KR20090121860A - Apparatus for biological treatment of wastewater including sequencing batch reactor linked with air-flotation process, and method for wastewater treatment using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 미세기포를 발생시켜 슬러지를 부상분리시키는 기술과 연속 회분식 하수처리장치를 결합시켜 하수를 생물학적으로 고도처리하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연속 회분식 반응 공정을 진행함에 있어서 산기관으로 유입되는 공기의 압력을 선택적으로 조절함으로써, 질산화 반응 및 인 섭취 반응에 필요한 산소를 공급할 뿐만 아니라 미세기포를 발생시켜 반응이 완료된 하수로부터 슬러지를 부상분리하여 경제적, 효율적으로 하수를 생물학적으로 고도처리하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a device and method for biologically advanced sewage treatment by combining a technique for generating fine bubbles and flotation of sludge and a continuous batch sewage treatment apparatus, and more particularly, in a continuous batch reaction process. By selectively adjusting the pressure of the air flowing into the diffuser, it not only supplies oxygen required for nitrification and phosphorus intake reaction, but also generates microbubbles to separate the sludge from the sewage from which the reaction is completed, thereby economically and efficiently discharging sewage. An apparatus and method for advanced processing.
전지구적으로 환경에 대한 우려가 높은 현시점에서 안전하고 깨끗한 물 환경에 대한 인간의 욕구는 계속해서 증가하고 있다. 기존에 유기물 제거만을 대상으로 하였던 하수처리의 기능은 질소, 인 제거를 포함하는 고도처리기술이 적용됨으로써 향상되어왔다. At a time when global environmental concerns are high, human desire for a safe and clean water environment continues to grow. The function of sewage treatment, which previously targeted only organic matter removal, has been improved by applying advanced treatment technologies including nitrogen and phosphorus removal.
고도처리기술은 크게 물리ㆍ화학적 처리와 생물학적 처리, 그리고 두 가지 방법을 동시에 이용하는 복합 처리로 구별할 수 있다. 물리ㆍ화학적 처리로는 응집ㆍ침전, 분리, 흡착, 이온교환, 산화 등이 있으며 생물학적 처리에는 호기적 처리, 혐기적 처리, 호기적 처리와 혐기적 처리의 조합 등이 대표적으로 포함된다. 복합 처리는 물리화학적, 생물학적 처리단계의 다양한 단위공정으로 이루어진 수처리 기술이다. Advanced treatment technology can be largely divided into physical and chemical treatments and biological treatments, and complex treatments using both methods simultaneously. Physical and chemical treatments include flocculation, sedimentation, separation, adsorption, ion exchange, and oxidation. Biological treatments include aerobic treatment, anaerobic treatment, a combination of aerobic treatment and anaerobic treatment. Combined treatment is a water treatment technology consisting of various unit processes of physicochemical and biological treatment steps.
일반적으로 질소와 인을 제거하기 위한 여러 가지 고도처리방법 중에서 생물학적 제거가 가장 선호되고 있다. 이는 ① 처리 효율이 높고, ② 공정의 안정성과 신뢰도가 높고, ③ 공정운전이 비교적 쉽고, ④ 처리비용이 경제적이기 때문이다. 여러 가지 생물학적 고도처리공정들은 기본적으로 활성슬러지 공정의 형태를 활용하지만 질소와 인의 제거를 위하여 혐기성(anaerobic), 무산소 (anoxic) 그리고 호기성 (aerobic) 조건이나 반응조를 적절히 혼합사용하고 있다. 국내에서 개발된 생물학적 고도처리공정의 변형공법은 50여개로서, 가장 기본적인 질소와 인의 혼합제거에 사용되는 공정들로는 A2/O공정, 5단계 바덴포(Badenpho) 공정, UCT공정, VIP공정 및 연속회분식 반응 공정 (SBR) 등이 있다. In general, biological removal is the most preferred method among various advanced treatment methods for removing nitrogen and phosphorus. This is because ① processing efficiency is high, ② process stability and reliability are high, ③ process operation is relatively easy, and ④ processing cost is economical. Many biological advanced treatment processes utilize the form of activated sludge process, but use a mixture of anaerobic, anaerobic and aerobic conditions or reactors to remove nitrogen and phosphorus. There are about 50 modifications of the advanced biological treatment process developed in Korea. The most basic processes used to remove nitrogen and phosphorus include A2 / O process, 5-step Badenpho process, UCT process, VIP process and continuous batch process. Reaction process (SBR) and the like.
그 중에서, 연속 회분식 반응 공정은 채우고 제거하는 (Fill-and-Draw)식의 활성슬러지 처리공정이다. 상기 공정은 활성슬러지 공법의 공간적 개념을 시간적 개념으로 전환시킨 것으로, 별도의 혐기조, 무산소조, 폭기조뿐만 아니라 슬러지 및 질소 제거를 위한 내부반송라인과 펌프, 그리고 최종 침전조를 필요로 하지 않는다. 하나의 반응조에서 ① 유입(Fill) ② 반응(React) ③ 침전(Settle) ④ 배 출(Draw) ⑤ 휴지(Idle)의 5단계를 거쳐 하수를 고도처리한다. Among them, the continuous batch reaction process is a fill-and-draw activated sludge treatment process. The process converts the spatial concept of activated sludge process into a temporal concept and does not require separate anaerobic, anoxic and aeration tanks as well as internal transfer lines and pumps for sludge and nitrogen removal, and a final settling tank. In one reactor, the sewage is advanced through five stages: ①
연속 회분식 반응 공정은 ① 하수 유입과정이 균등조 역할을 하기 때문에 부하변동이나 충격부하에 대한 대처가 가능하고; ② 단일 반응조에서 고도처리에 필요한 모든 과정이 시간적 변화에 따라 일어남으로 소요부지 면적을 최소화 할 수 있고; ③ 최종 침전지와 슬러지 반송이 필요 없어 설치비, 유지관리비가 저렴하고; ④ 운전 자동화를 통한 운전의 용이성이 높고 유입원수의 성상에 따라 운전인자의 조절이 용이하여 환경변화에 대한 탄력적인 대응이 가능한 장점을 가지고 있어 중·소규모 시설에 많이 적용되고 있다.The continuous batch reaction process can cope with load fluctuations or impact loads because ① the sewage inflow process acts as an equalizer. ② All the processes required for advanced treatment in a single reactor can be minimized by changing time; ③ The installation cost and maintenance cost are low because the final settling basin and sludge return are not necessary; ④ It is highly applied to small and medium-sized facilities because it has high merit of easy operation through automation of operation and easy adjustment of driving factors according to the characteristics of inflowing water, so that it can flexibly respond to environmental changes.
최근 연속 회분식 반응조에 다양한 미생물을 확보할 수 있는 여재(media)를 투입시킨 SBBR (sequencing batch biofilm reactor)이 소개되고 있다. SBBR은 연속 회분식 반응조의 장점과 바이오필름 공법의 장점을 이용하여 소규모 처리장에 적합한 질소·인 제거공정으로 적용할 수 있다. 연속 회분식 반응조에 고정상 여재(fixed media)를 이용하는 경우는 대부분 EBPR(enhanced biological phosphorus removal)형태로 운전되고 있으며, 부유상 여재 (moving media)를 이용하는 경우에도 질소와 인의 동시 제거가 가능하다. 특히 SBBR에서는 호기 조건에서 암모니아성 질소가 산화하는 것에 비해 적은 양의 아질산성 질소와 질산성 질소가 생성되므로 호기 조건에서 생물막 내에 혐기와 호기 조건이 존재하는 SND (simultaneous nitrification and denitrification)가 형성되어 동시에 질산화와 탈질이 가능하다. 그러나 생물막이 너무 두꺼워지면 인 제거에 어려움이 있어 일정한 주기로 역세척 (backwashing)을 해야 하는 번거로움이 있다.Recently, a sequencing batch biofilm reactor (SBBR) has been introduced in which a medium capable of securing various microorganisms is introduced into a continuous batch reactor. SBBR can be applied as a nitrogen / phosphorus removal process suitable for small-scale plants by taking advantage of the continuous batch reactor and the advantages of the biofilm process. In most cases, fixed media (EBPR) is used in a continuous batch reactor in the form of enhanced biological phosphorus removal (EBPR), and nitrogen and phosphorus can be simultaneously removed even in the case of using a floating media. In particular, SBBR produces less nitrite and nitrate nitrogen than ammonia nitrogen oxidizes under aerobic conditions, so that SND (simultaneous nitrification and denitrification) in which anaerobic and aerobic conditions exist in the biofilm is formed at the same time. Nitrification and denitrification are possible. However, if the biofilm becomes too thick, it is difficult to remove phosphorus, which causes the need for backwashing at regular intervals.
연속 회분식 반응조의 처리과정 중 침전단계에서는 폭기와 교반을 모두 중지한 후 중력으로 활성슬러지와 처리수를 고액분리시키고 배출단계에서 일반적으로 디켄터(decanter)를 사용하여 상징수(처리수)를 배출시켜 반응조의 수위를 원래대로 낮추게 된다. 처리수 배출과정에서는 일반적으로 반응 후 처리수의 약 50∼60%를 배출하는데, 이는 60%를 초과할 경우 침전된 슬러지가 유실되는 (sludge washout) 문제가 발생하여 처리수질의 악화가 될 우려가 있기 때문이다. 특히 사상성 미생물이 성장하여 슬러지와 처리수의 침전분리가 곤란해지는 슬러지 팽화 (bulking)현상이 나타나는 경우에는 원활한 처리수의 배출이 불가능하게 된다. In the sedimentation stage of the continuous batch reactor, the aeration and agitation are stopped, and the activated sludge and the treated water are separated into solids by gravity, and the decanter is generally discharged using a decanter to discharge the supernatant (treated water). The level of the reactor is lowered as it is. In the process of discharging the treated water, generally, about 50 to 60% of the treated water is discharged after the reaction. If the amount exceeds 60%, sludge washout occurs, which may cause deterioration of the treated water quality. Because there is. In particular, when the filamentous microorganism grows and sludge bulking occurs that makes it difficult to separate the sludge and the treated water, it is impossible to discharge the treated water smoothly.
이러한 현상은 유입 하수의 성상 변화, 처리시설의 비정상 가동이 가장 큰 원인이 되는데 유입 하수중의 탄수화물 함유량 증가, 폭기시 용존산소의 부족, 반응조 내 슬러지 (MLSS)의 과대 또는 과소, 낮은 고형물 체류시간 (SRT), 높은 폭기조 체류시간, 온도 저하 등에 의하여 발생하여 심각한 운전상의 문제점을 야기한다. 이러한 슬러지 팽화현상의 제어 방법으로는 잉여 슬러지 폐기량의 조절을 통한 반응조 MLSS 농도 조절, 용존산소 조절, 응집제 (alum) 또는 염소 (NaOCl) 투입 등이 있고 가장 실질적으로 효과 있는 방법은 슬러지를 교체하는 것인데 이럴 경우 처리시설의 운전이 정상적으로 이루어지기까지는 상당시간이 소요된다. This is most likely due to changes in the influent sewage, abnormal operation of the treatment plant, including increased carbohydrate content in the influent sewage, lack of dissolved oxygen during aeration, excessive or undersized sludge (MLSS) in the reactor, and low solids residence time. (SRT), high aeration tank residence time, temperature drop, etc., which cause serious operational problems. Controlling such sludge swelling includes controlling the reactor MLSS concentration by adjusting excess sludge waste volume, adjusting dissolved oxygen, adding alum or chlorine (NaOCl), and the most practical method is to replace the sludge. In this case, it takes a long time for the operation of the treatment plant to operate normally.
또한 처리수의 배출을 위하여 설치하는 디켄터 (decanter)는 고가이며 고장시 처리공정 운전이 중단된다. In addition, the decanter installed for the discharge of treated water is expensive and in the case of failure, the operation of the decanter is stopped.
최근 환경부는 기존의 오수·분뇨법을 하수도법 체계로 통합하여 2007년 9월부터는 개정·공포된 하수도 법령이 시행되고 있다. 새로 시행되고 있는 하수도 법 령의 주요 변경 내용 중에는 처리시설 규모와 관련된 방류수 수질기준의 강화와 물순환 이용 촉진을 위한 공공하수처리시설의 처리수 재이용에 관한 의무 사항이 포함되어 있다. 이에 따르면 1일 처리용량 50m3 이상의 오수처리시설에 대해서는 방류수 수질기준을 공공하수처리시설과 동일하게 강화하여 BOD, SS 10㎎/ℓ 이하, 총질소 20㎎/ℓ 이하, 총인 2㎎/ℓ 이하, 대장균군수 3,000개/㎖ 이하를 준수하도록 개정되었으며 기존시설은 2012년 1월 1일부터 개정법을 적용하는 것으로 되어 있다. 따라서 소규모 하수처리시설에 적합한 생물학적 고도처리공법 시장규모(신규 및 고도처리전환 사업 포함)가 급증할 것으로 예상된다. Recently, the Ministry of Environment integrates the existing sewage and manure laws into the sewerage system. Major changes to the sewage legislation that are being implemented include obligations to reclaim treated water in public sewage treatment facilities to strengthen discharge water quality standards and promote water circulation. According to one days capacity 50m 3 or more sewage treatment facilities for effluent water quality standards for strengthening the same as the public sewage treatment plants BOD,
본 발명은 기존의 연속 회분식 반응조에서 발생하는 문제점을 해소하기 위하여, 슬러지 팽화현상에 대응 가능하고 반응조 내 슬러지 농도를 고농도로 유지함으로써 생물학적 질소와 인 처리효율이 증대되는 연속 회분식 반응조 포함 생물학적 하수고도처리 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다. In order to solve the problems occurring in the existing continuous batch reactor, the present invention can cope with sludge swelling and maintain a high concentration of sludge in the reactor to increase biological nitrogen and phosphorus treatment efficiency. An apparatus and a method thereof are provided.
본 발명은 반응조(1); 상기 반응조의 내부에 구비된 교반기(2); 상기 반응조의 내부 하단에 구비된 산기관(3); 상기 반응조의 측면에 연결된 하수 유입부(4); 상기 반응조의 하부 측면에 연결된 처리수 유출부(5); 상기 교반기, 산기관, 하수 유입부 및 처리수 유출부에 연결된 제어부(6);및 상기 제어부에 연결된 반응조 수위 센서(7)를 포함하는 생물학적 하수처리장치를 제공한다. The present invention is a reaction tank (1); A stirrer (2) provided inside the reactor; An acid pipe (3) provided at an inner lower end of the reactor; A sewage inlet 4 connected to the side of the reactor; A treated water outlet 5 connected to the lower side of the reactor; It provides a biological sewage treatment apparatus including a stirrer, an diffuser, a sewage inlet and a treatment water outlet connected to the control unit (6); and a reactor level sensor (7) connected to the control unit.
또한, (a)슬러지가 포함된 반응조에 하수를 유입하고 교반하여, 슬러지와 하수를 혼합하고 탈질반응 및 인 방출반응을 유도하는 단계; (b)상기 하수를 폭기하여 질산화반응 및 인 섭취반응을 유도하는 단계; (c)상기 하수를 교반하여 탈질반응을 유도하는 단계; (d)미세기포를 이용하여 상기 반응이 완료된 하수를 슬러지 및 처리수로 고액분리하는 단계; 및 (e)상기 분리된 처리수를 방류하는 단계를 포함하는 생물학적 하수처리방법을 제공한다.In addition, (a) by introducing the sewage into the reaction tank containing the sludge and stirring, mixing the sludge and the sewage, inducing denitrification and phosphorus release reaction; (b) aeration of the sewage to induce nitrification and phosphorus intake; (c) stirring the sewage to induce denitrification; (d) solid-liquid separation of the sewage from which the reaction is completed using sludge and treated water using a microfiber cloth; And (e) provides a biological sewage treatment method comprising the step of discharging the separated treated water.
또한, 상기 하수처리장치를 이용하는 생물학적 하수처리방법으로서, (a)슬러지가 포함된 반응조(1)에 하수 유입부(4)를 통하여 하수를 유입하고, 교반기(2)로 교반하여, 슬러지와 하수를 혼합하고 탈질반응 및 인 방출반응을 유도하는 단계; (b)산기관(3)을 이용하여 하수를 폭기하여 질산화반응 및 인 섭취반응을 유도하는 단계; (c)교반기(2)로 하수를 교반하여 탈질반응을 유도하는 단계; (d)상기 산기관(3)으로부터 발생되는 미세기포를 이용하여 상기 반응이 완료된 하수를 슬러지 및 처리수로 고액분리하는 단계; 및 (e)처리수 유출부(5)를 통하여 상기 분리된 처리수를 방류하는 단계를 포함하는 생물학적 하수처리방법을 제공한다.In addition, as a biological sewage treatment method using the sewage treatment apparatus, (a) the sewage is introduced into the reaction tank (1) containing the sludge through the sewage inlet (4), stirred with a stirrer (2), sludge and sewage Mixing and inducing a denitrification reaction and a phosphorus release reaction; (b) aeration of sewage using an acid pipe (3) to induce nitrification and phosphorus intake; (c) inducing denitrification by stirring the sewage with a stirrer (2); (d) solid-liquid separation of the sewage from which the reaction is completed into sludge and treated water using microbubbles generated from the diffuser (3); And (e) provides a biological sewage treatment method comprising the step of discharging the separated treated water through the treated water outlet (5).
본 발명의 일실시예에 따른 슬러지 부상분리 방식이 결합된 연속 회분식 반응조 포함 하수고도처리 장치 및 이를 이용한 하수고도처리 방법을 이용하면, 슬러지 팽화현상에 완벽하게 대응하여 유기물, 질소 및 인의 생물학적 처리효율이 증대될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 하수고도처리 장치 및 이를 이용한 하수고도처리 방법을 이용하면, 처리수의 약 75% 이상을 배출하여도 슬러지의 유실이 거의 없으므로 반응조 내 슬러지의 고농도화가 가능하여 처리용량을 증가시키고 전체 처리시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 기존의 연속회분식 반응조에서 처리수의 배출을 위해 필수적이었던 고가의 디켄터가 필요하지 않으므로 설치비 및 유지관리비를 절감할 수 있다. 한편, 공기를 이용한 슬러지 부상분리시 충분한 산소가 공급되어 처리수의 용존 산소농도가 5~6 mg/L 이상으로 유지되기 때문에 방류 수역의 산소고갈에 따른 수생태에 미치는 악영향을 방지할 수 있다.When the sewage altitude treatment apparatus including the continuous batch reactor combined with the sludge flotation method according to an embodiment of the present invention and the sewage altitude treatment method using the same, the biological treatment efficiency of organic matter, nitrogen and phosphorus in response to the sludge swelling phenomenon perfectly This can be increased. When using the sewage treatment apparatus and the sewage treatment method using the same according to an embodiment of the present invention, there is almost no loss of sludge even when discharging more than about 75% of the treated water, it is possible to increase the concentration of sludge in the reaction tank To increase the overall processing time. In addition, expensive decanters, which were necessary for the discharge of the treated water in the conventional continuous batch reactor, do not require an expensive decanter, thereby reducing installation and maintenance costs. On the other hand, when the sludge flotation using air, sufficient oxygen is supplied so that the dissolved oxygen concentration of the treated water is maintained at 5 to 6 mg / L or more, thereby preventing adverse effects on the water ecology due to oxygen depletion in the discharge water.
본 발명은 슬러지 부상분리 방식과 연속 회분식 반응조를 결합시킴으로써, 중력 침전단계 대신 부상분리 방식을 채택하여, 슬러지의 유실 및 슬러지 팽화현상이 처리수질에 미치는 영향을 최소화할 수 있는 하수고도처리 장치 및 이를 이용한 하수고도처리 방법을 제공한다.The present invention combines the sludge flotation method and the continuous batch reactor, by adopting the flotation separation method instead of the gravity sedimentation step, sewage altitude treatment apparatus that can minimize the effect of sludge loss and sludge swelling on the treated water quality and the same Provides an advanced sewage treatment method.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 슬러지 부상분리 방식이 결합된 연속 회분식 반응조 포함 하수고도처리장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 하수고도처리장치를 이용하는 하수고도처리방법의 개략적 순서도이다. 1 is a block diagram of a sewage altitude treatment apparatus including a continuous batch reactor combined with a sludge flotation method according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a sewage altitude using the sewage altitude treatment apparatus according to an embodiment of the present invention. A schematic flowchart of the treatment method.
본 발명의 일실시예에 따른 슬러지 부상분리 방식이 결합된 연속 회분식 반응조 포함 생물학적 하수고도처리장치는 반응조(1); 상기 반응조의 내부에 구비된 교반기(2); 상기 반응조의 내부 하단에 구비된 산기관(3); 상기 반응조의 측면에 연결된 하수 유입부(4); 상기 반응조의 하부 측면에 연결된 처리수 유출부(5); 상기 교반기, 산기관, 하수 유입부 및 처리수 유출부에 연결된 제어부(6);및 상기 제어부에 연결된 반응조 수위 센서(7)를 포함할 수 있다. 특히 상기 하수 유입부 및 처리수 유출부는 하나의 펌프(8)에 연결되고, 상기 펌프가 제어부에 연결되어 하수 유입부 및 처리수 유출부를 교대로 가동시킬 수 있다. 또한 산기관은 에어컴프레서(air compressor)(9)에 연결되고, 상기 에어컴프레서가 제어부에 연결되어 에어컴프레서의 공기 압력이 조절될 수 있다.Biological sewage treatment apparatus including a continuous batch reactor combined with a sludge flotation method according to an embodiment of the present invention is a reaction tank (1); A stirrer (2) provided inside the reactor; An acid pipe (3) provided at an inner lower end of the reactor; A sewage inlet 4 connected to the side of the reactor; A treated water outlet 5 connected to the lower side of the reactor; The
상기 반응조(1)는 하수 유입부(4)에 연결된 펌프(8)를 통해 저류조(11)로부터 하수를 공급받을 수 있다. 하수는 분배관을 통해 반응조(1) 내에 공급되는데 하수 유입지점은 반응조 하부 또는 상부 중 한 곳에 편의에 따라 위치시킬 수 있다. 상기 반응조(1) 내에는 고농축 슬러지가 식종(seeding)되어 있거나, 이전 사이클에 서 부상분리에 의해 고농도로 농축된 슬러지가 있을 수 있다. 상기 반응조(1)에 하수가 유입되어 수위가 상기 반응조 내부 상측에 위치한 교반기(2)의 임페라보다 높아지면, 반응조 수위 센서(7)와 연결된 제어부(6)에 의해 교반기(2)가 작동되면서 유입하수와 반응조(1) 내 고농축 슬러지가 균일하게 혼합된다. 하수 유입이 계속되어 반응조(1) 내 하수 수위가 일정부분까지 상승하면 하수 유입부(4)에 연결된 펌프(8)와 연동되어 있는 제어부(6)에서 하수 유입을 차단시킬 수 있다. 하수 유입이 차단된 이후에도 교반은 계속 수행된다. The reaction tank 1 may be supplied with sewage from the
상기 단계는 약 55분 내지 65분 동안 진행될 수 있고, 상기 하수 유입 및 교반으로 인하여 상기 반응조에서는 하수 내 잔류하는 질소 산화물의 탈질화 및 인의 방출 반응이 진행된다. The step may be performed for about 55 to 65 minutes, and the reaction of the denitrification of nitrogen oxides remaining in the sewage and release of phosphorus proceeds in the reactor due to the inflow and agitation of the sewage.
상기 교반기(2)에 의해 혼합과정이 진행되는 상태에서 상기 반응조 내부 하단에 구비된 산기관(3)으로부터 산소가 공급되면서 폭기 단계가 시작될 수 있다. 상기 과정은 약 80분 내지 100분 동안 유지될 수 있고, 상기 단계에서는 인의 과잉섭취 및 유기물과 암모니아성 질소의 산화(질산화) 반응이 진행된다. 이 때 상기 산기관(3)으로부터의 산소 공급은 산기관에 연결된 에어컴프레서(9)의 공기압을 조절하여 이루어지고, 상기 공기압은 제어부(6)에 의하여 2.5~3.0 kgf/cm2 내외로 조절되어 유지될 수 있다. 상기 산기관(3)은 최대 6.0 kgf/cm2에서 형태의 변형이 나타나지 않는 강도를 가질 수 있다. In the state where the mixing process is performed by the
상기 폭기 단계가 완료되면 제어부(6)에서 산기관으로의 공기 공급을 중단시킬 수 있다. 그 이후 약 40분 내지 60분 동안 교반기(2)만을 작동되어 원활한 혼합을 유도할 수 있다. 상기 비폭기 교반 단계에서는 아질산성 또는 질산성 질소의 탈질화 반응이 진행되는데 상기 탈질화 반응은 내생탈질이거나 반응조 내에 잔류하는 유기물을 이용할 수 있다. 또한 상기 단계에서 탈질화에 부족한 유기물은 메탄올 등을 외부로부터 주입하여 공급하거나 최초 하수 유입량의 약 10~20% 내외의 하수를 추가로 공급하여 사용할 수 있다. When the aeration step is completed, the
상기 교반 단계의 진행 후 처리수 배출을 위한 슬러지의 고액분리 단계가 진행될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따라 슬러지 부상분리 방식을 도입함으로써 실제 운전상황에서 빈번히 발생하여 연속 회분식 반응조의 처리효율에 악영향을 미치는 슬러지 팽화현상에 완벽하게 대응할 수 있다. 또한 슬러지 팽화현상에 의한 문제를 해결하기 위한 운전인자 변화, 사상균 성장 억제를 위한 약품 투입, 슬러지 재식종(seeding) 등의 추가가 필요하지 않으므로 공정 운전이 매우 안정적이며 손쉽게 이루어질 수 있다. After the progress of the stirring step, the solid-liquid separation step of the sludge for the treatment water discharge may proceed. By introducing a sludge flotation method according to an embodiment of the present invention, it is possible to perfectly cope with the sludge swelling phenomenon which frequently occurs in an actual operation situation and adversely affects the treatment efficiency of a continuous batch reactor. In addition, the process operation is very stable and easy to perform because no change in operating factors to solve the problems caused by the sludge swelling, the addition of chemicals to suppress the growth of filamentous fungi, and the sludge seeding are required.
슬러지의 부상 고액분리는 미세기포를 산기관(3)으로부터 발생시킴으로써 시작될 수 있다. 상기 미세기포(크기: 40~80μm)는 제어부(6)에서 상기 산기관(3)으로 주입되는 공기의 압력을 조절함으로써 발생시킬 수 있으며, 공기압력은 1.5 내지 2.0 kgf/cm2로 유지될 수 있다. 상기 슬러지 부상분리 단계는 40분 내지 60분 동안 진행될 수 있으며 상기 미세기포가 공급되면서 슬러지와 처리수의 부상 고액분 리가 시작된다. 그 결과 슬러지는 반응조 상부에 농축되고 처리수는 반응조 하부에 위치하게 되어 반응조 하부 측면에 연결된 처리수 유출부(5)를 통하여 청정한 처리수를 방류할 수 있다. Floating solid-liquid separation of the sludge may be started by generating microbubbles from the
마지막으로 슬러지 부상고액분리가 완료된 상태에서 처리수의 방류가 진행될 수 있다. 구체적으로 상기 처리수는 상기 반응조 하부 측면의 처리수 유출부(5)를 통해 방류되는데 제어부(6)에서 처리수 유출부(5)에 연결된 펌프(8)를 가동시킴으로써 방류될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 의한 하수고도처리 장치는 기존의 연속회분식 반응조에서 처리수의 배출을 위해 필수적이었던 고가의 디켄터가 필요하지 않으므로 설치비 및 유지관리비를 절감할 수 있다. 상기 반응조 내 수위가 일정 부분까지 내려가면 제어부(6)에서 상기 펌프(8)의 작동을 정지시켜 처리수 유출을 차단할 수 있다. 상기 반응조로부터 방류되는 처리수의 양은 전체 처리수 부피의 약 75% 이상으로 할 수 있다. 기존의 연속 회분식 반응 공정과 달리 전체 처리수 부피의 약 75% 이상을 방류하여도 반응조 내 슬러지 유실이 적으므로 처리용량의 증대가 가능하고, 상기 반응조 내 미생물의 고농도화가 가능하여 처리효율을 상승시킬 수 있다. 상기 방류 단계는 약 15분 내지 25분 동안 진행될 수 있다.Finally, the discharge of the treated water can proceed with the sludge flotation solid separation completed. Specifically, the treated water is discharged through the treated water outlet 5 on the lower side of the reactor, which can be discharged by operating the
또한, 주기적으로 상기 펌프(8)를 사용하여 반응조(1)에 연결된 슬러지 배출부(10)를 통하여 고농도로 분리된 슬러지를 인발하여 고형물 체류시간 (solid retention time, SRT)을 조절할 수 있다. In addition, by using the pump (8) to draw a sludge separated in a high concentration through the
이상의 단계를 거쳐 본 발명의 일실시예에 의한 슬러지 부상분리 방식이 결합된 연속 회분식 반응조 포함 하수고도처리공정의 하나의 사이클이 종료하는 것이 고, 상기 사이클이 복수 회 반복될 수 있다. Through the above steps, one cycle of the sewage treatment system including the continuous batch reactor combined with the sludge flotation method according to one embodiment of the present invention is completed, and the cycle may be repeated a plurality of times.
이하, 본 발명에 대하여 실시예를 통해 더욱 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
<실시예><Example>
1) 실험장치 및 방법1) Experiment apparatus and method
본 실시예에서는 도 1에 도시된 바와 같은 70L의 연속 회분식 반응조를 제작하여 사용하였고 이것의 하부에는 슬러지의 부상분리를 위한 미세기포 발생용 산기관을 장착하여 유기물 산화, 질산화, 탈질화, 인의 방출/과잉섭취 및 부상분리 과정이 모두 진행될 수 있게 하였다. 본 실시예에서의 운전주기는 표 1에 도시된 바와 같으며 상기 반응조 내 슬러지 농도(MLSS)는 4,500~5,500 mg/L (평균 5,000 mg/L), 슬러지 체류시간은 30일, 운전온도는 15~22℃, 그리고 한 운전주기당 처리수 방류량은 유입하수의 75%로 하였다. 또한 본 실시예에서는 슬러지 용적지수 (sludge volume index, SVI)를 기준으로 침강성이 양호한 슬러지(SVI = 95 mL/g)와 불량한 슬러지(SVI = 300 mL/g)를 사용하여 슬러지 팽화현상에 따른 처리성능도 검토하였다. 본 실시예에서는 경기도 o 하수처리사업소의 유입하수를 채취하여 섭씨 10 ℃ 이하에서 냉장보관 후 사용하였으며 식종 슬러지도 동일 장소의 반송슬러지를 사용하였다. In this embodiment, a 70L continuous batch reactor as shown in FIG. 1 was manufactured and used, and a lower portion thereof was equipped with an acid pipe for generating microbubbles for flotation and separation of sludge. Allowing both overdose and flotation. The operating cycle in this embodiment is shown in Table 1, the sludge concentration (MLSS) in the reactor is 4,500 ~ 5,500 mg / L (average 5,000 mg / L), the sludge residence time is 30 days, the operating temperature is 15 ~ 22 ° C, and the treated water discharge rate per operation cycle was 75% of the influent sewage. In this embodiment, the sludge swelling process is performed using sludge (SVI = 95 mL / g) and poor sludge (SVI = 300 mL / g) based on the sludge volume index (SVI). Performance was also reviewed. In this example, inflow sewage from the sewage treatment plant of Gyeonggi-do was collected and used after refrigeration at 10 ° C or lower, and planting sludge was also used in the same place.
한편, 상기 슬러지의 팽화현상을 유도하기 위하여 인위적으로 수온 및 용존산소량(dissolved oxygen, DO)을 낮추고, 유지 함량이 높고 질소와 인이 결핍된 인공폐수를 유입시키는 반응조를 운전하면서 슬러지 팽화현상을 일으키는 사상균의 성장을 도모하였다. 상기 반응조 운전은 SVI 값이 300 mL/g 이상일 때까지 지속적으로 하였으며 이후 상기 슬러지를 본 발명의 슬러지 부상분리 방식이 결합된 연속 회분식 하수고도처리 장치에 식종하여 운전하였다. On the other hand, in order to induce the swelling phenomenon of the sludge artificially lower the water temperature and dissolved oxygen (DO), and the sludge swelling phenomenon while operating a reactor to introduce a high maintenance content, nitrogen and phosphorus-free artificial wastewater Growth of filamentous fungi was promoted. The reactor operation was continued until the SVI value is 300 mL / g or more, and then the sludge was operated by planting a continuous batch sewage treatment apparatus combined with the sludge flotation method of the present invention.
2) 실험결과2) Experiment result
본 실시예의 실험결과는 하기 표 2에 유입하수 성상 및 처리수 수질로 나타내었다. 유기물의 경우, 평균 120mg/L 의 BOD 및 평균 185 mg/L 의 COD 를 가지는 하수가 유입되었는데, 일반 슬러지(SVI = 95 mL/g)를 이용하여 식종한 반응기에서 처리수의 I 수질은 각각 4.0mg/L BOD와 9.1 mg/L COD로 분석되어 그 처리효율이 모두 95% 이상인 것을 확인하였다. 또한 벌킹 슬러지(SVI = 300 mL/g)를 이용하여 식종한 반응기에서 처리수 II의 수질분석결과, 처리수 I의 유기물 농도와 유사한 결과를 나타냄을 알 수 있었으며 슬러지 팽화현상에 따른 처리효율의 저해 현상은 발견되지 않았다. Experimental results of this example are shown in Table 2 inflow sewage properties and treated water quality. For organic matter, sewage with an average of 120 mg / L BOD and an average of 185 mg / L COD was introduced. The I water quality of the treated water in the reactors planted using ordinary sludge (SVI = 95 mL / g) was 4.0 Analysis of mg / L BOD and 9.1 mg / L COD confirmed that the treatment efficiency is more than 95%. In addition, the water quality analysis of treated water II in the reactor planted with bulking sludge (SVI = 300 mL / g) showed similar results to the concentration of organic matter in treated water I. The phenomenon was not found.
총질소 (T-N) 및 총인 (T-P)의 경우에도, 유기물의 경우와 마찬가지로 처리수 I과 II를 비교해 볼 때 슬러지 팽화현상에 따른 처리효율의 저해 현상은 발견되지 않았다. 처리수 I과 II 수질이 모두 총질소 (T-N)는 10 mg/L 이하, 총인 (T-P)은 1 mg/L 이하를 평균적으로 만족시킬 수 있었다. 이러한 수치는 처리용량 50m3 이상의 하수처리시설에 대해서 강화된 방류수 수질을 만족시키는 것이다.In the case of total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP), as in the case of organic matter, the treatment efficiency I and II were not inhibited when the treated waters I and II were compared. The total water (TN) was below 10 mg / L and the total phosphorus (TP) was below 1 mg / L. This value satisfies the enhanced discharge water quality for sewage treatment plants with a treatment capacity of 50 m 3 or more.
한편, 슬러지 팽화현상이 나타나는 경우 가장 먼저 유출수 내 SS(Suspended Solids, 부유물질량) 제거효율이 저하되는데, 이는 슬러지의 침강성이 악화되면서 처리수 중 다량의 슬러지가 동시에 유출되기 때문이다. 이 경우 종국에는 반응조 내 슬러지 농도(MLSS)가 점차 낮아져 정상적인 운전이 불가능해진다. 그러나, 표 2에 나타낸 바와 같이 본 실시예에 의한 하수고도처리 방법을 이용할 경우 슬러지의 침강성이 악화된 상황에서도 매우 안정적으로 SS 제거효율을 유지할 수 있었다. 본 실시예에서 평균 처리수 중의 SS 농도는 일반 슬러지를 식종한 경우(처리수 I) 3.0 mg/L로 분석되었고 벌킹 슬러지를 이용한 경우(처리수 II)에는 그 농도가 2.0 mg/L로 분석되어 오히려 슬러지 팽화 상태에서도 SS 제거효율이 약간 상승하였다. On the other hand, when sludge swelling occurs, first of all, the removal efficiency of SS (Suspended Solids) in the effluent is lowered, because a large amount of sludge in the treated water flows out simultaneously as the sludge deteriorates. In this case, the sludge concentration (MLSS) in the reactor is gradually lowered and normal operation is impossible. However, as shown in Table 2, when the sewage treatment method according to the present embodiment was used, the SS removal efficiency was very stably maintained even in a situation where the sludge settling property was deteriorated. In this example, the concentration of SS in the average treated water was analyzed as 3.0 mg / L when the general sludge was planted (treated water I), and the concentration was analyzed as 2.0 mg / L when the bulking sludge was used (treated water II). Rather, SS removal efficiency slightly increased even in the sludge expanded state.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 슬러지 부상분리 방식이 결합된 연속 회분식 반응조 포함 하수고도처리장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a sewage treatment apparatus including a continuous batch reactor combined with a sludge flotation method according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 하수고도처리장치를 이용하는 하수고도처리방법의 개략적 순서도이다. 2 is a schematic flowchart of a sewage altitude treatment method using an apparatus for treating sewage altitude according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1: 반응조 2: 교반기1: reactor 2: stirrer
3: 산기관 4: 하수 유입부3: diffuser 4: sewage inlet
5: 처리수 유출부 6: 제어부5: treated water outlet 6: control unit
7: 반응조 수위 센서 8: 펌프7: reactor water level sensor 8: pump
9: 에어컴프레서 10: 슬러지 배출부9: air compressor 10: sludge discharge section
11: 저류조11: reservoir
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