KR20040006926A - 내부순환형 연속회분식 반응장치를 이용한 하수처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반응조가 2개로 나뉘어져 있으며, 양조 사이의 원활한 물질이동이 가능한 내부순환형 연속회분식 반응장치를 이용하여 하수 내의 오염물질의 제거효율, 특히 질소와 인의 제거효율을 높인 오·폐수 처리방법에 관한 것으로서, 유입 오·폐수의 성상 및 유량의 변화에도 탄력적인 운전이 가능하고, 안정적인 처리효율을 얻을 수 있으며, 다목적조에서의 미생물의 작용에 의해 반응으로 인하여 주반응조에서의 반응에 필요한 처리시간을 단축시킨 환경산업상 매우 유용한 발명이다.

Description

내부순환형 연속회분식 반응장치를 이용한 하수처리방법 {Wastewater treatment utilizing the equencing batch reactor supplemented with inner circulation systems}

본 발명은 연속회분식 반응장치를 이용하는 오·폐수 처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반응조가 2개 이상으로 나뉘어져 있으며, 양조 사이의 원활한 물질이동이 가능한 내부순환형 연속회분식 반응장치를 이용하여 오·폐수 내의 오염물질의 제거효율, 특히 질소와 인의 제거효율을 높인 오·폐수 처리방법에 관한 것이다.

최근 우리나라는 인구의 증가 및 도시의 집중화, 산업의 급속한 발전으로 인하여 환경오염이 급속히 진행되어 수질환경의 훼손이 심각한 문제로 대두되고 있다. 더욱이, 하천, 호소 등으로 질소, 인과 같은 영양염류가 유입되어 부영양화를 유발시킴으로써 어폐류의 폐사로 인한 수중생태계의 파괴, 수자원 활용가치의 하락, 상수처리 비용의 상승 등의 문제가 발생되고 있다. 또한, 상기 영양염류 중 질소는 오·폐수 내에서 주로 유기질소와 암모니아성 질소의 형태로 존재하며 수중에 방출되었을 때, 자연계에서 유기질소와 암모니아성 질소가 아질산염으로 전환된 후 질산염이 되는데 이 때, 수중의 용존산소를 소모하게 되는 문제가 있다. 따라서, 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 물리적, 화학적 또는 생물학적인 단위공정에 의해 질소 및 인을 동시에 처리하기 위한 장치가 개발되어 왔으나, 오·폐수 중의 유기물 함량이 적은 우리 나라 하수의 처리에는 부적절한 문제가 있었다.

우선, 생물학적 질소의 제거를 살펴보면, 오·폐수의 유입시 질소의 형태는 유기질소(organic N)와 암모니아성 질소(NH₄ ⁺-N)이며, 이들은 질산화와 탈질산화의 2단계 과정에 의한 생물학적 처리방법에 의하여 처리된다. 즉, 질산화 단계에서는 호기성인 질산화균에 의해 유기질소 및 암모니아성 질소가 질산성 질소로 전환되며, 탈질단계에서는 무산소 조건하에서 산소 대신 질산성 질소를 전자수용체로 사용하는 탈질산화 세균이 유기물을 산화시키고 질산성 질소는 질소기체로 환원시켜 대기 중으로 방출시킨다.

탈질반응은 유기물이 있는 경우와 없는 경우로 구분할 수 있는데, 유기물이 없는 경우를 내생 탈질반응(endogenous denitrification)이라고 하며, 탈질속도가 느려 긴 체류시간을 필요로 하는 반면, 유기물이 있는 경우는 탈질 속도가 매우 빠르기 때문에 체류시간을 짧게 할 수 있으며, 이 때의 탈질속도는 유기물의 종류에 따라 달라질 수 있다.

한편, 생물학적 인 제거에 대해 살펴보면, 혐기성 상태에서 생물학적 탈인 미생물은 저분자 물질을 PHB(poly-β-hydroxybutyric acid; 폴리-β-히드록시부티르산) 형태로 세포 내에 축적하고, 정인산(orthophosphate)을 세포 외부로 방출한다. 이와 같이 인을 방출한 탈인 미생물은 다시 호기성 상태에서 유기물 및 축적된 PHB를 산화, 분해시키면서 인을 과잉으로 섭취하게 되며, 이와 같이 용액 내로부터 과량의 정인산을 섭취하여 무기인산을 합성하는 현상을 인의 과잉섭취(luxury uptake)라 하며, 상기의 과정을 통해 과잉의 인을 섭취한 미생물을 반응공정에서 제거함으로서 인 제거 공정이 완료된다. 따라서, 인의 생물학적 제거란 결국 호기상태에서 인을 과잉섭취한 미생물을 슬러지의 형태로 배출시켜 이루어지는 것으로, 동일한 미생물의 환경변화에 따른 인의 흡수에 의해 제거되므로, 적절한 슬러지 반송이 필요하게 된다. 이 때, 상기 인의 과잉섭취를 위해서는 우선적으로 인의 방출(phosphorus release)이 진행되어야 하는데, 인 방출시 산소 외의 다른 전자수용체(electron acceptor) 즉, NO₃ ^-와 같은 물질이 존재하면 인 방출이 방해를 받게 되어 효율적인 인 방출을 저해하게 된다.

종래의 질소와 인의 생물학적 제거를 위한 연속회분식 반응장치(Sequencing batch reactor; SBR)는 반응조가 1주기 내에서 시간대를 달리하여 유입조/호기조/혐기조/침전조로 운용됨으로써 하수 중에 포함된 질소와 인을 제거하도록 한 것으로서, 단일반응조에서 호기/혐기 상태가 반복적으로 나타나기 때문에 탈인 미생물에 의한 인의 과잉섭취로 인하여 인의 제거량을 향상시킬 수 있는 것이다. 질소제거를 위한 이 공정의 응용에서 주의해야 할 점은 포기시간의 조절을 통하여 탈질반응에 필요한 유기물이 반응조 안에 충분히 존재할 수 있도록 하는 것이다. 한편, 혐기반응시에 나타나는 pH의 증가분은 호기반응(질산화 반응)시에 유입 오·폐수의 알카리도 부족으로 pH가 저하되는 것을 방지할 수 있다.

또한, SBR 장치의 장점은 설치면적이 작고 공정이 단순하며, 순간적으로 높은 유량이나 오염물질 부하에 강하고, 반송슬러지 운송이 필요없으므로 시설비 및 운전비가 저렴하며, 단일반응조에서 호기/혐기 상태가 교대되어 사상균 성장에 의한 벌킹이 없고, 질소와 인의 처리효율을 높일 수 있으며 슬러지의 발생량이 적다는 점이다. SBR 공정의 기계장치나 공정의 일부를 변경하여 만들어진 여러 종류의 SBR 변법들이 적용되고 있는데, 대표적인 것으로는 SAM^TMSBR, KIDEA, ICEAS, Aqua-MSBR, Aqua-SBR, Omniflo-SBR, 선회와류식-SBR, PSBR 등이 있다.

상기 SAM^TMSBR은 반응조를 혐기조와 SBR조로 구분하여 SBR조의 혐기반응 기능을 없애고, 대신에 SBR조 전단에 위치한 혐기조에서만 혐기반응이 일어나도록 한 공정으로서, SBR조 전단에 위치한 혐기조에서 유기물을 탄소원으로 하는 탈질화 반응이 일어나기 때문에 우리나라와 같이 BOD 농도가 낮은 경우에 유입 BOD의 거의 전량이 탈질화 반응에 이용될 수 있어 질소 제거율이 향상될 수 있으나, 펌프를 이용하여 유입 오·폐수 및 반송수 전량을 혐기조로부터 SBR조까지 연속 주입시키고 있어 동력비가 높은 문제가 있다. KIDEA 공법은 국산화된 디켄터를 반응조 상부에 설치하고, 단계 주입(Step Feeding)용 배관을 이용하여 원수를 균등분배함으로써 내부반송 및 교반기가 불필요하도록 구성한 장치이지만, 공기공급이 전면 산기방식으로 이루어져 있어 막힐 경우, 유지보수를 위해 반응조를 비워야 하고 반응조에서 스컴이 발생하며 침전기에도 원수가 유입되는 구조로 되어 있으므로 침전효율이 일반적인 SBR 장치보다 낮은 문제가 있다. ICEAS 공법의 반응조는 전처리 반응조와 주처리 반응조로 이원화되어 구성된 장치로서, 전처리 반응조가 토목 구조물로 고정되어 있어 유량 및 부하변동시 제어가 곤란하고, 전면 산기 방식이므로 유지관리가 어려우며 유지보수시 반응조를 완전히 비워야 하므로 안정적인 운전이 곤란한 문제가 있다.

Aqua-MSBR 공법은 포기장치 외에도 교반장치를 설치하여 산소전달 능력 향상으로 인한 에너지 절감효과를 높였으나, 착탈식 산기관, DDM-MiXER, 부유식 디켄터 등의 기계장치가 3개로 나뉘어져 있어 반응조가 여러 개일 경우에 유지보수가 어렵고, Omniflo-SBR 공법은 무동력 부유식 디켄터가 사용되어 유지관리가 용이하고 제트 에어레이터를 사용함으로써 장기간 사용할 때에도 지속적인 산소전달효율을 얻을 수 있는 반면, 제트분사 노즐의 폐쇄를 방지하기 위해 침사지에 미세 스크린의 설치가 필요하며, 재순환 배관, 포기장치 세정시설 등의 기계/배관이 복잡하며, 선회와류식-SBR 공법은 표면교반기를 사용하므로 중/대용량의 하수처리시에는 반응조의 수가 많아지는 문제점이 있다.

PSBR 공법은 오·폐수 내의 유기물 및 질소, 인의 제거 능력을 향상시키고 1주기당의 배출비를 극대화시킨 공정으로, 간단한 배출예비실과 상승 커튼월에 의하여 스컴이나 침전된 슬러지층의 교란없이 안정된 처리수질을 확보할 수 있는 상징수 배출장치(Decanting System)가 구비되어 있으나, 펌프에 의한 가압식 배출방법을 채택함으로써 자연유하 배출방식에 의한 일반적인 시스템보다 전력비 등 유지관리상의 추가비용이 발생하고, 슬러지이송 및 배출기능을 위한 펌프의 수효가 많아지므로 공동구 내에 별도의 기계실을 두어야 하며, 배관이 복잡하고, 배출펌프로 우천시의 유량까지 처리해야하므로 후단설비의 용량이 증대되고, 자동제어를 위한반응조 내부의 커튼월을 전동식으로 구동해야 하므로 고장시 대처가 어렵다는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 고려하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 유입수 중에 포함된 유기물을 효율적으로 이용함으로써 질소·인 제거효율을 높일 수 있으며, 유입 오·폐수의 성상 및 수량의 변화에도 고효율의 안정적인 질소·인 제거효율을 얻을 수 있는 연속회분식 반응공정에 의한 하수처리방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 처리 시간이 종래의 공법에 비해 짧은 연속회분식 반응공정에 의한 하수처리방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 사용되는 내부순환형 연속회분식 반응장치를 도시한 단면도,

도 2는 유입 오·폐수량이 적은 경우에 있어서의 본 발명에 의한 반응공정을 도시한 공정도,

도 3은 유입 오·폐수량이 정상적인 경우에 있어서의 본 발명에 의한 반응공정을 도시한 공정도,

도 4는 유입 오·폐수량이 많은 경우에 있어서의 본 발명에 의한 반응공정을 도시한 공정도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1. 다목적조2. 주반응조

3. 유입/반송수 제어조4. 다목적조 하부유입배관

5. 유입맨홀 6. 자동이송장치

9. 슬러지 배출장치12. 폭기장치

15. 월류웨어24. 슬러지 반송라인

본 발명의 상기 목적은 본 발명자의 선출원인 내부순환형 연속회분식 반응장치(특허출원 제02-41517호)를 이용하는 오·폐수 처리방법 즉, 운전상황에 따라 내부액순환장치(11)를 가동시켜 단계적으로 다목적조(1) 내의 반응액을 주반응조(2)로 이송시켜 탈질·탈인에 필요한 탄소원을 제공하고; 상기 주반응조는 연속회분식 반응공정으로 운전되고; 상기 다목적조는 주반응조의 운전공정 중 반응기에는 혐기조 또는 무산소조로 운전되고, 그 외의 시간에는 유량조절조로 운전되는 것을 특징으로 하는 오·폐수 처리방법을 제공함으로써 달성하였다.

또한, 본 발명은 상기 내부액순환장치를 지속적으로 가동시켜 다목적조 내의 반응액을 주반응조로 이송시켜 탈질·탈인에 필요한 탄소원을 제공하고; 상기 주반응조는 연속회분식 반응공정으로 운전되고; 상기 다목적조는 주반응조의 운전공정 중 유입기에는 유량조절조로, 반응기에는 혐기조/무산소조로 운전되고, 그 외의 시간에는 간헐적 폭기에 의해 호기조 또는 혐기조로 운전되는 것을 특징으로 하는 오·폐수 처리방법을 제공하였다.

본 명세서에서 사용된 '반응액'이란 용어는 본 발명의 내부순환형 연속회분식 반응장치의 다목적조 또는 주반응조로 유입되어 각 조 내에 저장되어 있거나, 생물학적 반응이 이루어지며, 양 조 사이에서 이동하는 모든 오·폐수를 의미한다.

도 1에 본 발명에서 사용된 본 발명자의 선출원에 의한 내부순환형 연속회분식 반응장치를 도시하였으며 이하, 그 구성에 대해 설명한다. 도 1에 도시된 내부순환형 연속회분식 반응장치는 크게 다목적조(1), 주반응조(2), 유입/반송수 제어조(3)로 나누어지며, 양조 내부의 반응액은 자동이송장치(6)와 내부액 순환장치(11)에 의해 이동이 가능하도록 형성한 것으로서, 유입 오·폐수의 변화에 대한 대처능력이 뛰어나고 탈질과 인방출에 필요한 탄소원을 반응공정의 진행 중 언제라도 적절히 공급할 수 있어 처리효율 향상을 기대할 수 있고, 주반응조에서 이루어져야 할 반응을 다목적조가 공간적으로 분리하여 분담함으로써 처리 시간을 단축시킬 수 있도록 구성한 것이다.

다목적조는 전체 조용적의 약 30%, 주반응조는 전체 조용적의 약 70%의 크기로 구성되며 다목적조 상단, 주반응조와의 사이에 유입/반송수 제어조를 설치하였다. 다목적조의 내부에는 또한 폭기장치를 설치하여 호기조로서의 기능도 할 수 있도록 구성하였다. 유입 오·폐수는 유입배관(13, 14)을 따라 주반응조로 유입되며, 유입된 오·폐수는 벽면에 평행하게 설치된 유입맨홀(5)을 따라 주반응조의 하부로부터 상부로 흘러나가게 된다. 주반응조가 만수위가 되면 유입하수는 월류웨어를 넘어 유입/반송수 제어조로 유입되어 하단의 다목적조 하부유입배관을 통해 다목적조 내부로 유입되게 되는데, 이 때 교반기없이도 다목적조 내부의 반응액과의 원활한 교반이 이루어질 수 있도록 상기 다목적조 하부유입배관을 하부에 위치시켰다. 즉, 다목적조 내로의 오·폐수 또는 반응액의 유입은 모두 유입/반송수 제어조를 거쳐 이루어지도록 구성되어 있기 때문에, 이 때의 유입은 수위차에 의한 무동력 방식에 의하므로, 동력소모가 적으며, 유지·보수가 용이한 장점이 있다.

원칙적으로 연속회분식 반응공정에 의한 오·폐수 내의 유기물질 및 질소·인의 제거는 주반응조(2)에서 이루어지도록 구성되어 있지만, 유입 오·폐수의 수량이 많거나 오염물 부하가 높은 경우에는 다목적조가 혐기조, 무산소조 또는 호기조로서 기능하여 처리시간의 단축 및 유기물의 효율적 이용을 도모하게 된다. 그리고, 양 조 사이에 설치된 자동이송장치의 개폐에 의해서 필요에 따라 양 조 내 반응액의 이동을 자유롭게 하여 양조의 수위를 조절할 수 있으며, 양조 내 미생물, 유기물, 질소, 인 등의 물질 순환이 자유롭게 이루어지게 되며, 무동력으로 단순히 수위차만에 의해 이루어진다는 점에서 특징이 있다. 또한, 펌프를 이용한 별도의 내부액 순환장치를 통해 다목적조에서 주반응조로의 반응액의 이송이 이루어지며, 이로 인한 주반응조의 수위상승으로 인하여 주반응조 내 반응액이 유입맨홀을 역류하여 월류웨어를 넘어 다목적조로 이동하게 된다.

침전과정에서 침전된 슬러지를 주반응조 내에 설치된 슬러지 배출장치(9)로 인발하여 슬러지 반송라인(24)을 통하여 유입/반송수 제어조에 이송시킴으로써 다목적조에 적정 수준의 미생물량이 유지될 수 있도록 하였다.

혐기반응시에 일어나는 탈질의 양을 증가시켜 질소제거율을 높이기 위해서는 한 주기 내에서 반복적으로 일어나는 혐기반응과 호기반응의 시간 배분에서 호기반응 시간보다 혐기반응 시간이 가능한 한 더 많아야 하기 때문에, 본 발명에서는 다목적조를 주로 혐기조/무산소조로 운전함으로써, 일반적인 연속회분식 반응공정에 비하여 혐기반응을 위한 시간이 더 배분될 수 있도록 하였다. 또한, 인의 제거량을 늘리기 위해서는 주어진 반응 시간 내에서 혐기와 호기의 반복 시간은 가능한 짧게 하여 그 반복회수를 늘림으로서, 탈인 미생물의 스트레스 증가로 인한 인의 과잉섭취량이 증가하도록 하여야 하므로, 혐기/호기의 반복 회수가 많아지도록 운전모드를 설정하였으며, 한 주기 내에서 침전기 바로 앞의 반응은 인을 방출하는 혐기반응이 아닌 인을 흡수하는 호기반응이 일어날 수 있도록 운전주기를 설정하여 인의 처리효율을 높였다. 즉, 주반응조에서의 연속회분식 반응공정은 유입/혐기/호기/혐기/호기‥‥‥혐기/호기/침전/배출의 형태로 운전된다.

이하, 상기의 내부순환형 연속회분식 반응장치를 이용하는 본 발명의 오·폐수처리방법에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

우선, 유입 오·폐수의 수량이 적거나 유량 변동이 심할 경우의 오·폐수 처리방법에 대해서 살펴본다.

이 때의 오·폐수 처리방법은 일반적인 연속회분식 반응공정과 큰 차이가 없으며, 유입오염물의 성상에 따라 혐기/호기를 다수 반복하여 운전할 수 있다. 다목적조는 유량조절조로서, 주반응조는 연속회분식 반응조로서 기능하게 되며, 전체 공정의 시간 분율 및 운전 특성을 아래의 표 1에 나타내었으며, 반응조 내에서의 오·폐수와 반응액의 흐름은 도 2에 나타내었다.

유입 오·폐수의 수량이 적거나 변동이 심한 경우의 오·폐수 처리 방법

주반응조의 운전	오·폐수 유입조	내부액 순환 장치의 가동	특징
유입: 약 20%	주반응조	있음	·유입/반송수제어조를 통해 유입·순환펌프에의해 유입
반응:약 55%	호기:약30%	다목적조	없음	·유기물산화, 질산화, 인섭취
	혐기:약25%	다목적조	없음	·탈질, 인방출
침전: 약 15%	다목적조	없음	인제거 및 부유물 제거
배출 및 휴지:약 10%	다목적조/주반응조	없음
[주] 주반응조에서의 연속회분식 반응공정에 소요되는 시간은 1주기당 4.5h~6h이다.

상기에 나타낸 바와 같이 주반응조에의 유입이 끝나서 연속회분식 반응공정이 시작된 경우에는 오·폐수는 전부 다목적조로 유입되게 되어 다목적조는 유량조절조로 기능하게 되고, 주반응조의 혐기/호기의 반복운전을 통해서만 유기물 제거 및 탈질·탈인 작용이 이루어지게 된다. 다만, 본 발명에서 사용하는 내부순환형 연속회분식 반응장치는 배출기에도 유입맨홀을 따라 오·폐수의 유입이 이루어질 수 있도록 구성되어 있어 처리 시간이 감소되는 효과를 얻을 수 있다.

다음으로, 유입 오·폐수량이 정상 또는 정상보다 많거나 유입수 변동이 적은 경우의 오·폐수 처리방법에 대해서 살펴본다.

이 때의 공정 시간분율 및 운전 특성을 아래의 표 2에 나타내었으며, 반응조 내에서의 오·폐수와 반응액의 흐름은 도 3에 나타내었다.

유입수량이 정상적이거나 수량의 변동이 적은 경우의 오·폐수 처리방법

주반응조의 운전	다목적조의 운전	오·폐수 유입조	내부액 순환 장치의 가동	특징
유입:약 10%	유량조절	주반응조	있음	·유입/반송수제어조를 통해 유입·순환펌프에의해 유입
반응:약 60%	호기:약40%	혐기/무산소	다목적조	단계적 가동	·다목적조:탈질, 인방출·주반응조:유기물산화,질산화, 인섭취
	혐기:약20%	혐기/무산소	다목적조	단계적 가동	·다목적조, 주반응조: 탈질, 인방출
침전:약 20%	유량조절	다목적조	없음	·다목적조:유량조정·주반응조:인 및 부유물 제거
배출:약 10%	유량조절	다목적조	없음	·다목적조:유량조정·주반응조:상징수 배출
[주] 주반응조에서의 연속회분식 반응공정에 소요되는 시간은 1주기당 3h~5h이다.

상기에 나타낸 바와 같이 주반응조가 만수위가 될 때까지 오·폐수가 유입된 후에는, 유입 오·폐수는 유입/반송수 제어조를 통하여 다목적조 내로 유입되며 동시에 주반응조에서는 연속회분식 반응공정이 시작된다. 이 때, 다목적조는 유량조절조 및 혐기/무산소조로서 기능하게 된다.

회분식 반응공정의 유입기에 해당하는 시간에는 다목적조는 단순히 유량조절조로서만 기능하게 되지만, 혐기/호기 공정이 반복되는 반응기에는 다목적조의 반응액을 주반응조로 단계적으로 이송시킴으로써, 주반응조에서의 유기물제거, 탈질,탈인작용에 필요한 탄소원을 적절히 공급하여 줌으로써, 일반적인 연속회분식 반응공정의 문제점인 탄소원 부족의 문제를 해결하여, 안정적인 처리효율을 얻을 수 있게 된다. 이와 동시에, 다목적조를 혐기/무산소 상태로 운전함으로써, 다목적조의 반응액이 주반응조로 이송된 양만큼 주반응조의 유입맨홀을 역류하여 다목적조로 유입되는 주반응조의 반응액에 포함되어 있는 질산성 질소를 질소기체로 전환시키는 탈질반응이 이루어지게 된다. 이와 같이 주반응조에서 이루어지는 연속회분식 반응공정을 다목적조를 이용하여 공간적으로 분리시킴으로써, 주반응조에서의 탈질부하를 감소시킬 수 있으며, 부하감소량만큼 운전시간도 감소시킬 수 있는 효과를 얻게 되어, 상술한 바와 같이 다목적조가 유량조절조로만 기능하는 경우에 비하여 1주기당 소요시간이 3h~5h로 감소한 것을 알 수 있다. 그 밖에 주반응의 침전기, 배출기에 해당하는 시간에는 다목적조는 유량조절조로 운전된다.

아래의 표 3에 상기의 경우에 있어서의 주반응조에서의 반응기의 운전모드를 다목적조에서 주반응조로의 단계 유입과 주반응조에서 다목적조로의 반송의 측면을 중점으로 나타내었다.

주반응조 운전모드의 기본설정

반응순서

유입

혐기

호기

혐기

호기

혐기

호기

혐기

호기

혐기

호기

침전

배출

단계유입시기

○

○

○

○

단계반송시기

○

○

○

[주] 1. 단계유입은 다목적조에서 주반응조로 반응액이 이송되는 것을 말함.2. 단계반송은 주반응조에서 다목적조로 반응액이 이송되는 것을 말함.3. '○'은 단계유입, 단계반송이 이루어지는 시기를 표시함.

상기에 나타낸 바와 같이, 주반응조가 만수위에 이른 후에는 유입수는 연속적으로 다목적조에 들어오나, 다목적조로부터 주반응조로의 유입형태는 단계유입(step feed)형태로 운전된다. 즉, 다목적조로부터 주반응조까지의 오·폐수의 이동은 내부액 순환장치에 의해 이루어지며, 주반응조로부터 다목적조까지의 오·폐수의 반송은 자동이송장치 및 유입/반송수 제어조를 통하여 이루어지게 된다. 단계유입시기는 상기 표 3에 나타낸 바와 같이 주반응조에서의 반응공정 중의 호기시간대의 후반부터 혐기시간대의 시작점 또는 초반까지이며, 다목적조로부터 유입된 유입수량만큼 주반응조의 수위가 상승하게 되어, 자동이송장치와 유입/반송수 제어조를 통하여 주반응조에서의 반응액이 다목적조로 반송되게 되어, 유입·반송 사이에 약간의 시간차가 발생하게 된다. 혐기시간 대에 유입이 시작되면 유기물의 혐기반응 시간이 그만큼 줄어들게 되므로 주반응조로의 유입이 호기시간대 후반에 이루어지도록 한 것이다. 이 때, 주반응조 내로는 다음에 이어지게 되는 혐기반응공정에서 이루어지는 탈질반응을 위한 탄소원이 공급되고, 다목적조 내로는호기공정운전의 결과인 질산성질소가 반송되어 감으로써, 다목적조 내에서의 혐기반응을 유도하고, 주반응조에서의 인방출에 대항 저해 인자를 제거하게 된다. 따라서, 오·폐수에 포함된 질소의 탈질반응은 다목적조와 주반응조의 양쪽에서 일어나게 되어, 주반응조에서의 탈질부하가 감소하게 되므로 다목적조 설치로 인한 전체 공정의 용적 크기는 증가하지 않게 된다.

상기 표 3에 나타낸 운전모드는 유입 오·폐수의 유량 및 오염물질의 성상에 따라 변형·보완되어 운용될 수 있다.

특히, 한 주기 내에서 침전기 바로 전의 운전기간 동안에는 다목적조에서 주반응조로의 오·폐수의 유입이나 반송이 이루어지지 않도록 하고, 이 기간 동안에 다목적조로 연속유입되는 유입수는 다목적조에서 일시저류되도록 함으로써, 다목적조의 일부공간은 유량조절조의 역할을 하게 된다.

마지막으로, 유입 오·폐수량이 많거나 유기물 농도가 높을 경우의 오·폐수 처리방법에 대해서 살펴본다.

이 경우에는 상기와 같은 운전방법으로도 유입되는 오·폐수를 적절히 처리·배출시키는 것이 불가능하므로, 주반응조에서의 연속회분식 반응공정 중의 대부분의 시간을 호기조건으로 운전함으로써, 유기오염물의 제거 및 질산화와 인의 과잉섭취를 유도한다. 이와 동시에, 다목적조를 지속적으로 혐기/무산소 상태로 운전함으로써, 다목적조 내에서의 탈질 작용 및 인방출 작용을 유도함으로써 미생물을 인섭취에 용이한 상태로 만들어 주고, 주반응조에서 NO_X로 인한 인흡수 기작이저해되지 않도록 함으로써 짧은 시간에 안정적인 질소·인 제거효율을 얻을 수 있도록 한 데에 본 발명의 특징이 있다. 이 때의 공정 시간분율 및 운전 특성을 아래의 표 4에 나타내었으며, 반응조 내에서의 오·폐수와 반응액의 흐름은 도 4에 나타내었다.

유입 오·폐수량이 많거나 유기물 농도가 높을 경우의 오·폐수 처리방법

주반응조의 운전	다목적조의 운전	오·폐수 유입조	내부액 순환 장치의 가동	특징
유입:약 10%	유량조절조	주반응조	있음	·유입/반송수제어조를 통해 유입·순환펌프에의해 유입
반응: 약 50%	호기:약40%	혐기/무산소	다목적조	연속가동	·다목적조:탈질, 인방출·주반응조:유기물산화, 질산화,인섭취
	혐기:약10%	혐기/무산소	다목적조	연속가동	·다목적조, 주반응조:탈질, 인방출
침전:약25%	호기/혐기	다목적조	없음	·다목적조:유기물제거,탈질,인방출/흡수·주반응조:인제거 및 부유물 제거
배출:약15%	호기/혐기	다목적조	없음	·다목적조:유기물제거,탈질,인방출/흡수·주반응조:상징수 배출
[주] 주반응조에서의 연속회분식 반응공정에 소요되는 시간은 1주기당 2h~3.5h이다.

상기에 나타낸 바와 같이 주반응조가 만수위가 될 때까지 오·폐수가 유입된 후에는, 유입 오·폐수는 유입/반송수 제어조를 통하여 다목적조 내로 유입되며 동시에 주반응조에서는 연속회분식 반응공정이 시작된다. 다목적조는 유량조절조 및 혐기/무산소조, 또는 경우에 따라서 혐기조로서 기능하게 된다.

연속회분식 반응공정의 유입기에 해당하는 시간에는 다목적조는 단순히 유량조절조로서만 기능하게 되지만, 혐기/호기 공정이 반복되는 반응기에는 내부액 순환장치를 연속적으로 가동함으로써 다목적조 내의 반응액을 주반응조로 이송시킴으로써, 주반응조에서의 유기물제거, 질산화, 탈인작용에 필요한 탄소원을 적절히 공급하여 줌으로써, 일반적인 연속회분식 반응공정의 문제점인 탄소원 부족의 문제를 해결하여, 안정적인 오·폐수 처리 효율을 얻을 수 있게 된다. 특히, 주반응조를 일반적인 연속회분식 반응공정과는 달리 80% 이상의 시간분율 동안 호기조건으로유지되도록 변형운전함으로써, 주반응조는 주로 호기조로, 다목적조는 혐기/무산소조로 운전되도록 하여 질산화와 탈질, 인흡수와 인제거가 일어나는 공간을 분리시킴으로써, 주반응조에서의 탈질부하를 감소시킬 수 있으며, 부하감소량만큼 운전시간도 감소시킬 수 있는 효과를 얻게 되어, 상술한 바와 같이 다목적조가 유량조절조로만 기능하는 경우에 비하여 1주기당 소요시간이 2h~3.5h로 감소한 것을 알 수 있다. 또한, 유입 오·폐수 중에 포함된 유기오염물질의 제거와 다목적조 내에 적절한 미생물량의 유지를 위하여 주반응조의 침전기, 배출기에 해당하는 시간에는 폭기장치를 반복가동시킴으로써, 호기조 또는 혐기조로 운전된다.

또한, 상기의 자동이송장치, 내부액 순환장치, 슬러지 반송라인은 모두 양조 사이의 원활한 물질교환을 위한 장치로서, 이들 장치의 구동 및 개폐는 오·폐수의 성상 및 주반응조의 운전상황에 따라 적절히 이루어지도록 함으로써, 오·폐수 내의 질소·인 제거 효율을 높일 수 있도록 하였다. 이를 위하여 주반응조에 수위계(16), 용존산소계(17), 산화/환원전위계(18), 미생물농도 측정계(19), pH계(20)를, 다목적조에 수위계(21), 용존산소계(22), 산화/환원전위계(23)를 설치하여 운전상태의 변화를 신속히 감지하고, 이에 대처함으로써 처리효율의 향상을 도모하였다.

상기에 본 발명에 의한 내부순환형 연속회분식 반응장치에 대해서 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 상술한 사항에 한정되지 아니하며, 단순한 형상의 변경 등 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 실시 가능한 범위까지 포함한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 유입 오·폐수의 성상 변화에 대응하여 필요에 따라 유량조절의 기능뿐만 아니라, 혐기조, 무산소조, 호기조로서의 기능을 하는 다목적조와 일반적인 연속회분식 반응을 하는 주반응조로 나누어 운전함으로써, 유입 오·폐수의 성상 및 유량의 변화에도 탄력적인 운전이 가능하고, 안정적인 처리효율을 얻을 수 있으며, 다목적조에서의 미생물 작용에 의해 주반응조에서의 반응에 필요한 처리시간을 단축시키는 효과가 있다. 또한, 주반응조와 다목적조 사이에서 반응액을 순환시켜 탈질, 탈인반응에 필요한 탄소원을 적기에 적정량 공급하여 혼합시켜 줌으로써, 연속회분식 반응의 말기에 발생하기 쉬운 탄소원 부족의 문제를 해결하여 처리효율을 향상시키는 효과가 있는 발명이므로, 환경산업상 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (3)

1. 다목적조(1)와 주반응조(2)가 별도로 구비되고, 양 조 내의 물질교환을 위하여 자동이송장치(6), 내부액순환장치(11), 슬러지반송라인(24)이 구비된 연속회분식 반응장치를 이용하는 하수처리방법에 있어서,

   운전상황에 따라 상기 내부액순환장치를 가동시켜 단계적으로 다목적조 내의 반응액을 주반응조로 이송시켜 탈질·탈인에 필요한 탄소원을 제공하고;

   상기 주반응조는 연속회분식 반응공정으로 운전되고;

   상기 다목적조는 주반응조의 운전공정 중 반응기에는 혐기조 또는 무산소조로 운전되고, 그 외의 시간에는 유량조절조로 운전되는 것을 특징으로 하는 하수처리방법.
2. 제 1항에 있어서, 다목적조 반응액의 주반응조로의 단계유입은 주반응조의 운전공정 중 호기시간 대의 후반에만 이루어지며, 침전기 직전의 호기시간 대에는 다목적조로부터 주반응조로의 반응액의 유입이 이루어지지 않는 것을 특징으로 하는 하수처리방법.
3. 다목적조(1)와 주반응조(2)가 별도로 구비되고, 양 조 내의 물질교환을 위하여 자동이송장치(6), 내부액순환장치(11), 슬러지반송라인(24)이 구비된 연속회분식 반응장치를 이용하는 하수처리방법에 있어서,

   상기 내부액순환장치를 지속적으로 가동시켜 다목적조 내의 반응액을 주반응조로 이송시켜 탈질·탈인에 필요한 탄소원을 제공하고;

   상기 주반응조는 연속회분식 반응공정으로 운전되고;

   상기 다목적조는 주반응조의 운전공정 중 유입기에는 유량조절조로, 반응기에는 혐기조/무산소조로 운전되고, 그 외의 시간에는 간헐적 폭기에 의해 호기조 또는 혐기조로 운전되는 것을 특징으로 하는 하수처리방법.