KR20120113746A - 폐수 전처리방법 및 그 전처리방법을 이용한 오염수처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐수 전처리방법에 관한 것으로, 상세하게는 폐수 원료를 제1에이레이션 탱크의 제1단에 유입한 후 제1농축혼합액과 혼합하여 제1혼합액을 얻는 단계(1); 제1에이레이션 탱크의 에이레이션 구간에서 제1혼합액에 대한 에이레이션 처리를 진행하여 제1에이레이션 탱크의 제2단에서 제2혼합액을 얻는 단계(2); 제2혼합액을 제1침전탱크에 유입한 후 침전처리를 진행하여 상층액 및 제1농축혼합액을 얻는 단계(3); 상층액을 배출하는 동시에 제1농축혼합액의 적어도 일부가 회류하여 제1에이레이션 탱크의 제1단에 피드백되는 단계(4);를 포함하는 폐수 전처리방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 그 전처리방법을 응용한 오염수 처리방법을 제공한다. 상기 전처리방법은 슬러지 배출이 필요없이 장기적이고 안정적인 운영을 실현할 수 있다.

Description

폐수 전처리방법 및 그 전처리방법을 이용한 오염수처리방법{Wastewater pretreatment method and sewage treatment method using the pretreatment method}

본원 발명은 하기와 같은 특허출원의 우선권을 청구한다.

(1) 2009년 12월 1일을 출원일로 하는 중국 특허출원 200910249722.X;

(2) 2010년 1월 15일을 출원일로 하는 중국 특허출원 201010000737.5;

상기 특허출원의 내용은 모두 인용을 통하여 본원 발명에 포함되었다.

기술분야

본 발명은 폐수 전처리방법 및 그 전저리방법의 오염수처리 중에서의 응용에 관한 것이며, 특히 슬러지를 원료로 공급하는 폐수 전처리방법 및 그 전처리방법의 오염수처리 중에서의 응용에 관한 것이다.

중국 내에서 도시 오염수처리공장은 폐수 간접 배출원의 처리장소로서, 여기에서 입수된 각종 폐수, 특히 공업폐수는 그 성분이 날이 갈수록 복잡해지고 있다. 2007년 절강성 환경상황공보에 따르면, 정상적인 운영에 투입된 절강성내 50개 도시 오염수처리공장의 배출지표 도달률은 58.8%로 주요한 기준 초과 오염인자는 암모니아성 질소와 총 인함유량이다. 전처리를 거치지 않은 공업오염수의 질소와 인의 부하는 오염수처리공장의 처리능력을 초과하여 오염수처리시설의 정상적인 운영에 영향을 주고 있으며, 일부 집중 오염수처리공장의 출수 암모니아성 질소와 총 인함유량의 기준 초과 배출은 오염수처리공장으로 하여금 액체 질소와 인의 중요한 원인이 되게 한다. 따라서 각종 원인으로 공급되는 폐수에 대하여 전처리를 진행함으로써, 오염수처리공장 특히는 오염수생물적처리공장의 입수요구를 만족시켜야 한다.

현재, 흔히 볼 수 있는 폐수 전처리법은 주요하게 희석법이다. 폐수 중의 오염물 농도가 생물적처리의 극한 허용농도를 초과시 생물적처리의 정상적인 진행을 확보하기 위하여 간단한 희석법을 사용하여 폐수 중의 오염물 농도를 극한농도 이하로 저하시킬 수 있다. 가장 간단하고 경제적인 방법은 폐수 희석법이다. 즉 서로 다른 폐수 및/혹은 오염수를 혼합하여 서로 희석시키면 오염물농도를 극한 허용농도 이하로 저하시킬 수 있다. 일부 상황하에서 처리과정 중의 출수를 사용하여 희석하거나 혹은 맑은 물을 사용하여 희석할 수 있다. 하지만 폐수 및/혹은 오염수 중의 오염물 농도는 일반적으로 매우 높으며 혼합하더라도 오염물농도를 극한 허용농도 이하로 저하시키기 어렵다. 그밖에, 처리과정 중의 출수를 사용하여 희석하거나 혹은 맑은 물을 사용하여 희석할 경우, 처리원가의 대폭적인 상승을 초래할 수 있다.

그밖에, 많은 오염수생물적처리공장은 실제 운영과정에서 하기와 같은 문제에 직면하고 있다.

(1) 입수량 부족의 원인은 주요하게 전단계 계획과 오염수배출시스템의 고장으로 인해 오염수처리장치의 운영이 영향받는데 있다.

(2) 입수의 수질이 불안정한 주요원인은 공업폐수가 파이프망으로 배출되고, 명절, 휴식일과 계절의 변화로 인한 생활습관의 변경 등이 충격부하를 초래하여 오염수처리효과에 영향줄 수 있는 것이다.

(3) 탄소원의 부족은 오염수처리공장들이 공동으로 직면한 문제로서, 주요하게 현대 생활습관으로 인해 초래된 것이며, 생물의 영양물 불균형을 초래하고 질소와 인의 제거효과에 영향을 줄 수 있다.

이러한 문제에 직면했을 경우, 종래의 활성 슬러지법은 날이 갈수록 하기와 같은 문제를 나타내고 있다.

(1) 에이레이션(aeration) 탱크 중의 생물농도가 낮다.

(2) 수질과 물량의 충격부하에 견디는 능력이 부족하고, 운영이 불안정적이다.

(3) 슬러지 팽창현상이 발생하기 쉽다.

(4) 슬러지 생산량이 많다.

(5) 인프라 구축과 운영비용이 높고 부지사용면적이 크다.

따라서, 여전히 새로운 폐수 전처리방법의 개발이 필요하며, 전처리를 거친 후의 폐수가 보다 적합하게 오염수생물적처리방법에 채용되어 처리를 하도록 하고자 한다.

본 발명의 일 실시예는,

폐수 원료를 제1에이레이션 탱크의 제1단에 유입시킨 후 제1농축혼합액과 혼합하여 제1혼합액을 얻는 단계(1);

상기 제1에이레이션 탱크의 에이레이션 구간에서 상기 제1혼합액에 대한 에이레이션 처리를 진행하여 상기 제1에이레이션 탱크의 제2단에서 제2혼합액을 얻는 단계(2);

상기 제2혼합액을 제1침전탱크에 유입시킨 후 침전처리를 진행하여 상층액 및 제1농축혼합액을 얻는 단계(3);

상기 상층액을 배출하고 상기 제1농축혼합액의 적어도 일부분이 회류하여 상기 제1에이레이션 탱크의 제1단에 피드백됨으로써, 슬러지 일령이 50일 이상, 바람직하게는 100일 이상, 보다 바람직하게는 300일 이상, 보다 바람직하게는 1000일 이상, 보다 바람직하게는 2000일 이상, 보다 바람직하게는 5000일 이상이 되게 하는 단계(4);를 포함하는 폐수 전처리방법을 제공한다.

일반적으로 슬러지 일령이 연장됨에 따라 전체 시스템에서 배출되는 잉여 슬러지는 감소되며, 이로써 환경오염을 방지하고 운영원가를 절감하는데 유리하게 된다.

본 발명의 폐수 전처리방법의 일 실시방안에 따르면, 상기 폐수 원료를 제1에이레이션 탱크의 제1단에 유입시키기 전에 폐수원료에 대하여 침사처리를 진행함으로써, 1톤당 폐수의 침사량이 0.1L이하, 바람직하게는 0.05L이하, 보다 바람직하게는 0.03L이하에 도달하게 한다.

본 발명의 폐수처리방법의 일 실시방안에 따르면, 상기 제1혼합액의 슬러지농도는 2000~30000mg/L, 바람직하게는 2500~20000 mg/L, 보다 바람직하게는 3000~10000mg/L, 보다 바람직하게는 3000~7000 mg/L이다. 일부 상황하에서, 제1혼합액의 혼합액 휘발성 현탁고형물(MLVSS)과 혼합액 현탁고형물(MLSS)의 비는 0.8미만, 바람직하게는 0.7미만, 보다 바람직하게는 0.5미만이다.

본 발명의 폐수처리방법의 일 실시방안에 따르면, 상기 제1에이레이션 탱크의 에이레이션 처리시간이 0.1~4시간, 바람직하게는 0.5~2시간, 보다 바람직하게는 0.5~1.5시간이다.

본 발명의 폐수처리방법의 일 실시방안에 따르면, 상기 제1침전탱크의 침전처리시간이 0.8~6시간, 바람직하게는 1~4시간, 보다 바람직하게는 1~3시간이다.

본 발명의 폐수처리방법의 일 실시방안에 따르면, 상기 제1에이레이션 탱크의 에이레이션 처리시간과 제1침전탱크의 침전처리시간의 비가 1:0.5~1:6, 바람직하게는 1:1~1:3, 보다 바람직하게는 1:1.5~1:2, 가장 바람직하게는 1:2이다.

본 발명의 폐수처리방법의 일 실시방안에 따르면, 상기 상층액의 화학적 산소소비량（COD）은 30~500mg/L, 바람직하게는 50~250mg/L, 보다 바람직하게는 80~150mg/L이다.

본 발명의 폐수처리방법의 일 실시방안에 따르면, 상기 제1에이레이션 탱크의 제1단에서 유기 영양물 및/혹은 슬러지 원료와 폐수 원료를 상기 제1농축혼합액과 혼합하여 제1혼합액을 얻는다. 상기 유기 영양물은 생분해성 유기물을 포함한 생활오염수, 농업과 목축업 제품을 원료로 하는 공업폐수 혹은 적당한 탄소원， 예를 들면, 메틸알코올， 전분， 당밀 등이 될 수 있고, 상기 슬러지 원료는 오염수 생물적처리과정에서 발생한 활성 슬러지를 포함한 모든 슬러지일 수 있다.

본 발명의 폐수처리방법의 일 실시방안에 따르면, 상기 단계(2)의 에이레이션 처리는 간헐적 에이레이션 혹은 연속적 에이레이션 방식으로 진행된다. 에이레이션과 에이레이션화 시간에 대한 제어를 통하여 상층액의 COD값이 기대범위 내에 있도록 할 수 있다. 예를 들면 도시 하수도로 배출되는 오염수의 수질 표준에 부합되게 할 수 있다.

본 발명의 폐수처리방법의 일 실시방안에 따르면, 상기 단계(2)에서 상기 제2혼합액의 용존산소농도는 0.1~4mg/L, 바람직하게는 1.5~3mg/L, 보다 바람직하게는 2~3mg/L이다.

본 발명의 폐수처리방법의 일 실시방안에 따르면, 상기 제1혼합액, 제2혼합액 및 제1농축혼합액 중에서 겸성(兼性) 미생물이 우세종이다.

본 발명의 폐수처리방법의 일 실시방안에 따르면, 상기 제1에이레이션 탱크와 제1침전탱크는 플러그 플로우방식에 따라 운영된다.

본 발명의 다른 실시예는 상기 폐수 전처리방법에 따라 얻은 상층액을 오염수 원료로 하는 오염수 처리방법을 더 제공한다.

본 발명의 폐수처리방법의 다른 실시방안에 따르면, 상기 상층액을 오염수 원료로 하여 순차적으로 생물조정구역, 제2에이레이션 구역 및 제2침전구역을 통과하여 제1출수 및 제2농축혼합액을 얻고, 제2농축혼합액의 제1부분이 회류하여 생물조정구역에 피드백된다.

본 발명의 폐수처리방법의 다른 실시방안에 따르면, 상기 제2침전구역은 SBR방식으로 작업한다. 일부 상황하에서 SBR탱크 중의 혼합액 휘발성 현탁고형물(MLVSS)과 혼합액 현탁고형물(MLSS)의 비는 0.8미만, 바람직하게는 0.7미만, 보다 바람직하게는 0.5미만이다.

본 발명의 폐수처리방법의 다른 실시방안에 따르면, 상기 생물조정구역에서의 유체 체류시간은 0.2~2시간, 바람직하게는 0.5~1.5시간, 보다 바람직하게는 0.5~1시간이다.

본 발명의 폐수처리방법의 다른 실시방안에 따르면, 상기 제2에이레이션 구역의 에이레이션 처리시간은 0.5~4시간, 바람직하게는 0.5~2시간, 보다 바람직하게는 1~2시간이다.

본 발명의 폐수처리방법의 다른 실시방안에 따르면, 상기 제2침전구역의 침전처리시간은 0.8~6시간, 바람직하게는 1~4시간, 보다 바람직하게는 1.5~3시간이다.

본 발명의 폐수처리방법의 다른 실시방안에 따르면, 상기 생물조정구역은 혐기구간과 산소부족구간을 포함하고, 상층액 및 제2농축혼합액의 제1부분을 혼합한 후 혐기구간을 통과시켜 제3혼합액을 얻고, 제3혼합액 및 제5혼합액의 제1부분을 혼합한 후 산소부족구간을 통과시켜 제4혼합액을 얻으며, 제4혼합액이 상기 제2에이레이션 구역에 유입한 후 에이레이션 처리를 거친 후 제5혼합액을 얻고, 상기 제5혼합액의 제1부분이 회류하여 산소부족구간에 피드백되며, 상기 제5혼합액의 잉여 부분을 상기 제2침전구역에 유입한 후 분리를 거쳐 제1출수 및 제2농축혼합액을 얻고, 상기 제2농축혼합액의 제1부분이 회류하여 혐기구간에 피드백된다.

본 발명의 폐수처리방법의 다른 실시방안에 따르면, 상기 생물조정구역의 혐기구간에서의 유체 체류시간은 0.1~1.5시간, 바람직하게는 0.5~1시간이다.

본 발명의 폐수처리방법의 다른 실시방안에 따르면, 상기 생물조정구역의 산소부족구간에서의 유체 체류시간은 0.1~1.8시간, 바람직하게는 0.5~1.5시간이다.

본 발명의 폐수처리방법의 다른 실시방안에 따르면, 상기 생물조정구역의 혐기구간에서의 유체 체류시간 및 산소부족구간에서의 유체 체류시간의 비가 1:0.5~1:6, 바람직하게는 1:1~1:3, 보다 바람직하게는 1:1.5~1:2, 가장 바람직하게는 1:2이다.

본 발명의 폐수처리방법의 다른 실시방안에 따르면, 상기 제4혼합액의 슬러지 농도가 2000~6000mg/L, 바람직하게는 2500~5000mg/L, 보다 바람직하게는 3000~4000mg/L이다.

본 발명의 폐수처리방법의 다른 실시방안에 따르면, 상기 제5혼합액 제1부분의 유량은 오염수원료 유량의 10% 내지 150%, 바람직하게는 50% 내지 100%이다.

본 발명의 폐수처리방법의 다른 실시방안에 따르면, 상기 제2농축혼합액 제1부분의 유량은 오염수원료 유량의 10% 내지 150%, 바람직하게는 50% 내지 100%이다.

본 발명의 폐수처리방법의 다른 실시방안에 따르면, 상기 제2농축혼합액 잉여 부분의 적어도 일부분이 회류하여 상기 폐수 처리방법 중의 제1에이레이션 탱크의 제1단에 피드백된다. 상기 일 실시방안 중에서, 제2농축혼합액의 제1부분을 제외한 전부의 제2농축혼합액이 제2농축혼합액의 제2부분으로서 회류하여 상기 폐수 처리방법 중의 제1에이레이션 탱크의 제1단에 피드백된다.

본 발명의 폐수처리방법의 다른 실시방안에 따르면, 상기 상층액을 오염수 원료로 하고 Wuhrmann공법, A/O공법, Bardenpho공법, Phoredox공법, A²/O공법, 역 A²/O공법, UCT공법, MUCT공법, VIP공법, OWASA공법, JHB공법, TNCU공법, Dephanox공법, BCFS공법, MSBR공법, SBR공법, AB공법, 산화구공법, 바이오필름공법, 유동상공법 혹은 그 공법의 조합에 따라 생물적처리를 진행하여 상기 제1출수와 임의로 선택된 잉여 슬러지를 얻을 수 있다. 일부 상황하에서, 상기 임의로 선택된 잉여 슬러지는 대체적으로 전부 회류하여 상기 폐수처리방법 중의 제1에이레이션 탱크의 제1단에 피드백된다.

본 발명의 폐수처리방법의 다른 실시방안에 따르면, 상기 제1출수를 응집정화탱크에 유입하여 응집 및 정화처리를 거친 후 제2출수 및 응집 슬러지를 얻는다. 상기 응집정화처리 중에서 흔히 사용하는 응집제에는 금속염류와 고분자 등 2가지 유형의 응집제가 있다. 전자에는 황산 알루미늄, 염화철과 황산제1철 등이 포함되고, 후자에는 폴리염화알루미늄과 폴리아크릴아미드 등이 포함된다. 상기 응집정화처리를 통하여 얻은 제2출수의 수질은 보다 향상된다.

본 발명의 폐수처리방법의 다른 실시방안에 따르면, 상기 응집 슬러지의 적어도 일부분, 바람직하게는 전부의 응집 슬러지가 회류하여 상기 폐수처리방법 중의 제1에이레이션 탱크의 제1단에 피드백된다.

본 발명의 발명자는 상기 폐수 전처리방법을 사용하면, 슬러지 배출이 필요없고, 슬러지 누적이 없이 장기적이고 안정적인 운영을 실현할 수 있으며, 또한 전처리를 거친 후의 폐수(즉 상기 상층액)가 오염수 생물적처리방법의 처리에 적합하다는 것을 발견했다.

본 발명의 상기 폐수 전처리방법은 각종 적합한 오염수 생물적처리방법과 용이하게 결합할 수 있으며, 이로써 새로운 오염수 생물적처리방법을 형성한다. 특히, 상기 오염수 생물적처리방법을 통하여 발생한 잉여 슬러지는 본 발명에 따른 폐수 전처리방법을 통하여 제거될 수 있다. 그밖에, 본 발명에 따른 폐수 전처리방법을 통하여 발생한 출수(즉 상기 상층액)는 일반적으로 중성(즉 pH값이 6~8, 특히 6.5~7.5)을 띠며 COD값은 30~200mg/L이다. 따라서 pH값과 탄소원의 농도를 조절할 필요없이 추가되는 오염수 생물적처리를 통하여 배출표준에 부합되는 정화출수를 얻는 것을 확보할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 오염수 생물적처리방법은 대체적으로 슬러지 배출이 없는 상황하에서 여전히 양호한 인 제거 효과를 거둘 수 있다.

종래의 오염수 생물적처리방법과 비교해 볼 때, 새로운 오염수 생물적처리방법은 슬러지 배출을 현저하게 감소시키거나 심지어는 완전히 제거할 수 있으며, 또한 양호한 오염수 처리효과와 출수 수질, 보다 작은 설비부지면적, 보다 적은 건설원가와 운영원가 및 보다 높은 충격부하에 견디는 능력과 운영의 안정성을 가진다. 본 발명에 따른 상기 폐수처리방법 혹은 슬러지 감량화 처리방법은 또한 기존의 각종 오염수 생물적처리장치를 개조하여 슬러지 배출을 현저하게 감소시키거나 심지어는 완전히 제거하는데 그 사용이 특히 적합하다.

본 발명의 용어 "폐수"와 "오염수"는 생물적처리방법을 통하여 처리가 가능한, 주요하게 유기오염물을 함유한 어느 한 오염수를 말한다. 여기에는 적합한 어느 한 공업폐수, 생활오염수 및 그 임의의 조합이 포함되며, 특히 도시생활 오염수가 포함된다. 오염수는 오염수가 발생되는 지점에서 직접 얻은 오염수, 파이프망을 통하여 수집하여 얻은 오염수, 오염수를 일정한 시간동안 저장하여 얻은 오염수, 혹은 오염수에 대한 발효, 산과 알칼리의 조절, 성분 조절, 농도 조절 및 침전, 여과, 원심분리 등 생물적, 화학적 및/혹은 물리적 처리를 거쳐 얻은 오염수일 수 있다. <실외배수설계규범>(GB50014-2006) 제6.4절 제6.4.5항의 규정에 의하면, "오염수의 침사량은 오염수 1m³당 0.03L로 계산할 수 있다." 본 발명 중에서 1m³당 오염수의 침사량은 일반적으로 0.1L미만, 바람직하게는 0.05L미만, 보다 바람직하게는 0.03L미만이다.

본 발명의 용어 "오염수 생물적처리"란, 미생물의 대사작용을 이용하여 오염수 중의 유기오염물을 안정적인 무해물질로 전환시키는 과정을 말한다. 미생물이 산소에 대한 요구에 따라 호기성 생물적처리와 혐기성 생물적처리 등으로 분류할 수 있다.

호기성 생물적처리는 미생물이 수중에서 존재하는 상태에 따라 활성 슬러지법과 바이오필름법으로 분류할 수 있다. 활성 슬러지법은 현재 가장 광범위하게 응용되고 있는 오염수 생물적 처리방법이다. 여기서, 대량의 유기물질을 함유한 오염수 중에 공기를 유입시킨 후, 일정한 시간이 경과하면 수중에는 생물 응집체(활성 슬러지)가 형성되며, 활성 슬러지 상에서 대량의 미생물이 서식하고 생활하게 되는 바 수중의 유기물질을 먹이로 하는 이러한 미생물은 에너지를 얻는 동시에 끊임없이 성장, 번식함으로써 오염수가 정화되게 한다. 활성 슬러지법의 기본 프로세스는 도1에 도시한 바와 같다. 바이오필름법은 오염수가 고체 충전재를 흘러지나고 충전재 상에서 슬러지 모양의 바이오필름을 생성하며, 바이오필름 상에서 대량의 미생물을 번식하는 것을 통하여 활성 슬러지와 동일한 오염수 정화작용을 한다. 바이오필름법의 시설에는 생물필터챔버, 생물회전판, 생물접촉산화와 생물유동상 등이 포함된다.

혐기성 생물적처리는 겸성(兼性) 혐기성균과 편성(偏性, obligate) 혐기성균을 이용하여 무산소 조건하에서 유기 오염물을 분해시키는 처리기술이다. 혐기성 생물적처리 시설에는 일반 소화탱크, 혐기성 필터챔버, 혐기성 슬러지상, 혐기성 회전판, 막음판식 혐기성 반응기 등이 포함된다.

오염수 중의 오염물질이 다양하기 때문에 일반적으로 몇가지 처리방법을 결부해야만 정화목적을 달성할 수 있다. 상용적인 오염수 생물적 처리법의 실례에는 활성 슬러지법, OSA(Oxic-Settling-Anaerobic)공법, 혐기성 생물적처리공법(예를 들면, 혐기성 생물 필터탱크, 혐기성 생물 회전판, 혐기성 접촉법, 상류식 혐기성 슬러지상과 단계별 혐기성 소화법 등), Wuhrmann 공법, A/O공법, Bardenpho공법, Phoredox공법, A²/O공법, 역 A²/O공법, UCT공법, MUCT공법, VIP공법, OWASA공법, JHB공법, TNCU공법, Dephanox공법, BCFS공법, SBR（Sequencing Batch Reactor Activaten Sludge Process）공법, MSBR공법, AB공법, 예를 들면 생물 필터탱크, 생물 회전판, 생물 접촉산화법, 생물 유동상과 에이레이션 생물 필터챔버 등의 바이오필름공법, 및 상기 각종 공법 중의 임의의 적합한 조합이 포함된다.

본 발명의 용어 "슬러지"란, 오염수 생물적 처리과정에서 발생한 활성 슬러지를 포함한 어느 한 슬러지를 말한다. 활성 슬러지는 오염수 중의 생물로 형성된 응집체로서 주요하게 물과 호기성균, 혐기성균, 겸성(兼性)균 및 진균, 조류, 원생동물 등의 각종 미생물을 함유한다. 슬러지의 순화 및 처한 환경이 변화됨에 따라 슬러지 중의 각종 미생물군도 수량과 비례한 변화 혹은 유전자 돌연변이가 발생함으로써 생존환경에 적응하도록 한다. 오염수의 유래에 따라 분류할 경우, 슬러지의 예는 생활 오염수 슬러지와 공업폐수 슬러지를 포함할 수 있다. 슬러지의 유래에 따라 분류할 경우, 슬러지의 예는 일반적으로 활성 슬러지법 2차 침전탱크에서 나오는 배출 슬러지(잉여 슬러지 혹은 잉여 활성 슬러지라고도 하며, 그 주요 성분은 미생물과 물), 바이오필름법 2차 침전에서 나오는 배출 슬러지(부식 슬러지라고도 하며, 그 주요 성분은 탈리된 바이오필름), 오염수처리공장 1차 침전탱크에서 나오는 배출 슬러지(1차 침전 슬러지라고도 하며, 그 주요 성분은 고체유기물과 미생물 등), 폐수에 대한 혐기성 처리를 거친후 배출한 슬러지(혐기성 슬러지라고도 함), 상기 슬러지에 대한 대한 소화를 거친후의 슬러지(소화 슬러지 혹은 숙성 슬러지라고도 함) 및 화학 침전탱크에서 나오는 슬러지(화학 슬러지라고도 함) 등을 포함할 수 있다. 슬러지의 단계에 따라 분류할 경우, 슬러지의 예는 생 슬러지 혹은 신선 슬러지(즉, 일체 처리를 거치지 않은 슬러지), 농축 슬러지, 소화 슬러지, 탈수 슬러지, 건조 슬러지 등을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 슬러지는 상기 어느 한 슬러지 및 그 조합일 수 있고 특히 함수량이 90%이상, 95%이상, 바람직하게는 97%이상인 잉여 슬러지일 수 있으며 바람직하게는 신선 슬러지일 수 있다.

본 발명의 용어 "혼합액"은 상기 슬러지와 물로 형성된 혼합물을 말하며, 슬러지와 물의 혼합물 혹은 슬러지와 물의 혼합액이라고도 한다. 적합한 혼합액 중의 슬러지는 양호한 침강 성능을 갖고 있으며, 특히 에이레이션과 침전 과정 중에 슬러지 팽창이나 슬러지 부상이 발생하지 않는다. 통상적으로 혼합액의 슬러지 체적지수(SVI, 일반적으로 SVI₃₀으로 표시하고 1000mL의 메스 실린더에 혼합액을 30분동안 정치시킨후, 1g의 활성 슬러지 현탁 고형물이 차지하는 체적을 가리키며, 단위는 mL/g)가 산소공급처리시에 슬러지 팽창이 발생하는 최소치보다 유리하게 작다. 예를 들면, SVI₃₀은 200 mL/g미만, 150 mL/g미만, 100 mL/g미만 혹은 50 mL/g미만일 수 있다.

본 발명의 용어 "농축 혼합액"은 상기 혼합액에 대한 분리를 통하여 적어도 일부분의 물을 제거한 후에 얻은, 슬러지 농도가 높은 혼합액을 말한다. 일부 상황하에서 슬러지라고도 한다. 예를 들면 제1농축혼합액도 제1슬러지라고 할 수 있다. 상기 분리는 침전 분리, 원심 분리, 여과 분리 등이 될 수 있다. 침전 분리하는 상황에서, 혼합액 중의 슬러지는 점차적으로 침하하여 혼합액 상부에 위치한 상층액과 혼합액 하부에 위치한 슬러지 농도가 증가된 농축 혼합액을 형성한다. 일부 상황에서 전체 혼합액 체적의 5~85%(예를 들면 5~10%, 10~15%, 15~20%, 20~25%, 25~30%, 30~35%, 35~40%, 40~45%, 45~50%, 50~55%, 55~60%, 65~70%, 70~75%, 75~80%, 80~85%)를 차지하는 하부 혼합액을 농축 혼합액으로 할 수 있다.

본 발명의 용어 "슬러지량", "슬러지 함량" 혹은 "슬러지 농도"는 슬러지나 오염수나 혼합액이나 농축혼합액 중의 현탁 고형물의 함량을 말한다. 고체 혹은 현탁 고형물은 일반적으로 주요하게 생물체와 유기고체물질(생분해성 유기물질과 난분해성 유기물질을 포함)을 포함한다. 일부 상황하에서 슬러지량은 MLSS총량으로 표시할 수 있다. MLSS는 혼합액 현탁고형물 농도(mixed liquor suspended solids)의 약칭으로 혼합액 슬러지농도라고도 하며, 에이레이션 탱크 중에서 단위당 용적의 혼합액에 함유되어 있는 활성 슬러지 고형물의 총중량(mg/L)을 표시한다.

본 발명 중에서, "슬러지 일령"이란 활성 슬러지의 평균 체류시간을 말하며, 일반적으로 SRT로 표시한다. SRT 계산공식: (에이레이션 탱크 유효용적×에이레이션 탱크 중의 혼합액의 슬러지농도)/(단위시간내 배출 슬러지의 체적×배출 슬러지의 슬러지농도). 일반적으로 슬러지 일령을 제어하는 것은 활성 슬러지 시스템 중의 미생물 종류를 선택하는 일종의 방법이다. 모종 미생물의 세대교체주기가 활성 슬러지 시스템의 일령보다 길 경우, 해당 유형의 미생물은 후대를 번식하기 전에 잉여 활성 슬러지의 방식으로 배출되며, 해당 유형의 미생물은 영원히 시스템 내에서 번식할 수 없다. 반대로 모종 미생물의 세대교체주기가 활성 슬러지시스템의 일령보다 짧을 경우, 해당 유형의 미생물은 잉여 활성 슬러지의 형식으로 배출되기 전에 후대를 번식할 수 있기 때문에 해당 유형의 미생물은 활성 슬러지시스템 내에서 생존하고 번식하여 오염수를 처리하는데 사용될 수 있다. SRT는 활성 슬러지시스템 중의 미생물의 일령을 직접 결정한다. 일반적으로 새로운 활성 슬러지는 유기오염물을 분해대사하는 능력이 강하지만 응집침강능력이 부족하며, 오래된 활성 슬러지는 분해대사능력이 부족하지만 응집능력이 비교적 강하다.

본 발명의 용어 "산소공급처리"는 산소와 혼합액을 접촉시키고, 특히 산소함유기체(예를 들면 공기)와 혼합액의 접촉을 말한다. 본 발명에서 "산소공급처리"는 산소함유기체와 혼합액을 접촉시킬 수 있는 어느 한 방법을 통하여 실현할 수 있다. 예를 들면, 유동하거나 혹은 유동하지 않는 혼합액 중에 산소함유기체를 유입시켜 실현하고, 특히 산소함유기체를 이용하여 혼합액에 대한 에이레이션을 진행하는 방법을 통하여 실현한다. 호기성 처리가 바로 전형적인 산소공급처리이다. 산소공급처리는 어느 한 적합한 조건하에서 어느 한 적합한 방식으로 진행이 가능하다. 예를 들면 상압, 가압, 상온, 저온 및/또는 승온 조건하에서 송풍 에이레이션, 기계적 에이레이션, 제트 에이레이션 등 방식으로 에이레이션 탱크, 산화구, 유동상, 이동상 혹은 막설비 등 적합한 설비에서 진행할 수 있다. 바람직하게는 에이레이션 탱크를 이용하여 에이레이션을 진행한다. 어느 한 적합한 모든 산소함유기체는 에이레이션에 사용될 수 있으며, 바람직하게는 공기를 사용하여 에이레이션을 진행한다. 산소공급처리 중에서 혼합액의 용존산소농도는 점차적으로 기대값까지 상승한다. 산소공급처리의 시간은 일반적으로 혼합액이 산소공급처리장치 중에서의 체류시간(혹은 혼합액과 산소의 접촉시간) 및 유입된 산소함유기체의 양에 의해 확정된다. 일반적으로 산소공급처리 중에서 호기성 생물과 겸성(兼性) 생물은 증가되고 혐기성 생물은 억제받는다.

본 발명의 용어 "산소부족처리"는 산소함유기체와 혼합액의 접촉을 대체적으로 방지하는 것을 말한다. 산소부족처리는 산소함유기체와 혼합액의 접촉을 대체적으로 방지할 수 있는 방법을 통하여 실현된다. 예를 들면 에이레이션과 임의의 탈기 과정을 통하여 실현된다. 본 발명에서 초산성질소(nitrate nitrogen)의 존재 여부에 관계없이, 예를 들면 용존산소농도가 0.1mg/L보다 낮는 등 대체적으로 용존산소가 존재하지 않기만 하면, 산소부족처리상태에 처한 것으로 인정할 수 있다. 즉 다시 말하면 일부 문헌에서 서술한 산소부족 조건(초산성질소가 있고 용존산소가 없음)과 혐기성 조건(초산성질소와 용존산소가 모두 없음)하에서 모두 본 발명에 따른 산소부족처리를 진행할 수 있다. 일부 상황하에서, 산소함유기체의 용출과 용존산소의 소모와 더불어 용존산소농도는 점차적으로 약 0mg/L과 같은 기대값까지 저하된다. 특히 산소부족처리는 에이레이션을 정지한 상황에서 혼합액을 침전탱크 중에서 완만하게 유동시키는 방법을 통하여 실현할 수 있다. 적합한 침전탱크는 수평유동식, 수직유동식, 방사유동식 침전탱크일 수 있다. 산소부족처리의 시간은 일반적으로 혼합액이 산소부족 처리장치 중에서의 체류시간에 의해 확정된다. 통상적으로, 산소부족처리 중에서 혐기성 생물과 겸성(兼性) 생물은 증가되고 호기성 생물은 억제받는다.

본 발명의 발명자는 장기간동안 운영시 대체적으로 전부의 제1농축혼합액이 회류하여 제1에이레이션 탱크의 제1단에 피드백되지만, 제1혼합액 중의 슬러지량은 여전히 상대적으로 안정적인 수준을 유지하는 동시에 무제한적으로 증가되지 않는다는 것을 발견했다. 바람직한 실시방안 중에서 본 발명에 따른 폐수 전처리방법은 폐수원료가 연속적으로 유입되는 상황하에서 슬러지 배출이 필요없이 장기적이고 안정적으로 운영함으로써, 슬러지의 배출을 해소할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 폐수 전처리방법은 일종의 슬러지 감량화 처리방법이다. 그밖에, 본 발명의 발명자는 또한 폐수원료가 비교적 높은 함량의 탄소, 질소와 인을 함유하는 동시에 어느 한 제1농축혼합액을 배출하지 않는다 할지라도 상층액 중의 탄소, 질소와 인의 함량은 비교적 낮은 수준을 유지할 수 있다는 것을 발견했다. 다시 말하면, 본 발명의 폐수 전처리방법은 현저한 탄소, 질소와 인 제거효과를 갖고 있다.

어떠한 이론의 구속도 받지 않고 본 발명의 발명자는 본 발명의 폐수 전처리방법이 슬러지 배출이 필요없이 장기적이고 안정적인 운영이 가능한 일부 원인에는 하기와 같은 요소가 포함된다고 인정한다.

우선, 폐수 중에 영양물을 함유하고, 상층액 중의 영양물 농도가 감소하며, 또한 안정적인 운영 중에서 혼합액의 슬러지농도는 비록 매우 높지만 지속적으로 증가되는 것이 아니라 높은 수준에서 안정을 유지한다. 때문에 혼합액 중의 생물군이 증감평형의 상태에 처해 있다고 인정할 수 있다. 즉, 새롭게 증가된 슬러지량(폐수 원료의 슬러지량과 혼합액 중의 생물번식으로 인해 증가된 슬러지량을 포함)과 사라지고 제거된 슬러지량이 동적 평형을 이루고, 또한 고농도의 활성 슬러지가 빠르고 효과적으로 대량의 영양물을 소모하기 때문에 슬러지량의 순증가는 없다.

본 발명에 따른 폐수 전처리방법에서 배출한 상층액 중의 용해성 유기물의 농도가 비교적 높은 수준이기 때문에 사상균의 번식을 유리하게 제한하고, 산소요구량(예를 들면 에이레이션 량)을 저하시킴으로써, 에이레이션 등의 산소공급처리를 진행시에 슬러지 팽창이 발생할 가능성을 감소시킨다. 그밖에, 비교적 높은 수준의 용해성 유기물은 생물체에 충분한 영양을 제공하고, 생물의 대사, 번식과 사망에 유리한 환경을 형성함으로써, 슬러지 중의 생물체가 대량으로 번식하는 동시에 대량으로 제거되게 한다.

그밖에, 본 발명의 폐수 전처리방법에서 슬러지는 산소공급처리와 산소부족처리를 교차적이고 반복적으로 경과했으며, 주글로에아(zoogloea)의 증식에 유리하고, 슬러지의 침강속도와 정화효과를 향상시킬 수 있게 된다. 따라서 본 발명에 따른 폐수 전처리방법은 슬러지 팽창이 없이 높은 슬러지농도를 실현할 수 있다.

또한, 제1농축혼합액은 일반적으로 대량으로 심지어 전부 회류하여 단계(1)에 피드백으로써, 슬러지의 일령(예를 들면 수개월, 수년 심지어 보다 긴 시간)을 비교적 길게 하기 때문에 번식속도가 비교적 늦고 난분해성 물질을 분해할 수 있는 미생물이 정상적으로 생장할 수 있게 하며, 슬러지의 분해작용을 강화시켰다. 동시에, 높은 슬러지농도 조건하에서 순차적으로 산소공급처리와 산소부족처리를 경과하여 혼합액 중의 생분해성 물질과 난분해성 물질(사망 생물체를 포함)은 모두 신속하고 효과적인 제거를 함으로써, 탄소, 질소와 인 등을 함유한 화합물이 용해성 유기물로 되어 상층액을 따라 배출되거나 혹은 휘발성 물질로 되어 휘발되게 한다.

상기 내용을 종합해 보면, 본 발명에 따른 폐수 전처리방법 중에서 혼합액 중의 슬러지는 우수한 침강성능과 비교적 낮은 산소요구량(예를 들면 에이레이션 량)을 갖는 동시에 각종 유기물질(사망 생물체를 포함)을 분해할 수 있으며, 이로 하여금 수용성 물질이나 기체상태의 물질로 되게 한다. 따라서 혼합액은 매우 높은 슬러지농도를 갖게 되어 슬러지 팽창이 필요없이 생물군이 증감평형상태에 도달하게 함으로써, 본 발명의 폐수 전처리방법이 장기적이고 안정적으로 운영되게 하며, 슬러지 배출을 감소시키거나 심지어 완전히 제거하게 한다.

일 실시방안 중에서, 제1농축혼합액의 유량은 폐수 원료의 유량(기타 영양물 및/혹은 슬러지 원료가 존재하는 상황하에서는 이들의 총유량)의 10％~1000%，예를 들면 10~20%, 20~30%, 30~40%, 40~60%, 60~80%, 80~100%, 100~150%, 150~200%, 200~400%, 400~600%, 600~800%, 800~1000％이다. 이 비례는 제1농축혼합액의 회류비라고도 한다. 적합한 회류비는 유리하게 산소공급 처리시간 및/또는 산소부족 처리시간을 기대값으로 한다.

일부 상황하에서, 적합한 회류비는 비교적 작을 수 있는데, 예를 들면 10~20%, 20~30%, 30~40%, 40~60％일 수 있으며, 유리하게 동력 소모를 절약할 수 있다. 다른 일부 상황하에서 적합한 회류비는 비교적 클 수 있는데, 60~80%, 80~100%, 100~150%, 150~200%, 200~400%, 400~600%, 600~800%, 800~1000％일 수 있으며 비교적 짧은 산소공급 처리시간 및/또는 산소부족 처리시간을 얻을 수 있다. 바람직한 회류비는 50~150%이다.

본 발명에 따른 폐수 전처리방법의 일 실시방안 중에서, 상기 단계(2)의 산소공급처리시간은 호기성 미생물이 우세종으로 되는 시간(예를 들면, 호기성 미생물의 세대주기보다 짧거나, 예를 들면 약 5시간보다 짧음)보다 짧으며, 또한 상기 단계(3)의 산소부족 처리시간은 혐기성 미생물이 우세종으로 되는 시간(예를 들면 혐기성 미생물의 세대주기보다 짧거나, 예를 들면 40시간보다 짧음)보다 짧음으로써 겸성(兼性) 미생물이 우세종으로 되게 한다. 어떠한 이론의 구속도 받지 않고 다음과 같이 인정할 수 있다. 상온조건하에서 겸성(兼性) 미생물의 세대주기가 약 0.2~0.5시간이기 때문에 겸성(兼性) 미생물을 우세종으로 하는 슬러지가 교차적인 산소공급처리(호기성 조건)와 산소부족처리(산소부족조건 및/혹은 혐기성 조건)를 경과시에 대량의 생물 증식과 세포예정사가 발생함으로써, 각종 유기물질(사망생물을 포함)을 대량으로 소화하고 분해시켜(주요하게 대사와 가수분해를 포함), 이로 하여금 용해성 화합물로 되어 상층액을 따라 배출되거나 혹은 기체상태의 화합물로 되어 휘발되게 한다. 이는 높은 슬러지농도 조건하에서 특히 명확하게 나타난다.

일 실시방안 중에서, 상기 단계(2)의 산소공급 처리시간은 예를 들면 5시간보다 짧아 호기성 미생물이 우세종으로 되는 것을 방지할 수 있는 동시에 0.1시간보다 길어서 겸성(兼性) 미생물로 하여금 충분하게 증식되게 하는 동시에 혐기성 미생물의 증식을 충분히 억제함으로써, 유리하게 겸성(兼性) 미생물이 우세종으로 되게 할 수 있다. 일부 상황하에서, 산소공급 처리시간은 0.1~4시간, 바람직하게는 0.5~2시간, 보다 바람직하게는 0.5~1.5시간일 수 있으며 예하면0.1~0.2시간, 0.2~0.3시간, 0.3~0.4시간, 0.4~0.5시간, 0.5~0.6시간, 0.6~0.8시간, 0.8~1시간, 1~1.2시간, 1.2~1.5시간, 1.5~1.8시간, 1.8~2시간, 2~2.2시간, 2.2~2.5시간, 2.5~3시간과 3.5~4시간 중에서 선택된 시간일 수 있다. 일 실시방안 중에서, 상기 단계(2)의 산소공급처리는 간헐적 혹은 연속적 방식으로 진행되며, 예를 들면 간헐적 에이레이션 혹은 연속적 에이레이션 방식으로 진행된다.

일 실시방안 중에서, 상기 단계(3)의 산소부족 처리시간은 예를 들면 6시간보다 짧아 혐기성 미생물이 우세종으로 되는 것을 방지하는 동시에 장치의 사이즈를 감소시키는데 유리하며, 또한 예를 들면 0.1시간보다 길어서 겸성(兼性) 미생물이 충분하게 증식되도록 하는 동시에 호기성 미생물의 증식을 충분히 억제함으로써, 겸성(兼性) 미생물이 우세종으로 되게 할 수 있다. 산소부족 처리시간은 0.8~6시간, 바람직하게는 1~4시간, 보다 바람직하게는 1~3시간일 수 있으며, 예를 들면 0.8~1시간, 1~1.2시간, 1.2~1.4시간, 1.4~1.6시간, 1.6~1.8시간, 1.8~2시간, 2~2.5시간, 2.5~3시간, 3~3.5시간, 3.5~4시간, 4~4.5시간, 4.5~5시간, 5~5.5시간과 5.5~6시간 중에서 선택된 시간일 수 있다. 일 실시방안 중에서, 상기 단계(3)의 산소부족처리는 침전방식으로 진행될 수 있다. 산소부족처리가 침전방식으로 진행될 경우, 산소부족 처리시간은 유리하게 0.5시간보다 길고 특별히 유리하게 1시간보다 길어서 충분한 침전을 실현하는 동시에 유리하게 4시간보다 짧아 장치의 사이즈를 감소시킨다.

일 실시방안 중에서, 산소공급 처리시간과 산소부족 처리시간의 비는 1:0.5~1:6, 바람직하게는 1:1~1:3，보다 바람직하게는 1:1.5~1:2， 가장 바람직하게는 1:2이고, 예를 들면 1:0.5~1:0.6, 1:0.6~1:0.7, 1:0.7~1:0.8, 1:0.8~1:0.9, 1:0.9~1:1, 1:1~1:1.1, 1:1.1~1:1.2, 1:1.2~1:1.3, 1:1.3~1:1.4, 1:1.4~1:1.5, 1:1.5~1:1.6, 1:1.6~1:1.7, 1:1.7~1:1.8, 1:1.8~1:1.9, 1:1.9~1:2, 1:2~1:2.1, 1:2.1~1:2.2, 1:2.3~1:2.4, 1:2.4~1:2.5, 1:2.5~1:2.6, 1:2.6~1:2.8, 1:2.8~1:3, 1:3~1:3.2, 1:3.2~1:3.4, 1:3.4~1:3.6, 1:3.6~1:3.8, 1:3.8~1:4, 1:4~1:4.5, 1:4.5~1:5, 1:5~1:5.5와 1:5.5~1:6 중에서 선택된 비일 수 있으며 유리하게 겸성(兼性) 미생물이 우세종으로 되게 한다.

일 실시방안 중에서, 상기 슬러지가 충분한 산소공급처리를 경과함으로써, 유리하게 겸성(兼性) 미생물이 우세종으로 되게 하는 동시에 슬러지의 소화와 가수분해를 촉진하기 위하여 상기 단계(2)의 제2혼합액의 용존산소농도는 0.1~4 mg/L, 바람직하게는 1.5~3 mg/L, 보다 바람직하게는 2~3 mg/L일 수 있으며 0.1~0.3mg/L, 0.3~0.5mg/L, 0.5~0.7mg/L, 0.7~0.9mg/L, 0.9~1.1mg/L, 1.1~1.3mg/L, 1.3~1.5mg/L, 1.5~1.7mg/L, 1.7~1.9mg/L, 1.9~2.1mg/L, 2.1~2.3mg/L, 2.3~2.5mg/L, 2.5~2.7mg/L, 2.7~2.9mg/L, 2.9~3.1mg/L, 3.1~3.3mg/L, 3.3~3.5mg/L, 3.5~3.7mg/L와 3.7~3.9mg/L 중에서 선택된 농도일 수 있다.

일 실시방안 중에서, 상기 단계(1) 전에 폐수 원료에 대한 산소공급처리를 진행한다. 어떠한 이론의 제한도 받지 않고 이렇게 하면 겸성(兼性) 미생물이 우세종으로 되는데 보다 유리하다고 인정할 수 있다. 일 실시방안 중에서, 슬러지원료 산소공급처리의 시간은 0.1~0.5시간, 0.5~1시간, 1~1.5시간, 1.5~2시간과 2~2.5시간일 수 있으며, 처리후 폐수 원료의 용존산소농도는 0.1~0.5mg/L, 0.5~1mg/L, 1~1.5mg/L, 1.5~2mg/L, 2~2.5mg/L, 2.5~3mg/L, 3~3.5mg/L와 3.5~4mg/L중에서 선택된 농도일 수 있다. 일 실시방안 중에서, 이러한 산소공급처리는 간헐적 혹은 연속적 방식으로 진행되며, 예를 들면 간헐적 혹은 연속적 에이레이션 방식으로 진행된다.

일 실시방안 중에서, 상기 슬러지가 충분한 산소부족처리를 경과함으로써, 유리하게 겸성(兼性) 미생물이 우세종으로 되게 하는 동시에 슬러지의 소화와 가수분해를 촉진하기 위하여 상기 단계(2)와 단계(3) 사이에서 제2혼합액에 대하여 탈산처리를 진행할 수 있다. 예를 들면, 탈기탱크를 이용하여 탈산처리를 진행할 수 있으며, 그 탈산처리시 혼합액 중의 산소함유기포가 부상함으로써, 혼합액의 용존산소함량이 더 이상 증가되지 않게 하여 이후의 산소부족처리를 위하여 준비하도록 한다. 본 발명의 폐수 전처리방법의 일 실시방안 중에서, 탈산처리의 시간은 0.1~0.2시간, 0.2~0.3시간, 0.3~0.5시간, 0.5~0.8시간과 0.8~1시간일 수 있으며, 처리 후의 제2혼합액의 용존산소농도는 0.1mg/L미만, 0.05mg/L미만, 약 0mg/L 중에서 선택된다.

일 실시방안 중에서, 산소공급 처리시간:탈산 처리시간:산소부족 처리시간의 비는 1:（0.1~0.5）：（0.5~4）, 바람직하게는 1:（0.1~0.3）：（1~3）, 보다 바람직하게는 1:（0.1~0.2）：（1.5~2.5）, 예를 들면 바람직하게는 1:0.1：1 혹은 1:0.15：2일 수 있다.

일 실시방안 중에서, 상기 단계(2) 중의 제2혼합액의 슬러지 체적지수(SVI, 일반적으로 SVI₃₀로 표시하며 1000mL의 메스 실린더에 혼합액을 30분동안 정치시 1g의 활성 슬러지 현탁 고형물이 차지하는 체적을 가리키며, 단위는 mL/g)는 산소공급처리시에 슬러지 팽창이 발생하는 최소치보다 작아야 한다. 본 발명의 폐수 전처리방법의 일 실시방안에 따르면, 상기 슬러지 체적지수, 예를 들면 SVI₃₀는 300 ml/g미만, 200 ml/g미만, 150 ml/g미만, 100 ml/g미만일 수 있다.

일 실시방안 중에서, 상기 단계(1) 중의 제2혼합액의 슬러지 농도는 생물이 증감평형상태에 도달할 때의 농도일 수 있다. 일 실시방안에 따르면, 상기 단계(1) 중의 제2혼합액의 슬러지농도는 적어도 약 2000~2500mg/L, 2500~3000mg/L, 3000~3500mg/L, 3500~4000mg/L, 4000~4500mg/L, 4500~5000mg/L, 5000~5500mg/L, 5500~6000mg/L, 6000~6500mg/L, 6500~7000mg/L, 7000~7500mg/L, 7500~8000mg/L, 8000~8500mg/L, 8500~9000mg/L, 9000~9500mg/L, 9500~10000mg/L, 10000~12000mg/L, 12000~14000mg/L, 14000~16000mg/L, 16000~18000mg/L, 18000~20000mg/L와 적어도 약 20000mg/L, 바람직하게는 2000~10000mg/L, 보다 바람직하게는 2500~6000mg/L이다.

본 발명의 폐수 전처리방법에 따르면, 폐수 발생지에서 즉시로 폐수 전처리를 진행하는데 특별히 유리하게 사용할 수 있어, 전처리후의 폐수를 일반적인 오염수 처리공장에서 처리할 수 있도록 한다. 또한, 본 발명에 따른 폐수 전처리방법은 기존의 각종 활성 슬러지법 오염수 처리장치를 개조하는데 적합하고, 폐수 전처리 후 얻은 상층액을 기존의 오염수 처리장치에 유입시켜 처리한다. 동시에 기존의 오염수 처리장치의 잉여 슬러지와 폐수 원료를 혼합한 후, 본 발명의 폐수 전처리방법에 따라 처리한다. 이렇게 본 발명에 따른 폐수 전처리방법을 이용하면 기존의 오염수 처리장치의 잉여 슬러지를 대체적으로 완전히 제거할 수 있으며, 이로써 개조후의 오염수처리장치는 대체적으로 슬러지를 배출하지 않도록 할 수 있다.

도1은 본 발명의 폐수 전처리방법에 따른 폐수 전처리장치의 구조를 보인 예시도이다.
도2는 본 발명의 오염수 처리방법에 따른 오염수 전처리장치의 구조를 보인 예시도이다.

본 발명을 보다 자세히 이해하기 위하여 아래에 첨부도면을 결부하여 본 발명의 일부 바람직한 실시방안에 대하여 설명하고자 한다. 이러한 설명은 본 발명의 특징과 장점을 보다 자세히 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 특허청구범위에 대한 한정을 의미하는 것이 아님을 이해해야 한다.

도1은 본 발명의 폐수 전처리방법에 따른 폐수 전처리장치의 구조를 보인 예시도이다. 여기서, 폐수원료는 원료로서 중심 에이레이션 탱크(A1)에 유입되어 침전탱크(S1과 S2)에서 나오는 회류 슬러지(즉 제1농축혼합액)과 혼합하여 제1혼합액을 얻고, 이어서, 제1혼합액은 중심 에이레이션 탱크(A1, A2, A3과 A4) 중에서 순차적으로 에이레이션을 거쳐 제2혼합액을 얻으며, 제2혼합액은 침천탱크(S1과 S2)에 유입된 후, 회류 슬러지와 출수(즉 상층액)로 분리된다. 도1 에서 점선으로 된 화살표는 슬러지의 유동방향을 표시하고, 실선으로 된 화살표는 혼합액의 유동방향을 표시한다. 도1에서 도시한 폐수 전처리장치는 특히 폐수(유기폐수)의 발생지에서 폐수 전처리를 진행하여 경제적이고 효과적으로 폐수 중의 오염물을 도시 하수도 배출표준에 부합되는 수준으로 저하시킴으로써, 오염수 처리공장을 통하여 처리를 진행하게 하는데 적합하다. 도1에서 도시한 동심원 형식의 폐수 전처리장치는 기존의 오염수 처리장치를 개조하거나 혹은 오염수 처리장치를 신축하는데 사용할 수 있다.

도2는 본 발명의 오염수 처리방법에 따른 오염수 전처리장치의 구조를 보인 예시도이다. 여기서, 폐수원료는 원료로서 A구간 에이레이션 탱크에 유입되어 에이레이션 처리가 진행되고, A구간 침전탱크에서 분리되어 제1상층액과 회류 슬러지(1)를 얻으며, 또한 회류슬러지(1)가 A구간 에이레이션 탱크에 피드백됨으로써, 본 발명에 따른 폐수 전처리방법을 실현한다. A구간 침전탱크의 제1상층액(즉 A구간 출수)은 순차적으로 혐기구간, 산소부족구간(1)과 산소부족구간(2)으로 구성된 생물조정구역을 통과하여 에이레이션 탱크(1)와 에이레이션 탱크(2)에 유입되어 에이레이션 처리가 진행되고, 에이레이션 탱크(1)과 에이레이션 탱크(2) 중의 일부 혼합액은 회류하여 생물조정구역의 산소부족구간(1)에 유입되며, 에이레이션 탱크(1)와 에이레이션 탱크(2) 중의 잉여 혼합액은 각각 SBR탱크(1)와 SBR탱크(2)에 유입되어 분리를 거쳐 제2상층액(즉 2급 출수)과 SBR 잉여 슬러지를 얻고 일부 SBR 잉여 슬러지는 회류 슬러지(2)로서 생물조정구역의 혐기구간에 피드백되며, 제2상층액은 응집정화탱크에 유입되어 화학적 탈인처리를 거쳐 출수(즉 3급 출수)와 응집정화 잉여 슬러지를 얻고, 응집정화 잉여 슬러지와 그외의 SBR 잉여 슬러지는 잉여 슬러지로서 A구간 에이레이션 탱크에 피드백된다.

본문의 실시예 중에서 부호 t는 톤, DS는 건조 슬러지, m³은 입방미터, d는 일수, COD는 화학적 산소소비량을 대표한다.

실시예1:

도2에 도시한 오염수 처리장치에 따라 처리능력이 20000m³/d인 오염수 처리공장을 건설하고, 이미 1845일 연속 운영에 성공했다. 운영조건은 하기와 같다.

평균처리 물량은 약 9000m³/d, 입수 COD 파동범위는 647.7±195.9mg/L, 입수 암모니아성 질소 파동범위는 25.45±6.07mg/L, 입수 총질소 파동범위는 44.12±11.43mg/L, 입수 총인 파동범위는 1.85±0.85mg/L, 입수 현탁고형물(SS)의 파동범위는 291.8±129.8mg/L, 입수 휘발성 현탁고형물(VSS)의 파동범위는 159.0±76.1mg/L, 응집정화탱크 중에서의 응집제의 투입량은 30mg황산제1철/L이며, 전체 장치는 운영기간에 대체적으로 어떠한 슬러지도 배출하지 않았다.

운영과정에서 A구간 에이레이션 탱크의 혼합액 휘발성 현탁 고형물(MLVSS)과 혼합액 현탁 고형물(MLSS)의 범위는 각각 2844±681mg/L와 6623±1593mg/L, SBR탱크의 MLVSS와 MLSS의 범위는 각각 2148±334mg/L와 5372±891mg/L이다.

결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 제1상층액의 COD 파동범위는 102±19.9mg/L, 제2상층액의 COD 범위는 43.6±14.0mg/L, 출수의 COD범위는 29.3±9.3mg/L, 제2상층액의 암모니아성 질소 범위는 0.67±0.52mg/L, 출수의 암모니아성 질소 범위는 0.26±0.29mg/L, 제2상층액의 총질소 범위는 11.84±2.32mg/L, 출수의 총질소 범위는 116.1±1.68mg/L, 제2상층액의 총인 범위는 0.14±0.10mg/L, 출수의 총인 범위는 0.04±0.03mg/L, 제2상층액의 현탁 고형물은 16.7±4.5mg/L, 출수의 현탁 고형물은 2.1±1.0mg/L, 제2상층액의 휘발성 현탁 고형물은 10.1±4.7mg/L, 출수의 휘발성 현탁 고형물은 1.5±0.8mg/L이며, 전체 장치에는 선명한 침적물이 형성되지 않았다.

본 발명에서 제공하는 폐수 전처리방법을 사용하여 오염수 처리시스템을 신축하거나 혹은 기존의 상용적인 오염수 처리장치에 대한 개조를 진행하는 것은 슬러지의 침강성능을 개선하고, 슬러지의 팽창을 억제함으로써, 높은 슬러지농도하에서 작업이 가능하고, 폐수 중의 오염물의 함량을 저하시켜 슬러지 생물적처리의 요구를 만족시킬 수 있다는 것을 알 수 있다. 아울러 잉여 슬러지의 제거를 실현함으로써, 전체 오염수 처리시스템에서 발생한 잉여 슬러지가 감축되게 하였으며, 심지어는 슬러지 "0"배출에 도달했다.

상기와 같이 본 발명에서 제공한 슬러지 감량화 오염수 처리시스템 및 방법에 대하여 상세히 소개하였다. 명세서와 특허청구범위에서 방법에 대해 설명시에 각 단계를 표시하는데 사용한 번호는 특별히 명시했거나 혹은 상하문을 통하여 유일하게 확정할 수 있는 것을 제외하고는 각 단계의 순서를 대표하는 것이 아니다. 본문에서는 구체적인 사례를 응용하여 본 발명의 원리 및 실시방식을 설명했으며, 상기 실시예에 대한 설명은 본 발명의 방법 및 핵심사상을 이해하는데 한하여 사용된다. 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 원리를 벗어나지 않는 전제하에서 본 발명에 대하여 약간한 개선과 응용을 진행할 수 있으며, 이러한 개선과 응용 역시 본 발명의 특허청구범위의 보호범위 내에 속함을 밝혀두고자 한다.

Claims (27)

1. 폐수 원료를 제1에이레이션 탱크(aeration tank)의 제1단에 유입한 후 제1농축혼합액과 혼합하여 제1혼합액을 얻는 단계(1);
   상기 제1에이레이션 탱크의 에이레이션 구간에서 상기 제1혼합액에 대한 에이레이션 처리를 진행하여 상기 제1에이레이션 탱크의 제2단에서 제2혼합액을 얻는 단계(2);
   상기 제2혼합액을 제1침전탱크에 유입한 후 침전처리를 진행하여 상층액 및 제1농축혼합액을 얻는 단계(3);
   상기 상층액을 배출하고 상기 제1농축혼합액의 적어도 일부가 회류하여 상기 제1에이레이션 탱크의 제1단에 피드백됨으로써, 슬러지 일령이 50일 이상, 바람직하게는 100일 이상, 보다 바람직하게는 300일 이상, 보다 바람직하게는 1000일 이상, 보다 바람직하게는 2000일 이상, 보다 바람직하게는 5000일 이상이 되게 하는 단계(4);를 포함하는 폐수 전처리방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1혼합액의 슬러지농도가 2000~30000mg/L, 바람직하게는 2500~20000 mg/L, 보다 바람직하게는 3000~10000mg/L, 보다 바람직하게는 3000~7000 mg/L인 것을 특징으로 하는 폐수 전처리방법.
3. 제1항 혹은 제2항에 있어서,
   상기 제1에이레이션 탱크의 에이레이션 처리시간이 0.1~4시간, 바람직하게는 0.5~2시간, 보다 바람직하게는 0.5~1.5시간이고, 또한 제1침전탱크의 침전처리시간이 0.8~6시간, 바람직하게는 1~4시간, 보다 바람직하게는 1~3시간인 것을 특징으로 하는 폐수 전처리방법.
4. 제1항 내지 제3항 중의 임의의 한 항에 있어서,
   상기 제1에이레이션 탱크의 에이레이션 처리시간과 제1침전탱크의 침전처리시간의 비가 1:0.5~1:6, 바람직하게는 1:1~1:3, 보다 바람직하게는 1:1.5~1:2, 가장 바람직하게는 1:2인 것을 특징으로 하는 폐수 전처리방법.
5. 제1항 내지 제4항 중의 임의의 한 항에 있어서,
   상기 상층액의 화학적 산소소비량（COD）이 30~500 mg/L, 바람직하게는 50~250mg/L, 보다 바람직하게는 80~150mg/L인 것을 특징으로 하는 폐수 전처리방법.
6. 제1항 내지 제5항 중의 임의의 한 항에 있어서,
   유기 영양물 및/혹은 슬러지 원료와 상기 폐수 원료를 함께 상기 제1에이레이션 탱크의 제1단에서 상기 제1농축혼합액과 혼합하여 제1혼합액을 얻고, 바람직하게는 상기 유기 영양물은 생분해성 유기물을 포함한 생활오염수, 농업과 목축업 제품을 원료로 하는 공업폐수 혹은 적당한 탄소원， 예를 들면, 메틸알코올， 전분， 당밀 등이고, 바람직하게는 상기 슬러지 원료는 오염수 생물적처리 과정에서 발생한 활성 슬러지를 포함하는 어느 한 슬러지인 것을 특징으로 하는 폐수 전처리방법.
7. 제1항 내지 제6항 중의 임의의 한 항에 있어서,
   상기 단계(2)의 에이레이션 처리는 간헐적 에이레이션 혹은 연속적 에이레이션 방식으로 진행되는 것을 특징으로 하는 폐수 전처리방법.
8. 제1항 내지 제7항 중의 임의의 한 항에 있어서,
   상기 단계(2)에서 상기 제2혼합액의 용존산소농도는 0.1~4mg/L, 바람직하게는 1.5~3mg/L, 보다 바람직하게는 2~3mg/L인 것을 특징으로 하는 폐수 전처리방법.
9. 제1항 내지 제8항 중의 임의의 한 항에 있어서,
   상기 제1혼합액, 제2혼합액 및 제1농축혼합액 중에서 겸성(兼性) 미생물이 우세종인 것을 특징으로 하는 폐수 전처리방법.
10. 제1항 내지 제9항 중의 임의의 한 항에 있어서,
    상기 제1에이레이션 탱크와 제1침전탱크는 플러그 플로우방식에 따라 운영되는 것을 특징으로 하는 폐수 전처리방법.
11. 상기 제1항 내지 제10항 중의 임의의 한 항의 폐수 전처리방법에 따라 얻은 상층액을 해당 오염수 처리방법의 오염수 원료로 하는 것을 특징으로 하는 오염수 처리방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 상층액을 오염수 원료로 하여 순차적으로 생물조정구역, 제2에이레이션 구역 및 제2침전구역을 통과하여 제1출수 및 제2농축혼합액을 얻고, 제2농축혼합액의 제1부분이 회류하여 생물조정구역에 피드백되는 것을 특징으로 하는 오염수 처리방법.
13. 제12항에 있어서,
    상기 제2침전구역은 SBR방식으로 작업하는 것을 특징으로 하는 오염수 처리방법.
14. 제12항 혹은 제13항에 있어서,
    상기 생물조정구역에서의 유체 체류시간은 0.2~2시간, 바람직하게는 0.5~1.5시간, 보다 바람직하게는 0.5~1시간인 것을 특징으로 하는 오염수 처리방법.
15. 제12항 내지 제14항의 임의의 한 항에 있어서,
    상기 제2에이레이션 구역의 에이레이션 처리시간은 0.5~4시간, 바람직하게는 0.5~2시간, 보다 바람직하게는 1~2시간인 것을 특징으로 하는 오염수 처리방법.
16. 제12항 내지 제15항의 임의의 한 항에 있어서,
    상기 제2침전구역의 침전처리시간은 0.8~6시간, 바람직하게는 1~4시간, 보다 바람직하게는 1.5~3시간인 것을 특징으로 하는 오염수 처리방법.
17. 제12항 내지 제16항의 임의의 한 항에 있어서,
    상기 생물조정구역은 혐기구간과 산소부족구간을 포함하고, 상기 상층액 및 제2농축혼합액의 제1부분을 혼합한 후 혐기구간을 통과시켜 제3혼합액을 얻고, 제3혼합액 및 제5혼합액의 제1부분을 혼합한 후 산소부족구간을 통과시켜 제4혼합액을 얻으며, 상기 제4혼합액을 제2에이레이션 구역에 유입한 후 에이레이션 처리를 거쳐 제5혼합액을 얻고, 상기 제5혼합액의 제1부분이 회류하여 상기 산소부족구간에 피드백되며, 상기 제5혼합액의 잉여 부분을 상기 제2침전구역에 유입한 후 분리를 거쳐 제1출수 및 제2농축혼합액을 얻고, 상기 제2농축혼합액의 제1부분이 회류하여 혐기구간에 피드백되는 것을 특징으로 하는 오염수처리방법.
18. 제17항에 있어서,
    상기 생물조정구역의 혐기구간에서의 유체 체류시간이 0.1~1.5시간, 바람직하게는 0.5~1시간인 것을 특징으로 하는 오염수처리방법.
19. 제17항 혹은 제18항의 임의의 한 항에 있어서,
    상기 생물조정구역의 산소부족구간에서의 유체 체류시간이 0.1~1.8시간, 바람직하게는 0.5~1.5시간인 것을 특징으로 하는 오염수처리방법.
20. 제17항 내지 제19항의 임의의 한 항에 있어서,
    상기 생물조정구역의 혐기구간에서의 유체 체류시간 및 산소부족구간에서의 유체 체류시간의 비가 1:0.5~1:6, 바람직하게는 1:1~1:3, 보다 바람직하게는 1:1.5~1:2, 가장 바람직하게는 1:2인 것을 특징으로 하는 오염수처리방법.
21. 제17항 내지 제20항의 임의의 한 항에 있어서,
    상기 제4혼합액의 슬러지 농도가 2000~6000mg/L, 바람직하게는 2500~5000mg/L, 보다 바람직하게는 3000~4000mg/L인 것을 특징으로 하는 오염수처리방법.
22. 제17항 내지 제21항의 임의의 한 항에 있어서,
    상기 제5혼합액의 제1부분의 유량은 오염수 원료 유량의 10% 내지 150%, 바람직하게는 50% 내지 100%인 것을 특징으로 하는 오염수처리방법.
23. 제17항 내지 제22항의 임의의 한 항에 있어서,
    상기 제2농축혼합액의 제1부분의 유량은 오염수원료 유량의 10% 내지 150%, 바람직하게는 50% 내지 100%인 것을 특징으로 하는 오염수처리방법.
24. 제17항 내지 제23항의 임의의 한 항에 있어서,
    상기 제2농축혼합액의 잉여 부분의 적어도 일부가 회류하여 상기 폐수 처리방법 중의 제1에이레이션 탱크의 제1단에 피드백되고, 바람직하게는 상기 제2농축혼합액의 제1부분을 제외한 전부의 제2농축혼합액이 제2농축혼합액의 제2부분으로서 회류하여 상기 폐수 처리방법 중의 제1에이레이션 탱크의 제1단에 피드백되는 것을 특징으로 하는 오염수처리방법.
25. 제11항에 있어서,
    상기 상층액을 오염수 원료로 하고 Wuhrmann공법, A/O공법, Bardenpho공법, Phoredox공법, A²/O공법, 역A²/O공법, UCT공법, MUCT공법, VIP공법, OWASA공법, JHB공법, TNCU공법, Dephanox공법, BCFS공법, MSBR공법, SBR공법, AB공법, 산화구공법, 바이오필름공법, 유동상공법 혹은 그 공법의 조합에 따라 생물적처리를 진행하여 제1출수를 얻는 것을 특징으로 하는 오염수처리방법.
26. 제12항 내지 제25항의 임의의 한 항에 있어서,
    상기 제1출수를 응집정화탱크에 유입하여 응집 및 정화처리를 거친 후, 제2출수 및 응집 슬러지를 얻는 것을 특징으로 하는 오염수처리방법.
27. 제26항에 있어서,
    상기 응집 슬러지의 적어도 일부, 바람직하게는 전부의 응집 슬러지가 회류하여 상기 폐수처리방법 중의 제1에이레이션 탱크의 제1단에 피드백되는 것을 특징으로 하는 오염수처리방법.

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