KR0165168B1 - 혐기/무산소 슬러지처리조를 포함하는 순산소포기 활성슬러지법에 의한 폐수처리장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 순산소포기 활성슬러지를 이용한 호기성 생물처리시 유기물, 인, 질소등의 침전 및 처리효율을 향상시키기 위하여 반응조를 밀폐형의 다단구조로 만들고 반송슬러지를 무산소/혐기 슬러지처리조에서 처리하는 폐수 처리장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 무산소/ 혐기성 슬러지처리공장을 거치지 않은 것과 본 발명의 폐수처리 공정을 거친 유출수의 수질을 비교하였다. 용존성 COD농도가 평균 850mg/1일 때를 기준으로 슬러지 처리조가 없을 때에는 평균유출 용존성 COD, 인, 총질소농도는 각각 60mg/1, 2.1mg/1, 18mg/1이었으나 슬러지를 처리하였을 때에는 평균유출 용존성 COD, 인, 총질소 농도는 각각 52mg/1, 1.4mg/1, 13mg/1이하로 개선되었다

Description

혐기/무산소 슬러지처리조를 포함하는 순산소포기 활성슬러지법에 의한 폐수처리장치 및 방법

제1도는 본 발명의 장치 개념도이다.

제2도는 제1도의 A-A단면을 나타낸다.

제3도는 제1도의 B-B단면을 나타낸다.

제4도는 제1도의 C-C단면(즉 칸막이)을 나타낸다.

상부2부분에 기체통과 부분과 하부 왼쪽에 폐수 및 슬러지 통과 부분이 있다.

제5도는 유입반송슬러지의 용존성 COD와 슬러지처리조에서의 용존성 COD를 비교한 그래프이다.

제6도는 유입반송슬러지의 질산성 질소와 슬러지처리조에서의 질산성 질소를 비교한 그래프이다.

제7도는 유입반송슬러지의 인과 슬러지처리조에서의 인을 비교한 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 산소유입부 3 : 밀폐형 다단반응조의 기상부분

4 : 밀폐형 다단 반응조의 액상부분 6 : 교반기

10 : 침전조, 11~15 : 유량조절밸브

15 : 반송펌프 21 : 부분슬러지처리조

22 : 전량슬러지 처리조 24 : 기체흐름

2 : 페수유입장치 18,19,20 : 슬러지유입위치

7 : 칸막이(baffle) 5 : 경사판

25 : 폐수 및 슬러지 흐름

본 발명은 도시하수, 산업폐수, 축산 및 분뇨폐수, 오수 등의 폐수처리 장치와 방법에 관한 것으로서, 좀 더 자세히는 순산소포기공정, 침전공정 이후 혐기/무산소 상태의 슬러지처리공정을 부가 구성하여 침전효율을 높이고 유기물, 인, 질소 등을 효율적으로 처리하여 나아가 슬러지의 상태와 양 등에 따라 부분 또는 전량 슬러지처리조, 전량반송라인 등을 선택할 수 있도록 하는 폐수처리장치 및 방법에 관한 것이다.

유기성 폐수의 생물학적 처리방법의 대표적인 것으로는 활성슬러지법이 널리 이용되고 있다. 일반적인 공정은 페수 → 1차침전조 → 포기조 → 2차침전조 → 방류의 단계로 구성되어 있고, 2차침전조 이후 얻어진 슬러지를 농축, 탈수하여 폐기하거나 바로 포기조로 반송하는 단계로 구성되어 있다. 그러나 상기와 같은 일반적인 폐수처리공정에서는 슬러지를 특별한 처리 없이 폐기하거나 단순힌 슬러지의 함수량을 원래 함수량보다 낮추어 폐기슬러지의 부피를 줄이는 효과만을 기대할 수 있었을 뿐 폐수의 침전효율, 과잉 번식된 사상성 미생물, 인, 질소 등의 처리 문제는 여전히 과제로 남아 있었다.

최근 80년대말과 90년대에 들어 슬러지의 효율적 처리에 관한 관심들이 높아지고 많은 연구들이 수행되고 있는 추세이다. 이 연구들을 근거가 되는 이론에 따라 대략 세 가지로 분류하여 설명하면 다음과 같다.

첫 번째, 세포의 물질(Extracelluular materials)에 의한 침전효율 증대에 관한 것으로서 세포의 폴리머(ECP;Extracellular polymers)를 포함한 영양염류의 용출(Lysis)이 미생물상태를 양호하게 유지하고 유기물 흡수(sorption) 및 응집을 유리하게 한다는 것이다. 세포의 폴리머는 내생호흡단계에서 비교적 많이 배출되나 세포응집을 위해서는 충분하지 않으므로 세포응집에 충분한 세포의 폴리머를 생성하는 공정이 요구되었다.

그 일례로 Yun등 (미국 특허번호 5128040)은 살수여상조(Trickling Filter;TF) 유출수의 침강향상을 위하여 2차 침전조의 반송슬러지를 무산소 또는 혐기(Anoxic/Anaerobic)탱크 조건에서 처리한 후 처리된 슬러지를 다시 살수여상조 유출수와 호기성 조건하에 짧은 시간동안 혼합시켜 유출수의 슬러지피지수(SVI;Sludge Volume Index)와 부유물질(SS)을 감소시켰다. 살수여상조로의 유입부하가 0.68±0.02Kg COD/㎥d일 때 최적의 무산소조의 체류시간(HRT)을 도출하였으며 45분 무산소체류시간에 최대160mgECP/gMLSS, 90분 체류시간에 최소 70mgECP/gMLSS를 나타냈고 이 때 유출수의 부유물질(SS)은 각각 10 mg/1, 25mg/1를 나타내었다. 국내의 실험결과도 비슷한 양상을 나타내었는데 슬러지부피지수가 150일 때 세포의 폴리머(ECP)가 150~200mgECP/gMLSS를 나타내었다.

두 번째, 무산소/혐기성 선택조(Anoxic/Anaerobic Selector) 및 생물학적인 (P)제거원리에 의한 침전성 향상에 관한 것이다. 에스. 나탄즈(S. Natans), 타입 021N,노스토코이다(Nostocoida)등의 사상성 미생물 중에는 질산성-질소 및 아질산성-질소를 전자수용체로 이용하지 못하는 경우가 있다. 이 조건에서 플럭형성미생물은 용존산소없이 질산성 질소를 전자수용체로 이용할 수 있으므로 침전조에서의 침전성의 향상 및 높은 질소제거효율을 기대할 수 있다는 것이다.

세 번째는, 미생물의 대사해석에 따른 침강 및 유기물 제거율 향상이론이다. 미생물의 대사에는 크게 나누어 호기성과 혐기성대사가 있는데, 호기성 대사에는 유기물을 이용하여 새로운 미생물을 합성하는 부분과 에너지를 얻는 호흡대사가 있다. 호기성 처리에서는 유기물의 약 절반은 미생물로 합성되지만, 혐기성 대사에 있어서 미생물 수율은 호기성 대사에 비해 약 1/10 정도(호기성 대사의 경우 미생물 수율 Y=0.6mgVSS/mgBOD_5,,혐기성 대사의 경우 0.06mgVSS/mg BOD₅)에 불과하며 대부분의 유기물이 발효대사경로를 거쳐 발효산물을 생산하는데 이용된다. Chdoba et.al. (1991)는 반송슬러지를 혐기성처리하는 변형 활성슬러지법에서 혐기성 조건이 슬러지의 침전성을 증가시키고 슬러지의 발생량을 감소시킨다고 보고했다. Westgarth et. al(1964)에 의하면 혐기상태에서 자란 미생물이 호기성 상태로 전환되었을 때 산소를 더욱 쉽게 섭취한다고 하는데 이것은 유기물제거가 더욱 효과적으로 일어남을 의미한다. 또한 혐기조를 첨가한 결과 사상성 벌킹이 억제됨을 슬러지부피지수(SVI)로 밝힐 수 있었으며 현미경 조사결과 사상성 미생물인 베지아토아(Beggiatoa)가 적은 수로 관찰되었다.

위와 같은 최근의 슬러지처리에 관한 연구중 위에서 언급한 Yun의 특허(미국 특허 제5128240호)는 폐수처리의 기본방법 중 활성슬러지법이 아닌 살수여상법을 채택하고 있다. 자갈로 채워진 고정여재 위로 폐수를 흘리면 하향으로 폐수가 흐르고 여재 표면에 형성된 미생물에 의해 유기물이 제거되는 살수여상법(Trickling Filter)은 온도조건에 민감하고 미생물 탈리현상, 악취 등으로 완전한 폐수처리법이 되지 못했다. 이와 같이 살수여상법이 생물처리로서의 역할을 제대로 수행하지 못하므로 수질상태가 나쁜 폐수나 다량의 폐수를 처리하기에는 적합하지 않다. 또한 살수여상은 산소공급에 필요한 에너지가 요구되지는 않지만, 설치비나 설치부지면적이 활성슬러지법에 비해 많이 소요된다는 문제점도 있다. 이러한 단점으로 인하여 살수여상공법이 국내외에서 실제로 적용된 예는 미미한 실정이다.

Chudoba et. al은 슬러지를 혐기성 안정화 공정(Anaerobic Stabilization)으로 처리하였다. (Chudoba et al. Wat. Sci. Tech. Vol.23. pp917-926,1991). 이는 3시간 정도의 장시간동안 슬러지 내 미생물에 산소와 먹이가 부족한 생리적 쇼크를 가함으로써 에너지원으로 ATP를 이용하게 한 후 외부기질이 공급되는 상태의 호기상태로 전환되었을 때 미생물의 생장 대신 에너지를 생성하게 되는 것이다. 이와 같이 3시간 정도의 장시간동안 혐기성 상태에서 슬러지를 처리하여 슬러지 내 미생물 수율을 낮추는 데 초점을 둔 이 연구는 포기조의 슬러지 부피지수(SVI) 200mg/1를 60mg/1로 감소시키는 효과를 나타내었다. 그러나, 장시간의 혐기성 처리로 슬러지 부피는 감소시켰으나, 유출되는 유기물(140mg/1)은 혐기성 처리하지 않은 일반 활성슬러지법에 의한 유출수(90mg/1)에서보다 오히려 증가하였다. 또한, 장시간의 혐기처리로 인하여 미생물의 생존이 어려워지게 된다. 나아가, 폐수중의 질소나 인 등의 처리효율은 개선은 고려되지 못하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 폐수처리시 순산소포기 활성슬러지법을 채택하고 반응조 내에 순산소를 공급하여 높은 미생물농도를 보유하게 함으로써 생물학적 폐수처리 효율을 높이는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 슬러지를 무산소/혐기 상태에서 처리하여 세포의 폴리머 등 점착성 물질의 용출을 유도함으로써 순산소포기조로 재순환되었을 때 침전효율을 향상시켜 유기물 뿐만 아니라 질소와 인의 제거효율을 높이고 부유물질의 배출을 줄일 수 있는 폐수처리장치와 방법을 제공하려는 것이다.

본 발명의 세 번째 목적은 유입폐수의 상태와 농도의 변화가 심할 경우 유출수의 농도 또한 변화가 심한 점을 개선하여 생화학적 산소요구량(BOD;Biochemical Oxigen Demand), 질소, 인을 안정적이고 낮은 농도로 배출하는 폐수처리장치와 방법을 제공하려는 것이다.

본 발명의 네 번째 목적은 계절에 따라 , 또는 폐수의 성분에 따라 또는 슬러지의 상태와 양 등에 따라 부분 전량 슬러지처리조, 슬러지반송라인 등을 선택하여 폐수처리의 효율성을 높일 수 있도록 하는 폐수처리장치 및 방법을 제공하려는 것이다.

본 발명의 다섯 번째 목적은 기존의 활성슬러지법에 따른 폐수처리장치에 약간의 공간만 있는 경우에도 용이하게 슬러지처리조 및 라인을 부가하여 경제적이고 효율적인 폐수처리를 가능하게 하려는 것이다.

이하에서는 본 발명의 구성에 대해 설명하고자 한다.

활성슬러지법에 있어서 순산소포기 활성성슬러지법은 1949년 오쿤(Okun)이 처음으로 개발한 이래 공법자체의 우수성은 입증되었으나 순산소 생산비가 높아 널리 보급되지 않았다. 그러나 산소를 가압흡착식 산소발생장치(Pressure Swing Adsorption;PSA)공법으로 제조하기 시작하면서 폐수처리시 순산소 적용 잠재력은 커지게 되었다.

미국 유니온 카바이드(Union Carbide)사가 폐수처리에 순산소를 이용하여 적용한 것은 1966년 후반이고 1970년에는 하수처리용량 1,135,500㎥/d 의 디트로이트시에 순산소를 이용한 폐수처리방법을 적용하여 성공적인 결과를 보았다. 순산소포기 활성슬러지법과 일반공기포기를 이용한 활성슬러지법의 비교는 표 1과 같다.

표 1 에서와 같이 순산소포기 활성슬러지법은 반응조 내 미생물(Mixed Liquer Suspended Solid; MLSS)을 고농도로 유지하고 순산소를 주입하여 짧은 체류시간 동안 효율적으로 폐수처리를 할 수 있게 하는 공정이다. 순산소포기 활성슬러지법의 반송슬러지는 일반공기포기 활성슬러지법의 슬러지법에 비해 고농도이다. 국내에서의 순산소포기 활성슬러지법의 적용예는 군산의 세풍제지나 전주의 한솔제지 등이 있으나, 반응조의 미생물이 고농도이므로 2차 침전조가 악화될 가능성이 많다. 하수도 설계 기준에 의하면 최종침전지의 설계기준은 수면적부하 20~30㎥/㎡/d, 고형물부하 150~170Kg/㎡/d, 월류웨어부하 190㎥/m/d의 기준을 만족해야 하지만 실제로는 대부분 수면적 부하를 기준으로 설계한다. 조사된 바와 국내 적용된 바에 의하면 순산소포기 활성슬러지법도 수면적부하를 기준으로 설계되는데 그 기준이 공기포기 활성슬러지법과 큰 차이가 나지 않는다. 그러나 순산포기활성슬러지법의 경우 순산소반응조에서 침전조로 보내어지는 반응조 내 미생물(MLSS)농도가 일반 공기포기 활성슬러지법에 비해 2배가량 되므로 2차 침전조의 불안정성이 예상되나, 2차 침전조에서 배출되는 반송슬러지가 아주 고농도이므로 반송슬러지를 잘 처리하면 오히려 좋은 효율을 나타낼 수 있을 것으로 생각되었다.

그리하여 밀폐형 다단식 순산소포기조, 2차침전조 이후 고농도의 반송슬러지를 처리할 수 있는 무산소/혐기 상태의 탱크를 설치하고 실험을 수행하였다.

발명에 적용된 3단 이상의 다단식 밀폐형 반응조는 플럭흐름반응조의 구조를 가지고 있다. 호기성생물 처리시 단일혼합반응조(CFSTR,Continuous flow stirred-tank reactor)의 경우 사상성 미생물의 과다 번식에 따른 벌킹(bulking)이 자주 일어나고 충격부하시 안정된 유출수를 얻기 어렵다. 그러나 본 발명이 채택한 플럭흐름반응조(PFR, Plug flow reactor)는 벌킹과 충격부하에 강하다. 단일혼합반응조의 경우는 반응조 내에서 유입 유기물감소시 저농도에서 잘 자라는 사상성 미생물에 의해 벌킹이 발생되나 플럭흐름반응조의 경우는 흐름에 따라 농도구배를 나타내고 미생물 선택조(Selector)의 역할을 하므로 벌킹이 줄고 충격부하에 안정적으로 대처할 수 있는 것이다.

그리고 본 발명장치의 반응조는 순산소의 이용효율이 높고 배출되는 배가스량이 아주 적은 밀폐형으로서 보온효과가 있어 온도저하에 따라 처리효율이 떨어지는 현상을 방지할 수 있다.

또한 본 발명의 무산소/혐기 슬러지처리조는 2차침전 슬러지가 가지는 특성 즉, 미생물을 다량 포함하고 있다는 점을 이용한 것이다. 2차 침전 슬러지에 포함된 미생물들을 무산소/혐기라는 특수한 환경이나 조건으로 적당 시간동안 처리하였을 경우 슬러지가 세포의 폴리머등의 점액성분을 분비하게 된다. 따라서, 본 발명의 무산소/ 혐기 슬러지처리조에서 처리된 슬러지를 다시 포기조로 반송하였을 경우 이것이 2차 침전조의 침전효율을 현저히 향상시킬 수 있는 것이다. 이 점액성분에는 화학적 산소요구량(COD), 질소 , 인이 증가된 상태로서 유출수의 처리효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 슬러지처리조는 유기물제거뿐만 아니라 수계에 문제가 되고 있는 질소와 인의 처리에도 이용하다.

본발명의 무산소/ 혐기 슬러지처리조는 일견 Chudoba의 혐기성 안정화(Anaerobic Stabilization)공정에서의 혐기탱크와 동일 또는 유사한 구성인 것으로 오해될 우려가 있다. Chudoba의 혐기 탱크는 슬러지를 장시간동안 체류시킴으로써 슬러지를 소화시키기 위한 반응조(Anaerobic Digestion Reactor)이며 슬러지 부피를 감소시키는 것이 주목적이다. 그러나 본 발명의 슬러지처리조는 무산소/혐기라는 특수한 조건에서 최대 2시간 이내, 바람직하게는 30내지 60분동안 미생물을 체류시켜 세포외 폴리머라는 점액성분을 분비하게 하는 반응조로서 이것이 포기조에서의 침전효율을 현저히 향상시킬 수 있는 것이고 나아가 미생물 선택조의 기능을 하여 플럭형성미생물을 선택하고 질소와 인을 제거할 수 있게 한다.

폐수 내의 인제거 문제를 살펴 보겠다. 인제거 미생물은 혐기성 조건에서 정인산(Ortho-P)을 용액 내로 방출시키는데 이를 인의 방출(Phosphorus Release)이라 한다. 미생물을 혐기성 조건에서 호기성조건으로 전환시켰을 때 인제거 미생물은 용액의 정인산을 과량 섭취하여 폴리인(Poly-P)으로 합성하는데. 이를 인의 과잉섭취(Phosphorus Luxury Uptake)라 한다. 이와 같은 인의 제거에 관련된 가장 중요한 균은 아시네토박터(Acinetobacter spp.)이다. 그러나, 과다한 슬러지의 자기분해 결과 등으로 인이 방출되는 경우가 있는데 이것을 2차 인방출(Secondary P-Release)이라 한다. Wenzel등 (1986)은 혐기조건 중의 2차 인방출은 후속공정에서의 인의 섭취를 불가능하게 하며, 중요한 인제거미생물인 아시네토박터의 사멸이나 인제거미생물의 질량감소가 유발된다고 보고했다. (M.C,Wenzel et al., Water S. A., vol 12(4),p209(1986)).이와 같이 혐기조 체류시간을 과잉으로 늘리는 것은 2차 인방출을 초래하여 인제거 효율에 나쁜 영향을 준다. 그러므로, 본발명의 무산소/혐기 슬러지처리공정은 바람직하게는 30내지 60분 동안 수행됨으로써 순산포기조로 재순환되었을 때 인의 과잉섭취현상을 일으킴으로써 인제거라는 목적을 달성할 수 있다.

본발명에서 폐수를 먼저 밀폐형 순산소포기조로 유입시키고, 순산소포기조를 거쳐 나온 폐수는 침전조를 거쳐 얻어진 슬러지는 혐기성 또는 무산소 상태의 침전조 및 슬러지 처리조를 거치게 된다. 그후 경로선택에 따라 슬러지처리조에서 30~60분간 처리된 슬러지가 다시 순산소포기조에 유입되어 용출된 세포의 폴리머 등이 침전효율을 현저히 향상시킬 수 있는 것이다. 그리고 혐기 또는 무산소 상태의 슬러지처리조는 슬러지의 벌킹을 일으키는 사상성 세균의 성장을 억제시키고 플럭형성미생물의 성장을 유리하게 함으로써 플럭형성 미생물을 선택하는 효과도 있으므로, 침강성을 방해하는 벌킹현상을 방지하고 침전율을 높이며 유기물, 부유물질, 질소 및 인의 제거효율을 높일 수 있는 것이다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 좀더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

호기성 생물처리의 조건으로 순산소(1)를 1단 기상(3)에 주입하면 순산소는 교반기(6)에 의해 액상 1단 (4)으로 용존되며 잉여 산소는 같은 방법으로 각 단을 통해 용존된다. 유입산소는 기상흐름이 생길 수 있는 정도의 낮은 압력으로 제2도의 24와 같이 흐르며 반응조가 밀폐구조를 지니기 위해 칸막이 (8)를 수면보다 약간 높게 설치한다. 액상은 제2도에서 보는 것과 같이 수면 바로 위로 유입폐수(2), 반송슬러지(19), 처리된 슬러지(18,20)가 유입된다. 그 흐름은 각 단의 하부를 제 3도의 25와 같이 지나며 각 단에서의 혼합시 사각지대가 발생하지 않도록 각 단마다 경사판(5)을 설치한다. 그리고 각 단에 칸막이(7)를 제3도와 같이 어긋나게 두어서 반응조 전체의 구조과 플럭흐름반응조가 되게 한다. 그리고 7에 대한 칸막이 구조의 단면도는 제4도와 같다. 반응조에서 처리된 유출수는 관(9)을 통해 침전조(10)을 거쳐 방류(23)된다.

슬러지 처리는 두 공정으로 나눌 수 있다. 첫째는, 반송슬러지 전량을 처리하는 경우이다. 둘째는 반송슬러지 일부만을 처리하고 나머지 일부는 기존방식대로 첫단으로 반송시키는 방법이다. 전량처리의 경우는 큰 반응조를 사용하고 일부처리시는 크기가 크지 않은 반응조를 사용한다. 슬러지가 과량 배출되는 경우에는 두 개의 슬러지 처리조를 동시에 이용할 수도 있다. 폐수의 종류, 성분 및 양에 따라 슬러지를 전량처리할 수도 있으며 일부만 처리 할 수도 있다. 그리고 필요에 따라서는 슬러지는 전량 포기조로 빈송할 수도 있다.

즉, 본발명의 구성은 순산소포가 다단반응조; 침전조; 혐기/무산소 및 복합적이고 선택적인 슬러지처리조를 포함하는 폐수처리장치 및 그 방법이다. 본 발명의 구성은 제1도에서 예시되어 있다. 그러나 제1도는 본 발명의 구성에 대한 한 가지 예시일 뿐이며, 본 발명의 구성이 제1도룰 비롯한 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.

제1도에서 볼 수 있듯이 본 발명의 폐수처리 장치는 다단반응조에 다양한 폐수의 조건에 따라 각기 가장 적절한 슬러지처리방법을 적용할 수 있게 하기 위하여 각 밸브1(11)~5(15)를 구성하였다.

첫 번째로 슬러지처리 없이 반송하는 경우는 밸브1(11), 밸브2(12), 벨브3(13), 밸브5(15)는 닫는다. 밸브2(12)는 반응조 내 슬러지 농도(MLSS)를 조정하기 위한 밸브로서 필요한 경우 열어 슬러지를 폐기한다. 그리고 밸브1(11)은 유량조정이 가능하다.

두 번째로 전량 슬러지처리의 경우는 제1도에서 밸브3(13), 라인16, 부분 슬러지처리조(21), 라인18, 밸브4(14), 라인19가 없거나 가동하지 않는 경우로 침전슬러지는 밸브1(11)을열어서 펌프(15)를 통해 전량슬러지처리조(22)로 보내어진다. 처리된 슬러지는 라인20을 통해 첫단에 유입된다.

세 번째로 부분 슬러지 처리의 경우는 제1도에서 밸브5(15), 라인17, 전량슬러지 처리조(22), 라인 20이 없거나 가동하지 않는 경우로 침전슬러지는 밸브1(11)을 열어서 펌프(15)를 통해 일부유량(라인18 유량/라인19 유량=0.1~0.9)을 부분슬러지 처리조(21)로 보내 처리한 다음 라인 18을 통해 3단 입구(제2도의 22)수면으로 유입된다. 나머지 처리되지 않은 2차 침전조의 일부 유량(라인18 유량/라인 유량=0,1~0.9)슬러지는 라인 17을 통해 밸브4(14)를 열고 라인19를 통해 첫단으로 유입된다.

[실시예]

순산소포기와 다단슬러지처리조를 이용하여 처리효율을 향상시키기 위한 목적으로 실험 반응조는 밀폐형 3단 구조로 크기 38㎝W x 131㎝ L x 20㎝ H(99.6 L)인 반응조를 사용하였다. 첫단으로 유입되는 산소농도는 100% 산소량은 200~300ml/min로 주입하였을 때 3단에서 배출되는 산소농도와 양은 40~80%(부피비),10~30ml/min으로 배출되었다. 반응조 교반속도는 60rpm으로 하여 산소용존 및 무유물의 혼합을 유도하였다. 그리고 슬러지처리조에서는 반송슬러지 전량 또는 일부를 교반(교반속도60rpm)과 함께 혐기 혹은 무산소 상태에서 일정시간 체류, 처리한 후 반응조로 보내게 되어 있으며 그 사양은 아래와 같다.

-전량슬러지 처리조의 크기=14㎝Φ*50㎝ H=7.71

-부분슬러지 처리조의 크기=8cmΦ*40cmH=2.01

본 발명에서 사용된 폐수는 조제폐수로서 탄소원으로는 글르코스 280mg/1, 초산 280mg/1 및 효모추출물(Yeast Extract) 30mg/1, 에탄올 384mg/1가 이용되었고, 영양원(질소,인)과 미량원소는 유입농도 용존성 COD 850mg/1,암모니아성 질소(NH-N) 40mg/1, 인(PO-P)5mg/1로서 하수구성성분 비율과 유사하게 조제하여 주입하였다. 운전중의 반응조 내 미생물(MLSS)의 농도는 평균 2000mg/1정도였다. 그 밖에 유입 pH 6.5, 수온은 16±2°C를 유지하였다. 표2는 순산소포기 실험에 대한 운전조건을 나타내었으며 기간에 따른 실험치는 가능한 안정상태에서 측정하였다. 실험에 대한 결과는 표3에 나타내었다.

원래 반응조 내 미생물(MLSS)을 최소 4000mg/1이상 유지하려했으나 벌킹 때문에 반응조 내 미생물(MLSS)을 2000mg/1정도로 유지하여 실험을 수행하였다. 그것은 탄소원을 이루는 초산, 에탄올, 글루코스, 효모추출물 중 초산과 에탄올이 많이 첨가되었기 때문이었다. 특히, 초산은 용존성 저분자 탄수화물로서 과잉으로 주입시 사상성 미생물이 잘 자라게 하는 것으로 알려져 있다. 그러나 제4도 제5도 및 제6도에서 볼 수 있듯이 전량슬러지처리조 및 부분슬러시처리조에서 세포의 폴리머를 포함한 영양염류의 용균 등으로 처리효율이 양호해지는 것을 볼 수 있고 인의 방출도 측정되었다.

*주;

1.시간경과:시간경과는 최소 1일 이상 경과한 후 분석한 것이다. 따라서 보통 1일을 나타내나 경우에 따라서는 외부돌발사건이 발생하는 경우 시스템의 안정상태를 회복한 다음 즉, 2~3일 후 분석한 경우도 있다.

2.COD:화학적 산소요구량

3.TN:총질소(Total Nitrogen)

용존성 COD농도가 평균 850mg/1일 때를 기준으로 슬러지처리조가 없을 때에는 평균유출 용존성 COD, 인, 총질소농도는 각각 60mg/1, 2.1mg/1, 18mg/1이었으나 슬러지를 처리하였을 때에는 평균유출 용존성COD, 인, 총질소 농도는 각각 52mg/1, 1.4mg/q, 13mg/1 이하로 개선되었다.

이와 같이 본 발명은 Yun et al.의 특허에서 수질상태가 나쁜 폐수나 다량의 폐수를 처리하기에는 적합하지 않아 완전한 폐수처리법이 되지 못하는 살수영상법의 단점을 해결하였다. 즉, 본발명은 순산소포기 활성슬러지법을 채택함으로써 반응조 내에 순산소를 공급하여 높은 미생물농도를 보유하게 함으로써 생물학적 폐수처리 효율을 높였다.

또한, 본 발명은 Chudoba et al.의 실험에서 혐기성 탱크의 부피가 포기조 부피의 1내지 2.5배 가량 되는 점과 비교할 때 본 발명 슬러지 처리조는 포기조의 0.02~0.08 정도로서 설치비나 설치부지면적이 많이 소요되지 아니하여 건설에 따르는 비경제성 등의 문제점을 해결하였다.

세 번째로, 본 발명은 무산소/혐기성 슬러지처리공정을 30~60분 정도만 소요함으로써 Chudoba의 실험에서와 같이 3시간 이상 장시간동안 혐기 안정화시켰을 때 미생물 생존이 어려워지거나 불가능해지는 경우와 달리 포기조로 재순환된 슬러지의 생물학적 처리효율에 큰 영향을 미치지 않았다.

네 번째로, 본 발명은 슬러지를 무산소/혐기 상태에서 30 내지 60분간 체루시켜 처리한 결과 세포의 폴리머 등 점착성 물질의 용출을 유도함으로써 순산소포기조로 재순환되었을 때 침전효율을 향상시켰다.

다섯 번째, 본 발명은 무산소/혐기 슬러지 처리공정 이후 순산소포기 공정을 거침으로써 인의 과잉섭취를 유도하여 유기물 뿐만 아니라 질소와 인의 제거효율을 높였다.

여섯 번째, 본 발명은 포기조 각단에 모드 순산소가 고루 용존되어 유입폐수의 상태와 농도의 변화가 심한 경우에도 생화학적 산소요구량(BOD),질소, 인을 안정적이고 낮은 농도로 배출할 수 있을 것으로 기대된다.

일곱 번째, 본 발명은 계절에 따라, 또는 폐수의 성분에 따라, 또는 슬러지와 상태와 양 등에 따라 부분 또는 전량 슬러지처리조, 슬러지 반송라인 등을 선택하여 폐수처리하여 효율성을 높일 수 있다.

여덟 번째, 본 발명은 기존의 활성슬러지법에 따른 폐수처리장치에 약간의 공간만 있는 경우에도 용이하게 슬러지처리조 및 라인을 부가할 수 있으므로 설치비용이 매우 경제적이다.

Claims (15)

1. 폐수에 순산소를 도입하여 미생물을 고농도로 유지하고 짧은 체류시간동안 폐수처리가 가능한 순산소포기공정; 상기 순산소포기공정을 거친 방출수를 고체와 액체로 분리시키는 침전공정; 상기 침전공정에서 분리된 슬러지를 혐기/무산소 탱크에서 처리하여 세포외 폴리머를 용출시킴으로써 침전효율을 높이는 전량 또는 부분 슬러지처리공정; 슬러지처리공정을 거친 슬러지를 순산소포기공정으로 재순환시키는 공정;을 포함하는 폐수처리 방법.
2. 제1항에 있어서 슬러지 재순환공정은 전량 슬러지처리공정 이후 슬러지처리공정을 거친 슬러지를 순산소포기 공정 중의 제1단으로 재순환시키는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 방법.
3. 제1항에 있어서 슬러지 재순환공정은 전량 슬러지처리공정이후 슬러지처리공정을 거친 슬러지를 순산소포기공정 중의 제2단 이후의 포기조로 재순환시키는 것을 특징으로 하는 폐수처리방법.
4. 제1항에 있어서 슬러지 재순환공정은 부분 슬러지처리공정이후 슬러지처리공정을 거친 슬러지를 순산소포공정의 제2단 이후의 단계로 재순환시키고 슬러지처리조를 거치지 않고 반송된 슬러지는 제1단 포기조로 재순환시키는 것을 특징으로 하는 폐수처리 방법.
5. 제1항에 있어서 혐기/무산소 슬러지처리공정은 30분 이상 2시간 이하의 범위 내에서 수행되는 것을 특징으로 하는 폐수처리 방법.
6. 제5항에 있어서 혐기/무산소 슬러지처리공정은 30분 이상 60분 이하의 범위 내에서 수행되는 것을 특징으로 하는 폐수처리 방법.
7. 제1항에 있어서, 순산소포기공정은 충격 부하에 강하고 벌킹을 줄일 수 있는 플럭흐름공정인 것을 특징으로 하는 폐수처리방법.
8. 순산소포기조;침전조;혐기/무산소 슬러지 처리조;슬러지반송라인을 포함하는 폐수처리장치.
9. 제8항에 있어서, 순산소포기조는 3단이상의 다단구조인 것을 특징으로 하는 폐수처리장치.
10. 제8항에 있어서. 순산소포기조는 순산소 효율을 높일 수 있는 밀폐형 포기조인 것을 특징으로 하는 폐수처리 장치.
11. 제8항에 있어서 순산소포기조는 순산소와 폐수의 원활한 혼합을 위하여 포기조의 벽면 하단과 칸막이의 하단에 경사판을 구성한 것을 특징으로 하는 폐수처리장치.
12. 제8항에 있어서 순산소포기조는 산소용존을 높이기 위하여 각단의 포기조에 교반장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수처리장치.
13. 제8항에 있어서, 혐기/무산소 슬러지처리조는 교반장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수처리장치.
14. 제8항에 있어서, 포기조의 기상부분은 포기조 각단에서의 순산소의 용존과 흐름을 원활히 하기 위하여 포기조 각단 사이가 서로 차단되지 않게 한 것을 특징으로 하는 폐수처리장치.
15. 제8항에 있어서 슬러지반송라인은 침전공정 이후 배출되는 슬러지의 양 및 상태에 따라 일부슬러지처리조와 반송라인; 잔량슬러지처리조; 또는 슬러지처리조를 거치지 않고 포기조를 반송하는 경로; 중 하나 이상의 경로를 선택할 수 있도록 구성된 복합적 슬러지처리조 및 반송라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수처리장치.