KR19990041261A - 발효폐기물을 이용한 질소.인 제거방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하수 또는 폐수를 처리함에 있어서 생물학적반응조들과 침전지로 구성된 처리공정에 폐기물발효조를 구비하고 잔반등의 음식물쓰레기 또는 기타 유기성폐기물을 혐기성발효시켜서 생성된 초산염계열의 유기산을 질산화물의 탈질에 소요되는 전자공여체로 이용하므로써 경제적이고 효과적인 질소·인제거는 물론 음식쓰레기의 처리·처분에 기여하게되는 하수처리방법에 관한 것이다.

Description

발효폐기물을 이용한 질소·인 제거방법

본 발명은 하수 또는 폐수로부터 영양염류를 제거하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도시하수처리장, 산업폐수처리장 등에서 처리하는 하수 또는 폐수로부터 질소와 인을 제거하기 위하여 생물학적 반응조와 침전지로 구성된 생물학적처리공정에 혐기성발효조를 설치하고 잔반 등의 음식쓰레기 또는 기타의 유기성폐기물을 발효시켜서 생성된 유기산을 이용하여 질소와 인을 높은 효율로 제거할 수 있는 하수처리방법에 관한 것이다.

하수중의 오염물질에는 생물화학적산소요구량(BOD)으로 표시되는 유기물과 질소와 인과 같은 영양염류로 대별된다. 지금까지 하수처리장에는 유기물을 주된 처리대상으로 하였으며 질소와 인의 상당부분은 제거되지 못하고 그대로 하천과 호소 또는 해양 등의 수계로 방류되었다.

만일 하수중에 질소와 인이 포함된 채 방류되면 하천과 호소등의 수계에 부영양화 현상을 초래하고, 해양에 유입될 경우 적조발생이 원인이 된다. 부영양화가 심해지면 악취가 나고 수질오염이 가중될 뿐만 아니라 식수와 용수로의 사용은 제한을 받게 된다. 따라서 위와 같은 수계의 부영양화를 방지하기 위해 하수처리장에서 영양염류된 질소화합물이나 인산염을 가급적 충분히 제거하여야 한다.

생물학적 탈질의 원리는 먼저 호기성상태에서 질산화균에 의해 암모니아성질소를 산화하여 질산염으로 전환시킨다. 이를 다시 혐기성상태에서 엄격하게는 무산소(Anoxic)상태에서 질산염형태의 결합산소를 미생물이 용존산소대용으로 이용하게 하여 유리질소상태로 환원시키는 미생물의 특성을 이용하여 하수에서 질소를 제거하며 이때에 전자공여체로서 유기물이 소요된다.

혐기성상태에서 탈질을 위하여 소요되는 유기물의 공급방법은 생물학적 탈질공정에서 매우 중요한 사항이다. 지금까지 개발된 거의 모든 질산화 및 탈질방법은 하수중에 포함된 유기물을 이용하는 전탈질방법과 외부에서 메칠알콜등 유기물을 공급하는 후탈질방법으로 구분된다.

종래의 기술인 전탈질방법에서는 외부로부터 유기물의 공급은 필요없지만 반응기의 용량이 크고 유입유량의 4배이상의 유량을 내부순환시켜주어야 한다. 예를 들어 설명하면 10,000㎥/일의 유량을 처리하기 위해서는 40,000㎥/일의 유량을 내부순환시켜야 한다. 따라서 시설비와 동력비의 소요가 크고 후탈질방법에서보다 탈질효율이 낮다.

후탈질방법은 처리효율이 높고 혐기성조의 용량이 작은 장점이 있다. 그러나 탈질에 소요되는 전자공여체로 이용하기 위하여 메칠알콜과 같이 쉽게 분해되는 유기물을 무산소반응공정에 계속 첨가하여야 하므로 처리효율은 전탈질방법에서보다 높지만 약품소요에 따른 비용부담이 큰 어려움이 있다.

종래의 기술중 개량된 것으로는 질소제거효율이 높고 탈질반응조 즉, 혐기성조의 소요용량이 작은 후탈질공법의 장점을 살리되, 메칠알콜, 유기산 등의 전자공여체 조달을 위해 과다하게 소요되는 비용의 문제를 해소하기 위하여 최초침전지에서 침전된 유기물 즉, 생슬러지를 발효시켜 생성된 초산염계열의 유기산을 탈질공정에 소요되는 전자공여체로 이용하였다.

그러나 우리나라에서는 하수관로의 연장이 길기 때문에 상당량의 유기물이 해체되어 침전되기 어려운 상태로 유입되거나 또는 유입하수의 유기물농도가 낮기 때문에 질산화 공정을 거쳐서 생성된 질소산화물을 충분히 제거하기에는 유기물이 부족하여 질소제거효율이 낮은 문제점이 있었다. 또한 생슬러지 자체에 함유된 질소화합물도 유기물량에 비교하여 상대적으로 높은 편이어서 발효된 생슬러지를 탈질을 위한 전자공여체로 사용하는 것은 한편으로는 제거하여야 되는 질소화합물의 양을 증가시키는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상술한 제문제점을 위하여 안출된 것으로, 구체적으로는 질소제거효율이 높고 탈질반응조 즉, 혐기성조의 소용용량이 작은 후탈질공법의 장점을 살리되, 메칠알콜 조달에 과다하게 소요되는 운전비용의 문제를 해소하기 위하여 우리나라에서 과다하게 발생되어 처리처분에 애로를 겪고 있는 음식쓰레기 등 풍부한 유기성폐기물을 발효시켜 생성된 초산염계열의 유기산을 탈질에 필요한 전자공여체로 이용하여 질소·인 제거 효율을 매우 크게 할 수 있는 발효슬러지를 이용한 질소·인 제거방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

우리나라의 경우 불합리한 음식문화특성에 따라 실제 먹는 양보다 많은 음식을 조리하여 잔밥 등 음식쓰레기 발생량이 많다. 통계에 의하면 년간 발생되는 음식쓰레기는 95년 기준으로 약 5,500,000TON에 달하여 발생량이 과다하여 많은 문제를 야기시키고 있다. 이러한 음식쓰레기는 소각, 퇴비화, 매립 등의 방법으로 처분될 수 있으나 지금까지 주로 매립에 의존하며 매립의 경우 매립장이 소요되고 해충의 번식과 침출수 발생 등 중대한 환경문제를 야기시킨다.

이와 같은 음식쓰레기등 유기성폐기물은 섬유소, 반섬유소, 전분, 단백질, 지방과 같은 고분자유기화합물의 혼합물로 구성되어 있으며 혐기성상태에서 발효시킬 경우 프로피온산, 부티르산, 에탄올 등을 거쳐서 아세트산이 생성되며 최종적으로는 메탄가스와 수소가스로 분해되게 된다. 유기물의 혐기성발효과정에서 메탄발효단계는 매우 까다롭고 실패하기 쉬우나 초산염계열의 유기산발효단계까지는 매우 용이하게 이루어지게 된다.

본 발명에서는 이와 같은 음식쓰레기등 유기물의 혐기성발효특성에 착안하여 폐기물발효조에서 유기성폐기물을 발효시켜 생성된 아세트산계열의 유기산을 이용하여 하수중의 질소화합물을 호기성반응조에서 질산화시킨 후 후속되는 혐기성반응조에서 탈질에 필요한 전자공여체로 이용토록 하였다. 또한 우리나라에서 발생되는 음식쓰레기의 조성은 음식에 사용되는 재료의 특성에 따라 질소가 함유된 고기류가 많은 서구와는 달리 탄수화물 함유량이 많은 곡물과 야채류가 상대적으로 많은 편이므로 음식쓰레기에서 질소함량이 높지 않으며 이에 따라 발효후에는 암모니아성질소등의 용출량이 크지 않기 때문에 탈질을 위한 전자공여체로 사용하기에 유리하다.

본 발명에서와 같이 음식쓰레기 또는 생산공정에서 발생된 유기성부산물 등의 유기성 폐기물을 발효시켜서 탈질반응에 소요되는 전자공여체로 이용하게 되면 먼저 하수처리장에서 질소·인 제거효율이 향상되어 방류수계의 부영양화를 개선할 수 있고 매립에 따른 매립지소요와 침출수 발생등 2차오염을 줄일 수 있게 된다.

제1도는 본 발명에 따른 제1실시예의 개략 공정도

제2도는 본 발명에 따른 제2실시예의 개략 공정도

제3도는 본 발명에 따른 제3실시예의 개략 공정도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 제1호기성 반응조 2 : 혐기성반응조

3 : 제2호기성반응조 4 : 최종침전지

5 : 폐기물발효조 6 : 무산소반응조

7 : 완전혐기성반응조 8 : 최초침전지

이하 본 발명은 첨부한 예시도면을 참조하여 자세히 설명한다.

<제1도의 제1실시예에 관한 설명>

제1도는 본 발명에 따른 발효폐기물을 이용한 질소·인 제거방법의 제1실시예에 관한 개략적인 공정도이다.

도시된 바와 같이 본 실시예에서는 유입하수는 최초침전지가 생략된 상태에서 바로 호기성반응조(1)로 유입되며 공정의 순서는 유입하수→제1호기성반응조(1)→혐기성반응조(2)→제2호기성반응조(3)→최종침전지(4)→유출수로 구성되며 폐기물발효조(5)에서 발효시킨 발효액을 상기 혐기성반응조(2)로 주입하고 최종침전기(4)에서 침전된 활성슬러지의 일부 또는 전부를 제1호기성반응조(1)로 반송시키는 공정이다. 이하 개별 단위공정의 작용을 설명하면 다음과 같다.

제1호기성반응조(1)에서 유입하수와 최종침전지(4)로부터 반송된 활성슬러지를 혼합시켜 호기성활성슬러지미생물의 이화 및 동화작용에 의하여 하수중의 유기물질을 제거시키며 암모니아성질소를 질화미생물(Nitrosomonas, Nitrobactor)의 에너지대사작용에 의하여 질산성질소(NO₂, NO₃)로 산화시킨다.

상기 제1호기성반응조(1)의 용량을 줄이고 효과적인 질산화반응을 위해서는 유입되는 유기물 부하량을 줄이는 것이 유리하다. 또한 질화미생물은 증식계수(Yield Coefficient)가 여타의 호기성미생물에 비교하여 매우 낮기 때문에 세정(Wash Out)되기 쉬우며 따라서 계(System)내의 고형물체류시간(SRT: Solids Retention Time)을 매우 높게 유지하여야 된다. 따라서 상기 제1호기성반응조(1)에서 미생물을 부유증식법에 의하여 증식시킬 경우에는 상기 제1호기성반응조(1)의 체류시간, 표현을 달리하면 반응조의 용량을 크게 하여야 되므로 경제적으로 불리하게 된다. 이러한 비경제성을 해소하고 질산화효율을 증대시키는 방법으로는 미생물을 부착증식시켜서 생물막(BioFilm)을 형성할 수 있는 생물막접촉재를 제1호기성반응조(1)에 충전하거나 또는 질화미생물을 중점 증식시킬 수 있도록 포괄고정법에 의하여 담체내에 질화미생물을 고정시켜서 충전시키는 것도 바람직한 방법이다.

상기 혐기성반응조(2)에서는 산소가 공급되지 않고 교반만 진행되는 상태에서 호기성 미생물이 유리산소대신에 제1호기성반응조(1)로부터 유입되는 질산성질소에 결합되어 존재하는 결합산소를 이용하여 질소가 유리질소로 환원되는 탈질반응이 주로 진행된다. 질산성질소를 전자수용체로 이용하여 탈질시키기 위해서는 전자공여체로 유기물을 주입시켜야 하며 과거에는 본 발명에서와는 달리 주로 메칠알콜을 구입하여 사용하였다.

메칠알콜을 구입사용할 경우 과다하게 발생되는 경제적 부담을 해소하기 위하여 본 발명에서는 음식쓰레기 등 유기성폐기물을 발효시켜서 생성된 분해되기 쉬운 초산염계열의 유기산을 전자공여체로 이용토록 개선하였다. 음식쓰레기를 발효시켜 탈질공정에 이용하게 되면 우리나라에서 처리처분에 많은 애로를 겪고 있는 음식쓰레기등의 유기성폐기물의 처리문제도 경감시킬 수 있게 된다.

질산성질소가 모두 소모되어 결합산소도 존재하지 않는 완전혐기성(Anaerobic)단계까지 진행되면 활성슬러지에 함유된 인이 용출(Bleed Back)되어 슬러지의 인함량은 감소되고 수체중에는 인의 농도가 증대되게 된다. 유리산소가 공급되지 않고 결합산소가 이용되는 호기성반응을 완전혐기성(Aerobic)반응에 비교하여 무산소(Anoxic)반응이라고 부르기도 한다. 상기 혐기성반응조(2)에서는 무산소반응이 주된 반응형태이며 결합산소가 최대한 소진된 완전혐기성반응단계까지 접근시키므로써 활성슬러지로부터 인을 용출시킬 수 있다. 이와 같이 상기 혐기성반응조(2)에서는 후속되는 제2호기성반응조(3)에서 더 많은 양의 인을 과잉섭취(Luxury Uptake)하도록 하기 위하여 필수적인 전단계반응을 진행시킨다.

상기 제2호기성반응조(3)에서는 상기 혐기성반응조(2)로부터 유입되는 고형물현탁혼합액을 다시 폭기시켜서 호기성상태로 전환하는 공정이다. 그 작용으로는 분해되지 않고 잔존하는 유기물을 호기성미생물에 의하여 분해하며 환원되어 유리상태로 수중에 존재하는 질소를 탈기(Air Stripping)시켜 대기중으로 방출하거나 또는 혐기성조건에서는 악화되기 쉬운 슬러지의 침강성을 개선시키는 공정이다. 상기 제2호기성반응조(3)에서 특히 중요한 작용은 상기 혐기성반응조(2)에서 용출된 인을 활성슬러지에 과잉섭취되도록 하여 인을 활성슬러지미생물의 체내에 농축시키고 잉여활성슬러지의 폐기를 통하여 하수중의 인이 최종적으로 제거하게 되는 것이다.

상기 최종침전지(4)는 유입수중에 현탁된 고형물을 침전시켜 깨끗한 상징수와 분리시키는 고액분리공정이다. 상기 상징수는 처리수로써 유출시키며 침전된 고형물인 슬러지는 주로 미생물로 이루어진 활성슬러지이므로 대부분은 상기 제1호기성반응조(1)로 유입되도록 반송시키고 일부 잉여분은 폐기시키기도 한다.

상기 폐기물발효조(5)에서는 투입된 잔반 등의 음식쓰레기와 기타 산업공정에서 발생되는 유기성 부산물을 혐기성상태에서 발효시켜 초산염계열의 유기산을 생성하는 공정이다. 본 공정에서 유기성폐기물을 발효시켜 생성된 발효액은 앞에서 설명한 것과 같이 상기 혐기성반응조(2)에 주입하여 탈질에 소요되는 전자공여체로 이용하게 된다.

음식쓰레기 등 유기성폐기물은 섬유소, 반섬유소, 전분, 단백질, 지방과 같은 고분자유기화합물의 혼합물로 구성되며 혐기성조건에서 발효시킬 경우 프로피온산, 부티르산, 에탄올 등을 거쳐서 아세트산이 생성되고 최종적으로 메탄가스를 생성하게 되며 이러한 메탄발효는 지금까지는 하수처리장의 슬러지감량화 및 안정화에 주로 사용되었다.

본 발명에 의한 음식쓰레기등을 발효시키는 폐기물발효조(5)공정은 기존의 표준활성슬러지법 하수처리장에서 슬러지 감량화 및 메탄가스 생성을 위해 주로 사용되어 온 혐기성소화조와 기본적으로 같은 원리이며 운전형태를 변경시킨 것이다. 기존에 많이 사용되고 있는 슬러지소화공정에서는 유기물을 유기산발효단계를 거쳐서 메탄등 가스생성단계까지 최종분해시켰다. 그러나, 본 발명에서는 종래의 슬러지소화공정의 반응을 한 단계 단축시켜 유기산발효단계에서 반응을 종료시키고 여기에서 생성된 유기산을 지금까지 후탈질공정에서 사용되어온 메칠알콜을 대신하여 탈질반응에 이용하므로써 질소제거효율이 향상되고 경제적인 측면에서도 매우 유리하게 된다.

탈질이 신속히 이루어지려면 미생물의 호흡이 왕성하여야 하며 미생물의 호흡은 미생물이 이용할 수 있는 유기물의 종류와 양에 밀접하게 관계된다. 따라서, 탈질이 신속하고 완전하게 이루어지려면 가급적 미생물이 쉽게 이용할 수 있는 유기물이 존재하여야 한다. 지금까지 후탈질방법에서는 미생물이 쉽게 이용할 수 있고 비교적 가격이 저렴한 메칠알콜을 이용하였으나 실험결과에 의하면 미생물이 쉽게 이용할 수 있는 유기물로는 분자구조가 비교적 간단한 초산염(아세테이트)이 가장 유리하고 그 다음에는 부틸염과 알콜류의 순서임이 확인되었다. 음식쓰레기는 발효미생물에 의해 쉽게 유기산으로 발효시킬 수 있다. 발효후 생성된 유기물은 초산염이 가장 많으며 그 다음 부틸염, 프로필염 및 알콜류 등으로 이루어져 탈질반응에 효과적으로 사용될 수 있다.

특히 지금까지 사용되어온 슬러지소화조는 유기산발효단계까지는 쉽게 완료되고서도 매우 까다로운 메탄발효단계에서 운전에 실패하는 사례가 빈번하였기 때문에 유기산발효단계에서 반응이 종료된 발효폐기물을 탈질에 사용하는 본 발명에서는 메탄발효보다 오히려 실패의 위험부담이 적고 안전한 방법이다.

상기 폐기물발효조(5)에서 진행되는 유기산발효에서는 수소이온농도가 과다하게 증가되어 효과적인 발효를 위해서는 중화제의 투입이 요구되기도 한다. 또한 유화수소가스가 발생되어 악취가 발생되기도 하므로 2가철염(Fe⁺⁺)을 투입하거나 생성된 가스를 제1호기성반응조(1)의 내부에 불어넣어서 호기성미생물에 의하여 악취원인물질을 산화분해시킬 수도 있다.

음식쓰레기위주의 유기성폐기물에는 발효되지 않는 비닐봉지 등의 협잡물이 섞여 있거나 또는 조대한 유기물덩어리로 포함되어 발효시간이 증대되기도 한다. 따라서 상기 폐기물발효조(5)에 투입하기 전에 유기성폐기물을 스크린등의 협잡물제거수단[도면미표기]을 이용하여 걸러서 협잡물을 제거하나 분쇄기등의 파쇄수단[도면미표기]을 이용하여 미세하게 분쇄하는 것이 유리하게 된다.

또한 상기 폐기물발효조(5)에서 발효가 완료된 발효액에는 무기성고형물 또는 분해되지 못한 고형유기물이 포함되기도 한다. 이러한 고형물이 제거되지 못하고 상기 혐기성반응조(2)에 투입되면 고형유기물은 서서히 분해되어 최종침전지(4) 또는 최종침전지(4)에 근접한 제2호기성반응조(3) 등에서 유기물이 용출되어 처리수질에 악영향을 주기도 한다. 무기성고형물은 반송슬러지를 통하여 수처리공정을 순환하게 되므로 악영향을 주기도 한다. 무기성고형물은 반송슬러지를 통하여 수처리공정을 순환하게 되므로 활성슬러지에는 유기물의 분해에 기여하는 활성미생물의 구성비율이 감소하여 슬러지의 활성이 저하되기도 한다. 따라서 발효조(5)에는 고액분리수단을 추가하여 고형물이 분리된 여액을 사용하는 것이 바람직하다.

고액분리수단을 추가하여 폐기물발효조(5) 다음에 침전조를 설치하거나 또는 2개 이상의 폐기물발효조를 직렬로 연결하여 발효액이 유출되는 곳은 교반을 중지하여 침전기능를 수행토록 하고 유출입의 흐름방향을 변경하여 사용하는 방법 또는 기계적인 방법 등의 다양한 방법이 이또한 본 발명의 범위내에 포함되는 것이다.

<제2도의 제2실시예에 관한 설명>

제2도는 본 발명에 따른 발효폐기물을 이용한 질소·인 제거방법의 제2실시예에 관한 것이다.

도시된 바와 같이 본 실시예에서는 제1실시예[제1도]에서의 단위공정인 상기 혐기성반응조(2)를 무산소반응조(6)와 완전혐기성반응조(7)로 분리하여 구성한 공정이다.

상기 무산소반응조(7)는 용존된 유리산소가 결여된 상태에서는 호기성미생물이 질산성질소에 결합되어 있는 결합산소를 전자수용체로 이용하고 유기물질을 전자공여체로 이용하여 에너지대사를 하게되며 이 과정에서 질산성질소는 유리질소로 환원되어 하수중의 질소를 제거하는 단위공정이다.

또한 상기 완전혐기성반응조(7)에서는 상기 무산소반응조(6)에서 거의 모든 질산성질소까지도 제거된 후에 유입된 유입수에서 유리산소는 물론 결합산소까지도 존재하지 않는 완전혐기성상태로 유지시켜 활성슬러지로부터 인이 보다 효과적으로 용출되도록 하는 공정이다. 탈질반응과 인의 용출반응은 1개의 반응조에서 수행할 수도 있으나 활성슬러지로부터 효과적으로 인이 용출되기 위해서는 결합산소가 존재하지 않는 완전혐기성조건이 보다 효과적으로 본실시예에서와 같이 탈질반응과 인의 용출반응단계를 분리하여 공정을 구성하는 것이 인의 제거효율측면에서 유리하다. 그러나, 상기 완전혐기성반응조(7)에서 체류시간이 지나치게 길어지게 되면 활성슬러지 미생물이 활성을 잃게 되므로 인의 용출에 필요한 최소한의 체류시간으로 유지시키는 것이 바람직하다.

상기 완전혐기성반응조(7)에는 알루미늄이나 철염등의 응결제를 주입하여 용출된 인을 불용성화합물로 응결시켜서 인을 화학적 방법으로 제거하거나 또는 후속공정인 제2호기성반응조(3)에서 호기성미생물에 의하여 인이 과잉섭취되도록 하여 인을 생물학적으로 제거할 수 있다.

<제3도의 제3실시예의 관한 설명>

제3도는 본 발명에 따른 발효폐기물을 이용한 질소·인제거방법의 제3실시예에 관한 것이다.

도시된 바와 같은 본 실시예에서는 제2실시예[제2도]를 구성하는 공정에서 제1호기성반응조(1)의 앞단계에 최초침전지(8)를 추가하여 유입하수중의 침전가능한 고형유기물을 침전분리시키고 상징수를 상기 제1호기성반응조(1)로 유입시키도록 공정을 구성한 것이다. 또한 최초침전지(8)에서 침전분리시킨 생슬러지를 상기 폐기물발효조(5)에 유입시켜 다른 유기성폐기물과 혼합하여 발효되도록 하였다.

음식쓰레기등은 차량을 이용하여 매립장으로 운반되고 있으며 본 발명에서도 주로 차량에 의하여 하수처리장으로 반입되어야 한다. 따라서 음식쓰레기의 운반량을 줄이는 것을 경제적으로나 운반과정에서 발생되는 2차 환경오염의 측면에서도 매우 유리하기 때문에 음식쓰레기의 수분함량을 낮추는 것은 중요한 과제이다. 쓰레기매립장에서 관찰한 바에 의하면 차량으로 반입된 음식쓰레기를 곧바로 폐기물발효조(5)에서 유기산으로 발효시키기에는 고형물농도가 과다하여 희석수로 희석이 요구되는 실정이다. 희석수로서 처리된 하수를 사용하는 것은 하수처리소요용량을 증대시키므로 경제적으로 불리한 문제점이 발생한다.

또한 제1호기성반응조(1)에서는 유기물의 분해반응과 질산화반응이 진행되므로 경제적이며 효율적인 시설이 되기 위해서는 가급적 유입되는 유기물농도가 낮은 것이 유리하다. 유입 유기물농도가 높으면 제1호기성반응조(1)의 용량이 증대되고 용존산소가 활성슬러지미생물에 의하여 유기물제거에 우선적으로 소모되기 때문에 질화미생물에 의한 산소이용의 기회는 그만큼 감소되기 때문이다. 제1호기성반응조(1)에 유입되는 유기물농도를 경감시키기 위하여 제1호기성반응조(1)의 전단계에 침전지를 설치하게되면 상기 제1호기성반응조(1)에 부과되는 유기물부하량은 감소되어 경제적이고 효율적인 공정이 될 수 있다. 그러나 침전지에서 인출된 생슬러지는 고형물농도가 2∼5%미만으로 매우 낮기 때문에 처리처분에 앞서 농축공정이 선행되어야 하며 매우 쉽게 부패되기 때문에 악취와 해충이 발생되는 등 또다른 어려움이 발생된다.

이와 같은 희석수확보의 문제점과 생슬러지의 처리·처분에 따른 문제점을 해소하기 위하여 본 발명에서는 상기 최초침전지(8)를 추가로 구성하여 침전분리된 생슬러지를 상기 폐기물발효조(5)에 유입시켜 유기성폐기물의 고형물농도를 발효에 적합하게 낮추는 희석수로 사용하므로써 유기성폐기물의 발효에 적절한 조건이 되도록 고형물농도를 조절할 수 있고 상기 제1호기성반응조(1)에서의 질산화효율이 향상되고 경제적인 시설이 되며 취급하기 어려운 생슬러지를 감량화하거나 부수적으로는 발효된 생슬러지도 탈질에 필요한 전자공여체의 일부로 이용될 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 음식쓰레기를 위주로한 유기성폐기물을 발효시켜 탈질에 소요되는 전자공여체로 이용하는 본 발명에 따른 발효폐기물을 이용한 질소·인제거방법을 이용하게 되면, 메탄올등을 구입하지 않고서도 경제적인 방법으로 후탈질공법의 장점을 최대한 발휘할 수 있고 하수처리장에서 호수의 부영양화에 심각한 영향을 주는 질소와 인을 효과적으로 제거할 수 있다. 또한 쓰레기매립장의 수명을 연장할 수 있고, 장거리운반에 따른 비용발생 및 침출수발생 등 사회적인 문제로 대두되고 있는 음식쓰레기를 매립장에 비하여 음식쓰레기가 발생되는 시가지로부터 비교적 근거리에 설치되어 수송이 용이한 하수처리장에서 효과적으로 처리처분할 수 있게 된다.

Claims (10)

1. 유입하수중에 함유된 유기물을 분해시키고 유기성질소와 암모니아성질소를 질산화시키는 제1호기성반응조(1), 상기 제1호기성반응조(1)에서 산화된 질산화물을 혐기성상태에서 유리질소로 탈질반응을 시키거나 또는 활성슬러지에 함유된 인을 용출토록 하는 혐기성반응조(2), 상기 혐기성반응조(2)의 유출수중에 함유된 잔존 유기물을 호기성상태에서 산화분해하거나 질소를 탈기시키거나 또는 활성슬러지에 인이 과잉섭취되도록 하는 제2호기성반응조(3)와 상기 제2호기성반응조(3)의 유출수로부터 슬러지와 청정한 상징수를 분리시키는 최종침전지(4)와 최종침전지(4)로부터 일부 또는 전부의 침전슬러지를 상기 제1호기성반응조(1)로 반송시키는 하수처리방법에서,

   음식물쓰레기 또는 기타의 유기성폐기물을 외부에 식종한 미생물 또는 자체 생성된 혐기성미생물에 의하여 초산염계열의 유기산으로 혐기성발효시키는 폐기물발효조(5)를 구비하여 상기 폐기물발효조(5)에서 생성된 유기산을 상기 혐기성반응조(2)에 주입하여 탈질반응에 필요한 전자공여체로 이용하거나 병행하여 활성슬러지로부터 인이 잘 용출되는 혐기성조건이 유지되도록 상기 폐기물발효조(5)에서 생성된 유기산을 이용하는 것을 특징으로 하는 발효폐기물을 이용한 질소·인 제거방법
2. 유입하수중에 함유된 유기물을 분해시키고 유기성질소와 암모니아성질소를 질산화시키는 제1호기성반응조(1), 상기 제1호기성반응조(1)에서 산화된 질소산화물을 무산소상태에서 환원시켜 탈질시키는 탈질반응을 위주로 하는 무산소반응조(6), 활성슬러지로부터 인이 용출되도록 하는 탈인반응을 위주로 하는 완전혐기성반응조(7), 상기 완전혐기성반응조(7)의 유출수중에 함유된 잔존 유기물을 호기성상태에서 산화분해하거나 질소를 탈기시키거나 또는 활성슬러지에 인이 과잉섭취되도록 하는 제2호기성반응조(3)와 상기 제2호기성반응조(3)의 유출수로부터 슬러지와 청정한 상징수를 분리시키는 최종침전지(4)와 최종침전지(4)로부터 일부 또는 전부의 침전슬러지를 상기 제1호기성반응조(1)로 반송시키는 하수처리방법에서,

   음식물쓰레기 또는 기타의 유기성폐기물을 외부에 식종한 미생물 또는 자체 생성된 혐기성미생물에 의하여 초산염계열의 유기산으로 혐기성발효시키는 폐기물발효조(5)를 구비하여 상기 폐기물발효조(5)에서 생성된 유기산을 상기 무산소반응조(6)에 주입하거나 또는 상기 무산소반응조(6)와 상기 완전혐기성반응조(7)에 주입하여 탈질반응에 필요한 전자공여체로 이용하거나 또는 활성슬러지로부터 인이 잘 용출되도록 하는 완전혐기성조건이 유지되도록 상기 폐기물발효조(5)에서 생성된 유기산을 이용하는 것을 특징으로 하는 발효폐기물을 이용한 질소·인 제거방법
3. 상기 제1항, 제2항에 있어서,

   상기 호기성반응조(1)의 앞단계에는 1차침전지(8)를 추가로 구비하여 유입하수에 존재하는 침전가능한 고형유기물을 침전분리시켜 상징수를 상기 제1호기성반응조(1)로 유입시키고 상기 침전된 고형유기물로 구성된 생슬러지를 음식폐기물 등 유기성폐기물을 발효시키는 폐기물발효조(5)에 유입 및 혼합시켜서 상기 폐기물발효조(5)의 발효조건에 적절한 고형물농도가 되도록 유기성폐기물을 희석시키는 것을 특징으로 하는 발효폐기물을 이용한 질소·인 제거방법
4. 제1항, 제2항, 제3항에 있어서,

   상기 유기성폐기물을 폐기물발효조(5)에 투입하기 전단계에서 유기성폐기물로부터 협잡물을 분리하여 제거하거나 또는 유기성폐기물을 파쇄시킬 수 있는 스크린 등의 협잡물 제거수단[도면 미표기] 또는 분쇄기 등의 파쇄수단[도면 미표기]을 거치는 것을 특징으로 하는 발효폐기물을 이용한 질소·인 제거방법
5. 제1항, 제2항, 제3항에 있어서,

   상기 폐기물발효조(5)에는 고액분리수단[도면 미표기]을 구비하여 발효폐액으로부터 고형물이 제거된 액체를 상기 혐기성반응조(2) 또는 상기 무산소반응조(6) 또는 상기 무산소반응조(6)와 혐기성반응조(7)에 주입시키는 것을 특징으로 하는 발효폐기물을 이용한 질소·인 제거방법
6. 제1항, 제2항, 제3항에 있어서,

   상기 혐기성반응조(2) 또는 완전혐기성반응조(7)에는 알루미늄염, 철염 등의 응결제를 주입하여 활성슬러지로부터 용출된 인을 불용성화합물로 응결시키는 것을 특징으로 하는 발효폐기물을 이용한 질소·인 제거방법
7. 제1항, 제2항, 제3항에 있어서,

   상기 제2호기성반응조(3)에 또는 최종침전지(4)의 유입부에 알루미늄염, 철염 등의 응결제를 주입하여 활성슬러지에 과잉섭취되고 잔존하는 용존상태로 존재하는 인을 불용성화합물로 응결시키는 것을 특징으로 하는 발효폐기물을 이용한 질소·인 제거방법
8. 제1항, 제2항, 제3항에 있어서,

   상기 폐기물발효조(5)에는 수소이온농도를 조절할 수 있는 알칼리제를 주입하거나 악취를 제거하기 위하여 2가철염(Fe⁺⁺)을 주입하는 것을 특징으로 하는 질소·인 제거방법
9. 제1항, 제2항, 제3항에 있어서,

   상기 제1호기성반응조(1)에는 포괄고정법에 의하여 질화미생물을 고정시킨 담체를 충전하거나 또는 미생물이 부착증식되어 생물막이 형성될 수 있는 담체를 충전하는 것을 특징으로 하는 발효폐기물을 이용한 질소·인 제거방법
10. 제9항에 있어서,

    상기 최종침전지(4)에서 침전분리된 활성슬러지의 전부 또는 일부를 상기 혐기성반응조(2) 또는 상기 무산소반응조(6)에 유입되도록 반송시키는 것을 특징으로 하는 발효폐기물을 이용한 질소·인 제거방법