KR0129831B1 - 탈인, 탈질을 위한 하수처리공정 - Google Patents

Abstract

최초 침전조와 연결된 혐기조, 상기 최초 침전조 및 상기 혐기조와 연결된 무산소조, 상기 무산소조와 연결된 호기조, 상기 호기조와 연결된 최종침전조, 상기 최종침전조와 연결된 탈인조 및 상기 탈인조와 연결된 인산 침전조를 포함하는 하수 처리 공정은 유입 하수의 일부를 직접 무산소조로 이송시킴으로서 탈질 미생물에 적당한 에너지를 공급하고, 최종 침전지의 슬러지를 탈인조로 일부 반송시킴으로서 인 제거 미생물의 인 포화도를 감소시켜 유입 하수의 성상의 변화와 관계없이 높은 인 및 질소의 제거율을 안정하게 유지하는 특징을 지닌다.

Description

탈인, 탈질을 위한 하수처리공정

도면은 본 발명의 공정도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 최초침전조 유출수, 1' : 무산소조로 이송되는 최초 침전조 유출수,

2 : 혐기조, 3 : 혐기조 유출수,

4 : 무산소조, 5 : 무산소조 유출수,

6 : 호기조, 7 : 호기조 유출수,

8 : 호기조 유출수의 내부 반송, 9 : 최종침전조,

10 : 처리수, 11 : 반송 슬러지,

12 : 직접 반송 슬러지, 13 : 잉여 슬러지,

14 : 탈인조 유입 슬러지, 15 : 탈인조,

16 : 탈인조 반송 슬러지, 17 : 세정수 유입수,

18 : 탈인조 상등액 유출수, 19 : 인산 침전조,

20 : 응집제 첨가, 21 : 인산침전조 상등액

산업상 이용분야

본 발명은 하수 처리 공정에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하수내의 유기물질 뿐만 아니라 질소와 인을 유입 하수의 성상과 관계없이 안정하게 제거하는 생물학적 하수 처리 방법에 관한 것이다.

종래 기술

일반적으로 하수의 처리 방법은 크게 물리적 방법, 화학적 방법 및 생물학적 방법으로 구분할 수 있으며, 각 방법은 처리된 유출수의 용도, 폐수의 특성, 처리방법의 적합성, 오염물의 처리방법 및 경제성 등에 의하여 선택된다.

물리적 하수 처리 방법으로는 공기 제거에 의한 암모니아 제거, 여과, 증류, 부상, 거품 분비법, 냉각, 기체층을 이용한 분리, 지면 산포법, 역삼투법 및 흡수 등의 방법이 이용되며, 화학적인 하수 처리 방법으로는 활성탄 흡착법, 응집, 생물학적인 처리과정에서의 침전, 이온 교환법, 전기 화학적 처리, 전기 투석, 산화 및 환원등이 있으며, 생물학적 처리방법으로는 박테리아 동화 작용법, 조류 채취법 및 질산화-탈질소화 방법 또는 탈질소-질산화방법 등이 있다.

현재 하수내의 질소 및 인을 제거하기 위하여 일반적으로 사용되고 있는 대표적인 하수처리 공정은 활성 슬러지공정이다. 그러나 상기 활성슬러지 공정은 하수내의 질소와 인을 조금 밖에 제거할 수 없기 때문에, 대부분의 질소와 인이 배출수와 함께 방류된다는 단점을 지니고 있다. 하수 처리시 제대로 제거되지 못하고 방출된 질소와 인등의 영양염류는 부영양화의 주요 원인으로서 호소 폐쇄성수역에서 조류의 이상번식을 일으켜 상수원, 공업용수 등을 오염시키는 문제점을 유발한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 하수내의 질소와 인을 제거하려는 화학적, 생물학적 방법들이 많이 개발되었다. 하지만, 화학적 방법의 경우 유지비가 많이 들며, 생물학적 방법으로는 질소와 인의 안정적인 제거효율을 얻기가 힘들다는 문제점이 지적되어 왔다.

기존의 생물학적인 질소 및 인의 제거 공정으로는 혐기/호기식 공정(A₃O), 바덴포(Bardenpho)공정, UCT 공정등이 있다. 상기 각 공정들은 기본적으로 한개 이상의 혐기조, 무산소조, 호기조를 갖추고 있으며, 내부 반송이나 슬러지 반송등의 공정에서 변형이 이루어지게 된다. 상기 공정에서는 1차 처리수가 혐기조에 유입되면 혐기조내의 미생물의 발효에 의해 저분자 유기물이 생성된다. 이들 유기물을 이용하여 인 제거 미생물은 혐기조에서 세포내 저장물질인 폴리하이드로부틸레이트(PHB)를 합성하면서 인산을 방출하게 된다. 반대로 인 제거 미생물을 호기성조에서는 폴리하이드로부틸레이트를 분해하면서 혐기조에서 방출한 인산의 양 이상으로 인산을 과량으로 섭취하게 되며, 인을 과잉으로 섭취한 미생물은 잉여 오니 형태로 제거된다. 한편 질소의 경우는 유기 질소가 암모니아로 전환되고 암모니아는 호기성조에서 질산화 미생물에 의하여 질산 형태로 전환되고 질산은 다시 무산소조에서 탈질 미생물 균에 의하여 질소 가스로 전환되는 공정을 거쳐 공기중으로 빠져나감으로써 하수내의 질소 함량이 감소된다. 이와 같은 종래의 생물학적인 질소 및 인제거 공정은 인제거 미생물군, 질산화 미생물군, 탈질 미생물군에 의하여 이루어지는 과정으로서 인 및 질소의 제거 효율을 높이게 하기 위하여서는 이들 세그룹의 미생물군, 즉 인제거 미생물, 질산화 미생물, 탈질 미생물간의 적절한 공생이 요구된다. 따라서 동시에 질소와 인제거를 만족시키기 위한 폐수 처리조의 운전 조건들은 매우 까다로우며, 특히 안정적인 인 제거를 위해서는 화학적 처리와 생물학적 처리의 접목이 요구된다.

세 그룹의 미생물이 안정적으로 작용을 하여 높은 질소, 인제거 효율을 얻기 위하여서는 적절한 유입하수의 성상, 즉 유입 하수의 생화학적 산소요구량(BOD)과 인(P)의 비, 유입 하수의 생화학적 산소 요구량과 질소(N)의 비가 알맞게 유지되어야만 한다. 그러나 유입하수의 성상은 계절 및 지역에 따라 그 변화가 심하므로 그로 인해 실질적인 하수의 처리 효율도 안정적이지 못하고 항상 변화하게 된다. 따라서 유입하수의 성상의 변화와 관계없이 항상 안정성 있게 높은 하수 처리 효율을 지니는 하수 처리 방법에 대한 요구가 있어 왔다.

종래의 혐기/호기식 질소, 인제거 하수처리공정에 탈인조를 더욱 설치한 본 공정의 하수 처리 방법은 생물학적 처리방법에 더하여 화학 처리 방법을 첨가하여 유입하수의 성상이 변하더라도 높은 인 제거율을 안정하게 유지할 수 있으며, 유입 원수의 일부가 무산소조로 이송되도록 하여 탈질 미생물에게 에너지원을 제공하도록 하여 높은 질소 제거율을 제공하므로 본 발명의 공정은 유입수의 성상 변화에 관계 없이 언제나 60%이상의 질소 제거율과 80%이상의 인 제거율을 지닌다는 장점을 지닌다. 또한 슬러지의 일부에만 약품을 처리하므로 처리수 또는 유입원수 전체에 화학 처리하는 것에 비하여 경비를 월등하게 감소시킬수 있다는 장점도 지닌다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기존의 혐기/호기식(A₂O) 질소, 인 제거 공정에 탈인조를 설치하고 화학응집제를 첨가함으로써, 혐기 또는 호기식 공정에서의 불안정한 인 제거 효율을 보완하고, 유입하수의 일부를 무산소조로 이송시킴으로써 질소 제거율 향상시킴으로서 유입되는 하수의 성상에 영향을 받지 않고 안정되게 높은 질소, 인제거 효율을 갖는 폐수 처리방법을 제공하는데 그 목적을 둔다.

발명의 구성

상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 최초 침전조와 연결된 혐기조, 상기 최초 침전조 및 상기 혐기조와 연결된 무산소조, 상기 무산소조와 연결된 호기조, 상기 호기조와 연결된 최종침전조, 상기 최종침전조와 연결된 탈인조 및 상기 탈인조와 연결된 인산 침전조를 포함하는 하수 처리 공정을 제공한다.

상기한 본 발명의 처리 공정에 있어서, 상기 무산소조에는 상기 최초 침전조로부터의 유입수중 일부가 직접 유입되며, 상기 탈인조에는 상기 최종 침전조의 반송 슬러지의 일부가 유입되고 상기 탈인조에서 처리된 상기 반송 슬러지는 상기 혐기조로 이송되며 상기 탈인조의 상등수는 상기 인산 침전조로 방출된다.

또한, 본발명의 공정에 있어서, 상기 탈인조에는 그 하부로 부터 세정수가 유입되며, 상기 인산 침전조에는 화학응집제가 첨가된다.

본 발명은 첫째, 높은 질소 제거율을 얻기 위해 유입하수의 30% 가량을 혐기성조를 거치지 않고 무산소조로 직접 이송시킴으로써 탈질화 세균에게 적당한 양의 에너지원으로서의 유기물이 제공되도록 하였다.

기존의 혐기/호기식 질소 및 인 제거 공정에서는 혐기성조에서 유입된 유기물이 인 제거 미생물 및 기타 다른 미생물의 에너지원으로 다량 소모되어 무산소조로 유입되는 유기물의 농도는 매우 낮아진다. 따라서 낮은 유기물의 농도로 인하여 탈질 효과가 떨어지게 되며, 특히 유입 생화학적 산소 요구량과 질소의 비가 낮게 유지되는 경우에는 질소의 제거율에 큰 영향을 끼치게 된다. 따라서 높은 탈질화 반응을 유도하기 위하여 대개는 탈질 반응이 진행되는 무산소조에 메탄올들의 탄소원을 주입하여 주었다. 그러나 본 공정에서는 유입하수중 일부를 직접 무산소조로 이송함으로써 메탄올을 사용하지 않고도 높은 탈질효과를 얻을 수 있게 하였다.

둘째, 반송 슬러지의 50% 가량을 탈인조로 유입시켜 인 제거 미생물의 세포내 폴리인산 형태의 인을 제거시킨 상태로 혐기조로 반송시킴으로써 인 제거 미생물이 호기조로 유입되었을 때의 인산 섭취량을 증가시키는데 도움을 주게 한다. 즉, 인 제거 미생물은 호기성 상태에서는 인을 섭취하지만 혐기성상태에서는 인을 방출하는 성향을 지니고 있는데, 기존의 생물학적 인 제거 방법에서는 인으로 포화된 인 제거 미생물이 혐기조로 직접 반송되므로 포화 상태로 인을 가지고 있는 인 제거 미생물이 호기조로 유입되었을때의 인산 섭취량을 증가시키는데 도움을 주게 한다. 즉, 인 제거 미생물은 호기성 상태에서는 인을 섭취하지만 혐기성상태에서는 인을 방출하는 성향을 지니고 있는데, 기존의 생물학적 인 제거방법에서는 인으로 포화된 인 제거 미생물이 혐기조로 직접 반송되므로 포화 상태로 인을 가지고 있는 인 제거 미생물은 호기성조에서 충분이 인을 섭취하지 못하여 인 제거율이 떨어졌었다. 그에 반해 본 발명에서는 탈인조에서 인을 제거하여 주므로 인 제거 미생물체는 호기성조에서 인산을 다량으로 섭취할 수 있다. 따라서 본 발명의 공정에서는 유입 하수의 생화학적과 산소요구량과 인(P)의 비가 30이하로 낮아져도 높은 인 제거 효율을 얻을 수 있다. 또한, 인산 침전조에서 슬러지의 일부만 화학 응집제로 화학 처리 하기 때문에 처리수 혹은 유입 원수를 직접적으로 화학약품으로 처리하는 것에 비해 화학 약품비를 줄일 수 있으므로 경제적인 부담을 줄일 수 있다.

이하 본 발명의 내용을 도면에 따라 더욱 자세히 설명한다.

최초 침전조(도시하지 않았음)를 거친 유출수(1)는 최종 침전조로부터 직접 반송되는 슬러지(12)와 탈인조(15)에서 인이 제거된 반송슬러지(16)가 함께 섞여 혐기조(2)로 들어가 포기 없이 교반된다. 또한, 최초 침전조를 거친 유입하수의 30% 가량은 (1') 무산소조로 이송되어 탈질 미생물의 에너지원으로 제공된다.

혐기조(2)에서는 최초 침전수를 거친 유출수(1)의 유기물이 저분자 물질로 발효되며, 인 제거 미생물들은 저분자 유기물을 소비하며 인산을 방출한다. 무산소조(4)에서는 호기성조(6)에서 생성된 질산이 함유된 유출수(8)가 혐기조 유출수(3)와 무산소 상태에서 혼합된다.

무산소조(4)에서는 탈질 미생물군이 저분자 유기물을 이용해 질산을 질소가스로 전환한다. 기존의 혐기/호기식 질소, 인 제거 공정에서와는 달리 유입수의 일부(1')가 직접 무산소조(4)로 제공됨으로써 탈질 미생물의 에너지원을 충분히 제공하게 되므로 탈질효과가 상승된다. 무산소조(4)를 거친 유출수(5)는 호기조(6)로 이송된다. 호기조(6)에서는 포기장치가 있어 용존 산소가 2㎎/1 수준으로 유지되며 4개 이상의 칸막이를 설치하여 완전혼합을 막아 질산화 미생물의 암모니아의 아질산을 거쳐 질산으로의 전환이 진행되도록 하였으며, 동시에 인제거 미생물은 인을 과량으로 섭취하여 유출수(7)의 인산 농도를 낮게 유지하도록 하였다.

호기조 유출수(7)는 무산소조(4)로 내부 반송(8)되며 무산소조에서 질산이 질소 기체 형태로 전환된다. 호기조 유출수(7)는 최종 침전조(9)에 도달한 뒤 고액 분리가 일어나 상등액은 처리수(10)로 배출하고, 침전오니(11)의 일부는 직접 반송(12)되며, 일부(14)는 탈인조(15)로 이동된다. 직접 반송되는 오니(12)는 최초 침전조 유출수(1)와 혼합되며, 탈인조로 유입되는 슬러지(14)는 탈인조(15)에서 10시간 정도 혐기성 상태에서 체류하게 된다. 혐기성 상태에서 인제거 미생물을 인산을 방출하는 성질을 가지고 있으므로 호기성조(6)에서 과량으로 섭취한 인산을 상등수로 배출하게 된다. 인을 배출한 슬러지는 탈인조(15) 하부로 가라 앉게 되며 인이 제거된 슬러지는 다시 최초 침전지를 통과한 유출수(1)와 혼합되어 인의 방출, 흡수 순환을 만족하게 된다. 인이 많이 포함된 상등수는 탈인조 하부로부터 세정수(17)가 유입되기 때문에 유출(18)되어 인산 침전조(19)로 이동된다. 인산 침전조(19)에서는 화학 응집제가 첨가 됨으로써(20) 수용액내의 인산 응집이 일어나며 응집된 인산을 폐기된다. 인이 제거된 상승수(21)는 최초 침전조로 이동된다. 세정수(17)로는 처리수(10), 최초 침전조 유출수(1) 혹은 인산 침전조 상등액(21)등이 이용된다.

혐기 또는 호기식 질소, 인제거 공정에 탈인조를 더욱 설치한 본 공정은 1) 화학 처리가 첨가되어 유입하수의 성상이 변하더라도 높은 인 제거율을 안정하게 유지할 수 있으며, 2) 유입 원수의 일부가 무산소조로 이송되어 탈질 미생물의 에너지원을 제공하기 때문에 높은 질소 제거율을 제공한다는 장점을 지닌다. 즉, 본 발명의 공정은 유입수의 성상 변화에 관계 없이 언제나 60%이상의 질소 제거율과 80%이상의 인 제거율을 지닌다. 또한, 슬러지의 일부에만 약품을 처리하므로 처리수 또는 유입 원수 전체에 화학 처리하는 것에 비하여 경비를 월등하게 감소시킬 수 있다는 장점도 지닌다.

실시예 1

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 예일 뿐 본 이에 한정되는 것은 아니다.

본 실험의 유입하수는 S읍의 생활하수를 이용하였다. 상기 하수의 성상은 표 2에 나타내었다. 반응조는 제1도와 같은 구성으로 배열하였다. 각 반응조와 침전조는 아크릴로 제조하였으며, 혐기조(2)와 무산소조(4)는 원통형으로 감속기가 달린 모우터를 설치하여 분당 60회 회전시키면서 교반하였다. 최종침전조(9)과 탈인조(15)에도 감속기가 달린 모우터를 설치하여 분당 2회 회전시켜 슬러지의 침강을 용이하게 하였다. 호기조(4)에는 4개의 칸막이를 설치하였으며, 각 칸마다 상기 장치를 설치하였으며, 마지막 4번째 칸에서는 약하게 상기하여 무산소조(4)의 반송시 용액내 용존산소농도를 낮추어 무산소조에서 용존 산소(DO)가 0.5㎎/1이하로 되게 하였다. 각 반응조의 크기와 수리학적 체류시간(HRT)은 하기 표 1과 같게 행하였다. 인산 침전조의 체류시간은 세정수의 유입 속도에 따라 가변적이었다.

[표 1] 반응조의 크기와 체류시간

초기 슬러지 식종은 G시 하수종말처리장의 반송슬러지를 이용하였다.

유입하수의 유입속도(혐기조+무산소조)는 481/일로 이었으며 내부 반송속도, 직접 슬러지 반송속도, 탈인조 유입속도는 각각 유입하수 유입속도 200%, 20%, 20%로 유지하였다. MLSS는 2500 내지 3000㎎/1로 유지하였으며, 고형물 체류시간(SRT)은 10일로 하여 충분히 질산화 미생물이 성장할 수 있도록 하였다. 반응기의 운전은 10주간 실시하였으며, 경일로 유입수와 유출수의 성상을 분석하였다. 운전 초기에는 인 제거 미생물, 질산화 미생물, 탈질 미생물이 슬러지내에 많이 존재하지 않았으므로 높은 처리효율을 얻지 못하였으나, 운전 4주가 지난 뒤 부터는 안정적으로 질소와 인이 제거 되었다. 운전 시작 4주 후부터 평균 처리수 수질은 하기 표 2와 같았다.

[표 2] 평균유입하수 성상과 평균 처리수의 성상

표 2의 결과로 부터 생화학적 산소 요구량의 제거율은 약 93%정도 이며, 질소제거율(T-N)61%, 인제거율(T-P)은 80%임을 알 수 있었다.

상기 실시예에서의 질소 및 인의 높은 제거율로 부터 본 발명의 하수처리 방법이 매우 안정하고 뛰어난 인 및 질소의 제거 효율을 지님을 알 수 있었다.

Claims (3)

1. 최초 침전조의 유출수를 혐기성 조건하의 혐기조에서 인산화하는 단계와 상기 혐기조의 유출수를 무산소조에서 탈질하는 단계와 상기 무산소조의 유출수를 호기조에서 질산화하는 단계를 포함하는 하수 처리 공정에 있어서, 상기 최초 침전조의 유출수의 일부를 무산소조로 이송하는 단계, 상기 호기조의 유출수를 최종 침전조에서 처리수와 반송슬러지로 분리하는 단계, 상기 반송슬러지의 일부는 상기 혐기조로 이송하고, 나머지 일부는 탈인조로 이송하여 탈인하는 단계 및 상기 탈인조에서 유출된 반송슬러지를 상기 혐기조로 이송하고, 탈인조에서 유출되는 상등액을 인산을 침전시키기 위한 인산 침전조로 이송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하수 처리 공정.
2. 제1항에 있어서, 상기 탈인조는 그 하부로부터 세정수가 유입되는 것인 하수처리공정.
3. 제1항에 있어서, 상기 인산 침전조에는 화학응집제가 첨가되는 것인 하수처리공정.