KR20040093506A

KR20040093506A - 표준활성슬러지공법의 개선과 외부 탄소원 주입으로 질소,인을 제거하여 하ㆍ폐수를 처리하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20040093506A
Application number: KR1020030027379A
Authority: KR
Inventors: 채소룡; 윤종호; 민병욱; 신항식
Original assignee: 채소룡; 윤종호; 삼원바이오(주)
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2003-04-30
Publication date: 2004-11-06

Abstract

본 발명은 기존 하·폐수처리장 표준활성슬러지 공정을 개선하고 외부 탄소원을 첨가 공급하여 질소 및 인 제거 효율을 향상시키는 하ㆍ폐수 처리방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명에 의한 공정 개선을 통하여 기존 하·폐수처리장에서 별도의 고도처리 공정의 추가 없이도 유기물과 더불어 질소 및 인 등의 부영양화 원인 물질을 제거할 수 있게 되어 수 처리 비용을 대폭 절감시킬수 있으며, 강화된 하수종말처리장 방류수 수질 기준도 보다 용이하고 경제적으로 준수할 수 있게 된다.

Description

표준활성슬러지공법의 개선과 외부 탄소원 주입으로 질소, 인을 제거하여 하ㆍ폐수를 처리하는 방법 및 장치{Retrofitting of conventional activated sludge process and the supplementation of external carbon source for nutrients removal from domestic and industrial wastewater}

본 발명은 기존의 하·폐수처리장 표준활성슬러지 공정을 개선하고 외부 탄소원을 첨가 공급하여 질소 및 인 제거 효율을 향상시키는 하ㆍ폐수 처리방법 및 장치에 관한 것이다.

종래에 있어서, 국내에는 1999년 말을 기준으로 전국에 150개소의 하수종말처리장, 183개소의 분뇨처리시설, 31개소의 공단폐수처리시설, 88개소의 농공단지폐수처리시설, 17개소의 축산폐수처리시설 등 총 469개의 하·폐수처리장이 주거 및 농공업 지역으로부터 수계로 유입되는 오염물질의 농도를 저감하기 위하여 운영되고 있다(환경산업총람, 2001). 이 중 하수종말처리장의 전체 처리 시설용량은 17,814천톤/일로서 전체 하·폐수 처리 시설 용량의 약 96%를 차지하고 있어, 전체 수 처리에 있어서 중요한 역할을 담당하고 있다.

그러나, 이러한 하수종말처리장을 대상으로 2001년에 유입 하수의 수질을 분석한 결과 BOD의 경우 계획수질 139.7mg/L에 실제 유입 수질은 109.5mg/L로서 유입수질 비율은 78.3%에 이르고 있다. 또한, T-N과 T-P의 경우는 하수처리장 건설 당시 계획 수질에는 없었으나 실제 32.0, 3.0mg/L가 각각 유입되고 있다 (환경부, “2001년 하수종말처리장 운영결과 분석보고”, 2002년 7월).

한편, 2001년 말을 기준으로 전체 184개 하수종말처리장 중에 표준활성슬러지공법이 102개소 (55.4%)이고, 고도처리공법이 도입된 처리장은 22개소 (12.0%)에 이르고 있다. 한편, 일 처리량을 기준으로 보면, 발생되는 전체 하수의 90.6%가 표준활성슬러지공법에 의해 처리되고 있는 실정이다.

기존의 표준활성슬러지 공법은 침사지-최초침전지-포기조-최종침전지의 단계를 거치며 유기물질과 부유물질을 제거하고, 최초침전지에서 발생되는 생슬러지 (1차슬러지)와 최종침전지에서 발생되는 잉여슬러지 (2차슬러지)는 중력농축조-소화조-탈수기 등을 거쳐 처리하며, 최종침전지에서 발생되는 2차슬러지의 일부는 포기조의 미생물 농도를 유지하기 위하여 반송시키는 원리를 이용하고 있다.

그런데, 생물학적 질소, 인의 동시 제거를 위해서는 혐기조 및/또는 무산소조를 추가하여야 하는데, 기존의 표준활성슬러지공법은 밀집된 구조를 이루고 있어 시설변경을 위한 여유부지 확보에 어려움을 겪고 있다.

생물학적으로 질소와 인을 동시에 제거하기 위한 고도처리공정은 주로 유럽과 미국, 남아프리카공화국 등에서 개발되었다. 대표적인 공정으로 A/O, A²/O, 수정 Bardenpho 및 UCT 공정과 같이 혐기조, 탈질조 및 호기조가 직렬로 연결되는 주류(main stream) 공정과, Phostrip 공정과 같이 혐기성 탈인조가 병렬로 연결되는 측류(side stream)공정이 있다.

이때, 상기 주류 공정에서는 혐기조에서 인의 방출이 일어나고 호기조에서는 인을 과량으로 섭취한 슬러지를 폐기시켜 인을 제거하며, 질소는 호기조에서 질산화된 혼합 슬러지액을 탈질조로 반송하여 질소 가스로 환원시켜 제거하고 있으나, 유입하수에 함유된 유기물이 탄소원으로 이용되므로 유입 하수의 유기물 농도가 낮으면 질소 및 인이 제거되지 못하는 취약점이 있으며, 이를 보완하기 위하여 채택되는 A²/O 공정은 A/O 공정에 탈질을 위한 무산소조를 첨가한 것이다. 이 기술의 장점은 인과 질소의 제거가 우수하고 인 제거를 위한 별도의 무기 응집제 사용이 불필요하다는 장점이 있는 반면에, 운전 조건을 최적화하는데 어려움이 있고 온도의 영향이 크다는 단점이 있다.

다음, Five-stage Bardenpho 공정은 무산소조와 호기조를 하나씩 더 A²/O 공정에 추가하는 방식인데, 슬러지의 발생량이 적고 인 함량이 높다는 장점이 있으나, 미처리된 질산염이 침전조에서 혐기조로 반송될 수 있기 때문에 인 방출이 영향을 받을 수 있고 따라서 인의 과잉 섭취를 일으킬 수 있는 잠재력을 감소시키게 되는 문제를 발생시킨다.

다음으로 UCT (University of Cape Town) 공정은 앞의 두 공정의 문제점을 개선하기 위해 개발한 것으로 슬러지 반송 지점이 특이한데, 이는 NO₃ ^-에 의한 혐기조에서의 인 방출 저해 현상을 최소화하기 위한 것이다. 이 기술은 앞의 공정보다 처리 효율이 좋아졌지만, 내부 순환율의 증가로 운전비용이 증가하고 질소의 제거 효율이 떨어지는 것으로 알려져 있다.

한편, VIP (Virginia Initiative Plant) 공정은 앞의 4가지 기술 중 가장 나중에 개발된 것으로 기본 구조는 UCT와 유사하나 UCT의 무산소조와 호기조가 하나의 호기조로 합쳐진 형식으로 슬러지의 체류 시간을 줄였다. 따라서 이 공정은 미생물의 인 축적량이 늘어나 타 공정에 비해 인 제거 효율이 높고 반응기의 크기가 작아 부지 면적이 작은 것이 장점이고, 이외에도 산화구법, SBR, Bio-denipho 등 많은 공정들이 개발되어 있다.

더우기, 국내에서도 국내 하수 성상에 적합한 고도처리공정을 개발하기 위해 많은 연구들이 진행되어 왔는데, 대표적인 공정으로는 삼성 엔지니어링의 De N&P 공정, 풍림의 PL/Ⅰ, Ⅱ 공정, 대우의 DNR 공정, 금호 건설의 SBR 공정 등이 있는데, 각각 고유한 장점을 가지고 있지만 유기물 농도가 낮은 국내 하수를 대상으로 질소 및 인을 제거하기에는 한계성이 있으며, 특히 처리수를 재이용하기 위해서는 대장균 등의 세균을 제거하기 위한 살균, 소독, 여과 등의 후속 공정이 필요한 실정이다.

다음, 국내 하수종말처리장의 방류수 수질을 살펴보면, 방류수중의 BOD 평균 농도는 11.6mg/L로 대부분의 경우 수질기준을 준수하고 있는 반면에, T-N 및 T-P는 하수처리장의 처리방법이 주로 유기물질을 처리할 수 있는 2차 처리시설로 제한되어 있어 제거율이 각각 32.4, 56.1%로 낮게 유지되고 있다 (환경부, “2001년 하수종말처리장 운영결과 분석보고”, 2002년 7월).

따라서, 정부에서는 향후 2008년부터 강화되는 방류수 수질기준 (특정지역: BOD₅10mg/L 이하, T-N 20mg/L 이하, T-P 2mg/L 이하, 대장균군수 3,000개/mL 이하, 기타지역: BOD₅20mg/L이하, T-N 60mg/L이하, T-P 8mg/L이하, 대장균군수 3,000개/mL 이하)을 전국적으로 확대 실시하기 위하여 고도하수처리시설을 지속적으로 확충할 계획을 가지고 있으나 건설비용이 비싸고, C/N 비가 낮기 때문에 탈질공정에서 메탄올 등 외부 탄소원을 첨가해야만 하는데, 이에 따른 운영비용의 증가가 큰 부담으로 작용하고 있어서 재원 확충 및 운영상에 어려움을 겪고 있는 관계로, 환경부에서는 기존처리장의 고도처리시설 설치 사업 추진 방식을 운전 개선 방식을 우선적으로 강구한 후 목표수질 달성이 곤란한 경우에 고도처리시설을 도입하도록 권장하여 효율성을 높이는 방향으로 유도하고 있다 ("기존 하수처리장 고도처리시설 설치사업 업무처리 일반지침", 2002. 4, 환경부).

그 이외에도, 방류수 중의 대장균을 효과적으로 제거하기 위해서는 기존의 고도처리공정 이외에도 추가 공정이 필요한데, 이러한 목적 달성을 위해 최근 들어 오존 살균, 활성탄 여과, 모래여과, 자외선 살균 등이 주로 사용되고 있고, 새롭게주목받고 있는 것으로서 막 분리 공법이 알려져 있다.

또한, 하수의 재이용에서 가장 중요한 사항은 재이용수의 환경공학적 안정성이라 할 수 있는데, 이는 병원성 미생물의 제거는 물론 질소 성분과 탁도 성분, 유기물 성분, pH 등의 기준을 포함하는 매우 엄격한 재이용수 처리기준을 미루어 짐작할 수 있고, 따라서 일반적인 하수처리공정을 통해서는 하수의 재이용이 불가능하며, 안정적인 처리수를 얻을 수 있고 고도처리과정이 포함된 공정에서 가능하다고 하겠다.

현재까지 개발된 고도처리공정은 A²/O의 변법들이라 할 수 있는 연속공정과 SBR공정으로 대표되는 회분식 공정이 있으며, 대부분 질소 및 인의 처리에 중점을 두고 있다. 따라서 병원성 미생물 및 부유물질 등에 대한 처리는 미흡한 실정이라 하겠다. 이에 따라 공정의 후단에 biofilter, 활성탄 및 소독공정 등을 추가하여 재이용이 가능하도록 하고 있으나, 공정이 복잡해지고 처리비용이 상승하는 등 많은 문제점이 발생하고 있다.

그리하여, 위에서 제시한 바 있는 막 분리공정은 현재의 하수고도처리기술이 가지고 있는 문제점을 해결할 것으로 기대되고 있으며, 그 이외에도 막 분리공정과 생물학적 하수처리기술을 결합한 막 결합형 생물반응조 (Membrane bioreactor, MBR)는 유럽과 일본을 중심으로 연구되어 왔으며, 하수처리, 분뇨처리 및 침출수, 폐수처리 등 여러 분야에 적용되고 있다. 과거 MBR 공정은 높은 막 가격으로 인해 폐수처리와 같이 몇몇 공정에 사용되었으나, 최근 막 값의 하락 및 영구사용이 가능한 세라믹 막, 금속 막과 같은 새로운 재질의 막이 개발되면서 점차 사용범위가 넓어지고 있는 실정이다.

특히, 외국의 연구 자료에 의하면 정밀 여과막 (Microfiltration membrane)을 사용할 경우, 유입수 중에 존재하는 박테리아 (Total coliforms)를 99.999%까지 제거가능하고, 한외 여과막 (Ultrafiltration membrane)의 경우, 완벽한 고액분리로 반응조내 고농도의 미생물을 보유할 수 있는 장점은 물론, 박테리아, 바이러스, 기생충 등과 같은 미생물의 제거가 가능하여 유출수를 별다른 처리 없이 재이용하는 것이 가능한 것으로 밝혀졌다 (Xinget al., Desalination, Vol. 141, 63-73, 2001). 이에 따라 선진국에서는 몇 년 전부터 실제 MBR을 이용한 하수처리시설을 운전 중에 있는바, 영국에서는 여러 개의 일일처리용량 7,100톤 이상의 MBR 공정이 소규모 도시하수처리의 고도처리 및 하수 재이용을 위해 운전되고 있으며, 일본의 경우 침적형 막 공정 (Submerged membrane bioreactor)을 이용한 Kubota 공정을 300여곳의 하수처리시설에 적용하고 있다 (Churchouse and Wildgoose, Membrane Technology, No. 111, 1999).

본 발명은 이러한 국내 하수처리의 전반적인 상황을 고려할 때, 기존의 시설을 이용하면서도 강화된 방류수 수질 기준을 준수할 수 있는 방법이 있다면, 새로운 고도하수처리시설을 설치하고 운영하는데 소요되는 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 기존 시설을 간단한 개선 작업을 통하여 재사용함으로써 하수처리 효율을 극대화할 수 있는 일석이조 (一石二鳥)의 효과를 기대할 수 있을 것으로 판단하여 개발이 이루어졌으며, 본 발명의 경우 기존 하·폐수처리장 표준활성슬러지공법을 개선하고 외부로부터 탄소원을 첨가하여 질소 및 인 제거 효율을 향상시켜 하ㆍ폐수의 처리방법 및 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 목적은 공정 개선을 통하여 기존 하·폐수처리장에서 별도의 고도처리 공정의 추가 없이도 유기물과 더불어 질소 및 인 등의 부영양화 원인 물질을 경제적이고 효율적으로 동시에 제거하여 수 처리 비용을 절감시키고, 강화된 방류수 수질을 준수할 수 있는 대안을 제시하며, 국내 환경오염 문제를 경감하는데 기여하고자 하는데 있다.

도 1은 본 발명에 의한 하·폐수처리 방법 및 장치를 설명하기 위한 바람직한 일례를 보여주는 개략 계통도,

도 2는 본 발명에 의한 다른 바람직한 일례를 보여 주는 개략 계통도,

도 3은 본 발명에 의한 또 다른 바람직한 일례를 보여 주는 개략 계통도.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 침사지를 거쳐 최초침전지, 포기조, 및 최종침전지를 포함하여 여러 단계를 거쳐 하ㆍ폐수의 처리가 이루어지는 통상의 하ㆍ폐수처리 방법에 있어서, 무산소조 형태로 구성된 최종침전지로 유입수를 공급하는 유입수공급단계, 최종침전지로부터 무산소 상태인 반송슬러지라인을 거쳐 포기조로 슬러지의 반송이 이루어지는 반송단계, 포기조 내부의 슬러지를 최종침전지로 급송이 이루어지고 잉여슬러지는 외부로 배출시키는 급송단계, 상기 반송단계나 상기 급송단계에서 외부탄소원을 공급하는 탄소원공급단계, 그리고, 상기 포기조 또는 상기 최종침전지를 거쳐 처리된 유출수를 외부로 배출시키는 배출단계를 포함하는 표준활성슬러지공법의 개선과 외부 탄소원 주입으로 질소, 인을 제거하여 하ㆍ폐수를 처리하는 방법을 제공한다.

또한, 침사지를 거쳐 최초침전지, 포기조, 및 최종침전지를 포함하여 여러 단계를 거쳐 하ㆍ폐수의 처리가 이루어지는 통상의 하ㆍ폐수처리 장치에 있어서, 상기 최종침전지는 무산소 상태인 처리조 형태로 구성하고, 상기 최종침전지와 상기 포기조 사이엔 무산소 상태인 반송슬러지라인을 구성하며, 상기 무산소 상태 부위엔 외부로부터 외부탄소원을 공급하기 위한 탄소원공급부를 설치하며, 상기 포기조와 상기 최종침전지 사이엔 슬러지급송라인을 구성하되 상기 슬러지급송라인의 중간에 잉여슬러지 배출부를 마련하여 이루어지는 표준활성슬러지공법의 개선과 외부 탄소원 주입으로 질소, 인을 제거하여 하ㆍ폐수를 처리하는 장치를 제공한다.

또한, 상기 최초침전지와 포기조를 연결하지 않고 상기 최초침전지와 상기 최후침전지 사이를 직접 연결하는 유입수의 직접적인 급송라인을 설치하고, 상기 포기조에 외부로 유출수를 배출시키기 위한 유출수배출구를 마련하거나, 상기 최초침전조와 상기 포기조 사이에 유입수 급송라인이 설치되고, 상기 포기조와 상기 최종침전지 사이에 상기 슬러지급송라인이 설치되어지되 상기 슬러지급송라인을 경유 상기 슬러지이외에 처리수의 급송이 동시에 이루어지며, 상기 최종침전지에 외부로 유출수를 배출시키기 위한 유출수배출구를 마련하거나, 상기 반송슬러지라인이 지그재그 순환형으로 개조하여 이루어지고 무산소 상태의 체류시간을 증가시켜 질소 및 인을 효과적으로 제거하거나, 상기 포기조 끝부분에 여과격막(baffle)을 설치하여 상등액을 정밀여과 또는 한외여과 과정을 거친 다음에 최종 유출수를 얻을 수 있도록 하는 표준활성슬러지공법의 개선과 외부 탄소원 주입으로 질소, 인을 제거하여 하ㆍ폐수를 처리하는 장치를 제공한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대한 바람직한 실시예를 중심으로 상술하면 다음과 같다.

우선 본 발명에 의한 바람직한 장치를 살펴보면, 도1 내지 도3에 예시한 실시예의 경우 공통적으로, 침사지를 거쳐 최초침전지, 포기조, 및 최종침전지를 포함하여 여러 단계를 거쳐 하ㆍ폐수의 처리가 이루어지는 통상의 하ㆍ폐수처리 장치에 있어서, 상기 최종침전지는 무산소 상태인 처리조 형태로 구성하고, 상기 최종침전지와 상기 포기조 사이엔 무산소 상태인 반송슬러지라인을 구성하며, 상기 무산소 상태 부위엔 외부로부터 탄소원을 공급하기 위한 탄소원공급부를 설치하며, 상기 포기조와 상기 최종침전지 사이엔 슬러지급송라인을 구성하되 상기 슬러지급송라인의 중간에 잉여슬러지 배출부를 마련하여 이루어진다.

이때, 본 발명인 장치의 경우에 도1 및 도3에 예시한 바와 같이, 상기 최초침전지와 상기 포기조를 연결하지 않고 상기 최초침전지와 상기 최후침전지 사이를 직접 연결하는 유입수의 직접적인 급송라인을 설치하고, 상기 포기조에 외부로 유출수를 배출시키기 위한 유출수배출구를 마련하여 구성할 수 있다.

또한, 도2에 예시한 바와 같이, 상기 최초침전조와 상기 포기조 사이에 유입수 급송라인이 설치되고, 상기 포기조와 상기 최종침전지 사이에 상기 슬러지급송라인이 설치되어지되 상기 슬러지급송라인을 경유 상기 슬러지이외에 처리수의 급송이 동시에 이루어지며, 상기 최종침전지에 외부로 유출수를 배출시키기 위한 유출수배출구를 마련하여 구성할 수 있다.

더우기, 전술한 바 있는 상기 반송슬러지라인은 도2 및 도3에 예시한 바와 같이, 지그재그 순환형으로 개조하여 이루어지고 무산소 상태의 체류시간을 증가시켜질소 및 인을 효과적으로 제거할 수 있다.

또한, 도1 및 도3에 예시한 바와 같이, 상기 포기조 끝부분에 여과격막 (baffle)을 설치하여 상등액을 정밀여과 또는 한외여과 과정을 거친 다음에 최종 유출수를 얻을 수 있도록 함이 바람직하다.

이때, 상기 외탄소원은 메탄올, 아세트산 또는 하·폐수 슬러지, 농수축산 폐수 및 폐기물 또는 음식물 쓰레기로부터 기인한 휘발성 유기산 함유 산발효액 및 응축수 등을 활용하게 된다.

다음은 전술한 바와 같이 이루어지는 장치에 대한 작동 관계는 공통적으로 본 발명인 처리방법의 단계에 따라 다음과 같이 이루어지게 된다.

즉, 공통적으로 무산소조 형태로 구성된 최종침전지로 유입수를 공급하는 유입수공급단계와, 최종침전지로부터 무산소 상태인 반송슬러지라인을 거쳐 포기조로 슬러지의 반송이 이루어지는 반송단계와, 포기조 내부의 슬러지를 최종침전지로 급송이 이루어지고 잉여슬러지는 외부로 배출시키는 급송단계와, 상기 반송단계나 상기 급송단계에서 외부탄소원을 공급하는 탄소원공급단계와, 그리고, 상기 포기조 또는 상기 최종침전지를 거쳐 처리된 유출수를 외부로 배출시키는 배출단계를 거치면서 질소, 인을 제거하여 하ㆍ폐수를 처리하게 된다.

이때, 유입수공급단계는 도1 및 도3에 예시한 바와 같이 최초침전지로부터 포기조를 거치지 아니하고 직접 최종침전지로 유입수의 공급이 이루어지거나 아니면 도2에 예시한 바와 같이, 최초침전지로부터 포기조를 거쳐 최종침전지로 유입수의 공급이 순차적으로 이루어질 수 있다.

다음, 반송단계 및 탄소원공급단계의 경우에는 무산소조 상태인 최종침전지로부터 무산소 상태인 반송슬러지라인을 거쳐 포기조로 슬러지의 반송이 이루어지되 도1에 예시한 바와 같이 단순한 형태의 반송슬러지라인이나 아니면 도2 및 도3에 예시한 바와 같이 지그재그 순환형으로 개조하여 이루어진 반송슬러지라인을 거쳐 반송이 이루어지되, 도1에 예시한 바와 같이 무산소 상태인 최종침전지에 외부탄소원을 공급하거나 아니면 도2 및 도3에 예시한 바와같이 무산소 상태인 반송슬러지라인에 외부탄소원을 공급하여 외부탄소원이 공급된 상태로서 무산소 상태의 체류시간을 증가시켜 질소 및 인을 효과적으로 제거하게 된다.

다음, 포기조로부터 최종침전지로 슬러지의 급송단계에서는 중간에 잉여슬러지는 외부로 배출시켜 순환되는 슬러지량을 적정수준으로 유지하면서 도1 및 도3에 예시한 바와같이 순수하게 슬러지의 급송만이 이루어지도록 하거나 아니면 도2에 예시한 바와 같이 처리를 위한 물의 공급도 함께 이루어지도록 할 수 있다.

다음, 최종적으로 처리가 이루어진 유출수의 배출단계는 도2에 예시한 바와 같이 최종침전지를 거쳐 외부로 배출이 이루어지도록 하거나, 아니면 도1 및 도3에 예시한 바와 같이, 포기조에서 끝부분에 설치된 여과격막 (baffle)을 거치도록 하여 상등액이 정밀여과 또는 한외여과 과정을 거친 다음에 최종 유출수 상태로서 미생물 및 대장균 등이 제거된 상태로 우수한 수질 상태로서 외부로 배출이 이루어지도록 하게 된다.

또한, 필요한 경우, 최종침전지에서는 하부의 슬러지 스크래퍼의 회전 속도를 조절하여 하수와 슬러지, 그리고 외부탄소원의 혼합을 유도함으로써 짧은 시간 내에효과적인 탈질을 가능하게 한다. 이때, 미생물은 탈질이 완료되면 잔존하는 유기물을 세포 내로 저장하며 인을 세포로부터 방출하게 되며, 방출된 인은 미생물이 최종침전지로부터 포기조로 반송된 후에 과량으로 다시 미생물 세포 내로 흡수되게 된다. 이렇게 과량의 인을 세포 내로 흡수한 미생물은 포기조 후단에서 최종침전지로 이송되는 과정에서 일부 잉여슬러지로 폐기되게 된다.

물론, 대장균 제거를 위한 별도의 시설을 갖추고 있거나, 대장균의 제거가 필요하지 않은 경우에는 도2에 도시한 바와 같은 간단한 공정 개선을 통해 질소 및 인의 제거 효율을 높일 수 있다. 반송 슬러지 배관을 순환형으로 개조하여 최종침전지로부터 포기조까지의 반송되는 미생물의 체류시간을 늘려주어 무산소 시간을 증가시키고 여기에 외부탄소원을 주입하여 반송 슬러지 내의 질산성 질소를 탈질 시키는 동시에 인 방출을 유도하게 되는 것이다. 이 경우에도 과량의 인을 세포 내로 흡수한 미생물은 포기조 후단에서 최종침전지로 이송되는 과정에서 일부 잉여슬러지로 폐기되어 제거할 수 있다.

더우기, 도1에 예시한 바와 같이 대장균을 제거하면서 거기에다가 질소, 인 제거 효율을 보다 향상시키고자 하는 경우에는, 도3에 도시한 바와 같이 도1과 도2를 조합하는 새로운 형태를 고려할 수 있다. 이 경우에는 최종침전지를 무산소조로 사용하는 것 외에도 반송 슬러지 배관을 순환형으로 개조하여 무산소조 및 혐기조의 역할을 하게 함으로써 질소와 인을 보다 효과적으로 제거할 수 있으며, 또한 과량의 인을 세포 내로 흡수한 미생물을 포기조 후단에서 최종침전지로 이송되는 과정에서 일부 잉여슬러지로 폐기하며, 동시에 상등액은 정밀여과 또는 한외여과에 의한 여과막에 의하여 여과가 이루어지면서 미생물 및 대장균 등을 제거함으로써 유출수가 우수한 처리수 수질을 확보할 수 있게 된다.

실제로, 아래의 표1과 같은 성상을 갖는 하수처리장 반송슬러지를 사용하여 국내특허 제320363호와 관련된 고속발효건조장치를 이용하여 일일 20톤의 음식물쓰레기를 처리할 때 부산물로 배출되는 음식폐기물 응축수(국내특허출원 제10-2003-8849호)를 외부 탄소원으로 주입한 경우 (주입량=0.5%, 부피비), 무산소 상태를 유지하며 최종침전지에서 하부의 슬러지 스크래퍼의 회전 속도를 150rpm의 속도로 교반하였을 때, 약 10분 이내에 5.01mg NO₃-N/g VSS/hr의 속도로 100% 탈질이 일어나며, 그 후에는 잔존하는 휘발성 유기산 및 기타 유기물을 이용하여 인 방출이 진행되는 결과가 도출되었다.

따라서, 반송 슬러지 배관을 순환형으로 개조하는 경우, 미생물이 탈질 및 인 방출에 필요한 시간만큼 무산소 상태로 체류하여 질소, 인 제거 효율을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.

항목	음식폐기물 응축수	반송 슬러지
TCODcr (mg/L)	20,340	38
SCODcr (mg/L)	20,067	11
T-N (mg/L)	81	8.4
NH₃-N (mg/L)	73	3.6
NO₃-N (mg/L)	2-3	3.8-6.5
T-P (mg/L)	10	34
Ortho-P (mg/L)	10	25
SS (mg/L)	불검출	7,500
VSS (mg/L)	불검출	5,780
TVFAs as COD (mg/L)	9,340	0

따라서, 이와 같은 본 발명에 의한 경우, 유기물이 탈질 및 인 방출에 대부분 사용되고, 세포 합성에는 상대적으로 적은 양이 사용되어 슬러지 생산량이 감소하게 되며, 여과격막을 통과한 최종 유출수는 다양한 용도로 재이용할 수 있게 된다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면 기존하수처리장에 질소, 인 제거를 위한 고도처리공정을 추가로 신설하지 않고도 기존 시설을 개선하여 사용함으로써 부지 활용성을 높이고 하·폐수처리 비용을 대폭 절감할 수 있으며, 유기물 및 질소, 인은 물론 대장균까지 효과적으로 제거함으로써 최종 방류수의 재이용성을 높일 수 있다.

Claims

침사지를 거쳐 최초침전지, 포기조, 및 최종침전지를 포함하여 여러 단계를 거쳐 하ㆍ폐수의 처리가 이루어지는 통상의 하ㆍ폐수처리 방법에 있어서,

무산소조 형태로 구성된 최종침전지로 유입수를 공급하는 유입수공급단계,

최종침전지로부터 무산소 상태인 반송슬러지라인을 거쳐 포기조로 슬러지의 반송이 이루어지는 반송단계,

포기조 내부의 슬러지를 최종침전지로 급송이 이루어지고 잉여슬러지는 외부로 배출시키는 급송단계,

상기 반송단계나 상기 급송단계에서 외부탄소원을 공급하는 탄소원공급단계, 그리고,

상기 포기조 또는 상기 최종침전지를 거쳐 처리된 유출수를 외부로 배출시키는 배출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표준활성슬러지공법의 개선과 외부 탄소원 주입으로 질소, 인을 제거하여 하ㆍ폐수를 처리하는 방법.
침사지를 거쳐 최초침전지, 포기조, 및 최종침전지를 포함하여 여러 단계를 거쳐 하ㆍ폐수의 처리가 이루어지는 통상의 하ㆍ폐수처리 방법에 있어서,

상기 최종침전지는 무산소 상태인 처리조 형태로 구성하고,

상기 최종침전지와 상기 포기조 사이엔 무산소 상태인 반송슬러지라인을 구성하며,

상기 무산소 상태 부위엔 외부로부터 탄소원을 공급하기 위한 탄소원공급부를 설치하며,

상기 포기조와 상기 최종침전지 사이엔 슬러지급송라인을 구성하되 상기 슬러지급송라인의 중간에 잉여슬러지 배출부를 마련하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 표준활성슬러지공법의 개선과 외부 탄소원 주입으로 질소, 인을 제거하여 하ㆍ폐수를 처리하는 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 최초침전지와 포기조를 연결하지 않고 상기 최초침전지와 상기 최후침전지 사이를 직접 연결하는 유입수의 직접적인 급송라인을 설치하고,

상기 포기조에 외부로 유출수를 배출시키기 위한 유출수배출구를 마련하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 표준활성슬러지공법의 개선과 외부 탄소원 주입으로 질소, 인을 제거하여 하ㆍ폐수를 처리하는 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 최초침전조와 상기 포기조 사이에 유입수 급송라인이 설치되고, 상기 포기조와 상기 최종침전지 사이에 상기 슬러지급송라인이 설치되어지되 상기 슬러지급송라인을 경유 상기 슬러지이외에 처리수의 급송이 동시에 이루어지며, 상기 최종침전지에 외부로 유출수를 배출시키기 위한 유출수배출구를 마련하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 표준활성슬러지공법의 개선과 외부 탄소원 주입으로 질소, 인을 제거하여 하ㆍ폐수를 처리하는 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 반송슬러지라인이 지그재그 순환형으로 개조하여 이루어지고 무산소 상태의 체류시간을 증가시켜 질소 및 인을 효과적으로 제거하는 것을 특징으로 하는 표준활성슬러지공법의 개선과 외부 탄소원 주입으로 질소, 인을 제거하여 하ㆍ폐수를처리하는 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 포기조 끝부분에 여과격막 (baffle)을 설치하여 상등액을 정밀여과 또는 한외여과 과정을 거친 다음에 최종 유출수를 얻을 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 표준활성슬러지공법의 개선과 외부 탄소원 주입으로 질소, 인을 제거하여 하ㆍ폐수를 처리하는 장치.