KR101603540B1 - 혐기성화 인터배리어 및 유동상 담체를 구비한 고농도의 질소 제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 혐기성화 인터배리어 및 유동상 담체를 구비한 고농도의 질소 제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템은, 무산소조(SND 반응조)에 혐기성화 인터배리어(Anaerobic Inter-Barrier)를 설치하여 포기조에서 반송되는 활성슬러지 내 용존산소 부하를 저감시키고, 활성슬러지 반송통로에 마이크로 나노버블 장치를 설치하여 반송 슬러지를 분해하여 무산소조(SND 반응조)의 유기탄소원을 공급하도록 하고, 무산소조(SND 반응조)에 유동상 담체(Fluidized Media)를 투입함으로써 최종 침전지에서 반송하는 외부 슬러지 반송이 필요 없게 되어 최종 슬러지 배출을 현저하게 감소시킬 수 있는 혐기성화 인터배리어 및 유동상 담체를 구비한 고농도의 질소 제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템을 제공한다.
Description
본 발명은 혐기성화 인터배리어 및 유동상 담체를 구비한 고농도의 질소 제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 고농도의 질소제거를 용이하게 하기 위해 반응조를 무산소조(SND 반응조)와 포기조로 구성하고, 무산소조에서 동시 질산화/탈질화 반응(Simultaneous Nitrification and Denitrification: "SND")을 최적화하여 질소제거효율을 향상시키고, 무산소조의 SND반응 최적화를 위한 용존산소농도 최적 조건을 구비하기 위해 혐기성화 인터배리어(Anaerobic Inter-Barrier)를 설치하여 포기조에서 반송되는 내부반송슬러지(내부 공급되는 활성슬러지) 내 용존산소 부하를 저감시키고, 포기조에서 무산소조로의 활성슬러지 반송통로에 마이크로 나노버블장치를 더 설치하여 내부반송슬러지가 일부 분해되어 무산소조의 탈질화에 소요되는 유기탄소원을 공급하도록 하고, 용존성 인 제거를 위해 침전지 전단에 응집반응조를 구비하고, 무산소조에 유동상 담체(Fluidized Media, 제 1유동상 담체)를 충진하여 미생물농도를 확보함으로써 최종 침전지에서 잉여슬러지의 외부반송이 필요없게 되어 최종 슬러지 배출을 현저하게 감소시킬 수 있는 혐기성화 인터배리어 및 유동상 담체를 구비한 고농도 질소제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 도시하수, 가축폐수, 농업폐수 및 산업폐수 등을 포함하는 하, 폐수에는 BOD(Biochemical Oxygen Demand) 성분인 유기물뿐만 아니라 질소 및 인을 포함하는 영양염류 성분이 존재한다. 이러한 영양염류의 증가는 생태계 균형을 파괴하며, 부영양화 현상을 발생시키는 문제가 있다.
그러므로 이러한 유기물, 질소 및 인을 포함하는 영양염류를 처리하기 위하여 다양한 방법 및 장치들이 개발되어 왔으며, 상기 인 및 질소를 제거 원리는 하기와 같다.
먼저, 인 제거 원리로서, 인은 미생물의 번식에 탄소나 질소에 비하여 소량 필요하므로 세포 합성에 의하여 제거하는 방법으로는 만족할 만한 결과를 얻을 수 없는데, 최근에 많이 연구되고 있는 인의 방출 및 과잉 섭취 현상을 이용하여 미생물의 각종 물질대사에 필요한 생화학적 당량 이상의 인을 효과적으로 제거하는 방안이 연구되고 있다. 이에 따라 하수 중의 인은 인 제거 미생물의 세포내로 흡수하여 폴리인산염 형태로 과잉 섭취하게 되고, 과잉 섭취된 미생물의 일부가 공정에서 잉여 슬러지로 배출됨으로써 인 제거가 이루어지게 된다.
또한, 질소 제거 원리로서, 생물학적 처리에서의 질소는 미생물의 동화작용으로는 일부분 제거되며, 추가적인 질소 제거를 위해서는 질산화와 탈질화 과정을 거쳐 질소가스로 제거되는 연속된 질산화-탈질화 반응이 필요하다.
질산화는 질산화미생물에 의하여 암모니아성 질소가 아질산기를 거쳐서 질산성 질소로 바뀌는 과정을 말하며, 이러한 질산화 과정에서 예컨대, 암모니아 1㎎당 7.14㎎ as CaCO3의 알칼리도가 소모되며, 용존 산소는 4.47㎎이 소모된다. 또한, 질산화를 유발하기 위한 용존산소(DO) 농도는 2㎎/ℓ이상이며, 최적 pH는 8.4~9.0이며, pH 6이하에서는 질산화가 저해를 받는다. 또한, 탈질화는 전술한 질산화 과정에서 생성된 질산기나 아질산기를 전자 수용체로 사용하는 미생물에 의해 질소가스로 환원시키는 과정으로서, 이러한 탈질화 공정에서는 미생물의 영양원으로 수소 공여체로서 유기물을 필요로 한다.
상기 인 및 질소를 제거하기 위한 대규모 하수처리장은 생물학적 2차 처리공정이 주로 적용되어 오고 있으나, 이러한 생물학적 처리 방법은 질소 및 인 제거 효율이 물리화학적 처리방법 대비 열악하며, 대체로 유기물 제거 효과 이상을 기대하기 어렵다는 점에서, 질소 및 인과 같은 영양염류의 호수 유입에 의한 부영양화에 대비하지 못한다는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 물리적, 화학적 또는 생물학적인 단위 공정에 의해 질소 및 인과 같은 영양염류를 동시에 처리하는 공정, 예를 들면, A2O(혐기성조/무산소조/포기조) 공정이 개발되었으며, A2O 공정은 가장 기본적인 질소/인 동시제거를 위한 생물학적 처리공정이다.
도 1은 종래의 기술에 따른 A2O 하수처리 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 기술에 따른 A2O 하수처리 시스템(10)은, 혐기성조인 인방출조(11), 무산소조인 탈질조(12), 호기성조인 질산화/인흡수조(13)와 최종 침전지(14)로 구성되고, 구체적으로, 인방출조(11)로 유입된 오폐수를 혐기성 조건으로 만들어 인을 방출시킨 다음에 오폐수를 무산소조인 탈질조(12)로 보내고, 이후, 호기성조인 질산화/ 인흡수조(13)에서 내부 반송된 오폐수와 혼합시켜 질산성질소를 질소가스로 탈기시킨다. 이후, 호기성조인 질산화/인흡수조(13)로 보내어 질산화시키고, 또한 인을 흡수시킨 후에 오폐수를 최종 침전지(14)로 보내어 처리수를 배출하고, 미생물 슬러지는 인방출조(11)로 일부 반송하고 나머지는 폐기한다.
종래의 기술에 따른 A2O 공정은 질소와 인(영양염류)의 제거원리를 적절히 혼합하여 동시에 처리하는 생물학적 처리공정으로서, 기존의 AO 공정에 혐기성조와 호기성조 사이에 무산소조를 첨가하여 질소산화물과 인 등을 동시에 제거하는 공정이다.
이러한 A2O 공정은 반송 슬러지의 질소 산화물의 함량을 감소시켜 탈인 과정에서의 질소산화물의 영향을 감소시킬 수 있다. 또한, 호기성조로부터 탈질조로의 순환은 대개 유입수의 100~300%에 달하며, 인 제거율은 기존의 AO 공정에 비해 떨어지지만 40~70%의 질소를 제거할 수 있다.
그러나 종래의 기술에 따른 A2O 하수처리 시스템은 질소를 탈기시키기 위하여 질산화/인흡수조(13)에서 탈질조(12)로의 반송량이 많아지므로, 상기 탈질조(12)의 용량이 지나치게 커지는 문제점이 있었다.
한편, 전술한 A2O 공정의 문제점을 해결하기 위한 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-242795호에는 "미생물을 이용한 질소와 인의 동시 처리방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 종래의 기술에 따른 미생물을 이용한 질소와 인의 동시 처리를 위한 하수처리 시스템의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 종래의 기술에 따른 미생물을 이용한 질소와 인의 동시 처리를 위한 하수처리 시스템(20)은, 유량 조정조(21), 접촉조(22), 1차 침전지(23), 질산화조(24), 질산화 침전지(25), 탈질조(26), 인방출조(27), 인흡수조(28) 및 최종침전지(29)의 순서로 구성되어 있으며, 기존의 탈질조 뒤에 위치하고 있는 질산화조(24)의 배치를 상기 탈질조(26) 앞에 위치하도록 바꿈으로써 반송이 필요 없게 되었고 탈질조(26)의 용량을 줄일 수 있다.
그러나 종래의 기술에 따른 미생물을 이용한 질소와 인의 동시 처리를 위한 하수처리 시스템(20)의 경우, 질산화조의 질산화 미생물농도를 유지시키기 위해서는 별도의 질산화 침전지(25)를 두고, 침전된 질산화미생물을 질산화조(24)로 반송하여야 하므로 처리 시간이 길어지는 문제점이 있었다.
한편, 전술한 A2O 공정의 문제점을 해결하기 위한 또 다른 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-309319호에는 "미생물 접촉을 이용한 오폐수의 처리 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 종래의 기술에 따른 질산화조에 담체를 충전하여 미생물 접촉을 이용한 오폐수의 처리 시스템의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 종래의 기술에 따른 질산화조에 담체를 충전하여 미생물 접촉을 이용한 오폐수의 처리 시스템(30)은, 유량 조정조(31), 호기성조인 접촉조(32), 1차 침전지(33), 막(Membrane)이 설치된 호기성조인 질산화조(34), 무산소조인 탈질조(35), 인방출조(36), 호기성조인 인흡수조(37) 및 최종 침전지(38)로 구성된다.
종래의 기술에 따른 질산화조에 담체를 충전하여 미생물 접촉을 이용한 오폐수의 처리 시스템(30)은 질산화조(34) 내에 질산화미생물이 부착할 수 있는 담체(Media)를 충전함으로써 상기 담체에 미생물을 부착시키거나 또는 막(Membrane)을 설치함으로써 미생물의 유출을 방지함으로써, 상기 질산화조(34) 내의 미생물농도를 유지할 수 있게 하여 기존의 질산화 침전지를 생략할 수 있다. 또한, 인흡수조(37)에 막(Membrane)을 설치할 경우, 미생물슬러지와 처리수를 분리할 수 있어 최종침전지(38)를 생략할 수 있도록 함으로써, 처리시간을 단축시키고 처리효율을 향상시킬 수 있다.
하지만, 전술한 종래의 고도처리공법과 같은 기술들은 활성슬러지가 유기물을 흡착하므로 이로 인한 슬러지 침강속도가 하락하게 되고, 질산화 활성슬러지를 폐기하는 장치가 별도로 필요하여 결국 하수 내 총질소 농도가 증가하는 문제가 있었다.
또한, 전술한 종래의 고도처리공법과 같은 기술들에 의하면 하수처리 시스템 내 슬러지 소화조에 의한 인 방출 농도가 증가하는 현상으로 인해 소화조를 설치할 수 없어, 농축조에서 탈수장치로 처리하수를 이송시키는 장치를 설치할 수 없게 되어 슬러지 발생량이 증가하는 문제가 있었다.
그리고, 전술한 종래의 생물학적 하수고도처리공법은 슬러지를 통한 총인 제거방식이므로 발생되는 슬러지 양 및 응집 약품 양을 증가시키는 문제가 있었다.
또한, 최근 신도시 개발 및 재개발지역을 중심으로 정화조가 없이 설계됨에 따라 하수내 질소 및 인의 농도가 증가(고농도의 질소)하고 있으며, 일부 신규하수처리장의 유입수내 총질소 농도가 60 - 120mg/L로 하수고도처리 대상 수질기준이었던 평균적인 총질소농도 40mg/L 보다 1.5-3.0배까지 높게 유입되고 있어 이를 해결하기 위한 종래 인 및 질소를 제거하기 위한 대규모 하수처리장은 효율성이 떨어져 슬러지 발생양을 최소화 시키면서 동시에 증가되는 고농도의 질소를 효율적으로 제거하기 위한 하수처리 시스템의 기술 개발이 필요한 실정이다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는,
국내 공공하수처리시설에 유입되는 총질소의 평균농도 38mg/L보다 150% 이상 고농도로 유입되는 하수내 질소를 효율적으로 제거하기 위해 동시 질산화/탈질화가 가능한 유동상담체를 충진한 SND 반응조를 적용하고, 최적의 제거효율을 위한 용존산소(DO) 범위를 유지하기 위해 SND 반응조 내에 수직 내부격벽형 혐기성화 인터배리어를 설치하여 내부 반송슬러지에 포함된 높은 용존산소를 짧은 시간에 효율적으로 저감시킬 수 있는 혐기성화 인터배리어 및 유동상 담체를 구비한 고농도의 질소제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템에 관한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 탈질화를 위해 포기조에서 무산소조로 반송되는 내부반송슬러지를 분해하여 탈질화에 소요되는 유기탄소원을 확보할 수 있는 마이크로 나노버블장치를 설치하여 메탄 등 약품비용 절감 및 슬러지 발생량을 저감시키고, 본 시스템을 효과적으로 운전하기 위해 유동상 담체를 충진하여 미생물 농도를 유지할 수 있도록 함으로써 탈질화 및 질산화에 필요한 미생물 농도를 확보할 수 있는 혐기성화 인터배리어 및 유동상 담체를 구비한 고농도의 질소 제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템에 관한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 슬러지 저감을 위하여 무산소조 및 포기조에 유동상 담체를 충진하여 미생물농도를 확보하여 외부슬러지 반송이 불필요하도록 함으로써 최종 슬러지 발생량을 현저하게 감소시킨 혐기성화 인터배리어 및 유동상 담체를 구비한 고농도의 질소 제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여,
고농도의 질소와 인이 함유된 하수가 저장된 하수 저장조;
상기 하수 저장조로부터 유입된 하수의 고농도의 질소 제거효율 높이기 위한 무산소조로서, 상기 하수가 유입되며 상부로 활성슬러지 반송통로를 통해 활성슬러지가 내부 공급되어 하부로만 활성슬러지 및 하수의 혼합물이 침강되는 수직 내부격벽형 공간인 혐기성화 인터배리어가 일측에 내부격벽에 의해 구분되어 설치되며, 상기 하부로 침강된 활성슬러지 및 하수의 혼합물이 유입되어 동시 질산화/탈질화(Simultaneous Nitrification Denitrification, SND) 반응이 진행되도록 제1 유동상 담체가 충진된 SND 반응조;
상기 SND 반응조로부터 유입된 하수의 유기물을 제거하고, 질산화 반응 및 용존성 인을 불용성 인산염으로 변화시켜 활성슬러지에 흡착시킬 수 있는 제2 유동상 담체가 충진되며, 상기 SND 반응조의 혐기성화 인터배리어로 활성슬러지를 내부 반송하는 활성슬러지 반송통로가 연결된 포기조;
상기 포기조에서 유입된 활성슬러지에 응집제를 투입하여 상기 활성슬러지를 응집시킴으로써 상기 활성슬러지의 침강성을 높이고, 용존성 인을 응집시켜 제거하는 응집 반응조; 및
상기 응집 반응조에서 공급된 활성슬러지를 외부로 배출하고, 처리수를 방류하는 침전조를 포함하되,
상기 혐기성화 인터배리어 내부에 제3 유동상 담체가 충진되어 담체 충진층인 혐기성화 영역을 확보함으로서 짧은 체류시간으로도 혐기성화 인터배리어를 통과하는 내부공급된 활성슬러지의 용존산소(DO)를 저감시킬 수 있도록 하며, 상기 내부격벽(W)은 수직 내부격벽으로서, 상기 SND 반응조(120)의 수위는 상기 수직 내부격벽 아래로 형성되도록 하는 혐기성화 인터배리어 및 유동상 담체를 구비한 고농도의 질소 제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 수직 내부격벽형 공간인 혐기성화 인터배리어는 1개의 수직 내부격벽과 상부에서 하부로 갈수록 직경이 감소하는 원통형 수직관으로 형성되는 박스형 수직관으로 형성되어, SND 반응조 및 상기 혐기성화 인터배리어 상호 영역의 용존산소가 서로 혼합되는 믹싱존에 의하여 용존산소농도의 충격부하를 줄여주는 역할을 하는 혐기성화 인터배리어 및 유동상 담체를 구비한 고농도의 질소 제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 응집 반응조 하부에서 배출되는 관입구에는 응집효율 향상을 위한 관내 수류 급속혼화 장치가 더 설치되고, 상기 침전조 하단에 안정적인 슬러지 자동배출을 위해 텔레스코프 장치가 더 설치되는 혐기성화 인터배리어 및 유동상 담체를 구비한 고농도의 질소 제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 활성슬러지 반송통로는 상기 SND 반응조 내부로 반송되는 활성슬러지를 분해하여 유기탄소원을 공급하는 마이크로 나노버블 장치가 더 설치되는 혐기성화 인터배리어 및 유동상 담체를 구비한 고농도의 질소 제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템을 제공한다.
본 발명에 따르면, 포기조로부터 SND 반응조로 활성슬러지가 반송(내부반송슬러지)되고, 무산소조인 SND 반응조에 유동상 담체를 충진하여 질산화/탈질화 미생물을 확보함으로써 침전조로부터의 잉여슬러지의 외부반송이 필요하지 않고, 하수슬러지 발생량을 감소시킬 뿐 아니라, 상기 내부반송슬러지를 나노버블장치로 분해하여 대체 유기탄소원으로 사용할 수 있도록 함으로써, 메탄 등 추가약품 공급장치 및 외부반송이 없어 공정이 간단하고 경제성이 우수한 하수처리 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 혐기성조 역할을 대신하는 수직 내부격벽형 인터배리어를 동시 질산화/탈질화가 가능한 SND 반응조에 설치함으로써 포기조에서 내부 반송되는 슬러지내 용존산소 부하를 저감시킬 수 있는 하수처리 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, SND 반응조의 동시 질산화 및 탈질화에 의해 질소를 제거하고, 포기조에서는 제2 유동상 담체를 이용하여 질산화 및 유기물을 제거하며, 침전조 전단에 상기 응집 반응조를 설치함으로써 슬러지의 침강성을 향상시키고 용존성 인 제거를 동시에 수행할 수 있다. 또한 침전조 하단의 잉여슬러지 배출을 일정하게 유지하기 위한 텔레스코프장치를 설치하여 침전조내 슬러지 양 및 침전상태를 일정하게 유지하여 슬러지부상을 방지하여 처리수질을 안정적으로 확보할 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 A2O 하수처리 시스템의 구성도이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 미생물을 이용한 질소와 인의 동시 처리를 위한 하수처리 시스템의 구성도이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 질산화조에 담체를 충전하여 미생물 접촉을 이용한 오폐수의 처리 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도의 질소 제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 고농도의 질소 제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템의 구성도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도의 질소 제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템의 혐기성화 인터배리어를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도의 질소 제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템의 총화학적 산소요구량(TCOD) 제거율을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도의 질소 제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템의 총질소(TN) 제거율을 나타낸 것이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 미생물을 이용한 질소와 인의 동시 처리를 위한 하수처리 시스템의 구성도이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 질산화조에 담체를 충전하여 미생물 접촉을 이용한 오폐수의 처리 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도의 질소 제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 고농도의 질소 제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템의 구성도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도의 질소 제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템의 혐기성화 인터배리어를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도의 질소 제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템의 총화학적 산소요구량(TCOD) 제거율을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도의 질소 제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템의 총질소(TN) 제거율을 나타낸 것이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
상기 기술한 바와 같이, 종래 하수처리 시스템의 경우 하수 내 총질소 농도가 증가하거나 효율을 향상시키는 과정에서 체류시간이 길어지고 슬러지 발생량 및 응집 약품이 증가하는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명의 발명자들은 상기 문제점들을 해결하기 위해 동시 질산화/탈질화 반응이 가능한 SND 반응조를 최적화시키는 동시에, 질소 제거 효율을 향상시키기 위한 적정 용존산소(DO)농도가 유지되고, 적정 유기탄소원 및 적정 미생물 농도가 유지될 수 있는 하수처리 시스템을 발명하고자 하였다.
따라서 본 발명의 발명자들은 적정 용존산소(DO)농도를 유지하기 위한 혐기성 인터배리어 및 미세 포기 조절부를 적용하고, 적정 미생물 농도가 유지될 수 있도록 유동상 담체를 적용하는 동시에 외부 반송슬러지가 유입되지 않도록 제어하고, 적정 유기탄소원을 확보하기 위해 활성슬러지 반송통로에 마이크로 나노버블 장치를 적용하고 각 조건을 최적화 하고자 관련된 실험을 반복하였다.
도 4 및 도 5를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도의 질소 제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템의 구성도이다. 도 4 및 도 5의 차이는 SND 반응조(120)와 포기조(130)의 분리여부로서 도 4의 경우에는 SND 반응조(120)와 포기조(130)가 서로 내부수직격벽에 의하여 분리되도록 하되 SND 반응조(120)와 포기조(130)의 상부가 서로 연통되도록 하고 있으며, 도 5의 경우에는 SND 반응조(120)와 포기조(130)가 서로 분리되어 배관 연결되어 있음에 차이가 있을 뿐이다.
도 4 및 도 5에 의하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도의 질소 제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템은, 하수 저장조(110), 동시 질산화/탈질화가 가능한 SND 반응조(120), 포기조(130), 응집 반응조(140) 및 침전조(150)를 포함하며, 선택적으로 슬러지 배출조(160)를 포함할 수 있다.
상기 하수 저장조(110)는 유입원수인 하수가 저장되며, 상기 하수 저장조(110)로부터 유입되는 하수의 유량을 조절하기 위해 유량 조정조(도시되지 않음)가 추가 설치될 수 있고, 또한, 상기 하수를 공급하기 위한 공급펌프(도시되지 않음)가 설치될 수 있다.
상기 SND 반응조(120)는 동시 질산화/탈질화(Simultaneous Nitrification Denitrification, SND)가 가능하며, 적정한 용존산소 농도를 유지하도록 교반과 폭기(aeration)를 수행하고, 상기 하수 저장조(110)로부터 유입된 질소와 인이 함유된 하수의 고농도의 질소 제거를 위한 동시 질산화/탈질화(SND) 반응을 위해서 용존산소(DO, Dissolved Oxygen) 농도를 소정 농도로 유지하는 무산소조로서,
수직 내부격벽형 공간인 혐기성화 인터배리어(121)가 일측 내부에 구분되어 설치되고, 제1 유동상 담체(171)가 충진된다.
상기 혐기성화 인터배리어(121)의 상대부피는 상기 SND 반응조(120)의 부피 100을 기준으로 5 내지 20 일 수 있고, 상기 혐기성화 인터베리어(121) 전체 높이(height) 100을 기준으로 5 내지 20 높이 사이에 상기 SND 반응조(120)로 상기 활성슬러지 및 하수의 혼합물이 공급되는 믹싱존이 형성될 수 있다.
즉, 하수가 유입되며 상부로 활성슬러지 반송통로(131)를 통해 활성슬러지가 내부 공급되어 하부로만 활성슬러지 및 하수의 혼합물이 침강되는 수직 내부격벽형 공간인 혐기성화 인터배리어(121)가 일측 내부에 구분되어 설치되어 SND 반응조(120) 및 상기 혐기성화 인터배리어(121) 상호 영역의 용존산소가 서로 혼합되는 믹싱존에 의하여 용존산소농도의 충격부하를 줄여주는 역할을 하게 된다.
상기 SND 반응조(120) 내의 용존산소 농도는 0.3 내지 0.8mg/L를 유지하는 것이 바람직하고, 상기 제1 유동상 담체(171)의 충진율은 30 내지 50% 인 것이 바람직하다.
종래의 무산소조에 외부반송슬러지가 공급되는 시스템에서는 담체가 포함되는 기술들로 모두 외부슬러지가 반송되는 하수처리 시스템에 해당되었으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 하수처리 시스템에서는 외부슬러지 반송 및 별도의 유기탄소원을 제공하지 않고, 내부반송슬러지에 의해 유기탄소원을 제공할 수 있다는 점에서 무산소조인 상기 SND 반응조(120)에 충진된 제1 유동상 담체(171)에 의해 질산화/탈질화 미생물을 확보하여, 외부 슬러지 반송이 불필요하고 하수슬러지 발생량을 감소시킨 하수처리 시스템을 개발할 수 있었다.
상기 제1 유동상 담체(171)의 종류는 특별히 한정되지 않으나, 표면에 요철이 형성된 담체가 바람직하다. 구체적으로, 유동상 담체의 표면에 많은 미세 요철을 형성하여 표면적을 확장함으로써 처리 효율을 증가시킬 수 있고, 필요에 따라 미생물의 부착을 증가시켜 처리 효율을 더욱 증가시킬 수 있다. 따라서, 상기 SND 반응조(120)의 용량이 동일한 경우, 상기 유동상 담체 면적이 상대적으로 클수록 담체 필요량이 작아지는 결과 상기 SND 반응조(120)에 채워지는 담체 충진율을 감소시키게 되어, 담체의 유동성을 확대시켜 처리 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 유동상 담체(171)를 제조하는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 펠릿 형태의 수지 원료를 용융하고 사출금형을 통해 봉 형상의 유동성 담체 성형물을 가공하고, 유동성 담체 성형물을 냉각하면서 그 표면에 요철을 형성하고, 냉각된 유동성 담체 성형물을 커팅하는 방법(등록특허 제 10-1431204호)으로 제조할 수 있다.
또한, 상기 SND 반응조(120) 내에 교반기(123)가 설치될 수 있고, 형태는 특별히 한정되지 않으나 팬(fan) 형태일 수 있다. 상기 교반기(123)에 의해 상기 SND 반응조(120) 내에 유체의 흐름(pattern)을 형성시켜, 상기 SND 반응조(120) 하부에 담체 및 슬러지의 퇴적 또는 불균일한 혼합을 방지할 수 있다.
한편, 상기 SND 반응조(120) 내에 설치된 상기 혐기성화 인터배리어(121)는 내부 반송된 활성슬러지의 용존산소(DO)를 저감시켜 혐기성화 조건을 형성하는 체류시간을 확보하여 수중으로 용존성 인을 방출하고, 탈질화 반응을 진행시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 SND 반응조(120) 내의 적정 용존산소농도 범위인 0.3 내지 0.8mg/L를 유지하기 위해 상기 미세 포기 조절부(122)로 미세 포기(Fine Bubble Aeration)를 발생시켜 1분당 10초씩 간헐 포기를 실시할 수 있다.
그 결과, 본 발명의 발명자들은 상기 혐기성화 인터배리어(121) 및 상기 미세 포기 조절부(122)를 하수처리 시스템에 적용하여, 내부 반송된 활성슬러지의 용존산소(DO)를 효과적으로 저감시켜 상기 SND 반응조의 용존산소 충격부하를 줄일 수 있었다.
또한, 본 발명의 발명자들은 상기 혐기성화 인터배리어(121) 내부에 상기 제3 유동상 담체(173)가 충진되는 담체 충진층을 형성하여 혐기성화 영역을 확보하고, 짧은 체류시간으로도 상기 혐기성화 인터배리어(121)를 통과하는 내부 반송슬러지의 용존산소(DO)를 저감시킬 수 있었고, 그 결과 혐기성화에 따른 탈질화 반응이 동시에 진행될 수 있도록 하였다.
하기 표 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 하수처리 시스템의 상기 혐기성화 인터배리어(121) 전후에 활성슬러지의 용존산소(DO) 농도를 측정한 결과이다.
| 기간(2015년) | 인터배리어 유입부 DO(mg/L) | 인터배리어 유출부 DO(mg/L) |
| 3/1~4/30 | 4.3 ~ 6.0 | 0.4 ~ 1.0 |
| 5/1~6/30 | 4.7 ~ 5.8 | 0.3 ~ 1.0 |
| 7/1~8/30 | 3.5 ~ 5.1 | 0.3 ~ 0.7 |
| 9/1~9/30 | 3.6 ~ 5.4 | 0.3 ~ 0.8 |
상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 하수처리 시스템의 상기 혐기성화 인터배리어(121)는 상기 제3 유동상 담체(173)가 충진된 담체 충진층 및 상기 미세 포기 조절부(122)를 포함하여 용존산소 농도를 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 도 4 및 도 5에서 나타낸 바와 같이 상기 SND 반응조(120)와 하부가 상호 연결되어 있는 구조를 형성함으로써, 상기 SND 반응조(120) 및 상기 혐기성화 인터배리어(121) 상호 영역의 용존산소가 서로 혼합되는 믹싱존이 형성되어 용존산소농도의 충격부하를 줄여주는 역할을 할 수 있다.
상기 혐기성화 인터베리어(121)에 충진되는 제3 유동상 담체(173)의 종류는 특별히 한정되지 않으나, 역시 표면에 요철이 형성된 담체가 바람직하다. 구체적으로, 유동상 담체의 표면에 많은 미세 요철을 형성하여 표면적을 확장함으로써 처리 효율을 증가시킬 수 있고, 필요에 따라 미생물의 부착을 증가시켜 처리 효율을 더욱 증가시킬 수 있다. 따라서, 상기 혐기성화 인터베리어(121)의 용량이 동일하다면, 상기 유동상 담체 면적이 상대적으로 클수록 담체 필요량이 작아지는 결과 상기 혐기성화 인터베리어(121)에 채워지는 담체 충진율을 감소시키게 되어, 담체의 유동성을 확대시켜 처리 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 제3 유동상 담체(173)를 제조하는 방법도 역시 특별히 한정되지 않으나, 펠릿 형태의 수지 원료를 용융하고 사출금형을 통해 봉 형상의 유동성 담체 성형물을 가공하고, 유동성 담체 성형물을 냉각하면서 그 표면에 요철을 형성하고, 냉각된 유동성 담체 성형물을 커팅하는 방법으로 제조할 수 있음은 살펴본 바와 같다.
또한, 상기 혐기성화 인터베리어(121)는 1개의 수직 내부격벽(121a, 상단은 폐쇄 하단은 개방, 하부만 서로 연결)과 상부에서 하부로 갈수록 직경이 감소하는 원통형 수직관(121b)으로 형성되거나, 또는 1개의 수직 내부격벽(121a)과 상부에서 하부로 갈수록 폭이 감소하는 박스형 수직관(121c)으로 형성될 수 있고, 따라서 상기 활성슬러지 및 하수의 혼합물이 용이하게 침전될 수 있다.
구체적으로, 도 6a에 도시된 바와 같이, 상기 혐기성화 인터배리어(121)는 1개의 수직 내부격벽(121a)과 상부에서 하부로 갈수록 직경이 감소하는 원통형 수직관(121b)으로 형성되거나, 또는, 도 6b에 도시된 바와 같이, 1개의 수직 내부격벽(121a)과 상부에서 하부로 갈수록 폭이 감소하는 박스형 수직관(121c)으로 형성될 수 있음을 알 수 있다.
이때, 상기 혐기성화 인터배리어(121)는 상기 SND 반응조(120)의 내벽에 결합되고, 상부에서 하부로 갈수록 좁아지다가 80% 높이를 지난 후에 다시 확대되는 형태일 수 있고, 또한, 상기 혐기성화 인터배리어(121)의 상기 SND 반응조(120) 반대 측면은 경사면으로 형성될 수 있다.
이로서 상기 SND 반응조(120) 및 상기 혐기성화 인터배리어(121) 상호 영역의 용존산소가 서로 혼합되는 믹싱존을 확보하기에 유리한 형태(하부로 갈수록 직경 감소되어 믹싱존을 보다 효과적으로 형성시킬 수 있음)임을 알 수 있다.
상기 포기조(130)는 상기 SND 반응조(120) 내부에 설치된 혐기성화 인터배리어(121)로 활성슬러지를 내부 반송하는 활성슬러지 반송통로(131)가 형성되며, 상기 SND 반응조(120)로부터 유입된 하수의 유기물을 제거하고, 질산화 반응 및 용존성 인을 불용성 인산염으로 변화시켜 활성슬러지에 흡착시킬 수 있도록 제2 유동상 담체(172)가 충진된다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 포기조(130)는, 처리된 활성슬러지 중 일부를 상기 인터배리어(121)로 내부 반송시키는 활성슬러지 반송통로(131); 나머지 활성슬러지를 상기 응집 반응조(140)로 배출시키는 활성슬러지 배출통로(132); 및 상기 포기조(130) 내에 용존산소(DO)를 공급하도록 하부에 설치되는 미세 포기 조절부(133)를 포함할 수 있다.
상기 포기조(130)에 형성된 상기 활성슬러지 반송통로(131)를 통해 활성슬러지가 혐기성화 인터배리어(121) 내부로 반송되며, 따라서 외부로부터 슬러지를 유입하거나 별도의 유기탄소원을 공급하는 공정이 불필요하고, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 하수처리시스템에 의하여 배출되는 하수슬러지의 양이 현저하게 감소될 수 있다.
상기 포기조(130)에서 상기 SND 반응조(120)로 반송되는 활성슬러지의 양은 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게는 100~300%의 반송율로 내부반송 되도록 함으로써 질소제거 효율을 높이고, 배출되는 하수슬러지의 양을 현저하게 감소시킬 수 있다.
상기 포기조(130) 내의 제2 유동상 담체(172)의 종류는 특별히 한정되지 않으나, 표면에 요철이 형성된 담체가 바람직하다. 구체적으로, 유동상 담체의 표면에 많은 미세 요철을 형성하여 표면적을 확장함으로써 처리 효율을 증가시킬 수 있고, 필요에 따라 미생물의 부착을 증가시켜 처리 효율을 더욱 증가시킬 수 있다. 따라서, 상기 포기조(130)의 용량이 동일하다면, 상기 유동상 담체 면적이 상대적으로 클수록 담체 필요량이 작아지는 결과 상기 포기조(130)에 채워지는 담체 충진율을 감소시키게 되어, 담체의 유동성을 확대시켜 처리 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 제2 유동상 담체(172)를 제조하는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 펠릿 형태의 수지 원료를 용융하고 사출금형을 통해 봉 형상의 유동성 담체 성형물을 가공하고, 유동성 담체 성형물을 냉각하면서 그 표면에 요철을 형성하고, 냉각된 유동성 담체 성형물을 커팅하는 방법으로 제조할 수 있음은 살펴본바와 같다.
상기 응집 반응조(140)는 상기 포기조(130)에서 유입된 슬러지에 응집제를 투입하여 상기 슬러지를 응집시킴으로써 상기 슬러지의 침강성을 높이고, 용존성 인을 응집시켜 제거한다.
상기 응집 반응조(140)는 상기 포기조(130) 후단에 설치되어 용존성 인의 제거 및 활성슬러지의 침강성을 높이기 위해 상기 침전조(150) 전단에 설치될 수 있고, 상기 응집 반응조(140) 내에 주입되는 응집제의 종류는 특별히 한정되지 않으나, 인 제거 및 슬러지 개량을 위해 폴리염화알루미늄(PAC), 레드머드 또는 슬러지 개량제일 수 있다.
상기 응집 반응조(140) 하부에 설치된 관내 수류 급속혼화 장치(141)는 관내에서 급속혼화가 가능하도록 슬러지가 회전하면서 이동하게 하며, 따라서 상기 응집 반응조(140) 내부에 포함된 용존성 인이 신속하게 응집반응을 일으키도록 할 수 있고, 상기 응집 반응조(140)의 불필요한 용량을 감소시킬 수 있다.
상기 침전조(150)는 상기 응집 반응조(140)에서 공급된 슬러지를 외부로 배출하고, 처리수를 방류하며, 상기 침전조(150) 하단에 설치된 텔레스코프 장치(151)를 통해 일정한 속도로 배출시키는 폐슬러지를 에너지 저감 방식에 의해 연속적으로 외부로 배출할 수 있다.
상기 마이크로 나노버블 장치(131a)는 상기 활성슬러지 반송통로(131)에 포함되어, 상기 SND 반응조(120) 내부로 반송되는 슬러지를 분해하여 유기탄소원을 공급할 수 있다.
구체적으로, 하수처리 시스템에 있어서, 포기조에서 무산소조(혐기성화 인터배리어)로의 내부 반송율이 100 내지 200%가 되도록 가동시킬 경우 질산화 반응조를 거친 내부 반송슬러지 내 유기물질의 BOD 농도가 5mg/L 이하로 낮아지게 되며, 결국 유입수와 혼합 시 유기물 농도는 유입 BOD 농도의 50% 수준으로 낮아지게 되므로, 탈질화 반응에 요구되는 적정 F/M 비율(Food-to-Microorganism ratio)을 유지하기 위해 탄소원이 필요하게 된다.
본 발명의 발명자들은 외부로 배출되는 하수슬러지의 양을 현저하게 감소시키고 반응 공정을 단순화하기 위해 상기 활성슬러지 반송통로(131)를 통해 대체 유기탄소원을 공급할 수 있도록 하였고, 상기 마이크로 나노버블 장치(131a)는 내부반송 슬러지를 분해하여 대체 유기탄소원을 공급하는 역할을 할 뿐 아니라, 온도가 낮은 겨울철에 상기 SND 반응조(120) 내 일정한 수온을 유지할 수 있도록 하여, 상기 제1 유동상 담체(171)에 의한 동시 질산화/탈질화 반응을 우수한 조건에서 진행될 수 있도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 발명자들은 내부반송슬러지 내 슬러지를 대체 유기탄소원으로 활용하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 나노버블 장치(131a)를 적용하여 슬러지 및 입자성 물질을 효과적으로 분해하여 유기물농도로서 20 내지 40mg/L의 BOD를 추가적으로 공급할 수 있었고, 동시에 하수처리 시스템 외부로 배출되는 슬러지를 감소시키는 효과를 달성할 수 있었다.
이와 관련하여, 종래 공지된 수처리용 나노버블 장치는 시스템 구조 상 부상분리, 살균, 산소공급, 슬러지 저감 등의 용도로 사용되었으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 하수처리 시스템과 같이 슬러지를 분해하여 대체 유기탄소원으로 사용할 수 있도록 적용할 수 없었다. 이러한 이유는, 본 발명의 일 실시예에 따른 하수처리 시스템은 종래 공지된 수처리용 나노버블 장치와 상이하게 상기 혐기성화 인터베리어(121)를 하수처리 시스템의 무산소조에 적용함으로써 상기 마이크로 나노버블 장치(131a)에 의해 증가된 용존산소를 제어할 수 있었기 때문이다.
또한, 상기 마이크로 나노버블 장치(131a)는 가압 선회 방식이 적용될 수 있다. 상기 가압 선회 방식이 적용된 마이크로 나노버블 장치(131a)는 종래 통상적으로 사용되던 선회형 마이크로 나노버블 방식이 대량의 마이크로 나노버블을 발생시키는 장점은 있으나 공기 포화도 이상의 용존산소(DO)를 높이기 어렵다는 단점을 보완할 수 있다. 구체적으로, 상기 가압 선회 방식이 적용된 마이크로 나노버블 장치(131a)에 의해 강력한 소용돌이가 발생되어 기포를 미세기포화 하고 관의 압력을 통해 완전 용해를 수행할 수 있어 단절 없이 대용량의 마이크로 나노버블을 발생할 수 있다.
상기 마이크로 나노버블 장치(131a)에 의해서 발생한 마이크로 나노버블은 수중에서 축소하며 소멸하는 과정에서 내부 압력이 상승하고, 상기 마이크로 나노버블의 계면을 마이너스로 대전하며 양전하를 띈 유기물질을 흡착시켜 상승하고, 소멸할 때 프리라디칼과 고압이 발생하기 때문에 유기물질을 효율적으로 분해하거나 바이러스를 살균하는 효과를 기대할 수 있다.
구체적으로, 하기 표 2를 참조하면, 본 발명의 발명자들은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 나노버블 장치(131a)를 장착한 하수처리 시스템(A-1)의 경우, 상기 마이크로 나노버블 장치(131a)를 장착하지 않은 하수처리 시스템(B-1)에 비해 질소 제거효율이 높고 상대적으로 높음을 확인하였으며, 메탄과 같은 유기탄소원의 공급량을 현저히 감소시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.
| 구분 | 유입수 내 총질소(㎎/L) | 유출수 내 총질소(㎎/L) | 총질소 제거율(%) |
| A-1 | 59 | 9 | 85 |
| B-1 | 60 | 16 | 73 |
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 SND 반응조(120) 및 상기 포기조(130)는 각각이 별개의 반응기로 구성될 수 있으며 도시하지 않았지만 하나의 반응기에서 구분되는 구조일 수도 있다.
한편, 상기 제1 유동상 담체(171)는 상기 SND 반응조(120) 내에 30% 내지 50% 충진되고, 상기 제1 유동상 담체(171)가 상기 포기조(130)로 유출되지 않도록 상기 제1 유동상 담체(171)의 상부에 스크린 보호막(도시되지 않음)을 설치할 수 있다.
또한, 상기 제2 유동상 담체(172)는 상기 포기조(130) 내에 30% 내지 50% 충진되고, 상기 제2 유동상 담체(172)가 상기 포기조(130) 후단의 응집 반응조(140) 및 상기 활성슬러지 반송통로(131)로 유출되지 않도록 상기 제2 유동상 담체(172)의 상부에 스크린 보호막(도시되지 않음)을 설치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고농도의 질소 제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템은, 상기 SND 반응조(120)의 질산화 및 탈질화에 의한 질소 제거가 가능하며, 발생된 용존 인은 상기 제1 유동상 담체(171)를 이용하여 인(P)을 흡착 저감시키고, 상기 포기조(130)에서는 상기 제2 유동상 담체(172)를 이용하여 유기물을 제거하며, 상기 침전조(150) 전단에 상기 응집 반응조(140)를 설치함으로써 슬러지의 외부 반송 없이 슬러지의 침강성을 향상시키고 용존성 인 제거를 동시에 수행할 수 있다.
이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 하수 내의 질소와 인을 저감시키기 위한 혐기성화 인터배리어 및 유동상 담체를 구비한 하수처리 시스템은, 상기 하수 저장조(110)로부터 유입된 질소와 인이 함유된 하수는 전체 질소 함량이 10㎎/ℓ이하이고, 전체 인 함량이 0.5㎎/ℓ이하가 되도록 처리할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도의 질소 제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템의 TCOD(총화학적 산소요구량) 제거율을 나타낸 것이다.
구체적으로, 유입수 내 TCOD가 높은 2015/09/08, 2015/10/01, 2015/10/15의 COD 제거율을 나타내면 하기 표 3과 같다.
| 구분 | 유입수 내 TCOD(㎎/L) | 유출수 내 TCOD(㎎/L) | TCOD 제거율(%) |
| 20150908 | 200 | 5 | 97 |
| 20151001 | 220 | 8 | 96 |
| 20151015 | 245 | 9 | 96 |
상기 표 3에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도의 질소 제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템은, 유입수 내 TCOD가 높은 경우에도 TCOD 제거율이 95% 이상으로 높은 처리 효율을 나타냄을 확인할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도의 질소 제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템의 총질소(TN) 제거율을 나타낸 것이다. 본 발명에 따른 일 30톤 처리용량의 파일럿 플랜트에서 유입수내 총질소농도가 60mg/L로 높게 유입되어도 10mg/L 이하로 처리되는 것을 나타낸 것이다.
구체적으로, 2015/08/06부터 2015/10/15까지의 운전 결과이며, 2015/10/06, 2015/10/08, 2015/10/15에서 유출수 내 총질소농도 및 총질소 제거율을 나타내면 하기 표 4와 같다.
| 구분 | 유입수 내 총질소(㎎/L) | 유출수 내 총질소(㎎/L) | 총질소 제거율(%) |
| 20151006 | 56 | 7 | 88 |
| 20151008 | 61 | 6.5 | 89 |
| 20151015 | 49 | 7 | 85 |
상기 표 4에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도의 질소 제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템은, 유입수 내 총질소농도가 높은 경우에도 총질소 제거율이 95% 이상으로 높은 처리 효율을 나타냄을 확인할 수 있다.
결국, 종래의 고도처리 시스템의 경우, 침전조에서 혐기성조로의 활성슬러지 외부 반송이 이루어지는데, 본 발명의 실시예에 따른 하수 내의 질소와 인을 저감시키기 위한 혐기성화 인터배리어 및 유동상 담체를 구비한 하수처리 시스템은, 이러한 외부 반송공정 없이 내부 반송이 이루어지는 하수처리 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 일반적인 고도처리 시스템의 경우, A2O(혐기성조/무산소조/포기조) 공정에서 혐기성조가 필요하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도의 질소 제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템은, 별개의 독립된 혐기성조가 없는 시스템으로서 수직 내부격벽형 공간인 혐기성화 인터배리어(121)가 상기 혐기성조 역할을 대신하도록 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 고농도의 질소 제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템, 질소 제거 효율을 높이기 위해 제1 유동상 담체(171)가 충진되는 SND 반응조(120)를 적용하고, 용존산소(DO) 농도 관리를 위한 미세 포기(Fine Bubble Aeration) 방식이 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 고농도의 질소 제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템은, 기존의 담체보다 15% 이상의 넓은 표면적을 갖는 유동상 담체를 적용하여, 하수처리 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 고농도의 질소 제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템은, 활성슬러지의 외부 반송이 없어 폐슬러지를 침전조(150) 후단으로 모두 배출함으로써, 상기 침전조(150) 후단 공정의 슬러지 농축조 또는 슬러지 배출조 등에 적용하던 응집제를 상기 침전조(150)의 전단에 적용하여 기존 동종 공법의 슬러지 침전성이 열악했던 것을 개선하고, 전체 인 제거 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 고농도의 질소 제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템은, 생물 반응조의 효과적 관리 기법으로서, 미소 전극을 이용한 미생물 농도 측정센서를 설치함으로써 제1 및 제2 유동상 담체(171, 172)의 미생물 농도를 용이하게 관리할 수 있고, 또한, SND 반응조(120) 내에 용존산소(DO) 미터(181)를 부착함으로써 상기 SND 반응조(120) 내의 용존산소 농도를 용이하게 관리할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형(또는 일체형)으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 하수 저장조
120: SND 반응조
121: 혐기성화 인터배리어
121a: 수직 내부격벽
121b: 원통형 수직관
121c: 박스형 수직관
122: 미세 포기 조절부
123: 교반기
130: 포기조
131: 활성슬러지 반송통로
131a: 마이크로 나노버블 장치
132: 활성슬러지 배출통로
133: 미세 포기 조절부
140: 응집 반응조
141: 관내 수류 급속 혼화 장치
150: 침전조
151: 텔레스코프 장치
160: 슬러지 배출조
171: 제1 유동상 담체
172: 제2 유동상 담체
173: 제3 유동상 담체
181: 용존산소 센서(DO 미터)
120: SND 반응조
121: 혐기성화 인터배리어
121a: 수직 내부격벽
121b: 원통형 수직관
121c: 박스형 수직관
122: 미세 포기 조절부
123: 교반기
130: 포기조
131: 활성슬러지 반송통로
131a: 마이크로 나노버블 장치
132: 활성슬러지 배출통로
133: 미세 포기 조절부
140: 응집 반응조
141: 관내 수류 급속 혼화 장치
150: 침전조
151: 텔레스코프 장치
160: 슬러지 배출조
171: 제1 유동상 담체
172: 제2 유동상 담체
173: 제3 유동상 담체
181: 용존산소 센서(DO 미터)
Claims (4)
- 고농도의 질소와 인이 함유된 하수가 저장된 하수 저장조(110);
상기 하수 저장조(110)로부터 유입된 하수의 고농도의 질소 제거효율 높이기 위한 무산소조로서, 상기 하수가 유입되며 상부로 활성슬러지 반송통로(131)를 통해 활성슬러지가 내부 공급되어 하부로만 활성슬러지 및 하수의 혼합물이 침강되는 수직 내부격벽형 공간인 혐기성화 인터배리어(121)가 일측에 내부격벽에 의해 구분되어 설치되며, 상기 하부로 침강된 활성슬러지 및 하수의 혼합물이 유입되어 동시 질산화/탈질화(Simultaneous Nitrification Denitrification, SND) 반응이 진행되도록 제1 유동상 담체(171)가 충진된 SND 반응조(120);
상기 SND 반응조(120)로부터 유입된 하수의 유기물을 제거하고, 질산화 반응 및 용존성 인을 불용성 인산염으로 변화시켜 활성슬러지에 흡착시킬 수 있는 제2 유동상 담체(172)가 충진되며, 상기 SND 반응조(120)의 혐기성화 인터배리어(121)로 활성슬러지를 내부 반송하는 활성슬러지 반송통로(131)가 연결된 포기조(130);
상기 포기조(130)에서 유입된 활성슬러지에 응집제를 투입하여 상기 활성슬러지를 응집시킴으로써 상기 활성슬러지의 침강성을 높이고, 용존성 인을 응집시켜 제거하는 응집 반응조(140); 및
상기 응집 반응조(140)에서 공급된 활성슬러지를 외부로 배출하고, 처리수를 방류하는 침전조(150)를 포함하되,
상기 혐기성화 인터배리어(121) 내부에 제3 유동상 담체(173)가 충진되어 담체 충진층인 혐기성화 영역을 확보함으로서 짧은 체류시간으로도 혐기성화 인터배리어(121)를 통과하는 내부공급된 활성슬러지의 용존산소(DO)를 저감시킬 수 있도록 하며,
상기 내부격벽(W)은 수직 내부격벽으로서, 상기 SND 반응조(120)의 수위는 상기 수직 내부격벽 아래로 형성되는 혐기성화 인터배리어 및 유동상 담체를 구비한 고농도의 질소 제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 수직 내부격벽형 공간인 혐기성화 인터배리어(121)는 1개의 수직 내부격벽(121a)과 상부에서 하부로 갈수록 직경이 감소하는 원통형 수직관(121b) 또는 1개의 수직 내부격벽(121a)과 상부에서 하부로 갈수록 폭이 감소하는 박스형 수직관(121c)으로 형성되어, SND 반응조(120) 및 상기 혐기성화 인터배리어(121) 상호 영역의 용존산소가 서로 혼합되는 믹싱존에 의하여 용존산소농도의 충격부하를 줄여주는 역할을 하는 혐기성화 인터배리어 및 유동상 담체를 구비한 고농도의 질소 제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 응집 반응조(140) 하부에서 배출되는 관입구에는 응집효율 향상을 위한 관내 수류 급속혼화 장치(141)가 더 설치되고,
상기 침전조(150) 하단에 안정적인 슬러지 자동배출을 위해 텔레스코프 장치(151)가 더 설치되는 혐기성화 인터배리어 및 유동상 담체를 구비한 고농도의 질소 제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 활성슬러지 반송통로(131)는 상기 SND 반응조(120) 내부로 반송되는 활성슬러지를 분해하여 유기탄소원을 공급하는 마이크로 나노버블 장치(131a)가 더 설치되는 혐기성화 인터배리어 및 유동상 담체를 구비한 고농도의 질소 제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020150159585A KR101603540B1 (ko) | 2015-11-13 | 2015-11-13 | 혐기성화 인터배리어 및 유동상 담체를 구비한 고농도의 질소 제거 및 슬러지 저감형 하수처리 시스템 |
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