KR100392201B1

KR100392201B1 - 고농도 유기폐수의 전처리 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100392201B1
Application number: KR10-2001-0027172A
Authority: KR
Inventors: 박용석; 김형찬; 이용택; 황열순
Original assignee: 큐바이오텍 (주)
Priority date: 2001-05-18
Filing date: 2001-05-18
Publication date: 2003-07-22
Also published as: KR20020088528A

Abstract

본 발명은 고농도 유기폐수의 전처리 방법 및 장치에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 고농도 유기폐수의 전처리 방법에 있어서, 반응조에서 처리폐수의 온도를 25∼35℃ 및 용존 산소를 1∼5ppm으로 유지되도록 폭기시키면서 반응시키는 단계; 상기 반응된 폐수를 폐수의 온도가 20∼30℃로 유지되는 침전조로 이송시키는 단계; 상기 침전조에서 침전된 미생물 슬러지를 상기 반응조로 반송시키고, 상등수는 배출시키는 단계; 및 상기 각 단계가 반복적으로 수행되는 단계를 포함하는 고농도 유기폐수의 전처리 방법 및 상기 방법이 적용 가능한 장치에 관한 것이다. 본 발명의 방법 및 장치는 기존의 방법 및 장치와 비교하여 고농도의 폐수를 처리할 수 있을 뿐 아니라, 운전이 간단하고, 비용이 적게 소요될 뿐 아니라, 추가적인 공정이 필요하지 않아 부가적인 비용이 들지 않으며, 2차 오염 등의 문제가 발생하지 않음으로 효과적이다.

Description

고농도 유기폐수의 전처리 방법 및 장치{Method and apparatus for pretreating high concentration organic waste water}

본 발명은 고농도 유기폐수의 전처리 방법 및 장치에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 각종 산업체에서 발생하는 고농도 유기물 폐수를 종래의 생물학적 처리공정에 비해 10배 이상의 고부하로 처리할 수 있는 고농도 유기폐수의 전처리 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적인 생물학적 폐수처리 공정은 폐수내 유기물 부하가 0.5∼1.0 kg-CODcr/㎥·day인 낮은 농도로 이루어지고 있다. 기존의 생물학적 폐수공정이 이와 같이 낮은 부하로 운전되고 있는 이유는 미생물이 폐수 속에 녹아 있는 유기물을 분해함과 동시에 침전조에 쉽게 가라앉는 형태의 미생물 슬러지를 형성하여야 하고, 용해되어 있는 유기물(Dissolved Organic Material)은 대부분 세균(Bacteria)에 의해 분해되기 때문이다. 그러나, 세균들은 크기가 작기 때문에 물속에서 쉽게 가라앉지 못하는데, 상기 세균들을 먹고 사는 원생동물이 함께 서식하고 있을 경우원생동물과 세균이 뭉쳐져서 물속에서 쉽게 침강되는 미생물 슬러지를 형성하게 된다. 만약 전술한 기존의 생물공정에 유기물을 고부하로 투입할 경우 1차 분해자인 세균이 번성하게 되고 결국은 미생물 생태계가 깨짐으로써, 미생물 슬러지의 침강성이 나빠져 침전조에서 슬러지가 떠내려 가는 현상이 발생하고 결과적으로 수질이 나빠진다. 이와 관련된 선행기술로는 한국 특허출원 제94-10644호, 제94-26957호, 제90-13436호, 제96-1783호, 제96-28418호 및 제97-11980호 등이 있다.

한편, 전술한 이유로 인해 pH가 산성 또는 염기성이거나 염분의 농도가 매우 높은 고농도 유기물 폐수는 통상적으로 물리화학공정으로 전처리된 후 폐기되거나, 추가적으로 생물학적 공정을 거쳐 수질을 개선시키고 있다.

일반적으로 사용되는 물리 화학 공정으로는 하기 표 1에 나타난 바와 같이 소각공정, 펜톤 공정, 증발농축공정 또는 해수 투기 등이 있는데, 소각공정은 유기물 종류에 상관없이 가장 확실하게 유기물을 산화시킨다는 장점은 있으나 투자비가 비싸고 연료로 인한 운전비가 많이 소모될 뿐 아니라 유지관리가 곤란하고 2차 오염이 발생된다는 단점이 있다. 펜톤 공정과 증발농축공정의 경우는 전처리 공정으로 폐수 처리후 다시 생물학적 공정으로 2차 처리를 해야만 법적 규제치로 수질을 맞출 수가 있는데, 펜톤 공정은 초기 투자비가 적은 장점은 있으나 유기물에 대한 산화력이 약하고 약품비가 많이 소요되는 단점이 있다. 증발농축은 초기 투자비와 연료비가 많이 들고 농축된 폐슬러지를 처리해야 하는 문제를 해결해야 하는 단점이 있다. 또한, 해양투기는 환경을 보존한다는 관점에서 바람직하지 않은 방법이고 법적으로도 금지가 될 전망이다. 전술한 공지 방법들의 특징은 하기 표 1에 나타내었다.

	증발 농축	액상 소각로	펜톤 산화	생물 공정
초기 투자	대	대	소	중
운전 비용	대	대	대	소
기타 문제점	폐슬러지	유지관리2차 공해	슬러지 다량발생	미생물 슬러지

전술한 바와 같이, 공지의 고농도 유기물 폐수 처리를 위한 기존의 물리화학적 공정은 각각 고유의 문제점을 안고 있으며, 따라서 개선된 방법의 필요성이 대두되고 있다.

이에 본 발명자들이 광범위한 연구를 수행한 결과, 본 발명에 따른 방법 및 장치를 고농도 유기물 폐수 처리에 사용한 결과, 기존의 유기물 처리시 사용되는 것 보다 10배 이상의 고부하로 생물학적 공정을 사용하여 유기물을 처리할 수 있음을 확인하였으며, 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 유기물 부하가 높은 폐수의 처리가 가능하며, 투자비 및 운전비가 적게 들며, 2차적인 오염 문제가 발생하지 않는 폐수처리 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 방법이 적용 가능한 폐수처리 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 폐수처리 방법은 고농도 유기폐수의 전처리 방법에 있어서, 반응조에서 처리폐수의 온도를 25∼35℃ 및 용존산소를 1∼5ppm으로 유지되도록 폭기시키면서 반응시키는 단계; 상기 반응된 폐수를 폐수의 온도가 20∼30℃로 유지되는 침전조로 이송시키는 단계; 상기 침전조에서 침전된 미생물 슬러지를 상기 반응조로 반송시키고, 상등수는 배출시키는 단계; 및 상기 각 단계가 반복적으로 수행되는 단계를 포함한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 폐수처리 장치는 반응조와 침전조를 포함하며, 상기 반응조 내에 공기를 공급하는 블로아, 상기 블로아로부터 공급되는 공기를 미세한 공기방울로 만드는 산기관, 및 pH, 용존산소, 온도 및 전기전도도를 측정하는 센서를 포함하는 미생물이 유기물을 분해하는 반응조; 상기 반응조 외부에 설치되어 반응조내에서의 미생물의 대사열로 인한 폐수의 온도상승을 방지하기 위한 제1냉각장치, 상기 반응조로부터 처리된 폐수를 유입받아 미생물을 슬러지를 침전시키고, 이를 상기 반응조로 반송시키며, 상등수는 배출시키는 침전조; 및 상기 침전조 외부에 설치되어 침전조내의 폐수의 온도를 20∼30℃로 유지시키는 제2냉각장치를 포함한다.

도 1은 본 발명에 따른 폐수처리 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명의 폐수처리 장치를 이용하여 폐수를 처리하는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 3a는 본 발명에 따른 폐수처리 장치의 침전조에 사용되는 폭기장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 3b는 본 발명에 따른 폐수처리 장치의 침전조에 사용되는 폭기장치를 개략적으로 도시한 평면도이다.

도 4는 본 발명의 폐수처리 장치에 폐수를 유입한 후 매일 COD값을 측정한 결과 및 처리효율의 변화를 나타낸 그래프이다.

*도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명

10 : 반응조인 QBR 11 : 폐수 공급관,

12 : 블로아, 13 : 산기관(Diffuser),

14 : 제1 냉각장치, 15 : pH 센서

16 : 용존산소 센서 17 : 온도 센서

18 : 전기전도도 센서 19 : 산탱크

20 : 염기탱크 21 : 영양제 탱크

22 : 이동관 23 : 제2 냉각장치

100 : QCF 101 : 배출관

102 : 반송관 103 : 슬러지 반송 펌프

104 : 스크레퍼(Scraper) 105 : 인발 펌프

111 : QCF 산기관

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 폐수처리 장치는 크게 반응조인 QBR(Quick Bio Reactor; 10) 및 침전조인 QCF(Quick Clarifier; 100)로 구성되며, 좀 더 자세하게는 반응조인 QBR(10), 상기 QBR에 폐수를 공급하는 폐수 공급관(11), 상기 QBR에 공기를 공급하는 블로아(12), 블로아로부터 공급되는 공기를 미세한 공기방울로 만드는 산기관(Diffuser; 13), 대사열로 인한 QBR내 온도상승을 방지하기 위한 별도의 제1 냉각장치(14), QBR의 pH(15), 용존산소(16), 온도(17), 및 전기전도도(18)를 측정하는 센서, 상기 센서에 의해 측정된 결과에 따라 자동적으로 반응조의 pH를 적정범위로 맞추어 주기 위해 필요한 산탱크(19)와 염기탱크(20), 미생물의 증식에 필요한 영양분을 보관하는 영양제 탱크(21), 반응이 끝난 폐수를 침전조인 QCF로 이동시키는 이동관(22), 상기 이동관을 통해 QCF로 이동되는 폐수를 냉각하기 위한 제2 냉각장치(23), QBR로부터 이동된 폐수내의 슬러지를 침강시키는 QCF(100), 슬러지가 침강되고 남은 상층액을 외부로 배출하는 배출관(101), 상기 QCF내 침전된 슬러지를 반응조로 반송함으로써 QBR내 미생물 농도를 높게 유지시키는 반송관(102), QCF내 침전된 슬러지를 상기 반송관을 통한 미생물의 QBR내로의 반송을 유발하는 슬러지 반송 펌프(103), QCF내 미생물 슬러지를 모으기 위한 스크레퍼(Scraper 104), 모아진 슬러지를 인발하는 인발 펌프(105), QCF의 폭기를 위한 산기관(111)으로 구성된다.

폭기 장치는 침전조 바닥에 방사형으로 설치되고 침전조 크기에 따라 가지가 6개일 수도 있고, 8개일 수도 있다. 스크래퍼는 바닥을 긁어야 하기 때문에 폭기장치는 스크래퍼의 회전에 지장을 주지 않게 스크래퍼보다 약간 상부에 위치한다. 공기가 유입되는 중심 부분의 공기 유입관도 스크래퍼의 회전축과 달리 약간 중심에서 벗어나 설치되어야 한다. 유입되는 공기는 반응조용 블로아에서 가지를 치고 타이머에 의해 작동되는 밸브를 이용하여 폭기 시간을 조절한다.

폭기 시간은 하루에 1회, 1회에 30분씩 수행하는 것이 바람직하고 상황에 따라 횟소와 시간을 타이머로 조절한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 QBR(10)의 용량은 약 350㎥에서 최대 400㎥ 정도이며, 크기는 가로 10,000 ×세로 10,000 × 높이 4,200 (mm)이다. 상기 블로어(12)의 타입은 폭기조 공기 공급용 수중 블로어로서, 용량은 약 400 ㎥/h인 것이 6대 사용되며, 파워는 약 22 Kw이다. 제1 및 제2 냉각장치는 생물 반응 냉각기(Bio Reactor Cooler; Plate Type)로서 지하수와 같은 별도의 냉매를 이용하여 냉매와 미생물액이 열교환을 하는 칠러(Chiller) 타입이나, 이밖에도 미생물액 자체를 공기와 접촉시켜 방열시키는 냉각탑 방식도 사용 가능하다. 상기 냉각장치는 크게 저온 부분(Cool Side)과 고온 부분(Hot Side)으로 구성되는데, 저온 부분의 유량은 약 60 ㎥/hr, 유입 온도는 약 21℃, 배출 온도는 약 30℃이며, 내용물로는 소방수가 사용된다. 냉각 장치 고온 부분의 유량은 약 150 ㎥/hr, 유입 온도는 약 32℃, 배출 온도는 약 28℃이며 내용물은 반응조의 미생물액이다. 상기 냉각 장치 내에는 순환펌프가 존재하여 미생물액을 순환시키는데 용량은 150 ㎥/h, 파워는 약 45 Kw이다. 상기 QBR에서 QCF로의 폐수 이동이 이루어지는 이동관(22)에 설치되어 있는 냉각 장치(23)는 QCF로 유입되는 미생물 액을 반응조 온도보다 더욱 더 냉각시키기 위한 목적으로 설치되었으며, 냉각수를 통해 미생물액의 온도를 떨어뜨리게 된다. 침전조의 온도를 반응조보다 더 떨어뜨리는 이유는 침전조에서는 용존 산소가 "0"인 상태에서 오래 운전되다 보면 혐기성 세균이 서식하게 되어 침전조 내부에서 부패 현상이 발생하기 때문이다.

상기 QCF의 부피는 70 ㎥, 크기는 지름 5,000 × 높이 3,450(mm)이다. 상기 침전조에서 침전된 슬러지를 반응조로 반송하는 반송 펌프(103)의 용량은 10 ㎥/h값을 가지며 스패어 개념으로 2대를 사용하였으며, 파워는 2.2 Kw이고 연속적으로 운전된다. 슬러지를 인발하는 인발 펌프의 용량은 반송 펌프와 동일하나 운전주기는 반송펌프와 달리 필요에 따라 운전하는데 그 주기는 통상적으로 일주일에 1회, 1회 약 1시간 정도이다. 상기 침전조에 설치된 스크래퍼는 약 0.1 rpm의 회전수로 회전하며, 파워는 약 0.75 Kw이다.

도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 폐수의 처리방법을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 폐수는 QBR(10)내로 유입되어 일정 시간동안 체류되고, QBR(10) 내에 서식하고 있는 미생물들은 폐수 속에 녹아 있는 유기물을 분해하고 산화하며 증식한다. 미생물의 산화 및 증식과정에서 QBR(10)내는 블로아(12) 및 산기관(13)을 통해 다량 공급된 산소로 격렬하게 폭기되고, 상기 폭기로 인해 미생물이 유기물을 산화하는데 필요한 산소가 공급될 뿐 아니라, QBR(10) 전체가 균질화된다. 이때의 폭기량은 용존산소(DO) 농도가 1∼5ppm으로 유지되도록 결정한다. 그 이유는 용존 산소 농도가 너무 높으면 블로아 용량 대비 산소의 이용율이 떨어져 비경제적이기 때문이고, 반대로 용존산소 농도가 너무 낮으면 미생물이 폐수를 분해하는데 필요한 산소가 부족하여 폐수의 처리 효율이 떨어지기 때문이다.

이 과정에서 유기물들은 이산화탄소와 미생물 슬러지로 변화된다. 다량의 산소 투입으로 인한 반응율의 상승으로 QBR 내의 온도가 상승할 경우 반응중인 폐수 일부를 제1 냉각장치로 보내 냉각시키고 순환시킴으로써 과도한 온도 상승을 막는다. 이때의 반응조 내의 미생물액 온도는 25∼35℃로 유지시키는데, 40℃까지는허용 가능하다. 그 이유는 온도가 너무 낮으면 미생물 활성이 떨어져 폐수의 처리 효율이 낮아지기 때문이고 반대로 온도가 높으면 활성이 좋아지다가 한계온도를 넘으면 활성이 급속히 감소하여 미생물이 돌이킬 수 없는 사멸상태가 되기 때문이다.

QBR(10)에서 처리된 폐수는 슬러지와 함께 QCF(100)로 이동되고, QCF(100)에서 슬러지와 상층액으로 분리된다. QCF(100)에서 슬러지 형태로 가라앉은 미생물들은 침전조 하부에 모여져 QBR(10)로 반송되고, 반송된 미생물들은 다시 폐수를 분해하는 과정에 참여하게 된다. 이때의 침전조 온도는 10∼20℃의 온도범위가 바람직하지만, 현장에서 그 정도로 온도를 유지시키는 것은 거의 불가능하고, 30℃ 이하로만 유지시켜도 본 발명의 적용이 가능하다. 침전조의 온도를 낮추어야 하는 이유는 반응조에서 최대의 활성을 갖고 있는 미생물들이 침전조로 유입되기 때문에 침전조는 항상 용존산소 농도가 "0"인 상태로 유지되어 장기간 운전시 혐기성 미생물이 번성하여 침전조가 부패하기 때문이다. 이런 현상이 발생하면 침전조로 유입된 반응조의 호기성 미생물들은 혐기성 미생물들의 공격으로 용해되는 현상이 발생하고 결과적으로 침전조 고유의 기능을 못하는 결과를 초래한다.

이러한 과정을 통해 본 발명의 폐수처리 방법은 높은 미생물 농도(MLSS; Mixed liquor suspended solid)를 유지할 수 있다. 상기 QCF(100)에서 미생물 슬러지와 분리된 상등수는 유기물 농도가 현저히 감소된 처리수가 되어 다음 공정(일반적인 활성오니 생물학적 처리공정)으로 넘어간다.

본 발명에 따르면, 본 발명의 방법은 폐수의 pH, 용존산소, 전기전도도(염농도) 등을 적정 범위로 유지시켜 폐수의 처리 효율을 상승시킬 수 있다. 본 발명의 방법에 적합한 폐수의 부하량(㎏·CODCr/㎥·day)은 20이하, 바람직하게는 5.0∼15이며, pH는 6.5∼7.5이다. 또한, 영양분은 TOC : N : P의 비를 약 100 : 5 : 1로 유지되도록 공급하는 것이 바람직하며, 유입폐수 한계농도(TOC-ppm)는 약 20,000 ppm이하로 유지하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 고농도 염료폐수를 본 발명의 방법을 이용하여 처리하였는데, 그 결과 폐수 공급을 시작으로 용존산소농도가 급격히 감소하였으며, 폐수 공급후 약 7일이 지난 다음부터는 CODcr 값이 670∼490 ppm을 나타내었으며, 폐수 처리효율이 97%에서 안정된 값을 보임을 확인할 수 있었다.

결과적으로 본 발명의 폐수 처리 방법 및 장치는 호기성 미생물을 사용한다는 점에서는 종래의 생물 공정인 활성 슬러지법(Activated Sludge)과 유사하지만, 그 효율면에서는 공지의 장치 및 방법과 많은 차이점을 나타내는데 그 주된 차이점은 유기물 처리 부하가 높다는 것이다.

상기와 같이 종래의 생물 공정인 활성 슬러지 법과 달리 고부하로 유기물을 처리할 수 있는 이유는 다음과 같다.

첫째는, 본 발명에서는 산소공급 능력을 증대시키기 위해서 블로어의 용량, 및 산기관의 종류와 수량도 함께 증가시켰다. 둘째로, 본 발명의 장치에는 종래의 생물 반응조에 없는 별도의 냉각장치가 존재한다. 유기물 부하가 높은 폐수의 경우에는 대사열이 많이 발생하므로 반응조 내의 온도가 상승하고 온도상승에 의해 미생물의 활성이 감소되는 것을 막기 위한 목적이다. 셋째로, 본 발명의 폐수처리 장치에는 기존 생물 공정 대다수에 존재하는 온도계와 pH센서 외에도 반응조 내에용존산소센서와 전기전도센서가 설치되어 있고, 상기 센서들은 반응조 내의 용액이 입력된 값의 범위를 유지할 수 있도록 기타 부가 시설들을 자동 운전한다. 예를 들어 pH의 경우 센서에 입력된 반응조의 pH에 따라 산탱크(19)와 염기탱크(20)로부터 산 또는 염기가 첨가됨으로써 자동적으로 조절되고, 염분(TDS : Total Dissolved Solid)의 경우에는 센서에 입력된 반응조의 전기전도도에 따라 유입되는 희석수의 유량을 자동으로 조절함으로써 반응조의 염농도를 설정값 이하로 유지시켜 준다. 또한, 용존 산소 농도는 블로어의 작동시간 또는 폭기되는 공기량을 조절함으로써 조절한다. 넷째로, 기존의 장치에서는 침전조를 폭기하거나 비우지 않지만 본 발명에서는 침전조에 별도의 폭기장치를 설치하여 주기적으로 폭기하여 주기도 하고 때로는 침전조를 비움으로써 혐기성 미생물이 서식하는 것을 막아준다.

폭기장치는 침전조 바닥에 방사형으로 설치되고 침전조 크기에 따라 가지가 6개일 수도 있고, 8개 일수도 있다. 스크래퍼는 바닥을 긁어야 하기 때문에 폭기 장치는 스크래퍼의 회전에 지장을 주지 않게 스크래퍼 보다 약간 상부에 위치한다. 공기가 유입되는 중심 부분의 공기 유입관도 스크래퍼의 회전축과 달리 약간 중심에서 벗어나 설치되어야 한다. 유입되는 공기는 반응조용 블로아에서 가지를 치고 타이머에 의해 작동되는 밸브를 이용하여 침전조의 폭기 시간을 조절한다. 폭기 시간은 하루에 1회, 1회에 30분씩 수행하는 것이 바람직하고 상황에 따라 횟수와 시간을 타이머로 조절한다. 침전조를 비우는 방법은 침전조로 유입되는 유입량을 정지시키고 반송펌프를 계속 작동시킨다. 이 작업은 보통 10시간 정도가 소요되기 때문에 한달에 한번 정도로 시행하는 것이 바람직하다. 또한, 대부분 반응조의 여유부피가 침전조의 부피를 충분히 감당하기 때문에 가능하다.

따라서, 본 발명의 폐수처리 방법은 기존의 장치와 비교하여 고농도의 폐수를 처리할 수 있을 뿐 아니라, 운전이 간단하고, 비용이 적게 소요될 뿐 아니라, 추가적인 공정이 필요하지 않아 부가적인 비용이 들지 않으며, 2차 오염 등의 문제가 발생하지 않는다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 이에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

먼저 폐수를 가장 잘 분해하는 미생물을 선별하기 위해 폐수에 질소, 인, 및 무기염류를 첨가한 최소배지를 만든 다음 고체 배지 및 액체 배지상에서 미생물 25종을 배양하고 그 결과를 관찰하였다.

고체배지 실험을 위해 상기의 최소배지에 시판용 한천(Bacto-Agar, Difco사) 을 첨가하여 멸균후 굳혀 고체배지를 만들고, 여기에 25종의 미생물을 각각 도말(Streaking)하였다. 도말 후 24시간 동안 배양한 다음 고체 배지 위에 형성된 군락(Colony)의 크기를 비교해 보아 가장 크게 형성되는 미생물 3종을 선별하였다.

부가적으로 본 실시예에서는 QBR 반응조에 미생물을 초기에 접종하기 위해 다량의 미생물이 사용되므로 현장의 표준활성오니를 이용하여 폐수 분해율을 실험하였는데, 본 발명의 장치가 설치된 SK에버텍 ㈜ 울산공장의 표준활성 오니조에 서식하는 활성 오니와 다른 6개 공장에 서식하는 활성오니를 대상으로 실험하였다.

그 결과 고체 배지 실험에서는 SK 에버텍 표준활성오니를 도말한 것이 다른6개 공장에서 채취한 표준활성오니를 도말한 것보다 훨씬 더 빠른 성장속도를 보였다. 상세히 설명하면 SK 에버텍 표준활성오니를 도말한 것은 대략 7종류의 미생물이 관찰되는데, 이 중 성장속도가 빠른 것은 2종류의 미생물로서 이 두 종류의 성장속도는 1 ㎜/24 hr였다.

다른 6개 공장에서 채취한 표준활성오니를 도말한 것도 각각 여러 종류의 미생물 군락이 형성되는데 이 중 가장 빠른 성장 속도를 보이는 군락을 기준으로 비교해 보아도 성장속도는 약 0.5 ㎜/24h였다.

액체배지 실험은 상기의 최소 배지에 각 공장의 활성오니를 최종농도 2% 의 농도로 접종한 후 24시간마다 흡광도와 화학적 산소요구량(이하 COD)를 측정함으로써 수행하였다. 그 결과 고체배지 실험과 마찬가지로 SK에버텍 ㈜ 울산공장의 활성오니가 다른 6개 공장의 활성오니보다 현저히 빠른 미생물 성장과 COD감소속도를 나타냄을 확인하였다.

상기 결과에 근거하여 본 발명에서는 상기 SK에버텍 ㈜ 울산공장의 표준활성 오니조에 서식하는 활성오니 350 ㎥를 폐수가 담긴 QBR 반응조에 식종하였다. 활성 오니 식종 후 영양분(요소 500 ㎏ 및 85% 인산 용액 80ℓ)을 충분히 첨가한 다음 페놀을 첨가하여 미생물을 증식시킴과 동시에 매일 1.0 ㎥의 폐수를 반응조에 새로이 첨가하여 폐수에 적응하도록 하였다. 페놀은 한꺼번에 많이 첨가하면 미생물에 독성을 나타내기 때문에 페놀을 미생물이 모두 분해하여 상기 QBR 반응조의 용존산소 농도가 증가하는 시점마다 80%의 페놀용액을 20 ℓ씩 첨가하여 QBR 반응조에서 페놀농도가 50 ppm을 넘지 않도록 하였다. 활성 오니 식종 후 7일이 경과한 다음부터는 페놀 공급을 중단하고 폐수만 공급하였으며 하기와 같이 서서히 부하량을 증가시켰다. 15일째부터는 폐수의 농도를 묽히기 위해 폐수와 맑은 물이 1 : 1로 혼합된 혼합액을 반응조에 공급하였다. 전술한 실험 과정에 따른 반응조 내 용액의 변화는 하기 표 2에 나타내었고, 본 실시예에서 사용한 본 발명에 따른 장치의 운전 조건은 하기 표 3과 같다.

시간(일)	폐수유량(t/d)	유입 부하(㎏-TOC/㎥,d)	처리수 TOC(ppm)	MLSS (ppm)
8	2	0.17	480	3,500
9	4	0.34	530	3,700
10	8	0.68	580	4,100
11	10	1.3	670	4,700
12	25	2.1	810	5,600
13	35	3.0	1,120	6,300
14	45	3.9	1,250	7,100
15	50	4.3	1,190	7,300

운전 변수	적정 범위
부하량(㎏.CODCr/㎥.day)	정상: 5.0∼15 (최대: 20)
pH	6.5∼7.5
DO(ppm)	1∼5 ppm
반응조 온도(℃)	30℃ ± 2(35 ℃까지 허용 가능)
침전조 온도(℃)	20∼25℃(30℃ 이하 유지)
영양분	100 : 5 : 1 (TOC : N : P )
유입폐수 한계농도(TOC-ppm)	20,000 ppm

상기 과정에 따른 폐수의 정화 정도는 하기 표 4에 나타내었다.

항목	운전 결과
항목	폐수	QBR 처리후
pH	2.0	6.5∼7.5
농도	30,000 ppm-TOC	정상: 500∼1,000 ppm-TOC
염농도	1.5 g/L	3∼4 g/L
기타	H₂O₂가 3% 정도 있고 소각폐수였음.희석수를 사용해 폐수를 1 : 1로 희석후 QBR로 처리함	처리 효율: 95%(희석효과 제외)

상기 표 4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 장치로 15,000 ppm-TOC(Total Organic Carbon: 총 유기 탄소)의 고농도 폐수를 500∼1,000 ppm-TOC로 처리할 수 있음을 알 수 있다.

희석수 첨가에 따른 효과를 제외할 때 본 실시예에서 보여지는 처리 효율은 평균 95% 정도 임을 확인할 수 있었다. 상기의 방법으로 처리된 500∼1,000 ppm-TOC의 처리수는 종래의 표준활성오니법으로 추가 처리되어 법적 규제치보다 훨씬 낮은 30 ppm-TOC 정도로 배출될 수 있었다.

또한, 유입된 고농도 폐수는 pH 2.0으로 매우 강한 산성이나, 염기용액으로 중화하지 않고 직접 QBR 반응조로 유입시켜도, 반응조의 pH가 중성으로 유지된다는 점이다. 이는 사용된 미생물이 유기물을 분해하는 과정에서 pH를 알칼리성으로 바꾸는 고유한 특성이 있는 것으로 추정된다.

실시예 2

경북 구미시에 소재한 국내 유일의 산업용 염료 생산업체인 삼아화섬㈜의 고농도 폐수를 본 발명의 폐수처리 장치를 이용하여 실험실에서 QBR 실험을 수행하였으며, 사용한 폐수의 기본적인 성질은 하기 표 5와 같다.

특징	폐수내 함량
CODcr (ppm)	21,600
TDS (g/L)	32
pH	14
NH₄-N (ppm)	4
PO₄-P (ppm)	40
물량 (t/d)	100

상기 표 5에 나타난 특징 외에도 상기 폐수는 염색 폐수로서 하얀 침전물이 소량 있는 엷은 유백색을 띠는 특징을 가지고 있다.

먼저, 폐수 분해능이 뛰어난 미생물을 선별하기 위해 7종의 생물공정에서 채취한 활성오니를 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 고체배지 실험과 액체배지 실험을 수행하였다. 고체배지실험 결과 울산시 하수종말처리장에 서식하는 활성오니가 가장 빠른 성장속도를 보였고, 상기 활성 오니 중 3종류의 미생물이 다른 군락에 비해 현저히 성장속도가 빨랐다. 그러나, 성장속도가 빠른 상기 3종류의 미생물이 수적으로 보아 우점종은 아니었으며, 이는 분해능이 뛰어난 미생물이 반드시 우점종을 차지하지는 않음을 의미한다. 액체배양 실험 결과에서도 울산시 하수종말처리장에서 채취한 활성오니가 다른 6개 공장의 활성오니 보다 현저히 빠른 미생물 성장과 COD 감소속도를 나타내었다.

따라서, 상기에 언급된 울산시 하수종말처리장에서 채취한 활성오니를 사용하여 하기 표 6의 조건으로 본 발명의 폐수 처리 방법에 따라 수행하였고, 이때 초기 폐수의 농도는 COD는 2,000 ppm, 초기 미생물 접종부피는 10 %이었으며, 24시간 적응 후에 폐수를 연속 공급하였다.

운전 변수	실험 조건
유입 농도	20,000 ppm-CODcr
체류 시간	2 일
유입 부하	10 kg-CODcr/t,d
반응조 부피	2.0 L
온도	30℃
pH	6.5∼7.5
DO (용존산소)	2.0∼7.0 ppm
영양분	100 : 7 : 1 (CODcr : N : P)

미생물 식종 후 8시간 후부터 용존산소가 급격히 감소하기 시작하여 미생물이 폐수 성분에 쉽게 적응하여 분해할 수 있음을 알 수 있었다.

24시간 후에 반응조의 용존산소가 갑자기 상승하기 시작하여 7.3 ppm을 나타내었는데 이는 초기에 첨가된 폐수성분이 모두 분해되었음을 의미하므로 이 시점부터 폐수를 1.0 ℓ/d의 속도로 유입하였다. 폐수 유입 시기를 기점으로 매일 COD값을 측정한 결과와 처리효율의 변화를 계산하였으며(도 4 참조), 그 값은 하기 표 7에 나타내었다.

기간(일)	CODcr(ppm)	처리 효율	메모
1	1500	93%	미생물 식종
2	450	98%	폐수공급시작
3	860	96%
4	1590	92%
5	1480	93%
6	1360	93%
7	1120	94%
8	830	96%
9	670	97%
10	590	97%
11	560	97%
12	530	97%
13	510	97%
14	520	97%
15	490	98%
16	510	97%
17	530	97%
18	540	97%
19	520	97%

상기 표 7에 나타난 바와 같이, 폐수 공급을 시작으로 용존산소농도가 급격히 감소하였으며, 폐수 공급후 약 7일이 지난 다음부터는 CODcr 값이 670∼490 ppm을 나타내었으며, 폐수 처리효율이 97%에서 안정된 값을 보임을 확인할 수 있었다.

본 발명의 방법 및 장치는 블로어 용량뿐 아니라, 산기관의 종류 및 수량을 증대시켰기 때문에 단위 부피당 산소공급 능력이 기존 장치에 비하여 10배 이상이므로 유기물 부하가 매우 큰 폐수도 처리가 가능하며, 생물 반응조에 별도의 냉각장치가 있으므로 대사열로 인한 반응조 내의 온도 상승을 막고, 반응조 내에 용존산소센서와 전기전도센서가 추가로 설치되어 있어 빠르고 정확하게 폐수처리 과정을 확인할 수 있을 뿐 아니라, 상기 측정 값에 따라 자동적으로 산 또는 염기 용액, 및 희석수의 첨가량, 블로어의 작동시간, 배출되는 공기량이 자동적으로 조절되므로 매우 효율적이다. 또한, 본 발명의 침전조에는 기존의 장치에 없는 폭기 장치가 설치되어 주기적으로 폭기하여 줌으로써 산소가 없는 고온의 상태에서 혐기성 미생물이 서식하는 것을 막아 줌으로써 매우 효과적이다.

Claims

고농도 유기폐수의 전처리 방법에 있어서,

반응조에서 처리폐수의 온도를 25∼35℃ 및 용존산소를 1∼5ppm으로 유지되도록 폭기시키면서 반응시키는 단계;

상기 반응된 폐수를 폐수의 온도가 20∼30℃로 유지되는 침전조로 이송시키는 단계;

상기 침전조에서 침전된 미생물 슬러지를 상기 반응조로 반송시키고, 상등수는 배출시키는 단계; 및

상기 각 단계가 반복적으로 수행되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고농도 유기폐수의 전처리 방법.
제1항에 있어서, 상기 처리폐수의 유기물 부하량(㎏·CODCr/㎥·day)은 5.0∼20인 것을 특징으로 하는 고농도 유기폐수의 전처리 방법.
제1항에 있어서, 상기 침전조는 하루에 1회, 1회에 30분씩 용존산소의 농도가 3∼8 ppm이 되도록 폭기되는 것을 특징으로 하는 고농도 유기폐수의 전처리 방법.
제1항에 있어서, 상기 반응조내의 폐수의 pH, 영양제 투입량 및 염농도가 반응조내에 설치된 센서에 의해 자동적으로 조절됨을 특징으로 하는 고농도 유기폐수의 전처리 방법.
제1항에 있어서, 상기 반응조 및 침전조의 온도는 냉각장치에 의해 조절됨을 특징으로 하는 고농도 유기폐수의 전처리 방법.
반응조와 침전조를 포함하며,

상기 반응조내에 공기를 공급하는 블로아, 상기 블로아로부터 공급되는 공기를 미세한 공기방울로 만드는 산기관, 및 pH, 용존산소, 온도 및 전기전도도를 측정하는 센서를 포함하는 미생물이 유기물을 분해하는 반응조;

상기 반응조 외부에 설치되어 반응조내에서의 미생물의 대사열로 인한 폐수의 온도상승을 방지하기 위한 제1냉각장치,

상기 반응조로부터 처리된 폐수를 유입받아 미생물을 슬러지를 침전시키고, 이를 상기 반응조로 반송시키며, 상등수는 배출시키는 침전조; 및

상기 침전조 외부에 설치되어 침전조내의 폐수의 온도를 20∼30℃로 유지시키는 제2냉각장치를 포함하는 제 1항 내지 제5항중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 폐수 처리장치.
제6항에 있어서, 상기 침전조는 주기적으로 폭기하기 위한 폭기장치를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제6항에 있어서, 상기 반응조는 폐수의 pH, 영양제 투입량 및 염농도를 자동적으로 조절하기 위한 센서를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제6항에 있어서, 상기 냉각장치는 칠러(Chiller) 타입 또는 냉각탑 방식인 것을 특징으로 하는 장치.