KR20120136701A - 오폐수 처리 장치 및 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 오폐수 처리 장치는, 유입되는 오폐수에 대한 제1 침전을 수행하는 1차 침전지와, 1차 침전지의 유출수에 대해 미생물 처리 반응을 수행하는 생물반응조와, 생물반응조의 유출수에 대하여 제2 침전을 수행하는 2차 침전지와, 1차 침전지와 2차 침전지에서 생성된 슬러지를 인발하여 농축시키는 농축조와, 흡착제를 주입하여, 2차 침전지의 유출수 내의 질소와 인을 제1 흡착하는 응집/흡착지, 흡착제를 침전시켜 분리하고, 1차 침전지로 반송하는 여과/침전지를 포함하며, 1차 침전지는, 반송된 흡착제를 통하여 유입되는 오폐수 내의 질소와 인을 제2 흡착하여 생성된 슬러지와 흡착제를 농축조로 배출하며, 농축조는, 1차 침전지에서 배출된 흡착제를 통해 인발된 슬러지 내의 질소와 인을 제3 흡착한다. 이에 의해, 방류수와 흡착평형을 이룬 흡착제를 침전 또는 여과를 통하여 제거한 후, 탈수를 통하여 처분하는 것이 아니라 반송하여 더 높은 농도에서 흡착반응이 이루어질 수 있도록 함으로써 단위 흡착제당 흡착할 수 있는 피 흡착제의 양을 증가시킬 수 있다.

Description

오폐수 처리 장치 및 처리 방법{WASTEWATER DISPOSAL APPARATUS AND WASTEWATER DISPOSAL METHOD}
본 발명은 오폐수 처리 장치 및 처리 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 흡착제의 흡착능력을 극대화할 수 있는 오폐수 처리 장치 및 처리 방법에 관한 것이다.
오폐수내의 함유된 인의 경우는 물리/화학적 방법에 의해 쉽게 제거된다. 이때 인을 제거하기 위하여 응집제를 사용하는데 주로 알류미늄계, 철염계, 칼슘계의 응집제가 사용된다. 각 응집제의 인제거 효율은 pH에 따라 달라지게 되는데 도 1과 같이 알류미늄계열, 철염계열, 칼슘계열 순으로 나타나며 이중 칼슘계열이 가장 높은 pH에서 적용되며 가장 우수한 처리효율을 획득할 수 있다. 그러나 칼슘계열의 응집제는 11이상의 높은 pH에서 최적 처리효율을 나타내기 때문에 pH를 높이기 위하여 별도의 알카리제를 주입하여야 한다. 또한 알류미늄 및 철염계열의 응집제는 도 1에서 보듯이 획득 가능한 인의 농도가 한계가 있다. 알류미늄계열의 경우 최적 pH인 6부근에서는 이론적으로 0.01mg/L까지 처리가 가능하지만 주입해야 하는 응집제의 양이 과도하게 되어 경제적으로 불리하다. 또한 오폐수의 일반적인 pH는 7정도 인데 도1에서 보듯이 pH 7 부근에서는 인의 농도를 0.03mg/L까지만 처리가 가능하다. 물론 pH를 적정 pH인 6까지 조정하여 처리할 수 있으나 대용량의 하수처리장에서 적정하게 pH를 조정한다는 것은 현실적으로 불가능할 뿐만 아니라 경제적으로 불리하다.
4대강에 설치되는 보와 같이 물이 정체되는 수역에 질소 및 인이 유입될 경우 조류가 발생하여 수질을 악화시키게 되는데 이러한 정체수역에서 조류가 발생하지 않기 위한 인의 한계농도가 0.01mg/L로 알려져 있다. 따라서 오페수로부터 pH가 중성인 영역에서(pH=7.0) 인의 농도를 0.01mg/L로 처리할 수 있는 경제적인 기술의 개발이 필요하다.
이러한 문제를 해결할 수 있는 것이 흡착제이다. 기존의 흡착제는 알류미늄과 철염계열이 있는데 알류미늄계열의 대표적인 흡착제가 알루미나이다.
따라서, 본 발명이 이루고자하는 기술적인 과제는 흡착제의 흡착능력을 극대화하여, 적은 양의 흡착제를 사용하여 오폐수의 처리능력을 향상시킬 수 있는 오폐수처리장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 오폐수 처리 장치는, 유입되는 오폐수에 대한 제1 침전을 수행하는 1차침전지와, 상기 1차침전지의 유출수에 대해 미생물 처리 반응을 수행하는 생물반응조와, 상기 생물반응조의 유출수에 대하여 제2 침전을 수행하는 2차침전지와, 상기 1차침전지와 상기 2차침전지에서 생성된 슬러지를 인발하여 농축시키는 농축조와, 흡착제를 주입하여, 상기 2차침전지의 유출수 내의 질소와 인을 제1 흡착하는 응집/흡착지 및 상기 흡착제를 침전시켜 분리하고, 상기 1차침전지로 반송하는 여과/침전지를 포함하고, 상기 1차침전지는, 반송된 상기 흡착제를 통하여 상기 유입되는 오폐수 내의 질소와 인을 제2 흡착하여 생성된 슬러지와 상기 흡착제를 상기 농축조로 배출하며, 상기 농축조는, 상기 1차침전지에서 배출된 상기 흡착제를 통해 인발된 상기 슬러지 내의 질소와 인을 제3 흡착한다.
상기 오폐수 처리 장치는, 상기 농축조에서 배출된 슬러지와 흡착제를 기초로 상기 농축조에서 배출된 슬러지를 분해하고, 상기 농축조에서 배출된 흡착제를 통해 상기 농축제에서 배출된 슬러지 내의 질소와 인을 제4 흡착하는 소화조를 더 포함한다.
상기 소화조는, 상기 제4 흡착에 의해 생성된 슬러지를 기초로 퇴비를 제조한다.
상기 제1 흡착시의 흡착평형농도는 상기 제2 흡착시의 흡착평형농도보다 작고, 상기 제2 흡착시의 흡착평형농도는 상기 제3 흡착시의 흡착평형농도보다 작으며, 상기 제3 흡착시의 흡착평형농도는 상기 제4 흡착시의 흡착평형농도보다 작다.
상기 응집/흡착지로 주입되는 흡착제는, 인을 흡착하는 인흡착제 40 ~ 80 %와, 상기 흡착제의 비중을 증가시키는 침전보조제 20 ~ 60 %을 포함한다.
상기 응집/흡착지로 주입되는 흡착제는, 질소를 흡착하는 질소흡착제 40 ~ 80 %와, 상기 흡착제의 비중을 증가시키는 침전보조제 20 ~ 60 %을 포함한다.
상기 응집/흡착지로 주입되는 흡착제는, 질소를 흡착하는 질소흡착제와 인을 흡착하는 인흡착제의 혼합물을 40 ~ 80 % 포함하고, 상기 흡착제의 비중을 증가시키는 침전보조제 20 ~ 60 %을 포함한다.
상기 침전보조제의 비중은 상기 질소흡착제와 상기 인흡착제의 비중보다 높다.
또한, 본 발명에 따른 오폐수 처리 방법은, 유입되는 오폐수에 대한 제1 침전을 수행하고 제1 유출수를 배출하는 제1 침전 단계와, 상기 제1 유출수에 대하여 제2 침전을 수행하고 제2 유출수를 배출하는 제2 침전 단계와, 흡착제를 주입하여, 상기 제2 유출수 내의 질소와 인을 제1 흡착하는 제1 흡착 단계, 상기 흡착제를 침전시켜 분리하여 반송하는 단계, 상기 반송된 흡착제를 통해 상기 오폐수 내의 질소와 인을 제2 흡착하는 제2 흡착 단계, 상기 제2 흡착에 의해 생성된 슬러지와 상기 제1 유출수와 상기 제2 유출수 내의 슬러지를 인발(wasting)하여 농축시키고, 상기 제2 흡착 단계의 상기 흡착제를 통해 상기 슬러지 내의 질소와 인을 제3 흡착하는 제3 흡착 단계를 포함한다.
상기 오폐수 처리 방법은, 상기 농축된 슬러지와 상기 제3 흡착 단계의 흡착제를 침전시켜 배출하는 단계, 상기 배출된 슬러지를 분해하는 단계, 상기 분해된 슬러지 내의 질소와 인을 상기 배출된 흡착제를 통해 제4 흡착하는 제4 흡착 단계를 더 포함한다.
상기 오폐수 처리 방법은, 상기 제4 흡착에 의해 생성된 슬러지를 기초로 비료를 제조하는 단계를 더 포함한다.
상기 흡착제는, 인을 흡착하는 인흡착제 40 ~ 80 %와, 상기 흡착제의 비중을 증가시키는 침전보조제 20 ~ 60 %을 포함한다.
상기 흡착제는, 질소를 흡착하는 질소흡착제 40 ~ 80 %와, 상기 흡착제의 비중을 증가시키는 침전보조제 20 ~ 60 %을 포함한다.
상기 흡착제는, 질소를 흡착하는 질소흡착제와 인을 흡착하는 인흡착제의 혼합물을 40 ~ 80 % 포함하고, 상기 흡착제의 비중을 증가시키는 침전보조제 20 ~ 60 %을 포함한다.
상기 침전보조제의 비중은 상기 질소흡착제와 상기 인흡착제의 비중보다 높다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 흡착제의 비중을 조절함으로써, 고액분리를 쉽게 할 수 있는 장점이 있다.
또한, 특히 상향류 생물여과공정과 조합하여 사용할 경우, 생물여과공정으로 유입되는 고형물이 침전을 통하여 생물여과지 하부에 유지되기 때문에, 상부여재에 대한 고형물부하를 감소시킬 수 있어, 이를 통해 여과시간을 길게 유지하면서도 질소 및 인을 낮은 농도로 처리할 수 있다.
또한, 방류수와 흡착평형을 이룬 흡착제를 침전 또는 여과를 통하여 제거한 후, 탈수를 통하여 처분하는 것이 아니라 반송하여 더 높은 농도에서 흡착반응이 이루어질 수 있도록 함으로써 단위 흡착제당 흡착할 수 있는 피흡착제의 양을 증가시킬 수 있다.
또한, 슬러지 비중과 탈수성을 증가시켜 소화조의 고액분리 효율과 탈수 효율을 증가시켜 탈수케익의 생산량을 최소화 할 수 있다.
또한, 흡착제 내에 흡착된 질소 및 인의 농도가 높아 탈수케익의 질소 및 인의 농도도 높게되어 비료로서 가치를 갖도록 제조할 수 있다.
도 1은 응집제의 종류와 pH에 따른 인의 농도를 나타낸 그래프이다.
도 2는 평형농도에 따른 흡착제의 흡착량을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 오폐수 처리 장치를 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 오폐수 처리 장치와 처리 방법에서 사용되는 흡착제의 혼합 비율에 따른 효과를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 오폐수 처리 방법을 도시한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 오폐수 처리 장치 및 방법에서 각각의 흡착시의 피흡착제의 양 또는 평형농도를 간략히 도시한 그래프이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 응집제의 종류와 pH에 따른 인의 농도를 나타낸 그래프이다.
도 1을 참조하면, 도 1에 도시된 응집제는 알루미늄계열(Al2(SO4)3), 철염계열(Fe(SO4), FeCl3), 칼슘계열(CaCO3) 등이고, 각각은 오폐수 내에 함유된 인을 제거할 수 있다.
각각의 응집제의 인을 제거하는 효율은 pH에 따라 상이할 수 있다. 칼슘계열의 응집제가 가장 높은 pH에서 적용되며 가장 우수한 처리효율을 획득할 수 있다. 다만, 칼슘계열의 응집제는 11이상의 높은 pH에서 최적 처리효율을 나타내므로, 별도의 알카리성 제재를 주입해야한다.
알루미늄 및 철염계열의 응집제는 획득 가능한 인의 농도에 한계를 가진다. 알루미늄계열의 경우 최적 pH인 6부근에서 이론적으로 0.01mg/L까지 처리가 가능하지만 주입해야 하는 응집제의 양이 과도하게 되어 경제적으로 불리하다.
또한 오폐수의 일반적인 pH는 7정도 인데 도 1에서 보듯이 pH 7 부근에서는 인의 농도를 0.03mg/L까지만 처리가 가능하다. 물론 pH를 적정 pH인 6까지 조정하여 처리할 수 있으나 대용량의 하수처리장에서 적정하게 pH를 조정한다는 것은 현실적으로 불가능할 뿐만 아니라 경제적으로 불리하다.
4대강에 설치되는 보와 같이 물이 정체되는 수역에 질소 및 인이 유입될 경우 조류가 발생하여 수질을 악화시키게 되는데 이러한 정체수역에서 조류가 발생하지 않기 위한 인의 한계농도가 0.01mg/L로 알려져 있다. 따라서 오페수로부터 pH가 중성인 영역에서(pH=7.0) 인의 농도를 0.01mg/L로 처리할 수 있는 경제적인 기술의 개발이 필요하다.
도 2는 평형농도에 따른 흡착제의 흡착량을 나타낸 그래프이다.
도 2는 도 1에 도시한 응집제의 문제점을 해결할 수 있는 흡착제의 흡착평형농도와 흡착 가능한 피흡착제의 양의 관계를 도시한다. 흡착제는 알루미늄과 철염계열이 있으며, 알루미늄계열의 대표적인 흡착제로서 알루미나가 있다.
알루미나는 인을 흡착하여 0까지 처리가 가능하며, 피흡착제와 흡착반응이 완료되면서 흡착평형농도에서 평형을 이루게 된다. 흡착평형농도는 흡착제를 사용하여 얻을 수 있는 방류수의 농도와 일치한다.
흡착제가 흡착하는 피흡착제의 양은 흡착평형농도에 따라 상이할 수 있다. 이를 수식으로 나타내면,
Figure pat00001
Figure pat00002
b, kf, n은 흡착제 및 피흡착제의 특성을 나타내는 상수이고 qm은 단위 흡착제에 흡착가능한 피흡착제의 최대값을 나타낸다. Ce는 평형농도인데 식에서 알 수 있듯이 평형농도가 높아지면 흡착제가 흡착할 수 있는 피흡착제의 양이 증가한다. 즉 적은 양의 흡착제로 많은 피흡착제를 제거할 수 있다는 것을 의미한다.
따라서, 오폐수를 처리함에 있어서, 흡착평형농도가 높을 수록 흡착 능력을 증가시켜 경제성을 확보할 수 있다. 그러나, 오폐수 처리 장치의 궁극적인 목적은 오염물 농도가 낮은 방류수질을 획득해야 하므로, 기존의 흡착제는 흡착평형농도가 낮은 곳에서 흡착반응을 하여, 경제적으로 불리한 문제점이 있었다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 오폐수 처리 장치를 도시한 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오폐수 처리 장치(100)는, 1차침전지(110), 생물반응조(120), 2차침전지(130), 흡착/응집지(140), 여과/침전지(150), 농축조(160) 및 소화조(170)를 포함할 수 있다. 도시하지는 않았으나, 침사지를 포함할 수 있다.
침사지는 오폐수 속의 모래 등의 크고 무거운 이물질을 침전시켜 이를 제거하며, 1차침전지(110)는 침사지의 유출수를 유입하여 1차 침전을 수행할 수 있다. 1차 침전을 수행한 유출수는 생물반응조(120)로 유입된다.
생물반응조(120)는 혐기조, 무산소조, 호기조 등으로 구성될 수 있고, 1차침전지(110)의 유출수에 대하여 생물학적 반응에 의해 미생물과 유출수를 반응시켜 유기물을 분해하고, 제거할 수 있다. 미생물 처리 반응의 수행이 완료되면, 생물반응조(120)는 유출수를 2차침전지(130)로 배출할 수 있다.
2차침전지(130)는 생물학적 반응을 마치고 나온 유출수 중의 오염물을 추가로 제거할 수 있다. 2차침전지(130)는, 유출수에 대하여 고액분리하여 생성된 슬러지를 생물반응조(120)로 반송할 수 있다.
흡착/응집지(140)는 2차침전지(130)의 유출수에 흡착제 및/또는 응집제를 주입하여, 유출수내에 잔류하는 질소 및 인에 대한 제1 흡착반응을 통해 제거할 수 있다. 제1 흡착반응이 완료된 흡착제는 주입된 응집제에 의해 플록(floc)을 형성할 수 있다. 형성된 플록은 여과/침전지(150)로 유입되어 고액분리 공정인 침전 및 여과를 통하여 제거될 수 있다. 제1 흡착반응시 주입된 흡착제는 2차침전지(130)에서 배출된 유출수 내부의 피흡착제인 질소 및 인의 양이 작으므로, 가장 낮은 흡착평형농도를 갖게 될 수 있다. 이는 오폐수의 방류수질이 가장 우수함을 뜻한다.
흡착과 응집을 통하여 형성된 플록은 침전성이 향상되어 침전이 잘되기 때문에 침전지의 체류시간이 짧아도 우수한 처리 수질을 확보할 수 있다.
또다른 실시예로, 형성된 플록을 여과/침전지(150) 중에서 상향류 여과지를 통하여 제거할 경우에도 형성된 슬러지 플록의 침전이 우수하여 상부여재에 도달하기 전에 침전을 통하여 여과지 하부로 이동되기 때문에 상부여재에 고형물 부하를 증가시키지 않는다. 따라서 여과지속시간이 길어지고, 역세수 사용량이 절감되며, 우수한 수질을 확보할 수 있다.
오폐수 내의 고형물은 침전을 통해 제거되게 된다. 이때 고형물의 제거효율은 침전속도에 의해 결정되게 되는데 고형물의 침전속도는 수학식 3과 같이 Stokes식으로 나타낸다.
Figure pat00003
수학식 3에서, g는 중력가속도, ρs는 고형물의 비중, ρw는 액체의 비중, μ는 액체의 점성계수, d는 침전 고형물 입자의 직경을 의미한다.
즉, 고형물의 침전속도는 고형물 입자가 가진 직경의 자승에 비례하고 고형물의 비중에 비례한다. 따라서 응집제를 주입하여 고형물의 직경을 증가시킴으로써 침전속도를 향상시키는 방법이 주로 이용되었다.
그러나 고형물의 직경을 증가시키는 것은 한계가 있기 때문에 비중이 큰 물질을 주입하여 비중을 증가시키는 방법이 사용되기도 한다. 그러나 비중을 증가시키기 위한 물질을 주입할 경우 부산물이 슬러지의 생산량이 증가하는 단점이 있다.
또한 침전성을 향상시키기 위한 침전보조제는 다른 오염물질의 처리기능을 갖는 것이 아니라 단순히 비중을 높이는 역할만을 수행하기 때문에 슬러지의 침전성을 개량할 수는 있지만 부산물인 슬러지가 과량으로 발생하는 문제를 발생시키기 때문에 얻어지는 이익보다 실익이 많은 방법이라고 할 수 있다.
따라서, 침전성을 향상시키면서도 슬러지 내부의 질소와 인을 흡착할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 실시예에 따라 응집/흡착지(140)로 주입되는 흡착제는 인을 흡착하는 인흡착제 40 ~ 80 %와, 흡착제의 비중을 증가시키는 침전보조제 20 ~ 60 %을 포함할 수 있다.
또는, 질소를 흡착하는 질소흡착제 40 ~ 80 %와, 흡착제의 비중을 증가시키는 침전보조제 20 ~ 60 %을 포함할 수 있다.
또는, 질소를 흡착하는 질소흡착제와 인을 흡착하는 인흡착제의 혼합물을 40 ~ 80 % 포함하고, 흡착제의 비중을 증가시키는 침전보조제 20 ~ 60 %을 포함할 수 있다.
예를 들어, 슬러지 또는 고형물의 비중은 1.1~1.2정도인데 흡착제의 비중은 1.5~2.0이고 침전보조제의 비중은 3.0으로 슬러지의 침전성을 개량하여 침전 및 농축효율을 증가시킬 수 있다. 즉, 질소 및/또는 인흡착제의 비중보다 침전보조제의 비중이 더 높다.
후술할 제2 흡착, 제3 흡착 및 제4 흡착시에도 동일한 흡착제로 하여금 1차침전지(110), 농축조(160), 및 소화조(170)에서의 질소와 인을 흡착할 수 있도록 할 수 있다.
흡착제를 인흡착제와 침전보조제를 혼합하거나, 질소흡착제와 침전보조제를 혼합하거나 또는 인흡착제와 질소흡착제 그리고 침전보조제를 혼합하도록 구성함으로써, 흡착능력은 높게 유지하면서도 비중을 크게하여 침전 능력도 향상시킬 수 있다. 이에 관하여는 도 4에서 후술하기로 한다.
침전 및 여과를 통하여 제거된 흡착제는 다시 1차침전지(110)로 반송될 수 있다. 반송된 흡착제는 1차침전지(110)로 유입되는 오폐수 내의 질소와 인을 제2 흡착할 수 있다. 즉, 방류수와 흡착평형을 이룬 흡착제를 침전 및/또는 여과를 통하여 제거한 후에 탈수를 통하여 처분하는 것이 아니라 1차침전지(110)로 반송할 수 있다.
1차침전지(110)로 흡착제가 반송되면, 1차침전지(110)로 유입되는 오폐수 내의 질소와 인의 농도는 응집/흡착지(140)에서의 질소와 인의 농도보다 훨씬 높게 되고, 따라서 흡착평형농도도 높다. 따라서, 단위 흡착제당 제거 가능한 피흡착제의 양을 최대화 할 수 있다.
뿐만 아니라, 미생물 처리 반응을 수행하는 생물반응조(120)로 1차침전지(110)로부터 유입되는 질소와 인의 부하를 감소시킴으로써 생물반응조(120)의 체류시간을 단축시킬 수 있고, 산소 공급량을 절감할 수 있다.
예를 들어, 응집/흡착지(140)로 유입되는 2차침전지(130)의 유출수 내의 인의 평형농도가 0.01~0.03mg/L이고 1차침전지(110)로 유입되는 오폐수 내의 인의 평형농도는 1.0~3.0mg/L이므로 1차침전지(110)의 경우 흡착제의 흡착평형농도가 방류수에 비해 100배정도 증가하기 때문에 흡착제의 흡착능력을 추가적으로 활용할 수 있다.
농축조(160)는 1차침전지(110)와 2차침전지(130)에서 생성된 슬러지들을 농축할 수 있다.
1차침전지(110)와 2차침전지(130)에서 생성된 슬러지는 농축조(160)로 인발(wasting)될 수 있다. 또한, 1차침전지(110)로 유입되는 오폐수 내의 질소와 인을 제2 흡착하는 데에 사용되었던 흡착제도 농축조(160)로 같이 유입될 수 있다.
농축조(160)로 유입된 흡착제는 농축조(160)내에 농축된 슬러지들 내부에 있는 질소와 인을 제3 흡착할 수 있다. 1차침전지(110)에서의 제2 흡착시의 평형농도보다 농축조(160)에서의 제3 흡착시의 평형농도가 더 크다. 따라서, 더 높은 농도에서 흡착반응이 이루어져 단위 흡착제당 흡착할 수 있는 피흡착제의 양을 증가시킬 수 있다.
소화조(170)는 농축조(160)로부터 유입된 슬러지를 유입하여 모래 여과, 필터 프레스, 진공 여과기 등을 이용한 탈수 과정을 거쳐 슬러지 케이크로 방출할 수 있다. 슬러지 케이크는 소각하여 분해하거나, 결정화하여 질소와 인을 회수하는 역할을 수행할 수 있다. 즉, 소화조(170)는 흡착제를 통해 흡착된 질소와 인을 다량 함유한 슬러지 케이크를 비료로 제조할 수 있다.
소화조(170)는 혐기성 소화조일 수 있다. 혐기성 소화조의 경우 유입된 슬러지가 가수분해, 산생성, 메탄 생성 단계를 거치면서 분해될 수 있다. 분해 과정에서 슬러지 내에 함유되어 있던 질소 및 인이 용출될 수 있다.
따라서 소화조(170)내의 질소 및 인의 농도가 극대화 되며, 따라서 농축조(160)에서 유입된 흡착제는 소화조(170)내의 질소 및 인을 제4 흡착할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 흡착제를 통해 제4 흡착하는 경우, 슬러지 비중이 높고, 탈수성을 증가시킴으로써 소화조(170)의 고액 분리 효율을 증가시킬 수 있고, 탈수 효율을 증가시킬 수 있다.
탈수케익 자체의 생산량을 최소화 할 수 있으며, 흡착제에 흡착되는 질소 및 인의 농도가 매우 높아 탈수케익의 질소 및 인의 농도가 매우 높을 수 있다. 따라서, 탈수케익을 질소비료 또는 인비료로 사용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 오폐수 처리 장치와 처리 방법에서 사용되는 흡착제의 혼합 비율에 따른 효과를 도시한 그래프이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 흡착제는 인흡착제 및/또는 질소흡착제의 비율이 40~80%, 보조제의 비율이 20~60%가 되도록 한다. 인흡착제 및/또는 질소흡착제의 비율이 전체 흡착제 중에서 40%이하가 되면 도 4와 같이 흡착능력이 저하될 수 있고, 인흡착제 및/또는 질소흡착제의 비율이 80%이상일 경우엔, 흡착능력의 상승이 미미하다. 그러나, 인흡착제 및/또는 질소흡착제의 비율이 80%이상이 되면, 슬러지의 비중이 1.8이하로 되기 때문에 침전/여과지(150)에서 침전되지 않고 상승할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 오폐수 처리 방법을 도시한 순서도이다.
1차침전지(110)로 유입되는 오폐수에 대한 제1 침전을 수행한다(S501). 제 침전을 수행하고 나서 배출된 제1 유출수에 대하여 생물반응조(120)에서 미생물 처리 반응을 수행하고, 수행된 미생물 처리 반응 이후에 배출된 유출수에 대하여 2차침전지(130)에서 제2 침전을 수행한다(S503). 제2 침전을 수행한 이후, 흡착제를 주입하여(S505), 제2 침전을 수행하고 2차침전지(130)에서 배출된 제2 유출수 내의 질소와 인을 제1 흡착한다(S507).
흡착제를 침전시켜 분리하며, 1차침전지(110)로 반송한다(S509). 반송된 흡착제를 통해 1차침전지(110)로 유입되는 오폐수 내의 질소와 인을 제2 흡착한다(S511). 제2 흡착에 의해 생성된 슬러지와 제1 유출수, 제2 유출수 내의 슬러지를 인발하여 농축시키고(S513), 제2 흡착시 사용한 흡착제를 통해 농축된 슬러지 내의 질소와 인을 제3 흡착한다(S515).
농축된 슬러지와 제3 흡착시 사용한 흡착제를 침전시켜 소화조(170)로 배출하고, 소화조(170)는 배출된 슬러지와 흡착제를 분해하여(S517) 분해된 슬러지 내의 질소와 인을 제4 흡착할 수 있다(S519).
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 오폐수 처리 장치 및 방법에서 각각의 흡착시의 피흡착제의 양 또는 평형농도를 간략히 도시한 그래프이다.
상기한 바와 같이, 흡착평형농도가 높아지면 흡착제가 흡착할 수 있는 피흡착제의 양이 증가한다. 즉, 흡착평형농도가 높아지면, 적은 양의 흡착제로 많은 피흡착제를 제거할 수 있다. 단위 흡착제가 흡착할 수 있는 피흡착제의 양이 증가한다.
도 6을 참조하면, 제1 흡착시의 흡착평형농도는 제2 흡착시의 흡착평형농도보다 작다. 또한, 이는 다르게 표현하면, 제1 흡착시의 흡착제가 흡착할 수 있는 피흡착제(N,P)의 양이 제2 흡착시의 흡착제가 흡착할 수 있는 피흡착제(N,P)의 양보다 적음을 의미할 수 있다.
또한 제2 흡착시의 흡착평형농도는 제3 흡착시의 흡착평형농도보다 작다. 즉, 제2 흡착시의 흡착제가 흡착할 수 있는 피흡착제(N,P)의 양이 제3 흡착시의 흡착제가 흡착할 수 있는 피흡착제(N,P)의 양보다 적음을 의미할 수 있다.
또한 제3 흡착시의 흡착평형농도는 제4 흡착시의 흡착평형농도보다 작다. 즉, 제3 흡착시의 흡착제가 흡착할 수 있는 피흡착제(N,P)의 양이 제4 흡착시의 흡착제가 흡착할 수 있는 피흡착제(N,P)의 양보다 적음을 의미할 수 있다.
이상에서는 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100 : 오폐수 처리 장치 110 : 1차침전지
120 : 생물반응조 130 : 2차침전지
140 : 흡착/응집지 150 : 여과/침전지
160 : 농축조 170 : 소화조

Claims (15)

  1. 유입되는 오폐수에 대한 제1 침전을 수행하는 1차침전지;
    상기 1차침전지의 유출수에 대해 미생물 처리 반응을 수행하는 생물반응조;
    상기 생물반응조의 유출수에 대하여 제2 침전을 수행하는 2차침전지;
    상기 1차침전지와 상기 2차침전지에서 생성된 슬러지를 인발하여 농축시키는 농축조;
    흡착제를 주입하여, 상기 2차침전지의 유출수 내의 질소와 인을 제1 흡착하는 응집/흡착지;및
    상기 흡착제를 침전시켜 분리하고, 상기 1차침전지로 반송하는 여과/침전지;를 포함하고,
    상기 1차침전지는, 반송된 상기 흡착제를 통하여 상기 유입되는 오폐수 내의 질소와 인을 제2 흡착하여 생성된 슬러지와 상기 흡착제를 상기 농축조로 배출하며,
    상기 농축조는, 상기 1차침전지에서 배출된 상기 흡착제를 통해 인발된 상기 슬러지 내의 질소와 인을 제3 흡착하는 오폐수 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 오폐수 처리장치는,
    상기 농축조에서 배출된 슬러지와 흡착제를 기초로 상기 농축조에서 배출된 슬러지를 분해하고, 상기 농축조에서 배출된 흡착제를 통해 상기 농축제에서 배출된 슬러지 내의 질소와 인을 제4 흡착하는 소화조를 더 포함하는 오폐수 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 소화조는,
    상기 제4 흡착에 의해 생성된 슬러지를 기초로 슬러지 탈수케익을 제조하는 오폐수 처리 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 흡착시의 흡착평형농도는 상기 제2 흡착시의 흡착평형농도보다 작고, 상기 제2 흡착시의 흡착평형농도는 상기 제3 흡착시의 흡착평형농도보다 작으며, 상기 제3 흡착시의 흡착평형농도는 상기 제4 흡착시의 흡착평형농도보다 작은 오폐수 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 응집/흡착지로 주입되는 흡착제는,
    인을 흡착하는 인흡착제 40 ~ 80 %와, 상기 흡착제의 비중을 증가시키는 침전보조제 20 ~ 60 %을 포함하는 오폐수 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 응집/흡착지로 주입되는 흡착제는,
    질소를 흡착하는 질소흡착제 40 ~ 80 %와, 상기 흡착제의 비중을 증가시키는 침전보조제 20 ~ 60 %을 포함하는 오폐수 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 응집/흡착지로 주입되는 흡착제는,
    질소를 흡착하는 질소흡착제와 인을 흡착하는 인흡착제의 혼합물을 40 ~ 80 % 포함하고, 상기 흡착제의 비중을 증가시키는 침전보조제 20 ~ 60 %을 포함하는 오폐수 처리 장치.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 침전보조제의 비중은 상기 질소흡착제와 상기 인흡착제의 비중보다 큰 오폐수 처리 장치.
  9. 유입되는 오폐수에 대한 제1 침전을 수행하고 제1 유출수를 배출하는 제1 침전 단계;
    상기 제1 유출수에 대하여 제2 침전을 수행하고 제2 유출수를 배출하는 제2 침전 단계;
    흡착제를 주입하여, 상기 제2 유출수 내의 질소와 인을 제1 흡착하는 제1 흡착 단계;
    상기 흡착제를 침전시켜 분리하여 반송하는 단계;
    상기 반송된 흡착제를 통해 상기 오폐수 내의 질소와 인을 제2 흡착하는 제2 흡착 단계;및
    상기 제2 흡착에 의해 생성된 슬러지와 상기 제1 유출수, 상기 제2 유출수 내의 슬러지를 인발(wasting)하여 농축시키고, 상기 제2 흡착 단계의 상기 흡착제를 통해 상기 농축된 슬러지 내의 질소와 인을 제3 흡착하는 제3 흡착 단계를 포함하는 오폐수 처리 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 오폐수 처리 방법은,
    상기 농축된 슬러지와 상기 제3 흡착 단계의 흡착제를 침전시켜 배출하는 단계;
    상기 배출된 슬러지를 분해하는 단계; 및
    상기 분해된 슬러지 내의 질소와 인을 상기 배출된 흡착제를 통해 제4 흡착하는 제4 흡착 단계를 더 포함하는 오폐수 처리 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 오폐수 처리 방법은,
    상기 제4 흡착에 의해 생성된 슬러지를 기초로 슬러지 탈수케이크를 제조하는 단계를 더 포함하는 오폐수 처리 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 흡착제는,
    인을 흡착하는 인흡착제 40 ~ 80%와, 상기 흡착제의 비중을 증가시키는 침전보조제 20 ~ 60%을 포함하는 오폐수 처리 방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 흡착제는,
    질소를 흡착하는 질소흡착제 40 ~ 80%와, 상기 흡착제의 비중을 증가시키는 침전보조제 20 ~ 60%을 포함하는 오폐수 처리 방법.
  14. 제9항에 있어서, 상기 흡착제는,
    질소를 흡착하는 질소흡착제와 인을 흡착하는 인흡착제의 혼합물을 40 ~ 80% 포함하고, 상기 흡착제의 비중을 증가시키는 침전보조제 20 ~ 60%을 포함하는 오폐수 처리 방법.
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 침전보조제의 비중은 상기 질소흡착제와 상기 인흡착제의 비중보다 큰 오폐수 처리 방법.
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