KR920002816B1 - 활성 오니법 - Google Patents

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노보루 하야가와
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니시하라 강꾜 이세이 겡뀨죠 가부시끼가이샤
니시하라 에이지
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Abstract

내용 없음.

Description

활성 오니법
제1도는 질소 및 인 제거를 위한 활성 오니법(活性汚泥法:activated sludge process)의 수행에 사용되는 통상적인 플랜트를 도식적으로 나타낸 도면이고,
제2도는 제1도의 공정을 수행하는 시간표이며,
제3도는 폐수를 연속처리하여 질소 및 인을 제거하는 활성 오니법을 수행하는 데 사용되는 통상적인 플랜트의 공정도이고,
제4도는 본 발명에 따른 활성 오니법을 수행하기 위한 플랜트를 도식적으로 나타낸 도면이고,
제5도는 제 4도의 공정을 수행하는 시간표이며,
제6도는 폐수를 연속 처리하는 본 발명에 따른 활성 오니법에 대한 공정도이고,
제7도는 제 6도의 공정을 수행하는 시간표이며,
제8도는 폭기(曝氣)시간에 대한 진탕시간의 비와 인 제거율 사이의 관계를 나타내는 그래프이고,
제9도는 진탕단계 및 폭기단계로 이루어지는 사이클의 시간과 인 제거율 사이의 관계를 나타내는 그래프 이다.
본 발명은 활성 오니법 , 특히 호기성 박테리아를 함유하는 활성 오니를 사용하여 폐수로부터 질소 및 인을 제거하는 방법에 관한 것이다.
호수나 만과 같은 폐쇄된 수역을 부영양화(富榮養化:entrophication)로부터 보호할 목적으로 호기성 박테리아를 함유하는 활성 오니를 사용하여 폐수로부터 질소 및/ 또는 인을 제거하는 여러 활성 오니법이 제안되어 왔다.
질소 및 인의 제거를 위한 활성 오니법중의 하나를 제1도 및 제2도에 도시하였다. 제1도에는 차단판(12)을 구비한 탱크(10)이 도시되어 있다. 차단판(12)는 탱크(10)을 수조(14) 및 수조(16)으로 분할하며, 수조(14)에서는 내부에 함유된 소량의 오니로 폐수를 예비처리하고, 수조(16)에서는 탱크(10)에 포함된 오니에 의해폐수를 처리하여 오니 및 폐수로 이루어진 혼합액을 형성한다. 산기장치(18, air diffuser)는 처리 수조(16)의 하부에 위치하여 처리 수조(16)내의 혼합액을 폭기시킨다.
제2도는 혼합액을 처리하는 시간표를 나타낸다. 제2도에서 보여지는 바와 같이, 혼합액은 처리 수조(16)내에서 산기장치(18)에 의해 3시간에 걸쳐 폭기된다. 이러한 호기성 조건하에, 혼합액중에서 질소처리가 수행된다.
즉, 혼합액중에 함유된 암모니아 질소가 질화되어 질산염 질소로 변화한다. 한편, 혼합액중에 함유된 인은 오니 박테리아에 의해 섭취되며, 혼합액중에 함유된 유기물질도 소모된다.이어서, 혼합액을 1시간에 걸쳐 침전시켜, 상등액과 오니로 분리한다. 침전이 시작된 후, 혼합액은 무산소 상태를 나타내고, 오니 박테리아의 존재 때문에 질산염 질소는 환원되면서 유기물질은 산화되어 탈질소화를 유발한다. 침전이 완결된후, 상등액은 처리 수조(16)으로부터 2시간에 걸쳐 유출물로서 방류되는 한편 새로운 폐수가 예비처리 수조(14)를 통해 처리 수조(16)으로 도입된다. 상등액이 방류될 때, 본 분야에서 잘 알려져 있는 제1도에 도시된 바와 같은 경사분리기(20:decanter)가 사용된다. 한편, 침전된 오니는 필요에 따라 처리 수조(16)으로부터 부분적으로 배출되며, 잔류물은 새로운 폐수 처리에 재사용된다. 제2도에서 알 수 있는 바와 같이,폭기, 침전 및 방류단계로 이루어지는 한 사이클에는 6시간이 소요되며, 1일 4회 반복된다.
상기한 바와 같은 활성 오니법은 질소 및 인의 제거율이 낮기 때문에 (약 60%) 만족스럽지 못하다.
일본국 특허 공보 제56-53435호에는 폐수 및 활성 오니로 이루어진 혼합액이 함유된 단일 탱크내에서 진탕 및 폭기단계로 이루어진 사이클을 반복 수행하는 활성 오니법이 기술되어 있으며, 진탕시간 및 폭기시간은 암모니아에 대한 질산염 질소의 비율이 예정된 범위내로 유지되도록 조절하여 고효율의 탈질소화를 달성한다. 그러나, 이러한 활성 오니법은 탈질소화가 매우 효율적으로 달성된다해도, 인을 거의 제거하지 못하기 때문에 만족스럽지 못하다.
일반적으로, 활성 오니를 사용하여 폐수로부터 고효율로 인을 제거하기 위해서는 , 혼합액을 혐기성 상태로 유지시켜 호기성 박테리아가 생존을 위하여 혼합액중에 인을 방출하도록 하는 것이 필요하다. 이는 인을 방출하도록 압력을 받아온 호기성 박테리아가 그후에는 혼합액으로부터 인을 과도하게 섭취하여 폐수로부터 인을 고효율로 제거하기 때문이다.
문헌[＂Water SA＂,Vol.2, No.3, July, 1976]에는 비교적 고효율로 질소 및 인을 제거하는 활성 오니법이 기술되어 있다. 이러한 활성 오니법은 제3도에 도시한 바와 같은 공정도에 의해 설명할 수 있다.
제 3도에 따르면, 우선 폐수가 오니가 함유된 혐기성 수조(22)로 공급되어 폐수 및 오니로 이루어진 혼합액이 형성된다. 그후 혼합액은 오니 박테리아로부터 인이 방출될 때까지 수조(22)에 머무른다. 이어서, 혼합액이 무산소 수조(24)로 옮겨져 탈질소화가 수행된다. 그다음, 혼합액이 호기성 수조(26)으로 옮겨지고, 이곳에서 오니 박테리아에 의해 인이 과도하게 섭취되면서, 잔류하는 암모니아 질소가 질화되어 질산염 질소로 전환된다. 탈질소화를 위해서는 폭기된 혼합액의 일부가 호기성 수조(26)에서 무산소 수조(24)로 반송된다. 그후 혼합액이 호기성 수조(26)에서 침전 수조(28)로 옮겨지고, 이곳에서 상등액 및 오니로 분리된다. 상등액은 유출물로서 방류되는 반면, 침전된 오니는 혐기성 수조(22)로 재순환된다.
이러한 활성 오니법은 질소 및 인의 제거를 비교적 고효율로 달성할 수 있어 만족스럽지만, 각 수조에서 보유되는 혼합액의 양이 변화하기 때문에 용량이 커야하는 4개의 수조(22),(24),(26) 및(28)이 필요한 단점이 있다. 결국, 이러한 방법은 거대하고 고가의 플랜트가 필요하다.
따라서 본 발명의 주목적은 상기한 단점을 해소할 수 있는 방법으로 호기성 박테리아를 함유하는 활성오니를 사용하여 폐수로부터 고효율로 질소 및 인을 제거하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 폭기를 조절함으로써 폐수 및 오니로 이루어진 혼합액중에 용해된 산소의 농도를 예정치로 조절하여 질소 및 인을 고효율로 제거할 수 있는 상기한 바와 같은 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 주목적을 달성하기 위하여, 활성 오니법은 다음 단계로 구성된다: 즉 폐수를 오니가 함유된 처리 수조에 연속적으로 서서히 공급하여, 폐수 및 오니로 이루어진 혼합액을 형성시키고:처리 수조내의 혼합액을 무산소 상태 및 계속해서 혐기성 상태가 될 때까지 진탕시켜 무산소 상태에서는 탈질소화가 수행되게한 다음, 혐기성 상태에서 오니로부터 인을 방출시키고: 혼합액을 폭기시켜 질소화를 유도하면서 오니박테리아에 의해 인이 섭취되도록 하고: 상기 언급한 진탕 및 폭기 단계로 이루어지는 사이클을 각 사이클이 2시간 이내에 완결되도록 2회 이상 반복하며, 이때, 폭기 시간에 대한 진탕시간의 비는 1대1 내지 5대1이고: 진탕 및 폭기된 혼합액을 침전시켜, 상등액과 오니로 분리하고 : 상등액은 유출물로서 방류시키고, 침전된 오니는 폐수처리용으로 재사용한다.
이러한 방법에서 , 침전단계는 처리 수조에서 수행할 수 있다. 이러한 경우, 처리 수조내로의 폐수의 공급은 중단하거나 계속할 수 있다. 침전단계중에 폐수를 처리 수조에 계속 공급하는 경우,폐수는 침전 오니에 의해 예비 처리되어 폐수의 후속처리가 더 효율적으로 수행된다. 한편, 진탕 및 폭기된 혼합액을 침전 수조로 이동시켜 침전단계를 수행할 수 있다. 이러한 경우에 폐수는 연속적으로 처리된다.
고효율의 질소 및 인 제거를 위해서는 혼합액중에 용해된 산소의 농도가 예정치로 조정되도록 폭기를 조절함으로써, 후속 진탕단계에서 탈질소화를 위한 무산소 상태 및 오니로부터 인을 방출시키기 위한 혐기성 상태가 확실히 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 신규 특징 및 상기한 목적과 그외의 목적들은 첨부된 도면을 참고로하여 더욱 상세히 설명된다. 그러나, 본 발명을 첨부된 도면으로 한정하고자 하는 것은 아니다.
제4도에 따르면, 본 발명에 따른 활성 오니법을 수행하기 위한 플랜트는 번호(30)으로 표시하였으며, 이 플랜트는 내부에 차단판(34)이 구비된 단일 탱크(32)를 포함한다. 차단판(34)는 탱크(32)의 내부를 2개의 수조, 즉 탱크(32)내에 폐수를 도입시키기 위한 수조(36) 및 탱크(32)내에 함유된 활성오니에 의해 폐수를 처리하기 위한 수조(38)로 분할한다. 수조(36)에서는 , 도입된 폐수가 수조중에 함유된 소량의 오니에 의해 예비처리된다. 플랜트(30)은 또한 처리 수조(38)내의 폐수 오니 또는 혼합액에 일부가 잠겨있는 진탕 및 폭기장치(40)을 포함한다. 장치(40)은 처리 수조(38)의 하부에 위치한 헤더(41,43:header)에 연결된 한쌍의 파이프(42) 및 (44)를 포함한다. 제 4도에서 보여지는 바와 같이, 파이프(42)의 헤더 (41)은 파이프(44)의 헤더(43)보다 작으며, 헤더(43)의 내부에 위치한다. 헤더는 노즐을 갖추고 있으며, 각 노즐은 서로 일직선으로 정열되어 있다.
파이프 (42)는 헤더의 노즐로부터 혼합액의 일부를 분출시켜 혼합액을 진탕시키는데 사용된다. 이러한 경우에, 혼합액의 일부는 처리 수조(38)내에 제공된 펌프(도시되지 않음)에 의해 파이프(42)로 공급된다. 한편, 파이프(44)는 혼합액을 폭기시키는데 사용된다. 공기는 파이프(44)에 의해 공급되며, 헤더(41)의 노즐로부터의 액체와 혼합되고, 액체와 공기의 혼합물이 헤더(43)의 노즐로부터 분출된다. 즉 혼합액은 헤더(41) 및 (43)의 노즐로부터 혼합액의 일부 및 공기를 동시에 분출시킴으로써 폭기시킨다. 공기는 예를 들면, 송풍기(46)에 의해 파이프(44)로 공급된다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 폐수는 도입 수조(36)을 통하여 처리 수조(38)로 연속적으로 서서히 공급된다.폐수가 공급되는 동안에, 폐수는 한 예가 제5도에 도시된 바와 같은 시간표에 따라 탱크 (32)에 함유된 활성 오니에 의해 처리된다. 즉, 처리 수조(38)내의 혼압액은 헤더(41)의 노즐로부터 혼합액의 일부를 분출시킴으로써 진탕된다.
이러한 진탕단계는 45분에 결쳐 수행된다. 이러한 진탕단계에서 혼합액은 무산소 상태 및 계속해서 혐기성 상태를 나타낸다. 무산소 상태에서는 혼합액중에 함유된 질산염 질소가 환원되며, 그중에 함유된 유기물질은 산화되어 탈질화를 야기시킨다. 후속 혐기성 상태에서는 혼합액중에 함유된 호기성 세균이 생존을 위해 폐수중에 인을 방출한다. 이어서, 헤더(41) 및 (43)의 노즐로부터 혼합액의 입부와 공기를 동시에 분출시킴으로써 혼합액을 폭기시킨다. 이러한 폭기단계는 15분에 걸쳐 수행된다. 이러한 폭기단계에서는 혼합액중에 함유된 암모니아 질소가 질화되어 질산염 질소로 전환되며 한편, 박테리아는 혼합액으로부터 인을 과도하게 섭취한다. 제 5도에서 보여지는 바와 같이, 진탕 및 폭기단계로 이루어지는 사이클을 4회 반복한다. 그후, 진탕 및 폭기된 혼합액을 상등액 및 오니로 분리시키기 위한 침전단계가 진행된다. 이어서, 상등액은 유출물로서 방류된다. 침전 및 방류단계는 각각 1시간에 걸쳐 수행된다.
상기한 방법에서 폭기단계중의 공기의 공급속도를 조절하여, 진탕단계에서 무산소 상태 및 후속 혐기성 상태가 확실하게 형성될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 장치(30)에는 혼합액중의 용해된 산소의 농도를 측정하기 위해 DO미터(48)가 제공된다. DO미터는 혼합액중에 잠겨있는 DO검출기(50)를 포함하며 컴퓨터(52)와 연결되어 용해된 산소의 측정 농도를 기준으로 송풍기(46)을 조절하여 이러한 농도가 예정치로 조절되도록 한다. 제5도의 시간표에 따라 수행되는 방법에서 용해된 산소의 농도는 약 2㎎/ℓ로 유지된다. 물론 이러한 농도는 진탕단계의 시간 및 폐수중의 유기물질 함량에 따라 변화한다. 결국, 용해된 산소의 농도 진탕단계중에 무산소 상태 및 혐기성 상태가 확실히 얻어지도록 폭기단계 동안 유지시켜야 한다. 용해된 산소의 농도를 예정치로 유지시키기 위해서는, 송풍기(46)의 속도를 조절하고/하거나 송풍기(46)를 간헐적으로 작동시켜 공기의 공급속도를 조절할 수 있다.
방류단계에서, 상등액은 경사분리기(54)에 의해 방류되며, 이 경사분리기는 처리 수조(38)에 회전할수 있도록 장치된 도관(56),도관(56)에서 수직으로 연장되며 한쪽 말단에 형성된 오버플로우 포트(60)을 갖는 오버플로우 파이프(58) 및 로드부재(64)에 의해서 오버플로우 파이프(58)의 한쪽말단에 회전가능하게 연결된 한쌍의 플로우트(62)를 포함한다. 경사분리기(54)는 상등액의 수위에 따라 도관(56)의 종축 주위를 회전하여, 상등액은 오버플로우 포트(60)을 통해 오버플로우 파이프(58)로 흐르며, 도관(56)을 통하여 처리수조(38)의 외부로 방류될 수 있다. 한편, 침전된 오니의 일부는 경우에 따라 배수코크(66 : drain cock)을 통해 처리 수조(38)로부터 방출시킬 수 있으나, 처리 수조(38)로 도입되는 새로운 폐수 처리를 위해 재사용된다.
침전 및 방류단계중에 , 탱크(32)의 용량이 적을 경우에는 처리 수조(38)로의 폐수의 공급을 중단한다. 이러한 경우에 폐수가 연속적으로 처리되도록 교대로 공급되는 2개의 탱크를 사용하는 것이 편리하다. 탱크(32)의 용량이 클 경우, 침전 및 방류단계중에도 처리수조(32)로 폐수를 계속 공급할 수 있다. 어러한 경우, 공급되는 폐수는 오니에 의해 예비처리되어 , 후속 처리가 효율적으로 수행될 수 있다.
폐수를 상기한 방법으로 처리하는 경우, 질소 및 인 제거율은 90%이상이다. 다음 표는 질소 및 인 제거율에 관하여 본 발명에 따른 방법과 제1도 및 제2도에 도시한 선행기술의 방법을 비교한 것이다.
[표 1]
Figure kpo00001
BOD : 생화학적 산소 요구량
T-N : 총 질소량
T-P : 인의 총량
제6도 및 제7도는 폐수를 연속처리하기 위한 본 발명의 활성 오니법을 도시한 것이다. 제6도에서 보여지는 바와 같이, 폐수는 활성 오니가 함유된 처리 수조(68)에 연속적으로 서서히 공급되어, 처리 수조(68)에서 폐수 및 오니의 혼합액이 형성된다. 이러한 경우 혼합액은 플러그 흐름(plug-flow)의 형태로 처리 수조(68)를 통과시켜 폐수가 균일하게 처리되도록 하는 것이 필요하다. 폐수는 제7도에 나타낸 바와 같은 시간표에 따라 오니에 의해 처리된다. 특히, 진탕단계(제7도의 사전부분) 및 폭기단계(제7도의 공백부분)로 이루어지는 사이클은 폐수가 질소 및 인 제거를 위해 처리되도록 처리 수조 (68)에서 연속적으로 반복 수행된다. 진탕단계는 혼합액이 무산소 상태 및 계속해서 혐기성 상태를 나타내도록 45분간에 걸쳐 수행된다.
상기한 방법과 동일한 방법으로 탈질소화는 무산소 상태에서 일어나며, 오니중에 함유된 호기성 박테리아는 혐기성 상태하에서 생존을 위해 혼합액중에 인을 방출한다. 또한, 폭기단계는 15분에 걸쳐 수행되어, 혼합액중에 함유된 암모니아 질소는 질산염화되어 질산염 질소로 전환되는 한편, 인을 방출한 세균은 혼합액으로부터 과도하게 인을 섭취하도록 한다. 폐수는 처리된 후, 계속해서 침전 수조(70)으로 옮겨지고 상등액 및 오니로 분리된다. 상등액은 침전 수조(70)으로부터 유출물로서 방류되고, 침전된 오니는 폐수 처리를 위해 처리 수조(68)로 반송된다. 또한 , 침전된 오니의 일부는 경우에 따라 침전 수조(70)의 외부로 방출된다.
이러한 방법에 있어서,진탕 및 폭기단계는 제4도에 도시한 장치(40)에 의해 수행되거나, 제1도에 도시한 바와 같은 산기 장치 및 추진기를 갖춘 진탕기에 의해 수행할 수 있다. 또한 , 공기의 공급속도는 상기한 방법과 동일한 이유에서 폭기단계중에 조절할 수 있다.
두번째 방법에 의해서도 폐수로부터 질소 및 인을 고효율(90% 이상)로 제거할 수 있다.
본 발명에 따른 첫 번째 및 두 번째 방법에 의해서 인을 고효율로 제거하기 위해서는 폭기시간에 대한 진탕시간의 비는 물론 진탕단계 및 폭기단계로 이루어지는 사이클의 완료시간을 적절히 선택할 필요가 있다.
제8도는 폭기시간에 대한 진탕시간의 비에 대한 인 제거율의 변화를 나타내는 그래프이다. 제8도에서, 곡선 A는 진탕단계 및 폭기단계로 이루어지는 사이클이 1시간내에 종료될 경우의 관계를 나타낸 것이며, 곡선B는 사이클이 4시간내에 종료될 경우의 관계를 나타낸 것이다.
제9도는 인 제거와 진탕단계 및 폭기단계로 이루어지는 사이클의 시간사이의 관계를 나타내는 그래프이다. 제9도에서, 곡선 C는 폭기시간에 대한 진탕시간의 비가 1:3일 경우의 관계를 나타낸 것이며, 곡선D는 비가 1 : 1일 경우의 관계를 나타낸 것이다.
제8도 및 제9도에서 보여지는 바와 같이, 고효율로 인을 제거하기 위해서는 진탕단계 및 폭기단계로 이루어지는 사이클이 2시간이내에 종료되어야 하며, 폭기시간에 대한 진탕시간의 비는 1: 1 내지 5 : 1이어야 한다.
본 발명에 따른 활성 오니법은 비교적 소규모의 플랜트를 사용하여 수행할 수 있다.
본 발명의 활성 오니법에 따르면, 호기성 박테리아로부터 인을 방출시키기 위해 상이한＂워터 SA＂의 것과 상응하는 혐기성 수조가 필요하지 않기 때문에 비교적 소규모의 플랜트를 사용하여 고효율로 질소 및 인을 제거할 수 있다. 즉, 단일 탱크 또는 2개의 탱크만을 사용하여 고효율로 질소 및 인을 제거할 수 있다.
상기에서 본 발명의 바람직한 태양에 대하여 기술하였으나, 여러 변형방법이 시도될 수 있음을 이해해야 하며, 본 발명의 진정한 취지와 범위내에서의 모든 변형은 첨부한 청구범위로 보호될 것이다.

Claims (8)

  1. 처리 수조내의 폐수 및 오니로 이루어진 혼합액에 폐수를 연속적으로 서서히 가하고 : 폐수를 연속적으로 서서히 가하면서: 처리 수조내의 혼합액을 무산소 상태가 될때까지 진탕시켜 탈질소하를 야기시키고, 이어서 혐기성 상태가 될 때까지 진탕시켜 오니로부터 인을 방출시키며 : 호기성 상태의 혼합액에 폐수를 연속적으로 서서히 가하면서, 호기성 상태에서 혼합액을 폭기시켜 질소화가 수행되도록 하는 동시에 인이 오니에 의해 섭취되도록 하고: 진탕 및 폭기단계로 이루어지는 사이클(여기에서, 폭기시간에 대한 진탕시간의 비는 1 : 1 내지 5 : 1이다)을 각 사이클이 2시간이내에 완결되도록 2회 이상 반복 수행하고 : 진탕 및 폭기된 혼합액을 침전시켜 상등액과 오니로 분리시킨후 : 상등액은 유출물로서 방류시키고, 침전된 오니는 폐수처리를 위해 재사용하는 단계를 포함함을 특징으로 하여, 호기성 박테리아를 함유하는 활성 오니를 사용하며 시간표에 따라 처리 수조내에서의 작동 유형을 교대로 변화시킴으로써 폐수로부터 질소 및 인을 제거하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 침전단계를 처리 수조에서 수행하며, 이때 처리 수조에 대한 폐수 공급은 중단시키고, 경우에 따라, 침전된 오니의 일부는 처리 수조로부터 방출시키는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 질소 및 인의 제거를 확실히 하기 위해, 폭기단계를 수행하는 동안 혼합액중에 용해된 산소의 농도가 예정치로 조정되도록 공기의 공급속도를 조절하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 침전단계를 처리 수조에서 수행하며, 이때 처리 수조에 대한 폐수의 공급은 계속하고 , 경우에 따라, 침전된 오니의 일부는 처리 수조로부터 방출시키는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 질소 및 인의 제거를 확실히 하기 위해, 폭기단계를 수행하는 동안 혼합액중에 용해된 산소의 농도가 예정치로 조정되도록 공기의 공급속도를 조절하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 질소 및 인의 제거를 확실히 하기 위해, 폭기단계를 수행하는 동안 혼합액중에 용해된 산소의 농도가 예정치로 조정되도록 공기의 공급속도를 조절하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 진탕 및 폭기된 혼합액을 침전 수조로 옮겨 침전 수조에서 침전단계를 수행함으로써 폐수를 연속적으로 처리하고, 침전된 오니는 폐수 처리를 위해 처리 수조에 되돌려 보내는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 질소 및 인의 제거를 확실히 하기 위해, 폭기단계를 수행하는 동안 혼합액중에 용해된 산소의 농도가 예정치로 조정되도록 공기의 공급속도를 조절하는 방법.
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