KR100489328B1

KR100489328B1 - 격벽형 무산소조와 침지형 막분리조를 이용한 하폐수고도처리장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100489328B1
Application number: KR10-2003-0017655A
Authority: KR
Inventors: 조재후; 장원주
Original assignee: 주식회사 라파텍
Priority date: 2003-03-21
Filing date: 2003-03-21
Publication date: 2005-05-17
Also published as: KR20040083123A

Abstract

본 발명은 하폐수에 포함된 유기물질, 질소 및 인을 처리하기 위한 하폐수 고도처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 미생물에 의한 탈질, 인 축적 및 유기물 분해반응이 일어나는 격벽형 무산소조와, 질산화, 인 방출, 유기물 분해반응과 아울러 고액분리가 이루어지는 침지형 막분리조를 이용하여 하폐수에 포함되어 있는 유기물질 및 영양염류를 동시에 제거할 수 있는 격벽형 무산소조와 침지형 막분리조를 이용한 하폐수 고도처리장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 격벽형 무산소조와 침지형 막분리조를 이용한 하폐수 고도처리장치는 크게 하폐수에 포함된 유기물질을 이용한 생물학적 탈질현상을 통해 유기물질과 질소성분을 제거시키는 무산소 상태의 슬러지 배드층과, 혐기성 미생물을 이용하여 하폐수에 포함된 유기물질을 분해시키는 접촉여재층이 순차적으로 형성된 격벽형 무산소조와; 호기성 미생물을 이용하여 유기물질을 분해시키고 암모니아성 질소를 질산화시킴과 아울러 분리막 모듈을 통해 슬러지와 처리수를 고액분리시키는 침지형 막분리조와; 상기 침지형 막분리조 내의 질산화액을 상기 격벽형 무산소조로 반송시키는 반송수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

격벽형 무산소조와 침지형 막분리조를 이용한 하폐수 고도처리장치 및 그 방법{System and method for wastewater treatment using partition type anoxic basin and membrane basin}

각종 하폐수를 처리는 스크리닝, 침전, 부상 및 여과 등과 같은 물리적 방법과, 중화, 산화환원, 응집 및 흡착 등과 같은 화학적 처리방법 그리고 미생물의 배양에 따라 정화처리가 이루어지는 생물학적 방법이 있는데, 종래부터 사용되어온 표준활성 슬러지법은 생물학적 방법에 물리적 및 화학적 방법을 적절히 혼합한 것으로서, 유량조정조에 저장된 하폐수를 폭기조로 보내고, 폭기조에서는 산소를 공급하여 호기성 미생물의 활동을 촉진시켜 유기물을 분해시킨 다음, 마지막으로 침전조에서 슬러지와 처리수를 비중차에 의해 고액분리 시키는 것이다.

그러나 이러한 표준활성 슬러지법은 혐기와 무산소 상태를 제공하지 못하기 때문에 유기물의 제거에는 효과적이지만 질소와 인과 같은 영양염류를 제거할 수 없었다. 한편, 하폐수 중에 포함된 질소와 인과 같은 영양염류에 의해 발생되는 하천의 부영양화와 해수의 적조현상이 새로운 환경문제로 대두됨에 따라 유기물의 농도에 의한 수질관리보다는 영양염류의 농도에 의한 수질관리가 더 중요하게 인식되었어며, 이에 따라 하폐수 중의 영양염류를 제거하기 위한 하폐수 고도처리장치가활발히 개발되었다.

하폐수 고도처리장치는 도1에서 보는 바와 같이, 일반적으로 큰 입자성 물질을 제거하는 전처리조(100)와, 인 방출을 목적으로 하는 혐기성 반응조(130), 탈질 및 유기물 제거를 목적으로 하는 무산소 반응조(150), 질산화, 인 축적 및 유기물 제거를 목적으로 하는 호기성 반응조(170) 그리고 중력에 의해 처리수와 미생물을 고액분리시키는 침전조(190)로 구성된다. 또한 호기성반응조(170)에서 질산화액을 무산소 반응조(150)로 반송하는 질산화액 반송수단(160)과 반응조 내에 적정 미생물 농도를 유지하기 위하여 침전조(190)의 슬러지를 반송하는 슬러지 반송수단(180)으로 구성된다.

그리고 이러한 하폐수 고도처리장치 및 방법은 유입방법, 반응조의 공간적 배열 및 처리수와 슬러지의 반송위치에 따라 A₂/O, 바덴포(Bandenpho), UCT, VIP 등이 다양한 형태로 개발되었으나 침전조에서 슬러지의 침전성이 불량해짐에 따라 처리수질이 악화되는 벌킹(Bulking)현상을 극복할 수 없었다. 즉, 벌킹현상은 유입 수질 성상변화에 따라 운전조건을 적정하게 조정하지 못할 경우에 발생하며 침전조에서 슬러지의 침전성이 불량해짐에 따라 미생물이 처리수에 혼입되어 처리수질 악화가 초래되는 것이다. 이러한 벌킹현상은 슬러지를 중력에 의해 침전시키는 침전조를 채택하는 종래의 하폐수 고도처리장치에서 발생하는 문제 중 가장 큰 문제점이었다.

이러한 벌킹문제를 해결하기 위해 최근에는 분리막을 이용하여 슬러지와 처리수를 고액분리시키는 방법이 사용되고 있다. 이러한 분리막을 이용하면 슬러지의 중력 침전성이 불량해지더라도 미생물이 분리막을 통과할 수 없기 때문에 항상 안정적인 처리수질을 확보할 수 있으며 반응조내 미생물의 농도를 고농도로 유지할 수 있기 때문에 유입 수질 성상변화에도 안정적인 처리가 가능하다. 그러나 도2에 도시된 바와 같이, 침전조 대신에 호기성 반응조(270) 내에 분리막 모듈(275)을 침지시켜 침지형 막분리조(290)를 설치하는 것만으로는 유기물질 및 영양염류의 제거효율을 향상시킬 수 없을 뿐만 아니라 혐기성 반응조(230), 무산소 반응조(250), 호기성 반응조(270) 등이 모두 요구되기 때문에 종래의 하폐수 고도처리장치와 마찬가지로 많은 부지 면적이 필요하게 되는 문제점이 있었다.

또한 호기성 반응조에 분리막 모듈을 침지시키는 경우에는 분리막 모듈의 스크러빙(Scrubbing)을 위해 과다한 공기가 주입되기 때문에 적정 용존산도농도보다 더 많은 공기가 급기되게 된다. 이로 인해 용존산소농도가 높은 호기성 반응조의 질산화액이 혐기조 또는 무산소 반응조로 반송되면 하폐수 내의 질소 성분을 제거하는 효율이 떨어지게 된다. 즉, 용존산소가 희박한 상태에서는 탈질균(脫窒菌)이 질산화물의 NO₂ ^-, NO₃ ^-에서 O₂를 취함으로써 N₂, N₂O가스를 발생시켜 질소를 제거하게 되나, 무산소 반응조내에 용존산소가 존재하게 되면 탈질균이 질산화물의 결합산소(結合酸素)보다는 취하기 쉬운 용존산소를 이용하게 되므로 하폐수내 질소제거율이 크게 떨어지게 되는 것이다.

그리고 종래의 하폐수 고도처리장치는 하폐수에 포함된 유기물질을 고액분리가 일어나는 호기성 반응조 즉, 막분리조에서 제거하기 때문에 미처 호기성 미생물에 분해되지 못한 유기물질이 분리막을 통해 배출되기 때문에 유기물질의 처리효율이 저하되는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 주된 목적은 격벽형 무산소반응조와 침지형 막분리조를 이용하여 유기물질과, 질소, 인과 같은 영양염류의 제거 효율을 향상시키고 설치면적을 크게 절약할 수 있는 하폐수의 고도처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 또한 혐기 또는 무산소 상태를 유지하는 격벽형 무산소 반응조에 슬러지 배드층을 형성하고 하폐수 및 질산화액이 통과하도록 함으로써 질소, 인 등과 같은 영양염류의 제거 효율을 높힐 뿐만 아니라 혐기성 미생물이 부착되어 활성화되는 접촉여재층을 설치하여 탈질된 하폐수에 포함된 유기물질의 처리 효율을 향상시킬 수 있는 하폐수의 고도처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 또한 호기성 반응조 내에 중공사형 분리막을 침지시켜 처리수와 슬러지를 고액분리함으로써 유출수의 유기성분 및 고형물 성분의 농도를 저감시킬 수 있는 하폐수 고도처리장치에 관한 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 격벽형 무산소조와 침지형 막분리조를 이용한 하폐수 고도처리장치는 크게 하폐수에 포함된 유기물질을 이용한 생물학적 탈질현상을 통해 유기물질과 질소성분을 제거시키는 무산소 상태의 슬러지 배드층과, 혐기성 미생물을 이용하여 하폐수에 포함된 유기물질을 분해시키는 접촉여재층이 순차적으로 형성된 격벽형 무산소조와; 호기성 미생물을 이용하여 유기물질을 분해시키고 인을 축적하며 암모니아성 질소를 질산화시킴과 아울러 분리막 모듈을 통해 슬러지와 처리수를 고액분리시키는 침지형 막분리조와; 상기 침지형 막분리조 내의 질산화액을 상기 격벽형 무산소조로 반송시키는 반송수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 격벽형 무산소조와 침지형 막분리조를 이용한 하폐수 고도처리장치는 본 발명에 따른 격벽형 무산소조와 침지형 막분리조를 이용한 하폐수 고도처리방법은 스크린조 및 유량조정조를 통해 큰 입자성 물질이 제거된 하폐수를 처리하여 유기물질과 질, 인 등 영양염류를 제거하는 하폐수 고도처리방법에 있어서,

하폐수에 포함된 유기물질을 이용하여 반송된 질산화액을 탈질시켜 질소와 유기물질을 동시에 제거하고 인 방출이 일어나도록 무산소 상태를 유지하는 무산소단계와; 상기 무산소단계를 거친 처리수를 혐기성 미생물을 이용하여 유기물질을 분해시키는 혐기성 미생물 분해단계와; 상기 혐기성 미생물 분해단계를 거쳐 처리된 처리수 중의 유기물질을 호기성 미생물을 이용하여 분해시킬 뿐만 아니라 처리수 중에 포함된 암모니아성 질소의 질산화 및 과잉 인 흡수가 일어나는 호기성 미생물 분해단계와; 상기 호기성 미생물 반응조 내의 질산화액을 상기 무산소단계로 반송하는 질산화액 반송단계와; 상기 호기성 미생물 반응조 내에 침지된 중공사형 분리막을 통해 슬리지와 처리수를 고액분리하는 고액분리단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 하폐수 고도처리장치 및 그 방법을 상세히 설명한다. 먼저 도3은 본 발명에 따른 하폐수 고도처리장치의 개략적인 구성도로서, 도시된 바와 같이, 본 발명은 크게 전처리조(10), 격벽형 무산소조(30), 침지형 막분리조(70) 및 질산화액 반송수단(60)으로 구성되어 있다. 그리고 상기 침지형 분리막조(70)의 잉여슬러지의 일부를 격벽형 무산소조(30)로 반송하는 슬러지 반송수단(80)으로 구성된다. 이때 상기 전처리조(10)는 스크린조, 유량조정조 등을 포함한다.

따라서 상기 전처리조(10)를 거쳐 유입된 하폐수는 격벽형 무산소조(30)에 형성된 혐기성조(32), 무산소 상태의 슬러지 배드층(33) 및 접촉여재층(39)을 순차적으로 거치는 동안 인 방출, 탈질 및 혐기성 미생물에 의한 유기물질의 분해반응이 일어나게 된다.(도4 참조) 그리고 대부분의 유기물질이 제거된 1차 처리수는 침지형 막분리조(70)로 유입되어 호기성 미생물에 의해 유기물질 분해, 질산화 및 과잉 인 흡수가 일어나고 분리막 모듈(75)에 의해 고액분리된다. 이때 상기 침지형 막분리조(70) 내의 질산화액은 질산화액 반송수단(60)을 통해 격벽형 무산소조(30)로 유입됨으로써 질소성분과 유기물질의 제거효율을 향상시킨다.

도4는 본 발명에 따른 하폐수 고도처리장치의 보다 구체적인 구성도로서, 도시된 바와 같이, 본 발명은 하폐수와 함께 유입되는 큰 입자성 물질을 제거하기 위한 스크린조(11)와, 스크린조(11)에서 유입되는 하폐수의 유량을 조정하는 유량조정조(13)와, 유량조정조(13)에 유입된 하폐수를 다음 격벽형 무산소조(30)로 이송시키기 위한 유량조정펌프(14)로 구성된다.

그리고 상기 유량조정조(13)에서 유입되는 하폐수와 후술하는 침지형 막분리조(70)에서 반송되는 질산화액을 탈기시키는 혐기성조(32)와, 탈기된 하폐수 및 질산화액을 유입시켜 탈질시키는 동시에 탈질과정에서 유기물질을 분해시키는 슬러지 배드층(33)과, 탈질된 하폐수에 포함되어 있는 유기물을 혐기성 미생물을 이용하여 분해시키는 접촉여재층(39)으로 이루어진 격벽형 무산소조(30)로 구성된다.

이어서 상기 격벽형 무산소조(30)에서 처리된 처리수는 중공사형 분리막 모듈(75)이 침지되어 있고, 블로와(71)에 의해 공기가 주입되는 산기관(72)이 설치되어 호기 상태를 유지하는 침지형 분리막조(70)로 유입된다. 상기 침지형 막분리조(70)는 분리막 모듈(75)을 이용하여 분리된 처리수를 외부로 배출하는 흡인펌프(73)와, 침지형 분리막 모듈(75)을 통과시켜 고액분리한 2차 처리수를 저장하여 필요시 세척수로 사용하는 세정조(74)와, 상기 침지형 막분리조(70)에서 발생하는 슬러지를 격벽형 무산소조(30)로 반송하기 위한 반송관(81) 및 반송펌프(82), 침지형 막분리조(70)의 질산화액을 격벽형 무산소조(30)로 반송하기 위한 반송관(61) 및 반송펌프(62)로 구성된다. 그리고 도시되지는 않았으나 처리수를 일정시간 저류한 후 방류하는 처리수조, 잉여슬러지를 처리하는 슬러지 처리조 등을 더 포함하여 구성된다.

상기 중공사형 분리막 모듈(75)은 0.2㎛이하의 공극을 가지며 화학적 내구성이 우수한 PVDF(Polyviniliden Fluoride) 재질이며 하부 산기관에서 공급되는 공기와의 접촉 효율을 높이고 막간 오염에 의한 유로 폐색을 방지할 수 있도록 수직하게 설치된다.

그리고 상기 격벽형 무산소조(30)는 도5에서 보는 바와 같이, 소정 크기의 반응조(31)를 전방 반응실(40)과 후방 반응실(50)로 구분시키는 격벽(34)으로 이루지고, 상기 격벽(34)의 하부에는 상기 전방 반응실(40)과 후방 반응실(50)을 연결시켜 통하게 하는 개방부(37)가 형성되어 있으며 상기 격벽(34)의 단부에는 소정의 경사부(38)가 형성되어 있다. 따라서 유입된 하폐수 또는 질산화액은 전방 반응실(40)과 후방 반응실(50)을 거쳐서 배출되게 된다. 이때 상기 전방 반응실(40)과 후방 반응실(50)은 폭기되지 않아 혐기성 또는 무산소 상태를 유지한다.

그리고 전방 반응실(40)과 후방 반응실(50)의 바닥에는 소정 두께의 슬러지 배드층(33)이 형성되어 무산소 상태를 형성한다. 이때 상기 슬러지 배드층(33)은 상기 격벽(34)의 하부에 형성된 개방부(37)보다 높은 것이 바람직하다. 따라서 유입된 하폐수와 질산화액이 슬러지 배드층(33)를 거치지 않고 흐르는 것이 방지된다. 이러한 슬러지 배드층(33)은 격벽형 무산소조(40)에 하폐수를 유입시키고 혐기성 미생물 및 탈질균을 접종시킨 다음 무산소 상태에서 일정기간 운전하면 무산소조(30)의 바닥에서부터 형성된다. 그리고 상기 개방부(37)의 상부까지 슬러지 배드층(33)이 형성되도록 한다. 반면에 상기 슬러지 배드층(33)이 개방부(37)이상으로 과도하게 높아지면 반응조 하단에 설치된 배출관을 통해 외부로 배출시켜 처리한다. 또한 필요한 경우에는 잉여 슬러지를 반송하여 주입하는 것도 가능하다.

따라서 전방 반응실(40)로 유입된 하폐수는 혐기성 상태를 유지하는 전방 반응실(40)의 상부에서 탈기되어 혐기성 또는 무산소 상태로 전환됨과 아울러 인 방출반응이 일어난다. 그리고 전방 반응실(40)로 유입된 하폐수와 질산화액은 하향하는 수류를 따라 상기 슬러지 배드층(63)을 통과하여 후방 반응실(50)로 유출되게 된다. 이때 상기 슬러지 배드층(33)은 무산소 상태이므로 탈질 반응이 일어나 질산을 질소 가스로 전환함과 아울러 하폐수에 포함되어 있는 유기물을 전자공여체로 사용한다.

이어서, 상기 슬러지 배드층(33)을 통과한 하폐수는 후방 반응실(50)의 상향류를 따라 상부로 이동한다. 이때 후방 반응실(50)의 중간에는 혐기성 미생물이 부착되어 활성화되는 미생물 접촉여재층(39)이 설치된다. 상기 접촉여재층(39)은 후방 반응실(50) 내에 설치된 상하 고정대(36)에 의해 고정되며 플라스틱이나 세라믹 등으로 만들어진 구형 또는 끈형 매체로 이루어진다. 따라서 하폐수에 포함되어 있는 유기물질은 상기 접촉여재층(39)에 부착되어 있는 미생물에 의해 충분히 분해된다. 또한 상기 접촉여재층(39)은 상기 슬러지 배드층(33)에서 부상하는 부유물질도 걸러주는 역할을 한다. 이때 상기 접촉여재층(39)에 미생물이 과도하게 번식할 경우에는 하폐수의 흐름이 방해될 수 있으므로 상기 접촉여재층(39)의 일측에 관통구(38)를 설치하여 하폐수의 흐름이 원활하도록 한다.

이하에서는 도4 및 도6을 참조하여 본 발명에 따른 하폐수 고도처리방법을 설명한다. 즉, 하폐수와 함께 유입되는 큰 입자성 물질은 스크린조(11)에서 1차적으로 제거된 후 유량 조정조(13)로 유입된다(300). 그리고 유량조정조(13)는 유입된 하폐수를 일시적으로 저장하고 처리시설로 배출되는 하폐수의 유량을 조절한다.

이어 유량 조정조(13)의 하폐수는 원수공급펌프(14)를 이용하여 격벽형 무산소조(30)로 유입된다. 그러면 격벽형 무산소조(30)에서는 유기물질과 질소의 제거와 인 성분의 방출이 일어나는 무산소단계(400)가 진행된다. 즉, 상기 격벽형 무산소조의 슬러지 배드층(33)내에 존재하는 탈질미생물은 하폐수내 존재하는 유기물을 탄소원으로 이용하여 폐수중의 질소산화물을 환원시키며, 이때 환원된 질소가스는 외부로 방출되어 제거된다.

또한 인 축적 미생물(PAO : Phosphorous Accumulating Organisms)은 세포내에 지니고 있던 폴리인산 결합을 끊어 인 성분은 수중으로 방출하고 이 과정에서 발생하는 에너지를 이용하여 폐수중에 존재하는 유기탄소원을 체내에 폴리하이드로뷰티레이트(PHB : Polyhydroxybutyrate) 형태로 축적한다. 이와 같은 인 방출단계가 없으며 후기 단계에서 과잉의 인 흡수가 이루어지지 않아 생물학적으로 인을 제거할 수 없게 된다. 무산소 단계에서는 무산소 상태를 유지하기 위하여 산소를 공급하지 않는다. 그리고 상기 인 축적 프로세스를 수행하는 많은 종류의 미생물 중 가장 잘 알려진 것이 아시테토박터(Acinetobactor)를 들수 있다.

이어 상기 무산소단계를 거친 처리수에 포함되어 있는 유기물질은 상부로 상승되어 접촉여재층(39)에 부착되어 있는 혐기성 미생물과 접촉되어 다시 분해된다.(500) 이때 아크로모박터, 바실러스, 마이크로코코스, 아시네토박터, 락토바실러스 등의 혐기성 미생물이 접촉여재층에 부착되어 하폐수 중의 유기물질을 분해시킨다.

이어서, 혐기성 미생물 분해단계를 거친 처리수는 호기성 상태의 침지형 막분리조로 유입된다. 상기 침지형 막분리조(70)에서는 호기성 미생물을 이용하여 잔류하는 유기물질을 분해하고 암모니아성 질소의 질산화 및 과잉 인 성분 흡수하는 호기성 미생물 분해단계(600)가 일어난다. 즉, 폐수중에 존재하는 암모니아성 질소는 나이트로조모나스(Nitrosomonas), 나이트로박터(Nitrobacter)등과 같은 질산화 미생물에 의하여 아질산성 질소 및 질산성질소 형태로의 산화가 일어나는 단계이다. 또한 인 축적 미생물들은 세포내에서 저장해 둔 폴리하이드로뷰티레이트의 결합을 끊을 때 발생하는 에너지를 이용하여 폐수중의 유기인을 폴리인상의 형태로 과잉섭취하는 단계이다. 이 호기성 미생물 단계에서는 암모니아성 질소의 질산화와 인 성분의 과잉흡수를 위하여 산소공급이 필요하다. 따라서 반응조내 산소의 농도는 0.5∼5mg/ℓ의 범위로 유지할 수 있도록 일정하게 공기를 공급한다. 이때 산소의 농도가 0.5mg/ℓ미만이며 미생물의 활성이 저하되고 더불어 막오염 저감을 위한 공기 세정 효과가 현저히 감소하게 된다. 또한 반응조의 용존산소농도가 5mg/ℓ를 초과하면 필요이상의 공기가 공급됨에 따라 과도한 미생물 산화와 불필요한 에너지를 소비하게 된다. 또한 질산화미생물의 농도는 5,000∼12,000mg/ℓ의 범위가 바람직하며 별도의 교반이 필요없다.

그리고 질산화 미생물에 의해 질산화된 질산화액은 상기 격벽형 무산소조로 반송된다. 따라서 반송된 질산화액은 무산소 상태의 슬러지 배드층(33)에서 탈질되고 이 과정에서 하폐수의 유기물질을 분해시킨다.(700)

끝으로 상기 침지형 막분리조(70)에서는 주기적 또는 연속적으로 분리막 모듈(75)을 이용하여 슬러지와 처리수가 고액분리시킨다. 분리막은 오폐수에 함유된 부유물질 등 이물질을 물리적으로 여과처리하는데 사용되는 것으로서 수처리효율이나 안정성면에서 높은 신뢰성을 가지고 있으며, 중력식 침전조에 비하여 처리 효율이 높고 공정의 안정성과 신뢰도가 높으며 협소한 공간에서도 설치가 가능하고 공정운전 및 유지관리가 용이하며 반응기내 미생물 농도를 높게 유지하여 유기물 및 질소성분 등의 처리효율이 높다. 일반적으로 중공사형 침지막은 공극크기가 0.2㎛ 정도이므로 0.2㎛이상의 고형물 및 미생물 플록은 침지형 막분리조(70) 내부에 잔류되어 분해되고 나머지는 처리수로 방류된다. 그리고 잉여슬러지는 외부로 배출되어 처리된다.

이하에서는 본 발명에 따른 실험예를 설명한다.

본 실험에 사용된 장치는 격벽형 무산소조의 전방 반응실 82mm(폭)×576mm(길이)×813mm(높이)이고, 후방 반응실 488mm(폭)×576mm(길이)×813mm(높이)이며, 침지형 막분리조 979mm(폭)×576mm(길이)×813mm(높이)이다. 그리고 본 장치의 수리학적 체류시간(HRT)는 격벽형 무산소조의 전방 반응질 0.5hr, 후방 반응실 2.7hr 침지형 막분리조 4.1hr로 전체 생물반응조의 총 체류시간은 7.3hr로 설계하였다.

본 장치의 처리용량은 1.1톤/으로서 하수처리장치에 설치하여 운전하였으며, 처리 대상 폐수는 하수처리장에 유입되는 하수를 이용하였고, 격막형 무산소조의 슬러지 배드층과 접촉여재층에는 혐기성 미생물을 식종하여 활성화시켰으며, 반응조내의 미생물은 하수처리장 포기조내의 활성미생물을 식종하였다. 그리고 처리 원수의 수온의 평균 8.8℃이었으며, pH는 7.0, 용존산소는 0.6mg/ℓ였다. 또한 침지형 막분리조의 포기액을 격벽형 무산소조의 전방 반응실로 반송하여 탈질화를 시도하였으며 이때 유량은 유입유량의 0.5∼1.0Q로 운전하였다

아래 표는 상기 격막형 무산소조에 슬러지 배드층과 미생물 접촉여재층을 설치하지 않은 상태에서 실험한 비교예와 상술한 바와 같이, 슬러지 배드층과 접촉여재층를 형성한 상태에서 실험한 실험예를 대비한 것이다.

구분	비교예			실험예
구분	유입(mg/ℓ)	유출(mg/ℓ)	제거효율(%)	유입(mg/ℓ)	유출 (mg/ℓ)	제거효율(%)
BOD5	122.5	14.6	88.0	122.5	9.2	92.5
CODcr	231.1	23.8	89.7	231.1	14.7	93.6
SS	102.3	0.8	99.2	102.3	0.8	99.2
T-N	40.7	16.3	59.9	40.7	11.3	72.2
T-P	5.2	1.8	65.4	5.2	1.2	76.9

위 표에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따라 슬러지 배드층과 접촉여재층을 설치한 경우에는 질소 및 인이 제거효율이 향상될 뿐만 아니라 유기물질(BOD,COD)의 제거효율도 크게 향상됨을 알 수 있다.

상술한 바와 같이 일반적으로 중공사형 막모듈을 이용한 하폐수의 처리장치는 유량 조정조와 막분리 폭기조를 이용하거나 질소 제거를 목적으로 유량 조정조, 무산소조, 막분리조 폭기조로 이루어져 있으나 본 발명에 따른 시스템은 유기물 제거 및 질소. 인 등의 영양염류 제거 효율이 우수하며 이러한 우수한 제거효율을 바탕으로 처리장의 필요 부지 면적의 절감이 가능하고 처리 시스템 내에서의 슬러지 발생량을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 중공사형 분리막 모듈을 이용한 하폐수 고도처리장치는 질소 및 인의 제거 효과가 뛰어나고 처리수의 수질이 뛰어난 것으로 PVDF(Polyvinilidene Fluoride) 소재를 이용하여 제작된 중공사형 분리막 모듈을 이용하여 기존의 수질환경기준 이하의 안정된 처리수만을 얻을 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 하폐수 고도처리장치는 혐기 또는 무산소 상태를 유지하는 격벽형 무산소 반응조에 슬러지 배드층을 형성하고 하폐수 및 질산화액이 통과하도록 함으로써 질소, 인 등과 같은 영양염류의 제거 효율을 높힐 뿐만 아니라 혐기성 미생물이 부착되어 활성화되는 접촉여재층을 설치하여 탈질된 하폐수에 포함된 유기물질의 처리 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 하폐수 고도처리장치는 기존의 처리기술에 비하여 처리 효율이 높고 공정의 안정성과 신뢰도가 높으며 협소한 공간에서도 설치가 가능하고 공정운전 및 유지관리가 용이하며 반응기내 미생물 농도를 높게 유지하여 유기물 및 질소성분 등의 처리효율이 높아지는 효과가 있다.

도1은 종래 기술에 따른 하폐수 고도처리장치의 일예를 보여주는 개략적인 구성도,

도2는 종래 기술에 따른 분리막을 이용한 하폐수 고도처리장치의 일예를 보여주는 개략적인 구성도,

도3은 본 발명에 따른 격벽형 무산소조와 침지형 막분리조를 이용한 하폐수 고도처리장치를 보여주는 개략적인 구성도,

도4는 본 발명에 따른 격벽형 무산소조와 침지형 막분리조를 이용한 하폐수 고도처리장치의 바람직한 실시예를 보여주는 구성도,

도5은 본 발명에 따른 격벽형 무산소조의 구조를 보여주기 확대도,

도6은 본 발명에 따른 격벽형 무산소조와 침지형 막분리조를 이용한 하폐수 고도처리방법을 보여주는 흐름도이다.

*****도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*****

30 : 격벽형 무산소조 33 : 슬러지 배드층

34 : 격벽 39 : 접촉여재층

70 : 침지형 막분리조 75 : 분리막 모듈

Claims

하폐수에 포함된 유기물질을 이용한 생물학적 탈질현상을 통해 유기물질과 질소성분을 제거시키는 무산소 상태의 슬러지 배드층과, 혐기성 미생물을 이용하여 하폐수에 포함된 유기물질을 분해시키는 접촉여재층이 순차적으로 형성된 격벽형 무산소조와;

호기성 미생물을 이용하여 유기물질을 분해시키고 인을 축적하며 암모니아성 질소를 질산화시킴과 아울러 분리막 모듈을 통해 슬러지와 처리수를 고액분리시키는 침지형 막분리조와;

상기 침지형 막분리조 내의 질산화액을 상기 격벽형 무산소조로 반송시키는 반송수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 격벽형 무산소조와 침지형 막분리조를 이용한 하폐수 고도처리장치.
유입 하폐수 중의 큰 입자성 물질을 제거하는 전처리조와, 상기 전처리조를 거친 유입수에 포함된 유기물질과 질소, 인 등의 영양염류를 제거하기 위한 반응조를 포함하여 구성된 하폐수 고도처리장치에 있어서,

상기 전처리조에서 유입된 하폐수 중의 유기물질과 질소, 인 등의 영양염류를 제거하기 위해서 하부가 개방된 격벽을 통해 전방 반응실과 후방 반응실로 구분되고, 상기 전방 반응실의 상부는 혐기 상태를 유지하여 인 축적이 일어나도록 하고, 상기 전방 반응실과 후방 반응실의 하부에는 소정 두께의 슬러지 배드층을 형성하여 무산소 상태가 유지되도록 하여 탈질 및 유기물질 분해가 일어나도록 하며, 상기 후방 반응실에는 혐기성 미생물이 부착되어 활성화되는 고정상 접촉여재층을 형성하여 유기물질의 분해와 부유물질의 여과가 일어나도록 하는 격벽형 무산소조와;

상기 격벽형 무산소조에서 유입된 처리수 중의 유기물질을 호기성 미생물을 이용하여 분해시키고 암모니아성 질소 성분을 질산화시키며 과잉 인 축적이 일어나도록 호기 상태를 유지하고 슬러지와 처리수를 고액분리할 수 있도록 중공사형 분리막 모듈이 침지되어 있는 침지형 막분리조와;

상기 침지형 막분리조 내의 질산화액을 상기 격벽형 무산소조로 반송하는 반송수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 격벽형 무산소조와 침지형 막분리조를 이용한 하폐수 고도처리장치.
제2항에 있어서,

상기 격벽형 무산소조에 설치된 격벽은 소정 크기의 반응조를 전방 반응실과 후방 반응실로 구분시키고, 그 하부에는 상기 전방 반응실과 후방 반응실을 연결시켜 통하게 하는 개방부가 형성되며 그 단부에는 후방 반응실쪽으로 경사진 소정의 경사부가 형성된 것을 특징으로 하는 격벽형 무산소조와 침지형 막분리조를 이용한 하폐수 고도처리장치.
제2 또는 제3항에 있어서,

상기 슬러지 배드층은 혐기성 미생물과 탈질균을 포함하고 상기 격벽의 하부에 형성된 개방부 보다 높게 형성되어 무산소 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 격벽형 무산소조와 침지형 막분리조를 이용한 하폐수 고도처리장치.
제2항에 있어서,

상기 접촉여재층은 후방 반응실 내에 설치된 상하 고정대에 의해 고정되고 플라스틱이나 세라믹 등으로 만들어진 구형 또는 끈형 매체로 이루지며 일측에는 하폐수의 흐름을 원활하게 하는 관통구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 격벽형 무산소조와 침지형 막분리조를 이용한 하폐수 고도처리장치.
제2항에 있어서,

상기 중공사형 분리막 모듈은 0.2㎛이하의 공극을 가지며 화학적 내구성이 우수한 PVDF(Polyviniliden Fluoride) 재질이며 하부 산기관에서 공급되는 공기와의 접촉 효율을 높이고 막간 오염에 의한 유로 폐색을 방지할 수 있도록 수직하게 설치되는 것을 특징으로 하는 격벽형 무산소조와 침지형 막분리조를 이용한 하폐수 고도처리장치.
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