[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

KR20110111291A - 생물학적 질소 제거 방법, 장치 및 이를 위한 담체 - Google Patents

생물학적 질소 제거 방법, 장치 및 이를 위한 담체 Download PDF

Info

Publication number
KR20110111291A
KR20110111291A KR1020117016594A KR20117016594A KR20110111291A KR 20110111291 A KR20110111291 A KR 20110111291A KR 1020117016594 A KR1020117016594 A KR 1020117016594A KR 20117016594 A KR20117016594 A KR 20117016594A KR 20110111291 A KR20110111291 A KR 20110111291A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
nitrite
reaction
nitride
water
carrier
Prior art date
Application number
KR1020117016594A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101473050B1 (ko
Inventor
시게키 타케다
Original Assignee
메타워터 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 메타워터 가부시키가이샤 filed Critical 메타워터 가부시키가이샤
Publication of KR20110111291A publication Critical patent/KR20110111291A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101473050B1 publication Critical patent/KR101473050B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/30—Aerobic and anaerobic processes
    • C02F3/302—Nitrification and denitrification treatment
    • C02F3/305—Nitrification and denitrification treatment characterised by the denitrification
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/30—Aerobic and anaerobic processes
    • C02F3/302—Nitrification and denitrification treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/006—Regulation methods for biological treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C02F3/08—Aerobic processes using moving contact bodies
    • C02F3/085—Fluidized beds
    • C02F3/087—Floating beds with contact bodies having a lower density than water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C02F3/10—Packings; Fillings; Grids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C02F3/10—Packings; Fillings; Grids
    • C02F3/109—Characterized by the shape
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/28—Anaerobic digestion processes
    • C02F3/2813—Anaerobic digestion processes using anaerobic contact processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/34—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used
    • C02F3/341—Consortia of bacteria
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/34—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used
    • C02F3/348—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used characterised by the way or the form in which the microorganisms are added or dosed
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/02—Temperature
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/04—Oxidation reduction potential [ORP]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/06—Controlling or monitoring parameters in water treatment pH
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/15—N03-N
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/16—Total nitrogen (tkN-N)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/18—PO4-P
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/22—O2
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)
  • Biological Treatment Of Waste Water (AREA)
  • Separation Of Suspended Particles By Flocculating Agents (AREA)
  • Mixers Of The Rotary Stirring Type (AREA)
  • Activated Sludge Processes (AREA)

Abstract

호기성 조건하 반응조에 유입시킨 용해성 질소를 함유하는 피처리수 중에서, 아질산형 질화 반응에 기여하는 아질산형 질화균을, 또는 암모니아 이외의 용해성 질소를 분해하여 암모니아로 하는 호기성균 및 아질산형 질화 반응에 기여하는 아질산형 질화균을 우점종으로서 외측에, 혐기성 암모니아 산화 반응에 기여하는 혐기성 암모니아 산화균을 우점종으로서 상기 아질산형 질화균에 둘러싸이는 형태로 내측에, 각각 존재시키는 2층의 미생물막을 표면부에 담지시킨 담체를 유동시킴으로써, 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용해 피처리수로부터 탈질을 실시하는, 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 방법이다.
상기 생물학적 질소 제거 방법에 대해서는, 상기 아질산형 질화균의 아질산형 질화 반응에 의한 아질산의 생성량이, 질산형 질화 반응을 억제할 정도의 레벨이 되도록 담체 투입율(반응조의 단위 용적 당의 담체 총표면적)을 조정한다.

Description

생물학적 질소 제거 방법, 장치 및 이를 위한 담체{Method and device for removing biological nitrogen and support therefor}
본 발명은 암모니아성 질소 등의 용해성 질소를 함유하는 피처리수를 대상으로 하는 혐기성(anaerobic) 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 방법 및 질소 제거 장치, 상기 질소 제거 장치를 구비한 수처리 시스템 및 상기 생물학적 질소 제거 방법 및 상기 질소 제거 장치에 이용되는 균담지용 담체에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 처리 대상인 피처리수의 암모니아성 질소 농도, 반응조 내에서의 수온, DO값 및 pH값에 대한 제약을 완화하면서, 실용적인 레벨로 탈질하는 것이 가능한 생물학적 질소 제거 방법 및 질소 제거 장치, 상기 질소 제거 장치를 구비한 수처리 시스템 및 상기 생물학적 질소 제거 방법 및 상기 질소 제거 장치에 이용되는 균담지용 담체에 관한 것이다.
종래부터, 암모니아성 질소를 함유하는 피처리수, 예를 들어, 하수를 대상으로 하여 미생물균을 이용하여 탈질하는 기술이 이용되어 왔다. 이 생물학적 질소 제거 기술은, 피처리수 중의 암모니아성 질소를 질화와 탈질의 2 단계의 생물 반응에 의해서 질소 가스로 변환하여 계외로 배출하는 것이며, 질화 공정에서, 암모니아성 질소를 호기성 조건하에서 암모니아 산화균에 의해서 산소를 이용하여 아질산성 질소로 산화하고, 이어서, 아질산성 질소를 아질산 산화균에 의해서 질산성 질소로 산화하고, 다시 탈질공정에서, 아질산성 질소 및 질산성 질소를 무산소 조건하에서 탈질균에 의해 유기물을 전자 공여체로서 이용하면서 질소 가스로 변환하는 것이다.
그러나, 이러한 생물학적 질소 제거 기술은 질화 공정에서 다량의 산소가 필요하고, 또한 탈질공정에서, 메탄올 등의 유기물을 다량으로 첨가할 필요가 있어, 대체로 유지 관리비(running cost)를 증대시키는 것이었다. 이러한 기술적 문제점을 해결한 새로운 생물학적 질소 제거 기술로서, 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 방법 및 생물학적 질소 제거 장치가 이용되고 있다. 또한, 혐기성 암모니아 산화 반응은 혐기성 암모니아 산화균을 이용한 생물 반응이며, 혐기성 암모니아 산화균은 혐기성 조건하에서 암모니아성 질소를 전자 공여체, 아질산성 질소를 전자 수용체로서 양자를 반응시켜서 질소 가스를 생성하는 것이 가능한 탈질 미생물군이며, 탈질할 때 유기물의 첨가가 불필요한 탈질 미생물이다.
이러한 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 방법 및 생물학적 질소 제거 장치의 예가, 특허 문헌 1에 개시되어 있다. 이 생물학적 질소 제거 방법 및 생물학적 질소 제거 장치는 피처리수의 상류측에서부터 하류측을 향하고, 부분 아질화조와, pH조정조와, 탈질조로 개략 구성되어 있다. 보다 상세하게는, 부분 아질화조는, 암모니아성 질소 함유액을 암모니아 산화 세균의 존재하에 폭기하여 암모니아성 질소 성분의 일부를 아질산성 질소까지 산화하고, 탈질조는 혐기성 암모니아 산화균의 존재하에, 부분 아질산화조의 피처리수 중의 아질산성 질소와 암모니아성 질소를 반응시켜서 질소 가스로 전환하고, pH조정조는 탈질조의 피처리수를 부분 아질산화조로 순환하여 pH를 조정하도록 하고 있다. 이러한 구성의 생물학적 질소 제거 방법 및 생물학적 질소 제거 장치에 따르면, 질화를 위한 폭기동력이 적더라도 끝나며, 동시에 메탄올 등의 유기물을 첨가할 필요가 없어, 발생 오니량을 줄이는 것이 가능하다.
그러나, 이러한 생물학적 질소 제거 방법 및 생물학적 질소 제거 장치에서는 부분 아질화조, pH조정조 및 탈질조를 별개로 독립적으로 설치하고, 부분 아질화조 및 탈질조 각각에서, 부분 아질화 반응에 필요한 pH값, 탈질반응에 필요한 pH값을 조정할 필요가 있으므로, 생물학적 질소 제거 장치로서 설비 비용이 들어 간략한 방법이라고는 말할 수 없었다.
이러한 기술적 문제점을 해결한 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 장치 및 생물학적 질소 제거 방법이 예를 들어, 특허 문헌 2에 개시되어 있다. 이 생물학적 질소 제거 장치는 부분 아질화조 및 탈질조를 단일조로서 공용화하고, 이 단일조내에서 pH값의 조정 없이, 부분 아질화 반응 및 탈질반응을 일으켜서 질소를 제거하는 것이다. 보다 상세하게는, 처리해야 할 피처리수를 유입시킨 단일조 내에, 아질산형 질화 반응에 기여하는 아질산형 질화균을 우점종으로서 외측에, 혐기성 암모니아 산화균을 우점종으로서 내측에 존재시키는 2층의 미생물막을 표면부에 담지시킨 담체를 투입하고, 암모니아성 질소를 함유하는 피처리수 중에서 담체를 유동시킴으로써, 호기성 조건하에서, 아질산형 질화균에 의해서 아질산형 질화 반응에 의해 암모니아성 질소를 일부 아질산성 질소로 산화하고, 이어서, 아질산형 질화균의 존재에 의해 피처리수 중의 산소로부터 차단되는 혐기성 조건하에서, 주로 미생물막의 안쪽 층에 존재하는 혐기성 암모니아 산화균에 의해, 아질산성 질소와 암모니아성 질소를 반응시켜서 질소 가스로 전환하여 탈질을 실시한다. 이러한 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 장치 및 생물학적 질소 제거 방법에 따르면, 설비의 간략화에 의한 제조비용 저감과 함께, pH값의 조정이 불필요하므로, 생물학적 질소 제거 방법의 간략화도 달성할 수 있다.
그러나, 이 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 방법에는, 이하와 같은 기술적 문제점이 존재한다. 즉, 처리 대상인 피처리수의 암모니아성 질소 농도, 반응조 내에서의 수온, DO값 및 pH값에 대한 제약 때문에, 암모니아성 질소를 함유하는 피처리수라면, 무조건으로 그대로 생물학적 질소 제거를 실시할 수 있다는 것은 아니다는 점이다.
더욱 상세하게는, 종래의 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 방법에 의하면, 암모니아성 질소를 함유하는 피처리수에 대해, 이하의 반응 공정을 이용하여 탈질할 수 있다.
(1) 아질산형 질화 반응：NH4 ＋＋1.5O2→NO2 －＋H2O＋2H＋
(2) 혐기성 암모니아 산화 반응：0.75NH4 ＋＋NO2 －→0.77N2＋0.19NO3 －＋1.5H2O＋0.10H－
보다 구체적으로는, 호기성 조건하, 암모니아성 질소를 함유하는 피처리수 중에, 아질산형 질화 반응에 기여하는 아질산형 질화균을 우점종으로서 외측에, 혐기성 암모니아 산화 반응에 기여하는 혐기성 암모니아 산화균을 우점종으로서 상기 아질산형 질화균에 둘러싸이는 형태로 내측에, 각각 존재시키는 2층의 미생물막을 표면부에 담지시킨 담체를 배치함으로써, 우점종으로서 외측에 존재하는 아질산형 질화균에 의해 (1)의 반응인 아질산형 질화 반응을 일으키게 함으로써, 아질산을 생성한다. 이어서, 피처리수 중의 암모니아성 질소와 생성한 아질산성 질소에 기초하여, 아질산형 질화균에 의해 둘러싸이는 형태로 미생물막의 안쪽 층에 존재함으로써 혐기성 조건이 만족된 상태에서, 혐기성 암모니아 산화균에 의해 (2)의 반응인 혐기성 암모니아 산화 반응이 일어나 질소를 생성한다.
그러나, 이러한 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 탈질소 방법을 실시하는 과정에서, 질산형 질화균에 의해, 이하의 반응식에 나타내는 바와 같이, 생성한 아질산이 다시 산화되어 질산이 생성되어 버린다.
(3) 질산형 질화 반응：NO2 －＋0.5O2→NO3 －＋H2O＋2H＋
따라서, 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 방법을 실용적 레벨에서 실시하기 위해서는, (1)의 반응인 아질산형 질화 반응에 의한 아질산의 생성량을 높이면서, (3)의 반응인 질산형 질화 반응을 억제함으로써 (2)의 반응인 혐기성 암모니아 산화 반응에 필요한 암모니아성 질소와 아질산성 질소를 확보할 필요가 있다.
이러한 관점에서, 아질산형 질화 반응 및 질산형 질화 반응에 대해서 영향을 주는 파라미터 인자로서 피처리수의 암모니아성 질소 농도, 조내에서의 수온, DO값 및 pH값을 생각할 수 있다.
도 8 내지 도 11은 각각, 아질산형 질화균 및 질산형 질화균 각각의 증식 속도 또는 반응속도에 대해, 피처리수의 온도, 피처리수 중의 DO(용존 산소량), 피처리수중의 암모니아성 질소 농도 및 피처리수의 pH가 주는 영향을 모식적으로 나타낸 그래프이다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 피처리수의 온도는 높은 만큼, 질산형 질화균에 비해 아질산형 질화균의 증식 속도가 높아지기 때문에, 피처리수의 온도는 높은 것이 바람직하다. 또, 도 9에 나타낸 바와 같이, 피처리수 중의 DO(용존 산소량)는 낮은 만큼, 아질산형 질화균에 비해 질산형 질화균의 반응속도가 저하되기 때문에, 피처리수 중의 DO는 호기성 조건이 만족되는 범위 내에서, 낮은 것이 바람직하다. 또한 도 10에 나타낸 바와 같이, 피처리수 중의 암모니아성 질소 농도는 높은 만큼, 아질산형 질화균에 비해 질산형 질화균의 반응속도가 저하되기 때문에, 피처리수중의 암모니아성 질소 농도는 높은 것이 바람직하다. 또한, 도 11에 나타낸 바와 같이, 피처리수의 pH는 높은 만큼, 아질산형 질화균에 비해 질산형 질화균의 증식 속도가 저하되기 때문에, 피처리수 중의 pH는 높은 것이 바람직하다.
이상과 같이, 종래, (1)의 반응인 아질산형 질화 반응에 의한 아질산의 생성량을 높이면서, (3)의 반응인 질산형 질화 반응을 억제하기 위해서는, 피처리수의 암모니아성 질소 농도, 조 내에서의 수온, DO값 및 pH값의 제약이 있어 암모니아성 질소를 함유하는 피처리수라면, 무조건 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용하여 실용적 레벨로 탈질이 가능했다고는 해도, 예를 들어, 공업폐수, 반류 오니물 등의 고온에서 암모니아성 질소 농도가 높은 폐수에 처리 대상이 한정되어 도시 하수나 생활 폐수는 보다 저온에서 암모니아성 질소 농도가 보다 낮기 때문에, 그대로 적용하는 것이 곤란하였다.
JP 2006-88092 A
Joumal of Zhejiang University SCIENCE B, 2008, pp 416-426, "Anaerobic a㎜onium oxidation for treatment of a㎜onium-rich wastewaters"
이상의 기술적 문제를 감안하여, 본 발명의 과제는 처리 대상인 피처리수의 암모니아성 질소 농도, 반응조 내에서의 수온, DO값 및 pH값에 대한 제약을 완화함과 동시에, 탈질 공정을 간략화하면서도 실용적 레벨의 탈질 효율을 확보하는 것이 가능한, 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 방법 및 생물학적 질소 제거 장치, 상기 생물학적 질소 제거 장치를 구비한 수처리 시스템 및 상기 생물학적 질소 제거 방법 및 상기 생물학적 질소 제거 장치에 이용되는 균담지용 담체를 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따르면, 호기성 조건하, 반응조에 유입시킨 용해성 질소를 함유하는 피처리수 중에서, 아질산형 질화 반응에 기여하는 아질산형 질화균을, 또는 암모니아 이외의 용해성 질소를 분해하여 암모니아로 하는 호기성균 및 아질산형 질화 반응에 기여하는 아질산형 질화균을 우점종으로서 외측에, 혐기성 암모니아 산화 반응에 기여하는 혐기성 암모니아 산화균을 우점종으로서 상기 아질산형 질화균에 둘러싸이는 형태로 내측에, 각각 존재시키는 2층의 미생물막을 표면부에 담지시킨 담체를 유동시킴으로써, 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용하여 피처리수로부터 탈질을 실시하는 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 방법에 있어서, 상기 아질산형 질화균의 아질산형 질화 반응에 의한 아질산의 생성량이 질산형 질화 반응을 억제할 정도의 레벨이 되도록, 담체 투입율(반응조의 단위 용적당 담체 총표면적)을 조정하는 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 방법이 제공된다.
또, 본 발명에 따르면, 호기성 조건하, 반응조에 유입시킨 용해성 질소를 함유하는 피처리수 중에서 아질산형 질화 반응에 기여하는 아질산형 질화균을, 또는 암모니아 이외의 용해성 질소를 분해하여 암모니아로 하는 호기성균 및 아질산형 질화 반응에 기여하는 아질산형 질화균을 우점종으로서 외측에, 혐기성 암모니아 산화 반응에 기여하는 혐기성 암모니아 산화균을 우점종으로서 상기 아질산형 질화균에 둘러싸이는 형태로 내측에, 각각 존재시키는 2층의 미생물막을 표면부에 담지시킨 담체를 유동시킴으로써, 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용하여 피처리수로부터 탈질을 실시하는 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 방법에 있어서, 상기 아질산형 질화균의 아질산형 질화 반응에 의한 아질산의 생성량이, 질산형 질화 반응을 억제할 정도의 레벨이 되도록, 담체 표면에 대한 피처리수의 유속을 조정하는 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 방법이 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 호기성 조건하 반응조에 유입시킨, 용해성 질소를 함유하는 피처리수 중에서, 아질산형 질화 반응에 기여하는 아질산형 질화균을, 또는 암모니아 이외의 용해성 질소를 분해하여 암모니아로 하는 호기성균 및 아질산형 질화 반응에 기여하는 아질산형 질화균을 우점종으로서 외측에, 혐기성 암모니아 산화 반응에 기여하는 혐기성 암모니아 산화균을 우점종으로서 상기 아질산형 질화균에 둘러싸이는 형태로 내측에, 각각 존재시키는 2층의 미생물막을 표면부에 담지시킨 담체를 유동시킴으로써, 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용하여 피처리수로부터 탈질을 실시하는, 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 방법에 있어서, 상기 아질산형 질화균의 아질산형 질화 반응에 의한 아질산의 생성량이 질산형 질화 반응을 억제할 정도의 레벨이 되도록, 담체 투입율(반응조의 단위 용적 당 담체 총표면적) 및 담체 표면에 대한 피처리수의 유속을 조정하는, 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 방법이 제공된다.
이들 본 발명에 따른 생물학적 질소 제거 방법은, 피처리수 중의 담체 투입율 및/또는 담체 표면의 피처리수의 유속에 착안하여, 이들을 적정하게 조정함으로써 처리 대상인 피처리수의 암모니아성 질소 농도, 반응조내에서의 수온, DO값 및 pH값에 대한 제약을 완화하면서, 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용하여 실용적 레벨로 탈질을 가능하게 하는 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명에 관한 생물학적 질소 제거 방법은, 피처리수중의 담체 투입율 및/또는 담체 표면에 대한 피처리수의 유속을 조정함으로써, (3)의 반응인 질산형 질화 반응을 억제할 정도로, (1)의 반응인 아질산형 질화 반응에 의한 아질산의 생성량을 높임으로써, (2)의 반응인 혐기성 암모니아 산화 반응에 필요한 암모니아성 질소와 아질산성 질소를 확보하는 것이다.
본 발명에 관한 생물학적 질소 제거 방법은, 한층 더 구체적으로는, 이하와 같은 공정으로 실시한다. 우선, 피처리수중의 용해성 질소 농도에 기초하여 담체 투입율을 조정한다. 여기서 담체 투입율은, 반응조의 단위 용적당 담체 총표면적이다. 예를 들어, 피처리수중의 용해성 질소 농도가 낮은 경우에, 담체 투입율을 저감한다. 이어서, 담체를 반응조내에서 균일한 분포 상태가 되도록 유동시킨다. 이것에 의해, 단위시간, 담체 표면적에 대해 암모니아 부하를 반응조 내 전체에 걸쳐 동일하게 확보하는 것이 가능하다. 이러한 상태로, 각 담체의 표면부의 우점종으로서 외측에 위치하는 아질산형 질화균에 의해, 아질산형 질화 반응이 나타나지만, 상기와 같이 담체 투입율을 저감하면, 담체의 단위 표면적 당의 암모니아 부하가 커키고, 그 결과, 아질산형 질화 반응에 기여하는 아질산형 질화균의 증식에 의해, 담체의 단위 표면적에 대해 아질산형 질화균의 수가 증가하여 아질산형 질화균을 우점종으로 하는 외측의 미생물막의 막두께가 증대하여, 담체 표면적당 암모니아성 질소의 제거 속도가 증대한다.
또, 담체 투입율을 조정하는 대신에, 또는 담체 투입율을 조정함과 동시에, 담체 표면의 피처리수의 유속을 조정한다. 예를 들어, 피처리수 중의 용해성 질소 농도가 낮은 경우에, 담체 표면의 피처리수의 유속을 상승시킨다. 이와 같이 담체 표면의 피처리수의 유속을 상승시키면, 담체의 단위 표면적 당 액상으로부터 미생물막으로의 암모늄 이온의 이동 가능 속도가 증대하고, 그 결과, 아질산형 질화 반응에 기여하는 아질산형 질화균의 증식에 의해, 담체의 단위 표면적 당 아질산형 질화균의 수가 증가하여 아질산형 질화균을 우점종으로 하는 외측의 미생물막의 막 두께가 증대하여, 암모늄 이온의 이동 속도에 알맞은 질소 제거 속도를 확보하는 것이 가능해진다.
이와 같이 담체 투입율 및/또는 담체 표면에 대한 피처리수의 유속을 조정함으로써, 아질산형 질화균을 우점종으로 하는 미생물막의 막 두께가 증대하며, 아질산형 질화 반응에 의한 아질산의 생성량이 증가하고, 상기 반응에 의한 아질산의 생성량이 질산형 질화 반응을 억제하는 레벨이 되면, 생성한 아질산이 질산으로 전환되지 않고, 혐기성 암모니아 산화 반응에 필요한 아질산을 확보하는 것이 가능해진다. 그리고, 그 결과, 담체의 단위 표면적 당 질소의 제거 속도가 증대하여 액상으로부터 미생물막으로의 암모늄 이온의 이동 속도에 알맞은 질소 제거 속도를 확보하는 것이 가능해진다. 또한 담체에는, 상술한 바와 같이 미생물막의 막 두께가 증대하여도 미생물막을 담지 가능한 것을 채용하는 것이 필요하다.
이상의 점에 대해서, 도 12a 내지 c를 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 도 12a 내지 12c는, 담체의 표면부에 있어서 담체의 안쪽을 향하고, DO값과 함께 암모니아성 질소 농도, 아질산성 질소 농도, 질산성 질소 농도 및 질소 가스 농도가 어떻게 변화하는지를 모식적으로 나타내는 도면이며, 도 12a는 다량의 산소를 필요로 한 초기의 생물학적 질소 제거 기술, 도 12b는 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 종래의 생물학적 질소 제거 기술, 및 도 12c는 본 발명에 관한 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 기술에 대해 나타낸 것이다. 각 도면에 있어서, 직사각형부의 가로 길이는, 담체의 표면부에 담지된 미생물막의 막 두께를 의미하고, 도면상 좌측이 미생물막의 표면부이다. 또, 직사각형부의 세로의 길이는, 암모니아성 질소 농도, 아질산성 질소 농도, 질산성 질소 농도 및 질소 농도의 많고 적음을 나타내며, 예를 들어, 도 12c에서는 미생물막의 표면부에 있어서 DO값 및 암모니아성 질소 농도가 최대이지만, 막안쪽(도면상 우측)을 향해서 DO값 및 암모니아성 질소 농도가 저하함과 동시에, 아질산성 질소 농도가 증대하여 DO값이 영이 되는 위치에서, 아질산성 질소 농도가 암모니아성 질소 농도보다 커져서, 다시 막안쪽을 향해서 질산성 질소 농도 및 질소 농도가 증대하는 한편, 암모니아성 질소 농도 및 아질산성 질소 농도가 저하되고 있다.
도 12a 내지 c를 비교하면, 도 12a에 대해서는, 미생물막의 표면부에서부터 질산성 질소 농도가 증대하기 시작하여 암모니아성 질소 농도가 영이 된 이후, 질산성 질소 농도가 전체를 차지하는데 대해, 도 12b 및 c에 대해서는, DO값이 영이 되는 위치에서, 아질산성 질소 농도 및 암모니아성 질소 농도가 확보되어 그것에 의해 혐기성 조건하에서 혐기성 암모니아 산화 반응이 생기고, 그 이후에 질산성 질소 농도와 함께 질소 농도가 증대하고 있다. 도 12b와 도 12c에서, DO값이 영이 되는 위치에 있어서의 아질산성 질소 농도와 암모니아성 질소 농도를 비교하면, 담체 투입율 및/또는 담체 표면에 대한 피처리수의 유속의 조정에 의한 미생물막의 막 두께의 차이에 기인하여, 미생물막의 막 두께가 두꺼운 12c쪽이, 아질산성 질소 농도가 높고, 그것에 의해, 이후의 질산형 질화 반응이 억제된다.
본 발명이 바람직한 형태에 의하면, 유입 용해성 질소 부하는, 4.0∼11.5g/㎡담체/day가 되도록 담체 투입율을 조정하는 것이 바람직하다. 또, 구체적인 담체 투입율로서는, 4∼40㎡/㎥로 조정하는 것이 바람직하다. 또, 본 발명은, 반응조 내에 있어서의 피처리수의 최대 유속이 0.7m/sec 이상이 되도록 피처리수를 교반하면서 실시하는 것이 바람직하다. 또, 본 발명은, 피처리수의 ORP(산화 환원 전위)를 -150㎷ 이하로 한 상태로 실시하는 것이 바람직하고,－300㎷ 이하로 한 상태로 실시하는 것이 보다 바람직하다. 또, 본 발명은, 반응조에 활성 오니를 유입시키지 않고 실시하는 것이 보다 바람직하다. 또환, 본 발명의 용해성 질소를 함유하는 피처리수는 상온에서 용해성 질소 농도 50㎎/ℓ 이하의 폐수가 처리대상이 된다.
상기 과제를 달성하기 위해서, 본 발명에 따르면, 용해성 질소를 함유하는 피처리수를 유입시키는 반응조와, 이 반응조내에 배치되어 아질산형 질화 반응에 기여하는 아질산형 질화균을, 또는 암모니아 이외의 용해성 질소를 분해하여 암모니아로 하는 호기성균 및 아질산형 질화 반응에 기여하는 아질산형 질화균을 우점종으로서 외측에, 및 상기 아질산형 질화균에 둘러싸이는 형태로 혐기성 암모니아 산화균을 우점종으로서 내측에, 각각 존재시키는 2층의 미생물막을 표면부에 담지시킨 담체와 이 반응조내에 배치되어 상기 담체를 피처리수 중에서 유동시키는 유동 수단과 이 반응조내에 배치되어 피처리수에 산소를 공급하는 산기수단을 갖는 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 장치에 있어서, 상기 유동 수단이 상기 담체의 상기 표면부에 있어서의 피처리수의 유속의 조정을 통해서, 미생물막으로의 막 단위 표면적 당 암모니아 이온 이동 속도를 조정 가능할 정도의 교반력을 갖는 교반 장치인, 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 장치가 제공된다.
이상의 구성을 갖는 생물학적 질소 제거 장치에 의하면, 담체의 표면부에 있어서의 피처리수의 유속의 조정을 통해서, 미생물막으로의 막의 단위 표면적 당 암모니아 이온 이동 속도를 조정 가능할 정도의 교반력을 갖는 교반 장치를 이용함으로써, 담체의 표면부에 담지된 2층의 미생물막 중 외측의 층에 우점종으로서 존재하는 아질산형 질화균의 아질산형 질화 반응에 의한 아질산의 생성량을, 질산형 질화 반응을 억제할 정도의 레벨로까지 높임으로써 혐기성 암모니아 산화 반응에 필요한 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 확보하는 것이 가능하다.
또, 종래, 아질산형 질화 반응을 실시하는 아질화조와 혐기성 암모니아 산화 반응을 실시하는 혐기성 암모니아 산화조를 각각 설치하고, 각각의 조내에서 pH의 조정을 실시한바, 아질산형 질화 반응 및 혐기성 암모니아 산화 반응을 동일 조내에서 실시함으로써 이와 같은 pH의 조정이 불필요하다. 본 발명이 바람직한 형태에 의하면, 상기 교반 장치는 드래프트 에어 튜브 에어레이터(draft air tube aerator)인 것이 좋다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 상기 본 발명의 생물학적 질소 제거 장치와 상기 생물학적 질소 제거 장치의 반응조의 상류 측에 설치되어 피처리수로부터 고형성 유기물을 침전시키는 제1 침전조와, 상기 반응조에 대해 생물학적으로 질소 제거된 피처리수중의 고형성 유기물 및/또는 인을 응집하기 위한 응집제를 첨가하기 위한 응집제 첨가 수단과, 상기 반응조의 하류 측에 설치되어 상기 응집제 첨가 수단에 의해 응집된 고형성 유기물 및/또는 인을 침전시키는 제2 침전조를 갖는 용해성 질소를 함유하는 피처리수의 수처리 시스템(제1 수처리 시스템)이 제공된다.
또, 본 발명에 따르면, 상기 본 발명의 생물학적 질소 제거 장치와 피처리수 중의 고형성 유기물 및/또는 인을 응집하기 위한 응집제를 첨가하기 위한 응집제 첨가 수단과, 상기 본 발명의 생물학적 질소 제거 장치의 반응조의 상류 측에 설치되어 상기 응집제 첨가 수단에 의해 응집된 고형성 유기물 및/또는 인을 침전시키는 제1 침전조와, 상기 반응조의 하류 측에 설치되어 고형물을 침전시키는 제2 침전조를 가지는 용해성 질소를 함유하는 피처리수의 수처리 시스템(제2 수처리 시스템)이 제공된다.
이상의 구성을 갖는 수처리 시스템에 의하면, 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용하여 탈질을 실시함으로써, 피처리수를 탈질하는데 필요한 산소량을 저감시키는 것이 가능함과 동시에, 탈질을 실시하는데 활성 오니 대신에 균을 담지한 담체를 이용하기 때문에, 활성 오니를 반응조에 반류하는 설비가 불필요함과 동시에, 활성 오니 중에 필연적으로 혼입하는 고형성 유기물이 분해할 때, 산소가 소비되지 않고, 대체로, 암모니아성 질소를 함유하는 피처리수의 수처리에 필요한 산소량을 현격히 저감시키는 것이 가능하다.
또한, 제1 수처리 시스템과 제2 수처리 시스템은 본 발명의 생물학적 질소 제거 장치를 갖는 점에서 공통되지만, 제1 수처리 시스템에서는, 반응조에 대해 생물학적으로 질소 제거된 후의 피처리수에 대해, 응집제 첨가 수단에 의해 응집제를 첨가하고, 반응조의 하류측의 제2 침전조에 응집된 고형성 유기물 및/또는 인을 침전시키도록 구성되어 있는데 대해, 제2 수처리 시스템에서는, 반응조에 대해 생물학적으로 질소 제거되기 전의 피처리수에 대해서, 응집제 첨가 수단에 의해 응집제를 첨가하고, 반응조의 상류측의 제1 침전조에, 응집된 고형성 유기물 및/또는 인을 침전시키도록 구성되어 있는 점에서 양자는 상위하다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 아질산형 질화 반응에 기여하는 아질산형 질화균을, 또는 암모니아 이외의 용해성 질소를 분해하여 암모니아로 하는 호기성균 및 아질산형 질화 반응에 기여하는 아질산형 질화균을 우점종으로서 외측에, 및 상기 아질산형 질화균에 둘러싸인 형태로 혐기성 암모니아 산화균을 우점종으로서 내측에, 각각 존재시키는 2층의 미생물막을 표면부에 담지시킨 담체이며, 호기성 조건하, 용해성 질소를 함유하는 피처리수중에서, 이 담체를 유동시킴으로써, 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용하여 피처리수로부터 탈질을 실시하는 것이 가능한 담체이며, 상기 아질산형 질화균의 아질산형 질화 반응에 의한 아질산의 생성량이 질산형 질화 반응을 억제하는 레벨이 되는 만큼, 상기 아질산형 질화균이 증식하여 상기 미생물막의 두께가 증대하여도, 상기 미생물막을 담지 가능한 흡수 특성 및/또는 친수 특성을 가짐과 동시에, 상기 담체가 피처리수중에서 유동함으로써 상기 담체에 대해서 작용하는 전단력에 견디는 강도 특성을 갖는 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용하여 피처리수로부터 탈질을 실시하는 것이 가능한 담체가 제공된다.
이상의 구성을 가지는 담체에 의하면, 아질산형 질화균의 아질산형 질화 반응에 의한 아질산의 생성량이, 질산형 질화 반응을 억제하는 레벨이 되는 만큼, 상기 아질산형 질화균이 증식하여 상기 미생물막의 두께가 증대하여도, 이러한 두께의 미생물막을 담지 가능한 흡수 특성 및/또는 친수 특성을 가짐과 동시에, 담체의 표면부에 있어서의 피처리수의 유속을 올림으로써, 담체의 단위 표면적 당 액상으로부터 미생물막으로의 암모늄 이온의 이동 가능 속도를 증대시킬 때, 상기 담체가 피처리수 중에서 유동함으로써 담체에 대해서 작용하는 전단력에 견디는 강도 특성을 갖기 때문에, 처리 대상인 피처리수의 암모니아성 질소 농도, 반응조 내에서의 수온, DO값 및 pH값에 대한 제약을 완화하면서, 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용하여 실용적 레벨의 탈질효율로 탈질을 실시하는 것이 가능해진다.
본 발명이 바람직한 형태에 의하면, 상기 담체는, 친수성 TPU 수지를 주성분으로 하는 흡수성 폴리우레탄 수지로 이루어지는 것이 좋다. 또, 상기 담체에는 소수성 프레폴리머인 가교제가 첨가되고 있는 것이 좋다.
이상과 같이, 종래는, 아질산형 질화 반응의 촉진과 질산형 질화 반응의 억제에 대해서, 처리 대상인 피처리수의 암모니아성 질소 농도, 반응조 내에서의 수온, DO값 및 pH값를 조정함으로써, 개별적으로 대처하고 있는바, 본 발명에서는 아질산의 생성이 질산형 질화 반응의 억제에 기여하는 것을 이용하며, 아질산형 질화 반응의 촉진과 질산형 질화 반응의 억제를 동시에 달성하기 위해서, 질산형 질화 반응의 억제를 일으키는 레벨로 아질산형 질화 반응의 촉진을 실시함으로써, 처리 대상인 피처리수의 암모니아성 질소 농도, 반응조 내에서의 수온, DO값 및 pH값에 대한 제약을 완화하면서, 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용하여 실용적 레벨로 탈질을 실시하는 것이 가능해진다.
본 발명에 따르면, 아질산의 생성이, 질산형 질화 반응의 억제에 기여하는 것을 이용하여 아질산형 질화 반응의 촉진과 질산형 질화 반응의 억제를 동시에 달성하기 위해서, 질산형 질화 반응의 억제를 일으키는 레벨로 아질산형 질화 반응의 촉진을 실시함으로써, 처리 대상인 피처리수의 암모니아성 질소 농도, 반응조내에서의 수온, DO값 및 pH값에 대한 제약을 완화하면서, 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용하여 실용적 레벨로 탈질이 가능해지는 점에서 처리 대상인 피처리수로서, 예를 들어, 도시 하수나 생활 폐수 등의 비교적 저농도의 암모니아성 질소 농도를 포함한 상온의 폐수에도 그대로 적용 가능하여 산업상 유용하다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 수처리 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 반응조 주위의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 관한 반응조 내에서 이용되는 담체의 단면 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 있어서, 반응조 유입수의 용해성 질소 농도, 반응조 유입수의 용해성 질소 농도, 반응조 유입수의 NH4－N농도, 반응조 유출수의 용해성 질소 농도 및 반응조 유출수의 NH4－N농도 각각의 시간 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예 2에 있어서, 담체 투입율이 90㎡ 담체총표면적/㎥조용적의 경우에 있어서의, 이온성 질소 농도, NOX－N농도 및 NH4－N농도 각각의 시간 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 2에 있어서, 담체 투입율이 30㎡ 담체총표면적/㎥ 조용적의 경우에 있어서의, 이온성 질소 농도, NOX－N농도 및 NH4－N농도 각각의 시간 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예 2에 있어서, 담체 투입율이 7.5㎡ 담체총표면적/㎥조용적의 경우에 있어서의, 이온성 질소 농도, NOX－N농도 및 NH4－N농도 각각의 시간 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 아질산형 질화균 및 질산형 질화균 각각의 증식 속도가, 수온에 의해 어떻게 변화하는지를 나타내는 그래프이다.
도 9는 아질산형 질화균 및 질산형 질화균 각각의 반응속도가, DO값에 의해 어떻게 변화하는지를 나타내는 그래프이다.
도 10은 아질산형 질화균 및 질산형 질화균 각각의 반응속도가 암모니아성 질소 농도에 의해 어떻게 변화하는지를 나타내는 그래프이다.
도 11은 아질산형 질화균 및 질산형 질화균 각각의 증식 속도가, pH값에 의해 어떻게 변화하는지를 나타내는 그래프이다.
도 12a는 담체의 두께 방향의 암모니아성 질소 농도, 아질산성 질소 농도, 및 질산성 질소 농도의 분포를 DO값의 변화와 함께 나타내는 모식도이며, 암모니아 산화균 및 아질산 산화균에 의해서 질화하는 종래 기술의 경우를 나타낸다.
도 12b는 담체의 두께 방향의 암모니아성 질소 농도, 아질산성 질소 농도, 및 질산성 질소 농도의 분포를 DO값 변화와 함께 나타내는 모식도이며, 암모니아 산화균 및 혐기성 암모니아 산화균에 의해서 탈질하는 종래 기술의 경우를 나타낸다.
도 12c는 담체의 두께 방향의 암모니아성 질소 농도, 아질산성 질소 농도, 및 질산성 질소 농도의 분포를 DO값의 변화와 함께 나타내는 모식도이며, 암모니아 산화균 및 혐기성 암모니아 산화균에 의해서 탈질하는 본 발명의 경우를 나타낸다.
도 13은 용해성 질소 제거율, NO2－N생성 농도 및 NO3－N생성 농도가, 용해성 질소 부하에 대한 DO의 비율에 의해 어떻게 변화하는지를 나타내는 그래프이다.
도 14는 용해성 질소 제거율, NO2－N생성 농도 및 NO3－N생성 농도가, 용해성 총유기 탄소 부하에 대한 DO의 비율에 의해 어떻게 변화하는지를 나타내는 그래프이다.
도 15는 반응조에 있어서의 폭기량의 조정 방법의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 16은 피처리수의 ORP의 조정 방법의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 17은 용해성 질소 제거 속도 및 NO3－N생성 농도가, 유입 용해성 질소 부하에 의해 어떻게 변화하는지를 나타내는 그래프이다.
도 18은 용해성 질소 제거율이, 반응조 유입수의 산화 환원 전위에 의해 어떻게 변화하는지를 나타내는 그래프이다.
도 19는 질소 제거는 본 발명의 생물학적 질소 제거 방법에 의해 실시하고, 용해성 유기물과 인의 제거는 활성 오니를 이용해 실시하는 경우의 흐름도이다.
본 발명에 관한 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 장치를 갖는 수처리 시스템의 실시 형태를 도면을 참조하면서, 이하에 상세하게 설명한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 이 피처리수의 처리 시스템(10)은 피처리수의 상류측에서부터 하류측을 향하고, 제1 침전조(12)와 반응조(14)와 혼화조(16)와 제2 침전조(18)와 DO계(20) 및 PO4계(22)와 응집제 주입 펌프(24)로 개략 구성되어 있다.
본 발명에 대해 처리의 대상이 될 수 있는 피처리수는, 용해성 질소를 함유 하는 질소 함유액이며, 암모니아성 질소의 외, 아질산성 질소, 유기성 질소, 그 외의 질소를 포함하고 있어도 좋으며, 하수, 분뇨, 식품 배수, 공장배수, 그 외의 산업 배수 등이다. 본 발명은, 처리 대상인 피처리수의 암모니아성 질소 농도, 반응조내에서의 수온, DO값 및 pH값에 대한 제약을 완화하면서, 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용하여 실용적 레벨로 탈질을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 것이며, 예를 들어, 상온에서 용해성 질소 농도 50 ㎎/ℓ이하의 저질소 농도인 도시 하수나 생활 폐수에 대해서도 적용 가능하다.
제1 침전조(12)는, 이 조내에 유입시킨 처리해야 할 피처리수로부터 고형물을 침전시켜서 제거하기 위하여 설치되고, 이 조내의 상등액을 접속 배관을 통해서 하류측의 반응조(14)에 유입시키도록 하고 있다. 또한, 제1 침전조(12)의 바닥에 모인 오니는, 정기적으로 제1 침전조(12)로부터 제거하여, 오니 처리 시설에 보내어 그대로 처분하도록 하고 있다.
반응조(14)는, 단일조이며, 내부가 격벽(30)을 통해서 3개로 나누어지고 나누어진 3개의 부분은 서로 연이어 통하고 있다. 종래, 아질산형 질화 반응을 실시하는 아질화조와, 혐기성 암모니아 산화 반응을 실시하는 혐기성 암모니아 산화조를 각각 설치하고, 아질화조에 대해서는, 호기성 조건하에서 피처리수 중의 암모니아성 질소를 암모니아 산화 세균의 작용에 의해 아질산성 질소에 산화하는 아질화 공정을 실시하고, 또한, 아질화조에 대해서는, 아질산성 질소를 전자 수용체로 하여 잔존한 암모니아성 질소를 전자 공여체로서 독립영양 미생물의 작용에 의해 질소 가스를 발생시키는 혐기성 암모니아 산화 반응 공정을 실시한바, 단일조 내에서, 이러한 호기성 아질화 공정 및 혐기성 암모니아 산화 반응 공정을 실시하도록 한 것이다.
보다 상세하게는, 반응조(14)내에는, 균을 담지하는 담체(26)가 투입됨과 동시에, 산기장치가 설치되어 제1 침전조(12)로부터 배관을 통해서 액송된 피처리수에 대해서, 산기장치에 의해 산소를 보내는 것과 동시에, 피처리수를 교반하여 그것에 의해 피처리수 중에서 균을 담지하는 담체(26)가 유동되어 피처리수 중에서 동일하게 분포하도록 하고 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 담체(26)는 입자 형태의 수지제 담체이며, 담체(26)가 피처리수 중에서 유동하여도 담체(26)가 균을 유지 가능한, 그 크기 및 형상은 임의이다. 예를 들어, 원주형, 구형 등으로, 외형 치수가 수㎜정도의 것이어도 된다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 담체(26)의 표면부의 아질산형 질화 존에는 주로 아질산형 질화균이, 혐기성 암모니아 산화 반응 존에는 주로 혐기성 암모니아 산화 반응균이 담지되도록 하고 있다. 또한, 아질산형 질화 존에는 아질산형 질화균에 가세하고, 암모니아 이외의 용해성 질소를 분해하여 암모니아로 하는 호기성균이 담지되도록 해도 된다. 보다 상세하게는, 담체(26)은 아질산형 질화 반응에 기여하는 아질산형 질화균을, 또는 암모니아 이외의 용해성 질소를 분해하여 암모니아로 하는 호기성균 및 아질산형 질화 반응에 기여하는 아질산형 질화균을 우점종으로서 외측에, 상기 아질산형 질화균에 둘러싸이는 형태로 혐기성 암모니아 산화 반응에 기여하는 혐기성 암모니아 산화균을 우점종으로서 내측에, 각각 존재시키는 2층의 미생물막을 표면부에 담지시키고 있다. 이것에 의해, 피처리수중의 담체(26)에 있어서, 우점종으로서보다 외측에 위치하는 아질산형 질화균은 호기성 조건이 되고, 내측에 위치하는 혐기성 암모니아 산화 반응균은 아질산형 질화균에 의해 둘러싸이는 형태로 혐기성 조건이 확보되도록 하고 있다. 2층의 미생물막의 외측의 층에, 아질산형 질화균에 가세하여 암모니아 이외의 용해성 질소를 분해하여 암모니아로 하는 호기성균이 담지되고 있는 경우에는, 암모니아 이외의 용해성 질소는, 상기 호기성균에 의해 암모니아에 분해된 후, 아질산형 질화균에 의한 아질산형 질화 반응에 제공되게 된다.
아질산형 질화 반응에 기여하는 아질산형 질화균으로서는, 니트로소모나스(Nitorosomonas)속에 속하는 균 등을 들 수 있다. 암모니아 이외의 용해성 질소를 분해하여 암모니아로 하는 호기성균으로서는, 바실러스(Bacillus) 속에 속하는 균 등을 들 수 있다.
담체(26)의 재질로서는, 이하에 설명하는 바와 같이, 산기장치에 의한 강한 교반력에 기인하여, 각 담체(26)의 표면부에 작용하는 전단력에 견디는 강도 특성을 가지며, 또한, 피처리수 중에서 각 담체(26)가 유동하는 동안, 표면부에 아질산형 질화균 및 혐기성 암모니아 산화 반응균을 유지할 수 있는 흡수성 또는 친수성을 가질 필요가 있다. 특히, 본 발명에 대해서는, 용해성 질소 농도에 따라 담당 투입율을 조정하도록 하고 있으며, 그것에 의해 담체(26)의 표면부에 존재하는 아질산형 질화균을 우점종으로 하는 미생물막의 막 두께가 증대하도록 하고 있는바, 이와 같이 막 두께가 증대하여도 아질산형 질화균 및 혐기성 암모니아 산화 반응균을 유지할 수 있는 특성을 가질 필요가 있다.
이 점에 있어서, 담체(26)의 재질로서는, 예를 들어, 발포성의 흡수성 폴리우레탄이며, 특히 친수성 수지인 TPU(열가소성 폴리우레탄 수지)를 주성분으로서 비교적 고농도르 가지며, 강도 특성을 확보하기 위하여 소수성 프레폴리머인 가교제를 첨가한 것이 바람직하다.
아질산형 질화 반응에 기여하는 아질산형 질화균을, 또는 암모니아 이외의 용해성 질소를 분해하여 암모니아로 하는 호기성균 및 아질산형 질화 반응에 기여하는 아질산형 질화균을 우점종으로서 외측에, 상기 아질산형 질화균에 둘러싸이는 형태로 혐기성 암모니아 산화 반응에 기여하는 혐기성 암모니아 산화균을 우점종으로서 내측에, 각각 존재시키는 2층의 미생물막을 담체의 표면부에 담지시키려면, 예를 들어, 담체의 표면에 이들 균을 포함한 오니를 소량 부착시킨 후, 그 담체를, 하수 등의 용해성 질소를 함유하는 물을 수용한 조에 투입하여 며칠간 방치하여 균을 증식시킨다. 상기 아질산형 질화균 및 호기성균은 호기성 조건하에서 증식하고, 상기 혐기성 암모니아 산화균은 혐기성 조건하에서 증식하기 때문에, 특별한 조작을 실시하지 않아도, 미생물막의 외측의 층은 상기 아질산형 질화균 및 호기성균이 우점종이 되고, 안쪽의 층은 혐기성 암모니아 산화균이 우점종이 된다.
산기장치는 종래 이용되고 있는 산광기(diffuser)가 아니라, 피처리수 중에 산소를 용존시키는 기능과 피처리수를 피처리수 중의 담체(26)와 함께 유동시키는 교반 기능을 갖춘 산기장치인 것이 좋다. 이 점에 있어서, 예를 들어, 드래프트 튜브 에어레이터(28)가 매우 적합하다. 도 2는, 도 1에서 격벽(30)에 의해 3개로 나누어진 반응조(14)의 하나를 나타낸다. 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 드래프트 튜브 에어레이터(28)는 이미 알려져 있으며, 그 기본적 구성으로서는, 하단에 임펠러( impeller; 40)가 설치된 샤프트(42)와 샤프트(42)에 연결된 구동장치(44)와, 임펠러(40)의 직하에 위치 결정된 산기관(46)과, 산기관(46)에 연통하는 블로어(32)와 임펠러(40)의 지름과 대략 동일한 지름을 가지며, 임펠러(40)에서부터 하부에 늘어나는 드래프트 튜브(48)를 갖고, 구동장치(44)에 의해 샤프트(42)를 회전시켜서 임펠러(40)에 의해 피처리수를 교반함과 동시에, 블로어(32)로부터 산기관(46)을 통해서 피처리수 중에 공기를 보내, 드래프트 튜브(48)에 의해 피처리수와 기포를 조의 저부로 이끌어, 저부의 교반력을 높이는 것과 동시에, 산소용존 효율을 높이도록 하고 있다. 블로어(32)는 DO계(20)에 접속되어 DO계(20)에 의해서 계측한 피처리수 중의 DO값에 따라, 블로어(32)로부터 이송되는 공기량(폭기량)을 조정함으로써 피처리수중의 DO값이 적절한 값이 되도록 하고 있다.
도 13은, 본 발명의 생물학적 질소 제거 방법에 의해 탈질한 피처리수에 있어서의 용해성 질소의 제거율, NO2－N생성 농도 및 NO3－N생성 농도가, 용해성 질소 부하에 대한 DO의 비율에 의해 어떻게 변화하는지를 나타내는 그래프이다. 이 그래프에 나타낸 바와 같이, 용해성 질소 부하에 대한 DO의 비율이 너무 낮으면, 2층의 미생물막중, 아질산형 질화균을 우점종으로 하는 외측의 층에서, 충분한 산소 농도가 확보할 수 없기 때문에 아질산형 질화 반응에 의한 아질산의 생성량이 불충분이 되어, 낮은 질소 제거율 밖에 얻을 수 없다. 한편, 용해성 질소 부하에 대한 DO의 비율이 너무 높으면, 과잉인 산소에 의해, 아질산형 질화 반응에 의해 생성한 아질산이, 다시 질산형 질화 반응에 의해 산화되어 질산이 생성됨과 동시에, 2층의 미생물막 중, 혐기성 암모니아 산화균을 우점종으로 하는 안쪽 층에까지 산소가 도달하여 혐기성 조건을 충분히 만족할 수 없게 되기 때문에, 혐기성 암모니아 산화 반응이 촉진되지 않아, 낮은 질소 제거율 밖에 얻을 수 없다.
이와 같이, DO는, 질소 제거 반응에 필요한 양에 대해 과부족 없이 공급되어야 하지만, DO는 질소 제거 반응뿐만이 아니라, 피처리수 중의 유기물에 의해서도 소비되기 때문에, 용해성 질소 부하에만 기초하여, 폭기량을 적절한 값으로 조정하는 것은 곤란하다. 도 14는, 본 발명의 생물학적 질소 제거 방법에 의해 탈질한 피처리수에 있어서의 용해성 질소의 제거율, NO2－N생성 농도 및 NO3－N생성 농도가 용해성 총유기 탄소 부하에 대한 DO의 비율에 의해 어떻게 변화하는지를 나타내는 그래프이다. 이 그래프에 나타낸 바와 같이, 용해성 총유기 탄소 부하에 대한 DO의 비율이 낮으면 유기물에 의한 DO의 소비에 의해서, 질소 제거 반응에 필요한 양의 DO의 확보가 곤란해져, 낮은 질소 제거율 밖에 얻을 수 없다.
이들 점을 고려하면, 반응조(14)에 있어서의 폭기량의 조정은, 도 15에 나타내는 방법으로 실시하는 것이 보다 바람직하다. 즉, 반응조(14)의 하류 측에, 암모니아성 질소(NH4－N) 농도를 계측하는 NH4－N계(50), 아질산성 질소(NO2－N) 농도를 계측하는 NO2－N계(52), 질산성 질소(NO3－N) 농도를 계측하는 NO3－N계(54)를 설치하고, 반응조(14)로부터 유출하는 피처리수의 NH4－N농도, NO2－N농도 및 NO3－N농도를 계측하여, 하기와 같이(a)∼(c)와 같이, 폭기량(산기장치(56)로의 공기 공급량)을 조정한다.
(a) NO3－N농도가 어느 설정치 이상이 되면 폭기량을 감소시킨다.
(b) NO2－N농도가 어느 설정치 이상이 되면 폭기량을 감소시킨다.
(c) NH4－N농도가 어느 설정치 이상이 되면 폭기량을 증가시킨다.
상기 (a) 및 (b)에 의해 과잉인 폭기가 억제되고, (c)에 의해 폭기 부족이 억제된다. 또한, 조정 우선 순위는 (a), (b), (c)의 순서로 한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 반응조(14)의 하류 측에는, 도중에 PO4계(22)가 부설된 배관을 통해 혼화조(16)가 접속되고, 혼화조(16) 내에는 모터 구동의 교반 장치가 설치되어 있다. 이것에 의해, 반응조(14)에 대해 아질산형 질화균과 혐기성 암모니아 산화균과에 의해 처리된 피처리수의 PO4 농도를 PO4계에 의해 측정하고, 그 PO4 농도에 따라서, 고형성 유기물 및/또는 인을 응집하기 위한 응집제, 예를 들어, 폴리염화알루미늄(PAC)을 응집제 주입 펌프(24)를 구동함으로써, 혼화조(16) 내의 피처리수 중에 공급하는 것과 동시에, 교반 장치에 의해 피처리수를 교반함으로써 피처리수 중의 고형성 유기물 및/또는 인을 소정 농도가 될 때까지 제거하도록 하고 있다.
혼화조(16)의 하류에는, 배관을 통해 제2 침전조(18)가 설치되고, 혼화조(16)내에서 응집제에 의해 응집한 고형성 유기물 및/또는 인이, 이 제2 침전조(18) 내에서 침전하도록 하고 있다. 침전한 인은 정기적으로 제2 침전조(18)의 바닥에서부터 뽑아 내져 오니 처리 시설에 보내져서 처분되도록 하고 있다. 한편, 제2 침전조(18) 내의 상등액은, 탈질 및 인 제거 끝난 처리수로서 시스템 밖에 보내진다. 또한 PO4계(22), 응집제 주입 펌프(24) 및 혼화조(16)는 제1 침전조(12)의 상류 측에 설치해도 된다. 이 경우에는, 반응조(14)에 대해 생물학적으로 질소 제거되기 전의 피처리수에 대해서 응집제를 첨가하여, 반응조(14)의 상류 측에 설치된 제1 침전조(12)내에서, 응집제에 의해 응집된 고형성 유기물 및/또는 인이 침전되고, 반응조(14)의 하류 측에 설치된 제2 침전조(18)에서는 탈질 및 인 제거 끝난 처리수에 포함되는 고형물이 침전하게 된다.
이상의 구성을 갖는 수처리 시스템(10)에 대해서, 그 작용을 이하에 상세하게 설명한다. 우선, 처리해야 할 피처리수를 제1 침전조(12)에 공급한다. 제1 침전조(12)내에서, 피처리수중의 이물은 침전하는 한편, 제1 침전조(12)내의 상등액은 배관을 통해서 반응조(14)에 보내진다. 또한, 제1 침전조(12)내의 바닥에 침전 한 오니는, 적절히 뽑아 오니 처리 시설에 보내져서 처분된다.
이어서, 피처리수는 반응조(14) 내에 있어서, 본 발명의 생물학적 질소 제거 방법에 의해 질소 제거된다. 보다 상세하게는, 반응조(14)내에 유입된 피처리수는 드래프트 튜브 에어레이터(28)에 의해 교반되고, 표면부에 아질산형 질화균과 혐기성 암모니아 산화 반응균이 담지된 복수의 담체(26)가 도 2의 화살표에 나타낸 바와 같이, 피처리수 중을 균일하게 유동함과 동시에, 드래프트 튜브 에어 레이터(28)에 의해 피처리수 중에 공기가 이송된다. 그 때, DO계(20)에 의해 피처리수중의 용존 산소의 농도를 측정하고, 그것에 의해 드래프트 튜브 에어레이터(28)의 블로어(32)를 제어하여 피처리수 중에 소정의 호기성 조건이 만들지도록 하고 있다. 또, 반응조(14)내에 유입된 피처리수의 용해성 질소 농도에 근거하여 피처리수에 투입하는 담체(26)의 담체 투입율을 미리 조정해 둔다.
보다 구체적으로는, 담체 투입율은 반응조(14)의 단위 체적 당 담체(26)의 표면적으로서 정의되어 반응조(14)내에 투입하는 담체(26)의 수를 증감하는 것으로, 이러한 담체 투입율을 조정하는 것이 가능하다. 이러한 상태로, 우선 반응조(14)내에 유입된 피처리수는, 각 담체(26)의 표면부에 담지된 미생물막의 외측의 층에서 우점종인 아질산형 질화균에 의해, 호기성 조건하에서, 아질산형 질화 반응이 생겨 암모니아성 질소가, 아질산성 질소로 변환된다. 이때, 미리 담체 투입율을 조정해 둠으로써, 예를 들어, 담체 투입율을 저감함으로써, 아질산형 질화 반응을 통해서 아질산형 질화균을 우점종으로 하는 미생물막의 두께를 증대시키는 것이 가능하다. 이 경우, 각 담체(26)는 산기장치에 의한 강한 교반력에 기인하여, 각 담체(26)의 표면부에 작용하는 전단력에 견디는 강도 특성을 가지며, 한편 피처리수중에서 각 담체(26)가 유동하는 동안, 표면부에 아질산형 질화균 및 혐기성 암모니아 산화 반응균을 유지할 수 있는 흡수성 또는 친수성을 갖기 때문에, 이러한 균의 증식에 의한 미생물막의 막 두께의 증대에 기인하여, 균이 담체(26)으로부터 이탈하거나 또는 단일 물질 자체가 파손되거나 하는 사태를 방지하는 것이 가능하다.
또는, 담체(26)의 표면부에 대한 피처리수의 유속이 빠른 만큼, 미생물막으로의 막표면 당 암모니아 이온 이동 속도를 높게 할 수 있는 사실에 근거하여, 드래프트 튜브 에어레이터(28)에 의한 피처리수의 교반력을 증대시키고, 그것에 의해, 표면부에 균이 담지된 담체(26)의 표면부에 대한 피처리수의 유속을 증대시킴으로써 미생물막으로의 막의 단위 표면적 당 암모니아 이온 이동 속도를 높임으로써, 아질산형 질화 반응에 의한 아질산의 생성량이 질산형 질화 반응을 억제할 정도의 레벨이 되도록 해도 된다. 또는, 담체 투입율의 조정과 함께, 드래프트 튜브 에어레이터(28)에 의한 피처리수의 교반력의 조정을 통해서, 담체 표면에 대한 피처리수의 유속의 조정을 같이 실시하여 보다 질소 제거 효율을 높이도록 해도 된다.
이것에 의해, 담체(26)의 단위 표면적 당 용해성 질소의 제거 속도가 높아져서, 다시 아질산형 질화 반응이 촉진되어 아질산이 생성된다. 이 경우, 아질산의 생성이 질산형 질화 반응을 억제할 정도의 레벨에서 발생함으로써, 아질산은 생성되지만, 생성된 아질산이 질산으로 전환되지 않아 혐기성 암모니아 산화 반응에 필요한 아질산성 질소를 확보하는 것이 가능해진다. 이상과 같이, 피처리수 중의 담체 투입율 및/또는 담체 표면에 대한 피처리수의 유속을 조정함으로써 아질산형 질화 반응에 의한 아질산의 생성량을 질산형 질화 반응을 억제할 정도의 레벨에까지 높임으로써 혐기성 암모니아 산화 반응에 필요한 암모니아성 질소와 아질산성 질소를 확보하고 있다.
이어서, 각 담체(26)의 표면부에 담지된 2층의 미생물막의 내측의 층에서 우점종인 혐기성 암모니아 산화균에 의해, 유사적인 혐기성 조건하에서, 혐기성 암모니아 산화 반응이 일어나 암모니아성 질소와 아질산성 질소가 질소로 변환된다.
이어서, 피처리수는 배관을 통해서 혼화조(16)에 보내진다. 그 때, PO4계에 의해 계측한 PO4 농도에 근거하여 응집제 주입 펌프(24)를 제어함으로써 혼화조(16)내에 공급하는 응집제의 양을 조정함과 동시에, 피처리수가 교반되어 응집제에 의해 PO4가 응집한다. 이어서, 피처리수는 제2 침전조(18)에 배관을 통해서 보내지고, 여기서 응집한 고형 유기물 및/또는 인이 침전되고, 침전 오니는 오니 처리 시설에 보내져 처분된다. 제2 침전조(18) 내의 생물학적 질소 제거 및 인 제거 처리가 실시된 상등액은 별도 처리수로서 재이용되거나 처분된다. 이상으로, 본 발명에 의한 수처리 시스템(10)에 의한 수처리가 완료된다. 또한 본 수처리는, 피처리수를 연속적으로 유입시켜서 연속 처리해도 되고, 경우에 따라 배치(batch)처리 해도 된다.
이상의 구성을 가지는 수처리 시스템(10)에 의하면, 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용해 탈질을 실시함으로써, 피처리수를 탈질하는데 필요한 산소량을 저감하는 것이 가능함과 동시에, 탈질을 실시하는데 활성 오니 대신에 균을 담지한 담체를 이용하므로, 활성 오니를 반응조에 반류하는 설비가 불필요한 것과 동시에, 활성 오니중에 필연적으로 혼입하는 고형성 유기물이 분해할 때, 산소가 소비되지 않고, 대체로, 암모니아성 질소 등의 용해성 질소를 함유하는 피처리수의 수처리에 필요한 산소량을 현격히 저감하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 생물학적 질소 제거 방법을 실시할 때, 유입 용해성 질소 부하가 4.0∼11.5g/㎡ 담체/day가 되도록, 담체 투입율을 조정하는 것이 바람직하다. 도 17은, 용해성 질소 제거 속도 및 NO3－N생성 농도가 유입 용해성 질소 부하에 의해 어떻게 변화하는지를 나타내는 그래프이다. 이 그래프에 나타내는 바와 같이, 유입 용해성 질소 부하가 4.0∼11.5g/㎡담체/day의 범위에서는, 용해성 질소 제거 속도가 거의 직선적으로 상승하여, 용해성 질소 제거율(그래프내의 직선의 기울기)이 최대가 된다. 유입 용해성 질소 부하가 4.0g/㎡담체/day 미만에서는, NO3－N생성 농도가 높기 때문에 질산형 질화 반응의 억제가 곤란하다고 생각되며, 11.5g/㎡담체/day를 넘으면, 용해성 질소 제거 속도가 저하하기 시작한다.
구체적인 담체 투입율로서는, 4∼40 ㎡/㎥로 조정하는 것이 바람직하고, 대체로 이러한 범위로 조정하면, 아질산형 질화 반응에 따른 아질산의 생성량을, 질산형 질화 반응을 억제할 정도의 레벨까지 높일 수 있어 높은 용해성 질소 제거율이 얻어진다. 또, 본 발명은, 반응조 내에 있어서의 피처리수의 최대 유속이, 0.7m/sec 이상이 되도록 피처리수를 교반하면서 실시하는 것이 바람직하다. 이러한 교반에 의해, 담체 표면에 대한 피처리수의 유속이 높아지는 결과, 아질산형 질화 반응에 따른 아질산의 생성량을, 질산형 질화 반응을 억제할 정도의 레벨까지 높일 수 있어 높은 용해성 질소 제거율이 얻어진다.
또, 본 발명의 생물학적 질소 제거 방법은, 피처리수의 ORP(산화 환원 전위)를 -150㎷ 이하로 한 상태로 실시하는 것이 바람직하고,－300㎷이하로 한 상태로 실시하는 것이 보다 바람직하다. 도 18은, 용해성 질소 제거율이 반응조 유입수의 산화 환원 전위에 의해 어떻게 변화하는지를 나타내는 그래프이다. 이 그래프에 나타내는 바와 같이, 반응조 유입수의 산화 환원 전위가 -150 ㎷이하, 특히 -300 ㎷이하인 경우, 높은 용해성 질소 제거율을 얻을 수 있는 한편, －150㎷를 넘으면 급격하게 용해성 질소 제거율이 저하된다.
피처리수의 ORP가 높은 경우에, ORP를 저하시키는 방법으로서는, 피처리수에 환원제를 주입하는 방법을 들 수 있다. 예를 들면, 도 16에 나타내는 바와 같이, 반응조(14)의 전단(상류측)에, ORP 조정조(57)를 설치하고, ORP 조정조(57) 내에 유입한 피처리수의 ORP를 ORP계(58)로 계측하여 ORP가 소정의 값이 되도록, 환원제 주입 펌프(60)를 제어해서 ORP 조정조(57)내에 주입하는 환원제의 양을 조정한다.이렇게 하여, 환원제의 주입에 의해, ORP가 소정의 값이 되도록 조정된 피처리수는 후단(하류측)의 반응조(14)에 유입한다. 환원제로서는, 제1 침전조의 인발 오니 등의 수처리 공정에서 발생하는 오니를 이용해도 되고, 공업 생산된 약품을 이용해도 된다. 약품으로서는, 피처리수 중에 포함되는 유기물에 의해 산화를 받기 어려운 것을 사용하는 것이 바람직하고, 예를 들어, 황화 나트륨을 매우 적합하게 사용할 수 있다.
또, 질소 제거는 본 발명의 생물학적 질소 제거 방법에 의해 실시하고, 용해성 유기물과 인의 제거는 활성 오니를 이용하여 실시하는 것도 가능하지만, 이 경우에는, 본 발명의 생물학적 질소 제거 방법에 따르는 질소 제거는, 반응조에 활성 오니를 유입시키지 않고 실시하는 것이 바람직하다. 반응조에 활성 오니가 유입해 버리면, 본 발명의 생물학적 질소 제거 방법에 있어서의 균에 의한 반응이 저해될 우려가 있다. 도 19는, 질소 제거는 본 발명의 생물학적 질소 제거 방법에 의해 실시하여 용해성 유기물과 인의 제거는 활성 오니를 이용하여 실시하는 경우의 흐름도이다. 이와 같이, 제1 침전조(12)에서 반응조(14)와의 사이에 혐기조(62)를 설치하고, 반응조(14)에서 제2 침전조(18)와의 사이에 호기조(64)를 설치함과 동시에, 제1 침전조(12)로부터 반응조(14)를 경유하지 않고 호기조(64)에 이르는 바이패스(66)와 제2 침전조(18)으로부터 혐기조(18)로 돌아오는 반송로(68)을 설치함으로써, 반응조(14)에 활성 오니를 유입시키지 않고 활성 오니를 이용하여 용해성 유기물과 인의 제거를 실시할 수 있다.
구체적으로는, 우선, 혐기조(62)내에 있으며, 활성 오니에 의해 피처리수 중의 용해성 유기물을 제거한다. 그 후, 혐기조(62)내의 피처리수는, 활성 오니를 수반하여 제1 침전조(12)에 유입하고, 제1 침전조(12)내에서 활성 오니와 고형성 유기물이 침강 분리한다. 또한, 활성 오니와 고형성 유기물을 포함하지 않는 상등액은 반응조(14)에 유입시켜 반응조(14)내에서 본 발명의 생물학적 질소 제거 방법에 의해 질소가 제거된 후, 호기조(64)에 유입시킨다. 한편, 제1 침전조(12)에서 침강 분리된 활성 오니는, 반응조(14)에는 유입하는 일 없이, 바이패스(66)를 통하며 호기조(64)에 유입된다. 이렇게 하여 호기조(64)에 유입된 활성 오니는, 같은 호기조(64)에 유입된 질소 제거가 완료된 피처리수에 포함되는 인을 섭취하여 축적한다. 이어서, 활성 오니에 인이 섭취되는 것으로 인이 제거된 피처리수는, 인을 축적한 활성 오니와 함께 제2 침전조(18)로 이동하고, 제2 침전조(18)내에 있어 활성 오니와 그 외의 고형물은 침강 분리한다. 또한, 활성 오니와 고형물을 포함하지 않는 상등액(질소, 인, 용해성 유기물이 제거된 피처리수)은, 시스템 밖으로 내보내고, 또한, 침강 분리된 활성 오니는 그 일부가 잉여 오니로써 시스템의 밖에 배출되어 나머지부는 인을 축적한 채로, 반송로(68)를 통해 혐기조(62)에 반송된다. 이렇게 하여 혐기조(62)에 반송된 활성 오니는, 혐기조(62) 내에서 축적하고 있는 인을 방출함과 동시에, 다시 피처리수중의 용해성 유기물을 제거한다. 또한, 호기조(64)로부터 제2 침전조(18)에 활성 오니가 이동하는 과정에 대해, 상기 활성 오니에 응집제를 첨가하여 인을 응집시키도록 해도 된다.
이와 같이, 활성 오니가 반응조(14)를 바이패스하여 순환하도록 운전함으로써, 피처리수의 질소 제거는, 본 발명의 생물학적 질소 제거 방법에 의해, 반응조(14)에 활성 오니를 유입시키지 않고, 용해성 유기물과 인의 제거는 활성 오니를 이용하여 실시할 수 있다. 또, 이와 같이, 반응조(14)의 상류 측에 혐기조(62)가 존재하면, 혐기조(62)가 피처리수의 ORP를 저하시키는 기능을 하기 때문에, 상술한 바와 같이 환원제를 첨가하지 않아도, 피처리수의 ORP를 매우 적합한 범위까지 저하시킬 수 있어 환원제를 첨가하는 경우에 비해, 유지 관리비가 저하한다.
이상, 본 발명의 실시 형태를 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 범위로부터 일탈하지 않는 범위내에서, 당업자라면, 여러 가지의 수정 또는 변경이 가능하다.예를 들어, 본 실시 형태에 대해서는, 담체 투입율을 조정하는데, 반응조내에 투입하는 담체의 수를 조정함으로써 실시하였으나, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어, 담체의 표면 형상을 바꾸어 그것에 의해 담체의 표면적이 바뀜으로써, 담체 투입율을 조정할 수 있다. 또, 본 실시 형태에 있어서는, 단일의 반응조의 내부를 격벽에 의해 나누는 경우를 설명했지만, 그것에 한정되지 않고, 예를 들어, 격벽에 의해 나누지 않고, 반응조 내부를 단일 스페이스로도 할 수 있다. 또, 본 실시 형태에 대해서는, 수처리 시스템의 각 조를 배관을 통해서 접속하는 경우를 설명했지만, 그것에 한정되지 않고, 예를 들어, 배관을 이용하지 않고 오버플로우 방식을 채용할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 대해서는, 교반 장치로서 드래프트 튜브 에어레이터를 채용한 경우를 설명했지만, 그것에 한정되지 않고, 피처리수에 대한 필요한 교반력을 얻을 수 있는 한, 다른 교반 장치라도 좋다. 또한 본 실시 형태에 대해서는, 담체로서 폴리우레탄 수지제의 경우를 설명했지만, 거기에 한정되는 일 없이, 아질산형 질화균의 아질산형 질화 반응에 의한 아질산의 생성량이, 질산형 질화 반응을 억제하는 레벨이 되는 정도로 아질산형 질화균이 증식하여 미생물막의 두께가 증대하여도, 상기 미생물막을 담지 가능한 흡수 특성 및/또는 친수 특성을 가짐과 동시에, 담체가 피처리수 중에서 유동함으로써 상기 담체에 대해서 작용하는 전단력에 견디는 강도 특성을 가지는 한, 다른 종류의 수지라도 좋다.
(실시예)
이하, 본 발명을 실시예에 근거하여 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
［실시예 1］
본 발명자는, 상기 실시 형태에 기재한 반응조(14)를 이용하여, 통상의 하수를 대상으로 실용 레벨로 시험을 실시하고, 드래프트 튜브 에어레이터에 의해, 피처리수인 하수를 산기하면서, 아질산형 질화균 및 혐기성 암모니아 산화균을 표면부에 담지시킨 담체를 하수중에서 유동하도록 교반할 때, 담체 투입율을 조정함으로써, 피처리수의 암모니아성 질소 농도, 반응조내에서의 수온, DO값의 제약을 완화하면서, 실용 레벨의 탈질효율을 확보하는 것이 가능하다는 것을 확인하였다. 여기서 탈질효율은, 단위시간 당 단위 반응 용적 당의 질소 제거량이다.
표 1은 본 실시예의 운전 조건(본 발명의 실시예에 있어서의 운전 조건)을, 특허 문헌 2에 개시된 운전 조건과 비교하여 나타내고 있다. 표 2는, 본 실시예에서 채용한 담체(26)의 사양을 나타낸다. 어느 쪽 운전 조건에서도, 반응조(14)내에서, 아질산형 질화 반응에 기여하는 아질산형 질화균을 우점종으로서 외측에, 혐기성 암모니아 산화 반응에 기여하는 혐기성 암모니아 산화균을 우점종으로서 상기 아질산형 질화균에 둘러싸이는 형태로 내측에, 각각 존재시키는 2층의 미생물막을 표면부에 담지시킨 담체(26)가 이용되고, 미생물막의 외측쪽 층에 우점종으로서 존재하는 아질화형 질화균에 의해 호기성 조건하에서 아질화형 질화 반응이 일어나고, 그것에 의해, 암모니아성 질소의 일부가 아질산성 질소에 변환되며, 이어서, 미생물막의 안쪽 층에 우점종으로서 존재하는 혐기성 암모니아 산화균에 의해 혐기성 조건하에서 암모니아성 질소 및 아질산성 질소가 질소로 변환된다. 다만, 본 실시예의 운전 조건에서는, 교반수단에 의해 담체를 유동시키는데 대해, 특허 문헌 2에 개시된 운전 조건에서는 담체는 고정되어 있다. 표 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 운전 조건에서, 피처리수의 조건은 수온이 15∼29℃, 유입 암모니아성 질소 농도가 10∼15 mg/ℓ이며, DO값이 2.5∼3.0mgO2/ℓ인데 대해, 특허 문헌 2에 개시된 운전 조건에 대해서는, 피처리수는 수온이 20℃이상, 유입 암모니아성 질소 농도가 200 ㎎/ℓ 이상, DO값이 0.5㎎/O2/ℓ 이하이며, 양자를 비교하면, 본 실시예의 운전 조건은 상온에서 암모니아성 질소 농도가 저농도의 피처리수를 대상으로 하여, DO값에 대한 제약이 완화되고 있다.
표 1 및 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 운전 조건에서, 담체(26)에는, 입자 형태의 수지제 담체이며, 친수성 수지를 84.5%, 가교제를 6.5% 함유하는 흡수성 폴리우레탄 수지로부터 이루어지는 것을 채용하였다. 이것에 의해, 담체(26)의 표면부에 담지되는 아질화형 질화균 및 혐기성 암모니아 산화균의 증식에 의한 미생물막의 막 두께의 증대화에 관계없이, 균을 담지 가능하고, 폭기 및 교반을 실시하는 드래프트 튜브 에어레이터(28)에 의한 교반력에 기인하여 담체(26)의 표면부에 작용하는 전단력에 대해서 견딜 수 있는 강도 특성을 구비하도록 하고 있다. 이것에 대해서, 특허 문헌 2에 개시된 운전 조건에 대해서는, 산광기를 이용하여 폭기하고 있으며, 본 실시예의 운전 조건에 비해 피처리수에 대한 반력은 작게 설정되어 있다.
본 실시예의 운전 조건에서, 표 2에 나타내는 바와 같이, 담체 투입율은 15㎡ 담체총표면적/㎥ 조용적이며, 이것에 의해 유입 암모니아성 질소 부하가, 6.0∼9.0g/㎡담체/day로 유지되고 있다. 이것에 대해서, 표 1에 나타내는 바와 같이, 특허 문헌 2에 개시된 운전 조건에서는 담체를 이용하는 경우, 유입 암모니아성 질소 부하가, 1∼8 g/㎡ 담체/day이다. 이러한 운전 조건으로 피처리수의 생물학적 질소제거를 실시한바, 본 실시예의 운전 조건은 특허 문헌 2에 개시된 운전 조건보다, 피처리수의 암모니아성 질소 농도, 조내에서의 수온, DO값 및 pH값의 제약을 완화한 것임에도 불구하고, 실용 레벨의 탈질 효율을 확보하는 것이 가능하였다.
이것은, 본 실시예의 운전 조건에서는, 담체 투입율을 낮은 레벨로 하여 각 담체(26)의 미생물막의 두께를 증대시킴과 동시에, 드래프트 튜브 에어 레이터(28)에 의해 피처리수 내에서 담체(26)을 유동시킬 때, 담체(26)의 표면부에 대한 피처리수의 유속을 높임으로써, 담체의 단위 표면적 당 암모니아성 질소의 제거 속도가 증대되고, 질산형 질화 반응을 억제할 정도로 아질산형 질화 반응을 촉진하고 있는데 대하여, 특허 문헌 2의 운전 조건에 대해서는, 담체 투입율이 높고, 그것에 의해 이러한 미생물막의 후육화(두껍게 되는 것)가 생기지 않아, 아질산형 질화 반응의 촉진과 질산형 질화 반응의 억제를 개별적으로 실시할 필요가 있기 때문이라고 생각된다. 즉, 특허 문헌 2의 운전 조건에서는, 처리해야 할 피처리수의 반응조 내에서의 온도를 고온도로 함으로써, 아질산형 질화균의 증식 속도를 질산형 질화균의 그것보다 증대시켜서 아질산형 질화 반응을 촉진하고(도 8 참조), 또, 유입 암모니아성 질소 농도를 높게 설정함으로써, 아질산형 질화균의 반응속도를 질산형 질화균의 그것보다 증대시키고, 아질산형 질화 반응을 촉진하며(도 10 참조), 다시 DO값를 낮게 설정함으로써 아질산형 질화균의 반응속도를 질산형 질화균의 그것보다 증대시키고, 아질산형 질화 반응을 촉진한(도 9 참조) 것이라고 추측된다.
도 4는, 본 실시예의 운전 조건에서 연속 운전을 실시한 경우에 있어서의 반응조 유입수의 용해성 질소 농도, 반응조 유입수의 NH4－N농도, 반응조 유출수의 용해성 질소 농도 및 반응조 유출수의 NH4－N농도의 시간 변화를 나타내는 그래프이다. 각 농도의 측정은, 측정 개시일의 0시 0분부터 다음날 21시 0분까지의 45시간에 걸쳐서 실시하였다. 이 그래프에 나타내는 바와 같이, 반응조 유입수의 용해성 질소 농도 및 NH4－N농도가 크게 변동하여도, 반응조 유출수의 용해성 질소 농도 및 NH4－N농도의 변동은 작고, 안정되어 높은 탈질효율을 얻을 수 있었다.
본 발명(운전조건 실시값) 특허문헌 2에 의한 종래법
균담지법 입자 형태 수지 담체(표 2 참조) 고정식담체
염 비회전원판·플라스틱·부직포
담체없음
그래뉼(granule)·멤블레인 리액터(membrane reactor)·활성오니
DO 2.5∼3.0mgO2/ℓ 0.5mgO2/ℓ
pH의 조정 유무 없음 없음
폭기수단 드래프트 튜브 에어레이터 산광기
교반수단 드래프트 튜브 에어레이터 고정식 담체의 경우:
교반없음
담체 없음의 경우:
산광기
수온 15∼29℃ 20℃이상
유입NH4-N농도 10∼15mg/ℓ 200mg/ℓ이상
유입NH4-N부하 0.08∼0.12㎏N/㎥ 담체/day
6.0∼9.0 g/㎡ 담체/day		 담체 사용의 경우:
1∼8 g/㎡ 담체/day
담체가 없는 경우:
0.2㎏N/㎥ 담체/day 이상
형상 원주 균차형
크기 지름 4㎜, 길이 4.3㎜
비중 1.00 이상 1.01 이하
재질 화학명:흡수성 폴리우레탄 수지(에테르계)
조성 주성분: 폴리우레탄 수지 99%이상
친수성 수지: 84.5%, 소수성 수지: 8%,
가교제(소수성 프레올리머): 6.5%, 비중조정제:0.5%
활성탄: 0.5%
강도 경도*1: 약 50
담체 투입율 15㎡ 담체 총 표면적/㎥ 조용적
유입NH4-N부하(담체 당) 6.0∼9.0g/㎡ 담체/day
*1: JIS K7311에 준거하여 측정
［실시예 2］
본 발명자는 담체 투입율이 질소 제거 속도에 주는 영향을 확인하기 위하여, 상기 실시예 1에서 연속 운전에 사용되고 있는 담체를 소량 꺼내고, 그것을 실제의 하수처리장에 있어서의 하수를 피처리수로서 수용한 비커에 투입하여, 이하와 같은 실험(배치 시험)을 실시하였다. 실험 조건은, 이하와 같다.
(공통 조건)
(1) 균： 아질산형 질화균 및 혐기성 암모니아 산화균
(2) 균 담지법： 원주상(φ4.0㎜×L4.3 ㎜)의 폴리우레탄 수지제 담체를 이용하여 아질산형 질화균을 우점종으로서 외측에, 혐기성 암모니아 산화균을 우점종으로서 상기 아질산형 질화균에 둘러싸이는 형태로 내측에, 각각 존재시키는 2층의 미생물막을 담지
(3) 피처리수： 하수처리장 폭기조 혼합액의 침전 상등액
(4) 수량：300㎖(비이커)
(5) DO공급법： 폭기 및 교반
(실험 조건)
(A) 상기 실시예 1에서 담체 투입율 15 ㎡담체총표면적/㎥조용적으로 사용중의 담체를 꺼내고, 이들 담체를 피처리수의 수량 300 ㎖에 대해, 담체 투입율이 90 ㎡ 담체총표면적/㎥조용적이 되도록 투입하여 충분히 교반하였다(도 5).
(B) 상기 실시예 1에서 담체 투입율 15㎡ 담체총표면적/ ㎥조용적으로 사용중의 담체를 꺼내고, 이들 담체를 피처리수의 수량 300㎖에 대해, 담체 투입율이 30㎡ 담체총표면적/㎥조용적이 되도록 투입하여 충분히 교반하였다(도 6).
(C) 상기 실시예 1에서 담체 투입율 15㎡담체총표면적/㎥조용적으로 사용중의 담체를 꺼내고, 이들 담체를 피처리수의 수량 300㎖에 대해, 담체 투입율이 7.5 ㎡ 담체총표면적/ ㎥조용적이 되도록 투입하여 충분히 교반하였다(도 7).
각 실험 조건에 있어서의 실험 결과를 도 5∼도 7에 나타낸다.
도 5∼도 7에서,［NOX－N］는,［NO3－N］(질산성 질소 농도)와［NO2－N］(아질산성 질소 농도)와의 합계, 이온성 질소는,［NH4－N］(암모니아성 질소 농도)와［NOX－N］와의 합계, NH4－N감소 속도(mgN/ℓ/hr)는, (［NH4－N］(0시간에 있어서의)＋［NH4－N］(4시간 후에 있어서의))/4 , NH4－N감소 속도(mgN/㎡담체 표면적/hr)는, NH4－N감소 속도/담체 표면적, 이온성 질소 감소 속도(mgN/ℓ/hr)는, (이온성 질소(0시간에 있어서의)＋이온성 질소(4시간 후에 있어서의))/4, 이온성 질소 감소 속도(mgN/㎡담체 표면적/hr)는, 이온성 질소 감소 속도/표면적으로서 정의하고 있다. 도 5 내지 도 7을 비교하면, 담체 투입율이 낮은 만큼, 이온성 질소 감소 속도(mgN/ℓ/hr) 또는(mgN/㎡담체 표면적/hr) 및 NH4－N감소 속도(mgN/ℓ/hr) 또는(mgN/㎡담체 표면적/hr)은, 증대하는 한편, NOX－N증대 속도(mgN/ℓ/hr) 또는(mgN/㎡담체 표면적/hr)은, 감소하는 것을 알 수 있다. 또한, NH4－N감소 속도는, 질화 속도로 간주하는 것이 가능하고, 또 이온성 질소 감소 속도는 혐기성 암모니아 산화 속도로 간주하는 것이 가능하다.
따라서, 이상의 실험에 의해, 본 발명자는, 이하와 같은 발견을 얻었다.
(1) 담체 투입율과 암모니아성 질소의 감소 속도로서 정의하는 질화 속도와에는 인과관계가 있으며, 담체 투입율이 높은 만큼 질화 속도가 낮다.
(2) 담체 투입율과 아질산형 질화 반응과에는 인과관계가 있으며, 담체 투입율이 낮은 만큼, 아질산형 질화 반응이 촉진되어 담체 투입율이 높으면 질산형 질화 반응에 의해 질산성 질소가 생성한다.
(3) 담체 투입율과 혐기성 암모니아 산화 반응과에는 인과관계가 있으며, 담체 투입율이 낮은 만큼, 혐기성 암모니아 산화 반응이 촉진된다.
이상으로부터, 본 발명자는 담체 투입율이 아질산형 질화 반응의 촉진, 질산형 질화 반응의 억제, 및 혐기성 암모니아 산화 반응의 촉진에 대해 영향을 미칠 수 있는 것을 확인하였다.
10: 수처리 시스템 12: 제 1 침전조
14: 반응조 16: 혼화조
18: 제 2 침전조 20: DO계
22: PO4계 24: 응집제주입 펌프
26: 담체 27: 표면부
28: 드래프트 튜브 에어레이터 30: 격벽
32: 블로어 40: 임펠라
42: 샤프트 44: 구동장치
46: 산기관 48: 드래프트 튜브
50: NH4－N계 52: NO2－N계
54: NO3－N계 56: 산기장치
57: ORP 조정조 58: ORP계
60: 환원제 주입 펌프 62: 혐기조
64: 호기조 66: 바이패스
68: 반송로

Claims (23)

  1. 호기성 조건하, 반응조에 유입시킨 용해성 질소를 함유하는 피처리수 중에서, 아질산형 질화 반응에 기여하는 아질산형 질화균을 또는 암모니아 이외의 용해성 질소를 분해하여 암모니아로 하는 호기성균 및 아질산형 질화 반응에 기여하는 아질산형 질화균을 우점종으로서 외측에, 혐기성 암모니아 산화 반응에 기여하는 혐기성 암모니아 산화균을 우점종으로서 상기 아질산형 질화균에 둘러싸이는 형태로 내측에, 각각 존재시키는 2층의 미생물막을 표면부에 담지시킨 담체를 유동시킴으로써, 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용하여 피처리수로부터 탈질을 실시하는, 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 방법에 있어서,
    상기 아질산형 질화균의 아질산형 질화 반응에 의한 아질산의 생성량이 질산형 질화 반응을 억제할 정도의 레벨이 되도록, 담체 투입율(반응조의 단위 용적 당 담체총표면적)을 조정하는 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    유입 용해성 질소 부하가, 4.0∼11.5g/㎡담체/day가 되도록 담체 투입율을 조정하는 것을 특징으로 하는 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    담체 투입율을, 4∼40㎡/㎥로 조정하는 것을 특징으로 하는 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    피처리수의 ORP(산화 환원 전위)를 -150㎷ 이하로 한 상태에서 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용하여 피처리수로부터 탈질을 실시하는 것을 특징으로 하는 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    반응조에 활성 오니를 유입시키지 않고, 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용하여 피처리수로부터 탈질을 실시하는 것을 특징으로 하는 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    용해성 질소를 함유 하는 피처리수가 상온에서 용해성 질소 농도 50㎎/ℓ이하의 폐수인 것을 특징으로 하는 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 방법.
  7. 호기성 조건하, 반응조에 유입시킨 용해성 질소를 함유하는 피처리수중에서, 아질산형 질화 반응에 기여하는 아질산형 질화균을, 또는 암모니아 이외의 용해성 질소를 분해하여 암모니아로 하는 호기성균 및 아질산형 질화 반응에 기여하는 아질산형 질화균을 우점종으로서 외측에, 혐기성 암모니아 산화 반응에 기여하는 혐기성 암모니아 산화균을 우점종으로서 상기 아질산형 질화균에 둘러싸이는 형태로 내측에, 각각 존재시키는 2층의 미생물막을 표면부에 담지시킨 담체를 유동시킴으로써, 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용해 피처리수로부터 탈질을 실시하는 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 방법에 있어서,
    상기 아질산형 질화균의 아질산형 질화 반응에 의한 아질산의 생성량이 질산형 질화 반응을 억제할 정도의 레벨이 되도록, 담체 표면에 대한 피처리수의 유속을 조정하는 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    반응조내에 있어서의 피처리수의 최대 유속이, 0.7m/sec 이상이 되도록 피처리수를 교반하면서, 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용해 피처리수로부터 탈질을 실시하는 것을 특징으로 하는 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    피처리수의 ORP(산화 환원 전위)를 -150 ㎷이하로 한 상태에서 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용해 피처리수로부터 탈질을 실시하는 것을 특징으로 하는 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    반응조에 활성 오니를 유입시키지 않고, 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용하여 피처리수로부터 탈질을 실시하는 것을 특징으로 하는 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 방법.
  11. 청구항 7에 있어서,
    용해성 질소를 함유 하는 피처리수가, 상온에서 용해성 질소 농도 50㎎/ℓ이하의 폐수인 것을 특징으로 하는 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 방법.
  12. 호기성 조건하, 반응조에 유입시킨 용해성 질소를 함유하는 피처리수 중에서, 아질산형 질화 반응에 기여하는 아질산형 질화균을, 또는 암모니아 이외의 용해성 질소를 분해하여 암모니아로 하는 호기성균 및 아질산형 질화 반응에 기여하는 아질산형 질화균을 우점종으로서 외측에, 혐기성 암모니아 산화 반응에 기여하는 혐기성 암모니아 산화균을 우점종으로서 상기 아질산형 질화균에 둘러싸이는 형태로 내측에, 각각 존재시키는 2층의 미생물막을 표면부에 담지시킨 담체를 유동시킴으로써, 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용하여 피처리수로부터 탈질을 실시하는, 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 방법에 있어서,
    상기 아질산형 질화균의 아질산형 질화 반응에 의한 아질산의 생성량이, 질산형 질화 반응을 억제할 정도의 레벨이 되도록, 담체 투입율(반응조의 단위 용적 당의 담체총표면적) 및 담체 표면에 대한 피처리수의 유속을 조정하는 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    유입 용해성 질소 부하가, 4.0∼11.5g/㎡담체/day가 되도록, 담체 투입율을 조정하는 것을 특징으로 하는 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    피처리수의 ORP(산화 환원 전위)를 -150 ㎷이하로 한 상태에서 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용하여 피처리수로부터 탈질을 실시하는 것을 특징으로 하는 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 방법.
  15. 청구항 12에 있어서,
    반응조에 활성 오니를 유입시키지 않고, 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용하여 피처리수로부터 탈질을 실시하는 것을 특징으로 하는 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 방법.
  16. 청구항 12에 있어서,
    용해성 질소를 함유하는 피처리수가, 상온에서 용해성 질소 농도 50㎎/ℓ 이하의 폐수인 것을 특징으로 하는 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 방법.
  17. 용해성 질소를 함유하는 피처리수를 유입시키는 반응조와,
    상기 반응조내에 배치되어 아질산형 질화 반응에 기여하는 아질산형 질화균을, 또는 암모니아 이외의 용해성 질소를 분해하여 암모니아로 하는 호기성균 및 아질산형 질화 반응에 기여하는 아질산형 질화균을 우점종으로서 외측에 및 상기 아질산형 질화균에 둘러싸이는 형태로 혐기성 암모니아 산화균을 우점종으로서 내측에, 각각 존재시키는 2층의 미생물막을 표면부에 담지시킨 담체와 이 반응조내에 배치되어 상기 담체를 피처리수중에서 유동시키는 유동 수단과,
    상기 반응조내에 배치되어 피처리수에 산소를 공급하는 산기수단을 갖는 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 장치에 있어서,
    상기 유동 수단이 상기 담체의 상기 표면부에 있어서의 피처리수의 유속의 조정을 통해서, 미생물막에의 막의 단위 표면적 당 암모니아 이온 이동 속도를 조정 가능할 정도의 교반력을 가지는 교반 장치인 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 교반 장치가, 드래프트 에어 튜브 에어레이터인 것을 특징으로 하는 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용한 생물학적 질소 제거 장치.
  19. 청구항 17에 기재의 생물학적 질소 제거 장치와, 상기 반응조의 상류 측에 설치되어 피처리수로부터 고형성 유기물을 침전시키는 제1 침전조와, 상기 반응조에 대해 생물학적으로 질소 제거된 피처리수 중의 고형성 유기물 및/또는 인을 응집하기 위한 응집제를 첨가하기 위한 응집제첨가 수단과, 상기 반응조의 하류 측에 설치되고, 상기 응집제 첨가 수단에 의해 응집된 고형성 유기물 및/또는 인을 침전 시키는 제2 침전조를 구비한 용해성 질소를 함유하는 피처리수의 수처리 시스템.
  20. 청구항 17에 기재된 생물학적 질소 제거 장치와,
    피처리수 중의 고형성 유기물 및/또는 인을 응집하기 위한 응집제를 첨가하기 위한 응집제첨가 수단과,
    상기 반응조의 상류 측에 설치되어 상기 응집제 첨가 수단에 의해 응집된 고형성 유기물 및/또는 인을 침전시키는 제1 침전조와, 상기 반응조의 하류 측에 설치되어 고형물을 침전시키는 제2 침전조를, 구비한 용해성 질소를 함유하는 피처리수의 수처리 시스템.
  21. 아질산형 질화 반응에 기여하는 아질산형 질화균을, 또는 암모니아 이외의 용해성 질소를 분해하여 암모니아로 하는 호기성균 및 아질산형 질화 반응에 기여하는 아질산형 질화균을 우점종으로서 외측에, 및 상기 아질산형 질화균에 둘러싸이는 형태로 혐기성 암모니아 산화균을 우점종으로서 내측에, 각각 존재시키는 2층의 미생물막을 표면부에 담지시킨 담체이며, 호기성 조건하, 용해성 질소를 함유하는 피처리수중에서, 이 담체를 유동시킴으로써, 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용해 피처리수로부터 탈질을 실시하는 것이 가능한 담체에 있어서,
    상기 아질산형 질화균의 아질산형 질화 반응에 의한 아질산의 생성량이, 질산형 질화 반응을 억제하는 레벨이 되는 정도로 상기 아질산형 질화균이 증식하여 상기 미생물막의 두께가 증대하여도, 상기 미생물막을 담지 가능한 흡수 특성 및/또는 친수 특성을 가짐과 동시에, 상기 담체가 피처리수 중에서 유동함으로써 상기 담체에 대해서 작용하는 전단력에 견디는 강도 특성을 갖는 혐기성 암모니아 산화 반응을 이용하여 피처리수로부터 탈질을 실시하는 것이 가능한 담체.
  22. 청구항 21에 있어서,
    친수성 TPU 수지를 주성분으로 하는 흡수성 폴리우레탄 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 담체.
  23. 청구항 21에 있어서,
    소수성 프레폴리머인 가교제가 첨가된 있는 것을 특징으로 하는 담체.
KR1020117016594A 2008-12-28 2009-12-18 생물학적 질소 제거 방법, 장치 및 이를 위한 담체 KR101473050B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008335593 2008-12-28
JPJP-P-2008-335593 2008-12-28
PCT/JP2009/071181 WO2010074008A1 (ja) 2008-12-28 2009-12-18 生物学的窒素除去方法、装置、及びそのための担体

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110111291A true KR20110111291A (ko) 2011-10-10
KR101473050B1 KR101473050B1 (ko) 2014-12-15

Family

ID=42287618

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020117016594A KR101473050B1 (ko) 2008-12-28 2009-12-18 생물학적 질소 제거 방법, 장치 및 이를 위한 담체

Country Status (8)

Country Link
US (1) US8246830B2 (ko)
EP (1) EP2377819B1 (ko)
JP (2) JP5764330B2 (ko)
KR (1) KR101473050B1 (ko)
CN (1) CN102264651B (ko)
CA (1) CA2748534C (ko)
HK (1) HK1162165A1 (ko)
WO (1) WO2010074008A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190074639A (ko) * 2017-12-20 2019-06-28 서울과학기술대학교 산학협력단 조류 - 아질산화 - 혐기성 암모늄 산화를 융합한 하수 내 질소 처리용 담체

Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5126690B2 (ja) * 2009-03-25 2013-01-23 株式会社日立プラントテクノロジー 廃水処理方法
CA2741965A1 (en) 2009-04-22 2010-10-28 Ofir Menashe Microorganism comprising particles and uses of same
JP5733785B2 (ja) * 2009-10-20 2015-06-10 メタウォーター株式会社 排水処理方法及び排水処理装置
JP5932639B2 (ja) * 2010-05-25 2016-06-08 メタウォーター株式会社 嫌気性アンモニア酸化反応を利用した生物学的窒素除去方法
FR2966146A1 (fr) * 2010-10-18 2012-04-20 Veolia Water Solutions & Tech Procede de traitement d'eau au sein d'un reacteur biologique sequentiel comprenant une mesure en ligne de la concentration en nitrites
FR2969596B1 (fr) * 2010-12-24 2013-05-24 Veolia Water Solutions & Tech Procede de traitement d'eau comprenant au moins une etape aeree et une etape de controle de l'apport en oxygene au cours de l'etape aeree
WO2012160526A2 (en) * 2011-05-23 2012-11-29 Ofir Menashe Formulations of microorganism comprising particles and uses of same
JP2013230413A (ja) * 2012-04-27 2013-11-14 Japan Organo Co Ltd 窒素含有排水の処理方法および窒素含有排水の処理装置
EP2895430A4 (en) 2012-09-13 2016-08-17 D C Water & Sewer Authority METHOD AND DEVICE FOR NITROGEN REMOVAL IN WASTEWATER TREATMENT
CN102826656B (zh) * 2012-09-19 2013-09-25 上海水合环境工程有限公司 一种工业污水深度脱氮及回用工艺
US9751788B2 (en) 2014-05-02 2017-09-05 Baker Hughes Incorporated Bacterial additives for biological and/or chemical contaminants within water-based fluids
PL3197838T3 (pl) * 2014-09-24 2020-05-18 Veolia Water Solutions & Technologies Support Proces anammox w oczyszczalni ścieków
JP6448382B2 (ja) * 2015-01-19 2019-01-09 水ｉｎｇ株式会社 窒素含有廃水の脱窒方法及び脱窒装置
CN104926016B (zh) * 2015-05-13 2017-01-25 合肥徽锐工程科技有限公司 一种高盐环氧废水处理方法
WO2017052167A1 (ko) 2015-09-23 2017-03-30 주식회사 부강테크 생물여과공정을 단축질소제거 공정의 전처리로 채용한 하폐수 처리장치
JP6666165B2 (ja) * 2016-02-18 2020-03-13 水ｉｎｇ株式会社 アンモニア性窒素含有被処理液の硝化脱窒処理方法及び装置
DE102016113796A1 (de) * 2016-07-27 2018-02-01 Wte Wassertechnik Gmbh Verfahren und Anlage zur weitergehenden mikrobiologischen Reinigung von stickstoffhaltigen Abwässern
JP6872921B2 (ja) * 2017-02-09 2021-05-19 学校法人 東洋大学 窒素含有廃水の処理装置及び処理方法
CN107487847B (zh) * 2017-08-31 2020-11-27 北京工业大学 一种一体化厌氧氨氧化强化内源反硝化sbbr深度脱氮的方法
JP6601517B2 (ja) * 2018-02-20 2019-11-06 栗田工業株式会社 好気性生物処理装置の運転方法
JP6614253B2 (ja) * 2018-02-20 2019-12-04 栗田工業株式会社 好気性生物処理装置及びその運転方法
CN108373240B (zh) * 2018-04-11 2021-07-27 东华大学 一种棉印染废水分质处理及回用集成化工艺
JP7133359B2 (ja) * 2018-05-21 2022-09-08 株式会社日立製作所 窒素処理方法
AU2019366302A1 (en) 2018-10-23 2021-05-20 Bl Technologies, Inc. MABR media for supporting AOB and annamox bacteria and process for deammonification of wastewater
BR112021008727A2 (pt) * 2018-11-14 2021-08-03 Kemira Oyj medir e controlar matéria orgânica em fluxo de água residual
CN109336256B (zh) * 2018-11-27 2023-09-26 河北大学 一种半短程硝化-厌氧氨氧化串联污水处理系统与方法
CN109354165B (zh) * 2018-12-03 2021-08-27 河北雄安迈嵘环保科技有限公司 一种采用复合式mbr一体化处理生活污水的方法
CN110451641B (zh) * 2019-08-29 2020-09-18 南京大学 一种短程反硝化与厌氧氨氧化耦合脱氮一体式系统的启动方法
CN112694172B (zh) * 2021-01-15 2024-01-23 青岛思普润水处理股份有限公司 Canon与铁自养反硝化耦合同步脱氮除磷系统及运行方法
CN113104966B (zh) * 2021-03-05 2022-07-26 华南理工大学 一种尿素废水的高效自养脱氮处理方法
CN114506926A (zh) * 2022-02-15 2022-05-17 山东本源环境科技有限公司 一种厌氧氨氧化污水处理系统
CN114671532B (zh) * 2022-04-12 2023-07-21 青岛理工大学 一种水产养殖水处理用高活性硝化细菌生物膜的制备方法
CN115161235A (zh) * 2022-07-08 2022-10-11 山东美泉环保科技有限公司 一种厌氧氨氧化菌的培养方法及培养装置、及厌氧氨氧化菌在处理工业废水中的应用

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6238295A (ja) * 1985-08-13 1987-02-19 Ebara Res Co Ltd 有機性汚水の処理方法
DK112590D0 (da) * 1990-05-07 1990-05-07 S E Joergensen Fremgangsmaade til fjernelse af nitrogen fra vandige oploesninger
JP3303665B2 (ja) * 1996-05-17 2002-07-22 日立プラント建設株式会社 硝化・脱窒方法及び装置
NL1005343C1 (nl) * 1996-08-23 1998-02-26 Univ Delft Tech Werkwijze voor het behandelen van ammoniak-houdend afvalwater.
JP3608913B2 (ja) * 1996-09-13 2005-01-12 日清紡績株式会社 バイオリアクタ−用担体及び製造方法
JP2000288568A (ja) * 1999-04-06 2000-10-17 Ataka Construction & Engineering Co Ltd 汚水処理装置
JP4514874B2 (ja) * 2000-01-28 2010-07-28 日本エンバイロケミカルズ株式会社 水処理用担体、水処理用担体の製造方法および水処理用装置
JP2001293494A (ja) * 2000-04-11 2001-10-23 Kurita Water Ind Ltd 生物学的窒素除去方法
JP2001340075A (ja) * 2000-05-31 2001-12-11 Nisshinbo Ind Inc バイオリアクター用担体、その製造方法及び該担体の使用方法
JP4365512B2 (ja) * 2000-06-12 2009-11-18 株式会社東芝 下水処理システムおよび計測システム
JP2003154394A (ja) * 2001-11-22 2003-05-27 Ebara Corp 生物学的窒素除去方法及び装置
JP4613474B2 (ja) * 2003-01-28 2011-01-19 栗田工業株式会社 アンモニア含有水の処理方法
JP4003177B2 (ja) * 2003-01-29 2007-11-07 株式会社日立プラントテクノロジー 生物処理装置
JP2005161258A (ja) * 2003-12-04 2005-06-23 Japan Steel Works Ltd:The 高濃度アンモニア含有ガスの亜硝酸化方法およびその装置
JP4284700B2 (ja) * 2004-03-25 2009-06-24 株式会社日立プラントテクノロジー 窒素除去方法及び装置
JP4519836B2 (ja) * 2004-03-30 2010-08-04 財団法人くまもとテクノ産業財団 アンモニア含有廃水の処理方法
JP4649911B2 (ja) * 2004-08-19 2011-03-16 栗田工業株式会社 有機物及び窒素含有排水の処理方法
JP4691938B2 (ja) 2004-09-27 2011-06-01 栗田工業株式会社 窒素含有液の処理方法および装置
TWI339645B (en) 2004-09-30 2011-04-01 Kurita Water Ind Ltd A process and apparatus for treating aqueous nitrogeneous liquor
JP4678577B2 (ja) * 2004-11-05 2011-04-27 株式会社日立プラントテクノロジー 廃水処理システム
JP4600817B2 (ja) * 2005-03-14 2010-12-22 株式会社日立プラントテクノロジー アンモニア含有水の処理方法
JP4734996B2 (ja) * 2005-03-29 2011-07-27 栗田工業株式会社 窒素含有水の生物的処理方法および装置
CA2550121A1 (en) * 2006-06-07 2007-12-07 Flynn Water Technologies Inc. Biomass carrier promoting simultaneous nitrification-de-nitrification
JP5127200B2 (ja) * 2006-11-07 2013-01-23 三井造船株式会社 アンモニア性窒素を含有する廃水の処理装置
JP2008221160A (ja) * 2007-03-14 2008-09-25 Kobelco Eco-Solutions Co Ltd 脱窒処理装置および脱窒処理方法
JP5324269B2 (ja) * 2009-03-13 2013-10-23 株式会社日立製作所 廃水処理方法及び廃水処理装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190074639A (ko) * 2017-12-20 2019-06-28 서울과학기술대학교 산학협력단 조류 - 아질산화 - 혐기성 암모늄 산화를 융합한 하수 내 질소 처리용 담체

Also Published As

Publication number Publication date
EP2377819A1 (en) 2011-10-19
JP2014036959A (ja) 2014-02-27
US20110253625A1 (en) 2011-10-20
KR101473050B1 (ko) 2014-12-15
JPWO2010074008A1 (ja) 2012-06-14
CN102264651B (zh) 2013-12-11
CA2748534A1 (en) 2010-07-01
CN102264651A (zh) 2011-11-30
JP5890374B2 (ja) 2016-03-22
EP2377819B1 (en) 2015-07-08
EP2377819A4 (en) 2012-10-03
JP5764330B2 (ja) 2015-08-19
HK1162165A1 (en) 2012-08-24
US8246830B2 (en) 2012-08-21
WO2010074008A1 (ja) 2010-07-01
CA2748534C (en) 2014-01-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20110111291A (ko) 생물학적 질소 제거 방법, 장치 및 이를 위한 담체
JP5932639B2 (ja) 嫌気性アンモニア酸化反応を利用した生物学的窒素除去方法
JP4284700B2 (ja) 窒素除去方法及び装置
KR101828212B1 (ko) 하수처리장 수처리공정에서 혐기성 암모늄 산화 공법 기반의 하수처리 시스템
JP4572504B2 (ja) 生物脱窒方法
US8323487B2 (en) Waste water treatment apparatus
JP2006088092A (ja) 窒素含有液の処理方法および装置
JP4872171B2 (ja) 生物脱窒装置
KR20080019975A (ko) 생물학적 활성조 및 전극시스템이 결합된 하이브리드형생물―전기화학적 생물막 연속회분식 반응기를 이용한오폐수 처리장치
JP4302341B2 (ja) 生物学的窒素除去方法及び装置
JP2008296164A (ja) 窒素除去方法及び装置
JP5306296B2 (ja) 廃水処理装置及び廃水処理方法
CN109111051A (zh) 一种生活垃圾填埋场渗沥液处理方法及系统
JP6491056B2 (ja) 窒素除去方法及び窒素除去装置
JP4104311B2 (ja) 廃水からの窒素の除去方法
JP3377346B2 (ja) 有機性廃水の処理方法およびその装置
JP4835906B2 (ja) アンモニア含有液の処理装置
KR100632487B1 (ko) 단계적으로 운영되는 연속회분식 폐수처리장치 및 그 방법
KR102052163B1 (ko) 하폐수 처리 장치 및 방법
JP3270652B2 (ja) 廃水の窒素除去方法
Chan et al. Application of membrane bioreactor with sponge media in aquaculture wastewater treatment.
KR100202066B1 (ko) 단일반응조에서의 생물학적 3상 소화공정을 이용한 폐수처리방법
JP2005329399A (ja) 窒素除去方法及び装置
KR20010025730A (ko) 미생물 담체가 설치된 질산화조를 이용하는 하수 또는폐수의 질소 및 인의 동시 제거 방법
KR100396907B1 (ko) 다공성 담체를 이용한 질소 함유 폐수의 생물학적처리방법 및 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
E801 Decision on dismissal of amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171117

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181115

Year of fee payment: 5