KR100420647B1

KR100420647B1 - 연속 유입 회분식 오폐수 처리방법

Info

Publication number: KR100420647B1
Application number: KR10-2001-0030601A
Authority: KR
Inventors: 이길준
Original assignee: 아태수기엔지니어링 주식회사
Priority date: 2001-05-31
Filing date: 2001-05-31
Publication date: 2004-03-02
Also published as: KR20020091723A

Abstract

본 발명은 연속 유입 회분식 공정에 의한 오폐수를 처리하는 방법에 관한 것으로, 연속적으로 처리 가능하면서도 오폐수의 부하변동에 유연하게 대처할 수 있을 뿐만 아니라 유기물을 비롯한 질소 및 인의 제거효율이 높고, 오폐수의 체류시간을 낮추어 설치면적을 최소화 할 수 있도록 한 회분식 오폐수 처리방법을 제공하는데 그 목적이 있으며, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 외부에서 유입된 오폐수를 오폐수 이송관을 통해 반응조로 이송하는 유입단계와; 저류조로 유입된 오폐수를 무산소혼합조로 연속적으로 이송하면서 주반응조에서 반송된 슬러지와 무산소 조건에서 혼합되고, 상기 무산소 혼합한 오폐수는 유동상 담체가 충진된 생물막반응조로 자연 이송되어 미생물의 활성화 및 보유량을 극대화시켜 오폐수를 1차 정화처리되고, 상기 생물막반응조에서 처리된 오폐수는 주반응조로 자연 이송되어 폭기, 침강, 배출 및 휴지를 반복하여 최종 정화처리하는 정화처리단계와; 상기 정화처리 완료 후 발생된 침전 슬러지는 슬러지 저류조로 이송하고 상등수는 배출기에 의해 외부로 방류하는 회분식 오폐수 처리방법에 있어서, 상기 무산소혼합조(20)는 주반응조(40)에서 반송되는 슬러지의 반송비를 15% 내지 30%로 유지시키고, 용존산소의 농도를 0.3mg/ℓ 내지 0.5mg/ℓ로 유지시킴을 특징으로 하는 회분식 오폐수 처리방법을 제공한다.

Description

연속 유입 회분식 오폐수 처리방법{Waste water disposal method by continuos inflow Sequencing Bath Reactor}

본 발명은 연속 유입 회분식 공정에 의한 오폐수를 처리하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연속적으로 처리 가능하면서도 오폐수의 부하변동에 유연하게 대처할 수 있을 뿐만 아니라 유기물을 비롯한 질소 및 인의 제거효율이 높고, 오폐수의 체류시간을 낮추어 설치면적을 최소화 할 수 있도록 한 연속 유입 회분식 오폐수 처리방법에 관한 것이다.

근래에 들어 산업의 급속한 발달과 인구증가로 인하여 환경오염, 특히 수질오염이 매우 심각한 문제로 대두되고 있다. 현재에는 하천 및 호수의 주 오염원중의 하나로서 영양염류인 질소 및 인의 유입 량이 증가되면서 상수원이 급속하게 오염되고 있는 실정이다. 따라서 유기물을 비롯하여 질소 및 인과 같은 영양염류의 확실한 처리의 기술이 요구되고 있으며, 규제 또한 강화되고 있다.

상기 부영양화의 주 오염물질인 유기물 및 질소 인을 처리하기 위한 생물학적 처리방법으로는 대부분 활성슬러지법을 기본으로 하여 처리하고 있다. 그러나 활성슬러지법은 부하변동이 클 경우에 대처하기가 어렵고, 사상균 발생으로 인한 팽화현상이 자주 발생하는 큰 문제점을 안고 있다. 뿐만 아니라 처리하고자 하는 유기 오폐수 중에 질소 및 인의 함량이 높을 경우에는 탈질 처리시스템이 없어 전혀 처리가 되지 않는 문제점이 있다.

이로 인하여 질소를 효율적으로 처리하기 위하여 탈질 처리시스템을 도입하여 사용하는 방법이 공지 되어있다. 즉, 질소(T-N) 성분을 처리하기 위한 생물학적 처리 방법은 질산화 공정과 탈질 반응으로 나누어질 수 있으며, 질산화 반응이 선행되면서 탈질 반응이 이루어짐으로써 질소제거 효율이 나타나는 것이다. 이때, 질산화는 통상적으로 호기성 상태에서 암모니아(NH₄)가 질산화균(Nitrosomonas속 또는Nitrobactor속)에 의하여 아질산염을 거쳐 질산성질소로 산화되는 것이며, 탈질은 미생물이 유기물을 분해 할 때 산소대신 질산염을 최종 전자 수여체로 사용하면서 질산염이 질소 가스로 변화되는 것이다.

상기 질소를 처리하기 위한 방법으로 혐기조, 무산소조, 호기성조, 침전조로 구성되는 처리시스템에서 혐기와 호기조건을 순차적으로 거치면서 탈질처리하는 에이투오(A₂O) 공법과 하나의 반응조에서 혐기조건과 호기조건을 반복하면서 탈질처리하는 회분식(Sequencing Bath Reactor : SBR)처리공법이 일반적으로 사용되고 있다.

먼저 A₂O공법에 의한 질소 인 함유 오폐수의 처리 과정을 첨부된 도 1을 참조하여 상세하게 설명하면, 폐수 이송관(211)을 통해 저류조(210)로 유입된 오폐수는 혐기성조(220), 무산소조(230) 및 호기성조(240)를 순차적으로 거치면서 처리되고, 상기 호기성조(240)에서 처리된 처리수는 침전조(250)로 이송되어 처리수에 함유된 슬러지를 침전시켜 일부는 슬러지 저류조(260)로 일부는 슬러지 반송관(251)을 통하여 다시 혐기성조(220)로 반송하고, 정화수는 방류관(252)을 통해 방류하는 공정으로 이루어진다. 이때 호기성조(240)에서는 순환펌프를 이용하여 오폐수를 무산소조(230)로 이송하게 된다.

상기에서 저류조(210)로 유입된 오폐수는 혐기성조(220)로 이송되는데, 이때 혐기성조(220)에서는 오폐수 내에 함유되어 있는 인을 제거하게 되며, 인을 제거한 오폐수는 무산소조(230)로 이송된다. 무산소조(230)는 질소제거를 목적으로 하는데 호기성조(220)로부터 내부 반송된 오폐수 내에 함유되어 있는 질산화물을 제거하여 탈질이 가능하게 되며, 탈질화된 처리수는 호기성조(240)로 이송되는데 상기 호기성조(240)는 하수 내에 함유되어 있는 여분의 질소를 외부의 송풍기에서 이송되는공기에 의해 산화시켜 다시 무산소조(230)로 반송시키고, 또한 하수 내에 함유되어 있는 유기물을 분해하게 된다.

이와 같은 과정을 거쳐 처리된 처리수는 침전조(250)로 이송되는데, 이때 처리수에 함유되어 침전된 슬러지의 일부는 혐기성조(220)로 반송되고, 일부는 슬러지 저류조(260)로 이송되며, 상등수는 방류된다.

그러나 상기한 에이투오공법의 경우 인의 제거효율이 낮다는 단점이 있어 후자인 회분식 처리공법을 널리 사용하고 있다.

상기 회분식 처리공법은 오래 전에 개발된 것으로, 최근에 운전기술 및 자동제어시스템 등의 개발로 인하여 각광을 받고 있다. 이 공법은 활성슬러지법의 공간개념을 시간개념으로 바꾼 것으로 한 개의 반응조 내에서 유입기, 반응기, 침전기, 유출기, 휴지기 등의 싸이클 공정에 의하여 처리하는 방법이며, 이 모두 자동제어 장치의 PLC 프로그램에 의해 이루어진다. 이렇게 한 개의 반응조 내에서 처리공정이 이루어지기 때문에 운전이 간편하고 침강효율이 좋고 폭기 및 비폭기로 인한 탈질의 효과도 가져오기 때문에 현재 오폐수 처리장에서 많이 사용하고 있는 공법이다.

상기 회분식 처리방법을 첨부한 도 2를 참조하여 상세하게 설명하면, 오폐수 이송관(111)을 통해 저류조(110)로 유입된 오폐수는 반응조(120)로 이송되며, 반응조(120)로 이송되는 오폐수는 유입기, 반응기, 침전기, 유출기 및 휴지기의 싸이클을 거쳐 정화처리되고, 이때 침전기때 침전된 슬러지는 유출기에 슬러지 저류조(130)로 이송되고, 상등수는 외부로 방류관(122)을 통해 방류된다.

상기 회분식 반응조(120)에서 일어나는 일련의 싸이클 공정을 상세하게 살펴보면, 먼저 유입기는 저류조(110)에 유입된 오폐수가 상기 회분식 반응조(120)로 유입되는 기간으로서, 이 기간 동안에 오폐수는 반응조(120)에 남아 있는 미생물과 접촉하면서 일정량만큼 채워지게 된다. 이때 유입되는 오폐수의 양은 배출된 양만큼 유입되어 반응조(120)에 채워진다. 이때의 싸이클 시간은 통상적으로 180분 정도 소요된다.

반응조(120)에 상기 유입기를 통해 오폐수의 유입이 이루어짐과 동시에 외부의 송풍기(123)에서 공급되는 공기로 인하여 폭기가 시작되는 반응기가 진행된다. 폭기시간은 통상적으로 120분 동안 진행된다. 상기 반응기 동안에는 활성슬러지에 의한 BOD 제거와 질산화 및 인의 과잉섭취 반응이 수행되며, 유기질소는 질산성질소로 변화된다. 즉, 폭기를 통해 인의 섭취를 유도하고 질산화를 유도하게 된다.

반응기 후 폭기를 중단하고 활성슬러지의 중력침전을 유도하여 슬러지와 정화수를 분리하는 침전기가 진행된다. 상기 침전기는 고액분리가 진행되는 시기로서 침강시간은 통상적으로 1시간 동안 실행한다.

활성슬러지의 침전이 완료되면 침전된 슬러지는 슬러지 인발펌프(124)를 이용하여 슬러지 저류조(130)로 이송함과 동시에 상등수가 배출기(121)에 의해 배출되는 유출기가 진행되며, 배출시간은 통상적으로 30분 내지 1시간 정도 진행된다.

일정량의 상등수 배출이 완료되면 휴지기가 진행되며, 상기 휴지기는 배출이 완료되고 다음 유입주기가 이루어지기 전에 대비하는 기간이다. 상기 휴지기는 통상적으로 30분이다.

상기와 같이 회분식 처리공법의 경우 하나의 반응조(120) 내에서 일련의 처리공정이 이루어지도록 함으로서 운전이 간편할 뿐만 아니라 침강효율이 좋고 폭기 및 비폭기로 인한 탈질의 효과도 얻을 수 있다는 이점이 있다.

그러나 짧은 싸이클 공정과 단일 반응조(120)로 운전되기 때문에 유입수의 부하 변화에 대한 대처능력이 떨어질 뿐만 아니라 유입수의 질소 성분이 높게 유지될 때 반응조(120)의 면적과 용량이 증대됨과 동시에 질소처리 효율도 크게 저하되는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 연속적으로 처리 가능하면서도 오폐수의 부하변동에 유연하게 대처할 수 있을 뿐만 아니라 유기물을 비롯한 질소 및 인의 제거효율이 높고, 오폐수의 체류시간을 낮추어 설치면적을 최소화 할 수 있도록 한 연속 유입 회분식 오폐수 처리방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 A₂O시스템을 개략적으로 나타낸 도면.

도 2는 종래 회분식 시스템을 개략적으로 나타낸 도면.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 연속 유입 회분식 오폐수 처리시스템을 개략적으로 나타낸 도면.

도 4는 도 3에 도시한 반응조의 운전과정을 개략적으로 나타낸 도면.

도 5는 오폐수 처리전과 본 발명에 의한 오폐수 처리장치를 사용하여 오폐수 처리한 후의 BOD농도 변화를 나타낸 그래프.

도 6은 오폐수 처리전과 본 발명에 의한 오폐수 처리장치를 사용하여 오폐수 처리한 후의 COD농도 변화를 나타낸 그래프.

도 7은 오폐수 처리전과 본 발명에 의한 오폐수 처리장치를 사용하여 오폐수 처리한 후의 부유물질(SS)농도 변화를 나타낸 그래프.

도 8은 오폐수 처리전과 본 발명에 의한 오폐수 처리장치를 사용하여 오폐수 처리한 후의 질소(T-N)농도 변화를 나타낸 그래프.

도 9는 오폐수 처리전과 본 발명에 의한 오폐수 처리장치를 사용하여 오폐수처리한 후의 인(T-P)농도 변화를 나타낸 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 저류조

11 : 오폐수 이송관

20 : 무산소혼합조

30 : 생물막반응조

31 : 유입구 32 : 산기관 33 : 유동상 담체

40 : 주반응조

41 : 배출기 42 : 배출관 43 :슬러지 인발펌프

44 : 슬러지 반송펌프 45 : 슬러지 반송관 46 : 송풍기

47 : 산기관

50 : 슬러지 저류조

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은

외부에서 유입된 오폐수를 오폐수 이송관을 통해 반응조로 이송하는 유입단계와; 저류조로 유입된 오폐수를 무산소혼합조로 연속적으로 이송하면서 주반응조에서 반송된 슬러지와 무산소 조건에서 혼합되고, 상기 무산소 혼합한 오폐수는 유동상 담체가 충진된 생물막반응조로 자연 이송되어 미생물의 활성화 및 보유량을 극대화시켜 오폐수를 1차 정화처리되고, 상기 생물막반응조에서 처리된 오폐수는 주반응조로 자연 이송되어 폭기, 침강, 배출 및 휴지를 반복하여 최종 정화처리하는 정화처리단계와; 상기 정화처리 완료 후 발생된 침전 슬러지는 슬러지 저류조로 이송하고 상등수는 배출기에 의해 외부로 방류하는 회분식 오폐수 처리방법에 있어서,

상기 무산소혼합조(20)는 주반응조(40)에서 반송되는 슬러지의 반송비를 15% 내지 30%로 유지시키고, 용존산소의 농도를 0.3mg/ℓ 내지 0.5mg/ℓ로 유지시킴을 특징으로 하는 회분식 오폐수 처리방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 회분식 오폐수의 처리방법을 보다 효과적으로 달성하기 위하여 외부에서 유입된 오폐수를 보관하기 위한 저류조와; 상기 저류조에서 이송된 오폐수와 주반응조에서 반송된 슬러지를 무산소 조건에서 혼합하기 위한 무산소혼합조와; 상기 무산소혼합조에서 슬러지와 혼합한 오폐수를 내부에 충진된 유동상 담체를 통하여 미생물의 활성화 및 보유량을 극대화시켜 오폐수를 1차 처리하는 생물막반응조와; 상기 생물막반응조에서 1차 처리된 처리수를 폭기, 침강, 배출 및 휴지를 반복하면서 오폐수를 최종처리하는 주반응조와; 상기 주반응조에서 침전된 슬러지를 인출하여 저장하는 슬러지 저류조와; 상기 반응조에서 정화된 상등수를 배출하기 위한 배출관으로 구성됨을 특징으로 하는 회분식 오폐수 처리장치를 제공한다.

이하 본 발명에 따른 회분식 오폐수 처리방법 및 장치를 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 하나 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회분식 오폐수 처리시스템을 개략적으로나타낸 도면으로서, 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 회분식 오폐수 처리장치는 외부에서 유입된 오폐수를 보관하기 위한 저류조(10)와; 상기 저류조(10)에서 이송된 오폐수와 주반응조(40)에서 반송된 슬러지를 무산소 조건에서 혼합하하기 위한 무산소혼합조(20)와; 상기 무산소혼합조(20)에서 슬러지와 혼합한 오폐수를 내부에 충진된 유동상 담체를 통하여 미생물의 활성화 및 보유량을 극대화시켜 오폐수를 1차 처리하는 생물막반응조(30)와; 상기 생물막반응조(30)에서 1차 처리된 처리수를 폭기, 침강, 배출 및 휴지를 반복하면서 오폐수를 최종처리하는 주반응조(40)와; 상기 주반응조(40)에서 침전된 슬러지를 인출하여 저장하는 슬러지 저류조(50)와; 상기 주반응조(40)에서 정화된 상등수를 배출하기 위한 배출관(42)으로 구성된다.

즉, 본 발명에서는 종래 하나의 반응조로 이루어진 회분식 오폐수 처리장치를 개선하여 상기 반응조를 무산소혼합조(20), 생물막반응조(30) 및 주반응조(40) 3개의 구역으로 분획하여 구성함으로서 오폐수의 처리효율을 높임과 동시에 설치면적을 최소화 할 수 있도록 한 것이 특징이다.

상기와 같은 구성을 갖는 오폐수 처리장치를 이용하여 오폐수를 처리하는 방법을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 먼저 외부에서 발생된 오폐수를 저류조(10)에 유입시키게 되며, 이때 유입된 오폐수는 오폐수 이송관(11)을 통해 무산소혼합조(20)로 연속적으로 이송되고, 이후 생물막반응조(30)와 주반응조(40)를 순차적으로 거치면서 오폐수에 함유된 유기물과 질소 및 인을 제거하게 된다.

즉, 저류조(10)로 유입된 오폐수는 먼저 무산소혼합조(20)로 이송되는데, 상기 무산소혼합조(20)는 유입되는 오폐수의 충격부하를 줄여주게 되고, 이때 오폐수는 슬러지 반송펌프(44)에 의해 주반응조(40)에서 반송되는 미생물 슬러지를 오폐수와 혼합된다. 이와 같이 미생물 슬러지와 오폐수를 혼합하게 되면 오폐수에 함유되어 있는 유기물이 미생물 슬러지에 흡착되어 조기에 제거될 수 있게 된다.

상기 주반응조(40)에서 슬러지 반송관(45)에 의해 무산소혼합조(20)로 반송되는 슬러지에는 니트로소모나스(Nitrosomonas) 속 또는 니트로박터(Nitrobactor) 속 등과 같은 질산화균에 의해 질산성 질소로 질산화된 질산염을 포함하므로 이 과정에서 탈질이 1차로 유도된다. 또한 주반응조(40)에서 반송된 슬러지는 무산소혼합조(20)에서 높은 신진 대사활동을 일으켜 저류조(10)로부터 이송된 오폐수 내에 함유되어 있는 유기물을 분해하며, 무산소이므로 사상균의 발생이 억제된다.

이때 주반응조(40)에서 반송되는 슬러지의 반송비는 15% 내지 30%로 유지시키고, 용존산소의 농도는 0.3mg/ℓ 내지 0.5mg/ℓ로 유지시키는 것이 중요하며, 이과정에서 슬러지의 고형분 농도는 주반응조(40)의 호기성 상태에서 3000mg/ℓ 내지 5000mg/ℓ를 유지하고 있다가 무산소혼합조(20)의 혐기성 상태 동안에 신진대사를 활발히 일으켜 그 고형분 농도가 10000mg/ℓ 내지 14000mg/ℓ 정도까지 증가된다.

상기 무산소혼합조(20)에서의 오폐수와 슬러지는 수중믹서나 기타 다양한 방법으로 교반하여 혼합할 수 있으며, 본 발명에서는 상기 무산소혼합조(20)에 여러 개의 격막을 설치하여 오폐수가 순차적으로 흘러갈 수 있도록 하여 자연적으로 혼합이 이루어지도록 하였으며, 이와 같은 혼합방법을 통해 오폐수에 함유되어 있는 부유물질이 침적되는 것을 방지할 수 있다.

상술한 무산소혼합조(20)에서 슬러지와 혼합된 오폐수는 생물막반응조(30)로 자연 이송된다. 생물막반응조(30)에서는 유동상 담체(33)를 15% 내지 30% 정도 충진시켜 운영하는 것이 좋으며, 이와 같이 유동상 담체(33)를 사용함으로써 미생물 농도를 높일 수 있을 뿐만 아니라(5000mg/ℓ 내지 9000mg/ℓ) 미생물에게 높은 비표면적을 제공하여 긴 슬러지 체류시간을 제공한다.

따라서, 다량의 미생물을 보유하게 됨으로서 부하 변동에 강하고, 동절기 낮은 수온에도 높은 처리효율을 유지할 수 있으며, 특히 증식율이 매우 느리고 긴 체류시간을 요구하는 질산화균을 담체에 고착시켜 질산화균의 보유량을 늘리게 됨으로서 결과적으로 체류시간을 늘리는 효과가 있어 질소처리 효율을 극대화시킬 수 있게 된다.

이때 유동상 담체(33)로는 다양한 방법으로 제조된 담체를 사용할 수 있으나, 본 발명에서는 폴리에틸렌 내부에 활성탄 입자가 충진된 것을 사용하였으며, 담체 크기는 지름 60㎜ 내지 120㎜의 원형타입이고, 이론적 비표면적은 250㎡/㎥이며, 공극율은 90이고, 비중은 0.9g/㎤ 내지 1g/㎤인 것을 사용하였다.

상기 생물막반응조(30)는 폭기, 침강, 배출 및 휴지를 반복하여 진행되며, 이와 같은 공정들은 후술하는 주반응조(40)와 동일한 공정을 통해 운전됨으로 이에 관해서는 후술하는 설명으로 대체하기로 한다.

이와 같이 생물막반응조(30)에서 처리한 처리수는 주반응조(40)로 이송하게 되는데, 이때 생물막반응조(30) 내부에 충진되어 있는 유동상 담체(33)가 주반응조(40)로 유입되지 않도록 생물막반응조(30)와 주반응조(40) 사이를 연결하는 하부 유입구(31)에 스크린을 설치하여 유동상 담체(33) 유입을 방지하도록 하는 것이 좋다.

상기와 같이 생물막반응조(30)에 유동상 담체(33)를 충진시킴으로서 종래의 회분식 오폐수 처리시스템의 단일 반응조에서 폭기 및 비폭기(호기 및 혐기) 운전상태의 짧은 싸이클에서 오는 탈질효율 저하, 부하 대처능력 감소 및 긴 체류시간 등을 개선할 수 있다. 이때 생물막반응조(30)의 용존산소는 폭기시 2mg/ℓ 내지 4.5mg/ℓ, 비폭기시에는 0.2mg/ℓ 내지 0.6mg/ℓ가 유지된다.

상술한 생물막반응조(30)에서 처리한 오폐수는 주반응조(40)로 자연 이송된다. 주반응조(40)에서는 폭기, 침강, 배출, 휴지로 이루어지는 운전과정을 통해 폭기와 비폭기가 반복된다. 이와 같은 과정을 통해 질소 및 인이 제거되며, 침강단계에서 슬러지가 침전되어 정화된 상등수는 배출기(41)를 통해 배출되고 침전된 슬러지는 슬러지 저류조(50)로 이송된다.

상기 주반응조(40) 역시 호기와 혐기가 교대로 이루어지면서 유기물과 질소 및 인 제거와 함께 혐기상태에서 미생물의 인의 방출을 유도하며 과잉섭취한 미생물을 주반응조(40) 외부로 인출하여 인을 제거하는 역할도 한다. 이때 유기성 질소 화합물은 질산화균에 의해 질산성 질소로 변화되며, 무산소혼합조(20)로 슬러지를 반송할 때 탈질을 위한 질산화를 일으키게 된다. 이때 주반응조(40)의 용존산소 농도가 2.5mg/ℓ 이하가 되도록 하여 인의 제거와 함께 동시에 질산화 및 탈질 작용이 일어날 수 있게 하는 것이 좋다. 상기 정화처리 완료 후 발생된 침전 슬러지는 슬러지 저류조(50)로 이송하고 상등수는 외부로 방류되게 된다.

이때 상기 주반응조(40)는 전술한 생물막반응조(30)와 마찬가지로 외부에서 유입되는 공기로 오폐수를 폭기하여 호기성 상태로 유지시켜 주는 폭기과정과; 폭기된 오폐수에 함유된 슬러지의 중력침강을 유도하여 침전 슬러지와 상등수로 고액분리하는 침전과정과; 고액 분리된 상등수를 외부로 배출함과 동시에 침전된 슬러지를 슬러지 인발펌프(43)를 이용하여 슬러지 저류조(50)로 이송하는 배출과정; 및 일정량의 상등수 배출이 완료되면 오폐수가 유입되어 폭기과정으로 이루어진 운전과정을 거치게 된다.

먼저 폭기과정은 오폐수를 호기성 상태로 유지시켜 주는 과정으로, 이 과정에서 호기성 미생물에 의해 용존성 유기물의 제거가 이루어지며, 유기성 질소성분의 질산화가 일어나 생물학적 산소요구량(BOD) 농도가 감소되고, 질산성 질소의 농도는 상승한다. 이때 가장 중요한 것은 용존산소의 제어이다. 암모니아성 질소는 질소와 화합시키는 미생물에 의해 생물학적으로 질산화되어 질소를 질화한다. 이때 많은 공기를 필요로 하게 되는데, 본 발명에서는 외부에 설치된 송풍기(46)의 회전수를 조절할 수 있는 인버터를 부착하고, 이를 생물막반응조(30) 또는 주반응조(40) 내에 설치되어 있는 용존산소 측정장치와 연계하여, 폭기 초기 질산화를 이룰 때에는 송풍기(46) 회전수를 빠르게 하여 송풍량을 증가시켜주고, 폭기주기가 끝날 무렵에는 송풍기(46) 회전수를 느리게 하여 송풍량을 줄여줄 수 있도록 하였다. 이와 같이 함으로서 탈질의 효율을 더욱 높일 수 있게 된다.

침전과정은 고액분리를 목적으로 하며, 이 때에는 처리된 상등수와 미생물의 분리가 일어난다. 폭기가 중단된 상태이기 때문에 침전이 이루어지면서주반응조(40) 하부에는 점차 용존산소의 농도가 급격히 감소하게 되게 되는데, 이때 슬러지는 탈질이 일어난다. 상기 침전된 슬러지 중 인의 과잉섭취를 일으킨 슬러지의 일부는 하기 배출과정에서 잉여슬러지로서 슬러지 저류조(50)로 인발되고, 슬러지의 일부는 무산소혼합조(20)로 계속 반송되며, 이때에도 오폐수는 계속 유입된다.

이때 통상의 침강된 슬러지 상부 농도는 3500mg/ℓ 내지 5000mg/ℓ정도이며, 하부 슬러지 농도는 10000mg/ℓ 내지 14000mg/ℓ 정도가 된다. 특히 무산소혼합조(20) 및 생물막반응조(30)의 역할로 인하여 침강 효율이 높고 짧으며, 침강슬러지 체적이 작아 주반응조(40)의 체적을 줄일 수 있는 요인이 된다.

배출과정은 거액 분리된 상등액 청등수를 배출기(41)에 의해 외부로 배출하는 과정이며, 이와 동시에 침전된 슬러지는 슬러지 인발펌프(43)를 이용하여 슬러지 저류조(50)로 이송된다.

휴지과정은 일정량의 상등수 배출이 완료되면 진행되는 과정으로 오폐수가 유입되어 폭기단계를 준비하게 된다.

상기한 생물막반응조(30)와 주반응조(40)의 싸이클 운영은 보통 오수 및 하수의 경우 4시간 1사이클로 1일 6회 운전되며, 1싸이클 운전은 폭기 2시간, 침강 1시간, 배출 30분, 휴지 30분으로 4시간 기준으로 한다. 이때 오폐수 중에 오염물 농도가 높거나 낮을 시에는 싸이클을 조정하여 폭기 시간을 길게 하거나 짧게 하여 처리효율을 극대화 시키는 방향으로 적절히 조절할 수 있다.

상기한 주반응조(40)와 전술한 생물막반응조(30)의 운전과정을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 형성된 반응조의 운전과정을 개략적으로 나타낸 도면으로서 도시된 바와 같이 부분별로 나누어 설명하기로 한다.

먼저 외부에서의 오폐수가 무산소혼합조(20)로 이송되며, 이때 주반응조(40)에서 슬러지가 반송되어 오폐수와 혼합된다. 이때 유입은 연속적으로 이루어지며 일정량이상 유입되면 생물막반응조(30)로 자연 이송된다. 생물막반응조(30)에서 처리된 처리수는 다시 주반응조(40)로 자연 이송된다. 이때 오폐수가 유입되는 과정에서 생물막반응조(30)와 주반응조(40)는 외부 송풍기(46;도 3참조)과 연결된 산기관(32,47)에 의해 폭기가 시작된다.(도 4의 a 참조)

오폐수는 연속적으로 무산소혼합조(20)로 유입되며 생물막반응조(30)와 주반응조(40)는 계속적으로 폭기가 이루어진다.(도 4의 b 참조)

폭기가 완료되면 생물막반응조(30)과 주반응조(40)에서의 폭기를 멈추고 슬러지의 중력침강을 유도하여 침전이 이루어지도록 한다. 이때 침전이 이루어지는 과정에서도 연속적으로 침전된 슬러지를 슬러지 반송관(45)를 통해 무산소혼합조(20)로 이송하여 외부에서 유입되는 폐수와 혼합된다.(도 4의 c 참조)

침전이 완료되면 반응조(40)에서 침전된 슬러지의 일부는 슬러지 반송관(45)을 통해 무산소혼합조(20)로 이송하고, 상등수는 배출기(41)를 이용하여 배출한다. 이때 배출기에서 배출되는 시간만큼은 오폐수가 무산소혼합조(20)에 유입되지 않는다.(도 4의 d 참조)

배출이 진행되는 동안에는 오폐수 유입이 무산소혼합조(20)로 유입이 중단되고, 배출이 완료되는 동안 혐기성 상태에서 탈질이 일어나고 혐기상태에서 미생물이 인을 토출해내므로 배출이 완전히 이루어진 직후 슬러지 인발펌프(43)를 이용하여 잉여 슬러지를 외부로 배출시킨다. 정해진 운전과정에 의하여 배출시간 보다 배출이 빨리 이루어질 수 있으므로 잉여 슬러지가 배출된 직후부터 오폐수는 유입되고 슬러지는 무산소혼합조(20)로 이송된다. 이때 폭기는 이루어지지 않는 휴식기 이다.(도 4e 참조)

상술한 바와 같이 본 발명은 종래 회분식 반응조를 무산소혼합조(20) 및 생물막반응조(30), 주반응조(40)로 나누어 운영하고, 이때 생물막반응조(30)와 주반응조(40)를 일련과정을 통해 운전함으로서 유기물 분해 및 질소인 제거를 확실하게 처리되고, 반응조의 용량 감소 효과를 가져와 설치면적 축소와 함께 투자비 절감이 있으며, 특히 반응조 용량감소로 인한 동력비가 크게 절감되는 이점이 있다.

본 발명에 의한 회분식 오폐수 처리장치의 처리효율을 파악하기 위하여 매일 아파트 오수처리장에서 나오는 오수샘플 5000㎖를 취하여 오폐수 처리전후의 BOD농도 변화를 측정하여 도5에 나타내었으며, 오폐수 처리전후의 COD농도 변화를 도6에, 오폐수 처리전후의 부유물질 농도(SS)변화를 도 7에, 오폐수 처리전후의 질소농도(T-N)변화를 도 8에, 오폐수 처리전후의 인농도(T-P)변화를 측정하여 그 결과를 도 9에 나타내었다.

도 5내지 9에서 보는 바와 같이 폐수 처리후의 BOD농도와, 오폐수 처리후의 COD농도, 오폐수 처리후의 부유물질 농도(SS), 오폐수 처리후의 질소농도(T-N) 및 오폐수 처리후의 인농도(T-P) 모두가 높은 효율로 처리됨을 알 수 있다.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 종래의 반응조를 3개의 구역으로 분획함으로서 오폐수가 연속적으로 무산소혼합조로 유입될 수 있도록 하면서도 부하를 최소화시킬 뿐만 아니라 주반응조에서 반송되어 오는 미생물슬러지와 혼합되어 상기 오폐수내에 존재하는 용해성 유기물질이 조기에 흡착되어 효소로 전이됨과 동시에 사상균의 발생이 억제된다.

또한 담체가 충진된 생물막반응조에서는 미생물 활성화를 조성함과 동시에 미생물 보유량을 높여 질소와 인의 완벽한 처리가 가능하게 하였다. 주반응조에서는 폭기 및 비폭기 상태를 반복하면서 유기물 및 질소, 인의 처리 효율을 증가시킴과 동시에 고액분리를 완벽하게 이루게 하였다. 특히, 종래 회분식 처리방법의 문제점인 긴 체류시간을 크게 줄여 설치면적을 줄일 수 있으며, 따라서 동력소요를 최소화 할 수 있다.

Claims

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외부에서 유입된 오폐수를 오폐수 이송관을 통해 반응조로 이송하는 유입단계와; 저류조로 유입된 오폐수를 무산소혼합조로 연속적으로 이송하면서 주반응조에서 반송된 슬러지와 무산소 조건에서 혼합되고, 상기 무산소 혼합한 오폐수는 유동상 담체가 충진된 생물막반응조로 자연 이송되어 미생물의 활성화 및 보유량을 극대화시켜 오폐수를 1차 정화처리되고, 상기 생물막반응조에서 처리된 오폐수는 주반응조로 자연 이송되어 폭기, 침강, 배출 및 휴지를 반복하여 최종 정화처리하는 정화처리단계와; 상기 정화처리 완료 후 발생된 침전 슬러지는 슬러지 저류조로 이송하고 상등수는 배출기에 의해 외부로 방류하는 회분식 오폐수 처리방법에 있어서,

상기 무산소혼합조(20)는 주반응조(40)에서 반송되는 슬러지의 반송비를 15% 내지 30%로 유지시키고, 용존산소의 농도를 0.3mg/ℓ 내지 0.5mg/ℓ로 유지시킴을 특징으로 하는 회분식 오폐수 처리방법.
청구항 2에 있어서, 상기 생물막반응조(30)에 유동상 담체(33)를 15% 내지 30% 정도 충진시켜 사용함을 특징으로 하는 회분식 오폐수 처리방법.
청구항 3에 있어서, 생물막반응조(30) 및 주반응조(40)가 외부에서 유입되는 공기로 오폐수를 폭기하여 호기성 상태로 유지시켜 주는 폭기과정과; 폭기된 오폐수에 함유된 슬러지의 중력침강을 유도하여 침전 슬러지와 상등수로 고액분리하는 침전과정과; 고액 분리된 상등수를 외부로 배출함과 동시에 침전된 슬러지를 슬러지 인발펌프(43)를 이용하여 슬러지 저류조(50)로 이송하는 배출과정; 및 일정량의 상등수 배출이 진행되는 동안 오폐수 유입이 중지되고 배출이 완료되면 오폐수가 다시 유입되어 폭기단계를 준비하는 휴지단계를 거침을 특징으로 하는 회분식 오폐수 처리방법.
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