상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 질소·인 고도처리 시스템은 유입 오폐수에 포함된 생오니를 침전시키는 침전분리조; 침전분리조에 연결되는 유량조정조; 유량조정조에 연결되며 인의 방출이 일어나는 혐기조; 혐기조에 연결되며 탈질이 일어나는 무산소조; 무산소조에 연결되며, 탄소화합물을 탄산가스와 물로 분해하고 질소화합물을 암모니아와 질산염으로 분해하는 호기조; 호기조에 연결되며, 암모니아성 질소를 질산화하고 혐기조에서 방출된 인을 과잉섭취에 의해서 제거하며 유기물을 산화시키고, 이렇게 처리된 처리수의 일부를 혐기조 및 무산소조 중 적어도 하나로 반송하는 질산화조; 질산화조에 연결되며, 유입된 처리수를 중력에 의해서 고액분리하고 상등수만 월류시키며 침전된 오니를 침전분리조, 유량조정조, 혐기조, 및 호기조로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나로 반송하는 침전조; 침전조에 연결되며, 분리막을 이용하여 잉여오니와 처리수를 고액분리하고, 잉여오니를 침전분리조 및 호기조 중 적어도 하나로 반송하는 막 여과조; 및 막여과조에 연결되며, 유입된 처리수를 소독한 다음, 그 일부는 막 여과조의 분리막을 세정하기 위한 역세수로서 활용하고 나머지는 방류하는 소독 및 방류조를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 질소·인 고도처리 방법은 유입 오폐수에 포함된 생오니를 침전분리조에서 침전시키는 단계; 침전분리된 처리수에 대해 혐기조에서 인의 방출이 일어나게 하는 단계; 인의 방출이 일어난 처리수를 무산소조에서 탈질하는 단계; 탈질된 처리수에 대해 호기조에서 탄소화합물을 탄산가스와 물로 분해하고 질소화합물을 암모니아와 질산염으로 분해하는 단계; 호기조에서 처리된 처리수에 대해 질산화조에서 암모니아성 질소를 질산화하고 인의 과잉섭취가 일어나게 하며 유기물을 산화시키고, 이렇게 처리된 처리수의 일부를 혐기조 및 무산소조 중 적어도 하나로 반송하는 단계; 질산화조에서 유입된 처리수를 중력에 의해 고액분리하고 상등수만 월류시키며, 침전된 오니를 침전분리조, 혐기조, 호기조, 및 유량을 조정하는 유량조정조로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나로 반송하는 단계; 분리막을 이용하여 잉여오니와 처리수를 고액분리하고 잉여오니를 침전분리조 및 호기조 중 적어도 하나로 반송하는 단계; 및 유입된 처리수를 소독한 다음, 그 일부는 분리막을 세정하기 위한 역세수로서 활용하고 나머지는 방류하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 질소·인 고도처리 시스템을 도시한 것이다.
이를 참조하면, 본 발명에 의한 질소·인 고도처리 시스템은 제2혐기조(12)와 제2무산소조(14)를 포함하는 침전분리조(10), 유량조정조(20), 혐기조(30), 무산소조(40), 호기조(50), 질산화조(60), 침전조(70), 막 여과조(80), 및 소독 및 방류조(90)를 포함한다.
먼저, 침전분리조(10)는 유입 오폐수에 포함된 생오니를 침전시킨다. 바람직하게는, 인을 에너지원으로 하는 혐기성 미생물로 하여금 인의 방출을 유도하는 제2혐기조(12)와, 탈질과 동시에 유기물이 탄소원으로 사용되어 제거되는 제2무산소조(14)로 분리되어 있고, 유입 오폐수에 포함된 생오니를 침전시킨다.
이러한 침전분리조(10)는 다음 조로 이송되는 유기물의 부하를 줄임과 동시에, 상대적으로 독성물질이나 충격부하(shock load)에 내성이 강한 혐기성 미생물로 하여금 오폐수와 먼저 접촉하게 하여 전처리 효율을 극대화하게 된다.
이렇게 침전분리조(10)에 침전된 생오니는 주기적으로(예컨대 1년에 1번씩) 침전분리조(10)를 청소할 때 제거된다. 따라서 기존의 스크린조에서 스크린에 상시적으로 생오니가 걸러져 있어 상시적인 악취의 원인이 되었고, 또한 상시적으로 그 생오니를 제거해야 하기 때문에 많은 인력과 경비가 소요되었던 문제를, 스크린조를 제거하고 생오니를 침전시키는 방식을 취함으로써 근본적으로 해결하게 되었다.
오폐수는 침전분리조(10)의 제2혐기조(12)로 유입용 T관(17)을 통하여 유입되고 제2무산소조(14)로 유출용 T관(18)을 통하여 유출되는 것이 바람직하다. 유출용 T관(18)은 침전물과 상등 고형물이 분리되는 중간층에서 월류할 수 있는 위치에 설치되는 것이 좋다. 침전분리조(10)의 용량은 1일 평균오폐수량의 1/2 이상이 적 당하다.
상기 침전분리조(10)에 유량조정조(20)가 연결된다. 유량조정조(20)는 불규칙한 유량으로 유입되는 오폐수를 집수하여 후속설비로 일정량씩 이송함으로써 후속공정에 일정한 수리학적 부하가 유지되도록 하는 것이다. 또한, 오염부하량의 변화를 균등화하여 생물학적 처리에 대한 충격부하를 방지하는 역할을 한다.
유량조정조(20)에는 오폐수이송펌프(24), 오폐수이송배관(21, 23), 플렉시블(flexible)(25), 밸브(26, 27), 압력계(28), 유량계(29), 산기관(22), 유량조정용 공기배관(23) 등이 설치되는 것이 바람직하다. 여기서 플렉시블(25)은 오폐수이송펌프(24)의 작동시 그 진동에 의해서 오폐수이송배관(23)에 무리가 가는 것을 방지하는 완충장치이다. 유량조정조(20)의 용량은 1일 평균오폐수량의 1/2 이상, 오폐수이송량은 1일 평균오폐수량의 1.5/24 이하, 공기공급량은 유효용량 1㎥당 1㎥/hr 이상이 바람직하다.
상기 유량조정조(20)에 혐기조(30)가 연결된다. 그 연결은 오폐수이송배관(23)에 의하는 것이 바람직하다. 혐기조(30)는 유입오폐수와 후술하는 질산화조(60)나 침전조(70)에서 반송되는 오니의 미생물을 이용하여 인을 유입농도의 3~4배까지 방출시킨다. 혐기조(30)에는 유입오폐수와 반송물의 충분한 혼합 및 고액분리 방지를 위해 수중교반기(32)를 설치하는 것이 바람직하다. 또한 혐기조(30)에서는 용존산소가 검출되지 않는 것이 바람직하다.
상기 혐기조(30)에는 무산소조(40)가 연결된다. 무산소조(40)에서는 후술하 는 질산화조(60)에서 반송된 질산성(NO3
-) 질소가 탈질균(Pseudomonas, Micrococcus, Spirillum, Acaligenes, Bacillus 등)의 질산호홉, 아질산호홉에 의해서 N2O, NO 등의 형태를 거쳐 N2로 환원되어 방출된다. 무산소조(40)에는 유입오폐수와 반송물의 충분한 혼합 및 고액분리 방지를 위해 수중교반기(42)를 설치하는 것이 바람직하다. 무산소조(40)는 용존산소 농도가 0.1mg/ℓ 이하로 유지되는 것이 좋다.
상기 무산소조(40)에 호기조(50)가 연결된다. 이러한 연결은 월류구(44)에 의해 이루어지는 것이 바람직하다. 호기조(50)는 호기성 미생물의 대사에 의하여 탄소화합물을 탄산가스와 물로, 질소화합물을 암모니아와 질산염으로 분해시킨다. 호기조(50)에서는 공기의 공급이 필요한데, 이는 활성오니 미생물의 동화작용 및 유기물 산화에 필요한 산소공급과 오니 혼합액을 교반하여 활성화하기 위함이다. 필요산소량에 있어서 탄소화합물의 산화 및 활성오니 미생물의 내생호홉에 필요한 산소량과 함께, 질산화 반응이 진행되는 경우에는 질산화에 필요한 산소량도 고려해야 한다.
호기조(50) 내의 폭기장치(52)는 오폐수를 균등하게 교반함과 동시에 용존산소가 2ppm 이상 유지될 수 있는 구조가 바람직하다. 폭기장치(52)에는 송풍기(51)에 의해서 공기배관(53)을 통하여 공기가 공급된다. 도 3에서 보는 바와 같이 호기조가 2개 설치되어 각각이 하부통로(46)를 통하여 연결되는 것이 바람직하다.
호기조내 미생물혼합액(MLSS; Mixed Liquor Suspended Solid) 농도는 2,000~5,000mg/ℓ , 폭기시간은 8~16시간, F/M비(Food-to-Microorganism ratio)는 0.3 내외, BOD(Biological Oxygen Demand) 용적부하는 0.4~0.8이 바람직하다. 호기조 용량은 BOD 용적부하보다는 F/M비를 기준으로 산정하는 것이 바람직하다.
상기 호기조(50)는 질산화조(60)에 연결된다. 이 연결은 월류구(54)에 의해서 이루어지는 것이 바람직하다. 질산화조(60)는 유입오폐수 내의 암모니아성 질소를 질산화시키고 이렇게 처리된 처리수의 일부를 반송배관(65)을 통하여 혐기조(30) 및 무산소조(40) 중 적어도 하나로 반송하고, 제2혐기조(12) 및 혐기조(40)에서 방출된 인을 과잉섭취(luxury uptake)에 의해서 제거하며, 미제거된 유기물을 산화처리한다.
질산화조(60)의 용존산소량은 2.5mg/ℓ이상이 바람직하며, 질산화조(60)는 질산화된 처리수를 무산소조(40)로 1~2Q(quantity) 반송할 수 있는 구조를 가지는 것이 좋다. 질산화조(60)에는 산기관(61)과 이에 공기를 공급하는 송풍기(61) 및 공기배관(63)이 설치되며, 상기 송풍기(61)에는 다른 공기배관(64)이 연결되고 이는 처리수 반송배관(65)에 대해 에어리프트 펌프(air lift pump)로서 작용한다. 즉 내부반송은 비동력식 펌프라고 할 수 있는 에어리프트 펌프에 의해서 이루어진다. 미설명부호 69는 솔레노이드(solenoid) 밸브를 나타낸다.
상기 질산화조(60)는 침전조(70)에 연결된다. 이러한 연결은 월류관(76)에 의해서 이루어지는 것이 바람직하다. 침전조(70)는 혼입된 처리수를 중력에 의하여 고액분리 처리하고 상등수만 월류시켜 후속설비인 분리막(82)의 막힘을 최소화하고 처리효율을 극대화시킨다. 침전된 오니는 반송배관(73)을 통하여 침전분리조(10)( 바람직하게는 제2혐기조(12)), 유량조정조(20), 혐기조(40), 및 호기조(50)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나로 반송된다. 이러한 반송은 전술한 에어리프트 펌프에 의해서 이루어진다. 미설명부호 78은 솔레노이드 밸브를 나타낸다. 침전조(70)에서 수면적 부하는 10~20㎥/㎡·day, 체류시간은 2~5시간, 유효수심은 2~5m가 바람직하다.
상기 침전조(70)는 막 여과조(80)에 연결된다. 이러한 연결은 월류구(74)에 의해서 이루어지는 것이 바람직하다. 막 여과조(80)는 호기성 미생물의 생물학적 반응기를 통해 미생물과 최종산물로 분해된 유기물을 분리막(82)을 이용하여 잉여오니(미생물)와 처리수로 고액분리하여 맑은 처리수를 얻게 한다. 이러한 처리수는 펌프(87)를 이용하여 흡입되는 것이 바람직하다. 여기서 분리막(82)으로서는 침지형 중공사막이 바람직하다. 고액분리된 잉여오니는 반송배관(86)을 통하여 침전분리조(10)(바람직하게는 제2혐기조(12)) 및 호기조(50) 중 적어도 하나로 반송된다.
막 여과조(80)에는 분리막(82) 세정을 위하여 공급되는 공기가 골고루 공급될 수 있도록 분리막 세정 산기관(84)이 설치되는 것이 바람직하다. 이 산기관(84)은 수평이 유지되도록 설치하는 것이 좋다. 이 산기관(84)에는 송풍기(81)와 공기배관(83)을 이용하여 공기가 공급된다. 공기배관(83)은 중간부위에서 분기되어 잉여오니 반송배관(86)에 대해 에어리프트 펌프로서 작용한다. 미설명부호 85는 솔레노이드 밸브를 나타낸다.
한편, 분리막(82)의 기공크기는 미생물을 완전히 배제할 수 있어야 하기 때문에 0.4㎛ 이하인 것이 바람직하다. 분리막 투과수량(flux)은 1㎥/4㎡·day(0.25 ㎥/㎡·day) 이하를 유지하여 분리막(82)의 오염이 최대한 억제될 수 있어야 한다. 분리막(82)의 세정에 요구되는 공기량은 분리막(82) 투영면적을 기준으로 75N㎥/㎡·hr 이상인 것이 바람직하다. 분리막(82)의 내/외 직경은 0.5mm/0.8mm가 바람직하다.
상기 막 여과조(80)는 소독 및 방류조(90)에 연결된다. 소독 및 방류조(90)는 유입된 처리수를 소독한 다음, 그 일부는 막 여과조(80)의 분리막(82)을 세정하기 위한 역세수로서 활용하고 나머지는 방류한다.
구체적으로는, 막 여과조(80)를 통과한 처리수는 펌프(87)에 의해 흡입되어 소독 및 방류조(90)로 유입되고, 처리수를 방류하기 전에 처리수 중에 존재할 수 있는 대장균 및 기타 세균을 소독하게 된다. 이러한 소독에는 통상 차아염소산나트륨(NaOCl)이 사용되며 이러한 소독제는 소독기(95)에 투입된다. 이렇게 처리수가 소독되어 하부통로(92)를 통하여 인접한 조로 이송되며, 이송된 처리수의 일부는 막 여과조(80)의 분리막(82)을 세정하기 위한 역세수로서 활용된다. 막 여과조(80)에서 역세수 중에 있는 염소성분이 분리막(82)의 오염(fouling)이나 폐색(clogging)을 최대한 억제하게 된다. 또한 수처리에 유해한 일부 사상균을 사멸시켜 수처리 효율을 극대화하게 된다.
소독 및 방류조(90)의 설계시, 처리수량 및 수질을 육안으로 검사하거나 분석하기 위해서 채수가 용이하도록 하여야 한다. 차아염소산나트륨의 주입량은 2~8mg/ℓ가 바람직하며, 잔류염소 농도는 0.1~0.2mg/ℓ이상, 대장균은 200MPN/10㎖ 이하가 좋다. 또한, 소독 및 방류조(90)에서 처리수의 체류시간은 15분 이상인 것 이 바람직하다. 미설명부호 97, 98은 배관, 89, 99는 밸브모터(motor of valve)를 나타낸다.
한편, 본 발명에 의한 질소·인 고도처리 방법을 도 3을 참조하여 설명한다.
먼저, 유입 오폐수에 포함된 생오니를 침전분리조(10)에서 침전시킨다. 바람직하게는, 유입 오폐수에 대해 혐기성 미생물을 이용하여 제2혐기조(12)에서 인의 방출이 일어나게 하고, 제2무산소조(14)에서 탈질과 유기물 제거를 수행하고, 오폐수에 포함된 생오니를 침전시킨다.
다음으로 침전분리된 처리수에 대해 혐기조(30)에서 인의 방출이 일어나게 한다. 이후 무산소조(30)에서 탈질하고, 호기조(50)에서 탄소화합물을 탄산가스와 물로 분해하고 질소화합물을 암모니아와 질산염으로 분해한다.
호기조(50)에서 처리된 처리수에 대해 질산화조(60)에서 암모니아성 질소를 질산화하고 인의 과잉섭취가 일어나게 하며 유기물을 산화시키고, 이렇게 처리된 처리수를 혐기조(30) 및 무산소조(40) 중 적어도 하나로 반송한다.
질산화조(70)에서 유입된 처리수를 중력에 의해 고액분리하고 상등수만 월류시키며, 침전된 오니를 침전분리조(10)(바람직하게는 제2혐기조(12)), 혐기조(30), 호기조(50), 및 유량을 조정하는 유량조정조(20)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나로 반송한다.
이후, 분리막(82)을 이용하여 오니와 처리수를 고액분리하고, 잉여오니를 침전분리조(10)(바람직하게는 제2혐기조(12)) 및 호기조(50) 중 적어도 하나로 반송한다.
마지막으로, 유입된 처리수를 소독한 다음, 그 일부는 분리막(82)을 세정하기 위한 역세수로서 활용하고 나머지는 방류한다.