KR100504150B1 - 회분식 혐기조와 혼성형 연속회분식 반응조를 이용한 하,폐수 처리방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 회분식 혐기조와 혼성형 연속회분식 반응조를 이용한 하, 폐수 처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회분식 혐기조를 이용하여 질산성 질소를 제거하며, 생물학적 인 방출을 진행시켜 질소와 인의 동시 제거에 필요한 조건을 만족하고, 소량의 여재가 충진된 혼성형 연속회분식 반응조를 이용하여 고농도의 MLSS(Mixed Liquer Suspended Solid)와 부착성 미생물을 확보하여 부하변동 및 온도변화에도 질소와 인을 제거할 수 있으며, 동시에 저농도 MLSS가 유지되는 부유성 영역에서 안정적으로 방류수질을 유지할 수 있는 하, 폐수 처리방법에 관한 것으로서, 하, 폐수를 처리함에 있어서, 유입수의 오염부하를 완화시키며 완충역활을 수행함과 동시에, 혐기조건으로 질산성질소를 제거하고, 인방출을 진행시키는 회분식 혐기조(10)와, 여재충전층(12)이 형성되어 고농도의 MLSS를 유지시키는 부착성영역인 여재충전부(11) 및 저농도의 MLSS를 유지시키는 부유성영역(13)에 상호 간벽(14)이 형성된채 공존되는 연속회분식 반응조(15)로 이루어져 질소 및 인의 처리 조건을 가변적, 순차적으로 처리할 수 있도록 되어 있다.
Description
본 발명은 회분식 혐기조와 혼성형 연속회분식 반응조를 이용한 하, 폐수 처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회분식 혐기조를 이용하여 질산성 질소(NO3-N)제거하며, 생물학적 인 방출을 진행시켜 질소와 인의 동시 제거에 필요한 조건을 만족하고, 소량의 여재가 충진된 혼성형 연속회분식 반응조를 이용하여 고농도의 MLSS(Mixed Liquer Suspended Solid)와 부착성 미생물을 확보하여 부하변동 및 온도변화에도 질소와 인을 제거할 수 있으며, 동시에 저농도 MLSS가 유지되는 부유성 영역에서 안정적으로 방류수질을 유지할 수 있는 하, 폐수 처리방법에 관한 것이다.
일반적으로, 하, 폐수로부터 생물학적으로 질소와 인이 제거되는 메카니즘은 많은 차이점이 있는 것으로, 질소 제거의 경우, 우선적으로 호기(Aerobic) 조건에서 질산화 미생물에 의해 암모니아성 질소(NH4-N)를 아질산성 질소(NO2-N)나 질산성 질소(NO3-N)로 산화시키는 질산화 단계를 거친 후, 무산소(Anoxic) 조건에서 유기물을 전자공여체로 하여 산화된 형태의 질소가 환원(탈질)되어 기체형태(N2)로 대기중으로 날아감으로서 질소가 제거된다.
반면, 인 제거의 경우에는 혐기(Anaerobic) 조건에서 인 제거 미생물이 유기물의 체내축적에 필요한 에너지를 획득하기 위하여 ATP(Adenosine Triphosphate)를 ADP(Adenosine Diphosphate)로 전환시키는데, 이때 인이 방출(P Release)되는 것으로, 혐기 조건 후에 호기 조건에서 인 제거 미생물은 세포내에 축적된 유기물을 산화시켜 얻어진 에너지를 이용하여 체내의 에너지원인 상기 ATP를 형성한다.
이때, 상기 혐기 조건에서 방출된 인이 세포내로 축적됨에 있어, 방출되는 인보다 많은 양의 인이 축적되는 현상이 발생하는데 이를 과잉 인 섭취(Luxury P Uptake)라 하고, 이러한 과정을 통하여 생성된 인 제거 미생물을 제거하면 하, 폐수에서 인을 제거할 수 있게 된다.
그리고, 미생물의 특성상 질산화 및 탈질 미생물은 증식속도가 느리기 때문에 일정량의 질소를 제거하기 위해서는 시스템 내에 많은 양의 미생물이 유지되어야 하는 것으로, MLSS를 높게 유지할 경우, 질산화 및 탈질 미생물이 시스템 내에 다량 존재하게 되어 하, 폐수의 짧은 체류 시간에도 질소 제거가 가능하게 된다.
그러나, 인 제거 미생물의 경우에는 질산화 및 탈질 미생물보다 증식 속도가 커서 MLSS를 낮게 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 많은 양의 인 제거 미생물을 시스템으로부터 제거하는 것이 많은 양의 인을 제거하는 것이기 때문에 상기 MLSS를 낮게 유지하는 것이 더 유리하다고 하겠다.
따라서, 일반적인 하수처리공정의 경우에는 모든 미생물들이 혼합된 상태로 존재하기 때문에 특정 미생물만을 선택적으로 제거하는 것이 불가능하다. 이러한 이유로 인하여, 즉 질소 제거를 위해서는 높은 MLSS 농도 유지가 필요하지만, 인 제거를 위해서는 낮은 MLSS 농도 유지가 필요하므로, 질소와 인 제거를 위한 최적의 운전방법을 설정하기 위해서는 상기 MLSS 농도를 각각 분리하여 성장시키는 것이 최적의 처리방법이라고 할 수 있다.
그런데, 알려져 있는 연속회분식 반응조(SBR; Sequencing Batch Reactor) 공법은 활성슬러지 공법에 비해 기질제거 속도가 빠르고, 혐기와 호기 조건을 쉽게 형성시킬 수 있어 유기물 제거와 함께 질산화 및 탈질을 쉽게 도모할 수 있고, 소요부지가 적어 중, 소규모 처리장에 적합한 공정이나, 상기 MLSS 농도를 높게 유지시키기가 어럽고, 국내 하수 성상과 같은 낮은 화학적 산소요구량(COD; Chemical Oxygen Demand)으로 인해 질소와 인을 동시에 효율적으로 제거시킬 수 없으며, 고농도 산업 폐수와 같이 질소와 인의 함량이 높을 경우 처리 효율이 낮은 문제점이 있었다.
이에 반하여 여재가 충진된 생물막(Biofilm) 공법은 미생물의 다양성을 확보할 수 있고 온도와 충격부하에 대한 영향이 적으며 슬러지 벌킹(Sludge Bulking) 등이 발생하지 않는 장점이 있으나, 두꺼운 생물막이 형성되기 쉽고 과도한 미생물이 부착되어 처리효율이 떨어지는 등의 문제점이 있었다.
본 발명은 이상과 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 중, 소규모 하수처리시설에서 적용되는 것으로, 질소 및 인의 처리 조건을 가변적, 순차적으로 동시에 효율적으로 처리, 제거할 수 있는 하, 폐수 처리방법을 제공함에 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 유입수의 오염부하를 완화시키며 완충역활을 수행함과 동시에, 혐기조건으로 질산성질소를 제거하고, 인 방출을 진행시키는 회분식 혐기조와, 여재충전층이 형성되어 고농도의 MLSS를 유지시키는 부착성영역인 여재충전부 및 저농도의 MLSS를 유지시키는 부유성영역이 간벽이 형성된채 공존되는 연속회분식 반응조로 이루어져 있다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 하, 폐수 처리방법을 실시하기 위하여 나타낸 장치 개략도이고, 도 2는 본 발명의 하, 폐수 처리방법을 실시하는 공정단계별 운전상태의 사항을 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명은 하, 폐수를 처리함에 있어서, 유입수의 오염부하를 완화시키며 완충역활을 수행함과 동시에, 혐기조건으로 질산성질소를 제거하고, 인방출을 진행시키는 회분식 혐기조(10)와, 여재충전층(12)이 형성되어 고농도의 MLSS를 유지시키는 부착성영역인 여재충전부(11) 및 저농도의 MLSS를 유지시키는 부유성영역(13)에 상호 간벽(14)이 형성된채 공존되는 연속회분식 반응조(15)로 이루어져 질소 및 인의 처리 조건을 가변적, 순차적으로 함께 하도록 되어 있다.
이를 공정단계별로 구체적으로 설명하면, 연속회분식 반응조(15)의 부유성영역(13)에 침전된 슬러지중 일부분이 회분식 혐기조(10)로 이송됨과 동시에, 하,폐수의 처리수가 유입되어 질산성질소를 제거하며, 인을 방출시키는 단계(A)와;
상기 회분식 혐기조(10)의 혐기 반응이 끝난 후, 이를 연속회분식 반응조(15)에 여재충전부(11)의 하부로 유입시키어, 이전 처리후 남아 있는 질산성질소를 상기 유입수내의 유기물을 이용하여 무산소 조건으로 탈질, 제거시키는 단계(B)와; 상기 탈질 반응이 끝난 후, 호기 조건으로 남아 있는 유기물을 제거하며, 인 섭취 및 질산화를 유도하는 단계(C)와;
상기 호기 반응이 끝난 후, 부유성영역(13)에 존재하는 MLSS를 침전시켜 고액분리를 실시하는 단계(D)와; 상기 침전단계가 완료되면 상징수를 방류하고, 슬러지의 일부는 폐기함과 동시에, 나머지는 다시 상기 회분식 혐기조(10)로 유입시키는 처리공정단계(E)로 일일 3~4회 반복 실시한다.
이때, 여재충전부(11)에서는 고농도의 MLSS가 유지되므로 질산화 및 탈질이 효과적으로 진행될 수 있고, 부유성영역(13)에서는 저농도의 MLSS가 유지되므로 인 제거가 효율적으로 달성될 수 있게 된다.
상기 구조로 이루어져 공정단계로 운전되는 본 발명, 즉 회분식 혐기조(10)및 혼성형 연속회분식 반응조(AnHSBR; Anaerobic And Hybridized Sequencing Batch Reactor)(15)와, 기존의 연속회분식 반응조(SBR; Sequencing Batch Reactor) 및 혼성형 연속회분식 반응조(HSBR; Hybridized Sequencing Batdh Reactor)의 동일한 조건에서 처리효율을 대비, 비교하면 다음의 표와 같다.
상기 표 3 및 표 4에서 하,폐수처리 실험결과를 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명은 기존의 처리방법보다 처리효율이 높다는 것을 알 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명은 탈질과 인 방출의 다른 조건을 가변, 순차적으로 적용되게 한 것으로, 높은 반응속도를 유지할 수 있는 효과가 있고, 이로 인하여 수처리 체류시간을 짧게 할 수 있으면서도 안정적인 유출량과 수질을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 하, 폐수 처리방법을 실시하기 위하여 나타낸 장치 개략도
도 2는 본 발명의 하, 폐수 처리방법을 실시하는 단계별 운전사항을 나타낸 도면
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 회분식 혐기조 11 : 여재충전부
12 : 여재충전층 13 : 부유성영역
14 : 간벽 15 : 반응조
Claims (1)
- 하, 폐수를 처리함에 있어서, 유입수의 오염부하를 완화시키며 완충역활을 수행함과 동시에, 혐기조건으로 질산성질소를 제거하고, 인방출을 진행시키는 회분식 혐기조(10)와, 여재충전층(12)이 형성되어 고농도의 MLSS를 유지시키는 부착성영역인 여재충전부(11) 및 저농도의 MLSS를 유지시키는 부유성영역(13)에 상호 간벽(14)이 형성된채 공존되는 연속회분식 반응조(15)로 이루어져 질소 및 인의 처리 조건을 가변적, 순차적으로 처리될 수 있도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 회분식 혐기조와 혼성형 연속회분식 반응조를 이용한 하, 폐수 처리방법.
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