KR100453479B1 - 오·폐수에서 질소와 인을 제거하는 ａ-ｓｂｒ 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오·폐수를 고도처리하여 오·폐수내의 질소와 인을 제거하는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유입수로부터 협잡물을 제거하는 스크리닝단계인 제 1단계와; 상기 제 1단계를 거친 유입수의 유량 및 수질을 조절하는 유량 안정화단계인 제 2단계와; 상기 제 2단계를 거친 유입수에 혐기, 호기, 무산소 조건을 주기적으로 반복하여 상기 유입수내의 유기물, 질소 및 인을 제거하는 A-SBR반응단계인 제 3단계와; 상기 제 3단계를 거친 처리수에 잔존하는 부유물질 및 인을 제거하기 위한 여과단계인 제 4단계와; 상기 제 4단계를 거쳐 여과된 처리수가 살균, 소독 및 색도 제거되는 소독단계인 제 5단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

오·폐수에서 질소와 인을 제거하는 Ａ-ＳＢＲ 장치{A-SBR plant for removing nitrogen and phosphorus from wastewater}

현재 국내 대부분의 하수처리장에서 사용하고 있는 처리공법인 활성슬러지공법은 유기물과 부유물질의 처리면에서는 안정적인 방류수 수질을 기대할 수 있으나, 질소와 인의 제거효율을 높이기 위해서는 추가의 고도처리시설을 신설하여만 하는 실정이다.

지금까지 개발된 생물학적 처리공법으로는 크게 연속식(Continuous Flow)공법과 회분식(Batch Flow)공법으로 나누어 지는데, 상기 연속식공법 중 질소나 인을 제거하기 위한 가장 경제적인 공법으로는 A²/O(Anaerobic/Anoxic/Aerobic)공법, Bardenpho공법 및 VIP(Virginia Initiative Plant)공법 등이 있다.

여기에서 A²/O공법은 종래의 A/O공법을 보다 개량한 것으로 혐기성조(Anaerobic Tank), 무산소조(Anoxic Tank) 및 호기성조(Aerobic Tank)를 포함하고 있으며, 질산성질소(Nitrate)를 제거하기 위한 내부반송과 슬러지반송으로 구성되어 있다. 혐기성조는 인을 방출시켜 호기성조에서 미생물이 인을 과잉섭취할 수 있도록 하며, 무산소조는 질산성질소를 탈질시키는 역할을 한다. 이 공법은 기존 하수처리장을 고도처리공정으로 변경할 시 적용이 용이하지만, 반송슬러지 내의 질산성질소로 인하여 혐기성 조건하에서 인 방출이 억제되어 인의 제거효율이 낮은 단점이 있으며, 수온이 떨어지는 겨울철에는 질소와 인의 제거효율이 다소 저하되는 경향이 있다.

또한, Bardenpho공법은 혐기성조, 무산소조, 호기성조, 무산소조, 그리고 호기성조의 순서로 구성되어 있으며, 전단의 혐기성조, 무산소조 및 호기성조는 유기물, 질소 및 인을 제거하며, 후단의 무산소조에서는 탈질과정으로 통해 미처리된 질산성질소를 제거하며, 마지막 호기성조에서는 폐수 내의 잔류하고 있는 질소가스를 제거하고 최종침전지에서의 인의 용출을 방지한다. 이 공법은 다른 생물학적 질소제거 공법에 비해 질소제거효율이 높고, A²/O공법에 비해 체류시간이 길므로 유기성 탄소의 산화능력이 높은 편이나, 유입원수내의 유기물의 농도가 낮거나 수온이 낮은 겨울철에는 질소와 인의 제거효율이 저하되는 단점이 있다.

또한, VIP(Virginia Initiative Plant)공법은 표준활성슬러지 공법을 변형한 공법으로서, 혐기성조(Anaerobic Tank), 무산소조(Anoxic Tank) 및호기성조(Aerobic Tank)로 구성되며, 질산성질소를 제거하기 위한 내부반송(Nitrifer Recycle)과, 무산소조에서 혐기성조로의 내부반송 및 침전지 슬러지반송으로 구성되어 있다. 유입수내의 일부 유기물은 혐기성조에서 혐기성 분해에 의해 분해되므로 공정의 산소요구량을 감소시키는 효과가 있으며, A²/O공법보다 처리효율이 안정적이며, 반응조의 크기가 작으므로 경제적이며, 기존 하수처리시설을 고도처리공정으로 변경할 시 적용이 용이하나, 내부순환을 위한 펌프사용량이 많아 유지비가 높으며, 수온이 낮은 겨울철에는 질소와 인의 제거효율이 다소 저하되는 단점이 있다.

상기에서 설명한 A²/O(Anaerobic/Anoxic/Aerobic)공법, Bardenpho공법 및 VIP(Virginia Initiative Plant)공법은 하수관리 체계가 잘 갖추어진 조건하에서는 적합한 공법들이나, 하수관리 보급률이 낮아 유입수 중의 BOD/TN비가 낮은 우리나라의 수질특성에는 적합하지 않다.

따라서, 위와 같은 연속식 공법들은 질수와 인의 제거에 필요한 유기물의 농도가 낮은 우리나라 하수처리장의 특성상 적용이 부적합하다.

또한, 연속식 공정과 회분식 공정 중 회분식 공정은 유입방식에 따라 SBR공정으로 대표되는 간헐유입방식과 연속유입방식으로 분류된다.

일반적인 SBR공법은 정해진 시간의 배열에 따라 단일 반응조에서 오·폐수의 유입 및 처리수의 유출이 일어나는 공정으로 각 단위 공정이 연속적으로 일어난다. 이때, 공정은 유입(Fill)공정, 반응(React)공정, 침전(Settle)공정, 배출(Draw)공정, 그리고 휴지(Idle)의 순서로 반응이 진행되며, 반응조건을 조절함에 따라 질소와 인의 제거가 가능하며, 모든 공정이 단일 반응조에서 일어나므로 별도의 침전지 및 사상균의 제어에 융통성이 있으며, 시설이 간단하여 운전이 용이하다. 그러나, 슬러지의 반송이 없어 유입수 내의 미생물 적응시간이 필요하여 SBR반응조 내의 수리학적 체류시간은 대부분 15-24시간 정도로 긴 편이고, 부지면적이 많이 소요되는 편이다.

상기에 서술한 공법외에 다른 대부분의 공법에서는 질소와 인의 균형적인 제거가 어려운 실정이거나 대부분이 소규모의 오·폐수처리장에서만 적용이 가능한 실정이다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 반응조 전단에는 유량조정조를 설치하고, A-SBR반응조내에는 상징수배출장치를 설치하고, A-SBR반응조 후단에는 상향류여과장치와 광촉매장치를 설치한 오·폐수를 처리하는 장치을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 처리 시스템을 설명하는 도면이고,

도 2는 본 발명에 따른 중·대형의 상징수배출장치의 상세도이고, 그리고

도 3은 본 발명에 따른 중·소형의 상징수배출장치의 상세도이다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 오·폐수에서 질소와 인을 제거하는 A-SBR장치에 있어서, 유입수에 포함된 협잡물 및 부유물질을 제거하는 스크린조와; 상기 스크린조를 거친 유입수의 유량 및 유입수질을 조절하는 유량조정조와; 상기 유량조정조를 거친 유입수내의 유기물을 분해하고 질소 및 인을 제거하며, A-SBR전반응조, A-SBR주반응조 및 방류조로 구성된 A-SBR반응조와; 상기 A-SBR반응조를 거친 상징수를 배출하는 상징수유출장치와; 상기 A-SBR반응조를 거친 상징수내의 부유물질 및 인을 제거하는 상향류여과장치와; 상기 상향류여과장치로 ALUM, NAOH 및 Polymer를 이송시키는 약액조와; 상기 상향류여과장치를 거친 처리수를 살균 및 소독하는 광촉매장치와; 상기 광촉매장치를 거친 처리수를 중수로 보관하는 중수저류조와; 상기 A-SBR반응조내의 미생물활성 및 탈질효율을 향상시키는 미생물활성화조와; 상기 A-SBR반응조에서 생성되는 잉여슬러지를 처리하는 슬러지저류조를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 처리 시스템을 설명하는 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 중·대형의 상징수배출장치의 상세도이고, 도 3은 본 발명에 따른 중·소형의상징수배출장치의 상세도이다.

먼저, 제 1단계인 스크리닝단계는 유입수로부터 협잡물을 제거하는 단계로서, 다음에 시행되는 공정들에서 장비를 보호하기 위한 단계이다. 이 단계에서는 유입수인 오·폐수가 유입구를 통하여 스크린조(1)에 유입되어, 오·폐수 내의 협잡물이 스크린조(1)에 설치된 스크린에 의해 제거된 후, 다음 단계로 이송된다.

다음, 제 2단계인 유량조정단계는 유입수의 유량 및 수질을 안정화시키는 단계이다. 이 단계에서는 상기 스크린조(1)에서 협잡물이 제거된 유입수가 제1라인(L1)을 통해 유량조정조(2)로 유입되어 다음의 공정에서 처리될 유량이 조정된다.

다음, 제 3단계인 A-SBR반응단계는 혐기, 호기, 무산소 조건을 주기적으로 반복하여 유입수 내의 유기물, 질소 및 인을 제거하는 단계이다. 이 단계에서는 상기 유량조정조(2)에서 안정화된 유입수가 제2라인(L2)를 통해 먼저 A-SBR전반응조(3-1)로 유입된 후, A-SBR주반응조(3-2)로 자연 이송되어져 혐기, 호기, 무산소 조건을 반복하여 유기물, 질소 및 인이 상기 유입수로부터 제거된다.

여기서, 상기 A-SBR주반응조(3-2)에서 일어나는 반응단계를 자세히 살펴보면, 상기 반응단계는 혐기교반단계, 호기 제1단계, 무산소교반단계, 호기 제2단계, 침전단계, 그리고 배출단계로 구성된다.

먼저, 혐기교반단계에서는 유입수인 오·폐수가 유량조정조(2)를 거쳐 제2라인(L2)을 통해 A-SBR전반응조(3-1)로 유입되어 상기 반응조(3-1)내의 수위가 상승된 후, 상기 유입수는 A-SBR주반응조(3-2)로 자연이송되어 상기 반응조(3-2)에서교반을 통해 유입수와 침전슬러지는 혼합되며, 유입수내 유기질소는 암모니아 형태로 전환되고, 탈질화 반응으로 질소가 제거되며, 미생물의 체내에 축적된 인이 방출된다.

다음, 호기 제1단계에서는 A-SBR주반응조(3-2)내에서 호기성 미생물에 의해 유기물이 새로운 세포(C₅H₇O₂N)나 CO₂로 전환되어 제거되고, 상기 혐기교반단계에서 분해된 암모니아성 질소 및 방출된 인은 이 단계에서 질산화 및 인의 과잉섭취가 이루어진다. 이때, 일어나는 반응을 식으로 표현하면 다음과 같다.

유기물(CHON) + O₂+ 영양소 → C₅H₇O₂N + CO₂+ NH₃+ 생성물

다음, 무산소 교반단계에서는 A-SBR주반응조(3-2)내에서의 교반으로 인해 질산화액과 침전슬러지의 혼합이 일어나고, 슬러지활성화조에서 활성화된 탈질미생물이 점차 활성화됨에 따라 탈질반응이 일어남과 동시에 탈인미생물이 번식한다. 그리고, 탈질효율을 높이기 위해 미생물활성화조(7)에서 탈질미생물들로 우점종 활성화된 고활성슬러지가 제4라인(L4)를 통해서 상기 A-SBR반응조(3)로 이송된다. 이 때, 상기 미생물활성화조(7)내에는 용존산소가 0.5~1ppm이하로 존재하여 상기 미생물활성화조(7)는 통성혐기성 상태로 유지되고 이로 인해 탈질화균인 Pseudomonas, Micrococcus, Archomonactor 및 Bacillus 등과 같은 종이 우점종화될 수 있으며, 상기 미생물활성화조(7)에 황토, SiO₂, Fe₂O₃, 분말활성탄 등을 성분으로 하는 활성슬러지 촉진제를 투여함으로서 슬러지의 응집력을 강화시킬 수 있다. 또한, 동절기에 본 시스템을 실행할 시에는 온도저하에 따라서 탈질효율이 저하하므로 기온이높은 하절기보다 많은 양의 고활성슬러지를 A-SBR반응조(3)로 이송시킴으로서 탈질효율을 증가시킬 수 있다.

다음, 호기 제2단계에서는 A-SBR주반응조(3-2)내에서 고·액분리가 원만하게 이루어지도록 산소 폭기를 통하여 잔존하는 질소가스가 방출되며, 미생물의 인방출이 억제된다.

다음, 침전단계에서는 A-SBR주반응조(3-2)내의 산소 폭기가 중단되고, 활성슬러지가 중력에 의해 침강하여 슬러지와 상징수의 분리가 이루어진다.

다음, 배출단계에서는 상기 상징수유출장치(3-4)에 의해 상징수는 제3라인(L3)을 통해 배출되며, 이 때, 대부분의 슬러지는 제9라인(L9)을 통해 슬러지저류조(8)로 이송된 후, 배출라인(L10)을 통해 폐기되고, 일부분의 슬러지는 미생물활성화조(7)에서 탈질을 위한 고활성슬러지로 배양되어 상기 무산소교반단계시 제4라인(L4)를 통해 A-SBR반응조(3)로 이송된다.

상기의 단계는 한 주기당 6시간이 소요되며 하루동안에 네 번 반복되어진다.

다음, 제 4단계인 여과단계는 상기 제 3단계를 거친 처리수에 잔존하는 부유물질 및 인을 제거하기 위한 단계이다. 이 단계에서는 상징수배출장치(3-4)로 부터 제3라인(L3)을 통해 방출된 처리수가 상향류여과장치(4)로 이송되며, 보다 높은 방류수 수질을 위해 ALUM(AL₂(SO₄)₃), NAOH 및 Polymer가 약액조(4-1)로 부터 적정량씩 제5라인(L5)를 통해 상향류여과장치(4)로 이송된다. 그리고, 상기와 같이 여과처리된 처리수는 제6라인(L6)을 통해 여과수조(4-2)로 이송된다.

다음, 제 5단계인 소독단계는 상기 제 4단계에서 여과된 처리수가 살균, 소독 및 색도 제거되는 단계이다. 이 단계에서는 상기 여과수조(4-2)에 보관된 처리수가 제7라인(L7)을 통해 광촉매장치(5)로 이송되며, 상기 광촉매장치(5)는 산화력이 강한 OH 라디칼을 발생시켜 상기 처리수의 색도를 제거하고 병원성 미생물을 살균 및 소독한 후, 제8라인(L8)을 통해 중수저류조(6)에 저장함으로서 상기 처리수가 중수로 활용될 수 있게 한다.

도 2에는 본 발명에 따른 오·폐수처리 시스템 실행시, 상기 A-SBR반응단계에서 처리수가 배출될 때 사용되는 상징수유출장치(3-4)의 상세도가 도시되어 있다.

이 상징수유출장치(3-4)는 중 ·대형의 연속회분식반응조에서 이용되는 것으로서, 반응조(3-2)내에는 서로 평행하게 배치된 복수개의 가이드레일10)이 기립되어 직설되어 있고, 상기 가이드레일(10)에는 부표(21)가 미끄럼이동가능하게 관통되어 있다. 이 부표(21)의 내측면에는 밀봉적으로 구획형성된 방류실(17)을 가진 방류탱크(18)가 부표(21)와 결합되어 있어, 상기 부표(21)가 상기 가이드레일(10)을 따라 승하강함에 따라 상기 방류탱크(18)도 함께 승하강된다.

또한, 상기 방류탱크(18)의 바닥부에는 복수개의 방류구(15)와 상기 복수개의 방류구(15)에 대하여 일정간격을 두고 배치되어 있는 유입구(12)가 형성되어 있다.

여기서, 상기 복수개의 방류구(15)에는 신축가능한 복수개의 자바라관(11)의 일단이 각각 유밀적으로 접속되어 상기 방류실(17)의 내부와 상기 자바라관(11)이유통되고, 상기 각각의 자바라관(11)의 타단에는 방류조(3-3)측과 일단이 유통하고 있는 복수개의 이송관(19)의 타단이 유밀적으로 접속되어 있으며, 상기 유입구(12)에는 선택적으로 상기 유입구(12)를 개폐할 수 있도록 개폐수단(40)에 접속된 개폐관(13)이 상기 방류탱크(18)의 바닥부에 장착되어 있다.

상기 개폐수단(40)은 복동실린더(41)와 상기 복동실린더(41)를 조정하는 방향전환밸브(44)와 상기 방향전환밸브(44)에 접속되어 소정된 압력을 상기 방향전환밸브(44)에 공급하는 레귤레이터(45)및 상기 레귤레이터에 접속되어 있는 압축유 공급원(46)을 포함하고 있다. 이 때, 상기 개폐수단(40)의 방향전환밸브(44)는 제어장치(60)에 접속되어 있어 상기 제어장치(60)의 제어에 따라 상기 개폐판(13)에 의해 상기 유입구(12)를 현상태 유지, 개방, 폐쇄시킨다. 따라서, 상기 개폐판(13)이 개방되면 방류실(17)과 반응조(3-2)에 있는 상징수와 유통하게 되고, 상기 개폐판(13)이 폐쇄되면 방류실(17)과 반응조(3-2)에 있는 상징수와 유통되지 않게 된다.

상기 제어장치(60)는 상기 반응조(3-2)에 저장된 피처리액의 수위를 검출하기 위해 상기 반응조(3-2)에 소정의 간격을 갖고서 설치되어 있는 복수개의 위치센서에 접속되어 있으며, 이 복수개의 위치센서 중에서 위치센서(S1)는 피처리액의 허용가능한 최대 수위를 검출하고, 위치센서(S2)는 상기 피처리액이 허용가능한 최대 수위를 가지고 있을 때, 상징수가 분포하게 되는 상징수의 최대 수위를 검출하고, 위치센서(S3)는 상기 피처리액이 허용가능한 최대 수위를 가지고 있을 때, 상징수가 분포하게 되는 상징수의 최소 수위를 검출하여 상기 제어장치(60)에 그 검출값을 수신하여 상기 제어수단(40)의 방향제어밸브(44)의 위치를 결정한다.

도 3은 상기 상징수배출장치(3-4)의 또 다른 활용예로서, 중·소형의 연속회분식 반응조에 이용될 시 활용되는 상징수배출장치를 도시한 도면이다. 이 상징수배출장치에는 상기 중 ·대형의 연속회분식반응조에 활용되는 상징수배출장치와는 달리 방류조(3-3)에 반응조에 있는 피처리액의 상징수를 반응조 밖으로 방출시키기 위한 펌프(80)가 배치되어 있으며, 자바라관(11) 타단에 밸브(V1)가 개재되어 상기 펌프(80)의 흡입구와 일단이 접속되어 있는 이송관(19)의 타단이 유밀적으로 접속되어 있다. 결국, 상기 방류실(17)은 방류구(15), 자바라관(11), 이송관(19) 및 밸브(V1)를 경유하여 상기 펌프(80)와 유통하여 있다.

또한, 상기 유입구(12)에는 팬체크밸브(V2)가 개재되어 있어, 펌프(40)에 의해 방류실(17)이 소정된 부압이 걸리면 팬체크밸브(V2)를 개방하여 방류실(17)이 반응조(3-2)에 있는 상징수와 유통하게 하고, 펌프(80)가 비작동하면 팬체크밸브(V2)를 폐쇄하여 방류실(17)이 반응조(3-2)에 있는 상징수와 유통되지 않게 한다. 이 때, 펌프(80)는 펌프제어장치(90)에 접속되어 상기 펌프제어장치(90)에 제어에 따라 가동 또는 가동중지가 제어된다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 무산소 교반단계시 미생물 활성화조에서 활성화된 고활성슬러지가 A-SBR반응조로 이송되어 탈질미생물의 번식을 유도하여 질소를 효율적으로 제거하고, 배출단계시 호기단계에서 인을 과잉섭취한 슬러지를 제거함으로서, 오·폐수내에 유기물과 질소의 비율이 낮은 우리나라에서도 질소와 인의 균형적 제거가 가능하고, 높은 처리효율을 얻을 수 있다.

또한, A-SBR반응조를 A-SBR전반응조와 A-SBR주반응조로 나눔으로서, A-SBR전반응조내의 유동상여재 및 고활성슬러지에 의해 유입수내의 미생물 적응시간이 단축되고, 이로 인해 수리학적 체류시간이 감소되어 설치부지 면적을 줄일 수 있다.

또한, A-SBR반응조 후단에 상향류 여과장치와 광촉매장치를 설치함으로서, 처리수내에 잔존하고 있는 부유물질과 인의 효과적인 제거가 가능하고, 병원성 미생물의 살균, 소독 및 색도 제거가 가능하며, 난분해성 환경호르몬의 완전분해로 인해 중수로 재활용이 가능하다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 삭제
3. 오·폐수에서 질소와 인을 제거하는 A-SBR장치에 있어서,

   유입수에 포함된 협잡물 및 부유물질을 제거하는 스크린조(1)와;

   상기 스크린조(1)를 거친 유입수의 유량 및 유입수질을 조절하는 유량조정조(2)와;

   상기 유량조정조(2)를 거친 유입수내의 유기물을 분해하고 질소 및 인을 제거하며, A-SBR전반응조(3-1), A-SBR주반응조(3-2) 및 방류조(3-3)로 구성된 A-SBR반응조(3)와;

   상기 A-SBR반응조(3)를 거친 상징수를 배출하는 상징수유출장치(3-4)와;

   상기 A-SBR반응조(3)를 거친 상징수내의 부유물질 및 인을 제거하는 상향류여과장치(4)와;

   상기 상향류여과장치(4)로 ALUM, NAOH 및 Polymer를 이송시키는 약액조(4-1)와;

   상기 상향류여과장치(4)를 거친 처리수를 살균 및 소독하는 광촉매장치(5)와;

   상기 광촉매장치(5)를 거친 처리수를 중수로 보관하는 중수저류조(6)와;

   상기 A-SBR반응조(3)내의 미생물활성 및 탈질효율을 향상시키는 미생물활성화조(7)와;

   상기 A-SBR반응조(3)에서 생성되는 잉여슬러지를 처리하는 슬러지저류조(8);

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 오·폐수에서 질소와 인을 제거하는 A-SBR장치.