KR101831900B1 - The Method Of Removing Nitrogen In Wastewater - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원수의 유입, 반응, 침전 및 배출 단계가 하나의 단일 반응조 내에서 수행되는 연속회분식반응조(SBR, Sequencing Batch Reactor) 형식의 수처리 방법으로서, 상기 유입 및 반응 단계는 하기 (S1) 내지 (S3) 단계를 하나의 반응 주기로 하여 4회 이상 반복 수행되는 것임을 특징으로 하는 폐수 내 질소 제거 방법에 관한 것이다: (S1) 원수를 단일 반응조 내 반응수로 유입하는 단계; (S2) 상기 원수가 유입된 반응수를 탈질 및 혐기성 암모늄 산화시키는 단계; 및 (S3) 상기 탈질 및 혐기성 암모늄 산화시킨 반응수에 산소를 주입하여 반응수를 부분 아질산화시키는 단계. The present invention relates to a water treatment method of a sequencing batch reactor (SBR) type in which raw water introduction, reaction, precipitation and discharge steps are carried out in one single reaction tank, S3) is repeated four times or more as one reaction cycle. The method comprises the steps of: (S1) introducing raw water into reaction water in a single reaction tank; (S2) denitrifying the reacted water into which the raw water flows and anaerobic ammonium oxidation; And (S3) injecting oxygen into the denitrification and anaerobic ammonium oxidation reaction to partially nitrify the reaction water.

Description

폐수 내 질소 제거 방법{The Method Of Removing Nitrogen In Wastewater}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for removing nitrogen in wastewater,

본 발명은 수처리 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 소화 슬러지 탈리액, 매립지 침출수, 축산 폐수 등과 같은 폐수 내에 존재하는 고농도의 질소 화합물을 효과적으로 처리하여 제거할 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a water treatment method, and more particularly, to a method capable of effectively treating and removing high-concentration nitrogen compounds present in wastewater such as digested sludge desorbing liquid, landfill leachate, livestock wastewater and the like.

질소가 수계내로 다량 유입될 경우, 독성에 의한 수생태 환경에 악영향을 미치고, 수계 내의 잔류 용존 산소량(Dissolved Oxygen; DO)을 감소시키거나 부영양화를 유발하는 문제가 발생된다. 또한, 높은 농도의 질소는 염소소독 과정에서 소독 부산물을 생성시키므로 이에 따른 2차적인 피해를 미치기도 한다. 이에 따라, 수계 내 질소를 낮은 농도로 유지하는 것이 무엇보다 중요하다.When a large amount of nitrogen is introduced into the water system, it adversely affects the aquatic environment due to toxicity, and the problem of decreasing the dissolved oxygen amount (DO) in the water system or causing eutrophication occurs. In addition, high concentrations of nitrogen generate disinfection by-products during chlorine disinfection process, thus causing secondary damage. Accordingly, it is most important to maintain a low concentration of nitrogen in the water system.

이러한 상황속에서 지난 2012~2013년에 걸쳐 고농도 질소를 함유하고 있는 유기성 폐수의 해양 투기가 금지되었고, 2013년부터는 국내 방류수 수질기준이 강화됨에 따라 기존 질소 처리시설로는 국내 방류수 수질 기준을 만족시키기 어려운 실정에 이르렀다. 특히, 하수처리장 혐기성 소화조 탈리액인 반류수, 매립장 침출수, 음폐수, 축사폐수 등으로 대표되는 고농도 질소 함유 폐수 가운데, 하수처리장 반류수(유입유량의 1~3%, 질소 부하량 21~47%)는 별도로 처리하지 않고 하수처리장의 유량 조정조나 침사지로 반송되므로 하수처리장의 질소부하를 가중시키고 있다.Under these circumstances, marine dumping of organic wastewater containing high-concentration nitrogen has been banned from 2012 to 2013, and since 2013, the quality standards of domestic effluent water have been strengthened. As a result, It came to a difficult situation. In particular, among high-concentration nitrogen-containing wastewaters represented by semi-effluent, leachate, landfill leachate, housing wastewater, and housing wastewater, which are anaerobic digestion tank desalinators of a sewage treatment plant, wastewater treatment effluent (1 to 3% of the influent flow rate and 21 to 47% The nitrogen load of the sewage treatment plant is increased because it is returned to the flow adjustment tank or the gypsum plant in the sewage treatment plant without being separately treated.

질소제거 방법은 크게 물리화학적 공법과 생물학적 공법이 있으나, 경제적인 이유로 인해 생물학적 공법이 물리화학적 공법에 비해 보편적으로 적용되고 있다. 생물학적 공법에 따르면, 질소는 다음과 같은 반응식에 의한 질산화와 탈질화 과정을 거치게 되는데, 먼저 호기 조건하에서 독립영양미생물에 의해 암모늄이 아질산염과 질산염으로 산화(질산화)되고, 이후 무산소 조건에서 종속영양 미생물에 의해 질소가스로 제거(탈질화)된다.Nitrogen removal methods include physico-chemical and biological methods. However, biological methods are applied more widely than physico-chemical methods because of economic reasons. According to the biological method, nitrogen is subjected to nitrification and denitrification process by the following reaction formula. First, ammonium is oxidized (nitrified) into nitrite and nitrate by autotrophic microorganism under aerobic condition, and then, (Denitrification) by nitrogen gas.

<주 반응식><Reaction Scheme>

질산화 반응: NH4 + + 1.5O2 → NO2 - + H2O + 2H+ Nitrification: NH 4 + + 1.5O 2 → NO 2 - + H 2 O + 2H +

NO2 + 0.5O2 → NO3 - NO 2 + 0.5 O 2 - &gt; NO 3 -

탈질화 반응: 6NO3 - + 5CH3OH + CO2 → 3N2 + 6HCO3 - + 7H2ODenitrification: 6NO 3 - + 5CH 3 OH + CO 2 - > 3N 2 + 6HCO 3 - + 7H 2 O

현재까지 생물학적 공법으로 알려진 하ㆍ폐수 고도처리 공정기술은 크게 A2O(Anaerobic Anoxic Oxic)계열과 SBR(연속회분식, Sequencing Batch Reactor)계열로 나눌 수 있다. 이 중 A2O공법은 질소와 인을 제거하기 위하여 혐기조(Anaerobic Tank), 무산소조(Anoxic Tank), 호기성조(Aerobic Tank) 및 최종침전지로 구성되며, 질산성질소를 제거하기 위한 내부반송라인과 침전지 슬러지 반송으로 구성되어 있다(도 1 참조).Up to now, advanced technologies for the treatment of sewage and wastewater, known as biological processes, can be divided into two classes: Anaerobic Anoxic Oxic (A 2 O) and SBR (Sequencing Batch Reactor). The A 2 O method consists of Anaerobic Tank, Anoxic Tank, Aerobic Tank and final settling tank to remove nitrogen and phosphorus, and has an internal return line for removing nitrate nitrogen And a settling sludge conveyer (see Fig. 1).

A2O 공법은 최대 질소 제거속도가 0.4 kg-N/m3d 이하로서 큰 처리설비 용량이 요구되기 때문에 10,000m3/d 이상의 중ㆍ대규모 폐수처리시설에 적합한 기술이며, 국내 가동실적이 많을 뿐만 아니라 운전기술이 용이하다. 하지만 공간적으로 배열된 공법 특성상 소요 부지가 넓게 소요되어, 소규모 하수처리장에 적용하기 어려우며, 질소 제거 효율이 40-70% 범위에서 제한되는 단점이 있다. A2O 공법을 적용하고 있는 종래 기술로는 대한민국 등록특허 제0432518호, '반응단계 판단장치를 이용하여 단일 활성 반응조에서 연속적인 탈질 및 질산화를 수행하기 위한 폐수처리 시스템 및 방법' 및 대한민국 특허출원 제2009-0011513호, '하수처리 공법의 제어방법' 등이 개시된 바 있다.The A 2 O method is suitable for medium and large scale wastewater treatment facilities of 10,000 m 3 / d or more because the maximum nitrogen removal rate is 0.4 kg-N / m 3 d or less and large treatment facility capacity is required. In addition, operation technology is easy. However, due to the spatially arranged construction method, it takes a lot of site, it is difficult to apply to a small-scale sewage treatment plant, and the nitrogen removal efficiency is limited within the range of 40-70%. As a conventional technique applying the A 2 O method, Korea Patent No. 0432518, 'Wastewater Treatment System and Method for Performing Continuous Denitrification and Nitrification in a Single Active Reactor Using Reaction Phase Judgment Device' and Korea Patent Application 2009-0011513, &quot; Control method of sewage treatment method &quot; and the like have been disclosed.

한편, SBR공법은 하나의 반응조에서 시간적 배열을 통해 유입, 반응, 침전, 배출/휴지 등의 공정을 수행한다. A2O공법에 비해 작은 부지를 요구하며, 유량 증가 또는 급격한 수질 변동시 유연한 공정의 대처가 가능하다. 하지만 SBR 공법에서는 시간적 분배를 통해 운전되는 운전 특성과, 질산화 및 탈질화를 통하여 제거되는 질소 제거 특성으로 인하여 반응조 대비 배출 비율과 질소 제거율이 반비례하는 단점이 있어, SBR 반응조에서의 고효율 질소 제거 시스템 구축에 어려움을 겪고 있다.Meanwhile, the SBR method performs processes such as influx, reaction, precipitation, discharge / rest, etc. through a temporal arrangement in one reaction tank. Compared to the A 2 O method, it requires a small site and it is possible to cope with the flexible process when the flow rate increases or the water quality fluctuates suddenly. However, in the SBR method, there is a disadvantage in that the operation ratio is inversely proportional to the discharge rate and the nitrogen removal rate due to the operation characteristics and the nitrogen removal characteristics which are removed through the nitrification and denitrification. Therefore, the high efficiency nitrogen removal system .

SBR 공법을 채택하고 있는 종래기술로는 대한민국 등록특허 제1023479호, '미세사 생물담체와 약품을 이용한 하, 폐수, 축산 폐수처리장치의 연속회분식 호기탈질방법 및 장치' 및 일본 등록특허 제5347221호, '질소 함유액의 처리 방법 및 장치' 등이 존재한다. 하기 도 2는 상기 종래 기술 가운데, 일본 등록특허 제5347221호에 도시된 SBR 반응조를 나타낸 것인데, 이와 같은 고농도의 질소 함유 폐수를 처리하기 위한 기존 SBR 반응조에 의하면, 질소를 산화시키기 위한 막대한 양의 산소가 요구(약 4.57kg O2/kg NH4 +-N)될 뿐만 아니라 부족한 알칼리도(alkalinity)의 추가적인 공급을 위한 추가 공정 및 설비가 필요하고, 탈질과정에서는 메탄올과 같은 외부 탄소원 주입(3~6kg COD/kg NO3 --N)이 요구되어 전체적으로 높은 유지 관리 비용이 소요되는 문제점이 있다.Conventional technologies adopting the SBR method include Korean Patent No. 1023479, 'Continuous Batch Denitrification Method and Apparatus for Wastewater, Wastewater Wastewater Treatment Device Using Microorganism Carriers and Chemicals' and Japanese Patent No. 5347221 , 'A method and apparatus for treating a nitrogen-containing liquid', and the like. FIG. 2 shows an SBR reaction tank shown in Japanese Patent No. 5347221 in the prior art. According to a conventional SBR reaction tank for treating such a high concentration nitrogen-containing wastewater, an enormous amount of oxygen (About 4.57 kg O 2 / kg NH 4 + -N), as well as additional processing and equipment for the additional supply of alkalinity. In the denitrification process, external carbon source injection (3-6 kg COD / kg NO &lt; 3 &gt; - &lt; - &gt;) is required, which requires a high maintenance cost as a whole.

이에 본 발명을 통해, 기존 SBR공법에 따른 질소처리시스템이 가지고 있는 단점을 극복하면서 수처리에 필요한 에너지 사용량을 효과적으로 절감하고, 외부 탄소원 또는 알칼리도의 주입 없이도 질소제거율을 극대화할 수 있는 고효율 질소제거방법을 제공하고자 한다.Thus, the present invention overcomes the disadvantages of the conventional nitrogen removal system according to the existing SBR process, effectively reducing the energy consumption required for water treatment, and maximizing the nitrogen removal rate without injecting an external carbon source or alkalinity. .

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 구현예는 원수의 유입, 반응, 침전 및 배출 단계가 하나의 단일 반응조 내에서 수행되는 연속회분식반응조(SBR, Sequencing Batch Reactor) 형식의 수처리 방법으로서, 상기 유입 및 반응 단계가 하기 (S1) 내지 (S3) 단계를 하나의 반응 주기로 하여 4회 이상 반복 수행되는 것을 특징으로 하는 폐수 내 질소 제거 방법이다:A preferred embodiment of the present invention for solving the above problems is a water treatment method of a sequencing batch reactor (SBR) type in which raw water inflow, reaction, precipitation and discharge are carried out in one single reaction tank, And the reaction step is repeatedly carried out four times or more with one reaction cycle as the following steps (S1) to (S3):

(S1) 하기 식 1에 의해 유입량이 계산된 원수를 단일 반응조 내 반응수로 유입하는 단계; (S2) 상기 원수가 유입된 반응수를 탈질 및 혐기성 암모늄 산화시키는 단계; 및 (S3) 상기 탈질 및 혐기성 암모늄 산화시킨 반응수에 산소를 주입하여 반응수를 부분 아질산화시키는 단계. (S1) introducing raw water whose inflow amount is calculated by the following formula 1 into the reaction water in a single reaction tank; (S2) denitrifying the reacted water into which the raw water flows and anaerobic ammonium oxidation; And (S3) injecting oxygen into the denitrification and anaerobic ammonium oxidation reaction to partially nitrify the reaction water.

<식 1><Formula 1>

Figure 112016049616669-pat00001
Figure 112016049616669-pat00001

상기 식 1에서 A는 원수 유입으로 인한 반응수 내 NH4 +-N의 목표 상승 농도로서 10 내지 40mg/L로 설정되는 값이며, 원수 유입전 반응수 부피는 반응 주기별로 원수가 유입되기 전 반응조에 존재하는 반응수의 부피를 의미한다.In Equation 1, A is a target rising concentration of NH 4 + -N in the reaction water due to the inflow of raw water, and is set to 10 to 40 mg / L. The volume of the reaction water before the raw water is supplied to the reaction tank Quot; means the volume of the reaction water present in the water.

상기 구현예에 따른 원수는 하수처리장 혐기성 소화조 탈리액인 반류수, 쓰레기 매립장의 침출수, 음폐수 및 축사폐수로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 폐수이며, C/N비(유기물 내 탄소함량을 질소 함량으로 나눈 비)가 0.4 내지 2인 것일 수 있다.The raw water according to this embodiment is at least one wastewater selected from the group consisting of reflux water, leachate of waste landfill, leachate of waste landfill, and housing wastewater, which is a desalination liquid of an anaerobic digestion tank of a sewage treatment plant. The C / N ratio (carbon content in organic matter is expressed by nitrogen content Divided by the total number of carbon atoms) is 0.4 to 2.

또한, 상기 구현예에 따른 유입 및 반응은 (S1) 내지 (S3) 단계를 하나의 반응 주기로 하여 반복 수행되다가 하기 식 2를 만족하는 최대 X 회차에서 종료되며, 이때, (S1)에 의한 원수의 최초 유입은 반응조 총 용량 기준 50 내지 80용량%의 반응수가 존재하는 초기 상태에서 시작되는 것일 수 있다.In addition, the inflow and the reaction according to the above embodiment are repeated with the steps of S1 to S3 as one reaction cycle and then terminated at the maximum X times satisfying the following formula 2, The initial introduction may be initiated in the initial state in which there is 50 to 80% by volume of the reaction water based on the total amount of the reaction tank.

<식 2><Formula 2>

Figure 112016049616669-pat00002
Figure 112016049616669-pat00002

상기 식 2에서 n은 원수의 유입 회차 수, Vn은 n회차시 원수 유입량을 의미하며, 유입전 반응조 잔여 용량은 반응조 총 용량에서 최초 원수 유입 전 반응조에 존재하는 반응수의 용량을 제외한 값을 의미한다.In Equation 2, n represents the number of the inflow of raw water, and Vn represents the inflow of raw water at the n-th turn. The remaining capacity of the reactor before the introduction means a value excluding the capacity of the reactors present in the reactor before the first raw water is introduced do.

상기 구현예에 따른 배출단계에서는 반응조 내 반응수의 상등액 20% 내지 50%가 배출되며, 배출이 종료된 이후, 상기 유입 및 반응 단계가 다시 시작되는 것일 수 있다.In the discharge step according to this embodiment, 20% to 50% of the supernatant of the reaction water in the reaction tank is discharged, and the inflow and reaction steps are restarted after the discharge is completed.

아울러, 상기 구현예에 따른 (S3)단계에서 산소는 단일 반응조 내 반응수의 NO2 --N 농도가 0.5mg/L이하인 어느 한 시점에서 주입되기 시작하고, 단일 반응조 내 반응수의 DO(용존산소 농도량)는 0.2 mg/L 내지 0.7mg/L로 유지되도록 주입되는 것이며, 원수 유입으로 인한 반응수 내 NH4 +-N의 목표 상승 농도(A) 대비 단일 반응조 내 부분 아질산화 반응에 의하여 생성되는 NO2 --N농도의 비가 0.4 내지 0.6이 되는 어느 한 시점에서 주입이 종료되는 것일 수 있다.In addition, in (S3) step according to the embodiment, oxygen is one of the number of NO 2 in the reaction tank - and the -N concentration starts to inject at any one time 0.5mg / L or less, DO (dissolved in the reaction can be a single tank (A) of the NH 4 + -N in the reaction water due to the influx of the raw water is controlled by the partial nitrification reaction in the single reaction tank The injection may be terminated at any point in time when the ratio of the produced NO 2 - N concentration becomes 0.4 to 0.6.

상기 구현예에 따른 (S2)단계에서의 탈질반응은 Pseudomonas, Bacillus, Spirillum, Hyphomicrobium, Agrobacterium, Acinetobacter, Propionibacterium, Rhizobium, Corynebacterium, Cytophaga, Thiobacillus, Alcaligenes, Pseudomonas fluorescens, P. Aeruginosa, P. denitrificans, Alcaligenes sp., Curvibacter delicatus, Acidovorax defluvii, Dokdonella koreensis, Dokdonella koreensis, Flavobacterium limicola, Terrimonas ferruginea, Terrimonas lutea 으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 종속영양 탈질균에 의한 것일 수 있고, (S2)단계에서의 혐기성 암모늄 산화 반응은 Candidatus Brocadia anammoxidans, Candidatus Kuenenia stuttgartiensis, Candidatus Scalindua wagneri, Candidatus Anammoxoglobus propionicus로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 혐기성 암모니아 산화균에 의한 것일 수 있으며, (S3)단계에서의 부분 아질산화 반응은 Nitrosomonas europaea, Nitrosococcus mobilis, Nitrosomonas nitrosa, Nitrosomonas cryotolerans으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 아질산화균에 의한 것일 수 있다.The denitrification reaction in step (S2) according to the above embodiment may be carried out in the same manner as in the step (S2), except that the denitrification is carried out in the same manner as in the step (S2), except for the denitrification in step S2) the denitrification may be caused by at least one heterotrophic denitrifying bacteria selected from the group consisting of Salmonella spp., Curvibacter delicatus, Acidovorax defluvii, Dokdonella koreensis, Dokdonella koreensis, Flavobacterium limicola, Terrimonas ferruginea and Terrimonas lutea, and the anaerobic ammonium oxidation The reaction may be caused by one or more anaerobic ammonium oxidizing bacteria selected from the group consisting of Candidatus Brocadia anammoxidans, Candidatus Kuenenia stuttgartiensis, Candidatus Scalindua wagneri and Candidatus Anammoxoglobus propionicus, and the partial nitrification reaction in step (S3) may be Nitrosomonas europaea, Nitrosococcus mobilis, Nitrosomonas nitr osa, Nitrosomonas cryotolerans, and the like.

본 발명에 따르면 단일반응조 내에서 외부 탄소원 또는 알칼리도의 주입 없이도 종속 영양 탈질반응, 혐기성 암모늄 산화반응 및 부분 아질산화 반응을 연속적으로 일어나게 유도함으로써, 50% 이상 에너지 사용을 절감하면서 90%이상 질소 제거율을 달성할 수 있는 고효율 질소 제거 방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, the heterotrophic denitrification reaction, the anaerobic ammonium oxidation reaction and the partial nitrification reaction are successively induced in the single reaction tank without injecting the external carbon source or alkalinity, thereby reducing the nitrogen use rate by more than 90% It is possible to provide a high-efficiency nitrogen removal method that can be achieved.

도 1은 기존 A2O 공법에 의한 수처리 과정을 나타낸 모식도이다.
도 2는 일본 등록특허 제5347221호에 도시된 SBR 공법에 의한 종래 수처리 장치를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명을 실시하기 위한 수처리 장치인 단일 반응기를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 질소 제거 시, (S1) 내지 (S3)단계 반응 주기에 따른 단일 반응기내에서 나타나는 질소화합물(암모늄 및 아질산염) 및 알칼리도의 거동을 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 질소 제거 시, (S1) 내지 (S3)단계 반응 주기에 따른 단일 반응기내에서 나타나는 pH, ORP 및 DO의 거동을 보여주는 그래프이다.1 is a schematic view showing a water treatment process by the existing A 2 O method.
Fig. 2 shows a conventional water treatment apparatus according to the SBR method shown in Japanese Patent No. 5347221.
3 is a cross-sectional view showing a single reactor which is a water treatment apparatus for practicing the present invention.
4 is a graph showing the behavior of nitrogen compounds (ammonium and nitrite) and alkalinity in a single reactor according to the reaction cycles (S1) to (S3) during nitrogen removal according to the present invention.
FIG. 5 is a graph showing the behavior of pH, ORP and DO in a single reactor according to the reaction periods (S1) to (S3) during nitrogen removal according to the present invention.

본 발명은 원수의 유입, 반응, 침전 및 배출 단계가 하나의 단일 반응조 내에서 수행되는 연속회분식반응조(SBR, Sequencing Batch Reactor) 형식의 수처리 방법으로서, 상기 유입 및 반응 단계가 침전 단계로 넘어가기 전 4회 이상 반복 수행되는 것을 특징으로 하는 폐수 내 질소 제거 방법을 제공하는 것이다. The present invention is a water treatment method of a sequencing batch reactor (SBR) type in which raw water is introduced, reacted, precipitated and discharged in a single reaction tank, And then repeatedly carried out four or more times.

본 발명에서 상기 유입 및 반응 단계를 4회 이상 반복시키는 주된 이유 중 하나는 통상 국내외 소화조가 설치된 하수 처리장의 반류수내 NH4 +-N의 농도가 400~1000mg/L이기 때문이나 이와 같은 이유에 한정되는 것은 아니며, 질소제거가 요구되는 원수를 대상으로 본 발명의 공통된 효과가 안정적으로 얻어질 수 있는 횟수가 최소 4회일 수 있음으로 이해하는 것이 바람직하다.One of the main reasons why the inflow and the reaction step is repeated four or more times in the present invention is that the concentration of NH 4 + -N in the recirculating water of the sewage treatment plant where the digester is installed usually ranges from 400 to 1000 mg / And it is preferable to understand that the number of times that the common effect of the present invention can be stably obtained for the raw water requiring nitrogen removal is at least 4 times.

본 발명은 도 3과 같은 단일 반응조(101)를 통해 수행될 수 있으며, 유입수 펌프(120)를 통해 끌어 올린 원수를 단일반응기의 유입구(121)를 통해 반응조 내로 주입하고, 교반장치(130)를 작동시켜 반응수를 교반하면서 반응수 내 존재하는 미생물 특히, 아질산화균, 혐기성 암모니아 산화균 및 종속영양 탈질균의 존재하에 탈질, 혐기성 암모니아 산화 및 부분질산화 반응을 수행한다. The present invention can be carried out through a single reaction tank 101 as shown in FIG. 3. The raw water drawn up through the influent pump 120 is injected into the reaction tank through the inlet 121 of a single reactor, Anaerobic ammonia oxidation and partial nitrification reaction in the presence of the microorganisms present in the reaction water, in particular, nitrite bacteria, anaerobic ammonium oxidizing bacteria and heterotrophic denitrifying bacteria, while stirring the reaction water.

특히, 본 발명에서 유입 및 반응 단계는: (S1)원수를 단일 반응조 내 반응수로 유입하는 단계; (S2)상기 원수가 유입된 반응수를 탈질 및 혐기성 암모늄 산화시키는 단계; 및 (S3)상기 탈질 및 혐기성 암모늄 산화시킨 반응수에 산소를 주입하여 반응수를 부분 아질산화시키는 단계를 하나의 반응 주기로 하여 반복 수행되는 것으로, 상기 (S1) 단계에서 단일 반응조 내 반응수로 유입되는 원수는 하기 식 1에 의해 유입량이 계산되는 것이 바람직하다.In particular, in the present invention, the influent and reaction step comprises the steps of: (S1) introducing raw water into the reaction water in a single reaction tank; (S2) denitrifying the reacted water into which the raw water flows and anaerobic ammonium oxidation; And (S3) injecting oxygen into the denitrification and anaerobic ammonium oxidation reaction to carry out partial nitrification of the reaction water as one reaction cycle. In the step (S1), the reaction water is introduced into the reaction water in the single reaction tank The raw water is preferably calculated by the following equation (1).

<식 1><Formula 1>

Figure 112016049616669-pat00003
Figure 112016049616669-pat00003

본 발명의 상기 식 1에서 A는 원수 유입으로 인한 반응수 내 NH4 +-N의 목표 상승 농도로서 10 내지 40mg/L로 설정되는 값이다. 보다 구체적으로 본 발명에서는 수처리 과정에서 NH4 +-N를 소모하여 NO2 --N를 발생시키는 부분 아질산화 반응이 수행되는데, 만약, 원수를 일괄적으로 주입하거나 반응 주기별 원수 유입량을 조절하지 않을 경우, 유입 NH4 +-N농도와 비례하여 반응수내 NO2 --N농도가 급격히 증가하게 된다. 생성된 NO2 ―-N의 농도는 혐기성 암모늄 산화균의 활성도 저해에 영향을 미칠 수 있으므로 본 발명에서는 반응수내 부분 아질산화 반응에 의하여 생성되는 NO2 --N의 농도를 20mg/L이하, 보다 바람직하게는 5~20mg/L로 제한 및 유지하기 위하여 상기 원수 유입으로 인한 반응수 내 NH4 +-N의 목표 상승 농도 값 A를 10 내지 40mg/L로 설정하는 것이다.In the formula 1 of the present invention, A is a target elevation concentration of NH 4 + -N in the reaction water due to the inflow of raw water, and is a value set to 10 to 40 mg / L. More specifically, the present invention consumes the NH 4 + -N in the water treatment process, NO 2 - part nitrite-forming reaction is performed to generate -N, If not implanted or controlling the reaction period by the raw water inflow raw water in a batch , The NO 2 - N concentration in the reaction water increases rapidly in proportion to the influent NH 4 + -N concentration. Since the concentration of NO 2 - -N produced may affect the inhibition of the activity of the anaerobic ammonium oxidizing bacteria, in the present invention, the concentration of NO 2 - N produced by the partial nitrification reaction in the reaction water is lower than 20 mg / L The target ascending concentration value A of NH 4 + -N in the reaction water due to the raw water inflow is set to 10 to 40 mg /

또한, 상기 식 1에서 원수 유입전 반응수 부피는 반응 주기별로 원수가 유입되기 전 반응조에 존재하는 반응수의 부피를 의미하는 것으로, 예를 들어 임의의 주기가 끝난 후 새로운 반응 주기가 시작될 때 원수 유입전 반응수 부피는 이전 주기에서 유입된 원수량이 더해진 값으로 변하게 된다.In addition, the volume of the reaction water before the introduction of the raw water in the formula 1 means the volume of the reaction water existing in the reaction tank before the raw water is introduced per reaction cycle. For example, when a new reaction cycle starts, The volume of the reaction water before the introduction is changed to the value obtained by adding the raw water introduced in the previous cycle.

본 발명의 폐수 내 질소 제거 방법에 있어서, 반응 주기별 원수 유입량을 상기 식 1을 만족하도록 제어하는 것과 상기 (S1) 내지 (S3)단계를 하나의 반응 주기로 하여 유입 및 반응 단계를 반복적으로 수행하는 것은, 외부 탄소원 또는 알칼리도의 주입 없이도 종속 영양 탈질반응, 혐기성 암모늄 산화반응 및 부분 아질산화 반응을 연속적으로 일어나게 유도하기 위한 본 발명의 가장 중요한 특징이다.In the method for removing nitrogen in wastewater according to the present invention, it is preferable that the inflow and the reaction step are repeatedly performed by controlling the inflow amount of the raw water by the reaction period to satisfy the above-mentioned formula 1 and performing the above-mentioned steps (S1) Is the most important feature of the present invention for inducing heterotrophic denitrification, anaerobic ammonium oxidation and partial nitrification reactions continuously without the introduction of external carbon sources or alkalis.

기존의 질산화 및 탈질화 공법에 따른 수처리 방법에서는 질산화 과정에서 막대한 양의 산소가 요구(약 4.57kg O2/kg NH4 +-N)되는가 하면, 탄산 칼슘 주입 등의 알칼리도(alkalinity)제어를 위한 추가 공정 및 설비도 필요하며, 탈질과정에서는 산화된 질산염을 질소가스로 제거시키키 위해 메탄올과 같은 외부 탄소원 주입(3~6kg COD/kg NO3 --N)이 요구되어 전체적으로 높은 유지 관리 비용이 소요되는 등의 많은 기술적 한계가 존재하였다.In the conventional nitrification and denitrification method, an enormous amount of oxygen is required in the nitrification process (about 4.57 kg O 2 / kg NH 4 + -N), and in the case of the alkaline treatment such as calcium carbonate injection (3 ~ 6kg COD / kg NO 3 - -N) such as methanol is required to remove oxidized nitrate by nitrogen gas in the process of denitrification. There are many technical limitations, such as the need to use.

또한 종래 SBR계열 공법에 따르면, 시간적 분배를 통해 운전되는 운전 특성과, 질산화 이후 탈질화를 거쳐 제거되는 질소 제거 특성으로 인하여 반응조 대비 배출 비율과 질소 제거율이 반비례하는 단점이 있어, 점차 강화되고 있는 방류수 수질 기준을 준수하기 위한 고효율 질소 제거 시스템 구축에 어려움을 겪고 있었다.In addition, according to the conventional SBR-based method, there is a disadvantage in that the operation ratio of the SBR system is inversely proportional to the discharge rate and the nitrogen removal rate of the reactor due to the operation characteristics operated through the temporal distribution and the nitrogen removal characteristics after denitrification after nitrification. It has been difficult to construct a high-efficiency nitrogen removal system to comply with water quality standards.

하기 표 1은 종래 질산화 및 탈질화 공법에 따른 주반응식과 제거 가능한 질소 부하량, 질소 제거에 요구되는 유기 탄소원, 산소 및 에너지량, 그리고 잉여슬러지 발생량의 예를 정리하여 나타낸 것이다.Table 1 below shows an example of the main reaction formula according to the conventional nitrification and denitrification method and examples of the removable nitrogen loading amount, the organic carbon source, oxygen and energy amount required for nitrogen removal, and the excess sludge generation amount.

종래 질산화 및 탈질화 공법Conventional nitrification and denitrification method 주반응식Main reaction formula 질산화 반응: NH4 + + 1.5O2 → NO2 - + H2O + 2H+
NO2 + 0.5O2 → NO3 -
탈질화 반응: 6NO3 - + 5CH3OH + CO2 → 3N2 + 6HCO3 - + 7H2O Nitrification: NH 4 + + 1.5O 2 → NO 2 - + H 2 O + 2H +
NO 2 + 0.5 O 2 - &gt; NO 3 -
Denitrification: 6NO 3 - + 5CH 3 OH + CO 2 - > 3N 2 + 6HCO 3 - + 7H 2 O 제거 가능한 부하량Removable load 0.1~0.4 kg-N/m3d0.1 to 0.4 kg-N / m 3 d 유기탄소원Organic carbon source 2.3 kg MeOH/kg NH4 +-N 2.3 kg MeOH / kg NH 4 + -N 산소요구량Oxygen requirement 4.3 kg O2/kg NH4 +-N4.3 kg O 2 / kg NH 4 + -N 잉여슬러지 발생량Excess sludge generation amount 0.7 kg TSS/kg NH4 +-N 0.7 kg TSS / kg NH 4 + -N 필요 에너지Required Energy 2.8 kwh/kg N2.8 kWh / kg N

반면, 본 발명의 질소 제거 방법에 따르면, 원수 유입량을 상기 식 1을 만족하도록 제어함으로써, 단일 반응조 내 NH4 +-N와 부분 아질산화 반응에 의해 생성되는 NO2 --N의 농도는 물론, 이에 따른 주 반응미생물의 활성도를 안정적으로 유지될 수 있도록 하여, 외부 탄소원 또는 알칼리도의 주입없이 상기 (S1) 내지 (S3)단계의 반복 수행만으로 질소를 고효율로 제거할 수 있게 된다.On the other hand, according to the nitrogen removal method of the present invention, by controlling the raw water inflow to satisfy the formula 1, the concentration of NO 2 - -N generated by the partial nitrification reaction with NH 4 + -N in the single reaction bath, The activity of the main reaction microorganisms can be stably maintained, and nitrogen can be removed with high efficiency only by repeating the steps (S1) to (S3) without injecting an external carbon source or alkalinity.

이하, 본 발명의 질소제거과정을 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the nitrogen removal process of the present invention will be described in more detail.

본 발명의 (S1) 내지 (S3)단계에서는 다음 반응식 1 내지 3과 같이 종속 영양 탈질반응, 혐기성 암모늄 산화반응 및 부분 아질산화 반응이 일어난다.In the steps (S1) to (S3) of the present invention, heterotrophic denitrification, anaerobic ammonium oxidation and partial nitrification reactions occur as shown in the following reaction formulas 1 to 3.

반응식 1 : 0.26NO3 - + 0.22H3OH + 0.04CO2 → 0.13N 2 + 0.26HCO3 - + 0.3H2O Reaction 1 : 0.26NO 3 - + 0.22H 3 OH + 0.04CO 2 - > 0.13N 2 + 0.26HCO 3 - + 0.3H 2 O

반응식 2 : NH4 + + 1.32NO2 - + 0.066HCO3 - + 0.13H+ Scheme 2: NH 4 + + 1.32NO 2 - + 0.066HCO 3 - + 0.13H +

→ 0.26NO3 - + 1.02N 2 + 0.066CH2O0 . 5N0 .15 + 2.03H2O → 0.26NO 3 - + 1.02N 2 + 0.066CH 2 O 0. 5 N 0 .15 + 2.03H 2 O

반응식 3 : NH4 + + 0.75O2 + HCO3 - → 0.5NH4 + + 0.5NO2 - + 1.5H2O + CO2 Scheme 3: NH 4 + + 0.75O 2 + HCO 3 - → 0.5NH 4 + + 0.5NO 2 - + 1.5H 2 O + CO 2

보다 구체적으로는 (S2)단계에서 상기 반응식 1에 의한 탈질반응 및 반응식 2에 의한 혐기성 암모늄 산화 반응이 일어나며, (S3)단계에서 상기 반응식 3에 의한 부분 아질산화 반응이 일어난다.More specifically, the denitrification reaction according to the reaction formula 1 and the anaerobic ammonium oxidation reaction according to the reaction formula 2 occur in the step (S2), and the partial nitrification reaction according to the reaction formula 3 occurs in the step (S3).

이때, 상기 (S2)단계에서의 탈질반응은 종속영양 탈질균에 의해 일어나는 반응이며, 종속영양 탈질균은 Pseudomonas, Bacillus, Spirillum, Hyphomicrobium, Agrobacterium, Acinetobacter, Propionibacterium, Rhizobium, Corynebacterium, Cytophaga, Thiobacillus, Alcaligenes, Pseudomonas fluorescens, P. Aeruginosa, P. denitrificans, Alcaligenes sp., Curvibacter delicatus, Acidovorax defluvii, Dokdonella koreensis, Dokdonella koreensis, Flavobacterium limicola, Terrimonas ferruginea, Terrimonas lutea으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다.The denitrification reaction in step (S2) is a reaction caused by heterotrophic denitrifying bacteria. The heterotrophic denitrifying bacteria are Pseudomonas, Bacillus, Spirillum, Hyphomicrobium, Agrobacterium, Acinetobacter, Propionibacterium, Rhizobium, Corynebacterium, Cytophaga, Thiobacillus, Alcaligenes At least one member selected from the group consisting of Pseudomonas fluorescens, P. aeruginosa, P. denitrificans, Alcaligenes sp., Curvibacter delicatus, Acidovorax defluvii, Dokdonella koreensis, Dokdonella koreensis, Flavobacterium limicola, Terrimonas ferruginea and Terrimonas lutea.

또, 상기 (S2)단계에서의 혐기성 암모늄 산화 반응은 아나목스로 총칭될 수 있는 혐기성 암모니아 산화균에 의해 일어나는 반응이며, 아나목스 균 즉, 혐기성 암모니아 산화균으로는 Candidatus Brocadia anammoxidans, Candidatus Kuenenia stuttgartiensis, Candidatus Scalindua wagneri, Candidatus Anammoxoglobus propionicus로 이루어진 군으로부터 1 종 이상이 선택될 수 있다.The anaerobic ammonium oxidation reaction in the step (S2) is a reaction caused by the anaerobic ammonium oxidizing bacteria which can be collectively referred to as anammox. As the anaerobic ammonium oxidizing bacteria, Candidatus Brocadia anammoxidans, Candidatus Kuenenia stuttgartiensis, Candidatus Scalindua wagneri, Candidatus Anammoxoglobus propionicus, and the like.

마지막으로 상기 (S3)단계에서의 부분 아질산화 반응은 Nitrosomonas europaea, Nitrosococcus mobilis, Nitrosomonas nitrosa, Nitrosomonas cryotolerans으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 아질산화균에 의해 일어나는 반응인 것이 바람직하다. Finally, the partial nitrification reaction in step (S3) is preferably a reaction caused by at least one nitrifying bacteria selected from the group consisting of Nitrosomonas europaea, Nitrosococcus mobilis, Nitrosomonas nitrosa and Nitrosomonas cryotolerans.

만약, 반응 주기별 원수 유입량이 상기 식 1을 만족하도록 제어하지 않을 경우, 반응조 내부 NO2 --N 농도의 축적을 초래하여 (S1)내지 (S3)단계를 반응 주기로 하는 반응 시스템을 안정적으로 유지하기 어렵게 만드는 원인으로 작용하게 된다. 즉, 결과적으로 (S3)단계에서 생성되는 NO2 --N의 농도를 20mg/L이하로 유지하지 못하게 되어 이로 인해 NO2 --N의 독성 영향에 민감한 혐기성 암모늄 산화균에 의해 수행되는 (S2)반응을 안정적으로 유지하기 어렵게 되는 것이다.If the raw water inflow amount per reaction cycle is not controlled so as to satisfy the above formula 1, it is possible to stably maintain the reaction system in which the NO 2 - N concentration in the reaction tank is accumulated and the reaction cycles (S 1) to (S 3) It becomes a cause of making it difficult to do. That is, as a result, the concentration of NO 2 - N produced in step (S3) can not be maintained at 20 mg / L or less, and thereby, the effect of the anaerobic ammonium oxidizing bacteria sensitive to the toxic effect of NO 2 - It is difficult to stably maintain the reaction.

그러나, 본 발명에서는 상기 식 1에 따른 원수 유입량 조절을 통해 반응조로 유입되는 NH4 +-N 량을 일정하게 조절할 수 있다. 이는 (S3) 단계를 거친 후 생성되는 NO2 --N 농도를 20mg/L 이하로 유지할 수 있으며, (S2) 반응의 부산물로서 생성되는 NO3 --N 농도 또한 4mg/L 이하로 유지할 수 있음을 의미한다. 이로 인해 (S1) 내지 (S3) 단계를 반응 주기로 하는 유입 및 반응 단계가 여러 차례 거듭되어 수행되더라도 기질 농도가 비교적 균일하게 유지되기 때문에 상기 반응식 1 내지 3의 반응을 유도하는 각 미생물의 활성도를 안정적으로 유지할 수 있게 된다.However, in the present invention, the amount of NH 4 + -N introduced into the reaction tank can be controlled by adjusting the raw water inflow amount according to Equation (1). This can keep the concentration of NO 2 - N produced after step (S3) below 20 mg / L, and the concentration of NO 3 - N produced as a byproduct of (S2) reaction can also be kept below 4 mg / L . Therefore, even if the inflow and the reaction steps in which the steps (S1) to (S3) are set as the reaction cycle are repeatedly performed, the activity of each microorganism inducing the reactions of the reaction formulas 1 to 3 is stable . &Lt; / RTI &gt;

본 발명에서 상기 원수는 질소제거가 요구되는 대상처리수로서, 하수처리장 혐기성 소화조 탈리액인 반류수, 쓰레기 매립장의 침출수, 음폐수 및 축사폐수로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 폐수이며, 이때 상기 폐수의 C/N비(유기물 내 탄소함량을 질소 함량으로 나눈 비)는 2이하, 바람직하게는 0.4 내지 2를 만족하는 것이 좋다. C/N 비가 0.4 미만일 경우, 탄소원의 부족으로 반응식 1에 의한 탈질 반응이 일어날 수 없고, C/N비가 2를 초과할 경우 반응식 2의 반응에 의해 소모되어야할 NO2 --N가 반응식 1의 탈질 반응에서 소모되기 때문에 암모니아가 제거되지 않고 계속 축적되는 문제가 발생할 수 있다. In the present invention, the raw water is at least one wastewater selected from the group consisting of reflux water, leachate in a landfill, negative wastewater, and housing wastewater, which is a desalination liquid of an anaerobic digestion tank of a sewage treatment plant, It is preferable that the C / N ratio (the ratio of the carbon content in the organic matter divided by the nitrogen content) is 2 or less, preferably 0.4 to 2. If the C / N ratio is less than 0.4, there may occur denitrification by scheme 1 to the lack of carbon source, C / N NO 2 If the ratio exceeds 2, to be consumed by the reactions of Scheme 2 of scheme 1 is -N It is consumed in the denitrification reaction, so that ammonia may not be removed and accumulation may continue.

한편, 본 발명에서 상기 유입 및 반응은 상기 (S1) 내지 (S3) 단계를 하나의 반응 주기로 하여 반복 수행되다가 하기 식 2를 만족하는 최대 X 회차에서 종료되는 것이 바람직하다. Meanwhile, in the present invention, it is preferable that the inflow and the reaction are repeatedly performed in one reaction cycle from the steps (S1) to (S3), and then terminated at the maximum X number of times satisfying the following formula (2).

<식 2><Formula 2>

Figure 112016049616669-pat00004
Figure 112016049616669-pat00004

상기 식 2에서 n은 원수의 유입 회차 수, Vn은 n회차시 원수 유입량을 의미하며, 초기 반응조 잔여 용량은 반응조 총 용량에서 원수 유입 전 초기 상태 반응조에 존재하는 반응수의 용량을 제외한 값, 즉 원수의 최초 유입전 반응수 잔여부피를 의미한다.In the equation 2, n represents the number of inflows of raw water and Vn represents the inflow of raw water at the time of n turns. The initial reactor residual capacity is a value obtained by subtracting the capacity of the reactor water present in the initial state reactor before introduction of raw water from the total reactor capacity, Means the remaining volume of the reaction water before the initial introduction of the raw water.

여기서 상기 (S1)에 의한 원수의 최초 유입은 반응조 총 용량 기준 50 내지 80용량%의 반응수가 존재하는 초기 상태에서 시작되는 것이 바람직하다. 즉, 초기 상태에서 반응조 내부 잔여용량은 반응조 총 용량의 20 내지 50%인 것이 바람직한데, 잔여용량이 20%에 미치지 못할 경우 처리량이 현저히 줄어들어 효율이 떨어지고, 50%를 초과할 경우에는 경우에는 침전 슬러지 유출에 따른 미생물이 손실이 우려될 수 있다.Here, it is preferable that the initial introduction of raw water by the step (S1) starts in an initial state in which 50 to 80% by volume of reaction water exists based on the total capacity of the reaction tank. That is, in the initial state, it is preferable that the remaining capacity in the reaction tank is 20 to 50% of the total capacity of the reaction tank. If the remaining capacity is less than 20%, the throughput is remarkably decreased and the efficiency is lowered. The microbes may be lost due to sludge leakage.

또한, 본 발명에서는 이를 고려하여 (S1) 내지 (S3)의 반응 주기가 모두 종료된 후, 배출단계에서 반응조 내 반응수의 상등액 20 내지 50%를 배출하는 것이 바람직하다. 이와 같이 배출이 종료되면, 반응조 내는 수처리 초기 상태가 되므로 다시 유입 및 반응 단계를 수행할 수 있게 되는 것이다. 여기서 반응조의 잔여용량은 도 3에 표기된 수위측정장비(160)를 통해 알수 있으며, 배출은 반출수 펌프(150) 및 반출구(121)을 통해 이루어질 수 있다.Further, in the present invention, it is preferable to discharge 20 to 50% of the supernatant of the reaction water in the reaction tank in the discharge step after the reaction cycles of (S1) to (S3) are all completed. When the discharge is completed as described above, the inside of the reaction tank is in an initial state of water treatment, so that the inflow and reaction steps can be performed again. Here, the remaining capacity of the reaction tank can be known through the level measuring instrument 160 shown in FIG. 3, and the discharge can be performed through the carry-out water pump 150 and the dispensing opening 121.

한편, 본 발명에 따른 질소 제거과정에서는 상기 식 1에 의해 원수의 주입량을 제어하는 것 이외에, (S3)단계에서 산소 주입을 적절히 제어하는 것 또한 질소 제거에 중요한 영향을 미칠 수 있다. 상기 산소는 단일반응조(101)의 에어펌프(140) 및 폭기 장치(141)에 의해 반응조 내 반응수로 주입될 수 있다. Meanwhile, in the nitrogen removal process according to the present invention, besides controlling the injection amount of the raw water by the formula 1, it is also possible to appropriately control the oxygen implantation in the step S3, which may also have an important influence on the nitrogen removal. The oxygen can be injected into the reaction water in the reaction tank by the air pump 140 and the aeration device 141 of the single reaction tank 101.

본 발명의 (S3)단계에서 산소의 주입은 단일 반응조 내 반응수의 NO2 --N 농도가 0.5mg/L이하인 어느 한 시점에서 수행되고, 반응수의 DO(용존산소) 농도는 지속적인 모니터링 및 산소 공급량 조절 장치를 통하여 0.2 mg/L 내지 0.7mg/L 로 유지될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 산소 주입은 원수 유입으로 인한 반응수 내 NH4 +-N의 목표 상승 농도 대비 단일 반응조 내 부분 아질산화 반응에 의하여 생성되는 NO2 --N농도의 비가 0.4 내지 0.6이 되는 어느 한 시점에서 종료되는 것이 바람직하다.Injection of oxygen from (S3) is a step of a single NO 2 can be the reaction tank of the invention is -N concentration is carried out at any one time more than 0.5mg / L, DO (dissolved oxygen) concentration of the reaction and continuous monitoring It is preferable to maintain the concentration of oxygen at 0.2 mg / L to 0.7 mg / L through the oxygen supply regulator. In addition, the oxygen injection can be performed at any point in time that the ratio of the NO 2 - N concentration produced by the partial nitrification reaction in the single reactor to the target rising concentration of NH 4 + -N in the reaction water due to the influent water is 0.4 to 0.6 It is preferable to terminate the process.

만약, 상술한 바와 같이 용존 산소 농도를 적정 범위 이내로 제어하지 못할 경우, 종속영양탈질균, 혐기성 암모늄 산화균 및 호기성 암모니아 산화균 혼재하는 단일 반응조 내에서 용존 산소 농도에 강한 독성 영향을 띄는 혐기성 암모늄 산화균의 활성도가 저해될 수 있다. 뿐만 아니라, 부분 아질산화 반응에 의해서 생성되어 혐기성 암모늄 산화균의 기질로 이용되는 NO2 --N이 호기성 아질산염 산화균(주된 화학 반응식: NO2 - + 0.5O2 -> NO3 -)에 의해 NO3 --N으로 산화되어 (S1)내지 (S2)의 순화 주기가 반복되더라도 반응조내 질소 제거는 원활히 수행될 수 없게 된다.If the dissolved oxygen concentration can not be controlled within the proper range as described above, anaerobic ammonium oxidation which has a strong toxic effect on the dissolved oxygen concentration in a single reaction tank containing heterotrophic denitrifying bacteria, anaerobic ammonium oxidizing bacteria and aerobic oxidizing bacteria The activity of the bacteria may be inhibited. In addition, NO 2 - N, which is produced by partial nitrification and used as a substrate for anaerobic ammonium oxidizing bacteria, is oxidized by aerobic nitrite oxidizing bacteria (main chemical equation: NO 2 - + 0.5O 2 -> NO 3 - ) NO 3 - N, the nitrogen removal in the reaction tank can not be smoothly performed even if the purification cycles of (S1) to (S2) are repeated.

이때, D0는 일예로 도 3에 표기된 DO 측정 센서(112)를 통해 PLC(programmable logic controller, 110)로 정보가 보내져 pH 및 OPR 과 함께 지속적으로 모니터링할 수 있으며, 이외의 방법으로도 DO 측정은 가능하다. At this time, for example, information can be continuously sent to the PLC (programmable logic controller) 110 through the DO measurement sensor 112 shown in FIG. 3, and can be continuously monitored together with the pH and OPR. It is possible.

또한, 본 발명에서 산소 공급이 시작 또는 종료되는 시점을 산정하는 방법으로는 부분 아질산화 반응에 의해 변화되는 pH 또는 ORP 변동폭을 이용한 방법이 사용될 수 있다. 즉, 일정 기질 농도가 반응조내로 주입되는 본 발명의 특성에 의해, 도 5에서 볼 수 있듯이 생성 및 감소되는 NO2 --N 양에 비례하여 일정한 범위에서 감소 및 증가하는 pH와 ORP의 거동을 통해 산소 공급과 종료 시점을 파악할 수 있는 것이다. As a method for estimating the time point at which the oxygen supply is started or terminated in the present invention, a method using the pH or the fluctuation range of the ORP which is changed by the partial nitrification reaction may be used. That is, due to the characteristics of the present invention in which a certain substrate concentration is injected into the reaction tank, as shown in FIG. 5, the pH and ORP behaviors decrease and increase in a certain range in proportion to the amount of NO 2 - N produced and reduced The oxygen supply and the end point can be grasped.

하지만 이러한 방법에 제한되지 않고, 간단하게는 혐기성 암모늄 산화균 및 호기성 부분 아질산화균의 반응 속도(gN/gVSS/h)를 실측하여 미생물의 활성도를 측정함으로써, 산소 공급이 시작 또는 종료되는 시점을 산정할 수도 있다.However, the present invention is not limited to this method. In short, the reaction rate (gN / gVSS / h) of the anaerobic ammonium oxidizing bacteria and aerobic partial nitrite bacteria is measured and the activity of the microorganisms is measured. You may.

이와 같이 본 발명에 따라 폐수 내 질소 제거를 하게 될 경우, 하기 표 2와 같이 에너지 사용량을 현저히 저감하면서 질소 제거율을 90%이상 달성할 수 있다.As described above, when the nitrogen is removed from the wastewater according to the present invention, it is possible to achieve a nitrogen removal rate of 90% or more while remarkably reducing energy consumption as shown in Table 2 below.

본 발명Invention 주반응식
(혐기성 암모니아 산화반응)Main reaction formula
(Anaerobic ammonia oxidation reaction) NH4 + + 1.32NO2 - + 0.066HCO3 - + 0.13H+
→ 0.26NO3 - + 1.02N2 + 0.066CH2O0 . 5N0 .15 + 2.03H2ONH 4 + + 1.32NO 2 - + 0.066HCO 3 - + 0.13H +
→ 0.26NO 3 - + 1.02N 2 + 0.066CH 2 O 0. 5 N 0 .15 + 2.03H 2 O 제거 가능한 부하량Removable load 0.7~1.2 kg-N/m3d0.7 to 1.2 kg-N / m 3 d 유기탄소원Organic carbon source 0 kg MeOH/kg NH4 +-N 0 kg MeOH / kg NH 4 + -N 산소요구량Oxygen requirement 1.8 kg O2/kg NH4 +-N 1.8 kg O2 / kg NH 4 + -N 잉여슬러지 발생량Excess sludge generation amount 0.12 kg TSS/kg NH4 +-N 0.12 kg TSS / kg NH 4 + -N 필요 에너지Required Energy 1.1 kwh/kg N1.1 kWh / kg N

실시예Example

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are for the purpose of illustrating the present invention more specifically, and the present invention is not limited thereto.

제조예Manufacturing example : 원수의 제조: Production of raw water

실제 소화 슬러지 탈리액과 유사한 성상을 나타내는 합성폐수를 표 3과 같이 제조하였다. Synthetic wastewater showing properties similar to the actual digested sludge desalination liquid was prepared as shown in Table 3.

화학 기호Chemical symbol 한글명Korean name ConcentrationConcentration 농도(g/L)Concentration (g / L) 농도(mg/L)Concentration (mg / L) (NH4)2SO4 (4 NH) 2 SO 4 황산 암모늄Ammonium sulfate 3.33.3 700 NH4 +-N700 NH 4 + -N NaHCO3 NaHCO 3 탄산수소나트륨Sodium hydrogencarbonate 4.24.2 2,500 CaCO3 2,500 CaCO 3 C6H12O6 C 6 H 12 O 6 글루코스Glucose 0.380.38 300 CODCr 300 COD Cr KH2PO4 KH 2 PO 4 인산이수소칼륨Potassium dihydrogen phosphate 0.0270.027 66 MgSO47H2OMgSO 4 7H 2 O 황산마그네슘Magnesium sulfate 0.1230.123 1212 CaCl22H2OCaCl 2 2H 2 O 염화칼슘Calcium chloride 0.1760.176 4848 Trace element solution 1*Trace element solution 1 * 미량물질 1Trace material 1 1(ml/L)1 (ml / L) -- Trace element solution 2*Trace element solution 2 * 미량물질 2Trace material 2 1(ml/L)1 (ml / L) -- * Trace element solution 1 - 미량물질 1* Trace element solution 1 - Trace element 1 EDTAEDTA 이디티에이Edith Aie 5 5 FeSO47H2OFeSO 4 7H 2 O 황산철Iron sulfate 55 * Trace element solution 2 - 미량물질 2* Trace element solution 2 - Trace element 2 ZnSO47H2OZnSO 4 7H 2 O 황산아연Zinc sulfate 0.4300.430 CoCl26H2OCoCl 2 6H 2 O 염화코발트Cobalt chloride 0.2400.240 MnCl24H2OMnCl 2 4H 2 O 염화망간Manganese chloride 0.9900.990 CuSO45H2OCuSO 4 5H 2 O 황산구리Copper sulfate 0.2500.250 Na2MoO42H2ONa 2 MoO 4 2H 2 O 몰리브덴산나트륨Sodium molybdate 0.2200.220 NiCl26H2ONiCl 2 6H 2 O 염화니켈Nickel chloride 0.1900.190 Na2SeO410H2ONa 2 SeO 4 10H 2 O 셀렌산나트륨Sodium selenate 0.2100.210 H3BO3 H 3 BO 3 붕산Boric acid 0.0140.014

실시예Example

총 용량이 8L이고, 정상상태의 반응수가 60%(4.8L) 존재하는 반응조에, 상기 제조예의 원수(원수 내 실제 NH4 +-N농도=700mg/L, A=30mg/L)를 식 1에 의해 계산하여 총 11회 걸쳐 각각 215, 225, 235, 245, 256, 268, 280, 292, 305, 319, 333mL를 차등 공급하고, 각 원수 유입 때마다 (S1) 내지 (S3)단계를 하나의 반응 주기로 하여 총 11회 반응을 반복 수행하였다.(Raw NH 4 + -N concentration = 700 mg / L and A = 30 mg / L in the raw water) of the above production example was added to the reaction tank in which the total capacity was 8 L and the reaction rate in the steady state was 60% (4.8 L) (S1) to (S3) are carried out for each of the raw water inflows, and the flow rates of 215, 225, 235, 245, 256, 268, 280, 292, 305, The reaction was repeated 11 times in total.

그 결과 반응 주기별 반응기내 농도는 다음 표 4와 같았으며, 임의의 회차(반응 주기)에서 측정된 질소화합물 및 알칼리도의 거동을 파악한 결과는 하기 도 4와 같이 나타났다. 즉, (S1)단계에서 증가된 NH4 +-N의 농도는 (S2)와 (S3) 단계에서 혐기성 암모늄 산화 및 부분 아질산화균에 의하여 제거되는 것으로 나타났으며, 결과적으로 각 반응 주기 이후 잔류하는 NH4 +-N는 거의 유사한 농도 분포를 나타내었다. 또한 (S2)반응에 의한 부산물로서 생성되는 NO3 --N도 원수내 존재하는 소량의 유기물과 함께 (S1)반응에 의하여 효과적으로 제거됨으로써 각 반응 주기 이후 잔류하는 NO3 --N 농도 또한 매우 유사한 분포를 나타내었다. As a result, the concentration in the reactor according to the reaction cycle was as shown in Table 4, and the behavior of the nitrogen compound and the alkalinity measured at an arbitrary number of cycles (reaction cycle) was found as shown in FIG. That is, the concentration of NH 4 + -N increased in step (S1) was found to be removed by anaerobic ammonium oxidation and partial nitrite bacteria in steps (S2) and (S3), and as a result, NH 4 + -N showed almost similar concentration distribution. In addition, NO 3 generated likewise according to (S2) reaction - -N concentrations are also very similar - NO 3 -N FIG remaining after each reaction cycle being (S1) effectively removed by the reaction with a small amount of organic material present in the raw water Respectively.

　 NH4 +-N
(mg/L)NH 4 + -N
(mg / L) NO2 ―N
(mg/L)NO 2 - N
(mg / L) NO3 ―N
(mg/L)NO 3 - N
(mg / L) Alkalinity (CaCO3)Alkalinity (CaCO 3 ) CODCr COD Cr pHpH 1회1 time 34.234.2 0.860.86 3.53.5 290290 3333 7.547.54 2회Episode 2 35.235.2 0.950.95 2.12.1 315315 26.126.1 7.567.56 3회3rd time 35.935.9 0.310.31 3.13.1 295295 16.316.3 7.557.55 4회4 times 36.536.5 0.190.19 2.92.9 280280 29.129.1 7.537.53 5회5 times 33.233.2 0.550.55 2.52.5 275275 35.835.8 7.557.55 6회6 times 34.834.8 0.430.43 3.83.8 285285 34.934.9 7.587.58 7회7 times 33.933.9 0.450.45 4.14.1 300300 31.131.1 7.577.57 8회8 times 37.137.1 0.180.18 2.12.1 305305 30.930.9 7.617.61 9 회9 times 36.136.1 0.080.08 2.52.5 285285 32.832.8 7.607.60 10 회10 times 35.435.4 0.250.25 2.32.3 295295 30.630.6 7.597.59 11 회11 times 33.933.9 0.320.32 3.53.5 280280 35.235.2 7.577.57

이와 더불어 모니터링 시스템을 통해 임의의 회차에서의 pH 및 ORP 변동 폭을 측정하여 표 5 및 도 5에 구체적으로 나타내었다. 그 결과, (S1) 내지 (S3) 반응에 의하여 감소 및 증가된 pH 및 ORP값은 추가적인 조절 장치 없이 일정하게 유지되는 것으로 조사되었다.In addition, the pH and ORP fluctuation width at arbitrary intervals were measured through the monitoring system, and are specifically shown in Table 5 and FIG. As a result, it was found that the pH and ORP values decreased and increased by the (S1) to (S3) reaction were kept constant without additional regulator.

pHpH pH 변화pH change ORP (mV)ORP (mV) ORP 변화ORP change (S1)단계(S1) 7.597.59 7.627.62 +0.03+0.03 -18-18 -21-21 -3-3 (S2)단계(S2) 7.627.62 7.687.68 +0.06+0.06 -21-21 -50-50 -29-29 (S3)단계(S3) 7.687.68 7.597.59 -0.09-0.09 -50-50 -18-18 +32+32

최종적으로 질소, 질소화합물 및 유기물의 제거율은 다음 표 6을 통해 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 총 질소 제거 효율은 94.4%로 매우 높게 나타났으며, 평균 질소 제거 속도(NRR)또한 기존의 질산화 탈질화로 구성된 질소 제거 공법의 평균 질소 제거 속도 0.2kg/m3d에 비하여 약 2.2배 높은 0.5 kg/m3d로 나타났다. As can be seen from the following Table 6, the total nitrogen removal efficiency according to the present invention was as high as 94.4%, and the average nitrogen removal rate (NRR) the furnace was about 2.2 times as high as 0.5 kg / m 3 d compared to the average nitrogen removal rate 0.2kg / m 3 d of the nitrogen removal process is configured.

달성 수치Achievement figure Total nitrogen removal efficiency (%)Total nitrogen removal efficiency (%) 94.494.4 NLR (Nitrogen loading rate, kg/m3d)NLR (Nitrogen loading rate, kg / m 3 d) 0.530.53 NRR (Nitrogen removal rate, kg/m3d)NRR (Nitrogen removal rate, kg / m 3 d) 0.500.50

일반적인 SBR 공법에서는 유입 단계 이후 반응조내 잔류하는 질소 농도에 기반하여 질소 제거 효율이 산정되는데, 본 발명에서는 식 1에 의해 원수를 산정된 양만큼 여러 차례 분할 주입하기 때문에 반응조내 잔류하는 NH4 +-N의 농도를 설정치 이하로 유지할 수 있고, 이에 따라 부분 아질산화 반응에 의하여 제한적으로 생성되는 NO2 ―-N가 혐기성 암모늄 산화균에 의하여 안정적으로 제거되어 질소가 효과적으로 제거되는 것으로 나타났다. 또한 반복되는 반응 주기로 인하여 혐기성 암모늄 산화 반응의 부산물로 생성되는 NO3 ―-N가 원수내 제한적인 유기물질과 함께 효과적으로 제거되므로 결과적으로 질소 제거 효율이 우수한 것으로 확인되었다. In a typical SBR method there is a nitrogen removal efficiency, calculated on the basis of the concentration of nitrogen of the residual after the inlet phase reactor, in the present invention, the NH 4 + remaining inside the reactor, because several divided injection as much as the calculated amount of the raw water by a formula 1 - N concentration can be kept below the set value, so that NO 2 - N produced by the partial nitrification reaction is stably removed by the anaerobic ammonium oxidizing bacteria, and the nitrogen is effectively removed. Also, NO 3 - N produced as a byproduct of the anaerobic ammonium oxidation reaction due to the repeated reaction cycle is effectively removed together with limited organic substances in the raw water, and as a result, it is confirmed that the nitrogen removal efficiency is excellent.

비교예Comparative Example 1 One

한편, 상기 실시예와 동일한 장치를 이용하되, 기존 질소 제거 방법인 질산화 및 탈질화 방법을 기반으로 식 1의 계산법에 따르지 않고 원수를 한번에 주입하여 폐수 내 질소제거를 수행하였고, 그 결과에 따른 반응기내 질소화합물 및 유기물 제거율을 다음 표 7에 나타내었다. 단, 실제 소화슬러지 탈리액과 유사한 성상을 갖는 제조예의 경우에는 질산화 과정에서 요구되는 알칼리도와 탈질화 과정에서 요구되는 생분해가능 유기물의 농도가 현저히 부족하기 때문에 추가적인 알칼리도와 유기물질을 첨가(C/N비 3 이상)하여 실험을 수행하였다. On the other hand, based on the nitrification and denitrification method, which is a conventional method of removing nitrogen, the raw water is injected into the wastewater at once without using the calculation method of Equation 1, and the nitrogen removal is performed in the wastewater. The removal rates of nitrogen compounds and organic substances in the air are shown in Table 7 below. However, in the case of a production example having characteristics similar to the actual digestion sludge desalination liquid, since the alkalinity required in the nitrification process and the concentration of the biodegradable organic substance required in the denitrification process are insufficient, additional alkalinity and organic matter are added (C / N ratio 3 or more).

ParametersParameters 유입inflow 유출outflow NH4 +-N (mg/L)NH 4 + -N (mg / L) 700700 25.5 ~ 40.525.5 to 40.5 NO2 --N (mg/L) NO 2 - -N (mg / L ) 00 2.5 ~ 5.52.5 to 5.5 NO3 --N (mg/L) NO 3 - -N (mg / L ) 00 245 ~ 265245-265 Alkalinity (CaCO3)Alkalinity (CaCO 3 ) 5,0005,000 2150 ~ 2,5502150 ~ 2,550 CODCr COD Cr 2,1002,100 62 ~ 13062 ~ 130 pHpH 7.57.5 6.6 ~ 6.86.6 ~ 6.8 Total nitrogen removal efficiency (%)Total nitrogen removal efficiency (%) 58.358.3 NLR (Nitrogen loading rate, kg/m3d)NLR (Nitrogen loading rate, kg / m 3 d) 0.530.53 NRR (Nitrogen removal rate, kg/m3d)NRR (Nitrogen removal rate, kg / m 3 d) 0.310.31

단일 반응조 운전 결과, 추가적인 알칼리도 및 유기물을 공급하였음에도 불구하고 비교예 1에 따른 방법은 실시예에 비해 현저히 낮은 질소 제거율인 58.3%를 나타내었고, 동일한 유입수 질소 부하 0.53 kg/m3/d에 대해서도 질소 제거 속도는 0.31 kg/m3/d로 실시예 대비 낮은 질소 제거 효율을 나타내었다. As a result of the operation of the single reaction tank, the method according to Comparative Example 1 showed a remarkably low nitrogen removal rate of 58.3%, and the same influent nitrogen load of 0.53 kg / m 3 / d even though additional alkalinity and organic matter were supplied. The removal rate was 0.31 kg / m 3 / d, indicating a lower nitrogen removal efficiency than the example.

즉, 반응조 총 용량 대비 배출 용량 비율이 증가할수록 질소 제거율은 감소되기 때문에 비교예 1과 같이 기존 질소 제거 방법을 기반으로 단일 반응조 시스템을 운전할 경우 배출 비율과 반비례하여 질소 제거 효율이 현저히 감소될 수 밖에 없다. 이와 대비하여 상기 실시예에서는 일정량의 질소를 수차례에 걸쳐 공급하고 유입수 공급 횟수만큼 질산화 탈질화 반응이 아닌 (S1) 내지 (S3) 반응 주기가 수회 반복되므로 비교예와는 달리 높은 질소 제거 효율을 안정적으로 나타낸 것으로 판단되었다.That is, since the nitrogen removal rate decreases as the ratio of the capacity of the reaction tank to the total capacity of the reaction tank increases, when the single-tank system is operated based on the conventional nitrogen removal method as in Comparative Example 1, the nitrogen removal efficiency is inversely decreased none. Contrary to this, in the above embodiment, since a predetermined amount of nitrogen is supplied several times and the reaction cycles (S1) to (S3) are repeated several times instead of the denitrification denitration by the number of times of feeding the influent water, Respectively.

비교예Comparative Example 2  2

한편, 추가적으로 일본 특허 등록공보 제5347221호에 개시된 폐수 내 질소 제거 방법을 이용하여 수처리를 수행하였다. 일본 특허 등록공보 제5347221호에 개시된 방법에 따르면, 혐기성 암모늄 산화균과 호기성 암모늄 산화균이 고정화된 담체를 70L 반응조내에 충진하였고, 유입수 2회 분할을 원칙으로 제조예를 22L 및 18L 차등 공급함으로써 질소 제거 시스템을 구축하였다. 이때, 일본 특허에 개시된 바와 같이 DO농도가 3.0mg/L까지 상승한 시점을 산소 공급을 종료하는 시점으로 산정하여 반응조를 운전하였다. 또한, 단일 반응조 침전 단계 전에 혐기성 암모늄 산화균의 부산물로서 생성되는 NO3 --N을 제거하기 위하여 메탄올 추가적으로 공급하였으며, 탄산수소 나트륨을 이용하여 반응조내 pH를 7.5로 일정하게 유지하였다.On the other hand, water treatment was further performed using the nitrogen removal method in the wastewater disclosed in Japanese Patent Registration No. 5347221. According to the method disclosed in Japanese Patent Registration No. 5347221, a carrier immobilized with anaerobic ammonium oxidizing bacteria and aerobic ammonium oxidizing bacteria was filled in a 70 L reaction tank, and 22 L and 18 L were separately supplied to the preparation examples, Removal system. At this time, as described in the Japanese patent, the time point when the DO concentration rose to 3.0 mg / L was regarded as the time point when the oxygen supply was terminated, and the reaction tank was operated. In addition, methanol was additionally supplied to remove NO 3 - N produced as a byproduct of the anaerobic ammonium oxidizing bacteria before the single reaction tank settling step, and the pH in the reactor was kept constant at 7.5 using sodium bicarbonate.

이에 따른 질소 제거능을 평가한 결과는 하기 표 8과 같았다.The results of evaluating the nitrogen removal performance were as shown in Table 8 below.

ParametersParameters 유입inflow 유출outflow NH4 +-N (mg/L)NH 4 + -N (mg / L) 700700 7.5 ~ 15.27.5 to 15.2 NO2 --N (mg/L) NO 2 - -N (mg / L ) 00 0 ~ 20.10 to 20.1 NO3 --N (mg/L) NO 3 - -N (mg / L ) 00 19.0 ~ 25.519.0 to 25.5 Total nitrogen removal efficiency (%)Total nitrogen removal efficiency (%) 93.893.8

상기 결과를 살펴보기 앞서, 일본 특허 등록공보 제5347221호에 따른 비교예 2와 반응 주기별로 원수를 4회 이상 주입하는 본 발명의 수처리 운전 방법의 차이점을 살펴볼 필요가 있다. 먼저, 일본 특허의 경우 유입수의 2회 차등 공급을 원칙으로 할 뿐, 원수의 유입에 따른 각 회차별 반응조내 질소의 농도는 상이하다. 반면, 본 발명의 경우, 일정한 반응 주기가 반복 순환되는 공법으로서 미생물에 의하여 소모되는 기질의 농도를 일정하게 유지할 수 있어 반응 주기별 미생물의 활성도를 유지할 수 있다.Prior to examining the above results, it is necessary to examine the difference between Comparative Example 2 according to Japanese Patent Registration No. 5347221 and the water treatment operation method of the present invention in which raw water is injected more than four times according to a reaction cycle. First, in the case of Japanese patent, the principle is to supply the inflow water twice differentially, but the concentration of nitrogen in each reaction tank differs according to the inflow of raw water. On the other hand, in the case of the present invention, as a method in which a constant reaction cycle is repeatedly circulated, the concentration of the substrate consumed by the microorganisms can be kept constant, and the activity of the microorganisms can be maintained by the reaction cycle.

또한, 일본 특허의 경우 본 발명과는 달리 DO 농도가 3.0mg/L까지 상승한 시점을 상소 공급이 중단되는 시점으로 정하였는데, 이러한 용존 산소 농도 범위에서는 부분 아질산화 반응에 의하여 생성되는 NO2 --N는 혐기성 암모늄 산화균에 의해 NH4 +-N와 함께 제거되지 못하고 호기성 아질산염 산화균에 의하여 NO3 --N으로 산화될 가능성이 높다. In the case of Japanese Patent Application NO present invention that, unlike were positive when the DO concentration increased to 3.0mg / L in the time the feed is stopped appeal, produced by the nitrite-forming reaction part in such dissolved oxygen concentration range 2 - N can not be removed together with NH 4 + -N by anaerobic ammonium oxidizing bacteria, and is highly likely to be oxidized to NO 3 - N by aerobic nitrite oxidizing bacteria.

이에 따라, 높은 DO농도에서 운전되는 비교예 2의 경우 유출수내 NO3 --N의 농도는 혐기성 암모늄 산화균에 의해서만 생성되었다고 보기 어려우며, 0.7mg/L 이상의 용존 산소 농도 조건에서는 혐기성 암모늄 산화균의 활성도를 지속적으로 유지하기 어렵기 때문에 장기간 반응조 운영시 질소 제거 효율이 저하될 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 DO 농도를 0.2 내지 0.7 mg/L로 조절함으로써 혐기성 암모늄 산화 반응에 의해서만 NO3 --N이 생성되므로 단일 반응조내에서 안정적인 질소 제거가 가능하다. Accordingly, it is difficult to say that the concentration of NO 3 - -N in the effluent was only generated by the anaerobic ammonium oxidizing bacteria in the case of Comparative Example 2 operated at a high DO concentration. In the case of the dissolved oxygen concentration of 0.7 mg / L or more, It is difficult to maintain the activity constantly, so that the nitrogen removal efficiency may be lowered when the reaction tank is operated for a long period of time. However, in the present invention, adjusted to 0.2 to 0.7 mg / L the DO concentration of NO 3 only by the anaerobic ammonium oxidation reaction, so it is possible to create a stable -N nitrogen removal in a single reaction vessel.

다만, 그럼에도 불구하고 상기 표 8에 반영된 결과와 같이 비교에 2의 질소 제거 효율이 결과적으로 본 발명의 실시예와 유사한 정도로 나타난 것은 용존 산소에 대한 독성 영향을 상쇄할 수 있는 특정 담체를 사용하였기 때문이다. 또한, 일정 pH를 조절하기 위하여 추가적으로 탄산수소 나트륨을 주입하였고, 탈질화 반응을 위한 유기물질인 메탄올을 주입한 것으로 인해 본 발명과 유사한 질소 제거 효율을 달성할 수 있었던 것으로 판단된다.Nevertheless, as shown in the results reflected in Table 8 above, the comparison of the nitrogen removal efficiency of 2 to the result of the comparative example of the present invention resulted from the use of a specific carrier capable of offsetting the toxic effect on dissolved oxygen to be. In addition, sodium bicarbonate was further added to adjust the pH to a certain level, and nitrogen removal efficiency similar to that of the present invention could be achieved by injecting methanol, which is an organic material for denitrification, into the reactor.

하지만, 본 발명은 반응 주기별로 주입량이 산정되는 원수 및 미생물의 활성에 저해를 미치지 않는 용존 산소 농도 제어를 통해, 기질의 질소 농도를 일정하게 유지할 수 있다. 이에 따라, 특정 담체를 사용하거나 pH 조절을 위한 추가 조작 및 외부 탄소원 주입 없이도 (S1) 내지 (S3)단계의 반응 주기를 안정적으로 유지할 수 있으며, 운전 효율 및 유지 관리비 절약 측면에서 비교예 2 보다 우수한 효과를 나타내는 것으로 확인되었다.However, the present invention can maintain the concentration of nitrogen in the substrate constant by controlling the dissolved oxygen concentration which does not inhibit the activity of the raw water and the microorganism, which are calculated for each reaction period by the reaction cycle. Thus, it is possible to stably maintain the reaction cycle of steps (S1) to (S3) without using an additional operation for pH control or external carbon source injection, and in comparison with Comparative Example 2 Effect.

100: 단일 반응 시스템 101: 단일 반응조
110: PLC(Programmable Logic Controller)
111: 교반펌프
112: DO 측정 센서 113: pH 측정 센서
114: OPR 측정 센서
120: 유입수 펌프 121: 유입구
130: 교반장치
140: 에어펌프 141: 산소 공급 라인
142: 산소공급 장치
150: 반출수 펌프 151: 반출구
160: 수위 측정 장치100: single reaction system 101: single reaction vessel
110: PLC (Programmable Logic Controller)
111: stirring pump
112: DO measuring sensor 113: pH measuring sensor
114: OPR measurement sensor
120: Influent pump 121: Inlet
130: stirring device
140: air pump 141: oxygen supply line
142: oxygen supply device
150: Return water pump 151:
160: Level gauge

Claims (11)

원수의 유입, 반응, 침전 및 배출 단계가 하나의 단일 반응조 내에서 수행되는 연속회분식반응조(SBR, Sequencing Batch Reactor) 형식의 수처리 방법으로서,
상기 유입 및 반응 단계는 하기 (S1) 내지 (S3) 단계를 하나의 반응 주기로 하여 4회 이상 반복 수행되는 것임을 특징으로 하는 폐수 내 질소 제거 방법:
(S1) 하기 식 1에 의해 유입량이 계산된 원수를 단일 반응조 내 반응수로 유입하는 단계;
(S2) 상기 원수가 유입된 반응수를 탈질 및 혐기성 암모늄 산화시키는 단계; 및
(S3) 상기 탈질 및 혐기성 암모늄 산화시킨 반응수에 산소를 주입하여 반응수를 부분 아질산화시키는 단계.
<식 1>
Figure 112016049616669-pat00005

상기 식 1에서 A는 원수 유입으로 인한 반응수 내 NH4 +-N의 목표 상승 농도로서 10 내지 40mg/L로 설정되는 값이며, 원수 유입전 반응수 부피는 반응 주기별로 원수가 유입되기 전 반응조에 존재하는 반응수의 부피를 의미한다.
A sequencing batch reactor (SBR) type water treatment method wherein raw water inflow, reaction, precipitation and discharge steps are carried out in one single reactor,
Wherein the inflow and the reaction step are repeated at least four times with the following steps (S1) to (S3) as one reaction cycle:
(S1) introducing raw water whose inflow amount is calculated by the following formula 1 into the reaction water in a single reaction tank;
(S2) denitrifying the reacted water into which the raw water flows and anaerobic ammonium oxidation; And
(S3) injecting oxygen into the denitrification and anaerobic ammonium oxidation reaction to partially nitrify the reaction water.
<Formula 1>
Figure 112016049616669-pat00005

In Equation 1, A is a target rising concentration of NH 4 + -N in the reaction water due to the inflow of raw water, and is set to 10 to 40 mg / L. The volume of the reaction water before the raw water is supplied to the reaction tank Quot; means the volume of the reaction water present in the water.
제 1 항에 있어서, 상기 원수는 하수처리장 혐기성 소화조 탈리액인 반류수, 쓰레기 매립장의 침출수, 음폐수 및 축사폐수로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 폐수인 것임을 특징으로 하는 폐수 내 질소 제거 방법.
[Claim 2] The method according to claim 1, wherein the raw water is at least one wastewater selected from the group consisting of reflux water, leachate in a landfill, negative wastewater, and housing wastewater, which is an anaerobic digestion tank desolvation solution in a sewage treatment plant.
제 2 항에 있어서, 상기 원수는 C/N비(유기물 내 탄소함량을 질소 함량으로 나눈 비)가 0.4 내지 2인 것임을 특징으로 하는 폐수 내 질소 제거 방법.
3. The method according to claim 2, wherein the raw water has a C / N ratio (ratio of carbon content in organic matter divided by nitrogen content) of 0.4 to 2.
제 1 항에 있어서, 상기 유입 및 반응은 (S1) 내지 (S3) 단계를 하나의 반응 주기로 하여 반복 수행되다가 하기 식 2를 만족하는 최대 X 회차에서 종료되며, 이때, (S1)에 의한 원수의 최초 유입은 반응조 총 용량 기준 50 내지 80 용량%의 반응수가 존재하는 초기 상태에서 시작되는 것임을 특징으로 하는 폐수 내 질소 제거 방법.
<식 2>
Figure 112016049616669-pat00006

상기 식 2에서 n은 원수의 유입 회차 수, Vn은 n회차시 원수 유입량을 의미하며, 유입전 반응조 잔여 용량은 반응조 총 용량에서 최초 원수 유입 전 반응조에 존재하는 반응수의 용량을 제외한 값을 의미한다.
The method according to claim 1, wherein the inflow and the reaction are repeated with the steps of (S1) to (S3) being repeated as one reaction cycle and then terminated at the maximum X times satisfying the following formula (2) Wherein the initial introduction is started in an initial state in which 50 to 80% by volume of reaction water is present based on the total capacity of the reaction tank.
<Formula 2>
Figure 112016049616669-pat00006

In Equation 2, n represents the number of the inflow of raw water, and Vn represents the inflow of raw water at the n-th turn. The remaining capacity of the reactor before the introduction means a value excluding the capacity of the reactors present in the reactor before the first raw water is introduced do.
제 1 항에 있어서, 상기 배출단계에서는 반응조 내 반응수의 상등액 20 내지 50%가 배출되며, 배출이 종료된 이후, 상기 유입 및 반응 단계가 다시 시작되는 것임을 특징으로 하는 폐수 내 질소 제거 방법.
2. The method of claim 1, wherein in the discharging step, 20 to 50% of the supernatant of the reaction water in the reaction tank is discharged, and after the discharge is completed, the inflow and reaction steps are resumed.
제 1 항에 있어서, 상기 (S3)단계에서 산소는 단일 반응조 내 반응수의 NO2 --N 농도가 0.5mg/L이하인 어느 한 시점에서 주입되기 시작하는 것임을 특징으로 하는 폐수 내 질소 제거 방법.
The method of claim 1, wherein in the (S3) is a single stage oxygen NO 2 in the reaction tank can-way nitrogen removal waste water, characterized in that the -N concentrations begin to inject at any one time 0.5mg / L or less.
제 6 항에 있어서, 상기 (S3)단계에서 산소는 단일 반응조 내 반응수의 DO(용존산소 농도량)이 0.2 mg/L 내지 0.7mg/L로 유지되도록 주입되는 것임을 특징으로 하는 폐수 내 질소 제거 방법.
7. The method according to claim 6, wherein in step (S3), oxygen is injected such that the DO (dissolved oxygen concentration) of the reaction water in the single reaction tank is maintained at 0.2 mg / L to 0.7 mg / L. Way.
제 6 항에 있어서, 상기 (S3)단계에서의 산소는 원수 유입으로 인한 반응수 내 NH4 +-N의 목표 상승 농도(A) 대비 단일 반응조 내 부분 아질산화 반응에 의하여 생성되는 NO2 --N농도의 비가 0.4 내지 0.6이 되는 어느 한 시점에서 주입이 종료되는 것을 특징으로 하는 폐수 내 질소 제거 방법.
7. The method as claimed in claim 6, wherein the oxygen in step (S3) is NO 2 - produced by the partial nitrite oxidation reaction in the single reaction tank with respect to the target rising concentration (A) of NH 4 + N concentration ratio is 0.4 to 0.6. The method for removing nitrogen in a wastewater according to claim 1,
제 1 항에 있어서, (S2)단계에서의 탈질반응은 Pseudomonas, Bacillus, Spirillum, Hyphomicrobium, Agrobacterium, Acinetobacter, Propionibacterium, Rhizobium, Corynebacterium, Cytophaga, Thiobacillus, Alcaligenes, Pseudomonas fluorescens, P. Aeruginosa, P. denitrificans, Alcaligenes sp., Curvibacter delicatus, Acidovorax defluvii, Dokdonella koreensis, Dokdonella koreensis, Flavobacterium limicola, Terrimonas ferruginea, Terrimonas lutea 으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 종속영양 탈질균에 의한 것임을 특징으로 하는 폐수 내 질소 제거 방법.
The method according to claim 1, wherein the denitrification reaction in step (S2) is carried out in the presence of at least one of Pseudomonas, Bacillus, Spirillum, Hyphomicrobium, Agrobacterium, Acinetobacter, Propionibacterium, Rhizobium, Corynebacterium, Cytophaga, Thiobacillus, Alcaligenes, Pseudomonas fluorescens, Wherein at least one heterotrophic denitrifying bacteria selected from the group consisting of Alcaligenes sp., Curvibacter delicatus, Acidovorax defluvii, Dokdonella koreensis, Dokdonella koreensis, Flavobacterium limicola, Terrimonas ferruginea and Terrimonas lutea is used.
제 1 항에 있어서, (S2)단계에서의 혐기성 암모늄 산화 반응은 Candidatus Brocadia anammoxidans, Candidatus Kuenenia stuttgartiensis, Candidatus Scalindua wagneri, Candidatus Anammoxoglobus propionicus로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 혐기성 암모니아 산화균에 의한 것임을 특징으로 하는 폐수 내 질소 제거 방법.
The method according to claim 1, wherein the anaerobic ammonium oxidation reaction in step (S2) is performed by at least one anaerobic ammonium oxidizing bacteria selected from the group consisting of Candidatus Brocadia anammoxidans, Candidatus Kuenenia stuttgartiensis, Candidatus Scalindua wagneri, Candidatus Anammoxoglobus propionicus A method for removing nitrogen in wastewater.
제 1 항에 있어서, (S3)단계에서의 부분 아질산화 반응은 Nitrosomonas europaea, Nitrosococcus mobilis, Nitrosomonas nitrosa, Nitrosomonas cryotolerans으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 아질산화균에 의한 것임을 특징으로 하는 폐수 내 질소 제거 방법.
The method according to claim 1, wherein the partial nitrification reaction in step (S3) is performed by one or more nitrifying bacteria selected from the group consisting of Nitrosomonas europaea, Nitrosococcus mobilis, Nitrosomonas nitrosa, and Nitrosomonas cryotolerans.
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