KR850001929B1

KR850001929B1 - 탈질소용 폐수처리방법

Info

Publication number: KR850001929B1
Application number: KR8200965A
Authority: KR
Inventors: 무라다 기요미; 이시다 히로시; 야마다 유다가; 이쭈미 기요시
Original assignee: 게이다로 히로; 구보다 데쯔고우 가부시기 가이샤
Priority date: 1981-06-10
Filing date: 1982-03-06
Publication date: 1985-12-31
Also published as: AU8197982A; HK12185A; GB2099807A; GB2099807B; IN158592B; AU544855B2; JPH0122039B2; NZ200142A; JPS57204294A; PH22769A

Abstract

내용 없음.

Description

탈질소용 폐수처리방법

제1도는 암모니아성 질소로부터 생화학적으로 N₂를 제거하기 위한 일반적인 과정을 나타내는 설명도이며,

제2도는 본 발명에 관련된 선행기술의 일예를 나타내는 공정도이고,

제3도는 본 발명의 실시예를 나타내는 공정도이며,

제4도는 반응조 속의 암모니아성 질소에 대한 질산성 질소/산화성 질소를 나타내는 그라프이고,

제5도는 반응조 속의 BOD에 대한 질산성 질소/산화성 질소를 나타내는 그라프이며,

제6도는 BOD 및 COD의 상관관계의 일예를 나타내는 그라프이고,

제7도는 반응조 속의 깊이에 대한 DO 농도를 나타내는 그라프이며,

제8도는 반응조 속의 DO 농도에 대한 반응 ① 및 반응 ②의 반응속도의 상이를 나타내는 그라프이고,

제9도는 반응조 속의 활성 오니(MLSS) 농도에 대한 질산성 질소/산화성 질소를 나타내는 그라프이며,

제10도는 반응조 속의 산소공급속도에 대한 암모니아성 질소/산화성 질소를 나타내는 그라프이고,

제11도는 반응조 속으로 도입하는 산소공급속도에 대한 처리량 및 탈질소율을 나타내는 그라프이며,

제12도는 혼합액의 순환배율에 대한 질산성 질소/산화성 질소를 나타내는 그라프이고,

제13도는 pH에 대한 반응속도의 상이를 나타내는 그라프이며,

제14도는 반응조 속의 암모니아성 질소/총 질소에 대한 질산성 질소/산화성 질소를 나타내는 그라프이고,

제15도는 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 공정도이며,

제16도는 본 발명의 실시예를 나타내는 그라프이고,

제17도 내지 제19도는 제16도의 실시예에 따라 실시한 실험결과를 나타낸 그라프이다.

본 발명은 탈질소용 폐수처리방법에 관한 것이다. 더 상세히 말하면, 생뇨(生尿) 또는 뇨 혼입 오수 등의 폐수에 다량으로 함유된 암모니아성 질소(NH₄-N)를 활성 오니(汚尿)의 작용으로 생화학적으로 제거하기 위한 폐수처리방법에 관한 것이다.

폐수로부터 암모니아성 질소를 제거하기 위한 생화적 탈질소화는 제1도에 따라, 질화균에 의한 질화작용 및 탈질소균에 의한 탈질소작용의 양 방법을 이용하는 것이 알려져 있다.

제1도에서 반응 ① 및 ②가 질화반응이며, 반응 ③ 및 ④가 탈질소반응이다. 반응 ①에서는 암모니아성 질소가 활성 오니중의 니트로소모나스(Nitrosomonas)의 작용으로 아질산성 질소(NO₂-N)로 변환된다. 반응 ②에서는 아질산성 질소의 일부가 활성 오니중의 니트로박터(Nitrobacter)의 작용으로 질산성 질소(NO₃-N)로 변환된다. 반응 ③에서는 NO₂-N의 나머지가 활성 오니중의 탈질소균(이질산염 환원균)의 작용으로 질소(N₂)로 변환된다. 또한, 반응 ④에서는 질산성 질소가 탈질소균(질산염 환원균)의 작용으로 아질산성 질소로 변환된다. 따라서, 질산성 질소는 반응 ④ 및 ③을 거쳐서 N₂로 변환된다.

종래, 이러한 생화학적 탈질소법을 이용한 탈질소용 폐수처리장치는 일본국 특개소 54-42850호에 기재되어 있다. 상기에서 인용한 공개공보에 기재되어 있는 것은 구보다 니트로 사이클시스템(일본의 등록상표)으로 알려져 있다. 인용 공개공보에는 제2도에 도시한 바와 같은 구성의 폐수처리장치가 기재되어 있다. 즉, 폐수처리장치는 호기성 소화조(1), 질화조(3), 탈질소조(5), 재폭기조(7) 및 고액분리조(9)를 포함한다. 호기성 소화조(1)는 혼합분해조라고도 하며, 여기서는 암모니아성 질소가 산화성 질소(NO_x-N)로 변환되며, 다시 원폐수에 함유된 유기물을 이용하여 산화성 질소를 N₂로 변환시킨다. 즉, 호기성 소화조(1)에서 BOD의 산화분해와 탈질소를 동시에 행하여 여기서 약 80 내지 90%의 총 질소(T-N)를 제거한다. 소화조(3)에는 대량의 산소함유가스(공기)를 공급하여 잔류한 암모니아성 질소를 산화성 질소로 함으로써 산화성 질소가 다시 호기성 소화조(1)로 반송 된다. 잔류하는 산화성 질소가 탈질소조(5)에서 탈질소화된다. 탈질소조(5)에서 총 질소가 96% 이상 탈질소화된 처리수는 재폭기조(7)에서 잔류 메탄올의 제거, 탈기 및 오니의 활성화 등을 위하여 재차 폭기처리되어 고액분리조, 예를 들면, 침전조(9)에서 고체/액체 분리가 행해진다. 이러한 종래기술은 그 이전의 기술에 비하여 알칼리제의 대량투입을 필요로 하지 않으며, 더구나 탈질소반응에 있어서 종래 필요하였던 메탄올 등의 유기 영양원 보급을 거의 필요로 하지 않으므로 가동비를 크게 감소시킬 수 있었다. 또한, 총 질소의 제거율도 거의 100%여서 극히 양호하였다.

그러나, 상기에서 인용한 공개공보에 기재된 기술에서는 처리조의 용량이 크고, 또한 가동비가 충분히 낮다고는 말할 수 없다. 즉, 상술한 종래기술에서는 산소공급효율이 5 내지 10% 정도로 작고, 따라서 단위용적당 처리 가능한 부하량이 크지 않으며, 예를 들면, 투입원폐수의 30배나 되는 큰 용량을 가진 처리조가 필요하였다. 또한, 대량의 산소를 공급하기 대문에 산화성 산소의 대부분이 질산성 질소를 되어 대량의 수소공여체를 필요로 하므로, 결과적으로 메틴올의 보급을 완전히 없앨 수 없었다. 즉, 아질산성 질소의 탈질소반응은 다음 식(1)로 행해지는 반면, 질산성 질소의 탈질소반응은 다음 식(2)로 행해지는데 질산성 질소를 탈질소화하는 쪽이 아질산성 질소를 탈질소화하는 것보다 많은 수소공여체를 필요로 하기 때문이다.

2NO₂ ^-+3H₂→N₂+2OH^-+4H₂O (1)

2NO₃ ^-+5H₂→N₂+2OH^-+4H₂O (2)

그러므로, 본 발명의 주목적은 암모니아성 질소를 함유하는 원폐수를 처리하여 반응조에서 질화(窒化) 및 탈질소화를 동시에, 그리고 효과적으로 행함으로써 처리조의 용량의 감소와 함께 필요전력과 첨가약품량을 될수록 적게하여 결과적으로 가동비를 크게 절감할 수 있는 탈질소용 폐수처리방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명은 간단히 말하면 반응조에 암모니아성 질소를 함유하는 원폐수와 반송된 오니(汚泥)를 공급하는 폐수처리장치를 이용한 페수처리방법으로서 반응조중의 암모니아성 질소를 15ppm 이상으로 하는 동시에 BOD를 30ppm 이상으로 하여 운전함으로써 반응조중의 질산성 질소/산화성 질소가 0.5 미만으로 되도록 한 탈질소용 폐수처리방법이다.

본 발명의 상술한 목적과 그 밖의 목적 및 특징은 도면을 참조하여 실시하는 실시예에 대한 상세한 설명에서 한층 명확하게 될 것이다. 제3도는 본 발명의 실시예를 나타내는 공정도이다. 협잡물을 제거하는 등, 적당히 전처리된 생뇨 등의 원폐수가 원폐수 공급로(101)를 통하여 반응조(103)로 유도된다. 반응조(103)로부터의 처리수(이미 처리된 물)가 고액분리장치(105)로 보내지며, 고액분리장치(105)에서는 오니와 같은 고체와 액체로 분리된다. 고액분리장치(105)로부터 반송로(107)를 저쳐서 활성 오니가 반응조(103)로 반송된다.

반응조(103)는, 예를 들면, 10 내지 100m 정도의 비교적 깊은 하강유로(下降流路)(103a) 및 이에 연통하는 상승유로(103b)를 포함하며, 상승유로(103a)의 상단에는 액류(液溜)(103c)가 형성된다. 급기로(給氣路)(109)에 의해 공기 등의 산소함유가스가 하강유로(103a) 내의 혼합액 속으로 취입된다. 액류(103)에는 순환로(111)가 접속되며, 이 순환로(111)에 의해 액류(103c)로부터 혼합액을 하강유로(103c)로 반송하며, 이로써 하강유로(103a)와 여기에 연결된 상승유로(103b)와의 사이에서 혼합액을 순환적으로 유동시킨다. 또한, 약품을 투입하기 위하여 약품공급로(113)를 설치하며, 필요에 따라 메탄올 등의 유기 영양원이나 수산화나트륨 등의 알칼리제를 반응조(103)에 투입할 수 있다.

원폐수 공급로(101)에는 펌프(101a)가 설치되며, 이 펌프(101a)로 반응조(103)에 투입할 원페수량을 제어할 수 있다. 오니반송로(107)에는 반송오니 펌프(107a)가 설치되며, 이 펌프(107a)에 의해 반송된 오니의 양을 제어할 수 있다. 급기로(109)에는 블로우(109a)가 설치되며, 이 블로우(109a)에 의해 반응조(103)안으로 취입되는 산소함유가스(공기)의 양을 제어할 수 있다. 순환로(111)에는 순환펌프(111a)가 설치되며, 이 순환펌프(111a)에 의해 혼합액의 순환량을 제어할 수 있다.

또한, 반응조(103)에 관련하여 용존산소(DO) 검지기(115), pH 검지기(117) 및 오니농도(MLSS) 검지기(119)가 설치되며, 이들은 각각 상승유로(103b) 중의 혼합액의 DO, pH 및 MLSS를 검출한다. 또한, 급기로(109)에는 풍량검지기(121)가 설치되며, 이 풍량검지기(121)는 취입된 공기량을 검출한다. 순환로(111)에는 액량검지기(123)가 설치되며, 이 액량검지기(123)에 의해 순환되는 혼합액의 양이 검지된다. 순환로(111)에 관련하여 열교환기(125)가 설치된다. 이 열교환기(125)에는 열교환용 냉수펌프(125a)가 설치된다. 이 열교환기(125)는 순환호(111)를 거쳐서 순환되는 혼합액의 온도를 일정 온도, 예를 들면, 15 내지 40℃로 유지하기 위한 것이며, 혼합액의 온도는 순환로(111)에 설치된 온도검지기(127)로 검출할 수 있다.

이러한 구성에 있어서, 반응조(103)내에서 제1도에 나타낸 각 반응 ①, ②, ③ 및 ④이 행해지며, BOP가 감소되는 동시에 암모니아성 질소가 최종적으로 N₂가스 형태로 제거된다. 실험에서는 반응조(103)로서는 상승유로(103b)의 수심이 10m인 것을 사용한다. 상승유로(103b)의 용적과 하강유로(103a)의 용적비는 391 : 9이다.

앞의 식(1) 및 (2)에서 암모니아성 질소를 질소화하여 산화성 질소로 변환시키고, 산화성 질소를 N₂형태로 탈질소화하기 위해서는 질산성 질소를 탈질소화하는 것보다 이질산성 질소를 탈질소화하는 편이 유기 영양원(수소공여체)의 투입량이 적게 되므로 바람직하다. 따라서, 발명자 등은 반응조(103)안의 혼합액에서 질산성 질소/산화성 질소가 0.5 미만으로 되도록 운전하는 것이 목적을 달성하는 데에 바람직하다는 것을 알아내었다. 질산성 질소는 될 수 있는 한 작게, 바람직하게는 0.2 미만으로 하는 것이 적절하다. 이러한 조건을 충족하기 위해서는 여러가지 요소를 고려하여야 하는데, 실험 결과, 발명자 등은 다음과 같은 운전 조건이 필요한 것으로 결론을 내렸다.

Ⅰ) 반응조(103) 안의 혼합액에서 암모니아성 질소의 농도를 15ppm 이상, 바람직하게는 30ppm 이상으로 유지할 것(제4도).

Ⅱ) 혼합액의 BOD를 30ppm, 바람직하게는 40ppm 이상으로 유지할 것(제5도 및 제6도).

또한, 혼합액의 온도는 활성 오니의 활성을 충분히 유지하기 위하여 15 내지 40℃의 범위로, 바람직하게는 25 내지 35℃의 범위로 유지한다. 혼합액의 온도는 생물반응에 따르는 발열에 의해 겨울에도 20℃ 이하로 되지 안으나, 혹한지역에서는 열교환기(125)(제3도)를 사용하여 15℃ 이상 되도록 가열하며, 반대로 여름에는 40℃를 넘지 않도록 열교환기(125)로 냉각시킨다. 이러한 혼합액 온도는 온도검지기(127)로 검지할 수 있음은 상순한 바와 같다. 따라서 이 온도검지기(127)의 출력에 응답하여 펌프(125a)를 자동적으로 제어하든지 하여 혼합액의 온도를 상기 범위로 쉽게 유지할 수 있다. 또한, 하기의 조건을 충족시키는 것이 바람직하다.

Ⅲ) 혼합액의 DO를 대부분의 반응조(103)에서 0.2ppm 내지 1.1ppm으로 유지할 것(제7도 및 제8도).

Ⅳ) 원폐수중의 MLSS를 10,000ppm이상으로 유지할 것(제9도).

Ⅴ) 산소공급속도를 0.2g-O₂/g.ss. 일(日)로 유지할 것(제10도 및 제11도).

Ⅵ) 혼합액의 순환배율을 100배 이상으로 유지할 것(제12도).

Ⅶ) 혼합액의 pH를 7 내지 8.5의 범위로, 바람직하게는 7 내지 8의 범위로 유지할 것(제13도).

이하, 무엇때문에 이들 각 조건이 바람직한 것인가에 대하여 실험데이타를 근거로 설명한다. 암모니아성 질소농도와 질산성 질소/산화성 질소와의 상관관계를 조사하여 제4도에 도시한 바와 같은 결과를 얻었다. 제4도에서 질산성 질소/산화성 질소를 0.5미만, 바람직하게는 0.2 미만으로 하기 위해서는 암모니아성 질소농도를 15ppm 이상, 바람직하게는 30ppm 이상으로 하지 않으면 안된다. 제4도에서 상술한 조건 Ⅰ)을 얻는다. 또한, 암모니아성 질소농도는 수동적으로 분석하여도 좋으나 이온전극 등으로 자동적으로 측정할 수도 있다. 그리고 암모니아성 질소농도를 제어하기 위해서는 펌프(101a)를 제어하여 원폐수의 투입량을 변화시키든가, 또는 블로우(109a)를 제어하여 반응조(103) 안으로 취입되는 공기량을 변화기키면 된다.

BOD와 질산성 질소/산화성 질소와 상관관계를 조사하여 제5도에 도시한 바와 같은 결과를 얻었다. 제5도를 참조하면, 질산성 질소/산화성 질소를 0.5미만, 바람직하게는 0.2 미만으로 되게 하기 위해서는 혼합액의 BOD를 30ppm이상, 바람직하게는 40ppm 이상으로 하지 않으면 안되는 것을 알 수 있다. 따라서, 제5도에서 상술한 조건Ⅱ)를 얻는다. BOD를 측정하려면 장시간(5일간)을 요하기 때문에 편의상 COD를 사용하여도 좋다. 즉, 제6도에 도시한 바와 같이 BOD와 COD는 원폐수의 성질에 따라, 즉 원폐수가 생뇨인가, 또는 그 밖의 생활오수인가에 따라 그 기울기는 영향을 받으나, 상관관계(비례관계)가 근본적으로 무너지지는 않는다. 따라서, 제6도에 도시한 바와 같은 비례관계를 미리 파악해두면 BOD 대신에 매개변수로서 COD를 이용할 수 있다. COD, 즉, BOD를 제어하려면 상술한 암모니아성 질소농도의 제어와 똑같이 펌프(101a) 및/또는 블로우(109a)를 제어하면 된다.

상술한 바와 같이, 상승유로(103b)의 하강유로(103a)와의 용적비가 391:9인 반응조(103)로 수심과 DO의 상관관계를 구하여 제7도에 도시한 결과를 얻었다. 제7도에서, 반응조(103)안에 있어서 수심에 관계없이 거의 일정한, 즉 균일한 DO로 되어 있음을 알 수 있다.

이와 같이, DO와 제1도에 도시한 반응 ①의 속도와 반응 ②의 속도와의 상관관계를 조사한 결과, DO가 0.2 내지 1.1ppm인 범위에서 반응 ① 이 반응 ② 보다 현저하게 빠른 사실을 알 수 있었다. 따라서, 제1도에 도시한 반응 ①→③에 의해 생성된 N₂를 많게 하고, 반응 ①→②→④→③에 의해 생성되는 N₂를 적게 하려면 상술한 조건 Ⅲ)이 중요하다는 사실을 알아내었다. DO는 DO 검지기(115)로 검출할 수 있으며, DO 검지기(115)의 출력에 따라 블로우(109a)를 제어하여 반응조(103)안으로 취입되는 공기량을 제어하면 된다. 또한, 고농도 고부하처리를 행하기 위해서는 상술한 조건 Ⅳ)가 중요한데, 바람직하게는 조건 Ⅴ)를 동시에 충족시킨다. MLSS는 MLSS 검지기(119)로 검출할 수 있다. 그리고, 이 MLSS 검지기(119)의 출력에 따라 오니반송펌프(107a)를 제어하여 반송 오니량을공급되는 원폐수량의 2 내지 5배 정도로 제어하면 된다. 즉, 제9도는 반응조중의 MLSS를 횡축으로 하고, 혼합액의 질산성 질소/산화성 질소를 종축으로 나타낸 것이다. 제9도에서, MLSS가 높아짐에 따라 혼합액중의 질산성 질소/산화성 질소가 작아지는 경향을 볼 수 있다. 그 이유는 MLSS가 낮은(10,000ppm이하) 상태에서는 산소소비속도가 크지 않으므로 산소공급속도가 변화하였을 때 혼합액의 DO가 변화하기 쉽고, 그 결과 질산성 질소의 생성량이 많아지거나 감소하여 불안정하게 된다. 한편, MLSS가 높게 되면 산소소비속도도 크게 되어 DO의 변동이 적으며, 질산성 질소/산화성 질소가 안정되어 작게 되는 것으로 추정된다. 제9도에서 조건 Ⅳ)을 얻는다. 산소공급속도는 풍량검지기(121)로 검축할 수 있다.

산소공급속도는 블로우(109a)에 의해 취입되는 공기량과 반응조(103)의 구조 및 운전방법에 따라 결정되는 산소의 용매효율로 결정한다. 그리고, 이와 같은 산소공급속도는 풍량검지기(121)의 출력에 따라 블로우(109a)를 제어함으로써 제어할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나, 반응조(103)에서 배출되는 가스중의 산소농도를 측정하여 다음 식이 성립하도록 블로우(109a)에 의한 풍량(G)을 제어하여도 좋다.

[{20.6-O₂)/100}×G×{273/(273+t)}×(32/22.4)×(10³/MLSS)×(1/V)]≒0.2

단, O₂는 배출가스중의 산소농도(%)이고, t는 온도, V는 반응조(103)의 용량이다.

산소공급속도와 질산성 산소/산화성 산소와의 상관관계가 제10도에, 산소공급속도와 처리량(및 총질소제거율)과의 상관관계가 제11도에 도시되어 있다. 제10도로부터, 질산성 질소/산화성 질소를 작게는 0.5미만, 바람직하게는 0.2미만으로 하기 위해서는 산소공급속도를 될수록 작게 하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다. 또한, 산소공급속도가 너무 작으면 암모니아성 질소로부터 아질산성 질소(NO₂-N)로 변환되는 데에 필요한 산소마저 부족하게 된다. 한편, 산소공급속도가 너무 크면 질산성 질소가 대량 생산되어 탈질소환경이 불리하게 되기 쉽고, 질산성 질소가 잔류하여 오히려 총 질소제거율이 떨어진다(제11도). 따라서, 산소공급속도는 제1도의 반응 ①에 따른 속도, 즉, 0.2g-O₂/g-SS·일(日) 정도인 것이 바람직하다. 제10도 및 제11도에서 조건 Ⅴ)를 얻는다.

혼합액의 순환배율과 질산성 질소/산화성 질소의 상관관계를 조사하여 제12도에 도시한 결과를 얻었다. 제12도에서, 질산성 질소의 생성을 억제하기 위하여 순환배율은 70배 이상, 바람직하게는 100배 이상으로 하지 않으면 안된다. 제12도에서 상술한 조건 Ⅵ)을 얻는다. 그 이유는 다음과 같다. 즉, 순환배율이 낮아서 반응조(103)의 입구부분과 출구부분 사이에서 BOD 및 암모니아성 질소의 농도에 큰 차이가 생기면, 입구부분 근처에서 산소가 BOD 제거를 위해 소비되는 동시에 암모니아성 질소의 농도가 커서 질화균의 활성이 떨어지고 질화반응이 불충분하게 되며, 한편 출구부분 근처에서 유기 영양원이 부족하여 아질산성 질소의 환원율보다 산화율이 더 커지기 때문이라고 생각된다. 순환배율은 순환유로(111)에 설치된 액류량검지기의 출력에 따라 순환펌프(111a)를 제어함으로써 제어할 수 있다.

또한, 반응조에 있어서, 순환방식이 상술한 순환펌프를 사용하지 않고 교반기를 사용하는 경우에는 상술한 액류량검지기(123) 대신에 유속계를 사용하여 선회유속을 검출해도 된다. 또한, 순환배율(순환류량/원폐수 공급량)은 통상 500 내지 1000배로 운전한다.

pH와 제1도에 도시한 반응 ① 및 ②의 반응속도와의 상관관계를 조사하여 제13도의 결과를 얻없다. 제13도를 참조하면, pH가 7 내지 8.5인 범위에서 반응 ①이 반응②에 비하여 반응속도가 현저하게 빠른 것을 알 수 있다. 따라서, 제1도에 도시한 반응 ① 및 ④에 의해 생성된 N₂를 많게하고, 반면 반응 ①, ②, ④, 및 ③에 의해 생성된 N₂를 적게하려면 상술한 조건 Ⅶ)이 중요한 요건임을 알았다.

또한, 발명자 등은 다른 관점에서 암모니아성 질소/(암모니아성 질소+산화성 질소 : 총 질소) 및 질산성 질소/산화성 질소와의 상관관계를 조사하였다. 그 결과, 제14도에 도시한 바와 같은 질산성 질소/산화성 질소를 0.5 미만, 바람직하게는 0.2 미만으로 하기 위해서는 암모니아성 질소/총 질소를 0.4, 바람직하게는 0.5 이상으로 하지 않으면 안되는 사실을 알았다. 환언하면, 상술한 조건 Ⅰ) 및 Ⅱ), 그리고 바람직하게는 조건 Ⅲ) 및 Ⅶ)을 충족시킴으로써 암모니아성 질소/총 질소를 0.4 이상으로 유지할 수 있음을 확인하였다. 그 결과, 반응조(103)안에서 질산성 질소의 생성을 억제할 수 있다. 따라서, 산소의 소비량이 적게된다.

산화성 질소를 N₂가스로 변환시키기 위해서는 수소공여체를 공급할 필요가 있으나, 본 발명에서는 하나의 반응조내에서 질화탈질소화를 하도록 하였으므로 공급되는 원폐수로부터 유기 영양원을 보급할 수 있고, 더구나 산화성 질소의 대부분이 아질산성 질소이기 때문에 이러한 유기영양원도 보다 적은 양이어도 좋고, 예를 들면, 메탄올 등의 약품을 첨가할 필요가 없다. 또한, 하나의 반응조내에서 질화탈질소화를 동시에 효율좋게 행하기 때문에 상술한 식(1) 또는 (2)로 표시되는 바와 같이 하이드록실시(OH^-)가 이탈하며, 따라서 종래 필요하였던 수산화나트륨 등의 알칼리제를 첨가할 필요가 없게 할 수 있다. 따라서, 전력 또는 약품때문에 필요로 하는 가동비를 크게 절감할 수 있다. 또한, 고농도 활성오니법(MLSS＞10,000ppm)과 고성능 폭기장치(DO=0.2 내지 1.1ppm)를 조합시킴으로써 종래, 예를 들면, 일본국 특개소 54-42850호에 기재된 것에 비하여 반응조의 용량을 대폭 축소시킬 수 있으며, 어떤 예에서는 동량의 폐수를 처리하는 데에 필요한 반응조의 용량을 종래의 반응조 용량에 비하여 거의 1/3 이하로 감소시킬수 있었다. 또한, 이러한 고농도 활성오니법과 고성능 폭기장치를 이용함으로써 뇨와 같이 고농도로 암모니아성 질소를 함유하는 폐수일지라도 종래 10 내지 20배 정도 필요하였던 희석처리를 할 필요가 거의 없게 되없다. 또한, 이러한 점은 총 용량의 축소, 즉 장치의 설치면적을 보다 효과적으로 축소시킨다.

또한, 상술한 실시예에서는 반응조(103)로서 비교적 깊은 하강유로(103a)와 이에 연결된 상승유로(103b)를 갖는 소위 심조형 폭기조(深槽形曝氣槽)와 순환경로(111)를 조합시킨 완전혼합형 처리조를 구성한다. 그러나, 순환펌프를 이용하는 것 이외에, 예를 들면, 강제 교반혼합으로 혼합액의 순환배율을 100배 이상으로 할 수 있는 것이라도 좋다. 본 발명에서는 바람직하게는 순환배율을 100배 이상으로 할 수 있는 완전혼합형 반응조를 이용하는 것이 좋다. 그러나, 그 구체적인 구조는 심조형이어도 좋고, 비교적 얕은 것이어도 좋으며, 또는 지상에 설치된 것도 좋다.

또한, 본 발명에 의한 폐수처리방치는 생뇨뿐만 아니라 배설물이 혼입된 하수 및 정화조오니가 혼입된 하수 등, 암모니아성 질소와 유기물을 함유하는 각종 폐수를 처리할 수 있다.

다음의 실시예의 설비를 사용하여 발명자등이 행한 실험결과에 대하여 설명한다.

[실시예]

사용한 설비의 용량은 다음과 같다.

반응조 32㎥ │ 고액분리장치 16㎥

실험에 사용한 원폐수는 다음 표 Ⅰ에 기재한 성질 내지 상태를 갖는 생뇨를 한다.

[표 Ⅰ]

운전조건은 다음 표 Ⅱ와 같다.

[표 Ⅱ]

상기 실험(1) 및 (2)로 처리한 처리수의 성질 내지 상태는 다음 표 Ⅲ에 기재한 바와 같다.

[표 Ⅲ]

상기 실험예(1) 및 (2)로부터 잘 알 수 있는 바와 같이, 운전조건으로서 전술한 조건 Ⅰ) 및 Ⅱ), 그리고 바람직하게는 조건 Ⅲ) 내지 Ⅳ)를 충족하도록 설정하면 질산성 질소의 생성을 효과적으로 억제할 수 있고, 그 결과, 반응조에서의 산소소비량을 적게 할 수 있다. 그러므로, 송풍설비, 예를 들면, 블로우의 초기비용 및 가동비를 대폭적으로 절감할 수 있는 동시에 배출되는 가스량도 적게 할 수 있으므로 악취에 의한 공해를 유리하게 방지할 수 있다. 그리고, 상기 실험(1) 및 (2)의 어느 것에서도 암모니아성 질소의 제거율은 96% 이상이고, BOD 제거율도 96% 이상이며, 이로부터, 본 실시예의 폐수처리장치가 극히 유효하게 탈질소를 행할 수 있다는 것을 이해하게 된다.

더우기 본 발명에서 이용할 수 있는 반응조로서는 완전혼합형 반응조, 즉 순환배율이 100배 이상이 되는 것은 모두, 순환펌프를 사용하는 것 또는 교반장치를 사용하는 것도 이용할 수 있다. 또한, 이러한 반응조로서는, 예를 들면, 일본국 특공소 55-29759호 또는 실개소 55-95899호 등에 기재되어 있는 것도 이용가능하다.

제15도는 본 발명의 바람직한 실시예의 공정도이다. 정화조 오니나 생뇨 등과 같은 유기성 폐수는 저류조(131)에서 전처리장치(133)로 보낸다. 전처리장치(133)에서는 협잡물이 제거되며, 그 후 원폐수는 유로(101)를 거쳐서 반응조(103)로 공급된다. 반응조(103)는 제3도의 반응조와 동일하게 비교적 깊은 하강유로(103a)와 여기에 연결된 상승유로(103b)를 포함한다. 이 반응조(103)에서 순환로(111)가 설치되며, 이것에 의하여 혼합액은 순환배율 100배 이상으로 순환된다. 반응조(103), 즉 하강유로(103a)에는 급기로(109)에 의하여 산소함유가스, 즉 공기가 취입된다.

반응조(103)속에서, 호기성 활성 오니의 작용으로 BOD를 저하시키는 동시에 암모니아성 질소를 산화시키고, 산화에 의하여 생긴 산화성 질소, 즉 아질산성 질소 및 질산성 질소를 혐기성 활성오니의 작용에 의해 N₂가스로하여 제거한다. 이와 같이, 암모니아성 질소가 산화된 후, 환원되도록 하며, 더구나 산화 및 환원이 거의 동시에 행하여지도록 하기 위해서는 반응조(103)속에서 DO가 1.1ppm 이하로 되는 동시에 ORP가 -150mv 이하로 되도록 한다. DO 및 ORP를 억제하기 위해서는 블로우(109a)및/또는 밸브(109b)를 수동적으로 또는 자동적으로 조정한다. 또한, DO는 DO검지기(제3도)로 검출할 수 있고, ORP는 공지의 측정전극(도시하지 않음)으로 검출할 수 있다.

이와 같이 하여 반응조(103)에서 탈질소화된 처리수는 질화조(135)에 공급된다. 질화조(135)에는 공기등의 산소함유가스가 공급로(137)을 통하여 취입된다. 따라서, 이 질화조(135)에서는 처리수중에 잔류하는 암모니아성 질소가 호기성 조건하에서 활성 오니에 의해 산화된다. 그리고, 산화된 처리수는 탈질소조(139)에 공급된다. 탈질소조(139)에서는 아질산성 질소와 질산성 질소를 혐기성 조건하에서 활성 오니의 작용으로 환원시키고, N₂가스를 제거한다. 이와 같이 하여 암모니아성 질소가 충분히 제거된 처리수는 재폭기조(141)에 공급된다. 재폭기조(141)에는 급기로(143)에 의하여 산소함유가스가 취입된다. 재폭기조(141)에서는 호기성 조건하에서 활성 오니로 처리수의 BOD를 충분히 저하시킨다. 이와 같이 하여 3개의 조(135),(139) 및 (141)로 후처리한 처리수는 고체분리조, 즉 침전조(105)로 이송된다. 침전조(105)에서는 처리수로부터 활성오니를 분리하고, 이것을 오니반송로(107)를 통하여 처리조(103)로 반송한다. 그리고, 남은 오니는 오니저류조(145)에 머물게 한다. 침전조(105)로부터의 처리수는 방류되거나, 재이용되거나, 혹은 탈색 등의 3차 처리를 행한다.

반응조(103)에 반송된 활성 오니의 농도는 전술한 바와 같이, 반응조(103)로 부터 재폭기조(41)에 걸쳐 MLSS가 10,000ppm 이상으로 유지되는 것이 바람직하다. 그리고, 반송오니량은 투입되는 원폐수량의 2 내지 5배 정도가 좋다.

또한 반응조(103)에 공급되는 원폐수에는 필요에 따라 급수로(147)에 의하여 희석수를 유로(101)에 공급하면 좋다. 전술한 바와 같이, 본 발명에서는 고농도 고부하처리를 행할 수 있으므로, 통상의 경우, 이러한 희석수는 거의 불필요할 것이다. 희석수로서는 여러가지 물을 이용할 수 있으며, 또한 희석수는 반응조(103),(105),(139)(141)의 어느것이나, 또는 이들중 복수의 것에 대하여 공급하여도 좋다.

또한, 고액분리조(105)로서는 상술한 두 실시예에서 사용한 것과 같은 침전조를 이용하는 이외에 공지의 부상분리조 또는 기계적 분리수단, 예를 들면, 원심분리장치 또는 벨트프렛샤필터 등이 이용 가능하다.

제15도의 실시예에 따라 실험을 행한다. 각 조 (103), (135), (139), (141), (105)의 용량은 각각 32㎥(깊이 10m), 14㎥, 10㎥, 7㎥ 및 14㎥로 한다.

운전조건은 다음 표 Ⅳ에 기재한 바와 같다.

[표 Ⅳ]

실험결과는 다음 표 Ⅴ과 같다.

[표 Ⅴ]

당해 실시예에 의하면, 반응조(103)가 비교적 깊은 순환형이기 때문에, 산소용해효율이 좋고, MLSS를 10,000ppm 이상으로 유지하므로, 처리효율을 대폭적으로 향상시킬 수 있는 동시에 전체적으로 조의 용량을 종래에 비하여 1/3 내지 1/4까지 대폭적으로 축소시킬 수 있다. 또한, T-N의 제거율은 99% 이상이었다. 더구나 반응조(103)에서 고부하처리를 할 수 있으므로 원폐수를 무희석상태로, 또는 더욱 적은 희석배율로 처리할 수 있고, 수자원 보호측면에서 유리할 뿐만 아니라 희석에 수반되는 처리량의 증대를 억제할 수 있다. 반응조(103)에서 T-N 제거율이 90% 이상으로 되어 있으므로 후처리장치, 즉 탈질소조(139)에서 부하를 작게할 수 있다. 따라서, 탈질소조(139)에서 투입할 알카리제(수산화나트륨)나 유기 영양원(메탄올)을 거의 불필요하게 할 수 있고, 가동비를 더욱 절감할 수 있다. 또한, 반응조(103)에서 필요한 유기 영양원은 원폐수에 의하여 공급되며, 반응조(103)에서 pH는 반응에 수반하는 OH에 의하여 자연적으로 조절되는 것은 전술한 바와 같다.

제15도의 실시예에 있어서, 후처리장치(135), (139) 및 (141)는 고체분리장치(105)의 후단에 배치하여도 좋다. 이때, 반응층(103)으로부터의 처리수는 직접 고액분리장치(105)에 공급되며, 고액분리장치(105)에서 분리된 처리수가 각 조(135), (139) 및 (141)에서 재처리된다.

제16도는 본 발명 이외의 기타 실시예를 도시하는 공정도이다. 당해 실시예는 먼저 설명한 두 실시예와는 다른 반응조(103)를 이용한다. 이 반응조(103')는 비교적 얕고 긴 것이다. 반응조(103')에는 급기로(109)로부터 블로우(109a')에 의하여 산소함유가스, 즉 공기가 공급된다. 순환로(111')는 이 반응조(103')의 시단으로부터 소정(길이 L)의 위치에서 혼합액을 반응조(103')의 입구부분으로 순환시킨다. 이 순환로(111')에는 순환펌프(111a')가 설치된다. 그리고 반응조(103')에는 유로(101)를 통하여 원폐수가 공급되며, 오니반송로(107)를 통하여 활성 오니가 반송된다. 고액분리조(105)로부터의 처리수는 후처리장치(149)에 의하여 후처리된다. 이 후처리장치(149)는 상기한 제15도 실시예의 조(135), (139) 및 (141)를 포함할 수 있다.

순환유로(111')는 반응조(103')의 혼합액 유동방향에 있어서 총 질소에 대한 암모니아성 질소의 농도의 비가 0.2 이상, 바람직하게는 0.5 이상, 더욱 바람직하게는 0.7 이상으로 되도록 혼합액을 취하여 반응조(103')의 입구측으로 반송한다. 그리고, 순환되는 혼합액의 양은 공급되는 원폐수양의 5 내지 20배가 되도록 순환펌프(111a')를 제어한다. 그리고, 이 반응조(103')에 있어서, 탈질소화 원리는 상기한 실시예와 같으며, 여기에서는 이의 상세한 설명을 생략한다.

이어서, 발명자들이 행한 실험 결과에 대하여 설명한다. 실험에 사용한 원폐수는 다음 표 Ⅵ의 성질 내지 상태의 정화조오니로 한다.

[표 Ⅵ]

운전조건은 원폐수의 투입량을 100ℓ/day로 하고, 순환량을 500ℓ/day로 하며, 반송오니량을 150ℓ/day로 한다. 그리고, 순환로(111')의 위치를 바꿔서 처리결과를 비교하였다. 실험(1)에서는 순환로의 위치를 반응조(103)의 종단으로부터 혼합액을 빼낼 수 있게 하였다. 또한, 실험(2)에서는 반응조(103')의 혼합액 유동방향 길이의 중앙, 즉 1/2에서 순환용 혼합액을 빼냈다. 실험(3)에서는 반응조(103')의 혼합액 유동방향의 3/4인 곳에서 혼합액을 빼냈다. 실험(4)에서는 반응조(103')의 혼합액 유동방향의 3/10인 곳에서 혼합액을 빼냈다.

실험결과는 다음 표 Ⅶ과 같다.

[표 Ⅶ]

상술한 실험결과로부터 반응조(103')의 혼합액 유동방향길이의 1/2인 곳에 가까운 위치에서 순환혼합액을 빼내는 것이, 즉 실험(2)에 의하는 것이 총 질소아 암모니아성 질소제거율의 점에서 우수한 것으로 밝혀졌다. 표 Ⅷ의 실험결과를 암모니아성 질소와 총 질소제거율에 착안하여 제17도의 그래프로 도시한다. 제17도로부터 순환혼합액 속에서 총 질소에 대한 암모니아성 질소의 농도의 비를 크게 하는 것이 질소제거율을 높이는 점에서 중요한 것으로 밝혀졌다.

제18도에 도시한 그래프에서는 순환혼합액의 암모니아성 질소/총 질소제거율과의 관계에 대하여 도시한다. 제18도에서 알 수 있는 바와 같이, 암모니아성 질소/총 질소는 적어도 0.2, 바람직하게는 0.5 이상이라는 것을 알 수 있다. 이 사실은 상기의 제3도 및 제15도 실시예에서 설명한 것과 동일한 결과이다.

또한, 제19도는 순환배율을 5 내지 20배로 하는 것이 질소제거율의 측면에서 더욱 바람직한 것을 나타낸다. 제16도 실시예는 비교적 얕은 반응조(103')를 사용하기 때문에 순환배율의 조건은 제3도 및 제15도 실시예와는 다르다. 그렇지만, 제16도 실시예에서도 먼저 설명한 각 실시예처럼 질산성 질소/산화성 질소를 0.5 미만, 바람직하기로는 0.3 미만으로 하는 것이 질소 제거율을 향상시키는 점에서 중요한 것으로 확인되었다.

본 발명을 상세히 설명하고 도시했으나, 이들은 예시이고, 본 발명은 이들에 한정되는 것이 아닌 것은 명백하며, 본 발명의 정신 및 범위는 특허청구의 범위에 의해서만 한정될 것이다.

Claims

반응조 내에서 암모니아성 질소는 아질산성 질소와 질산성 질소를 함유하는 산화성 질소로 변환되며, 산화성 질소에 대한 질산성 질소의 비를 0.5 미만으로 유지하기 위해 반응조 내에서 암모니아성 질소의 농도를 15ppm이상, BOD를 30ppm이상 유지하도록 반응조내에서 암모니아성 질소를 함유하는 폐수를 생화학적으로 탈질소화하고; 반응조로부터의 처리수를 분리조로 이송한 다음, 이로부터 활성 오니를 분리하고; 분리된 활성 오니의 전부 또는 일부를 반응조로 반송하는 단계를 특징으로 하는 탈질소용 폐수처리방법.
제1항에 있어서, 산소함유가스를 반응조에 공급하는 단계를 포함하며, 암모니아성 질소의 농도를 20ppm이상, BOD를 30ppm 이상으로 유지하기 위해 산소함유가스의 공급량을 조절하는 처리방법.
제1항에 있어서, 질산성 질소/산화성 질소의 비를 0.2 미만으로 유지하기 위해 반응조내에서 암모니아성 질소의 농도를 30ppm이상, BOD를 40ppm 이상으로 유지하는 처리방법.
제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 반응조 내에서 용존산소농도(DO)를 0.2 내지 1.1ppm으로 유지하는 처리방법.
제4항에 있어서, 산소함유가스를 조절된 속도로 반응조에 공급하여 DO를 0.2 내지 1.1ppm으로 유지하는 처리방법.
제1항에 있어서, 반응조 내에서의 활성 오니의 농도(MLSS)가 10,000ppm 이상인 처리방법.
제6항에 있어서, 반응조로 반송되는 오니의 양을 반응조에 공급되는 폐수의 양에 대하여 2 내지 5배로 유지되도록 조절하여 MLSS를 10,000ppm이상으로하는 처리방법.
제1항에 있어서, 산소함유가스를 0.2g-O₂/g-SS/day의 속도로 반응조에 공급하는 처리방법.
제8항에 있어서, 산소함유가스가 공기이고, 이 공기는 블로우에 의해 공급되며, 블로우에 의한 산소함유가스량(G)이 다음 식에 따라 조절되는 처리방법, [{(20.6-O₂)/100}×G×{273/272+t)}×(32/22.4)×(10³/MLSS)×(1/V)]≒0.2(여기서, O₂는 반응조로부터의 배출가스중의 산소농도(%)이고, t는 반응조안의 온도이며, V는 반응조의 용량이다)
제1항에 있어서, 혼합액을 폐수공급량의 100배 이상으로 반응조 내에서 순환시키는 처리방법.
제10항에 있어서, 혼합액을 반응조내에서 교반시킴으로써 순환을 행하는 처리방법.
제1항에 있어서, 순환수단에 의해 반송되는 혼합액의 산화성 질소에 대한 암모니아성 질소의 비를 0.2 이상으로 유지하는 처리방법.
제12항에 있어서, 순환수단에 의해 반송되는 혼합액의 양을 폐수공급량의 5 내지 20배로 유지하는 처리방법.