KR20180117340A - 하수 처리 시스템 - Google Patents

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김용학
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윤혁규
김인태
조병국
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Abstract

본 발명은 하수가 유입되는 최초 침전지; 탈질 반응이 일어나는 무산소조, 질산화 반응이 일어나는 호기조, 및 호기조에서 무산소조로 반송수를 이송하는 내부 반송 펌프를 구비한 생물 반응조; 및 최종 침전지를 포함하는 하수 처리 장치를 포함하며, 상기 최종 침전지의 후단에 TMS(수질원격감시체계)를 설치하여 방류수의 총 질소 농도(A), 질산성 질소 농도(B) 및 화학적 산소 요구량(COD, C) 중 적어도 하나의 수질 정보를 수집한 후, 수집된 정보에 의해 상기 생물 반응조의 운행을 제어하는 하수 처리 시스템에 관한 것이다.

Description

하수 처리 시스템{The Sewage Disposal Systems}
본 발명은 하수 처리 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 각종 생활 하수에 존재하는 고농도의 질소를 효율적으로 처리하여 제거할 수 있는 하수 처리 시스템에 관한 것이다.
가정이나 공장에서 배출하는 하수는 현탁성, 콜로이드성, 용해성 물질을 포함하고 있어서 그 상태로 자연수역에 방류를 하게 되면 생태계를 파괴하거나 수계전염병을 전파할 수 있다. 이를 막기 위해서는 하수를 물리화학적 또는 생물학적 방법으로 정화하는 하수 처리가 필요하게 된다. 그러나 하수 처리에 의해 질소(N)나 인(P) 등이 충분히 제거되지 못할 경우, 방류된 물이 호수, 늪, 만 등 폐쇄성 수역에 흘러들어가 "부영양화(eutrophication)"를 초래할 가능성이 높다. 즉, 질소나 인과 같은 영양염류가 축적됨에 따라, 이를 영양분으로 삼아 증식하는 식물성 플랑크톤이 수면위를 가득 메울만큼 과다 증식하게 되고 결과적으로 햇빛의 차단, 조류 증식에 따른 용존 산소량(Dissolved Oxygen; DO)감소, pH의 변화 등 수질에 악영향을 미치게 되는 것이다.
대표적인 하수 처리 방법으로는 물리화학적 공법과 생물학적 공법이 있으나, 경제적인 이유로 인해 생물학적 공법이 물리화학적 공법에 비해 보편적으로 적용되고 있다. 생물학적 공법에 따르면, 질소는 다음과 같은 반응식에 의한 질산화와 탈질화 과정을 거치게 되는데, 먼저 호기 조건하에서 독립영양미생물에 의해 암모늄이 아질산염과 질산염으로 산화(질산화)되고, 이후 무산소 조건에서 종속영양 미생물에 의해 질소가스로 제거(탈질화)된다.
<주 반응식>
질산화 반응: NH4+ + 2O2 → NO2 - + 2H2O
NO2 - + 1/2O2 → NO3 -
탈질화 반응: 6NO3 - + 5CH30H → 3N2 + 5CO2 + 7H2O + 6OH-
현재까지 생물학적 공법으로 알려진 하수 고도처리 기술로는 A2/O공법, 활성슬러지공법, SBR(연속회분식, Sequencing Batch Reactor)공법, 담체 공법, MBR(Membrane Bio-Reactor)공법, 특수 미생물 공법 등이 존재한다. 또한, 대한민국 등록특허 제0432518호, '반응단계 판단장치를 이용하여 단일 활성 반응조에서 연속적인 탈질 및 질산화를 수행하기 위한 폐수처리 시스템 및 방법', 대한민국 특허출원 제2009-0011513호, '하수처리 공법의 제어방법', 일본 특허출원 제2014-002563호, '폐수 처리 장치의 운전 방법' 및 일본 등록특허 제5685504호, '수처리 시스템 및 그 폭기 풍량 제어 방법'등 많은 특허 문헌들을 통해 다양한 수처리 기술들이 개시되어 있다.
수처리 분야에서는 대부분의 처리 장치 및 시설이 대면적을 요구하며 시공에 많은 비용이 들기 때문에, 한번 완공된 수처리 시설물은 이동이나 재배치가 매우 어렵다. 이러한 이유로 현재 가동되고 있는 대다수의 수처리 시설들은 과거 지어진 시설 그대로를 이용하고 있는 경우가 많다. 일반적으로는 무산소 조(Anoxic Tank), 호기 조(Aerobic Tank) 및 최종침전지로 크게 구성되고, 질산성질소를 제거하기 위한 내부반송라인과 침전지 슬러지 반송라인을 포함하는 시설이 보편화되어 있다.
그런데 최근들어 전 세계적으로 방류수의 BOD(Biochemical Oxygen Demand), 인(P) 또는 질소(N)에 대한 배출 기준이 더욱 엄격해지고 있어, 수처리 업계에서는 기존의 시설을 활용해야 하는 제약 속에서 보다 신속하고 정확한 공정 제어가 가능한 수처리 기술 개발에 힘을 쏟고 있는 실정이다.
이에 본 발명은 TMS(수질원격감시체계)를 통해 최종 방류수의 총 질소 농도, 질산성 질소의 농도 및 화학적 산소 요구량(COD)를 계측한 후, 각각의 계측된 산출값에 근거하여 호기조에 부여하는 송풍량, 호기조에서 무산소조로 보내는 반송수의 반송량 및 무산조소로의 외부 탄소원 주입여부을 가변 조정함으로써, 수 처리 공정을 고효율로 운전할 수 있는 수 처리 자동화 관리 시스템을 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 구현예는 하수가 유입되는 최초 침전지; 탈질 반응이 일어나는 무산소조, 질산화 반응이 일어나는 호기조, 및 호기조에서 무산소조로 반송수를 이송하는 내부 반송 펌프를 구비한 생물 반응조; 및 최종 침전지를 포함하는 하수 처리 장치를 포함하며, 상기 최종 침전지의 후단에 TMS(수질원격감시체계)를 설치하여 방류수의 총 질소 농도(A), 질산성 질소 농도(B) 및 화학적 산소 요구량(COD, C) 중 적어도 하나의 수질 정보를 수집한 후, 수집된 정보에 의해 상기 생물 반응조의 운행을 제어하는 하수 처리 시스템이다.
상기 구현예에 따른 하수 처리 시스템은 TMS(수질원격감시체계)를 통해 방류수의 총 질소 농도(A) 및 질산성 질소 농도(B)를 계측한 후, 계측된 산출값에 근거하여 호기조에 부여하는 송풍량을 제어하는 호기조 운전 시스템을 포함할 수 있으며, 이때, 호기조 운전 시스템은 방류수의 총 질소 농도(A) 대비 질산성 질소 농도(B)의 비(B/A)가 0.9 미만이면 호기조에 부여하는 송풍량을 증가시키고, 0.9 이상이면 호기조에 부여하는 송풍량을 감소시키는 것일 수 있다.
상기 구현예에 따른 하수 처리 시스템은 TMS(수질원격감시체계)를 통해 방류수의 질산성 질소 농도(B)를 계측한 후, 계측된 산출값에 근거하여 호기조에서 무산소조로 보내는 반송수의 반송량을 제어하는 내부 반송 펌프 운전 시스템을 포함할 수 있으며, 이때, 내부 반송 펌프 운전 시스템은 방류수의 질산성 질소 농도(B)가 3ppm 미만이면 호기조에서 무산소조로 보내는 반송수의 반송량을 감소시키고, 3ppm 이상이면 반송량을 증가시키는 것일 수 있다.
상기 구현예에 따른 하수 처리 시스템은 TMS(수질원격감시체계)를 통해 방류수의 질산성 질소 농도(B) 및 화학적 산소 요구량(COD, C)를 계측한 후, 계측된 산출값에 근거하여 무산조소로의 외부 탄소원 주입여부를 제어하는 무산소조 운전 시스템을 포함할 수 있으며, 이때, 상기 무산소조 운전 시스템은 방류수의 질산성 질소 농도(B) 대비 화학적 산소 요구량(COD, C)의 비(C/B)가 2.0 미만이면 무산조소에 외부 탄소원을 공급하고, 2.0ppm 이상이면 무산소조에 외부 탄소원의 공급을 중단하는 것일 수 있다. 또한, 상기 외부 탄소원은 호기조에서 무산소조로 향하는 내부 반송 펌프에 주입되어 반송수와 함께 무산소조에 공급될 수 있다.
본 발명에 따르면 최종 방류수의 수질 정보를 통해 질산화 반응 및 탈질 반응에 필요한 적정 송풍량, 내부 반송수의 양 및 외부 탄소원의 주입을 효율적으로 제어함으로써 질소 제거 성능을 보다 향상시키고 불필요한 에너지 소비를 방지하여 운영비를 절감할 수 있다.
또한, 호기조에서 무산소조로 향하는 내부 반송펌프에 탄소원을 주입함으로써 외부탄소원에 대한 반송수의 접촉 빈도를 높혀 하수 처리의 고효율화를 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 하수 처리 시스템을 나타낸 계통도이다.
도 2는 본 발명의 하수 처리 시스템에서 TMS(수질원격감시체계)를 통해 호기조(질산화 반응조) 내 송풍량을 제어하는 호기조 운전 시스템의 운전 알고리즘을 나타낸 것이다.
도 3는 본 발명의 하수 처리 시스템에서 TMS(수질원격감시체계)를 통해 호기조에서 무산소조(탈질 반응조)로 보내는 반송수의 반송량을 제어하는 내부 반송 펌프 운전 시스템의 운전 알고리즘을 나타낸 것이다.
도 4은 본 발명의 하수 처리 시스템에서 TMS(수질원격감시체계)를 통해 무산소조 내부로 외부 탄소원(메탄올)을 주입 여부를 제어하는 무산소조 운전 시스템의 운전 알고리즘을 나타낸 것이다.
본 발명은 최종 침전지의 후단에 TMS(수질원격감시체계)를 설치하여 방류수의 총 질소 농도(A), 질산성 질소 농도(B) 및 화학적 산소 요구량(COD, C) 중 적어도 하나의 수질 정보를 수집한 후, 수집된 정보에 의해 상기 생물 반응조의 운행을 제어하는 하수 처리 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 이해를 돕기 위해 첨부된 도 1은 본 발명의 하수 처리 시스템을 나타낸 계통도이고, 도 2 내지 4는 각각 측정된 방류수의 총 질소 농도(A), 질산성 질소 농도(B) 및 화학적 산소 요구량(COD, C)을 통해, 호기조(질산화 반응조)에 부여하는 송풍량, 호기조에서 무산소조(탈질 반응조)로 보내는 반송수의 반송량 및 무산소조 내부로 외부 탄소원(메탄올)을 주입 여부를 결정하는 하수 처리 운전 알고리즘을 나타낸 것이다.
본 발명을 설명함에 있어서, '시스템(system)'이라는 용어는 사전적인 의미대로 '필요한 기능을 실현시키기 위해 관련 요소를 특정 법칙에 따라 조합한 집합체'로 해석할 수 있다. 즉, 보다 구체적으로 본 발명에서는 '시스템'을 장치 혹은 방법 중 어느 하나로 한정하여 해석하기 보다는, 하수 처리를 위해 기본적으로 필요한 각종 설비(또는 장치)는 물론, 상기 설비가 운행될 수 있도록 일정한 논리(logic)로 설계된 프로그램(program) 및 수처리 운전의 전반적인 방식 모두를 포함하는 하나의 유기적 집합 체계로 해석하는 것이 바람직한 것이다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세히 설명하며, 다만 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다.
도 1을 참고할 때, 본 발명의 하수 처리 시스템은 하수가 유입되는 최초 침전지; 탈질 반응이 일어나는 무산소조(탈질 반응조), 질산화 반응이 일어나는 호기조(질산화 반응조) 및 호기조에서 무산소조로 반송수를 이송하는 내부 반송 펌프를 구비한 생물 반응조; 및 최종 침전지를 포함하는 하수 처리 장치를 포함하며, 이를 운행함에 적합한 것이다.
본 발명의 수처리 공정도 일반적인 하수 처리 공정과 동일하게 크게 탈질 반응과 질산화 반응으로 진행될 수 있다. 우선, 무산소조에서는 탈질 반응이 일어 나는데, 처리수에 존재하는 질소가 탈질균(Pseudomonas, Micrococcus, Spirillum, Acaligenes, Bacillus 등)의 질산호흡, 아질산호흡에 의해서 N2O, NO 등의 형태를 거쳐 N2로 환원되어 방출된다. 무산소조에는 유입 오폐수와 반송수의 충분한 혼합 및 고액분리 방지를 위해 수중교반기가 더 설치될 수 있다.
이어서 호기조에서는 질산화 반응이 일어나며, 구체적으로는 호기성 미생물의 대사에 의하여 암모니아성 질소(NH4-N)를 분해하여 질산염(NO3)을 발생시킨다. 특히, 호기조에서는 활성오니 미생물의 동화작용 및 유기물 산화에 필요한 산소공급과 오니 혼합액을 교반하여 활성화하기 위해 공기의 공급이 필요하며, 이에 따라 호기조에는 배관을 통해 공기를 공급하는 송풍기가 구비되는 것이 바람직하다.
이때, 본 발명의 하수 처리 시스템은 탈질 반응과 질산화 반응이 효율적으로 운전될 수 있도록 최종 침전지의 후단에 TMS(수질원격감시체계)를 설치하여 방류수의 총 질소 농도(A), 질산성 질소 농도(B) 및 화학적 산소 요구량(COD, C) 중 적어도 하나의 수질 정보를 수집한 후, 수집된 정보에 의해 상기 생물 반응조의 운행을 제어하는 것을 특징으로 한다.
일반적으로 TMS(수질원격감시체계)는 최종 방류수(처리수)의 수질기준 항목인 생화학적 산소 요구량(BOD), 화학적 산소 요구량(COD), 현탁물질(SS, Suspened soild), 총 질소(T-N), 총 인(T-P)의 농도를 등을 자동 검측하는 데 사용하며, 특별히 TMS를 생물반응조에 설치하여 용존 형태의 이온성 물질인 암모니아성 질소(NH4-N), 질산성 질소(NO3-N), 인산성 인(PO4-P)을 자동 검측하는 경우도 있다.
그러나 생물 반응조에 TMS를 설치하는 경우, 생물 반응조의 부유고형물에 의한 샘플링 배관 막힘 및 센서오염으로 인한 지속적인 모니터링에 한계가 있어 반복적인 운행을 위해 잦은 센서교체 및 청소를 해야 하는 문제가 발행할 수 있다. 또한, 생물반응조에 측정 센서를 추가로 설치하는 경우, 생물반응조 반응 현황을 운영에 신속하게 반영하는 효과는 있지만, 설치 센서 및 운영 로직 시스템 구축에 필요한 비용이 수반되는 단점이 존재한다.
이에 반해, 본 발명의 하수 처리 시스템은 기존의 TMS에 방류수의 질산성 질소(NO3-N)의 농도를 측정하는 센서만을 추가로 구비하여, 방류수의 화학적 산소 요구량(COD) 및 총 질소(T-N)와 함께 질산성 질소(NO3-N)의 농도를 측정함으로써, 공정을 장기간 효율적이고 안정적으로 운행할 수가 있다. 즉 본 발명은 수처리의 운행 방식 변화나 추가적인 시설의 설치를 특별히 필요로 하지는 않으면서도 결과적으로는 불필요한 에너지 소비를 방지하여 운영비를 전반적으로 절감할 수 있는 공정 운행 방식을 제공하는 것이다.
본 발명의 하수 처리 시스템은 크게 세 가지 운전 시스템을 포함하는 것으로, TMS(수질원격감시체계)를 통해 방류수의 총 질소 농도(A) 및 질산성 질소 농도(B)를 계측한 후, 계측된 산출값에 근거하여 호기조에 부여하는 송풍량을 제어하는 호기조 운전 시스템; 방류수의 질산성 질소 농도(B)를 계측한 후, 계측된 산출값에 근거하여 호기조에서 무산소조로 보내는 반송수의 반송량을 제어하는 내부 반송 펌프 운전 시스템; 및 방류수의 질산성 질소 농도(B) 및 화학적 산소 요구량(COD, C)를 계측한 후, 계측된 산출값에 근거하여 무산조소로의 외부 탄소원 주입여부를 제어하는 무산소조 운전 시스템을 포함한다.
보다 구체적으로 본 발명의 상기 호기조 운전 시스템은, 도 2에 나타낸 알고리즘과 같이 TMS(수질원격감시체계)를 통해 방류수의 총 질소 농도(A)와 질산성 질소 농도(B)를 계측한 후, 총 질소 농도(A) 대비 질산성 질소 농도(B)의 비(B/A)를 구하여 그 값이 0.9 미만이면 호기조에 부여하는 송풍량을 증가시키고, 0.9 이상이면 호기조에 부여하는 송풍기량을 감소함으로써 제어하게 된다.
총 질소 농도(A) 대비 질산성 질소 농도(B)의 비(B/A)는 생물반응조의 호기조에서 질산화 반응이 일어나는 정도를 의미하는 지표가 될 수 있는 값으로서, 그 값이 0.9 미만일 경우, 방류수에 잔류하는 질소의 농도가 여전히 높은 것이기에, 질산화 반응이 가속화될 수 있도록 호기조에 부여하는 송풍량을 증가시켜 하며, 총 질소 농도(A) 대비 질산성 질소 농도(B)의 비 값(B/A)이 0.9 이상이라면, 질산화 반응이 충분히 이루어진 것으로 볼 수 있으므로, 호기조에 부여하는 송풍량을 감소시켜줌으로써 불필요한 에너지 소비를 방지하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명의 상기 내부 반송 펌프 운전 시스템은 도 3에 나타낸 바와 같이, TMS(수질원격감시체계)를 통해 방류수의 질산성 질소 농도(B)를 계측하여, 그 값이 3ppm 미만이면 호기조에서 무산소조로 보내는 내부 반송수의 반송량을 감소시키고, 3ppm 이상이면 호기조에서 무산소조로 보내는 내부 반송수의 반송량을 증가시켜 주는 것이 바람직하다.
방류수의 질산성 질소 농도(B)가 3ppm 미만일 경우 탈질 반응이 충분히 일어나 탈질이 더 이상 가속화될 수 없는 것으로 볼 수 있으므로, 호기조에서 다시 무산소조로 처리수를 반송하는 양 즉, 내부 반송수의 반송량을 감소시켜 불필요한 에너지 소비를 방지할 필요가 있고, 질산성 질소 농도(B)가 3ppm 이상이라면, 질산화 반응은 충분히 일어났으나, 탈질 반응이 충분히 일어나지 않은 것으로 볼 수 있기 때문에 내부 반송량을 증가시켜 다시 한번 탈질 반응을 거치게 할 필요가 있는 것이다.
마지막으로, 본 발명의 상기 무산소조 운전 시스템은 도 4를 통해 확인할 수 있는 바와 같이, TMS(수질원격감시체계)를 통해 방류수의 질산성 질소 농도(B)와 화학적 산소 요구량(COD, C)을 각각 계측한 후, 방류수의 질산성 질소 농도(B) 대비 화학적 산소 요구량(COD, C)의 비(C/B)가 2.0 미만이면 무산소조에 외부 탄소원을 공급하고, 2.0 이상이면 무산소조에 외부 탄소원의 공급을 중단하는 것으로 결정될 수 있다.
방류수의 질산성 질소 농도(B) 대비 화학적 산소 요구량(COD, C)의 비 (C/B)는 탈질 반응의 가속화 여부를 판단하는 기준이 될 수 있는 수치로서, 그 값이 0.2 미만일 경우 COD 대비 질산성 질소의 농도가 여전히 높아 외부 탄소원 공급에 의해 탈질 반응이 더 가속화될 수 있는 것으로 볼 수 있어 외부 탄소원을 무산소조에 공급하여 탈질 반응을 촉진하는 것이고, 0.2 이상이면 COD가 충분히 높아짐에 따라 탈질 반응이 더 이상 가속화될 수 없는 것으로 판단할 수 있으므로 외부 탄소원의 공급을 중단하여 외부 탄소원의 과잉 투입으로 인한 불필요한 약품 소모를 방지하려는 것이다.
이때, 본 발명에서 상기 외부 탄소원은 호기조에서 무산소조로 향하는 내부 반송 펌프에 주입되어 반송수와 함께 무산소조로 공급되는 것이 외부탄소원에 대한 반송수의 접촉 빈도를 높혀 하수 내 질소 처리의 고효율화를 달성할 수 있는 측면에서 보다 바람직하다.
실시예
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 3
본 발명에 따라 최종 침전지의 후단에 TMS(수질원격감시체계)를 설치하여 방류수의 총 질소 농도(A), 질산성 질소 농도(B) 및 화학적 산소 요구량(COD, C)를 계측한 후, 생물 반응조의 운행을 제어하는 하수 처리 시스템을 'ㅌ하수처리시설' 제 1 처리장에 적용해 본 결과, 2월(겨울, 실시예 1), 5월(봄, 실시예 2), 8월(여름, 실시예 3)의 하수 처리 기록이 하기 표 1 내지 표 3과 같이 분석되었다.
2월 유입
수질		 무산소조 호기조 방류수질 TN
제거율
(%)
TN
(mg/L)		 메탄올 주입 송풍량
(m3/일)		 내부 반송율
(%)		 TN(A)
(mg/L)		 NO3-N(B)
(mg/L)		 COD(C)
(mg/L)		 B/A C/B
1 35.6 OFF 1,756,984 108 26.3 0.5 12.4 0.02 24.80 26.1
2 36.3 OFF 1,857,982 105 25.3 0.5 11.8 0.02 23.60 30.3
3 34.1 OFF 1,935,794 102 23.7 0.7 11.5 0.03 16.43 30.5
4 33.7 OFF 2,036,984 100 21.9 1.1 12.9 0.05 11.73 35.0
5 30.9 OFF 2,146,873 98 20.4 0.9 12.3 0.04 13.67 34.0
6 32.5 OFF 2,259,876 95 18.1 0.8 12.5 0.04 15.63 44.3
7 32.6 OFF 2,329,874 93 18.5 1.2 11.9 0.06 9.92 43.3
8 41.5 OFF 2,398,764 90 19.7 0.9 12.7 0.05 14.11 52.5
9 37.5 OFF 2,485,986 85 19.2 1.1 12.4 0.06 11.27 48.8
10 34.3 OFF 2,497,984 83 19.4 1.0 11.5 0.05 11.50 43.4
11 35.4 OFF 2,518,968 81 19.1 1.2 11.7 0.06 9.75 46.0
12 32.2 OFF 2,487,868 82 18.3 0.8 11.3 0.04 14.13 43.2
13 32.5 OFF 2,493,985 79 17.7 1.6 11.5 0.09 7.19 45.5
14 31.9 OFF 2,508,932 83 16.5 1.8 11.7 0.11 6.50 48.3
15 38.5 OFF 2,514,654 81 18.9 1.3 13.6 0.07 10.46 50.9
16 33.3 OFF 2,496,983 82 18.3 1.0 12.7 0.05 12.70 45.0
17 33.2 OFF 2,484,875 79 18.1 1.3 11.9 0.07 9.15 45.5
18 34.6 OFF 2,498,385 80 17.6 1.6 11.7 0.09 7.31 49.1
19 34.3 OFF 2,516,983 81 17.9 1.8 11.5 0.10 6.39 47.8
20 33.6 OFF 2,503,764 79 17.4 1.3 11.8 0.07 9.08 48.2
21 33.5 OFF 2,489,867 78 17.2 1.4 11.4 0.08 8.14 48.7
22 39.5 OFF 2,496,987 80 19.4 1.6 13.4 0.08 8.38 50.9
23 33.4 OFF 2,485,986 82 18.5 1.7 12.5 0.09 7.35 44.6
24 35.6 OFF 2,512,563 78 18.3 0.8 12.3 0.04 15.38 48.6
25 33.6 OFF 2,509,848 79 17.8 0.6 11.8 0.03 19.67 47.0
26 37.3 OFF 2,497,093 80 18.1 1.0 12.1 0.06 12.10 51.5
27 34.4 OFF 2,518,763 79 17.3 1.2 11.4 0.07 9.50 49.7
28 34.2 OFF 2,506,547 80 17.1 1.0 11.6 0.06 11.60 50.0
상기 표 1과 같이 겨울철인 2월은 수온이 낮아 질산화 반응 속도가 매우 느리므로 2월 초반부터 방류수의 질산성 질소(NO3-N)의 농도(B)가 3mg/L를 넘어서는 날이 없었으며, 반면 방류수 총질소(TN, A) 농도는 상대적으로 높아 B/A 값이 0.9를 넘기지 못하였다. 이로 인해, 내부 반송수의 반송량은 탈질 반응을 고려한 80%를 최소값으로 하여 점차 감소시키는 한편, 송풍량은 최대 용량(2,500,000m3/일)을 고려해 10일경까지 꾸준히 증가시켜 주자 7일 이후부터 총 질소 제거율이 평균 50%에서 안정적으로 가동되는 것으로 나타났다.
한편, 방류수의 질산성 질소(NO3-N)의 농도가 현저하게 낮은 값으로 유지됨에 따라 C/B 또한 2.0 이상을 유지하였기에 2월에는 특별히 외부 탄소원을 공급하지 않아도 되었다. 즉, 질산화 반응이 느린 만큼 탈질 반응도 더뎌지게 되고, 이에 따라 탈질을 가속화할 필요가 없어 메탄올(외부탄소원)의 투입도 불필요하였다.
5월 유입
수질		 무산소조 호기조 방류수질 TN
제거율
(%)
TN
(mg/L)		 메탄올 주입 송풍량
(m3/일)		 내부반송율
(%)		 TN(A)
(mg/L)		 NO3-N(B)
(mg/L)		 COD(C)
(mg/L)		 B/A C/B
1 37.3 OFF 1,834,695 102 17.3 1.1 12.5 0.06 11.36 53.6
2 39.1 OFF 1,857,982 95 18.4 1.3 12.7 0.07 9.77 52.9
3 34.6 OFF 1,938,741 91 16.3 2.1 11.6 0.13 5.52 52.9
4 32.8 OFF 1,989,385 86 14.2 2.4 10.7 0.17 4.46 56.7
5 28.3 OFF 2,024,985 83 12.4 4.1 9.4 0.33 2.29 56.2
6 30.7 OFF 2,069,834 89 12.6 3.6 10.1 0.29 2.81 59.0
7 34.8 OFF 2,110,589 95 13.5 4.2 11.8 0.31 2.81 61.2
8 37.4 OFF 2,159,834 101 14.1 3.9 12.3 0.28 3.15 62.3
9 39.1 OFF 2,205,986 104 12.7 4.9 11.7 0.39 2.39 67.5
10 34.5 OFF 2,249,812 111 10.7 5.8 9.6 0.54 1.66 69.0
11 26.7 ON 2,290,492 115 8.1 6.3 7.4 0.78 1.17 69.7
12 30.5 ON 2,349,856 119 8.5 6.5 8.1 0.76 1.25 72.1
13 37.4 ON 2,385,996 125 11.7 7.9 9.7 0.68 1.23 68.7
14 36.7 ON 2,445,346 129 13.4 5.2 10.3 0.39 1.98 63.5
15 33.5 ON 2,499,357 133 12.3 6.2 9.4 0.50 1.52 63.3
16 37.9 ON 2,495,983 138 14.3 4.3 11.4 0.30 2.65 62.3
17 39.1 OFF 2,485,984 143 13.9 5.8 11.6 0.42 2.00 64.5
18 36.9 OFF 2,495,876 148 10.4 7.9 10.4 0.76 1.32 71.8
19 35.8 ON 2,504,875 149 11.5 8.2 9.4 0.71 1.15 67.9
20 34.4 ON 2,495,986 150 10.4 8.1 8.9 0.78 1.10 69.8
21 37.5 ON 2,501,485 148 11.3 8.0 9.5 0.71 1.19 69.9
22 36.3 ON 2,496,894 151 9.6 8.1 8.9 0.84 1.10 73.6
23 37.5 ON 2,501,845 149 9.2 8.3 9.4 0.90 1.13 75.5
24 34.6 ON 2,453,496 149 8.1 7.3 8.8 0.90 1.21 76.6
25 38.8 ON 2,402,985 150 12.7 5.3 10.8 0.42 2.04 67.3
26 35.6 OFF 2,451,395 149 11.3 6.9 9.1 0.61 1.32 68.3
27 27.9 ON 2,496,984 149 8.5 6.8 7.8 0.80 1.15 69.5
28 35.1 ON 2,495,093 150 10.4 7.1 9.4 0.68 1.32 70.4
29 38.4 ON 2,497,596 149 10.3 8.0 10.3 0.78 1.29 73.2
30 35.1 ON 2,501,395 150 9.5 7.4 9.3 0.78 1.26 72.9
31 36.8 ON 2,498,983 150 10.2 8.1 9.5 0.79 1.17 72.3
기온이 오르는 5월은 수온 상승에 따라 질산화 반응 속도가 가속화되는데, 이로 인해 상기 표 2에서도 확인할 수 있듯이 5일을 기점으로 방류수의 질산성 질소(NO3-N)의 농도가 3mg/L를 넘어서기 시작하였다. 다만, 방류수 총질소(TN) 대비 질산성 질소(NO3-N)의 비인 B/A 값은 대부분 23일과 24일을 제외하고 모두 0.9 이하로 산출되었기 때문에, 내부 송풍량은 점차 증가시켜주되 150%를 최대값으로 하여 내부 반송량을 5일부터 차츰 늘리시 시작하였다. 또한, 질산화 반응이 가속화되면서 10일을 기점으로 C/B 값은 2.0 미만으로 떨어졌는데, 익일부터 메탄올(외부 탄소원)을 주입시키기 시작하자 C/B 값이 계속 떨어지는 것을 방지할 수 있었으며, 이에 따라 5월에 총 질서 제거율이 60%를 육박한 일수는 20일이 넘는 것으로 분석되었다.
8월 유입
수질		 무산소조 호기조 방류수질 TN
제거율
(%)
TN
(mg/L)		 메탄올 주입 송풍량
(m3/일)		 내부반송율
(%)		 TN(A)
(mg/L)		 NO3-N(B)
(mg/L)		 COD(C)
(mg/L)		 B/A C/B
1 29.8 ON 1,848,756 98 10.4 8.4 10.4 0.81 1.24 65.1
2 31.7 ON 1,857,982 105 9.6 8.1 9.6 0.84 1.19 69.7
3 35.5 ON 1,924,875 111 9.8 8.0 9.1 0.82 1.14 72.4
4 30.7 ON 1,983,764 118 9.1 8.2 8.5 0.90 1.04 70.4
5 28.8 ON 1,928,764 125 9.3 8.5 8.8 0.91 1.04 67.7
6 29.6 ON 1,879,847 130 8.7 7.6 8.3 0.87 1.09 70.6
7 34.8 ON 1,936,844 135 8.8 7.9 8.7 0.90 1.10 74.7
8 29.6 ON 1,867,983 141 8.1 6.9 8.2 0.85 1.19 72.6
9 32.8 ON 1,929,856 147 9.2 8.4 9.3 0.91 1.11 72.0
10 30.1 ON 1,873,985 151 8.4 7.1 7.9 0.85 1.11 72.1
11 20.6 ON 1,937,598 148 8.1 7.4 7.4 0.91 1.00 60.7
12 29.8 ON 1,859,873 146 8.5 7.1 8.1 0.84 1.14 71.5
13 30.8 ON 1,937,895 151 9.0 8.3 7.6 0.92 0.92 70.8
14 28.8 ON 1,874,985 149 8.2 6.8 7.2 0.83 1.06 71.5
15 29.5 ON 1,925,986 147 8.3 7.2 7.1 0.87 0.99 71.9
16 31.9 ON 1,969,873 149 9.2 8.4 8.3 0.91 0.99 71.2
17 23.5 ON 1,894,875 152 7.5 6.1 6.8 0.81 1.11 68.1
18 29.6 ON 1,938,764 148 8.1 7.3 7.5 0.90 1.03 72.6
19 30.8 ON 1,873,874 149 8.3 7.1 8.0 0.86 1.13 73.1
20 29.4 ON 1,914,985 150 7.8 6.9 7.3 0.88 1.06 73.5
21 32.5 ON 1,956,094 148 8.9 7.8 9.1 0.88 1.17 72.6
22 29.3 ON 2,069,834 150 7.3 6.8 7.8 0.93 1.15 75.1
23 30.6 ON 1,998,576 147 7.8 6.9 7.4 0.88 1.07 74.5
24 31.4 ON 1,938,746 149 7.5 6.8 7.1 0.91 1.04 76.1
25 37.1 ON 1,889,485 149 9.3 7.8 8.8 0.84 1.13 74.9
26 25.5 ON 1,924,872 148 8.3 7.5 7.5 0.90 1.00 67.5
27 33.8 ON 1,892,983 149 8.5 7.1 7.3 0.84 1.03 74.9
28 32.7 ON 1,849,871 151 8.9 7.3 8.1 0.82 1.11 72.8
29 37.2 ON 1,883,985 148 10.3 8.9 9.2 0.86 1.03 72.3
30 29.8 ON 1,938,746 149 8.1 7.2 7.6 0.89 1.06 72.8
31 32.5 ON 1,969,873 150 8.3 7.3 8.0 0.88 1.10 74.5
마지막으로 측정한 8월은 일반적으로 수온이 5월 보다 훨씬 높아지는 여름철이므로 질산화 반응 속도가 매우 빨라진다. 이로 인해 8월에 측정된 방류수의 질산성 질소(NO3-N)의 농도는 모두 3mg/L(ppm)을 넘어섰으며, 오히려 방류수 총 질소(TN) 농도가 상대적으로 낮아져 B/A 값이 0.9를 넘는 날의 빈도가 증가하는 것으로 나타났다.
질산성 질소의 농도가 높아짐에 따라 송풍량은 2월 및 5월에 비해 전반적으로 줄어들었으며, 대신 B/A 값이 0.9에 미치지 못할 경우엔 다음날의 송풍량을 늘려주고, B/A 값이 0.9이 초과되는 날에는 다음날의 송풍량을 감소시켰다. 또한, 질산성 질소의 농도가 높은 값으로 유지되는 한편, C/B의 값은 2.0 이하에서 맴도는 것으로 계측된 만큼 내부 반송수의 반송량을 최대치로 가동하고, 메탄올(외부 탄소원)은 지속적으로 주입하여 탈질 반응이 더욱 가속화될 수 있도록 하였다. 그 결과 8월의 평균 총 질소 제거율은 71.4%로 분석되었다.
이와 같이 본 발명의 하수 처리 시스템을 실제 하수 처리장에 적용해 본 결과, 복잡한 계산 없이 총 질소 농도(A), 질산성 질소 농도(B) 및 화학적 산소 요구량(COD, C)만으로도 안정적으로 공정 운행이 가능하며, 총 질소 제거율도 높게 유지됨을 검증할 수 있었다.

Claims (8)

  1. 하수가 유입되는 최초 침전지; 탈질 반응이 일어나는 무산소조, 질산화 반응이 일어나는 호기조, 및 호기조에서 무산소조로 반송수를 이송하는 내부 반송 펌프를 구비한 생물 반응조; 및 최종 침전지를 포함하는 하수 처리 장치를 포함하며,
    상기 최종 침전지의 후단에 TMS(수질원격감시체계)를 설치하여 방류수의 총 질소 농도(A), 질산성 질소 농도(B) 및 화학적 산소 요구량(COD, C) 중 적어도 하나의 수질 정보를 수집한 후, 수집된 정보에 의해 상기 생물 반응조의 운행을 제어하는 하수 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 하수 처리 시스템은 TMS(수질원격감시체계)를 통해 방류수의 총 질소 농도(A) 및 질산성 질소 농도(B)를 계측한 후, 계측된 산출값에 근거하여 호기조에 부여하는 송풍량을 제어하는 호기조 운전 시스템을 포함하는 것임을 특징으로 하는 하수 처리 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 호기조 운전 시스템은 TMS(수질원격감시체계)를 통해 계측된 방류수의 총 질소 농도(A) 대비 질산성 질소 농도(B)의 비(B/A)가 0.9 미만이면 호기조에 부여하는 송풍량을 증가시키고, 0.9 이상이면 호기조에 부여하는 송풍량을 감소시키는 것임을 특징으로 하는 하수 처리 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 하수 처리 시스템은 TMS(수질원격감시체계)를 통해 방류수의 질산성 질소 농도(B)를 계측한 후, 계측된 산출값에 근거하여 호기조에서 무산소조로 보내는 내부 반송수의 반송량을 제어하는 내부 반송 펌프 운전 시스템을 포함하는 것임을 특징으로 하는 하수 처리 시스템
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 내부 반송 펌프 운전 시스템은 TMS(수질원격감시체계)를 통해 계측된 방류수의 질산성 질소 농도(B)가 3ppm 미만이면 호기조에서 무산소조로 보내는 내부 반송수의 반송량을 감소시키고, 3ppm 이상이면 반송량을 증가시키는 것임을 특징으로 하는 하수 처리 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 하수 처리 시스템은 TMS(수질원격감시체계)를 통해 방류수의 질산성 질소 농도(B) 및 화학적 산소 요구량(COD, C)를 계측한 후, 계측된 산출값에 근거하여 무산조소로의 외부 탄소원 주입여부를 제어하는 무산소조 운전 시스템을 포함하는 것임을 특징으로 하는 하수 처리 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 무산소조 운전 시스템은 TMS(수질원격감시체계)를 통해 계측된 방류수의 질산성 질소 농도(B) 대비 화학적 산소 요구량(COD, C)의 비(C/B)가 2.0 미만이면 무산조소에 외부 탄소원을 공급하고, 2.0 이상이면 무산소조에 외부 탄소원의 공급을 중단하는 것임을 특징으로 하는 하수 처리 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 외부 탄소원은 호기조에서 무산소조로 향하는 내부 반송 펌프에 주입되어 반송수와 함께 무산소조에 공급되는 것임을 특징으로 하는 하수 처리 시스템.

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