KR100274534B1 - 발효폐기물을 이용한 질소.인 제거방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하수 또는 폐수를 처리함에 있어서 생물학적반응조들과 침전지로 구성된 처리공정에 폐기물발효조를 구비하고 음식물 쓰레기, 수거분뇨, 축산분뇨, 산업공장에서 발생되는 유기성부산물 또는 기타 유기성폐기물을 혐기성발효시켜서 생성된 초산염계열의 유기산을 질산화물의 탈질에 소요되는 전자공여체로 이용하므로써 경제적이고 효과적인 질소·인제거는 물론 음식쓰레기의 처리·처분에 기여하게 하는 하수처리방법에 관한 것이다.

Description

발효폐기물을 이용한 질소·인제거방법(Nitrogen and Phosphorous Removal Methods with using Fermented Organic Wastes)

본 발명은 하수 또는 폐수로부터 영양염류를 제거하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도시하수처리장, 산업폐수처리장 등에서 처리하는 하수 또는 폐수로부터 질소와 인을 제거하기 위하여 생물학적 반응조와 침전지로 구성된 생물학적처리공정에 혐기성발효조를 설치하고 잔반 등의 음식쓰레기, 수거분뇨, 축산분뇨, 축산폐수, 산업공장에서 발생되는 유기성부산물 또는 기타의 유기성폐기물을 발효시켜서 생성되는 유기산을 이용하여 질소와 인을 높은 효율로 제거할 수 있는 하폐수처리방법에 관한 것이다.

하수중의 오염물질에는 생화학적산소요구량(BOD)으로 표시되는 유기물과 질소와 인과 같은 영양염류로 분류될수 있다. 지금까지 하수처리장에서는 유기물을 주된 처리대상으로 하였으며 질소와 인의 상당부분은 제거되지 못하고 그대로 하천과 호소 또는 해양등의 수계로 방류되었다.

만일 하수중에 질소와 인이 충분히 처리되지 못하고 방류되면 하천과 호소등의 수계가 부영양화되고, 해양에서는 적조발생의 원인이 된다. 부영양화가 심해지면 악취가 나고 수질오염이 가중될 뿐만 아니라 식수와 용수로의 사용이 제한된다. 따라서 위와 같은 수계의 부영양화를 방지하기 위해 하수처리장에서 영양염류인 질소화합물이나 인산염이 충분히 제거되어야 한다.

생물학적 탈질의 원리는 먼저 호기성상태에서 질산화균에 의해 암모니아성질소가 산화되어 질산성질소로 전환되어야 한다. 이를 다시 혐기성상태 엄격하게는 무산소(Anoxic)상태에서 용존산소대용으로 질산성질소형태의 결합산소가 이용되어 유리질소로 환원되는 미생물의 대사특성에 의하여 하수에서 질소가 제거되며, 이때에 전자공여체로서 유기물이 소요된다.

혐기성상태에서 탈질을 위하여 소요되는 유기물의 공급방법은 생물학적 탈질공정에서 매우 중요한 사항이다. 지금까지 개발된 거의 모든 질산화 및 탈질 방법은 하수중에 포함된 유기물을 이용하는 전탈질방법과 외부에서 메칠알콜등 유기물을 공급하는 후탈질방법으로 구분된다.

종래의 기술인 전탈질방법에서는 외부로부터 유기물의 공급은 필요없지만, 반응기의 용량이 크고, 유입유량의 2~4배정도되는 유량이 내부순환되어야 한다. 예를 들어 설명하면 10,000㎥/일의 유량을 처리하기 위해서는 20,000~40,000㎥/일의 유량이 내부순환되어야 하므로 시설비와 동력비의 소요가 크고, 후탈질방법에서보다 탈질효율이 낮다.

후탈질방법은 처리효율이 높고 혐기성조의 용량이 작은 장점이 있다. 그러나 탈질에 소요되는 전자공여체로 메칠알콜과 같이 쉽게 분해되는 유기물이 계속 첨가되어야 하므로 처리효율은 전탈질방법에서보다 높지만 약품소요에 따른 비용부담이 큰 어려움이 있다.

종래의 기술중 개량된 것으로는 질소제거효율이 높고 탈질반응조 즉, 무산소반응조의 소요용량이 작은 후탈질공법의 장점을 살리되, 메칠알콜, 유기산등의 전자공여체 조달을 위해, 과다하게 소요되는 비용의 문제를 해소하기 위하여 최초침전지에서 침전된 유기물 즉, 생슬러지를 발효시켜 생성된 초산염계열의 유기산을 탈질공정에 소요되는 전자공여체로 이용하였다.

그러나 우리나라에서는 하수관로의 연장이 길기 때문에 상당량의 유기물이 해체되어 첨전되기 어려운 상태로 유입되거나 또는 유입하수의 유기물농도가 낮기 때문에 질소산화물을 충분히 제거하기에는 유기물이 부족하여 질소제거효율이 낮은 문제점이 있었다. 또한 생슬러지 자체에 함유된 질소화합물도 유기물량에 비교하여 상대적으로 높은 편이어서 발효된 생슬러지를 탈질을 위한 전자공여체로 사용하는 것은 한편으로는 제거하여야 되는 질소화합물의 양을 증가시키는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상술한 제문제점을 위하여 안출된 것으로, 구체적으로는 질소제거효율이 높고 탈질반응조 즉, 혐기성조의 소요용량이 작은 후탈질공법의 장점을 살리되, 메칠알콜 조달에 소요되는 운전비용의 문제를 해소하기 위하여 우리나라에서 과다하게 발생되어 처리처분에 애로를 겪고 있는 음식쓰레기, 축산분뇨, 수거분뇨 등 풍부한 유기성폐기물을 발효시켜 생성되는 초산염계열의 유기산을 탈질에 필요한 전자공여체로 이용하여 질소·인제거효율이 크게 개선될 수 있는 발효슬러지를 이용한 질소·인제거방법을 제고하는 데 그 목적이 있다.

우리나라의 경우 실제 먹는양보다 많은 음식을 조리하는 불합리한 음식문화에 따라 잔밥 등 음식쓰레기 발생량이 많다. 통계에 의하면 년간 발생되는 음식쓰레기는 1995년 기준으로 약 5,500,000톤에 달하여 발생량이 과다하며, 유기물농도가 매우 높은 수거분뇨와 축산분뇨 등도 많은 문제를 야기시키고 있다. 이러한 음식쓰레기는 소각, 퇴비화, 매립 등의 방법으로 처분될 수 있으나 지금까지 주로 매립에 의존하고 있으며, 매립의 경우 매립장이 소요되고 해충의 번식과 침출수 발생 등 중대한 2차 오염문제를 야기시킨다.

이와 같은 음식쓰레기등 유기성폐기물은 섬유소, 반섬유소, 전분, 단백질, 지방과 같은 고분자유기화합물의 혼합물로 구성되어 있으며, 혐기성상태에서 발효시킬 경우 프로피온산, 부티르산, 에탄올 등을 거쳐서 아세트산이 생성되고, 최종적으로는 메탄가스와 수소가스로 분해된다. 유기물의 혐기성발효단계 가운데 메탄발효단계는 매우 까다롭고 실패하기 쉬우나, 초산염계열의 유기산발효단계까지는 용이하게 이루어지게 된다.

본 발명에서는 이와 같은 음식쓰레기, 수거분뇨, 축산분뇨 등 유기물의 혐기성발효특성에 착안하여 폐기물발효조에서 유기성폐기물을 발효시켜 생성되는 아세트산계열의 유기산을 이용하여 질소산화물의 탈질에 필요한 전자공여체로 이용되도록 하였다. 또한 우리나라에 발생되는 음식쓰레기의 조성은 조리에 사용되는 재료의 특성에 따라 질소가 함유된 고기류가 많은 서구와는 달리 탄수화물이 많은 곡물과 야채류가 상대적으로 많은 편이다. 이에 따라 음식쓰레기에는 질소함량이 높지 않으므로 발효후에도 탈질을 위한 전자공여체로 사용하기에 유리하다.

우리나라에서는 수세식화장실이 많이 보급되어 있으나 현재에도 재래식화장실에서 수거분뇨가 발생되고 있으며 축산폐수처리는 매우 어려운 문제로 대두되고 있다. 따라서 수거분뇨와 축산분뇨를 발효시켜서 질소와 인의 제거에 사용하게 되면 액상폐기물의 처리문제가 경감됨은 물론 하폐수처리에서 질소와 인의 제거효율을 증대시킬수 있게 된다.

본 발명에서와 같이 음식쓰레기 또는 생산공정에서 발생된 유기성부산물등 유기성폐기물을 발효시켜서 탈질반응에 소요되는 전자공여체로 이용하게 되면 먼저 하폐수처리장에서 질소와 인의 제거효율이 향상되어 방류수계의 부영양화를 개선할 수 있고 매립에 따른 매립지소요와 침출수 발생등 2차오염을 줄일 수 있게 된다.

제1도는 본 발명에 따른 제1실시예의 개략 공정도,

제2도는 본 발명에 따른 제2실시예의 개략 공정도,

제3도는 본 발명에 따른 제3실시예의 개략 공정도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 제1 호기성 반응조 2 : 혐기성반응조

3 : 제2 호기성반응조 4 : 침전지

5 : 폐기물발효조 6 : 무산소반응조

7 : 완전혐기성반응조 8 : 제1 침전지

9 : 슬러지반송관 10 : 발효액주입관

11 : 슬러지인출관

이하 본 발명은 첨부한 예시도면을 참조하여 자세히 설명한다.

[도 1의 제1실시예에 관한 설명]

도 1은 본 발명에 따른 발효폐기물을 이용한 질소·인제거방법의 제1실시예에 관한 개략적인 공정도이다.

도시된 바와 같이, 본 실시예에서는, 유입하수→제1 호기성반응조(1)→혐기성반응조(2)→제2 호기성반응조(3)→침전지(4)→유출수의 순서로 구성된 공정에 폐기물발효조(5)가 구비되며, 상기 폐기물발효조(5)에는 유기성 폐기물이 투입되어 외부에서 식종된 미생물 또는 자체 생성되는 미생물에 의하여 발효된 폐기물발효액이 발효액 주입관(10)을 통해 상기 무산소반응조(2)에 주입되고, 침전지(4)에서 침전된 활성슬러지는 슬러지 반송관(9)을 통해 상기 호기성반응조(1)로 유입되는 일련의 공정으로 구성된다. 이하 개별 단위공정의 작용을 설명하면 다음과 같다.

제1 호기성반응조(1)에서는, 유입하수와 침전지(4)로부터 반송된 활성슬러지가 혼합포기되어 호기성미생물의 대사작용에 의하여 유기물질이 제거되며, 유기성질소와 암모니아성질소가 질산화미생물(Nitrosomonas, Nitrobactor)에 의하여 질산성질소(NO₂, NO₃)로 산화된다.

상기 제1 호기성반응조(1)의 용량을 줄이고 효과적인 질산화반응을 위해서는 유입되는 유기물 부하량을 줄이는 것이 유리하다. 또한 질산화미생물은 증식계수(Yield Coefficient)가 여타의 호기성미생물에 비교하여 매우 낮기 때문에 세정(Wash Out)되기 쉬우므로 계(System)내의 고형물체류시간(SRT:Solids Retention Time)이 높게 유지되어야 한다. 따라서 상기 제1 호기성반응조(1)에서 미생물이 부유증식될 경우에는 상기 제1 호기성반응조(1)의 체류시간, 표현을 달리하면 반응조의 용량을 크게 하여야 되므로 경제적으로 불리하게 된다. 이러한 비경제성이 감소되고 질산화효율이 증대되는 방법으로는 제1 호기성반응조(1)에 미생물이 부착증식되어 생물막(BioFilm)이 형성될 수 있는 생물막접촉재를 충전하거나 또는 질산화미생물이 중점 증식될 수 있도록 표괄고정법에 의하여 질산화 미생물이 고정된 담체를 충전하는 것도 바람직하다.

상기 혐기성반응조(2)에서는, 산소가 공급되지 않고 교반만 진행되는 상태에서 호기성미생물에 의하여 유리산소대신에 제1 호기성반응조(1)로부터 유입되는 질산성질소형태의 결합산소가 이용되어 유리질소로 환원되는 탈질반응이 주로 진행된다. 질산성질소가 탈질되기 위해서는 전자공여체로서 유기물이 주입되어야 하며, 과거에는 본 발명에서와는 달리 주로 메칠알콜을 구입하여 사용하였다.

메칠알콜의 구입사용에 따른 경제적 부담을 해소하기 위하여, 본 발명에서는 음식쓰레기, 수거분뇨, 축산분뇨 등 유기성폐기물이 발효되어 생성되는 분해되기 쉬운 초산염계열의 유기산이 전자공여체로 이용되도록 개선하였다. 음식쓰레기, 수거분뇨, 축산분뇨 등을 발효시켜 탈질공정에 이용하게 되면 우리나라에서 처리처분에 많은 애로를 겪고 있는 음식쓰레기와 액상폐기물의 처리문제도 경감시킬 수 있게 된다.

질산성질소가 모두 소모되어 결합산소도 존재하지 않는 완전혐기성(Anaerobic)단계까지 진행되면 활성슬러지에서 인이 방출(Bleed Back)되어 수체중에는 인의 농도가 증대된다. 유리산소가 존재하지 않더라도 결합산소는 존재하여 호기성반응이 이루어지는 것을 무산소(Anoxic)반응이라고 하며, 유리산소는 물론 결합산소도 존재하지 않는 반응은 완전혐기성(Anaerobic)반응으로 구분되기도 한다. 상기 혐기성반응조(2)에서는 무산소반응이 주된 반응형태이며 결합산소도 거의 소진되어 완전혐기성으로 접근되며 활성슬러지로부터 인이 방출될수 있다.

상기 제2 호기성반응조(3)에서는, 상기 혐기성반응조(2)로부터 유입되는 반응액이 다시 포기되어 호기성상태로 전환된다. 그 작용으로는 분해되지 않은 잔존 유기물이 호기성미생물에 의하여 분해되며, 환원되어 수중에 존재하는 유리질소가 탈기(Air Stripping)되어 대기중으로 방출되고, 전단계의 혐기성조건에서 악화되기 쉬운 슬러지의 침강성이 개선되는 공정이다. 상기 제2 호기성반응조(3)에서 특히 중요한 작용은 전단계의 혐기성반응조(2)에서 방출된 인이 활성슬러지에 과잉섭취되어 제거되는 것이다.

상기 침전지(4)에서는, 고형물이 침전되어 청정한 상징수가 분리되는 고액분리가 이루어진다. 분리된 상징수는 처리수로써 유출되며 침전된 고형물은 주로 미생물로 이루어진 활성슬러지이므로 대부분은 상기 제1 호기성반응조(2)로 반송되고 일부 잉여분은 폐기되기도 한다.

상기 폐기물발효조(5)에서는, 투입된 잔반 등의 음식쓰레기와 수거분뇨, 축산분뇨 또는 기타 산업공장에서 발생되는 유기성 부산물이 혐기성 발효되어 초간염계열의 유기산이 생성된다. 본 공정에서 유기성폐기물이 발효되어 생성된 발효액은 앞에서 설명한 것과 같이 상기 혐기성반응조(2)에 주입되어 탈질에 소요되는 전자공여체로 이용된다.

음식쓰레기 등 유기성폐기물은 섬유소, 반섬유소, 전분, 단백질, 지방과 같은 고분자유기화합물의 혼합물로 구성되며, 혐기성조건에서 발효될 경우 프로피온산, 부티르산, 에탄올 등을 거쳐서 아세트산이 생성되고, 최종적으로 메탄가스가 생성되며, 이러한 메탄발효는 지금까지는 하수처리장의 슬러지감량화 및 안정화에 주로 사용되었다.

본 발명에 의한 음식쓰레기등이 발효되는 폐기물발효조(5)는 기존의 하폐수처리장에서 슬러지 감량화 및 메탄가스 생성을 위해 주로 사용되어 온 혐기성 소화조와 기본적으로 같은 원리이며, 운전형태를 변경시킨 것이다. 기존에 많이 사용되고 있는 슬러지소화공정에서는 유기물이 유기산발효단계를 거쳐서 메탄가스생성단계까지 최종분해되었다. 그러나, 본 발명에서는 종래의 슬러지소화공정의 반응이 한 단계 단축되어 유기산발효단계에서 반응이 종료되고, 생성되는 유기산이 지금까지 후탈질공정에서 사용되어온 메칠알콜을 대신하여 탈질반응에 이용되므로써 경제적인 측면에서 매우 유리하게 된다.

탈질이 신속히 이루어지려면 미생물의 호흡이 왕성하여야 되며, 미생물의 호흡은 미생물이 이용할 수 있는 유기물의 종류와 양에 밀접하게 관계된다. 따라서, 탈질이 신속하고 완전하게 이루어지려면 가급적 미생물이 쉽게 이용할 수 있는 유기물이 존재하여야 된다. 지금까지 후탈질방법에서는 미생물이 쉽게 이용할 수 있고 비교적 가격이 저렴한 메칠알콜이 이용되었으나 실험결과에 의하면 미생물이 쉽게 이용할 수 있는 유기물로는 분자구조가 비교적 간단한 초산염(아세테이트)이 가장 유리하고, 그 다음에는 부틸염과 알콜류의 순서임이 확인되었다. 발효후 생성되는 유기물은 초산염이 가장 많으며 그다음 부틸염, 프로필염 및 알콜류 등으로 이루어져 탈질반응에 효과적으로 이용될 수 있다.

특히 지금까지 사용되어온 슬러지소화조 또는 폐기물 메탄발효공정에서는 유기산발효단계까지는 쉽게 완료되고서도 매우 까다로운 메탄발효단계에서 운전에 실패하는 사례가 빈번하였다. 그러나 본 발명에서는 유기산발효단계에서 반응이 종료되고 발효폐액이 탈질에 이용되므로 메탄발효에서 보다 실패의 위험부담이 적고 안전된 방법이다.

상기 폐기물발효조(5)에서 진행되는 유기산발효에서는 수소이온농도가 과다하게 증가되어 효과적인 발효를 위해서는 알카리제의 투입이 요구되기도 한다. 또한 유화수소(H₂S)가스가 생성되어 악취가 발생되기도 하므로 2가철염(Fe⁺⁺)을 투입하거나 생성된 가스를 제1 호기성반응조(1)의 내부에 불어넣어서 호기성미생물에 의하여 악취원인물질을 분해시킬 수도 있다.

유기성폐기물에는 발효되지 않는 비닐봉지 등의 협잡물이 섞여 있거나 또는 조대한 유기물덩어리도 포함되어 발효시간이 증대될 우려가 있다. 따라서 상기 폐기물발효조(5)에 투입되기 전에 스크린등의 협잡물제거수단[도면미표기]에 의하여 협잔물이 제거되거나, 분쇄기등의 파쇄수단[도면미표기]에 의하여 미세하게 분쇄되는 것이 유리하다.

또한 상기 폐기물발효조(5)에서 발효가 완료된 발효액에는 무기성고형물과 발효되지 못한 유기성고형물이 포함되기도 한다. 이러한 고형물이 제거되지 못하고 상기 혐기성반응조(2)에 주입되면 유기성고형물은 서서히 분해되어 침전지(4) 또는 침전지(4)에 근접한 제2 호기성반응조(3)에서 유기물이 용출되어 처리수질에 악영향을 주기도 한다. 무기성고형물은 슬러지 반송관(9)을 통하여 수처리공정을 순환하게 되므로 활성미생물의 구성비율이 감소되어 슬러지의 활성이 저하되기도 한다. 따라서 폐기물발효조(5)에는 고액분리수단이 추가되고 이와 같은 고형물이 분리된 여액을 이용하는 것이 바람직하다.

이와 같은 고액분리수단으로는 폐기물발효조(5) 다음에 침전조가 설치되거나, 2개 이상의 폐기물발효조가 직렬로 연결되어 발효액이 유출되는 발효조는 교반이 중지되어 침전이 이루어지도록 하고 유출입 방향을 변경하여 교대로 사용하는 방법, 기계적인 방법등을 사용할 수 있다.

[도 2의 제2실시예에 관한 설명]

도 2은 본 발명에 따른 발효폐기물을 이용한 질소·인제거방법의 제2실시예에 관한 것이다.

도시된 바와 같이, 본 실시예에서는, 제1실시예의 단위공정중 혐기성반응조(2)가 별개의 무산소반응조(6)와 완전혐기성반응조(7)로 분리 구성되어 처리공정은 유입하수→제1 호기성반응조(1)→무산소반응조(6)→완전혐기성반응조(7)→제2 호기성반응조(3)→침전지(4)→유출수의 구성된 공정에 폐기물발효조(5)가 구비되며, 상기 폐기물발효조(5)에는 유기성폐기물이 투입되어 외부에서 식종된 미생물 또는 자체 생성되는 미생물에 의하여 발효된 폐기물발효액이 발효액 주입관(10)을 통해 상기 무산소반응조(6)에 주입되거나, 상기 무산소반응조(6)와 상기 완전혐기성반응조(7)에 함께 주입되는 일련의 공정으로 구성된다. 이하 개별 단위공정의 작용을 설명하면 다음가 같다.

상기 무산소반응조(6)에서는, 유리산소가 결여된 상태에서 호기성미생물에 의하여 질산성질소형태의 결합산소가 전자수용체로 이용되고 유기물질이 전자공여체로 이용되어 질소가 제거된다.

또한 상기 완전혐기성반응조(7)에서는 인이 효과적으로 방출될수 있도록 유리산소와 결합산소가 존재하지 않는 완전혐기성조건이 유지된다. 탈질과 인의 방출은 1개의 반응조에서 수행될 수도 있으나 결합산소도 존재하지 않는 완전혐기성조건이 인의 방출면에서 효과적이므로 본실시예에서는 탈질반응과 인의 방출반응이 별개의 반응조에서 분리되어 이루어지도록 한 것이다. 그러나, 상기 완전 혐기성반응조(7)에서 체류시간이 지나치게 길어지게 되면 호기성 미생물이 활성을 잃게 되므로 인의 방출에 필요한 최소한의 체류시간으로 유지시키는 것이 바람직하다.

상기 완전혐기성반응조(7)에는 알루미늄염이나 철염등의 응결제를 주입하여 방출된 인을 불용성화합물로 응결시켜서 인을 화학적 방법으로 제거하거나 또는 후속공정인 제2 호기성반응조(3)에서 호기성미생물에 의하여 인이 과잉섭취되도록 하여 인을 생물학적으로 제거할 수 있다.

[도 3의 제3실시예에 관한 설명]

도 3은 본 발명에 따른 발효폐기물을 이용한 질소·인제거방법의 제3실시예에 관한 것이다.

도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 유입하수→제1 침전지(8)→제1 호기성반응조(1)→무산소반응조(6)→완전혐기성반응조(7)→침전지(4)→유출수의 순서로 구성된 공정에 폐기물발효조(5)가 구비되며, 상기 폐기물발효조(5)에는 유기성 폐기물이 투입되고, 제1 침전지(8)에서 생슬러지가 생슬러지 인출관(11)으로 인출되어 상기 발효조(5)로 이송되어 투입되는 유기성폐기물과 함께 혼합 및 발효되며, 발효된 폐기물발효액이 발효액 주입관(10)을 통해 상기 무산소반응조(6) 또는 상기 완전혐기성반응조(7)에 주입되고, 제2 침전지(4)에서 침전된 활성슬러지는 슬러지 반송관(9)을 통해 상기 제1 호기성반응조(1)로 유입되는 일련의 공정으로 구성된다. 이하 개별단위공정의 작용을 설명하면 다음과 같다.

고액분리공정인 제1 침전지(8)에서 유입하폐수에 함유되었던 고형물이 침전분리되어 생슬러지가 생슬러지 인출관(11)을 통해 인출되어 발효조(5)로 이송되어 고형물농도가 높은 유기성폐기물의 희석에 이용되는 한편, 후속공정의 유기물부하를 감소시키게 된다.

음식쓰레기등은 차량을 이용하여 매립장으로 운반되고 있으며 본 발명에서도 주로 차량에 의하여 하수처리장으로 반입되어야 한다. 따라서 음식쓰레기의 운반량을 줄이는 것은 경제적으로나 운반공정에서 발생되는 2차 환경오염의측면에서도 매우 유리하므로 음식쓰레기의 운반량을 감소시키기 위하여 수분함량을 낮추는 것은 중요한 과제이며, 축산분뇨 등의 운반에서도 동일하게 중요한 과제이다. 차량으로 반입된 음식쓰레기를 곧바로 폐기물발효조(5)에서 유기산으로 발효시키기에는 고형물농도가 과다하여 희석수로 희석이 요구되는 실정이다. 처리된 하수를 희석수로 사용하는 것은 하수처리용량을 증대시켜 경제적으로 불리하므로, 제1 침전지(8)에서 발생되는 고형물농도가 2~5%로 매우 낮은 생슬러지를 희석수로 사용하는 것이 유리하다.

또한 제1 호기성반응조(1)에서는, 유기물의 분해와 질산화반응이 진행되므로 경제적이며 효율적인 시설이 되기 위해서는 가급적 유입되는 유기물농도가 낮은 것이 유리하다. 유입 유기물농도가 높으면 제1 호기성반응조(1)의 용량이 증대되고 용존산소가 활성슬러지미생물에 의하여 유기물제거에 우선적으로 소모되기 때문에 질산화미생물에 의한 산소이용의 기회는 그만큼 감소되기 때문이다. 제1 호기성반응조(1)에 유입되는 유기물농도를 경감시키기 위하여 제1 호기성반응조(1)의 전단계에 침전지를 설치하게되면 상기 제1 호기성반응조(1)에 유입되는 유기물부하량은 감소되어 경제적이고 효율적인 공정이 될 수 있다. 그러나 제1 침전지에서 인출된 생슬러지는 고형물농도가 2~5%미만으로 매우 낮기 때문에 처리처분에 앞서 농축공정이 선행되어야 하며 매우 쉽게 부패되기 때문에 악취와 해충이 발생되는 등 또다른 어려움이 발생된다.

이와 같은 희석수확보의 문제점과 생슬러지 처리·처분에 따른 문제점을 해소하기 위하여 본 발명에서는 상기 제1 침전지(8)를 구비하고, 침전분리된 생슬러지를 상기 폐기물발효조(5)에 유입시켜 희석수로 사용하므로써, 유기성폐기물이 발효에 적절한 고형물농도로 조절될 수 있게 된다. 또한 제1 침전지(8)에서 유입하폐수중의 고형물이 제거되므로, 상기 제1 호기성반응조(1)에서의 질산화효율이 향상되며 취급이 어려운 생슬러지가 발생되지 않으므로 슬러지 처리처분도 용이하게 된다. 희석수로 사용된 생슬러지에 함유되는 유기성 고형물도 음식쓰레기, 수거분뇨, 축산분뇨 등의 유기성폐기물과 함께 발효되어 탈질에 필요한 전자 공여체의 일부로 이용될 수도 있다.

본 실시예에서의 제1 침전지(8)를 제외한 여타의 반응조의 작용들은 제2 실시예의 것들과 동일하다. 본 실시예에서의 상기 무산소반응조(6)와 상기 완전 혐기성반응조(7)는 단일 혐기성반응조(2)로 구성하여 또다른 실시예를 구성할 수도 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 포함되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 음식쓰레기, 수거분뇨, 축산분뇨, 산업공장에서 발생되는 유기성부산물 또는 기타의 유기성폐기물을 발효시켜 탈질에 소요되는 전자공여체로 이용하는 본 발명에 따른 발효폐기물을 이용한 질소·인제거방법을 이용하게 되면, 메칠알콜 등을 구입하지 않고서도 경제적인 방법으로 후탈질방법의 장점을 발휘할 수 있게 되어 호수의 부영양화에 심각한 영향을 주는 질소와 인을 효과적으로 제거할 수 있다. 또한 처리에 애로를 겪고 있는 수거분뇨, 축산분뇨 등을 질소.인 제거를 위한 자원으로 활용할 수 있게 된다. 특히 장거리 운반에 따른 운반비용 부담문제와 침출수발생 등 사회적인 문제로 대두되고 있는 음식쓰레기를 매립장에 비하여 음식물쓰레기가 발생되는 시가지로부터 비교적 근거리에 설치되어 수송이 용이한 하수처리장에서 효과적으로 처리처분할 수 있으며 동시에 매립장의 수명도 연장할 수 있게 된다.

Claims (12)

1. 유기물이 호기성 분해되고 유기성질소와 암모니아성질소가 질산화되는 제1 호기성반응조(1), 상기 제1 호기성반응조(1)에서 산화된 질소산화물의 탈질반응이 이루어지거나 활성슬러지로부터 인이 방출되는 혐기성반응조(2), 상기 혐기성반응조(2)의 유출수에 함유된 잔존 유기물이 호기성 분해되고 질소의 탈기 및 활성슬러지에 인이 과잉섭취되는 제2 호기성반응조(3), 상기 제2 호기성반응조(3)의 유출수로부터 고형물과 상징수가 분리되는 침전지(4), 침전지(4)에서 침전된 고형물이 슬러지 반송관(9)을 통해 상기 제1 호기성반응조(1)로 유입되는 일련의 과정이 포함되는 하폐수처리방법에 있어서, 폐기물발효조(5)가 구비되고, 음식쓰레기, 수거분뇨, 축산분뇨 산업공장에서 발생되는 유기성부산물 또는 기타의 유기성폐기물이 외부에서 식종된 미생물 또는 자체 생성된 미생물에 의하여 상기 폐기물발효조(5)에서 발효되어 생성되는 유기산 등이 함유된 폐기물발효액을 발효액 주입관(10)을 통해 상기 혐기성반응조(2)에 주입하여 탈질반응에 필요한 전자공여체로 이용하거나 활성슬러지로부터 인이 방출되는 혐기성조건의 유지에 이용하는 것을 특징으로하는 발효폐기물을 이용한 질소·인 제거방법.
2. 제1항에 있어서, 유기성폐기물을 상기 폐기물발효조(5)에 투입하기 전에 고형물의 파쇄나 협잡물 제거를 위한 분쇄기 등에 의한 파쇄공정 또는 스크린 등의 협잡물제거공정을 거치는 것을 특징으로 하는 발효폐기물을 이용한 질소·인제거방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 폐기물발효조(5)에서 고액분리단계를 거쳐 고형물이 제거된 액상의 폐기물발효액을 상기 혐기성반응조(2)에 주입하는 것을 특징으로하는 발효폐기물을 이용한 질소·인 제거방법.
4. 유입하폐수에 함유된 고형물이 침전분리되는 제1 침전지(8), 유기물이 호기성 분해되고 유기성질소와 암모니아성질소가 질산화되는 제1 호기성반응조(1), 상기 제1 호기성반응조(1)에서 산화된 질소산화물의 탈질반응이 이루어지거나 활성슬러지로부터 인이 방출되는 혐기성반응조(2), 상기 혐기성반응조(2)의 유출수에 함유된 잔존 유기물이 호기성 분해되고 질소의 탈기 및 활성슬러지에 인이 과잉섭취되는 제2 호기성반응조(3), 상기 제2 호기성반응조(3)의 유출수로부터 고형물과 상징수가 분리되는 침전지(4), 침전지(4)에서 침전된 고형물이 슬러지 반송관(9)을 통해 상기 제1 호기성반응조(1)로 유입되는 일련의 과정이 포함되는 하폐수처리방법에 있어서, 폐기물발효조(5)가 구비되어, 음식쓰레기, 수거분뇨, 축산분뇨, 산업공장에서 발생되는 유기성부산물 등의 유기성폐기물을 상기 폐기물발효조(5)에 투입하고, 상기 제1 침전지(8)에서 인출한 생슬러지를 상기 폐기물발효조(5)로 이송하여 유기성폐기물을 희석시키며 외부에서 식종된 미생물 또는 자체 생성된 미생물에 의하여 발효되어 생성되는 유기산 등이 함유된 폐기물발효액을 상기 혐기성반응조(2)에 주입하여 탈질반응에 필요한 전자공여체로 이용하거나 활성슬러지로부터 인이 방출되는 혐기성조건의 유지에 이용하는 것을 특징으로하는 발효폐기물을 이용한 질소·인 제거방법.
5. 제4항에 있어서, 유기성폐기물을 상기 폐기물발효조(5)에 투입하기 전에 고형물의 파쇄나 협잡물 제거를 위한 분쇄기 등에 의한 파쇄공정 또는 스크린등의 협잡물제거공정을 거치는 것을 특징으로하는 발효폐기물을 이용한 질소·인 제거방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 폐기물발효조(5)에서 고액분리단계를 거쳐 고형물이 제거된 액상의 폐기물발효액을 상기 혐기성반응조(2)에 주입하는 것을 특징으로하는 발효폐기물을 이용한 질소·인 제거방법.
7. 유기물이 호기성 분해되고 유기성질소와 암모니아성질소가 질산화되는 제1 호기성반응조(1), 상기 제1 호기성반응조(1)에서 산화된 질소산화물의 탈질반응이 주로 이루어지거는 무산소반응조(6), 활성슬러지로부터 인이 방출되는 완전혐기성반응조(2), 상기 완전혐기성반응조(2)의 유출수에 함유된 잔존 유기물이 호기성 분해되고 질소의 탈기 및 활성슬러지에 인이 과잉섭취되는 제2 호기성반응조(3), 상기 제2 호기성반응조(3)의 유출수로부터 고형물과 상징수가 분리되는 침전지(4), 침전지(4)에서 침전된 고형물이 슬러지 반송관(9)를 통해 상기 제1 호기성반응조(1)로 유입되는 일련의 과정이 포함되는 하폐수처리방법에 있어서, 폐기물발효조(5)가 구비되고, 음식쓰레기, 수거분뇨, 축산분뇨, 산업공장에서 발생되는 유기성부산물 또는 유기성폐기물이 외부에서 식종된 미생물 또는 자체 생성된 미생물에 의하여 상기 폐기물발효조(5)에서 발효되어 생성되는 유기산 등이 함유된 폐기물발효액을 상기 무산소반응조(6) 또는 상기 무산소반응조(6)와 상기 완전혐기성반응조(2)에 주입하여 탈질반응에 필요한 전자공여체로 이용하거나 활성슬러지로부터 인이 방출되는 혐기성조건의 유지에 이용하는 것을 특징으로하는 발효폐기물을 이용한 질소·인 제거방법.
8. 제7항에 있어서, 유기성폐기물을 상기 폐기물발효조(5)에 투입하기전에 고형물의 파쇄나 협잡물 제거를 위한 분쇄기 등에 의한 파쇄공정 또는 스크린등의 협잡물제거공정을 거치는 것을 특징으로 하는 발효폐기물을 이용한 질소·인 제거방법.
9. 제7항에 있어서, 상기 폐기물발효조(5)에서 고액분리단계를 거쳐 고형물이 제거된 액상의 폐기물발효액을 상기 무산소반응조(6) 또는 상기 무산소반응조(6)와 상기 완전혐기성반응조(7)에 주입하는 것을 특징으로하는 발효폐기물을 이용한 질소·인 제거방법.
10. 유입하폐수에 함유된 고형물이 침전분리되는 제1 침전지(8), 유기물이 호기성 분해되고 유기성질소와 암모니아성질소가 질산화되는 제1 호기성반응조(1), 상기 제1 호기성반응조(1)에서 산화된 질소산화물의 탈질반응이 주로 이루어지는 무산소반응조(6), 활성슬러지로부터 인이 방출되는 완전혐기성반응조(7), 상기 완전혐기성반응조(7)의 유출수에 함유된 잔존 유기물이 호기성 분해되고 질소의 탈기 및 활성슬러지에 인이 과잉섭취되는 제2 호기성반응조(3), 상기 제2 호기성반응조(3)의 유출수로부터 고형물과 상징수가 분리되는 침전지(4), 침전지(4)에서 침전된 고형물이 슬러지 반송관(9)을 통해 상기 제1 호기성반응조(1)로 유입되는 일련의 과정이 포함되는 하폐수처리방법에 있어서, 폐기물발효조(5)가 구비되어, 음식쓰레기, 수거분뇨, 축산분뇨 산업공장에서 발생되는 유기성부산물 등의 유기성폐기물을 상기 폐기물발효조(5)에 투입하고, 상기 제1 침전지(8)에서 인출한 생슬러지를 상기 폐기물발효조(5)로 이송하여 유기성폐기물을 희석시키며 외부에서 식종된 미생물 또는 자체 생성된 미생물에 의하여 발효되어 생성되는 유기산 등이 함유된 폐기물발효액을 상기 무산소반응조(6) 또는 상기 무산소반응조(6)와 상기 혐기성반응조(2)에 주입하여 탈질반응에 필요한 전자공여체로 이용하거나 활성슬러지로부터 인이 방출되는 혐기성조건의 유지에 이용하는 것을 특징으로하는 발효폐기물을 이용한 질소·인 제거방법.
11. 제10항에 있어서, 유기성폐기물을 상기 폐기물발효조(5)에 투입하기전에 고형물의 파쇄나 협잡물 제거를 위한 분쇄기 등에 의한 파쇄공정 또는 스크린등의 협잡물제거공정을 거치는 것을 특징으로하는 발효폐기물을 이용한 질소·인 제거방법.
12. 제10항에 있어서, 상기 폐기물발효조(5)에서 고액분리공정이 구비되어 고형물이 제거된 액상의 폐기물발효액을 상기 무산소반응조(6) 또는 상기 무산소반응조(6)와 상기 완전혐기성반응조(7)에 주입하는 것을 특징으로하는 발효폐기물을 이용한 질소·인 제거방법.

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