KR100433671B1 - 고도처리장치 및 이를 이용한 고도처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고도처리장치 및 이를 이용한 고도처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 처리원액의 혐기성 발효가 일어나는 혐기조(2), 미생물과 유기물에 의한 전탈질화가 일어나는 제 1탈질조(3), 미생물을 부착·고정시키기 위한 미생물 접촉재 및 탈리용 산기관을 구비하고, 질산화가 일어나는 폭기·질산화조(4), 미생물과 유기물에 의한 후탈질화가 일어나는 제 2 탈질조(5), 후탈질화된 처리원액을 다시 폭기하는 재폭기조(6) 및, 고액분리가 일어나는 침전조(7)를 포함하고, 상기 폭기·질산화조(4) 및 상기 침전조 (7)에 반송장치가 구비되어 있는 고도처리장치 및, 상기 장치를 이용한 고도 처리방법에 관한 것이다. 본 발명은 질소, 특히 유기질소 혹은 암모니아성 질소가 함유된 하·폐수에서 유기물과 질소를 동시에 높은 효율로 제거할 수 있고, 특히, 고정상 미생물접촉재를 각 생물반응조에 설치하여 고농도의 부착상 미생물을 확보하여 수온과 부하변동에도 안정적인 대응이 가능하며, 미생물 SRT를 최대화할 수 있어 적은 용량으로도 높은 질산화효율을 얻을 수 있고, 탈질 미생물의 슬러지층(blanket)을 통해 내생탈질효율을 높일 수 있어 제 2 탈질조에 투입되는 외부탄소원이 필요 없거나 투입량을 최소화할 수 있다.

Description

고도처리장치 및 이를 이용한 고도처리방법{Nitrogen-Removing Apparatus and Nitrogen-Removing Process by using the apparatus}

본 발명은 고도처리장치 및 이를 이용한 고도처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 처리원액의 혐기성 발효가 일어나는 혐기조(2), 미생물과 유기물에 의한 전탈질화가 일어나는 제 1탈질조(3), 미생물을 부착·고정시키기 위한 미생물 접촉재 및 탈리용 산기관을 구비하고, 질산화가 일어나는 폭기·질산화조(4), 미생물과 유기물에 의한 후탈질화가 일어나는 제 2 탈질조(5), 후탈질화된 처리원액을 다시 폭기하는 재폭기조(6) 및, 고액분리가 일어나는 침전조(7)를 포함하고, 상기 폭기·질산화조(4) 및 상기 침전조 (7)에 반송장치가 구비되어 있는 고도처리장치 및 상기 장치를 이용한 고도 처리방법에 관한 것이다.

고도 처리라 함은 질소, 특히 유기질소나 암모니아성 질소가 함유된 하·폐수에서 질소를 제거하는 것을 말하는 바, 이는 질산화공정 및 이어지는 탈질화 공정으로 진행된다. 질산화 공정은 폐수 내의 질소 화합물을 질산성 질소로 전환하는 공정으로 호기성 분위기에서 이루어지며, 유기물질이 없이도 높은 효율로 진행될 수 있는 반면, 탈질화 공정은 질산성 질소를 질소기체화하여 이를 제거하는 과정으로 무산소분위기에서 보다 잘 이루어진다.

이러한 생물학적 질소 제거를 위한 시스템의 구성 및 설계에서 중요한 요소는 적정 SRT(Solid Retention Time) 선정을 통한 호기성조(폭기조 및 질산화조)의 용량 결정이다. 질소제거 시스템에서 요구되는 SRT는 질산화미생물의 비성장속도의 역(하기 수학식)으로 표현할 수 있다:

SRT = 1/(μn - Knd)

(상기 식에서, n은 질산화미생물의 비성장속도(g new cell/ g cell day)이고, Knd은 질산화미생물의 내생사멸율(g cells decayed/g cell day)이다).

또한, 질산화미생물(Nitrosomonas속 미생물)의 생장은 하기 수학식 2와 같이 온도에 지수적으로 비례한다:

μn(max) = 0.47e 0.098(T-15)

(상기 식에서, n(max)는 질산화미생물의 최대 비성장속도를, T는 폭기·질산화조 온도(℃)를 말한다).

수온이 낮은 겨울철에는 질산화 미생물의 생장이 느려 충분한 SRT를 유지해야만 질산화를 기대할 수 있다. 미국 환경보호국(EPA)은 질산화를 위한 일반적인 SRT를 7일 이상으로 제시하고 있으나, 국내 하수처리장의 SRT는 대부분 3 내지 5일에 불과하다. 기존 하수처리장을 변경 또는 개보수하여 질소제거 효율을 향상시키고자 할 경우에는 이의 2배 이상이 요구되는 바, SRT를 길게 유지하기 위해서는 호기성조(폭기조)의 부피를 늘리거나 호기성조의 미생물 농도를 높여야 하는데, 호기성조 부피 증량에는 추가 부지가 필요해 기존 처리장의 변경 및 개보수에 제한이 따르게 된다. 이러한 문제점을 극복하고 보다 손쉽게 적정 SRT를 유지해 줄 수 있는 방법은 미생물의 농도상승이라 할 수 있다. 그러나, 우리나라 대부분의 하·폐수처리장에 적용되어 있는 활성슬러지공법은 산소전달의 한계, 침전조의 부하상승, 운전관리상의 어려움 등으로 미생물 농도를 높이는 데 한계가 있다.

한편, 무산소(anoxic) 조건하의 탈질조에서는 통상 혐기성미생물인 탈질세균의 작용에 의해 질산성 질소가 질소가스로 전환되어 배출된다. 탈질작용이 원활히 일어나기 위해서는 충분한 유기물(2.47 g MeOH/1 g NO₃-N)의 공급이 필요한데, 우리나라 합류식 하수관거 유입수는 탈질과정에 필요한 유기물 비율이 낮아 대부분의 탈질효율이 40 내지 60%로 낮은 형편이다. 효율개선을 위해 탈질공정으로의 내부반송을 증가시킬 경우 반응조의 용량증가가 수반되어 처리공정이 복잡해지고 추가 비용이 소요되며 유지관리에 어려움을 겪게 된다. 또한, 메탄올, 에탄올, 아세트산 등과 같은 외부 유기물(외부 탄소공급원)을 공급해 줄 경우 공정상의 큰 변경이나 유지관리상의 어려움은 없으나 유지관리비용이 지속적으로 증가하여 소요되는 문제점이 생긴다. 특히, 유입수 중의 유기물 농도가 낮은 경우에는 질소가 전혀 제거되지 않는 경우도 있다.

상기의 문제 때문에, 당해 기술분야에는 유기물의 농도는 낮으나 질소 농도는 높은, 혹은 유기물의 농도 뿐만 아니라 질소의 농도도 높은 하수, 일산산업폐수, 난분해성 폐수, 오수, 분뇨 및 축산폐수의 경우, 유기물과 질소를 동시에 고 효율로 처리할 수 있는 방법에 대한 요구가 있어왔다.

본 발명자들은 상기 문제를 해결하고자 예의 연구한 결과, 고도 처리과정에 있어, 생물반응조를 혐기조(2), 제 1 탈질조(3), 폭기·질산화조(4), 제 2 탈질조

(5), 재폭기조(6)로 구분하고, 상기 폭기·질산화조(4) 내부에 고정상 미생물접촉재(9) 및 탈리용 산기관을 설치하여 질산화 및 탈질에 관여하는 미생물이 접촉재 표면에 고농도로 생물막을 형성하도록 한 고도처리장치를 이용할 경우, 제 2 탈질조(5)으로의 최소의 외부탄소원 공급으로도, 탈질효과를 극대화시키고, 제 1 탈질조(3)으로의 내부순환양도 최소화시킬 수 있어 고효율 및 저비용으로 고도 처리가 가능하며, 추가적으로 제 1 탈질조(3) 및 제 2 탈질조(5) 등에도 고정상 미생물접촉재를 제공할 경우, 내생 탈질효율을 높여, 미생물의 존재량을 고농도로 유지하여 유입수의 부하변동이나 계절적 수온변화에 관계없이, 즉, 수온·수질·수량 등 부하변동에도 관계없이, 활성슬러지 방식의 탈질조에 비해 높고 안정적인 처리효율을 유지할 수 있다는 사실을 확인하고, 본 발명에 이르게 되었다.

결국, 본 발명은 폐수내의 유기물의 농도 및 계절적 수온 변화에 상관없이 오수 또는 폐수 내의 유기물과 질소 화합물을 동시에 고효율 및 저비용으로 처리할 있는 고도처리장치 및 이를 이용한 고도 처리방법를 제공하기 위한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 장치 및 이를 이용한 고도처리방법을 개략적으로 나타낸 모식도이다.

도 2는 본 발명에 따른 장치에 있어, 생물반응조내의 미생물 접촉재 설치대의 사시도이다.

도 3은 도 2의 미생물 접촉재 설치대 상에 미생물 접촉재가 설치되어 있는 상태를 보여주는 상세도이다

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

(1) : 유량조정조 (2) : 혐기조

(3) : 제 1탈질조 (4) : 폭기·질산화조

(5) : 제 2 탈질조 (6) : 재폭기조

(7) : 침전조 (8) : 외부탄소원 주입장치

(9) : 미생물접촉재 (10): 내부반송수

(11): 반송슬러지

(12): 앵글(STS304 또는 SS with PE coating)

(13): 평철 또는 앵글(STS304 또는 SS with PE coating)

(14): 베이스 플레이트(Base Plate: STS304 또는 SS with PE coating)

(15): 미생물접촉제 고정용 고리 (STS304)

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 측면은 처리원액의 혐기성 발효가 일어나는 혐기조(2), 미생물과 유기물에 의한 전탈질화가 일어나는 제 1탈질조(3), 미생물을 부착·고정시키기 위한 미생물 접촉재 및 탈리용 산기관을 구비하고, 질산화가 일어나는 폭기·질산화조(4), 미생물과 유기물에 의한 후탈질화가 일어나는 제 2 탈질조(5), 후탈질화된 처리원액을 다시 폭기하는 재폭기조(6) 및, 고액분리가 일어나는 침전조(7)를 포함하고, 상기 폭기·질산화조(4) 및 상기 침전조 (7)에 반송장치가 구비되어 있는 고도처리장치에 관한 것이다.

본 발명의 다른 한 측면은 상기 고도처리장치에 있어, 상기 혐기조(2), 상기 제1탈질조(3), 상기 제 2탈질조(5), 및 상기 재폭기조(6) 중 1 또는 2 이상의 생물반응조가 미생물 접촉재를 추가로 포함하는 장치에 관한것이다.본 발명의 또 다른 한 측면은 상기 폭기·질산화조(4)가 산소공급용 산기관을 추가로 포함하고, 상기 재폭기조(6)가 산소 공급용 산기관 및/또는 미생물접촉재에 부착된 미생물을 탈리시키기 위한 탈리용 산기관을 추가로 포함하는 고도처리장치에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 한 측면은, 상기 고도처리장치를 이용한 고도처리 방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 고도처리장치는 생물 반응조로서, 생물반응조를 혐기조(2), 제 1 탈질조(3), 폭기·질산화조(4), 제 2 탈질조(5), 재폭기조(6)를 포함하고, 침전장치로서 침전조(7)을 포함한다.

혐기조(2)는 혐기성 발효과정을 통하여 유입수 중에 포함된 고농도 유기물질 또는 난분해성 유기물질의 농도를 낮추고 분해 가능한 구조로의 형태전환을 유도하며, 인농도가 높을 경우에는 혐기성 인방출을 유도한다. 바람직하게는 상기 혐기조 (2)에 고정상의 미생물 접촉재가 설치되어 있는 바, 이 경우, 짧은 체류시간으로 고농도 유기물질의 농도를 낮추고 난분해성 유기물을 분해 가능한 구조로 형태전환을 이루어 혐기성 인방출에 필요한 분해 가능한 유기물을 확보하여 인 제거효율을 높이며, 후단의 탈질공정에 필요한 탄소원을 공급하는 역할을 하여 탈질조의 체류시간을 단축시키고 질소제거 효율을 높이는 추가적 이점이 있다.

본 발명에 따른 장치는 유입수 중의 유기물 부족에 따른 탈질효율 저하를 방지하기 위하여 탈질공정이 제 1 탈질조 (3) 및 제 2탈질조 (5)에서 이중으로 수행되고, 폭기·질산화조(4)를 이들 탈질조 사이에 둔 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 상기 제 1 탈질조(3) 및/또는 제 2탈질조(5)는 미생물접촉재를 추가로 포함할 수 있다. 상기와 같은 구조를 가질 경우, 제 1 탈질조에서 일단 탈질화된 처리액이 폭기·질산화조(4)로 유입되고, 여기서 충분히 질산화된 처리액 중 일부는 제 1 탈질조(3)로 내부반송(10)되고, 일부는 제 2 탈질조로 유입됨으로써, 제 1 탈질조 유입수 중의 유기물이 전자공여체로 활용되어 질산성 질소의 질소기체로의 전환이 이루어지고, 제 2 탈질조(5)에서는 외부에서 투입된 유기물(탄소원)을 이용하여탈질 미생물에 의한 잔류 질산성 질소의 질소 기체로의 전환이 이루어지므로, 높은 효율의 고도처리가 가능하다.

제 1 탈질조 (3)와 제 2 탈질조 (5)는 안정적인 무산소(anoxic)조건(용존산소 농도 1 ppm 미만)을 형성하도록 하고, 필요에 따라, 미생물 접촉재를 구비하여, 상기 접촉재상에 고농도 생물막(blanket)이 형성되어 높은 미생물 농도를 유지함으로써, 유기물을 활용하며 생물막 내부에서 내생 탈질을 최대화한다. 폭기·질산화조(4)의 미생물접촉재에는 비증식속도가 느린 암모니아 산화세균, 아질산 산화세균과 같은 질산화미생물이 고정되어 고농도로 유지되고, 질산화 미생물의 자산화계수를 극대화하여 SRT를 길게 유지할 수 있어 수온이나 부하 변동시에도 높은 질산화효율을 얻을 수 있다. 또한, 유입부하에 따라 부유상 슬러지의 농도를 조절하며 유기물을 분해할 수 있어 폭기·질산화조(4)에서는 유기물 제거와 질산화가 동시에 이루어지게 된다. 또한, 유기물질이 부족하여 질소제거효율이 낮거나 생물학적 질소제거가 어려운 때에는, 제 2 탈질조(5)에 별도의 외부유기물(탄소원)을 공급장치를 부가하여 잔류 질소의 탈질을 유도할 수 있다.

본 발명에 따른 고도처리장치는 상기 제 2 탈질조(5) 이 후에, 후 탈질단계에서 생성된 질소가스를 탈기시켜 후속되는 최종 침전조 (7)에서의 슬러지 침강성을 양호하게 하고, 처리되지 않은 유기물, 암모니아성 질소 등의 오염물질을 산화시킬 목적으로 재폭기조(6)를 구비한다. 상기 재 폭기조(6)은 필요에 따라 고정상의 미생물 접촉재를 추가로 포함할 수 있다.

상기 재 폭기조 (6) 후에, 설치된 침전조 (7)에서는 고체/액체 분리가 일어나 정화된 처리수와 슬러지가 분리되어, 정화된 처리수는 배출되고, 고체 슬러지의 일부는 유입되는 유기물의 부하와 총인의 부하에 따라 혐기조(2) 내지 제 1 탈질조

(3)로 재반송되어 부유상의 미생물농도를 유지시키는 작용을 하도록 한다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고도처리장치에는 폭기·질산화조(4) 뿐 만 아니라, 질산화미생물(암모니아 및 아질산 산화세균)과 같이 비증식속도가 느린 유용미생물이 쉽게 부착하여 고농도로 유지될 수 있도록, 필요에 따라, 고효율 고정상 미생물접촉재가 각각 독립적으로 혐기조(2), 제 1 탈질조(3), 제 2 탈질조(5) 또는 재폭기조(6) 등에도 설치될 수 있다. 특히, 재폭기조(6)에 미생물접촉재가 설치될 경우, 미생물 농도와 SRT를 최대화할 수 있어 짧은 체류시간 동안 제 2 탈질조(5)에 투입된 외부 유기물 및 잔여 유기물을 빠르게 분해할 수 있다. 폭기·질산화조(4)와 재폭기조(6)에는 충분한 양의 산소가 공급되어 유기물과 영얌염류가 산화될 수 있도록 한다.

미생물접촉재를 활용한 접촉산화공법은 활성슬러지공법과 달리 팽화(벌킹, Bulking)현상이 없고, 운전관리가 용이하며 잉여슬러지 발생량이 적은 장점을 가지고 있다. 또한 유기물과 영얌염류의 유입부하 및 수온변화에 따라 부유상 슬러지를 형성, 반송량(11)을 조절하여 미생물의 농도를 최적화시키고 처리효율을 극대화시킬 수 있다. 다시말해, 미생물 접촉재를 설치함으로 인하여 유입수질에 따라 부유상 슬러지를 형성해서 또는 없이 운전할 수 있다. 본 고도처리장치에 사용되는 미생물접촉재(9)는 미생물을 고농도로 보유하기 위하여 고안된 것으로, 섬유재질로서 일정한 공극(공극률 90%이상)을 유지하기 위하여 로프형(끈 형상)으로, 제작된것이다. 보다 바람직하게는 중심사와, 상기 중심사 주위에 고리 모양을 형성한 로프사로 이루어진 접촉재를 사용한다. 상기 미생물 접촉재는 소정의 합성섬유를 단독 또는 혼합하여 사용한 실로 구성된 중심사와, 상기 중심사 주위에 미생물을 고농도로 보유하기 위하여 선택된 1 또는 2 이상의 이형단면사를 단독 또는 혼합하여 사용하여 공극률 90% 이상 유지하도록 고리 모양을 형성한 로프사로 이루어진 접촉재를 사용한다. 특히 미생물이 빠르게 부착하고 쉽게 탈리되지 않도록 단면의 굴곡이 많은 형단면사를 사용한다. 사용되는 섬유의 재질로서는 나일론, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, PVC 또는 PVDC 등을 예시할 수 있는 바, 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 섬유의 굵기가 가늘수록 비표면적은 증가하나, 사절을 고려하여 필라멘트 한 가닥의 굵기가 100∼1500 데니어 수준인 섬유를 단독 또는 합사하여 사용한다. 형태는 공극률을 높이고 통수저항을 적게 하기 위해 3 ㎜ 이상의 굵기를 가진 로프사 또는 멀티사 주위에 고리 모양을 형성하여 형태를 구성한다.

미생물접촉재는 생물반응조 1 ㎥당 30 내지 300 m 설치하고, 설치간격은 30 내지 200 ㎜ 범위로 하여 생물막의 폐색 및 혐기화를 방지한다. 특히, 폭기·질산화조(4)와 재폭기조(6)는 접촉재 표면의 미생물막에 균등하게 산소가 공급되도록 접촉재 하단으로부터 20 내지 30 ㎝ 간격을 떨어뜨린 후 추가로 산기관을 전면에 설치할 수 있으며, 바람직하게는 접촉재 표면의 과다한 생물막을 주기적으로 탈리시켜 새로운 미생물이 일정한 농도로 부착될 수 있도록 탈리(역세)용 산기관을 추가적으로 설치한다. 미생물 접촉재는 스테인레스 자재(STS304 등) 또는 폴리에틸렌코팅이 된 일반 스틸자재 등을 사용하여 제작한 고정 설치대를 이용하는 바, 상기 설치대의 형상은 조의 형상을 고려하여 공지된 모든 형태가 가능하며, 바람직하게는 도 2와 같은 형상의 설치대를 사용한다. 미생물 접촉재는 평철에 고정용 고리를 부착하여 설치하거나 평철 또는 앵글에 홈을 내어 거는 방법을 사용하여 단단하게 고정하는데, 수류저항과 폭기에 의한 유동에도 미생물이 안정적으로 부착될 수 있도록 해 준다. 이처럼 미생물접촉재를 각 생물반응조에 설치할 경우, 고농도의 미생물을 안정적으로 보유할 수 있고 필요에 따라 부유상 미생물을 별도로 유지하여 고농도 유입수를 짧은 체류시간 동안 처리할 수 있다. 또한, 미생물접촉재에 부착된 미생물은 부유상 미생물과 달리 SRT를 길게 유지할 수 있어 질산화미생물과 같이 비증식속도가 느린 미생물이 최적의 활성을 나타낼 수 있고, 수온 및 부하변동에도 높은 효율을 나타낼 수 있다.

본 장치를 첨부된 예시도면과 함께 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 고도처리장치의 한 바람직한 구현예를 모식적으로 나타낸 것으로서, 상기 장치는 하·폐수(처리액)의 유량을 조정하는 유량조정조(1), 상기 유량조정조에 유입된 하·폐수를 혐기조로 이송시키는 유량조정펌프, 유입수의 농도를 떨어뜨리고 유기물의 형태전환 및 혐기성 인방출을 유도하는 혐기조(2), 혐기조로부터 유입된 하·폐수 중의 유기물을 이용하여 내부반송된 폭기조 유출수를 1차 탈질시키는 제 1 탈질조(3), 잔류 유기물을 제거하고 질소를 산화시키는 폭기·질산화조(4), 폭기조 유출수 내의 잔류 질산염을 내생탈질과정과 외부탄소원 투입을 통해 탈질하는 제 2 탈질조(5), 상기 제 2탈질조에서 생성된 질소가스를 탈기시켜 후속되는 최종 침전지의 슬러지 침강성을 양호하게 함과 동시에 처리되지 않고 남아 있는 유기물, 암모니아성 질소 등의 오염물질을 산화시키는 재폭기조

(6), 고액분리에 의해 정화된 처리수과 슬러지를 분리, 배출시키는 침전조(7)로 구성되며, 침전조에서 배출되는 슬러지 일부를 반송시켜 일정하게 부유상 미생물 농도를 유지시키는 특징을 갖는다. 또한, 모든 생물반응조에 미생물접촉재(9)를 설치하여 고농도 미생물을 유지하고, 겨울철 저수온이나 질산화 저해물질의 악영향을 저감시키며, SRT를 최대화시킨다.

추가로, 본 발명은 상기 고도처리장치를 이용한 고도처리방법을 제공한다.

보다 구체적으로, 상기 방법은 ⅰ) 혐기조(2)에서, 혐기성 발효를 통해 처리 원액 중의 유기물질의 농도를 낮추고 분해 가능한 구조로의 형태로 전환하며, 혐기성 인 방출을 유도하는 단계; ⅱ) 제 1탈질조 (3)에서, 유기물질을 이용하여 상기 혐기조 (2)로부터의 유입액 및, 하기 폭기·질산화조(4)로부터의 질산화된 내부 반송액(10)을 전(前)탈질화하는 단계; ⅲ) 폭기·질산화조(4)에서, 상기 제 1 탈질조 (3)으로부터의 유입액내의 유기 물질 및 암모니아성 질소를 산화시키는 단계; ⅳ) 제 2 탈질조 (5)에서, 외부 탄소원을 공급하여, 폭기·조 (4)로부터 유입된 처리원액 내의 잔류 질산성 질소를 후(後)탈질화하는 단계; ⅴ) 재폭기조(6)에서, 상기 제 2 탈질조(5)으로부터 유입액내의 탈질화로 생성된 질소가스를 탈기시키고, 처리되지 않은 유기물 및 오염물질을 추가적으로 산화시키는 단계; ⅵ) 침전조에서, 상기 재폭기조(6)으로부터의 유입액을 침전을 통해 고체와 액체로 분리하여 정화된 처리수와 슬러지를 분리하여, 상기 정화된 처리수는 배출하고, 침전된 슬러지의 일부는 유입 유기물 부하와 총인의 부하에 따라 상기 혐기조(2) 또는 제 1 탈질조(3)로 반송(11)시켜 부유상 미생물의 농도를 유지시키는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 각 단계에서 상기 혐기조(2), 상기 제 1탈질조(3), 상기 폭기·질산화조(4), 상기 제 2탈질조(5), 및 상기 재폭기조(6)의 MLSS(생물학적 하·폐수 처리공정에서 반응조 내의 활성미생물)은 3,000 내지 10,000㎎/ℓ의 범위이다. 또한, 바람직하게는 ⅰ) 단계에서 상기 혐기조의 수리학적 체류시간(HRT)이 2 내지 20시간이고, ⅱ) 단계에서 상기 제 1 탈질조(3)의 수리학적 체류시간(HRT)이 0.5 내지 2시간이며, ⅲ)단계에서, 상기 폭기·질산화조(4)의 수리학적 체류시간(HRT)이 3 내지 30시간이고, ⅳ) 단계에서 상기 제 2 탈질조(5)의 수리학적 체류시간

(HRT)이 1 내지 4시간의 범위이다.

본 발명에 따른 상기 장치 및 방법은 주로 유기물만을 제거할 수 있는 기존 하·폐수처리시설을 고도처리시설로 개보수하거나 업그레이드(upgrade)하기 위한 기본적인 개념을 포함하는 것이다.

본 발명에 따른 상기 장치 및 방법을 사용할 경우, 유기물질(COD) 150mg/L, 총질소 50mg/L 농도인 도시하수를 유입시켜 운영한 결과, 유기물질은 10 mg/L, 총질소는 8 mg/L로 감소함을 관찰할 수 있었으며, 그 제거효율은 각각 93%, 84%였다.

본 발명은 질소, 특히 유기질소나 암모니아성 질소가 함유된 하·폐수에서 유기물과 질소를 동시에 높은 효율로 제거할 수 있다. 특히, 고정상 미생물접촉재를 각 생물반응조에 설치하여 고농도의 부착상 미생물을 확보하여 수온과 부하변동에도 안정적인 대응이 가능하고, 미생물 SRT를 최대화할 수 있어 적은 용량으로도 높은 질산화효율을 얻을 수 있으며, 탈질 미생물의 슬러지층(blanket)을 통해 내생탈질효율을 높일 수 있어 제 2 탈질조에 투입되는 외부탄소원이 필요 없거나 투입량을 최소화할 수 있다. 또한, 유기물이 부족하여 질소제거효율이 낮거나 생물학적 질소제거가 어려운 경우에도 최소한의 외부탄소원 투입과 적절한 내부순환비 형성으로 유지관리비를 절감하며 효율을 높일 수 있다. 기존 생물학적 하·폐수처리시설의 폭기조를 미생물접촉재가 설치된 고도처리 생물반응조로 전환하여 본 발명을 적용할 경우 간단하게 고도처리시설로의 업그레이드가 가능하여 투자비용을 최소화하며 기존 시설 활용률 극대화 및 유기물·질소제거효율 향상을 추구할 수 있다.

Claims (9)

1. 처리원액의 혐기성 발효가 일어나는 혐기조(2), 미생물과 유기물에 의한 전탈질화가 일어나는 제 1탈질조(3), 미생물을 부착·고정시키기 위한 미생물 접촉재 및 탈리용 산기관을 구비하고, 질산화가 일어나는 폭기·질산화조(4), 미생물과 유기물에 의한 후탈질화가 일어나는 제 2 탈질조(5), 후탈질화된 처리원액을 다시 폭기하는 재폭기조(6) 및, 고액분리가 일어나는 침전조(7)를 포함하고, 상기 폭기·질산화조(4) 및 상기 침전조 (7)에 반송장치가 구비되어 있는 고도처리장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 혐기조(2), 상기 제1탈질조(3), 상기 제 2탈질조(5), 및 상기 재폭기조(6) 중 1 또는 2 이상의 조가 미생물 접촉재를 추가로 포함하는 것을 특징으로 고도처리장치.
3. 제 2항에 있어서, 폭기·질산화조(4)는 산소공급용 산기관을 추가로 포함하고, 상기 재폭기조(6)는 산소 공급용 산기관 및/또는 미생물접촉재에 부착된 미생물을 탈리시키기 위한 탈리용 산기관을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 고도처리장치.
4. 제 1항에 있어서, 제 2 탈질조 (5)는 외부탄소원 공급을 위한 공급장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 고도처리장치.
5. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 미생물접촉재는 각각의 조의 부피(㎥)를 기준으로 30 내지 300m(길이)로 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 고도처리장치.
6. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 미생물 접촉재는 굵기가 100 내지 1,500데니아(denier)인 나이론, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, PVC 및 PVDC로 이루어진 군으로부터 선택된 1 또는 2 이상의 합성섬유를 단독 또는 혼합하여 사용한 실로 구성된 중심사와, 상기 중심사 주위에 미생물을 고농도로 보유하기 위하여 선택된 1 또는 2 이상의 이형단면사를 단독 또는 혼합하여 사용하여 공극률 90% 이상 유지하도록 고리 모양을 형성한 로프사로 이루어진 접촉재를 사용한 것을 특징으로 하는 고도처리장치.
7. ⅰ) 혐기조(2)에서, 혐기성 발효를 통해 처리 원액 중의 유기물질의 농도를 낮추고 분해 가능한 구조로의 형태로 전환하며, 혐기성 인 방출을 유도하는 단계; ⅱ) 제 1탈질조 (3)에서, 유기물질을 이용하여 상기 혐기조 (2)로부터의 유입액및, 하기 폭기·질산화조(4)로부터의 질산화된 내부 반송액(10)을 전(前)탈질화하는 단계; ⅲ) 폭기·질산화조(4)에서, 상기 제 1 탈질조 (3)으로부터의 유입액내의 유기 물질 및 암모니아성 질소를 산화시키는 단계; ⅳ) 제 2 탈질조 (5)에서, 외부 탄소원을 공급하여, 상기 폭기·질산화조(4)로부터 유입된 처리원액 내의 잔류 질산성 질소를 후(後)탈질화하는 단계; ⅴ) 재폭기조(6)에서, 상기 제 2 탈질조(5)으로부터 유입액내의 탈질화로 생성된 질소가스를 탈기시키고, 처리되지 않은 유기물 및 오염물질을 추가적으로 산화시키는 단계; ⅵ) 침전조에서, 상기 재폭기조(6)으로부터의 유입액을 침전을 통해 고체와 액체로 분리하여 정화된 처리수와 슬러지를 분리하여, 상기 정화된 처리수는 배출하고, 침전된 슬러지의 일부는 유입 유기물 부하와 총인의 부하에 따라 상기 혐기조(2) 또는 제 1 탈질조(3)로 반송(11)시켜 부유상 미생물의 농도를 유지시키는 단계를 포함하는 고도처리방법.
8. 제 7항에 있어서, 각 단계에서 상기 혐기조(2), 상기 제 1탈질조(3), 상기 폭기·질산화조(4), 상기 제 2 탈질조(5), 및 상기 재폭기조(6)의 MLSS는 3,000 내지 10,000㎎/ℓ인 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 7항에 있어서, ⅰ) 단계에서 상기 혐기조의 수리학적 체류시간(HRT)이 2 내지 20시간이고, ⅱ) 단계에서 상기 제 1 탈질조(3)의 수리학적 체류시간(HRT)이0.5 내지 2시간이며, ⅲ)단계에서, 상기 폭기·질산화조(4)의 수리학적 체류시간

   (HRT)이 3 내지 30시간이고, ⅳ) 단계에서 상기 제 2 탈질조(5)의 수리학적 체류시간(HRT)이 1 내지 4시간인 것을 특징으로 하는 고도처리방법.