KR20020089085A - 하폐수의 질소 및 인 처리장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하폐수의 질소 및 인 처리장치, 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명에서는, 혐기/무산소조에서 혐기/무산소공정을 거친 유입수를 제 1간헐포기조 및 제 2간헐포기조에서 간헐포기한 후, 포기조에서 호기공정을 거친 다음 최종침전조에서 슬러지를 침전시킨 후 외부로 방류하며, 이러한 공정중에 제 2간헐포기조 및 포기조중 어느 일측의 처리수를 혐기/무산소조로 반송시켜 혼합시키는 한편, 최종침전조에 침전된 슬러지를 제 1간헐포기조 및 혐기/무산소중 어느 일측으로 반송시킨다. 이에 따르면, 설치 및 공사비용을 절감할 수 있고, 또한, 질소 및 인의 처리효과를 증대시킬 수 있다.

Description

하폐수의 질소 및 인 처리장치 및 그 방법{Apparatus for treating Nitrogen and Phosphorus in wastewater and A Treatment method thereof}

본 발명은, 하폐수처리장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 특히, 질소, 인 등의 영양염류성분을 처리하는 하폐수의 질소 및 인 처리장치, 및 그 방법에 관한 것이다.

먼저, 본 발명상에서 폐수란, 일반 가정 및 상업용 건물에서 배출되는 오수, 공장에서 배출되는 폐수 및, 도시에서 발생하는 제반 하수를 통칭함을 정의한다.

산업화에 따른 대도시의 발달은 도시 인구의 급속한 증가를 초래하고, 이에 따른 당국의 개발정책에도 불구하고 수자원의 부족현상이 발생하고 있는 것이 사실이다. 수자원이 부족한 현실에서의 대안은 각종 댐을 구축하여 조성하는 인공 호수를 용수원으로 이용하는 것이다. 그러나, 최근 이로 유입되는 폐수량이 증가하여, 폐수에 포함된 유기질 및 각종 금속성분이 호소의 부영양화를 발생시키고, 이에 의해 수질이 급속히 악화됨으로써 식수원이 위협받고 있다. 한편, 오염된 물은 바다로 흘러들어 적조현상을 유발시키고, 이에 의해, 수산업 특히, 연안양식업등에 많은 피해를 주고 있다.

이 때문에, 하천 및 해양의 오염화를 방지하기 위하여, 생활하수나 공장폐수를 정화처리한 후 하천으로 방류하기 위한 하수처리장등이 설치되고 있다. 하수처리장에서 사용하는 하수처리방법으로는 우선, 활성슬러지법이 있다. 활성슬러지법이란, 생물학적 산소요구량 즉, BOD라 통칭되는 유기물과 부유물질을 생물학적으로분해시켜 처리하는 방법이다. 하지만, 이 방법은 폐수에 포함된 질소나 인 등의 영양염류의 처리가 미흡하여, 하천이나 해양의 부영양화(Eutrophication) 및 적조(Red tide)현상을 방지하기 곤란하다.

따라서, 이러한 문제점을 고려하여, 질소와 인을 처리하기 위한 장치 및 방법들이 소개되어 있다. 이들 중 일반적으로 알려진 종래의 기술들로는, 한국특허등록번호 제 239917호(명칭 : 미생물 반송슬러지와 고순도 산소혼합액의 순환방식을 이용한 하수 및 오폐수의 질소인 동시제거장치)에서 볼 수 있는 바와 같은, A²/O 법, 변형 Bardenpho법, UCT(University of Cape Town)법, 및 VIP(Virginia Initiative Plant)법등이 있다.

이하에서는, 생물학적 질소와 인의 처리이론을 개략적으로 분설하고, 이를 적용한 상기한 예들에 대하여 간략하게 살펴본다.

생물학적 질소의 처리과정은, 산소가 공급되는 호기상태에서의 질산화과정과 산소가 공급되지 아니하는 무산소상태에서의 탈질과정으로 구분할 수 있다. 질산화과정에는 예를 들어, 니트로소모나스(Nitrosomonas) 및 니트로박터(Nitrobactor)등과 같은 호기성 세균이 관여하고, 탈질과정에는, 수도모나스(Pseudomonas), 마이크로코쿠스(Micrococus), 아크로모박토(Archromobactor), 및 티오바실루스(Thiobacillus)등의 미생물들이 관여한다.

질산화과정은 우선, 폐수에 포함되어 유입되는 유기질소나 암모니아 형태의 질소를 아질산()형태를 거쳐 최종적으로 질산()형태로 전환시키는 과정이다. 이 때, 아질산()으로의 전환은 니트로소모나스(Nitrosomonas)가 관여하고, 질산()으로의 전환은 니트로박터(Nitrobactor)가 관여한다.

한편, 질산화과정을 거친 질산성질소는 무산소상태에서 N₂나 N₂O형태로 전환되어 대기중으로 확산된다. 이를 탈질과정이라 하며, 이 때, 상기한 수도모나스(Pseudomonas), 마이크로코쿠스(Micrococus), 아크로모박토(Archromobactor), 및 티오바실루스(Thiobacillus)등의 미생물들이 관여한다. 이들 미생물은, 리덕타제(Reductase)라는 효소를 가지고 있어서, 질산성 질소를 기화가능한 질소로 환원시킬 수 있다. 아울러 이들은 최종전자수용체로서 질산성 질소(NO₃-)나 산소(O₂)를 이용할 수 있으며, 따라서, 통성 호기성 박테리아(Facultative heterotrophic bacteria)라고 칭한다. 이들은 하수처리과정에서 충분히 존재하기 때문에, 적당한 조건 예컨대, 온도등을 일정하게 유지해 주면 탈질과정이 용이하게 진행된다.

생물학적 인의 처리는, 혐기상태와 호기상태를 순차적으로 거쳐 수행된다. 소정의 인제거 미생물들은 혐기상태에서 세포내에 축적되어 있던 폴리-인산(Poly-P)를 분해할 때 생기는 에너지를 이용하여 아세테이트(acetate)와 같은 유기산을 섭취한다. 이 때, 인을 폴리-B-히드록시부틸산(PHB)의 형태로 세포내에 저장하고 유리된 정인산(Orthophosphate)를 체외로 방출시킨다. 한편, 인제거 미생물들은 그 조건이 호기상태로 바뀌면, 저장해 두었던 PHB를 분해하여 ATP를 합성한다. 그런 다음, 합성된 ATP를 이용하여 혐기상태에서 방출된 양 이상의 정인산을 섭취하여 폴리-인산(Poly-P)을 합성한다. 이러한 기작을 인의 과잉섭취(Luxury Uptake)라고 한다. 인의 제거는, 이러한 인의 방출 및 인의 과잉섭취에 의해 이루어진다.

이와 같이, 폐수에 포함된 질소 및 인을 처리하면서, 질소를 제거한 세균 또는 미생물 및, 인을 과잉섭취한 세균 및 미생물들은 일정한 간격으로 폐기된다. 폐기량이나 그 폐기간격은 폐수의 양이나 함유성분등에 따라 달라질 수 있다. 일반적으로, 질산화 세균이나 미생물들은 성장속도가 느리기 때문에, 슬러지 체류시간(SRT)을 길게 유지한다. 따라서, 슬러지 폐기량(wasting)도 상대적으로 적다. 그러나, 인제거 박테리아나 미생물들은 폐기량을 증가시키면, 인제거 효율이 상대적으로 증가한다.

이와 같은 생물학적 질소 및 인제거이론을 적용한 종래기술에는 우선, A²/O법이 있다. 이 A²/O법에 따르면, 폐수의 흐름방향에 순차적으로 마련된 전처리침전조, 혐기조, 무산소조, 포기조, 및 최종침전조를 구비한다. 여기에, 포기조에서 무산소조로의 제 1반송라인 및, 침전조에서 혐기조로의 제 2반송라인을 포함한다. 제 1반송라인은 포기조의 유입수량의 1배 내지 3배를 반송시키고, 제 2반송라인은 최종침전조에 유입수량의 약 0.5배의 슬러지를 반송시킨다.

전처리침전조에서는 외부로부터 유입된 폐수에 함유된 부유 고형물질이 침전된 후 그 유출수가 혐기조로 유입된다. 혐기조에서는, 폐수자체 및 제 1반송라인에서 반송된 미생물 즉, 활성슬러지에 의해 유기물이 섭취되는 동시에, 인의 방출이 유도된다. 무산소조에서는, 혐기조로부터의 방출수와 포기조내에서 반송된 반류수에 함유된 질산성 질소의 탈질과정이 이루어진다. 포기조에서는, 질소의 질산화과정 및 인의 섭취가 진행되며, 일정한 양의 혼합액(Mixed liquor)이 무산소조로 반송된다. 그리고, 최종침전조를 거쳐 유기물, 질소, 및 인이 제거된 처리수가 외부로 방류되는데, 이 때, 침전된 슬러지는 혐기조로 반송된다.

한편, 변형 Bardenpho법은, 전처리침전조, 혐기조, 제 1무산조, 제 1포기조, 제 2무산소조, 제 2포기조, 및 최종침전조를 구비한다. 그리고, 제 1포기조에서 제 1무산소조로의 제 1반송라인과 최종침전조에서 혐기조로의 제 2반송라인을 포함한다. 이러한 변형 Bardenpho법에서는, 상술한 A²/O법과 마찬가지로, 혐기조, 무산소조, 및 포기조를 사용한 질소와 인의 처리가 진행되며, 여기에 부가된 제 2무산소조 및 제 2혐기조를 통해 반복적으로 그 공정을 수행함으로써, 질소 및 인의 처리효과를 증대시킬 수 있다.

UCT(University of Cape Town)법은, 전처리침전조, 혐기조, 무산소조, 포기조 및 최종침전조를 구비한다. 그리고, 무산소조에서 혐기조로의 제 1차반송라인, 포기조에서 무산소조로의 제 2차반송라인, 및 최종침전조에서 무산소조로의 제 3차반송라인을 포함한다. 한편, VIP(Virginia Initiative Plant)법은, 무산소조에서 혐기조로의 제 1차반송라인과, 포기조 및 침전조로부터 무산소조로의 제 2차반송라인을 포함하고 있다. 이들 UCT(University of Cape Town)법 및 VIP(Virginia Initiative Plant)법에서는, 상기한 기술들과 달리 별도의 반송라인을 추가(UCT법)하거나, 반송라인의 시작점이 변형(VIP법)되어 있다. 이에 의해, 폐수에 포함된질소나 인을 보다 효과적으로 제거하도록 하였다.

하지만, 이들 하수처리방법에 있어서는, 비교적 고비용으로 다수의 혐기조, 무산소조, 및 포기조등을 별도로 분리하여 구성하여야 하고, 또한, 많은 시설투자비에도 불구하고 유입량 및 유입수질의 변화에 탄력적으로 대처할 수 있는 능력이 결여되어 있다. 그리고, 탈질반응을 위한 전자공여체로 메탄올등을 사용하여야 하는 등 별도의 유지비용이 많이 드는 문제점이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 하나 또는 두개 이상의 반응조에서 혐기성 또는 호기성상태를 반복적으로 수행할 수 있는 소위, 간헐포기방법이 제안되어 있다. 간헐포기방법이란, 동일한 반응조에서 시간간격을 두고 산소가 공급되는 호기성상태 및 산소가 공급되지 않는 혐기성 또는 무산소상태를 반복적으로 수행하는 것이다. 이를 위해, 반응조에는 산소 또는 공기를 주입할 수 있는 포기장치가 설치된다. 간헐포기방법은, 하수처리를 위한 반응조의 수를 줄일 수 있어, 시설비용을 저렴화할 수 있다는 장점이 있다.

이러한 방법을 적용한 대표적인 기술로는, PID(Phased Isolation Ditch)공법이 있다. PID공법은, 질소 및 인처리를 위한 혐기조, 포기조 및 무산소조를 구비하며, 여기에 포기장치 및 교반기가 구비된 2개조 이상의 반응조, 그리고, 슬러지 수집장치를 가지는 침전조를 포함한다. 포기장치 및 교반기는 작동 및 작동중단을 동시 또는 교호적으로 반복하여, 반응조내에 간헐포기를 수행한다.

하지만, PID공법은 호기성상태와 혐기성상태의 전환이 명확하지 않아서 미생물이나 세균등의 활성화가 곤란하며, 이에 의해 질소 및 인의 처리효율이 저하될수 있다. 그리고, 처리조내에서의 체류시간이 길어서, 질소 및 인의 처리를 위한 오랜 시간이 소용되는 문제가 있다.

따라서, 이러한 문제점들을 해결하기 위하여, 한국특허등록번호 제 225971호(명칭 : 질소, 인제거를 위한 하폐수처리장치 및 그 방법) 및 제 271932호(명칭 : 탈취, 소포, 간헐포기 및 내부순환기능이 구비된 하폐수처리장치 및 하폐수처리방법)가 개시되어 있다. 특허등록번호 제 225971호의 종래 기술에는, 하폐수의 유동방향을 다양하게 변경할 수 있는 유로와 그 유로의 제어수단, 그리고, 슬러지의 반송을 제어가능한 유니트가 포함되어 있다.

이에 따르면, 일정한 상태가 요구되는 단계에서 다른 단계로부터의 폐수나 슬러지의 임의적인 유입이 방지된다. 예를 들어, 무산소 또는 혐기성상태가 요구되는 단계에, 호기과정에서 유기물분해 및 질산화가 진행된 유리산소 또는 질소산화물이 임의적으로, 무산소 또는 혐기과정으로 유입되지 않게 되는 것이다. 이에 의해, 탈질효율 및 질산화효율을 향상시킬 수 있게 되었다.

하지만, 이 기술에서는, 질소나 인의 처리를 위한 다수의 처리조와, 반송장치 및 유입수분배장치등의 부대시설을 필연적으로 구비하여야 하기 때문에, 여전히 많은 시설비용이 드는 문제가 있다. 또한, 다수의 반송유로 및 그 제어수단의 설치가 용이하지 않고, 그 작동이 곤란할 수 있다.

한편, 한국특허등록번호 제 271932호의 종래 기술에서는, 반응조에서의 포기작동중 발생하는 거품을 제거할 수 있는 동시에, 침전조나 각 처리조 및 반응조에서 발생하는 악취제거를 위한 장치 및 방법이 개시되어 있다. 여기에, 별도의 슬러지발효조나 호기성반응조를 추가한 실시예가 개시되어 있지만, 비용상승의 문제점을 여전히 가지고 있다. 이 종래의 기술에는 또한, 중소규모의 하수처리장에 적용할 수 있는 전처리침전조를 제거한 실시예가 기술되어 있지만, 역시 추가의 호기성반응조를 별도로 포함하는 구성을 가지고 있다.

이상 설명한 바와 같이, 종래의 질소 및 인 제거를 위한 하폐수처리장치 및 그 방법에서는, 질소 및 인의 처리효율을 높이기 위한 다양한 기술들이 개시되어 있고, 한편, PID공법등으로 대표되는 간헐포기방법의 문제를 해결하기 위한 기술도 제시되어 있지만, 전반적으로, 설치 및 공사를 위한 많은 비용이 소요되는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 종래의 이러한 문제점을 고려하여, 설치 및 공사비용을 절감할 수 있는 하폐수의 질소 및 인 처리장치, 및 그 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 질소 및 인의 처리효율를 증대시킬 수 있는 하폐수의 질소 및 인 처리장치, 및 그 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 하폐수의 질소 및 인의 처리장치를 개념적으로 나타낸 공정도,

도 2는 본 발명의 제 2실시예에 따른 하폐수의 질소 및 인의 처리장치를 개념적으로 나타낸 공정도,

도 3은 본 발명의 제 3실시예에 따른 하폐수의 질소 및 인의 처리장치를 개념적으로 나타낸 공정도,

도 4는 본 발명의 제 4실시예에 따른 하폐수의 질소 및 인의 처리장치를 개념적으로 나타낸 공정도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

3 : 혐기/무산소조 4 : 교반기

5 : 제 1간헐포기조 7 : 제 2간헐포기조

8 : 포기장치 9 : 포기조

11 : 최종침전조 15 : 처리수반송라인

17 : 슬러지반송라인 21 : 전처리침전조

31 : 멤브레인고액분리장치

상기 목적은, 본 발명에 따라, 방류되어 유입된 하폐수의 유동방향을 따라 순차적으로 마련된 제 1간헐포기조 및 제 2간헐포기조와, 상기 제 1 및 제 2간헐포기조에 공기를 공급할 수 있는 포기수단을 구비하는 하폐수의 질소 및 인 처리장치에 있어서, 상기 제 1간헐포기조의 상류측에 마련되어 유입되는 하폐수를 혐기/무산소상태에서 처리하여 상기 제 1간헐포기조에 제공하는 혐기/무산소조; 상기 제 2간헐포기조의 하류측에 마련되어 상기 제 2간헐포기조로부터의 유출수를 호기상태에서 처리하는 포기조; 상기 제 2간헐포기조 및 상기 포기조중 어느 일측의 처리수를 상기 혐기/무산소조로 반송시키는 처리수반송수단; 상기 포기조로부터의 방출수에 포함된 슬러지를 침전시키고, 처리수는 방출하는 최종침전조; 및 상기 최종침전조에 침전된 슬러지를 상기 제 1간헐포기조 및 상기 혐기/무산소조중 어느 일측으로 반송시키는 슬러지반송수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수의 질소 및 인 처리장치에 의하여 달성된다.

여기서, 상기 혐기/무산소조의 상류측에 마련되어, 유입수에 포함된 부유물질을 침전시킨 후 처리수를 상기 혐기/무산소조에 제공하는 전처리침전조를 더 포함하여 구성할 수 있다.

한편, 상기 목적은, 방류되어 유입된 하폐수의 유동방향을 따라 순차적으로 마련된 적어도 한 쌍의 제 1간헐포기조 및 제 2간헐포기조와, 상기 제 1 및 제 2간헐포기조중 적어도 어느 일측에 공기를 공급시킬 수 있는 포기수단을 구비하는 하폐수의 질소 및 인 처리장치에 있어서, 상기 제 1간헐포기조의 상류측에 마련되어 유입되는 하폐수를 혐기/무산소상태에서 처리 후 방출하는 혐기/무산소조; 상기 제 2간헐포기조의 하류측에 배치되어 상기 제 2간헐포기조로부터의 유출수를 호기상태에서 처리 후 방출하는 포기조; 상기 포기조에 설치되는 멤브레인 고액분리수단; 및 상기 포기조와 상기 혐기/무산소조를 상호 연통시켜, 상기 포기조에 침전되는 슬러지를 반송시키는 슬러지반송수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수의질소 및 인 처리장치에 의하여 달성될 수도 있다.

그리고, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 상기 목적은, 방류된 하폐수를 유입시켜 제 1 및 제 2간헐포기공정을 수행하는 단계를 구비하는 하폐수의 질소 및 인 처리방법에 있어서, 상기 제 1간헐포기공정 전 혐기/무산소상태에서, 외부 유입된 상기 하폐수에 포함된 인의 방출 및 질소의 탈질화반응을 수행하는 단계; 상기 제 2간헐포기 후단계의 호기상태에서, 방출된 상기 하폐수에 포함된 질소의 산화반응 및 인의 섭취를 수행하는 단계; 상기 제 2간헐포기공정 및 상기 호기공정중 어느 일측의 처리수를 상기 혐기/무산소공정으로 반송시키는 단계; 상기 호기공정으로부터의 유출수를 외부로 방류하는 한편, 슬러지를 침전시키는 단계; 및 상기 침전된 슬러지를 상기 혐기/무산소공정 및 상기 제 1간헐포기공정중 어느 일측에 반송시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수의 질소 및 인 처리방법에 의하여 달성될 수 있다.

여기서, 상기 혐기/무산소공정전에, 유입되는 상기 하폐수에 포함된 부유물질을 침전시킨 후 유출시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 제 2간헐포기공정에서의 공기공급중단시, 상기 제 2간헐포기공정내에 소정의 탄소원을 주입시키고, 한편, 상기 처리수의 반송을 수행하여, 질소 및 인의 처리효율을 증대시킬 수 있다.

또한, 상기 혐기/무산소공정, 상기 제 1간헐포기공정, 상기 제 2간헐포기공정, 및 상기 호기공정중 적어도 어느 일측에 소정의 미생물을 포함하는 담체를 주입할 수 있다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 하폐수의 질소 및 인 처리장치를 개념적으로 나타낸 공정도이다. 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 하폐수의 질소 및 인 처리장치(1)에는, 정화처리될 유입수의 유동방향을 따라 혐기/무산소조(3), 제 1 및 제 2 간헐포기조(5, 7), 그리고, 포기조(9)를 구비하고 있다. 여기에, 포기조(9)와 혐기/무산소조(3)를 상호 연통시키는 처리수반송라인(15) 및, 최종침전조(11)와 제 1간헐포기조(5)를 상호 연통시키는 슬러지반송라인(17)을 포함한다. 각 반송라인(15, 17)에는 내부의 유로를 개폐시키는 도시않은 개폐밸브가 설치되어 있다.

혐기/무산소조(3), 제 1간헐포기조(5), 및 제 2간헐포기조(7)에는 각각 물을 교반시키는 교반기(4)가 설치되어 있다. 제 1, 및 제 2간헐포기조(5, 7), 및 포기조(9)에는, 외부로부터 압송되는 공기를 미세한 공기방울로 분산시켜서 물과 함께 혼합하여 제공할 수 있는 포기장치(8)가 설치되어 있다.

혐기/무산소조(3)에서는, 외부로부터 유입되는 유입수가 포기조(9)에서 호기상태를 거쳐 처리수반송라인(15)을 통해 반송된 반송수와 상호 혼합된다. 이러한 혐기/무산소조(3)에서는, 혐기공정 또는 무산소공정을 수행할 수 있다. 무산소공정에서는, 유입수에 함유된 유기물에 의하여 질소산화물이 질소 가스 즉, 유리질소로 환원되는 탈질반응이 수행된다. 한편, 혐기공정에서는, 무산소공정의 질소산화물이 제거된 상태에서 가동시간을 연장하여 활성슬러지로부터 인이 방출되도록 한다. 이에 의하면, 별도의 설비없이 인의 방출을 수행할 수 있다.

제 1 및 2간헐포기조(5, 7)에서는, 포기장치(8)를 구동시키며 적절히 제어하여 교호적으로 포기작동을 한다. 그리고, 이러한 포기작동은, 소정의 간격을 두고 이루어 질 수 있으며, 이에 의해, 제 1 및 제 2간헐포기조(5, 7)내에 간헐포기가 수행될 수 있는 것이다. 본 발명의 한 쌍으로 구성된 포기장치(8)는, 포기 또는 비포기상태를 교호적으로 유지할 수 있다. 그리고, 포기 또는 비포기작동, 혹은 그 전환은 하폐수의 성분, 양, 그리고 계절에 따라 적절히 조절가능하다. 포기장치(8)가 작동되는 동안에는 내부에 공기가 주입되어 호기성공정이 수행되며, 포기장치(8)의 작동이 중단되는 동안에는 공기의 주입이 이루어지지 않고 교반만 이루어져 무산소 또는 혐기성공정이 수행된다.

포기조(9)에서는, 처리수내에 방출된 인을 과잉섭취한다. 과잉섭취후의 용존된 잔여 인은 철염 또는 알루미늄염등을 소량 주입하여 불용성으로 응결시켜 제거가능하다. 이 때, 잉여슬러지는 인출하여 폐기할 수도 있다. 한편, 포기조(9)내로부터 방출되는 방출수중 소정의 양은 처리수반송라인(15)을 통해 혐기/무산소조(3)로 반송된다. 반송되는 양은 실험치에 의해 결정될 수 있으며, 이에 대한 설명은 본 발명에서 생략한다.

최종침전조(11)에서는, 상류측의 혐기/무산소조(3), 제 1 및 제 2간헐포기조(5, 7), 그리고, 포기조(9)를 거치며 질소 및 인이 처리된 유입수에 포함된 슬러지를 침전시킨 후, 외부로 방류한다. 침전된 슬러지중 소정량은 슬러지반송라인(17)을 통해 제 1간헐포기조(5)로 반송되고, 이 때, 잉여 슬러지는 폐기된다.

이러한 구성에 의하여, 본 발명의 제 1실시예에 따른 하폐수의 질소 및 인의 처리방법은, 외부로부터 혐기/무산소조(3)로 유입되는 유입수가 혐기/무산소조(3)내에서 포기조(9)로부터 반송된 반송수와 혼합된다. 혼합된 처리수는, 우선, 탈질과정이 이루어지는 무산소공정이 수행된다. 그런 다음, 처리수내에 존재하는 소정의 인제거 미생물들이 그 내부에 축적되어 있던 폴리-인산(Poly-P)를 분해하며, 이 과정에서 생기는 에너지를 이용하여 아세테이트(acetate)와 같은 유기산을 섭취한다. 이 때, 폴리-??-히드록시부틸산(PHB)의 형태로 저장하고 유리된 정인산(Orthophosphate)를 체외로 방출시킨다.

혐기/무산소조(3)에서 방출된 처리수는 제 1차 및 제 2간헐포기조(5, 7)내로 순차적으로 유입된다. 이 때, 간헐포기조(5, 7)내에는, 소정의 시간동안 비포기 또는 포기상태가 반복적 또는 교호적으로 이루어지는 간헐포기가 수행된다. 이와 같은 간헐포기를 통해, 질산화공정 및 탈질공정이 반복적 또는 교호적으로 이루어진다. 그리고, 포기조(9)에서 이루어질 본격적인 인의 섭취에 대한 예비적 인의 섭취가 수행될 수 있다. 이에 의해, 질소 및 인의 제거효율을 높일 수 있다.

제 1 및 제 2간헐포기조에서 방출된 처리수는 포기조(9)로 유입된다. 포기조(9)내로 유입된 처리수는, 질산화과정을 거치게 된다. 질산화과정에 의해, 유기질소나 암모니아 형태의 질소를 아질산(NO₂-)형태를 거쳐 최종적으로 질산(NO₃-)형태로 전환된다. 이렇게 처리된 처리수는, 최종침전조(11)로 방출되는 한편, 일부는 처리수반송라인(15)을 통해 혐기/무산소조(3)로 반송된다.

포기조(9)로부터 방출된 처리수는, 질소 및 인이 제거된 깨끗한 상태의 정화처리수이다. 이 정화처리수는 최종침전조(11)내로 유입되어, 그 내부에 포함되어 있는 슬러지를 침전시킨 후, 외부로 방류된다. 방류된 정화처리수는, 하천이나 호소로 유입되고, 한편, 흘러서 바다로 유입된다.

한편, 혐기/무산소조(3), 제 1간헐포기조(5), 제 2간헐포기조(7), 및 포기조(9)에는 미생물이 들어 있는 담체를 주입할 수 있다. 이러한 미생물은 혐기성 미생물이나 호기성 미생물일 수 있으며, 각 조내의 조건 및 상태에 적절하게 조절가능하다. 이들 미생물량의 증가는 바로 질소 및 인의 제거효율의 향상을 의미하며, 따라서, 오염된 하폐수의 안정적인 처리효율을 보장할 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에 따르면, 종래 필연적으로 구비하는 별도의 전처리침전조를 구비하지 아니하고도, 유입된 하폐수를 효과적으로 정화처리한 후 외부로 방출시킬 수 있다. 이 때, 제 1 및 제 2간헐포기조(5, 7)를 설치하여, 조건에 적합한 간헐포기를 수행할 수 있다. 그리고, 간헐포기와 함께, 포기조(9)에서 혐기/무산소조(3)로의 처리수반송, 및 최종침전조(11)에서 제 1간헐포기조(5)로의 슬러지반송을 적절히 수행하여, 질소 및 인의 처리효율을 높일 수 있다.

한편, 본 실시예의 설명에서는, 단지 도면상의 실선 즉, 포기조(9)에서 혐기/무산소조(3)로의 처리수반송라인(15), 및 최종침전조(11)에서 제 1간헐포기조(5)로의 슬러지반송라인(17)에 대해서만 언급하였다. 그러나, 본 발명의 목적은, 도면에 도시된 파선, 즉, 제 2간헐포기조(7)에서 혐기/무산소조(3)로의 처리수반송이나 최종침전조(11)에서 제 1간헐포기조(5)로의 슬러지반송이 이루어질수 있다. 이러한 구성은, 하천이나 호소에 유입되는 하폐수의 특성, 예를 들어, 질소나 인의 양이나 기타 유기물의 혼성정도에 따라 달라질 수 있다.

예컨대, 포기조(9)나 제 2간헐포기조(7)로부터 혐기/무산소조(3)로의 병용 반송라인을 설치하고, 이들을 선택적으로 개폐시킬 수 있는 도시않은 처리수측 선택밸브를 구비할 수 있다. 그리고, 최종침전조(11)에서 제 1간헐포기조(5)나 혐기/무산소조(3)로의 병용라인을 설치하고, 이들을 선택적으로 개폐시킬 수 있는 역시 도시않은 슬러지측 선택밸브를 구비할 수 있다. 이와는 달리, 포기조(9)나 제 2간헐포기조(7)중 어느 일측으로부터 혐기/무산소조(3)로의 처리수반송라인(15) 및, 최종침전조(11)에서 혐기/무산소조(3)나 제 1간헐포기조(5)중 어느 일측으로의 슬러지반송라인(17)을 설치할 수도 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 최종침전조(11)를 제거한 구성을 가질 수 있다. 도 2는 본 발명의 제 2실시예에 따른 하폐수의 질소 및 인 처리장치의 개략적 구성도이다. 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 실시예의 하폐수의 질소 및 인 처리장치(41)는, 상술한 제 1실시예(1)의 구성과 거의 동일하며, 단지 최종침전조(11)만이 제거되어 있다. 그리고, 처리수반송라인(15)도 구비하고 있지 아니하다. 하지만, 포기조(9)에 설치된 멤브레인 고액분리장치(31) 및 포기조(9)로부터 혐기/무산소조(3)로의 슬러지반송라인(17)을 포함하고 있다.

이러한 구성을 가지는 본 실시예에서는, 상술한 바와 마찬가지로, 혐기/무산소조(3)에서 탈질 및 인의 방출이 이루어지고, 제 1 및 제 2간헐포기조(5, 7)를 거쳐 포기조(9)에서 인의 섭취 및 질산화과정이 이루어진다. 이러한 질소 및 인의정화처리과정에서, 포기조(9)내에는 질소 및 인을 포함한 정화되지 않은 성분이 잔존할 수 있다. 이 때, 포기조(9)에 설치된 멤브레인 고액분리장치(31)는 이러한 잔존 성분을 제거하는 역할을 한다.

이와 같이, 혐기/무산소공정 및 간헐포기공정, 그리고, 호기공정을 통한 질소 및 인의 제거 후, 반복적으로 멤브레인 고액분리장치(31)에 의한 질소 및 인의 제거가 수행되기 때문에, 그 정화처리의 효과가 증대된다. 따라서, 처리수를 반송하는 별도의 반송라인의 불필요하고, 이에 의해, 정화처리장치 자체의 구성이 간단해져서, 설치비용을 절감할 수 있다. 여기서, 포기조(9)에 침전되는 슬러지는 반송라인(17)을 통해 혐기/무산소조(3)로 반송된다.

한편, 도 3은 본 발명의 제 3실시예에 따른 하폐수의 질소 및 인의 처리장치의 개략적 공정도이다. 본 실시예의 처리장치(51)는, 제 1실시예(1)와 비교하여, 전처리침전조(21)가 추가되어 있다. 전처리침전조(21)에서는 외부로부터 유입되는 하폐수에 포함된 부유물질이 침전된 후 방출된다. 혐기/무산소조(3)에서는, 부유물질이 제거된 유입수와 포기조(9)로부터의 반송수가 혼합된다.

본 실시예의 정화처리장치(51)에서는, 부유물질을 제거시킨 후 질소 및 인의 처리가 수행되기 때문에, 제 1실시예(1)와 비교하여 다소 효과적인 질소 및 인의 처리가 수행될 수 있다. 하지만, 설치비용 측면에서는, 전처리침전조(21)의 설치로 인한 비용상승이 발생하게 된다. 따라서, 오염의 정도가 심각하거나 부유물, 유기인 또는 난분해성 성분이 많은 정화처리에 적합할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제 4실시예에 따른 하폐수의 질소 및 인의 처리장치를 개략적으로 도시한 공정도이다. 본 실시예에 따른 하폐수의 질소 및 인의 처리장치(61)는, 제 3실시예(51)의 장치와 비교하여 최종침전조(11)가 제거되어 있다. 포기조(9)에는 멤브레인 고액분리장치(31)가 설치되어 있다.

이와 같은 구성은, 전처리침전조(21)에서 부유물질이 제거된 유입수가 방출된 후, 혐기/무산소조(3), 제 1 및 제 2간헐포기조(5, 7)를 거쳐 포기조(9)내에서 질소 및 인의 처리가 수행된다. 그리고, 정화처리되지 않은 질소나 인등의 잔여성분은, 포기조(9)내의 멤브레인 고액분리장치(31)에 의해 제거된다. 포기조(9)에 침전되는 슬러지는 혐기/무산소조(3)로 반송된다. 그리고, 도면상에 파선으로 표시한 바와 같이, 제 2간헐포기조(7)나 포기조(9)내의 처리수를 혐기/무산소조(3)로 반송할 수 있는 구성을 가지도록 할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 설치 및 공사비용을 절감할 수 있는 한편, 질소 및 인의 처리효과를 증대시킬 수 있는 하폐수의 질소 및 인 처리장치 및 그 방법이 제공된다.

Claims (8)

1. 유입된 하폐수의 유동방향을 따라 순차적으로 마련된 제 1간헐포기조 및 제 2간헐포기조와, 상기 제 1 및 제 2간헐포기조에 공기를 공급할 수 있는 포기수단을 구비하는 하폐수의 질소 및 인 처리장치에 있어서,

   상기 제 1간헐포기조의 상류측에 마련되어 유입되는 하폐수를 혐기/무산소상태에서 처리하여 상기 제 1간헐포기조에 제공하는 혐기/무산소조;

   상기 제 2간헐포기조의 하류측에 마련되어 상기 제 2간헐포기조로부터의 유출수를 호기상태에서 처리하는 포기조;

   상기 제 2간헐포기조 및 상기 포기조중 어느 일측의 처리수를 상기 혐기/무산소조로 반송시키는 처리수반송수단 ;

   상기 포기조로부터의 방출수에 포함된 슬러지를 침전시키고, 처리수는 방출하는 최종침전조; 및

   상기 최종침전조에 침전된 슬러지를 상기 제 1간헐포기조 및 상기 혐기/무산소조중 어느 일측으로 반송시키는 슬러지반송수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수의 질소 및 인 처리장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 혐기/무산소조의 상류측에 마련되어, 유입수에 포함된 부유물질을 침전시킨 후 처리수를 상기 혐기/무산소조에 제공하는 전처리침전조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수의 질소 및 인 처리장치.
3. 유입된 하폐수의 유동방향을 따라 순차적으로 마련된 적어도 한 쌍의 제 1간헐포기조 및 제 2간헐포기조와, 상기 제 1 및 제 2간헐포기조중 적어도 어느 일측에 공기를 공급시킬 수 있는 포기수단을 구비하는 하폐수의 질소 및 인 처리장치에 있어서,

   상기 제 1간헐포기조의 상류측에 마련되어 유입되는 하폐수를 혐기/무산소상태에서 처리 후 방출하는 혐기/무산소조;

   상기 제 2간헐포기조의 하류측에 배치되어 상기 제 2간헐포기조로부터의 유출수를 호기상태에서 처리 후 방출하는 포기조;

   상기 포기조에 설치되는 멤브레인 고액분리수단; 및

   상기 포기조와 상기 혐기/무산소조를 상호 연통시켜, 상기 포기조에 침전되는 슬러지를 반송시키는 슬러지반송수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수의 질소 및 인 처리장치.
4. 하폐수를 유입시켜 제 1 및 제 2간헐포기공정을 수행하는 단계를 구비하는 하폐수의 질소 및 인 처리방법에 있어서,

   상기 제 1간헐포기공정 전 혐기/무산소상태에서, 유입된 상기 하폐수에 포함된 인의 방출 및 질소의 탈질화반응을 수행하는 단계;

   상기 제 2간헐포기 후단계의 호기상태에서, 방출된 상기 하폐수에 포함된 질소의 산화반응 및 인의 섭취를 수행하는 단계;

   상기 제 2간헐포기공정 및 상기 호기공정중 어느 일측의 처리수를 상기 혐기/무산소공정으로 반송시키는 단계;

   상기 호기공정으로부터의 유출수를 외부로 방류하는 한편, 슬러지를 침전시키는 단계; 및

   상기 침전된 슬러지를 상기 혐기/무산소공정 및 상기 제 1간헐포기공정중 어느 일측에 반송시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수의 질소 및 인 처리방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 혐기/무산소공정전에, 유입되는 상기 하폐수에 포함된 부유물질을 침전시킨 후 유출시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수의 질소 및 인 처리방법.
6. 제 4항에 있어서,

   상기 제 2간헐포기공정에서의 공기공급중단시, 상기 제 2간헐포기공정내에 소정의 탄소원을 주입시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수의 질소 및 인 처리방법.
7. 제 4항에 있어서,

   상기 제 2간헐포기중단시, 상기 처리수의 반송이 수행되는 것을 특징으로 하는 하폐수의 질소 및 인 처리방법.
8. 제 4항 내지 제 7항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 혐기/무산소공정, 상기 제 1 간헐포기공정, 상기 제 2간헐포기공정, 및 상기 호기공정중 적어도 어느 일측에 소정의 미생물을 포함하는 담체를 주입하는 것을 특징으로 하는 하폐수의 질소 및 인 처리방법.