KR0165663B1 - 고효율 상향류식 혐기성 슬러지상 반응조를 이용한 폐수처리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고효율 상향류식 혐기성 슬러지상 반응조를 이용한 폐수처리시스템에 관한 것으로 상세하게는 자기고정화 미생물을 이용한 혐기성 폐수처리법으로서 혐기성 메탄 발효 반응에 기여하는 상호 공존성 미생물의 생리학적 특성을 이용하여 혐기성 미생물의 성장특성을 극대화 시킨 폐수처리시스템이며, 본 시스템은 탄수화물 및 단백질계 산업폐수를 주처리대상으로 하며, 폐수처리과정에 있어서 형성된 활성도가 높은 혐기성 미생물의 응결물 즉, 입상 슬러지에 의해 처리되며 본 폐수처리 시스템은 상대적인 수소분압의 크기에 따라 상분리된 조건에서 생성된 입상 슬러지를 이용한 2단 혐기성 폐수처리 시스템에 관한 것이다.

제1도는 고효율 상향류식 혐기성 슬러지상 폐수처리 시스템의 구조로서 폐수를 모으는 저류조(1)와 알카리공급조(2) 및 미량 영양소 공급조(4)를 펌프 및 유량 조절장치(5)(5a)(5b)를 통해 제1단계 반응조(A)에 연결하고 산공급조(3)는 제2단계 공급조(B)에 펌프 및 유량조절장치(5c)를 통해 연결하며 제1단계 반응조(A) 내부에 유입수 분배장치(6)와 1차 내부침전지(8) 그리고 상부에 가스유출구(9)를 형성하며 동가스 유출구는 가스탈황장치(18)와 가스저장탱크(19)에 연결 구성하고 또 1차 처리수 유출구(10)를 1차 유출구 저류조(11)와 연결하고 동저류조를 2단계 반응조(B)에 연결하였다. 그리고 내부에 유입수 분배 장치(6)와 격벽(13)(13a) 및 2차 내부침전지(15)를 형성하고 상부에 가스 유출구(9)를 가스탈황장치(18) 및 가스저장탱크(19)에 연결하고 2차 처리수 유출구(17)를 형성하였다. 또한 슬러지 반송구(16)는 제1단계 반응조(A)와 제2단계 반응조(B)에 연결하였으며 동1,2단계 반응조의 슬러지층과 잉여 입상슬러지 저장조(20)와 연결한 것으로 제1단계 반응조에서 생성되는 임상슬러지는 재이용될 수 있으며, 제2단계 반응조에서는 폐수처리 뿐만 아니라, 슬러지의 자체분해과정도 발생되므로 최종처분되어야 할 슬러지는 거의 없어 슬러지 처리에 대한 부담도 크게 저감될수 있다.

따라서 본 발명에 따른 폐수처리법은 산업폐수의 처리에 있어서 안정성과 경제성을 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

고효율 상향류식 혐기성 슬러지상 반응조를 이용한 폐수처리 시스템

제1도는 본 발명의 고효율 상향류식 혐기성 슬러지상 폐수처리 시스템의 구조도

제2도는 제1단계 반응조에서 생성되는 입상슬러지의 전자 현미경 사진으로서,

(a)는 입상슬러지의 외형적인 모습

(b)는 입상슬러지의 표면사진

(c)는 입상슬러지 표면사진 (b)의 확대모습

(d)는 입상슬러지의 핵부분

제3도는 제2단계 반응조에서 생성되는 입상슬러지의 전자 현미경 사진으로서,

(a)는 입상슬러지의 외형적 모습

(b)는 입상슬러지의 표면사진

(c)는 입상슬러지의 핵부분

제4도는 제2단계 반응조의 침전지 부분에서 생성되는 슬러지의 전자 현미경 사진으로서,

(a)는 플록형 및 분산입자형 슬러지의 외형적 모습

(b)는 플록형 및 분산입자형 슬러지의 확대된 모습

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 유입폐수 저류조 2 : 알카리 공급조

3 : 산 공급조 4 : 미량 영양소 공급조

5, 5a, 5b, 5c : 유입펌프 및 유량조절장치

6 : 유입수 분배장치 8 : 1차 내부침전지

9 : 가스유출구 10 : 제1단계 처리수 유출구

11 : 제1단계 반응조 유출수 저류조 13, 13a : 내부칸막이

15 : 2차 내부침전지 16 : 슬러지 반송구

17 : 제2단계 반응조 처리수 유출구 18 : 가스 탈황장치

19 : 가스 저장탱크 20 : 잉여 입상슬러지 저장조

본 발명은 고효율 상향류식 혐기성 슬러지상 반응조를 이용한 폐수처리시스템에 관한 것으로 상세하게는 자기고정화 미생물을 이용한 혐기성 폐수처리법으로서 혐기성 메탄 발효반응에 기여하는 상호 공존성 미생물의 생리학적 특성을 이용하여 혐기성 미생물의 성장특성을 극대화 시킨 폐수처리시스템이며, 본 시스템은 탄수화물 및 단백질계 산업폐수를 주처리대상으로 하며, 폐수처리과정에 있어서 형성된 활성도가 높은 혐기성 미생물의 응결물 즉, 입상 슬러지에 의해 처리되며 본 폐수처리 시스템은 상대적인 수소분압의 크기에 따라 상분리된 조건에서 생성된 입상 슬러지를 이용한 2단 혐기성 폐수처리 시스템에 관한 것이다.

종래 산업폐수의 처리기술은 1973년말 오일 쇼크이후 저에너지형 폐수처리기술의 개발로 이어져 혐기성 메탄발효기술에 대한 개발과 실용화가 촉진되었다. 네델란드에서는 혐기성 여상법에서 여재를 제거한 혐기성 슬러지상 반응조(upflow anaerobic sludge blanket: UASB reactor, 1971)이 개발되었고, 스웨덴에서는 경사판 침강조가 부착된 혐기성 접촉공정(anaerobic contact process, 1972)이 개발된 바 있다. 또한 프랑스에서도 타워형 혐기성 슬러지상 반응조(UASB tower reactor)가 개발된 바 있으며, 벨기에에서 역시 2상 분리 메탄 발효조를 개발한 바 있는데, 제1단계에서는 완전혼합형 산형성조를, 제2단계에서는 슬러지상 반응조(UASB)와 유사한 메탄 발효조를 이용하고 있다.

혐기성 슬러지상 시스템(UASB system)에서는 반응조의 내부에 미생물의 응결물인 입상슬러지(biopellests/granules)의 형성을 중요한 설계 및 운전요소로 하고 있으나 이러한 입상슬러지의 형성기작과 입상슬러지의 형성을 촉진시킬 수 있는 운전조건에 대해서는 아직도 명확하게 규명되지 않았음. 반응조의 형상측면에서는 기존에 반응조는 대체로 구형(矩形)이나 원통형(圓筒形)으로 채용되고 있는데, 반응조의 특성상 타워형으로 설치되어야 하기 때문에 실제 설계 및 시공상에 어려움이 있다.

혐기성 슬러지상 시스템은 반응조의 상부에 가스-슬러지-액체를 분리하는 장치인 내부침전지(gas-soil separater: GSS)를 가지는데, 이는 반응조의 전체 용적중 입상슬러지 층의 용적에 버금가는 용량으로 반응조내에 효과적인 미생물의 축적을 위해 가장 중요한 설계요소로 고려되고 있으며, 유출되는 미생물의 효과적인 제어를 위해서 반응조 상부에 여재를 채우거나 별도의 침전지를 설치하여 침전슬러지를 반송하는 등의 방법으로 개량하고 있다.(국내에서도 이러한 기체/고체 분리장치의 효율화를 위한 기술이 연구된 바 있음)

기존의 반응조는 그 특성상 고부하로 운전시 입상슬러지층이 과잉팽창되어 반응조로부터 미생물을 유출시켜 반응조의 안정성뿐만 아니라 반응조내의 입상슬러지에도 악영향을 미칠 수 있다. 따라서 미생물의 재식종을 필요로 함에 따라 통상적으로 재식종용 입상슬러지를 배양시키는 반응조를 별도로 하고 있으며, 이러한 식종용 입상슬러지는 파운드당 1-2달러(1988년 기준) 정도로 판단되고 있으므로 부대설비나 재식종용 입상슬러지의 구입에 과다한 경비를 지출하여야 하는 단점이 있다.

본 발명은 상기의 결점을 해소하기 위하여 다음과 같은 목적하에서 개발되었는데, 보다 현장에 적용가능하고 운전의 안정성을 향상시키기 위한 것으로서;

첫째, 본 발명의 폐수처리 시스템은 기존의 타워형 반응조를 각각 3개의 지역으로 분리시킨 형상으로 반응조의 높이를 낮출 수 있으므로 기존의 반응조에 있어서 설계 및 시공상의 난점을 해결하고자 하였다. 특히 본 시스틈에서는 기존의 반응조에서 특정 기술분야로 고려되고 있는 내부침전지 즉, 기체/고체 분리장치가 불필요하다.

둘째, 본 폐수처리 시스템은 기존의 반응조에 비해 보다 합리적인 입상슬러지의 형성기작을 도입하고 있다. 따라서 안정되고 우수한 입상슬러지가 형성되어 반응조 전체의 안정성을 향상시키게 된다. 또한 본 폐수처리 시스템은 반응조 내부에 형성되는 상분리 현상으로 고부하로 운전시에도 각각의 상분리된 입상슬러지 층을 안전하게 유지할 수 있다.

셋째, 본 시스템에서 형성되는 우수한 입상슬러지는 혐기성 발효공정에 기여하는 각종미생물의 조합성을 향상시켜 그 활성도를 매우 높게 유지하도록 되어 있으며, 이는 궁극적으로 본 시스템의 우수한 유기물질 제거효율과 반응조의 안정성 향상에 기여한다.

넷째, 본 폐수처리 시스템은 시스템내에 구성되어 있는 침전부의 효과적인 운영으로 유출수로 배출되는 미생물의 양을 제어할 수 있어, 그 결과 반응조 내의 미생물 보유성을 증가시키게 된다.

다섯째, 본 시스템은 폐수처리로 인하여 생산되는 슬러지의 처리가 불필요하며, 또한 생산되는 과잉의 입상슬러지는 별도의 저장탱크에 저장하여 충격부하나 반응조의 불안정시에 재이용될 수 있는 장점이 있다.

제1도는 고효율 상향류식 혐기성 슬러지상 폐수처리 시스템의 구조로서 폐수를 모으는 저류조(1)와 알카리공급조(2) 및 미량 영양소 공급조(4)를 펌프 및 유량 조절장치(5)(5a)(5b)를 통해 제1단계 반응조(A)에 연결하고 산공급조(3)는 제2단계 공급조(B)에 펌프 및 유량조절장치(5c)를 통해 연결하며 제1단계 반응조(A) 내부에 유입수 분배장치(6)와 1차 내부침전지(8) 그리고 상부에 가스유출구(9)를 형성하며 동가스 유출구는 가스탈황장치(18)와 가스저장탱크(19)에 연결 구성하고 또 1차 처리수 유출구(10)를 1차 유출구 저류조(11)와 연결하고 동저류조를 2단계 반응조(B)에 연결하였다. 그리고 내부에 유입수 분배장치(6)와 격벽(13)(13a) 및 2차 내부침전지(15)를 형성하고 사부에 가스 유출구(9)를 가스탈황장치(18) 및 가스저장탱크(19)에 연결하고 2차 처리수 유출구(17)를 형성하였다. 또한 슬러지 반송구(16)는 제1단계 반응조(A)와 제2단계 반응조(B)에 연결하였으며 동1,2단계 반응조의 슬러지층과 잉여 입상슬러지 저장조(20)와 연결한 것으로 도면중 미설명 부호(7)은 제1단계 반응조 입상슬러지층, (12)는 제2단계 반응조 입상슬러지층, (14)는 제2단계 반응조 슬러지층을 표시한 것이며, 본 폐수처리 시스템은 폐수(기질)의 분해경로를 결정짓는 상대적인 수소분압의 크기로 구별되는 2상 혐기성 슬러지상으로 이루어진다. 본 시스템은 첫 번째 부분에서 입상슬러지의 생성과 사멸로 이어지는 입상슬러지층을 분리시키고, 두 번째 부분에서는 자체분해과정을 거친 플록형(혹은 분산입자형) 슬러지를 저장하기 위해 설치된 침전지로 구성되어 있다. 제1도에 나타난 바와같이 본 시스템은 상대적으로 높은 수소분압이 유지되는 제1단계 반응조와 상대적으로 낮은 수소분압으로 유지되는 제2단계 반응조로 구성되는데, 각 반응조에는 입상슬러지층이 유지된다. 제2단계 반응조는 앞부분에 입상슬러지층이 유지되며, 후속되는 부분에는 제2단계 반응조 용적의 약50%에 해당하는 침전지가 위치하여 플록형(혹은 분산입자형) 슬러지가 유지된다. 폐수의 특성에 따라서 제1단계 반응조 없이 제2단계 반응조만으로 운전이 가능한데, 이 경우에도 마찬가지로 제2단계 반응조의 입상슬러지층에서는 효과적인 상분리를 이룰수 있다.

(1) 시스템의 원리

-제1단계 반응조:

① 상대적으로 높은 수소분압의 유지로 복합유기화합물의 분해

② 활성도가 높은 우수한 입상슬러지의 형성

③ 상호공생 미생물(수소이용 및 수소생성 미생물)간의 성장균형 유지

④ 체외폴리머의 생산성 향상

-제2단계 반응조:

① 슬러지 상충 : 혐기성 반응의 중간생성물(휘발성 유기산)의 제거

입상슬러지의 자체 산화

② 침전지 지역 : 플록형(혹은 분산입자형)슬러지의 자체 산화

유출수로 배출되는 미생물(고형물)의 제어

(2) 반응조의 특성

본 발명에 따른 폐수처리 시스템의 특성은 다음과 같다. 연구결과에 따라 평가된 본 폐수처리 시스템의 특성은 표1과 표2와 같은데, 이러한 평가는 반송이 배제된 탄수화물계 폐수를 기준으로 수행된 것이다.

① 폐수(기질)의 선택 : 입상슬러지의 형성에 기여하는 상호공생 미생물(수소 생성 및 이용균 등)의 성장을 위해 기질의 분해과정에서 충분한 이원자 수소를 생성할 수 있는 기질, 즉, 주로 탄수화물이나 단백질 주성분인 산업폐수의 처리에 모두 적용이 가능함.

② 수소 이용 메탄균의 성장을 위한 환경 : 적절한 수소분압의 유지는 이원자 수소를 기질로 하는 수소이용메탄균의 효율적인 성장을 위해서 매우 중요하다. 본 발명에서는 각 반응조의 단계별로 적절한 수소분압의 환경을 제시하고 있으며, 이는 기질의 분해특성에 관련하여 유입기질의 농도나 적절한 반송에 의해 제어가 가능함.

③ 알카리의 공급과 pH의 조정 : 본 시스템에 의해 탄수화물과 단백질계 산업폐수를 처리하는 경우 높은 수소분압의 지역에서는 이온상의 암모니아가 유기질소(Org-N)로 전환되는 단계뿐만 아니라, 반응초기단계에서 중간산물(휘발성 유기산: SCFAs)을 형성하기 위한 복합적인 영향 때문에 다량의 알카리를 요구하게 된다. 본 시스템은 입상슬러지 층의 pH를 7.0으로 유지함이 가장 효과적인데, 이러한 알카리의 공급을 침전지하부로부터 침전슬러지를 적절하게 반송함에 의해서도 이루어질 수 있음. 따라서 시스템 전체적으로 볼 때 알카리도 공급량은 적다.

④ 영양소의 공급 : 입상슬러지를 구성하고 있는 각종 미생물의 효과적인 성장을 위해서 질소와 인등의 영양소를 포함한 미량원소성분들이 요구된다. 인과 미량영양소 성분들은 미생물의 성장을 위한 일반적인 요구량으로 가능하나, 체외폴리머의 형성에 기여하는 수소이용메탄균의 성장을 위해 충분한 양의 질소성분이 요구됨. 따라서 질소와 인등의 영양성분이 부족한 폐수의경우는 이들 영양성분을 적절히 공급해 주어야 한다.

⑤ 반소의 필요성 : 본 시스템의 운전에 있어서 반송의 필요성은 유입기질의 특성과 슬러지 층의 적정 수소분압의 유지 그리고 알카리의 공급 등의 측면에서 중요한 운전요소이다. 고농도 폐수(기질)가 유입시에 특히 반송은 유입폐수농도의 희석효과로 인하여 급격한 이원자수소의 형성을 방지하여 수소 이용미생물의 먹이와 미생물의 비율(F/M 비)을 조절하고, 또하나 요구되는 알카리를 감소시키는 효과를 기대할 수 있다. 특히 입상화의 초기단계에서 입상화 과정을 촉진시키기 위하여 입상슬러지의 핵부분을 구성하는 메탄균(Methanothrix 종)의 공급측면에서도 반송은 적절하게 이루어져야 할 필요가 있다.

본 발명을 이용한 산업폐수의 처리과정에 있어서 각 단계별 작용은 다음과 같다.

산업체의 각 공정에서 발생된 폐수는 저류조(1)에 모이게 되는데, 이 저류조에서 협잡물 제거와 함께 부유성 물질을 제거하고, 또한 혼합장치가 있어서 폐수의 특성을 균일하게 한다. 이 저류조로부터 균등화된 폐수는 제1단계 반응조로 유입되는데, 이때 유입펌프와 유량조절 장치(5)로 반응조에 가해지는 유기물질 부하율을 일정하게 유지하게 된다. 또한 유입폐수에는 산이나 알카리 공급조(2)(3)와 미량영양소 공급조(4)로부터 적절한 산 혹은 알카리와 미량영양소를 공급한다. 알카리와 미량영양소가 혼합된 폐수는 제1단계 반응조의 하단부에 설치된 유입수 분배장치(6)를 통하여 주입된다. 유입수 분배장치는 반응조내에 단회로 현상을 방지하여 일정한 폐수를 공급하기 위함이다.

주입된 폐수는 제1단계 반응조의 입상슬러지층(7)을 통과하게 되는데, 이 단계에서 복합유기성 폐수의 분해가 이루어지게 된다. 이때 산생성균과 수소 생성 및 이용 미생물의 물질대사과정에 의해 이원자수소의 생성 및 이용 작용이 일어나며, 일부는 메탄과 이산화탄소 가스로 전환되며, 나머지는 미생물로 증식된다. 입상슬러지층(7)에서는 다량의 유기물질의 분해와 함께 활성도가 높은 입상슬러지(입상슬러지의 사진은 제2도와 같음)가 다량으로 생성되는데, 제1단계 반응조에서 과잉으로 생성된 입상슬러지는 잉여 입상슬러지 저장조(20)로 저장하여 재이용에 대비한다. 발생된 가스는 반응조의 상단부에 설치된 내부침전지(8)에서 가스유출구(9)와 가스탈황장치(18)를 경유하여 가스저장탱크(19)로 모이게 되며, 제2단계 반응조에서 발생된 가스와 함께 재이용된다. 제1단계 반응조의 입상슬러지층(7)에서 처리된 페수는 반응조상부의 액상부분을 지나 내부침전지(8)에서 고형물과 분리되어 1차 처리수 유출구(10)로 배출되어 저장탱크인 1차 유출수 저류조(11)에 저장된다. 이때 1차 내부침전지(7)에서 분리된 고형물은 반응조의 슬러지층(7)으로 순환되게 된다.

제1단계 반응조 유출수의 저류조(11)로부터 폐수는 제2단계 반응조로 유입되는데, 이 단계에서도 역시 필요할 경우 적정 pH를 유지하기 위해 산을 첨가한다. 제2단계 반응조에 유입된 폐수는 반응조의 하단부에 위치한 유입수 분배장치(6)를 거쳐 제2단계 반응조의 입상슬러지층(12)(입상슬러지 사진은 제3도와 같음)을 거치게 되는데, 이 단계에서 미분해된 복합 유기물질은 거의 모두 혐기성 발효공정의 중간산물인 휘발성 유기산으로 전환되게 되며, 중간산물은 메탄과 이산화탄소 가스로 전환되게 되고 가스 유출구(9)를 통해 가스탈황 장치(18) 및 가스저장탱크(19)로 보낸다. 제2단계 반응조의 입상슬러지층(12)에서는 중간산물의 제거와 함께 입상슬러지의 자체 분해과정도 동시에 이루어지는데, 분해과정을 거친 입상슬러지의 가벼운 파쇄물들은 내부 칸막이(13)를 통과하여 제2단계 반응조에 설치된 침전지(14)로 이송되게 되어 침전지(14)에서는 플록형 혹은 분산 입자형 슬러지층(14)(슬러지의 사진은 제4도와 같음)을 이루게 된다. 이러한 슬러지층은 자체 산화과정인 미생물의 내호흡단계에 있어 주로 점액질 상태로 유지되는데 이러한 점액질의 슬러지층은 침전지로부터 유출구로 배출되는 미생물의 양을 제어하여 반응조내 미생물의 보유성을 향상시키는 역할을 한다. 플록형 혹은 분산입자형 슬러지 층을 통과한 처리수는 내부칸막이(13)와 2차 내부침전지(15)를 통과하여 고액분리되어 액상부분만 2차 처리수 유출구(17)로 배출되게 된다.

본 발명은 산업폐수의 효과적인 처리에 있어서 고활성도를 지닌 미생물의 생화학적 응결체, 즉 입상슬러지를 이용한 폐수처리법으로 기존의 호기성 및 혐기성 폐수처리공법에 비해 설계 및 유지관리적인 측면에서 경제성이 높다. 즉 미생물의 농도를 높게 유지하기 위해 고가의 충진재가 필요치 않으며, 높은 유기물질 부하뿐만 아니라 미생물의 생리학적 특성에 따라 상분리되어 운전되므로 반응조의 용적을 감소시킬 수 있고, 처리효율로 높게 유지할 수 있다. 아울러 기존의 상향류식 혐기성 슬러지상 반응조에서 필요한 특정기술이 요구되는 기체/고체 분리장치가 불필요하다.

입상슬러지의 형성기작에 대한 확실한 이론의 도입 없이 수행되는 기존의 상향류식 혐기성 슬러지상 반응조에 비하여 효과적인 상분리에 의하여 우수한 입상슬러지의 형성을 촉진시킬수 있다. 또한 발생가스가 중간에서 유출되므로 입상슬러지층에서의 과잉팽창을 방지할 수 있다. 그리고 추가적인 침전지의 설치로 인하여 반응조로부터 방출되는 미생물의 농도를 제어하여 궁극적으로는 처리의 안정성에 기여한다.

반응조의 형상을 보다 합리적으로 개선함으로서 설계 시공상의 난점을 해결할 수 있다. 특히 타워형으로 설치되어야 하는 기존의 반응조 특성을 그대로 유지하면서도 미생물의 생리학적 특성에 따라 상분리되어 설계되므로 기존의 반응조에 비해 매우 우수하다. 특히 시공성이 우수하며, 운전온도의 유지가 용이하고, 또한 운전온도를 유지하는데 소요되는 비용을 크게 절감시킬 수 있다.

제1단계 반응조에서 생성되는 입상슬러지는 재이용될수 있으며, 제2단계 반응조에서는 폐수처리 뿐만 아니라, 슬러지의 자체분해 과정도 발생되므로 최종처분되어야 할 슬러지는 거의 없어 슬러지 처리에 대한 부담도 크게 저감될 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 폐수처리법은 산업폐수의 처리에 있어서 안정성과 경제성을 높일수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 펌프 및 유량 조절장치(5)(5a)(5b)를 통해 저류조(1)와 알카리공급조(2) 및 미량 영양소 공급조(4)와 연결되며, 내부에는 유입수 분배장치(6)와 1차 내부침전지(8)가 형성되고, 상부에는 가스유출구(9)가 형성되며, 상측부에는 1차 처리수 유출구(10)가 형성되어, 수소분압이 소정치로 유지되는 제1단계 반응조(A)와; 상기 1차 처리수 유출구(10)와 연결되는 1차 유출구 저류조(11)와; 가스저장탱크(19)에 연결되어 상기 가스유출구(9)와 연결되는 가스탈황장치(18)와; 펌프 및 유량조절장치(5c)를 통해 산 공급조(3)와 연결되고, 상기 1차 유출구 저류조(11)와 연결되며, 내부에 유입수 분배장치(6)와 격벽(13)(13a) 및 2차 내부침전지(15)가 형성되고, 상부에는 상기 가스탈황장치(18)에 연결되는 가스유출구(9)가 형성되고, 상측부에는 2차 처리수 유출구(17)가 형성됨과 아울러, 하부에는 제1단계 반응조(A)와 연결되는 슬러지 반송구(16)가 형성되어, 상기 제1단계 반응조(A)에 비하여 수소분압이 상대적으로 낮게 유지되는 제2단계 반응조(B) 및; 상기 1단계 반응조(A)와 2단계 반응조(B)의 입상 슬러지층과 연결된 잉여 입상슬러지 저장조(20)로 구성되는 것을 특징으로 하는 고효율 상향류식 혐기성 슬러지상 반응조를 이용한 폐수처리시스템.