KR20170101701A - 하수의 회분 식 생물학적 고도처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 낮은 용존산소 농도에서의 미생물 반응 조 운전, 교반기의 기계적 구조 및 운전조건의 최적화에 따른 혼합액의 큰 플록 형성, 플록 파괴 없는 혼합액 이송, 생물반응 공정에서 생물학적 인제거 과정과 화학적 인제거 과정의 분리를 통하여 총 질소 및 총인 제거율을 높이고, 소비동력과 응집제 사용량을 감소시킨 효과적이고 경제적인 고도처리장치이다.

Description

하수의 회분 식 생물학적 고도처리장치{Efficient and economical batch type biological advanced treatment apparatus}

본 발명은 하수 및 폐수의 회분 식 생물학적 고도처리장치에 관한 기술이다.

하수 및 폐 수중에 포함된 총 질소(T-N)와 총 인(T-P)은 담수와 해수에서 녹조와 적조를 대량 번식시키는데 큰 영향을 주는 중요한 원인물질이다.

녹조는 담수 생태계에서 수중의 용존산소(DO) 농도를 감소시켜서 어패류의 생존에 심각한 위협이 되고, 일부는 인간의 건강에 해로운 독성과 냄새를 유발하기도 하고, 적조는 해양생태 계에서 어패류의 집단폐사를 유발하는 등 심각한 문제를 유발하기도 한다.

이를 방지하기 위해서 하수나 폐수 중에 포함된 총 질소와 총 인은 수 생태

계에 방류하기 전에 반드시 제거하여야 한다.

상기와 같은 목적으로 유기물과 부유 물질과 함께 총 질소와 총 인을 생물학적으로 제거하는 고도처리장치가 널리 사용되고 있다.

기존의 생물학적 고도처리장치는 연속식이던 회분 식이던 거의 일반적으로 암모니아성 질소를 질산성 질소로 산화한 다음에 유기물을 이용하여 질소가스로 환원하는 탈질과정을 거쳐서 총 질소를 제거하였고, 총 인은 생물학적으로 인을 과잉섭취하게 한 후에 미생물 슬러지를 폐기하는 방법으로 제거하고, 나머지 총 인은 화학적인 방법으로 제거하였다.

상기의 기존의 생물학적 고도처리장치는 암모니아성 질소를 질산성 질소(NO₃-N)로 산화하기 위하여 통상적으로 생물반응 조에서 2~3mg/L의 높은 용존산소 농도에서 운전하기 때문에 포기에 필요한 송풍 공기량이 많아서 동력소비량이 커지는 문제가 있다.

연속식 생물학적 고도처리 장치에서는 총 질소 제거율을 높이기 위하여 질산화 반응 조의 혼합액을 무산소 조로 반송하는 비율을 크게 해야 하기 때문에 반송펌프와 배관이 커지고 동력 소비량도 큰 문제가 있다.

질산성 질소를 환원하는데 질소량의 3~4배의 생분해성 유기물이 필요하기 때문에 유기물 농도가 낮은 하수 일 때는 외부에서 메탄올과 같은 유기물을 공급해야하기 때문에 비경제적이고 알칼리도의 소비도 많아서 pH가 저하 시키기 때문에, 알칼리도가 낮은 하수나 폐수처리에서 pH에 민감한 인 제거 미생물의 활성을 저하 시켜서 생물학적 총인 제거율이 낮아지는 문제도 있다.

회분 식 생물학적 고도처리장치는 그 구조상 총 질소제거율을 높이는데 한계가 있어서 총 질소 제거율을 높이기 위해서 연속식과 같이 무산소 구역을 형성하여 질산화된 혼합액을 다량으로 반송하여 총 질소 제거율을 높여서, 반송 동력증가, 반송설비가 커지는 문제가 있다.

상기에서 설명한 기존 고도처리장치의 문제를 해결하기 위하여 질산화 동시 탈질 공정이 사용되고 있으나 이 공정에서는 공정기술의 기본이 되는 미생물

플록(floc)의 크기의 제어가 어렵고, 혼합액 슬러지의 침전 성이 나빠지는 경향이 있고, 공정에서 사용하는 교반기나 펌프 등의 기계장치의 형식과 운전조건의 영향이 불명확한 문제가 있다.

기존의 많은 고도처리장치나 공정에서 생물학적 총인 제거만으로는 강화된 방류수질기준을 맞추기 어려워서 별도의 화학적인 총인 제거시설을 설치하는 것이 일반적이어서 시설설치를 위한 부지확보, 건설비, 운영유지비가 증가하는 문제도 있다.

본 발명은 생물반응 조의 구조와 기계장치를 최적화하고, 공정의 운전조건을 최적화하여서, 유기물과 영양물질의 제거율이 높고, 동력소비량이 적은 경제적이고 효율적인 고도처리장치를 제공한다.

전처리 시설(가)과 유량 조정 조(나)를 가진 하/폐수 처리장에서,

혼합 조(100A, 100B)에 하수 또는 폐수를 공급하는 유량 조정 조 펌프(1);

유량조정 조 펌프(1)에서 이송된 하수 또는 폐수와 재 탈질 조(800)에서 이송된 혼합액이 유입되고, 혼합액 중의 플록(floc)이 깨지지 않는 상태로 하수 또는 폐수를 균등하게 혼합하여, 하수 또는 폐수 중에 미량 포함된 용존산소와 NOx를 고갈시키되 한 쌍으로 구성한 혼합 조(100A, 100B);

상기 혼합 조(100A, 100B)의 내부에 설치하되, 전동감속기의 축의 하부에 전단기능을 보강한 하이드로포일 모양 또는 팬 터빈 모양의 교반날개를 부착하고, 날개지름은 혼합 조(100A, 100B)폭의 0.4~0.6배가 되도록 크기를 정하고, 교반날개의 원주 속도는 3.0m/s 이하로 제한하고, 속도경사(G) 값은 30~100 1/sec 범위에서 운전하도록 한 혼합 조 교반기(101);

상기 혼합 조(100A, 100B)를 통과한 혼합액이 반응 조의 하부에 설치한 균등 유입장치(201)를 통하여 밑에서 위로 서서히 흐르고, 30~100 1/sec 범위의 속도경사(G)값으로 혼합액을 수평방향으로만 혼합하여, 밀어내기 흐름 (plug flow)형태를 유지하면서, 혼합액 중의 플록이 깨지지 않고 크게 성장하도록 촉진하고, 혼합액의 pH를 측정하는 pH 측정기(203)와 혼합액의 산화환원 전위를 측정하는 ORP

측정기(204)를 포함하고, 혼합액 중에 있는 인 제거 미생물이 혐기 상태에서 유기물을 이용하여 인의 방출을 촉진하도록 하는 혐기 조( 200A, 200B);

상기 혐기 조(200A, 200B)의 내부에 설치하되, 전동감속기의 하부 수직축에

여러 개의 평판형 날개를 수직으로 부착하여 교반 날개를 형성하고, 교반 날개의 지름은 혐기 조의 폭의 0.7~0.9 배로 하고, 교반 날개의 원주 속도는 0.3~0.6m/s 범위로 조절이 가능하게 한 수직 패들형 교반기(202);

혐기 조(200A, 200B)를 통과한 혼합액이 반응 조의 하부에 설치한 균등유입장치(4001)를 통하여 균등하게 분산되어 유입하고, 반응 조의 하부에 전면포기방식으로 균등하게 설치한 미세기포 산기 관(401)을 통하여 공급된 공기가 혼합액에 산소를 공급하여 용존산소(DO) 농도를 반응 초기에는 0.4~0.7mg/L 범위의 호기 상태로 운전하고, 반응의 중반 이후에는 0.2~0.5mg/L 범위의 호기 상태로 운전하면서, 반응의 초기에는 인 제거 미생물이 혼합액 중의 인을 과잉섭취하여 혼합액 중의 인의 농도를 낮추고, 반응의 중반 이후에는 응집제 주입장치(403)를 통하여 응집제를 주입하면서 운전하여 화학적인 인 제거 방법으로 혼합액의 인 농도를 더욱 낮추고, 플록의 표면 부의 호기성 구역에서 혼합액 중의 암모니아성 질소가 일부는 아 질산성 질소(NO₂-N)와 또 다른 일부는 질산성 질소(NO₃-N)로 산화되고, 용존산소 농도가 없는 플록 내부의 무산소 구역에서 탈질 작용을 일으키게 하되, 공기를 공급하는 호기 운전시간과 공기공급을 중단하고 운전하는 무산소 운전시간의 비율을 1:1로 하여 반복하여 운전하고, 무산소 운전시간에는 저속 응집 교반기402)의 속도경사(G) 값을 30~100 1/sec 범위로 운전해서 플록이 깨지지 않고, 크게 자라도록 하여 동시질산화 탈 질 작용을 촉진하고, 생물반응이 끝나면, 혼합액을 침전시키고, 상등수는 상등 수 배출장치(451A, 451B)를 통하여 이송하고, 용존산소(DO) 농도 계(404), pH 측정기(405), MLSS 농도 계(406), 총인 농도 계(409)를 포함하는 한 쌍으로 구성한 생물반응 조(450A, 450B);

상기 생물반응 조(450A, 450B)의 내부에 설치하되, 전동감속기의 축에 전단력이 보강된 하이드로포일 모양의 날개 또는 팬 터빈 모양의 날개를 부착하고, 날개의 지름은 생물반응 조 수심의 0.4~0.6 배로 하고, 날개의 원주 속도는 3m/s 이내로 하고, 속도경사(G)값은 30~100 1/sec 범위로 조절가능하게 한 저속 응집 교반기(402);

상기 생물반응 조(450A, 450B)의 내부에 선택적으로 설치하되, 섬유로 지름 3~5mm의 원통형으로 짜되 섬유의 간격은 1~2mm가 되도록 하고 그물모양으로 제작한 미생물 담 체를 설치하여, 이 미생물 담 체에 미생물이 부착하게 하여, 생물 반응 조 내의 미생물량을 증가시켜서 처리용량을 늘이게 한 미생물 담 체 유니트(452 );

상기 생물반응 조(450A, 450B)에 선택적으로 사용하되, 섬유로 지름 3~5mm, 길이 5~10mm의 원통형으로 짠 유동 형 미생물 담 체를 투입하여, 이 미생물 담 체에 미생물이 부착하게 하여, 생물반응 조 내의 미생물량을 증가시켜서 처리용량을 늘이게 한 유동 미생물 담 체(453);

미생물 반응 조(450A, 450B)에 공기를 공급하는 송풍기(408);

상기 생물반응 조(450A, 450B)에서 이송된 상등 수를 저수하는 상등 수 저류조(550);

상기 상등 수 저류 조의 상등 수를 여과기(600)로 이송하는 상등 수 펌프(551);

상기 여과기에서 여과된 물을 소독하는 소독기(700);

생물반응 조(450A, 450B)에서 생물반응이 수행되는 동안에 생물반응 조(450A, 450B) 후단부의 혼합액을 재 탈질 조(800)로 이송하는 용적 식 반송 펌프(503)와 혐기 조 출구의 혼합액의 일부를 재 탈질 조(800)로 이송하는 용적 식 이송펌프(801); 및

유입된 혼합액을 저속 교반기(801)로 플록이 깨지지 않고 균등하게 교반 되도록 하면서, 혐기 상태에서 탈질 미생물이 혐기 조에서 이송된 혼합액 중의 유기물을 이용하여 반응시켜서 혼합액 중의 용존산소와 NOx(아질산 성 질소 및 질산성 질소화합물)를 고갈시키고 처리된 혼합액을 혼합 조(100A, 100B)로 이송하는 재 탈질 조(800)로 구성한 효과적이고 경제적인 회분 식 생물학적 고도처리장치를 제공한다.

본 발명은 생물반응 조가 낮은 용존산소 농도에서 운전되고, 플록의 크기가 크게 유지되므로, 동시 질산화 탈질이 촉진되어 총 질소 제거율이 높고, 암모니아성 질소의 일부는 아 질산성 질소상태에서 탈 질이 되므로 포기동력이 30~40% 절감되고, 생물학적 인 제거와 화학적 인 제거를 분리해서 응집제 사용량이 절감되고 별도의 총인 제거시설이 불필요한 경제적 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 회분 식 생물학적 고도처리장치의 공정을 표시한 구성 도면이다.
도 2는 도 1의 본 발명의 고도처리 장치의 상세한 구조를 나타낸 상세 도면이다.
도 3은 본 발명에 사용되는 교반기 등의 개략도면이다.
도 4는 생물반응 조에 설치하는 미생물 담 체 유니트에 대한 설명도면이다.(정면에서 본 형태)
도 4b는 생물반응 조에 설치하는 미생물 담 체 유니트에 대한 설명도면이다.(측면에서 본 형태)
도 5는 생물반응 조에 투입한 원통형 단위체 미생물 담 체의 도면이다.(미생물이 담 체에 충진된 형태 포함)
도 6은 본 발명의 회분 식 생물학적 고도처리장치의 다른 실시 예를 나타낸
도면이다.
도 7은 본 발명의 회분 식 생물학적 고도처리장치의 또 다른 실시 예를 나타낸 도면이다.

본 발명을 실시하기 위하여, 하/폐수 중에 포함된 모래와 협잡물을 제거하기 위한 전처리시설((가)을 설치하고, 전처리시설(가)을 통과한 하/폐수는 유량조정 조( 나)로 이송되게 하였고, 유량 조정 조 펌프(1)를 사용하여 하/폐수를 혼합 조(100A, 100B)로 교대로 이송하게 하였다.

혼합 조(100A, 100B)에는 혼합 조 교반기(101을 설치하였고, 유량 조정 조의 하/폐수와 재 탈질 조(800)에서 이송된 혼합액이 유입되어 혼합된다.

혼합 조(100A, 100B)를 통과한 혼합액은 혐기 조(200A, 200B)로 유입되게 하였고, 혐기 조 내에는 바닥에 균등유입장치(201)를 설치하고, 수직 패들형 교반기 (202)를 설치하였고, pH 측정기(203)와 산화환원 전위를 측정하는 ORP 측정기 (204)를 설치하였다.

균등유입장치(201)는 별도로 도면으로 표시하지는 않았지만, 혐기 조의 바닥에 종 방향으로 나란히 1~2m 간격으로 원형 관을 입구 부에서 서로 연통이 되도록 설치하고 원형 관에 100~300 mm간격으로 원형 구멍을 천공하거나 직사각형 홈을 형성하여 유입된 혼합액이 균등하게 분산되도록 한 것이다.

혐기 조에서 반응이 끝난 혼합액은 생물반응 조(450A, 450B)로 이송되어 생물 반응 조(450A, 450B)의 하부에 설치한 균등 유입장치( 401)를 통하여 생물반응 조의 전면에 걸쳐 균등하게 유입되게 하였다.

생물반응 조(450A, 450B)에는 하부에, 혼합액에 공기를 공급하는 미세기포 산기 관(407)을 전면포기 식으로 설치하였고, 혼합액을 혼합할 저속 응집 교반기(402)를 양쪽에 설치하였다.

오염부하량이 크거나 시설의 용적이 부족한 경우, 또는 시설부지가 부족한 경우에 선택적으로 적용하는, 미생물 담 체 유니트(452)를 생물반응 조(450A, 450B)의 내부에 설치하였다.

생물반응 조 내의 혼합액의 용존산소 농도를 측정하는 용존산소(DO) 농도 계(404), pH를 측정하는 pH 측정기(405), 혼합액의 MLSS 농도를 측정하는 MLSS 농도 계(406), 총인 농도를 측정하는 총인 농도 계(409)를 설치하였다.

생물반응 조에서 혼합액이 침전된 후의 상등 수를 배출하기 위한 상등 수 배출장치(452)설치하였다.

생물반응 조의 하부 측면에 잉여 슬러지를 배출하는 잉여 슬러지 펌프(502)를 설치하였고, 생물반응 조의 외부에 미세기포 산기 관(407)에 공기를 공급하는 송풍기(408)를 설치하였다.

생물반응 조에서 생물반응이 진행되는 동안에, 혼합액을 재 탈질 조(800)로 이송하는 용적식 반송 슬러지 펌프(503)를 설치하였고, 혐기 조( 200A, 200B) 상부에서 혼합액의 일부를 재 탈질 조(800)로 이송하는 재 탈질 펌프(801)를 설치하였다.

재 탈질 조(88)에는 내부에 재 탈질 조 교반기(801)를 설치하여 혼합액을 균등하게 혼합하게 하였다.

재 탈질 조(800)를 통과한 혼합액은 혼합 조(100A, 100B)로 이송되도록 하였다.

상등 수 배출장치(451A, 451B)를 통과한 상등 수는 상등 수 저류 조(550)에 이송되어 일정시간 동안 저류된 다음, 상등수 저류 조 펌프(551)로 여과기(600)로 이송하게 하였고, 여과기를 통과한 상등 수는 소독기(402)로 이송하여 병원성 미생물이나 대장균 군등 유해한 미생물을 소독하여 사멸시킨 후에 외부로 방류하게 하였다.

본 발명의 고도처리장치의 작용을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

하나의 실시 예로서 회분 식 생물학적 고도처리장치가 하루에 4회 반복운전하는 경우에 대하여 설명하기로 한다.

전처리시설(가)에서 모래와 협잡물이 제거된 하/폐수는 유량조정 조(나)에 일시 저류되고, 유량조정 조 교반기(2)의 작용으로 혼합되어 수질이 균등하게 된다.

유량조정 조(나)의 하/폐수는 유량조정 조 펌프(1)에 의하여 혼합 조(100A, 100B)로 이송하되, 혼합 조(100A)에 하/폐수를 공급할 때는 혼합 조(`100B)에는

하/폐수 공급이 중단되고, 혼합 조(100B)에 하/폐수를 공급할 때는 혼합 조(100A)에는 하/폐수공급이 중단되며, 이렇게 공급과 중단을 서로 반복하며 운전한다.

유량조정 조 펌프(1)가 하/폐수를 공급하는 시간은 1회에 3시간으로 하고, 혼합 조(100A, 100B) 에 교대로 공급함으로 혼합 조(100A)에 3시간 공급, 다음에 혼합 조(100B)에 3시간 동안 공급하는 것을 교대로 반복한다.

혼합 조(100A)에 하/폐수가 공급되고, 재 탈질 조(800)로부터 혼합액이 이송되어 유입되면 혼합 조 교반기(101)가 작동하여, 하/폐수와 혼합액을 균등하게 혼합하여 균질의 혼합액을 만들고, 혼합 조(100A)의 혼합액은 혐기 상태이고, 혼합액 중에는 유기물 분해 세균, 탈 질 세균, 인 제거 세균 등의 미생물이 많이 서식하고 있으므로 이 미생물들이 작용하여, 유입된 하/폐수와 함께 유입될 수도 있는 낮은 농도의 용존산소 및 NOx는 완전히 제거된다.

또 한 혼합 조 교반기( 101)가 날개 원주 속도 3.0m/s 이하, 속도경사(G) 값

30~100 1/sec 범위로 운전하여 혼합이 잘 일어나면서도 플록(floc)이 깨지지 않고 커다란 모양을 유지하게 한다.

동시 질산화 탈 질(SND) 공정의 기본이론이 커다란 플록 내외부의 용존산소 농도차이를 이용하는 것이기 때문에 교반, 혼합시에 반드시 플록의 성장 및 보존조건을 맞추어야 하며 상기에 기술한 운전조건이 플록의 성장촉진, 파괴를 방지하는 조건이다.

혼합 조의 체류시간은 15~20분으로 하였다.

혼합 조(100A)에서 용존산소와 NOx를 완전히 제거된 혐기 상태의 혼합액은 혐기 조(200A)의 하부에 설치한 균등 유입장치(201)를 통하여 혐기 조의 하부에서 상부로 조의 전체에 걸쳐 균등하게 분산되어 유입되고, 위쪽으로 서서히 흐르며 밀어내기 흐름 형태를 이룬다.

밀어내기 형태를 이루는 이유는 혐기 조에서 혼합액 중에 있는 인 제거 미생물이 혼합액 중의 생분해성이 좋은 유기물을 섭취하면서 체내의 인을 혼합액 속으로 방출하게 되는데 방출에, 약 1시간이 필요하므로 혼합액의 인 농도는 혐기 조의 최상단에서 최대가 된다.

본 발명에서는 후에 설명하는 재 탈질 조(800) 와 혼합 조(100A)에서 용존산소와 NOx물질이 전부 제거되어서 원래의 하/폐수가 가지고 있던 생분해성이 좋은 유기물을 인 제거 미생물이 최대한 이용할 수 있어서 인의 방출량이 증가하고 결과적으로 인 제거율이 증가한다.

만약 혐기 조의 흐름이 완전혼합형태라면 유입된 혼합액의 일부가 순간적으로 혐기 조의 상부를 통하여 다음 반응 조로 이송되기 때문에 인 제거 미생물이 인을 방출하기 전의 혼합액이 유출되는 것이므로 인 방출량이 감소하게 되어 공정의 생물학적 인제거율이 저하한다.

상기에서 설명한 바와 같이 인 방출량을 최대로 하려면 혐기 조의 흐름을 밀어내기 흐름 형태로 하는 것이 필요한 것이다.

수직 패들형 교반기(202)는 원주 속도 0.3~0.6m/s, 속도경사(G) 값 30~100 1/sec 범위에서 운전하고, 혐기 조의 혼합액을 균등하게 교반하고 플록이 깨지지 않고 크게 성장하도록 한다.

또 한 수평방향으로만 교반하고 수직방향으로는 교반 작용을 하지 않으므로

혐기 조 내의 혼합액의 흐름은 밀어내기 흐름 형태를 유지할 수 있다.

혐기 조에서 인 방출이 종료된 혼합액은 생물반응 조(450A)의 하부에 설치한 균등 유입장치(401)를 통하여 유입되고 생물반응 조(450A)의 전체에 걸쳐서 균등하게 분산되어 유입된다.

생물반응 조의 생물반응시간은 4시간으로 공기를 공급하면서 호기성 조건으로 운전하는 시간 30~60분, 공기 공급을 중단하고 무산소 조건으로 운전하는 시간 30분으로 하여 반복운전을 하고, 반응시간의 전반 2시간 중 호기성 운전은 용존산소 농도를 0.4~0.7mg/L로 운전하고 후반 2시간의 호기성 운전은 용존산소 농도를 0.2~0.5mg/L로 운전한다.

반응 시간의 전반기에 용존산소 농도를 0.4~0.7mg/L로 높여서 운전하는 것은 생물학적 인의 과잉섭취속도를 빠르게 하면서 동시 질산화 탈 질이 일어나게 하기 위한 것이고, 후반기에 용존산소 농도를 0.2~0.5mg/L로 낮게 운전하는 것은 동시 질산화 탈 질을 촉진하기 위한 것이다.

또 한 반응시작 2시간 후에 응집제 주입장치(403)에서 응집제를 주입하여 혼합액중의 잔류 인과 화학적 반응을 일으켜서 인을 제거하여 생물반응 조 내의 인의 농도를 낮게 하고, 응집제의 작용으로 혼합액의 플록을 크게 만들어 플록 표면부와 내부의 용존산소 농도차이를 크게 하여 동시 질산화 탈 질을 촉진한다.

동시 질산화 탈 질의 기본 원리는 플록을 크게 해서 외부는 호기성으로 아 질산화 또는 질산화를 일으키고 내부는 무산소 조건으로 탈질을 일으키는 것이다.

무산소 운전시간에는 혼합액의 침전을 방지하고 반응을 촉진하기 위하여 저속 응집 교반기(402)를 가동한다.

또 한 생물반응 후반기에 응집제를 주입하여 혼합액의 인 농도를 극히 낮게 하여도, 인 제거 미생물은 생물반응 전반기에 이미 체내에 충분한 양의 인을 섭취하여 비축하고 있기 때문에 성장 증식 대사과정에 아무런 저해를 받지 않는다.

저속 응집 교반기(402)는 원주 속도 3.0m/s 이하, 속도경사 값 30~100 1/sec 범위에서 운전하며, 상대적으로 큰 날개지름을 가지고 있기 때문에 혼합 교반 작용 외에도 응집작용을 하기 때문에 플록이 크게 성장하고, 플록이 크게 성장하기 때문에 동시 질산화 탈 질 작용이 촉진되는 것이다.

플록을 크게 성장시키는 응집기의 적정 운전범위가 속도경사 값이 30~10030~100c 이기 때문에 저속 응집 교반기(402)도 동등한 조건으로 운전한다.

생물반응 시간 중 호기성 운전 시간에는 동시 질산화 탈 질이 일어나고, 무산소 조건 운전에서는 아 질산성 질소 단계에서의 탈 질이 우세하게 된다.

상기와 같은 운전조건에서 운전하면 동시 질산화 탈 질의 효율이 높아지고 특히 아 질산성 질소에서의 탈 질 비율이 높아지므로, 포기에 필요한 공기량이 감소하고, 동시에 낮은 용존산소 농도에 의한 포기 공기량이 추가 적으로 감소하여 전반적으로는 기존의 높은 용존산소 농도(3mg/L)로 운전하는 고도처리장치에 비하여 30~40%의 소비동력이 절감된다.

또 한 탈 질에 필요한 유기물의 양도 감소하고 알칼리도 소비도 감소하므로

낮은 C/T-N 비의 하/폐수나 저 알칼리도 하/폐수의 처리에 유리하다.

생물반응이 종료되면 중력식 침전으로 1시간 동안 침전시켜서 슬러지와 상등 수로 분리하고, 1시간 동안 상등 수는 생물 반응 조(450A)의 종단 부 상부에 설치한 상등 수 배출장치(451A)를 작동시켜서 상등 수를 상등 수 저류 조(550)로 이송한다.

상등 수 배출시간 동안 잉여 슬러지 펌프(502)를 작동하여 잉여 슬러지를 계외로 배출하여 폐기함으로써 슬러지와 인을 제거한다.

상등 수 저류 조에 저류된 상등 수는 상등 수 이송펌프(551)로 여과기(600)로 이송하고 여과기(600)에서는 상등 수를 여과하여 깨끗한 물로 만들어서 소독기(700)에서 병원성 및 유해미생물을 소독 사멸시킨 후 방류한다.

한 편 생물 반응시간 동안 용적 식 슬러지 반송펌프(503)는 생물반응 조의 혼합액을 재 탈질 조(800)로 이송하고, 용적 식 재 탈질 펌프(801)는 혐기 조(200A)의 상부에서 혼합액을 재 탈질 조(800)로 이송한다.

재 탈질 조(800)에서 반송된 2가지의 혼합액이 재 탈질 교반기(802)의 작용으로 균등하게 혼합되면서 혼합액에 포함된 용존산소 및 NOx를 미생물의 작용으로 소멸시킨다.

본 발명의 재 탈질 조(800)에서는 인 방출이 끝난 혐기 조 후단의 혼합액으로부터 탈 질에 필요한 유기물을 공급받고 있으므로, NOx 및 용존산소를 고갈시키는데 필요한 유기물을 혐기 조의 앞쪽에서 사용하지 않기 때문에 혐기 조에서 인제거 미생물이 이용할 유기물이 충분해서 인 방출을 촉진하는 것이다.

재 탈질 조(800)에서 반응이 끝난 혼합액은 혼합 조(100A)로 이송된다.

상기에서 설명한 과정이 혼합 조(100B) 와 이어진 B 계열 반응 조에서 동일하게 수행되며 이러한 공정이 교대로 반복되어 이루어 진다.

유기물 및 영양물질의 부하가 크거나 반응 조 용적을 확보하기 어려운 경우에는 선택적으로 생물 반응 조(450A, 450B)의 내부에 미생물 담 체 유니트(452)를 적정한 크기로 설치한다.

미생물 담 체 유니트(452) 는 도 4와 같이 지름 3~5mm가 되도록 원통형으로 성기게 짠 그물모양의 담 체를 생물반응 조 내에 설치하여, 미생물 담 체에 부착한 미생물에 의하여 추가로 유기물 등 부하를 처리하는 것이다.

미생물 담 체의 단면은 원형으로 하고, 가는 섬유로 성기게 짠 모양으로 공극이 많으며, 시간이 경과하여 미생물이 부착하면 원통형 담체 내부가 미생물로 가득하게 차고 외부에도 부착하여 커다란 플록 덩어리를 형성하므로 자연히 외부는 호기성 내부는 무산소 조건이 되어 동시 질산화 탈 질이 일어나기에 최적으로 조건이 된다.

미생물 담 체의 다른 실시 예는 도 5에 표시하였는데 이 유동 미생물 담 체(453)은 강성이 좋은 섬유로 3~5mm의 원통형이 되게 성기게 짜고 길이는 5~10mm가 되게 하여 내외부에 미생물이 부착되게 한 것이다.

상기 유동 미생물 담 체는 부유 식으로 혼합액 중의 슬러지와 같은 거동으로 유동하며 잉여 슬러지; 배출시 외부로 배출되지 않도록 잉여 슬러지 입구에 그물망 모양의 차단 망(도면에 표시하지 않음)을 설치하고 공기로 포기하게 하여 유실을 방지하였다.

상기 유동 미생물 담 체도 미생물이 내외부에 부착하여 커다란 플록 모양을 형성하므로 외부는 호기성, 내부는 무산소 조건이 되어 동시질산화 탈 질에 최적조건이 되어 질소제거를 촉진하는 효과가 있다.

본 발명에서 사용하는 펌프의 형식은 잉여 슬러지 펌프를 제외하고 전부 용적식 펌프로 한 이유는 원심펌프는 임펠러의 빠른 회전속도와 강한 와류 때문에 혼합액 중에 있는 플록을 파괴하지만, 용적 식 펌프는 저속에서 운전하고 용적변화로 이송하는 것이므로 플록의 파괴가 없기 때문이다.

자동 제어반(900)은 내부에 프로그램을 탑재하여 본 발명에 사용하는 모든 계측기와 전동기에 연결하여 계측신호와 상태신호를 받고 정해진 제어 신호를 발생하여 생물학적 고도처리 장치를 자동으로 운전제어하는 것이다.

본 발명의 다른 실시 예는 도 6에 나타냈는데 본 실시 예는 상기에서 설명한 도 1의 구성과 동일하되 재 탈질 조(800)를 재 탈질 농축 조(850)로 대체한 것이다.

본 실시 예는 혼합액의 반송량을 늘려서 탈 질 효율을 높이려는 경우에 다량의 반송된 혼합액이 재 탈질 농축 조(850)에서 용존산소 및 NOx가 탈 질이 되고, 상등 수는 생물반응 조(450A, 450B)로 이송되고, 침전 농축된 슬러지만 혼합 조(100A, 100B)로 이송하여 총 질소 제거율도 높이고 인 제거율도 높게 한 것이다.

특히 인 제거 미생물은 미생물 중량의 최대 38%까지 다중인산염의 형태로 인을 세포내에 축적할 수 있어서 일반의 다른 미생물보다 훨씬 무겁고 잘 뭉치는 성질이 있기 때문에 재 탈질 농축 조(850)에서 침전된 슬러지는 거의 전부 인 제거 미생물이고, 이 슬러지를 혼합 조로 이송함으로써 인 제거 미생물을 선택적으로 보낼 수 있고, 이로 인하여 혐기 조에 더 많은 인제거 미생물이 유입되고 작용하기 때문에 인 방출량이 증가하고, 최종적인 결과로 생물학적 인 제거량이 증가하는 것이다.

본 발명의 또 다른 실시 예는 도 7에 표기하였다.

본 실시 예는 도 1에 표기한 실시 예에서 혼합 (100A, 100B)조, 혐기 조(200A, 200B), 재 탈질 조(800)를 제거하고 생물반응 조(450A, 450B)만 활용하는 것으로 하/폐수의 유입, 호기성 운전시간, 무산소 조건 운전, 응집제 주입시기는 상기 실시 예에서 설명한 것과 동일하다.

본 실시 예는 질소 제거율과 총인 제거율의 제어기능이 다소 미흡하지만 생물반응 조 구조 및 관련 기기가 매우 간단하고 혼합액의 반송이 불필요하여 기계장치가 간단해지는 특징이 있다.

가 전 처리시설
나 유량 조정 조
1 유량 조정 조 펌프
2. 유량 조정 조 교반기
100A, 100B 혼합 조
101 혼합 조 교반기
200A, 200B 혐기 조
201 균등 유입장치
202 수직 패들형 교반기
203 pH 측정기
204 ORP 측정기
450A, 450B 생물 반응 조
401 균등 유입장치
402 저속 응집 교반기
403 응집제 주입장치
404 용존산소(DO) 농도 계
405 pH 측정기
406 MLSS 농도 계
407 미세기포 산기 관
408 송풍기
409 총 인 농도 계
451A, 451B 상등 수 배출장치
452 미생물 담 체 유니트
453 유동 미생물 담 체
503 용적 식 혼합액 반송펌프
550 상등 수 저류 조
551 상등 수 이송펌프
600 여과기
700 소독기
800 재 탈질 조
801 용적 식 재 탈질 펌프
802 재 탈질 교반기
855 재 탈질 농축기
856 슬러지 이송 펌프
857 혼합기
900 자동제어반

Claims (3)

1. 전처리 시설(가)과 유량 조정 조(나)를 가진 하/폐수 처리장에서,
   혼합 조(100A, 100B)에 하수 또는 폐수를 공급하는 유량 조정 조 펌프(1);
   유량조정 조 펌프(1)에서 이송된 하수 또는 폐수와 재 탈질 조(800)에서 이송된 혼합액이 유입되고, 혼합액 중의 플록(floc)이 깨지지 않는 상태로 하수 또는 폐수를 균등하게 혼합하여, 하수 또는 폐수 중에 미량 포함된 용존산소와 NOx를 고갈시키되 한 쌍으로 구성한 혼합 조(100A, 100B);
   상기 혼합 조(100A, 100B)의 내부에 설치하되, 전동감속기의 축의 하부에 전단기능을 보강한 하이드로포일 모양 또는 팬 터빈 모양의 교반날개를 부착하고, 날개지름은 혼합 조(100A, 100B)폭의 0.4~0.6배가 되도록 크기를 정하고, 교반날개의 원주 속도는 3.0m/s 이하로 제한하고, 속도경사(G) 값은 30~100 1/sec 범위에서 운전하도록 한 혼합 조 교반기(101);
   상기 혼합 조(100A, 100B)를 통과한 혼합액이 반응 조의 하부에 설치한 균등 유입장치(201)를 통하여 밑에서 위로 서서히 흐르고, 30~100 1/sec 범위의 속도경사(G)값으로 혼합액을 수평방향으로만 혼합하여, 밀어내기 흐름 (plug flow)형태를 유지하면서, 혼합액 중의 플록이 깨지지 않고 크게 성장하도록 촉진하고, 혼합액의 pH를 측정하는 pH 측정기(203)와 혼합액의 산화환원 전위를 측정하는 ORP
   측정기(204)를 포함하고, 혼합액 중에 있는 인 제거 미생물이 혐기 상태에서 유기물을 이용하여 인의 방출을 촉진하도록 하는 혐기 조( 200A, 200B);
   상기 혐기 조(200A, 200B)의 내부에 설치하되, 전동감속기의 하부 수직축에
   여러 개의 평판형 날개를 수직으로 부착하여 교반 날개를 형성하고, 교반 날개의 지름은 혐기 조의 폭의 0.7~0.9 배로 하고, 교반 날개의 원주 속도는 0.3~0.6m/s 범위로 조절이 가능하게 한 수직 패들형 교반기(202);
   혐기 조(200A, 200B)를 통과한 혼합액이 반응 조의 하부에 설치한 균등유입장치(4001)를 통하여 균등하게 분산되어 유입하고, 반응 조의 하부에 전면포기방식으로 균등하게 설치한 미세기포 산기 관(401)을 통하여 공급된 공기가 혼합액에 산소를 공급하여 용존산소(DO) 농도를 반응 초기에는 0.4~0.7mg/L 범위의 호기 상태로 운전하고, 반응의 중반 이후에는 0.2~0.5mg/L 범위의 호기 상태로 운전하면서, 반응의 초기에는 인 제거 미생물이 혼합액 중의 인을 과잉섭취하여 혼합액 중의 인의 농도를 낮추고, 반응의 중반 이후에는 응집제 주입장치(403)를 통하여 응집제를 주입하면서 운전하여 화학적인 인 제거 방법으로 혼합액의 인 농도를 더욱 낮추고, 플록의 표면 부의 호기성 구역에서 혼합액 중의 암모니아성 질소가 일부는 아 질산성 질소(NO₂-N)와 또 다른 일부는 질산성 질소(NO₃-N)로 산화되고, 용존산소 농도가 없는 플록 내부의 무산소 구역에서 탈질 작용을 일으키게 하되, 공기를 공급하는 호기 운전시간과 공기공급을 중단하고 운전하는 무산소 운전시간의 비율을 1:1로 하여 반복하여 운전하고, 무산소 운전시간에는 저속 응집 교반기402)의 속도경사(G) 값을 30~100 1/sec 범위로 운전해서 플록이 깨지지 않고, 크게 자라도록 하여 동시질산화 탈 질 작용을 촉진하고, 생물반응이 끝나면, 혼합액을 침전시키고, 상등수는 상등 수 배출장치(451A, 451B)를 통하여 이송하고, 용존산소(DO) 농도 계(404), pH 측정기(405), MLSS 농도 계(406), 총인 농도 계(409)를 포함하는 한 쌍으로 구성한 생물반응 조(450A, 450B);
   상기 생물반응 조(450A, 450B)의 내부에 설치하되, 전동감속기의 축에 전단력이 보강된 하이드로포일 모양의 날개 또는 팬 터빈 모양의 날개를 부착하고, 날개의 지름은 생물반응 조 수심의 0.4~0.6 배로 하고, 날개의 원주 속도는 3m/s 이내로 하고, 속도경사(G)값은 30~100 1/sec 범위로 조절 가능하게 한 저속 응집 교반기(402);
   상기 생물반응 조(450A, 450B)의 내부에 선택적으로 설치하되, 섬유로 지름 3~5mm의 원통형으로 짜되 섬유의 간격은 1~2mm가 되도록 하고 그물모양으로 제작한 미생물 담 체를 설치하여, 이 미생물 담 체에 미생물이 부착하게 하여, 생물 반응 조 내의 미생물량을 증가시켜서 처리용량을 늘이게 한 미생물 담 체 유니트(452 );
   상기 생물반응 조(450A, 450B)에 선택적으로 사용하되, 섬유로 지름 3~5mm, 길이 5~10mm의 원통형으로 짠 유동 형 미생물 담 체를 투입하여, 이 미생물 담 체에 미생물이 부착하게 하여, 생물반응 조 내의 미생물량을 증가시켜서 처리용량을 늘이게 한 유동 미생물 담 체(453);
   미생물 반응 조(450A, 450B)에 공기를 공급하는 송풍기(408);
   상기 생물반응 조(450A, 450B)에서 이송된 상등 수를 저수하는 상등 수 저류조(550);
   상기 상등 수 저류 조의 상등 수를 여과기(600)로 이송하는 상등 수 펌프(551);
   상기 여과기에서 여과된 물을 소독하는 소독기(700);
   생물반응 조(450A, 450B)에서 생물반응이 수행되는 동안에 생물반응 조(450A, 450B) 후단부의 혼합액을 재 탈질 조(800)로 이송하는 용적 식 반송 펌프(503)와 혐기 조 출구의 혼합액의 일부를 재 탈질 조(800)로 이송하는 용적 식 이송펌프(801); 및
   유입된 혼합액을 저속 교반기(801)로 플록이 깨지지 않고 균등하게 교반 되도록 하면서, 혐기 상태에서 탈질 미생물이 혐기 조에서 이송된 혼합액 중의 유기물을 이용하여 반응시켜서 혼합액 중의 용존산소와 NOx(아질산 성 질소 및 질산성 질소화합물)를 고갈시키고 처리된 혼합액을 혼합 조(100A, 100B)로 이송하는 재 탈질 조(800)로 구성한 효과적이고 경제적인 회분식 생물학적 고도처리장치.
2. 제1항에서 재 탈질 조(800)를 재 탈질 농축 조(850)로 대체하여 인 제거율 및 질소 제거율을 높인 것을 특징으로 하는 효과적이고 경제적인 회분식 생물학적 고도처리장치.
3. 제1항에서 혼합 조(100A, 100B), 혐기 조(200A, 200B), 재 탈질 조(800)를 제거한 것을 특징으로 하는 효과적이고 경제적인 회분식 생물학적 고도처리장치.
   

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