WO2013129778A1 - 인저감용 알칼리슬러지, 알칼리슬러지의 제조방법, 알칼리슬러지를 이용한 하폐수의 인 저감방법 및 이를 수행하기 위한 하폐수 처리장치 - Google Patents

인저감용 알칼리슬러지, 알칼리슬러지의 제조방법, 알칼리슬러지를 이용한 하폐수의 인 저감방법 및 이를 수행하기 위한 하폐수 처리장치 Download PDF

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alkali
tank
wastewater
compound
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차운오
김창수
김성익
윤현후
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(주)티에스케이워터
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    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/105—Phosphorus compounds

Definitions

  • the present invention can remove the phosphorus contained in the sewage water, in particular, can be treated so that the total phosphorus is less than 0.5 mg / l, preferably less than 0.3 mg / l, more preferably less than 0.2 mg / l, the life of the alkaline sludge Since it is not necessary to use a separate alkali compound until the end, it relates to an economical reduction of alkali sludge, a method for producing alkaline sludge, a method for reducing phosphorus in wastewater using alkaline sludge and a phosphorus treatment apparatus for performing the same.
  • sewage wastewater including municipal sewage, livestock wastewater, agricultural wastewater, and industrial wastewater includes nutrient components including nitrogen and phosphorus, as well as organic matter, which is a BOD component.
  • nutrient components including nitrogen and phosphorus, as well as organic matter, which is a BOD component.
  • the increase of these nutrients destroys the balance of the ecosystem, there is a problem that eutrophication occurs.
  • the conventional wastewater treatment method is mainly for removing organic matter present in the wastewater, and processes such as pretreatment, primary treatment, secondary treatment, and sludge treatment are used. At this time, in the secondary treatment step, a biological treatment was performed to remove organic matter.
  • the biological treatment method does not remove nitrogen and phosphorus but has a problem of removing only organic matter.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 2000-40351 discloses a wastewater treatment method consisting of a flow control tank, a contact tank, a nitrification tank, a phosphorus absorption tank, a phosphorus discharge tank, a treatment tank, and the like.
  • No. discloses a process for simultaneously treating nitrogen and phosphorus using activated sludge (microorganism) in a bioreactor comprising a first aerobic tank, a first precipitation tank, a second aerobic tank, an anaerobic tank, an anaerobic tank and a third aerobic tank.
  • activated sludge adsorbs organic matter, there are problems such as a decrease in sludge sedimentation rate and a need for an apparatus for disposing nitrified activated sludge.
  • the conventional method for treating wastewater using the membrane process is to treat organic matters such as BOD and COD, stabilize the suspended solids (SS) generated after denitrification through the separation membrane and treated high concentration sewage.
  • organic matters such as BOD and COD
  • SS suspended solids
  • a total phosphorus treatment facility is further provided at the rear of the bioreactor to use a continuous injection of flocculant such as Alum or polyaluminum chloride (PAC).
  • flocculant such as Alum or polyaluminum chloride (PAC).
  • PAC polyaluminum chloride
  • An object of the present invention is to provide a method for producing a low pressure alkaline sludge prepared by mixing a sludge and an alkali compound.
  • Another object of the present invention is to provide an alkaline sludge which is mixed with activated sludge to reduce the phosphorus in the waste water.
  • Another object of the present invention is to remove phosphorus contained in the sewage water, and to provide an economical method for reducing phosphorus in the wastewater using alkaline sludge since it is not necessary to use a separate alkali compound until the life of the alkaline sludge reaches the end. .
  • Still another object of the present invention is a method for reducing phosphorus in sewage water using alkaline sludge having a total phosphorus (TP) of the treated water of 0.5 mg / l or less, preferably 0.3 mg / l or less, more preferably 0.2 mg / l or less.
  • TP total phosphorus
  • Another object of the present invention is to provide a wastewater treatment apparatus for performing the phosphorus reduction method of the wastewater.
  • the method for producing an alkaline sludge for reducing waste according to the present invention is to mix an alkaline compound into a sludge, wherein the mixing time is 2 to 12 hours, and an alkali compound is added to the entire mixing process.
  • the alkaline compound is divided into the sludge 10 to 50 times and stirred while being intermittently added.
  • the alkali compound is injected for 3 to 8 minutes while stirring the sludge, and then the injection is stopped for 8 to 15 minutes. Intermittent injection is repeated 10 to 30 times.
  • the input rate is added at 2 to 50 ml per minute in the alkali compound injection step with 3 wt% of the alkali compound when preparing 100 L alkali sludge (based on 0.7 wt% of solid content).
  • alkali sludge mixing process continuously adds the alkali compound throughout the mixing process, 100 liter alkali sludge (based on 0.7 wt% of solids content) is added at 1 to 20 ml per minute with 3 wt% of alkali compound.
  • the alkali compound may be sodium hypochlorite (NaOCl), calcium hypochlorite (Ca (OCl) 2 ), sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), sodium bicarbonate (NaHCO 3 ), potassium bicarbonate (KHCO 3 ), Consisting of magnesium hydroxide (Mg (OH) 2 ), sodium percarbonate (2Na 2 CO 3 -3H 2 O), calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ), calcium oxide (CaO) and magnesium oxide (MgO) At least one selected from the group.
  • An alkali compound (based on a concentration of 3% by weight) of 0.05 to 15% by volume based on the total volume of the alkali sludge (based on 0.7% by weight of sludge solid content) is added.
  • the production method of the alkali sludge further includes a step of concentrating or powdering the alkali sludge.
  • the sludge is activated sludge, excess sludge, concentrated sludge or dewatered cake.
  • the alkaline sludge of the present invention for achieving the above another object contains an alkali compound which is mixed with the activated sludge to reduce the phosphorus in the wastewater in the biological wastewater treatment process using activated sludge.
  • the alkali sludge (based on 0.7% by weight of sludge solid content) is charged with 0.05 to 15% by volume of alkali compound (based on concentration 3% by weight) based on the total volume.
  • the pH of the alkali sludge is 7.5 to 8.5.
  • the alkalinity measured while stirring the alkali sludge (based on 0.7 wt% of the sludge solid content) is 40 to 60 mg / L.
  • the phosphorus reduction method of the wastewater of the present invention for achieving another object described above comprises the steps of preparing an alkali sludge by mixing the sludge and an alkali compound and adding the alkali sludge to the bioreactor.
  • the alkali sludge (based on 0.7% by weight of sludge solid content) is charged with 0.05 to 15% by volume of alkali compound (based on concentration 3% by weight) based on the total volume.
  • the alkali sludge is added in 5 to 40 parts by volume with respect to 100 parts by volume of activated sludge containing the influent of the bioreactor.
  • the pH of the bioreactor added with the alkali sludge is 6.5 to 7.5.
  • the bioreactor includes at least one selected from an anaerobic tank, a pH adjusting tank and a separation tank, and alkali sludge is added to any one of the anoxic tank, the pH adjusting tank and the separation tank.
  • the dissolved oxygen (DO) is adjusted to 1 to 20 in order to adjust the pH by promoting the reactivity of the alkali sludge in the pH control tank.
  • the sewage treatment apparatus of the present invention for achieving another object of the present invention is a sewage treatment apparatus comprising a wastewater storage tank, a bioreactor and treated water, connected to the alkaline compound supply pipe and sludge supply pipe, An alkali sludge tank for mixing the alkali compound and the sludge by the stirring device to produce alkali sludge and an alkali sludge conveying pipe for transferring the alkali sludge of the alkali sludge tank to the bioreactor are provided.
  • the bioreactor may be an oxygen-free tank for removing and denitrifying organic matter of wastewater containing phosphorus as an inflow source; A pH adjusting tank for changing the dissolved phosphorus in the wastewater introduced from the anoxic tank into insoluble phosphate and adsorbing the activated sludge; And a separation membrane tank for nitrifying the inflow water and the activated sludge introduced from the pH adjusting tank and treating the activated sludge by membrane separation.
  • the alkali compound may be sodium hypochlorite (NaOCl), calcium hypochlorite (Ca (OCl) 2 ), sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), sodium bicarbonate (NaHCO 3 ), potassium bicarbonate (KHCO 3 ), Consisting of magnesium hydroxide (Mg (OH) 2 ), sodium percarbonate (2Na 2 CO 3 -3H 2 O), calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ), calcium oxide (CaO) and magnesium oxide (MgO) At least one selected from the group.
  • the alkali sludge is added in 5 to 40 parts by volume with respect to 100 parts by volume of activated sludge containing the influent of the bioreactor.
  • the pH control tank further includes an acid pipe for adjusting dissolved oxygen (DO) to 1 to 20.
  • DO dissolved oxygen
  • the separation membrane tank has an activated sludge return pipe for conveying some of the activated sludge treated in the separation tank to an anoxic tank and an activated sludge discharge pipe for discharging some of the activated sludge to the outside.
  • the apparatus further includes an alkali sludge conveying pipe for internally conveying a portion of the activated sludge to an alkali sludge tank in at least one bioreaction tank among the anoxic tank, pH adjusting tank, and separation membrane tank.
  • Alkali sludge of the present invention has an alkali compound accumulated in the sludge, so that the alkaline compound is eluted little by little when used in sewage water treatment, so that it can be used for 1 to 3 months after one injection into a bioreactor, which is convenient and economical.
  • the method for reducing phosphorus in wastewater using alkaline sludge of the present invention removes phosphorus present in the influent wastewater to satisfy the enhanced water quality standards.
  • a total phosphorus treatment facility is further provided and a flocculant is added.
  • the present invention satisfies the enhanced water quality standard by removing phosphorus using alkaline sludge without a total phosphorus treatment facility and a flocculant.
  • the phosphorus reduction method of the present invention removes not only phosphorus but also organic matter and nitrogen to meet the enhanced water quality standards.
  • FIG. 1 is a view showing a phosphorus reduction apparatus of sewage water according to an embodiment of the present invention.
  • the present invention can remove phosphorus contained in sewage water (particularly the total phosphorus (TP) of treated water treated according to the present invention is 0.5 mg / l or less), and a separate alkaline compound is used until the lifetime of the alkaline sludge is reached. Since it does not need to use, it relates to an economical reduction of alkali sludge, a method for producing alkali sludge, a method for reducing phosphorus in wastewater using alkaline sludge and a wastewater treatment apparatus for performing the same.
  • the alkali sludge for reduction of the present invention is prepared by adding an alkali compound to the sludge and mixing them.
  • the alkali sludge is prepared by mixing an alkali compound and a sludge to accumulate an alkali compound in the sludge.
  • the alkali sludge is added to a bioreactor, it is mixed with activated sludge to reduce phosphorus in the wastewater and directly add an alkali compound. Unlike the microbial killing of activated sludge, it is easy to keep the pH constant.
  • the time for adding and mixing the alkali compound to the sludge is 2 to 12 hours, preferably 4 to 10 hours.
  • the mixing time is less than 2 hours, the alkali compound is difficult to accumulate in the sludge.
  • the mixing time is more than 12 hours, the alkaline compound is no longer accumulated in the activated sludge and the process time is longer.
  • the alkali compound is added throughout the mixing step.
  • the step of adding the alkali compound to the entire mixing step is preferably a step of stirring while dividing the alkali compound into the sludge 10 to 50 times intermittently, or may be a step of continuously injecting the alkali compound.
  • the concentration of the alkali compound added to the sludge is 1 to 5% by weight, preferably 2 to 4% by weight.
  • concentration of the alkali compound exceeds the upper limit, the sludge that collects the alkali compound is decomposed or solubilized, so that an alkali sludge having a desired volume cannot be obtained, and the phosphorus reduction efficiency is lowered below the lower limit.
  • the step of intermittently adding the alkali compound is a step of repeating the process of injecting the alkali compound for 3 to 8 minutes while stirring the sludge, stopping the injection of the alkali compound and stirring for 8 to 15 minutes 10 to 30 times to be.
  • the mixing process of the sludge and the alkali compound by the intermittent injection of the alkali compound for example, in the preparation of 100L alkaline sludge (based on 0.7% by weight of solids content) with 3% by weight of alkali compound in the alkali compound injection step of 2 to 2 per minute 50 ml, preferably 3 to 20 ml.
  • the input amount of the alkali compound may be adjusted according to the volume of the alkaline sludge to be prepared, the solid content, and the concentration of the alkali compound.
  • the insoluble phosphate may not be formed when the alkali compound is supplied to the bioreactor due to the sludge solubilization, and the alkali compound is not accumulated in the sludge. have.
  • 3% by weight of the alkali compound contained in the alkali sludge is 0.05 to 15% by volume, preferably 0.1 to 10% by volume, more preferably 0.5 to 5, based on the total volume of the alkali sludge (based on 0.7% by weight of solids content). It is added in volume%. Since the input amount of the alkali compound is an input amount of the alkali compound based on the concentration of 3% by weight, when using a concentration other than 3% by weight of the input alkali compound, the input amount of the alkali compound can be adjusted by diluting according to the concentration. have. In addition, if the sludge solid content is out of 0.7% by weight accordingly according to the increase in the content of the sludge solid content is adjusted to increase the content of the alkali compound to be added.
  • the content of the alkali compound in the alkali sludge is less than the lower limit, the desired pH is not obtained, so that insoluble phosphate is insufficient to form phosphorus and the phosphorus reduction efficiency is low.
  • the content is above the upper limit, the activity of the microorganisms in the activated sludge in the bioreactor is increased. To lower the water treatment efficiency of the bioreactor.
  • the pH of the alkali sludge is 7.5 to 8.5, preferably 7.7 to 8.2.
  • the alkalinity is 40 to 60 mg / l.
  • the alkalinity is measured by stirring activated sludge or alkali sludge in a slurry state, for example, a sludge having a solid content of 0.7% by weight at 80 to 150 rpm, and the alkalinity of the alkaline sludge and the activated sludge is in a similar range.
  • the alkalinity of alkali sludge accumulated in alkali compound and alkalinity of activated sludge appear to be similar because alkalinity of liquid phase is measured among alkaline sludge components in slurry state.
  • the sludge of the said alkali sludge is not specifically limited as sludge normally used, Preferably it is activated sludge, surplus sludge, the concentrated sludge which concentrated these, or dehydration cake.
  • the activated sludge may be activated sludge returned from a separation membrane tank of a bioreactor or activated sludge generated in another wastewater treatment apparatus, and excess sludge is sludge generated in a wastewater treatment apparatus.
  • the concentrated sludge is concentrated by the sludge thickener or gravity sedimentation so that the activated sludge or surplus sludge to a solid content of 1 to 5% by weight, the dewatering cake is compressed by pressing the activated sludge, excess sludge or concentrated sludge with a dehydrator solid content 15 To 25 wt%.
  • the concentrated sludge may be used by diluting 1 to 5 times, but may be used by suspending as it is, and dehydrating cake is used by diluting 3 to 20 times so that cake cakes do not aggregate.
  • the alkali compound is sodium hypochlorite (NaOCl), calcium hypochlorite (Ca (OCl) 2 ), sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), sodium bicarbonate (NaHCO 3 ), potassium bicarbonate (KHCO 3 ), Magnesium hydroxide (Mg (OH) 2 ), sodium percarbonate (2Na 2 CO 3 -3H 2 O), calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ), calcium oxide (CaO) and magnesium oxide (MgO) At least one selected from the group consisting of.
  • Alkali sludge thus prepared may be used directly in a state in which an alkali compound is accumulated in the sludge, but may be used by concentrating to 1 to 25% by weight of solid content using a sludge thickener or a dehydrator.
  • the sludge thickener or dehydrator is used to dilute the alkali sludge 3 to 20 times so as not to aggregate into the bioreactor.
  • Alkaline sludge is supplied to the bioreactor and the alkaline compounds accumulated in the sludge are little by little when used in wastewater treatment, so that it can be used for one to three months when supplied once.
  • the alkali compound is slowly eluted from the alkali sludge, and the amount of the eluted compound may be increased when the air aeration intensity is enhanced.
  • the present invention provides a method for reducing the phosphorus in the wastewater by using the alkali sludge prepared above.
  • the membrane bioreaction process maintains a high concentration of activated sludge and also maintains a sludge residence time (SRT) for high efficiency removal of organic matter and nitrogen.
  • SRT sludge residence time
  • nitrogen removal is efficiently generated by extending the denitrification time.
  • the phosphorus is re-dissolved in the sludge ingesting excess phosphorus has a disadvantage of low treatment efficiency.
  • a method for reducing phosphorus in wastewater using alkaline sludge of the present invention includes preparing an alkaline sludge by injecting an alkali compound into the sludge and adding the alkaline sludge to a bioreactor.
  • the bioreactor includes an anoxic tank, a pH adjusting tank, and a separation membrane tank, wherein alkaline sludge is added to any one of the three tanks at one time, and is evenly distributed through the inner conveying pipe.
  • the alkaline sludge is added at a time and stays in the bioreactor to slowly elute the alkali compound to adjust the pH of the bioreactor. Therefore, there is no need to continuously add alkaline sludge to control the pH of the bioreactor.
  • the content of alkali sludge added to the bioreactor is 5 to 40 parts by volume, preferably 10 to 35 parts by volume with respect to 100 parts by volume of activated sludge containing the influent of the bioreactor. If the content is less than 5 parts by volume, the cycle for which alkaline sludge should be added is short and does not maintain the desired pH to form insoluble phosphate. If the content is more than 40 parts by volume, the amount of activated sludge present in the bioreactor is This relatively small organic decomposition may not occur.
  • the pH value of the bioreactor added with the alkali sludge is 6.5 to 7.5, preferably 6.7 to 7.3, more preferably 6.8 to 7.2.
  • the pH is less than 6.5, insoluble phosphate is not formed.
  • the pH is greater than 7.5, microorganisms of activated sludge are killed and the total phosphorus of the treated water has a value of more than 0.5 mg / L.
  • the pH is controlled by spontaneous elution by the addition of alkali sludge, and physical adjustment is possible by adjusting the air aeration intensity to the reaction solution of the bioreactor in which the alkali sludge is added.
  • the pH becomes acidic, but in the present invention, since alkali sludge is used, the alkali compound accumulated in the sludge is eluted to the outside to have a pH of 6.5 to 7.5. I can regulate it.
  • dissolved oxygen (DO) of the pH adjusting tank to which the air aeration is added is adjusted to 1 to 20, preferably 1 to 5.
  • divalent and trivalent cations Al, Ba, Ca, Cu, Fe, Mg, Mn, Zn, Be, Sr, Ra At least one selected from the group consisting of Sc, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Ga, Ge, As, Se, Sn, Sb, and Pb. Can be added to the bath.
  • the divalent and trivalent cations added may be recycled divalent and trivalent cations.
  • the reverse osmosis unit (R / O device) is further provided at the rear of the bioreactor to treat the treated water passing through the bioreactor by the reverse osmosis device (R / O device) material contained in the filtered water ( Divalent and trivalent cations) are recycled to the bioreactor.
  • the water treated with the reverse osmosis device (R / O device) can be used as recycled water.
  • the phosphorus reduction method of the present invention may further comprise the step of removing and denitrifying the organic matter of the wastewater introduced into the bioreactor and / or membrane separation of the activated sludge adsorbed the insoluble phosphate.
  • the present invention provides a phosphorus reduction device for performing the phosphorus reduction method of the wastewater, it will be described with reference to FIG.
  • the phosphorus reducing device of the present invention includes a bioreactor 100 and an alkali sludge tank 200 for removing phosphorus by adding alkali sludge to adjust pH.
  • the bioreactor 100 is an apparatus including one or more tanks selected from the anaerobic tank 110, the pH control tank 120 and the separation membrane tank 130, the treatment tank 140 is provided at the rear end of the bioreactor 100 Can be.
  • the alkali sludge tank 200 is provided on one side of the pH control tank 120, but this shows an embodiment of the present invention.
  • the alkali sludge tank 200 is provided as part of the bioreactor in any structure of the bioreactor, preferably provided on one side of any one of the anoxic tank 110, pH control tank 120 and separation membrane tank 130.
  • Alkali sludge is introduced through the alkali sludge feed pipe (c).
  • the alkali sludge tank 200 produces an alkali sludge by mixing the alkali compound and the sludge with a stirring device (M) to inject the alkali compound into the sludge.
  • the alkali compound is supplied from the alkali compound supply pipe (a) connected to the alkali sludge tank 200, and the sludge is supplied from the sludge supply pipe (b) connected to the alkali sludge tank 200.
  • the sludge may be activated sludge returned from any one or more of the anoxic tank 110, the pH control tank 120 and the separation membrane tank 130, or may be a sludge supplied from the outside.
  • the wastewater and the activated sludge which are the inflow water are stirred by the stirring device M to remove the organic matter by feeding on the organic matter present in the wastewater, and the nitrification returned from the separation membrane tank 130.
  • the activated sludge is denitrified by inducing denitrification under anoxic conditions and releasing nitrogen gas into the atmosphere.
  • the pH control tank 120 adjusts the pH of the inflow water from which the organic matter and the nitrogen are removed from the oxygen-free tank 110 to form insoluble phosphate by aggregating the divalent and trivalent cations present in the inflow water with the dissolved phosphorus in an alkaline state. Form and insoluble phosphate is adsorbed onto the activated sludge.
  • an alkaline substance derived from an alkali compound collected in the alkaline sludge during air aeration is eluted, thereby reducing the pH to 6.5 to 7.5.
  • the separation tank 130 nitrates the ammonia nitrogen and activated sludge of the influent water introduced from the pH control tank 120.
  • the nitrified influent and activated sludge pass through the immersion membrane, and the treated water passing through the separator is discharged to the treatment tank 140, and some of the activated sludge (activated sludge adsorbed with insoluble phosphate) that does not pass through the membrane.
  • The is returned to the oxygen-free tank 100 along the activated sludge return pipe (d) and the other part is discharged to the outside along the activated sludge discharge pipe (e).
  • the membrane (Membrane) installed in the separation membrane tank 130 is one or two or more selected from flat membrane, hollow fiber membrane and tubular membrane according to the shape, the pore size of the membrane cartridge filter, MF (Microfiltration) and UF (Ultrafiltration) ) Or two or more kinds thereof may be used.
  • the pH control tank 120 controls the dissolved oxygen (DO) to 1 to 20 by supplying air through an acid pipe in order to maintain an aerobic state, the alkaline substance derived from the alkali compound collected in the alkaline sludge The amount of elution can be changed.
  • DO dissolved oxygen
  • the membrane tank 130 also supplies air through the diffuser to maintain aerobic state, but in general, dissolved oxygen (DO) in the range of 1 to 5 to form agitation and water flow, and the separator air Cleaning will prevent clogging.
  • DO dissolved oxygen
  • the treated water tank 140 is introduced into the treated water passing through the separation membrane in the separation membrane tank 130, and processes it to store and discharge the treated water.
  • the apparatus for removing phosphorus present in the wastewater by using the alkaline sludge of the present invention is not limited to the apparatus described above, but may be an existing advanced treatment apparatus.
  • the wastewater was treated according to the conditions as shown in Tables 1 and 2 below based on 400 L / day.
  • the alkali sludge tank the alkaline compound was injected into the sludge for 5 minutes at 3.775 mL per minute for 5 minutes and the stirring was repeated for 10 minutes without the injection of the alkaline compound for 6 hours, and the sludge used activated sludge returned from the separation membrane bath.
  • the total volume of the activated sludge and the alkaline sludge in the bioreactor was 131.53 L (the respective volumes contained in the anoxic tank, pH control tank, and membrane bath were 43.94 L, 8.45 L, and 79.14 L).
  • the pH of the wastewater introduced into the anoxic tank is 7.0 to 7.5
  • the pH of the alkaline sludge is 7.8.
  • the flat membrane MF used in the membrane tank is a membrane having a pore size of 0.1 to 0.4 ⁇ m prepared in Yuasa.
  • Example 1 Example 2
  • Example 3 Example 4 Anaerobic MLSS concentration (mg / L) 7150 7240 7140 7090 Alkali sludge injection amount (L) 33 - - - Internal transfer rate (%) 250 250 250 250 Stirring Speed (RPM) 180 180 180 DO (mg / L) 0.1 0.0 0.1 0.0 ORP (mmV) -123 -141 -132 -124 Retention time (hr) 2.64 2.64 2.64 2.64 Alkali Sludge Tank MLSS concentration (mg / L) 8840 8790 8670 8660 MLSS amount (L) 33 33 33 33 33 Alkali Chemical Concentration (%) (NaOCl) 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 Alkali chemical injection amount (ml) 453 453 453 453 Drug injection time (hr) 6 6 6 6 Injection position Anaerobic pH control tank pH control tank Membrane pH control tank MLSS concentration (mg / L) 7210 7350 7260 7190 DO 2.2
  • Example 8 Anaerobic MLSS concentration (mg / L) 7210 7170 7200 7150 Alkali sludge injection amount (L) 33 - - - Internal transfer rate (%) 250 250 250 250 Stirring Speed (RPM) 180 180 180 180 DO (mg / L) 0.0 0.0 0.0 0.0 ORP (mmV) -131 -129 -135 -128 Retention time (hr) 2.64 2.64 2.64 2.64 Alkali Sludge Tank MLSS concentration (mg / L) 8570 8740 8780 8750 MLSS amount (L) 33 33 33 33 33 33 33 33 33 Alkali Chemical Concentration (%) (NaOH) 3 3 3 3 3 Alkali chemical injection amount (ml) 453 453 453 453 Drug injection time (hr) 6 6 6 6 Injection position Anaerobic pH control tank pH control tank Membrane pH control tank MLSS concentration (mg / L) 7330 7310 7290 7230 DO 1.9 2.0 2.1 2.0 Al
  • Example 2 The same process as in Example 2 was carried out, but the wastewater was treated with DO of the pH control tank as 5. PH is 7.1.
  • Example 2 In the same manner as in Example 2, but diluted 10-fold so as not to agglomerate the concentrated alkali sludge so that the solid content is 20% by weight was injected into the pH control tank 16.5 L to treat wastewater. PH is 6.8.
  • Example 2 the wastewater was treated using an alkaline sludge prepared by injecting an alkali compound into the sludge for 1 hour at 1.25 ml per minute for 6 hours.
  • PH is 7.0.
  • Example 2 The same process as in Example 2 was carried out, but the wastewater was treated with an injection amount of alkaline sludge added to the pH control tank as 80 L. PH is 7.8.
  • Example 2 In the same manner as in Example 2, 453 ml of 3% NaOCl was added to the sludge at once in an alkali sludge tank to prepare alkaline sludge by stirring for 6 hours to treat wastewater.
  • Example 2 The same procedure as in Example 2 was carried out, but the wastewater was treated using 200 ml of 3% NaOCl in the alkali sludge tank. PH is 6.7.
  • Example 2 In the same manner as in Example 2, it was dried for 48 hours at 100 °C to dilute the powdered alkali sludge 10 times and injected 3 g into the pH control tank to treat the wastewater. PH is 6.6.
  • the content of divalent and trivalent cations such as Al, Fe, Ca, Cu, Mg, Zn, etc. present in the treated water is also significantly reduced compared to the influent, similar to the content of PO 4 3- and reverse osmosis (R / O)
  • the removal effect of the polyvalent cation could be obtained without using a process.
  • Example 4 Example 4 Influent (mg / L) Treated water (mg / L) Processing efficiency (%) Influent (mg / L) Treated water (mg / L) Processing efficiency (%) Influent (mg / L) Treated water (mg / L) Processing efficiency (%) Influent (mg / L) Treated water (mg / L) Processing efficiency (%) BOD 154.3 1.4 99.1 141.2 1.3 99.1 146.5 1.6 98.9 150.3 1.3 99.1 COD 133.6 6.1 95.4 124.0 6.1 95.1 128.5 6.3 95.1 137.0 6.2 95.5 SS 189.0 0.0 100.0 268.0 0.0 100.0 219.0 0.0 100.0 264.0 0.0 100.0 TN 41.053 6.544 84.1 43.486 5.265 87.9 46.840 5.914 87.4 42.260 6.246 85.2 TP 3.961 0.137 96.5 4.224 0.115 97.3 4.038 0.095 97.6 4.218
  • Example 8 Influent (mg / L) Treated water (mg / L) Processing efficiency (%) Influent (mg / L) Treated water (mg / L) Processing efficiency (%) Influent (mg / L) Treated water (mg / L) Processing efficiency (%) Influent (mg / L) Treated water (mg / L) Processing efficiency (%) BOD 139.6 1.3 99.1 166.3 0.9 99.5 137.6 1.2 99.1 145.7 1.6 98.9 COD 125.4 5.8 95.4 127.6 5.9 95.4 128.0 5.8 95.5 130.9 6.2 95.3 SS 232.0 0.0 100.0 248.0 0.0 100.0 224.5 0.0 100.0 235.2 0.0 100.0 TN 47.644 6.319 86.7 48.150 6.881 85.7 49.640 7.226 85.4 48.648 7.473 84.6 TP 5.317 0.145 97.3 5.659 0.172 97.0 5.132 0.160 96.9 5.447 0.
  • Example 12 Influent (mg / L) Treated water (mg / L) Processing efficiency (%) Influent (mg / L) Treated water (mg / L) Processing efficiency (%) Influent (mg / L) Treated water (mg / L) Processing efficiency (%) Influent (mg / L) Treated water (mg / L) Processing efficiency (%) BOD 121.4 1.2 99.0 164.3 0.9 99.5 139.2 1.2 99.2 140.2 1.3 99.1 COD 120.4 5.7 95.3 124.6 5.7 95.5 121.0 6.0 95.0 124.4 6.0 95.2 SS 211.0 0.0 100.0 251.0 0.0 100.0 268.0 0.0 100.0 248.0 0.0 100.0 TN 48.921 5.987 87.8 48.640 6.675 86.3 42.546 6.015 85.9 43.331 6.012 86.2 TP 5.427 0.155 97.1 5.432 0.315 94.2 4.314 0.145 96.6 4.114 0.138 96.7 Total
  • Examples 1 to 12 treated according to the present invention are BOD 98.9 to 99.5%, COD 95.1 to 99.5%, SS 100%, TN 84.1 to 87.9%, and TP 94.2 to 97.6%. It was confirmed that the treatment efficiency.
  • Comparative Examples 1 to 4 exhibited treatment efficiencies of BOD 95.7 to 99.4%, COD 88.7 to 95.2%, SS 100%, TN 16.7 to 88.5%, and TP 55.5 to 85.0%, especially Comparative Examples 2 and 3 were total nitrogen.
  • the treatment efficiency of was low and Comparative Examples 4 and 5 was confirmed that the treatment efficiency of the total phosphorus compared to the Example.
  • Examples 1 to 13 of the present invention was confirmed to satisfy all the above criteria, in particular it was confirmed that the total phosphorus is less than 0.5 mg / l.
  • Comparative Examples 1 to 4 did not satisfy the water quality standard for the total phosphorus, and Comparative Examples 2 and 3 were also found to not satisfy the water quality standard for the total nitrogen.
  • bioreactor 110 anoxic tank
  • treated water tank 200 alkali sludge tank
  • Alkali sludge of the present invention has an alkali compound accumulated in the sludge, so that the alkaline compound is eluted little by little when used in sewage water treatment, so that it can be used for 1 to 3 months after one injection into a bioreactor, which is convenient and economical.

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Abstract

본 발명의 인저감용 알칼리슬러지, 인저감용 알칼리슬러지의 제조방법, 알칼리슬러지를 이용한 하폐수 인 저감방법 및 이를 수행하기 위한 하폐수처리장치에 관한 것으로, 활성슬러지와 혼합되어 하폐수의 인을 저감시키는 알칼리 화합물을 함유하는 알칼리슬러지를 생물반응조에 첨가함으로써 하폐수에 함유된 인을 제거할 수 있으며 알칼리슬러지의 수명이 다 할 때까지 별도의 알칼리 화합물을 사용하지 않아도 되므로 경제적이다. 이때, 본 발명에 따라 처리된 처리수의 총인(T-P)은 0.5 ㎎/ℓ이하이다.

Description

인저감용 알칼리슬러지, 알칼리슬러지의 제조방법, 알칼리슬러지를 이용한 하폐수의 인 저감방법 및 이를 수행하기 위한 하폐수 처리장치
본 발명은 하폐수에 함유된 인을 제거, 특히 총인이 0.5 ㎎/ℓ이하, 바람직하게는 0.3 ㎎/ℓ이하, 더욱 바람직하게는 0.2 ㎎/ℓ이하가 되도록 처리할 수 있으며, 알칼리슬러지의 수명이 다할 때까지 별도의 알칼리 화합물을 사용하지 않아도 되므로 경제적인 인저감용 알칼리슬러지, 알칼리슬러지의 제조방법, 알칼리슬러지를 이용한 하폐수의 인 저감방법 및 이를 수행하기 위한 인 처리장치에 관한 것이다.
일반적으로 도시하수, 가축폐수, 농업폐수 및 산업폐수 등을 포함하는 하폐수에는 BOD성분인 유기물뿐만 아니라 질소 및 인을 포함하는 영양염류 성분이 존재한다. 이러한 영양염류의 증가는 생태계 균형을 파괴하며, 부영양화 현상이 발생하는 문제가 있다.
그러므로 상기 유기물, 질소 및 인을 포함하는 영양염류를 처리하기 위하여 다양한 방법 및 장치들이 개발되어 왔다.
종래 하폐수 처리방법은 주로 하폐수에 존재하는 유기물을 제거하기 위한 것으로서 예비처리, 1차 처리, 2차 처리, 슬러지 처리 등의 공정이 이용되었다. 이때 상기 2차 처리공정에서는 유기물을 제거하기 위하여 생물학적 처리를 하였다. 그러나 상기 생물학적 처리방법은 질소 및 인은 제거하지 못하고 유기물만 제거하는 문제가 있다.
이를 해결하기 위하여 종래 한국공개특허 제2000-40351호에는 유량조절조, 접촉조, 질산화조, 인흡수조, 인방출조, 처리수조 등으로 구성된 오폐수처리방법을 개시하고 있으며, 종래 한국등록특허 제242795호에는 제1 호기성조, 제1 침전조, 제2 호기성조, 혐기성조, 무산소조 및 제3 호기성조로 이루어진 생물반응조에서 활성슬러지(미생물)를 이용하여 질소 및 인을 동시에 처리하는 방법이 개시되어 있다. 하지만, 상기 종래기술들은 상기 활성슬러지가 유기물을 흡착하므로 이로 인한 슬러지 침강속도 하락, 질산화 활성슬러지를 폐기하는 장치의 필요 등의 문제가 있다.
또한, 종래 막공정을 이용하여 하폐수를 처리하는 방법은 BOD, COD 등의 유기물을 처리, 탈질 후 발생되는 부유물질(SS)을 분리막을 통하여 안정화시키고 고농도의 하수를 처리하였다. 그러나 최근 강화되는 인처리 수준을 만족하지 못하는 문제가 있다.
2012년부터 처리수의 총인 처리기준이 2 ㎎/ℓ이하에서 I 지역 0.5 ㎎/ℓ이하, II 지역 0.3 ㎎/ℓ이하, III 지역 0.2 ㎎/ℓ이하로 강화되면서 상기 총인의 기준을 만족하기 위하여 생물반응조 후단에 총인처리시설을 추가로 구비하여 알룸(Alum) 또는 폴리염화알루미늄(PAC) 등의 응집제를 연속적으로 주입하는 기술을 사용하고 있다. 그러나 상기 종래기술은 응집제의 소요량이 많고 추가로 구비되는 총인처리시설의 건설비가 소요되는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 슬러지와 알칼리 화합물을 혼합하여 제조되는 인저감용 알칼리슬러지의 제조방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 활성슬러지와 혼합되어 하폐수의 인을 저감시키는 알칼리슬러지를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 하폐수에 함유된 인을 제거하며, 알칼리슬러지의 수명이 다할 때까지 별도의 알칼리 화합물을 사용하지 않아도 되므로 경제적인 알칼리슬러지를 이용한 하폐수의 인 저감방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 처리수의 총인(T-P)이 0.5 ㎎/ℓ이하, 바람직하게는 0.3 ㎎/ℓ이하, 더욱 바람직하게는 0.2 ㎎/ℓ이하인 알칼리슬러지를 이용한 하폐수의 인 저감방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 하폐수의 인 저감방법을 수행하기 위한 하폐수의 처리장치를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인저감용 알칼리슬러지의 제조방법은 슬러지에 알칼리 화합물을 투입하여 혼합하는 것으로서 상기 혼합시간은 2 내지 12시간이며 상기 혼합공정 전체에 걸쳐서 알칼리 화합물이 투입된다.
상기 알칼리슬러지 혼합공정은 슬러지에 알칼리 화합물을 10 내지 50회 분할하여 간헐적으로 투입하면서 교반하며, 바람직하게는 슬러지를 교반하면서 알칼리 화합물을 3 내지 8분 동안 주입한 후 8 내지 15분 동안 주입을 중단하는 간헐투입을 10 내지 30회 반복한다.
상기 알칼리슬러지 혼합공정이 알칼리화합물을 간헐투입하는 경우 100ℓ 알칼리슬러지(고형분 함량 0.7 중량% 기준) 제조시 3 중량%의 알칼리화합물로 알칼리화합물 주입단계에서는 투입속도를 분당 2 내지 50 ㎖로 투입한다.
상기 알칼리슬러지 혼합공정이 혼합공정 전체에 걸쳐서 연속적으로 알칼리화합물을 투입하는 경우 100ℓ 알칼리슬러지(고형분 함량 0.7 중량% 기준) 제조시 3 중량%의 알칼리 화합물로 분당 1 내지 20 ㎖로 투입한다.
상기 알칼리 화합물은 차아염소산나트륨(NaOCl), 차아염소산칼슘(Ca(OCl)2), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 소듐바이카보네이트(NaHCO3), 포타슘바이카보네이트(KHCO3), 마그네슘하이드록사이드(Mg(OH)2), 과탄산나트륨(2Na2CO3-3H2O), 칼슘하이드록사이드(Ca(OH)2), 칼슘옥사이드(CaO) 및 마그네슘옥사이드(MgO)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이다.
상기 알칼리슬러지(슬러지 고형분 함량 0.7 중량% 기준) 총 부피를 기준으로 0.05 내지 15 부피%의 알칼리 화합물(농도 3 중량% 기준)이 투입된다.
상기 알칼리슬러지의 제조방법은 알칼리슬러지를 농축하는 공정 또는 분말화하는 공정을 더 포함한다.
상기 슬러지는 활성슬러지, 잉여 슬러지, 농축 슬러지 또는 탈수케익이다.
또한, 상기한 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 알칼리슬러지는 활성슬러지를 이용한 생물학적 하폐수 처리공정에서, 상기 활성슬러지와 혼합되어 하폐수의 인을 저감시키는 알칼리 화합물을 함유한다.
상기 알칼리슬러지(슬러지 고형분 함량 0.7 중량% 기준)에는 총 부피를 기준으로 0.05 내지 15 부피%의 알칼리 화합물(농도 3 중량% 기준)이 투입된다.
상기 알칼리슬러지의 pH는 7.5 내지 8.5이다.
상기 알칼리슬러지(슬러지 고형분 함량 0.7 중량% 기준)를 교반하면서 측정한 알칼리도는 40 내지 60 ㎎/ℓ이다.
또한, 상기한 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하폐수의 인 저감방법은 슬러지와 알칼리 화합물을 혼합하여 알칼리슬러지를 제조하는 단계 및 상기 알칼리슬러지를 생물반응조에 첨가하는 단계를 포함한다.
상기 알칼리슬러지(슬러지 고형분 함량 0.7 중량% 기준)에는 총 부피를 기준으로 0.05 내지 15 부피%의 알칼리 화합물(농도 3 중량% 기준)이 투입된다.
상기 알칼리슬러지는 생물반응조의 유입수가 포함된 활성슬러지 100 부피부에 대하여 5 내지 40 부피부로 첨가된다.
상기 알칼리슬러지가 첨가된 생물반응조의 pH는 6.5 내지 7.5이다.
상기 생물반응조는 무산소조, pH조절조 및 분리막조 중에서 선택된 하나 이상을 포함하며, 무산소조, pH조절조 및 분리막조 중 어느 한 조에 알칼리슬러지가 첨가된다.
상기 pH조절조에서 알칼리슬러지의 반응성을 촉진시켜 pH를 조절하기 위하여 용존산소(DO)를 1 내지 20으로 조절한다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하폐수 처리장치는 하폐수 저장조, 생물반응조 및 처리수를 포함하는 하폐수 처리장치에 있어서, 알칼리 화합물 공급배관 및 슬러지 공급배관과 연결되고, 구비된 교반장치로 상기 알칼리 화합물과 슬러지를 혼합하여 알칼리슬러지를 제조하는 알칼리슬러지조 및 상기 알칼리슬러지조의 알칼리슬러지를 생물반응조로 이송하는 알칼리슬러지 이송배관이 구비된다.
상기 생물반응조는 유입원수인 인이 함유된 하폐수의 유기물을 제거하고 탈질화를 시키기 위한 무산소조; 상기 무산소조로부터 유입된 하폐수의 용존성 인을 불용성 인산염으로 변화시켜 활성슬러지에 흡착시키는 pH조절조; 및 상기 pH조절조로부터 유입된 유입수 및 활성슬러지를 질산화시키고 상기 활성슬러지를 막분리하여 수처리하는 분리막조;를 포함한다.
상기 알칼리 화합물은 차아염소산나트륨(NaOCl), 차아염소산칼슘(Ca(OCl)2), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 소듐바이카보네이트(NaHCO3), 포타슘바이카보네이트(KHCO3), 마그네슘하이드록사이드(Mg(OH)2), 과탄산나트륨(2Na2CO3-3H2O), 칼슘하이드록사이드(Ca(OH)2), 칼슘옥사이드(CaO) 및 마그네슘옥사이드(MgO)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이다.
상기 알칼리슬러지는 생물반응조의 유입수가 포함된 활성슬러지 100 부피부에 대하여 5 내지 40 부피부로 첨가된다.
상기 pH조절조에는 용존산소(DO)를 1 내지 20으로 조절하는 산기관을 더 포함한다.
상기 분리막조는 분리막조에서 처리된 활성슬러지 중 일부를 무산소조로 내부 반송시키는 활성슬러지 반송배관 및 다른 일부의 활성슬러지를 외부로 배출시키는 활성슬러지 배출배관을 구비한다.
상기 무산소조, pH조절조 및 분리막조 중 하나 이상의 생물반응조에서 활성슬러지 중 일부를 알칼리슬러지조로 내부 반송시키는 알칼리슬러지 반송 배관을 더 구비한다.
본 발명의 알칼리슬러지는 슬러지에 알칼리 화합물이 축적되어 있어 하폐수 처리에 이용시 알칼리 화합물을 조금씩 용출시키므로 생물반응조에 1회 주입 후 1 내지 3개월 동안 사용할 수 있으므로 사용이 편리하고 경제적이다.
본 발명의 알칼리슬러지를 이용한 하폐수의 인 저감방법은 강화된 수질기준을 만족하도록 유입수인 하폐수에 존재하는 인을 제거한다.
특히, 종래에는 강화된 수질기준의 총인(T-P, I 지역 0.5 ㎎/ℓ이하, II 지역 0.3 ㎎/ℓ이하, III 지역 0.2 ㎎/ℓ이하)을 만족하기 위하여 총인처리시설을 추가로 구비하고 응집제 등을 사용하였으나 본 발명에서는 총인처리시설 및 응집제 없이 알칼리슬러지를 이용하여 인을 제거함으로써 강화된 수질기준을 만족하고 경제적이다.
또한, 응집제를 연속적으로 주입하는 종래와 달리 알칼리슬러지의 수명이 다할 때까지 별도의 알칼리 화합물을 사용하지 않아도 되므로 경제적이며, 활성슬러지를 재활용하여 알칼리슬러지를 제조하는데 사용된다.
또한, 본 발명의 인 저감방법은 인 뿐만 아니라 유기물 및 질소도 강화된 수질기준을 만족하도록 제거한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하폐수의 인 저감장치를 나타낸 도면이다.
본 발명은 하폐수에 함유된 인을 제거할 수 있으며(특히 본 발명에 따라 처리된 처리수의 총인(T-P)은 0.5 ㎎/ℓ이하임), 알칼리슬러지의 수명이 다할 때까지 별도의 알칼리 화합물을 사용하지 않아도 되므로 경제적인 인저감용 알칼리슬러지, 알칼리슬러지의 제조방법, 알칼리슬러지를 이용한 하폐수의 인 저감방법 및 이를 수행하기 위한 하폐수 처리장치에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 인저감용 알칼리슬러지는 슬러지에 알칼리 화합물을 투입하고 이를 혼합함으로써 제조된다.
상기 알칼리슬러지는 알칼리 화합물과 슬러지를 혼합하여 슬러지 내부에 알칼리 화합물을 축적시켜 제조된 것으로서, 상기 알칼리슬러지를 생물반응조에 첨가하면 활성슬러지와 혼합되어 하폐수의 인을 저감시키고 알칼리 화합물을 직접 첨가하는 경우와 달리 활성슬러지의 미생물 사멸을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 pH를 일정하게 유지시키기가 용이하다.
상기 슬러지에 알칼리 화합물을 투입하고 혼합하는 시간은 2 내지 12 시간, 바람직하게는 4 내지 10시간이다. 상기 혼합시간이 2시간 미만인 경우에는 슬러지에 알칼리 화합물이 축적되기 어렵고, 혼합시간이 12시간 초과인 경우에는 더 이상 활성슬러지에 알칼리 화합물이 축적되지 않고 공정시간만 길어진다.
슬러지와 알칼리 화합물이 혼합되는 혼합공정은 상기 혼합공정 전체에 걸쳐 알칼리 화합물이 투입된다.
상기 혼합공정 전체에 알칼리 화합물을 투입하는 공정은 바람직하게 슬러지에 알칼리 화합물을 10 내지 50회 분할하여 간헐적으로 투입하면서 교반하는 공정이거나, 알칼리 화합물을 연속적으로 주입하는 공정일 수 있다.
슬러지에 투입하는 알칼리 화합물의 농도는 1 내지 5 중량%, 바람직하게는 2 내지 4 중량%이다. 알칼리 화합물의 농도가 상기 상한치를 초과하면 알칼리화합물을 포집하는 슬러지가 분해 또는 가용화되어 원하는 부피의 알칼리슬러지를 얻을 수 없고, 상기 하한치 미만에서는 인 저감효율이 저하된다.
상기 알칼리 화합물을 간헐적으로 투입하는 공정은 구체적으로 슬러지를 교반하면서 3 내지 8분 동안 알칼리 화합물을 주입한 후 알칼리 화합물의 주입을 중단하고 8 내지 15분 동안 교반하는 과정을 10 내지 30회 반복하는 공정이다.
상기 알칼리화합물 간헐주입에 의한 슬러지와 알칼리화합물의 혼합공정은, 예를 들어 100ℓ 알칼리슬러지(고형분 함량 0.7 중량% 기준) 제조시 3 중량%의 알칼리화합물로 알칼리화합물 주입단계에서는 투입속도를 분당 2 내지 50 ㎖, 바람직하게는 3 내지 20 ㎖로 투입한다.
또한, 상기 알칼리 화합물을 연속적으로 주입하는 공정은 구체적으로 2 내지 12시간 동안 100ℓ 알칼리슬러지(고형분 함량 0.7 중량% 기준) 제조시 3 중량%의 알칼리 화합물로 분당 1 내지 20 ㎖을 투입한다. 이때 알칼리 화합물의 투입량은 제조하려는 알칼리 슬러지의 부피, 고형분 함량, 알칼리 화합물의 농도에 따라 조절할 수 있다.
상기 공정의 조건에 따라 알칼리 화합물을 주입하지 않거나 알칼리 화합물을 한 번에 모두 주입하는 경우에는 슬러지 가용화에 따라 알칼리 화합물이 슬러지에 축적되지 못하여 생물반응조에 알칼리슬러지를 공급시 불용성 인산염이 형성되지 않을 수 있다.
상기 알칼리슬러지에 함유되는 3 중량%의 알칼리 화합물은 알칼리슬러지(고형분 함량 0.7 중량% 기준) 총 부피를 기준으로 0.05 내지 15 부피%, 바람직하게는 0.1 내지 10 부피%, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 5 부피%로 투입된다. 상기 알칼리화합물의 투입량은 3 중량% 농도를 기준으로 한 알칼리화합물의 투입량이므로, 투입되는 알칼리화합물의 농도를 3 중량%가 아닌 다른 농도를 사용할 경우, 알칼리 화합물의 투입량을 농도에 따라 희석하여 조절할 수 있다. 또한 슬러지 고형분 함량이 0.7 중량%에서 벗어날 경우 이에 따라 슬러지 고형분의 함량이 증가하면 투입되는 알칼리 화합물의 함량도 증가하도록 조절한다.
상기 알칼리슬러지 내의 알칼리 화합물의 함량이 상기 하한치 미만인 경우에는 원하는 pH를 얻지 못하여 불용성 인산염이 형성이 충분하지 않아 인 저감효율이 낮고, 함량이 상기 상한치 초과인 경우에는 생물반응조 내의 활성슬러지의 미생물의 활동성을 저하시키고, 생물반응조의 수처리 효율을 저하시킨다.
상기 알칼리슬러지의 pH는 7.5 내지 8.5, 바람직하게는 7.7 내지 8.2이다.
또한, 상기 알칼리슬러지는 슬러지 고형분 함량 0.7 중량% 기준의 슬러리 상태를 저속교반하여 측정하였을 때, 알칼리도는 40 내지 60 ㎎/ℓ이다.
알칼리도는 슬러리 상태의 활성 슬러지 또는 알칼리슬러지, 예를 들어 고형분 함량이 0.7 중량%인 슬러지를 80 내지 150 rpm에서 교반하면서 측정하는 것으로 알칼리슬러지와 활성 슬러지의 알칼리도는 유사 범위에 있다. 알칼리 화합물이 축적된 알칼리슬러지의 알칼리도와 활성 슬러지의 알칼리도가 유사하게 나타나는 것은 슬러리 상태의 알칼리슬러지 성분 중 액상의 알칼리도를 측정한 것이기 때문이며, 주입한 알칼리화합물에 의한 알칼리도는 알칼리화합물이 고상의 슬러지 내부에 포집되어, 슬러지를 제외한 액상부의 알칼리도에 있어서 활성 슬러지나 알칼리슬러지가 큰 차이가 없는 것으로 판단되었다. 실험적으로 슬러지에 본 발명과 동일한 양의 알칼리화합물을 슬러지에 한꺼번에 과량 투입하는 경우에는 알칼리도가 100 내지 120 ㎎/ℓ로 급격히 상승하는 점에서, 본 발명의 알칼리슬러지에는 알칼리화합물이 포집됨을 알 수 있다.
상기 알칼리슬러지의 슬러지는 통상 사용되는 슬러지로서 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 활성슬러지, 잉여 슬러지, 이들을 농축한 농축슬러지 또는 탈수케익이다.
상기 활성슬러지는 생물반응조의 분리막조에서 반송된 활성슬러지이거나 다른 하폐수처리장치에서 발생되는 활성슬러지일 수 있으며, 잉여 슬러지는 하폐수처리장치에서 발생되는 슬러지이다. 또한 농축슬러지는 슬러지농축기 또는 중력침강에 의하여 상기 활성슬러지 또는 잉여슬러지를 고형분 함량 1 내지 5 중량%가 되도록 농축한 것이고, 탈수케익은 활성슬러지, 잉여슬러지 또는 농축슬러지를 탈수기로 압착하여 고형분 함량 15 내지 25 중량%로 제조한 것이다. 상기 농축슬러지는 1 내지 5 배 희석하여 사용할 수도 있으나, 그 자체로 현탁하여 사용가능하고, 탈수케익은 케익 덩어리가 뭉치지 않도록 3 내지 20 배 희석하여 이용한다.
또한, 상기 알칼리 화합물은 차아염소산나트륨(NaOCl), 차아염소산칼슘(Ca(OCl)2), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 소듐바이카보네이트(NaHCO3), 포타슘바이카보네이트(KHCO3), 마그네슘하이드록사이드(Mg(OH)2), 과탄산나트륨(2Na2CO3-3H2O), 칼슘하이드록사이드(Ca(OH)2), 칼슘옥사이드(CaO) 및 마그네슘옥사이드(MgO)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이다.
이렇게 제조된 알칼리슬러지는 슬러지에 알칼리 화합물이 축적된 상태로 바로 이용해도 되지만, 슬러지농축기 또는 탈수기를 이용하여 고형분 함량 1 내지 25 중량%로 농축시켜 이용할 수 있다. 상기 슬러지농축기 또는 탈수기를 이용하여 알칼리슬러지는 뭉치지 않을 정도로 3 내지 20배 희석하여 생물반응조에 투입된다.
알칼리슬러지는 생물반응조에 공급되어 하폐수 처리에 이용시 슬러지에 축적된 알칼리 화합물이 조금씩 용출되므로 1회 공급시 1 내지 3개월 동안 사용할 수 있다. 상기 알칼리 화합물은 알칼리슬러지로부터 서서히 용출되고, 에어폭기 강도를 증진시킬 경우 용출량이 증대될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 제조된 알칼리슬러지를 이용하여 하폐수의 인을 저감하는 방법을 제공한다.
일반적으로 분리막 생물 반응공정(MBR)은 유기물 및 질소의 고효율 제거를 위해 고농도의 활성슬러지를 유지하며 슬러지 체류시간(SRT) 또한 길게 유지할 수 있는데, 이러한 경우 탈질시간을 연장하여 질소제거가 효율적으로 발생될 수 있는 장점이 있는 반면, 과량의 인을 섭취한 슬러지에서 인이 재용출되어 처리효율이 떨어지는 단점이 있다.
상기 단점을 극복하기 위하여 본 발명의 알칼리슬러지를 이용한 하폐수의 인 저감방법은 슬러지에 알칼리 화합물을 주입하여 알칼리슬러지를 제조하는 단계 및 상기 알칼리슬러지를 생물반응조에 첨가하는 단계를 포함한다.
상기 생물반응조에 알칼리슬러지가 첨가된 후 pH를 조절하면 하폐수에 존재하는 2가 및 3가의 양이온이 알칼리성 상태에서 용존성 인(PO4 3-)과 응집하여 스케일(Scale)을 형성하고 응집된 스케일인 불용성 인산염을 활성슬러지에 흡착시키므로 인이 재용출되지 않으며 다량의 인 제거가 용이하다.
상기 생물반응조는 무산소조, pH조절조 및 분리막조를 포함하는 것으로서, 상기 세 개의 조 중 어느 하나의 조에 알칼리슬러지가 일시에 첨가되며, 내부반송배관을 통하여 골고루 분산된다. 상기 알칼리슬러지는 일시에 투입되어 생물반응조에 머물면서 알칼리 화합물을 서서히 용출하여 생물반응조의 pH를 조절한다. 그러므로 생물반응조의 pH를 조절하기 위하여 알칼리슬러지를 지속적으로 투입할 필요가 없다.
상기 생물반응조에 첨가되는 알칼리슬러지의 함량은 생물반응조의 유입수가 포함된 활성슬러지 100 부피부에 대하여 5 내지 40 부피부, 바람직하게는 10 내지 35 부피부이다. 상기 함량이 5 부피부 미만인 경우에는 알칼리슬러지를 투입해야 하는 주기가 짧고 원하는 pH를 유지하지 못하여 불용성 인산염을 형성할 수 없으며, 함량이 40 부피부 초과인 경우에는 생물반응조에 존재하는 활성슬러지의 양이 상대적으로 적어 유기물 분해가 이루어지지 않을 수 있다.
상기 알칼리슬러지가 첨가된 생물반응조의 pH 값은 6.5 내지 7.5, 바람직하게는 6.7 내지 7.3, 보다 바람직하게는 6.8 내지 7.2이다. 상기 pH가 6.5 미만인 경우에는 불용성 인산염이 형성되지 않으며, pH가 7.5 초과인 경우에는 활성슬러지의 미생물이 사멸되고 처리수의 총인이 0.5 ㎎/ℓ초과의 값을 갖는다.
상기 pH는 알칼리슬러지의 투입에 의한 자연용출로 조절되고, 또한 알칼리슬러지가 투입된 생물반응조의 반응액에 에어폭기 강도를 조율함으로써 물리적 조절이 가능하다. 일반적으로 에어폭기를 가하여 용존산소가 높아지면 pH는 산성이 되지만, 본 발명에서는 알칼리슬러지를 사용하므로 에어폭기를 가하면 슬러지 내부에 축적된 알칼리 화합물이 외부로 용출되어 pH가 6.5 내지 7.5의 값을 갖도록 조절할 수 있다.
상기 pH를 조절하기 위하여 에어폭기를 가한 pH조절조의 용존산소(DO)는 1 내지 20, 바람직하게는 1 내지 5로 조절된다.
또한, 상기 용존성 인과 결합할 하폐수에 존재하는 2가 및 3가의 양이온이 부족할 경우에는 2가 및 3가의 양이온인 Al, Ba, Ca, Cu, Fe, Mg, Mn, Zn, Be, Sr, Ra, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Ga, Ge, As, Se, Sn, Sb 및 Pb로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 생물반응조의 세 개의 조 중 어느 하나의 조에 첨가할 수 있다.
상기 첨가되는 2가 및 3가의 양이온은 재활용된 2가 및 3가의 양이온일 수 있다. 구체적으로, 생물반응조의 후단에 역삼투압 장치(R/O 장치)를 추가로 구비하여 생물반응조를 통과한 처리수를 역삼투압 장치(R/O 장치)로 처리함으로써 걸러진 농축수에 포함된 물질(2가 및 3가의 양이온)을 생물반응조에 재활용하는 것이다. 또한, 상기 역삼투압 장치(R/O 장치)로 처리된 물은 재이용수로 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 인 저감방법은 생물반응조에 유입된 하폐수의 유기물을 제거하고 탈질화하는 단계 및/또는 상기 불용성 인산염이 흡착된 활성슬러지를 막분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 하폐수의 인 저감방법을 수행하기 위한 인 저감장치를 제공하며, 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 인 저감장치는 알칼리슬러지가 첨가되어 pH를 조절함으로써 인을 제거하는 생물반응조(100)와 알칼리슬러지조(200)를 포함한다.
상기 생물반응조(100)는 무산소조(110), pH조절조(120) 및 분리막조(130) 중에서 선택된 하나 이상의 조를 포함하는 장치로서, 생물반응조(100)의 후단에 처리수조(140)가 구비될 수 있다.
상기 도 1은 알칼리슬러지조(200)가 pH조절조(120)의 일측에 구비된 것을 나타내고 있으나 이는 본 발명의 일 실시예를 나타낸 것이다. 상기 알칼리슬러지조(200)는 생물반응조가 어떠한 구조이든 생물반응조의 일부에 구비되는 것으로서, 바람직하게는 무산소조(110), pH조절조(120) 및 분리막조(130) 중 어느 한 조의 일측에 구비되어 알칼리슬러지를 알칼리슬러지 이송배관(c)을 통하여 투입한다.
상기 알칼리슬러지조(200)는 알칼리 화합물과 슬러지를 교반장치(M)로 혼합하여 슬러지에 알칼리 화합물을 주입시킴으로써 알칼리슬러지를 제조한다. 이때 알칼리 화합물은 알칼리슬러지조(200)에 연결된 알칼리 화합물 공급배관(a)으로부터 공급되고, 슬러지는 알칼리슬러지조(200)에 연결된 슬러지 공급배관(b)으로부터 공급된다.
이때 슬러지는 무산소조(110), pH조절조(120) 및 분리막조(130) 중 어느 하나 이상에서 반송된 활성슬러지이거나 외부로부터 공급받은 슬러지일 수 있다.
상기 무산소조(110)에서는 유입원수인 하폐수와 활성슬러지를 교반장치(M)로 교반하여 생물학적 활성슬러지가 하폐수에 존재하는 유기물을 섭식하도록 작용하여 유기물을 제거하며, 분리막조(130)에서 반송받은 질산화된 활성슬러지를 무산소조건에서 탈질과정(Denitrification)을 유도하여 질소가스를 대기 중에 방출함으로써 탈질화한다.
또한, 상기 pH조절조(120)에서는 상기 무산소조(110)에서 유기물 및 질소가 제거된 유입수의 pH를 조절하여 유입수에 존재하는 2가 및 3가의 양이온이 알칼리성 상태에서 용존성 인과 응집함으로써 불용성 인산염을 형성하고 불용성 인산염을 상기 활성슬러지에 흡착시킨다.
일반적으로 에어폭기를 가하면 pH가 떨어지지만, 본 발명의 pH조절조(120) 또는 분리막조(130)에서는 에어폭기시 알칼리슬러지에 포집된 알칼리화합물에서 유래한 알칼리성 물질이 용출되어 pH를 6.5 내지 7.5, 바람직하게는 6.7 내지 7.3, 보다 바람직하게는 6.8 내지 7.2가 되도록 조절함으로써 2가 및 3가의 양이온이 용존성 인과 응집되어 불용성 인산염을 형성하도록 한다.
또한, 상기 분리막조(130)는 상기 pH조절조(120)에서 유입된 유입수의 암모니아성 질소 및 활성슬러지를 질산화시킨다.
상기 질산화된 유입수 및 활성슬러지는 침지식 분리막을 통과하며, 상기 분리막을 통과한 처리수는 처리수조(140)로 배출되고, 분리막을 통과하지 못한 활성슬러지(불용성 인산염이 흡착된 활성슬러지) 중 일부는 활성슬러지 반송배관(d)을 따라 무산소조(100)로 반송되며 다른 일부는 활성슬러지 배출배관(e)을 따라 외부로 배출된다. 또한, 간헐적으로 분리막에서 처리된 활성슬러지를 알칼리슬러지 반송배관(미도시)을 따라 알칼리슬러지조(200)로 이송할 수 있다.
상기 분리막조(130)에 설치되는 분리막(Membrane)은 형태에 따라 평막, 중공사막 및 관상형막 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상이며, 막의 기공크기로는 카트리지 필터, MF(Microfiltration) 및 UF(Ultrafiltration) 중에서 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다.
상기 pH조절조(120)는 호기성 상태를 유지하기 위하여 산기관을 통하여 공기를 공급하여 용존산소(DO)를 1 내지 20으로 조절함을 통해서, 알칼리슬러지에 포집된 알칼리화합물에서 유래한 알칼리성 물질을 용출량을 변화시킬 수 있다.
또한, 분리막조(130) 역시 호기성 상태를 유지하기 위하여 산기관을 통하여 공기를 공급하지만, 일반적으로 용존산소(DO)를 1 내지 5 범위에서 조절하여, 교반 및 수류를 형성하고, 더불어 분리막을 에어세척하므로 막이 막히는 현상을 방지할 수 있다.
또한, 상기 처리수조(140)는 상기 분리막조(130)에서 분리막을 통과한 처리수가 유입되며, 상기 처리수를 저장 및 방류시키기 위하여 이를 처리한다.
본 발명의 알칼리슬러지를 이용하여 하폐수에 존재하는 인을 제거하는 장치는 상기에서 설명된 장치로 한정하는 것은 아니고 기존에 설치된 고도처리장치를 이용하여도 된다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예 1 내지 8.
본 발명의 고도처리장치를 이용하여 하폐수 400 ℓ/day를 기준으로 하기 표 1 및 2와 같은 조건에 따라 처리하였다. 알칼리슬러지조에서는 슬러지에 알칼리 화합물을 분당 3.775 ㎖씩 5분 동안 주입하고 10분 동안 알칼리 화합물의 주입 없이 교반하는 것을 6시간 동안 반복하였으며, 슬러지는 분리막조에서 반송된 활성슬러지를 사용하였다.
이때 생물반응조의 활성슬러지와 알칼리슬러지가 혼합된 전체 부피는 131.53 ℓ(무산소조, pH조절조 및 분리막조 내에 함유된 각각의 부피는 43.94 ℓ, 8.45 ℓ 및 79.14 ℓ임)이다. 또한, 무산소조에 투입되는 하폐수의 pH는 7.0 내지 7.5이고, 알칼리슬러지의 pH는 7.8이다.
또한, 분리막조에서 사용된 평막 MF는 유아사에서 제조된 공극의 크기가 0.1 내지 0.4 ㎛인 분리막이다.
표 1
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
무산소조 MLSS 농도(mg/L) 7150 7240 7140 7090
알칼리슬러지주입량(L) 33 - - -
내부반송률(%) 250 250 250 250
교반속도(RPM) 180 180 180 180
DO(mg/L) 0.1 0.0 0.1 0.0
ORP(mmV) -123 -141 -132 -124
체류시간(hr) 2.64 2.64 2.64 2.64
알칼리슬러지조 MLSS 농도(mg/L) 8840 8790 8670 8660
MLSS 량(L) 33 33 33 33
알칼리약품농도(%)(NaOCl) 3 3 3 3
알칼리약품 주입량(ml) 453 453 453 453
약품 주입시간(hr) 6 6 6 6
주입위치 무산소조 pH조절조 pH조절조 분리막조
pH조절조 MLSS 농도(mg/L) 7210 7350 7260 7190
DO 2.2 2.1 2.2 2.0
알칼리슬러지주입량(L) - 33 33 -
체류시간(hr) 0.51 0.51 0.51 0.51
분리막조 MLSS 농도(mg/L) 8840 8790 8670 8660
알칼리슬러지주입량(L) - - - 33
pH 6.9 7.0 6.8 7.1
DO 2.5 2.6 2.4 2.6
체류시간(hr) 4.74 4.74 4.74 4.74
분리막 종류 평막 MF 평막 MF 중공사막 MF 평막 MF
전체 체류시간(hr) 7.89 7.89 7.89 7.89
표 2
구분 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8
무산소조 MLSS 농도(mg/L) 7210 7170 7200 7150
알칼리슬러지주입량(L) 33 - - -
내부반송률(%) 250 250 250 250
교반속도(RPM) 180 180 180 180
DO(mg/L) 0.0 0.0 0.0 0.0
ORP(mmV) -131 -129 -135 -128
체류시간(hr) 2.64 2.64 2.64 2.64
알칼리슬러지조 MLSS 농도(mg/L) 8570 8740 8780 8750
MLSS 량(L) 33 33 33 33
알칼리약품농도(%)(NaOH) 3 3 3 3
알칼리약품 주입량(ml) 453 453 453 453
약품 주입시간(hr) 6 6 6 6
주입위치 무산소조 pH조절조 pH조절조 분리막조
pH조절조 MLSS 농도(mg/L) 7330 7310 7290 7230
DO 1.9 2.0 2.1 2.0
알칼리슬러지주입량(L) - 33 33 -
체류시간(hr) 0.51 0.51 0.51 0.51
분리막조 MLSS 농도(mg/L) 8570 8740 8780 8750
알칼리슬러지주입량(L) - - - 33
pH 6.8 7.1 6.8 7.2
DO 2.4 2.7 2.5 2.6
체류시간(hr) 4.74 4.74 4.74 4.74
분리막 종류 평막 MF 평막 MF 중공사막 MF 평막 MF
전체 체류시간(hr) 7.89 7.89 7.89 7.89
실시예 9.
상기 실시예 2와 동일하게 실시하되, pH조절조의 DO를 5로 하여 하폐수를 처리하였다. 이때 pH는 7.1이다.
실시예 10.
상기 실시예 2와 동일하게 실시하되, pH조절조의 DO를 10으로 하여 하폐수를 처리하였다. 이때 pH는 7.4이다.
실시예 11.
상기 실시예 2와 동일하게 실시하되, 고형분 함량이 20 중량%가 되도록 농축된 알칼리슬러지를 뭉치지 않을 정도로 10배 희석하여 pH조절조에 16.5 ℓ로 주입하여 하폐수를 처리하였다. 이때 pH는 6.8이다.
실시예 12.
상기 실시예 2와 동일하게 실시하되, 알칼리슬러지조에서는 슬러지에 알칼리 화합물을 분당 1.25 ㎖씩 6시간 동안 주입하여 제조된 알칼리슬러지를 이용하여 하폐수를 처리하였다. 이때 pH는 7.0이다.
비교예 1.
상기 실시예 2와 동일하게 실시하되, 상기 pH조절조에 투입되는 알칼리슬러지의 주입량을 80 ℓ로 하여 하폐수를 처리하였다. 이때 pH는 7.8이다.
비교예 2.
상기 실시예 2와 동일하게 실시하되, 알칼리슬러지를 투입하는 대신에 3% NaOCl 453 ㎖를 직접 pH조절조에 투입하여 하폐수를 처리하였다.
비교예 3.
상기 실시예 2와 동일하게 실시하되, 알칼리슬러지조에서 슬러지에 3% NaOCl 453 ㎖를 한 번에 모두 첨가하여 6시간 동안 교반함으로써 알칼리슬러지를 제조하여 하폐수를 처리하였다.
비교예 4.
상기 실시예 2와 동일하게 실시하되, 상기 알칼리슬러지조에서 3% NaOCl을 200 ㎖를 사용하여 하폐수를 처리하였다. 이때 pH는 6.7이다.
비교예 5.
상기 실시예 2와 동일하게 실시하되, 100 ℃에서 48 시간 동안 건조시켜 분말화된 알칼리슬러지를 10배 희석하여 pH조절조에 3 g 주입하여 하폐수를 처리하였다. 이때 pH는 6.6이다.
시험예 1. 음이온 및 양이온의 함량 변화
상시 실시예 1 내지 4의 음이온 및 양이온의 함량 변화를 ASTM에 의한 ICP(유도결합 고주파 플라즈마 분광분석)방법으로 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
표 3
항목 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
유입수 처리수 유입수 처리수 유입수 처리수 유입수 처리수
SO4 2-(음이온) 23.0 36.0 33.0 37.0 24.0 34.0 23.0 35.0
PO4 3-(음이온) 3.95 0.11 4.12 0.09 3.98 0.08 4.11 0.09
Al(3가 양이온) 0.09 0.03 0.09 0.03 0.09 0.02 0.07 0.02
Fe(3가 양이온) 0.12 0.01 0.12 0.02 0.16 0.02 0.13 0.01
Ba(2가 양이온) 0.02 0.02 0.02 0.02 0.03 0.03 0.02 0.02
Ca (ppm CaCO3)(2가 양이온) 82.50 65.8 76.5 64.62 72.25 42.5 77.4 53.1
Cu(2가 양이온) 0.05 0.01 0.02 0.01 0.05 0.01 0.04 0.01
Mg(ppm CaCO3)(2가 양이온) 31.20 26.72 31.9 28.99 22.8 12.0 28.4 24.1
Zn(2가 양이온) 0.06 0.03 0.03 0.01 0.03 0.02 0.04 0.02
Sr(2가 양이온) 0.12 0.12 0.11 0.11 0.14 0.14 0.11 0.11
Mn(2가 양이온) 0.02 0.02 0.02 0.02 0.09 0.07 0.04 0.04
SiO2(2가 양이온) 8.84 8.69 7.76 7.44 10.98 10.18 8.91 8.72
K(1가 양이온) 15.79 15.78 18.47 18.47 17.55 17.54 16.14 16.14
Na(1가 양이온) 42.74 55.72 53.08 54.06 47.5 51.9 49.2 52.3
위 표 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 처리된 실시예 1 내지 4의 처리수의 PO4 3-의 함량이 유입수에 최초 존재하는 함량에 비하여 95% 이상 감소된 것을 확인할 수 있었다.
또한, 처리수에 존재하는 Al, Fe, Ca, Cu, Mg, Zn 등의 2가 및 3가 양이온의 함량도 PO4 3-의 함량과 마찬가지로 유입수에 비하여 현저히 감소하여 역삼투(R/O) 공정의 사용 없이도 상기 다가 양이온의 제거효과를 얻을 수 있었다.
상기 결과로 인하여 유입수의 양이온 및 음이온이 알칼리슬러지에 의하여 불용성 인산염의 형태로 결합한 후 활성슬러지에 흡착되어 제거되는 것을 알 수 있다.
시험예 2.
상기 실시예 및 비교예에 대한 BOD, COD, SS, T-N, T-P 및 총대장균수를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 4 내지 7에 나타내었다.
표 4
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
유입수(mg/L) 처리수(mg/L) 처리효율(%) 유입수(mg/L) 처리수(mg/L) 처리효율(%) 유입수(mg/L) 처리수(mg/L) 처리효율(%) 유입수(mg/L) 처리수(mg/L) 처리효율(%)
BOD 154.3 1.4 99.1 141.2 1.3 99.1 146.5 1.6 98.9 150.3 1.3 99.1
COD 133.6 6.1 95.4 124.0 6.1 95.1 128.5 6.3 95.1 137.0 6.2 95.5
SS 189.0 0.0 100.0 268.0 0.0 100.0 219.0 0.0 100.0 264.0 0.0 100.0
T-N 41.053 6.544 84.1 43.486 5.265 87.9 46.840 5.914 87.4 42.260 6.246 85.2
T-P 3.961 0.137 96.5 4.224 0.115 97.3 4.038 0.095 97.6 4.218 0.108 97.4
총대장균군수(개/ml) TNTC <30 - TNTC <30 - TNTC <30 - TNTC <30 -
표 5
구 분 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8
유입수(mg/L) 처리수(mg/L) 처리효율(%) 유입수(mg/L) 처리수(mg/L) 처리효율(%) 유입수(mg/L) 처리수(mg/L) 처리효율(%) 유입수(mg/L) 처리수(mg/L) 처리효율(%)
BOD 139.6 1.3 99.1 166.3 0.9 99.5 137.6 1.2 99.1 145.7 1.6 98.9
COD 125.4 5.8 95.4 127.6 5.9 95.4 128.0 5.8 95.5 130.9 6.2 95.3
SS 232.0 0.0 100.0 248.0 0.0 100.0 224.5 0.0 100.0 235.2 0.0 100.0
T-N 47.644 6.319 86.7 48.150 6.881 85.7 49.640 7.226 85.4 48.648 7.473 84.6
T-P 5.317 0.145 97.3 5.659 0.172 97.0 5.132 0.160 96.9 5.447 0.164 97.0
총대장균군수(개/ml) TNTC <30 - TNTC <30 - TNTC <30 - TNTC <30 -
표 6
구 분 실시예 9 실시예 10 실시예 11 실시예 12
유입수(mg/L) 처리수(mg/L) 처리효율(%) 유입수(mg/L) 처리수(mg/L) 처리효율(%) 유입수(mg/L) 처리수(mg/L) 처리효율(%) 유입수(mg/L) 처리수(mg/L) 처리효율(%)
BOD 121.4 1.2 99.0 164.3 0.9 99.5 139.2 1.2 99.2 140.2 1.3 99.1
COD 120.4 5.7 95.3 124.6 5.7 95.5 121.0 6.0 95.0 124.4 6.0 95.2
SS 211.0 0.0 100.0 251.0 0.0 100.0 268.0 0.0 100.0 248.0 0.0 100.0
T-N 48.921 5.987 87.8 48.640 6.675 86.3 42.546 6.015 85.9 43.331 6.012 86.2
T-P 5.427 0.155 97.1 5.432 0.315 94.2 4.314 0.145 96.6 4.114 0.138 96.7
총대장균군수(개/ml) TNTC <30 - TNTC <30 - TNTC <30 - TNTC <30 -
표 7
구 분 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5
유입수(mg/L) 처리수(mg/L) 처리효율(%) 유입수(mg/L) 처리수(mg/L) 처리효율(%) 유입수(mg/L) 처리수(mg/L) 처리효율(%) 유입수(mg/L) 처리수(mg/L) 처리효율(%) 유입수(mg/L) 처리수(mg/L) 처리효율(%)
BOD 121.7 3.2 97.4 161.0 7.0 95.7 137.2 1.2 99.2 145.4 1.3 99.1 143.1 1.3 99.1
COD 122.1 13.8 88.7 124.7 17.7 89.0 124.0 8.0 93.5 128.7 6.1 95.2 125.6 6.1 95.2
SS 236.0 0.0 100.0 251.0 0.0 100.0 250.0 0.0 100.0 265.0 0.0 100.0 271.0 0.0 100.0
T-N 48.711 13.875 71.52 48.702 40.575 16.7 43.167 10.225 76.33 43.547 6.194 85.8 43.296 6.245 85.8
T-P 5.307 0.88 83.4 5.417 2.41 55.5 4.561 0.95 79.2 4.321 0.65 85.0 4.201 1.80 57.2
총대장균군수(개/ml) TNTC <30 - TNTC <30 - TNTC <30 - TNTC <30 - TNTC <30 -
위 표 4 내지 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 처리된 실시예 1 내지 12는 BOD 98.9~99.5%, COD 95.1~95.5%, SS 100%, T-N 84.1~87.9%, TP 94.2~97.6%의 처리효율을 보이는 것으로 확인되었다.
반면, 비교예 1 내지 4는 BOD 95.7~99.2%, COD 88.7~95.2%, SS 100%, T-N 16.7~85.8%, TP 55.5~85.0%의 처리효율을 보이며, 특히 비교예 2 및 3은 총질소의 처리효율이 낮고 비교예 4 및 5는 총인의 처리효율이 실시예에 비하여 낮은 것으로 확인되었다.
또한, 2012년부터는 수질기준이 강화되어 하기 표 8에서 나타낸 기준을 만족해야 한다.
표 8
하수 BOD(mg/L) COD(mg/L) SS(mg/L) T-N(mg/L) T-P(mg/L) 총대장균군수(개/ml)
1일 하수처리 용량 500 이상 지역 5 이하 20 이하 10 이하 20 이하 0.2 이하 1000 이하
지역 5 이하 20 이하 10 이하 20 이하 0.3 이하 3000 이하
지역 10 이하 40 이하 10 이하 20 이하 0.5 이하
기타 지역 10 이하 40 이하 10 이하 20 이하 2 이하
1일 하수처리 용량 500 미만 50 이상 10 이하 40 이하 10 이하 20 이하 2 이하
1일 하수처리 용량 50 미만 10 이하 40 이하 10 이하 20 이하 4 이하
본 발명의 실시예 1 내지 13은 상기 기준을 모두 만족하는 것으로 확인되었으며, 특히 총인이 0.5 ㎎/ℓ이하인 것으로 확인되었다.
그러나 비교예 1 내지 4는 상기 총인에 대한 수질기준을 만족하지 못하며, 비교예 2 및 3은 총질소에 대한 수질기준도 만족하지 못하는 것으로 확인되었다.
상기 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ 지역은 법령으로 지정된 지역이다.
<부호의 설명>
100: 생물반응조 110: 무산소조
120: pH조절조 130: 분리막조
140: 처리수조 200: 알칼리슬러지조
a: 알칼리 화합물 공급배관 b: 슬러지 공급배관
c: 알칼리슬러지 이송배관 d:활성슬러지 반송배관
e: 활성슬러지 배출배관
본 발명의 알칼리슬러지는 슬러지에 알칼리 화합물이 축적되어 있어 하폐수 처리에 이용시 알칼리 화합물을 조금씩 용출시키므로 생물반응조에 1회 주입 후 1 내지 3개월 동안 사용할 수 있으므로 사용이 편리하고 경제적이다.

Claims (26)

  1. 슬러지에 알칼리 화합물을 투입하여 혼합하는 것으로서, 상기 혼합시간은 2 내지 12시간이며 상기 혼합공정 전체에 걸쳐서 알칼리 화합물이 투입되는 것을 특징으로 하는 인저감용 알칼리슬러지의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 알칼리슬러지 혼합공정은 슬러지에 알칼리 화합물을 10 내지 50회 분할하여 간헐적으로 투입하면서 교반하는 것을 특징으로 하는 인저감용 알칼리슬러지의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 간헐투입에 의한 알칼리슬러지 혼합공정은 슬러지를 교반하면서 알칼리 화합물을 3 내지 8분 동안 주입한 후, 8 내지 15분 동안 주입을 중단하는 간헐투입을 10 내지 30회 반복하는 것을 특징으로 하는 인저감용 알칼리슬러지의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 간헐투입에 의한 알칼리슬러지 혼합공정은 100ℓ 알칼리슬러지(고형분 함량 0.7 중량% 기준) 제조시 3 중량%의 알칼리화합물로 알칼리화합물 주입단계에서는 투입속도를 분당 2 내지 50 ㎖로 투입하는 것을 특징으로 하는 인저감용 알칼리슬러지의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 알칼리슬러지 혼합공정은 100ℓ 알칼리슬러지(고형분 함량 0.7 중량% 기준) 제조시 혼합공정 전체에 걸쳐서 3 중량%의 알칼리 화합물로분당 1 내지 20 ㎖로 투입하는 것을 특징으로 하는 인저감용 알칼리슬러지의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 알칼리 화합물은 차아염소산나트륨(NaOCl), 차아염소산칼슘(Ca(OCl)2), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 소듐바이카보네이트(NaHCO3), 포타슘바이카보네이트(KHCO3), 마그네슘하이드록사이드(Mg(OH)2), 과탄산나트륨(2Na2CO3-3H2O), 칼슘하이드록사이드(Ca(OH)2), 칼슘옥사이드(CaO) 및 마그네슘옥사이드(MgO)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 인저감용 알칼리슬러지의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 알칼리슬러지(슬러지 고형분 함량 0.7 중량% 기준) 총 부피를 기준으로 0.05 내지 15 부피%의 알칼리 화합물(농도 3 중량% 기준)이 투입되는 것을 특징으로 하는 인저감용 알칼리슬러지의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 알칼리슬러지의 제조방법은 알칼리슬러지를 농축하는 공정 또는 분말화하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인저감용 알칼리슬러지의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 슬러지는 활성슬러지, 잉여 슬러지, 농축 슬러지 또는 탈수케익인 것을 특징으로 하는 인저감용 알칼리슬러지의 제조방법.
  10. 활성슬러지를 이용한 생물학적 하폐수 처리공정에서, 상기 활성슬러지와 혼합되어 하폐수의 인을 저감시키는 알칼리 화합물을 함유하는 알칼리슬러지.
  11. 제10항에 있어서, 알칼리슬러지(슬러지 고형분 함량 0.7 중량% 기준) 총 부피를 기준으로 0.05 내지 15 부피%의 알칼리 화합물(농도 3 중량% 기준)이 투입되는 것을 특징으로 하는 알칼리슬러지.
  12. 제10항에 있어서, 상기 알칼리슬러지의 pH는 7.5 내지 8.5인 것을 특징으로 하는 알칼리슬러지.
  13. 슬러지와 알칼리 화합물을 혼합하여 알칼리슬러지를 제조하는 단계 및
    상기 알칼리슬러지를 생물반응조에 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수의 인 저감방법.
  14. 제13항에 있어서, 알칼리슬러지(슬러지 고형분 함량 0.7 중량% 기준) 총 부피를 기준으로 0.05 내지 15 부피%의 알칼리 화합물(농도 3 중량% 기준)이 투입되는 것을 특징으로 하는 하폐수의 인 저감방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 알칼리슬러지는 생물반응조의 유입수가 포함된 활성슬러지 100 부피부에 대하여 5 내지 40 부피부로 첨가되는 것을 특징으로 하는 하폐수의 인 저감방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 알칼리슬러지가 첨가된 생물반응조의 pH는 6.5 내지 7.5인 것을 특징으로 하는 하폐수의 인 저감방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 생물반응조는 무산소조, pH조절조 및 분리막조 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수의 인 저감방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 pH조절조의 pH 조절을 위하여 용존산소(DO)를 1 내지 20으로 조절하는 것을 특징으로 하는 하폐수의 인 저감방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 무산소조, pH조절조 및 분리막조 중 어느 한 조에 알칼리슬러지가 첨가되는 것을 특징으로 하는 하폐수의 인 저감방법.
  20. 하폐수 저장조, 생물반응조 및 처리수를 포함하는 하폐수 처리장치에 있어서,
    알칼리 화합물 공급배관 및 슬러지 공급배관과 연결되고, 구비된 교반장치로 상기 알칼리 화합물과 슬러지를 교반하여 알칼리슬러지를 제조하는 알칼리슬러지조 및
    상기 알칼리슬러지조의 알칼리슬러지를 생물반응조로 이송하는 알칼리슬러지 이송배관이 구비된 것을 특징으로 하는 하폐수 처리장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 생물반응조는
    유입원수인 인이 함유된 하폐수의 유기물을 제거하고 탈질화를 시키기 위한 무산소조;
    상기 무산소조로부터 유입된 하폐수의 용존성 인을 불용성 인산염으로 변화시켜 활성슬러지에 흡착시키는 pH조절조; 및
    상기 pH조절조로부터 유입된 유입수 및 활성슬러지를 질산화시키고 상기 활성슬러지를 막분리하여 수처리하는 분리막조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수 처리장치.
  22. 제20항에 있어서, 상기 알칼리 화합물은 차아염소산나트륨(NaOCl), 차아염소산칼슘(Ca(OCl)2), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 소듐바이카보네이트(NaHCO3), 포타슘바이카보네이트(KHCO3), 마그네슘하이드록사이드(Mg(OH)2), 과탄산나트륨(2Na2CO3-3H2O), 칼슘하이드록사이드(Ca(OH)2), 칼슘옥사이드(CaO) 및 마그네슘옥사이드(MgO)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 하폐수 처리장치.
  23. 제20항에 있어서, 상기 알칼리슬러지는 생물반응조의 유입수가 포함된 활성슬러지 100 부피부에 대하여 5 내지 40 부피부로 첨가되는 것을 특징으로 하는 하폐수 처리장치.
  24. 제20항에 있어서, 상기 pH조절조에는 용존산소(DO)를 1 내지 20으로 조절하는 산기관을 더 포함하는 하폐수 처리장치.
  25. 제21항에 있어서, 상기 분리막조는 분리막조에서 처리된 활성슬러지 중 일부를 무산소조로 내부 반송시키는 활성슬러지 반송배관 및 다른 일부의 활성슬러지를 외부로 배출시키는 활성슬러지 배출배관을 구비하는 것을 특징으로 하는 하폐수 처리장치.
  26. 제21항에 있어서, 상기 무산소조, pH조절조 및 분리막조 중 하나 이상의 생물반응조에서 활성슬러지 중 일부를 알칼리슬러지조로 내부 반송시키는 알칼리슬러지 반송배관을 구비하는 것을 특징으로 하는 하폐수 처리장치.
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