KR101019070B1 - 기존의 활성슬러지 처리시설을 개선한 하수 고도처리장치 및 이 장치를 이용한 고도처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존의 운영중인 복수 개의 반응조 내에 각각 설치된 복수 개의 격벽에 의해 형성된 각 단을 활용하여 제1단에는 혐기조 및 무산소조를, 나머지 단에는 호기조를 각각 설치하고, 처리하수 중에 함유되어 있는 영양염류의 종류와 농도의 변화에 따라 제1단의 혐기조 및 무산소조의 조합을 가변적으로 운용할 수 있도록 기존 처리공법을 최대한 유지한 상태에서 상기와 같은 개선 시설의 조건에 맞게 운전방식을 개선한 것을 특징으로 하는 기존의 활성슬러지 처리시설을 개선한 하수용 고도처리장치 및 이 장치를 이용한 고도처리방법에 관한 것으로, 이와 같이 본 발명에 따른 고도처리장치는 기존의 처리시설 내에서 개선이 가능하고, 처리하수 중에 함유되어 있는 영양염류의 종류와 농도에 따라 제1단의 혐기조 및 무산소조의 조합을 가변적으로 운용함으로써 하수에 함유된 영양염류를 효율적으로 제거할 수 있도록 한 것이 장점이다.

Description

기존의 활성슬러지 처리시설을 개선한 하수 고도처리장치 및 이 장치를 이용한 고도처리방법{Advanced treatment apparaters for sewage improve the existing activated sludge treatment plant and Method advanced treatment using of the same}

본 발명은 기존의 운영중인 복수 개의 반응조 내에 각각 설치된 복수 개의 격벽에 의해 형성된 각 단을 활용하여 제1단에는 혐기조 및 무산소조를, 나머지 단에는 호기조를 각각 설치하고, 처리시설에 유입되는 하수 중에 함유되어 있는 영양염류의 종류와 농도의 변화에 따라 제1단의 혐기조 및 무산소조의 조합을 가변적으로 운용하여 하수에 함유된 영양염류를 효율적으로 제거할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 기존의 활성슬러지 처리시설을 개선한 하수용 고도처리장치 및 이 장치를 이용한 고도처리방법에 관한 것이다.

근세기는 지구 온난화에 의한 해수의 온도 상승과 함께, 산업화, 도시화에 의해 질소와 인과 같은 영양염류의 배출량이 급격하게 증가하면서 연안과 호소의 부영양화를 유발하여 적조와 녹조 현상을 발생시켜 수질환경을 심하게 오염시키고 있다.

이에 정부는 하수처리장에 대한 방류수 수질기준을 지속적으로 강화하고, 오염물질 감량을 전제로 개발을 허가하는 오염총량제 시행과 같은 규제조치와 더불어 하수처리장의 방류수를 중수도 또는 하천 유지용수로 재활용하도록 권장하고 있고 또한 호소 등의 부영양화 방지를 위한 공공하수처리설의 방류수 수질기준 강화(2008. 1. 1 시행)에 따라 새로 설치하는 공공하수처리시설은 질소, 인처리 위주로 시설을 설치하고, 기존 시설에 대해서도 고도처리시설을 설치하도록 하고 있다.

그러나 상기와 같은 정부의 방침에도 불구하고 현재 전국적으로 운영되고 있는 하수처리시설들은 거의 대부분 활성슬러지법을 기본으로 하는 2차 처리시설에 의해 운영되고 있으며, 이러한 기존의 활성슬러지 공법을 적용한 시설들은 도 1에 도시된 바와 같이 폭기조(1)와 침전조(2)로 구성되어 있고, 산소가 공급되는 폭기조(1)에서 미생물의 대사과정을 통하여 하수 중의 유기물이 제거되고, 그리고 이어지는 침전조(2)에서 중력침전에 의하여 미생물과 유기물이 제거된 처리수가 분리되도록 되어있으며, 침전조(2)에서 침전한 일부 슬러지는 폭기조(1)의 미생물 농도 유지를 위하여 다시 반송(5)되어 내부 순환되고, 나머지 슬러지는 외부로 배출(6)되는 구조의 시설로서, 상기와 같은 기존 활성슬러지 시설은 하수에 함유된 질소, 인과 같은 영양염류의 처리를 위한 고도처리에는 적합하지 않은 문제점이 있었다.

한편, 하수에 함유된 질소나 인과 같은 영양염류를 제거하기 위해 A₂O, A/O, MLE, VIP 등과 같은 고도처리공법으로 처리하고 있지만 상기와 같은 공법들은 질소와 인의 제거에 필수적인 질산화, 탈질, 인의 섭취와 방출과 같은 생물학적 반응을 위하여 기존의 활성슬러지공정의 폭기조(1)와 침전조(2) 외에도 무산소조와 혐기조 등과 같은 여러 개의 반응조와 내부순환을 위한 펌프 등의 시설들이 추가적으로 구비되어있다.

따라서 현재 운영중인 하수처리장의 경우에는 최근에 신설되는 처리시설의 경우에만 질소, 인의 처리가 가능한 고도처리시설이 설치되고 있고, 종래의 하수처리시설들은 기존의 활성슬러지공법에 고도처리공정을 적용하기 위해서는 기존의 활성슬러지 시설에 무산소조 및 혐기조를 추가적으로 설치하고, 무산소조로의 내부순환을 위한 설비도 추가적으로 설치되어야 하지만 대부분의 하수처리시설의 경우 이러한 추가시설의 설치를 위한 추가부지가 확보되어 있지 아니하여 기존 시설의 개선에 많은 어려움이 있다.

한편, 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위한 방안으로 종래의 활성슬러지 시설을 개선하여 고도처리를 할 수 있도록 개발된 기술들이 특허 출원된 내용들을 살펴보면, 선행기술 1의 예로서 국내 등록특허 제0785044호에는 도 2에 도시된 바와 같이 종래의 폭기조(1) 내부에 격벽(7)을 설치하여 무산소조(8)와 호기조(9)로 분리하고, 종래의 침전조를 유입하수의 유량과 수질을 균등화하는 균등조(2')로 개선하고, 하수를 흡인여과하고 막투과수를 배출하기 위해 상기 호기조(9) 내에 침지형 분리막(10)의 설치와 인의 응집처리를 유도하기 위해 응집제 주입용 약품저장탱크(15)와 약품주입장치를 무산소조(8)로부터 호기조(9)로 활성슬러지 혼합액이 월류하기 직전 부분에 설치하여 하수의 영양염류룰 처리하는 것을 특징으로 하는 활성슬러지 공법을 이용하는 기존의 하수처리시설을 고도처리시설로 리모델링하는 방법이 알려져 있다.

그리고 선행기술 2의 예로서, 국내 등록특허 제0740580호에는 도 3에 도시된 바와 같이 반응조(70)는 기존의 폭기조를 이용하되, 그 내부에 3개 이상의 격막(80)을 설치하여 4개 이상의 구획을 형성시키고, 제1 구획에서는 반응조(70) 말단의 호기조로부터 반송되는 반송수의 산소 농도를 줄이고, 제2 구획에서는 무산소 조건을 유도하며, 제3 구획에서는 혐기 조건을 유도하고, 분리막을 설치하는 말단의 제4구획에서는 호기 조건을 유도하고, 상기 격막(80)에 의하여 구획된 반응조(70) 내 영역의 각각에는 미생물과 유입수 또는 반송수가 잘 혼합되도록 교반기(90)를 설치하여 전단으로 유입되는 유입수(10)와 반송수(30)가 반응조(70)의 전단으로부터 진행하는 경우 플러그 흐름의 형태로 이동하면서 무산소 조건에서 혐기 조건으로 천이가 일어날 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 활성 슬러지 공법을 이용하는 기존의 하수 처리공정으로부터 개선된 단일 반응조를 구비하는 고도처리장치 및 방법이 알려져 있다.

그러나 상기와 같은 선행기술 1, 2와 같은 특허들의 경우에는 기존 처리시설의 부지 면적 내에서 활성슬러지조 내부에 격벽을 설치한 개선시설로서 하수를 고도처리한다고는 하나 시설내로 유입되는 처리하수의 영양염류의 종류와 농도변화가 심한 경우 처리하수에 함유된 영양염류를 제대로 처리하지 못하는 문제점이 발생할 우려가 있고, 특히 상기 선행기술 1의 경우에는 고도하수처리의 효율을 높이고자 인의 응집처리를 촉진하기 위해 별도의 약품저장탱크(15)와 약품주입장치를 마련하여야 하는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 방안으로 본 발명은 기존의 운영중인 복수 개의 반응조 내에 각각 설치된 복수 개의 격벽에 의해 형성된 각 단을 활용하여 제1단에는 혐기조 및 무산소조를, 나머지 단에는 호기조를 각각 설치하고, 처리하수 중에 함유되어 있는 영양염류의 종류와 농도의 변화에 따라 혐기조 및 무산소조로 이루어진 제1단에서 혐기조 및 무산소조의 배열조합을 가변적으로 운용하는 것을 특징으로 하는 기존의 활성슬러지 처리시설을 개선한 하수용 고도처리장치를 제공함을 그 과제로 한다.

그리고 본 발명은 상기의 하수용 고도처리장치에서 제1단이 혐기조인 경우에는 A/0공법을 적용하고, 제1단이 무산소조인 경우에는 MLE공법을 적용하고, 유입하수 중에 함유되어 있는 영양염류의 종류와 농도의 변화에 따라 제1단의 혐기조 및 무산소조의 조합을 가변적으로 운용하여 운전함으로써, 기존 처리공법을 최대한 유지한 상태에서 상기의 개선 시설 조건에 맞게 운전방식을 개선하고, 영양염류의 종류와 농도의 변화가 심한 하수를 효율적으로 처리할 수 있도록 개선한 것을 특징으로 하는 기존의 활성슬러지 처리공법을 개선한 하수용 고도처리방법을 제공함을 다른 과제로 한다.

특히 본 발명은 침전조로부터의 슬러지를 반응조로 외부반송뿐만 아니라 호기조 끝단으로부터 호기조 첫단으로 내부반송처리하여 질산화율을 높임으로써, 하수처리효율을 10~30%까지 더욱 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 기존의 활성슬러지 처리공법을 개선한 하수용 고도처리방법을 제공함을 또 다른 과제로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명은 복수 개의 반응조 및 복수 개의 침전조를 구비한 기존의 활성슬러지 시설을 개선한 하수용 고도처리장치에 있어서,

상기 반응조는 그 내부가 복수 개의 격벽에 의해 복수 개의 각 단이 형성된 구조로 이루어지고,

그리고 상기 각 단은 제1단이 혐기조 및 무산소조, 나머지 단이 호기조로 각각 이루어지는 것을 특징으로 하는 기존의 활성슬러지 처리시설을 개선한 하수용 고도처리장치를 과제 해결 수단으로 한다.

그리고 본 발명은 복수 개의 반응조 및 복수 개의 침전조를 구비한 기존의 활성슬러지 시설의 공법을 개선한 하수용 고도처리방법에 있어서,

상기 반응조는 제1단이 혐기조 및 무산소조가 배열조합되고, 나머지 단이 각각 호기조의 구조로 이루어지도록 형성시키는 단계(S1)와;

상기 각 반응조들의 제1단인 혐기조 및 무산소조에는 각각 영양염류가 함유된 하수가 유입되고, 내부 반송수가 호기조 끝단에서 무산소조로 내부반송되고, 침전조로부터 반송슬러지가 반송되어 유입하수가 처리되는 단계(S2)와;

상기 제1단인 혐기조 및 무산소조에 유입된 하수는 혐기 및 무산소처리되고, 처리된 하수를 각각 호기조로 이송시키는 단계(S3);

상기 제1단으로부터 호기조로 이송된 하수에 공기를 주입하여 호기처리한 다음 일부 처리수는 호기조 끝단으로부터 호기조 첫단(R3)과 무산소조(R1)로 각각 내부 반송되고, 남는 처리수는 침전조로 이송시키는 단계(S4);

상기 침전조로 이송된 처리수는 슬러지를 침전시켜 일부는 반송수와 함께 제1단의 혐기조 및 무산소조로 외부반송(R2)하고, 나머지 슬러지는 배출하며, 상부의 처리수를 방류하는 단계(S5);

를 포함하는 것을 특징으로 하는 기존의 활성슬러지 처리공법을 개선한 하수용 고도처리방법을 다른 과제 해결 수단으로 한다.

단 상기에서 반응조는 하수 중에 함유되어 있는 영양염류의 종류와 농도에 따라 제1단의 혐기조 및 무산소조의 배열조합을 가변적으로 운용하는 것이 바람직하다.

따라서 상기의 과제 해결 수단에 의한 본 발명은 기존의 운영중인 복수 개의 반응조 내에 각각 설치된 복수 개의 격벽에 의해 형성된 각 단을 활용하여 제1단에 혐기조 및 무산소조와 나머지 단에 호기조를 기존의 처리시설 내에서 설치하고, 기존 처리공법을 최대한 유지한 상태에서 하수 중에 함유되어 있는 영양염류의 종류와 농도의 변화에 따라 제1단의 혐기조 및 무산소조의 조합을 가변적으로 운용하여 하수에 함유된 영양염류를 효율적으로 제거할 수 있도록 한 것이 장점이다.

그리고 기존의 활성슬러지 처리공법을 하수고도처리공정으로 개량하고자 할 경우 생물학적 질소, 인 제거를 위한 무산소조와 혐기조의 시설을 추가적으로 설치함으로써 처리용량 증설에 따른 부지확보 문제와 용량 증설 공사비용을 절감함은 물론 기존 활성슬러지법의 개량에 소요되는 비용을 최소화하는 장점이 있다.

도 1은 기존의 활성슬러지 공법을 적용한 시설의 단계별 처리공정의 단면을 나타낸 개략도;
도 2는 기존의 활성슬러지 처리시설을 개선한 하수용 고도처리장치 및 단계별 처리공정의 단면을 나타낸 개략도;
도 3은 기존의 활성슬러지 처리시설을 개선한 하수용 고도처리장치 및 단계별 처리공정의 단면을 나타낸 개략도;
도 4는 본 발명에 따른 활성슬러지 처리시설을 개선한 하수용 고도처리장치의 기술적 사상을 설명하기 위해 단면을 나타낸 개략도;
도 5는 본 발명에 따른 활성슬러지 처리시설을 개선한 하수용 고도처리장치 및 단계별 처리공정의 평면을 나타낸 개략도;
도 6은 본 발명에 따른 반응조 내부에 하수와 공기가 유입되고, 반송수가 내부반송되는 상태를 나타낸 평면도;
도 7은 본 발명에 따른 실시예로서, 질산염의 농도가 높은 하수가 처리장 내에 유입될 경우 반응조 제1단의 혐기조 및 무산소조의 배열조합을 나타낸 평면도;
도 8은 본 발명에 따른 다른 실시예로서, 인산염의 농도가 높은 하수가 처리장 내에 유입될 경우 반응조 제1단의 혐기조 및 무산소조의 배열조합을 나타낸 평면도에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면인 도 4 내지 도 8에 의거하여 상세히 설명하며, 도 4 내지 도 8에 있어서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다. 한편, 각 도면 및 상세한 설명에서 일반적인 활성슬러지 공법 및 고도처리공법으로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.

본 발명에서, 도 4는 본 발명에 따른 활성슬러지 처리시설을 개선한 하수용 고도처리장치의 기술적 사상을 설명하기 위해 단면을 나타낸 개략도이고, 도 5는 본 발명에 따른 활성슬러지 처리시설을 개선한 하수용 고도처리장치 및 단계별 처리공정의 평면을 나타낸 개략도에 관한 것이다.

본 발명에 따른 하수용 고도처리장치는 유입하수 중에 함유되어 있는 영양염류의 종류와 농도에 따라 반응조의 제1단에서 혐기조 및 무산소조의 배열조합을 가변적으로 운용하는 것이 특징이다.

본 발명에 따른 기존의 활성슬러지 처리시설을 개선한 하수용 고도처리장치는 도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 복수 개의 반응조 및 복수 개의 침전조를 구비한 기존의 활성슬러지 시설을 개선한 하수용 고도처리장치에 있어서,

상기 반응조는 그 내부가 복수 개의 격벽에 의해 복수 개의 각 단이 형성된 구조로 이루어지고,

그리고 상기 각 단은 제1단이 혐기조(10) 및 무산소조(20), 나머지 단(30a 내지 30e)이 호기조(30)로 각각 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 복수 개의 반응조는 내부가 복수 개의 격벽에 의해 복수 개의 각 단이 형성된 구조의 반응조로서, 각각의 격벽에 의해 처리하수가 격벽 내부에서 일정시간동안 체류할 수 있는 공간이 형성된 각단들로 이루어진 구조이다.

그리고 상기 복수 개의 반응조는 제1단이 혐기조(10)이고, 나머지 단이 호기조(30a, 30b, 30c, 30d, 30e)인 복수 개의 반응조와 그리고 제1단이 무산소조(20)이고, 나머지 단이 호기조(30a, 30b, 30c, 30d, 30e)인 복수 개의 반응조로 구성되어 진다.

본 발명에서 상기 복수 개의 반응조는 평상시에는 도 6에 도시된 바와 같이 각 반응기의 제1단 조 구성에서 혐기조와 무산소조의 구성비율을 1 : 1의 비율로 적용시켜 운영하고, 영양염류의 종류와 농도 변화가 심한 하수가 유입될 경우, 즉, 질산염의 농도가 높은 하수가 처리장 내에 유입될 경우에는 도 7에 도시된 바와 같이 각 반응조의 제1단은 혐기조에 비해 무산소조를 많이 적용하여 운용하고, 그리고 인산염의 농도가 높은 하수가 처리장 내에 유입될 경우에는 각 반응조의 제1단은 무산소조에 비해 혐기조를 많이 적용하여 운용하는 방식을 채택함으로서, 각 반응기들의 제1단은 혐기조(10) 및 무산소조(20)의 조합 배열을 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이 가변적으로 운용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 도 6은 본 발명에 따른 반응조 내부에 하수와 공기가 유입되고, 반송수가 내부반송되는 상태를 나타낸 평면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 실시예로서, 질산염의 농도가 높은 하수가 처리장 내에 유입될 경우 반응조 제1단의 혐기조 및 무산소조의 배열조합을 나타낸 평면도이며, 도 8은 본 발명에 따른 다른 실시예로서, 인산염의 농도가 높은 하수가 처리장 내에 유입될 경우 반응조 제1단의 혐기조 및 무산소조의 배열조합을 나타낸 평면도에 관한 것이다.

본 발명은 반응조에서 혐기조에는 유입하수와 침전조로부터 외부 반송수가 유입되고, 무산소조에는 유입하수와 침전조로부터 외부 반송수, 호기조 끝단으로부터 내부 반송수가 유입된다. 그리고 도 6 내지 도 8에서는 반응조를 중심으로 도시함에 따라 침전조(40)의 도시는 생략되었으며, 따라서, 도 6 내지 도 8에 도시된 외부 반송(R2)은 침전조(40)의 도시가 생략되어 있지만 침전조(40)로부터 반송되는 외부반송임을 감안하여야 한다.

본 발명에서 각 반응조에 반응하는 미생물의 기작과정을 살펴보면, 제1단이 혐기조(10)이고, 나머지단이 호기조(30a 내지30 e)인 반응조의 경우에는 혐기조(10)에서 주로 유입 하수에 함유된 인산염이 인제거 미생물로 알려져 있는 PAOs (Phosphrous accumulation organisms) 등의 미생물이 존재하여야만 제거되고, 혐기조(10)의 적절한 조작에 의한 PHB(poly-β-hydroxy butyrate)의 축적과 방출에 의한 기작으로 혐기조에서 인의 방출, 호기조에서 인이 축적되어 최종침전조 슬러지의 외부배출로 인산염이 제거되고, 이렇게 처리된 처리수는 호기조(30a 내지 30e)에서 호기성 미생물에 의해 용해성 BOD가 제거되어진다.

그리고 제1단이 무산소조(20)이고, 나머지단이 호기조(30a 내지 30e)인 반응조의 경우에는 무산소조(20)에서 주로 유입 하수에 함유된 질산염을 니트로소모나스(Nitrosomonas)와 니트로소코쿠스(Nitrosococcus)속의 미생물에 의해 암모니아가 아질산으로 산화되고, 아질산이 니트로박테리아(Nitrobacter)에 의해 질산화되어 무산소조에서 질산이 디니트로박테리아에 의해 질소가스로 환원되며, 이때 질소가스로의 전환시 미생물들은 산화제를 필요로 하게 되며, 탈질산화를 위한 전자공여체(electron donor)로서 아세트산, 아세톤, 메탄올 등을 들 수 있으며, 이와 같은 전자공여체의 제공원은 하수자체가 가장 경제적이고 확실한 유기탄소원이며, 이 과정에서 상당량의 용해성 BOD도 제거되며, 이렇게 처리된 처리수는 호기조(30a 내지30 e)에서 호기성 미생물에 의해 용해성 BOD가 제거되어진다.

이때 상기와 같이 혐기조(10)를 거친 처리수는 이론상 인산염만 처리되고, 질산염은 처리되지 않거나, 그리고 무산소조(20)를 거친 처리수는 이론상 질산염만 처리되고, 인산염은 처리되지 않아야 하지만 이러한 예측과는 달리 상기 반응조들 내에서 미생물의 기작과정을 정확히 밝혀내지는 못했지만 최종 처리수의 수질처리기준은 방류수 수질기준에 적합하게 처리되어진다.

상기와 같은 최종결과는 혐기조(10) 및 무산소조(20)에서 하수와 침전조(40)로부터 외부 반송수에 의한 외부반송(R2)과 무산소조(20)에서는 하수와 침전조(40)로부터 외부 반송(R2)수, 내부 반송수에 의한 내부반송(R1) 그리고 복수 개의 호기조((30a 내지30 e)에서는 호기조 끝단(30e)로부터 호기조 첫단(30a)로의 내부반송(R3)의 처리에 의한 것으로 예측되어진다.

특히 실제 실험에서 호기조 끝단(30e)으로부터 호기조 첫단(30a)로의 내부반송(R3) 결과 실제 NO₃ ^-의 질산화율이 상승하게 되며, 기존 대비 하수의 처리효율이 10~30%까지 상승되는 효과가 있다.

본 발명에서 내부 반송(R1)이란 호기조 끝단(30e)으로부터 내부 반송수가 무산소조(20)로 반송되는 과정이고, 외부 반송(R2)이란 침전조(40)로부터 침전된 슬러지가 함유된 외부 반송수가 혐기조(10) 및 무산소조(20)로 반송되는 과정이며, 또 다른 내부 반송(R3)이란 호기조 끝단(30e)으로부터 내부 반송수가 호기조전단(30a)로 반송되는 과정(R3a, R3b, R3c, R3d)을 말한다.

상기에서 각 반송율은 내부 반송(R1)율이 1.0~2.0, 외부 반송(R2)율이 0.3~1.0인 것이 바람직하며, 내부 반송(R3)율이 0.5~1.0인 것이 바람직하다

그리고 상기 반응조 내부에 설치한 격벽들은 처리하수가 제1단인 혐기조(10) 및 무산소조(20)로 유입되어 혐기 및 무산소처리되어진 다음 제1단인 전단으로부터 후단인 호기조(30a, 30b, 30c, 30d, 30e)로의 흐름시 S자 형태의 플러그 형태로 이동할 수 있도록 전단의 일측에 개방 유로구가 형성되고, 후단의 타측(전단의 반대측)에 개방 유로구가 형성되어진다.

또한 상기 반응조는 제1단의 혐기조(10) 및 무산소조(20)의 내부에는 교반기(50)가 구비되고, 나머지 단인 호기조(30a, 30b, 30c, 30d, 30e)의 내부에 공기를 공급하기 위한 산기관(60)이 구비되어 진다.

그리고 상기 반응조는 제1단이 혐기조(10)인 경우에는 하수와 침전조(40)로부터 외부반송(R2)에 의한 외부 반송수가 유입되거나 무산소조(20)인 경우에는 내부반송(R1)에 의한 내부 반송수가 유입되면, 혐기조(10) 및 무산소조(20)에는 외부에서 유입되는 하수와 반송수를 균일하게 교반시키기 위한 교반기(50)가 구비되어진다.

그리고 제1단에서 혐기 및 무산소처리된 하수는 호기조(30a, 30b, 30c, 30d, 30e)로 이동되고, 상기 호기조 내에 유입된 하수는 산기관(60)에 의해 공급되는 공기에 의해 호기처리되어 진다.

이와 같이 호기처리된 처리수의 일부는 내부반송(R1)에 의해 무산소조(20)로 내부반송되고, 나머지 호기처리수는 침전조(40)로 이송되어 진다.

이때 침전조(40)로 이송된 처리수는 처리수 내부에 함유되어 있는 슬러지가 침전조 아래로 침전되고, 침전된 슬러지의 일부는 외부반송(R2)에 의해 혐기조(10) 및 무산소조(20)으로 반송되고, 그 나머지의 슬러지는 외부로 배출(Q)되고, 상부의 처리수도 외부로 배출(T)되어진다.

상기와 같은 본 발명에 따른 구성을 갖춘 하수용 고도처리장치는 처리하수 중에 함유되어 있는 영양염류의 종류와 농도의 변화에 따라 제1단의 혐기조 및 무산소조의 조합을 가변적으로 운용할 수 있도록 기존 처리공법을 최대한 유지한 상태에서 하수 중에 함유되어 있는 영양염류를 효율적으로 제거할 수 있도록 한 것이 특징이다.

한편, 본 발명에 따른 하수용 고도처리장치를 이용한 처리방법을 상세히 설명하면 아래의 내용과 같다.

본 발명은 복수 개의 반응조 및 복수 개의 침전조를 구비한 기존의 활성슬러지 시설의 공법을 개선한 하수용 고도처리방법에 있어서,

상기 반응조는 제1단이 혐기조(10) 및 무산소조(20)가 배열조합되고, 나머지 단이 각각 호기조(30a 내지 30e)의 구조로 이루어지도록 형성시키는 단계(S1)와;

상기 각 반응조들의 제1단인 혐기조(10) 및 무산소조(20)에는 각각 영양염류가 함유된 하수가 유입되고, 내부 반송수가 호기조 끝단(30e)에서 제1단인 무산소조(20) 및 호기조(30a)로 내부반송되고, 침전조(40)로부터 반송슬러지가 반송되어 유입하수가 처리되는 단계(S2)와;

상기 제1단인 혐기조(10) 및 무산소조(20)에 유입된 하수는 혐기 및 무산소처리되고, 처리된 하수를 각각 호기조(30a 내지 30e)로 이송시키는 단계(S3);

상기 제1단(10, 20)으로부터 호기조(30a 내지 30e)로 이송된 하수에 공기를 주입하여 호기처리한 다음 일부 처리수는 호기조 끝단(30e)으로부터 호기조 첫단(30a)(R3) 및 무산소조(20)(R1)로 각각 내부 반송되고, 나머지 처리수는 침전조(40)로 이송시키는 단계(S4);

상기 침전조(40)로 이송된 처리수는 슬러지를 침전시켜 일부는 반송수와 함께 제1단의 혐기조(10) 및 무산소조(20)로 외부반송(R2)하고, 나머지 슬러지는 배출하며, 상부의 처리수를 방류하는 단계(S5);

를 거쳐 하수가 처리되어 진다.

본 발명에서 상기 S1 단계에서는 하수 중에 함유되어 있는 영양염류의 종류와 농도의 변화에 따라 제1단의 혐기조 및 무산소조의 조합을 가변적으로 운용하는 것이 바람직하다.

상기 S2 단계 및 S3 단계에서 제1단이 혐기조(10)인 반응기는 혐기조(10)에 침전조(40)으로부터 외부 반송수가 외부반송(R2)되고, 호기조(30a 내지 30e)내 산기관(60)에 의해 조 내에 공기가 공급되어지며, 제1단이 무산소조(20)인 반응기는 무산소조(20)에 침전조(40)으로부터 외부 반송수가 외부반송(R2)과 호기조 끝단(30e)으로부터 내부 반송수가 내부반송(R1)되고, 호기조 끝단(30e)으로부터 호기조 첫단(30a)으로 각각 내부반송(R3a, R3b, R3c, R3d)된다. 상기 호기조(30a 내지 30e)는 산기관(60)에 의해 조 내에 공기가 공급되어진다.

상기에서 각 반송율은 내부 반송율(R1)이 1.0~2.0, 외부 반송율(R2)이 0.3~1.0, 내부 반송율(R3)이 0.5~1.0인 것이 바람직하다. 상기에서 각 반송율이 상기에서 한정한 범위를 벗어날 경우에는 최적운전조건을 벗어나면서 하수의 처리효율이 저하되는 문제점들이 발생할 우려가 있다.

상기 S2 단계 및 S3 단계에서 하수처리를 위한 미생물의 기작작용에 대하여는 상기에서 이미 설명한 바 있으므로 여기서는 그 설명을 생략하기로 한다.

그리고 상기 S4 단계에서는 통상적인 호기처리방법과 같은 방법에 의해 유입수를 호기처리한다.

또한 상기 S5 단계에서는 침전조(40)로 이송된 처리수 내부에 함유되어 있는 슬러지가 침전조 아래로 침전시키고, 침전된 슬러지의 일부는 외부반송(R2)에 의해 혐기조(10) 및 무산소조(20)로 반송하고, 그 나머지의 슬러지는 외부로 배출(Q)되고, 상부의 처리수도 외부로 배출(T)하는 단계이다.

본 발명에 따른 고도처리방법에서 하수의 체류시간은 혐기조(10) 및 무산소조(20)의 경우에는 1~3시간, 호기조(30a 내지 30e)의 경우에는 4~6 시간인 것이 바람직하며, 상기 체류시간은 상기에서 한정한 범위에만 국한되지 않고, 하수의 영양염류의 종류와 농도에 따라 가변적으로 적절히 조정되어 질 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 고도처리방법은 영양염류의 종류와 농도의 변화에 따라 제1단의 혐기조 및 무산소조의 조합을 가변적으로 운용할 수 있도록 기존 처리공법을 최대한 유지한 상태에서 상기와 같은 개선 시설의 조건에 맞게 운전방식을 개선한 것이 특징이다.

이하 본 발명의 구성을 아래 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바 본 발명이 하기의 실시예에 의해서만 반드시 한정되는 것은 아니다.

1. 하수용 고도처리장치의 운전

(실시예 1)

오염물 농도가 BOD 215.2 mg/l, COD 119.7 mg/l, SS 216.3 mg/l, T-N 44.644 mg/l, T-P 5.307 mg/l 하수를 아래와 같은 구조를 갖는 고도처리장치를 이용하여 120 L/일의 용량으로 처리한 결과 처리수의 오염물질 제거율은 아래 [표 1]의 내용과 같다.

6단의 공간이 형성된 반응조를 4지 갖춘 고도처리장치에서 각 반응조의 제1단에서 2개조는 혐기조, 2개조는 무산소조로 배열하여 처리하였으며, 제1단의 혐기조 및 무산소조의 체류시간을 각각 2시간으로 하고, 호기조의 체류시간을 각각 6시간으로 하고, 내부 반송율(R1)을 1.0, 외부 반송율(R2)을 0.4, 내부 반송율(R3)을 0.5로 하여 하수를 처리하였다.

(실시예 2) 총질소가 실시예 1의 1.5배

오염물 농도가 BOD 249.8 mg/l, COD 151.6 mg/l, SS 250.9 mg/l, T-N 65.328 mg/l, T-P 5.173 mg/l인 하수를 아래와 같은 구조를 갖는 고도처리장치를 이용하여 120 L/일의 용량으로 처리한 결과 처리수의 오염물질 제거율은 아래 [표 1]의 내용과 같다.

6단의 공간이 형성된 반응조를 4지 갖춘 고도처리장치에서 각 반응조의 제1단에서 1개조는 혐기조, 3개조는 무산소조로 배열하여 처리하였으며, 제1단의 혐기조 및 무산소조의 체류시간을 각각 2시간으로 하고, 호기조의 체류시간을 각가 6시간으로 하고, 내부 반송율을 1.0, 외부 반송율을 0.4, 내부 반송율(R3)을 0.5로 하여 하수를 처리하였다.

(실시예 3) 인산염이 실시예 1의 1.5배

오염물 농도가 BOD 246.8 mg/l, COD 150.8 mg/l, SS 250.0 mg/l, T-N 47.532 mg/l, T-P 7.724 mg/l인 하수를 아래와 같은 구조를 갖는 고도처리장치를 이용하여 120 L/일의 용량으로 처리한 결과 처리수의 오염물질 제거율은 아래 [표 1]의 내용과 같다.

6단의 공간이 형성된 반응조를 4지 갖춘 고도처리장치에서 각 반응조의 제1단에서 3개조는 혐기조, 1개조는 무산소조로 배열하여 처리하였으며, 제1단의 혐기조 및 무산소조의 체류시간을 각각 2시간으로 하고, 호기조의 체류시간을 각가 6시간으로 하고, 내부 반송율을 1.0, 외부 반송율을 0.4,내부 반송율(R3)을 0.5로 하여 하수를 처리하였다.

2. 처리 하수의 평가

상기 실시예 1 내지 3의 방법에 따라 처리한 하수에 대한 처리수의 오염물질 농도를 측정한 결과 아래 [표 1]의 내용과 같다.

구분	BOD(mg/l)	COD(mg/l)	SS(mg/l)	T-N(mg/l)	T-P(mg/l)
수질기준	10	40	10	20	2
실시예 1	2.3	8.1	1.1	12.387	0.532
실시예 2	2.5	9.4	1.6	10.427	0.718
실시예 3	2.3	8.8	1.1	13.035	0.250

상기 [표 1]의 내용에 의하면, 실시예 1 내지 3은 모두 하수에 함유되어 있는 오염물질의 처리 방류수수질기준 이하로 처리되었으며, 하수에 함유되어 있는 질산염과 인산염의 농도에 따라 반응조의 제1단을 혐기조와 무산소조를 적절히 배열하고, 질산염의 농도가 높은 하수는 실시예 2의 방법에 따라 반응조의 제1단을 혐기조 1조, 무산소조 3조로 배열하여 운전한 결과 질산염의 처리효율이 실시예 1 및 3에 비해 높았으며, 인산염의 농도가 높은 하수는 실시예 3의 방법에 따라 반응조의 제1단을 혐기조 3조, 무산소조 1조로 배열하여 운전한 결과 실시예 1, 2에 비해 인산염의 제거효율이 향상되었음을 확인할 수 있었다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 실시예에 따른 기존의 활성슬러지 처리시설을 개선한 하수용 고도처리장치 및 이 장치를 이용한 고도처리방법을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

10 : 혐기조 20 : 무산소조
30 : 호기조 40 : 침전조
50 : 교반기 60 : 산기관

Claims (10)

1. 복수 개의 반응조 및 복수 개의 침전조를 구비한 기존의 활성슬러지 시설을 개선한 하수용 고도처리장치에 있어서,
   상기 반응조는 그 내부가 복수 개의 격벽에 의해 복수 개의 각 단이 형성된 구조로 이루어지고,
   그리고 상기 각 단은 제1단이 혐기조 및 무산소조이고, 나머지 단이 호기조로 각각 이루어지며,
   상기 반응조는 유입하수 중에 함유되어 있는 영양염류의 종류와 농도에 따라 혐기조 및 무산소조로 이루어진 제1단에서 혐기조 및 무산소조의 배열조합을 가변적으로 운용되고,
   상기 반응조에서 혐기조에는 유입하수와 침전조로부터 외부 반송수가 유입되고, 무산소조에는 유입하수와 침전조로부터 외부 반송수, 호기조 끝단으로부터 내부 반송수가 유입되고,
   상기 호기조는 호기조 끝단으로부터 내부 반송수가 호기조 첫단으로 유입되는 것을 특징으로 하는 기존의 활성슬러지 처리시설을 개선한 하수용 고도처리장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 반응조는 제1단의 혐기조 및 무산소조의 내부에는 교반기가 구비되고, 나머지 단인 호기조의 내부에는 공기를 공급하기 위한 산기관이 구비되는 것을 특징으로 하는 기존의 활성슬러지 처리시설을 개선한 하수용 고도처리장치.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 격벽들은 처리하수가 전단으로부터 후단으로의 흐름시 S자 형태의 플러그 형태로 이동할 수 있도록 전단의 일측에 개방 유로구가 형성되고, 후단의 타측(전단의 반대측)에 개방 유로구가 형성되는 것을 특징으로 하는 기존의 활성슬러지 처리시설을 개선한 하수용 고도처리장치.
   
7. 복수 개의 반응조 및 복수 개의 침전조를 구비한 기존의 활성슬러지 시설의 공법을 개선한 하수용 고도처리방법에 있어서,
   상기 반응조는 제1단이 혐기조 및 무산소조가 배열조합되고, 나머지 단이 각각 호기조의 구조로 이루어지도록 형성시키는 단계(S1)와;
   상기 각 반응조들의 제1단인 혐기조 및 무산소조에는 각각 영양염류가 함유된 하수가 유입되고, 내부 반송수가 호기조 끝단에서 제1단인 무산소조로 내부반송되고, 침전조로부터 반송슬러지가 반송되어 유입하수가 처리되는 단계(S2)와;
   상기 제1단인 혐기조 및 무산소조에 유입된 하수는 혐기 및 무산소처리되고, 처리된 하수를 각각 호기조로 이송시키는 단계(S3);
   상기 제1단으로부터 호기조로 이송된 하수에 공기를 주입하여 호기처리한 다음 일부 처리수는 호기조 끝단으로부터 호기조 첫단(R3)과 무산소조(R1)로 각각 내부 반송되고, 남는 처리수는 침전조로 이송시키는 단계(S4);
   상기 침전조로 이송된 처리수는 슬러지를 침전시켜 일부는 반송수와 함께 제1단의 혐기조 및 무산소조로 외부반송(R2)하고, 나머지 슬러지는 배출하며, 상부의 처리수를 방류하는 단계(S5);
   를 포함하고,
   상기 S1 단계에서는 하수 중에 함유되어 있는 영양염류의 종류와 농도에 따라 제1단의 혐기조 및 무산소조의 조합이 가변적으로 운용되고,
   상기 각 반송율은 내부 반송율(R1)이 1.0~2.0, 외부 반송율(R2)이 0.3∼1.0, 내부 반송율(R3)이 0.5~1.0이며,
   상기 혐기조 및 무산소조는 하수의 체류시간이 1~3시간, 호기조는 하수의 체류시간이 4~6 시간인 것을 특징으로 하는 기존의 활성슬러지 처리공법을 개선한 하수용 고도처리방법.
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