KR101048666B1 - 부유식과 부착식 생물학적 영양소 제거공정 및 물리화학적 인 제거공정을 결합한 하폐수 고도처리시스템 - Google Patents

부유식과 부착식 생물학적 영양소 제거공정 및 물리화학적 인 제거공정을 결합한 하폐수 고도처리시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 부유식과 부착식 생물학적 영양소제거공정과 물리화학적 인제거공정을 결합한 하폐수 고도처리시스템에 관한 것으로, 유입수가 유입되며 상기 유입수에서 입자가 큰 물질을 제거하기 위해 설치되는 스크린과, 상기 스크린으로 보내진 유입수의 유랑부하를 완화시켜 주기 위해 설치되는 제1유량조절조와, 상기 제1유량조절조로부터 보내진 유입수를 유기물질로써 분해시키도록 함과 아울러 세포내의 인을 방출하기 위해 설치되는 제2유량조절조와, 상기 제2유량조절조로부터 보내진 유입수를 탈질시킴과 동시에 질소를 제거하기 위해 설치되는 제3유량조절조와, 상기 제3유량조절조로부터 보내진 유입수의 유기물을 산화시킴과 동시에 인을 흡수하기 위해 설치되는 무산소/호기조와, 상기 무산소/호기조로부터 보내진 유입수에서 미생물과 물을 분리시키기 위해 설치되는 고액분리조(침전지)와, 상기 고액분리조로부터 보내진 물의 질산화를 유도하기 위해 설치되는 접촉생물질산화조와, 상기 접촉생물질산화조로부터 보내진 물의 미세한 부유물까지 제거하기 위해 설치되는 고도고액분리조, 슬러지의 저장을 위한 농축조 및 상기 접촉생물질산화조에서 배출되는 물에 인제거 약품을 주입하는 약품주입부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

부유식과 부착식 생물학적 영양소 제거공정 및 물리화학적 인 제거공정을 결합한 하폐수 고도처리시스템{ADVANCED WASTEWATER TREATMENT SYSTEM WHICH COMBINED SUSPENDED AND ATTACHED BIOLOGICAL NUTRIENT REMOVAL PROCESS AND PHYSICAL-CHEMICAL PHOSPHOROUS REMOVAL PROCESS}
본 발명은 하폐수의 질소 및 인의 제거효율을 높이기 위하여 부유식과 부착식 생물학적 영양소 제거공정 및 물리화학적 인 제거공정을 결합한 하폐수 고도처리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 생물학적 영양소 제거공법에서는 질소의 제거를 위하여 질산화(nitrification) 및 탈질(denitrification) 공정을 이용한다. 질산화 공정에서, 질산화 박테리아의 재생산 시간(Doubling time)은 호기성 종속영양 박테리아(aerobic heterotrophic bacteria)에 비하여 길기 때문에, 고형물질 체류시간(SRT: solid retention time)을 충분히 길게 운전해야 한다. 반면, 생물학적 인 제거공정에서는 인의 제거량을 높이기 위하여 생물 반응조에서 인을 과잉흡수시킨 인축적 미생물(PAO: Phosphate accumulating organisms) 슬러지의 폐기량을 많게 하는 것이 효과적이므로, 고형물질체류시간을 짧게 운전해야 한다.
일반적으로 질소와 인을 생물학적으로 함께 처리하는 A2/0 공법은 생물반응조 유입수(200)가 유입되는 혐기조(210), 무산소조(220), 호기조(230), 침전조(240)의 형태로 순차 구성되어 있으며, 무산소조(220)와 호기조(230)가 내부반송라인(260)으로 연결됨과 동시에 혐기조(210)와 침전조(240)가 반송슬러지라인(270) 으로 연결되어 있다. 또한, 침전지로부터 슬러지 폐기량을 통해 미생물의 농도를 일정하게 유지한다. 상기 시스템에 대한 계통도를 도 2에 나타내었다.
상기 시스템의 호기조(230)에서는 유기물의 제거뿐만 아니라 질산화 또한 일어나므로, 고형물질 체류시간을 길게 유지해야만 한다. 그러나, 이 경우에는 생물반응조(혐기조(210), 무산소조(220) 및 호기조(230))의 침전조(240)로부터 배출되는 슬러지폐기(280)의 양이 작아져서 인축적 미생물 슬러지의 배출량이 적어지므로 인의 제거가 적어지게 된다. 또한, 반송슬러지라인(270)에 포함되어 있는 질산성 질소가 혐기조(210)로 반송되는 경우에도 인의 방출이 방해를 받게 된다.
또한, 부유성장(suspended-growth) 및 부착성장(attached-growth) 공정을 조합한 무산소/호기공정 및 생물여과 고도처리 시스템은 생물반응조유입수(300)가 유입되는 무산소조(310), 호기조(320), 침전조(330), 생물여과조(340), 저류조(350) 형태로 순차 구성되며, 무산소조(310)와 호기조(320)가 내부반송라인(360)으로 연결됨과 동시에 무산소조(310)가 침전조(330)을 거쳐 반송슬러지라인(370) 및 슬러지폐기(400)로 연결되어 있다. 상기 시스템에 대한 계통도를 도 3에 나타내었다.
부유성장 방식은 질소는 무산소조(310)와 호기조(320) 공정으로 이루어지는 질산화-탈질에 의한 질소 제거공정을 이용하여 생물학적으로 처리하고, 인은 응집제(380)를 생물여과조(340) 전에 주입하여 화학적으로 처리하는 구조이다.
상기와 같이, 화학적으로 인을 제거하기 위하여 생물여과조(340) 전에 응집제(380)를 주입하는 것은 급속혼합 및 완속혼합 후 생물여과조에 의하여 미세 플록(flock)이 제거되는 기능을 갖게 하여 응집제의 제거효율을 높일 수 있다. 그러나, 인 외의 부유물질도 응집제와 결합하게 되므로 인의 제거를 위해서는 과잉의 응집제(380) 투여가 필요하고, 응집제 주입시 pH의 저하로 인한 생물반응의 저하를 초래할 수 있으므로 알칼리의 추가 주입이 요구되며, 생물여과조의 막힘을 방지하기 위한 역세척 주기가 짧아질 수 있다.
따라서, 본 발명자들은 하폐수의 생물학적 영양소 및 인의 제거효율을 최대화하기 위하여, 부유식과 부착식 생물학적 영양소 제거공정에서는 고형물질 체류시간을 짧게 운전하고, 질소 제거에 필요한 고형물질 체류시간은 생물여과조를 통하여 확보하였으며, 인의 제거효율을 강화하기 위하여 생물여과조 후에 응집제를 투여함으로써 응집제의 투여로 인한 pH 등의 환경 변화에 민감한 질산화 미생물에 미치는 악영향을 없앨 수 있는 본 발명을 완성하였다.
즉, 본 발명은 부유식과 부착식 생물학적 영양소 제거공정 및 물리화학적 인 제거공정을 결합한 하폐수 고도처리 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 유입수가 유입되며 상기 유입수로부터 입자가 큰 물질을 제거하기 위해 설치되는 스크린과, 상기 스크린으로 보내진 유입수의 유랑부하를 완화시켜 주기 위해 설치되는 제1유량조절조와, 상기 제1유량조절조로부터 보내진 유입수를 유기물질로 분해시킴과 동시에 세포내의 인을 방출하기 위해 설치되는 제2유량조절조와, 상기 제2유량조절조로부터 보내진 유입수를 탈질시킴과 동시에 질소를 제거하기 위해 설치되는 제3유량조절조와, 상기 제3유량조절조로부터 보내진 유입수의 유기물을 산화시킴과 동시에 인을 흡수하기 위해 설치되는 무산소/호기조와, 상기 무산소/호기조로부터 보내진 유입수에서 미생물과 물을 분리시키기 위해 설치되는 고액분리조(침전지)와, 상기 고액분리조로부터 보내진 물의 질산화를 유도하기 위해 설치되는 접촉생물질산화조(생물여과조)와, 상기 접촉생물질산화조로부터 보내진 물의 미세한 부유물까지 제거하기 위해 설치되는 고도고액분리조, 슬러지의 저장을 위한 농축조 및 상기 접촉생물질산화조에서 배출되는 물에 인제거 약품을 주입하는 약품주입부로 구성되는 부유식과 부착식 생물학적 영양소 제거공정 및 물리화학적 인 제거공정을 결합한 하폐수 고도처리시스템을 제공한다.
본 발명은 생물여과조 앞에서 침전지 내의 슬러지를 폐기시켜 인제거를 위한 짧은 고형물질 체류시간을 유지시키고, 질산화에 필요한 긴 고형물질 체류시간을 생물여과조를 운영하여 유지시킬 수 있게 함으로써 생물학적 질소와 인의 동시 제거시 상충되는 고형물질 체류시간을 해결할 수 있다. 또한, 생물여과조의 특성인 충격부하에 완충능력이 큰 점을 이용하여 대규모 하수처리장은 물론 유입량의 변화가 비교적 큰 소규모 개인 하수도에서도 유기물질뿐만 아니라 질소와 인을 낮은 수준으로 유지할 수 있는 유출수를 얻을 수 있도록 함으로써 강의 조류번식을 억제하여 부영양화를 방지한다. 이렇게 처리된 처리수는 공업용수, 조경용수 및 화장실 용수 등 재이용 용수로 사용이 가능하도록 하여 도시하천의 건천화 방지 및 수생생물이 살 수 있는 하천유지용수로 활용이 가능하게 함으로써 재이용을 통한 녹색기술로써 유용하게 활용할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 하폐수 고도처리시스템의 계통도를 나타낸 것이다.
도 2는 일반적인 질소와 인을 생물학적으로 함께 처리하는 A2/O 공법의 계통도를 나타낸 것이다.
도 3은 일반적인 부유성장(suspended-growth) 및 부착성장(attached-growth) 공정을 조합한 무산소/호기공정 및 생물여과 고도처리 공정과 화학적 처리를 병행하는 시스템의 계통도를 나타낸 것이다.
이하 본 발명에 따른 부유식과 부착식 생물학적 영양소 제거공정 및 물리화학적 인 제거공정을 결합한 하폐수 고도처리시스템에 대하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 부유식과 부착식 생물학적 영양소 제거공정은 유입수(100)가 유입되며 상기 유입수(100)로부터 입자가 큰 물질을 제거하기 위해 설치되는 스크린(10)과, 상기 스크린(10)으로 보내진 유입수(100)의 유랑부하를 완화시켜 주기 위해 설치되는 제1유량조절조(20)와, 상기 제1유량조절조(20)로부터 보내진 유입수(100)를 유기물질로 분해시킴과 동시에 세포내의 인을 방출하기 위해 설치되는 제2유량조절조(30)와, 상기 제2유량조절조(30)로부터 보내진 유입수(100)를 탈질시킴과 동시에 질소를 제거하기 위해 설치되는 제3유량조절조(40)와, 상기 제3유량조절조(40)로부터 보내진 유입수(100)의 유기물을 산화시킴과 동시에 인을 흡수하기 위해 설치되는 무산소/호기조(50)와, 상기 무산소/호기조(50)로부터 보내진 유입수(100)에서 미생물과 물을 분리시키기 위해 설치되는 침전지인 고액분리조(60)와, 상기 고액분리조(60)로부터 보내진 물의 질산화를 유도하기 위해 설치되는 접촉생물질산화조(70)와, 상기 접촉생물질산화조(70)로부터 보내진 물의 미세한 부유물까지 제거하기 위해 설치되는 고도 고액분리조(80) 및 슬러지의 저장을 위한 농축조(90)로 구성된다. 이를 도 1에 나타내었다.
본 발명은 먼저 스크린(10)을 통하여 유입수(100)의 입자가 큰 물질을 제거하고, 제1유량조절조(20)를 통하여 유입수(100)의 농도와 유량부하를 완화시킨 후, 제2유량조절조(혐기탈인조)(30)에서 유입수(100)를 유기물질로 분해시키도록 함과 동시에 세포내의 인을 방출하게 된다.
상기 제3유량조절조(혐기조/무산소탈질조)(40)에서는 상기 제2유량조절조로부터 유입된 처리수의 유량이 조절되며, 탈질과정을 통하여 접촉생물질산화조(70)로부터 유입된 질산성 질소가 탈질된다. 상기 제3유량조절조에서는 인축적 미생물 중 질산성 질소를 전자수용체로서 활용하는 dPAOs를 이용하여 제2유량조절조에서 방출된 인을 과잉섭취함으로써 인을 제거하는 생물학적 인 제거가 일어난다. 상기 제3유량조절조(40)는 접촉생물질산화조(70)와 질산성질소내부반송라인(110)으로 연결된다. 상기 접촉생물질산화조(70)로부터 질산성질소내부반송라인(110)을 통한 질산성 산소의 반송은 간헐적으로 운전되기 때문에, 상기 제3유량조절조(40)는 질산성 질소의 내부반송이 있을 경우에는 무산소탈질조의 기능을 하도록 하고, 질산성 질소의 내부반송이 없을 경우에는 혐기조로 선택적인 운전이 가능하다. 이것에 의하여, 계절별 또는 유입 하수특성에 따라 운전 적응력을 높일 수 있다.
탈질된 오수는 상기 무산소/호기조(50)로 이송되어 유기물질이 분해된다. 본 발명에서 상기 무산소/호기조(50)는 종래와는 달리 유기물질의 제거가 목적이며, 고형물질체류시간이 짧게 운전되므로 질산화는 적게 일어난다. 즉, 실제적으로 상기 무산소/호기조(50)에서는 질산화는 적게 일어나고 유기물질의 분해가 일어나므로 반송슬러지라인(120) 내에 질산성 산소의 농도는 적게 된다. 따라서, 생물학적 인 제거공정에 있어서 제2유량조절조(30)는 인의 방출을 저해하는 질소에 의해 방해받지 않는다.
그 후, 상기 고액분리조(60)에서는 상기 무산소/호기조(50)로부터 유입된 폐수가 물과 미생물슬러지로 분리된다.
상기 고액분리조(60)는 농축조(90)와 미생물슬러지폐기라인(140)으로 연결되며, 상기 미생물슬러지폐기라인(140)은 제2유량조절조(30)와 반송슬러지라인(120)으로 연결된다. 분리된 미생물슬러지는 제2유량조절조(30)로 보내져 미생물의 농도를 유지시키도록 하며, 잉여 슬러지는 미생물슬러지폐기라인(140)으로 배출되어 농축조(90)로 보내지고, 농축된 슬러지는 슬러지처분장치(미도시)로 운송된다.
상기 고액분리조(60)에서는 부유성장 공정의 고형물질 체류시간(SRT)이 짧게 운전되므로 생물슬러지폐기라인(140)을 통한 생물슬러지의 폐기량이 많아지고, 또한 생물반응조(제2유량조절조(혐기탈인조)(30), 제3유량조절조(혐기조/무산소탈질조)(40) 및 무산소/호기조(50))로부터 인의 배출량이 커져 생물학적 인의 제거 효율을 증진시킬 수 있다.
한편, 미생물슬러지의 보충을 위하여 미생물슬러지폐기라인(140)으로부터 제2유량조절조(30)로 미생물슬러지를 반송하는 반송슬러지라인(120)의 경우, 도 2에 도시한 것과 같은 일반적인 고도처리 시스템과 외관상으로는 유사하게 보일 수 있다. 그러나, 상기 언급한 바와 같이 실질적으로 무산소/호기조(50)에서는 질산화가 적게 일어나고 유기물질의 분해가 일어나므로 상기 반송슬러지라인(120) 내에는 질산성 질소가 포함되지 않는다. 그러므로, 생물학적 인 제거공정인 제2유량조절조(30)에서의 인방출에 있어서도 제약 요건은 없어지게 된다.
즉, 본 발명에서는 도 2의 부유식 고도처리 시스템에서와 같이 침전조(240)에서 혐기조(30)로 반송슬러지라인(270)을 따라 슬러지가 반송되지만, 본 발명의 무산소/호기조(50)는 유기물질의 제거만을 목적으로 하고 있고, 고형물질 체류시간이 짧게 운전되므로 질산화는 일어나지 않는다는 차이점이 있다.
상기 접촉생물질산화조(70)에서는 고액분리조(60)로부터 유입된 물의 질산화가 일어난다. 질산화 과정에서 생성된 질산성 질소는 질산성질소내부반송라인(110)에 의하여 제3유량조절조(혐기/무산소탈질조)(40)로 보내지고, 여기에서 탈질과정을 통하여 질소가 제거된다.
상기 과정들에서 생물학적으로 인을 제거한 후, 강이나 호수의 부영양화 방지를 위해 유출수가 매우 낮은 농도의 인을 함유하도록 하기 위하여, 접촉생물질산화조(70)에서 배출되는 물은 공지의 인제거 약품(응집제)을 인라인(in-line) 혼합기로 급속 교반시킨 후 고도고액분리조(80)로 유입된다. 접촉생물질산화조(생물여과조)(70) 이후에 화학 응집제가 주입되므로, 응집제 주입에 의한 pH 저하 및 질산화 미생물에 미치는 영향을 없앨 수 있다.
그 후, 공지의 정밀여과(Microfiltration) 또는 섬유여과(fiber filtration) 등의 고액분리수단을 적용하는 고도고액분리조(80)를 통하여 응집슬러지를 완전히 제거함으로써 유출수의 수질을 자연수 수준으로 유지할 수 있다.
본 발명은 부유식 생물학적 영양소 제거공정과 부착식 공정인 접촉생물질산화조(70)를 조합함으로써 부유식 생물학적 반응조, 즉 제2유량조절조(30), 제3유량조절조(40), 무산소/호기조(유기물산화, 인 흡수조)(50)에서는 생물학적 인 제거공정을 강조하여 질산화를 억제하고, 또 짧은 수리학적 체류시간과 고형물질 체류시간을 유지하여 반응조의 부피를 감소시키며, 슬러지 내의 인 배출량을 증진시켜 인 제거율을 높일 수 있게 하였다.
또한, 본 발명은 고액분리조(60)에서 제2유량조절조(30)로 미생물 슬러지가 반송되지만, 반송되는 미생물 슬러지 안에는 질산성 질소가 포함되지 않으므로 제2유량조절조(혐기/탈인조)(30)에서 인 방출의 제약 요건은 없어지게 되며, 유기물이 제거된 하폐수는 질산화 박테리아가 우점화된 접촉생물질산화조(70)에서 효과적으로 질산화된 후 제3유량조절조(혐기/무산소 탈질조)로 보내져 탈질과정을 거쳐 질소가 제거되는 것이다.
이상에서와 같이 본 발명은 특정의 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 단순한 설계변경이나 관용수단의 치환 등의 경우에도 본 발명의 보호범위에 속함을 분명히 한다.
10 : 스크린 20 : 제1유량조절조
30 : 제2유량조절조 40 : 제3유량조절조
50 : 무산소/호기조 60 : 고액분리조
70 : 접촉생물질산화조 80 : 고도고액분리조
90 : 농축조 100 : 유입수
110 : 질산성 질소 내부반송 120 : 반송슬러지
140 : 미생물슬러지폐기라인 150 : 농축 슬러지
160 : 약품주입부
200 : 생물반응조 유입수 210 : 혐기조
220 : 무산소조 230 : 호기조
240 : 침전조 250 : 유출수
260 : 내부반송 270 : 반송슬러지
280: 슬러지폐기
300 : 생물반응조 유입수 310 : 무산소조
320 : 호기조 330 : 침전조
340 : 생물여과조 350 : 저류조
360 : 내부반송 370 : 반송슬러지
380 : 응집제 390 : 유출수
400 : 슬러지폐기

Claims (3)

  1. 유입수(100)가 유입되며 상기 유입수로부터 입자가 큰 물질을 제거하기 위해 설치되는 스크린(10)과, 상기 스크린(10)으로 보내진 유입수(100)의 유량부하를 완화시켜 주기 위해 설치되는 제1유량조절조(20)와, 상기 제1유량조절조(20)로부터 보내진 유입수(100)를 유기물질로 분해시킴과 동시에 세포내의 인을 방출하기 위해 설치되는 제2유량조절조(30)와, 상기 제2유량조절조(30)로부터 보내진 유입수(100)를 탈질시킴과 동시에 질소를 제거하기 위해 설치되는 제3유량조절조(40)와, 상기 제3유량조절조(40)로부터 보내진 유입수(100)의 유기물을 산화시킴과 동시에 인을 흡수하기 위해 설치되는 무산소/호기조(50)와, 상기 무산소/호기조(50)로부터 보내진 유입수(100)에서 미생물과 물을 분리시키기 위해 설치되는 고액분리조(60)와, 상기 고액분리조(60)로부터 보내진 물의 질산화를 유도하기 위해 설치되는 접촉생물질산화조(70)와, 상기 접촉생물질산화조(70)로부터 보내진 물의 미세한 부유물까지 제거하기 위해 설치되는 고도고액분리조(80), 슬러지의 저장을 위한 농축조 및 상기 접촉생물질산화조에서 배출되는 물에 인제거 약품을 주입하는 약품주입부로 구성되며,
    상기 고액분리조(60)와 농축조(90)는 생물슬러지폐기라인(140)으로 연결하되, 상기 생물슬러지폐기라인(140)과 제2유량조절조(30)는 반송슬러지라인(120)으로 연결하여 상기 고액분리조(60)에서 미생물과 물이 분리되어 미생물 슬러지를 제2유량조절조(30)로 보내 미생물 농도를 유지시키도록 하는 한편, 잉여슬러지는 생물슬러지폐기라인(140)으로 배출되어 농축조(90)로 보내진 후 농축된 슬러지는 슬러지처분장치로 운송하도록 하는 것을 특징으로 하는, 부유식과 부착식 생물학적 영양소 제거공정 및 물리화학적 인 제거공정을 결합한 하폐수 고도처리시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반송슬러지라인에는 질산성 산소가 포함되지 않는 것을 특징으로 하는 부유식과 부착식 생물학적 영양소제거공정과 물리화학적 인제거공정을 결합한 하폐수 고도처리시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제3유량조절조(40)와 접촉생물질산화조(70)를 질산성질소내부반송라인(110)으로 연결하되, 상기 제3유량조절조(40)는 상기 접촉생물질산화조(70)로부터의 질산성질소내부반송라인(110)을 통한 질산성산소의 반송이 간헐적으로 운전되는 것에 따라 상기 질산성질소의 내부반송이 있을 경우, 무산소탈질조의 기능을 하도록 하고, 반대로 질산성질소의 내부반송이 없을 경우에는 혐기조로 선택적인 운전이 가능하도록 하여 계절별 또는 유입 하수특성에 따라 운전 적응력을 높일 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 부유식과 부착식 생물학적 영양소제거공정과 물리화학적 인제거공정을 결합한 하폐수 고도처리시스템.
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KR20170019986A (ko) 2015-08-13 2017-02-22 한국과학기술연구원 폐알루미늄을 이용한 입상형 흡착여재 및 그 제조방법
CN115231784A (zh) * 2022-09-23 2022-10-25 北京涞澈科技发展有限公司 一种基于磷回收的污水除磷一体化装置

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