KR100825518B1 - 제올라이트와 멤브레인을 이용한 하/폐수의 처리 장치 및 방법 - Google Patents

제올라이트와 멤브레인을 이용한 하/폐수의 처리 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100825518B1
KR100825518B1 KR1020050069837A KR20050069837A KR100825518B1 KR 100825518 B1 KR100825518 B1 KR 100825518B1 KR 1020050069837 A KR1020050069837 A KR 1020050069837A KR 20050069837 A KR20050069837 A KR 20050069837A KR 100825518 B1 KR100825518 B1 KR 100825518B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
zeolite
tank
ammonia nitrogen
sludge
anoxic tank
Prior art date
Application number
KR1020050069837A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20070014857A (ko
Inventor
주용현
진덕준
유성호
손성호
류광수
손대희
염익태
김만기
Original Assignee
주식회사 미래엔지니어링
학교법인 성균관대학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 미래엔지니어링, 학교법인 성균관대학 filed Critical 주식회사 미래엔지니어링
Priority to KR1020050069837A priority Critical patent/KR100825518B1/ko
Publication of KR20070014857A publication Critical patent/KR20070014857A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100825518B1 publication Critical patent/KR100825518B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • C02F3/302—Nitrification and denitrification treatment
    • C02F3/305—Nitrification and denitrification treatment characterised by the denitrification
    • 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
    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C02F3/10—Packings; Fillings; Grids
    • C02F3/102—Permeable membranes
    • 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
    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C02F3/10—Packings; Fillings; Grids
    • C02F3/105—Characterized by the chemical composition
    • C02F3/107—Inorganic materials, e.g. sand, silicates

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Water Treatment By Sorption (AREA)

Abstract

본 발명은 멤브레인의 막 분리를 적용하여 질산화 및 탈질화 반응을 극대화하며, 투입된 제올라이트의 이온 교환 및 반응조 내에서 생물학적 재생을 이용하여 유기물 및 질소 제거 효율을 극대화하며, 제올라이트에 의해 막 분리조의 막의 이용 기간을 연장하는 경제적인 생물학적 하/폐수 처리 시스템 및 방법에 관한 것이고, 본 발명에 따른 하/폐수 처리 시스템은, 유입된 하/폐수 중의 암모니아성 질소의 농도에 따라서 투여량이 산정되어 분말형 제올라이트가 투여되고, 투여된 분말형 제올라이트에 암모니아성 질소가 이온 교환되는 무산소조; 무산소조에서 암모니아성 질소가 이온 교환된 분말형 제올라이트와 슬러지를 고액 분리하기 위하여 다수의 멤브레인이 설치되고, 멤브레인에 의한 고액분리를 촉진시키도록 상기 멤브레인의 하부에 폭기 장치가 설치되는 막 분리조; 막 분리조에서 고액 분리된 슬러지를 분해하여 용존성 유기물로 전환시키기 위한 산화조; 및 산화조에서 용존성 유기물로 전환된 슬러지와 함께 이송된 분말형 제올라이트를 질산화 미생물을 이용하여 지속적으로 재생하여 무산소조로 반송시키기 위한 호기조를 포함한다.
생물학적 하/폐수 처리 방법, 막 분리조, 분말형 제올라이트, 생물학적 재생, 등온 흡착식

Description

제올라이트와 멤브레인을 이용한 하/폐수의 처리 장치 및 방법{Device and method for Biological Treatment of Wastewater using MBR and Zeolite Powder}
도 1은 본 발명에 따른 제올라이트와 멤브레인을 이용한 하/폐수의 처리 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 분말형 제올라이트 투여량 계산을 위하여 작성된 도면.
도 3은 본 발명에 따라 산정되어 투여된 분말형 제올라이트에 의한 화학 폐수의 암모니아성 질소의 제거율을 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명에 따라 산정되어 투여된 분말형 제올라이트에 의한 오수의 암모니아성 질소의 제거율을 나타낸 그래프.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
1 : 막 분리조 2 : 무산소조
3 : 호기조 4 : 산화조
5 : 반송 펌프 6,10 : 폭기 장치
7 : 교반기 8 : 멤브레인
9 : 배출 펌프
본 발명은 제올라이트를 활성 슬러지 처리조 내에 투여하여, 투여된 제올라이트의 우수한 암모니아성 질소의 이온교환 하/폐수중의 질소의 제거효율을 향상시키는 동시에 막 분리조의 막의 이용 기간을 연장하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 종래의 대부분의 하/폐수처리장은 활성 슬러지 공법이 적용되어 운영되고 있으나, 이러한 공정들은 주로 유기물의 제거를 주목적으로 하는 공정으로서, 최근 심각한 사회문제인 호소(湖沼)의 부영양화의 유발 물질로 알려져 있는 질소와 인의 제거공정으로는 적합하지 않다. 이러한 활성슬러지공법을 대체할 수 있는 신공법 개발을 위한 노력들이 선진 각국에서 행해지고 있으며, 그 예로서 하나의 혐기조와 하나의 호기조를 배열한 A/O법, 2개의 혐기조와 1개의 호기조를 배열하는 방법인 A2/O법, 포스트립(Phostrip)법, 바덴포(Bardenpho)법, 연속회분식법(SBR) 등이 있다.
또한, 최근에는 고농도의 미생물을 반응조에 유지하여 부지를 절감하고 폐수의 오염물질의 처리효율을 높이기 위하여 중공사막과 같은 재료로 만들어진 멤브레인을 적용한 막 분리조(MBR) 공정이 개발되어 적용되고 있다. 그러나, 이들 공정들은 고농도의 질소를 함유한 폐수처리에 있어서는 그 제거 효율이 높지 않으며, 부지의 요구량이 많은 점, 또는 멤브레인의 막힘 현상 등 반응조의 안정적인 운영의 문제점들을 내포하고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 예를 들어, 대한민국특허공고 제97-2624 호, 제97-2628호, 제97-9650호, 제97-11327호, 제97-11330호, 제2001-0094714호, 제2003-0061720호 및 일본국 공개특허 평10-99893호와 같은 암모니아에 대한 천연 제올라이트의 뛰어난 선택성을 응용하여, 하/폐수의 생물학적 폐수 처리를 위한 연구 결과들이 제안되었다.
이러한 종래의 방법들은 외부에 별도의 제올라이트 필터 반응기 또는 제올라이트 재생조 등이 설치되어, 암모니아성 질소를 함유한 원수 또는 처리수, 질산화조의 미생물을 포함하는 반송수, 제올라이트 재생수 등이 제올라이트 필터 반응기 또는 제올라인트 재생조로 유입되어, 암모니아가 제올라이트 반응조에서 제올라이트에 미리 흡착되어 제거되거나 또는 원수와 질산화조의 미생물을 함께 제올라이트 반응조로 보내져서 흡착과 질산화를 유발시키거나 하는 것과 같은 일련의 방법을 사용하여 암모니아농도를 감소시키고자 하는 방법을 사용하고 있으며, 제올라이트에 의한 암모니아의 흡착이 포화된 경우에는, 제올라이트의 재생을 위하여 염화나트륨 등의 물질을 사용하거나 또는 생물학적 처리조 내의 미생물을 반송하여 그 재생을 도모한다.
그러나, 상기된 바와 같은 종래의 방법의 경우에, 추가의 제올라이트 필터 반응조 또는 제올라이트 재생조가 요구되고, 암모니아가 흡착된 제올라이트의 인위적 재생에 따른 화학 약품 등의 경비부담, 제올라이트 침전조 내에서의 정체현상 등의 발생에 따른 손실 등이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명자들은 상기한 종래의 기술상의 문제점들을 개선코자, 기존 활성슬러지공정의 간단한 유로 변경, 침전조를 막 분리조로 대체와 분말형 제올라이트의 일정량의 투입만으로 저농도 뿐만 아니라, 고농도 질소함유 산업폐수의 처리효율을 높일 수 있는 새로운 하/폐수 처리를 위한 생물학적 처리공정을 제공하려는 목적으로 호기조, 무산소조, 막 분리조의 순서로 구성되는 일련의 생물학적 처리조 내에 분말형 제올라이트를 일정량 투입한 후, 하/폐수의 흐름에 따라, 이들 분말형 제올라이트 및 슬러지가 각각의 반응조를 거치면서, 생물학적 COD저감, 중금속 흡착, 탈질, 탈인을 수행하게 하고, 계속해서 분말형 제올라이트는 슬러지와 함께 반송되어 각각의 반응조에서 생물학적으로 재생되는 경제적인 생물학적 하/폐수처리 공정을 개발하였다.
본 발명의 목적은 제올라이트와 멤브레인의 막 분리를 적용하여 질산화 및 탈질화 반응을 극대화하며, 투입된 제올라이트의 이온 교환 및 반응조 내에서 생물학적 재생을 이용하여 유기물 및 질소 제거 효율을 극대화하며, 제올라이트에 의해 막 분리조의 막의 막힘 기간을 연장하는 경제적인 생물학적 하/폐수 처리 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기된 바와 같은 목적은, 본 발명의 한 양태에 따라서, 유입된 하/폐수 중의 암모니아성 질소의 농도에 따라서 투여량이 산정되어 분말형 제올라이트가 투여되고, 투여된 분말형 제올라이트에 암모니아성 질소가 이온 교환되는 무산소조; 상기 무산소조에서 암모니아성 질소가 이온 교환된 분말형 제올라이트와 슬러지를 고액 분리하기 위하여 다수의 멤브레인이 설치되고, 상기 멤브레인에 의한 고액분리 를 촉진시키도록 상기 멤브레인의 하부에 폭기 장치가 설치되는 막 분리조; 상기 막 분리조에서 고액 분리된 슬러지를 분해하여 용존성 유기물로 전환시키기 위한 산화조; 및 상기 산화조에서 용존성 유기물로 전환된 슬러지와 함께 이송된 분말형 제올라이트를 질산화 미생물을 이용하여 지속적으로 재생하여 상기 무산소조로 반송시키기 위한 호기조를 포함하는 것을 특징으로 하는 하/폐수 처리 시스템에 의하여 달성될 수 있다.
상기된 바와 같은 목적은 또한, 본 발명의 다른 양태에 따라서, 유입된 하/폐수 중의 암모니아성 질소의 농도에 따라서 산정된 투여량에 따라서 분말형 제올라이트를 투여하여, 투여된 분말형 제올라이트에 암모니아성 질소를 이온 교환시키는 단계와; 다수의 멤브레인을 이용하여 암모니아성 질소가 이온 교환된 분말형 제올라이트와 슬러지를 고액 분리하는 단계와; 상기 멤브레인들에 의해 고액 분리된 슬러지를 분해하여 용존성 유기물로 전환시키는 단계와; 유입된 하/폐수 중의 암모니아성 질소가 재이온 교환되도록, 용존성 유기물로 전환된 슬러지와 함께 이송된 분말형 제올라이트를 질산화 미생물을 이용하여 지속적으로 재생하여 질소 이온 교환 단계로 반송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하/폐수 처리 방법에 의해 달성될 수 있다.
상기 무산소조에 투여되는 분말형 제올라이트는 다음의 등온 흡착식에 의해 산정된다:
Figure 112005042159471-pat00001
Q0 : 최대 흡착 용량
b : 실험계수
M : 무산소조에서의 제올라이트의 중량
NZ = (Cea - Ceq) × Va
NZ : 제올라이트에 이온 교환된 암모니아성 질소의 양
Ceq : 무산소조에서 암모니아성 질소 농도의 평형값
Va : 무산소조의 체적(L3)
Figure 112005042159471-pat00002
NO : 유입 암모니아성 질소의 양
V : 원수 유입량
VI : 내부 반송량
VRAS : 슬러지 반송량
상기에서, 암모니아성 질소가 이온 교환된 제올라이트의 재생은 상기 호기조 내의 제올라이트에 부착/부유 성장하는 질산화균에 의한 질산화 기작을 통해 이루어진다.
아울러, 상기 호기조에서 생물학적 기작에 의해 재생된 제올라이트가 상기 무산소조로 슬러지와 함께 이송되어 유입원 수의 암모니아성 질소의 재이온교환을 반복한다.
상기한 분말형 제올라이트는 암모니아성 질소에 대해 이온 교환능을 가진 천연 제올라이트와 합성 제올라이트를 포함한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명은 생물학적 처리공정인 무산소조(2, 탈질 반응조), 호기조(3, 질산화 반응조), 막 분리조(1, 고액 분리조)와 슬러지 및 제올라이트의 반송 및 슬러지 산화 처리를 위한 부대설비로 구성되는 생물학적 하/폐수 처리 공정에 있어서, 바람직하게는 무산소조(2)에 분말형 제올라이트를 일정량 투여하고, 이러한 분말형 제올라이트가 폐수의 흐름에 따라 이동하면서, 무산소조(2) 내에서 분말형 제올라이트에 의해 암모니아성 질소가 흡착되고, 분말형 제올라이트에 부착 또는 부유되어 활동하는 미생물에 의해 유기물이 감소되며, 호기조(3)에서는 질산화 미생물에 의해 암모니아성 질소로 흡착된 제올라이트를 재생시키는 방법으로서, 추가적으로 반응조, 즉 무산소조(2)에 투여된 분말형 제올라이트가 막 분리조(1)의 멤브레인(8)의 전단 응력을 주어 슬러지에 의한 멤브레인(8)의 막힘을 방지하여, 하/폐수 처리에 있어서 높은 처리효율을 얻을 수 있으며, 부지 절감 및 운전비용을 절감하고자 하는 방법이다.
본 발명의 하/폐수 처리 방법을 수행하기 위한 하/폐수 처리 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 바닥에 폭기 장치(6)가 설치되는 호기조(2), 모터에 의해 회전되는 교반기(7)가 설치되는 무산소조(2), 고액 분리를 위한 다수의 멤브레인(8) 이 설치되고 멤브레인(8)에 흡착된 슬러지와 제올라이트 분말을 멤브레인(8)으로부터 용이하게 분리되도록 하부에 폭기 장치(10)가 설치되는 막 분리조(1), 및 막 분리조(1)에서 고액 분리된 슬러지를 분해하여 용존성 유기물로 전환시키고, 용존성 유기물로 전환된 슬러지를 제올라이트와 함께 호기조(3)로 이송하기 위한 산화조(4)의 순서로 배열된다.
처리될 원수(하/폐수)는 분말형 제올라이트가 투여된 무산소조(2)로 유입되며, 무산소조(2)에서 원수 중의 암모니아성 질소는 무산소조(2)에 투여된 분말형 제올라이트로 이온 교환되어, 원수 중의 질소가 제거된다. 이 때, 무산소조(2)에 설치된 교반기(7)의 작동에 의해 암모니아성 질소가 제올라이트로 이온 교환이 용이하게 이루어진다. 무산소조(2)에 투여된 분말형 제올라이트는 무산소조(2)에 유입되는 하/폐수의 암모니아성 질소 농도에 따라 구해진 등온 흡착식(Langmuir isotherm)에 의하여 일정량 투여되며, 무산소조(2)로 유입된 암모니아성 질소는 무산소 조건에서 제올라이트의 Na+ 등의 양이온과 교환이 이루어진다.
무산소조(2)에서 암모니아성 질소가 이온 교환된 제올라이트는 무산소조(2)에서 탈질 반응 처리된 원수와 함께 막 분리조(1)로 이송된다. 막 분리조(1)로 이송된 원수는 막 분리조(1)에 설치된 멤브레인(8, 분리막)을 통해 고액 분리가 이루어진다. 막 분리조(1)에서 고액 분리 처리된 폐수는 멤브레인(8)과 연결된 배출 펌프(9)에 의해 외부로 배출된다. 이 때, 멤브레인(8)의 표면상에 흡착된 슬러지와 제올라이트 분말은 막 분리조(1)의 하부에 제공되는 폭기 장치(10)에 의해 폭기되 어, 멤브레인(8)으로부터 분리되어 멤브레인(8)의 막힘이 방지되며, 반송 펌프(5)의 동작에 의해 슬러지의 형태로 막 분리조(1)로부터 산화조(4)로 이송된다.
상기된 바와 같이, 막 분리조(1)에서 암모니아성 질소가 이온 교환된 제올라이트와 슬러지는 막 분리조(1)와 연결된 반송 펌프(5)에 의해 산화조(4)로 유입된다. 산화조(4)에서, 슬러지는 분해되어 용존성 유기물로 전환되고, 용존성 유기물로 전환된 슬러지는 제올라이트와 함께 호기조(3)로 이송된다. 슬러지와 함께 호기조(3)로 이송된 제올라이트는 질산화 반응에 의해 암모니아성 질소 이온의 평형이 깨짐에 따라 용액상으로 암모니아성 질소를 지속적으로 탈착 및 재생되어 질산성 질소로 전환이 이루어진다.
재생된 제올라이트와 질산성 질소는 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이 다시 무산소조(2)로 이송되고, 질산성 질소는 유입 원수의 유기물을 이용하는 탈질균에 의해 탈질반응으로 N2 가스로 환원되어 제거되는 동시에, 재생된 제올라이트에 유입 원수의 암모니아성 질소가 재이온 교환된다. 이와 별도로 슬러지가 과잉 성장하게 됨에 따라서, 적정 미생물 농도의 유지가 필요한 경우에, 슬러지가 폐기된다.
이와 동시에, 호기조건에서 질산화 기작에 의해 용액상으로 탈착된 암모니아성 질소는 질산성 질소로 전환되어 무산소 조건에서 탈질 반응에 의해 질소 가스로서 제거되고, 유입된 유기물은 탈질 반응의 탄소원으로 소모되며, 이 때, 반응 시간은 무산소조(2) 내의 질소 농도와 미생물 농도에 의해 적절하게 변경될 수 있다.
본 발명에 따라서, 하/폐수 처리 시스템에 막 분리조(1)에 의한 고액 분리가 도입됨에 따라서, 미생물 농도를 극대화하여 반응시간을 최소화하였다. 종래의 공정에서, 탈질 반응에서 소모되고 남은 유기물의 제거와 질소가스를 탈기시켜, 침전성 향상을 위해 짧은 시간동안 공기가 공급되는 재폭기가 요구되기도 하였지만, 본 발명에 따른 공정에서는 막분리에 의해 고액분리가 됨에 따라 이와 같은 재폭기 조작이 제거될 수 있다.
한편, 종래의 공지된 방식으로 운전되면, 분말형 제올라이트로 이온 교환된 암모니아성 질소가 호기 조건에서 용액상으로 탈착되고 질산성 질소로 전환된 후, 침전 단계를 거쳐 유출수와 함께 배출되기 때문에, 일정한 처리효율, 즉 대략 60~70% 이상의 질소 제거 효율을 얻는 것은 기술적으로 매우 어렵다. 또한, 호기조, 무산소조 및 침전조로 분리된 처리공정에서, 높은 질소 제거 효율을 얻기 위해서는 적어도 3개 이상의 별개의 반응조가 요구되거나, 반송비가 높아져야 하는 단점을 가지고 있으며, 아울러, 고농도의 질소를 함유한 하/폐수일 경우에, 침전조에서의 슬러지 부상 문제와 잔류 유기물의 배출 가능성이 존재한다.
그러나, 본 발명에 따른 하/폐수 처리 방법은 등온 흡착식에 의해 일정량 무산소조(2)에 투여된 제올라이트에 의해 반송비와 관계없이 추가적인 질소 제거가 가능하며, 종래의 침전조 대신 막 분리조(1)를 이용함으로써 반응시간을 최대한 단축시킬 수 있으며, 제올라이트 및 슬러지의 유실을 효과적으로 방지할 수 있다. 투여된 제올라이트는 질소 제거효율을 향상시키는 기능 이외에도 막 분리조(1)에서 멤브레인(8)의 표면에 접촉하여 전단응력을 일으켜 멤브레인(8)의 막힘을 방지하는 기능도 한다.
상기의 본 발명의 방법에 사용될 수 있는 분말형 제올라이트는 암모니아성 질소에 대하여 교환능을 가진 임의의 형태의 것이 바람직하며, 천연 제올라이트와 합성 제올라이트를 포함한다.
한편, 폐 슬러지의 형태로 폐기되는 슬러지양은 전체 반응조의 슬러지 체류시간(SRT)에 따라 일정하게 폐기된다. 따라서, 폐기된 슬러지에 포함되어 폐 슬러지와 함께 폐기되는 분말 제올라이트 양 만큼 새로운 분말형 제올라이트가 무산소조(2)로 보충되어야 한다. 보충되는 분말형 제올라이트의 양은 종래의 이온교환 칼럼을 이용한 방법에 비해 매우 적은 양이며, 경우에 따라서 보충되지 않을 수도 있으나, 이는 저농도 하/폐수의 잉여 슬러지를 오존산화, 전기분해, 알칼리처리 등 고도산화공정을 도입하여 재투입하는 경우에 국한되며, 잉여 슬러지가 폐기되는 경우에는 외부에 적절한 제올라이트 공급 장치를 통해 일정량의 분말형 제올라이트가 반응조, 즉 무산소조(2)에 공급되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 중요한 부분이 제올라이트 투여량의 산정이다. 따라서 본 발명 공정에 질소 제거를 위한 제올라이트 투여량을 산정하는 방법을 고안하였다. 분말형 제올라이트 투여량 계산을 위해 도 2에 도시된 바와 같이 물질 수지를 작성하였다.
도 2에 도시된 바와 같이, 암모니아성 질소의 질량은 생물학적 부분과 이온교환 부분으로 분리하여 표현이 가능하다. 반송비에 의한 생물학적 질소제거에 대한 유출수의 농도(Cea)는 식 1과 같다.
Figure 112005042159471-pat00003
----------------------------(1)
여기서, NO : 유입 암모니아성 질소의 양(M)
V : 원수 유입량(L3)
VI : 내부 반송량(L3)
VRAS : 슬러지 반송량(L3)
무산소조(2)에 제올라이트가 투여되지 않은 상태에서 정상 상태(steady state)가 이루어지면 무산소조(2)의 암모니아성 질소 농도는 일정한 Cea 값을 유지한다. 이 상태에서, 제올라이트를 무산소조(2)에 투여하면, 무산소조(2)에서 상기된 바와 같이 분말형 제올라이트와 암모니아성 질소의 이온교환이 이루어지며, 이 과정에서 암모니아성 질소가 이온 교환에 의한 제거가 이루어진다. 분말형 제올라이트는 무산소조(2)에 투여된 양에 따라 항상 일정한 농도를 유지하며, 반송비와는 관계가 없다.
따라서, 무산소조(2)에서 제올라이트에 의해 제거된 암모니아성 질소의 양은 식 2와 같이 표현될 수 있다. 이 식은 반송비에 의한 무산소조(2)의 암모니아성 질소 농도(Cea)와 무산소조(2)에 존재하는 제올라이트의 양에 의한 농도 평형이 항상 이루어지고 있음을 나타낸다.
NZ = (Cea - Ceq) × Va --------------------------------(2)
여기서, NZ : 제올라이트로 이온 교환된 암모니아성 질소의 양(M)
Ceq : 무산소조에서 암모니아성 질소 농도의 평형값(ML-3)
Va : 무산소조의 체적(L3)
NZ는 무산소조(2) 내에서 초기 NH4 +-N (반송에 의한 희석 농도)의 농도와 제올라이트의 양에 의해서만 결정된다고 볼 수 있으며, 반송에 의한 희석효과는 무산소조(2)의 Cea에 영향을 주며, 최종적으로는 Ceq에 영향을 주게 된다.
무산소조(2)에서 제올라이트에 의해 이온 교환된 암모아성 질소의 농도는 식 3과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112005042159471-pat00004
----------------------------------(3)
따라서, 무산소조(2)에서 제올라이트에 의해 이온 교환된 후 막 분리조(1)로부터의 최종 유출수의 암모니아성 질소 농도(Ceff)는 식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Ceff = Cea - NZ/Va = Ceq --------------------------------(4)
무산소조(2)에서 제올라이트에 이온 교환된 후 암모니아성 질소의 평형농도 Ceq를 구하기 위해 등온 흡착식을 적용하였다.
Figure 112005042159471-pat00005
---------------------------------(5)
여기서, M : 무산소조에서의 제올라이트의 중량
Q0 : 최대 흡착 용량
b : 실험값
식 5를 Zeo-MBR 공정에 적용하기 위하여 정리하면 식 6과 같다.
bCeq 2 + (1+abCz-bCea)Ceq-Cea = 0 -------------------------(6)
식 7에서 각 항의 계수를 치환하면 다음과 같이 정리할 수 있다.
xCeq 2 + yCeq + z = 0 -----------------------------------(7)
여기서, x = b
y = 1+Q0bCz-bCea
z = -Cea
식 7을 근의 공식을 이용하여 풀면 다음과 같이 Ceq를 구할 수 있다.
Figure 112005042159471-pat00006
------------------------------(8)
상기의 식을 이용하여 제올라이트의 투여량을 산정할 수 있다.
이하. 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 하나의 실시예일 뿐, 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
1. 실폐수 적용 결과
본 발명의 방법에 따라, 총 30L의 아크릴 반응조를 사용하였으며, 반송비는 1Q(100%)로 운전하였다. 하/폐수 시료로는 고농도의 암모니아성 질소를 함유한 국내의 S사의 화학 폐수(총 질소량 : 150㎎/L)와 S대학교의 오수(총 질소량 : 50㎎/L)를 사용하였으며, 제올라이트는 구룡포 지역의 국내산 제품을 구입하여, 지름 100㎛ 이하의 분말형 제올라이트를 적용하였으며, 실험 기간동안 제올라이트의 보충은 없었다. 반응조별 수리학적 체류 시간(HRT)은 무산소조(2)에서 약 24시간, 호기조(3)에서 약 48시간, 막 분리조(1)에 약 12시간이었으며, 각 반응조의 MLSS(Mixed Liquor Suspended Solids Loading)는 약 5,000~7,000㎎/L이고, 실험은 약 3개월 동안 진행하였다. 오수는 무산소조(2)에서 약 2시간, 호기조(3)에서 약 3.5시간, 막 분리조(1)에서 약 1시간 동안 운전하였으며, MLSS는 5,000~7,000 ㎎/L, 제올라이트 농도는 5g/L 씩 투여하여 약 3개월 동안 진행하였다.
실험결과 화학폐수의 경우 85%, 오수의 경우 90%의 총 질소 제거효율을 얻었으며, 모든 실험에서 유기물과 SS 제거효율 90% 이상을 얻을 수 있었다. 실험 결과를 요약하여 아래의 [표 1]에 나타내었다.
구 분 암모니아성 질소 (NH4 +-N) 총질소 (T-N) 화학적 산소요구량 (CODcr) 총인 (T-P) 부유물질 (SS)
화학 폐수 유입수 (㎎/L) 110 150 1,000 15 140
유출수 (㎎/L) 20 25 35 3 1
제거율(%) 82 83 97 80 99
오수 유입수 (㎎/L) 45 50 200 5 100
유출수 (㎎/L) 5 7 10 2 1
제거율(%) 89 86 97 60 99
한편, 본 발명에 따라서 제올라이트 투여량 산정 결과는 다음과 같다.
S사의 화학 폐수를 대상으로 등온 흡착식을 적용하여 Q0와 b값을 구하여 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션 결과를 통하여 반송비 1Q에서 80%의 질소 제거 효율을 얻기 위해서는 도 3에 도시된 바와 같이 제올라이트의 농도를 약 10,000㎎/L를 유지하여야 한다는 결과를 얻었다.
또한, S대학교의 오수에 대한 제올라이트의 투여량과 반송비에 따른 제거효율을 알아보기 위하여 오수 처리장에서 발생되는 오수의 이온교환 실험을 통하여 구해진 등온 흡착식의 Q0 와 b 값을 적용하였다.
시뮬레이션 결과를 통해 80%의 질소 제거효율을 얻기 위해서는 도 4에 도시된 바와 같이 제올라이트의 농도를 약 4,000 ㎎/L를 유지해 주어야 한다는 결과를 얻었다.
상기된 바와 같이, 종래의 생물학적 처리 방법에 비하여 본 발명에 따른 막 분리 방식을 도입한 질소 함유된 하/폐수 처리 방법은 생물하적 하/폐수 처리에 반 응시간이 단축될 뿐만 아니라 필요 부지가 적고, 질소 함유 하/폐수 처리에 제올라이트를 적용함에 있어서 추가의 재생 장치 및 재생 약품의 필요성없이, 생물학적으로 제올라이트를 재생하여 질소제거 효율을 높이는 동시에, 막 분리조의 멤브레인의 막힘 을 방지하여 경제적이면서도 효과적인 하/폐수를 처리 방법을 제공할 수 있다.

Claims (10)

  1. 유입된 하/폐수 중의 암모니아성 질소의 농도에 따라서 투여량이 산정되어 분말형 제올라이트가 투여되고, 투여된 분말형 제올라이트에 암모니아성 질소가 이온 교환되는 무산소조;
    상기 무산소조에서 암모니아성 질소가 이온 교환된 분말형 제올라이트와 슬러지를 고액 분리하기 위하여 다수의 멤브레인이 설치되고, 상기 멤브레인에 의한 고액분리를 촉진시키도록 상기 멤브레인의 하부에 폭기 장치가 설치되는 막 분리조;
    상기 막 분리조에서 고액 분리된 슬러지를 분해하여 용존성 유기물로 전환시키기 위한 산화조; 및
    상기 산화조에서 용존성 유기물로 전환된 슬러지와 함께 이송된 분말형 제올라이트를 질산화 미생물을 이용하여 지속적으로 재생하여 상기 무산소조로 반송시키기 위한 호기조를 포함하는 것을 특징으로 하는 하/폐수 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 반응조에 투여되는 분말형 제올라이트는 다음의 등온 흡착식에 의해 산정되는 것을 특징으로 하는 하/폐수 처리 장치.
    Figure 112008019230647-pat00007
    Q0 : 최대 흡착 용량
    b : 실험값
    M : 무산소조에서의 제올라이트의 중량
    NZ = (Cea - Ceq) × Va
    NZ : 제올라이트에 이온 교환된 암모니아성 질소의 양
    Ceq : 무산소조에서 암모니아성 질소 농도의 평형값
    Va : 무산소조의 체적(L3)
    Figure 112008019230647-pat00008
    NO : 유입 암모니아성 질소의 양
    V : 원수 유입량
    VI : 내부 반송량
    VRAS : 슬러지 반송량
  3. 제 1 항에 있어서, 암모니아성 질소가 이온 교환된 제올라이트의 재생은 상기 호기조 내의 제올라이트에 부착/부유 성장하는 질산화균에 의한 질산화 기작을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 하/폐수 처리 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 호기조에서 생물학적 기작에 의해 재생된 제올라이트가 상기 무산소조로 슬러지와 함께 이송되어 유입원수의 암모니아성 질소의 재이온교환을 반복하는 것을 특징으로 하는 하/폐수 처리 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기한 분말형 제올라이트는 암모니아성 질소에 대해 이온 교환능을 가진 천연 제올라이트와 합성 제올라이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 하/폐수 처리 장치.
  6. 유입된 하/폐수 중의 암모니아성 질소의 농도에 따라서 산정된 투여량에 따라서 분말형 제올라이트를 투여하여, 투여된 분말형 제올라이트에 암모니아성 질소를 이온 교환시키는 단계와;
    다수의 멤브레인을 이용하여 암모니아성 질소가 이온 교환된 분말형 제올라이트와 슬러지를 고액 분리하는 단계와;
    상기 멤브레인들에 의해 고액 분리된 슬러지를 분해하여 용존성 유기물로 전환시키는 단계와;
    유입된 하/폐수 중의 암모니아성 질소가 재이온 교환되도록, 용존성 유기물로 전환된 슬러지와 함께 이송된 분말형 제올라이트를 질산화 미생물을 이용하여 지속적으로 재생하여 질소 이온 교환 단계로 반송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하/폐수 처리 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 반응조에 투여되는 분말형 제올라이트는 다음의 등온 흡착식에 의해 산정되는 것을 특징으로 하는 하/폐수 처리 방법.
    Figure 112005042159471-pat00009
    Q0 : 최대 흡착 용량
    b : 실험값
    M : 무산소조에서의 제올라이트의 중량
    NZ = (Cea - Ceq) × Va
    NZ : 제올라이트에 이온 교환된 암모니아성 질소의 양
    Ceq : 무산소조에서 암모니아성 질소 농도의 평형값
    Va : 무산소조의 체적(L3)
    Figure 112005042159471-pat00010
    NO : 유입 암모니아성 질소의 양
    V : 원수 유입량
    VI : 내부 반송량
    VRAS : 슬러지 반송량
  8. 제 6 항에 있어서, 암모니아성 질소가 이온 교환된 제올라이트의 재생은 상기 호기조 내의 제올라이트에 부착/부유 성장하는 질산화균에 의한 질산화 기작을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 하/폐수 처리 방법.
  9. 제 6 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 호기조에서 생물학적 기작에 의해 재생된 제올라이트가 상기 무산소조로 슬러지와 함께 이송되어 유입원 수의 암모니아성 질소의 재이온교환을 반복하는 것을 특징으로 하는 하/폐수 처리 방법.
  10. 제 6 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서, 상기한 분말형 제올라이트는 암모니아성 질소에 대해 이온 교환능을 가진 천연 제올라이트와 합성 제올라이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 하/폐수 처리 방법.
KR1020050069837A 2005-07-29 2005-07-29 제올라이트와 멤브레인을 이용한 하/폐수의 처리 장치 및 방법 KR100825518B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050069837A KR100825518B1 (ko) 2005-07-29 2005-07-29 제올라이트와 멤브레인을 이용한 하/폐수의 처리 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050069837A KR100825518B1 (ko) 2005-07-29 2005-07-29 제올라이트와 멤브레인을 이용한 하/폐수의 처리 장치 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070014857A KR20070014857A (ko) 2007-02-01
KR100825518B1 true KR100825518B1 (ko) 2008-04-25

Family

ID=38080568

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050069837A KR100825518B1 (ko) 2005-07-29 2005-07-29 제올라이트와 멤브레인을 이용한 하/폐수의 처리 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100825518B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100955914B1 (ko) 2007-11-26 2010-05-04 주식회사 미래엔지니어링 하/폐수 처리를 통한 음용수 생산 장치 및 방법

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100869058B1 (ko) * 2008-03-28 2008-11-17 (주)대성그린테크 고농도 질소함유 산업폐수 처리방법
CN103253817B (zh) * 2013-06-09 2014-03-05 谭振光 利用无菌水自然曝气反冲沸石再生工艺技术
CN113354203A (zh) * 2021-06-15 2021-09-07 广东新大禹环境科技股份有限公司 一种电镀综合废水生物处理的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020022389A (ko) * 2000-09-20 2002-03-27 이정학 제올라이트를 첨가하는 침지형 막결합형 활성 슬러지 공정
JP2002263689A (ja) 2001-03-13 2002-09-17 Ebara Corp アンモニア含有廃水の処理方法及び装置
KR100432437B1 (ko) 2002-02-15 2004-05-22 한국과학기술연구원 입상형 제올라이트를 이용한 질소 함유 하·폐수 처리방법 및 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020022389A (ko) * 2000-09-20 2002-03-27 이정학 제올라이트를 첨가하는 침지형 막결합형 활성 슬러지 공정
JP2002263689A (ja) 2001-03-13 2002-09-17 Ebara Corp アンモニア含有廃水の処理方法及び装置
KR100432437B1 (ko) 2002-02-15 2004-05-22 한국과학기술연구원 입상형 제올라이트를 이용한 질소 함유 하·폐수 처리방법 및 장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100955914B1 (ko) 2007-11-26 2010-05-04 주식회사 미래엔지니어링 하/폐수 처리를 통한 음용수 생산 장치 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20070014857A (ko) 2007-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2007238520B2 (en) Method and system for nitrifying and denitrifying wastewater
CN101274809A (zh) 有机性排水的处理装置
CN206069622U (zh) 污水生物处理装置
JPS637839B2 (ko)
US20040222150A1 (en) Process for removing phosphorus from wastewater utilizing a triple basin wastewater treatment system
CN110386731B (zh) 一种基于mbbr的主流自养脱氮***及方法
KR100825518B1 (ko) 제올라이트와 멤브레인을 이용한 하/폐수의 처리 장치 및 방법
KR100432437B1 (ko) 입상형 제올라이트를 이용한 질소 함유 하·폐수 처리방법 및 장치
JPH01199694A (ja) 活性汚泥法による廃水処理方法
CN116282728A (zh) 一种污水深度脱氮除磷处理工艺
KR100632487B1 (ko) 단계적으로 운영되는 연속회분식 폐수처리장치 및 그 방법
KR20060085770A (ko) 미생물과 분리막을 이용한 오폐수 고도처리 시스템 및 방법
KR101186845B1 (ko) 암모니아 및 유기물의 동시제거 공정장치 및 폐수처리 방법
KR100243729B1 (ko) 분말형 제올라이트의 생물학적 처리조 내에서의 연속 순환/재생에 의한 폐수의 생물학적 처리 방법
CN210457854U (zh) 一种基于mbbr的主流自养脱氮***
KR100640940B1 (ko) 폐수처리시스템
Cheng et al. Enhanced biodegradation of organic nitrogenous compounds in resin manufacturing wastewater by anoxic denitrification and oxic nitrification process
JP4647814B2 (ja) 有機性排水の処理装置
JP3815977B2 (ja) 高濃度窒素含有排水の処理方法
KR200337564Y1 (ko) 오ㆍ폐수 고도처리 장치
KR100521722B1 (ko) 내부반송과 분할주입을 통한 부상여재를 이용한 고도폐수처리 방법
JPH05154495A (ja) 有機性廃水の硝化・脱窒方法
Chan et al. Application of membrane bioreactor with sponge media in aquaculture wastewater treatment.
KR101967178B1 (ko) 역삼투막 농축수 처리시설을 구비한 막분리 수처리 시스템
KR100433096B1 (ko) 입상황을 이용한 하향류식 생물막 질소제거 방법 및 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130311

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140421

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150518

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160418

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180523

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190422

Year of fee payment: 12