KR20190050477A

KR20190050477A - 음폐수 처리 시스템 및 그 운전방법

Info

Publication number: KR20190050477A
Application number: KR1020170145910A
Authority: KR
Inventors: 이영행; 박찬혁; 송경근; 정종수; 최재영
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2017-11-03
Filing date: 2017-11-03
Publication date: 2019-05-13
Also published as: EP3480171A1

Abstract

본 발명은 기존 하수처리 공정을 이용하여, 종래 기술 대비 음폐수 처리 용량이 증진되면서 바이오 가스를 생산하여 신재생에너지 효율을 개선할 수 있는 음폐수 처리 시스템 및 그 운전방법에 대한 것으로, 하수가 유입되는 유입구 1(100)과 음폐수가 유입되는 유입구 2(200), 상기 유입구 1(100)로부터 유입된 하수 중 소정의 양이 유입구 2(200)로부터 유입된 음폐수와 혼합되며, 이때 하수 대비 음폐수가 0.5% 이상인 혼합조정조, 상기 유입구 1(100)의 후단에 위치하는 침전조 및 호기조(120), 상기 유입구 2(200)의 후단에 위치하는 혐기성 생물막 반응기(400) 및 바이오가스 정제부를 포함하고, 시스템 가동시 필요한 전력보다 더 많은 양을 발전할 수 있는 바이오가스를 생산하는 음폐수 처리 시스템을 제공한다.

Description

음폐수 처리 시스템 및 그 운전방법 {Food wastewater treatment system and operation method of the same}

본 발명은 음폐수 처리 시스템 및 그 운전방법에 대한 것으로, 보다 상세하게는 기존 하수처리 공정을 이용하여, 종래 기술 대비 음폐수 처리 용량이 증진되면서 바이오 가스를 생산하여 신재생에너지 효율을 개선할 수 있는 음폐수 처리 시스템 및 그 운전방법에 대한 것이다.

음폐수(food wastewater)는 가정이나 식당 등으로부터 배출되는 폐기물 중 음식류폐기물의 전처리 과정에서 탈리, 침출되는 폐수이며, 기존 하수와의 비교 시 염분 및 부유물의 농도가 높고, 유기물 함량이 건조시켰을 때를 기준으로 83.7~90.5%로 상당히 높은 관계로 하수 대비 500배 이상 높은 농도의 BOD(Biological Oxygen Demand)와 COD(Chemical Oxygen Demand)를 나타낸다. 따라서 음폐수 처리는 일반 하수처리 대비 유기물의 농도가 높고, 염분 및 부유물의 농도가 높아 하수처리공정과는 다른 별도의 공정이 필요하다. 그러나, 종래 기술에서는 일반 하수처리공정에서 음페수를 그대로 처리해왔으며, 이에 따라, 상기에 기재된 바와 같이 높은 수준의 유기물 및 염분, 부유물의 농도로 인해 많은 양의 음폐수를 처리하는 것에 한계가 있어왔다. 종래의 통상적인 하수처리공정은 혐기성 보다는 호기성 기반의 활성슬러지 공법으로 구성되어, 음폐수에 포함된 많은 양의 유기물을 처리할 수 없었으며, 처리량이 제한됨에 따라 바이오가스의 생산량을 증대시키기에도 많은 한계가 있어왔다. 음폐수는 상기에도 기재된 바와 같이 일반 하수 대비 많은 양의 유기물을 포함하고 있어, 혐기성 조건하에서 유기물을 가수분해할 경우, 초산(acetic acid), 프로피온산(propionic acid) 및 낙산(butric acid) 등의 휘발성 지방산을 생성한 뒤, 최종적으로 메탄, 이산화탄소, 암모니아 및 황화수소로 가스화처리하는 공정이 가능하며, 이 과정에서 단위 유기물당 발생하는 생물학적 슬러지량이 호기소화에 비하여 현저히 적은 대신 배출되는 소화가스내에 연료로 사용될 수 있는 메탄의 비율이 높게 포함되어 있다. 메탄가스를 주요성분으로 구성된 바이오가스는 지구온난화를 유발하는 화석연료의 대체 청정에너지원으로 각광받는 물질로써, 상당히 유용한 가치를 인정받고 있는 유용자원이다. 다만 상기에도 기재된 바와 같이 종래 하수처리공정은 호기성의 활성슬러지 공법을 중심으로 구성되어 있어 높은 수준의 유기물을 분해하여 메탄가스를 생성하는 공정에 최적화가 이루어지지 않았으며, 기존의 일부 하수처리 공정에서 이러한 단점을 극복하여 혐기성 소화 시 슬러지 및 음폐수가 함께 처리가 이루어지는 경우도 있으나, 음폐수 처리량이 하수 유입량 대비 0.01% 미만으로 처리 효율 자체가 미흡한 단점이 있다. 이러한 음폐수 처리 시스템으로 예를 들어 대한민국 등록특허 10-1611436호에 개시되어 있는 음폐수의 재활용 시스템은 음폐수를 전처리 하고 난 다음 원심 분리하여 고형물을 퇴비의 원료로 사용하며 전처리액을 호기성 발효와 응집반응 및 탈수처리를 거친 후 액비로 사용하거나 음폐수와 혼합하여 음폐수의 염분과 BOD를 감소시키는 공정을 이용하는 장점에도 불구하고 처리된 음폐수의 용도가 비료에만 한정적으로 사용되고 있기에 현재 사회적 이슈로 주목받고 있는 온실가스 저감효과를 위한 바이오가스 생산과 같은 추가적인 효과를 기대하기 어렵다는 단점이 있다.

한국등록특허 제10-1611436호 한국등록특허 제10-1189615호 한국등록특허 제10-1599424호 한국등록특허 제10-1213533호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 기존 하수처리공정에서 음폐수 처리 및 에너지화 공정을 동시에 수행할 수 있도록 높은 수준의 유기물과 염분 그리고 부유물을 처리할 수 있는 음폐수 처리 시스템을 제공하는 것을 목적에 두고 있다.

또한, 본 발명에서는 음폐수 및 하수의 동시처리에 그치지 않고, 기존 하수 대비 음폐수 처리 용량 1%를 상회할 수 있도록 하는 효율적인 공정을 제공하는 것에 목적을 두고 있다.

나아가 본 발명은 높은 농도의 유기물을 기반으로 음폐수와 하수를 동시에 처리하는 과정에서 바이오 가스를 생산하여 에너지 효율을 개선하고 친환경적인 음폐수 처리 시스템을 제공하는 것에 목적을 두고 있다.

상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 음폐수 처리 시스템은 하수가 유입되는 유입구 1과 음폐수가 유입되는 유입구 2가 있고 ; 상기 유입구 1로부터 유입된 하수 중 소정의 양이 유입구 2로부터 유입된 음폐수와 혼합되며, 이때 하수 대비 음폐수가 0.5% 이상인 혼합조정조 ; 상기 유입구 1의 후단에 위치하는 침전조 및 호기조 ; 상기 유입구 2의 후단에 위치하는 혐기성 생물막 반응기 및 바이오가스 정제부를 포함하고, 시스템 가동시 유입된 음폐수 및 하수를 처리하는데 필요한 전력보다 더 많은 양을 발전할 수 있는 바이오가스를 생산하도록 구성된다.

여기에서, 제1 혼합조정조를 거쳐 혐기성 생물막 반응조에서 바이오가스 생산시 메탄가스는 10% COD/COD 이하인 것을 특징으로 하며, 상기 용존 메탄가스는 혼합용액 내 총 유기물 농도(COD) 대비 수중에 용존되어 있는 메탄가스를 COD로 전환하였을 때 비율(%, COD_용존메탄/COD_혼합용액)이고, COD_용존메탄은 혐기성 생물막 반응기를 거쳐서 처리된 다양한 생성물 중 용존된 메탄가스를 COD로 환산한 값이며, COD_혼합용액은 음폐수 및 하수를 혼합한 혼합용액의 총 COD 값이다.

또한, 본 발명에 따른 음폐수 처리 시스템에서 하수 대비 음폐수의 혼합비율과 메탄생산량은 아래의 수식 1과 같은 관계식을 갖는 것을 특징으로 하고,

(수식 1) Y = 0.0423 X + 0.0168

수식 1에서, Y 는 메탄생산량 (m3 CH4/m3 음폐수 및 하수의 총부피), X는 하수 대비 음폐수의 혼합 비율 (% V 음폐수/V 폐수)를 의미한다.

또한, 본 발명에 따른 음폐수 처리 시스템의 운전방법은 하수가 유입구 1로 유입되고, 음폐수가 유입구 2로 유입되는 1단계 ; 상기 유입구 1로 유입된 하수와 유입구 2로 유입된 음폐수가 제1 혼합반응조에서 혼합되며, 혼합부피에서 하수 대비 음폐수가 0.5% 이상되는 2단계 ; 상기 제1 혼합반응조에서 혼합된 하수 및 음폐수가 혐기성 생물막 반응기로 유입되어 메탄가스를 발생시키는 3단계 ; 상기 혐기성 생물막 반응기의 처리수는 상기 침전조의 전단으로 이송되어 호기성 반응조에서 처리된 후, 2차 침전조를 거쳐 방류되고, 상기 혐기성 생물막 반응기의 슬러지는 탈수 과정을 거친 후 폐기되며, 상기 혐기성 생물막 반응기에서 생성된 메탄을 포함하는 가스는 정제된 후 포집되는 4단계로 구성되며, 시스템 가동시 필요한 전력보다 더 많은 양을 발전할 수 있는 바이오가스를 생산하도록 구성된다.

여기에서, 상기 제1 혼합조정조를 거쳐 혐기성 생물막 반응조에서 바이오가스 생산시 반응조내 용존 메탄가스는 COD 대비 10% 이하인 것을 특징으로 하며, 상기 용존 메탄가스는 혼합용액 내 총 유기물 농도(COD) 대비 수중에 용존되어 있는 메탄가스를 COD로 전환하였을 때 비율(%, COD_용존메탄/COD_혼합용액)이고, COD_용존메탄은 혐기성 생물막 반응기를 거쳐서 처리된 다양한 생성물 중 용존된 메탄가스를 COD로 환산한 값이며, COD_혼합용액은 음폐수 및 하수를 혼합한 혼합용액의 총 COD 값이다.

본 발명에 따른 음폐수 처리 시스템 및 그 운전방법은 하수와 음폐수의 유입구가 별도로 구성되어, 하수 중 소정의 양이 음폐수와 혼합되어 처리됨으로써 기존 하수 처리공정에서 처리하지 못하는 다량의 음폐수를 처리 및 에너지화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 음폐수 처리 시스템은 기존 음폐수 및 하수의 동시 처리 자체에 그치지 않고, 하수 대비 음폐수 처리용량이 0.5% (기존 0.01% 미만 대비 50배 이상)를 상회할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 음폐수 처리 시스템은 음폐수와 하수의 동시 처리과정에서 바이오 가스를 생산하여 에너지 효율을 개선하는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 음폐수 처리 시스템의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 하수 대비 음폐수의 혼합비(%)에 따른 메탄가스의 발생량을 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명에 따른 음폐수 처리 시스템 및 그 운전방법에 대한 기술구성을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

본 출원에서 “포함한다”, “가지다” 또는 “구비하다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 음폐수 처리 시스템을 나타낸 전체 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 음폐수 처리 시스템은 하수 유입구 1(100), 음폐수 유입구 2(200), 하수와 음폐수를 제1 혼합조정조(300), 혐기성 생물막 반응기(400), 탈수(600), 폐기(700), 바이오가스 포집부(800), 정제(900), 바이오가스사용처(1000), 1차 침전조(110), 호기조(120), 2차 침전조(130), 처리수(140), 제2 혼합조정조(150), 농축조(160), 혐기소화조(170)를 포함한다.

본 발명의 음폐수 처리 시스템은 하수가 유입되는 유입구 1(100)과 음폐수가 유입되는 유입구 2(200)가 있고, 상기 유입구 1(100)로부터 유입된 하수 중 소정의 양이 유입구 2(200)로부터 유입된 음폐수와 혼합되며, 상기의 혼합부피에서 하수 대비 음폐수가 0.5% 이상이고, 상기 유입구 1(100)의 후단에는 침전조 및 호기조(120)가 위치하며, 상기 유입구 2(200)의 후단에는 혐기성 생물막 반응기(400) 및 바이오가스 정제부가 위치하고, 상기 혐기성 생물막 반응기(400)에서 처리된 폐수는 상기 침전조의 전단으로 이송되는 것을 특징으로 하는 음폐수 처리 시스템을 제공하는 것을 특징으로 한다.

하수는 지역에서 수집된 생활하수나 오수 및 공장의 폐수가 모여 들어오는 부분으로 이곳에 유입구 1(100)이 위치한다.

음폐수는 유입구 2(200)가 위치하는 곳으로 음폐수는 가정이나 식당 등로부터 배출되는 폐기물 중 음식류폐기물의 전처리 과정에서 탈리, 침출되는 폐수를 의미한다.

상기 하수 중의 일부는 제1 혼합조정조(300)로 보내져 음폐수와 혼합되지만 대부분의 하수는 상기 1차 침전조(110)로 유입된다. 상기 1차 침전조(110)에 유입된 하수는 비중차를 이용하여 질량이 큰 오염물질들을 중력에 의해 침강시키는데 이때 가라앉은 고체인 슬러지와 슬러지가 가라앉은 뒤의 윗부분의 액체부분인 상등수로 분리되며, 이 기능을 상기 1차 침전조(110)에서 수행한다. 여기서 침강되는 슬러지를 1차 슬러지라하고, 1차슬러지는 1차 침전조(110)와 호기조(120) 후단에 위치한 2차 침전조(130)에서 침강될 2차 슬러지와 함께 제2 혼합조정조(150)로 보내지고 농축조(160)를 통해 혐기소화조(170)로 이송된다.

호기조(120)는 1차 침전조(110) 후단에 위치하고 있으며 2차 침전조(130)의 전단에 위치하며, 상기 1차 침전조(110)에서 이송된 슬러지가 가라앉은 뒤 윗부분에 해당하는 액체 상등수를 폭기하여 1차 침전조(110)에서 가라앉지 않은 잔존 유기물을 호기성 미생물을 이용하여 제거하는 기능을 수행한다. 2차 침전조(130)는 호기조(120) 후단에 위치하고 있으며 상기 호기조(120)에서 호기성 미생물에 의해 일부 유기물이 분해되고 난 뒤에 비중차를 이용해 상등수와 슬러지로 재차 분리하는데, 이 과정에서 폐수 중 유기물이 제거된다. 2차 침전조(130)는 보통 원형 구조물이며 하부에 침강된 슬러지를 수집할 수 있는 스키머가 회전하고 있으며, 상부에는 상등수가 월류하도록 웨어가 설치되어있다. 여기서 침강될 슬러지의 일부는 다시 상기 호기조(120)로 반송되고 나머지는 1차슬러지와 함께 제2 혼합조정조(150)에 저장되어 혼합과정을 거친 뒤에 농축조(160)에서 수분을 낮추고 슬러지의 농도를 높이는 농축과정을 통해 슬러지의 부피를 줄여 혐기소화조(170)로 이송된다. 2차 침전조(130)에서 월류된 상등수에 해당된 부분은 처리 완료되어 처리수(140)로 분리되어 이송, 저장된다.

가정이나 식당 등으로부터 배출되는 폐기물 중 음식류 폐기물의 전처리 과정에서 탈리, 침출되는 음폐수는 유입구 2(200)를 통해 유입되며 하수에서 유입구 1(100)을 통해 유입된 하수의 소정량과 제1 혼합조정조(300)내에서 혼합되고 혼합된 두 용액은 제1 혼합조정조(300) 후단에 위치한 혐기성 생물막 반응기(400)로 이송된다.

제1 혼합조정조(300)는 음폐수의 유입구 2(200)를 통해 유입된 음폐수와 하수의 유입구 1(100)을 통해 유입된 소정의 하수가 혼합되는 수조로 하수와 음폐수 후단에 위치한다. 상기 제1 혼합조정조(300)에서 하수 대비 음폐수의 비율을 0.5% 이상 유입시킬 경우 제1 혼합조정조(300)를 거쳐 혐기성 생물막 반응조내 용존 메탄가스는 COD 대비 10% 이하로 유지가 가능하다. 여기서 용존 메탄가스비율(%, COD_용존메탄/COD_혼합용액)이란, 혐기성 생물막 반응기(400)를 거쳐서 처리된 다양한 생성물 중 용존되어 있는 메탄가스를 COD로 전환(COD_용존메탄)하였을 때, 음폐수와 하수를 혼합한 혼합용액의 총 COD(COD_혼합용액)로 나누어 계산한 비율을 말한다.

COD(Chemical Oxygen Demand)은 화학적산소요구량으로 BOD(Biochemical Oxygen Demand)인 생화학적산소요구량과 함께 폐수 및 하수 등의 오염도를 나타내는 대표적인 오염지수로, 과망간산칼륨(KMnO4), 중크롬산칼륨(K2Cr2O7) 등의 수용액을 산화제로 투입하여 유기물질의 산화에 소비된 산화제의 양에 상당하는 산소의 양으로 표출되며, mg/L 또는 ppm의 단위로 나타낼 수 있다.

혐기성 생물막 반응기(400)는 혐기성 미생물이 부착된 담체 또는 분리막을 이용하여, 미생물의 체내에서 일어나는 화학반응과 유사하게 폐수에 존재하는 유기물을 가수분해하는 것으로, 초산(acetic acid), 프로피온산(propionic acid) 및 낙산(butric acid) 등의 휘발성 지방산을 생성하고 메탄, 이산화탄소, 암모니아 및 황화 수소로 가스화 처리가 이루어지게 된다. 상기의 과정에서 종래의 농축조(160) 또는 침전조를 이용하지 않고 담체 또는 분리막이 가지는 물리적 특성을 이용하여 반응조내 미생물의 농도를 고농도로 유지할 수 있다. 결과적으로 혐기성 생물막 반응기(400)은 슬러지 발생량을 감소시키고, 동절기 저수온 및 고농도 원수유입에 대한 충격부하가 높아서 안정적인 운전이 가능한 장점을 가진다.

본 발명에 따른 음폐수처리시스템에서 하수 대비 음폐수의 처리용량은 매우 중요하며, 종래 기술이 0.01% 이상을 처리하는 것이 어려웠던 반면에, 본 발명은 50배 이상인 0.5% 이상을 처리할 수 있도록 구성됨으로써, 결과적으로 전체 시스템 구성 중 혐기성 생물막 반응조 내에서 메탄가스 생산량 및 용존메탄가스의 함량을 획기적으로 증가저감시킬 수 있다. 또한 본 발명에 따른 음폐수처리시스템은 하수 대비 500배 이상 높은 농도의 유기물을 함유한 음폐수를 처리함으로써, 많은 양의 메탄가스를 생성시킬 수 있게 되며, 이를 통해 본 발명에 따른 음폐수 처리 시스템을 가동할 때 필요한 전력보다 더 많은 양을 발전할 수 있게 된다.

실시예.

하수량 200 L/d가 유입된 후, 이중 10%인 20 L/d가 제 1혼합조정조로 유입 시 음폐수 유입구를 통해 유입된 음폐수가 상기 제1 혼합조정조(300)로 유입되는 하수량 대비 음폐수량 0% 내지 3% (V 음폐수량/V 하수량)와 제1 혼합조정조(300)에서 혼합되었다. 상기 혼합액은 혐기성 생물막 반응기(400)로 유입되어 온도 35^oC에서 체류시간 12시간 동안 처리되었으며, 상기 혐기성 생물막 반응기(400)에서 배출되는 처리수(140)는 호기성 반응조로 이송되어 처리된 후, 2차 침전조(130)를 거쳐 방류되었고, 상기 혐기성 생물막 반응기(400)의 슬러지는 탈수(600) 과정을 거친 후 폐기(700)되었으며, 상기 반응기에서 생성된 바이오가스는 정제(900) 후 사용되었다.

각 반응조는 다음의 운전 조건에 의해서 운전이 되었다.

1차 침전조(110): 수리학적 체류시간(HRT) 2.5시간

2차 침전조(130): HRT 2.5시간

호기성 반응조: 운전온도 15도, HRT 8시간, 고형물 체류시간(SRT) 10일

혐기소화조(170): 운전온도 35도, HRT/SRT 30일

혐기성 생물막 반응기(400): 운전온도 35도, HRT 12시간

농축조(160): HRT 5일

용존 메탄가스 농도 측정을 위하여, 상기 혐기성 생물막 반응기(400)에서 배출된 처리수(140) 80 mL를 사전에 질소가스로 퍼징(purging)한 160 mL serum bottle에 즉시 옮겨 밀봉하였다. 다음 단계로, 한 후, 5분간 완전 혼합하여 35^oC 오븐에서 24시간 보관하면서 liquid-gas phase 간 상평형상태에 이르도록 한 후, GC-TCD를 이용하여 serum bottle의 head space에 존재하는 메탄가스 농도를 측정하였다. 상기 메탄가스의 농도는 아래의 식에 의거하여 처리수(140) 내 용존되어 있는 메탄가스 COD 농도가 계산되었다.

COD_용존메탄 = ((V_r-V_s) × C_g,eq + Vs × C_w,eq) × 64 / Vs

C_w,eq = H × R × T × C_g,eq

COD_용존메탄 = Dissolved methane concentration in the sample (gCOD/L)

V_s= Volume of liquid sample (L)

V_r= Volume of bottle (L)

C_g,eq = Methane concentration in gas under equilibrium (mol/L)

C_w,eq = Methane concentration in water under equilibrium (mol/L)

64 = Conversion factor between mole of CH₄ and g CH₄-COD

H = Henry’s Law constant (mol/L·atm)

R = ideal gas constant (0.0821 L·atm/mol·K)

T = Temperature (K)

제1 혼합조정조(300)로 유입되는 하수 대비 음폐수의 혼합비가 0%인 경우 하수와 음폐수의 혼합용액 내 총 유기물 농도(COD) 대비 수중에 용존되어 있는 메탄가스를 COD로 전환하였을 때 비율(%, COD_용존메탄/COD_혼합용액)은 45%였으나, 혼합비가 0.5%, 1.5%, 3%인 경우 각각 8%, 3%, 2%로 매우 낮아졌음을 확인하였다.

또한, 상기의 메탄가스 COD 농도와 함께, 본 발명에 따른 음폐수 처리시스템을 통해 생성된 메탄가스량을 연속 측정하기 위하여, Ritter사의 Wet-type gas meter 제품을 이용하였으며, 하수 중 음폐수의 함유량의 변화를 기준으로 메탄의 발생량을 측정하였다. 도 2는 본 발명에 따른 하수 대비 음폐수의 혼합비에 따른 메탄 가스의 발생량을 나타낸 그래프이며, 상기 그래프에서 하수 대비 음폐수의 혼합비율과 메탄생산량은 아래의 수식 1과 같은 관계식을 가진다.

(수식 1) Y = 0.0423 X + 0.0168

(여기에서, Y 는 메탄생산량 (m3 메탄/m3 음폐수 및 하수), X 는 하수 대비 음폐수 혼합비율 (% V 음폐수/V 하수))

또한, 상기의 메탄가스 생산량 측정과 함께, 본 발명에 따른 음폐수 처리시스템 추가 시 최종 방류수의 수질 변화를 측정하기 위하여, 2차 침전조(130)에서 방류되는 처리수(140)의 COD 농도를 측정하였다. 제1 혼합조정조(300)로 유입되는 하수 대비 음폐수의 혼합비가 0%인 경우 최종 처리수(140)의 총 유기물 농도(COD)는 37 mg/L였으며, 혼합비가 0.5%, 1.5%, 3%인 경우 최종 처리수(140)의 COD 농도는 각각 37, 31, 49 mg/L로 매우 낮아 큰 변화가 없었다. 따라서 상기 제1 혼합조정조(300) 유입 하수량 대비 음폐수량의 비율이 3%까지 증가하여도 하수 및 음폐수 정화가 정상적으로 이루어짐을 확인하였다.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.

100: 하수 유입구 1 200: 음폐수 유입구 2
110: 1차 침전조 300: 제1 혼합조정조
120: 호기조 400: 혐기성 생물막 반응기
130: 2차 침전조 600: 탈수
140: 처리수 700: 폐기
150: 제2 혼합조정조 800: 바이오가스 포집부
160: 농축조 900: 정제
170: 혐기소화조 1000: 사용처

Claims

하수가 유입되는 유입구 1(100)과 음폐수가 유입되는 유입구 2(200) ;
상기 유입구 1(100)로부터 유입된 하수 중 소정의 양이 유입구 2(200)로부터 유입된 음폐수와 혼합되며, 이때 하수 대비 음폐수가 0.5% 이상인 혼합조정조 ;
상기 유입구 1(100)의 후단에 위치하는 침전조 및 호기조(120) ;
상기 유입구 2(200)의 후단에 위치하는 혐기성 분리막 생물 반응기 및 바이오가스 정제부를 포함하고, 시스템 가동시 유입된 음폐수 및 하수를 처리하는데 필요한 전력보다 더 많은 양을 발전할 수 있는 바이오가스를 생산하는 음폐수 처리 시스템
1항에 있어서, 상기 제1 혼합조정조(300)를 거쳐 혐기성 생물막 반응조에서 바이오가스 생산 시 반응조내 용존 메탄가스는 COD 대비 10% 이하인 것을 특징으로 하는 음폐수 처리 시스템
(여기에서, 상기 용존 메탄가스는 혼합용액 내 총 유기물 농도(COD) 대비 수중에 용존되어 있는 메탄가스를 COD로 전환하였을 때 비율(%, COD_용존메탄/COD_혼합용액)이고, COD_용존메탄은 혐기성 생물막 반응기(400)를 거쳐서 처리된 다양한 생성물 중 용존된 메탄가스를 COD로 환산한 값이며, COD_혼합용액은 음폐수 및 하수를 혼합한 혼합용액의 총 COD 값이다)
1항에 있어서, 하수 대비 음폐수의 혼합비율과 메탄생산량은 아래의 수식 1과 같은 관계식을 갖는 것을 특징으로 하는 음폐수 처리 시스템

(수식 1) Y = 0.0423 X + 0.0168
수식 1에서, Y 는 메탄생산량 (m3 메탄/m3 음폐수 및 폐수의 총부피), X는 하수 대비 음폐수의 혼합 비율 (% V 음폐수/V 폐수)
하수가 유입구 1(100)로 유입되고, 음폐수가 유입구 2(200)로 유입되는 1단계 ;
상기 유입구 1(100)로 유입된 하수와 유입구 2(200)로 유입된 음폐수가 제1 혼합반응조에서 혼합되며, 혼합부피에서 하수 대비 음폐수가 0.5% 이상되는 2단계 ;
상기 제1 혼합반응조에서 혼합된 하수 및 음폐수가 혐기성 생물막 반응기(400)로 유입되어 메탄가스를 발생시키는 3단계 ;
상기 혐기성 생물막 반응기(400)의 처리수(140)는 상기 침전조의 전단으로 이송되어 호기성 반응조에서 처리된 후, 2차 침전조(130)를 거쳐 방류되고, 상기 혐기성 생물막 반응기(400)의 슬러지는 탈수(600) 과정을 거친 후 폐기(700)되며, 상기 혐기성 생물막 반응기(400)에서 생성된 메탄을 포함하는 가스는 정제(900)된 후 포집되는 4단계를 포함하여 구성되는 음폐수 처리 시스템의 운전방법
4항에 있어서, 상기 제1 혼합조정조(300)를 거쳐 혐기성 생물막 반응조에서 바이오가스 생산 시 반응조내 용존 메탄가스는 COD 대비 10% 이하인 것을 특징으로 하는 음폐수 처리 시스템의 운전방법
(여기에서, 상기 용존 메탄가스는 혼합용액 내 총 유기물 농도(COD) 대비 수중에 용존되어 있는 메탄가스를 COD로 전환하였을 때 비율(%, COD_용존메탄/COD_혼합용액)이고, COD_용존메탄은 혐기성 생물막 반응기(400)를 거쳐서 처리된 다양한 생성물 중 용존된 메탄가스를 COD로 환산한 값이며, COD_혼합용액은 음폐수 및 하수를 혼합한 혼합용액의 총 COD 값이다)