KR100235251B1 - 하수 및 폐수 중의 생물학적 질소와 인 제거방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존 하폐수처리가 가지고 있었던 질소 및 인의 생물학적 처리한계 즉, 질소의 경우 50~70%에 불과했던 질소제거효율을 95% 이상으로 높이고, 질소처리와 병행하여 인을 고효율로 처리할 수 있어 하수 및 폐수의 효율적인 처리가 가능하게 되었다.

Description

하수 및 폐수 중의 질소와 인을 생물학적으로 제거하는 방법 및 이에 사용되는 장치

본 발명은 하수 또는 폐수의 생물학적 처리에 관한 것으로, 좀더 자세하게는 하수 또는 폐수에 포함되어 있는 질소 및 인을 생물학적 방법을 이용하여 제거하는 방법 및 이에 사용되는 장치에 관한 것이다.

현재 국내외의 하수 및 폐수처리방법으로 널리 채택되고 있는 공정은 처리대상 하폐수를 혐기/무산소조에 유입시키고, 혐기/무산소조에서 탈질단계를 거친 폐수를 포기조에서 포기하고, 침전조를 거친 후 슬러지를 최초의 혐기/무산소조로 반송하는 단계로 구성되어 있다.

그러나, 위와 같은 기존 하페수 처리공정만으로는 하폐수에 포함되어 있는 다량의 질소 및 인을 처리할 수 없다는 문제점이 있다

본 발명의 목적은 기존의 단선적인 탈질공정이 낮은 질소의 처리효율을 나타내는 문제점을 해결하고 동시에 하폐수 중의 인을 처리하고자, 기존 하폐수처리방법인 탈질공정에 본 발명에 따른 방법을 추가함으로써 하수 및 폐수의 생물학적 처리효율을 현저히 향상시키고자 하는 것이다.

제1도는 본 발명의 일 실시예에 의한 장치 및 방법을 도시한 것이다.

제2도는 본 발명의 일 실시예에 의한 장치 및 방법을 기존의 하폐수처리공정과 연계하여 실시하는 공정을 도시하는 것이다.

본 발명은 기존 하폐수처리공정에 사이클로 이루어진 무산소조 공정; 포기조 공정; 침전조 공정; 슬러지 반송공정; 혐기조 공정을 부가함으로서, 하수 및 폐수중의 질소와 인을 생물학적으로 제거하는 방법 및 이에 사용되는 장치를 제공하는 것이다.

하수 및 폐수 중의 질소는 대부분 암모니아성 질소로 존재하는데, 이 암모니아성 질소는 질소제거공정 중 질산화 반응조로부터 질산화를 거쳐 질산성 질소로 전환되고, 전환된 질산성 질소 중 50∼60% 정도는 기존의 탈질공정 중 첫단의 무산 소조에서 제거된다. 인은 혐기성 조와 호기성 반응조를 이용하여 제거되는데, 동시에 질소제거가 가능하도록 하여도 질소와 인은 처리되지 못한 채 남아 있다.

따라서, 본 발명은 기존 탈질공정에 하기와 같은 추가 장치에 의한 공정을 부가하여, 기존 하폐수 처리공정에서 처리되지 못한 질소 및 인을 효율적으로 처리하고자 한다.

본 발명에 따른 장치는 혐기조; 무산소조; 포기조; 및 침전조로 구성된다. 혐기조와 무산소조에 적절한 인의 방출과 탈질을 위하여 아세테이트 주입량을 실험을 거쳐 결정한 후, 기존 공정에 의한 처리수를 본 발명에 따른 장치의 무산소조로 유입시키고 그 후 포기조를 거쳐 침전조로 이송시키며, 침전조에서 반송슬러지를 무산소조 전단의 혐기조로 유입시킨다. 무산소조와 혐기조에는 상기와 같이 결정된 적정량의 아세테이트를 주입함으로써 탈질 95%, 탈인 92%라는 높은 제거효율을 얻을 수 있었다.

본 발명에 따른 장치 및 방법은 도 1 및 제 2도에 개시되어 있다.

아래에서는 본 발명의 장치 및 방법에 관하여 도1을 참조하여 자세히 설명하고자 한다.

본 발명의 따른 추가공정에 있어서, 기존 공정에서 배출되는 유출수(1)는 탈질조인 무산소조(4)로 유입되는데, 유출수(1) 중의 질산성 질소는 아세테이트를 외부 탄소원으로 이용하여 탈질공정을 거쳐 질소가스로 전환된다. 이때 필요한 유입 아세테이트의 양은 기존 공정 처리수의 질산성 질소를 연속 측정(15)함으로써 결정되며, 이와 같이 결정된 최적량의 아세테이트를 주입함(14)으로써 탈질효율 및 에너지 효율을 높일 수 있다.

상기 전환된 질소가스는 무산소조나 포기조를 거치면서 슬러지로부터 이탈되어 공기 중으로 확산되는데, 무산소조 단계 이후의 포기조에서는 슬러지에 결합되어 있는 질소가스를 스트리핑(stripping)하여 공기 중으로 이탈시킨다.

한편, 하수 및 폐수 중에 존재하는 인은 기존의 하폐수 처리방법인 탈질공정을 거치는 동안에는 거의 처리되지 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 장치 중 혐기조와 포기조를 이용하여 인을 제거하고자 한다.

즉, 침전조(8)를 거친 슬러지는 무산소조 전단에 위치한 혐기조(2)로 반송된다. 혐기조에서는 미생물이 외부 탄소원인 아세테이트를 섭취하여 PHB(poly-β-hydroxybutyrates) 또는 PHA(polyhydroxyalkanoates)와 같은 저장물질을 형성하는데, 이 과정에서는 에너지가 필요하게 되어 ATP 나 폴리인산(poly phosphate)에 포함되어 이는 인을 방출시켜 에너지를 얻게 되므로, 이 때 인의 방출이 일어나게 된다, 이 혐기조에서도 무산소조에서의 외부 아세테이트 주입과 마찬가지 방법으로 적정량의 아세테이트를 주입하여 인방출의 효율을 높일 수 있다.

이렇게 미생물 내에 저장된 저장물질과 방출된 인은 무산소조(4)와 포기조(6)을 거치면서 질산성 질소나 산소를 전자수용체로 이용하여, 일부 저장물질이 생물학적으로 산화됨과 동시에 이 과정에 필요한 인이 흡수된다. 무산소조 다음의 포기조에서, 미생물 내에 남아 있는 저장물질이 산소를 전자수용체로하여 산화될 때 그 결과로 ATP나 폴리인산의 형태로 잠재에너지가 합성되는데, 이때 미생물은 액상 중에 존재하는 인을 과잉섭취하게 되어, 처리하고자 하는 하수 및 폐수 내의 인이 제거될 수 있다.

한편, 기존 하폐수처리공정을 거친 처리수를 본 발명에 따른 장치의 첫 단인 혐기조에 유입시키는 경우에는 질산에 의하여 혐기조에서의 인방출이 저해되므로, 본 발명에서는 기존 공정 처리수를 무산소조로 유입시킨 것이다.

[실시예]

용인시 하수종말처리장에 본 발명의 방법을 적용하였다. 유입하수는 1일에 10톤의 규모로 유입수질은 총질소 70mg/l, 총인 8 mg/l이었으며, 본 발명의 방법을 적용하여 처리하였을 때 총 질소 2mg/l, 총인 0.5mg/l 이하의 측정치를 얻을 수 있었다. 이 때 혐기조와 무산소조 체류시간은 각각 20분으로 하였으며, 산소조 체류 시간은 60분으로 하였다. 질산성 질소 1mg를 제거하는데 필요한 적정 아세테이트의 양은 4mg이었으며, 인 1mg을 처리하는데 필요한 적정 아세테이트의 양은 2.5mg이었다.

본 발명은 기존의 단일 탈질 공정에서의 처리한계 즉, 50∼70%에 불과했던 질소제거효율을 95% 이상으로 높이며, 기존 공정에서 불가능했던 인의 제거를 가능케 함으로써 하수 및 폐수의 효율적인 처리를 가능하게 하며, 외부탄소원으로 메탄올을 이용하는 방법에 비하여 아세테이트를 외부탄소원으로 이용함으로써 반응시간을 줄이고 초기 건설투자비를 현저히 감소시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 탈질공정을 포함하는 하폐수처리공정에 있어서, 상기 탈질공정은, 선행 공정으로부터 공급된 처리수 중의 질산성 질소를 외부탄소원을 이용하여 질소가스로 전환시키는 무산소조공정과; 상기 무산소조공정으로부터 배출된 처리수의 슬러지에 결합되어 있는 질소가스를 공기중으로 이탈시키고, 상기 처리수 중에 방출되어 있는 인은 질산성 질소 또는 산소를 전자수용체로 이용하여 과잉흡수하는 포기조 공정; 상기 포기조공정으로부터 배출된 처리수를 침전시키는 침전조공정; 상기 첨전조공정으로부터 나온 슬러지를 하기 혐기조공정으로 반송시키는 슬러지반송공정; 및 미생물이 외부 탄소원을 섭취하여 PHB(poly-β-hydroxybutyrates) 또는 PHA(polyhydroxyalkanoates)로 이루어진 저장물질을 형성하면서 상기 침전조 공정으로부터 반송된 슬러지로 인을 방출시키고, 상기 방출된 인을 포함한 처리수를 다시 상기 무산소조공정으로 순환시키는 혐기조공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하수 및 폐수 중의 질소와 인을 생물학적으로 제거하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 모든 무산소조 공정 및 혐기조 공정에는 외부 탄소원으로 아세테이트를 투입하는 것을 특징으로 하는 하수 및 폐수 중의 질소와 인을 생물학적으로 제거하는 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 아세테이트의 최적 투입량은 질산성 질소 측정장치를 이용하여 결정하는 것을 특징으로 하는 하수 및 폐수 중의 질소와 인을 생물학적으로 제거하는 방법.
4. 하폐수처리장치에 있어서 탈질공정에 해당하는 처리조로서, 선행 공정으로부터 공급된 처리수 중의 질산성 질소를 외부탄소원을 이용하여 질소가스로 전환시키는 공정을 수행하는 무산소조; 상기 무산소조로부터 배출된 처리수의 슬러지에 결합되어 있는 질소가스를 공기중으로 이탈시키는 공정을 수행하고, 상기 처리수 중에 방출되어 있는 인을 질산성 질소 또는 산소를 전자수용체로 이용하여 과잉흡수하는 공정을 수행하는 포기조; 상기 포기조로부터 배출된 처리수를 침전시키는 공정을 수행하는 침전조; 상기 침전조로부터 나온 슬러지를 혐기로조 반송시키는 공정을 수행하는 슬러지반송라인; 및 미생물이 외부탄소원을 섭취하여 PHB 또는 PHA로 이루어진 저장물질을 형성하면서 상기 침전조로부터 반송된 슬러지로 인을 방출시키는 공정을 수행하고, 상기 방출된 인을 포함한 처리수를 다시 상기 무산소조로 순환시키는 공정을 수행하는 혐기조를 구비하는 것을 특징으로 하는 하수 및 폐수 중의 질소와 인의 생물학적 제거장치.