KR100360561B1 - 유기성하수의 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기성하수의 처리방법에 관한 것으로서, 본 발명의 목적은 기존의 하수처리장의 시설 용량을 증가시키지 않으면서 방류수질 규제치인 생물학적산소요구량(生物學的酸素要求量 biological oxygen demand :BOD)을 최대한 낮추어 처리하고, 처리수량 및 질소와 인의 제거효율을 높이며, 처리수는 농업용수로 재활용할 수 있어 효과적인 하수처리가 제공되는 유기성하수의 처리방법을 제공함에 있다.

본 발명의 상기 목적은 유기성하수(원수)를 초침조(100)에 유입하여 오탁물질을 침전시키고 인발하여 조대형 부유물이 제거된 상태에서 폭기조(200)로 이송하여 오니속에 함유된 유기물과 액상의 유기물을 분해한 다음, 침전조(300)에 유입하여 하수의 고액분리와 동시에 BOD를 저감한 다음, 상등수를 유출시켜 소독한 후 방류하고, 상기 침전조(300)의 침강된 오니를 인발하여 상기 초침조(100), 폭기조(200), 오니농축조(400)로 분배하여 재반응시키는 하수의 처리방법에 있어서,

상기 침전조(300)의 오니를 반송받는 별도의 배양조(500)를 신설하되, 상기 배양조(500)에는 부식토를 펠릿상으로 성형한 물질과 규산염분이 충진된 반응기를 설치하여, 침전조(300)로부터 이곳으로 일정량의 오니를 연속적으로 투입하여 배양한 후, 이를 상기 폭기조(200)로 일정량을 이송시키는 반복과정에 의해서 유입되는 유기성하수와 배양된 반송 오니가 상기 폭기조(200)에서 혼합 교반됨에 의해 부식화 반응을 일으키도록 하는 것을 특징으로 하는 유기성하수의 처리방법에 의하여 달성된다.

이러한 본 발명은 기존의 하수처리장의 시설 용량을 증가시키지 않은 상태에서 오니속의 미생물군의 대사 기능을 활성화시키는 배양조의 신설에 의해 오니를 배양한 후, 배양된 오니를 폭기조로 이송시켜 유입수와 혼합교반하여 유입수(원수)의 방류수질 규제치인 생물학적산소요구량(生物學的酸素要求量 biological oxygen demand :BOD)을 최대한 낮추어 처리하고, 처리수량 및 질소와 인의 제거효율을 높이며, 처리수는 농업용수로 재활용하는 효과가 있다.

Description

유기성하수의 처리방법{A TREATMENT METHODS FOR ORGANIC SEWAGE}

본 발명은 유기성하수의 처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기존의 하수처리장의 시설 용량을 증가시키지 않으면서 방류수질 규제치인 생물학적산소요구량(生物學的酸素要求量 biological oxygen demand :BOD)을 최대한 낮추어 처리하고, 처리수량의 증가 및 질소와 인의 제거효율을 높이며, 처리수는 농업용수로 재활용할 수 있어 효과적인 하수처리가 제공되는 유기성하수의 처리방법에 관한 것이다.

일반적으로 하수 및 오폐수(이하 유기성하수라 칭함)의 처리방법으로 표준 활성오니법이 개시되고 있다.

활성오니법(活性汚泥法 : activated sludge process)은 하수(下水)의 생물학적 산화법으로서, 1913년 영국에서 개발하였고, 16년 미국에서 실용화되어 세계에 보급되었고, 이러한 활성오니법은 하수를 활성오니(호기적 조건에서 하수를 산화하는 세균집단)와 함께 폭기조(曝氣槽)에서 폭기·교반(攪伴)하여 BOD(생물화학적 산소요구량)를 거의 만족시키도록 하면, 하수 속의 콜로이드상(狀) 또는 용해한 물질이 침전하거나 활성오니에 흡착되어 깨끗한 물로 정화시키는 방법이다.

이러한 과정에서의 상기 활성오니는 정화작용을 한 다음 차례로 처리대상물인 하수에서 침전에 의하여 분리되며, 필요에 따라 폐기되거나 또는 다시 본처리과정으로 반송되어 재활용 되는 잇점을 갖고 있어 우리나라의 대부분의 하수처리장에서 적용되고 있다.

그러나, 이러한 활성 오니법을 적용한 우리나라의 하수처리장은 구조적인 측면과 처리방법면에서 여러가지 단점이 있다.

즉, 이러한 활성오니법이 적용된 하수처리장에는 유기성하수(원수)가 유입되는 과정에서 악취가 심하게 발생되는 단점이 있고, 원수 중에 부유된 조대형 부유물질을 인발하는 과정에서 부유물질의 부패가 빠르게 진행되어 심한 악취의 발산 및 주변환경을 오염시키는 단점이 있다.

특히, 부유물질을 하나의 처리과정에서 침전시킨 후 방류과정에서 침강성이 불량한 물질이 방류수에 그대로 부유된 상태로 배출됨으로 인하여 수질을 악화시키는 요인으로 지적되고 있고, 최근 도시 인구의 증가에 따른 하수의 방출량 증가가 심각하여 처리장의 증설이 불가피하며, 특히 하류에서 부영양화의 원인물질인 질소, 인의 제거 효율이 낮아 이러한 질소, 인의 제거 효율을 높이기 위한 기술이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

도 1은 종래의 활성오니법을 적용한 하수처리장의 하수 처리 개념도로서, 이를 참조하여 활성오니법의 단점을 구체적으로 살펴보면,

종래의 하수처리장은 대부분 초침조(1)에서 고액을 분리하여 침강된 생슬러지는 오니농축조(4)로 보내고 있기 때문에 슬러지 발생량이 많을 수밖에 없고, 발생하는 슬러지를 처리하기 위하여 혐기성 소화조와 같은 방대한 슬러지 감량화 시설이 소요됨과 동시에 슬러지 케익(Cake)의 해양 투기, 소각, 매립 등의 비용이 막대하게 소요된다. 뿐만 아니라 오니농축조의 상등수는 초침조로 유입하게 되어 있어 침강성이 나쁜 상등수가 반류수로서 초침조에 유입되므로써 처리장 전체의 처리효율이 나빠진다.

또한, 하수속에 함유되어 있는 유기물을 먹이로 하는 미생물이 콘크리트 구조물속에서 자연발생되고 이들 자연 발생된 미생물군이 하수를 정화하도록 하기 때문에 부식물이 존재하지 않는 환경이어서 대자연속에서 발생하는 유기물의 부식화 반응과는 괴리된 활동을 하게 된다.

다시 말하여, 하수처리장의 초침조(1), 폭기조(2), 침전조(3), 오니농축조(4)의 각 처리조는 콘크리트 구조물로 구축되어 있고, 그 곳에는 부식물질도 존재할 수 없고, 지구의 평균조성인 무기물질도 존재하지 않는 가운데 유기물만 투입되어 이를 자연 발생 미생물군이 분해를 하게 된다.

그 결과, 부식물질이 존재하는 대자연속에서 일어나는 부식화반응이 일어나지 않고, 부식화 과정에서 생성되는 미생물 대사산물인 킬레이트 화합물, 토양의 입단구조, 성장촉진물질, 항생물질, 생물활성물질이 생성되지 않게 된다.

따라서, 부식물질이 존재하지 않는 수조 속에서 폐수의 처리효율은 시간적으로 많은 시간이 소요되고, 처리량이 한정되고 악취가 심한 단점이 있었다.

또한, 폭기조(2)의 용적이 상대적으로 크고(BOD 용적부하 0.2~0.3Kg/㎥), 이에 반하여 최종 침전조(3)의 체류 시간이 2~3시간으로 짧기 때문에 처리 효율을 높이기 위해 상기 폭기조(2)의 고MLSS(미생물혼합액 농도) 운전을 하면, 최종 침전조(3)에서 오니의 케리오버(carry over)가 염려된다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 하수의 처리방법에서 문제시된 단점을 효과적으로 해소하고자 연구 개발된 것으로서,

본 발명의 목적은 기존의 하수처리장의 시설용량을 증가시키지 않으면서 방류수질의 규제치보다 최대한 낮은 값으로 처리할 수 있는 하수의 처리방법을 제공함에 있다.

본 발명의 목적은 기존의 하수처리장의 시설용량을 증가시키지 않으면서 처리수량을 현재보다 그 이상처리할 수 있는 하수의 처리방법을 제공함에 있다.

본 발명의 목적은 기존의 하수처리장의 시설용량을 증가시키지 않으면서 질소 및 인의 제거효율을 극대화하는 처리를 하여, 처리수를 농업 용수로 재활용할 수 있는 하수의 처리방법을 제공함에 있다.

본 발명의 상기 목적은 배양조를 신설하여, 배양조에 일정량의 오니를 연속적으로 투입하여 오니속의 미생물군의 대사 기능을 활성화시켜 이를 폭기조로 이송하고 , 간이침전지, 최종 침전조를 거쳐 침강오니를 초침조로 일정량을 반송시키는 반복과정에 의해서 유기성하수와 배양된 반송 오니가 상기 초침조, 폭기조에서 혼합교반됨에 의해 부식화 반응을 일으켜 악취를 제거하는 하수의 처리방법에 의하여 달성된다.또한, 본 발명의 목적은 초침조에 유입되는 원수를 산기장치와 블로워(Blower)에 의해 분해처리하여 유입수의 BOD 성분의 처리효율을 높이고, 반응 오니속에 함유된 NOx를 탈질처리하는 하수의 처리방법에 의하여 달성된다.

또한, 본 발명의 목적은 폭기조의 후단에 펌프(Pump)를 설치하고, 폭기(에어공급)의 중단으로 간이침전지로 활용하여, 침전오니는 펌프를 이용해 산기되는 초침조로 반송하여 초침조, 폭기조의 MLSS농도를 높게 유지함과 동시에 최종침전지로 이송되는 오니 부하의 경감에 의해 최종침전지의 오니 부하를 경감시켜 폭기조의 고MLSS 운전을 가능하게 함으로써 처리수질의 BOD 농도를 최대한 낮추어 처리할 수 있는 유기성 하수의 처리방법에 의하여 달성된다.

도 1은 종래의 하수처리장의 처리 계통도,

도 2는 본 발명의 하수처리장의 처리 계통도.

〈 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 〉

100 : 초침조 200 : 폭기조

300 : 침전조 500 : 배양조

이하, 본 발명의 하수의 처리방법에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 처리 계통도로서, 유기성 하수(원수)를 초침조(100)에 유입하여 오탁물질을 침전시키고 인발하여 조대형 부유물이 제거된 상태에서 폭기조(200)로 이송하여 오니속에 함유된 유기물과 액상의 유기물을 분해하고, 침전조(300)에 유입하여 하수의 고액분리와 동시에 BOD를 저감시킨 다음, 상등수를 유출시켜 소독한 후 방류하고 상기 침전조(300)의 침강된 오니를 인발하여 상기 초침조(100), 폭기조(200), 오니농축조(400)로 분배하여 재반응시키는 하수의 처리방법에 있어서,

상기 침전조(300)의 오니를 반송받는 별도의 배양조(500)를 신설하되, 상기 배양조(500)에 일정량의 오니를 연속적으로 투입하여 오니를 배양한 후, 배양된 오니를 상기 폭기조(200)로 일정량을 유입시키는 반복과정에 의해서 유입되는 유기성하수와 배양된 반송 오니가 상기 폭기조(200)에서 혼합 교반됨에 의해 부식화 반응을 일으키도록 한다.

상기 배양조(500)에는 부식토(진정토양)를 펠릿(Pellette)상으로 성형한 물질과 지표면 원소의 평균 조성을 갖고 있으면서도 활성이 뛰어나고 불안전한 규산염분(경석, 화산유리)이 충진된 반응기(Reactor Tower)(510)를 설치한다.

이러한 상기 반응기(510)에 의하여 투입된 오니를 배양하여 오니속에 존재하는 미생물을 활성화시킨 후, 상기 폭기조(200)로 유입시킴으로써, 유입되는 원수와 반응을 하게 된다.

이러한 과정에 의해 유기성하수 속에 함유된 유기 물질은 미생물에 의해 CO_2,N_2,H₂O 등으로 분해되고, 그 과정에서 생성되는 각종 미생물 대사산물, 유기물의 분해 생성물, 재합성 생성물인 킬레이트 산물, 점결성 물질 등이 응집, 축합, 덩어리화, 중합, 중축합하여 분자량이 커지면서 유기성하수 속에 함유된 오탁물질도 착화합물, 내착화합물, 기타 유기-무기화합물의 형태로 결합되어 액상에서 제거되고,

악취분자는 물속에서 이온(ion)상태로 존재하고, 이를 킬레이트성산물이 악취 분자의 +이온(예, NH₄ ⁺)을 킬레이트 구성분자로 포집하여 원래의 성질과 다른 화합물을 생성함으로써 이 과정에서 악취가 제거된다.

상기 초침조(100)에는 유입되는 유입수(원수)의 탈질을 촉진시키기 위해서 산기장치(110)와 블로워(Blower)(120)를 설치하여 교반시킴으로써, 상기 초침조(100)에 탈질조와 예비폭기조의 기능을 부여한다.

이러한 초침조(100)의 구조 개선에 의하여, 종래에 초침조에서 제거하던 생슬러지를 침전, 인발할 필요가 없이 상기 초침조(100) 단계에서 유기물의 일부 분해가 이루어져 유기성하수의 처리가 효율적으로 된다.

이때, 상기에서 언급한 바와 같이, 산기장치(110)는 가능한 한 DO(용존산소량)를 낮게 운전할 수 있도록 교반능력이 뛰어나면서도 산소 전달 효율이 낮은 것을 선정한다.

이러한 초침조(100)의 예비폭기조 활용은 상기 반송되는 오니속에 함유된 NO_X가 상기 초침조(100)의 전단에 반송되어 폭기가 되지만 아직 DO가 발생하지 않은 유입수(원수)와 혼합, 교반됨으로써 탈질균에 의해 원수속에 함유된 유기물을 탄소원으로 하여 탈질되고, 그 과정에서 상응하는 BOD가 저감된다.

한편, 상기 초침조의 예비폭기조로의 활용에 의해 부식화반응으로 유도된 미생물군의 오탁물 제거 효율이 높아(BOD 용적부하 0.4~2.1Kg/㎥BOD), 상기 폭기조(200)의 용량이 충분히 여유있게 된다.

이때, 상기 폭기조(200)에서의 처리수질의 BOD를 낮추기 위해서는 상기 폭기조(200)의 MLSS를 5,000ppm 정도나 그 이상으로 운영하여야 하는 데, 상기 최종 침전조(300)의 용량이 2~3hr로 상대적으로 짧기때문에, 상기 폭기조(200)에는 후단에 펌프(Pump)(230)를 설치하고, 폭기(에어공급)의 중단으로 간이침전지(220)로 활용하고, 펌프로 침전오니를 산기되는 초침조(100)로 반송하여 초침조(100), 폭기조(200)의 MLSS농도를 높게 유지하여 유용균의 활성을 높여 처리효율을 높이고 동시에 최종의 상기 침전조(300)로 이송되는 오니 부하를 경감시킨다.

상기 폭기조(200)의 고 MLSS농도의 운전은 오니 일령이 길게 됨으로써 증식속도가 느린 질산화균의 증식밀도를 높이는 조건이 갖추어질 뿐만 아니라 반송 오니속에 서식하고 있는 질산화균이 상기 초침조(100)에서 폭기조(200)로 공급됨으로써 상기 폭기조(200)의 자체내에서 자연발생적으로 증식하는 것보다 질산화균의 서식밀도가 근원적으로 높게 되고, 반송오니속에 함유된 생장촉진물질, 생물활성물질의 영향으로 미생물의 활성이 높아지는 원리로 질산화균의 증식속도가 빨라지게 되어 암모니아성 질소를 질산성 질소로 산화시키는 질산화조의 기능도 수행하게 되어 고효율의 질산화율을 제공한다.

이때, 상기 폭기조(300)의 간이침전조(220)의 활용시에는 오니의 수집 라인이 없으므로 부분적으로 오니가 퇴적되는 경우가 발생될 수 있다.

따라서, 상기 폭기조(200)에는 고효율의 산기장치(210)를 설치하여 1일 2~3회 30분정도로 상기 산기장치(210)을 가동하여 오니의 퇴적을 방지할 수 있다.

상기 침전조(300)는 상기 폭기조(200)에서 유입된 침강된 오니를 인발하여 배양조(500), 폭기조(200), 초침조(100) 및 오니농축조(400)로 일정량을 분배하여 반송한다.

이러한 침전조(300)는 전단부에서 다량으로 반송이 이루어지고 있으므로 상기 침전조(300)의 후단의 하부는 느슨한 교반상태가 유지되고 있어, 통성혐기성 상태임으로 탈질조의 기능을 부분적으로 제공하게 된다.

이 과정에서 약간의 BOD 저감과 T-N 제거가 이루어진다.

또한, 이러한 최종의 침전조(300)에 이송된 오니는 입자가 크고, 이온포집능력이 강하기때문에 오니에 포집된 각종 이온성 물질이 오니와 더불어 제거된다.

상기 오니농축조(400)에는, 기존에 초침조에서 생성되던 생오니의 유입이 전혀 없고, 최종 침전조(300)의 오니만이 유입됨으로 오니농축조(400)에서의 상징수는 최종 침전조(300)의 상징수와 같은 수질임으로 초침조로의 반려수의 문제는 발생하지 않는다.

이러한 본 발명의 실시에 의한 기존의 하수처리장의 개조전과 본 발명을 적용한 개조후의 결과를 하기의 표 1 내지 표 4에 대비하였다.

이러한 본 발명은 슬러지(오니) 발생비율이 종전에 비하여 1/3이하로 발생되었고, 처리수는 멸균력이 뛰어남으로 추가 가공이 없이 전량 농업 용수로 재활용을 할 수 있으며, 발생된 잉여 슬러지는 토양에 환원하여도 전혀 문제가 없다.

이상에서 상세히 살펴본 바와 같이, 본 발명은 기존의 하수처리장의 시설 용량을 증가시키지 않은 상태에서, 배양조를 신설하고, 여기서 생성된 배양오니를 폭기조로 이송하여 유입하수와 혼합교반하여 유입수(원수)의 방류수질 규제치인 생물학적산소요구량(生物學的酸素要求量 biological oxygen demand :BOD)을 최대한 낮추어 처리하고, 처리수량 및 질소와 인의 제거효율을 높이며, 처리수는 농업용수로 재활용할 수 있게 된다.

Claims (5)

1. 유기성 하수를 초침조(100)에 유입하여 오탁물질을 침전시키고 인발하여 조대형 부유물이 제거된 상태에서 폭기조(200)로 이송하여 오니속에 함유된 유기물과 액상의 유기물을 분해하고, 침전조(300)에 유입하여 하수의 고액분리와 동시에 탈질에 의해 BOD를 저감한 다음, 상등수를 유출시켜 소독한 후 방류하고, 상기 침전조(300)의 침강된 오니를 인발하여 상기 초침조(100), 폭기조(200), 오니농축조(400)로 분배하여 재반응시키는 하수의 처리방법에 있어서,

   상기 초침조(100)에는 산기장치(110)와 블로워(120)를 설치하여, 상기 초침조(100)에 탈질조와 예비폭기조의 기능을 부여하여, 유입되는 유기성 하수와 상기 폭기조(200)에서 반송되는 오니를 혼합, 교반함으로써 유입되는 유기성 하수의 탈질을 촉진하고, BOD를 저감시키며,

   상기 폭기조(200)에는 후단에 펌프(230)를 설치하고, 폭기의 중단으로 간이침전지(220)로 활용하여, 침전오니를 상기 펌프를 이용하여 초침조(100)로 반송하여 초침조(100), 폭기조(200)의 MLSS(미생물혼합액 농도)를 높게 유지하여 처리효율을 높이고, 동시에 최종의 상기 침전조(300)로 이송되는 오니 부하를 경감시키며,

   상기 침전조(300)의 오니를 반송받는 별도의 배양조(500)를 신설하되, 상기 배양조(500)에는 부식토를 펠릿상으로 성형한 물질과 규산염분이 충진된 반응기(510)를 설치하고, 침전조(300)로부터 일정량의 오니를 배양조(500)로 연속적으로 투입하여 배양한 후, 배양된 오니를 상기 폭기조(200)로 일정량을 이송시키는 반복과정에 의해서 유입되는 유기성 하수와 배양된 반송 오니가 상기 폭기조(200)에서 혼합 교반됨에 의해 부식화 반응을 일으키도록 하는 것을 특징으로 하는 유기성 하수의 처리방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 폭기조(200)에는 고효율의 산기장치(210)를 설치하여,상기 폭기조(200)의 간이침전조(220)로의 활용에 따른 오니의 퇴적을 방지하기 위하여, 1일 2~3회 30분정도로 상기 산기장치(210)를 가동하여 오니의 퇴적을 방지하는 것을 특징으로 하는 유기성 하수의 처리방법.