KR101007295B1 - Closed multi-step removal system of ammonia nitrogen - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A sealed type ammoniacal nitrogen multi-stage processing system is provided to remove ammoniacal nitrogen without increasing the ph by using the multi-stage processing system with a sealed structure. CONSTITUTION: A sealed type ammoniacal nitrogen multi-stage processing system comprises the following: a waste water inlet(21); an air inlet(12) for degassing waste water flowing in from the waste water inlet; a reaction tank(30) including a passage unit(70), transferring the waste water by connecting the lower side of the reaction tank, and another reaction tank(30-1); an influx unit(80) flowing in ammoniacal nitrogen degassed from the reaction tank; and a transfer unit(90) transferring the residue ammoniacal nitrogen to the reaction tank.

Description

밀폐형 암모니아성 질소 다단 처리 시스템{Closed multi-step removal system of ammonia nitrogen}Closed multi-step removal system of ammonia nitrogen

본 발명은 고농도 암모니아성 질소 농도가 함유되어 있는 폐수를 공기탈기법(air stripping)을 이용하여 암모니아성 질소를 제거하는 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a system for removing ammonia nitrogen by air stripping wastewater containing a high concentration of ammonia nitrogen.

폐수 중 암모니아의 공기 탈기(Air stripping)는 수중의 용해 가스를 제거하는 폭기 공정을 개량한 것으로서, 수중에서 암모늄 이온은 아래 식과 같이 암모니아와 평형으로 존재한다.Air stripping of ammonia in wastewater is an improvement of the aeration process to remove dissolved gases in water. In water, ammonium ions exist in equilibrium with ammonia as shown in the following equation.

NH3 + H2O ? NH4 + + OH- NH 3 + H 2 O? NH 4 + + OH -

폐수 중에 함유되어 있는 암모니아성 질소 형태는 중성 상태의 NH3(aq)와 NH4 +의 이온 형태로 존재하고 있으며, 이 중 NH3(aq)는 휘발성이 있으므로 공기탈기 에 의해 쉽게 제거가 가능하다. 즉, 폐수의 pH를 7이상으로 하면 이 평형은 왼편으로 이동하게 되는데, 이를 이용하여 유입수의 pH를 11이상으로 충분히 높여 암모늄 이온(NH4 +)을 암모니아(NH3)로 전환시켜 폐수를 교반하면서 공기를 접촉시켜 암모니아를 기체상태를 제거할 수 있다. 이 때, NH3(aq)와 NH4 +의 비율은 pH에 의존하는데, 수용액의 pH가 7 이하에서는 휘발성이 없는 NH4 + 이온으로 거의 100% 존재하여 공기 탈기법(air stripping)을 사용할 수 없다. pH가 8 이상에서는 NH3(aq)의 분율이 높아지기 시작하여 pH가 11 이상에서는 NH3(aq)의 분율이 100%에 이르게 된다. 따라서, 기존의 공기탈기법의 가장 중요한 운전 인자는 pH를 10 또는 11까지 높여야 하는 것으로 알려져 있다. 그러나 일반적으로 고농도 암모니아성 질소가 포함된 폐수는 완충 용량이 매우 크기 때문에 pH를 높이기 위해 과량의 Ca(OH)2를 투여하여야 한다는 제한점이 있다. 이는 경제성이 없을 수 있으며, 암모니아성 질소를 제거한 후 주처리에서 다시 pH를 내려야 한다는 문제점이 있다.Ammonia nitrogen in the waste water is present in neutral NH 3 (aq) and NH 4 + ions. Among them, NH 3 (aq) is volatile and can be easily removed by air deaeration. . In other words, if the pH of the wastewater is 7 or more, the equilibrium is shifted to the left side. Using this, the pH of the influent is sufficiently raised to 11 or more to convert ammonium ions (NH 4 + ) into ammonia (NH 3 ) and stir the wastewater. Air can be contacted to remove ammonia gas. At this time, the ratio of NH 3 (aq) and NH 4 + depends on the pH. When the pH of the aqueous solution is 7 or less, almost 100% of the NH 4 + ions are not volatile, and thus air stripping can be used. none. At pH 8 or higher, the fraction of NH 3 (aq) begins to increase, and at pH 11 or higher, the fraction of NH 3 (aq) reaches 100%. Therefore, it is known that the most important driving factor of the conventional air degassing method is to increase the pH to 10 or 11. However, in general, wastewater containing a high concentration of ammonia nitrogen has a limitation in that an excess amount of Ca (OH) 2 must be administered to increase the pH due to the large buffer capacity. This may not be economical, there is a problem that the pH must be lowered again in the main treatment after the ammonia nitrogen is removed.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기존의 암모니아성 질소 처리 시스템을 밀폐형 다단 장치로 구성하여 암모니아성 질소를 하나의 공기 펌프로 제거할 수 있으며, 암모니아를 회수할 수도 있는 시스템에 관한 것이다.The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, by configuring an existing ammonia nitrogen treatment system as a closed multi-stage device can remove ammonia nitrogen with a single air pump, it is also possible to recover ammonia It is about a system.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,The present invention to achieve the above object,

폐수 유입구 및 상기 폐수 유입구로부터 유입된 폐수를 탈기하기 위한 공기 유입구로 구성되는 반응조를 포함하는 암모니아성 질소 처리 시스템에 있어서, 상기 반응조로부터 발생하는 암모니아를 회수하기 위한 흡수조가 형성되며, 상기 반응조 및 흡수조가 제 1 단을 구성하고, 상기 제 1 단과 같은 구조가 연속적으로 구성된 하나의 시스템으로 형성되어 하나의 공기 펌프로 작동될 수 있는 것을 특징으로 하는 밀폐형 암모니아성 질소 다단 처리 시스템을 제공한다.An ammoniacal nitrogen treatment system comprising a reaction tank composed of a wastewater inlet and an air inlet for degassing the wastewater introduced from the wastewater inlet, wherein an absorption tank for recovering ammonia generated from the reaction tank is formed, and the reaction tank and the absorption tank are formed. The tank constitutes a first stage, and the same structure as the first stage is formed in one system configured continuously so that the closed ammonia nitrogen multistage treatment system can be operated.

상기 다단 처리 시스템에 있어서 최종 단의 반응조에는 폐수 배출구가 형성되어 있고, 흡수조에는 공기 배출구가 형성되어 있으며, 상기 흡수조에는 황산 용액이 채워져 있어 암모니아가 흡수되어 제거되는 것을 특징으로 한다.In the multi-stage treatment system, a wastewater outlet is formed in the reaction tank of the final stage, an air outlet is formed in the absorption tank, and a sulfuric acid solution is filled in the absorption tank so that ammonia is absorbed and removed.

상기 제 1 단을 구성하는 반응조에는 다음 단계의 반응조에 폐수를 전달하는 통로부가 구성되어 있고, 상기 제 1 단을 구성하는 흡수조에는 발생한 암모니아가 유입되는 유입부 및 다음 단의 반응조로 전달시키는 전달부가 구성되어 있으며, 상기 최종 단의 반응조에는 질소가 제거된 폐수가 배출되는 배출부가 형성되어 있으며, 상기 최종 단의 흡수조에는 외부로 암모니아를 배출하는 출기부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.The reaction tank constituting the first stage includes a passage portion for delivering wastewater to the reaction tank of the next stage, and the absorption tank constituting the first stage is delivered to the inlet portion into which the ammonia generated is introduced and the reaction tank of the next stage. In addition, the reaction tank of the final stage is formed with a discharge portion for discharging the waste water from which the nitrogen is removed, characterized in that the absorption tank for discharging ammonia to the outside is formed in the absorption tank of the final stage.

본 발명에 따르면, 암모니아성 질소 처리 다단 시스템을 도입하여 pH를 더 이상 높이지 않고도 암모니아성 질소를 제거할 수 있으며, 밀폐형으로 구성되어 암모니아를 회수할 수 있을 뿐 아니라, 하나의 공기 펌프로 구성이 가능해져 경제적으로 경비가 절감되는 효과가 있다.According to the present invention, the ammonia nitrogen treatment multi-stage system can be introduced to remove ammonia nitrogen without raising the pH anymore, and can be a closed type to recover ammonia, but also consists of one air pump. It is possible to save money economically.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The accompanying drawings show exemplary forms of the present invention, which are provided to explain the present invention in more detail, and the technical scope of the present invention is not limited thereto.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀폐형 암모니아성 질소 다단 처리 시스템에 대한 공정도로서, 폐수 유입구 및 상기 폐수 유입구로부터 유입된 폐수를 탈기하기 위한 공기 유입구로 구성되는 반응조를 포함하는 암모니아성 질소 처리 시 스템에 있어서, 상기 반응조로부터 발생하는 암모니아를 회수하기 위한 흡수조가 형성되며, 상기 반응조 및 흡수조가 제 1 단을 구성하고, 상기 제 1 단과 같은 구조가 연속적으로 구성된 하나의 시스템으로 형성되어 하나의 공기 펌프로 작동될 수 있는 것을 특징으로 하는 밀폐형 암모니아성 질소 다단 처리 시스템을 제공한다.1 is a process chart for a closed ammonia nitrogen multistage treatment system according to an embodiment of the present invention, the ammonia nitrogen treatment comprising a reaction tank consisting of a wastewater inlet and an air inlet for degassing the wastewater introduced from the wastewater inlet. In the system, an absorption tank for recovering ammonia generated from the reaction tank is formed, wherein the reaction tank and the absorption tank constitute a first stage, and the same structure as the first stage is formed in one system in which the structure is continuously formed. Provided is a closed ammonia nitrogen multistage treatment system which can be operated by an air pump.

암모니아 탈기법은 NH4 +이온과 NH3의 평형방정식에서 pH가 7이상으로 증가하면 평형은 왼쪽으로 이동하여 NH4 +이온이 NH3로 변하며, 이때 폐수를 저어주어 대기중으로 탈기시켜 제거하는 방법으로 폐수의 pH를 올리는데는 석회가 주로 사용되고 다량의 공기를 불어넣어 주어야 효과적이다.In the ammonia degassing method, when pH rises above 7 in the equilibrium equation of NH 4 + ions and NH 3, the equilibrium shifts to the left, and NH 4 + ions change to NH 3 . In order to raise the pH of the wastewater, lime is mainly used, and a large amount of air should be blown in effectively.

도 1에 나타낸 것과 같이, 탈기(stripping) 반응조와 암모니아성 질소 회수 장치를 하나의 반응조로 구성되어 있으며, 전체 공정은 각 반응조를 직렬로 연결되어 있는데, 본 발명에 따른 실시예는 5단계 제거 시스템을 나타내고 있으며, 각 단계에서 암모니아의 제거와 회수가 가능하도록 구성되어 있다. As shown in FIG. 1, a stripping reaction tank and an ammonia nitrogen recovery apparatus are constituted by one reactor, and the entire process is connected to each reactor in series. An embodiment according to the present invention is a five-stage removal system. It is configured to be able to remove and recover ammonia at each step.

암모니아의 회수는 각 반응조의 후단에 설치된 흡수조의 황산 용액에 접촉함으로써 산 염기 반응에 의해 100% 흡수 제거될 수 있다. 전체 공정을 외부와 차단된 닫힌 시스템으로 구성함으로써, 한 대의 공기 폭기 펌프 (air diffuser)를 사용하여 모든 반응조에 공기 폭기를 이룰 수 있다. 즉 첫 번째 반응조에 폭기된 공기는 암모니아 회수 장치를 통과하면서 재생된 후 연이은 반응조에 폭기할 수 있도록 구성되어 있으며, 첫 번째 폭기 반응조에 유입된 폐수는 연이은 반응조에 자연적으로 이송되므로, 한 대의 폐수 유입 펌프만이 필요하므로 경제적인 장점이 있다. The recovery of the ammonia can be absorbed and removed 100% by the acid base reaction by contacting the sulfuric acid solution of the absorption tank installed at the rear end of each reactor. By constructing the entire process in a closed system, isolated from the outside, one air diffuser can be used to achieve air aeration in all reactors. In other words, the air aerated in the first reactor is configured to be regenerated while passing through the ammonia recovery unit and then aerated in the subsequent reactor, and the wastewater introduced into the first aeration reactor is naturally transferred to the subsequent reactor, so that one wastewater inflow There is an economical advantage because only a pump is required.

이하, 도 1를 참조하여, 각 단계별로 상세히 설명한다.Hereinafter, referring to FIG. 1, each step will be described in detail.

먼저, 폐수원(10)은 피스톤 펌프(11)에 의해 제 1단의 반응조(30)에 공급되는데, 반응조에 공급된 상기 폐수원(10)의 내부에는 공기 탈기법에 의한 암모니아성 질소를 처리하기 위해 에어 펌프(20)가 연결되어 있는 공기 유입구(12)가 고정되어 있어, 상기 폐수 속에 공기를 주입하여 암모니아성 질소를 제거하는 과정을 거친다.First, the wastewater source 10 is supplied to the reaction tank 30 of the first stage by the piston pump 11, and the ammonia nitrogen is treated by air degassing inside the wastewater source 10 supplied to the reaction tank. In order to fix the air inlet 12 to which the air pump 20 is connected, air is injected into the wastewater to remove ammonia nitrogen.

상기 제 1 단의 반응조(30)에는 다음 단의 반응조(30-1)로 폐수가 유입될 수 있도록 하는 통로부(70)가 형성되어 있어, 2차적으로 탈기법을 통해 암모니아성 질소를 제거하는 과정을 거치게 된다.In the reaction tank 30 of the first stage, a passage part 70 is formed to allow the waste water to flow into the reaction tank 30-1 of the next stage, thereby removing ammonia nitrogen through secondary degassing. You will go through the process.

상기 제 1 단의 반응조(30)의 측면에는 흡수조(40)가 직렬로 연결되는 구조로 되어 있어, 상기 반응조(30) 및 흡수조(40)가 제 1 단 제거장치를 구성하게 된다. 상기 반응조(30)에서 탈기된 암모니아성 질소가 유입되어 흡수조(40)에서 황산과 반응하여 암모니아를 회수할 수 있도록 하는 유입부(80)로 연결되어 있다. 또한, 상기 흡수조(40)에서 암모니아로 회수되지 못한 암모니아성 질소는 다시 전달부(90)를 통해서 다음 단의 반응조(30-1)로 이동하여 폐수에서 다시 탈기되는 구조로 되어 있다.The side of the reaction tank 30 of the first stage has a structure in which the absorption tank 40 is connected in series, the reaction tank 30 and the absorption tank 40 constitute a first stage removal device. The ammonia nitrogen degassed in the reaction tank 30 is introduced into the inlet 80 to react with sulfuric acid in the absorption tank 40 to recover ammonia. In addition, the ammonia nitrogen which was not recovered as ammonia in the absorption tank 40 is moved to the next reaction tank 30-1 through the delivery unit 90 to be degassed again in the wastewater.

본 발명은 상기에서 설명한 것과 같은 기본적인 원리의 암모니아성 질소의 처리과정을 다단으로 실행하면서, 누적적으로 제거한다. 또한, 하나의 공기펌프 만으로도 다단 시스템을 가동하여 암모니아성 질소를 제거할 수 있는 효과가 있으며, 기존의 시스템에 비해서 밀폐형으로 구성되어 암모니아를 직접 회수할 수 있는 장점이 있다.The present invention is cumulatively removed while performing a multi-stage process of treating ammonia nitrogen of the same basic principle as described above. In addition, there is an effect that can operate a multi-stage system with only one air pump to remove ammonia nitrogen, and has an advantage that can be directly recovered ammonia is configured in a closed type compared to the existing system.

도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 5단 시스템에 따르면 최종적으로 5단 반응조(30-4) 및 흡수조를 거치게 된 후 처리과정을 마치는데, 최종 단의 흡수조에서 나오는 기체들은 출기부(60)를 통해 외부로 배기되고, 5단 반응조(30-4)에는 배출부(50)가 형성되어 있어 최종적으로 암모니아성 질소가 제거된 폐수가 정화되어 배출된다.As shown in FIG. 1, according to the five-stage system according to the present invention, after the five-stage reaction tank (30-4) and the absorption tank are finally passed, the treatment process is finished. It is exhausted to the outside through the base 60, the discharge section 50 is formed in the five-stage reaction tank (30-4), the waste water from which the ammonia nitrogen is finally removed is purified and discharged.

본 장치는 책임 연구자의 연구실에서 초기 실험을 하여 매우 긍정적인 결과를 얻은 바 있다. 축산 폐수를 대상으로 하여 pH를 조절하지 않은 상태에서 각 단계별 암모니아성 질소의 누적 제거 효율은 각각 17, 33, 43, 51, 56%로 나타났다. 이 결과는 다단계가 아닌 기존의 한 단계로 구성된 공기 탈기법을 사용할 경우, 17% 의 제거 효율을 나타낸다고 감안할 수 있는데, 5 단계 제거 시스템을 적용하여 56% 까지 제거 효율을 크게 높일 수 있다. 다만, 단계를 늘려가는 경우, 장치를 제조함에 있어 비용이 증가할 수 있으므로 적정한 단계로 시행하는 것이 바람직하다.The device was initially tested in the lab of the responsible investigator and has obtained very positive results. The cumulative removal efficiencies of ammonia nitrogen at each stage were 17, 33, 43, 51, and 56%, respectively, for livestock wastewater without pH adjustment. This result can be considered to be 17% removal efficiency when using the existing one-step air degassing method, which can greatly increase the removal efficiency by 56%. However, if the step is increased, the cost may increase in manufacturing the device, it is preferable to implement in an appropriate step.

도 2는 실험 결과를 나타낸 것으로 반응조가 거듭될수록 암모니아의 양이 줄어들었음을 나타내어 제거 효율이 증가함을 추산할 수 있다. 실선은 제거 예측 모델에 의한 예측치이다.Figure 2 shows the experimental results, it can be estimated that the removal efficiency increases by indicating that the amount of ammonia is reduced as the reaction tank is repeated. The solid line is a prediction by the elimination prediction model.

암모니아의 제거 효율에 있어 중요한 인자는 pH, 온도 및 공기 폭기량이며, 이러한 각 인자를 증가할 경우, 제거 효율은 증가할 수 있다. 하기의 표는 실험실에서 제조한 합성 폐수를 대상으로 하여 공기폭기량에 따라 제거 효율을 높일 수 있음을 나타낸다. Important factors in the removal efficiency of ammonia are pH, temperature, and air aeration amount, and if each of these factors is increased, the removal efficiency may increase. The following table shows that the removal efficiency can be increased according to the amount of air aeration for the synthetic wastewater prepared in the laboratory.

Air Flow Rate(L/min)Air Flow Rate (L / min) Removal Efficiency at Each Reactor NO. (%)Removal Efficiency at Each Reactor NO. (%) 1One 22 33 44 55 66 17.017.0 33.333.3 48.348.3 59.959.9 69.069.0 1010 23.423.4 45.145.1 61.861.8 73.873.8 82.182.1 2222 35.935.9 65.065.0 82.682.6 91.791.7 96.296.2 3333 38.938.9 72.772.7 89.389.3 96.196.1 98.698.6

온도: 30oC, pH= 9Temperature: 30 o C, pH = 9

따라서 기존의 공기탈기법의 단점인 air량과 회수문제를 해결하고 기존의 공정을 개선하지 않고, 본 발명은 단순한 공정을 통해 고농도의 암모니아성 질소를 효율적으로 제거할 수 있다.Accordingly, the present invention can efficiently remove high concentration of ammonia nitrogen through a simple process without solving the problem of air amount and recovery, which is a disadvantage of the existing air degassing method, and improving the existing process.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아성 질소 다단 처리 시스템에 관한 공정도이다.1 is a process chart for the ammonia nitrogen multistage treatment system according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시에 따른 암모니아성 질소가 제거되는 것을 나타내는 그래프이다.2 is a graph showing that ammonia nitrogen is removed according to the practice of the present invention.

Claims (5)

폐수 유입구(21)와, 상기 폐수 유입구(21)로부터 유입된 폐수를 탈기하기 위한 공기유입구(12)와, 반응조(30)의 하부 및 다음 단계의 반응조(30-1)의 하부를 연결하여 폐수를 전달하는 통로부(70)를 포함하는 반응조(30); 및 Wastewater by connecting the wastewater inlet 21, the air inlet 12 for degassing the wastewater introduced from the wastewater inlet 21, the lower portion of the reactor 30 and the lower portion of the reactor 30-1 of the next stage Reactor 30 including a passage portion 70 for transmitting the; And 상기 반응조(30)에서 발생한 암모니아성 질소를 회수하고, 상기 반응조(30)에서 탈기된 암모니아성 질소를 유입시키는 유입부(80) 및 암모니아로 회수되지 못한 상기 암모니아성 질소를 상기 다음 단계의 반응조(30-1)로 전달하는 전달부(90)를 포함하는 흡수조(40);가 제 1 단을 구성하고,Recover the ammonia nitrogen generated in the reaction tank 30, the inlet portion 80 for introducing the ammonia nitrogen degassed in the reaction tank 30 and the ammonia nitrogen not recovered to ammonia in the next step of the reaction tank ( Absorption tank 40 including a delivery unit 90 to be delivered to 30-1) constitutes the first stage, 상기 제 1 단과 같은 구조가 연속적으로 직렬로 구성된 하나의 시스템으로 형성되어, 하나의 공기 펌프(20)로 작동될 수 있는 것을 특징으로 하는 밀폐형 암모니아성 질소 다단 처리 시스템.The closed ammonia nitrogen multistage treatment system, characterized in that the same structure as the first stage is formed of one system continuously configured in series and can be operated by one air pump (20). 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 밀폐형 암모니아성 질소 다단 처리 시스템의 최종 단의 반응조(30-4)에는 배출부(50)가 형성되고, 최종 단의 흡수조에는 출기부(60)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 밀폐형 암모니아성 질소 다단 처리 시스템.Closed ammonia nitrogen, characterized in that the discharge section 50 is formed in the reaction tank (30-4) of the final stage of the closed ammonia nitrogen multistage treatment system, the outlet portion 60 is formed in the absorption tank of the final stage. Nitrogen multistage treatment system. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 흡수조(40)에는 황산 용액이 채워져 있어 상기 암모니아성 질소에 포함된 암모니아가 흡수되어 제거되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 암모니아성 질소 다단 처리 시스템.The absorbing tank 40 is filled with a sulfuric acid solution is sealed ammonia nitrogen multistage treatment system, characterized in that the ammonia contained in the ammonia nitrogen is absorbed and removed. 삭제delete 삭제delete
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