KR20190036658A

KR20190036658A - 탈질탑을 이용한 하,폐수 질소처리 시스템

Info

Publication number: KR20190036658A
Application number: KR1020170125815A
Authority: KR
Inventors: 홍원방; 이성욱; 이현석
Original assignee: 홍원방
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2019-04-05
Also published as: KR102097471B1

Abstract

본 발명은 하,폐수를 포함하는 원수가 저장되는 원수저장조; 상기 원수저장조로부터 원수가 유입되고 내부에 복수의 메디어가 충진되어 원수로부터 질산성질소를 제거한 처리수를 배출하는 하나 이상의 탈질탑; 상기 탈질탑으로부터 처리수를 유입받아 저장하는 처리수저장조; 상기 탈질탑으로 역세수를 공급하는 역세수저장조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈질탑을 이용한 하,폐수 질소처리 시스템에 관한 것이다.

Description

탈질탑을 이용한 하,폐수 질소처리 시스템{Wastewater nitrogen treatment system using denitrification tower}

본 발명은 탈질탑을 이용하여 탈질효율을 향상시킨 하,폐수 처리시스템에 관한 것이다.

일반적으로 하ㆍ폐수에 존재하는 협잡물, 유기물질, 질소, 인 등을 처리함에 있어서는 물리적 및 생물학적 방법이 병행되고 있다. 특히 하ㆍ폐수에 존재하는 질소는 하ㆍ폐수처리 시스템 내에 질산화반응을 수행하는 반응조와 탈질반응을 수행하는 반응조를 설치하여 생물학적 방법에 의해 유기질소나 암모니아성 질소를 질산화시킨 다음 질소가스로 환원시켜 처리하고 있다.

이러한 생물학적 질산화/탈질은 침출수나 축산폐수 등과 같은 고농도의 유기물질과 암모니아성 질소를 포함하고 있는 하ㆍ폐수의 처리에도 유용하게 적용되고 있다. 이때 유입 하ㆍ폐수의 C/N (유기물/질소)값이 클 경우에는 더욱 효율적이다. 이러한 질산화/탈질 공정은 원수 중의 유기물을 전자 공여체로 이용하기 위해 하ㆍ폐수내의 C/N비를 고려하여 유출수 반송이나 내부반송을 이용하는 선탈질/후질산화의 순서로 운전되는 시스템이 주로 이용되고 있다.

대한민국 등록특허 제566053호

본 발명은 앞에서 설명한 하,폐수에 혼입된 질소의 생물학적 처리효율을 배가시키기 위한 시스템을 제공하고자 함이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 탈질탑을 이용한 하,폐수 질소처리 시스템(이하 "본 발명의 시스템"이라함)은 하,폐수를 포함하는 원수가 저장되는 원수저장조; 상기 원수저장조로부터 원수가 유입되고 내부에 복수의 메디어가 충진되어 원수로부터 질산성질소를 제거한 처리수를 배출하는 하나 이상의 탈질탑; 상기 탈질탑으로부터 처리수를 유입받아 저장하는 처리수저장조; 상기 탈질탑으로 역세수를 공급하는 역세수저장조;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 탈질탑으로 메탄올을 공급하는 메탄올저장조가 포함되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 둘 이상의 탈질탑이 구성되되, 탈질탑 간에는 직렬 또는 병렬연결이 되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 메디어는 펄라이트 100중량부에 대해 수용성 폴리머 20 내지 40중량부, 벤잘코늄염화물 1 내지 5중량부, 티타늄탄화물 0.5 내지 1중량부를 포함하는 볼형태인 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 탈질탑 내에는 회전축과 교반날개로 구성된 교반기가 구성되되, 상기 회전축에는 상기 탈질탑에서 수위가 결정될 수 있는 부분에 상,하방향으로 슬라이드톱니가 구성되는 슬라이드부가 구성되고, 상기 슬라이드부에 장착되며 부유성재질로 구성되고 상기 슬라이드톱니에 맞물리도록 내부에 제 2슬라이드톱니가 구성된 클램프와 상기 클램프에서 복수로 돌출되며 부유성재질로 구성되고 수위면에서 거품을 제거하는 거품제거날개로 구성된 거품제거구가 더 구성되는 것을 특징으로 한다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명은 하,폐수에 혼입되어 있는 질소의 생물학적 처리효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명은 처리수를 역세수로 활용할 수 있으며 탈질탑을 복수로 구성하는 경우 역세시에도 계속적인 운전이 가능하도록 할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 시스템을 나타내는 블록도이고,
도 2는 본 발명의 일 구성인 탈질탑의 개략적 작동상태도이고,
도 3은 본 발명의 일 구성인 탈질탑에 있어 다른 실시 예의 작동상태도이다.

아래에서는 본 발명에 따른 양호한 실시 예를 상세히 설명한다.

본 발명의 시스템(1)은 도 1에서 보는 바와 같이 하,폐수를 포함하는 원수가 저장되는 원수저장조(2); 상기 원수저장조(2)로부터 원수가 유입되고 내부에 복수의 메디어가 충진되어 원수로부터 질산성질소를 제거한 처리수를 배출하는 하나 이상의 탈질탑(3); 상기 탈질탑(3)으로부터 처리수를 유입받아 저장하는 처리수저장조(4); 상기 탈질탑(3)으로 역세수를 공급하는 역세수저장조(5);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 원수저장조(2)는 각종 시설로부터 배출되는 하,폐수를 저장하는 구성으로서 상기 원수저장조(2)에는 도면에 도시된 바는 없으나 가온수단이 구성되어 특히 동절기 등에 있어 하,폐수에 포함된 유기질소나 암모니아성 질소의 질산화가 원활하게 이루어지지 않는 경우 상기 원수저장조(2)에 저장된 원수를 가온시켜 원수에 포함된 유기질소, 암모니아성질소의 질산화가 원활히 이루어지도록 할 수 있다. 즉 후단의 탈질탑(3)에서 탈질반응이 원활히 이루어지도록 하여 원수로부터 질소제거효율을 높이기 위한 것이다.

상기 탈질탑(3)은 상기 원수저장조(2)에 저장된 원수를 유입하여 원수에 혼입된 질산성질소를 질산균에 의해 질소로 환원시켜 질소가 제거된 처리수를 배출토록 하는 구성에 해당한다.

상기 탈질탑(3)은 폐쇄된 형상으로 구성되어 일측에서 상기 원수저장조(2)로부터 원수가 유입되도록 하고 타측에서 처리수가 배출되도록 하는 것이며 상단에 도면번호가 도시된 바는 없으나 질소배출라인이 형성되도록 하여 탈질탑(3) 상단부에 포집된 질소가 배출되도록 하는 것이다.

상기 탈질탑(3)에는 복수의 메디어(32)가 충진되어 있는 바, 상기 메디어(32)에서 질산균의 군락형성에 의해 원수에 혼입된 질산성질소의 탈질반응이 이루어지도록 하기 위한 것이다.

이러한 질산균에 의한 탈질은 적절한 양의 유기물을 이용할 때에 질산성 질소 제거면에서 매우 효율적이라고 할 수 있으므로 도 1에서 보는 바와 같이 상기 탈질탑(3)으로 메탄올을 공급하는 메탄올저장조(6)가 더 구성되도록 하여야 한다.

한편 질산균에 의한 탈질반응이 계속적으로 이루어지면 수산화이온(OH-)의 계속적 생성에 의해 탈질탑(3) 내의 pH가 높아지게 된다. 이렇게 탈질탑(3) 내의 높은 pH 조건은 질산균의 성장에 직접적인 영향을 끼쳐 탈질반응을 방해하는 요인으로 작용을 하는 바, 종래에는 ORP 센서에 의한 센싱, 주기적인 역세를 통해 안정적인 제어가 가능하도록 하였는데 이러한 과정에 번거로움이 있었다.

이에 본 발명에서는 이를 해결할 수 있는 메디어(32)를 제시하고 있는 바, 본 실시 예의 메디어(32)는 펄라이트 100중량부에 대해 수용성 폴리머 20 내지 40중량부, 벤잘코늄염화물 1 내지 5중량부, 티타늄탄화물 0.5 내지 1중량부를 포함하는 볼형태인 것을 특징으로 한다.

상기 펄라이트는 진주석을 1000 내지 1200℃로 소성하여 팽창시킨 것으로서, 다공질체로 질산균의 담체로서 우수한 특성을 가진다. 펄라이트의 기공율은 약 48%이며 비표면적이 커 펄라이트를 이용한 담체 형성시 다공성이 우수하며 미생물 군락형성에 유리하고 다공성 담체내에서 무산소 조건들이 잘 이루어지도록 한다. 또한 본 실시 예의 메디어(32)가 펄라이트를 주재로 사용함에 따라 펄라이트는 비중이 0.15 내지 0.25로 물보다 가벼운 특성이 있어 상기 탈질탑(3) 내에서 원수 중에 유동할 수 있어 유동상 담체가 구현될 수 있는 것이다.

상기 수용성 폴리머는 상기 펄라이트의 경도를 보완토록 하기 위한 조성으로 원수에서 유동시 메디어(32)간 충돌 특히 이하에서 설명할 교반기(33) 등에 충돌시 메디어(32)가 깨지는 문제를 해결하기 위한 것으로 상기 수용성 폴리머는 그 종류를 한정하지 않으나 비중이 물과 유사하거나 작은 재질을 사용하여 메디어가 원수 내에서 유동상 담체로서 작용할 수 있도록 하여야 한다.

한편 메디어(32)는 탈질탑(3)에 충진되기 전으로 제조과정, 보관과정에 메디어(32)에 형성된 공극에 유기물 등이 침적될 수 있는 문제가 있다. 즉 메디어(32)의 공극에 유기물이 충진되어 질산균의 담체로서 기능을 저하시킬 수 있는 문제가 있다. 또한 경도보강용으로 수용성 폴리머가 사용되는 바 경화과정, 보관과정에서 물이 증발되어 수축에 의한 균열이 초래될 수 있는데 이러한 균열은 수용성 폴리머의 경도보강 기능을 저하시키는 요인이 된다.

이에 본 실시 예에서는 벤잘코늄염화물이 일 조성으로서 첨가되도록 하는데 벤잘코늄염화물이 첨가됨에 의해 공극에 침적된 유기물을 분해토록 하는 것이며 특히 벤잘코늄염화물은 보습작용을 하여 경화과정, 보관과정에서 물의 증발을 방지함으로써 균열을 제어토록 하는 것이다.

상기 티타늄탄화물은 수산화이온을 고정시키는 조성에 해당한다. 즉 상기에서 언급한 바와 같이 질산균에 의한 탈질반응이 계속적으로 이루어지면서 발생되는 수산화이온을 상기 티타늄탄화물이 고정시킴으로써 별도의 pH조절제 등 없이 본 실시 예의 메디어(32)에 의해 알카리도가 조절되도록 하는 것이다. 즉 탈질반응에 유리한 pH조건이 메디어(32)에 의해서 제공되는 것이다.

상기 탈질탑(3)은 본 발명의 시스템(1) 내에서 도면에 도시된 바는 없으나 복수로 구성되어 탈질탑(3) 간에 직렬연결 또는 병렬연결이 가능하도록 할 수 있다. 처리용량을 크게 가져가고자 하는 경우 탈질탑(3) 간을 직렬로 연결하여 사용하도록 할 수 있으며 역세시에도 계속적인 운전이 가능하도록 하기 위해서는 탈질탑(3) 간을 병렬로 연결하여 사용토록 할 수 있다. 또한 이러한 탈질탑(3) 간의 직렬 또는 병렬연결이 선택적으로 이루어지도록 할 수도 있다.

또한 도 2에서 보는 바와 같이 탈질탑(3)에는 교반기(33)가 구성되는 바, 상기 교반기(33)는 모터(m)와 연동하여 회전연동을 하는 회전축(331)과 상기 회전축(311)에서 복수로 돌출되어 회전수류를 형성토록 하여 메디어(32)가 원수에서 회전수류에 의해 유동상이 형성되도록 하는 복수의 교반날개(332)로 구성된다.

상기 교반기(33)의 작용에 의해 상기에서 언급한 바와 같이 메디어(32)가 원수에서 회전수류에 의해 유동상이 형성되도록 하여 탈질반응의 균일하게 효율적으로 이루어지도록 하는 것이다. 그런데 이러한 교반기(33)의 작용 등에 의해 수면에 거품층이 형성되는데 이러한 거품층은 탈질반응의 결과물로서 발생되는 질소기체가 탈질탑(3) 상단부에 형성되는 포집공간으로 유동을 방해하게 되는 것이며 원수에 질소의 재혼입이 발생되어 탈질효율을 저하시키는 요인으로 작용한다.

이에 본 발명에서는 도 3에서 보는 바와 같이 상기 회전축(331)에 상기 탈질탑(3)에서 수위가 결정될 수 있는 부분에 상,하방향으로 슬라이드톱니가 구성되는 슬라이드부(333)가 구성되도록 하고, 상기 슬라이드부(333)에 장착되며 부유성재질로 구성되고 상기 슬라이드톱니에 맞물리도록 내부에 제 2슬라이드톱니가 구성된 클램프(341)와 상기 클램프(341)에서 복수로 돌출되며 부유성재질로 구성되고 수위면에서 거품을 제거하는 거품제거날개(342)로 구성된 거품제거구(34)가 더 구성되는 예를 제시하고 있다.

상기 슬라이드부(333)는 도 3에서 보는 바와 같이 상기 회전축(331)의 상단부로서 최상단의 교반날개(332)의 상부에 구성되되 상기 탈질탑(3)에서 수위가 결정될 수 있는 부분에 형성되는 것이다. 상기 슬라이드부(333)에는 상,하방향으로 슬라이드톱니가 구성되는데 이는 상기 슬라이드부(333)에 장착되는 거품제거구(34)가 상,하 방향으로 수위를 따라 유동하면서 상기 회전축(331)의 회전과 연동하여 상기 거품제거구(34)의 회전연동이 가능하도록 하기 위한 것이다.

상기 슬라이드부(333)에는 상,하단에 도면번호가 도시된 바는 없으나 제어턱이 구성되어 상기 슬라이드부(333)에서 상,하로 슬라이드 되는 거품제거구(34)의 상,하 연동을 제어토록 하여야 한다.

상기 거품제거구(34)는 그 재질을 한정하지 않으나 부유성재질로 구성되어 탈질탑(3) 내에서 수위변동에 연동되어 상기 거품제거구(34)가 변동되는 수면에 위치하도록 하는 것이다.

상기 클램프(341)는 상기 슬라이드부(333)에 장착되는 구성으로 상기 슬라이드톱니에 맞물리도록 내부에 제 2슬라이드톱니가 구성되는 바, 수위에 따라 상기 슬라이드부(333)에서 상,하로 연동하면서 회전축(331)과 같이 회전토록 하는 구성에 해당한다.

상기 거품제거날개(342)는 수면에 형성된 거품을 타격함으로써 거품을 터트리거나 거품을 외측으로 밀어 수면 외부로 질소기체가 토출될 수 있도록 하는 것이다.

상기에서 언급한 바와 같이 상기 탈질탑(3)에서 질소가 제거된 처리수는 상기 처리수저장조(4)로 유입되도록 하고 상기 처리수저장조(4)는 저장된 처리수를 방류 또는 후처리공정으로 유입되도록 하는 것이다.

또한 탈질탑(3)으로 역세수를 공급하여 탈질탑(3)을 역세토록 하는 역세수저장조(5)가 구성되는데 상기 탈질탑(3)에서 처리수가 상기 처리수저장조(4)로 공급토록 하는 공급라인에 밸브로 연결되어 처리수가 상기 역세수저장조(5)로 저장되도록 한다. 즉 외부로부터 역세수의 공급없이 탈질탑(3)의 처리수를 역세수로 재활용할 수 있도록 하는 것이다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않음은 물론이며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 기술적 지식을 가진 자에 의해 상기 기재된 내용으로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 수 있음은 물론이다.

1 : 본 발명의 시스템 2 : 원수저장조
3 : 탈질탑 4 : 처리수저장조
5 : 역세수저장조

Claims

하,폐수를 포함하는 원수가 저장되는 원수저장조;
상기 원수저장조로부터 원수가 유입되고 내부에 복수의 메디어가 충진되어 원수로부터 질산성질소를 제거한 처리수를 배출하는 하나 이상의 탈질탑;
상기 탈질탑으로부터 처리수를 유입받아 저장하는 처리수저장조;
상기 탈질탑으로 역세수를 공급하는 역세수저장조;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈질탑을 이용한 하,폐수 질소처리 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 탈질탑으로 메탄올을 공급하는 메탄올저장조가 포함되는 것을 특징으로 하는 탈질탑을 이용한 하,폐수 질소처리 시스템.
제 1항에 있어서,
둘 이상의 탈질탑이 구성되되, 탈질탑 간에는 직렬 또는 병렬연결이 되는 것을 특징으로 하는 탈질탑을 이용한 하,폐수 질소처리 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 메디어는 펄라이트 100중량부에 대해 수용성 폴리머 20 내지 40중량부, 벤잘코늄염화물 1 내지 5중량부, 티타늄탄화물 0.5 내지 1중량부를 포함하는 볼형태인 것을 특징으로 하는 탈질탑을 이용한 하,폐수 질소처리 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 탈질탑 내에는 회전축과 교반날개로 구성된 교반기가 구성되되, 상기 회전축에는 상기 탈질탑에서 수위가 결정될 수 있는 부분에 상,하방향으로 슬라이드톱니가 구성되는 슬라이드부가 구성되고, 상기 슬라이드부에 장착되며 부유성재질로 구성되고 상기 슬라이드톱니에 맞물리도록 내부에 제 2슬라이드톱니가 구성된 클램프와 상기 클램프에서 복수로 돌출되며 부유성재질로 구성되고 수위면에서 거품을 제거하는 거품제거날개로 구성된 거품제거구가 더 구성되는 것을 특징으로 하는 탈질탑을 이용한 하,폐수 질소처리 시스템.