KR101709449B1 - Method for treating wastewater - Google Patents
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Abstract
폐수 처리 장치 및 방법이 제공된다. 상기 폐수 처리 방법은 암모니아성 질소를 포함하는 폐수를 유입하는 단계, 상기 폐수에 공기를 공급하는 포기 단계, 상기 폐수를 유출시켜 고형물 체류시간(Solids retention time, SRT)을 조절하는 단계, 상기 폐수를 침전하는 침전 단계, 및 수리학적 체류시간(Hydraulic retention time, HRT)을 조절하는 단계를 포함하고, 상기 암모니아성 질소의 아질산화 반응을 통하여 아질산성 질소를 형성하는 것을 특징으로 한다.A wastewater treatment apparatus and method are provided. The method for treating wastewater includes the steps of introducing wastewater containing ammonia nitrogen, supplying air to the wastewater, regulating the solid retention time (SRT) by discharging the wastewater, A precipitation step for precipitation, and a hydraulic retention time (HRT), and nitrite nitrogen is formed through the nitrification reaction of the ammonia nitrogen.
Description
본 발명은 폐수 처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wastewater treatment method.
인구가 증가하면서 배출되는 오염 물질의 양도 증가하고 있다. 이러한 오염 물질은 환경을 파괴할 뿐만 아니라, 각종 전염병을 유발할 수 있기 때문에 선진국을 중심으로 오염 물질을 처리하는 기술이 관심을 받아왔다. 특히 오염 물질의 하나인 영양염은 하수 및 가축 분뇨 등에서 배출된 질소, 농약 등의 산업 제품에서 유발된 인으로 주로 구성되며, 이들이 하천에 섞이면 부영양화를 발생시켜 수생태계에 악영향을 미친다. 일반적으로 영양염에는 폐수에서 유래한 질소의 양이 많으며, 이러한 질소를 제거하기 위해서는 탈질 기술이 융합된 폐수 처리 기술이 필요하다.As the population grows, the amount of pollutants emitted is also increasing. Since these pollutants not only destroy the environment but also cause various infectious diseases, technologies for treating pollutants in developed countries have been attracting attention. Particularly, nutrients, which are one of the pollutants, are mainly composed of phosphorus emitted from industrial products such as nitrogen and pesticide discharged from sewage and livestock manure. When they are mixed with rivers, they cause eutrophication and adversely affect the aquatic ecosystem. Generally, nutrients have a large amount of nitrogen derived from wastewater. In order to remove such nitrogen, a waste water treatment technology in which denitrification technology is fused is needed.
하수처리장에서 질소를 제거하기 위해서는 약품을 투입하여 질소를 제거하는 물리화학적인 방법 및 미생물을 이용한 생물학적 질소 제거 공정을 주로 이용한다. 물리화학적인 방법의 경우, 투입된 약품으로 인한 2차적인 수질 오염이 발생할 수 있어, 최근에는 생물학적 질소 제거 공정을 이용하는 추세이다. 생물학적 질소 제거 공정은 하수 또는 폐수 내의 질소성분을 미생물의 산화-환원 반응을 기반으로 질소가스 형태로 변환시킬 수 있다. 또한 이러한 공정은 호기성 조건에서의 질산화 과정 및 무산소(혐기성) 조건에서의 탈질화 과정을 통해 이루어진다. 질산화 과정에서는 수중에 존재하는 암모니아성 질소를 질산성 질소로 산화시키며, 탈질화 과정에서는 질산성 질소를 질소 기체로 환원시켜 수중의 질소가 제거될 수 있다.In order to remove nitrogen from the sewage treatment plant, a physicochemical method of removing nitrogen by injecting a drug and a biological nitrogen removal process using microorganisms are mainly used. In the case of the physico-chemical method, secondary water pollution due to injected chemicals may occur, and in recent years, there is a tendency to use a biological nitrogen removal process. Biological nitrogen removal processes can convert nitrogen components in sewage or wastewater into nitrogen gas based on oxidation-reduction reactions of microorganisms. This process is also carried out through a nitrification process under aerobic conditions and a denitrification process under anaerobic conditions. In the nitrification process, the ammonia nitrogen present in the water is oxidized to nitrate nitrogen, and in the denitrification process, nitrogen in the water can be removed by reducing nitrate nitrogen to nitrogen gas.
한편, 생물학적 질소 제거를 위한 장치로는 연속 회분식 반응 공정(Sequencing Batch Reactor, SBR)이 많이 이용되며, 다른 장치에 비해 소량의 전기 동력으로 처리수를 배출할 수 있다. 그러나 기존의 연속 회분식 반응 공정은 암모니아성 질소를 질산성 질소로 산화시키는 과정에서 많은 양의 산소를 요구하여, 이를 공급하기 위한 비용의 소모가 크다는 점에 어려움이 있다. 또한 질산화 및 탈질 중에 탄소원이 소비되면서 슬러지가 생성되며, 이러한 슬러지를 처리하기 위한 추가적인 비용이 소모된다는 문제점이 존재한다. 또한 기존의 연속 회분식 처리 공정은 수리학적 체류시간(Hydraulic retention time, HRT) 및 고형물 체류시간(Solids retention time, SRT)을 동시에 제어하여, 질소 제거를 위한 반응을 임의로 조절하기 어렵다는 문제점이 존재하였다.On the other hand, Sequencing Batch Reactor (SBR) is widely used as a device for removing biological nitrogen, and it can discharge treated water with a small amount of electric power compared to other devices. However, the conventional continuous batch-type reaction process requires a large amount of oxygen in the process of oxidizing ammonia nitrogen to nitrate nitrogen, and it is difficult to supply a large amount of the oxygen. Further, there is a problem that sludge is generated as carbon sources are consumed during nitrification and denitrification, and additional cost for treating such sludge is consumed. In addition, the existing continuous batch processing process has a problem that it is difficult to arbitrarily control the reaction for nitrogen removal by simultaneously controlling the hydraulic retention time (HRT) and the solid retention time (SRT).
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 산소 소모량 및 탄소 소모량이 적어 운영비용을 절감할 수 있는 폐수 처리 방법을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a wastewater treatment method capable of reducing operating cost due to low oxygen consumption and carbon consumption.
본 발명은 아질산화 반응을 조절할 수 있는 폐수 처리 방법을 제공한다. The present invention provides a wastewater treatment method capable of controlling the nitrification reaction.
본 발명은 상기 폐수 처리 방법이 적용될 수 있는 폐수 처리 장치를 제공한다.The present invention provides a wastewater treatment apparatus to which the wastewater treatment method can be applied.
본 발명의 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 명확해질 것이다.Other objects of the present invention will become apparent from the following detailed description and the accompanying drawings.
본 발명의 실시예들에 따른 폐수 처리 방법은, 암모니아성 질소를 포함하는 폐수를 유입하는 단계, 상기 폐수에 공기를 공급하는 포기 단계, 상기 폐수를 유출시켜 고형물 체류시간(Solids retention time, SRT)을 조절하는 단계, 상기 폐수를 침전하는 침전 단계, 및 수리학적 체류시간(Hydraulic retention time, HRT)을 조절하는 단계를 포함하고, 상기 암모니아성 질소의 아질산화 반응을 통하여 아질산성 질소를 형성하는 것을 특징으로 한다.The method of treating wastewater according to embodiments of the present invention includes the steps of introducing wastewater containing ammonia nitrogen, supplying air to the wastewater, solidus retention time (SRT) , Adjusting the hydraulic retention time (HRT), and adjusting the nitrite nitrogen through the nitrification reaction of the ammonia nitrogen to form nitrite nitrogen .
상기 암모니아성 질소의 상기 아질산화 비율은 70 내지 100%일 수 있다.The nitrification ratio of the ammonia nitrogen may be 70 to 100%.
상기 고형물 체류시간은 1 내지 10일(Day)로 조절될 수 있다.The solids retention time can be adjusted from 1 to 10 days (Day).
상기 수리학적 체류 시간은 0.5 내지 10일(Day)로 조절될 수 있다.The hydraulic retention time can be adjusted to 0.5 to 10 days (Day).
상기 아질산성 질소의 아탈질 반응을 통하여 질소 기체를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.And forming a nitrogen gas through the nitrification reaction of the nitrite nitrogen.
상기 질소 기체 형성 단계는, 상기 아질산성 질소를 포함하는 폐수 및 상기 암모니아성 질소를 포함하는 폐수를 1:1 내지 2:1로 혼합하는 단계, 및 상기 아질산성 질소 및 상기 암모니아성 질소의 아나목스 반응을 통하여 상기 질소 기체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The nitrogen gas forming step comprises mixing the wastewater containing the nitrite nitrogen and the wastewater containing the ammonia nitrogen at a ratio of 1: 1 to 2: 1, and a step of mixing the nitrite nitrogen and the ammonia nitrogen And forming the nitrogen gas through the reaction.
본 발명의 실시예들에 따른 폐수 처리 장치는, 암모니아성 질소를 포함하는 폐수에 아질산화 반응을 수행하여 아질산성 질소를 형성하는 연속 회분식 반응 장치를 포함하고, 상기 연속 회분식 반응 장치는, 상기 암모니아성 질소를 포함하는 폐수를 수용할 수 있는 본체부, 상기 폐수에 공기를 공급하는 포기부, 및 상기 폐수를 상기 본체부의 외부로 이동시킬 수 있는 하나 이상의 밸브를 포함하는 유출부를 포함하고, 상기 연속 회분식 반응 장치는 고형물 체류시간(Solids retention time, SRT) 및 수리학적 체류시간(Hydraulic retention time, HRT)을 분리하여 조절하는 것을 특징으로 한다.The apparatus for treating wastewater according to embodiments of the present invention includes a continuous batch reactor in which nitrite nitrogen is formed by performing a nitrification reaction on wastewater containing ammonia nitrogen, And an outlet including a main body capable of containing wastewater containing nitrogen, an aeration unit for supplying air to the wastewater, and at least one valve capable of moving the wastewater to the outside of the main body, The batch reactor is characterized in that the solids retention time (SRT) and the hydraulic retention time (HRT) are separately controlled.
상기 고형물 체류시간은 1 내지 10일(Day)로 조절될 수 있다.The solids retention time can be adjusted from 1 to 10 days (Day).
상기 수리학적 체류시간은 0.5 내지 10일(Day)로 조절될 수 있다.The hydraulic retention time can be adjusted to 0.5 to 10 days (Day).
상기 아질산성 질소 및 상기 암모니아성 질소의 아탈질 반응을 통하여 질소 기체를 형성하는 아나목스(Anammox) 반응 장치를 더 포함할 수 있다.And an anammox reaction device for forming nitrogen gas through the nitrification reaction of the nitrite nitrogen and the ammonia nitrogen.
본 발명의 실시예들에 따른 폐수 처리 방법은 암모니아성 질소의 아질산화 반응을 유도하여 산소 소모량 및 탄소 소모량이 적다. 상기 폐수 처리 방법은 고형물 체류시간 및 수리학적 체류시간을 분리하여 조절하여, 효과적인 아질산화 반응을 유도할 수 있으며, 이로 인한 질소 제거 효율이 높다. 또한 상기 폐수 처리 방법은 반류수에 포함된 고농도의 질소를 고효율로 제거할 수 있다.The wastewater treatment method according to the embodiments of the present invention induces a nitrification reaction of ammonia nitrogen, thereby reducing oxygen consumption and carbon consumption. The wastewater treatment method can separate and regulate the solids retention time and the hydraulic retention time to induce an effective nitrification reaction, thereby resulting in a high nitrogen removal efficiency. In addition, the above-mentioned wastewater treatment method can remove nitrogen of high concentration contained in the reflux water with high efficiency.
본 발명의 실시예들에 따른 폐수 처리 장치는 상기 고형물 체류시간 및 상기 수리학적 체류시간을 분리하여 조절하여, 효과적인 아질산화 반응을 유도할 수 있으며, 이로 인한 질소 제거 효율이 높다. 또한 상기 폐수 처리 장치는 반류수에 포함된 고농도의 질소를 고효율로 제거할 수 있다.The wastewater treatment apparatus according to the embodiments of the present invention can separate and regulate the solids retention time and the hydraulic retention time to induce an effective nitrification reaction and thereby have a high nitrogen removal efficiency. In addition, the wastewater treatment apparatus can remove nitrogen of high concentration contained in the reflux water with high efficiency.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 폐수 처리 방법을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 아질산성 질소 형성 방법을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 폐수 처리 장치를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 폐수 처리 장치를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 연속 회분식 반응 장치를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 유입 단계일 때의 연속 회분식 반응 장치를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 포기 단계일 때의 연속 회분식 반응 장치를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 SRT 조절 단계일 때의 연속 회분식 반응 장치를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 침전 단계일 때의 연속 회분식 반응 장치를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 HRT 조절 단계일 때의 연속 회분식 반응 장치를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 연속 회분식 반응 장치의 운전 결과를 나타낸다.1 shows a method of treating wastewater according to embodiments of the present invention.
2 shows a method of forming nitrite nitrogen according to embodiments of the present invention.
3 shows a wastewater treatment apparatus according to embodiments of the present invention.
4 shows a wastewater treatment apparatus according to embodiments of the present invention.
5 shows a continuous batch reactor according to embodiments of the present invention.
Figure 6 shows a continuous batch reactor in the inflow stage according to embodiments of the present invention.
Fig. 7 shows a continuous batch reactor in the case of the aeration step according to the embodiments of the present invention.
FIG. 8 shows a continuous batch reactor in the SRT adjustment step according to the embodiments of the present invention.
Figure 9 shows a continuous batch reactor in the settling step according to the embodiments of the present invention.
FIG. 10 shows a continuous batch reactor in the HRT regulating step according to the embodiments of the present invention.
11 shows the operation result of the continuous batch reactor according to the embodiments of the present invention.
이하, 실시예들을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명의 목적, 특징, 장점은 이하의 실시예들을 통해 쉽게 이해될 것이다. 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 따라서, 이하의 실시예들에 의하여 본 발명이 제한되어서는 안 된다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. The objects, features and advantages of the present invention will be easily understood by the following embodiments. The present invention is not limited to the embodiments described herein, but may be embodied in other forms. The embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure may be thorough and complete, and that those skilled in the art will be able to convey the spirit of the invention to those skilled in the art. Therefore, the present invention should not be limited by the following examples.
폐수에 포함된 질소를 제거하기 위한 방안으로 암모니아성 질소의 질산화 반응을 통해 질산성 질소를 생성한 후, 상기 질산성 질소의 탈질 반응을 통해 질소 기체를 생성하는 방법이 이용되고 있다. 아래의 반응식 (1)은 질산화 반응을 나타내고, 반응식 (2)는 탈질 반응을 나타낸다. 반응식 (1) 및 반응식 (2)를 참조하면, 상기 질산화 반응 및 상기 탈질 반응은 산소를 많이 필요로 하고, 탄소를 소비하는 과정에서 슬러지가 많이 배출된다는 문제점이 있다.As a method for removing nitrogen contained in wastewater, nitrate nitrogen is produced through nitrification reaction of ammonia nitrogen, and nitrogen gas is produced through denitrification of nitrate nitrogen. The following reaction formula (1) indicates a nitrification reaction, and the reaction formula (2) indicates a denitration reaction. Referring to equations (1) and (2), the nitrification reaction and the denitrification require a large amount of oxygen, and a large amount of sludge is discharged during the process of consuming carbon.
아질산화 반응 및 아탈질 반응은 상기 암모니아성 질소를 상기 질산성 질소로 전환되기 이전 단계인 상기 아질산성 질소의 형태로 전환시킨 후 탈질을 시키는 반응이다. 아래의 반응식 (3)은 아질산화 반응을 나타내고, 반응식 (4)는 아탈질 반응을 나타낸다. 반응식 (3) 및 반응식 (4)를 참조하면, 상기 아질산화 반응은 상기 질산화 반응에 비해 산소의 25%의 절감효과를 나타낼 수 있으며, 상기 아탈질반응은 상기 탈질 반응에 비해 탄소원의 40%의 절감효과를 나타낼 수 있다.The nitrification reaction and the denitrification are reactions in which the ammonia nitrogen is converted into the nitrite nitrogen before the conversion to the nitrate nitrogen, followed by denitrification. Reaction formula (3) below represents the nitrification reaction and Reaction formula (4) represents the denitration reaction. Referring to Equation (3) and Equation (4), the nitrification reaction can reduce the oxygen content by 25% compared to the nitrification reaction, and the denitrification reaction can produce 40% Saving effect.
상기 아질산화 반응은 상기 질산화 반응에 비해 유도되기 어려우나, 본 발명의 실시예들에 따른 폐수 처리 장치 및/또는 방법을 이용하면 높은 효율로 상기 아질산화 반응을 유도할 수 있다. Although the nitrification reaction is less likely to be induced than the nitrification reaction, the nitrification reaction can be induced with high efficiency by using the wastewater treatment apparatus and / or method according to the embodiments of the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 폐수 처리 방법을 나타낸다. 도 1을 참조하면, 상기 폐수 처리 방법은 암모니아성 질소를 포함하는 폐수를 아질산화 반응시켜 아질산성 질소를 형성하는 단계(S10), 및 상기 아질산성 질소를 포함하는 폐수 및 상기 암모니아성 질소를 포함하는 폐수를 혼합하고 아탈질 반응을 수행하여 질소 기체를 형성하는 단계(S20)를 포함하고, 상기 아질산성 질소를 형성하는 단계는 고형물 체류시간(Solids retention time, SRT) 및 수리학적 체류시간(Hydraulic retention time, HRT)을 다르게 조절할 수 있다.1 shows a method of treating wastewater according to embodiments of the present invention. Referring to FIG. 1, the wastewater treatment method includes the steps of (S10) forming a nitrite nitrogen by nitrification of wastewater containing ammonia nitrogen, and a step of adding wastewater containing nitrite nitrogen and the ammonia nitrogen Wherein the step of forming the nitrite nitrogen comprises the steps of: mixing solid wastewater and solid wastewater, and performing a denitration reaction to form nitrogen gas, retention time, HRT) can be adjusted differently.
질소 기체 형성 단계(S20)에서, 상기 아질산성 질소가 아탈질 반응을 통해 질소 기체를 형성할 수 있다. 상기 아질산성 질소를 포함하는 폐수 및 상기 암모니아성 질소를 포함하는 폐수를 1:1 내지 2:1로 혼합하는 단계, 및 상기 아질산성 질소 및 상기 암모니아성 질소를 아나목스 반응을 통하여 상기 질소 기체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. In the nitrogen gas formation step (S20), the nitrite nitrogen may form nitrogen gas through the denitration reaction. Mixing the wastewater containing nitrite nitrogen and the wastewater containing ammonia nitrogen at a ratio of 1: 1 to 2: 1, and mixing the nitrite nitrogen and the ammonia nitrogen with the nitrogen gas through an anammox reaction To form a second layer.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 아질산성 질소 형성 방법(S10)을 나타낸다. 도 2를 참조하면, 아질산성 질소 형성 방법(S10)은, 상기 암모니아성 질소를 포함하는 폐수를 유입하는 단계(S11), 상기 암모니아성 질소를 포함하는 폐수에 공기를 공급하는 포기 단계(S12), 상기 폐수를 유출시켜 상기 고형물 체류시간을 조절하는 단계(S13), 상기 유출 후 남은 상기 폐수를 침전시켜 고형물 및 상등액으로 분리하는 단계(S14), 및 상기 상등액을 유출시켜 상기 수리학적 체류시간을 조절하는 단계(S15)를 포함할 수 있다.Figure 2 shows a method (S10) of nitrite nitrogen formation according to embodiments of the present invention. Referring to FIG. 2, the nitrite nitrogen forming method (S10) includes a step (S11) of introducing the ammonia nitrogen-containing wastewater, a releasing step (S12) of supplying air to the wastewater containing the ammonia nitrogen, (S13) of discharging the wastewater to control the solids retention time (S13), separating the wastewater remaining after the outflow into a solid and a supernatant (S14), and discharging the supernatant to distill the hydraulic retention time (S15). ≪ / RTI >
상기 암모니아성 질소를 포함하는 폐수를 유입한다(S11). 상기 폐수는 반류수일 수 있다. 상기 반류수는 혐기 소화 상징액, 농축상징액, 탈리액 등을 포함할 수 있다. 상기 암모니아성 질소의 농도 범위는 220 mg/L ~ 300 mg/L일 수 있다. 바람직하게는, 상기 암모니아성 질소의 농도 범위는 평균 260 mg/L 일 수 있다. 상기 유입 전 질산화에 필요한 알칼리도를 보충할 수 있으며, 알칼리도/암모니아성 질소 비는 7.1 ~ 7.2로 조절될 수 있다.The wastewater containing the ammonia nitrogen is introduced (S11). The wastewater may be a reflux water. The reflux water may include an anaerobic digestion supernatant, a concentrated supernatant, a desalination solution, and the like. The concentration range of the ammonia nitrogen may be 220 mg / L to 300 mg / L. Preferably, the concentration range of the ammonia nitrogen may be an average of 260 mg / L. The alkalinity required for pre-entry nitrification can be supplemented, and the alkalinity / ammonia nitrogen ratio can be adjusted to 7.1 to 7.2.
상기 암모니아성 질소를 포함하는 폐수에 공기를 공급한다(S12). 상기 공기는 산소가 풍부한 공기로, 호기성 암모니아 분해 미생물의 활동을 촉진시킬 수 있다. Air is supplied to the wastewater containing the ammonia nitrogen (S12). The air is oxygen-enriched air, which can promote the activity of aerobic ammonia decomposing microorganisms.
상기 폐수를 유출시켜 상기 고형물 체류시간을 조절한다(S13). 상기 폐수에는 상기 암모니아성 질소 및 상기 미생물의 활동으로 인해 생성된 상기 아질산성 질소가 포함될 수 있다. 상기 폐수가 침전되기 전에 먼저 상기 고형물 체류시간을 조절함으로써, 상기 미생물이 상기 아질산성 질소를 질산성 질소로 변화시키는 것을 막을 수 있다. 상기 고형물 체류시간은 1 내지 10일(Day)로 조절될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 상기 폐수의 종류에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 고형물 체류시간은 1 내지 2일로 조절될 수 있다. 상기 고형물 체류시간을 조절하기 위해 상기 폐수는 전체 부피의 10 내지 90% 유출될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 상기 유출은 상기 폐수의 온도 등의 조건에 따라 달라질 수 있다. 바람직하게는, 상기 폐수는 전체 부피의 50% 유출될 수 있다.The wastewater flows out to adjust the solids retention time (S13). The wastewater may contain the ammonia nitrogen and the nitrite nitrogen produced by the activity of the microorganism. By controlling the solids retention time before the wastewater is settled, the microorganisms can be prevented from changing the nitrite nitrogen to nitrate nitrogen. The solids retention time can be adjusted to 1 to 10 days (Day), but is not limited thereto and may be varied depending on the type of the wastewater. For example, the solids retention time can be adjusted to 1 to 2 days. In order to control the solids retention time, the wastewater may flow 10 to 90% of the total volume, but the present invention is not limited thereto. The effluent may vary depending on conditions such as the temperature of the wastewater. Preferably, the wastewater can be drained by 50% of the total volume.
상기 유출 후 남은 상기 폐수를 침전시켜 고형물 및 상등액으로 분리한다(S14). 상기 유출 후 남은 상기 폐수는 상기 암모니아성 질소를 다량 포함할 수 있다. 상기 침전을 통하여, 상기 암모니아성 질소가 상기 아질산성 질소로 형성될 수 있다.The wastewater remaining after the outflow is precipitated and separated into a solid and a supernatant (S14). The wastewater remaining after the outflow may contain a large amount of the ammonia nitrogen. Through the precipitation, the ammoniacal nitrogen may be formed of the nitrite nitrogen.
상기 상등액을 유출시켜 상기 수리학적 체류시간을 조절한다(S15). 상기 상등액에는 상기 아질산성 질소가 다량 포함되어 있을 수 있다. 상기 수리학적 체류시간은 0.5 내지 10일(Day)로 조절될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 상기 폐수의 유입량 및/또는 상기 고형물 체류시간에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 수리학적 체류시간은 0.5 내지 1일로 조절될 수 있다.The supernatant is flowed out to adjust the hydraulic retention time (S15). The supernatant may contain a large amount of the nitrite nitrogen. The hydraulic retention time may be adjusted to 0.5 to 10 days (Day), but is not limited thereto and may vary depending on the inflow amount of the wastewater and / or the solids retention time. For example, the hydraulic residence time may be adjusted to 0.5 to 1 day.
고형물 체류시간 조절(S13) 및 수리학적 체류시간을 조절(S15)을 분리하여 수행할 수 있기 때문에, 상기 아질산화 반응이 인위적으로 유도 될 수 있다. 상기 폐수에 포함된 상기 암모니아성 질소의 상기 아질산화율은 70 내지 100%일 수 있다. Since the solids retention time adjustment (S13) and the hydraulic retention time adjustment (S15) can be performed separately, the nitrification reaction can be artificially induced. The sub-nitrification ratio of the ammonia nitrogen contained in the wastewater may be 70 to 100%.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 폐수 처리 장치를 나타내고, 도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 연속 회분식 반응 장치(100)를 나타낸다. 도 3, 도 4, 및 도 5를을 참조하면, 상기 폐수 처리 장치는 암모니아성 질소를 포함하는 폐수에 아질산화 반응을 수행하여 아질산성 질소를 형성하는 연속 회분식 반응 장치(100), 및 상기 아질산성 질소를 포함하는 폐수 및 상기 암모니아성 질소를 포함하는 폐수를 혼합하고, 아탈질 반응을 수행하여 질소 기체를 형성하는 아나목스 반응 장치(200)를 포함할 수 있다. 연속 회분식 반응 장치(100)는 고형물 체류시간(Solids retention time, SRT) 및 수리학적 체류시간(Hydraulic retention time, HRT)을 분리하여 조절할 수 있다. 상기 고형물 체류시간 및 상기 수리학적 체류시간의 조절을 통하여 상기 아질산화 반응이 자유롭게 조절 될 수 있다.FIG. 3 and FIG. 4 show a wastewater treatment apparatus according to embodiments of the present invention, and FIG. 5 shows a continuous
예를 들어, 상기 암모니아성 질소(NH4+-N)의 농도가 100mg/L인 폐수가 1Q 만큼 저장된 폐수 저장부(108)에서, 0.5Q의 상기 암모니아성 질소가 포함된 폐수인 R1이 연속 회분식 반응 장치(100)로 유입될 수 있다. 이때 나머지 0.5Q의 상기 암모니아성 질소가 포함된 폐수인 R3는 아나목스 반응 장치(200)로 유입될 수 있다. 연속 회분식 반응 장치(100)로 유입된 상기 0.5Q의 폐수는 상기 아질산화 반응을 통하여 상기 아질산성 질소(NO2-N) 농도 100mg/L인 R2 폐수가 될 수 있다. 상기 R2 및 상기 R3 폐수가 아나목스 반응 장치(200)로 유입되면 상기 암모니아성 질소와 상기 질산성 질소의 비율이 1:1이 될 수 있으며, 상기 아탈질 반응이 일어나 상기 질소 기체가 형성될 수 있다.For example, in the
연속 회분식 반응 장치(100)는, 본체부(101), 포기부(102), 교반부(103), 측정부(104), 유출부(105), 유입부(106), 펌프(107), 폐수 저장부(108), 및 제어부(110)를 포함할 수 있다.The continuous
본체부(101)는 상기 암모니아성 질소를 포함하는 폐수를 수용할 수 있다. 본체부(101)는 원통형 및 육각형 등의 형상일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 상기 폐수를 수용할 수 있으면 된다. 본체부(101)의 내부에 포기부(102) 및 교반부(103)가 형성될 수 있다. 본체부(101)의 측면에 유출부(105) 및 유입부(106)가 형성될 수 있다. The
포기부(102)는 상기 폐수에 공기를 공급할 수 있다. 바람직하게는 포기부(102)는 본체부(101)의 바닥면 또는 하부 측면에 위치하여 상기 폐수에 공기를 공급할 수 있다. 포기부(102)는 제어부(110)에 의해 조절될 수 있다.The
교반부(103)는 상기 폐수를 혼합할 수 있다. 바람직하게는 교반부(103)는 하나 이상의 날개를 포함할 수 있다. 교반부(103)는 본체부(101)의 내부에 본체부(101)의 바닥면에 닿지 않는 높이까지 삽입된 형태일 수 있다. The agitating
유출부(105)는 상기 폐수를 상기 본체부의 외부로 이동시킬 수 있는 하나 이상의 밸브를 포함할 수 있다. 유출부(105)는 본체부(101)의 바닥면에서 1/4 높이 이상에 하나 이상 형성될 수 있으나, 본체부(101) 바닥에 형성된 슬러지가 유출되지 않는 지점이면 된다. 바람직하게는, 유출부(105)는 본체부(101)의 바닥면에서 1/3 높이 이상에 하나 이상 형성될 수 있다. 예를 들어, 유출부는(105)는 본체부(101)의 바닥면에서 2/3 높이 지점(105a), 1/2 높이 지점(105b), 및 1/3 높이 지점(105c)에 형성될 수 있다. 상기 밸브의 형태는 한정되지 않으며, 유출부(105)를 열고 닫을 수 있으면 된다. The
상기 고형물 체류시간은 1 내지 10일(Day)로 조절될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 상기 폐수에 포함된 질소의 종류 및/또는 농도에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 고형물 체류시간은 1 내지 2일로 조절될 수 있다. 상기 고형물 체류시간을 조절하기 위해 상기 폐수는 전체 부피의 10 내지 90% 유출될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 상기 유출은 상기 폐수의 온도 등의 조건에 따라 달라질 수 있다. 바람직하게는, 상기 폐수는 전체 부피의 50% 유출될 수 있다.The solids retention time may be adjusted to 1 to 10 days (Day), but is not limited thereto and may be varied depending on the kind and / or concentration of nitrogen contained in the wastewater. For example, the solids retention time can be adjusted to 1 to 2 days. In order to control the solids retention time, the wastewater may flow 10 to 90% of the total volume, but the present invention is not limited thereto. The effluent may vary depending on conditions such as the temperature of the wastewater. Preferably, the wastewater can be drained by 50% of the total volume.
상기 수리학적 체류시간은 0.5 내지 10일(Day)로 조절될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 상기 폐수의 유입량 및/또는 상기 고형물 체류시간에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 수리학적 체류시간은 0.5 내지 1일로 조절될 수 있다.The hydraulic retention time may be adjusted to 0.5 to 10 days (Day), but is not limited thereto and may vary depending on the inflow amount of the wastewater and / or the solids retention time. For example, the hydraulic residence time may be adjusted to 0.5 to 1 day.
제어부(110)는 상기 고형물 체류시간 및 상기 수리학적 체류시간을 분리하여 조절할 수 있다. 제어부(110)는 포기부(102), 교반부(103), 측정부(104), 유출부(105), 유입부(106), 펌프(107), 및 아나목스 반응 장치(200) 중에서 선택된 하나 이상을 제어할 수 있다. 상기 제어부(110)는 PLC(programmable Logic Controller)를 포함할 수 있다.The
아나목스 반응 장치(200)는 상기 아질산성 질소를 포함하는 폐수 및 상기 암모니아성 질소를 포함하는 폐수를 혼합하고 아탈질 반응을 수행하여 질소 기체를 형성할 수 있다. 아나목스 반응 장치(200)는, 상기 아질산성 질소를 포함하는 폐수 및 상기 암모니아성 질소를 포함하는 폐수를 1:1 내지 2:1로 혼합하고, 상기 아질산성 질소 및 상기 암모니아성 질소를 아나목스 반응을 통하여 상기 질소 기체를 형성할 수 있다.The anammox
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 유입 단계(S11)일 때의 연속 회분식 반응 장치(100)를 나타낸다. 도 6을 참조하면, 상기 암모니아성 질소를 포함하는 폐수를 유입하는 단계(S11)에서, 유입부(106)가 열리면서 본체부(101)로 상기 폐수가 유입된다. 이때, 유출부(105)는 닫힌 상태이다. 펌프(107)가 동작하면서 폐수 저장부(108)로부터 상기 폐수가 지속적으로 유입되도록 할 수 있다. 측정부(104)는 상기 폐수의 본체부(10)에서의 수위를 측정하며, 상기 수위에 따라 제어부(110)에서 상기 폐수의 추가 유입 또는 유입 중단을 결정할 수 있다. FIG. 6 shows a continuous
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 포기 단계(S12)일 때의 연속 회분식 반응 장치(100)를 나타낸다. 도 7을 참조하면, 상기 폐수에 공기를 공급하는 포기 단계(S12)에서, 유입부(106)가 닫히고, 본체부(101)에 상기 폐수가 수용될 수 있다. 교반부(103)는 상기 폐수를 혼합하고, 포기부(102)는 상기 폐수에 공기를 공급할 수 있다. 이때, 상기 미생물에 의해 상기 폐수에 포함된 상기 암모니아성 질소의 상기 아질산화가 수행될 수 있다.FIG. 7 shows a
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 SRT 조절 단계(S13)일 때의 연속 회분식 반응 장치(100)를 나타낸다. 도 8을 참조하면, 상기 고형물 체류시간을 조절하는 단계(S13)에서, 유출부(105) 중에서 가장 위에 위치하는 유출부(105a)가 열리면서 상기 고형물이 유출될 수 있다. 이때, 유출부(105a)는 상기 고형물 체류시간 조절 밸브의 역할을 할 수 있다. 상기 고형물은 상기 폐수의 액체 부분과 함께 유출될 수 있으므로, 이때 상기 수리학적 체류시간도 조절될 수 있다.FIG. 8 shows a
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 침전 단계(S14)일 때의 연속 회분식 반응 장치(100)를 나타낸다. 도 9를 참조하면, 상기 유출 후 남은 상기 폐수를 침전시켜 고형물 및 상등액으로 분리하는 단계(S14)에서, 유출부(105)가 닫히고, 포기부(102) 및 교반부(103)도 작동이 중지되어 상기 침전을 돕는다.FIG. 9 shows a
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 HRT 조절 단계(S15)일 때의 연속 회분식 반응 장치(100)를 나타낸다. 도 10을 참조하면, 상기 상등액을 유출시켜 상기 수리학적 체류시간을 조절하는 단계(S15)에서, 유출부(105b)가 열리면서 상기 상등액을 유출시킬 수 있다. 이때, 상기 고형물은 슬러지로 침전되어 본체부(101)에 남아있을 수 있다. 10 shows a
<< 실시예Example >>
본 실시예에서 연속 회분식 반응 장치(100)는 원통형의 아크릴을 이용하여 본체부(101)를 제작하였으나, 본체부(101)의 모형 및 재질은 제한되지 않는다. 본체부(101) 내부에 포기부(102) 및 교반부(103)를 설치하였으며, 수조(Water jacket)를 본체부(101) 외부에 두어 본체부(101) 내부의 온도를 30 내지 40℃로 유지하였다. 제어부(110)는 PLC(programmable Logic Controller)를 이용하였고, 이를 통해 유입(S11), 포기(S12), 침전(S14), 및 유출(S13, S15)이 수행될 수 있다. 또한 상기 고형물 체류시간 및 상기 수리학적 체류시간의 분리된 공정을 위해 완전 혼합 형태가 되는 포기 단계(S12)에서 상기 고형물 체류시간 조절을 위한 유출(S13), 침전(S14) 후 유출 단계에서 상기 수리학적 체류시간 조절을 위한 유출(S15)이 수행될 수 있다. 연속 회분식 반응 장치(100)는 부유성장식 반응조로 배치(Batch) 형태로 운전될 수 있다.In the present embodiment, the
대상 시료는 서울 A하수처리장의 혐기 소화조 상징액으로 하수처리장에서 취수한 혐기 소화조 상징액을 실험실에서 4℃이하로 냉장 보관하였다. 유입수의 상기 암모니아성 질소의 농도 범위는 220 mg/L ~ 300 mg/L로 운전 기간 동안 평균 260 mg/L의 농도로 본체부(101)에 유입될 수 있다. 본체부(101) 유입 전 질산화에 필요한 알칼리도를 보충하여 알칼리도/암모니아성 질소 비를 7.1 ~ 7.2를 유지할 수 있다. 분석을 위한 실험은 표준방법에 의거하여 상기 암모니아성 질소는 네슬러 방법(Nessler's method)으로 측정될 수 있고, 상기 아질산성 질소와 상기 질산성 질소는 IC (Ioc chromatography)를 이용하여 측정될 수 있다. 연속 회분식 반응 장치(100)의 운전은 기존에 안정적인 반응이 유도된 아질산화 반응조의 미생물을 이용하여 빠른 안정화를 도모할 수 있다. The samples were anaerobic digestion tank supernatant of Seoul A sewage treatment plant. The anaerobic digestion tank supernatant collected at the sewage treatment plant was refrigerated at 4 ℃ or less in the laboratory. The concentration range of the ammonia nitrogen of the influent water may be 220 mg / L to 300 mg / L, and may flow into the
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 연속 회분식 반응 장치(100)의 운전 결과를 나타낸다. 도 11을 참조하면, 상기 고형물 체류시간 및 상기 수리학적 체류시간에 따른 상기 아질산화율을 알 수 있다. 운전 조건 별로 O1 ~ O5 구간으로 구분하였으며, 표 1을 통해 확인 할 수 있다. 상기 고형물 체류시간은 SRT로 표시되며, 상기 수리학적 체류시간은 HRT로 표시되었다. 상기 유입수의 상기 암모니아성 질소 농도는 샘플링 시기에 의해 다소 차이를 보였으나 상기 운전 기간 동안 평균 260 mg/L로 유입되었다. 도 11 및 표 1에 나타난 결과는 상기 암모니아성 질소의 농도와 같은 상기 유입수의 특성에 따라 달라질 수 있으며, SRT 및 HRT 또한 상기 유입수의 특성에 따라 조절될 수 있다.11 shows the operation result of the
O1 구간에서는 SRT를 1일로 하여 운전하였으며, O1 구간의 상기 암모니아성 질소 제거 효율은 90%, 상기 아질산화율은 76%를 보였다. O2 구간에서는 SRT를 증가시켜 SRT를 4일로 설정하였다. O2 구간은 전체 운전 기간 중 가장 긴 SRT로 운전된 구간으로 상기 암모니아성 질소 제거 효율은 90%의 높은 제거 효율을 보였으나, 본 연구의 목적인 상기 아질산화 반응이 아닌 완전 질산화 반응이 유도된 것으로 나타났다. In the O1 section, the SRT was operated for 1 day. In the O1 section, the ammonia nitrogen removal efficiency was 90% and the nitrite removal rate was 76%. In the O2 section, the SRT was increased to set the SRT to 4 days. The O2 section was operated with the longest SRT during the entire operation period. The ammonia nitrogen removal efficiency was 90%, but the nitrification reaction was induced not by the nitrification reaction .
O3 구간은 상기 아질산화 반응을 안정적으로 유도하기 위해 HRT는 일정하게 유지시키고, SRT를 감소시켜 2일로 조절하였다. O3 구간의 운전 결과 O2 구간과 유사하게 높은 상기 암모니아성 질소 제거 효율을 보였으나, 상기 유입수에 대한 O2 구간의 운전 조건은 상기 아질산화 반응의 수행에 바람직하지 않은 것으로 나타났다. In the O3 interval, the HRT was kept constant and SRT was decreased to 2 days in order to stably induce the nitrification reaction. As a result of the operation of the O3 section, the ammonia nitrogen removal efficiency as high as the O2 section was shown, but the operation condition of the O2 section for the influent water was not preferable for the nitrification reaction.
O4 구간은 O1 구간과 동일한 운전 조건으로 하여, O1 구간의 운전 조건으로 인해 상기 아질산화 반응이 안정적으로 유도되었다는 것을 확인하였다. O3 구간이 앞선 O2 운전 조건에 영향에 의해 완전질산화가 유도되었는지 확인하기 위해, O5 구간은 O3 구간의 상기 운전 조건과 동일한 SRT로 운전하였다. O5 구간의 운전 결과, 상기 완전질산화 반응이 유도된 것을 확인할 수 있었다. 이는 O3 구간이 O2 구간에 영향을 받지 않았다는 것을 의미하며, 상기 유입수에 대한 O3 구간의 운전 조건은 상기 아질산화 반응이 유도되기에 바람직하지 않은 것으로 나타났다.It was confirmed that the nitrification reaction was stably induced by the operation condition of the O1 section under the same operating condition as the O1 section. The O5 section was operated with the same SRT as the O3 section in order to confirm whether complete nitrification was induced by the influence of the O2 operation condition in the O3 section. As a result of the operation of the O5 section, it was confirmed that the complete nitrification reaction was induced. This means that the O3 section is not affected by the O2 section, and the operating condition of the O3 section for the influent water is not preferable because the nitrification reaction is induced.
O6 구간은 다시 O1 구간과 동일한 상기 운전 조건으로 운전하였으며, 상기 아질산화 반응이 인위적으로 유도 될 수 있다는 것을 확인하였다. 즉, 본 발명의 실시예들에 따른 연속 회분식 반응 장치(100)는 SRT 및 HRT를 자유롭게 분리하여 조절할 수 있고, 상기 조절을 통하여 상기 아질산화 반응이 인위적으로 유도 될 수 있다.The O6 section was again operated under the same operating conditions as the O1 section, confirming that the nitrification reaction could be induced artificially. That is, in the
O1 구간, O4 구간, O5 구간, 및 O6 구간은 동일한 HRT로 조절되었으나, O5 구간은 다른 구간에 비해 긴 SRT로 조절되었다. 그 결과, O5 구간을 제외한 나머지 구간에서는 상기 아질산화율이 75% 이상으로 우수한 상기 아질산화 반응 효율을 나타내었다. 이를 통해 상기 아질산화 반응은 SRT와 밀접한 관계가 있음을 확인 할 수 있다. The O1, O4, O5, and O6 sections were adjusted to the same HRT, but the O5 section was adjusted to a longer SRT than the other sections. As a result, the sub-nitrification efficiency was superior to the nitrite sub-step in the remaining sections except the O5 section by as much as 75% or more. Thus, it can be confirmed that the nitrification reaction is closely related to SRT.
본 실시예를 통하여, 전체 운전 기간 동안 상기 운전 조건을 조절하여 상기 아질산화 반응을 안정적으로 유도할 수 있음을 확인 할 수 있었다. 상기 아질산화 반응이 유도된 SRT 조건에서, HRT를 조절하면 동일한 규모의 연속 회분식 반응 장치(100)에서 상기 유입수의 처리 용량을 증가 시킬 수 있다. Through the present example, it was confirmed that the nitrification reaction can be stably induced by controlling the operation conditions during the entire operation period. Under the SRT condition in which the nitrification reaction is induced, the treatment capacity of the influent water can be increased in the
본 실시예에서, 연속 회분식 반응 장치(100)를 운전한 결과, 상기 아질산화 반응을 유도하기 위한 바람직한 SRT는 1일로 나타났으며, SRT가 상기 아질산화 반응에 중요한 인자인 것으로 나타났다. 또한 기존의 연속 회분식 반응조에서는 안정적인 아질산화 반응이 유도되지 않았으나, 본 발명의 실시예들에 따른 연속 회분식 반응 장치(100)에서는 안정적인 아질산화 반응을 유도 할 수 있음을 확인하였다. 따라서 상기 아질산화 반응을 하수처리장에 도입할 때, 본 발명의 실시예들에 따른 폐수 처리 방법 또는 연속 회분식 반응 장치(100)를 적용될 수 있으며, HRT와 SRT를 분리하여 운전하기 때문에, 상기 아질산화 반응 효율이 증가되어 상기 유입수의 처리 용량을 증가시킬 수 있다. In the present embodiment, as a result of operating the
이제까지 본 발명에 대한 구체적인 실시예들을 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention have been described. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.
100: 연속 회분식 반응 장치 101: 본체부
102: 포기부 103: 교반부
104: 측정부 105: 유출부
106: 유입부 107: 펌프
108: 폐수 저장부 110: 제어부
200: 아나목스 반응 장치100: continuous batch reactor 101:
102: aeration unit 103: agitation unit
104: measuring unit 105:
106: inlet 107: pump
108: wastewater storage unit 110:
200: Anammox reaction device
Claims (1)
상기 폐수에 공기를 공급하는 포기 단계;
상기 폐수를 유출시켜 고형물 체류시간(Solids retention time, SRT)을 조절하는 단계;
상기 폐수를 침전하는 침전 단계; 및
수리학적 체류시간(Hydraulic retention time, HRT)을 조절하는 단계를 포함하고,
상기 암모니아성 질소의 아질산화 반응을 통하여 아질산성 질소를 형성하고,
상기 고형물 체류시간은 1 내지 10일(Day)로 조절되는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 방법.
Introducing wastewater containing ammonia nitrogen;
Aeration step of supplying air to the wastewater;
Controlling the solid retention time (SRT) by discharging the wastewater;
A precipitation step of precipitating the wastewater; And
And adjusting the hydraulic retention time (HRT)
The nitrite nitrogen is formed through the nitrification reaction of the ammonia nitrogen,
Wherein the solids retention time is adjusted to 1 to 10 days (Day).
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