KR100443109B1 - 슬러지반송수류와 전탈질계열 하폐수처리공법에서의내부순환수류를 이용하는 반응조의 교반방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무산소반응조와 호기성반응조를 구비하고, 호기성반응조의 반응액을 내부순환펌프시설에 의하여 상기 무산소반응조로 내부순환시키는 내부순환관의 관말에는 교반용 이젝터를 구비하여 내부순환 펌프에 의하여 무산소반응조의 교반과 내부순환을 병행하거나, 하나 이상의 반응조와 침전지를 구비하고 침전슬러지를 펌프시설에 의하여 전단계 반응조로 반송시키는 슬러지반송관의 관말에는 교반용 이젝터를 구비하여 슬러지반송펌프에 의하여 반송슬러지가 유입되는 반응조를 교반하는 것으로, 반송슬러지 또는 내부순환수류에 잔존하는 유체에너지를 이용하여 반응조를 교반하므로써 기계식 교반장치가 생략되거나 용량이 감소되므로 시설비와 동력비면에서 경제적인 하폐수처리시설을 제공할 수 있다.

Description

슬러지반송수류와 전탈질계열 하폐수처리공법에서의 내부순환수류를 이용하는 반응조의 교반방법{A Mixing Methods of Reactor using stream of Sludge Recycle and Mixed Liquor Recycle with Pre-Denitrification}

본 발명은 하폐수처리공정에서의 슬러지반송수류와 내부순환이 소요되는 전탈질계열의 하폐수처리공법에서 내부순환수류를 이용하는 반응조의 교반방법에 관한 것이다.

하수중의 오염물질에는 생물화학적 산소요구량(BOD)으로 표시되는 유기물과 질소와 인과 같은 영양염류로 대별된다.

만일 하수중에 질소와 인 등의 영양염류가 포함된 채 방류되면 하천과 호수등의 부영양화가 초래되고, 해양에 유입될 경우 적조발생의 원인이 된다. 부영양화가 심해지면 악취가 나고 수질오염이 가중될 뿐만 아니라 식수와 용수로서 사용도 제한을 받게 된다. 따라서 부영양화를 방지하기 위해서 하수처리장에서 영양염류인 질소화합물이나 인산염을 가급적 충분히 제거시켜야 한다.

하수처리장에서 사용되어온 질소 및 인의 제거공정은 산소를 공급하지 않는 무산소반응조 또는 혐기성반응조와 산소를 공급하는 호기성반응조로 구성된다. 각 반응조의 기능을 보면 호기성반응조에서는 유기성질소 또는 암모니아성 질소를 질산성 질소로 전환시키고, 무산소반응조에서는 질산성 질소를 질소가스로 환원하여 대기중으로 방출시키며, 혐기성반응조에서는 활성슬러지로부터 인의 방출을 유도한다. 이렇게 방출된 인 성분은 다시 호기성반응조에서 미생물에게 과잉섭취되며, 인을 과잉섭취한 미생물을 잉여슬러지를 통하여 제거함으로써 최종적으로 질소와 인이 제거된 처리수를 얻게 되는 것이다.

종래의 영양염류 제거공법 중 질소제거방법은 크게 후탈질계열의 공법과 전탈질계열의 공법으로 구분된다. 그중 질산화를 선행시킨 후에 무산소반응조가 설치되는 후탈질계열의 공법은 탈질효율이 전탈질 공법보다 우수하지만 탈질반응을 위하여 전자공여체로써 메탄올·아세스트산과 같은 유기물을 주입하여야 되므로 유지관리비 소요가 많은 문제점이 있었다.

반면에 전탈질계열의 공법은 메탄올 또는 아세스트산과 같은 유기물을 별도로 주입하지 않고 하폐수중의 유기물을 전자공여체로 이용하므로 후탈질에 비하여 경제적이다.

그러나 전탈질계열의 공법은 질산화된 하수를 앞단계의 탈질반응조로 내부순환시켜야 되므로 내부순환펌프를 설치하기 위한 펌프시설비와 이의 가동에 따른 동력비 소요가 크다. 특히 마을단위 하수처리장과 같은 소규모 하수처리장에서는 설비들의 규모가 작기 때문에 기계장치들의 선정과 관리에도 어려움이 따른다.

도 1은 이와 같은 문제점을 좀더 자세히 설명하기 위한 것으로, 전탈질계열의 공법가운데 대표적인 것이라 할수 있는 MLE공법(Modified Lndzack Ettinger Process)을 예로 든 것이다.

MLE공법은 무산소반응조(101)와 호기성반응조(102) 및 고액분리가 이루어지는 침전지(103)로 구성되며 필요에 따라 최초침전지를 상기 무산소반응조 앞에 설치하기도 한다.

상기 무산소반응조에는 질산염이 함유된 내부순환수와 유기물이 함유된 하수가 잘 혼합되고 활성슬러지가 바닥에 퇴적되지 않도록 혼합하는 교반장치(107)가 설치된다. 상기 호기성반응조(102)에는 하수중의 유기물 분해 및 질산화반응을 위하여 산소를 공급하기 위한 포기장치가 설치되며, 상기 무산소반응조로 내부순환시키는 내부순환펌프(105)가 설치된다.

그런데 이와 같은 종래의 장치구성에서는 상기 내부순환펌프에 의해 상기 무산소반응조로 유입되는 내부순환수에 잔존하는 유체에너지는 무산소반응조의 교반과 혼합에 효과적으로 이용되지 못하고 교반장치(107)만으로 무산소반응조의 혼합과 교반이 이루어지므로 시설비와 동력비면에서 비경제적이며, 이러한 문제는 MLE공법에 국한되지 않고 A₂O, Bardenpho, UCT, VIP공정등 내부순환이 이루어지는 모든 전탈질계열의 고도하수처리시스템에 내재하고 있다.

또한, 슬러지반송펌프(106)와 슬러지반송관(110)에 의하여 압송되는 슬러지반송 수류의 유입수두도 반응조의 교반에 이용되지 못하고 있으며, 이러한 문제점은 종래의 활성슬러지공법은 물론 전탈질 또는 후탈질계열의 고도하폐수처리공법을 포함하여 슬러지의 반송이 이루어지는 모든 하폐수처리시설에 내재되고 있다.

따라서 내부순환수류와 슬러지반송수류에 잔존하는 유체에너지를 반응조의 교반과 유입수류의 혼합을 위하여 효과적으로 이용될 수 있고 시설비와 동력비를 절감할 수 있는 개선책이 요구되고 있다.

이에 본 발명은 상술한 제 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 시설비와 유지관리비를 절감할 수 있고, 하수중의 질소와 인을 제거하는 전탈질계열의 하수처리공법에 효율적으로 적용할 수 있는 혼합(Mixing) 및 교반(Agitation)방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 무산소반응조와 호기성반응조 및 침전지 등을 구비하고 탈질의 목적으로 펌프시설에 의하여 호기성반응조에서 무산소반응조로 내부순환을 시키는 전탈질계열의 하폐수처리공법에 의하여 질소를 제거함에 있어서, 상기 호기성반응조의 반응액을 상기 내부순환펌프시설에 의하여 상기 무산소반응조로 내부순환시키는 내부순환관의 관말에는 교반용 이젝터를 구비하되, 상기 교반용 이젝터를 상기 무산소반응조에 잠기도록 설치하고, 상기 이젝터의 수류공급구로 유입되는 내부순환수류의 유입수두에 의하여 상기 이젝터 내부 노즐의 후면에 형성되는 부압으로 인하여 상기 무산소반응조의 내부에 개방되어 있는 상기 이젝터의 흡입구를 통하여 상기 무산소반응조의 반응액이 상기 이젝터 내부 노즐의 후면으로 흡입되고, 내부순환수류와 함께 혼합되어 상기 이젝터의 분출구를 통하여 분출되도록 함으로써, 내부순환 펌프에 의하여 무산소반응조의 교반과 내부순환을 병행하는 것을 특징으로 하는 전탈질계열의 고도하폐수처리공법에서의 내부순환수류를 이용한 교반방법을 제공하는 것이다.

즉, 본 발명은 전탈질계열로 분류되는 고도하수처리공법에 광범위하게 적용될 수 있는 것으로, 종래에는 무산소반응조의 교반에 주로 회전차를 이용한 기계적인 방법을 이용하였으나, 본 발명에서는 호기성반응조에서 무산소반응조로 내부순환되는 유입수류에 잔존하는 유체에너지를 낭비하지 않고 무산소반응조의 혼합 및 교반에 효과적으로 이용한 것이다.

상기 무산소반응조에는 탈질반응을 위하여 부족되는 유입유기물을 보충하기 위해 슬러지발효액, 유기산 또는 메탄올과 같은 외부탄소원을 공급하기도 하는데이와 같은 외부탄소원을 상기 교반용 이젝터의 수류흡입구를 통하여 공급하므로서 주입된 외부탄소원과 무산소반응조내의 반응액 및 내부순환수류가 서로 신속하고 원활하게 혼합 및 교반될 수 있다.

또한 침전지로부터 슬러지가 반응조로 반송되는 하폐수처리공법에 있어서 슬러지반송관의 관말에는 교반용 이젝터를 반응조의 수중에 잠기도록 설치하고, 반송슬러지의 유입수두에 의하여 상기 교반용 이젝터의 흡입구에서 반응조의 반응액을 흡입하고 반송슬러지와 함께 혼합 및 분출되도록 하므로써 반응조의 교반이 이루어지도록 할 수 있다. 슬러지반송수류를 이용한 반응조의 교반은 전탈질계열의 하폐수처리에는 물론 슬러지반송이 이루어지는 모든 하폐수처리공법에 적용될 수 있다.

또한 상기 내부순환수류 또는 상기 반송슬러지에 잔존하는 유체에너지만으로교반력이 부족될 경우 기계식 교반기를 추가로 설치하여 교반력을 보충할 수 있으며, 이 경우 교반기의 용량이 축소되므로 시설비와 동력비면에서 보다 경제적이다.

도 1은 종래의 전탈질계열 고도하폐수처리공법에서의 내부순환 및 교반장치의 예시도,

도 2는 전탈질계열 고도하폐수처리공법에서 본 발명에 따른 내부순환수류를 이용한 교반방법의 예시도,

도 3은 본 발명에 따른 슬러지반송수류를 이용한 교반방법의 예시도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 무산소 반응조 2 : 호기성 반응조

3 : 침전지 4 : 혐기성 반응조

5 : 내부순환펌프 6 : 슬러지 반송펌프

7, 7a : 교반용 이젝터 8, 8a : 교반기

9 : 내부순환관 10 : 슬러지 반송관

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명한다.

도 2는 전탈질계열의 고도하폐수처리공법에서 MLE공법을 예로 들어 본 발명에 따른 내부순환수류를 이용하는 교반방법의 실시예를 나타내고 있다.

MLE공법은 탈질반응을 위한 무산소반응조(1), 질산화 및 유기물의 호기성분해를 위한 호기성반응조(2)와 침전지(3)로 구성되고, 탈질을 위해 내부순환펌프(5)에 의하여 상기 호기성반응조에서 상기 무산소반응조로 내부순환을 시키는 전탈질방법에 의하여 질소를 제거하도록 구성된다.

상기 호기성반응조의 반응액을 상기 내부순환펌프시설에 의하여 상기 무산소반응조로 내부순환시키는 내부순환관(9)의 관말에는 교반용 이젝터(7)를 구비하여, 상기 교반용 이젝터의 수류공급구로 유입되는 내부순환수류의 수두에 의하여 상기 무산소반응조 내부에서 개방되어 있는 상기 교반용 이젝터의 흡입구에서 상기 무산소반응조의 반응액을 흡입하고 내부순환수류와 함께 혼합되어 상기 교반용 이젝터의 분출구를 통하여 분출되도록 함으로써, 상기 내부순환 펌프에 의하여 무산소반응조의 교반과 내부순환을 병행하는 교반방법을 실현한 것이다.

여기서, 유입유기물이 부족하여 외부탄소원을 무산소반응조에 추가 공급해야 할 경우에는 상기 교반용이젝터의 수류흡입구를 통하여 탈질반응을 위한 분뇨, 슬러지발효액, 유기산 또는 메탄올과 같은 외부탄소원을 공급하게 되면 외부탄소원과 무산소반응조의 반응액 및 반송수류가 신속하고 원활하게 혼합 및 교반이 이루어지므로 탈질반응에 유리하게 작용될 수 있게 된다.

상기 교반용 이젝터의 수류흡입구를 통한 외부 탄소원의 공급방법은 펌프와 같은 주입시설을 이용하여 상기 교반용 이젝터의 수류흡입구로 외부탄소원을 주입시키거나, 수류흡입구에 형성되는 부압을 이용하여 액상의 외부탄소원이 자흡(Self Priming)되도록 할 수 있다.

또한 상기 교반용 이젝터를 통하여 이루어지는 내부순환수류만으로 교반력이 부족될 경우에는 상기 무산소반응조에는 교반기(8)를 추가로 설치하여 교반용 이젝터에 의하여 부족되는 교반력을 보충할 수 있다.

특히, 내부순환은 유입조건에 따라 유입유량의 1∼4배 범위에서 가변적으로이루어지므로 내부순환율의 변화에 따라 반응조의 교반력에도 차이가 발생된다. 따라서 상기 교반기의 구동모터에 공급되는 전력의 주파수를 변조하는 방법등에 의하여 교반기의 회전수를 조절하여 교반력을 적절하게 조절하는 방법도 적용될 수 있다.

예를 들어 설명하면, 유입유량(Q)이 10,000m³/일인 하수처리시설에서 상기 무산소반응조의 체류시간과 소요교반동력이 각각 1.5hr와 5watt/m³인 경우 무산소반응조의 교반력은 3.125kw(10,000m³/일xx5w/m³)이 소요된다.

여기서, 내부순환유량이 1Q이고 유입수두가 1.0m일 때 내부순환수류에 의한 교반동력은 1.134kw(1,000kg/m³xx1.0mx)이 확보될 수 있고, 내부순환유량이 2.3Q일 경우 2.610kw(1,000kg/m³xx1.0mx)의 교반력이 확보될 수 있으므로 내부순환율이 1과 2.3일때에 부족되는 교반력은 각각 1.991kw, 0.515kw이다. 따라서 교반용 수마력이 2kw 정도의 교반기를 설치하고 주파수 변조기(Inductor)등에 의하여 교반기의 회전속도를 변경하는 방법등에 의하여 교반력을 조절하게 되면 반응에 적절한 교반력을 맞추어 공급할 수 있고 동력도 절약할 수 있게 된다.

또한 이 실시예에서도 침전지로부터 반송슬러지를 상기 무산소반응조로 유입시키는 슬러지반송관(10)의 관말에 교반용 이젝터[도면표기 생략]를 설치하고, 반송슬러지의 유입수두에 의하여 상기 교반용 이젝터의 흡입구에서 상기 무산소반응조의 반응액을 흡입하고 반송슬러지와 함께 혼합 및 분출되도록 하므로써 상기 무산소반응조의 교반이 이루어지도록 할 수 있으며 무산소반응조의 앞단계에는 최초침전지를 설치하기도 한다.

도3은 생물학적으로 질소와 인의 제거가 병행되는 A₂O공법을 예로 들어 본 발명에 따른 반송슬러지와 내부순환수류를 이용하는 교반방법의 실시예를 나타내고 있다.

A₂O공법은 무산소반응조(1), 호기성반응조(2)와 침전지(3)로 구성되고, 내부순환펌프(5)와 내부순환관(9)에 의하여 상기 호기성반응조에서 상기 무산소반응조로 내부순환을 시키는 전탈질방법으로 구성되고, 인을 제거하기 위하여 상기 무산소반응조의 전단계에 혐기성반응조(4)가 추가되며 반송슬러지는 상기 혐기성반응조로 유입되는 구성이다.

침전슬러지를 슬러지반송펌프시설(6)에 의하여 혐기성반응조(4)로 반송시키는 슬러지반송관(10)의 관말에는 교반용 이젝터(7a)를 구비하고 상기 교반용 이젝터의 수류공급구로 유입되는 슬러지반송수류의 유입수두에 의하여 상기 혐기성반응조의 내부에 개방되어 있는 상기 이젝터의 흡입구를 통하여 상기 혐기성반응조의 반응액이 흡입되고 유입되는 반송슬러지와 함께 혼합되어 상기 교반용 이젝터의 분출구를 통하여 분출되도록 함으로써, 슬러지반송펌프에 의하여 반송슬러지가 유입되는 반응조의 혼합 및 교반과 슬러지반송을 병행하는 교반방법이 실현될 수 있다.

여기서, 상기 혐기성반응조에는 교반기(8a)를 추가로 설치하여 교반력을 보충하거나, 또는 상기 교반기에는 교반동력을 조절할 수 있는 조절장치를 구비하는 등 도1의 실시예에서와 같은 방법들이 적용될 수 있다.

특히, 상기 혐기성반응조에서 효과적인 인방출반응을 위하여 상기 교반용 이젝터의 수류흡입구를 통하여 슬러지발효액, 유기산 또는 메탄올과 같은 외부탄소원을 상기 혐기성반응조에 공급할 수 있으며, 이와 같이 슬러지반송수류를 이용한 반응조의 교반방법은 이 실시예에서 예를 든 A₂O공법에 제한되지 않고 슬러지반송이 이루어지는 모든 하폐수처리공법에 적용될 수 있다.

산기식 포기장치, 수중교반기겸용 포기장치와 표면포기기들이 설치되어 상시 가동되는 호기성반응조에는 별도의 교반이 불필요하므로 슬러지반송수류를 이용하는 본 발명에서의 교반방법의 실효성이 적다. 그러나 혐기성반응조와 비포기교반조건의 간헐포기조등과 같이 포기시설이 가동되지 않고 반송슬러지가 유입되는 반응조에는 슬러지반송수류를 이용하는 교반방법을 적용하는 것이 시설비와 동력비면에서 경제적이므로 그 실효성이 크다.

또한, 유입부하를 낮추기 위한 고형성유기물의 제거, 초기우수의 처리, 생물학적 처리가 불가능한 미세한 토사의 제거 또는 탈질원으로 가공하여 이용하기 위한 침강성유기물을 회수하는 목적등으로 상술한 도 1 또는 도 2의 실시예에서 상기 무산소반응조(1)와 혐기성반응조(4)의 앞단계에는 최초침전지[도면미표기]를 추가로 설치할 수 있다.

본 발명에 따른 교반방법에 의하면 반송슬러지 또는 내부순환수류에 잔존하는 유체에너지를 이용하여 반응조를 교반하고 기계식 교반장치를 생략하거나 용량을 감소시킬 수 있으므로 시설비와 동력비면에서 경제적인 하폐수처리시설을 제공할 수 있게 된다.

Claims (7)

1. 무산소반응조와 호기성반응조를 구비하고, 질소제거의 목적으로 상기 호기성반응조의 반응액을 펌프시설에 의하여 상기 무산소반응조로 내부순환시키는 전탈질계열의 고도하폐수처리공법에 있어서,

   상기 호기성반응조의 반응액을 상기 내부순환펌프시설에 의하여 상기 무산소반응조로 내부순환시키는 내부순환관의 관말에는 교반용 이젝터를 구비하고 상기 교반용 이젝터의 수류공급구로 유입되는 내부순환수류의 수두에 의하여 상기 교반용 이젝터의 흡입구를 통하여 상기 무산소반응조의 반응액이 흡입되고 내부순환수류와 함께 혼합되어 상기 교반용 이젝터의 분출구를 통하여 분출되도록 함으로써, 내부순환 펌프에 의하여 무산소반응조의 교반과 내부순환을 병행하는 것을 특징으로 하는 슬러지반송수류와 전탈질계열 고도하폐수처리공법에서의 내부순환수류를 이용하는 교반방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 교반용이젝터의 수류흡입구를 통하여 탈질반응을 위한 분뇨, 슬러지발효액, 유기물이 함유된 유입하수, 유기산 또는 메탄올과 같은 외부탄소원을 상기 무산소반응조에 공급하는 것을 특징으로 하는 슬러지반송수류와 전탈질계열 고도하폐수처리공법에서의 내부순환수류를 이용하는 교반방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 무산소반응조에는 교반기를 추가로 설치하여 교반력을보충하는 것을 특징으로 하는 슬러지반송수류와 전탈질계열 고도하폐수처리공법에서의 내부순환수류를 이용하는 교반방법.
4. 하나 이상의 반응조와 침전지를 구비하고, 침전슬러지를 펌프시설에 의하여 전단계 반응조로 반송시키는 하폐수처리공법에 있어서,

   상기 침전슬러지를 상기 슬러지반송펌프시설에 의하여 반응조로 반송시키는 슬러지반송관의 관말에는 교반용 이젝터를 구비하여 상기 교반용 이젝터의 수류공급구로 유입되는 슬러지반송수류의 수두에 의하여 상기 교반용 이젝터의 흡입구를 통하여 상기 반응조의 반응액이 흡입되고 반송슬러지와 함께 혼합되어 상기 교반용 이젝터의 분출구를 통하여 분출되도록 함으로써, 슬러지반송펌프에 의하여 반송슬러지가 유입되는 반응조의 혼합 및 교반과 슬러지반송을 병행하는 것을 특징으로 하는 슬러지반송수류와 전탈질계열 고도하폐수처리공법에서의 내부순환수류를 이용하는 교반방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 교반용이젝터의 수류흡입구를 통하여 슬러지발효액, 분뇨, 유기물이 함유된 유입하수, 유기산 또는 메탄올과 같은 외부탄소원을 상기 반응조에 공급하는 것을 특징으로 하는 슬러지반송수류와 전탈질계열 고도하폐수처리공법에서의 내부순환수류를 이용하는 교반방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 반응조에는 교반기를 추가로 설치하여 교반력을 보충하는 것을 특징으로 하는 슬러지반송수류와 전탈질계열 고도하폐수처리공법에서의 내부순환수류를 이용하는 교반방법.
7. 제3항 또는 제6항에 있어서, 상기 교반기에는 교반동력을 조절할 수 있는 조절장치가 구비되는 것을 특징으로 하는 슬러지반송수류와 전탈질계열 고도하폐수처리공법에서의 내부순환수류를 이용하는 교반방법.