KR100415437B1 - 탈질율을 개선시킨 슬러지 재포기조를 조합한하수고도처리시스템 - Google Patents

탈질율을 개선시킨 슬러지 재포기조를 조합한하수고도처리시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 호환조를 부가하고 슬러지를 반송하여 재포기시켜 제공함으로써, 슬러지 반송량을 감소시키고, 유입수를 분배 투입하여 질소 제거 효율을 향상시키며, 총 체류 시간을 감소시켜 운용유지비를 절감시킬 수 있는 하수고도처리시스템에 관한 것으로, 슬러지를 반송라인을 통해 유입받아 재포기시키는 재포기조; 상기 재포기조에 의해 처리된 처리수와 외부로부터 유입되는 유입수의 일부를 유입받아 수중의 용존산소와 질산염을 제거하는 제1 탈산소조; 상기 제1 탈산소조의 처리수와 상기 외부로부터 유입되는 유입수의 나머지 일부를 유입받아 혐기 상태에서 인을 방출하는 혐기조; 상기 혐기조의 처리수와 내부반송라인을 통해 용존산소가 제거된 처리수를 반송받아 탈질 미생물에 의해 탈질을 수행하는 무산소조; 상기 무산소조의 처리수를 유입받아 타이머에 의해 일정한 간격으로 교대 교반을 수행하여 호기 조건과 무산소 조건을 반복함으로써 동일조내에서 질산화와 탈질을 수행하는 호환조; 상기 호환조의 처리수를 유입받아 호기 상태에서 질산화를 수행하는 호기조; 및 상기 호기조의 처리수를 유입받아 용존 산소를 제거하여 상기 무산소조로 내부 반송라인을 통해 반송하는 제2 탈산소조를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

탈질율을 개선시킨 슬러지 재포기조를 조합한 하수고도처리시스템{Advanced sludge reaeration process improving denitrification rate for nutrient removal}
본 발명은 하수고도처리시스템에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 호환조를 부가하고 슬러지를 반송하여 재포기시켜 제공함으로써, 슬러지 반송량을 감소시키고, 유입수를 분배 투입하여 질소 제거 효율을 향상시키며, 총 체류 시간을 감소시켜 유지관리비를 절감시킬 수 있는 하수고도처리시스템에 관한 것이다.
일반적인 하수고도 처리공정은 최근 생활하수, 산업폐수, 축산폐수 등 오염물의 증가와 활성슬러지법 2차 처리 시설의 한계로 인해, BOD, SS 이외의 질소, 인 등 영양염류의 제거 효율이 낮아지면서 하천 및 호소의 수질이 날로 악화되는 문제점을 안고 있다.
이러한 수질오염의 근본적인 원인을 제거하고자 개발된 종래의 질소, 인 등의 영양염류 제거방법은 크게 물리화학적인 방법 및 생물학적인 방법으로 구별된다. 물리화학적인 방법은 화학약품을 첨가하여 제거효율을 향상시키므로, 지속적인 약품투입과 슬러지 발생량의 증가 등으로 인해 비경제적인 반면, 생물학적인 방법은 공정의 안정성과 신뢰성 및 장기적인 안목에서 경제적인 장점 때문에 영양물질 제거방법으로 활발하게 연구되고 있다.
대부분의 고도처리시스템은 질소, 인 제거를 위하여 혐기조, 호기조 또는 무산소조를 구비한 것으로, 이러한 종래의 공법으로는 A2O, MUCT, VIP, P/L, SBR 등이 있다.
미생물을 이용한 하수고도처리공법은 혐기조건에 이은 호기조건에서의 인 제거와 호기조건에 연계된 무산소 조건을 주어 질산화와 탈질을 통해 질소를 제거하며, 인, 질소의 제거 효율은 각각 반응조 체류시간에 의해 결정된다.
고도처리에 의한 질소의 제거는 유입수의 온도조건에 의해 제거 효율의 변화가 크게 되므로, 이에 따른 별도의 조치가 요구된다. 즉, 질산화 미생물의 증식속도는 수온의 영향을 받기 때문에, 저수온(13도 이하)에서는 질산화 미생물을 반응조내에 유지하기 위해 슬러지 유지 주기인 슬러지 체류시간(SRT)이 길어져야 한다. 따라서, 질산화를 일으킬 수 있는 호기상태 부분을 늘리는 것이 필요하다.
호기상태 부분을 늘리는 방법에는 혼합액 부유고형물(MLSS)을 늘리는 것과, 호기조 체적을 증가시키는 것이 있으나, 전자는 후단의 최종 침전지에서 고형물 부하를 증가시켜 침전 효율이 악화되는 단점을 초래할 수 있으며, 후자는 경제성이 떨어지므로 슬러지 재포기조를 이용하여 슬러지 체류시간을 증가시키는 것이 가장 경제적이라 할 것이다.
아울러 종래의 고도처리시스템은 하절기 수온 상승 시 과도한 호기 슬러지 체류시간(ASRT)으로 인한 자산화에 의해 슬러지내의 질소가 용출되는 문제와 유입수내 유기탄소원 부족시 유기물/질소비(C/N) 저하로 질소 제거 효율이 악화되는 문제점을 안고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 호환조를 부가하여 호환조에서 호기슬러지체류시간을 조절할 수 있고, 또한 유기물/질소비 부족시 무산소 조건에서의 내생탈질에 의해 질산염을 제거하므로, 총 질소 제거 효율을 안정적으로 향상시킬 수 있으며, 총 체류시간을 감소시켜 유지 관리비를 절감할 수 있는 하수고도처리시스템을 제공하는데 있다.
도1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하수고도 처리시스템의 구조를 개략적으로 나타낸 도면.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 제1 탈산소조 2 : 혐기조
3 : 무산소조 4 : 호환조
5 : 호기조 6 : 제2 탈산소조
7 : 이차 침전지 8 : 슬러지 저류조
9 : 재포기조
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하수고도 처리시스템은, 하수고도처리시스템에 있어서, 슬러지를 반송라인을 통해 유입받아 재포기시키는 재포기조; 상기 재포기조에 의해 처리된 처리수와 외부로부터 유입되는 유입수의 일부를 유입받아 수중의 용존산소와 질산염을 제거하는 제1 탈산소조; 상기 제1 탈산소조의 처리수와 상기 외부로부터 유입되는 유입수의 나머지 일부를 유입받아 혐기 상태에서 인을 방출하는 혐기조; 상기 혐기조의 처리수와 내부반송라인을 통해 용존산소가 제거된 처리수를 반송받아 탈질 미생물에 의해 탈질을 수행하는 무산소조; 상기 무산소조의 처리수를 유입받아 타이머에 의해 일정한 간격으로 교대 교반을 수행하여 호기 조건과 무산소 조건을 반복함으로써 동일조내에서 질산화와 탈질을 수행하는 호환조; 상기 호환조의 처리수를 유입받아 호기 상태에서 질산화를 수행하는 호기조; 및 상기 호기조의 처리수를 유입받아 용존 산소를 제거하여 상기 무산소조로 내부 반송라인을 통해 반송하는 제2 탈산소조를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하수고도 처리시스템의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
외부로부터 유입되는 유입수의 일부(10 내지 30%)가 제1 탈산소조(1)로 유입된다. 또한, 재포기조(9)에서 처리된 처리수가 제1 탈산소조(1)로 유입된다. 제1 탈산소조(1)는 유입수를 0.5Hr 정도 체류시켜, 용존산소와 질산염을 제거한 다음, 혐기조(2)로 제공한다. 여기서, 제1 탈산소조(1)로 유입수의 10 내지 30%를 분배하여 투입하고, 재포기조(9)에 의한 질산화 수행으로 활성이 높아진 미생물을 제1 탈산소조(1)로 유입시킴으로써, 제1 탈산소조에서 용존산소 및 질산염을 제거한 다음 후단의 혐기조(2)로 이송시킨다. 이러한 결과로 인해, 후단의 혐기조(2)에서의 질산염으로 인한 인방출 억제 요인이 제거되고, 더욱이 혐기조(2)내의 MLSS가 증가되므로 인제거 효율을 향상시킬 수 있다.
혐기조(2)에는 유입수의 70 내지 90%가 유입되고, 제1 탈산소조(1)에 의해 용존산소와 질산염이 제거된 처리수가 유입되어, 인방출이 이루어진다. 혐기조(2)는 유입수를 1.0Hr 정도 체류시킨 다음 무산소조(3)로 제공한다.
무산소조(3)에는 후단의 제2 탈산소조(6)에 의해 용존산소가 제거된 처리수의 50 내지 100%가 내부반송라인(10)을 통해 반송된다. 무산소조(3)는 혐기조(2)의 유입수와 내부반송된 유입수를 무산소 조건에서 1.3Hr 정도 체류시켜 탈질시킨 다음 호환조(4)로 제공한다. 이와 같이 제2 탈산소조(6)에 의해 용존산소가 제거된 처리수가 무산소조(3)로 반송됨으로써, 무산소조에서의 탈질 효율을 극대화 할 수 있다.
호환조(4)는 무산소조(3)로부터 유입된 유입수를 교대교반하여 호기 조건과 무산소 조건을 반복함으로써, 동일조내에서 질산화와 탈질을 수행한다. 일반적으로 수온이 상승하거나 유입수질이 낮아진 경우에는 질산화에 필요한 총 호기시간이 짧아지므로, 호환조(4)를 교대교반하여 질소 제거 효율을 향상시키고, 공기 공급량 및 내부반송량을 감소시켜 전력비를 감소시킬 수 있다. 다시 말해, 수온 및 유입수의 수질에 따라 호환조를 일정한 시간간격으로 자동 타이머에 의해 교대교반을 실시하여 호기 조건과 무산소 조건을 반복시킴으로써, 동일조내에서 질산화와 탈질을 수행한다. 호환조의 교대교반에 필요한 장치로는 회전수 조절이 가능한 인버터형 수중 에어레이터 및 공기공급관, 송풍기 등이 있으며, 호기 조건시에는 수중 에러레이터가 고속으로 회전됨과 동시에 공기 공급관의 공기 조절밸브가 열려 공기가 공급되고, 무산소 조건시에는 공기 공급관의 공기 조절 밸브가 닫혀 공기 공급이 중단되는 대신 수중 에러레이터의 회전수가 저속(60 내지 100rpm)으로 감속되어 조내 교반을 수행한다. 상기와 같은 조작으로 인해 질소 제거 효율의 상승 및 무산소조로의 가동 시간만큼 공기 공급량을 감소시키고, 더욱이 내부반송량을 감소시킴으로써, 전력비를 대폭 감소시킬 수 있다. 호환조(4)에 유입된 유입수는 1.5Hr 정도 체류된 다음 후단의 호기조(5)로 유입된다.
호기조(5)는 호환조(4)에서 유입된 유입수를 호기 조건에서 2.5Hr 정도 체류시키면서 질산화 미생물에 의한 질산화를 수행하여, 제2 탈산소조(6)로 제공함과 동시에 나머지 처리수는 이차침전지(7)로 제공한다.
제2 탈산소조(6)에는 호기조(5)에 의해 질산화된 처리수가 유입되어, 수중의용존산소를 제거한 다음 무산소조(3)로 내부반송라인(10)을 통해 처리수의 50 내지 100%를 반송한다. 제2 탈산소조(6)의 체류 시간은 0.2Hr이다.
이차 침전지(7)에서 침전된 슬러지는 슬러지 저류조(8)로 제공되는데, 이때 슬러지 반송라인(11)을 통해 이차 침전지(7)의 슬러지 50 내지 100%를 재포기조(9)로 반송한다.
재포기조(9)는 고농도로 축적된 반송슬러지를 재포기시킴으로써 호기 미생물 체류시간(SRT)을 경제적으로 확보하여 저수온에서 질산화 수행이 가능하도록 한다. 재포기조(9)의 체류시간은 1.0Hr 정도이다. 본 발명에서의 총 체류시간은 8.0Hr 이내 이다.
본 발명을 이용해 하수를 처리한 결과 다음 표1과 같은 결과를 얻을 수 있었다.
BOD5 CODMn CODCr SS T.N T.P TKN
95%이상 90%이상 90%이상 95%이상 75%이상 80%이상 90%이상
상기와 같은 본 발명은 호환조를 부가하여 호환조에서 호기슬러지체류시간을 조절할 수 있고, 또한 유기물/질소비 부족시 무산소 조건에서의 내생탈질에 의해 질산염을 제거하므로, 총 질소 제거 효율을 안정적으로 향상시킬 수 있으며, 슬러지를 반송하여 재포기시켜 제공함으로써, 슬러지 반송량을 감소시킬 수 있고, 총 체류 시간을 감소시켜 유지 관리비를 절감할 수 있다.

Claims (6)

  1. 하수고도처리시스템에 있어서,
    슬러지를 반송라인을 통해 유입받아 재포기시키는 재포기조;
    상기 재포기조에 의해 처리된 처리수와 외부로부터 유입되는 유입수의 일부를 유입받아 수중의 용존산소와 질산염을 제거하는 제1 탈산소조;
    상기 제1 탈산소조의 처리수와 상기 외부로부터 유입되는 유입수의 나머지 일부를 유입받아 혐기 상태에서 인을 방출하는 혐기조;
    상기 혐기조의 처리수와 내부반송라인을 통해 용존산소가 제거된 처리수를 반송받아 탈질 미생물에 의해 탈질을 수행하는 무산소조;
    상기 무산소조의 처리수를 유입받아 타이머에 의해 일정한 간격으로 교대 교반을 수행하여 호기 조건과 무산소 조건을 반복함으로써 동일조내에서 질산화와 탈질을 수행하는 호환조;
    상기 호환조의 처리수를 유입받아 호기 상태에서 질산화를 수행하는 호기조; 및
    상기 호기조의 처리수를 유입받아 용존 산소를 제거하여 상기 무산소조로 내부 반송라인을 통해 반송하는 제2 탈산소조를 포함하는 것을 특징으로 하는 하수고도처리시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 호기조로부터 상기 제2 탈산소조로 유입된 처리수의 나머지를 유입받아 슬러지를 침전시키는 이차침전지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하수고도처리시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 재포기조로 반송되는 슬러지는 50 내지 100%인 것을 특징으로 하는 하수고도처리시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 탈산소조에 외부로부터 유입되는 유입수는 유입수의 10 내지 30%인 것을 특징으로 하는 하수고도처리시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 혐기조에 외부로부터 유입되는 유입수는 유입수의 70 내지 90%인 것을 특징으로 하는 하수고도처리시스템.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 무산소조에 내부반송라인을 통해 반송되는 처리수는 50 내지 100%인 것을 특징으로 하는 하수고도처리시스템.
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