WO2016159590A1 - 암모니아 탈기를 이용한 고농도 질소 인 제거 및 회수 장치 - Google Patents

암모니아 탈기를 이용한 고농도 질소 인 제거 및 회수 장치 Download PDF

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WO2016159590A1
WO2016159590A1 PCT/KR2016/003072 KR2016003072W WO2016159590A1 WO 2016159590 A1 WO2016159590 A1 WO 2016159590A1 KR 2016003072 W KR2016003072 W KR 2016003072W WO 2016159590 A1 WO2016159590 A1 WO 2016159590A1
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WO
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ammonia
tank
phosphorus
gas
separation
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PCT/KR2016/003072
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Inventor
최홍복
김영노
이재명
Original Assignee
(주)에코데이
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    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/20—Treatment of water, waste water, or sewage by degassing, i.e. liberation of dissolved gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/52—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/58—Treatment of water, waste water, or sewage by removing specified dissolved compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/30—Aerobic and anaerobic processes

Definitions

  • the present invention relates to a high concentration of nitrogen, phosphorus removal and recovery apparatus using ammonia degassing technology, and more specifically, to a high concentration in wastewater by combining ammonia stripping tank, biological water treatment unit, ammonia gas recovery process, phosphorus recovery process It relates to a device that can recover or remove nitrogen and phosphorus through a single process.
  • an ammonia stripping method is mainly used in which a pH is increased in a reactor filled with a contact medium and then sprinkled with liquid at a high temperature and deaerated ammonia by introducing air from the bottom.
  • the main factors are pH rise, air volume, temperature, pH up to 10.5-12, and air volume 2000-4000 times the volume of fluid.
  • the temperature should be 50-80 degrees to shorten the degassing time.
  • the deaerated ammonia gas is treated by combustion at high temperature or dissolved in an acid solution, and there is a problem in that excessive energy or high concentration of ammonia waste water is generated.
  • phosphorus in the waste water is typically removed in the form of waste together with the solid in the process of removing the solid using a flocculant has a problem that it is difficult to recycle as a resource.
  • the present invention has been made to solve such a problem
  • the object of the present invention is to combine ammonia stripping tank applicable to the wastewater containing a high concentration of solids with a high efficiency biological water treatment process as a consistent process ammonia
  • the remaining ammonia and organics are treated in a water treatment unit, the deaerated ammonia is recovered in the form of gas, and the remaining phosphorus in the treated water to provide a device that can be recovered by concentrating in the form of phosphoric acid.
  • An ammonia stripping tank for forming a multi-layered water surface by a multi-stage stacked separation cell, increasing the gas-liquid contact area by smooth stirring and high mass transfer, and degassing ammonia by inducing a tubular flow of the fluid;
  • ammonia degassing and water treatment unit comprising a precipitation tank for precipitating the treated water discharged from the biological water treatment unit.
  • the ammonia degassing tank, the anoxic tank, and the nitrification tank are constituted in an integrated process to easily separate the ammonia in the waste water, and the separated ammonia is recovered through the ammonia recovery process.
  • the phosphorus contained in the treated water has an advantage that can be recycled through the phosphorus recovery process.
  • 1 is a process chart showing the ammonia degassing process according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the internal structure of the ammonia stripping tank shown in FIG.
  • FIG. 3 is a side view of FIG. 2.
  • FIG. 4 is an enlarged perspective view illustrating a separation cell of the ammonia stripping tank shown in FIG. 2.
  • FIG. 5 is a perspective view schematically showing the structure of the biological water treatment unit shown in FIG. 1.
  • FIG. 6 is an enlarged perspective view illustrating an internal structure of the biological water treatment unit illustrated in FIG. 5.
  • the nitrogen, phosphorus removal and recovery apparatus 1 proposed by the present invention forms a multi-layered water surface by a multi-stage stacked cell and increases the gas-liquid contact area with smooth stirring and high mass transfer.
  • the biological water treatment unit 9 which decomposes contaminants by increasing the oxygen dissolved amount by increasing the contact area of the treated water and bubbles in the process of sequentially passing the sludge separation plate divided into the upper and lower stages by introducing ammonia degassed water and ; It comprises a settling tank 11 for precipitating the treated water discharged from the biological water treatment unit (9).
  • Waste water can be fed to the ammonia stripping bath 7 to remove ammonia.
  • the ammonia stripping tank 7 includes a reactor 13 through which wastewater and gas are introduced to remove the ammonia; At least one of stacking a plurality of separation cells 15 inside the reactor 13 to move the introduced waste water and bubbles upward in density order, and increase the contact area of the waste water and bubbles to increase the ammonia degassing amount.
  • the reactor 13 Since the reactor 13 has a tubular shape, a constant space is formed therein, so that waste water and air can be introduced therein. At this time, the reactor 13 may be square, cylindrical, hexahedral, or octahedral.
  • the reactor 13 includes a gas outlet 19 for discharging ammonia degassed by the ammonia separating means 14 to the outside of the reactor 13, and treated water after ammonia is degassed in the ammonia separating means 14.
  • Treated water outlet 21 for discharging the outside is connected.
  • a waste water supply pipe 23 through which waste water is supplied is connected to a lower portion of the reactor 13. At this time, the incoming gas includes air.
  • the wastewater introduced through the wastewater supply pipe 23 fills the inside of the reactor 13 from the bottom.
  • the ammonia separation means 14 comprises at least one separation means, preferably the first ammonia separation part (I), the second ammonia separation part (II), and the third ammonia separation part (III).
  • Each of the ammonia separation parts I, II, and III is composed of a plurality of separation cells 15.
  • each separation cell 15 has the same shape, which will be described below with one separation cell.
  • the separation cell 15 includes a frame 25 forming an outline; A pair of inclined plates 27 for blocking the inner space formed by the frame 25 and partitioning them up and down; A fluid moving tube 29 provided on the pair of inclined plates 27 to serve as a fluid flow path of the fluid; It includes a fixing bar 31 for fixing the separation cells 15 by penetrating up and down corners of each of the separation cells 15.
  • the pair of inclined plates 27 blocks the movement of the fluid.
  • the pair of inclined plates 27 have a concave shape by inclining downward in the center direction.
  • tube 29 used as a shanghai copper passage is formed in the bottom part.
  • the fluid movement pipe 29 protrudes downward in the middle of the pair of inclined plates 27.
  • the fluid moving tube 29 is a tubular body, the fluid can be moved up and down through the inside thereof.
  • each separation cell 15 is in contact with the neighboring separation cells 15, and eventually, the reactor 13 It will block the inside of the up and down, and at this time can move up and down only through the fluid movement pipe (29).
  • the fluid movement tube 29 is formed to protrude to a lower portion of the pair of inclined plate 27, the gas such as ammonia raised from the lower is gradually collected by being blocked by the bottom of the inclined plate 27, collecting As the amount is increased, the surface of the waste water is pushed downward, and eventually the surface is formed on the same line as the bottom line of the fluid movement pipe 29. Therefore, a trapped retention space V such as ammonia gas is formed under the inclined plate 27 of the first ammonia separating part I.
  • the wastewater and air passing through the first ammonia separation unit I reach the second ammonia separation unit II.
  • the same process as the first ammonia separation unit (I) as described above proceeds to separate and raise the ammonia gas.
  • ammonia gas is separated and raised in the third ammonia separation unit (III) through the same process as in the case of the first and second ammonia separation units (I, II), and stirring occurs in this process.
  • the bubble or ammonia generated in the reactor 13 stays at the upper end of the wastewater level formed in each stage.
  • the contact area and the contact time between the gas and the liquid are increased, resulting in ammonia degassing efficiency. This increases and facilitates ammonia degassing in wastewater with high solids concentration by not using fillers employed in common ammonia stripping processes.
  • the ammonia gas raised to the top of the reactor 13 is discharged to the outside through the gas outlet 19, it can be supplied to a separate process ammonia recovery process.
  • the ammonia degassed wastewater may be supplied to the biological water treatment unit 9 which is a lower process through the treated water outlet 21.
  • the biological water treatment unit 9 is first treated with nitrogen and organic matter after the ammonia is degassed in the ammonia stripping tank (7).
  • the biological water treatment unit 9 includes an anoxic tank 40 in which denitrification of nitrate nitrogen and nitrite nitrogen (hereinafter referred to as nitrate nitrogen) included in the sludge returned from the internal nitrification tank and the sludge returned from the settling tank occurs.
  • nitrate nitrogen nitrate nitrogen
  • It is disposed adjacent to the anoxic tank 40, and includes a nitrification tank 42 in which waste water and air that have passed through the anoxic tank are introduced to perform nitrification and organic matter removal.
  • the anoxic tank 40 is connected to an ammonia stripping tank 7 and connected to an inlet pipe 44 through which ammonia is primarily degassed, and is connected to a lower portion of a neighboring nitrification tank 42 to sequentially supply waste water.
  • a connecting pipe 50 is disposed, and a wastewater discharge pipe 46 for conveying the liquid to the anoxic tank 40 and supplying it to the settling tank is connected to the nitrification tank 42.
  • the inlet pipe 44 is equipped with an ammonia sensor to measure the concentration of the ammonia gas flowing from the ammonia stripping tank (7), and closes the valve mounted to the inlet pipe (44) when a predetermined level or more.
  • the waste water stored in the anaerobic tank 40 may be supplied to the nitrification tank 42 through the connection pipe 50 by the head difference (water pressure).
  • the waste water may be reduced because no additional power is required.
  • the waste water is supplied by the connecting pipe 50, but is not limited to this, it is also possible to install the pump or the like to transfer the waste water to the nitrification tank 42 by the power.
  • the nitrification tank 42 has a structure similar to that of the ammonia stripping tank 7, the same description for the same structure is omitted.
  • the nitrification tank 42 is formed by stacking a plurality of separation cells 15. The number of separation cells 15 is properly adjusted according to the treatment capacity of the nitrification tank 42 compared with the ammonia stripping tank 7. There is one difference.
  • This nitrification tank 42 includes sludge separation means I, II and III and an acid generator means 17.
  • the wastewater introduced through the connecting pipe 50 fills the inside of the nitrification tank 42 from the bottom.
  • the sludge separation means (I, II, III) is made of a plurality, each sludge separation means (I, II, III) is composed of a plurality of separation cells (50).
  • Each separation cell 50 includes a frame 25, a pair of inclined plates 27, a fluid moving tube 29, and a fixing bar 31, similarly to the ammonia stripping tank 7.
  • the pair of inclined plates 27 blocks the fluid movement of the fluid. At this time, the pair of inclined plates 27 has a concave shape by inclining downward in the center direction. And the fluid movement pipe
  • the plurality of separation cells 50 come into contact with neighboring separation cells and eventually block the nitrification tank 42 up and down, and at this time, may move up and down only through the fluid transfer pipe 29.
  • the fluid movement tube 29 is formed to protrude to a lower portion of the pair of inclined plate 27 to a predetermined length, the waste water and gas rising from the lower is gradually collected by blocking the rise by the bottom of the inclined plate 27, the collection amount As it increases, the surface of the waste water is pushed downward, and eventually the surface is formed on the same line as the bottom line of the fluid movement pipe 29.
  • a residence space V in which gas or the like is collected is formed in the lower portion of the slant plate 27 of each sludge separation unit.
  • each sludge separation means (I, II, III) can be effectively separated nitrogen and phosphorus.
  • the settling tank 11 precipitates sludge in the wastewater discharged from the biological water treatment unit 9 and also carries back the sludge precipitated in the biological water treatment unit 9.
  • This precipitation tank 11 may be applied in various ways. That is, gravity or mechanical precipitation is applicable.
  • ammonia degassed by the above process and phosphorus contained in the treated water may be recovered and recycled by the associated separate process.
  • the process includes the steps of recovering and recycling the discharged ammonia gas (60, 62, 64); Phosphoric acid is recovered and recycled (68, 70, 72).
  • the steps 60, 62 and 64 for recycling ammonia gas include adsorption and desorption towers 60 and 62 for adsorbing and desorbing ammonia gas discharged from the ammonia stripping tank 7; It consists of a reservoir 64 for storing the ammonia recovered through the adsorption and desorption tower (60, 62).
  • the adsorption process is carried out by an adsorption tower 60 connected to the ammonia stripping tank 7 by a pipe, and the pipe connected to the ammonia stripping tank 7 is equipped with a non-return valve and an ammonia sensor for measuring the concentration of ammonia gas.
  • the ammonia sensor opens and closes a valve mounted on a pipe connecting the ammonia stripping tank 7 and the adsorption tower 6 when the concentration is excessive or less than a predetermined amount by measuring the concentration of ammonia flowing through the adsorption tower.
  • the adsorption tower 60 is filled with an adsorbent.
  • the adsorbent selectively adsorbs ammonia in the incoming ammonia-containing gas. When ammonia is sufficiently adsorbed to the adsorbent, it is heated or depressurized in the desorption tower 62 to desorb the ammonia and transport the ammonia to the storage tank 64 for recovery.
  • Adsorption-and-desorption tower (60, 62) is composed of one or more groups to repeat the adsorption, desorption alternately.
  • the phosphorus recovery processes 68, 70 and 72 are arranged at the rear end of the ammonia precipitation tank 11.
  • These phosphorus recovery processes 68, 70 and 72 include a phosphorus removal tank 68 and a phosphorus recovery tank 70 for recovering phosphorus discharged from the phosphorus removal tank 68; A discharge tank 70 for discharging the wastewater from which phosphoric acid has been removed.
  • Phosphorus removal tank 68 may be applied to various types of removal tank, the adsorption method by the adsorbent is applied. Phosphorus separated by the phosphorus removal tank 68 is introduced into the phosphorus recovery tank 70, desorbed again, concentrated and recycled. On the other hand, the wastewater from which phosphorus has been removed may be discharged to the outside through the discharge tank 72.
  • the pipe connected to the settling tank 11 is equipped with a non-return valve and a phosphorus sensor for measuring the concentration of phosphorus.
  • the phosphorus detection sensor opens and closes a valve mounted on a pipe connecting the precipitation tank 11 and the phosphorus removal tank 68 when the concentration is excessive or less than a predetermined amount by measuring the concentration of phosphorus gas flowing into the phosphorus removal tank 68.
  • the present invention degassed the ammonia in the waste water through the ammonia degassing and biological water treatment unit in the ammonia stripping tank of the front end, the waste water from which the ammonia is removed is treated with residual ammonia and organic matter in the biological water treatment unit of the rear end.
  • deaerated ammonia is recovered and recycled through the ammonia recovery process, and phosphorus contained in the treated water is recycled through the phosphorus recovery process to recover ammonia and phosphorus discharged to the atmosphere in the form of nitrogen gas. It is possible to recover with resources.
  • the present invention relates to a technology capable of recovering or removing high concentrations of nitrogen and phosphorus in wastewater through a single process by combining the ammonia stripping tank, the biological water treatment unit, the ammonia gas recovery process, and the phosphorus recovery process.

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Abstract

본 발명은 암모니아 탈기장치에 관한 것이다. 그러한 암모니아 탈기장치는 다단 적층형 분리셀에 의하여 다층 수면을 형성하고 원활한 교반과 높은 물질 전달로 기액접촉 면적을 증가시키고 유체의 관형흐름을 유도함으로써 고형물 농도가 높은 폐수로부터 암모니아를 탈기하는 암모니아 스트리핑조와; 암모니아가 탈기된 처리수와 기체가 반응조의 내부로 유입되어 분리셀에 의하여 상하 다단으로 구획된 슬러지 분리판을 순차적으로 통과하는 과정에서 처리수 및 기포의 접촉면적을 증가시켜 산소용해효율을 증가시킴으로서 높은 효율로 암모니아의 질산화와 유기물 제거가 함께 이루어지는 질산화조와 질산화된 질소의 탈질이 이루어지는 무산소조, 침전조로 구성되는 생물학적 수처리부와; 그리고 탈기된 암모니아를 회수하는 암모니아 회수장치, 생물학적 수처리부에서 배출된 처리수에 함유되어 있는 인을 제거 및 회수하는 인 제거 및 회수장치를 포함한다.

Description

암모니아 탈기를 이용한 고농도 질소 인 제거 및 회수 장치
본 발명은 암모니아 탈기기술을 이용한 고농도 질소, 인 제거 및 회수장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 암모니아 스트리핑조, 생물학적 수처리부, 암모니아 가스 회수공정, 인 회수공정을 연계시켜서 일관 공정으로 함으로써 폐수 중의 고농도 질소와 인을 하나의 공정을 통하여 회수 또는 제거할 수 있는 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 가축분뇨 및 혐기성 소화 폐수에는 다량의 질소(대부분 암모니아 형태)와 인이 함유되어 배출되고 있다. 이러한 폐수의 질소는 그 자체가 오염물질로써 수중 생태계 파괴 및 수자원 가치 상실뿐만 아니라, 부영양화 현상을 유발함으로써 수질을 더욱 악화시키는 원인이 되고 있다.
따라서 상기한 폐수의 처리과정에서 질소를 제거하기 위한 다양한 방법이 제시되고 있는데, 주로 생물학적 방법과 물리화학적 방법이 이용되고 있다. 특히 고농도의 암모니아를 포함하는 폐수의 경우 생물학적 방법을 단독적으로 적용하기 보다는 물리화학적 방법을 연계하는 방법이 효율적인 것으로 알려져 있다.
물리화학적 방법은 접촉매체를 충전한 반응기에 pH를 높인 후 고온으로 상부에서는 액체를 살수하고 하부에서 공기를 유입하여 암모니아를 탈기시켜 처리하는 암모니아 스트리핑 방식이 주로 사용되고 있다. 이 방식은 주된 인자가 pH 상승, 공기량, 온도이며, pH의 경우 10.5-12까지의 상승을 필요로 하고, 공기량의 경우 유체량에 비해 2000-4000배 요구된다. 온도는 50-80도가 되어야 탈기시간이 단축된다.
그러나, 이러한 종래의 암모니아 스트리핑 방식은 가축분뇨 및 혐기성 소화액과 같이 고형물 농도가 높은 폐수를 처리할 경우 접촉매체가 폐색이 되어, 사전에 고형물을 제거하기 위해 과다한 약품이 소요된다.
또한 탈기된 암모니아 가스는 고온으로 연소시키거나 산용액에 용해시켜서 처리하게 되는데 이 과정에서 과다한 에너지 또는 고농도 암모니아 폐수가 재 발생하는 문제점이 있다.
한편, 폐수 중의 인은 통상적으로 고형물을 응집제를 이용하여 제거하는 과정에서 고형물과 함께 폐기물 형태로 제거되어 자원으로 재활용이 어려운 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 고농도 고형물이 함유되어 있는 폐수에 적용할 수 있는 암모니아 스트리핑조와, 고효율의 생물학적 수처리 공정을 연계시켜서 일관 공정으로 하여 암모니아를 효과적으로 탈기시키고, 남은 암모니아와 유기물은 수처리부에서 처리하며, 탈기된 암모니아는 가스형태로 회수하고, 처리수 중에 남아 있는 인은 인산형태로 농축하여 회수할 수 있는 장치를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는,
다단 적층형 분리셀에 의하여 다층 수면을 형성하고, 원활한 교반과 높은 물질 전달로 기액접촉 면적을 증가시키며, 유체의 관형흐름을 유도함으로써 암모니아를 탈기하는 암모니아 스트리핑조와;
암모니아가 탈기된 처리수와 공기가 반응조의 내부로 유입되어 분리셀에 의하여 상하 다단으로 구획된 슬러지 분리판을 순차적으로 통과하는 과정에서 처리수 및 기포의 접촉면적을 증가시켜 산소 용존량을 증가시킴으로서 오염물을 분해하는 생물학적 수처리부와; 그리고
생물학적 수처리부에서 배출된 처리수를 침전시키는 침전조를 포함하는 암모니아 탈기 및 수처리부를 제공한다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명은 암모니아 탈기 조와, 무산소조와, 질산화조를 일관 공정으로 구성함으로써 오폐수중의 암모니아를 용이하게 분리하고, 분리된 암모니아는 암모니아 회수공정을 통하여 회수하여 재활용하고, 처리수에 함유된 인은 인 회수공정을 통하여 재활용할 수 있는 장점이 있다.
또한, 암모니아 스트리핑조 및 생물학적 수처리부에 다수의 분리셀을 상하 다단으로 적층한 방식을 적용함으로써 각단 사이에 기체층을 형성시켜 유체의 흐름을 차단시키거나, 액체의 유동성을 증가시켜 유체가 관형 흐름을 갖는 반응기인 PFR(Plug flow reactor)을 구성하여 기, 액간의 물질순환과 물질 반응속도를 증가시킴으로서 질소를 효율적으로 처리할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아 탈기공정을 보여주는 공정도이다.
도 2는 도 1에 도시된 암모니아 스트리핑조의 내부 구조를 보여주는 사시도이다.
도 3은 도 2의 측면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 암모니아 스트리핑조의 분리셀을 확대하여 보여주는 사시도이다.
도 5는 도 1에 도시된 생물학적 수처리부의 구조를 개략적으로 보여주는 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 생물학적 수처리부의 내부 구조를 확대하여 보여주는 사시도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도 질소, 인 제거 및 회수장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 질소, 인 제거 및 회수장치(1)는 다단 적층형 셀에 의하여 다층 수면을 형성하고 원활한 교반과 높은 물질 전달로 기액접촉 면적을 증가시켜서 유체의 관형흐름을 유도함으로써 암모니아를 탈기하는 암모니아 스트리핑조(7)와; 암모니아가 탈기된 처리수가 유입되어 상하 다단으로 구획된 슬러지 분리판을 순차적으로 통과하는 과정에서 처리수 및 기포의 접촉면적을 증가시켜 산소 용존량을 증가시킴으로서 오염물을 분해하는 생물학적 수처리부(9)와; 생물학적 수처리부(9)에서 배출된 처리수를 침전시키는 침전조(11)를 포함한다.
이러한 구조를 갖는 질소, 인 제거 및 회수장치에 있어서,
오폐수는 암모니아 스트리핑조(7)로 공급되어 암모니아가 제거될 수 있다.
이러한 암모니아 스트리핑조(7)는 오폐수 및 기체가 유입되어 암모니아 제거 공정이 진행되는 반응기(13)와; 상기 반응기(13)의 내부에 다수의 분리셀(15)을 적층하여 유입된 오폐수 및 기포를 밀도순서로 상향으로 이동시키고, 상기 오폐수 및 기포의 접촉면적을 증가시켜 암모니아 탈기량을 증가시키는 적어도 하나 이상의 암모니아 분리수단(14)과; 상기 반응기(13)의 내부로 기체를 유입하는 산기수단(17)을 포함한다.
상기 반응기(13)는 통형상을 갖음으로써 그 내부에 일정한 공간이 형성되어 오폐수 및 공기가 유입될 수 있다. 이때, 상기 반응기(13)는 정방형, 원통형상, 육면체, 혹은 팔면체 형상 등이 가능하다.
그리고, 상기 반응기(13)에는 암모니아 분리수단(14)에서 탈기된 암모니아를 반응기(13)의 외부로 배출시키는 기체 배출구(19)와, 상기 암모니아 분리수단(14)에서 암모니아가 탈기된 후의 처리수를 외부로 배출시키는 처리수 배출구(21)가 연결된다.
또한, 이러한 반응기(13)의 하부에는 오폐수가 공급되는 오폐수 공급관(23)이 연결된다. 이때, 유입되는 기체는 공기를 포함한다.
그리고, 오폐수 공급관(23)을 통하여 유입된 오폐수는 상기 반응기(13)의 내부를 하부에서 부터 채우게 된다.
한편, 상기 암모니아 분리수단(14)은 적어도 하나 이상의 분리수단, 바람직하게는 제1 암모니아 분리부(Ⅰ), 제2 암모니아 분리부(Ⅱ), 제3 암모니아 분리부(Ⅲ)로 이루어진다. 그리고, 각 암모니아 분리부(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ)는 다수개의 분리셀(15)로 구성된다.
이러한 암모니아 분리수단(14)에 있어서, 각각의 분리셀(15)는 동일한 형상을 갖음으로, 이하 하나의 분리셀에 의하여 설명한다.
상기 분리셀(15)는 도2 내지 도4 에 도시된 바와 같이, 외곽을 형성하는 프레임(25)과; 프레임(25)이 형성하는 내측 공간을 차단하여 상하로 구획하는 한 쌍의 경사판(27)과; 한 쌍의 경사판(27)에 구비되어 유체의 상하이동 통로가 되는 유체 이동관(29)과; 각 분리셀(15)들의 구석을 상하로 관통함으로써 분리셀(15)들을 고정시키는 고정바(31)를 포함한다.
이러한 구조를 갖는 분리셀(15)에 있어서, 한 쌍의 경사판(27)은 유체의 상하이동을 차단한다. 이때, 한 쌍의 경사판(27)은 중심방향을 하향 경사짐으로써 오목한 형상을 갖는다. 그리고, 그 바닥부에 상하이동 통로가 되는 유체 이동관(29)이 형성된다.
따라서, 한 쌍의 경사판(27)의 상면에 슬러지가 침전되는 경우, 경사면을 따라 하부로 이동함으로써 슬러지가 적층되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 상기 유체 이동관(29)은 한 쌍의 경사판(27)의 중간 바닥부에 하부 방향으로 돌출 된다. 이러한 유체 이동관(29)은 관체형상으로써 그 내부를 통하여 유체가 상하로 이동할 수 있다.
결국, 다수개의 분리셀(15)이 반응기(13)의 내측에 측방향으로 배치되는 경우, 각각의 분리셀(15)은 이웃한 분리셀(15)과 서로 맞닿게 되어 결국, 반응기(13)의 내부를 상하로 차단하게 되며, 이때 유체 이동관(29)만을 통하여 상하로 이동할 수 있다.
그리고, 유체 이동관(29)은 한 쌍의 경사판(27)의 하부로 일정 길이로 돌출 형성되며, 하부에서 상승한 암모니아 등의 가스는 경사판(27)의 저면에 의하여 상승이 차단됨으로써 점차 포집되고, 포집량이 증가함에 따라 오폐수가 형성하는 수면을 하부로 밀어내고, 결국은 유체 이동관(29)의 하단선상과 동일 선상에 수면을 형성한다. 따라서, 제 1암모니아 분리부(Ⅰ)의 경사판(27) 하부에는 암모니아 가스 등의 포집된 체류공간(V)이 형성된다.
그리고, 추가로 암모니아가 상승하는 경우, 체류공간(V)내의 압력증가로 인하여 일부의 암모니아 가스가 수면을 밀어내고 유체 이동관(29)으로 유입된다.
이때, 유체 이동관(29)으로 유입된 암모니아 가스가 상승류를 따라 상승함에 따라 오폐수 및 공기도 유체 이동관(29)을 통하여 상승하게 되며, 이 과정에서 기체와 오폐수간의 접촉면적이 증가해 암모니아 탈기량이 커질 수 있다.
이러한 과정을 통하여 제1 암모니아 분리부(Ⅰ)를 통과한 오폐수 및 공기는 제2 암모니아 분리부(Ⅱ)에 도달하게 된다. 그리고, 제2 암모니아 분리부(Ⅱ)를 통과하는 과정에서 상기한 바와 같은 제1 암모니아 분리부(Ⅰ)와 동일한 과정이 진행됨으로써 암모니아 가스가 분리되어 상승하게 된다.
또한, 제3 암모니아 분리부(Ⅲ)에도 상기한 제1 및 제2 암모니아 분리부(Ⅰ,Ⅱ)의 경우와 동일한 과정을 통하여 암모니아 가스가 분리되어 상승하게 되고 이 과정에서 교반이 발생한다.
따라서, 반응기(13)에서 발생된 기포 혹은 암모니아는 각 단에 형성되는 오폐수 수위의 상단에 머물게 되며, 이 과정에서 상승시간이 지체됨으로써 기체와 액체의 접촉면적과 접촉시간이 증가하게 되어 암모니아 탈기효율이 증가하게 되며, 일반적인 암모니아 스트리핑 공정에서 채용하는 충진제를 사용하지 않아 고형물 농도가 높은 폐수에서의 암모니아 탈기가 용이해 진다.
반응기(13)의 상단으로 상승한 암모니아 가스는 기체 배출구(19)를 통하여 외부로 배출되고, 별도의 공정인 암모니아 회수공정으로 공급될 수 있다.
그리고, 암모니아가 탈기된 오폐수는 처리수 배출구(21)를 통하여 하위 공정인 생물학적 수처리부(9)로 공급될 수 있다.
이러한 생물학적 수처리부(9)는 암모니아 스트리핑조(7)에서 1차적으로 암모니아가 탈기된 후 질소 및 유기물에 대한 처리가 이루어진다.
보다 상세하게 설명하면, 생물학적 수처리부(9)는 질산화조 내부 반송수 및 침전조에서 반송된 슬러지에 포함되어 있는 질산성 질소 및 아 질산성 질소(이하 질산성 질소)의 탈질이 일어나는 무산소조(40)와; 무산조조(40)와 이웃하여 배치되며, 무산소조를 거친 오폐수 및 공기가 유입되어 질산화 및 유기물 제거가 이루어지는 질산화조(42)를 포함한다.
상기 무산소조(40)에는 암모니아 스트리핑조(7)에 연결되어 암모니아가 1차적으로 탈기된 오폐수가 유입되는 유입관(44)과, 이웃한 질산화조(42)의 하부에 연결되어 오폐수를 순차적으로 공급하는 연결관(50)이 배치되고, 질산화조(42)에는 액체를 무산소조(40)으로 반송하고 침전조로 공급하기 위한 오폐수 배출관(46)이 연결된다.
이때 유입관(44)에는 암모니아 감지센서가 장착됨으로써 암모니아 스트리핑조(7)에서 유입되는 암모니아 가스의 농도를 측정하게 되며, 일정 수준 이상인 경우 유입관(44)에 장착된 밸브를 폐쇄한다.
따라서, 무산소조(40)에 저장된 오폐수는 수두차(수압)에 의하여 연결관(50)을 통하여 질산화조(42)로 공급될 수 있다.
이와 같이 무산소조(40)와 질산화조(42)를 연결관(50)에 의하여 연결함으로써 오폐수를 공급하는 경우 별도의 동력이 요구되지 않음으로 비용이 절감될 수 있다.
물론, 상기에서는 연결관(50)에 의하여 오폐수가 공급되는 것으로 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고 펌프 등을 설치하여 동력에 의하여 오폐수를 질산화조(42)로 이송시키는 것도 가능하다.
질산화조(42)는 암모니아 스트리핑조(7)와 유사한 구조를 갖는 바, 동일 구조에 대한 동일 설명은 생략한다. 상기 질산화조(42)는 다수의 분리셀(15)을 적층하여 이루어지는 바, 암모니아 스트리핑조(7)와 비교하여 질산화조(42)의 처리용량에 따라 분리셀(15)의 갯수를 적절하게 조절한 차이점이 있다.
이러한 질산화조(42)는 슬러지 분리수단(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ)과, 산기수단(17)을 포함한다.
그리고, 연결관(50)을 통하여 유입된 오폐수는 질산화조(42)의 내부를 하부에서 부터 채우게 된다.
이때, 슬러지 분리수단(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ)은 복수개가 이루어지며, 각 슬러지 분리수단(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ)은 다수개의 분리셀(50)로 구성된다.
그리고, 각 분리셀(50)은 암모니아 스트리핑조(7)와 동일하게 프레임(25)과, 한 쌍의 경사판(27)과, 유체 이동관(29)과, 고정바(31)를 포함한다.
한 쌍의 경사판(27)은 유체의 상하이동을 차단하며, 이때, 한 쌍의 경사판(27)은 중심방향을 하향 경사짐으로써 오목한 형상을 갖는다. 그리고, 그 바닥부에 상하이동 통로가 되는 유체 이동관(29)이 형성된다.
따라서, 한 쌍의 경사판(27)의 상면에 슬러지가 침전되는 경우, 경사면을 따라 하부로 이동함으로써 슬러지가 적층되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 다수개의 분리셀(50)은 이웃한 분리셀과 서로 맞닿게 되어 결국, 질산화조(42)를 상하로 차단하게 되며, 이때 유체 이동관(29)만을 통하여 상하로 이동할 수 있다.
또한, 유체 이동관(29)은 한 쌍의 경사판(27)의 하부로 일정 길이로 돌출 형성되며, 하부에서 상승한 오폐수 및 가스는 경사판(27)의 저면에 의하여 상승이 차단됨으로써 점차 포집되고, 포집량이 증가함에 따라 오폐수가 형성하는 수면을 하부로 밀어내고, 결국은 유체 이동관(29)의 하단선상과 동일 선상에 수면을 형성한다.
따라서, 각각의 슬러지 분리부의 경사판(27) 하부에는 기체 등이 포집된 체류공간(V)이 형성된다.
그리고, 추가로 가스가 상승하는 경우, 체류공간(V)내의 압력증가로 인하여 일부의 가스가 수면을 밀어내고 유체 이동관(29)을 통하여 상승하게 되며, 이 과정에서 질산화 및 유기물 제거에 필요한 공기가 오폐수 중에 충분한 비율로 용해되며 교반효율이 높아질 수 있다.
이러한 과정은 각 슬러지 분리수단(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ)에서 진행됨으로써 질소 및 인이 효과적으로 분리될 수 있다.
그리고, 질산화조(42)의 상단으로 상승한 질소 및 인은 외부로 배출되고, 오폐수는 하위공정인 침전조(11)로 공급된다.
상기 침전조(11)는 생물학적 수처리부(9)에서 배출된 오폐수 중의 슬러지를 침전시키고 아울러 생물학적 수처리부(9)에 침전된 슬러지의 반송도 진행한다. 이러한 침전조(11)는 다양한 방식이 적용될 수 있다. 즉, 중력식 또는 기계적 침전방식이 적용가능하다.
한편, 상기한 공정에 의하여 탈기된 암모니아와 처리수에 함유되어 있는 인은 연계된 별도 공정에 의하여 회수하여 재활용될 수 있다.
즉, 이러한 공정은 배출된 암모니아가스를 회수하여 재활용하는 공정(60,62,64)과; 인산을 회수하여 재활용하는 공정(68,70,72)으로 구분된다.
보다 상세하게 설명하면, 암모니아 가스를 재활용하는 공정(60,62,64)은 암모니아 스트리핑조(7)에서 배출된 암모니아 가스를 흡착 및 탈착하는 흡탈착탑(60,62)과; 흡탈착탑(60,62)을 통해 회수한 암모니아를 저장하는 저장조(64)로 이루어진다.
흡착공정은 암모니아 스트리핑조(7)와 배관으로 연결된 흡착탑(60)에 의하여 진행되며, 암모니아 스트리핑조(7)와 연결된 배관에는 역류방지 밸브와, 암모니아 가스의 농도를 측정하는 암모니아 센서가 장착된다.
따라서, 암모니아 스트리핑조(7)에서 흡착탑(6)으로 흐르는 암모니아가 역류하는 것을 방지할 수 있다. 또한 암모니아 센서는 흡착탑으로 흐르는 암모니아의 농도를 측정함으로써 농도가 과도하거나 일정량 이하인 경우 암모니아 스트리핑조(7)와 흡착탑(6)을 연결하는 배관에 장착된 밸브를 개폐한다.
이 흡착탑(60)에는 흡착제가 충진되어 있다. 흡착제는 유입되는 암모니아 함유 가스 중 암모니아를 선택적으로 흡착한다. 흡착제에 암모니아가 충분히 흡착되면 탈착탑(62)에서 가온 또는 감압하여 암모니아를 탈착하여 저장조(64)로 이송하여 회수된다. 흡탈착탑(60,62)은 1기 이상으로 구성하여 흡,탈착을 교대로 반복하게 된다.
한편, 인 회수공정(68,70,72)은 암모니아 침전조(11)의 후단에 배치된다.
이러한 인 회수공정(68,70,72)은 인 제거조(68)와: 인 제거조(68)로부터 배출된 인을 회수하는 인 회수조(70)와; 인산이 제거된 오폐수를 방류하는 방류수조(70)를 포함한다.
인 제거조(68)는 다양한 방식의 제거조가 적용될 수 있으며, 흡착제에 의한 흡착방식 등이 적용된다. 이와 같은 인 제거조(68)에 의하여 분리된 인은 인 회수조(70)로 유입되어 다시 탈착되어 농축되어 재활용된다. 반면에 인이 제거된 오폐수는 방류수조(72)를 통하여 외부로 방류될 수 있다.
그리고, 침전조(11)와 연결된 배관에는 역류방지 밸브와, 인의 농도를 측정하는 인 감지 센서가 장착된다.
따라서, 침전조(11)에서 인 제거조(68)로 흐르는 인 가스가 역류하는 것을 방지할 수 있다. 또한 인 감지 센서는 인 제거조(68)로 흐르는 인 가스의 농도를 측정함으로써 농도가 과도하거나 일정량 이하인 경우 침전조(11)와 인 제거조(68)를 연결하는 배관에 장착된 밸브를 개폐한다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 암모니아 탈기 및 생물학적 수처리부를 통하여 오폐수중의 암모니아를 전단의 암모니아 스트리핑조에서 탈기시키고, 암모니아가 제거된 오폐수는 후단의 생물학적 수처리부에서 잔류 암모니아와 유기물을 처리하게 된다.
고농도 암모니아의 생물학적 처리 시 탈질과정에 다량의 탄소원(일반적으로 메탄올을 사용한다)이 소요되고 질산화과정에서 pH 조정을 위한 알칼리제(일반적으로 가성소다를 사용한다)가 다량 필요해지는데, 본 발명에서는 암모니아를 생물학적 처리 전단에서 분리함으로서 생물학적 처리과정에서 소요되는 약품비를 절감할 수 있다.
한편, 탈기된 암모니아는 암모니아 회수공정을 통하여 회수하여 재활용하고, 처리수에 함유되어 있는 인은 인 회수공정을 통하여 재활용하게 되어 기존에 질소 가스형태로 대기에 배출되던 암모니아와 폐기물로 배출되던 인을 자원으로 회수하는 것이 가능해진다.
본 발명은 암모니아 스트리핑조, 생물학적 수처리부, 암모니아 가스 회수공정, 인 회수공정을 연계시켜서 일관 공정으로 함으로써 폐수 중의 고농도 질소와 인을 하나의 공정을 통하여 회수 또는 제거할 수 있는 기술에 관한 것이다.

Claims (8)

  1. 다단 적층형 분리셀에 의하여 다층 수면을 형성하고 원활한 교반과 높은 물질 전달로 기액접촉 면적을 증가시키고 유체의 관형흐름을 유도함으로써 암모니아를 탈기하는 암모니아 스트리핑조와; 그리고
    암모니아 스트리핑조와 연결되어 암모니아가 탈기된 처리수가 유입되어 질소가 탈질되는 무산소조와, 무산소조와 이웃하여 배치되며 오폐수가 내부로 유입되어 분리셀에 의하여 상하 다단으로 구획된 슬러지 분리판을 순차적으로 통과하는 과정에서 처리수 및 기포의 접촉면적을 증가시켜 산소 용해속도를 증가시킴으로서 유기물 제거와 질산화를 함께 수행하는 질산화조와, 질산화조에 연결되어 슬러지를 침전시키는 침전조로 구성되어 있는 생물학적 수처리부를 포함하는 암모니아 탈기장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 암모니아 스트리핑조는 오폐수 및 가스가 유입되어 암모니아 제거 공정이 진행되는 반응기와; 상기 반응기의 내부에 다수의 분리셀을 적층하여 유입된 오폐수 및 기포를 밀도순서로 상향으로 이동시키고, 상기 오폐수 및 기포의 접촉면적을 증가시켜 탈기속도를 증가시킴으로서 암모니아를 제거하는 적어도 하나 이상의 암모니아 분리수단과; 상기 반응기의 내부로 기체를 유입하는 산기수단을 포함하며,
    상기 반응기에는 암모니아 가스를 반응기의 외부로 배출시키는 기체 배출구와, 처리수를 외부로 배출시키는 처리수 배출구가 연결되며, 오폐수가 공급되는 오폐수 공급관을 포함하는 암모니아 탈기장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 암모니아 스트리핑조와 생물학적 수처리부의 분리셀은 외곽을 형성하는 프레임과; 프레임이 형성하는 내측 공간을 차단하여 상하로 구획하는 한 쌍의 경사판과; 한 쌍의 경사판에 구비되어 유체의 상하이동 통로가 되는 유체 이동관과; 각 분리셀들의 구석을 상하로 관통함으로써 분리셀들을 고정시키는 고정바를 포함하는 암모니아 탈기장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    한 쌍의 경사판 저면에는 하부에서 상승한 암모니아 가스가 포집됨으로써 체류공간이 형성됨으로써 수면을 하부로 밀어내어 유체 이동관의 하단선상과 동일 선상에 수면을 형성하고, 추가로 암모니아가 상승하는 경우, 체류공간내의 압력증가로 인하여 일부의 암모니아 가스가 수면을 밀어내고 유체 이동관으로 유입되고, 이 과정에서 교반이 이루어질 수 있는 것을 특징으로 하는 암모니아 탈기장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    생물학적 수처리부의 무산소조에는 암모니아 스트리핑조에 연결되어 암모니아가 1차적으로 탈기된 오폐수가 유입되는 유입관과; 무산소조와 이웃한 질산화조부를 연결하여 오폐수를 순차적으로 공급하는 연결관이 배치되며,
    유입관에는 암모니아 감지센서가 장착됨으로써 암모니아 스트리핑조에서 유입되는 암모니아 가스의 농도를 측정하게 되며, 일정 수준 이상인 경우 유입관에 장착된 밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 암모니아 탈기장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 질산화조는 내부에 다수의 분리셀을 적층하여 유입된 오폐수 및 기포를 밀도순서로 상향으로 이동시키고, 상기 오폐수 및 기포의 접촉면적을 증가시켜 산소 용해효율을 증가시킴으로서 질소 및 인을 분해하는 적어도 하나 이상의 분리부와; 상기 처리조의 내부로 기체를 유입하는 산기수단을 포함하는 암모니아 탈기장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 암모니아 스트리핑조는 후공정으로서 배출된 암모니아가스를 회수하여 재활용하는 공정에 연결되며, 암모니아 가스를 재활용하는 공정은 암모니아 스트리핑조에서 배출된 암모니아 가스를 흡착 및 탈착하는 흡탈착탑과; 흡탈착탑을 통해 회수한 암모니아를 저장하는 저장조를 포함하며,
    흡착공정은 암모니아 스트리핑조와 배관으로 연결된 흡착탑에 의하여 진행되며, 탈착공정은 탈착탑에 의하여 진행되며, 암모니아 스트리핑조와 흡착탑을 연결하는 배관에는 흡착탑에서 암모니아 스트리핑조로 암모니아 가스의 역류를 방지하는 역류방지 밸브와, 암모니아 가스의 농도를 측정하여 배관에 장착된 밸브를 개폐하는 암모니아 센서가 장착되는 것을 특징으로 하는 암모니아 탈기장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 생물학적 수처리부는 후공정으로서 인 제거 및 회수공정에 연결되며, 인 제거 및 회수공정은 인을 흡착제를 이용하여 흡착하여 제거하는 인 제거조와; 인을 흡착한 흡착제로부터 인을 탈착시켜서 회수하는 인 회수조와; 인이 제거된 오폐수를 방류하는 방류수조를 포함하며,
    침전조와 연결된 배관에는 인 가스가 침전조로 역류하는 것을 방지하는 역류방지 밸브와, 인의 농도를 측정하여 침전조와 연결된 배관의 밸브를 개폐하는 인 감지 센서를 포함하는 을 특징으로 하는 암모니아 탈기장치.
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