KR20010106362A - SBR SBR omitted - Google Patents
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Abstract
Description
[산업상 이용분야][Industrial use]
본 발명은 하수 또는 오ㆍ폐수 고도처리의 질소, 인제거 방법 및 슬러지 무배출 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 생활계 또는 산업계에서 배출되는 하수 또는 오ㆍ폐수에 포함된 각종 오염물질 뿐만 아니라 부영양화의 원인물질인 영양염류를 생물학적으로 동시에 제거한다. 특히, 처리과정에서 생성되는 슬러지를 감량화, 가용화하여 고도처리에 필요한 탄소원과 유기물로 재이용하므로서, 장기간에 걸처 잉여 슬러지를 배출하지 않는 슬러지 무배출 시스템과, 마이크로프로세서에 의한 양방향통신으로 원격지로부터 운전자료(Operating Data, Alarm List)를 실시간 전송 테이터베이스화하는 특징적 무인 운전관리 시스템의 기술을 제공한다.The present invention relates to nitrogen, phosphorus removal method, and sludge-free technology of advanced sewage or wastewater treatment, and more particularly, to various kinds of pollutants contained in sewage or wastewater discharged from living or industrial fields, as well as eutrophication. At the same time, it removes nutrients, which are the causative agents, biologically. Particularly, the sludge-free system that does not discharge surplus sludge over long periods of time by reducing and solubilizing sludge produced during the treatment process and reusing it as a carbon source and organic matter necessary for advanced processing, and operating data from remote sites through bidirectional communication by microprocessor It provides the technology of the characteristic unmanned operation management system which makes the operating data (Operating Data, Alarm List) database in real time.
[종래 기술][Prior art]
본 발명은 하수 또는 오ㆍ폐수의 영양염류인 질소화합물과 인화합물을 제거하는 프로세스에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 호소, 하천 및 해양 등 수계의 부영양화의 원인이 되는 질소화합물 중에서 암모니아(Ammonia)는 그 자체가 독성이 있어 수생 생물에게 독성을 나타내고, 아질산염이온(NO2)은 혈액중에 헤모글로빈과 결합하여 태아에게 치명적인 메테모글로비네미아(Methemoglobinemia)라는 질병을 유발시키며 또한 아민과 반응하여 발암물질인 니트로스아민(Nitrosamine)을 만든다. 또 질산화 과정을 거치면서 산소를 다량 소모하여 수계의 무산소 상태를 만들기도 한다. 따라서 인산염(PO4)과 다른 영양염과 같이 존재하면 세포내의 물질로 전환되어 조류의 발생을 유발시킬 수 있다. 이러한 이유로 우리나라를 비롯한 세계 여러나라는 질소와 인을 각 형태별로 기준치를 정하여 수질을 관리하고 있다. 상기와 같은 문제점을 가지고 있는 질소화합물과 인화합물의 영양염류를 제거하기 위한 탈질소 및 탈인 과정을 거처야 한다.The present invention relates to a process for removing nitrogen compounds and phosphorus compounds which are nutrients of sewage or wastewater. More specifically, ammonia is used in nitrogen compounds that cause eutrophication of water systems such as lakes, rivers and the ocean. It is toxic by itself, toxic to aquatic organisms, and nitrite ion (NO 2 ) binds to hemoglobin in the blood, causing a disease called Methemoglobinemia, which is lethal to the fetus, and also reacts with amines, a carcinogen. Nitrosamine is made. In addition, the nitrification process consumes a large amount of oxygen to create an oxygen-free state of the water system. Therefore, when present together with phosphate (PO 4 ) and other nutrients, it can be converted into intracellular substances and cause the development of algae. For this reason, Korea and many other countries in the world manage water quality by setting the standard value for each type of nitrogen and phosphorus. Denitrification and dephosphorization process to remove the nutrients of nitrogen compounds and phosphorus compounds having the above problems must go through.
본 발명은 SBR Process를 이용한 하수 또는 오ㆍ폐수처리 시스템 및 프로세스에 있어서 여기에 진보성과 신규성을 더한 고도처리 시설의 하나로, 처리시설의 무인관리 자동화 시스템과 슬러지 무배출 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an unmanned management automation system of a treatment facility and a sludge discharge system as one of advanced treatment facilities in which sewage or sewage / wastewater treatment systems and processes using the SBR process are added to the above.
생물학적 처리방법으로 종래의 질소 및 인 제거 방법은 크게 두가지로 나누어지는데, 하나는 연속식(Continuous Flow)과 다른 하나는 회분식(Batch Flow)이다. 이러한 방식으로 질소와 인을 동시 제거하는 방법 중 대표적인 것은 혐기와 호기 조건을 적절히 분리 조합하여 운전하는 혐기-호기 공정(A/O), 혐기-무산소-호기 공정(A2/O), VIP(Virginia Initiative Plant)공정, UTC(University of Cape Town)공정, 바덴포(Bardenpho)공정 등이 있다.As a biological treatment method, conventional nitrogen and phosphorus removal methods are largely divided into two types, one being continuous flow and the other being batch flow. Representative methods of simultaneous removal of nitrogen and phosphorus in this manner include anaerobic-aerobic processes (A / O), anaerobic-oxygen-aerobic processes (A 2 / O), VIP ( Virginia Initiative Plant (UTC) process, University of Cape Town (UTC) process, and Bardenpho process.
또 하나의 처리방법은 유입방식에 따라 SBR Process로 대표되는 간헐유입 방식과 연속유입 방식으로 분류 된다. 상기 이들 몇 개의 다른 방식은 단일구획 또는 여러 단계로 분리 구성된 반응조에서 호기공정과 무산소공정이 별도로 이루어져 시스템 운영이 복잡하고 숙련기술자를 요구하여 유인관리와 슬러지처리에 따른 건설비용 과 운전관리 비용이 과다하게 상승한다. 또한 질소 및 인을 생물학적으로 동시 제거하기 위한 SBR Process에 있어서, 우리나라의 하수특성상 질화, 탈질 미생물과 폴리인 미생물의 동시작용에 따른 제거 메카니즘 반응상 처리효율이 저하되고, SBR고도처리 시스템 구성과 처리공정에 있어서 장기간의 잉여슬러지 무배출 시스템은 아직까지 그 처리 기술이 확립되지 못하고 있다.Another treatment method is classified into intermittent inflow method and continuous inflow method represented by SBR process according to inflow method. Some of these other methods are separate aerobic and anaerobic processes in a single compartment or a multi-stage reactor, which leads to complex system operation and requires skilled technicians, resulting in excessive construction and operation management costs due to manned and sludge treatment. To rise. In addition, in the SBR process for the simultaneous removal of nitrogen and phosphorus, the removal mechanism by the simultaneous action of nitriding, denitrifying microorganisms and polyphosphorus microorganisms in the sewage characteristics of Korea, the treatment efficiency of the reaction phase is reduced, SBR advanced treatment system configuration and treatment The long-term excess sludge-free system in the process has not yet established its treatment technology.
한편, 상기와 같은 일반적인 종래의 SBR의 고도처리를 위해 변형된 SBR로서 고도처리 방법에 관련된 많은 프로세스가(Fluidyne SBR, CAST SBR, ICEAS SBR, Aqua SBR, Jet Tech Omniflo SBR, CASS SBR, KIDEA SBR 등) 개발되어 있고, 상기와 같은 SBR의 고도처리를 위해 변형된 SBR로서 유출수내의 질소 농도를 10mg/ℓ 이하로 처리할 수 있는 프로세스는 다음과 같은 것들이 알려져 있는데, 이를 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.On the other hand, as a modified SBR for the advanced processing of the general conventional SBR as described above, many processes related to the advanced processing method (Fluidyne SBR, CAST SBR, ICEAS SBR, Aqua SBR, Jet Tech Omniflo SBR, CASS SBR, KIDEA SBR, etc.) As a modified SBR for the advanced treatment of SBR as described above, a process capable of treating nitrogen concentration in the effluent to 10 mg / l or less is known as follows. .
(1)Aqua SBR(1) Aqua SBR
Aqua Aerobic Systems,Inc.에서 개발한 것으로, 최대수리학적 부하에도 처리주기 시간을 유지하여 안정적 처리가 가능하다. 운전모드는 혼합-유입(Mixed-Fill)단계, 반응-유입(React-Fill)단계, 반응(React)단계, 침전(Settle)단게, 배출-슬러지처리(Decant-Sludge Waste)단계, 휴지(Idle)단계로 이루어진다.Developed by Aqua Aerobic Systems, Inc., it maintains the processing cycle time even at the maximum hydraulic load, enabling stable processing. The operating mode is Mixed-Fill, React-Fill, React, Settle, Decant-Sludge Waste, Idle Step).
(2)CASS(Cyclic Activated Sludge System)(2) CASS (Cyclic Activated Sludge System)
Babcock King-Wilkinson,L.P에서 개발한 것으로, 두 개의 주 반응조를 동시에 운영함으로서 오염농도 부하량 변화에 적응력이 강하고, 유입부에 하나의 선택(Selector)단계가 구비되어 반송슬러지가 여기로 유입된다. 유기물 부하가 높은 선택기를 무산소 상태로 유지함으로서 플록(Floc)형성이 용이할 뿐만 아니라 섬유상 미생물 성장을 억제한다.Developed by Babcock King-Wilkinson, L.P., the two main reactors are operated simultaneously to adapt to changes in pollutant concentrations, and a single selector stage is provided at the inlet to transport the return sludge. By maintaining the selector with high organic load in anoxic state, not only floc formation is easy but also it inhibits the growth of fibrous microorganisms.
(3)Jet Tech Omniflo SBR(3) Jet Tech Omniflo SBR
Jet Tech Omniflo,Inc.에서 개발한 것으로 폭기장치(Jet Aeration)를 특허로 가지고 있으며, 다양한 농도의 산업폐수 처리시설에 이상적이고, 용존산소(DO)의 측정에 의한 폭기장치 제어로 질산화와 탈질 과정을 최적화한다.Developed by Jet Tech Omniflo, Inc., the patented Jet Aeration is ideal for industrial wastewater treatment facilities of varying concentrations, and nitrification and denitrification processes by controlling the aeration system by measuring dissolved oxygen (DO). To optimize.
(4)ICEAS(Intermittent Cyclic Extended Aeration System)(4) ICEAS (Intermittent Cyclic Extended Aeration System)
Austgen Biojet Waste System,Inc.에서 개발되어 유입수의 연속 주입되는 것이 특징으로 필요한 경우에는 단속주입도 가능하다. 운전모드는 폭기단계, 침전단계, 방류단계로 이루어진다. 반응조 전단의 유입부는 탈질을 수행함과 동시에 주글리드 미생물(Zooglead Microorganism)의 성장을 촉진하고, 섬유상 미생물의 성장을 억제시킴으로서 벌킹(Bulking) 현상을 억제한다.Developed by Austgen Biojet Waste System, Inc., It is characterized by continuous injection of influent water. Operation mode consists of aeration stage, sedimentation stage and discharge stage. The inlet of the front end of the reactor performs denitrification and at the same time promotes the growth of Zooglead microorganisms and suppresses the bulking phenomenon by inhibiting the growth of fibrous microorganisms.
따라서 국내에서도 SBR프로세스의 특허와 실용신안 등이 보고되었으나 이들의 상당수가 복잡한 구성의 프로세스와 슬러지 처리시설 및 유인관리로 이루어진 것들로는, 특히 대한민국 특허공개번호 특00-0036569호에 개시된 SBR 공정에 있어서 질화, 탈질, 인과잉섭취의 기본적 생물학적 원리와 선회와류식 표면폭기기를 특징으로 하고있고, 대한민국 특허공개번호 특01-0028648호는 연속회분식 반응조의 생물학적 질소, 인 제거에 있어서 폭기를 중지한 경우에 NO3-N에 의한 인제거 효율저하를 방지하기 위하여 반응조 내부에 침전 슬러지에 덮게를 만들어 인의 방출을 막는 것이 특징이고, 대한민국 특허공개번호 특00-0033238호는 반응조에 미생물 고정담체를 충진하여 상하로 이동하며 교반기를 작동하는 것이 특징이며, 대한민국 특허 제 118160호는 반응조의 상징수 배출에 따른 커튼월 장치와 작동원리 등을 특징으로 하고 있다.Therefore, although the patent and utility model of the SBR process have been reported in Korea, many of them consisted of a complicated process, a sludge treatment facility, and manned management, in particular the SBR process disclosed in Korean Patent Publication No. 00-0036569. It features the basic biological principle of nitriding, denitrification, and causal ingestion, and swirling vortex type surface aeration machine. Korean Patent Publication No. 01-0028648 stops aeration in removal of biological nitrogen and phosphorus in a continuous batch reactor. In this case, in order to prevent the phosphorus removal efficiency decrease by NO 3 -N, it is characterized by preventing the release of phosphorus by covering the settling sludge inside the reactor, and the Republic of Korea Patent Publication No. 00-0033238 is filled with a microorganism fixing carrier in the reactor It moves up and down to operate the stirrer is characterized in that the Republic of Korea Patent No. 118160 And it is characterized in including a curtain wall system and how it works according to the collected emissions.
또 다른 대한민국특허 공개번호 특99-015325호의 탈질, 탈인 박테리아를 이용한 하수처리 역시 단일 반응조가 아닌 혐기조, 무산소조, 침전조 등으로 여러단계의 개별 시설을 구비하고 제오라이트 분말을 첨가한 에틸렌 그레콜 수지에 미생물을 흡착고정한 담체를 이용한 방법이고, 대한민국특허 공개번호 특00-017711호의 슬러지 무배출 하폐수 처리방법에 있어서는 혐기조, 무산소조, 호기조로 분리되어 침전조에서 인출된 슬러지는 슬러지분해조로 이송 이온화가스 및 옥시던트를 주입하고 산화분해시켜 감량 가용화하는 방법을 특징으로 하고 있다. 따라서 지금까지 소규모 오수처리시설의 합병정화조 처리방법에 관련된 많은 특허와 실용신안등록이 보고되었으나 이들의 상당수가 혐기조 및 호기조, 침전조 등 다수의 반응조를 조합하여 처리공정이 구조적으로 복잡하게 구성되어있고, 합병정화조의 본래 기능인 메인터넌스(Maintenance) 간소화와 고도처리 기능을 충분히 발휘하지 못하고 있다.Sewage treatment using denitrification and dephosphorus bacteria of another Korean Patent Publication No. 99-015325 is also an anaerobic tank, anoxic tank, sedimentation tank, etc., rather than a single reactor. The sludge discharged from the sedimentation tank is separated into an anaerobic tank, anoxic tank, and aerobic tank in the sludge-free wastewater treatment method of Korean Patent Publication No. 00-017711, and injected ionization gas and oxidant into the sludge digestion tank. And oxidatively decompose and lose weight solubilizing. Therefore, there have been many patents and utility model registrations related to the treatment method of the merger and purification tanks of small sewage treatment facilities, but many of them are combined with a number of reaction tanks such as anaerobic tanks, aerobic tanks, and sedimentation tanks. It is not fully capable of simplifying maintenance and advanced processing, which are the original functions of the merger and purification tank.
상기 국내외 여러 종류의 SBR 프로세스는 단일 반응조 또는 다수의 반응조를 이용하여 처리되는 종래의 방법은 BOD, SS, T-N은 효과적으로 제거시키는 반면, 인제거에는 상당히 취약하여 질소와 인의 동시제거가 곤란하게 되는 것으로, 이를 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The various methods of the domestic and foreign SBR processes using a single reactor or a plurality of reactors effectively removes BOD, SS, and TN, while being very vulnerable to phosphorus removal, making it difficult to simultaneously remove nitrogen and phosphorus. If this is explained in more detail as follows.
하수 내에 포함된 질소, 인의 제거에 중요인자는 질산성질소(NO-N)이 N2가스로 방출될 때뿐만 아니라 인축적 미생물이 폴리-β-히드록시부틸산(PHB)의 형태로 축적하고 인을 방출시킬 때에도 유기물이 필요하게 된다. 즉, 제한된 유기물을 질산화 미생물과 인축적 미생물에게 적절하게 분배 되도록 하는 것이 중요하게 되는 데, 일반적으로 인축적 미생물과 탈질 미생물이 경쟁관계에 있을 때에는 탈질 미생물이 상대적으로 인축적 미생물에 비해 먼저 유기물을 섭취하게 되고 우점종이 된다. 따라서, 인축적 미생물에게 제한된 유기물을 최대한 먼저 공급하도록 하는 것이 인과 질소제거에 필요한 사항으로, 결과적으로 유기물이 제한된 경우 질산성질소(NOx-N)의 독성유발물질의 방해를 줄여주어야 탈질 미생물에 비해 상대적으로 약한 인축적 미생물의 활동을 활성화시킴으로서 동시처리가 보다 손쉽게 일어날 수 있게 된다.Important factors for the removal of nitrogen and phosphorus contained in sewage are not only when nitrogen nitrate (NO-N) is released as N 2 gas, but also accumulating microorganisms accumulate in the form of poly-β-hydroxybutyl acid (PHB). Organics are also needed to release phosphorus. In other words, it is important to properly distribute limited organic matter to nitrifying microorganisms and to accumulating microorganisms. In general, when the microorganisms compete with the microtrophic and denitrifying microorganisms, the denitrifying microorganisms are first compared with the microorganisms. Ingested and dominant species. Therefore, it is necessary to supply the condensed microorganisms with limited organic matter as early as possible, and as a result, it is necessary to reduce the interference of toxic nitrate (NOx-N) toxic substances when the organic matters are limited. By activating the activity of relatively weakly accumulating microorganisms, concomitant treatment may occur more easily.
그러나, 상기와 같은 종래의 SBR은 처리 시스템 운영상 상기의 목적을 달성하기가 어렵고, 합류식 하수관거에 따른 우수유입 등의 원인으로 질소와 인을 제거하는데 필요한 유기물 농도가 낮아서 영양소제거 측면에서 불리한 성상을 지니고 있는 우리나라의 하수 및 오ㆍ폐수 특성상 질소와 인을 동시에 제거하기에는 여러가지 문제점이 있게된다. 따라서 인을 과잉섭취하는 미생물이 자연적 출연 증식되는 미생물 량으로는 과잉섭취에 따른 인화합물을 총체적으로 처리되지 않을 뿐만 아니라, 섭취된 후 잔존 인화합물과 방출된 인화합물에 대한 처리방법 역시 제시되지 않고 있다.However, such a conventional SBR is difficult to achieve the above object in the operation of the treatment system, and has a disadvantage in terms of nutrient removal due to the low concentration of organic matter required to remove nitrogen and phosphorus due to rainwater inflow due to the combined sewage pipe. Due to the characteristics of sewage and wastewater in Korea, there are various problems to remove nitrogen and phosphorus simultaneously. Therefore, the amount of microorganisms in which excessive ingestion of phosphorus naturally occurs does not treat the phosphorus compounds due to overingestion as a whole, nor does it suggest a treatment method for remaining phosphorus compounds and released phosphorus compounds after ingestion. have.
특히 상기 종래 방법은 질소, 인 제거에 필요한 미생물을 우점적으로 증식할 수 있는 시스템 구성이 부족하고, 슬러지 처분에 따른 높은 유지관리비를 요구하는 시스템으로 구성되어 중,소규모 하수 또는 오ㆍ폐수 고도처리 시스템으로는 적합하지 않다.In particular, the conventional method lacks a system that can predominantly multiply the microorganisms necessary for nitrogen and phosphorus removal, and consists of a system requiring a high maintenance cost according to the disposal of sludge, high- and medium-sized sewage or sewage and wastewater treatment Not suitable as a system.
상기 종합한 내용의 종래의 기술로서 해결하지 못한 다량의 잉여슬러지 발생에 따른 시설비 및 처리비용이 고가이고, 따라서 제거되지 않은 잔존 질소, 인이 그대로 방류되어 하천, 호소 및 수역의 질산염 및 인산염의 증가를 가져와 부영양화되고 물을 썩게 하여 수돗물의 바이러스 검출과 어류의 폐사 및 농작물의 식생장해 등 수질오염을 가중시키고 있다.The facility cost and treatment cost according to the generation of excess sludge which cannot be solved by the prior art of the above-mentioned contents are expensive, and thus, the remaining nitrogen and phosphorus that have not been removed are discharged as they are, thereby increasing the nitrates and phosphates in the streams, lakes and waters. They are eutrophicated and decay water, increasing water pollution such as virus detection of tap water, death of fish and vegetation damage of crops.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서,The present invention is to solve the problems of the prior art as described above,
본 발명은 단일 SBR반응조에서 유입, 반응, 침전, 배출, 휴지등 각각의 처리공정을 순차적, 연속적으로 반복하고 Fuzzy ＆ PLC제어 시스템을 이용하여 무인관리와 생물학적으로 제거 능이 우수한 신균주 질산화, 탈질산화 미생물과 폴리-인 미생물, 생물고분자 응집제를 생산하는 미생물을 접종, 우점적으로 활성화된 미생물로부터 단시간 내에 BOD, COD, SS, T-N, T-P 등을 동시에 제거하는 방법을 제공한다In the present invention, each process such as inflow, reaction, sedimentation, discharge, and pause in a single SBR reactor is repeated sequentially and continuously. Fuzzy & PLC control system is used for nitrogen nitrification and denitrification, which have excellent unmanned management and biological removal. Provides a method of inoculating microorganisms, poly-phosphorus microorganisms, and microorganisms producing biopolymer flocculants and simultaneously removing BOD, COD, SS, TN, and TP from predominantly activated microorganisms in a short time.
특히, 본 발명은 SBR반응조에서 슬러지 선택기(Selection Time)를 구비하고, 처리공정에서 생성된 슬러지를 감량화, 가용화하여 고도처리에 필요한 유기물과 탄소원으로 보충 공급한다. 또한 생물학적 세포질의 자기산화 공정을 반복 연속적으로 수행하여 잉여슬러지 발생량을 최소화한다. 여기서 궁극적으로는 처리공정에서 매일 잉여슬러지 배출이 없도록 하는 슬러지 무배출 시스템과 무인 자동운전 시스템을 제공하여 건설비 및 유지관리비를 절감하는 경제적인 SBR고도처리 방법을 제공하기 위한 것이다.In particular, the present invention includes a sludge selector (Selection Time) in the SBR reactor, the sludge produced in the treatment process is reduced and solubilized to supplement the organic material and the carbon source required for the advanced treatment. In addition, the self-oxidation process of biological cytoplasm is repeatedly performed to minimize the excess sludge generation. Ultimately, it is intended to provide an economical SBR altitude treatment method that reduces construction and maintenance costs by providing a sludge discharge system and an unmanned automatic operation system that eliminates surplus sludge daily in the treatment process.
도 1은 본 발명의 SBR 프로세스 고도처리 계통도 이고,1 is an SBR process advanced processing system diagram of the present invention,
도 2는 본 발명의 SBR 반응조 연속처리 공정도 이고,2 is a SBR reactor continuous process process diagram of the present invention,
도 3은 본 발명의 SBR 반응조 타임스케줄도 이고,Figure 3 is a time schedule diagram of the SBR reactor of the present invention,
도 4는 본 발명의 무인 자동제어 시스템 구성도 이고,4 is a configuration diagram of an unmanned automatic control system of the present invention,
도 5는 본 발명의 슬러지 무배출 시스템 구성도 이고,5 is a schematic view of a sludge discharge system of the present invention;
도 6은 본 발명의 질소 제거율을 나타낸 그래프 이고,6 is a graph showing the nitrogen removal rate of the present invention,
도 7은 본 발명의 인 제거율을 나타낸 그래프 이다.7 is a graph showing the phosphorus removal rate of the present invention.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
10 : 스크린 11 : 침사조10: screen 11: tide tank
12 : 유량조정조 13 : SBR 전반응조12: flow rate adjusting tank 13: SBR pre-reactor
14 : SBR 주반응조 15 : 소독 및 방류조14: SBR main reaction tank 15: disinfection and discharge tank
16 : 슬러지선택저류조16: Sludge Selective Storage Tank
101 : 검출장치 102 : Fuzzy ＆ PLC 제어장치101: detection device 102: Fuzzy & PLC control device
103 : pH Controller 104 : ORP Controller103: pH Controller 104: ORP Controller
105 : DO Controller 106 : Temperature Sensor105: DO Controller 106: Temperature Sensor
107 : 신균주 접종장치 108 : TWL Sensor107: New strain strain inoculator 108: TWL Sensor
109 : BWL Sensor109: BWL Sensor
200 : 유량조정펌프(Pump) 201 : 에어밸브(Air-Valve)200: flow rate adjustment pump (Pump) 201: air valve (Air-Valve)
202 : 브로워(Blower) 203 : 배출밸브(Decant Valve)202: Blower 203: Decant Valve
204 : 산기관(Diffuser) 205 : 슬러지 펌프(Sludge Pump)204: Diffuser 205: Sludge Pump
206 : 슬러지 감량장치(SRS:Sludge Reduction System)206: Sludge Reduction System (SRS)
[과제를 해결하기 위한 수단][Means for solving the problem]
상기 목적을 달성하고자 본 발명에서는 진보된 SBR 프로세스를 이용하여 고도처리하는 방법에 있어서 기술적 사상을 첨부된 도면을 참고로 하여 설명하면 다음과 같다. [도 1] 은 본 발명의 SBR 프로세스 고도처리 계통도 이고, [도 2] 는 본 발명의 SBR반응조 연속처리 공정도 이고, [도 3] 은 본 발명의 SBR반응조 타임스케줄도 이고, [도 4] 는 본 발명의 무인자동제어 시스템 구성도 이고, [도 5] 는 본 발명의 슬러지 무배출 시스템 구성도 이고, [도 6] 는 본 발명의 질소 제거율을 나타낸 그래프이고, [도 7] 은 본 발명의 인 제거율을 나타낸 그래프 이다.In order to achieve the above object, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings in the method of the advanced processing using the advanced SBR process as follows. 1 is an SBR process advanced processing system diagram of the present invention, FIG. 2 is an SBR reactor continuous processing process diagram of the present invention, and FIG. 3 is an SBR reaction tank time schedule diagram of the present invention. 5 is a configuration diagram of the unmanned automatic control system of the present invention, [FIG. 5] is a schematic diagram of a sludge discharge system of the present invention, [FIG. 6] is a graph showing the nitrogen removal rate of the present invention, and [FIG. 7] is the present invention. It is a graph showing the removal rate of phosphorus.
상기 목적을 달성하기 위하여 유입된 하수 또는 오ㆍ폐수를 스크린(10)에서 고형 협잡물질을 제거하고 침사조(11) 또는 협잡물제거 침사설비에서 흙, 모래등을 제거한 후 유량조정조(12)에서 유입수량에 따라 일정량을 SBR전반응조(13)로 이송하여 1차 반응 후 배플판(Baffle Plate) 하부를 통과 SBR주반응조(14)에 유입되어 유입반응단계, 침전단계, 배출단계를 1주기(1 Cycle) 공정을 반복, 연속적으로 고도처리 공정을 제공한다.In order to achieve the above purpose, the sewage or sewage that is introduced is removed from the screen 10 by the solid contaminants, and the soil is removed from the sedimentation tank 11 or the sediment removal equipment after the removal of soil and sand. After a certain amount is transferred to the pre-SBR reactor 13 according to the quantity, it passes through the lower part of the baffle plate and flows into the SBR main reactor 14 to perform one cycle of inflow reaction, precipitation and discharge. Cycle) Repeat the process and provide the advanced treatment process continuously.
여기서 탈질, 탈인 처리공정과 메카니즘은 하기 공정설명 또는 실시예에서 상세하게 설명한다.Here, the denitrification, dephosphorization treatment process and mechanism will be described in detail in the following process description or examples.
여기서 본 발명의 SBR주반응조(14)에 용존산소(DO)농도, 온도(Temperature), 수소이온농도(pH), 산화환원전위(ORP), 수위조절센서(TWL, BWL) 등의 검출센서를 포함하는 검출장치(101)와 상기 센서들의 검출치에 대응하는 전력펄스 신호를 출력하는 인터페이스 및 마이크로프로세스 제어하에 상기 인터페이스로부터 인가되는 전력펄스 신호치에 따라 상기 센서들의 검출치를 각각의 예비설정치로 유지하는 Fuzzy ＆ PLC 제어장치(102)로 이루어지고, SBR주반응조(14)에 장착되거나 별도로 연결된 공정 제어시스템 즉, 무인자동운전관리 시스템으로 제공한다.In the SBR main reactor 14 of the present invention, a detection sensor such as dissolved oxygen (DO) concentration, temperature (Temperature), hydrogen ion concentration (pH), redox potential (ORP), and water level control sensors (TWL, BWL) is used. The detection device 101 includes an interface for outputting a power pulse signal corresponding to the detection value of the sensors and a detection value of the sensors according to the power pulse signal value applied from the interface under microprocess control. Fuzzy & PLC control unit 102, which is provided in the SBR main reactor (14) or connected to the process control system, that is provided as an unmanned automatic operation management system.
또한 SBR주반응조(14)에 제거능이 우수한 신균주 바실러스khr-10-mx(한국과학기술연구원 유전자은행 기탁번호 KCTC 8533P)와 복합균주 khr-5-mx(한국과학기술연구원 유전자은행 기탁번호 KCTC 0078BP)에 포함된 BOD 산화세균(Bacillus sp. Zoothamnium sp. 등), 질산화 미생물(Monas sp. Lepadella sp. Epistylis sp. 등), 탈질산화 미생물(Boda sp. Vorticella spp. Amoeba sp. 등), 폴리인(Poly-P) 미생물(Pseudomonas sp. Acinetobactor sp. 등), 생물고분자 응집제를 생산하는 미생물(Bacillus sp. 등)을 신균주 접종장치(107)를 장착하고 일정기간 자동으로 접종 우점적 활성화 한다.In addition, the bacterium Bacillus khr-10-mx (deposited by the Korea Advanced Institute of Science and Technology Gene Bank No. KCTC 8533P) and the complex strain khr-5-mx (deposited by the Korea Institute of Science and Technology Gene KKTC 0078BP) ) BOD oxidizing bacteria (Bacillus sp. Zoothamnium sp., Etc.), nitrifying microorganisms (Monas sp. Lepadella sp. Epistylis sp., Etc.), denitrification microorganisms (Boda sp. Vorticella spp. Amoeba sp., Etc.) (Poly-P) Microorganisms (Pseudomonas sp. Acinetobactor sp., Etc.), microorganisms that produce biopolymer flocculants (Bacillus sp., Etc.) are equipped with a new strain inoculation device 107 and automatically inoculate predominantly.
따라서 SBR전반응조(13)에 슬러지 선택기를 구비하여 슬러지 선택저류조(16)에서 1차 가용화된 슬러지를 다시 슬러지 감량장치(206)를 통과 고도처리에 필요한 유기물과 탄소원으로 보충 공급하고, SBR주반응조(14)에서 생물학적 세포질의 자기산화 공정을 반복, 연속적으로 실행함으로서 슬러지 발생량을 최소화하여 슬러지가 배출되지 않을 뿐만 아니라 영양소 제거 효율을 높일 수 있는 슬러지 무배출 시스템을 제공한다.Therefore, a sludge selector is provided in the SBR pre-reactor 13, and the first solubilized sludge is replenished into the sludge reduction device 206 through the sludge reduction device 206 and supplemented with the organic material and the carbon source required for the advanced treatment. By repeating and continuously performing the self-oxidation process of biological cytoplasm in (14), the sludge is not discharged by minimizing the amount of sludge produced, and the sludge discharge system which can improve the nutrient removal efficiency is provided.
또한 SBR반응조의 슬러지량을 일정량으로 유지하여 매일 매일 잉여슬러지를 배출하지 않고 년 1회 내지 2회 인출하여 반출 처리하거나 탈수처리하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the sludge amount of the SBR reaction tank is maintained at a constant amount, and is discharged once or twice a year without the excess sludge discharged every day to be taken out or dehydrated.
상기와 같이 구성된 본 발명에 대하여 본 발명을 실시하기 위한 처리 공정도가 [도 1] 에 도시되어 있으며, 이를 참고로 하여 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 하기와 같이 상세하게 설명한다.The processing process for carrying out the present invention with respect to the present invention configured as described above is shown in FIG. 1, and the present invention will be described in detail as follows with reference to this.
제1처리공정(스크린, 침사조, 유량조정조) : 차집관거를 통해 유입되는 하수 중에 포함되어 있는 비교적 큰 협잡물을 제거하기 위하여 조대형 협잡물 제거용 바스크린 또는 박스 스크린(10)을 설치하여 협잡물을 1차 분리 제거한다. 2차 흙과 모래(1.0mm이상, 비중 2.65) 및 비부패성 무기물을 등을 침사조(11)에서 급속침전 분리하고, 모래에 의한 펌프나 기계손상, 관로의 폐쇄 및 조내의 퇴적을 방지하기 위한 전처리 공정을 거처 다음 공정으로 이송된다.First treatment process (screen, sedimentation tank, flow adjustment tank): in order to remove the relatively large contaminants contained in the sewage flowing through the drainage pipes, a bar or box screen (10) for removing the large contaminants is installed to collect the Separate and remove. Secondary soil and sand (1.0mm or more, specific gravity 2.65) and non-corrosive minerals are rapidly sedimented and separated from the sedimentation tank 11 to prevent pump or machine damage caused by sand, closure of pipelines and deposition in the tank. After the pretreatment process, it is transferred to the next process.
제2처리공정(유량조정조) : 유입된 하수를 연속 이송하여 이후 공정에서 처리할 유량을 감시하는 시설로 유량조정조(12)에서 시간최대 수량은유량조정펌프(200)에 의해 양수되고, 유량조정은 레벨센서와 연동된 검출장치(101) 및 제어장치(102)에 의해 연속주입 또는 간헐주입의 선택적으로 이루어지고, 분배조를 통해 SBR전반응조(13)로 유입된다. 이때 펌프의 가동은 유입수량에 따라 자동으로 조절된다.Second treatment process (flow adjustment tank): a facility that continuously transfers the introduced sewage and monitors the flow rate to be treated in a subsequent process, and the maximum time in the flow adjustment tank 12 is pumped by the flow adjustment pump 200, and the flow rate adjustment is performed. Is selectively made of continuous injection or intermittent injection by the detection device 101 and the control device 102 interlocked with the level sensor, and flows into the pre-SBR reaction tank 13 through the distribution tank. At this time, the operation of the pump is automatically adjusted according to the inflow amount.
제3처리공정(SBR 전반응조) : 본 발명의 처리공정은 유출 타임에도 수리학적 선회류 없이 유입수가 SBR전반응조(13)로 계속해서 유입 될 수 있도록 하기 위하여 SBR전반응조(13)와 SBR주반응조(14) 사이에 배플판(Baffle Plate)을 설치하고 SBR전반응조(13)의 크기는 전체 반응조의 10%∼15%로 구성된다. 유입하수는 SBR전반응조(13)에 계속적으로 유입되고 배플벽 바닥의 유입구를 통과하여 SBR주반응조(14) 저부의 슬러지층 속으로 유입된다. 수리학적 힘에 의해 유입되는 유입하수는 매우 느린 속도로 상부 수위로 이동하므로 처리수 유출동안에는 반응조 내의 선회류를 방지할 수 있다. 연속해서 유입되는 유입하수는 SBR주반응조(14)에 유입되기 전에 SBR 전반응조(13)에서 1차처리 된다. SBR전반응조(13)에서 적은 용량에서 높은 BOD를 가지므로 높은 F/M비를 유지하며 높은 F/M비는 미생물에 의한 최대 생물흡착과 반응을 시작 한다. 그러므로 SBR전반응조(13)는 유기물 증식을 가장 최적의 상태로 증가시키기 위한 유기물 공급원의 슬러지 선택구역(Sludge Selection Zone)로서 역할을 함으로서 슬러지 선택기(Selection Time)에 슬러지선택저류조(16)에서 가용화한 슬러지를 일정량 슬러지 감량장치(206)를 통해 공급한다. 이때, 하수 또는 오ㆍ폐수 고도처리에 요구되는 탄소원(C-BOD)으로 공급하여 탈질을 수행함과 동시에 유기물 보충 효과를 얻는다. 따라서 세포질의 자기산화 미생물 성장을 촉진하고, 벌킹(Bulking)원인이 되는 사상균 성장을 억제시키는 기능을 가진다.Third treatment process (SBR pre-reactor): The treatment process of the present invention is a SBR pre-reactor 13 and SBR in order to allow the influent to continue to flow into the SBR pre-reactor 13 without hydraulic swirl flow even in the outflow time A baffle plate is installed between the reactors 14 and the size of the pre-SBR reactor 13 is 10% to 15% of the entire reactor. The influent sewage is continuously introduced into the pre-SBR reactor 13 and passes through the inlet of the bottom of the baffle wall into the sludge layer at the bottom of the SBR main reactor 14. The influent sewage introduced by hydraulic forces moves to the upper level at a very slow rate, which prevents swirl flow in the reactor during the treatment water outflow. The influent sewage flowing in continuously is firstly treated in the SBR pre-reactor 13 before entering the SBR main reactor 14. In the SBR pre-reactor 13, it has a high BOD at a low volume, so it maintains a high F / M ratio, and the high F / M ratio starts the maximum biosorption and reaction by the microorganism. Therefore, the SBR pre-reactor 13 serves as a sludge selection zone of the organic material source to increase the organic growth to the most optimal state, so that it is solubilized in the sludge selection reservoir 16 at the sludge selection time. Sludge is supplied through a certain amount of sludge reduction device 206. At this time, by supplying to the carbon source (C-BOD) required for the advanced treatment of sewage or wastewater, denitrification is carried out, and at the same time, the organic matter supplementation effect is obtained. Therefore, it has the function of promoting the growth of cytoplasmic self-oxidizing microorganisms and inhibiting the growth of filamentous fungi which is the cause of bulking.
제4처리공정(SBR주반응조) SBR전반응조(13)에서는 전처리된 하수가 유입되어 1주기 3단계의 처리공정으로 이루어지며 각 단계의 운전주기는 퍼지(Fuzzy) 및 PLC(Programmable Logic Controller)에 의해 자동으로 제어된다. 1단계는 공기를 주입하거나 주입하지 않은 상태인 호기/무산소의 환경조건이 이루어진다. 호기성(Air-on) 단계는 폭기장치에 따라 반응조내에 산소가 공급되어 호기성 미생물의 활성화로 유기물(BOD)이 제거되며, 무산소(Air-off) 단계는 질소화합물은 질산화 공정을 거처 유기성탄소(C-BOD)의 반응을 일으켜 질소가스(N2)와 이산화탄소(CO2)로 전환 대기중에 방출되어 질소가 제거된다. 2단계는 침전고형물과 정화된 상징수를 분리하는 침전주기이다. 3단계는 처리수 유출주기로서 처리수 배출밸브(Decant Valve)가 작동하 정화된 상징수는 웨어(Weir)를 통하여 유출된다. 정상주기 시간은 160min의 호기/무산소 단계, 50min의 침전 단계, 60min의 처리수 유출 단계를 거처 1주기(1 Cycle)의 처리시간은 4.0∼4.8hr이 소요된다. 여기서 유출단계가 완료되면 처리수 배출밸브는 정지되고 처리주기는 다시 반복된다. 처음부터 처리수의 유출단계까지 SBR반응조에 연속적으로 유입된다. 우수시 처리주기는 정상시 처리주기보다 짧은 체류시간을 갖는다. 우수시(Storm Flow) 과도한 유량이 유입되면 유량조정조(12)내 수위를 검출하는 레벨센서에 의해 자동으로 정상주기는 중단되고 짧은 우수주기의 3.4hr로 변환된다.Fourth process (SBR main reactor) In the SBR pre-reactor 13, pre-treated sewage flows in and consists of three cycles of one cycle, and the operation cycle of each stage is carried out to a fuzzy and programmable logic controller (PLC). Is controlled automatically. In the first stage, an aerobic / oxygen-free environmental condition is achieved with or without air. The air-on stage is supplied with oxygen in the reaction tank according to the aeration device, and organic matter (BOD) is removed by the activation of aerobic microorganisms. In the air-off stage, nitrogen compounds are subjected to nitrification and organic carbon (C) is used. -BOD) reacts and converts into nitrogen gas (N 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ) is released into the atmosphere to remove nitrogen. The second stage is the sedimentation cycle separating sediment solids and purified symbolic water. The third stage is the treatment water discharge cycle. The symbol water purified by the treatment valve is discharged through the weir. The normal cycle time is 160 min aerobic / oxygen step, 50 min sedimentation step, 60 min treatment water outflow step, one cycle (1 cycle) treatment time takes 4.0 ~ 4.8hr. Here, when the outflow step is completed, the treatment water discharge valve is stopped and the treatment cycle is repeated again. It flows into the SBR reactor continuously from the beginning to the outflow stage of the treated water. Storm water treatment cycles have a shorter residence time than normal treatment cycles. Storm Flow When excessive flow rate flows, the normal cycle is automatically stopped by the level sensor that detects the water level in the flow regulating tank 12 and converted to 3.4hr of the short storm cycle.
여기서 탈인, 질산화, 탈질 공정을 동시 또는 순차적으로 수행하기 위하여SBR반응조에 신균주 Bacillus khr-10-mx, 복합균주 khr-5-mx 에 포함된 질산화 미생물, 탈질 미생물, 폴리인(Poly-P) 미생물과 생물고분자 응집제를 생산하는 미생물 등을 1주내지 2주간 완성 접종스케줄에 따라 1주간 매일 유입수량의 1㎥당 3∼4ppm을, 2주간 매일 유입수량의 1㎥당 1∼2ppm으로 신균주 접종장치(107)에 의해 일정량 접종 한다. 여기서 유기물이 부족한 상태에서도 우점적 활성화되고 BOD, COD, SS, T-N, T-P제거 작용이 신속하게 진행하게 된다. 또한 SBR반응조에 미생물 접종은 수질에 따라 신균주 미생물은 선택적이며 접종량과 접종일수 역시 가변적으로 활성상태에 따라 축소 또는 연장할 수 있으며, 2주간으로 한정되는 것은 아니다.Here, in order to perform dephosphorization, nitrification, and denitrification processes simultaneously or sequentially, nitrification microorganisms, denitrification microorganisms, and polyphosphates contained in the new strain Bacillus khr-10-mx and the complex strain khr-5-mx in the SBR reactor. Microorganisms producing microorganisms and biopolymer coagulants are completed for 1 to 2 weeks according to the inoculation schedule. 3-4 ppm per 1㎥ of daily inflow for 1 week and 1-2 ppm per 1㎥ of daily inflow for 2 weeks The inoculation device 107 inoculates a certain amount. Here, even in a state of lacking organic matter, dominantly activated, BOD, COD, SS, T-N, and T-P removal will proceed rapidly. In addition, the microbial inoculation in the SBR reactor is selective for microbial microorganisms depending on the water quality, and the amount of inoculation and the number of days of inoculation may also be reduced or extended depending on the active state, but is not limited to two weeks.
이때, 하수중의 유기물 일부는 미생물과 접촉하고 유기물의 산화 식에 따라서 탄산가스나 물같은 무기물로 산화되고, 나머지 일부는 세포질의 형성 식에 따라서 미생물의 세포합성에 쓰여지고, 하수 및 오수중의 유기물량이 적게 되면 미생물은 세포질의 산화 즉, 자기산화 식과 같이 자신의 세포질 분해에 의해 에너지를 얻는 공정은 하기의 메카니즘에 따라 오염물질이 제거되고 슬러지 생성을 억제하는 메카니즘은 다음 반응식과 같다.At this time, a part of organic matter in the sewage is in contact with the microorganism and oxidized to inorganic matter such as carbon dioxide or water according to the oxidation formula of the organic matter, and the other part is used for cell synthesis of the microorganism according to the formula of cytoplasm, and the amount of organic matter in sewage and sewage When the microorganism is reduced, the process of obtaining energy by its cellular decomposition, such as the oxidation of the cytoplasm, that is, the self-oxidation formula, removes contaminants and suppresses sludge production according to the following mechanism.
유기물의 산화(BOD제거)Oxidation of Organics (BOD Removal)
세포질의 형성(오니생성)Cytoplasm Formation (Sludge Generation)
세포질의 산화(오니감량)Oxidation of the cytoplasm (reduction of sludge)
1)생물학적 질산화 공정(호기성 산화)1) biological nitrification process (aerobic oxidation)
SBR반응조에서 질소 제거방법은 생물학적 방법으로 NH4-N을 질산화균을 이용하여 NO3-N으로 변환시킨후, 탈질소균을 이용하여 N2gas의 형태로 대기중으로 방출하는 방법이다. 질산화가 이루어지기 위해서는 2단계가 필요하다. 첫 번째 단계는 Nitrosomonas가 암모니아를 O2분자를 사용하여 아질산으로 변환시키는 단계이고, 두 번째 단계는 Nitrobactor가 아질산을 질산으로 변환시키는 단계이다. 질산화의 메카니즘은 다음 반응식과 같다.Nitrogen removal in the SBR reactor is a method of biologically converting NH 4 -N into NO 3 -N using nitrifying bacteria, and then released to the atmosphere in the form of N 2 gas using denitrification bacteria. Two steps are required to achieve nitrification. The first step is for Nitrosomonas to convert ammonia to nitrite using O 2 molecules, and the second step is for Nitrobactor to convert nitrite to nitric acid. The mechanism of nitrification is shown in the following scheme.
1mol의 NH4 +-N의 산화에 2mol의 산소를 필요로 한다. Nitrosomonas 나Nitrobacter 등의 질산화균은 증식에 유기물을 필요로 하지않고 NH4 +나 NO2 -의 산화로 얻은 에너지를 사용하여 CO2를 환원시켜 균체를 합성하는 독립영양세균으로 균체반응은 다음식과 같은데 다음식으로부터 1kg의 NO2 -가 산화되면 0.47kg의 Nitrosomonas가 합성되고 1kg의 NO2 -가 산화되면 0.02의 Nitrobacter 가 합성된다.Oxidation of 1 mol of NH 4 + -N requires 2 mol of oxygen. Nitrifying bacteria such as Nitrosomonas and Nitrobacter are independent nutrients that synthesize COB by reducing CO 2 using energy obtained by the oxidation of NH 4 + or NO 2 - without the need for organic material for growth. When 1 kg of NO 2 - is oxidized, 0.47 kg of Nitrosomonas is synthesized, and when 1 kg of NO 2 - is oxidized, 0.02 Nitrobacter is synthesized.
이러한 균체증식율은 BOD산화균 즉, 종속영양미생물에 비해 증식율(0.5∼0.7)매우 낮다는 것을 알수 있다. 여기서 질산화 미생물의 성장과 활성화를 유지시키는 것이 필요하다.The cell growth rate is very low (0.5 ~ 0.7) growth rate compared to BOD oxidizing bacteria, that is, heterotrophic microorganisms. Here it is necessary to maintain the growth and activation of nitrifying microorganisms.
여기서 SBR반응조의 우점종 질산화용 생균수를 각 3회 반복 실험 후 유효숫자 범위내의 CFU 값을 평균 측정하였다. 측정된 값은 [표 1] 과 같다.Here, the average number of CFU values within the effective number range was measured after three repeated experiments for the number of dominant species nitrifying bacteria in the SBR reactor. The measured values are shown in [Table 1].
[표 1] 질산화용 생균수, 아질산균, 질산균, 탈질균[Table 1] Viable cell count for nitrification, nitrite bacteria, nitrate bacteria, denitrification bacteria
질산화용 우점종 미생물은 [표 2] 와 같다.Dominant microorganisms for nitrification are shown in [Table 2].
[표 2] 질산화용 우점종 미생물[Table 2] Dominant Microorganisms for Nitrification
2)생물학적 탈인 공정(인 과잉섭취)2) Biological dephosphorization process (phosphorus excess)
SBR반응조의 무산소 조건에서 유기물(S-BOD)이 저분자지방산(Short Chain Fatty Acid)으로 변화되고 SCFA가 세포내로 이송된다.Under the anaerobic conditions of the SBR reactor, organic matter (S-BOD) is converted to short chain fatty acid and SCFA is transported into the cell.
세포내에 있는 Polyphosphat가 Orthophosphate로 변화되어 소량이 방출된다. 이때 SCFA는 PHB(C6H6O2)n로 변화되어 축척된다.Polyphosphat in the cell is converted to orthophosphate and a small amount is released. At this time, SCFA is changed to PHB (C 6 H 6 O 2 ) n is accumulated.
인방출 : 형기조건 Poly-P + VFA →PHB = PO4 3- Phosphorus release: Molding condition Poly-P + VFA → PHB = PO 4 3-
호기성 조건에서 폴리인산염으로 인을 재축적하는데 이때 PHB를 산화하여 증식하고 (호기성 조건에서 인의 과잉섭취) 증식된 (인이 과잉섭취 및 인분해) 미생물 즉, Poly-P 미생물을 가용화하므로서 인 제거가 달성된다.Phosphorus removal by polyphosphate under aerobic conditions re-accumulates PHB by oxidizing and proliferating PHB (over-ingestion of phosphorus under aerobic conditions) and solubilizing the expanded (over-ingestion and phosphorylated phosphorus) microorganisms, ie Poly-P microorganisms. Is achieved.
인섭취 : 호기조건 PHB + PO4 3-→Poly-P + H2O + CO2 Intake: Exhalation condition PHB + PO 4 3- → Poly-P + H 2 O + CO 2
여기서 처리되지 않은 나머지 잔존 인화합물은 생물고분자 응집제를 생산하는 미생물(Bacillus sp. 등) 증식에 생물고분자 응집제 활성에 따라 응집흡착 제거된다.The remaining residual phosphorus compound is not coagulated and adsorbed according to the activity of the biopolymer coagulant to the growth of microorganisms (Bacillus sp., Etc.) to produce a biopolymer coagulant.
3)생물학적 탈질소 공정(혐기성 환원)3) biological denitrification process (anaerobic reduction)
SBR반응조에서 생물학적 탈질 과정는 NO3-N를 N2gas의 형태로 환원시키는 과정으로 가스상 물질은 주로 질소가스인 N2이지만 Nitrous Oxide(N2O)혹은 Nitric Oxide(NO)로 변환 되기도 한다. 가스상 질소는 생물학적 성장을 위해 쉽게 이용할 수 있는 형태가 아니므로, 탈질소는 환경에 크게 해를 주지않는 질소 형태로 변환시키는 것이다.Biological denitrification in the SBR reactor is a process of reducing NO 3 -N to N 2 gas. The gaseous substance is mainly N 2 , which is nitrogen gas, but it is also converted to Nitrous Oxide (N 2 O) or Nitric Oxide (NO). Since gaseous nitrogen is not a readily available form for biological growth, denitrification converts it into a form that does not harm the environment.
질산화와는 달리, 탈질소에 관여하는 미생물은 상당히 넓은 범위에 걸처 작용하고, 탈질소 능력을 가지고 있는 접종 미생물은 하기와 같다. 여기서 탈질화의 메카니즘은 다음 반응식과 같다.Unlike nitrification, the microorganisms involved in denitrification act over a fairly wide range, and the inoculating microorganisms with denitrification capacity are as follows. Here, the mechanism of denitrification is shown in the following scheme.
여기서 무산소 공정의 우점종 탈질 미생물 생균수를 각 3회 반복 실험 후 유효숫자 범위내의 CFU 값을 평균 측정하였다.Here, the number of dominant species denitrified microorganisms in the anoxic process was repeated three times, and the average CFU value within the effective number range was measured.
측정된 값은 [표 3] 과 우점종 미생물은 [표 4] 와 같다.The measured values are shown in [Table 3] and dominant species microorganisms are shown in [Table 4].
[표 3] 탈질용 생균수, 아질산균, 질산균, 탈질균[Table 3] Number of live bacteria for denitrification, nitrite bacteria, nitrate bacteria, denitrification bacteria
[표4] 탈질용 우점종 미생물[Table 4] Dominant Microorganisms for Denitrification
제5처리공정(소독 및 방류조)5th process (disinfection and discharge tank)
처리공정에서 상등수로 분리된 처리수에 포함된 병원성 대장균 등을 UV 또는 차염소산나트륨(NaOCl) 등을 이용 소독조를 통과 멸균처리 후 방류 관거를 통해 방류한다. 여기서 처리수를 재활용하기 위해서는 최종적으로 여과조에서 부유물, 난분해성 물질, 악취, 색도 등을 활성탄 및 모래 여과재 층을 통과시켜 안전하게 제거한 다음 재활용 할 수 있다.Pathogenic Escherichia coli contained in the treated water separated into the supernatant water in the treatment process is sterilized by passing through a disinfection tank using UV or sodium hypochlorite (NaOCl), etc., and then discharged through a discharge conduit. Here, in order to recycle the treated water, suspended solids, hardly decomposable substances, odors, and chromaticity can be safely removed through the activated carbon and sand filter media in the filtration tank and then recycled.
이하 다음과 같은 실시예를 통하여 본 발명의 특징에 대하여 상세히 설명한다Hereinafter will be described in detail with respect to the features of the present invention through the following examples.
[실시예 1]Example 1
다음은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다.The following presents a preferred embodiment to aid the understanding of the present invention.
그러나 하기의 실시예들은 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이다.However, the following examples are provided only to more easily understand the present invention, and the present invention is not limited to the following examples, which are obvious to those skilled in the art.
[도 1] 과 같이 생활하수를 생물학적 탈질 및 탈인을 SBR 프로세스를 이용하여 처리하였다. 처리결과는 [도 5] 과 [도 6] 에 나타내었다. 하기한 [표 5] 의 성상을 가지는 실제의 하수를 [도 1] 에 나타난 처리공정 그대로 Pilot Plant 및 Lab Test로 실시하였다. Pilot Plant는 50㎥/day 와 Lab Test는 SBR반응조 용량을 50ℓ로 제작하였으며, 질소(N)와 인(P)을 동시에 처리할 수 있는 공정과 신균주 미생물을 접종 실험하였다.As shown in FIG. 1, the living sewage was treated by biological denitrification and dephosphorization using an SBR process. The treatment results are shown in [FIG. 5] and [FIG. 6]. The actual sewage having the properties shown in Table 5 was carried out by a pilot plant and a lab test as it is shown in FIG. The pilot plant produced 50㎥ / day and lab test with 50ℓ of SBR reactor, and the process was able to process nitrogen (N) and phosphorus (P) at the same time.
처리효율을 최대화 할 수 있는 운전조건을 확립하기 위하여 운전제어 인자인 유입수질, 제어시간, pH, ORP, DO, TWL, BWL 등을 설정하여 최적운전 조건을 확립, 유기물 및 질소, 인의 동시제거 효율을 측정 분석하였다. 또한 무인 자동화에 관한 실험으로 퍼지(Fuzzy ＆ PLC)제어 시스템을 이용 반응조의 DO, pH, ORP, TWL, BWL, 온도 등의 검출장치에 의한 제어장치로서 ORP Controller, Blower, Air-Velve, Pump, Decant Valve, SRS 등을 자동으로 제어하였다.In order to establish the operating conditions to maximize the treatment efficiency, the optimum operating conditions are established by setting the operating control factors such as inflow water quality, control time, pH, ORP, DO, TWL, BWL, etc. Was analyzed. In addition, as an experiment on unmanned automation, it uses a fuzzy & PLC control system to control ORP Controller, Blower, Air-Velve, Pump, etc. as a control device by detecting devices such as DO, pH, ORP, TWL, BWL, and temperature of the reactor. Decant Valve, SRS, etc. were automatically controlled.
실험에서 사용된 하수의 BOD 농도는 120∼259ppm 범위이며, 평균 150ppm으로 일반 아파트 오수에 비하여 농도가 낮게 나타났으며, BOD/TKN Ratio는 3.0으로 역시 낮았다. 또한 하수의 유량과 농도의 일별 변화가 심하게 나타났는데 시간별 농도변화를 분석 실험하였다. 1시간 간격으로 하수를 채수하여 COD농도를 분석한 결과 오전 7시 30분부터 농도가 높아지며 18시가 되면 평균치 이하로 농도가 낮아지는 것을 알 수 있었다.The BOD concentration of sewage used in the experiment ranged from 120 to 259ppm, the average of 150ppm was lower than that of general apartment sewage, and the BOD / TKN ratio was also low as 3.0. In addition, the daily change of sewage flow rate and concentration was severe. As a result of analyzing the COD concentration by collecting sewage at 1 hour interval, the concentration increased from 7:30 am and the concentration decreased to below the average value at 18:00.
그리고 요일별로 차이가 심하게 나타났으며, 토요일에 농도가 낮게 나타났다. 일일 변화 폭이 50∼450ppm으로 활동 시간대에는 농도가 높고 그렇지 않을 경우에는 너무 낮은 것을 알 수 있는데 이는 소규모 처리장의 경우 처리공정이 충격부하에 강해야 정상적 기능을 발휘할 수 있으며 요일에 따른 유량 및 농도변화에 적응할 수 있도록 운영되어야 한다는 것을 의미한다.The differences were severe during the day, with low concentrations on Saturdays. The daily variation range is 50 ~ 450ppm, which means that the concentration is high at the time of activity and is too low otherwise, it is normal for small treatment plants to be able to function normally when the process is strong under impact load. It must be operated to adapt.
[표 5] 유입수 성상[Table 5] Influent Properties
1단계(협잡물 및 모래제거) : 생활계에서 발생하는 하수는 관로를 통하여 유입되면서 스크린(10)에서 각종 협잡물을 제거하고, 침사조(11)에서 모래 등을 침전분리 제거하였다.Step 1 (elimination of contaminants and sand): The sewage generated in the living system was introduced through the pipeline to remove various contaminants from the screen 10, and sedimentation removal of sand and the like from the sedimentation tank (11).
2단계(유입 혼합 반응) : 스크린(10) 및 침사조(11)에서 분리 제거된 하수는 유량조정조(12)에서 일정시간 저류하면서 균등 혼합되고 펌프(200)로 부터 일정량 이송 SBR전반응조(13)로 연속 또는 단속유입되고 SBR주반응조(14)와 연동하여 기본적으로 설정된 수위 TWL(Top Water Level)에 도달되면 브로워(202)가 작동하여 혼합 교반이 시작된다. 여기서 슬러지 선택기(Sludge Selection Time)를 설정하고 슬러지선택저류조(16)에서 일정량의 슬러지가 슬러지 감량장치(206)를 거처 유입되면서 동시 유입 하수와 혼합 교반한다.Step 2 (inflow mixing reaction): The sewage separated and removed from the screen 10 and the sedimentation tank 11 is uniformly mixed while being stored in the flow adjusting tank 12 for a predetermined time and transferred from the pump 200 by a predetermined amount. When continuous or intermittent inflow to the SBR main reaction tank 14 reaches the basically set water level TWL (Top Water Level), the brower 202 is operated to start mixing and stirring. Here, a sludge selection time is set, and a certain amount of sludge flows through the sludge reduction device 206 in the sludge selection storage tank 16 and mixed and stirred with simultaneous inflow sewage.
3단계(호기반응 및 무산소반응) : SBR전반응조(13)에서 배플판(Baffle Flate) 저부를 통해 SBR주반응조(14)로 유입 기본적으로 설정된 수위 TWL(Top Water Level)에 도달하면 브로워(202)가 작동하여 폭기 및 혼합 교반이 시작된다. 정상적인 운전주기는 4.0∼4.8hr으로 설정, 폭기(Air-on/off)가 20∼25min 간격으로 4회 반복 실행하고, 여기서 폭기시간은 DO농도를 자동 측정하여 필요한 DO농도를 최저3mg/ℓ최고6mg/ℓ를 유지하여 설정시간과 관계없이 최저와 최고치에 따라 브로워를 on/off 가동하였다. 무산소주기는 20∼25min 간격으로 3회 반복 실행하고, 침전은 50min, 유출 60min으로 설정 운전하였다. 이때 우수주기(Storm Flow)의 과다유량을 상쇄시키기 위하여 3.0∼3.4hr로 조정운전 하였다.Stage 3 (aerobic and anoxic reactions): flows into the SBR main reactor (14) through the bottom of the baffle flate from the SBR pre-reactor (13). ) Is activated to start aeration and mixing agitation. Normal operation cycle is set at 4.0 ~ 4.8hr, and aeration (air-on / off) is repeated 4 times at 20 ~ 25min intervals, where the aeration time automatically measures DO concentration and the required DO concentration is minimum 3mg / ℓ. Maintaining 6 mg / l, the brower was turned on / off at the lowest and highest values regardless of the set time. The anaerobic cycle was repeated three times at intervals of 20 to 25 minutes, and the settling was set to 50 minutes and 60 minutes for effluent. At this time, in order to offset the excess flow rate of Storm Flow, it adjusted to 3.0-3.4hr.
처리공정 주기는 [도 3] 의 타임스케줄과 같다.The treatment process cycle is the same as the time schedule of FIG.
본 실시예의 SBR주반응조(14)를 1, 2반응조로 구획하고, 운전은 하나의 운전 주기에 의해서 퍼지(Fuzzy) ＆ PLC(Programmable Logic Controller)제어된다. 완벽한 공정의 정상적인 주기는 4.0∼4.8hr으로 각각의 반응조가 동시에 유출하는 것을방지하기 위하여 유출 단계를 [도 3] 과 같이 일정 시간차를 두고 반응조(1 Basin) 중 하나만 폭기 단계이며, 다른 반응조(2 Basin)는 유출단계로 조정 운전하였다.The SBR main reactor 14 of this embodiment is divided into one and two reactors, and operation is controlled by Fuzzy & PLC (Programmable Logic Controller) by one operation cycle. The normal cycle of the complete process is 4.0 to 4.8hr in order to prevent each reactor from flowing out at the same time, only one of the reaction tanks (1 Basin) is aerated at intervals as shown in FIG. Basin) was adjusted to run out.
여기서 ORP Controller(104)에 의해 호기조건 산화환원 전위를 -50∼+300mV로 조절하고 신균주 접종장치(107)를 장착하여 신균주 Bacillus khr-10-mx와 복합균주 khr-5-mx를 접종스케줄에 따라 14일간 접종 완성하였다.Here, the ORP controller 104 controls the aerobic redox potential at -50 to +300 mV and mounts the new strain inoculator 107 to inoculate the new strain Bacillus khr-10-mx and the complex strain khr-5-mx. Inoculation was completed for 14 days according to the schedule.
여기서 무산소 단계는 침전된 슬러지의 질산성질소(NO3-N)는 조내에 접종 우점화 된 탈질 미생물에 의해 N2Gas로 전환 방출되고, 여기서 ORP Controller(104)에 의해 무산소조건 산화환원 전위를 -50∼-150mV로 조절하였다.Here, the anoxic stage is converted to N 2 gas by the denitrified microorganism dominated by the inoculated precipitating sludge (NO 3 -N) is released into the N 2 gas, where the oxygen-free redox potential by the ORP controller (104) The temperature was adjusted to -50 to -150 mV.
3단계(침전) : 호기반응과 무산소반응이 타임스케줄에 따라 이루어지면 폭기가 중단되고 미생물 응집물인 바이오매스(Biomass)는 침전되고 고액분리가 이루어진다. 여기서 운전주기는 4.0∼4.8hr으로 침전시간을 50min으로 설정 운전하였다.Step 3 (Sedimentation): When the aerobic and anoxic reactions are performed according to the time schedule, the aeration is stopped and the biomass, the biomass aggregate, is precipitated and solid-liquid separation is performed. Here, the operation cycle was set to set the settling time to 50 minutes in 4.0 ~ 4.8hr.
4단계(처리수 배출) : 고액분리된 상징수는 배출장치인 배출게이트(Electromotive Effluent Gate) 또는 배출밸브(203)를 통해 배출된다. 배출밸브(203)의 작동 시간은 60min으로 설정 운전하였다. 유출단계는 TWL(Top Water Level)로 부터 설정 BWL(Bottom Water Level)수위까지 배출밸브(203) 작동 시간은 60min 전후이고 BWL에서 약 3min동안 정지한다. 여기서 기계식과 밸브식을 교대로 장착 실험하였다.Step 4 (Treated Water Discharge): The solid-liquid separated supernatant is discharged through an discharge device (Electromotive Effluent Gate) or a discharge valve (203). The operation time of the discharge valve 203 was set to 60 min. The outflow stage is about 60 minutes from the top water level (TWL) to the set bottom water level (BWL) level of about 60 minutes and stops for about 3 minutes in the BWL. Here, the mechanical and valve types were alternately tested.
5단계(휴지 및 슬러지배출) : 처리수의 배출이 끝나면 다음 처리공정을 시작하기 위하여 휴지 상태로 대기한다. 본 실험에서 휴지공정을 생략하고 처리수 배출단계에서 침전된 슬러지 일정량을 인출하여 슬러지선택저류조(16)에 저류한다. 이전 슬러지선택저류조(16)에서 가용화된 슬러지 일정량을 슬러지 감량장치(206)를 통해 SBR전반응조(13) 또는 SBR주반응조(14)로 공급하였다.Step 5 (Paper and Sludge Discharge): After the discharge of treated water, wait for a pause to start the next treatment process. In this experiment, the rest process is omitted and a predetermined amount of sludge precipitated is taken out from the treated water discharge step and stored in the sludge selective storage tank 16. The amount of sludge solubilized in the previous sludge selective storage tank 16 was supplied to the SBR pre-reactor 13 or the SBR main reactor 14 through the sludge reduction device 206.
다음 싸이클(Cycle)에 설정된 수위 TWL(Top Water Level)에 도달하면 브로워(202)가 작동하고 하수 속의 유기물이 비교적 안정된 유기물 또는 불활성 무기물로 분해하게 된다.When the water level TWL (Top Water Level) set in the next cycle is reached, the brower 202 is operated to decompose organic matter in the sewage into relatively stable organic matter or inert inorganic matter.
여기서 전처리된 하수는 SBR전반응조(13)로 다시 유입한다. SBR반응조는 4면형 또는 원형 수평구조물로 구성되며 하수는 SBR전반응조(13) 배플판(Baffle Plate) 하부를 통해 유입되어 상부로 유출되고 연속적으로 타임스케줄에 따라 연속 운전하였다.The pretreated sewage flows back into the SBR pre-reactor 13. The SBR reactor consists of a four-sided or circular horizontal structure, and the sewage flows in through the bottom of the baffle plate of the SBR pre-reactor 13 and flows out to the top, and operates continuously according to the time schedule.
여기서 상세하게는 제거 능이 우수한 신균주 바실러스 khr-10-mx(한국과학기술연구원 유전자은행 기탁번호 KCTC 8533P)와 복합균주 khr-5-mx(한국과학기술연구원 유전자은행 기탁번호 KCTC 0078BP)에 포함된 산화미생물(Bacillus sp. Zoothamnium sp. Colpada sp. 등), 질산화 미생물(Monas sp. Lepadella sp. Epistylis sp. 등), 탈질산화 미생물(Boda sp. Vorticella spp. Amoeba sp. 등), 폴리인(Poly-P) 미생물(Pseudomonas sp. Acinetobacter sp. Bacillus sp. 등)을 신균주 접종장치(107)를 이용 정량으로 접종하였다.Herein, in detail, the bacillus bacillus khr-10-mx (Genetic Bank Accession No. KCTC 8533P) and the complex strain khr-5-mx (Genetic Bank Accession No. KCTC 0078BP) with excellent removal ability are included. Oxidative microorganisms (Bacillus sp. Zoothamnium sp. Colpada sp., Etc.), Nitrifying microorganisms (Monas sp. Lepadella sp. Epistylis sp., Etc.), Denitrification microorganisms (Boda sp. Vorticella spp. Amoeba sp., Etc.) -P) microorganisms (Pseudomonas sp. Acinetobacter sp. Bacillus sp., Etc.) were inoculated quantitatively with the new strain inoculator 107.
접종스케쥴은 2주간 총하수 유입량 및 저수량에 제1일에서 7일까지는 3∼5ppm/㎥.day, 7일에서 14일까지는 1∼2ppm/㎥.day로 접종 완성하고, 계절적 동절기와 하절기에 일정량을 투입 보충하였다.The inoculation schedule is 3 ~ 5ppm / ㎥.day from 1st to 7th days for total sewage inflow and storage for 2 weeks, and 1 ~ 2ppm / ㎥.day for 7th to 14th days, and a certain amount during the winter season and summer season. Was supplemented.
여기서 접종된 신균주 활성배양균은 여러 종류의 기능을 발휘하는 미생물을 상충작용 없이 공존시키는데 그 특성이 있다. 즉 여러 종류의 미생물을 혼합해 놓으면 변이를 일으키고 상호저해 작용을 하는데, 이것을 유전자 재조합시켜 독립된 격리입자를 형성 생존하도록 한 것으로, 일예로 신균주 미생물은 휴면 상태에서 먹이인 각종 유기오염물질을 만나면 휴면 상태에서 깨어나 유기오염물인 먹이를 섭취하고 분해하여 먹이가 없어지면 다시 휴면 상태로 정지하고, 다시 유기오염물질이 유입되면 다시 활동을 재개하여 오염유기물을 섭취 분해하여 끊임없이 활동하게 된다. 특히 1개의 신균주 미생물은 약 336∼504개까지 분열하면 그 후 분열 능력이 반감하기 시작한다. 1회 분열 시간은 약 20∼30min 으로, 약 7일 동안의 번식 성황기(Peak Time)가 된다. 여기서 1회 분열시간 내에서 동일하게 SBR전반응조(13)와 SBR주반응조(14)의 Air-on/off 시간을 설정하여 운전하였다.The inoculated new strain active cultured microorganisms are characterized by coexistence of various types of microorganisms without conflict. In other words, when various kinds of microorganisms are mixed, they cause mutations and interact with each other, and they are genetically recombined to form independent sequestered particles and survive. For example, when new microorganisms encounter various organic pollutants fed in dormant state, they are dormant. Wake up from the state and take up the organic polluted food and decompose it, and when there is no food, it stops again dormant state. In particular, when one new strain of microorganisms divides up to about 336 to 504, its ability to divide begins to halve. One split time is about 20-30 minutes, which is a breeding season for about seven days. Herein, the air-on / off time of the SBR pre-reactor 13 and the SBR main reactor 14 was set in the same splitting time.
반응조에 pH Controller(103), DO Controller(105), ORP Controller(104), Temperature Sensor(106), TWL Sensor(108), BWL Sensor(109)를 포함하는 검출장치(101), 상기 센서들의 검출치에 대응하는 펄스 신호를 출력하는 인터페이스 및 마이크로프로세스 제어 하에 상기 인터페이스로부터 인가되는 디지털 신호에 따라 상기 센서들의 검출치를 각각의 예비 설정치로 연산, 유지하는 마이크로프로세스 Fuzzy ＆ PLC 제어장치(102)로 이루어지고, 연동된 ORP Controller(104)에 산화환원 전위를 -50∼+300mV로 조절되고, 브로워(202) 가동을 제어하여 DO량을 3∼6ppm으로 적정 유지하였다.Detection device 101 including pH controller 103, DO controller 105, ORP controller 104, temperature sensor 106, TWL sensor 108, BWL sensor 109 in the reaction vessel, detection of the sensors A microprocessor Fuzzy & PLC controller 102 which calculates and maintains the detection values of the sensors according to digital signals applied from the interface under microprocess control, and outputs pulse signals corresponding to the values. The redox potential was adjusted to -50 to +300 mV in the interlocked ORP controller 104, and the operation of the brower 202 was controlled to maintain the DO amount at 3 to 6 ppm.
또한 무인관리 자동경보시스템을 동시 작동하여 관리자가 현장 부재시 처리공정상에서 문제가 발생하면 즉시 자동경보시스템이 작동되어 호스트 컴퓨터 또는 입력된 전화번호 및 휴대전화 번호로 경보를 발신하므로써 즉시 대응할 수 있었다.In addition, by operating the unmanned automatic alarm system at the same time, if the administrator has problems in the process during the absence of the site, the automatic alarm system is immediately activated to respond immediately by sending an alarm to the host computer or the inputted phone number and mobile phone number.
여기서 생물학적 질소제거 및 인제거의 실시예를 상세하게 설명한다.Examples of biological nitrogen removal and phosphorus removal are described here in detail.
1)생물학적 질산화1) biological nitrification
유입 암모니아의 농도는 31∼50mg/ℓ이고 평균농도는 27mg/ℓ이다 무산소 상태에서 22.45mg/ℓ이고 호기 상태에서 1.23mg/ℓ이고 유출수의 평균농도는 0.89mg/ℓ이다. 평균 암모니아 제거율은 90% 이상으로 거의 모든 암모니아를 제거할 수 있었다. 온도에 관계없이 질산화율이 이처럼 높은 것은, 유기물 농도가 낮아 질산화 균들이 Heterotroph와의 경쟁에서 저해를 받지 않는 접종 미생물의 우점적 활성에, Air-Om/Off 시간과 충분한 조건을 유지하였기 때문이다.The concentration of inlet ammonia is 31 to 50 mg / l and the average concentration is 27 mg / l. It is 22.45 mg / l in anoxic condition, 1.23 mg / l in aerobic condition and the average concentration of effluent is 0.89 mg / l. The average ammonia removal rate was more than 90% and almost all ammonia could be removed. This high nitrification rate, regardless of temperature, is due to the low concentration of organic matter, which maintains air-om / off time and sufficient conditions for the dominant activity of inoculated microorganisms, which are not inhibited by competition with Heterotroph.
2)생물학적 탈질소2) biological denitrification
본 실시예에서 Nitrate는 반응공정에서 생성되므로 유입농도 보다는 유출농도가 의미를 가진다. 유출농도의 범위는 4.27∼16.38mg/ℓ정도였다. 무산소공정의 평균농도는 3.75mg/ℓ이고, 호기공정의 평균농도는 9.43mg/ℓ이고 최종 방류되는 농도는 호기공정보다 조금 높은 9.48mg/ℓ이었다. 침전공정에서도 약간의 질산화가 이루어지고 있음을 알수 있었고, 특히 하절기의 경우는 3∼4mg/ℓ정도의 Nitrate가 원수로 유입되고 있었고, 탈질 미생물은 산소와 Nitrate가 공존하는 상황일 때 당연히 산소를 선호하므로 플록(Floc)의 안쪽에서 산소를 접하기 어려운 미생물들에 의해서 탈질 반응이 일어나게 된다. 이때 유기물 농도가 낮으면 Floc의 외부의 미생물이 유기물 모두를 사용하므로 플록의 내부까지 유기물이 전달되지 못한다. 이러한 문제를 극복하기 위하여 본 발명에서는 호기공정의 용존산소량을 과잉공급하지 않고 최적량으로 조절하여 무산소공정에서 외부 유기탄소원(Organic Carbon Source)을 공급하지 않고 슬러지 선택기에 공급하는 슬러지의 자체 C-BOD(유기성탄소원)과 자기산화에 의한 내부탄소원을 이용하는 방법으로, 무산소단계에서 접종된 탈질 미생물의 우점적 활성화로 탈질 반응이 연속적으로 이루어져 N2gas로 전환된다. 여기서 슬러지선택저류조(16)에서 가용화된 슬러지를 다시 슬러지 감량장치(206)를 통과하여 SBR전반응조(13)의 슬러지선택기(Sludge Selection Time)에 따라 일정량 슬러지를 탄소원으로 보충 공급하여 탈질공정에 도모하고, 또한 자기산화에 의한 슬러지 볼륨을 일정량으로 유지하여, 매일 배출되는 잉여슬러지를 무배출 시스템으로 전환 운전하였다.In this embodiment, since nitrate is generated in the reaction process, the outflow concentration has a meaning rather than the inflow concentration. The runoff concentration ranged from 4.27 to 16.38 mg / l. The average concentration of the anaerobic process was 3.75 mg / l, the average concentration of the aerobic process was 9.43 mg / l, and the final discharged concentration was 9.48 mg / l, slightly higher than the aerobic process. It was found that some nitrification occurred in the precipitation process, especially in the summer season, 3 ~ 4mg / ℓ of nitrate was introduced into the raw water, and denitrifying microorganisms prefered oxygen when oxygen and nitrate coexisted. Therefore, the denitrification reaction is caused by microorganisms that are difficult to contact oxygen inside the floc. At this time, if the concentration of organic matter is low, since the microorganisms outside the floc use all of the organic matter, the organic matter cannot be delivered to the inside of the floc. In order to overcome this problem, in the present invention, the sludge self-C-BOD is supplied to the sludge selector without supplying an external organic carbon source in the anoxic process by adjusting the optimum amount without excessive supply of dissolved oxygen in the aerobic process. (Organic carbon source) and internal carbon source by self oxidation, denitrification reaction is continuously converted to N 2 gas by the dominant activation of the denitrification microorganism inoculated in the anoxic stage. Here, the sludge solubilized in the sludge selection storage tank 16 passes again through the sludge reduction device 206 and supplements and supplies a certain amount of sludge to the carbon source according to the sludge selection time of the SBR pre-reactor 13 to promote the denitrification process. In addition, the sludge volume by the self-oxidation was maintained at a constant amount, and the surplus sludge discharged daily was converted to a no-discharge system.
3)생물학적 탈인3) biological dephosphorization
본 발명의 고도처리 생물학적 인제거 공정(EBPR:Biological Phosphorus Removing)은 인을 생리학적 필요량보다 과도하게 세포내에 축적시켜 제거하는 방법으로, 인을 축적하는 미생물 즉 폴리인 미생물은 혐기상태에서 쉽게 분해되는 유기물을 체내에 흡수하여 폴리-β-히드록시부틸산(PHB:Poly-β-Hydroxybutyrate)와 PHV(Poly-β-Hydroxyvalerate)등을 합성하는데, 이때 필요한 에너지는 세포내의 Polyphosphate를 분해하는 것에 의해 얻어진다. 이 과정에서 인을 방출한다. SBR반응조의 호기(Air-on) 공정에서는 Poly-P 미생물들은 에너지를 생성하기 위해 체내에 합성해 두었던 유기물을 분해하여 에너지를 만들어 체내에 Polyphosphate의 형태로 저장한다. 무산소(Air-off) 공정에서 유기물(S-BOD)이 저분자 지방산(SCFA : Short Chain Fatty Acid)으로 변화되고 SCFA가 세포내로 이송된다.Advanced Phosphorus Removal (EBPR) of the present invention is a method for removing phosphorus by accumulating phosphorus excessively in the cell than the physiological requirement, and the microorganisms accumulating phosphorus, that is, polyphosphorus microorganisms, are easily decomposed in anaerobic state. Organic matter is absorbed into the body to synthesize poly-β-hydroxybutyl acid (PHB: Poly- β- Hydroxybutyrate) and PHV (Poly- β- Hydroxyvalerate) .The necessary energy is obtained by decomposing the polyphosphate in the cell. Lose. In this process, phosphorus is released. In the air-on process of the SBR reactor, Poly-P microorganisms decompose organic substances synthesized in the body to generate energy, generate energy, and store it in the form of polyphosphate in the body. In the air-off process, organic matter (S-BOD) is changed to short-chain fatty acid (SCFA) and SCFA is transferred into the cell.
세포내에 있는 Polyphosphate가 정인산(Orthophosphate)으로 변화되어 방출된다. 이때 SCFA는 폴리-β-히드록시부틸산(PHB)로 변화되어 축척된다. 실시예의 실험결과 무산소공정과 호기공정에서 인섭취 속도를 비교하였는데 무산소공정에서 인섭취 속도가 느림을 보였다.Polyphosphate in the cell is released into orthophosphate. SCFA is then converted to and accumulated poly-β-hydroxybutyl acid (PHB). As a result of the experiment, the intake rate was compared in the anoxic process and the aerobic process, and the intake rate was shown to be slow in the anoxic process.
다음 호기(Air-on) 공정에서는 폴리인산염으로 인을 재축척하는데 이때 PHB를 산화하여 증식하고 호기성 조건에서 인을 과잉섭취된 슬러지를 처리하므로서 생물학적 인제거가 달성된다.In the next air-on process, phosphorus is re-scaled with polyphosphate, whereby biological phosphorus removal is achieved by oxidizing and proliferating PHB and treating excess ingested sludge in aerobic conditions.
따라서 생물학적 인 제거에 관여하는 미생물 즉, Poly-P 미생물로 제거가 안된 잔존 인화합물은 생물고분자 응집제를 생산하는 미생물의 활성화에 따라 생산된 응집제에 의해 흡착, 응집 제거하였다.Therefore, the microorganisms involved in biological removal, that is, the remaining phosphorus compounds that were not removed by the Poly-P microorganism, were adsorbed and coagulated by the coagulant produced according to the activation of the microorganism producing the biopolymer coagulant.
여기서 총인 유입 농도는 3∼11mg/ℓ범위이고 평균은 5.8mg/ℓ였다. 이 농도는 유입되는 COD 수준을 생각될 때 선진국과 비슷한 경향이라 생각된다. 운전조건에 따른 SBR반응조의 인거동을 살펴보면 Air-on/off 상태에서 인의 방출 및 인섭취 기작이 활발하게 진행되었다. 가장 큰 영향을 미치는 요소는 무산소 상태의 유기물양, NO- 3,DO가 있다. 이들 중 NO- 3와 DO가 높은 경우, 탈질 미생물들에 의해 유기물들이 소모되어 Poly-P 미생물들이 이용가능한 유기물양은 줄어들게 되므로 이와 같은 환경에서 무산소공정 및 침전공정에서 적은 유기물 양을 극복하는 균주의 활성으로 80%이상의 제거율을 나타내었으며 종래의 다른 SBR 프로세스에 비해 처리특성의 안정성 및 충격부하에 대한 저항도 크기 때문에 질소와 인을 동시제거 할 수 있는 기술을 확립하였다.Total phosphorus inlet concentrations ranged from 3 to 11 mg / l with an average of 5.8 mg / l. This concentration is thought to be similar to that of developed countries when considering the level of incoming COD. In the operation of SBR reactor according to the operating conditions, the mechanism of phosphorus release and intake were actively progressed in the air-on / off state. The most influential factors are anoxic organic matter, NO - 3 , DO. If NO - 3 and DO are high, organic materials are consumed by denitrifying microorganisms, and the amount of organic materials available to Poly-P microorganisms is reduced. It showed more than 80% removal rate and established the technology to remove nitrogen and phosphorus simultaneously because of stability of processing characteristics and resistance to impact load compared to other SBR processes.
우점종으로 Poly-P 미생물은 [표 6] 과 같다.Poly-P microorganisms as dominant species are shown in [Table 6].
[표 6] 인의 과잉섭취 및 탈질 우점종 미생물Table 6 Phosphorus Ingestion and Denitrification Dominant Microorganisms
4)낮은 유기물질 양을 극복하는 기술4) Technology to overcome low organic matter volume
질소와 인을 동시에 제거해야 하는 단일 반응조에서 Poly-P 미생물의 작용에 의해 탈질효율이 저하될 가능성이 있다. 유기물질을 두고 Poly-P 미생물과 탈질 미생물이 경쟁을 하기 때문이다. 종래의 SBR Process의 경우 무산소공정에서 탈질에이용될 유기물이 많이 제거되기 때문이다. 그러나 이러한 가정은 Poly-P 미생물이 탈질능이 없다는 가정에서 나온 것인데 실제로는 Poly-P 미생물이 탈질능이 있는 종과 없는 종이 있다.Denitrification efficiency is likely to decrease due to the action of Poly-P microorganisms in a single reactor that requires simultaneous removal of nitrogen and phosphorus. This is because Poly-P microorganism and denitrification microorganism compete for organic matter. This is because the conventional SBR process removes a lot of organic materials to be used for denitrification in the anoxic process. However, this assumption comes from the assumption that Poly-P microorganisms are incapable of denitrification. In practice, there are species with and without Poly-P microorganisms.
실제로 앞에서 언급한 것처럼 본 실험에서 접종한 복합균주 khr-5-mx의 특성은 무산소공정에서 인과잉섭취 미생물들이 인을 섭취하면서 탈질소 능을 가지고 있다. 다중 인산염을 저장할 수 있는 미생물 중 탈질소 능을 가진 종을 DPB(Denitrifying Phosphorus Removing Bacteria)라고 명하고, 본 발명에서 유전자 재조합 복합균주에 포함된 DPB를 이용하며 탈소질, 탈인의 복수기능을 갖는 것과, 국내 하수의 문제점인 낮은 유기물 농도를 극복하기 위한 수단으로 SBR전반응조(13)에 슬러지 선택기(Sludge Selection Time)를 설정함에 있어 슬러지 무배출 시스템을 이용 슬러지선택저류조(16)에서 가용화된 슬러지를 다시 SRS장치(206)를 통해 SBR반응조에 일정량을 공급 유기물과 탄소원으로 보충하여 낮은 유기물 문제를 극복할 수 있다.In fact, as mentioned above, the characteristics of the inoculated complex strain khr-5-mx have denitrification ability by the phosphorus ingesting microorganisms ingesting phosphorus in the anaerobic process. Among the microorganisms capable of storing multiple phosphates, a species having denitrification ability is called DPB (Denitrifying Phosphorus Removing Bacteria), and in the present invention, using a DPB included in a recombinant recombinant strain and having multiple functions of denitrification and dephosphorization To set the sludge selection time in the SBR pre-reactor 13 as a means to overcome the low organic matter concentration, which is a problem of domestic sewage, the sludge solubilized in the sludge selection storage tank 16 using the sludge discharge system. Through the SRS apparatus 206, a certain amount of the SBR reactor may be supplemented with a supply organic material and a carbon source to overcome the low organic matter problem.
5)슬러지 무배출 기술5) sludge discharge technology
상기 SBR반응조의 배출공정에서 1회 인출하였다. 인출된 슬러지는 슬러지선택저류조(16)로 이송하여 일정시간 체류하면서 슬러지에 Air-on/off 단계를 유지하면서 신균주 미생물을 접종 활성화하여 슬러지에 포함된 유기물 종류의 탄수화물은 당류나 유기산으로, 단백질은 아미노산으로, 지방은 지방산이나 그리세린으로 분해되어 다시 작은 분자로 분해되어 슬러지의 볼륨을 줄이는 단계로부터, 최후에는 무기질인 물과 미네랄 탄산가스 등으로 물과 함께 배출되거나 대기중에 방출되어 소멸한다. 여기서 구획된 슬러지선택저류조(16)에서 옥시던트와 접촉, 산화 분해되어 가용화된 나머지 슬러지는 다시 슬러지 감량장치(206)를 거처 SBR전반응조(13)에 일정량 공급하여 부족한 유기물과 탄소원으로 보충한다. SBR주반응조(14)에서 생물반응에 따라 반복 연속적으로 상기 메카니즘과 같이 오니균의 세포 일부를 자기산화하여 감량되므로써, SBR주반응조(14)의 Biomass 즉, 슬러지볼륨(Sludge Volume)은 일정량으로 유지되고, 장기간의 슬러지 무배출 기술이 달성된다. 분해 메카니즘은 하기와 같다.It was withdrawn once in the discharge process of the SBR reactor. The extracted sludge is transported to the sludge selective storage tank 16 and stays for a certain time, while inoculating and activating the microbial microorganism while maintaining the air-on / off stage in the sludge. Silver is an amino acid, fat is broken down into fatty acids or glycerine, and further broken down into small molecules to reduce the volume of sludge, which is eventually discharged with water or released into the atmosphere with mineral water and mineral carbon dioxide. Here, the remaining sludge contacted with the oxidant in the sludge selective storage tank 16 partitioned and oxidized and solubilized is supplied again to the SBR pre-reactor 13 through a sludge reduction device 206 to supplement the insufficient organic matter and carbon source. The biomass, ie, sludge volume, of the SBR main reactor 14 is maintained at a constant amount by autooxidizing and reducing some of the cells of the sludge bacteria as described in the above-described mechanism. And the long-term sludge discharge technology is achieved. The decomposition mechanism is as follows.
가)탄수화물 분해Carbohydrate decomposition
Bacillus Subtilis 는 탄수화물을 분해하는 Amylase를 분비하여 탄수화물을 분해 용이한 6% Glucose, 30% Maltose, 64%의 Dextrin 등으로 분해하여 분해된 단당류는 미생물의 먹이가 되어 미생물 증식의 기본 요소가 되며 미생물은 단당류를 섭취하여 분열 증식하고 게속해서 Amylase를 분비하여 결국 단당류는 미생물의 먹이가 되며 분해하여 물 (H2O) 및 탄산가스(CO2)로 된다.Bacillus Subtilis secretes amylase, which breaks down carbohydrates, and breaks down carbohydrates into 6% Glucose, 30% Maltose, and 64% Dextrin. Ingestion of monosaccharides divides, multiplies and continues to secrete Amylase, which eventually becomes a food for microorganisms and breaks down into water (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ).
나)단백질 분해B) protein degradation
Bacllus Subtilis 및 Bacillus Polymyxa에서 단백질 분해효소인 Protease를 분비하여 단백질을 분해 용이한 아미노산으로 변화시켜 변화된 N기를 함유한 아미노산은 Bacillus Subtilis 및 Bacillus Polymyxa의 증식성장에 기본 요소인 먹이가 된다. 아미노산류를 섭취분해하며 성장분열하여 계속 Protease를 분비한다. 결국아미노산 계열의 물질은 미생물에 의해 포식되고 분해하여 물 (H2O), 탄산가스 (CO2), 암모니아가 된다.The secreted protease from Bacllus Subtilis and Bacillus Polymyxa secretes protease, transforming the protein into an easily digestible amino acid. Ingestion of amino acids breaks down growth and continues to secrete protease. Eventually, amino acid-based materials are fed and decomposed by microorganisms to form water (H 2 O), carbon dioxide (CO 2 ), and ammonia.
다)지방질 분해Lipolysis
Rodopseudmonss 속과 Bacillus Licheniformis는 Lipase를 분비하여 지방분을 알콜과 지방산으로 분해하여 알콜과 지방산은 미생물의 먹이가 되며 미생물은 알콜과 지방산을 먹이로 계속 증식하며 Lipase를 분비한다. 결국 알콜과 지방산은 미생물에 의해 분해하여 물 (H2O)과 탄산가스 (CO2)로 된다.The genus Rodopseudmonss and Bacillus Licheniformis secrete Lipase to break down fats into alcohols and fatty acids so that alcohol and fatty acids become food for microorganisms, and microorganisms continue to multiply by feeding alcohol and fatty acids and secrete Lipase. Eventually alcohols and fatty acids are broken down by microorganisms into water (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ).
라)유화수소 가스 (H2S)의 분해D) decomposition of hydrogen sulfide gas (H 2 S)
Autotrophic Bacteria류인 Beggiatoacea에 의하여 HO4로 변환되므로 유화수소 가스의 악취를 제거한다.Beggiatoacea, Autotrophic Bacteria, is converted into HO 4 to remove odor of hydrogen sulfide gas.
마)암모니아의 분해E) decomposition of ammonia
Nitrobactor, Pseudomonas에 의하여 암모니아를 NO2로 변환시켜 결국 NO3를 N2gas로 방출하여 암모니아에 의한 악취 및 자극성을 해소한다.Nitrobactor, Pseudomonas converts ammonia into NO 2 and eventually releases NO 3 to N 2 gas, eliminating odor and irritation caused by ammonia.
바)셀루로우즈의 분해F) Disassembling Cellulose
셀루로우즈는 Tricchoderma Viride가 Cellulase C1효소를 강하게 분비하여 고분자 탄수화물 구조인 셀루로우즈의 비결정형 부분의 분자 구조를 공격하고 연결을 단절하면 다시 Cellulase Cx형 효소에 의하여 결정부분이 분해되어 결국 분해 용이한 단당류로 전환된다. 단당류는 다시 미생물에 의하여 가수분해되고 탄소의 대부분은 부식되어 남는다.Cellulose is a strong secretion of the Cellulase C 1 enzyme by Tricchoderma Viride to attack the molecular structure of the amorphous part of the cellulose, a polymer carbohydrate structure, and breaks the linkage. It is easily converted to monosaccharides. Monosaccharides are again hydrolyzed by microorganisms and most of the carbon remains corroded.
상기 각 처리공정을 거친 처리수를 환경오염공정시헙법과 Standard Methods를 이용하여 BOD, CODcr, CODmn, SS, TN, TP, 우점종 생균수 등을 측정하고 [표 7] 과 같은 만족한 처리결과를 얻었다.BOD, CODcr, CODmn, SS, TN, TP, dominant species viable counts were measured for the treated water after each treatment process using environmental pollution method and standard method, and satisfactory treatment result as shown in [Table 7] Got it.
[표 7] 처리결과[Table 7] Processing result
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 간단한 구조와 단시간에 효과적으로 질소와 인을 동시에 제거하여 배출허용 기준치를 달성할 수 있다. SBR반응조에서 신균주 미생물에 의한 세포질의 자기산화 공정을 반복 연속적으로 수행하여 잉여슬러지 발생량을 최소화 한다. 여기서 소량으로 생성된 슬러지를 다시 슬러지선택저류조에서 가용화한 다음 슬러지 감량장치를 이용, 슬러지 선택기(Selection Time)를 설정한 SBR반응조에 유기물과 탄소원으로 공급 한다. 상기 공정을 반복 연속적으로 수행, 장시간에 걸처 슬러지 배출이 없는 무배출 시스템과 무인 자동운전 시스템을 제공하여 효과적으로 질소와 인을 동시에 제거할 수 있을 뿐만 아니라 건설비 및 각종 유지 관리비용을 절감하는 효과를 제공한다.As described above, it is possible to achieve the emission tolerance standard by removing nitrogen and phosphorus simultaneously in a simple structure and short time of the present invention. In the SBR reactor, the self-oxidation process of cytoplasm by the microbial microorganism is repeated continuously to minimize the amount of excess sludge. Here, the sludge produced in a small amount is solubilized again in the sludge selective storage tank, and then supplied to the SBR reactor having a sludge selector (Sion Selection Time) as an organic material and a carbon source using a sludge reduction device. By repeating the process continuously and providing a zero discharge system and an unmanned automatic operation system without sludge discharge for a long time, it can effectively remove nitrogen and phosphorus at the same time, and also reduce the construction cost and various maintenance costs. do.
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