KR100350893B1

KR100350893B1 - 공정간 고액분리와 유로변경 및 간헐포기에 의한 질소, 인제거방법 및 장치

Info

Publication number: KR100350893B1
Application number: KR1020000022287A
Authority: KR
Inventors: 한상배
Original assignee: 한상배
Priority date: 2000-04-26
Filing date: 2000-04-26
Publication date: 2002-09-05
Also published as: US20010045391A1; US6444125B2; KR20010097869A; CN1320569A

Abstract

본 발명은 하수 또는 폐수를 처리하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 간헐포기수단이 구비된 2기 이상의 반응조와 슬러지반송시설이 구비된 침전지를 조합하여, 간헐포기(Intermittent aeration) 및 유로변경방법(Dynamic flow)으로 운영하고 반응조와 반응조사이에는 고형물은 통과되지 못하고 여액만 통과될 수 있도록 하는 여과수단등의 고액분리수단을 구비하여 유기물이 부족하고 C/N비가 낮은 우리나라의 하폐수처리에서도 질소와 인을 높은 효율로 제거할 수 있는 고도하폐수처리시스템에 관한 것이다.

Description

공정간 고액분리와 유로변경 및 간헐포기에 의한 질소, 인 제거방법 및 장치{Nitrogen and Phosphorous Removing Methods and Equipment with Solids Separation between the Reactors, Dynamic Flow and Intermittent Aeration}

본 발명은 하수 또는 폐수를 처리하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 간헐포기수단이 구비된 2기 이상의 반응조와 슬러지반송시설이 구비된 침전지를 조합하고, 반응조와 반응조사이에는 고형물은 통과되지 못하고 여액만 통과될 수 있도록 하는 여과수단을 구비하며, 간헐포기(Intermittent aeration) 및 유로변경방법(Dynamic Flow)으로 운영하여 하·폐수중의 유기물은 물론 질소와 인을 제거할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.

하·폐수처리장에서 사용되어온 질소 및 인의 생물학적 제거공정은 유리산소를 공급하지 않는 무산소(Anoxic)반응공정, 혐기성(Anaerobic)반응공정과 산소를 공급하는 호기성(Aerobic)반응공정을 거치게 된다. 호기성반응공정에서는 유기질소 및 암모니아성질소를 질산성질소로 산화시키고, 무산소반응공정에서는 질산성질소를 질소가스로 환원하여 대기중으로 방출시키는 탈질반응이 이루어진다.

혐기성반응공정에서는 활성슬러지로부터 인의 방출이 유도된다. 이렇게 방출된 인성분은 다시 호기성 반응공정에서 미생물에게 과잉섭취되고, 인을 과잉섭취한 미생물을 잉여활성슬러지를 통하여 제거함으로써 최종적으로 질소와 인이 제거된다.

종래의 질소와 인의 제거공법은 혐기성조, 무산소조 및 호기성조 등이 별도로 분리되고 일정용량으로 고정설치되므로 유입수질 및 유입수량의 변화에 탄력적으로 대처할 수 없었다. 또한 탈질반응을 위하여 메탄올을 전자공여체로 주입하거나 하수 중의 유기물을 이용하기 위하여 질산화조의 유출수를 앞 단계의 탈질조로 내부 순환시켜야 하였다. 메탄올을 주입할 경우 약품비용이 크게 소요되며, 하수 중의 유기물을 이용하여 충분한 질소제거효율을 얻기 위해서는 처리유량의 약 3∼4배가 되는 내부순환유량이 소요되어 펌프시설비와 동력비 및 유지관리비가 많이 소요되는 문제점이 상존하였다.

위와 같은 문제점을 개선하기 위해 간헐포기방법 및 유로변경방법이 제안되었는데, 간헐포기방법 및 유로변경방법을 채택한 대표적인 종래의 기술로서는 PID(Phased Isolation Ditch)로 불리는 것이 있다.

도8의 (a) - (d)는 PID에 관한 것으로 처리공정과 각 단계에서의 포기 또는 비포기 상태와 유입 및 유출방향의 변경 즉 유로변경상태가 나타나 있다.

먼저 전체적인 구성은 유입수의 진행순서대로 예비탈질조(201a), 선택조(201b), 혐기성조(201c), 포기장치와 교반기가 구비된 2개조 이상의 산화구(202, 203)와 침전지(204)로 이루어져 있다. 또 침전지로부터 예비탈질조로 슬러지를 반송시키는 슬러지반송펌프(205)와 슬러지 반송배관(208)이 구비되어 있다.

상기 혐기성조의 기능은 원수와 반송슬러지를 혼합시켜 혐기성상태에서 슬러지로부터 인이 방출되도록 하는 것이다. 질산성질소(NO3) 또는 아질산성질소(NO2)와 같은 결합산소가 존재하게 되면 인이 잘 방출되지 못하므로 혐기성조 앞단계의예비탈질조와 선택조에서 원수 또는 반송슬러지에 함유된 유리산소 또는 질산성질소가 먼저 제거된다. 또 혐기성조는 단락을 예방하기 위하여 2개조 이상으로 구분된 조의 조합으로 구성되고, 각각의 반응조에는 교반장치(301)가 설치되어 있다.

상기한 바와 같이 PID는 시설 및 유지관리 측면에서 보아 예비탈질조, 선택조, 혐기성조등의 설치와 운전에 따른 설치비, 동력비, 시설관리비가 크게 소요되는 문제점이 있다. 또한 처리효율의 측면에서 보면 단계(Phase)의 전환이 신속하고 명확하게 이루어지지 않아 처리효율이 저하될 우려가 크다. 혐기성 상태에서 인이 방출되어 인함량이 낮아진 활성슬러지는 호기성 상태로 전환되어 미생물이 활발하게 활성화될 때에 다시 인을 과잉섭취하게 된다. 그러나 PID에서는 혐기성조에서 인 방출과정을 거친 슬러지가 (a)와 (c) 단계에서는 호기성 상태가 아닌 무산소 상태의 반응조로 유입되므로 미생물의 활동이 충분히 활성화되지 못하여 인의 섭취효율이 저하될 수도 있다.

탈질공정에서는 질소산화물을 환원하기 위하여 전자공여체로서 충분한 유기물이 필요하게 된다. 그러나 PID에서는 무산소상태에서 탈질반응이 이루어지는 산화구로부터 유기물이 다량흡착된 슬러지가 계속 유출되어 유기물부하가 크면 불리한 질산화 반응단계의 산화구로 유입되는 구조이므로, 질산화반응에 불리하게 작용되기도 하며 무산소조건의 산화구에서는 유기물 부족으로 탈질효율이 저하되기도 한다.

PID의 (a)단계에서는 탈질반응이 이루어지는 제1산화구(202)로부터 유입유량과 동일한 유량의 슬러지가 계속 유출되어 질산화반응이 이루어지는 제2산화구(203)로 유입된다. 따라서 슬러지에 흡착된 유기물이 슬러지와 함께 제1산화구에서 유실되어 탈질공정에 불리하고, 질산화반응이 이루어지는 제2산화구로 유입되어 질산화반응에 불리하게 된다. 이러한 현상은 유로가 변경되고 제2산화구에서 탈질반응이 이루어지는 도7의 (c)단계의 탈질공정에서도 동일하게 발생된다.

이에 본 발명은 상술한 제문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 시설비와 유지관리비를 절감할 수 있고, 하수중의 질소와 인을 효과적으로 제거하는 공법인 간헐포기법과 유로변경방법을 효율적으로 적용할 수 있는 하수처리방법과 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 무산소조건 또는 혐기성조건이 요구되는 단계의 반응조에는, 주로 유기물 분해와 질산화가 진행되는 호기성 상태에 있는 반응조로부터 유리산소 또는 질소산화물이 유입되지 않고 유기물도 유실되지 않도록 개선하여 탈질효율을 향상시켰다. 또한 질산화가 진행되는 호기성조건의 반응조에는 무산소 또는 혐기성조건의 반응조로부터 유기물의 유입을 방지하여 질산화효율이 향상되도록 하였다. 즉, 반응의 종류가 상이한 반응조사이에는 서로 슬러지가 이동하지 못하도록 개선한 것이다.

이에 따라 본 발명에 의한 질소인제거를 위한 하·폐수처리시설에서는 반응액이 침전지로 유출되는 반응조로 반송슬러지가 유입되도록 유로를 구성하는등 하폐수가 흐르는 방향과 반송슬러지의 유입방향이 다양하게 변경될 수 있는 유로와 유로제어수단이 도입되었다.

도1의 (A)∼(B-1)은 본 발명에 따른 질소·인 제거방법 제1실시예의 흐름도,

도2의 (A)∼(B-1)은 제1실시예에서 반송슬러지 흐름방향의 다른 실시예,

도3의 (A), (B)는 본 발명에 따른 질소·인 제거방법 제2실시예의 흐름도,

도4내지 도7은 본 발명에 따른 질소·인제거장치의 제1내지 제4실시예,

도8의 (a)∼(d)는 종래의 질소·인 제거방법(PID)의 흐름도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1a : 제1반응조 1b : 제2반응조

2 : 침전지 3 : 여과수단

4 : 제3반응조 5 : 예비탈질조

11 : 원수유입유로 11a : 제1반응조유입유로

11b : 제2반응조유입유로 12 : 침전지유입유로

12a : 제1반응조유출유로 12b : 제2반응조유출유로

13 : 처리수유출유로 14 : 슬러지반송유로

14a : 제1반송유로 14b : 제2반송유로

15 : 4방향유로 16 : 4방향유로조절수단

이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

〈도1에 관한 설명〉

도1은 본 발명에 따른 질소, 인제거 방법을 나타내는 흐름도로서, 포기수단과 교반수단[도면미표기]이 구비된 2기의 반응조(1a, 1b)와 슬러지반송수단이 구비된 침전지(2)를 조합하고, 반응조(1a)와 반응조(1b)사이에는 고형물이 통과되지 못하고 여액만이 통과되도록 하는 여과수단(3)이 구비된 하폐수처리장치를 이용하여 유로변경 및 간헐포기에 의한 질소·인제거 방법들을 나타낸 것이다.

<도1의 (A)단계>

도1의 (A)단계는 탈질반응과 인방출반응, 유기물분해 및 질산화반응이 복합된 공정으로 제1반응조(1a)에서는 탈질반응과 인방출반응이 일어나며, 제2반응조(1b)에서는 유기물의 호기성분해와 질산화반응이 일어나는 단계이다. 유로의 구성을 보면 먼저 유입수가 상기 제1반응조로 유입되고, 제1반응조의 유출수는 다시 제2반응조와 침전지(2)를 거쳐서 처리수로써 유출된다.

이때 제1반응조에서는 포기시설의 가동이 중단되고 교반시설만이 가동되는 무산소조건과 혐기성조건에서 운전된다. 가동의 초기부터 일정시간동안에는 유입수에 함유된 유기물에 의하여 질소산화물이 질소가스 즉, 유리질소로 환원되는 탈질반응이 일어나게 되고 질소산화물이 완전히 고갈된 완전혐기성조건에 도달하게 되면 슬러지로부터 인이 방출되는 인방출반응이 진행되게 된다. 따라서 상기 (A)단계의 제1반응조는 시간간격을 두고 탈질반응과 인방출반응이 진행되게 된다. 동시에제2반응조에서는 포기시설이 가동되어 호기성상태를 유지하면서 유기물의 호기성분해와 함께 질산화반응이 일어나게 된다.

본 발명의 상기 (A)단계는 종래기술인 PID의 (a)단계와 예비탈질조, 선택조, 혐기성조등을 대체할 수 있는 공정으로 제1반응조로부터 제2반응조로 유출되는 유출수는 상기 여과수단에 의하여 고형물, 즉 슬러지가 여과분리된 여액이므로 제1반응조에서 제2반응조로 유입되는 유입수에는 슬러지가 포함되지 않게 된다. 따라서 본 발명에서는 탈질 및 인방출공정인 상기 (A)단계의 제1반응조에서 유기물이 흡착된 슬러지가 유출되지 않게 되므로 제1반응조에서는 전자공여체인 유기물이 유실되지 않게 되어 탈질효율이 향상되며, 제2반응조에는 유입유기물부하가 감소되므로 질산화효율이 개선된다.

인방출반응에서는 효과적인 인의 방출을 위해서는 질소산화물과 같은 산화물형태의 결합산소도 존재하지 않는 완전 혐기성상태가 요구되며 이러한 질소산화물도 제거된 완전혐기성조건은 상기(A)단계의 계류시간(Duration Time)을 연장하는 것만으로로 제1반응조에서 충족될 수 있다.

즉, 본 발명의 제1실시예에서는 반응조와 반응조사이에는 여과수단이 구비되어 있고 슬러지반송은 호기성조건의 반응조로 반송되는 구성이므로, 2개이상의 산화구와 1계열의 외부침전지를 조합하여 구성한 PID에서와 달리, 제1반응조에서 제2반응조로 고형물이 이동하지 못하고 슬러지가 제1반응조의 내부에서 체류하게 되고, 반송슬러지도 호기성의 제2반응조로만 순환 유입되므로, 호기성상태인 제2반응조로부터 유리산소와 질소산화물이 함유된 슬러지가 침전지를 경유하여 제1반응조로 유입되지 않게 된다.

따라서 PID에서와는 달리, 슬러지유입라인에 예비탈질조, 선택조와 혐기성조등의 시설을 설치하지 않고서도 (A)단계의 제1반응조내부는 완전혐기성조건에 도달할 수 있게 된다. 유리산소 또는 결합산소를 함유한 반송슬러지가 호기성 반응조 즉, 제2반응조로부터 유입되지 않는 상기 (A)단계의 제1반응조에서는 비포기상태에서 유입원수에 함유된 유기물에 의하여 질소산화물까지도 완전히 고갈되기 때문이다.

(A)단계의 제1반응조에서 탈질반응과 인방출반응이 이루어지는 동안에도 제2반응조는 호기성조건으로 운전되면서 유기물의 분해와 질산화반응이 계속 진행되게 된다.

<도1의 (A-1)단계>

도1의 (A-1)단계에서는 상기 (A)단계에서 혐기성조건으로 가동되던 제1반응조(1a)는 호기성조건으로 전환된다. 그와 동시에 유로가 변경되어 유입수가 유입되지 않는 무부하조건에서 가동되므로 잔여유기물의 분해와 활성슬러지의 내생호흡에 필요한 산소만 소요되고 산소소모량은 매우 적다. 따라서, 이 단계에서는 상기 제1반응조 내부는 신속하게 호기성으로 전환되게 되고 혐기성조건에서 인이 방출되었던 슬러지는 다시 방출전의 상태보다 더 많은 양의 인을 과잉섭취하게 되며, 이와 같이 인을 과잉섭취하여 인이 농축된 슬러지를 제거함으로써 수체중의 인이 제거되는 공정이다.

상기 (A-1)단계에서는 상기 (A)단계의 유로가 변경되어 유입원수는 제1반응조를 거치지 않고 제2반응조(1b)로 곧바로 유입되어 침전지(2)를 거쳐서 처리수로 유출된다. 상기 제2반응조는 호기성조건이 계속 유지되면서 유기물을 분해하고 질산화반응도 계속 진행된다.

또한 (A-1)단계는 (A)단계에서 (B)단계로 전환하기 위한 과도기 전환단계에 해당되는데, 상기 (A-1)단계가 생략되고 (A)단계에서 (B)단계로 곧바로 단계가 전환되면, 혐기성조건의 제1반응조의 유출수가 호기성으로 전환되기도 전에 침전지를 경유하여 처리수로서 유출되게 되므로 처리수질이 악화된다.

따라서 상기 (A-1)단계는 무부하 호기성조건에서 인이 과잉섭취되고 잔존유기물이 분해되며 슬러지의 침강성이 개선되도록 하는 과도기 전환단계로의 기능이 매우 크다.

<도1의 (B)단계>

도1의 (B)단계에서는 탈질과 인방출 및 질산화반응이 이루어지는 공정으로 제1, 제2반응조(1a, 1b)의 역할과 유로가 서로 바뀐 것 외에는 반응의 형태가 상기(A)단계에서와 동일하다. 즉, 상기 (B)단계에서는 (A), (A-1)단계에서 계속 호기성상태로 가동되어 질소산화물이 축적된 상기 제2반응조에 원수가 유입되도록 유로를 변경하며 포기장치는 가동을 중지하고 무산소조건으로 운전하여 탈질반응이 이루어지게 된다. 동시에 제1반응조는 포기장치가 가동되어 호기성조건으로 전환되어 유기물분해와 질산화반응이 계속 이루어지게 된다.

도1에 나타난 바와 같이 (A)단계에서의 처리순서는 원수유입→제1반응조(1a)→여과수단(3)→제2반응조(1b)→침전지(2)→처리수유출이었다. (B)단계에서는 상기(A)단계의 유로를 변경하여 원수유입→제2반응조(1b)→여과수단(3)→제1반응조(1a)→침전지(2)→처리수유출로 변경한 것이다. 즉, (A)단계의 제1반응조에서 이루어진 탈질반응과 인방출반응이 (B)단계에서는 제2반응조에서 이루어지고, 상기 (A)단계의 제2반응조에서 이루어진 질산화반응이 (B)단계에서는 제1반응조에서 이루어지도록 교체되었을 뿐이며 (B)단계의 반응내용은 (A)단계의 반응내용과 서로 교차하여 일치되는 Mirror Image 관계에 있다.

<도1의 (B-1)단계>

(B-1)단계에서도 유로와 제1반응조(1a)와 제2반응조(1b)의 반응내용이 서로 바뀐 것 외에는 상기 (A-1)단계의 반응내용과 동일하다. 즉, 제1반응조는 호기성상태로 운전되면서 유입 및 유출이 발생되고, 제2반응조는 유량 및 유기물부하가 주어지지 않고 호기성상태에서 무부하 운전을 하게 되는 단계이다.

도1에 나타난 바와 같이 상기 (A-1)단계에서의 흐름은 원수유입→제2반응조(1b)→침전지(2)→처리수유출인 것을 (B-1)단계에서는 원수유입→제1반응조(1b)→침전지(2)→처리수유출로 유로가 변경된 것이다. (B-1)단계에서 반응의 내용은 제1,2반응조의 반응내용이 상기 (A-1)단계 공정과 서로 교차하여 일치되는 Mirror Image 관계이다. 또한 상기 (B-1)단계는 (B)단계에서 (A)단계로 회귀하는 과도기의 전환단계에 해당된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 제1실시예에서는, 반송슬러지는 질산화반응이 이루어지는 호기성의 반응조에만 유입되고 탈질반응이 이루어지는 단계의 반응조에는 질소산화물이 함유된 반송슬러지가 유입되지 않도록 유로가 구성된다. 따라서 유입부에 반송슬러지로부터 질소화합물을 제거하거나 인의 방출을 위한 예비탈질조, 선택조, 혐기성조 등의 설치를 생략하고서도, 탈질이 이루어지는 반응조 즉, (A)단계의 제1반응조와 (B)단계의 제2반응조의 가동상태를 연장하므로서 탈질반응이 종료되고 완전 혐기성조건에서 인방출반응이 효율적으로 이루어지게 된다.

이상의 각 단계를 정리하면 표1과 같다.

〈도2에 관한 설명〉

앞에서 설명한 도1의 실시예에서는 원수와 반송슬러지가 분리되어 서로 다른 반응조로 유입되도록 유로가 구성되는 반면에, 도2의 실시예에서는 반송슬러지가 원수와 함께 동일 반응조로 유입되도록 유로가 구성되어 있다. 그러나 이 실시예의 (A)단계와 (B)단계에서는 반송슬러지에 함유된 질소산화물도 탈질반응이 이루어지는 전탈질의 효과는 있으나, 질소산화물이 반송슬러지를 통하여 비포기교반단계의 반응조로 계속 유입되는 구조이므로 완전혐기성조건에 도달은 불가능하며 따라서 효과적인 인방출이 이루어지는 것은 기대하기 어려우므로 전단계에 예비탈질조(5)를 추가로 설치하는 것이 바람직하다.

이 실시예에서는 (A)단계의 제1반응조(1a)와 (B)단계의 제2반응조(1b)에 반송슬러지는 계속 유입되고 있으나 슬러지는 여과수단(3)을 통과할 수 없으므로, 상기 제1반응조에 슬러지가 축적되어 탈질반응과 인방출반응에는 유리하게 작용될 수 있다. 또한 (A-1)단계의 상기 제1반응조와 (B-1)단계의 제2반응조(1b)에는 각각 전단계에서 농축된 슬러지가 호기성의 무부하조건에서 체류하게 되므로 호기성소화에 의한 슬러지의 감량화에 유리하다. 그러나 처리수에 직접 영향을 주는 유출수가 발생되는 호기성의 반응조에는 슬러지농도가 감소되는 유로구성이므로 유기물의 분해와 질산화효율이 저하될 수 있고 운전관리에 신중을 기하여야 되는 어려움은 있으나 유로조절수단의 장치구성과 조작은 제1실시예에서보다 단순하다.

〈도3에 관한 설명〉

앞에서 설명한 도1의 실시예에서 (A-1)단계는 (A)단계에서 (B)단계로 전환하기 위한 과도기 전환단계이며, (B-1)단계는 (B)단계에서 다시 (A)단계로 회귀하기위한 과도기 전환단계에 해당된다.

즉, (A)단계에서 (B)단계로 전환되어 포기장치의 가동이 시작되어도, 혐기성조건으로 가동되어온 제1반응조(1a)는 호기성조건으로 전환되어 인의 과잉섭취와 슬러지침강성의 개선등이 이루어지기 위해서는 상당한 시간이 소요된다.

따라서 (B-1)단계를 생략하고 (A)단계에서 (B)단계로 바로 전환하게 되면 단계의 전환과 동시에 상기 제1반응조의 유출수가 침전지를 거쳐서 외부로 유출되는 구조이므로 처리수질을 악화시키게 된다. (B)단계에서 (A)단계로 직접 전환되는 경우의 제2반응조(1b)에서도 동일한 문제가 발생되므로 (A-1), (B-1)단계와 같은 무부하 호기성조건의 반응조에서는 인이 과잉섭취되고 잔존유기물이 분해되며 슬러지의 침강성이 개선되어 유출에 대비하는 과도기 전환단계가 필요한 것이다.

도3의 실시예는 반응조(1a, 1b)유출수가 침전지(2)로 유입되기 전에 호기성의 제3반응조(4)를 경유하는 구성이다. 따라서 (A)단계와 (B)단계가 서로 직접 전환되고 미처 호기성조건으로 전환되지 못한 혐기성조건의 반응조 유출수도 침전지에 유입되기 전에 호기성의 제3반응조를 경우하게 된다.

따라서 상기 제3반응조에서 인이 과잉섭취되고 잔존유기물이 호기성분해되며 슬러지의 침강성이 개선되므로 이 실시예에서는 과도기 전환단계에 해당되는 (A-1), (B-1)단계는 생략할 수 있게 되어 유로의 조작이 단순하고 운전관리가 용이하게 된다.

또한 거의 모든 하폐수에서 질산화가 탈질보다 긴 반응시간이 요구되므로, 도1의 실시예에서는 두 개의 반응조가 모두 호기성으로 가동되는 (A-1), (B-1)단계의 계류시간이 질산화에 필요한 시간을 충족하였으나, 이 실시예에서는 호기성의 상기 제3반응조가 길게 소요되는 질산화반응을 위한 호기성조건의 체류시간도 충족할 수 있다.

이 실시예에서도 도2에서와 같이 반송슬러지와 원수의 유입방향을 같이하고 예비탈질조를 추가로 설치할 수 있다. 또한 내생호흡에 의한 탈질효과를 기대하고 반송슬러지를 통한 용존산소의 유입에 의한 제1 또는 제2반응조에서 탈질효율의 저하를 방지하기 위하여 제3의 반응조는 간헐포기방식으로 가동하기도 한다.

〈도4에 관한 설명〉

도4는 도1의 각 단계에서 요구하는 유로를 실질적으로 구성하여 유로구성조건을 충족시키는 장치구성의 실시예이다. 구체적으로는 원수를 유입시키는 원수유입유로(11) 및 반응조유입유로(11a, 11b)와, 상기 반응조(1a, 1b)에서 반응액이 유출되고 침전지(2)로 유입되는 반응조유출유로(12a, 12b) 및 침전지유입유로(12)가 구비되어 있다.

상기 침전지에는 처리수가 유출되는 처리수유출유로(13)와, 상기 침전지로부터 상기 반응조로 슬러지반송이 이루어지는 슬러지반송유로(14)가 구비되어 유로를 조작함으로서 하폐수의 흐르는 방향이 변경되도록 유로가 구성되어 있다. 상기 반응조와 반응조사이에는 고형물은 통과하지 못하고 여액만 통과될 수 있도록 여과수단(3)이 구비된 것이다.

여기서 유입원수는 2기 이상의 상기 반응조로 각각 분리 유입될 수 있도록 원수유입유로가 분기되어 반응조유입유로를 구성하고, 각각의 반응조유입유로에는유로조절수단이 구비되어 있다. 또 상기 각각의 반응조에는 반응액이 분리 유출될 수 있도록 유로조절수단이 구비된 반응조유출유로가 구비되어 있다.

상기 반응조유출유로는 결합되어 하나의 침전지유입유로를 구성하기도 하며, 상기 침전지에는 상징수가 유출되는 처리수유출유로와 침전슬러지가 반송되도록 하는 슬러지반송유로가 구비되어 있으며, 반송슬러지가 상기 반응조에 각각 분리유입될수 있도록 상기 슬러지반송유로는 각각 유로조절수단이 구비된 제1, 제2반송유로(14a, 14b)로 분리되는 구성이다.

도1의 (A)단계의 유로를 구성하기 위해서 제2반응조유입유로(11b), 제1반응조유출유로(12a) 및 제1반송유로(14a)에 구비된 유로조절수단을 닫고 나머지 유로를 모두 개방하게 되면, 하수의 흐름이 원수유입→제1반응조(1a)→여과수단(3)→제2반응조(1b)→침전지(2)→처리수유출과 반송슬러지는 제2반응조(1b)로 유입되는 도1의 (A)단계가 충족된다.

도1의 (A-1)단계의 유로를 구성하기 위해서 제1반응조유입유로(11a), 제1반응조유출유로(12a) 및 제1반송유로(14a)에 구비된 유로조절수단을 닫고 나머지 유로를 모두 개방하게 되면, 하수의 흐름이 원수유입→제2반응조(1b)→침전지(2)→처리수유출이 되고 제1반응조(1a)는 유출입이 없는 무부하조건과 반송슬러지는 제2반응조(1b)로 유입되는 도1의 (A-1)단계가 충족된다.

도1의 (B)단계의 유로를 구성하기 위해서 제1반응조유입유로(11a), 제2반응조유출유로(12b) 및 제2반송유로(14b)에 구비된 유로조절수단을 닫고, 나머지 유로를 모두 개방하게 되면, 하수의 흐름이원수유입→제2반응조(1b)→여과수단(3)→제1반응조(1a)→침전지(2)→처리수유출과 반송슬러지는 제1반응조(1a)로 유입되는 도1의 (B)단계가 충족된다.

도1의 (B-1)단계의 유로를 구성하기 위해서 제2반응조유입유로(11b), 제2반응조유출유로(12b) 및 제2반송유로(14b)에 구비된 유로조절수단을 닫고 나머지 유로를 모두 개방하게 되면, 하수의 흐름은 원수유입→제1반응조(1a)→침전지(2)→처리수유출이 되고 제2반응조(1b)는 유출입이 없는 무부하조건과 반송슬러지는 제1반응조(1a)로 유입되는 도1의 (B-1)단계가 충족된다.

본 실시예에서의 유로와 유로조절수단의 구성은 관수로와 밸브로 구성하거나 또는 다양한 형태의 개수로와 수문등으로 유로를 구성할 수 있다. 도4의 장치를 조작하여 도1의 (A)∼(B-1)단계간의 유로를 구성하는데 필요한 유로조절수단의 조작방법을 정리하면 다음 <표2>의 내용과 같다.

이 실시예는 일방향의 유로조절수단을 사용하는 것으로 유로조절수단이 6개가 소요되는 구조이다. 그러나 원수유입유로, 침전지유입유로, 슬러지반송유로가 각각 분리되는 지점에 3방 밸브 또는 3방 수문등의 3방향의 유로조절수단을 적용하게 되면 유로조절수단의 개수를 2분의 1로 줄일수 있게 되며, 이 또한 본 발명의 범위에 포함되는 것이다.

본 발명에서의 여과수단(3)은 직포 또는 부직포형태의 여과포를 이용하거나 슬러지탈수기등에 사용되는 나이론, 폴리프로필렌 재질의 여과포, 내부식성의 금속사로 직조된 망체, 입자상물질을 판상으로 적층후 압착 및 부착하여 구성되는 여과판등 다양한 형태의 공지된 여과수단을 이용할 수 있다.

상기 여과수단은 고형물에 의하여 눈막힘현상이 발생되기도 하므로 여과포에 진동을 가하여 고형물을 탈리시키거나, 자동으로 구동되는 스크레이퍼(Scraper) 또는 브러쉬(Brush)로 여과포에 부착된 고형물을 긁어내는 방법을 이용할 수 있다. 또 공기나 수류를 역류시켜 고형물을 역세(Back Wash)하는 방법도 이용될 수 있으나, 미생물이 잘 부착되지 않는 재질의 여과포를 이용하고 포기 및 교반에 의한 수류가 상기 여과포의 표면에 충돌하여 생성되는 전단력에 의하여 고형물이 탈리되도록 하는 것이 장치의 구성이 단순하고 별도의 에너지가 소요되지 않아 경제적이다.

특히, 세라믹 또는 합성수지사출물등으로 구성된 유동상의 생물막담체를 반응조에 충전하고 포기 및 교반수류의 방향을 여과포의 세척에 유리하도록 조정하게 되면, 수류와 기포는 물론 담체의 충돌에 의하여 여과포에 부착되는 고형물이 효과적으로 탈리될 수 있다. 또 담체를 충전하게 되면 미생물의 부착증식에 따른 많은 장점도 발휘할수 있게 된다.

또한 상기 여과수단은 출원인이 발명하여 특허출원중인 출원번호 제10-1999-0020002호 「벽체형 고형물트랩과 이를 이용한 하폐수처리시스템」에서 제안된 것과 같이 고형물이 통과될 수 없도록 하는 다수개의 양방향으로 경사진 골판재나 평판재를 벽체형으로 적층하여 축조하거나, 또는 다수개의 경사진 각형, 원형의 단관(短管)을 적층하여 축조된 벽체형의 고형물트랩으로 대체될 수 있다.

〈도5에 관한 설명〉

도5는 도3의 각 단계에서 요구하는 유로를 실질적으로 구성하여 유로구성조건을 충족시키는 장치구성의 실시예이다. 이 실시예는 호기성의 제3반응조(4)가 설치되어 과도기 전환단계에 해당되는 (A-1), (B-1)단계가 생략된 것외에는 상기 도4의 실시예와 장치의 구성 및 가동방법이 동일하다.

도3의 (A)단계의 유로를 구성하기 위해서 제2반응조유입유로(11b), 제1반응조유출유로(12a) 및 제1반송유로(14a)에 구비된 유로조절수단을 닫고 나머지 유로를 모두 개방하게 되면, 하수의 흐름이 원수유입→제1반응조(1a)→여과수단(3)→제2반응조(1b)→제3반응조(4)→침전지(2)→처리수유출과 반송슬러지는 제2반응조(1b)로 유입되는 도3의 (A)단계가 충족된다.

도3의 (B)단계의 유로를 구성하기 위해서 제1반응조유입유로(11a), 제2반응조유출유로(12b) 및 제2반송유로(14b)에 구비된 유로조절수단을 닫고, 나머지 유로를 모두 개방하게 되면, 하수의 흐름이 원수유입→제2반응조(1b)→여과수단(3)→제1반응조(1a)→침전지(2)→처리수유출과 반송슬러지는 제1반응조(1a)로 유입되는 도3의 (B)단계가 충족된다.

본 실시예에서도 유로와 유로조절수단의 구성은 관수로와 밸브로 구성하거나또는 다양한 형태의 개수로와 수문등으로 유로를 구성할 수 있다. 상기 도5의 장치를 조작하여 도3의 (A), (B)단계간의 유로를 구성하는데 필요한 유로조절수단의 조작방법을 정리하면 다음 <표3>의 내용과 같다.

도6은 도1의 각 단계에서 요구하는 유로를 4방향유로(15)를 이용하여 유로구성조건을 충족시키는 장치구성의 실시예이다. 구체적으로는 4방향밸브 또는 4방향수로와 같은 4방향유로에서 마주보는 유로에 원수를 유입시키는 원수유입유로(11)와 슬러지반송유로(14)를 각각 연결하고 남은 두 개의 마주보는 유로에는 각각 제1반응조유입유로(11a)와 제2반응조유입유로(11b)를 연결하고 상기 제1 및 제2반응조유입유로는 슬러지유입에도 함께 사용되는 구성이다. 상기 4방향유로의 중심부에는 유체의 흐름방향을 90°로 변경할 수 있는 4방향유로조절수단(16)이 내장되어 있으며 반응조 이후의 유로구성은 다른 실시예에서와 동일하다.

4방향유로를 이용하여 유로를 조작하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

<도6의 (A)>

도6의 (A)에서와 같이 4방향유로조절수단(16)을 aa′방향으로 하고, 제1반응조유출유로(12a)에 구비된 유로조절수단을 닫고 제2반응조유출유로(12B)를 개방하게 되면, 하수의 흐름이 원수유입→제1반응조(1a)→여과수단(3)→제2반응조(1b)→침전지(2)→처리수유출과 반송슬러지는 제2반응조(1b)로 유입되는 도1의 (A)단계 유로가 충족된다.

<도6의 (A-1)>

도6의 (A-1)에서와 같이 4방향유로조절수단(16)을 bb′방향으로 변경하고, 제1반응조유출유로(12a)에 구비된 유로조절수단이 닫히고 제2반응조유출유로도 열린상태로 두면, 하수의 흐름이 원수유입→제2반응조(1b)→침전지(2)→처리수유출이 되고 제1반응조(1a)는 유출입이 없는 무주하조건과 반송슬러지는 제2반응조(1b)로 유입되는 도1의 (A-1)단계 유로가 충족된다.

<도6의 (B)>

도6의 (B)에서와 같이 4방향유로조절수단(16)을 bb′방향으로 두고, 제2반응조유출유로(12b)에 구비된 유로조절수단을 닫고, 제1반응조유출유로(12a)를 개방하게 되면, 하수의 흐름이 원수유입→제2반응조(1b)→여과수단(3)→제1반응조(1a)→침전지(2)→처리수유출과 반송슬러지는 제1반응조(1a)로 유입되는 도1의 (B)단계 유로가 충족된다.

<도6의 (B-1)>

도6의 (B-1)에서와 같이 4방향유로조절수단(16)을 aa′방향으로 변경하고, 제2반응조유출유로(12b)에 구비된 유로조절수단이 닫히고 제1반응조유출유로도 열린상태로 두면, 하수의 흐름은 원수유입→제1반응조(1a)→침전지(2)→처리수유출이 되고 제2반응조(1b)는 유출입이 없는 무부하조건과 반송슬러지는 제1반응조(1a)로유입되는 도1의 (B-1)단계 유로가 충족된다.

도6의 장치를 조작하여 도1의 (A)∼(B-1)단계간의 유로를 구성하는데 필요한 유로조절수단의 조작방법을 정리하면 다음 <표4>의 내용과 같다.

또한 상기 4방향의 유로조절수단을 이용하는 도3의 유로를 구성하는 것은 매우 단순하고 용이하다. 즉 상기 도6의 (A)∼(B-1)의 장치구성에서 침전지유입유로(12)에 호기성의 제3반응조를 추가로 구비하고, 유로의 조작은 상기 <표4>에서 (A-1)과 (B-1)단계를 제외하고 (A) 및 (B)단계의 방법만을 적용하면 도3에서 필요로 하는 유로의 구성이 충족될 수 있기 때문이다.

〈도7에 관한 설명〉

도7은 도2의 각 단계에서 요구하는 유로를 실질적으로 구성하여 유로구성조건을 충족시키는 장치구성의 실시예이다. 구체적으로는 원수를 유입시키는 원수유입유로(11) 및 반응조유입유로(11a, 11b)와, 상기 반응조(1a, 1b)에서 반응액이 유출되고 침전지(2)로 유입되는 반응조유출유로(12a, 12b) 및 침전지유입유로(12)가 구비되고 상기 침전지에는 처리수가 유출되는 처리수유출유로(13)와, 상기 침전지로부터 상기 반응조로 슬러지반송이 이루어지는 슬러지반송유로(14)가 원수유입유로와 결합되어 구비되어 있다.

여기서 유입원수는 2기 이상의 상기 반응조로 각각 분리 유입될 수 있도록 원수유입유로가 분기되어 반응조유입유로를 구성하고, 상기 슬러지반송유로와 상기 원수유입유로가 결합되는 지점과 상기 원수유입유로의 분기점사이에는 예비탈질조가 구비되어 있으며, 상기 반응조이후의 유로구성은 다른 실시예에서와 같다.

도1의 (A)단계의 유로를 구성하기 위해서 제2반응조유입유로(11b), 제1반응조유출유로(12a)에 구비된 유로조절수단을 닫고 나머지 유로를 모두 개방하게 되면, 하수의 흐름이 원수유입→예비탈질조(5)→제1반응조(1a)→여과수단(3)→제2반응조(1b)→침전지(2)→처리수유출과 반송슬러지는 원수와 함께 상기 예비탈질조를 거쳐서 제1반응조(1a)로 유입되는 도2의 (A)단계 유로가 충족된다.

도1의 (A-1)단계의 유로를 구성하기 위해서 제1반응조유입유로(11a), 제1반응조유출유로(12a)에 구비된 유로조절수단을 닫고 나머지 유로를 모두 개방하게 되면, 하수의 흐름이 원수유입→예비탈질조(5)→제2반응조(1b)→침전지(2)→처리수유출이 되고 제1반응조(1a)는 유출입이 없는 무부하조건이 되며 반송슬러지는 원수와 함께 상기 예비탈질조를 거쳐서 제2반응조(1b)로 유입되는 도2의 (A-1)단계 유로가 충족된다.

도1의 (B)단계의 유로를 구성하기 위해서 제1반응조유입유로(11a), 제2반응조유출유로(12b)에 구비된 유로조절수단을 닫고, 나머지 유로를 모두 개방하게 되면, 하수의 흐름이 원수유입→예비탈질조(5)→제2반응조(1b)→여과수단(3)→제1반응조(1a)→침전지(2)→처리수유출과 반송슬러지는 원수와 함께 상기 예비탈질조를 거쳐서 제2반응조(1b)로 유입되는 도2의 (B)단계 유로가 충족된다.

도1의 (B-1)단계의 유로를 구성하기 위해서 제2반응조유입유로(11b), 제2반응조유출유로(12b)에 구비된 유로조절수단을 닫고 나머지 유로를 모두 개방하게 되면, 하수의 흐름은 원수유입→예비탈질조(5)→제1반응조(1a)→침전지(2)→처리수유출이 되고 제2반응조(1b)는 유출입이 없는 무부하조건이 되며 반송슬러지는 원수와 함께 상기 예비탈질조를 거쳐서 제2반응조(1b)로 유입되는 도2의 (B-1)단계 유로가 충족된다.

본 실시예에서의 유로와 유로조절수단의 구성은 관수로와 밸브로 구성하거나 또는 다양한 형태의 개수로와 수문등으로 유로를 구성할 수 있다. 도7의 장치를 조작하여 도2의 (A)∼(B-1)단계간의 유로를 구성하는데 필요한 유로조절수단의 조작방법을 정리하면 다음 <표5>의 내용과 같다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 질소인제거를 위한 하폐수처리장치 및 방법을 이용하게 되면, 질소와 인의 제거효율이 향상되고 안정되어 국내외적으로 심각한 하천과 호소의 부영양화 현상을 줄일수 있게 되며, 다음과 같은 장점을 보유한 질소인제거시스템을 제공할 수 있게 된다.

유입유기물이 부족하고 C/N비가 낮은 하수처리에서도 영양염류의 제거효율이 우수하고 안정된다.

질산화 및 탈질산화 반응과 인의 방출 및 과잉섭취반응에 필요로 하는 상태의 전환이 신속하고 반응시간이 단축된다.

처리공정이 단순하므로 부지의 활용도가 높고 시설비, 유지관리비가 경제적이다.

Claims

하폐수의 처리공정은 유입원수→제1반응조→여과수단→제2반응조→침전지→처리수유출의 과정을 거치도록 유로를 조작하고, 상기 제1반응조는 탈질반응과 인방출반응이 이루어지도록 혐기성조건에서 가동되고, 상기 여과수단은 상기 제1반응조의 고형물이 상기 제2반응조로 유출되지 않고 상기 제1반응조에 체류되도록 하며, 상기 제2반응조는 유기물 분해와 질산화반응 및 인의 과잉섭취가 이루어지도록 호기성조건으로 운영하는 단계(A) ;

하폐수의 처리공정은 유입원수→제2반응조→침전지→처리수유출의 과정을 거치도록 유로를 조작하고, 상기 제2반응조는 유기물 분해와 질산화반응 및 인의 과잉섭취가 이루어지도록 호기성조건을 유지하고, 상기 제1반응조는 외부로부터 유출입이 발생되지 않는 무부하상태에서 호기성조건으로 운영하는 단계(A-1) ;

하폐수의 처리공정은 유입원수→제2반응조→여과수단→제1반응조→침전지→처리수유출의 과정을 거치도록 유로를 조작하고, 상기 제2반응조는 탈질반응과 인방출반응이 이루어지도록 혐기성조건에서 가동되고, 상기 여과수단은 상기 제2반응조의 고형물이 상기 제1반응조로 유출되지 않고 상기 제2반응조에 체류되도록 하며, 상기 제1반응조는 유기물 분해와 질산화반응 및 인의 과잉섭취가 이루어지도록 호기성조건으로 운영하는 단계(B) ;

하폐수의 처리공정은 유입원수→제1반응조→침전지→처리수유출의 과정을 거치도록 유로를 조작하고, 상기 제1반응조는 유기물 분해와 질산화반응 및 인의 과잉섭취가 이루어지도록 호기성조건을 유지하고, 상기 제2반응조는 외부로부터 유출입이 발생되지 않는 무부하상태에서 호기성조건으로 운영하는 단계(B-1)를 포함하는 질소, 인 제거방법.
하폐수의 처리공정은 유입원수→제1반응조→여과수단→제2반응조→제3반응조→침전지→처리수유출의 과정을 거치도록 유로를 조작하고, 상기 제1반응조는 탈질반응과 인방출반응이 이루어지도록 혐기성조건에서 가동되고, 상기 여과수단은 상기 제1반응조의 고형물이 상기 제2반응조로 유출되지 않고 상기 제1반응조에 체류되도록 하며, 상기 제2반응조 및 제3반응조는 유기물 분해와 질산화반응 및 인의 과잉섭취가 이루어지도록 호기성조건으로 운영하는 단계(A) ;

하폐수의 처리공정은 유입원수→제2반응조→여과수단→제1반응조→제3반응조→침전지→처리수유출의 과정을 거치도록 유로를 조작하고, 상기 제2반응조는 탈질반응과 인방출반응이 이루어지도록 혐기성조건에서 가동되고, 상기 여과수단은 상기 제2반응조의 고형물이 상기 제1반응조로 유출되지 않고 상기 제2반응조에 체류되도록 하며, 상기 제1반응조 및 제3반응조는 유기물 분해와 질산화반응 및 인의 과잉섭취가 이루어지도록 호기성조건으로 운영하는 단계(B)를 포함하는 질소, 인 제거방법.
제2항에 있어서, 상기 제3반응조는 포기와 비포기교반을 반복하는 간헐포기방식으로 운영하는 것을 특징으로 하는 질소, 인 제거방법.
간헐포기수단이 구비된 2기 이상의 반응조와 슬러지반송시설이 구비된 침전지로 구성된 하폐수처리공정에, 원수를 유입시키는 원수유입유로 및 반응조유입유로와, 상기 반응조에서 반응액이 유출되고 침전지로 유입되는 반응조유출유로 및 침전지유입유로와, 상기 침전지에서 처리수가 유출되는 처리수유출유로와, 상기 침전지로부터 상기 반응조로 슬러지반송이 이루어지는 슬러지반송유로가 구비되어, 유로를 조작함으로서 하폐수의 흐르는 방향이 변경되고, 상기 반응조와 반응조사이에는 고형물은 통과하지 못하고 여액만 통과될 수 있도록 여과수단이 구비된 것을 특징으로 하는 질소인제거장치.
제4항에 있어서, 유입원수는 2기이상의 반응조로 각각 분리 유입될 수 있도록 원수유입유로가 분기되어 반응조유입유로를 구성하고, 각각의 반응조유입유로에는 유로조절수단이 구비되어 있으며, 상기 각각의 반응조에는 반응액이 분리 유출될 수 있도록 유로조절수단이 구비된 반응조유출유로가 구비되고, 상기 반응조유출유로는 결합되어 침전지유입유로를 구성하고, 상기 침전지에는 상징수가 유출되는 처리수유출유로와 침전슬러지가 상기 반응조로 유입되도록 하는 슬러지반송유로가 구비된 것을 특징으로 하는 질소인제거장치.
제4항에 있어서, 상기 여과수단은 합성수지사 또는 금속사를 적층하거나 직조하여 구성되는 여과포 또는 여과망인 것을 특징으로 하는 질소인제거장치.
제4항에 있어서, 상기 여과수단은 다수개의 양방향으로 경사진 판재 또는 단관을 벽체형으로 축조하여 구성된 것을 특징으로 하는 질소인제거장치.
제4항에 있어서, 상기 반응조의 반응액이 상기 침전지로 유입되는 침전지유입유로에는 유기물의 분해와 질산화 및 인방출반응이 이루어지며, 특히 슬러지의 침강성이 개선되도록 하는 반응조가 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 질소인제거장치.
제4항에 있어서, 상기 반응조는 부유증식에 의한 활성슬러지반응조 또는 생물막담체가 충전된 접촉산화조인 것을 특징으로 하는 질소인제거장치.
제5항에 있어서, 상기 슬러지 반송유로는 각각의 반응조로 반송슬러지가 분리 유입될 수 있도록 분기되고, 상기 분기된 각각의 반송유로에는 유로조절수단이 구비된 것을 특징으로 하는 질소인제거장치.
제5항에 있어서, 상기 슬러지 반송유로는 상기 원수유입유로와 연결되어 원수가 유입되는 반응조에 반송슬러지가 유입되도록 구성된 것을 특징으로 하는 질소인제거장치.
제5항 또는 제10항에 있어서, 상기 원수유입유로와 슬러지반송유로의 유로조절수단은 4방향수문 또는 4방향밸브등의 4방향유로조절수단인 것을 특징으로 하는 질소인제거장치.
제5항 또는 제10항에 있어서, 상기 반응조유입유로, 상기 반응조유출유로, 상기 반송유로의 유로조절수단은 3방향수문 또는 3방향밸브등의 3방향유로조절수단인 것을 특징으로 하는 질소인제거장치.