KR100519430B1 - 하·폐수 고도처리장치 및 이를 이용한 하·폐수 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고도처리장치 및 이를 이용한 고도처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유량 조정조 (2); 유입수, 내부반송수 및 반송슬러지의 혼합을 위한 혼합조 (3); 탈질을 위한 무산소조 (4); 잔류 유기물 및 잔류 탈질 가스를 제거하는 탈기조 (5); 슬러지와 상등수로 분리하는 제 1침전조 (6); 고정상의 미생물 접촉재를 포함하고, 암모니아성 질소를 질산화시키는 다단 포기조 (7); 및, 최종 침전조(8)를 포함하고, 이 때, 상기 제 1 침전조는 침전 슬러지의 일부를 상기 혼합조로 반송시키기 위한 반송장치 (10)을 구비하고, 상기 다단 포기조 (7)의 최후단의 조는 질산화된 유입수의 일부를 상기 혼합조(3)으로 내부 반송시키기 위한 반송장치 (13) 및 인의 제거를 위한 전기분해 장치 (9)를 구비하고 있는 고도처리 장치 및 상기 장치를 이용한 하폐수의 고도처리방법에 관한 것이다. 본 발명의 고도처리장치는 종래기술과 비교하여 높은 처리효율을 안정적으로 유지할 수 있으며, 유입수내의 부하 변동 또는 시설 규모에 관계없이 관리가 용이하여, 유입수 내 부하 변동이 심한 중·소규모의 하폐수 처리장에서도 유용하게 사용될 수 있다.

Description

하·폐수 고도처리장치 및 이를 이용한 하·폐수 처리방법{Apparatus for Advanced Wastewater Treatment and Method of Treating Wastewater by using the Same}

본 발명은 고도처리장치 및 이를 이용한 하폐수 처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유량 조정조 (2); 유입수, 내부반송수 및 반송슬러지의 혼합을 위한 혼합조 (3); 탈질을 위한 무산소조 (4); 잔류 유기물 및 잔류 탈질 가스를 제거하는 탈기조 (5); 슬러지와 상등수로 분리하는 제 1침전조 (6); 고정상의 미생물 접촉재가 설치된, 암모니아성 질소를 질산화시키는 다단 포기조 (7); 및, 최종 침전조(8)를 포함하고, 이 때, 상기 제 1 침전조는 침전 슬러지의 일부를 상기 혼합조로 반송시키기 위한 반송장치 (10)을 구비하고, 상기 다단 포기조 (7)의 최후단의 조는 질산화된 유입수의 일부를 상기 혼합조(3)으로 내부 반송시키기 위한 반송장치 (13) 및 인의 제거를 위한 전기분해 장치 (9)를 구비하고 있는 고도처리 장치 및 이를 이용한 하·폐수 처리방법에 관한 것이다.

고도 처리라 함은 질소와 인을 함유한 하·폐수에서, 유기물 뿐만 아니라 질소와 인성분도 동시에 제거하는 향상된 정수처리방법을 말하는데, 이 때, 질소의 제거는, 호기성 분위기하에서 폐수 내의 질소화합물을 질산성 질소로 전환하는 질산화 공정 및 무산소 분위기하에서 질산성 질소를 질소기체로 환원시키는 탈질공정을 통해 이루어지고, 통상 생물학적으로 이루어지는 인의 제거는 혐기성 상태에서 미생물의 대사활동에 의해 인을 방출시키고, 호기성 상태에서 미생물로 하여금 인을 과잉으로 섭취하게 한 후 이를 슬러지로 제거하는 과정을 통해 이루어진다.

상기 과정 중, 생물학적 질소 제거를 위한 시스템의 구성 및 설계에서 중요한 요소는 효과적인 질산화를 위해 SRT (Solid Retention Time)를 길게 유지하는 것인 바, 질소제거 시스템에서 요구되는 SRT는 질산화미생물의 비성장속도의 역인 하기 수학식 1로 표현할 수 있고, 5 내지 30℃의 온도범위에서 실제 설계를 위한 질산화 미생물인 Nitrosomonas 의 최대성장율(Maximum growth rate)과 온도와의 관계는 하기 수학식 2와 같다:

SRT = 1/(μn - Knd)

[상기 식에서, n은 질산화 미생물의 비성장속도(g new cell/ g cell day)이고, Knd은 질산화미생물의 내생 사멸율(g cells decayed/g cell day)임]; 및,

μn(max) = 0.47e ^0.098(T-15)

[상기 식에서, n(max)는 질산화미생물의 최대 비성장속도를, T는 폭기·질산화조 온도(℃)를 말한다).

일반적으로 질산화 미생물의 경험적인 세포 생성율은 질산화 미생물 (Nitrosomonas 및 Nitrobacter)에 대하여 각각 0.04 내지 0.13 mgVSS/mg NH₄ ⁺-N와 0.02 내지 0.07 mgVSS/mgNO₂ ^--N로 종속영양 미생물보다 매우 낮게 유지되는 편이다.

최근 호소 및 연근해의 부영양화를 유발하는 질소와 인에 대한 적절한 제거가 절실히 필요하나, 중·소규모 처리시설의 경우 하수도달시간이 대규모 처리장에 비하여 매우 짧고, 유입 수량의 변동이 일간, 주간 및 계절에 따라 매우 커서 질소 및 인이 함께 제거되는 처리가 어려운 반면, 높은 수준의 방류 수질의 유지가 필요한 경우가 많으나, 종래 중·소규모 폐수 처리장의 경우 대부분 유기물질과 부유물질 제거에 촛점이 맞추어져 있을 뿐, 질소와 인의 영양염류에 대한 처리가 거의 이루어지지 않고 있다. 부유미생물을 이용한 대규모의 활성슬러지 공정에서는 침전조에서 포집된 미생물 플럭을 포기조로 반송시켜 포기조의 미생물 농도를 원하는 만큼 높게 유지하여 적절한 처리를 유지하지만, 유입 수질 및 유량의 변동이 심한 중·소규모 시설에 있어 미생물 플럭 형성 형성이 좋지 않을 경우에는 반응조내의 미생물 농도를 충분히 높게 유지하기 어렵기 때문에 질소 및 인의 처리가 어렵게 되는 바, 적절한 미생물량을 유지하기 위해서는 매우 까다로운 제어과정을 통한 설비 운전이 필요하다. 나아가, 질소의 제거를 위한 탈질 및 질산화 공정은 그 관련 미생물이 별도로 존재하지만, 상기 두 공정이 연속적으로 이루어지는 종래기술 하에서는 각 공정에 관련된 미생물이 모두 존재하는 가운데 각각의 반응조에서 미생물에 유리한 조건을 제공함으로써 탈질 혹은 질산화를 달성하고 있으므로, 상대적으로 일반 유기물 제거와 탈질에 관여하는 종속영양미생물보다 비성장속도가 느리고 환경에 민감한 질산화 미생물인 독립영양미생물의 적절한 미생물량의 보유는 매우 어렵다.

한편, 고도처리에 있어 인의 제거가 대부분 생물학적 처리 방법에 의존하고 있으나, 중·소규모 시설의 경우 운전이 복잡하고 유입부하의 변동이 커서 인의 처리가 안정적으로 이루어지기 힘들고, 슬러지 저류조에서 인이 재용출되어 처리계통내로 다시 유입되는 단점이 있다. 상기 단점을 극복하기 위해 약품을 이용한 인의 화학적 처리방법이 개발되어 있으나, 이 경우, 약품 투입 시설의 설치 및 유지관리문제, 지속적인 약품 구입 비용소요, 잔류 화학약품으로 인한 2차 오염발생 및 과량의 슬러지 처리 등의 많은 문제점을 가지고 있다. 아울러, 전기분해장치를 이용한 인 제거 방법도 공지되어 있으나, 종래 고도처리장치의 경우, 전기 분해에 의해 인 제거가 이루어질 처리수 내에 부유 미생물 농도가 필연적으로 높기 때문에 전극판 표면의 미생물피막 형성을 막을 수 없어 저항이 증가되고 높은 전압이 요구되는 등, 장치 운전의 안전상 및 비용상 단점이 있고 시간 경과에 따라 처리효율도 현저히 저하하는 등의 문제가 있다.

따라서, 당해 기술분야에는 전술한 문제점을 해결하여, 처리규모, 유입되는 하폐수의 수질, 하폐수의 양, 및 계절 등에 관계없이 높은 효율 및 저비용으로 질소 및 인를 포함한 하폐수를 고도처리할 수 있는 장치에 대한 요구가 있어왔다.

본 발명자들은 전술한 종래기술상의 문제점을 해결하기 위하여 예의 연구한 결과, 고도처리과정에 있어 탈질조와 질산화조 사이에 1차 침전조를 설치한 분리형 반응기를 사용하고 2 이상의 조로 구성되며 고정상 미생물 접촉재를 포함한 다단 포기조에서 질산화를 수행하며, 탈질 미생물과 질산화 미생물을 효과적으로 분리하여 운전하고 필요에 따라 각각의 미생물 양을 손쉽게 조절함으로써 탈질 및 질산화 반응이 높은 효율로 안정적으로 이루어질 수 있도록 하고, 인 제거를 도모할 경우, 혐기조 대신 다단 포기조의 최후단에 전기분해장치를 제공하여 부유 미생물의 농도가 현저히 감소된 상태에서 전기분해에 의해 인을 제거함으로써, 전극 표면에의 미생물 피막 형성을 방지하여 저항증가 및 그에 따른 필요전압의 증가의 문제를 해결할 수 있음을 확인하고 본 발명에 이르게 되었다.

결국, 본 발명은 유입수질과 유량 변동이 심한 중·소규모 시설에 유기물질 및 질소와 인을 동시에 고효율 및 저비용으로 처리할 있는 고도처리장치 및 이를 이용한 하·폐수 처리방법을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 측면은 유입수의 유량을 조정하는 유량 조정조 (2); 상기 유입수, 다단 포기조 (7)로부터의 내부반송수 및 제 1침전조 (6)으로부터의 반송슬러지의 균일 혼합을 위한 혼합조 (3); 탈질 미생물을 이용하여 질산성 질소를 질소가스로 환원시키는 무산소조 (4); 상기 무산소조 (4)로부터의 유입수 내 잔류 유기물 및 잔류 탈질 가스를 제거하는 탈기조 (5); 상기 탈기조(5)로부터의 유입수 내 슬러지를 침전시켜 슬러지와 상등수로 분리하는 제 1침전조 (6); 2 이상의 조로 이루어져 있고 고정상의 미생물 접촉재가 설치되어 있고 상기 미생물 접촉재에 부착된 질산화 미생물을 이용하여 제 1침전조로부터 유입된 상등수내의 암모니아성 질소를 질산화시키는 다단 포기조 (7);및, 상기 다단 포기조 (7)로부터의 유입수 내 슬러지를 침전시키는 최종 침전조(8)를 포함하고, 이 때, 상기 제 1 침전조는 침전 슬러지의 일부를 상기 혼합조로 반송시키기 위한 반송장치 (10)을 구비하고, 상기 다단 포기조 (7)의 최후단의 조는 질산화된 유입수의 일부를 상기 혼합조(3)으로 내부반송시키기 위한 반송장치 (13) 및 인의 제거를 위한 전기분해 장치 (9)를 구비하고 있는 고도처리 장치에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 한 측면은 상기 고도처리장치에 있어, 상기 무산소조 (4) 및 상기 탈기조 (5)가 고정상 미생물 접촉재를 추가로 포함한 고도처리장치에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 한 측면은, 상기 고도처리장치를 이용한 하폐수의 처리 방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 고도처리장치는 장치 내로의 유입수의 유량을 조정하는 유량조정조 (2)를 포함한다. 유량조정조 (2)는 특별히 제한되지 않으며, 공지된 모든 장치를 사용할 수 있다. 필요에 따라, 상기 유량 조정조 (2) 전에 오·폐수 및 하수에 함께 유입되는 조대 입자의 제거를 위한 스크린 조 (1)를 설치할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 고도처리장치는 포기조 (7)로부터의 내부 반송수, 유량 조정조(2)로부터의 유입수 및 제 1 침전조로부터의 반송 슬러지를 균일하게 혼합하기 위한 혼합조 (3)을 포함한다. 상기 혼합조 (3)에서 유입수, 질산화를 거친 반송수 및, 탈질 미생물과 잔류 유기물을 포함한 반송슬러지의 균일한 혼합이 이루어짐으로써, 후속하는 무산소조(4)에서의 내부반송수 내의 용존 산소에 의한 탈질 효율의 저하를 방지하고 유기물, 내부반송수 및 미생물의 균일한 혼합으로 탈질반응이 용이해져 탈질 효율이 높아진다. 상기 혼합조 (3)내의 혼합은 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 임펠러와 감속기가 부착된 기계적 교반장치에 의해 수행한다.

본 발명의 고도처리장치는 혼합조 (3)으로부터의 유입수 내의 질산성 질소를 질소기체로 전환하는 탈질작용을 위한 무산소조 (4) 및, 상기 무산소조로부터의 유입수 내의 잔류 유기물과 탈질반응에 의해 생성된 질소기체의 제거를 위한 탈기조 (5)를 포함하고 있다. 필요에 따라, 상기 무산소조 (4) 및 상기 탈기조 (5)는 탈질 미생물이 부착된 고정상 미생물 접촉재를 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 무산소조(4)는 부유 미생물 및 부착 미생물을 동시에 포함할 수도 있다. 이처럼 고정상의 미생물 접촉재를 추가적으로 사용할 경우, 항상 일정 수준 이상의 미생물을 확보할 수 있어 유입 부하 변동에 보다 탄력적 및 능동적으로 대처할 수 있는 점에서 추가로 유리하다.

본 발명에 따른 고도처리장치는 상기 탈기조 (5)로부터의 유입수 내 슬러지를 침전시켜 슬러지와 상등수로 분리하기 위한 제 1 침전조 (6)을 포함하며, 상기 제 1침전조에는 분리된 슬러지를 상기 혼합조 (3)으로 반송하기 위한 반송장치 (10)가 구비되어 있는 바, 탈기조 (5)로부터의 유입수 내 탈질 미생물은 슬러지로 분리되어 혼합조 (3)으로 반송되기 때문에, 질산화를 위한 포기조(7)로는 거의 유입되지 않으며 종속 영양의 탈질 미생물과 독립영양의 질산화 미생물을 실질적으로 분리하여 운전할 수 있다. 한편, 탈질과 질산화를 위한 미생물의 혼합물 존재하에 탈질 및 질산화공정이 연속적으로 수행되는 종래 기술과 달리, 각각의 공정에 필요한 유기물 제거와 탈질반응에 관여하는 종속영양미생물과 질산화 반응에 관여하는 독립영양미생물을 분리하여 운전함으로써 각각의 반응조의 효율을 극대화시켜 체류시간 감소에 따른 반응조 용량을 줄일 수 있으며 동시에 반응기 내에 설치된 접촉여재는 형성된 부착 생물막에 따른 충분한 SRT제공과 폐슬러지 발생량을 감소시기며 침전성을 향상시켜 준다. 특히 분리형 반응기는 다단포기조의 전방에 위치한 무산소조와 탈기조에서 유기물을 대부분 제거하고 1차 침전조를 통해 부유물질을 제거하여 암모니아성 질소가 대부분인 상등수만을 다단포기조로 배출하여 다단포기조내 접촉여재에 성장하는 부착생물막 두께를 얇게 유지시킬 수 있어 미생물막 활성을 극대화 할 수 있으며 유입수의 낮은 C/N비를 통해 아래 표1과 같이 생물막내 질산화 미생물의 농도를 높게 유지하는 장점이 있다:

[표 1] : 질산화 미생물 분율과 BOD5/TKN 비에 관한 관계

BOD5/TKN ratio	Nitrifier fraction	BOD5/TKN ratio	Nitrifier fraction
0.5	0.35	5	0.054
1	0.21	6	0.043
2	0.12	7	0.037
3	0.083	8	0.033
4	0.064	9	0.029

한편, 본 발명의 고도처리장치는, 제 1 침전조를 사용하고 포기 다단조 (7)에서 고정상 미생물 접촉재만을 사용함으로써, 부유미생물의 농도가 현저히 줄어든 상태하에서 전기분해를 통한 인의 제거가 이루어지게 되므로, 종래의 전기분해법에 따른 단점 (즉, 부유 미생물에 의한 미생물 피막형성 및, 이로 인한 저항과 필요 전압증가)을 해결할 수 있다.

본 발명에 따른 고도처리장치는, 질산화 미생물이 부착된 고정상 미생물 접촉재를 포함한 2 이상의 조로 이루어져 있고 상기 접촉재 부착 미생물을 이용하여 제 1 침전조로부터 유입된 상등수 내의 암모니아성 질소를 질산화시키는 다단 포기조 (7)을 포함하며, 상기 다단 포기조 (7)의 최후단에는 인의 제거를 위한 탈착가능형 전기분해장치(9) 및 질산화를 거친 처리수의 일부를 상기 혼합조 (3)으로 반송시키기 위한 반송장치 (13)가 구비되어 있다. 상기 전기분해장치 (9)는 탈착과 부착이 자유로운 형태로서, 자동 전극변환장치, 전류 공급원 (120) 및 금속 전극판 (130)으로 이루어져 있어(참조: 도 2), 상기 전류 공급원 (120)이 상기 전극판 (130)으로 전류를 공급하여 전기 분해에 의해 용출된 금속이온이 인을 금속염의 형태로 제거한다. 이 때, 일정시간 경과 후 전극을 자동으로 바꿀 경우, 금속 전극판의 수명 및 용출 효율을 높일 수 있다. 통상의 고도처리장치의 경우, 혐기조를 설치하여 생물학적 방법에 의해 인을 제거하였으나, 본 발명에 따른 장치에서는 상기 전기분해장치 (9)에서의 금속이온의 용출량을 조절하여 별도의 처리 시설없이 하폐수 내 인을 안정적으로 제거할 수 있어 경제적일 뿐만 아니라, 처리 원수의 인 농도를 고려하여 금속이온의 용출량을 조절함으로써 유출수의 인 농도도 낮게 유지할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 부유 미생물의 농도가 현저히 감소된 상태에서 전기분해에 의한 인의 제거가 이루어지기 때문에 종래 기술상의 전극판 미생물피막에 의한 처리효율 저하와 유지비 증가의 문제점이 해결될 수 있다. 즉, 종래 전기 분해장치를 이용한 인 제거의 경우, 부유미생물이 존재하는 반응조에 전기분해장치를 설치하여 운영함으로써, 전극판에 미생물막에 의한 두꺼운 피막의 형성이 불가피하여 상기 피막으로 인해 생긴 높은 저항에 의해 금속이온의 용출속도를 현저히 감소함으로써 인 제거 처리효율이 저하되고, 추가로 높은 전압 및 높은 전력소비가 요구되어 안전 및 비용측면에서 매우 불리하였으나, 본 발명에 따른 장치의 경우, 고정상의 미생물 접촉재를 사용하고 2 단 이상으로 이루어진 포기조의 최후단에 상기 전기분해장치를 설치함으로써 기존 활성슬러지법등과 같은 부유미생물을 운전하는 생물 반응기에서는 해결할 수 없는 전술한 문제점을 완전히 해결하여 질소 및 인처리 모두에서 높은 효율을 달성하고, 비용을 현저히 감소시켰다.

한편, 상기 다단 포기조 (7) 및, 선택에 따라, 무산소조 (4)와 탈기조 (5)에 포함된 고정상의 미생물 접촉재 (11)는 섬유재질로서 일정한 공극(공극률 90%이상)을 유지하기 위하여 로프형(끈 형상)으로 제작된 것이다. 보다 바람직하게는 소정의 합성섬유를 단독 또는 혼합하여 사용한 실로 구성된 중심사와, 상기 중심사 주위에 미생물을 고농도로 보유하기 위하여 이형단면사를 사용하여 공극률 90% 이상 유지하도록 고리 모양을 형성한 로프사로 이루어진 접촉재를 사용한다. 특히 미생물이 빠르게 부착하고 쉽게 탈리되지 않도록 단면의 굴곡이 많은 이형 단면사를 사용한다. 사용되는 섬유의 재질로서는 나일론, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, PVC 또는 PVDC 등을 예시할 수 있는 바, 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 섬유의 굵기가 가늘수록 비표면적은 증가하나, 사절을 고려하여 필라멘트 한 가닥의 굵기가 100∼1500 데니어 수준인 섬유를 단독 또는 합사하여 사용한다. 형태는 공극률을 높이고 통수저항을 적게 하기 위해 3 ㎜ 이상의 굵기를 가진 로프사 또는 멀티사 주위에 고리 모양을 형성하여 형태를 구성한다.

미생물 접촉재는 생물반응조 1 ㎥당 30 내지 300 m 설치하고, 설치간격은 30 내지 200 ㎜ 범위로 하여 적당한 접촉재 간격을 통해 폐색을 방지하여 생물막내로 영양분 및 전자수용체(O₂, NO₃ ^-등)의 확산을 원활하게 해준다. 한편, 무산소조(4), 탈기조(5)와 다단 포기조(7)은 접촉재 표면의 미생물막에 영양분 및 전자수용체(O₂, NO₃ ^-등)가 원활하게 공급되도록 간헐적인 탈리를 위해 접촉재 하단으로부터 20 내지 30 ㎝ 간격을 떨어뜨린 후 탈리장치(12)를 전면에 설치한다. 미생물 접촉재는 스테인레스 자재(STS304 등) 또는 폴리에틸렌 코팅이 된 일반 스틸자재 등을 사용하여 제작한 고정 설치대를 이용하는 바, 상기 설치대의 형상은 조의 형상을 고려하여 공지된 모든 형태가 가능하며, 바람직하게는 도 3과 같은 형상의 설치대를 사용한다. 미생물 접촉재는 평철에 고정용 고리를 부착하여 설치하거나(참조: 도 4) 평철 또는 앵글에 홈을 내어 거는 방법을 사용하여 단단하게 고정하는데, 이는 수류저항과 폭기에 의한 유동에도 미생물이 안정적으로 부착될 수 있도록 해 준다. 이처럼 미생물접촉재를 설치하여 운전할 경우, 고농도의 미생물을 안정적으로 보유할 수 있고 필요에 따라 부유상 미생물을 별도로 유지하여 고농도 유입수를 짧은 체류시간 동안 처리할 수 있다. 또한, 미생물접촉재에 부착된 미생물은 부유상 미생물과 달리 SRT를 길게 유지할 수 있어 질산화미생물과 같이 비증식속도가 느린 미생물이 최적의 활성을 나타낼 수 있고, 수온 및 부하변동에도 높은 효율을 나타낼 수 있다. 즉, 고정상 미생물접촉재(11)는 항상 일정량의 미생물을 유지하여, 겨울철 저수온이나 질산화 저해물질등의 충격부하에 유연하며, 질산화 미생물의 SRT를 길게 유지할 수 있다.

마지막으로, 본 발명에 따른 고도처리장치는, 상기 전기분해장치 등이 구비된 다단 포기조 (7)의 최후단을 지난 처리수 내 슬러지 (예를 들어, 탈리된 다단 포기조(7) 내 부착 미생물 등)를 침전시키기 위한 최종 침전조 (8)를 포함하는 바, 상기 최종 침전조 (8)에서 침전된 슬러지는 바로 배출되거나, 혹은 1차침전조로 반송되어 1차 침전조에서 폐슬러지를 농축조로 보내어 처리되고, 고도처리가 완료된 상등수는 배출된다.

도 1은 본 발명에 따른 상기 고도처리장치의 한 바람직한 구현 예를 나타낸 것으로, 이하, 이를 참조하여 본 발명에 따른 고도처리장치를 이용한 하·폐수 정화방법에 대하여 설명한다.

우선, 스크린 조(1) 및 유량조정조 (2)를 거친 유입수는 혼합조 (3)으로 들어가고, 상기 혼합조 (3)에서 후술하게 될 제 1 침전조 (6)으로부터의 반송 슬러지 및 다단 포기조(7)의 최후단으로부터의 반송수와 혼합된 후, 무산소조 (4)로 도입된다. 상기 무산소조 (4)에서 부유상 (및, 필요에 따라 고정상) 미생물에 의해 탈질작용을 거친 유입수는 다시 탈기조 (5)로 들어가고, 상기 탈기조내에서 유입수 내의 잔류 유기물 및 잔류 탈질 가스가 제거된다. 상기 탈기조를 거친 유입수는 제 1 침전조 (6)으로 들어가며, 여기서 슬러지 침전이 일어나 슬러지 및 상등수로 분리된다. 침전된 슬러지는 반송장치 (10)에 의해 혼합조 (3)로 반송되고 미생물 농도를 일정하게 유지시켜 준다. 한편 상기 제 1 침전조 (6)의 상등수는 2개 이상의 조로 이루어진 다단 포기조 (7)로 유입되며, 다단 포기조 (7)을 구성하는 각 조내에 설치된 고정상 미생물 접촉재에 부착된 질산화 미생물에 의해 유입수 내 암모니아성 질소가 질산으로 전환된다. 앞서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 장치를 이용할 경우, 탈질공정과 질산화 공정 중간에 제 1 침전조를 설치함으로써 서로 다른 성장환경을 지닌 미생물의 분리를 통해 각 반응조 내 특정 미생물의 배양을 통해 탈질과 질산화 효율을 극대화 하는 장점이 있다. 다단 포기조 (7)에서 질산화가 완료된 유입수는 최후단의 포기조 후방에 설치된 전기분해 장치(9)에 의해 생성된 금속이온을 이용한 인 제거공정을 거치게 되고, 최종 침전조 (8)을 거처 슬러지 및 상등수로 분리되어 배출된다.

본 발명에 따른 상기 장치 및 방법을 사용할 경우, 유기물질(BOD) 177.8mg/L, 부유물질(SS) 118.6mg/L, 총질소 42.8mg/L, 총인 11.4mg/L 농도인 도시하수를 유입시켜 운영한 결과, 유기물질은 4.8mg/L, 부유물질 4.6mg/L, 총질소는 10.2mg/L, 총인 1.3mg/L로 감소함을 관찰할 수 있었으며, 그 제거효율은 각각 96.2%, 94.6%, 76.1%, 87.2%였다.

본 발명에 따른 고도처리장치를 이용할 경우, 종래기술과 비교하여 높은 처리효율을 안정적으로 유지할 수 있으며, 유입수내의 부하 변동 또는 시설 규모에 관계없이 관리가 용이하여 특히, 유입수 내 부하 변동이 심한 중·소규모의 하폐수 처리장에서도 유용하게 사용될 수 있다. 또한, 종래기술상에 존재하던 문제 없이 전기분해방법을 통해 인을 제거함으로써, 2차오염이 없고, 인 제거를 위한 별도의 처리조가 없이 운전될 수 있어 부지 및 시설의 증가에 따른 어려움을 해결하며 상대적으로 폐수 처리시간을 길게 확보할 수 있으며, 이 때 발생된 수산화물 형태의 금속염은 침전성을 더욱 좋게 하는 부수적인 효과를 제공한다. 나아가, 1차침전조를 이용하여 무산소조와 다단 포기조에서 탈질미생물과 질산화 미생물을 분리 배양하여 각 조의 처리효율을 높이고 고정상 접촉여재를 이용하여 항상 일정량의 부착미생물을 확보하여 수온 및 부하변동에 안정적인 대처가 가능하며 질산화 미생물의 SRT를 길게 유지시킬 수 있어 안정적인 질산화 효율을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 장치 및 이를 이용한 하·폐수 처리방법을 개략적으로 나타낸 모식도이고; 도 2는 본 발명에 따른 장치에 있어, 전기분해 장치가 설치되는 상태를 보다 구체적으로 나타낸 모식도이며; 도 3은 본 발명에 따른 장치에 있어, 생물반응조내의 미생물 접촉재 설치대의 사시도이고; 도 4는 본 발명의 고정상 미생물 접촉재가 상기 미생물 접촉재 설치대 상에 설치되어 있는 상태를 보여주는 상세도이다

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

(1) : 스크린조 (2) : 유량조정조

(3) : 혼합조 (4) : 무산소조

(5) : 탈기조 (6) : 1차 침전조

(7) : 다단 포기조 (8) : 최종 침전조

(9) : 전기분해장치 (10) : 슬러지 반송장치

(11) : 고정상 미생물 접촉재 (12) : 탈리장치

(13) : 내부 반송장치 (110): 다단포기조의 최후단

(120): 전류 공급원 (130): 금속 전극판

(14) : 평철 또는 앵글 (STS304 또는 SS with PE coating)

(15) : 미생물 접촉재 고정용 고리 (STS304)

Claims (7)

1. 유입수의 유량을 조정하는 유량 조정조 (2); 상기 유입수, 포기조 (7)로부터의 내부반송수 및 제 1침전조 (6)으로부터의 반송슬러지의 균일 혼합을 위한 혼합조 (3); 탈질 미생물을 이용하여 질산성 질소를 질소가스로 환원시키는 무산소조 (4); 상기 무산소조 (4)로부터의 유입수 내 잔류 유기물 및 잔류 탈질 가스를 제거하는 탈기조 (5); 상기 탈기조(5)로부터의 유입수 내 슬러지를 침전시켜 슬러지와 상등수로 분리하는 제 1침전조 (6); 고정상의 미생물 접촉재가 설치된 2 이상의 조로 이루어져 있고 상기 미생물 접촉재에 부착된 질산화 미생물을 이용하여 제 1침전조로부터 유입된 상등수내의 암모니아성 질소를 질산화시키는 다단 포기조 (7); 및, 상기 다단 포기조 (7)로부터의 유입수 내 슬러지를 침전시키는 최종 침전조(8)를 포함하고, 이 때, 상기 제 1 침전조는 침전 슬러지의 일부를 상기 혼합조로 반송시키기 위한 반송장치 (10)을 구비하고, 상기 다단 포기조 (7)의 최후단 조는 질산화된 유입수의 일부를 상기 혼합조(3)으로 내부반송시키기 위한 반송장치 (13) 및 인의 제거를 위한 전기분해 장치 (9)를 구비한 고도처리 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 무산소조 (4) 및 상기 탈기조 (5)는 고정상의 미생물 접촉재를 추가로 포함하는 것을 특징으로 고도처리장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 미생물 접촉재는 각각의 조의 부피(㎥)를 기준으로 30 내지 300m (길이)로 제공되는 것을 특징으로 하는 고도처리장치.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 미생물 접촉재는 굵기가 100 내지 1,500데니아(denier)인 나이론, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, PVC 및 PVDC로 이루어진 군으로부터 선택된 1 또는 2 이상의 합성섬유를 단독 또는 혼합하여 사용한 실로 구성된 중심사와, 상기 중심사 주위에 미생물을 고농도로 보유하기 위하여 선택된 1 또는 2 이상의 이형단면사를 단독 또는 혼합하여 사용하여 공극률 90% 이상 유지하도록 고리 모양을 형성한 로프사로 이루어진 접촉재를 사용한 것을 특징으로 하는 고도처리장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 전기분해장치 (9)는 탈·부착이 가능한 자동 전극변환장치, 전류 공급원 (120) 및 금속 전극판 (130)으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 고도처리장치.
6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 무산소조(4)-탈기조(5)와 다단 포기조(7)에 부착미생물의 간헐적인 탈리를 위한 탈리장치(12)가 추가적으로 설치된 고도처리 장치.
7. 제 1항에 따른 장치를 이용한 하폐수 처리 방법.