KR20020007270A - 하수처리장 2차 처리수의 수질 개선을 위한고효율산화지와 인공습지를 결합한 자연처리시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하/폐수처리장 2차 처리수의 수질 개선을 위한 자연처리시스템에 관한 것으로, 공학적(기계적) 처리공법에 대한 대체기술로 고효율산화지와 인공습지를 결합한 자연처리시스템에 의해 2차 처리수의 고도처리가 이루어지도록 한 것이다.

이러한 본 발명은 하/폐수처리장 2차 처리수의 수질개선을 위한 고도처리에 있어서, 고효율산화지와 인공습지를 배열기법으로 설치함으로써 이루어진다.

Description

하수처리장 2차 처리수의 수질 개선을 위한 고효율산화지와 인공습지를 결합한 자연처리시스템{Natural Treatment System by Shallow Algal Ponds Coupled with Constructed Wetlands for Upgrading a Secondary Effluent}

일반적인 하/폐수처리는 물리적인 힘을 이용한 단위조작(unit operation)과 화학적 또는 생물학적 반응을 이용하여 오염물질을 제거하는 단위공정(unit process)을 조합하여 수행하고 있다. 1차 처리에서는 하/폐수 내의 부유성 또는 침전성 고형물질을 제거하기 위한 단위조작을 사용하고 있으며, 2차 처리에서는 생물학적 및 화학적 공정을 사용하여 유기물을 제거한다. 고도처리(advanced treatment)에서는 단위조작과 단위공정을 추가로 조합하여 2차 처리에서 거의 제거되지 않는 질소와 인과 같은 영양소의 제거가 이루어지고 있으며 그 대표적인 공법의 예로는 BNR 및 Breakpoint Chlorination공법, Ammonia Striping공법 등이 있다. 이들 공학적 공법들(engineered process)은 공정상의 신뢰도가 높은 반면 막대한 초기 시설 투자비 및 높은 운전관리비가 요구된다. 현재의 하/폐수 처리공정은 2차처리수준까지의 하/폐수처리장이 주를 이루고 있으며, 필요에 따라 3차 처리인 고도처리공정을 추가로 조합하고 있다.

하지만, 고도처리공정을 추가하는데 들어가는 막대한 설치비용 및 운전관리비 때문에 지방자치단체 산하의 소규모 하수처리장에서 이를 적용하기란 그리 쉬운 문제가 아니다.

본 발명은 하/폐수처리장 2차 처리수의 수질 개선을 위한 자연처리시스템에 관한 것으로, 유기물질뿐만 아니라 영양염류, 병원성 미생물의 제거에 탁월한 효과를 가지고 있는 고효율산화지를 기본 처리시스템으로하여 인공습지와 결합한 자연처리시스템에 의해 2차 처리수의 고도처리가 이루어지도록 한 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 하/폐수처리장 2차 처리수의 수질을 3차 처리수 수준으로의 수질개선을 위하여 고도처리시설을 필요로 할 경우, 시설 및 유지관리비용이 막대하게 소요되며 유지관리에 고도의 기술을 요하는 기계적인 요소를 가급적 배제하고, 시설 및 유지관리비용이 기계적인 시스템에 비해 월등히 낮으며 유지관리에 별다른 기술을 요하지 않아 용이한 자연처리공법을 제공하는데 있다.

이러한 본 발명은 하/폐수처리장 2차 처리수의 수질개선을 위한 고도처리에 있어서, 고효율산화지와 인공습지를 배열기법으로 설치함으로써 이루어진다.

도 1은 기존의 2차 처리수에 대한 수질개선 방법 및 본 발명의 목표를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 2는 2차 처리수의 수질개선을 위해 하수처리장에 설치하여 현장 처리 실험을 통해 발명한 고효율산화지(Shallow Algal Ponds, SAPs)와 인공습지(Constructed Wetlands)를 결합한 자연처리시스템의 공정을 도식적으로 나타낸 것이다.

도 3은 상기한 2차 처리수의 수질개선을 위한 자연처리시스템에 의해 수행한 TN제거 성능을 그래프로 나타낸 것이다.

도 4는 상기한 2차 처리수의 수질개선을 위한 자연처리시스템에 의해 수행한 TP제거 성능을 그래프로 나타낸 것이다.

도 5는 상기한 2차 처리수의 수질개선을 위한 자연처리시스템에 의해 수행한 지표 미생물제거 성능을 그래프로 나타낸 것이다.

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

10 : 하/폐수처리장의 기계적인 1,2차 처리 시스템

20 : 종래에 적용되어왔던 기계적인 3차 처리 시스템

30 : 본 발명의 자연처리공법

31 : 고효율산화지

32 : 인공습지

Q : 유량

SAPs : Shallow Algal Ponds

CWs : Constructed Wetlands

종래의 하/폐수처리공정(10)은 2차 처리수준까지의 공정이 주를 이루고 있으며, 필요에 따라 3차 처리인 고도처리공정(20)을 추가로 적용하고 있다. 이 경우하/폐수는 1차 처리공정을 통해 부유성 또는 침전성 고형물질이 제거되며, 2차 처리공정을 통해 주로 유기물질이 제거된다. 그러나 이때 적용되는 3차 처리시설(20)은 기계적인 시스템으로 시설 및 유지관리비용이 막대하게 소요될 뿐만이 아니라, 유지관리에 고도의 기술인력을 필요로 한다.

본 발명은 이러한 문제를 안고 있는 기계적인 3차 처리시설(20) 대신에 자연처리공법(30)을 적용하도록 한 것으로, 하/폐수처리장(10)의 2차 처리수가 고효율산화지(31)와 인공습지(32)의 배열로 이루어지는 본 발명의 자연처리공정(30)을 통하여 고도처리가 이루어진다.

실시예 1

하수처리장의 2차 처리수를 이용하여 1년에 걸쳐 처리실험을 수행한 결과 자연처리시스템을 구성하고 있는 각 공정은 아래와 같은 기능과 역할을 수행하는 것으로 밝혀졌다 (자연 수처리 공법에 의한 2차 처리수의 수질개선 연구, 2001, 한서대학교 환경공학과, 한국과학제단 목적기초연구(R02-2001-01270)).

[표 1]

실시예 2

인공습지(CWs)는 고효율산화지의 경우 영양소 처리속도는 매우 빠르지만 일사량에 따라 효율이 크게 좌우되는 단점이 있으므로 이를 보완하기 위한 일환으로 설치하였다. 운전기간을 통하여 유입수의 SS 농도는 고효율산화지내 형성된 사상성 조류에 의해 운전기간 중 1.0-6.0mg/L로 큰 폭의 변화가 없이 여과작용을 수행하였다. 이와 반면에 CWs 유출수내의 SS 농도는 운전 초기 토양에서 분리된 미세입자에 의한 부유물질 증가를 제외하면 대부분 1.0-7.0mg/L 내외로 나타나 토양표면 및 식물층에 의한 SS 제거효율은 원래에 기대했던 기능과 역할측면에서 볼 때 매우 양호하였다.

실시예 3

실제 하수처리장(하수처리장 2차 처리수의 median 농도는 TN은 19mg/L, TP는 6.24mg/L, TC는 49,000MPN)에 설치한 본 자연처리공법의 최종 처리수질은 수리학적 체류시간 10일에서 유입하수에 대하여 처리수질은 평균 SS 5.9mg/L, COD(크롬법) 22.9 mg/L, T-N은 2.2 mg/L, T-P는 0.9 mg/L 정도를 나타내었다(도 3).

처리 시스템의 안정성은 전체 운전기간의 80%에 해당하는 처리수질 농도(P₈₀)와 20%에 해당하는 농도(P₂₀)의 비, 즉 P₈₀/P₂₀을 안정성 계수라 하는데, TN은 3.0, TP는 2.48, TC는 2.86으로 계절적 요인에 비추어 매우 양호하게 나타났다. 처리의 안정성은 동절기 동안에 처리 시스템의 온상화 또는 비닐하우스 등에 의해 크게 향상시킬 것으로 판단된다.

[표 2]

하/폐수처리장의 2차 처리수의 수질개선을 위하여 3차 처리를 도입할 경우, 고비용의 기계적인 요소를 가급적 배제시키고도 높은 처리효율을 얻을 수 있는 본 공법이 하/폐수처리장 관리기관의 비용절감은 물론 수질환경을 개선시키는데 실효를 거둘 수 있을 것이다.

Claims (2)

1. 하/폐수처리장 2차 처리수의 수질개선을 위하여 3차 처리공정을 적용할 경우,

   바닥에 10cm 내외의 모래를 고르게 깔고, 4-5일 정도의 체류시간을 갖는 수심 약 30cm 내외의 고효율산화지와, 부들, 수생히야신스, 미나리, 갈대 등 정수성 식물을 선택적으로 인공 배양하여 형성하는 수심 약 30cm 내외의 인공습지를 배열기법으로 설치하여 2차 처리수를 고도처리하는 자연처리공법
2. 처리효율의 향상을 위하여 고효율산화지의 유출수와 인공부들의 유출수를 본 발명의 자연처리공법 유입구로 반송하여 재처리하는 공법.