KR20010105582A

KR20010105582A - 합병정화조용 접촉산화식 폐수처리장치 및 방법

Info

Publication number: KR20010105582A
Application number: KR1020000026170A
Authority: KR
Inventors: 전안수
Original assignee: 전안수; 주식회사 나노텍코리아
Priority date: 2000-05-16
Filing date: 2000-05-16
Publication date: 2001-11-29
Also published as: KR100382890B1

Abstract

본 발명은 접촉산화식 폐수처리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 유량조정조(10)와; 혐기성조(21), 무산소조(22) 및 포기조(30)로 이루어진 반응조와; 탈기조(40) 및 침전조(50)를 구비하고; 상기 혐기성조와 무산소조는 업플로우(upflow) 형태의 단일 조로 다공성 격판에 의해 상단이 무산소조가 구성되고, 하단이 혐기성조로 구성되며; 상기 유량조정조는 공급라인을 통해 혐기성조에 연결되고, 무산소조는 공급라인을 통해 포기조에 연결되며, 상기 포기조는 공급라인을 통해 침전조에 연결되고 반송라인을 통해 탈기조에 연결되며, 상기 탈기조는 반송라인을 통해 무산소조에 연결되고, 침전조의 하단은 슬러지 반송라인을 통해 혐기성조에 연결되는 합병정화조용 접촉산화식 폐수처리장치와 이를 이용한 폐수처리방법이 제공되며, 본 발명의 폐수처리장치 및 방법은 충격부하 완충능력이 우수하고 유기물 및 질산화, 탈질효율이 우수할 뿐만 아니라 발생슬러지의 양이 매우 적어 슬러지 처분의 문제가 없고 유지관리가 용이한 등의 장점이 있다.

Description

합병정화조용 접촉산화식 폐수처리장치 및 방법{Contact oxidation-type waste water disposal System and method for integrated septic tank}

본 발명은 폐수처리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 합병정화조를 위한 접촉산화식 폐수처리장치 및 방법에 관한 것이다.

우리 나라는 현재 물 수요(연간 약 301억 ㎥)가 계속 증가하고 있으나 주요 하천의 오염으로 하천수의 이용이 크게 줄어들고 있다.

이에, 정부에서는 전국 하천과 호수의 수질을 개선하기 위하여 수질환경기초시설을 확충하고 하수관거를 대폭 정비하여 실질적인 하수처리율 제고에 많은 노력을 기울이고 있다. 이와 같은 노력의 일환으로 농어촌지역에는 하수도 법령을 개정하여 소규모 마을하수도 설치를 촉진하고, 하수종말처리구역외의 지역에서 발생하는 생활하수의 처리를 위하여 합병정화조 설치를 의무화하고 있다. 합병정화조 제도는 1997년부터 하천, 호수 및 연안 인근지역의 식품접객업소, 숙박업소, 간이휴게소 및 목욕탕 등을 대상으로 수세식 변소의 배출수와 일반 잡배수를 합병하여 BOD 20mg/L 이하로 처리토록 하고 있다. 이 또한 점차 강화(BOD 20mg/L → BOD 10mg/L)되고 있으며 향후에는 질소, 인 등의 영양염류도 규제 대상에 포함될 것으로 예상된다.

일반적으로 중소규모형 오수처리기술은 유기물 제거기술, 질소제거기술, 인제거기술 등이 있다.

여기서, 유기물 제거기술은 1차 물리적 처리와 2차 생물학적 처리 후에 접촉포기, 모래 여과, 응집분리, 활성탄 흡착 등을 추가함으로써 이루어지고 있다. 2차 처리수중에는 미생물 플록이 미세한 부유물질(SS)을 포함하고 있다. 이들 SS 성분은 직접적인 생물학적산소요구량(BOD)의 원인이 될 뿐만 아니라 SS 중에 다량으로 포함되어 있는 질산화미생물에 의해 BOD측정시의 질산화가 촉진되어 처리수의 BOD를 높게 하는 원인이 되기도 한다. 모래여과는 2차 처리수 중의 SS를 제거함으로써 유기물의 고도처리를 달성하게 하는 것이고, 접촉포기, 응집분리(침전 혹은 부상), 활성탄 흡착 등의 방법은 콜로이드상과 용해성 유기물질을 동시에 제거하는 것이다. 모래여과는 상향류 또는 하향류를 이용하며 여과속도는 4-6㎥/㎡·h가 표준이 되고 활성탄 흡착은 공간속도(SV)로서 4-6㎥/㎡·h가 표준이 되고 있다. 응집침전은 인 제거와 조합해 사용하는 경우가 많고 유기물질(BOD, COD)의 고도 처리만을 목적으로 중소규모 오수처리시설에서 이용되는 예는 적다.

그리고, 질소제거기술로는 생물학적 질산화, 탈질 및 암모니아 스트리핑 등의 방법이 있는데 중소규모형 오수처리시설의 경우, 생물학적 질산화와 탈 질이 주로 이용되고 있으며, 인제거기술로는 응집분리(침전, 부상), 정석탈인, 이온교환, 포스트립(Phostrip), 생물학적 인 제거 등이 있는데 , 소규모 오수처리시설에서는 대부분의 경우 응집침전이 이용되고 있다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 추세에 부응하여 유기물은 물론 질소, 인 등의 제거효율이 높고 슬러지 발생량이 적으며, 충격부하 및 부하변동(수질 및 수량변동)에 강하고 유지관리가 용이한 합병정화조용 폐수처리장치 및 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명자의 연구에서, 충격부하 및 부하변동에 강한 합병정화조공정을 위하여 접촉산화공정을 채택하고, 발생원별 오수특성과 부착여재의 특성 비교실험 결과를 바탕으로 기존의 접촉산화공정을 개선하였으며, 반응조 공정자체를 개선하여 충격부하 완충능력을 개선하고 유기물 및 질산화, 탈질효율을 개선할 수 있었다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 구현에 따르는

합병정화조용 접촉산화식 폐수처리장치를 개략적으로 도시한 장치도.

도 2는 도 1 장치의 폐수처리 계통도.

도 3은 실시예의 실험에서

운전기간동안의 BOD 농도변화와 제거율을 플로트한 그래프.

도 4는 실시예의 실험에서 운전기간동안의 BOD

농도변화와 유출수 BOD 농도를 플로트한 그래프.

도 5는 실시예의 실험에서 BOD 용적부하에

따른 유출수 BOD 농도를 플로트한 그래프.

도 6은 실시예의 실험에서

운전기간동안의 COD 농도변화와 제거율을 플로트한 그래프.

도 7은 실시예의 실험에서 운전기간동안의

COD 농도변화와 유출수 COD 농도를 플로트한 그래프.

도 8은 실시예의 실험에서 COD 용적부하에

따른 유출수 COD 농도를 플로트한 그래프.

도 9는 실시예의 실험에서 운전기간동안의

SS 농도변화와 제거율을 플로트한 그래프.

도 10은 실시예의 실험에서 운전기간동안의

T-N 농도변화와 제거율을 플로트한 그래프.

도 11은 실시예의 실험에서 운전기간동안의

BOD 농도변화와 유출수 T-N 농도를 플로트한 그래프.

도 12는 실시예의 실험에서 BOD 용적부하에

따른 유출수 T-N 농도를 플로트한 그래프.

도 13은 실시예의 실험에서 운전기간동안의

T-P 농도변화와 제거율을 플로트한 그래프.

상기한 과제를 해결한 본 발명에 의하면, 접촉산화식 폐수처리 장치에 있어서, 유량조정조와; 혐기성조, 무산소조 및 포기조로 이루어진 반응조와; 탈기조 및 침전조를 구비하고; 상기 혐기성조와 무산소조는 업플로우(upflow) 형태의 단일 조로 다공성 격판에 의해 상단이 무산소조가 구성되고, 하단이 혐기성조로 구성되며; 상기 유량조정조는 공급라인을 통해 혐기성조에 연결되고, 무산소조는 공급라인을 통해 포기조에 연결되며, 상기 포기조는 공급라인을 통해 침전조에 연결되고 반송라인을 통해 탈기조에 연결되며, 상기 탈기조는 반송라인을 통해 무산소조에 연결되고, 침전조의 하단은 슬러지 반송라인을 통해 혐기성조에 연결되는 것을 특징으로 하는 합병정화조용 접촉산화식 폐수처리장치가 제공된다.

또한, 본 발명에 의하면 상기 포기조가 제1포기조와 제2포기조로 구성되고, 제1포기조 대 제2포기조의 용적비가 5:5∼7:3인 것을 특징으로 하는 합병정화조용 접촉산화식 폐수처리장치가 제공된다.

또한, 본 발명에 의하면, 상기 포기조 내에 충전되는 여재의 충전율이 30∼45인 것을 특징으로 하는 합병정화조용 접촉산화식 폐수처리장치가 제공된다.

또한, 본 발명에 의하면, 부가적으로 인 제거용 폐수처리수단이 장치된 것을 특징으로 하는 합병정화조용 접촉산화식 폐수처리 장치가 제공된다.

또한, 본 발명에 의하면 상기한 폐수처리장치에서 폐수를 처리하는 것을 특징으로 하는 합병정화조용 접촉산화식 폐수처리방법이 제공된다.

또한, 본 발명에 의하면, BOD 농도 10mg/L이하, COD 농도 40mg/L 이하, T-N 농도 20mg/L 이하의 유출수를 얻기 위하여, BOD 용적부하를 0.2㎏BOD/㎥/day 이하로 유지하고, COD 용적부하를 0.4㎏COD/㎥/day 이하로 유지하는 것을 특징으로 하는 합병정화조용 접촉산화식 폐수처리방법이 제공된다.

이하, 본 발명을 첨부도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명에 바람직한 구현에 따르는 합병정화조용 접촉산화식 폐수처리장치가 도시된다. 도시되는 장치는 유량조정조(10), 혐기성조(21), 무산소조(22), 포기조(30), 탈기조(40) 및 침전조(50)를 구비한다.

여기서, 혐기성조(21)와 무산소조(22)는 업플로우(upflow) 형태의 단일 조(20)로 다공성 격판(23)에 의해 분할되어 상단이 무산소조(22)가 구성되고, 하단이 혐기성조(21)로 구성된다. 혐기성조 및 무산소조는 공기공급을 차단하도록 설계하여야 한다. 또한 혐기성조와 무산소조에는 가온수단(도시안됨)이 장치된다.

그리고, 포기조(30)는 한 조 또는 다수 조로 설치할 수 있으며, 바람직하기로는 도시되는 바와 같이 유체연통가능한 격벽(33)에 의해 제1포기조(31)와 제2포기조(32)로 분할하여 구성하는 것이다. 이때, 제1포기조(31)와 제2포기조(32)는 5:5∼7:3, 바람직하게 6:4의 비율로 분할하여 각각의 조에서 유기물제거와 질산화가 이루어지도록 하는 것이 바람직하다. 또한 포기조(30)의 여재충전율은 여재의 형태에 따라 다르지만, 대략 30∼45, 보다 바람직하게 35∼45가 적당하다. 여재충전율이 너무 낮으면 폐수처리효율이 불량하며, 여재충전율이 너무 높으면 폐수처리효율이 더 이상 높아지지 않고 설치비만 증가되고, 심지어는 폐수처리효율이 떨어지는 문제도 발생할 수 있다. 포기조에는 산기관(Air Blower)(34)가 설치된다.

상기 유량조정조(10)는 공급라인(L1)을 통해 혐기성조(21)에 연결되고, 무산소조(22)는 공급라인(L2)을 통해 포기조(30)에 연결되며, 포기조(30)는 공급라인(L3)을 통해 침전조(40)에 연결되고 반송라인(L4)을 통해 탈기조(50)에 연결되며, 탈기조(50)는 반송라인(L5)을 통해 무산소조에 연결되고, 침전조(40)의하단은 슬러지 반송라인(L6)을 통해 혐기성조(21)에 연결된다.

그리고, 유량조정조(10), 혐기성조(21), 무산소조(22) 및 탈기조(40)에는 각각 모터(M)에 의해 구동되는 교반기가 장치된다.

본 장치에는 부가적으로 인 제거용 폐수처리수단이 장치할 수 있다.

이러한 수단의 예로는 응집분리(침전, 부상)수단, 정석탈인수단, 이온교환수단, 포스트립(Phostrip)수단, 생물학적 인제거수단 등이 있다.

도 2에는 도 1 장치에서의 처리 계통도가 제시된다. 도 2의 처리계통도를 참고하여 본 발명의 폐수처리방법에 대해서 설명하면, 우선 유입수는 스크린을 통해 부유쓰레기 등을 제거한 후 유량조정조에 공급된다. 유량조정조에 공급된 유입수는 혐기성조에 정량 공급되어 처리된 후 무산소조에서 처리된다. 무산소조에서 처리된 물은 제1포기조 및 제2포기조를 통과하면서 처리된 후, 일부는 침전조로 공급되고, 일부는 탈기조로 공급된다. 탈기조에 공급된 물은 탈기(air stripping)된 후 무산소로 재 공급되어 처리되고, 침전조에 공급된 물은 슬러지를 침전시킨 후 배출되고, 침전조에 침전된 슬러지는 다시 혐기성조로 재 공급되어 처리된다.

본 방법을 이용하여 유출수의 BOD 농도가 10mg/L 이하, COD 농도가 40mg/L 이하, T-N 농도가 20mg/L 이하가 되게 하기 위해서는 BOD용적부하를 0.2㎏BOD/㎥/day 이하로 유지하고, COD용적부하를 0.4㎏COD/㎥/day 이하로 유지하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 따르는 생물막을 이용한 접촉산화조 공정의 유기물 부하(용적부하) 변화에 따른 처리 효율과 반응조내 수리학적 체류시간(HRT) 변화에 따른처리효율을 검증하여 합병정화조로의 적용가능성을 위하여 수행된 실험에 기초하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

[실시예]

1. 실험장치 및 운전

(1) 실험장치

실험실 규모의 반응조 1세트를 투명 아크릴로 제작하여 유기물 및 영양염류 제거특성을 파악하고자 하였다. 도 1에는 실험에 사용된 합병정화조 반응조가 예시된다. 이 반응조는 혐기조, 무산소조, 포기조로 구성되었고, 각 반응조별 유효용량은 4.17L, 2.08L, 16.67L로 총용량은 22.92L이다. 실험에 사용된 여재(Media)는 대호산기의 여재를 사용하였고, 여재충전율은 35로 하였다.

그리고, 혐기조와 무산소조는 업플로우(upflow) 형태의 단일 반응조로 상단을 무산소조로 하고, 하단을 혐기성조로 구성하였다. 또한, 포기조는 6:4의 비율로 구분하여 각각의 조에서 유기물제거와 질산화가 이루어지도록 하였다. 하수 주입과 내부 반송은 미량 정량펌프(Masterflex Tubing Pump)를 사용하여 일정하게 주입하였으며, 혐기조 및 무산소조는 공기공급을 차단하고 감속모터를 사용하여 완만히 혼합만 실시하였으며, 포기조는 산기관(Air Blower)을 설치하여 완전혼합 및 적정 DO농도를 유지하였다.

(2) 반응조 운전

표 1에 제시한 바와 같은 각 반응조의 사양 및 운전조건하에 수행하였다. 반응조 용적은 각 4.17L, 2.08L, 16.67L로 고정하고, 유입유량을 50 L/day, 40L/day, 33.3 L/day, 25L/day로 조절하여 수리학적 체류시간(HRT) 1시간, 13.75시간, 16.5시간, 22시간에서 운전기간동안 변화시켜 적정 HRT를 산정하고자 하였다. 탈질화를 위한 반송은 100로 하였으며, 반응수중의 높은 DO농도에 의한 무산소조의 영향을 줄이기 위하여 탈기조를 별도로 설치하여 그 영향을 최소화할 수 있었다. 슬러지 반송은 사실상 발생되는 슬러지가 미미하여 반송을 실시하지 않았다. 운전기간동안의 온도는 13.6∼16.5℃의 범위였다.

구분	혐기조	무산소조	포기조
반응조 용적(L)	4.17	2.08	16.67
HRT(hr)	11	2	1	8
	13.75	2.5	1.25	10
	16.5	3	1.5	12
	22	4	2	16
리사이클()	100
온도(℃)	13.6∼16.5℃

(3) 유입오수 성상

실험에 이용된 C 종합물류센터 오수의 성상을 표 2에 제시하였다. 유입시료는 C 종합물류센터의 간이 저류조에서 직접 채취하여 차량으로 운반후 저류조로 옮겨졌으며, 저류조에서는 침전에 의한 영향을 배제하기 위하여 교반장치를 설치하여 가동하였고, 원수 저류조에서 반응조로의 주입은 미량 정량펌프를 사용하였다. 유입시료의 성상을 살펴보면 SS의 경우 102.5∼305.2 mg/L, COD는 170.1∼409.2mg/L로 조사되었다. 이에 따른 BOD/T-N비는 2.3∼5.7의 범위였으며, BOD/T-P비는 16.4∼31.0으로 조사되었다.

항목	농도 (mg/L)
항목	범위	평균
pH	6.7-7.6	7.11
SS	102.5-305.2	200.1
VSS	95.2-256.0	177.7
TCODcr	170.1-409.2	282.0
SCODcr	69.5-137.5	107.6
TBOD	99.5-127.3	159.7
SBOD	47.5-116.5	80.1
T-N	17.5-87.0	53.0
T-P	4.2-11.5	6.4
알카리도(Alkalinity)	109.5-342.5	226.5
BOD/T-N	2.3-5.7	3.0
BOD/T-P	16.4-31.0	24.5

(4) 분석방법

본 실험에 이용한 수질분석법은 표준방법과 우리 나라 환경오염 공정 시험법에 의거하였으며, 각 항목별 분석방법은 표 3에 제시한 바와 같다. 시료의 분석은 유입수와 각 공정별 처리수 및 최종 유출수를 채취하여 1일 간격으로 분석하였으며, BOD 실험시에는 질산화에 의한 산소의 소모량을 배제하기 위하여 질산화 억제제(Nitrification Inhibitor)로 포뮬라(Formula) 2533(HACH 컴패니 제품)을 첨가하여 수행하였다.

항 목	분석 방법 및 기기
pH	ORION 230A, pH 메터(Meter)
DO	YSI 모델 57 옥시겐 메터(Oxygen Meter)
TBOD	윙클러법(Winkler Method) 아지드 모디피케이션(Azide Modification)
SBOD	여과 및 윙클러법 아지드 모디피케이션
TCODcr	K₂Cr₂O₇폐환류법(Closed Reflux Method)
SCODcr	여과 및 K₂Cr₂O₇폐환류법
SS	중량측정법(Gravimetric Method), 전기 드라이 오븐 (105℃)
VSS	중량측정법, 전기 머플 퍼니스(Electric Muffle Furnace) (550℃)
알카리도	적정법(Titration Method)
T-P	과황산염 소화(Persulfate Digestion) 및 아스코르빈산 방법
S-P	여과, 과황산염 침지 및 아스코르빈산 방법
TKN	마이크로 켈달법(Micro Kjeldahl Method)
NO₂-N	디아조법(Diazo Method)
NO₃-N	브루신법(Brucine Method)
NH₃-N	피네이트법(Phenate Method)

2. 결과 및 고찰

운전초기 여재에 미생물이 충분히 부착되어 환경에 적응하는데는 약 10일 정도가 소요되었으며 질산화가 일어나기까지는 약 14일 정도의 기간이 소요되었다. 이 기간까지는 전체 수리학적 체류시간(HRT)을 13.8hr로 고정하여 운전하였으며, 질산화가 충분히 일어난 26일째부터 HRT 11hr로 고정하여 운전하였다. 그러나, 높아진 유기물 부하로 질산화가 급격히 감소하여 다시 HRT를 16.5hr로 증가시켜 운전하였다. 그 결과 어느 정도 질산화는 일어났으나, 그 농도가 평균 4.66mg/L 정도에 그쳤다. 높은 질소제거율을 위하여 다시 HRT를 22hr로 증가시켜 운전하였으며 43일째부터 반송율 100로 반송을 실시하였다.

그리고, 분석을 위한 시료는 자연유하에 의한 유출수를 채취하였는데 혐기조와 무산소조는 업플로우 형태의 단일 반응조로 구성되어 하단에 위치하는 혐기조는 시료채취로 인한 반응조내 미생물의 유실로 인하여 분석을 생략하였다. 또한 포기조는 유기물 제거와 질산화로 구분하기 위하여 반응조를 6:4 비율로 아래부분으로로 이동할 수 있도록 설계하였다. 그러나 포기에 의한 혼합으로 시료분석결과 앞단과 뒷단의 차이가 거의 없었다. 때문에 포기조 유출수를 채취하여 분석하였다.

(1) 유기물 제거 특성

운전기간동안 유기물 농도변화 및 평균제거율을 표 4에 제시하였다. BOD의 경우 각 HRT별로 유출농도가 17.4 mg/L. 26.6 mg/L, 16.5 mg/L, 7.6 mg/L이고 그 때의 제거율은 84.8, 88.5, 91.9, 94.7로 나타났다. COD의 경우 유출농도 34.3mg/L, 57.1mg/L, 42.7mg/L, 40.0mg/L이고, 제거율은 84.8, 85.0, 87.1, 85.2로나타났다. 그리고 SS의 경우 유출농도 6.7mg/L, 11.2mg/L, 11.7mg/L, 10.9mg/L이고, 제거율은 95.9, 95.695.0, 94.1로 높은 제거율을 나타냈다. 운전기간 동안의 BOD용적부하(BOD Volumetric Loading Rate)는 0.21, 0.51, 0.31, 0.20 kgBOD/㎥/day로 산출되었다.

구분	BOD	COD	SS	VLR^*(kgBOD/㎥/day)
개시HRT: 13.8hr	유입(mg/L)	121.9	231.0	168.6	0.21
	유출(mg/L)	17.4	34.3	6.7
	제거율()	84.8	84.8	95.9
HRT: 11hr	유입(mg/L)	234.7	380.9	262.9	0.51
	유출(mg/L)	26.6	57.1	11.2
	제거율()	88.5	85.0	95.6
HRT: 16.5hr	유입(mg/L)	211.4	337.6	236.3	0.31
	유출(mg/L)	16.5	42.7	11.7
	제거율()	91.9	87.1	95.0
HRT: 22hr	유입(mg/L)	145.4	271.4	191.4	0.2
	유출(mg/L)	7.6	40.0	10.9
	제거율()	94.7	85.2	94.1

* 전체 반응조 용적에 대한 부하량을 산출하였음.

가. BOD 제거특성

도 3의 그래프는 운전기간 동안의 BOD 농도변화의 유기물 제거특성을 플로트한 것이다. 운전기간동안 체류시간 16.5hr부터 BOD 제거율이 90이상을 나타내고 있다. 또한 도 4의 그래프와 도5의 그래프를 살펴보면 유출수의 BOD농도를 10mg/ L 이하로 유지하기 위해서는 BOD 용적부하를 0.20 kgBOD/㎥/day 이하로 유지하여야할 것으로 나타났다.

나. COD 제거특성

도 6의 그래프는 반응조 운전기간 동안의 COD 농도 변화와 제거율을 플로트한 것이다. COD의 경우 BOD와 달리 체류시간에 따른 제거율의 차이는 나타나지 않았고 평균 85.5의 제거율로 나타났다. 또한 도 7과 도 8의 그래프를 살펴보면 유출수 COD 농도를 40mg/L 이하로 유지하기 위해서는 COD 용적부하를 대략 0.4kgCOD/㎥/day 이하로 유지하여야 하는 것으로 나타났다.

다. SS 제거특성

도 9의 그래프는 운전기간 동안 SS농도 변화와 제거율을 플로트한 것이다. SS 제거율은 생물막 공정의 특성상 체류시간에 관계없이 평균 95.2의 높은 제거율을 보였으며 유출수 농도는 4.3mg/L∼15.3mg/L 범위와 평균 9.4 mg/L로 낮게 나타났다.

(2) 질소 제거특성

반응조 운전기간 동안의 T-N 농도 변화 및 제거율에 대하여 표 5에 나타내었다. 운전기간 동안의 체류시간별 평균 COD/T-N 비는 6.5, 5.8, 5.0, 5.4, 4.9로 나타났다. 초기체류시간 11hr와 16.5hr에서는 질소제거율이 25.0, 26.1, 35.3로 낮았다. 이후 체류시간 22hr에서 55.4로 증가하였고, 반송을 시작한 후부터 69.5로 더욱 증가하였다. 반송을 하지 않은 상태에서도 55.4로 높아진 이유는 포기조 내에서 NH₃가 탈기되는 양과 생물막공법 특성상 포기조내의 두터워진 생물막내에서 탈질화가 이루어졌기 때문으로 판단된다.

구분	T-N
구분	유입(mg/L)	유출(mg/L)	제거율()	COD/T-N
개시시 (HRT: 13.8hr)	41.6	31.21	25.0	6.5
HRT : 11hr	67.2	49.7	26.1	5.8
HRT : 16.5hr	68.9	44.8	35.3	5.0
HRT : 22hr	무반송	49.8	22.3	55.4	5.4
HRT : 22hr	반송(100)	55.7	17.0	69.5	4.9

도 10은 반응조 운전기간 동안의 T-N 농도변화와 제거율을 플로트한 것이다. 운전기간동안 체류시간 16.5hr까지는 높은 유기물 부하로 인해 질산화율이 낮아 제거효율을 미미하였으며, 체류시간 22hr로 증가함으로써 T-N제거율이 무반송운전에서 50이상을 나타내고 있으며 반송을 시작한 후론 약 70의 제거율로 조사되었다. 도 11과 도 12의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이 유출수의 T-N 농도를 20mg/L 이하로 유지하기 위해서는 BOD 용적부하를 0.2kgBOD/㎥/day 이하로 유지하여야 하는 것을 알 수 있다.

(3) 인 제거특성

반응조 운전기간동안의 T-P와 S-P 농도변화와 제거율을 표 6과 도 12의 그래프에 나타내었다. T-P의 경우 각 체류시간별 유출수 농도는 5.6mg/L, 7.1mg/L, 8.3mg/L, 5.6mg/L, 5.1mg/L로 나타났고, 제거율은 6.6, 8.5, -6.6, 6.4, 14.8로 제거율이 매우 낮았다. S-P의 경우 유출수 농도는 5.1mg/L, 6.7mg/L, 7.6mg/L, 5.2mg/L, 4.6mg/L로 나타났는데 무반송상태에서는 모두 유입농도에 비하여 증가하였다.

그리고, 무반송 상태의 경우 인 제거율이 매우 낮거나 오히려 유출수의 인농도가 증가하는 현상을 나타내는 것은 혐기성조에서 인의 용출이 일어나고, 무산소조에서 인 축적 박테리아(PAO)가 이용 가능한 기질이 존재하여 부분적으로 다시 인의 용출이 발생되었으며, 호기성조에서 생물막 공정의 특성상 생물막표면의 호기성 층에서는 인의 섭취가 이루어지나, 생물막 내부의 혐기성 층에서 인의 용출이 일어나고, 호기성조건에서 미생물 생체 내 축적이 일어난다.

또한, 거버(Gerber)(1986) 등은 생물학적 영양소 제거공정에서 기질(organic substrate)과 질산성질소(nitrate) 및 인(phosphate)의 관계를 연구한 결과 무산소 조건에서 인 축적 박테리아가 이용 가능한 아세테이트가 존재하는 경우에는 인의 용출이 일러날 수 있으며, 호기성 조건에서도 환경조건에 따라 인의 용출이 일어날 수 있다고 하였다. 일반 생물학적 처리 시스템에서의 미생물의 인 함량은 건조무게로 1.5-2정도인 데, 본 반응조 포기조의 미생물을 일부 채취하여 실험한 결과 1.4로 인의 섭취(Uptake)가 충분히 일어났다고 보기가 어려웠다.

한편, 반송상태의 경우 T-P의 제거율이 14.8로 증가하였고 유출수의 S-P 농도는 유입수에 비해 감소하였는데, 이는 포기조 유출수의 반송으로 인하여 무산소조내의 DO 농도와 질산성질소 농도의 증가로 이같은 현상이 일어난 것으로 판단된다. 케른-제스퍼슨 및 헨체(Kerrn-Jeepersen & Henze)(1993) 또한 무산소 조건과 호기성 조건에서의 인의 섭취를 연구한 결과 무산소 조건에서도 산소나 질산성질소가 존재할 경우 이를 전자 공여체로 이용하여 인의 섭취가 발생할 수 있다고 발표한 바 있다. 생물학적 인 제거는 인의 실질적인 변환에 의한 제거라기 보다는 미생물 세포내에 에너지원으로 축적됨을 의미하는 것이며, 엄밀한 의미에서의 인의제거는 잉여슬러지를 폐기함으로써 달성될 수 있다. 본 공정은 생물막공법으로 잉여슬러지의 제거와 인을 제거하기에는 발생되는 슬러지의 양이 매우 미미하다. 따라서 부과적 인 제거 프로세스가 필요하다.

구분	T-P	S-P
구분	유입(mg/L)	유출(mg/L)	제거율()	유입(mg/L)	유출(mg/L)	제거율()
개시시 (HRT: 13.8hr)	6.0	5.6	6.6	4.9	5.1	-6.8
HRT : 11hr	8.1	7.1	8.5	6.9	6.7	-5.3
HRT : 16.5hr	7.8	8.3	8.3	7.2	7.6	-5.5
HRT : 22hr	무반송	5.9	5.6	5.6	4.7	5.2	-11.0
HRT : 22hr	반송(100)	6.1	5.1	5.1	5.2	4.6	10.2

이상 설명한 바와 같은 본 발명의 폐수처리장치 및 방법은 충격부하 완충능력이 우수하고 유기물 및 질산화, 탈질효율이 우수할 뿐만 아니라 발생슬러지의 양이 매우 적어 슬러지 처분의 문제가 없고 유지관리가 용이한 등의 장점이 있다.

Claims

접촉산화식 폐수처리 장치에 있어서, 유량조정조(10)와; 혐기성조(21), 무산소조(22) 및 포기조(30)로 이루어진 반응조와; 탈기조(40) 및 침전조(40)를 구비하고; 상기 혐기성조와 무산소조는 업플로우(upflow) 형태의 단일 조(20)로 다공성 격판(23)에 의해 상단이 무산소조가 구성되고, 하단이 혐기성조로 구성되며; 상기 유량조정조는 공급라인을 통해 혐기성조에 연결되고, 무산소조는 공급라인을 통해 포기조에 연결되며, 상기 포기조는 공급라인을 통해 침전조에 연결되고 반송라인을 통해 탈기조에 연결되며, 상기 탈기조는 반송라인을 통해 무산소조에 연결되고, 침전조의 하단은 슬러지 반송라인을 통해 혐기성조에 연결되는 것을 특징으로 하는 합병정화조용 접촉산화식 폐수처리장치.
제 1 항에 있어서, 상기 포기조가 제1 포기조(31)와 제2포기조(32)로 구성되고, 제1포기조 대 제2포기조의 용적비가 5:5∼7:3인 것을 특징으로 하는 합병정화조용 접촉산화식 폐수처리장치.
제 1 항에 있어서, 상기 포기조 내에 충전되는 여재의 충전율이 30∼45인 것을 특징으로 하는 합병정화조용 접촉산화식 폐수처리장치.
제 1 항에 있어서, 부가적으로 인 제거용 폐수처리수단이 장치된 것을 특징으로 하는 합병정화조용 접촉산화식 폐수처리 장치.
제 1 항 내지 제 4 항중 어느 하나의 항 기재의 폐수처리장치에서 폐수를 처리하는 것을 특징으로 하는 합병정화조용 접촉산화식 폐수처리방법.
제 5 항에 있어서, BOD 농도 10mg/L이하, COD 농도 40mg/L 이하, T-N 농도 20mg/L 이하의 유출수를 얻기 위하여, BOD용적부하를 0.2㎏BOD/㎥/day 이하로 유지하고, COD용적부하를 0.4㎏COD/㎥/day 이하로 유지하는 것을 특징으로 하는 합병정화조용 접촉산화식 폐수처리방법.