KR20130001066A - 생물막 부착 멤브레인 공정을 이용한 생물학적 탈질·탈인 하·폐수 고도처리장치 - Google Patents

생물막 부착 멤브레인 공정을 이용한 생물학적 탈질·탈인 하·폐수 고도처리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 A2O 공정에 의해 하수가 처리되는 하수처리장치의 재호기조에 생물막 부착 멤브레인(membrane atteched biofilms, MAB)을 도입시킴으로써, 하수 내에 함유된 질소화합물과, 인의 처리효율을 향상시킨 것을 특징으로 하는 생물막 부착 멤브레인 공정을 이용한 생물학적 탈질·탈인 하·폐수 고도처리장치에 관한 것으로, 하수 처리시 질산화율 극대화, 탈질산화율 개선, 미생물 개체수 증가 및 잉여슬러지 발생량 감소 등으로 인해 하수처리의 전반적인 분야에서 매우 효과적인 처리시설로서 널리 적용될 것으로 기대된다.

Description

생물막 부착 멤브레인 공정을 이용한 생물학적 탈질·탈인 하·폐수 고도처리장치{Advanced wastewater treatment for biologically removing nitrogen and phosphorus using membrane atteched biofilms}
본 발명은 생물막 부착 멤브레인 공정을 이용한 생물학적 탈질·탈인 하·폐수 고도처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 A2O 공정에 의해 하수가 처리되는 하수처리장치의 재호기조에 생물막 부착 멤브레인(membrane atteched biofilms, MAB)을 도입시킴으로써, 하수 내에 함유된 질소화합물과, 인의 처리효율을 향상시킨 것을 특징으로 하는 생물막 부착 멤브레인 공정을 이용한 생물학적 탈질·탈인 하·폐수 고도처리장치에 관한 것이다.
하수처리수의 질소의 제거는 수환경 보존을 위해 시급히 해결되어야 할 중요한 문제이다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 폭넓게 적용되고 있는 생물학적 영양염류 제거(biological nitrogen removal, 이하, 'BNR'이라 한다) 공정은 질산화와 탈질산화가 각각 성공적으로 이루어졌을 때 기술이 완성되었다고 볼 수 있다.
일반적으로 BNR 공정의 핵심공정은 질산화(nitrification)로써 그 이유는 질산화반응이 완전하게 일어나야지만 탈질산화(denitrification)가 진행되기 때문이다. 일반적으로 질산화에 유리한 조건은 28∼32℃의 적정수온과 긴 SRT(sludge retention time)와, 충분하고 안정적으로 공급되는 용존산소(DO≒3mg/L) 등이 요구된다. 하지만 호기성 생물반응조는 반응조의 바닥으로 갈수록 용존산소는 줄어드는 경향이 있어 생물반응조 전체에서 안정적인 질산화가 진행되기 어렵다.
또한, 일반적인 활성슬러지공정은 유기탄소의 제거가 주목적이기 때문에 독립영양 질산화미생물군은 경쟁관계에서 도태되어 질산화가 매우 약하게 일어나기 때문에 보통의 BNR system에서는 질산화 공정을 후단에 위치시킴으로써 이러한 경쟁관계에 대응하게 되지만 탈질산화를 위해 내부순환과 충분한 질산화를 위한 반응조의 체적을 증대시켜야하는 비용적인 문제점이 발생한다. 이외에도 낮은 수온, 암모니아 (NH4 +-N)의 농도가 너무 높거나, 호기조의 체류시간이 짧을 경우, 용존산소결핍 혹은 유기탄소(organic carbon)가 너무 높을 경우, pH가 6 이하로 낮아지는 경우와 같이 pH의 급격한 변화 등이 질산화를 저해시키는 요인으로 작용한다.
따라서 일반적으로 동절기에도 수온이 높은 특성을 지닌 도시하수의 고도처리시스템에서 질소제거효율을 높이기 위해서는 질산화미생물군이 안정적으로 부착 성장할 수 있고 충분한 용존산소가 공급되는 환경조건이 제공될 경우에 질산화 및 탈질산화를 개선할 수 있다.
그리고 도시 하수의 질소화합물 및 인화합물 제거방법에 관한 것으로, 국내 등록특허공보 제10-0420301호에 도 1에 도시된 바와 같이 종래와 같이, 침사지에서 그릿(grit)이 제거된 하수 또는 폐수를 원수로 유입시켜 적어도 제1폭기조(2)에서 질산화 과정에 의해 질산염을 생성시키는 제1폭기 단계, 상기 제1폭기 단계에서 유입한 질산염을 후탈질조(3)에서 탈질미생물의 내생호흡이나 외부탄소원, 원수의 유기물질 등에 의해 질소가스로 탈기시키는 후탈질 단계, 후탈질 단계에서 생성된 질소가스를 제2폭기조(4)에서 탈기시켜 후속되는 최종 최종 침전지(50)의 슬러지 침강성을 양호하게 함과 동시에 처리되지 않은 유기물, 암모 니아성 질소 등의 오염물질을 산화시키는 제2 폭기 단계, 그 제2 폭기 단계후, 최종 최종 침전지(50)에서 고액분리에 의해 정화된 상징액과 슬러지를 분리, 배출시키는 침전 단계를 포함하며, 유기물질과 영양염류를 동시에 제거할 수 있는 유사 A2O 시스템으로 후탈질 단계와 동시에 전탈질 단계가 수행될 수 있도록 상기 침전 단계에서 침전되어 배출되는 슬러지의 일부를 반송시켜 미생물 체류시간(SRT)동안 유지시키고, 상기 제1폭기 단계로부터 폭기조 유출수를 생물반응조(1)로 반송시켜 상기 제1폭기 단계 이전에 유입원수로부터 전탈질을 시키는 생물반응 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 고도 하수처리장치가 알려져 있다
또한 ASA(advanced step aeration) 공법에 의한 하수처리장치는 도 2에 도시된 바와 같이 무산소 슬러지조, 혐기조, 호기조, 무산소조, 재호기조 및 침전지로 이루어지며, 유입수의 80 부피%는 혐기조로 유입되며, 나머지 20 부피%는 무산소조로 유입하여 탈질산화을 위한 탄소원으로써 내부탄소원인 유입하수를 탄소원으로 사용한다. 생물반응조의 혼합액은 최종침전지에서 고액분리 되어 상등액은 처리수로 배출되고, 침전된 슬러지는 무산소 슬러지조로 원수대비 20 부피%가 반송되며, 이는 반송슬러지 중의 질산성질소 성분의 내생탈질을 유도하고 혐기조의 인 방출을 위한 최적의 조건을 만들 수가 있다.
따라서 본 발명은 A2O 공정에 의해 하수가 처리되는 하수처리장치에 생물막 부착 멤브레인(MAB)을 도입시켜 하수 내에 함유된 질소화합물과, 인의 처리효율을 향상시킴으로써 본 발명을 완성하게 되었다.
등록특허공보 제10-0420301호 "고도 하수 처리 방법과 그 장치"
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위한 방안으로 A2O 공정에 의해 하수가 처리되는 하수처리장치의 재호기조에 생물막 부착 멤브레인(MAB)을 도입시킴으로써, 하수 내에 함유된 질소화합물과, 인의 처리효율을 향상시킨 것을 특징으로 하는 생물막 부착 멤브레인 공정을 이용한 생물학적 탈질∼탈인 하·폐수 고도처리장치를 제공함을 과제로 한다.
본 발명은 생물학적 탈질·탈인 하·폐수 고도처리장치에 있어서,
하수에 함유된 부유물질을 침전처리하는 최초 침전지와,
혐기조에 슬러지를 공급하기 위한 무산소 슬러지조와,
상기 최초 침전지로부터 유입된 하수를 혐기성 상태에서 처리하는 혐기조와,
상기 혐기조로부터 이송되는 처리수에 함유된 암모니아성 질소 또는 유기성 질소를 용존산소를 이용하여 질산화처리하는 호기조와,
상기 최초 침전지로부터 유입된 하수와 상기 호기조로부터 이송된 처리수를 무산소 상태에서 탈질산화에 의해 질산염을 질소가스로 제거하는 무산소조와,
상기 무산소조에서 미처리된 유기물 및 인을 제거하는 생물막 부착 멤브레인이 설치된 재호기조, 및
상기 재호기조로부터 이송된 처리수 내에 함유된 슬러지를 침전처리하는 최종 침전지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 생물막 부착 멤브레인 공정을 이용한 생물학적 탈질·탈인 하·폐수 고도처리장치를 과제 해결 수단으로 한다.
상기 재호기조는 조 내부에 생물막 부착 멤브레인(MAB)을 설치되고, 재호기조의 저면에 산기관이 설치되고,
상기 생물막 부착 멤브레인(MAB)은 비표면적이 넓고 미생물의 흡착, 정착 및 성장이 유리한 중공사막, 평막, 멤브레인 표면을 부직포 처리한 탄소막(carbon membrane) 중에서 1 종이 선택하며, 실리콘 소재 또는 폴리에틸렌 소재이며, 상기 생물막 부착 멤브레인(membrane atteched biofilms)은 재호기조 내에서 차지하는 부피가 10~15 부피%(MAB/재호기조)인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 고도처리장치는 유입되는 하수의 총부피에 대하여 혐기조에 70~90 부피%, 무산소조에 10~30 부피%의 하수가 유입되며, 슬러지의 반송률이 15~25 부피%(반송 슬러지/유입수)인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 A2O 공정에 의해 하수가 처리되는 하수처리장치의 재호기조에 생물막 부착 멤브레인(MAB)을 도입시킴으로써, 하수 내에 함유된 질소화합물과, 인의 처리효율을 향상시킨 것이 장점이다. 따라서 본 발명은 하수 처리시 질산화율 극대화, 탈질산화율 개선, 미생물 개체수 증가 및 잉여슬러지 발생량 감소 등으로 인해 하수처리의 전반적인 분야에서 매우 효과적인 처리시설로서 널리 적용될 것으로 기대된다.
도 1은 종래의 고도 하수처리장치를 나타낸 개략 구성도이고,
도 2는 종래의 ASA(advanced step aeration) 공법에 의한 하수처리장치의 구성도이며,
도 3은 본 발명에 따른 A2O 공정을 적용한 생물학적 탈질·탈인 하·폐수 고도처리장치의 구성도이고,
도 4는 멤브레인의 표면에 형성되는 생물막에 의해 하수에 함유된 질소화합물이 제거되는 상태를 나타낸 도식도이며
도 5는 본 발명에 따른 고도처리장치의 재호기조 내에 생물막 부착 멤브레인(MBA)이 설치된 상태를 찍은 사진이고,
도 6은 본 발명에 따른 생물막 부착 멤브레인(MBA)의 생물막을 찍은 사진에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예의 생물막 부착 멤브레인 공정을 이용한 생물학적 탈질·탈인 하·폐수 고도처리장치를 첨부된 도면을 중심으로 상세히 설명하며, 상세한 설명에서 일반적인 하수처리분야 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 언급은 간략히 하거나 또는 생략하였다.
본 발명은 도 3에 도시된 바와 같은 생물학적 탈질·탈인 하·폐수 고도처리장치에 있어서,
하수에 함유된 부유물질을 침전처리하는 최초 침전지(10)와,
혐기조에 슬러지를 공급하기 위한 무산소 슬러지조(20)와,
외부로부터 유입된 하수를 혐기성 상태에서 처리하는 혐기조(30)와,
상기 혐기조로부터 이송되는 처리수에 함유된 암모니아성 질소 또는 유기성 질소를 용존산소를 이용하여 질산화처리하는 호기조(40)와,
상기 최초 침전지로부터 유입된 하수와 상기 호기조로부터 이송된 처리수를 무산소 상태에서 탈질산화에 의해 질산염을 질소가스로 제거하는 무산소조(50)와,
상기 무산소조에서 미처리된 유기물 및 인을 제거하는 생물막 부착 멤브레인이 설치된 재호기조(60), 및
상기 재호기조로부터 이송된 처리수 내에 함유된 슬러지를 침전처리하는 최종 침전지(70)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 고도처리장치는 탈질산화을 위한 탄소원으로써 내부탄소원인 유입 하수에 함유된 탄소원을 사용한다.
상기 고도처리장치를 각 구성요소별로 상세히 설명하면 아래 내용과 같다.
최초 침전지(10)는 고도처리장치 내에 하수가 유입되기 전에 하수 내에 함유되어 있는 각종 부유물질 등을 침전처리하여 제거하기 위한 조이다.
무산소 슬러지조(Anoxic Sludge Tank)(20)는 최종 침전지로부터의 반송슬러지를 일정시간 체류시켜 반송슬러지 내의 NO3-N을 내생탈질에 의해 제거 및 반응조내의 결합산소분(NOx)을 최소화하여 혐기조에서 용해성 인 방출을 위한 최적환경을 제공하면서 슬러지를 안정화시키는 공정으로서, 유입수량에 대한 체류시간은 0.3~0.5 시간인 것이 바람직하다. 무산소 슬러지조에서 유입수량에 대한 체류시간이 0.3 시간 미만이 되면 유기물의 산화, 분해효율이 저하될 우려가 있고, 0.5 시간을 초과하면 미생물 내 인이 재방출할 우려가 있다.
실제, 반송량이 처리용량의 50 부피%이면 실체류시간은 1 시간이 되고, 처리용량의 30 부피%이면 1.7 시간이 된다. 무산소 슬러지조는 원수의 유입없이 최종 침전지에서 고액분리된 고농도 슬러지만이 존재하기 때문에 MLSS농도가 다른 생물반응조보다 2.5배에서 4배까지 높은 농도를 유지할 수 있다.
혐기조(Anaerobic Tank)(30)는 혐기성 슬러지의 영향으로 완전한 혐기상태를 유지하여 유입 하수 중 쉽게 분해 가능한 유기물(Readily Biodegradable Organics)을 에너지원으로 하여 인 방출 및 슬러지내의 질소가 흡착 제거된다. 혐기조의 체류시간은 0.8~1.2 시간인 것이 바람직하며, 혐기조의 체류시간이 0.8 시간 미만이면 유입수의 체류시간이 짧아 혐기조내의 미생물의 인의 방출량이 줄어들고, 유기물의 산화 및 분해효율이 저하될 우려가 있고 혐기조의 체류시간이 1.2 시간을 초과하면 유입 하수 내에 함유된 황산 이온의 환원이 진행되어 유화수소 냄새가 발생하는 경우가 많다.
호기조(Aerobic Tank)(40)는 호기조의 저면에 설치된 산기관으로부터 공급되는 용존산소에 의해 유기물산화, 질산화, DO 유지에 소요되는 충분한 용존산소의 공급하에서 NH4 +-N, 유기성 질소가 질산화 반응에 의해 전화되며, 호기조건하에서 인의 과잉섭취가 일어나고 유기물산화현상도 동시에 일어난다. 호기조에서의 유입수 체류시간은 2.4~3.0 시간인 것이 바람직하다. 호기조의 유입수 체류시간이 2.4 시간 미만이면 유기물의 산화 및 분해효과가 저하될 우려가 있고, 3.0 시간을 초과하면 슬러지해체, 핀플럭(finfloc)현상, 질산화효율저하 및 용존산소부족의 현싱이 발생 할 우려가 있다.
무산소조(Anoxic Tank)(50)는 호기조에서 충분한 질산화가 진행된 후 무산조에서는 절대 혐기상태가 아닌 무산소상태(결합산소존재 : NOx-N)에서 탈질산화를 위한 에너지로서 내부탄소원인 유입하수를 이용하여 질산염을 질소가스로 제거한다. 이때 탄소에너지로 이용되는 유입하수중의 용해성 BOD가 상당부분 제거되며 암모니아성질소는 생체내에 합성된다. 무산소조의 유입수 체류시간은 2.0~2.3 시간인 것이 바람직하다. 무산소조의 유입수 체류시간이 2.0 시간 미만이면 탈질산화휴율 저하 및 유기물 제거효율이 저하할 우려가 있고, 2.3 시간을 초과하면 미생물에 흡수된 인이 반응조로 재방출하여 인제거 휴일이 저하될 우려가 있다.
재호기조(Aerobic Tank)(60)는 조 내부에 생물막 부착 멤브레인(membrane atteched biofilms)을 적절한 방법에 의해 설치하여 전단 반응조에서 미처리된 유기물 및 인을 제거하고, 최종 침전지에서 인 재용출을 방지하며, 처리수의 용존산소를 확보하기 위해 재호기조의 저면에 산기관(80)이 설치된다. 재호기조의 유입수 체류시간은 0.5~1.0 시간인 것이 바람직하다. 재호기조(60)의 유입수 체류시간이 0.5 시간 미만이면 처리수의 용존산소확보가 어렵게 되며, 이전 반응조에서 제거되지 않은 잔류 유기물이 처리되지 않을 우려가 있고, 1.0 시간을 초과하면 과포기가 되어 경재성이 떨어질 우려가 있다.
상기 생물막 부착 멤브레인(MAB)은 도 4에 도시된 바와 같이 멤브레인의 내부에서 외부로 공급되는 산소를 통해서 멤브레인의 표면에 형성되는 생물막을 칭한다. 호기성 혼합액에 생물막 부착 멤브레인(MAB) 공정을 적용하게 되면 멤브레인에 부착형성되는 생물막의 상층부 즉, 혼합액과 만나는 쪽은 유기탄소의 농도가 높으나 생물막을 통과하면서 유기탄소의 농도는 떨어지고 생물막의 바닥층에는 산소는 풍부하나 유기탄소는 부족한 조건이 형성된다. 이러한 조건에서 앞서 설명한 독립영양 질산화미생물군과 종속영양 미생물군의 경쟁관계에 놓이지 않아 생물막 부착 멤브레인(MAB)의 바닥층으로 갈수록 질산화미생물군의 서식조건이 충족하게 되어 생물막 부착 멤브레인(MAB) 공정의 적용은 질산화미생물의 부착성장이 가능하여 질산화효율을 높이고, 유기물의 추가제거도 가능한 것으로 알려져 있다.
상기 생물막 부착 멤브레인(membrane atteched biofilms, MAB)(90)은 비표면적이 넓고 미생물의 흡착, 정착 및 성장이 유리한 중공사막, 평막, 공극이 0.4~6㎛인 멤브레인 표면을 부직포 처리한 탄소막(carbon membrane) 중에서 1 종이 선택하는 것이 바람직하며, 재질은 실리콘 소재 또는 폴리에틸렌 소재인 것이 바람직하다.
또한 상기 생물막 부착 멤브레인(90)의 생물막형성을 위한 배양방법은 질산화조에서 취한 혼합액을 최초에는 흡입펌프를 이용한 여과를 통해서 멤브레인의 표면에 미생물을 부착시킨 후 멤브레인의 내부에서 순산소를 공급하며 생물막 부착 멤브레인(90)의 생물막을 성장시켜 준비한다.
본 발명에서 생물막 부착 멤브레인(90) 공정의 적용에 의한 생물반응조내 미생물 군집은 활성슬러지반응조(호기조)에 결합하여 운전할 경우 활성슬러지의 질산화율과 탈질산화율의 증대뿐만 아니라 유기물질의 제거증가도 기대할 수 있다. 또한 생물막 부착 멤브레인(90) 공정의 적용으로 소형 미생물상(microfauna; 원생동물)이 부착하여 서식할 수 있는 환경을 제공하기 때문에 이러한 원생동물이 반응조에서 쉽게 유출되는 것을 막아준다. 생물막 부착 멤브레인(90)의 표면 생물막의 미생물로는 protoza(원생동물), metazoan(후생동물) 계통의 올리고키트(oligochaetes), 보티셀라(vorticella), 콜포다(colpoda), 로타리아(rotaria), 레카네(lecane), 네머토우드(nematode) 등이 있었다.
상기 생물막 부착 멤브레인(90)이 재호기조 내에서 차지하는 부피는 10~15 부피%(MAB/재호기조)인 것이 바람직하다. 생물막 부착 멤브레인(90)이 재호기조내에서 차지하는 부피가 10 부피%미만인 경우에는 처리되지 않은 잔류질소의 질산화와 탈질화반응이 충분히 이루어지지 않을 우려가 있고, 15 부피%를 초과할 경우에는 재호기조의 혼합액의 완전혼화흐름을 저해할 우려가 있다.
최종 침전지는 상기 재호기조를 거쳐 유입되는 유입수 내에 함유되어 있는 슬러지를 침전시켜 제거한 후 상등수는 외부로 배출하고, 최종 침전지 아래 가라앉은 슬러지는 일부는 무산소 슬러지조로 반송하고 나머지 슬러지는 외부로 배출한다. 이때 슬러지의 반송률은 15~25 부피%(반송 슬러지/유입수)인 것이 바람직하다. 슬러지의 반송률이 15 부피% 미만인 경우에는 생물반응조(무산소슬러지조, 혐기조, 무산소조, 재호기조의 미생물공급량이 저하되어 MLSS농도를 유지하기가 불가능하고, 25 부피%를 초과할 경우에는 최종침전지의 슬러지계면이 상승하여 처리수질의 악화, 반송슬러지의 농도감소로 인한 생물반응조의 MLSS농도의 일시적 감소현상이 발생하여 처리효율이 저하 할 우려가 있다.
본 발명에서 고도처리장치에 유입되는 하수는 고도처리장치에 유입되는 하수의 총부피에 대하여 혐기조에 70~90 부피%, 무산소조에 10~30 부피%의 하수가 유입되는 것이 바람직하다. 혐기조에 유입되는 하수가 70 부피% 미만이면 생물반응조의 F/M비가 감소하여 미생물의 활성도가 떨어질 우려가 있고, 90 부피%를 초과할 경우에는 혐기조의 F/M비가 증가하여 유기물의 산화분해효율 저하가 나타나고, 무산소조로 단계유입되는 탄소원이 공급량이 줄어들어 탈질산화효율이 저해 할 우려가 있다. 또한 무산조조에 유입되는 하수가 10 부피% 미만이면 탈질산호반응에 필요한 유기물의 공급량 감소로 인해 탈질산화효율이 감소할 우려가 있고, 30 부피%를 초과할 경우에는 유기물의 공급량 과잉으로 인해 재호기조로 유출되는 미처리 유기물량이 증가하여 처리수질이 악화될 우려가 있다.
그리고 본 발명에 따른 고도처리장치는 무산조 슬러지조, 혐기조 및 무산조 내에는 교반기(도 3에는 미도시되고 M으로 표기됨)를 설치하여 조 내에 유입된 유입수 또는 반송 슬러지를 교반시킨다.
따라서, 상기와 같은 구조를 갖는 본 발명에 따른 고도처리장치는 A2O 공정을 적용한 하수처리장치에 생물막 부착 멤브레인(90)을 도입시킴으로써, 하수 내에 함유된 질소화합물과, 인화합물의 처리효율을 향상시킨 것이 특징이다.
이하 본 발명에 따른 생물막 부착 멤브레인 공정을 이용한 생물학적 탈질·탈인 하·폐수 고도처리장치를 아래의 실시 예를 통해 구체적으로 설명하면 다음과 같으며, 본 발명은 아래의 실시 예에 의해서만 반드시 한정되는 것이 아니다.
1. 하수 처리 조건
(실시 예 1)
본 발명에 따른 도 3에 도시된 바와 같은 고도처리장치의 파이롯트 플랜트(Pilot-plant)를 제작하여 하수 원수를 처리하였다. 상기 고도처리장치의 각 설비의 재원은 아래 [표 1] 및 [표 2]의 내용과 같다.
(단위 : m)
설비 크기(폭×길이×높이)
무산소 슬러지조 4.0×4.0×16.0
혐기조 4.0×10.0×16.0
호기조 12.0×10.0×16.0
무산소조 10.0×10.0×16.0
재호기조 4.0×10.0×16.0
그리고 본 실시 예 1의 MAB에 적용된 멤브레인은 폴리에틸렌 재질의 중공사막을 사용하였고, 그 재원은 아래 [표 2]에 나타내었다.
또한 MAB의 생물막형성을 위한 배양방법은 질산화조에서 취한 혼합액을 최초에는 흡입펌프를 이용한 여과를 통해서 멤브레인의 표면에 미생물을 부착시킨 후 멤브레인의 내부에서 순산소를 공급하며 MAB의 생물막을 성장시켜 준비하였고, 멤브레인의 표면에 부착된 미생물은 protoza(원생동물), metazoan(후생동물) 계통의 올리고키트(oligochaetes), 보티셀라(vorticella), 콜포다(colpoda), 로타리아(rotaria), 레카네(lecane), 네머토우드(nematode) 등을 사용하였다.
Separation Specification
Ultration Hollow Fiber Membrane Material polyethylene (hydrophilicity)
Pore size() 0.4
OD/ID/Thickness() 650/410/120
Tensile strength(gf/fil) 1,733
Strain at failure ≥30%
Pure water flux(LMH) 550(at -10cmHg)
Size w50×L40×H50
참고로 첨부된 도면인 도 5는 본 발명에 따른 실시 예의 고도처리장치의 재호기조 내에 생물막 부착 멤브레인(MBA)이 설치된 상태를 찍은 사진이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 생물막 부착 멤브레인(MBA)의 표면에 형성된 생물막을 찍은 사진에 관한 것이다.
본 실시 예에서 사용한 N 하수처리장에서 취수한 하수 원수의 성상은 아래 [표 3]의 내용과 같다.
항목 단위 측정 결과
범위 평균
온도 ℃ 18.7~22.8 20.6
pH - 6.8~7.3 7.0
SS mg/L 101.2~162.0 129.1
BOD mg/L 63.0~105.0 83.8
CODcr mg/L 257.8~347.8 304.4
NH4 +-N mg/L 21.4~29.7 25.2
T-N mg/L 20.1~31.7 26.6
T-P mg/L 2.32~5.8 4.0
또한 본 실시예의 운전 조건은 아래 [표 4]의 내용과 같으며, 고도처리장치는 유입되는 하수의 총부피에 대하여 혐기조에 70 부피%, 무산소조에 30 부피%의 하수가 유입시켰다.
설비 운전 조건
무산소 슬러지조 MLSS : 7,000~9,000mg/L
HRT : 0.4 hr
Return sludge : 0.2Q
혐기조 MLSS : 2,430~3,500mg/L
HRT : 1 hr
호기조 MLSS : 2,000~4,000mg/L
HRT : 3.0 hr
DO : 2~3mg/L
무산소조 MLSS : 2,000~4,000mg/L
HRT : 2.3 hr
재호기조 MLSS : 2,000~4,000mg/L
HRT : 1.0 hr
DO : 2~3mg/L
(실시 예 2)
실시 예 1과 동일한 재원을 갖는 고도처리장치를 사용하여 상기 [표 3]의 성상을 갖는 하수 원수를 실시 예 1과 동일한 조건으로 처리하되, 단 MBA가 재호기조 내에서 차지하는 비율은 15 부피%이고, 상기 고도처리장치는 유입되는 하수의 총부피에 대하여 혐기조에 90 부피%, 무산소조에 10 부피%의 하수가 유입되며, 슬러지의 반송률은 25 부피%(반송 슬러지/유입수)이다.
(비교 예 1)
도 2에 도시된 바와 같은 ASA(advanced step aeration) 공법에 의한 고도처리장치 파이롯트 플랜트(Pilot-plant)를 사용하여 하수 원수를 처리하였다. 상기 고도처리장치의 각 설비의 재원은 상기 [표 1]의 내용과 같고, 하수 원수의 성상은 상기 [표 3]의 내용과 같으며, 운전조건은 상기 [표 4]의 내용과 같다.
단, 유입수의 80 부피%는 혐기조로 유입되며, 나머지 20 부피%는 무산소조로 유입되고, 재호기조에서 무산소조로의 처리수 반송률은 100~200 부피%이고, 슬러지의 반송률은 20 부피%(반송 슬러지/유입수)이다.
2. 분석방법
N 하수처리장으로 유입되는 원수를 1차최종 침전지의 유출수로 하여 사용하였고, SS, BOD, CODMn, T-N, NH4 +-N, T-P, pH, 수온을 분석 및 측정하였다. pH와 수온은 To-A pH Meter(HM-21P)를 이용하여 측정하였고, BOD는 수질오염공정시험법에 준하여 분석하였으며, SS는 U.S.A Standard 방법으로 직경 47 mm의 GF/C 여재를 사용하여 분석하였고, CODMn, T-N, NH4 +-N, T-P는 Humas사의 HS-2300 Plus 분석기기를 이용하여 시약과 시료의 전처리 후 분석하였다.
3. 분석 결과
실시 예 1. 2 및 비교 예 1의 하수를 처리한 다음 상기 2의 분석방법에 따라 처리수를 분석한 결과 오염물의 평균농도는 아래 [표 5]의 내용과 같다.
(단위 : 제거율 %)
항목 단위 유입수
평균 농도		 실시 예 비교 예
1 2 1
SS mg/L 129.1 3.6
(97.9)		 3.19
(97.5)		 4.5
(96.5)
BOD mg/L 83.8 4.3
(96.8)		 6.9
(95.4)		 8.3
(90.1)
CODMn mg/L 304.4 7.3
(97.6)		 22.39
(92.6)		 28.3
(90.7)
NH4 +-N mg/L 25.2 0.6
(98.1)		 1.12
(95.6)		 2.23
(91.2)
T-N mg/L 26.6 3.1
(86.8)		 3.73
(86.0)		 5.83
(78.1)
T-P mg/L 4.0 0.3
(94.3)		 0.43
(89.3)		 1.32
(67.0)
상기 [표 5]의 내용에 의하면, 실시 예 1, 2의 경우에는 비교 예 1에 비해 각 오염물질들의 제거율이 우수한 것을 알 수 있다.
특히 실시 예 1, 2는 비교 예 1에 비해 암모니아성 질소(NH4 +-N) 및 총질소(T-N)와 총인(T-P)의 제거율이 더욱 우수한 것이 확인되었으며, 실시 예 1, 2의 경우에는 하수처리 조건을 일부 변경하더라도 각 오영물질의 제거효율에는 현저한 변화가 없음을 확인할 수 있었다.
따라서, 재호기조의 혼합액에 MAB공정을 적용할 경우 질산화 효율 증대, 탈질산화 효율증대 그리고 탈질에 소모(제거)되는 유기탄소를 통해서 기존의 질산화공정, 탈질공정, 활성슬러지공정의 세 가지 공정의 역할을 동시에 수행할 수 있어 생물학적 하수처리효율을 개선할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 생물막 부착 멤브레인 공정을 이용한 생물학적 탈질·탈인 하·폐수 고도처리장치에 대한 상기한 설명은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
10 : 최초 침전지 20 : 무산소 슬러지조
30 : 혐기조 40 : 호기조
50 : 무산소조 60 : 재호기조
70 : 최종 침전지 80 : 산기관
90 : 생물막 부착 멤브레인(MAB)

Claims (6)

  1. 생물학적 탈질·탈인 하·폐수 고도처리장치에 있어서,
    하수에 함유된 부유물질을 침전처리하는 최초 침전지와,
    혐기조에 슬러지를 공급하기 위한 무산소 슬러지조와,
    상기 최초 침전지로부터 유입된 하수를 혐기성 상태에서 처리하는 혐기조와,
    상기 혐기조로부터 이송되는 처리수에 함유된 암모니아성 질소 또는 유기성 질소를 용존산소를 이용하여 질산화처리하는 호기조와,
    상기 최초 침전지로부터 유입된 하수와 상기 호기조로부터 이송된 처리수를 무산소 상태에서 탈질산화에 의해 질산염을 질소가스로 제거하는 무산소조와,
    상기 무산조에서 미처리된 유기물 및 인을 제거하는 생물막 부착 멤브레인이 설치된 재호기조, 및
    상기 재호기조로부터 이송된 처리수 내에 함유된 슬러지를 침전처리하는 최종 침전지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 생물막 부착 멤브레인 공정을 이용한 생물학적 탈질·탈인 하·폐수 고도처리장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 재호기조는 조 내부에 생물막 부착 멤브레인(membrane atteched biofilms)이 설치되고, 재호기조의 저면에 산기관이 설치된 것을 특징으로 하는 생물막 부착 멤브레인 공정을 이용한 생물학적 탈질·탈인 하·폐수 고도처리장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 생물막 부착 멤브레인(membrane atteched biofilms)은 비표면적이 넓고 미생물의 흡착, 정착 및 성장이 유리한 중공사막, 평막, 멤브레인 표면을 부직포 처리한 탄소막(carbon membrane) 중에서 1 종이 선택하고, 실리콘 소재 또는 폴리에틸렌 소재의 멤브레인인것을 특징으로 하는 생물막 부착 멤브레인 공정을 이용한 생물학적 탈질·탈인 하·폐수 고도처리장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 생물막 부착 멤브레인(membrane atteched biofilms)은 재호기조 내에서 차지하는 부피가 10~15 부피%(MAB/재호기조)인 것을 특징으로 하는 생물막 부착 멤브레인 공정을 이용한 생물학적 탈질·탈인 하·폐수 고도처리장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고도처리장치는 유입되는 하수의 총부피에 대하여 혐기조에 70~90 부피%, 무산소조에 10~30 부피%의 하수가 유입되는 것을 특징으로 하는 생물막 부착 멤브레인 공정을 이용한 생물학적 탈질·탈인 하·폐수 고도처리장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 고도처리장치는 슬러지의 반송률이 15~25 부피%(반송 슬러지/유입수)인 것을 특징으로 하는 생물막 부착 멤브레인 공정을 이용한 생물학적 탈질·탈인 하·폐수 고도처리장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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