KR100323950B1 - 폐수처리공정에있어서침전조의벌킹현상억제방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미생물을 이용한 폐수처리공정에서 침전조의 벌킹현상 억제방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 미생물인 활성오니(Activated Sludge)의 침강성을 높여 오니의 응집을 효과적으로 유도함으로써 침전조의 벌킹현상을 억제하는 방법에 관한 것이다.

상기와 같이 벌킹현상을 억제함으로써 활성오니의 침강성을 높여 미생물과 처리수의 분리를 용이하게 하고, 분리 후에 상등액의 탁도, 현탁성 물질의 농도, COD(Chemical Oxygen Demand) 등을 개선하여 수질이 우수한 방류수를 방출하는 것이 목적이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 활성오니가 약한 음전하를 띄고 있는 것에 착안하여 반대전하인 양전하를 띄고 있는 제1침강제를 투입하여 활성오니와 혼합시킴으로써 인위적으로 오니의 응집을 유도하여 침강성을 강화시키는 방법을 이용한다. 또한, 제1침강제에 의해서 활성오니 플록이 충분한 침강성을 갖지 못하는 경우에는 제1침강제로 처리한 후 응집중인 활성오니에 음전하를 띄고 있는 제2침강제를 더 첨가하여 더욱 크고 조밀한 오니 플록을 생성하게 함으로써 침강성을 제공하게 된다.

Description

폐수처리공정에 있어서 침전조의 벌킹현상 억제방법

본 발명은 미생물을 이용한 폐수처리공정에 있어서 침전조에서의 벌킹현상 억제방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 침전조에서 발생하는 활성오니(Activated Sludge)의 침강성을 높여 오니의 응집을 효과적으로 유도함으로써 침전조의 벌킹현상을 억제하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 폐수처리공정은 물리적 처리공정, 화학적 처리공정, 생물학적 처리공정으로 나눌 수 있으며, 각각의 공정을 설명하면 다음과 같다.

첫째, 물리적 처리공정은 폐수중의 부유물질을 물리적 조작에 의하여 제거하는 것을 이르며, 여기에는 부상법, 침전법, 여과법 등의 여러 가지 물리적 처리방법들이 동원된다. 이를 이용한 구체적 예로는 침사지, 스크린조, 침전조, 가압부상조, 유도부상조 등 다양한 형태가 있다.

둘째, 화학적 처리공정은 폐수중의 유기물, 무기물 등의 오염물과 현탁 또는 부유되어 있는 입자들을 제거하기 위하여 화학적 처리조작을 이용하는 공정으로, 많은 경우에 부상법, 침전법, 여과법 등의 물리적 처리공정 등을 동반한다. 화학적 처리조작으로는 다양한 기술이 이용되며 이중 대표적인 것으로 중화법, 응결법, 응집법, 산화법, 환원법, 이온교환수지 이용법, 흡착법 등이 있다.

마지막으로, 생물학적 처리공정은 미생물을 이용하여 폐수중의 유기 및 무기오염물질을 제거하는 공정으로, 이용되는 미생물의 분류에 따라 크게 호기성 미생물 이용법과 혐기성 미생물 이용법으로 분류하며, 폐수처리공정에 따라 이들의 방법 중에서 취사선택하며 사용하거나, 두 가지 방법을 같이 사용할 수도 있다. 호기성 미생물을 이용하는 방법이 가장 많이 사용되고 있는 방법이며, 이는 운전방법에 따라 다시 표준활성오니법, 장기폭기법, 산화구법, 단계식부하법, 접촉안정법, 부분적처리법, 고속폭기법, 순산소폭기법 등의 외에도 여러 가지 방법들이 사용된다.

과거에는 폐수처리가 주로 물리적 처리와 화학적 처리에 의하여 이루어져 왔으나, 화학적 처리의 고비용성, 처리의 한계성, 이차오염유발문제 등으로 인하여 생물학적 처리방법을 선호하는 추세이다. 그러나, 아직도 화학적 처리는 폐수처리에서 매우 중요한 역할을 하고 있으며, 생물학적 처리로의 완전한 전환이 아닌 물리적 처리, 화학적 처리, 생물학적 처리를 모두 이용하는 종합적 폐수처리공정으로 진행됨으로써 폐수처리가 고도화되어 가고 있는 추세이다.

폐수의 생물학적 처리방법 중에서도 활성오니법은 처리효율이 좋기 때문에 가장 많이 이용되고 있다. 그러나, 활성오니법도 여러 가지 단점을 가지고 있는 데, 특히 침전조에서 발생하는 활성오니의 벌킹현상으로 인해 많은 문제점을 야기한다.

예컨데, 폐수에서의 오염물질 및 독성물질의 다량배출, 기후의 변화에 따른 폐수온도의 변화, 처리공정에서의 영양밸런스의 변화 등의 원인으로 인하여 활성오니 플록에 사상균이 번식하여 활성오니의 침강성이 악화되거나, 오니의 번식이 활성화되어 크기가 작은 오니가 다량 출현하거나, 원생동물이 다량 번식하거나, 오니들의 응집력 부족으로 인해 플록(floc)생성이 위축되거나 하는 등과 같은 이유로 인해 발생하는 오니의 침강성 불량현상, 즉, 벌킹(Bulking)현상이 빈번히 발생한다.

이러한 벌킹현상은 팽화현상이라고도 하며, 오니가 "많아진다"는 것을 의미하는 것으로 「화학」에서 취급하는 표현으로 말하면, 오니의 단위 건물(乾物)의 중량에 대한 함수율이 높아지는 것을 이른다. 다시 말하면, MLSS(Mixed Liquor Suspended Solids : 폭기조내 혼합액 부유물)농도가 같으며, SVI(Sludge volume Index)가 200이상으로 되는 현상을 벌킹현상이라고 하는데, 이때 활성오니는 침강속도가 느리므로 폐수처리공정을 거친 처리수내에 부유하게 되어 맑은 상등액 부분이 적어지게 진다. 벌킹헌상은 사상균의 번식으로 인해 오니의 침강성이 악화되는 사상균 벌킹과 단순히 SVI가 200이상으로 되어 발생되는 물리적 벌킹으로 나눌 수 있다. 특히, 사상균 벌킹의 경우에는, 활성오니 플록에 사상균이 번식하여 이 사상균에 의해 플록이 휘감기면 여간해서 소멸되지 않아 1개월 정도 끄는 것이 보통이다.

이러한 벌킹현상의 발생을 근본적으로 억제하려면, 조정조의 크기를 충분히 크게 하고 조정조 내에서의 폐수의 체류시간을 충분하게 함으로써, 폐수의 조성 (BOD:N:P, BOD:COD 등), 오염물질의 농도 및 유량의 변동을 적게 하여 급액을 균일화시켜 폐수의 성상변화에 의해 미생물이 영향받는 것을 최소화하고, 미생물의 영양균형 및 상태를 수시로 관찰하여 적절하게 대응함으로써 제어해야 한다. 그러나, 실제의 폐수처리공정 중에서는 공업용지의 부족으로 조정조를 충분한 크기로 설치하기 어렵고, 미생물의 상황관찰도 여의치 않으므로 벌킹현상을 사전에 방지하기 어렵다.

벌킹현상을 방지하기 위한 또 다른 방법으로, 무기·유기저분자 또는 고분자 응집제를 첨가하여 오니의 응집성을 촉진시키도록 하는 방법이 사용되어왔으나, 응집제만으로는 오니의 침강성을 높이기 어려우므로 벌킹방지가 충분하기 못해 법적기준치를 초과하는 폐수의 방류하게 되어 문제점이 발생하였다.

본 발명의 목적은, 미생물을 이용한 폐수처리공정 중에서 침전조 내의 활성 오니의 침강성을 높여 오니의 응집을 효과적으로 유도함으로써, 벌킹현상으로 인해 발생하는 부유 활성오니가 처리수와 함께 방류되는 것을 억제하는 것이다.

본 발명에 따르면, 폐수처리공정중 침전조에서의 벌킹현상을 억제하기 위해 활성오니가 약한 음전하를 띄고 있다는 것에 착안하여 반대전하인 양전하를 띄고 있는 침강제를 활성오니와 혼합하여 활성오니의 응집을 유도함으로써 침강성을 높인다.

우선, 활성오니를 이용한 폐수처리 공정의 정화기구에 대해서 설명해 보면, 하수 혹은 BOD(Biochemical Oxygen Demand)가 별로 높지 않은 유기성 폐수를 비이커에 담고, 소량의 하천바닥의 진흙을 가해서 장시간 동안 에어펌프를 사용하여 공기를 폭기하면, 점차 폐수 속에 몽롱한 덩어리가 생기고, 폭기를 그치면, 그 덩어리는 침전하고 상등액은 맑고 투명하게 된다.(fill and draw방식) 이와 같이 몽롱한 구름모양의 덩어리는 젤라틴모양의 고분자 유기체를 주체로 한 「플록(floc)」과 그 주변에 서식하고 있는 원생동물로 구성되어 있는 것을 알 수 있다. 이렇게 몽롱한 구름모양의 플록이 활성오니이다.

활성오니법은 조정조, 폭기조, 침전조 및 폭기조로 재이송되는 반송오니의 4단계로 구성된다. 폐수의 흐름은, 우선 조정조 또는 최초침전지를 거쳐 폭기조로 이송되고, 폭기조에서는 활성오니와 폐수를 통기교반하면서 혼합시킨다. 그 후, 그 혼합액을 연속적으로 침전조에 유도하고 활성오니를 침강분리해서 상징액은 처리수로 방류한다. 동시에 침강한 활성오니는 폭기조에 반송하고, 활성오니의 증식분은 잉여오니로서 탈수케이크화해서 처분한다. 하기 구성도는 활성오니를 이용한 일반적인 폐수처리방법을 나타내는 것이다.

본 발명에 의하면, 침전조에서 발생하는 활성오니의 벌킹현상을 억제하기 위하여, 약한 음전하를 띄고 있는 활성오니에 반대전하인 양전하를 띄고 있는 제1침강제가 투입되어 활성오니와 혼합됨으로써 활성오니의 응집이 유도되어 침강성이 향상된다.

여기서, 양전하를 띄고 있는 제1침강제로는 철, 아연, 알루미늄 등을 포함하는 2가 또는 3가 무기계염과 분자량이 수백∼수천만인 무기계 고분자 및 폴리아민, 폴리아크릴아마이드, 폴리에틸렌이민, 폴리쿼터너리아민, 포름알데하이드, 에틸렌클로라이드암모니아, 에피클로로하이드린-메틸아민, 폴리디아릴디메틸암모늄-클로라이드 등을 포함하는 분자량이 수백∼수천만인 유기계 고분자물질 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.

또한, 제1침강제에 의해 응집된 활성오니가 충분한 침강성을 갖지 못하는 경우에는, 제1침강제로 처리한 후, 응집중인 활성오니에 음전하를 지고 있는 제2침강제를 추가로 첨가하여 혼합함으로써, 더욱 크고 조밀한 활성오니가 생성되어 침강성이 향상될 수 있다. 음전하를 띄고 있는 제2침강제로는, 대표적으로 분자량이 수천∼수천만인 폴리아크릴아마이드계 고분자를 들 수 있다. 여기서 활성오니의 침강성의 정도를 알아보는 척도는 「1ℓ실린더에 폭기조내의 혼합액(MLSS)을 취하여 30분간 자연 침강시켰을 때, 오니층이 차지하는 부피비(%)」인 SV30(Sludge volume 30)을 사용한다. 여기서, SV30이 30이하이면, 즉 1ℓ의 MLSS중 오니층이 차지하는 부피가 300㎖이하이면 침강성이 우수함을 나타낸다.

상기 제1침강제 및 제2침강제의 투입위치는 각각 폭기조의 선단부분(앞부분)부터 침전조의 말단부분까지 중 어디에서나 가능하나, 바람직하게는 폭기조의 말단, 혹은 폭기조와 침전조의 사이부분에 투입되는 것이 좋으며, 더욱 바람직하게는 폭기조와 침전조의 사이부분에 투입되는 것이 좋다. 제1침강제와 제2침강제를 같이 사용하는 경우, 이것들이 동일 위치에 함께 투입되면 제1침강제와 제2침강제가 결합하여 오니의 침강성이 불량해질 수 있으므로, 제1침강제가 투입된 후 제2침강제가 투입되는 것이 바람직하다. 따라서 제1 및 제2침강제의 투입위치나 투입시간대를 잘 조절하여야 한다.

이와 같이, 본 발명은 활성오니를 이용하는 생물학적 처리공정으로서, 공정상 활성오니의 벌킹현상을 침강제의 투입에 의한 화학적 처리조작과 침전법과 같은 물리적 처리조작으로 해소할 수 있다.

다음에, 본 발명에 따른 실시예들을 설명한다.

실시예 1

사상균의 과다번식으로 침강성이 매우 불량하여 SV30이 89인 폐수처리장의 폭기조에서 샘플을 채취하여 시중에서 판매중인 알루미늄설페이트를 30ppm 첨가하여 150rpm으로 약 5분간 교반한 후 방치하여 30분후 침강성과 상등액의 탁도를 확인하였다. 실험결과는 표1에 나타내었다.

실시예 2

침강성이 매우 불량한 실시예 1의 샘플에 시중에서 판매중인 폴리알루미늄클로라이드를 30ppm 첨가하여 150rpm으로 약 5분간 교반한 후 방치하여 30분후 침강성과 상등액의 탁도를 확인하였다. 실험결과는 표1에 나타내었다.

실시예 3

침강성이 매우 불량한 실시예 1의 샘플에 양전하성 저분자량 폴리아민을 30ppm 첨가하여 150rpm으로 약 5분간 교반한 후 방치하여 30분후 침강성과 상등액의 탁도를 확인하였다. 실험결과는 표1에 나타내었다.

실시예 4

침강성이 매우 불량한 실시예 1의 샘플에 분자량이 매우 작은 양전하성 멜라민 포름알데하이드를 30ppm 첨가하여 150rpm으로 약 5분간 교반한 후 방치하여 30분후 침강성과 상등액의 탁도를 확인하였다. 실험결과는 표1에 나타내었다.

실시예 5

침강성이 매우 불량한 실시예 1의 샘플에 고분자량의 양전하성 폴리아크릴아마이드를 30ppm 첨가하여 150rpm으로 약 5분간 교반한 후 방치하여 30분후 침강성과 상등액의 탁도를 확인하였다. 실험결과는 표1에 나타내었다.

실시예 6

침강성이 매우 불량한 실시예 1의 샘플에 시판중인 폴리알루미늄클로라이드와 분자량이 매우 작은 양전하성 멜라민 포름알데하이드를 1:1로 혼합한 약품을 30ppm 첨가하여 150rpm으로 약 5분간 교반한 후 방치하여 30분후 침강성과 상등액의 탁도를 확인하였다. 실험결과는 표1에 나타내었다.

실시예 7

침강성이 매우 불량한 실시예 1의 샘플에 시판중인 폴리알루미늄클로라이드와 저분자량의 양전하성 폴리아민을 1:1로 혼합한 약품을 30ppm 첨가하여 150rpm으로 약 5분간 교반한 후 방치하여 30분후 침강성과 상등액의 탁도를 확인하였다. 실험결과는 표1에 나타내었다.

* SV30 : 1ℓ실린더에 폭기조내의 혼합액(MLSS)을 취하여 30분간 자연 침강시켰을 때, 오니층이 차지하는 부피비 (%)

* 탁도(turbidity) : 일정한 미립자의 카오린(kaoline) 1㎎이 함유된 경우의 흐림을 탁도 1도(1 FTU)로 함.

실시예 8

침강성이 매우 불량한 실시예 1의 샘플에 실시예 1과 같은 실험을 한 후, 그 샘플에 고분자량의 음전하성 폴리아크릴아마이드를 5ppm 첨가하여 100rpm으로 약 3분간 교반한 후 방치하여 30분후 침강성과 상등액의 탁도를 확인하였다. 실험결과는 표2에 나타내었다.

실시예 9

침강성이 매우 불량한 실시예 2의 샘플에 실시예 2와 같은 실험을 한 후, 그 샘플에 고분자량의 음전하성 폴리아크릴아마이드를 5ppm 첨가하여 100rpm으로 약 3분간 교반한 후 방치하여 30분후 침강성과 상등액의 탁도를 확인하였다. 실험결과는 표2에 나타내었다.

실시예 10

침강성이 매우 불량한 실시예 3의 샘플에 실시예 3과 같은 실험을 한 후, 그샘플에 고분자량의 음전하성 폴리아크릴아마이드를 5ppm 첨가하여 100rpm으로 약 3분간 교반한 후 방치하여 30분후 침강성과 상등액의 탁도를 확인하였다. 실험결과는 표2에 나타내었다.

실시예 11

침강성이 매우 불량한 실시예 4의 샘플에 실시예 4와 같은 실험을 한 후, 그 샘플에 고분자량의 음전하성 폴리아크릴아마이드를 5ppm 첨가하여 100rpm으로 약 3분간 교반한 후 방치하여 30분후 침강성과 상등액의 탁도를 확인하였다. 실험결과는 표2에 나타내었다.

실시예 12

침강성이 매우 불량한 실시예 5의 샘플에 실시예 5와 같은 실험을 한 후, 그 샘플에 고분자량의 음전하성 폴리아크릴아마이드를 5ppm 첨가하여 100rpm으로 약 3분간 교반한 후 방치하여 30분후 침강성과 상등액의 탁도를 확인하였다. 실험결과는 표2에 나타내었다.

실시예 13

침강성이 매우 불량한 실시예 6의 샘플에 실시예 6과 같은 실험을 한 후, 그 샘플에 고분자량의 음전하성 폴리아크릴아마이드를 5ppm 첨가하여 100rpm으로 약 3분간 교반한 후 방치하여 30분후 침강성과 상등액의 탁도를 확인하였다. 실험결과는 표2에 나타내었다.

실시예 14

침강성이 매우 불량한 실시예 7의 샘플에 실시예 7과 같은 실험을 한 후, 그 샘플에 고분자량의 음전하성 폴리아크릴아마이드를 5ppm 첨가하여 100rpm으로 약 3분간 교반한 후 방치하여 30분후 침강성과 상등액의 탁도를 확인하였다. 실험결과는 표2에 나타내었다.

실시예 15

오니의 번식이 왕성하여 오니가 작고 응집되있지 못하여 침강성이 불량한 SV30이 51인 폐수처리장의 폭기조에서 샘플을 채취하여 시중에서 판매중인 알루미늄설페이트를 50ppm 첨가하여 150rpm으로 약 5분간 교반한 후, 고분자랑의 음전하성 폴리아크릴아마이드를 3ppm 첨가하여 100rpm으로 약 3분간 교반한 후 방치하여 30분후 침강성과 상등액의 탁도를 확인하였다. 실험결과는 표3에 나타내었다.

실시예 16

침강성이 불량한 실시예 15의 샘플에 시중에서 판매중인 폴리알루미늄클로라이드를 50ppm 첨가하여 150rpm으로 약 5분간 교반한 후, 고분자량의 음전하성 폴리아크릴아마이드를 3ppm 첨가하여 100rpm으로 약 3분간 교반한 후 방치하여 30분후침강성과 상등액의 탁도를 확인하였다. 실험결과는 표3에 나타내었다.

실시예 17

침강성이 불량한 실시예 15의 샘플에 양전하성 저분자랑 폴리아민을 50ppm 첨가하여 150rpm으로 약 5분간 교반한 후, 고분자량의 음전하성 폴리아크릴아마이드를 3ppm 첨가하여 100rpm으로 약 3분간 교반한 후 방치하여 30분후 침강성과 상등액의 탁도를 확인하였다. 실험결과는 표3에 나타내었다.

실시예 18

침강성이 불량한 실시예 15의 샘플에 분자량이 매우 작은 양전하성 멜라민 포름알데하이드를 50ppm 첨가하여 150rpm으로 약 5분간 교반한 후, 고분자량의 음전하성 폴리아크릴아마미드를 3ppm 첨가하여 100rpm으로 약 3분간 교반한 후 방치하여 30분후 침강성과 상등액의 탁도를 확인하였다. 실험결과는 표3에 나타내었다.

상기 표1, 표2, 표3에서 알 수 있듯이, 본 발명의 폐수처리공정에 따른 방법이 원샘플에 비하여, SV30 및 탁도가 낮은 것을 알 수 있다.

본 발명에서는, 미생물을 이용한 폐수처리공정 중에서 침전조 내의 활성오니의 침강성을 높여 오니의 응집을 효과적으로 유도함으로써 벌킹현상을 억제할 수있다.

이와 같이 벌킹현상을 억제함으로써, 침전조에서의 미생물과 처리수의 분리를 용이하게 하고, 고액분리 후에 상등액의 탁도, 현탁성물질의 농도, COD(Chemical Oxygen Demand) 등을 개선하여 수질이 우수한 방류수를 방출할 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 조정조, 폭기조 및 침전조를 폐액이 차례로 통과하여 방류되고 침전조에서 침강하여 배출된 활성오니가 폭기조로 재이송됨으로서 반복 처리되도록 이루어진 폐수처리 공정 중에서 침전조에서 발생하는 벌킹현상을 억제하는 방법은 침전조에서 부유하는 활성오니의 침강성을 높이도록 폭조기와 침전조 사에서 양전하를 띄고 있는 제1침강제가 투입되어 활성오니와 화학반응 되는 공정과,

   음전하를 띄고 있는 제2침강제를 추가로 첨가하여 화학반응 시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수처리공정에 있어서 침전조의 벌킹현상 억제방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 양전하를 띄는 제1침강제는 철, 아연, 알루미늄을 포함하는 2가 또는 3가 무기계염과,

   분자량이 수백에서 수천만의 무기계 고분자,

   폴리아민, 폴리아크릴아마이드, 폴리에틸렌이민, 폴리쿼터너리아민, 포름알데하이드, 에틸렌클로라이드암모니아, 에피클로로하이드린-메틸아민, 폴리디아릴디메틸암모늄-클로라이드를 포함하는 분자량이 수백에서 수천만인 유기계 고분자 물질 중 선택되는 어느 하나 이상의 물질을 혼합하여 이용하는 것을 특징으로 하는 폐수처리공정에 있어서 침전조의 벌킹현상 억제방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 음전하를 띄는 제2침강제는 분자량이 수천에서 수천만의 폴리아크릴아마이드계 고분자를 이용하는 것을 특징으로 하는 폐수처리공정에 있어서 침전조의 벌킹현상 억제방법.