KR100710488B1 - 용존오존부상 및 가압오존산화와 생물처리를 연계한하폐수처리장치 및 방법 - Google Patents

용존오존부상 및 가압오존산화와 생물처리를 연계한하폐수처리장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 원수 중의 고형물을 제거하는 고액분리조; 상기 고액분리조에서 처리된 원수를 미생물 처리하는 제1생물반응조; 상기 제1생물반응조에서 처리된 원수 중의 부유물 및 총인을 제거하는 용존오존부상조; 및 상기 용존오존부상조에서 처리된 원수를 미생물 처리하는 제2생물반응조를 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치가 제공된다.
이와 같은 하폐수처리장치에 의하면, 생물학적 공정과 오존을 이용한 화학적 산화공정을 접목하여 생물학적 공정만으로 처리되지 않는 난분해성 물질을 함유하는 하수 및 폐수를 효율적으로 처리할 수 있다는 장점을 갖는다.

Description

용존오존부상 및 가압오존산화와 생물처리를 연계한 하폐수처리장치 및 방법{Apparatus and method for water and wastewater treatment using Dissolved Ozone Flotation and Pressurized Ozone Oxidation}
본 발명은 하폐수처리장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 생물학적 공정과 오존을 이용한 화학적 산화공정을 접목하여 생물학적 공정만으로 처리되지 않는 난분해성 물질을 함유하는 하수 및 폐수를 효율적으로 처리할 수 있는 하폐수처리장치 및 방법에 관한 것이다.
여러 가지 하수 및 폐수 처리 시설 중 난분해성 산업폐수 및 축산폐수처리시설의 경우 생물학적 처리의 단일 공정만으로 처리하기는 어려우며 물리화학적 처리 공정을 결합하여 폐수 내에 존재하는 난분해성 물질을 처리하는 공정의 필요성을 인식하고 있다. 현재는 세계 각국에서 다양한 생물학적 처리 및 물리화학적 처리 공정들을 연계한 시스템을 개별 기업별로 연구하고 있는 실정이다. 그러나 생물학적 처리 및 물리화학적 처리 공정들을 결합한 축산폐수 시스템은 현재 개발되지 않고 있으며, 특히 용존오존부상(DOF) 공정은 하수처리장이나 폐수처리장에서 적용된 적이 없다.
우리나라의 경우 축산폐수를 하수종말처리시설과 연계 처리하는 방법과 단독 처리하는 방법의 두 가지 방법을 일반적으로 사용하고 있다. 그러나 연계처리의 경우 축산폐수 중의 난분해성 물질로 인해서 하수종말처리장 생물 반응조에 이상 운전을 초래하여 광역화 하수처리장을 제외하곤 대부분이 단독 축산폐수처리시설을 적용하고 있다. 일반적으로 축산폐수 처리시설은 1차 처리 후 2차 생물학적 처리, 그리고 고도처리의 형태로 시스템이 구성되어 있다. 축산폐수에 적용되는 국내의 주요 생물학적 공정들은 인 제거공법(Kist High-quality Treatment System, KHTS), B3 (Bio Best Bacilus) 공법, 바이오세라믹(Bio-Ceramic System : BCS) 공법, 액상부식법 등이 있다. 그러나 이들 공정의 경우도 축산폐수를 단순히 생물학적 방법으로만 처리하기 때문에 축산폐수내의 난분해성 물질의 제거에 어려움이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 처리대상이 되는 원수의 종류에 따라 유연한 폐수처리가 가능하고, 난분해성 유기물, 부유물, 총질소, 총인은 물론이고 색도, 대장균 및 일반세균 등을 동시에 제거할 수 있으며, 나아가 하수나 폐수의 처리비용 절감 및 처리설비 간략화를 이룰 수 있는 하폐수처리장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하폐수처리장치는 원수에 함유된 부유물을 응집시키는 혼화응집조와, 응집된 고형물을 부상시키는 용존공기부상조와, 부상된 슬러지를 제거하는 제1슬러지제거장치와, 오존을 분사하는 제1분사장치를 구비하여 원수 중의 고형물을 제거하는 고액분리조; 산소를 내부로 공급하는 제2분사장치와, 내부로 공급되는 산소량을 조절하는 제1제어장치를 구비하여 상기 고액분리조에서 처리된 원수를 미생물 처리하는 제1생물반응조; 오존을 내부로 공급하는 제3분사장치를 구비하여 상기 제1생물반응조에서 처리된 원수 중의 부유물 및 총인을 제거하는 용존오존부상조; 및 산소를 내부로 공급하는 제4분사장치와, 내부로 공급되는 산소량을 조절하는 제2제어장치와, 부상된 슬러지를 제거하는 제2슬러지배출장치를 구비하여 상기 용존오존부상조에서 처리된 원수를 미생물 처리하는 제2생물반응조를 구비한다.
여기서, 상기 용존오존부상조는 그 일측에 가압오존산화조를 구비하여 용존오존부상조 및 가압오존산화조가 병합되며, 상기 가압오존산화조는 오존을 발생시키는 오존발생기와, 상기 오존발생기로부터 유입된 오존을 가압시키는 오존가압장치와, 오존 배출량을 조절하는 배출조절장치를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2생물반응조는 그 후단에 가압오존산화조를 구비하며, 상기 가압오존산화조는 오존을 발생시키는 오존발생기와, 상기 오존발생기로부터 유입된 오존을 가압시키는 오존가압장치와, 오존 배출량을 조절하는 배출조절장치를 구비할 수 있다.
게다가, 상기 고액분리조는 상기 가압오존산화조와 제1이송밸브에 의해 연결되며 상기 제1이송밸브를 통하여 상기 가압오존산화조로부터 오존을 공급받는 것이 바람직하다.
뿐만 아니라, 상기 제1생물반응조 및 상기 제2생물반응조는 상기 가압오존산화조와 제2이송밸브에 의해 연결되며 상기 제2이송밸브는 그 일측에 오존을 산소로 분해시키는 배오존분해기를 구비하여 가압오존산화조에서 배출되는 오존으로부터 생성된 산소가 상기 제1생물반응조 및 제2생물반응조로 공급되어 미생물의 산소공급원이 되는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 제1생물반응조는 호기성 및 혐기성 공정이 하나의 반응조에서 일어나도록 하는 연속회분식반응조(sequencing batch reactor; SBR)인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2생물반응조는 원수 중의 오염물질을 제거하기 위한 막모듈과, 상기 막모듈의 역세척을 위한 역세척장치를 구비하는 막연속회분식반응조(membrane sequencing batch reactor; MSBR)인 것이 바람직하다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 원수에 존재하는 고형물을 응집시켜 제거하는 고액분리단계; 상기 고액분리를 거친 원수를 연속회분식반응조(SBR) 내에서 미생물로 처리하는 제1생물반응단계; 상기 제1생물반응을 거친 원수에 오존가압수를 공급하여 부유물을 부상시키고, 유기물을 산화시키는 용존오존부상 및 가압오존산화단계; 및 상기 용존오존부상 및 가압오존산화를 거친 원수를 막연속회분식반응조(MSBR) 내에서 미생물로 처리하는 제2생물반응단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수처리방법을 제공한다.
여기서, 상기 오존가압수는 가압하에서 오존을 원수에 용해시키는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 하폐수처리장치를 설명하도록 한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 하폐수처리장치의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 하폐수처리장치(100)는 고액분리조(110), 제1생물반응조(120), 용존오존부상및가압오존산화조(130), 제2생물반응조(140)를 포함한다.
상기 고액분리조(110)는 원수가 유입되면서 큰 부유물질을 제거하고 부유물질의 부하를 줄이는 전처리 과정으로써, 용존공기부상(DAF:Dissolved Air Flotation)처리를 하여 부유물질을 제거할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고액분리조(110)는 폴리머, 황산알루미늄, 황산제이철, 염산제이철, 가성소다 등의 응집제를 첨가하여 고형물을 응집하는 혼화응집조(미도시), 응집된 고형물을 부상시켜 제거하는 용존공기부상조(미도시) 및 부상된 슬러지를 제거하는 슬러지제거장치(미도시)를 구비한다.
여기서, 상기 고액분리조(110)에 이용되는 공정은 용존공기부상 공정에 한정된 것은 아니며, 경사스크린, 드럼스크린, 진동스크린, 원심분리기, 벨트프레스, 필터프레스, 스크류프레스, 고속 및 저속스크류데칸터 등을 이용한 다양한 공정이 이용가능하다.
본 발명에 따른 용존공기부상처리는 부유물질을 제거하는 동시에 하기에 설명할 생물학적 처리에서 영양물질이 크게 저하되는 것을 방지한다. 더욱 자세히 설명하면, 황산알루미늄, 황산제이철, 염산제이철과 같은 무기 응집제의 사용량을 50%이상 줄이거나, 전혀 사용하지 않도록 하여 입자상 COD(chemical oxygen demand) 유발물질의 제거율을 높이고 용존성 COD의 제거율은 낮추어 하기에서 설명할 생물학적 공정에서 영양물질이 고갈되지 않도록 한다.
기존 하폐수처리조의 경우, 부유물질 제거율뿐만 아니라 용존성 COD의 제거율까지 매우 높은 공법을 전처리에 적용하여 주공정인 생물학적 처리공정의 운전시 COD/TN(total nitrogen)의 값이 낮아져 생물학적 공정에서 별도의 탄소원을 추가로 공급하여야 하는 단점을 갖고 있다.
본 발명에 따른 용존공기부상 공정에 의하면, 무기 응집제의 사용을 줄이고 고분자 유기 응집제를 사용하여 플럭이 형성되도록 함으로써, 용해성 COD의 제거를 막고, 미세한 기포를 이용하여 부유물질의 제거효율만을 극대화 시킬 수 있다. 이러한 고액분리조(110)에서 고액분리가 이루어진 원수는 고액분리조(110)의 일측에 구비된 고액분리처리수조(111)로 이동된다. 이러한 고액분리처리수조(111)는 후술할 용존오존부상및가압오존산화조(130)와 제1이송밸브(미도시)에 의해 연결된다. 이에 따라, 용존오존부상및가압오존산화조(130)에서 발생되는 배오존이 고액분리처리수조(111)로 유입되어 원수에 전오존 처리를 할 수 있도록 한다.
여기서, 고액분리처리수조(111)내에는 후술할 용존오존부상및가압오존산화조(130)로부터 유입되는 배오존이 원수내에 방출되어 기포를 생성시키도록 제1분사장치(미도시)를 구비할 수 있다. 또한, 고액분리처리수조(111)에서 유출된 최종 폐오존은 탈취탑(150)으로 이송되어 탈취의 역할을 하도록 할 수 있다.
상기 제1생물반응조(120)는 상기 고액분리조(110)에서 처리된 원수를 미생물 처리하는 단계이다. 이러한 제1생물반응조(120)는 상기 고액분리조(110)로부터 원수를 분할 공급받도록 할 수 있다. 폐수의 분할주입을 통해 전체적인 처리시간의 감소와 반응조의 용량을 감소킬 수 있다.
또한, 제1생물반응조(120)의 탈질구간에서 필요한 유기물을 공급하여 탈질효율을 극대화하고 상기 고액분리조(110)에서 원수의 COD/TN의 값을 높게 유지함으로써, 별도의 외부탄소원 주입을 하지 않음으로 인해서 경제성을 확보할 수 있다.
이러한 제1생물반응조(120)는 산소를 내부로 공급하는 제2분사장치(미도시)와, 내부로 공급되는 산소량을 조절하는 제1제어장치(미도시) 및 최종 처리된 처리수를 유출시키기 위한 처리수 유출장치(미도시)를 구비한다. 여기서, 제1생물반응조(120)는 후술할 용존오존부상및가압오존산화조(130)와 제2이송밸브(미도시)에 의해 연결될 수 있다.
이러한 제2이송밸브의 일측에 오존을 산소로 분해시키는 배오존분해기(132)를 구비하여, 후술할 용존오존부상및가압오존산화조(130)에서 배출되는 배오존을 분해하여 산소를 생성시킬 수 있다. 배오존분해기(132)에서 생성된 산소는 제1생물반응조(120)로 이동하여 미생물의 산소 공급원으로 이용된다.
이에 따라, 본 발명에 따른 제1생물반응조(120)에서는 별도의 산소 공급 설비가 필요치 않게 된다. 이렇게 산소를 주입하여 제1생물반응조(120)를 운전함으로써 폭기조내의 미생물량 또는 생물학적 활성을 갖는 오니량을 표시하는 지표인 MLSS(mixed liquor suspended solid) 농도를 높게 유지할 수 있다. 이로 인해 용존산소농도가 높아 슬러지가 산화되어 슬러지 발생량을 감소시킨다.
여기서 본 발명에 따른 제1생물반응조(120)는 일반적인 여러 가지 생물반응기 형태를 사용할 수 있으며, 예를 들면, 각종 유기물 성분을 고효율로 제거할 수 있으며 유기물, 질소, 인이 동시에 제거 가능한 회분식생물반응조(SBR)도 사용 가능하다. 상기 회분식생물반응조는 일반적으로 반응시간을 조절하여 호기성과 혐기성 공정이 하나의 반응조에서 일어나도록 한다.
이러한 회분식생물반응조에 의한 수처리는 폐수처리, 오수처리, 축산폐수처리, 분뇨돈사혼합폐수 등 다양한 원수에서도 처리가능한 공정이다. 이러한 회분식생물반응조는 산소, 무산소 단계를 자동으로 조절하는 자동제어시스템을 구비하도록 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 회분식생물반응조는 포기 시간과 교반 시간이 단축되어 동력비를 줄일 수 있다.
이상에서 설명한 제1생물반응조(120)에서 처리되 다음 유출된 유출수는 제1생물반응처리수조(121)로 이송되어 다음 단계로 유입된다. 또한, 제1생물반응조(120)에서 유출된 산소는 탈취탑(150)으로 이송되어 탈취의 역할을 하도록 할 수 있다.
상기 용존오존부상및가압오존산화조(130)는 상기 제1생물반응조(120)에서 원수를 공급받는다. 이러한 용존오존부상및가압오존산화조(130)은 가압에 의한 용존 오존농도의 증가로 인한 산화력 증대의 효과를 갖는 가압오존산화조와 부유물질을 부상시키는 물리적 효과를 갖는 용존오존부상조가 병합된 폐수처리조이다. 이에 따라, 화학적 응집부상을 이용하여 부유물질, 총인 등을 제거할 수 있으며, 강력한 오존의 산화력으로 색도, 살균, COD 등을 제거할 수 있다.
이러한 용존오존부상및가압오존산화조(130)는 오존을 공급하는 오존발생기(미도시) 및 상기 공급된 오존을 가압시키는 오존가압장치(미도시)와 연결된다. 이러한 용존오존부상및가압오존산화조(130)는 제3분사장치(미도시)를 구비하여 가압하에서 오존이 원수에 녹아 생성된 가압오존수가 미세기포를 생성하면서 수처리조내로 유입되도록 한다. 제3분사장치에 의해 유입된 가압오존수는 대기압에 노출되면 압력차에 의하여 미세기포가 생성되어 부유물질과 유기물을 산화시킬 수 있다.
일반적으로 축산폐수나 침출수와 같은 난분해성 폐수 속에는 생물학적으로 처리가 어려운 부식질(Humic substance)이라는 교질상의 복잡한 고분자 물질이 존재하며, 이것이 폐수 전체 COD에서 차지하는 비율이 상당히 높아 생물학적 처리를 완벽하게 하더라도 비교적 높은 유기물 농도를 나타내기 때문에 추가적인 처리설비가 필요하다.
본 발명에 따른 오존을 이용한 용존오존부상및가압오존산화조(130)에 의하면, 생물학적 공정에서 제거되지 못한 총인을 응집 및 부상을 통해 효율적으로 제거할 수 있다. 그리고 오존을 이용하여 원수 중에 함유된 고분자 물질을 분해하여 생분해도를 높여 후술할 제2생물반응조(140)에서의 처리효율을 높일 수 있다. 본 발명에 따른 용존오존부상및가압오존산화조(130)는 상기 고액분리조(110), 상기 제1생물반응조(120) 및 후술할 제2생물반응조(140)와 연결되어 배오존을 상기 고액분리조(110), 상기 제1생물반응조(120) 및 후술할 제2생물반응조(140)에 공급하도록 할 수 있다.
여기서, 상기 제1생물반응조(120) 및 후술할 제2생물반응조(140)는 용존오존부상및가압오존산화조(130)와 연결부의 일측에 구비된 배오존분해기(132)에서 오존이 분해되어 생성된 산소를 공급받도록 할 수 있다.
상기와 같이 용존오존부상및가압오존산화조(130)에서 처리된 원수는 다음 단계로 유입되기 전 용존오존부상및가압오존산화처리수조(131)로 이송된다. 여기서, 용존오존부상및가압오존산화조(130) 및 용존오존부상및가압오존산화처리수조(131)에서 유출되는 폐오존은 탈취탑(150)으로 이송되어 탈취의 역할을 돕도록 할 수 있다.
상기 제2생물반응조(140)는 상기 용존오존부상및가압오존산화조(130)에서 제거되지 못한 질소 및 부유물질 등을 제거하는 것을 목적으로 한다. 제2생물반응조(140)는 제2이송밸브(미도시)에 의해 용존오존부상및가압오존산화조(130)와 연결된다. 이 제2이송밸브는 그 일측에 배오존분해기(132)를 구비하여 용존오존부상및가압오존산화조(130)의 배오존에서 분해되어 생성된 산소가 제2생물반응조(140)에 공급되도록 한다.
본 발명에 따른 제2생물반응조(140)는 여러 가지 생물반응공정을 이용할 수 있으며, 예를 들면, 막연속회분식(Membrane Sequencing Batch Reactor, MSBR) 공정을 이용할 수 있다. 상기의 막연속회분식 공정은 일실시예에 불과한 것으로 기타 다른 생물학적 처리공정으로 대체가능하다. 이러한 막연속회분식 공정은 막을 침지시킨 생물 반응조를 1단이나 2단으로 운전하면서 운전 조건을 달리할 수 있다. 막연속회분식 공정은 기존의 하폐수 처리장에서의 침전시 효율 저하로 인한 고액분리의 문제점을 해소할 수 있어 안정된 처리수 수질을 이루는 동시에 침전조로 인한 불필요한 면적을 줄일 수 있다.
이러한 막연속회분식 공정에서 사용되어지는 막의 종류는 처리과정에서 발생되는 유입수의 성상에 따라 MF(Micro Filter), UF(Ultra Filter), NF(Nano Filter) 및 RO(Reverse Osmosis) 등의 막을 사용할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 제2생물반응조(140)는 그 내측에 막(Membrane)모듈(미도시), 막의 역세척을 위한 역세척 장치 및 상기 제2이송밸브와 연결되어 제2생물반응조(140)내로 산소를 분사하기 위한 제4분사장치(미도시), 막에서 처리된 처리수를 이송하기 위한 이송펌프(미도시), 제2생물반응조(140)내의 잉여슬러지를 배출하기 위한 제2슬러지배출장치(미도시)를 구비한다. 이러한 제2생물반응조(140)에서 처리된 원수는 방류조(160)로 방류되도록 할 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 하폐수처리장치를 설명하도록 한다. 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하폐수처리장치의 개념도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 하폐수처리장치(200)는 고액분리조(210), 제1생물반응조(220), 용존오존부상조(230), 제2생물반응조(240), 가압오존산화조(250)를 포함한다. 여기서, 제1생물반응처리수조(221)는 제1생물반응조(220)에서 처리된 원수가 다음 단계로 유입되기 전 거치는 처리조이며, 제2생물반응처리수조(241)는 제2생물반응조(240)에서 처리된 원수가 다음 단계로 유입되기 전 거치는 처리조이다.
상기 용존오존부상조(230)는 후술할 가압오존산화조(250)에서 공급받은 가압오존수를 이용하여 상기 제1생물반응조(220)에서 유입된 원수를 처리한다. 이러한 용존오존부상조(230)에서는 공급받은 가압오존수가 대기압에 노출되면서 압력의 차이로 인해 가압오존수에 미세한 기포가 발생되게 된다.
이렇게 가압오존수에 생성되는 미세한 기포는 용존오존부상조(230)내에서 부유물질과 유기물을 산화시킬 수 있다. 이렇게 용존오존부상조(230)에서 처리된 원수는 다음 처리조로 유입되기 전 용존오존부상처리수조(231)를 거치도록 할 수 있다. 또한, 오존오존부상조(230)에서 유출된 최종 폐오존은 탈취탑(260)으로 이송되어 탈취의 역할을 돕도록 할 수 있다.
상기 가압오존산화조(250)는 오존을 발생시키는 오존발생기(미도시)와 오존발생기로부터 유입된 오존을 가압시키는 오존가압장치(미도시)와 오존 배출량을 조절하는 배출조절장치(미도시)를 구비할 수 있다. 이에 따라, 오존발생기 및 오존가압장치로부터 가압된 오존이 가압오존산화조(250)내로 유입되며, 용존오존 및 강력한 오존의 산화력으로 색도, 살균, COD 등을 제거할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 난분해성 하수 및 폐수를 처리할 때 이 가압오존산화조(250)가 마지막 처리조가 되도록 배치될 수 있다. 이는 상기 본 발명의 일실시예에 따른 하폐수처리장치(100)의 용존오존부상및가압오존산화조(130)로 일부 특정 난분해성 폐수를 처리할 때에는 추가적인 탄소원(인, 메탄올)을 제2생물반응조(140)에 주입해야하는 문제가 야기될 수 있다. 이에, 본 발명의 다른 실시예에 따른 하폐수처리장치(200)는 난분해성 폐수를 처리할 때 가압오존산화조(250)를 마지막 처리조가 되도록 함으로써, 제2생물반응조(240)에 추가적으로 탄소원을 공급하지 않아도 되고, 제2생물반응조(240)를 거친 처리수에 오존을 주입하여 오존의 효율을 극대화시킬 수 있다. 이러한 가압오존산화조(250)는 상기 고액분리조(210), 제1생물반응조(220), 용존오존부상조(230), 제2생물반응조(240)와 각각 연결되어 오존, 산소 또는 가압오존수를 공급한다. 여기서, 상기 제1생물반응조(220) 및 제2생물반응조(240)는 가압오존산화조(250)와 이송밸브(미도시)에 의해 연결되며, 상기 이송밸브의 일측에 배오존분해기(232)를 구비하여 산소를 공급받을 수 있다.
여기서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 하폐수처리장치(200)의 고액분리조(210), 제1생물반응조(220), 제2생물반응조(240)는 각각 본 발명의 일실시예에 따른 폐수처리장치(100)의 고액분리조(110), 제1생물반응조(120), 제2생물반응조(140)와 동일부재이므로 반복적인 설명은 생략하도록 한다.
이하, 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 하폐수처리방법을 설명하도록 한다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 하폐수처리방법의 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 하폐수처리방법은 고형물제거단계(S101), 제1생물처리단계(S102), 용존오존부상처리단계(S103), 가압오존산화처리단계(S104), 제2생물처리단계(S105)를 포함한다.
상기 고형물제거단계(S101)는 원수가 유입되면서 큰 부유물질을 제거하고 부유물질의 부하를 줄이기 위한 전처리를 하기 위한 단계이다. 본 발명의 실시예에 따른 고형물제거단계(S101)는 용존공기부상(DAF:Dissolved Air Flotation)처리를 이용하여 고형물을 제거하는 단계이나 이에 한정된 것이 아니며, 부유물질을 제거하기 위하여 다양하게 경사스크린, 드럼스크린, 진동스크린, 원심분리기, 벨트프레스, 필터프레스, 스크류프레스, 고속 및 저속스크류데칸터 등을 이용할 수 있다.
여기서, 고형물제거단계(S101)는 부유물질을 제거하는 동시에 하기에 설명할 제1생물처리단계(S102)에서 영양물질이 고갈되지 않도록 무기 응집제의 사용량을 줄이거나 무기 응집제를 사용하지 않고, 고분자 유기 응집제를 사용하여 플럭을 형성한 후 미세한 기포를 발생시켜 부유물질 제거효율을 극대화시키도록 하는 것이 바람직하다. 이 고형물제거단계(S101)에 이용되는 오존은 후술할 가압오존산화처리단계(S104)에서 배출되는 배오존을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 고형물제거단계(S101)에서 사용된 배오존은 다시 탈취 과정에 이용되도록 할 수 있다.
상기 제1생물처리단계(S102)는 상기 고형물제거단계(S101)에서 처리된 원수를 미생물로 처리하는 단계이다. 이러한 제1생물처리단계(S102)에서는 상기 고형물제거단계(S101)에서 폐수가 주입될 때 분할되어 주입되도록 하고 탈질구간에 필요한 유기물을 공급함으로써, 탈질효율을 극대화하고 제1생물처리단계(S102)에 사용되는 처리조의 용량이 작아져 공간 활용도를 높일 수 있다. 이 제1생물처리단계(S102)에서 사용되는 산소는 후술할 가압오존산화처리단계(S104)의 배오존을 이용하는 것이 바람직하다.
가압오존산화처리단계(S104)의 배오존은 산소로 분해되어 제1생물처리단계(S102)로 공급될 수 있다. 이와 같이, 제1생물처리단계(S102)에서 산소를 이용함으로써 운전함으로써 전체적인 처리 시간을 감소시키며, 원수 중의 용존산소농도가 높아 슬러지가 산화되어 슬러지 발생량을 감소시킨다.
또한, 제1생물처리단계(S102)에서 배출되는 산소는 탈취 과정에 사용될 수 있다. 여기서, 본 발명에 따른 제1생물반응단계(S102)는 일반적인 여러 가지 생물반응 공정을 이용할 수 있으며, 예를 들면, 각종 유기물 성분을 고효율로 제거할 수 있으며 유기물, 질소, 인이 동시에 제거 가능한 회분식생물반응(SBR)단계도 이용 가능하다. 상기 회분식생물반응단계는 일반적으로 반응시간을 조절하여 호기성과 혐기성 공정이 하나의 공간에서 일어나도록 한다. 이러한 회분식생물반응단계는 산소, 무산소 단계를 자동으로 조절하는 자동제어시스템을 이용하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 회분식생물반응조는 포기 시간과 교반 시간이 단축되어 동력비를 줄일 수 있다.
상기 용존오존부상처리단계(S103)는 상기 제1생물처리단계(S102)에서 배출되는 원수에 오존 또는 오존수를 공급하여 원수 중에 함유된 부유물질을 부상시키는 단계이다. 이러한 용존오존부상처리단계(S103)는 후술할 가압오존산화처리단계(S104)에서 가압오존수를 공급받게 되는데, 공급받은 가압오존수는 용존오존부상처리단계(S103)에서 대기압에 노출되어 압력차에 의해 미세기포가 생성되면서 원수에 공급되기 때문에 원수 중에 함유된 부유물질과 유기물을 효과적으로 산화시킬 수 있다.
이렇게 오존을 이용하여 원수 중에 함유된 고분자 물질을 분해함으로써 원수에 함유된 오염물질의 생분해도를 높여 후술할 제2생물반응단계(S150)에서 처리의 효율을 높일 수 있다. 용존오존부상처리단계(S103)에서 배출되는 오존은 다시 탈취 과정에서 사용될 수 있다.
상기 가압오존산화처리단계(S104)는 가압하에서 오존을 원수에 용해시켜 가압오존수를 생성하는 단계이다. 이러한 가압오존산화처리단계(S104)에서 사용되는 오존은 오존 발생기에서 공급받으며, 사용된 후 배출되는 오존은 고형물제거단계(S101), 제1생물처리단계(S102), 용존오존부상처리단계(S103), 후술할 제2생물처리단계(S105)에서 재이용될 수 있다.
여기서, 제1생물처리단계(S102) 및 제2생물처리단계(S105)는 오존을 산소로 분해하는 단계를 포함하여 상기 배오존으로부터 산소를 공급받도록 할 수 있다.
상기 제2생물처리단계(S105)는 상기 가압오존산화처리단계(S104)에서 제거되지 못한 질소 및 부유물질 등을 제거하는 단계이다. 본 발명에 따른 제2생물처리단계(S105)는 여러 가지 생물반응공정을 이용할 수 있으며, 예를 들면, 막연속회분식(Membrane Sequencing Batch Reactor, MSBR) 공정을 이용할 수 있다.
상기의 막연속회분식 공정은 일실시예에 불과한 것으로 기타 다른 생물학적 처리공정으로 대체가능하다. 이러한 막연속회분식 공정은 막을 침지시킨 생물 반응조를 1단이나 2단으로 운전하면서 운전 조건을 달리할 수 있다.
막연속회분식 공정은 기존의 하폐수 처리장에서의 침전시 효율 저하로 인한 고액분리의 문제점을 해소할 수 있어 안정된 처리수 수질을 이루는 동시에 침전조로 인한 불필요한 면적을 줄일 수 있다. 이러한 막연속회분식 공정에서 사용되어지는 막의 종류는 처리과정에서 발생되는 유입수의 성상에 따라 MF(Micro Filter), UF(Ultra Filter), NF(Nano Filter) 및 RO(Reverse Osmosis) 등을 이용할 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 하폐수처리방법을 설명하도록 한다. 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하폐수처리방법의 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 하폐수처리방법은 고형물제거단계(S201), 제1생물처리단계(S202), 용존오존부상처리단계(S203), 제2생물처리단계(S204), 가압오존산화처리단계(S205)를 포함한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가압오존산화처리단계(S205)는 상기 제2생물처리단계(S204)의 다음 단계로 시행함으로써, 난분해성 물질을 포함하는 원수를 보다 효율적으로 처리할 수 있다. 난분해성 물질을 포함하는 원수를 처리하는 경우, 생물학적 처리 공정에 앞서 가압오존산화처리단계(S205)를 수행하게 되면, 원수에 존재하는 용해성 COD가 제거되기 때문에, 추가적으로 탄소원을 공급해야될 수도 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 의하면 가압오존산화처리단계를 제2생물처리단계보다 먼저 수행함으로써, 제2생물처리단계에서 추가적인 탄소원을 공급하지 않아도 되고 제2생물처리단계(S204)를 거친 처리수에 오존을 주입하여 오존의 효율을 극대화시킬 수 있다.
여기서, 상기 본 발명의 다른 실시예에 따른 고형물제거단계(S201), 제1생물처리단계(S202), 용존오존부상처리단계(S203), 제2생물처리단계(S204), 가압오존산화처리단계(S205)는 본 발명의 일실시예에 따른 고형물제거단계(S101), 제생물처리단계(S102), 용존오존부상처리단계(S103), 제2생물처리단계(S104), 가압오존산화처리단계(S105)와 동일한 단계이므로 반복적인 설명은 생략하도록 한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 용존오존부상 및 가압오존산화와 생물처리를 연계한 하폐수처리장치 및 방법에 의하면, 생물학적 공정과 오존을 이용한 화학적 산화공정을 접목하여 생물학적 공정만으로 처리되지 않는 난분해성 물질을 함유하는 폐수를 효율적으로 처리할 수 있다.
그리고 가압오존산화조에서 사용된 오존을 다른 산화조에서 다시 사용하도록 함으로써, 기존의 산소나 오존을 이용한 공정보다 장치의 운전비용과 부지가 적게 소모된다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 하폐수처리장치는 배오존분해기를 구비하여 상기 고압오존산화조에서 사용된 오존을 산소로 분해하고 이렇게 생성된 산소가 다시 제1생물반응조 및 제2생물반응조에서 사용되도록 하기 때문에 별도의 산소공급설비가 필요하지 않을 뿐만 아니라, 기존에 오존을 분해하여 배출하기 위해 구비되던 오존분해기를 별도로 구비하지 않아도 되어 경제적인 잇점이 있다.
뿐만 아니라, 가압오존산화조에서 사용된 오존을 최종 방류수에 주입할 경우 생물학적 처리에서 제거되지 못한 색도 등의 처리와 추가적인 살균이 가능해진다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 하폐수처리장치의 개념도,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하폐수처리장치의 개념도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 하폐수처리방법의 흐름도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하폐수처리방법의 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110, 210 : 고액분리조 111, 211 : 고액분리처리수조
120, 220 : 제1생물반응조 121, 221 : 제1생물반응처리수조
130 : 용존오존부상및가압오존산화조
131 : 용존오존부상및가압오존산화처리수조
132 : 232 : 배오존분해기 140, 240 : 제2생물반응조
230 : 용존오존부상조 231 : 용존오존부상처리수조
250 : 가압오존산화조

Claims (9)

  1. 원수에 함유된 부유물을 응집시키는 혼화응집조와, 응집된 고형물을 부상시키는 용존공기부상조와, 부상된 슬러지를 제거하는 제1슬러지제거장치와, 오존을 분사하는 제1분사장치를 구비하여 원수 중의 고형물을 제거하는 고액분리조;
    산소를 내부로 공급하는 제2분사장치와, 내부로 공급되는 산소량을 조절하는 제1제어장치를 구비하여 상기 고액분리조에서 처리된 원수를 미생물 처리하는 제1생물반응조;
    오존을 내부로 공급하는 제3분사장치를 구비하여 상기 제1생물반응조에서 처리된 원수 중의 부유물 및 총인을 제거하는 용존오존부상조; 및
    산소를 내부로 공급하는 제4분사장치와, 내부로 공급되는 산소량을 조절하는 제2제어장치와, 부상된 슬러지를 제거하는 제2슬러지배출장치를 구비하여 상기 용존오존부상조에서 처리된 원수를 미생물 처리하는 제2생물반응조를 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 용존오존부상조는 그 일측에 가압오존산화조를 구비하여 용존오존부상조 및 가압오존산화조가 병합되며, 상기 가압오존산화조는 오존을 발생시키는 오존발생기와, 상기 오존발생기로부터 유입된 오존을 가압시키는 오존가압장치와, 오존 배출량을 조절하는 배출조절장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제2생물반응조는 그 후단에 가압오존산화조를 구비하며, 상기 가압오존산화조는 오존을 발생시키는 오존발생기와, 상기 오존발생기로부터 유입된 오존을 가압시키는 오존가압장치와, 오존 배출량을 조절하는 배출조절장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 고액분리조는 상기 가압오존산화조와 제1이송밸브에 의해 연결되며 상기 제1이송밸브를 통하여 상기 가압오존산화조로부터 오존을 공급받는 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치.
  5. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 제1생물반응조 및 상기 제2생물반응조는 상기 가압오존산화조와 제2이송밸브에 의해 연결되며 상기 제2이송밸브는 그 일측에 오존을 산소로 분해시키는 배오존분해기를 구비하여 가압오존산화조에서 배출되는 오존으로부터 생성된 산소가 상기 제1생물반응조 및 제2생물반응조로 공급되어 미생물의 산소공급원이 되는 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치.
  6. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 제1생물반응조는 호기성 및 혐기성 공정이 하나의 반응조에서 일어나도록 하는 연속회분식반응조(sequencing batch reactor; SBR)인 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치.
  7. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 제2생물반응조는 원수 중의 오염물질을 제거하기 위한 막모듈과, 상기 막모듈의 역세척을 위한 역세척장치를 구비하는 막연속회분식반응조(membrane sequencing batch reactor; MSBR)인 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치.
  8. 원수에 존재하는 고형물을 응집시켜 제거하는 고액분리단계;
    상기 고액분리를 거친 원수를 연속회분식반응조(SBR) 내에서 미생물로 처리하는 제1생물반응단계;
    상기 제1생물반응을 거친 원수에 오존가압수를 공급하여 부유물을 부상시키고, 유기물을 산화시키는 용존오존부상 및 가압오존산화단계; 및
    상기 용존오존부상 및 가압오존산화를 거친 원수를 막연속회분식반응조(MSBR) 내에서 미생물로 처리하는 제2생물반응단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수처리방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 오존가압수는 가압하에서 오존을 원수에 용해시키는 것을 특징으로 하는 하폐수처리방법.
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