KR100614098B1 - 하·폐수 고도처리 공정에서의 슬러지 감량화 및 인과질소의 제거방법 - Google Patents

하·폐수 고도처리 공정에서의 슬러지 감량화 및 인과질소의 제거방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하·폐수 고도처리 공정에서의 슬러지 감량화 및 인과 질소의 제거방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인의 방출이 가능한 혐기조(1)를 갖는 하·폐수 고도처리 공정에 있어서, 상기 혐기조(1) 내의 인이 방출된 상태인 활성슬러지 혼합액을 인분리기(5)로 이송하여 인 농도가 높은 상징액과 활성슬러지로 분리하는 단계(a); 상기 단계(a)의 인분리기(5)에서 분리된 인 농도가 높은 상징액을 화학적 인제거기(6)로 이송하고, 응집제를 이용하여 고농도 인을 선택적으로 제거한 후, 인이 제거된 상징액을 다시 무산소조(2) 또는 호기조(3)로 반송처리하는 단계(b); 및 상기 단계(a)의 인분리기(5)에서 분리된 활성슬러지를 슬러지 분해조(7)로 이송하여 분해하고, 분해된 슬러지를 다시 상기 혐기조(1)로 반송하거나 또는 상기 무산소조(2)로 반송하여 인의 방출과 탈질을 위한 탄소원으로 이용하는 단계(c)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 상기 방법을 이용하면 오존을 포함한 물리적, 화학적 방법으로 분해된 슬러지를 추가적인 인의 방출과 탈질을 위한 탄소원으로 재이용함으로써 인의 방출 및 탈질 효율을 증대시켜 인과 질소의 제거 효율을 향상시킴과 함께, 이와 같이 슬러지를 처리공정 내에서 재사용함으로써 잉여슬러지의 생산량을 획기적으로 감소시키고, 인 제거를 위하여 필수적인 슬러지의 배출은 고농도 인의 선택적 분리 배출을 통하여 극소화시킴으로써 배출되는 슬러지를 감량화하여 슬러지 처리에 드는 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 시간적으로 혐기기간(9), 호기기간(10), 무산소기간(11), 침전기간(12) 및 유출기간(13)으로 구분되는 연속회분식반응조(SBR: Sequencing Batch Reactor) 또는 연속유입간헐방류식 반응조를 이용하는 하·폐수 고도처리 공정에 적용하여 동일한 효과를 얻을 수 있다.
하·폐수 고도처리 공정, 슬러지, 감량화, 인, 질소, 화학적 인제거, 인, 방출, 탈질, 탄소원.

Description

하·폐수 고도처리 공정에서의 슬러지 감량화 및 인과 질소의 제거방법{A method for phosphorous and nitrogen removal with sludge disintegration in advanced wastewater treatment process}
도 1은 본 발명의 하·폐수 고도처리 공정에서의 슬러지 감량화 및 인과 질소의 제거방법의 단계별 처리공정을 개략적으로 나타낸 처리 계통도이고,
도 2는 오존분해 전과 후, 슬러지의 휘발성 지방산(VFA) 생성정도를 크로마토그램으로 나타낸 도이고,
도 3은 오존분해 슬러지에 의한 인 방출 효과를 비교한 실험결과에 관한 도이며,
도 4는 연속회분식 반응조를 이용한 하·폐수 고도처리 공정에서, 본 발명의 슬러지 감량화 및 인과 질소의 제거방법을 적용하였을 때, 시간별 처리공정을 개략적으로 나타낸 처리 계통도이다.
도 5a 및 5b는 실험실 규모의 실험으로, 2개조의 실험실 규모의 A2O 반응기를 이용하여 본 발명의 슬러지 감량화 및 인과 질소의 제거방법을 적용하여 하수를 처리하였을 경우의 효과를 대조군과 비교하여 나타낸 것으로서, 도 5a는 대조군으 로서 일반적인 A2O 공정으로 하수를 처리하였을 경우, 각 반응조에서의 용존성 인과 질소의 농도를 측정하여 나타낸 도이고, 도 5b는 본 발명의 슬러지 감량화 및 인과 질소의 제거방법을 적용하여 하수를 처리하였을 경우, 각 반응조에서의 용존성 인과 질소의 농도를 측정하여 나타낸 도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1: 혐기조 2: 무산소조
3: 호기조 4: 침전조
5: 인분리기 6: 화학적 인제거기
7: 슬러지 분해조 8: 유입기간
9: 혐기기간 10: 호기기간
11: 무산소기간 12: 침전기간
13: 유출기간
본 발명은 하·폐수 고도처리 공정에서의 슬러지 감량화 및 인과 질소의 제거방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 혐기조 내의 인이 방출된 상태인 활성슬 러지 혼합액을 인분리기에서 인 농도가 높은 상징액과 활성슬러지로 분리하고 상징액 중의 인은 인제거기를 통하여 선택적으로 제거처리한 후, 다시 무산소조 또는 호기조로 반송처리하고, 상기 분리된 활성슬러지를 오존을 포함한 물리적, 화학적 방법으로 분해하고, 다시 상기 혐기조로 반송하거나 또는 상기 무산소조로 반송하여 인의 방출과 탈질을 위한 탄소원으로 재이용함으로써, 슬러지를 감량하고, 인과 질소를 제거하는 하·폐수 고도처리 공정에 관한 것이다.
하·폐수 중에 포함되어 있는 인과 질소가 처리되지 않고 방류되는 경우 하천과 호수의 부영양화를 일으켜 수자원 및 수생태계에 악영향을 미치게 되며, 특히 우리나라와 같이 상수원의 대부분을 지표수에 의존하고 있는 경우에는 그 피해가 더욱 심각하다.
이와 같은 이유로 최근에는 인, 질소에 대한 배출규제가 강화되고 있어 강화된 기준에 대응할 수 있는 인, 질소의 제거가 가능한 처리시설들의 설치가 활발히 이루어지고 있다. 인과 질소의 처리를 위하여 여러 가지 고도처리 방법들이 고안되고 있는데, 그 대표적인 공정들로는 A2O(Anaerobic-Anoxic-Oxic; 혐기-무산소-호기법) 공정, UCT(University of cape town) 공정, MUCT(Modified UCT) 공정, VIP(Virginia Polytech Institute) 공정 등의 생물학적 고도처리 공정들이 있다. 상기에서 A2O 공정은 A/O(Anaerobic-Oxic) 공정이 질소제거 효율이 낮은 것을 보완한 것으로, 인제거율은 A/O에 비해 떨어지나, 질소는 40-70% 더 제거된다. UCT 공정은 남아프리카의 케이프타운 대학(University of Cape Town)에서 개발된 공정으 로 바덴포(Bardenpho)공정으로부터 개량된 공정으로, 재순환방법을 제외하고 A2O 공정과 유사하다. MUCT 공정은 UCT공정의 무산소반응조를 두 부분으로 나누어 질소제거율을 향상시킨 것으로, 혐기조로의 내부반송은 무산소반응조 두 부분에서 모두 가능하도록 한 것이다. VIP 공정은 UCT 공정과 유사하나 UCT 공정에 비해 고율의 운전을 위해 개발된 것이다. 그 외 국내에서도 많은 고도처리 공정들이 개발되었으며, 대표적인 공정들로는 DNR 공정(Daewoo nutrient removal Process), KHBNR 공정(Kyong-Ho Biological Nutrient Removal Process), KSBNR 공정(Kist-Shin Won Biological Nutrients Removal Process), KNCR 공정(가칭: KIST Nutrients Compact Reactor Process), DeN & P 공정, KIDEA 공정(Kumho & KIST Intermittently Decanted Extended Aeration Process) 등이 있다.
이러한 대표적인 공정들은 모두 반응조에 존재하는 미생물의 정화능력을 이용하는 것으로, 적합한 환경을 조성하여 미생물이 잘 성장할 수 있는 조건을 만들어 주게 되는데, 특히, 인과 질소의 처리를 위해서는 고도처리에 필요한 혐기상태, 무산소상태, 또는 호기상태와 같은 환경뿐만 아니라 인의 방출과 탈질에 필요한 탄소원의 공급이 필수적이다. 일반적으로는 유입수에 포함되어 있는 유기물을 이용하여 인의 방출과 탈질을 수행하게 된다.
그러나 우리나라의 많은 하수처리장들의 경우 유입하수 성상이 인과 질소에 비하여 유기물이 매우 적은 경우가 많아 인 및 질소의 제거에 필요한 유기물, 즉 탄소원이 부족한 경우가 많다. 이처럼 탄소원이 부족하게 되면 인 및 질소의 처리 효율이 낮아지게 된다. 따라서 이를 보충하기 위하여 메탄올 또는 아세트산과 같은 외부탄소원을 추가로 공급하여 줌으로써 고도처리 효율을 유지하고 있으나 외부탄소원의 공급에 추가적인 비용이 들어가는 단점이 있다.
또한, 이러한 생물학적인 고도처리 방법들은 처리과정에서 성장한 미생물들이 발생하게 되는데, 이렇게 생산된 과잉의 미생물들 즉, 잉여슬러지는 반응조 바깥으로 배출하여 처리 및 처분하게 되는 것이다. 그러나, 이와 같은 잉여슬러지의 처리와 처분에는 많은 비용이 들게 되며, 최근에는 이의 처분방법에 대한 규제의 강화로 새로운 처리 및 처분을 위한 기술이 필요하게 되었다. 따라서, 이러한 새로운 잉여슬러지의 처리 및 처분방법으로서 하·폐수처리 공정에서 생성되는 슬러지의 발생자체를 억제하여 이를 최소화하거나 거의 발생되지 않도록 하는 방법들이 개발되고 있다.
그러한 종래 방법 중 하나로 "슬러지 분해가용화 방법을 이용한 슬러지 무배출 하수 고도처리 방법(대한민국 특허공개번호 2002-80285)"이 있는데, 이것은 기계적 파쇄, 열처리, 동결해동 및 산화력을 가진 오존을 이용하여 생물학적으로 분해가 어려운 슬러지를 분해, 가용화하여 생물학적으로 분해 가능한 물질로 전환하고, 이를 고도처리 공정의 탈질을 위한 탄소원으로 공급하여 줌으로써 탄소원이 부족한 하수의 질소제거효율을 높임과 동시에 잉여슬러지의 발생량을 획기적으로 감소시켜 슬러지 처리 및 처분 비용을 대폭적으로 감소시킬 수 있는 방법이다. 그러나 이 경우, 근본적으로 인의 제거는 슬러지를 배출함으로써, 슬러지에 포함되어 있는 인 성분이 슬러지와 함께 배출되도록 함으로써 이루어지기 때문에, 기본적으 로 슬러지의 배출을 억제하는 이 방법에서는 인의 제거에 한계를 나타낼 수밖에 없다. 따라서, 효과적으로 인을 제거하기 위해서는 추가적으로 인을 제거하는 방법이 필요하게 된다.
이를 위하여 고안된 "슬러지 감량형 막분리 활성슬러지 공정을 이용한 하수처리방법(대한민국 특허공개 2003-60625)"에서는 호기조에 응집제를 투여함으로써 화학적으로 인 성분을 응집하여 제거하고자 시도하고 있다. 그러나, 상기 방법의 경우에는 호기조 내에서 화학적으로 인성분을 응집시키게 되는데 이때 응집되는 인은 활성슬러지 내에 축적된 인을 제외한 수중에 용존형태로 존재하는 인성분 만이 응집되는데, 호기조 내의 수중에 용존해 있는 인의 농도가 낮기 때문에 응집되어 제거될 수 있는 인의 양이 많지 않아 효율이 낮으며, 응집제와 결합한 인성분이 분리되어 반응조 외부로 배출되는 것이 아니라 반응조 내에 계속적으로 체류하고 있어 pH의 저하 등에 의하여 재용출할 수 있는 위험이 있다. 더욱이, 상기 방법은 응집된 인성분에 의하여 슬러지의 무기성분의 함량이 높아져 생물학적 활성도가 떨어져 처리공정의 처리효율을 저하시킬 우려가 있으며, 생물학적 활성도 유지를 위하여 최소한의 슬러지를 인발할 때에도 잉여슬러지와 응집슬러지를 분리하여 인발할 수가 없어 전체 인발하는 슬러지의 양이 상당히 많아지는 단점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 하·폐수 고도처리 공정에서의 슬러지 배출량의 감량화가 가능함과 동시에 인과 질 소의 제거가 효과적으로 이루어지는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 즉, 본 발명은 오존을 포함하는 물리적, 화학적 방법으로 슬러지를 분해하여 재반송함으로써 인의 방출과 탈질을 위한 탄소원으로 재사용하여 인과 질소의 제거효율을 향상시키고, 이 과정에서 슬러지 배출량의 감량화로 슬러지 처리에 드는 비용을 최소화할 뿐만 아니라, 슬러지 배출량의 감소로 야기되는 인 제거의 문제는 고농도 인만을 선택적으로 처리하여 배출하는 방법으로 해결함으로써 반응조의 생물학적 활성에는 거의 영향을 미치지 않으며, pH의 저하에 따른 인의 재용출 가능성도 매우 낮은 하·폐수 고도처리 공정에서의 슬러지 감량화 및 인과 질소의 제거방법을 제공함을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하·폐수 고도처리 공정에서의 슬러지 감량화 및 인과 질소의 제거방법을 제공하며, 더욱 상세하게는, 인의 방출이 가능한 혐기조(1)를 갖는 하·폐수 고도처리 공정에 있어서, 상기 혐기조(1) 내의 인이 방출된 상태인 활성슬러지 혼합액을 인분리기(5)로 이송하여 인 농도가 높은 상징액과 활성슬러지로 분리하는 단계(a); 상기 단계(a)의 인분리기(5)에서 분리된 인 농도가 높은 상징액을 화학적 인제거기(6)로 이송하고, 응집제를 이용하여 고농도 인을 선택적으로 제거한 후, 인이 제거된 상징액을 다시 무산소조(2) 또는 호기조(3)로 반송처리하는 단계(b); 및 상기 단계(a)의 인분리기(5)에서 분리된 활성슬러지를 슬러지 분해조(7)로 이송하여 분해하고, 분해된 슬러지를 다시 상기 혐기조 (1)로 반송하거나 또는 상기 무산소조(2)로 반송하여 인의 방출과 탈질을 위한 탄소원으로 이용하는 단계(c)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 하·폐수 고도처리 공정에서의 슬러지 감량화 및 인과 질소의 제거방법을 제공한다.
상기 인의 방출이 가능한 혐기조(1)를 갖는 하·폐수 고도처리 공정은 혐기조(1), 무산소조(2), 호기조(3)와 침전조(4)로 구성된 A2O(Anaerobic-Anoxic-Oxic) 공정, UCT(University of cape town) 공정, MUCT(Modified UCT) 공정, VIP(Virginia Polytech Institute) 공정 및 이들로부터 파생되어진 변법들로 구성되는 생물학적 고도처리 공정 중에서 선택되는 어느 하나임을 특징으로 한다.
상기 혐기조(1) 내에서는 혐기조건하에서 인축적미생물(PAO)들이 하·폐수 중에 포함되어 있는 휘발성 지방산(VFA)과 같은 탄소원을 이용하여 슬러지로부터 인을 방출함에 따라, 혐기조(1) 내의 용존성 인의 농도가 매우 높아지게 된다.
상기 단계(a)의 인분리기(5)에서는 중력식 침전 방법 및 분리막을 이용하는 방법으로 구성되는 군 중에서 선택되는 하나의 방법에 의하여 인 성분만 다량 포함된 상징액과 인이 제거된 활성슬러지로 분리하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분리막을 이용하는 방법은 정밀여과 방법 또는 한외여과 방법 중에서 선택되는 어느 하나임을 특징으로 한다.
상기 단계(b)의 화학적 인제거기(6)는 응집침전법 또는 정석탈인법 중에서 선택되는 어느 하나의 방법에 의하여 인을 선택적으로 제거하는 것을 특징으로 한다.
또한, 인이 제거된 상징액은 다시 무산소조(2) 또는 호기조(3)로 반송처리하는 것을 특징으로 한다.
상기 단계(c)에서, 상기 단계(a)의 인분리기(5)에서 분리된 활성슬러지는 슬러지 분해조(7)에서 오존처리 방법, 기계적 파쇄 방법, 초음파처리 방법, 열처리 방법, 동결해동 방법, 효소처리 방법, 산 처리 방법 및 알칼리 처리 방법으로 구성되는 분해방법 중에서 선택되는 하나 이상의 방법에 의하여 생물학적으로 분해가 가능한 기질로 분해하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 단계(c)에서, 인의 제거를 위하여 상기 분해된 슬러지를 혐기조(1)로 반송하여 인의 방출을 위한 탄소원으로 이용하고, 인의 방출에 사용되고 남은 나머지 탄소원은 이어지는 무산소조(2)에서 탈질을 위한 탄소원으로 이용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단계(c)에서, 인의 제거보다 질소의 제거가 보다 중요한 경우에, 질소의 제거를 위하여 상기 분해된 슬러지를 무산소조(2)로 반송하여 탈질을 위한 탄소원으로 이용하는 것을 특징으로 한다.
특히, 오존처리 방법, 기계적 파쇄 방법, 초음파처리 방법, 열처리 방법, 동결해동 방법, 효소처리 방법, 산 처리 방법 또는 알칼리 처리 방법과 같은 분해방법에 의하여 분해된 슬러지에는 휘발성 지방산(VFA)이 풍부하므로, 기존의 고도처리 공정에서 원수에 함유된 VFA가 부족하여 인의 방출이 제대로 일어나지 않아 인의 제거효율이 설계기준보다 낮았던 처리장에 적용하여 인의 제거효율을 개선할 수 있다.
추가적으로, 인분리기(5)에서 슬러지 분해조(7)로 이어지는 단계에 무기고형물 분리기(8)를 더 포함함으로써, 슬러지의 무기고형물성분의 축적을 막아 무기고형물 성분을 선택적으로 분리하여 배출할 수 있다.
또한, 본 발명의 하·폐수 고도처리 공정에서의 슬러지 감량화 및 인과 질소의 제거방법은 상기 혐기조(1), 무산소조(2), 호기조(3)와 침전조(4)로 구성된 A2O(Anaerobic-Anoxic-Oxic) 공정, UCT(University of cape town) 공정, MUCT(Modified UCT) 공정, VIP(Virginia Polytech Institute) 공정 및 이들로부터 파생되어진 변법들로 구성되는 생물학적 고도처리 공정 중에서 선택되는 것과 같이, 공간적으로 분리된 것이 아닌, 시간적으로 혐기기간(9), 호기기간(10), 무산소기간(11), 침전기간(12) 및 유출기간(13)으로 구분되는 연속회분식반응조(SBR: Sequencing Batch Reactor) 또는 연속유입간헐방류식 반응조를 이용하는 하·폐수 고도처리 공정에 적용하여 동일한 효과를 얻을 수 있다.
따라서, 본 발명은 시간적으로 혐기기간(9), 호기기간(10), 무산소기간(11), 침전기간(12) 및 유출기간(13)으로 구분되는 연속회분식반응조 또는 연속유입간헐방류식 반응조를 이용하는 하·폐수 고도처리 공정에 있어서, 인방출이 최대화되는 혐기 기간에 활성슬러지 혼합액을 인분리기(5)로 이송하여 인 농도가 높은 상징액과 활성슬러지로 분리하는 단계(a′); 상기 단계(a′)의 인분리기(5)에서 분리된 인 농도가 높은 상징액을 화학적 인제거기(6)로 이송하고, 응집제를 이용하여 고농도 인을 선택적으로 제거한 후, 인이 제거된 상징액을 다시 호기기간(10) 또는 무 산소기간(11)으로 반송처리하는 단계(b′); 및 상기 단계(a′)의 인분리기(5)에서 분리된 활성슬러지를 슬러지 분해조(7)로 이송하여 분해하고, 분해된 슬러지를 다시 상기 혐기기간(9)으로 반송하거나 또는 상기 무산소기간(11)으로 반송하여 인의 방출과 탈질을 위한 탄소원으로 이용하는 단계(c′)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 하·폐수 고도처리 공정에서의 슬러지 감량화 및 인과 질소의 제거방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 혐기조(1), 무산소조(2), 호기조(3)와 침전조(4)로 구성된 A2O공정의 생물학적 반응조를 이용한 본 발명의 하·폐수 고도처리 공정에서의 슬러지 감량화 및 인과 질소의 제거방법의 단계별 처리공정을 개략적으로 나타낸 처리 계통도이다.
도 1에서 보면, 하·폐수 고도처리 공정인 A2O 공정에서 먼저, 하·폐수가 혐기조(1)로 유입되어 인 방출단계를 거친 다음, 무산소조(2)에서 질산성 질소를 질소가스로 탈질한 후, 호기조(3)에서 질산화와 인의 섭취가 이루어져 질소, 인 및 유기물이 제거되는데, 이와 함께, 호기조(3)에서 일부가 무산소조(2)로 반송되어 반송액 중에 포함된 질산성 질소를 질소가스로 탈질한 후, 다시 호기조(3)로 이송된다. 이렇게 처리된 활성슬러지 혼합액은 침전조(4)에서 활성슬러지와 처리수로 분리되어 최종적으로 처리수가 방류되게 된다.
상기 혐기조(1) 내에서 인 방출은 혐기조건 하에서 인축적미생물(PAO)들이 하·폐수 중에 포함되어 있는 휘발성 지방산(VFA)과 같은 탄소원을 이용하여 인을 방출하게 되며, 이에 따라, 혐기조(1) 내에서는 용존성 인의 농도가 매우 높아지게 된다. 이렇게 인의 농도가 높아진 상태의 활성슬러지 혼합액의 일부는 슬러지 감량화 및 인의 효과적 제거를 위하여 먼저, 인분리기(5)로 이동되어 인 농도가 높은 상징액과 활성슬러지로 분리되는 단계(a)를 거치며, 인분리기(5)에서 분리된 인농도가 높은 상징액은 이어지는 화학적 인제거기(6)로 이송하고, 응집제를 이용하여 인을 응집시켜 분리 제거한 후, 인이 제거된 상징액을 다시 무산소조(2) 또는 호기조(3)로 반송처리하는 단계(b)를 거치고, 상기 단계(a)의 인분리기(5)에서 인이 다량 함유된 상징액과 분리된 활성슬러지는 슬러지 분해조(7)에서 오존처리 방법, 기계적 파쇄 방법, 초음파 처리 방법, 열처리 방법, 동결해동 방법, 효소처리 방법, 산 처리 방법 또는 알칼리 처리 방법과 같은 분해방법에 의하여 생물학적으로 분해가 가능한 기질로 분해하고, 분해된 슬러지는 다시 상기 혐기조(1)로 반송하거나 또는 무산소조(2)로 반송하여 인의 방출과 탈질을 위한 추가적인 탄소원으로 이용되어 인 및 질소의 제거 효율을 높이는 역할을 한다(단계(c)).
이 때, 상기 단계(c)에서 인의 제거를 위하여 상기 분해된 슬러지를 혐기조(1)로 반송하여 인의 방출을 위한 탄소원으로 이용하여 인의 제거효율을 높일 수 있으며, 인의 방출에 사용되고 남은 나머지 탄소원은 이어지는 무산소조(2)에서 탈질을 위한 탄소원으로 이용할 수 있다.
또한, 인의 제거보다 질소의 제거가 보다 중요한 경우에는, 상기 분해된 슬러지를 무산소조(2)로 반송하여 탈질을 위한 탄소원으로 이용하여 질소제거효율을 높일 수 있다.
이처럼 처리공정에서 슬러지를 외부로 배출하는 대신에 분해하여 기질로 재이용함으로써, 잉여슬러지의 발생이 최대한 억제되며, 따라서 슬러지의 배출이 현저히 감소하여 슬러지 처리 및 처분에 필요한 비용을 절감할 수 있다.
도 2는 오존분해 전과 후, 슬러지의 휘발성 지방산(VFA) 생성정도를 크로마토그램으로 나타낸 도로서, 탈질에서와 달리 인 방출에는 탄소원 중에서도 VFA가 필수적인데 오존에 의해서 분해된 슬러지에는 도 2에서 보는 바와 같이 다량의 VFA가 생성되어 인의 방출을 증가시킴을 알 수 있다.
도 3은 오존분해 슬러지에 의한 인 방출정도를 비교한 실험결과에 관한 도로서, 오존에 의해 분해된 슬러지에 함유된 VFA의 인 방출에 대한 효과를 나타낸다. 도 3에서 보는 바와 같이, 하·폐수만으로는 인 방출에 필수적인 VFA가 부족하여 인의 방출이 어려운 경우에 비하여 오존에 의하여 분해된 슬러지를 이용하는 경우에는 분해된 슬러지에 다량 포함된 VFA를 이용하여 인의 방출이 효과적으로 일어나고 있음을 알 수 있다.
도 4는 연속회분식 반응기에 본 발명의 하·폐수 고도처리 공정에서의 슬러지 감량화 및 인과 질소의 제거방법을 적용하였을 때, 시간별 처리공정을 개략적으로 나타낸 처리 계통도이다. 즉, 도 1의 A2O 공정에서와 같이, 공간적으로 분리된 것이 아닌, 시간적으로 혐기기간(9), 호기기간(10), 무산소기간(11), 침전기간(12) 및 유출기간(13)으로 이루어진 연속회분식반응조 또는 연속유입간헐방류식 반응조 를 이용한 하·폐수의 고도처리 공정에서, 인방출이 최대화되는 혐기기간(9)에 활성슬러지 혼합액을 인분리기(5), 화학적 인제거기(6) 및 슬러지 분해조(7)를 이용하여 처리함으로써 동일한 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
이하, 하기 실시예에 의하여 본 발명의 효과를 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 이에 의하여 한정되는 것은 아니다.
실시예 1. 본 발명을 이용한 하수처리 효과
본 발명의 하·폐수 고도처리 공정에서의 슬러지 감량화 및 인과 질소의 제거방법을 적용하여 하수를 처리하였을 경우의 효과를 알아보기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.
이 때, 2개조의 실험실 규모의 A2O 반응기를 이용하여, 하나는 대조군으로서 일반적인 A2O 공정으로 운전하여 하수를 처리하고, 다른 하나는 본 발명의 하·폐수 고도처리 공정에서의 슬러지 감량화 및 인과 질소의 제거방법으로 운전하여 하수를 처리하였다. 또한, 본 실시예에서 사용된 실험실 규모의 반응기는 하루에 40 ℓ/day 용량의 인공하수를 처리하였으며, 자세한 제원 및 운전조건은 하기 표 1과 같았으며, 실험기간은 약 3개월이었다. 실험기간동안 유입수의 평균농도는 대략 COD(화학적산소요구량) 179 mg/ℓ, T-N(총 질소) 27 mg/ℓ, T-P(총 인) 3 mg/ℓ였다(하기 표 2 참조). 한편, 본 실험실 규모의 A2O 반응기를 이용한 실험에서, 실험기간동 안 처리수의 평균농도로 COD, T-N, T-P의 제거효율을 측정한 결과를 하기 표 2에 나타내었고, 본 실험실 규모의 실험을 수행하면서 실험기간 동안 각 반응조별로 용존성 인과 질소의 평균농도를 측정한 결과를 도 5a 및 5b에 나타내었다.
그 결과, 하기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 실험실 규모의 A2O 반응기를 이용한 실험 결과를 보면, 본 발명의 경우가 COD(화학적산소요구량), T-N(총질소), T-P(총인) 항목에서 제거효율이 모두 대조군에 비교하여 다소 우수함을 알 수 있다. 특히 T-P의 경우, 대조군의 경우는 제거효율이 50.6 %에 불과하였으나 본 발명의 경우는 74.6 %로 약 24 %정도 제거효율이 더 높았음을 알 수 있다. 이와 같은 결과는 본 발명의 하·폐수 고도처리 공정에서의 슬러지 감량화 및 인과 질소의 제거방법에 의할 경우, 잉여슬러지의 배출이 없이도 고농도의 인을 선택적으로 배출하고, 오존분해된 슬러지를 인방출을 위한 탄소원으로 재이용하여 인의 제거효율을 높일 수 있음을 시사한다고 할 수 있다.
항 목 대조군 본 발명의 경우
유입유량 (ℓ/day) 40 40
반응조부피 (ℓ) 혐기조 무산소조 호기조 1 4.5 10 1 4.5 10
HRT (hr) 혐기조 무산소조 호기조 0.6 2.7 6 0.6 2.7 6
SRT(day) 30 잉여슬러지 배출 없음
오존처리량 ℓ/day 없음 0.75 ℓ/day
오존주입량 mgO3/mgSS 없음 0.1mgO3/mgSS
MLSS 농도 (mg/ℓ) 3,000 3,000
* HRT(hydraulic retention time; 수리학적 체류시간), SRT(solids retention time; 평균체류시간), MLSS(Mixed Liquor Suspended Solids : 호기조내 혼합액 부유물질량)
항 목 대조군(%) 본 발명의 경우(%)
COD 95.5 96.9
T-N 66.9 68.0
T-P 50.6 74.6
또한, 도 5a 및 5b에 나타낸 바와 같이, 도 5a의 대조군의 경우 혐기조에서 방출된 인의 농도가 15.5 mg/ℓ였으나, 본 발명의 경우에는 17 mg/ℓ로 오존으로 분해된 슬러지가 탄소원으로서 인 방출에 추가로 쓰여 1.5mg/ℓ의 인이 더 방출되었다. 이후 호기조에서 인의 섭취도 인의 방출이 더 많았던 본 발명의 경우에는 거의 0에 가까운 농도를 보여주었으나, 대조군의 경우에는 인의 농도가 1.8 mg/ℓ를 나타내어 인의 흡수가 충분히 일어나지 않았음을 알 수 있다. 또한 질소의 경우에도 무산소조에서의 질산성 질소의 농도가 대조군의 경우는 0.34 mg/ℓ이였던데 비하여, 본 발명의 경우는 0.13 mg/ℓ를 보여 제거가 더 이루어진 것으로 보인다. 이와 같은 결과는 혐기조로 이송된 오존분해된 슬러지가 우선 혐기조에서 탄소원으로서 인방출에 쓰이고 남은 여분의 탄소원이 이어지는 무산소조로 공급되어 추가로 탈질에 사용되었기 때문이다.
상기 실시예에서 본 바와 같이, 본 발명의 하·폐수 고도처리 공정에서의 슬러지 감량화 및 인과 질소의 제거방법에 의하면 하·폐수 고도처리 공정에서 잉여슬러지의 배출을 억제하면서도 효과적으로 인과 질소의 제거효율을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
비록 상기에서 본 발명은 상세히 설명되었지만, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 본 발명자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것은 당연한 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 하·폐수 고도처리 공정에서의 슬러지 감량화 및 인과 질소의 제거방법을 이용하면, 인과 질소를 함유한 하수, 오수 및 폐수 등의 고도처리에 있어서, 오존을 포함한 물리적, 화학적 방법으로 슬러지를 분해하여 혐기조(1)로 반송하거나 무산소조(2)로 반송하여 추가적인 인의 방출 및 탈질을 위한 탄소원으로 재이용하여 인의 방출 및 탈질 효율을 증대시켜 인과 질소의 제거효율을 향상시킴과 동시에, 이와 같이 슬러지를 처리공정 내에서 재이용함으로써 잉여슬러지의 생산량을 획기적으로 감소시켜 슬러지 배출량의 감량화를 이룰 수 있고, 슬러지 처리에 드는 비용을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 의할 경우, 분해된 슬러지를 혐기조(1)로 되돌려 인의 방출을 위한 탄소원으로 이용함으로써 슬러지에 포함된 인의 방출을 최대화하여 많은 양의 용존성 인이 방출되도록 하고, 혐기조(1) 내의 인이 방출된 상태인 활성슬러지 혼합액은 이어지는 인분리기(5)와 화학적 인제거기(6)를 통하여 화학적으로 처리하여 고농도 인을 계외로 선택적으로 분리배출할 수 있게 함으로써, 슬러지의 배출량이 극소화됨에 따라 야기될 수 있는 인 제거의 문제를 획기적으로 해결할 수 있으며, 동시에 인 제거를 위하여 필수적인 슬러지의 배출을 인의 선택적 배출로 대체함으로써 슬러지 처리에 드는 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 고농 도로 인만을 선택적으로 처리하여 배출하므로, 반응조의 생물학적 활성의 저하에는 거의 영향을 미치지 않으며, pH의 저하에 따른 인의 재용출의 가능성도 매우 낮게 하는 효과가 있다.
더 나아가, 시간적으로 혐기기간(9), 호기기간(10), 무산소기간(11), 침전기간(12) 및 유출기간(13)으로 구분되는 연속회분식반응조 또는 연속유입간헐방류식 반응조를 이용하는 하·폐수 고도처리 공정에 적용하여 동일한 효과를 얻을 수 있다.











Claims (10)

  1. 인의 방출이 가능한 혐기조(1)를 갖는 하폐수 고도처리 공정에 있어서, 상기 혐기조(1) 내의 인이 방출된 상태인 활성슬러지 혼합액을,
    중력식 침전 방법; 및 정밀 여과 방법 또는 한외여과 방법 중에서 선택되는 분리막을 이용하는 방법;으로 구성되는 군 중에서 선택되는 하나의 방법에 의하여 인 성분이 다량 포함된 상징액과 인이 제거된 활성슬러지로 분리하는, 인분리기(5)로 이송하여 인 농도가 높은 상징액과 활성슬러지로 분리하는 단계(a);
    상기 단계(a)의 인분리기(5)에서 분리된 인 농도가 높은 상징액을,
    응집침전법 또는 정석탈인법 중에서 선택되는 어느 하나의 방법에 의하여 인을 선택적으로 제거하는, 화학적 인제거기(6)로 이송하고, 응집제를 이용하여 고농도 인을 선택적으로 제거한 후, 인이 제거된 상징액을 다시 무산소조(2) 또는 호기조(3)로 반송처리하는 단계(b); 및
    상기 단계(a)의 인분리기(5)에서 분리된 활성슬러지를,
    오존처리 방법, 기계적 파쇄 방법, 초음파처리 방법, 열처리 방법, 동결해동 방법, 효소처리 방법, 산 처리 방법 및 알칼리 처리 방법으로 구성되는 분해방법 중에서 선택되는 하나 이상의 방법에 의하여 활성슬러지를 생물학적으로 분해가 가능한 기질로 분해하는, 슬러지 분해조(7)로 이송하여 분해하고, 분해된 슬러지를 다시 상기 혐기조(1)로 반송하거나 또는 상기 무산소조(2)로 반송하여 인의 방출과 탈질을 위한 탄소원으로 이용하는 단계(c)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 하폐수 고도처리 공정에서의 슬러지 감량화 및 인과 질소의 제거방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 혐기조(1)를 갖는 하·폐수 고도처리 공정은 혐기조(1), 무산소조(2), 호기조(3)와 침전조(4)로 구성된A2O(Anaerobic-Anoxic-Oxic) 공정, UCT(University of cape town) 공정, MUCT(Modified UCT) 공정, VIP(Virginia Polytech Institute) 공정 및 이들로부터 파생되어진 변법들로 구성되는 생물학적 고도처리 공정 중에서 선택되는 어느 하나임을 특징으로 하는 하·폐수 고도처리 공정에서의 슬러지 감량화 및 인과 질소의 제거방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서, 상기 단계(c)에서, 인의 제거를 위하여 상기 분해된 슬러지를 혐기조(1)로 반송하여 인의 방출을 위한 탄소원으로 이용하고, 인의 방출에 사용되고 남은 나머지 탄소원은 이어지는 무산소조(2)에서 탈질을 위한 탄소원으로 이용하는 것을 특징으로 하는 하·폐수 고도처리 공정에서의 슬러지 감량화 및 인과 질소의 제거방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 단계(c)에서 질소의 제거를 위하여 상기 분해된 슬러지를 무산소조(2)로 반송하여 탈질을 위한 탄소원으로 이용하는 것을 특징으로 하는 하·폐수 고도처리 공정에서의 슬러지 감량화 및 인과 질소의 제거방법.
  9. 제 1항에 있어서, 인분리기(5)에서 슬러지 분해조(7)로 이어지는 단계에 무기고형물 분리기(8)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하·폐수 고도처리 공정에서의 슬러지 감량화 및 인과 질소의 제거방법.
  10. 시간적으로 혐기기간(9), 호기기간(10), 무산소기간(11), 침전기간(12) 및 유출기간(13)으로 구분되는 연속회분식반응조 또는 연속유입간헐방류식 반응조를 이용하는 하폐수 고도처리 공정에 있어서, 인방출이 최대화되는 혐기기간(9)에 활성슬러지 혼합액을,
    중력식 침전 방법; 및 정밀 여과 방법 또는 한외여과 방법 중에서 선택되는 분리막을 이용하는 방법;으로 구성되는 군 중에서 선택되는 하나의 방법에 의하여 인 성분이 다량 포함된 상징액과 인이 제거된 활성슬러지로 분리하는, 인분리기(5)로 이송하여 인 농도가 높은 상징액과 활성슬러지로 분리하는 단계(a′);
    상기 단계(a′)의 인분리기(5)에서 분리된 인 농도가 높은 상징액을,
    응집침전법 또는 정석탈인법 중에서 선택되는 어느 하나의 방법에 의하여 인을 선택적으로 제거하는, 화학적 인제거기(6)로 이송하고, 응집제를 이용하여 고농도 인을 선택적으로 제거한 후, 인이 제거된 상징액을 다시 호기기간(10) 또는 무산소기간(11)으로 반송처리하는 단계(b′);
    및 상기 단계(a′)의 인분리기(5)에서 분리된 활성슬러지를,
    오존처리 방법, 기계적 파쇄 방법, 초음파처리 방법, 열처리 방법, 동결해동 방법, 효소처리 방법, 산 처리 방법 및 알칼리 처리 방법으로 구성되는 분해방법 중에서 선택되는 하나 이상의 방법에 의하여 활성슬러지를 생물학적으로 분해가 가능한 기질로 분해하는, 슬러지 분해조(7)로 이송하여 분해하고, 분해된 슬러지를 다시 상기 혐기기간(9)으로 반송하거나 또는 상기 무산소기간(11)으로 반송하여 인의 방출과 탈질을 위한 탄소원으로 이용하는 단계(c′)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 하폐수 고도처리 공정에서의 슬러지 감량화 및 인과 질소의 제거방법.
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