KR101200428B1 - 중력농축 조절조를 이용하여 고농축이 가능한 슬러지 처리 방법 - Google Patents

중력농축 조절조를 이용하여 고농축이 가능한 슬러지 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 미생물 상태를 조절하고, 중력농축 조절조를 하기 a) 내지 c) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 조건을 만족하도록 제어하는 슬러지 처리방법을 제공한다.
a) DS 부하율 2.5 ~ 3.0으로 조절
b) 인발율 55 ~ 65%로 조절
c) 잉여슬러지가 중력농축 조절조 내에 체류하는 시간을 4 ~ 6시간으로 조절
본 발명에 따르면 원심농축기에 투입되는 잉여슬러지의 농도(TS)를 1%로 유지하여 슬러지 농축효율을 극대화시키고, 잉여슬러지의 약 60%만을 원심농축기로 처리하여 원심농축기에 사용되는 약품량 및 전력량을 절감할 수 있다.

Description

중력농축 조절조를 이용하여 고농축이 가능한 슬러지 처리 방법{SLUDGE TREATING METHOD FOR HIGH-CONCENTRATING SLUDGE USING GRAVITY THICKENERS}
본 발명은 하/수 폐수의 수처리 과정에서 슬러지를 농축하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중력농축 조절조의 운영 조건과 미생물 상태를 조절하여 원심농축기에 투입되는 잉여슬러지의 농도(TS)를 1%로 맞춰 슬러지 농축효율을 극대화시키고, 잉여슬러지의 약 60%만을 원심농축기로 처리하여 원심농축기에 사용되는 약품량 및 전력량을 절감할 수 있는 슬러지 처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 현재 사용하고 있는 하수 또는 폐수의 슬러지 처리 기술은, 하수 또는 폐수 처리공정 중 최초침전지에서 발생하는 생슬러지와, 포기조 다음에 설치되는 최종침전지에서 발생하는 잉여슬러지를 혼합조에서 수집하여, 이를 슬러지 소화조에서 혐기성 소화를 통해 소화하고, 다시 소화된 액을 소화슬러지 농축조에서 농축하고, 소화슬러지 탈수기에서 탈수한 다음, 고형화된 케익(Cake) 형태로 외부로 반출하는 공정으로 이루어져 있다.
그러나 일반적인 슬러지 처리방법은 최종침전지에서 슬러지의 침전이 충분하게 이루어지지 않는 문제가 있고, 이러한 문제를 해결하기 위하여 최종침전지에서 배출된 잉여슬러지를 중력농축조를 이용하여 농축시키고 원심농축기에서 재농축시키는 방법을 고려할 수 있다.
그러나 중력농축조를 이용하여 슬러지를 처리하는 방법은 다음과 같은 문제가 있다.
첫째, 잉여슬러지는 중력농축조 내에서 농축되기 전에 슬러지 부상현상(슬러지가 생분해되어 상층으로 떠오르는 현상)이 나타나 농축이 어려운 문제가 있다.
둘째, 원심농축기의 설계시방서에는 투입되는 슬러지의 농도가 1%로 명시되어 있으나 원심농축기에 투입되는 슬러지의 농도를 균일하게 1%로 조절할 수 없어 농축효율이 떨어지는 문제가 있다.
셋째, 원심농축기에 중력농축조에서 농축된 잉여슬러지가 100% 유입되기 때문에 농축처리량이 증가하고 그에 따라 약품 사용량 및 전력량이 증가하는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 원심농축기에 투입되는 슬러지 농도를 1%로 유지시켜 원심농축기의 농축효율을 극대화시킬 수 있는 슬러지 처리방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 목적은 원심농축기에 투입되는 슬러지의 양을 최소화하여 원심농축기에 사용되는 약품 사용량과 전력량을 최소화할 수 있는 슬러지 처리방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징은 침사지를 통과하여 유입된 하수가 최초침전지에서 1차 침전되어 생슬러지가 배출되는 최초침전단계와, 상기 최초침전단계에서 이송된 하수를 포기조로 유입하여 미생물의 대사작용에 의해 플럭(floc)을 형성하는 미생물처리단계와, 상기 플럭(floc)이 최종침전지에서 침전되어 잉여슬러지를 형성하는 최종침전단계와, 상기 잉여슬러지가 중력농축 조절조에서 농축되는 제 1 농축단계, 및 상기 중력농축 조절조에서 농축된 잉여슬러지가 원심농축기에 의해 농축되는 제 2 농축단계를 포함한다.
미생물처리단계에서 포기조의 미생물 상태는 하기 조건을 만족하는 슬러지 처리방법을 제공한다.
a) 평균 핀플럭이 10개 이하이고, 플럭 크기가 170 ~ 220㎛이며, 플럭 간의 간극이 40 ~ 75㎛인 플럭이 존재,
b) 현미경 화면에 사상균의 평균 면적이 전체 화면에 1/10이하로 존재
또한, 제1농축단계에서, 상기 중력농축 조절조를 하기 a) 내지 c) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 조건을 만족하도록 제어하는 슬러지 처리 방법을 제공한다.
a) DS 부하율 2.5 ~ 3.0으로 조절
b) 인발율 55 ~ 65%로 조절
c) 잉여슬러지가 중력농축 조절조 내에 체류하는 시간을 4 ~ 6시간으로 조절
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징은 침사지를 통과한 하/폐수를 1차 침전 처리하는 최초 침전지, 상기 최초 침전지에서 유입된 처리수를 미생물을 이용하여 처리하는 포기조, 및 상기 포기조에서 유입된 잉여슬러지를 2차 침전하는 최종침전지를 이용한 슬러치 처리방법에 있어서,
상기 포기조 내 미생물의 상태를 현미경으로 관찰하는 미생물 검경단계; 및
상기 검경된 결과에 따라 미생물의 상태를 조절하는 미생물 조절단계;를 포함하고,
상기 미생물 검경단계에서 포기조의 미생물은 하기 조건을 만족하는 슬러지 처리 방법을 제공한다.
a) 평균 핀플럭이 10개 이하이고, 플럭 크기가 170 ~ 220㎛이며, 플럭 간의 간극이 40 ~ 75㎛인 플럭이 존재,
b) 현미경 배율 40배 관찰 기준으로, 사상균이 차지하는 평균 면적이 전체 화면에 1/10 이하로 존재
본 발명에 따르면 원심농축기에 투입되는 슬러지 농도를 약 1%로 균일하게 유지시켜 원심농축기의 농축효율이 극대화되는 장점이 있다.
또한, 총 잉여슬러지의 약 60%만을 원심농축기에 의하여 농축하는 것이 가능해져 원심농축기에 사용되는 약품 사용량과 전력량이 최소화되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 슬러지 처리방법의 흐름도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 슬러지 처리 단계의 순서도,
도 3은 비교예 1의 중력농축 조절조에 투입되는 잉여슬러지의 투입TS 변화폭을 보여주는 그래프,
도 4는 비교예 2의 중력농축 조절조에 투입되는 잉여슬러지의 투입TS 변화폭을 보여주는 그래프,
도 5는 비교예 3의 중력농축 조절조에 투입되는 잉여슬러지의 투입TS 변화폭을 보여주는 그래프,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 중력농축 조절조에 투입되는 잉여슬러지의 투입TS 변화폭을 보여주는 그래프,
도 7은 비교예 1의 중력농축 조절조에 투입되는 슬러지의 투입량 변화폭을 보여주는 그래프,
도 8은 비교예 2의 중력농축 조절조에 투입되는 슬러지의 투입량 변화폭을 보여주는 그래프,
도 9는 비교예 3의 중력농축 조절조에 투입되는 슬러지의 투입량 변화폭을 보여주는 그래프,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 중력농축 조절조에 투입되는 슬러지의 투입량 변화폭을 보여주는 그래프,
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 플럭 상태의 현미경 사진,
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 사상균의 현미경 사진
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 원심농축기의 투입TS 변화폭을 보여주는 그래프.
도 14는 비교예1의 원심농축기의 투입TS 변화폭을 보여주는 그래프.
도 15는 비교예2의 원심농축기의 투입TS 변화폭을 보여주는 그래프.
도 16은 비교예3의 원심농축기의 투입TS 변화폭을 보여주는 그래프.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한 본 출원에서 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다.
이제 본 발명에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명하고, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 슬러지 처리방법의 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 슬러지 처리 단계의 순서도이다.
본 발명의 실시예에 따른 슬러지 처리단계는 크게 유입단계, 최초침전단계(S10), 미생물처리단계(S20), 최종침전단계(S30), 제 1 농축단계(S40), 제 2 농축단계(S50), 소화단계(S60), 및 탈수단계(S70)로 이루어진다.
이때 미생물의 상태를 관찰하는 미생물 검경단계(S21)와 미생물의 상태를 조절하는 미생물 조절단계(S22)가 더 포함될 수 있다.
상기 유입단계는 각 가정에서 배출되는 생활하수, 각종 찌꺼기와 공장에서 배출되는 산업 폐수 및 빗물, 빗물과 함께 이송되는 흙, 모래, 자갈 등이 하수구를 통하여 하수종말처리장의 침사지(10)로 유입된다.
이후 침전물과 고형물이 제거된 하수는 펌프(미도시)를 통해 최초침전단계(S10)로 펌핑된다.
상기 최초침전단계(S10)는 상기 침사지(10)에서 유입된 하수가 최초 침전지(30)에서 일정시간 체류하면서 표면에 떠다니는 부유물 등이 제거되고, 하수 중의 미세한 미립자는 침전되어 유입된 하수 중의 입자성 물질(SS; Suspended Solid)과 생물학적 산소요구량(BOD; Biochemical Oxygen Demand)이 일부 제거된다.
한편, 이때 최초침전단계(S10)에서 침전된 침전물을 생슬러지라고 하며, 상기 생슬러지는 협잡물 분리기(70)를 거쳐 후술하는 혼합저류조(100)에서 농축된 잉여슬러지와 혼합되어 소화된다.
이러한, 최초침전단계(S10)는 최초 침전지(30)에서 생물학적 산소요구량(BOD)과 입자성 물질(SS)이 일정부분 제거됨으로써 후처리 공정부하를 줄이고 처리효율을 높이게 된다.
상기 미생물처리단계(S20)는 포기조(40)에 공기를 공급하여 호기성 미생물을 빠르게 증식시키고, 증식된 미생물의 대사작용에 의해 하수에 포함된 유기물질을 산화, 분해시켜 미세한 오염물질 및 악취가 제거되도록 하는 단계이다.
상기 포기조(40)에서는 미생물의 산화 동화작용(활성)에 의해 하/폐수(처리수) 내의 유기물질을 먹이로 하고 입자성 물질(SS)을 핵으로 한 슬러지 덩어리(포기조 혼합액) 형성하는 생물학적 반응이 진행되는데, 이때 포기조(40)에는 미생물의 활성을 위한 공기(또는 산소)가 송풍기(미도시)를 통해 공급된다.
상기 최종침전단계(S30)에서는 상기 포기조(40)에서 형성된 슬러지 덩어리(포기조 혼합액)가 최종침전지(50)로 유입되어 중력침전을 통해 2차 침전 처리된다. 이때, 상기 최종 침전지(50)에서 침전된 슬러지 중에서 일부는 잉여슬러지라고 하여 슬러지 처리공정으로 이송되어 처리되고, 일부는 반송슬러지라고 하여 상기 포기조(40) 전단 부분으로 반송되어 포기조(40) 내의 미생물량을 보충한다.
그리고 최종 침전지(50)의 깨끗한 상등수(최종방류수)는 방류펌프장(60)으로 이동하여 소독 설비를 거쳐 소독된 후 방류된다.
상기 제 1 농축단계(S40)는 상기 최종 침전지(50)에서 유입된 잉여슬러지를 중력농축 조절조(80)에 의하여 농축시키는 단계이다. 상기 중력농축 조절조(80)는 중력에 의한 침전 방식으로 슬러지 TS를 약 0.5% 에서 1.0%까지 농축시키게 된다.
이때 상기 잉여슬러지가 상기 중력농축 조절조(80)에 의하여 농축이 가능하기 위하여는 침강성이 향상되어 잉여슬러지의 생분해 발생 이전에 농축 및 인발시켜야 된다.
상기 제 2 농축단계(S50)는 상기 중력농축 조절조(80)에서 농축된 슬러지를 원심농축기(90)에 투입하여 재농축시키는 단계이다.
이때 상기 원심농축기(90)는 약주입식의 SCREW DECANTER형이 사용될 수 있으며, 투입TS는 1.0%인 것이 가장 바람직하다.
상기 소화단계(S60)는 슬러지를 소화조(110) 내에서 생물학적인 처리를 하는 단계로서, 밀폐된 소화조(110) 내에서 슬러지를 약 20일간 체류시키며 약 38℃로 가온 및 교반시켜 슬러지의 유기물을 혐기성 상태에서 분해되도록 하여 슬러지 감량으로 인해 소화가스가 발생하게 된다.
이때 상기 슬러지는 최초침전지(30)에서 인발된 생슬러지와 원심농축기에서 농축된 잉여슬러지가 혼합저류조(100)에서 혼합된 것이다.
상기 탈수단계(S70)는 상기 소화단계(S60)에서 이송된 슬러지에 응집약품을 첨가하여 함수율 80%이하로 탈수시키는 단계이다.
여기에서, 원심탈수기(130)를 이용하여 슬러지 함수율 80%이하 정도의 케익상으로 탈수하여 슬러지 용량을 줄여주고, 아울러 반출, 운반 및 처분을 쉽게 하고 있는 것이다.
상기 최종처분단계는 상기 탈수단계(S70)에서 고형화된 슬러지를 매립장에 매립하거나 해양에 투기 및 재활용하여 최종적으로 슬러지가 처리된다.
<미생물 개량>
이하에서는 중력농축 조절조(80)에서 고농축이 가능하도록 1) 잉여슬러지의 침강성을 향상시키고, 2) 중력농축 조절조(80)에 균일한 투입 TS를 갖고 3) 일정한 양의 잉여슬러지를 배출할 수 있는 미생물 조건에 대하여 설명한다.
본 발명자들의 실험적 고찰에 따르면, 현미경의 검경을 통해 미생물 상태가 특정의 기준(양호 기준)을 가질 경우 슬러지의 침강성이 개선되는 점을 확인하였다.
먼저 미생물 데이화 기준에 대하여 설명한다.
상기 미생물 데이터화의 기본항목은 1) 플럭 상태, 2) 사상균, 3) 고착성 섬모군집, 4) 유동성 미생물, 5) 후생동물이다.
상기 항목에 대하여 간략하게 설명하면, 먼저 플럭 상태는 포기조(40)의 미생물 상태를 종합적으로 판단할 수 있는 중심항목으로 플럭(Floc)은 미생물 덩어리로 정의된다.
또한, 사상균은 머리카락 같은 모양의 미생물로서 슬러지 침강성을 저해하는 미생물이고, 고착성 섬모군집은 고착되어 있으면서 세균류를 잡아먹는 미생물이며, 유동성 미생물은 돌아다니면서 세균류를 잡아먹는 미생물이다. 마지막으로 후생동물이란 돌아다니면서 유동성 미생물을 잡아먹는 미생물을 말한다.
하기 [표 1]은 단계별 플럭 상태를 핀플럭의 존재, 플럭 크기, 및 플럭과 플럭 사이의 간극으로 단계별로 구분하여 데이터 기준을 마련하였고, 이때, 현미경 검경을 통해 플럭 상태가 하기 [표 1]의 1단계 내지 5단계에 있는 경우 침강성이 양호함을 확인하였다.
플럭의 크기를 나타내는 수치 '200㎛'와 플럭 간의 간극을 나타내는 수치 '50㎛'은 현미경의 40배율에 의한 확대 크기(및 간극)가 아니고, 실제 플럭의 크기(및 간극)이다.
< 단계별 플럭 상태(미생물 덩어리의 크기 및 간극 정도) >
40 ~ 200배
관찰		 핀플럭 존재 플럭 크기 플럭과 플럭 사이의 간극
1단계 없음 500㎛ 이상 200㎛ 이상
2단계 2개 이하 300 ~ 500㎛ 100 ~ 200㎛
3단계 5개 이하 300 ~ 500㎛ 100 ~ 200㎛
4단계 7개 이하 200 ~ 300㎛ 50 ~ 100㎛
5단계 10개 이하 200 ~ 300㎛ 50 ~ 100㎛
6단계 10개 이하 150 ~ 200㎛ 25 ~ 50㎛
7단계 20개 이상 30 ~ 150㎛ 10 ~ 25㎛
8단계 다량 존재 20 ~ 30㎛ 10㎛ 이내
하기 [표 2]는 사상균 출현정도를 단계로 구분한 것으로 현미경 검경을 통한 사상균의 출현 정도가 하기 [표 2] 의 1단계 내지 2단계에 속하는 경우 침강성이 양호함을 확인하였다.
< 단계별 사상균의 출현정도 >
40배
관찰		 평균 출현정도(면적)
1단계 전체 화면에 1/20 이하 차지하는 정도
2단계 전체 화면에 1/10 이하 차지하는 정도
3단계 전체 화면에 1/10 초과 차지하는 정도
4단계 전체 화면에 1/5 이상 차지하는 정도
5단계 전체 화면에 1/2 이상 차지하는 정도
하기 [표3]은 단계별 고착성 섬모군집의 출현 정도를 나타낸 것으로, 현미경 검경을 통한 고착성 섬모군집의 출현 정도가 하기 [표 3]의 3단계 내지 5단계에 속하는 경우 침강성이 양호함을 확인하였다.
< 단계별 고착성 섬모군집의 출현정도 >
40 ~ 200배
관찰		 군집 형태 및 크기(전체 출현 개체수량)
1단계 군집이 없거나, 아주 작은 군집이 단독 형태로 출현
2단계 입경(크기)이 작은 소군집(30 ~ 50㎛ 이내) 형태로 출현
3단계 입경이 작은 소군집(30 ~ 50㎛ 이내)이 3개 이상 출현,
또는 중군집(50㎛ ~ 100㎛) 형태로 1개 이상 출현
4단계 중군집(50 ~ 100㎛) 형태로 3개 이상 출현,
또는 대군집(100㎛ 이상) 형태로 3개 이내 출현
5단계 대군집(100㎛ 이상) 형태로 3개 이상 출현
하기 [표 4]는 단계별 유동성 미생물의 출현 정도를 나타낸 것으로 현미경 검경을 통한 고착성 섬모군집의 출현정도가 하기 [표 4]의 1단계 내지 3단계에 속하는 경우 침강성이 양호함을 확인하였다.
< 단계별 유동성 미생물의 출현정도 >
40배
관찰		 평균 출현 개체수량(불량성은 제외)
1단계 개체수 1개 이하
2단계 개체수 2 ~ 4개
3단계 개체수 5 ~ 6개
4단계 개체수 7 ~ 8개
5단계 개체수 9개 이상
하기 [표 5]는 단계별 후생동물의 출현 정도를 나타낸 것으로 현미경 검경을 통해 후생동물의 출현 정도가 하기 [표 5]의 2단계 내지 4단계에 속하는 경우 침강성이 양호함을 확인하였다.
< 단계별 후생동물의 출현정도 >
40 ~ 200배
관찰		 전체 출현 개체수량
1단계 출현되지 않는 정도
2단계 개체수 1 ~ 2개
3단계 개체수 3 ~ 4개
4단계 개체수 5 ~ 6개
5단계 개체수 7개 이상
이를 정리해보면 잉여슬러지의 침강성이 양호하도록 하기 위한 미생물 데이터화 단계의 유효구간은 하기 [표 6]과 같다. 하기 [표 6]과 같이 현미경 검경을 통한 미생물의 상태는 각각의 항목 중 적어도 어느 하나를 만족하는 경우 슬러지의 침강성이 향상되어 상기 중력농축 조절조(80)에 유입되어 중력농축이 가능해짐을 실험적으로 확인하였다.
플럭상태 사상균 섬모군집 유동성미생물 후생동물
양호구간 1 ~ 5단계 1 ~ 2단계 3 ~ 5단계 1 ~ 3단계 2 ~ 4단계
그러나 본 발명자들은 원심농축기(90)에 최적의 투입 농도(Total Solid: TS)를 조절하기 위하여는 고농축을 위하여 침강성뿐 아니라 슬러지의 투입 농도가 균일하여야 한다는 점을 실험적으로 확인하였고, 미생물의 조건을 양호구간으로 조절하면 슬러지의 침강성은 향상되나 슬러지의 농도(TS) 및 배출량이 일정하게 유지되지 않는 문제를 발견하였다.
따라서 슬러지의 투입 농도(TS)를 균일하게 제어하기 위한 미생물의 조건에 대하여 수처리 시설 내의 여러 운영인자를 다양하게 설정 및 분석하는 연구를 거듭해왔다. (여기서 TS(Total solid)란 고형물을 측정하는 단위로서 시료를 여과하지 않고 건조기에 건조시켜 수분을 증발시킨 후 남아있는 증발 잔유물의 측정한 값으로서 10.000mg/ℓ을 1%로 정의한다. 이하에서는 투입되는 슬러지의 농도를 "투입 TS"로 정의한다.)
이러한 연구 과정에서, 섬모군집, 유동성미생물, 후생동물의 조건을 다양하게 설정 및 분석해 보았으나, 원심농축기(90)의 설계시방서에 명시되어 있는 투입TS인 1.0%를 만족시키는 결과를 보지 못하였다.
그러나 본 발명자들은 반복된 실험과 고찰에 의하여 미생물의 상태를 파악할 수 있는 주요 항목인 플럭 상태와 사상균을 조절함으로써, 중력농축 조절조(80)에 투입되는 잉여슬러지의 투입TS를 균일하게 할 수 있음을 실험적으로 확인하였다.
하기 [표 7]은 미생물의 플럭 상태 및 사상균의 조건에 따라 중력농축 조절조(80)의 투입 TS 가 변화되는 것을 보여주는 표이다.

구 분		 비교예 1 비교예 2 비교예 3 실시예
2009.2 2009.3 2009.4 2009.8

미생물		 플럭상태 5.3~5.5 5.0~5.2 5.6~5.8 5.3~5.5
사상균 2.1~2.4 1.8~2.1 1.9~2.2 1.8~2




중력농축 조절조		 DS부하율
(DS톤/용량)		 2.672 2.955 3.180 2.964
인발율 68.643 68.592 57.366 59.942
체류시간 5.03 4.87 4.08 5.26
투입량
(㎥/d)		 6442 6648 7949 6156
투입TS
(%)		 0.560 0.60 0.54 0.65
반류수SS
(㎎/ℓ)		 257 256 425 62
농축량 (인발량) 4422 4560 4694 3690
농축TS
(%)		 1.17 1.11 1.11 1.04



원심농축기		 투입TS
(%)		 1.17 1.11 1.11 1.04
농축TS
(%)		 5.22 5.09 4.95 6.16
반류수SS
(㎎/ℓ)		 2740 2238 2183 1969
약품
주입율		 0.04 0.04 0.03 0.02
약품사용량 2233 2755 2175 1276
상기 [표 7]의 비교예와 실시예는 실제 서울시 하수종말처리장에서 실시된 하수처리 기록이며, 비교예 1 내지 3은 각각 2009.2, 2009.3, 2009.4 자 하수처리 현황이며, 실시예는 2009.08 자 하수처리 현황이다. 각 달 별로 미생물의 조건을 변경하여 하수처리를 한 결과를 기록하였다.
이때 미생물의 검경은 하수처리장에서 일일 채수할 때 채수한 포기조 말단 혼합액을 SV30실험 후 침전된 슬러지 20ml를 취하여 비이커에 담고 30분 방치 후 현미경으로 40배에서 관찰하였고, 이를 각각 미생물 데이터화 단계로 기록하였다.
상기 비교예와 실시예의 미생물 중 섬모군집, 유동성 미생물, 및 후생동물은 앞서 설명한 [표 6]에서의 유효구간을 만족하면 중력농축 조절조에 투입 TS에 영향을 미치지 않는 것으로 확인되었다.
상기 비교예 1의 플럭 상태는 상기 [표 1]에 제시된 단계 중 5.3 ~ 5.5 단계이고 사상균은 2.1 ~ 2.4 단계일 때 중력농축 조절조(80)의 투입TS는 0.56%로 나타났다. 여기서 플럭 상태 5.3 ~ 5.5 단계와 사상균은 2.1 ~ 2.4 단계는 2009년 2월 한달 동안의 측정된 플럭 상태와 사상균를 미생물 데이터화한 평균값 범위이다. 이하 비교예 2와 비교예 3도 동일하다.
이때 상기 비교예 1의 중력농축 조절조(80)의 투입TS는 0.56%를 유지하고 있으며, 비교예 2와 비교예 3은 각각 0.60%와 0.54%를 나타내고 있다.
상기 본 발명의 실시예의 플럭 상태는 5.3~5.5단계, 사상균은 1.8~2.0 단계이고, 중력농축 조절조(80)의 투입TS는 0.65%로 비교예 1 내지 비교예 3에 비하여 상대적으로 높은 투입TS값을 갖는다.
상기 비교예와 실시예의 투입 TS 차이는 도 3 내지 도 6을 참조할 때 더욱 명확해진다.
도 3 내지 도 6은 플럭 상태의 변화에 따른 투입TS 변화폭을 나타내는 그래프이다.
도 3은 비교예 1의 한달 동안 투입TS의 변화폭을 측정한 것으로서, 이를 참조할 때 최소 투입 TS가 0.4%이고, 최대 투입 TS가 0.8%로 시간에 따라 투입 TS가 매우 불규칙한 것을 알 수 있다.
도 4는 비교예 2의 한달 동안 투입TS의 변화폭을 측정한 것으로서, 최소 투입 TS가 0.45%이고, 최대 투입 TS가 0.80%로 매우 불규칙한 것을 알 수 있다.
도 5는 비교예 3의 한달 동안 투입TS의 변화폭을 측정한 것으로서, 최소 투입 TS가 0.37%이고, 최대 투입 TS가 0.70%로 비교예 1과 2에 비하여 변화폭이 다소 작아졌으나 최대치와 최소치의 차가 0.3%이상으로 투입TS가 상당히 불규칙적인 것을 알 수 있다.
그러나 도 6과 같이 플럭 상태가 5.3~5.5단계이고 사상균이 1.8 ~ 2.0단계인 경우에는 최소 투입 TS가 0.60%이고, 최대 투입 TS가 0.70%로 비교예 들에 비하여 매우 균일한 투입 TS를 갖는 것을 알 수 있다.
또한, 비교예 1을 참조할 때 플럭상태가 5.3 ~ 5.5단계 내에 있더라도 사상균이 2.0단계를 초과하면 균일한 투입TS가 어렵게 되므로 사상균은 미생물 데이터화 기준으로 2단계 이하, 바람직하게는 1.8 ~ 2.0단계로 조절되는 것이 좋다.
본 실시예에 따르면 중력농축 조절조(80)에 일정한 농도의 슬러지가 투입되므로 중력농축 조절조(80)에서의 농축이 용이하며, 후술하는 원심농축기(90)의 투입 TS를 조절하는 것이 용이한 장점이 있다.
도 7은 비교예 1의 한달 동안 중력농축 조절조에 투입된 잉여슬러지의 투입량의 변화를 나타낸 그래프이고, 도 8은 비교예 2의 한달 동안 중력농축 조절조에 투입된 잉여슬러지의 투입량의 변화를 나타낸 그래프이고, 도 9는 비교예 3의 한달 동안 중력농축 조절조에 투입된 잉여슬러지의 투입량의 변화를 나타낸 그래프이고, 도 10은 본 발명의 실시예의 한달 동안 중력농축 조절조에 투입된 잉여슬러지의 투입량의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7을 참조할 때 비교예 1의 경우 투입된 잉여슬러지의 양이 최소 4000m3/day이고, 최대량은 9000m3/day으로 투입량의 변화가 매우 큰 것을 알 수 있다.
이와 유사하게 비교예 2의 경우 도 8과 같이 투입된 잉여슬러지의 양이 최소 4800m3/day이고, 최대량은 8000m3/day이고, 도 9를 참조할 때 비교예 3의 경우 투입된 잉여슬러지의 양이 최소 5800m3/day이고, 최대량은 10000m3/day으로 투입량의 변화가 매우 큰 것을 확인할 수 있다.
그러나 본 발명의 실시예에 따른 경우 도 10과 같이 투입된 잉여슬러지의 양이 최소 5500m3/day이고, 최대량은 6800m3/day으로 최대 투입량과 최소투입량이 차이가 비교예 1 내지 3에 비하여 적고 상대적으로 매우 균일한 TS를 가질 수 있음을 알 수 있다.
이를 종합해볼 때 미생물의 플럭 상태와 사상균을 조절함으로써 중력농축 조절조(80)에 투입되는 투입TS와 투입량을 균일하게 조절할 수 있음을 알 수 있다.
이때, 본 발명의 실시예는 플럭상태가 유효구간을 다소 벗어나지만 사상균, 섬모군집, 유동성미생물, 후생동물이 표 6의 유효구간을 모두 만족하고 있으므로 중력농축 조절조(80)에 의하여 농축이 가능할 정도로 침강성이 개선된 것은 물론이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 플럭 상태의 현미경 사진이고, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 사상균의 현미경 사진이다
도 11, 도 12 및 [표 1]을 고려할 때 플럭 상태는 미생물 데이터화 기준상 5.3 ~ 5.5단계이고, 실제 측정 결과 평균 핀플럭이 10개 이하이고, 플럭 크기는 170~220㎛이고, 플럭과 플럭 간의 간격은 40~75㎛임을 확인하였다. 또한, 사상균은 미생물 데이터화 기준상 1.8 ~ 2.0단계이고 현미경 전체 화면에 1/10 이하로 차지하고 있음을 확인하였다.
<미생물 조절 인자>
본 발명에 실시예에 따른 슬러지 처리방법은 미생물의 상태를 주기적으로 파악하는 미생물 검경단계(S21) 및 미생물 상태를 조절하는 미생물조절단계(S22)를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 현미경 검경을 통한 미생물의 상태가 하기 조건을 만족하여야 한다.(이하 "미생물 개량 기준" 이라 한다.)
a) 플럭상태는 평균 핀플럭이 10개 이하이고, 플럭 크기는 170~220㎛이고, 플럭과 플럭 간의 간격은 40~75㎛인 플럭이 존재
b) 현미경 배율 40배 관찰 기준으로, 현미경 화면에 평균 사상균의 면적이 1/10 이하로 존재.
또한 추가적으로 다음과 같은 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
a) 입경이 30 ~ 50㎛인 고착성 섬모군집이 3개 이상 존재 또는 입경이 50㎛ 이상인 고착성 섬모군집이 1개 이상 존재
b) 현미경 배율 40배 관찰 기준으로, 현미경 화면에 평균 유동성 미생물 6개 이하의 개체수가 존재
c) 현미경 화면에 평균 1 ~ 6 개체수의 후생 동물이 존재
상기 미생물 검경단계(S21)에서 검경결과 상기 기준을 만족하지 못하는 경우에는 상기 미생물 조절단계(S22)에서 하기의 a) 내지 c) 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 조건을 조절하여 미생물의 상태를 조절할 수 있다. 이때 바람직하게는 하기 a) 내지 c) 조건을 모두 만족하는 것이 좋다.
a) 최초침전지 1차 처리수 BOD/SS비를 1.10 ~ 1.30으로 유지
b) 포기조의 MLSS 농도를 1,800 ~ 2,100㎎/ℓ로 유지
c) 포기조의 SRT(고형물 체류시간)를 5 ~ 6일로 유지
본 발명자들의 실험적 고찰에 따르면, 미생물의 상태는 최초침전지(20) 1차처리수의 입자성 물질(SS)의 농도에 대한 유기물질(BOD)의 농도비와 상관관계가 있으며, BOD/SS비를 1.10 ~ 1.30으로 조절하면 미생물을 개량 기준 범위 내로 조절할 수 있다.
또한, 상기 MLSS 농도는 포기조(40) 내의 미생물량(㎎/ℓ)으로서, 이러한 MLSS 농도가 1,800 ~ 2,100㎎/ℓ로 유지되면 상기 미생물 개량 기준에 보다 더 부합되도록 할 수 있다. 이때, MLSS 농도는 최종 침전지(50)로부터 포기조(40)로 반송되는 슬러지의 반송량을 조절하여 상기 범위로 유지될 수 있다.
또한, 상기 포기조(40)의 SRT(고형물 체류시간)는 포기조(40), 최종 침전지(50), 반송슬러지 등의 수처리 시설 내에 존재하는 슬러지 덩어리(포기조 혼합액)가 전체 수처리 시설 내에 체류하는 시간으로서, 이는 미생물의 나이를 의미할 수 있는데, 이러한 SRT가 5 ~ 6일 정도로 유지되면 상기 미생물 개량 기준에 보다 더 부합되도록 조절할 수 있다.
<중력농축 조절조의 TS 조절인자>
본 발명의 실시예에 따른 중력농축 조절조(80)는 전단계인 최종침전지(50)에서 펌프(미도시)를 통하여 잉여슬러지가 유입된다.
상기 중력농축 조절조(80)에서 상기 잉여슬러지가 중력 농축되는데 앞서 설명한 바와 같이 미생물의 개량에 의하여 침강성이 향상되어 잉여슬러지의 생분해 발생 이전에 농축이 가능해진다.
또한, 앞서 살펴본 바와 같이 중력농축 조절조(80)에 유입되는 잉여슬러지의 투입TS와 투입량이 일정하므로 잉여슬러지는 단기간 내에 중력농축 조절조(80)에서 고농축된다.
상기 중력농축 조절조(80)를 통하여 잉여슬러지는 농축되어 원심농축기(90)로 투입되는데 상기 원심농축기(90)는 설계시방서에 명시되어 있는 투입TS인 1.0%로 설계된다.
따라서 상기 중력농축 조절조(80)를 통하여 원심농축기(90)에 투입되는 TS를 1%로 맞추기 위하여는 하기 조건을 만족하여야 한다.
a) DS 부하율 2.5 ~ 3.0으로 조절
b) 인발율 55 ~ 65%로 조절
c) 잉여슬러지가 중력농축 조절조 내에 체류하는 시간을 4 ~ 6시간으로 조절
상기 DS 부하율에 대하여 설명한다. 먼저 DS(Dissolved solid)란 물속에 포함된 함수율 0%의 이론적인 고형물의 무게이며, 유량과 SS를 곱한 값으로 계산하고, 단위로는 kg 또는 톤(ton)을 사용한다. 즉, DS는 하수 중에 포함된 SS 성분을 고형물 무게로 환산한 것이다. 따라서 DS 부하율이란 중력농축 조절조의 용량당 체내 잉여슬러지 양으로 정의될 수 있다.
상기 DS 부하율이 3.0을 초과하면 중력농축 조절조(80) 내에 반류수 SS가 높아지게 되며 농축TS가 1% 보다 낮거나 높아져 농축효율 변화폭이 커 안정되게 농축TS 1%를 유지하는데 문제가 있으며, DS 부하율이 2.5 미만이면 중력농축 조절조(80) 내에 인발시 농축TS가 1%미만이 되어 원심농축기(90) 설계시방서에 의한 투입TS를 맞출 수 없게 된다. 따라서 바람직하게는 DS 부하율은 2.5 ~ 3.0으로 조절되는 것이 좋다.
상기 중력농축 조절조(80)는 하부에 펌프(미도시)가 연결되어 농축된 잉여슬러지가 펌프에 의하여 원심농축기(90)로 유입된다. 이때 적절한 시기에 적절한 양의 잉여슬러지를 인발하는 것이 중요하다.
인발율이 55%미만인 경우에는 중력농축 조절조(80)에 잔존한 잉여슬러지가 고농축되어 투입TS가 1%를 초과하게 되고 슬러지가 경화되는 문제가 있으며, 인발율이 65%이상인 경우에는 아직 농축되지 않은 잉여슬러지가 인발되어 투입 TS가 1%에 미달되는 문제가 있다.
따라서 바람직하게는 중력농축 조절조(80)의 인발율은 중력농축 조절조(80)의 총 투입량의 55~65%인 것이 좋다.
중력농축 조절조(80)에 투입된 하수 중 인발된 55~65%를 제외한 나머지는 상등수로 방류 펌프(미도시)를 통하여 방출된다. 이때 잉여슬러지는 침강성이 뛰어나고 균일한 농도로 공급되므로 중력농축 조절조(80) 내에서 고농축되기 때문에 상등수에 포함된 입자성 물질(반류수 SS)은 60 ~ 100 ㎎/ℓ으로 낮게 제어될 수 있다.
이는 비교예 1 내지 3의 경우 인발 후 반류수 SS가 최소 200 ㎎/ℓ인 점을 미루어 판단할 때 본 실시예를 따를 경우 비교예에 비하여 짧은 기간에 잉여슬러지의 고농축이 가능해졌음을 확인할 수 있다.
이러한 과정에 의하여 원심농축기에는 55~65%의 잉여슬러지 만이 처리되므로 처리량이 감소하여 약품사용량 및 전력량이 약 50% 감소하는 효과가 있다. 또한, 원심농축기(90)의 처리량이 감소하여 운영대수를 조절할 수 있게 된다.
마지막으로 잉여슬러지가 중력농축 조절조(80)에 체류하는 시간은 상기 인발율을 고려할 때 실험적으로 4~6/hr이 바람직한 것을 확인하였다.
또한, 상기 a) 내지 c) 조건을 만족하도록 중력농축 조절조(80)를 조절하면, 원심농축기(90)에 투입되는 TS를 1%로 균일하게 유지할 수 있다.
도 13 및 표 7을 참조할 때 중력농축 조절조(80)을 상기와 같은 조건을 만족하도록 조절하면 원심농축기(90)에 0.98 ~ 1.05%로 이상적인 투입TS를 균일하게 공급할 수 있게 된다.
이에 비하여 도 14 및 도 16을 참조하면 비교예 1 내지 3의 경우 원심농축기(90)에 투입되는 TS의 변화폭이 매우 불규칙한 것을 알 수 있고 따라서 원심농축기에 균일하게 1%의 TS를 주입할 수 없어 농축효율이 떨어지는 것을 자명하게 알 수 있다.
따라서 표 7을 참조할 때 본 발명의 실시예에 의하면 원심농축기(90)에 의한 농축 TS는 6.16%로 비교예 1 내지 3보다 농축효율이 높아져 고농축이 가능하며, 약품주입률은 0.02로 비교예 1 내지 3에 비하여 감소하여 약품 사용량이 절감된다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
예를 들면, 잉여슬러지가 중력농축 조절조(80)를 거치지 않고 바로 원심농축기(90)에 투입되더라도 상대적으로 균일한 투입TS를 갖는 잉여슬러지에 의하여 상대적으로 원심농축기(90)의 약품 사용량이나 약품주입률이 감소함은 자명하다.
10: 침사지 30: 최초 침전지
40: 포기조 50: 최종 침전지
80: 중력농축 조절조 90: 원심농축기
100: 혼합저류조 110: 소화조

Claims (10)

  1. 침사지를 통과하여 유입된 하수가 최초침전지에서 1차 침전되어 생슬러지가 배출되는 최초침전단계;
    상기 최초침전단계에서 이송된 하수를 포기조로 유입하여 미생물의 대사작용에 의해 플럭(floc)을 형성하는 미생물처리단계;
    상기 플럭(floc)이 최종침전지에서 침전되어 잉여슬러지를 형성하는 최종침전단계;
    상기 잉여슬러지가 중력농축 조절조에서 농축되는 제 1 농축단계; 및
    상기 중력농축 조절조에서 농축된 잉여슬러지가 원심농축기에 의해 농축되는 제 2 농축단계;를 포함하되,
    상기 미생물처리단계에서, 포기조의 미생물은 하기 조건을 만족하는 슬러지 처리 방법.
    a) 평균 핀플럭이 10개 이하이고, 플럭 크기가 170 ~ 220㎛이며, 플럭 간의 간극이 40 ~ 75㎛인 플럭이 존재
    b) 현미경 배율 40배 관찰 기준으로, 사상균이 차지하는 평균 면적이 전체 화면에 1/10 이하로 존재
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 미생물처리단계에서,
    포기조의 미생물 상태는 하기 조건 a) 내지 c) 중 어느 하나 이상을 더 만족하는 슬러지 처리 방법.
    a) 입경이 30 ~ 50㎛인 고착성 섬모군집이 3개 이상 존재 또는 입경이 50㎛ 이상인 고착성 섬모군집이 1개 이상 존재
    b) 현미경 배율 40배 관찰 기준으로, 현미경 화면에 평균 유동성 미생물 6개 이하의 개체수가 존재
    c) 현미경 화면에 평균 1 ~ 6 개체수의 후생 동물이 존재
  4. 제1항에 있어서, 상기 미생물 처리단계는
    상기 포기조 내 미생물의 상태를 현미경으로 관찰하는 미생물 검경단계; 및
    상기 검경된 결과에 따라 미생물의 상태를 조절하는 미생물 조절단계;를 더 포함하고,
    상기 미생물조절단계는,
    하기 a) 내지 c) 중에서 선택된 하나 이상의 조건을 만족하는 슬러지 처리 방법.
    a) 최초침전지 1차 처리수 BOD/SS비를 1.10~ 1.30으로 유지
    b) 포기조의 MLSS 농도(포기조의 미생물량)을 1,800 ~ 2,100㎎/ℓ로 유지
    c) 포기조의 SRT(고형물 체류시간)를 5 ~ 6일로 유지
  5. 제1항, 3항, 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 농축단계에서, 상기 중력농축 조절조에 투입되는 잉여슬러지의 농도(TS)는 0.6 ~0.7%인 슬러지 처리 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1농축단계에서,
    상기 중력농축 조절조를 하기 a) 내지 c) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 조건을 만족하도록 제어하는 슬러지 처리 방법.
    a) DS 부하율 2.5 ~ 3.0으로 조절
    b) 인발율 55 ~ 65%로 조절
    c) 잉여슬러지가 중력농축 조절조 내에 체류하는 시간을 4 ~ 6시간으로 조절
  7. 제6항에 있어서, 상기 제 1 농축단계에서,
    상기 중력농축 조절조에서 방출되는 반류수 SS(입자성 물질)는 60 ~ 100 ㎎/ℓ로 유지되는 슬러지 처리 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제 1 농축단계에서 상기 원심농축기에 투입되는 잉여 슬러지의 농도(TS)는 0.98 ~ 1.05%인 슬러지 처리 방법.
  9. 침사지를 통과한 하/폐수를 1차 침전 처리하는 최초 침전지, 상기 최초 침전지에서 유입된 처리수를 미생물을 이용하여 처리하는 포기조, 및 상기 포기조에서 유입된 잉여슬러지를 2차 침전하는 최종침전지를 이용한 슬러치 처리방법에 있어서,
    상기 포기조 내 미생물의 상태를 현미경으로 관찰하는 미생물 검경단계; 및
    상기 검경된 결과에 따라 미생물의 상태를 조절하는 미생물 조절단계;를 포함하고,
    상기 미생물 검경단계에서 포기조의 미생물의 상태는 하기 조건을 만족하는 슬러지 처리 방법.
    a) 평균 핀플럭이 10개 이하이고, 플럭 크기가 170 ~ 220㎛이며, 플럭 간의 간극이 40 ~ 75㎛인 플럭이 존재,
    b) 현미경 배율 40배 관찰 기준으로, 사상균이 차지하는 평균 면적이 전체 화면에 1/10 이하로 존재
  10. 제9항에 있어서, 상기 최종침전지에서 생성된 잉여슬러지를 중력농축 조절조에서 농축하는 제 1 농축단계; 및
    상기 중력농축 조절조에서 농축된 잉여슬러지가 원심농축기에 의해 농축되는 제 2 농축단계;를 더 포함하고,
    상기 중력농축 조절조를 하기 a) 내지 c) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 조건을 만족하도록 제어하는 슬러지 처리 방법.
    a) DS 부하율 2.5 ~ 3.0으로 조절
    b) 인발율 55 ~ 65%로 조절
    c) 잉여슬러지가 중력농축 조절조 내에 체류하는 시간을 4 ~ 6시간으로 조절
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