KR20040075413A - 복수조식의 연속회분식 하·폐수처리장치 및 그 운영방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 두 개 이상의 SBR 반응조를 기본으로 하여 각 반응조내에서 공기의 주입 유무와 유입수의 주입을 유입수의 특성에 따라 교대로 설정하여 효율적인 질소 및 인 제거 반응을 유도하는 복수조식의 연속회분식 하·폐수처리장치 및 그 운영방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 기존의 연속회분식 폐수처리장치 및 운영방법을 크게 개선하여 유입수 중의 유기물을 질소 및 인 제거에만 활용하여 유기물 활용성을 100 % 로 극대화시킴으로써 질소 및 인의 제거효율을 크게 향상시키며, 또한 분리막 등을 포함하는 고액분리장치를 SBR 반응조의 외부에 설치하여 하나의 분리막만으로 여러 개의 반응조에 동시에 설치한 것과 동일한 효과를 나타내며 운영 및 유지관리가 효율적으로 이루어질 수 있는 새로운 하·폐수처리장치 및 그 운영방법을 제공한다.

Description

복수조식의 연속회분식 하·폐수처리장치 및 그 운영방법 {Wastewater treatment system by multiple sequencing batch reactor and its operation methods}

본 발명은 연속회분식(SBR) 반응조를 이용하여 하·폐수 중의 유기물, 질소 및 인을 동시에 처리하는 하·폐수 고도처리 장치 및 그 운전방법에 관한 것으로, 특히 두 개 이상의 SBR 반응조를 기본으로 하여 각 반응조내에서 공기의 주입 유무와 유입수의 주입을 유입수의 특성에 따라 교대로 설정하여 효율적인 질소 및 인 제거 반응을 유도하는 복수조식의 연속회분식 하·폐수처리장치 및 그 운영방법에 관한 것이다.

하수의 고도처리방법은, 분류하면 크게 침전조를 배치하는 연속류식방법 (continuous flow)과 침전조를 별도로 설치하지 않고 반응조내에서 침전시간을 할당하는 연속회분식방법(SBR)이 있다.

연속류식방법(continuous flow)은 폐수처리에 필요한 혐기, 무산소, 호기, 침전의 조건을 만들기 위해 각각의 반응조, 즉 혐기, 무산소조, 호기조 및 침전조를 각각 별도로 설치하는 것으로, 주로 중·대형 처리장에 사용되고 있으며, 설치예를 많이 찾아볼 수 있다. 그러나, 연속류식방법은 처리하고자 하는 유입수의 유량과 수질에 맞추어 설계되므로, 유량이 증가하거나 수질 변동이 있을 때 대처능력이 떨어진다는 단점이 있다. 연속류식방법의 대표적인 공정으로는 A/O, A2/O, Bardenpho, DNR 등이 있다.

연속회분식방법(SBR)은 침전조가 필요 없는 단일 반응조로 구성되어 있으며, 단일 반응조 내에서 혐기, 무산소, 호기 및 침전의 조건을 부여하여 유입단계, 반응단계, 침전단계 및 방류단계로 나누어 처리가 이루어지는 방법이다. SBR 공정은, 주로 중·소 규모의 처리장에 사용되고 있으며, 유량증가나 수질변동 시 대처능력이 강하다는 장점이 있다. 일반적으로, 평상시 유량의 2.5배 까지 일시적인 처리가 가능한 것으로 알려져 있다. 세계환경협회(WEF)에서는 SBR 공정은 부지가 적은 소규모 도시에서 용이하게 적용할 수 있고 폐수의 특성에 따른 적용성이 우수하고, 질소 및 인의 제거가 가능하므로 유량 및 수질변동이 심한 소규모에 매우 적합한 것으로 평가하였다 (Design of Municipal Wastewater Treatment Plant, WEF, 1998). 또한, 미국환경청(U.S. EPA) 에서도 SBR기술은 소규모에 특히 적용성이 우수한 공정으로 평가하고 있다. 대표적인 연속회분식(SBR) 공정으로는 KIDEA, IDEA, 선회와류식 SBR 등이 있다.

최근에는, A/O, A2/O 및 Bardenpho 공정 등과 같이 구조물로 2∼4개의 반응조를 혐기(anaerobic), 무산소(anoxic), 호기(oxic)상태로 구분하고 침전조를 배치하여 운영하는 공간적인 배치방식에서 벗어나, 유입수의 주입방향 및 반응조의 운영방식을 시간에 따라 변화시키는 시간적인 반응조 운영으로 고도처리의 공정개발이 발전하고 있는 상태이다. 특히 질소의 처리에 효과가 좋은 유로변경 활성슬러지 또는 간헐폭기 형태의 처리기법이 개발되어 이용되고 있는데, 이러한 방법들의 큰 주안점은 유기물을 탈질산화 및 인의 방출단계인 무산소 또는 혐기성 단계에 효과적으로 이용하는 것이다.

현재 국내·외에서 개발된 SBR 기술을 크게 분류하면, 유입수의 유입형태에 따라 연속유입과 간헐유입으로 나눌 수 있다. 첫 번째로 연속유입형태는, 유입수의 연속적인 주입에 목적을 둠으로서 공기가 공급되는 폭기상태에서도 유입수가 공급되어 일정 부분 유기물의 손실이 필수적으로 발생하나, 유입수의 흐름이 연속적이라는 점에서 운영의 원활성 및 용이성에 주안점을 둔 기술이다. 즉, 연속유입형태는, 유량조정조의 규모를 대폭 줄이거나 설치하지 않아도 되어 시설 설치비용의 측면에서는 장점을 가지고 있으나, 약 30∼50 % 정도의 유기물 손실이 필수적으로 발생되고 이로 인해 처리효율이 저하되며 필요한 경우 별도로 외부 탄소원을 추가 투입하여야 한다는, 수질 및 운영 측면에서의 단점을 가지고 있다.

두 번째로 간헐유입 형태는 유입수의 흐름보다는 제거효율의 향상에 주안점을 둔 기술로, 주로 전탈질(pre-denitrification) 또는 인의 방출을 유도하는 데 초점을 맞추어 개발된 기술이다. 이 기술도 유입수 중의 유기물 농도가 낮은 경우에는 처리효율이 크게 저하되며, 약 30 % 정도까지 유기물 손실을 가지는 단점이있다.

한편, 최근들어 기존의 고도처리 기술에 분리막을 접목시킨 기술들이 많이 개발되고 있다. 그러나, 이러한 분리막 기술들은 대부분 반응조(폭기조) 내에 분리막을 침지시켜 운영하는 방법으로 개발되어, 고농도 폐수 처리시 폭기조 내의 활성슬러지 농도를 높게 유지할 수 있다는 장점은 있으나, 막이 오염되는 경우 화학약품을 이용하여 세척을 하여야 하며, 이 경우 미생물에 강한 독성을 나타내기 때문에 세척 후 초기에 처리효율이 불안정해 진다는 등의 문제점을 가지고 있다. 또한 이 방법들은 저농도 하수에서도 마찬가지로 세척액의 독성으로 인하여 필요 이상으로 활성슬러지를 고농도로 유지 관리하여야 한다는 단점을 지니고 있으며, 반응조 개수가 많아지면 분리막 설치비용이 막대하게 소요된다는 문제점이 있다.

하·폐수 처리에서는 유기물, 질소, 인의 효과적인 처리가 요구되며, 특히 상수원과 인접한 지역의 하·폐수처리시설의 경우, 질소 및 인의 완벽한 처리가 필요하다. 현재 시설의 간편성 및 경제성 등으로 인하여 소규모 하수처리에 연속회분식공정이 많이 사용되고 있으나, 유입수 중의 유기물을 효과적으로 활용하지 못한다는 문제점이 있다. 본 발명은 이러한 종래의 SBR 방법의 문제점을 해결하고 주어진 유입수 조건에서 최대의 제거효율을 달성하기 위한 것으로, 유입수의 주입을 연속으로 하여 운영을 원활하고 용이하게 하면서도 유기물의 손실을 없애고 처리효율을 크게 향상시키는 것을 목적으로 한다.

생물학적 고도처리기술에서 유기물의 사용은 매우 중요하다. 고도처리방법에서 주로 사용하는 방법은 공기공급의 온(on) 또는 오프(off)에 의해 혐기, 무산소, 호기조건을 형성해 주는 것이다. 이때, 유기물이 필요한 부분은 혐기조건에서 인의 방출반응과 무산소 조건에서 탈질산화 반응이다. 즉, 공기가 공급되지 않는 조건에서 유입수가 공급되면 제거효율이 증진되나, 공기가 공급되는 조건에서 유입수가 공급되면 질소, 인 제거효율이 저하되는 것이다. 따라서, 유입수의 공급방법이 매우 중요한 개발의 핵심이라고 할 수 있으며, 이러한 유기물의 활용성은 공정의 효율성에 매우 중요한 사항으로, 특히 우리나라와 같이 유입수 중의 C/N 비율이 낮은 하·폐수를 처리하는 경우에는 질소 및 인의 제거효율이 유기물의 활용성에 크게 의존하게 된다.

따라서, 본 발명에서는 C/N 비가 낮은 하수의 처리 시 유입수 중의 유기물을 모두 질소 및 인의 제거과정에만 사용될 수 있도록 유입수를 혐기 및 무산소 단계에만 주입하고 SBR 반응조를 2조식으로 하여 유입수가 연속적으로 공급될 수 있도록 하는 연속회분식 하·폐수 고도처리 장치 및 그 운영방법을 제공한다. 즉, 본 발명에서는 두 개의 SBR 반응조를 기본으로 하여 각 반응조내에서 공기의 주입 유무와 유입수의 주입을 유입수의 특성에 따라 교대로 설정하여 전체공정상 유입수의 주입이 유입펌프에서는 연속적으로 이루어지되, 각 반응조에 공급되는 시점에서는 자동유로변경장치에 의해 비폭기 시간에만 유입수를 반응조에 교대로 공급함으로써 탈질반응과 인의 방출반응에만 유입수중의 유기물을 활용하여 유입수중의 유기물을 질소 및 인 제거에 100 % 활용하는 유로변경 및 간헐폭기 기술을 접목시킨 새로운2조식 SBR 기술이 제공된다.

또한, 본 발명은 기존의 분리막 기술이 갖고 있는 단점과 설치비용의 문제를 해결하고자 하는 것으로, 본 발명에서는 분리막을 포함하는 고액분리장치를 SBR 반응조와 조합한 새로운 장치 및 방법을 제공한다. 특히 본 발명에서는 효율적인 고액분리장치 운영기술과 하나의 분리막만으로 여러 개의 반응조에 동시에 분리막을 설치하는 효과를 나타내는 후폭기분리막조를 설치 운영함으로써 분리막 설치비용을 최소화시키는 기술을 제공한다.

도 1은 2개의 SBR 반응조를 한조로 하여 교대로 유입수를 공급하여 운영하는 본 발명의 복수조식 하·폐수처리장치의 전체 구조를 개략적으로 도식한 것이다.

도 2a는 본 발명의 복수조식 SBR 하·폐수처리장치의 반응조 외부에 고액분리장치가 별도로 설치된 상태를 보여주는 개략도이며,

도 2b는 2a에 도시된 SBR 반응조와 고액분리장치의 구조 및 연결배관을 상세히 도식한 것이다.

도 3은 도 1의 장치에서 반응조 후단 외부에 호기성 조건의 후폭기분리막조가 설치된 상태를 보여주는 개략도이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1: 전처리 및 유입설비 2: 자동 유로변경장치

3: 제 1 SBR 반응조 4: 제 2 SBR 반응조

5: 브로아(Blower) 6: 공기공급제어장치

7: 교반설비 8: 산기관

9: 방류설비 10: 고액분리장치 처리수 배출설비

11: 고액분리장치 12: 제 1 SBR 반응조 배출설비

13: 제 2 SBR 반응조 배출설비 14: 세척액 및 처리수 배출밸브

15: 싸이폰 방지장치 16: 슬러지 반송펌프

17: 후폭기분리막조 18: 분리막 설비

본 명세서에서 하·폐수는 특별히 한정하지 않는 한 하수, 오수, 축산폐수 및 기타 폐수를 모두 포함하는 의미로 사용된다.

본 발명에서는 기존의 연속회분식 폐수처리장치 및 운영방법을 크게 개선하여 유입수 중의 유기물을 질소 및 인 제거에만 활용하여 유기물 활용성을 100 % 로 극대화시킴으로써 질소 및 인의 제거효율을 크게 향상시킨 복수조식의 연속회분식 하·폐수처리장치와 운영방법이 제공된다.

본 발명의 하·폐수처리장치는,

하·폐수가 저장, 공급되는 유입부; SBR 반응조; 반응조 내의 하·폐수를 교반시키는 교반기; 반응조 내로 공기를 공급하는 공기공급장치; 반응조에 정해진 시간에 공기가 공급되도록 제어하는 공기공급제어장치 및 반응조내의 정화된 물을 배출시키는 방류설비 등으로 이루어져 반응조 내에서 유입단계; 무산소·혐기 및 호기의 반응단계; 침전단계; 방류단계로 나누어 하·폐수를 처리하는 연속회분식 하·폐수 처리시설에 있어서,

SBR 반응조를 2개 이상 병렬로 배열하여 각 반응조에 대한 공기의 공급을 교대로 하고, 유입부로부터 유입수의 공급은 연속으로 이루어지나 자동유로변경장치를 설치하여 각 반응조에서는 공기가 공급되지 않는 상태에서만 유입수가 공급되도록 정해진 시간에 각 반응조로 교대로 유로를 변경하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 공기공급제어장치는 상기 공기공급장치와 산기관을 연결하는 배관상에 설치되며 타이머에 의해 자동제어 되고, 상기 유입수 자동유로변경 장치는 상기 유입부와 반응조 사이에 수로형 또는 밸브형으로 설치되며 타이머에 의해서 공기공급 제어장치와 연동되어 제어된다.

또한, 본 발명의 하·폐수처리장치에서 처리수를 배출하는 방류설비로, SBR 반응조 외부에 별도로 고액분리장치를 설치하여 운영할 수 있다. 이때 외부설치된 고액분리장치에는 바람직하게는 처리수 배출밸브로도 겸용할 수 있는 세척액 배출밸브가 하부에 구비된다.

또한, 본 발명의 하·폐수처리장치에는 SBR 반응조 후단 외부에 분리막 또는 공지된 고액분리장치가 구비된 호기성 조건의 후폭기분리막조가 별도로 설치되어, 이 후폭기분리막조에서 상기 반응조로부터 배출된 활성슬러지를 최종 처리하여 처리수를 배출하도록 운영될 수 있다. 이때 상기 반응조로부터 후폭기분리막조로 활성슬러지를 배출시키는 배출설비는, 바람직하게는 반응조의 유출수를 배출하는 설비로도 용도를 변경하여 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 하·폐수처리장치의 기본적인 운영방법은 다음과 같은 4 단계를 포함한다.

공기가 공급되지 않는 제 1 반응조에 유입수가 공급되어 무산소, 혐기반응이 진행되며 이때 제 2 반응조는 공기가 공급되는 폭기상태를 유지하는 제 1 단계:

공기가 공급되지 않는 제 2 반응조에 유입수가 공급되어 무산소, 혐기반응이 진행되며 이때 제 1 반응조는 공기가 공급되는 폭기상태를 유지하는 제 2 단계:

공기가 공급되지 않는 제 1 반응조에 다시 유입수가 공급되어 무산소, 혐기반응이 진행되며 이때 같은 시간 동안 제 2 반응조에서는 일정 시간의 재폭기단계를 거친 후 교반과 공기 공급을 중단한 상태에서 슬러지를 침전시키는 침전단계: 처리수 및 잉여슬러지를 방출하는 방류단계가 순차적으로 진행되는 제 3 단계:

공기가 공급되지 않는 제 2 반응조에 다시 유입수가 공급되어 무산소, 혐기반응이 진행되며 이때 같은 시간 동안 제 1 반응조에서는 일정 시간의 재폭기단계를 거친 후 교반과 공기 공급을 중단한 상태에서 슬러지를 침전시키는 침전단계, 처리수 및 잉여슬러지를 방출하는 방류단계가 순차적으로 진행되는 제 4 단계:

본 발명의 하·폐수처리장치의 구체적인 실시예는 도 1 내지 3에 도시되어 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 복수조식 SBR 하·폐수처리장치와 그 운영방법을 상세히 설명한다.

도 1은 SBR 반응조 2개를 한조로 하여 운영하는 것으로서 유입수의 주입방법 및 반응조 내의 공기공급 및 교반기능을 교대로 자동제어하여 운영하는 상태를 개략적으로 도식한 것이다.

도 1에 도시된 본 발명의 하·폐수처리장치는,

하·폐수 등의 유입수가 저장되는 유량조정조 및 전처리설비 등의 유입부(1)와,

상기 유입부(1)의 측방향으로 연속 배열되어 처리과정이 이루어지는 두 개의 SBR 반응조(3)(4)와,

상기 유입부(1)에서 상기 반응조로 하·폐수를 이송시키는 유입펌프(도시되지 않음)와,

상기 유입펌프와 반응조 사이에 설치되고, 각 반응조로 유입수의 유로를 변경하는 유입수 자동유로변경장치(2)와,

상기 반응조내에서 하·폐수와 미생물을 혼합시키는 교반설비(7)와,

상기 각 반응조 내부로 공기를 주입하기 위한 브로아(5) 및 공기의 공급을 일정시간 간격으로 변경하는 솔레노이드밸드 및 전동밸브 등의 공기공급제어장치 (6)와,

상기 배열된 반응조에 설치되어 정화된 물을 배출시키는 방류설비(9)를 포함하여 이루어진다.

본 발명의 하·폐수처리장치는 하·폐수가 저장되는 유입부(1)로서 저류조가 있는 경우와 없는 경우 모두에 적용될 수 있다. 상기 유입부(1)로부터 유입수는연속적으로 공급되나 자동유로변경장치(2)에 의해 각 SBR 반응조(3)(4)에서는 정해진 시간에 교대로 유입수가 공급되어 공기가 공급되지 않는 상태에서만 유입수가 유입되도록 한다. 유입수 자동유로변경장치(2)는 수로형 또는 밸브형으로 설치될 수 있으며, 바람직하게는 타이머에 의해 공기공급 제어장치(6)와 연동되어 제어된다. 또, 공기공급 제어장치(6)는 상기 브로어(5)와 산기관을 연결하는 배관상에 설치되며 타이머에 의해 자동제어된다.

도 1에 도시된 하·폐수처리장치의 바람직한 운영방법은 다음과 같은 4 단계로 이루어진다.

제 1 반응조에 유입수가 공급되어 무산소, 혐기반응이 진행되며 이때 제 2 반응조는 폭기상태인 제 1 단계:

제 2 반응조에 유입수가 공급되어 무산소, 혐기반응이 진행되며 이때 제 1 반응조는 폭기상태인 제 2 단계:

제 1 반응조에 다시 유입수가 공급되어 무산소, 혐기반응이 진행되며 이때 같은 시간 동안 제 2 반응조에서는 재폭기단계, 침전단계, 방류단계가 순차적으로 진행되는 제 3 단계:

제 2 반응조에 다시 유입수가 공급되어 무산소, 혐기반응이 진행되며 이때 같은 시간 동안 제 1 반응조에서는 재폭기단계, 침전단계, 방류단계가 순차적으로 진행되는 제 4 단계:

이하 각 단계별로 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

(1) 제 1 단계

유입부로부터 하·폐수가 유입되며, 유입되는 하·폐수는 자동유로변경장치에 의해 각 반응조로 정해진 시간의 분배에 따라 교대로 공급된다. 즉, 바람직하게는 자동유로변경장치는 타이머에 의해 공기공급제어장치(6)와 연동되어 공기가 공급되지 않는 반응조에만 하·폐수가 유입되도록 유로를 변경시키게 된다. 따라서, 공기가 공급되지 않는 제 1 반응조에서는 유입수가 공급되어 무산소, 혐기반응, 즉 잔존하는 질산성 질소를 제거하는 탈질반응과 인의 방출 및 유기물 섭취 등이 이루어지고 이때 제 2 반응조에서는 폭기상태를 유지하면서 질산화, 인의 섭취, 유기물 산화 등의 호기성 반응이 이루어진다.

(2) 제 2 단계

제 1 단계의 종료시점에서 공기공급이 제 2 반응조에서 제 1 반응조로 바뀌고, 자동유로변경장치(2)에 의해 유입수의 주입방향이 제 1 반응조에서 제 2 반응조로 변경되어 유입수는 공기가 공급되지 않는 제 2 반응조로만 공급된다.

이때 제 1 반응조는 유입수 주입이 중단한 상태에서 공기를 공급하여 호기성 상태를 유지하며 질산화 반응 및 인의 섭취를 극대화시키게 된다.

본 단계는, 제 1 반응조와 제 2 반응조가 역할을 바꾸는 것을 제외하고는 제 1 단계와 동일하게 반응이 진행된다.

(3) 제 3 단계

공기공급이 다시 제 1 반응조에서 제 2 반응조로 바뀌고, 자동유로변경장치(2)에 의해 유입수의 주입방향이 제 2 반응조에서 제 1 반응조로변경되어 유입수는 공기가 공급되지 않는 제 1 반응조로만 공급된다.

재차 유입수가 공급된 제 1 반응조에서는 제 1 단계에서와 동일하게 무산소,혐기의 생물학적 반응이 진행되는데, 본 단계에서는 제 2 단계에서 생성된 질산성 질소를 제거하는 탈질반응을 극대화시키고 여분의 유기물로 인의 방출을 추가로 유도한다.

이때 같은 시간 동안 제 2 반응조는 일정 시간의 공기가 공급되는 재폭기단계를 거친 후 교반과 공기 공급을 중단한 상태에서 성장한 미생물인 활성슬러지를 침전시키는 침전단계, 반응조에 설치된 방류설비(9)를 통해 처리수 및 잉여슬러지를 방출하는 방류단계가 순차적으로 진행된다. 재폭기 단계에서는 일정시간 동안 유입수를 주입하지 않고 공기를 공급하여 호기성 상태를 유지하며, 잔존하는 유기물을 모두 제거하고 전 단계에서 방출된 인의 섭취를 극대화한다. 침전단계에서는, 교반설비(7)와 공기 공급을 중단시키고 일정시간 동안 슬러지를 침전시킨다. 방류단계에서는, 처리수 방류 및 잉여슬러지 배출이 이루어지는데, 30분 동안에 정화된 깨끗한 물을 배출하고 이와 동시에 잉여슬러지를 배출한다.

(4) 제 4 단계

공기공급이 다시 제 2 반응조에서 제 1 반응조로 바뀌고 유입수는 공기가 공급되지 않는 제 2 반응조에만 공급된다. 제 1 반응조와 제 2 반응조가 역할을 바꾸는 것을 제외하고는 제 3 단계와 동일하게 진행된다.

본 발명의 운영방법에서 유입수는 공기가 공급되지 않는 비폭기 조건의 반응조에만 공급되므로 유기물의 이용을 극대화할 수 있다.

상기 제 1 단계부터 제 4 단계를 1 사이클로 구성하여 연속적으로 반복 수행하면서 하·폐수를 처리한다. 바람직하게는, 각 단계의 반응시간은 동일하게 설정, 운영된다. 따라서, 제 1 반응조를 기준으로 제 1, 2, 3 단계 각각의 시간(T1, T2, T3)과 제 4 단계의 재폭기(T4), 침전(T5), 방류단계(T6)를 합친 시간은 같다. 즉, T1 = T2 = T3 = (T4 + T5 + T6)으로 반응시간을 구성한다.

각 단계의 반응시간은 통상 60∼120분 범위에서 조정되며, 사이클을 1일 3∼6회 운영하게 된다.

또, 홍수기나 기타 유입수의 유량이 크게 증가하는 경우, 바람직하게는 각 단계는 반응시간을 60분으로 하며, 제 3 단계는 제 2 반응조에서 재폭기단계를 생략하고 침전 및 방류단계가 진행되며, 제 4 단계는 제 1 반응조에서 재폭기단계를 생략하고 침전 및 방류단계가 진행되도록 한다.

다음의 표 1은 평상시 각 반응조에서 단계별로 반응이 진행되는 것을 나타낸 것이며, 표 2는 평상시 운전방법에서 각 단계별로 반응이 진행되는 과정과 단계별 특성을 나타낸 것이다. 표 1, 2의 운전방법에서 사이클 당 소요시간은 6시간이며, 1일 4 사이클이 반복 수행된다.

다음의 표 3은 유입수의 유량이 증가하는 홍수기나 기타 시기에 유입수의 농도는 낮으나 유량이 많은 경우에 적용하는 방법을 나타낸 것이다.

또한, 본 발명의 하·폐수처리장치에는 반응조 외부에 기존의 방류설비와 분리막을 비롯한 기타 고액분리장치가 별도로 설치될 수 있다. 도 2a는 도 1에 도시된 장치에서 처리수 배출을 위한 방류설비로 고액분리장치(11)를 반응조 외부에 설치한 것을 나타낸다. 도 2b는 도 2a에서의 SBR 반응조와 외부고액분리장치(11)의 구조 및 연결배관을 상세하게 도식한 도면이다.

본 발명의 고액분리장치는, 바람직하게는 하부의 세척액 배출밸브(14)를 필요시 처리수 배출밸브로도 사용할 수 있도록 부가기능이 구비된 것이다. 즉, 평상운전 시에는 고액분리장치로 사용하나, 만약 고액분리장치의 필요성이 없거나 또는 고장 시 긴급대처 수단으로 일반 SBR 반응조의 운영에서 이용하는 방류설비의 역할을 수행할 수 있도록 세척액 배출밸브(14)를 처리수 배출밸브로도 사용하여 SBR 반응조의 처리수를 원활하게 배출할 수 있도록 한다. 또한, 반응조(3)(4)와 고액분리장치(11)를 연결하는 연결배관은 SBR 반응조 상부의 스컴이나 이물질이 배출되지 않도록 설치되며, 바람직하게는 싸이폰으로 인하여 스컴이나 이물질이 배출되는 것을 방지하기 위하여 배출관에 별도의 관(15)을 연결하여 싸이폰을 방지한다. 본 발명에 따른 외부설치형 고액분리장치는 세척 및 유지관리가 효율적으로 이루어질 수 있다는 장점을 갖는다.

또한, 본 발명의 하·폐수처리장치에는 반응조 후단 외부에 분리막(18) 또는 기타 공지된 고액분리장치가 설치된 후폭기분리막조(17)가 별도로 설치될 수 있다. 이렇게 분리막을 침지한 후폭기분리막조를 설치할 경우 하나의 분리막장치로 여러 개의 반응조에 각각 분리막을 설치한 것과 동일한 효과를 나타낼 수 있다. 도 3은 도 1의 하·폐수처리장치에서 반응조 후단 외부에 호기성 조건의 후폭기분리막조 (17)가 설치된 상태를 보여주는 개략도이다.

즉, 본 발명의 하·폐수처리장치에서 분리막(18)이 설치된 고액분리장치 또는 기타 공지된 고액분리장치를 별도의 호기성조(이하 "후폭기분리막조"라 함)를 만들어 외부에 설치한다. 이때 분리막으로는. 정밀여과막(MF) 또는 한외여과막 (UF) 등 종래의 공지된 분리막이 사용될 수 있다. 후폭기분리막조(17)에는 SBR 반응조로부터 방류되는 처리수 또는 혼합액(mixed liquor)이 정해진 시간에 유입될 수 있도록, 반응조로부터 후폭기분리막조로의 배출설비(12)(13)에 바람직하게는 밸브를 설치하여 시간에 따른 제어를 한다. 상기 배출설비(12)(13)는, 바람직하게는 고액분리장치의 고장 시 유출수 배출설비로도 용도를 변경하여 사용할 수 있는 구조를 가지며, 세척단계에서는 유입을 차단한 후 물리, 화학적으로 세척하고 세척수를 별도의 라인으로 배출하여 미생물에 독성을 미치는 화학물질이 포함된 세척수가 반응조 내부로 유입되지 않도록 한다.

이러한 후폭기분리막조의 운영은 각 SBR 반응조마다 분리막을 침지시키는 기존의 운영방식과 달리 후폭기분리막조에만 분리막을 설치하고 각 SBR 반응조의 활성 슬러지를 후폭기분리막조(17)로 이송시켜 처리함으로써 분리막 설치비용을 크게 절감할 수 있다. 또한, 이러한 분리막 설치 및 운영방식은 침전조를 가지고 운영되는 기존의 BNR(biological Nutrients removal) 공정에서도 침전조의 구조를 개조하여 용이하게 적용될 수 있다.

다음의 표 4는 후폭기분리막조를 설치하는 경우의 운전방법을 보여주는 것이다.

이렇게 후폭기분리막조를 설치하는경우, 상기 제 3, 4 단계에서 폭기반응조의 침전 및 방류단계가 생략되며, 상기 제 1 내지 제 4 단계의 폭기반응조에서 활성슬러지를 후폭기분리막조로 배출하고, 후폭기분리막조는 활성슬러지를 최종 처리하여 처리수를 배출하게 된다. 이때 후폭기분리막조는 24시간 연속적으로 공기를 공급하는 폭기상태로 유지시켜 분리막의 막힘현상을 방지하도록 하고 후폭기분리막조에 침적된 슬러지는 펌프(16)를 이용하여 SBR 반응조로 반송한다.

본 발명에 따른 하·폐수처리장치 운영방법의 주요 특징은 반응조 1개로 운전되는 SBR 공정에도 적용될 수 있다. 즉, 반응조를 1개로 운영할 경우, 반응조 앞에 저류조를 설치하여 유입수가 연속으로 공급되도록 하고, 저류조로부터의 유입수의 공급은 자동유로변경장치를 생략하고 반응조가 무산소·혐기조건인 시간에만 일정하게 공급함으로써 본 발명의 운영방법의 주요 특징을 구현할 수 있다.

실시예 1

본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 상기 도 1의 장치 및 표 2의 운영방법으로 하·폐수의 처리를 실시하였다.

화학적 산소요구량이 103 mg/L이고, 총 질소(T-N)가 23.6 mg/L 이며, 총 인이 (T-P) 2 mg/L인 하·폐수를 사용하여 실험하였으며, 구체적으로 제 1 반응조를 기준으로 1차 유입수 공급 및 무산소, 혐기성 반응이 일어나는 제 1단계 90분; 폭기상태로 호기성 반응이 일어나는 제 2 단계 90분; 다시 2차 유입수 공급 및 무산소, 혐기성 반응이 일어나는 제 3 단계 90분; 그리고 재폭기 20분, 침전 40분, 방류 30분으로 총 90분이 소요되는 제 4단계;로 구성하여 운전하였다.

실험 결과, 처리수의 화학적 산소요구량은 6.2 mg/L 이었으며, 총질소(T-N) 및 총 인(T-P)의 농도는 각각 6.4 mg/L 및 0.68 mg/L 로서 처리효율이 우수하였다.

본 발명의 복수조식 연속회분식 하·폐수처리장치와 운영방법은 반응조로 공급되는 유입수의 주입방향을 바꾸어 주는 유입수 교대주입방법과 공기공급장치의 온/오프(On/Off)에 의해 운영되는 기술의 장점과 연속회분식반응기의 장점을 응용한 새로운 처리방법으로서, 본 발명에 따르면 유기물, 질소 및 인의 처리효율이 크게 향상되며, 별도의 침전지나 후속의 여과장치를 요하지 않으므로 운영이 간단하고 비용이 저렴하며, 또한 분리막을 포함하는 고액분리장치를 외부에 설치하는 방법을 사용함으로써 분리막의 설치비용을 크게 절감할 수 있는 효율적이면서도 경제적인 하·폐수처리방법이다.

Claims (10)

1. 하·폐수가 저장, 공급되는 유입부; SBR 반응조; 반응조 내의 하·폐수를 교반시키는 교반기; 반응조 내로 공기를 공급하는 공기공급장치; 반응조에 정해진 시간에 공기가 공급되도록 제어하는 공기공급제어장치 및 반응조내의 정화된 물을 배출시키는 방류설비 등으로 이루어져 반응조 내에서 유입단계; 무산소·혐기 및 호기의 반응단계; 침전단계; 방류단계로 나누어 하·폐수를 처리하는 연속회분식 하·폐수 처리시설에 있어서,

   SBR 반응조를 2개 이상 병렬로 배열하여 각 반응조에 대한 공기의 공급을 교대로 하고, 유입부로부터 유입수의 공급은 연속으로 이루어지나 자동유로변경장치를 설치하여 각 반응조에서는 공기가 공급되지 않는 상태에서만 유입수가 공급되도록 정해진 시간에 각 반응조로 교대로 유로를 변경하는 것을 특징으로 하는 복수조식의 연속회분식 하·폐수처리장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 공기공급 제어장치는 상기 공기공급장치와 산기관을 연결하는 배관상에 설치되며 타이머에 의해 자동제어되고,

   상기 유입수 자동유로변경 장치는 상기 유입부와 반응조 사이에 수로형 또는 밸브형으로 설치되며, 타이머에 의해서 공기공급 제어장치와 연동되어 제어되는 것을 특징으로 하는 하·폐수처리장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 방류설비는 SBR 반응조 외부에 별도로 고액분리장치를 설치하여 운영하는 것임을 특징으로 하는 하·폐수처리장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 고액분리장치는 처리수 배출밸브로도 겸용할 수 있는 세척액 배출밸브가 하부에 구비된 것을 특징으로 하는 하·폐수처리장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 SBR 반응조 후단 외부에 분리막 또는 공지된 고액분리장치가 구비된 후폭기분리막조가 설치되고, 이 후폭기분리막조는 호기상태를 유지하며 상기 반응조로부터 배출된 활성슬러지를 최종 처리하여 처리수를 배출하는 것임을 특징으로 하는 하·폐수처리장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 반응조로부터 후폭기분리막조로 활성슬러지를 배출시키는 배출설비는 반응조의 유출수를 배출하는 설비로도 용도를 변경하여 사용할 수 있는 것임을 특징으로 하는 하·폐수처리장치.
7. 제1항의 하·폐수처리장치의 운영방법으로서,

   공기가 공급되지 않는 제 1 반응조에 유입수가 공급되어 무산소, 혐기반응이 진행되며 이때 제 2 반응조는 공기가 공급되는 폭기상태를 유지하는 제 1 단계;

   공기가 공급되지 않는 제 2 반응조에 유입수가 공급되어 무산소, 혐기반응이 진행되며 이때 제 1 반응조는 공기가 공급되는 폭기상태를 유지하는 제 2 단계;

   공기가 공급되지 않는 제 1 반응조에 다시 유입수가 공급되어 무산소, 혐기반응이 진행되며 이때 같은 시간 동안 제 2 반응조에서는 일정 시간의 재폭기단계를 거친 후 교반과 공기 공급을 중단한 상태에서 슬러지를 침전시키는 침전단계, 처리수 및 잉여슬러지를 방출하는 방류단계가 순차적으로 진행되는 제 3 단계;

   공기가 공급되지 않는 제 2 반응조에 다시 유입수가 공급되어 무산소, 혐기반응이 진행되며 이때 같은 시간 동안 제 1 반응조에서는 일정 시간의 재폭기단계를 거친 후 교반과 공기 공급을 중단한 상태에서 슬러지를 침전시키는 침전단계, 처리수 및 잉여슬러지를 방출하는 방류단계가 순차적으로 진행되는 제 4 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수조식의 연속회분식 하·폐수처리장치의 운영방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 각 단계의 반응시간을 60∼120분으로 하고 각 단계는 동일한 시간으로 설정하며, 제1단계부터 제4단계까지의 하나의 사이클을 1일 3∼6회 운영하는 것을 특징으로 하는 운영방법.
9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 홍수기나 기타 유입수의 유량이 크게 증가하는 경우

   각 단계의 반응시간을 60분으로 하며,

   상기 제 3 단계는 제 2 반응조의 재폭기단계를 생략하고 침전 및 방류단계가 진행되며,

   상기 제 4 단계는 제 1 반응조의 재폭기단계를 생략하고 침전 및 방류단계가 진행되는 것을 특징으로 하는 운영방법.
10. 제5항의 하·폐수처리장치의 운영방법으로서,

    공기가 공급되지 않는 제 1 반응조에 유입수가 공급되어 무산소, 혐기반응이 진행되며 이때 제 2 반응조는 공기가 공급되는 폭기상태를 유지하며 활성슬러지를 후폭기분리막조로 배출하는 제 1 단계;

    공기가 공급되지 않는 제 2 반응조에 유입수가 공급되어 무산소, 혐기반응이 진행되며 이때 제 1 반응조는 공기가 공급되는 폭기상태를 유지하며 활성슬러지를 후폭기분리막조로 배출하는 제 2 단계;

    공기가 공급되지 않는 제 1 반응조에 다시 유입수가 공급되어 무산소, 혐기반응이 진행되며 이때 제 2 반응조에서는 폭기상태를 유지하며 활성슬러지를 후폭기분리막조로 배출하는 제 3 단계;

    공기가 공급되지 않는 제 2 반응조에 다시 유입수가 공급되어 무산소, 혐기반응이 진행되며 이때 제 1 반응조에서는 폭기상태를 유지하며 활성슬러지를 후폭기분리막조로 배출하는 제 4 단계;

    를 포함하고,

    상기 각 단계에서 후폭기분리막조로 배출된 활성슬러지는 호기상태로 유지되는 후폭기분리막조에서 최종 처리되어 처리수를 배출하는 것임을 특징으로 하는 복수조식의 연속회분식 하·폐수처리장치의 운영방법.