KR20000019567A - 생물학적 하폐수 고도처리 공정 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종 유기성 산업폐수, 생활폐수, 축산폐수 등을 생물학적 방법으로 처리하는 공정에 관한 것으로 특히 활성슬러지 공정에 혐기와 무산소 조건을 제공하여 유기물뿐만 아니라 질소와 인을 동시에 제거할 수 있게 한 생물학적 하폐수 처리공정에 관한 것으로,

하폐수 원수를 오염물질을 분해제거하는 슬러지와 함께 혐기조로 유입시켜 유기물질을 분해하고 인방출하여 슬러지내 인 함량을 절감시킨 후 무산소조를 거쳐 후속하는 포기조에서 내부반송을 통해 유입된 슬러지와 혼합하여 원수중의 암모니아성 질소를 고율 질산화처리하고 잔류 유기물을 분해하며 동시에 혐기조를 통해 인함량이 낮아진 인제거 미생물에 의한 과량의 인흡수반응을 통해 원수중의 인농도를 급격히 낮추게 되며, 유기물과 인제거 및 질산화 처리된 포기조 처리수의 일부분을 무산소조로 반송하여 탈질화함으로써 질소 제거를 완료하고, 나머지 포기조 처리수는 침전조로 보내어 슬러지와 처리수를 분리한 후 일부 슬러지를 슬러지전처리조와 포기조로 각각 이원화하여 반송함으로써 혐기조 이후에서의 인방출율을 최대화하고 포기조에서 질산화율을 증대시켜 안정된 질소제거를 가능하게 한 생물학적 하폐수의 고도처리 공정을 제공한다.

Description

생물학적 하폐수 고도처리 공정

본 발명은 각종 유기성 산업폐수, 생활폐수, 축산폐수 등을 생물학적 방법으로 처리하는 공정에 관한 것으로 특히 활성슬러지 공정에 혐기와 무산소 조건을 제공하여 유기물뿐만 아니라 질소와 인을 동시에 제거할 수 있게 한 생물학적 하폐수 고도처리 공정에 관한 것이다.

종래의 대부분의 하폐수 처리 장치는 활성슬러지법으로 설계 운영되고 있는데 활성슬러지법을 통하여서는 유기물의 제거를 주목적으로 한 처리공정이기 때문에 최근의 호소의 부영양화가 심각해지게 됨에 따라 질소와 인을 제거해야할 시점에 비추어 볼 때 이에 부응할 수 없다. 더욱이 활성슬러지법은 유입 충격부하에 약하고 슬러지 팽화현상이 일어나는 등 처리가 불안정한 면이 있었다.

이러한 활성슬러지법의 운전상 어려움으로 대두되는 팽화의 문제점을 해결함과 동시에 부영양화의 주범인 질소와 인을 효과적으로 제거하기 위한 여러 가지 처리공정들이 연구되어 실용화되고 있다.

그 예로서는 A₂/O, UCT, MUCT, VIP, 바덴포(Bardenpho)법등이 있다.

A₂/O법은 3개의 혐기조, 3개의 무산소조 및 4개의 포기조로 이루어져 있으며 혐기조에서 인 방출, 무산소조에서 탈질화, 포기조에서 질산화 및 인 섭취 등이 일어나게 된다. 그러나 반송 슬러지내의 질산성 질소로 인하여 혐기조에서 인 방출 저해작용을 하게 되어 인 제거율이 떨어지는 단점이 있다. 특히 국내 하수의 경우처럼 저농도 유기물이 유입되는 경우 특히 영향이 심하다.

이러한 단점을 해결하기 위하여 개발된 UCT공정은 반송슬러지를 혐기조 다음의 무산소조로 유입시켜 질산성 질소를 제거한 후 혐기조로 보내어 인 방출을 방해하는 것을 억제시킨 것이며 MUCT 및 VIP공정은 무산소조를 반송슬러지 내의 질산성 질소를 제거하여 혐기조로 반송하는 무산소조와 내부 반송된 질산성 질소를 탈질시키는 무산소조로 분리하여 보다 완벽한 혐기제공으로 인제거율을 높인 것이나 내부 반송펌프의 추가 설치 및 유지관리상의 복잡성 등의 단점이 있는 것이다.

또한 바텐포(Bardenpho)공정은 기존 질소, 인 제거 공정중 효율이 90%정도로 가장 우수하나 체류시간이 10∼24시간으로 길게 운전하여야 하는 것이 단점이다. 특히 하수가 저농도인 경우에는 체류시간이 길어 탈질소화를 위한 유기물 부족으로 질소 인등 전체적인 처리 효율이 낮아지는 문제점이 있었다.

현재까지 개발된 이상의 모든 고도처리공정을 살펴보면, 모든 공정이 공통적으로 오염원인 유기물, 질소 및 인을 제거하는 미생물군락 즉 반송슬러지를 획일화하여 모두 혐기, 무산소 및 포기조건을 순환하도록 공정을 구성함으로서 연속적인 포기조건에 노출되어야 할 호기성미생물인 질산화미생물의 활성이 충분히 발현되지 못하였고, 따라서 특히 겨울철 온도저하시 질소처리에 상당한 어려움을 겪었다. 이러한 점들을 해결하기 위해서 공정설계시 상대적으로 포기조의 용량을 크게 설계함으로써 초기 시설투자비가 많이 소요되는 비경제적인 문제가 있었다. 또한 혐기, 무산소 및 포기조를 거친 슬러지를 전처리없이 그대로 혐기조로 반송할 경우 반송슬러지내에 포함된 용존산소와 질산화물로 인해 완벽한 혐기조건이 유지되지 않아 혐기조에서의 인방출율이 저조함으로써 인제거가 불안정한 등의 문제가 있었다. 이를 해결하기 위해 후발 개발공정인 MUCT나 VIP 공정에서는 반송슬러지를 혐기조로 바로 반송하지 않고 무산소조를 선단과 후단으로 나누고 무산소조 선단으로 반송슬러지를 반송하고 무산소조에서 용존산소와 질산화물이 제거된 슬러지를 다시 혐기조로 반송하도록 공정을 구성하였다. 즉 혐기조로의 슬러지반송을 두단계를 거쳐 반송함으로써 이를 해결하고자 하였으나 반면 복잡한 배관등이 또다른 문제로 지적받고 있다.

본 발명은 전기한 문제점을 해결하기 위해 간단한 공정의 도입으로 하폐수중의 질소 인의 처리효율을 높일 수 있는 새로운 하폐수중의 질소와 인처리 공정을 제공하기 위한 것으로 특히 기존의 처리시설에 적용하기가 용이하도록 공정을 구성하였다.

기존 고도처리공정에서 공통적으로 문제시 되었던 슬러지 활성 저하문제와 불안정한 인제거문제를 동시에 해결하기 위하여 본 발명에서는 질소와 인을 제거하는 가장 중요한 매체인 미생물군락 즉 슬러지를 혐기, 무산소, 포기조건을 순환하는 슬러지와 포기조건에만 노출되는 슬러지를 이원화하여 운전함으로써 인제거와 질소제거 미생물의 각각 다른 생리특성에 적합한 활성조건을 부여하였다.

즉 혐기, 무산소, 포기조건을 순환하는 반송슬러지는 포기와 비포기 조건변화에 따른 인제거미생물의 활성능력을 증대시키고, 슬러지반송시 유입수와 접촉하기 전단계에 슬러지 전처리조개념의 안정화조를 두고 반송슬러지내에 포함된 용존산소와 질산화물을 미생물호흡에 의해 제거함으로써 후속하는 혐기조에서 보다 완벽한 혐기반응을 유도하여 인방출율을 극대화할 수 있도록 공정을 구성하였다. 또한 포기조건에만 노출되는 반송슬러지는 특히 호기성미생물인 질산화미생물의 우점화에 따라 원활하고 안정된 질소제거가 가능하게 된다. 따라서 겨울철에 특히 활성저하로 처리상의 어려움을 겪는 질소제거 문제를 해결하고 동시에 안정된 슬러지순환을 통하여 보다 안정된 처리가 가능하게 되었다. 즉 하폐수처리시 계절적인 영향에 관계없이 최소량만의 반응조 설계만으로도 충분히 안정된 고율처리가 가능하게 되었으며 부수적으로 슬러지 내부 및 외부 순환을 통해 미생물의 선택적 활성이 증대됨으로써 플럭형성이 더욱 양호해지고 따라서 처리수질이 더욱 깨끗해지는 결과를 도출하였다.

도1은 본 발명에 따른 하폐수의 처리 공정 흐름도.

(도면중 주요부분에 대한 부호의 설명)

1: 하폐수원수, 10: 반응조,

20: 침전조, 21: 처리수,

22: 슬러지, 30: 슬러지 전처리조

40: 혐기조, 50:무산소조,

60: 포기조 61: 처리수

본 발명의 요지를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 하폐수 원수(1)와 슬러지 전처리조(30)를 거친 슬러지와 함께 혐기조(40)로 유입시켜 혐기성 및 임의성 미생물에 의해 유기물질을 분해하고 인제거미생물에 의해 인방출한 후 무산소조(50)에서 질산화물반송수와 함께 균질혼합을 통하여 탈질소화한 다음 포기조(60)로 자연유화되어 반송된 슬러지(22)에 의해 원수(1)중의 잔여 유기물과 암모니아성 질소를 고율질산화처리하고 잔류 유기물을 분해하며 동시에 탈인화한 후 포기조(60) 처리수(61)의 일부분을 무산소조(50)로 반송하여 재차 탈질화에 의해 질소를 제거하고 침전조(20)로 보내어 슬러지(22)와 처리수(21)를 분리한 후 일부 슬러지(22)를 슬러지 전처리조(30)와 포기조(60)로 반송하여 혐기조(40) 이후에서의 인방출율을 최대화하고 포기조(60)에서의 질산화 미생물의 활성을 최대로 유지함으로써 특히 호기성미생물의 상당수를 포함하는 질산화미생물에 의한 고율 질산화반응을 유도함으로써 겨울철 온도저하에 따른 제거율 저하 문제를 해결한 생물학적 하폐수의 고도처리 공정을 제공한다.

본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 가장 특징적인 면은 하폐수 원수(1)를 혐기조(40), 무산소조(50), 포기조(60)로 구성되어지는 반응조(10)와 침전조(20)에서의 하폐수의 경로에 있어서,

포기조(60)에서 나오는 처리수(61) 일부를 무산소조(50)로 반송하는 것과 침전조(20)에서 발생되는 슬러지(22)의 일부를 포기조(60)와 슬러지전처리조(30)로 반송하는 것이다.(이하, 반송되는 슬러지(22)중 포기조(60)로 반송되는 슬러지(22)를 내부 반송슬러지(22'), 슬러지 전처리조(30)로 반송되는 슬러지(22)를 외부반송슬러지(22")라 칭한다.)

본 발명에 있어서 반응조(10)는 혐기조(40), 무산소조(50) 및 포기조(60)가 순차적으로 한 반응조(10)내에 구분 구성되어 있으며 여기에 슬러지 전처리조(30)를 외부반송슬러지(22")가 혐기조(40)로 유입되기 전단계에 설치한다. 반송되는 슬러지(22)는 자연유화에 의해 혐기조(40)로 유입되고 이 슬러지(22)와 함께 하폐수가 혐기조(40), 무산소조(50), 포기조(60)의 순으로 진행되어 처리 되는 것이다.

각 처리조에서 일어나는 반응과 역할을 살펴보면 다음과 같다.

우선 슬러지전처리조(30)에서는 반송되어진 외부반송슬러지(22") 반송액이 일정시간 머물게 하며 미생물을 안정화시켜 혐기조(40) 이후에서 인방출율을 최대화시켜 안정된 인제거를 가능케 하는 것이다.

혐기조(40)에서는 하폐수 원수(1)와 전처리조(30)에서 전처리된 슬러지가 균질혼합되면서 고분자 유기물질을 저분자의 물질로 분해되고 동시에 인제거미생물에 의해 인방출현상이 일어난다. 따라서 혐기조(40)에서 처리되어진 하폐수는 유기물질이 분해되며 원수(1)보다 인의 함량이 높아진 상태로 무산소조(50)로 보내지게 된다.

무산소조(50)에는 혐기조(40)에서 자연유화된 슬러지를 포함하는 혼합수와 포기조(60)에서 반송된 처리수(61) 즉, 질산화물반송수를 균질혼합하면서 탈질화에 의해 수중의 질소를 제거하고 후속하는 포기조(60)로 보내지게 된다.

포기조(60)에서는 무산소조(50)에서 유입되는 처리수와 침전조(20)에서 반송되는 내부반송슬러지(22')와 함께 암모니아성 질소를 질산화 처리하고 잔여유기물을 처리하며 동시에 혐기조(40)에서 인방출로 인해 인함량이 극히 낮아진 인제거미생물에 의해 과잉 인흡수 현상이 유발되어 수중의 인농도를 급격히 낮추게 된다. 잔류 유기물과 질산화 및 인제거를 완료한 포기조(60) 처리수(61)는 침전조(20)로 자연유화되는데 이때 침전조(20)로 이송되기 전 포기조(60) 처리수(61) 일부를 무산소조(50)로 반송하여 재차 탈질화 시킨다.

무산소조(50)로 일부 반송을 시키고 남은 포기조(60) 처리수(61)는 침전조(20)로 유입되어 슬러지(22)와 처리수(21)로 고액분리되어 처리수(21)는 방출되고 슬러지(22)는 일부는 폐슬러지로 방출되며 나머지는 포기조(60)와 슬러지전처리조(30)로 반송되어 재처리되는 것이다.

이와 같이 본 발명은 공정구성이 간단하고 신설 처리시설은 물론 기존 처리시설에 적용이 용이하고 특히 기존 설비의 포기조(60)를 활용분할 개조하여 재구성하기가 용이하며 따라서 혐기조(40), 무산소조(50), 포기조(60)를 순환하는 미생물에 의한 인제거 및 탈질공정에 포기조건에만 노출되는 미생물 순환을 첨부하여 고율질산화 미생물을 활성화시킴으로서 질소제거가 우수한 것이다.

슬러지(22) 반송의 이원화는 기존 단일순환으로 운전되던 슬러지(22) 반송을 혐기, 무산소, 포기조건을 순환하는 외부반송슬러지(22")와 포기조건에만 노출되어 활성화되는 내부반송슬러지(22')로 구분하여 두가지 형태의 슬러지순환형식으로 운전하는 기술로 슬러지(22) 반송액중의 용존산소와 잔여 질산화물의 탈질을 통한 안정된 인제거를 위해 혐기조(40), 무산소조(50), 포기조(60)로 유입하기 전에 슬러지전처리조(30)를 운전함으로써 일부 탈질율 향상과 혐기조(40) 이후의 처리조에서의 인방출율이 최대화 되어 안정된 인제거가 가능해 지며, 한편 내부반송슬러지(22')의 양을 조절함으로서 미생물 농도를 고농도로 하고 지속적인 포기조건 제공으로 활성을 유지함으로써 겨울철 특히 온도저하에 의한 질소제거율의 저하를 방지할 수 있는 것이다. 또한 이원화된 슬러지반송을 통하여 미생물의 플럭형성이 양호하고 슬러지 발생량을 최소화하여 외부 유기원이나 화학제를 첨가하지 않으므로 유지관리비가 절감되고 슬러지 벌킹 현상이 발생되지 않으므로 운전이 용이한 것이다.

이상과 같이 본 발명은 공정구성이 간단하고, 기존처리 시설을 개조 재구성하기가 용이하며 질산화미생물 활성극대화로 고율질소제거, 미생물 안정화로 고율 인제거 및 슬러지 발생량의 최소화, 유지 관리비의 절감 등의 효과가 있는 것이다.

Claims (3)

1. 하폐수 원수와 슬러지 전처리조를 거친 반송슬러지를 혐기조에서 균질혼합시켜 혐기성 및 임의성 미생물에 의해 유기물질을 분해하고 인제거 미생물에 의해 고율 인방출한 후, 무산소조에서 혐기조에서 자연유화된 혼합수와 포기조에서 반송된 질산화물을 균질혼합을 통하여 탈질화한 다음 포기조에서 반송을 통해 유입된 슬러지와 함께 원수중의 암모니아성 질소를 고율 질산화 처리하고 잔류 유기물을 분해하며 동시에 급격한 인제거를 거친 후 포기조 처리수의 일부분을 무산소조로 반송하여 재차 탈질화에 의해 질소를 제거하고 침전조로 보내어 슬러지와 처리수를 분리한 후 일부 슬러지를 슬러지 전처리조와 포기조로 반송하여 혐기조 이후에서의 인방출율을 최대화하고 포기조에서의 질산화미생물 활성을 최대로 유지하여 인과 질소를 동시에 고율로 처리하는 것을 특징으로 하는 생물학적 하폐수 고도처리 공정.
2. 제 1 항에 있어서,

   반송슬러지를 전처리조를 통하여 슬러지를 안정화시킴으로써 처리율의 안정화를 꾀함을 특징으로 하는 생물학적 하폐수 고도처리 공정.
3. 제 1 항에 있어서,

   혐기, 무산소, 포기조건을 순환하는 슬러지와 포기조건에만 노출되는 슬러지로 슬러지반송을 이원화함으로써 각각 처리목적에 맞는 우점화된 미생물을 확보하고 각각에 따른 고율 미생물 활성을 유지함으로써 고율 질소와 인제거가 가능하게 함을 특징으로 하는 생물학적 하폐수 고도처리 공정.