KR20030060283A

KR20030060283A - 여재가 투입된 연속회분식 반응조와 유량조정조를 이용한하·폐수 처리방법

Info

Publication number: KR20030060283A
Application number: KR1020020000909A
Authority: KR
Inventors: 최의소
Original assignee: 주식회사 환경비젼이십일
Priority date: 2002-01-08
Filing date: 2002-01-08
Publication date: 2003-07-16
Also published as: KR100425335B1

Abstract

본 발명은 소규모 하수처리시설에서 질소 및 인을 동시에 효율적으로 제거할 수 있도록 유량조정조로부터 유입되는 하·폐수를 여재가 투입된 연속회분식 반응조를 이용하여 처리하는 방법에 있어서, 상기 유량조정조가 유량조정의 기능과 혐기조의 역할을 동시에 수행하고, 유량조정조가 혐기조의 역할을 수행하는 동안 연속회분식 반응조가 탈질을 수행하여 혐기와 무산소 조건이 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는, 여재가 투입된 연속회분식 반응조와 유량조정조를 이용한 하·폐수 처리방법에 관한 것으로서 상기 하·폐수 처리 방법은 연속회분식 반응조의 여재 상부에 침전된 농축 슬러지를 혐기조의 역할을 수행하는 유량조정조로 반송시켜 인 용출에 필요한 유기물을 탈질 미생물이 아닌 인 제거 미생물이 먼저 이용할 수 있게 하여 질소 뿐만 아니라 인을 효율적으로 제거할 수 있으며, 질산화 및 탈질 미생물과 인 제거 미생물을 각각 다른 공간에서 우점화시켜 각각의 미생물에 필요한 최적의 SRT를 유지하고 반응속도를 높게 할 수 있으므로 짧은 수리학적 체류시간(hydraulic retention time, HRT)에서 안정적인 수질을 확보할 수 있다.

Description

여재가 투입된 연속회분식 반응조와 유량조정조를 이용한 하·폐수 처리방법{Wastewater treatment system using SBBR(Sequencing batch biofilm reactor) and equalization tank}

본 발명은 여재가 투입된 연속회분식 반응조와 유량조정조를 이용한 하·폐수 처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 여재를 이용하여 질산화 및 탈질 미생물과 인 제거 미생물을 선택적으로 분리하여 우점화하고, 유량조정조를 혐기조로 이용하여 인 제거 미생물에게 필요한 유기물을 확보함으로써 소규모 하수처리시설에서 질소 및 인을 효율적으로 제거할 수 있는 하·폐수 처리방법에 관한 것이다.

하·폐수로부터 생물학적으로 질소와 인이 제거되는 메카니즘은 많은 차이점이 있다. 질소 제거의 경우 우선적으로 호기(aerobic) 조건에서 질산화 미생물에 의해 암모니아성 질소(NH₄-N)를 아질산성 질소(NO₂-N)나 질산성 질소(NO₃-N)로 산화시키는 질산화 단계를 거친 후, 무산소(anoxic) 조건에서 유기물을 전자공여체로 하여 산화된 형태의 질소가 환원되어(탈질) 기체형태로(N₂) 대기중으로 날아감으로써 질소가 제거된다.

반면, 인 제거의 경우에는 혐기(anaerobic) 조건에서 인 제거 미생물이 유기물의 체내축적에 필요한 에너지를 획득하기 위하여 ATP(adenosine triphosphate)를 ADP(adenosine diphosphate)로 전환시키는데 이때 인이 용출(P release)된다. 혐기 조건 후에 호기 조건에서 인 제거 미생물은 세포내에 축적된 유기물을 산화시켜 얻어진 에너지를 이용하여 체내의 에너지원인 ATP를 형성한다.

이때 혐기 조건에서 용출된 인이 세포내로 축적되며 용출된 인보다 많은 양의 인이 축적되는 현상이 발생하는데 이를 과잉 인 섭취(luxury p uptake)라 한다. 이러한 과정을 통하여 생성된 인 제거 미생물을 제거하면 하수에서 인을 제거할 수 있게 된다.

그리고 미생물의 특성상 질산화 및 탈질 미생물은 긴 고형물체류시간(sludge retention time, SRT)을 요하는데 이는 미생물의 증식속도가 느리기 때문이다. SRT를 길게 유지할 경우 질산화 및 탈질 미생물이 시스템 내에 증가하게 되어 질산화 및 탈질 속도가 증가하고 짧은 체류시간에도 질소제거가 가능하게 된다. 그러나 인 제거 미생물의 경우에는 질산화 및 탈질 미생물보다 증식속도가 커서 SRT을 짧게 유지할 수 있을 뿐만 아니라 많은 양의 인 제거 미생물을 시스템으로부터 제거하는 것이 많은 양의 인을 제거하는 것이기 때문에 SRT를 짧게 유지하는 것이 더 유리하다.

따라서, 일반적인 하수처리공정의 경우에는 모든 미생물들이 혼합된 상태로 존재하기 때문에 특정 미생물만을 선택적으로 제거하는 것이 불가능하다. 이러한 이유로 인하여 질소 및 인을 동시에 제거하는 생물학적 하·폐수 처리공정의 경우 일반적으로 질산화에 필요한 SRT에 의해 처리공정의 SRT가 결정되는데, 이는 인 제거 관점에서 볼 때 최적의 운전방법이 아니며, 질산화 및 탈질 미생물과 인 제거 미생물을 분리 성장시켜 우점화하여 각각의 미생물에 필요한 SRT를 유지하는 것이 최적의 공정이라고 할 수 있다.

한편, 연속회분식 반응기(seqencing batch reactor; SBR) 공법은 활성슬러지 공법에 비해 기질제거속도가 빠르고 혐기와 호기 조건을 쉽게 형성시킬 수 있어 유기물 제거와 함께 질산화 및 탈질을 쉽게 도모할 수 있고, 부지소요가 적어 소규모 처리장에 적합한 공정이나, 미생물의 농도를 일정하게 유지시키기가 어렵고 고농도 산업 폐수와 같이 질소와 인의 함량이 높을 경우 처리 효율이 낮은 문제점이 있었다.

이에 반하여 생물막(biofilm) 공법은 미생물의 다양성을 확보할 수 있고 온도와 충격부하에 대한 영향이 적으며 슬러지 벌킹(sludge bulking) 등이 발생하지 않는 장점이 있으나, 두꺼운 생물막이 형성되기 쉽고 과도한 미생물이 부착되어 처리효율이 떨어지는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 종래의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 소규모 하수처리시설에서 질소 및 인을 동시에 효율적으로 제거할 수 있는 하·폐수 처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 짧은 수리학적 체류시간(hydraulic retention time; HRT)에 안정적인 수질을 확보할 수 있는 하·폐수 처리방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 상기와 같은 목적들은 질산화 및 탈질 미생물과 인 제거 미생물을 분리하여 각각 다른 공간에서 우점화시키고 혐기조의 역할을 하는 유량조정조를 이용하여 인 제거 미생물에게 필요한 유기물을 확보함으로써 달성되는데, 본 발명의 하·폐수 처리방법은 생물막이 결합된 연속회분식 반응기 공법을 이용한 것으로서, 각각의 미생물에 필요한 최적의 SRT를 유지할 수 있어 반응속도가 빠를 뿐 아니라 인 용출에 필요한 유기물을 먼저 인 제거 미생물이 이용할 수 있어 질소 및 인의 처리효율이 매우 우수하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예의 장치의 개략도,

도 2는 본 발명의 운전주기를 나타낸 그림,

도 3은 본 발명의 운전기간에 따른 COD의 유입·유출 농도를 나타낸 그림,

도 4는 본 발명의 운전기간에 따른 NH₄-N의 유입·유출 농도를 나타낸 그림,

도 5는 본 발명의 운전기간에 따른 TN의 유입·유출 농도를 나타낸 그림,

도 6은 본 발명의 운전기간에 따른 P의 유입·유출 농도를 나타낸 그림이다.

본 발명은 유량조정조로부터 유입되는 하·폐수를 여재가 투입된 연속회분식 반응조를 이용하여 처리하는 방법에 있어서, 상기 유량조정조가 유량조정의 기능과 혐기조의 역할을 동시에 수행하고, 유량조정조가 혐기조의 역할을 수행하는 동안 연속회분식 반응조가 탈질을 수행하여 혐기와 무산소 조건이 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는, 여재가 투입된 연속회분식 반응조와 유량조정조를 이용한 하·폐수 처리방법에 관한 것이다.

이와 같은 하·폐수 처리방법은, 상기 연속회분식 반응조의 여재 상부에 슬러지를 침전시키고 대략 50∼60%의 상징수를 배출시키는 단계와; 상기 연속회분식 반응조의 여재 상부에 침전된 슬러지중 일부를 폐기하고 나머지는 유량조정조로 이송시켜 혐기 상태로 인을 용출시키는 동시에 상기 연속회분식 반응조의 여재내에 남아있는 질산성 질소를 여재층에 부착되어 있는 고농도 미생물의 내생탈질을 통해 제거시키는 단계와; 상기 유량조정조의 혐기 반응이 끝난 원수와 함께 모두 연속회분식 반응조로 유입시켜 연속회분식 반응조에 남아있는 질산성 질소를 유입수내의 유기물을 이용하여 무산소 조건으로 탈질을 통해 제거시키는 단계와; 상기 연속회분식 반응조에서 탈질 반응이 완료되면 호기 반응으로 남아있는 유기물을 제거하고 인 섭취 및 질산화를 유도하는 단계와; 상기 연속회분식 반응조에서 호기 반응이 완료되면 침전을 실시하는 단계를 반복 실시하고, 그에 따라 여재층 상부에는 부유 상태의 인 제거 미생물이, 여재층에는 부착 상태의 질산화 및 탈질 미생물이 우점되게 하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 하·폐수 처리방법을 실시하기 위한 장치의 개략도로서, 유량조정조(30)와, 전체 부피의 15∼25%가 여재로 채워진 연속회분식 반응조(40)가 도시되어 있다.

(1) 유량조정조

본 발명에 있어서 유랑조정조(30)는 연속회분식 반응조에 침전된 농축 슬러지를 반송시켜 인 용출에 필요한 유기물을 탈질 미생물이 아닌 인 제거 미생물이 먼저 이용하도록 하기 위한 것이다.

상기 유량조정조(30)는 유량조정의 기능과 혐기조의 역할을 동시에 수행하는데, 유량조정조(30)가 혐기조의 역할을 수행하는 동안 연속회분식 반응조(40)는 내생호흡을 통하여 탈질을 수행하므로 혐기와 무산소 조건이 동시에 수행되어 체류시간의 절감이 가능하다.

(2) 연속회분식 반응조

본 발명에 있어서 연속회분식 반응조(40)는 전체 부피의 15∼25%가 여재(42)로 채워지는데, 상기 여재가 연속회분식 반응조(40) 전체 부피의 15%보다 적게 투입되는 경우에는 수처리 효율이 낮아지며, 25% 보다 많이 투입되는 경우에는 처리 효율이 더 이상 향상되지 않아 경제적이지 못하다.

상기 여재가 고정상 여재인 경우에는 반응조 하부에 위치하게 되고 공기 주입장치를 설치하는 등의 방법으로 여재층의 상부와 하부에 각각 공기를 공급하여 계속적으로 세척시킴으로써 두꺼운 생물막의 형성을 억제시키고, 부유상 여재인 경우에는 부유 상태를 유지하도록 교반(mixing)을 실시하거나 하부에 공기를 공급하여 과도한 미생물의 부착을 억제함으로써 역세척이 필요 없는 시스템을 구성한다.

이 때 상기 고정상 여재로는 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 점토를 초벌구이 한 것으로서 가격이 저렴하며, 입자 크기가 8∼16mm이고 비중이 1.1g/cm³인 다공성 점토(porous clay)가 단순한 공기 공급으로 역세가 가능할 뿐만 아니라 높은 농도(약 10,000mg/L)의 미생물을 확보할 수 있어 바람직하며, 부유상 여재로는 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 크기가 12×12×12㎣이며 비중이 0.06g/cm³인 셀룰로오스 스폰지(cellulose sponge)가 비중이 작아 미생물이 부착되더라도 작은 동력으로 부유 상태를 유지할 수 있고 약 8000mg/L의 미생물을 확보할 수 있어 바람직하다.

그러나 본 발명에 있어서, 부착 상태의 미생물을 확보하기 위하여 사용되는 여재가 특별히 이에 한정되는 것은 아니며 종래의 공지된 것들이 모두 사용가능하다.

여재의 물리적 특성

성 상	다공성 점토(porous clay)	셀룰로오스 스폰지(cellulose sponge)
직경, 입자크기(mm)	8 ∼ 16	12×12×12 cubic
비 표면적(m²/m³)	250	-
비 중(g/cm³)	1.1	0.06

상기 연속회분식 반응조 전체부피의 75∼85%를 차지하는 여재층의 상부는 부유 상태의 미생물이 성장하는데, 주로 인 제거 미생물이 우점인 상태로 일부 여재에서 탈리된 탈질 및 질산화 미생물과 공존한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 소규모 하수처리시설에서 질소 및 인을 효율적으로 제거하기 위하여 다음과 같은 방법들을 포함한다.

(1) 부착 상태(생물막)의 미생물과 부유 상태의 미생물이 공존하는 혼성 시스템(hybrid system).

본 발명은 질소 및 인 제거를 위한 최적의 SRT를 유지하기 위해 여재를 사용하여 부착 상태의 미생물과 부유 상태의 미생물이 공존하는 혼성 시스템을 구성한다.

본 발명에 있어서 연속회분식 반응조의 여재층과 여재층 상부 각각에서의 질소 제거 미생물과 인 제거 미생물의 우점은 다음과 간단한 운전의 변형을 통해서 이루어지는데, 도 2를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

연속회분식 반응조(40)에서 유입수의 미생물 처리 반응이 완료되면 침전 공정을 통하여 50∼60%의 상징수를 방류한다. 여재 상부에 침전된 슬러지는 전량 유량조정조(30)로 반송하여 유량조정조(30)에서는 반송된 슬러지에 의해 혐기 반응이 일어나고, 동시에 연속회분식 반응조(40)에서는 여재층에 남아있는 질산성 질소가 여재층에 부착되어 있는 고농도의 미생물의 내생탈질을 통하여 제거된다. 유량조정조(30)의 농축슬러지는 혐기 조건 이후 원수와 함께 전량 연속회분식 반응조(40)로 유입시켜 인 용출에 이용되고 남아있는 유입수내의 유기물을 이용하여 연속회분식 반응조(40)에 남아있는 질산성 질소가 탈질을 통하여 제거된다. 연속회분식 반응조(40)에서 탈질 반응이 완료되면 포기를 실시하여 남아있는 유기물을 제거하고 인 섭취 및 질산화를 유도한다. 연속회분식 반응조(40)의 반응이 완료되면 침전을 실시하여 상징수를 일부 배출시키고 여재 상부에 남아있는 슬러지중 일부를 폐기시키고 나머지는 유량조정조로 유입시켜 혐기 반응을 일으키게 한다.

이러한 조작을 1회 이상 반복실시하여 연속회분식 반응조(40)의 여재층 상부는 인 제거 미생물로 우점되며, 여재층은 질산화 및 탈질 미생물로 우점된다.

이에 따라, 여재층 상부의 인 제거 미생물은 일정한 체류시간을 거쳐 쉽게 제거될 수 있고, 여재에 부착된 질산화 및 탈질 미생물은 긴 시간을 연속회분식 반응조에 체류하게 되어 각각의 미생물의 최적 SRT를 유지할 수 있게 된다.

(2) 유량조정조를 이용하여 인 제거 미생물에게 필요한 유기물 확보.

하·폐수 처리시 인 용출을 위해서는 먼저 인 제거 미생물이 생물학적으로 분해되기 쉬운 유기물(volatile fatty acid, VFACOD)을 이용할 수 있게 하는 것이 유리하다. 그러나 슬러지에 질산성 질소가 많이 존재하면 무산소 조건이 형성되어 인 제거 미생물에게 필요한 유기물이 탈질을 위하여 소모되므로 유기물을 인 제거 미생물이 이용할 수 없게 되어 인 용출이 저하되고 궁극적으로 인 제거가 어렵게 된다.

본 발명에서는 연속회분식 반응조의 여재 상부에 침전된 농축 슬러지를 혐기조의 역할을 수행하는 유량조정조로 반송시켜 인 용출에 필요한 유기물을 탈질 미생물이 아닌 인 제거 미생물이 먼저 이용할 수 있도록 하였다.

이와 같은 본 발명의 실시예를 참조하여 상세히 설명하고자 하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 물론 아니다.

실시예 1

1) 유량조정조의 원수를 다공성 점토가 반응조 하부에 전체 부피의 약 20%로 투입된 연속회분식 반응조로 유입시켜 미생물 처리 공정을 실시하였다.

2) 상기 연속회분식 반응조의 반응이 완료된 다음 고액 분리를 통해 약 60%의 상징수를 배출시켰다.

상기 SBR 공정에서 처리수의 배출량을 60% 보다 많게 하면 침전된 슬러지가 유실되는(sludge washout) 문제가 발생하여 처리수질이 악화될 우려가 있으므로 50∼60%의 상징수를 배출시키는 것이 바람직하다.

3) 상기 연속회분식 반응조의 여재 상부에 남아 있는 슬러지중 약 10%를 폐기하고 나머지는 유량조정조로 이송시켜 혐기 상태로 인을 용출시키는 동시에 상기 연속회분식 반응조의 여재내에 남아있는 질산성 질소를 여재층에 부착되어 있는 고농도 미생물의 내생탈질을 통해 제거시켰다.

이 때 유량조정조에서는 반송된 슬러지와 먼저 유입되어 있는 원수가 반응하여 혐기 반응을 일으키며 약 2시간의 반응시간 동안 유입 원수의 3배의 인 용출이일어나고 COD의 약 30%가 제거되었다.

실험결과 인 용출속도 2.33mgP/gMv/hr로 나타났다.

반송된 슬러지가 혐기 반응을 하는 동안 연속회분식 반응조에서는 여재내에 남아있는 질산성 질소가 내생탈질을 통하여 제거되므로 혐기 반응과 무산소 반응이 동시에 진행되어 체류시간이 절감되었다.

4) 상기 유량조정조의 농축 슬러지를 원수와 함께 모두 연속회분식 반응조로 유입시켜 연속회분식 반응조에 남아있는 질산성 질소를 유입수내의 유기물을 이용하여 무산소 조건으로 탈질을 통해 제거시켰다.

실험결과 연속회분식 반응조의 무산소 조건에서의 탈질속도는 2.25mgN/gMv/hr로 나타났다. 약 1.5시간의 반응시간동안 COD는 약 25%가 제거되었으며 여재에 남아있던 질산성 질소는 100% 제거되었다.

5) 상기 연속회분식 반응조에서 탈질 반응이 완료된 다음 호기 반응으로 남아있는 유기물을 제거하고 인 섭취 및 질산화를 유도하였다.

호기 공정의 MLSS(Mixed Liquor Suspended Solid; 활성슬러지 농도)는 약 2500mg/L로 유지하였다.

연속회분식 반응조에서의 질산화속도는 5.2 mgN/gMv/hr로 나타났으며, 혐기 조건에서 용출된 인을 과잉으로 섭취하는 인 섭취속도는 1.57 mgP/gMv/hr였다.

약 3시간의 반응시간이 지난 후 COD는 80%, NH₄-N는 98%, TP는 75%의 제거효율을 나타내었다.

6) 상기 연속회분식 반응조에서 호기 반응이 완료된 다음 약 1시간동안 침전시킨 후 60%의 상징수를 배출시키고 여재상부에 남아있는 슬러지중 약 10%를 폐기하고 나머지는 유량조정조로 이송시켰다.

하기 표 2 및 3은 상기 실시예 1에 있어서의 운전 사이클과 연속회분식 반응조의 제원 및 운전조건을 나타낸 것이다.

실시예 1의 운전 사이클(시간)

	유량조정조	연속회분식 반응조	총시간
	혐기	무산소	총시간	호기	침전	유출 & 유량조정조로슬러지 반송
실시예 1	2	1.5	3	1	0.5	8

실시예 1의 연속회분식 반응조의 제원 및 운전조건

	반응조	유입 유량이 같을 경우 반응조 부피(L)	처리수 배출량(%)	SRT(day)	HRT(hr)
실시예 1	연속회분식 반응조	32	60	10~25	12.8

시험예 1

상기 실시예 1의 연속회분식 반응조에서 여재층의 부착 상태의 미생물과 여재층 상부의 부유 상태의 미생물의 농도를 측정하였다.

상기 시험결과 고정상 여재의 경우에는 여재층 상부의 부유 상태의 미생물 농도가 약 2,500mg/L이며 여재층의 부착 상태의 미생물 농도가 약 10,000mg/L로 나타나 연속회분식 반응조 전체 부피의 20%를 차지하는 여재층의 미생물 양이 연속회분식 반응조 전체 미생물 양의 약 50% 였다.

또한, 부유상 여재의 경우에도 여재층 상부의 부유 상태의 미생물 농도가 2,000mg/L이고 여재층의 부착 상태의 미생물 농도가 8,000mg/L로 나타나 본 발명의 하·폐수 처리방법이 고정상 및 부유상 여재 모두 많은 양의 미생물을 확보할 수 있어 부하변동에 강하고 동절기에 원활한 질산화를 수행 할 수 있음을 알 수 있다.

시험예 2

상기 실시예 1의 연속회분식 반응조에서 여재층 및 여재층 상부에서의 미생물 우점 정도를 알아보기 위하여 다음과 같은 회분식 실험을 통해 인의 용출 및 섭취속도, 질산화 및 탈질속도를 측정하였다.

1) 호기 조건이 거의 끝날쯤에 부유상태 슬러지를 다 빼내고 부착 상태의 미생물을 얻기 위해 여재를 꺼내어 씻은 다음 부유상태와 부착상태의 미생물의 농도를 거의 같은 농도로 조절하였다.

2) 부유상태의 미생물과 부착상태의 미생물 각각에 슬러지와 하수를 1:1로 섞은 다음 우선 혐기 상태에서 먼저 인을 용출시킨 후, 각각 2개의 반응조로 나누어 탈질속도를 구하기 위해 한쪽은 무산소 조건을 두어 시약으로 NO₃-N 저장용액(stock solution)을 넣어주고 다른 쪽은 질산화와 인 섭취 속도를 위해 호기조건에 두어 시간에 따른 샘플링을 한 후 분석하였다.

상기 시험결과 하기 표 4에 나타낸 바와 같이 인의 용출 및 섭취속도는 여재층 상부의 부유 상태에서, 질산화 및 탈질속도는 여재층의 부착 상태에서 높게 나타나, 여재층 상부에서는 인 제거 미생물이, 여재층에서는 탈질 및 질산화 미생물이 우점하는 것으로 나타났다.

따라서, 본 발명은 여재층의 부착 상태에 인 제거 미생물보다 질산화 및 탈질 미생물이 우점하므로 역세척이 불필요하여 역세척을 위한 부대장치에 소요되는 비용과 운전비용을 절감할 수 있다.

연속회분식 반응조의 여재층 상부와 여재층의 반응속도

	여재층 상부(부유 상태)	여재층(부착 상태)
인 용출속도(mgP/gMv/hr)	2.13	1.04
인 섭취속도(mgP/gMv/hr)	1.79	0.47
질산화속도(mgN/gMv/hr)	2.89	3.16
탈질속도(mgN/gMv/hr)	1.55	2.10

시험예 3

수처리 효율

1) 상기 실시예 1의 유입수 및 유출수의 농도를 측정하여 하기 표 5에 나타내었다.

실시예 1의 유입수 및 유출수의 농도

	유입원수	실시예 1
pH	7.5	7.2
COD_Cr	총계	230 mg/L	15 mg/L
COD_Cr	수용성	140 mg/L	10 mg/L
SS	총계	70 mg/L	10 mg/L
SS	휘발성	40 mg/L	6 mg/L
질소	TN	35 mg/L	15 mg/L
	TKN	35 mg/L	7 mg/L
	NH₄-N	20 mg/L	0.5 mg/L
	NO₃-N	-	8 mg/L
인	총계	5 mg/L	1.3 mg/L
인	수용성	4 mg/L	1 mg/L

2) 유기물 제거 효율

상기 실시예 1의 운전기간에 따른 COD의 유입·유출 농도를 측정하여 도 3에 나타내었다.

상기 시험결과 유기물이 유입원수의 부하에 관계없이 일정하게 배출되는 것으로 나타났으며, 유기물 제거 효율이 약 93%였다.

3) 질소 제거 효율

상기 실시예 1의 운전기간에 따른 NH₄-N의 유입·유출 농도를 측정하여 도 4에 나타내었다.

상기 시험결과 여재에 의한 다량의 MLSS의 확보로 인하여 저온에서도 질산화문제가 발생하지 않았으며, NH₄-N의 제거 효율이 98%로 나타났다.

상기 실시예 1의 운전기간에 따른 TN의 유입·유출 농도를 측정하여 도 5에 나타내었다.

상기 시험결과 TN농도가 80mg/L일 때 질산화율은 87%로 유출수내의 NH₄-N 농도가 10mg/L를 나타내었으며 TN은 50mg/L로 약 30mg/L의 질소가 제거되었다. 그러나 유출수내의 NO₃-N의 증가로 인하여 인 제거가 악화되는 현상이 발생하였다.

4) 인 제거 효율

상기 실시예 1의 운전기간에 따른 인의 유입·유출 농도를 측정하여 도 6에 나타내었다.

상기 시험결과 전체적으로 인의 유출농도가 1mg/L를 상회하는 것으로 나타났으며, 인의 제거 효율이 74%로 나타났다.

비교예 1

SBR(Sequencing Batch Reactor) 공정

하기 표 5에 나타낸 반응조의 제원 및 운전조건에 따라 일반적인 SBR 공정을 실시하였다.

반응이 완료된 연속회분식 반응조에서 60%의 상징수를 방류시킨 후에 운전 사이클(cycle)을 조정 운전하였다.

비교예 2

탈질량을 조절한 SBR 공정

하기 표 5에 나타낸 반응조의 제원 및 운전조건에 따라, 연속회분식 반응조와 NO₃-N 저장조를 두어 상징수 배출량을 증가시킨 후 탈질을 유도하고 인 제거 미생물에 대한 저해 작용을 최소화시키는, 탈질량을 조절한 SBR 공정을 실시하였다.

이 때 상징수를 60% 배출시킨 후에 다시 20% 해당되는 상징수를 NO₃-N 저장조에 저장시켜 운전하였다.

비교예 1, 2에 있어서 각 반응조의 제원 및 운전조건

	반응조	유입 유량이 같을 경우 반응조 부피(L)	처리수 배출량(%)	SRT(day)	HRT(hr)
비교예 1	연속회분식 반응조	-	50~60	15~80	-
비교예 2	연속회분식 반응조	50	60	25	28
비교예 2	NO₃-N 저장조	20	-	25	28

시험예 4

수처리 효율 비교

상기 실시예 1과 비교예 1, 2에서의 COD, NH₄-N, TN 및 TP의 제거 효율을 측정하여 하기 표 7에 나타내었다.

제거 효율(%) 비교

	COD	NH₄-N	TN	TP
실시예 1	93	98	57	74
비교예 1	96	94	-	41
비교예 2	96	98	60	75

상기 시험결과 유기물, NH₄-N, TN의 제거 효율에 있어서는 실시예 1과 비교예 1, 2가 비슷한 효율을 나타내었으나, TP의 제거효율에 있어서는 본 발명의 실시예 1이 비교예 1보다는 우수하고 비교예 2와 비슷한 효율을 나타내었다.

본 발명의 여재가 투입된 연속회분식 반응조와 유량조정조를 이용한 하·폐수 처리방법은 상기에서 설명한 바와 같이 질산화 및 탈질 미생물과 인 제거 미생물을 각각 다른 공간에서 우점화시켜 각각의 미생물에 필요한 최적의 SRT를 유지하고 반응속도를 높게 할 수 있으므로 짧은 수리학적 체류시간(hydraulic retention time, HRT)에서 안정적인 수질을 확보할 수 있다.

또한 본 발명은 연속회분식 반응조의 여재 상부에 침전된 농축 슬러지를 혐기조의 역할을 수행하는 유량조정조로 반송시켜 인 용출에 필요한 유기물을 탈질 미생물이 아닌 인 제거 미생물이 먼저 이용할 수 있게 하여 질소 뿐만 아니라 인을 효율적으로 제거할 수 있다.

그리고 본 발명은 연속회분식 반응조 운전시 별도의 역세척이 불필요하여 역세척을 위한 부대장치에 소요되는 비용과 운전비용을 절감할 수 있다.

Claims

유량조정조로부터 유입되는 하·폐수를 여재가 투입된 연속회분식 반응조를 이용하여 처리하는 방법에 있어서, 상기 유량조정조가 유량조정의 기능과 혐기조의 역할을 동시에 수행하고, 유량조정조가 혐기조의 역할을 수행하는 동안 연속회분식 반응조가 탈질을 수행하여 혐기와 무산소 조건이 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는, 여재가 투입된 연속회분식 반응조와 유량조정조를 이용한 하·폐수 처리방법.
제1항에 있어서, 상기 연속회분식 반응조의 여재 상부에 슬러지를 침전시키고 대략 50∼60%의 상징수를 배출시키는 단계와;

상기 연속회분식 반응조의 여재 상부에 침전된 슬러지중 일부를 폐기하고 나머지는 유량조정조로 이송시켜 혐기 상태로 인을 용출시키는 동시에 상기 연속회분식 반응조의 여재내에 남아있는 질산성 질소를 여재층에 부착되어 있는 고농도 미생물의 내생탈질을 통해 제거시키는 단계와;

상기 유량조정조의 혐기 반응이 끝난 원수와 함께 모두 연속회분식 반응조로 유입시켜 연속회분식 반응조에 남아있는 질산성 질소를 유입수내의 유기물을 이용하여 무산소 조건으로 탈질을 통해 제거시키는 단계와;

상기 연속회분식 반응조에서 탈질 반응이 완료되면 호기 반응으로 남아있는 유기물을 제거하고 인 섭취 및 질산화를 유도하는 단계와;

상기 연속회분식 반응조에서 호기 반응이 완료되면 침전을 실시하는 단계를 반복 실시하고, 그에 따라 여재층 상부에는 부유 상태의 인 제거 미생물이, 여재층에는 부착 상태의 질산화 및 탈질 미생물이 우점되게 하는 것을 특징으로 하는, 여재가 투입된 연속회분식 반응조와 유량조정조를 이용한 하·폐수 처리방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 여재가 연속회분식 반응조 전체부피의 15∼25%를 차지하도록 투입되는 것을 특징으로 하는, 여재가 투입된 연속회분식 반응조와 유량조정조를 이용한 하·폐수 처리방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 여재가 고정상 여재인 경우에는 여재층의 상부와 하부에 각각 공기를 공급하고, 부유상 여재인 경우에는 부유 상태를 유지하도록 교반(mixing)을 실시하거나 하부에 공기를 공급하는 것을 특징으로 하는, 여재가 투입된 연속회분식 반응조와 유량조정조를 이용한 하·폐수 처리방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 여재가 다공성 점토(porous clay) 또는 셀룰로오스 스폰지(cellulose sponge)인 것을 특징으로 하는, 여재가 투입된 연속회분식 반응조와 유량조정조를 이용한 하·폐수 처리방법.