KR100615755B1

KR100615755B1 - 오폐수에 포함된 잔류유기물, 질소 및 인을 제거하기 위한 복합 고도처리 공법

Info

Publication number: KR100615755B1
Application number: KR1020050115654A
Authority: KR
Inventors: 허우명
Original assignee: 허우명; 주식회사 대신정화조공사
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2006-08-25

Abstract

본 발명은 산소용존량을 높이고 활성탄 피복 담체를 이용하여 미생물의 활성 및 분해를 촉진하고, 활성탄 여재를 사용하여 여과와 동시에 질소, 인 등의 흡착 분해를 높여 잔류 영얌염류를 제거할 수 있도록 한 오폐수에 포함된 잔류유기물, 질소 및 인을 제거하기 위한 복합 고도처리 공법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 고도처리 공법은, 오폐수 및 방류조에서 반송되는 일정량의 슬러지를 제1유량조정조로 수용하여 혐기상태에서 유기물 산화와 인 용출을 유도하는 1차 유량조정단계와; 상기 1차 유량조정단계를 거친 오수와 슬러지를 제2유량조정조로 유입받고, 에어블로워를 구동시켜 산소를 발생시키고 그 에어블로워로부터 발생된 산소를 에어블로워와 연결된 에어파이프를 통해 공급받아 슬러지 증가 현상을 억제함과 동시에 유기물 산화 제거를 수행하는 2차 유량조정단계와; 상기 2차 유량조정단계를 거친 오수를 폭기조로 받아들여 진공미세기포와 활성탄 피복 담체를 이용하여 유기물 및 질소를 제거하는 폭기단계와; 상기 폭기 단계를 거친 오수를 침전조로 받아들여 잔류 유기물을 이용하여 탈질 반응이 일어나 질소가스를 탈기하는 침전단계와; 상기 침전단계에서 이송되어온 일부 부유성 고형물 및 잔류 영양염류를 여과조내에 구비된 활성탄 여재로 여과시킨 후 흡착 분해시키는 여과단계와; 상기 여과단계에서 이송된 부유성 고형물 및 활성슬러지를 침전 분리시켜 바닥에 침전시킴과 동시에 에어파이프를 통해 중층수를 상기 폭기조에 반송하는 방류단계를 포함하여 달성된다.

오폐수, 유량조정조, 폭기, 침전, 여과, 활성탄 피복 담체, 영양염류, 부유성 고형물

Description

오폐수에 포함된 잔류유기물, 질소 및 인을 제거하기 위한 복합 고도처리 공법{Method for treating sewage and waste water}

도 1은 본 발명의 복합고도 처리 공법을 위한 시스템 전체 구성의 개략도.

도 2는 본 발명에 적용되는 제1유량조정조의 구성도.

도 3은 본 발명에 적용되는 제2유량조정조의 구성도.

도 4는 본 발명에 적용되는 폭기조의 구성도.

도 5는 본 발명에 적용되는 침전조의 구성도.

도 6은 본 발명에 적용되는 여과조의 구성도.

도 7은 본 발명에 적용되는 방류조의 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 제1유량조정조

20: 제2유량조정조

30: 폭기조

33: 소포노즐

34: 활성탄 피복 담체

38: 진공 미세기포 장치

40: 침전조

50: 여과조

55: 활성탄 여재

60: 방류조

본 발명은 오폐수에 포함된 잔류유기물, 질소 및 인을 제거하기 위한 복합고도처리 공법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 폭기시 BOD 산화와 질소 산화에 필요한 산소의 전달율을 극대화시키고, 여과조에서 부유성 고형물 및 잔류 영양염류를 흡착 분해 처리함으로써 유기물, 질소, 인을 완벽히 제거할 수 있는 복합고도처리 공법에 관한 것이다.

최근 인구의 증가, 도시 집중화 및 산업의 급속한 발전으로 환경오염이 심화되어 수질환경이 악화되거나 훼손되고 나아가 하천.호수 등의 수자원으로 질소, 인과 같은 영양염류가 유입되어 폐쇄수역인 호수 및 연안수역에 부영양화를 유발하여 조류의 급격한 증가에 따른 수중 용존산소의 고갈 등으로 어패류의 폐사, 수중생태계 파괴 및 조류에 의한 맛의 변질 그리고 냄새 발생 등으로 수자원 활용가치 감소나 상수처리 비용 등이 급속히 증가하게 되었다.

이러한 수질오염으로 인한 문제를 개선하기 위해 부영양화의 원인물질인 질소와 인을 하.폐수처리 과정에서 제거시키기 위하여 다양한 질소, 인 제거시스템이 연구되고 개발되고 있다.

일반적으로 알려진 생물학적 질소 인 처리공정은 수중 용존산소 농도 및 유기물 등에 독립적이며, 이렇게 서로 다른 독립적인 처리공정을 어떻게 적절하게 연관시켜 처리하느냐가 질소 인 처리공정의 주요 과제이다.

즉, 고농도 유기성 하, 폐수의 질소와 인을 제거하기 위해서는 혐기조, 무산소조, 호기조를 별도로 구성하여야 되며 또한 용존성 유기물질 농도가 높거나 부유성 고형물질이 대량 유입될 경우 종속 영양 미생물의 이상 증식과 미세 부유물질로 인해 호기조의 슬러지 침강성이 저하되고 질소 및 유기물질 부하에 민감하게 반응하여 질산화 반응이 억제되고 침전조를 통해 슬러지가 유실되는 문제점이 발생된다.

또한 종래의 폭기조의 경우 산소량을 증가시키기 위해 블로워를 사용하는데 있어, 에너지 부담이 클 뿐만 아니라 증가된 산소량으로 인해 큰 버블 등에 의한 슬러지 등이 깨지거나 혹은 부착되어 있는 미생물의 물리적 탈리 등의 문제가 발생한다.

또한 종래의 폭기시에 미생물이 부착 및 성장할 수 있는 조건이 취약하여 유기물 및 질소를 제거하는데 한계를 갖는다.

또한 종래 여과 공정에서는 부유유기물을 포함하여 질소, 인 등의 흡착 분해가 어려웠다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 제반적인 사정을 감안하여 창출된 것으로, 폭기시에 산소용존량을 높이고 활성탄 피복 담체를 이용하여 미생물의 활성 및 분해 를 촉진하고, 여과시에도 활성탄 여재를 사용하여 여과와 동시에 질소, 인 등의 흡착 분해를 높여 잔류 영얌염류를 제거할 수 있도록 한 오폐수에 포함된 잔류유기물, 질소 및 인을 제거하기 위한 복합 고도처리 공법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 복합 고도처리 공법은, 오폐수 및 방류조에서 반송되는 일정량의 슬러지를 제1유량조정조로 수용하여 혐기상태에서 유기물 산화와 인 용출을 유도하는 1차 유량조정단계와;

상기 1차 유량조정단계를 거친 오수와 슬러지를 제2유량조정조로 유입받고, 에어블로워를 구동시켜 산소를 발생시키고 그 에어블로워로부터 발생된 산소를 에어블로워와 연결된 에어파이프를 통해 공급받아 슬러지 증가 현상을 억제함과 동시에 유기물 산화 제거를 수행하는 2차 유량조정단계와;
상기 2차 유량조정단계를 거친 오수를 폭기조로 받아들여 진공미세기포와 활성탄 피복 담체를 이용하여 유기물 및 질소를 제거하는 폭기단계와;

삭제

상기 폭기 단계를 거친 오수를 침전조로 받아들여 잔류 유기물을 이용하여 탈질 반응이 일어나 질소가스를 탈기하는 침전단계와;

상기 침전단계에서 이송되어온 일부 부유성 고형물 및 잔류 영양염류를 여과조내에 구비된 활성탄 여재로 여과시킨 후 흡착 분해시키는 여과단계와;

상기 여과단계에서 이송된 부유성 고형물 및 활성슬러지를 침전 분리시켜 바닥에 침전시킴과 동시에 에어파이프를 통해 중층수를 상기 폭기조에 반송하는 방류단계를 포함하여 달성된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 복합고도처리 공법은, 오폐수 및 방류조에서 반송되는 일정량의 슬러지를 제1유량조정조(10)로 수용하여 혐기상태에서 유기물 산화와 인 용출을 유도하는 1차 유량조정단계, 상기 1차 유량조정단계를 거친 오수와 슬러지를 제2유량조정조(20)로 유입받고, 에어블로워(5)로 산소공급을 받아 슬러지 증가 현상을 억제함과 동시에 유기물 산화 제거를 수행하는 2차 유량조정단계, 상기 2차 유량조정단계를 거친 오수를 폭기조(30)로 받아들여 진공미세기포와 활성탄 피복 담체를 이용하여 유기물 및 질소를 제거하는 폭기단계, 상기 폭기 단계를 거친 오수를 침전조(40)로 받아들여 잔류 유기물을 이용하여 탈질 반응이 일어나 질소가스를 탈기하는 침전단계, 상기 침전단계에서 이송되어온 일부 부유성 고형물 및 잔류 영양염류를 여과조(50)내에 구비된 활성탄 여재(55)로 여과시킨 후 흡착 분해시키는 여과단계, 상기 여과단계에서 이송된 부유성 고형물 및 활성슬러지를 침전 분리시켜 바닥에 침전시킴과 동시에 에어파이프를 통해 중층수를 상기 폭기조(30)에 반송하는 방류단계로 진행된다.

또한, 제2유량조정조(20)는 에어블로워(5)에 연결된 에어파이프(24)로 산소를 공급받아 처리할 수 있으며, 폭기조(30)는 방류조(60)의 중등수가 회수되어 소포노즐(33)을 통해 거품제거가 이루어지도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 오폐수에 포함된 잔류유기물, 질소 및 인을 제거하기 위한 복합고도처리 공법을 위한 시스템 구성의 예이다.

도 1에서 제1유량조정조(10)는 유입관(11)을 통해 유입되는 오폐수 및 후술할 방류조(최종 침전조)에서 반송되는 일정량의 슬러지를 수용한다. 상기 제1유량조정조(10)는 유입되는 오폐수 및 하수의 특성상 유입량의 변동이 심하므로 유입량을 일정하게 조정하여 일정한 부하를 유지할 수 있게 하는 중요한 역할을 한다.

상기 제1유량조정조(10)의 상부에는 분해되기 어려운 폐물질을 걸러내기 위한 스크린조(13)가 더 설치될 수 있다. 제1유량조정조(10)의 일측벽에는 다음 공정으로 오버 플로워시키는 이송관(14)이 포함되어 있다.(도 2참조)

상기 제1유량조정조(10)는 산소주입 및 교반 등의 기계적인 역할이 없으며, 혐기상태를 유지하여 혐기조 역할을 하게 된다. 혐기상태에서는 유기물은 저분자 물질로 분해되고, 분해된 저분자 물질을 이용하여 인(P)이 용출하게 된다. 따라서 제1유량조정조(10)에서는 유기물 산화와 함께 인 용출을 유도할 수 있다.

상기 제1유량조정조(10)의 일측에 제2유량조정조(20)가 배치되어 있다.

제2유량조정조(20)의 상세도가 도 3에 도시되어 있다.

도 3에서와 같이 제2유량조정조(20)는 일측벽에 상기 이송관(14)과 연결되는 유입관(21)이 구비된다. 제2유량조정조(20)의 내부에는 산기관(23)과 유량리프트관(25)이 배치되어 있고, 유량리프트관(25)에는 유면 밖으로 돌출된 유량이송관(26)이 연결되어 있다. 상기 산기관(23)과 유량리프트관(25)는 에어파이프(24)에서 분기되어 있고, 에어파이프(24)는 도 1과 같이 에어블로워(5)에 연결되어 있다.

따라서 에어블로워(5)가 구동되면 에어가 토출되고, 토출된 에어는 에어파이 프(24)를 경유하여 산기관(23)과 유량이송관(26)을 통하여 배출된다. 따라서 제2유량조정조(20)는 산기관(23)으로부터 토출되는 일정한 양의 산소를 공급받고, 제2유량조정조(20)내는 호기상태로서 주로 유기물이 산화되어 제거된다.

따라서 상기 제2유량조정조(20)에서는 산소공급으로 침전물 및 반송된 슬러지의 혐기화가 오래 진행되지 못하므로 슬러지 상승현상 등이 발생하지 않는다.

이때 유량리프트관(25)에서는 제2유량조정조(20)내 유기산화물을 빨아들여 유량이송관(26)을 통해 후술할 폭기장치로 공급한다.

본 발명에 적용되는 폭기장치는 담체(MEDIA)와 진공미세기포가 공급되어 잔류유기물, 질소, 인 등 영양염류의 농도까지 처리하는 장치로서 도 1에서와 같이 3개의 폭기조(30)가 순차적으로 구성되어 있다.

상기 폭기조(30)는 유입된 오수와 활성슬러지 미생물(MLSS)이 산소가 풍부한 조건에서 상호 접촉 혼합하여 유기물 및 질소를 제거하는 역할을 한다.

어느 하나의 폭기조(30)에 대한 상세한 구성이 도 4에 도시되어 있다.

도 4에서와 같이 폭기조(30)는 일측벽에 전 공정에서 처리된 유입수를 받아들이는 유입관(31), 타측벽에 다음 공정으로 처리된 유출수를 이송시키는 이송관(35), PP로 제작된 링형태로서 표면에 활성탄이 피복된 활성탄피복담체(D.H.B.C-Ring media)(34), 부분 진공상태에서 미세 기포를 발생시키는 진공미세기포장치(38)가 포함된다.

상기 진공미세기포장치(VMB System)는 산소전달율을 극대화하기 위한 것으로 순차적으로 3개의 폭기조(30)를 거치면서 유기물 농도를 낮게 잔류시킨다. 따라서 질소는 암모니아화(ammonification)와 질산화(nitrification) 과정을 통해 최종 질산성 질소(NO3-N)의 질소 형태를 나타낸다.

또한 폭기조(30)에 주입한 활성피복담체(34)로 인해 폭기조(30)내에는 부유미생물과 부착미생물이 함께 공존하게 된다. 부착미생물은 슬러지 고형물의 체류시간을 증가하여 질산화 미생물의 성장을 향상시키며, 이러한 결과 부유미생물 뿐만 아니라 부착 미생물도 증가하여 미생물의 총량이 증가한다. 폭기조(30)에서 인(P)은 혐기조(제1 및 제2유량조정조)에서 용출된 양 이상으로 과잉 섭취(uptake)된다.

상기 폭기조(30)에 설치된 진공미세기포장치(38)는 산소 전달율이 98%로 높아 에너지 비율을 줄일 수 있다. 기존의 폭기 장치인 블로워(Blower) 등은 산소전달율이 약 60% 내외로 실제 요구 산소량을 주입하기 위해서는 산소량을 증가시켜야 한다. 이로 인한 에너지 부담도 크다. 또한 증가된 산소량으로 인해 큰 버블(bubble) 등에 의한 슬러지 등이 깨지거나 혹은 부착되어 있는 미생물의 물리적 탈리 등의 문제가 발생하게 된다. 깨어진 슬러지 덩어리들은 핀 플락(pin floc)과 같이 최종 침전지에서 침전성이 불량해지게 된다.

그러나 진공미세기포장치(38)는 산기관과 압축공기 대신 전선(37)을 통해 전원을 공급받아 구동하며 부분진공 상태에서 미세 기포를 발생시키는 것으로 기포의 평균 크기는 0.25mm으로 매우 작으며, 기포의 압력이 수압과 같거나 낮다. 즉, 발생기포의 부력이 물의 표면장력보다 적기 때문에 블로워(blower) 등에서처럼 기포가 수면위로 잘 떠오르지 않고 물속에 오랫동안(약 10시간) 체류하면서 BOD 산화와 질소 산화에 필요한 산소를 공급한다.

또한 진공미세기포장치(38)는 소음이 거의 없기 때문에 쾌적한 환경을 유지할 수 있으며, 적은 동력으로 고효율을 얻을 수 있어 운전비가 저렴하다. 또한 설치 후 별도의 유지관리가 필요 없어, 반영구적으로 사용할 수 있다.

한편, 상기 활성탄 피복담체(34)는 PP로 만들어진 링(Ring) 모양으로 담체 표면에 활성탄(Activated carbon)으로 피복하였다. 공극율(92.8%) 및 비표면적

이 커서 미생물이 부착하고 성장할 수 있는 공간이 많고 강도도 높아 운전 중 부서지거나 깨져 교체하는 등의 문제는 발생하지 않는다. 또한 활성탄 피복담체(34)의 밀도가 낮아 산소 전달 등에 방해 작용을 하지 않는다. 도면부호 '40'은 '침전조'이다.

상기 침전조(40)는 도 1과 같이 폭기조(30)의 다음에 위치한다. 폭기조(30)의 상세한 구성이 도 5에 도시되어 있다.

폭기조(30)는 도 5와 같이 일측벽에 유입관(41)과 타측벽에 이송관(42)이 구비된다. 상기 유입관(41)은 폭기조(30)내에 위치한 정류통(45)에 연결되어 있다. 정류통(45)의 내부에는 에어블로워(5)와 연결된 에어파이프(43)가 위치되고, 에어파이프(43)에는 침전물의 일부를 제1유량조정조(10)로 반송하기 위한 반송관(44)이 연결되어 있다.

상기 침전조(40)는 진공미세기포장치 등을 가동하지 않기 때문에 산소가 공급되지 않는다. 그러나 질산화를 거친 후 이송되어온 질산성 질소 등이 다량 이송되었으므로 결합성 산소는 반응조에 존재하게 된다. 따라서 본 발명에서 침전조 (40)는 무산소 반응조의 역할을 하는 반응조로 규정할 수 있다. 잔류하는 유기물을 이용하여 탈질미생물에 의한 탈질 반응이 일어나 질소가스(N2)로 탈기된다. 이로써 1차 침전조이면서 무산소조인 침전조에서 질소의 제거가 진행된다. 도면부호 '50'은 '여과조'이다.

상기 여과조(50)는 상기 침전조(40)의 이송관(42)에서 이송되어온 일부 부유성 고형물(SS) 및 잔류 영양염류를 산소를 이용하여 활성탄 여재에 흡착 혹은 분해 등의 과정을 거치면서 2차 생물학적 처리에서 미처리된 유출수의 오염물들을 제거한다.

본 실시예에서 여과조(50)는 도 1과 같이 2개가 구성되어 있고, 여과조(50)의 상세한 구성도가 도 6에 나타나있다.

여과조(50)는 도 6과 같이 일측벽에 유입관(51)이 타측벽에 이송관(54)이 구비되어 있다. 여과조(50)의 내부에는 활성탄 여재(55)(예로, 참춧 등)가 구비되어 있다. 여과조(50)에는 에어블로워(5)와 연결된 에어파이프(53)가 인입되어 있고, 에어파이프(52)의 말단에는 산기관(52)이 연결되어 있다.

따라서 여과조(50)내에서는 산기관(52)을 통해 산소가 공급되고 동시에 활성탄 여재(55)에서는 유기물과 부유성 고형물(SS) 뿐만 아니라 질소, 인 등의 흡착, 분해 등이 이루어진다. 따라서 여과조(50)에서 배출되는 방류수(유출수)의 수질이 향상된다. 도면부호 '60'은 '방류조'이다.

상기 방류조(60)는 여과조(50)에서 이송된 부유성 고형물(SS) 및 활성슬러지(MLSS)를 침전 분리시켜 방류조(60)의 바닥에 침전시킨다.

상기 방류조(60)는 상기 블로워(5)와 연결된 에어파이프(63)가 인입되어 있고, 에어파이프(63)에는 반송리프트관(65)과 반송관(64)이 연결되어 있다. 방류조(60)에는 방류관((66)의 상부로 최고 높이 유면 상승을 제한하는 웨어(61)가 구비되어 있다.(도 7참조)

따라서 폭기조(30)에서 과잉으로 슬러지에 섭취된 인은 침전조(40)와 여과조(50)를 거치면서 형태가 조금 씩 변하지만 큰 양의 이동은 일어나지 않는다. 방류조(60)에서 바닥에 침전된 슬러지의 폐기로 인은 제거되게 된다.

오수 및 하수의 유입수를 구성하는 유기물, 질소 및 인은 혐기조인 유량조정조(10,20)와 폭기조(30) 그리고 여과조(50)를 거치면서 제거된다. 방류조(60)의 중등수는 반송리프트(65)에 흡입되어 반송관(64)을 통해 폭기로(30)로 유입되고, 폭기조(30)에 유입된 중등수는 거품제거를 위한 소포수로 활용된다. 방류조(60)의 상등수는 방류관(66)을 통해 자연배수 또는 배수펌프(미도시)로 배수된다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 오폐수에 포함된 잔류유기물, 질소 및 인을 제거하기 위한 복합고도처리 공법에 따르면, 활성탄 피복 담체로 미생물의 부착 성장이 이루어지고, 진공미세기포장치에 의해 BOD산화와 진소산화에 필요한 산소를 충 분히 공급하게 되므로 유기물 및 질소의 제거가 충분히 이루어진다. 또한 활성탄 여재를 이용한 흡착 분해 과정을 거쳐 부유성 고형물 및 잔류 영양염류를 제거하게 된다.

Claims

오폐수 및 방류조에서 반송되는 일정량의 슬러지를 제1유량조정조(10)로 수용하여 혐기상태에서 유기물 산화와 인 용출을 유도하는 1차 유량조정단계와;

상기 1차 유량조정단계를 거친 오수와 슬러지를 제2유량조정조(20)로 유입받고, 에어블로워(5)를 구동시켜 산소를 발생시키고 그 에어블로워(5)로부터 발생된 산소를 에어블로워(5)와 연결된 에어파이프(24)를 통해 공급받아 슬러지 증가 현상을 억제함과 동시에 유기물 산화 제거를 수행하는 2차 유량조정단계와;

상기 2차 유량조정단계를 거친 오수를 폭기조(30)로 받아들여 진공미세기포와 활성탄 피복 담체를 이용하여 유기물 및 질소를 제거하는 폭기단계와;

상기 폭기 단계를 거친 오수를 침전조(40)로 받아들여 잔류 유기물을 이용하여 탈질 반응이 일어나 질소가스를 탈기하는 침전단계와;

상기 침전단계에서 이송되어온 일부 부유성 고형물 및 잔류 영양염류를 여과조(50)내에 구비된 활성탄 여재(55)로 여과시킨 후 흡착 분해시키는 여과단계와;

상기 여과단계에서 이송된 부유성 고형물 및 활성슬러지를 침전 분리시켜 바닥에 침전시킴과 동시에 에어파이프를 통해 중층수를 상기 폭기조(30)에 반송하는 방류단계를 포함한 것을 특징으로 하는 오폐수에 포함된 잔류유기물, 질소 및 인을 제거하기 위한 복합 고도처리 공법.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 폭기단계에서 폭기조(30)는 상기 방류조(60)의 중등수가 회수되어 소포노즐(33)을 통해 거품제거가 이루어지는 것을 특징으로 하는 오폐수에 포함된 잔류유기물, 질소 및 인을 제거하기 위한 복합 고도처리 공법.