KR20130127279A

KR20130127279A - 질소 및 인을 제거하기 위한 하폐수처리장치

Info

Publication number: KR20130127279A
Application number: KR20120051069A
Authority: KR
Inventors: 김경일; 김진호; 장문석; 황규대
Original assignee: 주식회사 에코니티
Priority date: 2012-05-14
Filing date: 2012-05-14
Publication date: 2013-11-22
Also published as: KR101390748B1

Abstract

질소 및 인 제거용 하폐수처리장치가 개시된다. 개시된 하폐수처리장치는 적어도 1종의 미생물 및 유기물을 포함하는 원수가 유입되는 곳으로, 혐기성 상태에서 생물학적 인 방출 반응이 진행되는 혐기조, 상기 혐기조에서 배출된 유출수 및 질산성 질소 함유 슬러지가 유입되는 곳으로, 무산소 상태에서 상기 질산성 질소의 생물학적 탈질 반응이 진행되는 무산소조, 상기 무산소조에서 배출된 활성 슬러지의 일부를 상기 혐기조로 반송시키는 제1 반송관, 상기 무산소조에서 배출된 유출수가 유입되는 곳으로, 산소가 공급되는 상태에서 생물학적 질산화 반응 및 과잉 인 섭취반응이 진행되고, 상기 무산소조에서 배출된 유출수를 처리수와 슬러지로 분리하는 막분리호기조, 및 상기 막분리호기조에서 배출된 활성 슬러지의 일부를 상기 무산소조로 반송시키는 제2 반송관을 포함하고, 상기 무산소조는 이의 피처리수를 MLSS 농도가 낮은 상층액과 MLSS 농도가 높은 하층액으로 분리하는 MLSS 농축수단을 구비한다.

Description

질소 및 인을 제거하기 위한 하폐수처리장치{Sewage and wastewater treatment apparatus for removal of nitrogen and phosphorus}

질소 및 인을 제거하기 위한 하폐수처리장치가 개시된다. 보다 상세하게는, 순차적으로 직렬 연결된 혐기조, 무산소조 및 막분리호기조를 포함하고, 상기 무산소조는 피처리수를 MLSS(mixed liquor suspended solid) 농도가 낮은 상층액과 MLSS 농도가 높은 하층액으로 분리하는 MLSS 농축수단을 구비하는 하폐수처리장치가 개시된다.

21세기 후반까지의 산업화와 도시화로 많은 오염원들이 생겨났으며, 이러한 오염원들이 수계(watershed)로 직접 유입되면서 수계환경을 점차 악화시키게 되었다. 또한, 기후변화에 따른 영향으로 지구촌은 점차 물 부족 문제를 떠안게 되면서 물 보호 및 물의 재이용에 대한 관심이 증가하게 되었고 하천으로 방류되는 수질 기준을 점차적으로 강화하기에 이르렀다.

그러나, 기존의 하폐수처리장치는 날로 증가하는 오염원과 물 부족을 해결하고, 점차 강화되는 수질기준을 충족하기에는 한계점을 드러내게 되었다. 특히, 우리나라와 같이 하상 구배가 짧으면서 우기와 건기의 구분이 뚜렷하여 물 부족이 심각하고, 하폐수처리장치의 설치 공간이 부족한 지역의 경우는 문제점이 더욱 크게 부각되기 시작하였다.

최근, 이러한 지역적인 문제점을 극복하고 점차 강화되는 수질기준을 충족할 수 있는 고도처리 기술로서 MBR(membrane bioreactor)이 주목받고 있다. MBR은 분리막이 갖는 미세 세공 크기와 막표면 전하를 이용하여 하폐수 중에 존재하는 유/무기 오염물질 및 미생물 등을 거의 완벽하게 분리하여 제거할 수 있는 기술이다. 분리막은 모듈화되어 다른 물리화학적 또는 생물학적 처리장치와 쉽게 조합함으로써 효율적인 하폐수처리장치를 구성할 수 있는 장점을 가지고 있다.

이미 선진 외국은 다른 다양한 장치와 MBR을 조합하여 하폐수처리장치를 구성함으로써 하폐수를 고효율로 처리하고, 상기 처리에 의해 얻어진 처리수를 재이용하는 연구들을 진행하고 있다. 그 결과, 상기 처리수를 조경용수, 세척수, 화장실 중수뿐만 아니라 음용수로까지 재사용하는 기술 수준에 도달하고 있다.

최근, 우리나라에서도 오염총량제 등의 실시와 함께 MBR 기술에 대한 관심이 증가되었고, 분리막 기술이 보급 및 전파되면서 최근에는 실규모로 현장에 적용하는 사례 및 그에 따른 연구가 활발하게 진행되고 있다.

일반적으로, MBR은 반응조 내의 미생물의 농도를 높게 유지할 수 있어 유입 부하가 높을 경우 미생물의 활성을 높여 수처리 효율, 특히 질소 및 인 제거 효율이 우수하다고 알려져 있다.

그러나, MBR의 운전시 필연적으로 발생하는 분리막 오염(membrane fouling)으로 인해 분리막의 주기적인 세척 및 교체 등이 요구되어 운전비용이 증가하는 문제점이 있다.

MBR에서의 분리막 오염은 처리시설 내의 피처리수에 다양한 종류의 미생물이 생존하며, 또한 이러한 미생물에 의한 대사물질들이 존재하고 있어서 복잡한 현상에 의해 발생한다. 일반적으로, 분리막의 오염에 영향을 주는 인자로는 투과유속(flux), 교차흐름속도(crossflow velocity) 및 포기강도(aeration intensity)를 비롯하여 MLSS 농도, 미생물의 생리학적 대사물질 및 분리막의 재질 등이 있다. 이러한 다양한 인자에 의한 영향으로 분리막 오염 문제는 많은 연구자들의 노력에도 불구하고 아직 해결하여야 할 점이 많은 실정이다.

과거, MBR은 반응조 내의 미생물 농도를 조절할 수 있는 장점을 활용하여 낮은 잉여 슬러지 생산을 목적으로 긴 슬러지 체류시간을 유지하며 극도로 높은 MLSS 농도로 운전되었다. 그러나, 이러한 조건에서의 운전은 낮은 잉여 슬러지 생산을 유도하여 슬러지 처리비용을 절감할 수는 있으나, 반응조 내의 미생물들의 경쟁 및 내생성장(endogenous growth)을 유도함으로써 미생물의 활성이 저하되고 오히려 분리막 오염을 가속시키면서 운전비용을 상승시키는 문제점을 야기하게 되었다. 긴 고형물 체류시간(SRT: solid retention time)으로 운전하게 되면 MLSS 농도뿐만 아니라 용존성 미생물 대사물질의 양과 성분을 모두 증가시킨다는 연구 결과도 보고되고 있다.

최근의 MBR의 운전은 적정 SRT를 유지하면서 처리효율을 높이는 동시에 분리막 오염을 최소화하는데 초점을 맞추고 있다. 그러나, 설치 부지 면적을 줄이면서 높은 질소 및 인 제거효율을 유지하기 위해서는 높은 MLSS 농도를 유지할 수 밖에 없는 것도 또한 현실이다.

따라서, 하폐수 중의 질소 및 인 제거에 있어서 미생물의 농도를 증가시키면서 분리막의 오염을 저감하고 궁극적으로는 투과유속(flux)을 향상시킬 수 있는 기술이 필요하다.

본 발명의 일 구현예는 순차적으로 직렬 연결된 혐기조, 무산소조 및 막분리호기조를 포함하고, 상기 무산소조는 피처리수를 MLSS 농도가 낮은 상층액과 MLSS 농도가 높은 하층액으로 분리하는 MLSS 농축수단을 구비하는 하폐수처리장치를 제공한다.

본 발명의 일 측면은,

적어도 1종의 미생물 및 유기물을 포함하는 원수가 유입되는 곳으로, 혐기성 상태에서 생물학적 인 방출 반응(phosphorus release reaction)이 진행되는 혐기조;

상기 혐기조에서 배출된 유출수 및 질산성 질소 함유 슬러지가 유입되는 곳으로, 무산소 상태에서 상기 질산성 질소의 생물학적 탈질 반응이 진행되는 무산소조;

상기 무산소조에서 배출된 활성 슬러지의 일부를 상기 혐기조로 반송시키는 제1 반송관;

상기 무산소조에서 배출된 유출수가 유입되는 곳으로, 산소가 공급되는 상태에서 생물학적 질산화 반응 및 과잉 인 섭취반응이 진행되고, 상기 무산소조에서 배출된 유출수를 처리수와 슬러지로 분리하는 막분리호기조; 및

상기 막분리호기조에서 배출된 활성 슬러지의 일부를 상기 무산소조로 반송시키는 제2 반송관을 포함하고,

상기 무산소조는 이의 피처리수를 MLSS 농도가 낮은 상층액과 MLSS 농도가 높은 하층액으로 분리하는 MLSS 농축수단을 구비하는 하폐수처리장치를 제공한다.

상기 미생물은 dPAO(denitrifying phosphorus accumulating organism)를 포함할 수 있다.

상기 MLSS 농축수단은 상기 무산소조 내에 배치되어 상기 무산소조 내의 공간을 양분하는 다공성 판 또는 비다공성 판일 수 있다.

상기 다공성 판은 구멍의 직경, 두께 및 공극률이 각각 2~10mm, 2~30mm 및 30~80%일 수 있다.

상기 막분리호기조는 상기 무산소조의 후단에 배치된 호기조, 상기 호기조의 후단에 배치된 분리막조, 및 상기 호기조와 분리막조 사이에 배치된 이동식(movable) 배플 또는 고정식 배플을 포함할 수 있다.

상기 분리막조에는 외부로부터 산소가 공급되고, 상기 호기조에는 상기 분리막조로부터 산소가 공급되며, 상기 무산소조로부터 배출되어 상기 막분리호기조로 유입된 피처리수는 상기 이동식 배플 또는 상기 고정식 배플의 상단부 위의 공간 및 그 하단부 아래의 공간을 통해 상기 호기조와 상기 분리막조 사이를 순환할 수 있다.

상기 호기조에서는 생물학적 질산화 반응 및 과잉 인 섭취반응이 진행되고, 상기 분리막조에서는 상기 피처리수가 처리수와 슬러지로 분리될 수 있다.

상기 하폐수처리장치는 상기 무산소조에 외부 탄소원 및 응집제 중 적어도 하나를 투입하는 약품 주입 설비를 추가로 포함할 수 있다.

상기 외부 탄소원은 메탄올, 아세트산 및 메탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하고, 상기 응집제는 액반(alum), 폴리알루미늄 클로라이드(PAC) 및 염화제이철로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 하폐수처리장치는 하기와 같은 잇점을 갖는다:

(1) 국내 하폐수가 갖는 특징인 매우 낮은 유기물 부하, C/N(탄소/질소) 비 및 C/P(탄소/인) 비의 조건에서도 외부 탄소원 및 응집제의 사용량을 최소화하면서도, 농업용수, 하천유지용수 등의 재이용에 요구되는 수질 기준을 충족할 정도의 처리수를 생산하는 초고도처리가 가능하다.

(2) 무산소조내에서 MLSS를 고농도로 침전 및 농축시킴으로써 무산소조내의 하층액에 농축된 MLSS에 의해 탈질능이 매우 높게 유지되어 혐기조내 혐기 조건을 유지하는데 있어서 유리하다.

(3) 수명(특히, 분리막의 수명)이 상대적으로 길어지고 막 여과시에 필요한 세정 공기량이 적어 운전비를 절감할 수 있으며, 처리수의 생산성이 높다.

(4) 막분리호기조내에 설치된 상하 이동이 가능한 격리판(즉, 배플)이나 고정된 배플을 이용하여 막분리호기조내의 용존산소(DO)를 조절할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 질소 및 인 제거를 위한 하폐수처리장치를 도시한 도면이다.
도 2는 실시예 1~2 및 비교예 1~6에서 사용된 하폐수처리장치를 도시한 도면이다.
도 3 및 도 5는 도 2의 하폐수처리장치를 이용한 하폐수처리공정의 운전시 외부 탄소원 및 응집제 투입 유무에 따라 각 단계에서 측정된 인산 인(PO₄ ³ ^--P)의 농도를 나타낸 그래프이다.
도 4 및 도 6은 도 2의 하폐수처리장치를 이용한 하폐수처리공정의 운전시 외부 탄소원 및 응집제 투입 유무에 따라 각 단계에서 측정된 질산성 질소(NO₃ ^--N)의 농도를 나타낸 그래프이다.
도 7은 분리막을 구비하는 여과장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 도 7의 여과장치의 운전시 피처리수(즉, 폐수)의 MLSS 농도에 따른 막간차압의 경시 변화를 나타낸 그래프이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 구현예에 따른 하폐수처리장치를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 질소 및 인 제거를 위한 하폐수처리장치를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 하폐수처리장치(100)는 혐기조(1), 무산소조(2), 및 막분리호기조(3)를 포함한다. 이러한 하폐수처리장치(100)에서 원수(FW)가 혐기조(1)로 공급된다. 또한, 무산소조(2)에서 배출된 활성 슬러지의 일부는 제1 반송관(8)을 통해 혐기조(1)로 반송되고, 막분리호기조(3)에서 분리된 슬러지의 일부는 제2 반송관(9)을 통해 무산소조(2)로 반송된다. 원수(FW)는 적어도 1종의 미생물 및 유기물을 포함한다. 원수(FW)에 포함된 미생물은 유기물 제거 미생물, 질산화 미생물, 탈질산화 미생물, PAO(phosphorus accumulating organism) 및/또는 dPAO(denitrifying phosphorus accumulating organism)를 포함할 수 있다. 원수(FW)는 통상 매우 적은 양의 미생물만을 포함하고 있으므로, 하폐수처리장치(100)의 운전초기에는 미생물이 번식하는 시간을 절약하기 위해 하수종말처리장에서 채취한 슬러지(이는 미생물을 다량 포함하고 있음)를 원수(FW) 대신 사용하여 하폐수처리장치(100)의 각 반응조를 채운다. 본 명세서에서, '원수'는 하폐수처리장치(100)의 혐기조(1)에 유입되는 하폐수를 의미한다. 또한 본 명세서에서, '피처리수'는 하폐수처리장치(100)에 포함된 각 반응조에 유입된 후 배출되기 전 상태의 모든 하폐수를 의미한다. 또한 본 명세서에서, '처리수'는 하폐수처리장치(100)의 막분리호기조(3)에서 배출되는 유출수를 의미한다.

이하, 각 구성요소의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.

(1) 혐기조(1)

혐기조(1)에는 원수 탱크(FT)에서 배출된 원수(FW) 및 무산소조(2)에서 배출된 활성 슬러지(즉, 미생물 함유 슬러지)의 일부가 유입된다. 혐기조(1)에서는 생물학적 인 방출 반응이 진행되는데, 이러한 인 방출 반응은 용존산소가 없는 상태에서 진행된다. 이와 관련하여, 무산소조(2)에서 배출된 활성 슬러지의 일부를 혐기조(1) 내에 도입함으로써 혐기조(1) 내에 용존산소가 유입되는 것을 방지하고, 아울러 혐기조(1) 내의 미생물의 농도 및 유기물의 농도를 증가시켜 생물학적 인 방출 반응을 촉진시킬 수 있다.

본 명세서에서, '인 방출 반응'이란 미생물의 세포내에 포함되어 있는 ATP(adenosine triphosphate)가 ADP(adenosine diphosphate)로 전환되면서 세포 밖으로 인이 방출되는 반응을 의미하며, 이때 발생하는 에너지를 이용하여 미생물은 원수(FW) 중의 유기물을 PHB(polyhydroxybutyrate)/PHV(polyhydroxyvalerate) 형태로 세포내에 저장한다. 원수(FW), 및 무산소조(2)에서 혐기조(1)로 반송된 활성 슬러지 내에는 질산성 질소나 산소(O₂)가 미량 존재한다. 만일, 원수(FW) 및/또는 무산소조(2)에서 반송된 활성 슬러지 내에 질산성 질소 및/또는 산소(O₂)가 존재하게 되면, 이러한 산소(O₂)나 질산성 질소 중의 산소(-O)를 미생물이 전자 수용체로 이용하기 때문에 인 방출 반응이 일어나기가 어려워진다. 또한, 인 방출 반응이 일어나지 않으면 막분리호기조(3)에서 과잉 인 섭취반응이 일어나지 않아 생물학적 인 제거가 되지 않는다.

원수(FW) 중의 BOD/TP(생물학적 산소 요구량/총인) 농도비(이하, C/P 비라고 함)가 안정적인 경우(즉, BOD/TP가 25 이상), 막분리호기조(3)에서의 과잉 인 섭취반응에 의한 미생물의 인 섭취량이 증가하여 처리수(TW)에서의 인 농도가 낮게 유지될 수 있다.

혐기조(1)에는 교반기(4)가 설치될 수 있으며 산소는 공급되지 않는다.

(2) 무산소조(2)

무산소조(2)에는 혐기조(1)에서 배출된 유출수와 막분리호기조(3)(구체적으로, 호기조(3-1))에서 배출된 활성 슬러지의 일부가 반송되어 유입된다.

막분리호기조(3)에서 무산소조(2)로 반송된 슬러지에는 질산성 질소가 함유되어 있다. 이러한 무산소조(2)에서는 질산성 질소 중의 산소를 전자 수용체로 사용하는 탈질 세균, 예를 들어, dPAO(denitrifying phosphorus accumulating organism)가 유기물(즉, 혐기조(1)에서 PHB/PHV 형태로 dPAO의 세포내에 저장된 유기물)을 산화시키고 이와 동시에 상기 질산성 질소를 질소 기체로 환원시켜 대기 중으로 방출시키는 생물학적 탈질 반응이 일어난다. 따라서, 무산소조(2)로부터 혐기조(1)로 반송된 슬러지(이는 무산소조(2) 내의 슬러지와 동일한 농도의 질산성 질소를 함유함)에는 질산성 질소가 매우 낮은 농도로 존재하게 되어 혐기조(1) 내에서 인 방출 반응을 저해하는 현상이 일어나지 않게 된다. 이때, 과잉 인 섭취반응에 의해 인이 세포내로 인입됨으로써 제거되는, 생물학적 탈인 반응도 함께 일어날 수 있다. 이와 같이, 생물학적 탈질 반응과 탈인 반응에 PHB/PHV(즉, dPAO에 저장된 것)가 사용되기 때문에 외부에서 공급되는 유기물의 양이 저감될 수 있다. 또한, 무산소조(2)에서는 산소의 공급 없이도 PHB/PHV의 일부가 산화되기 때문에, 막분리호기조(3)에서 산소를 전자 수용체로 사용하여 PHB/PHV의 나머지 부분을 산화시킴으로써 과잉 인 섭취반응을 진행시킬 때 요구되는 산소의 양이 저감될 수 있다. 또한, 무산소조(2)에서와 같이 PHB/PHV를 산화시킬 때 전자 수용체로 질산성 질소 중의 산소를 이용하는 경우가 용존산소를 이용하는 경우에 비해 세포 합성량이 적기 때문에 슬러지 발생량이 저감될 수 있다. 또한, 혐기조(1)에서의 인 방출 반응시 세포내에 저장된 PHB/PHV를 탈질 반응에 이용할 수 있어서, 탈질 반응에 필요한 유기물의 총량을 줄일 수 있다.

무산소조(2)는 이의 피처리수를 혼합액 부유 고형물(MLSS: mixed liquor suspended solid) 농도가 낮은 상층액과 MLSS 농도가 높은 하층액으로 분리하는 MLSS 농축수단(12)을 구비한다. MLSS 농축수단(12)의 작용에 의해 무산소조(2)의 하층액은 MLSS 농도가 높아져서 전술한 생물학적 탈질 반응이 촉진되고, 무산소조(2)의 상층액은 MLSS 농도가 낮아져서(이는 막분리호기조(3) 내의 피처리수 중의 MLSS 농도를 자동적으로 낮춤) 막분리호기조(3) 내의 분리막조(3-2)의 막 오염을 최소화하여 투과유량(즉, 처리수 생산량)을 증가시키게 된다.

MLSS 농축수단(12)은 무산소조(2) 내에 배치되어 이 무산소조(2) 내의 공간을 양분하는 다공성 판 또는 비다공성 판일 수 있다. 본 명세서에서, “공간을 양분한다”는 것은 공간을 이등분하는 경우만을 의미하는 것이 아니라, 1개의 공간을 크기(즉, 부피)가 서로 같거나 다른 2개의 공간으로 분리하는 모든 경우를 의미한다. 상기 다공성 판은 구멍의 직경, 두께 및 공극률이 각각 2~10mm, 2~30mm 및 30~80%일 수 있다. 여기서, “공극률”은 상기 다공성 판의 총 부피에 대한 상기 다공성 판에 형성된 구멍의 총 부피의 비율(백분율)을 의미한다. 또한, 상기 다공성 판은 격자형판 또는 원형판 등일 수 있으며, 무산소조(2)의 형태에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다.

상기 다공성 판은 무산소조(2)의 바닥에 평행하게 배치될 수 있다.

상기 비다공성 판은 경사판일 수 있다. 이러한 경사판은 2~30mm의 두께 및 무산소조(2)의 바닥을 기준으로 10~60도(°)의 기울기를 가질 수 있다. 상기 경사판은 평판으로서 혐기조(1)쪽이 낮고 막분리호기조(3)쪽이 높도록 배치될 수 있다.

MLSS 농축수단(12)은 교반기(5)의 교반에 의해 생성된 유체흐름을 횡방향으로 한정하는 역할을 수행한다. 즉, MLSS 농축수단(12)은 교반기(5)의 교반에 의한 종방향의 유체흐름을 차단하여 MLSS 농축수단(12)의 상층액과 하층액 간의 혼합을 억제한다. 이러한 MLSS 농축수단(12)의 작용 및 효과는 다음과 같다: 즉, 하폐수처리장치(100)의 각 반응조는 운전 전에 하수종말처리장에서 채취된 슬러지로 미리 채워진다. 이후, 혐기조(1)에 원수(FW)가 공급되어 운전이 개시됨에 따라 혐기조(1)에서 배출된 유출수가 MLSS 농축수단(12)의 상부를 통해 무산소조(2)로 유입된다. 그런데, 혐기조(1)에서 배출된 유출수는 중력의 작용에 의해 하향류를 형성함으로써 MLSS 농축수단(12)의 구멍(미도시) 및/또는 MLSS 농축수단(12)과 무산조조(2)의 내벽 사이의 공간을 쉽게 통과하여 MLSS 농축수단(12)의 하부로 흘러내리게 된다. 그러나, MLSS 농축수단(12)의 하층액은 중력의 작용으로 인해 상향류를 형성하기 어려워 MLSS 농축수단(12)의 상부로 이동하기가 어렵다. 그 결과, MLSS 농축수단(12)을 기준으로 그 하층액에는 MLSS가 더욱 농축되고, 그 상층액은 낮은 MLSS 농도를 유지하게 된다.

무산소조(2)에는 용존산소가 없으며, 교반기(5)가 설치될 수 있고, 산소는 공급되지 않는다.

또한, 도 1에는 비록 도시되지 않았지만, 무산소조(2) 내에 축적된 잉여 슬러지(즉, 하층액에 포함된 것)는 피처리수 중의 미생물의 농도를 일정하게 유지하기 위하여 주기적으로 외부로 배출되어 폐기될 수 있다. 특히, 무산소조(2)로부터 잉여 슬러지를 폐기하는 이유는 전체 반응조들 중에서 무산소조(2) 하층액의 MLSS 농도가 가장 높기 때문이다. 이는 MLSS 농도가 가장 높은 막분리호기조 또는 탈기조에서 잉여 슬러지를 폐기하는 종래의 하폐수처리장치와 구별되는 점이다.

(4) 막분리호기조(3)

막분리호기조(3)는 무산소조(2)의 후단에 배치된 호기조(3-1), 이 호기조(3-1)의 후단에 배치된 분리막조(3-2), 및 호기조(3-1)와 분리막조(3-2) 사이에 배치된 이동식 배플 또는 고정식 배플(13)을 포함한다.

호기조(3-1)에는 무산소조(2)에서 배출된 유출수가 유입된다. 무산소조(2)에서 배출된 유출수, 즉 호기조(3-1)의 피처리수에는 암모니아성 질소가 많이 포함되어 있으며, 이러한 암모니아성 질소는 호기조(3-1)에서 미생물 작용에 의해 질산성 질소로 산화된다(이를 생물학적 질산화 반응이라고 함).

혐기조(1)에서 방출된 인은 호기조(3-1)에서 산소를 최종 전자 수용체로 하는 생물학적 과잉 인 섭취반응에 의해 제거된다.

호기조(3-1)에는 산소가 공급되는데, 이 산소는 외부에서 별도로 공급되는 것이 아니라, 분리막조(3-2)로부터 공급된다.

분리막조(3-2)에는 분리막 모듈(7)이 설치되어 있으며, 이 분리막 모듈(7)은 하나 이상의 분리막(7a) 또는 그 적층체, 및 산기관(7b)을 포함할 수 있다.

분리막조(3-2)에서는 피처리수가 분리막 모듈(7)에 의해 슬러지와 처리수(TW)로 분리되고(즉, 고액 분리됨), 호기조(3-1)에서 처리되지 않은 암모니아성 질소가 질산성 질소로 추가로 전환되며, 호기조(3-1)에서 제거되지 않은 인이 과잉 인 섭취반응에 의해 추가로 제거된다. 분리막 모듈(7)을 통과한 처리수(TW)는 처리수 배출관(10)을 통해 방류되거나 재사용된다.

분리막조(3-2)에는 외부로부터 산소가 유입된다. 구체적으로, 송풍기(11)로부터 배출된 공기 또는 산소가 산기관(7b)을 통해 분리막(7a)으로 유입된다. 상기 공기 또는 산소는 1차적으로는 분리막(7a)을 세정하여 막 오염을 제어하기 위한 것이며, 2차적으로는 호기조(3-1)에 간접적인 방법으로 산소를 용존산소 형태로 공급하여 생물학적 질산화 반응과 과잉 인 섭취반응이 원활하게 일어나도록 하기 위한 것이다. 구체적으로, 산기관(7b)을 통해 분리막조(3-2) 내로 유입된 공기 또는 산소는 분리막조(3-2) 내의 용존산소를 증가시키게 된다. 상기 공기 또는 산소의 폭기량은 세정 목적을 위해 과도하게 설정되는 경향이 있으므로, 분리막조(3-2) 내의 용존산소의 농도는 생물학적 질산화 반응 및 과잉 인 섭취반응에 요구되는 농도 보다 일반적으로 높다. 이후, 분리막조(3-2) 내의 과량의 용존산소를 호기조(3-1)로 공급하기 때문에, 별도의 추가 공급되는 공기 또는 산소 없이 호기조(3-1) 내에서는 생물학적 질산화 반응과 과잉 인 섭취반응에 적합한 용존산소가 유지될 수 있다. 한편, 용존 산소의 농도는 분리막조(3-2)에서는 높고, 호기조(3-1)에서는 낮다.

분리막(7a)은 침지형 및 외압형일 수 있으며, 형태에 따라 중공사형(hollow fiber), 평판형(plate, flat sheet), 관형(tubular), 와권형(spiral-wound) 등일 수 있다. 또한, 분리막(7a)의 재질로는 PP(폴리프로필렌), PE(폴리에틸렌), PES(폴리에틸술폰), PVDF(폴리비닐리덴 디플루오라이드), PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌) 또는 세라믹 등이 사용될 수 있다. 또한, 분리막(7a)은, 공극 크기에 따라 분류될 경우, MF(micro filtration, 공극의 크기 > 50nm), UF(ultra filtration, 공극의 크기 = 2~50nm) 또는 NF(nano filtration, 공극의 크기 < 2nm) 등일 수 있다.

무산소조(2)로부터 배출되어 막분리호기조(3)(구체적으로, 호기조(3-1))로 유입된 피처리수는 이동식 배플 또는 고정식 배플 (13)의 상단부 위의 공간 및 그 하단부 아래의 공간을 통해 호기조(3-1)와 분리막조(3-2) 사이를 순환한다. 상기 피처리수의 순환에 의해 (i) 막분리호기조(3) 내의 MLSS 농도가 균일하게 유지되어 슬러지 편중 현상이 최소화됨으로써 분리막조(3-2)에서의 막분리의 균일성을 높일 수 있고, (ii) 호기조(3-1)에 필요한 산소를 외부로부터 호기조(3-1)에 직접 주입하지 않아도 되므로 송풍기(11)의 송풍량을 절감하여 에너지 효율을 높일 수 있으며, (iii) 호기조(3-1)로부터 무산소조(2)로 반송되는 슬러지 중의 산소 함량을 최소화함으로써 별도의 탈기조를 사용하지 않을 수 있다.

호기조(3-1) 내의 피처리수는 무산소조(2)의 상층액과 유사한 MLSS 농도를 갖는다. 또한, 호기조(3-1)의 피처리수와 분리막조(3-2)의 피처리수는 연속적으로 순환하므로 분리막조(3-2) 내의 MLSS 농도는 호기조(3-1) 내의 MLSS 농도와 유사하며, 또한 종래의 하폐수처리장치의 막분리호기조 내의 MLSS 농도에 비해 매우 낮다. MLSS 농도가 낮을 경우에는 요구되는 공기 세정량이 감소하고 투과유속 역시 증가하게 된다. 또한, MLSS 농도가 낮을 경우에는 막 오염에 지대한 영향을 끼치는 세포외 중합체(EPS: extracellular polymeric substances)와 같은 물질의 발생이 현저하게 낮아져서, 종래의 하폐수처리장치의 가장 큰 문제점 중의 하나인 과도한 막간차압의 상승을 방지할 수 있다.

이동식 배플 또는 고정식 배플 (13)의 하단부 아래의 공간을 통해 호기조(3-1)로부터 분리막조(3-2)로 유입된 피처리수는 상승류를 형성한 후 분리막조(3-2)에 설치된 분리막(7a)에 의해 처리수(TW)와 슬러지로 분리된다. 구체적으로, 슬러지는 분리막(7a)을 통과하지 못하고 분리막조(3-2) 내부에 농축된다. 분리막조(3-2) 내부에서의 슬러지의 농축 정도는 분리막조(3-2)의 전단에 배치된 호기조(3-1)로부터 무산소조(2)로 반송되는 슬러지의 유량에 의해 결정된다.

이동식 배플 또는 고정식 배플 (13)의 상단부 위의 공간을 통해 분리막조(3-2)로부터 호기조(3-1)로 유입된 피처리수에는 용존산소가 포함되어 있으며, 호기조(3-1)에서는 이 호기조(3-1)의 피처리수에 포함된 미생물이 상기 용존산소를 이용함으로써 암모니아성 질소가 질산성 질소로 산화되고, 아울러 과잉 인 섭취반응이 일어난다.

이동식 배플 또는 고정식 배플(13)은 막분리호기조(3)의 바닥으로부터 소정 간격 이격되도록 배치된다. 이동식 배플 또는 고정식 배플(13)의 하단부와 막분리호기조(3)의 바닥 사이의 간격은 이동식 배플 또는 고정식 배플(13)의 높이를 조절함으로써 조절될 수 있으며, 상기 간격의 크기에 의해 호기조(3-1)와 분리막조(3-2) 사이를 순환하는 피처리수의 유량과 호기조(3-1)로 유입되는 산소의 양이 조절될 수 있다.

하폐수처리장치(100)는 무산소조(2)에 외부 탄소원 및 응집제 중 적어도 하나를 투입하는 약품 주입 설비(미도시)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 약품 주입 설비는 약품 저장조, 상기 약품 저장조에 연통된 배관 및 상기 배관에 연통된 펌프를 포함할 수 있다.

상기 외부 탄소원은 메탄올, 아세트산 및 메탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 응집제는 액반(alum), 폴리알루미늄 클로라이드(PAC) 및 염화제이철로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.

이하, 실시예들을 들어 본 발명에 관하여 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 이러한 실시예들에 한정되는 것은 아니다.

실시예

제조예 1: 실험장치의 제작

도 1의 하폐수처리장치와 유사하거나(#1 장치) 상이한(#2~#4 장치) 구성을 갖는 도 2의 실험장치를 제작하였다. 구체적으로, #1 장치는 MLSS 농축수단(12)을 구비하지만, #2~#4 장치는 MLSS 농축수단을 구비하지 않는다. 이와 같이 MLSS 농축수단(12)의 구비 여부를 제외하고는, #1 장치와 #2~#4 장치는 서로 동일한 구성을 갖는다. 제작된 실험장치의 하폐수처리용량은 154 liter/day이며, 구체적인 구성은 하기 표 1과 같다. 도 2에서, 앞서 도시된 도 1에서와 동일한 참조부호는 동일한 구성요소 또는 동일한 구성요소의 부분을 가리킨다.

구성요소	용량	재질
혐기조 (1)	- 크기: 1.53 liter - 체류시간: 1.5 hr - 교반기가 설치됨	아크릴
무산소조 (2)	- 크기: 1.53 liter - 체류시간: 1.5 hr - MLSS 농축장치(격자형 다공성 판: 160mm ×130mm×20mm, 공극 직경=5mm, 공극률=40%)가 설치됨 - 교반기가 설치됨	아크릴
막분리호기조 (3)	- 크기: 4.1 liter - 체류시간: 4.0hr - 이동식 배플의 위치: 하단부가 바닥으로부터 8cm 이격되고, 상단부는 수면으로부터 8cm 이격됨. - 분리막(econity 社, HDPE)의 평균 공극 크기: 0.4㎛ - 분리막의 평균 수투과율: 6.39 liter/m²·hr - 교반기가 설치됨 - 산기관이 설치됨	아크릴
제1 반송라인(8)	- 유량: 원수 유량(Q) 대비 1Q	-
제2 반송라인(9)	- 유량: 원수 유량(Q) 대비 2Q	-

실시예 1 및 비교예 1~3: 실험장치를 이용한 하폐수처리 (외부 탄소원 및 응집제 미투입)

상기 제조예 1에서 제조된 실험장치를 하수종말처리장에 설치하여 하기 표 2와 같은 성상을 갖는 원수를 처리하였다. 여기서, 각 평가 항목의 측정방법을 표 2에 추가로 나타내었다.

평가 항목	농도 범위(mg/L)	평균 농도(mg/L)	측정방법
TSS (total suspended solids)	189.6~209.5	198.2	Gravimetric 방법(Standard Methods, 240)에 따라 건조오븐(103~105℃)과 Muffle Furnace(550℃)를 사용하여 측정.
VSS (volatile suspended solids)	152.5~169.2	164.9
TCOD (total chemical oxygen demand)	372.7~399.5	388.3	Standard Methods (Closed Reflux, Titrimetric, 5220 C.)로 측정.
SCOD (soluble chemical oxygen demand)	72.4~79.5	75.71	GF/C filter로 여과 전처리 후 Standard Methods (Closed Reflux, Titrimetric, 5220 C.)로 측정.
TN(total nitrogen)	38.3~43.5	41.2	수질오염공정시험법 (자외선 흡광광도법, ES 04358.1)으로 측정.
TKN (total kjeldahl nitrogen)	37.6~45.6	43.2	Standard Methods (Semi-Micro-Kjeldahl method, 4500-Norg C.)로 측정.
암모니아성 질소(NH₄ ⁺-N)	34~38.8	36.4	Nessler method 방법으로 측정.
질산성 질소(NO₃ ^--N)	0.1~0.3	0.2	수질오염공정시험법 (흡광광도법, 부루신법, ES 04361.2) 방법으로 측정.
아질산성 질소(NO₂ ^--N)	0.1~0.3	0.1	수질오염공정시험법 (흡광광도법, 아스코르빈산 환원법, ES 04362.1) 방법으로 측정.
TP(total phosphorus)	6.2~6.9	6.5	수질오염공정시험법 (흡광광도법, 아스코르빈산 환원법, ES 04362.1) 방법으로 측정.
인산 인(PO₄ ³ ^--P)	1.8~2.7	2.4	수질오염공정시험법 (흡광광도법, 아스코르빈산 환원법, ES 04360.2) 방법으로 측정.

구체적으로, 도 2의 실험장치를 9개월 동안 운전한 후, 각 실험장치에 유입된 원수, 각 반응조의 피처리수 및 각 실험장치에서 최종적으로 생산된 처리수를 채취한 후, 상기 원수, 피처리수 및 처리수에 함유된 MLSS, TCOD, TN, NH₄ ⁺-N, NO₃ ^--N, TP 및 PO₄ ³ ^--P의 농도를 각각 측정하여, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. 또한, PO₄ ³ ^--P의 농도 및 NO₃ ^--N의 농도를 각각 도 3 및 도 4에 나타내었다. 도 3 및 도 4에서 #1 장치의 결과를 실시예 1로 표시하고, #2~#4 장치의 결과를 각각 비교예 1~3으로 표시하였다.

평가 항목	채취 지점	#1 장치 (실시예 1)	#2 장치 (비교예 1)	#3 장치 (비교예 2)	#4 장치 (비교예 3)
MLSS 농도 (mg/L)	혐기조(1)	6,170	1,865	3,986	5,230
	무산소조(2) (상층액/하층액)	3,110/8,612	2,225	5,425	8,140
	막분리호기조(3)	2,605	2,750	5,908	8,825
TCOD 농도 (mg/L)	원수(FW)	389.7
	처리수(TW)	14.0	14.0	14.6	14.3
	제거효율(%)	96.4	96.4	96.3	96.3
TN 농도 (mg/L)	원수(FW)	41.2
	처리수(TW)	5.1	6.2	5.9	5.6
	제거효율(%)	87.7	85.0	85.6	86.5
NH₄ ⁺-N 농도 (mg/L)	원수(FW)	36.4
	처리수(TW)	1.2	1.4	1.4	1.3
	제거효율(%)	96.7	96.3	96.1	96.3
NO₃ ^--N 농도 (mg/L)	원수(FW)	0.2
NO₃ ^--N 농도 (mg/L)	처리수(TW)	3.9	5.3	4.4	3.9
TP 농도 (mg/L)	원수(FW)	6.6
	처리수(TW)	1.0	1.4	1.4	1.5
	제거효율(%)	85.1	79.0	78.0	76.6
PO₄ ³ ^--P 농도 (mg/L)	원수(FW)	2.4
	처리수(TW)	0.8	1.1	1.1	1.2
	제거효율(%)	68.4	55.4	55.2	50.7

상기 표 3을 참조하면, 막분리호기조(3)의 MLSS 농도는 #1~#4 장치 중 #1 장치(실시예 1)의 경우가 가장 낮은 것으로 나타났다. 또한, 질소 및 인 제거효율은 #1 장치(실시예 1)의 경우가 가장 높은 것으로 나타났다. 특히, 무산소조(2)의 MLSS 농도가 서로 유사한 #1 장치 및 #4 장치를 상호 비교해 보면, #1 장치가 #4 장치에 비해 질소 제거효율이 더 높은 것으로 나타났다. 또한, #1 장치는 #2~#4 장치에 비해 막분리호기조(3)의 MLSS 농도가 낮음에도 불구하고 질산화 효율은 대등하거나 더 높은 것으로 나타나 #1 장치에서 막분리호기조(3)의 낮은 MLSS 농도가 질산화 처리에 문제가 되지 않음이 간접적으로 증명되었다.

도 3을 참조하면, 혐기조(1)의 PO₄ ³ ^--P 농도는 실시예 1(#1 장치)의 경우에 가장 높은 것으로 나타났다. 막분리호기조(3)에서의 과잉 인 섭취반응의 효율은 혐기조(1)에서의 인 방출 반응의 효율에 비례하는 것이기 때문에, 상기 도 3의 결과는 실시예 1(#1 장치)의 경우에 인 제거 효율이 가장 높게 나타난 표 3의 결과와 일치하는 것이다.

도 4를 참조하면, 실시예 1의 경우에 무산소조(2)의 질산성 질소(NO₃ ^--N)의 농도가 가장 낮게 유지되어 혐기조(1)에 미치는 질산성 질소의 부정적인 영향이 가장 적은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 실시예 1의 경우에 과잉 최종적으로 인 섭취반응의 효율이 가장 높게 나타난 표 3의 결과와 일치하는 것이다.

실시예 2 및 비교예 4~6: 실험장치를 이용한 하폐수처리 (외부 탄소원 및 응집제 투입)

실험장치의 운전시 무산소조(2)에 메탄올 및 폴리알루미늄 클로라이드(PAC)를 각각 1.5ml/day 및 5ml/day의 속도로 투입한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1 및 비교예 1~3과 동일한 방법으로 실험장치를 운전하고, 각 실험장치에 유입된 원수, 각 반응조의 피처리수 및 각 실험장치에서 최종적으로 생산된 처리수를 채취한 후, 상기 원수, 피처리수 및 처리수에 함유된 MLSS, TCOD, TN, NH₄ ⁺-N, NO₃ ^--N, TP 및 PO₄ ³ ^--P의 농도를 측정하여, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다. 또한, PO₄ ³ ^--P의 농도 및 NO₃ ^--N의 농도를 각각 도 5 및 도 6에 나타내었다. 도 5 및 도 6에서 #1 장치의 결과를 실시예 2로 표시하고, #2~#4 장치의 결과를 각각 비교예 4~6으로 표시하였다.

평가 항목	채취 지점	#1 장치 (실시예 2)	#2 장치 (비교예 4)	#3 장치 (비교예 5)	#4 장치 (비교예 6)
MLSS 농도 (mg/L)	혐기조(1)	6,170	1,865	3,986	5,230
	무산소조(2) (상층액/하층액)	3,110/8,612	2,225	5,425	8,140
	막분리호기조(3)	2,605	2,750	5,908	8,825
TCOD 농도 (mg/L)	원수(FW)	383.2
	처리수(TW)	14.0	14.6	14.7	14.5
	제거효율(%)	96.3	96.2	96.2	96.2
TN 농도 (mg/L)	원수(FW)	41.5
	처리수(TW)	1.0	2.9	2.0	1.1
	제거효율(%)	97.6	93.0	95.1	97.3
NH₄ ⁺-N 농도 (mg/L)	원수(FW)	36.6
	처리수(TW)	0.1	1.5	1.0	0.4
	제거효율(%)	99.8	96.0	97.4	98.9
NO₃ ^--N 농도 (mg/L)	원수(FW)	0.2
NO₃ ^--N 농도 (mg/L)	처리수(TW)	0.1	1.0	1.0	0.5
TP 농도 (mg/L)	원수(FW)	6.6
	처리수(TW)	0.1	0.5	0.8	0.9
	제거효율(%)	97.9	92.0	87.8	85.7
PO₄ ³ ^--P 농도 (mg/L)	원수(FW)	2.4
	처리수(TW)	0.1	0.4	0.7	0.8
	제거효율(%)	98.6	82.9	71.0	65.2

상기 표 4를 참조하면, 막분리호기조(3)의 MLSS 농도는 #1~#4 장치 중 #1 장치(실시예 2)의 경우가 가장 낮은 것으로 나타났다. 또한, 질소 및 인 제거효율은 #1 장치(실시예 2)의 경우가 가장 높은 것으로 나타났다. 특히, 무산소조(2)의 MLSS 농도가 서로 유사한 #1 장치 및 #4 장치를 상호 비교해 보면, #1 장치가 #4 장치에 비해 질소 제거효율은 약간 높은 정도에 불과하지만, 인 제거 효율은 월등히 높은 것으로 나타났다. 본 발명의 일 구현예에 따른 하폐수처리장치인 #1 장치는 최종적으로 생산된 처리수의 TN 및 TP가 각각 1.0mg/L 및 0.1mg/L인 수준인 것으로 나타나 초고도처리가 가능한 것으로 나타났다.

도 5를 참조하면, 혐기조(1)의 PO₄ ³ ^--P 농도는 실시예 2(#1 장치)의 경우에 가장 높은 것으로 나타났다. 막분리호기조(3)에서의 과잉 인 섭취반응의 효율은 혐기조(1)에서의 인 방출 반응의 효율에 비례하는 것이기 때문에, 상기 도 5의 결과는 실시예 2(#1 장치)의 경우에 인 제거 효율이 가장 높게 나타난 표 4의 결과와 일치하는 것이다.

도 6을 참조하면, 실시예 2의 경우에 무산소조(2)의 질산성 질소(NO₃ ^--N)의 농도가 가장 낮게 유지되어 혐기조(1)에 미치는 질산성 질소의 부정적인 영향이 가장 적은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 실시예 2의 경우에 과잉 인 섭취반응의 효율이 가장 높게 나타난 표 4의 결과와 일치하는 것이다.

실시예 3: 여과장치에서 MLSS 농도에 따른 막간 차압의 변화 시험

도 7의 구성을 갖는 여과장치를 제작하였다. 도 7의 여과장치는 분리막(7a)과 산기관(7b)를 포함하는 분리막 모듈(7), 처리수 배출관(10) 및 송풍기(11)를 구비한다.

제작된 여과장치의 구체적인 구성은 하기 표 5와 같다. 도 7에서, 앞서 도시된 도 1에서와 동일한 참조부호는 동일한 구성요소 또는 동일한 구성요소의 부분을 가리킨다.

구성요소	용량	재질
분리막 모듈(7)	- 크기: 20 liter - 분리막(Econity社, HDPE)의 평균 공극 크기: 0.4㎛ - 분리막의 평균 수투과율: 32~34 liter/m²·hr - 산기관이 설치됨 - 피처리수의 온도: 20℃	아크릴
송풍기(11)	- 세정 공기량: 20 liter/min	-

상기에서 제조된 여과장치를 사용하여 MLSS 농도가 3000, 6000 및 9000mg/L인 폐수를 각각 처리하여 처리수(TW)와 슬러지로 분리하는 실험을 60일간 수행하였다. MLSS 농도가 서로 다른 상기 각 폐수를 처리할 경우에 막간차압을 주기적으로 측정하여, 그 결과를 도 8에 그래프로 나타내었다. 여기서, 막간차압은 분리막(7a)과 펌프(P) 사이에 배치된 압력계(p)에 표시된 압력을 의미한다.

도 8을 참조하면, 폐수 중의 MLSS 농도가 높을수록 막간차압의 상증 속도가빠른 것으로 나타났다.

또한, 상기 각 폐수를 처리할 경우에 각 폐수의 점도 및 분리막 모듈(7)에서의 교차흐름속도(crossflow velocity)를 측정하여 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다. 여기서, 교차흐름속도란 송풍기에서 방출되어 산기관(7b)을 통해 분리막(7a)으로 주입된 공기가 폐수를 밀어 올릴 때, 분리막 모듈(7)의 상방향으로 흐르는 유체 흐름의 속도를 의미한다. 또한 여기서, 점도 및 교차흐름속도는 각각 점도측정장치(TDKI SANGYO CO., LTD, TVC-6) 및 유속측정장치(SWOFFER, 2100-LX)를 이용하여 측정하였다.

MLSS 농도(mg/L)	점도(mPa·S)	교차흐름속도(m/s)
3,000	4.4	0.71
6,000	8.6	0.53
9,000	11.6	0.40

상기 표 6을 참조하면, MLSS 농도가 증가할수록 폐수의 점도가 증가하고, 교차흐름속도는 감소하는 것으로 나타났다. 상기와 같이 MLSS 농도가 증가할수록 교차흐름속도가 감소하는 것은, MLSS 농도가 높을수록 공기 세정에 의한 막 오염물질의 제거 효과가 저하되어 막간차압이 증가하기 때문인 것으로 판단된다.

이상에서 도면 및 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

100: 하폐수처리장치 1: 혐기조
2: 무산소조 3: 막분리호기조
3-1: 호기조 3-2: 분리막조
4, 5, 6: 교반기 7: 분리막 모듈
7a: 분리막 7b: 산기관
8: 제1 반송관 9: 제2 반송관
10: 처리수 배출관 11: 송풍기
12: MLSS 농축수단 13: 배플
FW: 원수 FT: 원수 탱크
TW: 처리수 M: 모터
P: 펌프 TT: 처리수 탱크

Claims

적어도 1종의 미생물 및 유기물을 포함하는 원수가 유입되는 곳으로, 혐기성 상태에서 생물학적 인 방출 반응(phosphorus release reaction)이 진행되는 혐기조;
상기 혐기조에서 배출된 유출수 및 질산성 질소 함유 슬러지가 유입되는 곳으로, 무산소 상태에서 상기 질산성 질소의 생물학적 탈질 반응이 진행되는 무산소조;
상기 무산소조에서 배출된 활성 슬러지의 일부를 상기 혐기조로 반송시키는 제1 반송관;
상기 무산소조에서 배출된 유출수가 유입되는 곳으로, 산소가 공급되는 상태에서 생물학적 질산화 반응 및 과잉 인 섭취반응이 진행되고, 상기 무산소조에서 배출된 유출수를 처리수와 슬러지로 분리하는 막분리호기조; 및
상기 막분리호기조에서 배출된 활성 슬러지의 일부를 상기 무산소조로 반송시키는 제2 반송관을 포함하고,
상기 무산소조는 이의 피처리수를 MLSS 농도가 낮은 상층액과 MLSS 농도가 높은 하층액으로 분리하는 MLSS 농축수단을 구비하는 하폐수처리장치.
제1항에 있어서,
상기 미생물은 dPAO(denitrifying phosphorus accumulating organism)를 포함하는 하폐수처리장치.
제1항에 있어서,
상기 MLSS 농축수단은 상기 무산소조 내에 배치되어 상기 무산소조 내의 공간을 양분하는 다공성 판 또는 비다공성 판인 하폐수처리장치.
제3항에 있어서,
상기 다공성 판은 구멍의 직경, 두께 및 공극률이 각각 2~10mm, 2~30mm 및 30~80%인 하폐수처리장치.
제1항에 있어서,
상기 막분리호기조는 상기 무산소조의 후단에 배치된 호기조, 상기 호기조의 후단에 배치된 분리막조, 및 상기 호기조와 분리막조 사이에 배치된 이동식(movable) 배플 또는 고정식 배플을 포함하는 하폐수처리장치.
제5항에 있어서,
상기 분리막조에는 외부로부터 산소가 공급되고, 상기 호기조에는 상기 분리막조로부터 산소가 공급되며, 상기 무산소조로부터 배출되어 상기 막분리호기조로 유입된 피처리수는 상기 이동식 배플 또는 상기 고정식 배플의 상단부 위의 공간 및 그 하단부 아래의 공간을 통해 상기 호기조와 상기 분리막조 사이를 순환하는 하폐수처리장치.
제5항에 있어서,
상기 호기조에서는 생물학적 질산화 반응 및 과잉 인 섭취반응이 진행되고, 상기 분리막조에서는 상기 피처리수가 처리수와 슬러지로 분리되는 하폐수처리장치.
제1항에 있어서,
상기 무산소조에 외부 탄소원 및 응집제 중 적어도 하나를 투입하는 약품 주입 설비를 추가로 포함하는 하폐수처리장치.
제8항에 있어서,
상기 외부 탄소원은 메탄올, 아세트산 및 메탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하고, 상기 응집제는 액반(alum), 폴리알루미늄 클로라이드(PAC) 및 염화제이철로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 하폐수처리장치.