KR20000024252A - 회전식 고정상 정석탈인공정을 이용한 하수, 폐수 및오수의 고도처리방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 회전식 고정상 정석탈인공정을 이용한 하수, 폐수 및 오수의 고도처리방법에 관한 것으로, 1)무산소조로 유입된 유기물과 질소 인등이 포함된 원수와 후속되는 호기조로부터 반송된 혼합액 및 침전조로부터 반송된 슬러지 일부를 이용하여 무산소 조건에서 탈질시키는 단계; 2)호기조에서 상기 무산소조로부터 유입된 처리수중의 유기물과 질소를 호기조건에서 산화시키는 단계; 3)침전조에서 호기조를 거친 혼합액에서 고액분리시키는 단계; 4)RIPS(Rotating Immobilized Phosphorus Sweeper)조에서 상기 침전조의 상징수가 유입되어 고정상 정석탈인법에 의해 인을 제거시키는 단계;로 이루어져, 원수중 유기물을 인 제거에는 사용하지 않고 질소 제거에만 사용하므로 기존의 생물학적 질소, 인 동시제거 방법보다 질소 제거율이 향상되고 안정된 처리효율을 얻을 수 있는 효과를 갖는 것이다.

Description

회전식 고정상 정석탈인공정을 이용한 하수, 폐수 및 오수의 고도처리방법{Advanced Treatment System using Rotating Immobilized Phosphorus Sweeper from Wastewater, Sewage and Industrial Wastewater}
본 발명은 회전식 고정상 정석탈인공정을 이용한 하수, 폐수 및 오수의 고도처리방법에 관한 것으로, 특히 간단한 공정이면서도 안정적인 처리효율을 얻을 수 있게 된 하수, 폐수 및 오수의 고도처리방법에 관한 것이다.
일반적으로 국내에서 특허와 신기술로 인정된 질소와 인을 제거하기 위한 하폐수의 처리장치 및 방법은 생물학적인 방법으로 질소와 인의 제거율을 높이는 방법을 채택하고 있다. 생물학적으로 질소나 인을 제거하기 위해서는 필수적으로 미생물의 에너지원인 유기물(또는 탄소원)이 필요하다. 이러한 유기물은 유입수(이하 '원수'라 함)인 하수나 폐수, 오수에 포함되어 있다. 원수에 포함된 유기물 역시 제거 대상물질인 오염물질이기 때문에 원수의 유기물, 질소, 인의 비율이 적절할 경우에는 질소나 인을 제거할 때 부수적으로 유기물이 함께 제거되고 효율적인 운전이 가능하다.
그러므로, 생물학적으로 질소와 인을 모두 제거하고자 하는 경우에는 원수 중에 유기물, 특히 유기물 중에서도 미생물이 쉽게 이용할 수 있는 단쇄지방산류인 용분해성유기물(Readily Biodegradable Organics)이 충분히 많아야 한다. 이론적으로도 질소와 인을 제거하기 위해 필요한 유기물(탄소)의 비율은 0.5~2.0정도이다. 그러나 아쉽게도 국내의 하수나 오수는 이러한 유기물이 충분하지 못한 것이 일반적이다. 따라서 외국에서 개발된 고도처리기술을 국내에 적용할 경우 질소와 인의 제거율이 높지 않고, 국내에서 개발된 고도처리기술은 부족한 유기물을 보충하기 위해 아세트산이나 메탄올, 슬러지 발효산물 등을 외부에서 따로 공급해 주도록 되어 있고, 이는 건설비 및 운영비 상승의 원인으로 작용한다.
또한 생물학적으로 질소와 인을 동시에 제거하는 공법들은 처리수를 재순환하여야 하므로 공정의 구성이 복잡해지고, 운전이 어려울 뿐만 아니라 안정적인 처리 수질을 기대하고 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 제문제점을 해소하기 위한 것으로, 공정의 구성이 복잡하지 않으면서 안정적인 처리수질을 기대할 수 있게 된 회전식 고정상 정석탈인공정을 이용한 하수, 폐수 및 오수의 고도처리방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 하수, 폐수 및 오수의 고도처리방법의 공정흐름도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 무산소조 12 : 호기조
14 : 침전조 16 : RIPS조
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하수, 폐수 및 오수의 고도처리방법은 국내 하수나 오수의 일반적인 특성에 맞춰 개발되었는데, 국내 하수나 오수의 수질 특성상 생물학적으로 질소와 인을 동시에 제거하기는 어려워 생물학적으로는 유기물과 질소를 제거하고 인은 고정상 정석탈인공정으로 제거하도록 하였다.
유기물 및 질소의 산화 → 호기성 산화
질소 제거 → 생물학적 탈질
인 제거 → 회전식 고정상 정석탈인공정
따라서 원수중 유기물을 인 제거에는 사용하지 않고 질소 제거에만 사용하므로 기존의 생물학적 질소, 인 동시제거 방법보다 질소 제거율이 향상되고 안정된 처리효율을 얻을 수 있게 된다.
본 발명의 회전식 고정상 정석탈인공정을 이용한 하수, 폐수 및 오수의 고도처리방법은 1)무산소조로 유입된 유기물과 질소 인등이 포함된 원수와 후속되는 호기조로부터 반송된 혼합액 및 침전조로부터 반송된 슬러지 일부를 이용하여 무산소 조건에서 탈질시키는 단계; 2)호기조에서 상기 무산소조로부터 유입된 처리수중의 유기물과 질소를 호기조건에서 산화시키는 단계; 3)침전조에서 호기조를 거친 혼합액에서 고액분리시키는 단계; 4)RIPS(Rotating Immobilized Phosphorus Sweeper)조에서 상기 침전조의 상징수가 유입되어 고정상 정석탈인법에 의해 인을 제거시키는 단계;로 이루어져 있다.
상기 호기조에서의 무산소조로의 반송량은 원수류량의 1~2배정도가 바람직하고, 침전조의 슬러지반송량은 원수유량의 0.2~0.5배정도가 바람직하다.
그리고 상기 RIPS조에는 유입 상징수의 pH를 조절하기 위해 알칼리제, 칼슘이 주입장치가 설치되어 상징수에 알칼리제와 칼슘이 혼합될 수 있게 하고, 인제거가 끝난 청정수의 중화를 위해 산 주입장치를 두어 유출하기전 산을 주입하도록 한다.
이와 같은 본 발명의 고도처리방법은 외부탄소원을 사용하지 않기 때문에 공정을 간단하게 구성할 수 있으므로 배관을 간단하게 할 수 있고 동력비도 적게 소요되게 된다.
이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 공정흐름도로서, 원수가 무산소조, 호기조, 침전조, RIPS조를 거쳐 유기물과 함께 질소와 인이 제거되는 본 발명의 하수, 폐수 및 오수의 고도처리방법을 간략하게 도시하고 있다.
원수가 무산소조로 이송되어 후속되는 호기조로부터 반송된 혼합액과 침전조로부터 반송된 슬러지 일부와 함께 무산소조건에서 질산성 질소가 기체상의 질소로 환원되어 제거되도록 되어 있는데, 미생물 슬러지가 원수에 포함된 유기물과 질산성 질소를 이용하여 증식하며, 이 과정에서 질산성 질소가 기체상의 질소로 전환되어 제거된다.
이후 호기조에서는 공기가 공급되는 호기조건에서 무산소조부터 유입된 처리수에 포함된 유기물이 호기성 미생물에 의해 제거되고, 또한 원수에 포함된 질소는 질산화 박테리아에 의해 아질산성 질소와 질산성 질소로 전환된다. 호기조의 후단에서 질산성 질소의 탈질을 위해 원수 유량의 1배~2배 정도를 무산소조로 반송시킨다.
호기조를 거친 혼합액은 침전조에서 고액분리가 되도록 하는데, 침전되는 슬러지중 일부, 바람직하게는 원수유량의 0.2~0.5배 정도를 무산소조로 반송시키고 나머지 잉여슬러지는 슬러지 처리공정을 통해 처리된 후 처분되거나 유효자원으로 재이용될 수 있게 한다.
침전조에서 고액분리과정을 거친 상징수는 이후의 RIPS조에서 상징수에 포함된 인성분을 제거하는 공정을 거치게 되는데, 먼저 상징수의 pH를 8.5~9.5의 범위로 조정하기 위해 알칼리제와 인의 석출에 필요한 칼슘을 주입한다. 이때 사용되는 알칼리제는 수산화나트륨, 수산화칼슘, 수산화칼륨 등이 사용될 수 있다. 상징수에 포함된 인성분은 대부분 정인산이온(PO4 3-)으로써 칼슘이온(Ca2+)와 수산화기(OH-)와 반응하여 난용해성의 염인 하이드록시 아파타이트([Ca10(OH)2(PO4)6], 이하 '아파타이트'라 칭함)으로 전환된다.
이 반응을 다음 반응식 1에 나타내었다.
10Ca2++ 6PO4 3-+ 2OH-→ Ca10(OH)2(PO4)6
이 반응의 메카니즘은 다음과 같다.
어느 물질의 과포화용액에 그 물질의 결정을 넣으면 용질이 결정을 핵으로 하여 석출된다. 인산과 칼슘이 혼합된 용액은 각각의 성분의 농도에 따라서 아파타이트를 검출하는 경계, 즉 용해도 곡선이 존재한다. 또한 준안정지역이 존재하여 이 지역의 경계 이상으로 칼슘이온을 첨가하면, 아파타이트가 응집, 침전되기 시작한다. 통상 석회응집침전법은 이 불안정지역에서의 반응을 응용한 것이다. 준안정지역 상태에서 그 용질과 동일하거나 유사한 물질의 종결정(seed crystal)이 존재하면, 결정 표면에 아파타이트가 석출되고, 그 결과로서 인산과 칼슘이 제거된다. 일반적인 정석탈인법은 종결정으로서 분말상의 미세입자(슬래그 등)를 사용하는데,종결정 표면에 인산이 점차 축적되어 성장하면, 이를 분리하여 제거한다.
즉, 본 발명의 RIPS조에서 종결정을 RIPS인 담체에 미리 부착시켜 놓은 후 인산이 RIPS표면에 부착되도록 하여 이를 제거토록 하는 것이다.
RIPS인 담체의 인산부착율을 높이기 위하여 조 중앙에서 담체가 회전하며 물과 접촉될 수 있도록 하는 것이 바람직하고 준안정지역으로 pH가 조정된 상징수는 종결정이 있는 RIPS표면에서 반응하여 아파타이트를 생성하며 곧바로 RIPS표면에 부착되고 그 결과 상징수중의 인이 제거되는 것이다.
인이 제거된 상징수는 유출시키기엔 부적합할 수 있으므로 여기에 산을 주입하여 중화시킨 다음 이를 유출시키는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 본 발명의 하수, 폐수 및 오수의 고도처리방법은 원수중 유기물을 인 제거에는 사용하지 않고 질소 제거에만 사용하므로 기존의 생물학적 질소, 인 동시제거 방법보다 질소 제거율이 향상되고 안정된 처리효율을 얻을 수 있다.
그리고 외부탄소원을 사용하지 않으므로 공정의 구성이 간단하고 안정적이며, 원수의 수질 변동에 대해서도 유기물 제거율과 질소 제거율 및 인 제거율이 안정이다.
또한 인 제거율이 높기 때문에 최종방류수의 인 농도를 1mg/L이하로 낮출 수 있고, RIPS에 부착된 아파타이트는 고체상으로 회수되기 때문에 인산비료의 원료로서 재이용될 수 있으며, 기존 공법에 비해 배관이 간단하고 동력비가 적게 소요되는 효과가 있다.

Claims (3)

1)무산소조로 유입된 유기물과 질소 인등이 포함된 원수와 후속되는 호기조로부터 반송된 혼합액 및 침전조로부터 반송된 슬러지 일부를 이용하여 무산소 조건에서 탈질시키는 단계; 2)호기조에서 상기 무산소조로부터 유입된 처리수중의 유기물과 질소를 호기조건에서 산화시키는 단계; 3)침전조에서 호기조를 거친 혼합액에서 고액분리시키는 단계; 4)RIPS(Rotating Immobilized Phosphorus Sweeper)조에서 상기 침전조의 상징수가 유입되어 고정상 정석탈인법에 의해 인을 제거시키는 단계;로 이루어진 회전식 고정상 정석탈인공정을 이용한 하수, 폐수 및 오수의 고도처리방법.
제1항에 있어서, 상기 RIPS조로 유입되는 상징수의 pH를 8.5~9.5로 조정키 위해 알칼리제를 주입하고, 이와 별도로 칼슘을 주입하는 것을 특징으로 회전식 고정상 정석탈인공정을 이용한 하수, 폐수 및 오수의 고도처리방법.
제1항에 있어서, 상기 RIPS조를 거친 청정수를 산을 주입하여 이를 중화시킨 후 유출되도록 된 것을 특징으로 하는 회전식 고정상 정석탈인공정을 이용한 하수, 폐수 및 오수의 고도처리방법.
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