KR100239917B1 - 미생물 반송 슬러지와 고순도 산소 혼합액의 순환 방식을 이용한 하수 및 오. 폐수의 질소, 인 동시 제거 처리 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미생물 반송 슬러지와 고순도 산소 혼합액의 순환 방식을 이용한 하수 및 오. 폐수의 생물학적 질소, 인 동시제거 처리 방법 및 장치에 관한 것으로, 최초 침전지가 없이, 제1, 제2 혐기조, 제1, 제2 무산소조, 호기조, 최종 침전조를 조합한 하수 및 오, 폐수 처리 방법에 있어서, 상기 최종 침전조에서 호기조로의 반송 슬러지는 유기물질 농도에 따라서 반송률을 조절하여 고농도의 용존 산소에 의한 반응 시간을 조절할 수 있도록 반송량을 유입수 대비 0.3∼1배로 하며, 최종 침전조에서 혐기조로의 슬러지 순환은 수중의 인의 함량과 인 화합물의 성상에 따라서 인 방출 반응 시간을 조절 할 수 있도록 순환량을 유입수 대비 0.3∼1배로 하고, 호기조에서 무산소조로의 미생물 혼합액의 순환은 호기조에서 질산화된 질소 화합물의 탈질소 반응을 질소질 함량과 질소 화합물의 성상에 따라서 탈질소반응 시간을 조절할 수 있도록 순화량을 유입수 대비 1∼4배로 함을 특징으로 하는 미생물 반송 슬러지와 고순도 산소 혼합액의 순환 방식을 이용한 하수 및 오, 폐수의 생물학적 질소, 인 동시 제거 처리 방법과, 혐기조, 무산소조, 호기조, 최종 침전조를 조합한 하수 및 오, 폐수 처리 장치에 있어서, 상기 최종 침전조에서 호기조로 반송 슬러지를 반송하는 반송 슬러지 반송관의 끝단과, 상기 최종 침전조에서 혐기조로 반송되는 잉여 슬러지 반송관의 끝단 및, 상기 호기조에서 무산소조로 미생물 혼합액을 순환하는 미생물 혼합액 순환관의 끝단에, 각각 분사 노즐과, 이 분사노즐의 선단부에 겉으로 끼워지며 그 외주면에 다수개의 흡입공이 천공된 혼합방사관으로 구성되는 혼합 방사기를 설치하여서 됨을 특징으로 하는 미생물 반송 슬러지와 고순도 산소 혼합액의 순환 방식을 이용한 하수 및 오, 폐수의 생물학적 질소, 인 동시 제거 처리 장치를 제공하며, 이로써 유기물질의 분해 처리는 물론 질소 및 인의 제거를 효과적으로 수행할 수 있으며, 미생물 혼합액과 반송 슬러지 및 산소 등의 혼합이 효율적으로 이루어지고, 반송 유량을 줄일 수 있으며, 교반장치나 돔형 회수 장치 등을 배제할 수 있어 좁은 면적에 효율적이며 경제적인 하수 및 오. 폐수 처리 장치를 건설할 수 있게 되는 것이다.

Description

미생물 반송 슬러지와 고순도 산소 혼합액의 순환 방식을 이용한 하수 및 오. 폐수의 질소, 인 동시 제거 처리 방법 및 그 장치

본 발명은 생활 하수, 오수 및 각종 산업 폐수 처리 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 하수, 오. 폐수중의 오염 물질중에서 유기물질, 질소질, 인 등을 생물학적 처리방식을 이용하여 경제적이며 효과적으로 동시에 제거할 수 있는 미생물반송 슬러지와 고순도 산소 혼합액의 순환 방식을 이용한 하수 및 오. 폐수의 질소, 인 동시 제거 처리 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일명, 개방형 순산소 활성 슬러지 처리 방법을 활용한 하수 및 오. 폐수의 생물학적 질소, 인 동시 제거 처리 방법으로서 최초 침전지(초침)가 없는 순산소 활성슬러지 방식의 고도 처리 방법 및 그 장치(약칭; Pure Oxygen Bio-N, P. Removal Reactor; 'POBR'법)에 관한 것이다.

현재까지 생물학적으로 질소, 인을 동시에 제거할 수 있는 공정(이하 "고도 처리 공정"이라 함)으로서 알려진 대표적인 것은 A²/O법, 변형 Bardenpho법, UCT University of Cape Town)법, VIP(Virginia Initiative Plant)법 등이 있다.

이중 A²/O법은 다음 도3에 도시한 바와 같이 최초 침전조(도시되지 않음)에서 침전 처리되어 부유 고형물질이 제거된 하수 및 오. 폐수 등의 유입수를 혐기조(嫌氣槽), 무산소조(無酸素槽), 호기조(好氣槽), 침전조(沈澱槽)를 통하여 처리하여 방류하는 것으로, 이때 호기조에서는 유입수량(Q)의 1∼3배(1∼3Q)를 무산소조로 반송시키며 침전조에서는 유입 수량의 0.5Q의 반송 슬러지를 혐기조로 반송시킨다.

한편, 변형 Bardenpho법은 도4에 도시한 바와 같이 최초 침전조를 거친 하수 및 오. 폐수를 혐기조, 제1무산소조, 제1호기조, 제2무산소조, 제2호기조, 침전조를 통하여 처리하여 방류하는 것으로, 이때 제1호기조에서는 유입수량(Q)의 4배(4Q)를 반송시키며 침전조에서는 유입수량(Q)의 0.5배(0.5Q)의 반송 슬러지를 침전조로 반송시킨다.

또한 UCT(University of Cape Town Process)법에서는 도5에 도시한 바와 같이 최초 침전조를 거친 하수 및 오. 폐수 등의 유입수를 혐기조, 무산소조, 호기조, 침전조를 통하여 처리하여 방류하며, 이때 무산소조에서는 유입수량(Q)의 1∼2배(1∼2Q)를 혐기조로 반송하고 호기조에서는 유입수량(Q)의 1∼2배(1∼2Q)를 무산소조로 반송시킴과 아울러 침전조에서는 유입수량(Q)의 0.5배(0.5Q)의 반송 슬러지를 무산소조로 반송시킨다.

또 VIP(Virginia Initiative Plant)법에서는 도6에 도시한 바와 같이 최초 침전조를 거친 하수, 오, 폐수 등의 유입수를 혐기조, 무산소조, 호기조, 침전조를 통하여 처리한 후 방류하는 것으로, 이때 무산소조에서는 유입수량(Q)의 1∼2배(1∼2Q)를 혐기조로 반송하며, 호기조 및 침전조에서는 유입수량(Q)의 1배(1Q)의 반송 슬러지를 무산소조로 반송시킨다.

이러한 고도 처리 공정에서의 각 단계별 반응 메커니즘을 살펴 본다.

먼저, 인 제거 과정에서는 최초 침전조에서 부유 고형물질이 제거된 유출수가 혐기조에 유입되어 혐기성 상태에서 잉여 슬러지 반송 펌프(8)에 의하여 반송(반송율은 유입수량 대비 0.3∼1배)되어 유입된 미생물체 중에 유기물이 섭취, 저장됨과 동시에 인의 방출이 시작되고, 후속되는 공정의 호기성 상태에서 미생물체의 증식과 더불어 폴리인산이 미생물체 내에 과잉 축적되먼서 인이 제거되는 것이다. 즉, 인의 제거에 관련된 미생물체들이 혐기성 상태에서 단순한 효소 기질을 제거할 수 있는 능력을 가지고 세포안에 저장 생성물로 동화하면서 인을 방출하고, 호기성 상태하에서는 다중 인산염의 형태로 인을 과잉 섭취하여 저장하므로 인이 제거되는 특성을 이용하여 인을 제거토록 하는 것이다.

다음에 생물학적인 질소 제거 원리는 크게 2분류로 나누어진다.

하나는 미생물의 동화작용에 의한 질소 제거 방법이고, 다른 하나는 유입수내의 암모니아와 유기 질소 등이 일정 조건하에서 질산성 질소와 아질산성 질소로 변화되는 질산화(Nitrification) 과정과 질산화를 거친 질산성 질소 등이 처리 시스템에서 환원되어 대기중에 질소가스로 배출됨으로써 질소 화합물이 제거되는 탈질소화(Denitrification)과정을 거치는 것으로 분류된다.

본 공정에서의 1단계 질산화 과정으로는, 호기성 상태하에서 미생물에 의하여 처리되는 개방형 순산소 활성 슬러지 처리 공정을 사용하여 유기 물질을 분해처리할 때, 동시에 질소질은 질산화가 일어난다. 질산화된 혼합액을 대량(유입수량대비 1∼4배의 유량)으로 무산소조로 반송시키면 2단계 탈질소화 과정으로 무산소 상태하에서 질산화물이 미생물에 의하여 환원되면서 탈질소 반응을 일으켜 질소질이 제거되는 것이다.

유기물질 분해처리 과정에서는 최종 침전조에서 호기조로 반송되는 반송 슬러지에 고순도 산소를 가압 주입하여 용해시킨(반송 슬러지-산소 혼합액이라 칭함)반송 슬러지-산소 혼합액이 호기조내의 미생물 혼합액과 혼합되면서 유기물질을 분해 처리하게 되는 것이다.

그러나 상술한 종래의 고도 처리 공정에서는 반송 슬러지를 반송함에 있어서 단순히 슬러지 반송 펌프와 슬러지 반송관에 의하여 반송하며, 호기조에 폭기함에 있어서도 송풍기와 산기관을 사용하여 공기를 불어넣어주는 것이므로 공기중의 산소를 용해시키는 폭기에 의한 산소 용해 효율이 낮아 각 단계에서의 처리 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

즉, 반송 슬러지를 혐기조 또는 무산소조로 반송함에 있어서 도7에 도시한 바와 같이 최종 침전조의 슬러지를 단순히 반송 펌프에 의하여 반송관을 통해 반송하는 것이며, 호기조에 폭기함에 있어서도 도8에 도시한 바와 같이 표면 폭기 장치를 사용하거나 도9에 도시한 바와 같이 송풍기로부터 송풍되는 공기를 호기조내에 설치된 산기관을 통하여 산기시키는 방법을 사용하고 있으므로 호기조로 반송되는 반송 슬러지의 용존 산소량의 유지에 한계가 있고 호기조내의 용존 산소의 수중전달 계수가 적어서 호기조내의 미생물 혼합액과 용존 산소의 혼합에 시간이 걸리므로 반응 시간이 길어지게 되므로, 결국 호기조 내의 미생물 혼합액(MLSS)의 체류시간이 길어지게 되는, 즉 호기조 용적이 커지게 되는 것이다.

즉, 종래의 폭기 장치는 수중에 주입시킨 기포 상태의 공기가 수류의 순환에 의해서 용해되거나 또는 단순히 기포가 수면으로 상승하는 과정의 짧은 체류시간 동안에 공기중의 산소 성분의 용해가 이루어져야 하는 것이므로 산소 성분의 용해율이 극히 낮고, 이로 인한 공기의 주입량이 대량으로 되는 반면 산소의 이용 효율이 낮아 비경제적이고 비능률적인 것이다.

또한 종래에는 도10에 도시한 바와 같이 송풍기에 의하여 산소 공급기로부터 산소를 공급하는 방법도 사용되고 있으나 이 역시 수중에 고순도 산소 기체를 불어넣는 산기식 공정이므로 접촉 시간이 짧아 용해 효율이 낮을 뿐만 아니라 외부로 손실되는 산소를 포집하여 재사용하기 위하여는 고가의 설비투자를 필요로 하는 돔식(Dome type) 포집 시설과 재순환용 송풍기 등을 구비하여야 하므로 시설비용이 크게 증가되는 문제점도 있었다.

또 종래의 고도 처리 공정에서는 반송 슬러지를 혐기조로 반송함에 있어서 단순히 반송 펌프와 반송관을 통하여 반송하는 것이므로 혐기조내에서 슬러지들이 가라앉아서 부패될 염려가 있으며, 이를 방지하기 위하여는 별도의 교반 설비를 설치하여야 하므로 시설비용이 증가되는 문제점이 있는 것이었다.

더욱이 처리 효율이 저하되는 관계로 혐기조와 무산소조 및 호기조를 대형화하여야 하므로, 이들을 건설하기 위한 건설부지 구입비용 및 건설비용이 과다하게 될 뿐만 아니라 미생물 혼합액의 재순환량의 과다로 운전비용이 증가되는 등 많은 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 호기조에 산소를 폭기시킴에 있어서 압력 상태하에서 고순도 산소를 가압 주입시킴으로써 효과적인 산소 용해가 이루어지게 하고, 또 혼합방사기를 사용하여 혼합 방사함으로써 폭기 효율(산소 이용 효율)을 높여 유기물질과 질소를 산화 처리함과 동시에 인의 제거를 보다 효과적이며 경제적으로 수행할 수 있도록 한 미생물 반송 슬러지와 고순도 산소 혼합액의 순환 방식을 이용한 하수 및 오. 폐수의 생물학적 질소, 인 동시 제거 방법 및 그 장치를 제공하려는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 슬러지를 혐기조나 호기조로 반송함에 있어서 혼합방사기를 사용함으로써 별도의 교반 설비를 하지 않고서도 혐기조내의 슬러지가 가라앉아서 부패되는 것을 방지할 수 있도록 한 미생물 반송 슬러지와 고순도 산소혼합액의 순환 방식을 이용한 하수 및 오. 폐수의 생물학적 질소, 인 동시 제거 방법 및 그 장치를 제공하려는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 단위 면적당 유기물질 분해 능력(활성 슬러지 수처리 능력)을 높임으로써 일반적인 생물학적 오, 폐수 처리 장치에 소요되는 면적으로 하면서도 혐기조와 무산소조를 추가 설치할 수 있어 수처리 능력이 더욱 상승됨과 아울러 건설 부지 구입 비용과 건설 비용을 절감할 수 있으며, 별도의 교반 시설이나 송풍기 등의 산기 시설을 구비하지 않아도 되므로 시설비용을 더욱 절감할수 있도록 한 미생물 반송 슬러지와 고순도 산소 혼합액의 순환 방식을 이용한 하수 및 오. 폐수의 생물학적 질소, 인 동시 제거 방법 및 장치를 제공하려는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 미생물 혼합액의 재순환량을 최소화함으로써 운전에 소요되는 비용을 절감할 수 있도록 한 미생물 반송 슬러지와 고순도 산소 혼합액의 순환 방식을 이용한 하수 및 오. 폐수의 생물학적 질소, 인 동시 제거 방법 및 장치를 제공하려는 것이다.

도1은 본 발명에 의한 하수 및 오. 폐수의 생물학적 질소, 인 동시 제거 처리 방법을 구현하기 위한 장치의 계통도.

도2는 본 발명에 사용되는 혼합 방사기를 보인 것으로,

도2a는 종단면도.

도2b는 도2a의 A-A선 단면도.

도3은 종래 고도 처리 공정의 일 예인 A²/O 법을 보인 계통도.

도4는 종래 고도 처리 공정의 다른 예인 Bardenpho법을 보인 계통도.

도5는 종래 고도 처리 공정의 또 다른 예인 UCT법을 보인 계통도.

도6은 종래 고도 처리 공정의 또 다른 예인 VIP법을 보인 계통도.

도7은 종래 반송 슬러지 반송수단의 일 예를 보인 단면도.

도8 내지 도10은 종래 폭기장치의 대표적인 예를 보인 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10-1 : 제1혐기조 10-2 : 제2혐기조

20-1 : 제1무산소조 20-2 : 제2무산소조

30 : 호기조 40 : 최종 침전조

50 : 반송 슬러지 반송 펌프 51 : 반송 슬러지 반송관

60 : 혐기조 순환 펌프 61 : 혐기조 슬러지 순환관

70 : 잉여 슬러지 배출 펌프 71 : 잉여 슬러지 배출관

80 : 무산소조 순환 펌프 81 : 무산소조 순환관

90 : 사행형 배관 반응기 100 : 혼합 방사기

101 : 분사 노즐 102 : 혼합 방사관

103 : 흡입공 110 : 순산소 발생기

111 : 순산소 공급관 112 : 자동 압력, 유량 제어 설비

113 : DO 조정기(DO지시/조절기) 114 : 용존 산소 검출기

120 : 미세 스크린

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 제1혐기조, 제2혐기조, 제1무산소조, 제2무산소조, 호기조, 최종 침전조를 조합한 하수 및 오, 폐수 처리 방법에 있어서, 상기 최종 침전조에서 호기조로의 반송 슬러지는 유기물질 농도에 따라서 반송율을 조절하여 고농도의 용존 산소에 의한 반응 시간을 조절할 수 있도록 반송량을 유입수 대비 0.3∼1배로 하며, 최종 침전조에서 제1 혐기조로의 슬러지반송은 수중의 인의 함량과 인 화합물의 성상에 따라서 인 방출 반응 시간을 조절할 수 있도록 반송량을 유입수 대비 0.3∼1배로 하고, 호기조에서 무산소조로의 미생물 혼합액의 순환은 호기조에서 질산화된 질소 화합물의 탈질소 반응을 질소질함량과 질소 화합물의 성상에 따라서 탈질소 반응 시간을 조절할 수 있도록 순환량을 유입수 대비 1∼4배로 함을 특징으로 하는 미생물 반송 슬러지와 고순도 산소혼합액의 순환 방식을 이용한 하수 및 오, 폐수의 생물학적 질소, 인 동시 제거 처리 방법이 제공된다.

상기 최종 침전조에서 호기조로 반송 슬러지를 반송함에 있어서는 반송관로의 도중에서 반송 슬러지에 순산소를 압력 상태 하에서 가압 주입하여서 된 반송 슬러지-산소 혼합액을 호기조내로 반송한다.

상기 반송 슬러지에 혼합되는 순산소의 순도는 기체 산소로서 60%이상이 되도록 한다.

상기 최종 침전조에서 호기조로 반송되는 반송 슬러지와, 상기 최종 침전조에서 혐기조로 반송되는 반송 슬러지 및 상기 호기조에서 무산소조로 순환되는 미생물 혼합액은 각각 호기조와 혐기조 및 무산소조에 혼합방사기로 분사하여 분사되는 반송 슬러지와 순환 슬러지 및 미생물 혼합액이 호기조와 혐기조 및 무산소조내의 미생물과 혼합된 상태로 분사 되도록 한다.

또한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 제1혐기조, 제2혐기조, 제1무산소조, 제2무산소조, 호기조, 최종 침전조를 조합한 하수 및 오. 폐수 처리 장치에 있어서, 상기 최종 침전조에서 호기조로 반송 슬러지를 반송하는 반송 슬러지 반송관의 끝단과, 상기 최종 침전조에서 혐기조로 순환되는 순환 슬러지 순환관의 끝단 및, 상기 호기조에서 무산소조로 미생물 혼합액을 순환하는 무산소조 순환관의 끝단에, 각각 분사노즐과, 이 분사노즐의 선단부에 겉으로 끼워지며 그 외주면에 다수개의 흡입공이 천공된 혼합 방사관으로 구성되는 혼합 방사기를 설치하여서 됨을 특징으로 하는 미생물 반송 슬러지와 고순도 산소 혼합액의 순환 방식을 이용한 하수 및 오. 폐수의 생물학적 질소 인 동시 제거 처리 장치가 제공된다.

상기 반송 슬러지 반송관의 도중에는 순산소 공급설비를 순산소 공급 배관으로 연결한다.

상기 반송 슬러지 반송관의 중간부에는 사행형 배관 반응기를 설치할 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 미생물 반송 슬러지와 고순도 산소 혼합액의 순환 방식을 이용한 하수 및 오. 폐수의 생물학적 질소, 인 동시 제거 처리 방법 및 그 장치를 첨부 도면에 도시한 실시례에 따라서 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 의한 미생물 반송 슬러지와 고순도 산소 혼합액의 순환방식을 이용한 하수 및 오. 폐수의 생물학적 질소, 인 동시 제거 방법을 구현하기 위한 장치의 개략도로서, 도면에서 10-1은 제1혐기조, 10-2는 제2혐기조, 20-1은 제1무산소조, 20-2는 제2무산소조, 30은 호기조, 40은 최종 침전조이다.

이들 제1혐기조(10-1), 제2혐기조(10-2), 제1무산소조(20-1), 제2무산소조(20-2), 호기조(30), 및 최종 침전조(40)은 순차 이송로에 의하여 연결되며, 최종 침전조(40)에는 처리수가 방류되는 방류 관로(41)가 설치된다.

상기 최종 침전조(40)의 하부에는 슬러지 배출관(42)이 연결되며, 이 슬러지 배출관(42)에는 슬러지를 호기조로 반송하기 위한 반송 슬러지 반송 펌프(50)와, 잉여 슬러지를 슬러지 처리처(도시되지 않음)로 배출하기 위한 잉여 슬러지 배출펌프(70) 및, 슬러지를 제1혐기조(10-1)로 순환시키기 위한 혐기조 순환펌프(60)가 연결 설치된다.

또한 상기 호기조(30)와 제1, 제2무산소조(20-1)(20-2)사이에는 호기조(30)내의 미생물 혼합액을 무산소조(20-1)(20-2)로 순환시키기 위한 무산소조 순환펌프(80)가 설치된다.

상기 반송 슬러지 반송계는 슬러지 배출관(42)에 연결되는 반송 슬러지 반송펌프(50)과 이 펌프의 출구측에 연결된 슬러지 반송관(51)과 이 반송관에 연결된 배관 반응기(90) 및 배관 반응기에 연결된 반송관에 연결되는 혼합 방사기(100)로 구성된다.

상기 반송 슬러지 반송관(51)의 도중에는 순산소 공급설비(110)가 순산소 공급배관(111)으로 연결되며 상기 산소 공급배관(111)에는 압력 자동조절용 제어밸브(112)가 설치되고 제어밸브(112)에 연결되는 산소 공급배관(111)은 반송 슬러지 반송관(51)과 연결되어 합류된 후에 사행형 배관 반응기(90)로 연결된다. 상기 배관 반응기(90)에서 이어진 반송 슬러지 반송관(51)의 끝단부는 호기조(30)의 저부에 임하며., 그 끝단부에는 상기 혼합 방사기(100)가 설치된다.

또한 상기 순산소 공급배관(111)의 도중에는 순산소 제어밸브(112)가 설치되어 호기조(30)에 침지되는 용존 산소 검출기(114)에서 검출된 신호에 따라 DO 조정기(113)에 의하여 제어되도록 구성되어 있다.

상기 잉여 슬러지 배출계는 슬러지 배출관(42)에 연결되는 잉여 슬러지 배출펌프(70)과 이 펌프 출구측에 연결된 잉여 슬러지 방출관(71)으로 구성된다.

상기 혐기조 순환 핌프계는 슬러지 배출관(42)에 연결되는 혐기조 순환펌프(60)와 본 펌프 출구측에 연결되는 반송관(61)으로 이어지며 상기 반송관(61)의 끝단은 혐기조(20)의 저부에 임하며, 그 끝단부에는 상기 혼합 방사기(100)가 설치된다.

상기 무산소조 순환 펌프계는 호기조(30)와 무산소조(20)의 하단을 연결하는 미생물 혼합액 순환관(81)과, 이 순환관(81)의 도중에 설치되는 순환 펌프(80))로 구성된다. 상기 순환관(81)의 무산소조(20)측 끝단에는 상기 혼합 방사기(100)가 설치된다.

상기 혼합 방사기(100)는 도2a, 도2b에 도시된 바와 같이, 반송 슬러지 반송관(51), 혐기조 순환관(61), 무산소조 순환관(81)에 연결되는 분사 노즐(101)과, 이 분사 노즐(101)의 선단부에 겉으로 끼워지며 그 외주면에 다수개의 흡입공(103)이 천공된 혼합 방사관(102)으로 구성된다.

상기 각 관 (51, 61, 81)과 분사 노즐(101)은 각 각 플랜지(61a, 81a, 91a)와(101a)를 볼트와 너트(105)로 체결하는 것에 의하여 연결되는 것이다.

이러한 본 발명에 의한 하수 및 오, 폐수의 생물학적 질소, 인 동시 제거 장치에 의한 처리 과정을 설명한다.

처리하려는 하수 및 오. 폐수가 미세 스크린(120)에 유입되면, 부유 고형 물질이 여과 제거된 후 유출수가 제2혐기조(10-2)와 제1무산소조(20-1)로 나뉘어져서 유입된다.

제1혐기조(10-1)에서는 무산소 상태에서 최종 침전조(40)로부터 혐기조 순환관(61)을 통하여 순환된 미생물 혼합액이 완전한 혐기 상태가 보장되도록 유지시키므로 인의 방출이 시작된다.

이때, 혐기조 순환펌프(60)에 의하여 배출되는 슬러지가 반송관(61)을 통하여 제1혐기조(10-1)로 순환되며, 수중의 인의 함량과 인화합물의 성상에 따라 인방출 반응 시간(체류 시간)을 조절할 수 있도록 그 반송량을 유입수량(Q)의 0.3∼1배(0.3∼1Q)사이로 조절한다.

제1혐기조(10-1)에서 체류한 후 제2혐기조(10-2)에서는 유입수 일부와 혼합되어 미생물체들이 유기물을 흡착 산화하며, 무산소조(20)을 통하여 호기조(30)로 유입되면, 호기조(30)내의 호기성 상태에서 미생물체 증식과 더불어 폴리 인산이 미생물체 내에 축적되어 인이 제거되는 것이다.

즉, 인의 제거에 관련된 미생물체들이 혐기조(10)내의 혐기 상태에서 단순한 효소 기질을 제거할 수 있는 능력을 가지고 세포 안에 저장 생성물로 동화하면서 인을 방출하고, 호기조(30) 내의 호기성 상태 하에서는 다중 인산염의 형태로 인을 과잉 섭취하여 저장하므로 인이 제거되는 것이다.

여기서 최종 침전조(40)로부터 혐기조 순환관(61)에서 제1혐기조(10-1)로 반송됨에 있어서는 순환관(61)의 선단에는 혼합 방사기(100)가 설치되어 있으므로 순환되는 슬러지가 순환관(61)의 끝단에 연결된 분사 노즐(101)에서 혼합 방사관(102)으로 분사되는 과정에서 베르누이 정리에 의하여 분사 노즐(101)의 선단 주위의 압력이 대기압보다 낮은 부압(負壓)상태로 되어 제1혐기조(10-1)내의 미생물 혼합액이 혼합 방사관(102)의 외주면에 천공된 흡입공(103)을 통하여 흡입되어 분사되는 슬러지와 충분히 혼합되면서 가압 제트 방사되므로 혐기조(10)내에서 슬러지들이 가라앉아서 부패 되는 것을 방지 할 수 있게 된다.

또한 순환되는 슬러지와 혐기조(10)내의 미생물 혼합액이 매우 활발하게 혼합되므로 처리 성능이 상승된다.

한편, 호기조(30)내에서는 순산소 활성 슬러지 처리 공정이 이루어지면서 유기물질을 분해 처리하게 되는 바 이때 질소질은 질산화가 이루어진다.

호기조(30)에서 질산화된 미생물 혼합액을 무산소조 순환펌프(80), 즉 순환관(81)과 순환 펌프(80)에 의하여 무산소조(20)로 순환시키면 무산소 상태 하에서 질산화물이 미생물에 의하여 환원되면서 대기중에 질소 가스로 배출되는 탈질소화 과정에 의하여 질소질이 제거된다.

상기 호기조(30)에서 무산소조(20)로 순환되는 질산화된 미생물 혼합액의 순환량은 호기조(30)에서 질산화된 질소 화합물의 탈질소 반응을 질소질 함량과 질소 화합물의 성상에 따라 탈질소 반응시간(체류시간)을 조절할 수 있도록 유입수량(Q)대비 1∼4배(1∼4Q)로 한다.

여기서 미생물 혼합액이 호기조(30)에서 무산소조(20)로 순환되는 경우에도 미생물 혼합액 순환관(81)의 선단에는 혼합 방사기(100)가 설치되어 있으므로 분사노즐(101)에서 미생물 혼합액이 고속 분사되는 과정에서 상술한 바와 같은 원리에 의하여 혼합 방사관(102)의 외주면에 천공된 흡입공(103)을 통하여 흡입되면서 충분히 혼합된 후 혼합 방사관(102)의 선단에서 무산소조(20)내로 방사되는 것이어서 무산소조(20)내의 슬러지들이 가라앉으면서 부패되는 것을 확실하게 방지할 수 있으며, 순환되는 호기조(30)측 미생물 혼합액과 무산소조(20)내의 미생물 혼합액이 활발하게 혼합되어 처리 성능이 상승되는 것이다.

또한 최종 침전조(40)으로 유입된 처리수는 최종적으로 침전 처리된 후 그 처리수가 월류되어 방류되는 것인 바, 호기조(30)내의 활성 슬러지 농도(MLSS)를 조절하기 위하여 반송 슬러지를 반송하게 된다.

즉, 최종 침전조(40)의 하부에 연결된 반송 슬러지 반송계의 반송 펌프(50)가 가동되면 최종 침전조(40)내의 슬러지가 반송관(51)을 통하여 호기조(30)측으로 반송되는 것이다.

상기 최종 침전조(40)에서 호기조(30)으로 반송되는 반송 슬러지의 반송량은유기물질 농도에 따라서 반송율을 조절하여 고농도의 용존 산소에 의한 반응시간(체류시간)을 조절할 수 있도록 유입수량(Q) 대비 0.3∼1배로 한다.

이때, 반송 슬러지 반송관(51)의 도중에는 순산소 공급설비(110)가 순산소 공급관(111)으로 연결되어 있는 바, 호기조(30)에 침지되어 있는 용존 산소 검출기(114)에 의하여 검출된 호기조(30)내의 용존 산소가 낮을 경우에는 DO조정기(113)에 의하여 제어밸브(112)가 개방되어 순산소 공급설비(110)의 순산소가 공급배관(111)을 통하여 반송 슬러지 반송관(51)으로 공급되어 반송 슬러지와 혼합되며, 사행형 배관 반응기(90)을 통과하는 동안 반송 슬러지와 순산소가 충분히 혼합되어 1차적으로 용존 산소를 높이게 되며, 이후 반송 슬러지-산소 혼합액이 반송 슬러지 반송배관(111)의 끝단에 설치된 혼합 방사기(100)을 통하여 호기조(30)내로 고압제트 방사되면서 혼합되는 것이다.

상기 순산소 공급설비(110)로부터 공급되는 산소는 기체 산소로서 순도가 60%이상으로 한다.

반송 슬러지-산소 혼합액이 혼합 방사기(100)에서 방사되는 과정에서는 반송슬러지-산소 혼합액이 분사노즐(101)에서 혼합 방사관(102)내로 분사될 때 상술한 원리에 의하여 호기조(30)내의 미생물 혼합액이 혼합 방사관(102)의 외주면에 천공된 흡입공(103)을 통하여 흡입되어 혼합된 후 고속 제트 방사되면서 호기조(30)내의 슬러지들이 가라앉으면서 부패되는 것을 방지함과 아울러 반송 슬러지와 순산소 및 호기조(30)내의 미생물 혼합액이 활발하게 혼합되어 처리 성능을 높일 수 있게된다.

실험 결과에 의하면 이와 같이 반송되는 반송 슬러지에 순산소 공급설비(110)로부터의 순산소를 반송 슬러지 반송관(51)에 공급하여 배관 반응기(90)에서 1차적으로 혼합함과 아울러 혼합 방사기(100)에 의하여 반송 슬러지-산소 혼합액과 호기조(30)내의 미생물 혼합액이 혼합하여 호기조(30)로 가압 제트 방사하는 것에 의하여 종래의 폭기 장치에 의하여 폭기하는 경우에 비하여 용존 산소량이 2∼3배 이상으로 됨과 아울러 호기조(30)내의 미생물 혼합액의 활성 슬러지 농도(MLSS)도 2배 이상으로 유지됨을 알 수 있고, 이에 따라 하수, 오. 폐수중의 오염된 유기물질을 획기적으로 분해 처리할 수 있게 될 뿐만 아니라 처리 능력과 효율이 크게 향상됨을 알 수 있었다.

이상과 같이 본 발명에 의한 미생물 반송 슬러지와 고순도 산소 혼합액의 순환 방식을 이용한 하수 및 오. 폐수의 생물학적 질소, 인 동시 제거 방법 및 장치에 의하면 호기조에 산소를 폭기시킴에 있어서 압력 상태하에서 고순도 산소를 가압 주입시킴으로써 효과적인 산소 용해가 이루어지게 하고, 또 혼합 방사기를 사용하여 혼합 방사함으로써 폭기 효율(산소 이용 효율)을 높여 유기물질과 질소를 산화 처리함과 동시에 인의 제거를 보다 효과적이며 경제적으로 수행할 수 있게 되는 것이다.

또한 본 발명에 의하면 슬러지를 혐기조나 호기조로 반송함에 있어서 혼합 방사기를 사용함으로써 별도의 교반 설비를 하지 않고서도 혐기조내의 슬러지가 가라앉아서 부패되는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다.

또한 본 발명에 의하면 단위 면적당 유기물질 분해 능력(활성 슬러지 수처리 능력)을 높임으로써 일반적인 생물학적 오, 폐수 처리 장치에 소요되는 면적으로 하면서도 혐기조와 무산소조를 추가 설치할 수 있어 수처리 능력이 더욱 상승됨과 아울러 건설 부지 구입 비용과 건설 비용을 절감할 수 있으며, 별도의 교반 시설이나 송풍기 등의 산기 시설을 구비하지 않아도 되므로 시설비용을 더욱 절감할 수 있게되는 것이다.

또한 본 발명에 의하면 미생물 혼합액의 재순환량을 최소화함으로써 운전에 소요되는 비용을 절감할 수 있게 되는 것이다.

Claims (7)

1. 최초 침전지가 없이 제1혐기조, 제2혐기조, 제1무산소조, 제2무산소조, 호기조, 최종 침전조를 조합한 하수 및 오, 폐수 처리 방법에 있어서, 상기 최종 침전조에서 호기조로의 반송 슬러지는 유기물질 농도에 따라서 반송률을 조절하여 고농도의 용존 산소에 의한 반응 시간을 조절할 수 있도록 반송량을 유입수 대비 0.3∼1배로 하며, 최종 침전조에서 제1혐기조로의 슬러지 순환은 수중의 인의 함량과 인 화합물의 성상에 따라서 인 방출 반응 시간을 조절 할 수 있도록 반송량을 유입수 대비 0.3∼1배로 하고, 호기조에서 제1 및 제2무산소조로의 미생물 혼합액의 순환은 호기조에서 질산화된 질소 화합물의 탈질소 반응을 질소질 함량과 질소화합물의 성상에 따라서 탈질소 반응 시간을 조절할 수 있도록 순화량을 유입수 대비 1∼4배로 함을 특징으로 하는 미생물 반송 슬러지와 고순도 산소 혼합액의 순환 방식을 이용한 하수 및 오, 폐수의 생물학적 질소, 인 동시 제거 처리 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 최종침전조에서 호기조로 반송 슬러지를 반송함에 있어 서는 반송 경로의 도중에서 반송 슬러지에 순산소를 압력 상태 하에서 가압 주입하여서 된 반송 슬러지-산소 혼합액을 호기조 내로 반송함을 특징으로 하는 미생물 반송 슬러지와 고순도 산소 혼합액의 순환 방식을 이용한 하수 및 오. 폐수의 생물학적 질소, 인 동시 제거 처리 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 반송 슬러지에 가압 주입하는 순산소는 기체 산소로서 순도가 60% 이상으로 공급함을 특징으로 하는 미생물 반송 슬러지와 고순도 산소 혼합액의 순환 방식을 이용한 하수 및 오. 폐수의 생물학적 질소, 인 동시 제거 처리 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 최종 침전조에서 호기조로 반송되는 반송 슬러지와, 상기 최종 침전조에서 제1혐기조로 순환되는 순환 슬러지 및, 상기 호기조에서 무산소조로 순환되는 미생물 혼합액은 각각 호기조와 혐기조 및 무산소조에 혼합 방사기로 분사하여 방사되는 반송 슬러지와 순환 슬러지 및 미생물 혼합액이 호기조와 혐기조 및 무산소조내의 미생물 혼합물과 혼합된 상태로 분사되도록 함을 특징으로 하는 미생물 반송 슬러지와 고순도 산소 혼합액의 순환 방식을 이용한 하수 및 오. 폐수의 생물학적 질소, 인 동시 제거 처리 방법.
5. 제1, 제2혐기조, 제1, 제2무산소조, 호기조, 최종 침전조를 조합한 하수 및 오, 폐수처리 장치에 있어서, 상기 최종 침전조에서 호기조로 반송 슬러지를 반송하는 반송 슬러지 반송관의 끝단과, 상기 최종 침전조에서 혐기조로 순환되는 순환 슬러지 반송관의 끝단 및, 상기 호기조에서 무산소조로 미생물 혼합액을 순환하는 미생물 혼합액 순환관의 끝단에, 각각 분사 노즐과, 이 분사노즐의 선단부에 겉으로 끼워지며 그 외주면에 다수개의 흡입공이 천공된 혼합 방사관으로 구성되는 혼합 방사기를 설치하여서 됨을 특징으로 하는 미생물 반송 슬러지와 고순도 산소 혼합액의 순환 방식을 이용한 하수 및 오, 폐수의 생물학적 질소, 인 동시 제거 처리 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 반송 슬러지 반송관의 도중에는 순산소 발생기를 순산소 공급관으로 연결하여서 됨을 특징으로 하는 미생물 반송 슬러지와 고순도 산소 혼합액의 순환 방식을 이용한 하수 및 오. 폐수의 생물학적 질소, 인 동시 제거 처리 장치.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 반송 슬러지 반송관의 중간부에는 사행형 배관 반응기를 설치하여서 됨을 특징으로 하는 미생물 반송 슬러지와 고순도 산소 혼합액의 순환 방식을 이용한 하수 및 오. 폐수의 생물학적 질소, 인 동시 제거 처리 장치.

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