KR20040050161A - 하ㆍ폐수 고도처리전환을 위한 영양염류처리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하ㆍ폐수고도처리에 관한 것으로, 그 목적은 유로변경을 통해 최적의 수리학적체류시간을 얻어 유입수의 질소 및 인을 효율적으로 제거 할 수 있도록 하는 것이다.

이를 위한 본 발명에 따른 하ㆍ폐수고도처리를 위한 에이치에이아이오시스템에 의하면, 하수 등의 유입수 및 반송슬러지를 유입하는 혐기조와 상기 혐기조를 거친 후 무산소조, 호기조, 침전조로 진행하는 하수고도처리시스템에 있어서, 상기 유입수 및 반송슬러지는 유량제어기를 통하여 수리학적체류시간을 거친 후 혐기조 내지 무산소조로 유입되는 것을 특징으로 한다. 따라서 유입하수(유입수+반송슬러지)를 유로변경장치로 혐기조로 유입되는 시간 및 유로를 변경시켜 수처리되는 질소 및 인을 더욱 효율적으로 제거할 수 있는 효과가 있다.

Description

하ㆍ폐수고도처리전환을 위한 영양염류처리시스템{Nutrients Removal and Retrofitting system for Advanced treatment of wastewater}

본 발명은 질소와 인을 제거하기 위한 하수고도처리시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유입수의 유로를 변경하여 적은 혐기조 체류시간 동안에도 고효율의 인을 제거할 수 있는 하수고도처리시스템에 관한 것이다.

일반적으로 생활하수나 산업폐수는 그 속에 함유되어 있는 질소와 인과 같은 영양염류를 제거하지 아니하고 호소로 방류하게 되면 조류의 성장으로 인한 부영양화 되는 현상이 발생하여 호소의 수질을 악화시키게 된다.

공지의 예로, 업계에서는 위 호소의 부영양화를 막기 위하여 다양한 질소,인의 제거 시스템을 개발하였다. 이러한 시스템 중 구조적으로 적용이 용이한 것이 A2/O시스템이다.

이것은 도 1에 도시된 바와 같이 혐기조, 무산소조, 호기조, 침전조로 구성되어 있고, 유입수와 반송슬러지를 혐기조로 유입 또는 재유입하여 인 및 질소의 제거를 도모한 시스템으로 이론에 의해 도출된 것이라 할 수 있다.

이러한 이론상의 시스템을 극복하기 위하여 현장 맞춤을 통한 시스템이 개시되었다.

도 2와 도 3은 VIP시스템과 UCT시스템으로 혐기조의 조건을 최적으로 하여 인의 제거효율을 높혀주기 위한 시스템이다.

특히, 도 3에 도시된 바와 같이 UCT시스템은 반송슬러지를 혐기조에 유입시키지 않고 무산소조로 유입시킨다. 이것은 반송슬러지에 함유된 질산성 질소가 혐기성조에 유입되었을 때 인의 방출에 나쁜 영향을 미친다는 경험에 기초한 것으로 혐기조에서 질산성 질소의 농도가 낮게 유지되는 것을 노린 것이다.

도 2의 VIP시스템은 UCT시스템과 유사하나 UCT시스템에 비해 고율의 운전을 위해 개발되었다.

이것은 혐기성, 무산소, 호기성 조건에 한 개의 반응조를 사용하지 않고, 각각의 조건에 대하여 최소한 2개 이상의 완전혼합조를 직렬로 사용하여 첫 번째 호기성조에서 잔류유기물 농도를 높게 유지하므로 인의 흡수속도를 증가시키고, 고율로 운전하여 활성 미생물량을 증가시킴으로 인의 제거속도를 높일 수 있어 반응조의 크기를 줄일 수 있다. VIP시스템의 SRT는 5-10day이고, UCT시스템은 일반적으로 13-25day로 설계됨을 그 특징으로 한다.

도 4는 DNR시스템으로 위 VIP시스템과 UCT시스템으로 혐기조의 조건을 최적으로 하여 인의 제거효율을 높혀주기 위하여 나온 것이다.

DNR시스템은 초기에 반송슬러지 내의 질산염을 줄이기 위해 슬활조라는 반응조를 추가로 설치하여 반송슬러지 내의 질산염을 자산화를 이용하여 탈질시키고 혐기조로 슬러지가 유입되게 한 시스템이다. 또한, 유기물이 적은 슬활조의 역할이 미미하자 유입수의 일부를 슬활조로 유입시킴으로써 전탈질조로의 이용을 꾀하기 위하여 안출된 것이다.

그러나, 위와 같이 다양하게 개시된 상기 시스템들은 유기물이 적은 국내의 도시하수에서는 혐기조로써의 역할이 적은 것으로 나타나고 있다.

이는 유입 유기물의 농도가 낮아 무산소조에서의 탈질이 적게 일어나 반송슬러지내에 함유되어 있는 질산염 농도가 증가하여 현재의 기술로는 혐기조를 완전 혐기 조건 유지가 어렵기 때문이다.

이러한 문제점을 극복하기 위해서는 철염 및 알루미늄과 같은 무기응집제를 투여(운영유지비 증가, 시장 경쟁력 저하)하거나, 혐기조의 체류시간을 늘려주어야 하는(부지확보 및 개선비용증가)등의 부가적 문제점이 발생하였다.

바람직한 실시 양태에 있어서 본 발명에 따른 하폐수고도처리를 위한 에이치에이오시스템은, 전술한 문제를 모두 해소하고, 완전한 혐기 조건을 부여하여 인의 제공효율을 증진시킨다.

본 발명의 하폐수고도처리를 위한 에이치에이오시스템에 있어서는, 유입수의 유입방식을 일정시간 간격으로 변경시켜 혐기조를 간헐적인 배치(Batch)형태로 유지 시키고, 일반적인 A2/O공법에서 발생하는 반송슬러지내에 함유되어 있는 질산염에 의해 혐기조의 완전 혐기 조건을 유지시키며, 특히 유입 유기물의 농도가 낮은 국내하수의 경우 인의 제거는 기대할 수 없다는 문제점을 해결한다.

따라서, 본 발명의 목적은 유입수의 유입 변경을 통하여 효과적인 질소와 인 제거를 얻을 수 있는 하폐수고도처리를 위한 에이치에이오시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적 및 효과는 이하의 상세한 설명으로부터 명확하게 될 것이다.

도 1 내지 도 4는 통상적으로 적용되는 하수처리시스템이고, 도 5는 본 발명에 따른 하수고도처리를 위한 에이치에이오시스템의 제 1실시예이고, 도 6은 본 발명에 따른 하폐수고도처리를 위한 에이치에이오시스템의 제 2실시예이고, 도 7a,b,c,d,e,f,g,h,i,j는 본 발명에 따른 하폐수고도처리를 위한 에이치에이오시스템의 다양한 실시예이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

1: 혐기조2: 무산소조 및 간헐포기조

3: 호기조4: 침전조

5: 유로변경장치 6: 침지형막

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하폐수 등의 유입수가 유입되어 혐기조를 거친 후 무산소조(또는 간헐포기조), 포기조를 차례로 통한 후 최종적으로 침전조(침지형막 포함)를 통해 취출수와 슬러지로 분리되는 통상의 하폐수고도처리시스템에 있어서,

상기 혐기조는 유입된 유입수에 포함된 인을 제거하여 상기 무산소조(또는 간헐포기조), 포기조로 보내고, 상기 무산소조(또는 간헐포기조), 포기조는 유입된 유입수에 포함된 질소를 제거함과 동시에 상기 최종 침전조로 유입수를 보내며, 상기 침전조를 통한 유입수는 취출수와 슬러지로 나뉘어져 취출수를 취출 또는 반송시키는 유로변경장치를 통하여 수리학적체류시간을 거친 후 혐기조로 재유입되어 수처리 되는 질소 및 인을 반복하여 제거하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수리학적체류시간은 0.5??4시간인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 먼저, 첨부된 도면을 간략히 설면하면 도 5는 본 발명에 따른 하폐수고도처리를 위한 에이치에이아이오시스템의 제 1실시예이고, 도 6은 본 발명에 따른 하폐수고도처리를 위한 에이치에이아이오시스템의 제 2실시예이고, 도 7a,b,c,d,e,f,g,h,i,j은 본 발명에 따른 하폐수고도처리를 위한 에이치에이아이오시스템의 다양한 실시예이다.

도 5 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 하폐수고도처리를 위한 에이치에이아이오시스템을 간략히 설명하면, 본 발명은 도 5에 도시된 바와 같이 하수나 폐수 등의 유입수 및 반송슬러지가 혐기조(1,Anaerobic)로 유입되고 일정한 시간(0.5-4시간)이후 도 6에 도시된 것 처럼 유입수 및 반송슬러지를 무산소조 또는 간헐포기조(2,Anoxic or Intermittently aeration reactor)로 유입되도록 하는 유로변경장치(5, Flow alternator)를 포함한다. 미설명 부호 3은 호기조(Aerobic), 4는 침전조(Clarifier)를 나타낸다.

본 발명을 상세히 설명하기 전에 먼저 통상의 하수를 대상으로 유입수와 반송슬러지를 혐기조(1)로 유입시키는 일반적인 A2/O 시스템과 유사한 하폐수 고도처리공법을 이용하여 인을 동시에 제거하기 위해서 필요한 혐기조(1)의 용량을 산정하기 위한 연구를 선행하여 수행하였고, 그래프 1은 그 결과를 나타낸 것으로 유입수는 D시의 하수처리장 유입수를 이용하였다.

그래프 1

그래프 1

참고로 계열2= 혐기조에서의 인 농도, 계열3= 주어진 체류시간에서의 인 방출양

다음은, 본 발명에서 제시하는 유로변경장치(5)를 포함하는 하?폐수고도처리를 위한 에이치에이아이오시스템을 통하여 유입수 및 반송슬러지를 계획된 일정 수리학적 체류시간동안 거치게한 후 혐기조 내지 생물반응조로 간헐적으로 유입시킴으로써 인 제거 효율의 향상을 확인하는 연구를 수행하였다.

본 연구에서는 상기에서 언급한 혐기조 체류시간에 따른 인 방출량 연구에서 사용한 D시 하수를 대상으로 3.0톤/일 규모의 pilot plant 연구로서 이에 대한 근거자료를 뒷받침해주고 있다.

그래프 2은 연구 조건을 유로변경시간 1/1시간, 혐기조 체류시간은 0.8??1.0hr, RAS는 0.75Q 이고, 전체 HRT는 6시간의 운전조건으로 하여 혐기조 내부농도(NO3-N, PO4-P) 거동을 살펴본 연구 결과이다.

그래프 2

위 그래프에서 보여주듯이 유입(유입수+반송슬러지)이 되는 기간동안에는 질산염이 증가하고 인의 방출이 일어나지 않음을 알 수 있다.

이는 반송슬러지 내의 질산염농도에 의한 것으로 인의 방출조가 아닌 전탈질조의 역할만이 이루어진 것으로 본 발명의 우수성이 입증된 결과이다.

또한, 유입수가 중단된 기간에 질산염이 고갈되고 이후 인의 방출현상이 나타나는 것도 알 수가 있다.

계속하여, 아래 그래프 3은 그래프 2과 같은 운전조건으로 하고, 슬러지 반송량 만을 0.5Q로 변경시켜 운전한 결과이다.

그래프 3

따라서, 위 그래프 2과 3의 결과에서 알 수 있듯이 유입수(유입수+반송슬러지)의 유입변경을 통하면 효과적인 질소와 인을 제거할 수 있는 결과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

상술한 연구 결과에서 보았듯이 동일한 농도의 인을 제거하기 위해 요구되는 혐기조(1)의 체류시간은 유로변경형으로 운전하였을 경우 일반적인 A2/O시스템과 유사한 하폐수고도처리 시스템에 비해 2-3배 가량 단축 효과가 있음을 알 수 있었다. 따라서, 주어진 공간 및 처리체류시간을 줄이기 위해서 본 발명 기술을 활용하는 것이 타당하다.

또한, 위와 같은 유로변경을 통해 생물학적으로 질소와 인을 동시에 제거할 수 있어 인 제거를 위해 반응조로 투입하는 응집제의 양을 줄일 수 있다는 장점을지니고 있다.

본 발명에 있어서, 그밖에 여러 가지 변형 예가 가능한 것은 말할 것도 없다. 예를 들면, 필요에 따라서 도 7a,b,c,d,e,f,g,h,i,j의 시스템에 적용할 수도 있다. 도 7a,b,c,d는 활성슬러지조(3a)를 추가한 시스템이고, 도 7f,g는 담체를 적용한 시스템이며, 도 7i,j는 침전조(4)를 없애고 침지형막(6)을 적용한 시스템으로 모두 유로변경장치가 공통적으로 적용됨을 그 특징으로 한다.

즉, 전기 설명으로부터 명확해지듯이, 이 발명은 유로변경을 통하여 수리학적 체류시간을 제어하는 유로변경장치(5)를 제공하여 질소 및 인을 제거 효율을 높인다. 또한, 상기 유로변경장치(5)는 스테인레스재질 내지 합성수지재질의 관으로 연결되고, 그 일단에는 하나 이상의 펌프가 장착되어 유입수 및 반송슬러지를 흡입, 토출하도록 한다.

본 발명은 그 정신 또는 주요한 특징으로부터 일탈하는 일없이, 다른 여러 가지 형태로 실시할 수 있다. 그 때문에, 전술한 실시 예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며, 한정적으로 해석해서는 안된다. 본 발명의 범위는 특허청구의 범위에 의해서 나타내는 것으로써, 명세서 본문에 의해서는 아무런 구속도 되지 않는다. 다시, 특허청구범위의 균등 범위에 속하는 변형이나 변경은, 모두 본 발명의 범위 내의 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 하수고도처리를 위한 에이치에이오시스템에 의하면, 유입하수(유입수+반송슬러지)를 유량제어기로 유입되는 시간 및 유로를 변경시켜 수처리되는 질소 및 인을 더욱 효율적으로 제거할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 하폐수 등의 유입수가 유입되어 혐기조를 거친 후 무산소조(또는 간헐포기조), 포기조를 차례로 통한 후 최종적으로 침전조(침지형막 포함)를 통해 취출수와 슬러지로 분리되는 통상의 하폐수고도처리시스템에 있어서,

   상기 혐기조는 유입된 유입수에 포함된 인을 제거하여 상기 무산소조(또는 간헐포기조), 포기조로 보내고, 상기 무산소조(또는 간헐포기조), 포기조는 유입된 유입수에 포함된 질소를 제거함과 동시에 상기 최종 침전조로 유입수를 보내며, 상기 침전조를 통한 유입수는 취출수와 슬러지로 나뉘어져 취출수를 취출 또는 반송시키는 유로변경장치를 통하여 수리학적체류시간을 거친 후 혐기조로 재유입되어 수처리 되는 질소 및 인을 반복하여 제거하는 것을 특징으로 하는 하ㆍ폐수 고도처리를 위한 에이치에이아이오시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 수리학적체류시간은 0.5??4시간인 것을 특징으로 하는 하폐수고도처리를 위한 에이치에이아이오시스템.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 유로변경장치는 침전조에서 무산조조(또는 간헐포기조), 포기조, 혐기조로 내부반송되어 질소 및 인을 제거하는 것을 특징으로 하는 하폐수고도처리를위한 에이치에이아이오시스템.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 유로변경장치는 스테인레스재질 내지 합성수지재질의 관으로 연결되고, 그 일단에는 하나 이상의 펌프가 장착되어 유입수 및 반송슬러지를 흡입, 토출하는 것을 특징으로 하는 하폐수고도처리를 위한 에이치에이아이오시스템.