KR101679174B1 - 연속회분식 반응시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수처리할 폐수를 해당 용량으로 수용하는 폐수탱크와, 격벽으로 구획되어 서로 병렬로 배치되고, 유입-반응-침전-유출 과정으로 폐수에서 유기물 및 질소를 처리하는 제1 연속회분식반응조 및 제2 연속회분식반응조와, 상기 폐수탱크와 연결되어, 폐수를 인입하는 하나의 입구와, 인입된 폐수를 배출하는 출구를 둘로 구비한 폐수유입로변경수단을 구비하여, 제어부의 제어에 따라 선택적으로 둘 중 어느 하나의 출구가 개방되어, 상기 제1 연속회분식반응조 또는 제2 연속회분식반응조로 폐수를 유출하는 폐수공급부 및 서로 병렬로 배치된 상기 제1 연속회분식반응조 및 제2 연속회분식반응조의 후방측에 연결되고, 상기 제1 연속회분식반응조 및 제2 연속회분식반응조에서 선택적으로 유출한 처리수를 부직포 여과기로 재처리하여 배출하는 여과분리조를 포함하여, 상기 복수의 연속회분식 반응조에 유입수(폐수)를 수회로 분배하여 유입시키고, 복수의 연속회분식 반응조에서 처리된 후 배출되는 처리수를 여과분리수단으로 재처리하여, 배출되는 처리수에서 부유성 고형물을 배제하고, 질소제거율을 85%이상 달성할 수 있는 고효율의 연속회분식 반응시스템을 제공한다.
Description
본 발명은 도시하수 및 오수 내 질소를 효율적으로 제거하고 부유성 고형물질의 배출을 최소화할 수 있는 연속회분식 반응시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 회분식반응조를 구비하고, 복수의 회분식반응조가 진행하는 수처리 과정에 따라 교번으로 폐수를 수회에 걸쳐 분배하여 유입시켜, 폐수의 질소제거율을 종래보다 크게 향상시킨 연속회분식 반응시스템에 관한 것이다
일반적으로 하수의 고도처리방법을 분류하면 크게 침전조를 배치하는 연속류식방법(continuous flow)과 침전조를 별도로 설치하지 않고 반응조 내에서 침전시간을 할당하는 연속회분식방법(SBR)이 있다.
연속흐름방법(continuous flow)은 폐수처리에 필요한 혐기, 무산소, 호기, 침전의 조건을 만들기 위해 각각의 반응조, 즉 혐기, 무산소조, 호기조 및 침전조를 각각 별도로 설치하는 것으로, 주로 10,000 ㎥/일 규모 이상의 중대형 처리장에 사용되고 있으며, 설치 예를 많이 찾아볼 수 있다.
그러나 연속흐름방법은 처리하고자 하는 유입수의 유량과 수질에 맞추어 설계되므로, 유량이 증가하거나 수질 변동이 있을 때 대처능력이 떨어진다는 단점이 있다.
연속회분식방법(SBR)은 침전조가 필요 없는 단일 반응조로 구성되어 있으며, 단일 반응조 내에서 혐기, 무산소, 호기 및 침전의 조건을 부여하여 유입단계, 반응단계, 침전단계 및 유출단계로 나누어 처리가 이루어지는 방법이다.
연속회분식(SBR)공정은 주로 10,000 ㎥/일 규모 미만의 중소 규모 처리장에 사용되고 있으며, 유량증가나 수질변동 시 대처능력이 강하다는 장점으로 인하여 평상시 유량의 2.5배까지 일시적인 처리가 가능한 것으로 알려져 있다.
미국물환경협회(WEF)에서는 연속회분식공정은 부지가 적은 소규모 도시에서 용이하게 적용할 수 있고 폐수의 특성에 따른 적용성이 우수하고, 질소 및 인의 제거가 가능하므로 유량 및 수질변동이 심한 소규모에 매우 적합한 것으로 평가하였다 (Design of Municipal Waste water Treatment Plant, WEF, 1998).
또한 미국환경청(U.S. EPA) 에서도 연속회분식기술은 소규모에 특히 적용성이 우수한 공정으로 평가하고 있으며, 대표적인 연속회분식(SBR) 공정으로는 KIDEA, IDEA, 선회와류식 SBR 등이 있다.
최근에는, A/O, A2/O 및 BardenpHo 공정 등과 같이 구조물로 2～4개의 반응 조를 혐기(anaerobic), 무산소(anoxic), 호기(oxic)상태로 구분하고 침전조를 배치하여 운영하는 공간적인 배치방식에서 벗어나, 유입수의 주입방향 및 반응조의 운영방식을 시간에 따라 변화시키는 시간적인 반응조 운영으로 고도처리의 공정개발이 발전하고 있는 상태이다.
특히 질소의 처리에 효과가 좋은 간헐폭기 형태의 처리기법이 개발되어 이용되고 있는데, 이러한 방법들의 큰 주안점은 유기물을 탈질산화 및 인의 방출단계인 무산소 또는 혐기성 단계에 효과적으로 이용하는 것이다.
현재 국내외에서 개발된 SBR 기술을 크게 분류하면, 유입수의 유입형태에 따라 연속유입과 간헐유입으로 나눌 수 있다.
배경기술로는 등록특허 제10-0464110호(2004.12.20) 및 등록특허 제10-0632487호(2006.09.28)에서 살펴볼 수 있다. 하지만 질산화/탈질소화 원리를 이용한 질소제거 시스템은 공간적 구성과 시간적 구성으로 대별되며, 반응기를 시리즈로 연결한 공간적 구성은 무산호/호기의 MLE(Modified Ludzack Ettinger) 공정과 혐기/무산소/호기의 A2O공정이 대표적이며, 유입수의 C/N비가 상대적으로 낮은 우리나라의 하수의 경우 탈질소화에 필요한 유기물원의 확보를 위해 반응기의 특성을 일부 변경한 DNR(Daewoo Nutrient Removal)공정 등이 있다. 시간적 구성의 대표적인 공정은 연속회분식 반응기이며, 이는 부하변동이 큰 지역의 하폐수처리와 10,000㎥/일 이하의 국내 소규모 하폐수처리에 가장 많이 사용되고 있다. 연속회분식 시스템은 반응기의 운전특성과 디켄팅 시스템에 의해서 대상 오염물질의 제거율이 결정되며, 질소의 경우는 한 사이클당 배출량에 반비례하여 제거된다. 즉 한 사이클당 배출량이 40%인 경우에는 약 60%의 총 질소가 제거된다. 또한, 반응 후 일정시간 정치한 반응기에서 처리수를 기계식으로 디켄팅할 때 디켄팅 초기 및 후반에는 반응기내 부유성 고형물질이 배출되어 처리수질을 악화시킬 수 있는 단점이 있다.
본 발명은 연속회분식 반응조를 복수로 구비하고, 상기 복수의 연속회분식 반응조에 유입수(폐수)를 수회로 분배하여 유입시키고, 복수의 연속회분식 반응조에서 처리된 후 배출되는 처리수를 여과분리수단으로 재처리하여, 배출되는 처리수에서 부유성 고형물을 배제할 수 있는 고효율의 연속회분식 반응시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한 본 발명에서는 유출수의 질산성질소 농도를 안정적이면서도 쉽게 제어할 수 있는 연속회분식 반응시스템의 최적 운전조건을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연속회분식 반응시스템은, 수처리할 폐수를 해당 용량으로 수용하는 폐수탱크, 격벽으로 구획되어 서로 병렬로 배치되고, 유입-반응-침전-유출 과정으로 폐수에서 유기물 및 질소를 처리하는 제1 연속회분식반응조 및 제2 연속회분식반응조 및 상기 폐수탱크와 연결되어, 폐수를 인입하는 하나의 입구와, 인입된 폐수를 배출하는 출구를 둘로 구비한 폐수유입로 변경수단을 구비하여, 제어부의 제어에 따라 선택적으로 둘 중 어느 하나의 출구가 개방되어, 상기 제1 연속회분식반응조 또는 제2 연속회분식반응조로 폐수를 유출하는 폐수공급부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 연속회분식반응조 및 제2 연속회분식반응조 각각에는 제어부와 전기적으로 연결되고, 반응조 내에 수용된 폐수의 수위를 따라 승강되도록 구비되어, 상기 제어부의 제어에 따라 반응조 내에 수용된 폐수에서 부유하는 유기물을 수집하여 배출하는 디켄팅수단과, 제어부와 전기적으로 연결되고, 반응조의 바닥면에 구비되어, 상기 제어부의 제어에 따라 반응조에 수용된 폐수에 공기가 공급되도록 기포를 발생하는 폭기수단 및 제어부와 전기적으로 연결되고, 반응조의 바닥면에 구비되어, 상기 제어부의 제어에 따라 반응조에 수용된 폐수를 교반하는 교반수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 연속회분식 반응시스템은, 상기 제1 연속회분식반응조 및 제2 연속회분식반응조 각각에는 제어부와 전기적으로 연결되고, 반응조의 일측면에 구비되어, 반응조에 수용된 폐수의 암모니아성 질소 농도를 측정하여 그 측정값을 제어부로 송출하는 암모니아성 질소 센서, 제어부와 전기적으로 연결되고, 반응조의 일측면에 구비되어, 반응조에 수용된 폐수의 산소 용존 정도를 측정하는 용존산소(DO)센서, 제어부와 전기적으로 연결되고, 반응조의 일측면에 구비되어, 반응조에 수용된 폐수의 산성 또는 알카리성 정도를 측정하는 pH센서, 제어부와 전기적으로 연결되고, 반응조의 일측면에 구비되어, 반응조에 수용된 폐수의 부유물 농도를 측정하는 MLSS센서 및 제어부와 전기적으로 연결되고, 반응조의 일측면에 구비되어, 반응조에 수용된 폐수의 수위를 측정하는 수위계를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연속회분식 반응시스템의 폐수공급부는 선택적으로 둘 중 어느 하나의 출구를 개방하여, 상기 제1 연속회분식반응조 및 제2 연속회분식반응조 각각으로 제공하는 유입수(폐수)를 최소 1회 이상 공급할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연속회분식 반응시스템의 폐수공급부는 선택적으로 둘 중 어느 하나의 출구를 개방하여, 상기 제1 연속회분식반응조 및 제2 연속회분식반응조 각각으로 제공하는 유입수(폐수)를 경험식 1에 따라 분할하여 공급할 수 있다.
[경험식 1] 
여기서, 
, 
또한 본 발명에 따른 연속회분식 반응시스템의 폐수공급부는 유출수의 총질소 농도가 4.5~5.5 ㎎/ℓ범위에 해당되도록 조절하는 경우에는 하기 경험식 2, 유출수의 총질소 농도가 9~11 ㎎/ℓ범위에 해당되도록 조절하는 경우에는 하기 경험식 3, 유출수의 총질소 농도가 18~22 ㎎/ℓ범위에 해당되도록 조절하는 경우에는 하기 경험식 4에 따라 분할하여 공급할 수 있다.
[경험식 2] 
여기서, 
, 
[경험식 3] 
여기서, 
, 
(㎎/ℓ)
[경험식 4] 
여기서, 
, 
(㎎/ℓ)
본 발명에 따른 연속회분식 반응시스템에서는, 부유성 고형물과 질소성분의 제거효율이 크게 향상되고, 별도의 침전지나 후속의 여과장치를 요하지 않으므로 운영이 간단하고 비용이 저렴하며, 또한 부직포 여과기의 설치비용을 크게 절감할 수 있는 효율적이면서도 경제적인 효과를 가진다.
또한, 실제 폐수를 대상으로 종속영양 탈질과 질산화를 연속시켜 폐수 중 암모니아성 질소를 질소가스로 제거함에 있어서 유입유량을 수회로 분배 주입함으로써 총 질소제거효율을 85%이상 달성할 뿐만 아니라, 반응조 후단에 부직포 여과기를 이용한 여과시스템을 이용하여 재처리함으로써 총 부유성 고형물의 농도를 항상 3mg/L이하로 배출시킬 수 있는 효과를 가진다.
특히, 본 발명에서는 유입수의 암모니아성 질소농도와 유입수의 주입 회수에 따라 유출수의 질산성질소 농도를 예측할 수 있는 경험식을 제공함으로써, 유출수의 질산성질소 농도를 안정적이면서도 쉽게 제어할 수 있는 최적의 운전조건을 제공할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 연속회분식 반응시스템의 구성을 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명의 효과를 나타낸 연속 운전 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 유출수의 질산성 질소농도, 유입수의 암모니아성 질소농도 및 유입수 분배횟수의 관계를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 효과를 나타낸 연속 운전 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 유출수의 질산성 질소농도, 유입수의 암모니아성 질소농도 및 유입수 분배횟수의 관계를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한 본 발명에서는 유입되는 하수의 총 질소성분 중 약 95%이상이 암모니아성 질소에 해당되고, 연속회분식 반응조로부터 배출되는 총 질소는 암모니아성 질소는 실질적으로 존재하지 않으며 98%이상이 질산성 질소임을 고려하여, 편의상 총 질소 제거율은 유입수의 암모니아성 질소와 유출수의 질산성 질소 농도로부터 산출하였다.
본 발명은 복수의 회분식반응조를 구비하고, 복수의 회분식반응조가 운전되는 수처리 과정에 따라 교번으로 폐수를 수회에 걸쳐 분배하여 유입시켜, 폐수의 총 질소제거율을 종래보다 최소 85%이상 높이고, 복수의 회분식반응조에서 각각 유출되는 처리수를 임시수용하는 저류조에 부직포 여과기를 구비해 처리수의 부유성 고형물의 제거를 향상시킨 연속회분식 반응시스템에 관한 것이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 연속회분식 반응시스템은 크게 폐수탱크(100), 복수의 회분식반응조(210, 220) 및 부직포 여과기조(300)를 포함하는데, 먼저 상기 폐수탱크(100)는 수처리할 폐수를 해당 용량으로 수용한다.
그리고 상기 폐수탱크(100)의 일측에는 폐수공급부(400)가 연결되는데, 상기 폐수공급부(400)는 상기 폐수탱크(100)에서 폐수를 인입하는 하나의 입구와, 입구를 통해 인입된 폐수를 배출하는 출구를 둘로 구비한다.
이때 상기 입구측 라인 상에는 폐수공급펌프(401)가 구비되어, 상기 폐수탱크(100)에 수용된 폐수를 강제 유동시키고, 또한 하나의 입구와 둘의 출구가 서로 만나는 교차점에는 폐수유입로 변경수단(410)을 구비하여, 상기 폐수유입로 변경수단(410)이 전기적으로 연결된 제어부(500)의 제어에 따라 선택적으로 둘 중 어느 하나의 출구가 개방되도록 한다.
여기서 출구를 통해 배출되는 폐수는 상기 제1 연속회분식반응조(210) 또는 제2 연속회분식반응조(220)로 제공되는데, 상기 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220)로 제공하는 유입수(폐수)는 한 사이클당 교번으로 최소 1회 이상 공급하는 것이 바람직하다. 이는 상기에서 설명하였듯이, SBR 공법의 특성과 질소 제거 원리 특성상 유입 후 반응기내 잔류하는 질소 농도가 유출수 수질을 결정하기 때문이다.
그리고 상기 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220)는 격벽으로 구획되어 서로 병렬로 배치되는데, 상기 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220)는 유입-반응-침전-유출 과정으로 폐수를 수용한 후, 폐수에서 유기물 및 질소를 제거하여 유출한다.
이때 상기 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220) 각각은 상기 폐수공급부(400)에 의해 공급되는 유입수를 종속영양 탈질균, 아질산화균 및 질산화균의 존재하에서, 탈질반응, 질산화반응을 동시에 반응시켜, 유기물 및 질소를 제거하고, 유입과정은 상기 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220)로 폐수를 유입하는 과정이고, 반응과정은 상기 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220) 내에 수용된 폐수를 생물학적으로 반응시켜 폐수 내에 존재하는 질소 및 인이 제거되도록 하는 것이며, 침전과정은 상기 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220) 내에 수용된 폐수 내에서 부유하는 유기물 및 슬러지를 바닥측으로 침전시키는 것이고, 유출과정은 상기 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220) 내에서 유기물 및 슬러지가 침전되면, 처리수 만을 외부로 유출하는 것이다.
그리고 상기 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220) 각각에는 제어부(500)와 전기적으로 연결되고, 상기 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220) 내에 수용된 폐수의 수위를 따라 승강되는 디켄팅수단(211)을 구비하여, 상기 제어부(500)의 제어에 따라 상기 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220) 내에 수용된 폐수에서 부유하는 유기물을 수집하여 배출한다.
여기서 상기 디켄팅수단(211, 221)은 수위를 따라 승강하도록, 별도의 승강수단이 구비된 것이 아니라, 물에 뜨는 에어포켓을 구비하거나, 물에 뜨는 재질로 이루어져 수상에 부유하도록 구성하는 것이 바람직하다.
따라서 상기와 같이 폐수의 수면에 부유하도록 구성된 상기 디켄팅수단(211,221)은 수면층에서 부유하는 유기물을 수집하여 외부로 배출되도록 하거나, 다른 반응조로 반송되도록 할 수 있다.
또한 본 발명에서는 상기 디켄팅수단(211,221)이 수면에 부유하도록 구성된다고 기재하나, 이에 한정하지 않고, 상기 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220) 각각의 내부에서 지정높이에 위치하도록 고정 배치할 수도 있다.
그리고 상기 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220) 각각에는 제어부(500)와 전기적으로 연결된 폭기수단(212,222)을 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220)의 바닥면에 구비하여, 상기 제어부(500)의 제어에 따라 상기 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220) 각각에 수용된 폐수에 공기가 공급되도록 기포를 발생한다.
상기 폭기수단(212,222)은 수중에 작은 기포로 된 공기를 불어넣는 산기방식으로, 상기 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220) 면적에 대응하여 복수로 구비되는 것이 바람직하고, 제어부(500)의 제어에 따라 폐수에 공기를 제공해 폐수 중의 호기성균이 충분하게 유기질의 분해, 질소 및 인이 제거되도록 한다.
이때 제어부(500)는 상기 폭기수단(212,222)의 제어를 교번으로 구동하게 제어한다. 다시 말해 상기 제1 연속회분식반응조(210)의 폭기수단(212)이 구동하면, 제2 연속회분식반응조(220)의 폭기수단(222)은 구동을 정지하고, 상기 제2 연속회분식반응조(220)의 폭기수단(222)이 구동하면, 제1 연속회분식반응조(210)의 폭기수단(212)은 구동을 정지하는 제어를 한다.
그리고 상기 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220) 각각에는 제어부(500)와 전기적으로 연결된 교반수단(213,223)을 상기 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220)의 바닥면에 구비하여, 상기 제어부(500)의 제어에 따라 상기 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220) 각각에 수용된 폐수를 교반한다.
상기 교반수단(213,223)은 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220) 각각에 수용된 폐수를 강제 대류 시켜 활발한 생물적, 화학적 반응(질소 및 인 제거)이 일어나도록 한다.
더불어 상기 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220) 각각의 일측면에는 제어부(500)와 전기적으로 연결된 암모니아성 질소센서(214,224)를 구비하는데, 상기 암모니아성 질소 센서(214,224)는 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220) 각각에 수용된 폐수의 암모니아성 질소(NH4+-N) 용존 정도를 측정하여 그 측정값을 제어부(500)로 송출한다.
이때 상기 암모니아성 질소센서(214,224)가 측정한 값을 토대로 상기 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220)의 반응과정 운영시간이 설정될 수 있다.
그리고 상기 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220) 각각의 일측면에는 제어부(500)와 전기적으로 연결된 용존산소(DO)센서(215,225)를 구비하는데, 상기 용존산소(DO)센서(215,225)는 상기 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220) 각각에 수용된 폐수의 산소 용존 정도를 측정한다.
이때 상기 용존산소(DO)센서(215,225)가 측정한 값을 토대로 상기 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220)의 반응과정 운영시간이 설정될 수 있고, 상기 폭기수단(212)의 구동을 제어하는 기준이 될 수 있는데, 용존산소 농도는 1.0 ~ 3.0 mg/L 범위로 조절되도록 하는 것이 바람직하다.
또한 상기 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220) 각각의 일측면에는 제어부(500)와 전기적으로 연결된 pH센서(216,226) 및 MLSS센서(217,227)를 구비하는데, 상기 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220)에 수용된 폐수의 산성 또는 알카리성 정도와 폐수의 부유물 농도를 측정한다.
이때 상기 pH센서(216,226) 및 MLSS센서(217,227)가 측정한 값을 토대로 상기 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220)의 반응과정 및 침전과정 운영시간이 설정될 수 있다.
그리고 상기 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220) 각각의 일측면에는 제어부(500)와 전기적으로 연결된 수위계(218,228)를 구비하는데, 상기 수위계(218,228)는 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220) 각각에 수용된 폐수의 수위를 측정한다.
이때 상기 수위계(218,228)가 측정한 값을 토대로 상기 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220)의 유입과정 및 유출과정 운영시간이 설정될 수 있다.
더불어 서로 병렬로 배치된 상기 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220)의 후방측에는 부직포 여과기조(300)가 연결되는데, 상기 부직포 여과기조(300)는 상기 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220)에서 선택적으로 유출한 처리수를 여과분리수단(310)으로 재처리하여 배출한다.
이때 상기 부직포 여과기조(300)는 상기 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220)와 연결되어, 상기 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220) 각각에서 배출하는 처리수를 임시수용하는 저류조(301)를 포함하고, 상기 저류조(301) 내에는 막공경 10㎛내외의 부직포 여과기를 구비한 여과분리수단(310)이 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 연속회분식 반응시스템을 이용한 수처리 실시 예를 살펴보면 다음과 같다. 하기한 실시 예는 본 발명의 바람직한 실시 예일 뿐 본 발명이 하기한 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
도 1과 같은 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220)를 구비하고, 상기 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220) 내로 유입되는 유입수를 종속영양 탈질균의 존재하에서, [반응식 1]의 탈질소화반응 후, 각각 폭기수단(212,222)에 의한 공기 공급을 통해 [반응식 2]의 질산화반응을 연속적으로 수행하며, 유입수를 제1 연속회분식반응조(210), 제2 연속회분식반응조(220) 번갈아 교번으로 최소 1회 이상 분배하여 공급하면 각각의 조건에서 탈질소화와 질산화반응을 유도함으로써 1회 단독 주입시의 총 질소제거율보다 높게 유지시킬 수 있다.
[반응식 1] 
[반응식 2] 
즉, 폐수 내에 존재하는 고농도 암모니아성 질소를 포함하는 유입수(폐수)를 폐수공급부(400)를 통해 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220)의 유입시키고, 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220)의 교반수단(213, 223)을 작동시켜 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220) 내의 유입수를 교반하면서 종속영양 탈질균이 존재하는 가운데 질산성 질소를 상기 [반응식 1]의 탈질소화 반응을 거쳐 질소가스로 전환시켜 제거한다.
[반응식 2]에서는 수중에 잔존하는 암모니아성 질소를 질산화반응으로 산화시킨 후, 유출구(미부호)를 통해 처리수를 배출한다.
이때, 상기 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220) 내의 상기 [반응식 1]의 탈질 반응과 상기 [반응식 2]의 질산화 반응 효율을 동시에 높이기 위하여, 제1 연속회분식반응조(210) 및 제2 연속회분식반응조(220)로 유입되는 유입수를 번갈아 교번으로 최소 1회 이상 분배하여 공급해 총 질소제거율을 높이는 것이 바람직하다.
여기서 종속영양 탈질반응에서 산화된 질산염을 질소가스로 제거시 유기물에 존재하는 유기탄소원을 필요로 하는데, 이 유기탄소원은 폐수 내에 존재하는 유기물을 이용하기 때문에 별도의 외부탄소원 주입 없이 원활한 탈질소화반응이 일어날 뿐만 아니라, 알칼리도가 생성되어 연속적으로 일어나는 질산화반응시 알칼리도 부족현상을 방지할 수 있다.
여기서 상기 [반응식 1]의 종속영양 탈질반응을 효율적으로 유지하기 위하여, 상기 종속 영양 탈질균은 Pseudomonas, Bacillus, Spirillum, Hypomicrobium, Agrobacterium, Acinetobacter, Propionobacterium, Rhizobium, Cornebacterium, CytopHata, Thiobacillus, and Alcaligenes, PseuDOmonas fluorescens, P. Aeruginosa, P. denitrificans and Alcaligenes sp. Curvibacter delicatus, Acidovorax defluvii, Dokdonella koreensis, Dokdonella koreensis, Flavobacterium limicola, Terrimonas ferruginea, Terrimonas lutea 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
또한 상기 [반응식 2]의 질산화 반응을 효율적으로 유지하기 위하여 상기 아질산화균은 Nitrosomonas europaea, Nitrosococcus mobilis, Nitrosomonas nitrosa, Nitrosomonas cryotolerans 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기한 실시로-폐수 대상 연속회분식 반응기에 의한 탈질소화/질산화 처리 방법/결과를 살펴보면 다음과 같다.
실제 하수를 이용하였으며, 각 주입횟수 별 원수 수질은 아래의 [표 1]과 같다.
| 원수 주입 조건 | 항목 | 농도 | |
| 1회 주입 | 0회 분할 | BOD5 | 118.7±55.3 |
| CODMn | 57.2±21.8 | ||
| SS | 121.3±62.8 | ||
| T-N | 27.3±8.7 | ||
| T-P | 3.4±1.1 | ||
| 2회 주입 | 1회 분할 | BOD5 | 156.0±42.2 |
| CODMn | 63.1±19.5 | ||
| SS | 125.3±55.6 | ||
| T-N | 27.3±6.1 | ||
| T-P | 3.0±1.1 | ||
| 3회 주입 | 2회 분할 | BOD5 | 171.9±39.9 |
| CODMn | 73.8±15.8 | ||
| SS | 147.3±68.7 | ||
| T-N | 29.7±7.0 | ||
| T-P | 3.6±1.0 | ||
| 4회 주입 | 3회 분할 | BOD5 | 149.8±39.9 |
| CODMn | 77.4±9.6 | ||
| SS | 155.8±52.4 | ||
| T-N | 37.4±5.9 | ||
| T-P | 4.1±0.8 | ||
그리고 아래의 [표 2]에는 유입 횟수별 호기조건과, 혐기조건을 병행하기 위한 방안을 나열하였으며, 1 단계에서는 종속영양 탈질반응에 의해 산화된 암모니아성 질소를 질소가스로 환원시켜 질소를 제거하고, 2 단계에서는 유입수내 존재하는 암모니아성 질소를 아질산성 질소 또는 질산성 질소로 산화를 유도하게 된다.
| 1단계 | 2단계 |
| 유입 및 교반 | 폭기 및 교반 |
| 종속영양 탈질 | 질산화 반응 |
이때 유입수량 주입 횟수는 유입 질소화합물의 농도범위에 따라 차등 적용하게 되며 그 결과를 [표 4]에 나타내었다. 이때 유입수량 주입 횟수와는 관계없이 모든 경우에서 수리학적 체류시간(HRT)은 12시간으로 동일하게 유지하면서 운전하였다.
유입수 분할 주입에 따른 연속회분식반응기의 운전 조건의 일 예시는 표 3과 같다.
| 1회 주입 (0회 분할) |
시간(min) | 2회 주입 (1회 분할) |
시간(min) | 3회 주입 (2회 분할) |
시간(min) | 4회 주입 (3회 분할) |
시간(min) |
| 유입 | 40 | 유입 | 20 | 유입 | 10 | 유입 | 8 |
| 교반 | 17 | ||||||
| 교반 | 25 | ||||||
| 교반 | 30 | ||||||
| 폭기 | 20 | ||||||
| 폭기 | 25 | ||||||
| 교반 | 60 | ||||||
| 유입 | 8 | ||||||
| 폭기 | 40 | ||||||
| 유입 | 10 | ||||||
| 교반 | 17 | ||||||
| 폭기 | 20 | ||||||
| 교반 | 25 | ||||||
| 유입 | 20 | ||||||
| 폭기 | 80 | ||||||
| 유입 | 8 | ||||||
| 폭기 | 25 | ||||||
| 교반 | 17 | ||||||
| 교반 | 30 | ||||||
| 유입 | 10 | ||||||
| 폭기 | 20 | ||||||
| 침전 | 90 | ||||||
| 폭기 | 40 | ||||||
| 교반 | 25 | ||||||
| 유입 | 8 | ||||||
| 교반 | 17 | ||||||
| 폭기 | 25 | ||||||
| 침전 | 90 | ||||||
| 폭기 | 20 | ||||||
| 유출 | 30 | ||||||
| 침전 | 90 | ||||||
| 침전 | 90 | ||||||
| 유출 | 30 | ||||||
| 유출 | 30 | ||||||
| 유출 | 30 | ||||||
| 시간(hr) | 5 | 시간(hr) | 5 | 시간(hr) | 5 | 시간(hr) | 5 |
그 결과 T-N을 제외한 항목에서의 제거율에는 큰 차이를 나타내지 않았지만 총 질소 제거율의 경우 기존 공정과 동일한 주입방법인 1회 주입(0회 분할)시 63.5%에 머물렀던 T-N의 제거율이 2회 주입(1회 분할)함으로써 73.5%, 3회 주입(2회 분할)시에는 83.2%, 특히 4회 주입(3회 분할)한 경우에는 부가적인 질소제거 공정 없이도 종래 목표인 85%보다 높은 평균 89.1%를 달성하였고, 이들의 연속 운전 결과는 도 2와 같다.
이렇게 처리 대상 원수를 분할 주입함으로써 질소의 제거율이 향상된 이유는 전술한 바와 같이, 한 공간에서 시간적 분할을 통하여 운전되는 SBR 공법에서 최종적으로 유출되는 질소 농도는 유입 후 반응기내 잔류하는 질소의 농도에 따라 결정되기 때문인 것으로 예측된다.
| BOD | COD | SS | T-N | T-P | |||||||
| 주입 횟수 |
1회 주입량 |
유출 (mg/L) |
제거율 (%) |
유출 (mg/L) |
제거율 (%) |
유출 (mg/L) |
제거율 (%) |
유출 (mg/L) |
제거율 (%) |
유출 (mg/L) |
제거율 (%) |
| 1회 | 100% | 6.1± 1.7 |
93.9± 2.9 |
9.3± 1.3 |
81.7± 6.5 |
7.1± 2.6 |
91.8± 7.1 |
9.9± 3.0 |
63.5± 3.9 |
0.4± 0.2 |
87.9± 8.12 |
| 2회 | 40~60% | 7.8± 1.0 |
94.6± 1.7 |
12.4± 2.4 |
91.5± 2.8 |
7.8± 1.7 |
92.8± 3.14 |
7.1± 1.9 |
73.5± 6.7 |
0.4± 0.2 |
84.5± 7.4 |
| 3회 | 25~35% | 6.6± 1.0 |
95.9± 1.3 |
10.4± 1.3 |
85.06±4.4 | 6.3± 1.2 |
95.0± 2.0 |
4.8± 1.2 |
83.2± 5.7 |
0.4± 0.1 |
88.0± 6.8 |
| 4회 | 20~30% | 5.5± 1.7 |
96.0± 2.0 |
11.1± 1.9 |
85.3± 4.4 |
5.1± 1.6 |
96.1± 2.1 |
4.0± 0.8 |
89.1± 2.9 |
0.3± 0.1 |
92.8± 3.3 |
아울러 [표 5]에 나타낸 바와 같이, 반응조 후단에 분리막 여과 시스템을 적용한 경우에는, 여과 전에 비하여 모든 항목에서 제거율이 향상되었고, 특히 부유물질(SS)의 경우 여과 전 94.8%에서 여과 후 97.9%로 증가 되어 유출되는 부유물질의 평균농도는 2.4 mg/L까지 감소하는 것으로 조사되었다.
| 여과 전 | 여과 후 | |||||
| 제거율(%) | 유출 | 제거율(%) | 유출 | |||
| BOD5 | 95.7±1.2 | 8.4±1.1 | 97.1±0.5 | 1.4%↑ | 4.7±1.1 | 3.7mg/L↓ |
| CODMn | 85.8±3.84 | 4.2±3.1 | 86.7±3.0 | 0.8%↑ | 2.7±3.4 | 1.5mg/L↓ |
| SS | 94.8±1.3 | 6.1±1.6 | 97.9±1.1 | 3.1%↑ | 2.4±1.3 | 3.7mg/L↓ |
| T-N | 83.2±4.6 | 5.8±2.8 | 85.2±2.9 | 2.0%↑ | 3.7±2.8 | 2.1mg/L↓ |
| T-P | 92.1±4.7 | 0.33±0.2 | 92.8±2.5 | 0.7%↑ | 0.2±0.1 | 0.13mg/L↓ |
한편, 상기 실시예(표 3 및 4)에서는 연속회분식반응기의 구체적인 반응조건을 결정함에 있어 일정 시간, 원수의 주입량은 일정 부피로 제어하였지만, 본 발명의 장치에 구비되어 있는 암모니아성 질소센서(214, 224), 용존산소센서(216, 226) 및 수위계(218, 228)의 결과를 바탕으로 제어하는 것도 가능하다. 일 예로서, 반응기 내의 암모니아성 질소가 소정 농도에 해당될 때까지만 원수를 유입시키거나, 또는 암모니아성 질소 농도를 측정하여 질산화 단계의 종료 여부를 결정할 수도 있다.
이상에서와 같이 연속회분식조의 유입수를 분할하여 주입하면, 총 질소제거효율을 향상시킬 수 있다는 것은 확인할 수 있었으나, 설정한 유출수의 질소농도는 유입수의 암모니아성 질소 농도와 분할 횟수에 따라 가변적이기 때문에, 유출수 농도를 만족시키기 위한 분할 주입 횟수를 결정하기가 용이하지 않다.
본 발명에서는 유출수의 총질소 농도를 만족시킬 수 있는 유입수 분배횟수를 쉽게 결정할 수 있도록, 유입수의 암모니아성질소농도와 유입수의 분배횟수를 변화시키면서 유출수의 질산성질소 농도를 측정하였고 그 결과를 도 3에 나타내었다.
예를 들어, 유출수의 총질소 농도를 5㎎/ℓ부근으로 제어하고자 하는 경우, 유입수의 암모니아성 질소 농도가 10㎎/ℓ 부근이면 전술한 시간, 암모니아성 질소센서(214, 224), 용존산소센서(216, 226) 및 수위계(218, 228)의 결과를 바탕으로 하여 유입수를 1회 분할하여 주입하고, 유입수의 암모니아성 질소 농도가 20㎎/ℓ 부근이면 유입수를 2회 분할하여 주입하고, 유입수의 암모니아성 질소 농도가 40㎎/ℓ 부근인 경우에는 유입수를 4회 분할, 유입수의 암모니아성 질소 농도가 60㎎/ℓ 부근인 경우에는 5회 분할하여 주입함으로써 유출수의 총 질소농도를 5㎎/ℓ부근으로 제어하는 것이 가능하다.
또한, 유출수의 총질소 농도를 10㎎/ℓ부근으로 제어하고자 하는 경우라면, 유입수의 암모니아성 질소 농도가 20㎎/ℓ 부근이면 유입수를 1회 분할하여 주입하고, 유입수의 암모니아성 질소 농도가 40㎎/ℓ 부근인 경우에는 유입수를 2회 분할, 유입수의 암모니아성 질소 농도가 60㎎/ℓ 부근인 경우에는 3회 분할하여 주입함으로써 유출수의 총 질소농도를 10㎎/ℓ부근으로 제어하는 것이 가능하다.
상기와 같은 결과로부터 유출수의 질소농도와 유입수의 암모니아성질소 농도만으로 최적의 분할 주입횟수를 예측할 수 있는 경험식은 아래와 같다.
[경험식 1] 
여기서, 
, 
한편, 상기 경험식 1에서 반응기 총 부피 대비 유출수 부피비를 의미하는 E는 상수로서 0.4이고, 이는 연속회분식반응조 설계와 실제 운전시 통상적으로 조절하는 범위(0.2~0.4)에 해당된다.
유출수 총질소 농도별로 상기 경험식 1을 좀 더 구체적으로 표현하면, 유출수 총질소 농도가 5㎎/ℓ부근인 경우에는 하기 경험식 2를 만족하도록 유입수를 분배하는 것이 더욱 바람직하다.
[경험식 2] 
또한 유출수 총질소 농도가 10㎎/ℓ부근, 유출수 총질소 농도가 20㎎/ℓ부근인 경우에는 각각 경험식 3 및 4를 만족하도록 유입수를 분해하는 것이 더욱 바람직하다.
[경험식 3] 
[경험식 4] 
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.
100: 폐수탱크
210: 제1 연속회분식반응조
220: 제2 연속회분식반응조
211,221: 디켄팅수단
212,222: 폭기수단
213, 223: 교반수단
214,224: 암모니아성 질소센서
215,225: 용존산소(DO)센서
216,226: pH센서
217,227: MLSS센서
218,228: 수위계
300: 부직포 여과기조
301: 저류조
310: 여과분리수단
400: 폐수공급부
401: 폐수공급펌프
410: 폐수유입로변경수단
500: 제어부
210: 제1 연속회분식반응조
220: 제2 연속회분식반응조
211,221: 디켄팅수단
212,222: 폭기수단
213, 223: 교반수단
214,224: 암모니아성 질소센서
215,225: 용존산소(DO)센서
216,226: pH센서
217,227: MLSS센서
218,228: 수위계
300: 부직포 여과기조
301: 저류조
310: 여과분리수단
400: 폐수공급부
401: 폐수공급펌프
410: 폐수유입로변경수단
500: 제어부
Claims (8)
- 수처리할 폐수를 해당 용량으로 수용하는 폐수탱크;
격벽으로 구획되어 서로 병렬로 배치되고, 유입-반응-침전-유출 과정으로 폐수에서 유기물 및 질소를 처리하는 제1 연속회분식반응조 및 제2 연속회분식반응조; 및
상기 폐수탱크와 연결되어, 폐수를 인입하는 하나의 입구와, 인입된 폐수를 배출하는 출구를 둘로 구비한 폐수유입로 변경수단을 구비하여, 제어부의 제어에 따라 선택적으로 둘 중 어느 하나의 출구가 개방되어, 상기 제1 연속회분식반응조 또는 제2 연속회분식반응조로 폐수를 유출하는 폐수공급부를 포함하되,
상기 폐수공급부는 선택적으로 둘 중 어느 하나의 출구를 개방하여,
상기 제1 연속회분식반응조 및 제2 연속회분식반응조 각각으로 제공하는 유입수(폐수)를 하기 경험식 1에 따라 분할하여 공급하는 것을 특징으로 하는 연속회분식 반응시스템.
[경험식 1]
여기서,,
,
,
- 청구항 1에 있어서,
상기 제1 연속회분식반응조 및 제2 연속회분식반응조 각각에는
제어부와 전기적으로 연결되고, 반응조 내에 수용된 폐수의 수위를 따라 승강되도록 구비되어, 상기 제어부의 제어에 따라 반응조 내에 수용된 폐수에서 부유하는 유기물을 수집하여 배출하는 디켄팅수단과;
제어부와 전기적으로 연결되고, 반응조의 바닥면에 구비되어, 상기 제어부의 제어에 따라 반응조에 수용된 폐수에 공기가 공급되도록 기포를 발생하는 폭기수단; 및
제어부와 전기적으로 연결되고, 반응조의 바닥면에 구비되어, 상기 제어부의 제어에 따라 반응조에 수용된 폐수를 교반하는 교반수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속회분식 반응시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제1 연속회분식반응조 및 제2 연속회분식반응조 각각에는
제어부와 전기적으로 연결되고, 반응조의 일측면에 구비되어, 반응조에 수용된 폐수의 암모니아성 질소 농도를 측정하여 그 측정값을 제어부로 송출하는 암모니아성 질소 센서와;
제어부와 전기적으로 연결되고, 반응조의 일측면에 구비되어, 반응조에 수용된 폐수의 산소 용존 정도를 측정하는 용존산소(DO)센서와;
제어부와 전기적으로 연결되고, 반응조의 일측면에 구비되어, 반응조에 수용된 폐수의 산성 또는 알카리성 정도를 측정하는 pH센서와;
제어부와 전기적으로 연결되고, 반응조의 일측면에 구비되어, 반응조에 수용된 폐수의 부유물 농도를 측정하는 MLSS센서와;
제어부와 전기적으로 연결되고, 반응조의 일측면에 구비되어, 반응조에 수용된 폐수의 수위를 측정하는 수위계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속회분식 반응시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 폐수공급부는 선택적으로 둘 중 어느 하나의 출구를 개방하여,
상기 제1 연속회분식반응조 및 제2 연속회분식반응조 각각으로 제공하는 유입수(폐수)를 최소 1회 이상 공급하는 것을 특징으로 하는 연속회분식 반응시스템.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
유출수의 총질소 농도가 4.5~5.5 ㎎/ℓ범위에 해당되도록 조절하는 경우에는 하기 경험식 2에 따라 분할하여 공급하는 것을 특징으로 하는 연속회분식 반응시스템.
[경험식 2]
여기서,,
- 제1항에 있어서,
유출수의 총질소 농도가 9~11 ㎎/ℓ범위에 해당되도록 조절하는 경우에는 하기 경험식 3에 따라 분할하여 공급하는 것을 특징으로 하는 연속회분식 반응시스템.
[경험식 3]
여기서,,
- 제1항에 있어서,
유출수의 총질소 농도가 18~22 ㎎/ℓ범위에 해당되도록 조절하는 경우에는 하기 경험식 4에 따라 분할하여 공급하는 것을 특징으로 하는 연속회분식 반응시스템.
[경험식 4]
여기서,,
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20150185866 | 2015-12-24 | ||
| KR1020150185866 | 2015-12-24 |
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| Publication Number | Publication Date |
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ID=57705580
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160051312A KR101679174B1 (ko) | 2015-12-24 | 2016-04-27 | 연속회분식 반응시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101679174B1 (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR102216423B1 (ko) | 2020-02-07 | 2021-02-17 | (주)신성엔지니어링 | 오폐수 및 하수의 고도처리시스템 |
| KR102651173B1 (ko) | 2023-09-08 | 2024-03-26 | 주식회사 한일이엔지 | 수질측정센서 오염저감수단이 구비된 연속회분식 수처리장치의 고효율 운전방법 |
| KR102665116B1 (ko) | 2023-08-14 | 2024-05-13 | (주) 삼진정밀 | 하수처리장의 반류수 정화 방법 |
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-
2016
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100955538B1 (ko) * | 2009-11-04 | 2010-04-30 | 주식회사 대진환경산업 | 내부순환 및 상등수 배출장치 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR102216423B1 (ko) | 2020-02-07 | 2021-02-17 | (주)신성엔지니어링 | 오폐수 및 하수의 고도처리시스템 |
| KR102665116B1 (ko) | 2023-08-14 | 2024-05-13 | (주) 삼진정밀 | 하수처리장의 반류수 정화 방법 |
| KR102651173B1 (ko) | 2023-09-08 | 2024-03-26 | 주식회사 한일이엔지 | 수질측정센서 오염저감수단이 구비된 연속회분식 수처리장치의 고효율 운전방법 |
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