KR100828669B1 - 동시탈질생물반응조와 막분리 기술을 결합한 고농도오폐수의 처리장치 및 이를 이용한 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동시탈질생물반응조와 분리막을 결합한 고농도 오폐수 처리장치 및 이의 처리방법에 관한 것이다. 본 발명의 동시탈질생물반응조에서는 고농도 오폐수의 pH 변화량 및 전자전달효소 변화량에 따라 상기 동시탈질생물반응조에 공급되는 산소량을 제어함으로써 시간적인 분리없이 연속적으로 탈질 및 질산화반응이 수행된다. 또한 상기 동시탈질생물반응조에서 생성된 슬러지는 나노여과막으로 여과하여 처리된다. 상기 슬러지에서 분리막을 통해 분리된 농축슬러지는 농축액비저장조로 이송되어 액비로 사용이 가능하므로 오폐수를 비료자원으로 활용할 수 있다. 또한 액비 비수기에는 농축 슬러지를 탈수하여 액비생산량을 조절할 수 있다.

본 발명의 고농도 오폐수 처리장치는 공정을 단순화하여 처리조의 설치부지 및 비용을 절감할 수 있으며, 부유고형물을 완벽하게 제거할 수 있고 대장균과 같은 세균이나 바이러스의 제거가 가능하다. 또한 동시탈질생물반응조의 탈질 및 질산화 반응이 전기적인 방법으로 제어되므로 반응이 종료되는 시점을 정확하게 판단할 수 있어 운영관리가 용이한 이점이 있다.

나노여과막, 탈인, 탈질, 고농도 오폐수, 자원화, 액비, 질산화

Description

동시탈질생물반응조와 막분리 기술을 결합한 고농도 오폐수의 처리장치 및 이를 이용한 처리방법{Method and Apparatus for treating Wastewater}

본 발명은 동시탈질생물반응조와 막분리 기술을 결합하여 고농도 오폐수를 처리하는 방법 및 이의 처리장치에 관한 것으로서, 특히 상기 생물학적 처리는 전기적 센서를 이용하여 고효율의 동시탈질생물반응조에서 탈질 및 질산화 반응이 연속적으로 수행됨으로써 이루어지고, 상기 동시탈질생물반응조에서 발생된 슬러지는 나노여과막을 통해 여과됨으로써 이루어지는 고농도 오폐수의 처리방법 및 처리장치에 관한 것이다.

최근 방류수의 수질 기준에 대한 규제가 엄격해지면서 유기물의 제거뿐만 아니라 질소 및 인을 동시에 제거하기 위한 여러 가지 공법 개발에 관심이 집중되고 있다. 특허등록 제348528호에는 수온이나 유기물의 농도와 상관없이 질소 및 인을 제거할 있는 하폐수의 처리장치에 대한 기술이 게재되어 있다. 상기 장치는 유입수의 유기물, 질소 및 인을 처리하기 위하여 정기와 폭기를 반복하는 수 개의 반응조 를 구비하여 각 반응조 내에서 폭기가 반복적으로 이루어지도록 되어 있다. 그러나 이 장치는 다수의 반응조가 구비되어야 하고 각 반응조에서 수행되는 반응을 정밀하게 제어하기 위해 다수의 제어장치 또는 부대설비가 부가되어야 하는 문제점이 있고, 폭기와 정기의 구분이 불명료해 탈질 및 탈인이 완료되지 않은 상태에서 운전모드가 변환되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 하나 혹은 두 개의 반응조를 이용하여 공정을 단순화시킨 폐수 처리방법이 특허공개 제2001-86935호에 게시되어 있다. 이 방법에 의하면 반응조 내부의 산화환원전위 및 수소이온농도를 측정하고 이를 바탕으로 하여 산소 상태와 무산소 상태를 구분하여 질 및 인을 처리하도록 되어있다. 그러나 여기에서 산화환원전위 및 수소이온농도를 측정하는 탐침은 미생물의 신진대사와 직접적으로 연관이 없고 반응조 내 폐수의 상태를 나타내는 것이므로 이를 직접적인 운전지표로 사용하기에 한계가 있다. 또한 상기 처리공정은 각각의 공정이 시간적으로 분리되어 있어서 각 반응단계가 별도로 수행되므로 각각의 공정을 수행하기 위한 수단보다는 시간적 소요가 폐수처리 결과에 더 큰 요인으로 작용되기 때문에 정해진 시간 내에 반응이 종료되지 못할 경우에는 유입수를 반응조로 유입시키지 못함으로써 전체 폐수처리 용량의 감소를 가져오는 문제점이 있었다.

아울러 종래의 수처리 공정에 있어서, 슬러지를 농축슬러지와 처리수로 분리하는데 사용되는 침전조에서 발생되는 문제점도 심각한데, 호기성 처리공정에서의 운전조건에 따라 미생물 플럭의 침강성 변동이 매우 커 침강성이 악화될 경우 미생물 플럭이 처리수 중에 유출됨으로써 방류수질을 악화시킬 뿐만 아니라 폭기조의 미생물 농도가 저하되어 전체 처리공정의 실패를 초래할 문제점이 있다. 또한

따라서 단순화된 폐수 처리 공정을 통해서도 오폐수내의 인과 질소를 효과적으로 제거하고 기존의 침전조에 대해 효과적으로 슬러지를 고액분리하여 방류수의 수질을 향상시키는 고농도의 오폐수처리방법에 대한 요구가 높아지고 있는 실정이다.

본 발명의 목적은 고농도의 오폐수 처리에 있어서 동시탈질생물반응조와 막분리 기술을 결합하여 인, 질소와 같은 영양염류, 세균 및 바이러스와 같은 미생물, 중금속 등의 제거 효율을 높임과 동시에 처리공정을 단순화함으로써 다수의 처리조나 침전조가 필요하지 않아 폐수처리장치의 설치부지를 최소화하고 비용을 절감할 수 있는 고농도의 오폐수 처리장치 및 이를 이용한 처리방법을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 목적은 유기물의 분해, 탈질 및 질산화, 탈인반응이 하나의 생물반응조에서 동시에 수행되도록 하고, 상기 일련의 반응을 전자적인 신호를 통해 효과적으로 제어함으로써 기존 공정이 가지고 있던 처리공정의 복잡성, 공정제어의 불확실성, 공정운전의 시간적 제한, 처리용량의 한계 등 운영관리상 문제점을 극복할 수 있는 고농도 오폐수의 처리장치 및 이를 이용한 처리방법을 제공하는 것이다.

아울러 본 발명은 분리막을 통해 분리된 농축슬러지를 액비로 활용할 수 있는 오폐수의 처리방법 및 처리장치를 제공한다.

본 발명은 외부로부터 공급된 고농도의 오폐수가 스크린을 지나면서 협잡물이 걸러지는 스크린 여과 단계; 상기 스크린을 통과하여 고효율 동시탈질생물반응 조로 유입된 상기 오폐수가 동시탈질생물반응조에서 호기성 미생물 플럭(floc)과 연속적으로 공급된 산소에 의해 유기물 제거, 탈질 및 질산화, 인 섭취 반응을 통하여 슬러지 형태로 변환되는 단계; 상기 슬러지를 분리막으로 여과시켜 처리수와 농축슬러지로 분리시키는 단계;를 포함하는 고농도 오폐수 처리방법을 제공한다.

본 발명의 고농도 오폐수 처리방법에 있어서, 상기 오폐수가 슬러지 형태로 변환되는 단계는 상기 동시탈질생물반응조내에 오폐수의 pH 변화량과 전자전달효소 변화량에 따라 산소공급량을 조절하여 연속적인 탈질 및 질산화반응이 수행되도록 함으로써 이루어지진다.

상기 연속적인 탈질 및 질산화 반응은,

상기 오폐수의 미생물 활동능력을 측정하는 전자전달조효소센서, 용존산소농도를 측정하는 DO 센서, 수소이온농도를 측정하는 pH 센서로 이루어진 센서부,

상기 오폐수에 연속적으로 산소를 제공하기 위해 산기관, 산기관에 연결된 산소고갈속도제어밸브, 송풍기 및 혼합기로 이루어진 산소공급부,

상기 센서부와 전기적으로 연결되어 상기 센서부로부터 수신된 신호를 입력으로 하여 내장된 연산프로그램으로 전자전달효소 변화량 및 pH 변화량을 연산하고, 상기 연산된 전자전달효소 변화량 및 pH 변화량과 DO 센서에 의해 측정된 DO 농도를 이용하여 탈질화 또는 질산화 종료여부를 판단하여 판단신호를 생성하는 반응단계 판단장치,

상기 반응단계 판단장치와 전기적으로 연결되어 상기 반응단계 판단장치로부터 생성된 판단신호를 수신하고, 이 판단신호에 따라 상기 산소공급부의 운전을 제 어하기 위한 제어부가 설치되어 있는 동시탈질생물반응조에서 수행됨으로써 이루어진다. 상기 센서부는 처리수의 상태를 측정할 수 있도록 오폐수와 접촉될 수 있도록 설치되며, 상기 산기관은 동시탈질생물반응조의 저면에, 상기 혼합기는 동시탈질생물반응조의 측면에 설치되는 것이 바람직하다.

상기 동시탈질생물반응조에서 이루어지는 연속적인 탈질 및 질산화 반응은 상기 반응단계 판단장치에 의하여 연산된 수처리 상태값에 대한 판단신호를 수신한 제어부가 가변산소발생기, 산소고갈속도제어밸브, 혼합기의 운전을 실시간으로 제어하여 연속적으로 공급되는 산소량을 조절함으로써 이루어질 수 있다.

본 발명의 고농축 오폐수 처리방법에서 사용되는 분리막은 100 내지 10,000돌턴(Dalton)크기를 갖는 구멍이 형성된 다공질 내압성 디스크(disk) 방식의 나노 분리막을 사용하여 이루어질 수 있다.

또한 본 발명은 외부로부터 공급된 오폐수 중 협잡물을 제거하여 전처리를 행하기 위한 스크린; 상기 스크린을 통과한 오폐수가 미생물 플럭(Floc)및 연속적으로 공급된 산소에 의하여 유기물이 분해되고, 탈질 및 질산화, 인 섭취되어 슬러지로 변환되는 동시탈질생물반응조; 상기 동시탈질생물반응조로부터 유입된 슬러지를 가압하여 처리수와 농축슬러지로 분리하는 분리막;을 포함하는 고농도 오폐수 처리장치를 제공한다.

상기 동시탈질생물반응조는

상기 오폐수의 미생물 활동능력을 측정하는 전자전달조효소센서, 용존산소농도를 측정하는 DO 센서, 수소이온농도를 측정하는 pH 센서로 이루어진 센서부;

상기 동시탈질생물반응조에 연속적으로 산소를 제공하기 위해 산기관, 산기관에 연결된 산소고갈속도제어밸브, 송풍기 및 혼합기로 이루어진 산소공급부;

상기 센서부와 전기적으로 연결되어 상기 센서부로부터 수신된 신호를 입력으로 하여 내장된 연산프로그램으로 전자전달효소 변화량 및 pH 변화량을 연산하고, 상기 연산된 전자전달효소 변화량 및 pH 변화량과 DO 센서에 의해 측정된 DO 농도를 이용하여 탈질화 또는 질산화 종료여부를 판단하여 판단신호를 생성하는 반응단계 판단장치;

상기 반응단계 판단장치와 전기적으로 연결되어 상기 반응단계 판단장치로부터 생성된 판단신호를 수신하고, 이 판단신호에 따라 상기 산소공급부의 운전을 제어하기 위한 제어부;

가 구비되어 있다. 또한 상기 센서부는 처리수의 상태를 측정할 수 있도록 오폐수와 접촉될 수 있도록 설치되며, 상기 산기관은 동시탈질생물반응조의 저면에, 상기 혼합기는 동시탈질생물반응조의 측면에 설치되는 것이 바람직하다.

상기 반응단계 판단장치에 내장된 상기 연산프로그램은 상기 센서부로부터 수신된 신호를 입력으로 하여 전자전달효소 변화량 및 ph 변화량의 수처리 상태값을 연산하고 상기 수처리 상태값이 어떠한 반응단계를 나타내는지를 판단하기 위하여 전자전달효소 변화량, ph 변화량 및 DO 농도의 수처리 상태값으로 표현된 조건식을 포함하여 이루어진다.

상기 슬러지를 농축슬러지와 처리수로 분리하는 분리막은 100 내지 10,000돌턴(Dalton)크기를 갖는 구멍이 형성된 다공질 내압성 디스크(disk) 방식의 나노분 리막인 것이 바람직하다.

상기 분리막을 통해 걸러진 상기 처리수는 직접 하폐수 종말 처리장을 통해 방류할 수 있다. 만일 엄격한 기준의 방류수질이 요구되는 경우에는 상기 처리수를 가압부상한 후 고형물을 여과한 후 방류할 수 있다.

상기 가압부상 및 여과단계를 수행하기 위해 상기 오폐수 처리 장치는 가압부상분리장치 및 여과장치를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

또한 본 발명에서는 상기 오폐수 처리방법에 대해 상기 분리막에 의해서 분리된 농축슬러지를 농축액비저장조에 저장한 후 탈수하여 탈수액을 액비로 활용하는 단계를 더 포함하는 고농도 오폐수의 처리 방법을 제공한다.

또한 상기 고농도 오폐수를 액비로 활용하는 방법은 상기 오폐수 처리장치에 대해 상기 분리막에 의해 분리된 농축슬러지를 저장하는 농축액비저장조 및 탈수장치를 부가하여 수행될 수 있다.

본 발명의 고농도 오폐수 처리장치는 유기물의 분해, 탈질 및 질산화, 인 섭취가 하나의 동시탈질생물반응조에서 연속적으로 이루어지므로 혐기조, 무산소조, 호기조 등의 다수의 반응조를 구비하거나 폭기/비폭기의 시간적인 차이를 두지 않아도 되므로 처리공정을 단순화 시킬 수 있다. 또한 나노여과막과 같은 분리막을 이용하기 때문에 별도의 침사지나 침전지가 필요하지 않다. 이와 같이 본 발명의 고농도 오폐수 처리방법은 공정설비를 단순화 시키고 공정설비에 소요되는 부지를 절감할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명은 생물학적 처리와 막분리 기술을 결합하여 고농도의 오폐수를 처리하므로 오폐수 내의 인, 질소와 같은 영양염류, 대장균과 같은 미생물, 바이러스 뿐만 아니라 중금속을 효과적으로 제거할 수 있다.

또한 본 발명의 고농도 오폐수 처리장치는 낮은 DO 농도에서도 운전이 가능하고, 충분한 양의 미생물 유지할 수 있어 부하변동에 강해 원수 수질변화에 관계없이 안정된 처리가 가능하고 고농도의 폐수 및 난분해성 물질의 처리에도 유리한 잇점이 있다. 아울러 본 발명의 고농도 오폐수 처리장치에 사용되는 동시탈질생물반응조는 전기적인 방법으로 반응에 필요한 산소량을 제어할 수 있어 반응의 종료시점을 명확하게 파악할 수 있어 폐수처리공정에서 비롯되는 불확실성을 감소시키는 장점이 있다.

마지막으로 본 발명은 농축슬러지를 농축액비저장조에 저장 후 액비로 활용함으로써 오폐수를 자원으로 재활용하는 효과적인 방법을 제공한다.

이하 본 발명의 고농도 오폐수 처리장치 및 상기 처리장치를 이용한 처리방법을 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하고자 한다.

본 발명은 폐수의 동시탈질생물반응조와 막분리 기술을 결합하여 이루어진 오폐수처리 장치 및 이를 이용한 오폐수처리 방법에 관한 것으로서 특히 고농도의 영양염류인 질소나 인, 중금속이 함유된 오폐수의 처리에 적합하다.

도 1은 본 발명에 의한 오폐수 처리장치의 개략도이며 외부에서 유입되는 오폐수가 다수의 구성요소를 거치면서 수처리가 이루어지는 공정이 도시되어 있다.

상기 오폐수 처리장치는 스크린(1), 동시탈질생물반응조(2), 분리막(3) 등을 포함하여 구성되어 있다.

도1에 도시된 구성요소를 보다 상세히 설명하면, 상기 스크린(1)은 외부로부터 유입되는 고농도의 오폐수 중의 협잡물을 걸러 동시탈질생물반응조(2)에서의 처리 부하를 저감하기 위한 전처리 수단으로, 상기 오폐수에 의해 쉽게 부식되지 않으며, 협잡물의 하중에도 쉽게 변형되지 않는 스테인레스와 같은 금속성 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 동시탈질생물반응조(2)는 유기물 제거, 연속적인 탈질 및 질산화, 인 섭취 반응을 수행하여 유입된 오폐수를 슬러지로 변환시키기 위한 구성요소이다. 상기 동시탈질생물반응조(2)에서는 상기 오폐수의 pH 변화량과 전자전달효소 변화량에 따라 산소공급량을 조절하여 연속적으로 상기 오폐수의 탈질 및 질산화가 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

상기 연속적 탈질 및 질산화를 수행하기 위해서 상기 동시탈질생물반응조(2)는,

미생물의 활동능력을 측정하는 전자전달조효소센서(101), 수소이온농도를 측정하는 pH센서(102), 용존산소농도를 측정하는 DO 센서(103)로 이루어진 센서부,

산기관(201)을 통하여 연속적으로 산소를 제공하기 위하여 산소고갈속도제어밸브(202), 송풍기(203) 및 혼합기(204)로 이루어진 산소공급부,

상기 센서부와 전기적으로 연결되어 상기 센서부로부터 수신된 신호를 입력으로 하여 내장된 연산프로그램으로 전자전달효소 변화량 및 pH 변화량을 연산하고, 상기 연산된 전자전달효소 변화량 및 pH 변화량과 DO 센서에 의해 측정된 DO 농도를 이용하여 탈질화 또는 질산화 종료여부를 판단하여 판단신호를 생성하는 반응단계 판단장치(100),

상기 반응단계 판단장치(100)와 전기적으로 연결되어 상기 반응단계 판단장치(100)로부터 생성된 판단신호를 수신하고, 이 판단신호에 따라 상기 산소공급부의 운전을 제어하기 위한 제어부(104)를 설치하여 사용하는 것이 바람직하다. 또한 상기 센서부는 오폐수의 상태를 측정할 수 있도록 동시탈질생물반응조(2)내의 수중에 설치되고, 산소공급부는 상기 동시탈질생물반응조(2)의 저면이나 측면에 설치될 수 있다. 상기 동시탈질생물반응조(2)는 내부에 설치된 센서부에서 출력된 신호를 반응단계 판단장치의 연산프로그램에 의하여 연산하고 상기 연산된 수처리 상태값으로부터 반응단계 종료시점을 판단하여 상기 반응조의 운전을 제어하도록 되어 있다.

상기 분리막(3)은 종래의 침전조를 대신하는 것으로서 상기 동시탈질생물반응조(2)로부터 유입된 슬러지를 가압하여 분리막(3)을 통과시켜 농축슬러지와 처리수로 분리하는 구성요소이다. 상기 분리막(3)은 100 내지 10,000돌턴(Dalton) 크기의 구멍이 있는 다공질 내압성 디스크(disk)방식의 나노여과막을 사용할 수 있다. 상기 나노여과막은 밀폐된 고압반응기(미도시) 내에 설치하여 가압방식에 의해 사용할 수 있다.

상기 스크린(1), 동시탈질생물반응조(2), 분리막(3)을 통과하여 처리된 처리수는 처리수조(미도시)로 이송시킨 후 방류시킨다. 이때 처리수를 하폐수 종말처리장으로 연계하여 방류시킬 수 있다. 다만 엄격한 수준의 방류수질이 요구되는 경우에는 분리막을 통해 여과된 상기 처리수를 가압부상처리하고 고형물을 여과한 후 방류할 수 있다. 이때에는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 오폐수 처리 장치에 대해 가압부상분리장치(4)와 여과장치(5)를 더 부가하여 사용할 수 있다.

상기 가압부상분리장치(4)는 가압에 의해 과포화된 가압수를 상기 처리수에 분사시켜 미세기포를 발생시키고, 발생된 미세기포가 처리수중의 오염물질과 부착하여 부유물(scum)을 형성하여 수면으로 부상하도록 하는 장치이며, 상기 여과장치(5)는 상기 가압부상처리된 처리수에서 발생된 상기 부유물을 제거하는 장치이다. 상기 가압부상분리장치(4) 및 여과장치(5)는 종래 오폐수의 처리분야에서 통상적으로 사용되는 것을 적용하여도 무방하다.

또한 본 발명에서는 상기 스크린(1); 동시탈질생물반응조(2); 분리막(3)을 포함하여 이루어진 고농도 오폐수 처리장치에 농축액비저장조(6) 및 탈수장치(7)를 부가하여 상기 농축슬러지를 액비로 사용할 수 있는 오폐수 처리장치 및 상기 처리장치를 사용하여 상기 농축슬러지를 액비로 활용할 수 있는 처리방법을 제공한다.

상기 농축액비저장조(6)는 상기 처리수로부터 분리된 고농도의 농축슬러지를 저장하는 구성요소이다. 상기 슬러지를 분리막(3)을 통해 여과한 후 처리수는 처리수조(미도시)로 이송시키고 상기 고농도의 농축슬러지는 농축액비저장조(6)로 이송시켜 비료공정규격에 부합되는 고농도 액비를 생산하여 사용할 수 있다. 또한 액비 비수기에는 탈수장치(7)를 설치 및 가동하여 액비생산량을 조절할 수 있다. 상기 탈수장치(7)는 농축슬러지를 탈수하여 케익층을 분리하는 장치로 원심분리장치 등이 사용될 수 있다.

상기 액비 공정 규격은 하기 표에 기재된 기준을 준수하는 것이 바람직하다.

[표] 액비 공정 규격

구분	기준
질소	0.3% 이상
구리	50mg/kg 이하
아연	130mg/kg 이하
비소	5mg/kg 이하
카드뮴	0.5mg/kg 이하
수은	0.2mg/kg 이하
납	15mg/kg 이하
크롬	30mg/kg 이하
니켈	5mg/kg 이하
냄새	2도 이하
염분	0.3%이하
수분	95% 이상

도 2는 상기 동시탈질생물반응조(2)에 설치되는 반응단계 판단장치(100)의 외형도의 일례를 도시한 것으로서 상기 반응단계 판단장치(100)에 내장된 연산프로그램에 의하여 연산된 수처리 상태값에 대한 반응단계가 표시되도록 전면에 지시부(110)가 형성된 상태를 도시하였다.

상기 반응단계 판단장치(100)는 다수의 부품을 보호하면서 외부의 습기에 영향을 받지 않도록 방수처리가 되어 있는 외함; 연산프로그램이 설치된 부품을 수납하기 위한 내함; 상기 연산프로그램에 의하여 연산된 수처리 상태값을 표시하기 위하여 전면에 문자와 램프로 형성된 지시부(110); 각 부품에 전원을 공급해주기 위한 전원공급단자(111); 센서부와 전기적으로 연결되어 전류신호가 입력되는 입력단자(112); 및 상기 연산프로그램에 의하여 연산된 수처리 상태값에 대한 전기적 신 호를 지시부로 전송하기 위한 출력단자(113);를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

상기 반응단계 판단장치(100)에 내장되는 연산프로그램은 상기 동시탈질생물반응조(2)에서 질소를 제거하기 위하여 공기량을 자동 조절하기 위한 수처리 상태값을 얻기 위한 수단으로 동시탈질생물반응조(2)의 용존산소농도를 측정하는 DO 센서(103), 미생물의 활동능력 정도를 측정하는 전자전달조효소센서(101) 및 수소이온농도를 측정하는 pH센서(102)로 이루어진 센서부로부터 감지되어 입력된 신호를 취합하고, 상기 입력된 신호로부터 연산하여 얻어진 수처리 상태값으로 반응단계 종료여부를 판단하기 위한 다수의 수식과 상기 수처리 상태값이 어떠한 반응단계를 나타내는지를 판단하기 위한 조건식으로 구성될 수 있다. 상기 연산프로그램은 센서부에서 감지된 전자적 신호를 입력으로하여 일정한 수처리 상태값으로 처리할 수 있는 것이면 조건식의 구성에 구애없이 상기 반응단계 판단장치(100)에 내장하여 사용할 수 있다.

또한 상기 연산프로그램에는 센서부로부터 입력된 신호로부터 수처리 상태값의 연산 및 반응단계 판단방법 외에 이들 값이 어떤 반응단계를 나타내는지를 화면상에 표시할 수 있는 지시방법에 대한 내용을 더 포함하는 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명에 의한 오폐수 처리장치의 동시탈질생물반응조(2)에 반응단계 판단장치(100)가 설치된 상태의 개략도로 상기 동시탈질생물반응조(2) 내에 다수의 센서가 수중에 설치되어 상기 반응단계 판단장치(100)와 연결된 상태가 도시되어 있다.

다음은 도 3를 참조하여 동시탈질생물반응조(2)에서 수행되는 연속적인 탈질 및 질산화반응에 대해 상세하게 설명한 것이다.

상기 동시탈질생물반응조(2)의 운전시 반응단계를 판단하여 연속적으로 탈질 및 질산화를 수행하기 위하여 상기 동시탈질물생물반응조(2)의 내부에는 용존산소농도를 측정하는 DO 센서(103), 수소이온농도를 측정하는 pH센서(102), 미생물의 활동능력을 측정하는 전자전달조효소센서(101)로 이루어진 센서부가 수중에 설치되고; 상기 동시탈질생물반응조(2)의 저면 또는 측면에는 산기관(201)을 통하여 동시탈질생물반응조(2)의 반응단계에 따라 연속적으로 산소를 제공하거나 공급량을 제어하기 위하여 산소고갈속도제어밸브(202), 송풍기(203) 및 혼합기(204)로 이루어진 산소공급부가 설치되며; 상기 센서부와 전기적으로 연결되어 상기 센서부로부터 수신된 신호를 입력으로 하여 내장된 연산프로그램으로 ph 변화량 및 전자전달효소 변화량을 연산하여 반응단계 종료여부의 판단신호를 생성하기 위하여 반응단계 판단장치(100)가 설치되며; 상기 반응단계 판단장치와 전기적으로 연결되어 상기 반응단계 판단장치(100)로부터 수신된 판단신호에 따라 상기 산소공급부 및 혼합기(204)의 운전을 제어하기 위하여 제어부가 설치되어 있다.

상기 전자전달조효소센서(101)는 수중에 존재하는 전자전달조효소의 양을 측정하는 센서로서 자외선(UV)을 조사하기 위한 발광부재(미도시됨)와, 상기 발광부재에 광섬유테이블로 연결되어 광원창(미도시됨)을 통하여 빛을 발산시켜 주기 위한 전달부재(미도시됨)와, 상기 전자전달조효소에 여기되어 발광되는 빛을 검출하여 수신된 파장을 전기적 신호로 전환시켜주기 위한 검출부재(미도시됨)를 포함하 여 구성되어 있다. 여기서 상기 전자전달조효소센서(101)의 몸통재질은 내산 스테인레스강(STS)로 되어 있고, 상기 전달부재는 내충격 플라스틱으로 형성되어 있으며, 빛이 투과되는 광원창은 석영으로 형성되어 있다.

본 발명에 이용된 전자전달조효소(101)는 수용성 비타민인 니코틴아미드를 구성성분으로 하고 있으며, 체내에서 조효소로 전환되어 전자수용체에 전자를 전달하는 역할을 한다. 본 발명에 의한 오폐수 처리장치에서의 전자수용체는 상기 동시탈질생물반응조(2)의 상태에 따라서 달라진다. 호기성 상태에서는 O₂, 무산소 상태에서는 NOx분자가 전자를 받게 되며, 특히 무산소 상태에서는 NOx 분자가 전자를 받아들여 환원되므로 질소제거상태에 따라 전자전달조효소의 양이 변화하게 된다. 즉, 분자의 산화·환원 진행과정에 따른 전자전달조효소량의 변화를 전자전달조효소센서(101)로 측정하여 질소제거공정의 반응단계를 파악할 수 있게 된다.

상기 전자전달조효소센서(2)는 수중에 존재하는 전자전달조효소의 양을 측정하는 센서로서 조효소가 갖는 특정 파장에서의 빛 흡수정도를 이용하여 측정하게 되는데 본 발명에서는 니코틴아미드로 구성된 조효소의 환원된 형태를 측정하게 된다. 환원된 형태는 산화된 형태보다도 340nm에서 더 큰 흡광도를 가지므로 이 파장에서 흡광도의 변화를 측정함으로써 한 형태에서 다른 형태로 전환된 반응을 측정할 수 있다. 따라서, 상기 전자전달조효소센서(101)는 수중에 340nm의 UV를 조사하였을 경우 여기되어 발광하는 빛을 460nm의 파장에서 검출하게 되며, 이는 전자전달효소량으로 표시된다. 상기한 바와 같이 흡광도를 측정하기 위해서는 수중의 미 생물 및 햇빛 등에 의한 측정값의 오차를 최소화하기 위해 전기신호가 펄스신호로 전달되는 것이 바람직하다.

여기서, 전자전달효소량은 생물학적 활성도를 나타내는 것으로서 효소의 활성도를 통해 미생물의 활성상태를 파악하는 것이며, 그 범위는 0~100ppb로 본 발명에서의 활성도 측정은 일정 파장에서 기질이 생성물로 변화되는 과정에서의 기질이나 생성물의 흡광도를 측정하게 된다.

상기 전자전달조효소센서(101)는 실시간으로 측정된 자료를 검출부재로 전달하게 되며, 상기 검출부재는 이를 전기적인 신호로 전환시켜 반응단계 판단장치(100)로 전송하게 된다. 이렇게 전송된 신호를 입력으로 하여 반응단계 판단장치의 연산프로그램에 의해 연산된 수처리 상태값에 따라 반응단계를 판단하며, 판단결과에 대한 신호를 수신한 제어부(104)는 송풍기(203) 및 산소고갈속도제어밸브(202)를 조절하는 등의 산소공급부의 운전을 실시간으로 제어함으로써 산소의 공급량이 조절되게 된다.

상기 pH 변화량과 전자전달효소 변화량에 따라 산소공급이 제어되는 원리는 다음과 같다.

유입 유기물의 부하의 증가로 인해 미생물 플럭 내의 무산소 영역이 증가하고 질산화가 이루어지지 않는 경우에는 pH가 증가된다. 이러한 경우, 본 발명의 반응단계 판단장치(100)에 ph 변화량이 증가되는 것으로 신호가 입력되면 상기 제어부(104)로 하여금 상기 송풍기(203)의 회전수를 증가시켜 공기량을 증대시킴으로써 질산화를 유도하도록 한다. 또한 상기 반응단계 판단장치(100)에 의해 전자전달효 소 변화량과 pH의 변화량이 모두 낮은 것으로 판단되면 탈질 및 질산화 종료인 것으로 판단하며 이러한 상태를 최적 운전조건으로 간주하게 된다. 만일 pH의 변화량은 크지 않으나 전자전달효소 변화량이 큰 경우에는 상기 송풍기(203)의 회전수를 줄여 공기량을 감소시킴으로서 탈질을 유도하게 된다. 상기 반응단계 판단장치(100)에 의해 탈질 및 질산화가 종료되는 시점은 pH 변화량이 0.01/분 이하이고, 전자전달효소 변화량이 0.02/분 이하인 상태인 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 스크린(1), 동시탈질생물반응조(2) 및 분리막(3)을 구비한 고농도 오폐수 처리장치를 이용하여 오폐수를 처리하는 방법을 도 4을 참고로 공정순서에 의해 설명하면 다음과 같다.

외부로부터 유입된 오폐수 중의 조대한 협잡물이 스크린(1)에 의하여 제거되는 스크린 여과 단계(401); 상기 스크린(1)을 통과한 오폐수가 동시탈질생물반응조(2)에서 호기성 미생물 플럭(floc)과 연속적으로 공급된 산소에 의하여 유기물 제거, 연속적인 탈질 및 질산화, 인 섭취 반응을 통하여 슬러지 형태로 변환되는 단계(402); 상기 동시탈질생물반응조(2)에서 생성된 슬러지를 분리막(3)을 통과시켜 처리수와 농축슬러지로 분리하는 분리막 여과 단계(403);를 통하여 오폐수의 처리가 이루어진다.

상기 오폐수가 동시탈질생물반응조(2)에서 연속적인 탈질 및 질산화에 의해 슬러지로 변환되는 단계(402)는 상기 센서부로부터 입력된 신호를 반응단계 판단장치(100)의 연산프로그램에 의하여 연산하고 연산된 수처리 상태값인 pH 변화량 및 전자전달효소 변화량에 따라 산소 공급량을 조절하여 탈질 및 질산화가 유도되고, 상기 동시탈질생물반응조(2)의 폐수의 DO가 0.6mg/L인 조건하에서 운전되며, pH 변화량이 0.01/분 이하이고 전자전달효소 변화량이 0.02/분 이하로 측정되면 상기 탈질 및 질산화 반응을 종료되도록 유도함으로써 이루어진다.

상기 분리막(3)을 통해 여과된 처리수는 방류를 위해 처리수조(미도시)으로 이송시킨다. 상기 처리수의 방류는 하폐수 종말처리장을 통해 이루어질 수 있다. 만일 엄격한 방류수질 기준을 준수할 필요가 있는 경우에는 처리수를 가압부상 시킨 후(404) 여과하여(405) 방류하도록 한다.

또한 본 상기 분리막(3)에 의해 분리된 농축슬러지는 농축액비저장조(6)에 저장(406) 후 비료공정규격에 부합되는 고농도 액비 생산에 활용할 수 있다. 또한 액비 비수기에는 탈수장치(7)를 설치하고 이를 이용하여(407) 액비생산량을 조절할 수 있다.

상기 고농도 오폐수의 처리장치 및 이를 이용한 처리방법은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 당업자에 의해 자명한 사항에 의해 여러 가지 치환과 변경이 가능할 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 오폐수 처리 장치의 개략도이다.

도 2는 본 발명의 오폐수 처리 장치에 사용되는 반응단계 판단장치의 외형도이다.

도 3은 본 발명의 오폐수 처리장치의 동시탈질생물반응조에 반응단계 판단장치가 설치된 상태의 개략도이다.

도 4는 본 발명에 의한 고농도 오폐수 처리방법의 순서도이다.

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 스크린

2 동시탈질생물반응조

3 분리막

4 가압부상분리장치

5 여과장치

6 농축액비저장조

7 탈수장치

100 반응단계 판단장치

101 전자전달효소센서

102 pH 센서

103 DO 센서

104 제어부

110 지시부

111 전원공급단자

112 입출력단자

201 산기관

202 산소고갈제어밸브

203 송풍기

204 혼합기

Claims (17)

1. 외부로부터 공급된 고농도 오폐수가 스크린을 지나면서 협잡물이 걸러지는 스크린 여과 단계;

   상기 스크린을 통과하여 동시탈질생물반응조로 유입된 상기 오폐수가 상기 동시탈질생물반응조에서 호기성 미생물 플럭(floc)과 연속적으로 공급된 산소에 의해 유기물 제거, 탈질 및 질산화 반응, 인 섭취 반응을 통하여 슬러지 형태로 변환되는 단계;

   상기 슬러지를 분리막으로 여과시켜 처리수와 농축슬러지로 분리시키는 단계;

   를 포함하며,

   상기 오폐수가 슬러지 형태로 변환되는 단계는, 상기 동시탈질생반응조내 오폐수의 pH 변화량과 전자전달효소 변화량에 따라 산소공급량을 조절하여 상기 탈질 및 질산화 반응이 연속적으로 수행되도록 함으로써 이루어지고,

   상기 분리막은 100 내지 10,000돌턴(Dalton)크기를 갖는 구멍이 형성된 다공질 내압성 디스크(disk) 방식의 나노분리막인 것을 특징으로 하는 오폐수 처리방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 탈질 및 질산화 반응은,

   상기 오폐수의 미생물 활동능력을 측정하는 전자전달조효소센서, 용존산소농도를 측정하는 DO 센서 및 수소이온농도를 측정하는 pH센서로 이루어진 센서부;

   상기 동시탈질생물반응조 내부에 연속적으로 산소를 제공하기 위해 산기관, 산기관에 연결된 산소고갈속도제어밸브, 송풍기 및 혼합기로 이루어진 산소공급부;

   상기 센서부로부터 수신된 신호를 입력으로 하여 내장된 연산프로그램으로 전자전달효소 변화량 및 pH 변화량을 연산하고, 상기 연산된 전자전달효소 변화량 및 pH 변화량과 DO 센서에 의해 측정된 DO 농도를 이용하여 탈질화 또는 질산화 종료여부를 판단하여 판단신호를 생성하는 반응단계 판단장치;

   상기 반응단계 판단장치로부터 생성된 판단신호를 수신하고, 이 판단신호에 따라 상기 산소공급부의 운전을 제어하기 위한 제어부;

   를 포함하여 이루어진 장치가 구비되어 있는 동시탈질생물반응조에서 수행되는 것을 특징으로 하는 오폐수 처리방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 탈질 및 질산화 반응은,

   상기 반응단계 판단장치에 의하여 연산된 수처리 상태값에 대한 판단신호를 수신한 제어부가 가변산소발생기, 산소고갈속도제어밸브, 혼합기의 운전을 실시간으로 제어하여 연속적으로 공급되는 산소량을 조절함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 오폐수 처리방법.
5. 삭제
6. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 분리막을 통해 여과된 처리수를 가압부상한 후 고형물을 여과하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고농도 오폐수의 처리방법.
7. 삭제
8. 삭제
9. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 분리막에 의해 분리된 농축슬러지를 저장 후 탈수하여 탈수액을 액비로 사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고농도 오폐수의 처리 방법.
10. 삭제
11. 삭제
12. 외부로부터 공급된 오폐수 중 협잡물을 제거하여 전처리를 행하기 위한 스크린;

    상기 스크린을 통과한 오폐수가 미생물 플럭(Floc)및 연속적으로 공급된 산소에 의하여 유기물이 분해되고, 탈질 및 질산화, 인 섭취되어 슬러지로 변환되는 동시탈질생물응조;

    상기 동시탈질생물반응조로부터 유입된 슬러지를 처리수와 농축슬러지로 분리하는 분리막;

    을 포함하며, 상기 분리막은 100 내지 10,000돌턴(Dalton)크기를 갖는 구멍이 형성된 다공질 내압성 디스크(disk) 방식의 나노분리막인 것을 특징으로 하는 오폐수 처리장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 동시탈질생물반응조는

    상기 오폐수의 미생물 활동능력을 측정하는 전자전달조효소센서, 용존산소농도를 측정하는 DO 센서, 수소이온농도를 측정하는 pH센서로 이루어진 센서부가 수중에 설치되고,

    상기 동시탈질생물반응조 내부에 연속적으로 산소를 제공하기 위해 산기관, 산기관에 연결된 산소고갈속도제어밸브, 송풍기 및 혼합기로 이루어진 산소공급부가 동시탈질생물반응조의 저면 또는 측면에 설치되고,

    상기 센서부로부터 수신된 신호를 입력으로 하여 내장된 연산프로그램으로 전자전달효소 변화량 및 pH 변화량을 연산하고, 상기 연산된 전자전달효소 변화량 및 pH 변화량과 DO 센서에 의해 측정된 DO 농도를 이용하여 탈질화 또는 질산화 종료여부를 판단하여 판단신호를 생성하는 반응단계 판단장치가 연결되며,

    상기 반응단계 판단장치로부터 생성된 판단신호를 수신하고, 이 판단신호에 따라 상기 산소공급부의 운전을 제어하기 위한 제어부가 연결된 것을 특징으로 하는 오폐수 처리장치.
14. 제13항에 있어서,

    상기 연산프로그램은 상기 센서부로부터 수신된 신호를 입력으로 하여 전자전달효소 변화량 및 pH 변화량의 수처리 상태값을 연산하고 상기 수처리 상태값이 어떠한 반응단계를 나타내는지를 판단하기 위하여 전자전달효소 변화량, pH 변화량 및 DO 농도의 수처리 상태값으로 표현된 조건식을 포함하는 것을 특징으로 하는 오폐수 처리장치.
15. 삭제
16. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 처리수를 가압부상시키는 가압부상분리장치 및 가압부상 후 고형물을 여과하는 여과장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고농도 오폐수의 처리장치
17. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 분리막에 의해 분리된 농축슬러지를 저장하는 농축액비저장조; 및

    농축액비저장조에 저장된 슬러지를 탈수하는 탈수장치;

    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고농도 오폐수의 처리 장치.

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