KR101489134B1 - 하폐수 고도처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하폐수 고도처리 방법에 관한 것으로,a) 제 1 유동상 담체를 포함하고 있는 제 1 무산소조에 원수가 유입되어 탈질처리되는 단계;b) 제 2유동상 담체를 포함하고 있는 제 1 산소조로 상기 a)단계를 거친 원수가 유입되어 질소산화 및 유기물이 분해되는 단계;c) 분리막이 침지되어 있는 제 2산소조에 상기 b)단계를 거친 원수가 유입된 후 응집제를 주입하거나, 상기 b)단계를 거친 원수가 응집제와 혼합된 후 급속침전조에 유입되어, 총인이 제거되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수 고도처리 방법에 관한 것이다.

Description

하폐수 고도처리 방법{Advanced treatment method for purifying wastewater}
본 발명은 하폐수 고도처리 방법에 관한 것으로, 별도의 총인설비 없이 총인을 제거할 수 있는 하폐수 고도처리 방법에 관한 것이다.
물은 지구상의 모든 생물의 생명을 유지하는 필수 물질이며, 물의 순환을 통하여 지표면에 눈이나 비로 강하하는데 우리나라에서는 지역 또는 계절에 따라 강우량이 편중되어 유한한 자원으로 간주되고 있다.
인간이 사용하고 버린 더러운 물은 자연의 원리인 자정작용으로 깨끗이 정화되고 다시 자연계로 돌아가 생태계를 유지하는 역할을 담당하였으나 산업혁명이후에는 인구집중에 따른 도시화, 산업의 발달로 인하여 수질오염은 심각해졌고, 이에 따라 경제적으로 오폐수를 재활용할 수 있는 방안에 대한 적극적인 개발의 필요성이 커지고있다.
오폐수의 재활용에 있어서 중요한 점은 재활용되는 오폐수 내의 질소, 인 및 유기물 등의 함유량과, 물의 탁도, pH 등을 필요한 수준으로 처리하고, 병원성 미생물을 제거하여 환경공학적으로 안정하도록 처리하는 일이다.
주로 농업용 비료, 사람이나 가축의 분뇨, 합성세제로부터 발생되는 질소나 인이 수계로 유입되면, 부영양화, 연안의 적조현상, 암모니아의 어류독소, 수중의 용존산소결핍 등을 야기하게 되며, 상수 중의 암모니아는 염소 요구량을 증가시키고, 질산성 질소가 음용수 중에 높은 농도로 존재하는 경우 청색증와 같은 질병을 유발하여 건강에 영향을 주기도 한다.
또한 질소, 인 등의 상수원 유입으로 인한 조류의 과잉성장으로 수돗물의 맛과 냄새 등에서 불쾌감을 일으킬 우려가 있고, 정수공정인 모래 여과지의 막힘 현상을 유발하며, 남조류가 과잉 번식한 경우, 독성 물질을 생성하여 사람의 건강에 장애를 주기도 한다.
이와 같이, 수계로의 질소 및 인의 유입은 정수비용의 증가에 따른 경제적인 손실발생, 공중보건상 안전하고 깨끗한 수자원확보의 어려움 등의 문제를 유발시키며, 따라서 수계로의 영양염류 유입을 차단하는 것이 가장 근원적인 해결책이므로 오폐수 및 축산폐수에서 유기물의 제거와 더불어 질소 및 인의 처리가 더욱 강조되고 있는 실정이다.
이러한 질소와 인의 처리를 위해서, 고도처리공정과, 병원성 미생물 및 부유물질 등에 대한 처리를 위한 생물학적 공정을 결합한 멤브레인 바이오 리액터(Membrane Bio-Reactor, MBR)가 개발되었다.
상기 MBR을 이용한 하폐수고도처리장치는 기존의 하수처리법인 활성슬러지법과 비교해 볼 때 설치 소요면적이 작고 자동운전이 용이하다는 점, 또 침전조를 별도로 포함하지 않아 슬러지 벌킹 등의 문제를 원천적으로 해결할 수 있다는 점 등의 장점이 있어, 소규모 하수처리시설에 많이 활용되어 왔다. 특히, 막의 선택에 따라 처리수질을 필요로 하는 만큼 조절할 수 있기 때문에 최근의 물 재이용에 대한 정책적 배려와 발 맞추어 소규모 중수시설에서도 많이 이용하고 있는 추세이다.
MBR을 이용한 하폐수고도처리장치는 잉여 슬러지의 발생량이 기존의 방식보다 훨씬 적고 이것이 MBR 시스템의 장점으로 받아들여지고 있는 점 때문에 인의 제거 측면에서는 불리한 것으로 알려져 있다. 따라서, 이러한 인 제거 측면에서의 약점을 보완하고 고도의 질소 인 동시 제거용 MBR 시스템이 요구되어 왔다.
이에 따라 한국공개특허 제 10-2010-0088283호에는 분리막을 이용한 오폐수 고도 처리방치 및 처리방법에 관한 것으로, 제 1무산소조, 호기조, 제 2무산소조, 막분리호기조, 멤브레인 모듈, 제 1반송라인 및 운전관리부를 포함하는 오폐수 고도 처리 장치 및 처리방법에 관한 것이다. 그러나, 그 공정이 복잡하고, 질, 인 및 유기물 제거효과가 충분하지 않은 단점이 있다.
한국공개특허 제 10-2010-0088283호 (2010.08.09)
본 발명은 별도의 총인설비 없이 총인의 농도를 저 농도까지 제거할 수 있는 하폐수 고도처리 방법에 관한 것으로, 제 1산소조에서는 질산화 미생물 및 탄소산화 미생물 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 미생물이 부착되어 있는 제 2 유동상 담체를 이용하여 원수중의 질소산화 및 유기물 분해가 가능한 생물학적 공정이 수행되고, 제 2 산소조에서는 분리막이 침지되어 있고, 응집제를 주입하여 처리수가 여과되는 물리화학적 공정이 수행될 수 있도록 하여, 생물학적 공정과 물리화학적 공정이 분리된 하폐수 고도처리방법을 제공하는데 그 목적이 있다,
또한 본 발명은 상기 제 2 산소조 대신에 고속침전조로 구성 되어 고액분리 할 수 있는 물리화학적 공정을 포함할 수 있으며, 상기 고속침전조에 질소산화 및 유기물이 분해된 원수가 유입되기 전에 응집제 주입설비를 포함하고 있는 약품혼화지 또는 인라인믹서를 구성하여 질소산화 및 유기물이 분해된 원수와 응집제가 혼합되어 유입될 수 있는 하폐수 고도처리방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 상기와 같이 유동성담체를 사용하고, 생물학적 공정과 물리화학적 공정을 분리함에 따라, 응집제 주입에 따른 질산화 저해 문제를 해결하고, 낮은 부유상 MLSS농도에 따른 응집제 소요량 감소 및 공침 슬러지 최소배출이 가능한 하폐수 고도처리 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
요즘 수계 부영양화 방지를 위해 방류수질기준상 T-P(총인)기준이 대폭 강화됨에 따라 최근 하폐수 처리공정에서는 응집-여과를 기반으로 하는 총인설비를 기존 하폐수시설 후단에 결합하는 후침(Post Precipitation)방식을 적용하거나, 혹은 생물학적 반응조에 직접 응집제를 주입하여 미생물슬러지와 함께 제거하는 공침(Co-Precipitation)공정이 적용되어 왔다. 특히 최근 각광을 받고 있는 MBR공정의 경우는 완벽한 고액분리로 처리수내에 응집핵의 역할을 하는 입자성물질이 전혀 없기 때문에 후침공정을 적용하는데 한계가 있어 왔으며, 기존 부유상 MBR공정에서 총인제거를 위해 생물학적 반응조내에 응집제를 주입할 경우, 6,000 ~ 10,000mg/L의 고농도 MLSS로 인해 응집제 소요량이 이론상 필요한 주입율인 1.1mol Al/mol P보다 훨씬 높은 3 ~ 5 mol Al/mol P이상을 실제 주입하게 되고 이에 따라 다량의 슬러지가 발생할 뿐 아니라, 응집제가 생물학적 공정에 직접 투입됨에 따라 질산화에 저해를 일으킨다는 보고들이 있어 현장적용에 문제가 되어 왔다.
이에 본 발명인은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 유동성 담체를 사용함에 따라 고정상 미물생물 공정을 활용하고, 생물학적 공정과 물리화학적 공정이 분리되어 별도의 총인설비 없이 총인의 농도를 저 농도까지 제거가 가능한 하폐수 고도처리 방법을 개발하였다.
본 발명은
a) 제 1 유동상 담체를 포함하고 있는 제 1 무산소조에 원수가 유입되어 탈질처리되는 단계;
b) 제 2유동상 담체를 포함하고 있는 제 1 산소조로 상기 a)단계를 거친 원수가 유입되어 질소산화 및 유기물이 분해되는 단계;
c) 분리막이 침지되어 있는 제 2산소조에 상기 b)단계를 거친 원수가 유입된 후 응집제를 주입하거나, 상기 b)단계를 거친 원수가 응집제와 혼합된 후 급속침전조에 유입되어, 총인이 제거되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수 고도처리 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은 상기 c)단계에서 b)단계를 거친 원수가 응집제와 혼합된 후 급속침전조에 유입되기 전에, 상기 b)단계를 거친 원수가 응집제 주입설비를 포함하고 있는 약품혼화지 또는 인라인믹서에 유입되어 혼합된 후 급속침전조로 유입되는 것을 특징으로 하는 하폐수 고도처리 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은 상기 제1 산조소 및 제 2 산소조가 하나의 산소조내에서 격벽이 형성되어 공간이 분리된 것을 특징으로 하는 하폐수 고도처리 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은 상기 하폐수 고도처리 방법에서 제 1무산소조 앞에 1차 침전조를 더 포함하는 것인 하폐수 고도처리 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은 상기 a) 단계의 제 1유동상 담체와 b)단계의 유동상 담체의 MLSS농도가 500 ~ 1,000mg/L인 것을 특징으로 하는 하폐수 고도처리 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은 상기 제 1 유동상 담체가 담체에 탈질미생물이 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 하폐수 고도처리 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은 상기 제 2 유동상 담체가 질산화 미생물 및 탄소산화 미생물 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 미생물이 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 하폐수 고도처리 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은 상기 담체가 플라스틱, 세라믹, 발포고무, 다공성고분자 발포제등 가공된 형태의 물질인 것을 특징으로 하는 하폐수 고도처리 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은 상기 a)단계의 제 1무산소조는 제 1산소조로부터 반송되는 반송액을 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수 고도처리 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은 상기 c)단계의 응집제는 황산알루미늄, 폴리염화알루미늄, 알루민산 소다, 염화제이철 ,황산제일철 및 염화제이철에서 선택되는 하나 또는 둘이상인 것을 특징으로 하는 하폐수 고도처리 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은 상기 응집제 주입율이 1 ~ 5 Al/mol P 인 것을 특징으로 하여 별도의 총인설비 없이 총인을 제거할 수 있는 하폐수 고도처리 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은 상기 분리막은 정밀여과막으로, 공칭공경 0.01 ~ 0.04㎛인 중공사 또는 평판형 필터인 것을 특징으로 하는 하폐수 고도처리 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은 상기 하폐수 고도처리 방법으로 처리된 처리수의 총인농도가 0.2 ppm이하인 것인 하폐수 고도처리 방법에 관한 것이다.
본 발명의 하폐수 고도처리 방법에 따라, 유동성 담체를 사용하여 생물학적 공정과 응집제 주입 및 분리막을 통해 처리수를 여과하는 물리화학적 공정이 분리되도록 하여, 응집제 주입에 따른 질산화 저해 문제를 해결할 수 있다. 또한, 분리막이 침지된 산소조에 응집제를 주입함으로써 용존 인산염의 응집 뿐 아니라, 부유상 공정의 거대 미생물 플럭 대비 상대적으로 크기가 작은 고정상 공정의 미소플럭에 의한 막차압(TMP)상승 요인을 동시에 해결할 수 있는 효과가 있으며, 유동상 담체를 사용함에 따라 고농도 미생물이 보유 가능하므로 부유상 공정 대비 수리학적체류시간(HRT)감소가 가능하고, 낮은 부유상 MLSS농도에 따른 응집제 소요량 감소 및 공침 슬러지 최소배출이 가능한 효과가 있다.
이하 본 발명에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명은 구체적으로 제 1무산소조, 제 1산소조 및 제 2산소조로 구성될 수 있으며, 이때 하나의 산소조에 격벽이 형성되어 제1산소조 및 제 2산소조로 공간이 분리될 수도 있으며, 제 2산소조에는 응집제를 주입할 수 있는 응집제 주입장치를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명은 제 1무산소조, 제 1산소조 및 급속침전조로 구성될 수 있으며, 상기 급속침전조로의 유입 전 단계에서 인 제거를 위해 응집제를 주입할 수 있는 응집제 주입장치와 급속혼화장치를 또는 인라인믹서를 더 포함할 수 있다.
상기 응집제 주입장치는 응집제 주입량을 적절히 조절하기 위한 것으로, 온라인 PO4-P농도 측정장치를 설치하여 응집제 주입펌프와 연동운전이 가능하며, 즉 실시간 인 농도분석을 통해 응집제 주입양이 결정되어 자동으로 정량주입 되도록 할 수 있다.
또한 상기 급속침전조는 응집된 인 고형물을 처리수와 분리시키기 위한 것으로, 침전시간을 단축시키기 위한 경사판과 처리수 분리를 위한 웨어 및 슬러지 배출시설로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 하폐수 고도처리 방법은
a) 제 1 유동상 담체를 포함하고 있는 제 1 무산소조에 원수가 유입되어 탈질처리되는 단계;
b) 제 2유동상 담체를 포함하고 있는 제 1 산소조로 상기 a)단계를 거친 원수가 유입되어 질소산화 및 유기물이 분해되는 단계;
c) 분리막이 침지되어 있는 제 2산소조에 상기 b)단계를 거친 원수가 유입된 후 응집제를 주입하거나, 상기 b)단계를 거친 원수가 응집제와 혼합된 후 급속침전조에 유입되어, 총인이 제거되는 단계; 를 포함할 수 있다.
상기 c)단계에서 b)단계를 거친 원수가 응집제와 혼합된 후 급속침전조에 유입되기 전에, 상기 b)단계를 거친 원수가 응집제 주입설비를 포함하고 있는 약품혼화지 또는 인라인믹서에 유입되어 혼합된 후 급속침전조로 유입되는 것이 바람직하나, 응집제와 b)단계를 거친 원수가 혼합될 수 있는 조건이면 제한되지 않는다.
상기 제1 산소조 및 제 2 산소는 하나의 산소조내에서 격벽이 형성되어 공간이 분리된 것일 수 있으며, 제 1산조소와 제 2 산소조가 공간이 분리된 것이며 제한되지 않는다.
본 발명에서 유동상 담체가 구성되어 있고, 제 1산소조 및 제 2산소조가 분리되거나, 또는 제 1산소조 및 고속침전조로 구성됨에 따라 생물학적 공정과 응집 및 여과가 이루어지는 물리화학적 공정의 공간이 분리되어 하폐수 고도처리 공정의 효율이 높아지고, 공정구성이 간단해 지는 장점이 있다.
또한 제 1무산소조 단계 전에 원수(하폐수)중에 들어있는 협잡물을 처리할 수 있는 스크린 혹은 1차침전조등을 더 포함할 수 있으며, 혐기조를 추가하여 생물학적 인제거효율을 보다 증가시킬 수 있다.
상기 a) 단계의 제 1 유동상 담체와 b)단계의 유동상 담체의 MLSS농도가 500 ~ 1,000mg/L인 것이 바람직하며, MLSS의 농도가 상기의 범위일 경우, 담체에 미생물 고정화를 유도하기가 수월해 원활하게 탈질반응, 질소산화 및 유기물이 분해될 수 있기 때문이다. 또한 부유상의 MLSS농도를 최소화 할 수 있음에 따라 응집제 소요량을 감소시킬 수 있으며, 공침 슬러지 또한 최소한으로 배출할 수 있어 바람직하다.
상기 제 1 유동상 담체는 담체에 탈질미생물이 부착될 수 있으며, 상기 제 2 유동상 담체는 질산화 미생물 및 탄소산화 미생물 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 미생물이 부착 될 수 있다.
본 발명에서 사용하는 제 1 유동상 담체 및 제 2 유동상 담체는 담체에 미생물이 부착되어 있는 형태를 의미하는 것으로, 상기 담체는 한정되지는 않지만, 플라스틱, 세라믹, 발포고무, 다공성고분자 발포제등 가공된 형태의 물질을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 PVA겔이나 PE담체를 사용할 수 있다. 이러한 담체를 사용함에 따라 매우 큰 비표면적, 즉 300 ~ 800 m2/g일 수 있어, 미생물을 부착하는 능력이 향상 될 수 있다.
통상적으로 원수(하폐수)에는 BOD 및 질소가 포함되어 있으며, 원수중의 질소는 유기질소(Org-N), 암모니아성 질소(NH3-N), 아질산성 질소(NO2-N) 및 질산성 질소(NO3-N)의 형태로 존재할 수 있으며, 주된 형태는 유기질소와 암모니아성 질소가 거의 대부분이다.
미생물을 이용한 생물학적 질소제거의 메카니즘은 기본적으로 탈질반응(탈질처리) 및 질산화되는 것으로 나누어지며, 본 발명의 제 1무산소조에서는 제 1유동성 담체로 인하여 탈질반응이 일어난다.
본 발명의 제 1무산소조는 외부에서 유입되는 원수 및 제 1 산소조로부터 반송되는 반송액을 포함할 수 있으며, 이때 제 1 산소조 하단부에는 제 2 유동상 담체가 함께 반송되지 않도록 스크린이 구성될 수 있다.
상기 유입되는 반송액에는 질산성 질소(NO3-N)가 포함되어 있어, 원수중의 유기물을 이용해 탈질반응이 진행된다.
상기 탈질반응은 무산소조의 조건에서만 일어날 수 있으며, 상기 질산성 질소(NO3-N)를 질소(N2)가스 형태로 환원시키는 과정으로, 상기 반송액으로 인하여 원수에 포함되어 있는 유기물(BOD)을 이용한 탈질반응을 유도하고 무산소조에서 제 1유동상 담체의 탈질미생물에 축적된 유기물을 이용한 탈질반응으로 최종적으로 질소를 제거할 수 있다.
본 발명의 제 1산소조 및 제 2산소조는 하나의 산소조내에 격벽이 형성됨에 따라 각각 독립된 공간으로 존재할 수도 있으며, 제 1산소조에서는 생물학적 공정으로 질산화반응이 진행 될 수 있으며, 제 2산소조에서는 분리막 및 응집제를 이용한 물리화학적 공정이 진행될 수 있다.
상기 제1 산소조조에서의 질산화 반응은 질산화 미생물 및 탄소산화 미생물중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 미생물이 부착되어 있는 제 2 유동상 담체를 허용하여 암모늄(NH4+)을 질산(NO3-)으로 변화시키는 것으로 질산화가 이루어지기 위해서는 다음과 같이 두 단계가 필요하다.
일예를 들어 두 단계를 설명하자면, 첫 번째 단계는 제 2유동성 담체에 부착되어있는 미생물에 의하여 암모늄(NH4 +)을 산소분자를 이용하여 아질산(NO2-)을 질산(NO3 -)으로 변환시키는 단계이다. 질산화 미생물의 분자식을 C5H7NO2로 가정한다면 새로운 미생물의 동화를 고려한 질산화는 하기 반응식을 포함할 수 있다.
[반응식]
NH4 + + 1.8302 + 1.98HCO3 -
--> 0.021C5H7NO2 + 1.041H2O + 0.98NO3 + 1.88H2CO3
상기 제 2 산소조에는 응집제 및 분리막을 포함하고 있으며, 상기 분리막은 정밀여과막을 사용할 수 있다. 상기 정밀여과막은 일예로, 공칭공경 0.01 ~ 0.04㎛인 중공사 혹은 평판형 필터인 것을 사용 할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
상기 응집제는 황산알루미늄, 폴리염화알루미늄, 알루민산 소다, 염화제이철 ,황산제일철 및 염화제이철에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 알루미늄계열을 사용하는 것이 가격이 저렴하고, 무독성으로 취급이 용이하며, 부식 및 자극성이 없어 바람직하다, 또한 미세한 부유물질을 흡착하여 침전이 가능하고, 응집이 원활하게 될 수 있는 pH범위 5.5 ~ 8.5으로 유지 해 줄 수 있기 때문에 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서는 응집제는 상기의 분리막이 침지된 제 2 산소조 및 급속침전조에 주입하여 사용할 수 있으며, 이때 제 2산소조에 응집제의 효과를 극대화하기 위해 급속혼화장치를 추가할 수 있다.
응집제 주입량을 적절히 조절하기 위해 온라인 PO4-P농도 측정장치를 설치하여 응집제 주입펌프와 연동운전이 가능하다. 즉 실시간 인농도분석을 통해 응집제 주입량이 결정되어 자동으로 정량주입 되도록 할 수 있다. 이때 주입되는 응집제의 양은 1 ~ 5 Al/mol P 으로 하는 것이 바람직하며, 상기의 범위로 주입하였을 경우 응집제의 양을 효율적으로 사용이 가능하고, 총인을 0.2ppm 이하로 처리하는데 바람직하기 때문이다.
또한 상기의 범위로 응집제를 주입하였을 경우 인의 제거 뿐 아니라, 제 2 산소조 및 급속침전조의 부유미생물, 담체로부터 이탈된 미생물 혹은 유입수중의 부유물질과 같은 미세플록을 응집시킬 수 있다. 이에 따라 제 2 산소조에서 상기와 같은 미세플록에 의해 분리막 여과시 막 차압이 급격히 상승될 수 있는 문제점을 효과적으로 개선시킬 수 있다.
또한 본 발명은 상기의 하폐수 고도처리방법에 의해 처리된 처리수의 총인농도를 0.2ppm이하로 처리할 수 있으며, 별도의 총인 처리없이 원수의 총인농도를 0.2ppm으로 할 수 있음에 따라 공정이 간단하고, 컴팩트한 하폐수 고도처리방법을 제공할 수 있는 것이다.
또한 본 발명은 상기 하폐수 고도처리 방법으로 원수를 처리시, 일반적인 A20형 MBR공정에 비해 1/10이하 수준의 낮은 값의 TTF(Time to Filter)값을 가짐으로써, 총인처리 뿐 아니라, 분리막 차압의 현저한 상승을 효과적으로 제어할 수 있음을 알 수 있으며, 이는 안정적인 분리막 운영이 가능함을 의미한다.
일 예를 들어 설명하자면, 본 발명에 따른 공정에 응집제 주입장치를 이용하여 응집제를 1 ~ 5 Al/mol P 으로 주입하였을 경우, 4 ~ 11 sec의 시간범위를 가지며, 구체적으로 3 Al/mol P 응집제를 주입시에는 응집제 미주입시 대비 TTF가 62%가 감소한다.
본 발명에 따른 하폐수 고도 처리방법에 따라, 고정상 미생물 공정활용으로 응집제 주입에 따른 질산화 저해 문제 해결할 수 있고, 미소플럭에 의한 막차압(TMP)상승 용인을 해결할 수 있는 효과가 있다. 또한 담체내 고농도 미생물보유가 가능하므로 부유상 공정 대비 수리학적체류시간(HRT)감소가 가능하고, 낮은 부유상 MLSS농도에 따른 응집제 소요량 감소 미 공침 슬러지 최소배출이 가능한 효과가 있다. 또한 본 발명에 따른 하폐수 고도 처리방법에 따라, 별도의 총인설비 없이 저 농도의 총인까지 제거가 가능하고, 그 공정이 간단한 하폐수 고도처리 방법을 제공할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 하폐수 고도처리 장치를 나타낸 도면이다.
도 3 및 4는 생물반응조내 공침을 통항 TP제거 공정을 나타낸 것으로,
도 3은 활성슬러지계통에서의 공침에 의한 TP제거 공정을 나타낸 도면이며,
도 4는 공침에 의한 TP제거 공정(MBR공정)을 나타낸 도면으로, 본 발명의 비교예 2에서 사용한 공정이다.
도 5 및 도 6은 생물반응조 처리수의 후침을 통한 TP제거를 나타낸 것으로,
도 5는 활성슬러지계통에서의 후침을 통한 TP제거 공정을 나타낸 도면이며,
도 6은 MBR공정 후단에 후침 공정을 설치하여 TP를 제거하는 공정을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 비교예 2에서 사용한 공정을 나타낸 도면이다.
본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며, 첨부된 특허 청구 범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
이하 본 발명에 따른 하폐수 고도처리 방법에 따라 처리된 처리수의 수질분석은 수질오염공정시험법(환경부, 수질오염공정시험법, 2006)을 따랐으며 각 항목별 분석방법은 하기 표에 나타내었다.
[표] 측정항목별 수질 분석 방법
Figure 112012097348581-pat00001
[실시예 1]
처리용량 1m3/d규모 파일롯을 대전하수처리장에 설치하여 실제 유입하수(10)를 대상으로, 제 1무산소조(20) 및 제 1 산소조(30)와 제 2 산소조(40)에 격벽(60)이 형성되어 있는 형태의 반응조로 구성되어 있는 장치를 이용하여 실시하였다.<하기 도 1 참조>
제 1산소조(30)로부터 반송되는 반송액(110) 및 원수(10)에 포함되어 있는 질산성질소를 탈질미생물이 부착되어 있는 제 1유동상 담체(70)와 부유상 미생물농도(MLSS)가 1,000 mg/L이하로 유지되는 제 1무산소조(20)에 이동시켜 탈질처리를 수행하였다.
상기 탈질처리된 원수를 제 1산소조(30)로 이동시켜 질산화미생물이 부착되어 있고 부유상 미생물농도(MLSS)를 1,000 mg/L이하로 유지시켜 질산화반응을 수행하였다.
그리고, 제 2 산소조(40)에 중공사막 공칭공경 0.03㎛인 분리막(100)을 침지하였으며, 상기 분리막에 응집제로 황산알루미늄(Al2(SO4)3)을 2 mol Al/mol P를 응집제 주입장치(90)를 사용하여 처리하였다.
이때 상기 분리막의 여과특성을 측정하기 위하여 TTF을 측정하였으며, 측정한 데이터는 하기 표 1에 나타내었다, 또한 상기의 방법에 따리 처리된 처리수(120) 및 유입수(10)의 BOD, CODcr, T-N, NH3-N, T-P 및 PO4-P를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
[실시예 2]
응집제의 함량을 3 mol Al/mol P 으로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 진행하였다.
이때 상기 분리막(100)의 여과특성을 측정하기 위하여 TTF을 측정하였으며, 측정한 데이터는 하기 표 1에 나내었다, 또한 상기의 방법에 따리 처리된 처리수(120) 및 유입수(10)의 BOD, CODcr, T-N, NH3-N, T-P 및 PO4-P를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
[실시예 3]
응집제의 함량을 4 mol Al/mol P 으로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 진행하였다.
이때 상기 분리막(100)의 여과특성을 측정하기 위하여 TTF을 측정하였으며, 측정한 데이터는 하기 표 1에 나타내었다, 또한 상기의 방법에 따리 처리된 처리수(120) 및 유입수(10)의 BOD, CODcr, T-N, NH3-N, T-P 및 PO4-P를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
[비교예 1]
응집제를 주입하지 않고 산소조를 격벽으로 구분하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예1과 동일한 방법으로 진행하였다. <하기 도 7참조> 이때 상기 분리막(100)의 여과특성을 측정하기 위하여 TTF을 측정하였으며, 측정한 데이터는 하기 표 1에 나타내었다, 또한 상기의 방법에 따리 처리된 처리수 및 유입수의 BOD, CODcr, T-N, NH3-N, T-P 및 PO4-P를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
[비교예 2]
처리용량 1m3/d규모 파일롯을 대전하수처리장에 설치하여 실제 유입하(10)수를 대상으로, 기존의 부유상 MBR공정의 장치를 이용하여 실시하였다. <하기 도 4참조>
산소조로부터 반송되는 반송액(110) 및 원수(10)에 포함되어 있는 질산성질소를 부유상으로 탈질미생물의 농도(MLSS)를 6,000 mg/L으로 유지시킨 무산소조(20)에 이동시켜 탈질처리를 수행하였다.
상기 탈질처리된 원수를 제 1산소조(30)로 이동시켜 부유물로 질산화미생물의 농도(MLSS)를 8,000 mg/L으로 유지시켜 질산화반응을 수행하였다.
그리고, 상기 산소조에 중공사막 공칭공경 0.03㎛인 분리막을 침지하였으며, 상기 분리막(100)에 황산알루미늄(Al2(SO4)3)을 3 mol Al/mol P를 주입하여 사용하여 처리하였다.
이때 상기 분리막(100)의 여과특성을 측정하기 위하여 TTF을 측정하였으며, 측정한 데이터는 하기 표 1에 나내었다, 또한 상기의 방법에 따리 처리된 처리수(120) 및 유입수(10)의 BOD, CODcr, T-N, NH3-N, T-P 및 PO4-P를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
[비교예 3]
처리용량 1m3/d규모 파일롯을 대전하수처리장에 설치하여 실제 유입하수를 대상으로, 기존의 부유상 MBR공정의 장치를 이용하여 실시하였다. <하기 도 4참조>
산소조로부터 반송되는 반송액(110) 및 원수(10)에 포함되어 있는 질산성질소를 부유상으로 탈질미생물의 농도(MLSS)를 6,000 mg/L으로 포함하고 있는 무산소조(20)에 이동시켜 탈질처리를 수행하였다.
상기 탈질처리된 원수를 산소조로 이동시켜 부유물로 질산화미생물의 농도(MLSS)를 8,000 mg/L으로 포함하여 질산화반응을 수행하였다.
그리고, 상기 제 1산소조(30)에 중공사막 공칭공경 0.03㎛인 분리막(100)을 침지하였으며, 상기 분리막(100)에 황산알루미늄(Al2(SO4)3)을 5 mol Al/mol을 주입하여 사용하여 처리하였다.
이때 상기 분리막(100)의 여과특성을 측정하기 위하여 TTF을 측정하였으며, 측정한 데이터는 하기 표 1에 나내었다, 또한 상기의 방법에 따리 처리된 처리수(120) 및 유입수(10)의 BOD, CODcr, T-N, NH3-N, T-P 및 PO4-P를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
[ 시험예 1] 실시예 1에서의 BOD , CODcr , T-N, NH 3 -N, T-P 및 PO 4 -P의 측정
(1) 생물화학적 산소요구량( BOD )
생물화학적 산소요구량(BOD)은 수중의 유기물질농도를 나타내는 지표 중 하나이며, 일반적으로 BOD는 수중미생물(bacteria)이 호기성 상태에서 분해 가능한 유기물질을 20℃에서 5일간 안정화시키는 데 소비한 산소량을 말하며 물속에 함유된 분해 가능한 유기물질 함유량의 정도를 파악하기 위한 간접적 측정법으로 널리 이용된다.
조사기간 중 원수의 BOD 농도는 BOD 128 내지 155 ㎎/ℓ 범위로 최대 BOD 155 ㎎/ℓ로 높게 나타남을 확인 할 수 있었다. 본 발명에 따른 하폐수 고도처리방법에 의해 처리된 처리수의 BOD농도는 BOD 0.5 내지 1.1 ㎎/ℓ으로 조사되어 하폐수 고도처리방법에 의해서 상당량의 유기오염물질이 제거되는 것으로 나타났다.
(2) 화학적 산소요구량( CODcr )
화학적 산소요구량, 즉 COD는 수중의 유기물을 화학적 산화제로 산화시킬 때 필요한 산소량으로써, 조사기간 중 원수의 CODcr 농도는 COD 510 내지 529 ㎎/ℓ 범위로 최대 CODcr 529 ㎎/ℓ로 BOD에 비해 상당히 높게 나타났으며, 본 발명에 따른 처리방법을 거친 처리수의 CODcr 농도는 CODcr 9.0 내지 15.2 ㎎/ℓ으로 조사되었으며, 본 발명의 하폐수 고도처리 방법을 거치면서 상당량의 오염물질이 제거되는 것으로 나타났다
(3) 총 질소 (T-N)
수중의 질소는 암모니아성 질소, 아질산성 질소 및 질산성 질소 등의 무기성 질소와 유기성 질소로 존재하는데 이들의 합을 총질소라고 한다. 이러한 질소는 수중 생태계의 유지와 결정에 큰 요인이 되며 조류증식의 제한요인이 되기도 한다. 한편 유기성 질소를 제외한 무기성 질소의 수계 내에서의 용존율은 질산화 박테리아와 탈질박테리아에 의해서 결정되며 무기성 질소의 형태로 용해되고 환원되어 일련의 질소순환에 참여하게 된다.
원수(하폐수)에는 유기오염물질 등 질소화합물이 상당량 포함되어 있다.
T-N에 관한 조사 결과, 원수의 농도는 T-N 32.8 내지 45.9 ㎎/ℓ 범위였으나 본 발명에 따른 하폐수 고도 처리방법을 거친 처리수의 T-N 농도는 T-N 8.0 내지 13.2 ㎎/ℓ으로 처리시설을 거치면서 유입수의 농도가 많이 낮아지는 것을 확인할 수 있었다.
(4)암모니아성 질소 ( NH 3 -N)
암모니아성 질소농도는 네슬러법에 의해 측정하였으며, NH3-N에 관한 조사 결과, 원수의 농도는 NH3-N 28.2 내지 32.6 ㎎/ℓ 범위였으나 본 발명에 따른 하폐수 고도처리방법을 거친 처리수의 NH3-N 농도는 NH3-N 0.14 내지 0.16 ㎎/ℓ으로 처리시설을 거치면서 완벽하게 질산화 되는 것을 확인할 수 있었다.
(5) 총 인(T-P)
질소성분과 더불어 수중의 인 성분은 일종의 영양염류로서 수질악화의 원인이 되는 부영양화를 일으키고 식물성플랑크톤의 과다발생을 일으켜 이취와 물색 변동을 일으키기도 한다.
T-P에 관한 조사 결과 원수 농도는 T-P 5.6 내지 8.5 ㎎/ℓ 범위였으나 본 발명에 따른 하폐수 고도처리방법을 거친 처리수의 T-P 농도는 T-P 0.09 내지 0.16 ㎎/ℓ으로 처리시설을 거치면서 유입수의 농도가 상당히 낮아지는 것을 확인할 수 있었다.
(6) 인산염 인( PO 4 -P)
PO4-P에 관한 조사 결과 원수 농도는 PO4-P 2.3 내지 3.5 ㎎/ℓ 범위였으나 본 발명에 따른 하폐수 고도처리방법을 거친 처리수의 PO4-P 농도는 PO4-P 0.08 내지 0.12 ㎎/ℓ으로 처리시설을 거치면서 유입수의 농도가 상당히 낮아지는 것을 확인할 수 있었다.
[ 시험예 2] 실시예 2 내지 3 및 비교예 1 내지 3에서의 BOD , CODcr , T-N, NH 3 -N, T-P 및 PO 4 -P의 측정
상기 시험예 1과 같은 방법으로 측정하였으며. 원수 및 처리수에 관한 내용은 하기 표 1에 기재하였다.
[표 1]
Figure 112012097348581-pat00002
상기 표 1를 살펴보면, 응집제 주입율을 2mol Al/mol P로 한 실시예 1의 경우 현재 국내 방류수수질기준중 가장 엄격한 “Ι”지역 기준인 TP 0.2mg/L이하를 만족하였으며, 유동상 담체를 사용하고, 생물학적 공정과 물리화학적 공정을 분리하지 않았으며, 응집제를 주입하지 않고 원수를 처리한 비교예 1를 살펴보면, TP가 1.02-1.52mg/L으로 방류수질기준을 만족하지 못함을 확인 할 수 있었다.
반면 기존 부유상 MBR의 경우 응집제 주입율을 5mol Al/mol P로 주입한 비교예 3의 경우에는 TP의 농도가 0.2mg/L이하로, 방류수질기준을 만족하는 것으로 확인되었지만, 응집제 주입율을 2mol Al/mol P인 본 발명의 실시예 1의 경우와 비교하였을때, 그 응집제의 주입율이 높음을 알 수 있다. 또한 응집제 주입율이 3mol Al/mol P로 동일한 실시예 2와 비교예 2를 비교해 볼 때 실시예 2의 경우는 처리수 TP 농도가 0.09-0.12mg/L인 반면, 0.46-0.58mg/L로 동일한 응집제를 주입하였을 때 실시예의 경우가 훨씬 효과적으로 TP를 처리하는 것으로 나타났으며, 실시예 3의 경우와 같이 응집제 주입율을 4mol Al/mol P까지 늘릴 경우 처리수 TP 농도를 0.1mg/L이하의 초고도처리까지 가능한 것으로 나타났다. 또한 질소제거의 측면에서도 실시예 1 내지 3의 경우, 응집제를 주입하지 않은 비교예 1의 경우와 비교했을 때 다소 향상된 제거효율을 나타내어 응집제 주입에 따른 질산화 저해등의 영향은 없는 것을 확인하였다.
본 발명에서 분리막의 여과속도를 간접적으로 측정할 수 있는 TTF측정결과 응집제를 주입하지 않은 비교예 1의 경우 20mL슬러지를 대상으로 50%를 여과하는데 걸리는 시간이 18초이나, 응집제를 주입한 실시예 1 내지 실시예 3의 경우 10초에서 최소 4초까지 단축되어 응집제주입이 TP제거 뿐 아니라 분리막의 여과성 향상에도 효과적인 것으로 나타났다. 반면 부유상 MBR공정에서의 TTF는 응집제를 주입하였음에도 불구하고 최소 41초로 나타나 분리막 운영측면에서 본 발명에 비해 불리한 것으로 나타났다.
10 : 원수(유입하수) 20 : 제 1무산소조
30 : 제 1 산소조 40 : 제 2 산소조
50 : 스크린 60 : 격벽
70 : 제 1유동상 담체 80 : 제 2유동상 담체
90 : 응집제 주입장치 100 : 정밀여과막
110 : 반송액 120 : 처리수
130 : 이차침전조 140 : 3차설비(총인처리설비)

Claims (12)

  1. a) MLSS농도가 500 ~ 1,000mg/L인 제 1 유동상 담체를 포함하고 있는 제 1 무산소조에 원수가 유입되어 탈질처리되는 단계;
    b) MLSS농도가 500 ~ 1,000mg/L인 제 2유동상 담체를 포함하고 있는 제 1 산소조로 상기 a)단계를 거친 원수가 유입되어 질소산화 및 유기물이 분해되는 단계;
    c) 분리막이 침지되어 있는 제 2산소조에 상기 b)단계를 거친 원수가 유입된 후 응집제를 주입하여, 총인이 제거되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수 고도처리 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 산소조 및 제 2 산소조는 하나의 산소조내에서 격벽이 형성되어 공간이 분리된 것을 특징으로 하는 하폐수 고도처리 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 유동상 담체는 담체에 탈질미생물이 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 하폐수 고도처리 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 유동상 담체는 질산화 미생물 및 탄소산화 미생물 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 미생물이 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 하폐수 고도처리 방법.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 담체는 플라스틱, 세라믹, 발포고무, 다공성고분자 발포제에서 선택되는 어느 하나 이상의 가공된 형태의 물질인 것을 특징으로 하는 하폐수 고도처리 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 a)단계의 제 1무산소조는 제 1산소조로부터 반송되는 반송액을 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수 고도처리 방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 c)단계의 응집제는 황산알루미늄, 폴리염화알루미늄, 알루민산 소다, 염화제이철 ,황산제일철 및 염화제이철에서 선택되는 하나 또는 둘이상인 것을 특징으로 하는 하폐수 고도처리 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 응집제 주입율이 1 ~ 5 mol Al/mol P 인 것을 특징으로 하여 별도의 총인설비 없이 총인을 제거할 수 있는 하폐수 고도처리 방법.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 분리막은 정밀여과막으로, 공칭공경 0.01 ~ 0.04㎛인 중공사 또는 평판형 필터인 것을 특징으로 하는 하폐수 고도처리 방법.
  12. 삭제
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