KR100564722B1 - 하폐수 고도 처리 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 하폐수 고도 처리 시스템 및 방법은, 최종 침전조로부터 반송되는 슬러지를 슬러지 혐기조에 저장한 다음, 생물 반응조에 투입하여 질소 및 인을 제거할 수 있도록 구성됨으로써, 간단한 구조 변경으로 약품 등을 투입하지 않고도 질소 제거 기능은 충분히 유지하면서, 인 제거 효율을 최대한 높일 수 있게 되어 고효율의 질소 및 인 처리 기능을 수행할 수 있게 된다.

Description

하폐수 고도 처리 시스템 및 방법{Advanced treatment system of wastewater and its method}

도 1은 종래 하폐수 고도 처리 순서가 도시된 블록도,

도 2는 종래 하폐수 고도 처리 시스템이 도시된 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 하폐수 고도 처리 순서가 도시된 블록도,

도 4는 본 발명에 따른 하폐수 고도 처리 시스템이 도시된 구성도,

도 5는 본 발명의 생물학적 인 제거 원리를 설명하기 위한 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

51 : 침사조

53 : 유입 펌프조 55 : 생물 반응조

56 : 폭기용 블로워 57 : 수중 포기기

60 : 최종 침전조 62 : 방류수조

65 : 농축탈수기 67 : 슬러지 인발 펌프

70 : 슬러지 혐기조 72 : 배출구

75 : 반송 슬러지 펌프

본 발명은 하수와 폐수 및 오수의 질산화, 탈질 처리 및 인 제거에 적용하는 하폐수 고도 처리 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 특히 생물 반응조에 슬러지 저장조를 구비하여 인 제거 효율을 높일 수 있도록 한 하폐수 고도 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.

본 출원인은 오수의 활성 슬러지 처리 시스템에 대한 고안을 실용신안등록출원하여 등록(등록 번호; 20-289790)된 바 있다.

상기 등록 고안은 하수처리장에서의 중요문제가 되는 일간, 주간 및 계절에 의한 부하변동 대처로 안정적인 유기물 및 질소ㅇ인의 고효율 제거를 위하여 ASRT(Aerated Solids Retention Time) 이론을 적용하여 하폐수를 안정적으로 처리하기 위한 고안이다.

이와 같은 등록 고안에 대하여 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 상기 등록 고안의 기본적인 구성을 나타낸 블록도이고, 도 2는 등록 고안의 처리 시스템이 도시된 구성도이다.

이에 도시된 처리 시스템은 단일 반응조(15)에서 직접 잉여슬러지를 인발하여 처리하는 시스템으로서, 단일 반응조(15)에서 직접 활성 슬러지액을 유입부하량에 따라 인발한다. 그 결과 유입부하량이 크게 변동하는 경우, SRT(Solids Retention Time)는 변화되지만 혐기처리시간에 대한 호기처리시간의 실질적인 비율 을 유입부하량에 따라 조절함으로서 호기 조건하의 SRT(ASRT)를 일정하게 제어하도록 되어 있다.

이를 위하여 상기 처리 시스템은 활성슬러지를 농축 없이 직접 탈수할 수 있는 유동판식 농축탈수기(25)와 혐기ㅇ호기시간비율을 자유롭게 조정할 수 있는 수중포기기(Aquarator)(17)를 구비하고 있다.

이와 같은 처리 시스템은 상기 단일 반응조(15)에서 질소와 인을 처리하는 과정으로, 침사조(11)로 유입된 오폐수를 유입펌프조(13)에서 상기 단일 반응조(15)에 공급하고, 단일 반응조(15)에 공급된 오폐수는 폭기용 블로워(16) 및 수중포기기(17)의 운전 조건에 따라 혐기 및 호기 처리된다.

이후, 상기 단일 반응조(15) 내의 잉여 슬러지는 슬러지 인발 펌프(27)의 작동으로 농축 탈수기(25)로 바로 이송되어 탈수 처리되고, 단일 반응조(15)에서 배출된 오폐수는 최종 침전조(20)로 유입된 후에 방류 수조(22)를 거쳐 방류하도록 구성된다.

그리고 상기 최종 침전조(20)에서 가라앉은 슬러지를 포함한 슬러지 액은 반송 슬러지 펌프(30)의 작동으로 다시 상기 단일 반응조(15) 내로 반송된다.

그러나 상기한 바와 같은 등록 고안의 하폐수 처리 시스템은 단일 반응조 내에서 혐기 조건 또는 호기 조건으로 교번 운전되면서 인 제거가 이루어지기 때문에 하폐수에 들어있는 인을 보다 효과적으로 제거하는 데는 한계가 있는 문제점이 있다.

즉, 상기한 등록 고안은 ACS 공법 즉, 간헐 폭기 방식을 이용한 것으로서, 이를 ASRT로 조절하여, 슬러지를 단일반응조에서 직접 탈수하는 공정을 갖으나, 이와 같은 처리 공정으로부터 이론적인 인의 제거는 호기 시간대 미생물에 의한 과잉섭취가 이루어지는데, 상기 ACS 공법은 혐기 기간이 다소 짧아서 효과적으로 인의 제거가 이루어지지 못하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 최종 침전조로부터 반송되는 슬러지 액을 생물 반응조와 별도로 구성된 슬러지 혐기조에 저장한 후 생물 반응조에 공급하도록 구성함으로써 생물 반응조에서 호기 상태로부터 인의 과잉 섭취를 안정적으로 유도하여 약품 등을 투입하지 않고도 인의 제거를 효과적으로 달성할 수 있는 하폐수 고도 처리 시스템 및 방법을 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 하폐수 고도 처리 시스템은, 하폐수가 유입되는 생물 반응조와, 상기 생물 반응조 내에 구비되어 혐기 교반과 호기 교반을 선택적으로 수행하는 수중 포기기와, 상기 생물 반응조에서 발생한 잉여슬러지를 인발하여 직접 탈수하여 처리하는 농축 탈수기와, 상기 생물 반응조에서 유입된 하폐수를 공급받아 상등류는 방류하고 침전된 슬러지액은 반송시키는 침전조와, 상기 침전조와 상기 생물 반응조 사이에 구비되어 상기 침전조에서 반송된 슬러지액을 저장한 후 혐기 조건을 거쳐 생물 반응조에 투입하는 슬러지 혐기조를 포함한 것을 특징으로 한다.

상기 침전조와 슬러지 혐기조 사이에는 반송 슬러지 펌프가 구비되어 슬러지 액을 강제 이송토록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 슬러지 혐기조는 상기 생물 반응조에 일체로 구비되되, 구획벽으로 나누어져 구성되는 것이 바람직하다. 여기서 상기 구획벽의 상부에는 상기 슬러지 혐기조에서 넘친 하폐수가 생물 반응조로 넘어가도록 배출구가 구비된다.

또한, 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 하폐수 고도 처리 방법은, 반응조에 유입된 하폐수를 혐기 교반과 호기 교반을 선택적으로 수행하면서 처리하는 단계와; 상기 반응조에서 발생한 잉여슬러지를 인발하여 탈수 처리하는 단계와; 상기 반응조를 거친 하폐수 중 상등류는 배출하고, 하부에 가라앉은 슬러지 액은 슬러지 혐기조로 반송하는 단계와; 상기 반송된 슬러지 액을 상기 슬러지 혐기조에서 혐기 방식으로 저장하여 인의 제거 미생물을 개량하는 단계와; 상기 슬러지 혐기조에서 넘친 오폐수를 다시 상기 반응조로 유입시켜 개량된 미생물로부터 인을 과잉 섭취한 슬러지를 제거하는 상기 단계들을 반복하여 처리하는 단계를 포함한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 하폐수 고도 처리 순서가 도시된 블록도이고, 도 4는 본 발명에 따른 하폐수 고도 처리 시스템이 도시된 구성도이다.

도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 하폐수 고도 처리 순서는 침사조(51) 및 유입 펌프조(53)에서 생물 반응조(55)로 유입되고, 상기 생물 반응조(55)를 거친 하폐수는 최종 침전조(60)에서 상등수는 방류 수조(62)를 통해 외부로 방류되고, 슬러지가 포함된 슬러지 액은 슬러지 혐기조(70)로 반송된 후 다시 생물 반응조(55)로 유입되어 처리되는 한편, 상기 생물 반응조(55)에서 생성된 잉여 슬러지는 바로 농축 탈수기(65)로 배출되어 처리된다.

이와 같은 처리 순서를 구현하기 위한 본 발명의 하폐수 고도 처리 시스템을 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 하폐수 고도 처리 시스템은, 하폐수가 유입되는 침사조(51) 및 유입 펌프조(53)와, 상기 유입 펌프조(53)로부터 공급된 하폐수가 처리되는 생물 반응조(55)와, 상기 생물 반응조(55) 내에 구비되어 혐기 교반과 호기 교반을 선택적으로 수행하는 수중 포기기(57)와, 상기 생물 반응조(55)에서 발생한 잉여슬러지를 인발하여 직접 탈수하여 처리하는 농축 탈수기(65)와, 상기 생물 반응조(55)로부터 하폐수를 공급받아 상등류는 방류하고 슬러지 등의 액은 반송시키는 최종 침전조(60)와, 상기 최종 침전조(60)와 상기 생물 반응조(55) 사이에 구비되어 상기 최종 침전조(60)에서 반송된 슬러지를 저장한 후 혐기 처리하여 생물 반응조(55)에 투입하는 슬러지 혐기조(70)로 구성된다.

이와 같은 시스템을 구성하는 주요 구성 부분을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 침사조(51)는 스크린을 통해 유입 하수에 포함된 큰 이물질을 걸러내고, 유입 펌프조(53)는 내부에 유입된 하폐수를 상기 생물 반응조(55)에 공급한다.

다음, 상기 생물 반응조(55)는 상기 수중 포기기(57)와 폭기용 블로워(56)를 이용하여 혐기와 호기 시간 비율을 유입 부하량에 따라 조절하여 하폐수를 처리하도록 구성된다. 그리고 본 실시예에서는 상기 생물 반응조(55)의 앞쪽에 슬러지 혐기조(70)가 함께 구성되는데, 이에 대하여는 후술하여 설명한다.

다음, 상기 농축 탈수기(65)는 상기 생물 반응조(55)에서 슬러지 인발펌프(67)를 통해 직접 활성 슬러지액을 인발하여 탈수할 수 있도록 구성된 것으로서, 유동판식 농축 탈수기(65)로 구성된다. 이의 구체적인 구성은 공지 기술이므로 자세한 설명은 생략한다.

다음, 상기 최종 침전조(60)는 내부에 회전구동되는 슬러지 수집기(61)가 구비되어 슬러지가 침전된 상등수는 방류 수조(62)로 배출되어 하천 등으로 방류되고, 상기 슬러지 수집기(61)에 의해 걸러진 슬러지를 포함한 슬러지 액은 반송 라인(74)을 통해 상기 슬러지 혐기조(70)로 보내진다.

다음, 상기 슬러지 혐기조(70)는 혐기 조건에서 인 제거 효율을 높이기 위해서 설치된 구성 부분으로서, 상기 생물 반응조(55)에 일체로 구비되되, 구획벽(71)으로 나누어져 구성된다. 상기 구획벽(71) 상부에는 상기 슬러지 혐기조(70)에서 넘친 하폐수가 생물 반응조(55)로 넘어가도록 배출구(72)가 구비된다.

또한 상기 슬러지 혐기조(70)의 내부에는 혐기조 내에 유입된 하폐수를 침전 되지 않도록 교반기(73)가 구비된다.

그리고 상기 최종 침전조(60)와 슬러지 혐기조(70) 사이에는 반송 슬러지 펌프(75)가 구비되어 슬러지가 포함된 하폐수를 강제 이송토록 구성된다.

한편, 본 실시예에서는 상기 생물 반응조(55)에 일체로 구성된 것을 예시하고 있으나, 이에 한정되지 않고 상기 최종 침전조(60)에서 반송된 슬러지를 저장한 상태에서 혐기 처리할 수 있는 구성이면 상기 생물 반응조(55)와 분리되어 구성되는 것도 가능하다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 하폐수 고도 처리 시스템을 이용한 하폐수 고도 처리 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 침사조(51)로 유입된 하폐수는 유입 펌프조(53)를 통해 생물 반응조(55)로 유입되고, 생물 반응조(55)에 유입된 하폐수는 수중 포기기(57) 및 폭기용 블로워(56)를 이용하여 혐기 교반과 호기 교반을 선택적으로 수행하면서 슬러지를 인발시켜 처리하게 된다.

다음, 상기 생물 반응조(55)에서 발생한 잉여슬러지를 슬러지 인발펌프(67)를 이용하여 바로 인발하여 농축 탈수기(65)에서 탈수 처리하는 한편, 상기 최종 침전조(60)에서 상기 생물 반응조(55)를 거친 하폐수 중 상등류는 배출하고, 하부에 가라앉은 슬러지 액은 반송 슬러지 펌프(75)에 의해 슬러지 혐기조(70)로 반송하게 된다.

다음, 상기 슬러지 혐기조(70) 내에서 반송된 슬러지를 포함한 하폐수는 혐 기 방식으로 저장되면서 인 제거 미생물이 인을 과잉 섭취하기 위한 개량단계로서 다시 생물 반응조(55)로 유입되어 인을 효율적으로 제거한다. 이러한 상기 단계를 반복하면서 하폐수를 처리하게 된다.

여기서, 상기 슬러지 혐기조(70)를 이용하여 인을 효율적으로 제거하는 원리를 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명의 생물학적 인 제거 원리를 설명하기 위한 그래프이다.

일반적으로 생물학적 질소제거법과 생물학적 인제거법의 사이에는, 원리에 있어서 근본적인 상위가 있고, 어느 쪽의 공정이라도 효율적으로 질소와 인을 동시에 제거하는 데는 어려움이 따르게 된다.

이 원리상의 상위란 생물학적 질소 제거법에서는 비증식속도가 느린 질산화세균을 계 내에 유지하기 위해서 혐기 운전 시간을 길게 할 필요가 있는 반면, 생물학적 인 제거법에서는 활성슬러지에 과잉 인을 섭취시키기 위해서 반대로 호기 운전 시간을 길게 하여, 잉여슬러지의 생성량을 많게 하는 운전제어가 필요하다는 것이다. 따라서 인 제거 효율을 높이기 위해 호기 운전 시간을 길게 하면 반대로 질소 제거 효율이 떨어지게 되므로, 질소 제거 효율이 떨어지지 않으면서도 인 제거 효율은 높아지도록 하는 시스템이 요구된다.

본 발명에서는 도 5에서와 같은 활성슬러지 미생물에 의한 인의 방출 및 과잉섭취의 대사를 이용하게 되는데, 본 발명의 주요 특징부인 슬러지 혐기조(70)에서 도 5의 "A" 구간에서와 같은 혐기 조건을 추가적으로 확보하여, 인을 함유한 하폐수가 상기 슬러지 혐기조(70)를 거치는 과정에서 슬러지 내의 인을 용출시키고, 호기 운전을 시행할 수 있는 상기 생물 반응조(55)에서 인을 과다 섭취하여 인 제거 효율을 극대화시킬 수 있게 된다.

즉, 최근의 각 국의 연구결과에 의하면, 도 5에서와 같이 혐기성 상태에서 인이 방출되고 호기성 상태에서 인이 과잉섭취되는 luxury uptake가 일어난다는 연구 결과를 얻고 있다.

Acinetobacter라는 특정 박테리아는 본 발명의 슬러지 혐기조(70)와 같은 혐기 조건에서 아세테이트와 같은 짧은 지방산(Fatty acid)을 PHB(Poly hudroxy butyrate, (C₄H₆O₂)_n)로 축적하며 필요한 에너지는 polyphosphate를 orthophosphate로 분해해서 얻으므로, 인 용출이 발생하면서 우점종의 인 제거 미생물을 성장 개량시키게 된다.

이렇게 해서 슬러지 혐기조(70)에서 우점종 상태를 유지한 미생물(Acinetobacter)은 생물 반응조(55)로 넘어간 후, 호기 운전 조건에서 축적된 유기물을 분해해 성장하면서 인을 과다 축적하게 되는데, 이때 인을 과잉 섭취한 미생물이 포함된 슬러지를 곧바로 분리해 냄으로서 인의 제거를 극대화할 수 있게 되는 것이다.

결국, 상기한 바와 같이 본 발명은 생물 반응조(55)와 별도로 혐기 조건을 충분히 확보할 수 있도록 슬러지 혐기조(70)가 구성되므로, 호기 운전 시간을 길게 하지 않은 조건에서도 호기 시간 대에 미생물들이 인을 과잉 섭취하도록 유도하고, 이렇게 미생물이 다량의 인을 과잉 섭취하여 체내에 고밀도로 축적된 상태에서 농 축탈수기(65) 등을 이용하여 생물 반응조(55) 내에서 생성된 슬러지를 바로 인발하여 제거함으로써 인 제거 효율을 높일 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명은 슬러지 혐기조(70)를 추가로 설치하여 생물 반응조(55)의 질소 제거 효율이 떨어지지 않은 조건에서, 오히려 인의 제거 효율을 높임으로써 보다 향상된 수처리 기능을 수행할 수 있게 된다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명에 따른 하폐수 고도 처리 시스템 및 방법은 침전조로부터 반송되는 슬러지를 슬러지 혐기조에 저장한 다음 생물 반응조에 투입할 수 있도록 이루어져 있기 때문에 간단한 구조 변경으로 약품 등을 투입하지 않고도 질소 제거 기능은 충분히 유지하면서, 인 제거 효율을 최대한 높일 수 있게 되어 고효율의 질소 및 인 처리 기능을 수행할 수 있는 이점이 있다.

Claims (5)

1. 하폐수가 유입되는 생물 반응조와, 상기 생물 반응조 내에 구비되어 혐기와 호기 운전을 선택적으로 수행하는 수중 포기기와, 상기 생물 반응조에서 발생한 잉여슬러지를 인발하여 직접 탈수하여 처리하는 농축 탈수기와, 상기 생물 반응조에서 유입된 하폐수를 공급받아 상등류는 방류하고 침전된 슬러지액은 반송시키는 침전조와, 상기 침전조와 상기 생물 반응조 사이에 구비되어 상기 침전조에서 반송된 슬러지액을 저장한 후 혐기 조건을 거쳐 생물 반응조에 투입하는 슬러지 혐기조를 포함한 것을 특징으로 하는 하폐수 고도 처리 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 침전조와 슬러지 혐기조 사이에는 반송 슬러지 펌프가 구비되어 슬러지 액을 강제 이송토록 구성된 것을 특징으로 하는 하폐수 고도 처리 시스템.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 슬러지 혐기조는 상기 생물 반응조에 일체로 구비되되, 구획벽으로 나누어져 구성된 것을 특징으로 하는 하폐수 고도 처리 시스템.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 구획벽의 상부에는 상기 슬러지 혐기조에서 넘친 하폐수가 생물 반응조로 넘어가도록 배출구가 구비된 것을 특징으로 하는 하폐수 고도 처리 시스템.
5. 반응조에 유입된 하폐수를 혐기 교반과 호기 교반을 선택적으로 수행하면서 처리하는 단계와;

   상기 반응조에서 발생한 잉여슬러지를 인발하여 탈수 처리하는 단계와;

   상기 반응조를 거친 하폐수 중 상등류는 배출하고, 하부에 침전된 슬러지 액은 슬러지 혐기조로 반송하는 단계와;

   상기 반송된 슬러지 액을 상기 슬러지 혐기조에서 혐기 방식으로 저장하여 인 제거 미생물을 개량하는 단계와;

   상기 슬러지 혐기조에서 월류된 오폐수를 다시 상기 반응조로 유입시켜 상기 계량된 미생물로부터 인을 과잉 섭취한 슬러지를 제거하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 하폐수 고도 처리방법.

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