KR101638988B1 - 오폐수의 고도 처리 공법 - Google Patents

오폐수의 고도 처리 공법 Download PDF

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이기희
조중진
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한국도로공사
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Abstract

오폐수의 고도 처리 공법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 폐수에서 발생하는 슬러지를 저장하지 않고, 탈수 시키는 오폐수의 고도 처리 공법에 관한 것으로서, 슬러지에 탈수 보조제를 투입하는 단계, 슬러지와 탈수 보조제의 혼합물로부터 탈수 케이크와 탈수 여액이 생성되도록, 혼합물을 탈수하는 단계 및 탈수 여액을 생물 반응조에 투입하는 단계를 포함하며, 탈수 여액은 생물 반응조 내의 폐수를 질산화 시키는 것을 포함할 수 있다.

Description

오폐수의 고도 처리 공법{ADVANCED TREATMENT METHOD OF WASTWATER}
본 발명은 오폐수의 고도 처리 공법에 관한 것이다.
90년대 후반까지 슬러지를 처리하기 위해 주로 단순매립방법이 채택되었다. 하지만 1997년에 개정된 폐기물 관리법에서 매립을 금지함에 따라 적은 비용으로 처리할 수 있는 해양배출 방법으로 슬러지를 처리하였다. 그러나, 2009년 1월 런던협약 96 의정서에 가입하여 2012년 1월부터 슬러지 등의 해양배출 금지를 추진하였다.
고속도로 휴게소 개인하수처리시설의 경우 발생하는 슬러지를 전량 습식으로 지자체에 위탁처리하고 있으며 슬러지 육상처리로 전환됨에 따라 처리비용 상승이 예상된다.
게다가, 슬러지 처리비용은 현재의 운영관리비 18%에서 38.8%로 2.16배까지 상승 할 것으로 예상되어 지자체의 슬러지 처리시설의 확충이 미흡 할 경우 또는 휴게소 개인하수처리시설에서 처리비용 절약을 위하여 인위적으로 슬러지를 미처리 할 경우 생물학적 처리 공정 내 영양염류 처리효율 저하를 초래 할 것이다.
따라서 슬러지 처리에 필요한 약품 비용 및 설비 등에 대한 비용을 절감하거나, 처리 설비를 활용하는 방안과 함께, 슬러지를 자체적으로 처리하며 처리 효율을 향상 시킬 수 있는 방안모색이 필수적이다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 제10-2015-0081920호(2015.07.15.)에 개시되어 있다.
본 발명의 실시예들은, 슬러지를 저류조에 저장하지 않고, 탈수 보조제와 함께 탈수 처리함으로써 유량 조절조 내부로 슬러지 및 저류조 상등액이 유입되는 것을 원천적으로 방지할 수 있으며, 중 탄산 나트륨 대체하는 탈수여액을 생물 반응조에 투입함으로써 기존 공정 대비 폐수 처리 효율을 향상 시킬 수 있는 폐수의 고도화 처리 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 슬러지를 탈수 처리하여 발생되는 탈수 케이크를 일반 폐기물로 처리함에 따라 슬러지의 처리 비용을 감소 시킬 수 있는 폐수의 고도화 처리 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 폐수에서 발생하는 슬러지를 저장하지 않고, 탈수 시키는 오폐수의 고도 처리 공법에 관한 것으로서, 슬러지에 탈수 보조제를 투입하는 단계, 슬러지와 탈수 보조제의 혼합물로부터 탈수 케이크와 탈수 여액이 생성되도록, 혼합물을 탈수하는 단계 및 탈수 여액을 생물 반응조에 투입하는 단계를 포함하며, 탈수 여액은 생물 반응조 내의 폐수를 질산화 시키는 것을 특징으로 하는 오폐수의 고도 처리 공법이 제공된다.
탈수 보조제는 탄산 칼슘을 포함하고, 탈수 보조제는, 슬러지 1중량부에 대하여 탈수 보조제 1.5 내지 2.5 중량부만큼 투입되는 것을 포함할 수 있다.
생물 반응조는 혐기조와 무산소조를 포함하고, 탈수 여액은 혐기조와 무산소조 중 적어도 하나 이상에 투입되는 것을 포함할 수 있다.
혼합물을 탈수하는 단계에서, 혼합물은 필터 프레스를 통해 탈수되는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 슬러지를 저류조에 저장하지 않고, 탈수 보조제와 함께 탈수 처리함으로써 유량 조절조 내부로 슬러지 및 저류조 상등액이 유입되는 것을 원천적으로 방지할 수 있으며, 중 탄산 나트륨 대체하는 탈수여액을 생물 반응조에 투입함으로써 기존 공정 대비 폐수 처리 효율을 향상 시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들은 슬러지를 탈수 처리하여 발생되는 탈수 케이크를 일반 폐기물로 처리함에 따라 슬러지의 처리 비용을 감소 시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오폐수의 고도 처리 공법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 오폐수의 고도 처리 공법에서, 탈수 케이크 및 탈수 여액의 형성 및 사용 과정을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 오폐수의 고도 처리 공법에서, 저류조 상등액(Supernatant)과 탈수여액(Dehydrate water)의 BOD5 농도를 비교한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 오폐수의 고도 처리 공법에서, 저류조 상등액(Supernatant)과 탈수여액(Dehydrate water)의 NH3-N 농도를 비교한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 오폐수의 고도 처리 공법에서, 저류조 상등액(Supernatant)과 탈수여액(Dehydrate water)의 NO3 --N 농도를 비교한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 오폐수의 고도 처리 공법에서, 저류조 상등액(Supernatant)과 탈수여액(Dehydrate water)의 Alkalinity를 비교한 그래프이다.
도 7은 본 실시예에 따른 오폐수의 고도 처리 공법에서, 기존 공정과 각 공정별로 BOD5 농도를 비교한 그래프이다.
도 8은 본 실시예에 따른 오폐수의 고도 처리 공법에서, 기존 공정과 각 공정별로 NH3-N 농도를 비교한 그래프이다.
도 9는 본 실시예에 따른 오폐수의 고도 처리 공법에서, 기존 공정과 각 공정별로 NO3 --N 농도를 비교한 그래프이다.
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, 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. 또한, 명세서 전체에서, "상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것이 아니다.
또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 오폐수의 고도 처리 공법을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
유량조정조로부터 배출되는 폐수를 생물 반응조, 침전조, 저류조 순으로 순환하는 종래의 폐수 처리 공법에서, 저류조에 저장된 슬러지의 미폐기 또는 관리미흡 원인으로 상기 저류조의 슬러지 및 저류조 상등액이 유량조정조로 유입(Overflow)되어 폐수의 정화 효율을 저하시키는 문제점이 있었다. 또한, 종래의 공법으로 발생되는 슬러지는 위탁 처리로 인한 비용이 많이 발생하는 문제가 있었다.
본 실시예에 따른 오폐수의 고도 처리 공법은 폐수 처리 과정에서 발생하는 슬러지를 저류조에 저장할 필요 없이, 탈수 보조제와 함께 탈수 시킴으로써 슬러지 및 저류조 내의 저류도 상등액이 유량조절조로 유입되는 것을 원천적으로 방지할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따르면, 저류조가 생략될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 오폐수의 고도 처리 공법에서, 슬러지의 탈수공정으로 인해 탈수케이크와 탈수여액을 생성할 수 있으며, 발생된 탈수케이크는 슬러지 대비 부피가 감소되며, 일반 폐기물로 처리됨에 따라 처리비용이 감소될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 오폐수의 고도 처리 공법은, 중 탄산 나트륨의 대체제인 탈수 여액을 생물 반응조에 투입함에 따라 폐수를 질산화(Nitrification) 시킬 수 있으며, 폐수의 정화 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 오폐수의 고도 처리 공법은, 슬러지에 탈수 보조제를 투입하는 단계(S100), 슬러지와 탈수 보조제의 혼합물로부터 탈수 케이크와 탈수 여액이 생성되도록, 혼합물을 탈수하는 단계(S200) 및 탈수 여액을 생물 반응조에 투입하는 단계(S300)를 포함할 수 있다.
도 2와 같이, 슬러지는 생물 반응조(혐기조, 무산소조, 호기조)로부터 배출되어, 침전조 내부에서 일정시간 침전됨에 따라 발생될 수 있다.
S100의 단계에서, 발생된 슬러지는 탈수 보조제와 함께 탈수기에 투입될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 오폐수의 고도 처리 공법은, 슬러지를 저류조에 저장하지 않고, 탄산 칼슘과 함께 탈수 처리함으로써 유량 조절조 내부로 슬러지 및 저류조 상등액이 유입되는 것을 원천적으로 방지할 수 있다. 이에 따라, 폐수의 정화 효율을 향상 시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 오폐수의 고도 처리 공법은, 저류조를 사용하지 않으므로 기존의 설비대비 제조 비용이 절감될 수 있다. 게다가, 기존의 설비에 본 발명을 적용하는 경우 사용되던 저류조를 재활용 할 수 있다. 예를 들어, 유입되는 오폐수의 유입량을 조절하는 유량 조절조 및/또는 생물 반응조 등으로 재활용하여 사용함에 따라 오폐수의 처리 용량 및 효율이 향상될 수 있다.
게다가, 본 실시예에 따른 오폐수의 고도 처리 공법은, 저류조에 슬러지를 저장하지 않으므로 설비로부터 악취가 발생하는 것을 최소화 시킬 수 있으며, 악취 제거로 인한 비용이 절감될 수 있다.
슬러지는 복잡한 구조를 갖는 유기물과 무기물의 접합체다. 슬러지 입자는 물과 친화력이 강하므로 적절한 예비처리를 하지 않으면 입자와 물을 효과적으로 분리하기 어렵다. 이런 슬러지의 탈수성뿐만 아니라 침강성을 좋게 하기 위해서 탈수 보조제가 사용될 수 있다.
상기 탈수 보조제는 탄산 칼슘(CaCO3)을 포함할 수 있다. 이때, 탈수 보조제(탄산 칼슘)는, 슬러지 1중량부에 대하여 탈수 보조제 1.5 내지 2.5 중량부만큼 투입될 수 있다.
CaCO3성분에서 Ca2+ 이온은 갖는 자신의 양전하의 역할로 응집을 촉진시켜 슬러지 입자가 서로 입자사이에 들어가 지지하게 되어 수분이 흐를 수 있는 간격을 통해 탈수성을 증진 시킬 수 있다.
S200을 통해서, 탈수기의 작동으로 탈수 케이크와 탈수 여액이 생성될 수 있다.
본 실시예에서, 탈수기는 필터 프레스를 포함할 수 있으며, 필터 프레스를 통해, 상기 혼합물을 탈수하는 것을 포함할 수 있다.
필터 프레스의 일측으로 투입되는 슬러지 및 탈수 보조제의 혼합물 중에서 액체(탈수여액)는 여과포를 거쳐 필터 프레스의 타측으로 배출되며, 고형물질(탈수케이크)는 여과포 표면에 침적될 수 있다.
본 실시예에서는, 탈수효율 증가를 위해 슬러지 농도에 따른 최적의 탄산칼슘 주입량을 도출하고자 하였으며, 필터프레스를 통해 슬러지를 탈수한 실험 결과를 표 1에 나타내었다.
Mode 2 슬러지 농도 5,000 mg/L
Sludge: CaCO3 비율 1:1
(50g)		 1:1.2
(65g)		 1:1.5
(75g)		 1:2
(100g)		 1:3
(150g)
혼합 슬러지 농도 (mg/L) 17,650 19,320 24,650 28,680 32,250
탈수케이크 함수율 (%) 89 80 68 60 58
표 1의 경우 슬러지의 고형물 농도를 5,000 mg/L로 제조하여 실험하였으며, 그 결과 탈수케이크 함수율의 경우 89, 80, 68, 60, 58%로 칼슘 주입비율이 같을 경우 슬러지 농도가 높을수록 탈수케이크의 함수율이 더 낮게 나오는 것을 확인할 수 있다.
폐기물 관리법 시행규칙에 따르면 유기성 폐기물을 복토 용도로 재활용하거나 일반 폐기물로 처리하기 위해서는 폐기물 함수율이 60% 이하를 만족해야 한다(환경부 2012). 따라서 복토 용도 또는 일반 폐기물로 처리하는 것을 기준으로 적용하면, 슬러지 대비 탄산 칼슘 주입량의 최적 비율은 1:2 이다.
본 실시예에 따른 오폐수의 고도 처리 공법에서, 탈수 케이크는 슬러지 대비 1/80로 부피가 감소되고, 60% 이하의 함수율로 형성되어 일반 폐기물로 처리 될 수 있다.
본 실시예에 따른 오폐수의 고도 처리 공법을 통해서, 슬러지는 일반 폐기물로 처리됨에 따라, 기존의 위탁 처리로 인한 처리 비용이 절약될 수 있다.
또한, 본 실시예에서, 탈수 여액은 중탄산 나트륨을 대체함에 따라, 기존 공정에서 질산화 반응을 위해 사용되는 중탄산 나트륨의 구입 비용이 절약될 수 있다.
게다가, 본 실시예에서, 탈수여액은 질산화 반응뿐만 아니라, 탈질 반응을 촉진시키므로, 기존에 사용되는 메탄올 양보다 적은 양을 사용할 수 있으므로 메탄올의 구입 비용을 절감할 수 있다.
즉, 기존 공정에는 약 2200만원의 비용(매년, 기존 슬러지 위탁 처리 비용 1천 만원, 중탄산 나트륨 6백 만원, 메탄올 5백 만원)이 소비되는데 반해, 본 실시예에 따른 오폐수의 고도 처리 공법은 약 920만원의 비용(슬러지의 탈수케이크의 일반 폐기 처리비용 120만원, 중탄산 나트륨 X, 메탄올 4백 만원, 탄산칼슘 4백 만원)이 소요되어 약 1280만원의 비용이 절약될 수 있다.
생물 반응조 내에서, 질소 제거는 두 단계에 의해서 처리될 수 있다. 첫 번째 단계(질산화)에서 NH3-N가 NO3 --N로 산화되고, 두 번째 단계(탈질화)에서 종속 영양미생물(Heterotrophic bacteria)들에 의해 NO3 --N가 전자수용체로 사용되어 환원되면서 N2 가스로 변환된다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 생물 반응조에서 무산소조에서는 탈질화가(Denitrification) 반응이 발생할 수 있으며, 호기조에서는 질산화(Nitrification) 반응이 발생할 수 있다.
구체적으로, 질산화(Nitrification) 과정에는 두 종의 미생물이 질산화에 관여하는데 나이트로소모나스(Nitrosomonas)와 나이트로박터(Nitrobactor)이다. Nitrosomonas는 암모니아를 중간 생성물인 NO2 --N로 산화시킨다. NO2 --N는 Nitrobactor에 의하여 NO3 --N(질산성 질소)로 변환된다.
이러한 반응은 호기조 내에서 산소를 이용하여 유기물을 분해하며 BOD, COD 농도를 감소시키고 산소를 이용 질산화반응을 수행하여 암모니아성 질소(NH3-N)를 NO3 --N(질산성 질소)로 변환한다.
본 실시예에 따른 오폐수의 고도 처리 공법에서, 탈수 케이크와 함께 생성되는 탈수 여액은, 생물 반응조에 투입 됨으로써(S300) 상기 생물 반응조 내의 질산화를 가능하게 하는 중 탄산 나트륨을 대체할 수 있다.
또한, 본 실시에에 따른 오폐수의 고도 처리 공법에서, 생물 반응조는 혐기조 무산소조, 호기조를 포함할 수 있으며, 탈수 여액은 혐기조와 무산소조에 투입될 수 있다.
탈수 여액은 혐기조와 무산소조에 미리 투입되어 체류시간을 늘림으로써, 호기조 단계에서의 질산화 반응을 촉진 시킬 수 있다.
도 3 내지 도 6은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 오폐수의 고도 처리 공법에서, 저류조 상등액(Supernatant)과 탈수여액(Dehydrate water)을 비교한 분석 결과로서, 도 3은 BOD5의 농도, 도 4는 NH3-N의 농도, 도 5는 NO3 --N의 농도, 도 6은 Alkalinity를 각각 비교한 그래프이다.
표 2는, 도 3 내지 도 6을 정리하여, 본 실시예에 따른 폐수의 고도화 처리 장치에서 생성되는 탈수 여액과, 기존의 저류조에서 생성되는 저류조 상등액과의 특성 비교한 실험데이터이다. 표 2의 실험 데이터를 통해 본 실시예에서, 탈수여액의 특성을 뒷받침 할 수 있다.
Parameter 저류조 상등액 및 탈수 여액 성상 분석(mg/L)
저류조 상등액 탈수여액
MAX MIN AVE MAX MIN AVE
Alkalinity 200 100 163 280 160 194
BOD5 30.6 14.8 21.3 42.8 20.7 29.8
NH3-N 10.8 6.2 8.2 8.7 3.9 6.1
NO3 --N 5.8 0.8 3.4 4.2 0.5 1.7
저류조 상등액 및 탈수여액의 수질분석 결과를 비교 평가한 결과 암모니아성 질소(NH3-N), 질산성질소(NO3 --N)의 경우 저류조 상등액이 탈수여액보다 높은 것으로 측정되었으며, 알칼리도의 경우 탈수여액이 저류조 상등액보다 높은 것으로 나타났다.
탈수여액의 Alkalinity(알칼리도)가 저류조 상등액보다 높아, 탈수여액이 생물 반응조에 투입됨에 따라, 생물반응조 내 질산화 반응에 필요한 알칼리도를 보충할 수 있다.
도 7 내지 도 9는 기존 공정과 본 실시예에 따른 오폐수의 고도 처리 공법에서 각 공정별로 분석 결과로서, 도 7은 BOD5의 농도, 도 8은 NH3-N의 농도, 도 9는 NO3 --N의 농도를 각각 비교한 그래프이다.
표 3은 도 7을 정리한 것으로서, 기존공정(저류조 상등액을 생물 반응조에 투입)과 본 실시예에 따른 오폐수의 고도 처리 공법(탈수 여액을 생물 반응조에 투입)의 BOD5 제거효율의 평가결과를 나타낸 것이다. 표 3의 실험 데이터를 통해 본 실시예에서 기존공정대비 BOD5 제거효율이 향상 되는 것을 뒷받침 할 수 있다.
Reactor 기존공정 및 본 발명의 BOD5 제거효율 평가 (mg/L)
저류조 상등액 투입(기존공정) 탈수 여액 투입(본 발명)
Max. Min. Ave. Max. Min. Ave.
Influent
(유량조정조)		 482.2 307.2 359.8 542.6 347.6 420.2
Anaerobic
(혐기조)		 201.1 128.2 150.2 225.4 145.3 175.2
Anoxic
(무산소조)		 68.1 43.5 51.1 75.1 49.6 59.2
Oxic #1
(호기조 1)		 34.6 14.8 21.3 21.9 12.6 16.9
Oxic #2
(호기조 2)		 9.8 4.2 7.3 7.7 3.8 6.0
Effluent 9.8 4.2 7.3 7.7 3.8 6.0
전체제거효율(%) 98.9 97.1 97.9 99.1 98.1 98.6
표 3과 같이, 기존공정의 BOD5 제거효율은 최대 98.9%에서 최소 97.1%로 나타났으며, 평균 97.9%를 보이고 있다. 본 실시예에 따른 공정에 의하면, 유량조정조 내 BOD5의 경우 최소 347.6mg/L에서 최대 542.6 mg/L의 분포를 보이고 있으며 평균 420.2mg/L의 농도를 나타냈다.
또한 방류수 내 BOD5의 경우 최소 3.8mg/L에서 최대 7.7mg/L의 분포를 보이고 있으며, 평균 6.0mg/L로 방류됨에 따라 기질제거효율은 최소 98.1%에서 최대 99.1%의 분포를 나타냈고 평균 98.6%의 BOD5 제거효율이 도출되었다. 위의 데이터와 같이, 기존 공정 보다 BOD5 제거효율이 향상되는 것을 알 수 있다.
표 4는 도 8을 정리한 것으로서, 기존공정(저류조 상등액을 생물 반응조에 투입)과 본 실시예에 따른 오폐수의 고도 처리 공법(탈수 여액을 생물 반응조에 투입)의 NH3-N 제거효율 평가결과를 나타낸 것이다. 표 4의 실험 데이터를 통해 본 실시예에서 기존공정대비 NH3-N 제거효율이 향상 되는 것을 뒷받침 할 수 있다.
Reactor 기존공정 및 본 발명의 NH3-N 제거효율 평가 (mg/L)
저류조 상등액 투입(기존공정) 탈수 여액 투입(본 발명)
Max. Min. Ave. Max. Min. Ave.
Influent
(유량조정조)		 91.4 73.4 80.3 99.2 78.8 88.0
Anaerobic
(혐기조)		 54.4 43.7 47.9 58.7 47.0 52.3
Anoxic
(무산소조)		 25.8 20.5 22.8 27.5 22.1 24.4
Oxic #1
(호기조 1)		 11.0 6.2 8.8 11.6 5.1 8.1
Oxic #2
(호기조 2)		 2.0 0.3 0.9 1.5 0.2 0.8
Effluent 2.0 0.3 0.9 1.5 0.2 0.8
전체제거효율(%) 99.6 96.5 98.1 99.8 98.1 99.1
표 4와 같이, 기존 공정에 의하면, 암모니아성 질소(NH3-N)의 경우 유입수 내 최소 73.4mg/L에서 최대 91.4mg/L 범위의 분포를 보이고 있으며 평균 80.3mg/L로 유입되었다. 방류수의 경우 평균 0.9mg/L로 방류되었으며, 최소 0.3mg/L에서 최대 2.0mg/L의 분포를 보이고 있다. 이에 따른 총 NH3-N 제거효율의 경우 평균 98.1% 제거효율을 나타내었다.
표 4와 같이, 본 실시예에 따른 오폐수의 고도 처리 공법에 의하면 암모니아성 질소(NH3-N)의 경우 최소 78.8mg/L에서 최대 99.2mg/L의 분포를 보이고 있으며 평균 88.0mg/L의 농도로 유입되는 것으로 나타났다. 또한 방류수의 경우 평균 0.8mg/L으로 방류되는 것으로 나타났으며, 최소 0.2mg/L에서 최대 1.5mg/L의 농도 분포를 보이고 있다. 이에 따라 NH3-N 제거효율은 최소 98.1%에서 최대 99.8%의 제거효율을 보이고 있으며 평균 99.1%의 제거효율을 나타냈다. 위의 데이터와 같이, 본 실시예에 따른 공정은 기존 공정 보다 NH3-N 제거효율이 향상되는 것을 알 수 있다.
표 5는 도 9를 정리한 것으로서, 기존공정(저류조 상등액을 생물 반응조에 투입)과 본 실시예에 따른 오폐수의 고도 처리 공법(탈수 여액을 생물 반응조에 투입)의 NO3 --N 제거효율 평가결과를 나타낸 것이다. 이는 기존 공정과 본 실시예에 따른 공정에 탈질화를 위한 메탄올의 투입량을 동일하게 하여 실험한 것이다. 표 5의 실험 데이터를 통해 본 실시예에서 기존공정대비 NO3 --N 제거효율이 향상 되는 것을 뒷받침 할 수 있다.
Reactor 기존공정 및 본 발명의 NO3 --N 제거효율 평가 (mg/L)
저류조 상등액 투입(기존공정) 탈수 여액 투입(본 발명)
Max. Min. Ave. Max. Min. Ave.
Influent
(유량조정조)		 3.2 0.4 1.4 3.2 0.4 1.5
Anaerobic
(혐기조)		 1.6 0.2 0.7 1.2 0.3 0.7
Anoxic
(무산소조)		 7.2 3.7 5.3 3.0 1.1 2.2
Oxic #1
(호기조 1)		 13.4 8.3 10.9 10.3 5.3 7.3
Oxic #2
(호기조 2)		 21.4 16.4 18.9 10.9 7.1 9.0
Effluent 21.4 16.4 18.9 10.9 7.1 9.0
표 5와 같이, 기존 공정에 의하면, 질산성 질소(NO3 --N)의 경우 무산소조에서 최소 3.7mg/L에서 최대 7.2mg/L의 분포를 나타내고 있으며 평균 5.3mg/L를 보이고 있다. 또한 호기조의 경우 평균 18.9 mg/L로 나타났으며 16.4 ~ 21.4mg/L의 분포를 보이고 있다.
표 5와 같이, 본 실시예에 따른 오폐수의 고도 처리 공법에 의하면, 질산성질소(NO3 --N)의 경우 무산소조 및 호기조에서 각각 평균 2.2mg/L 및 9.0mg/L로 나타났으며, 이는 무산소조 내 탈질반응이 원활히 이루어진 것으로 판단된다.
즉, 기존공정과 본 실시예에 따른 공정에서 동일한 메탄올을 투입하더라도, 위의 데이터와 같이, 기존 공정보다 질산성 질소(NO3 --N)의 제거효율이 향상될 수 있다.
표 6은 기존 공정과 본 실시예에 따른 오폐수의 고도 처리 공법의 공정에서, 폐수의 T-N, T-P 값을 비교하여 나타낸 것이다. 표 6의 데이터를 통해, 본 실시예에서 기존공정대비 T-N, T-P의 감소율을 뒷받침 할 수 있다.
구분 날짜 T-N(㎎/ℓ) T-P(㎎/ℓ)
기존 공정 2014. 10월 20.0 2.0
2014. 11월 19.5 1.0
2014. 12월 19.8 2.0
평균값 19.76 1.66
본 발명 2015. 01월 11.0 1.8
2015. 02월 9.1 0.6
2015. 03월 9.6 0.2
2015. 04월 4.1 0.1
2015. 05월 11.4 0.2
2015. 06월 10.2 1.3
2015. 07월 8.7 1.8
평균값 9.15 0.85
표 6과 같이, 본 실시예에 따른 오폐수의 고도 처리 공법은, 기존 공정 대비 T-N값이 약 54% 감소하였으며, T-P값이 약 48% 감소한 것을 알 수 있다. 이와 같이, 본 실시예에 따른 오폐수의 고도 처리 공법은, 방류수 법적 수질기준(T-N 20mg/L, T-P 2mg/L)을 만족하며, 폐수 처리 효율이 향상되는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 오폐수의 고도 처리 공법은, 슬러지를 탄산칼슘을 통해 탈수 시킴으로써, 기존 공정에 따른 슬러지 발생량 대비 슬러지 부피가 1/80로 감소되고, 60% 이하의 함수율을 가지는 탈수 케이크를 형성할 수 있다. 따라서, 탈수 케이크를 일반 폐기물로 처리할 수 있으므로 처리 비용이 절약될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 오폐수의 고도 처리 공법은, 슬러지를 저류조에 저장하지 않고, 탄산 칼슘과 함께 탈수 처리함으로써 유량 조절조 내부로 슬러지 및 저류조 상등액이 유입되는 것을 원천적으로 방지할 수 있으며, 중 탄산 나트륨을 대체하는 탈수 여액을, 생물 반응조에 투입함으로써 폐수의 처리 효율(BOD5, NH3 -N, NO3 --N제거 효율 향상 및 T-N, T-P 값 하락)을 향상 시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 오폐수의 고도 처리 공법은, 저류조를 사용하지 않으므로 기존 설비대비 제조비용이 절감되며, 기존에 사용되는 설비에 적용하는 경우 저류조를 유량 조절조 및/또는 호기조 등으로 재활용하여 사용할 수 있으며, 이에 따라 오폐수의 처리 용량 및 효율이 향상될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예 들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

Claims (4)

  1. 폐수 정화 과정에서 발생하는 슬러지를 저류조에 저장하지 않고, 탈수 시키는 오폐수의 고도 처리 공법에 관한 것으로서,
    침전조에서 배출되는 슬러지에 탄산 칼슘을 포함하는 탈수 보조제를 투입하는 단계;
    상기 슬러지와 탈수 보조제의 혼합물로부터 탈수 케이크와 탈수 여액이 생성되도록, 필터 프레스를 이용하여 상기 혼합물을 탈수하는 단계;
    상기 혼합물 중에서 상기 탈수 여액을 중탄산 나트륨의 대체제로서, 혐기조, 무산소조, 호기조를 포함하는 폐수 처리용 생물 반응조에 투입하는 단계; 및
    상기 혼합물 중에서 상기 탈수 케이크를 일반 폐기물로 처리하는 단계를 포함하며,
    상기 탈수 여액은 상기 탄산 칼슘의 투입에 따라 저류조 상등액보다 알칼리도가 높아지며,
    알칼리도가 높아진 상기 탈수 여액을 상기 생물 반응조의 혐기조와 무산소조 중 적어도 하나 이상에 투입시켜 상기 생물 반응조 내 질산화 반응에 필요한 알칼리도를 보충할 수 있으며,
    상기 탈수 여액을 상기 혐기조와 무산소조에 미리 투입시켜 체류시간을 늘림으로써 상기 호기조에서의 질산화 반응을 촉진시킬 수 있으며,
    저류조 공정을 삭제할 수 있는 것을 특징으로 하는 오폐수의 고도 처리 공법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탈수 보조제는, 상기 슬러지 1중량부에 대하여 상기 탈수 보조제 1.5 내지 2.5 중량부만큼 투입되는 것을 특징으로 하는 오폐수의 고도 처리 공법.
  3. 삭제
  4. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR920703456A (ko) * 1990-01-29 1992-12-18 야스유끼 사꾸라다 폐수 정제방법
KR20100073812A (ko) * 2008-12-23 2010-07-01 전남대학교산학협력단 슬러지의 가용화 처리방법 및 이를 이용한 슬러지의 재활용방법

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