KR100993482B1 - 슬러지 부상분리 방식이 결합된 연속 회분식 반응조를포함하는 생물학적 하수처리장치 및 이를 이용한하수처리방법 - Google Patents

슬러지 부상분리 방식이 결합된 연속 회분식 반응조를포함하는 생물학적 하수처리장치 및 이를 이용한하수처리방법 Download PDF

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Abstract

미세기포를 발생시켜 슬러지를 부상분리시키는 기술과 연속 회분식 하수처리장치를 결합시켜 하수를 생물학적으로 고도처리하기 위한 장치 및 방법을 개시한다. 더욱 상세하게는 연속 회분식 반응 공정을 진행함에 있어서 산기관으로 유입되는 공기의 압력을 선택적으로 조절함으로써, 질산화 반응 및 인 섭취 반응에 필요한 산소를 공급할 뿐만 아니라 미세기포를 발생시켜 반응이 완료된 하수로부터 슬러지를 부상분리하여 경제적, 효율적으로 하수를 생물학적으로 고도처리하기 위한 장치 및 방법을 개시한다. 본 발명의 일실시예에 따른 슬러지 부상분리 방식이 결합된 연속 회분식 반응조 포함 하수고도처리 장치 및 이를 이용한 하수고도처리 방법을 이용하면, 슬러지 팽화현상에 완벽하게 대응하여 유기물, 질소 및 인의 생물학적 처리효율이 증대될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 하수고도처리 장치 및 이를 이용한 하수고도처리 방법을 이용하면, 처리수의 약 75% 이상을 배출하여도 슬러지의 유실이 거의 없으므로 반응조 내 슬러지의 고농도화가 가능하여 처리용량을 증가시키고 전체 처리시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 기존의 연속회분식 반응조에서 처리수의 배출을 위해 필수적이었던 고가의 디켄터가 필요하지 않으므로 설치비 및 유지관리비를 절감할 수 있다. 한편, 공기를 이용한 슬러지 부상분리시 충분한 산소가 공급되어 처리수의 용존 산소농도가 5~6 mg/L 이상으로 유지되기 때문에 방류 수역의 산소고갈에 따른 수생태에 미치는 악영향을 방지할 수 있다.
부상분리, 연속회분식 반응조, 하수, 생물학적 고도처리

Description

슬러지 부상분리 방식이 결합된 연속 회분식 반응조를 포함하는 생물학적 하수처리장치 및 이를 이용한 하수처리방법{Apparatus for biological treatment of wastewater including sequencing batch reactor linked with air-flotation process, and method for wastewater treatment using the same}
본 발명은 미세기포를 발생시켜 슬러지를 부상분리시키는 기술과 연속 회분식 하수처리장치를 결합시켜 하수를 생물학적으로 고도처리하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연속 회분식 반응 공정을 진행함에 있어서 산기관으로 유입되는 공기의 압력을 선택적으로 조절함으로써, 질산화 반응 및 인 섭취 반응에 필요한 산소를 공급할 뿐만 아니라 미세기포를 발생시켜 반응이 완료된 하수로부터 슬러지를 부상분리하여 경제적, 효율적으로 하수를 생물학적으로 고도처리하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
전지구적으로 환경에 대한 우려가 높은 현시점에서 안전하고 깨끗한 물 환경에 대한 인간의 욕구는 계속해서 증가하고 있다. 기존에 유기물 제거만을 대상으로 하였던 하수처리의 기능은 질소, 인 제거를 포함하는 고도처리기술이 적용됨으로써 향상되어왔다.
고도처리기술은 크게 물리ㆍ화학적 처리와 생물학적 처리, 그리고 두 가지 방법을 동시에 이용하는 복합 처리로 구별할 수 있다. 물리ㆍ화학적 처리로는 응집ㆍ침전, 분리, 흡착, 이온교환, 산화 등이 있으며 생물학적 처리에는 호기적 처리, 혐기적 처리, 호기적 처리와 혐기적 처리의 조합 등이 대표적으로 포함된다. 복합 처리는 물리화학적, 생물학적 처리단계의 다양한 단위공정으로 이루어진 수처리 기술이다.
일반적으로 질소와 인을 제거하기 위한 여러 가지 고도처리방법 중에서 생물학적 제거가 가장 선호되고 있다. 이는 ① 처리 효율이 높고, ② 공정의 안정성과 신뢰도가 높고, ③ 공정운전이 비교적 쉽고, ④ 처리비용이 경제적이기 때문이다. 여러 가지 생물학적 고도처리공정들은 기본적으로 활성슬러지 공정의 형태를 활용하지만 질소와 인의 제거를 위하여 혐기성(anaerobic), 무산소 (anoxic) 그리고 호기성 (aerobic) 조건이나 반응조를 적절히 혼합사용하고 있다. 국내에서 개발된 생물학적 고도처리공정의 변형공법은 50여개로서, 가장 기본적인 질소와 인의 혼합제거에 사용되는 공정들로는 A2/O공정, 5단계 바덴포(Badenpho) 공정, UCT공정, VIP공정 및 연속회분식 반응 공정 (SBR) 등이 있다.
그 중에서, 연속 회분식 반응 공정은 채우고 제거하는 (Fill-and-Draw)식의 활성슬러지 처리공정이다. 상기 공정은 활성슬러지 공법의 공간적 개념을 시간적 개념으로 전환시킨 것으로, 별도의 혐기조, 무산소조, 폭기조뿐만 아니라 슬러지 및 질소 제거를 위한 내부반송라인과 펌프, 그리고 최종 침전조를 필요로 하지 않는다. 하나의 반응조에서 ① 유입(Fill) ② 반응(React) ③ 침전(Settle) ④ 배 출(Draw) ⑤ 휴지(Idle)의 5단계를 거쳐 하수를 고도처리한다.
연속 회분식 반응 공정은 ① 하수 유입과정이 균등조 역할을 하기 때문에 부하변동이나 충격부하에 대한 대처가 가능하고; ② 단일 반응조에서 고도처리에 필요한 모든 과정이 시간적 변화에 따라 일어남으로 소요부지 면적을 최소화 할 수 있고; ③ 최종 침전지와 슬러지 반송이 필요 없어 설치비, 유지관리비가 저렴하고; ④ 운전 자동화를 통한 운전의 용이성이 높고 유입원수의 성상에 따라 운전인자의 조절이 용이하여 환경변화에 대한 탄력적인 대응이 가능한 장점을 가지고 있어 중·소규모 시설에 많이 적용되고 있다.
최근 연속 회분식 반응조에 다양한 미생물을 확보할 수 있는 여재(media)를 투입시킨 SBBR (sequencing batch biofilm reactor)이 소개되고 있다. SBBR은 연속 회분식 반응조의 장점과 바이오필름 공법의 장점을 이용하여 소규모 처리장에 적합한 질소·인 제거공정으로 적용할 수 있다. 연속 회분식 반응조에 고정상 여재(fixed media)를 이용하는 경우는 대부분 EBPR(enhanced biological phosphorus removal)형태로 운전되고 있으며, 부유상 여재 (moving media)를 이용하는 경우에도 질소와 인의 동시 제거가 가능하다. 특히 SBBR에서는 호기 조건에서 암모니아성 질소가 산화하는 것에 비해 적은 양의 아질산성 질소와 질산성 질소가 생성되므로 호기 조건에서 생물막 내에 혐기와 호기 조건이 존재하는 SND (simultaneous nitrification and denitrification)가 형성되어 동시에 질산화와 탈질이 가능하다. 그러나 생물막이 너무 두꺼워지면 인 제거에 어려움이 있어 일정한 주기로 역세척 (backwashing)을 해야 하는 번거로움이 있다.
연속 회분식 반응조의 처리과정 중 침전단계에서는 폭기와 교반을 모두 중지한 후 중력으로 활성슬러지와 처리수를 고액분리시키고 배출단계에서 일반적으로 디켄터(decanter)를 사용하여 상징수(처리수)를 배출시켜 반응조의 수위를 원래대로 낮추게 된다. 처리수 배출과정에서는 일반적으로 반응 후 처리수의 약 50∼60%를 배출하는데, 이는 60%를 초과할 경우 침전된 슬러지가 유실되는 (sludge washout) 문제가 발생하여 처리수질의 악화가 될 우려가 있기 때문이다. 특히 사상성 미생물이 성장하여 슬러지와 처리수의 침전분리가 곤란해지는 슬러지 팽화 (bulking)현상이 나타나는 경우에는 원활한 처리수의 배출이 불가능하게 된다.
이러한 현상은 유입 하수의 성상 변화, 처리시설의 비정상 가동이 가장 큰 원인이 되는데 유입 하수중의 탄수화물 함유량 증가, 폭기시 용존산소의 부족, 반응조 내 슬러지 (MLSS)의 과대 또는 과소, 낮은 고형물 체류시간 (SRT), 높은 폭기조 체류시간, 온도 저하 등에 의하여 발생하여 심각한 운전상의 문제점을 야기한다. 이러한 슬러지 팽화현상의 제어 방법으로는 잉여 슬러지 폐기량의 조절을 통한 반응조 MLSS 농도 조절, 용존산소 조절, 응집제 (alum) 또는 염소 (NaOCl) 투입 등이 있고 가장 실질적으로 효과 있는 방법은 슬러지를 교체하는 것인데 이럴 경우 처리시설의 운전이 정상적으로 이루어지기까지는 상당시간이 소요된다.
또한 처리수의 배출을 위하여 설치하는 디켄터 (decanter)는 고가이며 고장시 처리공정 운전이 중단된다.
최근 환경부는 기존의 오수·분뇨법을 하수도법 체계로 통합하여 2007년 9월부터는 개정·공포된 하수도 법령이 시행되고 있다. 새로 시행되고 있는 하수도 법 령의 주요 변경 내용 중에는 처리시설 규모와 관련된 방류수 수질기준의 강화와 물순환 이용 촉진을 위한 공공하수처리시설의 처리수 재이용에 관한 의무 사항이 포함되어 있다. 이에 따르면 1일 처리용량 50m3 이상의 오수처리시설에 대해서는 방류수 수질기준을 공공하수처리시설과 동일하게 강화하여 BOD, SS 10㎎/ℓ 이하, 총질소 20㎎/ℓ 이하, 총인 2㎎/ℓ 이하, 대장균군수 3,000개/㎖ 이하를 준수하도록 개정되었으며 기존시설은 2012년 1월 1일부터 개정법을 적용하는 것으로 되어 있다. 따라서 소규모 하수처리시설에 적합한 생물학적 고도처리공법 시장규모(신규 및 고도처리전환 사업 포함)가 급증할 것으로 예상된다.
본 발명은 기존의 연속 회분식 반응조에서 발생하는 문제점을 해소하기 위하여, 슬러지 팽화현상에 대응 가능하고 반응조 내 슬러지 농도를 고농도로 유지함으로써 생물학적 질소와 인 처리효율이 증대되는 연속 회분식 반응조 포함 생물학적 하수고도처리 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 반응조(1); 상기 반응조의 내부에 구비된 교반기(2); 상기 반응조의 내부 하단에 구비된 산기관(3); 상기 반응조의 측면에 연결된 하수 유입부(4); 상기 반응조의 하부 측면에 연결된 처리수 유출부(5); 상기 교반기, 산기관, 하수 유입부 및 처리수 유출부에 연결된 제어부(6);및 상기 제어부에 연결된 반응조 수위 센서(7)를 포함하는 생물학적 하수처리장치를 제공한다.
또한, (a)슬러지가 포함된 반응조에 하수를 유입하고 교반하여, 슬러지와 하수를 혼합하고 탈질반응 및 인 방출반응을 유도하는 단계; (b)상기 하수를 폭기하여 질산화반응 및 인 섭취반응을 유도하는 단계; (c)상기 하수를 교반하여 탈질반응을 유도하는 단계; (d)미세기포를 이용하여 상기 반응이 완료된 하수를 슬러지 및 처리수로 고액분리하는 단계; 및 (e)상기 분리된 처리수를 방류하는 단계를 포함하는 생물학적 하수처리방법을 제공한다.
또한, 상기 하수처리장치를 이용하는 생물학적 하수처리방법으로서, (a)슬러지가 포함된 반응조(1)에 하수 유입부(4)를 통하여 하수를 유입하고, 교반기(2)로 교반하여, 슬러지와 하수를 혼합하고 탈질반응 및 인 방출반응을 유도하는 단계; (b)산기관(3)을 이용하여 하수를 폭기하여 질산화반응 및 인 섭취반응을 유도하는 단계; (c)교반기(2)로 하수를 교반하여 탈질반응을 유도하는 단계; (d)상기 산기관(3)으로부터 발생되는 미세기포를 이용하여 상기 반응이 완료된 하수를 슬러지 및 처리수로 고액분리하는 단계; 및 (e)처리수 유출부(5)를 통하여 상기 분리된 처리수를 방류하는 단계를 포함하는 생물학적 하수처리방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 슬러지 부상분리 방식이 결합된 연속 회분식 반응조 포함 하수고도처리 장치 및 이를 이용한 하수고도처리 방법을 이용하면, 슬러지 팽화현상에 완벽하게 대응하여 유기물, 질소 및 인의 생물학적 처리효율이 증대될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 하수고도처리 장치 및 이를 이용한 하수고도처리 방법을 이용하면, 처리수의 약 75% 이상을 배출하여도 슬러지의 유실이 거의 없으므로 반응조 내 슬러지의 고농도화가 가능하여 처리용량을 증가시키고 전체 처리시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 기존의 연속회분식 반응조에서 처리수의 배출을 위해 필수적이었던 고가의 디켄터가 필요하지 않으므로 설치비 및 유지관리비를 절감할 수 있다. 한편, 공기를 이용한 슬러지 부상분리시 충분한 산소가 공급되어 처리수의 용존 산소농도가 5~6 mg/L 이상으로 유지되기 때문에 방류 수역의 산소고갈에 따른 수생태에 미치는 악영향을 방지할 수 있다.
본 발명은 슬러지 부상분리 방식과 연속 회분식 반응조를 결합시킴으로써, 중력 침전단계 대신 부상분리 방식을 채택하여, 슬러지의 유실 및 슬러지 팽화현상이 처리수질에 미치는 영향을 최소화할 수 있는 하수고도처리 장치 및 이를 이용한 하수고도처리 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 슬러지 부상분리 방식이 결합된 연속 회분식 반응조 포함 하수고도처리장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 하수고도처리장치를 이용하는 하수고도처리방법의 개략적 순서도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 슬러지 부상분리 방식이 결합된 연속 회분식 반응조 포함 생물학적 하수고도처리장치는 반응조(1); 상기 반응조의 내부에 구비된 교반기(2); 상기 반응조의 내부 하단에 구비된 산기관(3); 상기 반응조의 측면에 연결된 하수 유입부(4); 상기 반응조의 하부 측면에 연결된 처리수 유출부(5); 상기 교반기, 산기관, 하수 유입부 및 처리수 유출부에 연결된 제어부(6);및 상기 제어부에 연결된 반응조 수위 센서(7)를 포함할 수 있다. 특히 상기 하수 유입부 및 처리수 유출부는 하나의 펌프(8)에 연결되고, 상기 펌프가 제어부에 연결되어 하수 유입부 및 처리수 유출부를 교대로 가동시킬 수 있다. 또한 산기관은 에어컴프레서(air compressor)(9)에 연결되고, 상기 에어컴프레서가 제어부에 연결되어 에어컴프레서의 공기 압력이 조절될 수 있다.
상기 반응조(1)는 하수 유입부(4)에 연결된 펌프(8)를 통해 저류조(11)로부터 하수를 공급받을 수 있다. 하수는 분배관을 통해 반응조(1) 내에 공급되는데 하수 유입지점은 반응조 하부 또는 상부 중 한 곳에 편의에 따라 위치시킬 수 있다. 상기 반응조(1) 내에는 고농축 슬러지가 식종(seeding)되어 있거나, 이전 사이클에 서 부상분리에 의해 고농도로 농축된 슬러지가 있을 수 있다. 상기 반응조(1)에 하수가 유입되어 수위가 상기 반응조 내부 상측에 위치한 교반기(2)의 임페라보다 높아지면, 반응조 수위 센서(7)와 연결된 제어부(6)에 의해 교반기(2)가 작동되면서 유입하수와 반응조(1) 내 고농축 슬러지가 균일하게 혼합된다. 하수 유입이 계속되어 반응조(1) 내 하수 수위가 일정부분까지 상승하면 하수 유입부(4)에 연결된 펌프(8)와 연동되어 있는 제어부(6)에서 하수 유입을 차단시킬 수 있다. 하수 유입이 차단된 이후에도 교반은 계속 수행된다.
상기 단계는 약 55분 내지 65분 동안 진행될 수 있고, 상기 하수 유입 및 교반으로 인하여 상기 반응조에서는 하수 내 잔류하는 질소 산화물의 탈질화 및 인의 방출 반응이 진행된다.
상기 교반기(2)에 의해 혼합과정이 진행되는 상태에서 상기 반응조 내부 하단에 구비된 산기관(3)으로부터 산소가 공급되면서 폭기 단계가 시작될 수 있다. 상기 과정은 약 80분 내지 100분 동안 유지될 수 있고, 상기 단계에서는 인의 과잉섭취 및 유기물과 암모니아성 질소의 산화(질산화) 반응이 진행된다. 이 때 상기 산기관(3)으로부터의 산소 공급은 산기관에 연결된 에어컴프레서(9)의 공기압을 조절하여 이루어지고, 상기 공기압은 제어부(6)에 의하여 2.5~3.0 kgf/cm2 내외로 조절되어 유지될 수 있다. 상기 산기관(3)은 최대 6.0 kgf/cm2에서 형태의 변형이 나타나지 않는 강도를 가질 수 있다.
상기 폭기 단계가 완료되면 제어부(6)에서 산기관으로의 공기 공급을 중단시킬 수 있다. 그 이후 약 40분 내지 60분 동안 교반기(2)만을 작동되어 원활한 혼합을 유도할 수 있다. 상기 비폭기 교반 단계에서는 아질산성 또는 질산성 질소의 탈질화 반응이 진행되는데 상기 탈질화 반응은 내생탈질이거나 반응조 내에 잔류하는 유기물을 이용할 수 있다. 또한 상기 단계에서 탈질화에 부족한 유기물은 메탄올 등을 외부로부터 주입하여 공급하거나 최초 하수 유입량의 약 10~20% 내외의 하수를 추가로 공급하여 사용할 수 있다.
상기 교반 단계의 진행 후 처리수 배출을 위한 슬러지의 고액분리 단계가 진행될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따라 슬러지 부상분리 방식을 도입함으로써 실제 운전상황에서 빈번히 발생하여 연속 회분식 반응조의 처리효율에 악영향을 미치는 슬러지 팽화현상에 완벽하게 대응할 수 있다. 또한 슬러지 팽화현상에 의한 문제를 해결하기 위한 운전인자 변화, 사상균 성장 억제를 위한 약품 투입, 슬러지 재식종(seeding) 등의 추가가 필요하지 않으므로 공정 운전이 매우 안정적이며 손쉽게 이루어질 수 있다.
슬러지의 부상 고액분리는 미세기포를 산기관(3)으로부터 발생시킴으로써 시작될 수 있다. 상기 미세기포(크기: 40~80μm)는 제어부(6)에서 상기 산기관(3)으로 주입되는 공기의 압력을 조절함으로써 발생시킬 수 있으며, 공기압력은 1.5 내지 2.0 kgf/cm2로 유지될 수 있다. 상기 슬러지 부상분리 단계는 40분 내지 60분 동안 진행될 수 있으며 상기 미세기포가 공급되면서 슬러지와 처리수의 부상 고액분 리가 시작된다. 그 결과 슬러지는 반응조 상부에 농축되고 처리수는 반응조 하부에 위치하게 되어 반응조 하부 측면에 연결된 처리수 유출부(5)를 통하여 청정한 처리수를 방류할 수 있다.
마지막으로 슬러지 부상고액분리가 완료된 상태에서 처리수의 방류가 진행될 수 있다. 구체적으로 상기 처리수는 상기 반응조 하부 측면의 처리수 유출부(5)를 통해 방류되는데 제어부(6)에서 처리수 유출부(5)에 연결된 펌프(8)를 가동시킴으로써 방류될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 의한 하수고도처리 장치는 기존의 연속회분식 반응조에서 처리수의 배출을 위해 필수적이었던 고가의 디켄터가 필요하지 않으므로 설치비 및 유지관리비를 절감할 수 있다. 상기 반응조 내 수위가 일정 부분까지 내려가면 제어부(6)에서 상기 펌프(8)의 작동을 정지시켜 처리수 유출을 차단할 수 있다. 상기 반응조로부터 방류되는 처리수의 양은 전체 처리수 부피의 약 75% 이상으로 할 수 있다. 기존의 연속 회분식 반응 공정과 달리 전체 처리수 부피의 약 75% 이상을 방류하여도 반응조 내 슬러지 유실이 적으므로 처리용량의 증대가 가능하고, 상기 반응조 내 미생물의 고농도화가 가능하여 처리효율을 상승시킬 수 있다. 상기 방류 단계는 약 15분 내지 25분 동안 진행될 수 있다.
또한, 주기적으로 상기 펌프(8)를 사용하여 반응조(1)에 연결된 슬러지 배출부(10)를 통하여 고농도로 분리된 슬러지를 인발하여 고형물 체류시간 (solid retention time, SRT)을 조절할 수 있다.
이상의 단계를 거쳐 본 발명의 일실시예에 의한 슬러지 부상분리 방식이 결합된 연속 회분식 반응조 포함 하수고도처리공정의 하나의 사이클이 종료하는 것이 고, 상기 사이클이 복수 회 반복될 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 실시예를 통해 더욱 구체적으로 설명한다.
<실시예>
1) 실험장치 및 방법
본 실시예에서는 도 1에 도시된 바와 같은 70L의 연속 회분식 반응조를 제작하여 사용하였고 이것의 하부에는 슬러지의 부상분리를 위한 미세기포 발생용 산기관을 장착하여 유기물 산화, 질산화, 탈질화, 인의 방출/과잉섭취 및 부상분리 과정이 모두 진행될 수 있게 하였다. 본 실시예에서의 운전주기는 표 1에 도시된 바와 같으며 상기 반응조 내 슬러지 농도(MLSS)는 4,500~5,500 mg/L (평균 5,000 mg/L), 슬러지 체류시간은 30일, 운전온도는 15~22℃, 그리고 한 운전주기당 처리수 방류량은 유입하수의 75%로 하였다. 또한 본 실시예에서는 슬러지 용적지수 (sludge volume index, SVI)를 기준으로 침강성이 양호한 슬러지(SVI = 95 mL/g)와 불량한 슬러지(SVI = 300 mL/g)를 사용하여 슬러지 팽화현상에 따른 처리성능도 검토하였다. 본 실시예에서는 경기도 o 하수처리사업소의 유입하수를 채취하여 섭씨 10 ℃ 이하에서 냉장보관 후 사용하였으며 식종 슬러지도 동일 장소의 반송슬러지를 사용하였다.
한편, 상기 슬러지의 팽화현상을 유도하기 위하여 인위적으로 수온 및 용존산소량(dissolved oxygen, DO)을 낮추고, 유지 함량이 높고 질소와 인이 결핍된 인공폐수를 유입시키는 반응조를 운전하면서 슬러지 팽화현상을 일으키는 사상균의 성장을 도모하였다. 상기 반응조 운전은 SVI 값이 300 mL/g 이상일 때까지 지속적으로 하였으며 이후 상기 슬러지를 본 발명의 슬러지 부상분리 방식이 결합된 연속 회분식 하수고도처리 장치에 식종하여 운전하였다.
단위: 분 유입/
교반		 폭기 교반 부상분리 방류 총 운전시간
실시예 60 90 60 40 20 270
2) 실험결과
본 실시예의 실험결과는 하기 표 2에 유입하수 성상 및 처리수 수질로 나타내었다. 유기물의 경우, 평균 120mg/L 의 BOD 및 평균 185 mg/L 의 COD 를 가지는 하수가 유입되었는데, 일반 슬러지(SVI = 95 mL/g)를 이용하여 식종한 반응기에서 처리수의 I 수질은 각각 4.0mg/L BOD와 9.1 mg/L COD로 분석되어 그 처리효율이 모두 95% 이상인 것을 확인하였다. 또한 벌킹 슬러지(SVI = 300 mL/g)를 이용하여 식종한 반응기에서 처리수 II의 수질분석결과, 처리수 I의 유기물 농도와 유사한 결과를 나타냄을 알 수 있었으며 슬러지 팽화현상에 따른 처리효율의 저해 현상은 발견되지 않았다.
총질소 (T-N) 및 총인 (T-P)의 경우에도, 유기물의 경우와 마찬가지로 처리수 I과 II를 비교해 볼 때 슬러지 팽화현상에 따른 처리효율의 저해 현상은 발견되지 않았다. 처리수 I과 II 수질이 모두 총질소 (T-N)는 10 mg/L 이하, 총인 (T-P)은 1 mg/L 이하를 평균적으로 만족시킬 수 있었다. 이러한 수치는 처리용량 50m3 이상의 하수처리시설에 대해서 강화된 방류수 수질을 만족시키는 것이다.
한편, 슬러지 팽화현상이 나타나는 경우 가장 먼저 유출수 내 SS(Suspended Solids, 부유물질량) 제거효율이 저하되는데, 이는 슬러지의 침강성이 악화되면서 처리수 중 다량의 슬러지가 동시에 유출되기 때문이다. 이 경우 종국에는 반응조 내 슬러지 농도(MLSS)가 점차 낮아져 정상적인 운전이 불가능해진다. 그러나, 표 2에 나타낸 바와 같이 본 실시예에 의한 하수고도처리 방법을 이용할 경우 슬러지의 침강성이 악화된 상황에서도 매우 안정적으로 SS 제거효율을 유지할 수 있었다. 본 실시예에서 평균 처리수 중의 SS 농도는 일반 슬러지를 식종한 경우(처리수 I) 3.0 mg/L로 분석되었고 벌킹 슬러지를 이용한 경우(처리수 II)에는 그 농도가 2.0 mg/L로 분석되어 오히려 슬러지 팽화 상태에서도 SS 제거효율이 약간 상승하였다.
유입하수 성상 항목 유입수
농도 범위
(평균값)(mg/L)		 처리수 I 처리수 II
농도 범위 (평균값)
(mg/L)		 평균 처리효율
(%)		 농도 범위
(평균값)
(mg/L)		 평균 처리효율
(%)
BOD5 73~156
(120)		 1.5~7.6
(4.0)		 96.7 1.2~6.3
(3.5)		 97.1
CODCr 120~325
(185)		 11.0~42.0
(9.1)		 95.1 10.0~38.0
(9.8)		 94.7
SS 62~360
(156)		 2.0~8.0
(3.0)		 98.1 2.0~6.0
(2.0)		 98.7
T-N 14.9~68.0
(31.3)		 3.1~17.3
(8.6)		 72.5 3.8~16.3
(8.2)		 73.8
T-P 1.2~6.1
(3.6)		 0.3~2.8
(0.5)		 86.1 0.3~2.9
(0.6)		 83.3
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 슬러지 부상분리 방식이 결합된 연속 회분식 반응조 포함 하수고도처리장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 하수고도처리장치를 이용하는 하수고도처리방법의 개략적 순서도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 반응조 2: 교반기
3: 산기관 4: 하수 유입부
5: 처리수 유출부 6: 제어부
7: 반응조 수위 센서 8: 펌프
9: 에어컴프레서 10: 슬러지 배출부
11: 저류조

Claims (17)

  1. 슬러지 부상분리 방식이 결합된 연속 회분식 반응조를 포함하는 생물학적 하수처리장치로서,
    슬러지가 포함된 반응조(1);
    상기 반응조의 내부에 구비된 교반기(2);
    상기 반응조의 내부 하단에 구비된 산기관(3);
    상기 반응조의 측면에 연결된 하수 유입부(4);
    상기 반응조의 하부 측면에 연결된 처리수 유출부(5);
    상기 교반기, 산기관, 하수 유입부 및 처리수 유출부에 연결된 제어부(6);및
    상기 제어부에 연결된 반응조 수위 센서(7)를 포함하며,
    상기 하수처리장치는 산기관(3)의 압력을 1.5 ~ 2.0 kgf/cm2으로 조절하여 발생된 40~80㎛의 미세기포에 의해 슬러지가 부상되어 처리수와 분리되는 방식이 결합된 연속 회분식 반응조를 포함하는 생물학적 하수처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하수 유입부 및 처리수 유출부는 하나의 펌프(8)에 연결되고, 상기 펌프가 제어부에 연결되어 하수 유입부 및 처리수 유출부를 교대로 가동시키는 것을 특징으로 하는 생물학적 하수처리장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 산기관은 에어컴프레서(air compressor)(9)에 연결되고, 상기 에어컴프 레서가 제어부에 연결된 것을 특징으로 하는 생물학적 하수처리장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 에어컴프레서의 공기 압력을 조절하는 것을 특징으로 하는 생물학적 하수처리장치.
  5. 슬러지 부상분리 방식이 결합된 연속 회분식 반응 공정을 포함하는 생물학적 하수처리방법으로서,
    (a)슬러지가 포함된 반응조에 하수를 유입하고 교반하여, 슬러지와 하수를 혼합하고 탈질반응 및 인 방출반응을 유도하는 단계;
    (b)상기 하수를 폭기하여 질산화반응 및 인 섭취반응을 유도하는 단계;
    (c)상기 하수를 교반하여 탈질반응을 유도하는 단계;
    (d)상기 슬러지를 1.5 ~ 2.0 kgf/cm2의 공기압에 의해 발생된 40~80㎛의 미세기포를 통해 부상 분리시켜, 상기 반응이 완료된 하수를 슬러지 및 처리수로 고액분리하는 단계; 및
    (e)상기 분리된 처리수를 방류하는 단계를 포함하는 생물학적 하수처리방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 (a)단계는 55 내지 65분, (b)단계는 80 내지 100분, (c)단계는 40 내지 60분, (d)단계는 40 내지 60분, 및 (e)단계는 15 내지 25분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 생물학적 하수처리방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 (c)단계에서, 하수 또는 탄소원을 더 주입하는 것을 특징으로 하는 생물학적 하수처리방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 (e)단계에서, 처리수를 전체 처리수 부피의 75% 이상 방류하는 것을 특징으로 하는 생물학적 하수처리방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 (b)단계의 폭기는 2.5 ~ 3.0 kgf/cm2의 공기압으로 수행되는 것을 특징으로 하는 생물학적 하수처리방법.
  10. 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (a)단계 내지 (e)단계를 1 사이클(cycle)로 하여, 상기 사이클을 복수 회 반복하는 것을 특징으로 하는 생물학적 하수처리방법.
  11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 의한 하수처리장치를 이용하는 생물학적 하수처리방법으로서,
    (a)슬러지가 포함된 반응조(1)에 하수 유입부(4)를 통하여 하수를 유입하고, 교반기(2)로 교반하여, 슬러지와 하수를 혼합하고 탈질반응 및 인 방출반응을 유도하는 단계;
    (b)산기관(3)을 이용하여 하수를 폭기하여 질산화반응 및 인 섭취반응을 유도하는 단계;
    (c)교반기(2)로 하수를 교반하여 탈질반응을 유도하는 단계;
    (d)산기관(3)의 압력을 1.5 ~ 2.0 kgf/cm2으로 조절하여 발생된 40~80㎛의 미세기포를 통해 슬러지를 부상 분리시켜, 상기 반응이 완료된 하수를 슬러지 및 처리수로 고액분리하는 단계; 및
    (e)처리수 유출부(5)를 통하여 상기 분리된 처리수를 방류하는 단계를 포함하는 생물학적 하수처리방법.
  12. 제11항에 있어서,
    (a)단계에서, 반응조(1)에 유입된 하수 수위를 반응조 수위 센서(7)가 감지하고, 상기 반응조 수위 센서(7)에 연결된 제어부(6)에 의하여 교반기(2)가 가동되는 것을 특징으로 하는 생물학적 하수처리방법.
  13. 제12항에 있어서,
    반응조(1)에 유입된 하수 수위가 정해진 수준을 초과하면, 상기 반응조 수위 센서(7)에 연결된 제어부(6)에 의하여 하수 유입부(4)를 통한 하수 유입이 차단되는 것을 특징으로 하는 생물학적 하수처리방법.
  14. 삭제
  15. 제11항에 있어서,
    (c)단계에서, 제어부(6)에 의하여 산기관(3)으로의 공기 주입이 차단되는 것을 특징으로 하는 생물학적 하수처리방법.
  16. 삭제
  17. 제11항에 있어서,
    (e)단계에서, 반응조(1) 내 처리수 수위가 정해진 수준 미만이 되면, 상기 반응조 수위 센서(7)에 연결된 제어부(6)에 의하여 처리수 유출부(5)를 통한 처리 수 유출이 차단되는 것을 특징으로 하는 생물학적 하수처리방법.
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