KR100378558B1

KR100378558B1 - 침전지 부착형 혐기·호기 회전원판법을 이용한 오,폐수의질소, 인 제거 방법

Info

Publication number: KR100378558B1
Application number: KR10-2000-0059387A
Authority: KR
Inventors: 어성욱
Original assignee: 어성욱
Priority date: 2000-10-09
Filing date: 2000-10-09
Publication date: 2003-03-29
Also published as: KR20020028410A

Abstract

본 발명은 회전원판법(RBC) 공정을 혐기, 무산소, 호기성 RBC조로 변형하여 운전 및 유지관리가 용이하게 하면서 또한 생물학적 인 제거가 가능하도록 각 반응조 내부의 하단에 침전조를 부착하여 혐기, 무산소, 호기 공정간에 내부 반송을 실시하게 함으로써 부착 미생물공정과 부유 미생물공정의 특징을 모두 살린 회전원판법을 이용한 오, 폐수의 질소,인 제거방법이다.

본 발명에 의한 오, 폐수 처리공정에 의하면, 탱크의 레벨은 모든 탱크가 공기중에 노출되어 있으며 중력에 의해 자연유하식으로 흐르도록 되어 있으며 반송을 위해서만 펌프를 사용하는 것을 특징으로 하며, 또한 1,2차 침전지의 기능을 RBC내부에서 수행함으로써 시설부지를 현저히 감소시키는 것을 특징으로 한다. 상기 혐기조의 하부 침전지는 1차 침전지의 역할과 함께 산발효조의 역할을 동시에 수행하여 생물학적 인 제거의 효율을 증대시키는 것을 특징으로 하며, 호기조의 하부 침전지는 부착 미생물의 박리에 대비한 2차 침전지의 역할을 하며 또한 이 미생물을 혐기조로 반송하여 생물학적 미생물 감량이 일어나고 이에 의해 최종슬러지 발생량을 감소시키는 효과를 가져온다.

Description

침전지 부착형 혐기·호기 회전원판법을 이용한 오,폐수의 질소, 인 제거 방법 {Nitrogen and phosphorus removal process from sewage and waste water by 2A/O RBC with internal settler}

일반적인 하, 폐수처리의 목적은 유기물질(COD, BOD)과 부유물질(SS)을 제거하는 것이다. 이러한 유기물질과 부유물질의 일반적인 제거 방법은 수중의 유기물질을 미생물의 먹이로 공급하며 유기물질을 섭취한 미생물이 달라붙고 크기가 증가하면서 수중에 가라앉게 되는데, 이 가라앉는 과정을 침전이라고 하며 침전된 미생물을 외부로 뽑아내어 처리함으로써 물속의 오염물질 제거는 완료되고, 이때 이용되는 미생물은 주로 호기성미생물(Aerobic Bacteria)을 이용하고 있다.

그러나 최근에는 호수나 해양의 부영양화문제로 인해 그 원인 물질이 되는 질소와 인 성분을 제거하도록 요구하고 있으며, 질소, 인의 제거가 가능하도록 기존 공정을 개량[이하, 고도처리 공정이라 함] 한 것이 이용되어지고 있다. 질소의 제거는 질산화 박테리아와 탈질소화 박테리아라는 2종류의 미생물을 이용하고 있는데, 질산화 박테리아는 호기성 미생물로서 수중의 암모니아성 질소를 산소와 결합시켜 질산성질소(NO₃)를 만드는 미생물이며, 탈질소화 박테리아는 용존산소가 없는 무산소조건에서 활동을 위해 용존산소 대신에 질산화미생물이 만든 NO₃를 이용하여 생활한다. NO₃중의 산소를 이용하고 N은 수중에 남겨두는데 N과 N이 결합하여 N₂가 되고 이것은 질소가스가 되어 대기중으로 방출된다. 즉, 수중의 질소 성분을 질소가스로 전환시켜 공기중으로 날려보냄으로써 수중의 질소제거가 완결되는 것이다.

한편, 인의 제거는 PAO(Phosphorun Accumulating Organization)라는 특수 미생물에 의해 이루어지는데 이 미생물은 혐기, 호기 어느 조건에서나 살수 있는 임의성 미생물로서 혐기성 조건에서는 체내에 있는 생체 에너지인 ATP를 분해하여 ATP 구성물질 중의 하나인 인 성분을 체외로 방출시키며, 호기성 조건에서는 방출된 인을 더 많이 섭취하여 체내에 ATP를 합성하게 된다. 이 미생물을 수중으로부터 침전, 제거시키는 것이 인의 생물학적 제거 원리이다. 그러나, 인제거 미생물은 주위 환경에 대단히 민감하며 다른 미생물에 비해 먹이 경쟁력에서 가장 열등하며 일반적인 폐수처리 공정에서는 배양되기가 어려운 실정이다.

이러한 오,폐수 처리방법중 유지관리의 편리성과 처리 신뢰도가 높아 오,폐수의 유기물 제거를 위해 전 세계적으로 수십년간 사용되어온 전형적인 생물학적 수처리 공정인 회전원판법(Rotating Biological Contactors)이 있으며, 이 처리방법으로는 질소 제거가 가능하며, 저 농도에서 고 농도의 BOD 처리가 가능하고, 충격 부하에도 잘 적응할뿐만 아니라 동력비가 싸며 운전도 용이하다는 특성을 지니고 있다.

상기와 같은 질소와 인을 제거하기 위한 고도처리 공정에 있어서 알려진 생물학적 처리 공정은 A2/O법, 변형 Bandenpho법, UCT(University of Cape Town Process)법, VIP(Virginia Initiative Plant)법등이 있으며, 이러한 방법들은 모두 생물학적 처리조와 침전조가 따로 분리되어 처리되어지고 있다. 한편, 처리공정의 시간단축을 위하여 특허공보 특1995-0008039는 정제된 유기산을 생물학적 처리조에 투입하고 있으며, 특허공보 특0167024는 생물학적 처리조의 효율을 높이는 방법으로 혼합방사기를 사용하여 폭기효율을 높이고 있고, 특허공보 10-0235250 또한 다단의 무산소반응조를 이용하는 방법을 사용하지만 생물학적 처리조와 침전조가 별도로 분리되어 운전되어지고 있다.

본 발명은 기존의 유기물질 제거를 위해 사용되던 회전원판법(RBC) 공정을 고도처리 공정으로 개량하여 새롭게 고안한 공정이다. 최근의 폐, 하수처리는 하천 및 호수의 부영양화 등으로 인해 유기물질 뿐만 아니라 질소, 인등의 영양물질 제거를 요구하는데, 기존 RBC공정의 경우 원판에 부착된 미생물을 이용하는 관계로 미생물 반송이 반드시 요구되는 생물학적 인 제거가 불가능하였다. 더욱이 국내 하수의 경우 유기물 농도가 상대적으로 낮아 인제거시 미생물의 성장에 반드시 필요한 VFA(Volatile Fatty Acid)가 부족하여 생물학적 인 제거가 어려운 실정이다.

특히 질소, 인을 제거하는 미생물은 반응조내에 부유하며 활동하게 하는 부유성장 공정과 미생물을 여재에 부착시켜 생활하게 하는 부착성장 공정이 있는데, 부유 성장공정은 질소, 인의 제거시 미생물의 반송과 침전, 제거 등이 용이하며 일반적으로 많이 사용되고 있으나 공정을 운전하는 과정에서 전문적인 인력이 많이 요구되며 기술적으로 주의 깊게 운전되어야만 소정의 효율을 나타낼수 있는 문제가 있다. 따라서 운전비용 절감이 요구되는 소규모 시설에서는 적용이 어렵다.

한편, 부착성장 공정은 미생물을 여재에 부착시켜 운전하는 관계로 유지관리에 인력소요가 거의 없으며 자동화운전도 가능하지만, 미생물이 여재에 부착되어 있는 관계로 인 성분을 축적한 미생물을 수중으로부터 침전, 제거하여야 하는 생물학적인 제거가 불가능하다는 것이 이제까지 개발된 공정의 한계이다.

본 발명의 목적은 상기한 종래의 기술의 문제점을 해결하기 위해 질소, 인제거가 곤란한 부착 미생물 공정, 특히 RBC공정의 내부에 침전지를 부착함으로써 부착미생물과 부유미생물 공정의 장점을 공유할 수 있도록 하여 유기물질과 부유물질은 물론 생물학적으로 질소, 인의 제거가 가능하도록 기존의 RBC공정을 변형하여 새롭게 발명하였다.

또한 본 발명에 의해, 부착 미생물 공정인 RBC 공정을 사용하여 운전 및 유지관리가 용이하게 하면서 또한 생물학적 인 제거가 가능하도록 공정 내부에 침전지를 설치하였고, 이를 통한 미생물의 반송이 가능하도록 하였으며 이에 따라 유지관리가 간편한 부착 미생물 공정에서도 인 제거가 가능하도록 한 공정으로 본 공정은 부착미생물 공정과 부유 미생물 공정을 결합한 최초의 공정인 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 침전지 부착형 혐기호기 회전원판법을 이용한 오,폐수의 질소, 인 제거 방법을 구현하기 위한 장치의 개략도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 유입수 공급관 2 : 혐기조

3 : 무산소조 4 : 호기조

5, 6 : 2차호기조 7 : 혐기조 하부 침전조

8 : 무산소조 하부 침전조 9 : 호기조 하부 침전조

10, 11 : 2차 호기조 하부 침전조 12 : 2차 호기조 반송관

13 : 무산소조 반송관 14 : 혐기조 반송관

15 : 폐기관

상기와 같이 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 질소 및 인의 제거를 위한 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 기존 RBC공정을 혐기조, 무산소조, 호기조, 2차호기조의 RBC조로 변형하고, 각 반응조의 하단에 침전조를 부착하며 혐기, 무산소, 호기 공정간에 내부 반송을 실시하게 함으로써 부착미생물 공정과 부유미생물 공정의 특징을 모두 살리게 하여 생물학적 질소, 인제거가 가능하게 하였다. 이때 RBC공정은 1,2차 침전지를 필요로 하는데 1,2차 침전지 기능을 RBC내부에서 수행함으로써 시설 부지를 현저히 감소시킬수 있는 특징이 있다.

또한 탱크의 레벨은 모든 탱크가 공기중에 open되어 있어 중력에 의해 자연유하식으로 흐르도록 되어 있으며 반송을 위해서만 pump를 사용하는 특징이 있다.

본 발명에 의한 혐기, 호기 회전원판법을 이용한 오,폐수의 질소, 인 제거방법 및 그 장치는 첨부도면에 따라 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 혐기, 호기 회전원판법을 이용한 오,폐수의 질소, 인의 제거 방법을 구현하기 위한 장치의 개략도로서 도면에서 2는 혐기조, 3은 무산소조, 4는 호기조, 5와 6은 2차 호기조이다. 이들 각각 처리조의 하부에는 도면의 7, 8, 9, 10, 11과 같이 RBC내부에 침전조가 부착된 특징이 있다.

최초 유입수는 유입수 공급관(1)을 통해 별도의 침전공정없이 혐기조(2)로 유입되고, 유입수내의 부유물질은 혐기조 하부 침전조(7)에서 침전되고 침전된 물질은 산 발효과정을 가진다. 혐기조 하부의 침전조(7)는 1차 침전지의 역할과 산발효조(Acid Fermenter)의 역할을 동시에 수행하여 생물학적 인 제거 효율을 증대시키며, 산발효조에서 생성된 VFA(Volatile Fatty Acid)는 무산소조(3)에서 탈질소효율을 증대시켜 생물학적 질소제거 효율을 높인다.

또한 본 공정의 혐기조는 메탄(CH₄) 발효를 위한 혐기조와는 약간 차이가 있는데 메탄 발효를 위한 혐기조의 경우 유기물은 유기산을 거쳐 메탄으로 분해하는 공정인 반면, 본 공정에서는 메탄생성까지 진행되지 않고 유기산으로까지만 진행된다. 따라서 반응조는 밀폐형이 아니고 공기와 접촉되어 있으며 별도의 가스 포함탱크도 필요하지 않다. 혐기성 조건의 유지는 높은 농도의 유기물이 수중에 유입되어 분해됨으로써 자연적으로 이루어지며 하부 침전지에서 침전 유기물의 발효에 의해 더욱 활성화된다. 본 발명에 있어 혐기성 반응조의 주목적은 인 제거 미생물에게 독점적으로 분해하기 쉬운 먹이를 제공하는 것이며 이 목적 달성을 위해 인 제거 미생물의 특징을 이용하였다. 인 제거 미생물은 유기물제거 미생물, 질소제거 미생물과 비교하여 먹이 경쟁에서 가장 열등하다. 따라서 인 제거 미생물이 독점적으로 먹이를 제공받기 위해서는 유기물 제거 미생물과 질소제거 미생물이 살 수 없는 환경을 만들어 주어야 하는데 그 조건이 바로 혐기성상태이다. 따라서 혐기성 조건을 만들어 인 제거 미생물에게 먹이를 독점적으로 공급하며 혐기성 균의 분해에 의해 생성된 유기산을 인 제거 미생물이 활용하도록 하는 것이다.

또한 혐기조를 거친 물은 무산소조(3)로 유입되고, 호기조에서 미생물에 의해 질산화된 질소가 여기서 환원과정을 통해 질소가스가 되어 대기중으로 방출되고 유기물질은 추가로 제거된 후 호기조(4)로 유입된다. 호기조(4)에서는 호기성 미생물에 의해 유기물이 RBC에 흡착되어 제거되며 산화 및 정화작용에 의해 하수는 정화되고, 유입질소가 질산화 반응을 일으킨다.

호기조의 하부 침전조는 부착 미생물의 박리에 대비한 2차 침전지 역할을 하며 또한 이 미생물을 혐기조로 반송하여 생물학적 미생물 감량이 일어나고 이에 의해 최종슬러지 발생량을 감소시켜 슬러지 처리비용을 줄여준다.

또한 질산화된 처리수는 2차 호기조의 침전조(10, 11) 하부로부터 2차 호기조 반송관(12)를 통해 무산소조(3)로 1～2Q로 반송된다. 무산소조의 침전 슬러지는 탈질소 된 후 무산소조 반송관(13)을 통해 혐기조(2)로 반송된다. 혐기조의 침전 슬러지는 혐기조 반송관(14)를 통해 2차 호기조(5, 6)으로 재 반송되고, 여기서 인 과잉섭취가 발생하는데 인 과잉섭취 미생물은 호기조 하부 침전지의 폐기관(15)을 통해 최종적으로 폐기한다.

이상에서 설명하는 바와 같이, 본 발명에 의한 침전지 부착형 혐기, 호기 회전원판법을 이용한 오,폐수의 질소, 인 제거장치에 의하면 공정내부에 침전지를 설치하여 이를 통한 미생물의 반송이 가능하도록 하였으며 이에 따라 유지관리가 간편한 부착미생물 공정에서도 인 제거가 가능하도록 한 부착미생물 공정과 부유미생물 공정을 결합한 최초의 공정이다. 본 발명에 의해 일반적인 폐수 처리공정에 부가적으로 추가될 수 있는 별도의 침전지를 RBC내부에 부착함으로써 시설부지를 현저히 줄이면서 보다 효율적으로 이용할수 있으며 최종 슬러지 발생량 감소에 따른 슬러지 처리비용을 줄여줄 수 있는 효과를 가져온다.

Claims

회전원판법(RBC) 공정을 혐기, 무산소, 호기성 RBC조로 변형하여 운전 및 유지관리가 용이하게 하면서 또한 생물학적 인 제거가 가능하도록 각 반응조의 하단에 침전조를 부착하여 혐기, 무산소, 호기 공정간에 내부 반송을 실시하게 함으로써 부착미생물공정과 부유 미생물공정의 특징을 모두 살린 회전원판법을 이용한 오, 폐수의 질소, 인 제거방법
제 1항에 있어서, 탱크의 레벨은 모든 탱크가 공기중에 노출되어 있으며 중력에 의해 자연유하식으로 흐르도록 되어 있으며 반송을 위해서만 펌프를 사용하는 것을 특징으로 하는 회전원판법을 이용한 오, 폐수의 질소, 인 제거방법
제1항에 있어서, 1,2차 침전지의 기능을 RBC내부에서 수행함으로써 시설부지를 현저히 감소시키는 것을 특징으로 하는 회전원판법을 이용한 오, 폐수의 질소, 인 제거방법
제1항에 있어서, 혐기조 하부의 침전지는 1차 침전지의 역할과 함께 산발효조의 역할을 동시에 수행하여 생물학적 인 제거의 효율을 증대시키는 것을 특징으로 하는 회전원판법을 이용한 오, 폐수의 질소,인 제거방법
제1항에 있어서, 호기조 하부의 침전지는 부착 미생물의 박리에 대비한 2차 침전지로 역할하며 또한 이 미생물을 혐기조로 반송하여 생물학적 미생물 감량이 일어나고 이에 의해 최종슬러지 발생량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 회전원판법을 이용한 오, 폐수의 질소,인 제거방법