KR20030014545A - 하폐수의 질산화/탈질 동시처리장치, 및 이를 이용한하폐수처리장치 및 그 처리방법 - Google Patents

하폐수의 질산화/탈질 동시처리장치, 및 이를 이용한하폐수처리장치 및 그 처리방법 Download PDF

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Abstract

하폐수의 질산화/탈질 동시처리장치, 및 이를 이용한 하폐수처리장치 및 그 처리방법이 개시되어 있다. 본 하폐수처리장치는, 방류된 하폐수를 유입시키는 유입구 및 상기 유입구에 대응하는 유출구를 가지는 질산화/탈질 동시처리조; 및 질산화/탈질 동시처리조내에 수용된 하폐수의 용존산소농도 및 하폐수에 포함된 미생물 플록의 크기가 각각 소정 허용범위내의 값을 유지하도록, 하폐수내에 포기를 수행하여 하폐수의 질산화/탈질반응을 동시에 수행하는 포기수단을 구비하여; 질산화/탈질 반응을 동시에 수행한 다음, 슬러지를 침전시키고 처리수는 방류시킨다. 이에 따르면, 질산화/탈질 동시처리조내에서 별도의 조작없이 질산화 및 탈질반응이 이루어지므로, 매우 간단한 구성으로 하수의 유기물, 고형물, 질소 및 인을 처리할 수 있는 하폐수처리장치를 제공할 수 있다.

Description

하폐수의 질산화/탈질 동시처리장치, 및 이를 이용한 하폐수처리장치 및 그 처리방법 {Apparatus for Wastewater treatment with Simultaneous Nitrification/Denitrification and A Treatment method thereof}
본 발명은 하폐수의 질산화/탈질 동시처리장치, 및 이를 사용한 하폐수처리장치 및 그 처리방법에 관한 것이다.
현재 하수, 폐수 및 오수 중의 오염물질로는 유기물(BOD, COD), 고형물(SS), 질소 및 인이 규제 대상이며, 이들의 처리를 위해서는 생물학적 처리공정이 주로 활용되어 왔다. 생물학적 처리는 질산화(Nitrification)와 탈질(Denitrification)에 의해 이루어지며, 이에 대한 개략적 설명은 다음과 같다.
질산화(Nitrification)는, 수중의 암모니아(NH4 +)가 질산성질소(NO3 -)로 변환되는 것을 말하며, 니트로조모나스(Nitrosomonas)가 암모니아를 아질산성질소(NO2 -), 니트로박터(Nitrobactor)가 아질산성질소를 질산성질소로 변환시키는 2단계의 과정으로 구성된다. 질산화의 반응식은 다음과 같으며, 이 과정에서 각각의 미생물은 생장을 계속한다.
2NH4 ++ 3O2→ 2NO2 -+ 2H2O + 4H++ cells (니트로조모나스)
2NO2 -+ O2→ 2NO3 -+ cells (니트로박터)
탈질(Denitrification)은 질산성질소를 질소가스(N2)로 환원시키는 과정이다. 이 과정에는 슈도모나스(Pseudomonas), 마이크로코커스(Micrococus), 아크로모박터(Archromobacter), 티오바실러스(Thiobacillus) 및 바실러스(Bacillus) 등의 미생물이 관여한다. 전자공여체로 메탄올(Methanol, CH3OH)을 사용하고 미생물의 세포합성이 없다고 가정하면, 반응식은 다음과 같다.
6NO3 -+ 2CH3OH → 6NO2 -+ 2CO2+ 4H2O
6NO2 -+ 3CH3OH → 3N2+ 3CO2+ 3H2O + 6OH-
상기 두 반응식으로부터 다음과 같은 총괄반응식을 얻을 수 있다.
6NO3 -+ 5CH3OH → 3N2+ 5CO2+ 7H2O + 6OH-
그리고, 하폐수 중에 함유된 인의 생물학적 처리는, 인의 방출 및 과잉섭취(Phosphorus luxury uptake)에 의해 이루어진다. 인제거 미생물은 혐기성 조건에서 유기물을 PHB(Poly-β-hydroxybutyrate)로 저장하면서, 세포 내의 인을 오르쏘-인산(Ortho-phosphate)의 형태로 용액 중으로 방출한다. 이후, 호기성 상태가 되면 인제거미생물은 PHB를 분해하여 ATP(Adenosine triphosphate)를 합성하고, 오르쏘-인산(Ortho-phosphate)을 섭취하여 다중인산염(Poly-phosphate)으로 세포 내에 저장한다. 이 때, 미생물은 필요한 양보다 많은 양의 인을 세포 내에 축적시키게 되는데, 이를 인의 과잉섭취(Phosphorus luxury uptake)라 한다. 일반적인 활성슬러지 공정에서 슬러지의 인 함유량이 0~2.5% 인데 비해, 인제거 미생물의 경우에는 약 4~6%까지 인을 함유하는 것으로 알려져 있다. 이 반응에 관계하는 미생물은 아시네토박터(Acinetobacter) 등이 있다.
그런데, 종래의 하폐수처리장치 및 이를 사용한 처리방법들에서는, 상기한 미생물 활동을 활성화시키기 위해, 각각 혐기, 무산소 또는 호기성 조건을 가지는 단위공정들을 따로 배치하고 있다. 따라서, 이들 공정을 연계시키기 위한 내부반송을 필연적으로 구비하여야 하며, 또한, 탈질시 탄소원이 필요하기 때문에, 설계와 운영이 복잡하고 추가적인 비용이 소요되는 등의 문제점이 있다.
하지만, 상기한 질산화 및 탈질 반응에 관계되는 미생물들은, 대부분의 단위공정에서 함께 공존하고 있다.
즉, 부유생장식(Suspended growth) 공정의 미생물 플록(Floc)이나 부착생장식(Attached growth) 공정의 생물막(Biofilm)에 있어서, 용존산소(DO, Dissolved oxygen) 농도가 비교적 높은 외부에는 질산화 미생물이, 용존산소(Dissolved oxygen) 농도가 낮은 내부에는 탈질 미생물이 생장하는 것으로 밝혀지고 있다. 또한, 질산화와 탈질, 이들 두 반응은 서로 상호 보완적이다. 즉, 질산화 반응에서는 탈질 반응에 필요한 질산과 아질산이 생성되고, 탈질 반응에서는 질산화 반응에 필요한 알칼리도(Alkalinity)가 생성되는 것이다.
따라서, 일정한 조건 즉, 용존산소농도나 미생물 플록의 크기를 일정한 크기 이상으로 유지할 수 있다면, 질산화 및 탈질반응을 한 반응조에서 별도의 조작없이 달성할 수 있어서 매우 바람직할 것이다. 그리고, 이러한 기술을 적용하여 하폐수처리장치를 구성한다면, 그 설계와 운용을 획기적으로 간단화시킬 수 있어서, 시설비용이나 운용비용을 매우 절감할 수 있다.
한편, 종래의 중수도기술은, 하수, 폐수 및 오수 내에 포함된 부유고형물(Suspended solid) 만을 제거하기 위한 모래여과기가 설치되어 운영되고 있는데, 이 시설을 위한 소요 부지가 크고 여과효율이 저조하여, 초기투자비 및 유지관리비가 많이 드는 단점이 있다. 그리고, 생물학적 질소 및 인 제거공정과 연계시킨 경우에도, 유출수 내에 비교적 많은 양의 질산성질소가 잔류하여 탈질 현상을 발생시키고, 이에 의해 여과지 내에 미생물의 성장하게 된다. 이에 의해, 여과지 폐색이 빈번히 발생되어, 오염이 가중될 우려가 높다는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 종래의 이러한 문제점을 고려하여, 단위공정을 분리하지 않고, 별도의 조작이 필요 없는 한 반응조내에서, 질산화 및 탈질반응이 동시에 이루어질 수 있도록 한 질산화/탈질 동시처리장치를 제공하는 한편, 이 질산화/탈질 동시처리장치를 이용하여 하폐수를 처리하는 장치 및 그 처리방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 종래 복수개의 처리조 및 이들의 상호 연계를 위한 내부반송시설등을 제거하고, 간단한 구성의 질산화/탈질 동시처리장치를 구비함으로써, 시설비용이나 운용비용을 매우 절감시킬 수 있는 하폐수처리장치 및 그 처리방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 하폐수에 포함된 질소 및 인 뿐만 아니라 부유성 고형물질도 효과적으로 처리할 수 있으며, 이 때, 정화된 처리수를 재 이용할 수 있는 하폐수처리장치 및 그 처리방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 하폐수의 질산화/탈질 동시처리장치를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 2는 도 1의 질산화/탈질 동시처리장치를 포함하는 본 발명의 제 1실시예에 따른 하폐수처리장치의 개략도,
도 3은 본 발명의 제 2실시예에 따른 하폐수처리장치의 개략도,
도 4는 본 발명의 제 3실시예에 따른 하폐수처리장치의 개략도,
도 5는 본 발명의 제 4실시예에 따른 하폐수처리장치의 개략도,
도 6은 본 발명의 제 5실시예에 따른 하폐수처리장치의 개략도,
도 7은 본 발명의 제 6실시예에 따른 하폐수처리장치의 개략도,
도 8은 본 발명의 제 7실시예에 따른 하폐수처리장치의 개략도,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 질산화/탈질 동시처리장치의 개략도, 및
도 10은 도 9의 질산화/탈질 동시처리장치를 포함하는 제 1실시예에 따른 하폐수처리장치의 개략도,
도 11은 도 9의 질산화/탈질 동시처리장치를 포함하는 제 2실시예에 따른 하폐수처리장치의 개략도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1, 31 : 질산화/탈질 동시처리장치
2 : 혐기조 4 : 침전조
5 : 내부반송라인 6 : 배출라인
8 : 교반기 9 : 교반장치
10 : 호기조 11 : 탈질조
12 : 질산화/탈질 동시처리조 15 : 막여과시스템
21 내지 27 및 32 내지 33 : 하폐수처리장치
34 : 연속회분식 질산화/탈질 동시처리조
한 반응조내에서 질산화 및 탈질반응이 동시에 이루어지도록 하기 위한 상기 목적은, 본 발명에 따라, 방류된 하폐수를 유입시켜 동시에 질산화/탈질 반응처리하는 장치에 있어서, 상기 방류된 하폐수를 유입시키는 유입구 및 상기 유입구에 대응하는 유출구를 가지는 질산화/탈질 동시처리조; 및 상기 질산화/탈질 동시처리조내에 수용된 상기 하폐수의 용존산소농도 및 상기 하폐수에 함유된 미생물 플록의 크기가 각각 소정 허용범위내의 값을 유지하도록, 상기 하폐수내에 포기를 수행하는 포기수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 질산화/탈질 동시처리장치에 의하여달성된다.
여기서, 상기 포기수단의 작동으로 유지되는 상기 하폐수의 상기 용존산소농도의 소정 허용범위값은 0.001 내지 3.000ppm으로 할 수 있다. 그리고, 상기 질산화/탈질 동시처리조내에 수용된 상기 하폐수를 교반시키는 교반기를 더 포함하면, 하폐수에 함유된 미생물 플록의 크기를 소정 허용범위내의 값으로 유지시키는데 유리하다.
한편, 본 발명의 다른 목적, 즉, 시설비용이나 운용비용을 절감시킨 하폐수처리방법을 제공하기 위한 목적은, 방류된 하폐수를 유입시켜 처리한 후 방출시키는 하폐수처리방법에 있어서, 제 1항 내지 제 3항중 어느 한항에 따른 질산화/탈질 동시처리장치를 마련하는 단계; 상기 방류된 하폐수를 상기 질산화/탈질 동시처리조내에 수용시키는 단계; 상기 질산화/탈질 동시처리조내에 수용된 상기 하폐수의 용존산소농도 및 상기 하폐수에 함유된 미생물 플록의 크기가 각각 소정의 허용범위내의 값을 유지하도록, 상기 포기수단으로 포기하여 상기 하폐수의 질산화/탈질 반응을 동시에 수행하는 단계; 상기 질산화/탈질반응이 동시에 이루어진 처리수에 상기 질산화/탈질 동시처리조에서 방출시켜 침전조내에 수용시키는 단계: 및 상기 침전조내에 수용된 처리수의 슬러지를 침전시키고 처리수는 방류시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수처리방법에 의하여 달성된다.
여기에, 상기 하폐수의 질산화/탈질 반응을 동시에 수행하기 전 및 후단계중 적어도 어느 일측 단계에서, 상기 하폐수를 혐기상태 또는 호기성 상태 또는 무산소 상태에서 소정시간 동안 처리하는 단계를 더 포함하면, 인이나 질소등을 더욱 효과적으로 제거할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 상기 목적은, 방류된 하폐수를 유입시켜 처리한 후 외부로 방출하는 하폐수처리장치에 있어서, 상기 방류된 하폐수를 유입시키는 유입구 및 상기 유입구에 대응하는 유출구를 가지는 연속회분식 질산화/탈질 동시처리조; 및 상기 질산화/탈질 동시처리조내에 수용된 상기 하폐수의 상기 용존산소농도 및 상기 하폐수에 포함된 미생물 플록의 크기가 각각 소정 허용범위내의 값을 유지하도록, 상기 하폐수내에 포기를 수행하여 상기 하폐수의 질산화/탈질반응을 동시에 수행하는 포기수단을 포함하며; 상기 연속회분식 질산화/탈질 동시처리조내에서 상기 포기수단에 의한 질산화/탈질 반응 동시 처리후, 슬러지를 침전시키고, 처리수는 방류시키는 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치에 의하여 달성된다.
그리고, 본 발명의 또 다른 분야에 따르면, 상기 목적은, 방류된 하폐수를 유입시켜처리한 후 방출시키는 하폐수처리방법에 있어서, 상기 방류된 하폐수를 연속회분식 질산화/탈질 동시처리조에 수용시키는 단계; 상기 질산화/탈질 동시처리조내에 수용된 상기 하폐수의 용존산소농도 및 상기 하폐수에 함유된 미생물 플록의 크기가 각각 소정의 허용범위내의 값을 유지하도록 포기수단으로 포기하여, 상기 하폐수의 질산화/탈질반응을 동시에 수행하는 단계; 상기 질산화/탈질반응이 동시에 이루어진 처리수를 상기 질산화/탈질 동시처리조내에서 방출시켜 침전조내에 수용시키는 단계; 및 상기 침전조내에 수용된 처리수에 포함된 슬러지를 침전시키고 처리수는 방류시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수처리방법에 의하여달성된다.
여기에, 상기 연속회분식 질산화/탈질 동시처리조내에서 질산화/탈질 동시반응이 이루어지기 전 및 후단계중 적어도 어느 일측 단계에서, 혐기상태 또는 호기성상태, 또는 무산소 상태에서 소정 시간동안 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 하폐수의 질산화/탈질 동시처리장치를 개략적으로 나타낸 도면이다. 이 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 질산화/탈질 동시처리장치는, 유입구 및 유출구를 가지는 질산화/탈질 동시처리조(12, 이하 동시처리조라 한다)와, 이 동시처리조(12)내에 설치되는 포기장치(9) 및 교반기(8)를 구비하고 있다. 동시처리조(12)의 유입구에는, 가정이나 공장등에서 방류된 하수, 오수, 및 폐수등을 유입시키는 유입관(13)이 결합된다. 그리고, 유출구에는 내부의 처리수를 유출시키는 유출관(14)이 결합된다.
포기장치(9)는 동시처리조(12)내를 향한 복수의 공기노즐을 가지며, 동시처리조(12)내에 수용되는 하폐수를 향해 포기, 즉, 공기를 분출시킨다. 이 때, 본 발명에서는, 포기장치(9)에 의한 포기량 즉, 공기노즐들을 통해 분출되는 공기량을 조절하여, 하폐수에 포함된 용존산소농도가 0.001 내지 3.000ppm으로 유지되도록 한다. 용존산소농도를 0.001 내지 3.000ppm으로 유지시킬 수 있는 포기량에 대한 데이터는, 비교적 간단한 실험에 의하여 결정할 수 있다.
즉, 본 동시처리조(12)내에 수용되는 하폐수의 유입수량에 대하여, 상이한 값의 포기량을 제공하면서 그 때마다, 하폐수의 용존산소농도를 측정하면, 0.001 내지3.000ppm 범위내의 용존산소농도를 유지할 수 있는 포기량의 값을 결정할 수 있는 것이다. 여기서, 동시처리조(12)의 용량에 따라 포기장치(9)에 의한 포기량이 변화될 수 있다.
포기장치(9)에 의한 하폐수내로의 포기는, 지속적으로 이루어 질 수 있으며, 한편, 일정한 간격을 두고 간헐적으로 이루어 질 수 있다. 하지만, 하폐수내에서 전체적으로 균일한 용존산소농도의 값을 얻기 위해서는, 일정한 포기량으로 지속적인 공급이 이루어지는 것이 바람직하다.
이러한, 포기장치(9)의 포기에 의해, 하폐수는 자체적으로 혼합되며 섞이게 된다. 그래서, 하폐수에 함유된 미생물의 성장을 위한 바람직한 조건이 형성되며, 따라서, 미생물 플록의 크기가 소정으로 유지될 수 있는 것이다. 즉, 종래 생물학적 처리공정과 관련하여 설명한 바와 같이, 용존산소농도가 비교적 높은 외부에는 질산화 미생물이 그리고, 용존산소농도가 낮은 내부에는 탈질 미생물이 공존하는 소정크기의 미생물 플록이 형성되는 것이다.
이 때, 미생물 플록의 크기를 소정으로 유지하기 위하여, 교반기(8)를 일정한 교반강도로 작동시킬 수 있다. 이 교반기(8)에 의해, 동시처리조내의 용존산소농도는 전체적으로 균일해지며, 이에 의해, 소정의 크기를 가지는 다수의 미생물 플록이 동시처리조(12)내에 전체적으로 균일하게 존재하게 된다. 이러한 미생물 플록에 의하여, 동시처리조(12)내에서는 질산화 및 탈질반응이 동시에 이루어질 수 있는 것이다.
한편, 이러한 질산화/탈질 동시처리장치(1)를 사용하여 하폐수를 처리하는 장치를 구성할 수 있으며, 그 장치에 이용한 하폐수의 처리방법을 설명하면 다음과 같다. 우선, 동시처리조(12)내에 방류된 하폐수를 유입시킨다. 그런 다음, 포기장치(9)에 의한 포기를 수행한다. 이 때, 포기는, 하폐수의 용존산소농도를 0.001 내지 3.000ppm으로 유지할 수 있는 정도의 양으로 지속적으로 이루어지는 것이 바람직하다. 그러면, 소정 크기로 미생물 플록이 유지되어, 동시처리조(12)내에서 질산화 및 탈질이 동시에 이루어지게 된다. 이 때, 미생물 플록사이즈를 조절하기 위하여, 교반기(8)를 작동시킬 수 있다.
이 후, 질산화/탈질 반응이 동시에 이루어진 하폐수에 포함된 슬러지를 침전시킨다. 그런 다음, 슬러지가 침전된 처리수를 외부로 방출시킨 후, 침전된 슬러지는 배출시킨다.
이와 같은 하폐수처리장치 및 그 처리방법에 따르면, 비교적 간단한 구성 즉, 질산화/탈질 동시처리조(12), 및 그 내부에 설치된 포기장치(9)와 교반기(8)만을 가지고 하폐수를 처리할 수 있어서, 시설을 설치하기 위한 비용 및 그 유지비용을 매우 절감할 수 있다.
한편, 상술한 하폐수처리장치 및 그 처리방법에서는, 질산화/탈질 반응이 동시에 이루어지도록 포기를 하는 단계 전에, 동시처리조(12)내에 수용된 하폐수를 혐기상태에서 처리하는 단계, 및 질산화/탈질 반응이 동시에 이루어진 후 단계에서, 별도의 호기성 처리를 위한 포기를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
혐기성 상태를 소정 시간 부여하면, 인제거 미생물에 의한 오르쏘-인산(Ortho-phosphate)형태의 인이 방출된다. 그리고, 별도의 호기성처리는, 동시처리조(12)에서 이루어지는 포기량 보다 다소 많은 양의 포기량으로 포기를 수행한다. 그러면, 질산화가 보다 효과적으로 이루어지는 한편, 잔류 유기물 및 인의 제거효율을 향상시킬 수 있다.
이상에서 볼 수 있는 하폐수처리장치 및 그 처리방법에서는, 질산화/탈질 동시처리장치(1)만을 구비하여 하폐수를 처리하는 것에 대하여 설명하였지만, 여기에 예를 들어, 별도의 혐기조나 침전조 또는 탈질조등을 포함하는 구성을 가질 수 있다. 도 2는 본 발명에 따른 질산화/탈질 동시처리장치를 포함하는 하폐수처리장치의 제 1실시예에 따른 개략도로서, 이하 상술 및 도시한 동일 구성 및 명칭에 대해서는 동일한 참조번호를 부여한다.
이 도면에서 볼 수 있는 본 하폐수처리장치(21)는, 도 1과 마찬가지의 동시처리조(12), 및 포기장치(8)와 교반기를 구비하고, 이 동시처리조(12)의 상류측에 마련되는 혐기조(2), 및 그 하류측에 마련되는 침전조(4)를 가지고 있다. 여기에, 혐기조(2)내에는 교반기(8)가 설치되어 있다.
이러한 구성의 본 하폐수처리장치(21)를 이용하여 하폐수를 처리하는 방법은, 우선, 방류된 하폐수를 혐기조(2)내에 수용시킨 후, 혐기처리한다. 그런 다음, 혐기조(2)내의 혐기처리된 하폐수를 방출하여 동시처리조(12)내에 수용시킨다. 동시처리조(12)내에서는 상술한 바와 같은 포기가 이루어져, 질산화 및 탈질 반응이 동시에 이루어진다. 이렇게 질산화와 탈질반응이 완료된 하폐수는 동시처리조(12)내에서 방출되어 침전조(4)내에 수용된다.
침전조(4)내에 수용된 방출수는 소정 시간이 경과하면서 슬러지가 침전된다.슬러지가 침전된 처리수는 외부로 방류되고, 한편, 침전된 슬러지는 배출된다.
이러한 하폐수처리방법에서는, 유입하폐수의 특성에 따라 도 2에 도시된 바와 같이, 내부반송라인(5)을 부가하여, 침전조(4)내의 혼합액(Mixed liquor)을 혐기조(2)나 동시처리조(12)로 반송할 수 있다. 그럼으로써, 질소의 제거효율을 증대시킬 수도 있다. 도면상 미설명 부호인 6은 침전조(6)내에 침전된 슬러지를 배출시키는 배출라인이다.
이와 같은 하폐수처리장치(21) 및 그 처리방법에서는, 혐기조(2)에 의한 질소 및 인의 처리능력을 향상시킬 수 있다.
그리고, 이외에도 다양한 형태의 하폐수처리장치를 구현할 수 있는데, 도 3 내지 도 8에는 이러한 하폐수처리장치의 상이한 실시예들이 개시되어 있다. 도 3의 실시예(22)에서는, 동시처리조(12) 이후에 탈질조(11)가 부가되어 있다. 탈질조(11)내에는 포기장치(9)가 설치되어 있다. 이러한 구성은, 탈질조(11)의 혼합액(Mixed liquor)을 혐기조(2) 또는 질산화/탈질 동시처리조(12)로 반송(7)함으로써, 반송(7)되는 혼합액(Mixed liquor) 내의 질산성질소 농도가 높을 때 발생될 수 있는 인 방출 저해현상을 최소화할 수 있고, 반송되는 혼합액의 용존산소농도도 저감시킬 수 있다.
도 4의 실시예(23)에서는, 혐기조(2)에서 인을 방출하고 동시처리조(12) 및 호기조(10)에서 인을 과잉섭취하여 인이 제거된다. 질소는 동시처리조(12)에서 질산화 및 탈질되어 제거되며, 호기조(10)에서 잔존 암모니아 및 유기물이 제거된다. 이 때, 질소제거 효율을 향상시키기 위해, 호기조(10)에서 혐기조(2) 또는 동시처리조(3)로 혼합액(Mixed liquor)을 반송(7)할 수도 있다.
그리고, 호기조(10)의 질산 농도가 높아, 호기조(10)에서 혐기조(2)로의 반송시 인 방출 효율이 낮아질 우려가 있는 경우, 도 5에 개시된 실시예(24)에서와 같이, 호기조(10) 후단에 탈질조(11)를 설치할 수 있다. 이러한 경우, 질산성 질소 농도를 저감시킬 수 있으며, 이 탈질조(11)의 혼합액(Mixed liquor)을 혐기조(2) 또는 동시처리조(3)로 반송(7)하여, 인방출 효율의 저하를 방지할 수 있다.
한편, 도 2 내지 도 5의 각 실시예(21, 22, 23, 24), 및 이들을 변형하여 응용한 공정에서는, 탈질 효율 향상을 위해 탄소원을 주입하거나, 인제거 효율 및 침전효율의 향상을 위해 침전조 유입부에 화학약품을 주입할 수도 있다.
그리고, 유입 하수, 폐수 및 오수 내의 오염물질의 성질에 따라, 고형물을 미리 제거할 필요가 있는 경우, 전처리침전조(도시않음)를 최상류측에 설치하거나, 전처리침전조와 이 전처리침전조 우회수로(도시않음)를 동시에 설치할 수도 있다. 여기에, 유입수의 탄소공급원 함유 상태(BOD 등)에 따라 전처리침전조의 사용 여부의 조절이 가능하도록 하여, 혐기조(2)에 VFA를 공급하고, 혐기조(2)와 동시처리조(12)의 탈질에 필요한 에너지원을 보충하여 질소가 보다 효율적으로 제거될 수 있도록 할 수 있다. 그리고, 유입수의 조건에 따라 혐기조(2)와 동시처리조(12)에 유입수를 분배하여 유입시킬 수도 있다.
도 2 내지 도 5의 각 실시예(21, 22, 23, 24) 및 이들을 변형하여 응용하는 공정들에서는 또한, 충분한 미생물량의 확보를 위해, 경우에 따라, 혐기조(2), 동시처리조(12), 호기조(10) 또는 탈질조(11) 중의 어느 하나, 또는 모두에 미생물담체를 투입할 수도 있다.
한편, 이들 각 실시예(21, 22, 23, 24) 및 이들을 변형하여 응용하는 공정들에 있어서, 고도의 처리수 재활용수를 요구할 때, 요구되는 처리수질 및 경우에 따라, 질산화/탈질 기능과 부유성 고형물 제거 기능을 동시에 갖는 막여과 시스템을 침전조(4) 후단에 별도로 설치하거나, 침전조(4)를 생략하고 설치하거나, 동시처리조(12), 호기조(10) 또는 탈질조(11)에 침지(Submerged membrane)시켜 활용할 수도 있다.
도 6은 5의 실시예(24)에 개시된 침전조(4) 대신에 막여과시스템(15)을 설치하는 경우의 실시예(25)이고, 도 7은 막여과시스템(15)을 설치하되 탈질조(11)에 침지시켜 설치하는 경우의 실시예(26)이다. 그리고, 도 8은 도 5의 침전조(4) 후단에 막여과시스템(15)을 설치하는 경우의 실시예(27)이다. 이들 도 6 내지 도 8의 실시예(25, 26, 27)는, 도 2 내지 도 4의 각 실시예(21, 22, 23)들에 대해서도 동일하게 적용가능하다.
이와 같이, 막여과시스템(15)을 침지시켜 사용하는 경우, 도 2의 실시예(21)에서는 동시처리조(12)에, 도 3의 실시예(22)에서는 동시처리조(12) 또는 탈질조(11) 중의 적어도 어느 일측에, 그리고, 도 4의 실시예(23)에서는 동시처리조(12) 또는 호기조(10) 중의 적어도 어느 일측에 설치가능하다. 또한, 도 5의 실시예(24)에서는 동시질산화/탈질조(12), 호기성조(10) 또는 탈질조(11) 중의 적어도 어느 일측에 설치할 수 있다.
한편, 도 2 내지 도 8의 각 실시예(21, 22, 23, 24, 25, 26, 27) 및 이들을 변형하여 응용하는 공정에서, 최종침전조(4) 및 막여과시스템(15)에서 발생되는 슬러지는 일부가 혐기조(2) 또는 동시처리조(3)로 반송(5)되고, 나머지는 폐기(6)된다. 이 때, 본 실시예에 따른 막여과시스템(15)을 통과한 처리수는, 그 수질이 매우 양호하기 때문에, 다양한 용도로 재활용될 수 있음은 물론이다.
이상 살펴본 바와 같이, 도 2 내지 도 8의 각 하폐수처리장치(21, 22, 23, 24, 25, 26, 27)는, 한 반응조내에서 별도의 조작없이 질산화 및 탈질반응이 동시에 이루어질 수 있도록 한 질산화/탈질 동시처리장치(1)에, 각각의 특징으로 가지는 부가 기능을 추가하여, 하폐수에 포함된 질소 및 인 뿐만 아니라 부유성 고형물질도 효과적으로 처리할 수 있으며, 필요한 경우 처리수의 재활용도 가능하다.
한편, 상술 및 도시한 실시예에서는, 질산화/탈질 동시처리조(12) 및, 포기장치(9)와 교반기(8)만을 가지는 질산화/탈질 동시처리장치(1), 및 이를 사용한 하폐수처리장치(21, 22, 23, 24, 25, 26, 27) 및 그 처리방법에 대해서 설명하였다. 하지만, 본 질산화/탈질 동시처리장치(1)는 다양한 형태로 변형가능하며, 예를 들어, 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 연속회분식 반응조(34)에서 혐기성 조건, 호기성 조건 및 동시 질산화/탈질 조건을 유입수의 조건에 따라 적절히 적용하여 주는 공정에 적용가능하다. 이러한 경우, 인은 혐기성 조건일 때에 방출되고, 동시 질산화/탈질 및 호기성 조건일 때에 과잉섭취되며, 질소는 동시 질산화/탈질 조건일 때에 질산화 및 탈질되어 제거된다. 여기에, 잔류 유기물 제거를 위해 호기성 조건을 적용할 수도 있다.
그리고, 이를 변형하여 응용하는 공정에서, 탈질 효율 향상을 위해 탄소원을 주입하거나, 인제거 효율 향상을 위해 연속회분식 반응조(34)에 화학약품을 주입하거나, 전처리침전조 또는 전처리침전조 및 전처리침전조 우회수로를 동시에 설치하거나, 연속회분식 반응조(34)에 미생물담체를 투입할 수도 있다.
이러한 변형된 실시예(32,33)로는, 도 10에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 동시처리조(12)와 거의 마찬가지의 구성을 가지는 연속회분식 반응조(34)의 후단에 막여과 시스템(15)을 설치하거나, 제12도와 같이 막여과 시스템(15)을 연속회분식 반응조(34)에 침지(Submerged membrane)시켜 활용할 수도 있다.
한편, 상술 및 도시한 실시예들에서는, 설명의 용이함을 위하여 단지 하수 및 폐수를 처리하는 장치 및 그 처리방법에 대해서 설명하였다. 하지만, 본 처리장치 및 그 처리방법에서는, 이들에 국한되지 않고 다양한 유형의 오수, 하수, 및 폐수를 처리할 수 있음은 물론이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 한 반응조내에서 별도의 조작이나 단위공정을 분리하지 않고 질산화 및 탈질반응이 동시에 이루어질 수 있도록 한 질산화/탈질 동시처리장치가 제공된다.
그리고, 질산화/탈질 반응을 동시에 처리하는 장치를 구비하여, 종래 복수개의 처리조 및 이들의 상호 연계를 위한 내부반송시설등을 최대한 제거시킨 구성으로 하폐수처리가 가능하므로, 시설비용이나 운용비용을 매우 절감시킬 수 있는 하폐수처리장치 및 그 처리방법이 제공된다.
본 하폐수처리장치 및 그 처리방법에서는 또한, 하폐수에 포함된 질소 및 인뿐만 아니라 부유성 고형물질도 효과적으로 처리할 수 있다는 우수한 효과가 제공된다.

Claims (8)

  1. 방류된 하폐수를 유입시켜 동시에 질산화/탈질 반응처리하는 장치에 있어서,
    상기 방류된 하폐수를 유입시키는 유입구 및 상기 유입구에 대응하는 유출구를 가지는 질산화/탈질 동시처리조; 및
    상기 질산화/탈질 동시처리조내에 수용된 상기 하폐수의 용존산소농도 및 상기 하폐수에 함유된 미생물 플록의 크기가 각각 소정 허용범위내의 값을 유지하도록, 상기 하폐수내에 포기를 수행하는 포기수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 질산화/탈질 동시처리장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 포기수단의 작동으로 유지되는 상기 하폐수의 상기 용존산소농도의 소정 허용범위값은 0.001 내지 3.000ppm인 것을 특징으로 하는 질산화/탈질 동시처리장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 질산화/탈질 동시처리조내에 수용된 상기 하폐수를 교반시키는 교반기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질산화/탈질 동시처리장치.
  4. 방류된 하폐수를 유입시켜 처리한 후 방출시키는 하폐수처리방법에 있어서,
    제 1항 내지 제 3항중 어느 한항에 따른 질산화/탈질 동시처리장치를 마련하는 단계;
    상기 방류된 하폐수를 상기 질산화/탈질 동시처리조내에 수용시키는 단계;
    상기 질산화/탈질 동시처리조내에 수용된 상기 하폐수의 용존산소농도 및 상기 하폐수에 함유된 미생물 플록의 크기가 각각 소정의 허용범위내의 값을 유지하도록, 상기 포기수단으로 포기하여 상기 하폐수의 질산화/탈질 반응을 동시에 수행하는 단계;
    상기 질산화/탈질이 동시에 이루어진 처리수를 상기 질산화/탈질 동시처리조에서 방출시켜 침전조내에 수용시키는 단계; 및
    상기 침전조 내에 수용된 처리수의 슬러지를 침전시키고 처리수는 방류시키며, 친전된 슬러지 중 일정량을 상기 질산화/탈질 동시처리조로 반송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수처리방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 하폐수의 질산화/탈질 반응을 동시에 수행하기 전 및 후단계중 적어도 어느 일측 단계에서, 상기 하폐수를 혐기상태 또는 호기성 상태 또는 무산소 상태에서 소정 시간동안 처리하는 단계를 더 포함하고, 필요시 일정량의 내부반송을 실시하는 것을 특징으로 하는 하폐수처리방법.
  6. 방류된 하폐수를 유입시켜 처리한 후 외부로 방출하는 하폐수처리장치에 있어서,
    상기 방류된 하폐수를 유입시키는 유입구 및 상기 유입구에 대응하는 유출구를 가지는 연속회분식 질산화/탈질 동시처리조; 및
    상기 질산화/탈질 동시처리조내에 수용된 상기 하폐수의 상기 용존산소농도 및 상기 하폐수에 포함된 미생물 플록의 크기가 각각 소정 허용범위내의 값을 유지하도록, 상기 하폐수내에 포기를 수행하여 상기 하폐수의 질산화/탈질반응을 동시에 수행하는 포기수단을 포함하며;
    상기 연속회분식 질산화/탈질 동시처리조내에서 상기 포기수단에 의한 질산화/탈질 반응 동시 처리후, 슬러지를 침전시키고 상기 유출구를 통해 처리수를 방류시키는 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치.
  7. 방류된 하폐수를 유입시켜 처리한 후 방출시키는 하폐수처리방법에 있어서,
    상기 방류된 하폐수를 연속회분식 질산화/탈질 동시처리조에 수용시키는 단계;
    상기 질산화/탈질 동시처리조내에 수용된 상기 하폐수의 용존산소농도 및 상기 하폐수에 함유된 미생물 플록의 크기가 각각 소정의 허용범위내의 값을 유지하도록 포기수단으로 포기하여, 상기 하폐수의 질산화/탈질반응을 동시에 수행하는 단계;
    상기 질산화/탈질반응이 동시에 이루어진 처리수를 상기 질산화/탈질 동시처리조내에서 방출시켜 침전조내에 수용시키는 단계; 및
    상기 침전조 내에 수용된 처리수에 포함된 슬러지를 침전 등의 방법으로 처리수와 분리시키고 처리수는 방류시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수처리방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 질산화/탈질 반응 전 및 후단계중 적어도 어느 일측단계에서, 혐기상태 또는 호기성 상태 또는 무산소 상태에서 소정 시간동안 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수처리방법.
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