KR102396268B1 - 물리화학적 및 생물학적 공정이 결합된 고농도 질소함유 폐수처리시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 암모니아 탈기공정을 전처리 공정으로 적용함으로써, 유입수의 총 질소 중 높은 비중을 차지하는 암모니아성 질소를 안정적으로 제거하고 질산화-탈질에 필요한 생물학적 처리공정의 반응조 용량을 절감할 수 있으며, 가압부상 공정으로 중금속 등 독성물질을 제거하여 생물학적 처리공정의 안정성을 높일 수 있고, 생물학적 처리공정 후단에 탈질향상여과흡착공정을 적용하여 잔류 난분해성물질과 질소를 처리함으로써 신뢰성 높은 처리수질 확보가 가능하도록, 암모니아 탈기공정부, 가압부상공정부, 생물반응공정 수처리부, 여과흡착공정부 및 슬러지처리부를 포함하는 물리화학적 및 생물학적 공정이 결합된 고농도 질소함유 폐수처리시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 암모니아 탈기공정을 전처리 공정으로 적용함으로써, 유입수의 총 질소 중 높은 비중을 차지하는 암모니아성 질소를 안정적으로 제거하고 질산화-탈질에 필요한 생물학적 처리공정의 반응조 용량을 절감할 수 있으며, 가압부상 공정으로 중금속 등 독성물질을 제거하여 생물학적 처리공정의 안정성을 높일 수 있고, 생물학적 처리공정 후단에 탈질향상여과흡착공정을 적용하여 잔류 난분해성물질과 질소를 처리함으로써 신뢰성 높은 처리수질 확보가 가능하도록, 암모니아 탈기공정부, 가압부상공정부, 생물반응공정 수처리부, 여과흡착공정부 및 슬러지처리부를 포함하는 물리화학적 및 생물학적 공정이 결합된 고농도 질소함유 폐수처리시스템에 관한 것으로서,
더욱 상세하게는, 상기 암모니아 탈기공정부의 물리화학적 방법에 의한 암모니아성 질소(Ammonia Nitrogen, NH3-N)의 제거와, 상기 암모니아 탈기공정부의 후단에 연속하여 형성되는 상기 가압부상공정부에서의 COD, 난분해성 물질 및 T-P의 효과적인 처리와, 상기 가압부상공정부의 후단에 연속하여 형성되는 상기 생물반응공정 수처리부를 통한 생물학적 방법의 유기물, SS, 질소 및 인의 제거와, 상기 생물반응공정 수처리부의 후단에 연속하여 형성되어 여과흡착공정부를 통한 난분해성 물질 및 색도 유발물질의 분해와, 슬러지처리부에 의한 슬러지 처리공정이 상호 유기적으로 연계되어 고농도의 질소함유 폐수를 보다 경제적이면서도 효과적으로 처리가능하도록 하는 물리화학적 및 생물학적 공정이 결합된 고농도 질소함유 폐수처리시스템에 관한 것이다.
질소는 생물이 성장하는데 필수적인 요소 중 하나로 대기의 80 %를 차지하는 질소가스와 수계, 토양, 생물체 내에 여러 복합적인 형태로 존재한다. 이러한 질소는 생물체를 구성하는 필수 요소지만 하천 및 호소 등에 오염이 될 경우 부영양화, 용존 산소 고갈 등의 많은 문제를 일으키게 된다.
수중에서 질소(Nitrogen)는 단백질, 아미노산, 요소(Urea)와 같은 유기질소( organic nitrogen), 암모니아성 질소(Ammonia nitrogen, NH3-N), 아질산성 질소(Nitrite nitrogen, NO2-N) 및 질산성 질소(Nitrate nitrogen, NO3-N)의 상태로 존재하게 된다.
수중에 오염된 유기질소는 미생물의 작용에 의하여 암모니아성 질소를 분해하고 다시 아질산성 질소를 거쳐 질산성 질소로 산화하게 되는데 수중에 살고 있는 조류는 암모니아성 질소, 아질산성 질소와 질산성 질소 등 무기질소를 영양염류로 이용하여 증식하게 된다.
고농도 질소 함유 폐수는 석유 화학, 제약 및 식품 제조 회사의 산업 폐수, 비료, 매립지 침출수, 축산 폐수, 슬러지 탈리액 등 다양한 원인에 의해 발생한다. 이러한 폐수는 일반적인 하폐수와 비교하였을 때 질소 농도는 높은 반면, COD 및 BOD의 농도는 낮게 나타난다. 이러한 종류의 폐수는 일반적인 하폐수 처리공정에서 처리하기에 적합하지 않다.
종래 고농도 질소 함유 폐수처리와 관련하여 다수의 기술이 개시된 바 있다.
그 예로서, 대한민국 등록특허 10-0432645(등록일자 2004.05.12)의 '고농도 유기물, 질소 및 인을 함유한 폐수 처리방법 및시스템'에 관한 것으로서, (a) 집수조에 유입된 폐수중의 탄소원을 이용하여 폭기조에서 직접 반송된 질산화 처리수에 함유된 질소산화물을 탈질하는 단계와, (b) 전기 (a)단계에서 얻어진 폐수를 혐기조건하에 소화시키는 단계와, (c) 전기 (b)단계에서 얻어진 폐수를 가압부상시켜 적어도 부유물질, 인 및 황을 제거하는 단계와, (d) 부유물질 등이 제거된 상기 (c)단계를 거친 폐수내의 암모니아성 질소를 질산화하고 질산화 처리된 폐수의 일부를 집수조에 반송하는 단계와, (e) 전기 (d)단계를 거친 폐수를 후탈질하는 단계와, (f) 후탈질된 폐수를 재폭기 처리하여 폐수 중의 잔존유기물을 제거하고, 고형물을 침전시켜 제거하는 단계, 및 (g) 전기 (f)단계를 거친 폐수내의 색도 및 NBD 물질을 제거하고 잔여 고형분을 제거하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 고농도폐수의 처리방법에 대한 기술이 개시된 바 있다.
대한민국 등록특허 10-0430382(등록일자 2004.04.23)의 '고농도 유기물, 질소, 인 함유 축산폐수의 처리 방법 및 그에 사용되는 처리 시스템'에 관한 것으로서, 혐기성 소화조, 폭기조 및 침전조로 구성된 폐수 처리 시스템을 이용하여 고농도 유기물, 질소 및 인이 포함되어 있는 폐수를 처리하는 방법에 있어서, 상기 폭기조에서 질산화된 폐수를 탈질시키기 위하여 상기 침전조에서 침전시킨 상등수와 침전된 오니를 상기 혐기성 소화조로 반송하는 것을 특징으로 하는 축산 폐수 처리 방법에 대한 기술이 개시된 바 있다.
대한민국 등록특허 10-0465884(등록일자 2005.01.03)의 '부착생물막법으로 축산폐수처리시 고농도유기물질·질소·인의 동시제거와 발생오니의 저감화방법'에 관한 것으로서, 혐기성 처리조에서 회전원판을 처리수에 완전히 담궈서 유기물질 제거와 질산화가 이루어지도록 하는 혐기성 공정과, 상기 혐기성 공정을 거친 처리수를 제공받아 무산소 처리조에서 회전원판을 일부만 처리수에 담궈서 유기물질 제거와 질산화가 이루어지도록 하는 무산소 공정 및, 상기 무산소 공정을 거친 처리수를 제공받아 재폭기조에서 회전원판의 일부만을 담궈서 잔류유기물질 제거와 탈질이 이루어 지도록 하는 재폭기 공정을 수행한 후 침전조에서 침전공정을 거쳐, 유기물질 제거와 탈질 및 발생오니 감소가 이루어지도록 하되, 상기 혐기성 공정과 무산소 공정에서는 BOD부하=5~120g/m, Day이하, 수량부하=0.1~10ℓ/㎡Day이하, 체류 시간=2~20시간 이상, NH3-N부하=0.1~10g/㎡Day이하, NO3-N부하=2~30g-NO3-N/㎡Day이하, 잔류알카리도=20~100mg/ℓ, CMEOH/N비=1.5~2.5이상 으로 하고 pH=5~9.5를 유지하기 위하여 알카리보조제(NaHCO3,Na2CO3, NaOH)를 첨가하며, 무산소공정에서 혐기성공정으로 처리수의 0.5~20배를 무동력 반송시키고, 재폭기공정에서 무산소공정으로 처리수의 0.5~20배를 무동력 반송시키며, 침전공정에서 혐기성공정으로 0.1~10배 반송시키고, 또한 침전공정에서 무산소공정으로 처리수의 0.1~10배 반송시키되, 상기한 무동력 반송은 공중에 노출된 회전원판이 수몰되면서 발생되는 처리수조 내의 수위저하와 회전원판이 수몰되었다 수면위로 노출될경우 발생되는 수위 상승을 이용하여, 수위가 상승되는 부분에서 이전단계의 수위가 저하되는 부분으로 처리수가 흐르도록 하는 것을 특징으로 하는 부착생물막법으로 축산폐수처리시 고농도 유기물질, 질소, 인의 동시제거와 발생오니의 저감화 방법에 대한 기술이 개시된 바 있다.
대한민국 등록특허 10-0677698(등록일자 2007.01.26)의 '고농도의 질소와 유기물 함유하는 폐수의 혐기성 처리시스템'에 관한 것으로서,
폐수 내의 유기물은 메탄가스와 이산화탄소가 주종인 바이오가스로 전환되고 폐수 내의 유기질소는 암모니아성 질소로 전환되는 1차 혐기성 반응조와; 1차 혐기성 반응조의 유출수에 포함된 암모니아성 질소를 호기성 미생물을 사용하여 아질산성 질소와 질산성 질소로 전환시킴으로써 암모니아성 질소의 농도를 감소시키는 부착성장식 호기성 반응조와; 아질산성 질소와 질산성 질소가 혐기성 조건에서 질소가스로 전환되는 반응과 유기물이 추가로 제거되는 반응이 동시에 일어나는 2차 혐기성 반응조로 이루어지고, 폐수가 1차 혐기성 반응조로 유입되어 호기성 반응조와 2차 혐기성 반응조를 차례로 거치면서 처리되는 고농도 폐수의 혐기성 처리 시스템에 대한 기술이 개시된 바 있다.
대한민국 등록특허 10-2281691(등록일자 2021.07.20)의 '고농도 질소폐수를 처리하는 회분식 반응조의 유리암모니아 및 유리아질산 농도를 조절하여 최적 부분아질산 반응을 유도하는 운전장치 및 방법'에 관한 것으로서,
미생물을 이용해 유입된 폐수 내 암모니아성 질소를 아질산성 질소로 산화시키며, 미생물을 침전시켜 상등수만을 배출하는 회분식 반응조; 유리 암모니아(FA: Free Ammonia)의 농도가 기 설정된 기준치 이상인 유입수를 저장하는 유량 조정조; 알칼리제를 저장하는 약품 저장조; 및 상기 회분식 반응조 내 유리 암모니아 농도 및 유리 아질산(FNA: Free Nitrous Acid) 농도를 연산하여, 상기 유리 암모니아 농도가 5 내지 20mg/L를 만족하도록 상기 유량 조정조에서 상기 회분식 반응조로 공급되는 유입수의 양을 조절하고, 상기 유리 아질산 농도가 0.1mg/L 이하가 되도록 상기 약품 저장조로부터 알칼리제를 상기 회분식 반응조로 유입시키는 제어부를 포함하며, 상기 회분식 반응조는 상기 회분식 반응조 내 암모니아성 질소의 농도를 감지하는 제1 센서, 상기 회분식 반응조 내 pH와 온도를 감지하는 제2 센서 및 상기 회분식 반응조 내 질산성 질소의 농도를 감지하는 제3 센서를 포함하고, 상기 회분식 반응조는 상등수만을 배출하여, 배출되지 않고 잔류하는 침전물과 잔여 폐수는 새로 유입되는 폐수와 섞이며 상기 회분식 반응조 내에서 처리되는 것을 특징으로 하는 회분식 반응 처리장치에 대한 기술이 개시된 바 있다.
대한민국 등록특허 10-1188726(등록일자 2012.09.28)의 '복합폐수 중에 함유된 고농도 암모니아성 질소를 제거하기 위한 처리시스템 및 처리방법'에 관한 것으로서, '원폐수가 유입 및 순환 처리되며 진공조절기에 의해 내부 진공도가 제어되는 진공증발농축기를 구비하되, 열교환기를 통해 순환되는 원폐수에 열을 전달하게 하며 원폐수를 진공상태에서 증발 응축시켜 암모니아성 질소를 1차 제거한 1차 처리수를 만드는 진공증발농축처리부와; 상기 진공증발농축처리부로부터 증발응축 처리된 1차 처리수가 유입 및 순환 처리되며 진공조절기에 의해 내부 진공도가 제어되는 암모니아탈기탑을 구비하되, 순환라인에 연결된 공기흡입이젝터를 통해 암모니아탈기탑의 내측 상부로 공기필터를 통해 여과시킨 외부 청정공기를 흡입 및 미세하게 분해하여 순환액과 함께 분사 처리함으로써 감압탈기를 통해 암모니아성 질소를 2차 제거하는 암모니아탈기부와; 상기 암모니아탈기부로부터 감압 탈기에 의해 분리된 암모니아가스와 공기가 유입되고 용매로 물이 채워지는 암모니아수회수탑을 구비하되, 냉각기를 통해 암모니아수회수탑에 채워진 용매의 저온화를 위한 냉동수를 공급되게 하여 암모니아수로 만들어 회수함과 동시에 공기는 냉각 처리하는 암모니아수회수부와; 상기 암모니아수회수부로부터 공기가 유입되고 물이 채워지는 잔류암모니아제거탑을 구비하되, 약품주입기를 통해 잔류암모니아제거탑의 내부로 황산액 또는 인산액을 투입하여 유입된 공기중에 잔류하는 암모니아가스를 완전히 제거하는 잔류암모니아제거부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합폐수 중에 함유된 고농도 암모니아성 질소를 제거하기 위한 처리시스템에 대한 기술이 개시된 바 있다.
이와 같이 종래 고농도 질소 함유 폐수 처리와 관련하여 다수의 기술이 개시된 바 있으나, 종래 개시되어 있는 기술들은 고농도 질소함유 폐수의 질산화가 제대로 이루어지지 않거나, 제대로 이루어지더라도 유기탄소원 함량에 따라 탈질 효율에 큰 차이를 보이는 단점이 있었다. 이에 본 발명에서는 이와 같은 종래 기술의 단점을 해소할 수 있는 폐수처리시스템을 본 발명을 통해 제공하고자 한다.
본 발명은 암모니아 탈기공정을 전처리 공정으로 적용함으로써, 유입수의 총 질소 중 높은 비중을 차지하는 암모니아성 질소를 안정적으로 제거하고 질산화-탈질에 필요한 생물학적 처리공정의 반응조 용량을 절감할 수 있으며, 가압부상 공정으로 중금속 등 독성물질을 제거하여 생물학적 처리공정의 안정성을 높일 수 있고, 생물학적 처리공정 후단에 탈질향상여과흡착공정을 적용하여 잔류 난분해성물질과 질소를 처리함으로써 신뢰성 높은 처리수질 확보가 가능하도록 하기 위하여,
암모니아 탈기공정부의 물리화학적 방법에 의한 암모니아성 질소(Ammonia Nitrogen, NH3-N)의 제거와, 상기 암모니아 탈기공정부의 후단에 연속하여 형성되는 상기 가압부상공정부에서의 COD, 난분해성 물질 및 T-P의 효과적인 처리와, 상기 가압부상공정부의 후단에 연속하여 형성되는 상기 생물반응공정 수처리부를 통한 생물학적 방법의 유기물, SS, 질소 및 인의 제거와, 상기 생물반응공정 수처리부의 후단에 연속하여 형성되어 여과흡착공정부를 통한 난분해성 물질 및 색도 유발물질의 분해와, 슬러지처리부에 의한 슬러지 처리공정이 상호 유기적으로 연계되어 복합적으로 일어남으로써, 고농도의 질소함유 폐수를 보다 경제적이면서도 효과적인 처리가 가능한, 물리화학적 및 생물학적 공정이 결합된 고농도 질소함유 폐수처리시스템을 제공하고자 하는 것을 발명의 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은 유입되는 폐수의 유량변동을 완화시키는 유량조정조와,
암모니아 탈기의 향상을 위해 적정 pH로 조정하는 pH조정조와,
상기 pH조정조를 통해 적정 pH로 조정된 폐수로부터 발생한 슬러지를 침전시켜 제거하는 1차침전조와,
상기 1차침전조를 거친 폐수 속에 포함되어 있는 고농도의 암모니아성 질소를 가스 상태로 변환시킨 후 공기와 물을 접촉시켜 암모니아성 질소를 탈기하는 탈기탑과,
상기 탈기탑을 거쳐 탈기된 암모니아성 질소를 황산용액과 접촉시켜 황산암모늄으로 회수하는 황산 스크러버와,
상기 탈기탑에서 공기와 접촉하여 탈기과정을 거친 폐수를 공급받은 후 펌프를 이용하여 후단의 pH조정/응집조로 공급하는 탈기조를 포함하는 암모니아 탈기공정부;
상기 탈기조로부터 공급되는 처리수의 pH를 조정하고, 응집제를 주입하여 폐수 내에 포함되어 있는 오염물질간의 결합을 통해 응집플록을 형성시키는 pH조정/응집조와,
상기 pH조정/응집조를 통해 공급되는 처리수에 공기를 가압 용해시킨 후 대기압하에서 개방하여 발생하는 미세기포를 응집플록과 부착시켜 오염물질 부상분리 후 제거하는 가압부상조와,
상기 가압부상조를 통해 처리된 처리수를 공급받아, 일정량을 후단의 제1무산소조로 공급하는 가압부상처리수조를 포함하는 가압부상공정부;
1차 무산소조, 1차호기조, 2차무산소조 및 2차호기조가 각각 순차적으로 격벽에 의해 공간이 분리되어 일체의 반응조를 이루고, 그 후단에 2차침전조가 설치되되,
상기 1차 무산소조 및 2차무산소조에서는 상기 가압부상처리수조를 통해 공급되는 폐수에 포함되어 있는 질산성 질소를 질소가스로 환원하고,
상기 1차호기조 및 2차호기조는 상기 무산소조에서 환원된 암모니아성 질소의 질산화를 이루되, 상기 1차호기조 및 2차호기조의 내부에는 미생물 담체가 설치되고, 상기 1차호기조는 1차 무산소조로, 상기 2차호기조는 2차무산소조로 각각 내부반송이 이루어지며,
상기 2차 침전조의 침전슬러지는 상기 1차 무산소조로 슬러지반송이 이루어지는 생물반응공정 수처리부;
상기 2차 침전조를 거쳐 공급되는 처리수에 포함되어 있는 난분해성 물질 및 색도 유발물질을 오존을 이용하여 분해처리하는 오존접촉조와
상기 오존접촉조의 후단에 설치되는 안정화조와
상기 안정화조의 후단에 설치되는 여과흡착기 유입수조와,
상기 여과흡착기 유입수조로부터 공급되는 처리수를 탈질향상여과흡착처리하는 탈질향상여과흡착기와,
상기 탈질향상여과흡착기를 통해 공급되는 처리수를 공급받아 일부는 상기 탈질향상여과흡착기로 공급하여 순환되도록 하고, 나머지는 외부로 배출하는 역세수조를 포함하는 여과흡착공정부;
상기 1차침전조와, 가압부상조와, 2차침전조로부터 발생된 슬러지를 공급받아 임시 저장하는 슬러지저류조와,
상기 슬러지저류조로부터 제공되는 슬러지를 탈수처리하여 슬러지 케이크는 배출하고, 탈리액은 상기 유량조정조로 반송처리하는 탈수기를 포함하는 슬러지처리부;를 포함하는, 물리화학적 및 생물학적 공정이 결합된 고농도 질소함유 폐수처리시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 물리화학적 및 생물학적 공정이 결합된 고농도 질소함유 폐수처리시스템은 암모니아 탈기공정을 전처리 공정으로 적용함으로써, 유입수의 총 질소 중 높은 비중을 차지하는 암모니아성 질소를 안정적으로 제거하고 질산화-탈질에 필요한 생물학적 처리공정의 반응조 용량을 절감할 수 있으며, 가압부상 공정으로 중금속 등 독성물질을 제거하여 생물학적 처리공정의 안정성을 높일 수 있고, 생물학적 처리공정 후단에 탈질향상여과흡착공정을 적용하여 잔류 난분해성물질과 질소를 처리함으로써 신뢰성 높은 처리수질 확보가 가능하다는 장점을 갖는다.
또한 부가적으로 암모니아 탈기공정을 통해 폐수로부터 비료의 원료인 황산암모늄을 회수할 수 있다는 장점을 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 고농도 질소함유 폐수처리시스템의 전체 구성도.
도 2는 본 발명의 고농도 질소함유 폐수처리시스템을 구성하는 탈기공정부에서의 탈기과정을 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 암모니아 탈기공정부의 탈기부와 황산 스크러버의 구성을 보인 도면.
도 4는 본 발명의 고농도 질소함유 폐수처리시스템을 구성하는 탈기공정부에서의 온도 및 pH에 따른 NH3와 NH4 + 이온의 변화를 보인 그래프.
도 5는 본 발명의 고농도 질소함유 폐수처리시스템을 구성하는 가압부상공정부에서의 플록부상과정을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 고농도 질소함유 폐수처리시스템을 구성하는 생물반응공정 수처리부를 도시한 도면.
도 7은 도 6에 도시된 생물반응공정 수처리부에 설치되는 담체를 통한 탈질 및 질산화 과정을 도시한 도면.
도 8은 도 6에 도시된 생물반응공정 수처리부에 설치되는 담체의 전체 분해사시도.
도 9는 도 6에 도시된 생물반응공정 수처리부에 설치되는 담체의 사시도(a)와 상기 담체의 사용상태(b)를 도시한 사진.
도 10은 본 발명의 고농도 질소함유 폐수처리시스템을 구성하는 생물반응공정 수처리부의 다른 실시형태를 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 고농도 질소함유 폐수처리시스템을 구성하는 여과흡착공정부에서의 오존에 의한 처리 반응식.
도 12는 본 발명의 고농도 질소함유 폐수처리시스템을 구성하는 여과흡착공정부에서의 활성탄에 의한 암모니아성 질소 흡착과정을 도시한 도면.
도 13은 본 발명에 따른 고농도 질소함유 폐수처리시스템의 다른 실시형태를 제시한 전체 구성도.
도 2는 본 발명의 고농도 질소함유 폐수처리시스템을 구성하는 탈기공정부에서의 탈기과정을 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 암모니아 탈기공정부의 탈기부와 황산 스크러버의 구성을 보인 도면.
도 4는 본 발명의 고농도 질소함유 폐수처리시스템을 구성하는 탈기공정부에서의 온도 및 pH에 따른 NH3와 NH4 + 이온의 변화를 보인 그래프.
도 5는 본 발명의 고농도 질소함유 폐수처리시스템을 구성하는 가압부상공정부에서의 플록부상과정을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 고농도 질소함유 폐수처리시스템을 구성하는 생물반응공정 수처리부를 도시한 도면.
도 7은 도 6에 도시된 생물반응공정 수처리부에 설치되는 담체를 통한 탈질 및 질산화 과정을 도시한 도면.
도 8은 도 6에 도시된 생물반응공정 수처리부에 설치되는 담체의 전체 분해사시도.
도 9는 도 6에 도시된 생물반응공정 수처리부에 설치되는 담체의 사시도(a)와 상기 담체의 사용상태(b)를 도시한 사진.
도 10은 본 발명의 고농도 질소함유 폐수처리시스템을 구성하는 생물반응공정 수처리부의 다른 실시형태를 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 고농도 질소함유 폐수처리시스템을 구성하는 여과흡착공정부에서의 오존에 의한 처리 반응식.
도 12는 본 발명의 고농도 질소함유 폐수처리시스템을 구성하는 여과흡착공정부에서의 활성탄에 의한 암모니아성 질소 흡착과정을 도시한 도면.
도 13은 본 발명에 따른 고농도 질소함유 폐수처리시스템의 다른 실시형태를 제시한 전체 구성도.
이하, 본 발명에 따른 복합처리 공정을 통한 고농도 질소함유 폐수처리시스템에 대한 구체적인 기술 구성에 대해 도면과 함께 살펴보도록 한다.
도 1에 도시된 바와 같이,
본 발명에 따른 복합처리 공정을 통한 고농도 질소함유 폐수처리시스템(1)은
유입되는 폐수의 유량변동을 완화시키고, 유량조정조펌프(111)를 통해 후단의 pH조정조(12)로 폐수를 이송하는 유량조정조(11)와,
교반기(121)를 통해 교반하면서, 약품저장 및 주입설비(122)로부터 제공되는 소석회(Ca(OH)2) 또는 가성소다(NaOH)를 활용하여 암모니아 탈기의 향상을 위한 적정 pH로 조정하는 pH조정조(12)와,
상기 pH조정조(12)를 통해 적정 pH로 조정된 폐수로부터 발생한 슬러지를 침전시켜 슬러지수집기(131)를 통해 슬러지저류조(51)로 배출하는 1차침전조(13)와,
상기 1차침전조(13)를 거친 폐수를 탈기탑유입펌프(141)를 통해 공급받아, 상기 폐수 속에 포함되어 있는 고농도의 암모니아성 질소를 가스 상태로 변환시킨 후 터보휀(143)을 통해 공급되는 공기와 접촉시켜 암모니아성 질소를 탈기시키는 탈기탑(14)과,
상기 탈기탑(14)을 거쳐 탈기된 암모니아성 질소를 순환펌프(151)를 통해 공급되는 황산용액과 접촉시켜 황산암모늄으로 회수하는 황산 스크러버(15)와,
상기 탈기탑(14)에서 공기와 접촉하여 탈기과정을 거친 폐수를 공급받은 후 펌프를 이용하여 후단의 pH조정/응집조로 공급하는 탈기조(16)를 포함하는 암모니아 탈기공정부(10);
상기 탈기조(16)의 가압부상조 유입펌프(161)를 통해 공급되는 처리수의 pH를 조정하고, 응집제를 주입하여 폐수 내에 포함되어 있는 오염물질간의 결합을 통해 응집플록을 형성하되, pH 조정에 필요한 약품 및 응집제는 약품저장 및 주입설비(212)로부터 공급받는 pH조정/응집조(21)와,
상기 pH조정/응집조(21)를 통해 공급되는 처리수에 공기를 가압 용해시킨 후 대기압하에서 개방하여 발생하는 미세기포를 응집플록과 부착시켜 오염물질 부상분리 후 제거하는 가압부상조(22)와,
상기 가압부상조(22)를 통해 처리된 처리수를 공급받아 교반기(231)를 통한 교반이 이루어지고, 일정량을 생물반응조 유입펌프(232)를 통해 후단의 제1무산소조(232)로 공급하는 가압부상처리수조(23)를 포함하는 가압부상공정부(20);
1차 무산소조(31), 1차호기조(32), 2차무산소조(33) 및 2차호기조(34)가 각각 순차적으로 격벽에 의해 공간이 분리되어 일체의 반응조를 이루고, 그 후단에 2차침전조(35)가 설치되되,
상기 1차 무산소조(31) 및 2차무산소조(33)에는 교반기(311, 331)가 각각 설치되고, 상기 2차무산소조(33)에는 메탄올, 가성소다 등의 약품을 주입할 수 있는 약품저장 및 주입설비(332)가 설치되어, 상기 가압부상처리수조(23)를 통해 공급되는 폐수에 포함되어 있는 질산성 질소를 질소가스로 환원하고,
상기 1차호기조(32) 및 2차호기조(34)는 상기 무산소조(31,33)에서 환원된 암모니아성 질소의 질산화를 이루되, 상기 1차호기조(32) 및 2차호기조(34)의 내부에는 미생물 담체가 설치되고, 송풍기(324)를 통해 상기 1차호기조(32) 및 2차호기조(34)에 설치되어 있는 산기관을 통해 수중으로 에어(air)를 분사하도록 구성되며, 상기 1차호기조(32)는 1차 무산소조(31)로, 상기 2차호기조(34)는 2차무산소조(33)로 각각 내부반송이 이루어지고,
상기 2차 침전조(35)의 침전슬러지는 슬러지수집기(351)를 통해 배출되고, 이와 같이 배출된 슬러지는 슬러지반송펌프(352)를 통해 상기 1차 무산소조(31)로 상기 1차 무산소조(31)로 슬러지반송이 이루어지는 생물반응공정 수처리부(30);
상기 2차 침전조(35)를 거쳐 공급되는 처리수에 포함되어 있는 난분해성 물질 및 색도 유발물질을 오존주입설비(411)를 통해 공급되는 오존을 이용하여 분해처리하는 오존접촉조(41)와,
상기 오존접촉조의 후단에 설치되는 안정화조(42)와,
상기 안정화조의 후단에 설치되는 여과흡착기 유입수조(43)와,
상기 여과흡착기 유입수조(43)로부터 공급되는 처리수를 탈질향상여과흡착처리하는 탈질향상여과흡착기(44)와,
상기 탈질향상여과흡착기를 통해 공급되는 처리수를 공급받아 역세흡착기 역세펌프(451)를 이용하여 일부는 상기 탈질향상여과흡착기(44)로 공급하여 순환되도록 하고, 나머지는 외부로 배출하는 역세수조(45)를 포함하는 여과흡착공정부(40);
상기 1차침전조(13)와, 가압부상조(22)와, 2차침전조(35)로부터 발생된 슬러지를 공급받아 임시 저장하는 슬러지저류조(51)와,
상기 슬러지저류조(51)로부터 슬러지 이송펌프(511)를 통해 제공되는 슬러지를 탈수처리하여 슬러지 케이크는 배출하고, 탈리액은 상기 유량조정조(11)로 반송처리하는 탈수기(52)를 포함하는 슬러지처리부(50);를 포함한다.
이하, 본 발명의 복합처리 공정을 통한 고농도 질소함유 폐수처리시스템을 구성하는 암모니아 탈기공정부(10), 가압부상공정부(20), 생물반응공정 수처리부(30), 여과흡착공정부(40) 및 슬러지처리부(50)의 각 부에 대한 구체적인 기술 내용을 도면과 함께 살펴보도록 한다.
[ 암모니아 탈기공정부 ]
상기 암모니아 탈기공정부(10)는 유입된 폐수에 포함되어 있는 고농도 암모니아성 질소를 독성물질 유입, C/N비 변동에 영향을 받지 않고 안정적으로 처리하기 위한 구성이다.
이를 위해, 유입된 폐수의 pH를 높여 암모니아성 질소를 가스 상태로 변환시킨 후 탈기탑(stripping tower)에서 공기와 물을 접촉시켜 암모니아성 질소를 제거한다.
pH 7에서는 대부분 NH4 + 형태로 존재하는데 반해 pH 10 이상에서는 대부분이 NH3(aq) 형태로 존재한다. 암모니아의 탈기 과정은 먼저 pH를 10.0~11.0로 높이고 폐수와 공기를 충분히 접촉시켜 NH3를 용액 밖으로 방출시킨다.
상기 암모니아 탈기공정부(10)는 도 1에 도시된 바와 같이,
유입되는 폐수의 유량변동을 완화시키는 유량조정조(11)와,
암모니아 탈기의 향상을 위해 적정 pH로 조정하는 pH조정조(12)와,
상기 pH조정조(12)를 통해 적정 pH로 조정된 폐수로부터 발생한 슬러지를 침전시켜 제거하는 1차침전조(13)와,
상기 침전조(13)를 거친 폐수 속에 포함되어 있는 고농도의 암모니아성 질소를 가스 상태로 변환시킨 후 공기와 물을 접촉시켜 암모니아성 질소를 탈기하는 탈기탑(14)과,
상기 탈기탑(14)을 거쳐 탈기된 암모니아성 질소를 황산용액과 접촉시켜 황산암모늄으로 회수하는 황산 스크러버(15)와,
상기 탈기탑(14)에서 공기와 접촉한 폐수를 공급받은 후 펌프를 이용하여 후단의 pH조정/응집조로 공급하는 탈기조(16)를 포함한다.
상기 유량조정조(11)는 기본적으로 유입폐수의 유량과 수질의 변동을 균등화함으로써 처리시설의 처리효율을 높이고 처리수질의 향상을 도모할 목적으로 설치한다.
유량조정조의 효과는 충격부하를 줄이거나 독성물질의 희석을 통하여 생물학적 처리효율이 증대되며, 고형물 부하를 비교적 안정적으로 유지시켜주기 때문에 생물학적처리공정의 후속공정인 최종침전지의 농축기능이 안정되어 처리수질을 안정화할 수 있다.
상기 유량조정조(11)는 유량조정조펌프(111)를 통해 후단의 pH조정조(12)로 폐수를 이송한다.
상기 pH조정조(12)는 교반기(121)를 포함하며, 약품저장 및 주입설비(122)로부터 제공되는 소석회(Ca(OH)2) 또는 가성소다(NaOH)를 활용하여 pH를 조정한다.
암모니아 탈기공정을 효율적으로 수행하기 위해서는 pH조정이 필수적이다.
상기 pH조정은 소석회(Ca(OH)2) 또는 가성소다(NaOH)를 활용하며, 암모니아 탈기공정을 위한 적정 pH 10.0 이상으로 조절하기 위해서는 상기 NaOH의 경우 11 g/L, Ca(OH)2의 경우 9 g/L 이상이 소요된다.
상기 소석회(Ca(OH)2)와 가성소다(NaOH)의 적정 pH 범위는 10.0~11.0이다.
이와 같이 pH조정조(12)에 의한 적정 pH가 조정되지 않을 경우, 탈기공정의 수행이 어렵고 이외에 생물학적처리 및 약품응집에 따른 운전비용의 상승과 유지관리가 어려워질 수 있다.
상기 pH조정조(12)에는 교반장치가 설치되며, 상기 pH조정조(12)에서 속도경사(G) 300~900 ℓ/sec, 교반속도 30~150rpm으로 운전하여 폐수의 pH를 10.0 ~ 11.0로 조정한다.
상기 교반속도가 급속교반인 경우에는 150rpm 기준 7분이며, 완속교반은 30~50 rpm 기준 15분이다.
상기 pH조정조(12) 내에서의 체류시간은 약품의 종류, 교반 상황 등에 따라 다르나 10~15분 정도가 적당하다. 더욱 구체적으로는 상기 소석회(Ca(OH)2)는 15분, 상기 가성소다(NaOH) 7분이다.
상기 1차침전조(13)는 상기 pH조정조(12)를 통해 적정 pH로 조정된 폐수를 고액분리과정을 통해 슬러지를 하부로 침전시키고, 상기 침전된 슬러지는 슬러지수집기(131)를 통해 슬러지저류조(51)로 배출된다.
침전조는 침전가능한 부유고형물을 침전제거하기 위한 고액분리시설로서 후단시설의 용량축소 및 처리효율의 상승효과를 목적으로 설치한다.
이와 같은 침전조의 형상은 직사각형, 정사각형 및 원형의 세 종류가 있으며, 침전효율, 건설비, 유지관리, 배치상의 문제점 등을 충분히 고려하여 그 형상을 결정하여야 한다.
상기 1차침전조(13)의 유효수심은 수면적과 체류시간에 따라 달라진다.
수면적이 동일할 경우 유효수심이 깊을수록 침전효율이 좋고, 수량 및 수질의 변동에 대해 안전하게 운전할 수 있다. 그러나 수심이 과도하게 깊어지면 침전시간이 길어져 침전된 고형물이 부패하여 수질악화가 발생할 우려가 있다. 따라서 침전시간 결정시 고려되어야 할 사항으로는 저유량시에도 침전물이 부패를 일으키지 않도록 하여야 한다.
상기 1차침전조(13)의 유효수심 3.0~3.5m이다.
상기 1차침전조(13)를 거쳐 1차로 슬러지를 제거한 상등액은 탈기탑으로 이송되어 암모니아성 탈기과정을 거치며, 이와 같이 탈기된 암모니아성 질소는 황산 스크러버(15)를 통해 황산용액과 접촉시켜 황산암모늄으로 회수한다.
도 2는 상기 탈기탑(14)과 상기 스크러버(15)를 통해 암모니아성 질소의 탈기 및 황산암모늄 회수과정에 대한 원리를 도시하고 있다.
상기 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 고농도 질소 폐수가 상기 탈기탑(14)으로 유입되면, 상기 탈기탑(14)에서는 폐수 속에 포함되어 있는 고농도의 암모니아성 질소를 가스 상태로 변환시킨 후 공기와 물을 접촉시켜 암모니아성 질소를 탈기하게 되고, 이와 같이 탈기된 암모니아성 질소는 상기 황산 스크러버(15)로 이송되어 황산용액과 접촉시켜 황산암모늄으로 회수하는 과정을 거치게 된다.
상기 탈기(stripping)는 액체에 용해된 가스가 물리·화학적 조건이 변함에 따라 대기 중으로 방출되는 현상을 말한다. 기체이전을 용이하게 하기 위해 공기를 공급할 경우 air stripping이라 하고, 감압을 시킬 경우 감압 stripping이라고 한다.
도 4는 본 발명의 고농도 질소함유 폐수처리시스템을 구성하는 탈기공정부에서의 온도 및 pH에 따른 NH3와 NH4 + 이온의 변화를 보인 그래프이다.
수중에 흡수된 암모니아는 pH와 온도에 따라 NH4 +이온과 유리 NH3상태로 존재한다. 상기 도 4에 도시된 바와 같이, 수온이 0℃일 때 pH 8이하에서는 주로 NH4 +으로 존재하고, pH 12이상에서는 유리 NH3로 존재하기 때문에, air stripping법에서는 유리 NH3 상태로서 탈기시키기 위해 폐수의 pH와 온도를 높게 유지하면서 공기를 주입한다.
상기 탈기탑(14)은 반응조의 형태에 따라 접촉여재를 충진 탈기탑(packing tower), 분사식 탈기탑(spray tower), 저류조(open pond) 그리고 확산포기시스템(diffused aeration system) 등으로 분류된다.
본 발명에서는 확산포기시스템(diffused aeration system)을 사용한다.
상기 탈기탑(14) 및 스크러버(15)에 대한 보다 구체적인 장치 구성은 도 3에 도시된 바와 같다.
상기 1차침전조(13)를 거쳐 1차로 슬러지를 제거한 상등액은 탈기탑유입펌프(141)를 통해 메디아(media)(142)가 내부에 탑재되어 있는 상기 탈기탑(14)의 상단부로 공급된다.
터보휀(143)을 통해 상기 탈기탑(14)의 하단부로 공기가 공급되어 상기 메디아(media)(142)의 하부에서 상부 방향으로 상승하면서, 상기 폐수와 상기 공기가 메디아(media)(142)를 통해 상호 접촉을 이루게 되고, 이때 암모니아가 기체상태로 휘산, 제거된다.
이때 과량의 공기를 공급하게 되면 운전비용의 상승과 탈기탑 내의 공기 압력손실 증가로 인해 탑상부의 플러딩(flooding)현상을 발생시킬 수 있다. 따라서 적정 공기와 물의 부피 비율(vol%)은 2,000:1~2,500:1이다.
탈기탑(14)은 반응온도 20~50 ℃의 조건에서 탈기가 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 메디아(media)(142)는 공기와 폐수의 접촉면적을 극대화하기 위하여 공극률은 80~90 %이고, 표면적은 100~150 ㎡/㎥인 폴리프로필렌(Polypropylene) 메디아(media)를 사용한다.
상기 탈기탑(14)에서 탈기과정을 거친 폐수는 상기 탈기탑(14)의 하부 방향으로 배출되어 탈기조(16)로 이송된다.
상기 탈기탑(14)에서의 공기와의 접촉반응을 통해 탈기된 암모니아 가스는 상기 탈기탑(14)의 상단부를 통해 배출되어 스크러버(15)의 하단부로 주입된다.
상기 스크러버(15)의 하단부로 주입된 암모니아 가스는 상기 스크러버(15)의 상부에서 하부방향으로 분사되는 황산(H2SO4) 용액과 반응하여 황산암모늄 용액을 형성하여 하부방향으로 배출된다. 이와 같은 과정은 순환펌프(151)를 통해 순환구조를 이루게 된다.
[ 가압부상공정부 ]
상기 가압부상공정부(20)는 상기 암모니아 탈기공정부(10)를 거쳐 유입되는 폐수를 수산화공침 및 부상분리를 활용하여 COD, 난분해성 물질 및 T-P를 효과적으로 처리하기 위한 공정이 이루어지는 곳이다.
상기 가압부상공정부(20)는 도 1에 도시된 바와 같이,
상기 탈기조(16)의 가압부상조 유입펌프(161)를 통해 공급되는 처리수의 pH를 조정하고, 응집제를 주입하여 폐수 내에 포함되어 있는 오염물질간의 결합을 통해 응집플록을 형성시키는 pH조정/응집조(21)와,
상기 pH조정/응집조(21)를 통해 공급되는 처리수에 공기를 가압 용해시킨 후 대기압하에서 개방하여 발생하는 미세기포를 응집플록과 부착시켜 오염물질 부상분리 후 제거하는 가압부상조(22)와,
상기 가압부상조(22)를 통해 처리된 처리수를 공급받아 일정량을 제1무산소조(232)로 공급하는 가압부상처리수조(23)를 포함한다.
도 5는 부상공정을 통해 오염물질이 부상분리처리되는 과정을 보인 도면으로서, 공기를 가압 및 용해시킨 후 대기압하에서 개방함으로써 발생하는 미세기포를 상기 폐수에 주입함으로써, 전단에서 pH조정 및 응집과정을 통해 형성된 상기 폐수 내에 형성된 응집플록에 부착되어 수면위로 부상하고, 이와 같이 부상된 플록을 제거하는 원리이다.
상기 pH조정/응집조(21)는 교반기(211)를 포함하여 상기 탈기조(16)로부터 공급되는 처리수의 pH를 조정하고 폐수 내에 포함되어 있는 오염물질간의 결합을 통해 응집플록을 형성시킨다. 이때 pH 조정에 필요한 약품 및 응집제는 약품저장 및 주입설비(212)로부터 공급받는다.
응집이란 수중에서 안정화된 상태로 존재하는 콜로이드성의 현탁 고형물 입자를 응집제와 접촉시킴으로써, 상기 현탁 고형물 입자의 표면 전하를 중화시키고, 이와 같은 작용을 통해 불안정화된 입자들을 서로 뭉치게 하는 공정이다.
pH는 이와 같은 응집반응을 지배하는 중요 인자이다. pH 조정을 통해 최적의 pH를 유지함으로써, 상기 응집제의 응집작용이 최대이고 플록의 용해도가 최소가 되도록 한다.
상기 응집제로는 황산알루미늄(Al2(SO4)3·nH2O), 염화제2철, PAC(poly aluminium chloride), PASS(poly aluminium silicate sulfate), PFC(poly ferric chloride), PFS(poly ferric sulfate), Al-Fe 복합응집제 또는 Al-Fe-Si 응집제 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상을 사용한다.
상기 가압부상조(22)는 처리수에 공기를 가압 용해시킨 후 대기압하에서 개방하여 발생하는 미세기포를 응집플록과 부착시켜 오염물질 부상분리 후 제거하는 곳으로서, 더욱 상세하게는 공기압축기(22a)와 가압펌프(22b)에 의해 가압탱크(22c)에 일시적으로 저장하고 있는 고압의 공기는 분사장치(22d)를 통해 상기 가압부상조(22)의 내부로 유입되되, 내부로 유입되기 전에 상기 처리수와 충분한 접촉을 이루어 과량의 공기가 상기 처리수에 용해되어야 스컴 부상 효과를 이룰 수 있다.
상기 발생된 스컴은 슬러지스크래퍼(22e)를 사용하여 지속적으로 걷어내고, 이와 같이 걷어낸 스컴은 슬러지저류조(51)로 이송된다.
상기 가압부상조(22)는 응집제를 주입하고 교반하여 오염물질을 서로 결합시킴으로써 응집플록을 형성하고, 폐수에 공기를 가압, 용해시킨 후 대기압하에서 개방하여 미세기포를 발생시킴으로써, 상기 미세기포를 상기 응집플록에 부착시켜 오염물질을 부상분리하는 원리로 작동한다.
이때, 상기 미세기포는 40~80 ㎛의 균등한 미세기포를 생성시켜 응집플록과 완전결합을 이루도록 하여 처리효율을 높여주고, 15,000 ~ 40,000 mg/L인 고농도의 부상슬러지의 발생을 통해 슬러지 발생량을 최소화한다.
상기 가압부상공정부(20)에서의 수처리공정은 역세 및 세정공정이 불필요하여 공정 중 부하증가의 영향이 없고, 공정구성이 단순하여 운전이 용이하다는 장점을 갖는다.
상기 가압부상처리수조(23)는 교반기(231)를 포함하며 상기 가압부상조(22)를 거쳐 처리된 처리수를 임시 저장한 후 생물반응조 유입펌프(232)를 통해 후단의 제1무산소조(232)로 이송하는 역할을 한다.
[ 생물반응공정 수처리부 ]
상기 생물반응공정 수처리부(30)는 유기물, SS, 질소, 인을 제거할 수 있으며 침출수의 특성을 반영하여 부하변동에도 미생물의 농도를 유지시킬 수 있는 미생물 담체를 활용한 생물학적 처리공정 적용되는 곳이다.
상기 생물반응공정 수처리부(30)는 도 1 및 도 6에 도시된 바와 같이,
1차무산소조(31), 1차호기조(32), 2차무산소조(33) 및 2차호기조(34)가 각각 격벽을 사이에 두어 순차적 배열로 일체의 반응조 구조를 이루고, 그 후단에 2차침전조(35)를 이루되,
상기 1차무산소조(31) 및 2차무산소조(33)에서는 상기 가압부상처리수조(23)를 통해 공급되는 폐수에 포함되어 있는 질산성 질소를 질소가스로 환원하고,
상기 1차호기조(32) 및 2차호기조(34)는 상기 무산소조(31,33)에서 환원된 암모니아성 질소의 질산화를 이루되, 상기 차호기조(32) 및 2차호기조(34)의 내부에는 미생물 담체가 설치되고, 상기 1차호기조(32)는 1차 무산소조(31)로, 상기 2차호기조(34)는 2차무산소조(33)로 각각 내부반송이 이루어지고,
상기 2차 침전조(35)의 침전슬러지는 상기 1차 무산소조(31)로 슬러지반송 처리된다.
수계 내에 질소가 고농도로 존재할 때, 생물학적 처리 공법을 적용하여 오염 물질을 제거하는데, 이때 주요 반응은 호기조에서 이루어진다.
고농도의 질소의 유입부하에 따라 호기조 용량 및 미생물량을 증가시켜야 하는데 부하에 비례하여 증가시키기 어렵다. 따라서 고농도 질소를 효율적으로 처리하기 위해서는 생물학적 처리 반응조에 미생물 고정화 담체를 적용하여 미생물량을 증가시킨다.
상기 1차무산소조(31) 및 2차무산소조(33)는 호기조로부터 내부 반송된 질산성 질소의 혼합액과 혐기조를 거친 유입 침출수를 외부탄소원으로 하여 질산성 질소를 질소가스로 환원한다.
탈질반응은 미생물이 무산소 상태에서 호흡을 위하여 산소대신 NO3-, NO2- 등을 최종 전자수용체로 이용하여 N2, N2O, NO로 환원시키는 과정을 말하며, 이때 박테리아는 유기탄소를 탄소 및 에너지원으로 이용하며, 질산염은 이들 미생물들에 의하여 에너지 대사에서 전자수용체로 사용한다.
이때, 상기 1차무산소조(31) 및 2차무산소조(33) 내에는 교반기(311, 331)가 각각 설치된다. 그리고 상기 2차무산소조(33)에는 메탄올, 가성소다 등의 약품을 주입할 수 있는 약품저장 및 주입설비(332)가 추가 구성된다.
상기 1차호기조(32) 및 2차호기조(34)는 미생물 담체 충진에 의한 안정적 MLSS유지, 암모니아성 질소의 질산화, 유입수중의 생분해성 탄소원의 효율적 분해, 폐합성수지를 발포하여 제작한 표면이 거칠고 표면적이 넓은 수처리용 접촉메디아(DS-BB)에 유용미생물을 부착 성장, 미생물 담체에 형성된 미생물 막에 의한 담체 내부 혐기화로 호기조 내 탈질 가능, 폐색이 없는 반영구적 담체, 잉여 슬러지로서 생성되어 폐기되는 휘발성 고형물 내에는 침출수에서 제거된 12∼13%의 질소가 포함되어 있다.
상기 1차호기조(32) 및 2차호기조(34)에는 산기관이 설치되어 있어 송풍기(324)를 통해 공급되는 에어(air)를 수중으로 분사한다.
생물반응공정 수처리부(30)를 기술적 측면, 경제적 측면 및 유지관리적 측면에서 살펴보면 다음과 같다.
상기 기술적 측면의 특징은 호기조에 Bio-Block 투입으로 고농도의 미생물 유지, Bio-Block내 고농도 질산화균 유지로 수온저하시 효율저하 최소화, 내화학성 및 내마모성 증대로 내구성 향상, 높은 미생물 농도에 의해 자산화가 증대되어 슬러지 발생량 저감, 기공성을 95 % 이상 확보함으로써 물질 전달율 증대 및 현탁미생물과 부착미생물의 장점을 조합한 최신동향의 기술이라는 것이다.
상기 경제적 측면의 특징은 유입수량 및 성상에 따른 운전시간 제어로 소요동력 최소화, 시설이 간단하고 동력사용이 많지 않아 전력비 감소, 별도로 사용되는 약품이 없고, 여재 교체가 없으므로 유지관리 저렴, BOD용적부하 상승으로 부지면적이 작게 소요되어 공사비 감소, 호기성 탈질에 의한 내부 순환율 감소로 동력비를 절감, 부착 원생동물 및 SRT 증가에 의한 슬러지 발생량이 저감 기술이다.
상기 유지관리적 측면의 특징은 유지관리 Point의 감소로 인한 유지관리용이, 자동제어 시스템 및 통합관리시스템 구축 및 국내 기술로 설비 고장시 A/S가 용이하다는 것이다.
상기 1차호기조(32) 및 2차호기조(34) 내에 설치되는 상기 미생물 담체는 고정식 미생물 담체(32a)로서,
도 7, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 육면체의 망형 케이스(321)와,
상기 망형 케이스(321) 내부에 충진되는 폴리에틸렌 담체(322)를 포함하여 이루어지며,
상기 폴리에틸렌 담체(322)는 양 측면이 개방된 망형 원통구(322a)와,
상기 망형 원통구(322a)의 내면·외면에 주름이 형성된 주름부(322b)로 이루어진다.
상기 망형 케이스 내부에 탑재되는 담체와 담체 사이에는 이격 공간을 두지 않고 밀착하여 수직 방향으로 세워 설치한다.
이와 같이, 상기 1차호기조(32) 및 2차호기조(34)는 미생물의 부착 및 성장이 용이하도록 주름을 형성하고 있는 폴리에틸렌 담체를 사용함으로서 미생물에 의한 생물학적 처리 효율을 높일 수 있다.
상기 생물반응공정 수처리부(30)는 도 10에 도시된 바와 같이, 1차무산소조-1차호기조-2차무산소조-2차호기조의 구성을 1차무산소조-1차호기조의 구성을 갖는 반응조 구성으로 대체할 수 있다.
즉, 생물반응공정 수처리부(30)는 도 10에 도시된 바와 같이, 1차 무산소조(31) 및 1차호기조(32)가 격벽에 의해 공간이 분리되어 일체의 반응조를 이루고, 그 후단에 2차침전조(35)가 설치되는 생물반응공정 수처리부(30')로 대체되어,
상기 1차 무산소조(31)에서는 상기 가압부상처리수조(23)를 통해 공급되는 폐수에 포함되어 있는 질산성 질소를 질소가스로 환원하고,
상기 1차호기조(32)는 상기 1차 무산소조(31)에서 환원된 암모니아성 질소의 질산화를 이루되, 상기 1차호기조(32)의 내부에는 미생물 담체(301)가 설치되고, 상기 1차호기조(32)는 1차 무산소조(31)로 내부반송이 이루어지며, 상기 2차 침전조(35)의 침전슬러지는 슬러지수집기(351)를 통해 배출되고, 이와 같이 배출된 슬러지는 슬러지반송펌프(352)를 통해 상기 1차 무산소조(31)로 슬러지반송이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
[ 여과흡착공정부 ]
상기 여과흡착공정부(40)는 오존과 여과흡착장치를 복합적으로 적용하여 폐수 내에 포함되어 있는 난분해성 COD, 색도를 처리하는 곳이다.
상기 여과흡착공정부(40)는 도 1에 도시된 바와 같이,
상기 2차침전조를 거쳐 공급되는 처리수에 포함되어 있는 난분해성 물질 및 색도 유발물질을 오존주입설비(411)를 통해 공급되는 오존을 이용하여 분해처리하는 오존접촉조(41)와
상기 오존접촉조의 후단에 설치되는 안정화조(42)와
상기 안정화조의 후단에 설치되는 여과흡착기 유입수조(43)와,
상기 여과흡착기 유입수조로부터 공급되는 처리수를 탈질향상여과흡착처리하는 탈질향상여과흡착기(44)와,
상기 탈질향상여과흡착기를 통해 공급되는 처리수를 공급받아 역세흡착기 역세펌프(451)를 이용하여 일부는 상기 탈질향상여과흡착기(44)로 공급하여 순환되도록 하고, 나머지는 외부로 배출하는 역세수조(45)를 포함한다.
상기 여과흡착공정부(40)는 도 11에 도시된 반응식을 통해 확인되는 바와 같이, 오존접촉조(41)에서 강력한 산화제인 오존을 이용하여 난분해성 물질 및 색도 유발물질을 분해하게 된다.
이와 같이 분해된 오염물질은 상기 안정화조(42) 및 여과흡착기 유입수조(43)를 거쳐 탈질향상여과흡착기(44)로 공급되어 도 12에 도시된 바와 같이, 활성탄의 마이크로 포어(Micro pore)에 흡착된다.
입상활성탄의 마이크로 포어(Micro pore)에 안착되어 있는 미생물들은 원수 중의 유기물질 및 활성탄에 흡착된 유기물질들을 먹이로 하여 번식한다.
제올라이트의 양이온교환에 의해 암모니아성 질소 흡착이 일어나고, 생분해성의 유기물질이 제거되어 산화력이 유지되는 동안 질산화가 진행되며 흡착된 유기물질을 이용하여 탈질이 가능하다.
상기 활성탄은 목재, 톱밥, 야자껍질, 석탄 등을 900 ℃ 정도의 고온으로 증발 연소해서 만든 다공성 탄소질 물질이다. 활성탄의 일반적인 성상으로 활성탄 내부는 10-5~10-7 m 정도의 직경을 가진 대세공(macropore)이 입체적으로 분포되어 있고, 대세공 벽면에는 10-8~10-10 m 정도의 미세공(micropore)들로 구성되어 있다. 이들 세공의 내부표면적은 활성탄 1g당 700~1,400 ㎡ 달하며, 이것이 흡착성능이 높은 이유이다.
상기 여과흡착공정부(40)의 특징은 오존과 혼합 흡착 여재를 조합하여 유기물, 질소, 색도 처리효율을 극대화함에 있다. 그리고 유기물질 흡착 후 분해하여 흡착의 수명이 길어지며 난분해성 물질이 흡착되어 생분해처리된다. 또한 자동화운전으로 유지관리가 용이하다는 장점을 갖는다.
다만, 상기 여과흡착공정부(40)는 난분해성 물질의 포함 정도가 낮은 경우에는 상기 오존접촉조(41)와 안정화조(42)를 제외할 수 있다.
즉, 다른 실시형태의 여과흡착공정부(40')는 도 13에 도시된 바와 같이,
상기 2차 침전조(35)를 거쳐 공급되는 처리수에 산기관을 통해 송풍기(431')로부터 공급되는 에어(O2)를 분사한 후 여과흡착기 유입펌프(432')를 통해 후단의 탈질향상여과흡착기(44)로 이송하는 여과흡착기 유입수조(43')와,
상기 여과흡착기 유입수조(43')로부터 공급되는 처리수를 탈질향상 여과흡착처리하는 탈질향상여과흡착기(44)와,
상기 탈질향상여과흡착기를 통해 공급되는 처리수를 공급받아 역세흡착기 역세펌프(451')를 이용하여 일부는 상기 탈질향상여과흡착기(44)로 공급하여 순환되도록 하고, 나머지는 외부로 배출하는 역세수조(45)를 포함한다.
[ 슬러지처리부 ]
상기 슬러지처리부(50)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 수처리시스템의 처리과정에서 발생하는 슬러지를 임시저장하여 탈수기를 거쳐 케이크(Cake)는 배출하고, 탈수과정에서 발생한 탈리액은 상기 유량조정조(11)로 반송처리한다.
상기 슬러지처리부(50)는 상기 1차침전조(13)와, 가압부상조(22)와, 2차침전조(35)로 부터 슬러지를 공급받아 저장하는 슬러지저류조(51)와,
상기 슬러지저류조(51)로부터 슬러지 이송펌프(511)를 통해 제공되는 슬러지를 탈수처리하여 케이크는 배출하고, 탈리액은 상기 유량조정조(11)로 반송처리하는 탈수기(52)를 포함한다.
본 발명에 따른 복합처리 공정을 통한 고농도 질소함유 폐수처리시스템은 상기 암모니아 탈기공정부를 통한 암모니아성 질소 제거와, 상기 가압부상공정부를 통한 COD, 난분해성 물질 및 T-P의 효과적인 처리와, 상기 생물반응공정 수처리부를 통한 유기물, SS, 질소 및 인의 제거와, 상기 여과흡착공정부를 통한 난분해성 물질 및 색도 유발물질의 분해와, 슬러지처리부를 통한 슬러지 처리공정의 복합적으로 구성되어, 고농도의 질소함유 폐수를 효과적으로 처리할 수 있어 산업상 이용가능성이 크다.
1 : 수처리시스템
10 : 암모니아 탈기공정부 11 : 유량조정조
12 : pH조정조 13 : 1차침전조
14 : 탈기탑 15 : 스크러버
16 : 탈기조 20 : 가압부상공정부
21 : pH조정/응집조 22 : 가압부상조
23 : 가압부상처리수조 30 : 생물반응공정 수처리부
31 : 1차 무산소조 32 : 1차호기조
33 : 2차무산소조 34 : 2차호기조
35 : 2차침전조 40 : 여과흡착공정부
41 : 오존접촉조 42 : 안정화조
43 : 여과흡착기 유입수조 44 : 탈질향상여과흡착기
45 : 역세수조 50 : 슬러지처리부
51 : 슬러지저류조 52 : 탈수기
10 : 암모니아 탈기공정부 11 : 유량조정조
12 : pH조정조 13 : 1차침전조
14 : 탈기탑 15 : 스크러버
16 : 탈기조 20 : 가압부상공정부
21 : pH조정/응집조 22 : 가압부상조
23 : 가압부상처리수조 30 : 생물반응공정 수처리부
31 : 1차 무산소조 32 : 1차호기조
33 : 2차무산소조 34 : 2차호기조
35 : 2차침전조 40 : 여과흡착공정부
41 : 오존접촉조 42 : 안정화조
43 : 여과흡착기 유입수조 44 : 탈질향상여과흡착기
45 : 역세수조 50 : 슬러지처리부
51 : 슬러지저류조 52 : 탈수기
Claims (7)
- 유입되는 폐수의 유량변동을 완화시키고, 유량조정조펌프(111)를 통해 후단의 pH조정조(12)로 폐수를 이송하는 유량조정조(11)와,
교반기(121)를 통해 교반하면서, 약품저장 및 주입설비(122)로부터 제공되는 소석회(Ca(OH)2) 또는 가성소다(NaOH)를 활용하여 암모니아 탈기의 향상을 위해 속도경사(G) 300~900ℓ/sec, 교반속도 30~150 rpm으로 운전하여 폐수의 pH를 10.0~11.0로 조정하는 pH조정조(12)와,
상기 pH조정조(12)를 통해 적정 pH로 조정된 폐수로부터 발생한 슬러지를 침전시켜 슬러지수집기(131)를 통해 슬러지저류조(51)로 배출하는 1차침전조(13)와,
상기 1차침전조(13)를 거친 폐수를 탈기탑유입펌프(141)를 통해 공급받아, 상기 폐수 속에 포함되어 있는 고농도의 암모니아성 질소를 가스 상태로 변환시킨 후 터보휀(143)을 통해 공급되는 공기와 접촉시켜 암모니아성 질소를 pH 10.0~11.0, 공기와 물의 부피 비율 2,000:1~2,500:1, 반응온도 20 ~ 50 ℃의 조건에서 탈기시키는 탈기탑(14)을 포함하고,
상기 탈기탑(14) 내부는 폴리프로필렌(Polypropylene) 메디아(media)가 탑재되되, 상기 메디아(media)는 공극률은 80~90 %이고, 표면적은 100~150 ㎡/㎥ 인 것이고,
상기 탈기탑(14)을 거쳐 탈기된 암모니아성 질소를 순환펌프(151)를 통해 공급되는 황산용액과 접촉시켜 황산암모늄으로 회수하는 황산 스크러버(15)와,
상기 탈기탑(14)에서 공기와 접촉하여 탈기과정을 거친 폐수를 공급받은 후 펌프를 이용하여 후단의 pH조정/응집조로 공급하는 탈기조(16)를 포함하는 암모니아 탈기공정부(10);
상기 탈기조(16)의 가압부상조 유입펌프(161)를 통해 공급되는 처리수의 pH를 조정하고, 응집제를 주입하여 폐수 내에 포함되어 있는 오염물질간의 결합을 통해 응집플록을 형성하되, pH 조정에 필요한 약품 및 응집제는 약품저장 및 주입설비(212)로부터 공급받는 pH조정/응집조(21)와,
상기 pH조정/응집조(21)를 통해 공급되는 처리수에 공기를 가압 용해시킨 후 대기압하에서 개방하여 발생하는 미세기포를 응집플록과 부착시켜 오염물질 부상분리 후 제거하고, 40 ~ 80 ㎛ 범위의 균등한 크기를 갖는 미세기포를 생성시켜 응집플럭과의 완전결합을 유도하여 처리효율을 향상시키는 가압부상조(22)와
상기 가압부상조(22)를 통해 처리된 처리수를 공급받아 교반기(231)를 통한 교반이 이루어지고, 일정량을 생물반응조 유입펌프(232)를 통해 후단의 제1무산소조(232)로 공급하는 가압부상처리수조(23)를 포함하는 가압부상공정부(20);
1차 무산소조(31), 1차호기조(32), 2차무산소조(33) 및 2차호기조(34)가 각각 순차적으로 격벽에 의해 공간이 분리되어 일체의 반응조를 이루고, 그 후단에 2차침전조(35)가 설치되되,
상기 1차 무산소조(31) 및 2차무산소조(33)에는 교반기(311, 331)가 각각 설치되고, 상기 2차무산소조(33)에는 메탄올, 가성소다 등의 약품을 주입할 수 있는 약품저장 및 주입설비(332)가 설치되어, 상기 가압부상처리수조(23)를 통해 공급되는 폐수에 포함되어 있는 질산성 질소를 질소가스로 환원하고,
상기 1차호기조(32) 및 2차호기조(34)는 상기 무산소조(31,33)에서 환원된 암모니아성 질소의 질산화를 이루되, 상기 1차호기조(32) 및 2차호기조(34)의 내부에는 고정식 미생물 담체(32a)가 설치되되, 상기 고정식 미생물 담체(32a)는
육면체의 망형 케이스(321)와,
상기 망형 케이스(321) 내부에 충진되는 폴리에틸렌 담체(322)를 포함하여 이루어지며,
상기 폴리에틸렌 담체(322)는 양 측면이 개방된 망형 원통구(322a)와,
상기 망형 원통구(322a)의 내면·외면에 주름이 형성된 주름부(322b)로 이루어진 것이고,
송풍기(324)를 통해 상기 1차호기조(32) 및 2차호기조(34)에 설치되어 있는 산기관을 통해 수중으로 에어(air)를 분사하도록 구성되며, 상기 1차호기조(32)는 1차 무산소조(31)로, 상기 2차호기조(34)는 2차무산소조(33)로 각각 내부반송이 이루어지고,
상기 2차 침전조(35)의 침전슬러지는 슬러지수집기(351)를 통해 배출되고, 이와 같이 배출된 슬러지는 슬러지반송펌프(352)를 통해 상기 1차 무산소조(31)로 상기 1차 무산소조(31)로 슬러지반송이 이루어지는 생물반응공정 수처리부(30);
상기 2차 침전조(35)를 거쳐 공급되는 처리수에 포함되어 있는 난분해성 물질 및 색도 유발물질을 오존주입설비(411)를 통해 공급되는 오존을 이용하여 분해처리하는 오존접촉조(41)와,
상기 오존접촉조의 후단에 설치되는 안정화조(42)와,
상기 안정화조의 후단에 설치되는 여과흡착기 유입수조(43)와
상기 여과흡착기 유입수조(43)로부터 공급되는 처리수를 탈질향상여과흡착처리하는 탈질향상여과흡착기(44)와,
상기 탈질향상여과흡착기를 통해 공급되는 처리수를 공급받아 역세흡착기 역세펌프(451)를 이용하여 일부는 상기 탈질향상여과흡착기(44)로 공급하여 순환되도록 하고, 나머지는 외부로 배출하는 역세수조(45)를 포함하는 여과흡착공정부(40);
상기 1차침전조(13)와, 가압부상조(22)와, 2차침전조(35)로부터 발생된 슬러지를 공급받아 임시 저장하는 슬러지저류조(51)와,
상기 슬러지저류조(51)로부터 슬러지 이송펌프(511)를 통해 제공되는 슬러지를 탈수처리하여 슬러지 케이크는 배출하고, 탈리액은 상기 유량조정조(11)로 반송처리하는 탈수기(52)를 포함하는 슬러지처리부(50);를 포함하는 것을 특징으로 하는 는 물리화학적 및 생물학적 공정이 결합된 고농도 질소함유 폐수처리시스템.
- 삭제
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- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
생물반응공정 수처리부(30)는 1차 무산소조(31) 및 1차호기조(32)가 격벽에 의해 공간이 분리되어 일체의 반응조를 이루고, 그 후단에 2차침전조(35)가 설치되는 생물반응공정 수처리부(30')로 대체되어,
상기 1차 무산소조(31)에서는 상기 가압부상처리수조(23)를 통해 공급되는 폐수에 포함되어 있는 질산성 질소를 질소가스로 환원하고,
상기 1차호기조(32)는 상기 1차 무산소조(31)에서 환원된 암모니아성 질소의 질산화를 이루되, 상기 1차호기조(32)의 내부에는 미생물 담체가 설치되고, 상기 1차호기조(32)는 1차 무산소조(31)로 내부반송이 이루어지며,
상기 2차 침전조(35)의 침전슬러지는 상기 1차 무산소조(31)로 슬러지반송이 이루어지는 것을 특징으로 하는 물리화학적 및 생물학적 공정이 결합된 고농도 질소함유 폐수처리시스템.
- 청구항 1에 있어서,
여과흡착공정부(40)는 2차 침전조(35)를 거쳐 공급되는 처리수에 산기관을 통해 에어(O2)를 공급한 후 후단의 탈질향상여과흡착기(44)로 이송하는 여과흡착기 유입수조(43')와,
상기 여과흡착기 유입수조(43')로부터 공급되는 처리수를 탈질향상 여과흡착처리하는 탈질향상여과흡착기(44)와,
상기 탈질향상여과흡착기(44)를 통해 공급되는 처리수를 공급받아 일부는 상기 탈질향상여과흡착기(44)로 공급하여 순환되도록 하고, 나머지는 외부로 배출하는 역세수조(45)를 포함하는 여과흡착공정부(40')로 대체되는 것을 특징으로 하는 물리화학적 및 생물학적 공정이 결합된 고농도 질소함유 폐수처리시스템.
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| KR1020210159177A KR102396268B1 (ko) | 2021-11-18 | 2021-11-18 | 물리화학적 및 생물학적 공정이 결합된 고농도 질소함유 폐수처리시스템 |
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2021
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