상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 침사 및 스크린조, 혐기교반조, 혐기접촉조, 교호포기조, 접촉포기조, 침전조, 탈기조를 순차로 배치한 오수처리장치를 이용하여 오수를 처리하는 오수처리방법에 있어서, 상기 침사 및 스크린조에서 부유물질이 제거된 처리수를 상기 혐기교반조에서 교반하는 교반 단계와; 상기 혐기교반조에서 교반된 처리수를 상기 혐기접촉조로 유입시켜, 혐기접촉조 내의 담체를 이용하여 상기 처리수를 탈질하는 탈질 단계와; 상기 혐기접촉조에서 탈질된 처리수를 제 1 교호포기조로 유입시켜, 반복적인 혐기/호기 공정을 부여함으로써 처리수에 대한 인의 과잉섭취 및 질산화를 유도하는 교호포기 단계와; 상기 제 1 교호포기조를 거친 처리수를 접촉 포기조로 유입시켜, 상기 접촉 포기조에 용존산소를 공급하여 호기 상태에서 상기 처리수에 포함된 유기물을 분해하는 분해 단계와; 상기 접촉 포기조를 거친 처리수를 침전조로 유입시켜, 상기 처리수 중의 플럭을 중력에 의해 자연 침강시키는 고액분리 단계와; 상기 침전조의 후단에 제 2 교호포기조를 구성하여 침전조의 처리수 중 상층액을 제 2 교호포기조로 유입시켜, 반복적인 혐기/호기 공정을 부여함으로써 미처리된 유기물 및 질소, 인을 재처리하는 재처리 단계와; 상기 제 2 교호포기조를 거친 처리수를 상기 탈기조에 유입시켜, 상기 처리수에 포함된 용존산소를 저감시키며, 상기 탈기조의 상층액은 방류처리 하는 방류처리 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오수처리방법을 제공 한다.
상기 침전조의 처리수 중 하층액은 제 1 교호포기조와 접촉포기조로 반송시켜 유기물의 부하량인 에프엠비를 조절하는 것을 특징으로 한다.
상기 탈기조의 처리수 중 슬러지가 포함된 하층액은 상기 혐기교반조로 반송시키고, 상기 침사 및 스크린조에서 부유물질이 제거된 처리수를 유입시켜 상기 반송된 처리수와 교반하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 혐기접촉조 내의 담체는 유동상인 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 교호포기조는 1 시간 가동 후 2시간 정지되는 포기 브로워A에 의해 24시간 동안 4 내지 8 싸이클로 운전되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 교호포기조는 1시간 가동 후 2시간 정지되는 포기 브로워A에 의해 24시간 동안 4 내지 8 싸이클로 운전되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 접촉포기조는 20분 가동 후 40분 정지되는 포기 브로워B에 의해 24시간 동안 24 싸이클로 운전되는 것을 특징으로 한다.
상기 접촉포기조 내의 용존 산소량은 2mg/l로 유지되는 것을 특징으로 한다.
상기 탈기조 내의 용존 산소량은 0.2mg/l 이하로 유지되는 것을 특징으로 한다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 상기에 언급한 본 발명에 따른 오수처리방법의 각 조(tank) 및 단계별 특징을 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 오수처리방법의 공정도이고 도 2는 본 발명에 따른 오수처리방법의 처리 계통도이다.
본 발명에 따른 오수처리의 단계별 공정은 부유물질 제거 단계와, 교반 단계와, 탈질 단계와, 교호포기 단계와, 분해 단계와, 고액분리 단계와 재처리 단계와, 방류처리 단계로 이루어져 있고, 상기와 같은 단계들이 일련의 순차적인 흐름을 갖고 진행된다.
부유물질 제거 단계는 오수가 침사 및 스크린조(1)로 유입되어 상기 침사 및스크린조(1)에서 처리수(오수)에 포함된 조대한 고형물 또는 부유물질을 제거한다(S1).
또, 상기 침사 및 스크린조(1) 하층에 형성되는 협잡물 및 침사물은 정기적인 청소를 함으로써 외부로 반출처리 하게 된다.
부유물질이 제거된 처리수는 상기에 언급한 교반 단계로 접어들게 되는데 교반 단계는 부유물질이 제거된 처리수와 상기 탈기조(8)에서 반송(12, S9)된 반송수를 교반 하는 단계이다(S2).
상기 부유물질 제거 단계를 거친 처리수를 유입하는 혐기교반조(2)에서의 교반 단계는 호기성 처리(aerobic digestion)를 하기 위한 전처리 단계로서, 본 발명에 따른 오수처리방법에서는 혐기교반조(2) 와 혐기접촉조(3)를 구분하여 배열함으로써 유기물 부하의 저감이나 유기물의 저분자화를 통해 오수처리에 필요한 처리에너지를 저감 하였다.
또한, 호기성 미생물군에 의해서는 분해할 수 없는 난분해성 물질을 혐기적 분해(anaerobic digestion)를 통해 분해하고, 질산화가 진행된 탈기조(8)에서의 난분해성 물질은 상기 혐기교반조(2)로 반송(12, S9)시킴으로써 탈질에 이용하였다.
유입되는 처리수(오수)가 1차 침전조를 거치는 종래 기술과는 달리 스크린만 통과한 후 반응조로 직접 유입되므로 유기물 분해가 최소화되는 장점이 있다.
즉, 상기와 같은 작동은 탈기조(8)에서 반송(12, S9) 되어온 처리수와 유입수 중의 유기물을 수소 공여체로 이용하기 위한 교반 단계이다. 수중의 탄소원 손실을 최대한 방지하여 탈질 과정에 사용되도록 함으로써 탈질 효율을 높일수 있다.
혐기교반조(2)의 운전은 타이머에 의한 자동운전으로서 10분 가동되고 20분 정지하는 교반기에 의해 교반 작업이 진행 된다.
상기 교반 단계 후의 탈질 단계는 상기 교반 단계에서 교반된 처리수를 혐기접촉조(3)로 유입시켜 혐기접촉조(3) 내의 미생물의 폐색에 대비한 유동상 담체를 충진하여 충분한 미생물량을 확보하여 완전한 탈질을 유도함과 동시에 유입량 급변에 의해 다음 처리 단계로 미생물이 휩쓸려 나가는 단점을 보완하는 단계이다(S3).
탈질 단계 후의 교호포기 단계는 상기 탈질 단계에서 탈질된 처리수에 대해서 인의 과잉섭취 및 질산화를 유도하는 단계로서, 유입수질 조건에 따라 포기(aeration) 간격을 달리하여 혐기/호기 공정을 반복하는 단계이다(S4).
호기조건에서 미생물이 인을 섭취하고, 혐기조건에서는 인을 방출하게 되는데 혐기 및 호기조건을 반복 수행 시켰을 때 미생물이 인을 과잉섭취하게 되는 현상을 이용하여 인을 처리한다.
접촉포기조(5) 전단에 설치함으로써 접촉포기조(5)는 높은 MLSS(활성오니 미생물) 농도를 유지할 수 있어 접촉포기조(5)의 부피가 작아져도 BOD 제거, 질산화, 탈인에 있어 높은 효율을 유지하는 장점이 있다.
제 1 교호포기조(4)는 1시간 가동 후 2시간 정지하는 브로워A(9)에 의해 혐기/호기 공정이 반복되고, 브로워A(9)는 24시간 동안 4~8 싸이클로 운전된다.
교호포기 단계 후의 분해 단계는 제 1 교호포기조(4)에서 교호포기 단계를 거친 처리수에 충분한 DO(용존산소, Dissolved Oxygen)를 공급시켜 호기 상태에서 유기물의 분해가 이루어 지도록 하는 단계이다(S5).
포기, 교반, 혼합에 의해 미생물과 유기, 무기의 부유입자가 응집하여 침강성이 좋은 활성슬러지(activated sludge)가 형성된다. 상기와 같은 활성슬러지는 다수의 호기성 미생물의 플럭 모양 덩어리이며, 유기물의 흡착력과 산화분해력이 현저하게 강하고, 또한 고액분리성도 아주 좋다.
접촉포기조(5)는 20분 가동 후 40분 정지하는 브로워B(10)에 의해 DO(용존산소, Dissolved Oxygen)를 2mg/l 정도로 유지하게 된다.
상기 분해 단계 후의 고액분리 단계는 상기의 탈질 단계와, 교호포기 단계와, 분해 단계와 같은 생물학적 처리공정을 거친 처리수 중의 플럭을 중력에 의하여 자연 침강시키기 위한 단계이다(S7).
참고로, 고액분리된 활성슬러지는 반송슬러지로서, 제 1 교호포기조(4) 및 접촉포기조(5)로 반송(11, S6)되어 에프엠비(F/M, Food-to-Microorganism ratio)를 조절하게 되고, 침전조(6) 하부에 침전된 슬러지는 장기간 침전조(6) 내에 체류되지 않도록 하며, 1년에 1회 이상 주기적으로 내부 청소를 하여 배출 시킨다.
상기 에프엠비는 활성슬러지법(activated sludge process)에서 먹이와 미생물의 비율로서 오수나 하수, 폐수를 처리하는 활성슬러지법에서 유기물 부하량을 말한다.
고액분리 단계 후의 재처리 단계는 상기 고액분리 단계에서의 침전조(6)를 거친 상층액(상등수)의 후처리 공정으로써 포기 간격을 조절하여 혐기/호기 공정을 반복함으로써 전처리 공정중의 미처리된 유기물 및 질소, 인의 재처리를 유도하는 단계이다(S8).
도 2에 도시된 바와 같이, 제 2 교호포기조(7)는 1시간 가동 후 2시간 정지하는 브로워A(9)에 의해 혐기/호기 공정이 반복되고, 브로워A(9)는 24시간 동안 4~8 싸이클로 운전된다.
상기 재처리 단계 후의 방류처리 단계는 재처리 단계에서 유기물 및 질소, 인이 채처리된 처리수의 DO를 저감하는 단계(S10)로서, 처리수의 DO를 저감시킨 후 하층액은 혐기교반조(2)로 반송(12, S9)시켜 탈질을 돕고, 상층액(상등수)는 방류 처리함으로써 본 발명에 따른 일련의 오수처리방법이 완료된다.
참고로, 탈기조(8)에서도 어느 정도 고액분리가 이루어지고 하층액의 활성슬러지는 혐기교반조(2)로 반송(12, S9)되어 미생물 농도조절에도 이용된다. 또한, 탈기조(8)에서 혐기교반조(2)로의 반송량은 유입원수의 80~120%로 하며, 탈기조(8) 내부의 DO는 0.2mg/l 이하로 유지될 수 있도록 운전한다.
이하, 상기 언급한 특징들을 갖는 각 조(tank)들을 순차적으로 배치하고, 상기에 언급한 방법으로 운용하여 실험한 실시예를 통하여 본 발명에 따른 오수처리방법의 효과와 장점을 검증하려 한다.
[실시예]
1. 실험설비 및 운전
(1) 실험설비
본 실시예의 실험장치는 상기에 언급한 침사 및 스크린조(1), 혐기교반조(2), 혐기접촉조(3), 제 1 교호포기조(4), 접촉포기조(5), 침전조(6), 제 2 교호포기조(7), 탈기조(8)가 순차로 직렬 배치된 본 발명에 따른 설비가 사용되었으며, 처리 흐름도 상기에 언급한 바와 같다.
(2) 처리대상수의 성상
본 실시예의 처리대상수는 K시에 소재하는 마을오수처리장에 유입되는 원수로서, 평가기간 중 마을오수처리장에 유입되는 오수를 스크린으로 거른 후 본 발명에 따른 평가시설로 처리하였다. 참고로, 처리대상수의 오염물질 농도는 표 1과 같다.
[표 1]처리대상수의 오염물질 농도 (단위 : ㎎/L)
항 목 |
최 저 |
최 고 |
평 균 |
유량(m3/day) |
24.0 |
55.0 |
46.8 |
수온(℃) |
7.8 |
21.7 |
14.1 |
pH |
6.8 |
7.4 |
7.1 |
DO |
0.0 |
3.8 |
1.8 |
BOD |
121.4 |
245.8 |
158.8 |
COD |
119.8 |
252.9 |
160.3 |
SS |
155.2 |
265.3 |
205.3 |
T-N |
24.545 |
45.242 |
32.041 |
T-P |
2.452 |
3.625 |
2.994 |
COD |
134.8 |
272.8 |
179.1 |
TKN |
21.980 |
42.162 |
28.381 |
NH3-N |
9.214 |
32.154 |
27.128 |
NO2-N |
0.0 |
0.0 |
0.0 |
NO3-N |
0.0 |
0.0 |
0.0 |
PO4-P |
1.814 |
2.914 |
2.841 |
BOD/TKN |
5.2 |
6.1 |
5.6 |
BOD/T-N |
4.6 |
5.5 |
5.0 |
BOC/T-P |
44.6 |
67.8 |
53.0 |
(3) 실험설비 운전조건
본 실시예에 적용되는 운전조건은 표 2에 나타내는 바와 같으며, 표 2의 비고 항목에 나타낸 각각의 값들은, 유입수 및 처리수와 각 조(tank)들의 조건을 총 14회 측정하여 산술평균을 산정한 값이다.
[표 2]실험설비 운전조건
구 분 |
점검 항목 |
비 고 |
혐기교반조14.64m3 |
수온(℃) |
14.4 |
pH |
7.2 |
MLSS(mg/L) |
2500 ~ 4000 |
혐기접촉조14.64m3 |
수온(℃) |
14.3 |
pH |
7.2 |
DO(mg/L) |
0.2 |
MLSS(mg/L) |
2500 ~ 3000 |
제 1 교호포기조43.92m3 |
수온(℃) |
14.6 |
pH |
7.2 |
DO(mg/L) |
0.5~3.5 |
MLSS(mg/L) |
2500 ~ 3000 |
접촉포기조17.48m3 |
수온(℃) |
14.7 |
pH |
7.2 |
DO(mg/L) |
1.5~3.5 |
MLSS(mg/L) |
2500 ~ 4000 |
침전조10.58m3 |
수온(℃) |
14.5 |
pH |
7.1 |
반송율(%) |
20 ~ 40 |
제 2 교호포기조5.38m3 |
수온(℃) |
14.6 |
pH |
7.2 |
DO(mg/L) |
0.5~3.0 |
MLSS(mg/L) |
2000 ~ 3000 |
탈기조5.38m3 |
수온(℃) |
14.4 |
pH |
7.1 |
DO(mg/L) |
0.2 |
MLSS(mg/L) |
1000 ~ 2000 |
반송율(%) |
80 ~ 120% |
처리수 |
수온(℃) |
14.3 |
pH |
7.1 |
DO(mg/L) |
0.2 |
2. 결과 및 고찰
침사 및 스크린조에서 부유물질이 제거된 처리수가 혐기교반조, 혐기접촉조,제 1 교호포기조, 접촉포기조, 침전조, 제 2 교호포기조, 탈기조로 구성된 본 실시예에 따른 평가시설에 유입되었을 때의 오염물질 제거 효율을 표 3에 나타내었다.
[표 3]오염물질 제거 효율
항목 |
유입수(mg/L) |
처리수(mg/L) |
제거율(%) |
범위 |
평균 |
범위 |
평균 |
범위 |
평균 |
BOD |
121.4~245.8 |
158.8 |
1.5~5.5 |
3.7 |
96.7~98.8 |
97.7 |
COD |
119.8~252.9 |
160.3 |
3.0~9.2 |
5.1 |
96.2~98.2 |
96.9 |
SS |
155.2~265.3 |
205.3 |
3.4~10.4 |
5.0 |
95.9~98.1 |
97.6 |
T-N |
24.542~45.242 |
32.041 |
5.424~11.624 |
8.730 |
65.9~80.2 |
72.6 |
T-P |
2.452~3.625 |
2.994 |
0.587~1.105 |
0.784 |
69.3~77.8 |
73.9 |
(1) 유기물 제거 특성
① BOD(Biochemical Oxygen Demand) 제거 특성
도 3의 그래프는 운전기간 동안 유입수 및 처리수의 BOD 농도 변화와 BOD 제거율을 플로트한 것이다.
유입수 유기물질 농도의 변화폭이 상당히 큰 편으로 유입수 내에 BOD가 121.4~245.8(평균 158.8)mg/L로 유입 되었지만 처리수 BOD 농도는 1.5~5.5(평균 3.7)mg/L로 안정되게 배출되어 본 평가시설에 의한 BOD 제거율은 96.7~98.8(평균 97.7)%로 나타났다.
② COD(Chemical Oxygen Demand) 제거 특성
도 4의 그래프는 운전기간 동안 유입수 및 처리수의 COD 농도 변화와 COD 제거율을 플로트한 것이다.
유입수내에 119.8~252.9(평균 160.3)mg/L로 유입된 COD는 3.0~9.2(평균 5.1)mg/L로 배출되어 본 평가시설에 의한 COD 제거율은 96.2~98.2(평균 96.9)%로 나타났다.
③ SS(Suspended Solids) 제거 특성
도 5의 그래프는 운전기간 동안 유입수 및 처리수의 SS 농도 변화와 SS 제거율을 플로트한 것이다.
유입수의 SS 농도는 155.2~265.3(평균 205.3)mg/L로 변화폭이 상당히 컸지만 처리수의 SS 농도는 3.4~10.4(평균 5.0)mg/L로 안정되게 배출되어 본 평가시설에 의한 SS 제거 효율은 95.9~98.1(평균 97.6)%로 나타났다.
(2) T-N(총 질소) 제거 특성
도 6의 그래프는 운전기간 동안 유입수 및 처리수의 T-N 농도 변화와 T-N 제거율을 플로트한 것이다.
유입수내 24.545~45.242(평균 32.041)mg/L로 유입된 T-N은 5.424~11.624(평균 8.730)mg/L로 배출되어 본 평가시설에 의한 T-N 제거 효율은 65.9~80.2(평균 72.6)%로 나타났다.
(3) T-P(총 인) 제거 특성
도 7의 그래프는 운전기간 동안 유입수 및 처리수의 T-P 농도 변화와 T-P 제거율을 플로트한 것이다.
유입수내로 2.452~3.625(평균 2.994)mg/L로 유입된 T-P는 0.128~1.462(평균 0.589)mg/L로 배출되어 본 평가시설에 의한 T-P 제거 효율은 59.7~94.8(평균 80.9)%로 나타났다.