KR100869058B1

KR100869058B1 - 고농도 질소함유 산업폐수 처리방법

Info

Publication number: KR100869058B1
Application number: KR1020080028999A
Authority: KR
Inventors: 이미란
Original assignee: (주)대성그린테크
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2008-11-17

Abstract

본 발명은 고농도 질소함유 산업폐수 처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제올라이트흡착조에서 응집침전 전처리 과정을 거친 폐수에서 NH₄-N를 분리하는 암모니아 분리단계와, 상기 제올라이트흡착조의 제올라이트 흡착과정을 통해 암모니아가 분리된 폐수를 연속회분식반응조로 이송하여 유기물의 제거, 잔류 NH₄-N 질산화 및 자체 탈질 과정을 거친 후 방류하는 단계와, 상기 연속회분식반응조와 동시에 폐수를 질산화반응조로 이송하여 탈착된 NH₄-N 함유수를 질산화미생물에 의해 NO₃-N로 전환하는 단계와, 그 질산화반응조에서 질산화가 완료된 폐수를 황산화탈질조로 이송하여 황화합물의 S₂ ^-, S0, S²O₃ ² ^-를 황산화미생물에 의해 SO₄ ^-로 산화시켜 다시 제올라이트흡착조로 반송하여 제올라이트 재생에 필요한 공급수로 순환시키는 단계로 이루어진 고농도 질소함유 산업폐수 처리방법에 관한 것이다.

질산화, 미생물, 부산물, 재이용, 질소, 산업폐수

Description

고농도 질소함유 산업폐수 처리방법{TREATMENT POCESS FOR THE INDUSTRIAL WASTEWATER LOADED HIGH NITROGEN}

폐수 중의 고농도 NH₄-N을 제올라이트 이온교환을 통해 50% 분리시켜 C/N비를 조정한 후 SBR에서 처리한 후 방류하고, 제올라이트 재생에 의해 분리된 NH₄-N은 질산화반응조에서 질산화 완료 후 황산화탈질조에서 탈질시키며, 제올라이트 재생약품으로는 NaHCO₃을 사용하여 질산화와 황산화탈질 시 소비되는 알칼리도의 공급을 유도하는 한편, 질산화반응조에서 배양된 질산화미생물을 SBR에 공급하여 처리효율을 증가시키는 원리로 구성된 처리방법에 관한 것이다.

국내에 질소규제가 본격적으로 도입된 이후 우리나라의 생물학적고도처리 기술수준은 급격히 향상되어 왔으며, 실질적으로 DNR, NPR, KSBNR, KIDEA, HANT, BCS 등의 공정이 개발되어 현장에 적용되는 성과가 있었다. 또한, 매립지 침출수와 축산폐수에서의 질소문제가 부각되면서 고농도 질소처리에 관한 기술은 오히려 외국 에 비해 우세에 하다고 볼 수도 있는 수준에 와있다.

그럼에도, 고농도 질소 함유 산업폐수처리를 위한 공정이 개발이 미흡했던 첫째 이유는 그동안 우리나라의 수처리 분야 시장이 정부와 지자체에 의해 주도되었기 때문이다. 즉, 외환위기사태 및 기업의 낮은 수익성 등에 의해 시장이 불안정한 민간 산업폐수처리시설 분야보다는 확보된 예산을 바탕으로 시장이 형성된 공공처리시설 분야에 환경분야 기술개발이 집중되는 것은 당연한 현상이라고 할 수 있다. 그리고 처리공정 개발이 원활하지 않았던 두 번째 이유는 고농도 질소함유 산업폐수의 성상이 대부분 C/N 비가 낮아 생물학적 질소제거가 용이하지 않은 특성을 갖고 있으므로 기존에 개발된 생물학적 처리방식을 갖고 접근하는데 어려움이 있었기 때문이다. 생물학적처리가 어려운 침출수와 축산폐수의 경우에도 원수 특성상 C/N 비가 충분히 확보되어있고, C/N 비가 낮은 편인 하수의 경우에는 원수에 포함된 질소농도가 낮아 높은 효율의 질소제거가 이루어지지 않아도 방류수 수질기준을 달성하는데 어려움이 없었다. 따라서 기존의 공정을 가지고 C/N 비가 낮은 고농도 질소함유 산업폐수를 처리하고자 한다면 질산화를 위한 막대한 반응조 용량확보, 탈질을 위한 고가의 외부탄소원 투입 등의 문제 때문에 사용부지가 제한되어있고 이윤을 중요시하는 산업체에서 수용하기 어려운 것이 현실이다.

이러한 실정 때문에 폐수종말처리시설의 질소규제가 강화됨에 따라 구역 내 개별 업체 중 질소배출부하를 저감할 필요가 있는 사업장과 폐수를 단독처리한 후 직접 배출하는 데 있어 배출기준을 달성하는데 어려움을 겪고 있는 사업장에게 현실적인 대안이 될 수 있는 처리공정의 개발이 매우 절실하다. 이에 본 발명자는 C/N 비가 낮고 고농도의 암모니아성 질소를 함유한 중규모 산업폐수를 특정대상으로 하여 반응조 용량의 증가를 억제하고, 동력비와 약품비 등의 유지관리비가 저렴한 처리방법을 개발하고자 한다.

본 발명은 폐수종말처리시설 배출기준을 달성함과 동시에 경제성이 확보된 고농도 암모니아성 질소함유 중규모 산업폐수 처리방법을 제공하기 위해, 산업폐수에서 NH₄-N을 50% 분리하여 후단 SBR에 유입되는 폐수의 C/N 비를 탈질에 적정하도록 조정하고, 제올라이트 재생을 통해 탈착되는 NH₄-N을 질산화반응조(MBR)로 유입시켜 고효율로 질산화를 진행시키고, 질산화반응조에서 유출되는 NO₃-N을 황산화탈질조로 유입시켜 고가의 외부탄소원 대신 저가의 황을 이용하여 탈질시키며,질산화반응조에서 발생하는 잉여 질산화미생물을 SBR로 유입시켜 SBR 내 질산화미생물을 인위적으로 증가시키고, 제올라이트 재생에 필요한 약품으로 NaHO₃를 사용하여 질산화반응조와 황산화탈질조에서 소비되는 알칼리도를 공급하는 고농도 암모니아성 질소함유 중규모 산업폐수 처리방법의 제공을 발명의 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 응집침전 전처리 과정을 거친 폐수를 2계열 구성을 갖는 제올라이트흡착조로 유입하여 제올라이트 흡착과정을 통한 NH₄-N의 분리와, 암모니아 분리와 제올라이트 재생과정을 통한 NH₄-N의 탈착과정을 거치는 흡·탈착 단계와,

상기 제올라이트흡착조의 제올라이트 흡착과정을 통해 암모니아가 분리된 폐수를 연속회분식반응조로 이송하여 유기물의 제거, 잔류 NH₄-N 질산화 및 자체 탈질 과정을 거친 후 방류하는 단계와,

상기 연속회분식반응조의 제올라이트 재생과정을 통해 탈착된 NH₄-N 함유수를 질산화반응조로 이송하여 질산화미생물에 의해 NO₃-N로 전환하는 질산화 단계와,

그 질산화반응조에서 질산화가 완료된 폐수를 황산화탈질조로 이송하여 황화합물의 S₂ ^-, S0, S²O₃ ² ^-를 황산화미생물에 의해 SO₄ ^-로 산화시켜 다시 제올라이트흡착조로 반송하여 제올라이트 재생에 필요한 공급수로 순환시키는 단계로 이루어지는 고농도 질소함유 산업폐수 처리방법을 주요 기술적 구성으로 한다.

상기 질산화반응조는 유입 공기량을 9 ~ 12ℓ/min으로 유지하는 것으로, 그 질산화미생물은 니트로소모나스(Nitrosomonas), 니트로박터(Nitrobacter)로서, 암모니아성 질소가 니트로소모나스(Nitrosomonas)에 의해 아질산성 질소로 전환되고, 그 아질산성 질소는 니트로박터(Nitrobacter)에 의해 질산성 질소로 전환되는 것을 특징으로 하며, 상기 황산화탈질조의 황산화미생물은 티오바실러스 데니트리피칸 스(Thiobacillus denitrificans) 또는 티오미크로스피라 데니트리피칸스(Thiomicrospira denitrificans) 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 혼합인 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 연속회분식반응조는 질산화반응조로부터 지속적으로 질산화미생물을 공급받을 수 있도록 구성되고, 그 연속회분식반응조의 처리수는 황산화탈질조로 유입되도록 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 상기 기술적 구성을 더욱 상세히 살펴보도록 한다.

고농도 질소를 함유하는 산업폐수는 발생원 및 성상이 다양하기 때문에 하나의 정형화된 방법으로 모든 형태의 폐수를 처리할 수 없으므로 처리방법 구성에 앞서 폐수특성에 대한 기본적인 분류가 필요하다. 따라서 폐수유형을 정확히 결정하고 파악하여 수처리 과정을 거치는 것이 바람직하다. 고농도 질소함유 산업폐수를 다음의 3가지 유형으로 분류하였다.(폐수배출시설 표준원단위 조사연구보고서(국립환경연구원)의 data를 참고로 분류한 것이며, RFP에 의거 전자, 식품폐수처리시설은 분류대상에서 제외한 것임)

표 1. 고농도 질소함유 산업폐수 유형분류

구분	특성	배출시설
1형	BOD, TN의 농도가 모두 높고 C/N비가 9~32이며, 자체탈질이 가능한 폐수 예) 석탄화합물제조 BOD 5,632mg/l, TN 595mg/l COD 2,489mg/l, SS 276mg/l BOD/N ratio 9.5	석탄화합물 부타디엔계 화학물질 살균/살충제/농업용화학품 화장품 치약
2형	BOD, TN의 농도가 모두 높고 C/N비가 2~6이며, SS제거 목적의 응집침전 처리 시 부수적으로 발생되는 BOD 제거로 인해 자체탈질에 필요한 C/N 비를 유지하지 못하는 폐수 예) 비료제조시설 BOD 809mg/l, TN 376mg/l COD 300mg/l, SS 1,200mg/l BOD/N ratio 2.2	비료/질소화합물 비철금속제련/정련/합금 산업용 가스 기초 무기화합물 고무 및 플라스틱 기타 섬유제품 가죽/모피가공/제품 유리/유리제품 석유화학계기초화합물 합성연료유연제/기타착색 합성수지/기타플라스틱
3형	BOD 농도는 낮고 TN 농도가 높으며 C/N 비가 1 미만인 폐수 예) 강관제조시설 BOD 68mg/l, TN 162mg/l COD 94mg/l, SS 95mg/l BOD/N ratio 0.4	금속주조 강관제조, 철강압연 등 비철금속제련/정련/합금 동압연압출/연신제품

상기 표 1에서 알 수 있듯이 고농도 질소함유 폐수를 배출하는 업체의 상당부분이 폐수 2형에 속한다. C/N 비가 높은 폐수 1형의 경우 외부탄소원을 주입하지 않고 일반적인 생물학적 고도처리방법(MLE, A2/O, SBR 등)을 통해 질소제거가 가능하다. 한편, C/N 비가 역전된 폐수 3형은 주로 금속제품을 질산으로 세척하는 과정에서 발생하기 때문에 폐수 내 질소가 NO₃-N의 형태이므로 탈질전용 방법을 적용하면 처리가 가능하다.

그러나 폐수 2형의 경우 주로 NH₄-N 형태의 고농도 질소가 존재하기 때문에 질산화미생물 확보를 위한 반응조의 대용량화와 이에 따른 슬러지 발생량 증가가 따르고, 낮은 C/N 비 때문에 저하되는 탈질효율을 상승시키기 위하여 고가의 외부탄소원(메탄올)을 반드시 투입하여야 한다. 따라서 폐수 2형을 배출하는 산업체는 기존의 생물학적 처리방식을 적용할 경우 넓은 부지를 확보하고 다량의 슬러지처리와 고가의 외부 탄소원 투입에 필요한 유지관리비의 상승 때문에 시설설치에 제약을 받고 있다. 또한 수질환경 보전 측면에서 볼 때도 상당량의 고농도 질소함유 폐수가 2형에 속한다.

본 발명에서는 BOD, TN의 농도가 모두 높고 C/N비가 2 ~ 6이며, SS제거 목적 응집침전 처리 시 부수적으로 발생하는 BOD 제거로 인해 자체 탈질에 필요한 C/N 비를 유지하지 못하는 폐수를 그 처리대상으로 하는 것으로, 그 폐수의 처리를 위한 각 방법에 대해 상세히 살펴보도록 한다.

NH ₄ -N 흡·탈착 단계

응집침전 등의 전처리를 거친 폐수는 제올라이트흡착조를 통과하면서 NH₄-N이 분리되며 그 효율은 50%에 달한다. 상기 제올라이트흡착조를 2계열 구성을 갖는 것으로, 이는 하나의 계열이 암모니아 흡착을 진행하는 동안 다른 계열은 탈착을 진행하는 방식을 번갈아가며 반복함으로써 시간의 단락이 없도록 구성된 것이다.

암모니아 이온교환과 제올라이트 재생에 관한 반응식은 다음과 같다.

암모니아 이온교환 : Z-Na⁺ + NH₄ ⁺ --------→ Z-NH₄ ⁺ + Na⁺

제올라이트 재생 : Z-NH₄ ⁺ + NaHCO₃ --------→ Z-Na⁺ + NH₄ ⁺ + HCO₃ ^-

상기 제올라이트 재생을 위한 약품은 일반적으로 사용하는 NaCl을 사용하는 대신 NaHCO₃을사용한다. 그 NaHCO₃을사용하는 이유는 탈착된 NH₄-N이 질산화 반응조로 유입되면 질산화과정에서 필요로 하는 알칼리도인 7.07g alkalinity(as CaCO₃)/g NH₄-N과 질산화조 처리 수가 유입하게 될 황산화탈질조에서 필요로 하는 알칼리도인 4.57g alkalinity(as CaCO₃)/g NO₃-N을 공급하기 위함이다.

즉, 후단의 질산화반응조와 황산화탈질조의 알칼리도 유지를 위해 공급해야 할 NaHCO₃을 제올라이트의 재생용 약품으로 활용함으로써 별도의 알칼리도 공급비용지출이 없도록 한 것이다.

유기물의 제거, 잔류 NH ₄ -N 질산화, 자체 탈질 및 방류 단계

상기 제올라이트흡착조에서 암모니아가 50% 분리된 폐수는 적정 C/N비를 확보하게 되고 그 후단에 설치되어 있는 연속회분식반응조(SBR)로 이송되어 유기물 제거, 잔류 NH₄-N의 질산화, 자체 탈질 처리과정을 거친 후 방류하게 된다.

상기 제올라이트흡착조 후단에 연속회분식반응조(SBR)를 설치하는 이유는 MLE, A²/O 공정에 비해 유입수 성상에 따라 탄력적 운전이 가능하고 운전이 용이하며 에너지소비량이 적기 때문으로, 2,000m³/d 미만의 중소규모의 시설에 적용된 생물학적 고도처리방법의 대부분이 연속회분식반응조이고, 4,000m³/d 까지는 연속회분식반응조가 경제적이기 때문이다.

상기 SBR의 운전모드는 HRT 6시간, 1 cycle이 360분, DO(mg/L) aerobic 2.0 ~ 6.0, anoxic 0.5이상, pH 7.5 ~ 8.6, 온도 25℃, MLVSS(mg/L) 1618의 조건의 운전모드 1 또는 HRT 11시간, 1 cycle이 4620분, DO(mg/L) aerobic 2.0 ~ 6.0, anoxic 0.5이상, pH 7.5 ~ 8.6, 온도 25℃, MLVSS(mg/L) 934의 조건의 운전도드 2로 이루어진다.

상기 운전모드 1의 경우에는 유기물 제거율이 31 ~ 55%, 질소의 경우 14 ~ 25.5%로 나타나게 되고, 운전모드 2의 경우에는 유기물 제거율이 56 ~ 84%, 질소의 경우에는 64 ~ 93%로서, 상기 운전모드 2의 조건이 바람직하다.

상기 연속회분식반응조(SBR)는 질산화반응조로부터 지속적으로 질산화미생물을 공급받게 되어있는데 이는 전체 미생물의 13.2%에 불과한 질산화미생물의 점유율을 인위적으로 증가시키기 위함이다. 한편, NH₄-N의 분리에도 C/N 비가 탈질에 적정비율까지 조정되지 않아 잔류된 NO₃-N을 처리할 필요가 있는 경우를 대비하여 연속회분식반응조의 처리수가 황산화탈질조로 유입되도록 구성한다.

질산화 단계

상기 제올라이트흡착조에서 암모니아가 50% 분리된 폐수는 연속회분식반응조(SBR)로 이송됨과 동시에 질산화반응조로 이송되어 질산화 과정을 거치게 된다.

질산화반응조(MBR)의 막 모듈은 평막(flat-sheet type)형태로서 폴리에틸렌 재질이며, 유효공경(Avg. Pore size) 0.2㎛, 유효 막면적(Effective area) 0.1㎡인 것을 사용하며, 그 질산화반응조에서의 생물학적 질산화는 암모니아성 질소를 아질산성 질소로 산화시키는 니트로소모나스(Nitrosomonas)와 아질산성 질소를 질산성 질소로 산화시키는 니트로박터(Nitrobacter)의 두 종에 의해 이루어지는 것으로, 이들 미생물은 종속영양 미생물(Heterotrophic organisms)이 유기화합물을 산화시키면서 에너지를 얻는 반면 무기화합물로부터 에너지를 얻기 때문에 독립영양 미생물(Autotrophic organisms)이다.

즉 질산화반응조에서의 질산화 방법은 니트로소모나스(Nitrosomonas)에 의해 암모니아성 질소가 아질산성 질소로 전환되고, 니트로박터(Nitrobacter)에 의해 아질산성 질소가 질산성 질소로 전환되어 이루어진다.

따라서 제올라이트 재생에 의해 탈착된 NH₄-N 함유 수는 질산화반응조로 유입되어 독립영양세균인 질산화미생물에 의해 다음의 반응 과정을 거쳐 NO₃-N로 전환된다.

NH₄ ⁺ + 1.863O₂ + 0.098CO₂

→ 0.0196C₅H₇NO₂ + 0.98NO₃ ^- + 0.0941H₂O + 1.98H⁺

이 과정에서 1g의 NH₄-N을 전환하는데 4.2g의 O₂와 7.07g의 알칼리도(as CaCO₃)가 소비되고, 0.16g의 세포가 합성되며, 0.08g의 무기탄소가 세포합성에 이용된다.

질산화반응조의 성능을 판단하는 주요 항목 중의 하나는 반응조 용적당 NH₄-N 부하로서, 인공폐수를 대상으로 한 선행 연구를 살펴보면 MLVSS 6,300mg/l, HRT 5.7hr에서 3.3 kgNH₄-N/m³·d를 유지한 경우와 Biofilm 방식을 통해 1.5 ~ 3.5 kgNH₄-N/m³·d를 달성한 결과가 있음을 알 수 있다.

상기 질산화반응조에서 처리과정을 거친 처리수는 후단의 황산화탈질조로 유입되고, 잉여 질산화미생물은 연속회분식반응조(SBR)로 공급되어 그 연속회분식반응조의 질산화 효율증진을 유도한다.

특히, 질산화반응조의 설치는 부지면적 및 유지관리비와 직결되어있으므로 반드시 처리방법에 포함할 사항으로서, 미국의 12개 생물학적 고도처리시설을 대상으로 한 연구 결과에 따르면 반응조 내 질산화미생물의 개체수는 전체 미생물의 13.2%에 불과하다. 이러한 질산화미생물의 낮은 점유율 때문에 NH₄-N이 함유된 폐수를 처리할 경우 질산화미생물 개체수 확보를 위해 반응조 용량의 증가가 필수적으 로 수반된다. 일반하수를 대상으로 한 비교결과인 표 2에서 알 수 있듯이 25mg/l에 불과한 NH₄-N을 제거하기 위하여 BOD제거에 필요한 HRT 보다 2배 증가하였다. 그러므로 고농도의 NH₄-N을 함유한 산업폐수 처리를 일반적인 생물학적 방식으로 접근할 경우 반응조 용량 및 송풍량이 크게 증대하기 때문에 경제성이 크게 저하된다. 따라서 전체 반응조에서 질산화미생물 개체수를 효과적으로 확보하거나 NH₄-N을 분리하여 질산화를 독립적으로 수행할 경우 매우 효과적이다.

표2.일반하수처리시 유기물단독제거와 질산화포함시 설계인자 비교( Metcalf & Eddy , Wastewater Engineering Treatment and Reuse , 4 th edition , 2004)

구분	유기물 제거	유기물제거 + 질산화
유입수질(mg/l)	BOD 140, COD 300, SS 70, NH₄-N 25
MLVSS(mg/l)	2,400
F/M(d^-1)	0.33	0.16
BOD loading(kg/m³)	0.78	0.37
SRT(d)	5.00	8.33
HRT(hr)	4.3	9.0

한편, 질소제거에 있어 Anammox 방법은 독립영양세균인 혐기성 암모늄 산화균 등에 의해 다음과 같은 반응과정을 통해 질소를 제거시킨다.

NH₄ ⁺ + 1.32NO₂ ^- + 0.066HCO₃ ^- + 0.13H⁺

→ 0.26NO₃ ^- + 1.02N₂ + 0.066C₅H₇O₂N + 2.03H₂O

상기 반응식에서 NH₄ ⁺의 N₂ 전환은 전자공여체로 NH₄ ⁺, 전자수용체로 NO₂ ^-를 이용하며, 무기탄소원으로는 HCO₃ ^-를 사용하는데, 폐수에서의 NO₂ ^-/NH₄ ⁺비가 1.32 이상이어야 한다. 이러한 NO₂ ^-/NH₄ ⁺ 비의 조건을 맞추기 위해서는 NH₄ ⁺의 NO₂ ^-까지의 제한적 질산화를 위한 방법이 전단계에 필요하다.

상기 질산화반응조는 유입 공기량을 9 ~ 12ℓ/min으로 유지하여 운전하게 되는데, 상기 유입공기량은 완벽한 질산화가 이루어질 수 있는 적정 양으로서, 바람직하게는 10ℓ/min를 유지한다. 상기 10ℓ/min에서는 유입 암모니움 농도가 1000 mg/L의 고농도이더라도 거의 완벽한 질산화가 이루어진다.

황산화탈질 및 반송단계

상기 질산화반응조에서 질산화가 완료된 폐수는 황산화탈질조로 유입된다.

그 황산화탈질조(4)의 온도는 황 이용 탈질 최적조건인 30℃, pH 7.5 ~ 8.0 유지한 상태에서 타이오박실리서 데니트리피칸스(Thiobacillus denitrificans), 타이오미크로스피라 데니트리피칸스(Thiomicrospira denitrificans)의 독립영양 황산화미생물이 S₂ ^-, S⁰, S₂O₃ ² ^- 의 황화합물을 SO₄ ^-로 산화시키는 과정에서 HCO₃ ^- 등의 무기탄소를 탄소원으로 이용하고, 최종 전자수용체로서 NO₃ ^-를 사용하면서 탈질을 완 수한다.

NO₃ ^- + 1.10S + 0.40CO₂ + 0.76H₂O + 0.08NH₄ ⁺

→ 0.5N₂ +1.10SO₄ ^2- + 1.28H⁺ + 0.08C₅H₇O₂N

상기 반응 과정에서 1g의 NO₃-N을 전환하는데 2.51g의 S와 4.57 g의 알칼리도(as CaCO₃)가 소비되고 7.54 g의 SO₄ ² ^-가 발생한다. 종속영양세균의 경우 1g의 NO₃-N을 전환시키는데 소요되는 외부탄소원인 메탄올(CH₃OH)의 양이 2.47g으로서 S의 소비량과 비슷하지만 시중의 S 가격이 메탄올 가격의 60%에 불과하므로 황산화탈질이 경제적이다. 알칼리도는 제올라이트 재생시 발생한 HCO₃ ^-가 질산화조에서 소비되고 남은 양이 유입되므로 별도로 공급할 필요가 없다. 한편, 황산화탈질조의 유출수는 제올라이트 재생에 필요한 공급수로 순환된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 고농도 질소함유 산업폐수 처리방법은 수계로 배출되는 질소부하를 줄일 수 있고, 개별 배출시설의 처리능력 확보를 통해 폐수종말처리시설로 유입되는 질소량을 감소시킴으로서 폐수종말처리시설 의 고도처리개선에 소요되는 예산을 절감할 수 있다.

암모니아 흡착을 위한 제올라이트를 지속적으로 흡착조에 적치한 상태에서 이온교환 및 재생을 하고 그 폐액을 질산화미생물의 암모니아 공급원과 알칼리도 공급원으로 활용하는 방식에 의해 고농도 암모니아성 질소함유 폐수를 처리할 수 있고, 질산성 질소가 주류를 이루는 금속관련 산업폐수의 처리에 황산화 탈질방식이 적용되는 기초를 제공할 수 있다.

그리고 2013년 1월 1일부터 적용될 폐수종말처리시설의 배출기준 TN 20mg/l을 달성하기 위하여 현 상태의 종말처리시설을 개선하기 위해서는 막대한 국가 예산이 책정되어야 한다. 이러한 시점에서 고농도 질소함유 폐수를 현실적인 비용으로 처리할 수 있는 기술이 개발된다면 정부와 지자체는 종말처리시설 구역 내 개별사업장에 대해 질소부하 저감 후 연계할 것을 요구할 수 있다. 이러한 방향으로 정책이 결정된다면 폐수종말처리시설 고도처리 개선사업에 소요되는 국가 예산을 절감 효과를 갖는다.

이하, 상기 기술적 구성을 도면을 통해 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.

도 1 및 도 6은 고농도 질소함유 산업폐수 처리방법에 따른 공정 및 순서도를 개략적으로 보이고 있는 것으로, 본 발명의 고농도 질소함유 산업폐수 처리방법은 먼저, 응집침전 전처리 과정을 거친 폐수를 도 2의 2계열 구성을 갖는 제올라이 트흡착조(1)로 유입하여 제올라이트 흡착과정을 통한 NH₄-N의 분리와, 암모니아 분리와 제올라이트 재생과정을 통한 NH₄-N의 탈착과정을 거치는 흡·탈착 단계를 거치게 되며,

상기 제올라이트흡착조(1)의 제올라이트 흡착과정을 통해 암모니아가 분리된 폐수는 도 4의 연속회분식반응조(3)로 이송되어 유기물의 제거, 잔류 NH₄-N 질산화 및 자체 탈질 과정을 거친 후 방류하는 단계를 거치게 된다.

그리고, 상기 연속회분식반응조(3)의 제올라이트 재생과정을 통해 탈착된 NH₄-N 함유수를 도 3의 질산화반응조(2)로 이송하여 질산화미생물에 의해 NO₃-N로 전환하는 질산화 단계와,

그 질산화반응조(2)에서 질산화가 완료된 폐수를 도 5의 황산화탈질조(4)로 이송하여 황화합물의 S₂ ^-, S0, S₂O₃ ² ^-를 황산화미생물에 의해 SO₄ ^-로 산화시켜 다시 제올라이트흡착조(1)로 반송하여 제올라이트 재생에 필요한 공급수로 순환시키는 황산화탈질 단계를 거쳐 고농도 질소함유 산업폐수가 처리된다.

제 1도는 본 발명에 따른 고농도 질소함유 산업폐수 처리방법을 도시한 공정 도.

제 2도는 본 발명에 따른 제올라이트흡착조를 도시한 개략 단면도.

제 3도는 본 발명에 따른 질산화반응조를 도시한 개략 단면도.

제 4도는 본 발명에 따른 연속회분식반응조(SBR)을 도시한 개략 단면도.

제 5도는 본 발명에 따른 황산화탈질조를 도시한 개략 단면도.

제 6도는 본 발명에 따른 고농도 질소함유 산업폐수 처리방법에 따른 순서도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

1 : 제올라이트흡착조

2 : 질산화반응조(MBR)

3 : 연속회분식반응조(SBR)

4 : 황산화탈질조

10: 처리조

Claims

응집침전 전처리 과정을 거친 폐수를 2계열 구성을 갖는 제올라이트흡착조(1)로 유입하여 하나의 계열이 제올라이트 흡착과정을 통한 NH₄-N의 분리를 진행하는 동안 다른 계열은 암모니아 분리와 제올라이트 재생과정을 통한 NH₄-N의 탈착과정을 진행하며, 이와 같은 방식을 번갈아가며 반복함으로써 시간의 단락이 없도록 하는 흡·탈착 단계와,

상기 제올라이트흡착조(1)의 제올라이트 흡착과정을 통해 암모니아가 분리된 폐수를 연속회분식반응조(3)로 이송하여 HRT 6시간, 1cycle이 360분, DO(mg/L) aerobic 2.0 ~ 6.0, anoxic 0.5이상, pH 7.5 ~ 8.6, 온도 25℃, MLVSS(mg/L) 1618의 조건의 운전모드 1 또는 HRT 11시간, 1cycle이 4620분, DO(mg/L) aerobic 2.0 ~ 6.0, anoxic 0.5이상, pH 7.5 ~ 8.6, 온도 25℃, MLVSS(mg/L) 934의 조건의 운전모드 2를 통해 유기물의 제거, 잔류 NH₄-N 질산화 및 자체 탈질 과정을 거친 후 방류하는 단계와,

상기 연속회분식반응조(3)의 제올라이트 재생과정을 통해 탈착된 NH₄-N 함유수를 질산화반응조(2)로 이송하여 질산화미생물에 의해 NO₃-N로 전환하는 질산화 단계와,

그 질산화반응조(2)에서 질산화가 완료된 폐수를 황산화탈질조(4)로 이송하여 황화합물의 S₂ ^-, S0, S₂O₃ ^2-를 황산화미생물에 의해 SO₄ ^-로 산화시켜 다시 제올라이트흡착조(1)로 반송하여 제올라이트 재생에 필요한 공급수로 순환시키는 황산화탈질 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 고농도 질소함유 산업폐수 처리방법.
삭제
제 1항에 있어서, 질산화단계의 질산화미생물은 니트로소모나스(Nitrosomonas), 니트로박터(Nitrobacter)로서, 암모니아성 질소가 니트로소모나스(Nitrosomonas)에 의해 아질산성 질소로 전환되고, 그 아질산성 질소는 니트로박터(Nitrobacter)에 의해 질산성 질소로 전환되는 것을 특징으로 하는 고농도 질소함유 산업폐수 처리방법.
제 1항에 있어서, 연속회분식반응조(3)는 질산화반응조(2)로부터 질산화미생물을 공급받을 수 있도록 연결구성되고, 그 연속회분식반응조(3)의 처리수는 황산화탈질조(4)로 유입되도록 연결구성된 것임을 특징으로 하는 고농도 질소함유 산업폐수 처리방법.
제 1항에 있어서, 황산화탈질 단계는 황산화탈질조(4)의 온도를 30℃로 유지하고, pH를 7.5 ~ 8.0 유지하여 티오바실러스 데니트리피칸스(Thiobacillus denitrificans) 또는 티오미크로스피라 데니트리피칸스(Thiomicrospira denitrificans) 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 혼합인 황산화미생물을 이 용하는 것임을 특징으로 하는 고농도 질소함유 산업폐수 처리방법.