KR100295871B1 - 유입하수질소농도변화에따른생물학적질소·인제거방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 유입 하수 처리공정은 하수내의 질소와 인을 제거하기 위한 것으로, 유입수의 분배비율에 따라 질소와 인을 효과적으로 제거하는 것을 그 특징으로 한다. 상기 질소와 인 제거공정은 유입수 중의 유기물질(BOD)과 질소(N)의 비(BOD/N)에 따라 유입수를 혐기조와 무산소조로 적절히 분배하여 유입수 중의 유기물질(BOD)과 질소(N)의 비(BOD/N)가 약 4일 때에는 유입수를 무산소조로 전부 유입시키며, 그 비가 25일 때에는 유입수를 혐기조로 전부 유입시키는 것이 바람직하다. 유입수 중의 유기물질(BOD)과 질소(N)의 비(BOD/N)가 그 중간값을 가질 때에는 유입수를 r = 1 + (4 - BOD/N)/21에 의거하여 분배하여 유입시키는 것이 바람직하다.

Description

유입하수 질소 농도 변화에 따른 생물학적 질소·인 제거방법

[발명의 분야]

본 발명은 하수내의 질소·인의 제거에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 유입되는 하수내의 변화에 따라서 질소화합물을 더욱 철저히 그리고 효과적으로 제거하기 위한 생물학적 처리공정에 관한 것이다.

[발명의 배경 및 종래기술]

하·폐수 처리공정에서, 유입되는 하수내의 질소화합물이나 기타 불순물을 제거하기 위한 여러 가지 공법들이 연구되어 왔다. 이러한 공법들은 용존성 및 입자상의 암모니아 또는 유기질소의 형태로 존재하는 질소나 인이 통상 여러 단계의 처리공정을 거치면서 보다 효과적으로 제거될 수 있도록 설계되어 있다. 그러나 이러한 공정들은 처리효율이 떨어지고, 그 처리과정이 복잡하거나 많은 처리 비용이 소요되는 등 여러 단점들이 있다.

예컨대, 가장 대표적인 생물학적 질소 및 인을 제거방법으로 알려지고 있는 A₂/0 공법은 유입수 중의 질소의 함유량에 관계없이 유입수가 혐기조, 무산소조 및 호기조의 순서로 단계별로 거치기 때문에 비용과 시간의 낭비가 많은 문제점이 있었다. 또한, 상기 A₂/0 공법은 질소 및 인의 제거의 불균형이라는 문제점을 가지고 있었다. 이는, 질소 제거와 인의 제거에 요구되는 최적 조건이 서로 상반되기 때문에, 어느 한 물질에 최적 조건을 맞추면 다른 물질은 제거율이 떨어지기 때문이다.

따라서 본 발명자는 생물학적 하수 고도처리 건설시장의 조기 활성화와 당사 고유의 하수 고도처리방법의 필요성에 입각하여 하수 유입수질 성상의 시간적 변화에 대처하기 위하여, 하수중의 질소와 인 제거를 보다 효율적으로 가능케 하는 처리공정을 개발하기에 이른 것이다.

본 발명의 목적은 하수 처리장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 유입되는 하수에 함유된 질소화합물이나 기타의 다른 불순물을 제거할 수 있는 생물학적 하수 처리장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 유입수의 질소 농도 변화에 따라 하수처리를 효과적으로 할 수 있는 생물학적 하수 처리장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 상기 목적 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

도 1은 A²/O 처리공법에 의한 생물학적 질소·인 제거공정을 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 2는 본 발명의 생물학적 질소·인 제거공정을 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 유입수의 효과적인 분배비율을 개략적으로 도시한 그래프이다.

유입되는 하수내의 질소화합물이나 기타 불순물을 제거하기 위한 여러 처리공정들이 있다. 이러한 공정들은 용존성 및 입자상의 암모니아 또는 유기질소의 형태로 존재하는 질소나 인이 통상 여러 단계의 처리공정을 거치면서 보다 효과적으로 제거될 수 있도록 설계되어 있다. 통상 1차 처리와 2차 처리가 주공정인 재래식 처리공정에서 총질소 제거율은 1차 처리인 경우 5~10% 정도, 2차 처리인 경우 1O~30% 정도에 불과하다.

유입되는 하수내의 질소·인 제거를 위한 처리공법은 크게 물리·화학적 공법과 생물학적 공법으로 구분된다. 물리·화학적 질소·인 제거 공법은 공법의 개념이 간단한 반면 관리비용이 비교적 비싸고 처리효율이 나쁜 단점들이 있다.

생물학적 질소제거 공법은 생물학적 질산화 반응과 생물학적 탈질반응으로 이루어진다. 생물학적 질산화 반응은 다음 식에서와 같은 암모니아성 질소가 질산화 미생물에 의해 호기성 상태에서 아질산성 질소를 거쳐 질산성 질소로 산화되는 반응을 이용하는 방법으로 질산화를 일으키는 미생물의 성장속도가 느려 긴 산화시간이 필요하다.

질산화미생물

NH₄ ⁺+ 3/2O₂───────→ NO₂ ^-+ 2H⁺+ H₂O

질산화미생물

NO₂ ^-+ 1/2O₂────────→ NO₃ ^-

생물학적 탈질반응은 다음 식에서 보는 바와 같이 용존산소가 없는 무산소(anoxic) 상태에서 질산성 질소가 질소가스로 환원되는 현상을 이용하는 방법으로, 유기물이 탈질화 미생물에 의해 분해되면서 산소 대신 NO₃ ^-나 NO₂ ^-가 전자수용체로 이용된다.

6NO₃ ^-+ 5CH₃OH ───────→ 3N₂+ 5CO₂+ 7H₂O + 6OH^-

질소제거를 위한 여러 가지 방법 중에서 생물학적 질산화 및 탈질화가 가장 선호되는 이유는 잠재적 처리효율이 높고, 공정의 안정성과 신뢰도가 높으며, 공정의 운전이 비교적 쉽고, 처리비용이 적당하기 때문이다.

현재 주로 채택되는 생물학적 질소 제거공정에서는 질산화 과정을 거친 폐수를 혐기성 탱크나 무산소 탱크로 반송시켜 탈질시키며 생물학적인 제거공정에서는 혐기성 상태에서 세포내의 인이 방출되고 호기성 상태에서 인이 섭취되는 원리를 이용하여 인이 제거되므로, 질소 제거공정과 인 제거공정 간에는 탱크의 배열상 공통점이 있다. 따라서 지금은 생물학적 하수처리시 혐기성 탱크, 무산소 탱크 및 포기조를 적절히 배치하여 하수내의 질소와 인을 동시에 제거하는 공법들이 채택되고 있다. A²/0 공법은 제1도에 도시된 바와 같이 탈질산화를 위해 혐기성 반응조와 호기성 반응조를 연결하고 그 사이에 무산소조를 첨가한 것으로, 무산소조에는 용존산소가 없고 반송수 내의 질산염과 아질산염 형태의 화학적으로 결합된 산소가 이용된다. 반송 슬러지로부터 혐기성 지역에 부과 질산염의 부하를 줄이기 위한 목적으로 무산소성 지역이 때때로 포함될 수 있으며, 혼합액이 호기성 지역에서 무산소성 지역으로 100~300% 반송되고 질소 제거율이 4O~50% 정도이지만, 인 제거율은 다소 낮은 것으로 알려져 있다. 상기와 같은 종래의 A²/0 처리공법은 유입수 중의 질소의 함유량에 관계없이 유입수가 혐기조, 무산소조 및 호기조의 순서로 단계별로 차례대로 거치기 때문에 비용과 시간이 낭비가 많았다.

따라서 본 발명의 질소·인 처리공법은 유입되는 하수내의 질소·인 제거를 위하여 유입수 중의 유기물질(BOD)과 질소(N)의 비(BOD/N)에 따라 유입수를 혐기조와 무산소조로 적절히 분배하도록 이루어진다.

제2도는 본 발명의 질소·인 제거 공법의 개략적인 단면도로서 A²/0 공법의 변형이다. 그러나 그 처리방법에 있어서, 유입수(Q)의 유기물질(BOD)과 질소(N)의 비(BOD/N)가 약 4일 때에는 유입수가 전부 무산소조로 유입되고, 그 비가 25일때에는 유입수가 전부 혐기조로 유입되며, 그 비가 그 중간값을 가질 때에는 하기식에 의해서 분배된다.

분배율을 r이라 하고 BOD/N을 x라 할 때, r = ax + b이고, 여기서, (4, 1), (25, 0)의 값을 대입하면, 1 = 4a + b, O = 25a + b가 되고, a 및 b를 구하면 a = -1/21, b = 1 + 4/21 = 25/21 따라서, (★스캔) 즉, r = 1 + (4 - BOD/N) / 21

이때 r은 무산소조로 유입되는 양과 전체유입 하수량의 비이다.

제3도는 상기의 분배비율을 나타낸 그래프이다. 유입수(Q)는 혐기조(T₁)로 유입되는 유입수(Q₁)와 무산소조(T₂)로 유입되는 유입수(Q₂)로 나누어진다. 이때 질소와 인 제거공정은 유입수 중의 유기물질(BOD)과 질소(N)의 비(BOD/N)에 따라 유입수를 혐기조와 무산소조로 적절히 분배하여 유입수 중의 유기물질(BOD)과 질소(N)의 비(BOD/N)가 약 4일때에는 유입수를 무산소조로 전부 유입시키며, 그 비가 25일 때에는 유입수를 혐기조로 전부 유입시켜 혐기성 반응조(T₁)에서 인 제거 미생물이 BOD 약 21㎎/ℓ를 이용하여 인 방출을 수행하게 하고 BOD 약 4㎎/ℓ는 탈질에 이용될 수 있게 한다. 또한, 유입수 중의 유기물질(BOD)과 질소(N)의 비(BOD/N)가 그 중간값을 가질 때에는 유입수를 r = 1 + (4 - BOD/N)/21에 의거하여 분배하여 유입시킨다. 본 발명의 유입 하수내의 질소·인 제거공법은 생물학적 제거방법을 이용하는 것이므로, 특히 유입수의 수질변동에 따라 질소를 제거함으로서 비용과 시간이 적게 소요되고 제거효율이 높은 등의 발명의 효과를 갖는다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 이용될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

본 발명은 유입되는 하수에 함유된 질소화합물이나 기타의 다른 불순물을 제거할 수 있으며, 유입수의 질소 농도 변화에 따라 하수 처리를 효과적으로 할 수 있는 생물학적 하수 처리장치를 제공하는 효과를 갖는다.

본 발명은 유입수를 적절히 분배하여 혐기성 반응조 및 무산소 반응조로 분배 유입시킴으로써 처리 비용 및 시간의 단축을 가능하게 하고, 질소 및 인의 제거 균형을 이룰 수 있도록 하는 효과가 있다. 또한, 무산소조에서 탈질이 양호하게 수행되게 되므로, 혐기조에서 인 방출을 저해하는 가장 큰 인자라 할 수 있는 반송 질산염 농도 또한 낮아지게 되고, 이로 인하여 혐기조에서 인 방출이 활성화되어 인 제거율이 향상되게 되는 효과가 있다. 특히, 본 발명은 유입 피처리물의 유기물 함량이 낮은 것으로 알려지고 있는 국내 하수처리장에 더욱 효과적인 기술이라 할 수 있다.

또한, 유입수의 분배 유입을 하면서, 본 발명과 같은 체계적인 기준을 가지고 정화설비를 운전하는 것은, 질소 농도가 날짜별로 차이가 나는 점을 감안할 때 매우 효과적이다. 즉, 운전원들의 하수처리장 운영이 용이해지고, 최적화를 위해 고민하는 시간이 줄어들게 된다.

Claims (2)

1. 혐기성 반응조(T1), 호기성 반응조(T3) 및 그 사이에 위치하는 무산소 반응조(T2)로 구성되는 것을 특징으로 하는 유입하수의 질소·인 제거 공정에서, 상기 처리공정이 유입수(Q)중의 유기물질과 질소의 비(BOD/N)가 4일 때는 상기 유입수 전체를 상기 무산소 반응조로, 25일 때는 상기 유입수 전체를 상기 혐기성 반응조로, 4 보다 크고 25보다 작은 값을 가질 때는 r = 1 + (4-BOD/N)/21에 따라 r비율의 유입수를 상기 무산소 반응조로 나머지 유입수는 혐기성 반응조로 적절히 분배하는 것을 특징으로 하는 유입수의 질소·인 제거방법.
2. 제1항에서, 상기 처리공정에 의해 처리된 처리수를 침전지에서 미생물이 포함된 반송수로 분리하여 상기 혐기성 반응조, 무산소 반응조 및 호기성 반응조를 거치게 하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질소·인 제거방법