KR0178670B1 - 액상부식법에 있어서 유기오수의 질소제거방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 환경오염원으로서 큰 부분으로 차지하는 사람, 가축의 분뇨나 기타 고농도 유기오수를 액상부식법에 의하여 고액분리한 후 액체부분을 방류수 수질기준에 적합한 정수가 되도록 처리함에 있어서 방류정수내의 질소화합물을 효과적으로 처리제거하는 고농도 유기오수의 질소제거방법에 관한 것으로, 특히 선출원된 특허출원 제92-1307호의 개량에 관한 것이다.

고농도 유기오수의 질산화와 질소제거를 단일조에서 동시에 수행하지 않고 액상부식조를 호기성액상부식조와 형기성액상부식조로 각각 분리 구성시켜 투입된 유기오수가 상기 혐기성액상부식조에서 교반되어져 질소를 제거되게 하며, 호기성액상부식조로 이송되어 폭기에 의해 질산화와 탈질에 관여하는 호기성미생물(질산화균)과, 혐기성미생물(탈질균) 각각의 균체내의 적응기간을 없애 환경에 적응하는데 따른 시간의 지체없이 탈질화시키는 것을 특징으로 한다.

이러한 특징에 의해 탈질효과가 증대되며, 또한 운전조건인 각종부하치의 상향조정, 초기설치동력비의 대폭저감, 산기관의 폐색문제해결, 소포제비용절감등으로 처리능력 및 효율을 대폭적으로 상승시키게 되는 등의 효과가 있게 된다.

Description

액상부식법에 있어서 유기오수의 질소제거방법

제1도는 종래의 질소제거 타임스케쥴을 나타내는 그라프.

제2도는 본 발명에 따른 처리공정도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 호기성액상부식조 11 : 브로아

20 : 혐기성액상부식조 21 : 수중교반장치

P₁: 펌프

본 발명은 환경오염원으로서 큰 부분을 차지하는 사람, 가축의 분뇨나 기타 고농도 유기오수를 액상부식법에 의하여 고액분리한 후 액체부분을 방류수 수질기준에 적합한 정수가 되도록 처리함에 있어서 방류정수내의 질소화합물을 효과적으로 처리제거하는 고농도 유기오수의 질소제거방법에 관한 것으로, 특히 선출원된 특허출원 제92-1307호의 개량에 관한 것이다.

종래 분뇨등 고농도 유기오수의 처리는 주로 SS, BOD 및 대장균군의 저감등을 목적으로 하였기 때문에 이러한 처리방법 예컨대 특허 제33531호 및 환경처 고시 제91-62호에 의하여 산화작용, 동화작용을 거쳐 정화처리된 방류수는 PH, SS, BOD, 대장균군수등에 있어서는 방류수 수질기준에 적합하였으나, 방류수 수계인 하천, 호수 및 해역의 부영양화등의 문제를 야기시키는 질소화합물은 거의 제거하지 못하였다.

또한, PH, SS, BOD, 대장균군수등의 수질기준에 적합한 것이라 할지라도 질소화합물에 의한 부영양화는 벼의 질소과잉에 의한 식생장애나 어업에 큰 피해를 줄 뿐 아니라 음료수나 공업용수로서 이용하기에 적합하지 않은 것이다.

그리하여 최근 방류수중의 질소제거를 위한 고도처리의 필요성이 강조되고 있는바, 선출원된 특허출원 제92-13072호에 의거 종래의 질소제거방법을 간략히 설명하면 다음과 같다.

특허출원 제92-13072호는 기본적으로 특허 제33531호 및 환경처 고시 제91-62호의 처리시설을 이용하며, 크게 4단계로 수행되는 고농도 유기오수의 액상부식법에 의한 유기오수의 정하방법에 있어서, 상기 처리과정의 제2단계에서 초생부식화 과정을 수행하면서 액상부식조내의 호기성조건 및 혐기성조건을 타임스케쥴에 따라 배치식(회분식) 처리를 함으로서 생물학적 유기오수의 질소제거를 행하는 것이다.

이를 보다 구체적으로 설명하면,

제1단계 : 유기오수중의 협잡물을 제거하고, 액상의 균질화를 기하는 전처리 공정이다.

제2단계 : 초생부식물질의 현탁액에 일정량의 전처리된 고농도 유기오수를 투입하여 폭기하면 유기오수의 초생부식화가 진행된다. 이는 유기오수중의 유기물이 BOD 산화균에 의하여 섭취되고 산소에 의하여 생화학적으로 산화되어 CO₂와 H₂O로 되는 산화과정과 이때 얻어진 에너지를 이용하여 섭취한 유기물이 미생물의 생체반응으로 균체로 전화되는 동화작용이 동시에 일어남에 의하여 진행되는 것이다.

제3단계 : 초생부식화의 완료를 나타내는 고유의 지표에 의하여 완료로 판정되면 혼합조로 이송하여 PH를 조정하고 무기응집제를 소정량 투입하여 고액 분리한다.

제4단계 : 탈수기로 탈수한 탈수케이크의 부식도를 높여 완숙퇴비를 생산한다.

이러한 처리과정을 거쳐 소정의 멸균처리한 방류수는 PH 5.8 - 8.6, SS 30 ppm 이하, BOD 20ppm 이하, 대장균군수 100개/㎠이하이나, 많은 양의 암모니아성 질소가 함유되어 있어 방류수 수계의 부영양화를 초래하는 원인이 되었다.

따라서 이러한 문제점을 감안하여 특허출원 제92-1307호는 상기 처리과정의 제2단계에서 초생부식화 과정을 수행하면서 액상 부식조내의 호기성조건 및 혐기성조건을 제1도의 타임스케즐에 따라 배치식(회분식) 처리를 함으로서 생물학적으로 유기오수의 질소제거를 행하는 것이다.

즉, 전처리과정을 거쳐 균질화된 유기오수를 액상부식조에서 초생부식화한 후 응집반응시켜 수질기준에 합당한 방류수를 얻는 유기오수의 액상부식처리방법에 있어서, 고농도 유기오수를 약 16시간 동안 폭기하여 함유된 유기태질소 및 암모니아성 질소를 산화시키고, 약 2시간 동안 수중교반함으로서 산화질소 또는 질소가스로 환원시켜 대기중에 방산한 후 1일 처리량을 다음공정으로 이송하고 전처리된 동량의 유기오수를 새로 투입하여 혐기성 조건하에서 약 6시간 동안 수중교반한 후 다시 상기의 호기성 조건을 만들어 탈질소하는 과정을 1일 주기로 반복하게 하는 것이다.

다시 말하면, 단일조에서 타임스케즐에 따라 16시간 폭기하여 생물학적으로 유기오수에 포함되어 있는 암모니아성 질소를 질산화균을 이용하여 아질산성 질소나 질산성질소로 생물학적 산화를 시킨 후 다시 혐기적조건에서 교반하여 탈질균에 의해 산화태질소를 환원시켜 환경적으로 안전한 질소가스형태로 제거함으로 탈질목적을 달성하게 되는 것이다.

그러나, 이러한 질소제거방법은 다음과 같은 문제점을 안게 되었다. 즉, 질소제거공정의 핵심이 되는 액상부식조의 운전이 단일조내에서 호기적조건과 혐기적조건을 교호로 반복하는 방식을 채택하고 있기 때문에 액상부식조내에서 동시에 서식하는 미생물중 호기적조건의 미생물인 질산화균과 혐기적조건에서 활동하는 탈질균이 각각의 호기 또는 혐기적조건에 적응하여 재활성화시키는데 시간이 소요되어 질산화 또는 탈질효율의 저하를 가져오게 되는 폐단이 있게 된다.

즉, 탈질에 관여하는 미생물은 통성 혐기성균으로 액중에 용존산소 및 아질산성질소나 질산성질소등 산화태질소가 혼재하는 경우 용존산소를 우선적으로 이용하게 되며, 혐기적 조건하에서는 산화태질소중이 산소를 이용하기 위한 균체내의 생리기능변화가 생기며, 호기 및 혐기조건이 교호될 때마다 생리기능 변화를 위한 시간지연이 일어나게 되는 것이다.

또한, 유기오수중의 질소는 액상부식조에 투입된 후 제3단계의 탈질공정 및 고액분리조작에 의해 대부분 제거되고 제1단계의 호기적조건 및 제2단계의 내생호흡을 이용한 탈질조작에서의 질소제거량은 크지 않게 되며, 여기서 문제가 되는 것은 육기오수중의 질소는 통상 전부 킬달성질소(Kjeldahl : 유기성 + 암모니아성질소)이며, 산화태질소(No^- ₂-N, No^- ₃-N)는 거의 포함되어 있지 않다.

유기태질소는 후속공정인 고액분리공정에서 제거할 수 있기 때문에 질소제거를 위해서는 우선 암모니아성질소를 산화태질소로 변환시키지 않으면 안되며, 제3단계에서 제거되는 질소는 전일 투입한 오수중에 포함된 질소이며, 당일 투입된 오수중의 질소는 다음날 방류될 때까지 그 일부는 제거되나 대부분이 암모니아성질소가 산화태질소로 형태만 바뀔뿐 암모니아성질소와 산화태질소의 합계인 무기태질소의 농도는 크게 저하되지 않게 되는 것이다. (실제로는 무기태질소가 미생물질로의 자화(균체화)와 오수중의 유기물 및 미생물균체가 암모니아성 질소로 산화가 상기 반응과 병행해서 일어나고 있다)

또한, 유기태질소는 액상부식조에서 생물학적 처리후의 응집, 탈수조작에 의해 제거되므로 방류수의 질소는 대부분이 무기태질소이다.

따라서 유기물제거후의 용존 무기태질소가 문제가 되며, 제1단계 및 제2단계 공정에서 무기태질소의 제거가 많이 이루어지지 않기 때문에 액상부식조로 유기오수를 투입할 때의 액상부식내의 무기태질소 농도를 방류수규제치 농도이하가 되도록 오수투입량을 제한할 수 밖에 없으며, 경우에 따라서는 이 조건이 여타 운전부하조건에 우선하여 처리량을 결정하는 제한인자가 되고 있어 질소제거능력이 억제되고 있는 것이다.

본 발명은 상술한 바와 같이 특허출원 제92-13072호가 안고 있는 질소제거방법에 따르는 제반 구조적인 문제점을 해결하기 위한 것으로, 질산화와 질소제거를 호기성조와 혐기성조로 각각 분리하여 수행하며, 상기 호기성액상부식조는 연속폭기를 하게 하며, 혐기성액상부식조는 수중교반장치를 설치하여 액중의 고형분이 침전되지 않도록 완속교반하게 하는 것을 특징으로 하는 액상부식법에 있어서 유기오수의 질소제거방법을 제공하려는 것이다.

이러한 특징에 의해 탈실효과가 증대되며, 또한 운전조건만 각종부하치의 상향조정, 초기설치동력비의 대폭저감, 산기관의 폐색문제해결, 소포제비용절감등으로 처리능력 및 효율을 대폭적으로 상승시키게 되는 등의 효과가 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상술한다. 본 발명의 가장 큰 특징은 액상부식에 있어서, 질산화와 질소제거를 종래에서와 같이 단일조에서 수행하지 않고 호기성액상부식조(10)와 혐기성액상부식조(20)로 각각 분리하여 수행하는데 있다.

이때, 호기성액상부식조(10)와 혐기성액상부식조(20)의 용적비는 1 : 1 내지 2 : 1로 하는 것이 바람직하다.

상기 호기성액상부식조(10)는 연속폭기되도록하며, 이를 위해 부로아(11)를 설치하되 그 폭기방식은 산기관식 또는 기계방식중 어느 것이나 가능하며, 폭기량은 질산화 및 BOD 제거에 필요한 소요산소량 이상 공급할 수 있도록 한다.

혐기성액상부식조(20)는 액중의 고형분이 침전되지 않도록 수중교반장치(21)를 설치하여 완속교반을 하게 한다.

또한 호기성액상부식조(10)→혐기성액상부식조(20)→호기성액상부식조(10)→와 같이 액상부식액을 순환시키기 위해 펌프(P₁)를 설치하며, 그 순환량은 호기성 및 혐기성액상부식조(10)(20) 내 총액량의 2-6배 정도가 되게 한다.

이러한 구성으로 운전관리 조건은 BOD-MLSS 부하 0.125㎏-BOD/㎏-MLSS·일, T-N-MLSS 부하 0.0375㎏/TN/㎏-MLSS·일정도 이하가 되도록 하여 유기오수가 투입되어 진다.

즉, 혐기성액상부식조(20)에 투입된 유기오수는 수중교반장치(21)에 의해 완속교반되어져 액중의 고형분이 침전되지 않는 상태에서 질소 및 BOD가 제거된다. 즉, 탈질에 관여하는 혐기성미생물(탈질균) 작용으로 유입오수액중의 질소 및 BOD가 제거되는 것이다.

이때의 유기오수투입은 1회에 단시간에 투입할 수도 있고, 24시간 동안 연속투입, 또는 몇회에 걸쳐 간헐적투입등 어느 경우나 가능하나 단시간 투입보다는 간헐적 또는 24시간 연속 투입하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 이때에는 탈질조작의 효율을 높이기 위해 유입오수중의 BOD/T-N 비를 조정하기 위한 메탄올등의 첨가를 위한 설비를 설치할 수도 있다.

혐기성액상부식조(20)에서 질소 및 BOD 제거된 유기오수는 자연유하에 의해 분리된 호기성액상부식조(10)에 투입된다. 호기성액상부식조(10)에서는 브로아(11)에 의해 투입된 오수를 연속폭기하게 되고, 그 폭기량은 질산화 및 BOD 제거에 필요한 소요산소량이상 공급되어져 유기오수중의 유기물이 BOD 산화균에 의하여 섭취되고, 산소에 의하여 생화학적으로 산화되어 이때 얻어진 에너지를 이용하여 섭취한 유기물이 미생물의 생체반응으로 균체로 전화되는 동화작용이 동시에 일어남에 의하여 진행되는 것이다.

즉, 투입된 유기오수가 혐기성액상부식조 및 호기성액상부식조를 통해 각각 분리수행되어져 호기, 혐기의 교호에 의해 각각 질산화와 탈진에 관여하는 호기성미생물(질산화균)과 통성 혐기성미생물(탈질균)의 각각의 균체내의 적응기간을 없애므로 환경에 적응하는데 따른 시간지체가 없어져 탈질효율이 대폭적으로 향상되는 것이다.

다음으로 호기성액상부식조(10)에서 폭기에 의한 질산화와 BOD 제거수행이 완료된 유기오수액은 다음공정인 응집탈수공정을 실시하게 된다.

즉, 1일 1회 임의 설정시각에 1일 처리량만큼을 호기성액상부식조로 부터 배출하여 응집처리등 고액분리 조작등의 과정을 거쳐 질소가 제거된 방류수를 얻어 이를 방류하게 되는 것이다.

이때, 호기성액상부조(10)내의 유기오수액 일부는 펌프(P₁)를 통해 혐기성액상부식조(20)에 이송되는 순환을 계속하게 되며, 그 순환량은 호기성 및 혐기성조내 총액량의 2-6배 정도가 바람직하게 된다.

한편, 응집탈수공정으로 배출된 양만큼의 새로운 처리될 유기오수가 혐기성액상부식조(20)에 투입되어진다.

즉, 응집탈수공정으로 배출되는 직후 동량을 경우에 따라 1회에 단시간에 투입할 수도 있고, 24시간 동안 연속투입 또는 몇회에 걸쳐 간헐적 투입등 어느 경우나 가능하나, 단시간 투입보다는 간헐적 또는 24시간 연속투입하는 경우가 더 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 액상부식법에 있어서, 육오수의 질소제거방법은 액상부식에서 질산화와 질소제거를 단일조에서 수행하지 않고 호기성조와 혐기성조로 각각 질산화와 탈질에 관여하는 호기성미생물(질산화균)과 통성 혐기성미생물(탈질균)의 각각의 균체내의 적응기간을 없애므로 환경에 적응하는데 따른 시간지체가 없어져 질소제거 효율이 향상되어 지는 것이다.

즉, 운전조건인 각종 부하치가 특허출원 제92-77897호에 비해 25-30% 정도를 높게 할 수 있어 처리능력 및 효율이 25-30% 상승되며, 처리효율의 상승에 의해 단위처리량당 폭기조작에 사용되는 사용전기량이 절감되고 동시에 송기장치(BLOWER)의 토출량은 호기성액상부식조 용량을 기준으로 하기 때문에 초기설치동력비가 대폭으로 절감되는 효과가 있게 되는 것이다.

또한, 송기장치를 연속운전하므로 송기장치의 단속운전으로 인한 산기관의 폐색문제가 발생하지 않으며, 오수의 투입과 배출을 타임스케쥴에 의해 수행하지 않고 현장조건에 따라 임의로 설정할 수 있어 운전관리가 손쉬어지고 오수투입을 24시간연속 또는 수회에 걸쳐 간헐적으로 투입할 경우 오수 투입용 펌프가 소형화되어 전력비가 그만큼 절감되며, 호기성액상부식조에서만 거품이 발행하므로 거품발생량을 줄일 수 있게 되며, 이에 소요되는 소포제사용의 비용이 절감되는등의 효과가 있게 되는 것이다.

Claims (6)

1. 전처리과정을 거쳐 균질화된 유기오수를 액상부식조에서 초생부식화한 후 응집반응시켜 수질기준에 합당한 방류수를 얻는 유기오수의 액상부식처리방법에 있어서, 고농도 유기오수의 질산화와 질소제거를 단일조에서 동시에 수행하지 않고 액상부식조를 호기성액상부식조와 혐기성액상부식조로 각각 분리 구성시켜 투입된 유기오수가 상기 혐기성액상부식조에서 교반되어져 질소를 제거되게 하며, 호기성액상부식조로 이송되어 폭기에 의해 질산화가 수행되게 하므로서 호기, 혐기의 교호에 의해 각각 질산화와 탈질에 관여하는 호기성 미생물(질산화균)과, 혐기성미생물(탈질균) 각각의 균체내의 적응기간을 없애 환경에 적응하는데 따른 시간의 지체없이 탈질화시키는 것을 특징으로 하는 액상부식법에 있어서 고농도 유기오수의 질소제거방법.
2. 제1항에 있어서, 호기성액상부식조와 혐기성액상부식조의 용적비는 1 : 1 내지 2 : 1로 하는 것을 특징으로 하는 액상부식법에 있어서 고농도 유기오수의 질소제거방법.
3. 제1항에 있어서, 호기성액상부식조와 혐기성액상부식조사이에는 펌프를 설치하여 액상부식액을 순환되게 하며, 그 순환량은 호기성 및 혐기성조내 총액량의 2-6배 정도가 되게 하는 것을 특징으로 하는 액상부식법에 있어서 고농도 유기오수의 질소제거방법.
4. 제1항에 있어서, 질소제거가 완료된 처리액은 1일 1회 임의시간에 1일 처리량만큼을 호리성액상부식조로부터 배출하여 다음공정인 응집탈수공정을 수행되도록 하는 것을 특징으로 하는 액상부식법에 있어서 고농도 유기오수의 질소제거방법.
5. 제1항에 있어서, 혐기성액상부식조에 새로운 유기오수의 투입은 간혈적 또는 24시간 연속투입되게 하는 것을 특징으로 하는 액상부식법에 있어서 고농도 유기오수의 질소제거방법.
6. 제1항에 있어서, 혐기성액상부식조에 유입되는 유기오수에는 BOD/T-N 비를 조정하기 위한 메탄올등의 유기물을 첨가시켜 탈질조작의 효율을 높이게 한 것을 특징으로 하는 액상부식법에 있어서 고농도 유기오수의 질소제거 방법.