KR100398912B1 - 하수 및 오,폐수의 질소, 인 동시 제거방법 - Google Patents

Abstract

본 발명 하수 및 오,폐수의 질소, 인 동시 제거방법은 무산소여상(20)과 호기성생물산화여과지(30)의 내부에 각각 담체(22)(32)를 구비하여, 유출수중 반송된 질산화수가 무산소여상(20)의 담체(22)에 형성된 탈질미생물막에 의하여 탈질이 이루어지도록 하고, 호기성생물산화여과지(30)의 담체(32)공극에 형성된 혐기-호기상태하에서 호기성 세균에 의한 인의 방출과 과잉섭취로 인이 제거됨과 아울러 물리적인 여과가 이루어지도록 함으로써 수질향상이 이루어지는 고도처리장치를 구성할 수 있다.

Description

하수 및 오,폐수의 질소, 인 동시 제거방법{NUTRIENTS REMOVING METHOD OF SEWAGE AND INDUSTRIAL WASTE WATER}

본 발명은 생활하수, 오수 및 각종 산업폐수처리 방법에 관한 것으로, 특히 물리적인 여과와 생물막 처리가 하나의 장치에서 이루어지도록 하여 간단한 구성으로 효율적인 수질정화가 이루어질 수 있게 하는 하수 및 오,폐수의 질소, 인 동시 제거방법에 관한 것이다.

인구증가 및 산업발달에 따라 생활오수를 비롯한 산업폐수, 가축폐수 및 침출수를 비롯한 각종 유기성 폐수 등의 배출량도 급속히 증가되고 있다. 따라서 수역으로 유입되는 질소 및 인의 양도 나날이 증가되는데, 이와 같이 증가되는 질소와 인은 생물의 필수 영양소임에도 불구하고 적절히 처리하지 않고 자연계에 과다하게 배출될 경우에는 부영양화가 초래되어 조류의 증식에 의한 수질오염을 가중시킨다. 부영양화가 진행된 수역은 상수처리시 여과지의 폐색 및 상수의 맛을 떨어뜨림은 물론 악취가 심하게 발생되어 상수원으로 부적합할 뿐만 아니라 조류의 급격한 증식으로 인하여 수중의 용존산소를 소모하여 하천의 어류와 같은 수중생물의 집단폐사를 야기 하게 된다.

따라서, 하수와 오,폐수는 반드시 정화하여 하천과 상수원으로 유입되도록 하여야 하며, 이러한 하수와 오,폐수의 정화시 질소와 인을 동시에 처리하여 부영양화를 방지할 수 있는 처리공법과 장치들이 개발되기에 이르렀다.

도 1은 질소와 인을 동시에 처리할 수 있는 종래의 대표적인 하수처리공정의한 형태를 보인 것으로, 도시된 바와 같이, 1차 침전조(1), 생물반응조(2), 2차 침전조(3) 및 3차여과처리장치(4)가 순차적으로 설치되어 있고, 상기 생물반응조(2)는 혐기조(2a), 무산소조(2b), 호기조(2c)로 구성되는 경우가 일반적이다.

상기와 같은 처리장치에서 1차 침전조(1)에서 부유고형물이 제거된 유출수가 혐기조(2a)에 유입되면 미생물에 의하여 유기물을 섭취, 분해함과 동시에 인의 방출의 방출이 일어나, 후속의 호기성 상태에서 미생물체의 증식과 더불어 폴리인산을 미생물체내에 과잉섭취하면서 인이 제거된다. 즉, 인의 제거에 관련된 미생물체들이 혐기성상태에서 단순한 효소기질을 제거할 수 있는 능력을 가지고 세포안에 저장 생성물로 동화하면서 인을 방출하고, 호기성 상태하에서는 다중 인산염의 형태로 인을 과잉섭취하여 저장하므로 인이 제거된다.

질소의 제거는 하수와 유출수 중의 질소화합물이 호기조(2c)내의 호기성상태에서 자가영양균인 아질산균(Nitrosofying bacteria)이나 질산균(Nitrify bacteria)과 같은 질산화 미생물에 의하여 질산화된 후 다시 무산소조(2b)로 일정양 반송되어 무산소 상태에서 아크로모박테리아(Achromobacter)나 슈도모나(Pseudomonas)와 같은 탈질미생물에 의하여 탈질화됨으로써 이뤄진다.

상기와 같이 질소와 인이 제거된 미생물혼합액은 2차 침전조(3)에서 침전처리에 의하여 고액분리가 이루어져서 미생물과 처리수가 분리되도록 하고, 그와 같이 처리된 유출수를 필요한 경우에는 3차여과처리장치(4)에서 최종적으로 처리하여 방류기준 이하의 수준으로 관리하여 하천으로 방류하게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래 오,폐수고도처리공법은 하천으로 방류하는 방류수의 수질을 기준치이하로 유지하기 위하여 복잡한 설비를 갖추어야 하는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 주목적은 유출수 중의 질소와 인의 제거를 위한 생물학적처리와 수질향상을 위한 물리적인 여과를 하나의 장치에서 동시에 이루어지도록 하여, 고도처리공정과 장치를 단순화하여 설비의 감소에 따른 시설설치비를 절감하고, 설치공간의 감소에 따른 공간이용효율을 증가시키도록 하는데 적합한 하수 및 오,폐수의 질소, 인 동시 제거방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 담체를 통과하는 유출수가 담체의 상부에서 하향류로 흐르는 상태에서 충진담체가 호기성을 유지하여 충분한 미생물이 서식하도록 함으로써 수질을 정화시키는 자연정화형처리공법으로서 적합한 하수 및 오,폐수의 질소, 인 동시 제거방법을 제공함에 있다.

도 1은 종래 하수처리장치를 개략적으로 보인 배치도.

도 2는 본 발명 하수 및 오,폐수의 질소, 인 동시 제거장치의 구성을 보인 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 담체를 보인 단면도.

도 4는 본 발명의 동작을 설명하기 위한 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 최초침전지 20 : 무산소여상

30 : 호기성생물산화여과지 40 : 처리수조

22,32 : 담체

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 최초침전지, 무산소여상, 호기성생물산화여과지, 처리수조를 이용하여 하수 및 오,폐수를 처리하는 방법에 있어서, 상기 호기성생물산화여과지의 내측 하부에서 상향류로 공기가 흐르도록 공급하는 상태에서 원수는 호기성 미생물이 부착된 담체의 상부에서 하향류로 흐르도록 하여 유기성 오염물의 섭취분해반응과 질소화합물의 질산화 촉진 및 호기성 미생물에 의한 인의 제거가 이루어짐과 아울러 담체에 의한 물리적인 여과가 동시에 이루어지고, 그 호기성 생물산화여과지에서 질산화된 질산화수는 질소질 제거에 필요한 유량에 따라서 무산소여상으로 유입수 대비 0.2~3의 순환수를 순환시켜서 탈질균에 의한 탈질반응이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 하수 및 오,폐수의 질소, 인 동시 제거방법이 제공된다.

이하, 상기와 같은 본 발명 하수 및 오,폐수의 질소, 인 동시 제거방법을 첨부된 도면의 실시예를 참고하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명 하수 및 오,폐수의 질소, 인 동시 제거장치의 구성을 보인 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 담체를 보인 단면도이며, 도 4는 본 발명의 동작을 설명하기 위한 단면도로서, 도시된 바와 같이, 최초침전지(10), 무산소여상(20), 호기성생물산화여과지(30), 처리수조(40)가 순차적으로 배치되어 있고, 이들은 이송관(11)(21)(31)에 의하여 연결되어 있으며, 상기 최초침전지(10)의 입구측에는 유입관(12)이 설치되어 있고, 상기 처리수조(40)의 출구측에는 방류관(42)이 설치되어 있다.

상기 처리수조(40)의 하부에는 유출수중 일정양을 무산소여상(20)으로 순환하기 위한 유출수 순환수단(50)이 설치되어 있고, 호기성생물산화여과지(30)를 역세척하기 위한 역세척수단(60)과, 역세척수를 배출하기 위한 역세척수배출수단(70) 및 호기성생물산화여과지(30)에 공기를 공급하기 위한 호기성 유지수단(80)이 설치되어 있다.

상기 무산소여상(20)의 내부에는 탈질세균이 서식할 수 있도록 담체(22)로 다공성 매체가 충진되어 있고, 호기성생물산화여과지(30)의 내부에는 물리적인 여과와 함께 호기성 미생물막을 형성하기 위하여 도 3과 같이 분말 활성탄이나 다공성 세라믹과 같은 다공성 매체층(32a), 왕모래층(32b), 자갈층(32c)이 적층되어 이루어진 담체(32)가 충진되어 있으며, 그 담체(22)(32)들의 하부에는 각각 하부집수장치(23)(33)가 설치되어 있다.

상기 순환수단(50)은 처리수조(40)의 하단부와 최초침전지(10)의 유출관(11)을 연결하는 순환라인(51)과, 그 순환라인(51) 상에 설치되는 순환펌프(52) 및 그순환펌프(52)의 전,후측에 설치되는 밸브(53)(54)로 구성되어 있다.

상기 역세척수단(60)은 상기 호기성생물산화여과지(30)의 하단부 일측에 연결되는 공기배관(61) 상에 설치되는 압축기(62), 공기저장탱크(63), 유량지시계(64), 자동밸브(65)와, 상기 순환라인(51)과 호기성생물산화여과지(30)의 하부측에 연결되는 세척수공급라인(66) 상에 설치되는 역세척 펌프(67), 밸브(68:68',68",68'")들로 구성되어 있다.

상기 역세척수 배출수단(70)은 상기 호기성생물산화여과지(30)의 내측 상부에 배치되는 트라프(71)와 외부에 설치된 역세척수조(72)가 역세척수 배출라인(73)으로 연결되어 있고, 그 역세척수조(72)는 최초침전지(10)의 유입관(12)에 펌핑배관(74)으로 연결되어 있으며, 그 펌핑배관(74) 상에는 반송펌프(75)가 설치되어 있고, 그 각각의 연결배관에는 밸브(76)(77)(78)들이 설치되어 있다.

상기 호기성 유지수단(80)은 상기 공기배관(61)과 호기성생물산화여과지(30)의 일측을 연결하는 호기성 유지배관(81)과, 공기공급량을 조절하는 밸브(83) 및유량지시계(84)로 구성된다.

또, 처리수조(40)의 상부에 설치되는 용존산소검지/조절기(82)에 의하여 공기공급량조절밸브(83)의 개도가 조절된다.

상기와 같이 구성되어 있는 본 발명의 하수 및 오,폐수의 질소, 인 동시 제거장치에 의한 처리과정을 설명한다.

하수 및 오,폐수가 유입관(12)을 통하여 최초침전지(10)에 유입되면 고형물질은 최초침전지(10)의 내측 하부로 침전되어 제거되고, 유출수는 유출관(11)을 통하여 무산소여상(20)의 내부로 유입된다.

무산소여상(20)에서는 최초침전지(10)를 거쳐 나온 유출수와 함께 처리수조(40)에서 순환된 순환수가 담체(22)를 접촉통과하며 물리적인 여과가 이루어짐과 아울러 담체(22)에 부착되어 생물막을 이루고 있는 탈질균들에 의하여 호기성생물산화여과지(30)에서 질산화된 질산화물들의 탈질이 진행되어 질소가스가 대기중으로 방출됨으로써 하수나 오폐수에 함유된 질소질이 제거된다.

무산소여상(20)에서 탈질이 이루어진 유출수가 이송관(21)을 통하여 호기성생물산화여과지(30)로 유입되면 도 4의 내부 상측에 화살표로 표시된 것과 같이 유출수가 하향류로 흐르면서 호기성 미생물이 부착된 담체(32)인 다공성 매체층(32a), 모래층(32b), 자갈층(32c)을 통과하는 동안에 물리적인 여과가 이루어짐과 동시에 미생물체에 의한 유기물질의 흡착산화와 미생물의 증식이 이루어진다.

또, 암모니아성 질소형태로 하수중에 함유된 질소질은 호기성생물산화여과지(30)에서 호기성 미생물인 질산화 미생물들에 의하여 산화태 질소인 아질산성 질소 또는 질산성 질소로 산화된 상태로, 이송관(31)을 통하여 처리수조(40)로 유출되고, 처리수조(40)에서 순환배관(51)과 순환펌프(52)를 통하여 일정양이 무산소여상(20)으로 순환되며, 무산소여상(20)에서의 무산소 조건에서 상기의 질산성 질소가 탈질 미생물에 의하여 환원되어 질소가스 형태로 방출되므로 질소가스의 제거가 이루어진다.

한편, 인의 제거는 다공성 여재내에 형성된 혐기-호기상태에서 인의 방출과 과잉섭취가 진행되어 인이 제거되기 때문에 방류관(42)을 통하여 하천으로 방출되는 방류수는 질소와 인이 제거된 상태로 방류된다.

상기 호기성생물산화여과지(30)에서 처리수조(40)로 유출된 유출수중에서 무산소여상(10)으로 순환되는 순환수는 필요한 탈질정도에 따라 순환율을 조절하게 되는데, 순환량은 유입수 대비 0.2~3배 사이에서 조절하는 것이 바랍직하다.

상기 호기성생물산화여과지(30)는 압축기(62)와 공기저장탱크(63)에 의하여 발생된 공기가 호기성유지배관(81)을 통하여 담체(32)의 내부로 유입되도록 되어 있으며, 용존산소검지/조절기(82)를 이용하여 처리수조(40)로 유출되는 유출수의 용존산소의 농도를 검출하여 적절한 공기주입율을 조절한다.

한편, 상기와 같이 가동되는 호기성생물산화여과지(30)의 담체(32)에 부착되어 미생물막을 형성하는 미생물들의 성장에 의하여 여과층의 공극이 막히면 유출수의 여과수두의 손실이 점점 상승하게 되는데, 이 값이 설계수준에 도달하게 되면 담체(32)의 역세척을 실시하게 된다.

역세척을 실시할때는 먼저 호기성유지배관(81)의 밸브(83)를 닫고 공기배관(61)의 밸브(65)를 열어서 공기가 호기성생물산화여과지(30)의 하측으로 유입되도록 하면, 공기가 담체(32)의 하측에서 상측으로 통과되며 담체(32)에 부착되어 있는 미생물들을 흔들어 주게 되어 미생물들이 담체(32)에서 떨어지게 된다.

그와 같은 상태에서 세척수공급라인(66)의 밸브(68)와 역세척수배출배관(73)의 밸브(78)를 열고 역세척 펌프(67)를 가동하면 호기성생물산화여과지(30)의 내측 하부로 역세척수가 공급이되고, 그 공급된 역세척수는 담체(32)의 하측에서 상측으로 통과하며 떨어진 미생물들과 함께 상측으로 흐르는데, 상측으로 흐르는 역세척수의 수위가 트라프(71)의 설치 높이에 도달하면 역세척수는 트라프(71)와 역세척수 배출배관(73)을 통하여 역세척수조(72)로 배출이 되고, 역세척수조(72)로 배출된 역세척수는 반송펌프(75)에 의하여 펌핑되어 다시 유입관(12)으로 반송된다.

상기의 실시예에서는 무산소여상(20)에 충진되는 담체(22)로 다공성 매체를 사용하고, 호기성생물산화여과지(30)에 충진되는 담체(32)로 다공성 매체, 왕모래, 자갈이 적층된 것을 예로들어 설명하였으나, 꼭 그에 한정하는 것은 아니고, 안스라사이트층을 추가하는 등 무산소여상(20)의 내부에 탈질균이 서식할 수 있고, 호기성생물산화여과지(30)의 내부에 호기성 생물막을 형성시킴과 아울러 물리적인 여과를 할 수 있는 구성이면 본 발명의 사상과 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 얼마든지 응용이 가능하다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명 하수 및 오,폐수의 질소, 인 동시 제거방법은 무산소여상과 호기성생물산화여과지에 물리적인 여과와 동시에 생물막처리를 위한 담체를 구비하여, 하수나 오,폐수중의 질소, 인을 동시에 제거함과 아울러 물리적인 여과가 이루어지도록 함으로써, 방류수질을 법정방류수질기준 이하로 유지하게 하여 수역의 부영향화 내지는 미생물의 이상증식 등으로 야기되는 적조현상, 녹조현상 등의 수질환경파괴을 예방하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 종래의 고도처리장치와 비교할때 구조가 간단하여 제조비용이 절감되고, 설치면적이 절감되는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 최초침전지, 무산소여상, 호기성생물산화여과지, 처리수조를 이용하여 하수 및 오,폐수를 처리하는 방법에 있어서, 상기 호기성 생물산화여과지의 내측 하부에서 상향류로 공기가 흐르도록 공급하는 상태에서 원수는 호기성 미생물이 부착된 담체의 상부에서 하향류로 흐르도록 하고, 여층내에서 미생물에 의하여 유기물의 섭취.분해와 다공성 여재의 혐기-호기 상태하에서 질소화합물의 질산화 촉진 및 인의 제거가 이루어짐과 아울러 담체에 의한 물리적인 여과가 동시에 이루어지고, 그 호기성 생물산화여과지에서 질산화된 질소 산화물의 탈질에 의하여 생물산화여과지의 처리수를 무산소여상으로 유입수 대비 0.2~3배로 순환시켜서 탈질균에 의한 탈질반응이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 하수 및 오,폐수의 질소, 인 동시 제거방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 호기성생물산화여과지에서 처리수조로 유출되는 유출수의 용존산소농도 검출값에 따라 호기성생물산화여과지의 담체에 공급되는 공기의 양을 조절하여 에너지를 절감할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 하수 및 오,폐수의 질소, 인 동시 제거방법.
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