KR101300466B1

KR101300466B1 - 하·폐수처리장치와 이를 이용한 인 제거방법

Info

Publication number: KR101300466B1
Application number: KR1020110084796A
Authority: KR
Inventors: 유남종; 김영희
Original assignee: (주)에코지텍; (주)일신종합환경
Priority date: 2011-08-24
Filing date: 2011-08-24
Publication date: 2013-08-27
Also published as: KR20130022073A

Abstract

본 발명은 하 ·폐수처리장치 및 이를 이용한 인 제거방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하 ·폐수처리장치에서 발생하는 반류수에 고농도로 포함된 인을 부상분리장치를 통해서 미리 감소시킨 다음 하 ·폐수처리장치의 전처리공정으로 투입하여 유입수와 함께 처리함으로써 하 ·폐수처리시설에서 배출되는 방류수의 총인 농도를 환경기준치 이하로 낮추는 동시에 인 제거를 위해 투입되는 응집제의 사용량을 절감할 수 있는 하 ·폐수처리장치 및 이를 이용한 인 제거방법에 관한 것이다. 여기서, "반류수(Recycle water 또는 Reject water)"는 하 ·폐수처리장치의 공정 중에서 발생하는 농축여액, 탈수여액, 역세척수 및 오염수 등과 같은 고농도의 오염물질을 포함하는 순환수를 말한다.

Description

하·폐수처리장치와 이를 이용한 인 제거방법{APPARATUS FOR WASTEWATER TREATMENT AND METHOD FOR PHOSPHORUS REMOVAL FROM WASTEWATER}

본 발명은 하·폐수처리장치와 이를 이용한 인 제거방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하폐수처리장치에서 발생하는 반류수(Recycle water 또는 Reject water)에 고농도로 포함된 인을 부상분리장치를 통해서 미리 감소시킨 다음 하폐수처리장치의 전처리공정으로 투입하여 유입수와 함께 처리함으로써 하폐수처리시설에서 배출되는 방류수(Effluent water)의 총인 농도를 환경기준치 이하로 낮추는 동시에 인 제거를 위해 투입되는 응집제의 사용량을 절감할 수 있는 하·폐수처리장치와 이를 이용한 인 제거방법에 관한 것이다.

최근 하·폐수처리장치에서 배출되는 방류수의 총인 농도의 기준이 대폭 강화되고 있다. 특히, 2012년부터 바뀌는 방류수 수질기준에 따르면, 지역에 따라 차이는 있지만 방류수의 총인 농도를 0.2mg/L까지 낮춰야 한다.

일반적으로 통상적인 자연수에는 0.02~0.1mg/L의 총인 농도가 포함되어 있다. 따라서 방류수의 총인 농도를 0.2mg/L이하로 유지하여야 방류수가 유입되는 하천의 수질을 높일 수 있을 것이다.

하폐수에 포함되는 인은 주로 합성세제에 의한 오로소 인산염, 폴리 인산염 및 유기인의 형태로 존재한다. 이러한 인은 분뇨, 음식물류 폐기물, 세제, 농약이나 비료 등의 형태로 하폐수에 유입된다. 인은 질소와 달리 대기 중으로 확산하지 않고 불용성 침전물이나 용해성의 형태로 순환하는 특징이 있다. 따라서 하폐수 중의 인을 제거하는 방법은 인을 불용성 침전물로 변화시켜 수계에서 분리하는 것이다.

수계로부터 인을 분리하기 위한 방법으로는, 화학적, 생물학적 및 물리적 방법이 있다. 생물학적 방법은, 미생물에 자극을 주어 정상적인 세포성장에 필요한 양보다 더 많은 양의 인을 섭취하는 미생물의 '인 과잉섭취 현상'을 이용하여 인을 분리하는 것이다. 예를 들어, 생물학적 인의 제거방법의 하나인 A/O 공정은, 호기성 단계에서 슬러지를 혐기성 단계로 반송하고 혐기성 단계로 유입되는 폐수와 혼합하여 반송된 미생물 내의 인이 용해성 인산염으로 용출된다. 용해성 인산염이 포함된 하폐수를 다시 호기성 단계로 이송하여 미생물이 용해성 인산염을 과잉 섭취하도록 한 후, 인을 과잉 흡수한 미생물은 침전조에서 잉여 슬러지로 분리하는 방법이다.

이러한, 생물학적 인 제거 방법은, 1차 침전조, 생물반응조 및 2차 침전조로 구성된 종래의 하폐수처리장에서 사용되는 방법이다. 그러나 생물학적 방법만으로는 방류수의 총인 농도를 0.2mg/L이하로 유지하는데 어려움이 있다.

이에 따라 최근에는 화학적 인 제거 방법을 혼합한다. 화학적 방법은 하폐수에 응집제를 혼합하여 인을 불용성 또는 용해도가 낮은 염의 형태로 분리하는 방법이다. 응집제로는 황산알루미늄, 소디움 알루미네이트, 염화제2철, 황산제2철 및 석회 등이 있다. 그리고 필요한 경우에는 응집보조제도 사용한다. 이러한 응집제와 응집보조제의 종류와 투여량은 유입수 인의 농도, 하폐수의 부유물 농도(SS), 알칼리도, 슬러지 처리 설비, 최종 처분방법 등을 고려하여 선정된다. 예를 들어, 유입수의 유량과 인의 농도가 높으면 응집제의 사용량이 늘어난다. 또한, 유입수의 부유물 농도가 너무 낮은 경우에는 플록의 원활한 형성을 위해서 응집보조제의 양을 늘려야 한다.

예를 들어, 도 6은 방류수의 총인 농도를 낮추기 위해서 제안된 종래 기술에 따른 하폐수처리장치의 일 예를 보여주는 개략적인 공정도이다. 도시된 바와 같이, 하폐수처리장치(1)는, 크게 전처리조(2), 1차 침전조(3), 생물반응조(4), 2차 침전조(5), 여과장치(6), 소독장치(7) 등으로 구성된다. 따라서 외부에서 유입되는 유입수(A)는 전처리공정(2)으로 유입된 후 유기물, 질소나 인과 같은 영양염류가 생물학적, 화학적 및 물리적 처리과정을 거쳐 정화된다. 특히, 하폐수에 포함된 인은 생물학적 인 제거과정을 거쳐 제거된다. 그리고 적정 수준으로 정화된 방류수(B)는 소독장치(7)를 통해 하천 등으로 방류된다.

한편, 방류수의 총인 농도를 감소시키기 위해서, 1차 침전조(3) 또는 2차 침전조(5)의 상류에 응집제를 투입하기 위한 응집제 투입시설(25)(45)을 설치하거나, 2차 침전공정(5)의 하류에 응집제 투입시설과 침전조로 구성된 응집침전장치를 별도로 설치한다.

그러면 응집제 투입시설에서 투입된 응집제에 의해서 하수폐수에 포함된 인이 불용성 침전물의 형태로 1차 침전조(3), 2차 침전조 또는 응집침전장치에서 분리된다. 즉, 하폐수에 포함된 인은 생물학적 및 화학적 인 제거과정을 거쳐 처리되게 된다.

이어 2차 침전조(5)의 하류에는 모래여과, 여과 막 또는 역삼투막 등을 사용하여 인을 제거하는 물리적 인 제거공정이 더 추가될 수 있다. 특히, 최근에는 여과 여재(모래, 세라믹, 플라스틱 등) 표면에 산화철을 코팅하여 원수에 포함된 인을 흡착하여 제거하는 인제거 여과장치가 개발되어 있다. 이러한 인제거 여과장치는 산화철이 코팅된 여재를 이용하여 원수에 포함된 인을 흡착시킨 후 여재를 세정하여 인이 포함된 오염수를 분리하고 여재는 순환시켜 반복적으로 사용할 수 있도록 한 것이다. 이와 같이, 종래의 하폐수처리장치의 후단에 인제거 여과장치를 설치하면, 하폐수에 포함된 인은 생물학적, 화학적 인 및 물리적 인 제거과정을 거쳐 처리되어 방류수의 총인 농도의 기준을 만족시킬 수 있다.

한편, 종래 기술에 따른 하폐수처리장치의 1차 침전조(3), 2차 침전조(5), 응집침전장치에서 발생하는 슬러지(S)는 슬러지 농축조(320)와 탈수장치(340)를 통해서 탈수 케이크(C)를 분리하고, 슬러지 농축조(320)에서 발생하는 농축여액, 탈수장치(340)에서 발생하는 탈수여액은 하폐수처리장치(1)의 전처리조(2)로 다시 순환시켜 유입수와 함께 처리하도록 하고 있다. 또한, 여과장치(6)에서 발생하는 역세척수도 하폐수처리장치(1)의 전처리조(2)로 순환시켜 유입수와 함께 재처리하도록 하고 있다.

이와 같이, 하폐수처리장치(1)의 공정 중에서 발생하는 농축여액, 탈수여액, 역세척수는 하폐수처리장치(1)의 전처리조(2)로 반송하여 유입수(A)와 함께 재처리하는데, 이와 같이, 하폐수처리장치(1)에서 배출되고 다시 하폐수처리장치(1)로 반송되어 연속적으로 순환하는 물을 "반류수"라 한다.

즉, "반류수(Recycle water 또는 Reject water)"는 하폐수처리장치(1)의 공정 중에서 발생하는 농축여액, 탈수여액, 역세척수 및 오염수 등과 같은 고농도의 오염물질을 포함하는 순환수를 말한다. 이러한 반류수는 하폐수처리장치(1)의 공정 중에서 발생하고 다시 하폐수처리장치(1)의 전처리조(2)로 유입하여 유입수와 함께 정화공정을 반복하는 것을 특징으로 한다.

그런데 이러한 반류수는 유기물과 질소나 인과 같은 영양염류를 과량으로 포함하고 있어 하폐수처리 계통에 부가적인 부하를 가중시켜 방류수의 수질악화와 총인의 과다 방출을 초래하는 문제가 있다. 즉, 상기 반류수의 발생유량은 유입수량에 비해서 매우 적은 양이지만 오염도가 높기 때문에 유기물과 질소, 인의 부하량은 20-40%로 상당히 높다. 특히 슬러지 농축조(320) 및 탈수장치(340)의 가동시간을 감안할 경우, 반류수에 의한 인 부하 변동은 2-3배 이상 더 크게 나타난다. 따라서 이러한 반류수가 하폐수 처리계통으로 직접 유입됨으로써 유기물 및 인 부하를 순간적으로 증가시켜 처리시설의 성능저하에 대한 심각한 문제점이 발생할 수 있다.

또한, 고농도의 반류수가 1차 침전조(3), 2차 침전조(5) 또는 응집침전장치로 유입되기 때문에 1차 침전조(3), 2차 침전조(5) 또는 응집침전장치에서 투입되는 응집제의 투여량이 늘어나는 문제가 있다. 즉, 종래의 하폐수처리장치(1)는 기존 생물학적 처리공정에 화학적 인의 제거공정을 추가하는 것이므로 방류수의 총인 농도를 0.2mg/L까지 낮추기 위해서는 응집제의 투입량이 늘어나게 된다. 그러나 응집제의 사용량이 늘어나면, 약품비용이 증가할 뿐만 아니라 슬러지 발생량이 증가하여 슬러지 처리비용이 함께 증가하는 문제가 발생한다. 특히, 화학적 인 제거방법을 통해서 발생하는 슬러지는 재생에너지 생산에 적합하지 않으므로 슬러지 처리비용의 증가가 심각하다.

그리고 종래의 인제거 여과장치에서는 불용성 인과 함께 고농도의 철염이 포함된 오염수가 발생하는데 이러한 오염수를 그대로 방출하면 철염에 의한 2차 오염의 발생이 우려되고 있는 상황이다.

본 발명은 이러한 종래 기술에 따른 하·폐수처리장치의문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 주된 목적은 하폐수처리장치의 공정 중에서 발생하는 농축여액, 탈수여액, 역세척수 등과 같은 고농도의 오염물질을 포함하는 "반류수"를 하폐수처리장치의 전처리조로 유입시키기 전에 별도의 부상분리조를 통해 전처리하여 하폐수처리장치에서 처리하여야 할 오염물의 부하를 낮춤으로써 응집제의 사용량을 절감하고 방류되는 방류수의 총인 농도 규정을 원활하게 준수할 수 있도록 하는 하·폐수처리장치와 이를 이용한 인 제거방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 또한, 인제거 여과장치에서 발생하는 오염수에 포함된 철염을 이용하여 반류수에 포함된 인을 제거함으로써 응집제의 사용량을 절감하여 슬러지의 발생량을 줄이고 철염에 의한 2차 환경오염을 방지할 수 있는 하·폐수처리장치와 이를 이용한 인 제거방법을 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 하·폐수처리장치는, 하폐수를 처리하기 위해 전처리조, 1차 침전조, 생물반응조, 2차 침전조, 여과장치 및 소독장치를 포함하는 하·폐수처리장치에 있어서, 상기 1차 침전조나 2차 침전조의 상류에 응집제 투입장치를 설치하여 1차 침전조나 2차 침전조로 유입되는 하폐수에 응집제를 투입하거나, 상기 2차 침전조의 하류에 응집침전장치를 설치하여 2차 침전조에서 배출되는 처리수에 응집제를 투입하여 방류수의 총인 농도를 낮추되, 상기 1차 침전조, 2차 침전조 또는 응집침전장치에서 발생하는 슬러지를 농축하기 위한 슬러지 농축조에서 발생하는 농축여액, 슬러지를 탈수하기 위한 탈수장치에서 발생하는 탈수여액 및 상기 여과장치에서 발생하는 역세척수를 응집제 혼화조와 부상분리조로 이루어진 부상분리장치에서 처리한 후 그 처리수를 하폐수처리장치의 전처리조로 반송하여 유입수와 함께 하폐수처리장치의 각 공정을 거쳐 정화처리하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 하폐수처리장치는, 상기 2차 침전조의 하류에 인제거 여과장치를 더 설치하되, 상기 인제거 여과장치에서 발생하는 오염수를 상기 부상분리장치로 공급하여 반류수에 포함된 인을 제거하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 하·폐수처리장치의 공정 중에서 발생하는 반류수를 부상분리조를 통해 전처리하여 하·폐수처리장치로 반송함으로써 하·폐수처리장치에서 처리하여야 할 오염물의 부하를 낮추어서 방류수의 수질은 향상시키고, 응집제의 사용량을 절감하며 슬러지의 발생량을 줄여서 약품 비와 유지관리비용을 줄일 뿐만 아니라 하천으로 방류되는 방류수의 총인 농도 규정을 원활하게 준수할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 인제거 여과장치에서 발생한 철염을 반류수의 인 제거에 재활용함으로써 슬러지의 사용량을 줄이고 철염에 의한 2차 환경오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 하폐수처리장치의 일 예를 보여주는 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 응집침전장치의 일 예를 보여주는 개략적인 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 부상분리장치의 일 예를 보여주는 개략적인 구성도,
도 4a 및 4b는 본 발명에 따른 하폐수처리장치와 종래의 하폐수처리장치를 비교하기 위한 개념도,
도 5는 종래 기술에 따른 하폐수처리장치의 일 예를 보여주는 개략적인 구성도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 하·폐수처리장치와 이를 이용한 인 제거방법의 바람직한 실시 예에 대해서 상세히 설명한다.

먼저, 도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 하폐수처리장치(10)는, 전처리조(20), 1차 침전조(30), 생물반응조(40), 2차 침전조(50), 여과장치(60), 소독장치(70)를 포함하여 구성된다. 따라서 외부에서 유입되는 유입수(A)는 전처리공정, 1차 침전공정, 생물반응공정, 2차 침전공정, 여과공정 및 소독공정을 거쳐 생물학적, 화학적 및 물리적으로 정화처리된 후 최종적으로 소독장치(70)의 후단에서 방류수(B)를 하천으로 방출하게 된다.

또한, 본 발명에 따른 하폐수처리장치(10)는, 방류수(B)의 총인 농도를 낮추기 위해서, 1차 침전조(30)나 2차 침전조(50)의 상류에 응집제 투입장치(25)(35)를 설치하여 1차 침전조(30)나 2차 침전조(50)로 유입되는 하폐수에 응집제를 투입할수 있도록 하거나, 2차 침전조(50)의 하류에 별도로 응집침전장치(80)를 설치하여 2차 침전조(50)에서 배출되는 처리수에 응집제를 투입하여 처리수에 포함된 인을 추가로 제거할 수 있게 한다. 이때, 응집침전장치(80)는, 도 2에서 보는 바와 같이, 응집제 투입장치(85), 응집혼화조(86), 3차 침전조(87)로 구성된다.

따라서 응집제 투입장치(25)(45)(85)에서 투입된 응집제에 의해서 하폐수에 포함된 인은 불용성 폴록을 형성하고 이 불용성 침전물은 1차 침전조(30), 2차 침전조(50) 또는 3차 침전조(80)에서 고액분리된다.

이어, 본 발명에 따른 하폐수처리장치(10)는, 상기 1차 침전조(30), 2차 침전조(50) 및 제3 침전조(80)에서 발생하는 슬러지(S)를 처리하기 위한 슬러지 처리장치가 더 구비된다.

상기 슬러지 처리장치(300)는, 슬러지 저류조(310), 슬러지 농축조(320), 슬러지 소화조(330) 및 탈수장치(340)로 구성된다. 따라서 상기 슬러지 농축조(320)에서 발생하는 농축여액과 탈수장치(340)에서 발생하는 탈수여액은 부상분리장치(200)로 유입된다. 또한, 여과공정(60)에서 발생하는 역세척수는 역세척수 저류조(360)를 통해 부상분리장치(200)로 유입된다.

한편, 본 발명에 따른 하폐수처리장치(10)는, 2차 침전조(50) 또는 응집침전장치(80)의 하류에, 산화철이 코팅된 여재를 이용하여 하폐수에 포함된 인을 흡착하는 인제거 여과장치(100)가 더 설치된다. 그리고 상기 인제거 여과장치(100)에서 발생하는 오염수는 오염수 저류조(350)를 거쳐서 부상분리장치(200)로 유입된다.

이와 같이 본 발명에 따른 하폐수처리장치(10)는, 각 공정에서 발생하는 농축여액, 탈수여액, 역세척수 및 오염수 등과 같은 반류수(R)를 전처리하는 부상분리장치(200)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 부상분리장치(200)의 바람직한 실시 예를 보여주는 개략적인 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 부상분리장치(200)는, 크게 응집제 투입장치(210), 응집혼화조(220) 및 부상분리조(230)로 구성된다.

따라서 슬러지 농축조(320), 탈수장치(340), 여과장치(60), 인제거 여과장치(100)에서 발생하는 반류수(R)는 응집혼화조(220)로 유입되고, 응집혼화조(220)에서는 응집제 투입장치(210)에서 주입되는 응집제에 의해서 불용성 인을 포함하는 플럭을 형성한다. 그리고 플럭이 형성된 반류수는 부상분리조(230)로 유입되고 반류수에 포함된 플럭은 부상분리조(230)의 하단에서 공급되는 미세공기방울에 의해서 수면으로 부상된다.

이를 위해, 상기 부상분리조(230)에는 미세공기방울이나 고압의 공기를 공급하기 위한 기포발생장치(250)가 별도로 구비된다. 따라서 반류수에 포함된 플럭은 미세공기방울에 의해서 수면으로 부상되고, 수면에 형성된 스컴은 스컴제거장치(240)에 의해서 제거된다. 그리고 부상분리조(230)에서 처리된 처리수(E)는 다시 하폐수처리장치(10)의 전처리조(20)로 공급되게 된다.

이와 같이, 본 발명은, 하폐수처리장치(10)에서 발생하는 반류수(R)를 부상분리장치(200)에서 전처리한 다음 그 처리수(E)만을 하폐수처리장치(10)로 공급하여 유입수(A)와 함께 하폐수처리장치(10)에서 정화처리함으로써 하폐수처리 계통에 과부하가 걸리는 문제를 해결하고 하폐수의 오염도를 균일하게 하여 방류수의 총인 농도를 낮추는 동시에 응집제 투입량을 감소시켜, 약품비용을 절감할 뿐만 아니라 슬러지 발생량을 줄여서 슬러지 처리비용을 절감하게 하는 것이다.

이어서, 도 4는 본 발명에 따른 하폐수처리장치(10)와 종래 기술에 따른 하폐수처리장치(1)를 비교하기 위한 개략적인 개념도이다. 먼저, 도 4a에서 보는 바와 같이, 종래 기술에 따른 하폐수처리장치(1)는, 하폐수처리장치(1)로 유입되는 유입수(A)와 반류수(R)가 하폐수처리장치(1)의 전처리조로 직접 유입되는 구조이다. 따라서 하폐수처리장치(1)의 1차 침전조, 2차 침전조 및 제3 침전조로 고농도 인이 포함된 하폐수가 유입됨으로써 인 제거를 위해서 많은 양의 응집제가 소요된다. 또한, 반류수(R)의 유량이 탈수장치나 슬러지농축조 또는 여과장치 등의 가동시간에 따라 급변하기 때문에 응집제의 투여량을 조절하기가 어렵기 때문에 방류수(B)의 총인 농도를 환경 기준 이하로 관리하는데 어려움이 많았다.

반면에, 도 4b에서 보는 바와 같이, 본 발명에 하폐수처리장치(10)는, 고농도의 유기물, 질소 및 인이 포함된 반류수(R)를 부상분리장치(200)에서 미리 처리하여 질소 및 인의 농도가 적정 수준 이하로 떨어진 처리수(E)만을 하폐수처리장치(10)로 유입시키는 구조이다. 따라서 하폐수처리장치(10)의 1차 침전조, 2차 침전조 및 제3 침전조로 유입되는 인의 농도가 낮을 뿐만 아니라 그 농도가 항상 일정하게 유지되기 때문에 응집제의 사용량을 줄일 수 있고 방류수(B)의 총인 농도를 관리하기가 용이하다.

이와 같이, 본 발명에 따른 하폐수처리장치(10)는, 고농도의 오염물이 포함된 반류수(R)를 직접 하폐수처리장치(10)로 순환시키지 않고, 부상분리장치(200)에서 미리 전처리한 다음 그 처리수(E)만을 하폐수처리장치(10)로 반송함으로써 하폐수처리 계통의 부하를 줄여줌으로써 응집제의 사용량을 줄이고 방류수의 수질을 좋게 하는 것이다.

한편, 본 발명에 따르면, 반류수(R)를 처리하기 위한 부상분리장치(200)에서도 일정량의 응집제가 사용된다. 그러나 반류수(R)의 발생유량은 유입수량 대비 1~5.5%로 매우 적은 양이고, 처리수(E)의 총인 농도가 높기 때문에 적은 양의 응집제로도 높은 처리효율을 얻을 수 있다. 반면에 종래 기술에 따라 반류수를 통해 하폐수처리장치로 유입된 인을 처리하는 경우에는, 하폐수의 유량이 반류수(R)에 비해 17배 이상 많고 방류수(B)의 총인 농도가 낮기 때문에 응집제의 처리효율이 떨어진다. 따라서 본 발명의 하폐수처리장치(10)는 전체적으로 종래의 하폐수처리장치(1)에 비해 응집제의 사용량을 줄일 수 있게 된다. 그리고 응집제의 사용량이 줄어들면, 발생하는 슬러지의 양도 줄어들어 슬러지 처리비용도 절감할 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 따른 하폐수처리장치(10)는, 방류수의 총인 농도를 낮추기 위해서 사용하는 인제거 여과장치(100)에서 발생하는 오염수에 포함된 철염을 반류수(R)에 투입하여 혼합함으로써 인 제거에 재활용할 수 있다. 즉, 인제거 여과장치(100)에서 발생하는 오염수에는 많은 양의 철염이 포함되어 있는데, 이러한 철염은 인을 흡착하여 침전물을 형성하는 특성이 있다. 따라서 반류수(R)와 철염이 포함된 오염수를 적절히 혼합하면 응집제 사용량을 줄이면서도 인 제거 효율을 더 높일 수 있게 된다.

도 5에는 본 발명의 하폐수처리장치에 적용된 인제거 여과장치의 일 예가 도시된다. 인제거 여과장치(100)는 여과장치(60)의 하류에 설치되거나 여과장치(60) 대신해서 설치될 수 있다. 도시한 바와 같이, 상기 인제거 여과장치(100)는 내부에 모래여과층(110)이 형성되고, 상기 모래여과층(110)을 통과한 원수가 상측으로 이동되면서 오염물질이 제거된 후 처리수 웨어(130)에서 월류되어 배출되도록 처리수관(132)이 상부에 형성된 여과통(108)과, 유입관(106)을 통해 상기 여과통(108) 내부로 유입된 원수를 모래여과층(110)에 분사시키는 분산관(112)과, 상기 여과통(108)에 수직으로 설치되고 공기 압축기(미도시)에서 공급되는 공기를 하측에 분사하여 오염된 모래를 상승시키도록 하는 에어리프트관(114)과, 에어리프트관(114)의 상단부에 설치되고 에어리프관(114)을 통해 1차 세정된 모래와 오염수가 모이게 되는 오염수챔버(164)와, 오염수챔버(164)에 모인 오염수를 배출하도록 일단은 오염수챔버(164)에 연결되고 타 단은 외부와 연결된 오염수관(124)과, 오염수챔버(164)의 하방에 위치되고 1차 세정된 모래를 하방으로 낙하시키면서 2차 세정하도록 하는 지그재그 유로(158)가 형성된 모래세정부(104)로 구성되어 있다.

이러한 인제거 여과장치는 유입관(106)을 통해 공급되는 원수가 모래여과층(110) 내에 설치되고 분산관(112)에 의해 모래여과층(110) 전역에 균일하게 분포되어 상승하게 되며, 이때 오염물질(SS)은 모래여과층(110)에 의해 포집되고, 처리수는 상부로 이동하여 처리수 웨어(130)에서 월류되어 처리수관(132)을 통해 외부로 배출된다. 그리고 원수를 여과해서 오염물질을 포착한 오염된 모래는 에어리프트관(114)의 하부에서 분사되는 압축공기에 의해 에어리프트관(114)을 통해 상부로 상승하게 되고, 이때 에어리프트관(114)을 통해 상승하는 오염된 모래와 물 그리고 공기가 서로 다른 속도로 상승하는 과정에서 오염된 모래에서 오염물질이 분리된다. 그리고 상기 오염수챔버(164)에 모이게 된 모래는 다시 모래세정부(105)의 지그재그 유로(158)를 통해 하방으로 낙하하여 모래여과층(110)의 상부에 적층되고, 상기 오염수챔버(105)에 모래와 함께 유입된 오염수는 오염수관(132)을 통해 외부로 배출된다.

이때 상기 모래세정부(104)에 형성된 지그재그 유로(158)는 상부와 하부가 연결되어 오염수챔버(164)에서 낙하하는 모래는 하부로 이동하고, 하부에서 상승하는 처리수는 상부로 이동하도록 하여 지그재그 유로(158)에서 분리되는 오염물질이 상기 오염수챔버(164)로 이동하도록 되어 있다. 그런데 상기 지그재그 유로(158)를 통해서 상기 오염수챔버(164)로 유입되는 처리수의 양이 많아질수록 오염수관(132)을 통해 배출되는 오염수의 농도가 떨어지므로 여과효율이 낮아지게 된다. 또한, 상기 오염수챔버(164)로 유입되는 처리수가 과대할 경우 상기 지그재그 유로(158)를 통해 아래로 하강하는 모래의 유속이 떨어져 오염물질의 세정효율이 떨어지게 된다. 이에 따라 종래에는 오염수챔버(164)의 오염수수위와 여과통(108)의 처리수의 수위 차를 조정하여 지그재그 유로(158)로 유입되는 처리수의 수량을 조절하도록 되어 있다.

이와 같이, 하폐수처리장치의 후단에 인제거 여과장치(100)를 더 설치하면, 하폐수에 포함된 인은 생물학적, 화학적 및 물리적 제거과정을 거쳐 처리되어 방류수의 총인 농도의 기준을 만족시킬 수 있다.

이에 따라 본 발명에 따른 하폐수처리장치의 작용을 확인하기 위한 다양한 실시 예를 설명한다.

[비교예 1]

비교대상 하폐수처리장치의 구성

비교대상 하폐수처리장치는 전처리조(20), 1차 침전조(30), 생물반응조(40), 2차 침전조(50), 응집침전장치(80), 여과장치(60) 및 소독장치(70)를 포함하여 구성된다. 그리고 1차 침전조(30) 2차 침전조 및 응집침전장치에서 발생하는 슬러지는 슬러지 농축조, 탈수장치를 통해 처리하고 농축여액과 탈수여액 및 역세척수는 전처리조로 직접 반송하여 순환시킨다.

이때, 상기 하폐수처리장치로 유입되는 유입수는 표1에서 보듯이 COD, T-N, T-P의 농도는 130 mg/L, 42 mg/L, 5.7 mg/L 이었다. 상기 응집침전장치(80)에서 사용한 응집제는 PAC(17%) 52 mg/L 이었고, 보조 응집제는 고분자응집제(0.2%) 1 mg/L 이었며, 방류수의 총인 농도는 0.3 mg/L로 나타났다.

비교대상 하폐수처리장치 실험결과

항목	유입수	방류수
COD_Mn(mg/L) T-N (mg/L) T-P (mg/L)	130 42 5.7	20 15 0.3
응집제	PAC(17%) 52 mg/L, 5,690/톤.년
응집보조제	고분자응집제(0.2%) 1 mg/L, 1,860원/톤.년

[실험예1]

본 발명의 하폐수처리장치의 구성

본 발명의 하폐수처리장치는, 전처리조(20), 1차 침전조(30), 생물반응조(40), 2차 침전조(50), 인제거 여과장치(100) 및 소독장치(70)를 포함하여 구성된다. 그리고 1차 침전조(30) 2차 침전조 및 응집침전장치에서 발생하는 슬러지는 슬러지 농축조, 탈수장치를 통해 처리하고 농축여액과 탈수여액은 부상분리장치(200)로 공급하여 처리하였다.

이때, 상기 하폐수처리장치로 유입되는 유입수는 표2에서 보듯이 COD, T-N, T-P의 농도는 각각 110 mg/L_, 38 mg/L, 3.9 mg/L로 유기물과 질소, 인부하량이 15%, 10%, 30% 감소효과가 나타났다. 표3에서 보듯이 응집제 사용량 역시 기존에 단순 응집침전방식에 비해 반류수를 부상분리하여 전처리함으로써 응집제 사용량 절감과 슬러지 발생량 감소 등으로 유지관리비가 절감될 뿐만 아니라 안정된 처리수를 확보가 가능하였다.

본원 발명 장치 실험결과

항목	유입수	방류수
COD_Mn(mg/L)	110	10
T-N (mg/L)	38	10
T-P(mg/L)	3.9	0.14
응집제	철염(40% 액상) 72.5 mg/L, 2,690원/톤.년
응집보조제	-

비교 대상 장치와 본원 발명 장치의 운전성과 비교

구분	구성	처리성능	약품사용량 (mol/p-mol)	슬러지 증감비
비교 대상 장치	응집침전 (Alum)	80%	5.5	2.5
비교 대상 장치	응집침전 (PAC)	85%	4.5	1.5
본원 발명 장치	반류수전처리 및 인 제거 여과 장치	90%	2	1

[실험예2]

부상분리장치에서의 처리효과

<표4>에서 보듯이 발생원별 COD_Mn, T-N, T-P 농도가 각각 85~290 mg/L, 46~170 mg/L, 18~110 mg/L인 반류수를 실험조건 Al₂(SO₄)₃(7% 액상) 1~4 L/m³ Ca(OH)₂(20% 액상) 0.5~1.5 L/m³ 고분자응집제(0.2% 액상) 1~4 L/m³주입한 후 부상 분리한 결과 COD_Mn, T-N, T-P 제거효율은 각각 52~86%, 43~52%, 91~97%로써 반류수의 T-P를 90% 이상 전처리가 가능하였다. 이들 결과를 토대로 볼 때 반류수의 전처리 효과는 T-P의 유입부하율을 약 30% 이상 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 방류수의 T-P 수질기준 0.2 mg/L 이하를 유지하는데 상당히 효과가 클 것이다.

반류수 발생원별 부상분리 실험결과

항목		농축여액		탈리여액		역세정수
항목		유입수	처리수	유입수	처리수	유입수	처리수
COD_Mn	농도 (mg/L)	162	71	290	139	85	12
COD_Mn	제거효율(%)	-	56	-	52	-	86
T-N	농도 (mg/L)	92	52	170	93	46	22
T-N	제거효율(%)	-	43	-	45	-	52
T-P	농도 (mg/L)	60	4.2	110	5.1	18	1.5
T-P	제거효율(%)	-	93	-	97	-	91

[실험예3]

인 제거 여과장치의 성능 및 철염 재활용 효과

유입유량이 55m³/일 인 하수처리장 2차 처리수의 유입수질이 BOD 4.0 mg/L, COD_Mn7.4 mg/L, SS 3.6 mg/L T-P 1.5 mg/L, PO₄-P 0.687 mg/L에 인 제거 여과장치(IPR^TM-Process)를 이용하여 고도처리 실험을 진행하였다. 직경(F)이 0.6m이고 높이가 1.5m인 원통형 인제거 여과장치의 여과선속도가 9 m/hr인 실험조건에서 철염코팅제를 72.5 g/m³ (40% 액상) 주입한 후 운전한 결과는 표5에 제시하였다. 표3에서 보듯이 BOD, COD, SS 제거 효율은 각각 42.3%, 56,6%, 66,5%이었고 T-P, PO₄-P는 89.5%, 96.5%로 유출수의 T-P 농도는 0.14 mg/L로 높은 제거효율을 나타내었다.

인 제거 여과장치 운전결과

항목		유입수	유출수
BOD	농도 (mg/L)	4.0	2.3
BOD	제거효율 (%)	-	42.3
COD_Mn	농도 (mg/L)	7.4	3.1
COD_Mn	제거효율 (%)	-	56.6
SS	농도 (mg/L)	3.6	1.1
SS	제거효율 (%)	-	66.5
T-P	농도 (mg/L)	1.5	0.14
T-P	제거효율 (%)	-	89.5
PO4-P	농도 (mg/L)	0.687	0.015
PO4-P	제거효율 (%)	-	96.9

인 제거 여과장치에서 발생하는 철염을 재활용하기 위해 철염응집제(38% 액상)와 비교 실험한 결과는 표6에 제시하였다. 표6에서 보듯이 COD_Mn, T-N, T-P의 제거효율을 비교한 결과 철염 응집제에 비해 약간 저조한 편이다. 그러나 반류수에 혼합하여 응집제로 재활용이 가능하였다.

따라서 본 발명에 따라 반류수를 부상분리장치에서 전 처리한 후 그 처리수를 하폐수처리장치로 순환시키면 그렇지 않은 경우에 비해서 응집제의 사용량을 약 30% 정도 절약할 수 있다. 또한, 본 발명에 따라 인제거 여과장치에서 발생하는 철염을 부상분리장치로 유입되는 반류수에 혼합할 경우 그렇지 않은 경우에 비해서 응집제의 사용량을 약 10% 정도 절약할 수 있었다.

철염 재활용 실험결과

항 목		인 제거 여과장치 철염 재활용	철염응집제
항 목		FeCl₃ 0.100mL/L + Polymer 1 mg/L	FeCl₃ 0.125mL/L + Polymer 1mL/L
COD	유입수 (mg/L) 처리수 (mg/L) 제거효율 (%)	105 53.5 49	105 44.1 58
T-N	유입수 (mg/L) 처리수 (mg/L) 제거효율 (%)	45 22 51	45 21.6 56
T-P	유입수 (mg/L) 처리수 (mg/L) 제거효율 (%)	15 2.3 85	15 1.0 93

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 하폐수처리장치 및 이를 이용한 인 제거 방법은, 하폐수처리장치에서 발생하는 농축여액, 탈리여액, 역세척수 등과 같은 반류수를 부상분리장치를 통해 전처리하여 반류수에 포함된 인의 농도를 일정 수준으로 낮추고 그 처리수만을 하폐수처리시설로 공급하여 유입수와 함께 다시 처리함으로써 응집제의 사용량을 줄이고 방류수의 총인 농도를 안정적으로 유지할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 부상분리장치로 투입되는 반류수에 인제거 여과장치에서 발생하고 고농도의 철염을 포함하는 오염수를 투입하여 반류수에 포함된 인 제거한다.

이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 의해 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상과 이하에서 기재되는 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 형태의 수정 및 변형 가능함은 물론이다

10: 하폐수처리장치 20: 전처리조
25, 35, 85: 응집제 투입장치 30: 1차 침전조
40: 생물반응조 50: 2차 침전조
60: 여과장치 70: 소독장치
80: 응집침전장치 86: 응집혼화조
87: 3차 침전조 100: 인제거 여과장치
200: 부상분리장치 210: 응집제 투입장치
220: 응집혼화조 230: 부상분리조
250: 기포발생장치 300: 슬러지 처리장치
310: 슬러지 저류조 320: 슬러지 농축조
330: 슬러지 소화조 340: 탈수장치
350: 오염수 저류조 360: 역세척수 저류조
A: 유입수 B: 방류수
C: 탈수 케이크 E: 처리수
R: 반류수 S: 슬러지

Claims

하 ·폐수를 처리하기 위해 전처리조, 1차 침전조, 생물반응조, 2차 침전조, 여과장치, 인제거 여과장치 및 소독장치를 포함하는 하 ·폐수처리장치에 있어서,
상기 1차 침전조, 2차 침전조 또는 응집침전장치에서 발생하는 슬러지를 농축하기 위한 슬러지 농축조에서 발생하는 농축여액, 슬러지를 탈수하기 위한 탈수장치에서 발생하는 탈수여액 및 상기 여과장치에서 발생하는 역세척수와 같은 반류수에 상기 인제거 여과장치에서 발생하는 철염을 투입하여 응집제 혼화조와 부상분리조로 이루어진 부상분리장치에서 처리한 후 그 처리수를 하 ·폐수처리장치의 전처리조로 반송할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 하 ·폐수처리장치.
제 1항에 있어서,
상기 1차 침전조나 2차 침전조의 상류에 응집제 투입장치를 설치하여 1차 침전조나 2차 침전조로 유입되는 하 ·폐수에 응집제를 투입하여 방류수의 총인 농도를 낮추는 것을 특징으로 하는 하 ·폐수처리장치.
제 1항에 있어서,
상기 2차 침전조의 하류에 응집침전장치를 설치하여 2차 침전조에서 배출되는 처리수에 응집제를 투입하여 방류수의 총인 농도를 낮추는 것을 특징으로 하는 하 ·폐수처리장치.
삭제
삭제
삭제
하 ·폐수에서 발생하는 농축여액, 탈리여액, 역세척수와 같은 반류수에 포함된 유기물, 질소 및 인의 농도를 일정 수준으로 낮춘 다음 하 ·폐수처리장치의 전처리조로 반송하여 유입수와 함께 정화처리함으로써 인 제거에 과량소비되는 응집제의 사용량을 줄이고 유입부하를 줄일 수 있어 방류수의 총인 농도를 안정적으로 관리할 수 있는 하 ·폐수에 포함된 인 제거방법에 있어서,
상기 반류수에 인제거 여과장치에서 발생하는 철염을 투입하여 반류수에 포함된 인 제거하는 것을 특징으로 하는 하 ·폐수에 포함된 인 제거방법.
제 7항에 있어서,
상기 반류수는 부상분리장치를 이용하여 응집제와 결합한 불용성 인을 고액분리하는 것을 특징으로 하는 하 ·폐수에 포함된 인 제거방법.