KR100653676B1

KR100653676B1 - 단위공정들을 조합한 하수 및 폐수의 고도처리장치 및 그처리방법

Info

Publication number: KR100653676B1
Application number: KR1020060089084A
Authority: KR
Inventors: 김송현; 김남술
Original assignee: 케이에스엔바이로 (주); 주식회사 도화종합기술공사
Priority date: 2006-09-14
Filing date: 2006-09-14
Publication date: 2006-12-06

Abstract

이 발명은 하수 및 폐수 중에 독성물질이 포함되지 않은 하수 및 폐수의 고도처리장치에 관한 것으로서, 협잡물, 비부식성 무기물질과 부유물 중 유지분을 제거하는 전 처리시설과, 탈 인의 전단계 공정에 해당하는 인 방출을 수행하는 혐기성선택조와, 유입하수 및 폐수 내의 유기물의 상당량을 호기성 산화를 통해 제거하는 순수 호기조로 이용되는 전단호기조와, 전단호기조의 후공정에 설치되어 전단호기조의 MLSS 농도 조절을 위해 활성 슬러지를 전단호기조에 반송시키는 전단호기조용 슬러지 반송조와, 잔류 유기물제거, 질소 및 인의 고도처리를 주목적으로 하는 주반응 SBR를 포함하며, 전단호기조의 운전에 적합한 MLSS 양은 주반응 SBR에서 처리된 후 혐기성선택조를 거처 유입되는 반송 슬러지와, 전단호기조용 슬러지 반송조에서 반송된 활성 슬러지로 인해 전단호기조 내에서 생성된 활성 슬러지로 조절하는 것을 특징으로 한다. 이 발명은 상기 구성요소들이 각각의 단위공정들을 수행하고, 이들 단위공정들을 합목적적으로 분리 배치함으로써, 운전을 효율화하고 초기투자비를 줄여 경제성을 갖는 효과가 있다.

Description

단위공정들을 조합한 하수 및 폐수의 고도처리장치 및 그 처리방법{Advanced Sewage and Wastewater Treatment Process and Devices for each Unit Processes}

도 1은 이 발명의 한 실시예에 따른 단위공정들을 조합한 하수 및 폐수의 고도처리장치 및 그 처리방법의 계통도이고,

도 2는 이 발명에 따른 단위공정들을 조합한 하수 및 폐수의 고도처리방법의 청천시 공정 흐름도이고,

도 3은 이 발명에 따른 단위공정들을 조합한 하수 및 폐수의 고도처리방법의 우천시 공정 흐름도이고,

도 4는 이 발명에 사용되는 망사 스크린부 부유식 데칸타의 시설도이며,

도 5는 이 발명에 사용되는 표면 포기기의 시설도이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

1 : 유입하수 및 폐수 2 : 조목 스크린

3 : 침사지 4 : 세목 스크린

5 : 혐기성선택조 6 : 전단호기조

7 : 전단호기조용 슬러지 반송조

9 : 주반응 SBR 12 : 생물여과지

이 발명은 하수 및 폐수 중에 부유하거나 용해되어 있는 유기물질 및 기타 오염물질과, 하수 및 폐수의 고도처리의 주 대상인 질소 및 인을 효율적으로 제거할 수 있는 하수 및 폐수의 고도처리장치 및 그 처리방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 유기물질 및 기타 오염물질과, 질소 및 인 등의 오염물질을 그 처리목적에 적합한 독립적인 단위공정들을 결합하여 구성한 하수 및 폐수의 고도처리장치 및 그 처리방법에 관한 것이다.

현재 중소규모 하수 및 폐수처리장에서는 SBR(Sequential Batch Reactor) 공법 및 이의 변법들에 적용된 공법들이 많이 적용되고 있다. 즉, 대부분 하수 및 폐수를 전 처리한 후, 영양염류 및 고도처리 공정 등의 단위공정들이 한 개의 조 내에서 이루어지도록 구성되어 있다. 이러한 처리공정보다 한 단계 높은 처리공정으로는 단위공정으로 여과공정을 후속공정으로 두고, 여기에 슬러지 처리공정 등을 부가적으로 갖도록 구성하는 것이다.

이들 기존의 중소규모 하수 및 폐수처리장에서 이용하는 대표적인 공정을 상세히 설명하면 다음과 같다.

전 처리공정에서는 모래, 협잡물, 유분 및 기타 부유성 물질 등을 침전이나 부유물 제거방법을 이용하여 처리하고 있으며, 공정상 하수 중의 유기물을 최대로 이용하기 위하여 대부분의 공정에서는 1차 침전시설을 생략하고 있다. 단, 하수 및 폐수량이 소량인 경우나 후속공정 운전조건에 맞춰 유입부에 유량 조절조를 두는 경우도 있다.

주반응조인 SBR 공정에서는 유기물 제거, 질소 및 인 제거공정이 한 개의 조 내부에서 이루어지고 있으며, 이 공정에서 처리된 하수 및 폐수는 최종적으로는 소독 방류하거나 한 단계 높은 처리공정을 거쳐 재이용하고 있다. 또한, 선택조 및 호기조가 분리되어 있는 공정에서도 호기조 MLSS(Mixed Liquor Suspended Solid)량의 조절과 호기성 활성슬러지의 최적운전을 위하여 단독 운영하는 활성슬러지 계통을 갖추고 있지 않은 실정이다.

이 외에 추가적으로 슬러지 처리공정이 있다. 슬러지 처리공정에서는 각 공정의 잔류물 및 전처리 시설물의 유기물질을 포함한 침사지 발생물질과 잉여 슬러지 등을 농축, 탈수 등의 처리공정을 거쳐 최종적으로 재이용하거나 위생 매립 등으로 처리하고 있다.

지금까지 하수 및 폐수처리에 적용되는 SBR 관련 공정들도 대부분 이러한 공정의 단위공정을 변경하는 등의 단순한 공정순서의 재배치를 통해 그 공정의 특징을 조금씩 구분하고 있는 실정이다.

SBR 공정은 오래전부터 중소규모 하수 및 폐수처리장에 적용하기에 아주 적절한 최선의 공법으로 인식되고 있으나, 아직도 개선해야 할 몇 가지 사항이 있다. 그 중에서 몇 가지 개선해야 할 필요가 있는 부분을 지적하면 다음과 같다.

첫째, 이들 기존 공정에서 가장 중요한 공정은 생물학적 처리공정인데, 이러 한 생물학적 처리공정에서 생물군의 섭생에 좋은 환경을 마련하기 위해서는 한 개의 조 내에서 모든 공정이 이루어지는 공정배치를 해야 하는데, 그럴 경우 운전상 피할 수 없는 문제점들이 있다. 그 중의 한 가지는 탈인 공정에서 미생물에 영향을 미치는 유입수에 포함된 암모니아의 독성제거가 어렵다는 점이다.

이를 개선하기 위한 공정으로 유입부에 혐기성선택조 기능을 갖는 처리공정을 설치하고, 이를 단위공정으로 하되 인 제거공정의 초기공정에 해당하는 인의 확신한 방출이 가능하도록 초기 유입수와 혼합하는 혼합조로 운영하고 있다. 그러나 이 방법은 한 조 내에서 이들이 완전 분리되지 않은 상태로 운전되기 때문에 공정의 운전한계가 분명하지 않고, 만약 분리 운영할 경우에는 초기투자비가 과다하게 소요되는 문제점이 있다.

둘째, 현재 운영되고 있는 SBR 처리시스템에서는 한 조 내에 호기 및 무 산소균이 존재하고, 일부의 경우는 혐기상태의 미생물까지도 공존하기 때문에, 생물학적인 섭생을 통해 유기물을 분해함으로써, 유기물 처리, 질소제거 및 탈인 공정을 수행하고 있다. 그러나 서로 다른 균들의 생육에 적합한 최상의 생육조건을 한 조 내에서 이루기 위해서는, 운전환경이 변경될 경우 그에 맞는 공정으로의 전이공정이 필요하기 때문에, 최상의 운전형태로 배치할 수 없고, 그에 따라 다른 개선책을 고려해야만 한다.

또한, 기존의 SBR은 그 구조 특성상 주반응 SBR 내에서 모든 종류의 균주들에게 적합한 생육조건을 동시에 형성하는 것이 어렵기 때문에, 이를 개선하기 위해서는 다른 공정에 영향을 크게 미치는 혐기공정 및 유기물 처리의 호기공정을 고도 처리공정에서 따로 분리시켜 시스템을 구성하는 등의 고려가 있어야 한다.

셋째는 처리기기의 효과적인 운영에 관한 점이다. 그 중의 한 가지는 폭기 관련 기기에 관한 사항이다. SBR은 그 공정의 특성상 한 개의 조 내에서 호기 상태를 형성함과 더불어 혐기 및 무 산소 상태를 갖도록 운전하여야 한다. 그러나 이러한 조건은 필연적으로 호기 기기와 산기 시설의 휴지 시간이 필연적으로 많이 발생하기 때문에, 이들 기기와 시설물의 시설 증가를 초래해 초기투자비의 증가를 가져오는 문제점이 있다.

다른 한 가지는 하수 및 폐수처리가 완료된 후에 처리 상등수를 방류시키는 단위공정에 관한 것이다. 이 처리공정에서는 데칸타 등의 처리 기기가 사용되고 있으나, 좀 더 효과적인 처리 기기의 개발을 위해 지금도 꾸준히 개선하고 있는 상태이다. 특히, 처리수를 배수하고 부유물을 분리할 때에 부적절한 부유물질의 월류 등이 발생하기 때문에 효율적인 운전을 위해 고려해야 한다.

이 발명은 기존의 하수 및 폐수처리시스템에서 한 조 내에서 혐기 및 호기상태의 미생물을 이용하여 하수를 처리함에 따라 나타나는 문제점들을 개선하기 위해 개발된 것으로서, 유입부에 설치한 혐기성선택조와, 그 후속 공정인 전단호기조 및 이런 전단호기조의 MLSS농도를 조절하는 전단호기조용 슬러지 반송조가 각각의 단위 공정들을 수행하고, 이들 단위공정들을 합목적적으로 분리 배치함으로써, 하수를 기존 처리시설의 방류수 수질보다 양질로 처리하여 방류선에 방류함은 물론 처 리수의 재이용도 가능한 하수 및 폐수의 고도처리장치 및 그 처리방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 이 발명은, 유입관로를 통해 유입된 유입하수 및 폐수를 조목 및 세목 스크린과 침사지를 이용하여 협잡물, 비부식성 무기물질과 부유물 중 유지분을 제거하는 전 처리시설과; 인 제거에 사용되는 박테리아 성장을 위해 지방산(VFA)을 생성하고, 주반응 SBR로부터 반송된 반송 슬러지 중의 미생물 군과 유입하수 및 폐수 중의 영양염류를 이용하여 인 방출을 촉진하며, 슬러지 부상의 원인이 되는 호기성 섬유 박테리아의 생성을 억제하고 응집성이 양호한 미생물을 배양하기 위해 독립적으로 운전되는 혐기성선택조와; 유입하수 및 폐수 내의 유기물의 상당량을 호기성 산화를 통해 제거하는 순수 호기조로 이용되는 전단호기조와; 전단호기조의 후공정에 설치되어 전단호기조의 MLSS 농도 조절을 위해 활성 슬러지를 전단호기조에 반송시키는 전단호기조용 슬러지 반송조와; 잔류 유기물제거, 질소 및 인의 고도처리를 주목적으로 하는 주반응 SBR를 포함하며, 전단호기조의 운전에 적합한 MLSS 양은 주반응 SBR에서 처리된 후 혐기성선택조를 거처 유입되는 반송 슬러지와, 전단호기조용 슬러지 반송조에서 반송된 활성 슬러지로 인해 전단호기조 내에서 생성된 활성 슬러지로 조절하는 것을 특징으로 한다.

이 발명은 주반응 SBR로부터 반송되는 관로를 전단호기조용 슬러지 반송조에 연결하는 제1 슬러지 우회수로를 더 가질 수 있다.

이 발명은 주반응 SBR에서 침전에 의해 제거되지 않고 넘어온 잔류 부유성 고형물질을 여과 제거하고, 방류수 중에 잔존하는 미량의 잔류 질산화된 질소를 탈질 시키는 생물여과지를 더 포함할 수 있다.

이 발명의 주반응 SBR에는 망사 스크린부 부유물 제거시설을 구비한 부유식 데칸타가 설치되어 유입되는 처리수를 처리할 수 있다.

이 발명의 전단호기조에는 고정식 표면 포기기가 설치되며, 고정식 표면 포기기의 상부에는 비산 응결수 동결방지용 열선이 내장된 에어로졸 비산방지 커튼이 설치될 수 있다.

이 발명은 주반응 SBR과 생물여과지 사이에 순도가 높은 중수도 수질로 처리하는 순수생산시설을 더 구비할 수도 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 이 발명은, 상기와 같이 구성된 하수 및 폐수의 고도처리장치를 이용하여 하수 및 폐수를 고도처리하는 방법으로서, 전 처리시설을 이용하여 유입하수 및 폐수 내의 협잡물, 비부식성 무기물질과 부유물 중 유지분을 제거하는 단계와; 혐기성선택조를 독립적으로 운전하여, 인 제거에 사용되는 박테리아 성장을 위해 지방산(VFA)을 생성하고, 주반응 SBR로부터 반송된 반송 슬러지 중의 미생물 군과 유입하수 및 폐수 중의 영양염류를 이용하여 인 방출을 촉진하며, 슬러지 부상의 원인이 되는 호기성 섬유 박테리아의 생성을 억제하고 응집성이 양호한 미생물을 배양하는 단계와; 전단호기조를 이용해 유입하수 및 폐수 내의 유기물의 상당량을 호기성 산화를 통해 제거하는 단계; 및 주반응 SBR를 통해 잔류 유기물제거, 질소 및 인을 고도처리한 후 방류하는 단계를 포함하며, 전단호기조의 운전에 적합한 MLSS 양은 주반응 SBR에서 처리된 후 혐기성선택조를 거처 유입되는 반송 슬러지와, 전단호기조용 슬러지 반송조에서 반송된 활성 슬러지로 인해 전단호기조 내에서 생성된 활성 슬러지로 조절하는 것을 특징으로 한다.

이 발명은 혐기성선택조, 전단호기조, 전단호기조용 슬러지 반송조, 및 고도처리 대상오염물질을 처리하는 주반응 SBR를 이용하여 유입하수 및 폐수를 고도처리하도록 구성된다. 즉, 이 발명은 구성요소들이 각각의 단위공정들을 수행하고, 이들 단위공정들을 합목적적으로 분리 배치함으로써, 운전을 효율화하고 초기투자비를 줄여 경제성을 갖춘 기술로서, 이를 요소별로 살펴보면 다음과 같다.

첫째, 공정상의 처리기술에 관련된 점은 다음과 같다.

이 발명의 공정 배치상의 특징은 기존 유사 공정의 기술상의 문제점들을 해결하기 위하여, 유입하수 및 폐수 중의 처리대상물인 BOD, COD, SS, 질소 및 인과 같은 생물학적 처리가 가능한 모든 유기물질들을 각각의 처리 목적에 맞게 단위공정들을 구분 배치한 것이다.

이러한 단위공정 중에서 전단에는 혐기성선택조를 운영하여 탈 인의 전단계 공정에 해당하는 인 방출을 수행하고, 다음공정으로는 유기물 처리시설 중 포기조 시설을 독립시켜 공정의 전단에 독립적으로 설치해 연속적으로 전단호기조로 운영하되, 이러한 운전에 필요한 전단호기조의 MLSS 농도 조절을 위한 전단호기조용 슬러지 반송조를 전단호기조의 바로 후공정에 배치 구성하였다. 그리고 주반응 SBR에서는 유기물 처리와 함께 주로 질소 및 인을 처리하도록 구성하였다. 즉, 이 발명은 한 단위공정에서 한 가지의 단순 목적을 잘 처리하도록 단위공정들을 배정함 으로써, 단위 시설별 운전 효율을 개선한 것이다.

그리고 이 발명은 BOD 제거와 탈질 처리를 위한 산소를 공급함에 있어, 단계별로 적정량의 산소 공급이 용이하도록 단위공정들이 각각 분리되어 있으며, 그에 따라 포기 기기 등의 적절한 변경이 용이하다. 따라서 전단호기조에서는 유기물 처리에 필요한 호기성 미생물만을 우점 배양할 수 있는 조건을 형성하고, 주반응 SBR에서는 질소 제거 관련 미생물이 일반적인 경우에 비해 더욱 잘 생육할 수 있는 조건을 형성할 수 있다.

이러한 호기조의 분리 배치를 통해 얻을 수 있는 다른 장점은 질산화 박테리아에 해가 될 수 있는 유입 유기물질들이 전단호기조에서 제거되어 주반응 SBR에서 주로 생육하는 이들 질소 제거 관련 박테리아의 안정적 생육에 도움을 준다는 것이다.

또한, 이 발명의 경우, 유기물질은 독립된 전단호기조에서 주로 처리하고, 질소와 인은 공정의 앞부분에 설치한 혐기성선택조와 주반응 SBR을 이용한다. 그리고 하수 및 폐수를 고도처리함에 있어 중요한 MLSS 농도 조절은 슬러지의 반송 방법을 이용한다. 또한, 여과능력과 생물학적 탈질 및 여과기능이 가능한 생물여과지를 설치해 여과함으로써 처리수 수질의 균등화를 기할 수 있고, 방류 수질의 균등화를 이룸에 따라 기존의 처리공정에 비해 한 단계 높은 하수 및 폐수처리를 행할 수 있다. 따라서, 하수 및 폐수를 처리수의 방류규제치보다 훨씬 양질로 처리하여 방류수역으로의 방류는 물론 재이용도 가능하다.

둘째, 이 발명에 따른 장비 시설상의 특징은 다음과 같다.

이 발명은 자체적으로 전단호기조용 슬러지 반송조가 있고 MLSS 조절 능력을 갖는 전단호기조를 설치해 운영함으로써, 유사한 타 SBR 공정보다 하수 및 폐수처리장의 처리 용량에 대비하여 포기 이외의 공정 운전시에 유휴 포기시설의 설치 대수를 획기적으로 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 소규모이면서도 확실한 목적을 가진 단위공정으로 운영할 수 있어 초기 투자비를 크게 줄일 수 있으며, 더 나아가 소모되는 동력도 절감할 수 있어 운전 및 유지관리상 최적화를 이룰 수 있다. 이 때, 전단호기조용 슬러지 반송조에는 반송슬러지와 주반응 MLSS량을 조절할 수 있도록 고안된 트라프가 설치된다.

주반응 SBR에는 슬러지와 방류수의 효과적 분리를 위해 특별히 고안된 망사 스크린부 부유물 분리시설을 갖는 데칸타를 설치하였다. 따라서, 주반응 SBR 공정의 후공정에 해당하는 상향류식 생물여과지로의 처리수 유입을 보다 균등화시킬 수 있다. 또한, 표면 포기기를 이용하는 경우에 대비하여 에어로졸 비산방지 커튼을 고안 하였다. 또한, 생물여과지 이외에 막 여과장치를 설치해 방류수 이상의 양질의 용수를 필요로 하는 경우에 적용하도록 하였다.

셋째, 이 발명은 일반 분류식 하수도 시설이 있는 도시하수의 경우와 생물학적 처리에 적합하지 않은 독성 물질이 포함되지 않은 폐수를 처리수의 수질을 BOD₅ 10mg/l 이하, COD_Mn 20mg/l 이하, SS 10mg/l 이하, 총질소 15mg/l 이하, 총인 1mg/l 이하로 고도처리 가능하도록 구성된다.

여기에, 하수의 경우에 있어서는 합류식 지역에서의 우천시에도 청천시 유입 하수의 적정량을 생물여과 처리함으로써 방류수 수질기준을 준수할 수 있게 운전할 수 있으며, 이외에 합류식 하수관거가 있는 지역에서도 청천시 유입하수량의 3배 정도까지 차집하여 하수를 고도 처리할 수 있다. 그리고 합류식 관거 시설 지역에서 하수처리장을 가동함에 있어서는, 처리장 가동 초기에는 처리공정을 다른 SBR 공정과 다르게, 전체 하수량을 주반응 SBR에서 처리할 수 있는 청천시 하수량을 제외한 처리수는 주반응 SBR을 이용한 1차 침전처리 후 방류시킨다.

그로 인해 생물여과지가 안정화되면, 즉 활성 미생물의 생육이 완성되어 정상적인 처리가 가능하면, 유입하수를 모두 주반응 SBR 운전에 의해 고도 처리하고, 주반응 SBR로 처리된 하수 중 적정량을 생물여과지를 이용하여 여과 및 질소 처리까지 행할 수 있도록 운전하고, 나머지 유입하수량은 생물여과공정을 거치지 않고 처리한 후 소독하여 생물여과지 처리수와 섞어 방류함으로써, 균질의 양호한 처리수를 생산 방류할 수 있도록 한다.

이 때, 생물여과지 처리 수량은 처리대상 유입하수의 수질과 방류수의 목표 수질에 따라 조정되며 생물여과지를 두지 않아도 되는 경우도 있을 수 있다.

이 발명은 유입부에 설치한 혐기성선택조와, 그 후속 공정인 전단호기조 및 이런 전단호기조의 MLSS농도를 조절하는 전단호기조용 슬러지 반송조가 각각의 단위공정들을 수행하고, 이들 단위공정들을 조합하여 유입하수를 처리하되, 처리수의 목표수질이 미흡할 때에 부가적으로 방류수질을 고려하여 용량선택이 가능한 생물여과지를 설치해 하수를 처리하도록 구성된다.

즉, 이 발명은 상당량의 유기물은 독립적인 전단호기조에서 처리하고, 나머 지 유기물, 질소 및 인은 주반응 SBR을 이용하여 처리하는 기술로서, 하수 및 폐수를 기존 처리시설의 방류수 수질보다 양질로 처리하여 방류선에 방류함은 물론 처리수의 재이용도 가능하게 구성한 하수 및 폐수의 고도처리장치이다.

따라서 이 발명은 기존의 유사 SBR 공정보다도 소수의 포기시설 관련 기기를 설치하더라도 하수 및 폐수의 고도처리가 가능하고, 또한 포기기기의 연속운전이 가능하기 때문에, 기존의 SBR 공정들보다 경제적으로 효과적인 운전이 가능할 뿐만 아니라, 반송 슬러지의 다양한 운전변경을 통해 하수의 고도처리의 최적화를 이룰 수 있다.

아래에서, 이 발명에 따른 단위공정들을 조합한 하수 및 폐수의 고도처리장치 및 그 처리방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 이 발명의 한 실시예에 따른 단위공정들을 조합한 하수 및 폐수의 고도처리장치 및 그 처리방법의 계통도이다. 도 2는 이 발명에 따른 단위공정들을 조합한 하수 및 폐수의 고도처리방법의 청천시 공정 흐름도로서, 혐기성선택조, 전단호기조, 전단호기조용 슬러지 반송조, 주반응 SBR, 및 필요에 따라 적정 용량을 갖는 생물여과지를 이용하여 하수 및 폐수의 처리수의 재이용과 방류 목적의 고도처리 흐름과정을 나타낸 모식도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 유입관을 통해 처리시설로 유입된 유입하수 및 폐수(1)는 조목스크린(2), 침사지(3) 및 세목스크린(4) 시설을 따라 순차적으로 유동한다. 이러한 시설들을 거침에 따라, 유입하수 및 폐수(유입수)에 포함된 협잡물, 무기물 및 부유 유분 등이 제거된다. 그런 다음, 유입하수 및 폐수는 혐기성선택조(5)로 유입된다.

혐기성선택조(5)는 유입하수 및 폐수에 후술할 주반응 SBR(9)에서 탈질 공정을 행함에 따라 질산화 질소의 함량을 최소화시킨 반송 슬러지(23)를 혼합시킴으로써, 인 처리 미생물의 독성을 줄이는 완충역할을 한다. 그리고, 혐기성선택조(5)는 슬러지 내의 미생물 군과 유입하수 및 폐수 내의 영양 염류를 이용하여 슬러지 내의 인을 방출시킴으로써, 탈 인의 전단계인 인 방출을 유도하는 역할을 한다.

또한, 혐기성선택조(5)는 미생물의 먹이가 되는 유기물의 농도를 반송 슬러지(23)의 양을 조절하여 짧은 시간 내에 일시적으로 증가시킴으로써, 즉 F/M(Food/Microorganism) 비를 높여줌으로써, 사상균 성장을 억제하고 응집성이 양호한 플록을 형성하며, 또한 미생물의 선택적인 성장을 도모하는 조건을 형성하여 슬러지의 침강성 향상에 기여하는 물질의 합성을 양호하게 한다. 이와 동시에 플록의 내부에서는 유기탄소를 흡착하여 휘발성 유기산의 생성을 도움에 따라, 다음 처리단계의 호기반응 운전시에 인의 과잉섭취가 가능하도록 기여하고, 또한 주반응 SBR(9)에서 탈 인 반응시에 작용하는 미생물 군의 생육이 최적의 상태를 이루도록 생육 환경을 조성하는 역할을 한다.

그런 다음, 유입하수 및 폐수는 전단호기조(6)로 유입된다. 전단호기조(6)는 순수 호기조로만 이용되는 것으로서, 유입하수 및 폐수 내의 유기물의 상당량을 호기성 산화를 통해 제거하는 역할을 한다. 전단호기조(6)와 주반응 SBR(9)에서는 호기성 반응시에 인 과잉섭취(Luxury uptake) 현상이 일어나게 되는데, 이렇게 과잉 섭취된 인은 잉여 슬러지 제거시에 하수로부터 제거되고, 그에 따라 인이 모두 제거된다.

전단호기조(6)의 운전에 적합한 MLSS 양은 혐기성선택조(5)를 거처 유입되는 반송 슬러지와 전단호기조(6) 내에서 생성된 활성 슬러지의 양을 적절하게 조절하면 된다. 즉, 반송 슬러지와 활성 슬러지의 적당한 양은 전단호기조(6)의 후 공정인 주반응 SBR(9)에서 잔류유기물의 고도처리 공정에 이용하도록 유입시키고, 또한 트라프와 게이트를 이용하여 이 발명에서 독특하게 고안하여 적용한 전단호기조용 슬러지 반송조(7)에서 반송된 활성슬러지(20)의 양을 조절하면 된다.

이 때, 반송 슬러지의 유입구는 혐기성선택조(5)의 하수 및 폐수 유입구와, 전단호기조(6)의 하수 및 폐수 유입부에 두어 최적 운전조건에 맞춰 유입수질 및 운전조건을 고려한 양을 이들 단위공정에서 적당한 비율로 분배 유입시킬 수 있도록 구성한다.

전단호기조(6)에서 처리된 유입하수 및 폐수는 전단호기조용 슬러지 반송조(7)와 분배수로(8)를 거쳐 다음 하수 및 폐수처리의 단위공정인 주반응 SBR(9)로 유입된다.

주반응 SBR(9)은 주로 질산화 및 탈질과 이에 수반되는 영양염류의 처리가 주목적으로 운영되는 단위공정으로서, 간헐적인 포기에 의한 질산화와, 무산소조 운영에 의한 탈질, 탈인 및 영양염류의 처리를 행한다. SBR 처리수는 도 4와 같이 망사 스크린부 부유물 제거시설(10)을 구비한 상등수 분리용 부유식 데칸타(11)를 통해 다음 단계인 생물여과지(12)로 유입된다.

주반응 SBR(9)의 슬러지 공정에서는 침전된 슬러지는 제거하고, 탈인 공정의 전 단계인 혐기성선택조(5)에 활성 슬러지 형태로 정량 공급하며, 잉여 슬러지는 슬러지 처리(21)를 위해 슬러지 저류조(22)에 보낸다.

생물여과지(12)에서는 특별히 고안된 여제를 이용하여 방류수 중에 잔존하는 미량의 잔류 질산화된 질소를 탈질 시키고, 또한 주반응 SBR(9)에서 침전에 의해 제거되지 않고 넘어온 잔류 부유성 고형물질을 여과 제거하여 방류수의 수질 균등화를 이루는 역할을 한다. 이 때, 생물여과지(12)의 용량은 주반응 SBR(9)의 방류수의 처리수질과, 방류선의 처리수 방류(14) 조건을 고려하여 정하면 된다.

하수 및 폐수처리의 마지막 단계인 방류수 소독시설(13)에서는 처리수를 소독하여 방류하거나 처리수 저류조(15)에 보내어 필요시 중수도로 재이용(16) 할 수 있게 한다.

활성 슬러지의 운전과 슬러지의 제거 및 처리, 처분 공정흐름은 다음과 같다.

침사는 침사 및 스크린 제거시설(19)을 이용하여 제거한 후 세척공정을 거쳐 장외로 반출하여 처분한다.

슬러지는 혐기성선택조(5)와 이 발명에서 특유하게 개발한 전단호기조(6) 및 주반응 SBR(9)의 운전조건에 맞춰 운영하는데, 이 방법은 내생성장용 탄소(Endogenous carbon) 이용시의 탈질율이 하수 및 폐수의 온도가 저온(12℃ 이하)인 경우에는 유입하수 및 폐수 중의 탄소원 이용시보다 높고, 12℃ 이상인 경우에는 탈질현상이 유입하수 및 폐수를 이용하면 훨씬 잘 이루어지는 현상을 적용할 수 있도록 반송 슬러지의 농도와 양을 조절하여 운전할 수 있게 한다.

전단호기조(6)의 운전을 위해, 전단호기조(6)의 바로 다음에 설치한 전단호기조용 슬러지 반송조(7)로부터 적당량의 슬러지를 전단호기조(6)로 반송할 수 있게 한다.

이 외에 반송 슬러지의 최적 운영을 도모하기 위해, 주반응 SBR(9)로부터 반송되는 관로를 전단호기조(6)의 전단호기조용 슬러지 반송조(7)에 연결함으로써, 주반응 SBR(9)의 무산소 반응시간이 부족한 경우에는 혐기성선택조(5)로 반송되는 슬러지를 이곳에서 처리하여 반송할 수 있도록 제1 슬러지 우회수로(30)를 형성함으로써, 질산성 질소의 독성 제거에 도움을 주도록 하였다. 이러한 운전 변경시에는 반송 슬러지의 유입이 전단호기조(6)의 유입부로부터 혐기성선택조(5)의 유입부로의 변경이 가능하도록 제2 슬러지 우회수로(31)를 두었다. 이러한 시설로 인해 슬러지 운영의 최적화를 기할 수 있다. 이 때, 잉여 슬러지는 슬러지 처리공정을 두어 처리한 후에 폐기물 처리방법을 통해 처분하도록 한다.

슬러지 처리공정에서는 주반응 SBR(9)의 바닥을 경사형태로 구성해 침전 수거된 슬러지의 일부는 혐기성선택조(5) 또는 전단호기조용 슬러지 반송조(7)에 보내고, 잉여 슬러지는 슬러지 저류조(22)로 보낸다. 슬러지 저류조(22)에 저류된 슬러지 중 일부는 하수 처리를 위해 반송되고, 그 외 잉여 슬러지는 슬러지 탈수공정인 탈수시설(24)로 보내져 탈수된 후 장외로 반출 후 처분(26)된다.

도 3은 이 발명에 따른 단위공정들을 조합한 하수 및 폐수의 고도처리방법의 우천시 공정 흐름도이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 우천시의 하수 및 폐수처리는 분류식 하수관거가 설치되어 있는 도시하수(주로 오수와 폐수의 혼합형태) 외에 합 류식 하수관거가 설치되어 있는 지역에서 우수가 섞여 들어오는 하수 및 폐수를 처리하는데 적용할 수 있다. 이 경우에도 이 발명의 고도처리장치의 적절한 운전방법을 통해 청천시 유입하수 및 폐수량의 3배의 하수 및 폐수가 유입되더라도 전체 방류수 수질을 만족시킬 수 있는 처리를 행할 수 있다.

우천시의 하수 및 폐수처리 공정은 청천시의 하수 및 폐수처리 공정에서와 다르게 수질에 따라 혐기성선택조(5)와 전단호기조(6)를 호기조로 변경 운전할 수 있게 구성된다. 즉, 전체 유입하수 및 폐수가 주반응 SBR 처리공정을 거친 후, 적정량은 생물여과지(12)에 의해 여과 처리한 후 소독 방류된다. 그리고 하수 및 폐수처리장의 처리공정이 안정화되기 전에는 청천시 유량을 제외한 유량을 혐기성선택조(5)와 전단호기조(6) 및 전단호기조용 슬러지 반송조(7)를 이용하여 1차 침전처리한 후 우회수로(17)를 통해 소독 방류시키고, 청천시 유량은 주반응 SBR(9)을 이용하여 처리하다가 전체 하수 및 폐수처리공정이 안정화된 후에, 유입하수 및 폐수의 전량을 혐기성선택조(5)와 전단호기조(6) 및 전단호기조용 슬러지 반송조(7) 전체 또는 일부를 호기조로 운전하여 주반응 SBR을 거쳐 처리한 후 소독시설(13)로 보내 소독 방류한다. 이러한 처리공정에서는 활성 슬러지가 유출수에 섞여 방류되지 않고 반응조 내에 오래 동안 잔류하도록 유지하는 운영이 중요하다.

인 제거에 관한 단위공정은 유입하수 및 폐수 중에 생물학적 처리공정에 의해 처리하기 어려울 정도의 과도한 인이 유입되면, 이에 대비하여 별도의 여과지 또는 주반응 SBR의 유입부에 약품처리 공정을 추가할 수 있다.

우회수로(17, 18)는 공정운영상 다음 공정을 전 하수 및 폐수량이 우회하여 야 할 경우를 대비하여 충분한 용량을 갖추도록 계획하는 것이 바람직하다.

이 발명을 합류식 하수도 시설지역에서 우천시에 운영하도록 계획할 경우에는 계획 시부터 주반응 SBR 공정의 용량을 활성 슬러지의 유출이 방지되는 크기로 증가시킴으로써, 생물반응 시간 및 침전 시간을 적정화할 수 있다. 다른 방법으로 미생물 부착생육이 용이한 부유식 담체를 주반응 SBR 내에 둠으로써, 주반응 SBR 내의 미생물 농도유지에 이용할 수도 있다. 또한, 이러한 두 방법 중의 한 가지 또는 복합적으로 적용함으로써, 우천시에 청천시 유입 하수량의 3배의 하수 및 폐수를 처리하는 경우에 활성 슬러지의 유출 방지에 따른 반송 슬러지의 증가와, 담체에 부착 생육되어 유출이 방지되는 미생물에 의해, 주반응 SBR 공정에서의 호기조 운영이 적정화되어 청천시 유입 하수 및 폐수량(1Q)의 3배의 하수 및 폐수(3Q)의 유량이 유입되어도 양호하게 모두 처리할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 이 발명은 전단호기조(6) 및 전단호기조용 슬러지 반송조(7)를 구비함에 따른 여러 장점을 비롯하여, 폭기기기 및 시설의 적절한 운영을 통해서도 많은 장점을 갖는다.

기존의 SBR 공정에서는 공정 운전상 각 조 마다 무산소조 운전시에는 포기공정에 필요한 기기 및 시설을 정지시켜 두어야 하므로, 시설물이 정지되어 있는 시간이 길어지고, 이러한 이유로 포기시설의 개수가 늘어나 초기 투자비가 증대되는 원인이 되었다. 그러나, 이 발명은 이러한 포기시설의 정지시간을 획기적으로 줄여줌으로써 포기기의 설치 대수를 줄여주어 초기 투자비를 줄일 수 있다.

그리고 도 5와 같이 표면포기기를 적용하는 경우에는 그 특성상 전단호기조 의 수위가 변하지 않기 때문에, 전단호기조(6)의 포기기는 부유식 포기기[도 5의 (b)]를 적용하는 대신에 기기장치가 간단하고 운전이 편리하며, 이에 따라 초기 투자비가 상대적으로 저렴하며, 경우에 따라 운전 자동제어장치가 불필요한 고정식 포기기[도 5의 (a)]를 적용할 수도 있다. 이 때, 고정식 표면 포기기의 상부에는 비산 응결수 동결방지용 열선이 내장된 에어로졸 비산방지 커튼이 설치된다.

또한, 이 발명은 단위 공정별로 확실한 처리목표를 설정해 줌으로써 처리효율 면에 있어서도 상당한 개선효과를 가져올 수 있다.

[실시예]

분류식 하수도 시설지역 및 합류식 하수도 시설지역의 청천시 유입 하수량(1Q)을 기준하여 침사시설을 통과하여 이 발명에 따른 하수의 고도처리장치에 유입되는 하수를 처리하는 경우를 일례로 살펴본다.

이곳에 제시된 처리수의 수질은 실제 처리에 의하여 기대할 수 있는 수질보다 상당히 보수적인 값들이다.

일반 도시하수의 하수 성상을 보면, 완전한 분류식 또는 합류식의 청천시의 경우는 표 1(청천시 유입수의 수질)과 같은 수치가 하수처리장에 유입되는 하수의 대표적인 수질이 될 수 있다. 이 경우는 유사한 수질의 폐수의 유입수 수질에도 동일하게 적용된다.

표 1과 같은 성상의 하수 및 폐수를 이 발명에 따른 하수 및 폐수의 고도처리장치를 이용하여 처리한 결과는 아래의 표 2(청천시 처리수의 수질)와 같다.

다음으로는 합류식 하수도 시설지역의 우천시 유입 하수량(3Q)을 기준하여 침사시설을 통과하여 이 발명에 따른 하수의 고도처리장치에 유입되는 하수를 처리하는 경우를 일례로 살펴본다. 이 경우에는 청천시 하수처리 운전방법을 우천시에 적합한 운전 방법으로 공정을 변경하여 운전함으로써 처리수질을 만족시킬 수 있다. 이를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

일반 도시하수의 하수의 성상을 살펴보면, 합류식 하수도 시설지역의 경우, 대표적인 중소도시의 하수 처리장 평균 유입하수의 수질은 표 3(평균 유입하수의 수질)과 같은 수치를 갖는다. 이 경우는 유사한 수질의 폐수의 유입수 수질에도 동일하게 적용된다.

표 3과 같은 성상의 하수 및 폐수를 이 발명에 따른 하수 및 폐수의 고도처리장치를 이용하여 처리한 결과는 아래의 표 4(평균 유입하수 및 폐수의 처리수 수질)와 같다.

다음으로, 합류식 하수도 시설지역의 우천시(3Q 차집시)의 하수처리장 평균 유입수의 수질은 아래의 표 5(우천시 유입하수의 수질)와 같다.

표 5와 같은 성상의 하수를 이 발명에 따른 하수 및 폐수의 고도처리장치를 이용하여 처리한 결과는 아래의 표 6(우천시 처리수의 수질)과 같다.

이와 같이 부유 고형물 등이 확실하게 제거된 처리수는 표 1, 표 4 및 표 6에 나타낸 바와 같이, 청천시와 이와 유사한 폐수의 유입조건에서는 모든 하수 및 폐수를 최종 처리한 후 그 처리수를 일반의 공정용수 및 정원용수의 중수도로 이용할 수 있을 정도이고, 우천시에도 청천시 유입 수량(1Q)을 생물여과지를 이용하여 처리함으로써 일반의 공정용수 및 정원용수의 중수도로 이용할 수 정도로 수질이 개선되었다.

청천시 유입 하수량의 3배의 유입하수를 처리하는 방법으로는, 하수 및 폐수처리장의 최초 운전시에는 유입하수 전량을 주반응 SBR 이전 공정을 침전지로 이용하여 처리하고, 그 중에서 청천시 유입 하수 및 폐수량은 후속공정인 주반응 SBR과 생물여과지를 이용하여 처리한다. 이렇게 처리하다가 순치과정을 거친 후 하수 및 폐수처리 공정이 정상적으로 운영되어 모든 단위공정의 활성 미생물들이 충분한 양으로 생육이 완료되면, 우천시의 유입하수 및 폐수 전량을 주반응 SBR 및 생물여과지에서도 처리함으로써, 우천시 유입하수 및 폐수 전량을 기존의 일반 하수처리 공정의 유기물 처리공정 수준 이상으로 처리한 후 소독 방류할 수 있다. 이 경우 하수 및 폐수처리장 준공 후 청천시 하수의 유입기간이 활성 미생물들의 생육에 충분할 정도로 길게 유지되는 경우에는, 순치과정을 짧게 하거나 두지 않을 수도 있다. 이는 합류식 지역에 있어 기존의 하수 및 폐수처리장에서 단순하게 청천시 유입하수 및 폐수량의 2배의 유입하수 및 폐수를 1차 침전시킨 후 방류하고, 나머지 하수 및 폐수는 고도 처리하는 개념보다 진일보한 하수 및 폐수처리 개념이라 할 수 있다.

그리고 일반적인 공정용수 또는 정원용수 이외의 더욱 깨끗한 수질의 처리수가 필요할 경우에는 처리수의 일부를 순수생산시설(28)로 표시된 막 여과장치(Membrane module) 등을 이용하여 처리할 수 있다. 이러한 경우 막 여과수의 수질은 아래의 표 7(막 여과장치를 이용한 막 여과수의 수질)과 같다.

이 발명은 하수 및 폐수 중에 존재하는 유기물 및 기타 오염물질과 하수 및 폐수고도처리의 주목적물인 질소 및 인을, 처리목적에 따라 합목적적으로 확실한 역할분담을 하는 단위처리 공정을 적용하여, 생물학적 처리상 발생하기 쉬운 슬러지 벌킹, 인 제거 공정의 불확실한 운전 등에 의한 부적절한 처리 등의 부작용 없 이 처리할 수 있고, 더 나아가 종합적으로 양호한 처리결과를 얻을 수 있다.

또한, 이 발명은 독립적인 호기조를 운영함에 따라 포기 기계시설의 규모를 축소할 수 있을 뿐만 아니라 운전이 간편하여 처리장 운전에 있어 초기 투자비를 절감하고 처리장의 운영비를 절감할 수 있다.

또한, 이 발명은 초기 투자 계획시에 유입하수의 질과 하수처리 후의 방류수 수질기준에 맞춰 최종 단위공정인 생물여과지의 처리용량을 단계적으로 용이하게 증설할 수 있어 전체적인 하수 및 폐수처리장의 투자비를 적정화할 수 있다.

이상에서 이 발명의 단위공정들을 조합한 하수 및 폐수의 고도처리장치 및 그 처리방법에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 이 발명의 가장 양호한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 이 발명을 한정하는 것은 아니다.

또한 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 이 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않고 첨부한 특허청구범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims

유입관로를 통해 유입된 유입하수 및 폐수를 조목 및 세목 스크린과 침사지를 이용하여 협잡물, 비부식성 무기물질과 부유물 중 유지분을 제거하는 전 처리시설과,

인 제거에 사용되는 박테리아 성장을 위해 지방산(VFA)을 생성하고, 주반응 SBR(Sequential Batch Reactor)로부터 반송된 반송 슬러지 중의 미생물 군과 유입하수 및 폐수 중의 영양염류를 이용하여 인 방출을 촉진하며, 슬러지 부상의 원인이 되는 호기성 섬유 박테리아의 생성을 억제하고 응집성이 양호한 미생물을 배양하기 위해 독립적으로 운전되는 혐기성선택조와,

유입하수 및 폐수 내의 유기물의 상당량을 호기성 산화를 통해 제거하는 순수 호기조로 이용되는 전단호기조와,

상기 전단호기조의 후공정에 설치되어 상기 전단호기조의 MLSS(Mixed Liquor Suspended Solid) 농도 조절을 위해 활성 슬러지를 상기 전단호기조에 반송시키는 전단호기조용 슬러지 반송조와,

잔류 유기물제거, 질소 및 인의 고도처리를 주목적으로 하는 주반응 SBR를 포함하며,

상기 전단호기조의 운전에 적합한 MLSS 양은 상기 주반응 SBR에서 처리된 후 상기 혐기성선택조를 거처 유입되는 반송 슬러지와, 상기 전단호기조용 슬러지 반송조에서 반송된 활성 슬러지로 인해 상기 전단호기조 내에서 생성된 활성 슬러지 로 조절하는 것을 특징으로 하는 단위공정들을 조합한 하수 및 폐수의 고도처리장치.
청구항 1에 있어서,

상기 주반응 SBR로부터 반송되는 관로를 상기 전단호기조용 슬러지 반송조에 연결하는 제1 슬러지 우회수로를 더 갖는 것을 특징으로 하는 단위공정들을 조합한 하수 및 폐수의 고도처리장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 주반응 SBR에서 침전에 의해 제거되지 않고 넘어온 잔류 부유성 고형물질을 여과 제거하고, 방류수 중에 잔존하는 미량의 잔류 질산화된 질소를 탈질 시키는 생물여과지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단위공정들을 조합한 하수 및 폐수의 고도처리장치.
청구항 3에 있어서,

상기 주반응 SBR에는 망사 스크린부 부유물 제거시설을 구비한 부유식 데칸타가 설치되어 유입되는 처리수를 처리하는 것을 특징으로 하는 단위공정들을 조합한 하수 및 폐수의 고도처리장치.
청구항 4에 있어서,

상기 전단호기조에는 고정식 표면 포기기가 설치되며, 상기 고정식 표면 포기기의 상부에는 비산 응결수 동결방지용 열선이 내장된 에어로졸 비산방지 커튼이 설치되는 것을 특징으로 하는 단위공정들을 조합한 하수 및 폐수의 고도처리장치.
청구항 5에 있어서,

상기 주반응 SBR과 상기 생물여과지 사이에는 순도가 높은 중수도 수질로 처리하는 순수생산시설을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 단위공정들을 조합한 하수 및 폐수의 고도처리장치.
청구항 1에 기재된 하수 및 폐수의 고도처리장치를 이용하여 하수 및 폐수를 고도처리하는 방법으로서,

상기 전 처리시설을 이용하여 유입하수 및 폐수 내의 협잡물, 비부식성 무기물질과 부유물 중 유지분을 제거하는 단계와,

상기 혐기성선택조를 독립적으로 운전하여, 인 제거에 사용되는 박테리아 성장을 위해 지방산(VFA)을 생성하고, 상기 주반응 SBR(Sequential Batch Reactor)로부터 반송된 반송 슬러지 중의 미생물 군과 유입하수 및 폐수 중의 영양염류를 이용하여 인 방출을 촉진하며, 슬러지 부상의 원인이 되는 호기성 섬유 박테리아의 생성을 억제하고 응집성이 양호한 미생물을 배양하는 단계와,

상기 전단호기조를 이용해 유입하수 및 폐수 내의 유기물의 상당량을 호기성 산화를 통해 제거하는 단계, 및

상기 주반응 SBR를 통해 잔류 유기물제거, 질소 및 인을 고도처리한 후 방류하는 단계를 포함하며,

상기 전단호기조의 운전에 적합한 MLSS 양은 상기 주반응 SBR에서 처리된 후 상기 혐기성선택조를 거처 유입되는 반송 슬러지와, 상기 전단호기조용 슬러지 반송조에서 반송된 활성 슬러지로 인해 상기 전단호기조 내에서 생성된 활성 슬러지로 조절하는 것을 특징으로 하는 단위공정들을 조합한 하수 및 폐수의 고도처리방법.