KR100321346B1 - 고정상 생물막법에 의한 영양염류 제거공정 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 오폐수 등에 포함되어 하천이나 호소등에 부영양화를 발생시키는 질소 인등의 영양물질을 효과적으로 제거하기 위한 고정상 생물막에 의한 영양염류 제거공정에 관한 것으로서,
유입원수와 반송수가 유입되고 미생물담체를 이용하여 반송된 질산화된 처리수를 탈질시키면서 유입수의 유기물을 제거하는 제1무산소조와, 제1무산소조에서 처리된 처리수에 포함된 침전물을 침전시켜 제거하는 중간침전조와, 미생물담체를 이용하여 처리수의 유기물을 제거하고 질산화반응이 일어나도록 하는 제1호기성조와, 외부 탄소를 공급받고 미생물담체를 이용하여 처리수를 탈질시키는 제2무산소조와, 미생물담체를 이용하여 질산화반응과 유기물 제거반응이 동시에 진행되도록 하는 제2호기성조와, 처리수에 포함된 침전물을 침전시켜 제거하는 최종침전조가 일련의 공정으로 조합된 것을 특징으로 하며,
수계로 유입되는 영양물질을 효과적으로 제거하여 하천이나 호소의 부영양화 방지는 물론 연안해역의 적조현상도 방지할 수 있어서 양질의 수자원을 확보할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 오폐수를 정화시키는 공정에 관한 것으로서, 특히 오폐수 등에 포함되어 하천이나 호소등에 부영양화를 발생시키는 질소 인등의 영양물질을 효과적으로 제거하기 위한 고정상 생물막에 의한 영양염류 제거공정에 관한 것이다.
일반적으로 오폐수를 처리하는 것은 오폐수에 포함된 유기물의 제거에 주안점을 두고 있다. 특히, 국내에서는 최근까지도 오폐수처리는 유기물의 제거만을 주목적으로 연구하고 있으나 질소 인등의 영양물질의 수계유입의 의한 호소의 부영양화 및 연안해역의 적조현상에 의한 심각한 피해로 질소 인에 대한 제거기술의 개발이 절실하게 필요로 하게 되었다. 따라서, 정부에서는 1996년 1월1일부터 질소 인등의 영양물질을 규제하기 시작하였고 학교 및 연구소 등에서도 90년대에 이르러 질소 인등의 영양염류 제거에 대한 본격적인 연구가 시작되고 있다.
1995년말 기준으로 볼 때 전국의 하수종말처리장은 대략 70여개소로 시설 용량이 965만톤에 처리율은 45%이 정도이나, 64개소가 활성슬러지법으로 설치되어 있으며 이중 54개소가 표준 활성슬러지법으로 가동중에 있다. 따라서, 비교적 운전이 까다로운 활성슬러지법에 대한 설계 및 운전기술에 대한 기술축적은 어느정도 이루어진 상태이나, 활성슬러지법으로는 안정적인 처리효율을 기대하기 어렵고 현재의 강화된 수질기준을 볼 때 만족할 수 있는 수질을 얻기에는 많은 문제를 지니고 있다. 다시 말해서, 기존의 오폐수 처리공정에서 사용되는 표준 활성슬러지공법은 유기물의 제거에는 효과적이지만 질소 인등의 영양물질의 처리는 불가능하다.
이를 극복하기 위한 여러 가지 활성슬러지변법들이 제시되었으나, 국내 오폐수 및 하수성상에 적합하지 않은 부분이 많고 여러 가지 문제점이 제시되어 상용화된 공정으로 발전하지 못하고 실험단계에 머물러 있는 실정이다. 국내 하수의 성상은 기존의 질소 인제거공정에서 제시한 설계치보다 낮은 기질이 유입되고 있어서 실제 처리가 되지 않고 있으며, 각종 운전인자에 대한 정립도 되어 있지 않은 상태이다. 따라서, 실제 상용화 공정까지 도달하기는 어렵고 기 개발된 도시의 생물학적 처리방법은 합류식 관거가 많고 유입유량의 변동이 심한 우리나라 실정에는 적합하지 않으므로 우리나라 실정에 맞는 공정개발이 시급한 실정이다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로 기존의 하수처리장에 대한 시설개조와 고정 미생물막을 이용한 처리법을 적용하여 각각의 반응조내에 미생물을 고농도로 유지하여 유입부하의 변동이나 처리조건의 변화에 대해서 안정적인 수질을 유지할 수 있고 국내에서 발생되는 폐수성상에 적합한 질소 인등의 영양염류를 제거하는 공정을 개발하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 고정상 생물막법에 의한 영양염류 제거공정의 개요도,
도 2는 본 발명에 따른 오폐수 처리 공정이 도시된 도면,
도 3은 본 발명의 요부 구성인 담체의 설치도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
51 : 제1무산소조 52 : 중간침전조
53 : 제1호기성조 54 : 제2무산소조
55 : 제2호기성조 56 : 최종침전조
61,63 : 미생물담체(무산소용) 62,64 : 미생물담체(호기용)
71 : 교반기 72 : 반송펌프
73 : 산기관 74 : 외부탄소원 주입장치
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 유입원수와 반송수가 유입되고 미생물담체를 이용하여 반송된 질산화된 처리수를 탈질시키면서 유입수의 유기물을 제거하는 제1무산소조와, 제1무산소조에서 처리된 처리수에 포함된 침전물을 침전시켜 제거하는 중간침전조와, 미생물담체를 이용하여 처리수의 유기물을 제거하고 질산화반응이 일어나도록 하는 제1호기성조와, 외부 탄소를 공급받고 미생물담체를이용하여 처리수를 탈질시키는 제2무산소조와, 미생물담체를 이용하여 질산화반응과 유기물 제거반응이 동시에 진행되도록 하는 제2호기성조와, 처리수에 포함된 침전물을 침전시켜 제거하는 최종침전조가 일련의 공정으로 조합된 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 의한 고정상 생물막법에 의한 영양염류 제거공정은 도 1에 도시된 바와 같이 유입원수와 반송수가 유입되고 미생물담체(61)를 이용하여 반송된 질산화된 처리수를 탈질시키면서 유입수의 유기물을 제거하는 제1무산소조(51)와, 제1무산소조(51)에서 처리된 처리수에 포함된 침전물을 침전시켜 제거하는 중간침전조(52)와, 미생물담체(62)를 이용하여 처리수의 유기물을 제거하고 질산화반응이 일어나도록 하는 제1호기성조(53)와, 외부 탄소를 공급받고 미생물담체(63)를 이용하여 처리수를 탈질시키는 제2무산소조(54)와, 미생물담체(64)를 이용하여 질산화반응과 유기물 제거반응이 동시에 진행되도록 하는 제2호기성조(55)와, 처리수에 포함된 침전물을 침전시켜 제거하는 최종침전조(56)로 구성된다.
각각의 반응조(51)(53)(54)(55)는 용존산소측정기, pH 측정기, ORP 측정기등의 중앙제어반으로 연결되고, 미생물담체(61)(62)(63)(64)는 각 반응조(51)(53) (54)(55)의 내부에 10∼20% 충진된다. 상기 미생물담체(61)(62)(63)(64)는 환경친화적인 세라믹 재질로 형성되고, 260㎏/㎠ 정도로 충분한 기계적 강도를 가지고 있으며, 공극률이 80%이상인 것을 사용한다.
상기 반응조(51)(53)(54)(55)는 오폐수의 수리학적 체류시간이 2∼3시간으로 설정되고, 유입수의 성상에 따라 체류시간을 조절할 수 있는 구조로 형성된다. 또, 상기 무산소조(51)(54) 및 호기성조(53)(55)는 부피비가 1:1의 비율을 갖도록 형성된다.
상기 제2호기성조(55)의 유출수 일부와 최종침전조(56)의 슬러지를 제1무산소조(51)로 반송시키는 반송펌프(72)가 구비되며, 상기 반송펌프(72)는 유입수의 성상에 따라 반송유량을 조절할 수 있는 구조로 형성된다. 상기 제2무산소조(53)는 외부 탄소를 공급하는 탄소공급원(74)을 구비하며, 상기 탄소공급원(74)은 메탄올과 질산성질소를 3:1의 비로 혼합하여 제2무산소조(54)에 공급한다.
또, 상기 제1무산소조(51) 및 제2무산소조(54)는 교반기(71)를 구비하고, 상기 교반기(71)는 정상회전 및 폐색방지를 위한 고속회전이 동시에 가능하도록 한다. 상기 제1호기성조(53) 및 제2호기성조(55)는 미생물담체(62)(64)가 유입수 흐름에 대하여 직각으로 설치되고, 상기 미생물담체(62)(64)의 하부에는 소정 정도 이격된 위치에 산기관(73)이 구비된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 고정상 생물막법에 의한 영양물질 제거공정은 미생물이 부착된 세라믹 담체를 이용하여 유입수에 포함된 유기물을 제거하고 질화반응 및 탈질반응을 통해 유입수에 포함된 유기물질의 총량을 감소시키게 된다.
유입수는 제1무산소조(51)로 유입되고, 제1무산소조(51)에서는 유기물의 제거 및 반송수에 포함된 질화물을 탈질시키게 된다. 제1무산소조(51)에서의 수리학적 체류시간은 유입수질의 성상에 따라 2∼3 시간, pH는 6.5∼7.5를 유지하며, 여기에 충진된 담체(61)는 10∼20%로 반응조의 형상에 적합하게 설치된다. 제1무산소조(51)에서는 최종침전조(56)로부터 반송된 질산화된 처리수를 탈질시키면서 유입수의 유기물을 제거한다. 제1무산소조(51)에 설치된 교반기(71)는 3엽 또는 4엽으로 회전강도 및 회전수를 조절할 수 있으므로, 일정기간 동안의 운전이 종료된 후 충진된 담체(61)의 폐색을 방지하기 위하여 고속으로 교반하여 과도하게 부착된 미생물을 탈리 시키게 된다.
제1무산소조(51)에서 처리된 처리수는 중간침전조(52)로 유입된다. 중간침전조(52)는 탈리된 미생물을 침전하여 슬러지 인발계통을 통하여 제거하게 된다. 중간침전조(52)를 거친 처리수는 제1호기성조(53)로 유입된다. 제1호기성조(53)의 체류시간은 2∼3시간으로 용존산소농도는 2㎎/ℓ 이상 유지하며, 처리수에 포함된 유기물의 제거 및 질산화반응이 일어난다. 제1호기성조(53)에 설치된 미생물담체(62)의 충진율은 10∼20%로 되어 있고, 산기관(73)과 적절한 간격을 유지하여 미생물담체(62)의 폐색을 방지하게 된다.
제1호기성조(53)에서 질산화된 처리수는 제2무산소조(54)로 유입되어 탈질반응이 일어나며 일부의 유기물이 추가로 제거된다. 만약, 유입원수의 알칼리도가 부족할 경우에는 질산화반응을 활성화하기 위해 추가의 알칼리도를 주입한다. 제1호기성조(53)의 pH는 7.5∼8.6을 유지하여 질산화미생물(Nitrosomonas,Nitrobacter)이 최대의 활성을 유지할 수 있도록 한다.
제2무산소조(54)에서는 부족한 탄소원을 공급받기 위하여 외부탄소원 주입장치(74)에 의한 외부탄소원을 공급받는다. 외부탄소원으로는 메탄올이 사용되는데,메탄올과 질산성질소의 비는 약 3:1로 한다. 제2무산소조(54)의 수리학적 체류시간은 2∼3시간이며 미생물담체(63)의 충진율은 10∼20%이다.
제2무산소조(54)에서 일부 탈질된 처리수는 제2호기성조(55)로 유입된다. 제2호기성조(55)의 수리학적 체류시간도 역시 2∼3시간으로 하되, 하절기를 고려하여 용존산소농도는 2㎎/ℓ이상 유지한다. 미생물담체(64)의 충진율은 10∼20%, 적정 pH는 7.5∼8.6을 유지한다. 제2호기성조(55)에서도 제1호기성조(53)와 마찬가지로 처리수를 질산화시켜 유기물의 양을 줄이게 되는데, 질산화 반응과 동시에 유기물 제거반응이 일어나게 된다.
제2호기성조(54)에서 나온 처리수는 최종침전조(56)로 유입되어 각종 침점룽이 침전된다. 침전물의 일부는 다시 제1무산소조(51)로 반송되고, 제2호기성조(55)에서 나온 처리수의 일부도 제1무산소조(51)로 반송되어 탈질화된다.
본 공정을 살펴보면 고정 생물막법을 이용하므로 질소의 제거는 3가지 측면에서 고려될 수 있다. 즉 충진된 담채내에서의 용존산소가 낮은 영역에서 질산화된 질소의 탈질반응이 일어날 수 있으며,생물막 내부의 혐기성층에서의 탈질반응도 고려될 수 있다. 이외의 탈질반응은 Thioshaera pantotropha나 질소공정 미생물등의 특정미생물의 신진대사로 인한 질산화 및 탈질반응이 동시에 일어남을 고려할 수 있다.
또, 최근에는 호기성 조건하에서 탈질반응에 대한 연구가 일부 진행된 사례가 있는 데, 이는 용존산소농도가 5.5㎎/ℓ이상의 높은 조건에서 C/N비에 따라서 높은 탈질율을 나타내는 사례도 있었으며, 생물막내부에 질산화 미생물과 탈질미생물이 공존하는 것이 밝혀지기도 하여, 고정생물막을 이용한 질소, 인등의 영양물질제거공정의 반응기작은 상당히 복잡하면서도 종래의 부유성장공법에 비해서 비교적 안정적인 제거율을 얻을 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의한 질소 인등의 영양물질제거공정은 수계로 유입되는 영양물질을 효과적으로 제거하여 하천이나 호소의 부영양화 방지는 물론 연안해역의 적조현상도 방지할 수 있어서 양질의 수자원을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또, 국내의 오폐수 및 하수성상에 적합한 독자 공정의 개발로 국외기술의 도입에 의한 기술료등을 절감할 수 있고 해외기술수출도 가능한 다른 이점이 있다.
Claims (11)
- 유입원수와 반송수가 유입되고 미생물담체를 이용하여 반송된 질산화된 처리수를 유입원수 중의 내부탄소원을 이용하여 탈질시키면서 유입수의 유기물을 제거하는 제1무산소조와, 제1무산소조에서 처리된 처리수에 포함된 침전물을 침전시켜 제거하는 중간침전조와, 미생물담체를 이용하여 처리수의 유기물을 제거하고 질산화반응이 일어나도록 하는 제1호기성조와, 외부 탄소원으로 메탄올과 질산성질소를 3:1의 비율로 혼합하여 공급받고 미생물담체를 이용하여 처리수를 완전 탈질시키는 제2무산소조와, 미생물담체를 이용하여 질산화반응과 유기물 제거반응이 동시에 진행되도록 하는 제2호기성조와, 처리수에 포함된 침전물을 침전시켜 제거하는 최종침전조가 일련의 공정으로 조합된 것을 특징으로 하는 고정상 생물막법에 의한 영양물질 제거공정.
- 제 1 항에 있어서,상기 미생물담체는 각 반응조의 내부에 10∼20% 충진된 것을 특징으로 하는 고정상 생물막법에 의한 영양물질 제거공정.
- 제 2 항에 있어서,상기 미생물담체는 환경친화적인 세라믹 재질로 형성되고, 충분한 기계적 강도를 가지고 있으며, 공극률이 80%이상인 것을 특징으로 하는 고정상 생물막법에 의한 영양물질 제거공정.
- 제 1 항에 있어서,상기 반응조는 오폐수의 수리학적 체류시간이 2∼3시간으로 설정되고, 유입수의 성상에 따라 체류시간을 조절할 수 있는 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 고정상 생물막법에 의한 영양물질 제거공정.
- 삭제
- 제 5 항에 있어서,상기 반송수단은 유입수의 성상에 따라 반송유량을 조절할 수 있는 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 고정상 생물막법에 의한 영양물질 제거공정.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 제1무산소조 및 제2무산소조는 교반기를 구비하고, 상기 교반기는 평소에는 정상회전을 하다가 담체에 미생물이 과도하게 부착되어 폐색이 일어날 경우 고속 회전을 하여 탈리시키는 것을 특징으로 하는 고정상 생물막법에 의한 영양물질 제거공정.
- 제 1 항에 있어서,상기 제1호기성조 및 제2호기성조는 미생물담체가 유입수 흐름에 대하여 직각으로 설치되고, 상기 미생물담체의 하부에는 소정 정도 이격된 위치에 산기관이 구비된 것을 것을 특징으로 하는 고정상 생물막법에 의한 영양물질 제거공정.
- 제 1 항에 있어서,상기 무산소조 및 호기성조는 부피비가 1:1의 비율을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 고정상 생물막법에 의한 영양물질 제거공정.
- 제 1 항에 있어서,상기 반응조는 용존산소, pH, ORP, 온도, 유량 등을 자동측정하여 조절할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 고정상 생물막법에 의한 영양물질 제거공정.
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| KR1019990003882A KR100321346B1 (ko) | 1999-02-05 | 1999-02-05 | 고정상 생물막법에 의한 영양염류 제거공정 |
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