KR101006735B1 - 질소·인 동시제거 미생물을 이용한 하수 처리 장치 및 그 방법 - Google Patents

질소·인 동시제거 미생물을 이용한 하수 처리 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 질소·인 동시제거 미생물을 이용한 하수 처리 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 원수유입관을 통해 원수를 혐기조와 무산소-탈질조에 스텝 피드 방식으로 유입시킴과 아울러 무산소-탈질조의 혼합슬러지를 제 1 내부반송관을 통해 혐기조로 반송시키고 호기-분리막조의 혼합슬러지를 무산소-dPAOs조로 반송시킴으로써 질소·인 동시제거 미생물의 이용 효율이 극대화되며, 결과적으로 질소와 인을 효과적으로 제거할 수 있게 되며, 또한 원수유입관을 통해 원수를 혐기조와 무산소-탈질조에 스텝 피드 방식으로 유입시킴과 아울러 무산소-탈질조-분리막조의 혼합슬러지를 제 1 내부반송관을 통해 혐기조로 반송시키고 호기조의 혼합슬러지를 무산소-dPAOs조로 반송시킴으로써 질소·인 동시제거 미생물의 이용 효율이 극대화되며, 결과적으로 질소와 인을 효과적으로 제거할 수 있게 된다. 또한 호기성 분위기에서 분리막에 의해 고액분리한 최종 처리수를 유출하지 않고, 무산소 분위기에서 분리막에 의해 고액분리한 최종 처리수를 유출하는 것이므로 유출수 중의 NO3-N 및 총질소 농도를 최소화할 수 있게 되는 것이다.

Description

질소·인 동시제거 미생물을 이용한 하수 처리 장치 및 그 방법{Apparatus for treating for sewage using dPAOs and method thereof}
본 발명은 질소·인 동시제거 미생물을 이용한 하수 처리 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 안정적인 처리효율을 확보할 수 있고, 최종 유출수 중의 질산성 질소 및 총 질소 농도를 최소화할 수 있으며, 국내 하수의 낮은 C/N/P비를 고려하여 질소·인 동시제거 미생물을 이용함으로써 탄소원을 저감할 수 있고, 시설의 집약화로 시설 규모를 최소화할 수 있도록 한 질소·인 동시제거 미생물을 이용한 하수 처리 장치 및 그 방법을 제공하려는 것이다.
전통적인 EBPR(Enhanced Biological Phosphorus Removal) 공정은 혐기(anaerobic) - 호기(aerobic)의 교호환경조건에서 미생물에 대한 환경적 스트레스(environmental stress)를 주어 대사과정을 전환시켜 인(phosphorus) 축적 기작을 극대화시킨 PAOs(Phosphorus accumulating organism)를 이용하여 왔다.
그러나 생물학적 질소·인 제거가 계속 고도화되고 효율적 재생(reclamation)을 위해 탈질(脫窒)을 위한 무산소(anoxic) 조건에서 혐기 - 무산소의 교호환경이 만들어지면서 질소·인 동시제거 미생물(dPAOs; Denitrifying Phosphorus Accumulating Organism)에 의한 생물학적 질소·인 동시제거 현상이 보고되고 있는 실정이다.
질소 인 동시제거 미생물을 이용하는 경우 우리나라와 같이 질소와 인의 제거에 필수적인 탄소원이 부족한 경우에 유리하며, 비포기(혐기 + 무산소) 대 포기(aeration) 측면에서 포기 반응조를 저감할 수 있는 장점이 있다.
특히 분리생물막(MBR) 공정은 고농도 조건으로 인하여 질소·인의 실용적 동시제거가 어려워 인 제거에 응집제를 이용한 화학적 침전을 주로 사용하고 있는데, 이러한 측면에서 질소·인 동시제거 미생물은 화학적 처리 없이 생물학적 질소·인의 동시제거에 효과적으로 기여할 수 있다.
종래 질소·인 동시제거 미생물을 이용한 질소·인 동시제거를 위한 시스템으로서는 대한민국 등록특허 10-419431호 "질소 및 인을 제거하기 위한 폐수처리 장치 및 폐수처리 방법"이 알려져 있다.
상기 등록특허 시스템에서는 도 5에 도시한 바와 같이, 전무산소조(1), 혐기조(2), dPAOs조(3), 무산소조(4), 호기조(5) 및 침전조(6)를 순차 배열하고, 원수를 전무산소조(1)와 혐기조(2) 및 무산소조(4)에 스텝 피드(step feed) 방식으로 공급하고, 호기조(5)에서 dPAOs조(3)로의 내부반송과 침전조(6)에서 전무산소조(1)로의 슬러지반송을 포함하는 시스템이다.
상기 전무산소조(1)에서는 침전조(6)에서 반송되는 혼합슬러지 내의 질산성 질소를 유입 원수 내에 포함된 유기물을 이용한 탈질산화반응에 의해 탈질이 일어나게 된다.
상기 혐기조(2)에서는 혐기성 조건에서 미생물이 유입수 내의 유기물을 PHB/PHV로 저장하면서 세포 밖으로 인을 방출하게 된다.
상기 dPAOs조(3)에서는 질소·인 동시제거 미생물을 이용하여 혐기조에서 PHB/PHV형태로 저장된 유기물을 탄소원으로 이용하고, 내부 반송된 하수 내의 질산성 질소의 산소기를 분리하여 탈질반응이 일어나게 되며, 이때 질소·인 동시제거 미생물이 인을 세포내로 과잉 섭취하게 되어 인의 제거반응이 일어나게 된다.
상기 무산소조(4)에서는 dPAOs조(3)를 거친 처리수와 원수의 일부가 유입되며, 원수 내에 포함된 유기물을 이용하여 dPAOs조(3)를 거친 처리수 내에 존재하는 질산성 질소의 탈질산화반응이 일어나게 된다. 유입 유기물이 다 제거되고도 질산성 질소가 남아 있을 경우에는 내생탈질반응만으로도 질소가 제거된다.
상기 호기조(5)에서는 추후 침전조(6)로 유입되는 하수 내의 용존산소를 유지시켜 무산소 상태와 혐기성 조건에서 인 용출을 방지하게 된다. 질산화부위(5a)에서는 무산소조(4)로부터 유입되는 처리수 내에 다량 포함되어 있는 암모니아성 질소를 질산성 질소로 전환시킨다. 또한 산소의 공급에 의해 질산화와 인의 과잉섭취가 일어나게 된다. 용존산소저감부위(5b)에서는 미생물에 의해 용존산소농도를 저감시킴으로써 dPAOs조(3)로 반송되는 반송수의 용존산소농도를 저감시켜 dPAOs조(3)에서의 탈질 효율을 높이게 된다.
상기 침전조(6)에서는 호기조(5)에서 처리되어 유입되는 유입 처리수를 고액분리하여 상등수를 배출하게 되며, 침전된 혼합슬러지를 전무산소조(1)로 반송하게 된다.
그러나 이러한 종래의 "질소 및 인을 제거하기 위한 폐수처리 장치 및 폐수처리 방법"에서는 호기조(5)의 용존산소 저감부위에서 dPAOs조(3)로 반송하는 것이므로 dPAOs조(3)의 질소·인 동시제거 미생물이 필요로 하는 NO3-N의 공급이 미흡하게 되고, 이에 따라 호기조(5)에서 질산화된 다량의 NO3-N이 침전조(6)로 이송되고 침전조(6)에서는 이를 단순히 침전 처리하여 그 최종 처리수를 유출하는 것이므로 유출수 중의 질산성 질소 및 총 질소의 농도가 증가하게 되는 문제점이 있다.
또한 전무산소조(1), 혐기조(2), dPAOs조(3), 무산소조(4), 호기조(5) 및 침전조(6)의 6단계로 이루어지는 것이기 때문에 시설 규모가 커지는 문제점이 있으며, 호기조를 질산화부위와 용존산소 저감부위로 구분하여 구성하여야 하기 때문에 시스템 구조가 복잡해지고, 공정의 운영과 유지관리가 난이한 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 안정적인 처리효율을 확보할 수 있도록 한 질소·인 동시제거 미생물을 이용한 하수 처리 장치 및 그 방법을 제공하려는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 최종 유출수 중의 질산성 질소 및 총 질소 농도를 최소화할 수 있도록 한 질소·인 동시제거 미생물을 이용한 하수 처리 장치 및 그 방법을 제공하려는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 하수의 C/N/P비를 고려하여 질소·인 동시제거 미생물을 이용함으로써 탄소원을 저감할 수 있도록 한 질소·인 동시제거 미생물을 이용한 하수 처리 장치 및 그 방법을 제공하려는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 시설 규모를 최소화할 수 있도록 한 질소·인 동시제거 미생물을 이용한 하수 처리 장치 및 그 방법을 제공하려는 것이다.
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, 혐기조와; 무산소-dPAOs조와; 무산소-탈질조; 및 호기-분리막조를 포함하며, 원수관에서 분기되어 각각 혐기조와 무산소-탈질조에 원수의 일부를 유입시키는 원수유입관과; 상기 무산소-탈질조의 혼합슬러지를 혐기조로 반송시키는 제 1 내부반송관과; 상기 호기-분리막조의 혼합슬러지를 무산소-dPAOs조로 반송시키는 제 2 내부반송관을 포함하여 구성되는 질소·인 동시제거 미생물을 이용한 하수 처리 장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, 상기의 장치를 이용한 하수 처리 방법으로서, 원수를 혐기조와 무산소-탈질조에 스텝 피드 방식으로 각각 유입시키는 단계; 혐기조로 유입된 원수에 포함된 유기물을 미생물이 PHB/PHV 형태로 저장하면서 세포 밖으로 인 방출하도록 하는 단계; 혐기조에서 처리된 처리수를 무산소-dPAOs조로 유입시켜 질소·인 동시제거 미생물이 인을 축척함과 아울러 질산성 질소를 환원시키도록 하는 단계; 무산소-dPAOs조에서 처리된 처리수를 무산소-탈질조로 유입시켜 무산소-dPAOs조에서 탈질되지 않고 잔류하는 NO3-N을 추가적으로 탈질시키는 단계; 무산소-탈질조에서 처리된 처리수를 호기-분리막조로 유입시켜 질산화 반응 및 인 과잉섭취반응이 진행되도록 함과 아울러 분리막에 의해 고액분리하여 유출수로 내보내 안정적인 처리수를 확보하는 단계; 상기 무산소-탈질조의 혼합슬러지를 혐기조로 반송시켜 혐기-무산소의 교호환경조건을 충족시키고 반응조 내의 MLSS를 효과적으로 유지시키는 단계; 및 상기 호기-분리막조의 혼합슬러지를 무산소-dPAOs조로 반송시켜 무산소-dPAOs조 내의 질소·인 동시제거 미생물의 전자수용체로서의 NO3-N을 충분히 공급시킴과 아울러 반송라인에서 일부 혼합슬러지를 폐기하여 미생물의 체류시간을 유지시키는 단계;를 포함하는 질소·인 동시제거 미생물을 이용한 하수 처리 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, 혐기조와; 무산소-dPAOs조와; 무산소-탈질-분리막조; 및 호기조를 포함하며, 원수관에서 분기되어 각각 혐기조와 무산소-탈질-분리막조에 원수의 일부를 유입시키는 원수유입관과; 상기 무산소-탈질-분리막조의 혼합슬러지를 혐기조로 반송시키는 제 1 내부반송관과; 상기 호기조의 혼합슬러지를 무산소-dPAOs조로 반송시키는 제 2 내부반송관을 포함하여 구성되는 질소·인 동시제거 미생물을 이용한 하수 처리 장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, 상기의 장치를 이용한 하수 처리 방법으로서, 원수를 혐기조와 무산소-탈질-분리막조에 스텝 피드 방식으로 각각 유입시키는 단계; 혐기조로 유입된 원수에 포함된 유기물을 미생물이 PHB/PHV 형태로 저장하면서 세포 밖으로 인 방출하도록 하는 단계; 혐기조에서 처리된 처리수를 무산소-dPAOs조로 유입시켜 질소·인 동시제거 미생물이 인을 축척함과 아울러 질산성 질소를 환원시키도록 하는 단계; 무산소-dPAOs조에서 처리된 처리수를 무산소-탈질-분리막조로 유입시켜 무산소-dPAOs조에서 탈질되지 않고 잔류하는 NO3-N을 추가적으로 탈질시킴과 아울러 분리막에 의해 고액분리하여 유출관을 통해 유출시키는 단계; 무산소-탈질-분리막조에서 처리된 처리수를 호기조로 유입시켜 질산화 반응 및 인 과잉섭취반응이 진행되도록 하는 단계; 상기 무산소-탈질-분리막조의 혼합슬러지를 혐기조로 반송시켜 혐기-무산소의 교호환경조건을 충족시키고 반응조 내의 MLSS를 효과적으로 유지시키는 단계; 및 상기 호기조의 혼합슬러지를 무산소-dPAOs조로 반송시켜 무산소-dPAOs조 내의 질소·인 동시제거 미생물의 전자수용체로서의 NO3-N을 충분히 공급시키는 단계;를 포함하는 질소·인 동시제거 미생물을 이용한 하수 처리 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, 혐기조와; 무산소-dPAOs조와; 무산소-탈질-분리막조; 및 호기-분리막조를 포함하며, 원수관에서 분기되어 각각 혐기조와 무산소-탈질-분리막조에 원수의 일부를 유입시키는 원수유입관과; 상기 무산소-탈질-분리막조의 혼합슬러지를 혐기조로 반송시키는 제 1 내부반송관과; 상기 호기-분리막조의 혼합슬러지를 무산소-dPAOs조로 반송시키는 제 2 내부반송관을 포함하여 구성되는 질소·인 동시제거 미생물을 이용한 하수 처리 장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, 상기 장치를 이용한 하수 처리 방법으로서, 원수를 혐기조와 무산소-탈질-분리막조에 스텝 피드 방식으로 각각 유입시키는 단계; 혐기조로 유입된 원수에 포함된 유기물을 미생물이 PHB/PHV 형태로 저장하면서 세포 밖으로 인 방출하도록 하는 단계; 혐기조에서 처리된 처리수를 무산소-dPAOs조로 유입시켜 질소·인 동시제거 미생물이 인을 축척함과 아울러 질산성 질소를 환원시키도록 하는 단계; 무산소-dPAOs조에서 처리된 처리수를 무산소-탈질-분리막조로 유입시켜 무산소-dPAOs조에서 탈질되지 않고 잔류하는 NO3-N을 추가적으로 탈질시킴과 아울러 분리막에 의해 고액분리하여 유출관을 통해 유출시키는 단계; 무산소-탈질-분리막조에서 처리된 처리수를 호기조로 유입시켜 질산화 반응 및 인 과잉섭취반응이 진행되도록 함과 아울러 분리막에 의해 고액분리하여 유출관을 통하여 유출시키는 단계; 상기 무산소-탈질-분리막조의 혼합슬러지를 혐기조로 반송시켜 혐기-무산소의 교호환경조건을 충족시키고 반응조 내의 MLSS를 일정하게 유지시키는 단계; 및 상기 호기-분리막조의 혼합슬러지를 무산소-dPAOs조로 반송시켜 무산소-dPAOs조 내의 질소·인 동시제거 미생물의 전자수용체로서의 NO3-N을 충분히 공급시킴과 아울러 반송라인에서 일부 혼합슬러지를 폐기하여 미생물의 체류시간을 유지시키는 단계;를 포함하는 질소·인 동시제거 미생물을 이용한 하수 처리 방법을 제공한다.
본 발명에 의한 질소·인 동시제거 미생물을 이용한 하수 처리 장치 및 그 방법에 의하면, 원수유입관을 통해 원수를 혐기조와 무산소-탈질조에 스텝 피드 방식으로 유입시킴과 아울러 무산소-탈질조의 혼합슬러지를 제 1 내부반송관을 통해 혐기조로 반송시키고 호기-분리막조의 혼합슬러지를 무산소-dPAOs조로 반송시킴으로써 질소·인 동시제거 미생물의 이용 효율이 극대화되며, 결과적으로 질소와 인을 효과적으로 제거할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 의한 질소·인 동시제거 미생물을 이용한 하수 처리 장치 및 그 방법에 의하면, 원수유입관을 통해 원수를 혐기조와 무산소-탈질조에 스텝 피드 방식으로 유입시킴과 아울러 무산소-탈질조-분리막조의 혼합슬러지를 제 1 내부반송관을 통해 혐기조로 반송시키고 호기조의 혼합슬러지를 무산소-dPAOs조로 반송시킴으로써 질소·인 동시제거 미생물의 이용 효율이 극대화되며, 결과적으로 질소와 인을 효과적으로 제거할 수 있게 된다. 또한 호기성 분위기에서 분리막에 의해 고액분리한 최종 처리수를 유출하지 않고, 무산소 분위기에서 분리막에 의해 고액분리한 최종 처리수를 유출하는 것이므로 유출수 중의 NO3-N 및 총질소 농도를 최소화할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 의한 질소·인 동시제거 미생물을 이용한 하수 처리 장치의 바람직한 제 1 실시예를 보인 계통도,
도 2는 본 발명에 의한 질소·인 동시제거 미생물을 이용한 하수 처리 장치의 바람직한 제 2 실시예를 보인 계통도,
도 3은 본 발명에 의한 질소·인 동시제거 미생물을 이용한 하수 처리 장치의 바람직한 제 3 실시예를 보인 계통도,
도 4는 종래 장치 및 방법과 본 발명에 의한 장치 및 방법에 따른 최종 유출수의 질소 성상을 보인 그래프,
도 5는 종래 질소·인 동시제거 미생물을 이용한 하수 처리 장치를 보인 계통도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하다.
본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 질소·인 동시제거 미생물을 이용한 하수 처리 장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 혐기조(10)와, 무산소-dPAOs조(20)와, 무산소-탈질조(30) 및 호기-분리막조(40)를 포함한다.
상기 혐기조(10)와 무산소_탈질조(30)는 처리하고자 하는 원수(하수)가 유입되는 원수유입관(11)(31)이 연결된다. 상기 원수유입관(11)(31)은 하나의 원수관(L)에서 분기되는 분기관 형태로 구성되며, 원수가 스텝 피드(step feed) 방식으로 유입된다.
상기 혐기조(10)와 무산소-탈질조(30)는 무산소-탈질조(30)의 혼합슬러지를 혐기조(10)로 반송하기 위한 제 1 내부반송관(32)으로 연결된다.
상기 무산소-dPAOs조(20)와 호기-분리막조(40)는 호기-분리막조(40)의 혼합슬러지를 무산소-dPAOs조(20)로 반송하기 위한 제 2 내부반송관(42)으로 연결된다.
상기 호기-분리막조(40)에는 침지식 분리막(50)이 구비된다.
상기 혐기조(10)에는 원수의 일부와 무산소-탈질조(30)에서 반송되는 혼합슬러지가 유입된다. 상기 혐기조(10)에 유입되는 원수의 일부는 원수관(L)로부터 원수유입관(11)을 통해 유입되며, 혐기조(10)로 반송되는 혼합슬러지는 제 1 내부반송관(32)을 통해 반송된다.
상기 혐기조(10)에서는 미생물이 유입 원수 중의 유기물을 PHB/PHV형태로 저장하면서 세포 밖으로 인을 방출한다.
상기 무산소-dPAOs조(20)에는 혐기조(10)에서 처리된 처리수와 호기-분리막조(40)에서 반송되는 혼합슬러지가 유입된다. 상기 호기-분리막조(40)에서 반송되는 혼합슬러지는 제 2 내부반송관(42)을 통해 반송된다.
상기 무산소-dPAOs조(20)에서는 질소·인을 동시에 제거하게 된다. 인 축척 미생물(PAOS)이 전자수용체(electron acceptor)로 산소만을 이용하는 것과는 달리 질소·인 동시제거 미생물(dPAOs)은 유리된 산소가 존재하지 않는 무산소 조건에서는 결합산소인 질산성 질소(NO3 또는 NO2)를 취하게 된다. 즉, 탄소원을 이용한 전형적인 무산소 탈질이 아닌 유기성 전자공여체(electron donor)가 필요 없이 질소·인 동시제거 미생물이 NO2 또는 NO3에서 산소를 취하게 되고, 이에 따라 NO2 또는 NO3의 환원(reduction)이 일어나게 되고, 결과적으로 탈질이 이루어지게 된다. 이때 질소·인 동시제거 미생물은 인을 섭취하여 세포 내에 축척하게 된다. 따라서 무산소-dPAOs조(20)에서는 질소와 인을 동시에 제거된다. 또한 무산소-dPAOs조(20)에서는 질소·인 동시제거 미생물이 외부탄소원이 없는 상태에서 탈질과 인 축척 반응을 일으키기 때문에 탄소원을 줄일 수 있고, 유기물 소요량이 최소화된다.
상기 무산소-탈질조(30)에는 원수의 일부와 무산소-dPAOs조(20)에서 처리된 처리수가 유입된다. 상기 원수의 일부는 원수관(L)로부터 원수유입관(31)을 통해 유입된다.
상기 무산소-탈질조(30)에서는 무산소-dPAOs조(20)에서 탈질되지 않고 잔류하는 NO3-N을 추가적으로 탈질시킨다.
또한 상기 호기-분리막조(40)에서 제 2 내부반송관(42)을 통해 무산소-dPAOs조(20)로 반송되는 혼합슬러지 중 일부를 폐기하여 미생물의 체류시간을 유지시키는 것이 바람직하다.
상기 호기-분리막조(40)에는 무산소-탈질조(30)에서 처리된 처리수가 유입된다. 상기 호기-분리막조(40)에는 혼합슬러지 배출관(41)이 구비된다.
상기 호기-분리막조(40)에서는 질산화를 통해 NH4-N을 NO3-N으로 전환시키고, 인을 흡수(Phosphorus uptake)하게 된다.
또한 호기-분리막조(40)에서는 분리막(50)에 의해 최종적으로 고액분리하여 처리수를 유출관(51)을 통해 유출 또는 추가적인 공정으로 이송하게 된다.
본 발명에 의한 질소·인 동시제거 미생물을 이용한 하수 처리 장치 및 그 방법에서는 스텝 피드와 내부반송의 조합으로 질소·인 동시제거 미생물의 활용성을 높인 것이다.
즉, 상기 무산소-탈질조(30)의 혼합슬러지를 제 1 내부반송관(32)을 통해 혐기조(10)로 반송시켜 줌으로써 혐기-무산소의 교호환경조건을 충족시켜주고, 반응조내의 MLSS를 효과적으로 유지시킬 수 있게 된다.
또한 호기-분리막조(40)의 혼합슬러지를 제 2 내부반송관(42)을 통해 무산소-dPAOs조(20)로 반송시켜 줌으로써 무산소-dPAOs조(20)에 질소·인 동시제거 미생물의 전자수용체로서 NO3-N을 충분히 공급해 줄 수 있게 된다.
한편, 무산소-dPAOs조(20) 내의 전자공여체로서의 역할을 하는 탄소원(carbon source)은 혐기조(10)에서 인 용출에 거의 소진된 상태이기 때문에 탈질을 위해 이용 가능한 탄소원이 제한된 상태이다. 따라서 무산소-dPAOs조(20) 내에 인 축척 미생물(PAOS) 또는 탈질 미생물과 같은 미생물보다 질소·인 동시제거 미생물의 성장에 유리한 환경조건이 만들어지게 된다.
이때, 질소·인 동시제거 미생물은 전자수용체로서 NO3의 결합산소를 이용하면서 탈질시키게 되며, 혐기조(10)에서 인을 용출시키면서 질소·인 동시제거 미생물 내부에 축척된 PHA(Poly-β-hydroxyalcanoates)를 사용하여 인을 흡수하는 과정이 동시에 일어나게 된다.
질소·인 동시제거 미생물에 전자수용체로 사용되고 남은 NO3는 후단의 무산소-탈질조(30)에서 원수유입관(31)을 통해 유입된 원수로부터 탄소원을 공급받아 추가적으로 탈질이 이루어지게 되도록 함으로써 공정의 안정성이 극대화된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 질소·인 동시제거 미생물을 이용한 하수 처리 장치 및 그 방법에서는 원수유입관(11)(31)을 통해 원수를 혐기조(10)와 무산소-탈질조(30)에 스텝 피드 방식으로 유입시킴과 아울러 무산소-탈질조(30)의 혼합슬러지를 제 1 내부반송관(32)을 통해 혐기조(10)로 반송시키고 호기-분리막조(40)의 혼합슬러지를 무산소-dPAOs조(20)로 반송시킴으로써 질소·인 동시제거 미생물의 이용 효율이 극대화되며, 결과적으로 질소와 인을 효과적으로 제거할 수 있게 된다.
본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 질소·인 동시제거 미생물을 이용한 하수 처리 장치는 도 2에 도시한 바와 같이, 혐기조(10)와, 무산소-dPAOs조(20)와, 무산소-탈질-분리막조(60) 및 호기조(80)를 포함한다.
본 실시예에서는 무산소-탈질조에 분리막(70)을 침지하여 무산소-탈질-분리막조(60)를 구성하여 무산소-탈질-분리막조(60)에서 최종적으로 고액분리하여 처리수를 유출관(71)을 통해 유출 또는 추가적인 공정으로 이송하도록 함과 아울러 호기조(80)에서는 단지 질산화를 통해 NH4-N을 NO3-N으로 전환시키고, 인을 흡수(Phosphorus uptake)하게 한 것이며, 여타 구성 및 작용은 상술한 제 1 실시예와 동일하므로 동일 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하고 구체적인 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 질소·인 동시제거 미생물을 이용한 하수 처리 장치 및 그 방법에서는 호기성 분위기에서 최종적으로 처리수를 유출할 경우 유출수 중의 총질소(TN; Total Nitrogen) 농도를 증가시키는 문제점을 해결할 수 있다.
즉, 도 4에서 보는 바와 같이, 호기성 분위기에서 최종 처리수를 유출하는 경우에는 질산화 과정에서 대량으로 생성되는 NO3-N에 의해 총질소 농도가 크게 증가하게 되는 반면, 본 실시예에 따른 질소·인 동시제거 미생물을 이용한 하수 처리 장치 및 그 방법에서는 무산소-탈질-분리막조(60)의 무산소 분위기에서 최종 처리수를 유출하기 때문에 유출수 중의 NO3-N을 최소화할 수 있으며, 총질소 농도도 크게 저감시킬 수 있게 된다.
다만, 본 실시예에 따른 질소·인 동시제거 미생물을 이용한 하수 처리 장치 및 그 방법에서는 무산소 분위기의 반응조, 즉 무산소-탈질-분리막조(60)에 분리막(70)을 설치한 것이기 때문에 파울링 컨트롤(fouling control) 측면에서 보완이 필요할 수 있으나, 공기 또는 산소가 아닌 불활성 기체(N2, He 등)를 디파울링 가스로 사용함으로써 파울링 문제를 충분히 해결할 수 있음이 확인되었다.
본 발명에서는 파울링 문제를 다루는 것이 아니므로 이에 대해서는 구체적인 설명을 생략한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 질소·인 동시제거 미생물을 이용한 하수 처리 장치 및 그 방법에서는 원수유입관(11)(61)을 통해 원수를 혐기조(10)와 무산소-탈질-분리막조(60)에 스텝 피드 방식으로 유입시킴과 아울러 무산소-탈질조-분리막조(60)의 혼합슬러지를 제 1 내부반송관(62)을 통해 혐기조(10)로 반송시키고 호기조(80)의 혼합슬러지를 무산소-dPAOs조(20)로 반송시킴으로써 질소·인 동시제거 미생물의 이용 효율이 극대화되며, 결과적으로 질소와 인을 효과적으로 제거할 수 있게 된다. 또한 호기성 분위기에서 분리막에 의해 고액분리한 최종 처리수를 유출하지 않고, 무산소 분위기에서 분리막(70)에 의해 고액분리한 최종 처리수를 유출하는 것이므로 유출수 중의 NO3-N 및 총질소 농도를 최소화할 수 있게 된다.
본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 질소·인 동시제거 미생물을 이용한 하수 처리 장치는 도 3에 도시한 바와 같이, 혐기조(10)와, 무산소-dPAOs조(20)와, 무산소-탈질-분리막조(60) 및 호기-분리막조(40)를 포함한다.
상기 혐기조(10)와 무산소-탈질-분리막조(60)에 대한 원수의 유입은 상술한 제 1 및 제 2 실시예에서와 동일하며, 호기-분리막조(40)에서 무산소-dPAOs조(20)로 반송하는 구성은 상술한 제 1 실시예에서와 동일하고, 무산소-탈질-분리막조(60)에서 혐기조(10)로 반송하는 구성은 상술한 제 2 실시예와 동일하므로 동일 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하고 구체적인 설명은 생략한다.
또한 상기 호기-분리막조(40)의 작용은 상술한 제 1 실시예와, 무산소-탈질-분리막조(60)의 작용은 상술한 제 2 실시예와 동일하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 질소·인 동시제거 미생물을 이용한 하수 처리 장치는 상술한 제 1 및 제 2 실시예에 따른 장치 및 방법에서의 장점을 모두 취할 수 있어 보다 효율적인 하수 처리 및 시스템 운영을 기할 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명에 의한 질소·인 동시제거 미생물을 이용한 하수 처리 장치 및 그 방법을 바람직한 실시예로서, 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 본 명세서에 제시된 실시예와 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 고유사상의 범위 내에서 해당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 혐기조(10)와; 무산소-dPAOs조(20)와; 무산소-탈질-분리막조(60); 및 호기조(80)를 포함하며,
    원수관(L)에서 분기되어 각각 혐기조(10)와 무산소-탈질-분리막조(60)에 원수의 일부를 유입시키는 원수유입관(11)(61)과;
    상기 무산소-탈질-분리막조(60)의 혼합슬러지를 혐기조(10)로 반송시키는 제 1 내부반송관(62)과;
    상기 호기조(80)의 혼합슬러지를 무산소-dPAOs조(20)로 반송시키는 제 2 내부반송관(82)을 포함하여 구성되는 질소·인 동시제거 미생물을 이용한 하수 처리 장치.
  3. 혐기조(10)와; 무산소-dPAOs조(20)와; 무산소-탈질-분리막조(60); 및 호기-분리막조(40)를 포함하며,
    원수관(L)에서 분기되어 각각 혐기조(10)와 무산소-탈질-분리막조(60)에 원수의 일부를 유입시키는 원수유입관(11)(61)과;
    상기 무산소-탈질-분리막조(60)의 혼합슬러지를 혐기조(10)로 반송시키는 제 1 내부반송관(62)과;
    상기 호기-분리막조(40)의 혼합슬러지를 무산소-dPAOs조(20)로 반송시키는 제 2 내부반송관(42)을 포함하여 구성되는 질소·인 동시제거 미생물을 이용한 하수 처리 장치.
  4. 삭제
  5. 제 2 항의 장치를 이용한 하수 처리 방법으로서,
    원수를 혐기조(10)와 무산소-탈질-분리막조(60)에 스텝 피드 방식으로 각각 유입시키는 단계;
    혐기조(10)로 유입된 원수에 포함된 유기물을 미생물이 PHB/PHV 형태로 저장하면서 세포 밖으로 인 방출하도록 하는 단계;
    혐기조에서 처리된 처리수를 무산소-dPAOs조(20)로 유입시켜 질소·인 동시제거 미생물이 인을 축척함과 아울러 질산성 질소를 환원시키도록 하는 단계;
    무산소-dPAOs조(20)에서 처리된 처리수를 무산소-탈질-분리막조(60)로 유입시켜 무산소-dPAOs조(20)에서 탈질되지 않고 잔류하는 NO3-N을 추가적으로 탈질시킴과 아울러 분리막(70)에 의해 고액분리하여 유출관(71)을 통해 유출시키는 단계;
    무산소-탈질-분리막조(60)에서 처리된 처리수를 호기조(80)로 유입시켜 질산화 반응 및 인 과잉섭취반응이 진행되도록 하는 단계;
    상기 무산소-탈질-분리막조(60)의 혼합슬러지를 혐기조(10)로 반송시켜 혐기-무산소의 교호환경조건을 충족시키고 반응조 내의 MLSS를 일정하게 유지시키는 단계; 및
    상기 호기조(80)의 혼합슬러지를 무산소-dPAOs조(20)로 반송시켜 무산소-dPAOs조(20) 내의 질소·인 동시제거 미생물의 전자수용체로서의 NO3-N을 충분히 공급시키는 단계;를
    포함하는 질소·인 동시제거 미생물을 이용한 하수 처리 방법.
  6. 제 3 항의 장치를 이용한 하수 처리 방법으로서,
    원수를 혐기조(10)와 무산소-탈질-분리막조(60)에 스텝 피드 방식으로 각각 유입시키는 단계;
    혐기조(10)로 유입된 원수에 포함된 유기물을 미생물이 PHB/PHV 형태로 저장하면서 세포 밖으로 인 방출하도록 하는 단계;
    혐기조에서 처리된 처리수를 무산소-dPAOs조(20)로 유입시켜 질소·인 동시제거 미생물이 인을 축척함과 아울러 질산성 질소를 환원시키도록 하는 단계;
    무산소-dPAOs조(20)에서 처리된 처리수를 무산소-탈질-분리막조(60)로 유입시켜 무산소-dPAOs조(20)에서 탈질되지 않고 잔류하는 NO3-N을 추가적으로 탈질시킴과 아울러 분리막(70)에 의해 고액분리하여 유출관(71)을 통해 유출시키는 단계;
    무산소-탈질-분리막조(60)에서 처리된 처리수를 호기조(80)로 유입시켜 질산화 반응 및 인 과잉섭취반응이 진행되도록 함과 아울러 분리막(50)에 의해 고액분리하여 유출관(51)을 통하여 유출시키는 단계;
    상기 무산소-탈질-분리막조(60)의 혼합슬러지를 혐기조(10)로 반송시켜 혐기-무산소의 교호환경조건을 충족시키고 반응조 내의 MLSS를 일정하게 유지시키는 단계; 및
    상기 호기-분리막조(40)의 혼합슬러지를 무산소-dPAOs조(20)로 반송시켜 무산소-dPAOs조(20) 내의 질소·인 동시제거 미생물의 전자수용체로서의 NO3-N을 충분히 공급시킴과 아울러 반송라인에서 일부 혼합슬러지를 폐기하여 미생물의 체류시간을 유지시키는 단계;를
    포함하는 질소·인 동시제거 미생물을 이용한 하수 처리 방법.
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