KR100411413B1 - 하·폐수 고도처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도시하수 또는 폐수중의 질소나 인과 같은 영양염류 처리를 위한 생물학적 고도처리 방법에 관한 것으로,

기존의 하폐수 처리공정의 포기조 후단에 비포기조를 두어 용존산소를 내생 호흡에 의해 저감시킨 후 반송하여 유입 유기물을 탈질에 최대로 이용할 수 있도록하며 기존 시설을 최대한 활용하여 새로운 처리 공정으로의 신설 및 개축이 필요없이 질소, 인의 규제 농도 이하로 줄일 수 있는 경제성과 효율성을 고려한 하폐수 영양염류의 고도처리 방법을 제공하고자 한다.

Description

하·폐수 고도처리방법{Advanced treatment method for purifying wastewater}

본 발명은 도시하수 또는 폐수중의 질소나 인과 같은 영양염류 처리를 위한 생물학적 고도처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존 하·폐수처리시설을 최대한 활용하여 하·폐수 중에 존재하는 유기물 및 질소와 인과 같은 영양염류를 처리할 수 있도록하므로서 새로운 처리 공정으로의 신설 및 개축이 필요 없이 기존의 처리장의 구조를 충분히 활용하여 하·폐수에 함유된 질소와 인의 농도를 규제 농도 이하로 줄일 수 있도록 한 하·폐수 고도 처리방법에 관한 것이다.

일반적으로 하·폐수 중 질소를 처리하기 위한 생물학적 공정은 질소화합물을 아질산이온 (NO2-), 질산이온 (NO3-) 등으로 산화시키는 호기상태의 질산화 과정과 산화된 질소 화합물을 에너지 전달 구조의 전자 수용체로 활용함으로써 질소 가스로 만들어 탈기시키는 무산소(anoxic)의 탈질산화 과정으로 이루어진다.

또한, 인의 생물학적 처리공정은 시스템 내에서 세포에 농축된 인을 미생물과 함께 제거함으로써 수중의 인을 처리하는 것으로 미생물 내에 있는 인을 체외로 방출시키는 혐기성(anaerobic) 과정과 인을 과잉으로 섭취시키는 호기성 과정이 필요하다.

생물학적으로 질소를 제거하기 위한 공정은 크게 전-탈질 공정과 후-탈질 공정으로 구별된다.

여기서, 후자의 후-탈질공정은 질산화 반응조가 탈질 반응조 앞에 위치함으로써 질산화 과정 중 유입되는 유기물이 고갈되므로 후속되는 탈질공정은 내생호흡(endogenous respiration)에 의하기 때문에 탈질율이 떨어지는 문제점과 그에 따른 무산소(anoxic) 반응조의 수리학적 체류시간이 길어짐으로 무산소 반응조가 크게 요구되는 문제점이 있다.

따라서, 탈질율을 증가시키기 위해서는 외부 전자 공여체를 제공해 주어야 하나 외부 전자 공여체에 따른 운영비용을 감소시키기 위해 폐수 중 유기물을 탈질에 이용할 수 있도록 탈질반응조를 질산화조 앞에 두는 전-탈질 공정(A/O 및 A2/O 공법 UCT 및 VIP 공정, 바덴포(Bardenpho)공정)이 개발되었다.

그러나, 이러한 전탈질의 경우 탈질을 위해 질산화 반응조로부터 무산소 반응조로 내부 순환이 필수적인데 이때 질산염뿐만 아니라 용존 산소도 함께 반송되어 무산소조에서 완전한 무산소(anoxic) 상태를 유지할 수 없어 탈질효율이 떨어지는 문제점이 있다.

한편, 기존의 내부 순환(in-circulation)이 있는 A2/O 및 A2/O 변법, 바덴포(Bardenpho)계통, UCT 및 VIP공정과 같은 영양염류 처리공정들이 기존 하수처리장의 고도전환에 많이 활용되고 있는 실정이나, UCT, VIP 공정은 두 번의 내부순환으로 공정이 복잡하고 운영비용의 증가가 단점으로 지적되고 있다. 또한, A2/O계통과 바덴포 계통에 있어서도 포기조에서 무산소조로 내부 반송시 내부 반송수에 포함되어 있는 용존 산소 때문에 유입 유기물을 탈질에만 이용할 수 없어 유입 유기물이 영양염류에 비해 부족한 국내 하수에는 유입 유기물의 불필요한 손실을 가져오는 등의 문제점을 지니고 있었다.

여기서, 도 1은 전술한 종래의 전-탈질 개념의 생물학적 고도처리 시설들의 실시예를 나타낸 공정도로써, 포기조(2)에서 질산화 된 질산염들을 탈질조(무산소조)(1)로 내부 반송이 이루어짐을 알 수 있다. 이러한 공정 흐름에서는 내부 반송율이 유입량과 비교하여 1∼4배에 이르고 있어 반송수 내의 용존 산소로 인한 탈질조에서의 유기물 손실과 완전한 무산소 조건이 이루어지지 않고 유입수중의 유기물을 탄소산화에 불필요하게 사용하게 됨으로써, C/N비(유입수내의 유기물과 영양염류의 비)가 낮은 국내 하수 및 축산폐수의 경우 질소 처리효율을 저감시킬 수 있는 단점을 지니고 있다.

환경부에서는 2001년부터 특별대책지역과 기타지역의 신규 하수처리장의 방류수 기준을 BOD5 10mg/L, TN 20mg/L, TP 2mg/L로 강화시키며 2005년까지 기존의 하수처리장에 대해서도 확대 적용한다는 계획을 발표하였다. 하지만, 기존 하수처리장의 경우 고형물과 유기물 처리를 목적으로 하는 공정이 대부분이기 때문에 질소와 인의 방류수질을 만족시키기 어려우며, 질소, 인을 처리하기 위한 처리 공정으로의 전환이 불가피한 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로;

본 발명의 목적은 기존 처리장의 포기조 후단에 비포기조를 두어 용존산소를 내생 호흡에 의해 저감시킨 후 무산소조로 반송하여 유입 유기물을 탈질에 최대로 이용하여 하·폐수내의 질소와 인을 제거할 수 있도록하여 기존 처리시설을 최대한 활용할 수 있도록 하므로서 고도의 하·폐수 처리시설의 신설 및 개축에 따른 비용부담을 절감시키며 효율적으로 규제농도 이하로 하·폐수를 처리 할 수 있도록한 하·폐수 고도처리 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로는;

무산소조(1), 포기조(2), 재포기조(4) 및 침전조(5)의 순차적인 공정을 거치며 하·폐수내의 영양염류 제거할 수 있도록한 하·폐수 고도처리 방법에 있어서,

용존 산소를 내생 호흡에 의해 저감시킨 후 무산소조(1)로 반송하여 유입 유기물을 탈질에 최대한 이용할 수 있도록 상기 포기조(2) 후단에 비포기조(3)를 설치한다.

한편, 상기 반응조(무산소조, 포기조, 비포기조, 제포기조, 침전조)에 인을 제거하기 위한 혐기조(6)가 더 설치된다.

또한, 상기반응조 중 포기조 내에 질산화 미생물의 양을 증가시키기 위한 생물막 매체가 더 구비됨을 특징으로 하는 하·폐수 고도처리 방법을 제공하므로서 달성된다.

도 1은 종래의 생물학적 고도처리 시설의 다양한 실시예를 나타낸 공정도.

도 2는 본 발명에 따른 하·폐수 고도처리 방법을 나타낸 공정도.

도 3은 본 발명에 따른 하·폐수 고도처리방법의 일 실시예를 나타낸 공정도.

도 4는 도 2에 도시된 반응조 중 포기조내에 담체 및 매체를 충진시킨 공정도.

도 5는 도 3에 도시된 반응조 중 포기조내에 담체 및 매체를 충진시킨 공정도.

도 6, 도 7은 본 발명에 따른 하·폐수 고도처리 방법의 또 다른 실시예를 나타낸 공정도.

<도면의 주요 부위에 대한 부호 설명>

1: 무산소조

2,2': 포기조

3: 비포기조

4: 재포기조

5: 침전조

6: 혐기조

S: 공기공급기

이하 본 발명의 하,폐수 고도처리 방법에 따른 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 하,폐수 고도처리방법을 나타낸 공정도 로서,

전-탈질(predenitrification) 개념의 하·폐수 중 영양염류 처리공정으로 탈질을 유도하는 무산소조(1)와 질소화합물을 산화시키는 포기조(2)와 질산염을 탈질조로 반송시키기 전 반송수내의 용존 산소를 저감시키기 위한 비포기조(3) 그리고 가스 탈기를 위한 재포기조(4)로 이루어진 생물학적 주공정과 처리 후 미생물을 분리하는 침전조(5)가 유기적으로 연결된 공정으로 이루어져 있다.

이에 상기와 같은 공정에 따른 하·폐수 처리과정은 유입수를 무산소조(1)로 유입시키고, 포기조(2)에 의해 질산화 된 질산염만을 무산소조로 내부 반송시키기 위해 비포기조(3)에서 용존 산소를 저감시켜 무산소조(1)로 반송시키고 양호한 침전성을 유지하기 위하여 탈기를 위한 재포기조(4)를 이용하여 영양염류를 처리할 수 있도록한 것이다.

상세하게는 비포기 상태로 유지되는 비포기조(3)에서 용존 산소를 저감시켜 질산염만을 유입수의 유입이 이루어지는 무산소조(1)로 내부 반송시켜 탈질산화와 인의 방출을 유도하도록 하고, 재포기조(4)는 가스 탈기와 침전조에서 용존 산소를 양호하게 유지하기 위하여 포기상태를 유지한다. 이때 유입수의 흐름은 (1), (2), (3), (4)의 활성슬러지 조를 거쳐 침전조인 (5)에서 고액 분리된 상등수는 방류되고 활성슬러지는 무산소조(1)로 순환 및 배출된다.

도 3은 인의 방출을 유도하기 위한 혐기조를 더 설치한 공정도로써, 혐기조, 탈질조, 질산화조, 비포기조 및 재포기에 의해 질소와 인을 처리하는 공정도이다.

여기서, 상술한 도 2에 도시된 공정도의 무산소조(1) 전방에 혐기조(6)를 더 설치함으로써 인의 방출 면에서 유리하여 인 처리 효율을 높여야하는 경우 적용할 수 있는 공정이다. 따라서 상기 혐기조(6)가 추가된 것이며 도 2에 도시된 바와 같은 운전 방식으로 이루어진다.

즉, 혐기조(6)에서 인의 방출이 일어나며, 이후 무산소조(2)는 비포기로 탈질을 유도하며, 질산화조(3)는 호기상태로 유지시켜 줌으로써 질산화를 유도한다. 이때 유입수는 혐기조(6)로 유입된다.

도 4와 5의 포기조(질산화) 부분에 고정상 매체 및 유동상 매체를 전체 부피의 10∼30%(v/v)를 투여하여 성장이 더딘 질산화 미생물의 슬러지 일령을 증가시킴으로써 도 2와 3과 같이 부유 성장 미생물 활용 공법보다 질산화 미생물의 양을 높인다. 이로써, 생물학적 공정의 수리학적 체류시간에 대부분을 차지하고 있는 질산화에 소요되는 시간을 줄임으로써 반응조의 용적을 줄일 수 있다.

또한, 온도가 13℃ 이하와 같이 낮은 경우에도 많은 양의 질산화 미생물을 확보할 수 있으므로써 단위 질산화율(mgNH4-N/gMLVSS·hr)이 떨어지더라도 전체적으로는 원활한 질산화를 유지할 수 있다.

포기조(2)내에 매체를 투여하는 경우는 처리장의 위치가 지리적으로 추운 곳이거나, 기존의 처리시설을 고도처리 공정으로 전환할 경우 질산화에 필요한 포기조 용적이 부족할 때, 또는 처리장의 신설의 경우 부지가 부족할 때 활용할 수 있다. 운전방식은 상기의 도 2와 3과 동일하다.

도 6은 본 발명에 따른 하,폐수 고도처리 방법의 또 다른 실시예를 나타낸공정도 로서 포기조(2)와 비포기조(3)를 동일 반응조내에 구성시킨 것이다.

이에 도시된 바와같이 포기조(2)와 비포기조(3)를 별도의 다른 반응조로 구성시키지 않고 일체로 형성한 포기조(2')를 형성하며, 상기 포기조(2') 내에 일정공간의 일측으로만 공기 공급기(S)를 두어 무산조(1)로 부터 유입된 질소 화합물이 공기를 공급받아 질산화 반응이 이루어 지도록 하며, 공기 공급기가 비설치된 타측에서 용존산소를 저감시켜 질산염만을 유입수의 유입이 이루어지는 무산소조(1)로 내부 반송시켜 탈질산화와 인의 방출을 유도하도록 한 것이다.

도 7은 도 6의 도시된 고도처리 공정의 무산소조(1) 전부에 혐기조(6)를 더 설치 하므로서 인의 방출을 극대화 하여 인의 처리효율을 높이기 위한 것이다.

이상에서 살펴본 바와같이 본 발명은 질소와 인을 제거하는 고도 처리 방법에 관한 것으로, 종래의 하·폐수 처리장을 개선하거나 질소와 인 제거 공정을 신축함에 있어서 간단한 부대시설과 장치만으로 가능하여 경제적이다. 따라서, 2005년까지 고도처리 시설로 전환해야하는 종래의 하·폐수처리장의 고도처리 전환시 비용이 저렴하고 구조변경이 용이하여 고도처리 전환에 효과적인 공정이다.

또한, 본 발명의 방법을 적용할 경우 내부 반송수의 용존 산소를 저감시킴으로써 A2/O 계열 공법의 단점을 보완하여 유입수내의 유기물을 최대한 활용할 수 있다. 따라서 종래 하·폐수 고도처리 공정에 비해 높은 제거효율을 유지할 수 있고, 운영도 간단하므로 안정적인 유출 수질과 운영관리의 용이함을 기대할 수 있다.

Claims (4)

1. 무산소조(1), 포기조(2), 재포기조(4) 및 침전조(5)의 순차적인 공정을 거치며 하·폐수내의 영양염류 제거할 수 있도록한 하·폐수 고도처리 방법에 있어서,

   용존 산소를 내생 호흡에 의해 저감시킨 후 무산소조(1)로 반송하여 유입 유기물을 탈질에 최대한 이용할 수 있도록 상기 포기조(2) 후단에 비포기조(3)가 구성됨을 특징으로 하는 하·폐수 고도처리 방법.
2. 제 1항에 있어서, 무산소조 전에 인을 제거하기 위한 혐기조(6)가 설치되는 것을 특징으로 하는 하·폐수 고도처리 방법.
3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 포기조 내에 질산화 미생물의 양을 증가시키기 위해 생물막 매체인 고정상 매체 와 유동상 매체를 전체 부피의 10∼30%(v/v)인 것을 특징으로 하는 하·폐수 고도처리 방법.
4. 제 1 또는 2항에 있어서, 포기조(2)와 비포기조(3)를 일체화 시킨 포기조(2')를 형성하되, 상기 포기조(2')의 일측으로만 공기 공급기(s)가 설치됨을 특징으로 하는 하·폐수 고도처리 방법.