KR100784933B1 - 고농도 유기성 폐수의 유기물 및 질소 처리 장치 - Google Patents

고농도 유기성 폐수의 유기물 및 질소 처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기성 폐수의 유기물 및 질소 처리 장치에 관한 것으로, 특히 유기성 폐수에 포함되어 있는 부유성 물질을 제거하기 위한 스크린조와 집수조를 포함하는 전처리 장치; 상기 집수조로부터 유입되는 처리수에 응집제를 반응시키고 미세기포를 주입하여 고액분리하는 가압 부상조와 유량 조정조를 포함하는 1차 처리 장치; 상기 유량 조정조로부터 유입되는 처리수에서 혐기성 조건하에 인을 방출시키는 혐기조와, 무산소 조건에서 미생물과 반응시켜서 탈질화시키는 무산소조와, 호기성 조건에서 질산화미생물과 반응시켜서 질산화 반응과 인 제거를 수행하는 질산화조를 포함하되, 상기 무산소조와 질산화조는 2 세트가 직렬로 구비되는 2차 처리 장치; 및 상기 2차 처리 장치를 거친 처리수에 대하여 호기성 조건하에 미생물층이 형성된 미생물막으로 유기물을 분해시키고 질산화 반응을 수행하는 생물여과기를 포함하는 3차 처리 장치;를 포함하여 이루어지는 유기성 폐수의 유기물 및 질소 처리 장치이다. 이러한 본 발명에 의하는 경우, 상기 무산소조와 질산화조가 2 세트 직렬로 구비되는 2차 처리 장치를 거침으로써 다른 생물학적 질소제거 공법(BNR)에 비하여 N 및 P 제거효율을 높일 수 있고, 긴 체류시간을 거침으로써 유기성 탄소산화 능력을 높일 수 있다.
유기성 폐수, 생물여과기, 무산소조, 질산화조

Description

고농도 유기성 폐수의 유기물 및 질소 처리 장치{Apparatus for Treating Organic Matter And Nitrogen of High Density Organic WasteWater}
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 유기성 폐수의 유기물 및 질소 처리 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 흐름도이고,
도 2는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 유기성 폐수의 유기물 및 질소 처리 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 절차도이다.
**도면의 주요부분에 대한 기호의 간단한 설명**
1: 원수유입 2: 스크린조
3: 집수조 4: 가압 부상조
5: 유량 조정조 6: 혐기조
7: 제1무산소조 8: 제1질산화조
9: 제2무산소조 10: 제2무산소조
11: 침전조 12: 생물여과기
13: 농축조 14: 탈수기
본 발명은 유기물 및 질소 처리 장치에 관한 것으로, 특히 유기성 폐수에 포함되어 있는 부유성 물질을 제거하기 위한 전처리 장치; 상기 전처리 장치로부터 유입되는 처리수에 미세기포를 주입하여 고액분리하는 1차 처리 장치; 상기 1차 처리 장치를 거친 처리수에서 인을 방출시키고 탈질화시키며 질산화 반응과 인 제거를 수행하는 2차 처리 장치; 상기 2차 처리 장치를 거친 처리수에 대하여 유기물을 분해시키고 질산화 반응을 수행하는 3차 처리 장치;를 포함하여 이루어지는 유기성 폐수의 유기물 및 질소 처리 장치이다.
산업이 고도로 발달함에 따라 환경오염의 심각성은 날로 대두 되고 있다. 특히, 가정이나 공장, 혹은 축사 등에서 방출되는 오폐수, 공장 폐수, 축산 폐수 등(이하, 이들을 통틀어 '유기성 폐수'라 함)은 지하수 및 하천으로 흘러 결국에는 바다를 오염시키게 된다.
이처럼 유기성 폐수를 처리하여 정화하지 않고 그대로 방류하면 각종 유기물, 미생물 및 질소(N), 인(P) 등으로 인해 하천 등의 부영화 현상을 초래하며 이로 인해 수중 생태계가 파될 뿐만 아니라 토양의 오염을 유발하여 생활환경이나 생태계의 먹이사슬까지 파괴함으로써 인간의 생존권을 위협할 수밖에 없다. 물론, 이와 같 은 피해를 줄이기 위해서는 근본적으로 유기성 폐수의 배출을 줄이는 것이 가장 바람직하겠지만 산업이 발달함에 따라 각종 유기성 폐수의 배출은 불가피한 실정이다.
이에, 이러한 유기성 폐수를 적절하게 처리할 수 있는 방법의 개발이 필요한바, 근자에 들어서는 각계 각층에서는 유기성 폐수를 처리할 수 있도록 한 유기성 폐수 처리방법에 대해 수많은 연구개발과 투자가 이루어지고 있는 실정이다. 유기성 폐수를 처리하는 종래의 방법에는 크게, 물리적 처리방법 및 화학적 처리방법 또는 생물학적처리 방법을 병합하여 유기성 폐수를 처리하는 방법이 있다.
그러나, 이러한 전형적인 처리방법은 다분히 임의적이고 처리대상 유기성 폐수의 성상, 목표 제거율, 처리시설의 특징 등의 변화에 빠르게 대처하지 못하는 단점이 있다. 또한, 종래에 공지된 유기성폐수 처리방법 중, 주로 사용된 활성오니법에 의 하면, 비교적 많은 양의 슬러지가 발생되고 고액분리를 위한 처리 약품의 과다사용으로 유지비가 많이 소요될 뿐만 아니라 그 처리능력 또한 저조한 단점이 있다.
특히, 질소화합물과 인화합물의 처리에는 난분해성으로 인하여 처리능력이 현저히 떨어지며, 이를 하천이나 호수 및 바다에 방류하게 되면 적조현상의 발생에 의한 용존산소의 결핍으로 인하여 수생태계의 파괴를 유발시키는 원인을 야기한다. 그리 고, 종래에는 설치비용 및 설치면적의 과다로 인하여 효율적인 국토 이용에 문제가 있으며 처리수를 재이용하지 못하고 방류하는 문제점도 있다.
상기한 바와 같이, 종래의 유기성 폐수 처리 방법 및 장치는 많은 문제점을 가지고 있고, 이러한 문제점을 해결하기 위한 새로운 장치나 방법에 대한 필요성은 항시 요구되고 있는 실정이다. 특히, 미생물을 이용하여 유기물질을 분해하는 생물학적 처리 장치와 상기 생물학적 처리 장치의 전단이나 후단에 설치되는 고도처리를 더욱 효과적으로 수행할 수 있는 우수한 장치가 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 유기성 폐수에 포함되어 있는 부유성 물질을 제거하기 위한 스크린조와 집수조를 포함하는 전처리 장치; 상기 집수조로부터 유입되는 처리수에 응집제를 반응시키고 미세기포를 주입하여 고액분리하는 가압 부상조와 유량 조정조를 포함하는 1차 처리 장치; 상기 유량 조정조로부터 유입되는 처리수에서 혐기성 조건하에 인을 방출시키는 혐기조와, 무산소 조건에서 미생물과 반응시켜서 탈질화시키는 무산소조와, 호기성 조건에서 질산화미생물과 반응시켜서 질산화 반응과 인 제거를 수행하는 질산화조를 포함하되, 상기 무산소조와 질산화조는 2 세트가 직렬로 구비되는 2차 처리 장치; 및 상기 2차 처리 장치를 거친 처리수에 대하여 호기성 조건하에 미생물층이 형성된 미생물막으로 유기물을 분해시키고 질산화 반응을 수행하는 생물여과 기를 포함하는 3차 처리 장치;를 포함하여 이루어지는 유기성 폐수의 유기물 및 질소 처리 장치를 제공하기 위한 것이다.
이러한 본 발명에 따라, 상기 1차 처리 장치로 미세기포를 주입하여 고액분리하는 가압 부상조를 사용함으로써, 미세기포에 의한 부상분리로 처리효율을 안정적으로 유지하고, 침전속도보다 부상속도를 빠르게 하여 단위 시간당 처리향을 높이고자 하는 것이 본 발명의 목적이다. 그리고, 상기 무산소조와 질산화조가 2 세트가 직렬로 구비되는 2차 처리 장치를 거치게 함으로써 다른 생물학적 질소제거 공법(BNR)에 비하여 N 및 P 제거효율을 높일 수 있고, 긴 체류시간을 거침으로써 유기성 탄소산화 능력을 높이고자 하는 것이다. 또한, 3차 처리 장치로서 미생물층이 형성된 미생물막을 포함하는 생물 여과기를 이용하여, 부지 요구도가 낮은 밀집형 처리 장치를 구현할 수 있고, 유입이나 부하 변동에도 안정적으로 처리 수질을 유지할 수 있으며, 약품비가 소요되지 않을 뿐만 아니라 여재의 교체도 필요없이 유지관리비를 저렴할 수 있는 유기성 폐수의 유기물 및 질소 처리 장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 유기성 폐수의 유기물 및 질소 처리 장치는, 유기성 폐수에 포함되어 있는 부유성 물질을 제거하기 위한 스크린(screen)이 구비되어 있는 스크린조와, 상기 스크린조부터 유 입되는 처리수의 유량을 조절하기 위한 집수조를 포함하는 전처리 장치; 상기 집수조로부터 유입되는 처리수에 응집제를 반응시켜서 플럭(floc)을 형성시킨 후 미세기포를 주입하여 상기 플럭을 부상(浮上)시킴으로써 상기 처리수를 고액분리하는 가압 부상조와, 상기 가압 부상조로부터 유입되는 처리수의 유량을 조절하기 위한 유량 조정조를 포함하는 1차 처리 장치; 상기 유량 조정조로부터 유입되는 처리수에서 혐기성 조건하에 인을 방출시키는 혐기조와, 상기 혐기조로부터 유입되는 처리수를 무산소 조건에서 미생물과 반응시켜서 탈질화시키는 제1무산소조와, 상기 제1무산소조로부터 유입되는 처리수를 호기성 조건에서 질산화미생물과 반응시켜서 질산화시키고 상기 혐기조에서 방출된 인을 상기 질산화미생물에 의해 섭취하도록 하는 제1질산화조와, 상기 제1질산화조로부터 유입되는 처리수를 무산소 조건에서 탈질화시키는 제2무산소조와, 상기 제2무산소조로부터 유입되는 처리수를 호기성 조건에서 질산화시키고 상기 처리수에 포함되어 있는 인을 질산화미생물에 의해 섭취하도록 하는 제2질산화조를 포함하고, 상기 제1질산화조의 질산화 반응에 의해 생성된 질산성 질소를 상기 제1무산소조로 반송시키는 제1반송수단과, 상기 제2질산화조의 질산화 반응에 의해 생성된 질산성 질소를 상기 제2무산소조로 반송시키는 제2반송수단과, 상기 제2질산화조로부터 유입되는 처리수에서 유기물 또는 인 함유 슬러지를 분리하는 침전조 및 상기 침전조에서 분리된 슬러지를 상기 혐기조로 반송시키는 슬러지 반송수단을 더 포함하는 2차 처리 장치; 및 상기 침전조로부터 유입되는 처리수에서 호기성 조건하에 미생물층이 형성된 미생물막으로 유기물을 분해시키고 질산화 반응을 수행하는 생물여과기와, 상기 생물여과기에 의해 질 산화 반응을 거친 질산화액을 상기 제1무산소조로 반송시키는 질산화액 반송수단을 포함하는 3차 처리 장치;를 포함하여 이루어지는 것이 특징이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 하나의 실시형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해 될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 유기성 폐수의 유기물 및 질소 처리 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 유기성 폐수의 유기물 및 질소 처리 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 절차도이다.
여기에 도시된 바와 같은 본 발명은 유기성 폐수를 정화하기 위한 처리 장치로써, 크게는, 축산 폐수 등을 포함하는 유기성 폐수와 같은 유입 원수에서 고형물 등을 분리하는 전처리 과정과, 상기 전처리 후 유입되는 미세부유물을 제거하고 유기성 폐수의 독성 및 난분해성 오염물질을 일부 제거하는 1차 처리 과정과, 유입되는 오폐수의 유기물 및 N, P를 동시에 처리하는 고도처리공정을 수행하는 2차 처리 과정 및 상기 2차 처리 과정의 후속 공정으로 전체 폐수처리 공정의 처리 수질이 방류기준에 부합할 수 있도록 잔류유기물을 처리하는 3차 처리 과정을 수행하기 위한 것 이다.
먼저, 본 발명은 유기성 폐수와 같은 유입 원수(1)에서 고형물 등을 분리하는 전처리 과정을 수행하기 위하여, 스크린조(2)와 집수조(3)를 포함하는 전처리 장치를 포함한다. 상기 스크린조(2)는 유기성 폐수에 포함되어 있는 부유성 물질을 제거하기 위한 스크린(screen)이 구비되어 있는 것이고, 상기 집수조(3)는 상기한 스크린조부터 유입되는 처리수의 유량을 조절하기 위한 것이다.
상기 스크린조(2)는 유입되는 오폐수의 부유물(가축분, 털, 응고 혈 등)을 제거하여 펌프 및 기계류를 보호하고 후속 처리 공정의 원할한 운전을 도모하는 기능을 가진다. 상기 집수조(3)는 수질의 변동을 흡수, 균등화하여 처리시설의 효율을 높이고 처리능력을 향상시키고자 하는 것이다. 구체적으로, Auto Rake Screen(5mm)이 설치된 스크린조(2)에서 유입 오폐수의 부유물을 제거한 후 집수조(3)로 이동시키면, 상기 집수조(3)에서 이동된 유입수의 유량과 수질을 조절하여 후속 공정인 1차 처리과정의 반응조로 유입수를 내려보내는 것이다.
이어서, 1차 처리 과정은 상기와 같은 전처리 후 유입되는 미세부유물(스크린조의 screen을 통과하는 잔류부유물)을 제거하는 동시에 고농도의 오염물질과 폐수의 독성 및 난분해성 오염물질을 일부 제거시키는 공정이다.
이를 위하여, 본 발명에 따른 유기성 폐수의 유기물 및 질소 처리 장치는 1차 처리 장치를 가지고, 상기 1차 처리 장치는 가압 부상조(4)와 유량 조정조(5)를 포함한다. 상기 가압 부상조(4)는 상기 집수조(3)로부터 유입되는 처리수에 응집제를 반응시켜서 플럭(floc)을 형성시킨 후 미세기포를 주입하여 상기 플럭을 부상(浮上)시킴으로써 상기 처리수를 고액분리하는 것이고, 상기 유량 조정조(5)는 상기 가압 부상조(4)로부터 유입되는 처리수의 유량을 조절하기 위한 것이다.
구체적으로는, 상기 집수조(3)로부터 유입되는 처리수를 포함하는 반응조에 응집제와 선택적으로 응집보조제를 주입하여 플럭을 형성시킨 후, 가압탱크를 거쳐 가압 부상조(4)에 유입시킨 뒤, 여기에 미세기포를 주입하여 부상가능한 물질을 제거하는 것이다. 공기와 부착된 고형물은 표면으로 부상하기에 충분한 부력을 가지게 되며, 이러한 부력은 물보다 비중이 무거운 입자도 부상분리할 수 있는 것이다. 이렇게 분리된 처리수는 후속 공정(BNR)에 안정적인 처리수를 유입시키기 위하여 유량 조정조(5)로 이송되고, 그러면 유량 조정조(5)에서는 2차 처리 과정의 혐기조(6)로 처리수를 공급하는 것이다. 이와 함께, 상기 가압 부상조(4)에서 발생된 부상 슬러지는 (Scum Colector에 의하여) 수집되고, 자연유하를 통하여 후술하는 슬러지 농축조(13)로 이송될 수 있다.
상기와 같은 가압 부상조(4)와 유량 조정조(5)를 포함하는 1차 처리 장치에 의한 가압 부상법은, 종래의 화학응집침전법과 비교하여, 미세기포에 의한 부상분리로 처리효율을 안정적으로 유지할 수 있고, 침전속도보다 부상속도를 빠르게 하여 단위 시간당 처리량을 높일 수 있으며, 짧은 체류시간과 유출수 중에 함유되어 있는 용존산소 때문에 악취가 적고, 체류 시간이 짧아 소요부지가 작다는 효과가 있다. 상기 종래의 화학응집침전법은 후단에 조대화된 플록들이 안전하게 침강할 수 있는 별도의 슬러지 침전조를 설치해야 하므로 부지소요 면적이 크고, 침전성이 불량한 유분 함유 폐수에는 적용성이 떨어지는 단점이 있다.
그리고, 상기와 같은 1차 처리 공정 이후에는 유입되는 오폐수의 유기물 및 N, P를 동시에 처리하는 고도처리공정을 수행하기 위한 2차 처리 과정을 거친다. 상기 2차 처리 과정은 혐기조(6)에서 P의 방출, 무산소조(7, 9)에서 탈질, 질산화조(8, 10)에서 질산화, 유기물 제거, 인의 과잉섭취, 침전조(11)에서 잉여슬러지의 폐기하는 공정을 통하여 유입되는 처리수 중의 유기물을 제거하는 과정이다.
이를 위하여, 본 발명에 따른 2차 처리 장치는 유입되는 처리수에서 혐기성 조건하에 인을 방출시키는 혐기조(6)와, 무산소 조건에서 미생물과 반응시켜서 탈질화시키는 무산소조(7, 9)와, 호기성 조건에서 질산화미생물과 반응시켜서 질산화 반응과 인 제거를 수행하는 질산화조(8, 10)를 포함하되, 상기 무산소조(7, 9)와 질산화조(8, 10)는 2 세트가 직렬로 구비되는 것이 특징이다. 즉, 상기 유량 조정조(5)로부터 유입되는 처리수에서 혐기성 조건하에 인을 방출시키는 혐기조(6)와, 상기 혐기조(6)로부터 유입되는 처리수를 무산소 조건에서 미생물과 반응시켜서 탈 질화시키는 제1무산소조(7)와, 상기 제1무산소조(7)로부터 유입되는 처리수를 호기성 조건에서 질산화미생물과 반응시켜서 질산화시키고 상기 혐기조(6)에서 방출된 인을 상기 질산화미생물에 의해 섭취하도록 하는 제1질산화조(8)와, 상기 제1질산화조(8)로부터 유입되는 처리수를 무산소 조건에서 탈질화시키는 제2무산소조(9)와, 상기 제2무산소조(9)로부터 유입되는 처리수를 호기성 조건에서 질산화시키고 상기 처리수에 포함되어 있는 인을 질산화미생물에 의해 섭취하도록 하는 제2질산화조(10)를 포함하는 것이다.
상기 혐기조(6)는 1차 처리수 및 후술하는 침전조(11)에서 반송된 반송슬러지를 유입시켜 P의 방출을 유도한다. 상기 무산소조(7, 9)는 질산화액(생물여과기 내부 순환수 + 질산화조 반송수)과 탄소원(혐기조 처리수)을 유입시켜 탈질화 반응(NO3-N → N2)을 유도하는 것이다. 여기서, 상기 혐기조 처리수에 의해 충분한 탄소원을 공급할 수 없다면, 외부탄소원(예를 들어, 메탄올)을 혐기조 유출수에 혼합하여 공급하는 것도 가능하다. 그리고, 상기 질산화조(8, 10)에서는 질산화반응(NH4-N → NO3-N)으로 생성된 질산성질소(NO3-N)를 제거하기 위하여, 상기 질산성질소를 전단의 무산소조로 반송시킨다. 이를 위하여, 본 발명에 따른 유기성 폐수 처리 장치는 상기 제1질산화조(8)의 질산화 반응에 의해 생성된 질산성 질소를 상기 제1무산소조(7)로 반송시키는 제1반송수단과, 상기 제2질산화조(10)의 질산화 반응에 의해 생성된 질산성 질소를 상기 제2무산소조(9)로 반송시키는 제2반송수단을 더 포함하 는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기와 같이 무산소조와 질산화조가 2 세트가 직렬로 구비되는 2차 처리 장치를 거침으로써 다른 생물학적 질소제거 공법(BNR)에 비하여 N 및 P 제거효율을 높일 수 있고, 긴 체류시간을 거침으로써 유기성 탄소산화 능력을 높일 수 있다. 즉, 본 발명은 종래의 A2O 공법에 비하여, 질소제거율 향상을 위하여 후단에 무산소조 및 질산화조를 추가한 형태의 공법을 이용함으로써 85~90%에 달하는 질소 제거율을 달성할 수 있다. 본 발명에서는 각 질산화단계 끝에서 무산소단계로 반송하여 탈질을 유도하며, 이러한 내부에서의 반송율은 유입유량의 100~400%인 것이 바람직할 것이다.
본 발명에 있어서, 상기와 같이 무산소조와 질산화조가 2 세트가 직렬로 구비된다고 하는 것은, 도 2에 도시된 바와 같이, 무산소조와 질산화조가 교대로 배열되는 것을 뜻하는 것으로, 이러한 배열은 C/N(유기탄소/질소)비가 높은 경우에 바람직하다. 만약, C/N(유기탄소/질소)비가 낮은 경우라면 무산소조와 질산화조가 1세트로 구비되되, 상기 1세트의 무산소조와 질산화조는 각각 2개 이상의 무산소조와 질산화조를 포함할 수 있다. 즉, 먼저 나란하게 (병렬로) 배열된 2개 이상의 무산소조를 동시에 거치고, 다음에 나란하게 (병렬로) 배열된 2개 이상의 질산화조를 동시에 거치는 것이다.
이와 함께, 상기한 제1무산소조(7), 제1질산화조(8), 제2무산소조(9) 및 제2질산화조(10)를 통하여 고도처리공정을 거친 처리수는, 상기 제2질산화조(10)의 후단에는 침전조(11)로 유입된다. 상기 침전조(11)는 상기 제2질산화조(10)로부터 유입되는 처리수에서 유기물 또는 인 함유 슬러지를 분리하는 것이고, 상기 침전조(11)에서 분리된 슬러지를 상기 혐기조(6)로 반송시키는 슬러지 반송수단을 포함할 수 있다. 상기 침전조(11)는 본 발명에 따른 각 반응조의 MLSS를 유지시키고 탄소원을 공급하며, 유기물이나 인 함유 슬러지의 폐기를 수행하는 2차 처리 과정의 마지막 공정으로써, 상기 침전조(11)를 유지관리하는 방법에 따라 전체 공정의 처리 효율에 영향을 줄 수 있다. 상기 분리된 유기물 또는 인 함유 슬러지는 잉여슬러지로써 잉여슬러지 펌프에 의해 후단의 농축조(13)로 압송되고, 이를 제외한 슬러지는 상기 혐기조(6)로 반송되어 다시 고도처리공정을 거친다.
계속해서, 본 발명은 상기와 같은 2차 처리 공정의 후속공정으로서, 전체 폐수처리공정의 처리 수질이 방류기준에 부합할 수 있도록 잔류유기물을 처리하는 3차 처리 공정을 수행한다.
유입되는 유기성 폐수의 특성상 유량이나 부하변동이 심하기 때문에, 최종 방류수의 목표수질을 안정적으로 유지토록 하는 최종처리공법을 선택하는 것이 중요하다. 고농도의 T-N이 2차 처리 과정에서 대부분 제거되지만, 목표 수질 이내까지 처리하 기 위해서는 한계가 있으므로, 3차 처리 장치에서 목표수질까지 처리할 수 있는 공법을 선정하는 것이 중요하다. 본 발명에 있어서, 3차 처리 장치는 상기한 2차 처리 장치를 거치고도 처리되지 않은 잔존 유기물 및 질소 성분을 제거할 수 있다. 즉, 3차 처리 장치는 상기한 2차 처리 장치와 부합하여 연관성이 있고, 유입 수량이나 수질의 변동에 유연하게 대응할 수 있으며, 일반 유기물의 제거효율이 우수한 장치가 바람직하다.
이에 따라, 본 발명에서는 종래의 생물여과공법을 채택하고 있는 많은 처리 공법 중에서도, 3차 처리 장치로써 상기 침전조(11)로부터 유입되는 처리수에서 호기성 조건하에 미생물층이 형성된 미생물막으로 유기물을 분해시키고 질산화 반응을 수행하는 생물여과기(12)가 가장 바람직하다는 것을 확인하였다. 이러한 본 발명에 있어서, 상기 생물여과기(12)는 2차 처리 장치로부터 유입되는 유입수를 정화시킬 수 있는 것이면, 특별히 제한되는 일이 없이 이 기술분야에서 알려진 모든 생물반응기 기술을 포함할 수 있다. 예시적으로는, 본 발명자에 의해 발명되고 출원되어 등록을 받은 등록특허 제10-0191865호에 기재된 생물학적 처리장치가 사용될 수 있다. 즉, 본 발명에서 사용되는 상기 생물여과기(12)는 유기성 폐수를 유입하고 처리수로 배출하며, 역세척이 가능할 뿐만 아니라, 생물여과기(12)에서 걸러진 슬러지를 분리할 수 있는 것이 바람직하다는 측면에서, 상기 생물여과기(12)는 전송받은 처리수를 아래로부터 상향류로 유입하고 처리수를 유출하는 반응기와, 상기 반응기내에 부상 충진되며 미생물이 부착되어 성장하면서 유입수의 유기물을 분해할 수 있는 부상여재와, 상기 반응기 내에 상기 부상 여재의 통과를 억제하고 처리수만이 선택적으로 상부로 이동할 수 있도록 설치된 하나 또는 둘 이상의 스트레이너를 포함하는 생물학적 처리 장치인 것이 가장 바람직하다.
이러한 생물여과기(12)는 완전밀폐형의 탱크형 철구조물로 제작되며, 내부는 호기성 미생물의 부착성장을 위한 2~3mm의 입상 부상여재를 2/3 정도 채우고, 유입배과내 공기를 주입하는 방식으로 호기성 조건을 유지하는 것이 바람직하다. 상기한 2차 처리 장치의 침전조(11)에서 유입되는 처리수는 별도의 처리수조에서 일시 저류 후 생물여과기(12)에 공급될 수 있고, 상기 생물여과기(12)는 전단의 2차 처리 장치에서 잔류하는 유기물질과 SS 및 N, P를 추가적으로 제거하여 유량 및 부하변동이 심한 유입폐수 조건에도 최종 방류수의 목표 수질을 안정적으로 유지하게 할 수 있다.
이와 함께, 본 발명에 따른 3차 처리 장치는 상기 생물여과기(12)에 의해 질산화 반응을 거친 질산화액을 상기 제1무산소조(7)로 반송시키는 질산화액 반송수단을 더 포함하는 것이 가능하다. 이러한 본 발명은 상기 생물여과기(12)에서 유기물 제거 및 질산화가 이루어지고, 질산화액을 상기 제1무산소조(7)로 내부반송하여 탈질시킴으로써, 질소를 제거하며, 여과기 내에 형성된 슬러지를 주기적으로 역세척(처리수 이용)후 전단의 침전조로 이송하여 최종 처분함으로써 유기물질과 부유물질을 제거할 수 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 3차 처리 장치로서 미생물층이 형성된 미생물막을 포함하는 생물여과기(12)를 이용하여, 부지 요구도가 낮은 밀집형 처리 장치를 구현할 수 있고, 유입이나 부하 변동에도 안정적으로 처리 수질을 유지할 수 있으며, 약품비가 소요되지 않을 뿐만 아니라 여재의 교체도 필요없어 유지관리비를 저렴하게 할 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시형태는 상술한 바와 같은 유기성 폐수의 유기물 및 질소 처리 장치에 있어서 발생하는 슬러지를 처리하기 위한 슬러지 처리 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 유기성 폐수의 유기물 및 질소 처리 장치에서 발생하는 슬러지는 크게 상기한 가압 부상조(4)에서 발생하는 부상 슬러지와 2차 처리 장치에서 발생하는 잉여슬러지가 있다.
본 발명에서는 이러한 슬러지를 중력 농축 후, 탈수하는 것을 특징으로 하고, 이를 위하여, 상기 가압 부상조(4)에 의해 고액분리된 부상 슬러지 및 상기 침전조(11)에 의해 분리된 슬러지를 농축시키는 농축조(13)와, 상기 농축조(13)에 의해 농축된 슬러지를 탈수시키는 탈수조(14)를 포함하는 슬러지 처리 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐수의 유기물 및 질소 처리 장치가 바람직하다.
상기 농축조(13)는 가압 부상조(4)와 침전조(11)에서 이송된 슬러지를 탈수시설에 적합한 함수율로 낮추기 위하여 중력 농축시키는 시설로서, 농축조(13) 상부를 밀폐시켜 악취를 포집 후, 악취를 제거하도록 할 수 있다. 슬러지는 농축조(13)를 거쳐 탈수조(Belt Press)(14)로 압송되어 탈수되고, 이때 탈수 효과를 높이기 우하여 응집제로서 폴리머(Polymer)를 공급할 수도 있으며, 탈수된 슬러지 케익은 슬러지 호퍼로 이송하고, 호퍼에서 임시 저장 후 외부로 반출될 수 있다.
이와 함께, 상기한 유기성 폐수의 유기물 및 질소 처리 장치는 상기 농축조(13)에서 발생된 상징수와 상기 탈수조(14)에 의해 발생된 탈리 여액을 상기 집수조(3)로 반송시키는 상징수 반송 수단을 더 포함할 수 있다. 이는 농축조(13)의 상징수 및 탈리 여액을 상기 집수조(3)로 반류시킴으로써, 새롭게 유입되는 유기성 폐수와 함께 혼합하여 재처리할 수 있는 것이다.
한편, 상술한 바와 같이 본 발명은 유기성 폐수에 포함되어 있는 유기물 및 질소를 처리하기 위한 것으로, 유기성 폐수, 그 중에서도 질소 성분이 많은 유기성 폐수를 처리하는 것에 적합하다. 질소 성분이 많은 유기성 폐수의 예로는 축산 폐수를 들 수 있고, 이러한 축산 폐수는 고농도의 유기성 폐수이기 때문에 본 발명이 적용되기에 더욱 바람직하다.
일반적으로 축산폐수는 고농도 유기성 폐수이면서도 악취성분과 영양염류의 농도가 높을 뿐만 아니라 축사의 형태 및 분뇨의 분리 유무에 따라 BOD 농도가 5,000ppm에 서 40,000ppm까지 큰 차를 보이는 등의 이유로 하여 적정 처리가 어렵고, 설사 가능하다고 하더라도 적정 처리를 위해서는 생산성 대비 투자비가 과다한 특징을 가지고 있다. 또한, 각 축산 농가에 설치된 폐수처리시설은 비전문가에 의해 운영되는 것이 현실로 정밀한 조절을 필요로 하는 설비는 유지관리가 어렵고, 약품 및 전력비 등 유지관리비용이 과다하면 경제적인 이유로 적절히 운영되지 못하는 문제점도 있다.
또한, 축산폐수는 고농도이고, 일반 하수나 분뇨에 비하여 난분해성으로서 생물학적으로 축산폐수를 분해시키는데 소요시간이 길며, 질소농도가 유기물농도에 비하여 과다하게 높아서 영양 밸란스(Balance)가 맞지 않고, 축산농가에서 전염병예방을 위한 과다한 축사소독에 사용되는 축사소독약등으로 축산폐수처리장 생물반응조를 정상적으로 유지시키는데 고도의 기술을 요한다. 이 때문에, 상당수의 축산폐수처리시설이 정상적인 효율을 나타내지 못하고 있으며, 설계유량만큼 축산폐수를 처리하지 못하는 근본적인 이유 이외에, 상기와 같이 과다한 질소 및 유기물농도와 전염병예방을 위한 축사소독액이 함유된 축산폐수를 처리시 함유된 미생물이 활동에 의해 호기성 또는 혐기성발효가 장기간 원활하게 되기 위해서는 일정한 온도를 유지하는 등의 추가적인 장치가 필요하여 실제로는 널리 사용되지 못하는 문제점이 있어 왔다.
이와 같이 일반 오폐수와 다른 특징을 갖는 축산폐수를 처리하는 종래의 폐수처리 장치로는 투자비와 유지관리비가 저렴하면서도 오염물질을 90% 이상 제거할 수 있는 호기성 미생물을 이용한 생물학적 처리공법을 도입한 장치가 주로 이용되어 왔다. 그러나, 최근 환경기준이 강화됨에 따라 생물학적 처리시설의 전단 또는 후단에 각종의 고도처리방법을 채택하여 처리하고 있는 실정이다. 전단처리로는 부유물질을 제거하기 위한 화학응집처리법 및 원심분리법, 유기물 부하를 낮추기 위한 혐기 소화법 등이 주로 채택되며, 후단 처리시설로는 잔여 유기물을 제거하기 위한 막여과, 오존산화, 전기응집, 펜턴산화법 등이 채택되고 있다. 이러한 고도처리방법중 화학 응집처리방법, 전기응집, 펜턴산화법은 약품 및 전력의 사용에 따라 유지관리비가 높고 발생된 슬러지에 무기화학약품이 포함되어 있어 슬러지를 퇴비화하지 못하는 단점이 있다. 한편, 원심분리법, 막여과법, 오존산화법은 처리 효율은 좋으나 초기 투자비가 과다하고 그 운전조건이 까다로운 단점이 있다. 반면 혐기성 소화는 위의 물리화학적 고도처리방법이 가지는 단점을 극복할 수 있는 대안으로 각광을 받고 있으나 축산폐수 내에 포함되어 있는 고농도의 암모니아에 의해 미생물 성장이 제한되고 부유상의 미생물을 이용하는 바 소화조의 부피가 커지는 단점이 있다.
그러나, 본 발명은 상기와 같이 무산소조와 질산화조가 2 세트가 직렬로 구비되는 2차 처리 장치를 거침으로써, 다른 생물학적 질소제거 공법(BNR)에 비하여 N 및 P 제거효율을 높일 수 있고, 상기 2차 처리 장치에 의해 처리되지 않은 잔존 유기물 및 질소 성분을 생물여과기를 포함하는 3차 처리장치에 다시 한번 제거할 수 있으 며, 이와 같이 하여 긴 체류시간을 거침으로써 유기성 탄소산화 능력을 현저히 높일 수 있다.
상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 특징이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진자에게 명백한 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 유기성 폐수에 포함되어 있는 부유성 물질을 제거하기 위한 스크린조와 집수조를 포함하는 전처리 장치; 상기 집수조로부터 유입되는 처리수에 응집제를 반응시키고 미세기포를 주입하여 고액분리하는 가압 부상조와 유량 조정조를 포함하는 1차 처리 장치; 상기 유량 조정조로부터 유입되는 처리수에서 혐기성 조건하에 인을 방출시키는 혐기조와, 무산소 조건에서 미생물과 반응시켜서 탈질화시키는 무산소조와, 호기성 조건에서 질산화미생물과 반응시켜서 질산화 반응과 인 제거를 수행하는 질산화조를 포함하되, 상기 무산소조와 질산화조는 2 세트가 직렬로 구비되는 2차 처리 장치; 및 상기 2차 처리 장치를 거친 처리수에 대하여 호기성 조건하에 미생물층이 형성된 미생물막으로 유기물을 분해시키고 질산화 반응을 수행하는 생물여과기를 포함하는 3차 처리 장치;를 포함하여 이루어지는 유기성 폐수의 유기물 및 질소 처리 장치를 제공할 수 있다.
이러한 본 발명에 의하는 경우, 상기 1차 처리 장치로 미세기포를 주입하여 고액분리하는 가압 부상조를 사용함으로써, 미세기포에 의한 부상분리로 처리효율을 안정적으로 유지할 수 있고, 침전속도보다 부상속도를 빠르게 하여 단위 시간당 처리향을 높일 수 있는 효과가 있다. 그리고, 상기 무산소조와 질산화조가 2 세트가 직렬로 구비되는 2차 처리 장치를 거침으로써 다른 생물학적 질소제거 공법(BNR)에 비하여 N 및 P 제거효율을 높일 수 있고, 긴 체류시간을 거침으로써 유기성 탄소산화 능력을 높일 수 있다. 또한, 3차 처리 장치로서 미생물층이 형성된 미생물막을 포함하는 생물 여과기를 이용하여, 부지 요구도가 낮은 밀집형 처리 장치를 구현할 수 있고, 유입이나 부하 변동에도 안정적으로 처리 수질을 유지할 수 있으며, 약품비가 소요되지 않을 뿐만 아니라 여재의 교체도 필요없어 유지관리비를 저렴하게 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 유기성 폐수에 포함되어 있는 부유성 물질을 제거하기 위한 스크린(screen)이 구비되어 있는 스크린조와, 상기 스크린조부터 유입되는 처리수의 유량을 조절하기 위한 집수조를 포함하는 전처리 장치;
    상기 집수조로부터 유입되는 처리수에 응집제를 반응시켜서 플럭(floc)을 형성시킨 후 미세기포를 주입하여 상기 플럭을 부상(浮上)시킴으로써 상기 처리수를 고액분리하는 가압 부상조와, 상기 가압 부상조로부터 유입되는 처리수의 유량을 조절하기 위한 유량 조정조를 포함하는 1차 처리 장치;
    상기 유량 조정조로부터 유입되는 처리수에서 혐기성 조건하에 인을 방출시키는 혐기조와, 상기 혐기조로부터 유입되는 처리수를 무산소 조건에서 미생물과 반응시켜서 탈질화시키는 제1무산소조와, 상기 제1무산소조로부터 유입되는 처리수를 호기성 조건에서 질산화미생물과 반응시켜서 질산화시키고 상기 혐기조에서 방출된 인을 상기 질산화미생물에 의해 섭취하도록 하는 제1질산화조와, 상기 제1질산화조로부터 유입되는 처리수를 무산소 조건에서 탈질화시키는 제2무산소조와, 상기 제2무산소조로부터 유입되는 처리수를 호기성 조건에서 질산화시키고 상기 처리수에 포함되어 있는 인을 질산화미생물에 의해 섭취하도록 하는 제2질산화조를 포함하고,
    상기 제1질산화조의 질산화 반응에 의해 생성된 질산성 질소를 상기 제1무산소조로 반송시키는 제1반송수단과, 상기 제2질산화조의 질산화 반응에 의해 생성된 질산성 질소를 상기 제2무산소조로 반송시키는 제2반송수단과, 상기 제2질산화조로부터 유입되는 처리수에서 유기물 또는 인 함유 슬러지를 분리하는 침전조 및 상기 침전조에서 분리된 슬러지를 상기 혐기조로 반송시키는 슬러지 반송수단을 더 포함하는 2차 처리 장치; 및
    상기 침전조로부터 유입되는 처리수에서 호기성 조건하에 미생물층이 형성된 미생물막으로 유기물을 분해시키고 질산화 반응을 수행하는 생물여과기와, 상기 생물여과기에 의해 질산화 반응을 거친 질산화액을 상기 제1무산소조로 반송시키는 질산화액 반송수단을 포함하는 3차 처리 장치;를 포함하여 이루어지는 유기성 폐수의 유기물 및 질소 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 생물여과기는 전송받은 양식수를 아래로부터 상향류로 유입하고 처리수를 유출하는 반응기와, 상기 반응기내에 부상 충진되며 미생물이 부착되어 성장하면서 양식수의 유가물을 분해할 수 있는 부상여재와, 상기 반응기 내에 상기 부상 여재의 통과를 억제하고 처리수만이 선택적으로 상부로 이동할 수 있도록 설치된 하나 또는 둘 이상의 스트레이너를 포함하는 생물학적 처리 장치인 것을 특징으로 하는 유기성 폐수의 유기물 및 질소 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 가압 부상조에 의해 고액분리된 부상 슬러지와 상기 침전조에 의해 분리된 슬러지를 농축시키는 농축조와, 상기 농축조에 의해 농축된 슬러지를 탈수시키는 탈수조를 포함하는 슬러지 처리 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐수의 유기물 및 질소 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 농축조에서 발생된 상징수와 상기 탈수조에 의해 발생된 탈리 여액을 상기 집수조로 반송시키는 상징수 반송 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐수의 유기물 및 질소 처리 장치.
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