KR100293529B1 - 질소제거를위한폐수처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 폐수처리 장치는 단일의 무산소조와 이중의 호기조로 구성된 처리부들을 직렬로 연결하고, 각 처리부의 무산소조에서는 임의성 미생물에 의한 탈질 공정을, 각 처리부의 이중의 호기조에서는 질화 미생물에 의한 질화 공정을 일정량을 반송시켜거 호기조에서 질산으로 변환된 암모니아성 질소를 무산소조에서 탈질 공정으로 효과적으로 제거하도록하는 것을 특징으로 한다.

Description

질소 제거를 위한 폐수처리 장치

본 발명은 폐수에 포함되어 있는 질소를 효율적으로 제거하기 위한 폐수 처리 장치에 관한 것으로서, 특히, 임의성 미생물을 이용하여 질소의 제거 효율을 획기적으로 향상시킨 폐수처리 장치에 관한 것이다.

종래에는 활성오니법을 사용하여 호기조(폭기족)에서 호기성 미생물에 의하여 유기 물질 등을 제거하는 폐수 처리 방법이 사용되었다.

그러나, 활성오니법에 의한 이러한 폐수처리 방법은, 폐수내에 질소는 거의 제거 되지 않은 문제가 있었고, 오수나 폐수에 포함되어 있는 질소 성분으로 인한 부영향화 영향으로 강, 하천, 바다 등에서 녹조, 조류 등의 발생이 심각한 수준이 이르렀다.

폐수내에 포함된 질소를 제거하기 위하여 종래에 사용되는 일반적인 방법은 폐수를 무산소조로 유입시켜서 미생물에 의한 탈질 반응을 거친 후, 호기조에서 질화 미생물에 의하여 질산화 단계를 거치도록 한다.

그러나, 이러한 종래의 방식에 의한 질소제거 방법에 의하면 질소의 제거율이 만족스럽지 못하다. 또한, 질소 제거를 위한 종랴의 폐수처리 시스템은 대부분 대규모이므로 이러한 종래의 폐수처리 시스템을 재활용하면서도 질소 제거 효율을 획기적으로 높일 수 있는 폐수처리 장치가 절실히 요구된다.

본 발명은 상기한 바와 같이 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 종래의 폐수처리 시스템을 개량·재활용하여, 임의성 미생물과 질화 미생물을 이용하여 폐수내에 포함된 질소를 획기적으로 제거할 수 있는 질소제거를 위한 폐수처리 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 폐수처리 장치의 블록구성도.

*도면의 주요한 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 제1 무산소조 20 : 제1 호기조

30 : 제2 호기조

40 : 제2 무산소조

50 : 제3 호기조 60 : 제4 호기조

70 : 침전조

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 폐수 처리 장치는, 질소 제거를 위한 폐수처리장치에 있어서, 임의성 미생물이 주입되어 탈질공정이 수행되는 제1 무산소조, 질화 미생물이 주입되어 상기 제1 무산소조로부터 유입되는 유입수에 대한 질화공정이 수행되는 제1 호기조 및 제1 호기조에 연결되어 계속해서 질화 미생물에 의한 질화 공정이 수행되고, 배출수 중 일정량이 상기 제1 무산소조로 반송되는 제2 호기조로 구성된 제1 처리부; 임의성 미생물이 주입되어 주입된 임의성 미생물에 의한 탈질 공정에 의하여 상기 제1 처리부의 제2 호기조로부터 유입되는 유입수를 처리하는 제2 무산소조, 질화 미생물이 상기 제2 무산소조로부터 유입되는 유입수에 대한 질화 공정이 수행되는 제3 호기조 및 상기 제3 호기조에 연결되어 계속해서 질화 미생물에 의한 질화 공정이 수행되고, 배출수 중 일정량이 상기 제2 무산소조로 반송되는 제4 호기조로 구성된 제2 처리부; 및 상기 제 처리부로부터 유입된 유입수에 포함된 고형 성분을 걸러서 배출수로서 배출하고, 슬러지를 상기 제1 처리부의 제1 무산소조로 반송하는 침전조를 포함하는 것임을 특징으로 한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 의한 폐수처리 장치를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 폐수처리 장치의 블록 구성도이다.

도 1에 됫된 바와 같이, 질소 제거를 위한 본 발명에 의한 폐수처리 장치는, 단일의 무산소조와 이중의 호기조로 각각 구성된 1차 처리부와 2차 처리부가 직력 연결되어 구성된다. 즉, 1차 처리부는 제1 무산소조(10), 제1 호기조(20) 및 제2 호기조(30)로 구성되고, 상기 1차 처리부에 직렬로 연결된 2차 처리부 역시, 단일의 무산소조인 제2 무산소조(40)와 이중의 호기조인 제3 호기조(50) 및 제4 호기조(60)로 구성된다.

또한, 각 처리부에서 이중의 호기조를 거쳐서 배출되는 처리수의 일정량이 각 처리부의 상위 단계인 무산소조로 반송된다. 즉, 1차 처리부에서 제2 호기조(30)의 배출수의 일정량이 제1 무산소조(10)로 반송되고(1차 처리 반송수), 2차 처리부에서 역시, 제4 호기조(60)의 배출수의 일정량이 제2 무산소조(40)로 반송된다(2차 처리 반송수).

각 처리부의 무산소조에서는 임의성 미생물에 의하여 탈질 과정이 수행되고, 각 처리부의 이중의 호기조에서는 질화 미생물에 의하여 질화 과정이 수행된다. 이를 위하여, 각 처리부의 이중의 호기조 중 상위 호기조에 질화 미생물을 주입한다. 즉, 1차 처리부의 제1 무산소조(10)와 2차 처리부의 제2 무산소조(40)에 임의성 미생물을 주입하여 탈질 과정을 수행하고, 1차 처리부의 제1 호기조(20)와 2차 처리부의 제3 호기조(50)에 질화 미생물을 주입하여 1차 처리부의 제1 호기조(20) 및 이와 연결된 제2 호기조(30)와 2차 처리부의 제3 호기조(50) 및 이와 연결된 제4 호기조(60)에서 질화 과정을 수행한다.

1차 처리부와 2차 처리부를 거친 처리수는 침전조에서 걸러져서 배출되고, 슬러지는 침전조로부터 1타 처리부의 제1 무산소조(10)로 반송된다(반송 슬러지).

1차 처리부의 제1 무산소조(10)와 2차 처리부의 제2 무산소조(40)에서 수행되는 임의성 미생물에 의한 탈질 과정을 설명한다.

미생물은 호흡상태에 따라서 혐기성 미생물과 호기성 미생물로 나눌 수 있고, 혐기성 미생물은 산소가 존재하면 증식할 수 없는 절대 혐기성 미생물과 산소의 유무에 관계없이 증식할 수 있는 임의 혐기성 미생물로 나누어진다. 호기성 미생물 중에서도 저농도 산소 조건하에서도 증식을 할 수 있는 미생물을 임의 호기성 미생물이라고 한다. 상기한 임의 혐기성 미생물과 임의 호기성 미생물을 통틀어서, '임의성 미생물'이라고 한다. 일반적으로 생물학적 폐수처리장에서 공급하는 임의성 미생물은 임의 호기성 미생물이 대부분이다. 그 이유는 활성오니조의 무산소조의 산소 농도가 임의 호기성 미생물이 증식하기에 적합한 환경을 가지고 있기 때문이다.

상기한 임의성 미생물은 무산소조에서 산소 대신에 질산 호흡을 하여 증식을 계속한다. 이러한 과정에서 탈질 공정이 수행되는데, 무산소조에서 임의성 미생물은 질산(NO₃)을 아질산(NO₂)으로 환원하고, 그런 다음, 아질산(NO₂)을 산화질소(NO)로 계속해서 산화2질소(N₂O)로 환원한다음, 궁극적으로는 질소기체(N₂)의 형태로 질소를 대기중으로 날린다.

이러한 기능을 하는 임의성 미생물로는, 바실러스(Bacillus), 슈도모나스(Pseudomonas), 아크로박터(Acrobacter), 또는 마이크로코쿠스(Micrococcus) 등을 들 수 있다.

1차 처리부의 제1 호기조(20)와 2차 처리부의 제3 호기조(50)에 주입된 질화 미생물에 의한 질화 과정을 설명한다.

질화 미생물은 호기조에서 암모니아성 질소를 질산성 질소로 변환한다.

암모니아를 호기적으로 산화하여 아질산으로 전환시키는 기능을 하는 질화 미생물로는 니트로소모나스(Nitrosomonas), 니트로소스피라(Nitrosospira), 니트로소코쿠스(Nitrosococcus),또는 니트로소로버스(Nitrosolobus) 등을 들 수 있다.

아질산을 호기적으로 산화하여 질산으로 전화시키는 기능을 하는 질화 미생물로는 니트로박터(NItrobacter), 니트로스피나(Nirtospina), 또는 니트로코쿠스(Nitrosococcus)등을 들 수 있다.

본 발명에 의한 장치에서는, 각 처리부의 이중의 호기조 중 상위 호기조에 질화 미생물을 주입하여, 질화 과정을 수행하도록 한다. 주입된 질화 미생물은 폐수와 함께 상위 단계의 호기조에 연결된 이중의 호기조 중 나머지 호기조로 넘어가서, 계속 질화 작용을 한다.

질화 과정을 수행하는 호기조를 하나로 하지 않고 이중으로 설계하는 것은 하나의 호기조로 수행하는 경우에 비하여 질화 효율이 높기 때문이다.

1차 처리부의 제2 호기조(30)로부터 배출된는 배출수 중 일부는 2차 처리부의 제2 무산소조(40)로 진행하고, 나머지 부분은 1차 처리부의 제1 무산소조(10)로 반송된다(1차 처리반송수). 이것은 제2 호기조(30)에서 질화 미생물에 의하여 질산화된 암모니아성 질소를 제1 무산소조(10) 또는 제2 무산소조(40)에서 임의성 미생물에 의한 탈질 작용으로 인하여 질소 기체 형태로 제거하여, 폐수에 포함되어 있는 암모니아성 질소를 효과적으로 제거하기 위한 것이다.

2차 처리부의 제4호기조(40)로부터 배출되는 배출수 중 일부는 2차 처리부의 제2 무산소조(40)로 반송되는데(2차 처리 반송수), 이것도 제4 호기조(60)에서 질화 미생물에 의하여 질산화 된 암모니아성 질소를 제2 무산소조(40)에서 임의성 미생물에 의한 탈질 작용으로 인하여 질소 기체 형태로 제거하여, 1차 처리부에 의하여 처리된 폐수에 남아있는 암모니아성 질소를 효과적으로 제거하기 위한 것이다.

다음의 실시예는 상기에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 폐수처리 장치를 이용하여, 폐수내에 포함된 질소 처리 효율을 실험한 것이다.

<제1 실시예>

도 1에 도시된 바와 같은 폐수처리 장치에서, 시험을 위하여 각 조의 용적을 40로 하고, 제2 호기조(30)로부터 제1 무산소조(10)로의 1차 처리 반송수의 양을 1.5Q로 하고, 제4 호기 조(60)로부터 제2 무산소조(40)로의 2차 처리 반송수의 양은 2.0Q로 하고, 침전조(70)로부터 제1 무산소조(10)로의 반송슬러지의 양은 1.4Q로 한다.

각 조에서의 체류 시간을 4시간 정도로 하여, 전체 시스템의 체류 시간을 24시간으로 한다.

임의성 미생물로서, 제1 무산소조(10)와 제2 무산소조(40)에 바실러스(Bacillus)와 슈도모나스(Pseudomonas)로 구성된 액상 미생물 제재를 처음 7일 동안은 용적비로 1000ppm을 주입하고, 그 이후로는 매일 20ppm을 주입하였다.

또한, 질화 미생물로는, 제1호기조(20)와 제3 호기조(40)에 니트로소모나스(Nitrosomonas)와 니트로박터(NItrobacter)로 구성된 액상 미생물 제재를 처음 7일 동안은 용적비로 1000ppm을 주입하고, 그 이후로는 매일 20ppm을 주입하였다.

pH가 조절된 전처리수의 질소 함량과 제1 실시예에서와 같이 본 발명에 의한 장치에 의하여 질소가 제거된 처리수의 질소 함량이 다음의 표1에 나타나있다.

<제2 실시예 : 비교예>

본 발명에 의한 폐수 처리장치에서의 질소 제거 효율의 우수성을 보이기 위하여, 활성오니법에 의한 일반적인 폐수처리 장치에 의한 처리수의 질소 함량을 비교한다.

5단의 호기조를 사용하고, 일반 미생물을 이용하여 체류 시간을 30시간으로 하여, pH가 조절된 전처리수(제1 실시예에서와 동일한 것)를 처리하였을 때, 배출된 처리수에 포함된 질소의 함량(ppm)이 다음의 표 1에 나타나 있다.

상기 표1에서 나타나있는 바와 같이, 전처리수에 포함된 질소는 대부분 암모니아성 질소이고, 비교예인 종래 기술에 의한 활성오니법에 의한 처리에 의하면, 대부분의 암모니아성 질소가 제거되지 않으므로 총 질소 제거 효율이 10.5%에 불과하다. 이는 무산소조에서의 탈질 과정이 없는 것으로 인한 것이다.

이에 비하여, 본 발명에 의한 장치를 사용하면, 암모니아성 질소가 획기적으로 제거되어 총 질소 제거 효율이 93.4%로 나타났다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 폐수 처리 장치는 단일의 무산소조와 이중의 호기조로 구성된 처리부들을 직렬로 연결하고, 각 처리부의 무산소조에서는 임의성 미생물에 의한 탈질 공정을, 각 처리부의 이중의 호기조에서는 질화 미생물에 의한 질화 공정을 각각 수행하도록 하고, 또한, 각 처리부에서 말단의 호기조로부터 무산소조로 일정량을 반송시켜서 호기조에서 질산으로 변환된 암모니아성 질소를 무산소조에서의 탈질 공정으로 효과적으로 제거하도록 하는 것을 특징으로 한다.

Claims (3)

1. 질소 제거를 위한 폐수 처리 장치에 있어서,

   임의성 미생물이 주입되어 탈질 공정이 수행되는 제1무산소조,

   질화 미생물이 주입되어 상기 제1무산소조로부터 유입되는 유입수에 대한 질화공정이 수행되는 제1호기조, 및

   상기 제1호기조에 연결되어 계속해서 질화 미생물에 의한 질화 공정이 수행되고, 배출수 중 일정량이 상기 제1무산소조로 반송되는 제2호기조로 구성된 제1처리부;

   임의성 미생물이 주입되어 주입된 임의성 미생물에 의한 탈질 공정에 의하여 상기 제1 처리부의 제2호기조로부터 유입되는 유입수를 처리하는 제2무산소조,

   질화 미생물이 상기 제2무산소조로부터 유입되는 유입수에 대한 질화 공정이 수행되는 제3호기조, 및

   상기 제3호기조에 연결되어 계속해서 질화 미생물에 의한 질화 공정이 수행되고, 배출수 중 일정량이 상기 제2무산소조로 반송되는 제4호기조로 구성된 제2처리부; 및

   상기 제2 처리부로부터 유입된 유입수에 포함된 고형 성분을 걸러서 배출수로서 배출하고, 슬러지를 상기 제1 처리부의 제1무산소조로 반송하는 침전조를 포함하는 것임을 특징으로 하는 폐수 처리 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1무산소조와 상기 제2무산소조에 주입되는 임의성 미생물은 바실러스(Bacillus)와 슈도모나스(Pseudomonas)인 것임을 특징으로 하는 폐수 처리 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제1호기조와 제3호기조에 주입되는 질화 미생물은 니트로소모나스(Nitrodomonas)와 니트로박터(Nitrosobacter)인 것임을 특징으로 하는 폐수 처리 장치.