KR101405009B1 - 분리막을 이용한 슬러지 감량형 하수고도처리 장치 및 이를 이용한 하수고도처리 방법 - Google Patents

분리막을 이용한 슬러지 감량형 하수고도처리 장치 및 이를 이용한 하수고도처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대규모 하수처리를 위하여 생물학적 반응조에 슬러지 감량 유도조 및 가압식 막 분리장치를 결합함으로써 기존의 생물학적 처리에 비하여 월등하게 향상된 슬러지 감량 효과를 얻을 뿐만 아니라 하수처리 비용을 절감할 수 있게 하고, 처리수의 안정적인 수질확보를 가능하게 하는 분리막을 이용한 슬러지 감량형 하수고도처리 장치 및 이를 이용한 하수고도처리 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 미생물에서 수중으로 인을 방출시키는 혐기조; 원수 내의 질소를 제거하는 무산소조; 원수 내의 유기물 산화와 질산화가 수행되며, 슬러지가 과잉의 인을 흡수하는 호기조; 분리막을 구비하고 있어서, 상기 호기조로부터 유입된 원수를 상기 분리막에 의해 고액 분리하여 처리수는 방류하고, 슬러지는 농축하는 가압식 막 분리장치; 상기 호기조로부터 유입된 슬러지를 내생 초기 상태로 유도한 후, 상기 슬러지의 일부를 상기 호기조로, 일부는 상기 혐기조로 전달하는 슬러지 감량 유도조; 및 상기 슬러지 감량 유도조에 인접하여 상기 슬러지 감량 유도조 내부의 온도를 30 내지 35℃로 유지시키는 가온 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막을 이용한 슬러지 감량형 하수고도처리 장치 및 이러한 장치를 이용한 슬러지 감량형 하수고도처리 방법이 제공된다.

Description

분리막을 이용한 슬러지 감량형 하수고도처리 장치 및 이를 이용한 하수고도처리 방법{Advanced Sewage Treatment System Combined Inducing Sludge Reduction Tank with Membrane}
본 발명은 슬러지 감량형 하수고도처리 장치 및 이를 이용한 하수고도처리 방법에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 대규모 하수처리를 위하여 생물학적 반응조에 슬러지 감량 유도조 및 가압식 막 분리장치를 결합함으로써 기존의 생물학적 처리에 비하여 월등하게 향상된 슬러지 감량 효과를 얻을 뿐만 아니라 하수처리 비용을 절감할 수 있게 하고, 또한 처리수의 안정적인 수질확보를 가능하게 하는 가압식 분리막을 이용한 슬러지 감량형 하수고도처리 장치 및 이를 이용한 하수고도처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 하수처리기술은 미생물을 이용한 활성슬러지 처리공정의 개발과 함께 급격히 발전하였으며, 주로 유기물 및 부유고형물 제거를 목적으로 하수처리장치가 운용되고 있다. 특히, 현재는 이러한 하수처리기술이 질소와 인의 제거가 가능한 고도처리 공정으로 발전되면서 다양한 변형 방법들이 개발되고 있다. 종래의 생물학적 하수고도처리 공정의 원리를 살펴보면, 질소 제거는 질산화 미생물에 의해 NH4+을 NO2- 또는 NO3-로 전환시키는 질산화 과정 후, 탈질 과정을 거쳐 N2 가스로 배출시킴으로써 이루어지고 있다. 인의 제거는 혐기성 조건 하에서 용출된 인을 호기성 조건에서 미생물에 의해 인을 과잉 섭취시킨 다음, 슬러지를 제거함으로써 이루어진다. 이러한 원리를 이용하여 질소, 인을 제거하는 공법으로는 A2/O, 수정 바텐포(Bardenpho), VIP(Virginia Initiative Plant) 및 UCT(University of Cape Twon)공정 등이 있다.
상기와 같은 생물학적 하수고도처리 공정들을 성공적으로 운영하기 위해서는 혐기, 무산소 및 호기 조건의 생물반응조를 구성해야 한다. 혐기 및 무산소 조건에서는 인방출 및 탈질을 위한 충분한 탄소원이 필요하며, 과잉의 인을 섭취한 슬러지의 일정량을 배출시켜야 하는 등 높은 수준의 기술적 노하우가 요구된다. 또한, 공정에서 배출된 잉여슬러지 처리를 위한 농축, 탈수, 저장 등의 시설과 소각, 매립 등의 최종처분이 요구된다. 상기와 같이 슬러지의 처리에는 많은 비용이 들고, 이는 하수처리장 운영비용 중 큰 비중을 차지한다.
하수처리장에서 발생하는 잉여 슬러지는 처리공정 중 유기물 등 오염물질 제거에 주된 역할을 한 미생물의 증식체이다. 하수처리공정의 결과로 발생하는 잉여 슬러지를 안전하게 폐기 처리하는 것은 중요하며, 더 나아가 잉여 슬러지의 처리 비용과 처리 효율을 높이기 위해서는 이러한 잉여 슬러지 자체의 발생량 감소, 즉 잉여 슬러지의 감량화가 특히 중요하다. 그러나 종래의 기술은 주로 슬러지의 소화, 소각 또는 오존처리에 집중되어 있거나, 볼 밀(ball mill) 이나 초음파 등을 이용한 사후관리 방안에 집중되어 왔다. 즉, 잉여 슬러지의 발생을 최소화시키려는 것이 아니라 발생된 잉여 슬러지를 사후적으로 처리하는 것에 종래 기술이 집중되어 있었던 것이다.
최근 하수처리 시설 내에서 발생된 잉여의 하수 슬러지를 혐기조에서 내생호흡 상태로 만들어서 다시 하수 처리 공정에 투입하여 하수 슬러지 발생을 줄이려는 노력이 시도되고 있다. 구체적으로 잉여 슬러지 반송라인에 혐기조를 설치하여 하수처리 결과로 발생되는 잉여 슬러지가 혐기조에 유입되도록 하여 소정 시간 동안 혐기조에 머무르도록 함으로써, 잉여 슬러지에 포함된 미생물의 내생호흡 상태(기아(飢餓))에 있게 된다. 이와 같이 미생물의 활성이 억제된 내생호흡 상태에 있던 미생물이 잉여 슬러지와 함께 하수처리 공정으로 재투입되면, 미생물에게 공급된 에너지는 미생물의 증식이 아닌 물질 대사에 대부분 이용되고, 결과적으로 하수처리 효율은 계속 유지하면서도 미생물의 증식으로 인한 잉여 슬러지의 발생 자체가 줄어들게 되어, 잉여 슬러지를 감량시키는 효과를 발휘하게 되는 것이다. 이와 같이 미생물의 내생호흡을 유도하는데 매우 효과적인 대표기술로는 대한민국 등록특허 제10-1081668호가 있다.
대표적인 종래의 슬러지 감량형 하수고도처리 기술로서 SBR 공법(e-Tris)은 중·소규모 하수고도처리 공법인 Sequencing Bioreactor(SBR)에 잉여 슬러지 감량 유도조를 적용한 공법으로 기질이 존재하지 않는 혐기상태에서 일정 시간 동안 슬러지(미생물)를 체류시켜 내생 초기상태로 유도하여, 미생물의 수율을 낮추어 슬러지의 원천 감량을 유도하는 기술로 미생물의 수율(YH)은 약 0.27mgVSS/mgBOD을 나타낸다. 이러한 슬러지 감량형 하수고도처리의 SBR 공법은, 종래 기술인 A2O 공법이 나타내는 미생물 수율(YH) 약 0.6mgVSS/mgBOD에 비하여 낮은 기질당 VSS 전환율을 보인다.
한편, 종래의 분리막을 이용한 하수고도처리 장치(HANT)는 무산소, 혐기 호기 및 탈질조로 구성되어 있는 MBR(Membrane Bioreactor) 공법으로 호기조 내부에 침지형 중고사막을 설치하여 고액분리 및 대장균을 제거하게 되는데, 분리막의 fouling 저감을 위해 공기를 이용하여 분리막 표면을 털어주어야 하고, 이때 호기조의 미생물이 요구하는 산소 양보다 많은 산소가 호기조로 유입되어 미생물의 자산화 같은 문제를 발생시키고, 상기 미생물의 자산화는 유출수의 오염물질 농도를 높이는 원인으로 작용하는 원인이 되었다.
본 발명자들은 이러한 종래의 중·소 규모의 하수처리를 위한 슬러지 감량형 하수고도처리 SBR 기술 및 분리막을 이용한 하수고도처리 장치(HANT)가 가지는 한계를 극복하여 더 월등한 잉여슬러지 발생량의 저감효과를 가지도록 노력한 결과, 대규모 하수처리를 위한 생물학적 반응조에 슬러지 원천 감량을 위한 슬러지 감량 유도조를 결합함과 동시에 가압식 막 분리장치를 결합하는 새로운 구성을 요체로 하는 본 발명을 완성하게 되었다.
대한민국 등록특허공보 제10-1081668호(2011. 11. 09. 공고) 참조.
본 발명은 연속 유입식 하수고도처리 과정에서, 미생물을 내생 초기상태로 유도하여 슬러지의 발생량을 원천적으로 줄임으로써, 하수처리 비용을 절감할 뿐만 아니라 대규모 하수처리에 적합하도록 뛰어난 슬러지 감량효과를 가지며, 또한 처리수의 안정적인 수질확보가 가능한 분리막을 이용한 슬러지 감량형 하수고도처리 장치 및 이를 이용한 하수고도처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 유기물이 포함된 원수를 혐기조에 유입하고, 상기 유기물을 탄소원으로 이용하여 미생물에서 수중으로 인을 방출하는 인 방출 단계; 상기 혐기조로부터 상기 인이 방출된 원수를 무산소조에 유입하고, 질산성 질소를 질소 가스로 탈질하는 탈질 단계; 상기 탈질 과정을 거친 원수를 호기조에 유입하고, 유기물 산화와 질산화를 수행하며, 슬러지는 과잉의 인을 흡수하는 인 흡수 단계; 상기 호기조로부터 인 흡수 과정을 거친 원수를 가압식 막 분리장치로 유입하고, 분리막에 의한 고액 분리 후 처리수는 방류하고, 상기 분리막에 의해 농축된 슬러지는 상기 호기조로 전달하는 처리수 방류 단계; 및 상기 호기조 내의 슬러지를 슬러지 감량 유도조에 유입하고 혐기성 조건 하에서 내생 초기 상태로 유도하며, 상기 내생 초기상태를 거친 슬러지의 일부는 외부 반송에 의하여 상기 혐기조로 반송하고, 일부는 상기 호기조로 반송하는 슬러지 감량 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 감량 하수고도처리 방법을 제공한다.
예시적인 구현예로서, 상기 슬러지 감량 유도조 내부의 온도는 가온 장치에 의하여 30 내지 35℃로 유지되는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서는 외부로부터 유입되는 원수를 저류하여 미생물에서 수중으로 인을 방출시키는 혐기조; 상기 혐기조로부터 유입된 원수 내의 질소를 제거하는 무산소조; 상기 무산소조로부터 유입된 원수 내의 유기물 산화와 질산화가 수행되며, 슬러지가 과잉의 인을 흡수하는 호기조; 분리막을 구비하고 있어서, 상기 호기조로부터 유입된 원수를 상기 분리막에 의해 고액 분리하여 처리수는 방류하고, 슬러지는 농축하여 호기조로 전달하는 가압식 막 분리장치; 및 상기 호기조로부터 유입된 슬러지를 내생 초기 상태로 유도한 후, 상기 슬러지의 일부를 상기 호기조로, 일부는 상기 혐기조로 전달하는 슬러지 감량 유도조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 감량형 하수고도처리 장치를 제공한다.
예시적인 구현예로서, 상기 슬러지 감량 유도조에 인접하여 상기 슬러지 감량 유도조 내부의 온도를 30 내지 35℃로 유지시키는 가온 장치;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이러한 본 발명의 방법 및 장치에서, 상기 슬러지는 슬러지 감량 유도조에서 5 내지 7시간 체류하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 분리막을 이용한 슬러지 감량형 하수고도처리 장치 및 이를 이용한 하수고도처리 방법에 의하면, 하수처리 시 발생하는 잉여 슬러지를 원척적으로 저감할 수 있어 하수처리 비용을 절감할 뿐만 아니라, 대규모 하수처리에도 적합하도록 뛰어난 슬러지 감량효과가 발휘된다. 또한, 본 발명에 따른 분리막을 이용한 슬러지 감량형 하수고도처리 장치 및 이를 이용한 하수고도처리 방법에 의하면, 컴팩트한 공정과 처리수의 안정적인 수질확보가 가능한 효과가 존재한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예예에 따른 분리막을 이용한 슬러지 감량형 하수고도처리 장치를 나타낸 개념도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다. 특히, 특허청구범위 및 요약서를 포함하여 본 명세서의 전반에 걸쳐 사용되는 용어인 "내생 초기상태" 또는 "내생 호흡상태"는, 미생물의 생장, 활동 및 증식이 억제되어 기초 대사만 하는 상태를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
또한 본 발명에서 원수는 유기물 및 각종 오염 물질을 오·폐수를 포괄하는 개념이다.
우선, 본 발명에 따른 슬러지 감량형 하수고도처리 장치에 대해 살펴본다.
본 발명의 일 실시예에 따른 슬러지 감량형 하수고도처리 장치는, 원수가 유입되어 저류되며 미생물에서 수중으로 인이 방출되도록 하는 혐기조; 상기 혐기조로부터 원수가 유입되어 저류되며 유입된 원수로부터 질소 제거 과정이 진행되는 무산소조; 상기 무산소조로부터 원수가 유입되어 저장되며 유기물 산화와 질산화가 진행되며, 슬러지가 과잉의 인을 흡수하는 호기조; 상기 호기조로부터 원수를 받아서 분리막을 이용하여 고액 분리한 후 처리수는 방류하고, 슬러지는 농축하여 호기조로 전달하는 가압식 막 분리장치; 상기 호기조에서 슬러지가 유입되고 상기 슬러지를 내생 초기상태로 유도한 후, 상기 슬러지의 일부는 호기조로 반송하고, 상기 슬러지의 일부는 혐기조로 전달하는 슬러지 감량 유도조; 및 상기 슬러지 감량 유도조 내부의 온도를 30 내지 35℃로 유지시키는 가온 장치를 포함하여 구성된다.
구체적으로 상기 혐기조에서는 외부로부터 유기물이 포함된 원수가 유입되어 저류되는데, 혐기 조건(DO 0.2mg/L 이하)을 형성하여 인 축적 미생물(phosphorus accumulating organisms, XPAO)에 의해 유기물을 세포 내에 합성하면서 인을 세포 밖으로 방출(P release)하는 과정이 진행된다.
상기 무산소조에서는 인이 방출된 원수가 상기 혐기조로부터 유입되어 저류되는데, 호기조로부터 내부 반송된 질산성 질소가 유입되어 질산성 질소를 질소 가스로 탈질시켜 질소를 제거하는 과정이 진행된다.
상기 호기조에서는 질소가 탈질된 원수가 상기 무산소조로부터 유입되어 저류되는데, 유기물 산화와 질산화가 수행되며, 미생물이 세포 내에 축적된 유기물을 산화시켜 다시 인을 세포 내에 축적(P uptake)하게 되는데, 이때 과잉의 인이 축적(luxury P uptake)된다. 즉, 상기 호기조에서는 과잉의 인이 슬러지에 흡수되어 인이 제거되는 과정이 수행되는 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 가압식 막 분리장치에서는 상기 호기조를 지나온 원수가 유입되어 분리막에 의해 고액분리 과정이 진행되며, 이러한 고액분리 과정을 거친 처리수가 후속 단계를 위하여 방류되고, 슬러지는 상기 분리막에 의해 농축되어 호기조로 전달된다 .
이를 위하여 상기 가압식 막 분리장치에는 분리막이 구비되어 있다. 즉, 가압식 막 분리장치에서는, 상기 분리막을 이용하여 원수를 고액 분리하여 처리수(상등수)를 방류하게 되는데, 본 발명에서 상기 가압식 막 분리장치는 기존의 HANT와는 달리 호기조 후단에 용존 산소량(DO)저감을 목적으로 하는 탈기조를 요구하지 않는다는 장점이 있다. 특히, 종래의 기술인 HANT와 같은 침지형 MBR은 막의 화학 세정을 위하여 별도의 공간을 필요로 하며 운전자가 분리막을 생물 반응조에서 꺼내어 세정조로 이동시켜야 하며, 따라서 상기 분리막은 화학 세정을 위하여 많은 수의 인원과 별도의 공간이 요구되는 단점이 있다. 그러나 본 발명에 따른 가압식 막 분리장치는 상기의 문제점을 해결할 수 있다. 즉, 본 발명에서 상기 가압식 막 분리장치는, 순환 펌프에 의해 가압식 모듈에 공급된 슬러지는 분리막 표면에 크로스 플로우(cross-flow)를 형성하여 생성되는 전단응력을 이용하여 케이크의 막표면 침적을 억제한다. 따라서 종래 기술과 같이 분리막의 세정과 관련된 불편함을 본 발명에서는 해소할 수 있게 되는 것이다. 또한 약품을 이용한 화학적 세정 시 별도 세정조가 필요없이 모듈 자체에서 진행되므로 인력의 투입이나 별도의 세정공간이 필요없게 된다.
본 발명에서는 이와 같은 분리막을 이용한 고액분리 단계가 포함되어 있으므로, 미생물의 농도를 높게 유지하는 것이 가능하여 폭기조의 용량이 감소하고 2차 침전조가 필요없어 컴팩트(compact)한 공정과 안정적인 수질확보 또한 가능하다. 즉, 상기 가압식 분리막을 사용하여 호기조에 과다한 산소가 필요하지 않으므로 기존의 침지형 MBR에서 문제가 되었던 호기조의 과폭기로 인한 유출수 수질 악화 문제를 해결하게 된다. 또한 외부 반송 시 슬러지의 감량 유도조의 슬러지를 이용하므로 별도의 탈기조를 필요로 하지 않는다.
한편, 본 발명에서는, 슬러지 감량 유도조가 더 구비되어 있는데, 상기 슬러지 감량 유도조에서는, 상기 호기조에서 슬러지를 전달받아, 상기 슬러지를 혐기성 조건 하에서 내생 초기상태로 유도하게 된다. 특히, 본 발명에서는, 상기 슬러지 감량 유도조에서 내생 초기상태를 거친 슬러지의 일부가 상기 혐기조로 반송되며, 슬러지의 일부는 상기 호기조로 반송된다.
상기 슬러지 감량 유도조에는 내생 초기 상태의 빠른 유도를 위하여 가온 장치를 더 구비할 수 있으며, 상기 구비된 가온 장치는 슬러지 감량 유도조를 30 내지 35℃로 유지시킬 수 있는 것이라면 제한되지 않는다. 상기 가온 장치를 통하여 상기 슬러지 감량 유도조를 30 내지 35℃로 유지시킴으로써 내생 초기 상태를 빠르게 유도하는 효과를 극대화할 수 있다.
본 발명에 따른 슬러지 감량형 하수고도처리 방법에서는, 위와 같은 구성을 가지는 하수고도처리 장치를 이용하여 하수처리가 진행되는데, 다음에서는 본 발명의 슬러지 감량형 하수고도처리 방법의 구체적인 내용에 대해 살펴본다.
본 발명의 슬러지 감량형 하수고도처리 방법에서는 우선 혐기조에서의 인 방출 단계가 진행되는데, 유기물이 포함된 원수가 혐기조로 유입되면 상기 혐기조에서는 상기 유기물을 탄소원으로 이용하여 미생물에서 수중으로 인을 방출시키게 된다.
인 방출 단계를 거친 원수에 대해 후속하여 탈질 단계가 진행된다. 즉, 원수는 혐기조로부터 무산소조로 유입되는데, 상기 무산소조에서는 호기조로부터 질산성 질소를 전달받아, 질산성 질소를 질소 가스로 탈질시키는 과정이 진행되는 것이다.
후속하여 질산화, 유기물의 산화 및 인의 과잉흡수 단계가 진행된다. 무산소조에서의 상기한 탈질 과정을 거친 원수는 호기조로 유입되는데, 호기조에서는 유기물의 산화와 질산화가 진행되며, 과잉의 인을 슬러지가 흡수한다.
오폐수는 후속하여 가압식 막 분리장치로 유입되며, 가압식 막 분리장치에서의 분리막을 이용한 고액분리 과정 진행을 통하여 처리수(상등수)는 외부로 방출되고, 처리수와 분리된 슬러지는 상기 분리막에 의해 농축되어 호기조로 전달된다.
한편, 상기 호기조로부터 슬러지가 슬러지 감량 유도조로 이송된다. 이때, 슬러지 감량 유도조에 구비된 가온 장치는 상기 슬러지 감량 유도조 내부의 온도를 30 내지 35℃로 유지시킴으로써 내생 초기상태로 유도시키는 것을 최적화하게 된다.
슬러지 감량 유도조로 유입된 슬러지는 내생 초기상태로 유도되어 슬러지 감량 단계가 진행된다. 즉, 슬러지 감량 유도조로 유입된 슬러지는 내생 초기상태로 유도되어, 미생물의 생장, 활동 및 증식은 억제되고 기초대사만 하는 상태에 있게 된다.
이렇게 내생 초기상태 즉, 내생 호흡상태를 거친 슬러지의 일부는 미생물 농도의 유지를 위하여 다시 혐기조로 반송되며, 슬러지의 일부는 다시 호기조로 반송된다. 즉, 슬러지 감량 유도조에서 내생 초기상태로 유도된 슬러지는 각각 혐기조와 호기조로 반송되는 것이다.
미생물의 활성이 억제된 내생 초기상태에 있던 미생물이 잉여 슬러지와 함께 각각 혐기조와 호기조로 재투입되면, 미생물에게 공급되는 에너지는 미생물의 증식이 아닌 물질 대사에 대부분 이용되게 된다. 즉, 혐기조에서 유기물을 탄소원으로 이용하여 수중의 인을 방출시키는 과정이 진행될 때, 미생물에게 공급되는 에너지는 미생물의 증식이 아닌 물질 대사에 대부분 이용되므로, 미생물의 과도한 증식이 억제되며, 따라서 미생물의 증식으로 인한 잉여 슬러지의 발생 자체가 줄어들게 되는 것이다. 이와 같은 내생 초기상태의 미생물로 인한 잉여 슬러지 발생 감소는 호기조에서도 동일하게 진행된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 하수처리의 효율은 계속 유지하면서 미생물의 증식으로 인한 잉여 슬러지의 발생 자체가 줄어들게 되어 잉여 슬러지를 감량시키는 효과가 발휘된다.
<실시예>
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
<실시예 1 및 비교예 1>
슬러지 감량 유도조를 설치한 하수고도처리 공법을 수행하기 위하여, 본 발명에 따른 장치에 따라 정상운전 이후 120일 간 실험을 수행하였다(실시예 1). 또한 일반 활성 슬러지 공정인 Conventional Activated sludge System(CAS)에 따라 정상운전 이후 120일 간 실험을 수행하였다(비교예 1).
상기 실시예 1 과 비교예 1에는 동일한 유량의 유입수가 주입되도록 정량펌프를 이용하였다. 본 발명에서 이용된 인공하수의 조성은 다음의 표 1과 같다.
Chemicals 농도 (mg/L)
C6H12O6 310 as CODcr
NH4Cl 95.5
KH2PO4 22
NaHCO3 250 as CaCO3
MgSO4·7H2O 34
MnSO4 1.7
FeSO4·7H2O 2.2
본 발명에 따른 공법 및 CAS에 의한 누적 잉여슬러지 발생량은 다음의 수학식 1과 수학식 2를 이용하여 산출하였다.
Figure 112012081406589-pat00001
Figure 112012081406589-pat00002
다음의 표 2에는 본 발명에 따른 공법 및 CAS 공정에 의한 슬러지 생산량 산정에 적용된 값을 정리하였다.
구분 YH(평균) kd(평균) SRT(평균) S0-S(평균)
실시예 1 0.260~0.263(0.26) 0.09~0.111(0.1) 36~50(40) 258~291(269)
비교예 1 0.58~0.64(0.6) 0.085~(0.105)(0.1) 5~10(10) 264~294(275)
실험 중 각각의 반응조에 유입되는 인공하수의 평균 CODcr 농도는 약 300mg/L 였으며, 본 발명에 따른 방법 및 CAS 공정에 따른 처리수의 CODcr 농도는 각각 9~42mg/L와 6~36mg/L 로 나타났다. 유기물 처리 효율은 본 발명에 따른 방법에서 86~97%, CAS에서 88~98% 였다.
잉여슬러지 산정에 필요한 분석 값들을 이용하여 본 발명에 따른 방법과 CAS 공정에 따른 잉여슬러지 발생량은 다음의 표 3과 같다.
구분 Yobs Px.vss (g/일) 비고
실시예 1 0.052 0.21 잉여슬러지 감량율
83%
비교예 1 0.3 1.23
상기의 실험을 통하여 도출된 결과를 참조하면, 본 발명에 따른 슬러지 감량 하수 처리 장치 및 이를 이용한 하수 처리 시 기존의 하수 처리 방법에 비하여 잉여 슬러지 감량 효과가 뛰어나며, 동일한 조건에서 하수 처리 시 발생된 잉여 슬러지양이 기존의 하수 처리 방법(CAS 공법, 비교예 1)에 비하여 83% 수준에 불과함을 알 수 있다.
위의 수학식들과 표에 기재된 각 기호의 의미는 아래와 같다.
YH : 종속영양 미생물 증식계수
Yobs : 미생물 겉보기 증식계수
Px , vss : 슬러지 발생량
Q : 유량
So : 초기 기질(유기물) 농도
S : 기질(유기물) 농도
SRT : 슬러지 체류 시간
kd : 미생물 사멸계수
10 : 혐기조
20 : 무산소조
30 : 호기조
40 : 가압식 막 분리장치
50 : 슬러지 감량 유도조
60 : 가온 장치

Claims (5)

  1. 유기물이 포함된 원수를 혐기조에 유입시켜서 상기 유기물을 탄소원으로 이용하여 미생물에서 수중으로 인을 방출시키게 하는 인 방출 단계;
    상기 혐기조로부터 상기 인이 방출된 원수를 무산소조에 유입시켜서 질산성 질소를 질소 가스로 탈질하는 탈질 단계;
    상기 탈질 과정을 거친 원수를 호기조에 유입시켜서 유기물 산화와 질산화를 수행하며, 슬러지가 과잉의 인을 흡수하게 만드는 인 흡수 단계;
    상기 호기조로부터 인 흡수 과정을 거친 원수를 가압식 막 분리장치로 유입시키고, 상기 가압식 막 분리장치에 구비된 분리막에 의한 고액 분리 후 처리수는 방류하고, 상기 분리막에 의해 농축된 슬러지는 상기 호기조로 전달하는 처리수 방류 단계; 및
    상기 호기조 내의 슬러지를, 가온 장치에 의하여 내부가 30 내지 35℃로 유지되는 슬러지 감량 유도조에 유입시켜서 5 내지 7시간 체류하도록 함으로써 슬러지에 존재하는 미생물을 내생 초기 상태로 유도한 후, 미생물의 내생 초기상태를 거친 상기 슬러지의 일부는 외부 반송에 의하여 상기 혐기조로 반송하고, 일부는 상기 호기조로 반송하는 슬러지 감량 단계;를 포함하며;
    상기 혐기조에서는, 상기 슬러지 감량 유도조로부터 반송되어 온 슬러지에 포함되어 있어서 상기 슬러지 감량 유도조에서 내생 초기상태가 유도된 미생물에 의해, 혐기조에 유입된 유기물이 물질 대사에 이용되고, 상기 호기조에서도 상기 슬러지 감량 유도조로부터 반송되어 온 슬러지에 포함되어 있어서 상기 슬러지 감량 유도조에서 내생 초기상태가 유도된 미생물에 의해, 호기조에 유입된 유기물이 물질 대사에 이용됨으로써 잉여 슬러지의 발생이 감소되는 것을 특징으로 하는 슬러지 감량 하수고도처리 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 외부로부터 유입되는 원수를 저류하여 미생물에서 수중으로 인을 방출시키는 혐기조;
    상기 혐기조로부터 유입된 원수 내의 질소를 제거하는 무산소조;
    상기 무산소조로부터 유입된 원수 내의 유기물 산화와 질산화가 수행되며, 슬러지가 과잉의 인을 흡수하는 호기조;
    분리막을 구비하고 있어서, 상기 호기조로부터 유입된 원수를 상기 분리막에 의해 고액 분리하여 처리수는 방류하고, 슬러지는 농축하여 호기조로 전달하는 가압식 막 분리장치; 및
    가온 장치를 구비하여 내부의 온도를 30 내지 35℃로 유지하며, 상기 호기조로부터 유입된 슬러지를 5 내지 7시간 체류하게 하여 슬러지에 존재하는 미생물을 내생 초기 상태로 유도한 후, 상기 슬러지의 일부를 상기 호기조로, 일부는 상기 혐기조로 전달하는 슬러지 감량 유도조를 포함하는 구성을 가지고 있으며;
    상기 혐기조에서는, 상기 슬러지 감량 유도조로부터 반송되어 온 슬러지에 포함되어 있어서 상기 슬러지 감량 유도조에서 내생 초기상태가 유도된 미생물에 의해, 혐기조에 유입된 유기물이 물질 대사에 이용되고, 상기 호기조에서도 상기 슬러지 감량 유도조로부터 반송되어 온 슬러지에 포함되어 있어서 상기 슬러지 감량 유도조에서 내생 초기상태가 유도된 미생물에 의해, 호기조에 유입된 유기물이 물질 대사에 이용됨으로써 잉여 슬러지의 발생이 감소되는 것을 특징으로 하는 슬러지 감량형 하수고도처리 장치.
  5. 삭제
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