KR100513352B1

KR100513352B1 - 막이 침지된 생물학적 처리조 및 혐기성 그래률 슬러지가충진된 반응조가 결합된 오폐수처리장치

Info

Publication number: KR100513352B1
Application number: KR10-2003-0064967A
Authority: KR
Inventors: 안대희
Original assignee: 안대희
Priority date: 2003-09-19
Filing date: 2003-09-19
Publication date: 2005-09-07
Also published as: KR20050028985A

Abstract

본 발명은 고효율의 막을 생물학적 처리조에 침지하여, 막을 통하여 처리수를 뽑아냄으로써, 유기물의 생물학적 산화로 인하여 생성된 미생물들을 생물학적 처리조 내에 고농도로 유지하게 하고, 뽑아 낸 처리수는 혐기성 그래뉼 슬러지가 충진된 ABR(anaerobic baffled reactor) 공정에 주입하여 유기물의 저감 및 탈질을 극대화시키는 오폐수처리장치에 관한 것이다.

본 발명에 따르면 막침지형 생물학적 처리공정과 ABR 공정에 의하여 고농도 질소를 포함한 폐수에서 유기물과 질소를 효과적으로 제거할 수 있다.

Description

막이 침지된 생물학적 처리조 및 혐기성 그래률 슬러지가 충진된 반응조가 결합된 오폐수처리장치{A wastewater treatment apparatus combined a membrane soaked biological reactor and an anaerobic granule sludge packed reactor}

본 발명은 침지형 막을 포함한 생물학적 처리조 및 탈질을 위한 방법으로 혐기성 그래뉼 슬러지를 충진한 처리조를 병합한 오폐수 고도처리장치에 관한 것이다.

오폐수로 인한 공공수역의 오염에 대한 관심이 날로 높아짐에 따라, 관련기술 개발을 위한 연구들이 진행되고 있다. 오폐수처리를 위한 다양한 공정이 제시되고 있는데, 물리화학적인 방법으로 고급산화법으로 대별되는 과산화수소와 자외선 그리고 오존을 이용하는 방법들이 활발하게 연구되고 있으며, 최근에는 경제적이고 친환경적인 처리를 위해 생물학적 처리방법이 연구되고 있으며, 특히 미생물막을 이용하는 방법이나 미생물을 고정화하여 미생물량을 늘리는 연구들이 이루어지고 있다. 이런 미생물들을 고정화한 생물막 공법들과 연계하여 처리조건들을 조합한 새로운 연속공정, 예를 들면 혐기-호기 연속공정이나 무산소-호기 연속공정 등이 활발히 연구되고 있다. 이는 유지, 관리가 용이하면서도 기존의 폐수처리장의 추가적인 건설이나 보수를 수반하지 않는 효율적인 대안으로서 고효율의 담체기술 개발에 대한 필요성이 대두된 데 따른 것으로서, 미국, 일본, 프랑스 등은 생물막 공정 기술을 연구 개발하여 실용화하고 있다. 한편, 국내의 경우, 오폐수의 처리를 위한 생물학적 공정들이 개발되고 있으나, 고농도의 유기물 및 질소를 함유하고 있는 축산폐수나 질소의 함유량이 높은 침출수, 난분해성 산업폐수 등은 효율적인 처리가 미비한 실정이다.

고농도 폐수를 처리하기 위한 연구가 국내에서도 활발히 진행되고 있으나 아직까지 활용면에서는 미약한 상태이다. 현재 대부분의 고농도폐수 처리공법은 재래 공법에 치중하고 있는 실정이며, 특히 생물학적 처리공법의 대부분은 활성슬러지 공법으로 이루어져 있어 유기물 농도가 높고, 고농도의 질소를 함유한 폐수의 경우 그 처리에 어려움이 있다. 이를 해결하기 위해 물리화학적 처리방법과 생물학적 처리방법이 연구개발, 사용 중에 있는데 다음과 같다. 물리화학적 처리방법으로는 고농도의 질소를 함유한 폐수를 처리하기 위해 산화 또는 환원 같은 화학적 방법을 통해 질소를 감소시키거나 유기물을 저감시키는 방향으로 연구가 진행되고 있으며, 활성탄흡착 등과 같은 물리적 방법을 통해 제거하는 방법이외에 최근에는 고도산화처리법(AOT:Advanced Oxidation Technology)인 H₂O₂/UV, H₂O₂/ozone, H₂O₂/ozone/UV 등의 방법이 사용되고 있다. 그러나 이런 방법들은 UV 램프나 오존발생기와 같은 부속장치를 필요로 하기 때문에 초기 투자비가 크고 운전비도 상대적으로 높다는 단점을 가지고 있어 단독사용보다는 생물학적 처리방법과 병행하여 사용하는 것이 효율적이라 판단된다.

생물학적 처리방법으로는 기존 활성슬러지법에 비해 충격부하에 강하고 유지관리가 용이한 혐기, 호기 공법, 생물막 공법과 반응조 내에 높은 농도의 미생물량을 확보할 수 있는 MBR 공법, SBR공법 등에 대한 관심이 고조되고 있으며, 대학이나, 연구소, 일부 기업에 의한 연구가 진행되고 있다. 수량, 수질 변동에 강하고, 고액분리가 용이하며, 슬러지 발생량이 적고 다양한 미생물종을 확보할 수 있다는 장점을 가지고 있는 생물막 공법의 사례로는 전통적인 방식에 의한 생물막 공법 외에 섬모상 필터에 의한 처리, SBR공법 등이 개발되어 사용되고 있다.

질소처리방법으로는 활성슬러지공법의 경우 처리효율이 미약하여 고도질소처리공정이 수반되어야 하므로, 현재 국내에서는 물리화학적 처리방법보다 생물학적 질산화/탈질 기작을 이용한 공법이 가장 일반적으로 적용되고 있으며, 이에 대한 연구와 기술개발도 매우 활발히 진행되고 있으나 대부분의 연구와 개발공법은 선진국의 기술을 도입하여 반송율을 높이거나 추가로 반응조를 설치하거나 담체를 반응조에 투여하여 질산화 효율을 높이는 기술 정도의 개발이 이루어지고 있는 실정이고, 적용폐수가 대부분 하수처리에 국한되었기 때문에 고농도폐수의 처리시 질소처리에 대한 연구는 미약한 상태이다. 한편, C/N비가 낮은 축산폐수에 대하여 아질산성 질소까지만 질산화를 시켜 탈질시키는 공법에 대하여 연구된 바 있으며, 바실러스 종을 이용한 질소·인 제거공법, 간헐 포기를 이용한 질소 · 인 제거 공정 등이 개발되어 상용화되고 있으나 그 기작에 대한 명확한 규명은 이루어지지 않은 상태이므로 고농도 유기 축산폐수 처리를 위해 유기물은 물론 질소, 인 등을 동시에 제거할 수 있는 체계적이면서 종합적인 처리시스템 개발이 시급함에도 불구하고 연구 개발 성과는 미약한 상태이다.

국외의 난분해성 폐수처리에 대한 연구현황을 살펴보면 대부분 물리화학적 처리나 생물학적 처리 공법의 단독처리 방법보다는 각 공법을 조합한 복합공정이 개발 적용되고 있다. 생물학적 처리는 최근 기술개발이 가장 활발한 분야로서, 외국에서는 기존 활성슬러지법에 비하여 산소 공급을 늘릴 수 있고, 부지가 적게 소요되는 심층폭기법이 개발되어 현재 영국, 미국, 일본 등에서 가동 중에 있다.

그리고 신 공법인 회분식 활성슬러지법 또는 SBR(Sequencing Batch Reactor)은 공정 관리가 편하고, 수질 및 유량 변동에 강한 장점을 갖는데, 미국, 호주 등에서 오수, 산업 폐수, 침출수 등 다양한 폐수에 적용되고 있다. BAF(Biological aerated filter)공법은 프랑스에서 개발된 새로운 방식의 생물막 공법이며 반응기에 미생물을 부착하기 위한 매질을 충전시킨 후 매질에 형성된 생물막에 의해 유기물의 생물학적 산화·분해와 물리적 여과가 동시에 일어난다. 고농도 유기성 폐수를 처리하는데 있어서 부지에 제한이 있을 경우 BAF나 이와 비슷한 개념의 처리방법의 사용이 높은 경제성을 가질 것이며, 다양하게 발전된 생물막 여과형태의 공법이 지속적으로 개발될 것으로 판단된다. 이와 더불어 생물막 공법에 핵심적인 기술로 환경소재인 담체개발도 활발히 이루어지고 있다.

혐기성 처리 분야에서는 AF(anaerobic filter), anaerobic contact process, expanded bed 또는 fluidized bed, UASB(upflow anaerobic sludge blanket) 반응기들이 개발되어 각종 고농도 유기 폐수 처리에 적용되고 있다. 질소제거의 경우에는 유럽 등의 환경 선진국에서는 기존의 암모니아성 질소의 질산화 및 질산화된 질소의 탈질을 거치는 기존 방법에 비해 산소 공급 및 외부 탄소원 공급을 줄일 수 있는 방법들이 제시되고 있다. 대표적인 공법으로는 ANAMMOX 공정, SHARON 공정, CIRCOX 공정 등으로 ANAMMOX 공정은 혐기상태에서 탄소원이 부족하더라도 암모니아가 전자공여체로 작용하고 아질산이 전자수용체로 작용하여 질소가스 상태로 대기 상으로 방출시켜 질소를 제거하는 공법이며, SHARON 공정은 슬러지의 체류 없이 반응기를 운전하여 암모니아성 질소를 아질산성 질소의 상태로만 전환시키는 공정으로 이후 탈질반응을 거치게 되는데 질산성질소 상태로 전환시키는 기존 공법에 비해 외부탄소원이 적게 소요된다는 장점을 가지고 있다. 한편 CIRCOX 공정은 네덜란드에서 개발된 기술로써 유동상의 순환에 의한 질소제거 공정으로 유럽에서는 상용화를 시도하고 있는 공정이다. 이와 같이 여러 가지 물리·화학·생물학적 처리공정 각각에 대한 단위 기술은 확보되었을지라도, 이들 기술들이 고농도의 폐수에 직접 적용하여 운전되는 사례는 아직 많지 않으며, 공정을 복합한 완전한 고농도 폐수처리공정 개발은 부진한 상태이다.

또한, 본 발명자는 본 발명에 앞서 생물학적 처리조내의 미생물 양을 증가시키기 위하여 회전원판법(RBC, rotating biological contactor)에 사용하는 회전원판을 방사형으로 제조, 사용하여 고농도의 유기물 및 질소를 제거하는 공정에 관한 특허를 출원한 바 있다(대한민국 특허출원 제 2002-77287호). 기존의 회전원판법에 비하여 방사형 회전원판은 회전원판 자체에 방사형으로 수많은 구멍을 내고, 여기에 발포형 담체를 장착하고, 서로 연결시킴에 따라, 단위원판의 모듈 부피당 미생물의 부착표면을 증대시킴에 따라, 미생물의 부착량을 극대화시킬 수 있어, 고농도 유기물질이나 질소, 독성물질에 기인한 생물학적 처리시스템의 불안정, 폐수의 성상 및 유량의 잦은 변화에 의한 공정상의 오염부하량의 교란에도 안정적인 처리를 기할 수 있었으나, 실 규모의 운전시 회전원판의 크기 확대에 따른 조업상의 안정성등의 문제가 발생할 가능성이 대두됨에 따라, 보다 효율적으로 생물학적 처리조의 미생물의 양을 증가시킬 수 있는 방법이 필요하다.

이에 본 발명자는 상기의 문제점들을 해결하고자 예의 노력한 결과 막이 침지되어 있는 생물학적 처리조와 혐기성 그래뉼 슬러지가 충진된 처리조를 결합시켰을 때 고농도 질소를 포함한 폐수에서 유기물과 질소를 효과적으로 제거할 수 있는 것을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 목적은 고농도 질소를 포함한 폐수에서 유기물과 질소를 효과적으로 제거할 수 있는 오폐수 처리장치를 제공하고, 상기 오폐수 처리장치를 이용하여 오폐수를 처리하는 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 생물학적 처리조와 탈질반응조를 구비하는 오폐수 처리장치에 있어서, 상기 생물학적 처리조는 무산소조, 폭기조, 2차 무산소조 및 막이 침지되어 있는 2차 폭기조로 구성되고, 상기 탈질 반응조는 그래뉼 슬러지로 충진된 반응조인 것을 특징으로 하는 오폐수 처리장치를 제공한다.

상기 막은 중공사형 마이크로 필트래이션 막인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 혐기성 그래뉼 슬러지로 충진된 반응조는 ABR(anaerobic bafled reactor) 또는 UASB(Upflow anaerobic sludge blanket)인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 오폐수 처리장치를 사용하여 오폐수 처리 방법을 제공한다.

본 발명은 고효율의 막을 무산소조/폭기조/무산소조/폭기조(A/O/A/O)로 구성된 생물학적 처리조에 침지하여, 막을 통하여 처리수를 뽑아 냄으로써, 유기물의 생물학적 산화로 인하여 생성된 미생물들을 생물학적 처리조 내에 고농도로 유지하게 하고, 뽑아 낸 처리수는 혐기성 그래뉼 슬러지가 충진된 ABR(anaerobic baffled reactor) 처리조에 주입하여 유기물의 저감 및 탈질을 극대화시키는 오폐수처리 장치에 관한 것으로써, 오폐수처리장의 생물학적 처리공정의 원활한 운영 및 안정적인 수질의 확보, 및 공공수역의 수질 오염을 방지하기 위한 공법이다.

본 발명에서는 폐수 유량의 고부하 및 충격부하에 대한 저항력 및 독성물질에 대한 적응력을 강화하기 위한 일환으로, 막을 이용하여 생물학적 처리조 내의 미생물 양을 고농도로 유지하고자 하였다.

한편, 축산폐수나 침출수 등과 같이 고농도의 질소를 함유한 폐수의 경우, 질소처리를 위하여 생물학적 처리조 내의 분할 및 산소공급의 유무, 내부 및 외부반송비의 조절, 생물학적 처리조 내로의 외부탄소원의 주입등의 방법에 의하여 탈질을 시도하고 있으나, 본 발명에서는 생물학적 처리조 외에 따로 혐기성 그래뉼 슬러지를 충진한 반응조(ABR)를 설치, 생물학적 처리수를 주입하여, 생물학적 처리조를 거친 처리수 내에 질산성 질소형태로 포함되어 있는 질소를 탈질시키고자 하였다. 본 발명에서, ABR내의 혐기성 그래뉼 슬러지의 활성 유지 및 ABR내의 생물막의 과도 성장을 막기 위해서는 전단의 생물학적 처리수에 포함되어 있는 미생물의 주입이 차단되어야 하는 기술적 문제가 해결되어야 하는 바, 이는 전단의 생물학적 처리조에 막을 침지하여 막을 통하여 처리수를 뽑아내고, 뽑아 낸 처리수를 ABR 반응조에 주입함으로써 해결할 수 있다.

막의 설치는 또한, 생물학적 처리조 내의 미생물의 양을 목표로 하는 농도까지 계속하여 증가시킬 수 있는 장점과, 고액분리를 위하여 통상의 오폐수처리시설에서 설치되어 있는 침전조를 설치할 필요가 없어 부지를 절감하는 효과를 기할 수 있다. 물론, 오폐수의 특성에 따라, 생물학적 처리조에서 뽑아 낸 처리수내에 탈질을 위해 필요한 유기물이 충분하지 않을 경우, ABR 반응조에 외부탄소원을 손쉽게 공급해 줄 수 있어 관리 및 효율상의 장점을 극대화 할 수 있다.

이와 같이, 후단의 처리단계인 ABR반응조로의 부족한 유기물 공급에 의한 탈질이 기존의 개발된 생물학적 고도처리공정에서 시도한 (생물학적 처리조의 조 분할에 따른 반응조 전단 혹은 각 반응조로의 유입수 및 외부탄소원의 분할 공급) 방법에 의한 탈질보다 우수한 이유는 다음과 같다. 기존의 공정에서는 반응조의 운전방식 및 특성에 따라 탈질에 필요한 계산된 유기물 양이 생물학적 처리조 내로 유입될 경우에도 유입수의 성상변화에 따라 탈질률이 영향을 받게 되어 조업상의 안정성을 확보하기가 어려우나, 후단의 처리단계인 ABR 반응조에서는 전단의 생물학적 처리조에서의 잔류유기물이 거의 소모된 상태이고, 질산성 질소만이 과량 포함되어 있으므로, 질산성 질소양의 탈질에 필요한 만큼의 유기물양이 공급됨으로 탈질을 안정적으로 기할 수 있다.

기존의 오폐수의 고도처리공정에서 막을 침지하여 고농도의 미생물을 확보하고자 하는 공정은 개발되어 있으나, 본 발명과 같이 후단의 또 다른 생물학적 처리공정의 효율적인 조업을 위하여 설치한 예는 없으며, 특히, 기존의 막 침지형 공정에서는 고농도로 포함되어 있는 질소를 효과적으로 탈질할 수 있는 방법이 개발되어 있지 않은 상황에서, 막 침지형 생물학적 처리공정과 ABR 공정의 병합에 의하여 고농도 질소를 포함한 폐수에서의 유기물제거, 질소제거를 효과적으로 달성할 수 있었다.

이하 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 국한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

본 발명에서 사용한 축산폐수는 G시에 위치한 5천두 규모의 분뇨분리형의 스크랩퍼형 돈사에서 채취한 폐수로서 성상은 표1에 나타내었다. 실험에 사용된 폐수의 성상은 채취시기에 따라 변동폭이 매우 컸으며, 특히 계절적인 영향이 가장 컸다. 여름철에는 전체적으로 농도가 낮아지면서 특히 유기물과 질소성분의 비가 매우 낮아졌다. 분석결과 pH는 약알카리성을 나타냈으며, 질소성분의 대부분은 NH₄ ⁺-N으로 나타났다.

실험에 사용한 축산폐수의 특성 (단위 :pH, mg/L 단위 생략)

	평균값	최소값	최대값
pH	8.36	7.83	8.57
알칼리도	5662	3390	8480
TCODcr	4479	1517	8184
SCODcr	3878	820	7812
TBOD	2567	706	4254
SBOD	1824	263	3600
TOC	1579	465	2915
TSS	963	200	5733
총질소	3248	2200	5100
암모니아성 질소	1502	885	1985

실시예 1. 막 침지형 A/O/A/O 공정 및 혐기성 그래뉼을 충진한 ABR 공정

본 발명에 사용한 실험장치는 5ton 규모의 스테인레스 스틸로 제작되었으며, 개략도는 도 1과 같다. 실험장치의 구성은 크게 탈질조와 폭기조, 2차 탈질조, 2차 폭기조(막이 침지되어 있음)와 혐기성 그래뉼을 장착한 ABR 반응조로 나누어 졌다. 원활한 질산화반응을 위하여 알칼리도를 보충하기 위하여 NaHCO₃를 폭기조에 공급하였다.

본 실험장치의 구성은 크게 실험실에서 수행한 생물막 공법의 결과 및 현장특성과 규모에 맞게 제작한 파일로트 플랜트(Pilot plant)에서의 1년간의 운전 결과를 바탕으로 구성하였다. 그간의 실험결과, 방사형 회전원판공정의 경우, 효율이 우수하였으나 향후, 실제 현장에서의 적용시 회전원판법에 대한 현장의 편견 및 고장시 전체공정의 조업에 미치는 안정성 등이 본 공법의 보급에 문제점으로 지적될 소지가 있어, 고농도의 미생물의 조업목적에 부합하고, 후처리공정의 조업에 유리한 침지형 MF형 막분리공정을 도입하게 되었다.

그간의 연구결과 및 타 연구자의 연구결과를 종합하여 볼 때, 경제성 측면에서 외부탄소원의 제공을 통하여 고농도의 질소를 함유한 축산폐수를 처리하고자 할 때, 현재의 축산업계의 현실상 그 비용을 고정비용으로 부담하기가 쉽지 않은 상황이고, 축산폐수 내에 존재하는 BOD양으로 상당부분 탈질원에 소요되는 유기물량을 대처할 수가 있기 때문에, 막공정을 통하여 생물학적 반응기 내에서의 미생물의 양을 고농도로 유지하고, 생물학적 처리공정의 처리수 내에 존재하는 질산성 질소 형태의 질소만 후처리공정에서 완벽하게 제거될 수 있다면, 효과적으로 축산폐수를 처리할 수 있을 것으로 판단되었다.

그간의 실험결과, 처리수의 COD는 약 400 mg/l - 1000 mg/l, 질산성 질소는 300 - 400 mg/l 정도를 나타내어, 혐기성 그래뉼을 장착한 ABR 형태의 반응기를 후단에 설치, 막분리공정의 처리수를 투입, 혐기적으로 운전 할 때, 부유성 슬러지의 발생 방지, 처리수의 탈질이 원활히 진행될 것으로 판단되었다.

이러한 결과는 실험을 통하여 사전 점검을 완료하고, 파일로트 플랜트 상에서 운전을 수행하였다. 생물학적 처리조의 운전조건을 표 2에 나타내었으며, 도 1에 본 공정의 모식도를 나타내었다.

생물학적 처리조의 운전조건

Item	anoxic	Oxic	Anoxic	Oxic
Reactor volume (L)	1500	2500	500	500
Total recycle ratio (Q)
first reactor Nitrogen load(kgN/㎥·day)	1106 (average)
first reactor Organic load(kgBOD/㎥·day)	4830 (average)
HRT (day)	3	5	1	1
External alkalinity		NaHCO₃

본 공정에는 침지형 막으로는 중공사형의 MF(Micro Filteration)막을 사용하였으며, 조업기간 중 막 flux는 5 - 20 l/m²,h 의 범위에서 운전하였다. ABR 반응조는 0.5 톤의 크기로 제작, 혐기성 그래뉼 슬러지를 반응기의 75% 범위로 충진, HRT 1-3일의 범위에서 운전하였다. ABR 반응조에 적당량의 메탄올을 주입, 탈질을 위해 필요한 유기물을 공급해 주었다.

실시예 2. 질소의 거동

도 2는 운전기간동안의 생물학적 처리조내의 암모니아성 질소의 거동을 나타낸 것이다. 운전기간 동안 평균 2000 mg/L의 NH₄ ⁺-N가 유입되었다. 10일 정도의 원수를 사용한 순응기간을 거치면서 반응기내의 암모니아성 질소의 농도가 낮은 상태에서 운전을 시작한 결과, 대부분의 암모니아성 질소가 질산성 질소로 전환됨에 따라, 반응기 운전기간동안 전체 반응기를 통하여 낮은 농도의 암모니아성 질소가 유지되고 있음을 알 수 있다. 펌프의 고장으로 인한 일부 운전기간 (운전기간 ; 60- 80일 사이)을 제외한 제거율을 보면 약 99%의 거의 모든 NH₄ ⁺-N가 질산화되었다.

유출수 중의 질소형태는 대부분 질산성 질소의 형태로 생물학적 처리공정의 유출수는 평균 500 mg/l 정도의 질산성 질소를 보였다. 유입수의 질소 및 BOD 농도를 비교해 보면, C/N 비가 4.36 정도로 탈질조에서 충분한 탈질이 가능할 것으로 예상되었으나, 축산폐수의 경우, 타 연구자의 연구결과에서 보여지 듯이, C/N 비가 6-7 정도 소요되는 것으로 밝혀지고, 본 연구에서도 상기한 C/N 비정도에서는 생물학적 반응조내에서 충분한 탈질이 일어나지 않는 것으로 나타났다.

실시예 3. 유기물의 거동

도 3에는 시험기간 동안의 생물학적 처리조내의 유기물의 거동을 나타내었다. 그림에 보이는 바와 같이 유입폐수의 유기물의 부하는 초기의 변동 이후에는 약 6000 mg/l 정도의 일정한 농도로 유지되었다. 생물학적 처리조의 무산소조에서 대부분의 유기물이 탈질에 소요되어 전체 반응조 내에서의 유기물의 농도차이는 크게 보이고 있지 않다. 한편, 유출수에 포함되어 있는 700 - 800 mg/l 정도의 COD는 GPC(gel permeation chromatography)에 의하면, 대부분이 난분해성 물질들인 것으로 판단된다.

실시예 4. 침지형 막의 조업성능

표 3에는 조업기간 동안의 침지형 막의 flux 변화 및 flux에 따른 압력 변화를 나타내었다.

침지형 막의 flux 변화 및 flux에 따른 압력 변화

조업기간(일)	막flux(l/m²,h)	막운전시 차압(kgf/cm²)
1-20	5	-0.04 ~ -0.05
21-40	10	-0.16 ~ -0.18
41-70	15	-0.23 ~ -0.27
71-100	20	-0.31 ~ -0.32

표 3에 나타낸 바와 같이 막 flux를 증가시킴에 따라, 막 운전시 차압(suction pressure)이 증가하였으나, 운전기간동안 안정적인 투과율을 보이고, 막 폐색 등의 현상이 나타나지 않았다. 통상, 중공사형 MF막의 경우, 일정한 조업 후, 역세등의 과정을 통하여 막의 성능을 개선시켜야 하나, 본 공정에 사용한 막의 경우, 역세가 필요치 않고, 간단한 화학세정에 의하여, 막을 반영구적으로 사용할 수 있어, 전체 공정의 조업의 안정성을 도모할 수 있다는 장점이 있다.

실시예 5. 후단 ABR 반응조의 조업성능

혐기성 그래뉼 슬러지를 충진한 ABR 반응기에서 혐기적 운전으로 인하여 생물학적 처리조의 질소( 질산성질소 ; 평균 500 mg/l)를 95% 이상 제거(유출수의 질산성 질소 ; 40 mg/l) 하였다. 한편, 생물학적 처리조의 처리수에 포함되어 있는 암모니아성 질소(평균; 100 mg/l)는 운전기간동안 본 ABR 반응조에서는 제거가 되지 않아 총질소는 평균 140 mg/l 의 농도로 측정되었다. 향후, 이 반응조내에서의 ANAMMOX 반응에 의한 암모니아성 질소의 감소가 이루어질 경우, 현재 원수 대비 95% 이상인 질소제거율을 더욱 더 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.

본 발명은 탈질조, 폭기조, 2차 탈질조 및 막이 침지되어 있는 2차 폭기조로 구성된 생물학적 처리조와 혐기성 그래뉼 슬러지로 충진된 반응조가 결합된 오폐수 처리장치를 제공하고, 상기 오폐수 처리장치를 이용하여 오폐수를 처리하는 방법을 제공하는 효과가 있다.본 발명에 따르면 막침지형 생물학적 처리공정과 ABR 공정에 의하여 고농도 질소를 포함한 폐수에서 유기물과 질소를 효과적으로 제거할 수 있다.

도 1은 침지형 막을 포함한 공정 및 혐기성 그래뉼 슬러지가 충진된 ABR공정으로 이루어진 오폐수처리장치의 모식도이다.

도 2는 오폐수처리 과정의 암모니아성 질소의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 3은 오폐수처리 과정의 동안의 유기물의 변화를 나타낸 그래프이다.

Claims

생물학적 처리조와 탈질반응조를 구비하는 오폐수 처리장치에 있어서, 상기 생물학적 처리조는 무산소조, 폭기조, 2차 무산소조 및 막이 침지되어 있는 2차 폭기조로 구성되고, 상기 탈질 반응조는 혐기성 그래뉼 슬러지로 충진된 반응조인 것을 특징으로 하는 오폐수 처리장치.
제1항에 있어서, 막은 중공사형 마이크로 필트래이션 막인 것을 특징으로 하는 오폐수 처리장치.
제1항에 있어서 혐기성 그래뉼 슬러지로 충진된 반응조가 ABR(anaerobic baffled reactor) 또는 UASB(Upflow anaerobic sludge blanket)인 것을 특징으로 하는 오폐수 처리장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 오폐수 처리장치를 사용하는 것을 특징으로 하는 오폐수의 처리방법.