KR100375413B1 - Removal Methods of Nitrogen and phosphorus in wastewater using external carbon source - Google Patents
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Abstract
본 발명은 외부에서 제공되는 유기탄소원을 이용하여 하수중의 질소(N)와 인(P)을 보다 효과적으로 동시에 제거할 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for more effectively removing nitrogen (N) and phosphorus (P) in sewage using an organic carbon source provided from the outside.
이를 위하여 본 발명은 초침을 거친 유입수의 인을 방출하기 위하여 선택적으로 외부에서 유기 탄소원이 공급되어지는 혐기조; 상기 혐기조에서 방출된 인을 과잉섭취 및 암모니아 질소 또는 유기성 질소를 산화시키기 위한 제 1 호기조; 상기의 제 1 호기조를 거친후 필수적으로 외부에서 공급되는 유기 탄소원을 이용하여 질산성 질소를 탈기시켜 제거하는 무산소조; 상기 무산소조를 거친 최종 잔여 유기 물질및 인을 제거하기 위하여 후폭기를 행하는 제 2 호기조; 후단의 제 2 호기조에서 유출될 수 있는 질산성 질소를 더 많이 제거하기 위하여 유입수의 100%정도를 무산소조로 내부순환하는 내부순환과정; 상기의 제 2 호기조를 다시 거친 후 고액 분리하여 처리수는 방류하고 슬러지중의 일부는 폐기처분하고 대부분의 슬러지는 상기 혐기조 전단으로 이송하여 처리하기 위한 최종 침전조(종침); 등을 특징으로 하는 외부 유기 탄소원을 이용하는 것을 특징으로 한다.To this end, the present invention is an anaerobic tank that is selectively supplied with an organic carbon source from the outside in order to release the phosphorus of the second hand influent; A first unit for excessive ingestion of phosphorus released from the anaerobic tank and for oxidizing ammonia nitrogen or organic nitrogen; An oxygen-free tank for degassing and removing nitrate nitrogen by using an organic carbon source supplied from the outside after passing through the first unit described above; A second aerobic tank for performing post-aeration to remove the final residual organic substance and phosphorus which have passed through the anoxic tank; An internal circulation process that internally circulates about 100% of the influent to an anaerobic tank to remove more nitrate nitrogen that may flow out of the second tank of the rear stage; A final settling tank (final needle) for discharging the treated water after discharging the second aeration tank again and discharging the treated water and disposing a portion of the sludge and transferring most of the sludge to the front end of the anaerobic tank; It is characterized by using an external organic carbon source characterized by the above.
Description
질소, 인은 주로 농업용 비료, 사람이나 가축의 분뇨, 합성세제로부터 발생되며, 이들이 미처리된 하수 또는 공장폐수가 강이나 댐을 포함한 호수로 다량 유입될 경우 부영양화, 연안의 적조현상, 암모니아의 어류독소, 수중의 용존산소결핍등을 야기 시킨다. 또한, 질소, 인등의 상수원 유입으로 인한 조류의 과잉성장은 정수장에 조류의 과다번식을 초래할 수 있고, 정수공정인 모래여과지의 막힘현상을 유발하여 여과지의 운전시간을 단축시킨다. 그러나 질소와 인을 일반적인 하수처리 공정으로 행할 경우 제거율이 매우 낮기 때문에 고도처리가 필요하다.Nitrogen and phosphorus are mainly derived from agricultural fertilizers, manure from humans or livestock, and synthetic detergents.They are eutrophication, red tides on the coast, and fish toxins in ammonia when large amounts of untreated sewage or factory wastewater flow into lakes including rivers and dams. This may cause dissolved oxygen deficiency in water. In addition, the excessive growth of algae due to the inflow of nitrogen, phosphorus, etc. may lead to the overgrowing of algae in the water purification plant, and the clogging phenomenon of the sand filter, which is the water purification process, shortens the operation time of the filter paper. However, when nitrogen and phosphorus are carried out in a general sewage treatment process, the removal rate is very low, and thus advanced treatment is required.
본 발명은 하수의 질소, 인 동시 제거방법에 관한 것으로, 특히 외부에서 제공되는 유기 탄소원을 이용하여 하수 중에서 심각한 문제로 대두되고 있는 BOD저부하 문제를 해결하여 질소(N)와 인(P)을 보다 효과적으로 동시에 제거하며 처리할 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for simultaneously removing nitrogen and phosphorus from sewage, and in particular, by using an organic carbon source provided from the outside to solve the BOD low load problem, which is a serious problem in sewage, nitrogen (N) and phosphorus (P) are removed. It is about a method that can be removed and processed more effectively at the same time.
일반적으로 알려진 질소와 인 동시 제거방법으로는 활성 오니법의 변법으로 혐기 - 무산소 - 호기법(A2/O법 : Anaerobic-Anoxic-Oxic 법), M-Bardenpho 법, UCT 법, VIP 법, MLE 법 등이 알려져 있다.Commonly known nitrogen and phosphorus removal methods include the anaerobic-anaerobic-aerobic method (A 2 / O method: Anaerobic-Anoxic-Oxic method), M-Bardenpho method, UCT method, VIP method, MLE Law is known.
그중 대표적인 A2/O 법은 폐수처리에 있어서, 폐수중의 유기물 성분을 탈질 공정의 탄소원으로 사용하기 때문에 수소 공여체량을 절감하고, 탈질조에서 탈질시 생성되는 알칼리도를 질산화조에서 이용하므로 알칼리 사용량을 절감할 수 있다. 그러나 반송슬러지 중에 함유되어 있는 아질산성 질소나 질산성 질소가 혐기조에 유입되어 인의 방출을 저해하여 최종적으로 인의 생물학적 제거효과에 악영향을 미친다.Among them, the representative A 2 / O method uses organic materials in the wastewater as a carbon source for the denitrification process, thus reducing the amount of hydrogen donor and using the alkalinity generated during denitrification in the denitrification tank in the nitrification tank. Can reduce the cost. However, nitrite nitrogen or nitrate nitrogen contained in the return sludge flows into the anaerobic tank, which inhibits the release of phosphorus and finally adversely affects the biological removal effect of phosphorus.
M-Bardenpho 공정은 기존의 A2/O의 공정에 추가로 무산소조와 폭기조를 설치한 것이다. 이 공정에서도 A2/O 공정과 마찬가지로 질소는 폭기조에서 질산성 질소를 탈질조로 반송시켜 제거하며, 인의 제거는 잉여 슬러지의 폐기에 의해 이루어진다. 혐기조에서의 인의 방출과 탈질조에서의 질소제거에 소모되는 탄소원은 유입하수내의 유기물을 이용하기 때문에 인 및 질소의 제거는 유입하수의 유기물 농도에 영향을 받는다. 슬러지 생산을 최소화하면서 인 함량을 높일 수 있다는 장점이 있으나 내부 순환 펌프비용이 추가적으로 들게되며, A2/O 공정에 비해 큰 반응조가 필요하다. 또한 높은 BOD/P 비가 필요하다. 특히 이 공정은 반송 슬러지내의 잔존 질산염이 혐기조에 유입되어, 탈질산화 박테리아들이 우선적으로 탄소원을 사용하여 탈질산화를 함으로써 인 방출이 저하되고 결과적으로 인 제거 효율이 저하되는 문제가 있다.The M-Bardenpho process is an oxygen-free and aeration tank in addition to the existing A 2 / O process. In this process, as in the A 2 / O process, nitrogen is removed from the aeration tank by returning nitrate nitrogen to the denitrification tank, and phosphorus is removed by the disposal of excess sludge. The removal of phosphorus and nitrogen is influenced by the concentration of organic matter in the influent, since the carbon source consumed for the release of phosphorus in the anaerobic tank and the nitrogen removal in the denitrification tank uses organic matter in the influent sewage. It has the advantage of increasing the phosphorus content while minimizing the sludge production, but the additional cost of the internal circulation pump, and requires a larger reactor than the A 2 / O process. It also requires a high BOD / P ratio. In particular, this process has a problem that residual nitrate in the conveying sludge flows into the anaerobic tank, and denitrification bacteria preferentially denitrify using a carbon source, thereby lowering phosphorus emission and consequently lowering phosphorus removal efficiency.
UCT 공정은 A2/O 공정 및 수정 Bardenpho 공정들의 문제점을 해결하기 위해 만들어낸 공정으로, 혐기조로 슬러지를 반송시킴으로서 질산염의 영향을 제거하였으며, 반송슬러지에 함유된 NO3 _에 의한 인 제거 효율의 저해요인을 감소시킬 수 있으며, Bardenpho보다 반응조의 크기가 작다. 그러나 내부 순환 펌프비용이 추가적으로 들며, 이 공정의 문제점은 혐기조의 질산염 농도는 낮게 유지하는 것이 전체 인 제거효율을 결정짓게 됨으로서 질산화를 충분히 시키지 않게 되는 경향이 있다.The UCT process was created to solve the problems of the A 2 / O process and modified Bardenpho processes, and the effect of nitrate was removed by returning the sludge to the anaerobic tank, and the efficiency of phosphorus removal by NO 3 _ contained in the return sludge Inhibitors can be reduced and reactors are smaller than Bardenpho. However, the internal circulation pump costs additionally, and the problem with this process is that keeping the nitrate concentration in the anaerobic tank low determines the overall phosphorus removal efficiency and thus does not tend to sufficiently nitrate.
VIP 공정은 UCT 와 비슷하나 UCT 가 한 개의 완전 혼합조로 구성된 반면 완전 혼합조를 직렬 조합하여 인의 과잉 축적 능력을 증가시켰다. 이 공정의 최대 장점은 인 제거 효율이 높고 계절의 영향을 적게 받는다는 것이다. 또한 반응조의 크기가 작으므로 부지면적은 적게 차지하고, 혐기조로의 질산염반송이 알칼리도 소모량을 줄여주며, 호기성조의 질산염 부하를 줄여 줄 수 있다. 단 내부 순환 펌프가 필요하므로 에너지비용이 증가한다. 또한 저온 시 질소제거 능이 떨어진다.The VIP process is similar to UCT, but the UCT consists of one complete mixing tank, while the combination of the complete mixing tanks increases the phosphorus excess capacity. The greatest advantage of this process is its high phosphorus removal efficiency and low seasonal influence. In addition, due to the small size of the reaction tank, it takes up less land area, and the nitrate transfer to the anaerobic tank can reduce the alkalinity consumption and reduce the nitrate load in the aerobic tank. However, energy costs are increased because internal circulation pumps are required. In addition, the ability to remove nitrogen decreases at low temperatures.
상기한 A2/O 법을 포함한 그 밖의 다른 방법들은 하수중에 유기물질이 풍부한 미합중국, 유럽 등 외국의 경우에 질소와 인을 생물학적으로 잘 제거할 수가 있으나, 우리나라의 하수처리장 유입수의 경우, 유기물의 농도가 상대적으로 낮은, 즉 C/N 비가 낮아 기존의 활성슬러지 공정에서 질소 및 인을 처리하기 위해 BNR(Biological Nutrient Removal) 공정으로 변형하여 운영하여도 효율적인 T-N 제거를 얻기는 어렵다. 또한 생물학적으로 질소를 제거하기 위하여 호기조 후단에서 무산소조 전단으로 유입수의 100 ∼ 300% 정도를 내부순환 하여야 하는데 이는 초기의 건설비나 유지관리비 측면에서 비용이 많이 소요되는 등의 문제점이 있었다.Other methods, including the A 2 / O method described above, can remove nitrogen and phosphorus biologically well in foreign countries such as the United States and Europe, where organic materials are rich in sewage. The relatively low concentration, that is, the low C / N ratio, makes it difficult to obtain efficient TN removal even if the conventional activated sludge process is converted to BNR (Biological Nutrient Removal) process to treat nitrogen and phosphorus. In addition, in order to remove nitrogen biologically, 100 to 300% of the inflow water must be internally circulated from the aeration tank to the anoxic tank front, which is expensive in terms of initial construction and maintenance costs.
위에서 제시된 기존의 질소 인 제거 공정에서 탈질 효율을 설명하면 다음과 같다.The denitrification efficiency in the conventional nitrogen phosphorus removal process presented above is as follows.
즉, 기존의 질소제거 공정의 탈질효율은 MLE 공정으로 대표될 수 있으며 식(1)으로 나타낼 수 있다.That is, the denitrification efficiency of the existing nitrogen removal process can be represented by the MLE process and can be represented by the formula (1).
MLE 공정MLE process
단, 이 식이 성립하기 위해서는 무산소조로 유입되는 질산성 질소는 100% 탈질되어야 한다. 그러기 위해서는 반응조 내에서의 미생물의 양이 충분하여야 하며 또한 탈질에 필요한 유기물질의 양과 이에 필요한 시간이 충분하여야 한다.However, for this formula to be established, nitrate nitrogen flowing into the anoxic tank must be denitrated 100%. To this end, the amount of microorganisms in the reactor must be sufficient, and the amount of organic matter necessary for denitrification and the time required for this should be sufficient.
또한 반송슬러지 및 내부 순환에 따른 탈질율은 아래 그림과 같이 나타내진다.In addition, the denitrification rate according to the return sludge and the internal circulation is shown in the figure below.
Ir + RIr + R
대개 반송슬러지의 양을 유입수의 50%정도로 운전하는 것을 기준으로 하고 내부 순환비를 100%와 200%를 가정할 때 탈질 효율은 이론적으로 각각 60% 와 71.4% 정도로 내부순환비율에 정비례하여 증가하지 않는다.In general, when the amount of return sludge is operated at about 50% of the influent, and the internal circulation ratio is assumed to be 100% and 200%, the denitrification efficiency theoretically does not increase directly with the internal circulation rate as 60% and 71.4%, respectively. Do not.
즉, 내부 순환에 따른 탈질효율을 위해서는 가장 단순환 MLE 공정을 가정하였으나 비단 MLE 뿐만 아니라 내부순환을 필요로하는 A2/O, Bardenpho, DNR등 대부분의 연속식 하수 고도처리 공정에서도 탈질효율은 식(1)을 따른다.In other words, for the denitrification efficiency according to the internal circulation, the most simple ring MLE process is assumed, but the denitrification efficiency is expressed in most continuous sewage advanced treatment processes such as A 2 / O, Bardenpho, and DNR that require internal circulation as well as MLE. Follow (1).
따라서 본 발명은 외부에서 제공되는 유기 탄소원을 이용하여 하수중의 질소(N)와 인(P)을 보다 효과적으로 동시에 제거할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for more effectively removing nitrogen (N) and phosphorus (P) from sewage using an organic carbon source provided from the outside.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 방법은 초침을 거친 유입수의 인을 방출하기 위하여 선택적으로 외부에서 유기 탄소원이 공급되어지는 혐기조; 상기 혐기조에서 방출된 인을 과잉섭취 및 암모니아 질소 또는 유기성 질소를 산화시키는 위한 제 1 호기조; 상기의 제 1 호기조를 거친후 필수적으로 외부에서 공급되는 유기 탄소원을 이용하여 질산성 질소를 탈기시켜 제거하는 무산소조; 상기 무산소조를 거친 최종 잔여 유기 물질및 인을 제거하기 위하여 후폭기를 행하는 제 2 호기조; 후단의 제 2 호기조에서 유출될 수 있는 질산성 질소를 더 많이 제거하기 위하여 유입수의 100%정도를 무산소조로 내부순환하는 내부순환과정; 상기의 제 2 호기조를 다시 거친 후 고액분리하여 처리수는 방류하고 슬러지중의 일부는 폐기처분하고 대부분의 슬러지는 상기 혐기조 전단으로 이송하여 처리하기 위한 최종 침전조(종침); 등을 특징으로 하는 외부 유기 탄소원을 이용하는 것을 특징으로 한다.The technical method of the present invention for achieving this object is an anaerobic tank which is optionally supplied with an organic carbon source from the outside to release the phosphorous of the second hand influent; A first unit for excessive ingestion of phosphorus released from the anaerobic tank and for oxidizing ammonia nitrogen or organic nitrogen; An oxygen-free tank for degassing and removing nitrate nitrogen by using an organic carbon source supplied from the outside after passing through the first unit described above; A second aerobic tank for performing post-aeration to remove the final residual organic substance and phosphorus which have passed through the anoxic tank; An internal circulation process that internally circulates about 100% of the influent to an anaerobic tank to remove more nitrate nitrogen that may flow out of the second tank of the rear stage; A final settling tank (final needle) for discharging the treated water after discharging the second aeration tank again to discharge the treated water and disposing of some of the sludge and transferring most of the sludge to the front end of the anaerobic tank; It is characterized by using an external organic carbon source characterized by the above.
또한 본 발명의 또다른 기술적 방법은 초침을 거친 유입수에서 방출된 인을 과잉섭취 및 암모니아성 질소 또는 유기성 질소를 산화시키는 위한 제 1 호기조; 상기의 제 1 호기조를 거친 후 필수적으로 외부에서 유기 탄소원을 공급하여 질산성 질소를 탈기시켜 제거하는 위한 무산소조; 상기 무산소조를 거친 최종 잔여 유기 물질 및 인을 제거하기 위하여 후폭기를 행하는 제 2 호기조; 인을 방출하기 위하여 필수적으로 외부에서 유기 탄소원을 공급하여 혐기조에서 처리한 후 상기 제 1 호기조 전단으로 슬러지를 이송하여 처리하는 것을 특징으로 하는 외부 유기 탄소원을 이용하는 것을 특징으로 한다.또, 바람직하게는 초침을 거진 유입수에서 방출된 인을 과잉섭취 및 암모니아성 질소 또는 유기성 질소를 산화시키는 제 1 호기조; 상기의 제 1 호기조를 거친 후 필수적으로 외부에서 유기 탄소원을 공급하여 질산성 질소를 탈기시켜 제거하는 무산소조; 상기 무산소조를 거친 최종 잔여 유기물질을 제거하기 위하여 후폭기를 행하는 제 2 호기조; 후단의 제 2 호기조에서 유출될 수 있는 질산성 질소를 더 많이 제거하기 위하여 유입수의 100% 정도를 무산소조로 내부순환하는 내부순환과정; 인을 방출하기 위하여 필수적으로 외부에서 유기 탄소원을 공급하여 혐기조에서 처리한 후 상기 제 1 호기조 전단으로 슬러지를 이송하여 처리하는 것을 특징으로 하는 외부 유기 탄소원을 이용하는 것을 특징으로 한다.In addition, another technical method of the present invention is the first unit for the excessive intake of phosphorus discharged from the second hand influent and oxidizing ammonia nitrogen or organic nitrogen; Oxygen-free tank for degassing and removing nitrate nitrogen by essentially supplying an organic carbon source from the outside after passing through the first aerobic tank; A second aerobic tank for performing post-aeration to remove the final residual organic substance and phosphorus which have passed through the anoxic tank; In order to release phosphorus, an organic carbon source is supplied from the outside and treated in an anaerobic tank, and then the external organic carbon source is characterized in that the sludge is transferred to and treated by the front end of the first aerobic tank. A first unit for excessively ingesting phosphorus released from the second hand influent and oxidizing ammonia nitrogen or organic nitrogen; Oxygen-free tank for removing the nitrate nitrogen by degassing by supplying an organic carbon source from the outside after passing through the first aerobic tank; A second aerobic tank performing post-aeration to remove the final residual organic material passed through the anoxic tank; An internal circulation process that internally circulates about 100% of the influent into the anoxic tank in order to remove more nitrate nitrogen that may flow out of the second tank of the rear stage; In order to release phosphorus, the organic carbon source is supplied from the outside to be treated in an anaerobic tank, and then the external organic carbon source is characterized in that the sludge is transferred to and treated by the front end of the first aerobic tank.
도 1 은 본 발명에 의한 제 1 실시예의 질소, 인 동시 제거방법 공정도.1 is a process diagram of nitrogen and phosphorus simultaneous removal method of a first embodiment according to the present invention.
도 2 는 본 발명에 의한 제 2 실시예의 질소, 인 동시 제거방법 공정도.Figure 2 is a process diagram of nitrogen and phosphorus simultaneous removal method of a second embodiment according to the present invention.
도 3 은 본 발명에 의한 제 3 실시예의 질소, 인 동시 제거방법 공정도.Figure 3 is a process diagram of nitrogen and phosphorus simultaneous removal method of a third embodiment according to the present invention.
도 4 는 본 발명에 의한 제 4 실시예의 질소, 인 동시 제거방법 공정도.Figure 4 is a process diagram of nitrogen and phosphorus simultaneous removal method of a fourth embodiment according to the present invention.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면에 의하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings an embodiment of the present invention will be described in detail.
먼저, 하수중의 질소와 인의 생물학적 제거과정을 설명하면 다음과 같다.First, the biological removal process of nitrogen and phosphorus in sewage is as follows.
생물학적으로 질소는 두 단계의 반응에 의해서 제거가 된다.Biologically, nitrogen is removed by a two-step reaction.
첫째로는 암모니아성 질소가 질산성 질소로 산화되는 질산화 반응이며, 두번째 단계는 전자 수용체로 질산성 질소를 이용하여 질소가스로 방출시키는 탈질산화반응이다.The first step is nitrification, in which ammonia nitrogen is oxidized to nitrate nitrogen, and the second step is denitrification, which releases nitrate nitrogen to nitrogen gas as an electron acceptor.
하수중의 유기질소는 혐기 반응 시 분해되어 암모니아성 질소로 분해되고, 상기 암모니아성 질소는 호기조건에서 독립 영양 미생물이 암모니아성 질소를 산화성 질소로 환원하여 아질산염으로 변환된다. 그 다음으로 상기의 아질산염이 질산염으로 변환되는 2단계의 반응을 거친다.Organic nitrogen in sewage is decomposed during anaerobic reaction and decomposed into ammonia nitrogen, and the ammonia nitrogen is converted to nitrite by reducing the ammonia nitrogen to oxidative nitrogen by independent nutrient microorganisms under aerobic conditions. Next, the nitrite is subjected to a two-step reaction in which the nitrite is converted to nitrate.
NH4 ++ 3/202→ NO2 -+ 2H++ H2O NH 4 + + 3/20 2 → NO 2 - + 2H + + H 2 O
NO2 -- 1/202→NO3 - NO 2 - - 1/20 2 → NO 3 -
이들 반응을 종합하면 다음과 같다.These reactions are summarized as follows.
NH4 ++ 2O2→ NO3 -+ H2O + 2H+…… 식(2) NH 4 + + 2O 2 → NO 3 - + H 2 O + 2H + ... … Formula (2)
상기 화학반응식(2)에서 발생된 질산이온(NO3 -)의 질산성 질소는 전자 수용체로 이용되며 질조가스로 변환된 후 대기 중으로 탈기된다.Nitrate nitrogen of nitrate ions (NO 3 − ) generated in the chemical reaction formula (2) is used as an electron acceptor and is converted into nitrogen gas and degassed into the atmosphere.
이 탈질산화 반응은 용존산소가 존재하지 않는 무산소 상태에서 이루어지며 효과적인 탈질산화 반응을 위해서는 메탄올을 비롯한 생물학적으로 분해가 쉬운 유기물을 필요로 한다. 다음의 식(3)에 전체의 반응이 간략하게 나타나 있다.The denitrification reaction takes place in an oxygen-free state where there is no dissolved oxygen, and an effective denitrification reaction requires biologically easy organic substances such as methanol. The overall reaction is briefly shown in the following equation (3).
유기탄소원 + 2NO3 -→ N2+ CO2+ H2O …… 식(3)An organic carbon source + 2NO 3 - → N 2 + CO 2 + H 2 O ... … Formula (3)
여기서 사용되는 유기탄소원은 유기산이나 메탄올 등이 바람하다.The organic carbon source used here is preferably an organic acid or methanol.
다음에 인의 제거과정을 설명하면 다음과 같다.Next, the process of removing phosphorus is as follows.
생물학적 인 제거는 활성 슬러지가 혐기성 상태에서 인을 방출하고 다시 호기성 상태에서 인을 과잉으로 섭취하는 현상을 이용한 제거 방법이다.Biological removal is a method of removal using the phenomenon that activated sludge releases phosphorus in the anaerobic state and ingests excess phosphorus in the aerobic state.
미생물의 세포내에서 에너지 전달체로서 인이 필요하므로 인은 생물학적 합성에 필요한 양만큼 제거된다고 볼 수 있지만 연속적으로 혐기 및 호기성 조건을 주었을때 미생물의 성장에 필요한 화학양론적 양 이상으로 인의 제거가 가능하다. 연속적인 혐기 및 호기 조건에서 미생물에 의한 인의 축적은 4 ∼ 12 % 정도로 보고되고 있는데 이러한 미생물을 폐기함으로 2.5 ∼ 4 배 정도의 높은 인 제거효율을 얻을 수 있다.Since phosphorus is needed as an energy carrier in the cells of microorganisms, phosphorus can be removed as much as necessary for biological synthesis, but it can be removed more than the stoichiometric amount required for microbial growth when given anaerobic and aerobic conditions. . Phosphorus accumulation by microorganisms under continuous anaerobic and aerobic conditions is reported to be 4-12%. By discarding these microorganisms, phosphorus removal efficiency of 2.5 to 4 times can be obtained.
이들의 반응을 보면 다음과 같다.Their response is as follows.
혐기성 상태에서 미생물은 유기물을 섭취하여 PHB(poly-β-Hydroxybutyrate)의 형태로 체내에 축적한다. PHB의 합성 시 요구되는 에너지는 호기성 기간 중에 축적된 폴리인산(poly-P)이 분해되면서 공급되어지며, 분해된 인산염인(ortho-P)은 수용액 중으로 방출된다. 반응식은 아래와 같다.In the anaerobic state, microorganisms consume organic materials and accumulate in the body in the form of poly-β-hydroxybutyrate (PHB). The energy required for the synthesis of PHB is supplied as the poly-P accumulated during the aerobic period is decomposed, and the decomposed phosphate (ortho-P) is released into the aqueous solution. The scheme is shown below.
혐기시 : poly-P → ortho-P (에너지 방출)Anaerobic: poly-P → ortho-P (energy release)
유기물 → PHB(에너지 축적)Organics → PHB (Energy Accumulation)
호기시에는 수중의 인산염인이 인 섭취 생물에 의하여 과잉 섭취되어 폴리인산의 형태로 체내에 저장된다. 즉 호기성조건 하에서 미생물은 체내에 폴리인산의 인 과립을 다량 축적한다. 미생물이 다량의 인을 과잉 섭취하여 체내에 고밀도로 축적하였을 때 슬러지를 폐기함으로써 인의 제거가 가능하게 된다.During exhalation, phosphate phosphorus in the water is excessively ingested by the phosphorus ingesting organism and stored in the body in the form of polyphosphoric acid. That is, under aerobic conditions, microorganisms accumulate large amounts of phosphorus granules of polyphosphoric acid in the body. When microorganisms ingest a large amount of phosphorus and accumulate in the body at high density, it is possible to remove phosphorus by disposing of sludge.
호기시 : ortho-P → poly-P(에너지 축적)During expiration: ortho-P → poly-P (energy accumulation)
PHB + O2→ CO2+ H2O(에너지 방출)PHB + O 2 → CO 2 + H 2 O (energy release)
즉 혐기시에는 많은 양의 인을 방출하지만, 호기시에는 방출한 양보다 더 많은 양의 인을 미생물이 섭취하므로 하수중의 인을 제거할 수가 있다.That is, while anaerobic releasing a large amount of phosphorus, during exhalation, the phosphorus intake more than the amount released by the microorganisms can remove the phosphorus in the sewage.
상기와 같이 질소와 인을 생물학적으로 제거하기 위해서는 많은 양의 유기탄소원으로 사용되는 유기물질이 필요한데 이때 제공되는 외부탄소원(유기물질)으로는 메탄올, 에탄올, 초산 등과 같은 화공약품이나, 식품가공업체 또는 주정공장에서 발생되는 유기성 폐액과 음식물쓰레기 등을 발효시켜 생성되는 유기산이 효과적일 수 있다. 메탄올 등의 화공약품을 사용할 때에는 약품비가 매우 많은 비용이 소모될 수 있다. 그러나 현재 본 발명에서는 식품가공업체 또는 주정공장에서 발생되는 유기성 폐액과 음식물 쓰레기 등을 발효시켜 생성되는 유기산을 사용한다.As described above, in order to biologically remove nitrogen and phosphorus, an organic material used as a large amount of organic carbon source is required. The external carbon source (organic material) provided here includes chemicals such as methanol, ethanol, acetic acid, food processing companies or Organic acids produced by fermenting organic waste liquids and food waste generated in a alcohol factory may be effective. When using chemicals such as methanol can be very expensive. However, the present invention uses the organic acid produced by fermenting the organic waste liquid and food waste generated in a food processing company or a alcohol factory.
본 발명의 특징은 처리방법은 혐기 제 1 호기, 무산소, 제 2 호기 공정으로 배열하여 제 1 호기에서 생성된 질산성 질소를 바로 후단의 무산소조에서 외부유기탄소원을 공급받아 거의 대부분을 탈질 시킬 수 있을 뿐만 아니라 대규모의 내부순환원이 불필요하다.The characteristics of the present invention is that the treatment method is arranged in anaerobic No. 1, anoxic, and No. 2 processes to be able to denitrate most of the nitrate nitrogen generated in the first unit by supplying an external organic carbon source from the anoxic tank immediately after the end. In addition, large internal circulation is unnecessary.
즉, 제 1 호기조 에서 전환된 질산성 질소를 바로 후단인 무산소조에서 탈질에 필요한 유기산을 공급받아 이론적으로 100% 까지 탈질이 가능하다.In other words, it is theoretically possible to denitrate up to 100% by receiving the organic acid necessary for denitrification from the anoxic tank immediately after the nitrate nitrogen converted in the first reactor.
내부 순환이 있는 경우는 내부 순환이 없는 경우와 비교 하였을 때, 오염물질의 제거속도 측면에서 유리한 면이 많다.The presence of internal circulation has many advantages in terms of the rate of removal of contaminants when compared with the absence of internal circulation.
내부 순환이 있는 경우 반응기 해석에 필요한 수식을 나타내기 위한 모식을 나타내면 아래의 그림과 같다.If there is an internal circulation, the following diagram is used to represent the equation required for reactor analysis.
하수농도(mg/L)를 Co, 반응기에 유입되는 오염물질의 농도(mg/L)을 Ci, 반응기 실제 체류시간(HRTreal, hr), 오염물질제거 속도(mg/L,hr)를 r, 반응 속도 상수(/hr)을 k 로 표시했을 때, BNR관계 수식을 표현하면 다음과 같다.Sewage concentration (mg / L) is Co, concentration of pollutants entering the reactor (mg / L) is Ci, reactor actual residence time (HRT real , hr), pollutant removal rate (mg / L, hr) r When the reaction rate constant (/ hr) is expressed as k, the BNR relation equation is expressed as follows.
위의 식을 기본으로 슬러지 반송량(R)을 유입수(Q)의 1/2로 하고 내부 순환이 없는 경우와 내부순환이 100 - 300% 까지 변할때 Ci 와 HRT 는 다음과 같다.Based on the above equation, when the sludge return (R) is 1/2 of the influent (Q) and there is no internal circulation and the internal circulation changes by 100-300%, Ci and HRT are as follows.
오염물질의 제거를 보다 많이 하기 위해서는 반응기 내부의 오염물질 농도가 높거나 실제 반응기 내의 체류시간을 많이 확보하는 것이 필요하다.In order to remove more contaminants, it is necessary to have a high contaminant concentration in the reactor or to secure a large residence time in the reactor.
그러나 위의 표에서 알 수 있듯이, 반응기 내부로 유입되는 실제 오염물질의 농도 Ci는 Co 》Ce 이므로 내부순환이 많아지면 상대적으로 적게 되며, 또한 실제 반응기 체류시간(HRTreal)도 내부 순환이 많아질수록 줄어들게 되는 단점이 있다.However, as can be seen from the above table, the concentration of the actual pollutant inflow into the reactor is Co》 Ce, so the internal circulation is relatively small, and the actual reactor residence time (HRT real ) is also increased. There is a disadvantage that decreases.
본 발명에 의한 제 1 실시예의 질소, 인 동시제거방법의 공정도를 나타낸 것으로서, 도 1 은 혐기, 제1호기, 무산소, 제2호기공정으로 내부순환이 필요 없다.Figure 1 shows a process diagram of the nitrogen and phosphorus simultaneous removal method of the first embodiment according to the present invention, Figure 1 is anaerobic, No. 1, anoxic, No. 2 process does not require internal circulation.
혐기조에서는 인을 충분히 방출시키기 위하여 선택적으로 외부탄소원을 공급하기도 하나 하수 중에 유기물질이 풍부할 경우에는 외부탄소원을 공급하지 않아도 된다.In anaerobic tanks, an external carbon source may be selectively supplied to release phosphorus sufficiently, but if the sewage is rich in organic matter, it is not necessary to supply an external carbon source.
다음의 제1호기조에서는 혐기조에서 방출된 인을 과잉섭취하며, 암모니아성 질소 또는 유기성 질소를 산화시킨다.In the following first vessel, excess phosphorus released from the anaerobic tank is oxidized and oxidizes ammonia nitrogen or organic nitrogen.
다음의 무산소조에서는 필수적으로 외부에서 공급되는 유기탄소원을 이용하여 질산성 질소를 탈기시켜 제거한다.In the following anoxic tank, nitrate nitrogen is degassed and removed by using an organic carbon source supplied from the outside.
다음의 제2호기조에서는 최종 남은 유기물질을 깨끗이 제거하기 위하여 후폭기를 행한다.In the following Unit 2, post-aeration is carried out to cleanly remove the last remaining organic matter.
하수의 수리학적 처리 시간(HRT ; Hydraulic Retention Time)은 7시간에서 10시간 정도이며, 고형물 체류시간(SRT;solid retention time)는 7 ∼ 15일 정도이다.The hydraulic retention time (HRT) of the sewage is about 7 to 10 hours, and the solid retention time (SRT) is about 7 to 15 days.
도 2 는 본 발명에 의한 제 2 실시예의 질소, 인 동시 제거방법을 나타낸 것으로서, 전체공정은 도 1 과 동일하나 후단의 제2호기조에서 유출될 수 있는 질산성 질소를 더 많이 제거하기 위하여 유입수의 100%정도를 내부순환을 하여줄 수 있다. 100%의 내부순환을 하는 이유는 무산소조에 공급되는 외부유기 탄소원 용액중에 일부의 질소성분이 포함될 수 있으므로 추가적으로 질소를 제거하고자 함이다.Figure 2 shows the nitrogen and phosphorus simultaneous removal method of the second embodiment according to the present invention, the overall process is the same as Figure 1 but in order to remove more nitrate nitrogen that can flow out of the second stage of the second stage of the influent 100% internal circulation can be done. The reason for 100% internal circulation is to remove nitrogen since some of the nitrogen components may be included in the external organic carbon source solution supplied to the anoxic tank.
도 3 는 본 발명에 의한 제 3 실시예의 질소, 인 동시 제거방법을 나타낸 것으로서, 전체 공정은 도 1 과 동일하나 유입하수를 혐기조로 유입시키지 않고 바로 제1호기조로 유입시킨다.Figure 3 shows the nitrogen and phosphorus simultaneous removal method of the third embodiment according to the present invention, the entire process is the same as Figure 1, but does not flow into the first anaerobic tank without flowing into the anaerobic tank.
혐기조에서는 충분한 인의 방출이 일어날 수 있도록 외부 유기탄소원을 공급해 주어야 한다.In anaerobic tanks, an external source of organic carbon must be supplied to ensure sufficient phosphorus release.
도 4 는 본 발명에 의한 제 4 실시예의 질소, 인 동시 제거방법을 나타낸 것으로서, 도 3 과 동일하나 후단의 제2호기조에서 유출될 수 있는 질산성 질소를 더 많이 제거하기 위하여 유입수의 100% 정도를 내부순환을 하여줄 수 있다.Figure 4 shows the nitrogen and phosphorus simultaneous removal method of the fourth embodiment according to the present invention, the same as Figure 3 but about 100% of the influent to remove more nitrate nitrogen that can flow out of the second stage of the second tank It can give internal circulation.
이상에서 설명한바와 같이 본 발명을 사용하여 하수 처리 공정을 한 결과 다음과 같은 결과를 얻었다.As described above, as a result of performing the sewage treatment process using the present invention, the following results were obtained.
위 결과에서 보여주듯이 본 발명은 외부에서 제공되는 유기 탄소원을 이용하여 하수중에서 심각한 문제로 대두되고 있는 BOD 저부하 문제를 해결하고 질소(N)와 인(P)을 기존의 발명 보다 효과적으로 동시에 제거하며 처리할 수 있으며, 유기탄소원을 메탄올이 아닌 식품가공업체 또는 주정공장에서 발생되는 유기성 폐액과 음식물 쓰레기 등을 발효시켜 생성되는 유기산을 이용함으로써 음식물쓰레기 문제를 해결하는 동시에 대량의 메탄올 사용에 소비되는 비용절감 효과를 가져오는 유익한 발명인 것이다.As shown in the above results, the present invention solves the BOD low load problem, which is a serious problem in sewage using an organic carbon source provided externally, and simultaneously removes nitrogen (N) and phosphorus (P) more effectively than the existing invention. It is possible to solve the food waste problem by using organic acid generated by fermenting organic waste liquid and food waste generated from food processing company or alcohol factory instead of methanol. It is a beneficial invention that brings savings.
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