KR20000026050A - 유기성폐기물을 이용하는 질소·인제거방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하수 또는 폐수를 처리함에 있어서, 생물학적반응조와 침전지로구성된 처리공정에 발효조가 구비되고 잔반등의 음식물쓰레기, 수거분뇨, 축산분뇨, 산업공장에서 발생되는 유기성부산물 등의 유기성폐기물이 혐기성발효되어 생성되는 초산염계열의 유기산을 후탈질방법에 의한 질소산화물의 탈질반응에 소요되는 전자공여체로 이용하거나 인의 방출을 위한 혐기성조건의 유지에 이용하는 한편, 유입하폐수에 함유되는 용존성유기물을 전탈질방법에 의한 질소산화물의 탈질을 위한 무산소조건의 유지와 인의 방출을 위한 혐기성 조건의 유지에 이용하므로써 경제이고 효과적인 질소·인제거는 물론 유기성폐기물의 처리·처분에 기여하게 되는 질소·인제거방법에 관한 것이다.

Description

유기성폐기물을 이용하는 질소·인제거방법( Nitrogen ＆ Phosphorous Removing Methods from Waste Water with using Organic Wastes )

본 발명은 하수 또는 폐수로부터 영양염류를 제거하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도시하수처리장, 산업폐수처리장 등에서 처리되는 하수 또는 폐수로부터 질소와 인을 제거하기 위하여 반응조와 침전지로 구성되는 생물학적처리공정에 혐기성발효조를 설치하고 잔반 등의 음식쓰레기, 수거분뇨, 축산분뇨, 축산폐수, 산업공장에서 발생되는 유기성부산물 또는 기타의 유기성폐기물을 이용하여 질소와 인을 높은 효율로 제거할 수 있는 하폐수처리방법에 관한 것이다.

하수중의 오염물질은 생화학적산소요구량(BOD)으로 표시되는 유기물과 질소와 인과 같은 영양염류등으로 분류될 수 있다. 지금까지 하수처리장에서는 유기물을 주된 처리대상으로 하였으며 질소와 인의 상당부분은 제거되지 못하고 그대로 하천과 호소 또는 해양등의 수계로 방류되었다.

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

생물학적 탈질의 원리는 먼저 호기성(Aerobic)상태에서 질산화(Nitrosomonas,Nitrobactor)균에 의해 암모니아성질소를 산화하여 질산염으로 전환시킨다. 이를 다시 무산소(Anoxic)상태에서 질산염형태의 결합산소가 용존산소대용으로 이용하게 되어 유리질소상태로 환원시키는 미생물의 특성에 의하여 하수에서 질소가 제거되며 이때에 전자공여체로서 유기물이 소요된다.

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

그러나 전탈질방법에서는 유입하수에 미생물이 쉽게 이용할 수 있는 용존성유기물농도가 낮은 경우에는 탈질효율이 저조하며, 후탈질방법의 경우 처리효율이 높은 전탈질방법에서보다 무산소반응조의 용량이 작은 장점은 있으나 탈질에 소요되는 전자공여체로 이용하기 위하여 메칠알콜과 같이 쉽게 분해되는 유기물을 무산소반응조에 주입하여야 되므로 비용부담이 큰 어려움이 있다.

종래의 기술중 개량된 것으로는 질소제거효율이 높고 무산소반응조의 소요용량이 작은 후탈질방법의 장점을 살리되, 메칠알콜, 유기산 등의 전자공여체 조달에 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 공정에서 생성된 질소산화물을 충분히 제거하기에는 유입하폐수에 함유되는 고형물인 생슬러지만으로는 유기물이 부족하여 탈질효율이 낮은 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상술한 제문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 구체적으로는 질소제거효율이 높고 무산소반응조의 용량이 작은 후탈질방법의 장점을 살리되, 메칠알콜 조달에 소요되는 운전비용의 문제를 해소하기 위하여 우리나라에서 과다하게 발생되어 처리처분에 애로를 겪고 있는 음식쓰레기, 축산분뇨, 수거분뇨 등 풍부한 유기성폐기물을 탈질에 필요한 전자공여체로 이용하여 질소·인제거효율이 크게 향상될 수 있는 유기성폐기물을 이용하는 하폐수고도처리방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

우리나라의 경우 실제 먹는양보다 많은 음식을 조리하는 불합리한 음식문화에 의하여 잔밥 등 음식쓰레기 발생량이 많다. 통계에 의하면 년간 발생되는 음식쓰레기는 1995년 기준 약 5,500,000톤에 달하여 발생량이 과다하며, 유기물농도가 매우 높은 수거분뇨와 축산분뇨 등도 많은 문제를 야기시키고 있다. 이러한 음식쓰레기는 소각, 퇴비화, 매립 등의 방법으로 처분될 수 있으나 지금까지 주로 매립에 의존하였으며, 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 이산화탄소로 분해된다. 유기물의 혐기성발효공정에서 메탄발효단계는 매우 까다롭고 실패하기 쉬우나 메탄발효의 전단계인 유기산발효단계까지는 매우 용이하게 이루어진다. 또한, 이러한 유기성폐기물은 발생후 수거 및 운반되기까지 경과되는 기간에 따라 자체 발효되어 상당량의 유기산과 용존성유기물이 증가되게 된다.

본 발명에서는 이와 같은 음식쓰레기, 수거분뇨, 축산분뇨 등 유기물의 조성과 혐기성발효특성에 착안하여 하폐수처리장에 발효조를 설치하고 상기 발효조에서 유기성폐기물이 발효되어 생성되는 아세트산계열의 유기산을 이용하여 호기성반응조에서 질산화된 질소산화물을 무산소반응조에서 탈질에 필요한 전자공여체로 이용되도록 하였다. 음식쓰레기등은 주로 차량을 이용하여 매립장으로 운반되고 있으며, 본 발명에서도 차량에 의하여 하폐수처리장으로 반입되기도 한다. 따라서 음식쓰레기의 운반량을 줄이는 것은 수송비용과 2차 환경오염의 저감측면에서도 매우 유리하기 때문에 수거과정에서 음식쓰레기의 수분함량을 낮추는 것은 중요한 과제이며 축산분뇨 등의 운반에서도 동일하게 중요한 과제이다. 차량으로 반입된 음식쓰레기를 곧바로 발효조에서 유기산으로 발효시키기에는 고형물농도가 과다하여 희석수로 희석이 요구되기도 한다. 또한 음식쓰레기에는 염분농도가 과다하여 원활한 발효를 위해서는 염분을 희석시키는 것이 바람직하다. 그러나, 이러한 희석수로서 처리된 하수를 사용하는 것은 하수처리소요용량을 증대시켜 경제적으로 불리한 문제점이 발생되므로 고형물농도가 2∼5％정도로 매우 낮은 제1침전지에서 인출되는 생슬러지를 희석용수로 사용하는 것이 바람직하다.

특히 우리나라의 음식쓰레기에 함유된 높은 농도의 염분은 발효에 장애가 될 수 있으나, 본 발명에서는 이러한 염분이 고형물농도가 낮은 생슬러지에 희석되어 발효되므로 발효가 보다 용이하다. 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.

우리나라에서는 수세식화장실이 많이 보급되어 있으나 현재에도 재래식화장실에서 수거분뇨가 발생되고 있으며 축산폐수처리는 매우 어려운 문제로 대두되고 있다. 따라서 수거분뇨와 축산분뇨를 질소·인제거에 사용하게 되면 액상폐기물의 처리문제가 경감됨은 물론, 하폐수처리에서 질소·인제거효율도 증대시킬 수 있다. 탈질을 위한 전자공여체로는 탄소성유기물 대 질소비율(C/N비)이 보다 낮은 축산분뇨가 수거분뇨보다 유리하다.

본 발명에서와 같이 음식쓰레기 수거분뇨, 축산폐수 또는 생산공정에서 발생되는 유기성부산물과 같은 유기성폐기물을 탈질반응에 소요되는 전자공여체로 이용하거나 인의 방출은 위한 혐기성조건의 유지에 이용하게 되면 먼저 하수처리장에서 질소·인제거효율이 향상되어 방류수계의 부영양화가 개선되고 저농도 하수 유입에 따른 슬러지의 세정문제가 해소될 수 있으며 매립에 따른 매립지소요와 침출수 발생등 2차오염을 줄일 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 제1실시예의 개략 공정도,

도 2는 본 발명에 따른 제2실시예의 개략 공정도,

도 3은 본 발명에 따른 제3실시예의 개략 공정도,

도 4는 본 발명에 따른 제4실시예의 개략 공정도,

도 5는 본 발명에 따른 제5실시예의 개략 공정도,

도 6은 본 발명에 따른 제6실시예의 개략 공정도이다.

- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 -

1 : 혐기성반응조 2 : 호기성반응조

2a : 제1호기성반응조 2b : 제2호기성반응조

3 : 무산소반응조 3a : 제1무산소반응조

3b : 제2무산소반응조 4 : 침전지

4a : 제1침전지 4b : 제2침전지

5 : 발효조 6 : 반송슬러지

7 : 발효액 8 : 내부순환수

9 : 생슬러지

이하 본 발명은 첨부한 예시도면을 참조하여 자세히 설명한다.

<도 1의 제1실시예에 관한 설명>

도 1은 본 발명에 따른 유기성폐기물을 이용하는 질소·인제거방법의 제1실시예에 관한 개략적인 공정도이다.

도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 유입하수→혐기성반응조(1)→제1호기성반응조(2a)→무산소반응조(3)→제2호기성반응조(2b)→침전지(4)→유출수의 순서로 구성된 공정에 발효조(5)가 구비되며, 상기 발효조(5)에는 유기성 폐기물이 투입되어 외부에서 식종된 미생물 또는 자체 생성되는 미생물에 의하여 발효된 발효액(7)이 상기 무산소반응조(3)에 주입되고, 침전지(4)에서 침전된 활성슬러지는 반송슬러지(6)로서 상기 혐기성반응조(1)로 유입되는 일련의 공정으로 구성된다. 이하 개별 단위공정의 작용을 설명하면 다음과 같다.

혐기성반응조(1)에서는 비포기교반상태에서 혐기성조건이 유지되며 상기 침전지(4)에서 반송되는 슬러지로부터 인이 방출되도록 하며 반송슬러지(6) 유입액에 함유되는 질산성질소의 탈질반응도 이루어진다.

제1호기성반응조(2a)에서는, 혐기성반응조(1)로부터 유입되는 반응액이 포기혼합되어 활성슬러지미생물의 이화 및 동화작용에 의하여 하수중의 유기물질이 제거되며 암모니아성질소가 질산화미생물의 대사작용에 의하여 질산성질소(NO₂, NO₃)로 산화된다. 상기 제1호기성반응조(2a)의 또다른 중요한 작용은 상기 혐기성반응조(1)에서 방출된 인이 활성슬러지미생물에 과잉섭취 및 농축되어 하수에서 인이 제거되도록 하는 것이다.

무산소반응조(3)에서는, 산소가 공급되지 않고 교반만 이루어지는 상태에서 호기성미생물에 의하여 유리산소대신에 제1호기성반응조(2a)로부터 유입되는 질산성질소형태의 결합산소가 이용되어 유리질소로 환원되는 탈질반응이 주로 진행된다. 질산성질소가 전자수용체로 이용되어 유리질소로 환원되기 위해서는 전자공여체인 유기물이 주입되어야 하며, 과거에는 본 발명에서와는 달리 주로 메칠알콜을 구입하여 사용하였다.

메칠알콜 사용에 따른 과다한 경제적 부담을 해소하기 위하여 본 발명에서는 상기 발효조(5)에서 음식쓰레기, 수거분뇨, 축산분뇨 등 유기성폐기물을 발효시켜서 생성되는 분해되기 쉬운 초산염계열의 유기산이 전자공여체로 이용되도록 개선하였다. 음식쓰레기, 수거분뇨, 축산분뇨 등을 발효시켜 탈질공정에 이용하게 되면 우리나라에서 처리처분에 많은 애로를 겪고 있는 음식쓰레기와 액상폐기물의 처리처분문제도 경감될 수 있다.

제2호기성반응조(2b)는 상기 무산소반응조(3)에서 유입되는 고형물현탁혼합액이 호기성상태로 전환되는 재포기 공정이다. 그 작용으로는, 잔존유기물이 호기성미생물에 의하여 분해되며, 탈질(Denitrification)반응이 완료되어 수중에 유리상태로 존재하는 질소가 탈기(Air Stripping)되어 대기중으로 방출되고, 전단계의 무산소조건에서 악화되기도 하는 슬러지의 침강성이 개선되는 공정이다.

침전지(4)는 유입되는 고형물현탁혼합액에서 고형물이 침전되어 깨끗한 상징수가 분리되는 고액분리공정으로, 상기 상징수는 처리수로써 유출되며 침전된 고형물인 활성슬러지는 상기 혐기성반응조(1)로 반송되고 일부 잉여분은 폐기되기도 한다.

발효조(5)에서는, 투입된 음식쓰레기, 수거분뇨, 축산분뇨 등에 함유되었던 유기물이 혐기성상태에서 발효되어 초산염계열의 유기산이 생성되는 공정이다. 본 공정에서 발효되어 유기산이 함유된 발효액(7)은 앞에서 설명한 것과 같이 상기 무산소반응조(3)에 주입되어 탈질에 소요되는 전자공여체로 이용된다.

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

본 발명에 의한 고형성유기물이 발효되는 발효조(5)는 기존의 하수처리장에서 슬러지 감량화 및 메탄가스 생성을 위해 주로 사용되어 온 혐기성소화조와 기본적으로 같은 원리의 단위공정이며 운전형태가 변경된 것에 불과하다. 따라서 기존의 슬러지소화조를 발효조로 이용하므로써, 가동중인 하폐수처리시설에서도 본 발명에 의한 고도처리방법이 용이하게 채택될 수 있다. 기존의 슬러지소화조에서는 유기물을 유기산발효단계를 거쳐서 메탄등 가스생성단계까지 최종분해시켰다. 그러나, 본 발명에서는 종래의 슬러지소화공정의 반응을 한 단계 단축시켜 유기산발효단계에서 반응을 종료시키고, 여기에서 생성되는 유기산이 지금까지 후탈질방법에서 사용되어온 메칠알콜을 대신하여 탈질반응에 이용되므로 질소제거효율이 향상되고 경제적인 측면에서도 매우 유리하다.

탈질이 신속히 이루어지려면 미생물의 호흡이 왕성하여야 되며, 미생물의 호흡은 미생물이 이용할 수 있는 유기물의 종류와 양에 밀접하게 관계되므로 미생물에 의하여 쉽게 이용될 수 있는 유기물이 충분히 공급되어야 한다. 지금까지 후탈질방법에서는 미생물에 의하여 쉽게 이용될 수 있고 비교적 가격이 저렴한 메칠알콜을 이용하였으나, 실험결과에 의하면 이러한 유기물로는 분자구조가 비교적 간단한 초산염(아세테이트)이 가장 유리하고, 그 다음에는 부틸염과 알콜류의 순서임이 확인되었다. 발효후 생성된 유기물은 초산염이 가장 많으며 그다음 부틸염, 프로필염 및 알콜류 등으로 이루어져 탈질반응에 효과적으로 이용될 수 있다.

특히 지금까지 사용되어온 슬러지소화조와 폐기물 메탄발효공정에서는 유기산발효단계까지는 쉽게 완료되고서도 매우 까다로운 메탄발효단계에서 운전에 실패하는 사례가 빈번하였다. 반면에 본 발명에서는 유기산발효단계에서 반응이 종료된 발효액(7)이 탈질에 이용되므로 메탄발효보다 실패의 위험부담이 적고 안정된 방법이다.

상기 발효조(5)에서 유기산발효가 진행됨에 따라 수소이온농도가 과다하게 증가되어 효과적인 발효를 위해서는 알칼리제의 투입이 요구되기도 한다. 또한 유화수소가스 등이 발생되어 악취가 발생되기도 하므로 2가철염(Fe⁺⁺)을 투입하거나 생성된 가스를 제1호기성반응조(2a)에 불어넣어서 호기성미생물에 의하여 악취원인물질이 분해될 수도 있다.

유기성폐기물에는 발효될 수 없는 비닐봉지 등의 협잡물이 섞여 있거나 조대한 유기물덩어리도 포함되어 있으므로 발효조(5)에 투입되기 전에 스크린등의 협잡물제거수단[도면미표기]을 이용하여 협잡물을 제거하거나 분쇄기등의 파쇄수단[도면미표기]을 이용하여 분쇄하여 하폐수 유입량에 비례하여 정량 투입하는 것이 바람직하다.

상기 발효조(5)에서 발효가 완료된 발효액(7)에는 무기성고형물 또는 분해되지 못한 유기성고형물이 포함되기도 한다. 이러한 고형물이 제거되지 못하고 상기 무산소반응조(3)에 주입되면 고형성유기물은 서서히 분해되어 침전지(4) 또는 침전지(4)에 근접한 상기 제2호기성반응조(2b)에서 유기물이 용출되어 처리수질에 악영향을 주기도 한다. 또한 무기성고형물은 반송슬러지를 통하여 수처리공정을 순환하게 되므로 활성슬러지에는 반응에 기여하는 활성미생물의 구성비율이 감소되어 슬러지의 활성이 저하되기도 한다. 따라서 발효조(5)에는 고액분리수단[도면미표기]을 추가하여 고형물이 분리된 여액을 사용하는 것이 바람직하다.

고액분리수단으로는 발효조(5) 다음에 침전지 또는 탈수기를 추가로 설치하거나, 또는 2개 이상의 발효조를 직렬로 연결하여 발효액이 유출되는 발효조는 교반을 중지하여 침전이 이루어지도록 하고 유출입의 흐름방향을 변경하여 사용하는 방법 등이 있다.

<도 2의 제2실시예에 관한 설명>

도 2는 본 발명에 따른 유기성폐기물을 이용하는 질소·인제거방법의 제2실시예에 관한 것이다.

도시된 바와같이, 본 실시예에서는 유입하수→제1무산소반응조(3a)→제1호기성반응조(2a)→제2무산소반응조(3b)→제2호기성반응조(2b)→침전지(4)→유출수의 순서로 구성된 공정에 발효조(5)가 구비되며, 상기 발효조(5)에는 유기성 폐기물이 투입되어, 외부에서 식종된 미생물 또는 자체 생성된 미생물에 의하여 상기 유기성폐기물이 발효된 발효액(7)은 제2무산소반응조(3b)에 주입되고, 침전지(4)에서 침전된 활성슬러지는 반송슬러지(6)로서 상기 제1무산소반응조(3a)로 반송되며, 상기 제1호기성반응조(2a)의 반응액이 내부순환수(8)로서 상기 제1무산소반응조(3a)에 유입되는 일련의 공정으로 구성된다.

본 실시예에서는 제2무산소반응조(3b)에 의한 후탈질과 제1호기성반응조(2a)로부터 내부순환수(8)가 유입되는 제1무산소반응조(3a)에 의한 전탈질이 함께 이루어지게 되며, 유입하폐수에 포함된 유기물도 추가로 탈질반응에 소요되는 전자공여체로 이용되어 유기물이 최대한 활용될 수 있다. 따라서 유기성폐기물이 부족하여 상기 폐기물발효액(7)에 의한 후탈질만으로는 탈질효율이 충족되지 못할 경우에 유리한 방법이다.

<도 3의 제3실시예에 관한 설명>

도 3은 본 발명에 따른 유기성폐기물을 이용하는 질소·인제거방법의 제3실시예에 관한 것이다.

도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 제2실시예를 구성하는 공정에서 제1호기성반응조(2a)의 앞단계에 혐기성반응조(1)가 추가로 설치되어, 처리공정의 순서는 유입하수→혐기성반응조(1)→제1호기성반응조(2a)→무산소반응조(3)→제2호기성반응조(2b)→침전지(4)→유출수로 구성된다.

혐기성반응조(1)에서는 침전지(4)로부터 반송되는 슬러지로부터 인이 방출되고 반송슬러지에 함유된 질소산화물의 탈질반응이 이루어지게 된다. 본 실시예에서는 질소제거효율은 우수하나 인의 제거효율이 저조한 제2실시예에서의 처리공정을 보완한 것으로 혐기성반응조(1)가 추가되므로 인제거효율이 증대될 수 있으며 여타의 단위공정들의 작용은 제1실시예에서와 동일하다.

<도 4의 제4실시예에 관한 설명>

도 4는 본 발명에 따른 유기성폐기물을 이용하는 질소·인제거방법의 제4실시예에 관한 개략적인 공정도이다.

도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 유입하수→제1침전지(4a)→혐기성반응조(1)→제1호기성반응조(2a)→무산소반응조(3)→제2호기성반응조(2b)→제2침전지(4b)→유출수의 순서로 구성된 공정에 발효조(5)가 구비되며, 상기 발효조(5)에는 유기성 폐기물이 투입되고, 제1침전지(4a)에서 인출되는 생슬러지(9)는 발효조(5)로 이송되어 투입되는 유기성폐기물과 함께 혼합 및 발효되며, 발효된 발효액(7)이 상기 무산소반응조(3)에 주입되고, 제2침전지(4b)에서 침전된 활성슬러지는 반송슬러지(6)로서 상기 혐기성반응조(1)로 유입되는 일련의 공정으로 구성된다. 이하 개별 단위공정의 작용을 설명하면 다음과 같다.

고액분리공정인 제1침전지(4a)에서 유입하폐수에 함유되었던 고형물이 침전분리되어 인출되는 생슬러지(9)가 발효조(5)로 이송되어 고형물농도가 높은 유기성폐기물의 희석에 이용되는 한편, 후속공정의 유기물부하를 감소시키게 된다.

음식쓰레기 등은 차량을 이용하여 매립장으로 운반되고 있으며 본 발명에서도 주로 차량에 의하여 하수처리장으로 반입되어야 한다. 따라서 음식쓰레기의 운반량을 줄이는 것은 경제적으로나 운반공정에서 발생되는 2차 환경오염의 측면에서도 매우 유리하기 때문에 음식쓰레기의 수분함량을 낮추는 것은 중요한 과제이며 축산분뇨 등의 운반에서도 동일하다. 차량으로 반입된 음식쓰레기를 곧바로 폐기물발효조(5)에서 유기산으로 발효시키기에는 고형물농도가 과다하여 희석수로 희석이 요구되는 실정이다. 희석수로서 처리된 하수를 사용하는 것은 하수처리소요용량을 증대시켜 경제적으로 불리한 문제점이 발생되므로 실시예에서와 같이 생슬러지를 희석수로 사용하는 것이 유리하다.

또한 제1호기성반응조(2a)에서는 유기물의 분해반응과 질산화반응이 진행되므로, 경제적이고 효율적인 시설이 되기 위해서는 가급적 유입되는 유기물농도가 낮은 것이 유리하다. 유입 유기물농도가 높으면 제1호기성반응조(2a)의 용량이 증대되고 용존산소가 활성슬러지미생물에 의하여 유기물제거에 우선적으로 소모되기 때문에 질산화미생물에 의한 산소 이용의 기회는 그만큼 감소되기 때문이다.

제1호기성반응조(2a)에 유입되는 유기물농도를 경감시키기 위하여 제1호기성반응조(2a)의 전단계에 제1침전지(4a)를 설치하게 되면 상기 제1호기성반응조(2a)에 부과되는 유기물부하량은 감소되어 경제성과 효율이 개선될 수 있다. 그러나 상기 제1침전지(4a)에서 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 희석수 확보의 문제점과 생슬러지 처리·처분에 따른 문제점을 해소하기 위하여 본 발명에서는, 상기 최초침전지(4a)를 설치하고 침전분리된 생슬러지(9)를 상기 폐기물발효조(5)에 유입시켜 유기성폐기물의 고형물농도를 발효에 적합하게 낮추는 희석수로 사용하므로써 유기성폐기물의 발효에 적절한 조건이 되도록 고형물농도를 조절할 수 있게 된다. 또한 상기 제1호기성반응조(2a)에서는 유기물부하가 감소되어 질산화효율이 향상되며 취급이 어려운 생슬러지가 발생되지 않으므로 슬러지 처리처분에서 보다 경제적이다. 특히 희석수로 사용된 생슬러지에 함유되는 고형물도 음식쓰레기, 수거분뇨, 축분 등의 유기성폐기물과 함께 발효되어 탈질에 필요한 전자공여체의 일부로 이용될 수 있다. 제1침전지(4a)를 제외한 각 단위공정의 작용은 제1실시예에서와 동일하다.

<도 5의 제5실시예에 관한 설명>

도 5는 본 발명에 따른 유기성 폐기물을 이용하는 질소·인제거방법의 제5실시예에 관한 것이다.

도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 유입하수→제1침전지(4a)→제1무산소반응조(3a)→제1호기성반응조(2a)→제2무산소반응조(3b)→제2호기성반응조(2b)→제2침전지(4b)→유출수의 순서로 구성된 공정에 발효조(5)가 구비되며, 상기 발효조(5)에는 유기성폐기물이 투입되고, 제1침전지(4a)에서 인출된 생슬러지(9)는 발효조(5)로 이송되어 투입되는 유기성폐기물과 함께 혼합 및 발효되며, 발효된 발효액(7)은 상기 제2무산소반응조(3b)에 주입되고, 제2침전지(4b)에서 침전된 활성슬러지는 반송슬러지(6)로서 상기 제1무산소반응조(3a)로 유입되며, 상기 제1호기성반응조(2a)의 반응액은 내부순환수(8)로서 상기 제1무산소반응조(3a)로 유입되는 일련의 공정으로 구성된다.

본 실시예에서는 제2무산소반응조(3b)에서 후탈질방법에 의한 탈질반응과 제1호기성반응조(2a)로부터 내부순환수(8)가 유입되는 제1무산소반응조(3a)에서 전탈질방법에 의한 탈질반응이 함께 이루어지게 된다. 따라서 제1침전지(4a)의 유출수에 함유된 용존성유기물도 추가로 탈질반응에 소요되는 전자공여체로 이용되어 유기물이 최대한 활용되므로 유기성 폐기물이 부족하여 상기 폐기물발효액(7)에 의한 후탈질만으로는 탈질효율이 충족되지 못할 경우에 유리한 방법이다.

<도 6의 제6실시예에 관한 설명>

도 6은 본 발명에 따른 유기성 폐기물을 이용하는 고도하폐수처리방법의 제6실시예에 관한 것이다.

도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 제5실시예를 구성하는 공정에서 제1무산소반응조(3a)의 앞단계에 제1침전지(4a)의 후속공정으로서 혐기성반응조(1)가 추가로 설치되어, 공정의 순서는 유입하수→제1침전지(4a)→혐기성반응조(1)→제1무산소반응조(3a)→제1호기성반응조(2a)→제2무산소반응조(3b)→제2호기성반응조(2b)→제2침전지(4b)→유출수로 구성된다.

본 실시예에서는 혐기성반응조(1)가 추가로 구비되고 제2침전지(4b)로부터 반송슬러지(6)가 상기 혐기성반응조(1)로 유입되어 인의 방출효율을 증대시킨 것을 제외하고는 제5실시예와 공정의 구성 및 단위공정의 작용이 동일하다.

앞에서 설명한 각 실시예의 제1호기성반응조(2a)는 탈질반응을 위하여 필수적인 전단계 반응인 질산화반응이 이루어지는 매우 중요한 단위공정이다.

이와 같이 중요한 질산화 반응에 기여하는 질산화미생물은 증식계수(Yield Coefficient)가 다른 호기성미생물보다 매우 낮아서 세정(Wash Out)되기 쉬우므로 상기 제1호기성반응조(2a)에 미생물농도가 높게 유지되어야 한다. 미생물농도가 높게 유지되기 위해서는 고형물체류시간(SRT:Solids Retention Time)이 길어야 된다. 따라서 상기 제1호기성반응조(2a)에서 미생물이 부유증식될 경우에는 상기 호기성반응조(2a)의 용량이 증대되므로 경제적으로 불리하다. 이러한 비경제성이 감소되고 질산화효율이 증대되는 방법으로는 미생물이 부착증식되어 생물막(BioFilm)이 형성되는 생물막접촉재를 제1호기성반응조(2a)에 충전하거나, 질산화미생물이 중점 증식될 수 있도록 질산화미생물이 포괄고정된 담체를 충전하는 것도 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같이 음식쓰레기, 수거분뇨, 축산분뇨, 산업공장에서 발생되는 유기성부산물 또는 기타의 유기성폐기물을 탈질반응에 소요되는 전자공여체로 이용하는 본 발명에 따른 유기성폐기물을 이용하는 질소·인제거방법을 이용하게 되면, 메칠알콜 등을 구입하지 않고서도 경제적인 방법으로 후탈질방법의 장점을 최대한 발휘할 수 있는 한편, 전탈질방법을 추가할 수 있게 되어, 호수의 부영양화에 심각한 영향을 주는 질소와 인을 효과적으로 제거할 수 있다. 또한 처리에 애로를 겪고 있는 수거분뇨, 축산분뇨 등을 질소·인 제거를 위한 자원으로 활용할 수 있게 된다. 특히, 장거리운반에 따른 운반비용 부담과 침출수발생 등, 사회적인 문제로 대두되고 있는 음식쓰레기를 매립장에 비하여 음식물쓰레기가 발생되는 시가지로부터 비교적 근거리에 설치되어 수송이 용이한 하수처리장에서 효과적으로 처리처분할 수 있으며, 동시에 매립장의 수명도 연장할 수 있게 된다.

Claims (14)

1. 활성슬러지로부터 인이 방출되는 혐기성반응조(1), 유기물이 호기성분해되고 유기성질소와 암모니아성질소가 질산화되는 제1호기성반응조(2a), 상기 제1호기성반응조(2a)에서 산화된 질소산화물의 탈질반응이 이루어지는 무산소반응조(3), 상기 무산소반응조(3)의 유출수에 함유된 잔존 유기물이 호기성상태에서 산화분해되고 질소의 탈기 및 활성슬러지에 인이 과잉섭취되는 제2호기성반응조(2b), 상기 제2호기성반응조(2b)의 유출수로부터 고형물과 상징수가 분리되는 침전지(4)를 순차적으로 거치게 되며, 침전지(4)에서 침전된 고형물이 반송슬러지(6)로서 상기 혐기성반응조(2a)로 유입되는 일련의 과정이 포함되는 하폐수처리방법에 있어서,

   발효조(5)가 구비되고 음식물쓰레기, 수거분뇨, 축산분뇨, 산업공장에서 발생되는 유기성부산물 또는 기타의 유기성폐기물이 상기 발효조(5)에서 외부에서 식종된 미생물 또는 자체 생성되는 미생물에 의하여 발효되어 생성되는 유기산 등이 함유된 발효액(7)이 상기 무산소반응조(3)에 주입되어 탈질반응에 필요한 전자공여체로 이용되는 것을 특징으로하는 유기성폐기물을 이용하는 질소·인제거방법
2. 제1항에 있어서, 상기 유기성폐기물이 발효조(5)에 투입되기 전에 파쇄되거나 협잡물이 제거될 수 있도록 하는, 분쇄기 등의 파쇄수단 또는 스크린 등의 협잡물제거수단을 거치는 것을 특징으로 하는 유기성폐기물을 이용하는 질소·인제거방법
3. 제1항에 있어서, 상기 발효조(5)에는 고액분리공정이 구비되어 고형물이 제거된 액상의 발효액(7)이 상기 무산소반응조(3)에 주입되는 것을 특징으로하는 유기성폐기물을 이용하는 질소·인제거방법
4. 질소산화물이 무산소상태에서 환원되는 탈질반응이 주로 이루어지는 제1무산소반응조(3a), 유기물이 호기성 분해되고 유기성질소와 암모니아성질소가 질산화되는 제1호기성반응조(2a), 질소산화물이 무산소상태에서 환원되는 탈질반응이 주로 이루어지는 제2무산소반응조(3b), 상기 제2무산소반응조(3b)의 유출수에 함유된 잔존 유기물이 호기성상태에서 분해되거나 질소의 탈기 및 활성슬러지에 인이 과잉섭취되는 제2호기성반응조(2b), 상기 제2호기성반응조(2b)의 유출수로부터 고형물과 상징수가 분리되는 침전지(4)를 순차적으로 거치며, 침전지(4)에서 침전된 고형물이 반송슬러지(6)로서 상기 제1무산소반응조(3a)로 유입되고, 제1호기성반응조(2a)의 반응액이 내부순화수(8)로서 제1무산소반응조(3a)로 유입되는 일련의 과정이 포함되는 하폐수처리방법에 있어서,

   발효조(5)가 구비되고, 음식물쓰레기, 수거분뇨, 축산분뇨, 산업공장에서 발생되는 유기성부산물 또는 기타의 유기성폐기물이 상기 발효조(5)에서 외부에서 식종된 미생물 또는 자체 생성된 미생물에 의하여 발효되어 생성되는 유기산 등이 함유된 발효액(7)이 상기 제2무산소반응조(3b)에 주입되어 탈질반응에 필요한 전자공여체로 이용되는 것을 특징으로 하는 유기성폐기물을 이용하는 질소·인제거방법
5. 제4항에 있어서, 상기 유기성폐기물이 발효조(5)에 투입되기 전에 파쇄되거나 협잡물이 제거될 수 있도록 하는, 분쇄기 등의 파쇄수단 또는 스크린 등의 협잡물제거수단을 거치는 것을 특징으로 하는 유기성폐기물을 이용하는 질소·인제거방법
6. 제4항에 있어서, 상기 발효조(5)에는 고액분리공정이 구비되어 고형물이 제거된 액상의 발효액(7)이 상기 제2무산소반응조(3b)에 주입되는 것을 특징으로 하는 유기성폐기물을 이용하는 질소·인제거방법
7. 제4항에 있어서, 상기 제1호기성반응조(2a)의 전단계에는 활성슬러지로부터 인이 방출되는 혐기성반응조(1)가 추가로 설치되고, 상기 침전지(4)에서 반송슬러지(6)가 상기 혐기성반응조(1)로 유입되는 것을 특징으로 하는 유기성폐기물을 이용하는 질소·인제거방법
8. 유입하폐수에 함유된 고형물이 침전분리되는 제1침전지(4a), 활성슬러지에서 인이 방출되는 혐기성반응조(1), 유기물이 호기성분해되고 유기성질소와 암모니아성질소가 질산화되는 제1호기성반응조(2a), 상기 제1호기성반응조(2a)에서 산화된 질소산화물의 탈질반응이 이루어지는 무산소반응조(3), 상기 무산소반응조(3)의 유출수에 함유된 잔존 유기물이 호기성상태에서 분해되고 질소의 탈기 및 활성슬러지에 인이 과잉섭취되는 제2호기성반응조(2b), 상기 제2호기성반응조(2b)의 유출수로부터 고형물과 상징수가 분리되는 제2침전지(4b)를 순차적으로 거치며, 제2침전지(4b)에서 침전된 고형물이 반송슬러지(6)로서 상기 혐기성반응조(1)로 유입되는 일련의 과정이 포함되는 하폐수처리방법에 있어서,

   발효조(5)가 구비되며, 상기 발효조(5)에는 음식물쓰레기, 수거분뇨, 축산분뇨, 산업공정에서 발생되는 유기성부산물, 기타의 유기성폐기물이 투입되고, 상기 제1침전지(4a)에서 인출되는 생슬러지(9)는 발효조(5)로 이송되어 유기성폐기물과 함께 외부에서 식종된 미생물 또는 자체 생성된 미생물에 의하여 발효되고, 상기 발효조(5)에서 발효되어 생성되는 유기산 등이 함유된 발효액(7)이 상기 무산소반응조(3)에 주입되어 탈질반응에 필요한 전자공여체로 이용되는 것을 특징으로 하는 유기성폐기물을 이용하는 질소·인제거방법
9. 제8항에 있어서, 상기 유기성폐기물이 발효조(5)에 투입되기 전에 파쇄되거나 협잡물이 제거될 수 있도록 하는, 분쇄기 등의 파쇄수단 또는 스크린 등의 협잡물제거수단을 거치는 것을 특징으로 하는 유기성폐기물을 이용하는 질소·인제거방법.
10. 제8항에 있어서, 상기 발효조(5)에는 고액분리공정이 구비되어 고형물이 제거된 액상의 발효액(7)이 상기 무산소반응조(3)에 주입되는 것을 특징으로하는 유기성폐기물을 이용하는 질소·인제거방법
11. 유입하폐수에 함유된 고형물이 침전분리되는 제1침전지(4a), 질소산화물이 환원되는 탈질반응이 주로 이루어지는 제1무산소반응조(3a), 유기물이 호기성분해되고 유기성질소와 암모니아성질소가 질산화되는 제1호기성반응조(2a), 상기 제1호기성반응조(2a)에서 산화된 질소산화물의 탈질반응이 이루어지는 제2무산소반응조(3b), 상기 제2무산소반응조(3b)의 유출수에 함유된 잔존 유기물이 호기성상태에서 산화분해되고 질소의 탈기 및 활성슬러지에 인이 과잉섭취되는 제2호기성반응조(2b), 상기 제2호기성반응조(2b)의 유출수로부터 고형물과 상징수가 분리되는 제2침전지(4b)를 순차적으로 거치게 되며, 제2침전지(4b)에서 침전된 고형물이 반송슬러지(6)로서 상기 제1무산소반응조(3a)로 유입되고, 제1호기성반응조(2a)의 반응액이 내부순환수(8)로서 제1무산소반응조(3a)로 유입되는 일련의 과정이 포함되는 하폐수처리방법에 있어서,

    발효조(5)가 구비되며, 상기 발효조(5)에는 음식물쓰레기, 수거분뇨, 축산분뇨, 산업공장에서 발생되는 유기성부산물 또는 기타의 유기성폐기물이 투입되고, 상기 제1침전지(1a)에서 인출되는 생슬러지(9)는 발효조(5)로 이송되어 유기성폐기물과 함께 외부에서 식종된 미생물 또는 자체 생성된 미생물에 의하여 발효되고, 상기 발효조(5)에서 발효되어 생성되는 유기산 등이 함유된 발효액(7)이 상기 제2무산소반응조(3b)에 주입되어 탈질반응에 필요한 전자공여체로 이용되는 것을 특징으로하는 유기성폐기물을 이용하는 질소·인제거방법
12. 제10항에 있어서, 상기 유기성폐기물이 발효조(5)에 투입되기 전에 파쇄되거나 협잡물이 제거될 수 있도록 하는, 분쇄기 등의 파쇄수단 또는 스크린 등의 협잡물제거수단을 거치는 것을 특징으로 하는 유기성폐기물을 이용하는 질소·인제거방법
13. 제10항에 있어서, 상기 발효조(5)에는 고액분리공정이 구비되어 고형물이 제거된 액상의 발효액(7)이 상기 제2무산소반응조(3b)에 주입되는 것을 특징으로 하는 유기성폐기물을 이용하는 질소·인제거방법
14. 제10항에 있어서, 상기 제1무산소반응조(3a)의 전단계에는 상기 제1침전지(4a)의 후속공정으로서 활성슬러지로부터 인이 방출되는 혐기성반응조(1)가 추가로 설치되고, 상기 제2침전지(4b)에서 반송슬러지(6)가 상기 혐기성반응조(1)로 유입되는 것을 특징으로 하는 유기성폐기물을 이용하는 질소·인제거방법