KR100474375B1 - 고도하수 처리를 위한 유기산 생산장치와, 그를 이용한고도하수처리장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하,폐수 처리시설의 농축조에 유기산을 생산할 수 있는 별도의 장치를 구비하여 상기 농축조에 모여진 폐슬러지를 산화시킴으로써 슬러지 배출량을 최소화하고, 또 폐슬러지의 산화과정에서 얻어진 탄소원(유기산)을 고도하수처리시 질소제거를 위한 자원으로 이용할 수 있도록 하여 유입 유기물 부하가 낮은 조건에서도 안정적으로 질소와 인을 동시에 제거할 수 있는 고도하수처리를 위한 유기산 생산장치와 그를 이용한 고도하수처리장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은, 하,폐수처리시설의 농축조 배출부에 장착되어 상기 농축조를 거친 잉여슬러지를 저장하여 밀폐시키는 반응조; 상기 반응조를 소정온도로 가열하는 가열수단; 상기 반응조에 내재된 슬러지를 산화시키기 위하여 반응조에 산소를 공급하는 산소공급수단; 상기 반응조의 내부온도를 소정치 이하로 냉각시켜 폐슬러지로부터 유기산을 생산하는 냉각수단을 포함하는 고도하수처리를 위한 유기산 생산장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 하,폐수에 포함되어 있는 슬러지를 농축시켜 배출하는 농축조; 내부가 소정의 고온 및 고압상태로 유지되며, 상기 농축조를 거친 유출슬러지를 저장하여 밀폐시킨 상태에서 상기 슬러지를 열적산화시키되, 상기 산화과정에서 유기산을 생산하는 유기산 생산수단; 1차 침전지에서 유출되는 유출수 및 2차침전지에서 반송된 슬러지액을 수용하며, 유입하수의 유기물 전량을 이용하여 슬러지내의 인을 방출시키는 혐기성조; 상기 혐기성조에서 배출된 인방출 혼합슬러지액과 상기 유기산 생산수단으로부터 이송된 상등액을 함께 수용하며, 상기 상등액에 포함되어 있는 유기산을 이용하여 폭기조에서 질산화되어 반송된 혼합슬러지액의 질산성 질소를 질소가스로 환원시켜 배출하는 탈질조; 상기 탈질조로부터 배출되는 혼합슬러지액을 질산화시켜 질산성질소 농도가 높은 슬러지 혼합액으로 만들어 상기 탈질조로 반송하는 폭기조; 및 상기 폭기조에서 배출되는 유출수를 고액분리하며, 침전된 슬러지를 질산성 질소농도가 낮은 슬러지로 만들되, 슬러지의 일부는 혐기성조로 반송시키고 잉여슬러지는 상기 농축조로 반송하는 2차침전지를 포함하는 유기산 생산장치를 이용한 고도하수처리장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 농축조의 전처리없이 농축슬러지액을 열적산화조로 이송시키는 제1 단계; 상기 열적산화조에 산소를 주입하고, 소정의 온도와 압력 및 교반속도하에서 농축슬러지액을 산화시키는 제2 단계; 상기 열적산화조에서 생성된 유기산을 저류조로 이송하는 제3 단계; 상기 저류조에서 미반응으로 발생된 부산물은 침전시키고, 유기산이 포함된 상등액 전량을 탈질조로 이송시키는 제4 단계; 1차 침전지에서 유출되는 유출수 및 2차침전지에서 반송된 슬러지액을 혐기성조에서 수용하며, 유입하수의 유기물 전량을 이용하여 슬러지내의 인을 방출시키는 제5 단계; 상기 저류조에서 이송된 상등액과 혐기성조에서 배출되는 인방출 슬러지액 및 폭기조에서 질산화되어 반송된 혼합슬러지액을 함께 탈질조에 수용하되, 상기 상등액에 포함되어 있는 유기산을 이용하여 질산화된 반송슬러지액의 질산성 질소를 질소가스로 환원시킨 후 폭기조로 이송하는 제6 단계; 상기 폭기조내에 유입된 혼합슬러지액을 폭기시켜 유기물 제거 및 질산화가 이루어지도록 하며, 질산화된 혼합슬러지액을 탈질조로 반송하는 제7 단계; 및 상기 폭기조에서 성장한 미생물을 2차침전지에서 고액분리하여 침전시키되, 침전된 슬러지의 일부를 혐기성조로 반송시키고 나머지 잉여슬러지는 농축조로 반송하는 제8 단계를 포함하는 유기산 생산장치를 이용한 고도하수처리방법을 제공한다.
Description
본 발명은 하수 및 폐수의 생물학적 처리시설에서 발생되는 폐슬러지를 처리하기 위한 유기산 생산장치와, 그를 이용한 고도하수처리장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 폐슬러지를 고온·고압반응조를 통해 열적산화시켜 슬러지 배출량을 최소화하고, 산화과정에서 생성된 유기산을 고도하수처리시 탈질화를 위한 탄소원으로 재이용하여 유입유기물 부하가 낮은 조건에서도 안정적이고 효율적으로 생물학적 인, 질소를 동시에 제거할 수 있는 고도하수 처리를 위한 유기산 생산장치와, 그를 이용한 고도하수처리장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적인 하, 폐수처리시설의 처리공법은 경제면에서 우수한 생물학적 처리공법을 많이 적용하고 있으며, 그 중에서도 미생물을 이용하여 유기물을 제거하는 표준 활성슬러지공법을 주로 사용하고 있다. 이러한 활성 슬러지공법에서는 유기물을 제거하는 과정에서 증식된 미생물들이 폐슬러지로서 발생하게 된다.
기존의 하,폐수처리장치에서의 슬러지 처리 및 처분과정을 도1을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.
도면에 도시된 바와 같이, 먼저 1차침전지(101)와 2차침전지(103)에서 발생한 슬러지는 농축조(104)에 모이게 되며, 상기 농축조(104)에서 농축된 슬러지는 두개의 혐기성 소화조(105, 106)로 이송된다. 소화조(105, 106)에서 슬러지등의 유기성 고형물질이 혐기성 세균에 의해 소화분해(anaerobic digestion)되고, 분해된 고농도의 소화조 상등액은 표준활성슬러지공정의 폭기조(102)로 이송된다. 이때, 상기 소화조(105, 106)에는 혐기성 소화후 잔여 슬러지의 탈수효율을 높이기 위해 탈수기(107)에 화학제가 투입됨으로써 적정수분 이하로 슬러지가 탈수된다. 또한, 상기 소화조(105, 106)에서 발생된 가스는 가스저장조(108)에 모이게 되며, 상기 탈수 완료후 발생되는 탈수케익(고형물)은 운송차량에 의해 외부의 매립시설이나 소각시설로 이송하게 된다.
최근들어 매립시설에는 슬러지류를 직접 매립하는 것을 금지하고 있으며, 이에 따라 건설폐기물등과 같은 다른 폐기물과 슬러지류를 혼합하여, 상기 슬러지의 수분함량을 낮춘 후 매립지 복토제로 사용하는등 임시방편적으로 처분하고 있는 실정이다. 그러나, 국토면적이 협소한 우리나라의 경우 매립지의 용량부족을 가속화하고 있으며, 부가적으로 매립시설에서 유출되는 침출수의 처리를 위해 복잡한 수처리 공정이 요구된다.
또한, 슬러지를 소각하기 위해서는 탈수된 슬러지의 수분함량을 20∼30%정도로 낮추어야 하는데, 슬러지 자체의 열량이 부족하기 때문에 추가적인 보조연료가 소요될 뿐만 아니라, 소각시 발생되는 대기오염원을 집진하기 위해 대규모 집진시설이 소요되는 등 많은 문제를 안고 있다.
상기와 같은 문제를 안고 있는 슬러지의 처리를 제고시키기 위한 방안으로서, 퇴비화법을 통하여 유기성 슬러지를 퇴비로 자원화하여 농경지에 살포하는 토양환원과 관련된 연구가 진행되고 있다. 그러나, 이 또한 슬러지 자체의 열량부족으로 전량 퇴비화가 아닌 부분퇴비화 또는 분뇨나 음식물 쓰레기등의 기타물질과 혼합후 퇴비화하고 있는 실정이며, 특히 산업단지내의 하수처리시설에서 발생되는 슬러지의 경우는 중금속과 같은 유독물질이 함유되어 있을 가능성이 있으므로, 상기 슬러지에 함유된 유독물질의 영향이 규명되어야 함이 문제로 남아 있다.
한편, 상기와 같은 유기성 폐기물의 처리 및 처분방법외에 단순히 발생된 슬러지류를 수집하여 바다에 버리는 해양투기방법과, 슬러지에 고형화제를 혼합하여 유독물질의 유출을 최소화한 상태에서 고형화된 물질을 재이용하는 고형화방법등이 이용되고 있다. 그러나, 전자의 해양투기방법은 단순 투기방법으로서 남해와 동해안의 대규모 적조현상을 유발시킬 수 있기 때문에 궁극적인 오염원의 저감방안으로는 제고되어야 하며, 후자의 고형화방법은 오염원의 용출을 어느 정도 억제할 수는 있지만, 처분량이 증가함에 따라 이를 효과적으로 재이용할 수 있는 방안이 부재한 상태에 있기 때문에 계속적인 처리 및 처분방안이 강구되어야 할 것이다.
슬러지의 습식산화가 적용된 실규모 시설은 1959년 미국 시카고에 소재한 하수처리시설에 설치된 짐프로(zimpro)공정이다. 이러한 짐프로공정이 수행되어 슬러지에 함유된 유기물을 산화시키기 위한 습식산화시스템은 비교적 고온, 고압하에서 견딜수 있는 고온·고압 반응기, 열교환기, 산소전달시스템 및 슬러지를 고온·고압반응기에 투입시킬 수 있는 고압펌프로 구성된다. 상기 짐프로공정을 통하여 얻어진 슬러지의 총고형물(total solid) 농도는 약 3 ∼ 5%이며, 산소량은 반응기내 전체 가스량의 1 ∼ 2% 정도이다. 또한, 반응기내부에 반응물질들을 혼합하기 위한 기계적인 교반시설은 설치되지 않은 상태로 운전되었을 때의 결과치다.
본래 짐프로공정의 운전인자는 반응온도 260℃이상, 압력 70 ∼ 120기압의 고온·고압하에서 40 ∼ 50분 정도의 반응시간을 유지하며, 이때의 COD 제거율은 대략 70 ∼ 80%에 달한다. 그러나, 짐프로공정의 주요문제인 반응기가 부식되고, 열교환기에 스케일이 형성되며, 부식정도가 심한 정도에 따라 연간 유지관리비용이 크게 증가되어 고비용의 기술로 취급되고 있으며, 이러한 이유에 의해 부식을 촉진시키는 기계적인 교반시설을 적용하지 못하고 있다.
생물학적 질소제거의 원리를 설명하면, 하수중의 암모니아성 질소(NH4
+,-N)가 용존산소가 풍부한 호기성 조건에서는 질산화 박테리아(Nitrobactor)에 의해 아질산성 질소(NO-
2-N) 혹은 질산성질소(NO-
3-N)로 산화되는 질산화 과정을 거친 후, 산소가 없는 무산소 조건에서는 질산성 질소가 탈질화 박테리아(Nitrosomonas)에 의해 질소가스로 환원되어 제거되는 탈질화 과정을 거치게 된다. 이러한 생물학적 질소제거과정은 호기성단계와 무산소단계가 요구되는데, 호기성단계인 질산화과정에서는 용존산소가 필요하고, 무산소단계인 탈질화과정에서는 유기탄소원이 필요하다. 상기 탈질화과정에서는 유기탄소원으로 유입하수중의 유기물 성분인 탄소원을 이용하고 있으며, 이 유기물 성분의 탄소원이 부족할 경우에는 메탄올과 같은 외부탄소원을 주입하여 효율적인 탈질화를 유도한다.
생물학적 인 제거방법은 혐기성 단계와 호기성 단계가 요구된다. 혐기성과정에서는 탈인박테리아에 의해 인이 제거되는데, 탈인박테리아는 섭취한 유기물을 세포내의 피에치비(Polyhydro-β- butyrate)형태로 저장한다. 저장에 필요한 에너지는 세포내의 에이티피(Adenosin Tri Phosphate: ATP)가 에이디피(Adenosin Di Phosphate: ADP)로 분해되는 가수분해과정에서 얻어지게 되며, 이러한 과정에서 오르소포스페이트(Orthophosphate, PO4
3--P)형태의 인이 방출된다. 다음의 호기성 단계에서는 탈인박테리아의 증식 및 재합성을 위해 혐기성단계에서 방출한 인의 양보다 수배이상 많은 양의 인을 흡수함으로써 유입하수중의 인을 제거하게 된다.
통상적으로, 생물학적 질소, 인 동시제거 방법은 혐기성조건, 무산소조건 그리고 호기성조건이 모두 형성된 공정에서 이루어지며, 지금까지 국내외에서 다양한 공법들이 개발, 실용화되어 실제 하폐수처리시설에 적용되고 있다.
현재 국내외에서 하수고도처리시설에 적용된 사례가 많은 생물학적 인, 질소제거공법으로 에이투오(A2/O)공법을 들수 있다.
상기의 에이투오공법은 혐기성조건, 무산소조건 그리고 호기성조건 순으로 처리되도록 구성되어 있다. 이는 생물학적 질소제거방법에서 설명한 바와 같이 호기성반응조에서 질산화된 질산성질소를 무산소반응조로 내부반송시켜 질소가스로 제거시키고, 또한 혐기성반응조에서 방출된 인을 호기성반응조에서 보다 많은 양의 인을 흡수한 미생물 슬러지(sludge)를 적정량 제거함으로써 인을 제거하는 공법이다. 한편, 상기의 인 방출과정은 산소가 없는 혐기성상태에서 이루어지는데, 혐기성반응조로 산소분자가 결합된 질산성질소(NO3
--N)가 유입될 경우, 인의 방출을 저해함으로써 무산소단계에서의 탈질화과정이 인의 제거에 영향을 미치게 되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 하,폐수 처리시설의 농축조에 유기산을 생산할 수 있는 별도의 장치를 구비하여 상기 농축조에 모여진 폐슬러지를 열적으로 산화시킴으로써 슬러지 배출량을 최소화하고, 또 폐슬러지의 산화과정에서 얻어진 탄소원(유기산)을 고도하수처리시 질소제거를 위한 자원으로 이용할 수 있도록 하여 유입 유기물 부하가 낮은 조건에서도 안정적으로 질소와 인을 동시에 제거할 수 있는 고도하수처리를 위한 유기산 생산장치와 그를 이용한 고도하수처리장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 하,폐수처리시설의 농축조 배출부에 장착되어 상기 농축조를 거친 잉여슬러지를 저장하여 밀폐시키는 반응조; 상기 슬러지를 열적으로 산화시키기 위하여 반응조를 소정온도로 가열하는 가열수단; 상기 반응조에 내재된 슬러지의 산화를 위하여 반응조에 산소를 공급하는 산소공급수단; 상기 반응조의 내부온도를 소정치 이하로 냉각시켜 폐슬러지로부터 유기산을 생산하는 냉각수단을 포함하는 고도하수처리를 위한 유기산 생산장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 하,폐수에 포함되어 있는 슬러지를 농축시켜 배출하는 농축조; 내부가 소정의 고온 및 고압상태로 유지되며, 상기 농축조를 거친 유출슬러지를 저장하여 밀폐시킨 상태에서 상기 슬러지를 열적산화시키되, 상기 산화과정에서 유기산을 생산하는 유기산 생산수단; 1차 침전지에서 유출되는 유출수 및 2차침전지에서 반송된 슬러지액을 수용하며, 유입하수의 유기물 전량을 이용하여 슬러지내의 인을 방출시키는 혐기성조; 상기 혐기성조에서 배출된 인방출 혼합슬러지액과 상기 유기산 생산수단으로부터 이송된 상등액을 함께 수용하며, 상기 상등액에 포함되어 있는 유기산을 이용하여 폭기조에서 질산화되어 반송된 혼합슬러지액의 질산성 질소를 질소가스로 환원시켜 배출하는 탈질조; 상기 탈질조로부터 배출되는 혼합슬러지액을 질산화시켜 질산성질소 농도가 높은 슬러지 혼합액으로 만들어 상기 탈질조로 반송하는 폭기조; 및 상기 폭기조에서 배출되는 유출수를 고액분리하며, 침전된 슬러지를 질산성 질소농도가 낮은 슬러지로 만들되, 슬러지의 일부는 혐기성조로 반송시키고 잉여슬러지는 상기 농축조로 반송하는 2차침전지를 포함하는 유기산 생산장치를 이용한 고도하수처리장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 농축조의 전처리없이 농축슬러지액을 열적산화조로 이송시키는 제1 단계; 상기 열적산화조에 산소를 주입하고, 소정의 온도와 압력 및 교반속도하에서 농축슬러지액을 산화시키는 제2 단계; 상기 열적산화조에서 생성된 유기산을 저류조로 이송하는 제3 단계; 상기 저류조에서 미반응으로 발생된 부산물은 침전시키고, 유기산이 포함된 상등액 전량을 탈질조로 이송시키는 제4 단계; 1차 침전지에서 유출되는 유출수 및 2차침전지에서 반송된 슬러지액을 혐기성조에서 수용하며, 유입하수의 유기물 전량을 이용하여 슬러지내의 인을 방출시키는 제5 단계; 상기 저류조에서 이송된 상등액과 혐기성조에서 배출되는 인방출 슬러지액 및 폭기조에서 질산화되어 반송된 혼합슬러지액을 함께 탈질조에 수용하되, 상기 상등액에 포함되어 있는 유기산을 이용하여 질산화된 반송슬러지액의 질산성 질소를 질소가스로 환원시킨 후 폭기조로 이송하는 제6 단계; 상기 폭기조내에 유입된 혼합슬러지액을 폭기시켜 유기물 제거 및 질산화가 이루어지도록 하며, 질산화된 혼합슬러지액을 탈질조로 반송하는 제7 단계; 및 상기 폭기조에서 성장한 미생물을 2차침전지에서 고액분리하여 침전시키되, 침전된 슬러지의 일부를 혐기성조로 반송시키고 나머지 잉여슬러지는 농축조로 반송하는 제8 단계를 포함하는 유기산 생산장치를 이용한 고도하수처리방법을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 고도하수처리를 위한 유기산 생산장치와, 그를 이용한 고도하수처리장치 및 방법은 농축조내에서 농축된 폐슬러지의 배출량을 최소화하고, 유입유기물의 부하가 낮은 조건에서도 효율적으로 질소 및 인을 제거할 수 있도록 구현한 것으로서, 먼저 도1을 참조하여 폐슬러지를 열적산화시킴과 동시에 유기산을 생산하는 유기산 생산장치의 일실시예를 설명한다.
상기 유기산 생산장치는 도면에 도시된 바와 같이, 하,폐수처리시설의 농축조 배출부에 장착되어 상기 농축조를 거친 잉여슬러지를 저장하여 밀페시키며, 내부가 소정 온도 및 압력으로 유지되는 반응조(1)와; 상기 반응조(1)를 소정온도로 가열하는 히터(2)와; 상기 반응조(1)에 내재된 유출슬러지를 산화시키기 위하여 반응조(1)에 산소를 공급하기 위한 산소공급밸브(3)와; 상기 반응조(1)내에 설치되어 그에 저장된 슬러지가 산소와 충분히 혼합되도록 교반하는 교반기(6)와; 상기 반응조(1) 내의 압력을 계측하기 위한 압력계(7)와; 상기 압력계(7)의 라인에 설치되어 반응조(1)내에서 발생하는 가스를 방출하기 위한 가스방출밸브(4)와; 상기 반응조내의 온도를 감지하기 위한 온도센서(8)와; 상기 온도센서(8)에 연결되어 반응조(1)내의 온도를 조절하는 온도조절기(5) 및 상기 반응조(1)의 내부온도를 소정치 이하로 냉각시켜 폐슬러지로부터 유기산을 생산하는 냉각장치(9)로 구성된다.
본 실시예에서, 상기 반응조의 내부온도는 슬러지의 열적산화효율을 증가시키기 위하여 180 ∼ 240℃로 유지된 상태에서 30분이내로 반응하게 된다. 상기의 반응온도 범위는 유입슬러지중의 고형물(total solid) 함향 대비 휘발성고형물(volatile solid)함량과 반응시간에 따라 적정반응온도가 결정되는데, 통상 표준활성슬러지공법의 경우 정상운전조건에서 휘발성고형물 함량이 70%이상이며, 이러한 조건에서 반응온도 180℃이하에서는 슬러지와 같은 고형물의 산화분해율이 50%이하로 낮아지며, 유기산의 생산율도 저조하다. 반면에, 반응온도가 240℃이상에서는 고형물의 산화분해율과 생성되는 유기산 농도는 높아지지만 반응시간 30분을 기준으로 온도상승율 대비 유기산 생산효율이 상대적으로 낮아진다. 또한, 산화과정중 상기 교반기(9)는 슬러지의 혼합을 균일하게 하기 위하여 50 ∼ 100r.p.m을 유지한다.
상기와 같이 구성된 본 발명은 하, 폐수처리시설의 농축조(10)를 거친 유출슬러지가 반응조(1)내에 유입된 상태에서 소정압력으로 밀폐되고, 또 반응조(1)의 내부가 소정온도를 유지할 수 있도록 히터(2)를 통하여 가열된다. 이때, 상기 반응조(1)는 압력계(7)를 통하여 압력이 계측되며, 또 온도센서(5)를 통하여 내부온도가 감지되되, 상기 온도조절기(8)에 의해 통상 180∼240℃로 유지한다.
상기 반응조(1)는 소정의 고온 및 고압을 유지한 상태에서, 상부의 산소유입밸브(3)를 통하여 슬러지의 산화를 위한 산소(공기)를 주입하게 되며, 상기 산소에 의해 내부슬러지가 산화되어 배관라인과 가스방출밸브(4)를 통하여 배출된다.
상기 폐슬러지의 산화과정중 냉각장치를 통하여 반응조(1)의 내부온도를 소정치 이하로 낮춤으로써 폐슬러지로부터 유기산을 생산한다. 유기산 생산원리는 하,폐수에 함유한 유기물질은 자연계에 존재하는 미생물에 의해 최종적으로 물과 이산화탄소로 분해되는데, 이때 분해과정에서 중간전환물질이 바로 유기산으로서, 이 유기산의 성상은 아세틱산(acetic acid), 프로피오닉산(propionic acid), 부틸릭산(butilic acid) 등으로 구성된다. 본 개발공법은 상기의 유기물질의 산화분해과정에서 중간전환물질인 유기산의 생성시간을 단축시키고, 생성수율(yield)을 증대시키기 위한 방법과 장치이다.
상기 반응조(1)에서 생산된 유기산은 하수고도처리장치에서 탈질화를 위한 탄소원으로 활용된다.
상기와 같이 일련의 처리공정을 수행하는 본 발명의 유기산 생산장치는 반응조건을 200℃이하로 낮추고, 또 반응시간을 30분 이하로 단축시킴에 따라 반응조의 부식을 억제하며, 유지관리비용을 저감하는 등 습식산화공정의 주요 문제점을 해결할 수 있는 것이다.
도2는 도1의 유기산 생산장치를 통하여 생산된 유기산을 이용한 하수고도처리장치를 나타낸 것으로서, 슬러지 산화공정이후 연계되는 하수고도처리공정은 기존의 에이투오공법을 도입하여 생물학적 인, 질소를 동시에 제거할 수 있는 구성으로 되어 있다. 즉, 도면에 도시된 바와 같이 하,폐수에 포함되어 있는 슬러지를 농축시켜 배출하는 농축조(11)와; 내부가 소정의 고온 및 고압상태로 유지되며, 상기 농축조(11)를 거친 유출슬러지(11)를 저장하여 밀폐시킨 상태에서 상기 슬러지를 산화시키되, 상기 산화과정에서 유기산을 생산하는 유기산 생산장치(12)와; 상기 유기산 생산장치(12)의 배출부에 장착되어 산화된 상등액만을 저장하였다가 탈질조(19)로 공급하며, 미반응 부산물은 침전시켜 하부로 배출하는 저류조(14)와; 1차 침전지(도시하지 않음)에서 유출되는 유출수 및 후술할 2차침전지(24)에서 반송된 슬러지액을 수용하며, 유입하수의 유기물 전량을 이용하여 슬러지내의 인을 방출시키는 혐기성조(17)와; 상기 혐기성조(17)의 내부에 장착되어 유입원수와 반송 슬러지액을 혼합하는 제1 교반기(17a)와; 상기 혐기성조(17)에서 배출된 인방출 혼합슬러지액(18)과 상기 저류조(14)에서 이송된 상등액(15)을 함께 수용하며, 상기 상등액(15)에 포함되어 있는 유기산을 이용하여 폭기조(21)에서 질산화되어 반송된 혼합슬러지액의 질산성 질소를 질소가스로 환원시켜 배출하는 탈질조(19)와; 상기 혐기성조(17)의 내부에 장착되어 인방출 혼합슬러지액과 상등액을 고르게 혼합하는 제2 교반기(19a)와; 상기 탈질조(19)로부터 배출되는 혼합슬러지액을 질산화시켜 질산성질소 농도가 높은 슬러지 혼합액으로 만들며, 제1 반송라인(22)을 통하여 상기 탈질조(19)로 반송하는 폭기조(21); 및 상기 폭기조(21)에서 배출되는 유출수를 고액분리하며, 침전된 슬러지를 질산성 질소농도가 매우 낮은 슬러지로 만들되, 슬러지의 일부는 제2 반송라인(25)을 통하여 혐기성조로 반송시키고, 잉여슬러지는 배출라인(26)을 통하여 상기 농축조(10)로 이송하는 2차침전지(24)로 구성된다.
여기서, 상기 농축조(10)에서 유출되는 슬러지(11)는 총고형물질농도가 3%∼4%인 상태로 전처리없이 유기산 생산장치로 유입된다. 또한, 상기 탈질조(19)는 수리학적 체류시간을 1 ∼ 1.5시간으로 한다. 상기 혐기성조(17)는 인의 방출속도를 높이기 위해 공기가 없는 혐기성 상태를 유지하게 된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 고도하수처리공정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 농축조(10)에서 농축된 슬러지액(11)은 유기산 생산장치(12)의 반응조에서 산화된 후, 저류조(14)에 임시 저장된다. 상기 저류조(14)에서는 폐슬러지의 산화과정중에 발생하는 미반응 불순물을 하부배출부(14-1)를 통하여 제거하고, 유기산을 포함하는 상등액(15)은 질산성 질소를 질소가스로 탈질화시키는 탈질조(19)로 주입된다.
1차 침전지로부터의 유입원수(16)는 혐기성조건이 형성되어 있는 혐기성조(17)에 유입되며, 또한 2차 침전지(24)로부터 고액분리되어 반송된 슬러지(25)도 함께 혐기성조(17)로 유입된다. 상기 혐기성조(17)에서는 상기 유입수중에 포함된 유기물질과 반송슬러지(25)가 제1 교반기(17a)에 의해 고르게 혼합되어 혐기성 상태에서 미생물 세포내의 인을 방출시키게 된다.
상기 혐기성조(17)에서 유출된 유출수는 저류조(12)에서 이송된 상등액(15)과 함께 탈질조(19)로 유입되며, 또한 포기조(21)에서 질산화된 슬러지액(22)이 탈질조(19)로 반송되어 제2 교반기(19a)에 의해 혼합됨으로써 질산성 질소를 질소가스로 환원시켜 제거하게 된다. 이때, 상기 탈질조(19)에서는 상등액에 함유되어 있는 유기산을 탄소원으로 활용하여 포기조(21)에서 내부반송된 슬러지(22)중 농도가 높은 질산성 질소를 질소가스로 환원시킴으로써 저농도에서도 안정적으로 질소제거를 도모할 수 있어 시스템 전체의 질소제거효율을 극대화시킬 수 있는 것이다.
상기의 탈질조(19)로부터 배출되는 유출수는 다시 포기조(21)내에 수용되며, 폭기에 의해 혼합슬러지액을 질산화시켜 질산성질소 농도가 높은 슬러지 혼합액으로 만들며, 고농도의 질산성 질소가 함유된 내부반송 슬러지(22)를 탈질조로 내부반송시킨다.
상기 포기조(21)로부터 배출되는 유출수는 2차침전지(24)에 수용되어 고액분리됨으로써 슬러지 농도가 매우 낮은 유출수(27)가 되어 배출된다. 상기 2차침전지(24)에서 고액분리되어 농도가 높아진 슬러지중 일부는 제1 반송라인(25)을 통하여 혐기성조(17)로 반송되고, 나머지 잉여슬러지(26)는 농축조(10)로 이송된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 종래의 하폐수처리시설에서 발생하는 폐슬러지로부터 하수고도처리시 탈질화를 위한 유용한 탄소원을 생성하고, 생성된 탄소원을 연계되는 하수고도처리시설의 탈질조에 투입함으로써 시스템 전체의 질소제거효율을 향상시킬 수 있고, 그 결과 2차 침전지에서 반송되는 혼합슬러지액중 질산성 질소 농도가 저감되고, 유입하수의 유기물 전량을 혐기성조에서 인 방출에 소요되도록 함으로써 기존의 에이투오 공법과 같이 하수고도처리시설의 유입하수의 부하가 낮은 조건에서도 질소 및 인 제거율을 월등히 향상시키며, 슬러지 처리 및 처분비용을 저감시키는 효과를 갖는다.
도1은 종래기술에 따른 하, 폐수 처리장치의 구성도.
도2는 본 발명에 의한 고도하수 처리를 위한 유기산 생산장치의 일실시예 구성을 나타낸 개략도.
도3은 본 발명에 의한 유기산 생산장치를 이용한 하수고도처리장치의 일실시예 구성을 나타낸 개략도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1: 반응조 2: 히터
3: 공기유입밸브 4: 가스배출기
5: 온도조절기 6: 교반기
7: 압력계 8: 온도센서
10: 농축조 12: 유기산 생산장치
14: 저류조 17: 혐기성조
19: 탈질조 21: 포기조
24: 2차침전지
Claims (13)
- 하,폐수처리시설의 농축조 배출부에 장착되어 상기 농축조를 거친 잉여슬러지를 저장하여 밀폐시키는 반응조;상기 슬러지를 열적 산화시키기 위하여 상기 반응조를 소정온도로 가열하는 가열수단;상기 반응조에 내재된 슬러지의 산화를 위하여 반응조에 산소를 공급하는 산소공급수단;상기 반응조의 내부온도를 소정치 이하로 냉각시켜 폐슬러지로부터 유기산을 생산하는 냉각수단을 포함하는 고도하수처리를 위한 유기산 생산장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 반응조내에 설치되어 그에 저장된 슬러지가 산소와 혼합되도록 교반하는 교반수단을 더 포함하는 고도하수처리를 위한 유기산 생산장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 반응조 내의 압력을 계측하기 위한 압력계;상기 압력계의 라인에 설치되어 반응조내에서 발생하는 가스를 방출하기 위한 가스방출기;상기 반응조내의 온도를 감지하기 위한 온도센서 및상기 온도센서에 연결되어 반응조내의 온도를 조절하는 온도조절수단을 포함하는 고도하수처리를 위한 유기산 생산장치.
- 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,상기 반응조의 내부온도는 슬러지의 열적산화효율을 증가시키기 위하여 180 ∼ 240℃로 유지되며, 반응시간은 30분 이내가 되도록 한 것을 특징으로 하는 고도하수처리를 위한 유기산 생산장치.
- 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,상기 교반수단은 슬러지의 혼합을 균일하게 하기 위하여 50 ∼ 100r.p.m을 유지하는 고도하수처리를 위한 유기산 생산장치.
- 하,폐수에 포함되어 있는 슬러지를 농축시켜 배출하는 농축조;내부가 소정의 고온 및 고압상태로 유지되며, 상기 농축조를 거친 유출슬러지를 저장하여 밀폐시킨 상태에서 상기 슬러지를 열적산화시키되, 상기 산화과정에서 유기산을 생산하는 유기산 생산수단;1차 침전지에서 유출되는 유출수 및 2차침전지에서 반송된 슬러지액을 수용하며, 유입하수의 유기물 전량을 이용하여 슬러지내의 인을 방출시키는 혐기성조;상기 혐기성조에서 배출된 인방출 혼합슬러지액과 상기 유기산 생산수단으로부터 이송된 상등액을 함께 수용하며, 상기 상등액에 포함되어 있는 유기산을 이용하여 폭기조에서 질산화되어 반송된 혼합슬러지액의 질산성 질소를 질소가스로 환원시켜 배출하는 탈질조;상기 탈질조로부터 배출되는 혼합슬러지액을 질산화시켜 질산성질소 농도가 높은 슬러지 혼합액으로 만들어 상기 탈질조로 반송하는 폭기조; 및상기 폭기조에서 배출되는 유출수를 고액분리하며, 침전된 슬러지를 질산성 질소농도가 낮은 슬러지로 만들되, 슬러지의 일부는 혐기성조로 반송시키고 잉여슬러지는 상기 농축조로 반송하는 2차침전지를 포함하는 유기산 생산장치를 이용한 고도하수처리장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 농축조에서 유출되는 슬러지는 총고형물질농도가 3%∼4%인 상태로 전처리없이 유기산생산수단으로 유입되는 것을 특징으로 하는 유기산 생산장치를 이용한 고도하수처리장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 혐기성조 및 탈질조에 각각 내장되어 폭기조 및 2차침전지에서 반송된 슬러지와 유입원수를 고르게 혼합하는 교반수단을 더 포함하는 유기산 생산장치를 이용한 고도하수처리장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 유기산 생산수단의 배출부에 장착되어 산화된 유출수를 저장하였다가 탈질조로 공급하며, 미반응 부산물은 침전시켜 하부로 배출하고, 상등수만을 저장하는 저류조를 더 포함하는 유기산 생산장치를 이용한 고도하수처리장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 탈질조는 수리학적 체류시간을 1 ∼ 1.5시간으로 하는 것을 특징으로 하는 유기산 생산장치를 이용한 고도하수처리장치.
- 농축조의 전처리없이 농축슬러지액을 열적산화조로 이송시키는 제1 단계;상기 열적산화조에 산소를 주입하고, 소정의 온도와 압력 및 교반속도하에서 농축슬러지액을 산화시키는 제2 단계;상기 열적산화조에서 생성된 유기산을 저류조로 이송하는 제3 단계;상기 저류조에서 미반응으로 발생된 부산물은 침전시키고, 유기산이 포함된 상등액 전량을 탈질조로 이송시키는 제4 단계;1차 침전지에서 유출되는 유출수 및 2차침전지에서 반송된 슬러지액을 혐기성조에서 수용하며, 유입하수의 유기물 전량을 이용하여 슬러지내의 인을 방출시키는 제5 단계;상기 저류조에서 이송된 상등액과 혐기성조에서 배출되는 인방출 슬러지액 및 폭기조에서 질산화되어 반송된 혼합슬러지액을 함께 탈질조에 수용하되, 상기 상등액에 포함되어 있는 유기산을 이용하여 진산화된 반송슬러지액의 질산성 질소를 질소가스로 환원시킨 후 폭기조로 이송하는 제6 단계;상기 폭기조내에 유입된 혼합슬러지액을 폭기시켜 유기물 제거 및 질산화가 이루어지도록 하며, 질산화된 혼합슬러지액을 탈질조로 반송하는 제7 단계; 및상기 폭기조에서 성장한 미생물을 2차침전지에서 고액분리하여 침전시키되, 침전된 슬러지의 일부를 혐기성조로 반송시키고 나머지 잉여슬러지는 농축조로 반송하는 제8 단계를 포함하는 유기산 생산장치를 이용한 고도하수처리방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 제6 단계는상기 혐기성조에서 이송된 슬러지와 저류조에서 이송된 인함량이 많은 상등액을 폭기조에 반송시켜 과잉의 인이 섭취되도록 하는 제9 단계를 더 포함하는 유기산 생산장치를 이용한 고도하수처리방법.
- 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,상기 폭기조에서 발생된 질산성 질소를 탈질조에서 유입원수 유기물과 유기산을 포함된 상등액을 이용하여 처리함으로써, 2차침전지에서 혐기성조로의 반송슬러지에 함유된 질산성질소를 감소시켜, 혐기성조에서 인방출에 영향을 주지 않도록 한 것을 특징으로 하는 유기산 생산장치를 이용한 고도하수처리방법.
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