KR102002230B1

KR102002230B1 - 혐기성 암모늄 산화 공법 기반의 하수처리장 수처리공정에서 질소 처리 효율 강화를 위한 하수처리 시스템

Info

Publication number: KR102002230B1
Application number: KR1020170181104A
Authority: KR
Inventors: 길경익
Original assignee: 서울과학기술대학교 산학협력단
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2017-12-27
Publication date: 2019-07-19
Also published as: KR20180130423A

Abstract

본 발명은 수처리공정(주처리공정, Mainstream)에 혐기성 암모늄 산화반응 공법을 적용하고, 혐기성 암모늄 산화반응에 필요한 아질산성 질소를 안정적으로 공급하기 위해 반류수를 이용하는 하수처리 시스템에 관한 것으로, 혐기성 암모늄 산화반응 공법을 적용하여 수처리 공정에서 질소와 인을 동시에 처리하고, 반류수를 아질산성 질소 공급원으로 사용하여 하수처리 비용과 오염 부하량을 감소시킬 수 있다.

Description

혐기성 암모늄 산화 공법 기반의 하수처리장 수처리공정에서 질소 처리 효율 강화를 위한 하수처리 시스템{WASTEWATER TREATMENT SYSTEM BASED ON ANAEROBIC AMMONIUM OXIDATION IN MAINSTREAM FOR IMPROVING EFFICIENCY OF NITROGEN TREATMENT}

본 발명은 하수처리장 수처리공정(주처리공정, Mainstream)에 혐기성 암모늄 산화 반응 공법을 적용하기 위해 아질산성 질소의 공급원으로 반류수를 이용하는 하수처리 시스템에 관한 것이다.

오염 물질 중 영양염은 하수 및 가축 분뇨 등에서 배출된 질소, 농약 등의 산업 제품에서 유발된 인으로 주로 구성되며, 이들이 하천에 섞이면 부영양화를 발생시켜 수생태계에 악영향을 미친다. 일반적으로 영양염에는 폐수에서 유래한 질소의 양이 많으며, 질소는 부영양화의 원인이 되고, 하천의 용존산소 저하의 원인이 되는 등의 문제점이 있어 질소의 제거가 필요하다. 폐수에 포함된 주요 질소 성분으로는 암모니아성 질소, 아질산성 질소, 질산성 질소, 유기성 질소 등이 있다. 이를 제거하기 위해서는 탈질 기술이 융합된 폐수 처리 기술이 필요하다.

하수처리장에서 질소를 제거하기 위해서는 약품을 투입하여 질소를 제거하는 물리화학적인 방법 및 미생물을 이용한 생물학적 질소 제거 공정을 주로 이용한다. 폐수에 포함된 질소 농도가 저농도일 경우 이온 교환법이나 염소, 오존에 의한 산화법을 사용할 수 있다. 그러나, 물리화학적인 방법의 경우, 투입된 약품으로 인한 2차적인 수질 오염이 발생할 수 있어, 최근에는 생물학적 질소 제거 공정을 이용하는 추세이다.

폐수의 질소 농도가 고농도일 경우 생물학적 공정이 효율적이고, 생물학적 공정의 예로 소화세균에 의하여 암모니아성 질소를 아질산성 질소나 질산성 질소로 산화시키고, 메탄올 등의 전자 공여체를 첨가하여 탈질 세균에 의해 아질산성 질소나 질산성 질소를 질소 가스로 환원시켜 폐수로부터 질소를 제거하는 방법이 알려져 있다.

이러한 방법은 암모니아성 질소를 질소 가스로 산화시키기 위해 필요한 산화력보다 과잉의 산소를 필요로 하기 때문에 미생물에 공급하기 위한 과량의 산소 요구로 폐수 처리에 요구되는 에너지 측면에서 고비용의 원인이 된다. 또한, 탈질 반응을 위해 전자 공여체로서 메탄올 등의 유기물을 첨가하기 위한 비용이 소요되고, 이러한 유기물을 섭취하고 증식한 탈질 세균이 잉여 오니가 되기 때문에 폐기물 처리 비용 문제도 발생한다. 특히, 질산성 질소는 아질산성 질소에 비해 산화 상태에 있기 때문에 산소 공급 비용이 더욱 늘어나고, 또한 이를 환원시키기 위한 전자 공여체도 보다 많이 필요하며, 발생하는 잉여 오니 역시 증가하게 된다.

이에, 최근 무산소 조건하에서 암모니아성 질소를 전자 공여체로, 아질산성 질소를 전자 수용체로서 두 성분을 반응시키고 질소 가스를 생성시킬 수 있는 독립영양성 탈질 미생물을 이용한 탈질 방법이 제시되고 있다. 이러한 탈질 반응은 혐기성 암모니아 산화(anaerobic ammonium oxidation; ANAMMOX) 반응(이하, '아나목스 반응'이라 한다.)이라 칭하며, 이용되는 독립영양성 탈질 미생물은 아나목스(ANNAMOX) 세균이라 칭하기도 한다. 아나목스 반응을 이용한 탈질 방법에 의하면, 아질산성 질소가 갖는 산화력을 이용하여 암모니아성 질소를 산화시켜 에너지를 절약할 수 있고, 별도의 산소공급이나 메탄올 등의 유기물을 첨가할 필요가 없기 때문에 그에 따른 비용도 절감할 수 있다.

아나목스 반응이 원활하게 진행되기 위해서는 암모니아성 질소 및 아질산성 질소가 안정적으로 공급되어야 한다. 아질산성 질소는 질산화(Nitrification)의 중간단계로, 자연적인 상태에서는 아질산성 질소의 형태로 존재하기 어렵기 때문에 운전자에 의한 인위적 조작을 통해 아질산 산화균 (Nitrite oxidizing bacteria)의 활성을 억제하거나, 개체수를 조절하여 아질산성 질소를 공급하는 방법이 있다. 암모니아성 질소를 아질산성 질소로 산화시키는 것을 아질산화 반응 (Nitritation)이라 하며, 아질산화 반응은 pH, 암모니아성 질소의 농도, 아질산성 질소의 농도, 체류시간 및 유기물 등 다양한 인자의 영향을 받는다. 하수처리장 유입 하수 내 질소는 대부분 암모니아성 질소의 형태로 존재하기 때문에 수처리공정(주처리공정, Mainstream)의 아나목스 반응을 위해서는 별도의 아질산성 질소의 공급이 필요하다. 인위적으로 아질산성 질소를 주입하는 방안을 고려할 수 있으나, 이는 장기적인 하수처리장 운영 측면에서 효율적이지 않고, 경제성이 떨어진다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 수처리공정(주처리공정, Mainstream)에 혐기성 암모늄 산화반응 공법을 적용하고, 혐기성 암모늄 산화반응에 필요한 아질산성 질소를 안정적으로 공급하기 위해 반류수를 이용하는 하수처리 시스템을 제공하는 것이다.

*그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 암모니아성 질소를 함유하는 하수가 유입되는 수처리공정(주처리공정, mainstream)의 혐기성 암모늄 산화 반응조; 및 슬러지 처리 공정에서 발생하는 폐수 내 암모니아성 질소를 아질산성 질소로 산화시키는 반류수 아질산화 반응조; 를 포함하고, 상기 반류수 아질산화 반응조에서 유출된 반류수는 수처리공정의 혐기성 암모늄 산화 반응조로 유입되는 것인, 하수처리 시스템이 제공된다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 하수를 유입하여 침전시키는 1차 침전지; 상기 1차 침전지의 유출수에 포함된 인을 방출시키는 혐기조; 상기 혐기조의 유출수에 존재하는 암모니아성 질소를 아나목스 반응을 이용하여 제거하는 혐기성 암모늄 산화 반응조; 및 슬러지 처리 공정에서 발생하는 폐수 내 암모니아성 질소를 아질산성 질소로 산화시키는 반류수 아질산화 반응조; 를 포함하고, 상기 반류수 아질산화 반응조에서 유출된 반류수는 혐기성 암모늄 산화 반응조로 유입되는 것인, 하수처리 시스템이 제공된다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 하수를 유입하여 침전시키는 1차 침전지; 상기 1차 침전지의 유출수에 포함된 인을 방출시키는 혐기조; 상기 1차 침전지의 상등액 내 암모니아성 질소를 아질산성 질소로 전환시키는 아질산화조; 및 상기 아질산화조 유출수 내 암모니아성 질소를 제거하기 위한 혐기성 암모늄 산화 반응조; 를 포함하는, 하수처리 시스템이 제공된다.

일 측에 따르면, 슬러지 처리 공정에서 발생하는 폐수 내 암모니아성 질소를 아질산성 질소로 산화시키는 반류수 아질산화 반응조; 를 더 포함하고, 상기 반류수 아질산화 반응조에서 유출된 반류수는 혐기성 암모늄 산화 반응조로 유입되는 것일 수 있다.

일 측에 따르면, 상기 혐기성 암모늄 산화 반응조 이후에 무산소조;를 더 포함할 수 있다.

일 측에 따르면, 상기 무산소조 이후에 호기조;를 더 포함할 수 있다.

일 측에 따르면, 상기 혐기성 암모늄 산화 반응조 이전에 유기물 제거 공정을 위한 호기 반응조;를 더 포함할 수 있다.

일 측에 따르면, 상기 슬러지 처리 공정에서 발생하는 폐수는 혐기 소화 상직액, 농축조 상징액 및 탈리여액으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 폐수 또는 이들의 조합일 수 있다.

일 측에 따르면, 상기 슬러지 처리 공정에서 발생하는 폐수는 슬러지 감량기술이 적용된 것일 수 있다.

일 측에 따르면, 상기 하수는 하수처리장 유입하수, 하수처리장 슬러지공정 폐액, 침출수, 가축 분뇨 및 분뇨로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 하·폐수 또는 이들의 조합일 수 있다.

본 발명의 하수처리 시스템은 수처리공정에 아나목스 공법을 적용하여 친환경적이고 경제적이며, 질소와 인을 동시에 처리할 수 있다.

또한, 혐기성 산화 반응조에 유입되는 아질산성 질소의 공급원으로 반류수를 이용하여 하수처리 비용 및 수처리공정의 오염 부하량을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 하수처리 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 의한 하수처리 시스템의 구성도이다.
도 3은 혐기성 암모늄 산화반응조 이전에 호기반응조를 더 포함하는 하수처리 시스템의 구성도이다.
도4는 1차 침전지 상등액에 함유된 암모니아성 질소를 아질산성 질소로 전환하여 사용하기 위해 아질산화조를 더 포함하는 하수처리 시스템의 구성도이다.
도 5는 도1의 하수처리 시스템에서 아질산화조를 더 포함하는 하수처리 시스템의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 하수처리 시스템의 구성도이다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 암모니아성 질소를 함유하는 하수가 유입되는 수처리공정(주처리공정, mainstream)의 혐기성 암모늄 산화 반응조(102); 및 슬러지 처리 공정에서 발생하는 폐수 내 암모니아성 질소를 아질산성 질소로 산화시키는 반류수 아질산화 반응조(200); 를 포함하고, 상기 반류수 아질산화 반응조에서 유출된 반류수는 수처리공정의 혐기성 암모늄 산화 반응조로 유입되는 것인, 하수처리 시스템이 제공된다 (도 6참조).

본 명세서에서 사용하는 수처리공정(주처리공정, mainstream)이란, 1차 침전지, 생물 반응조, 이차 침전지 등과 같은 여러 처리시설을 조합한 것으로, 각각의 처리시설의 조합과 배열은 처리장의 여러 상황을 고려하여 결정된다. 수처리공정은 하수처리과정의 슬러지처리공정(side stream)과는 구별되는 개념이다.

본 명세서에서 사용하는 혐기성 암모늄 산화반응(ANaerobic AMMonium Oxidation, ANAMMOX)이란, 혐기성 조건에서 전자공여체로 암모니아성 질소, 전자수용체로 아질산성 질소를 이용하여 암모늄을 산화시키고 질소 가스로 전환하는 반응을 의미한다.

혐기성 암모늄 산화 반응조(102)에서는 아나목스 세균(ANAMMOX bacteria)를 이용한 혐기성 암모늄 산화반응이 진행된다. 혐기성 암모늄 산화반응에 사용되는 아나목스 세균의 예로는, Candidatus Brocadia sinica, Kuenenia spp, Brocadia anammoxidans, Kuenenia stuttgartiensis 및 Candidatus Jettenia caeni가 있다. 성장이 느린 아나목스 세균의 특성상, 고형물체류시간(Solid retention time, SRT)는 길게 유지하여 아나목스 세균이 반응조 내에 장기간 체류할 수 있는 형태가 바람직하다. 수리학적 체류시간(Hydraulic retention time, HRT)은 Nitrogen load의 상승을 위해 짧은 HRT로 운전될 수 있다. HRT의 범위는 0.06d 내지 11d일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 혐기성 암모늄 산화반응을 위해 필요한 암모니아성 질소 및 아질산성 질소의 비율은 하기의 식1에 의하면 1:1.32이나, 이에 한정되는 것은 아니며, 1:0.5 내지 1:1.5의 범위인 것이 바람직하다. 혐기성 암모늄 산화 반응조의 pH는 6.7 내지 8, Alkalinity/Ammonium nitrogen ratio는 8 이하, 인 것이 바람직하고, 아나목스 세균은 혐기성 세균이므로 용존산소(Dissolved Oxygen, DO)의 농도는 0.06mg/L이하로 유지하는 것이 바람직하다.

[식 1]

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 하수를 유입하여 침전시키는 1차 침전지(100); 상기 1차 침전지의 유출수에 포함된 인을 방출시키는 혐기조(101); 상기 혐기조의 유출수에 존재하는 암모니아성 질소를 아나목스 반응을 이용하여 제거하는 혐기성 암모늄 산화 반응조(102); 및 슬러지 처리 공정에서 발생하는 폐수 내 암모니아성 질소를 아질산성 질소로 산화시키는 반류수 아질산화 반응조(200); 를 포함하고, 상기 반류수 아질산화 반응조에서 유출된 반류수는 혐기성 암모늄 산화 반응조(102)로 유입되는 것인, 하수처리 시스템이 제공된다.

상기 하수처리 시스템에서 혐기성 암모늄 산화 반응조 이전에 오는 혐기조의 경우, 혐기조 내 Mixed liquor suspended solid(MLSS)가 혐기성 암모늄 산화 반응조로 유입될 경우 아나목스 세균에 영향을 줄 가능성이 있다. 따라서, 혐기조의 MLSS가 혐기성 암모늄 산화 반응조의 효율 및 아나목스 세균 확보에 영향을 미치는 경우 혐기조를 제외시킬 수 있고, 이 때 슬러지 반송 위치는 변경될 수 있다.

본 발명의 하수처리 시스템은 반류수 아질산화 반응조에 유입되는 반류수의 아질산성 질소의 농도에 따라 1) 반류수의 아질산화 반응을 통해 공급할 수 있는 아질산성 질소의 부하보다 유입 하수 내 암모니아성 질소 부하가 높을 경우(도 1) 및 2) 반류수의 아질산화 반응을 통해 공급할 수 있는 아질산성 질소의 부하가 유입 되는 하수 내 포함된 암모니아성 질소의 부하보다 높은 경우(도 2)로 나뉜다.

도 1을 참고하면, 반류수 내 아질산성 질소의 농도가 유입 되는 하수 내 암모니아성 질소의 농도보다 낮아 혐기성 암모늄 산화 반응에 충분한 아질산성 질소를 공급할 수 없는 경우, 반류수의 아질산화 반응을 통해 생성되는 아질산성 질소의 농도에 따라 혐기조(101)에서 혐기성 암모늄 산화 반응조(102)로 유입되는 유량이 조절된다. 따라서, 혐기성 암모늄 산화 반응을 통해 제거될 수 없는 암모니아성 질소를 포함하는 혐기조 유출수는 Q 의 양만큼 무산소조(103)로 유입된다. 혐기조 유출수에 잔존하는 암모니아성 질소는 무산소조(103)와 호기조(104)를 거치며 질산화 - 탈질을 통해 추가적인 제거가 이루어지고, 혐기성 암모늄 산화반응을 통해 생성된 질산성 질소도 무산소조(103), 호기조(104)를 거쳐 질소로 환원된다. 호기조(104)에서는 하수에 남아있는 유기물을 추가적으로 제거한다.

도 2를 참고하면, 반류수 내 아질산성 질소의 농도가 암모니아성 질소의 농도가 유입 되는 하수 내 포함된 암모니아성 질소의 농도보다 높은 경우 도 1과 달리 무산소조가 없고 혐기성 암모늄 산화 반응조(102) 이후에 하수의 잔존 유기물 제거를 위한 호기조(104)가 위치한다. 반류수에 존재하는 아질산성 질소가 유입 하수의 암모니아성 질소와 혐기성 암모늄 산화반응을 하기에 충분히 존재하므로, 혐기성 암모늄 산화 반응조(102)에 유입되는 유랑은 선택적으로 조절할 수 있다.

호기조(104)를 거쳐 2차 침전지(105)에 유입된 하수는 반송부(106)를 통해 혐기조(101)로 반송되어 과잉섭취(luxury uptake)에 의해 추가적인 인 제거가 가능하다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 하수를 유입하여 침전시키는 1차 침전지(100); 상기 1차 침전지의 유출수에 포함된 인을 방출시키는 혐기조(101); 상기 1차 침전지의 상등액 내 암모니아성 질소를 아질산성 질소로 전환시키는 아질산화조(108); 및 상기 아질산화조(108) 유출수 내 암모니아성 질소를 제거하기 위한 혐기성 암모늄 산화 반응조(102)를 포함하는, 하수처리 시스템이 제공된다.

도 4의 하수처리 시스템은 유입 하수, 1차 침전지 유출수, 유입하수와 슬러지 공정 폐액의 혼합액 및 1차 침전지 유출수와 슬러지 공정 폐액의 혼합액에 직접 아질산화 반응을 적용한 것이다. 따라서, 1차 침전지 상등액에 함유된 암모니아성 질소는 아질산화 반응을 통해 아질산성 질소로 전환되어 암모니아성 질소와 아질산성 질소가 1:0.5 내지 1:1.5의 비율로 혼합된 하수가 혐기성 암모늄 산화 반응에 이용된다. 이 경우, 별도의 반류수를 이용한 아질산성 질소의 공급이 필요 없게 된다

일 측에 따르면, 슬러지 처리 공정에서 발생하는 폐수 내 암모니아성 질소를 아질산성 질소로 산화시키는 반류수 아질산화 반응조(108); 를 더 포함하고, 상기 반류수 아질산화 반응조에서 유출된 반류수는 혐기성 암모늄 산화 반응조(102)로 유입되는 것일 수 있다. 반류수를 통해 공급할 수 있는 아질산성 질소의 부하가 혐기성 암모늄 산화반응에 필요한 양 보다 적을 경우, 유입되는 하수 내 암모니아성 질소를 일부 아질산성 질소로 전환시키기 위해 아질산화조(108)를 설치할 수 있다 (도 5 참조).

반류수의 아질산화 반응을 유도하기 위해서는 인위적인 조작을 통해 암모늄 산화균(AOB, Ammonium Oxidizing Bacteria)의 우점화를 유도하고, 아질산 산화균(NOB, Nitrite Oxidizing Bacteria)의 개체수와 활성을 억제하는 것이 필요하다. 반류수의 아질산화 반응 유도에는 크게 두 가지 방법이 제시된다.

첫째로는 NOB wash-out을 통해 AOB의 우점화를 유도하는 방법으로, AOB와 NOB의 성장속도 차이를 이용하는 것이다. 일정 온도 이상 (약 30℃ 이상)에서 AOB의 성장속도는 NOB의 성장속도에 비해 약 2배 이상으로 빠르다. 이를 이용하여 고형물 체류시간(solid retention time, SRT)을 약 1일 내지 2일로 짧게 운전하여 NOB를 wash-out 시킬 수 있다.

둘째로, FA(Free ammonia)와 FNA(Free nitrous acid)의 조절을 통해 아질산성 질소의 축적을 유도하는 방법이 있다. 이 때, FA와 FNA는 온도, pH, 암모니아성 질소 그리고 아질산성 질소의 함수로 나타낼 수 있다. FA가 1.0 mg/L 내지 150 mg/L, FNA가 2.8 mg/L 이하일 경우 NOB가 저해를 받아 아질산화 반응이 유도된다. 일반적으로 질산화 반응에서 pH는 7 내지 8, 온도는 30℃ 내지 35℃, 암모니아성 질소의 농도는 150 mg/L 이상 유지하는 것이 바람직하다.

반류수 아질산화 반응조(200)에서 아질산화 반응을 통해 전환되는 암모니아성 질소의 양은, 유입 하수 내 암모니아성 질소의 부하에 따라 운전자가 1% 내지 100%로 조절 할 수 있다.

일 측에 따르면, 상기 혐기성 암모늄 산화반응조(102) 이후에 무산소조(103);를 더 포함할 수 있다. 무산소조에서는 혐기성 암모늄 산화반응을 거쳐 생성된 질산화물은 탈질되고, 혐기조에서 미처 제거되지 못한 유기물질들이 제거된다.

일 측에 따르면, 상기 무산소조(103) 이후에 호기조(104);를 더 포함할 수 있다. 호기조에서는 하수에 잔존하는 암모니아성 질소가 질산화물로 전환되고, 유기물과 남아있는 인이 제거되는 반응이 진행된다.

일 측에 따르면, 상기 혐기성 암모늄 산화 반응조(102) 이전에 유기물 제거 공정을 위한 호기 반응조(107);를 더 포함할 수 있다 (도 3 참조). 호기 반응조(107)에서 유기물을 제거하더라도 아나목스 세균은 무기 탄소원을 활용하기 때문에 혐기성 암모늄 산화 반응에 영향을 미치지 않고, 아질산성 질소에 대해 아나목스 세균과 경쟁관계에 있는 탈질균의 활성을 저해하는 효과를 얻을 수 있다. 단, 암모니아성 질소의 산화를 최소한으로 하여 혐기성 암모늄 산화 반응에 필요한 암모니아성 질소의 손실을 줄여야 한다.

일 측에 따르면, 상기 슬러지 처리 공정에서 발생하는 폐수는 혐기 소화 상직액, 농축조 상징액 및 탈리여액으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 폐수 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

일 측에 따르면, 상기 슬러지 처리 공정에서 발생하는 폐수는 슬러지 감량기술이 적용된 것일 수 있다. 슬러지 처리 공정에서 발생하는 폐수에 함유된 암모니아성 질소의 농도가 낮아 혐기성 암모늄 산화 반응에 필요한 아질산성 질소를 확보하지 못한 경우, 슬러지 감량기술을 이용하여 슬러지 입자를 구성하고 있는 미생물의 세포파괴에 따른 유기질소 및 암모니아성 질소와 같은 질소성분의 농도를 증가시킬 수 있다. 슬러지 감량기술의 예로는 오존, 파쇄, 초음파, 고온 소화, 고온 호기성 소화, 마이크로 버블 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 하수처리 시스템이 적용되는 하수는 하수처리장 유입하수, 하수처리장 슬러지공정 폐액, 침출수, 가축 분뇨 및 분뇨로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 하·폐수 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 기술된 것으로서, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

1. 1차 침전공정

하수처리장의 하수를 (유량 또는 처리용량 값) 1차 침전지에 유입시켜 하수 내의 부유 고형 물질을 침전시킨 다음 혐기조로 방출하였다.

2. 혐기공정

인축적 미생물(PAOs, Phosphorus Accumulating Organisms)에 의해 인(P)의 방출이 일어나고, 1차 침전지 유출수에 포함된 유기물이 제거된다.

3. 반류수 아질산화 반응공정

반류수에 존재하는 질소농도에 따라 추가적인 슬러지 감량기술의 적용이 가능하다. 혐기성 암모늄 산화공정을 위해 반류수에 존재하는 암모니아성 질소를 모두 아질산성 질소로 변환하여 혐기성 암모늄 산화 반응조로 유입시킨다. 아질산화 반응은 FA(Free ammonia)와 FNA(Free nitrous acid)를 조절하여 아질산 산화균(NOB, Nitrite Oxidizing Bacteria)의 활성을 억제하고 암모늄 산화균(AOB, Ammonium Oxidizing Bacteria)의 우점화를 유도하는 방법을 이용하였다. pH는 7 내지 8, 온도는 30℃ 내지 35℃ 인 조건에서 FA 농도는 1.0 mg/L 내지 150 mg/L의 범위, FNA 농도는 2.8 mg/L 이하로 하고, 반류수 아질산화 반응조의 암모니아성 질소 농도는 150mg/L를 유지시켰다.

4. 혐기성 암모늄 산화공정

혐기조에서 유출된 유출수와 반류수 아질산화 반응조에서 유출된 반류수.를 함께 혐기성 암모늄 산화 반응조로 유입시킨다. 유출수와 반류수를 혼합하였을 때 혼합물에 존재하는 암모니아성 질소와 아질산성 질소의 비율은 1:0.5 내지 1:1.5이다.

한편, 이용되는 반류수의 아질산성 질소 농도에 따라 혐기성 산화 반응조로 유입되지 않고 무산소조로 이동하는 하수의 양이 정해진다(Q 값).

혐기성 암모늄 산화 반응조에서는 아나목스 세균을 이용하여 하수 내에 존재하는 질소가 제거된다.

5. 무산소 공정

혐기성 암모늄 산화반응을 거쳐 생성된 질산화물은 탈질되고, 혐기조에서 미처 제거되지 못한 유기물질들이 제거된다.

6. 호기조 공정

혐기조에서 무산소조를 거쳐 호기조로 유입된 하수(Q)에 존재하는 암모니아성 질소는 질산화물로 전환되고, 무산소조에서 유출된 하수에 존재하는 유기물과 남아있는 인이 제거된다.

7. 2차 침전공정

2차 침전지에서는 남아있는 질산화물이 탈질되고, 반송부를 통해 하수를 혐기조로 반송하여 luxury uptake에 의해 추가적으로 인을 제거할 수 있다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

100: 1차 침전지
101: 혐기조
102: 혐기성 암모늄 산화 반응조
103: 무산소조
104: 호기조
105: 2차 침전지
106: 반송부
107: 호기 반응조
108: 아질산화조
200: 반류수 아질산화 반응조

Claims

하수를 유입하여 침전시키는 1차 침전지;
상기 1차 침전지의 유출수에 포함된 인을 방출시키는 혐기조;
상기 혐기조 유출수의 유기물 제거 공정을 위한 호기 반응조;
암모니아성 질소를 함유하는 상기 호기 반응조 유출수가 유입되는 수처리공정(주처리공정, mainstream)의 혐기성 암모늄 산화 반응조; 및
슬러지 처리 공정에서 발생하는 폐수 내 암모니아성 질소를 아질산성 질소로 산화시키는 반류수 아질산화 반응조; 를 포함하고,
상기 반류수 아질산화 반응조에서 유출된 반류수는 수처리공정의 혐기성 암모늄 산화 반응조로 유입되는 것이고,
상기 혐기성 암모늄 산화 반응조 이후에 무산소조;
상기 무산소조 이후에 호기조; 및
상기 호기조 이후에 2차 침전지; 를 더 포함하고, 상기 2차 침전지에 유입된 하수는 반송부를 통해 상기 혐기조로 반송되어 과잉섭취(luxury uptake)에 의한 추가적인 인 제거가 수행되는, 하수처리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 슬러지 처리 공정에서 발생하는 폐수는 혐기 소화 상직액, 농축조 상징액 및 탈리여액으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 폐수 또는 이들의 조합인, 하수처리 시스템
제1항에 있어서,
상기 슬러지 처리 공정에서 발생하는 폐수는 슬러지 감량기술이 적용된 것인, 하수처리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 하수는 하수처리장 유입하수, 하수처리장 슬러지공정 폐액, 침출수, 가축 분뇨 및 분뇨로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 하·폐수 또는 이들의 조합인, 하수처리 시스템.