KR100304404B1 - 고정생물막 및 연속역세척 여과공법에 의한 밀집형 고도 하폐수처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고정생물막과 연속역세척 여과공법의 조합을 통해 유기물, 부유고형물 등과 함께 질소 등의 영양염류도 제거할 수 있게 하며 2차 침전조와 여벌의 여과조를 배제하여 하폐수 처리공정 규모를 축소하여 하폐수처리장의 부지확보 문제 등을 해결할 수 있는 밀집형(compact) 고도 하폐수처리 방법을 제공함으로서 비용절감 등의 여러 경제적 이득을 추구하고자 하는 것인 바,

본 발명은 생물막 부착을 위한 담체가 고정상으로 충진되어있는 고정생물막 반응조(A)로 유입된 하폐수가 무산소조(1,2)에서의 탈질반응으로 질산염을 질소가스로 전환하고 유기물을 제거하는 공정과, 탈질과정에서 제거되고 남은 나머지 유기물질을 호기조(3,4)에서 제거하고 암모니아성 질소를 질산염으로 전환하는 공정과, 무산소조(1,2)와 호기조(3,4)를 경유하는 과정에서 부유성 고형물질이 생물막으로 흡착 제거되는 공정과, 고정생물막 반응조(A)를 거친 처리수의 잔여고형물과 질산염을 연속역세척 여과조(5)에서 제거하여 제거된 고형물을 고형물배출관(7)을 통해 배출하고 최종 처리된 유출수는 여과수배출관(6)을 통해 배출하는 공정과,

유출수중 일부는 질산염의 제거를 위하여 다시 무산소조(1,2)로 회송하는 공정으로 된 것에 요지가 있다.

Description

고정생물막 및 연속역세척 여과공법에 의한 밀집형 고도 하폐수처리방법

본 발명은 고정생물막 공법과 연속역세척 여과공법을 이용한 밀집형 고도 하폐수처리의 새로운 방법에 관한 것이다.

종래의 하폐수처리 방법으로는 활성슬러지법이 일반적으로 이용되고 있는 바, 이 방법은 부유성 미생물을 이용하는 것으로 하폐수내 오염물의 부하변동 및 독성물질의 유입이 있을 경우 미생물에 악영향을 미쳐 반응조의 적절한 운전관리가 쉽지 않은 단점이 있다.

또한 반응조내 충분한 미생물 농도의 유지 및 처리수와 슬러지의 분리를 위해 2차 침전조가 반드시 필요하게 되는데, 이때 팽화현상 등의 문제로 인해 고액분리가 원활히 이루어지지 않아 처리수질이 악화되는 문제가 발생하기도 한다.

그리고, 제거되는 BOD(생화학적 산소요구량) 1kg당 일반적으로 0.5kg 정도의 미생물양이 발생하는데, 안정적인 반응조 운전에 요구되는 적정 미생물양 외의 잉여 생체량은 반응조에서 지속적으로 폐기하여야 한다.

이에 비해 최근 새로운 하폐수처리공정으로 각광받는 고정생물막법의 경우는 단위 반응조내 높은 미생물 농도를 유지할 수 있어 부하충격 및 하폐수내 독성물질에도 강한 대처능력을 지니고 있다.

또한 미생물이 담체에 부착되어 성장함에 따라 반응조내 체류시간이 상당히 길어지기 때문에 내생호흡에 의한 잉여 슬러지의 발생량이 활성슬러지법의 1/4정도로 상당히 감소하게 된다.

그리고 입자형 고형물질은 2차 침전조에서의 고액분리와 같은 과정을 거치지 않고도 생물막 반응조내에서의 흡착을 통해 상당량 제거되므로 2차 침전조를 배제하게 되는 여건을 마련해주기도 한다.

또한 미생물이 담체에 고정되어 있기 때문에 반응조내 미생물 농도유지를 위해 요구되는 슬러지의 반송이 필요하지 않다.

이외에도 생물막 반응조의 적절한 분획화를 통한 호기조, 무산소조의 도입으로 유기물질외 질소와 같은 영양염류를 제거할 수 있다.

기존에 널리 이용되고 있는 생물막 공법은 대부분 생물학적 여과(biofilter) 형태의 방식이 쓰이고 있는데, 이 방식은 운전 중에 과잉 생물막에 의한 압력손실로 역세척 과정을 주기적으로 실시해야 하는 문제와 편류현상(channeling)의 발생과 같은 한계를 지니고 있다.

이에 반해 본 발명에서 채택한 방식은 여과식이 아니라 수평형의 반응조 형태이기 때문에 압력손실 등의 문제를 피할 수 있을 뿐만 아니라 간편한 설비확충만으로 기존의 하폐수 처리장에 그대로 적용할 수 있는 장점을 가지고 있다.

후처리 공정으로 흔히 이용되는 재래식 여과조는 운전개시후 일정 시간(보통 24시간)이 지나면 여상내 압력손실이 커짐에 따라 반드시 역세척이 필요하게 된다.

이 경우에 대비해 하폐수처리장에서는 여과의 연속성을 위해 보통 여벌의 여과조를 준비하여 교대로 가동하게 된다.

이러한 여벌의 여과조는 설비규모를 콤팩트하게 구성하는 데에 장애가 되며, 교대로 가동시키기 위해 처리공정을 일시 중단하여야 하므로 여과작업의 지속성을 도모하기 곤란한 단점이 있다.

본 발명의 일부인 연속역세척 여과공법에서는 이런 재래식 여과조의 한계가 극복된다.

여과의 지속성을 위한 역세척 과정이 여과와 동시에 일어나기 때문에 여상은 언제나 초기 운전상태에 머물게 된다.

즉, 여과과정이 지속적으로 유지될 수 있는 것이다.

이런 연속식 역세척 여과조의 이용은 여벌의 여과조를 둘 필요가 없어 시설배제에 따른 비용절감의 효과가 크다고 할 수 있다.

수질환경에 대한 사회적 기대수준이 증대함에 따라 기존의 하폐수처리 방법으로는 이를 충족하기가 어렵게 됐다.

기왕의 주요 오염물인 유기물이나 부유고형물외에도 질소와 같은 영양염류의 제거가 시급히 요구되고 있는 실정이다.

또한 점점 힘들어져 가는 하폐수처리장의 부지확보 문제는 하폐수처리 공정의 규모 축소의 강한 동기로 작용하고 있다.

이런 시점에서 본 발명이 제시하고 있는 여러 가지 특성은 저비용, 고효율의 하폐수 처리방법의 한 대안으로서 충분한 장점을 지니고 있다.

이에 본 발명에서는 2차 침전조와 여벌의 여과조를 배제한 고정생물막과 연속역세척 여과공법의 조합을 통해 유기물, 부유고형물 등과 함께 질소 등의 영양염류도 제거할 수 있게 하며, 하폐수처리 공정의 규모를 축소하여 하폐수처리장의 부지확보 문제 등을 해결할 수 있는 밀집형(compact) 고도 하폐수처리 방법을 제공 하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예를 보인 침적형 고정생물막과 연속역세척 여과조로 이루어진 전체 시스템

도 2는 연속역세척 여과조의 내부 구조도

☞도면의 주요부분에 사용된 부호에 대한 설명☜

A;고정생물막 반응조

1,2;무산소조 3,4;호기조

5;연속역세척여과조 6;여과수배출관

7;고형물배출관 8;회송관

9;혼합기(Stirrer) 10;송풍기

11;에어콤프레셔 12;원수저류조

51;유입관 52,52';유입수분배후드

53;여과사(濾過沙) 54;유출수 웨어(Weir)

55;공기부상기 56;공기공급관

57;모래세척기 58;역세척배제수 웨어(Weir)

도 1은 본 발명의 일 실시예를 보인 침적형 고정생물막과 연속역세척 여과조로 이루어진 전체 시스템을 도시한 것으로,

고정생물막 반응조A에는 생물막 부착을 위한 담체를 고정상으로 충진시킨다. 적용하는 담체는 각종 다양한 종류의 것이 이용될 수 있다.

원수저류조12로부터 고정생물막 반응조A로 유입된 폐수는 도 1의 무산소조1,2에서 탈질반응으로 회송관8에서 회송된 질산염이 질소가스로 전환되고 이와 동시에 유기물이 제거된다.

탈질과정에서 제거되고 남은 유기물질은 호기조3,4에서 그 나머지가 제거된다.

또한 상기 호기조3,4에서는 암모니아성 질소가 질산염으로 전환하게 된다.

고정생물막 반응조A를 거치는 과정에서 폐수에 함유된 고형물질은 대부분 무산소조1,2와 호기조3,4에서 생물막으로 흡착 제거된다.

고정생물막 반응조A를 거친 처리수에는 대부분의 유기물질과 고형물질이 제거되고 잔여 고형물과 질산염만이 남게 되는데, 이는 다시 연속역세척 여과조5를 거치면서 잔여 고형물이 제거된다.

상기 연속역세척 여과조5에서 제거된 고형물은 고형물배출관7을 통해 나오게 되며 여과수배출관6을 통해서는 최종 처리된 유출수가 방류된다.

이때 유출수중 일부는 질산염의 제거를 위하여 다시 무산소조1,2로 보내진다.

한편, 상기 연속역세척 여과조5에는 질산염을 무산소조1,2로 회송하기 위한 회송관8과 역세척을 하기 위하여 공기를 불어넣는 에어콤프레셔11가 설치되고, 무산소조1,2에는 무산소조1,2의 완전 혼합상태를 이루기 위한 혼합기(Stirrer)9, 호기조3,4에는 산소 공급을 위한 송풍기10가 각각 설치된다.

본 발명은 상기한 고정생물막 반응조A와 후술하는 연속역세척 여과조5를 이용하여 밀집형(compact) 고도 하폐수처리 방법을 제공함에 특징이 있다.

도 2는 연속역세척 여과조의 내부 구조도를 도시한 것으로,

상기 고정생물막 반응조A를 거친 처리수는 유입관51으로 유입되어 여과사(濾過沙)53 내부에서 유입수 분배후드52,52'로 흐르게 된다.

유입수 분배후드52,52'는 역 V형으로 되어 유입수를 여과사53 여상 내로 고르게 퍼지게 하고, 여과사53 여상을 통과하면서 유입수에 포함되어 있던 고형물질은 여과사53에 의해 걸러지게 된다.

여상을 다 거친 여과수는 유출수 웨어(Weir)54를 거쳐 도1의 여과수배출관6을 통해 최종의 방류수로 나오게 된다.

방류수 중 일부는 다시 탈질과정을 위하여 여과수배출관6과 연결된 도1의 회송관8을 통해 고정생물막 반응조A의 무산소조1로 회송되고, 유입수의 고형물을 거른 모래 여재(여과사;53)는 서서히 밑으로 흘러 여과조5 바닥에서 공기부상기55를 통해 위로 오르게 된다.

도1의 에어콤프레셔11와 연결된 공기공급관56을 통하여 공기가 공기부상기55 내부로 공급되면 연속역세척 여과조5 바닥의 고형물을 포집한 여과사53가 위로 뜨게 되는데 이 과정에서 모래 입자들 간의 충돌에 의해 모래입자에 붙어있던 고형물질이 떨어져서 세척이 이루어지게 된다.

모래세척기57에서는 공기부상기55 상부에서 흘러나온 모래입자가 비중에 의해 아래로 흐르며 하부에 형성된 지그재그식 통로를 통과하면서 잔여 고형물이 털어진 뒤 다시 여과사53의 표층으로 떨어지게 된다.

모래입자와 분리된 고형물질은 역세척 배제수 웨어58를 통해 유출된다.

유출수 웨어54의 수위가 역세척 배제수 웨어58의 수위보다 높게 유지되므로 여과된 유출수는 항상 모래세척기57 위로 흐르며 모래입자로 부터 분리된 고형물에 의한 여과수의 재오염을 막게 된다.

이하, 본 발명을 하나의 실시예를 통하여 더욱 상세히 살펴보면 다음과 같다.

실시예

고정생물막 반응조A를 수리학적 체류시간 8시간으로 180일간 운전하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

충진율은 시판되고 있는 담체를 이용하여 반응조 용적대비 20%로 하였다.

원수의 평균 SS농도가 82mg/l일 때 고정생물막의 유출수질은 평균 30mg/l의 수질을 얻었다.

운전중 평균 원수농도 COD 285mg/l와 평균 용적부하 0.85kgCOD/m³.d의 조건에서 유기물 제거효율 77%, 제거율 0.7kgCOD/m³.d을 얻었다.

이때 유기물 부하 범위가 최저 0.5kgCOD/m³.d에서 최대 1.4kgCOD/m³.d에 달할 때 제거효율은 80% 대에서 안정적으로 유지되었다.

원수 평균 NH₄-N 72mg/l은 고정생물막 반응조A에서 평균 질산화율 91% 이상을 보였으며 방류수질은 5mg/l이하를 얻었다.

평균 질산화율은 0.2kgNH₄-N/m³.d였다.

암모니아성 질소의 부하가 0.13∼0.32kgNH₄-N/m³.d에 달할 때 질산화율은 0.12∼ 0.29kgNH₄-N/m³.d을 나타냈다.

고정생물막 반응조에서의 총질소 제거효율은 운전기간 중 평균 70%을 얻었으며 이때 제거율은 평균 0.15kgN/m³.d였다.

연속역세척 여과조를 다양한 여과율에서 운전하였을 때 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.

여과율 30L/m².min에서 원수의 평균 부유성 고형물과 탁도가 48mg/l, 23NTU일 때 처리수질은 9mg/l와 2NTU의 처리수질을 얻었다.

여과율 50L/m².min에서 원수의 평균 부유성 고형물과 탁도가 47mg/l, 9NTU일 때 처리수질은 19mg/l와 3NTU의 처리수질을 얻었다.

여과율 70L/m².min에서 원수의 평균 부유성 고형물과 탁도가 42mg/l, 10NTU일 때 처리수질은 18mg/l와 4NTU의 처리수질을 얻었다.

여과율 100L/m².min에서 원수의 평균 부유성 고형물과 탁도가 53mg/l, 16NTU일 때 처리수질은 27mg/l와 8NTU의 처리수질을 얻었다.

다음의 표 1은 각 여과율에서의 제거효율을 나타낸 것이다.

수질인자	여과율 (L/m2.min)
	30	50	70	100
부유성 고형물질제거효율(%)	79	59	58	47
탁도제거효율(%)	74	60	62	54

이상과 같이 본 발명은 고정생물막 공법을 이용함으로써 첫째, 반응조내 고농도의 미생물 유지로 부하변동에 강하여 고부하 처리가 가능하고, 둘째, 생물막의 높은 고형물질 제거능과 적은 잉여슬러지 발생의 특성으로 처리수의 고형물질 농도가 낮아 2차 침전조를 배제하고 직접적으로 처리수를 여과처리할 수 있는 여건을 제공해 주며, 셋째, 미생물은 반응조에서 담체에 고정되어 있어 활성슬러지법에서와 같은 반응기내 미생물의 적정 농도 유지를 위한 슬러지 반송이 필요없어 관련 설비를 줄일 수 있고, 넷째, 반응기 자체에서의 내부 순환에 의해 탈질이 이루어지므로 별도의 탈질조가 필요하지 않으며, 다섯째, 질산화, 탈질이 가능하여 하폐수의 고도처리가 가능하고,

연속역세척 여과조5에서는 여과와 역세척 과정이 연속적으로 이루어지기 때문에 운전관리가 용이하며, 여벌의 여과조가 필요없어 경제적 효용성을 도모할 수 있다.

이상에서 살펴본 본 발명의 고정생물막 및 연속역세척 여과공법을 이용한 밀집형 고도 하폐수 처리방법은 유기물질, 부유고형물질, 질소의 제거가 가능하면서도 2차 침전조의 배제와 연속역세척 여과기법의 도입으로 여벌의 여과조가 필요한 기존 여과방식과는 달리 단일 여과조만으로 충분한 여과기능을 수행할 수 있게 되어 하폐수의 고도처리와 시스템의 밀집화(compact)가 가능하여 공정규모 축소에 따른 비용절감효과등을 도모할 수 있는 것이며, 각종의 하폐수처리에 있어서 다음과 같은 여러 잇점과 경제적 효과 등을 기대할 수 있다.

첫째, 대규모의 폐수처리장 설비가 필요하지 않는 하폐수의 발생량이 적은 소규모 주거지 등에서 저렴한 비용으로 부하변동에 안정적이며 고도처리가 가능한 시스템을 갖출 수 있고,

둘째, 하폐수처리장 부지가 협소하거나 건물 내부등과 같이 소규모의 폐수 처리장 건설이 요구되는 곳 등에 유용하게 적용할 수 있으며,

셋째, 처리수는 소독과정을 거쳐 화장실 용수 및 청소수 등으로 재사용이 가능함으로써 하폐수 의 재활용 시스템으로 널리 이용할 수 있다.

Claims (2)

1. 생물막 부착을 위한 담체가 고정상으로 충진되어있는 고정생물막 반응조A로 유입된 하폐수가 무산소조1,2에서의 탈질반응에 의해 회송관8으로 회송된 질산염을 질소가스로 전환하고 유기물을 제거하는 공정,

   탈질과정에서 제거되고 남은 나머지 유기물질을 호기조3,4에서 제거하고 암모니아성 질소를 질산염으로 전환하는 공정,

   무산소조1,2와 호기조3,4를 경유하는 과정에서 부유성 고형물질이 생물막으로 흡착 제거되는 공정,

   고정생물막 반응조A를 거친 처리수의 잔여고형물을 연속역세척 여과조5에서 제거하여 제거된 고형물을 고형물배출관7을 통해 배출하고 최종 처리된 유출수는 여과수배출관6을 통해 배출하는 공정,

   유출수중 일부는 질산염의 제거를 위하여 다시 무산소조1,2로 회송하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 고정생물막 및 연속역세척 여과공법에 의한 밀집형 고도 하폐수처리방법.
2. 원수저류조12로부터 하폐수가 유입되며 회송관8에서 회송된 질산염을 탈질반응에 의해 질소가스로 전환하고 유기물을 제거하는 무산소조1,2와 탈질과정에서 남은 나머지 유기물질을 제거하며 암모니아성 질소를 질산염으로 전환하는 호기조3,4,로 이루어지며 생물막 부착을 위한 담체가 고정상으로 충진되는 고정생물막 반응조A,

   고정생물막 반응조A를 거친 처리수의 잔여 고형물을 제거하는 연속역세척 여과조5로 구성된 것을 특징으로 하는 고정생물막 및 연속역세척 여과공법에 의한 밀집형 고도 하폐수처리장치.