KR20030074966A - 슬러지 전처리 및 고농도 막분리 생물반응조를 이용한슬러지 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬러지 전처리 및 고농도 막분리 생물반응조를 이용한 슬러지 처리방법에 관한 것으로, 보다 더 상세하게는 생물학적 하폐수 처리공정에서 발생된 잉여슬러지를 화학적 전처리를 통하여 슬러지의 가용성 및 생분해성을 촉진, 증가시킨 후, 고농도 막분리 처리로 처리시간 및 효율을 획기적으로 개선시킨 것으로서, 슬러지저류조(11)에서 알칼리주입처리공정, 오존처리조(12)에서 오존처리공정, 전처리슬러지저류조(13)로 이루어진 전처리장치(10)와, 생물반응조(21)내에 막분리 고액분리장치(22)가 설치된 막분리형 분해반응장치(20)로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.

Description

슬러지 전처리 및 고농도 막분리 생물반응조를 이용한 슬러지 처리방법 {Process For Sludge Treatment Using Sludge Pretreatment And Membrane Bioreactor}

본 발명은 슬러지 전처리 및 고농도 막분리 생물반응조를 이용한 슬러지 처리방법에 관한 것으로, 보다 더 상세하게는 생물학적 하폐수 처리공정에서 발생된 잉여슬러지를 화학적 전처리로 가용성 및 생분해성을 촉진, 증가시킨 후, 고농도 막분리 처리로 처리시간 및 효율을 획기적으로 개선시킨 것이다.

통상, 오수, 하수 및 폐수의 처리방법으로 채택되고 있는 활성슬러지 공법 또는 그 변형공법 등은 미생물에 의한 유기물을 처리하는 공법으로서, 유기물 분해에 따른 미생물 성장의 결과로서 미생물 농도가 증가하게 된다.

이와 같은 공법의 안정적 운전과 고액분리를 위해서는 상기 발생된 슬러지중 적절한 수준의 슬러지를 인발하여 주는 것이 필수적으로 요구된다.

이상의 요구 조건에 따라 인발된 잉여슬러지는 농축, 탈수 등의 물리적 감량공정 및 생물학적 감량공정을 거쳐서 최종 케이크 형태로 배출되어 매립, 소각 또는 해양투기 등의 방법으로 최종처리 된다.

종래의 상기 슬러지에 대한 대표적인 감량공법은 혐기소화공법과 호기소화공법을 들 수 있는데, 이 두 공법은 기본적으로 별도의 유기물을 공급하지 않고, 생물반응조를 운전함으로써 슬러지를 구성하고 있는 미생물의 자산(자체산화) 또는 자체분해를 유도하는 방식을 사용하고 있다.

상기 혐기소화공법은 공기의 공급없이 온도, pH 등의 조절만을 수행하며, 슬러지 자체산화를 유도하는 방식으로, 상대적으로 분해시간이 길어 보통 30일 이상의 체류시간으로 20~30%의 슬러지 감량효과를 얻을 수 있다.

상기 호기소화공법은 슬러지를 폭기하여 호기적인 상태에서 슬러지 자체산화와 혼합을 동시에 수행(도 1참조)한 바, 상기 혐기소화공법에 비하여 처리소요 시간을 15~20일로 단축 할 수 있는 장점이 있으나, 폭기에 필요한 추가 비용이 소요되는 단점이 있다.

이상과 같이, 혐기 및 호기소화공법의 처리시간이 길고, 감량효율도 20~40%수준으로 낮은 근본적인 이유는 슬러지를 구성하고 있는 미생물의 생분해성이 낮기 때문이라 할 수 있다.

즉 슬러지의 생분해는 미생물의 가수분해단계를 통한 가용화와 가용화된 유기물의 섭취 및 분해의 두 단계로 나눌 수 있는데, 슬러지의 전체 분해속도를 제한하고 있는 단계는 바로 첫번째 단계인 가용화 단계로 알려져 있고, 미생물의 가용화가 더딘 이유는 세포 구성물질을 둘러싸고 있는 단단한 세포막이 세포구성물질들의 가수분해를 억제하는 역할을 하기 때문인 것으로 알려져 있다.

또한, 이상과 같은 슬러지 처리방법은 그 처리비용이 수처리 비용과 대등하게 소요되어 유지관리 비용에서 큰 부분을 차지하며, 또한 처리 및 수송과정에서 악취등 위생상 문제로 민원발생 주요인이 되고 있다.

본 발명은 이상과 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 슬러지의 생분해 소멸을 촉진하기 위하여, 호기적 방법으로 슬러지의 분해를 유도하되, 호기적 생물반응조에 두가지 기능의 공법을 결합한 바, 첫째는 슬러지를 오존 또는 알칼리 등 화학적으로 전처리하여 슬러지를 구성하는 미생물의 세포막을 파괴시켜 세포구성물질들의 가용화를 촉진시키고, 이를 생물 반응조에 공급하여 줌으로써 슬러지의 생분해도를 획기적으로 높일 수 있으며, 둘째는 생물반응조내에 중공사형 또는 평막형 분리막을 침지시켜 고액분리를 수행함으로, 미생물 농도가 극대화되어 상기 전처리 가용화된 슬러지가 신속하게 자체산화 및 분해, 소멸되는 생물반응조를 이용한 슬러지 처리공법을 제공함에 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 잉여슬러지를 처리함에 있어, 슬러지를 화학적으로 가용성 및 생분해성을 촉진시키는 전처리를 한 후, 폭기상태에서 고액분리를 수행하는 공정으로 이루어져 있다.

도 1은 종래의 호기소화를 이용한 슬러지 처리방법을 나타낸 개략적인 도면

도 2는 종래의 막분리형 생물반응조 처리방법을 나타낸 개략적인 도면

도 3은 본 발명에 의한 슬러지 처리방법을 나타낸 개략적인 도면

도 4는 본 발명과 종래의 호기소화를 이용한 슬러지 처리방법에 대한 슬러지 감량 대비표

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 전처리장치 11 : 슬러지저류조

12 : 오존처리조 13 : 전처리슬러지저류조

14 : 폭기장치

20 : 막분리형 분해반응장치 21 : 생물반응조

22 : 막분리 고액분리장치 30 : 반송라인

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 의한 잉여슬러지 처리공정을 나타낸 개략적인 도면으로서, 도시된 바와 같이, 슬러지의 전처리장치(10)와 막분리형 분해반응장치(20)로 이루어져 있는 것으로, 구체적으로 상세히 설명하면 다음과 같다.

슬러지 전처리장치(10)

잉여슬러지는 대부분 미생물의 군집으로 이들 미생물은 세포벽 구조를 가지고 있는 바, 화학적 또는 물리적으로 상기 세포벽을 파괴하여야 미생물이 가용화되고, 고분자 물질들이 저분자 물질로 전환되며, 상기 슬러지의 생분해성이 촉진, 증가된다.

상기 미생물 세포벽 파괴를 위한 전처리장치(10)의 기술로는 알칼리처리, 오존처리, 열적처리 등이 있으며, 이를 선택적으로, 또는 상기 처리중 선택적 병합처리로 이루어진다.

상기 도 3의 일 실시예로서, 전처리장치(10)는 슬러지저류조(11)에서 알칼리주입처리공정, 오존처리조(12)에서 오존처리공정, 전처리슬러지저류조(13)로 이루어지는 것으로, 슬러지의 가용화 및 생분해도 촉진 효과는 표 1과 같다.

이때, 슬러지의 초기 부유물 농도와 COD(cr)농도는 각각 11,440mg/L 와 13,890mg/L이며, 생분해도 실험은 호흡법(Respirometry)을 이용하여 측정한 것이다.

막분리형 분해반응장치(20)

막분리형 분해반응장치(20)는 생물반응조(21)에서의 유기물 분해공정과 막분리 고액분리장치(22)의 고액분리공정으로 이루어져 있는 것으로, 상기 막분리 고액분리장치(22)의 고액분리공정은 중공사형 또는 평막형 모듈을 상기 생물반응조(21)에 침지시켜 음압을 걸어 고형물은 걸러주고, 처리액은 하수처리공정으로 반송하여 처리토록 한다.

상기 생물반응조(21)내 슬러지 고형물 농도 증가는 두가지 방식으로 처리 감량효율이 높아지는 바, 그 첫째는 슬러지의 자산 또는 내생호흡속도가 슬러지의 농도에 선형적으로 비례하기 때문에 자산분해속도가 증가 하게 되고, 둘째는 전처리 과정을 거쳐 분해가능한 물질로 전환된 슬러지 분해속도가 높아지기 때문이다.

한편, 상기 전처리된 슬러지는 생물반응조(21)에서 호기적으로 분해되지만 분해과정에서 새로운 미생물이 형성되므로 생물반응조의 미생물 농도를 적절히 조절할 필요가 있어 슬러지의 일부를 인발하여 슬러지 저류조(11)로 반송라인(30)을 통하여 반송한다.

또한, 슬러지중 유기물은 완전 감량 할 수 있으나 비분해성 무기물질이 농축될 수도 있는바, 이를 방지하기 위해서 일정량의 슬러지를 인발(20% 이하)하여 야 한다.

도 1의 종래 호기소화처리방법과 도 3의 본 발명의 처리방법으로 처리하여 슬러지 감량효율을 비교 실험한 결과를 도 4와 같이 나타 내었다.

상기 처리방법은 동일한 운전조건으로 하였으며, 수리학적 체류시간은 5일로하였던 바, 도 1의 종래 호기소화처리방법의 경우, 슬러지의 분해속도가 낮아 슬러지 농도가 급격히 올라가기 때문에 처리시간을 늘리거나 다량의 슬러지를 인발하여 주어야 생물반응조내 농도를 유지시킬 수 있는데 비하여, 도 3의 본 발명 처리방법의 경우는 슬러지의 분해속도가 높아 생물반응조내 슬러지 농도가 일정수준에 도달하면 더 이상 증가되지 않아 상기 무기물질의 축적을 방지하기 위한 최소한의 슬러지 인발만으로도 일정한 슬러지 농도를 유지 시킬 수 있다.

상기 생물반응조내 유기고형물의 농도가 높아지게 되면 막분리 고액분리장치 (22)의 분리막의 폐색이 촉진되기 때문에 상기 분리막 하단부에 폭기관을 정렬시켜 공기방울에 의해 형성된 상향류를 통하여 폐색을 방지하도록 한다.

상기 생물반응조에서 유기물과 함께 질소성분을 동시에 제거하기 위해서는 간헐 폭기하거나, 생물반응조 전단에 별도의 무산소조를 설치하여 내부 순환시켜 운전할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 하폐수를 처리하는 과정에서 발생된 잉여슬러지를 처리하는 것으로, 상기 슬러지 감량처리의 소요시간은 대폭 줄이며, 처리효율은 상승시켜 슬러지 케이크의 발생량을 획기적으로 저감시킬 수 있는 효과가 있고, 이에 따른 경비 절감 및 민원 발생요인이 해결된 효과가 있다.

Claims (4)

1. 하폐수의 생물학적 처리과정에서 발생된 잉여슬러지를 감량처리하는 방법에 있어서, 슬러지저류조(11)에서 알칼리주입처리공정, 오존처리조(12)에서 오존처리공정, 전처리슬러지저류조(13)로 이루어진 전처리장치(10)와, 생물반응조(21)내에 막분리고액분리장치(22)가 설치된 막분리형 분해반응장치(20)로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 슬러지 전처리 및 고농도 막분리 생물반응조를 이용한 슬러지 처리방법.
2. 제 1항에 있어서, 생물반응조(21)에서 슬러지의 일정량을 인발, 반송라인 (30)을 통하여 슬러지저류조(11)로 보내어져 유입슬러지와 함께 다시 전처리공정을 거치도록 되어 생물반응조내 고형물 농도를 조절하는 것을 특징으로 하는 슬러지 전처리 및 막분리 생물반응조를 이용한 슬러지 처리방법.
3. 제 1항에 있어서, 슬러지중 질소성분을 제거하기 위해 상기 생물반응조(21)에서 간헐적으로 폭기하거나 또는 별도 무산소조를 설치, 내부 순환시켜 호기상태와 무산소상태를 번갈아 제공하는 것을 특징으로 하는 슬러지 질소성분의 질산화 및 탈질을 촉진시키는 처리방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 전처리장치(10)는 알칼리처리 또는 오존처리에 열적처리 또는 기계적처리를 선택적 병합처리로 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬러지 전처리 및 막분리 생물반응조를 이용한 슬러지 처리방법.