KR20010079014A - 하·폐수의 질소를 처리하기 위한 하·폐수 처리 자동화시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하·폐수 처리 자동화 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 처리공정에 유입되는 하·폐수의 유량 및 농도(질소, 유기물), 온도 등 외적인 요인의 변화에 따라 생물학적 하·폐수 처리공정 폭기조 내의 질소농도가 심하게 변동되더라도 질소 농도측정장치와 제어부를 통해 자동으로 폭기공정과 그 밖의 하,폐수 처리공정을 자동으로 제어함으로써, 보다 경제적이고 효율적으로 하,폐수를 처리할 수 있는 하,폐수 처리자동화 시스템 및 그 방법을 제공한다.

Description

하·폐수의 질소를 처리하기 위한 하·폐수 처리 자동화 시스템 및 그 방법{AUTOMATIC SYSTEM AND METHOD FOR TREATING NITROGEN IN WASTE WATER}

본 발명은 처리공정 내·외적인 요인에 따라 실시간으로 변화하는 생물학적하·폐수 처리공정이 안정적이면서 고효율로 시행되도록 하는 최적화 자동제어 시스템을 사용하여 질소를 제거하기 위한 하·폐수 처리 자동화 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 폭기조 내·외에서 실시간으로 질소농도를 자동으로 측정하는 자동측정 장치에 의해 측정된 데이터에 의거하여 제어부에 의해 자동 제어되는 최적의 질소 제거 간헐폭기공정을 수행함으로써, 하·폐수에 함유된 광범위한 농도의 질소를 생물학적으로 안정되게 제거하기 위한 하·폐수 처리 자동화 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

생활양식의 서구화, 인구증가에 따른 대도시화, 식생활의 변화 등으로 인한 생활하수 및 산업폐수의 수질악화는 곧바로 공공 수역의 수질악화로 직결되고 있다. 특히 우리나라는 용수원으로 지표수에 대한 의존도가 90%에 이른다. 이중 호소수 이용율이 40%에 달하고 있어 호소수 및 하천의 수질보전 및 개선은 상수 취수원수 보호 측면에서 매우 중요한 의미를 가지고 있다. 국내 대부분의 호소 및 하천수는 중영양에서 부영양화 상태로 진행중인 것으로 밝혀지고 있어, 이러한 부영양화의 주요 원인인 질소와 인에 대한 저감대책이 관심사항으로 떠오르고 있다.

제거대상 물질인 질소와 인은 수중 조류의 성장을 촉진하는 데, 질소 1kg은 16kg의 CODcr을 인 1kg은 약 120kg의 CODcr을 생산할 수 있는 잠재력을 가지고 있는 것으로 알려지고 있다. 그러나 최근까지 국내에서는 BOD 및 COD의 유기물질 제거에만 관심을 기울여 실질적으로 1mg/L의 인이 방류될 경우, 유발될 수 있는 120mg/L의 CODcr의 영향은 무시되고 있었다고 할 수 있다. 녹조류의 경우에 영양물질은 대체로 탄소가 35∼50%, 질소 3∼10%, 인이 0.5∼1% 가량이며, N/P의 비는7/1∼15/1에 이르고 있다. 이러한 조류의 과다발생에서 기인되는 수중의 부영양화를 방지하기 위해서 질소의 경우 0.05mg/L, 인의 경우 0.005mg/L가 한계값으로 추천되고 있다.

이러한 상황에서 최근에 들어 질소 및 인 제거를 위한 많은 시도가 있으며, 실질적으로 하수처리공정에 이러한 질소, 인 제거 시스템을 도입하는 연구가 진행되고 있다.

그러나 지금까지의 공정들은 하·폐수 처리의 일반적인 특징이라 할 수 있는 동적인 공정 내·외적인 요인의 변화에도 불구하고, 정적인 공정의 설계조건이나 운전조건에 의해 운전되어지거나 운전자의 임의적이고 경험적인 조작에 의하여 운전되어 짐으로써 비효율적이고 안정적이지 못한 성능을 나타내고 있는 실정이다.

현재까지 연구되어진 기존의 질소제거 방법은 다음과 같다.

1)질소제거

① 에어 스트리핑(Air Stripping)에 의한 암모니아 제거

이 방법은 수중의 용존기체를 제거하기 위하여 사용되는 폭기법을 수정한 것으로 적정 pH인 10.5∼11.5 의 범위에서 상당 부분의 암모니아를 기체 상태로 바꿈으로써 휘발시켜 제거할 수 있다. 이 공정의 개념은 간단하지만 유지, 관리비용이 비싼 심각한 단점들이 있다. 에어 스트리핑이 적용되는 대부분의 경우, 탑과 유입관내에 탄산칼슘의 스케일 형성과 동절기 운전시 성능 저하같은 문제점들이 생긴다. 높은 pH가 공기중의 탄산가스의 흡수를 유발하고 탄산염의 스케일을 형성한다. 또한 온도가 저하됨에 따라 동일한 제거 정도를 얻기 위하여 공기 요구량이 현저히증대된다.

② 파과점 염소주입(Breakpoint Chlorination)

파과점 염소주입은 폐수에 염소를 주입하여 암모니아성 질소를 산화시켜 질소가스나 기타 안정한 화합물로 바꾼다. 이 공정의 장점은 적절히 운전되는 경우 폐수내의 모든 암모니아성 질소를 산화시킬 수 있다는 것이다. 그러나 이 공정은 수생식물에 독성를 끼치는 잔류염소농도가 높아지고 폐수내에 다양한 물질이 존재할 경우 염소 요구량이 증대되어 처리비용이 높아지며, 총 질소 기준을 만족할 수 없을 수도 있으며 세심한 운전조작이 필요하다.

③ 이온교환

이온교환은 용액내 다른 종류의 이온에 의하여 비용해성 교환수지로부터 주어진 이온 종류가 치환되는 단위공정이며, 회분식 또는 연속식으로 운전될 수 있다. 질소 제거시, 폐수로부터 제거되는 이온은 암모늄이며 암모늄과 교환되는 이온은 충진상을 재생하는데 사용되는 용액의 성질에 따라 다르다. 폐수내의 암모늄이온 제거에는 자연산 제올라이트(zeolite인 clinoptilolite가 가장 우수한데, 이것은 여타 교환 매질보다 암모늄이온에 대한 친화력이 크고 합성수지에 비하여 비교적 가격이 저렴하다. 그러나 수지재생 및 회수시 추가의 단위공정을 필요로 하며, 시설비와 운전비가 많이 소모되며 운전이 난해하다.

④ 미생물에 의한 질소제거

질소 제거를 위한 여러 가지 방법중에서 생물학적 질산화와 탈질화를 이용한 질소제거가 가장 선호되는 데 그 이유는 공정의 처리효율 및 안정성과 신뢰도가 높고, 공정이 비교적 쉬우며 토지소요 면적이 상대적으로 작고 비용이 저렴하기 때문이다. 그럼에도 불구하고 기존의 생물학적 질소제거 공정은 내·외적인 환경변화에 가장 많은 영향을 받으면서도 능동적으로 대처하지 못하는 단점을 가지고 있다. 원리는 첫 번째 단계에서 질산화 미생물에 의해 암모니아가 호기성 상태에서 질산염으로 전환되고 두 번째 단계에서는 무산소 조건에서 탈질 미생물에 의하여 질산염이 질소 가스로 변환되는 것을 이용하는 것이다.

기존에 개발되어 있는 생물학적 질소제거공정은 연속 흐름식의 공정인 경우, 대표적으로 국외의 A²/O, VIP, UCT 등과 국내의 신기술인 다수의 하·폐수 처리공정들이 있다. 그러나 이러한 공정들은 질소를 제거하기 위하여 과다한 내부반송을 실시하거나 정해져있는 설계조건에 따라 대표농도를 기준으로 호기조와 무산소조를 설치·구분하여 공간에 따라 운영하므로 실제 현장에 적용할 경우, 유입수의 농도변화에 따라 질소제거 효율이 저하되거나 불안정하게 운영되는 등 많은 문제점을 유발하게 된다.

또한 회분형태 공정의 경우, 기본 SBR(Sequencing Batch Reactor)과 변형된 다양한 형태의 SBR 공정이 개발되어 운영되고 있다. 그러나 이들 역시 공간의 제약을 시간에 따른 호기, 무산소 조건의 설정으로 일정부분 극복이 가능하나, 미리 정해진 설계 및 운전조건이나 공정 운전자의 결정에 따라 임의적으로 운전되므로 급변하는 유입수 및 처리공정의 상황 변화에는 결국 대처할 수 없게 되고 하·폐수를 간헐적으로 처리해야 하는 단점을 안고 있다.

최근에는 이러한 경험을 바탕으로 연속 흐름식과 회분식의 장점을 채용하여 하·폐수의 유입은 연속으로 하되 폭기조에 대한 공기공급을 간헐적으로 하여 시간에 따라 호기와 무산소 조건을 형성하여 질소를 효과적으로 제거하는 간헐 폭기공정에 대한 연구가 이루어지고 있다. 이러한 간헐 폭기공정은 질소를 효과적으로 제거하기 위한 호기, 무산소 조건의 시간 설정이 매우 중요한 것으로 밝혀져, 몇몇 연구자가 이러한 시간 설정을 위한 직·간접적인 연구를 수행하고 있으나 아직까지 이에 대한 효과적인 제어 방안이 수립되고 있지 않다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 문제점들을 해결하기 위해서, 활성 슬러지 공정을 소규모 개·보수하거나 신설공정을 설치하는 경우에 적용함으로써, 처리공정 내·외적인 요인에 따라 실시간으로 변화하는 생물학적 하·폐수 처리공정의 질소 제거를 위해 안정적이고 질소의 농도를 소정의 저농도까지 확실하게 최적 처리하는 하·폐수 처리 자동화 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 폭기조 내·외의 실시간 질소농도 측정이 가능한 질소농도측정장비와 이에 의거하여 하·폐수 처리공정의 현재 상태를 파악하고 공정 내·외적인 변화에 대해 능동적으로 대처하여 폭기/비폭기 주기 등의 운전조건을 자동으로 제어하고 유기물 및 질소의 제거가 안정적이고 원할하게 이루어지도록 함으로써, 고효율의 생물학적 하·폐수 처리를 시행하기 위한 하·폐수 처리 자동화 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.

도1은 본 발명에 의한 하·폐수 처리 자동화 시스템의 개략적인 구성도이다.

도2는 본 발명에 따른 농도측정장치의 개략적인 구성도이다.

도3은 간헐폭기 미생물 반응조내의 질소농도 변화를 나타내는 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1; 간헐폭기 미생물 반응조 3-1,3-2; 산기장치

5-1,5-2; 교반기 7-1,7-2; 송풍기

9; 침전조 11; 반송라인펌프

13; 마이컴 15; 제어판

20; 농도측정장치 21; 주입조

23; 반응기 25-1,25-2;제1,2 솔레노이드밸브

27;흡입펌프 28;센서

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 하·폐수 처리시스템에 있어서,

하·폐수를 유입수 공급 펌프에 의해 유입시켜 질소농도를 감소시키기 위해 생물학적 처리가 이루어지는 간헐폭기 미생물 반응조; 상기 간헐폭기 미생물 반응조 내,외의 질소농도 변화를 자동으로 측정하기 위한 농도측정수단; 상기 측정수단에 의해 얻어진 질소농도 변화에 의거하여 질산화를 위한 폭기 시간과 탈질을 위한 무산소시간을 결정하고 공기공급을 제어하기 위한 제어신호를 발생시키는 제어부; 상기 제어부에 의한 제어신호에 의해 간헐폭기 미생물 반응조에 공기를 공급하는 공기 공급수단; 상기 공급수단에 의해 공급된 공기를 분산시키는 산기장치; 상기 분산된 공기와 상기 간헐폭기 미생물 반응조내의 미생물 및 오염물질을 교반시키기 위한 교반기; 및 상기 미생물과 오염물질이 혼합된 혼합액의 미생물 플록을 침전시켜 고농도화하는 침전조를 포함하며, 상기 농도측정수단은 상기 간헐폭기 미생물 반응조내의 질소농도와 상기 침전조에 의해 처리된 처리수의 질소농도를 측정하기 위해, 상기 미생물 반응조내의 시료와 처리수의 시료를 시료 이송관을 통해 입력받는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 간헐폭기 공정의 유기물제거 능력은 공급하는 공기량이 절감됨에도 불구하고 연속폭기 공정에 비해서 결코 뒤쳐지지 않으며, 또한 유입수 중의 유기물질은 연속폭기 공정의 경우, 대부분 호기성 미생물에 의해 단순히 소비되어지는데 반해, 간헐폭기공정은 유입수 유기물질 중의 상당부분을 질산성질소를 탈질시키는데 이용함으로서 효과적으로 이용되어 진다.

본 발명에 따른 간헐폭기 공정에서 비폭기 시간에는 인 제거 미생물에 의한 ortho-p 형태로 인의 방출이 일어나고 유입수 중의 휘발성 지방산은 인 제거 미생물의 세포내에 특정기질(PHB, PHA, 글리코겐)로서 저장된다. 폭기 시간에는 비폭기 시간에 저장해둔 기질이 산화분해 될 때 생성되는 에너지를 이용하여 인 제거 미생물이 인을 과잉 섭취하여 poly-p 형태로 저장한다. 미생물에 과잉 섭취된 인 성분은 침전조에서 미생물이 고액 분리된 후 일정량만큼 매일 폐기되어짐으로써 제거된다. 이러한 기작에 의하여 간헐폭기조를 폐수가 통과함에 따라 인 성분의 제거가 효과적으로 이루어지고 인 제거를 위해서 본 발명의 바람직한 실시예로 2단 이상으로 이루어진 간헐폭기조가 사용된다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참조하면 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 생물학적 하·폐수 처리 자동화 시스템은 유기물질 및 질소, 인등이 함유된 하·폐수(14)가 유입수 유입펌프(2)에 의해서 유입수 이송관(4)을 따라 상기 오염물질을 효과적으로 처리하기 위한, 2단의 간헐폭기 미생물 반응조(1)를 포함하고 있다.

상기 간헐폭기 미생물 반응조(1)는 인성분의 제거가 보다 효과적으로 이루어지도록 도시된 바와 같이, 2단으로 구성되어 있다. 또한, 상기 간헐폭기 미생물 반응조(1)에는 미생물과 오염물질을 원활하게 접촉시키기 위해 교반을 위한 교반기(5-1,5-2)가 장착되어 있다. 상기 간헐폭기 미생물 반응조(1)에 의해 처리된 처리수가 유출되는 상기 간헐폭기 미생물 반응조 유출관(37)을 따라 간헐폭기 미생물 반응조(1)에서 유출된 혼합액을 입력받아 미생물 플록을 침전시켜 고농도화하는 침전조(9)가 상기 간헐폭기 미생물 반응조(1)와 연결되어 있다. 상기 침전조(9)에서 고농도화된 미생물의 침전슬러지를 간헐폭기 미생물 반응조(1)로 반송하기 위한 슬러지 반송 펌프(11)가 상기 침전조(9)와 간헐폭기 미생물 반응조(1) 사이에서 슬러지 반송라인(12)을 통해 연결되어 있다.

본 발명에 따른 하·폐수 처리 자동화 시스템은 상기 간헐폭기 미생물 반응조(1)에 상기 하,폐수가 유입되면 이로 인해 발생하는 간헐폭기 미생물 반응조(1) 내·외의 질소농도 변화를 자동 측정하는 질소 농도측정장치(20)를 또한 포함하고 있다.

도2를 참조하면, 상기 간헐폭기 미생물 반응조(1) 내·외의 질소농도를 실시간으로 자동 측정하기 위한 질소농도 측정장치(20)는 대상 시료를 농도측정을 위해 흡입시키기 위한 흡입펌프(27)와, 흡입된 시료를 일단 보관하기 위한 주입조(21)와, 주입조(21)내의 시료의 통로를 개방하기 위한 제1 솔레노이드밸브(25-1)와, 상기 제1 솔레노이드밸브(25-1) 개방시에 시료가 담겨져 시료의 농도가 측정되는 반응기(23)와 그 내부에서 질소의 농도에 반응하는 센서(29)와, 농도측정이 완료된 후 다시 시료를 상기 반응기(23)로부터 배출하기 위한 제2 솔레노이드밸브(25-2)와, 센서(29)의 전기적 반응에 의해 농도를 측정하고 이하 설명될 제어부(14)에 전송하는 마이크로프로세서(28)로 구성되어 있다. 이러한 농도측정장치(20)는 마이크로프로세서(28)의 제어에 의해 시료의 농도를 시간에 따라 정확하게 측정되도록하는 것이 가능하다.

상기의 농도측정장치(20)로부터 얻어진 농도의 변화를 바탕으로 질산화를 위한 폭기 시간과 탈질을 위한 무산소시간을 결정하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예의 제어판(15) 및 마이컴(13), 또는 컴퓨터와 같이 제어가능한 수단으로 이루어진 제어부(14)가 기 농도측정장치(20)와 연결되어 있다. 본 발명의 바람직한 일 실시예의 제어부(14)는 하·폐수 처리공정의 동적인 내·외적인 변화에 따라 확실한 작용 기전을 갖고 질소의 처리효율을 상승시키기 위한 간헐폭기 미생물 반응조(1) 내·외의 질소농도를 상기 농도측정장치(20)를 통해 측정하여 상기 측정된 자료를 바탕으로 간헐폭기공정을 자동제어 하기 위한 수단으로서 서로 자료를 교환하기 위해 신호선(17,18)으로 연결되어 있다.

상기 농도측정장치(20)에 의한 데이터에 의거하여 상기 제어부(14)가 간헐폭기 미생물 반응조(1)에 대한 공기공급을 제어하도록 실예로, 송풍기(7-1,7-2)에 연결되어 있는데, 상기 송풍기(7-1,7-2)는 에어펌프로 대체 가능하다. 상기 송풍기(7-1,7-2)는 상기 제어부(14)에 의해 제어되어 공기를 간헐폭기 미생물 반응조(1)내에 분산시키게 되는데, 이때 원할한 분산을 위한 산기장치(diffuser)(3-1,3-2)가 상기 간헐폭기 미생물 반응조(1)내에 도시된 바와 같이 배치되어 있다.

간헐폭기 미생물 반응조(1)의 질소농도를 측정하기 위해 시료를 채취하는 시료이송관(36-1,36-2)이 상기 간헐폭기 미생물 반응조(1)로부터 농도측정장치(20)에 연결되어 있으며, 침전조(9)에 의해 처리된 처리수의 질소농도 측정을 위해 시료를 채취하는 시료이송관(36-3)이 또한 침전조(9)의 처리수 출력관에서농도측정장치(20)에 연결되어 있다.

본 발명에 따른 하.폐수처리 자동화 시스템은 또한 제어부(14)의 제어판(15)과 마이컴(13) 사이의 정보를 주고받는 상기 입출력 신호선(17,18), 질소 농도측정장치(20)의 정보를 입력받는 신호선(31), 제어판(15)로부터 출력되는 송풍기(7-1,7-2)를 제어하는 출력신호선(33,35), 반송 슬러지 펌프(11)를 제어하는 출력신호선(34), 농도측정장치(20)를 제어하는 출력신호선(32) 등 제어를 위한 신호의 입출력 선으로 각 구성요소가 연결되어 있다.

상기의 미생물 반응조(1)는 공기의 공급을 시간에 따라 주입하는 하나의 공간으로 이루어진 간헐폭기 타입이 공정의 간소화와 유지관리의 편의성 및 경제성을 고려할 경우 적절하나 처리대상 하·폐수의 유량 및 농도 등을 감안하여 다양한 형태(2개 이상의 공간 및 호기, 혐기, 무산소조 추가)로의 변형이 가능하다.

이하, 본 발명에 따른 하·폐수 처리 자동화 시스템의 처리공정을 설명하기로 한다.

먼저 유기물질 및 질소, 인등이 함유된 하·폐수가 유입수 유입 펌프(2)에 의해서 유입수 이송관(4)을 따라 오염물질을 효과적으로 처리하기 위한 간헐폭기 미생물 반응조(1)내로 유입된다. 상기 간헐폭기 미생물 반응조(1)에 상기 하,폐수가 유입되면 이로 인해 발생하는 간헐폭기 미생물 반응조(1) 내·외의 질소농도 변화가 자동으로 질소 농도측정장치(20)에 의해 측정되도록 흡입펌프(27)에 의해 시료가 시료이송관(36-1,36-2)을 통해 소정량 채취된다.

상기 채취된 시료는 질소 농도측정장치의 반응기(23)로 이송되고 반응기내부에 공급된(펌프 등을 통해 공급) 이온 측정용액(ISA solution)과 혼합되어, 센서(29)에 의한 전기적 반응을 통해 그 농도가 측정되어 진다. 센서(29)를 통해 검출된 농도값은 마이크로프로세서(28)에 의해 제어부(14)에 송신된다. 이런방식으로, 본 발명의 하·폐수 처리 자동화 시스템은 간헐폭기 미생물 반응조(1) 내의 암모니아성 질소농도를 농도측정장치(20)를 이용하여 지속적으로 모니터링하여 조내의 암모니아성 질소농도의 질산화반응 속도가 저하될 때(도1의 가), 이를 바탕으로 미리 입력된 프로그램에 의해 질산화를 위한 폭기시간과 탈질을 위한 무산소시간을 자동 결정하는 제어부(14)에 의해 공정에 대한 송풍기(7-1,7-2) 공기공급을 차단함으로써, 무산소 상태로 공정을 운영하여 불필요한 질산화 시간을 최소화하는 동시에 최상의 질산화를 달성하고 탈질을 위한 유기물질의 손실이 없도록 하는 최적의 공정운영을 한다. 아울러 최소한의 공기공급을 함으로써, 생물학적 처리공정에서 가장 비용의 소모가 많은 전력비도 절감할 수 있게 된다.

도3은 간헐폭기 공정(1시간 폭기, 1시간 비폭기)의 반응조 내에서의 질소농도 변화를 도시한 것으로서, 본 발명의 공정은 간헐폭기 미생물 반응조(1) 내의 암모니아성 질소농도를 자동측정장치(20)를 이용하여 지속적으로 모니터링하여 조내의 암모니아성 질소농도의 질산화반응 속도가 저하될 때(아래 도1의 가)를 제어판(15) 및 마이컴(13)이 감지하여 자동으로 호기 시간을 종료한 후, 무산소 시간으로 운영함으로써 약 24분의 공기 공급을 절약하고 탈질을 위한 유기물의 손실을 예방하는 기능을 수행함으로써, 안정적이고 비용 효율적인 질소제거 최적화를 달성한다.

또한 간헐폭기 미생물 반응조(1) 내의 암모니아성 질소 농도가 일정 농도 이상으로 상승하는 것이 질소농도 자동측정장치(4)에 의해 감지되면 미리 입력된 프로그램에 의해 제어판(15) 및 마이컴(13)이 자동적으로 질산화를 위한 공기공급을 증대시켜 질산화 반응을 촉진시키는 기작을 함으로써 안정적인 질소제거가 가능하도록 한다.

그리고 유출수의 질산성질소 농도가 질소농도 자동측정장치(20)에 의해 지속적으로 모니터링되어 일정농도 이상으로 상승하는 것이 감지되면 미리 입력된 프로그램에 의해 제어판(15) 및 마이컴(13)이 자동적으로 반송펌프(11)의 유량을 단계적으로 증대시켜 탈질 반응이 원활히 이루어지도록 한다. 상기 암모니아성 질소농도는 폐수의 종류에 따라 다소 기준에 차이가 있지만, 일반적으로, 약 0 내지 25ppm 사이에서 기준을 설정하여 그 이상 상승하는 경우, 폭기를 실시한다.

본 발명에 따른 하·폐수의 질소·인 동시 제거공정은 저 농도에서 고농도까지의 광범위한 농도의 질소 함유 하·폐수를 목표하는 농도까지 제거하는 데에 적용할 수 있으며, 처리대상 폐수에는 물론 축산 폐수, 침출수도 포함된다.

본 발명에 따라 도2의 하,폐수처리 자동화시스템의 간헐폭기 미생물 반응조(1)를 사용하여 아크릴재질 300L 정도의 실험실 규모로 제작하여 설치한 후, 질소와 인이 함유된 폐수를 처리공정에 일정기간 이상 유입하도록 하여 정상상태에 도달한 후 공정의 유입수와 처리수를 분석하는 방법으로 실험을 진행하였다.

상기의 방법으로 진행되어진 실험의 조건 및 결과는 다음 표와 같다.

분석항목	유입수 농도(mg/L)	처리수 농도(mg/L)	제거효율(%)
TCODcr	2252.5	206.3	90.8
TCODMn	550	70	87.4
T-N	241.7	23.6	90.2
T-P	49.7	2.9	94.2

비교예

도 2와 같은 본 발명의 공정을 간헐폭기 미생물 반응조(1)를 사용하여 아크릴재질 300L 정도의 실험실 규모로 제작하여 설치한 후, 일반 활성 슬러지 공정으로 기존에 운전중인 피혁폐수 처리공정과 같이 운영하여 고농도 질소함유 폐수를 처리공정에 일정기간 이상 유입하도록 하여 정상상태에 도달한 후 공정의 효율을 분석하는 방법으로 실험을 진행하였다.

상기의 방법으로 진행되어진 각 공정의 실험 조건 및 결과는 다음 표와 같다.

분석항목	기존공정처리효율(%)	본 발명의 공정처리효율(%)	개선효과(%)
TCODcr	79.4	87.6	8.2 ▲
TCODMn	80.5	88.4	7.9 ▲
T-N	8.9	92.6	83.7 ▲

본 발명의 적용은 폭기조의 간단한 변형을 통하여 기존의 일반 활성 슬러지 공정 및 다양한 형태의 모든 질소·인(영양염류)제거공정의 효율향상에 사용가능하며, 신설 공정에도 적용이 가능하다. 새로운 형태의 공정은 연속 회분식 공정인 SBR공정을 변형한 타입이나, 간헐폭기 방식 등 유지관리 및 운전이 용이한 형태의 모든 공정에 변형이 가능하다. 특히 본 공정은 질소 농도의 제어에 능동적인 큰 장점을 갖고있어 내·외적인 환경이 급변하는 하·폐수에 적용될 경우 안정적이고 고효율인 하·폐수처리 공정이 된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면, 하기의 실시예의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (10)

1. 하·폐수 처리시스템에 있어서,

   하·폐수를 유입수 공급 펌프에 의해 유입시켜 질소농도를 감소시키기 위해 생물학적 처리가 이루어지는 간헐폭기 미생물 반응조;

   상기 간헐폭기 미생물 반응조 내,외의 질소농도 변화를 자동으로 측정하기 위한 농도측정수단;

   상기 측정수단에 의해 얻어진 질소농도 변화에 의거하여 질산화를 위한 폭기 시간과 탈질을 위한 무산소시간을 결정하고 공기공급을 제어하기 위한 제어신호를 발생시키는 제어부;

   상기 제어부에 의한 제어신호에 의해 간헐폭기 미생물 반응조에 공기를 공급하는 공기 공급수단;

   상기 공급수단에 의해 공급된 공기를 분산시키는 산기장치;

   상기 분산된 공기와 상기 간헐폭기 미생물 반응조내의 미생물 및 오염물질을 교반시키기 위한 교반기; 및

   상기 미생물과 오염물질이 혼합된 혼합액의 미생물 플록을 침전시켜 고농도화하는 침전조를 포함하며,

   상기 농도측정수단은 상기 간헐폭기 미생물 반응조내의 질소농도와 상기 침전조에 의해 처리된 처리수의 질소농도를 측정하기 위해, 상기 미생물 반응조내의 시료와 처리수의 시료를 시료 이송관을 통해 입력받는 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 처리수의 질산성 질소 농도가 일정 농도 이상 상승하면, 탈질반응이 충분히 이루어지도록 제어부에 의한 제어 신호에 따라 침전 슬러지를 반송하기 위한 반송 슬러지 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 농도측정수단은,

   상기 간헐폭기 미생물 반응조로부터 시료를 채취하기 위해 상기 시료를 흡입시키기 위한 펌프;

   상기 흡입되는 시료를 담기 위한 주입조;

   상기 주입조의 시료를 반응기로 흘려주기 위한 제1솔레노이드 밸브;

   상기 반응기내에 장착되어 시료의 질소농도에 전기적으로 반응하는 센서;

   상기 센서의 전기적 반응을 입력받아 농도를 측정하고 제어부에 전달하기 위한 마이크로프로세서; 및

   상기 농도측정된 시료를 상기 간헐폭기 미생물 반응조로 배출하기 위한 제2솔레노이드 밸브

   를 포함하며, 상기 마이크로프로세서는 상기 측정수단내 요소들을 제어하는 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,

   상기 하·폐수 처리 조건을 입력하기 위한 제어판; 및

   상기 제어판으로부터 입력된 하·폐수 처리조건에 의해 내부에 설정된 프로그램에 따라 상기 공기공급수단, 반송라인펌프 및 농도측정수단을 제어하기 위한 제어 명령어를 상기 제어판을 통해 출력하는 마이컴

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리 시스템.
5. 제1또는4항에 있어서, 상기 공기공급수단은 송풍기인 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 공기공급수단은 에어펌프인 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리 시스템.
7. 제1항에 있어서, 상기 간헐폭기 미생물 반응조는 2단 이상인 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리 시스템.
8. 하·폐수 중 질소를 제거하기 위한 방법에 있어서,

   간헐폭기 미생물 반응조에 유입된 하·폐수를 교반하는 단계;

   상기 간헐폭기 미생물 반응조내에서 교반된 시료를 채취하는 단계;

   상기 채취된 시료를 농도측정장치를 통해 농도를 측정하는 단계;

   상기 측정된 농도를 제어부에 전달하는 단계;

   상기 전달된 농도에 의거하여, 송풍기를 통한 폭기를 결정하는 단계

   를 포함하며,

   상기 간헐폭기 미생물 반응조에서 처리된 하·폐수를 침전조로 이송하고 상기 침전조에서 침전처리하여 침전슬러지를 상기 간헐폭기 미생물 반응조에 반송하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 시료의 채취는 농도측정장치내의 마이크로프로세서에 의해 소정 시간간격으로 시행되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제8또는9항에 있어서, 상기 시료는, 최종 처리수의 질소농도를 측정하기 위해, 상기 처리수로부터 추가로 채취되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.