KR20000009389A

KR20000009389A - 회전식 담체충전장치와 이를 이용한 하수의처리방법

Info

Publication number: KR20000009389A
Application number: KR1019980029761A
Authority: KR
Inventors: 조원태
Original assignee: 조원태
Priority date: 1998-07-23
Filing date: 1998-07-23
Publication date: 2000-02-15

Abstract

본 발명은 회전식 담체충전장치와 혐기성조와 무산소조조건을 추가하고 슬러지의 반송처리과정을 배제함으로써 슬러지의 발생량을 최소화하며, 유기물은 물론 질소와 인까지도 동시에 처리하는 것으로, 처리할 하수유입측으로 부터 스크린 침사조, 유량조정조, 인 토출조, 무산소조, 제1·2 반응조, 반송펌프조, 최종 침전조의 순으로 설치하고, 반송펌프조는 그 슬러지를 무산소조로 반송하는 반송라인을 설치하며, 최종 침전조의 상등수는 소포수조를 거쳐 소독 방류조로 배출시키되 소포수조의 상등수중 일부를 제1·2 반응조로 보내 반응을 촉진하고, 최종 침전조의 침전 슬러지는 오니농축조와 농축오니 저류조를 거쳐 탈수시설로 보내며, 상기 인 토출조와 무산소조 및 제1·2 반응조에는 유입하수를 향심방향으로 유도하는 스크린을 갖추고 내부에 접촉재가 충전된 회전식 담채충전장치를 설치하여 완속회전시킴으로써 혐기성조인 인 토출조와 무산소조의 과도한 슬러지의 침적을 방지함과 동시에 인의 방출과 탈질작용을 돕고 호기성 처리조인 제1·2 반응조에서는 하수와 공기와의 혼합교반을 통하여 다양한 미생물의 생성과 활성화로 다량의 유기물을 섭취토록 하여 질산화 및 인의 섭취를 촉진, 유기물과 물론 질소 및 인의 제거효율을 높이도록 한 회전식 담체충진장치와 이를 이용한 하수처리방법이다.

Description

회전식 담체충전장치와 이를 이용한 하수의 처리방법

본 발명은 하수처리공정에 있어서 표준활성슬러지처리법과 접촉산화처리법, 각종 변형처리법의 단점을 보완하기 위한 회전식 담체충전장치와 이를 이용한 하수의 처리방법에 관한 것이며, 특히 회전식 담체충전장치와 혐기성조와 무산소조조건을 추가하고 슬러지의 반송과정을 배제함으로써 슬러지의 발생량을 최소화하며, 유기물은 물론 질소와 인까지도 동시에 처리할 수 있게 한 회전식 담체충전장치와 이를 이용한 하수의 처리방법에 관한 것이다.

기존의 표준활성슬러지처리방법은 가장 보편화된 하수처리방법이다. 이 방법은 최종 침전조로 부터 유입오수량의 20∼40%의 활성슬러지를 폭기조로 반송하여 유입오수와 활성슬러지를 혼합하고 최종 침전조에서 슬러지를 분리시켜 상등수를 방류하는 것으로서, MLSS는 1,500∼3000, BOD부하 0.2∼0.4Kg/m³정도이다.

이 방법의 특징은 침전성이 좋은 활성슬러지가 얻어지고 기능이 정상적이나 BOD부하에 대응하는 MLSS의 조정과 활성슬러지의 질과 폭기시간에 좌우되는 흡착작용과 산화작용의 균형 슬러지 및 급기량의 조절에 전문적인 관리가 필요하고, 시설의 대규모의 시설에서나 경제적 운용이 가능하며, 유입수의 부하변동에 불안정하고 슬러지가 발생하는 등 유지관리비가 많이 소요되는 단점이 있다.

접촉산화법은 활성슬러지공정의 단점을 보완하여 폭기조내에 접촉재를 충전하여 하수를 담체의 표면에 생성된 생물막과 순환 접촉시키면서 하수중의 유기물을 미생물의 분해작용으로 제거하는 것으로서, 폭기조의 미생물농도 20,000∼50,000mg/ℓ의 고농도 미생물을 접촉재에 부착시킬 수 있어 유입수의 유기물과 수리학적 부하변동에 강하며 반송슬러지가 불필요하므로 운전관리가 용이하고 슬러지 는 적게 발생하지만 폭기조내의 매체를 균일하게 폭기교반하는 조건을 설정하는데 어려움이 있고, 사수부(dead space)가 발생할 우려가 있으며, 고부하시 매체의 폐쇄위험도가 높기 때문에 부하조건에 한계가 있어서 소규모 하수처리시설에만 적용가능한 것이 단점으로 지적되고 있다.

표준활성슬러지처리법과 접촉산화처리법은 2차 처리시설로서, 주로 유기물만을 제거하는 공정인데, 최근들어 부영양화의 현상이 사회적 문제로 대두되면서 질소와 인을 제거하기 위한 새로운 수처리공법이 제안되고 있다. 그 대표적인 생물학적 질소와 인의 동시제거방법으로서는 A²/O, 바덴 포(Barden pho), VIP 등이 있다. 이들의 개요 및 문제점은 다음과 같다.

도 1에서, A²/O 공법은 기존 A/O 공법에서의 혐기성조와 호기성조 사이에 무산소조를 설치하여 질소 산화물과 인을 동시에 제거하는 것으로서, F/M비는 0.15∼0.25kg BOD/kg MLVSS 일(日)이고, SRT(고형물 체류시간)은 4∼27일이다. HRT(수리학적 체류시간)은 혐기성 구간의 경우 0.5∼1.5시간, 산소결핍 구간은 0.5∼1.0시간, 호기성 구간은 3.5∼6.0시간이며, 폭기조의 MLSS는 평균 3,000∼5,000 mg/ℓ로 유지된다. 한편, A²/O공정은 반송슬러지의 질소산화물(NO₃)의 함량을 감소시켜 탈인 과정에서의 질소산화물의 영향을 줄일 수 있다. 호기성조로 부터 탈질소조의 순환은 대개 유입수의 100∼300%에 달하고, 인제거율은 A/O공정에 비해 떨어지나 40∼70%의 질소를 제거할 수 있다. 그러나 A²/O 공법에서도 탈질 반송율로 탈질조절이 어느 정도 가능하지만 완전한 것은 못된다. 반송 슬러지내에 NO_x이 남기 때문이다. 이것이 인제거 미생물의 성장을 보장하는 혐기조로 반송되어 인의 제거에 영향을 끼치게 된다. 인을 고도로 처리하기 위해서는 모래여과장치나 화학처리시설을 추가 설치해야 하고 온도에 지대한 영향을 받으므로 동절기에는 운용이 곤란한 것도 문제이다.

도 2에서, 5-스테이지 바덴포공법은 낮은 유기물 부하에서 질소의 제거효율을 높이기 위해 설계된 것으로, 기존의 바덴포공정에다 혐기성조를 추가하여 인을 제거하도록 한 것인데, 그 처리공정은 유입수와 반송슬러지가 혼합되고, 혐기성조에서 발효반응과 인의 방출이 진행되며, 내부에서 반송된 혼합액과 함께 첫번째 탈질소조에서 발생된 질소산화물의 70% 정도가 용해성 BOD와 함께 제거된다. 그 다음에는 호기성조에서 BOD와 암모니아, 인이 제거되고, 두번째 탈질소조에서 미생물이 분해되어 생성된 탄소원을 이용하여 탈질소화반응이 일어난다. 두번째 호기성조는 침전조에서 혐기성 상태로 된 미생물로 부터 인이 방출되는 것을 막는다. 이 공정에서의 F/M비는 0.1∼0.2kg BOD/kg MLVSS 일(日)이고, SRT(고형물 체류시간)은 10∼40일로 운전된다. 폭기조의 MLSS는 평균 2,000∼4,000mg/ℓ로 유지하며, 인을 3mg/ℓ이하로 방류시킬 수 있고, 질소 80% 이상, 인 60% 내외의 제거효율을 보이는 것으로 알려져 있다.

그러나, 이 공법에서 인을 고도로 처리하기 위해서는 추가시설을 설치해야 되고 시설부지가 A²/O 공법에 비해 과다하며, 실처리규모의 운전결과가 미국이나 캐나다처럼 극히 제한된 지역에 국한되고 하수의 유입성상이 다른 우리 나라에 적용하려면 선결해야 될 과제가 남아 있다.

도 3의 VIP 공정은 UCT 공정에 비해 운전의 고효율성을 도모하기 위해 제안된 것이다. UCT 공정은 10∼30일의 미생물 체류시간을 위해 설계한데 대하여 VIP 공정은 5∼10일의 미생물 체류시간으로 설계되었다. VIP 공정은 활성미생물의 양을 증가시켜 운전함으로써 인 제거효율을 높임과 동시에 반응조의 용량을 감소시키는데 중점을 두고 있다. VIP 공정은 또한 혐기성, 무산소조, 호기성의 각 반응조에 완전 혼합조를 2개 이상 직렬시켜 반응기의 연속흐름(Plug-flow)의 특징을 살리도록 한 점이 특징이다. 이 방법에 의하면 호기성 조건의 완전혼합조중에서 첫번째 반응조에서 유기물의 잔류량이 증가하여 인제거효율을 증대시킬 수 있다. 그러나 VIP 공정은 특히 저온대 지역에서 질소의 제거효율이 다른 공정에 비해 급격히 저하되는 단점이 있다.

이같은 기존의 하수처리공법은 활성슬러지공법의 변형된 방식으로서, 하수성상과 지역실정의 제한성, 막대한 설치비와 유지관리비의 지출때문에 두루 적용하는데는 적잖은 문제가 있다. 현재의 기설 하수처리장은 대부분 표준활성슬러지공법을 적용한 것이다. 질소와 인의 방류수질규제가 시행되기 이전에 설치된 유기물 처리공법이기 때문에 향후 질소와 인처리용 추가설비의 증설이 시급한 실정이다. A²/O, 바덴포, VIP 등의 질소·인 동시제거공법용 설비는 비용과 유지관리면에서도 많은 문제점을 안고 있다.

본 발명은 상기한 기존의 하수처리공법의 문제점을 해소하여 중소형 하수처리장에 적합하고, 기존 하수처리장에 간단히 증설할 수 있는 하수처리장치와 그 하수처리방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 활성슬러지공법에서 변형된 기존 공정의 문제점을 해소하기 위하여 폭기조내의 부유 미생물인 MLSS를 이용하여 처리하는 대신에 생물막법의 장점인 다량의 미생물을 담체에 효율적으로 부착시켜 처리효과를 높이고, 혐기-무산소-반응-질화조를 조합하여 질소와 인의 처리능력을 배가시키는 것을 주된 특징으로 한다.

본 발명에서는 슬러지를 반송하지 않아 슬러지 팽화현상을 배제함으로써 시설의 관리가 용이해지며 슬러지 발생율을 최소화시킬 수 있다.

본 발명은 또한 생물막법의 문제점으로 지적돼 온 여재의 막힘현상, 슬러지의 탈리 및 축적현상을 개선하여 상기한 4개의 각 반응조내에 미생물막의 활착과 활발한 증식을 돕는 접촉재를 가득 담은 회전장치를 설치하여 완속으로 회전시켜 교반함으로써 접촉재에 부착된 미생물이 공기와 유기물이 골고루 접촉할 수 있는 여건을 조성, 미생물의 과밀 번식으로 인한 접촉재의 공극이 막히는 것을 방지하고 미생물막이 탈리되는 양을 유효적절히 조절할 수 있다.

본 발명에서 사용하는 고효율 접촉재는 본출원인이 농촌의 특수작물경작에 사용된 후 폐기되는 합성수지(HDPE)를 주재로 하여 제조한 것으로, 특허 제85936호에 개시되어 있다. 본 발명에서는 여기서 한 걸음 더 나아가 접촉산화방법에 의한 하수처리공법중 접촉재를 적치하여 고정할 때의 단점을 보완하여 회전장치에 접촉재를 충전하는 방법으로 하수처리의 효율성을 극대화하고, 질소와 인이 확실하게 처리되도록 혐기-무산소조를 추가하며, 접촉재를 파형으로 변형시켜 적용하므로서 비표면적을 400m²/m³로 확대하고, 오니 부착시에는 7,000∼14,000m²/m^3로되는 특성을 발휘, 미생물의 접착성능을 개선하고 생물학적 물리적으로 슬러지량을 현저히 감소시킨 것이다. 본 발명은 질소와 인의 처리를 강화하여 슬러지의 매립규제에 유효적절히 대응할 수 있는 유용하고 경제적인 하수처리방법이다.

도 1은 A²/O공법의 하수처리공정도

도 2는 5-스테이지 바덴포공법의 하수처리공정도

도 3은 VIP공법의 하수처리공정도

도 4는 본 발명에서의 하수의 처리공정도

도 5는 본 발명에 의한 회전식 담체충전장치의 부분절개 정면도

도 6은 회전식 담체충전장치의 평면도

도 7은 기존 접촉재의 정면도

도 8은 접촉재의 정면도

<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>

1 : 스크린 및 침사조 2 : 유량조정조

3 : 인 토출조 4 : 무산소조

5 : 제1 반응조 6 : 제2 반응조

7 : 반송펌프조 8 : 최종 침전조

9 : 소포수조 10 : 소독 방류조

11 : 오니 농출조 12 : 농축오니 저류조

13 : 탈수시설 15 : 회전식 담체충전장치

152 : 다공판 153 : 격간

154 : 격실 155,155b :접촉재

156,157 : 스크린

다음으로, 도 4 이하의 첨부도면에 따라 본 발명을 구체적으로 설명한다.

도 4에서, 유입된 하수는 스크린(1a)이 설치된 스크린 침사조(1)를 거치는 동안 유입수중의 모래나 협잡물을 제거하여 후속 처리부의 기능저하를 방지한다. 스크린 침사조(1)에 이어 유량조정조(2)를 설치한다. 유입하수는 유량과 성상을 균등화하여 처리효율을 안정시키기 위해 유량조정조(2)에 일정시간 체류한 다음에 유량조절펌프(2a)를 이용하여 혐기성인 인 토출조(3)로 이송된다. 인 토출조(3)에 이어 무산소조(4)를 설치하고, 무산소조(4)의 후위에는 제1,2 반응조(5,6)를 설치한다. 이들 반응조(5,6)에서는 호기성 생물막법에 의한 하수처리가 진행되는데, 생물막의 퇴적 또는 과다 부착으로 인한 혐기성화를 방지하고 오니의 탈락과 세정을 위해 저속으로 운전한다. 인 토출조(3), 무산소조(4) 및 제1,2 반응조(5,6)내에는 회전식 담체충전장치(15)를 설치하고, 필요할 때에 오니를 탈리시키기 위하여 인 토출조(3)와 무산소조(4) 및 제1,2 반응조(5,6)의 내부 하위에 급기용 산기관(16)을 설치한다. 호기성조로서의 제1,2 반응조(5,6)의 산기관(16)에 대한 급기원은 송풍기이다. 제1,2 반응조(5,6)의 산기관(16)과는 별도로 측방에 산기관(17)을 설치하여 혐기성화를 방지하여 인의 섭취에 필요한 DO농도 2mg/ℓ이상 되도록 하므로서 인의 제거효율을 높인다.

제2 반응조(6)의 후위에는 반송조(7)를 설치한다. 반송조(7)내에는 펌프(7a)를 설치하여 제2 반응조(6)를 거쳐 온 처리하수를 무산소조(4)로 되돌려 탈질 을 촉진한다.

제1,2 반응조(5,6)는 호기성 상태에서 적절한 교반으로 사수역(dead space)이 발생치 않고 접촉재(155)에 다양한 미생물종이 군집되어 유기물의 분해가 용이하고 인 토출조(3)에서 방출된 인의 섭취가 진행되며 질산화 반응이 일어난 후 무산소조(4)로 내부순환되어 탈질반응이 일어나도록 함과 동시에 혐기성으로 되지 않도록 최적의 DO농도를 유지시킨다.

반송조(7)에 이어 최종 침전조(8)를 설치한다. 최종 침전조(8)로 유입되는 처리하수는 센터 웰(8a)로 유입되어 방사상으로 퍼지면서 흘러내리고, 슬러지는 침전되어 슬러지 펌프(8a)에 의해 오니 농축조(11)로 이송된다. 상등수는 웨어를 거쳐 소포수조(9)로 이송된다.

소포수조(9)는 비상시 제1,2 반응조(5,6)에서의 폭기과정에서 발생하는 거품을 제거하기 위하여 소포용 펌프(9a)를 설치한다. 이 소포용 펌프(9a)는 소포수조(9)내의 상등수를 반응조(5,6) 위로 분무하여 거품을 제거하며, 소포수조(9)를 거친 후에는 하수도의 소독 및 방류조(10)를 통하여 최종 유출된다. 최종 침전조(8)에서 배출되는 슬러지는 슬러지 펌프(11a)로 탈수처리(BO)하고, 그 상등수는 유량조정조(2)로 되돌려 보내 재처리한다. 그리고 농축 오니저류조(12)의 오니는 펌프(12a)로 탈수시설(13)에 보내 탈수한 후 폐기한다.

도 5 및 도 6에서, 회전식 담체충전장치(15)는 회전축(151)에 지름이 동일한 복수의 다공판(152)을 소정의 간격으로 설치하고, 각 층의 다공판(152) 사이에는 회전축(151)을 중심으로 격간(153)을 방사상으로 설치하며, 격간(153)에 의해 분할된 각 격실(154)마다 접촉재(155)를 장입한다. 이와 함께 다공판(152)의 원주와 그 반경을 대략적으로 반분한 지점에는 스크린(156,157)을 설치한다. 모든 스크린(156,157)은 주변의 하수를 향심방향으로 끌어모으는 방향으로 경사지게 설치하는데, 바람직한 스크린(156,157)의 기울기는 접선에 대하여 대략 45°이다. 기울기가 너무 크면 하수에 대한 저항이 커서 모터에 부하가 걸리고 기울기가 너무 작으면 향심방향으로의 유도기능이 약해 접촉재(155)와의 접촉효과가 낮다.

접촉재(155)는 폐합성수지제로서, 도 7의 재래식 C형 접촉재(155a)를 도 8의 파형 접촉재(155b)로 대체한 것이다. 파형 접촉재(155b)는 종열로 배치하되 인접한 접촉재끼리 달라붙지 않게 해서 접촉재 사이에 충분한 하수유통공간을 확보하는 것이 유리하다. 사수역의 발생을 최소화하는데는 특히 파형 접촉재(155b)가 적합하다. 파형 접촉재(155b)의 배열방향은 스크린(156,157)과 같게 한다. 하수가 향심방향으로 유도받는데 방해가 되지 않고 접촉재 본래의 기능수행이 원활하다.

혐기성조인 인 토출조(3)와 무산소조(4)에서의 회전식 담체충전장치(15)는 장치내 접촉재(155)의 영향으로 미생물이 생장할 수 있는 최적의 환경을 조성하고, 완속교반작용으로 과다한 슬러지의 축적을 방지하여 인의 방출과 탈질효율을 높이는데 기여한다.

본 발명을 이용한 하수처리의 최적 운전조건과 그 처리결과는 아래와 같다.

처리예 1. 생활오수처리장(1,200t/일) - 접촉산화공법

[표 1]

유입수와 유출수의 처리결과의 분석

측정항목	처리전	처리후	처리효율(%)
BOD(mg/ℓ)CODSS(mg/ℓ)T-N(mg/ℓ)T-P(mg/ℓ)	12681129.0456	5.666.515.303.7	9592956638

처리예 2. 하수처리장의 파일롯실험

[표 2]

유입원수의 성분분석 (단위 : mg/ℓ)

구 분	분 석 항 목
구 분	CODcr	CODmn	BOD	SS	T-N	T-P
1차	421	63	308	58	36	4.9
2차	420	57	304	236	40.2	3.3
3차	420	60	292	134	34.2	4.1
평 균	420	60	301	142	36.80	4.10

[표 2-1]

측정방법

항목	측 정 방 법	분석기기 및 기구
온도	직접 측정법	DO meter
pH	전위차법	pH meter
DO	전극법	DO meter
BOD	윙클러-아지드화나트륨변법	BOD 배양기
CODmn	수질오염 공정시험법	COD 측정장치
CODcr	Standard Method법	Hot plate
TSS/VSS	수질오염 공정시험법	진공여과기, 유리여지
T-N	UV 측정법	분해장치, HACH DR 4000
T-P	흡광광도법	분해장치, 흡광광도제

[표1]은 C형 접촉여재(155a)를 이용한 접촉산화공법으로 운영되고 있는 처리장이다.

[표2]는 표준활성슬fj지공법으로 가동되고 있는 하수처리장을 선정하여본 발명의 공정대로 실험장치를 설계해 운전한 경우로서, 측정과 분석방법은 [표2-1]과 같다.

유입 BOD부하는 0.57∼0.69kg/m³일(日) 범위에서 운전하였고, 유입하수는 13.8ℓ/시간으로 조내에 유입시켜 처리하였다. 수리학적 체류시간은 혐기성조의 무산소조 각 2.1시간, 폭기조와 질화조 각 2.9시간으로서 모두 10시간이었다.

[표 3]

항목별 제거효율

항 목	유 입(mg/ℓ)	유 출(mg/ℓ)	제거율(%)
BOD	300	3	99
CODcr	420	35	92
CODmn	60	10	83
SS	140	5	96
T-N	36	7	80
T-P	3.8	1	73

BOD, CODcr, SS 는 각각 99%, 92%, 96%의 제거효율로 나타났다. 이는 기존 공법의 처리효율에 비해 5∼10%가 상승된 것이며, 처리예 1의 기존 공정보다는 5%의 처리효율이 증가되었음을 알 수 있다. 대부분의 생물학적 처리계에서는 아래의 3과정이 동시에 일어나게 된다. 이 과정을 호기성 과정에 관련된 양론적으로 나타내면 다음과 같다.

A. 산화(이화과정)

COHNS + O2 + 박테리아 → CO2 + NH3 + 기타 + 에너지

(유기물) (최종 생성물)

B. 합성(동화과정)

COHNS + O2 + 박테리아 + 에너지 → C5H7NO2

(유기물) (증식 박테리아 세포)

C. 내생호흡(자동산화: Autoxidation)

C5H7NO2 + 502 → 5CO2 + NH3 + 2H2O + 에너지

상기 식에서, COHNS는 하수중의 유기물, 식 C5H7NO2는 세포 조직을 나타낸 것으로, 위 식에서 볼 때 효소의 역할이 전혀 나타나지 않고 있으나 사실상, 콜로이드 상태 또는 입자 상태의 슬러지의 용해 또는 분해는 박테리아에 의해 생성되는 엑스트라 셀룰라 효소에 의해 진행된다. 그러나 많은 종류의 박테리아가 기아 상태에 있을 때에만 생산하는 특이성을 갖고 있어 박테리아는 먹이가 많고, 성장과 분열을 계속하는 동안에는 충분한 양의 엑스트라 셀룰라 효소를 생산하지 않는다. 따라서 슬러지 감소의 가장 큰 원인은 다량의 엑스트라 셀룰라 효소를 생산할 수 있는 환경과 조건을 형성하는 것이다.

이런 조건은 본 발명의 회전식 담체충전장치(15)에 충전된 담체(155)에 의해서 충분히 이뤄진다. 접촉여재의 비표면적이 400 m²/m³로 큰 데다 오니가 부착되고 나면 7,000∼14,000 m²/m^3로증가되는 특성을 갖고 게다가 부유물의 흡인력이 강력해모든 미생물을 비롯한 부유물이 접촉여재에 흡착되며, 혐기적 호기적 처리가 이 접촉여재 사이에서 다종 다양한 미생물군에 의해 이뤄지는 것이다. 본 접촉여재 의 생물막은 미생물의 점착성이 우수하고 부유 물질과 미생물의 보유 능력이 1m²당 평균 300∼900g에 이르며, 고농도로 농축되는 경향이 있어 생물학적, 물리적으로 슬러지량을 감소시키는데 기여하게 된다. 또한 증식속도가 느린 미생물도 외부로 유출되지 않고 다양한 미생물이 증식할 수 있으므로 슬러지의 생존연령이 늘어나고 슬러지의 자동산화가 촉진되므로 슬러지의 발생량이 현저히 감소되며, 다양한 미생물종이 군집함에 따라 온도, pH 의 변동, 충격부하 및 난분해성 물질유입에 따른 대처능력이 우수하고, 슬러지의 팽화현상과 같은 문제점이 사라진다.

본 발명은 호기성 처리방법임에도 불구하고 접촉여재에서 생물막의 지속적인 활착에 의하여 퇴적층 내부에서 혐기성화되어 분해된 슬러지의 탈락과 새로운 오니의 교체가 원활치 못한 현상이 초래되므로 이를 개선하기 위해서는 담채(155)의 고정적치보다는 적당한 속도로 회전시키는 것이 최종 처러효율을 높인느데 이롭다.

본 발명의 특징중 하나인 슬러지의 감소는 실험결과(50일) TS로 5.8g/년이었다. 이는 유입오수 0.93g/m³을 기준으로 한 활성슬러지 0.20∼0.25kg/m³에 비해 1%미만으로 나타났다. 즉, 기존의 하수처리공법과의 대비에서 현저한 특성을 보인 것이다. 슬러지의 발생이 적은 것은 폭기조와 질화조에서의 MLSS농도가 5mg/L정도로 아주 적고, 이와 같이 맑은 질화조액이 침전조로 유출됨에 따라 이로 부터 발생되는 침전슬러지가 아주 적게 배출되기 때문이다. 이에 따라 기존 하수처리장을 증설함에 있어서 침전조의 소형화가 가능하느니만치 경제적인 공정이며, 운전시 불안정한 비상사태에 대한 훌륭한 대비책도 된다.

미생물이 유기물을 분해하면서 새로운 미생물이 증식됨에도 불구, 슬러지는가 거의 배출되지 않는 것은 생성된 미생물이 자산화되었기 때문이다. 이같이 자산화된 슬러지를 유기물질인 BOD를 기준으로 검토해 보면 유입 BOD 300mg/L에 대한 일반 하수처리장에서의 미생물 수율(Y)을 0.6이라고 가정했을 때, 자산화속도는 0.36kg/m³.d 이다. 이를 기준으로 접촉여재(담채)의 단위면적당 자산화속도를 계산하면 12.9g/m³.d 로, 높게 나타났다.

[표 4]

총잉여슬러지 발생량

구 분	년간 슬러지 발생량g DS/년	유입오수(m³)당 슬러지량g DS/m³
TS	5.8	0.93
VS	4.8	0.79

위 표에서, 슬러지 발생량을 산출한 결과, 년간 건조고형물로는 5.8g이 발생하는 것으로 나타났지만, 이는 대부분 초기운전시의 비정상일 때 조내의 MLSS의 유출로 인해 발생된 것이며, 정상가동시에는 이 보다 더 낮은 슬러지가 발생할 것으로 추정된다.

본 발명의 또 다른 특징인 질소와 인의 제거율은 각각 80%, 73%로 나타났다. 이는 앞서 언급한 기존의 질소와 인의 동시제거공법에 비해 질소와 인의 제거율이획기적으로 개선된 공정이라고 말할 수 있다.

각 공정에서의 질소농도의 변화를 살펴 보면, 질소의 대부분은 무산소조에서 제거돼 방류된다. 이는 질소제거구조에 있어서 암모니아성 질소는 아질산성 질소 및 질산성 질소로 변화된 후 탈질화과정을 통하여 제거되는데 대하여, 본 발명에서는 폭기조와 질화조에서 산화된 질산성 질소가 무산소공정에서 탈질됨으로써 T-N의 농도가 주로 무산소공정에서 제거된다. 인산염 인과 총인의 경우 제거구조는 혐기성에서 인이 방출되고 호기성에서 인의 흡수가 일어나는데, 이로 부터 방출원인이 다음 공정인 호기성공정에서 과잉 흡수되어 제거되는 공정이 일반적이다. 또한 호기조건에서 흡수된 인산염 인은 잉여슬러지가 배출될 때 제거되는 원리인데, 본 발명에서는 반송슬러지용 설비를 필요로 하지 않고 배출되는 슬러지가 거의 없기 때문에 인의 제거 효율을 질소 제거효율에 비해 떨어지는 편이지만 이는 인의 경우 질소에 비해 비교적 쉽게 제거시킬 수 있어 추가적인 제거시설이 필요할 경우라도 그 설치가 용이하다.

이상과 같이 본 발명의 회전식 담재충전장치와 이를 이용한 하수처리방법은 질소와 인을 동시에 제거하는 공법으로서 슬러지를 반송할 필요가 없어 이에 소요되는 부지와 시설비를 절약할 수 있고, 기존의 공법과는 달리 F/M비나 SRT인자들을 생략할 수 있으므로 슬러지의 팽화현상 등이 일어나지 않아 전문관리요원이 불필하고, 따라서 유지관리가 용이하고 비용도 적게 든다.

회전식 담채충전장치는 경작후 버리는 폐합성수지(HDPE)로 제조된 고효율의 접촉여재를 담채로 사용하므로 폐기물의 재활용과 수처리라는 일석이조의 실시효과를 얻을 수 있고, 담채충전장치를 회전시킴에 따라 접촉여재에 밀도높은 미생물막을 형성시킬 수 있으므로 유입수의 유기물과 부하변동에 강하고 다양한 미생물종의 정착과 높은 자산화로써 슬러지의 발생을 최소화할 수 있다.

대규모 하수종말처리시설이 건설과 유지관리에 많은 문제점이 노정되어 오염발생원 단위의 중·소형 처리방식으로의 전환이 모색되고 있는 추세에 따라 질소와 인의 방류수질규제강화가 예상될 것으로 보이는 현실을 감안할 때 본 발명은 하수처리장의 건설비용의 절감, 유지관리의 용이함, 처리효율의 안정성, 엄격한 규제대상인 영양염류의 방류수질기준에 부합되는 하수처리방법이다.

Claims

하수중의 질소와 인을 동시에 제거하도록 설치된 하수처리설비의 인 토출조(3)와 무산소조(4), 제1 반응조(5) 및 제2 반응조(6)내에다 회전축(151)에 복수의 다공판(152)을 소정의 간격으로 나란히 설치하고 다공판(152)간의 공간을 방사상의 격간(153)으로 등분하여 형성되는 격실(154)을 동심원상으로 대략적으로 양분한 지점과 외주에 유입된 하수가 회전시 향심방향으로 모이게 유도하는 스크린(156,157)을 부착하고, 각 격실(154)마다 접촉재(155)를 가득 세워 넣은 담체충전장치(15)를 설치한 회전식 담채충전장치.
제1항에 있어서, 상기 접촉재(155)는 파형 접촉재(155b)인 회전식 담체충전장치.
제2항에 있어서, 상기 파형 접촉재(155b)는 폐합성수지(HDPE)에 흙 등의 협잡물과 석분을 적당량 혼합하고 가열 용융하여 탄화시킨 활성탄화시킴으로써 초기 미생물의 흡착능을 높이고 다양한 미생물의 활성화를 유도할 수 있도록 형성한 하수처리용 하수처리용 회전식 담체충전장치.
제2항에 있어서, 접촉재(155b)는 스크린(156,157)과 같은 방향으로 충전한 회전식 담체충전장치.
처리할 하수유입측으로 부터 스크린 침사조(1), 유량조정조(2), 인 토출조(3), 무산소조(4), 제1 반응조(5), 제2 반응조(6), 반송펌프조(7), 최종 침전조(8)의 순으로 설치하고, 반송펌프조(7)는 그 슬러지를 무산소조(4)로 반송하는 반송라인을 설치하며, 최종 침전조(8)의 상등수는 소포수조(9)를 거쳐 소독방류조(10)로 배출시키되 소포수조(9)의 상등수중 일부를 제1·2 반응조(5,6)로 보급하는 라인을 구축하고, 초종 침전조(8)의 침전 슬러지는 오니농축조(11)와 농축오니저류조(12)를 거쳐 탈수시설(13)로 보내며, 상기 인 토출조(3)와 무산소조(4) 및 제1·2 반응조(5,6)에 유입하수를 향심방향으로 유도하는 스크린(156,157)을 갖추고 내부에 접촉재(155b)가 충전된 회전식 담채충전장치(15)를 설치하여 완속회전시킴으로써 혐기성조인 인 토출조(3)와 무산소조(4)의 과도한 슬러지의 침적을 방지함과 동시에 인의 방출과 탈질작용을 돕고 호기성 처리조인 제1·2 반응조(5,6)에서는 하수와 공기와의 혼합교반을 통하여 다양한 미생물의 생성과 활성화로 다량의 유기물을 섭취토록 하여 질산화 및 인의 섭취를 촉진, 유기물과 물론 질소 및 인의 제거효율을 높이도록 한 회전식 담체충진장치를 이용한 하수처리방법.