KR101581291B1 - 인공 빛을 이용한 하폐수 고도처리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인공 광원을 이용한 하폐수 고도처리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인 용출 공정, 탈질공정, 질산화공정, 침전공정, 배출공정을 포함하는 하폐수 고도처리 시스템에서 인공 빛을 질산화공정 중에 조사하여, 암모니아가 질산화 반응에 의해서 질산화질소(NO3-N)으로 전화되는 것을 억제하는 부분질산화를 유도하여, 질소 제거율의 향상시키고, 송풍비용, 탈질에 필요한 탄소원, 알칼리 소비량을 절감할 수 있는 하폐수 고도처리 시스템에 관한 것이다.

Description

인공 빛을 이용한 하폐수 고도처리 시스템{Artificial light installed biological wastewater treatment process}
본 발명은 인공 광원을 이용한 하폐수 고도처리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인 용출 공정, 탈질공정, 질산화공정, 침전공정, 배출공정을 포함하는 하폐수 고도처리 시스템에서 인공 빛을 질산화공정 중에 조사하여, 암모니아가 질산화 반응에 의해서 질산화질소(NO3-N)으로 전화되는 것을 억제하는 부분질산화를 유도하는 하폐수 고도처리 시스템에 관한 것이다.
세계적으로 산업화의 발전에 따른 하천오염으로 인하여 하폐수 처리 방법에 대한 다양한 연구가 제시되어 왔다. 하폐수의 처리방법은 크게 물리적, 화학적 및 생물학적 처리방법으로 구분되는데, 일반적으로는 하폐수에 포함된 일정 크기의 부유물을 물리적으로 제거하는 1차 처리 단계와 하폐수의 유기물을 생물학적으로 제거하는 2차 처리 단계로 진행된다.
일반적으로 생물학적 활성슬러지 방법을 사용하는 2차 처리 단계는 질소와 인을 제거하기 위해 혐기조건, 무산소조건 및 호기조건을 인위적으로 형성하여 혐기조건에서는 인을 제거하는 기작이 진행되고 무산소조건에서는 질소를 제거하는 기작이 진행되며 호기조건에서는 유기물 제거와 질산화 반응이 일어난다. 특히, 호기조건을 유지하기 위해서는 인위적으로 공기를 주입하여야 하며 하폐수처리장 운전비용에서 가장 큰 부분을 차지하고 있다. 질소와 인이 제거된 하폐수는 중력침전, 가압부상 또는 분리막 등의 방법으로 미생물과 물을 분리한 후 UV, 염소, 오존 등의 소독과정을 거친 후, 물은 시스템 밖으로 배출되고 슬러지의 일부는 반송라인을 통해 혐기조 또는 무산소조로 반송되며 나머지는 농축, 탈수 등의 공정을 거쳐 폐기되거나 재활용 된다. 호기조건에서는 질산화 미생물에 의해 하폐수내 유기 질소 및 암모니아계 질소가 산화되어 아질산성 질소나 질산성 질소로 전환된다. 이렇게 질산화된 하폐수는 다시 무산소조건이 형성된 무산소조로 반송되어 탈질소 미생물에 의해 질소 가스로 환원되어 대기 중으로 배출되어 하폐수에서 제거된다. 혐기조건에서는 Bio-P(Biological Phosphourus removing bacteria) 미생물에 의해 하폐수내 유기물이 박테리아 체내에서 PHA, PHB 등의 고분자 물질로 합성되며 박테리아 체내에 존재하는 Poly-P가 분해되어 용출된다. 이러한 박테리아가 혐기조건에서 호기조건으로 유입되면 체내에서 필요한 적정량의 인보다 많은 과량의 인을 섭취함으로써 하폐수 내에 인이 미생물 생체내로 이동하게 되며 미생물을 폐기함으로써 인을 하폐수에서 제거하게 된다. 이러한 생물학적 질소, 인 처리방법은 공기 주입을 위한 에너지 비용이 많이 소요되고 C/N(COD/Nitrogen)비율, C/P(COD/Phosphorus)비율이 낮은 경우 질소, 인 제거효율이 급격히 저하하는 문제점이 발생되어 왔다. 또한 잉여슬러지의 발생량이 많고, 잉여슬러지 처리를 위한 별도의 설비와 비용이 추가되는 문제점이 있다.
또한, 일반적으로 질산화는 AOB(Ammonia Oxidizing Bacteria)에 의한 1단계 질산화(암모니아(NH4-N)를 아질산(NO2-N)으로 산화)와 NOB(Nitrite Oxidizing Bacteria)에 의한 2단계 질산화(NO2-N을 NO3-N로 산화)로 이루어져 있다. 또한, 산소는 호기성 미생물 활동을 촉진하기 위해 필요하며 질산화 공정에서 가장 많이 필요하다. 하폐수 처리에는 송풍기, 펌프, 교반기 등의 기계 설비 작동에 많은 에너지가 소비되며 특히 송풍 과정에서 전체 에너지 비용의 30~50%가 소비 된다.
이에, 한국등록특허 제100460214호는 질소제거를 위해 박테리아를 기반으로 하는 미생물 대신 미세조류(광합성 미생물)를 사용하였으나, 미세조류 단독 종만으로는 질소 가스로 대기중에 배출함으로써 질소를 제거하는 박테리아의 기작을 기대할 수 없어 고효율의 질소 제거율을 기대할 수 없으며, Luxury Uptake(과입섭취)로 알려진 인 제거 박테리아의 특성을 이용할 수 없음으로 인해 고효율의 인제거율도 기대할 수 없는 한계가 있다.
일본 공개특허공보 제2000-093951호에는 하수처리부의 광촉매에 인공 빛을 조사하는 인공광원을 가지는 인공 광조사부와 광강도 검출수단에 의해서 검출된 자연광의 강도 및/또는 유기물 농도 검출 수단에 의해서 검출된 오수 중의 유기물 농도에 근거해서 인공 빛의 강도를 조절하는 인공 빛 제어부를 형성하는 것에 관하여 기재되어 있으나, 이는 인공 빛에 의해서 광촉매의 활성을 조절하는 것으로 폭기조의 질산화에 영향을 주지 않으며, 한국 등록특허 제10945458호에는 총질소농도차, 암모니아 질소 농도값, 질산성 질소 농도값, 산화환원 전위차값 및 인 농도에 따라 미리 정한 공정조절이 자동적으로 이루어지도록 하여 하수중의 질소 및 인을 고효율로 제거하는 것이 개시되어 있으나, 제어 대상 변수가 다수 존재할 뿐만 아니라, 실시간으로 모든 변수를 측정하여 제어하는 것이 요구되므로 장치가 복잡하고 유지 보수의 어려움이 있다.
또한, 최근 부분 질산화에 대한 많은 연구가 진행되었으나, 부분 질산화가 가능한 경우는 축산폐수, 산업폐수, 하수처리장 소화액 등 고농도 암모니아가 존재하는 경우로서 높은 pH, 낮은 DO, 고농도 NH3 등이 안정적으로 유지되는 경우에 한정되어 있으며 현재까지 실규모 하수처리장에 부분질산화 반응이 성공된 사례는 없다.
이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 인공 빛을 하수처리 공정에 조사하여 질산화 과정의 반응 메카니즘을 제어하여, 질산화 비용 절감 및 C/N(탄소/질소) 비율이 낮은 경우에 주입하는 외부 탄소원의 절감효과가 있도록 부분 질산화를 유도할 수 있다는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 목적은 하폐수 고도처리 시스템의 질산화 공정에서 암모니아의 부분질산화를 유도하여, 이에 따른 송품비용 절감, 탈질에 필요한 탄소원 절감을 가능하게 하는, 인공 빛을 이용하는 하폐수 고도처리 시스템을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 교반기를 내부에 포함하는 혐기조, 무산소조, 포기조, 침전조가 직렬 순차적으로 포함되는 하폐수 고도처리공정 시스템으로, 상기 혐기조에는 하폐수가 유입되는 제1 배관, 혐기조처리수가 배출되는 제2 배관이 연결되고, 상기 제1 배관에는 상기 침전조와 연결된 외부 반송 배관이 연결되어 있으며, 상기 무산소조에는 상기 혐기조에서 처리된 혐기조처리수가 유입되는 제2 배관, 무산소조처리수가 배출되는 제3 배관, 상기 포기조와 연결되어 포기조처리수가 일부 반송되는 제1 내부 반송 배관이 연결되어 있고, 상기 포기조에는 상기 무산소조에서 처리된 무산소조처리수가 유입되는 제3 배관, 포기조처리수가 배출되는 제4 배관, 상기 무산소조로 포기조처리수 일부를 반송시키는 제1 내부 반송 배관이 연결되어 있고, 인공 광원부를 상기 포기조의 내부 혹은 직상부에 포함하여 유입된 무산소조처리수에 대한 부분 질산화를 유도하며, 상기 침전조에는 상기 포기조에서 처리된 포기조처리수가 유입되는 제5 배관, 침전조처리수를 방류하는 제6 배관, 상기 혐기조로 침전조의 슬러지를 반송하는 외부 반송 배관이 연결되어 있는 하폐수 고도처리공정 시스템을 제공한다.
또한, 상기 포기조와 상기 침전조 사이에 재포기조를 더 포함할 수도 있고, 재포기조에는 포기조에서 배출되는 포기조처리수가 유입되는 제4 배관, 재포기조처리수가 배출되는 제5 배관, 상기 무산소조로 재포기조처리수 일부를 반송시키는 제2 내부 반송 배관이 연결되어 있다.
본 발명의 다른 일례는, 교반기를 내부에 포함하는 혐기조, 반응조가 직렬 순차적으로 포함되어 있으며, 반응조에서 탈질공정, 질산화 공정, 침전공정, 배출공정이 연속적으로 이루어지는 하폐수 고도처리공정 시스템에 관한 것으로, 상기 혐기조에는 하폐수가 유입되는 제1 배관, 혐기조처리수가 배출되는 제2 배관, 상기 반응조와 연결되어 하수와 슬러지 혼합액이 일부 반송되는 내부 반송 배관이 연결되고, 상기 반응조에는 상기 혐기조에서 처리된 혐기조처리수가 유입되는 제2 배관, 반응조처리수가 배출되는 제3 배관, 상기 혐기조와 연결되어 하수와 슬러지 혼합액이 상기 혐기조로 일부 반송되는 내부 반송 배관이 연결되어 있고, 인공 광원부를 상기 반응조의 내부 혹은 직상부에 포함하며, 상기 인공 광원부는 상기 반응조의 질산화 공정 중에 빛을 조사하여, 처리수의 부분 질산화를 유도하는 하폐수 고도처리공정 시스템을 제공한다.
또한, 상기 하폐수 고도처리공정 시스템은 상기 인공광원부의 빛 조사 시간을 반응조의 NO2-N 농도에 따라서 자동으로 조절하는 제어부를 포함한다. 제어부의 운전은 사전에 설정된 NO2-N 농도에 따라 빛 조사와 중지를 하게 된다. NO2-N 농도는 포기조에 설치한 NO2-N 자동 분석기, 실험 요원의 수분석으로 파악할 수 있으며 바람직한 NO2-N 농도는 5 ㎎/Liter이하를 유지하도록 한다.
본 발명에서, 인공 광원부는, 반응기 내부에 일정 간격으로 설치되어 있는 하나 이상의 인공 광원; 상기 인공 광원 외부에 설치되며 수밀성을 갖는 인공 광원 케이싱; 상기 인공 광원 케이싱 외부에 설치되어 인공 광원 케이싱 표면에 부착되는 이물질을 세척하는 케이싱 청소 와이퍼를 포함할 수 있으며, 상기 인공 광원부의 광원은 백열등, 형광등, 수은등, 나트륨등, 할로겐등, 발광다이오드(LED), 유기발광다이오드(OLED) 및 능동형유기발광다이오드(AMOLED)로 구성된 군에서 하나 이상 선택된다.
본 발명에 따른 하폐수 고도처리 시스템은 인공 빛을 하수처리 공정에 조사하는 것에 의해서 부분질산화를 유도하고, 이에 따라 질산화에 필요한 산소 공급 에너지비용을 절감할 수 있고, 탈질화 반응에 의한 질소 제거율 향상되며, C/N Ratio가 낮은 하폐수에 대하여 외부 탄소원을 주입해야하는 필요성이 경감되고, C/N Ratio 낮은 조건에서도 탈질 반응에 의한 알카리가 생성되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 기본 개념 도면이다.
도 2은 본 발명에 따른 제 1 포기조에 설치된 인공 빛 조사장치를 포함한 하폐수 처리공정 시스템에 관한 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 SBR 반응조에 설치된 인공 빛 조사장치의 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 실시예이다
도 5는 본 발명에 따른 실시예의 결과 그래프이다.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 본 발명에서 “배관”이 의미하는 바는 본 발명을 구성하는, 각각의 조작이 일어나는 반응조 혹은 침전조를 연결하는 수단으로 파이프 형태의 배관으로만 제한되는 것이 아니라, 다른 여러 가지 형태로 각각의 반응조 혹은 침전조로 이송되기 위해 연결되는 것이면 어떠한 형태도 무방하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 구성 및 작용효과를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은 하폐수 고도처리 시스템에서 인공 빛 조사장치가 설치되어있는 포기조를 포함하는 하폐수 고도처리 시스템에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 개념도로서, 질산화 반응이 일어나는 생물반응조를 예시적으로 보여준다. 여기서 인공광원은 생물반응조의 내부의 수중 혹은 생물반응조의 직상부에 설치할 수도 있다.
암모니아의 질산화 반응은 화학식 1에서 보여주는 바와 같이, 하폐수 고도처리 시스템에서 AOB(Ammonia Oxidizing Bacteria)에 의해서 아질산(NO2-N) 생성하는 제1단계 질산화반응, NOM(Nitrite Oxidizing Bacteria)에 의해서 아질산이 질산성질소(NO3-N) 생성하는 제2단계 질산화 반응으로 이루어진 직렬반응으로 이루어져 있다.
(화학식 1)
Figure 112013050318623-pat00001
또한, 하폐수 고도처리 시스템에서, 무산소 조건에서 탈질반응이 화학식 2와 같이 일어난다. 화학식 2에서 보여주는 바와 같이, 탈질이 되기 위해서는 탄소의 소모가 동반되며, 질산성질소에서 질소를 생성하기 위하여 필요한 탄소는 아질산으로부터 질소를 생성하는 것 보다 약 40% 정도 더 많은 탄소가 요구된다.
(화학식 2)
Figure 112013050318623-pat00002
또한, NOB 박테리아는 서식조건의 급격한 변동시 AOB에 비해 적응성이 낮은 것으로 보고되고 있으므로, 질산화박테리아에게 빛을 조사함으로써 NOB의 활동을 저해하여 부분 질산화를 유도할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 도 1에서 보여주는 바와 같이, 인공 빛을 생물반응조 내부 혹은 직상부에서 조사하여, NOB의 활동성을 억제함으로써 화학식 1의 2단계 질산화 과정이 진행되지 않거나 부분적으로 진행되도록 유도하여, 탄소의 소모를 감소시킬 뿐만 아니라 질산화에 필요한 산소 공급량을 감소시키고 질소제거율을 향상시킨다.
도 2에서 인공광원을 포기조에 설치한 A2O공법에 의한 하폐수 고도처리시스템을 보여준다. 이는 교반기를 내부에 포함하는 혐기조, 무산소조, 포기조, 침전조가 직렬 순차적으로 포함되는 하폐수 고도처리공정 시스템으로, 상기 혐기조에는 하폐수가 유입되는 제1 배관, 혐기조처리수가 배출되는 제2 배관이 연결되고, 상기 제1 배관에는 상기 침전조와 연결된 외부 반송 배관이 연결되어 있으며, 상기 무산소조에는 상기 혐기조에서 처리된 혐기조처리수가 유입되는 제2 배관, 무산소조처리수가 배출되는 제3 배관, 상기 포기조와 연결되어 포기조처리수가 일부 반송되는 제1 내부 반송 배관이 연결되어 있고, 상기 포기조에는 상기 무산소조에서 처리된 무산소조처리수가 유입되는 제3 배관, 포기조처리수가 배출되는 제4 배관, 상기 무산소조로 포기조처리수 일부를 반송시키는 제1 내부 반송 배관이 연결되어 있고, 인공 광원부를 상기 포기조의 내부 혹은 직상부에 포함하여 유입된 무산소조처리수에 대한 부분 질산화를 유도한다.
포기조에서 전술한 바와 같이, 암모니아가 AOB에 의해서 아질산(NO2-N)으로 제1단계 반응이 진행되고, NOB의 작용에 의해서 질산성질소(NO3-N)으로 제2 단계 반응이 진행된다. 여기서, 제1단계 반응의 반응속도 보다 제2단계 반응의 속도가 빠른 이유로, 아질산이 축적되는 부분 질산화가 이루어지기 용이하지 않다. 따라서, 본 발명에서는 인공광원을 이용하여 빛을 조사하여 NOB의 활동성을 억제하는 것에 의하여, 아질산이 제2단계 반응에 의해서 질산성질소로 변환되는 것을 억제함으로써 포기조에서 아질산이 축적되도록 하는 부분 질산화를 유도하였다.
부분 질산화가 이루어져 아질산의 농도가 비교적 높은 포기조처리수의 일부는 무산소조로 반송되어 탈질반응이 이루어지고, 이때 아질산의 농도가 비교적 높기 때문에 탈질반응에 필요한 탄소의 양이 인공 빛을 조사하지 않은 경우 보다 아주 낮아지게 된다. 또한, 일부의 포기조처리수는 제5배관에 의해서 침전조로 배출된다.
상기 침전조에는 상기 포기조에서 처리된 포기조처리수가 유입되는 제5 배관, 침전조처리수를 방류하는 제6 배관, 상기 혐기조로 침전조의 슬러지를 반송하는 외부 반송 배관이 연결되어 있으며, 침전조에서 미생물이 포함된 슬러지와 물을 분리하여 물은 제6 배관을 통하여 외부로 방출하고, 미생물이 포함된 슬러지의 일부는 외부반송배관에 의해서 제1 배관으로 이송하여 유입되는 하폐수와 함께 혐기조로 도입된다. 침전조에서 슬러지와 물의 분리는 중력침전, 가압부상 또는 분리막 등의 방법으로 이루어지고, UV, 염소, 오존 등의 소독과정을 거친 후 물은 시스템 밖으로 배출된다.
한편, 본 발명은 상기 포기조와 상기 침전조 사이에 재포기조를 더 포함할 수 있고, 재포기조는 포기조에서 배출되는 포기조처리수가 유입되는 제4 배관, 재포기조처리수가 배출되는 제5 배관, 상기 무산소조로 재포기조처리수 일부를 반송시키는 제2 내부 반송 배관을 포함한다.
상기 재포기조는 부분 질산화에 의해서 아질산의 농도가 높은 포기조처리수에 대하여 제2단계 반응이 일어나도록 한다. 이는 아질산의 농도가 과도하게 높은 경우, 혐기조에서의 인 제거 미생물의 인 용출 및 포기조에서의 인 과잉 섭취 작용을 저해하므로 이를 예방하기 위하여 재포기조에서 질산화질소로 제2단계 반응을 진행시킨다. 바람직하게는 NO2-N의 농도를 5 mg/liter 이하로 유지해야 한다. 재포기조에서는 NO2-N과 NO2-N에 의해 생성된 HNO2 가스의 인제거 저해현상을 예방하기 위해 NO2-N을 NO3-N으로 산화시키는 반응이 진행된다.
또한, 재포기조와 더불어, 무산소조와 포기조 사이에 제2 무산소조를 더 포함할 수도 있다. 이 경우에는 포기조에서 포기조처리수의 일부를 제2 무산소조로 반송하고, 재포기조의 재포기조처리수를 무산소조로 반송하며, 무산소조의 일부 처리수를 혐기조로 반송한다. 이러한 반응조 구성은 질소 및 인제거율을 최대화하기 위한 것이며 재포기조에서 NO2-N의 완전한 질산화 반응, 제 2 무산소조에서 탈질반응이 진행되어 C/N 비율이 낮은 하수의 질소, 인 제거율이 향상되게 된다.
본 발명은, 상기 인공광원부의 빛 조사 시간을 활성오니법에서 포기조 NO2-N 농도에 따라 조절하는 제어부를 포함한다. 제어부는 재포기조의 NO2-N의 농도가 5㎎/liter를 초과할 경우 광량과 광조사 시간을 줄이는 장치가 포함된다. 또한 광 조사 시간을 10분 이하의 짧은 주기로 조사/비조사할 수 있는 조절 기능이 포함된다.
상기 인공 광원부는, 반응기 내부에 일정 간격으로 설치되어 있는 하나 이상의 인공 광원, 상기 인공 광원 외부에 설치되며 수밀성을 갖는 인공 광원 케이싱, 상기 인공 광원 케이싱 외부에 설치되어 인공 광원 케이싱 표면에 부착되는 이물질을 세척하는 케이싱 청소 와이퍼를 포함한다. 이때, 인공 광원 케이싱의 외벽 코팅은 초발수 코팅, 세라믹 코팅 및 실리콘 코팅으로 구성된 군에서 선택되고, 바람직하게는 세라믹 코팅을 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 인공 광원은 백열등, 형광등, 수은등, 나트륨등, 할로겐등, 발광다이오드(LED), 유기발광다이오드(OLED) 및 능동형유기발광다이오드(AMOLED)로 구성된 군에서 선택되고, 바람직하게는 발광다이오드(LED)를 사용할 수 있다. 바람직하게는 단일 파장 생성이 용이한 LED가 최적이다. 광원의 파장으로는 청색광을 기본으로 적색, 녹색, 황색 계열의 광을 적정비율로 혼합할 수 있으며, 청색광 단독으로 설치할 수도 있다.
본 발명의 다른 일례는, 교반기를 내부에 포함하는 혐기조, 반응조가 직렬 순차적으로 포함되어 있으며, 반응조에서 탈질공정, 질산화 공정, 침전공정, 배출공정이 연속적으로 이루어지는 SBR 하폐수 고도처리공정 시스템에 관한 것으로, 일반적으로 SBR 하폐수 고도처리공정은 단일 반응조에서 하폐수의 유입 및 처리수의 유출이 일어나는 공정으로 정해진 시간의 배열에 따라 각 단위공정이 연속적으로 일어난다. 즉, 유입공정, 반응공정, 침전공정, 배출공정이 정해진 시간의 배열에 따라서 진행이 되면서, 반응조건을 조절하여 질소와 인을 제거한다.
본 발명에서는, 반응조와 더불어 미생물의 인 용출이 일어나는 혐기조를 부가적으로 설치하여 유입수에 포함된 휘발성 지방산(VFAs)을 Bio-P(인 축적 미생물) 미생물이 선별적으로 이용함으로써 연속되는 포기조에서 인의 과잉 섭취에 의한 인의 고효율 제거를 가능하게 한다. 반응조에서는 질산화 반응, 질소 제거, 침전공정, 배출공정을 행하게 된다.
본 발명인 SBR 하폐수 고도처리공정 시스템에서, 상기 혐기조에는 하폐수가 유입되는 제1 배관, 혐기조처리수가 배출되는 제2 배관, 상기 반응조와 연결되어 하수와 슬러지 혼합액이 일부 반송되는 내부 반송 배관이 연결되고, 상기 반응조에는 상기 혐기조에서 처리된 혐기조처리수가 유입되는 제2 배관, 반응조처리수가 배출되는 제3 배관, 상기 혐기조와 연결되어 SBR 반응조의 하수와 슬러지 혼합액이 상기 혐기조로 일부 반송되는 내부 반송 배관이 연결되어 있고, 인공 광원부가 상기 반응조의 내부 혹은 직상부에 설치된다.
상기 인공 광원부는 상기 반응조의 질산화 공정 중에 빛을 조사하여, 전술한 바와 같이, 처리수의 부분 질산화를 유도하게 되며, 이 경우에도, 상기 인공광원부의 빛 조사 시간을 활성오니법에서 NO2-N 농도에 따라 조절하는 제어부를 포함한다.
부분 질산화에 의해서 상기 반응조의 아질산 농도가 과도하게 높은 경우, 혐기조에서의 인 제거 미생물의 인 용출 및 반응조에서의 인 과잉 섭취 작용을 저해하므로 이를 예방하기 위하여 NO2-N의 농도를 5mg/liter 이하로 유지해야 한다.
또한, 인공광원부와 인공광원 역시 전술한 바와 동일하게 SBR 하폐수 고도처리공정 시스템에도 적용된다.
실시예 :
2012년 11월 7일부터 2012년 12월 12일 까지, 36일간 실제 하수처리장 유입수를 이용하여 2L 용량의 생물반응기를 운전하였으며, 표 1에서 실험조건을 보여준다.
표 1 생물반응기 실험조건
Figure 112013050318623-pat00003
도 5는 본 실험 결과이며, 27회에 걸쳐서, 전체질소(TN) 제거율 및 아질산(NO2-N)의 농도를 광조사 하지 않은 control 반응기, Cool White광, Red & Blue광을 조사한 반응기에서 각각 측정하였다.
표 2에는 도 5에서 보여준 결과를 요약한 것으로, TN 제거율은 인공 빛을 조사하지 않은 일반 활성슬러지가 평균 63.8%인데 비하여, Cool White와 Red & Blue 광을 조사한 경우가 각각 70.8%, 69.2%로 Control 반응기에 비하여 각각 7%와 5.4% 더 높은 TN 제거율을 보여준다.
또한, 방류수내 NO2-N 농도는 Control 반응기에서 1.089 mg/L 이나, Cool White와 Red &Blue는 각각 7.093 mg/L, 7.806 mg/L를 나타내어 부분질산화가 인공 빛 조사 조건에서 진행된다는 것을 알 수 있다.
표 2 실험결과
Figure 112013050318623-pat00004

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 도면에 예시된 것에 한정되는 것은 아니며, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (8)

  1. 교반기를 내부에 포함하는 혐기조, 무산소조, 포기조, 침전조가 직렬 순차적으로 포함되는 하폐수 고도처리공정 시스템에 있어서,
    상기 혐기조에는 하폐수가 유입되는 제1 배관, 혐기조처리수가 배출되는 제2 배관이 연결되고,
    상기 제1 배관에는 상기 침전조와 연결된 외부 반송 배관이 연결되어 있으며,
    상기 무산소조에는 상기 혐기조에서 처리된 혐기조처리수가 유입되는 제2 배관, 무산소조처리수가 배출되는 제3 배관, 상기 포기조와 연결되어 포기조처리수가 일부 반송되는 제1 내부 반송 배관이 연결되어 있고,
    상기 포기조에는 상기 무산소조에서 처리된 무산소조처리수가 유입되는 제3 배관, 포기조처리수가 배출되는 제4 배관, 상기 무산소조로 포기조처리수 일부를 반송시키는 제1 내부 반송 배관이 연결되어 있고, 인공 광원부를 상기 포기조의 내부 혹은 직상부에 포함하여 유입된 무산소조처리수에 대한 암모니아 산화 박테리아 및 아질산 산화 박테리아의 부분 질산화를 유도하며, 상기 인공 광원부의 빛 조사 시간을 포기조 처리수에 함유된 NO2-N가 5mg/liter 이하가 되도록 조절하는 제어부를 포함하고,
    상기 침전조에는 상기 포기조에서 처리된 포기조처리수가 유입되는 제5 배관, 침전조처리수를 방류하는 제6 배관, 상기 혐기조로 침전조의 슬러지를 반송하는 외부 반송 배관이 연결되어 있는 하폐수 고도처리공정 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 포기조와 상기 침전조 사이에 재포기조를 더 포함하고, 재포기조에는 포기조에서 배출되는 포기조처리수가 유입되는 제4 배관, 재포기조처리수가 배출되는 제5 배관, 상기 무산소조로 재포기조처리수 일부를 반송시키는 제2 내부 반송 배관이 연결되어 있는 하폐수 고도처리공정 시스템.
  3. 삭제
  4. 교반기를 내부에 포함하는 혐기조, 반응조가 직렬 순차적으로 포함되어 있으며, 반응조에서 탈질공정, 질산화 공정, 침전공정, 배출공정이 연속적으로 이루어지는 하폐수 고도처리공정 시스템에 있어서,
    상기 혐기조에는 하폐수가 유입되는 제1 배관, 혐기조처리수가 배출되는 제2 배관, 상기 반응조와 연결되어 하수와 슬러지 혼합액이 일부 반송되는 내부 반송 배관이 연결되고,
    상기 반응조에는 상기 혐기조에서 처리된 혐기조처리수가 유입되는 제2 배관, 반응조처리수가 배출되는 제3 배관, 상기 혐기조와 연결되어 하수와 슬러지 혼합액이 상기 혐기조로 일부 반송되는 내부 반송 배관이 연결되어 있고, 인공 광원부를 상기 반응조의 내부 혹은 직상부에 포함하며
    상기 인공 광원부는 상기 반응조의 질산화 공정 중에 빛을 조사하여, 처리수에 대한 암모니아 산화 박테리아 및 아질산 산화 박테리아의 부분 질산화를 유도하고, 상기 인공 광원부의 빛 조사 시간을 처리수에 함유된 NO2-N가 5mg/liter 이하가 되도록 조절하는 제어부를 포함하는 하폐수 고도처리공정 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인공 광원부는,
    반응기 내부에 일정 간격으로 설치되어 있는 하나 이상의 인공 광원;
    상기 인공 광원 외부에 설치되며 수밀성을 갖는 인공 광원 케이싱;
    상기 인공 광원 케이싱 외부에 설치되어 인공 광원 케이싱 표면에 부착되는 이물질을 세척하는 케이싱 청소 와이퍼를 포함하는 하폐수 고도처리공정 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 인공 광원 케이싱의 표면은 초발수 코팅, 실리콘 코팅 및 세라믹 코팅으로 구성된 군에서 선택되는 것으로 코팅하는 하폐수 처리공정 시스템.
  8. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인공 광원부의 광원은 백열등, 형광등, 수은등, 나트륨등, 할로겐등, 발광다이오드(LED), 유기발광다이오드(OLED) 및 능동형유기발광다이오드(AMOLED)로 구성된 군에서 하나 이상 선택되는 하폐수 고도처리공정 시스템.
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