 전기분해반응을 수행하는 단계; b) applying electricity to the low-temperature wastewater under the conditions of a voltage of 2-20 V and a current of 0.2-2 A to perform an electrolysis reaction for 2-5 hours;

c) 상기 b)의 저온 하폐수에 분말활성탄을 첨가하고 2-3시간동안 반응시켜 잔류염소를 제거하는 단계; 및c) adding powdered activated carbon to the low-temperature wastewater of b) and reacting for 2-3 hours to remove residual chlorine; And

d) 상기 c)의 잔류염소가 제거된 저온 하폐수를 1차 정화장치(primary clarifier), 생물학적 반응조(bioreactor), 및 2차 정화장치에 순차적으로 유입시켜 생물학적 처리를 수행하는 단계; 및d) performing a biological treatment by sequentially introducing cryogenic wastewater from which the residual chlorine of c) has been removed into a primary clarifier, a bioreactor, and a secondary purification device in sequence; And

e) 상기 d)의 생물학적 처리를 수행한 저온 하폐수를 소독장치(disinfection device)에 유입시켜 미생물을 제거하는 단계;e) introducing the low-temperature wastewater subjected to the biological treatment of d) into a disinfection device to remove microorganisms;

를 포함하는 저온 하폐수의 생물학적 처리방법./ RTI > The method of claim 1,

일반적인 하수의 pH는 중성, 염소이온 농도는 30~100mg/L이며 전기전도도는 0.5~1.5mS/cm로 본 전기화학적 처리 방법을 적용할 수 있으나 폐수의 경우 상기 저온 하폐수의 생물학적 처리방법은 전기화학적 처리방법의 효율을 향상시키기 위하여 단계 b)의 저온 하폐수의 성상을 pH 중성영역, 염소이온(Cl-)농도 40~1000 mg/L 이상 및 전기전도도(electric conductivity) 0.5-3mS/cm으로 유지시키는 단계를 추가할 수 있다. 상기 pH를 중성으로 유지하는 것은 폐수의 주요 잔류 결합염소를 NHCl2로 유지하여 NH3 재치환으로 인한 암모니아 제거효율의 감소를 예방하기 위함이다.The electrochemical treatment method can be applied with a neutral pH of 30 to 100 mg / L and a conductivity of 0.5 to 1.5 mS / cm. However, in the case of wastewater, the biological treatment method of the low temperature wastewater is electrochemically In order to improve the efficiency of the treatment method, the characteristics of the low temperature wastewater in step b) are maintained at pH neutral region, chlorine ion (Cl - ) concentration of 40-1000 mg / L or higher and electric conductivity of 0.5-3 mS / cm You can add a step. Maintaining the pH to be neutral is to maintain the main residual bound chlorine of the wastewater with NHCl 2 to prevent reduction of ammonia removal efficiency due to NH 3 replacement.

상기 염소이온의 농도를 40mg/L 이상으로 유지하는 것은 전기분해로 인해 생성되는 유리염소(HOCl)의 양을 조절하기 위함이다. 상기 염소이온의 농도가 40mg/L 미만이면 충분한 유리염소 생성되지 않아 암모니아의 제거효율이 저하될 수 있으며 상기 염소이온의 농도가 1,000mg/L를 초과하면 유리염소가 너무 많이 생성되어 염소부산물의 생성이 촉진되므로 이를 제거하기 위한 추가적인 과정이 필요할 수 있다.Maintaining the concentration of chlorine ions above 40 mg / L is to control the amount of free chlorine (HOCl) produced by electrolysis. If the concentration of chlorine ions is less than 40 mg / L, sufficient free chlorine is not produced, and ammonia removal efficiency may be lowered. If the concentration of chlorine ions exceeds 1,000 mg / L, excess free chlorine is produced, It may be necessary to take additional steps to remove it.

상기 전기전도도는 하폐수의 이온농도에 의해 조절되는데 상기 전도도가 0.5mS/cm미만이면 전기분해의 효율이 저하되어 암모니아의 제거효율이 떨어진다. The electric conductivity is controlled by the ion concentration of the wastewater. If the conductivity is less than 0.5 mS / cm, the efficiency of electrolysis is lowered and the removal efficiency of ammonia is decreased.

상기 b)에 있어서 저온 하폐수에 가해주는 전기의 전압이 2V 미만이거나 0.2A 미만이면 전기분해의 효율이 저하되어 암모니아의 제거효율이 떨어지고 상기 전기의 전압이 20V를 초과하거나 2A를 초과하면 전기분해의 효율은 증가할 수 있으나 경제성이 떨어진다. If the electric voltage applied to the low-temperature wastewater in step b) is less than 2 V or less than 0.2 A, the efficiency of electrolysis is lowered and the removal efficiency of ammonia deteriorates. If the electric voltage exceeds 20 V or exceeds 2 A, The efficiency may increase but it is not economical.

상기 c)에 있어서, 전기분해된 저온 하폐수에 분말활성탄을 첨가하고 2시간미만으로 반응시키면 활성탄에 의한 유리염소 및 결합염소의 제거가 충분하지 않아 염소부산물이 형성될 우려가 있으므로 첨가되는 활성탄의 양을 조절하여 염소의 제거를 컨트롤할 수 있다. When the powdered activated carbon is added to the electrolyzed low-temperature wastewater in the step c) and the reaction is carried out for less than 2 hours, there is a fear that the free chlorine and the bonding chlorine are not sufficiently removed by the activated carbon to form chlorine byproducts. Can be controlled to control the removal of chlorine.

또한 하기와 같이 전기화학적 안정화 탱크를 생물학적 처리장치의 후단에 설치하여 암모니아를 제거하는 경우 소독장치로 활용이 가능하다.In addition, when the electrochemical stabilization tank is installed at the rear end of the biological treatment apparatus to remove ammonia as described below, it can be used as a disinfection apparatus.

본 발명의 또 다른 일 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 저온 하폐수의 생물학적 처리방법을 제공한다:According to another aspect of the present invention, the present invention provides a method for biological treatment of cold wastewater comprising the steps of:

a) 저온 하폐수를 1차 정화장치(primary clarifier), 생물학적 반응조(bioreactor), 및 2차 정화장치에 순차적으로 유입시켜 생물학적 처리를 수행하는 단계;a) subjecting the low temperature wastewater to sequential introduction into a primary clarifier, a bioreactor, and a secondary purification device to perform a biological treatment;

b) 상기 a)의 생물학적 처리가 수행된 저온 하폐수를 전기화학적 안정화 탱크로 유입하는 단계;b) introducing the cold wastewater subjected to the biological treatment of a) into an electrochemical stabilization tank;

c) 상기 b)의 저온 하폐수에 대하여 전압 2-20V 및 전류 0.2-2A의 조건으로 전기를 가하여 2-5시간동안 전기분해반응을 수행하는 단계; 및c) performing electrolysis reaction for 2-5 hours by applying electricity to the low temperature wastewater of b) under the condition of a voltage of 2-20 V and a current of 0.2-2A; And

d) 상기 c)의 전기분해된 저온 하폐수에 분말활성탄을 첨가하고 2-3시간동안 반응시켜 잔류염소를 제거하는 단계.d) adding powdered activated carbon to the electrolyzed low temperature wastewater of c) and reacting for 2-3 hours to remove residual chlorine.

일반적인 하수의 pH는 중성, 염소이온 농도는 30~100mg/L이며 전기전도도는 0.5~1.5mS/cm로 본 전기화학적 처리 방법을 적용할 수 있으나 폐수의 경우 상기 저온 하폐수의 생물학적 처리방법은 전기화학적 처리방법의 효율을 향상시키기 위하여 단계 b)의 저온 하폐수의 성상을 pH 중성영역, 염소이온(Cl-)농도 40~1000 mg/L 이상 및 전기전도도(electric conductivity) 0.5-3mS/cm으로 유지시키는 단계를 추가할 수 있다. 상기 pH를 중성으로 유지하는 것은 폐수의 주요 잔류 결합염소를 NHCl2로 유지하여 NH3 재치환으로 인한 암모니아 제거효율의 감소를 예방하기 위함이다.The electrochemical treatment method can be applied with a neutral pH of 30 to 100 mg / L and a conductivity of 0.5 to 1.5 mS / cm. However, in the case of wastewater, the biological treatment method of the low temperature wastewater is electrochemically In order to improve the efficiency of the treatment method, the characteristics of the low temperature wastewater in step b) are maintained at pH neutral region, chlorine ion (Cl - ) concentration of 40-1000 mg / L or higher and electric conductivity of 0.5-3 mS / cm You can add a step. Maintaining the pH to be neutral is to maintain the main residual bound chlorine of the wastewater with NHCl 2 to prevent reduction of ammonia removal efficiency due to NH 3 replacement.

상기 염소이온의 농도를 40mg/L 이상으로 유지하는 것은 전기분해로 인해 생성되는 유리염소(HOCl)의 양을 조절하기 위함이다. 상기 염소이온의 농도가 40mg/L 미만이면 충분한 유리염소 생성되지 않아 암모니아의 제거효율이 저하될 수 있으며 상기 염소이온의 농도가 1,000mg/L를 초과하면 유리염소가 너무 많이 생성되어 염소부산물의 생성이 촉진되므로 이를 제거하기 위한 추가적인 과정이 필요할 수 있다.Maintaining the concentration of chlorine ions above 40 mg / L is to control the amount of free chlorine (HOCl) produced by electrolysis. If the concentration of chlorine ions is less than 40 mg / L, sufficient free chlorine is not produced, and ammonia removal efficiency may be lowered. If the concentration of chlorine ions exceeds 1,000 mg / L, excess free chlorine is produced, It may be necessary to take additional steps to remove it.

상기 전기전도도는 하폐수의 이온농도에 의해 조절되는데 상기 전도도가 0.5mS/cm미만이면 전기분해의 효율이 저하되어 암모니아의 제거효율이 떨어진다. The electric conductivity is controlled by the ion concentration of the wastewater. If the conductivity is less than 0.5 mS / cm, the efficiency of electrolysis is lowered and the removal efficiency of ammonia is decreased.

상기 c)에 있어서 저온 하폐수에 가해주는 전기의 전압이 2V 미만이거나 0.2A 미만이면 전기분해의 효율이 저하되어 암모니아의 제거효율이 떨어지고 상기 전기의 전압이 20V를 초과하거나 2A를 초과하면 전기분해의 효율은 증가할 수 있으나 경제성이 떨어진다. If the electric voltage applied to the low-temperature wastewater in c) is less than 2 V or less than 0.2 A, the efficiency of electrolysis is lowered and the removal efficiency of ammonia is lowered. If the electric voltage exceeds 20 V or exceeds 2 A, The efficiency may increase but it is not economical.

상기 d)에 있어서, 전기분해된 저온 하폐수에 분말활성탄을 첨가하고 2시간미만으로 반응시키면 활성탄에 의한 유리염소 및 결합염소의 제거가 충분하지 않아 염소부산물이 형성될 우려가 있으므로 첨가되는 활성탄의 양을 조절하여 염소의 제거를 컨트롤할 수 있다. When the powdered activated carbon is added to the electrolyzed low-temperature wastewater in the step d) and the reaction is carried out for less than 2 hours, there is a fear that the free chlorine and the bonding chlorine are not sufficiently removed by the activated carbon to form chlorine byproducts. Can be controlled to control the removal of chlorine.

실시예 Example

1. 전기분해반응을 이용한 인공하폐수내 암모니아태 질소의 제거1. Removal of ammonia nitrogen in artificial wastewater by electrolysis

수돗물을 이용하여 암모니아태 질소(ammonia nitrogen; NH3 + 또는 NH4 +)의 농도가 하폐수 수준인 40mg/L이며; pH는 7.2이며; 전기전도도(electrical conductivity)가 1.6mS/cm이며; 유기물이 함유되지 않은 인공하폐수를 제조하였다. 상기 인공하폐수는 염소이온의 농도가 각각 0mg/L(비교예1), 50mg/L(실시예1), 100mg/L(실시예2), 200mg/L(실시예3) 또는 500mg/L(실시예4)가 되도록 하였다. 상기 인공하폐수에 백금으로 코팅된 티타늄(Pt coated titanium)을 이용하여 제조한 양극(anode) 및 스테인레스 스틸(stainless steel)을 이용하여 제조한 음극(cathode)을 설치하였다. 전압을 8V DC로 10시간 동안 가하여 전기분해를 수행하였다. Using tap water, the concentration of ammonia nitrogen (NH 3 + or NH 4 + ) is 40 mg / L, which is the wastewater level; the pH is 7.2; The electrical conductivity is 1.6 mS / cm; Artificial wastewater containing no organic matter was prepared. The artificial wastewater was prepared in such a manner that the concentrations of chlorine ions were 0 mg / L (Comparative Example 1), 50 mg / L (Example 1), 100 mg / L (Example 2), 200 mg / Example 4). An anode made of Pt coated titanium and a cathode made of stainless steel were installed in the artificial wastewater. The electrolysis was performed by applying a voltage of 8 V DC for 10 hours.

암모니아태 질소의 농도Concentration of ammonia nitrogen 전기전도도Electrical conductivity 양극소재/음극소재Anode material / cathode material 염소이온의 농도Concentration of chlorine ion 전압Voltage 비교예1Comparative Example 1 40mg/L40 mg / L 1.6mS/cm1.6 mS / cm 백금코팅 티타늄
/스테인레스 스틸
Platinum-coated titanium
/ Stainless Steel
0mg/L0 mg / L 8V DC8V DC
실시예1Example 1 40mg/L40 mg / L 1.6mS/cm1.6 mS / cm 백금코팅 티타늄
/스테인레스 스틸
Platinum-coated titanium
/ Stainless Steel
50mg/L50 mg / L 8V DC8V DC
실시예2Example 2 40mg/L40 mg / L 1.6mS/cm1.6 mS / cm 백금코팅 티타늄
/스테인레스 스틸
Platinum-coated titanium
/ Stainless Steel
100mg/L100 mg / L 8V DC8V DC
실시예3Example 3 40mg/L40 mg / L 1.6mS/cm1.6 mS / cm 백금코팅 티타늄
/스테인레스 스틸
Platinum-coated titanium
/ Stainless Steel
200mg/L200mg / L 8V DC8V DC
실시예4Example 4 40mg/L40 mg / L 1.6mS/cm1.6 mS / cm 백금코팅 티타늄
/스테인레스 스틸
Platinum-coated titanium
/ Stainless Steel
500mg/L500 mg / L 8V DC8V DC

염소이온의 농도가 500mg/L인 실시예4의 경우 4시간 동안 전기분해를 수행한 결과 95%의 암모니아태 질소가 제거된 것이 확인되었으며 6시간 동안 전기분해를 수행한 경우, 암모니아태 질소의 100%가 제거된 것이 확인되었다(도 3의 패널 A). 이에 반하여 염소이온의 농도가 200mg/L인 실시예3의 경우 전기분해 시간에 따라 점진적으로 암모니아태 질소가 제거되어 10시간동안 전기분해를 수행한 경우 37.5%의 암모니아태 질소가 제거된 것이 확인되었으며; 염소이온의 농도가 100mg/L인 실시예2 및 염소이온의 농도가 50mg/L인 실시예1의 경우 10시간동안 전기분해를 수행한 결과 각각 20% 및 10%의 암모니아태 질소가 제거된 것이 확인되었다(도 3의 패널 A 참조). 또한 염소이온이 존재하지 않은 인공하폐수(비교예1)의 경우 10시간의 전기분해에도 암모니아태 질소가 전혀 제거되지 않았는데 이는 인공하폐수내에 염소이온이 존재하지 않으므로 산화전극에서 Cl2가 생성되지 않고 이로 인해 암모니아태 질소의 제거반응에 참여하는 유리염소(HOCl, 또는 OCl-)가 생성되지 않았기 때문으로 판단된다. 상기 전기분해 반응에 있어서 염소이온의 농도에 따른 암모니아태 질소의 제거율은 산화전극에서 생성되는 Cl2의 농도에 따라 결정된다. 상기 Cl2는 물에 녹아 암모니아태 질소의 제거반응에 참여하는 유리염소를 생성하기 때문이다. 도 3 패널 B의 결과에 따르면, 전기분해를 통해 암모니아태 질소가 제거되는 시간동안 실시예 1 내지 4에서 염소이온의 농도에 비례하여 유리염소(free chlorine)가 생성되는 것이 확인된다. 실시예4의 경우 4시간 이후 암모니아태 질소의 제거가 대부분 완료되어 산화전극으로부터 생성된 Cl2와 상기 Cl2가 물에 녹아 생성된 유리염소가 더 이상 암모니아태 질소의 제거반응에 참여하지 않으므로 인공하폐수내에 축적되는 것이 확인된다. 도 3의 패널 C 및 D는 전기분해반응에 따라 발생하는 결합염소의 결과를 보여준다. 상기 결합염소는 NH2Cl(monochloramine), NHCl2(dichloramine) 또는 NCl3(trichloramine)을 의미라며 상기 결합염소는 상기 산화전극에서 생성된 Cl2가 물에 녹아 HOCl이 형성되고 상기 HOCl이 암모니아와 반응하여 형성된 것으로 독성을 가지고 있어서 방류를 위해 제거되어야 한다. 상기 NH2Cl은 암모니아와 HOCl의 반응에 의해 형성되며 상기 NHCl2는 상기 NH2Cl와 HOCl의 반응에 의해 형성된다. 따라서 암모니아의 제거반응에 비례하여 NH2Cl이 생성되고 상기 NH2Cl의 생성에 비례하여 NHCl2의 생성 또한 증가된다. 상기 도 3의 패널 C 및 D에 따르면 상기 염소이온의 가장 많이 사용되어 암모니아의 제거가 가장 활발한 실시예4(염소이온농도 500mg/L)에서 NH2Cl 및 NHCl2의 생성이 가장 많은 것이 확인되며 염소이온이 존재하지 않아 암모니아가 제거되지 않은 비교예1의 경우 NH2Cl 및 NHCl2가 생성되지 않는 것이 확인된다. In the case of Example 4 in which the concentration of chlorine ions is 500 mg / L, electrolysis for 4 hours showed that 95% of the ammonia nitrogen was removed. When the electrolysis was performed for 6 hours, % Was removed (panel A of FIG. 3). On the contrary, in the case of Example 3 in which the concentration of chlorine ions is 200 mg / L, ammonia nitrogen was gradually removed according to the electrolysis time, and it was confirmed that 37.5% of ammonia nitrogen was removed when electrolysis was performed for 10 hours ; Example 2 in which the concentration of chlorine ions was 100 mg / L and the case of Example 1 in which the concentration of chlorine ions was 50 mg / L, showed that 20% and 10% of ammonia nitrogen was removed by electrolysis for 10 hours (See panel A in Fig. 3). Also did not remove all the ammonia nitrogen in the electrolysis for 10 hours In the case of artificial sewage (Comparative Example 1) that there is no chloride ions, which do not have the chloride ion present in the artificial wastewater is not Cl 2 are generated from the anode which (HOCl or OCl - ), which is involved in the removal of ammonia nitrogen. In the electrolysis reaction, the removal rate of ammonia nitrogen depending on the concentration of chlorine ions is determined according to the concentration of Cl 2 produced in the oxidation electrode. This is because the Cl 2 is dissolved in water to produce free chlorine which participates in the ammonia nitrogen removal reaction. 3 shows that free chlorine is generated in proportion to the concentration of chlorine ions in Examples 1 to 4 during the time when ammonia nitrogen is removed through electrolysis. In the case of Example 4, since the removal of ammonia nitrogen was almost completed after 4 hours, the Cl 2 produced from the oxidized electrode and the free chlorine generated by dissolving the Cl 2 in water no longer participate in the removal reaction of ammonia nitrogen, It is confirmed that it is accumulated in the wastewater. Panels C and D in Fig. 3 show the results of binding chlorine generated by the electrolysis reaction. The combined chlorine means NH 2 Cl (monochloramine), NHCl 2 (dichloramine), or NCl 3 (trichloramine). The combined chlorine is formed by the Cl 2 produced in the oxidation electrode, which is dissolved in water to form HOCl, It is formed by reaction and has toxicity and should be removed for release. The NH 2 Cl is formed by the reaction of ammonia with HOCl and the NHCl 2 is formed by the reaction of NH 2 Cl with HOCl. Therefore, NH 2 Cl is generated in proportion to the ammonia removal reaction, and the production of NHCl 2 is also increased in proportion to the formation of NH 2 Cl. According to the panels C and D of FIG. 3, NH 4 Cl and NHCl 2 were most produced in Example 4 (chlorine ion concentration 500 mg / L) in which ammonia was most heavily used, It is confirmed that NH 2 Cl and NHCl 2 are not produced in Comparative Example 1 in which ammonia is not removed due to the absence of chlorine ions.

2. 전기분해시 인가전압에 따른 암모니아태 질소 및 잔류염소의 제거2. Removal of ammonia nitrogen and residual chlorine according to applied voltage during electrolysis

pH가 7.2; 전기전도도가 0.65mS/cm; 암모니아의 농도가 40mg/L; 염소이온의 농도가 80mg/L인 인공하수에 대하여 인가전압에 변화를 주어 암모니아태 질소 및 잔류염소의 생성양을 측정하였다. 도 4는 상기 성상의 폐수에 대하여 전기분해를 수행하지 않은 비교예2, 인가전압을 5V(0.5A)로 2, 4, 6, 8, 및 10시간 동안 전기분해를 수행한 실시예5, 10V(1A)로 2, 4, 6, 8, 및 10시간 동안 전기분해를 수행한 실시예6, 15V(1.5A)로 2, 4, 6, 8, 및 10시간 동안 전기분해를 수행한 실시예7, 및 20V(20A)로 2, 4, 6, 8, 및 10시간 동안 전기분해를 수행한 실시예7의 결과를 보여준다. 처리결과 폐수내 암모니아의 제거양이 인가전압의 세기에 비례하는 것으로 확인되었다(도 4의 패널 A 참조). 이와 함께 암모니아태 질소의 제거로 인해 발생하는 유리염소(HOCl) 및 결합염소(NH2Cl, 및 NHCl2)의 양 또한 증가하는 것이 확인되었다(도 4의 패널 B, C, 및 D 참조).pH 7.2; An electrical conductivity of 0.65 mS / cm; The concentration of ammonia is 40 mg / L; The amount of ammonia nitrogen and residual chlorine was measured by applying applied voltage to the artificial wastewater with a chlorine ion concentration of 80 mg / L. 4 is a graph showing the results of the comparison between the results of Comparative Example 2 in which electrolysis was not performed on the above-mentioned wastewater, Example 5 in which electrolysis was performed at 5 V (0.5 A) for 2, 4, 6, 8, Example 6 in which electrolysis was performed for 2, 4, 6, 8, and 10 hours with the electrolytic solution (1A), electrolysis was performed for 2, 4, 6, 8, and 10 hours with 15V 7, and 20V (20A) for 2, 4, 6, 8, and 10 hours. As a result of the treatment, it was confirmed that the amount of ammonia removal in the wastewater was proportional to the intensity of the applied voltage (see panel A of FIG. 4). It was also confirmed that the amounts of free chlorine (HOCl) and bound chlorine (NH 2 Cl, and NHCl 2 ) generated due to the removal of ammonia nitrogen were also increased (see panels B, C, and D of FIG. 4).

암모니아태 질소의 농도Concentration of ammonia nitrogen 전기전도도Electrical conductivity 양극소재/음극소재Anode material / cathode material 염소이온의 농도Concentration of chlorine ion 전압/전류Voltage / Current 비교예2Comparative Example 2 40mg/L40 mg / L 0.65mS/cm0.65 mS / cm 백금코팅 티타늄
/스테인레스 스틸
Platinum-coated titanium
/ Stainless Steel
80mg/L80 mg / L 0V/0A0V / 0A
실시예5Example 5 40mg/L40 mg / L 0.65mS/cm0.65 mS / cm 백금코팅 티타늄
/스테인레스 스틸
Platinum-coated titanium
/ Stainless Steel
80mg/L80 mg / L 5V/0.5A5V / 0.5A
실시예6Example 6 40mg/L40 mg / L 0.65mS/cm0.65 mS / cm 백금코팅 티타늄
/스테인레스 스틸
Platinum-coated titanium
/ Stainless Steel
80mg/L80 mg / L 10V/1A10V / 1A
실시예7Example 7 40mg/L40 mg / L 0.65mS/cm0.65 mS / cm 백금코팅 티타늄
/스테인레스 스틸
Platinum-coated titanium
/ Stainless Steel
80mg/L80 mg / L 15V/1.5A15V / 1.5A
실시예8Example 8 40mg/L40 mg / L 0.65mS/cm0.65 mS / cm 백금코팅 티타늄
/스테인레스 스틸
Platinum-coated titanium
/ Stainless Steel
80mg/L80 mg / L 20V/2A20V / 2A

3. 전기분해반응 및 분말활성탄을 이용한 암모니아태 질소 및 잔류염소의 제거3. Removal of ammonia nitrogen and residual chlorine by electrolysis and powdered activated carbon

전기분해 및 분말활성탄을 이용한 폐수내 암모니아태 질소와 잔류염소제거를 확인하기 위하여 춘천시 하폐수처리장에서 하폐수를 채취하였으며 상기 하폐수의 성상은 pH가 7.2; 전기전도도가 0.65mS/cm; 암모니아의 농도가 37.5mg/L; 염소이온의 농도가 50mg/L이었다. 상기 하폐수에 백금으로 코팅된 티타늄으로 제조한 양극 및 스테인레스 스틸로 제조한 음극을 설치하고 전압 8V 및 전류 0.8A를 가하여 4시간 동안 전기분해를 수행하였다. 4시간의 전기분해 수행 후 분말활성탄을 0mg/L(비교예3), 5mg/L(실시예9) 및 10mg/L(실시예10) 첨가하여 시간에 따른 pH의 변화(도 5의 패널 A), 전기전도도의 변화(도 5의 패널 B) 및 암모니아의 제거정도(도 5의 패널 C)를 측정하고 전체 유리잔류염소의 농도(도 6의 패널 A), HOCl의 농도(도 6의 패널 B), NH2Cl의 농도(도 6의 패널 C) 및 NHCl2의 농도(도 6의 패널 D)를 측정하였다. The wastewater was collected from the wastewater treatment plant in Chuncheon City in order to confirm ammonia nitrogen and residual chlorine removal by electrolysis and powdered activated carbon. An electrical conductivity of 0.65 mS / cm; The concentration of ammonia is 37.5 mg / L; The concentration of chlorine ions was 50 mg / L. A positive electrode made of titanium coated with platinum and a negative electrode made of stainless steel were attached to the wastewater, and a voltage of 8 V and a current of 0.8 A were applied to perform electrolysis for 4 hours. After 4 hours of electrolysis, the pH of the activated carbon was changed with time (Comparative Example 3), 5 mg / L (Example 9) and 10 mg / L (Example 10) ), The change in electrical conductivity (panel B in FIG. 5) and the degree of ammonia removal (panel C in FIG. 5) were measured and the concentration of total free chlorine B), the concentration of NH 2 Cl (panel C in FIG. 6) and the concentration of NHCl 2 (panel D in FIG. 6).

암모니아태 질소의 농도Concentration of ammonia nitrogen 전기전도도Electrical conductivity 양극소재/음극소재Anode material / cathode material 염소이온의 농도Concentration of chlorine ion 전압/전류Voltage / Current 분말활성탄Powder activated carbon 비교예3Comparative Example 3 37.5mg/L37.5 mg / L 0.65mS/cm0.65 mS / cm 백금코팅 티타늄
/스테인레스 스틸
Platinum-coated titanium
/ Stainless Steel
50mg/L50 mg / L 8V/
0.8A
8V /
0.8A
0ppm0 ppm
실시예9Example 9 37.5mg/L37.5 mg / L 0.65mS/cm0.65 mS / cm 백금코팅 티타늄
/스테인레스 스틸
Platinum-coated titanium
/ Stainless Steel
50mg/L50 mg / L 8V/
0.8A
8V /
0.8A
5ppm5 ppm
실시예10Example 10 37.5mg/L37.5 mg / L 0.65mS/cm0.65 mS / cm 백금코팅 티타늄
/스테인레스 스틸
Platinum-coated titanium
/ Stainless Steel
50mg/L50 mg / L 8V/
0.8A
8V /
0.8A
10ppm10ppm

상기 하폐수에 대한 4시간 동안의 전기분해 후 분말활성탄을 첨가한 경우 모든 실시예에서 pH의 변화가 미미한 것으로 확인되었으며 전기전도도 및 암모니아의 제거양 역시 변화가 미미한 것으로 확인되었다(도 5 참조). 그러나 전기분해를 통해 생성된 잔류염소의 양은 첨가한 분말활성탄의 양에 따라 차이가 나는 것이 확인되었다(도 6 참조). 상기 유리염소(HOCl)는 암모니아의 제거를 위해 반드시 필요한 구성요소이나 암모니아의 제거반응 후 제고되지 않고 처리수내에 존재하게 되면 후속공정 동안 부식질과 반응하여 소독부산물(disinfection by products, DBP)을 생성 할 수 있을 뿐 아니라 후속 생물공정에도 영향을 줄 수 있기 때문에 반드시 제거해 주어야 한다. 또한 결합염소(NH2Cl, 및 NHCl2)의 경우 방류수의 수질기준에 맞도록 처리수내의 염소농도를 조절할 필요가 있다. 분말활성탄을 첨가하지 않은 비교예3의 경우 전기분해반응이 끝난 4시간 이후 전체 잔류염소의 양이 반응 후 5시간(8시간 경과)까지 점진적으로 감소하였으나 그 후에는 더 이상 감소하지 않는 것이 확인되었다. 상기 감소는 전기분해반응으로 인해 생성된 유리염소(HOCl)가 남아 결합염소(NH2Cl, 및 NHCl2)를 N2로 변환하는 반응이 수행되었기 때문으로 판단된다(도 6의 패널 A 참조). 이에 반하여 분말활성탄을 첨가한 실시예9(분말활성탄 5ppm) 및 실시예10(분말활성탄 10ppm)의 경우 분말활성탄을 첨가한 후 1시간(5시간 경과)부터 전체 잔류염소의 농도가 급격이 감소하는 것이 확인되었으며 분말활성탄의 첨가량이 많을수록 잔류 염소의 제거속도가 더 빠른 것이 확인되었다(도 6의 패널 A 참조). 상기 결과는 유리염소(HOCl) 및 결합염소(NH2Cl, 및 NHCl2)에 대한 분말활성탄의 효과와 동일한 경향을 보이는 것이 확인되었다(도 6의 패널 B, C, 및 D 참조). 상기 실시예에 대해 아질산질소(NO2N)와 질산성질소(NO3N)의 잔존여부를 확인한 결과 상기 아질산질소(NO2N)와 질산성질소(NO3N)는 존재하지 않은 것이 확인되었다.When the powdered activated carbon was added to the wastewater after electrolysis for 4 hours, it was confirmed that the pH change was insignificant in all the examples, and the electric conductivity and the ammonia removal amount were also insignificantly changed (see FIG. 5). However, it was confirmed that the amount of residual chlorine produced through electrolysis differs depending on the amount of powdery activated carbon added (see FIG. 6). The free chlorine (HOCl) is a necessary component for the removal of ammonia or, if it is present in the treated water after the ammonia removal reaction is not performed, it reacts with the humus during the subsequent process to produce disinfection by products (DBP) But it must also be removed because it can affect subsequent bioprocessing. In the case of bound chlorine (NH 2 Cl, and NHCl 2 ), it is also necessary to adjust the chlorine concentration in the treated water to meet the water quality standard of effluent water. In the case of Comparative Example 3 in which powdered activated carbon was not added, the amount of total residual chlorine gradually decreased after 4 hours from the electrolysis to 5 hours after the reaction (after 8 hours), but it was not decreased any more after that . This reduction was judged to be due to the fact that the free chlorine (HOCl) produced by the electrolysis reaction was subjected to a reaction to convert the residual chlorine (NH 2 Cl, and NHCl 2 ) to N 2 (see panel A of FIG. 6) . On the contrary, in the case of Example 9 (5 ppm of powdered activated carbon) and Example 10 (10 ppm of powdered activated carbon) in which powdered activated carbon was added, the concentration of total residual chlorine decreased suddenly from 1 hour (5 hours elapsed) And it was confirmed that the removal rate of residual chlorine was faster as the added amount of powdered activated carbon was larger (see panel A of FIG. 6). The results were found to show the same tendency as the effect of powdered activated carbon on free chlorine (HOCl) and bound chlorine (NH 2 Cl, and NHCl 2 ) (see panels B, C and D in FIG. 6). The exemplary nitrite nitrogen (NO 2 N) and nitrate nitrogen (NO 3 N) resulting the nitrite nitrogen (NO 2 N) confirm the residual whether and nitrate nitrogen (NO 3 N) for example it is confirmed does not exist .

4. 전기분해반응 및 분말활성탄을 이용한 폐수처리공법의 적용4. Electrolysis reaction and application of wastewater treatment method using activated carbon powder

상기 결과에 따르면 폐수내 존재하는 암모니아태 질소는 인가전압의 세기에 따라 제거정도가 비례하므로 폐수내 존재하는 암모니아태 질소의 양에 따라 전기분해를 수행하여 암모니아태 질소를 효과적으로 제거할 수 있는 것이 확인되었으며 상기 암모니아태 질소의 제거과정에서 발생하는 유리염소 및 결합염소는 분말활성탄을 첨가함으로 효과적으로 제거할 수 있는 것이 확인되었다. According to the above results, since the degree of removal of ammonia nitrogen present in the wastewater is proportional to the intensity of the applied voltage, it is confirmed that the ammonia nitrogen can be effectively removed by performing electrolysis according to the amount of ammonia nitrogen present in the wastewater And it was confirmed that free chlorine and binding chlorine generated in the ammonia nitrogen removal process can be effectively removed by adding powdered activated carbon.

따라서 종래의 하폐수내에 존재하는 암모니아태 질소의 제거를 위한 생물학적 처리방법에 있어서 겨울철 낮은 온도의 유입하수로 인하여 암모니아태 질소의 제거효율이 저하되는 문제를 해결하기 위하여 온도에 상관없이 동일한 암모니아태 질소의 제거효과를 가지며 분말활성탄을 사용하여 유리염소 및 결합염소의 농도를 현저히 저하 시킬 수 있는 본 발명의 전기분해 방법을 필요에 따라 적용한다면 종래의 암모니아태 질소의 제거를 위한 생물학적 처리방법의 겨울철 운영 문제점을 해결할 수 있을 것으로 판단된다. Therefore, in order to solve the problem that the removal efficiency of ammonia nitrogen is lowered due to the low-temperature influent sewage in winter in the conventional biological treatment method for removing ammonia nitrogen present in wastewater, the same ammonia nitrogen It is possible to reduce the concentration of free chlorine and bound chlorine by using powdered activated carbon having the effect of removing the ammonia nitrogen of the present invention, It can be solved.

본 명세서에서 설명된 구체적인 실시예는 본 발명의 바람직한 구현예 또는 예시를 대표하는 의미이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되지는 않는다. 본 발명의 변형과 다른 용도가 본 명세서 특허청구범위에 기재된 발명의 범위로부터 벗어나지 않는다는 것은 당업자에게 명백하다. The specific embodiments described herein are representative of preferred embodiments or examples of the present invention, and thus the scope of the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that modifications and other uses of the invention do not depart from the scope of the invention described in the claims.

Claims (9)

전기화학적 안정화 탱크(electrochemical stabilization tank), 1차 정화장치(primary clarifier), 생물학적 반응조(bioreactor), 또는 2차 정화장치(secondary clarifier)를 포함하는 저온 하폐수용 생물학적 처리장치.

A biological treatment device for low temperature wastewater comprising an electrochemical stabilization tank, a primary clarifier, a bioreactor, or a secondary clarifier.

제 1 항에 있어서, 상기 전기화학적 안정화 탱크는 1차 정화장치의 앞에 설치되거나 2차 정화장치의 뒤에 설치되어 상기 저온 하폐수 처리장치의 질산화율을 향상시키는 것을 특징으로 하는 저온 하폐수용 생물학적 처리장치.
The biological treatment apparatus for low-temperature wastewater according to claim 1, wherein the electrochemical stabilization tank is installed in front of the primary purification apparatus or installed behind the secondary purification apparatus to improve the nitrification rate of the low-temperature wastewater treatment apparatus.
제 1 항에 있어서, 상기 전기화학적 안정화 탱크는 철(Fe), 티타늄(Ti), 백금(Pt) 또는 이리듐(Ir)을 포함하는 재질로 제조된 산화전극 및 철(Fe), 알루미늄(Al), 또는 구리(Cu)를 포함하는 재질로 제조된 환원전극을 포함하는 것을 특징으로 하고 전극들이 직렬 또는 병렬로 연결되어 구성되는 저온 하폐수용 생물학적 처리장치.
The electrochemical stabilization tank according to claim 1, wherein the electrochemical stabilization tank comprises an oxidation electrode made of a material containing iron (Fe), titanium (Ti), platinum (Pt) or iridium (Ir) , Or copper (Cu), characterized in that the electrodes are connected in series or in parallel, and the low-temperature wastewater biological treatment apparatus is characterized in that the electrodes are connected in series or in parallel.
제 1 항에 있어서, 상기 전기화학적 안정화 탱크는 전기분해반응을 이용하여 상기 저온 하폐수의 암모니아를 방류기준에 맞추어 30%이상 제거하는 것을 특징으로 하는 저온 하폐수용 생물학적 처리장치.
The biological treatment apparatus for low-temperature wastewater according to claim 1, wherein the electrochemical stabilization tank removes ammonia of the low-temperature wastewater by an electrolysis reaction in an amount of 30% or more in accordance with a discharge standard.
제 4 항에 있어서, 상기 전기분해반응을 이용한 저온 하폐수의 암모니아 제거시 분말활성탄을 첨가하여 잔류염소를 제거하는 것을 특징으로 하는 저온 하폐수용 생물학적 처리장치.
5. The biological treatment apparatus for low-temperature wastewater according to claim 4, wherein residual chlorine is removed by adding powdered activated carbon when ammonia is removed from the low-temperature wastewater by the electrolysis reaction.
제 5 항에 있어서, 상기 분말활성탄은 상기 저온 하폐수의 암모니아에 대비하여 1 : 3-5의 중량비로 첨가하는 것을 특징으로 하는 저온 하폐수용 생물학적 처리장치.
[6] The biological treatment apparatus for low-temperature wastewater according to claim 5, wherein the powdered activated carbon is added at a weight ratio of 1: 3-5 to ammonia of the low-temperature wastewater.
제 5 항에 있어서, 상기 잔류염소는 유리염소(HOCl) 및 결합염소(NHCl2, NH2Cl)인 것을 특징으로 하는 저온 하폐수용 생물학적 처리장치.
The method of claim 5, wherein the residual chlorine free chlorine (HOCl), and coupling a low temperature chlorine biological processing apparatus for sewage, characterized in that (NHCl 2, NH 2 Cl) .
a) 저온 하폐수를 전기화학적 안정화 탱크로 유입하는 단계;
b) 상기 저온 하폐수에 대하여 전압 2-20V 및 전류 0.2-2A의 조건으로 전기를 가하여 2-5시간동안 전기분해반응을 수행하는 단계;
c) 상기 b)의 저온 하폐수에 분말활성탄을 첨가하고 2-3시간동안 반응시켜 잔류염소를 제거하는 단계; 및
d) 상기 c)의 잔류염소가 제거된 저온 하폐수를 1차 정화장치(primary clarifier), 생물학적 반응조(bioreactor), 및 2차 정화장치에 순차적으로 유입시켜 생물학적 처리를 수행하는 단계; 및
e) 상기 d)의 생물학적 처리를 수행한 저온 하폐수를 소독장치(disinfection device)에 유입시켜 미생물을 제거하는 단계;
를 포함하는 저온 하폐수의 생물학적 처리방법.
a) introducing cold wastewater into an electrochemical stabilization tank;
b) applying electricity to the low-temperature wastewater under the conditions of a voltage of 2-20 V and a current of 0.2-2 A to perform an electrolysis reaction for 2-5 hours;
c) adding powdered activated carbon to the low-temperature wastewater of b) and reacting for 2-3 hours to remove residual chlorine; And
d) performing a biological treatment by sequentially introducing cryogenic wastewater from which the residual chlorine of c) has been removed into a primary clarifier, a bioreactor, and a secondary purification device in sequence; And
e) introducing the low-temperature wastewater subjected to the biological treatment of d) into a disinfection device to remove microorganisms;
/ RTI > The method of claim 1,
a) 저온 하폐수를 1차 정화장치(primary clarifier), 생물학적 반응조(bioreactor), 및 2차 정화장치에 순차적으로 유입시켜 생물학적 처리를 수행하는 단계;
b) 상기 a)의 생물학적 처리가 수행된 저온 하폐수를 전기화학적 안정화 탱크로 유입하는 단계;
c) 상기 b)의 저온 하폐수에 대하여 전압 2-20V 및 전류 0.2-2A의 조건으로 전기를 가하여 2-5시간동안 전기분해반응을 수행하는 단계; 및
d) 상기 c)의 전기분해된 저온 하폐수에 분말활성탄을 첨가하고 2-3시간동안 반응시켜 잔류염소를 제거하는 단계;
를 포함하는 저온 하폐수의 생물학적 처리방법.
a) subjecting the low temperature wastewater to sequential introduction into a primary clarifier, a bioreactor, and a secondary purification device to perform a biological treatment;
b) introducing the cold wastewater subjected to the biological treatment of a) into an electrochemical stabilization tank;
c) performing electrolysis reaction for 2-5 hours by applying electricity to the low temperature wastewater of b) under the condition of a voltage of 2-20 V and a current of 0.2-2A; And
d) adding powdered activated carbon to the electrolyzed low temperature wastewater of c) and reacting for 2-3 hours to remove residual chlorine;
/ RTI > The method of claim 1,
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