KR20210026556A - Denitrification apparatus for sewage supplied with carbon source using sewage sludge and method for reducing nitrous oxide using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예는, 하수슬러지가 유입되고 혐기성 발효가 수행되어 유기산을 제조하는 발효조; 및 상기 유기산이 유입되어 생물학적 질소 제거가 수행되는 생물반응조를 포함하는 하폐수 탈질 장치를 제공한다. An embodiment of the present invention is a fermentation tank in which sewage sludge is introduced and anaerobic fermentation is performed to produce an organic acid; And a bioreactor in which the organic acid is introduced to remove biological nitrogen.
Description
본 발명은 하폐수 처리장에서 아산화질소(N2O)의 발생이 저감되는 하폐수 탈질 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 하폐수 처리장의 자체하수로부터 얻어진 농축슬러지를 이용하여 생물학적 질소 제거 공정의 효율을 개선하여 아산화질소의 발생이 저감되는 하폐수 탈질 장치 및 이를 이용하여 아산화질소의 발생을 저감하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a wastewater denitrification apparatus that reduces the generation of nitrous oxide (N 2 O) in a wastewater treatment plant, and more specifically, improves the efficiency of a biological nitrogen removal process by using concentrated sludge obtained from its own sewage in a wastewater treatment plant. Thus, the present invention relates to a wastewater denitrification apparatus in which the generation of nitrous oxide is reduced, and a method of reducing the generation of nitrous oxide by using the same.
아산화질소(N2O)는 온실가스 중 하나로, 온난화 잠재력이 이산화탄소(CO2)에 비해 310 배 크고, 대기 중 체류 시간이 116 년에 육박하는 것으로 알려져 있다. 이러한 이유로, 아산화질소는 총 온실가스의 0.03 % 안팎의 적은 양을 차지함에도 환경에 미치는 총 온실가스의 영향에 10 %를 차지하고 있는 것으로 추측되고 있다. Nitrous oxide (N 2 O) is one of the greenhouse gases, and its warming potential is 310 times larger than that of carbon dioxide (CO 2 ), and it is known that its residence time in the atmosphere approaches 116 years. For this reason, it is estimated that nitrous oxide accounts for a small amount of about 0.03% of the total greenhouse gas, but accounts for 10% of the total greenhouse gas impact on the environment.
대기를 이루는 아산화질소 중 인위적으로 발생하는 아산화질소의 약 3.4 %에 해당하는 양이 하폐수 처리장에서 발생하며, 대기 중 아산화질소의 양을 감소시키기 위하여는 이러한 인위적인 발생을 억제하거나 또는 발생된 가스의 양을 저감시킬 필요가 있다. Of the nitrous oxide that makes up the atmosphere, about 3.4% of artificially generated nitrous oxide is generated in the wastewater treatment plant, and in order to reduce the amount of nitrous oxide in the atmosphere, such anthropogenic generation is suppressed or the amount of gas generated. Need to be reduced.
이와 같이 발생된 아산화질소의 양을 제거하는 방법으로서, 기체 상태의 아산화질소를 포획하여 바이오필터에서의 공동대사를 통해 제거시키는 방법이 사용되고 있다. 그러나 이러한 방법은 생물학적 질소 제거 공정의 탈질 과정에서 발생하는 아산화질소의 발생량 자체의 감축에 대한 방법을 제시하지 못하여, 대부분의 개방형 하폐수 처리장에서는 아산화질소가 대기 중으로 산개되어 이를 포집하여 가스 제거 장치에 도달하게 하는 것이 곤란한 문제점이 있다. As a method of removing the amount of nitrous oxide generated as described above, a method of trapping gaseous nitrous oxide and removing it through joint metabolism in a biofilter is used. However, this method does not provide a method for reducing the amount of nitrous oxide generated during the denitrification process of the biological nitrogen removal process, so in most open sewage treatment plants, nitrous oxide is diffused into the atmosphere and trapped to reach a gas removal device. There is a problem that is difficult to do.
한편, 하폐수의 탈질 과정에서 아산화질소의 배출량은 전자수용체의 종류와 농도, 전자공여체/전자수용체(C/N) 비율, 그리고 전자공여체의 복합도에 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 특히, 유기탄소원/질소(C/N) 비율이 감소하면 질소 제거율은 감소하나 아산화질소로의 전환율은 증가하는 것으로 알려져 있어, 유입 탄소원이 부족한 경우 외부 탄소원의 공급을 권장하고 있다. 그러나 외부 탄소원으로서 메탄올을 사용하는 경우 구입 비용이 방대하여 하폐수 처리 시설의 운영에 부담을 주고 있다. Meanwhile, it is known that the emission of nitrous oxide in the process of denitrification of wastewater is affected by the type and concentration of electron acceptors, the electron donor/electron acceptor (C/N) ratio, and the complexity of the electron donor. In particular, when the organic carbon source/nitrogen (C/N) ratio decreases, the nitrogen removal rate decreases, but the conversion rate to nitrous oxide is known to increase. Therefore, it is recommended to supply an external carbon source when the inflow carbon source is insufficient. However, when methanol is used as an external carbon source, the purchase cost is enormous, putting a burden on the operation of the sewage treatment facility.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 하폐수의 농축슬러지를 이용하여 생물학적 질소 제거 공정에 필요한 탄소원을 자체적으로 제공하여 아산화질소의 발생량이 저감되는 하폐수 탈질 장치 및 이를 이용하여 하폐수 처리 공정 중 발생하는 아산화질소의 양을 저감하는 방법을 제공하는 것을 일 과제로 한다. The present invention is to solve the above problem, and a wastewater denitrification device that reduces the amount of nitrous oxide by providing a carbon source necessary for a biological nitrogen removal process using concentrated sludge of wastewater, and a wastewater denitration device that occurs during the wastewater treatment process using the same. One problem is to provide a method for reducing the amount of nitrous oxide.
본 발명의 일 양태는 하수슬러지가 유입되고 혐기성 발효가 수행되어 유기산을 제조하는 발효조; 및 상기 유기산이 유입되어 생물학적 질소 제거가 수행되는 생물반응조를 포함하는 하폐수 탈질 장치를 제공한다. One aspect of the present invention is a fermentation tank in which sewage sludge is introduced and anaerobic fermentation is performed to produce an organic acid; And a bioreactor in which the organic acid is introduced to remove biological nitrogen.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하폐수 탈질 장치는 침전조를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 생물반응조의 유출수는 상기 침전조를 통하여 고액 분리되고, 고액 분리에 의해 발생하는 잔류슬러지는 상기 발효조로 재공급될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the wastewater denitration apparatus may further include a sedimentation tank, and the effluent water of the bioreactor is solid-liquid separated through the sedimentation tank, and residual sludge generated by the solid-liquid separation is recycled to the fermentation tank. Can be supplied.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하폐수 탈질 장치는 바이오가스생성조를 추가로 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the wastewater denitration apparatus may further include a biogas generation tank.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하수슬러지는 농축슬러지일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the sewage sludge may be concentrated sludge.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유기산은 아세트산(acetic acid), 프로피온산(propionic acid), 부티르산(butyric acid), 아이소부티르산(isobutyric acid), 발레르산(valeric acid), 아이소발레르산(valeric acid) 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the organic acid is acetic acid, propionic acid, butyric acid, isobutyric acid, valeric acid, isovaleric acid. ) And may be any one selected from the group consisting of a combination thereof.
본 발명의 또 다른 일 양태는 상기 이산화질소 제거 장치를 포함하는 하수 처리 시설을 제공한다. Another aspect of the present invention provides a sewage treatment facility including the nitrogen dioxide removal device.
본 발명의 또 다른 일 양태는 하수슬러지를 발효조로 공급하여 유기산을 제조하는 단계; 및 상기 제조된 유기산을 생물반응조로 공급하여 생물학적 질소 제거를 수행하는 단계를 포함하는 하폐수 처리 중 아산화질소의 저감 방법을 제공한다. Another aspect of the present invention is the step of producing an organic acid by supplying sewage sludge to a fermentation tank; And supplying the prepared organic acid to a bioreactor to remove biological nitrogen.
본 발명의 일 실시예에 따른 아산화질소 저감 장치를 이용하는 경우, 하수슬러지의 발효액을 생물학적 질소 제거 공정 내 탈질 과정의 외부 탄소원으로 활용하여 생물반응조에서 발생되는 아산화질소의 발생량 자체를 감축시키는 한편, 하수슬러지 발효액을 이용한 탈질 과정을 촉진하는 효과를 발휘한다. .In the case of using the nitrous oxide reduction device according to an embodiment of the present invention, the fermentation broth of sewage sludge is used as an external carbon source in the denitrification process in the biological nitrogen removal process to reduce the amount of nitrous oxide generated in the bioreactor itself, while sewage It has the effect of promoting the denitrification process using sludge fermentation broth. .
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. The effects of the present invention are not limited to the above effects, and should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하폐수 탈질 장치의 구성을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 장치 중 발효조에서의 시간에 따른 성상 및 COD 변화를 나타낸다.
도 3은 비교예(a) 및 본 발명의 일 실시예(b)에 따른 장치에서의 시간 경과에 따른 하수 중에 용해된 질소산화물들의 검출량을 나타낸다.
도 4는 비교예(a) 및 본 발명의 일 실시예(b)에 따른 장치에서의 시간 경과에 따른 하수 중에 용해된 질소산화물 및 아산화질소 가스의 검출량을 나타낸다. 1 shows the configuration of a wastewater denitration apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing changes in properties and COD over time in a fermentation tank among devices according to an embodiment of the present invention.
3 shows the detection amount of nitrogen oxides dissolved in sewage over time in the apparatus according to the comparative example (a) and the example (b) of the present invention.
4 shows the detection amounts of nitrogen oxides and nitrous oxide gases dissolved in sewage over time in the apparatus according to Comparative Example (a) and Example (b) of the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms, and therefore is not limited to the embodiments described herein.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present specification, terms such as "include" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or a combination thereof described in the specification unless otherwise specified. However, it is to be understood that the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, is not precluded.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 멤브레인 스트립 센서에 대하여 설명한다. Hereinafter, a membrane strip sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하폐수 탈질 장치의 구성을 나타낸다. 1 shows the configuration of a wastewater denitration apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 양태는 발효조(10), 생물반응조(20), 침전조(30) 및 바이오가스생성조(40)를 포함하는 하폐수 탈질 장치(1)를 제공한다. Referring to FIG. 1, an aspect of the present invention provides a
발효조(10)에서는 하수슬러지가 유입되고 혐기성 발효가 수행되어 유기산이 제조될 수 있다. In the
하수슬러지는 하폐수 처리 시설의 1차 침전지에서 침전후 발생되는 생슬러지(1차 슬러지), 수처리공정을 거쳐 2차 침전지에서 침전된 잉여슬러지(2차 슬러지), 생슬러지와 잉여슬러지가 분배조에서 혼합된 혼합슬러지, 또는 생슬러지, 잉여슬러지 또는 혼합슬러지를 농축조에서 감량시킨 농축슬러지일 수 있으며, 바람직하게는 농축슬러지일 수 있다. Sewage sludge is raw sludge generated after sedimentation in the primary sedimentation basin of a wastewater treatment facility (primary sludge), excess sludge sedimented in the secondary sedimentation basin after a water treatment process (secondary sludge), raw sludge and excess sludge in the distribution tank It may be mixed mixed sludge, or raw sludge, excess sludge, or concentrated sludge obtained by reducing the mixed sludge in a concentration tank, and preferably concentrated sludge.
한편, 하수슬러지는 침전조(30)에서 생성된 잔류슬러지를 추가로 포함할 수 있다. Meanwhile, the sewage sludge may additionally include residual sludge generated in the
하수슬러지 내의 입자성 유기물 성분은 용해성 유기물로 가수분해되며, 상기 용해성 유기물은 산발효균에 의해 유기산으로 전환될 수 있다. 혐기성 조건에서 비교적 느린 메탄 발효 반응과 비교적 빠른 산 발효 반응이 화학적 산소요구량(Chemical oxygen demand, COD)을 두고 경쟁적으로 발생되나, 탈질 과정의 대체 탄소원으로 사용될 수 있는 휘발성 지방산(VFA)의 농도를 높이기 위하여 고온 및 낮은 수리학적 체류시간을 유지하면서 하폐수 처리가 진행될 수 있다. Particulate organic substances in the sewage sludge are hydrolyzed to soluble organic substances, and the soluble organic substances can be converted to organic acids by acid fermentation bacteria. In anaerobic conditions, a relatively slow methane fermentation reaction and a relatively fast acid fermentation reaction occur competitively for chemical oxygen demand (COD), but increase the concentration of volatile fatty acids (VFA) that can be used as an alternative carbon source for the denitrification process. For this purpose, wastewater treatment can be performed while maintaining high temperature and low hydraulic residence time.
상기 가수분해, 유기산으로의 전환, 메탄 발효는 각각 발효균, 메탄생성균 등 서로 다른 미생물에 의해 이루어지며, 이들의 활동은 서로 유기적으로 연결되어 있다. The hydrolysis, conversion to organic acids, and methane fermentation are performed by different microorganisms, such as fermenting bacteria and methanogenic bacteria, respectively, and their activities are organically linked to each other.
발효조(10)는 발효를 수행하기 위하여, 예를 들어, 45 ℃ 내지 60 ℃, 예를 들어, 55 ℃의 온도 하에서 운전될 수 있다. The
발효조(10) 내의 수리학적 체류시간(Hydraulic retention time, HRT)은, 예를 들어, 1 일 내지 5 일, 예를 들어, 1.5 일일 수 있다. The hydraulic retention time (HRT) in the
유기산은 아세트산(acetic acid), 프로피온산(propionic acid), 부티르산(butyric acid), 아이소부티르산(isobutyric acid), 발레르산(valeric acid), 아이소발레르산(valeric acid) 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다. The organic acid is selected from the group consisting of acetic acid, propionic acid, butyric acid, isobutyric acid, valeric acid, isovaleric acid, and combinations thereof. It can be any one.
발효조(10)는 발효조(10) 내의 가스 성분을 실시간으로 분석하기 위한 시료추출기, 발효조(10) 내의 온도를 자/수동으로 조절가능한 온도조절기, 및 이들의 조합을 추가로 포함할 수 있다. The
유기산은 향후 생물반응조(20)에서 진행되는 탈질 공정에서 탄소원으로 사용될 수 있다. The organic acid may be used as a carbon source in the denitrification process performed in the
생물반응조(20)는 탈질조 및 질화조를 포함하며, 생물반응조(20)에서는 상기 발효조(10)에서 제조된 유기산의 일부 또는 전부가 유입되어 탈질 공정에 의한 생물학적 질소 제거에 이용될 수 있다. The
탈질 공정은 암모니아(NH3)가 독립영양 미세조류 및 질산화 박테리아에 의해 질산화되어 형성된 질산성 질소(NO3 --N)가 아질산성 질소(NO2-N)를 거쳐 질소(N2) 가스로 환원되는 과정을 지칭하며, 그 반응 경로는 하기 식 1에 기재된 바와 같다:In the denitrification process, nitrate nitrogen (NO 3 -- N) formed by nitrification of ammonia (NH 3 ) by autotrophic microalgae and nitrifying bacteria is converted to nitrogen (N 2 ) gas through nitrite nitrogen (NO 2 -N). It refers to the process of reduction, and the reaction route is as described in
[식 1][Equation 1]
NO3- (aq) → NO2 - (aq) → NO (g) → N2O (g) → N2 (g) NO 3 - (aq) → NO 2 - (aq) → NO (g) → N 2 O (g) → N 2 (g)
상기 각각의 단계에서 질소로의 전자 이동을 촉진하는 환원효소가 반응에 참여한다. 탈질 공정은 NO3 - 또는 NO2 -, 전자공여체가 이용가능하며, 용존산소가 결핍되는 무산소 조건에서 종속영양미생물에 의해 진행된다. 종속영양미생물은 탈질 반응 동안 산소 대신 NO3 - 또는 NO2 -를 전자수용체로 사용하고 탄소원, 예를 들어, 아세트산, 메탄올과 같은 유기물을 전자공여체로 사용한다. 이 때, 탄소원이 제한되는 경우에는, 상기 식 1이 N2로 완결되지 못하고, NO 또는 N2O 상태에서 반응이 멈추게 되어 N2O의 배출을 시키게 되는 것이다. In each of the above steps, a reductase that promotes electron transfer to nitrogen participates in the reaction. Denitrification step is NO 3 - or NO 2 -, and the electron donor is available, and proceeds by heterotrophic microorganisms in the anoxic conditions that are oxygen-deficient. Heterotrophic microorganisms use NO 3 - or NO 2 - as an electron acceptor instead of oxygen during the denitrification reaction and use a carbon source, for example, organic substances such as acetic acid and methanol as the electron donor. At this time, when the carbon source is limited, the
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 탈질 공정에 참여하는 종속영양미생물은 아크로모박터(Achromobacter), 아시네토박터(Acinetobacter), 아그로박테리움(Agrobacterium), 알칼리진(Alcaligenes), 아스로박터(Arthrobacter), 바실러스(Bacillus), 코리네박테리움(Corynebacterium), 플라보박테리움(Flavobacterium), 하이포마이크로비움(Hypomicrobium), 모락셀라(Moraxella), 메이세리아(Meisseria), 파라코커스(Paracoccus), 프로피오니박테리움(Propionibacterium), 슈도모나스(Pseudomonas), 리조비움(Rhizobium), 로도슈도모나스(Rhodopseudomonas), 스피릴룸(Spirillum) 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, heterotrophic microorganisms participating in the denitrification process are Achromobacter, Acinetobacter, Agrobacterium, Alcaligenes, and Asrobacter ( Arthrobacter), Bacillus, Corynebacterium, Flavobacterium, Hypomicrobium, Moraxella, Meisseria, Paracoccus, Profi Propionibacterium, Pseudomonas, Rhizobium, Rhodopseudomonas, Spirillum, and combinations thereof.
침전조(30)는 생물반응조(20)에 연이어 제공될 수 있다. 침전조(30)는 생물반응조(20)에서 유출되는 유출수가 유입되어 중력 또는 원심력을 이용하여 생물반응조(20)에서 질소가 제거된 유출수에서 액상부와 고형의 잔류슬러지를 분리할 수 있다. 상기 잔류슬러지는 이송관을 통하여 발효조(10)로 재공급될 수 있다. The
바이오가스생성조(40)는 발효조(10)에 연결되어 제공될 수 있다. The
바이오가스생성조(40)에서는 발효조(10)에서 제조된 유기산 중 생물반응조(20)로 공급된 것의 잔부가 유입되어, 바이오가스, 예를 들어, 메탄의 생성에 이용될 수 있다. In the
바이오가스생성조(40)에서는 유기산을 혐기성 미생물로 분해하는 혐기 소화 공정에 의하여 메탄을 제조할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. In the
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 하폐수 탈질 장치(1)는 하수슬러지로부터 자체적으로 제조되는 유기산을 추가적인 외부 탄소원으로 사용하여 효율적인 탈질 공정을 가능케 하여 탈질 공정에서 발생하는 NOx -n 및 N2O의 양을 현저하게 감축할 수 있다. 또한, 동시에 버려지는 하수슬러지를 이용하여 메탄 가스를 비롯한 바이오가스 신재생 에너지를 추가로 생성할 수 있다. As described above, the
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 하폐수 탈질 장치(1) 중 발효조(10)는 아산화질소가 발생하는 생물반응조(20)의 이전 단계에 제공되는 것으로, 기존의 개방형 하폐수 처리장에도 제한 없이 적용될 수 있다. In addition, the
본 발명의 또 다른 일 양태는 본 발명의 일 실시예에 따른 하폐수 탈질 장치를 포함하는 하폐수 처리 시설을 제공한다. Another aspect of the present invention provides a wastewater treatment facility including a wastewater denitration apparatus according to an embodiment of the present invention.
하폐수 처리 시설은 당업계에 공지된 바와 같은, 하폐수에 포함된 이물질의 물리적 분리가 발생되는 침전조, 침전조에서 수득되는 슬러지가 감량되는 농축조, 발효조 및 생물반응조를 포함하는 하폐수 탈질 장치를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The sewage treatment facility may include a sewage denitrification device including a sedimentation tank in which the physical separation of foreign substances contained in the wastewater occurs, a concentration tank in which sludge obtained from the settling tank is reduced, a fermentation tank, and a bioreactor, as known in the art. , But is not limited thereto.
본 발명의 또 다른 일 양태는 하수슬러지를 발효조로 공급하여 유기산을 제조하는 단계; 및 상기 제조된 유기산을 생물반응조로 공급하여 생물학적 질소 제거를 수행하는 단계를 포함하는 아산화질소의 저감 방법을 제공한다. Another aspect of the present invention is the step of producing an organic acid by supplying sewage sludge to a fermentation tank; And It provides a method for reducing nitrous oxide comprising the step of performing biological nitrogen removal by supplying the prepared organic acid to a bioreactor.
본 발명의 일 실시예에 따른 아산화질소의 저감 방법은, 먼저, 하수슬러지를 발효조로 공급하여 유기산을 제조할 수 있다. In the method for reducing nitrous oxide according to an embodiment of the present invention, first, an organic acid may be prepared by supplying sewage sludge to a fermentation tank.
이때, 하수슬러지는 생슬러지(1차 슬러지), 잉여슬러지(2차 슬러지), 혼합슬러지 또는 농축슬러지일 수 있으며, 바람직하게는 농축슬러지일 수 있다. 하수슬러지에는 충분한 양의 용존 유기물질이 포함되어 있으며, 질소원 등 영양염분 또한 충분히 포함하고 있다. At this time, the sewage sludge may be raw sludge (primary sludge), excess sludge (secondary sludge), mixed sludge or concentrated sludge, preferably concentrated sludge. Sewage sludge contains a sufficient amount of dissolved organic substances, and also contains sufficient nutrients such as nitrogen sources.
하수슬러지의 영양염분은 혐기성 미생물에 의하여 발효가 진행되어 유기산을 생산할 수 있다. Nutrients in sewage sludge can be fermented by anaerobic microorganisms to produce organic acids.
유기산은 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 발레르산 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다. The organic acid may be any one selected from the group consisting of acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, and combinations thereof.
다음으로, 아산화질소의 저감 방법은, 발효조에서 제조된 유기산을 생물반응조로 공급하여 생물학적 질소 제거를 수행할 수 있다. Next, as a method for reducing nitrous oxide, biological nitrogen may be removed by supplying an organic acid prepared in a fermentation tank to a bioreactor.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 장치 중 발효조에서의 시간에 따른 성상 및 COD 변화를 나타낸다. 2 is a diagram showing changes in properties and COD over time in a fermentation tank among devices according to an embodiment of the present invention.
이와 관련하여, unpaired two sample t-test(p < 0.05)를 수행한 결과, 혐기성 발효의 결과로서 하수슬러지의 용존성 COD(sCOD) 및 휘발성 지방산(VFAs)의 농도가 증가하였으며, 총 COD(tCOD) 상의 변화는 보이지 않았으나 총 COD(tCOD)에 대한 휘발성 지방산(VFAs)의 분율이 증가함을 확인하였다(하기 표 1 참조). 이를 통하여, 발효조에서의 발효를 통해 하수슬러지로부터 유기산인 다양한 지방산이 생성됨을 확인하였다. In this regard, as a result of performing an unpaired two sample t-test (p <0.05), the concentration of dissolved COD (sCOD) and volatile fatty acids (VFAs) in sewage sludge increased as a result of anaerobic fermentation, and the total COD (tCOD ) There was no change in phase, but it was confirmed that the fraction of volatile fatty acids (VFAs) with respect to total COD (tCOD) increased (see Table 1 below). Through this, it was confirmed that various fatty acids, which are organic acids, are produced from sewage sludge through fermentation in a fermentation tank.
도 3 및 도 4는 각각 비교예와 본 발명의 일 실시예에 따른 장치에서의 시간 경과에 따른 하수 중에 용해된 질소산화물들의 검출량, 및 하수 중에 용해된 질소산화물 및 아산화질소 가스의 검출량을 나타낸다. 3 and 4 show the detection amounts of nitrogen oxides dissolved in sewage and the detection amounts of nitrogen oxides and nitrous oxide gas dissolved in sewage over time in the comparative example and the apparatus according to an embodiment of the present invention, respectively.
도 3은 비교예(a) 및 본 발명의 일 실시예(b)에 따른 장치에서의 시간 경과에 따른 하수 중에 용해된 질소산화물들의 검출량을 나타내는 것으로서, 하수슬러지의 발효액을 사용하지 않은 대조군(a)에서 첨가된 NOx-N(aq)의 전량이 제거되지 않은 것에 비해, 하수슬러지 발효액을 사용한 본 발명의 일 실시예(b)에서는 첨가된 NOx-N(aq)의 전량이 제거된 것을 확인할 수 있었다. 또한 용해된 형태의 아산화질소(N2O)는 비교예 및 실시예의 두 경우에서 모두 제거되었으나, 실시예의 경우에서 보다 빠른 속도로 제거되었음을 확인하였다. FIG. 3 is a diagram showing the detection amount of nitrogen oxides dissolved in sewage over time in the apparatus according to Comparative Example (a) and an Example (b) of the present invention, and a control without using a fermentation broth of sewage sludge (a ), compared to that the total amount of NO x -N (aq) added in was not removed, in an embodiment (b) of the present invention using the sewage sludge fermentation broth, the total amount of added NO x -N (aq) was removed. I could confirm. In addition, it was confirmed that the dissolved form of nitrous oxide (N 2 O) was removed in both cases of Comparative Examples and Examples, but was removed at a faster rate in the case of Examples.
또한 도 4는 비교예(a) 및 본 발명의 일 실시예(b)에 따른 장치에서의 시간 경과에 따른 하수 중에 용해된 질소산화물 및 아산화질소 가스의 검출량을 나타내는 것으로서, 하수슬러지 발효액을 사용하지 않은 대조군(a)에서 첨가된 용해된 상태의 N2O(l)의 전량이 기상의 N2O(g)로 발생되었음에 반해, 하수슬러지 발효액을 사용한 본 발명의 일 실시예(b)에서는 첨가된 N2O(l)의 약 51 %만이 N2O(g)로 발생되었음을 확인하였다. 이를 통하여, 대체 외부 탄소원의 사용을 통해 잠재적 N2O(g)의 방출량을 49 % 가량 저감할 수 있음을 실험적으로 확인하였다. In addition, Figure 4 shows the detection amount of nitrogen oxide and nitrous oxide gas dissolved in sewage over time in the apparatus according to Comparative Example (a) and an Example (b) of the present invention, and the fermentation liquid of sewage sludge is not used. While the total amount of N 2 O (l) in the dissolved state added in the control group (a) was generated as N 2 O (g) in the gas phase, in an embodiment (b) of the present invention using the fermented sewage sludge It was confirmed that only about 51% of the added N 2 O(l) was generated as N 2 O(g). Through this, it was experimentally confirmed that potential N 2 O (g) emission can be reduced by 49% through the use of an alternative external carbon source.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustrative purposes only, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to understand that other specific forms can be easily modified without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative and non-limiting in all respects. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.
1: 하폐수 탈질 장치
10: 발효조
20: 생물반응조
30: 침전조
40: 바이오가스생성조 1: wastewater denitrification device 10: fermentation tank
20: bioreactor 30: settling tank
40: biogas generation tank
Claims (7)
상기 유기산이 유입되어 생물학적 질소 제거가 수행되는 생물반응조
를 포함하는 하폐수 탈질 장치. A fermentation tank in which sewage sludge is introduced and anaerobic fermentation is performed to produce an organic acid; And
Bioreactor in which the organic acid is introduced to remove biological nitrogen
Wastewater denitrification device comprising a.
상기 하폐수 탈질 장치는 침전조를 추가로 포함하고, 상기 생물반응조의 유출수는 상기 침전조를 통하여 고액 분리되고, 고액 분리에 의해 발생하는 잔류슬러지는 상기 발효조로 재공급되는 것을 특징으로 하는 하폐수 탈질 장치. The method of claim 1,
The wastewater denitration apparatus further includes a sedimentation tank, wherein the effluent water from the bioreactor is separated into a solid-liquid through the sedimentation tank, and the residual sludge generated by the solid-liquid separation is resupplied to the fermentation tank.
상기 하폐수 탈질 장치는 바이오가스생성조를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수 탈질 장치. The method of claim 2,
The wastewater denitrification apparatus further comprises a biogas generation tank.
상기 하수슬러지는 농축슬러지인 것을 특징으로 하는 하폐수 탈질 장치. The method of claim 1,
The sewage sludge is a wastewater denitration apparatus, characterized in that the concentrated sludge.
상기 유기산은 아세트산(acetic acid), 프로피온산(propionic acid), 부티르산(butyric acid), 아이소부티르산(isobutyric acid), 발레르산(valeric acid), 아이소발레르산(valeric acid) 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 하폐수 탈질 장치. The method of claim 1,
The organic acid is from the group consisting of acetic acid, propionic acid, butyric acid, isobutyric acid, valeric acid, isovaleric acid, and combinations thereof. Wastewater denitrification apparatus, characterized in that any one selected.
상기 제조된 유기산을 생물반응조로 공급하여 생물학적 질소 제거를 수행하는 단계
를 포함하는 하폐수 처리 중 아산화질소의 저감 방법. Supplying sewage sludge to a fermentation tank to produce an organic acid; And
Supplying the prepared organic acid to a bioreactor to perform biological nitrogen removal
Method for reducing nitrous oxide during wastewater treatment comprising a.
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