KR20030005544A - 무반송 연속 탈질화 공정을 이용한 수처리공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무반송 연속 탈질화 공정을 이용한 수처리공법에 관한 것으로, 물속에 함유되어 있는 유기질탄소 및 질소와 인을 제거하는 고도처리공정으로서, 기능성 저류조에서 1차 처리된 유입수(Food)를 호기성 산화조, 혐기성/무산소조로 분리 공급하여, 내부순환 및 슬러지 반송 등이 필요 없는 무반송 연속 탈질화 공정을 행하도록 구성되며, 특히 전 공정에 걸쳐 자연 유하식의 캐스케이드를 이용하여, 무동력으로 운전하고, 산소를 자연통기방식으로 공급하여 최소의 운전비용과 에너지로 운전하도록 구성된다. 이러한 무반송 연속 탈질화 공정을 이용한 수처리공법은 기능성 저류조에서 처리된 유입수(Food)의 분배에 따른 무반송 탈질공정을 행할 수 있어 전자제공체(electron donor)이면서 유기질 탄소원인 메탄올을 투입하기 위해서 요구되었던 추가비용 발생을 절감할 수 있으며, 특히 교반장치 대신에 캐스케이드 사용하고, 폭기장치 대신에 자연통기장치를 사용하여 공정을 무동력으로 운전할 수 있으며, 에너지 소모를 줄임과 동시에 추가적인 운전비용의 발생이 없고, 연속공정의 수행이 가능하여 공정 운영이 편리한 이점과 효과가 있다.

Description

무반송 연속 탈질화 공정을 이용한 수처리공법{SEWAGE TREATMENT METHOD USEING OF NON CONVEYANCE AND CONTINUOUS DENITRIFICATION PROCESS}

본 발명은 무반송 연속 탈질화 공정을 이용한 수처리공법에 관한 것으로, 특히 기능성 저류조에서 혐기성 분해 처리된 유입수의 분배에 따른 무반송 탈질공정을 행할 수 있어 일반적인 후탈질공정에서 요구되는 전자제공체이면서 유기질 탄소원인 메탄올의 투입을 생략할 수 있으며, 특히 교반장치 대신에 캐스케이드를 사용하고, 폭기장치 대신에 자연통기장치를 사용하여 공정을 무동력으로 운전할 수 있도록 한 무반송 연속 탈질화 공정을 이용한 수처리공법에 관한 것이다.

기존의 하수처리공정은 질소와 인을 제거하는 고도처리가 불가능하거나 고도처리를 위해서 내부순환(Nitrifier recycle)이 필연적이며, 그 밖의 경우 에너지원으로 유기질 탄소를 탈질화 공정을 위하여 별도로 투입해야만 한다. 이는 별도의 장비와 에너지를 필요로 하게 되며, 전자제공체(electron donor)이면서 유기질 탄소원인 메탄올을 투입하기 위해서 추가비용이 발생하게 된다. 따라서 이와 같은 에너지 소모를 줄임과 동시에 추가적인 비용발생이 없고, 연속공정의 수행이 가능하여 공정 운영이 편리한 수처리공정의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점 및 결함을 해소하기 위하여 창안한 것으로, 본 발명의 목적은 하수의 질소와 인을 제거하는 고도처리공정으로서, 혐기성 반응 하의 기능성 저류조(혐기성 저류조)에서 1차 처리된 유입수(Food의 역할)를 호기성 산화조(호기성 산화 반응조)와 혐기성/무산소조로 분리 공급함으로써 내부순환 및 슬러지 반송 등이 필요 없는 무반송 연속 탈질화 공정을 행하게 되는 무반송 연속 탈질화 공정을 이용한 수처리공법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 특히 전 공정에 걸쳐 자연 유하식의 캐스케이드(cascade)를 이용함으로써 별도의 교반장치 없이 무동력으로 운전되며, 산소의 공급 방식 또한 에너지를 필요로 하는 폭기 장치가 아닌 자연통기장치를 이용하여 최소의 운전비용과 에너지만을 필요로 하는 무반송 연속 탈질화 공정을 이용한 수처리공법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 연속 탈질화 공정을 행하면서 내부순환과 슬러지 반송 이외의 폭기와 교반 등에 소정의 동력을 사용하여 공정을 진행시킴으로써 영양염류를 처리하는데 보다 고효율을 낼 수 있게 되는 무반송 연속 탈질화 공정을 이용한 수처리공법을 제공하고자 함에 있다.

도 1은 본 발명에 의한 무반송 연속 탈질화 공정을 이용한 수처리공법의 공정도.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

100 : 기능성 저류조200 : 호기성 산화조

300 : 혐기성/무산소조400 : 호기성 산화여과조

위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 무반송 연속 탈질화 공정을 이용한 수처리공법은 물 속에 함유되어 있는 유기질탄소 및 질소와 인을 제거하는 고도처리공정으로서, 기능성 저류조에서 혐기성 분해공정을 거쳐 1차 처리된 유입수(Food)를 호기성 산화조, 혐기성/무산소조로 분리 공급하여, 내부순환 및 슬러지 반송 등이 필요 없는 무반송 연속 탈질화 공정을 행하도록 구성된다.

특히, 전 공정에 걸쳐 자연 유하식의 캐스케이드를 이용하여, 무동력으로 운전하고, 산소를 자연통기방식으로 공급하여 최소의 운전비용과 에너지로 운전하도록 구성된다.

이러한 본 발명의 한 형태는 기능성 저류조, 호기성 산화조, 혐기성/무산소조(혐기성/무산소 탈질조) 및 최종 반응조인 호기성 산화여과조(호기성 파수조; 여과조)를 순차적으로 배치하는 과정과; 유입수를 초기에 상기 기능성 저류조에 유입시켜 혐기성 소화가 되도록 하는 과정과; 상기 기능성 저류조로부터 혐기성 소화된 유기질 탄소를 상기 호기성 산화조와 상기 혐기성/무산소조로 분리 공급하여 내부순환이나 슬러지 반송 및 전자제공체로서의 유기질 탄소 공급을 생략하고 질산화, 탈질화 반응이 행해지도록 하는 과정과; 상기 호기성 산화여과조에서 공기주입을 통하여 탈질화 공정에서 형성된 질소가스를 방출하고, 유입수에 잔존하는 영양염류를 산화 및 여과시킨 후 유출시키는 과정을 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 기능성 저류조에 세라믹 담체를 투입함으로써 혐기성 소화조의 기능을 부여하여 유기산 생성을 유도함으로써 탈질공정에서 요구되는 전자제공체로서의 효율을 높여 고효율의 탈질화 공정을 꾀할 수 있고, 저류조 중의 혐기성 박테리아의 밀도를 높임으로써 통해 고효율의 처리와 과부하 시 적절한 대응이 가능하도록 한다.

상기 각 기능성 저류조, 호기성 산화조, 혐기성/무산소조, 호기성 산화여과조에는 세라믹 담체를 투입하여, 통성박테리아(facultative bacteria), 질산화박테리아 등의 성장속도가 낮거나 생장조건이 불리한 미생물을 담체에 흡착시켜 용적간의 미생물의 밀도를 높임으로써 기능성 저류조에서는 유기산 생성을 촉진하고, 호기성 산화조에서는 질산화율을 높이고, 상기 혐기성/무산소조에서는 탈질화를 촉진하며, 상기 호기성 산화여과조에서는 유입수간에 남아있던 영양염류를 산화시킨다.

또, 상기 호기성 산화여과조에는 필터용 세라믹 담체를 충진함으로써 여과속도를 높이고 여과층의 상부에서 슬러지 케익에 의한 폐색현상과 이를 방지하기 위한 역세척 공정의 시간 간격(interval)을 늘일 수 있도록 다단 여과방식을 택한다. 역세척시에는 전체 공정을 거쳐 처리된 처리수를 사용하고, 이 때 처리수는 방류조를 별도로 시설할 수 있으며, 방류조는 처리조의 저장용도로, 역세척 처리수의 재활용 혹은 자연방류에 쓰인다. 상기 산화여과조는 반응조에서 탈리되는 슬러지가 배출되지 않도록 여과시켜, 슬러지 침전조의 설치를 생략하고, 여과공정에 의한 반응시간의 단축으로 침전조 설치에 따른 부지면적과 건설비 또한 절약하며, 호기성 산화여과조에서 주입되는 산소로 인하여 배출수의 용존산소를 높이도록 한다. 뿐만 아니라 혐기성/무산소조에서 탈질화 공정에서 생성된 질소가스를 통기공정에서 대기와 접촉하는 과정에서 배출하는 역할도 한다.

상기 호기성 산화조와 호기성 산화여과조에는 자연통풍에 의한 통기구를 연결하고 물과 공기가 접촉할 수 있는 비표면적이 넓은 공기접촉판을 설치함으로써 생물학적 분해에 필요한 용존 산소의 농도를 높이고, 상기 각 반응조를 캐스케이드 형태로 배치하여 각 반응조 내부의 유입수 섞임이 수두차에 의한 자연 유하식으로 행해지도록 하여 사류(dead stream)발생을 방지한다.

또한, 본 발명은 상기한 연속 탈질화 공정을 행하면서 유입수의 오염부하량이 많을 경우, 즉 생활오수, 축산폐수, 산업폐수 등, 고농도의 유기질과 영양염류를 함유하고 있을 경우에는 상기 무동력 시스템에 의존하지 않고 소정의 최소 동력을 폭기와 교반 등에 사용하여 영양염류를 처리하는데 고효율을 낼 수도 있으며, 이 때 사용하는 동력양은 기존의 다른 탈질 시스템과는 달리 내부순환(Nitrifier recycle)과 슬러지 반송(Sludge recycle) 등이 불필요하므로 폭기와 교반 등에 소모되는 에너지를 제외한 순환과 이동 등에 필요한 에너지를 절약할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 무반송 연속 탈질화 공정을 이용한 수처리공법의 공정도를 보인 것으로, 이하, 본 발명을 첨부한 도면에 실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 물속에 함유되어 있는 유기질탄소 및 질소와 인을 처리하는 고도처리공정으로서, 유입된 하수는 기능성 저류조(100), 호기성 산화조(200), 혐기성/무산소조(300), 호기성 산화여과조(400)를 거쳐 내부순환(Nitrifier recycle) 없이 무동력으로 처리된다.

유입수가 초기 유입되는 기능성 저류조(100)에는 혐기성 소화조의 기능을 부여하고 세라믹 담체를 투입함으로써 오염물질 중 혐기성 박테리아의 밀도를 높이고, 이를 통해 고효율의 처리와 과부하 시 적절한 대응이 가능하도록 하였다.

기능성 저류조(100)에서 1차 처리된 유입수는 반응조로 전송되어 처리되며, 반응조로는 호기성 산화조(200), 혐기성/무산소조(300), 호기성 산화여과조(400)로 연결되어 구성된다.

그리고, 기능성 저류조(100)로부터 혐기성 소화된 유기질 탄소(Food; 유기산)를 질산화, 탈질화반응이 일어나는 호기성 산화조(200)와 혐기성/무산소조(300)로 분리 공급하게 된다. 이에 의해 일반 선 탈질화 공정에서 요구되는내부순환(Nitrifier recycle)이나 슬러지 반송 및 후 탈질화 공정에서 요구되는 전자제공체로서의 유기질 탄소 공급을 생략할 수 있다. 각각의 반응조에서 질산화질소(Nitrate-N)에 대해 요구되는 유기질양(COD)은 최소 2.86gCOD/gN으로 표현되고, 여기서 제시한 COD값은 미생물의 세포 증식에 소요되는 양을 고려하지 않았으며, 세포증식을 고려하여 우수한 탈질화가 진행될 경우에는 최소 9gCOD/gTKN(유기질 총 질소량)의 비를 갖는다. 즉 유입원수의 분리비는 원수의 성상에 따라 달라지며, 질산화공정에 의해 결정되어진다.

이러한 공정의 장점은 기존의 수질정화시설에서 비연속적으로 운영되었던 질산화 공정과 탈질화 공정을 무반송 연속공정으로 처리할 수 있다는 것이며, 인위적인 유기질탄소의 공급에서 소모되는 비용과 반송에 요구되는 에너지 또한 절약할 수 있다는 것이다.

각각의 기능성 저류조(100), 반응조, 호기성 산화여과조(400)에는 세라믹 담체를 투입하여 질산화박테리아 등의 성장속도가 낮거나 생장조건이 불리한 미생물을 담체에 흡착시켜 용적간의 미생물의 밀도를 높여주도록 하였으며, 이를 통하여 호기성 산화조(200)에서는 질산화율을 높이고, 혐기성/무산소조(300)에서 탈질화를 촉진하고, 호기성 산화여과조(400)에서는 유입수간에 남아있던 영양염류를 산화시키는 역할을 한다. 특히 호기성 산화여과조(400)에는 공극의 크기가 서로 다른 다수종의 필터용 세라믹 담체를 충진한 다단여과공법으로 반응조에서 탈리되는 슬러지가 배출되지 않도록 여과시키는 효율을 높였으며, 이를 통하여 호기성 산화여과조(400) 뒤에 슬러지 침전조를 따로 두지 않아도 되고, 여과공정에 의한 반응시간의 단축으로 침전조 설치에 따른 부지면적과 건설비 또한 절약할 수 있다. 또한 최종 호기성 산화여과조에 주입되는 산소로 인하여 배출수의 용존산소를 충분히 높일 수 있다.

본 공정에서 활용되는 세라믹 담체는 자체의 내구성으로 반영구적 수명을 보장할 수 있고, 마모나 자체 손상에 의하여 정화시설내의 배관을 폐색시키는 것을 방지할 수 있다. 또한 담체의 기공 크기를 조절함으로써 담체에 의한 수리적 영향, 즉 마찰에 의한 수두손실을 예방할 수 있고, 담체의 기공율을 조절함으로써 담체에 의해 반응조의 부피가 증가하는 것을 최소화할 수 있다.

무동력에 의한 운전시에는 자연통풍에 의한 통기구와 공기접촉판를 반응조의 호기성 산화조(200)와 호기성 산화여과조(400)에 설치하여 생물학적 분해에 필요한 용존 산소의 농도를 높일 수 있으며, 교반에 의한 반응조 내부의 유입수 섞임(mixing)은 캐스케이드를 사용함으로써 대체할 수 있다. 뿐만 아니라 정수시설내에서 유입수의 순환은 수두차에 의한 자연유하방식에 의하여 이루어질 수 있다.

이 밖에도 본 공정은 무동력으로 운전이 가능하지만 동력을 사용하였을 경우 저류조와 반응조 깊이의 조절과 심층폭기를 통해 사용부지의 면적을 최소화할 수도 있다. 이 때 사용동력은 교반장치와 폭기장치의 운전에 주로 사용된다.

본 공정에서는 무동력으로 운전 시 BOD 90%, SS 90%, T-N 75%, T-P 75%의 예상처리효율을 유지할 수 있다.

본 발명은 하나의 구체적인 실시 형태로서, 도시된 바와 같이 기능성 저류조(100), 호기성 산화조(200), 혐기성/무산소조(300), 호기성 산화여과조(400)및 방류조(500)를 순차적으로 배치하면서 상기 기능성 저류조(100)는 내부 일측에 유입되는 물이 도시한 화살표로 표시한 바와 같이 사행상(蛇行狀)으로 흐르도록 복수개의 간격판(101)이 설치되고, 타측부에 세라믹 담체(102)가 충진된 형태를 가지며, 상기 호기성 산화조(200)는 상단부에 통기구(201)가 구비되고, 상측부에 공기접촉판(202)이 결합됨과 아울러 하측부에 세라믹 담체(203)가 충진된 형태를 가지며, 상기 호기성 산화여과조(400)는 상단부에 통기구(401)가 구비되고, 상측부에 공기접촉판(402)이 결합됨과 아울러 하측부에는 필터용 세라믹 담체, 예를 들어 크기가 서로 다른 3종류의 세라믹 담체(410)가 위로 부터 대, 중, 소의 순으로 충진된 형태를 가지도록 설치하여 이용할 수 있다.

또한, 호기성 산화여과조(400)에서 배출되는 물을 방류조(500)를 통하여 자연방류시키고, 이 방류조(500)의 물을 호기성 산화여과조(400)의 역세척수로 이용할 수 있다.

그리고, 도시된 형태는 한 형태를 예시한 것으로 본 발명을 실시함에 있어서는 후기하는 본 발명의 청구범위 안에서 종래의 기술을 활용하여 여러 가지 구체적인 형태로 변형시켜 실시할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 용존산소의 양을 높이기 위하여 통기공간 내에서 물과 공기의 접촉면적을 키우고 각각의 캐스케이드에 의하여 분리된 반응조 내에서 수심의 깊이에 따라 호기성, 혐기성, 무산소의 공정을 유도하여 질산화 공정과 탈질화 공정이 일어날 수 있도록 반응조의 깊이를 조절할 수 있다.

또, 용존산소의 양을 높이기 위하여 통기공간 내에서 물과 공기와의 접촉면적을 키우고 산화조 내에서 용존산소의 농도를 충분히 유지하기 위하여 조의 깊이를 줄이고 캐스케이드 수를 조절함으로써 조 내부에서 유입수가 정체되어 머무는 현상(dead zone)을 방지할 수 있다.

또한, 하수의 초기 유입부에 기능성 저류조를 둠으로써 과부하 유입 시 적절한 대응이 가능하며, 침전조를 대신한 호기성 파수조의 기능성 장점을 갖는다.

본 하수처리시설은 하천의 둔치를 비롯하여 일반 지상에도 설치가 가능하다. 그리고 생활하수, 생물학적 분해가 가능한 폐수나 하천수 등에 적용 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같은 무반송 연속 탈질화 공정을 이용한 수처리공법은 기능성 저류조에서 처리된 유입수(Food)의 분배에 따른 무반송 탈질공정을 행할 수 있어 전자제공체(electron donor)이면서 유기질 탄소원인 메탄올을 투입하기 위해서 요구되었던 추가비용 발생을 절감할 수 있으며, 특히 교반장치 대신에 캐스케이드 사용하고, 폭기장치 대신에 자연통기장치를 사용하여 공정을 무동력으로 운전할 수 있으며, 에너지 소모를 줄임과 동시에 추가적인 운전비용의 발생이 없고, 연속공정의 수행이 가능하여 공정 운영이 편리한 이점과 효과가 있다.

Claims (8)

1. 물 속에 함유되어 있는 유기질탄소 및 질소와 인을 제거하는 고도처리공정으로서, 기능성 저류조에서 1차 처리된 유입수를 호기성 산화조, 혐기성/무산소조로 분리 공급하여, 내부순환 및 슬러지 반송 등이 필요 없는 무반송 연속 탈질화 공정을 행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 무반송 연속 탈질화 공정을 이용한 수처리공법.
2. 제 1 항에 있어서, 전 공정에 걸쳐 자연 유하식의 캐스케이드를 이용하고, 산소를 자연통기방식으로 공급하여 운전하도록 구성된 것을 특징으로 하는 무반송 연속 탈질화 공정을 이용한 수처리공법.
3. 제 2 항에 있어서, 전 공정에 걸쳐 무동력으로 운전하여 최소의 운전비용과 에너지로 운전되도록 구성된 것을 특징으로 하는 무반송 연속 탈질화 공정을 이용한 수처리공법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 기능성 저류조, 호기성 산화조, 혐기성/무산소조 및 호기성 산화여과조를 순차적으로 배치하는 과정과;

   유입수를 초기에 상기 기능성 저류조에 유입시켜 혐기성 소화가 되도록 하는 과정과;

   상기 기능성 저류조로부터 혐기성 소화된 유기질 탄소를 상기 호기성 산화조와 상기 혐기성/무산소조로 분리 공급하여 내부순환이나 슬러지 반송 및 전자제공체로서의 유기질 탄소 공급을 생략하고 질산화, 탈질화 반응이 행해지도록 하는 과정과;

   상기 호기성 산화여과조에서 유입수에 잔존하는 영양염류를 산화 및 여과시킨 후 유출시키는 과정을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 무반송 연속 탈질화 공정을 이용한 수처리공법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 기능성 저류조에 혐기성 소화조의 기능을 부여하고 세라믹 담체를 투입함으로써 오염물질 중 혐기성 박테리아의 밀도를 높이고, 이를 통해 고효율의 처리와 과부하 시 적절한 대응이 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 무반송 연속 탈질화 공정을 이용한 수처리공법.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 각 기능성 저류조, 호기성 산화조, 혐기성/무산소조, 호기성 산화여과조에는 세라믹 담체를 투입하여, 질산화박테리아 등의 성장속도가 낮거나 생장조건이 불리한 미생물을 담체에 흡착시켜 용적간의 미생물의 밀도를 높임으로써 상기 1차 호기성 산화조에서는 질산화율을 높이고, 상기 혐기성/무산소조에서는 탈질화를 촉진하며, 상기 호기성 산화여과조에서는 유입수간에 남아있던 영양염류를 산화시키는 것을 특징으로 하는 무반송 연속 탈질화 공정을 이용한 수처리공법.
7. 제 4 항에 있어서, 상기 호기성 산화여과조에 공극의 크기가 서로 다른 다수종의 필터용 세라믹 담체를 충진한 다단여과공법으로 전단의 반응조에서 탈리되는 슬러지가 배출되지 않도록 여과시켜, 슬러지 침전조의 설치를 생략하고, 여과공정에 의한 반응시간의 단축으로 침전조 설치에 따른 부지면적과 건설비 또한 절약하며, 혐기성/무산소조에서 생성된 질소 가스를 배출하고, 최종 호기성 산화여과조에서 주입되는 산소로 인하여 배출수의 용존산소를 높이도록 하는 것을 특징으로 하는 무반송 연속 탈질화 공정을 이용한 수처리공법.
8. 제1항, 그리고 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 연속 탈질화 공정을 행하면서 폭기와 교반에 소정의 동력을 사용하여 공정을 진행시킴을 특징으로 하는 무반송 연속 탈질화 공정을 이용한 수처리공법.