KR101895833B1 - 생흡착조와 활성화조를 이용한 폐수의 고도처리방법 및 그 처리장치 - Google Patents
생흡착조와 활성화조를 이용한 폐수의 고도처리방법 및 그 처리장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 폐수의 생흡착조와 활성화조를 이용한 고도처리방법 및 그 처리장치에 관한 것으로서, 폐수 유입량과 최종침전조 반송슬러지의 일부를 잉여슬러지로 폐기하는 유량조절계량조; 상기 유량조절계량조에서 공급되는 폐수에 포함된 유기물과 부유물질은 미생물로 흡착하고 암모니아성 질소성분은 미생물로 흡착하지 않는 생흡착조 와 생흡착된 반응액을 고액 분리시키는 생흡착침전조; 상기 생흡착침전조에서 고액분리된 상등수는 호기성 조건에서 암모니아성 질소를 질소로 변환시키는 질산화조로 이송하고 침전슬러지는 혐기성조건의 인방출조로 이송하며, 인방출조 반응액은 탈질조로 전량 유입된다. 상기 질산화조를 거쳐 질산화된 반응액을 무산소 조건에서 질산성 질소를 질소가스로 변환시키는 탈질조; 상기 탈질조를 거쳐 탈질된 반응액을 호기성 조건에서 인을 과잉흡수시켜 잔여 유기물을 산화하는 인흡수조; 상기 인흡수조를 거쳐 인 흡수된 반응액을 미생물과 상등수로 분리하는 최종침전조; 상기 최종침전조에서 분리된 상등수를 여과하는 여과장치; 및 상기 여과장치를 거쳐 공급되는 상등수의 미생물을 살균하는 소독조; 및 상기 최종침전조의 침전슬러지를 분리하여 일부는 호기성 조건에서 미생물을 활성화시킨 후 질산화조로 유입시키는 활성화조로 이송하며 일부는 유량조절계량조를 거쳐 생흡착조로 이송하는 것을 특징으로 하는 생흡착조와 활성화조를 이용한 폐수의 고도처리방법 및 그 처리장치이다.
본 발명에 따르면, 유량조절조와 활성화조를 도입하여 질산화조 후단의 침전조의 생략이 가능하고, 각각의 장치를 일정 배열을 따라 순서대로 설치하여 폐수 처리효율을 극대화할 수 있을 뿐만 아니라 미생물의 활성을 유지하여 실제 현장에서도 용이하게 실행할 수 있는 효과가 있다.
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Description
본 발명은 폐수의 질소와 인의 동시제거방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폐수 처리 효율은 향상시키고, 처리시간은 단축할 수 있도록 한 유량조절계량조, 생흡착조, 생흡착침전조, 질산화조, 탈질조, 인흡수조, 활성화조, 인방출조, 최종침전조, 여과장치 및 소독조를 포함하여 이루어지는 반응조를 이용하여 페수의 질소와 인의 동시제거 방법에 관한 것이다.
일반적으로 생물학적으로 폐수를 고도처리하여 유기물과 질소와 인을 제거하는 공정으로는 AO공정, A2O공정, SBR 공정 등 다수가 있다.
이 중에서, 도 1에서 보는 바와 같이 A2O공정은 혐기-호기(A/O)공정을 개량하여 질소, 인을 제거하기 위한 공정으로 혐기조, 무산소조, 호기조로 구성되며, 질산성 질소를 제거하기 위한 내부 반송과 최종침전지로부터의 슬러지의 외부 반송으로 구성되고, 혐기조에서 반송슬러지가 유입하수와 함께 혼합되어 미생물에 의한 인의 배출이 일어나고, 무산소조에서 탈질이 발생하여 질소가 제거되며, 호기조에서는 질산화반응과 인을 배출한 미생물들이 인을 과잉 섭취하여 폐수의 고도처리가 가능한 공정이다.
그러나 이러한 공정은 질산화된 질소를 탈질시키기 위해 호기성조에서 무산소로 반응액을 반송하기 때문에 반응액의 양이 많아져 탈질조의 용량이 커지는 문제점이 있었다.
그리고 도 2에서 보는 바와 같이, 한국특허등록 제 0242795호에는 생흡착조, 생흡착침전조, 질산화조, 질산화침전조, 인방출조, 탈질조, 인흡수조와 최종침전조로 구성되어 있는 반응조 시스템을 이용한 질소와 인의 동시처리방법에 관하여 기술하고 있다.
그러나 상기 방법도 질산화조 후단에 질산화침전조를 두어 질산화된 반응액을 질산화조로 내부반송하여야 하므로 처리시간이 길어지는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 질산화조 후단에 설치된 질산화침전조를 없애고 질산화조 전단계에 질산화미생물을 활성화시킬수 있는 활성화조를 설치하여 질산화효율을 증대시킬 수 있는 폐수처리공정을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 폐수 유입시 유량조절계량조에서 유입하수량을 24시간 균등하게 유지하고 적정 잉여슬러지 폐기량을 조절할 수 있도록 함에 있으며, 최종침전지 후단에 여과장치 및 소독장치를 설치하여 안정적이고 효율적인 폐수처리공정을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 생흡착조와 활성화조를 이용한 폐수의 고도처리장치는 폐수 유입량과 적정 잉여슬러지 폐기량을 조절하는 유량조절계량조; 상기 유량조절계량조에서 공급되는 폐수에 포함된 유기물 성분과 입자성 고형물 성분은 최종침전지에서 일부 반송된 내생호흡단계의 미생물에 의해 흡착되고 암모니아성 질소는 흡착되지 않는 생흡착조 및 유기물 성분과 입자성고형물 성분을 흡착한 미생물을 고액 분리시키는 생흡착침전조; 상기 생흡착침전조에서 고액 분리된 상등수는 호기성 조건에서 암모니아성 질소를 질산성질소로 변환시키는 질산화조; 상기 생흡착침전조에서 침전된 슬러지는 혐기성 조건에서 미생물 체내 인을 방출하는 인방출조; 상기 질산화조를 거쳐 질산화된 반응액과 인방출조에서 유입되는 슬러지를 탄소원으로 이용하여 무산소조건에서 질산성 질소를 질소가스로 변환시키는 탈질조; 상기 탈질조를 거쳐 탈질된 반응액을 호기성 조건에서 인을 과잉흡수하고 잔여 유기물을 산화시키는 인흡수조; 상기 인흡수조를 거쳐 인 흡수된 반응액을 미생물과 상등수로 고액분리하는 최종침전조; 상기 최종침전조의 침전슬러지 일부를 공급받아 호기성조건에서 미생물을 활성화시킨 후 반응액을 전량을 질산화조에 공급하는 활성화조; 상기 최종침전조에서 분리된 상등수를 여과하는 여과장치; 및 상기 여과장치를 거쳐 공급되는 처리수의 미생물을 살균 및 소독하는 소독조;를 포함한다.
그리고 상기 유량조절계량조는 폐수의 생물학적 처리 및 24시간 폐수를 균등하게 유입시킬 수 있도록 폐수의 설정량은 상기 생흡착조에 유입시키고 적정 목표치 이상의 유입량은 배관을 통해 유량조정조에 회수시킬 수 있다.
또한, 상기 유량조절계량조는 단일반응조내 1계열은 폐수의 유량을 2계열은 반송슬러지의 유량을 조절할 수 있도록 구성되고, 각각의 계열에는 유량조절부와 유량계측부가 설치되며, 2개의 계열은 유량계측부를 월류한 폐수와 슬러지는 혼합되어 생흡착조로 유입할 수 있다.
여기서, 상기 유량조절계량조를 구성하는 2계열의 유량계측부의 바닥 중앙으로 배수관과 전동밸브가 설치되고, 상기 전동밸브의 ON/OFF 제어를 통해 설정된 슬러지를 폐기할 수 있다.
또한, 상기 유량조절계량조에서는 최종침전조의 침전슬러지 일부가 반송되어 생흡착조로 이송하는 기능을 하며, 적정 슬러지일령(SRT)를 유지하기 위해 잉여슬러지를 자동으로 정량 인발하여 슬러지저류조로 이송할 수 있다.
그리고 상기 생흡착침전조에 고액분리되는 슬러지는 펌프장치를 이용하여 전량을 인방출조로 이송시키며 그 이송량은 페수유입량 대비 20～35%일 수 있다.
또한, 상기 최종침전조에 침전되는 슬러지는 펌프장치를 이용하여 폐수유입량의 50～70%는 유량조절계량조로 이송시키고, 폐수량의 30～50%는 활성화조로 이송시킬 수 있다.
또한, 상기 생흡착조, 질산화조, 인흡수조, 활성화조는 용존산소를 유지하기 위한 산기처리장치가 설치될 수 있다.
또한, 상기 인방출조와 탈질조는 반응액의 완전혼합을 위하여 교반처리장치가 설치될 수 있다.
또한, 상기 생흡착침전조와 최종침전조에는 슬러지수집장치와 상등수를 처리하기 위한 웨어설비가 설치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징인 생흡착조와 활성화조를 이용한 폐수의 고도처리방법은 폐수의 유입량 및 잉여슬러지 폐기량 조절하는 유량조절계량조 공정; 상기 유량조절계량조에서 공급되는 폐수에 포함된 유기물 성분과 입자성 고형물 성분은 최종침전지에서 일부 반송된 내생호흡단계의 미생물에 의해 흡착되고 암모니아성 질소는 흡착되지 않는 생흡착공정; 유기물 성분과 입자성고형물 성분을 흡착한 미생물을 생흡착침전조에서 고액 분리시키는 생흡착침전공정; 상기 생흡착침전공정에서 고액 분리된 상등수는 호기성 조건에서 암모니아성 질소를 질산성질소로 변환시키는 질산화공정; 상기 생흡착침전조에서 침전된 슬러지는 혐기성 조건에서 미생물 체내 인을 방출하는 인방출공정; 상기 질산화조를 거쳐 질산화된 반응액과 인방출조에서 유입되는 슬러지를 탄소원으로 이용하여 무산소조건에서 질산성 질소를 질소가스로 변환시키는 탈질공정; 탈질된 반응액을 호기성 조건의 인흡수조에서 인을 과잉흡수하고 잔여 유기물을 산화하는 인흡수공정; 인 흡수된 반응액을 최종침전조에서 미생물과 상등수로 고액분리하는 최종침전공정; 최종침전조의 침전슬러지를 호기성조건의 활성화조로 이송하여 미생물을 활성화시킨 후 반응액 전량을 질산화조로 유입하게하는 활성화공정; 최종침전조의 상등수를 여과장치를 통해 여과시킨 처리수의 미생물을 살균 및 소독 후 배출하는 여과소독공정;을 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 유량조절계량조와 활성화조를 도입하여 질산화조 후단의 질산화침전조를 제거할 수 있고, 각각의 장치를 일정 배열에 따라 순서대로 설치하여 폐수 처리효율을 극대화할 수 있을 뿐만 아니라 미생물의 활성을 유지하여 실제 현장에서도 용이하게 실행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 A2O를 나타낸 공정도.
도 2는 대한민국 특허등록 제0242795호 공정 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 생흡착조와 활성화조를 이용한 폐수의 고도처리장치를 나타낸 공정 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 생흡착조와 활성화조를 이용한 폐수의 고도처리장치를 구성하는 유량조절계량조를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 A-A선 개략단면도.
도 6은 본 발명에 따른 B-B선 개략단면도.
도 7은 본 발명에 따른 고도처리장치를 이용한 폐수의 고도처리방법을 나타낸 순차도.
도 2는 대한민국 특허등록 제0242795호 공정 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 생흡착조와 활성화조를 이용한 폐수의 고도처리장치를 나타낸 공정 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 생흡착조와 활성화조를 이용한 폐수의 고도처리장치를 구성하는 유량조절계량조를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 A-A선 개략단면도.
도 6은 본 발명에 따른 B-B선 개략단면도.
도 7은 본 발명에 따른 고도처리장치를 이용한 폐수의 고도처리방법을 나타낸 순차도.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
이하, 본 발명의 구성을 첨부된 도면을 참조로 설명하면, 도 3은 본 발명에 따른 생흡착조와 활성화조를 이용한 고도처리장치를 나타낸 공정 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 생흡착조와 활성화조를 이용한 폐수의 고도처리장치를 구성하는 유량조절계량조를 나타낸 도면이다.
본원발명인 생흡착조와 활성화조를 이용한 고도처리장치(100)는 유량조절계량조(110), 생흡착조(120) 및 생흡착침전조(130), 질산화조(140), 탈질조(150), 인흡수조(160), 최종침전조(170), 인방출조(180), 활성화조(190), 여과장치(200), 소독조(300)를 포함하여 이루어진다.
상기 유량조절계량조(110)는 폐수의 생물학적 처리 및 24시간 폐수를 균등하게 유입시킬 수 있도록 폐수의 설정량은 상기 생흡착조(120)에 유입시키고 적정 목표치 이상의 유입량은 배관을 통해 유량조정조(117)에 회수시키게 된다.
또한, 상기 유량조절계량조(110)에서는 최종침전조(170)의 침전슬러지 일부가 반송되어 생흡착조(120)로 이송하는 기능을 하며, 적정 슬러지일령(SRT)를 유지하기 위해 잉여슬러지를 자동으로 정량 인발하여 슬러지저류조(115)로 이송할 수 있다.
즉, 상기 유량조절계량조(110)는 폐수의 설정량은 생흡착조(120)에 유입시키고 그 이상의 폐수 유입량은 유량조정조(117)에 회수시키게 되어 생흡착조(120)와 후단 반응조의 처리 폐수 유입량을 일정하게 유지하는 기능을 하여 안정적인 처리수질을 유지하는 기능을 한다.
그리고 상기 유량조절계량조(110)는 단일반응조내 1계열은 폐수의 유량을 2계열은 반송슬러지의 유량을 조절할 수 있도록 구성되고, 각각의 계열에는 유량조절부(111)와 유량계측부(112)가 설치되며, 2개의 계열은 유량계측부(112)를 월류한 폐수와 슬러지는 혼합되어 생흡착조(120)로 유입하게 된다.
이를 좀 더 보충설명하면, 상기 1계열의 유량조절부(111)는 좌우로 격벽(113)을 가운데 두고 2개의 방이 형성되며, 폐수가 유입되는 방과 유량조정조(117)로 이송되는 방으로 나누어지며 가운데 격벽(113)에는 유입폐수량을 조절할 수 있는 수문(114)이 형성된다.
여기서 상기 유량조정조(117)로 이송되는 방의 하부 바닥에는 배수관이 설치되어 처리유량을 균등하게 조절하는 기능을 한다.
또한, 2계열의 유량계측부(112)의 바닥 중앙에 배수관과 전동밸브(116)가 설치되어 밸브의 ON/OFF 자동제어를 통하여 적정량의 슬러지를 폐기하게 된다.
상기 생흡착조(120)는 유량조절계량조(110)에서 공급되는 폐수에 포함된 유기물 성분과 입자성 고형물 성분은 최종침전지(170)에서 일부 반송된 내생호흡단계의 미생물에 의해 흡착되고 암모니아성 질소는 흡착되지 않는다.
이를 위해, 상기 생흡착조(120)의 내부에는 환경 및 목적 등에 따라 공지된 교반시설과 산기장치 등이 설치된다.
즉, 상기 생흡착조(120)는 유기물의 흡착을 위해 내생 호흡단계의 최종침전지(170) 반송슬러지를 1일 유입폐수량 대비 50～70%유량으로 24시간 동안 균등 주입하고, 생흡착조(120)내 미생물농도(MLSS)는 유입수와 반송슬러지를 혼합하여 2,000～4,000mg/ㅣ를 유지하며, 미생물 흡착효율 향상을 위해 용존산소 농도값을 0.5～0.8mg/l, 수리학적체류시간(HRT)을 20～30분 유지하여, 유입수내 포함된 유기물 성분 75%, 부유물질 성분 75%를 흡착 제거하게 된다.
상기 생흡착침전조(130)에서는 생흡착조(120)에서 이송된 반응액을 고액분리시키고 침전된 슬러지는 전량을 인방출조(180)로 이송하며 이송율은 폐수 원수 대비 20～35%이며, 상등수는 질산화조(140)로 유입하게 된다.
상기 생흡착침전조(130)의 수리학적 체류시간(HRT)는 1.0~1.5 시간이며 수면적부하는 25 ~ 40 ㎥/㎡일 이다.
침전된 침전슬러지를 균등하게 수집할 수 있도록 침전조수집기와 상등수 이송을 위한 웨어설비가 설치될 수 있다.
상기 질산화조(140)는 생흡착침전조(130)에서 고액분리된 상등수와 활성화조(190)에 유입된 슬러지가 혼합 되어진다.
본 반응조로 유입되는 생흡착침전조(130)의 상등수는 낮은 C/N비 조건이므로 질산화미생물의 우점화에 유리한 조건으로 형성되며 반응조내 질산화미생물의 비율이 10～20%를 유지하게 되어 통상 하수의 경우에는 1～2.5시간 내에 암모니아성질소가 질산성질소로 99% 이상 질산화하게 된다.
질산화미생물은 독립영양미생물로서 나이트로소모나스(Nitrosomonas)와 나이트로박터(Nitrobacter)가 대표적이다
질산화조(140)는 용존산소농도 1.5～2.5mg/l의 호기성조건으로 미생물농도(MLSS)는 2,500～4,500mg/l로 운영되며 내부에는 산소전달효율을 높이기 위해 산기시설이 구비된다.
여기서, 활성화조(190)의 수리학적 체류시간은 1.0～2.0시간이며 최종침전조(170)의 침전슬러지는 유입 폐수량 대비 30～50%가 활성화조(190)로 이송하며 슬러지속에 포함된 질산화미생물을 활성화시켜 전량 질산화조(140)로 이송한다. 활성화조(190)의 미생물농도(MLSS)는 8,000～13,000mg/l로 유지되며 용존산소농도는 2.0mg/l 이상을 유지하므로 산소전달효율을 높이기 위해 산기시설이 설치된다.
상기 탈질조(150)에서는 질산화된 반응액과 인방출조(180)에서 유입된 슬러지가 혼합된다.
본 반응조의 DO농도는 0.1mg/l 이하이며 미생물농도(MLSS)는 2,500～4,500mg/l, pH는 7.1～7.5, 산화환원전위(ORP)는 100mV이하로 유지하고 완전혼합과 미생물 플록의 파괴를 방지하기 위해 회전수가 20～40rpm의 저속 교반기를 설치한다 탈질조(150)에서는 종속영양미생물인 탈질미생물에 의하여 질산성질소(NOx-N)가 질소가스(N2)로 환원하게 된다.
상기 인흡수조(160)에서는 탈질조(150)에서 이송된 슬러지 반응액을 호기성조건으로 운전하며 탈질 반응후 잔류하는 유기물질을 산화하고, 인방출조(180)에서 방출된 용존성인 성분이 인을 흡수하는 인축적미생물(PAO : phosphorus accumulating organism)에 의하여 과잉흡수된다.
또한, 인흡수조(160)의 DO농도는 1.0～2.0mg/l로 유지되며, 미생물농도(MLSS)는 2,500～4,500mg/l, 수리학적 체류시간은 0.5～1.5시간을 유지하고 내부에는 산소전달효율을 높이기위한 산기시설이 설치된다.
또한, 상기 생흡착조(120) 후단의 생흡착침전조(130)에서 고액분리된 침전슬러지 전량이 유입폐수량대비 20～35%정도 인방출조(180)로 이송되며, 인방출조(180)내 침전슬러지의 미생물농도(MLSS)는 8,000～13,000mg/l를 유지하게 된다.
인방출조(180)의 수리학적체류시간(HRT)은 30～60분, 용존산소농도 0mg/l인 혐기성조건에서 60rpm 수준의 저속 교반기로 교반하여 인을 축적하는 미생물이 체내 저급지방산을 형성하는 것을 촉진하고 용존성인의 방출을 유도한 후 탈질조(150)로 전량 이송하게 된다.
인방출조(180)에서 인방출 기작은 혐기성 조건하에 종속영양미생물은 가수분해 및 발효과정을 거쳐 생성된 유기산을 영양분으로 사용하지만, 미생물 체내에는 전자수용체가 부족한 상태이기 때문에 전자와 탄소를 폴리히드록시부티레이트(PHB)와 같은 세포내 고형물질로 축적하게 된다.
이때, PHB 중합과정에서 CoASH(아세틸 조효소A)와 같은 활성물질이 필요하며, 이의 합성과정에는 ATP와 같은 다중인산염의 가수분해로부터 얻어지는 에너지가 사용되며 세포내 인의 농도가 증가하고, 그에 따라 미생물 체외로 인을 방출하여 용액중의 인의 농도가 증가하게 된다.
상기 인흡수조(160)에서 산화되고 미생물체내에 인이 흡수된 반응액 전부가 최종침전조(170)으로 이송되고 반응액을 상등수와 미생물로 고액분리시키게 된다.
상기 최종침전조(170)의 수리학적 체류시간은 2.5～3.5시간이며, 수면적부하는 20～30㎥/㎡일이다.
상기 최종침전조(170)의 슬러지는 생흡착조(120)로 유입폐수량 대비 50～70% 이송되고, 상기 활성화조(190)로 유입폐수량 대비 30～50% 이송하게 된다.
침전된 침전슬러지를 균등하게 수집할 수 있도록 침전조수집기와 상등수 이송을 위한 웨어설비가 설치될 수 있다,
상기 최종침전조(170)의 상등수는 여과장치(200)는 환경 및 목적 등에 따라 공지된 구성으로 구성되어 부유물질 성분은 70%, 유기물성분은 10～20% 이상 제거하게 된다.
상기 소독조(300)는 상기 여과장치(200)를 거쳐 공급되는 처리수를 자외선 소독설비를 통하여 상기 처리수에 포함된 미생물을 살균 및 소독 후 배출하게 된다.
여기서, 상기 처리공정에 있어 각 단위 반응조 내 MLSS 값을 적정범위에서 유지하기 위해 슬러지 일령에 따른 적정 슬러지량을 최종침전조에서 반송된 슬러지가 유입되는 유량조절계량조(110)에서 슬러지를 전동밸브를 통하여 폐기하게 된다.
또한, 상기 생흡착조와 활성화조를 이용한 고도처리장치는 철근콘크리트, 철, 스테인리스스틸, 및 합성수지계통의 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기한 각각의 반응조에는 용존산소공급 및 미생물의 적정 혼합을 위한 산기시설, 송풍기, 교반기, 펌프장치가 설치되고, 침전조에는 슬러지의 침전효율과 슬러지수집을 용이하게 하기 위해 슬러지 수집기를 설치할 수도 있다.
다음으로, 본원발명의 또 다른 특징인 생흡착조와 활성화조를 이용한 폐수의 고도처리방법은 폐수의 유입량 및 잉여슬러지 폐기량 조절하는 유량조절계량조 공정; 상기 유량조절계량조에서 공급되는 폐수에 포함된 유기물 성분과 입자성 고형물 성분은 최종침전지에서 일부 반송된 내생호흡단계의 미생물에 의해 흡착되고 암모니아성 질소는 흡착되지 않는 생흡착공정; 유기물 성분과 입자성고형물 성분을 흡착한 미생물을 생흡착침전조에서 고액 분리시키는 생흡착침전공정; 상기 생흡착침전공정에서 분리된 상등수를 호기성 조건의 질산화조에서 암모니아성 질소를 질산성질소로 변환시키는 질산화공정; 생흡착침전공정에서 이송된 슬러지가 혐기성 조건의 인방출조에서 미생물 체내 용존성인을 방출하고 무산소조 이송되는 인방출공정 ; 상기 질산화조를 거쳐 질산화된 반응액과 인방출조에서 유입되는 슬러지를 탄소원으로 이용하여 무산소조건에서 질산성 질소를 질소가스로 변환시키는 탈질공정; 탈질된 반응액을 호기성 조건의 인흡수조에서 인을 과잉흡수하고 잔여 유기물을 산화하는 인흡수공정; 인 흡수된 반응액을 최종침전조에서 미생물과 상등수로 고액분리하는 최종침전공정; 최종침전조의 침전슬러지를 호기성조건의 활성화조로 이송하여 미생물을 활성화시킨 후 반응액 전량을 질산화조로 유입하게하는 활성화공정; 최종침전조의 상등수를 여과장치를 통해 여과시킨 처리수의 미생물을 살균 및 소독 후 배출하는 여과소독공정;을 포함하여 이루어진다.
본 발명의 공정에 사용되는 각 반응조는 모두 플러그흐름 반응기(PFR)가 기본이다.
본 발명의 공정에 사용되는 각 생물반응조 및 침전조에서 일어나는 반응을 중심으로 설명하면 다음과 같다.
상기 생흡착조는 유입되는 폐수 원수와 최종짐전지로부터 일부 반송되는 내생호흡단계의 슬러지가 혼합되는 반응조이다.
본 반응조의 운전 조건은 용존산소농도를 0.5～0.8 mg/l로 유지하며, 미생물농도(MLSS)는 2,000～4,000mg/l, 체류시간은 10～30min을 유지한다.
여기서 슬러지와 원수의 완전혼합을 위해 교반기를 사용함에 있어 플록의 파괴를 막기 위해 회전수가 20 ～ 40 rpm 저속의 교반기를 사용한다.
본 반응조에서는 용존성유기물질은 미생물에 흡착하게 되며 프로인틀리히(Freundlich) 등온흡착이론에 의하여 예측될 수 있다.
생흡착조의 호기성미생물은 슈도모나스(Pseudomonas), 주글레아(Zooglea), 아크로모박터(Achromabacter), 플라보박터리엄(Flavobacterium), 노카디아(Nocardia), 델로비브리오(Bdellovibrio), 및 미코박테리엄(Mycobacsrium)등이다.
상기 생흡착침전조는 생흡착조에서 이송된 반응액을 고액분리시키고 침전된 슬러지는 전량을 인방출조로 이송하며 이송율은 폐수 원수 대비 20～35%이며, 상등수는 질산화조로 유입하게 된다.
여기서, 생흡착침전조의 수리학적 체류시간(HRT)는 1.0～1.5 시간이며 수면적부하는 25 ～ 40 ㎥/㎡일 이다.
이때, 침전된 침전슬러지를 균등하게 수집할 수 있도록 침전조수집기와 상등수 이송을 위한 웨어설비가 설치될 수 있다.
상기 질산화조는 생흡착침전조에서 고액분리된 상등수와 활성화조에서 유입된 슬러지가 혼합된다.
본 반응조로 유입되는 생흡착침전조의 상등수는 낮은 C/N비 조건이므로 질산화미생물의 우점화에 유리한 조건으로 형성되며 반응조내 질산화미생물의 비율이 10～20%를 유지하게 되어 통상 하수의 경우에는 1～2.5시간 내에 암모니아성질소가 질산성질소로 99% 이상 질산화하게 된다.
여기서 질산화미생물은 독립영양미생물로서 나이트로소모나스(Nitrosomonas)와 나이트로박터(Nitrobacter)가 대표적이다
질산화조는 용존산소농도 1.5～2.5mg/l의 호기성조건으로 미생물농도(MLSS)는 2,500～4,500mg/l로 운영되며 내부에는 산소전달효율을 높이기 위해 산기시설이 구비된다.
상기 탈질조는 질산화된 반응액과 인방출조에서 유입된 슬러지가 혼합되어진다.
본 반응조의 DO농도는 0.1mg/l 이하이며 미생물농도(MLSS)는 2,500～4,500mg/l, pH는 7.1～7.5, 산화환원전위(ORP)는 100mV이하로 유지하고 완전혼합과 미생물 플록의 파괴를 방지하기위해 회전수가 20～40rpm의 저속 교반기를 설치한다.
여기서, 탈질조에서는 종속영양미생물인 탈질미생물에 의하여 질산성질소(NOx-N)가 질소가스(N2)로 환원하게 된다.
그리고 탈질조의 탈질미생물은 아크로모박터(Archromobacter), 알카리게네스(Alcaligenes), 바실루스(Bacillus), 마이크로코크스(Micrococcus), 슈도모나스(Pseudomonas), 스피리엄(Spirillum), 프로테우스(Proteus), 프라보박테리움(Flavobacterium), 브레비박테리엄(Brevilbacterium), 에어로박터(Aerobacter), 크로모박테리엄(Chromobacterium), 아신토박터(Acinetobacter) 등이다.
상기 인흡수조는 탈질조에서 이송된 슬러지 반응액을 호기성조건으로 운전하며 탈질 반응후 잔류하는 유기물질을 산화하고, 인방출조에서 방출된 용존성인 성분이 인을 흡수하는 인축적미생물(PAO : phosphorus accumulating organism)에 의하여 과잉흡수된다.
여기서, 인흡수조의 DO농도는 1.0～2.0mg/l로 유지되며, 미생물농도(MLSS)는 2,500～4,500mg/l, 수리학적 체류시간은 0.5～1.5시간을 유지하고 내부에는 산소전달효율을 높이기위한 산기시설이 설치된다.
상기 최종침전조는 인흡수조에서 산화되고 미생물체 내에 인이 흡수된 반응액 전부가 최종침전조로 이송되고 반응액을 상등수와 미생물로 고액분리시키게 된다.
여기서, 최종침전조의 수리학적체류시간은 2.5～3.5시간이며, 수면적부하는 20～30㎥/㎡일이다, 최종침전조 슬러지는 생흡착조로 유입폐수량 대비 50～70% 이송되고, 활성화조로 유입폐수량 대비 30～50% 이송하게 된다.
그리고 침전된 침전슬러지를 균등하게 수집할 수 있도록 침전조수집기와 상등수 이송을 위한 웨어설비가 설치될 수 있다.
상기 활성화조의 수리학적 체류시간은 1.0～2.0시간이며 최종침전조의 침전슬러지는 유입 폐수량 대비 30～50%가 활성화조로 이송하며 슬러지속에 포함된 질산화미생물을 활성화시켜 전량 질산화조로 이송한다.
여기서, 활성화조의 MLSS농도는 8,000～13,000mg/l로 유지되며 용존산소농도는 2.0mg/l 이상을 유지하므로 산소전달효율을 높이기 위해 산기시설이 설치된다.
상기 인방출조는 생흡착 후단의 생흡착침전조에서 고액분리된 침전슬러지 전량이 유입폐수량대비 20～35%정도 인방출조로 이송되며, 인방출조내 침전슬러지의 미생물농도(MLSS)는 8,000～13,000mg/l를 유지하게 된다.
그리고 인방출조의 수리학적체류시간(HRT)은 30～60분, 용존산소농도 0mg/l인 혐기성조건에서 60rpm 수준의 저속 교반기로 교반하여 인을 축적하는 미생물이 체내 저급지방산을 형성하는 것을 촉진하고 용존성인의 방출을 유도한 후 탈질조로 전량 이송하게 된다.
그리고 인방출조에서 인방출 기작은 혐기성 조건하에 종속영양미생물은 가수분해 및 발효과정을 거쳐 생성된 유기산을 영양분으로 사용하지만, 미생물 체내에는 전자수용체가 부족한 상태이기 때문에 전자와 탄소를 폴리히드록시부티레이트(PHB)와 같은 세포내 고형물질로 축적하게된다.
이때 PHB 중합과정에서 CoASH(아세틸 조효소A)와 같은 활성물질이 필요하며, 이의 합성과정에는 ATP와 같은 다중인산염의 가수분해로부터 얻어지는 에너지가 사용되며 세포내 인의 농도가 증가하고, 그에 따라 미생물 체외로 인을 방출하여 용액중의 인의 농도가 증가하게 된다.
또한, 인제거 통성 혐기성미생물(PAOs)에는 에어로박터(Aerobacter), 알카리지니스(Alcaligenes), 바실러스(Basillus), 브레비박테리움(Brevibacterium), 플라보박테리엄(Flavobacterium), 락토바실러사(Lactobacillus), 마이크로코커스(Mocrococcus)등이 있다.
다음으로, 상기와 같이 구성되는 생흡착조와 활성화조를 이용한 폐수의 고도처리장치 및 고도처리방법의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예에 사용된 각 반응조의 규격과 처리용량은 다음과 같다
일 폐수처리용량 0.5㎥/일의 처리능력을 지닌 파일럿에서 각단위 반응조의 체류시간과 운전조건은 다음과 같다.
| 구분 | 유입수 | 생흡착조 | 생흡착 침전조 |
질산화조 | 탈질조 | 인흡수조 | 최종 침전조 |
인방출조 | 미생물 활성화조 |
| 수온℃ | 20 | 20 | |||||||
| 수리학적체류시간(HRT) | 0.5 | 1.5 | 3.0 | 2.0 | 1.0 | 3.0 | 0.5 | 2.0 | |
| 용존산소농도 (mg/l) |
0.5 | 2.0 | 0.1 | 1.5 | 0.0 | 3.0 | |||
| 슬러지이송비율 (%) | 최종 침전조 ==> 생흡착조 (50%) |
생흡착침전조 ==> 인방출조 (30%) |
60% | 최종침전조==>활성화조 (50%) |
|||||
| 잉여슬러지 폐기량 (㎥/d) |
0.003 | ||||||||
| 미생물농도 (MLSS) |
3200 | 11500 | 3600 | 3580 | 3620 | 9500 | 11380 | 10450 | |
| 생물학적산소요구량 (BOD)(mg/l) |
150 | 37.5 | 5.8 | ||||||
| 부유물질 (SS)(mg/l) |
180 | 36.0 | 5.2 | ||||||
| 총질소 (TN)(mg/l) |
40 | 22 | 8.4 | ||||||
| 암모니아성질소(NH4-N) | 24 | 20 | |||||||
| 총인 (TP)(mg/l) |
6.0 | 3.4 | 0.9 |
일처리용량 0.5㎥/일 규모의 파일럿을 3개월간 운영하였다.
유입 폐수의 평균 수질은 생물학적 산소요구량(BOD) 150mg/l, 부유물질(SS) 180mg/l. 총질소(TN) 40mg/l, 총인(TP) 6.0mg/l이었다.
유입 폐수량 100%는 생흡착조로 유입되어 최종침전조로부터 유입 폐수량 대비 50% 비율로 반송된 최종침전조 침전슬러지와 혼합한 후 생흡착조 미생물농도(MLSS)는 3,200mg/l를 유지하였으며 전량 생흡착침전조로 이송하였다.
생흡착침전조의 상등수는 질산화조로 유입하였고, 생흡착침전조의 침전슬러지는 인방출조로 유입폐수량 대비 30% 비율로 전량 이송하였다.
질산화조에는 활성화조로부터 유입된 슬러지로 질산화조내 적정 미생물농도(MLSS)를 3,600mg/l로 유지할 수 있었다.
질산화조의 반응액은 탈질조로 전량 이송하였으며 탈질조의 미생물농도(MLSS)는 3,580mg/l로 유지되었으며 탈질조의 반응액은 인흡수조로 전량 이송하였다.
인흡수조의 미생물농도(MLSS)는 3,620mg/l로 유지되었으며 반응액은 전량 최종침전조로 이송하였다.
최종침전조의 상등수는 최종 방류수이며, 최종침전조의 침전슬러지는 생흡착조로 유입폐수량 대비 50% 비율로 이송됨과 동시에 활성화조로 유입폐수량 대비 50% 비율로 이송되었다.
최종 방류수의 수질은 생물학적산소요구량(BOD) 5.8mg/l, 부유물질(SS) 5.2mg/l, 총질소(TN) 8.4mg/l, 총인(TP) 0.9mg/l이었다.
각 단위반응조의 운전조건은 상기 [표 1] 과 같다.
[표 1]에 나타낸 바와 같이, 최종침전조의 반송슬러지를 생흡착조로 폐수유입량 대비 50% 이송하여 폐수 원수와 혼합하여 생흡착침전조에서 고액 분리한 결과 부유물질(SS)은 80%, 생물화학적산소요구량(BOD)은 75% 생흡착 제거됨을 확인하였으며, 총질소는 45% 제거되고 암모니아성질소(NH4-N)는 16.7%만 제거된 것으로 측정되어 유기성질소의 95%이상이 제거되었고 암모니아성 질소만이 질산화조로 유입되는 것을 알 수 있었다.
질산화조에서는 활성화조에서 이송된 슬러지를 이용하여 암모니아성 질소를 질산화시키고, 탈질조에서는 생흡착조와 생흡착침전조에서 이송된 생흡착침전슬러지에 포함된 탄소원을 혐기성조건의 인방출조를 경유하여 공급받아 질산성질소를 질소가스 환원에 필요한 탈질 탄소원으로 사용함을 알 수 있었다.
탈질조 후단의 인흡수조에서는 호기성조건에서 인을 과잉흡수하고 잔여유기물을 산화시킨후 최종침전조로 반응액을 이송시켰다.
최종침전조에서는 반응액을 고액분리시킨 후 상등수는 최종방류수로 배출하고 최종침전조 침전슬러지는 폐수유입량 대비 50% 비율로 생흡착조로 반송하고. 폐수유입량 대비 50%는 활성화조로 이송하였다.
상기의 방법으로 실시한 폐수처리 결과는 처리수의 수질이 양호하게 나타나서 생흡착, 질산화, 탈질, 인흡수, 인방출, 활성화 공정이 제 기능을 다하고 있음을 알 수 있었다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 생흡착조와 활성화조를 이용한 고도처리방법 및 그 처리장치를 설명함에 있어 특정형상 및 방향을 위주로 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 생흡착조와 활성화조를 이용한 고도처리장치
110 : 유량조절계량조, 120 : 생흡착조,
130 : 생흡착침전조 140 : 질산화조
150 : 탈질조 160 : 인흡수조
170 : 최종침전조 180 : 인방출조
190 : 활성화조 200 : 여과장치
300 : 소독조
110 : 유량조절계량조, 120 : 생흡착조,
130 : 생흡착침전조 140 : 질산화조
150 : 탈질조 160 : 인흡수조
170 : 최종침전조 180 : 인방출조
190 : 활성화조 200 : 여과장치
300 : 소독조
Claims (5)
- 폐수 유입량과 적정 잉여슬러지 폐기량을 조절하는 유량조절계량조;
상기 유량조절계량조에서 공급되는 폐수에 포함된 유기물 성분과 입자성 고형물 성분은 최종침전지에서 일부 반송된 내생호흡단계의 미생물에 의해 흡착되고 암모니아성 질소는 흡착되지 않는 생흡착조 및 유기물 성분과 입자성고형물 성분을 흡착한 미생물을 고액 분리시키는 생흡착침전조; 상기 생흡착침전조에서 분리된 상등수를 호기성 조건에서 암모니아성 질소를 질산성질소로 변환시키는 질산화조; 생흡착침전조에서 이송된 슬러지가 혐기성 조건의 인방출조에서 미생물 체내 용존성인을 방출하고 무산소조 이송되는 인방출조; 상기 질산화조를 거쳐 질산화된 반응액과 인방출조에서 유입되는 슬러지를 탄소원으로 이용하여 무산소조건에서 질산성 질소를 질소가스로 변환시키는 탈질조; 상기 탈질조를 거쳐 탈질된 반응액을 호기성 조건에서 인을 과잉흡수하고 잔여 유기물을 산화시키는 인흡수조;
상기 인흡수조를 거쳐 인 흡수된 반응액을 미생물과 상등수로 고액분리하는 최종침전조;
상기 최종침전조의 침전슬러지 일부를 공급받아 호기성조건에서 미생물을 활성화시킨 후 반응액 전량을 질산화조에 공급하는 활성화조;
상기 최종침전조에서 분리된 상등수를 여과하는 여과장치; 및
상기 여과장치를 거쳐 공급되는 처리수의 미생물을 살균 및 소독하는 소독조;를 포함하고,
상기 유량조절계량조는 폐수의 생물학적 처리 및 24시간 폐수를 균등하게 유입시킬 수 있도록 폐수의 설정량은 상기 생흡착조에 유입시키고 적정 목표치 이상의 유입량은 배관을 통해 유량조정조에 회수시키며,
상기 유량조절계량조는 단일반응조내 1계열은 폐수의 유량을 2계열은 반송슬러지의 유량을 조절할 수 있도록 구성되고, 각각의 계열에는 유량조절부와 유량계측부가 설치되며, 2개의 계열은 유량계측부를 월류한 폐수와 슬러지는 혼합되어 생흡착조로 유입하고,
상기 유량조절계량조를 구성하는 2계열의 유량계측부의 바닥 중앙으로 배수관과 전동밸브가 설치되고, 상기 전동밸브의 ON/OFF 제어를 통해 설정된 슬러지를 폐기하며,
상기 유량조절계량조에서는 최종침전조의 침전슬러지 일부가 반송되어 생흡착조로 이송하는 기능을 하며, 적정 슬러지일령(SRT)를 유지하기 위해 잉여슬러지를 자동으로 정량 인발하여 슬러지저류조로 이송할 수 있는 것을 특징으로 하는 생흡착조와 활성화조를 이용한 폐수의 고도처리장치. - 삭제
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2017
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