WO2019066230A1 - 단축질소제거 및 아질산 산화 미생물 활성 저해를 위한 장치 및 방법 - Google Patents

단축질소제거 및 아질산 산화 미생물 활성 저해를 위한 장치 및 방법 Download PDF

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정민기
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박홍근
김동우
황호재
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for inhibiting the nitrite oxidizing microorganism (NOB) from oxidizing nitrite nitrogen by applying a device and a method for removing a short-circuit nitrogen using an oxidant module to a nitrite oxidizing microorganism activity inhibiting apparatus.
  • NOB nitrite oxidizing microorganism
  • Contaminants present in sewage and wastewater include solids, organic matter as well as nutrients such as nitrogen and phosphorus.
  • Physicochemical, biological, and chemical methods are used to remove these contaminants.
  • the biologically activated sludge process for removing contaminants by using bacteria is most economically and efficiently used, and thus is most widely used in the field.
  • oxygen for the oxidation of organic matter and nitrogen, the electron acceptor, oxygen, must be supplied.
  • oxygen exists in a gaseous state, so it needs a process to transfer it to utilize microorganisms.
  • the rate (r) at which a low-dissolved gas such as oxygen is transferred to a liquid phase is calculated as follows.
  • the amount of oxygen that is required for the biological process is affected by various factors. Factors influencing oxygen transfer include solid matter concentration, salinity, surface tension, temperature, altitude, depth of injection, mix of reactor and reactor shape. Therefore, the amount of oxygen required for the oxidation of pollutants and the amount of actually injected oxygen show a large difference.
  • a gas containing oxygen In order to supply oxygen, a gas containing oxygen must be supplied, at which time air can be supplied. The amount of air to be actually supplied is calculated using the following equation.
  • OTE oxygen transfer rate in fresh water (%)
  • O w oxygen specific gravity in air (gas) (kg O 2 / kg Air )
  • the amount of oxygen to be supplied depends on various characteristics of the wastewater itself and is influenced by the oxygen concentration in the gas and liquid phase.
  • the amount of gas supplied by the actual blower to supply the oxygen required for the biological reaction depends on the oxygen transfer efficiency (OTE).
  • OTE oxygen transfer efficiency
  • the oxygen transfer efficiency (OTE) To 40%. That is, when an acid device having a high oxygen transfer efficiency (OTE) is used, a small amount of air (gas) can be supplied at the same oxygen demand, so that the capacity of the blower to supply air (gas) The power ratio can be reduced.
  • the air (gas) supply is determined by the oxygen concentration difference between the gas and the liquid and the oxygen transfer efficiency (OTE) of the oxygen tube.
  • OTE oxygen transfer efficiency
  • wastewater from ordinary households or business sites contains inorganic nitrogen such as ammonia, ammonium compounds, nitrite compounds and nitric acid compounds, and organic nitrogen such as amino acids and proteins.
  • a combination of the nitrification process and the denitrification process is developed.
  • this method only half of the ammonia nitrogen is oxidized to the nitrite (NO 2 - ) stage and then the remaining ammonia nitrogen is used as an electron donor to remove the nitrogen component .
  • This method involves a single stage nitrogen removal process that removes nitrogen by utilizing ANAMMOX microorganisms that convert to the form of nitrogen gas.
  • the ANAMMOX reaction is a specific microbial reaction that converts ammonia nitrogen into nitrogen gas using nitrite nitrogen as an electron acceptor under anaerobic (or semi-anaerobic) conditions, as shown in the following reaction equation.
  • nitrite nitrogen which is an electron acceptor
  • the partial nitrification process which oxidizes half of the ammonia nitrogen to nitrite nitrogen, must be combined with the front end of the Anammox process.
  • various problems have arisen, such as an increase in the total volume of the apparatus for removing nitrogen.
  • a nitrite-denitrification process is used to reduce energy consumption and carbon source.
  • 1 kg of ammonia nitrogen is oxidized, 3.42 kg of oxygen is consumed, and when denitrifying 2.86 kg of carbon source is consumed,
  • the denitrification process has the advantage of saving 25% oxygen and 40% carbon source compared to the nitrification-denitrification process.
  • the oxygen required for nitrogen oxidation is supplied from an oxygen pipe. Therefore, it is very important to use an oxygen tube having a high oxygen transfer efficiency (OTE) to reduce energy required for supplying oxygen. Therefore, the oxygen transfer efficiency (OTE) in fresh water is 40% and the oxygen transfer efficiency (OTE) is 20% in the wastewater treatment process in the case of existing acid ore, since the oxygen gas is not high in solubility, .
  • OTE oxygen transfer efficiency
  • MABR Membrane Aerated Biofilm Reactor
  • MfR Membrane Bio-film Reactor
  • OTE oxygen transfer efficiency
  • Nitrification proceeds in two steps as follows:
  • the first stage ammonium oxidation is carried out by ammonium oxidizing bacteria (AOB) and the second stage nitrite oxidation is carried out by NOB (Nitrite Oxidation Bacteria).
  • AOB ammonium oxidizing bacteria
  • NOB Nirite Oxidation Bacteria
  • Partial nitrification - Anammox (or anaerobic ammonium oxidation) reaction in the Anammox process proceeds as follows.
  • Partial nitrification which converts a portion of the ammonia nitrogen to nitrite nitrogen, must take precedence, resulting in subsequent Anamox reaction.
  • the ammonium oxidizing microorganism is advantageous to survive, and the nitrite oxidizing microorganism (NOB) is difficult to survive, so that an environment in which the ammonium oxidizing microorganism (AOB) dominates.
  • Various factors such as SRT (Solid Retention Time), DO (Dissolved Oxygen), FA (Free Ammonia), FNA (Free Nitrous Acid) and temperature can be applied for this purpose.
  • FA, FNA, and temperature factors can be applied to create an environment in which ammonium oxidizing microorganisms (AOB) are dominant.
  • Such factors include high ammonia nitrogen concentration and pH, such as reflux water generated in an anaerobic process However, it is not applicable to the treatment of wastewater with low ammonia nitrogen concentration and pH.
  • SRT and dissolved oxygen (DO) can be used for nitrification of sewage.
  • SRT has similar specific growth rate values for ammonium oxidizing microorganisms (AOB) and nitrite oxidizing microorganisms (NOB)
  • AOB ammonium oxidizing microorganisms
  • NOB nitrite oxidizing microorganisms
  • DO dissolved oxygen
  • dissolved oxygen (DO) concentration for the nitrification in the MABR process it is practically difficult to control the dissolved oxygen (DO) concentration for the nitrification in the MABR process to create favorable conditions for the ammonium oxidizing microorganism (AOB).
  • DO dissolved oxygen
  • AOB ammonium oxidizing microorganism
  • the present embodiment provides an apparatus and a method for removing short-scale nitrogen and inhibiting nitric oxide-oxidizing microorganism activity by reducing the amount of blowing air required for supplying oxygen, by providing an acid engine and an aeration engine module capable of increasing the efficiency of oxygen delivery to microorganisms There is a purpose of doing.
  • the amount of oxygen required for the process and the amount of the gas required for the reaction tank are changed to air, oxygen, carbon dioxide, and the like, in order to remove the nitrogen in the wastewater by using the single-
  • the amount of oxygen to be used is made to be 100%, and the mixed gas is mixed only with the supplied gas to reduce the operation cost and to maintain the reaction rate of the whole reaction tank at a high level, It is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for inhibiting oxidative microbial activity.
  • This embodiment is characterized in that, in order to carry out proper desorption to regulate the SRT of the microorganisms growing on the surface of the aventilator module, the amount of gas required is increased by 2 to 3 times larger than the amount of gas necessary for mixing, Apparatus and method for removing short-chain nitrogen and inhibiting nitric oxide-oxidizing microorganism activity by stably maintaining anaerobic and sub-anaerobic conditions necessary for short-axis nitrogen removal reaction by increasing the flow rate by using carbon dioxide so as not to increase the amount of oxygen supplied into the reactor The goal is to provide.
  • This embodiment relates to an apparatus and a method for inhibiting the activity of nitric oxide oxidizing microorganisms (NOB) in a membrane-aerated biofilm reactor (MABR) process and inhibiting single-screw nitrogen removal and maintaining the ability of the ammonium oxidizing microorganism (AOB)
  • NOB nitric oxide oxidizing microorganisms
  • MABR membrane-aerated biofilm reactor
  • AOB ammonium oxidizing microorganism
  • This embodiment relates to an apparatus and method for removing short-chain nitrogen and inhibiting nitric oxide-oxidizing microorganism activity by reducing the activity of nitric oxide-oxidizing microorganism (NOB) by immersing the membrane separation organ in a separate tank filled with a nitrite oxidation inhibitor for a predetermined time
  • NOB nitric oxide-oxidizing microorganism
  • the solids desorption tank, the inhibiting tank, and the washing tank are constituted so that excessively adhered microorganisms and solids are desorbed in the solids desorption tank to prevent the inhibition reaction tank from being contaminated with solids,
  • the cleaning tank is used to wash the residual inhibitor to remove the toxic nitrogen inhibitor and nitrite It is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for inhibiting microbial activity.
  • a method of producing a fiber yarn comprising the steps of: a plurality of fiber yarns capable of adhered growth of microorganisms; a lead-in part capable of supplying a gas to one side of the plurality of fiber yarns; And the oxygen concentration of the gas is controlled by the oxygen and the carbon dioxide.
  • an air diffuser module for removing short-circuit nitrogen, wherein at least one of the fiber yarn misalignment units and the fiber yarn misalignment unit comprises a plurality of fiber yarns capable of adhered growth of microorganisms, Characterized in that the gas comprises oxygen and carbon dioxide and is capable of producing nitrite by the oxygen and the oxygen concentration of the gas is controlled by the oxygen and the carbon dioxide Provides a fiber optic module.
  • the fiber yarn scattering apparatus is composed of a plurality of fiber yarn scattering apparatuses, the plurality of fiber yarn scattering apparatuses are formed at predetermined intervals, and a predetermined space is formed between the plurality of fiber yarn scattering apparatuses .
  • the attached microorganism of the fiber saccharide organism includes a nitrite microorganism, and the microorganism includes anammox microorganism in the predetermined space.
  • the anammox microorganisms are attached to a filter material located within the predetermined interval.
  • the fiber sludge module is placed in a reaction tank for a single-shaft nitrogen removal process, and the supplied gas is mixed with oxygen required for a single- .
  • a single-shaft nitrogen removal apparatus comprising: a measurement section for measuring at least a flow rate of wastewater flowing into the apparatus, a concentration of ammonia nitrogen, a reaction tank for removing nitrogen in the introduced wastewater, An air supply part for supplying a gas to the plurality of fiber scatterer modules, and the air to be supplied includes air, oxygen, and carbon dioxide, and the amount of air, oxygen, and carbon dioxide And a control panel for regulating the temperature of the exhaust gas.
  • the fiber yarn organ module includes a plurality of fiber yarns for attaching and growing a nitrite micro-organism that produces nitrite, and a plurality of fiber yarn assemblies disposed in a predetermined space formed between the plurality of fiber yarns And an anemone microorganism.
  • a device for removing nitrogen oxides characterized by further comprising a filter material located in the predetermined space, wherein the filter material comprises anammox microorganisms.
  • the volume of the gas containing oxygen and carbon dioxide is controlled so that the volume of the gas required for mixing the reaction vessel is the same.
  • a gas containing oxygen and carbon dioxide is supplied to the plurality of fiberbath modules by a predetermined amount Determining at least a flow rate of the wastewater and a concentration of ammonia nitrogen, calculating the amount of gas including oxygen and carbon dioxide necessary for mixing and nitrification of the reaction tank, And controlling the amount of the gas to be removed.
  • an appropriate SRT for igniting the nitrifying microorganisms is obtained by increasing the supply amount of the supplied gas and desorbing the microorganisms, and maintaining the dissolved oxygen (DO) concentration
  • DO dissolved oxygen
  • an apparatus for inhibiting nitrite oxidizing microorganism activity and a method for inhibiting the activity of nitric oxide oxidizing microorganisms (NOB) and maintaining the ability of ammonium oxidizing microorganisms (AOB) in a membrane aerated biofilm reactor (MABR) , It is possible to maximize the oxygen transfer efficiency (OTE) and to make the amount of power consumed in the air supply less than 10% of the conventional process.
  • NOB nitric oxide oxidizing microorganisms
  • AOB ammonium oxidizing microorganisms
  • MABR membrane aerated biofilm reactor
  • a nitrite-oxidizing microorganism (NOB) inhibiting system in which the separation membrane aerosol is immersed in a separate bath filled with a nitrite oxidation inhibitor for a certain period of time, NOB) can be selectively inhibited.
  • NOB nitrite-oxidizing microorganism
  • the solids desorption tank, the inhibiting tank, and the washing tank are constructed so that the excessively attached microorganisms and solids are desorbed in the solid desorbing tank to prevent the inhibiting tank from being contaminated with solids.
  • the concentration of the inhibitor and the time of residence are adjusted to optimize the inhibition effect.
  • the washing tank the residual inhibitor is washed to minimize the release of toxic inhibitor to the water together with the treated water.
  • the ammonium oxidizing microorganism (NOB) There is an advantage that it can be stably ignited.
  • FIG. 1 is a view showing a conventional separation membrane used as an air diffuser and filter media.
  • FIG. 2 is a view showing a process of removing nitrogen in wastewater from a conventional separation membrane furnace.
  • FIG. 3 is a graph showing a comparison between the amount of air supplied for oxygen supply and the amount of air required for mixing the reactor when the oxygen transmission efficiency is 20%.
  • FIG. 4 is a graph showing a comparison between the amount of air supplied for oxygen supply and the amount of air required for mixing the reactor when the oxygen transmission efficiency is 100%.
  • 5 is a graph showing a change in concentration of a substance to be delivered to a biofilm when liquid phase mixing is sufficient.
  • FIG. 6 is a graph showing a change in concentration of a substance transferred to a biofilm when the liquid phase is insufficiently mixed.
  • FIG. 7 is a view showing a configuration of a membrane filter module according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view illustrating a configuration of a membrane filter module according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view showing a single-screw nitrogen removal apparatus to which a separation membrane module according to an embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 10 is a view illustrating a process of removing nitrogen in wastewater from a membrane separation engine according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 10
  • FIG. 11 is a flowchart showing a process of a single-shaft nitrogen removal process according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a view showing an apparatus for inhibiting the activity of nitric oxide-oxidizing microorganisms (NOB) according to the first embodiment of the present invention.
  • NOB nitric oxide-oxidizing microorganisms
  • FIG. 13 is a view showing a process in which the membrane auger unit unit according to the first embodiment of the present invention is immersed in a desorption tank of a nitrite oxidizing microorganism (NOB) activity inhibitor.
  • NOB nitrite oxidizing microorganism
  • FIG. 14 is a view showing a process of immersing the membrane auger unit unit having been subjected to solid desorption according to the first embodiment of the present invention in an inhibiting reaction tank filled with a nitric oxide oxidizing microorganism (NOB) inhibitor.
  • NOB nitric oxide oxidizing microorganism
  • FIG. 15 is a view illustrating a process of moving a separation membrane diffuser unit that has undergone the inhibition reaction according to the first embodiment of the present invention to a washing tank for immersion.
  • 16 is a view showing a process in which the membrane auger unit unit is immersed in a desalination vessel when NO gas is used as an inhibitor according to the second embodiment of the present invention.
  • 17 is a view showing a process in which the membrane anaphylaxis unit when the NO gas is used as an inhibitor according to the second embodiment of the present invention is immersed in the inhibition reaction tank.
  • FIG. 18 is a view showing a process of reusing the inhibitor of nitrite oxidizing microorganism (NOB) according to an embodiment of the present invention and introducing it into the partial nitrification-anammox process.
  • NOB nitrite oxidizing microorganism
  • FIG. 19 is a flowchart showing a method of inhibiting nitrite oxidation by an apparatus for inhibiting nitrite oxidizing microorganism (NOB) activity according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view showing a conventional separation membrane used as an air diffuser and filter media.
  • the separation membrane 110 is a hollow fiber membrane developed for separating solid and liquid, and can be used as an air diffuser to supply the air 120 to the reaction vessel. As shown in FIG. 1, the separation membrane 110 supplies the air 120 into the interior of the separation membrane 110 using the air gap of the separation membrane 110. The separation membrane 110 is maintained in a state immersed in the reaction tank, and aerobic microorganisms adhere to the membrane surface to grow.
  • the oxygen transfer efficiency can be increased.
  • the microorganisms oxidize the organic matter and ammonia diffused into the biofilm 130 in the liquid phase of the reaction tank using the supplied oxygen.
  • FIG. 2 is a view showing a process of removing nitrogen in wastewater from a conventional separation membrane furnace.
  • Nitrite oxidizing microorganisms growing on the membrane surface oxidize the ammonia nitrogen transferred from the liquid phase to produce nitrate nitrogen.
  • the produced nitrate nitrogen is transferred to the liquid phase to oxidize the organic matter by the denitrifying microorganism and is reduced to nitrogen gas and released into the atmosphere.
  • nitrification and denitrification are simultaneously carried out in one reaction tank and the oxygen transfer efficiency reaches almost 100%, and the amount of blowing necessary for oxygen supply can be drastically reduced.
  • the reason why the air (gas) is supplied to the reaction tank is to achieve two purposes for supplying the oxygen required for the pollutant oxidation and for mixing the reaction tank.
  • the amount of air (gas) supplied to the bioreactor in a typical wastewater treatment process is greater than that required for mixing, the amount of gas for mixing is typically not considered separately. The data demonstrating this is shown in FIG.
  • FIG. 3 is a graph showing a comparison between the amount of air supplied for oxygen supply and the amount of air required for mixing the reactor when the oxygen transmission efficiency is 20%.
  • FIG. 4 is a graph showing a comparison between the amount of air supplied for oxygen supply and the amount of air required for mixing the reactor when the oxygen transmission efficiency is 100%.
  • the amount of air supplied under all conditions is less than the amount of air required for mixing.
  • FIG. 5 is a graph showing a change in the concentration of a substance transferred to the biofilm when the liquid phase is sufficiently mixed
  • FIG. 6 is a graph showing a change in concentration of a substance transferred to the biofilm when the liquid phase is insufficient FIG.
  • the concentration (C o ) in the liquid phase is maintained and the substance is transferred to the entire biofilm 130.
  • the concentration of the liquid decreases with the distance, so that the substance can not be transferred into the biofilm 130.
  • the separation membrane 110 when the separation membrane 110 is applied as an air diffuser to improve the oxygen delivery efficiency to 100%, the energy required for blowing can be reduced. However, since the energy required for mixing the liquid phase is insufficient and efficient mixing is not achieved, the pollutant removal efficiency may be lowered as a result. Particularly, when the separation membrane 110 is applied as an air diffuser and the oxygen delivery efficiency is improved to 100%, since the amount of air to be supplied is absolutely less than the amount required for mixing, the AMX ), The reaction rate may be rapidly lowered. Accordingly, it is very time consuming to cultivate the microorganisms cultured in the anaerobic environment, because the conventional membrane separation membrane module to which the separation membrane 110 is applied as the acid engine.
  • One embodiment of the present invention proposes a method for economically removing pollutants such as nitrogen in wastewater using a separation membrane furnace that simultaneously performs the role of an oxidant for supplying oxygen and a filter medium for adherent growth of microorganisms .
  • FIG. 7 is a view showing a structure of a membrane filter module according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a view illustrating the structure of a membrane filter module according to a second embodiment of the present invention.
  • the membrane aeration module 700 includes a predetermined space 720 between a plurality of membrane aeration orifices 710 and a plurality of membrane aeration engines 710.
  • the membrane electrode assembly 710 may be composed of a plurality of fiber yarns (not shown), but is not limited thereto and may include an inlet portion (not shown) capable of supplying gas.
  • the gas can be supplied simultaneously to the plurality of membrane separation engines 710, and can be supplied separately.
  • the gas is supplied by a blower (not shown) and includes air 120 containing nitrogen (not shown) and oxygen 121. Further, the gas may further include oxygen (121) or carbon dioxide (122) in addition to the air (120).
  • the membrane aeration orifice 710 supplies the membrane necessary to remove contaminants to the membrane aeration engine module 700. The supply amount of each component in the gas can be adjusted.
  • the membrane aeration module 700 regulates the amount of each component of the air 120, the oxygen 121 or the carbon dioxide 122 to adjust the amount of gas supplied to the amount required for oxygen supply and the amount required for mixing the reactor .
  • the membrane aeration engine module 700 may optionally control the supply of each component of air 120, oxygen 121 or carbon dioxide 122 to prevent excessive gases, particularly excess oxygen 121, from being supplied can do.
  • the membrane aeration engine module 700 compares the amount of oxygen 121 contained in the air 120 in the provided gas with the amount required for supplying oxygen so that an oxidation process can take place.
  • the amount of oxygen (121) (hereinafter abbreviated as 'the amount of oxygen supplied') included in the gas in the gas supplied to the oxygen supply unit Quot; abbreviated ").
  • the membrane module 700 reduces the amount of supplied gas.
  • the supplied gas is used not only for the supply of the oxygen 121 but also for the mixing of the reaction tank, if the amount of the supplied gas is reduced, the anaerobic environment in the reaction tank may be generated but the mixing of the reaction tank may not be performed.
  • the membrane aeration engine module 700 determines whether the amount of gas other than the amount required for oxygen supply in the supplied gas amount is sufficient for the reactor tank. If the amount of the gas other than the amount required for supplying oxygen in the supplied gas amount is sufficient for the reaction tank mixing, the membrane module 700 reduces the supply amount of the gas until the amount of the supplied oxygen 121 becomes equal to the amount required for supplying oxygen. On the other hand, if the amount of gas supplied is not sufficient for reactor mixing, the amount of gas supplied except for the amount required for oxygen supply, the membrane module 700 further injects carbon dioxide 122 in an amount sufficient to mix the reactor. In addition, as the air 120 is further injected, since the oxygen 121 contained in the air 120 interferes with the generation of the anaerobic environment, the separation membrane aeration module 700 can additionally inject carbon dioxide 122 have.
  • the membrane aeration module 700 additionally injects oxygen 121.
  • the separation membrane diffuser module 700 injects only the required amount of oxygen 121 as a necessary amount immediately without injecting the additional amount of air 120 into the separation membrane diffuser module 700, There are advantages to be able to.
  • Oxygen 121 contained in the supplied gas moves from the inside to the outside through the spaces in the membrane separation furnace 710 and is supplied to the growing microorganisms attached to the surface.
  • the amount of oxygen in the gas 121 to be supplied is limited, so that a breathing environment is formed only around the membrane separation diffusor 710, so that the above-mentioned microorganisms adhere to the separation membrane diffusor 710 and grow.
  • Microorganisms growing on the surface are microorganisms that oxidize specific components by using oxygen.
  • ammonium oxidizing microorganisms which convert ammonia or ammonium ions into nitrite nitrogen
  • AOB nitrite oxidizing microorganisms
  • NOB nitrite oxidizing microorganism
  • the ammonium oxidizing microorganism (AOB) having a relatively high oxygen affinity has a high activity whereas the nitrite oxidizing microorganism (NOB) has a low activity. That is, if oxygen is supplied in a limited manner, the ammonium oxidizing microorganism (AOB) is dominant in the place where the microorganism grows. Accordingly, the oxidation of ammonia or ammonium ions can be actively promoted and the nitrite ions can be accumulated.
  • the membrane module 700 can control whether the microorganisms adhering to the air diffuser 110 are ignited or not by controlling the amount of the air 120 to be supplied and more specifically the amount of the oxygen 121 to be supplied , And thus the components to be accumulated can also be controlled.
  • Anammox microorganisms that convert ammonia and nitrite nitrogen into nitrogen gas grow in the space 720 between the membrane separation engines 710 may grow in a floating state, It may grow in the media for Anammox microorganisms (810).
  • Anammox microorganisms are microorganisms that convert ammonia nitrogen into nitrogen gas by using nitrite nitrogen, which is an electron acceptor, under anaerobic (or semi-anaerobic) environment. As described above, since the aerobic environment is formed only around the separation membrane aeration orifice 710, an anaerobic environment is formed in the space between the separation membrane aeration orifices 710.
  • microorganisms cultured in an anaerobic environment such as anammox microorganisms
  • anammox microorganisms can be optimally cultured without additional environmental conditions.
  • 90% or more of the microorganisms grow on the filter medium 810, and the microorganisms can grow by forming a biofilm.
  • the gas supplied to the membrane separation pipe 810 includes the air 120, the oxygen 121, and the carbon dioxide 122, and the components may be mixed and supplied, or the necessary components may be additionally supplied.
  • the amount of gas to be supplied may be regulated so as to satisfy both the amount required for removing contaminants and the amount required for reaction tank mixing.
  • the microorganism culturing apparatus 700 can supply the oxygen 121 in a condition that almost 100% of the oxygen 121 can be used, while at the same time satisfying the amount of gas for mixing the reaction tank . Accordingly, the separation membrane module 700 can provide an optimal amount without increasing the amount of the supplied gas, and it is possible to reduce the operation cost, thereby providing excellent economical efficiency, . Further, since the membrane aeration engine module 700 does not reuse the residual oxygen that has passed through the membrane aeration engine module 700, it has an advantage that it can be implemented on a small scale.
  • FIG. 9 is a view showing a single-screw nitrogen removal apparatus to which a separation membrane module according to an embodiment of the present invention is applied.
  • the single-screw nitrogen removal apparatus 900 removes nitrogen by adjusting a component in the gas using a membrane aeration unit unit 910.
  • the influent wastewater measurement unit 950 of the single-shaft nitrogen removal apparatus 900 measures the flow rate, organic matter, and ammonia nitrogen of the influent wastewater 940 and calculates the amount of gas supplied into the reaction tank 920.
  • the control panel 960 calculates the amount of gas required to mix the reaction vessel 920 from the volume of the reaction vessel 920 since the amount of gas required for mixing the reaction vessel 920 is generally 1 m 3 / hr per reaction vessel volume.
  • the control panel 960 calculates the amount of gas required to mix the reaction vessel 920 in consideration of the safety factor of 10 to 30% with respect to the amount of gas calculated using the volume of the reaction vessel 920.
  • the control panel 960 also calculates the amount of oxygen required for the biological reaction. First, it is determined whether the amount of oxygen 121 contained in the supplied gas can satisfy the amount of oxygen necessary for the biological reaction. Since the membrane aeration unit (not shown) has an oxygen transfer efficiency (OTE) of 100%, the control panel 960 performs the above-described determination using the calculation of the amount of air 120 supplied. On the other hand, the conventional separation membrane furnace must consider the oxygen transfer efficiency (OTE) inherent to the oxygen tube when estimating the supply amount of the air 120, and the oxygen transfer efficiency (OTE) includes the parameters for time and environment. The calculation is very difficult due to a large number of elements to be performed, and even if calculation is performed, it takes a long time.
  • OTE oxygen transfer efficiency
  • the control panel 960 determines whether or not the amount of the supplied gas excluding the oxygen 121 is larger than the amount of gas necessary for the reaction tank mixing . If the amount of the supplied gas excluding the oxygen 121 is larger than the amount of gas necessary for the reaction tank mixing, the control panel 960 reduces the gas supply to such an extent that the oxygen amount condition is satisfied. On the other hand, when the amount of the supplied gas excluding the oxygen 121 is less than the amount of gas necessary for the reaction tank mixing, the control panel 960 increases the supply amount of the carbon dioxide 122 so that sufficient gas can be supplied for mixing the reaction tank .
  • control panel 960 controls to supply pure oxygen 121 only.
  • control panel 960 can supply bioreactors and reactor tanks smoothly while supplying only the required amount of gas, not an excessive amount of gas.
  • the influent wastewater measurement unit 940 measures the flow rate of wastewater and the concentration of ammonia nitrogen in real time so that the control panel 960 can calculate the amount of gas required for nitrification.
  • the single-screw nitrogen removal apparatus 900 has high oxygen transfer efficiency (NOB) can not be blocked by selectively supplying the oxygen 121 to only the nitrogen oxide (AOB) and the oxygen 121 of the nitrite-oxidizing microorganism (NOB). Therefore, the single-wafer nitrogen removal apparatus 900 may have a separate device for preventing the nitrite oxidizing microorganism (NOB) from oxidizing the nitrite nitrogen.
  • This device makes it possible to stably remove nitrogen in the subsequent ANAMMOX (Anaerobic Ammonium Oxidation, or Anaerobic Ammonium Oxidation) by allowing the nitrite oxidation in the bioreactor 920 to be suppressed.
  • ANAMMOX Anaerobic Ammonium Oxidation, or Anaerobic Ammonium Oxidation
  • FIG. 10 is a view illustrating a process of removing nitrogen in wastewater from a separation membrane aeration engine according to an embodiment of the present invention.
  • the membrane separation organ 1010 is immersed in the bioreactor 920 so that the microorganisms adhere to the membrane surface.
  • the gas 1020 necessary for biological reaction and mixing is regulated at a certain ratio of the air 120, the oxygen 121 and the carbon dioxide 122, and this is supplied to the membrane separation engine 1010.
  • the membrane-separation diffusor 1010 may be made of a material which is favorable to be adhered and cultured with a microorganism such as a fiber, but is not limited thereto.
  • the microorganisms attached to the membrane surface include ammonium oxidizing microorganisms (AOB) which oxidize ammonia to nitrite nitrogen and nitrite oxidizing microorganisms (NOB) which oxidize nitrite nitrogen to nitrate nitrogen.
  • AOB ammonium oxidizing microorganisms
  • NOB nitrite oxidizing microorganisms
  • the membrane separation engine 1010 can restrict the growth of the subgrain oxidizing microorganism (NOB) by supplying a limited amount of oxygen 121 as much as the amount required to produce nitrite nitrogen.
  • the ammonium oxidizing microorganisms (AOB) and the nitrite oxidizing microorganisms (NOB) maintain the dissolved oxygen (DO) in liquid state at zero by consuming 100% of the supplied amount of oxygen (121).
  • the nitrite nitrogen produced by the ammonium oxidizing microorganism (AOB) is smoothly transferred to anammox microorganisms (or anaerobic ammonium oxidizing microorganisms) located between the membrane separation engines 1010 by the mixing power of the gas 1020.
  • Anammox microorganisms remove nitrogen by anammox reaction using nitrite nitrogen produced by ammonium oxidizing microorganism (AOB) attached to membrane separation organs 1010 and ammonia nitrogen present in liquid phase.
  • AOB ammonium oxidizing microorganism
  • the biofilm 1030 formed in the separation membrane orifice 1010 must be desorbed efficiently in order to maximize the ammonium oxidizing microorganism (AOB).
  • AOB ammonium oxidizing microorganism
  • the amount of the gas 1020 required is 2 to 3 times do. Therefore, as described above, the control panel 960 of the single-shaft nitrogen removal apparatus 900 increases the amount of the carbon dioxide 122 to supply the flow rate necessary for desorption so that the biofilm is desorbed to maintain a proper sludge retention time (SRT) .
  • SRT sludge retention time
  • a module filled with a separate filter material 810 can be disposed in the separation membrane orifice to maintain the Anammox microorganism in an adhered growth form. Accordingly, the separation membrane diffusing tube can secure the anammox microorganism at a concentration two to three times higher than that in the floating state.
  • nitrate nitrogen which corresponds to 10% of the ammonia nitrogen removed through the single-stage nitrogen removal reaction
  • the nitric acid nitrogen which is a byproduct of the shortening of the nitrogen removal reaction, can be removed together with the organic substances present in the liquid phase by the denitrifying microorganisms in the floating state. Since the conventional single-stage nitrogen removal process directly injects the oxygen 121 required for the nitrification into the liquid phase, the organic substances present in the liquid phase are all oxidized. At this time, the carbon source used to remove the nitrate nitrogen, which is a by-product of the single-shot nitrogen removal reaction, is also oxidized.
  • the separation membrane diffuser 1010 supplies only the ammonium oxidizing microorganisms (AOB) or the nitrite oxidizing microorganisms (NOB) via the separation membrane diffusing unit 1010 to the oxygen %,
  • AOB ammonium oxidizing microorganisms
  • NOB nitrite oxidizing microorganisms
  • the membrane anchor 1010 according to an embodiment of the present invention has an advantage that it is not necessary to provide a separate carbon source.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating a single-shaft nitrogen removal process according to an embodiment of the present invention. 7 to 10, detailed description thereof will be omitted.
  • the single-shaft nitrogen removal apparatus 900 supplies a gas containing air, oxygen, and carbon dioxide by a predetermined amount (S1110).
  • the single-shaft nitrogen removal device 1120 measures the flow rate of the wastewater and the concentration of ammonia nitrogen (S1120).
  • the single-screw nitrogen removal apparatus 900 calculates the amount of oxygen required for the biological reaction and the amount of gas required for mixing the reactor (S1130).
  • the single-screw nitrogen removal apparatus 900 adjusts the supply amount of each component in the supplied gas based on the calculated amount (S1140).
  • FIG. 12 is a view showing an apparatus for inhibiting the activity of nitric oxide-oxidizing microorganisms (NOB) according to the first embodiment of the present invention.
  • NOB nitric oxide-oxidizing microorganisms
  • the apparatus for inhibiting the activity of the nitrite oxidizing microorganism (NOB) 1200 may further be constructed in the single-screw nitrogen removal apparatus 900 in which the partial nitrification-anammox process is performed. As described above in Figs. 9 to 10, a method for effectively removing nitrogen is to prevent oxidation of nitrous acid.
  • the present invention can further include a nitrite oxidizing microorganism activity inhibiting apparatus 1200 in the single- Thereby inhibiting the activity of the nitrite oxidizing microorganism (NOB).
  • the nitrite oxidizing microorganism activity inhibiting apparatus 1200 is filled with an eliminator 1210 for desorbing microorganisms and solids adhering to the surface of the membrane aeration unit 910 and an inhibitor for inhibiting the activity of the nitrite oxidizing microorganism (NOB) (Or an inhibition tank) 1220, and a washing tank 1230 for washing the inhibitor remaining on the separation membrane surface.
  • NOB nitrite oxidizing microorganism
  • the desorbing tank 1220 desorbs excess microorganisms and solids attached to the membrane aeration unit 910.
  • the residence time for desorption depends on the state of the attached microorganisms and solids, and the desorption membrane aeration unit unit 910 is transferred to the inhibition reaction tank 1220.
  • Inhibition reaction tank 1220 inhibits the activity of nitrite oxidizing microorganism (NOB) to convert nitrite to nitrate nitrogen.
  • the inhibition reaction tank 1220 includes an inhibitor that inhibits the activity of the nitric oxide oxidizing microorganism (NOB), and the time for the membrane aeration unit unit 910 to be immersed varies depending on the type and concentration of the inhibitor.
  • the washing tank 1230 rinses away the components of the inhibitor remaining in the membrane aeration unit 910 immersed in the inhibiting reaction tank 1220.
  • the wash tank 1230 can be configured to remove hydroxylamine residues that are highly toxic among the components of the inhibitor, such that the hydroxylamine is either introduced into the reaction tank where the subsequent partial nitrification-anammox process proceeds or is discharged along with the effluent prevent.
  • the washed membrane membrane unit unit 910 is transferred to an ammonia reactor (not shown) of the single-screw nitrogen removal apparatus 900 and is subjected to the subsequent partial nitrification-anaerobic process.
  • FIG. 13 is a view showing a process in which the membrane auger unit unit according to the first embodiment of the present invention is immersed in the desorption tank of the nitrite oxidizing microorganism activity inhibitor.
  • the separation membrane diffusing unit 910 installed in the biological reaction tank 920 is connected to the nitrite oxidizing microorganism activity inhibiting unit 910 composed of the three tanks 1210, 1220 and 1230 in a state where the air flowing into the biological reaction tank 920 is shut off.
  • the membrane auger unit 910 undergoes an immersion process in the desalting tank 1210 to remove excess microorganisms and solids attached to the surface of the membrane aeration tube.
  • the desorbing tank 1210 utilizes the discharged water to secure a depth at which the membrane auger unit unit 910 can be completely immersed.
  • the desorption tank 1210 is provided with an air diffuser (not shown) for supplying air and a circulation pump 1240 for forming an upward flow to secure a shearing force required for desorption.
  • the desalination tank 1210 air is supplied so that the surface velocity of the air in the bioreactor 920 is 5 to 25 m / hr in consideration of the state of microorganisms attached to the membrane membrane unit 910 immersed in the desalination tank 1210.
  • the nitrite oxidizing microorganism activity inhibiting apparatus 1200 generates circulating water by operating the circulation pump 1240 in order to generate an additional shearing force, thereby forming an upward flow rate of the desorption tank 1210 to facilitate desorption.
  • the desorbing tank 1210 regulates the amount of circulation so that the surface upward flow rate (flow rate / tank area) of the bioreactor 920 is 30 to 90 m / hr.
  • the time for the membrane auger unit unit 910 to stay in the desalination tank 1210 may take about 50 to 60 minutes depending on the state of the attached microorganism.
  • the nitrite oxidizing microorganism activity inhibiting apparatus 1200 firstly stops the operation of the circulation pump 1240 and supplies only air for 5 to 10 minutes.
  • the amount of air supplied to the desalination tank 1210 is set to decrease sequentially as time elapses, and becomes 0 when the set time is reached.
  • the nitrite oxidizing microorganism activity inhibitor 1200 operates the circulation pump 1240 to generate an upward flow rate in the desalination tank 1210 to move the desorbed solids to the upper portion of the reaction tank 920, So that the solids desorbed by supplying only air are not reattached to the separation membrane diffusing apparatus, and the solids migrate to the lower part of the desorbing tank 1210 and are precipitated.
  • the separation membrane aeration unit 910 is removed from the desalination tank 1210 and the solids precipitated in the lower part of the desalination tank 1210 are discharged to a primary treatment facility (not shown) Water is additionally supplied to the desalination tank 1210 to maintain the depth of the bath 1210.
  • FIG. 14 is a view showing a process of immersing the membrane auger unit unit having been subjected to solid desorption according to the first embodiment of the present invention in an inhibiting reaction tank filled with a nitric oxide oxidizing microorganism (NOB) inhibitor.
  • NOB nitric oxide oxidizing microorganism
  • the nitrite oxidizing microorganism activity inhibiting apparatus 1200 moves the separation membrane aeration unit 910 from which solids have been desorbed to the inhibition reaction tank 1220.
  • Hydroxylamine, NO 2, and NH 4 may be used as the inhibitor to be filled in the inhibition reaction tank 1220, but the present invention is not limited thereto.
  • Hydroxylamine is a small white lump of needle-like solid or colorless liquid that is used to remove unnecessary leathers of leather or fibers, or as a disinfectant, and is known as an effective inhibitor of nitrite oxidizing microorganisms (NOB).
  • NOB nitrite oxidizing microorganisms
  • the time for which the membrane auger unit 910 stays in the inhibiting reaction tank 1220 varies depending on the concentration of the inhibiting agent. Normally, the time spent in the inhibiting reaction tank 1220 is the concentration (mg / L) And the value of the time (minute) is adjusted to be 50 to 200.
  • the reason for limiting the range to the value of the concentration (mg / L) x time (minute) is as follows.
  • the ammonium oxidizing microorganism (AOB) It is because it is inhibited. Since the object of the present invention is to inhibit nitrite oxidizing microorganisms (NOB), if the ammonium oxidizing microorganism (AOB) is inhibited, the efficiency of the whole process is impaired. In more detail, the process according to an embodiment of the present invention inhibits the activity of nitrite oxidizing microorganisms (NOB) but does not remove nitrite oxidizing microorganisms (NOB).
  • ammonium oxidizing microorganism dominates as the environment favorable to the ammonium oxidizing microorganism (AOB) is continuously maintained, and the immersion time and the number of immersion times for inhibiting the nitrite oxidizing microorganism (NOB) are decreased.
  • the degree of nitrification of the whole process can be grasped, and if the nitrification is stable, the number of immersion can be reduced, and if the nitrate nitrogen concentration is increased, the immersion frequency can be increased.
  • this is to suppress the activity of the nitrite oxidizing microorganism (NOB) and to form an environment in which the ammonium oxidizing microorganism (AOB) becomes dominant, and the concentration of the inhibitor and the immersion time in the inhibiting reaction tank 1220, And the like.
  • NOB nitrite oxidizing microorganism
  • AOB ammonium oxidizing microorganism
  • NO 2 or NH 4 When NO 2 or NH 4 is used as an inhibitor, it is important that the proper pH is maintained.
  • FNA Free Nitrous Acid
  • FA Free Ammonia
  • nitrite oxidizing bacteria are known to be inhibited in the range of 0.2-2.8 mg / L of FNA.
  • the concentration of FNA depends on the pH and NO 2 concentration, and the lower the pH, the NO 2 concentration The higher the concentration of FNA.
  • the concentration of NO 2 and the pH is set to 24 to 50.
  • the pH is adjusted to 4.5 to 6.0.
  • the concentration of the inhibitor and the time of immersion in the inhibitor reaction tank 330 can be adjusted in consideration of the conditions of the whole process.
  • FA Free Ammonia
  • NH 4 NH 4
  • FA Free Ammonia
  • NOB nitrite oxidizing microorganism
  • the pH is adjusted in the range of 7.5 to 9.0 to reduce the amount of the drug.
  • gaseous NO may be used in addition to hydroxylamine, NO 2 and NH 4 in liquid form.
  • NOB nitrite oxidizing microorganism
  • FIG. 15 is a view illustrating a process of moving a membrane anaphout unit having been subjected to the inhibition reaction according to the first embodiment of the present invention to a washing tank for immersion.
  • the membrane anaphragm unit 910 having undergone the inhibition reaction is moved to the washing tank 1230, and the washing tank 1230 removes the medicine remaining on the surface of the membrane aeration tube. Washing utilizes the treatment effluent, and the wash time can be performed within 5 minutes, but the residual inhibitor can be adjusted depending on the adsorbed state or the operating time of the entire process.
  • 16 is a view showing a process in which the membrane auger unit unit is immersed in a desalination vessel when NO gas is used as an inhibitor according to the second embodiment of the present invention.
  • gaseous NO can be used as an inhibitor.
  • NO exists as a colorless gas at room temperature and has a melting point of -161 ⁇ and a boiling point of -151 ⁇ . Since the density of NO in the gaseous state is 1.34 g / cm 3 , which is higher than the density of air of 0.0012 g / cm 3 , the gaseous NO is injected into the inhibiting reaction tank 1620, Is minimized.
  • the membrane aeration unit unit 910 is separated from the bioreactor 920 and transferred to the desalination tank 1610.
  • the operation conditions of the desorbing tank 1610 are the same as those described above, and therefore, they are omitted.
  • 17 is a view showing a process in which the membrane anaphylaxis unit when the NO gas is used as an inhibitor according to the second embodiment of the present invention is immersed in the inhibition reaction tank.
  • the separation membrane aeration unit 910 having been completely desorbed from the solids is conveyed to the inhibition reaction tank 1620 filled with gaseous NO and the inhibition reaction tank 1620 is fed with the activity of the nitrite oxidizing microorganism (NOB) in the separation membrane aeration unit 910
  • the reaction is inhibited.
  • the NO concentration in the inhibition reaction tank 1620 should be maintained at an appropriate level since it affects the ammonium oxidizing microorganism (AOB) as well as the nitrite oxidizing microorganism (NOB).
  • the amount of dissolved nitric oxide oxidizing microorganism (NOB) can be effectively inhibited by the concentration of about 2 to 5 ⁇ g / L and the NO concentration of about 4 to 10 mg / L. .
  • FIG. 18 is a view showing a process of reusing the inhibitor of nitrite oxidizing microorganism (NOB) according to an embodiment of the present invention and introducing it into the partial nitrification-anammox process.
  • NOB nitrite oxidizing microorganism
  • the purity and function of NO 2 and NH 4 used as inhibitors of the inhibition reaction tank 1220 may decrease as the use period is elapsed. In order to prevent this, the drug can be reused as an inhibitor by keeping the concentration of the drug.
  • partial nitrification of NO 2 and NH 4 - It has the effect of reducing the cost of the process by inputting it into the Anammox process and recycling it.
  • the ratio of NO 2 -N: NH 4 -N in sewage flowing into the Anammox process is maintained at 1.32: 1.0. Therefore, in the partial nitrite-anammox process, a part of the nitrogen introduced from the partial nitrite tank 1810 of the anamnose 1820 is oxidized to adjust the ratio of NO 2 -N: NH 4 -N to 1.32: 1.0 do.
  • a reagent capable of controlling the ratio of NO 2 -N and NH 4 -N is injected into a separate reaction tank (not shown) to produce a NO 2 -N: NH 4 -N ratio of 1.32: 1.0.
  • the nitrite-oxidizing microorganism activity inhibiting apparatus 1200 purifies NO 2 and NH 4 used in the inhibiting reaction tank 1220 and introduces NO 2 -N and NH 4 into the anammox reaction tank 1820, NH 4 -N ratio.
  • 19 is a flowchart showing a method of inhibiting nitrite oxidation by an apparatus for inhibiting nitrite oxidizing microorganism activity according to an embodiment of the present invention. 12 to 18, detailed description thereof will be omitted.
  • the nitrite oxidizing microorganism activity inhibition apparatus 1200 immerses the membrane aeration unit 910 in the desalination tank 1210 to desorb the excessively grown microorganisms and solids in the membrane aeration unit 910 (S1910).
  • the nitrite oxidizing microorganism activity inhibiting apparatus 1200 immerses the membrane aeration unit unit 910 in which the solids desorption has been completed in an inhibiting reaction tank 1220 filled with an inhibitor in order to suppress nitrite oxidation (S1920).
  • Nitrous oxide microbial activity inhibiting device 1200 is the inhibitor used to inhibit the reaction vessel 1220, hydroxylamine (Hydroxylamine), NO 2 and NH 4 is the case, the residual chemicals on the surface of the membrane diffuser unit 910 removed To the washing tub 1230 (S1930). At this time, the process may be changed depending on the kind of the inhibitor used in the inhibition reaction tank 1220. If the inhibitor used is not solid or liquid, that is, if gaseous NO is used for the inhibitor, the washing process may be omitted .
  • nitrite oxidizing microorganism activity inhibitor 1200 uses NO 2 and NH 4 as an inhibitor, it is reused and added to the partial nitrite-ananox process (S 1940).
  • FIGS. 11 and 19 it is described that each process is sequentially executed, but this is merely illustrative of the technical idea of an embodiment of the present invention.
  • the present invention can be implemented by changing the order described in FIGS. 11 and 19 without departing from the essential characteristics of an embodiment of the present invention, 11 and FIG. 19 are not limited to the time-series order because they can be variously modified and modified by being executed in parallel.
  • a computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer system is stored. That is, a computer-readable recording medium includes a magnetic storage medium (e.g., ROM, floppy disk, hard disk, etc.), an optical reading medium (e.g., CD ROM, And the like).
  • the computer-readable recording medium may also be distributed over a networked computer system so that computer readable code can be stored and executed in a distributed manner.

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Abstract

단축질소제거 및 아질산 산화 미생물 활성 저해를 위한 장치 및 방법을 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 미생물이 부착 성장이 가능한 복수의 섬유사, 상기 복수의 섬유사의 일측에 기체를 공급할 수 있는 인입부, 상기 기체는 산소와 이산화탄소를 포함하고, 상기 산소에 의해서 아질산 생산이 가능하고, 상기 기체의 산소 농도는 상기 산소와 상기 이산화탄소에 의해서 조절되는 것을 특징으로 하는 섬유사 산기관을 제공한다.

Description

단축질소제거 및 아질산 산화 미생물 활성 저해를 위한 장치 및 방법
본 실시예는 산기관 모듈을 이용한 단축질소제거 장치 및 방법을 아질산 산화 미생물 활성 저해 장치에 적용함으로써, 아질산 산화 미생물(NOB)이 아질산성 질소를 산화하는 것을 억제시키는 장치 및 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
하수 및 폐수에 존재하는 오염물질에는 고형물, 유기물뿐만 아니라 질소 및 인과 같은 영양염류가 있다. 이러한 오염물질을 제거하는 방법으로는 물리학, 생물학 및 화학적 방법이 사용된다. 그 중, 박테리아를 이용하여 오염물질을 제거하는 생물학적 활성슬러지 공법이 경제적/효율적인 측면에서 우수하기 때문에, 현장에서 가장 많이 사용된다.
생물학적으로 유기물 및 질소의 산화를 위해서는, 전자수용체인 산소가 공급되어야 한다. 일반적으로 산소는 기체상태로 존재하기 때문에, 이를 미생물이 활용할 수 있도록 전달하는 과정이 필요한데, 산소와 같이 용존성이 낮은 기체가 액상으로 전달되는 속도(r)는 다음과 같이 연산된다.
r=KL(CS-Ct)
Cs: 기체상태의 산소농도(산소포화농도)
Ct: 액체상태에서의 산소농도(용존산소 농도)
위의 식에 면적(A)을 곱하고 부피(V)로 나누면 단위부피당 산소의 전달속도(rv)가 된다.
Figure PCTKR2018008372-appb-M000001
윗 식에서 KLa값은 실험에 의해 구해지는데 일반적으로 청수(淸水)를 사용한다.
생물학적 공정에서 필요한 산소가 전달되는 양은 여러 가지 요소의 영향을 받는다. 산소 전달량에 영향을 미치는 요소로는 폐수 내의 고형물 농도, 염도, 표면장력, 온도, 고도, 주입 깊이, 반응조의 혼합정도 및 반응조의 모양 등이 있다. 따라서, 오염물질의 산화에 필요한 산소량과 실제로 주입된 산소의 양은 큰 차이를 보인다. 산소의 공급을 위해 산소를 포함한 기체가 공급되어야 하는데, 이때, 공기가 공급될 수 있다. 실제로 공급되어야 할 공기의 양은 다음 식을 이용하여 연산된다.
Figure PCTKR2018008372-appb-M000002
여기서,
AOR: 생물반응에 필요한 순산소요구량(kgO2/d)
Cs: T℃에서의 산소포화농도(mg/L)
CSW: 20℃에서의 산소포화농도(mg/L)
α: KLa 보정계수
β: 산소포화농도 보정계수
γ: 산기수심에 따른 CS보정계수
T: 반응조 온도(℃)
P: 대기압(mmHg)
Figure PCTKR2018008372-appb-M000003
여기서,
OTE: 청수에서의 산소전달율(%)
ρ: 공기(기체)밀도(kg/Nm3)
Ow: 공기(기체) 중의 산소비중비(kgO2/kgAir)
t: 포기시간(min/d)
윗 식에서 알 수 있듯이, 공급되어야 하는 산소의 양은 폐수 자체의 여러 가지 특성에 영향을 받으며 기체 및 액상의 산소농도에 영향을 받는다. 생물학적인 반응에 필요한 산소를 공급하기 위하여 실제 송풍기에 의해 공급되는 기체의 양은 산소전달효율(OTE, Oxygen Transfer Efficiency)에 의하여 좌우되는데, 일반적으로 현재 사용 중인 산기관의 산소전달효율(OTE)은 10~40% 범위이다. 즉, 산소전달효율(OTE)이 높은 산기기를 사용하면 동일한 산소요구량에서 적은 양의 공기(기체)를 공급해도 되기 때문에, 공기(기체)를 공급하는 송풍기의 용량이 감소하여, 송풍기를 가동하기 위한 전력비를 절감할 수 있다.
결론적으로 폐수자체의 특성을 제외하면, 기체와 액상의 산소농도 차이와 산기관의 산소전달효율(OTE)에 의해 공기(기체)공급량이 결정된다고 볼 수 있다. 이러한 이유로 산소전달효율(OTE)이 높은 산기기를 개발하기 위한 연구가 지속적으로 이루어지고 있지만, 가장 효율이 높은 산기관의 경우도 청수기준으로 10~40% 정도이다. 이는 공급된 산소의 60~90%가 이용되지 못하고 그대로 대기중으로 배출되는 것을 의미한다.
한편, 일반 가정이나 사업장으로부터 나오는 오폐수는 암모니아, 암모늄 화합물, 아질산 화합물 및 질산 화합물 등의 무기성 질소나 아미노산, 단백질 등의 유기성 질소를 포함하고 있다.
이러한 질소 성분을 포함하는 질소 오폐수는 수질의 부영양화나 용존 산소의 저하를 일으켜 수질 오염의 악화를 초래하기 때문에, 공공용 수역으로의 배출량이 기준에 기초하여 규제되고 있다. 질소 오폐수를 대상으로 한 오폐수 처리는 대규모 사업장이나 오폐수 처리 시설을 중심으로 실시되고 있다.
오폐수 중의 질소 성분 대부분이 암모니아성 질소로서 존재하고 있기 때문에, 질산화 공정과 탈질 공정을 조합시킨 처리방법이 종래에 주로 이용되어 왔다.
질산화 공정과 탈질 공정의 조합이 발전된 형태로, 암모니아성 질소의 절반만을 아질산성(NO2 -) 단계까지만 산화한 후, 잔류하는 암모니아성 질소를 전자 공여체로 활용하여 질소성분을 제거하는 방법이 있다. 이 방법은 질소가스 형태로 전환하는 아나목스(ANAMMOX) 미생물을 활용함으로써 질소를 제거하는 단축질소제거 공정을 포함한다.
아나목스(ANAMMOX) 반응은 특정한 미생물에 의한 작용으로, 혐기(또는 준혐기) 조건 하에서 전자수용체로 아질산성 질소를 이용하여 암모니아성 질소를 질소가스로 전환하는 방법으로서 아래 반응식과 같이 나타낸다.
1.0NH4 + + 1.32NO2 - + 0.066HCO3 - + 0.13H+ → 1.02N2 + 0.26NO3 - + 0.066CH2O0.5N0.15 + 2.03H2O
아나목스에 의한 처리에 있어서는 위의 반응식과 같이 전자수용체인 아질산성 질소가 필요하다. 이러한 이유로 종래 단축질소제거 공정은 암모니아성 질소의 절반을 아질산성 질소로 산화시키는 부분 아질산화 공정이 아나목스 공정의 전단에 조합되어 있어야 한다. 또한, 각각의 반응조에서 반응이 이루어지기 때문에, 질소를 제거하는 장치의 전체의 부피가 커지는 등 여러가지 문제가 발생하였다.
최근에는 부지면적을 축소하기 위해 단일반응조에서 부분아질산화 반응과 아나목스 반응이 동시에 수행되도록 하는 기술이 개발되었으나, 공기 공급량을 민감하게 조절해야 하며, 과량 투입된 공기에 의해 아나목스에 필요한 혐기(또는 준혐기)조건 형성이 어려운 문제가 발생하였다.
오폐수 내에서 방류수계에 부영양화를 유발하는 질소를 제거하기 위하여 다양한 방법이 사용되는데, 그 중에서도 생물학적 질산화-탈질공정(또는, 질소제거공정)은 경제적인 이유에서 가장 많이 사용된다. 그러나 생물학적 질산화-탈질공정은 다량의 에너지와 탄소원을 소모한다는 한계가 있다.
생물학적 질산화-탈질공정에서 1kg의 암모니아성 질소가 산화될 때 4.57kg의 산소와 7.14kg의 알카리도가 소모되며, 1kg의 질산성 질소가 탈질될 때에는 4~5kg의 탄소원이 소모된다. 또한, 일반적으로 질산화-탈질 시에 1kg의 질소가 제거되는 경우, 통상적으로 4~5kWh의 전력이 소모되며, USD 13~17 정도의 비용이 소모된다.
따라서, 에너지 소모와 탄소원 절감을 위해 아질산-아탈질공정이 사용되기도 하는데, 1kg의 암모니아성 질소가 산화될 때, 3.42kg의 산소가 소모되고, 탈질 시에는 2.86kg의 탄소원이 소모되어, 아질산-아탈질공정은 질산화-탈질공정에 비해 25%의 산소와 40%의 탄소원을 절감할 수 있다는 장점을 갖는다.
최근들어 적용이 급증하고 있는 부분아질산화(Partial Nitritation)- 아나목스(ANAMMOX, Anaerobic Ammonium Oxidation, 또는, 혐기성암모늄산화)공정의 경우, 질산화-탈질공정에 비해 산소는 60%, 탄소원은 100% 절감이 가능하다. 그러나 부분아질산화-아나목스공정을 적용할 경우에도 1kg의 암모니아성 질소를 제거하는데 1.9kg의 산소가 필요하다.
한편, 질소산화에 필요한 산소는 산기관으로부터 공급이 된다. 따라서, 산소전달효율(OTE, Oxygen Transfer Efficiency)이 높은 산기관을 사용하는 것은 산소공급에 필요한 에너지를 절감하는데 매우 중요하다. 이에, 다양한 산기관이 개발되고 있으나 산소기체의 용해도가 높지 않기 때문에, 현존하는 산기관의 경우 청수에서의 산소전달효율(OTE)은 40%, 오폐수 처리공정에서는 산소전달효율(OTE)은 20%를 넘어서지 못하고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 분리막(Membrane)을 산기관으로 사용하는 기술인 MABR(Membrane Aerated Biofilm Reactor), MBfR(Membrane Bio-film Reactor)이 개발되었다. MABR 공정은 분리막이 산기관의 역할을 함으로써, 미생물이 분리막에 부착하여 성장하는 동시에 배양될 수 있어, 산소전달효율(OTE)이 100%에 육박한다. 이러한 MABR 공정을 부분아질산화-아나목스공정에 사용할 경우, 공기 요구량이 기존 공정의 8%에 불과하게 된다.
질산화(Nitrification)는 아래와 같이 2단계로 진행되는데,
- 1단계 암모늄산화(Ammonia Oxidation): NH4 + + 1.5O2 → NO2 - + 2H+ + H2O
- 2단계 아질산산화(Nitrite Oxidation): NO2 - + 0.5O2 → NO3 -
1단계 암모늄산화 반응은 암모늄산화 미생물(AOB, Ammonium Oxidation Bacteria)에 의해 수행되며, 2단계 아질산 산화 반응은 아질산 산화 미생물(NOB, Nitrite Oxidation Bacteria)에 의해 수행된다.
부분아질산화-아나목스공정 중에서 아나목스(또는, 혐기성암모늄산화) 반응은 아래와 같은 식으로 진행된다.
1.0NH4+ + 1.32NO2 - + 0.066HCO3 - + 0.13H+ → 1.02N2 + 0.26NO3 - + 0.066CH2O0.5N0.15 + 2.03H2O
암모니아성 질소 일부분을 아질산성 질소로 전환하는 부분아질산화가 우선적으로 진행되어야, 후속되는 아나목스 반응이 일어나게 된다.
따라서, 질소산화를 아질산화에서 멈추게 하는 것이 매우 중요하다. 만약 아질산성 질소(NO2-N)가 질산성 질소(NO3-N)로 산화될 경우, 아나목스 반응이 일어나지 않기 때문에, 아질산화에서 반응을 멈추어 아질산성 질소를 축적하는 것이 아나목스 공정의 성패를 좌우한다고 할 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 암모늄 산화 미생물(AOB)이 생존하기 유리하고, 아질산 산화 미생물(NOB)은 생존하기 어려운 조건이 만들어져, 암모늄 산화 미생물(AOB)이 우점되는 환경이 조성되어야 한다. 이를 위해, SRT(Solid Retention Time), 용존산소(DO, Dissolved Oxygen), FA(Free Ammonia), FNA(Free Nitrous Acid) 및 온도 등과 같은 여러 가지 인자가 적용될 수 있다. 특히, 암모늄 산화 미생물(AOB)이 우점이 되는 환경을 조성하기 위해, FA, FNA 및 온도 인자가 적용될 수 있는데, 이러한 인자는 혐기성 공정에서 발생하는 반류수와 같이 암모니아성 질소의 농도 및 pH가 높게 유지되는 경우에는 적용이 가능하지만, 암모니아성 질소의 농도 및 pH가 낮은 하수를 처리할 경우에는 적용이 불가능하다.
한편, 하수를 아질산화하기 위하여 SRT와 용존산소(DO)가 사용될 수 있는데, SRT의 경우 암모늄 산화 미생물(AOB)과 아질산 산화 미생물(NOB)의 비성장계수(Specific Growth Rate) 값이 유사하여, 실제로 현장에서 적용하기 곤란하다는 문제점이 있어, 사실상 용존산소(DO)만이 제어 가능한 인자이다.
그러나 MABR 공정에서 아질산화를 위해 용존산소(DO) 농도를 제어하여, 암모늄 산화 미생물(AOB)에게 유리한 조건을 조성하는 것이 현실적으로 어렵다. MABR의 경우, 분리막 외부에서 미생물이 성장한다. 분리막 내부에서 반응에 필요한 산소가 공급되면, 분리막에 가까이 있는 미생물에게는 많은 양의 산소가 공급되고 외부에 있는 미생물에게는 산소공급이 제한된다. 즉, 암모늄 산화 미생물(AOB)과 아질산 산화 미생물(NOB)이 혼합하여 성장하는 생물막에서는 분리막에 근접하였는지 여부로 용존산소(DO)의 농도 차이를 줄 수 있을 뿐, 암모늄 산화 미생물(AOB)에게만 산소를 공급하고, 아질산 산화 미생물(NOB)에게 공급되는 산소를 차단하다는 것이 기술적으로 불가능하다. 따라서, 산소전달효율(OTE)이 높음에도 불구하고 MABR을 이용하여 아질산화를 안정적으로 이룩하는 것은 매우 어려운 문제이다.
본 실시예는, 미생물에 공급되는 산소전달효율을 높일 수 있는 산기관 및 산기관 모듈을 제공함으로써, 산소공급에 필요한 송풍량을 절감하는 단축질소제거 및 아질산 산화 미생물 활성 저해를 위한 장치 및 방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 실시예는, 섬유사 산기관 모듈을 단축질소제거 공정에 적용하고 오폐수내의 질소를 단축질소제거 반응을 이용하여 제거하기 위해, 공정에 필요한 산소량와 반응조 혼합에 필요한 기체의 양을 공기, 산소, 이산화탄소를 적절하게 혼합하여 두 기체의 양이 같도록 함으로써, 공급된 산소를 100% 이용되도록 하고 공급된 기체만으로 혼합이 이루어지게 하여 운영비 절감과 함께 반응조 전체의 반응속도를 높게 유지하는 단축질소제거 및 아질산 산화 미생물 활성 저해를 위한 장치 및 방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 실시예는, 산기관 모듈 표면에 성장하는 미생물의 SRT를 조절하기 위한 적정한 탈리를 수행하기 위해, 필요한 기체의 양은 혼합에 필요한 기체의 양보다 2~3배 크게 조절함으로서, 탈리를 위해 증가되는 유량은 이산화탄소를 이용하여 증가시켜, 반응조 내로 공급되는 산소량이 증가하지 않도록 하고, 단축질소제거 반응에 필요한 혐기 및 준혐기 조건을 안정적으로 확보하는 단축질소제거 및 아질산 산화 미생물 활성 저해를 위한 장치 및 방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 실시예는, MABR(Membrane Aerated Biofilm Reactor) 공정에서 아질산 산화 미생물(NOB)의 활성을 억제하고 암모늄 산화 미생물(AOB)의 능력은 유지시키는 단축질소제거 및 아질산 산화 미생물 활성 저해를 위한 장치 및 방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 실시예는, 분리막 산기관을 아질산 산화 억제제가 충진된 별도의 조에 일정 시간동안 침지시켜, 아질산 산화 미생물(NOB)의 활성을 저하시키는 단축질소제거 및 아질산 산화 미생물 활성 저해를 위한 장치 및 방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.
또한, 본 실시예는, 고형물 탈리조, 저해반응조 및 세척조를 구성하여, 고형물 탈리조에서는 과도하게 부착된 미생물 및 고형물을 탈리시켜 저해반응조가 고형물로 오염되는 것이 방지되도록 하고, 저해반응조에 충진된 억제제의 농도와 체류하는 시간을 조절하여 억제효과가 최적화가 되도록 함과 동시에, 세척조에서는 잔류하는 억제제를 세척하여 독성을 지닌 억제제가 처리수와 함께 수계로 방류되는 것을 최소화하는 단축질소제거 및 아질산 산화 미생물 활성 저해를 위한 장치 및 방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 미생물이 부착 성장이 가능한 복수의 섬유사, 상기 복수의 섬유사의 일측에 기체를 공급할 수 있는 인입부, 상기 기체는 산소와 이산화탄소를 포함하고, 상기 산소에 의해서 아질산 생산이 가능하고, 상기 기체의 산소 농도는 상기 산소와 상기 이산화탄소에 의해서 조절되는 것을 특징으로 하는 섬유사 산기관을 제공한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 단축질소제거를 위한 산기관 모듈에 있어서,적어도 하나 이상의 섬유사 산기관, 상기 섬유사 산기관은, 미생물이 부착 성장이 가능한 복수의 섬유사와 상기 복수의 섬유사의 일측에 기체를 공급할 수 있는 인입부를 포함하고, 상기 기체는 산소와 이산화탄소를 포함하고, 상기 산소에 의해서 아질산 생산이 가능하고, 상기 기체의 산소 농도는 상기 산소와 상기 이산화탄소에 의해서 조절되는 것을 특징으로 하는 섬유사 산기관 모듈을 제공한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 섬유사 산기관은 복수 개로 구성되며, 상기 복수의 섬유사 산기관은 소정의 간격을 두고 형성되어, 상기 복수의 섬유사 산기관 사이에는 소정의 공간이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 섬유사 산기관의 부착된 미생물은 아질산 미생물을 포함하고, 상기 소정의 공간 내에는 아나목스 미생물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 아나목스 미생물은 상기 소정의 간격 내에 위치하는 여재에 부착되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 섬유사 산기관 모듈은 단축질소제거 공정을 위한 반응조에 위치하며, 상기 공급되는 기체는 단축질소제거 반응에 필요한 산소와 반응조 혼합에 필요한 기체가 소정의 비율로 혼합되어 공급되는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 단축질소제거 장치에 있어서, 유입되는 오폐수의 적어도 유량, 암모니아성 질소의 농도를 측정하는 측정부, 상기 유입되는 오폐수의 질소를 제거하는 반응조, 상기 반응조 내에 위치하는 복수의 섬유사 산기관 모듈 및 상기 복수의 섬유사 산기관 모듈에 기체를 공급하는 공기 공급부, 상기 공급되는 기체는 공기, 산소, 이산화탄소를 포함하고, 상기 공급되는 기체의 공기, 산소, 이산화탄소의 양을 조절하는 제어반을 포함하는 것을 특징으로 하는 단축질소제거 장치를 제공한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 섬유사 산기관 모듈은, 아질산을 생산하는 아질산 미생물을 부착 성장하는 복수의 섬유사 산기관 및 상기 복수의 섬유사 산기관 사이에 형성되는 소정의 공간에 위치하는 아나목스 미생물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 소정의 공간에 위치하는 여재를 더 포함하여, 상기 여재는 아나목스 미생물을 포함하는 것을 특징으로 하는 단축질소제거 장치를 제공한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 산소와 이산화탄소를 포함하는 기체의 부피는 상기 반응조의 혼합에 필요한 기체의 부피가 동일하도록 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 복수의 섬유사 산기관 모듈이 위치하고 있는 반응조를 이용하는 단축질소제거 공정에 있어서, 상기 복수의 섬유사 산기관 모듈에 산소와 이산화탄소를 포함하는 기체를 소정의 양만큼 공급하는 단계, 오폐수의 적어도 유량, 암모니아성 질소의 농도를 측정하는 단계, 상기 반응조의 혼합 및 아질산화에 필요한 산소 및 이산화탄소를 포함한 기체의 양을 산정하는 단계 및 상기 산정된 기체량을 기초하여 상기 공급되는 기체의 양을 조절하는 단계를 포함하는 단축질소제거 공정을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시예의 일 측면에 따르면, 아질산 미생물의 생물막 형성과 산소공급을 동시에 수행하는 섬유사 산기관 모듈을 적용함으로써, 공급된 산소가 100% 이용되어 산소공급에 필요한 송풍에너지를 획기적으로 절감할 수 있다.
본 실시예의 일 측면에 따르면, 공기, 산소, 이산화탄소를 혼합하여 아질산화에 필요한 산소를 공급하는 기체의 양과 혼합에 필요한 기체의 양이 같도록 조절함으로써, 별도의 조작 없이 적절한 혼합이 이루어지도록 하여 반응조 내의 오염물질 제거 속도를 높게 유지할 수 있는 장점이 있다.
본 실시예의 일 측면에 따르면, 공급되는 기체의 공급량을 증가시켜 미생물을 탈리시킴으로써 아질산화 미생물(또는, 암모늄 산화 미생물)을 우점화 하기 위한 적절한 SRT를 확보하고, 용존산소(DO) 농도를 유지하는데 필요한 기체의 양은 이산화탄소를 증사시켜 확보할 수 있으며, 산소량의 증가 없이 효율적으로 생물막을 탈리시킬 수 있어 반응조의 용존산소 농도가 증가되지 않아 항상 혐기상태를 유지하여 단축질소제거 반응을 안정적으로 유지할 수 있는 장점이 있다.
본 실시예의 일 측면에 따르면, MABR(Membrane Aerated Biofilm Reactor) 공정에서 아질산 산화 미생물(NOB)의 활성은 억제하고 암모늄 산화 미생물(AOB)의 능력을 유지하기 위한 아질산 산화 미생물 활성 저해 장치 및 그 방법을 이용하여, 산소전달효율(OTE)을 극대화함으로써 공기 공급에 소모되는 전력량을 기존 공정의 10% 미만이 되도록 할 수 있는 장점이 있다.
본 실시예의 일 측면에 따르면, 안정적인 아질산화를 유지하기 위해, 분리막 산기관을 아질산 산화 억제제가 충진된 별도의 조에 일정 시간동안 침지시키는 아질산 산화 미생물(NOB) 억제 시스템을 적용함으로써, 아질산 산화 미생물(NOB)의 활성만을 선택적으로 저해할 수 있는 장점이 있다.
본 실시예의 일 측면에 따르면, 고형물 탈리조, 저해반응조 및 세척조를 구성하여, 고형물 탈리조에서는 과도하게 부착된 미생물 및 고형물을 탈리시켜 저해반응조가 고형물로 오염되는 것이 방지되도록 하였으며, 저해반응조에 충진된 억제제의 농도와 체류하는 시간을 조절하여 억제효과가 최적화가 되도록 하고, 세척조에서는 잔류하는 억제제를 세척하여 독성을 지닌 억제제가 처리수와 함께 수계로 방류되는 것을 최소화함으로써 암모늄 산화 미생물(NOB)이 안정적으로 우점화 될 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 실시예의 일 측면에 따르면, NO2, NH4를 억제제로 사용했을 경우, 이를 부분아질산화-아나목스공정에 재사용하여, 아나목스 반응조로 유입되는 NO2, NH4의 비를 조절하는데 투입함으로써 유지관리비가 절감될 수 있는 장점이 있다.
도 1은 산기관 및 여재로 사용된 종래의 분리막을 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 분리막 산기관에서 폐수 내 질소가 제거되는 과정을 도시한 도면이다.
도 3은 산소전달효율이 20%일 경우, 산소공급을 위해 공급되는 공기량과 반응조 혼합에 필요한 공기량을 비교한 그래프를 도시한 도면이다.
도 4는 산소전달효율이 100%일 경우, 산소공급을 위해 공급되는 공기량과 반응조 혼합에 필요한 공기량을 비교한 그래프를 도시한 도면이다.
도 5는 액상의 혼합이 충분할 경우, 생물막으로 전달되는 물질의 농도변화를 나타낸 그래프를 도시한 도면이다.
도 6 은 액상의 혼합이 부족할 경우 생물막으로 전달되는 물질의 농도변화를 나타낸 그래프를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 일 실시예에 따른 분리막 산기관 모듈의 구성을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 일 실시예에 따른 분리막 산기관 모듈의 구성을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 산기관 모듈이 적용된 단축질소제거 장치를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 산기관에서 폐수 내 질소가 제거되는 과정을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 단축질소제거 공정의 과정을 도시한 순서도이다.
도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 아질산 산화 미생물(NOB)의 활성 저해 장치를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 제1 실시예에 따른 분리막 산기관 유닛이 아질산 산화 미생물(NOB) 활성 저해 장치의 탈리조에 침지되는 과정을 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고형물 탈리가 완료된 분리막 산기관 유닛을 아질산 산화 미생물(NOB) 억제제가 충진된 저해반응조에 침지하는 과정을 도시한 도면이다.
도 15은 본 발명의 제1 실시예에 따른 억제반응이 완료된 분리막 산기관 유닛을 세척조로 이동시켜 침지하는 과정을 도시한 도면이다.
도 16은 본 발명의 제2 실시예에 따른 NO 기체를 억제제로 사용할 경우의 분리막 산기관 유닛이 탈리조에 침지되는 과정을 도시한 도면이다.
도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 NO 기체를 억제제로 사용할 경우의 분리막 산기관 유닛이 저해반응조에 침지되는 과정을 도시한 도면이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 아질산 산화 미생물(NOB)의 억제재를 재사용하여 부분아질산화-아나목스공정에 투입하는 과정을 도시한 도면이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 아질산 산화 미생물(NOB) 활성 저해 장치가 아질산 산화를 억제하는 방법을 도시한 순서도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함', '구비'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 '…부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 산기관 및 여재로 사용된 종래의 분리막을 도시한 도면이다.
분리막(110)은 고체와 액체를 분리하기 위해 개발된 중공사막으로서, 산기관으로 활용되어 반응조에 공기(120)를 공급할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 분리막(110)은 분리막(110)의 공극을 이용해 내부로 공기(120)를 공급한다. 분리막(110)은 반응조에 침지된 상태로 유지되는데, 막 표면에 호기성 미생물이 붙어 성장하게 된다.
따라서, 분리막(110) 내부로 공급된 공기(120)에 함유된 산소가 막 표면에 붙어있는 미생물로 바로 공급되기 때문에, 산소전달효율(OTE)을 높일 수 있다. 미생물은 반응조의 액상에서 생물막(130) 안으로 확산되는 유기물 및 암모니아를 공급된 산소를 이용하여 산화 시킨다.
도 2는 종래의 분리막 산기관에서 폐수 내 질소가 제거되는 과정을 도시한 도면이다.
막 표면에 붙어 성장하는 아질산 산화 미생물(NOB, 또는, 질산화 미생물)은 액상에서 전달된 암모니아성 질소를 산화시켜 질산성 질소를 생산한다. 생산된 질산성 질소는 액상으로 전달되어 탈질미생물에 의해 유기물을 산화시키며 질소 가스로 환원되어 대기중으로 방출된다. 분리막(110)을 이용한 산기관이 이용되는 경우, 한 반응조에서 질산화와 탈질이 동시에 수행되고 산소전달효율이 거의 100%에 달하여, 산소공급에 필요한 송풍량이 획기적으로 절감될 수 있다.
한편, 반응조에 공기(기체)를 공급하는 이유는 오염물 산화에 필요한 산소를 공급하기 위한 것과 반응조 혼합을 위한 두 가지 목적을 달성하기 위함이다. 통상적으로, 반응조 혼합을 위해서 반응조 1m3당 1m3/hr의 공기(기체)를 공급하면 되는 것으로 알려져 있다. 일반적인 폐수처리공정에서 생물반응조로 공급되는 공기(기체)의 양은 혼합에 필요한 양보다 많기 때문에, 혼합을 위한 기체양은 통상적으로 별도로 고려되지 않는다. 이를 증명하는 자료는 도 3에 도시되어 있다.
도 3은 산소전달효율이 20%일 경우, 산소공급을 위해 공급되는 공기량과 반응조 혼합에 필요한 공기량을 비교한 그래프를 도시한 도면이다.
도 3을 참고하면, 10,000톤/일인 처리장에서 포기조 체류시간이 3시간일 경우, 혼합에 필요한 공기량과 실제 오염물질을 처리하기 위해서 공급되는 공기량을 비교한 것으로(OTE=20%), 대부분의 조건에서 반응조 혼합에 필요한 공기량보다 산소를 공급하기 위하여 공급되는 공기(기체)량이 많은 것을 알 수 있다(C: 유기물제거, C+N: 유기물제거+질소산화, C+N+DN: 유기물제거+질소산화+탈질화, C+AMX: 유기물제거+단축질소제거). 따라서, 반응조 혼합에 필요한 공기량보다 산소를 공급하기 위하여 공급되는 공기(기체)량이 많은 경우에는 반응조 혼합을 위한 별도의 교반장치가 필요하지 않다. 그러나 도 4에 도시된 바와 같이, 산소전달효율이 증가하면 상황이 달라진다.
도 4는 산소전달효율이 100%일 경우, 산소공급을 위해 공급되는 공기량과 반응조 혼합에 필요한 공기량을 비교한 그래프를 도시한 도면이다.
그래프에서 알 수 있듯이, 모든 조건에서 공급되는 공기량이 혼합에 필요한 공기량보다 적은 것을 알 수 있다.
혼합은 반응공학에서 매우 중요한 인자로, 혼합이 제대로 이루어지지 않을 경우 농도경사가 발생하여 반응속도가 저하된다. 도 5 내지 도 6을 참조하면 이러한 현상에 대한 설명이 가능하다.
도 5는 액상의 혼합이 충분할 경우, 생물막으로 전달되는 물질의 농도변화를 나타낸 그래프를 도시한 도면이고, 도 6 은 액상의 혼합이 부족할 경우 생물막으로 전달되는 물질의 농도변화를 나타낸 그래프를 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 혼합이 잘 이루어진 경우, 액상에서의 농도(Co)가 유지되어 생물막(130) 전체로 물질의 전달이 이루어지지만, 도 6에 도시된 바와 같이, 액상의 혼합이 부족할 경우, 액상에서 거리에 따른 농도의 저하가 발생하여 물질이 생물막(130) 안으로 전달되지 못하게 된다.
따라서, 분리막(110)이 산기관으로 적용되어 산소전달효율이 100%까지 향상되는 경우, 송풍에 필요한 에너지의 절감이 가능한 장점이 있었다. 그러나 액상의 혼합에 필요한 에너지가 부족하여 효율적인 혼합이 이루어지지 않기 때문에, 결과적으로 오염물질 제거효율이 저하될 수 있다. 특히, 분리막(110)이 산기관으로 적용되어 산소전달효율이 100%까지 향상되는 경우, 공급되는 공기의 양이 혼합에 필요한 양보다 절대적으로 부족하기 때문에, 도 4에 도시된 AMX(단축질소제거)의 경우와 같이, 반응속도가 급격히 저하될 수 있다. 이에 따라, 종래의 분리막(110)이 산기관으로 적용된 분리막 산기관 모듈은 혐기 환경에서 배양되는 미생물을 배양하기까지 아주 오랜시간이 소모될 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 별도의 혼합을 위한 공기가 주입되거나 믹서(Mixer)를 설치하여 기계적인 혼합이 추가로 수행되어야 한다. 그러나 공기가 주입될 경우, 공기와 함께 산소가 공급되기 때문에 준혐기조건 또는 혐기조건을 필요로 하는 아나목스 미생물에게 독성을 유발하는 등 미생물 배양에 악영향을 미칠 수 있다. 기계적인 혼합이 추가로 수행될 경우, 막이 조밀하게 집적되어 있는 모듈의 특성 때문에, 혼합을 위한 전단력이 안쪽으로는 전달되지 못하는 단점이 있었다.
본 발명의 일 실시예는 산소공급을 위한 산기관 역할 및 미생물이 부착성장하는 여재 역할을 동시에 수행하는 분리막 산기관을 이용하여, 오폐수 내에서 질소와 같은 오염물질을 경제적으로 제거하는 방안을 제시한다.
도 7은 본 발명의 제1 일 실시예에 따른 분리막 산기관 모듈의 구성을 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 제2 일 실시예에 따른 분리막 산기관 모듈의 구성을 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 분리막 산기관 모듈(700)은 복수의 분리막 산기관(710) 및 복수의 분리막 산기관(710) 사이의 소정의 공간(720)을 포함한다. 분리막 산기관(710)은 복수의 섬유사(미도시)로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 기체를 공급할 수 있는 인입부(미도시)를 포함할 수 있다. 기체는 복수의 분리막 산기관(710)으로 동시에 공급될 수 있고, 개별적으로 공급될 수 있다.
기체는 송풍기(미도시)에 의해 공급되며, 질소(미도시)와 산소(121)를 포함하는 공기(120)를 포함한다. 나아가, 필요에 따라 기체는 공기(120)에 추가적으로 산소(121) 또는 이산화탄소(122)를 더 포함할 수 있다. 분리막 산기관(710)은 분리막 산기관 모듈(700)에 오염물질 제거에 필요한 기체를 공급한다. 기체 내 각 성분의 공급량은 조절될 수 있다.
분리막 산기관 모듈(700)은 공기(120), 산소(121) 또는 이산화탄소(122) 각 성분의 공급량을 조절하여, 공급되는 기체의 양을 산소공급에 필요한 양 및 반응조 혼합에 필요한 양을 합한 양과 같도록 조절한다. 분리막 산기관 모듈(700)은, 경우에 따라, 공기(120), 산소(121) 또는 이산화탄소(122) 각 성분의 공급량을 조절함으로써, 과도한 기체, 특히, 과도한 산소(121)가 공급되는 것을 방지할 수 있다. 분리막 산기관 모듈(700)은 제공된 기체 내에 공기(120)에 포함된 산소(121)량과 산화과정이 발생할 수 있도록 산소공급에 필요한 양을 비교한다.
먼저, 제공된 기체 내 공기에 포함된 산소(121)량(이하에서, '제공된 산소량'이라 약칭함)이 산화과정이 발생할 수 있도록 산소공급에 필요한 양(이하에서, '산소공급에 필요한 양'이라 약칭함) 보다 큰 경우가 존재할 수 있다. 이러한 경우, 반응조 내 너무 많은 산소(121)가 존재하여 혐기 환경이 생성되지 않을 우려가 높기 때문에, 분리막 산기관 모듈(700)은 공급되는 기체의 양을 줄인다. 이때, 공급되는 기체는 산소(121) 공급뿐만 아니라 반응조 혼합에도 사용되기 때문에, 공급되는 기체의 양이 줄게 되면, 반응조 내 혐기 환경은 생성될 수 있으나 온전히 반응조의 혼합이 수행되지 않을 우려가 있다. 따라서, 분리막 산기관 모듈(700)은 공급된 기체량 중 산소공급에 필요한 양을 제외한 기체량이 반응조 혼합에 충분한지 여부를 판단한다. 공급된 기체량 중 산소공급에 필요한 양을 제외한 기체량이 반응조 혼합에 충분한 경우, 분리막 산기관 모듈(700)은 제공된 산소(121)량이 산소공급에 필요한 양과 같아질 때까지, 기체의 공급량을 줄인다. 반면, 공급된 기체량 중 산소공급에 필요한 양을 제외한 기체량이 반응조 혼합에 충분하지 못한 경우, 분리막 산기관 모듈(700)은 추가적으로 이산화탄소(122)를 반응조 혼합에 충분한 양 만큼 주입한다. 추가적으로 공기(120)를 더 주입하게 되면, 공기(120) 내 포함된 산소(121)가 혐기 환경의 생성을 방해하기 때문에, 분리막 산기관 모듈(700)은 추가적으로 이산화탄소(122)를 더 주입할 수 있다.
반대로, 제공된 산소(121)량이 산소공급에 필요한 양보다 부족한 경우, 분리막 산기관 모듈(700)은 추가적으로 산소(121)를 주입한다. 굳이, 추가적인 공기(120)를 공급하기 위해 송풍기를 동작시킬 필요 없이, 분리막 산기관 모듈(700)은 필요한 성분인 산소(121)만을 필요량만큼 바로 주입함으로써, 혐기 환경도 보장하면서 필요량만큼 만을 주입할 수 있는 장점이 있다.
공급된 기체 내에 포함된 산소(121)는 분리막 산기관(710)에 있는 공극사이를 통하여 안쪽에서 바깥쪽으로 이동하며, 표면에 붙어 성장하는 미생물들에 공급된다. 공급되는 기체 내 산소(121)의 양은 제한적이므로, 분리막 산기관(710)의 주위에만 호기 환경이 형성되어, 전술한 미생물들이 분리막 산기관(710)에 붙어 성장하게 된다. 표면에 붙어 성장하는 미생물들은 산소를 이용해 특정 성분을 산화시키는 미생물들로서, 암모니아 또는 암모늄 이온을 아질산성 질소로 전환하는 암모늄 산화 미생물(AOB) 및 아질산성 질소를 질산성 질소로 전환하는 아질산 산화 미생물(NOB)을 포함한다. 이때, 암모늄 산화 미생물(AOB)은 아질산 산화 미생물(NOB)보다 약 2배 가까이 높은 산소 친화력을 갖는다. 이에 따라, 용존산소(DO)가 높은 상태라면, 암모늄 산화 미생물(AOB) 및 아질산 산화 미생(NOB)물 모두가 높은 활성을 가져, 암모니아 또는 암모늄 이온의 산화 및 아질산성 질소의 산화가 모두 활발히 진행될 수 있다. 그러나 용존산소(DO)가 낮은 상태라면, 상대적으로 높은 산소 친화력을 갖는 암모늄 산화 미생물(AOB)은 높은 활성을 갖는 반면, 아질산 산화 미생물(NOB)은 낮은 활성을 갖는다. 즉, 산소가 제한적으로 공급되는 경우라면, 미생물이 성장하는 곳에서 암모늄 산화 미생물(AOB)의 우점화가 발생하게 된다. 이에 따라, 암모니아 또는 암모늄 이온의 산화가 활발히 진행되어 아질산성 이온이 축적될 수 있다. 분리막 산기관 모듈(700)은 공급되는 공기(120)량, 보다, 구체적으로 공급되는 산소(121)량을 조절함으로써, 산기관(110)에 붙어 성장하는 미생물들의 우점화 여부를 제어할 수 있으며, 이에 따라 축적되는 성분도 제어할 수 있다.
한편, 암모니아와 아질산성 질소를 질소가스로 전환하는 아나목스 미생물은 분리막 산기관(710) 사이의 공간(720)에서 성장하는데, 부유상태로 성장할 수도 있고, 공간(720)에 배치된, 별도의 아나목스 미생물을 위한 여재(810)에서 성장할 수도 있다. 아나목스 미생물은 혐기(또는, 준혐기) 환경하에서 전자 수용체인 아질산성 질소를 이용하여 암모니아성 질소를 질소가스로 전환하는 미생물이다. 전술한 바와 같이, 분리막 산기관(710)의 주위에만 호기 환경이 형성되기 때문에, 분리막 산기관(710) 사이의 공간에는 혐기 환경이 형성된다. 이러한 이유 때문에, 아나목스 미생물과 같이 혐기 환경에서 배양되는 미생물들은 별도의 부가적인 환경조성 없이도 최적으로 배양될 수 있다. 여재(810)가 설치될 경우, 90% 이상의 미생물은 여재(810)에 붙어 성장하게 되어, 미생물은 생물막을 형성하며 성장할 수 있다.
분리막 산기관(810)으로 공급되는 기체는 공기(120), 산소(121), 이산화탄소(122)를 포함하고, 각 성분이 혼합되어 공급되거나, 상황에 따라 필요한 성분이 추가적으로 공급될 수 있다. 공급되는 기체의 양은 오염물질 제거에 필요한 양과 반응조 혼합에 필요한 양을 동시에 만족시킬 수 있도록 조절되어 공급될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 배양장치(700)는 산소(121)를 거의 100% 사용할 수 있는 조건으로 공급하면서, 동시에 반응조의 혼합을 위한 기체의 양을 만족시킬 수 있다. 이에 따라, 분리막 산기관 모듈(700)은 공급하는 기체의 양을 무리하게 늘릴 필요없이 최적으로 양을 제공할 수 있어, 운영비가 절감되어 경제성이 우수하며, 반응조 전체의 반응속도를 높게 유지할 수 있는 장점을 갖는다. 또한, 분리막 산기관 모듈(700)은 분리막 산기관 모듈(700)을 통과한 잔여 산소를 다시 사용하지 않기 때문에, 작은 규모로도 구현될 수 있는 장점을 갖는다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 산기관 모듈이 적용된 단축질소제거 장치를 도시한 도면이다.
단축질소제거 장치(900)는 분리막 산기관 유닛(910)을 이용하여 기체 내 성분을 조절함으로써 질소를 제거한다. 단축질소제거 장치(900)의 유입폐수 측정부(950)는 유입폐수(940)의 유량, 유기물 및 암모니아성 질소를 측정하여 반응조(920) 내로 공급되는 기체의 양을 계산한다. 반응조(920) 혼합에 필요한 기체의 양은 일반적으로 반응조 부피당 1m3/hr이기 때문에, 제어반(960)은 반응조(920) 부피로부터 반응조(920) 혼합에 필요한 기체량을 산정한다. 제어반(960)은 반응조(920)의 부피를 이용하여 계산된 기체의 양에 안전율 10~30%를 고려하여 반응조(920) 혼합에 필요한 기체량을 산정한다.
제어반(960)은 생물학적 반응에 필요한 산소량도 산정하는데, 먼저 공급된 기체 중에 포함된 산소(121)량이 생물반응에 필요한 산소량을 만족시킬 수 있는지 판단한다. 분리막 산기관(미도시)은 100%의 산소전달효율(OTE)을 갖기 때문에, 제어반(960)은 공기(120)공급량 계산을 이용해 전술한 판단을 수행한다. 반면, 종래의 분리막 산기관은 공기(120)공급량을 산정할 때 산기관 고유의 산소전달효율(OTE)을 고려해야 하고, 산소전달효율(OTE)은 시간, 환경 등에 대한 변수를 포함하고 있으므로, 고려해야 할 요소가 많아 계산이 굉장히 어렵고, 계산이 수행되더라도 오랜 시간이 소모되는 문제를 갖는다.
앞서 설명한 바와 같이, 공급된 기체 중에 포함된 산소량이 생물반응에 필요한 산소량을 만족시키는 경우, 제어반(960)은 공급된 기체 중 산소(121)를 제외한 양이 반응조 혼합에 필요한 기체량보다 많은지 여부를 판단한다. 공급된 기체 중 산소(121)를 제외한 양이 반응조 혼합에 필요한 기체량보다 많은 경우, 제어반(960)은 산소량 조건을 만족시키는 한도 내에서 기체의 공급을 줄인다. 반대로, 공급된 기체 중 산소(121)를 제외한 양이 반응조 혼합에 필요한 기체량보다 부족한 경우, 제어반(960)은 이산화탄소(122)의 공급량을 증가시켜 반응조의 혼합에 충분한 기체가 공급될 수 있도록 한다.
공급된 기체 중에 포함된 산소(121)량이 생물반응에 필요한 산소량을 만족시키지 못하는 경우, 제어반(960)은 순수한 산소(121)만을 공급하도록 제어한다.
이에 따라, 제어반(960)은 지나치게 많은 기체량이 아닌 필요한 기체량만큼 만을 공급하면서도, 생물반응과 반응조 혼합이 원활히 이루어질 수 있도록 할 수 있다.
유입폐수 측정부(940)는 오폐수의 유량 및 암모니아성 질소의 농도를 실시간으로 측정하여, 제어반(960)이 아질산화에 필요한 기체의 양을 계산할 수 있도록 한다.
한편, 단축질소제거 장치(900)는 높은 산소전달효율(OTE)을 갖지만, 암모늄 산화 미생물(AOB)과 아질산 산화 미생물(NOB)이 혼합하여 성장하는 생물막에서 아질산 산화를 억제하기 위해, 암모늄 산화 미생물(AOB)에게만 선택적으로 산소(121)를 공급하고, 아질산 산화 미생물(NOB)의 산소(121) 공급은 차단할 수 없다는 한계를 갖는다. 따라서, 단축질소제거 장치(900)는 아질산 산화 미생물(NOB)이 아질산성질소를 산화하는 것을 방지하는 별도의 장치를 구비할 수 있다. 이 장치는 생물 반응조(920) 내의 아질산 산화가 억제되도록 함으로써, 후속되는 아나목스 반응(ANAMMOX, Anaerobic Ammonium Oxidation, 또는, 혐기성암모늄산화 반응)에서 질소를 안정적으로 제거할 수 있도록 한다. 아질산 산화 미생물의 활성을 저해하여 아질산 산화를 억제하는 장치 및 방법에 관해서는 도 12 내지 도 19를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 10는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 산기관에서 폐수 내 질소가 제거되는 과정을 도시한 도면이다.
분리막 산기관(1010)은 생물 반응조(920)에 침지되어 미생물이 막 표면에 부착성장할 수 있도록 한다. 생물반응 및 혼합에 필요한 기체(1020)는 공기(120), 산소(121) 및 이산화탄소(122)가 일정한 비율로 조절되며, 이는 분리막 산기관(1010)으로 공급된다. 분리막 산기관(1010)은 섬유사와 같이 미생물이 부착하여 배양되기 유리한 재질로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이때, 막 표면에 부착된 미생물에는 암모니아를 아질산성 질소로 산화시키는 암모늄 산화 미생물(AOB) 및 아질산성 질소를 질산성 질소로 산화시키는 아질산 산화 미생물(NOB)이 포함된다. 분리막 산기관(1010)은 아질산성 질소를 생산하는데 필요한 양만큼의 산소(121)량을 제한적으로 공급함으로써, 아질질 산화 미생물(NOB)의 성장을 제한할 수 있다. 또한, 암모늄 산화 미생물(AOB) 및 아질산 산화 미생물(NOB)은 공급된 산소(121)량을 100% 소모함으로써 액상상태의 용존산소(DO)를 0으로 유지한다.
암모늄 산화 미생물(AOB)에 의해 생성된 아질산성 질소는 기체(1020)의 혼합력에 의해 분리막 산기관(1010) 사이에 위치한 아나목스 미생물(또는, 혐기성 암모늄 산화 미생물)에게 원활하게 전달된다. 아나목스 미생물은 분리막 산기관(1010)에 부착된 암모늄 산화 미생물(AOB)이 생산한 아질산성 질소와 액상에 존재하는 암모니아성 질소를 활용하여 아나목스 반응에 의해 질소를 제거한다. 이때, 아나목스 반응이 원활하게 수행되기 위해서는 암모니아성 질소 일부분을 아질산성 질소로 전환하는 아질산화가 우선적으로 진행되어야 한다. 즉, 아질산성 질소(NO2-N)가 질산성 질소(NO3-N)로 산화되지 않도록 암모늄 산화 미생물(AOB)이 우점이 되는 환경을 조성하여, 아질산 산화 미생물(NOB)의 활성을 저해하는 것이 중요하다. 마찬가지로, 이에 대한 장치 및 방법은 도 12 내지 도 19에서 후술하도록 한다.
한편, 암모늄 산화 미생물(AOB)의 우점을 위해 분리막 산기관(1010)에 형성된 생물막(1030)이 효율적으로 탈리되어야 하는데, 이때 필요한 기체(1020)량은 혼합에 필요한 기체량 보다 2~3배 크게 된다. 따라서, 전술한 바와 같이, 단축질소제거 장치(900)의 제어반(960)은 이산화탄소(122)의 양을 증가시켜 탈리에 필요한 유량을 공급함으로써, 생물막을 탈리시켜 적정한 SRT(Sludge Retention Time)를 유지할 수 있도록 한다.
아나목스 미생물은 낮은 성장률을 갖기 때문에, 분리막 산기관은 별도의 여재(810)를 충진한 모듈을 배치하여, 아나목스 미생물을 부착성장 형태로 유지할 수 있다. 이에 따라, 분리막 산기관은 부유상태보다 2~3배 고농도로 아나목스 미생물을 확보할 수 있다.
단축질소제거 반응을 거치며 제거되는 암모니아성 질소의 10%에 해당하는 질산성 질소가 부산물로 발생하게 된다. 단축질소제거 반응의 부산물인 질산성 질소는 부유상태의 일반 탈질 미생물에 의해 액상에 존재하는 유기물과 함께 제거될 수 있다. 기존의 단축질소제거공정은 액상으로 아질산화에 필요한 산소(121)를 직접 주입하기 때문에, 액상에 존재하는 유기물이 모두 산화되게 된다. 이때, 단축질소제거반응의 부산물인 질산성 질소를 제거하는데 사용되는 탄소원도 함께 산화하게 한다. 이에 따라, 질산성 질소의 제거를 위한 탄소원이 부족하게 되어, 일반 탈질에 의해 질산성 질소의 제거가 불가능하다. 이러한 이유로, 종래의 기술들은 별도의 공정을 구비하고 탄소원을 외부에서 공급해서 질산성 질소를 제거해왔다.
그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 산기관(1010)은 아질산화에 필요한 산소(121)를 분리막 산기관(1010)을 거쳐 암모늄 산화 미생물(AOB) 또는 아질산 산화 미생물(NOB)에게만 공급하여 100% 소모하기 때문에, 질산성 질소가 일반 탈질 미생물에 의해 액상에 존재하는 유기물과 함께 제거될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 산기관(1010)은 별도의 탄소원을 구비할 필요가 없는 장점을 갖는다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 단축질소제거 공정 과정을 도시한 순서도이다. 도 7 내지 도 10을 참조하여 상세히 설명하였기 때문에, 자세한 설명은 생략한다.
단축질소제거 장치(900)는 공기, 산소 및 이산화탄소를 포함하는 기체를 소정의 양만큼 공급한다(S1110).
단축질소제거 장치(1120)는 오폐수의 유량 및 암모니아성 질소의 농도를 측정한다(S1120).
단축질소제거 장치(900)는 생물학적 반응에 필요한 산소량 및 반응조 혼합에 필요한 기체량을 산정한다(S1130).
단축질소제거 장치(900)는 산정된 양을 토대로, 공급되는 기체 내 각 성분의 공급량을 조절한다(S1140).
도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 아질산 산화 미생물(NOB)의 활성 저해 장치를 도시한 도면이다.
아질산 산화 미생물(NOB)의 활성 저해 장치(1200)는 부분아질산화-아나목스공정이 수행되는 단축질소제거 장치(900)에 추가로 구성될 수 있다. 도 9 내지 도 10에서 상술한 바와 같이, 질소를 효과적으로 제거하기 위한 방법은 아질산의 산화를 방지하는 것이다. 그러나 분리막 산기관 유닛(910)에는 아질산 산화 미생물(NOB)과 암모늄 산화 미생물(AOB)이 공존하고 있기 때문에, 본 발명은 단축질소제거 장치(900)에 아질산 산화 미생물 활성 저해 장치(1200)를 더 포함함으로써, 아질산 산화 미생물(NOB)의 활성을 저해할 수 있도록 한다.
아질산 산화 미생물 활성 저해 장치(1200)는 분리막 산기관 유닛(910) 표면에 부착된 미생물 및 고형물을 탈리하기 위한 탈리조(1210), 아질산 산화 미생물(NOB)의 활성을 저해하기 위한 억제제가 충진되어 있는 저해반응조(또는, Inhibition조)(1220) 및 분리막 표면에 잔류하는 억제제를 세척하기 위한 세척조(1230)를 포함한다.
탈리조(1220)는 분리막 산기관 유닛(910)에 부착된 과량의 미생물 및 고형물을 탈리한다. 탈리를 위한 체류시간은 부착된 미생물 및 고형물의 상태에 따라 달라지며, 탈리가 완료된 분리막 산기관 유닛(910)은 저해반응조(1220)로 이송된다.
저해반응조(1220)는 아질산 산화 미생물(NOB)이 아질산을 질산성 질소로 변환시키는 활동을 저해한다. 저해반응조(1220)는 아질산 산화 미생물(NOB)의 활성을 저해하는 억제제를 포함하고 있으며, 억제제의 종류 및 농도에 따라 분리막 산기관 유닛(910)이 침지되는 시간이 달라진다.
세척조(1230)는 저해반응조(1220)에 침지된 분리막 산기관 유닛(910)에 남아 있는 억제제의 성분을 씻어낸다. 특히, 세척조(1230)는 억제제의 성분 중 독성이 강한 하이드록실아민의 잔류물을 제거함으로써, 하이드록실아민이 후속되는 부분아질산화-아나목스공정이 진행되는 반응조로 유입되거나 유출수와 함께 방류되는 것을 방지한다.
세척이 완료된 분리막 산기관 유닛(910)은 단축질소제거 장치(900)의 아나목스 반응조(미도시)로 이송되어 후속되는 부분아질산화-아나목스공정을 거친다.
아질산 산화 미생물(NOB)의 활성을 저해하기 위한 장치 및 이를 이용한 방법은 도 13 내지 도 17에서 상세히 설명하도록 한다.
도 13은 본 발명의 제1 실시예에 따른 분리막 산기관 유닛이 아질산 산화 미생물 활성 저해 장치의 탈리조에 침지되는 과정을 도시한 도면이다.
생물 반응조(920) 내로 유입되는 공기가 차단된 상태에서, 생물 반응조(920)에 설치되어 있는 분리막 산기관 유닛(910)은 세 개의 조(1210, 1220, 1230)로 구성된 아질산 산화 미생물 활성 저해 장치(1200)의 첫 번째 조인 탈리조(1210)로 이송된다. 분리막 산기관 유닛(910)은 탈리조(1210)에서 침지 과정을 거침으로써, 분리막 산기관 표면에 부착된 과량의 미생물 및 고형물이 제거된다.
탈리조(1210)는 방류수를 활용하여 분리막 산기관 유닛(910)이 완전히 침지될 수 있는 수심을 확보한다. 탈리조(1210)에는 탈리에 필요한 전단력을 확보하기 위하여 공기를 공급하는 산기장치(미도시)와 상향류를 형성하기 위한 순환펌프(1240)가 설치된다.
탈리조(1210)에서는 침지된 분리막 산기관 유닛(910)에 부착된 미생물의 상태를 고려하여, 생물 반응조(920)내 공기의 표면속도가 5~25m/hr가 되도록 공기를 공급한다. 아질산 산화 미생물 활성 저해 장치(1200)는 추가적인 전단력을 발생시키고자, 순환펌프(1240)를 가동하여 순환수를 공급함으로써 탈리조(1210)의 상향유속을 형성시켜 탈리를 촉진할 수 있도록 한다. 이때, 탈리조(1210)는 생물 반응조(920)의 표면 상향유속(유량/반응조 면적)이 30~90m/hr가 되도록 순환량을 조절한다. 분리막 산기관 유닛(910)이 탈리조(1210)에 체류하는 시간은 부착된 미생물의 상태에 따라 50~60분 정도 소요될 수 있다.
고형물의 탈리가 완료되면, 아질산 산화 미생물 활성 저해 장치(1200)는 우선적으로 순환펌프(1240)의 가동을 중단하고 공기만 5~10분정도 공급한다. 탈리조(1210)에 공급되는 공기량은 시간이 경과할수록 순차적으로 감소하도록 설정되며, 설정된 시간에 도달했을 때는 0이 된다. 이에 따라, 아질산 산화 미생물 활성 저해 장치(1200)가 순환펌프(1240)를 작동시킴으로써 탈리조(1210)에 상향유속을 발생시켜 탈리된 고형물을 반응조(920)의 상부로 이동시키고, 순환펌프(1240)의 가동을 중단함으로써 공기 만을 공급하여 탈리된 고형물이 분리막 산기관에 재부착 되지 않고, 고형물은 탈리조(1210) 하부로 이동하여 침전된다. 분리막 산기관 유닛(910)은 탈리조(1210)로부터 제거되며, 탈리조(1210)의 보(洑) 하부에 침전된 고형물은 1차 처리시설(미도시)로 배출되고, 고형물이 배출된 탈리조(1210)의 수심 유지를 위해 탈리조(1210)에 추가로 물이 공급된다.
도 14는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고형물 탈리가 완료된 분리막 산기관 유닛을 아질산 산화 미생물(NOB) 억제제가 충진된 저해반응조에 침지하는 과정을 도시한 도면이다.
아질산 산화 미생물 활성 저해 장치(1200)는 고형물 탈리가 완료된 분리막 산기관 유닛(910)을 저해반응조(1220)로 이동시킨다. 저해반응조(1220)에 충진되는 억제제로는 하이드록실아민(Hydroxylamine), NO2 및 NH4등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
하이드록실아민은 흰색의 작은 덩어리로 바늘 모양의 고체 또는 무색의 액체로 피혁이나 섬유의 필요 없는 가죽을 제거할 때 사용하거나 살균제로도 쓰이는데, 효과적인 아질산 산화 미생물(NOB) 억제제로 알려져 있다. 하이드록실아민이 억제제로 사용될 경우 분리막 산기관 유닛(910)이 저해반응조(1220)에 머무는 시간은 억제제의 농도에 따라 달라지는데, 통상적으로 저해반응조(1220)에 머무는 시간은 농도(mg/L)×시간(분)의 값이 50~200이 되도록 조절된다. 이와 같이, 농도(mg/L)×시간(분)의 값에 대한 범위를 제한하는 이유는, 억제제의 농도가 높거나 낮은 것과 관계 없이, 억제제가 일정 시간 이상 지체되면 암모늄 산화 미생물(AOB)도 저해를 받기 때문이다. 본 발명은 아질산 산화 미생물(NOB)을 억제하는 것이 목적이므로, 암모늄 산화 미생물(AOB)이 저해를 받으면 전체 공정의 효율이 저해된다. 보다 상세히 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공정은 아질산 산화 미생물(NOB)의 활성을 억제시킬 뿐 아질산 산화 미생물(NOB)을 제거하지는 않는다. 단, 지속적으로 암모늄 산화 미생물(AOB)에게 유리한 환경을 조성함에 따라, 암모늄 산화 미생물(AOB)이 우점하게 되어 아질산 산화 미생물(NOB)을 저해하기 위한 침지 시간 및 침지 횟수는 감소하게 된다. 이때, 전체 공정의 아질산화 정도를 파악하여, 아질산화가 안정적으로 이루어지면 침지 횟수를 줄이고, 질산성 질소의 농도가 높아지면 침지 횟수를 증가시킬 수 있다.
즉, 이는 아질산 산화 미생물(NOB)의 활성을 억제하고 암모늄 산화 미생물(AOB)이 우점이 되는 환경을 조성하기 위함이며, 억제제의 농도 및 저해반응조(1220)에 침지되는 시간은 전체 공정의 아질산화 정도에 따라 조절될 수 있다.
NO2 또는 NH4가 억제제로 사용될 경우, 적정한 pH가 유지되는 것이 중요하다. NO2 또는 NH4가 억제제로 사용되는 경우, 아질산 산화 미생물(NOB)의 활성을 저해하기 위해 pH, NO2 및 NH4의 농도에 따라 형성되는 FNA(Free Nitrous Acid)와 FA(Free Ammonia)가 이용되기 때문이다.
일반적으로 아질산 산화 미생물(NOB)은 FNA의 농도가 0.2~2.8mg/L범위에서 저해를 받는 것으로 알려져 있는데, FNA의 농도는 pH 및 NO2의 농도에 따라 달라지며 pH가 낮을수록, NO2농도가 높을수록 FNA의 농도는 상승하게 된다. 본 발명에서는 NO2의 농도 및 pH를 조절하여 FNA의 농도를 조절함으로써, 침지하는 농도(mg/L) ×시간(분)의 값이 24~50이 되도록 한다. 또한, 억제제의 사용량을 절감하기 위하여 pH가 4.5~6.0이 되도록 한다. 마찬가지로 억제제의 농도 및 저해반응조(330)에 침지되는 시간은 전체 공정의 조건을 고려하여 조절 가능하다.
NH4를 사용할 경우는 pH 및 NH4의 농도에 따라 FA(Free Ammonia) 농도가 달라지는데, FA의 농도가 0.1~1.0mg/L 범위에서는 아질산 산화 미생물(NOB)의 저해가 발생하는 것으로 알려져 있다. 본 발명에서는 pH 및 NH4농도를 조절하여 FA 농도를 변화시키고 FA 농도(mg/L)×체류시간(분) 값이 2.5~25가 되도록 조절할 수 있다. FA의 경우 pH가 높을 때 형성이 잘 되기 때문에, 본 발명에서는 pH를 7.5~9.0 범위에서 조정하여 약품량을 절감하도록 하였다.
저해반응조(1220)에 사용되는 억제제는 액체 형태의 하이드록실아민(Hydroxylamine), NO2 및 NH4 이외에도 기체 상태의 NO가 사용될 수 있다. NO를 억제제로 사용하는 아질산 산화 미생물(NOB) 활성 저해 장치에 관한 실시예는 도 16 내지 도 17에서 후술하도록 한다.
도 15는 본 발명의 제1 실시예에 따른 억제반응이 완료된 분리막 산기관 유닛을 세척조로 이동시켜 침지하는 과정을 도시한 도면이다.
억제반응이 완료된 분리막 산기관 유닛(910)은 세척조(1230)로 이동되고, 세척조(1230)에서는 분리막 산기관 표면에 잔류하는 약품을 제거한다. 세척은 처리장 방류수를 활용하며, 세척시간은 5분 이내에서 수행될 수 있으나, 잔류하는 억제제가 흡착된 상태 또는 전체 공정의 운영 시간에 따라 조절될 수 있다.
도 16은 본 발명의 제2 실시예에 따른 NO 기체를 억제제로 사용할 경우의 분리막 산기관 유닛이 탈리조에 침지되는 과정을 도시한 도면이다.
상술한 바와 같이, 하이드록실아민(Hydroxylamine), NO2 및 NH4 외에 기체 상태인 NO가 억제제로 사용될 수 있다. NO는 상온에서 무색의 기체로 존재하며, -161℃를의 녹는점을, -151℃의 끓는점을 갖는다. 기체상태의 NO의 밀도는 1.34g/cm3으로 공기의 밀도인 0.0012g/cm3에 비해 밀도가 큰 편이기 때문에, 기체상태의 NO가 저해반응조(1620)에 주입되어 사용되더라도 조 밖으로 배출되는 것이 최소화된다. NO 기체를 억제제로 사용하는 아질산 산화 미생물 활성 저해 장치(1600)에서 분리막 산기관 유닛(910)은 생물 반응조(920)에서 분리되어, 탈리조(1610)로 이송된다. 탈리조(1610)의 운전조건은 전술한 바와 동일하므로 생략하도록 한다.
도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 NO 기체를 억제제로 사용할 경우의 분리막 산기관 유닛이 저해반응조에 침지되는 과정을 도시한 도면이다.
고형물 탈리가 완료된 분리막 산기관 유닛(910)은 기체상태의 NO가 충진된 저해반응조(1620)로 이송되고, 저해반응조(1620)에서는 분리막 산기관 유닛(910) 내의 아질산 산화 미생물(NOB)의 활성을 억제시키는 반응을 수행한다. 저해반응조(1620)의 NO 농도는 아질산 산화 미생물(NOB)뿐만 아니라 암모늄 산화 미생물(AOB)에도 영향을 미치기 때문에, 적정 수준으로 유지되어야 한다. 분리막 산기관에서 용존되는 양은 약 2~5㎍/L로, NO의 농도는 4~10mg/L로 정도로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 아질산 산화 미생물(NOB)의 억제가 효과적으로 이루어지는 농도를 유지하도록 한다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 아질산 산화 미생물(NOB)의 억제재를 재사용하여 부분아질산화-아나목스공정에 투입하는 과정을 도시한 도면이다.
저해반응조(1220)의 억제제로 사용되는 NO2와 NH4는 사용기간이 경과됨에 따라 순도 및 기능이 저하될 수 있다. 이를 방지하기 위해 약품을 넣어 농도를 유지시킴으로써 억제제로 재사용할 수 있지만, 본 발명에 따른 아질산 산화 미생물 활성 저해 장치(1200)에서는 농도가 저하되어 억제제로 사용할 수 없는 NO2와 NH4를 부분아질산화-아나목스공정에 투입하여 재활용함으로써, 공정의 비용이 절감되는 효과를 갖는다.
보다 상세히 설명하면, 부분아질산화-아나목스공정에서는 아나목스 공정으로 유입되는 하수의 NO2-N:NH4-N의 비를 1.32:1.0이 되도록 유지시킨다. 따라서, 부분아질산화-아나목스공정에서는 아나목스조(1820) 전단의 부분아질산조(1810)에서 유입되는 질소의 일부를 산화시켜 NO2-N:NH4-N의 비가 1.32:1.0이 되도록 조절한다. 이를 위하여, 부분아질산화-아나목스공정에서는 별도의 반응조(미도시)에 NO2-N, NH4-N의 비를 조절할 수 있는 약품을 주입하여 NO2-N:NH4-N 비가 1.32:1.0이 되도록 한다. 이때, 도 18에 도시된 바와 같이, 아질산 산화 미생물 활성 저해 장치(1200)는 저해반응조(1220)에서 사용된 NO2 및 NH4를 정제시켜 아나목스반응조(1820)에 투입함으로써 NO2-N:NH4-N 비를 조절한다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 아질산 산화 미생물 활성 저해 장치가 아질산 산화를 억제하는 방법을 도시한 순서도이다. 도 12 내지 도 18을 참조하여 상세히 설명하였기 때문에, 자세한 설명은 생략한다.
아질산 산화 미생물 활성 저해 장치(1200)는 분리막 산기관 유닛(910)에 과도하게 성장한 미생물 및 고형물을 탈리하기 위해 분리막 산기관 유닛(910)을 탈리조(1210)에 침지한다(S1910).
아질산 산화 미생물 활성 저해 장치(1200)는 아질산 산화를 억제하기 위해 고형물 탈리가 완료된 분리막 산기관 유닛(910)을 억제제가 충진되어 있는 저해반응조(1220)에 침지한다(S1920).
아질산 산화 미생물 활성 저해 장치(1200)는 저해반응조(1220)에 사용된 억제제가 하이드록실아민(Hydroxylamine), NO2 및 NH4인 경우, 분리막 산기관 유닛(910)의 표면에 잔류된 약품이 제거되도록 세척조(1230)로 이동시킨다(S1930). 이때, 저해반응조(1220)에 사용된 억제제의 종류에 따라서 과정이 달라질 수 있는데, 사용된 억제제가 고체 또는 액체 아닌 경우, 즉 기체 상태의 NO가 억제제에 사용된 경우에는 세척 과정을 생략할 수 있다.
아질산 산화 미생물 활성 저해 장치(1200)가 NO2 및 NH4를 억제제로 사용했을 경우에는, 이를 재사용하여 부분아질산-아나목스 공정에 투입한다(S1940).
도 11 및 도 19에서는 각 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 11 및 도 19에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 각 과정 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 11 및 도 19는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 11 및 도 19에 도시된 과정들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 즉, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATION
*본 특허출원은 2017년 09월 30일 한국에 출원한 특허출원번호 제 10-2017-0128467호 및 2018년 04월 12일 한국에 출원한 특허출원번호 제 10-2018-0042446호에 대해 미국 특허법 119(a)조(35 U.S.C § 119(a))에 따라 우선권을 주장하면, 그 모든 내용은 참고문헌으로 본 특허출원에 병합된다. 아울러, 본 특허출원은 미국 이외에 국가에 대해서도 위와 동일한 이유로 우선권을 주장하면 그 모든 내용은 참고문헌으로 본 특허출원에 병합된다.

Claims (14)

  1. 미생물이 부착 성장이 가능한 복수의 섬유사;
    상기 복수의 섬유사의 일측에 기체를 공급할 수 있는 인입부;
    상기 기체는 산소와 이산화탄소를 포함하고, 상기 산소에 의해서 아질산 생산이 가능하고, 상기 기체의 산소 농도는 상기 산소와 상기 이산화탄소에 의해서 조절되는 것을 특징으로 하는 섬유사 산기관.
  2. 단축질소제거를 위한 산기관 모듈에 있어서,
    적어도 하나 이상의 섬유사 산기관;
    상기 섬유사 산기관은, 미생물이 부착 성장이 가능한 복수의 섬유사와 상기 복수의 섬유사의 일측에 기체를 공급할 수 있는 인입부를 포함하고,
    상기 기체는 산소와 이산화탄소를 포함하고, 상기 산소에 의해서 아질산 생산이 가능하고, 상기 기체의 산소 농도는 상기 산소와 상기 이산화탄소에 의해서 조절되는 것을 특징으로 하는 섬유사 산기관 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 섬유사 산기관은 복수 개로 구성되며,
    상기 복수의 섬유사 산기관은 소정의 간격을 두고 형성되어, 상기 복수의 섬유사 산기관 사이에는 소정의 공간이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 섬유사 산기관 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 섬유사 산기관의 부착된 미생물은 아질산 미생물을 포함하고,
    상기 소정의 공간 내에는 아나목스 미생물을 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유사 산기관 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 아나목스 미생물은 상기 소정의 간격 내에 위치하는 여재에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 섬유사 산기관 모듈.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 섬유사 산기관 모듈은 단축질소제거 공정을 위한 반응조에 위치하며, 상기 공급되는 기체는 단축질소제거 반응에 필요한 산소와 반응조 혼합에 필요한 기체가 소정의 비율로 혼합되어 공급되는 것을 특징으로 하는 섬유사 산기관 모듈.
  7. 단축질소제거 장치에 있어서,
    유입되는 오폐수의 적어도 유량, 암모니아성 질소의 농도를 측정하는 측정부;
    상기 유입되는 오폐수의 질소를 제거하는 반응조;
    상기 반응조 내에 위치하는 복수의 섬유사 산기관 모듈; 및
    상기 복수의 섬유사 산기관 모듈에 기체를 공급하는 공기 공급부;
    상기 공급되는 기체는 공기, 산소, 이산화탄소를 포함하고,
    상기 공급되는 기체의 공기, 산소, 이산화탄소의 양을 조절하는 제어반을 포함하는 것을 특징으로 하는 단축질소제거 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 섬유사 산기관 모듈은, 아질산을 생산하는 아질산 미생물을 부착 성장하는 복수의 섬유사 산기관 및 상기 복수의 섬유사 산기관 사이에 형성되는 소정의 공간에 위치하는 아나목스 미생물을 포함하는 것을 특징으로 하는 단축질소제거 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 소정의 공간에 위치하는 여재를 더 포함하여,
    상기 여재는 아나목스 미생물을 포함하는 것을 특징으로 하는 단축질소제거 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 산소와 이산화탄소를 포함하는 기체의 부피는 상기 반응조의 혼합에 필요한 기체의 부피가 동일하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 단축질소제거 장치.
  11. 복수의 섬유사 산기관 모듈이 위치하고 있는 반응조를 이용하는 단축질소제거 공정에 있어서,
    상기 복수의 섬유사 산기관 모듈에 산소와 이산화탄소를 포함하는 기체를 소정의 양만큼 공급하는 단계;
    오폐수의 적어도 유량, 암모니아성 질소의 농도를 측정하는 단계;
    상기 반응조의 혼합 및 아질산화에 필요한 산소 및 이산화탄소를 포함한 기체의 양을 산정하는 단계; 및
    상기 산정된 기체량을 기초하여 상기 공급되는 기체의 양을 조절하는 단계;
    를 포함하는 단축질소제거 공정.
  12. 암모늄 산화 미생물 및 아질산 산화 미생물을 포함하는 섬유사 산기관 유닛에 부착되어 성장하거나 배양되는 아질산 산화 미생물이 아질산을 산화하는 것을 억제하기 위해, 아질산 산화 미생물의 활성을 저해하는 아질산 산화 억제제를 투입하여 섬유사 산기관 유닛을 침지시키는 저해반응조.
  13. 아질산 산화 억제제를 사용하여 아질 산화 미생물에 의한 아질산 산화를 억제하는 아질산 산화 활성 저해장치에 있어서,
    섬유사 산기관 유닛에 부착된 미생물 또는 고형체를 제거하는 탈리조;
    상기 탈리조에서 탈리된 섬유사 산기관 유닛을 상기 아질산 산화 억제제에 침지하는 저해반응조; 및
    상기 섬유사 산기관 유닛 표면의 상기 아질산 산화 억제제를 세척하는 세척조;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 아질산 산화 미생물 활성 저해 장치.
  14. 아질산 산화 미생물 활성 저해 장치를 이용하여, 아질산 산화 미생물이 아질산을 산화하는 것을 억제하는 방법에 있어서,
    섬유사 산기관 유닛을 상기 아질산 산화 미생물 활성 저해 장치의 탈리조에 침지하는 과정;
    고형물 탈리가 완료된 섬유사 산기관 유닛을 아질산 산화 미생물 억제제가 충진된 저해 반응조에 침지하는 과정;
    섬유사 산기관 유닛의 표면에 잔류된 약품을 제거하기 위해 세척조에 침지하는 과정; 및
    아질산 산화 미생물 억제제를 재사용하여 부분아질산-아나목스공정에 이용하는 과정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 아질산 산화 미생물 활성 저해 방법.
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