KR101023479B1

KR101023479B1 - 미세사 생물담체와 약품을 이용한 하, 폐수,축산폐수처리장의 연속회분식 호기탈질방법 및 장치

Info

Publication number: KR101023479B1
Application number: KR20080068625A
Authority: KR
Inventors: 엄태경; 박상수; 최창희
Original assignee: (주)태화종합기술공사; (주)범한엔지니어링 종합건축사 사무소
Priority date: 2008-07-15
Filing date: 2008-07-15
Publication date: 2011-03-28
Also published as: KR20100008185A

Abstract

본 발명은 미세사 생물담체와 약품을 이용한 하. 폐수/축산 폐수처리장의 연속 회분식 호기탈질방법 및 장치에 관한 것이다.

이를 위하여, 침사지 설비 또는 종합협잡물제거장치에서 유입수 중의 협잡물 및 모래를 제거하는 단계; 유량조정 조에서 일정시간 저류한 다음 유입수를 SBR 반응조로 이송하되, 유입수의 이송은 혐기공정 초기와 제한호기공정의 전반부에 이송하는 단계; 2개 이상으로 구성한 SBR반응조는 혐기, 제한호기, 호기, 침전, 상등수 배수, 잉여슬러지 배출공정순서로 운전하는 단계;

SBR 반응조에서 미세사 생물담체가 부유하면서 처리하는 단계 ; 유입수의 C/N비가부족한 경우에는 전자공여체를 혐기 공정 종료시에 주입 하는 단계; 및

인 제거율이 낮은 경우에는 호기공정 중에 응집제를 주입하는 단계로 구성한 미세사 생물담체와 약품을 이용한 하. 폐수/축산폐수처리장의 연속 회분식 호기탈질 방법 및 장치를 제공한다.

S B R, 미세 사, 생물 담 체, 질산화 동시 탈질, 담 체 분리기, 응집제

Description

미세사 생물담체와 약품을 이용한 하, 폐수, 축산폐수처리장의 연속회분식 호기탈질방법 및 장치{A aerobic deammonification method of SBR type sewage, waste, livestock waste water treatment plant by use of micro sand bio mass, chemical and apparatus therof}

본 발명은 상수도 및 하수, 폐수, 축산폐수, 분뇨처리에 관한 기술로서, 미세사를 미생물 담체와 침전조제로 이용하고, 약품을 사용하여 회분식 처리를 하는 미세사 생물담체와 약품을 이용한 하. 폐수/축산폐수처리장의 연속회분식 호기탈질 방법 및 장치에 관한 것이다.

종래의 질산화 및 탈질을 별개의 공정에서 수행하는 고도처리공정은 구조물과 설비의 복잡성이나 낮은 질소제거율, 소비동력 과다 등 많은 문제점이 있었고, 일반적인 SBR공법에서는 질소 제거율이 매우 낮은 문제가 있었다.

호기탈질(질산화 동시 탈질 이라고도 함, 이하 혼용함)공정은 이론적으로 질소를 100％제거할 수 있어서, 종래의 고도처리공정이 가지고 있는 낮은 질소제거율의 문제를 해결할 수 있는 새로운 질소제거방법으로 최근에는 SBR(sequencing batch reactor)공정에까지 그 사용이 확대되고 있다.

그러나 종래의 SBR 공정에서 호기탈질 공정을 적용하기 위해서는 매우 큰 반응 조와 긴 처리시간을 필요로 하여 적용에 어려움이 있었다.

본 출원인의 선 출원 특허출원번호10-2008-0066922호는 미세사 생물담체를 사용하므로써 호기탈질이 가능한 SBR공법을 제공하고 있으나 COD/NH₄-N(질소)비율이 부족한 경우이거나 인 제거율이 낮은 경우에 대한 처리방안이 제시되지 않아서, 이런 경우에도 질소제거와 인 제거율을 최대화할 수 있는 처리방법 및 장치가 필요하게 되었다.

본 발명은 상기와 같은 과제의 해결을 위하여,

유입수의 협잡물과 모래를 제거하는 협잡물종합처리장치 또는 침사지 설비;

유입수를 일정시간 저장하고 교반능력을 갖춘 유량조정조;

유입수의 총질소 농도와 COD농도를 측정하는 총 질소계와 COD계;

유입수를 SBR반응조로 이송하는 유입수 이송펌프;

유입수의 이송량을 측정하는 유입수 유량계;

포기 및 교반, 상등수 배수 장치를 갖춘 2개 이상의 SBR반응조;

상기 SBR반응조내에 부유하는 미세사 생물담체;

상기 SBR반응조에 전자공여체를 공급하는 약품공급장치;

상기 SBR반응조에 응집제를 공급하는 응집제공급장치;

상기 SBR반응조의 포기상태 및 교반, 약품, 응집제공급등을 자동제어하는 자동제어기 ;

SBR반응조의 잉여 슬러지를 이송하는 잉여 슬러지 펌프;

잉여 슬러지를 생물담체와 슬러지로 분리하는 담체 분리기;

분리된 생물담체를 SBR반응조로 이송하는 담체 이송펌프;

분리된 슬러지를 농축, 탈수하는 탈수장치;

SBR반응조의 상등수를 저장하는 상등수 저류조; 및

선택적으로 적용하는 3차처리와 소독장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세사와 약품을 이용한 하. 폐수/축산폐수처리장의 연속 회분식 호기탈질 방법 및 장치를 제공한다.

본 발명은 미세사를 생물담체로 이용하여 미생물의 양을 증가시키고, 슬러지의 침전성을 향상시키고, 전자공여체 또는 응집제를 선택적으로 공급함으로써, SBR공법의 처리시간 단축을 통한 경제성 및 처리효율 향상 및 다양한 수질에 대한 적용이 가능하게 하여 SBR공법의 효용성을 높이고, 100％에 가까운 질소 및 인의 제거로 인한 처리수질향상에 의한 방류수역 수질 및 수 생태계보전과 수 변 생활의 쾌적성 향상의 효과가 있다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다 (도1∼도5참조) .

하수, 폐수, 축산폐수, 분뇨 등의 유입수는 협잡물 종합처리장치 또는 침사지설비(10)에서 유입수중의 큰 협잡물과 미세한 협잡물 및 0.15mm이상의 모래를 제거한 후 유량조정조(20)로 이송한다.

유량조정조(20)에서는 유입수를 3∼8시간동안 저류함으로서, SBR반응조(30)로 이송하는 유입수의 변동을 최소화하여 균등하게 공급할 수 있도록 한다.

유량조정조(20)내에는 유량조정조 교반기(21)을 설치하여, 유입수중의 미세한 고형물이 침전되는 것을 방지하고 총 질소계(400)와 COD계(500)를 설치하여 유입수의 총 질소농도와 COD농도를 측정한다.

유입수는 유입수 공급펌프(22)에 의하여, 유입수 공급공정시에 SBR반응조(30)로 이송하고 유입수 유량계(600)로 유입수 공급량을 측정한다.

SBR 반응조(30)내에는 포기 및 교반을 할 수 있는 장치와 DO메타(36), ORP메타(37), pH메타(38) 및 자동제어기(35)를 설치하여, SBR 반응조를 계획한 순서 및 시간 간격에 따라 제한호기, 혐기, 호기, 침전, 상등수 배수, 잉여슬러지 배출공정, 또는 혐기, 제한호기, 호기, 침전, 상등수 배수, 잉여슬러지 배출공정 순으로 운전을 하고, DO 또는 ORP값이 적정하게 유지되도록 포기기 및 교반기의 가동상태를 자동으로 조절한다.(도6∼도10참조).

SBR반응조에 전자공여체를 주입하기 위한 약품공급장치(200), 응집제를 공급하기 위한 응집제공급장치(300)를 설치하여, 유입수질 및 공정상태에 따라 각각 적정량을 자동주입하도록 한다.

또한 SBR반응조에는 지름 0.1∼0.15mm의 미세사를 투입하여, 미생물이 이 미 세사에 부착하여 생물담체가 되도록 배양함으로써, 반응조내의 미생물 농도를 대폭적으로 증가하고, 침전속도를 빠르게 하여 처리 효율을 높인다.

후술하는 바와 같이 미세사를 이용한 생물담체의 작용으로 SBR반응조의 처리속도는 기존의 부유성장식 반응조에 비하여 훨씬 빠르게 할 수 있다.

SBR반응조(30)는 2개이상 설치하여 서로 교대로 반복하여 운전함으로 서, 유입수의 처리가 연속적으로 이루어지도록 한다.

SBR반응조에서 생물처리가 완료된 유입수는 약 30∼40분간 침전시킨 후 상등수는 상등수 집수장치(31 )를 통하여 상등수 저류조(40)으로 이송한다.

상등수 저류조에 이송된 상등수는 상등수 배수펌프(41)에 의하여 선택적으로 적용하는 3차 처리공정(50) 또는 소독조(60)으로 이송되어 소독처리한 후에 방류수역으로 방류된다.

3차처리공정은 필요에 따라 색도, COD, SS등을 추가적으로 제거하며, 물리 화학적, 생물학적 처리 공정이 사용된다.

소독조는 처리수 중의 유해세균인 대장균군등을 사멸시켜서 위생상 안전한 물로 처리한다.

상등수 저류조에는 수위측정기를 설치하여 수위에 따라 상등수 배수펌프의 가동을 자동으로 제어한다.

SBR반응조의 침전공정에서 침전된 슬러지중 잉여 슬러지는 잉여 슬러지 펌프를 통하여 담체 분리기(80)로 이송한다.

담체 분리기(80)는 여러 가지 방법이 사용될 수 있으며, 수력사이클론 방식 을 사용하는 것이 바람직하다.

잉여 슬러지 중에는 부유 미생물과 생물담체(100)가 포함되어 있으며, 생물담체는 부유미생물보다 비중이 크기 때문에 수력사이클론 내에서 원심력에 의하여 생물담체는 담체 분리기의 하부로 침전되고, 부유 미생물 슬러지는 상부를 통하여 배출된다.

침전된 생물담체(100)는 담체이송펌프(81)를 통하여 SBR반응조(30)로 이송하여 재이용하고, 분리된 슬러지는 슬러지 농축 탈수장치(90)로 이송하여 탈수처리한 다음 탈리액은 유입부로 반송하고, 탈수 케이크는 외부로 반출하여 처분한다.

도 1은 본 SBR반응조에서 질산화 동시 탈질법(호기탈질)을 수행하는 공정순서도로서, 혐기, 제한호기, 호기, 침전, 상등수 배수, 잉여슬러지 배출 공정순서로 한 사이클로 하는 처리방법이고, 도 2는 제한호기, 혐기, 호기, 침전, 상등수배수, 잉여슬러지 배출을 한 사이클로 하는 공정을 반복하게 한 것이며, 유입수는 제한 호기공정의 전반 1/4∼3/4 이내의 기간에 걸쳐서 균등하게 공급하거나, 또는 혐기공정과 제한호기 공정의 전반 1/4∼3/4에 걸쳐서 유입수를 공급하도록 한 것으로서, 유입수 공급기간은 유입수질에 따라서 다양하게 조절할 수 있다.

도 2에서 협기공정은 인 방출을 효과적으로 높여서 후속의 호기공정에서 슬러지가 인을 과잉흡수하도록 유도하여 인 제거 효율을 높이기 위한 것이고, 제한호기조에서 일부 탈질이 안된 경우에 존재하는 질산성질소의 완전한 탈질을 하기 위한 공정 이다.

혐기공정에 외부에서 전자공여체를 공급하여, 신속한 인방출과 잔류 질산성 질소의 완전한 탈질이 일어나게 하였다.

제한 호기 공정에서 유입수를 전반 1/4∼3/4의 기간 동안에 균등하게 공급하는 이유는 유입수의 집중 공급시 야기되는 필요산소량의 급증에 따른 포기장치의 용량이 과대해지는 것을 방지하고 동시에 탈질효율을 높이기 위한 것이며 유입수 공급시간은 유입수질의 성상에 따라 다양하게 변화될 수 있다.

호기공정은 슬러지가 인을 과다 흡수하도록 촉진하여 슬러지중의 인 함량을 높여서, 슬러지 제거를 통하여 인 제거율을 높이기 위함과 동시에 혹시 있을 수도있는 미량의 미처리 유기물의 제거 및 암모니아성 질소의 질산화를 위한 것이다.

도시하지 않았으나 도 3의 제한호기 공정과 호기공정사이의 혐기공정을 생략하고 제한호기 공정과 호기 공정만으로 처리공정을 구성하여 인제거는 응집제를 사용하여 제거하거나 3차처리 공정에서 제거하는 방법도 사용될 수 있다.

침전공정은 슬러지와 상등수를 분리하기 위하여 30∼40분간 중력식으로 침전시키고, 침전이 완료되면 상등수는 상등수 집수장치를 통하여 상등수 저류조로 이송하고, 잉여 슬러지는 잉여 슬러지 펌프를 사용하여 담체 분리기로 이송한다.

질산화 동시 탈질(호기탈질)의 경우는 제한호기공정의 ORP값을 +330mV(백금전극 사용시는 +125mV)로 일정하게 유지해야 하며 제한호기 공정에 공급하는 공기량을 자동제어함으로써, ORP값을 일정하게 유지한다.

질산화동시탈질은 전통적인 질산화 및 혐기 탈질과는 다른 미생물 대사과정을 가지는 새로운 질소제거 방법으로 그 반응 속도는 전통적인 질산화 및 혐기 탈질에 비하여 상대적으로 매우 느리다.

MLSS(혼합액 고형물농도) 3,000mg/ℓ정도일 때의 질산화동시 탈질 공정의 질산화 속도 정수와 탈질속도정수는 다음과 같은 시험 예가 있다.

상기 속도정수와 3,000mg/L의 MLSS 농도를 가진 종래의 부유성장식반응조의 질산화동시 탈질에 필요한 체류시간은 8시간이었으며 내생탈질6시간과 2시간의 호기공정을 포함한 총 체류시간은 16시간으로서, 이와 같이 긴 체류시간을 SBR방식으로 처리할 경우, MLSS농도가 3,000mg/L정도로 제한을 받는 부유식 반응조를 가진 경우, SBR반응조가 너무 커져서 실현이 불가능하였다.

SBR반응조에서 MLSS농도를 높이면 높일수록 체류시간은 짧아지며, 미세사 생물담체를 이용한 생물담체의 MLSS농도는 6,000∼10,000mg/L에서도 중력침전이 가능함으로, 체류시간은 2.5∼4시간으로 단축이 가능하다.

질산화동시탈질은 암모니아성 질소가 외견상 질산화를 거치지 않고 바로 탈질이 되는 것처럼 보이기 때문에 호기탈질(aerobic deammonification)이라고도 하며, 질산화동시탈질의 질소 제거는 주로 아질산균인 Nitrosomonas 와 종속영양세균인 Acaligenes faecalis, Thiopharera pantotropha 등의 세균에 의하여, DO농도가 낮은 호기조건에서, 질산화와 탈질이 동시에 이루어지며 반응식1과 같은 과정으로 일어나는 것으로 추정된다.

[반응식 1]

위의 반응식1에 의하여 질소제거(탈질) 효과를 계산하면 다음과 같다.

반응식1에서 암모니아(NH₄ -N) 1분자와 아질산(N0₂ ) 1.26분자가 반응하여 질소가스(N₂ )1.12분자 와 슬러지로서 0.02N의 질소가 발생하여 이중 N₂ 1.12분자는 질소가스로서 제거하고 0.020N은 슬러지로서 제거하면 제거된 총 질소는 (1.12×2N + 0.02N =2.26N)으로 유입수 중에 존재하던 질소 ( NH₄ -N + 1.26N0₃ = 2.26N)에 대하여 2.267÷2.26=1.0 즉 이론적으로 100％의 질소를 제거할 수 있으며 실험결과는 유입수의 CODcr/NH₄-N의 비율이 11.2이상에서 100％제거가 가능하였으며, CODcr/NH₄-N비율이 이값보다 작으면, 질산성질소가 잔류하여 질소제거율이 저하하고, CODcr/NH₄-N비율이 이값보다 더 크면 COD제거율이 저하하였으나 본 발명에서는 미처리된 COD는 호기공정에서 추가적으로 제거되었고, 유입수의 C/N비 부족시에도 혐기공정에 전자공여체를 사용함으로써, 미처리된 질소도 완전히 제거되었다.

혐기공정에 공급하는 전자공여체로는 메탄올이 가장 널리 사용되고, 현장여건에 따라서는 사탕( 당밀폐액)도 훌륭하고 경제적인 전자공여체가 된다.

수소가스는 처리수에 아무런 영향도 미치지 않고 슬러지 발생량도 적은 이점이 있으나 수소가스의 포화농도가 낮아 수소가스를 물속에 용해시키는 방법에 유의 해야한다.

이외에도 전자공여체로 황(S)을 사용할 수 있으나 황을 사용할 때는 제거된 질소량의 1.1배의 황산기(S04)가 발생하므로 경우에 따라서는 황화수소(H2S)를 형성하여 악취 및 부식을 발생하므로 전자공여체 선정시 신중을 기하여야 한다.

또한 다른 전자 공여체로는 아세틱산(식초), 에탄올(알콜)등도 사용가능하나 가격이 상대적으로 비싸서 경제적인 검토가 필요하다.

생물담체를 조성하는 방법은 SBR 반응조(30)내에 지름이 0.1∼0.15mm의 미세사(미세한 모래))를 주입하고, 약 1∼3개월간 운전을 하면 이 미세사에 SBR 반응조내의 미생물이 부착하여 생물막을 형성하여 생물담체(100)가 되고, 생물막의 두께는 통상 100㎛이내이다.

외국에서의 연구사례로서, UASBR(상향류식 혐기성 반응조)에 미세사를 사용한 경우 생물막 두께가 1mm정도로 두껍게 형성된 사례가 보고되어 있으나, 본 SBR 반응조에서는 공기교반 및 기계교반 의 완전혼합조건하에서 생물막이 형성되므로, 강한 교반력에 의하여 생물막 두께가 어느 정도 이상이 되면 생물담체로부터 탈락되어서 생물막 두께는 거의 일정하게 유지되며 비교적 얇게 형성된다.

이 미세사에 미생물이 부착하여 생물막을 형성하면, SBR 반응조내의 미생물량(MLSS)을 증가시키기가 매우 용이하며, 또한 이 미세사 생물담체(100)의 비중이 커서 무겁고( 모래의 경우 2.5) 지름이 크기 때문에 Stokes의 침전공식에 따라 침전속도가 매우 크게 되어 침전이 신속하게 이루어진다.

실제 SBR 반응조내에서의 슬러지 침전은 슬러지 농도가 높아서 단독침전이 아니고 간섭침전이 됨으로 Stokes의 침전법칙에 따른 침전속도에는 미치지 못하지만, 부유성장식 슬러지의 침전에 비하여, 침전속도는 현저히 증가하여 침전이 빠르게 일어난다.

SBR 반응조 내에서 생물담체가 반응조의 바닥에 가라앉지 않고, 유동상태를 유지하기 위해서는 포기(aeration) 또는 교반시의 유체유동 속도가 생물담체의 침전종속도보다 커야하고, 또한 침전시 반응조 바닥에 침전되었던 생물담체가 다시 떠오르는 속도(소류속도라고 함)보다 커야 한다.

일반적으로 SBR 반응조 내에서 유입수와 생물담체 및 혼합액이 활발히 접촉하기 위해서는 완전혼합조건을 유지해야 하며, 완전혼합조건은 SBR 반응조 내의 모든 부분에서 유속이 0.2m/s이상으로 정의된다.

따라서 생물담체가 SBR 반응조 내에서 유동하고, 또 침전 후 다시 떠오르기 위해서는 생물담체의 침전 종속도 및 소류속도가 완전혼합조건인 0.2m/s보다 작아야 한다.

수학식 1은 독립입자의 종속도를 구하는 식으로서, Reynolds Number가 1보다 작은 경우 구형(球形)의 독립입자가 정지유체 또는 층류 층을 침하하는 종속도는 다음 수학식 1과 같고 소류속도는 수학식 2와 같다.

[수학식 1]

여기서, Vs : 독립입자 종속도(cm/sec)

p : 유체의 밀도 (g/cm³)

μ : 유체의 점성계수(g/cm.sec)

p s : 입자의 밀도 (g/cm³)

g :중력가속도(980cm/sec²)

d : 입자경 (cm)

[수학식 2]

여기서, Vc : 소류속도(cm/sec)

β : 상수(모래인 경우 0.04)

g :중력가속도(980cm/sec²)

s : 입자의 비중

d : 입자경 (cm)

f : Darcy-weisbach 마찰계수(0.03)

표1 및 표2 는 각종 미세사 생물담체에 대한 물리적 특성과 계산식1과 계산식2에 의한 수온 4℃에서의 침전속도 및 소류속도를 표시한 것이다.

[표 1]

각종 미세사의 특성

[표 2]

각종 생물담체의 특성

상기 표1과 표2에 표기된 것과 같이 미세사나 생물담체 모두에 있어서 침전속도 및 소류속도가 완전혼합조건의 유속인 0.2m/s보다 작으므로 생물담체는 SBR반응조 내에서 유동상태를 유지할 수 있음을 알 수 있다.

또한 연속류식 처리장의 최종 침전지의 표면적부하가 20m/일 정도이고, 빠른 침전속도로 계획된 SBR반응조의 침전속도가 70m/일 정도인 것과 비교하면 상기 표2에 표기된 생물담체의 침전속도는 기존 침전방법의 7∼12배로 매우 빠른 것을 알 수 있다.

생물담체에 부착된 생물막 두께를 50㎛로 가정했을 경우, 담체의 부피는 지름의 3승에 비례하므로, 담체의 부피에 대한 미생물의 부피는 0.15mm 미세사를 사용한 생물담체(지름0.25mm)의 경우 0.22 : 0.78이며, 생물담체량은 부피기준으로 필요미생물량의 28.2％를 투입하면 된다.

예를 들어 1,000m³의 반응조에 5,000mg/L의 미생물이 필요하다면 필요 미생물량은 5,000kg이고, 비중이 1이라면 5m³의 생물량이 필요하므로, 생물담체 초기 투입량은 5m³x 0.282 = 1.41m³의 미세사를 투입하여 생물담체로 배양하면 된다.

초기에 투입하는 미세사의 반응조부피에 대한 비율은 0.14％이다.

따라서 대부분의 생물반응조에서 계산상 필요로 하는 MLSS농도가 10,000mg/L이하인 것을 고려한다면, 초기 투입 미세사의 부피 비율은 0.3％ 이하의 매우 작은 양으로 충분하다.

이와 같이 작은 양은, 기존의 생물담체 공법들이 대부분 5∼20％의 담체량을 필요로 하는 것에 비하면 매우 작은 양임을 알 수 있고 따라서 작업이 용이하고, 경제적임을 나타내고 있다.

또한 생물담체의 재료는 내마모성이 강한 미세한 모래, 제올라이트, 안쓰라사이트, 활성탄입자, 가네트(garnet), 다공성 세라믹, 현무암, 코크스, 다공성 합성수지 등이 사용될 수 있으며 미생물의 부착이 용이한 다공성 입자인 제올라이트, 안쓰라사이트, 활성탄입자, 다공성세라믹, 현무암등의 다공질 재료의 사용이 더욱 바람직하다.

상기 SBR반응조의 운전에 있어서, 침전 및 상등수 배수를 위한 시간이 1시간 이상 걸리고 이때 생물담체(100)는 슬러지와 함께 반응조 바닥에 두껍게 가라앉아 있는 상태가 되는데, 혐기공정 시작시에 유체의 유동속도가 소류속도보다 크더라도 유입수 성상이나 슬러지 층의 두께 등에 따라서는 생물담체(100)가 신속히 떠올라 유동하지 않을 우려가 있는 경우에는, 최초 혐기공정 시작시 약 0.5∼3분간 산기관에 공기를 공급하여 포기함으로써, 생물담체를 신속히 소류(떠오르게) 하여 유동을 활성화 시킬 수 있다. (도 2,도 4참조)

SBR반응조의 포기장치는 기계식 교반기(30)과 SBR반응조 바닥에 설치한 산기관(32)와 산기관에 공기를 공급하는 송풍기(34), SBR반응조 내의 DO, ORP, pH를 측정하는 DO 메타(36 ), ORP메타(37), pH메타(38)와 이 신호를 받아서, SBR반응조 내의 DO 또는 ORP값을 일정하게 유지하도록 제어하고, 혐기, 호기 등 공정순서와 공정별 운전시간을 설정하고 제어하며, 유입수의 총질소계(400),COD계(500), 유입유량계(600), TMS계(도시하지 않음)의 신호를 받아서, 전자공여체 및 응집제주입량을 자동조정하는 자동 제어기(35)로 구성한다.(도6 참조)

("유입수의 총질소계(400),COD계(500), 유입유량계(600)의 신호를 받아서, 전자공여체 및 응집제주입량을 자동조정하는 자동 제어기(35)로 구성한다."는 이하 공통사항이므로 중복 기재를 하지 않는다)

또한 SBR 반응조의 포기장치는 이중 폰툰(pontoon)식 표면 포기기(39)와 DO메타(36),ORP메타(37),pH메타(38)와 이 신호를 받아서, SBR반응조 내의 DO 또는 ORP값을 일정하게 유지하도록 제어하고, 혐기, 호기 등 공정순서와 공정별 운전시간을 설정하고 제어하는 자동 제어기(35)로 구성한다.(도7참조)

이중 폰툰 표면 포기기(39)는 이중 폰툰(pontoon)의 하나는 고정식 폰툰(39-2이고, 하나는 가변식 폰툰(39-3)으로 하여, 호기공정의 운전 시에는 이중 폰툰의 가변식 폰툰(39-3)에 압축공기를 공급하여 부력을 증가시켜서, 부통이 어 떠오르게 하여, 표면 포기기의 임펠러(39-8)의 일부가 수면위로 나오도록 하여, 공기 공급능력을 최대로 하고, 혐기공정의 운전 시에는 이중폰툰(39-1)의 공기를 배기하여, 부력을 감소시켜서, 이중 폰툰이 더 물속에 잠기게 하여 표면 포기기(39)의 임펠러(39-8)가 수면 속에 깊이 잠기게 하여, 공기는 공급하지 않고, 혐기상태로 SBR 반응조를 교반하게 하였다.

표면 포기기는 혐기공정시와 호기 공정시 속도변화가 가능하도록 하고, 수면변동에 따라 적절한 교반력 및 산소 공급을 위하여, 인버터등을 설치하여, 가변속도 운전이 가능케 한다. (도7,도11 참조)

또한 SBR반응조의 포기장치는 SBR반응조 바닥에 설치한 수중포기기(32A)와 수중포기기에 공기를 공급하는 송풍기(34), SBR반응조 내의 DO, ORP, pH를 측정하는 DO 메타(36 ), ORP메타(37), pH메타(38)와 이 신호를 받아서, SBR반응조 내의 DO 또는 ORP값을 일정하게 유지하도록 제어하고, 혐기, 호기 등 공정순서와 공정별 운전시간을 설정하고 제어하는 자동 제어기(35)로 구성한다.(도8 참조)

또한 SBR반응조의 포기장치는 SBR반응조 바닥근처에서 수면위까지 길게 설치한 자흡식 수중포기기(32B)와 자흡식 수중포기기에 공급하는 공기량 제어 및 공기공급, 중단을 제어하는 공기제어변(33A), SBR반응조 내의 DO, ORP, pH를 측정하는 DO 메타(36 ), ORP메타(37), pH메타(38)와 이 신호를 받아서, SBR반응조 내의 DO또는 ORP값을 일정하게 유지하도록 제어하고, 혐기, 호기 등 공정순서와 공정별 운전시간을 설정하고 제어하는 자동 제어기(35)로 구성한다.(도9 참조)

또한 SBR 반응조의 포기장치는 SBR반응조 내의 폰툰(pontoon)에 설치한 단축형 자흡식 수중 포기기(32C)와 단축형 자흡식 수중 포기기의 관에 공기를 공급, 제어하는 공기 제어변(33C), SBR반응조 내의 DO, ORP, pH를 측정하는 DO메타(36),ORP메타(37), pH메타(38)와 이 신호를 받아서, SBR반응조 내의 DO 또는 ORP값을 일정하게 유지하도록 제어하고, 혐기, 호기 등 공정순서와 공정별 운전시간을 설정하고 제어하는 자동 제어기(35)로 구성한다.(도10참조)

도 1은 본 발명의 SBR반응 조의 질산화 동시 탈질(호기 탈질)공정의 처리순서도.

도 2는 도 1의 공정에서 최초 혐기공정의 초기에 공기를 공급하여 단시간 동안 포기를 하는 것을 나타낸 처리순서도.

도 3은 본 발명의 SBR반응 조의 질산화 동시 탈질(호기 탈질)공정의 다른 처리순서도.

도 4는 도 3의 공정에서 최초 제한호기공정의 초기에 공기를 공급하여 단시간 동안 포기를 하는 것을 나타낸 처리순서도.

도 5는 본 발명의 SBR공법의 공정 구성도.

도 6은 본 발명의 SBR반응 조 내의 산기장치 등을 표시한 설명도.

도 7은 본 발명의 SBR반응 조 내의 2중부통식 표면포기기 등을 표시한 설명도.

도 8은 본 발명의 SBR반응 조 내의 수중포기기 등을 표시한 설명도.

도 9는 본 발명의 SBR반응 조 내의 자흡식 수중포기기 등을 표시한 설명도.

도 10은 본 발명의 SBR반응 조 내의 부유식 단축형 자흡식 수중포기기 등을 표시한 설명도.

도 11은 본 발명의 SBR반응 조 내의 2중부통식 표면포기 기의 상세한 설명도.

Claims

유입수의 협잡물종합처리장치 또는 침사지 설비에서, 협잡물과 0.15mm이상의 모래를 제거하는 단계;

유량조정조에서 유입수를 교반하면서 일정시간 저장하는 단계;

유량조정조에서 총 질소 농도 및 COD농도를 측정하는 단계;

SBR반응조는 인 방출을 위한 혐기공정, 질산화 동시 탈질을 위한 제한호기공정, 유기물 제거 및 완전질산화를 위한 호기공정, 침전공정 및 상등수 배수와 잉여 슬러지 배출을 반복하여 운전하는 단계;

유입수 이송펌프로 유입수를 2개 이상으로 구성한 SBR반응조로 이송하되, 유입수를 혐기공정 초기 및 제한호기공정의 초기부터 1/4∼3/4기간 동안 균등하게 분할하여 공급하는 단계;

SBR반응조 내에서 미세사로 형성한 생물담체가 혐기공정과 제한호기, 호기공정중에 부유하며 유동하도록 완전혼합조건을 유지하는 단계;

SBR반응조에서 혐기공정에서는 교반기를 가동하고, 제한호기 공정에서는 산기관에 공기공급 및 선택적 교반기 가동, 호기공정에서는 산기관에 공기를 공급하고, 침전공정에서는 중력식 침전으로 상등수와 슬러지를 분리하고, 상등수 배수공정에서는 상등수 집수장치로 상등수를 집수하여 상등수 저류조로 이송하는 단계;

자동 제어장치는 SBR반응조의 제한호기공정에서는 ORP값을 +330mV 로 일정하게 자동적으로 유지하고,DO농도는 0.3∼0.8mg/범위를 유지하고, 호기공정에서는 DO 농도를 2.0mg/L이상으로 유지하고, 혐기공정에서는 ORP값이 -300mV이하가 되도록 하고, 혐기공정은 0.5∼1시간, 제한호기공정은 2.5∼4.0시간, 호기공정은 0.5∼1시간으로 제어 및 기계장치의 운전을 자동으로 제어하는 단계;

총질소계 및 COD계, 유입유량계의 신호로부터 유입수의 C/N비 부족시는,SBR반응조에 전자공여체를 자동으로 공급하는 단계;

인 제거율이 낮은 경우에는 응집제를 SBR반응조에 자동으로 공급하는 단계;

SBR반응조에서 발생한 잉여 슬러지는 담체분리기로 이송하여 담체와 잉여 슬러지로 분리하는 단계;

분리된 잉여 슬러지는 잉여 슬러지 펌프로 농축탈수장치로 이송하여 탈수 처분하는 단계 ;

분리된 생물담체를 담체 이송펌프로 SBR반응조로 이송하는 단계; 및

상등수 저류조의 상등수를 선택적으로 적용하는 3차처리와 소독을 하여 방류하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세사 생물담체와 약품을 이용한 하. 폐수/축산폐수처리장의 연속회분식 호기 탈질 방법.
유입수의 협잡물종합처리장치 또는 침사지 설비에서, 협잡물과 0.15mm이상의 모래를 제거하는 단계;

유량조정조에서 유입수를 교반하면서 일정시간 저장하는 단계;

유량조정조에서 총 질소 농도 및 COD농도를 측정하는 단계;

SBR반응조는 질산화 동시 탈질을 위한 제한호기공정, 인 방출을 위한 혐기공 정, 유기물 제거 및 완전질산화를 위한 호기공정, 침전공정 및 상등수 배수공정과 잉여 슬러지 배출을 반복하여 운전하는 단계;

유입수 이송펌프로 유입수를 2개 이상으로 구성한 SBR반응조로 이송하되, 유입수를 제한호기공정의 초기부터 1/4∼3/4기간 동안 균등하게 분할하여 공급하는 단계;

SBR반응조 내에서 미세사로 형성한 생물담체가 제한호기,혐기공정과 호기공정중에 부유하며 유동하도록 완전혼합조건을 유지하는 단계;

SBR반응조에서 제한호기 공정에서는 산기관에 공기공급 및 선택적 교반기 가동, 혐기공정에서는 교반기를 가동하고, 호기공정에서는 산기관에 공기를 공급하고, 침전공정에서는 중력식 침전으로 상등수와 슬러지를 분리하고, 상등수 배수공정에서는 상등수 집수장치로 상등수를 집수하여 상등수 저류조로 이송하는 단계;

자동 제어장치는 SBR반응조의 제한호기공정에서는 ORP값을 +330mV 로 일정하게 자동적으로 유지하고,DO농도는 0.3~0.8mg/범위를 유지하고, 호기공정에서는 DO농도를 2.0mg/L이상으로 유지하고, 혐기공정에서는 ORP값이 -300mV이하가 되도록 하고, 혐기공정은 0.5∼1시간, 제한호기공정은 2.5∼4.0시간, 호기공정은 0.5∼1시간으로 제어 및 기계장치의 운전을 자동으로 제어하는 단계;

총질소계 및 COD계, 유입유량계의 신호로부터 유입수의 C/N비 부족시는,SBR반응조에 전자공여체를 자동으로 공급하는 단계;

인 제거율이 낮은 경우에는 응집제를 SBR반응조에 자동으로 공급하는 단계;

SBR반응조에서 발생한 잉여 슬러지는 담체분리기로 이송하여 담체와 잉여 슬 러지로 분리하는 단계;

분리된 잉여 슬러지는 잉여 슬러지 펌프로 농축탈수장치로 이송하여 탈수 처분하는 단계 ;

분리된 생물담체를 모래 이송펌프로 SBR반응조로 이송하는 단계; 및

상등수 저류조의 상등수를 선택적으로 적용하는 3차처리와 소독을 하여 방류하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세사 생물담체와 약품을 이용한 하. 폐수/축산폐수처리장의 연속회분식 호기 탈질 방법.
청구항1에 있어서, 최초의 혐기공정의 초기, 또는 청구항 2에 있어서 최초의 제한호기 공정의 초기에 0.5∼3분간 포기장치에 공기를 공급하여, 미세사 생물담체의 소류를 촉진하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세사 생물담체와 약품을 이용한 하. 폐수/축산폐수처리장의 연속회분식 호기 탈질 방법.
유입수의 협잡물과 모래를 제거하는 협잡물종합처리장치 또는 침사지 설비;

유입수를 일정시간 저장하고 교반능력을 갖춘 유량조정조;

유입수의 총 질소를 측정하는 총 질소계 및 COD를 측정하는 COD계;

유입수를 SBR반응조로 이송하는 유입수 이송펌프와 유입유량계;

포기 및 교반 장치와 침전, 상등수 배수 장치를 갖춘 2개 이상의 SBR반응조;

상기 SBR반응조내에 부유하는 미세사 생물담체;

전자공여체를 공급하는 약품공급장치 및 응집제 주입장치;

상기 SBR반응조의 포기상태 및 교반, 전자공여체 및 응집제의 공급량, 공정순서 및 시간을 자동으로 제어하는 자동 제어기;

SBR반응조의 잉여 슬러지를 이송하는 잉여 슬러지 펌프;

잉여 슬러지를 미세사와 슬러지로 분리하는 담체 분리기;

분리된 미세사를 SBR반응조로 이송하는 담체 이송펌프;

분리된 슬러지를 농축, 탈수하는 탈수장치;

SBR반응조의 상등수를 저장하는 상등수 저류조; 및

선택적으로 적용하는 3차처리와 소독장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세사 생물담체와 약품을 이용한 하. 폐수/축산폐수처리장의 연속회분식 호기탈질장치.
청구항 4에 있어서,

포기 및 교반장치는 SBR 반응조의 바닥에 설치하여 혼합액에 공기를 공급하는 산기관(32), 산기관에 공기를 공급하는 가변 풍량 송풍기(34), 기계식 교반기(30), DO 농도를 측정하는 DO메타(36), ORP값을 측정하는 ORP메타(37), pH값을 측정하는 pH메타(38), 유입수 총질소계(400), 유입수COD계(500), 유입유량계(600) 및 이들 계측기의 신호를 받아서, DO, ORP값을 자동조절하고, 기계장치의 운전, 전자공여체, 응집제주입량, 공정순서 및 공정시간을 자동조절하는 자동제어기(35)를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세사 생물담체와 약품을 이용한 하. 폐수/축산폐수처리장의 연속회분식 호기탈질장치.
청구항4에 있어서,

포기 및 교반장치는 SBR 반응조의 수면에 설치하여, 이중 폰툰(pontoon)의 작용으로 호기공정에서는 표면 포기기의 임펠러(39-8)의 일부가 수면에 노출되고, 혐기공정에서는 표면 포기기의 임펠러가 수면 속에 잠기게 하여 포기와 교반을 겸용하는 표면 포기기(39)와 , DO 농도를 측정하는 DO 메타(36), ORP값을 측정하는 ORP메타(37), pH값을 측정하는 pH메타(38) 및 이들 계측기의 신호를 받아서, DO값과 완전 혼합조건을 자동 조절하고, 관련 기계장치들의 운전을 자동조절하는 자동제어기(35)를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세사 생물담체와 약품을 이용한 하. 폐수/축산폐수처리장의 연속회분식 호기탈질장치.
청구항 4에 있어서,

포기 및 교반장치는 SBR 반응조의 바닥에 설치하여, 혐기공정에서는 수중교반기로 작동하여 완전혼합을 일으키고, 호기공정에서는 송풍기(34)로부터 공급하는 공기를 분사하여, 혼합액중에 산소를 공급하는 수중 포기기(32A), 수중 포기기에 공기를 공급하는 송풍기(34), DO농도를 측정하는 DO메타(36), ORP값을 측정하는 ORP메타(37), pH값을 측정하는 pH메타(38) 및 이들 계측기의 신호를 받아서, DO값과 완전혼합조건을 자동조절하고, 관련 기계장치들의 운전을 자동조절하는 자동제어기(35)를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세사 생물담체와 약품을 이용한 하. 폐수/축산폐수처리장의 연속회분식 호기탈질장치.
청구항 4에 있어서,

포기 및 교반장치는 SBR 반응조의 중앙에 수직으로 설치하여, 혐기공정에서는 공기제어변 (33B)를 닫아 수중교반기로 작동하여 완전혼합을 일으키고, 호기공정에서는 공기제어변(33B)를 열어서 대기중의 공기를 흡입하여, 혼합액중에 산소를 공급하는 자흡식 수중 포기기(32B)와 DO농도를 측정하는 DO메타(36), ORP값을 측정하는 ORP메타(37), pH값을 측정하는 pH메타(38) 및 이들 계측기의 신호를 받아서, DO값과 완전혼합조건을 자동조절하고, 관련 기계장치들의 운전을 자동조절하는 자동제어기(35)를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세사 생물담체와 약품을 이용한 하. 폐수/축산폐수처리장의 연속회분식 호기탈질장치.
청구항 4에 있어서,

포기 및 교반장치는 SBR 반응조의 중앙에 부유식으로 설치하여, 혐기공정에서는 공기제어변 (33C)를 닫아 수중교반기로 작동하여 완전혼합을 일으키고, 호기공정에서는 공기제어변(33C)를 열어서 대기중의 공기를 흡입하여, 혼합액중에 산소를 공급하는 부유 자흡식 수중 포기기(32C)와 DO농도를 측정하는 DO메타(36), ORP값을 측정하는 ORP메타(37), pH값을 측정하는 pH메타(38) 및 이들 계측기의 신호를 받아서, DO값과 완전혼합조건을 자동조절하고, 관련 기계장치들의 운전을 자동조절하는 자동제어기(35)를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세사 생물담체와 약품을 이용한 하. 폐수/축산폐수처리장의 연속회분식 호기탈질장치.
청구항4에 있어서,

미세사 생물담체의 재료는 0.1∼0.15mm의 모래, 가네트, 제올라이트, 현무암입자, 코크스, 다공성 세라믹, 합성수지 및 0.3∼0.5mm의 안쓰라사이트, 입상 활성탄중의 적어도 하나로 하는 것을 특징으로 하는 미세사 생물담체와 약품을 이용한 하. 폐수/축산폐수처리장의 연속회분식 호기탈질장치
청구항4에 있어서,

전자공여체는 메탄올, 당밀폐액,수소가스, 입상황, 에탄올, 아세트산 중 적어도 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 미세사 생물담체와 약품을 이용한 하. 폐수/축산폐수처리장의 연속회분식 호기탈질장치
청구항 4에 있어서, 응집제는 황산알루미늄, 염화 제2 철, PAC, 황산 제2 철 중 적어도 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 미세사 생물담체와 약품을 이용한 하. 폐수/축산폐수처리장의 연속회분식 호기탈질장치.