KR200190709Y1

KR200190709Y1 - 하수의 고도 처리장치

Info

Publication number: KR200190709Y1
Application number: KR2020000000813U
Authority: KR
Inventors: 조원태
Original assignee: 합자회사동림소재; 조원태
Priority date: 1999-11-03
Filing date: 2000-01-12
Publication date: 2000-08-01

Abstract

본 고안은 생물막 공법에 근거하여 유기물과 질소의 효과적 제거, 폐광재를 이용하는 혼합형 정석 탈인공정에 의한 하수의 고도처리, 하수로부터의 인 회수공정의 개선에 의한 처리장의 수처리품질향상, 분뇨나 축산분뇨 처리장에도 응용이 가능한 하수 고도처리장치를 제공하기 위한 것으로서, 하수 유입측으로부터 침 사 및 스크린조(1)와 분배조(2), 1차 침전조(3), 무산소조(4), 1차 폭기조(5)와 2차 폭기조(6), 최종 침전조(7), 탈인조(8), ph조정조(9), 소포수조(10), 방류조(11), 오니농축조(12), 그리고 오지저류조(13), 및 탈수기(14)의 등으로 이뤄진 하수처리장치에 있어서, 하수중의 질소와 인을 동시에 제거하기 위한 무산소조(4)와 1차 폭기조(5) 및 2차 폭기조(6)에 탄화활성 접촉여재(15)를 장입하고, 상기 탈인조(8)에 폐광재를 정석재로 투입하여 인을 제거토록 구성한 것이다.

Description

하수의 고도 처리장치{Phosphorus removing device for waste water}

본 고안 생물막 공법에 의한 유기물과 질소의 효과적 제거와 폐광재를 이용하는 혼합형 정석탈인 공정에 의한 하수의 고도처리, 하수로부터 인을 회수하는 공정개선에 의한 하수처리장의 수처리품질향상, 분뇨나 축산분뇨 처리장에서도 응용이 가능한 하수 고도처리장치에 관한 것이다.

도시마다 갖추거나 갖추게 될 하수처리장은 그 도시에서 하루에 배수되는 하수량을 처리할 수 있는 규모로 설계, 시공되고 있다. 인구밀집도가 높은 도시일수록 하수처리장은 대형화가 불가피하다. 대규모 하수처리장은 건설부지의 선정과 토지보상문제, 예산확보의 어려움, 막대한 운영비 조달과 전문인력의 부족에따른 양성대책 등 고려해야 될 사항이 한 두 가지가 아니다.

이런 이유 때문에 거주 인구가 적은 부락이나 마을에서는 하수처리장의 건설이 절실함에도 엄두를 내지 못하는 경우가 허다하다. 그렇지만 생활하수를 처리하기 위한 하수처리장은 하천과 지하수의 오염을 방지하여 하천생태계를 보호하기 위하여는 절대적으로 필요하다. 그리고 그간 소홀히 여겨 온 부락형 하수처리장에 대하여도 적극적으로 검토할 필요가 있다. 하루 생활하수총량이 만만치 않기 때문이다.

중·소규모 하수처리시설의 경우 이제까지와는 달리 슬러지 발생량이 적고 유지관리가 용이한 공정이 무엇보다도 중요한 평가요소라고 생각되며, 이런 규모의 하수처리장은 부유성장식 하수처리공법에 비해 상대적으로 슬러지 발생량이 적고 부하변동 및 독성물질에 대한 적응력이 강한 생물막 하수처리공법이 적합할 것으로 보인다.

생물막 하수처리공법은 하수처리에 이용되는 미생물을 부착시킬 여재의 특성에 따라 운전형태 및 처리특성이 달라질 수 있으며, 유기물의 제거만 목적으로 한느가 혹은 질소·인과 같은 영양염류의 제거를 포함하는가 또한 매우 중요한 요소이다.

중·소규모 하수처리시설이라 하더라도 상수원 보호구역이나 댐, 저수지 상류에 위치할 경우에는 유기물은 물론 질소 및 인 등의 영양염류를 제거할 수 있는 공정이 필수인 데, 생물막 공법의 경우 유기물 제거, 질산화 및 탈질의 기능을 가진 미생물을 별개의 단에 우점적으로 부착 시킴으로서 유기물 및 질소의 효과적인제거가 가능하나 혐기 및 호기조간의 미생물 이동이 어려우므로 생물학적 탈인의 원리상 인제거 효과는 크게 기대하기 힘든 단점이 있다.

인은 물리화학적 방법에 의해 처리하는 것이 효과적이다. 보편적인 인 제거방법으로서는 응집제를 이용하는 응집침전법이 있는데, 처리비용과 슬러지의 과다 발생과 같은 이유 때문에 실제로는 이 방법을 기피하는 경향이다.

그래서 최근에는 정석반응에 관심이 집중되고 있다. 정석반응에 의한 인 제거방법은 인의 제거 효율이 높고 회수된 인을 다른 산업의 자원으로 이용할 수 있는 여지가 있기 때문이다.

그러나 정석반응에 있어서는 정석반응을 유발하는 정석재의 종류에 따라 처리성능과 경제성이 달라질 가능성이 높기 때문에 이에 대한 보다 면밀한 검토가 선행되어야 한다.

인은 유한한 자원이며, 그 원료인 인광석의 국내생산이 거의 이뤄지지 않고 있는 으리네 실정이고 보면 결국 막대한 외화를 들여 수입에 의존할 수 밖에 없는데, 하천으로 흘려보내고마는 하수에서 자원화가능성이 높은 인을 효과적으로 회수할 수만 있다면 환경보호와 경제성 제고라는 측면에서 아주 유익할 것이다.

표준 활성슬러지처리방법은 보편화된 하수처리방법의 하나이다. 이 방법은 최종 침전조로부터 유입 하수량의 20∼40%의 활성슬러지를 폭기조로 반송하여 유입하수와 활성 슬러지를 혼합하고 최종침전조에서 슬러지를 분리하여 상등수를 방류하는 것으로서, MLSS는 1,500∼3,000, BOD부하 0.2∼0.4㎏/㎥ 이다.

이 처리방법은 침전성이 좋은 활성 슬러지가 얻어지고 기능이 정상적인 반면 BOD부하에 대응하는 MLSS의 조정과 활성 슬러지의 질과 폭기시간에 좌우되는 흡착작용과 산화작용의 균형 슬러지 및 급기량의 조절에 전문적이고도 집중적인 관리가 요구되고, 대규모 시설에서의 경제적인 운용이 가능하며, 유입수의 부하변동에 불안정하고 슬러지가 다량 발생하는 등 유지관리비가 높은 것이 단점이다.

접촉산화법은 활성 슬러지공정의 단점을 보완하여 폭기조내에 접촉재를 충전하여 하수를 담체의 표면에 생성된 생물막과 순환 접촉시키면서 하수중의 유기물을 미생물의 분해작용으로 제거하는 것으로서, 폭기조의 미생물농도 20,000∼50,000mg/L 의 고농도 미생물을 접촉재에 부착시킬 수 있어 유입수의 유기물과 수리학적 부하변동에 강하고 반송 슬러지가 불필요하므로 운전관리가 용이하고, 슬러지는 적게 발생하고 유기물 및 질소제거효과는 비교적 나은 편이다. 그러나 접촉산화법의 특성상 미생물이 호기, 혐기간으로 자유롭게 이동이 어렵기 때문에 수리학적으로 인의 제거율은 미흡한 단점이 있다.

표준 활성슬러지처리법과 접촉산화처리법은 2차 처리시설로서 주로 유기물만 제거하는 공정인데, 근래 부영양화현상이 사회적 문제로 대두되면서 질소와 인을 동시에 제거하기 위한 수처리공법이 제안되고 있다. 그 분야에 있어서의 대표적인 수처리방법으로는 A²/O공법, 바덴포(Bardenoho)공법, VIP공법 등이 있다. 이들의 개요와 문제점은 다음과 같다.

도 1에서, A²/O 공법은 기존 A/O 공법에서의 혐기성조와 호기성조 사이에 무산소조를 설치하여 질소산화물과 인을 동시에 제거하는 것으로서, F/M비는0.15∼0.25㎏·BOD/㎏·MLVSS·일(日)이고, 고형물 체류시간(SRT)은 4∼27일이다. 수리학적 체류시간(HRT)은 혐기성 구간의 경우 0.5∼1.5시간, 무산소 구간은 0.5∼1.0시간, 호기성 구간은 3.5∼6.0시간이며, 폭기조의 MLS는 평균 3,000∼5,000㎎/L로 유지된다.

이에 대하여 A²/O공법은 반송 슬러지의 질소산화물(NO₃)의 함량을 감소시켜 탈인과정에서의 질소산화물의 영향을 줄일 수 있다. 호기성조로부터 무산소조로의 순환은 대개 유입수의 100∼300%에 달하고, 인제거율은 A/O공정에 비해 떨어지지만 40∼70%의 질소를 제거할 수 있다. 그러나 A²/O 공법은 탈질 반송율로 탈질조절이 어느 정도는 달성할 수 있지만 완전한 것은 못된다. 반송 슬러지내에 NO_X가 잔류하기 때문이다. 잔류 NO_X는 인제거 미생물의 성장을 보장하는 혐기조로 반송되어 인의 제거에 악영향을 끼치게 된다. 따라서 인을 고효율적으로 처리하기 위해서는 모래여과장치나 화학처리시설을 추가 설치해야 하고 온도에 지대한 영향을 받으므로 동절기에는 운용이 곤란하여 이 점에 대한 대책도 아울러 강구해야 할 것이다.

도 2에서, 5-스테이지 바덴포공법은 낮은 유기물부하에서 질소 제거율을 높이기 위해 설계된 것으로, 기존의 바덴포공정에 혐기성조를 추가하여 인을 제거하도록 한 것인데, 유입수와 반송 슬러지가 혼합되고 혐기성조에서 발효반응과 인의 방출이 진행되며, 내부에서 반송된 혼합액과 함께 제1 탈질조에서 발생된 질소산화물의 70% 정도가 용해성 BOD와 함께 제거된다. 이어서 호기성조에서 BOD와 암모니아, 인이 제거되고, 제2 탈질조에서 미생물이 분해되어 생성된 탄소원을 이용하여 탈질소화 반응이 일어난다.

제2 호기성조는 침전조에서 혐기성상태로 된 미생물로부터 인이 방출되는 것을 막는다. 이 공정에서의 F/M비는 0.1∼0.2㎏·BOD/㎏·MLVSS·일(日이)고, SRT는 10∼40일이다. 폭기조의 MLSS는 평균 2,000∼4,000㎎/L로 유지하며, 인을 3㎎/L 이하로 방류시킬 수 있고, 질소 80% 이상, 인 60% 내외의 제거효율을 보이는 것으로 알려져 있다.

그러나 이 공법은 시설부지가 A²/O 공정에 비해 과다하고, 실처리규모의 운전결과가 극히 제한된 지역에 국한되며, 하수의 유입성상에 따라 고려해야 될 선결과제가 남아 있다.

도 3에서, VIP공법은 UCT 공정의 운전효율성을 높이기 위해 제안된 것이다. UCT 공정은 10∼30일의 미생물 체류시간을 위해 설계하는 데 대하여 VIP공법은 활성 미생물의 양을 증가시켜 운전함으로써 인제거효율을 높임과 동시에 반응조의 용량을 감소시키는데 중점을 둔 것이다.

VIP 공정은 또한 혐기성, 무산소조, 호기성의 각 반응조에 완전혼합조를 2개이상 직렬로 배치하여 반응기의 연속흐름의 특징을 살리도록 한 것인데, 이 방법에 의하면 호기성 조건의 완전혼합조중에서 제1 반응조에서 유기물의 잔류량이 증가하여 인제거 효율을 증대시킬 수 있다. 그러나 VIP공정은 특히 저온대 지역에서 질 소의 제거효율이 다른 공정에 비해 급격히 낮은 단점이 있다.

상기의 모든 하수처리공법은 활성슬러지공법의 변형된 방식으로서, 하수성상과 지역에 따른 적용의 제한, 막대한 시설비와 유지관리비의 지출때문에 두루 적용하는데는 적잖은 문제가 따른다.

기설 하수처리장은 대부분 표준 활성슬러지법을 적용한 것이다. 질소와 인의 방류수질 규제가 시행되기 이전에 설치된 유기물 처리공법이기 때문에 향후 질소와 인의 처리 추가설비의 증설이 시급한 실정이고, 질소·인 동시제거공법용 설비는 초기 시설비용과 유지관리면에서도 많은 문제점을 안고 있다.

본 고안은 생물막공법에 의한 유기물과 질소의 효과적 제거, 폐광재를 이용하는 혼합형 정석탈인 공정에 의한 하수의 고도처리, 하수로부터 인을 회수하는 공정개선에 의한 하수처리장의 수처리품질향상, 분뇨나 축산분뇨 처리장에서도 십분 활용할 수 있는 하수 고도처리장치를 제공하려는 것이다.

본 고안은 하수처리용 표준 활성슬러지법과 접촉산화법, 각종 변형처리법의 단점을 보완하기 위한 탈인장치로서, 특히 탈인장치와 무산소적 조건을 추가하고 슬러지의 반송괴정을 배제함으로서 슬러지의 발생량을 최소화하며, 유기물은 물론 질소와 인까지도 동시에 처리할 수 있고, 처리된 인을 재할용할 수 있는 하수처리장치를 제공한다.

도 1은 A²/O공정의 하수처리공정도

도 2는 5-스테이지 바덴포공법의 하수처리공정도

도 3은 VIP 하수처리공정도

도 4는 본 고안이 적용된 하수처리공정도

도 5는 접촉여재의 사시도

도 6은 접촉여재의 적층예시도

도 7은 탈인조의 평면도

도 8은 탈인조의 부분절개 정면도

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 침사 스크린조 2 : 분배조

3 : 1차 침전조 4 : 무산소조

5 : 1차 폭기조 6 : 2차 폭기조

7 : 최종 침전조 8 : 탈인조

9 : ph 조정조 10 : 소포수조

11 : 방류조 12 : 오니농축조

13 : 오니저류조 14 : 탈수기

15 : 접촉여재 16 : Ca(OH)₂탱크

17 : NaOH 탱크 18 : H₂SO₄탱크

151,152 : 접촉여재 801 : 웨어

802 : 배플 803 : 정류벽

804 : 모터 805 : 교반기축

806 : 교반기 패들 807,808 : 축받이

809 : 정류벽 지지대

도 4 이하의 첨부도면에 따라 본 고안의 하수처리장치에 대하여 구체적으로설명한다.

도 4에서, 하수처리장의 초입에서부터 최종 처리순서에 따라 스크린조(1)와 분배조(2), 1차 침전조(3), 무산소조(4), 1차 폭기조(5)와 2차 폭기조(6), 최종 침전조(7), 탈인조(8), ph조정조(9), 소포수조(10), 방류조(11), 오니농축조(12), 그리고 오지저류조(13), 및 탈수기(14)의 순으로 배치한다.

스크린조(1)에는 스크린(1a)을 설치하여 유입 하·폐수에 섞여 들어오는 모래 등의 협잡물과 유입수중의 모래나 협잡물을 제거하여 후속 처리과정의 기능에 악영향을 끼치지 않도록 한다.

분배조(2)는 1차 침전조(3)를 거쳐 유량을 균등하게 분배하기 위하여 원수펌프(2a)로 1차 침전조(3)로 이송하기 위한 것이다.

1차 침전조(3)에는 스크레이퍼(3a)를 설치하여 무기성 슬러지를 슬러지펌프(3b)로 퍼올려서 오니농축조(12)로 이송하고 1차 침전조(3)의 상등수는 무산소조(4)로 이송하는 기능을 발휘토록 하기 위한 것이다.

무산소조(4)에는 오니의 퇴적을 방지하기 위한 수중믹서(4a)를 설치한다.

무산소조(4)의 후위에는 제1,2폭기조(5,6)를 차례로 설치한다. 무산소조(4)와 제1,2폭기조(5,6)에는 탄화활성반응 접촉여재(15)를 장입하고 제1,2폭기조(5,6)에는 송풍기(19)로 산소를 공급하여 유기물을 제거하고 암모니아성 질소를 질산성 질소로 변화시킨다.

도 5에서, 탄화활성반응 접촉여재(15)는 폐합성수지를 원료로 하는 특허 제85936호에 의거 제조한 것으로서, 단면은 ∩형이고 이것을 한층 걸러 방향이 직각으로 엇갈리도록 층층이 쌓아서 층간에 미생물이 접촉할 수 있는 공간을 되도록 충분히 확보하는게 중요하다.

도 4로 돌아가서, 제2 폭기조(6)의 내부에는 순환펌프(6a)를 설치한다. 이 순환펌프(6a)는 무산소조(4)로 반송시켜 탈질시킨 후 반응조를 거쳐 최종침전조(7)로 이송하는 일을 담당한다.

최종 침전조(7)는 반응조에서 탈리 후 월류한 슬러지를 스크레이퍼(7a)로 중력작용을 빌어 침강시킨 후 슬러지 펌프(7b)로 퍼올려서 오니농축조(12)로 이송하며, 이송된 슬러지는 오니농축조(12)의 스크레이퍼(12a)를 이용하여 중력침강시켜 슬러지 펌프(13a)로 퍼올린 다음 탈수기(14)로 이송하여 탈수하고 여기서 나오는 케이크는 외부로 반출한다.

도 6과 도 7에서, 상기 탈인조(8)는 회전축(804)에 패들(806)형 축(805)을 설치하고 축(805)의 비틀림을 방지하기 위하여 축지지대(807,808)로 보강한다. 그리고 상기 축(805)을 중심으로 정류벽(803), 배플(802), 웨어(801)를 설치하여 완전 혼합되어 결합된 인과 정석재는 높은 비중으로 인하여 정류벽(803) 상부에서 재침전하고 상등수는 안전하게 웨어(801)를 통과하여 pH조정조(9)로 이송된다.

이상과 같이 본 고안은 기존의 탄화활성 접촉여재와 정석탈인장치를 이용하여 질소와 인을 동시에 제거하는 장치로서, 슬러지를 반송할 필요가 없고 기존의 하수처리장치와는 달리 F/M비나 MLSS등이 인자를 생략할 수 있으므로 슬러지의 팽화현상 등의 부작용이 일어나지 않고, 따라서 비록 전문적인 운용기술을 가진 전문요원이 아니더라도 시설운용에 지장이 없으며, 그러므로 하수처리장의 운영 및 유지관리가 용이하고 시설운용비도 대폭 절약할 수가 있다.

또, 탄화활성 접촉여재는 밭작물 경작후 폐기물로 발생하는 폐합성수지(HDPE)로 제조된 고효율의 담채이고 정석재는 제철소에서 폐기되는 폐광재를 사용하므로 폐기물의 재활용과 수처리라는 일석이조의 실시효과를 얻을 수 있음은 물론 하수처리의 성상에 맞춰 질소와 인을 별개로 처리할 수 있으므로 그간 하수처리시설의 건설과 유지관리에 많은 문제점이 노출된 까닭에 오염발생원 단위의 중·소형 처리방식으로의 전환이 모색되고 있는 추세에 따라 질소와 인의 방류수질강화가 예상되는 실정을 두루 감안할 때 본 고안은 하수처리장의 유지관리의 용이함과 아울러 하수처리효율의 안정성 등이 더해지므로 영양염류의 방류수질기준에 부합되는 아주 적절한 하수처리장치라고 말할 수 있다.

Claims

하수처리장의 초입에서부터 최종 처리과정을 따라 스크린조(1)와 분배조(2), 1차 침전조(3), 무산소조(4), 1차 폭기조(5)와 2차 폭기조(6), 최종 침전조(7), 탈인조(8), ph조정조(9), 소포수조(10), 방류조(11), 오니농축조(12), 그리고 오지저류조(13), 및 탈수기(14)의 등으로 이뤄진 하수처리장치에 있어서, 하수중의 질소와 인을 동시에 제거하기 위한 무산소조(4)와 1차 폭기조(5) 및 2차 폭기조(6)에 탄화활성 접촉여재(15)를 장입하고, 상기 탈인조(8)에 폐광재를 정석재로 투입하여 인을 제거토록 한 것을 특징으로 하는 하수 고도처리장치.