KR100464110B1

KR100464110B1 - 고농축 슬러지 반송을 이용한 하 폐수 정화장치 및 그처리방법

Info

Publication number: KR100464110B1
Application number: KR20020033374A
Authority: KR
Inventors: 김인홍; 김용석
Original assignee: 주식회사 태영
Priority date: 2002-06-14
Filing date: 2002-06-14
Publication date: 2005-01-03
Also published as: KR20030095800A

Abstract

본 발명은, 유입 하수에 포함된 유기물을 이용하여 탈질을 수행하는 전무산소조와; 유기물을 세포내에 PHB형태로 저장하면서 인 방출을 도모하는 혐기조와; 상기 혐기조의 후단에 배치되고, 격벽에 의해 내부가 반응존과 침전존으로 구분되어 유기물의 제거와 함께 무산소 및 호기공정에 의한 질소 인 제거를 수행하게 되는 한 쌍의 SBR반응조를 포함하며; 상기 SBR반응조의 침전존 하부에 슬러지를 집수하는 슬러지집수부를 마련하고; 침전존으로부터 침전/농축된 상기 슬러지를 슬러지집수부로부터 상기 전무산소조로 반송시키는 슬러지 반송라인을 구비하고; 상기 슬러지집수부의 하단에는 상기 슬러지집수부와 상기 반송라인의 유로가 막히는 것을 방지하는 동시에, 상기 침전조 내에 퇴적되는 슬러지가 부패하는 것을 방지하는 보조산기장치가 설치됨을 특징으로 하는 고농축 슬러지 반송을 이용한 하 폐수 정화장치를 제공한다.

이같은 본 발명은, SBR반응조의 일부를 슬러지 침전 및 농축시설로 이용하여 별도의 공간 확보나 유지비용의 발생을 억제하며, 나아가 안정적인 MLSS 농도 유지를 도모 할 수 있도록 한다.

Description

고농축 슬러지 반송을 이용한 하 폐수 정화장치 및 그 처리방법 {Sewage disposal apparatus}

본 발명은, 고농축 슬러지 반송을 이용한 하 폐수 정화장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 연속 회분식 반응조(Sequencing Batch Reactor; SBR반응조) 전단부에 전무산소조 및 혐기조를 설치하고, 이들 전무산소조 및 혐기조에 고농축된 슬러지를 반송하는 일련의 공정을 진행하여 연속적으로 탈질과 인 방출을 수행하여 줌으로서 질소 및 인 제거율의 효율을 향상시켜 줄 수 있도록 하는 고농축 슬러지 반송을 이용한 하폐수 정화장치 및 그 처리방법에 관한 것이다.

미생물의 활동 및 증식을 위해서는 단백질과 핵산합성의 필수 영양소인 질소, 인이 필요하지만 다량으로 존재하면 조류와 같은 자가영양미생물(Autotrophic Organism)이 급속히 번식하는 부영양화 현상을 유발하여 수질을 현저히 저하시킨다.

최근의 하수처리는 이런 현상을 방지하기 위하여 질소 및 인을 제거할 수 있는 생물학적 고도처리공정이 개발, 적용되고 있으며, 여기에는 담체충진계열과 함께, 혐기-무산소-호기의 3공정을 기본으로 가지는 A2O계열의 A2O, UCT, VIP, DNR등과, SBR계열의 SBR, Omniflo-SBR, ICEAS, CASS 등이 사용되고 있다.

하 폐수의 고도처리기술에는, 인 흡수, 유기물 산화와 질산화가 이루어지는 호기상태, 질소 제거를 위한 탈질이 이루어지는 무산소상태와, 인 방출이 이루어지는 혐기상태를 적절히 조합하고, 여기에 성능 개선을 위한 부가장치가 사용된다.

참고로, 질산화 반응과 탈질반응 및 인 제거 반응을 설명하면 다음과 같다.

질산화반응 : 질산화에 관련된 주요 세균의 속은 Nitrosomonas와Nitrobacter의 두 종류이며, 이들 세균은 자가영양균(Autotrophic organism)으로 무기질소화합물을 산화하여 필요한 에너지를 얻고 있으며, 유기성탄소 보다는 이산화탄소를 이용하여 세균의 성장에 필요한 세포성분을 합성한다. Nitrosomonas는 암모니아를 아질산으로 산화시키며, Nitrobacter는 아질산염을 질산염으로 산화시키는데 각각 작용하는 것으로서, 그 반응식은 다음과 같다.

Nitrosomonas

2NH₄+ 3O₄→ 2H₄O + 2NO₄ ^_+ 4H⁺+ New cells

·······························(식 1)

Nitrobacter

2NO₂ ^_+ O₂→ 2NO₃ ^_+ New cells

·······························(식 2)

1.83O₂+ NH₄ ⁺+ 1.98HCO₃→1.04H₂O + 0.98NO₃+ 1.88H₂CO₃+ 0.021C₅H₇NO₂

······························ (식 3)

식 1의 반응에서는 Nitrosomonas가 우점종의 세균으로 작용하며, 식 2의 경우 Nitrobacter가 아질산염을 질산염으로 산화시키는데 작용하게 된다. 위의 반응단계는 단계별반응이 아닌 총괄 에너지반응 형태로 이루어지며, Nitrosomonas는 1mole의 암모니아를 산화시킴으로써 58∼84kcal의 에너지가 생성한다.

반면, Nitrobacter는 1mole의 아질산염을 산화시키는데 방출되는 에너지가15∼20 Kcal이다. 따라서 Nitrosomonas가 Nitrobacter보다 더 많은 에너지를 얻을 수 있고, 단위 에너지당 합성하는 세포가 일정하다고 하면 Nitrosomonas가 Nitrobacter보다 많은 세포를 합성한다. Nitrosomonas와 Nitrobacter 등과 같은 질산화균에 종합적인 산화-합성에 관련된 증식계수는 암모니아성질소 1g을 산화하는데 Nitrosomonas의 경우 0.05∼0.029gVSS/g NH₃-N, Nitrobacter는 0.02∼0.08gVSS/gNH₃-N 정도의 세포를 합성한다. 또한 질산화미생물의 증식속도는 수온, 용존산소농도 DO, pH 등에 의해 크게 영향을 받는다.

탈질반응 : 탈질은 질산화를 거치면서 생성된 질소산화물이 전자수용체로 사용되어 질소가스로 전환되는 과정으로 가스상 질소물질은 질소가스 뿐만 아니라 Nitrous oxide나 이산화질소까지 포함한다. 탈질소화에 작용하는 미생물은 Pseudo - monas, Micrococcus, Achromobacter, Bacillus 등으로 이들 세균은 무산소상태에서 필요한 산소를 질산염이나 아질산염으로부터 공급받게 된다. 이들 세균은 질산염이나 산소를 전자수용체로 사용하므로 종속영양세균에 속하며, 그 반응식은 다음과 같다.

NO₃ ^_+ 0.33CH₃OH → NO₂ ^_+ 0.67H₂O ·············(식 4)

NO₂ ^_+ 0.5CH₃OH → 0.5CO₂+ 0.5H₂O + 0.5N₂+ OH^_·······(식 5)

NO₃ ^_+ 0.833CH₃OH → 0.833CO₂+ 1.167H₂O + 0.5N₂+ OH^_····(식 6)

식 4는 질산화과정을 거치면서 생성된 질산성질소가 탈질균에 의해 전자수용체로 사용되어 아질산성질소로 환원되는 반응식을 표현한 것이다. 환원된 아질산성질소는 식 5의 반응에 의해 질소가스로 방출되게 된다. 위의 두 식의 반응은 질산화과정에서와 마찬가지로 단계별반응이 아닌 총괄에너지반응 형태로 이루어지며, 총괄적인 반응관계는 식 6으로 표현되며 1mg의 질산성질소당 3.57mgCaCO₃/L 알칼리도가 회복된다.

질산화반응이 미생물의 동화작용(Bacterial assimilation)이라고 하면 탈질화 반응은 미생물의 이화작용(Bacterial dissimilation)으로 대별된다고 할 수 있다. 탈질소화 과정의 세포합성과 에너지관계를 보면 산소와 질산염중 산소를 전자수용체로 이용하는 것이 질산염을 이용하는 것보다 많은 에너지를 얻을 수 있는 조건이 조성된다.

전자수용체로 산소와 질산염을 이용하였을 경우 포도당 1mole 당 생성되는 에너지양은 질산염이 570Kcal, 산소가 686Kcal로 산소를 전자수용체로 이용하는 것이 탈질균에 유리하게 된다. 따라서 탈질소화를 위해서는 무산소상태를 유지하여 질산염을 전자수용체로 사용하도록 해주어야 질소를 제거할 수 있다.

인제거 : 생물학적 인제거의 기본원리는 혐기성상태에서 균체중의 유기물 저장과 동시에 인의 방출이 시작되고, 호기성상태에서 균체증식과 폴리인산을 축적하면서 일부의 인이 제거된다. 즉, 인의 제거에 관련된 균체들이 호기성 상태에서 다중인산염의 형태로 인을 과잉 섭취하여 저장하며, 혐기성상태에서 단순한 효소기질을 제거할 수 있는 능력을 가지고 세포안에 저장생성물로 동화하여 인을 방출하게 된다. 혐기성상태에서 SBOD농도는 감소하고 인의 농도는 증가하게 되나, 호기성상태에서는 인의 섭취로 인해 인의 농도가 감소하게 됨을 볼 수 있다.

상기에서 기술한 바와 같이 혐기성상태에서 균체중의 유기물 저장과 동시에 인의 방출이 시작되고, 호기성상태에서 균체증식과 폴리인산을 축적하면서 일부의 인이 제거되기 때문이다.

균체 내에서 인을 과잉으로 섭취하는 메카니즘은 2가지가 제안되어 왔다. 그중 하나는 Luxury uptake 라 하며, 인 이외의 영양염류 등이 공급되지 않으면 균체의 분열이 중지되고 핵산의 합성이 정지되기 때문에 Poly-P kinase의 작용에 의하여 Poly-P가 세포내에 축적되는 현상이며, 다른 하나는 Poly-P overplus로서 인 결핍상태에 있는 경우 Poly-P kinase의 활성이 10배 정도까지 높아져 공급되어진 인이 급격히 균체내에 Poly-P로서 축적되는 현상이다.

그러나, 이들 설명은 충분하지 않고 현재는 Poly-P가 가수분해할 때 생기는 높은 에너지가 세포로부터 인의 방출 및 세포내 인의 과잉 축적에 크게 기여하고 있다는 설이 주류를 이루고 있다. 따라서, 정인산과 Poly-P간의 가역반응이 매우 중요함에는 틀림이 없다.

최근에는 기계, 전자기술의 발달로 반응조의 운전이 예전에 비해 용이해져서 복잡한 구성과 유입부하 및 유량에 대처하기 곤란한 A2O계열보다는 단일반응조에서 미생물반응과 침전역활을 동시에 수행할 수 있는 SBR계열이 점차 중·소규모를 중심으로 적용되고 있는 실정이다. 그러나 종래의 SBR반응조는 질소 및 인의 제거율이 50-60% 수준으로 A2O계열에 비해 낮은 제거율을 보이는데 이는 생물학적 질소및 인 제거 메카니즘상 질소의 산화 이후에 질소 제거가 이루어지기 때문에 호기 다음 공정으로 무산소 공정이 따르게 되어 무산소 공정에서 질소 제거를 위해 필요한 유기물들이 선행 호기공정에서 대부분 산화되어 질소제거가 불완전하게 되고 이로 인해 질산성질소가 남아 혐기상태에서의 인방출을 저해되기 때문이다.

상기에서 언급된 SBR공정의 단점을 극복하기 위한 개량형 SBR들이 개발되었으며 현재 설치 운영되고 있다. 대표적인 예로 MSBR, CASS, CAST, Omniflo SBR, Aqua SBR, ICEAS SBR, PSBR 등이 있다.

이들 개량형 SBR의 특징을 간략히 언급하면, MSBR은 A2O에서 SBR개념의 침전지를 도입하여 2차침전지를 생략한 방식이고, CASS와 CAST는 SBR반응조의 전단부에 격벽을 설치하여 미생물을 선택적으로 배양하는 방식이다. 그리고, Omniflo SBR, Aqua SBR, ICEAS 등은 산기 및 운전방식을 개량한 방식이고, PSBR은 SBR반응조 내의 후단부에 높이 조절이 가능한 격벽을 설치한 방식이다.

A2O계열에서 분리된 MSBR을 제외한 모든 개량형 SBR들은 완전혐기상태 유지가 어려워 인제거에 어려움을 겪고 있다. 특히 SBR반응조 내에 격벽이 설치된 PSBR은 격벽의 이용도와 공정구성에서 큰 차이를 보이고 있는데, 이는 별도의 배출장비없이 처리수내의 부유물질 유출을 저감시키는 목적으로 사용하고 있고, CASS는 공정전단부에서 완전혐기성상태를 계속 유지할 수 없으며, 별도의 슬러지수집장치없이 운전시간중 계속 작동하는 슬러지 반송방식에 기인하여 반송슬러지의 MLSS농도변화 폭이 크다. 또한 MSBR은 조 구성 중 SBR반응조를 처리조의 역할보다는 침전조 역할로 이용하므로 별도의 호기조가 존재하며, 공정전체의 적정 MLSS유지를위해 내부반송율이 크다.

이러한 상기의 문제점을 극복하기 위하여 본원출원인은 특허공개공보 제2000-37351호 "무산소 혐기형 SBR에 의한 질소 및 인 제거방법 및 그 장치"를 제안한 바 있다. 선원발명은 SBR반응조 전단부에 무산소조와 혐기조를 설치하고, SBR반응조 내에 격벽과 슬러지수집장치를 설치함으로써 고농도의 농축슬러지를 일정하게 반송시켜 공정전체의 안정적인 MLSS유지 및 질소, 인의 제거율을 향상시켰다.

그런데, 상기한 선원발명 역시, 운전과정 중 격벽에 의해 구성되는 침전존의 침전/농축된 슬러지들로 인해 슬러지수집부가 막혀 채널링이 발생하고, 퇴적된 슬러지들에서는 부패가 발생하였다. 그리고, 상기 선원발명의 공정구성에서 무동력 혼합을 위해 무산소조와 혐기조에 구성된 직각형 격벽만으로는 완전혼합을 이루기가 어렵기 때문에 현장여건의 지형조건에 따라 상기 구성의 변형 필요성이 크게 대두되었다.

본 발명은, SBR반응조의 일부를 슬러지 침전 및 농축시설로 이용하여 별도의 공간 확보나 유지비용의 발생을 억제하며, 나아가 안정적인 MLSS 농도 유지를 도모 할 수 있도록 하는 하 폐수 정화장치를 제공하는데 그 주된 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 격벽에 의해 구성된 침전존에서 슬러지가 퇴적되어 부패하는 것을 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 반송라인이 막히는 것을 효과적으로 방지하고, 이로인해 처리효율을 현저히 향상시켜 운전 및 유지관리가 용이한 하 폐수 정화장치를 제공하려는 것이다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 하 폐수 정화장치의 평면 구성도

도 2는 본 발명 제1실시예의 처리공정도

도 3은 본 발명의 하 폐수처리 전체공정을 설명하기 위한 단면 예시도

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 하 폐수 정화장치의 평면 구성도

도 5는 격벽을 통해 구분되는 슬러지집수부의 설치 평면도

도 6은 슬러지집수부 내측에 설치되는 수집/산기 병용관의설치 구조도

도 7은 슬러지집수부에 설치된 보조산기장치의 동작을 보인 단면예시도

도 8은 수집/산기 병용관에 설치된 캡부재의 구성을 보인 사시도

도 9는 수집/산기 병용관에 설치된 캡부재의 단면 구성도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10: 전무산소조, 12: 혐기조, 14: SBR반응조, 14a: 반응존, 14b: 침전존, 16: 주산기장치, 18: 격벽, 20: 슬러지집수부, 22: 반송라인, 24: 수집/산기 병용관, 24a: 수집 및 산기공, 26: 캡부재, 28: 보조산기장치

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 유입 하수에 포함된 유기물을 이용하여 탈질을 수행하는 전무산소조와; 유기물을 세포내에 PHB형태로 저장하면서 인 방출을 도모하는 혐기조와; 상기 혐기조의 후단에 배치되고, 격벽에 의해 내부가 반응존과 침전존으로 구분되어 유기물의 제거와 함께 무산소 및 호기공정에 의한 질소 인 제거를 수행하게 되는 한 쌍의 SBR반응조를 포함하며; 상기 SBR반응조의 침전존 하부에 슬러지를 집수하는 슬러지집수부를 마련하고; 침전존으로부터 침전/농축된 상기 슬러지를 슬러지집수부로부터 상기 전무산소조로 반송시키는 슬러지 반송라인을 구비하고; 상기 슬러지집수부의 하단에는 상기 슬러지집수부와 상기 반송라인의 유로가 막히는 것을 방지하는 동시에, 상기 침전조 내에 퇴적되는 슬러지가 부패하는 것을 방지하는 보조산기장치를 설치하여서 됨을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 하 폐수 정화장치의 개략적인 평면 구성도이고, 도 2는 본 발명 제1실시예의 처리공정도이며, 도 3은 본 발명의 하 폐수처리 전체공정을 설명하기 위한 개략적인 단면예시도이다.

본 발명의 제1실시예에 따른 하 폐수 정화장치는, 도시하는 바와같이 유입 하수에 포함된 유기물을 이용하여 탈질을 수행하는 전무산소조(10)를 구비한다.

전무산소조(10)의 후단에는 혐기조(12)가 인접하게 배치된다. 혐기조(12)는전무산소조(10)를 거쳐 탈질된 하수에 의해 최적의 조건에서 유기물을 세포내의 PHB형태로 저장하면서 인 방출을 도모하게 되는 것이며, 상기 혐기조(12)의 후단에 다시 격벽(18)에 의해 내부가 반응존(14a)과 침전존(14b)으로 각각 구분되는 좌우 한 쌍의 SBR반응조(14)가 설치된다.

좌우 쌍을 이루며 설치되는 상기 SBR반응조(14)는 유기물과 영양물질이 연속적 반응에 의해 간헐적 유입과 배출을 반복하면서 회분처리되어 유기물의 제거와 함께 무산소 및 호기공정에 의한 질소, 인 제거를 수행하게 된다.

상기 SBR반응조(14) 내부에 위치하는 상기 반응존(14a)이 수행하는 역할은 다음과 같이 나눌 수 있다. 첫째는, 산기작동의 유/무에 의해 질산화, 탈질 및 인 흡수 등을 발생시켜 유기물 및 질소와 인을 제거시켜 수질기준에 충족시키는 것이다. 둘째는, 별도의 침전조 없이 SBR반응조(14) 내의 슬러지(S)를 운전말기에 침전시켜 청정한 유출수를 배출하는 침전지 역할을 하는 것이다. 그리고, 셋째는, SBR반응조(14) 내의 주산기장치(16) 및 교반장치에 의해 발생되는 난류에 의해 반응존(14a)에서 부상되는 슬러지(S)를 격벽(18)을 넘어 반응존(14a) 후단에 위치하고 정류상태를 유지하고 있는 침전존(14b)으로 슬러지(S)를 이송시킴으로써 침전존(14b)에 다량의 슬러지(S)가 침전 및 농축되도록 한다.

그리고, 상기 SBR반응조(14)의 반응존(14a)에는 SBR반응조(14)를 호기상태로 만들어 주는 주산기장치(16)를 설치하는 것이며, 침전존(14b) 하부에는 슬러지를 집수하는 슬러지집수부(20)를 마련하고, 상기 침전존(14b)에 침전 농축된 슬러지(S)를 상기 전무산소조(10)로 반송시키기 위하여 슬러지 반송라인(22)을 설치한다.

따라서, 상기 침전존(14b)에 침전 및 농축되어 비교적 높은 MLSS 농도를 보여주는 슬러지(S)는, 슬러지 반송라인(22)에 의해 전무산소조(10)로 일정하게 이송된다.

상기 슬러지집수부(20)에는, 전단에 설치되는 격벽(18)으로 인해 반응조(14a) 포기시 교란에 의한 침전성 악화가 방지된 체, 공정전체의 MLSS 균형을 유지할 수 있도록 슬러지 반송장치가 설치된다. 격벽(18)으로 구성된 침전존(14b)과 슬러지집수부(20)를 구비하지 않고 SBR반응조(14)에서 슬러지(S)를 반송할 경우, 반송 슬러지 농도의 변화 폭이 매우 커서 전무산소조(10) 및 혐기조(12)에서 요구되는 MLSS 농도를 일정하게 유지할 수 없게 되고, 따라서 탈질 및 인 방출의 효율이 현저하게 저하됨을 방지할 수 없게 된다.

격벽(18)에 의해 상기 반응존(14a)과 구분되어 있는 상기 슬러지집수부(20)의 하단에는 또한, 상기 슬러지집수부(20)와 상기 슬러지 반송라인(22)의 유로가 막히는 것을 방지하는 동시에, 상기 침전존(14b) 내에 퇴적되는 슬러지(S)가 부패하는 것을 방지하기 위하여 보조산기장치(28)가 설치된다.

SBR반응조(14) 내에 설치된 주산기장치(16)는, SBR반응조(14) 내로 산소를 공급하여 호기상태로 유지시키고 SBR반응조(14)내에 난류를 발생시키는 역할을 하는데 반해서, 반송라인(22)과 연결된 체 슬러지집수부(20) 하단에 설치되는 상기 보조산기장치(28)는, SBR반응조(14)의 주산기장치(16)처럼 호기상태를 유지를 위해 작동되는 것이 아니라, 슬러지집수부(20)내에 침전된 슬러지(S)의 퇴적 및 부패를방지하고 상징수 배출시 슬러지(S)가 부상되는 것에 의해 처리수질이 저하되는 것을 방지하기 위하여 SBR반응조(14)의 침전공정 직전인 호기공정에서 공기를 불어넣어 슬러지(S)를 재부양시키는 역할을 한다.

상기 슬러지집수부(20)는, 침전존(14b) 하부에 포집되는 슬러지(S)가 고밀도로 농축될 수 있도록 V형의 단면을 이루며 설치된다. 이같은 슬러지집수부(20)는, 중력에 의해 슬러지(S)가 원활히 집수될 수 있도록 침전존(14b)의 하단에 소정의 경사각도(θ1)을 유지하며 하부로 갈수록 좁아지는 이른바 호퍼구조를 이루도록 하는 것인데, 이는 별도의 인위적 운전 없이도 자중에 의한 자연적 침전 및 농축이 가능하도록 하기 위함이다.

슬러지집수부(20)는, 현장여건에 따라 도 5a, 5b 및 도 6a, 6b에 도시된 바와 같은 상이한 구조로 설계될 수 있다. 다시말해, 도 5a 와 도 6a는 소규모의 처리장에 유용하며, 도 5b 및 도 6b의 구조는 비교적 대규모의 처리장에 설치되어 운전하기에 바람직하다.

한편, 상기 보조산기장치(28)는 슬러지집수부(20)의 내측으로 연장되고, 슬러지집수부(20)의 바닥면에 길이방향을 따라 배치되는 수집/산기 병용관(24)을 구비하게 되는 것이며, 이같은 수집/산기 병용관(24) 일면에는 복수개의 수집 및 산기공(24a)을 천공한다.

상기 수집/산기 병용관(24)의 일면을 따라 연속적으로 천공되는 상기 수집 및 산기공(24a)은, 처리공정에 따라 두 가지의 역할을 순차적으로 수행하게 된다. 즉, SBR반응조(14)의 반송과정에서는 농축된 슬러지(S)를 수집하여 반송라인(22)을거쳐 전무산소조(10)로 운반하는 역할을 수행하는 것이며, 침전존(14b)의 역세과정에서는 도 7에 도시되는 바와같이 슬러지집수부(20)와 슬러지 반송라인(22) 사이에 설치되는 공기유입관(22a)을 통해 일정량의 공기를 공급함으로서 슬러지의 혐기화를 억제하는 산기공의 역할을 수행하게 되는 것이다.

이를 위해, 상기 보조산기장치(28)의 반송라인(22) 상에는 순환펌프(32)가 설치되고, 공기유입관(22a)에는 밸브(34)가 각각 제공된다.

이와같이 설치되는 상기 보조산기장치(28)는 슬러지 퇴적에 의한 슬러지 반송라인(22)의 막힘과 혐기화에 의한 슬러지 부패를 방지하는데 매우 효과적이다.

수집/산기 병용관(24) 일면에 천공되는 상기 수집 및 산기공(24a)은, 침전되는 슬러지(S)에 의해 밀폐되지 아니하도록 수집/산기 병용관(24) 하부에 천공되는 것이 바람직하다. 이같은 수집 및 산기공(24a)의 외측에는 슬러지 수집시 농축된 슬러지(S)에 의한 산기공의 밀폐를 억제하는 동시에, 침전조의 역세 과정시 산기에 필요한 충분한 공간을 확보할 수 있도록 도 8 및 도 9에서와 같이 이격된 캡부재(26)를 설치하는 것이 좋다.

상기 캡부재(26)는, 수집 및 산기공(24a) 각각에 대하여 설치하여도 무방하나, 도 8에서와 같이 수집/산기 병용관(24)의 길이방향을 따라 평행하게 설치되는 띠형 캡의 구조가 바람직하게 사용될 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 전체 공정에서 SBR반응조(14)는 한 쌍으로 구성되어 있고, 이들 한 쌍의 SBR반응조(14)는 순차적으로 서로 교환되며 독립하여 각각의 역할을 수행한다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 설치되는 시공현장의 여건에 따라 상기의 유체 흐름에 변화가 발생되지 않는 범위 내에서 상기 전무산소조(10)와, 혐기조(12) 및 SBR반응조(14)의 배치가 바뀌어도 무방하다.

즉, 본 발명의 제2실시예에 따른 하 폐수 정화장치는 도 4에서와 같이, 전무산소조(10)와 혐기조(12)를 측방향으로 인접하게 배열하고, 전무산소조(10)를 거쳐 혐기조(12)로 유입된 하 폐수를 좌우 한 쌍의 SBR반응조(14)로 공급할 수 있도록 구성한 것으로서, 유입된 원수는 전술한 실시예에서와 같이 전무산소조(10), 혐기조(12), SBR반응조(14)의 순으로 흐르게 되며, 따라서 본 발명이 추구하는 상기한 목적들은 효과적으로 달성될 수 있음은 물론이다.

이와같이 구성되는 본 발명 하 폐수 정화장치를 이용한 하 폐수의 처리과정을 도 2 및 도 3을 참조하여 살펴보면,

전무산소조(10)는, SBR반응조(14)로부터 반송되는 반송 슬러지(S)에 포함되어 있는 질산성질소를 유입수의 유기물을 이용하여 적극적으로 탈질시켜 후(後)공정인 혐기조(12)에서의 인 방출 저해를 방지하는 역할을 수행한다.

이때, 전술한 전체공정의 처리효율을 향상시키기 위해 현장환경에 기인하여 유입수의 주입방식을 단일 및 분할주입방식으로 운전할 수 있을 것이다. 분할주입방식은 탈질 및 인 방출에 필요한 유기물의 균등하게 배분하기 위해 전무산소조(10)와 혐기조(12)에 유입수를 배분하여 주입하는 방식을 취한다.

본 발명은, 혐기조(12)를 SBR반응조(14)의 전단부에 설치함으로써 인 제거를 위한 명확한 처리 메커니즘을 제시하고 인 제거 효율을 극대화하였다.

각 SBR반응조(14)의 운전형태는 유입수에 따라 다양하게 이루어질 수 있는데 그 공정구성은, 전무산소조(10)와 혐기조(12)를 거친 하수유입 → 반응(무산소 및 호기) → 침전 → 배출의 공정이 1주기(cycle)로 반복 운전되는 것을 기본으로 한다. 이때, SBR반응조(14) 내의 주산기장치(16)는 SBR반응조(14) 내의 완전 질산화를 이루기 위해 주어진 현장여건에 따라 연속 및 간헐적으로 작동된다.

그리고, 슬러지집수부(20) 하부에 설치된 보조산기장치(28)는 SBR반응조(14)의 호기반응이 끝나기 약 수 분전에 SBR반응조(14) 내의 주산기장치(16)와 동시에 작동하여 함께 멈추며 공정 중 일회만 작동한다.

유입된 하수는 반송되는 슬러지(S)와 함께 교반기가 설치되어 있는 전무산소조(10)에서 탈질 과정에 이용되고 자연 유하방식에 의해 혐기조(12)로 유입된다. 혐기조(12)에도 전무산소조(10)와 같이 교반기가 설치되어 있으며 유입하수 내의 유기물을 이용하여 미생물의 인 방출을 이룬다. 이때, 혐기조(12)와 전무산소조(10) 내의 각 교반기들은 연속적으로 작동한다.

현장여건 따른 유입수의 성상에 기인하여 유입수 내의 유기물 이용을 최대화하기 위해 유입수를 분할하고자 할 경우, 유입수의 30%는 전무산소조(10)에 유입시키며, 유입수의 70%는 혐기조(12)에 주입할 수 있다. 유입수는 전무산소조(10) 및 혐기조(12)에 연속적으로 유입된다. 연속 유입된 유입수는 혐기조(12)에서 자연유하 방식으로 수로나 3way밸브에 의해 한 쌍의 SBR반응조(14)에 교대로 유입된다.

다시말해 본 발명의 일실시예에 따라, SBR반응조(14)의 침전존(14b)에서 고밀도로 농축된 슬러지(S)를 생성하게 되는 것이며, 이같이 생성된고농축슬러지(S)는 다시 전무산소조(10)로 공급되고 새로이 유입되는 하수와 함께 교반하는 과정을 거치게 되는 것인데, 이때 새로이 공급되는 하수는 전무산소조(10)에 30%, 그리고 혐기조(12)에 70%를 각각 분할하여 연속적으로 공급하는 것이다.

SBR반응조(14)는 우수 등의 증가에 기인한 유입 수량이 증가할 경우, 연속 유입 - 간헐 배출을 통해 처리할 수 있으며, 연속 유입 - 간헐 배출은 각 SBR반응조(14)에 혐기조(12)의 혼합액 및 바이패스를 통한 유입수가 연속 유입되고 처리수는 배출시간에만 간헐적으로 배출되는 방식이다.

또한, SBR반응조(14)는 일반적인 상태에서는 전무산소조(10)와 혐기조(12)를 거친 혼합액이 SBR반응조(14)의 반응단계에 유입되며, 반응이 완료된 후에 침전단계를 거쳐 배출단계에만 처리수가 배출되는 간헐 유입 - 간헐 배출 방식으로 운영된다.

이상에서 설명한 바와 같이, SBR반응조의 일부를 슬러지 침전 및 농축시설로 이용하고, 전무산소조와 혐기조를 SBR반응조의 전단에 분리되도록 배치하며, 반응기간 동안에 슬러지를 전무산소조로 반송하도록 설치하여서 되는 본 발명에 따르면, 별도의 공간 확보나 유지비용의 발생을 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 연속 유입되는 하수의 유기물을 이용하여 전무산소조에서 원활한 탈질이 가능해지고, 후속 혐기조에서의 효율적인 인 방출이 일어나 높은 효율의 질소 및 인 제거를 안정적으로 도모할 수 있어 MLSS 농도 안정화에 매우 유익한 효과를 제공한다.

뿐만 아니라, 격벽에 의해 구성된 침전존에서 슬러지가 퇴적되어 부패하는 것을 억제하며, 동시에 반송라인이 막히는 것을 효과적으로 방지하고, 이로인해 처리효율을 현저히 향상시켜 운전 및 유지관리가 용이한 하 폐수 정화장치를 제공하게 된다.

Claims

유입 하수에 포함된 유기물을 이용하여 탈질을 수행하는 전무산소조와; 세포내 저장물을 이용하여 인 방출을 도모하는 혐기조; 및 상기 혐기조의 후단에 배치되며, 격벽에 의해 내부가 반응존과 침전존으로 구분되어 유기물의 제거와 함께 무산소 및 호기공정에 의한 질소 인 제거를 수행하게 되는 한 쌍의 SBR반응조를 포함하며; 상기 SBR반응조의 침전존 하부에 슬러지를 집수하는 슬러지집수부를 마련하고; 침전존에 침전된 상기 슬러지를 상기 전무산소조로 반송시키는 슬러지 반송라인을 구비하며; 상기 슬러지집수부의 하단에는 상기 슬러지집수부와 상기 반송라인의 유로가 막히는 것을 억제하는 보조산기장치를 설치하는 것을 특징으로 하는 고농축 슬러지 반송을 이용한 하 폐수 정화장치.
제1항에 있어서,

상기 슬러지집수부는, 침전존 하부에 포집되는 슬러지가 고밀도로 농축될 수 있도록 V형의 단면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고농축 슬러지 반송을 이용한 하 폐수 정화장치.
제1항에 있어서,

상기 보조산기장치는, 슬러지집수부의 바닥면에 길이방향을 따라 배치되며 그 일면에 수집 및 산기공을 복수개 천공한 수집/산기 병용관을 포함하는 것을 특징으로 하는 고농축 슬러지 반송을 이용한 하 폐수 정화장치.
제3항에 있어서,

수집/산기 병용관 일면에 천공되는 상기 수집 및 산기공이, 침전되는 슬러지에 의해 밀폐되지 아니하도록 수집/산기 병용관 하부에 천공되는 것을 특징으로 하는 고농축 슬러지 반송을 이용한 하 폐수 정화장치.
제3항에 있어서,

수집/산기 병용관 일면에 천공되는 상기 수집 및 산기공의 외측에, 슬러지에 의한 수집 및 산기공의 밀폐를 억제할 수 있도록 이격된 캡부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 고농축 슬러지 반송을 이용한 하 폐수 정화장치.
제5항에 있어서,

수집 및 산기공의 외측에 이격된 상태로 설치되는 상기 캡부재가, 수집/산기 병용관의 길이방향을 따라 설치되는 띠형 캡인 것을 특징으로 하는 고농축 슬러지 반송을 이용한 하 폐수 정화장치.
유입 하수에 포함된 유기물을 이용하여 전무산소조에서 탈질을 수행하는 단계와; 탈질된 하수를 혐기조에 공급하여 세포내 저장물을 이용 인 방출을 도모하는 단계와; 이를 SBR반응조에서 유기물의 제거와 함께 무산소 및 호기공정에 의한 질소 인 제거를 수행하는 단계를 포함하며; 상기 SBR반응조의 침전 슬러지를 다시 전무산소조로 반송하는 일련의 공정을 연속 수행하는 폐수 처리방법에 있어서,

전무산소조와 혐기조를 거친 하수 유입 → 반응(무산소 및 호기) → 침전 → 배출의 공정을 1 사이클(Cycle)로 반복 운전하되, SBR반응조 내의 주산기장치는 SBR반응조 내의 완전 질산화를 이루기 위해 연속 및 간헐적으로 작동하도록 하고, 슬러지집수부 하부에 설치된 보조산기장치는 SBR반응조의 호기반응이 끝나기 수 분전에 SBR반응조 내의 주산기장치와 동시에 작동하여 함께 멈추며 공정 중 1주기(cycle)만 작동하는 것을 특징으로 하는 고농축 슬러지 반송을 이용한 하 폐수 처리방법.
제7항에 있어서,

SBR반응조의 침전존에서 고밀도로 농축된 슬러지를 생성하는 단계와; 생성된 고농축슬러지를 다시 전무산소조로 공급하여 새로이 유입되는 하수와 함께 교반하는 단계를 포함하며; 새로이 공급되는 하수는 전무산소조에 30%, 그리고 혐기조에 70%를 각각 분할하여 연속적으로 공급하는 것을 특징으로 하는 고농축 슬러지 반송을 이용한 하 폐수 처리방법.
제8항에 있어서,

혐기조를 거친 혼합액이 SBR반응조의 반응단계에 유입되며, 반응 완료후 침전단계를 거쳐 배출단계에만 처리수가 배출되도록 하는 연속 유입 - 간헐 배출 방식으로 운영되는 것을 특징으로 하는 고농축 슬러지 반송을 이용한 하 폐수 처리방법.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

연속 유입되는 상기 유입수를 혐기조에서 자연유하 방식으로 좌우 한 쌍의 SBR반응조에 교대로 유입하는 것을 특징으로 하는 고농축 슬러지 반송을 이용한 하 폐수 처리방법.