KR20140140140A - 수처리 방법 및 이를 이용한 수처리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폐수를 혐기성 소화조(10)에 투입하는 혐기성 소화단계(100)로부터 발생한 상징액에 대하여 부유물질을 제거하도록, 용존공기 부상조(20)에 투입하는 용존공기 부상단계(200); 용존공기 부상단계(200)에서 배출된 처리수에 대하여 암모니아성 질소를 질산화하고, 유기물을 제거하도록, 제 1바이오필터(30)로 투입하는 제 1여과단계(300); 제 1여과단계(300)에서 배출된 처리수에 대하여 혐기성 소화단계(100)에서 생성된 아세트산을 내부 탄소원으로서 주입하는 탄소원 주입단계(410); 내부 탄소원을 주입한 제 1여과단계(300)에서 배출된 처리수에 대하여 무산소 조건에서 제 1여과단계(300)에서 질산화된 질산염을 탈질 반응을 통해 제거하도록, 제 2바이오필터(40)로 투입하는 제 2여과단계(400); 제 2여과단계(400)에서 배출된 처리수에 대하여 부유물질 및 잔여 유기물을 제거하도록, 제 3바이오필터(50)로 투입하는 제 3여과단계(500); 제 3여과단계(500)에서 배출된 처리수를 방류하는 방류단계(600);를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법 및 이를 이용한 수처리 시스템 및 이를 이용한 수처리 시스템을 제시함으로써, 혐기성 소화 상징액을 저비용, 고효율로 처리하며, 바이오 에너지(메탄가스)의 생산을 통한 자원 재활용으로 경제성을 높이고, 상징액의 방류로 인한 수계의 부영양화 및 적조 발생을 억제하여 친환경적이도록 한다.

Description

수처리 방법 및 이를 이용한 수처리 시스템{METHOD OF WATER TREATMENT AND SYSTEM USING THE SAME}
본 발명은 환경 분야에 관한 것으로서, 상세하게는 수처리 방법 및 이를 이용한 수처리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 축산폐수는 고농도의 유기물 및 질소성분, 그리고 과도한 부유물질 등을 함유하고 있기 때문에 축산폐수의 처리에는 상당히 어려운 점이 있으며, 폐수의 성상과 특성이 농가별로 상이하여 표준화된 처리방법을 찾을 수 없다는 문제점이 있다.
또한, 음식물류 폐기물은 다른 폐기물과 달리 수분이 많고 염분을 지니고 있기 때문에 수거, 운반 시에 악취를 유발하고, 빠른 부패 특성으로 인하여 후속처리 공정과 최종처분과정에서 취급 및 관리가 어렵다는 문제점이 있다.
음식물류 폐기물을 퇴비화할 경우에는, 적정한 수분함량을 유지시키기 위해 수분 조절제를 첨가해야하는 번거로움이 있고, 최종 처분에 있어 소각 처리 시 높은 수분으로 인하여 연소 효율이 낮아 보조연료의 투입을 요구하기 때문에 처리 비용을 상승시키며, 매립의 경우 높은 수분함량은 다량의 고농도 침출수를 발생시켜 처리비용 상승과 함께 주변의 지하수와 토양을 오염시킬 우려가 있다.
이러한 축산폐수 및 음식물 폐기물, 분뇨 등의 고농도의 유기성 폐수를 처리하기 위한 시스템으로써, 현재 바이오매스를 이용한 에너지 생산 기술이 주로 이루어지고 있으며, 특히 혐기성 소화를 이용한 방법은 폐수나 폐기물 처리의 부산물로 얻어지는 메탄의 생산을 통해 환경문제 해결과 에너지의 확보라는 두 가지 효과를 동시에 거둘 수 있어 현재 국외,내에서 활발히 연구가 진행되고 있다.
위의 유기성 고형폐기물의 혐기성 통합소화는 물리, 화학적 성상이 각각 다른 둘 이상의 유기성 폐기물을 혼합하여 단일 소화조에서 일괄적으로 처리하는 공정으로 정의된다.
그런데, 혐기성 소화기술은 스컴(Scum) 및 유분의 누적으로 인한 소화율의 저하, 가온설비로 인한 에너지 소비, 비교적 긴 수리학적 체류시간 등의 문제점 뿐만 아니라, 혐기성 소화 후 발생되는 고농도 질소의 상징액 처리에 따른 경제성 감소의 문제점을 지니고 있다.
일반적으로 혐기성 소화조의 상징액은 TSS 20,000mg/L이상, COD 14,000mg/L이상, BOD 2,000mg/L이상, NH4 +-N 2,000mg/L이상, T-N 3,000mg/L이상, 알칼리도 12,000mg/L이상의 높은 오염부하를 지니고 있다.
이러한 상징액을 인근 공공하수 처리장으로 이송하여 처리할 수 있으나, 이를 위한 절차가 매우 복잡하며, 이송처리가 불가능할 경우에는 상징액을 액비화하여 농경지에 살포하지만, 이는 농작물에 악영향을 미치는 등 다양한 문제점들을 유발한다.
따라서, 혐기성 소화 상징액의 적철한 처리와 현장 수계에 직접방류가 가능한 최적화된 수처리 시스템의 개발이 시급한 실정이다.
또한, 혐기성 소화 상징액의 처리는 고농도의 질소와 인을 함유하고 있을 뿐 아니라, 높은 부유물질 농도를 지니고 있기 때문에 효과적으로 처리하기 위해서는 높은 부유물질의 전처리와 고농도용존물질(SBOD, SCOD, NOx 등)의 제거를 위한 생물학적인 처리, 인의 처리를 위한 화학적인 처리가 적절히 병행될 필요가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 혐기성 소화 상징액을 저비용, 고효율로 처리하며, 바이오 에너지(메탄가스)의 생산을 통한 자원 재활용으로 경제성을 높이고, 상징액의 방류로 인한 수계의 부영양화 및 적조 발생을 억제하여 친환경적인 수처리 방법 및 이를 이용한 수처리 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 과제의 해결을 위하여, 본 발명은 폐수를 혐기성 소화조(10)에 투입하는 혐기성 소화단계(100)로부터 발생한 상징액에 대하여 부유물질을 제거하도록, 용존공기 부상조(20)에 투입하는 용존공기 부상단계(200); 상기 용존공기 부상단계(200)에서 배출된 처리수에 대하여 암모니아성 질소를 질산화하고, 유기물을 제거하도록, 제 1바이오필터(30)로 투입하는 제 1여과단계(300); 상기 제 1여과단계(300)에서 배출된 처리수에 대하여 상기 혐기성 소화단계(100)에서 생성된 아세트산을 내부 탄소원으로서 주입하는 탄소원 주입단계(410); 상기 내부 탄소원을 주입한 제 1여과단계(300)에서 배출된 처리수에 대하여 무산소 조건에서 상기 제 1여과단계(300)에서 질산화된 질산염을 탈질 반응을 통해 제거하도록, 제 2바이오필터(40)로 투입하는 제 2여과단계(400); 상기 제 2여과단계(400)에서 배출된 처리수에 대하여 부유물질 및 잔여 유기물을 제거하도록, 제 3바이오필터(50)로 투입하는 제 3여과단계(500); 상기 제 3여과단계(500)에서 배출된 처리수를 방류하는 방류단계(600);를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법을 제시한다.
상기 제 1여과단계(300) 내지 제 3여과단계(500)에서 각각 발생한 슬러지 농축수에 대하여 상기 혐기성 소화조(10)에 투입하여 재순환시키는 재순환단계(700);를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제 3여과단계(500)에서 배출된 처리수 중, 잔여 유기물의 양이 많은 처리수에 대하여 상기 제 1여과단계(300) 또는 제 2여과단계(400)가 다시 이루어지도록 하는 내부 순환단계(510);를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 내부 순환단계(510)는 내부 순환비가 0.5~2.0인 것이 바람직하다.
상기 혐기성 소화단계(100)는 폐수를 투입조에 투입하는 투입단계(110); 상기 투입단계(110)를 통과한 유입수에 대하여 상기 혐기성 소화조(10)에 형성된 1구역(14), 2구역(15) 및 3구역(16), 4구역(17)에서 선입선출의 순서로 각각 독립적인 소화가 진행된 후, 다음 구역으로 이동하는 단계(140); 상기 유입수의 소화 과정과 동시에 아세트산을 형성하고 메탄을 발효시키는 산 형성단계(120); 및 메탄 생산단계(130); 상기 유입수의 소화 과정에서 발생되는 슬러지를 수시로 배출하는 슬러지 배출단계(180);를 포함하며, 상기 탄소원 주입단계(410)에서, 상기 제 1여과단계(300)에서 배출된 처리수에 대하여 상기 산 형성단계(120)에서 생성된 아세트산을 내부 탄소원으로서 주입하는 것이 바람직하다.
상기 제 1바이오필터(30), 제 2바이오필터(40) 및 제 3바이오필터(50)의 내부에는 표면에 생물막이 형성된 담체;가 들어있으며, 상기 제 1여과단계(300) 내지 제 3여과단계(500)는 상기 담체에 의하여 유기물의 산화가 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 제 3여과단계(500)는 상기 제 2여과단계(400)에서 배출된 처리수에 대하여 인을 제거하도록, 응집제를 주입하는 응집제 주입단계(520); 상기 응집제를 주입한 처리수를 라인믹서(52)에 투입하여 급속 혼화하는 급속 혼화단계(530); 상기 급속 혼화한 처리수를 상기 제 3바이오필터(50)로 투입하여 플럭을 형성한 후, 상기 담체에 의하여 여과하는 직접 여과단계(540);를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 수처리 방법을 이용한 수처리 시스템으로서, 혐기성 소화조(10)로부터 발생한 상징액에 대하여 부유물질을 제거하도록 형성된 용존공기 부상조(20); 상기 용존공기 부상조(20)에서 배출된 처리수에 대하여 암모니아성 질소를 질산화하고, 유기물을 제거하도록 형성된 제 1바이오필터(30); 상기 제 1바이오필터(30)에서 배출된 처리수에 대하여 상기 혐기성 소화조(10)로부터 생성된 아세트산을 내부 탄소원으로서 주입하는 탄소원 주입부(41); 상기 제 1바이오필터(30)에서 배출된 처리수에 대하여 상기 제 1바이오필터(30)에서 질산화된 질산염을 탈질 반응을 통해 제거하도록 형성되며, 무산소 조건으로 운전되는 제 2바이오필터(40); 상기 제 2바이오필터(40)에서 배출된 처리수에 대하여 부유물질 및 잔여 유기물을 제거하도록 형성된 제 3바이오필터(50); 상기 제 3바이오필터(50)에서 배출된 처리수를 방류하도록 형성된 방류부(60);를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 시스템을 함께 제시한다.
상기 혐기성 소화조(10)는 폐수를 투입조에 투입하는 투입부(11); 상기 투입부(11)를 통과한 유입수에 대하여 선입선출의 순서로 각각 독립적인 소화가 진행된 후, 다음 구역으로 이동하도록 형성된 1구역(14), 2구역(15) 및 3구역(16), 4구역(17); 상기 유입수의 소화 과정과 동시에 아세트산이 형성되고 메탄 발효가 이루어지도록 구비된 산 형성부(12); 및 메탄 생산부(13); 상기 유입수의 소화 과정에서 발생되는 슬러지를 수시로 배출하도록 형성된 슬러지 배출부(18);를 포함하며, 상기 탄소원 주입부(41)에서, 상기 제 1바이오필터(30)에서 배출된 처리수에 대하여 상기 산 형성부(12)에서 생성된 아세트산이 내부 탄소원으로서 주입되는 것이 바람직하다.
상기 제 2바이오필터(40)에서 배출된 처리수에 대하여 인을 제거하기 위하여 응집제를 주입하도록 형성된 응집제 주입부(51); 상기 응집제를 주입한 처리수를 급속 혼화하도록 형성된 라인믹서(52);를 더 포함하며, 상기 라인믹서(52)를 통해 급속 혼화한 처리수를 투입하도록 형성된 상기 제 3바이오필터(50)에서 플럭이 형성된 후, 담체에 의하여 여과가 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명은 혐기성 소화 상징액을 저비용, 고효율로 처리하며, 바이오 에너지(메탄가스)의 생산을 통한 자원 재활용으로 경제성을 높이고, 상징액의 방류로 인한 수계의 부영양화 및 적조 발생을 억제하여 친환경적인 수처리 방법 및 이를 이용한 수처리 시스템을 제시한다.
도 1 이하는 본 발명에 의한 수처리 방법 및 이를 이용한 수처리 시스템의 실시예를 도시한 것으로서,
도 1은 일실시예의 제 1구성도.
도 2는 일실시예의 제 2구성도.
도 3은 혐기성 소화단계의 구성도.
도 4는 제 3여과단계의 구성도.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
도 1 이하에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 제시하는 수처리 방법은 폐수를 혐기성 소화조(10)에 투입하는 혐기성 소화단계(100)로부터 발생한 상징액에 대하여 부유물질을 제거하도록, 용존공기 부상조(20)에 투입하는 용존공기 부상단계(200); 용존공기 부상단계(200)에서 배출된 처리수에 대하여 암모니아성 질소를 질산화하고, 유기물을 제거하도록, 제 1바이오필터(30)로 투입하는 제 1여과단계(300); 제 1여과단계(300)에서 배출된 처리수에 대하여 혐기성 소화단계(100)에서 생성된 아세트산을 내부 탄소원으로서 주입하는 탄소원 주입단계(410); 내부 탄소원을 주입한 제 1여과단계(300)에서 배출된 처리수에 대하여 무산소 조건에서 상기 제 1여과단계(300)에서 질산화된 질산염을 탈질 반응을 통해 제거하도록, 제 2바이오필터(40)로 투입하는 제 2여과단계(400); 제 2여과단계(400)에서 배출된 처리수에 대하여 부유물질 및 잔여 유기물을 제거하도록, 제 3바이오필터(50)로 투입하는 제 3여과단계(500); 제 3여과단계(500)에서 배출된 처리수를 방류하는 방류단계(600);를 포함하여 구성된다.
일반적으로 혐기성 소화단계(100)로부터 발생한 상징액은 높은 오염부하를 지니고 있어, 이를 액비화하여 농경지에 살포할 경우, 농작물에 악영향을 미치는 2차 오염이 유발된다.
이를 방지하기 위하여, 본 발명에서는 혐기성 소화단계(100)로부터 발생한 상징액을 별도로 처리하는 수처리 방법을 제시하는 것이다.
또한, 혐기성 소화 상징액은 고농도의 질소와 인을 함유하고 있을 뿐 아니라, 높은 부유 물질 농도를 지니고 있다.
따라서, 본 발명은 높은 부유물질의 전처리 및 고농도 용존물질(SBOD, SCOD, NOx 등)을 효과적으로 제거하기 위하여 후단에 생물막을 이용한 고효율의 여과단계(300,400,500)를 구성함으로써, 고농도의 축산폐수나 음식물 폐수를 직접 수계에 방류할 수 있는 수준까지 처리할 수 있도록 한다.
이를 통해, 고농도의 폐수를 전량 자원으로 재이용할 수 있으므로 경제적, 환경적 측면에서 매우 바람직하며, 방류수역의 수질을 개선함으로써 부영화 및 적조의 발생을 억제할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 이러한 수처리 방법은 상수원수의 전처리, 폐수의 전처리, 해수 담수화 플랜트의 전처리 방법으로서 효과적으로 적용이 가능하다.
본 발명의 혐기성 소화단계(100)는 선입선출의 순서로 이루어진다는 점이 특징이다.
다시 말해, 축산폐수와 음식물 폐수, 분뇨 등의 고농도의 유기성 폐수의 처리를 위하여, 높은 순도의 메탄가스(바이오 에너지)의 생산이 용이하고 연속적으로 운전할 수 있는 선입선출형 혐기성 소화단계(100)를 적용하고, 그 상징액의 처리를 위한 용존공기 부상단계(200), 생물막을 이용한 제 1내지 3 여과단계(300,400,500)를 후속공정으로 구성함으로써 메탄가스, 퇴비, 액비 및 재이용수의 자원화가 가능하도록 하여 친환경성을 확보하는 것이다.
구체적으로 선입선출이란, 가장 먼저 발생하거나 용존공기 부상조(20)에 투입된 상징액을 가장 먼저 처리하는 방식을 의미한다.
본 발명의 혐기성 소화단계(100)는 선입선출의 순서로 산 형성단계(120) 및 메탄 생산단계(130)가 동시에 이루어짐과 아울러, 다음 혐기성 소화구역으로 이동하도록 설계된 혐기성 소화조(10)의 1구역(11), 2구역(12) 및 3구역(13), 4구역(14)으로 이동하는 단계(140)가 이루어진다.
즉, 혐기성 소화단계(100)가 선입선출의 순서로 이루어짐으로써, 혐기성 소화조(10)의 1구역(11), 2구역(12) 및 3구역(13), 4구역(14)에서 다량의 탄소가 일정 영역에 축적될 경우, 이 탄소를 탄소원으로서 추출하는 것이 용이하다는 장점이 있다.
이 탄소원은 아세트산 또는 휘발성질방산이며, 이를 제 1여과단계(300)에서 배출된 처리수에 대하여 내부 탄소원으로서 주입하는 탄소원 주입단계(410)가 이루어지는 것이 본 발명의 특징이라 할 수 있다.
다시 말해, 제 2여과단계(400)는 질산염을 탈질 반응을 통해 질소가스로 변화시켜 공기로 배출시켜 제거하는 단계이며, 이 때 탈질 반응에 필요한 전자 수용체로써, 혐기성 소화단계(100)로부터 발생한 탄소원인 아세트산을 이용하는 것이다.
이를 통해, 메탄올 등의 추가적인 외부탄소원을 주입할 필요없이 처리수의 질소를 효과적으로 제거할 수 있으므로, 매우 경제적이고 효율적이라는 장점이 있다.
본 발명의 수처리 방법을 구성하는 각각의 공정에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다(도 1,2).
먼저 혐기성 소화단계(100)로부터 발생한 상징액을 처리하기 이전에, 본 발명에서 제시하는 혐기성 소화단계(100)는 폐수를 투입부(11)에 투입하는 투입단계(110)와 투입단계(110)를 통과한 유입수에 대하여 혐기성 소화조(10)에 형성된 1구역(14), 2구역(15) 및 3구역(16), 4구역(17)에서 선입선출의 순서로 각각 독립적인 소화가 진행된 후, 다음 구역으로 이동하는 단계(140), 유입수의 소화 과정과 동시에 아세트산을 형성하고 메탄을 발효시키는 산 형성단계(120); 및 메탄 생산단계(130); 유입수의 소화 과정에서 발생되는 슬러지를 수시로 배출하는 슬러지 배출단계(180)를 포함하여 이루어진다(도 3).
앞서 설명한 바와 같이, 선입선출의 순서로 연속적인 혐기성 소화가 이루어지도록 구성함으로써, 혐기성 소화과정의 효율을 높이고, 유기물 부하에 대한 탄력적인 운전이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 탄소가 다함유된 일정 영역을 부분적으로 추출하는 것이 용이하다.
여기서 부분적으로 추출한 탄소원 즉, 아세트산을 제 1여과단계(300)에서 배출된 처리수에 대하여 내부 탄소원으로서 주입하는 탄소원 주입단계(410)가 이루어지는 것이다.
그리고 혐기성 소화단계(100)에서 심층부로 새 원료가 투입되므로 극도의 혐기상태를 구현하여 메탄가스의 순도와 생산량을 증가시킬 수 있다는 장점이 있다.
생성된 메탄가스는 지역난방 혹은 겨울철 비닐 하우스 난방연료, 바이오가스 발전으로 전기공급이 가능하기 때문에 축산농가의 폐수처리문제를 해결하고, 폐수처리 비용을 경감할 수 있으며, 자원 순환형 수시스템을 구축시켜 농가소득 증진에 기여할 수 있는 장점이 있다.
이와 같이 이루어지는 혐기성 소화단계(100)로부터 발생한 상징액을 처리하기 위하여, 먼저 용존공기 부상단계(200)가 이루어진다.
용존공기 부상단계(200)는 미세공기를 이용하여 혐기성 소화 상징액dml 부유물질을 부상분리하여 제거하는 단계이다.
제거원리는 압력을 가한 상태에서 물에 공기를 용해시키고, 이를 처리수에 개방하면 수중에 용해되어 있는 공기가 다수의 미세한 기포가 되어 상승하게 된다.
이 기포는 수중의 부유물질을 부착하여 부유물질의 비중을 감소시켜, 부유물을 물 위로 부상시키는 것이다.
용존공기 부상조(20)는 일반적인 침전조에 비하여 표면 부하율이 훨씬 높으며, 처리수의 체류시간도 매우 짧기 때문에 조의 크기를 감소시킬 수 있고, 부지 면적 또한 적게 차지한다는 장점이 있다.
또한, 용존공기 부상단계(200)를 통해 부유물질의 부하가 경감되어 후단의 제 1여과단계(300)의 역세주기를 증가시키는 효과를 얻을 수 있다.
용존공기 부상단계(200)에서 배출된 처리수에 대하여 제 1바이오필터(30)로 투입하는 제 1여과단계(300)가 이루어진다.
제 1바이오필터(30)의 내부에는 생물막이 형성된 담체가 들어있으며, 이 담체에 의하여 유기물의 산화분해와 암모니아성 질소의 질산화가 이루어진다.
용존공기 부상단계(200)에서 완전히 제거되지않은 여분의 부유물질에 대하여 여과 및 흡착에 의해 제거가 이루어진다.
제 1여과단계(300)에서 배출된 처리수에 대하여 제 2바이오필터(40)로 투입하는 제 2여과단계(400)가 이루어진다.
제 2여과단계(400)는 무산소조건에서 이루어지며, 제 1여과단계(300)에서 질산화된 질산염을 탈질반응 통해 질소가스로 변화하여 공기로 배출시켜 제거하는 단계이다.
앞서 설명한 바와 같이, 이 탈질반응에 필요한 전자수용체로서, 혐기성 소화단계(100)에서 생성된 아세트산을 이용할 수 있다.
따라서, 제 2여과단계(400) 이전에 제 1여과단계(300)에서 배출된 처리수에 대하여 혐기성 소화단계(100)에서 생성된 아세트산을 내부 탄소원으로서 주입하는 탄소원 주입단계(410)가 이루어진다.
이를 통해 추가적인 외부탄소원의 주입이 필요하지 않으므로, 경제성을 확보하고 효율적으로 질소를 제거할 수 있다.
제 2여과단계(400)에서 배출된 처리수에 대하여 제 3바이오필터(50)로 투입하는 제 3여과단계(500)가 이루어진다.
제 3여과단계(500)에서는 처리수에 잔류하는 부유물질과 제 2여과단계(400)의 탈질 과정에서 미 사용된 잔여 유기물의 산화가 이루어진다.
또한, 일부 암모니아성 질소의 질산화가 이루어지며, 최종 처리수를 방류하기 위하여 부유물질 및 콜로이드 입자 물질을 완전히 제거하는 공정이 이루어진다.
제 1바이오필터(30)와 마찬가지로 제 2바이오필터(40) 및 제 3바이오필터(50)의 내부에도 표면에 생물막이 형성된 담체가 들어있으며, 이 담체에 의하여 유기물의 산화가 이루어지는 것이다.
제 3여과단계(500)는 처리수 내의 인을 보다 효과적으로 제거하기 위하여 다음과 같이 구성된다(도 4).
먼저, 제 2여과단계(400)에서 배출된 처리수에 대하여 인을 제거하도록, 응집제를 주입하는 응집제 주입단계(520)가 이루어진다.
그리고 응집제를 주입한 처리수를 라인믹서(52)에 투입하여 급속 혼화하는 급속 혼화단계(530)가 이루어진다.
급속 혼화한 처리수를 제 3바이오필터(50)로 투입하여 하부 공간에서 수류에 의하여 플럭을 형성한 후, 담체에 의하여 여과하는 직접 여과단계(540)가 이루어진다.
이와 같은 구성을 통해 처리수 내의 인을 제거하기 위하여 응집침전이 이루어지는 방법이 아닌, 응집제(PAC, Alum)을 이용하여 직접 여과(540)가 이루어짐으로써, 응집제 사용량을 매우 감소시킬 수 있으므로 경제성을 높이고, 보다 효율적으로 인을 제거할 수 있다는 장점이 있다.
마지막으로 제 3여과단계(500)에서 배출된 처리수를 방류하는 방류하는 단계(600)가 이루어진다.
특히, 제 3여과단계(500)에서 배출된 처리수 중, 잔여 유기물의 양이 많은 처리수에 대하여 제 1여과단계(300) 또는 제 2여과단계(400)가 다시 이루어지도록 하는 내부 순환단계(510)가 이루어진다.
즉, 방류 조건을 충족시키지 못하는 처리수를 다시 재정화함으로써, 토양의 2차오염을 확실히 방지할 수 있으며, 잔여 유기물이 확실히 제거된 처리수를 방류할 수 있는 것이다.
이 내부 순환단계(510)에서 내부 순환비가 0.5~2.0인 것이 바람직하다.
이는, 잔여 질산화합물의 제거가 보다 확실히 되도록 하며, 유입원수가 중단되었을 경우 제 1바이오필터(30), 제 2바이오필터(40) 및 제 3바이오필터(50)의 내부에 있는 담체 표면의 생물막을 유지하도록 하기 위함이다.
또한, 본 발명의 수처리 방법은 제 1여과단계(300) 내지 제 3여과단계(500)에서 각각 발생한 슬러지 농축수에 대하여 혐기성 소화조(10)에 투입하여 재순환시키는 재순환단계(700)가 이루어진다(도 2).
이를 통해 상징액 처리공정 즉, 용존공기 부상단계(200) 내지 제 3여과단계(500)에서는 슬러지가 발생하지 않게 되며, 혐기성 소화단계(100)를 포함한 전체 단계에서 슬러지 발생량을 최소화할 수 있다.
이는 전체 공정의 유지 관리비를 매우 절감할 수 있도록 함으로써, 경제성을 매우 높이는 장점이 있다.
또한, 슬러지 농축수를 그대로 방류할 경우 발생할 수 있는 2차 오염을 확실히 방지할 수 있다는 장점이 있다.
다음으로, 본 발명의 수처리 방법을 이용한 수처리 시스템에 대하여 설명한다.
먼저, 혐기성 소화조(10)로부터 발생한 상징액에 대하여 부유물질을 제거하도록 용존공기 부상조(20)에 투입한다.
용존공기 부상조(20)에서 배출된 처리수에 대하여 암모니아성 질소를 질산화하고, 유기물을 제거하도록 제 1바이오필터(30)에 투입한다.
제 1바이오필터(30)에서 배출된 처리수에 대하여 혐기성 소화조(10)로부터 생성된 아세트산을 탄소원 주입부(41)를 통하여 내부 탄소원으로서 주입한다.
그리고 제 1바이오필터(30)에서 배출된 처리수에 대하여 제 1바이오필터(30)에서 질산화된 질산염을 탈질 반응을 통해 제거하기 위하여, 무산소 조건으로 운전되는 제 2바이오필터(40)에 투입한다.
제 2바이오필터(40)에서 배출된 처리수에 대하여 부유물질 및 잔여 유기물을 제거하도록 제 3바이오필터(50)에 투입한다.
제 3바이오필터(50)에서 배출된 처리수를 방류하도록 형성된 방류부(60)를 통해 방류한다.
특히, 혐기성 소화조(10)는 폐수를 투입조에 투입하는 투입부(11)와 투입부(11)를 통과한 유입수에 대하여 선입선출의 순서로 각각 독립적인 소화가 진행된 후, 다음 구역으로 이동하도록 형성된 1구역(14), 2구역(15) 및 3구역(16), 4구역(17)로 구성된다.
또한, 유입수의 소화 과정과 동시에 아세트산이 형성되고 메탄 발효가 이루어지도록 구비된 산 형성부(12); 및 메탄 생산부(13)가 구성되며, 유입수의 소화 과정에서 발생되는 슬러지를 수시로 배출하도록 형성된 슬러지 배출부(18)가 구성된다.
이러한 구성은 혐기성 소화조(10) 내의 탄소 다함유 부분을 부분적으로 취집하는 것이 용이하다는 장점이 있다.
따라서, 탄소원 주입부(41)를 통해 제 1바이오필터(30)에서 배출된 처리수에 대하여 산 형성부(12)에서 생성된 아세트산이 내부 탄소원으로서 주입되는 것이 특징이다.
이를 통하여, 외부 탄소원을 별도로 주입할 필요가 없기 때문에 경제성을 확보하고 보다 효율적으로 처리수 내의 질소를 제거할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 제 2바이오필터(40)에서 배출된 처리수에 대하여 인을 제거하기 위하여 응집제를 주입하도록 형성된 응집제 주입부(51)와 응집제를 주입한 처리수를 급속 혼화하도록 형성된 라인믹서(52)가 형성된다.
이 라인믹서(52)를 통해 급속 혼화한 처리수를 제 3바이오필터(50)에 투입하여 플럭이 형성된 후, 담체에 의하여 여과가 이루어진다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
10 : 혐기성 소화조 11 : 투입부
14 : 1구역 15 : 2구역
16 : 3구역 17 : 4구역
18 : 슬러지 배출부 20 : 용존공기 부상조
30 : 제 1바이오필터 40 : 제 2바이오필터
41 : 탄소원 주입부 50 : 제 3바이오필터
52 : 응집제 주입부 53 : 라인믹서
60 : 방류부 100 : 혐기성 소화단계
110 : 투입단계 120 : 산 형성단계
130 : 메탄 생산단계
140 : 소화가 진행된 후, 다음 구역으로 이동하는 단계
180 : 슬러지 배출단계 200 : 용존공기 부상단계
300 : 제 1여과단계 400 : 제 2여과단계
410 : 탄소원 주입단계 500 : 제 3여과단계
510 : 내부 순환단계 520 : 응집제 주입단계
530 : 급속 혼화단계 540 : 직접 여과단계
600 : 방류단계 700 : 재순환단계

Claims (10)

  1. 폐수를 혐기성 소화조(10)에 투입하는 혐기성 소화단계(100)로부터 발생한 상징액에 대하여 부유물질을 제거하도록, 용존공기 부상조(20)에 투입하는 용존공기 부상단계(200);
    상기 용존공기 부상단계(200)에서 배출된 처리수에 대하여 암모니아성 질소를 질산화하고, 유기물을 제거하도록, 제 1바이오필터(30)로 투입하는 제 1여과단계(300);
    상기 제 1여과단계(300)에서 배출된 처리수에 대하여 상기 혐기성 소화단계(100)에서 생성된 아세트산을 내부 탄소원으로서 주입하는 탄소원 주입단계(410);
    상기 내부 탄소원을 주입한 제 1여과단계(300)에서 배출된 처리수에 대하여 무산소 조건에서 상기 제 1여과단계(300)에서 질산화된 질산염을 탈질 반응을 통해 제거하도록, 제 2바이오필터(40)로 투입하는 제 2여과단계(400);
    상기 제 2여과단계(400)에서 배출된 처리수에 대하여 부유물질 및 잔여 유기물을 제거하도록, 제 3바이오필터(50)로 투입하는 제 3여과단계(500);
    상기 제 3여과단계(500)에서 배출된 처리수를 방류하는 방류단계(600);를
    포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1여과단계(300) 내지 제 3여과단계(500)에서 각각 발생한 슬러지 농축수에 대하여 상기 혐기성 소화조(10)에 투입하여 재순환시키는 재순환단계(700);를
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 3여과단계(500)에서 배출된 처리수 중, 잔여 유기물의 양이 많은 처리수에 대하여 상기 제 1여과단계(300) 또는 제 2여과단계(400)가 다시 이루어지도록 하는 내부 순환단계(510);를
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 내부 순환단계(510)는
    내부 순환비가 0.5~2.0인 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 혐기성 소화단계(100)는
    폐수를 투입조에 투입하는 투입단계(110);
    상기 투입단계(110)를 통과한 유입수에 대하여 상기 혐기성 소화조(10)에 형성된 1구역(14), 2구역(15) 및 3구역(16), 4구역(17)에서 선입선출의 순서로 각각 독립적인 소화가 진행된 후, 다음 구역으로 이동하는 단계(140);
    상기 유입수의 소화 과정과 동시에 아세트산을 형성하고 메탄을 발효시키는 산 형성단계(120); 및 메탄 생산단계(130);
    상기 유입수의 소화 과정에서 발생되는 슬러지를 수시로 배출하는 슬러지 배출단계(180);를 포함하며,
    상기 탄소원 주입단계(410)에서, 상기 제 1여과단계(300)에서 배출된 처리수에 대하여 상기 산 형성단계(120)에서 생성된 아세트산을 내부 탄소원으로서 주입하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1바이오필터(30), 제 2바이오필터(40) 및 제 3바이오필터(50)의 내부에는 표면에 생물막이 형성된 담체;가 들어있으며,
    상기 제 1여과단계(300) 내지 제 3여과단계(500)는 상기 담체에 의하여 유기물의 산화가 이루어지는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제 3여과단계(500)는
    상기 제 2여과단계(400)에서 배출된 처리수에 대하여 인을 제거하도록, 응집제를 주입하는 응집제 주입단계(520);
    상기 응집제를 주입한 처리수를 라인믹서(52)에 투입하여 급속 혼화하는 급속 혼화단계(530);
    상기 급속 혼화한 처리수를 상기 제 3바이오필터(50)로 투입하여 플럭을 형성한 후, 상기 담체에 의하여 여과하는 직접 여과단계(540);를
    포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
  8. 제 1항 내지 7항 중 어느 한 항의 수처리 방법을 이용한 수처리 시스템으로서,
    혐기성 소화조(10)로부터 발생한 상징액에 대하여 부유물질을 제거하도록 형성된 용존공기 부상조(20);
    상기 용존공기 부상조(20)에서 배출된 처리수에 대하여 암모니아성 질소를 질산화하고, 유기물을 제거하도록 형성된 제 1바이오필터(30);
    상기 제 1바이오필터(30)에서 배출된 처리수에 대하여 상기 혐기성 소화조(10)로부터 생성된 아세트산을 내부 탄소원으로서 주입하는 탄소원 주입부(41);
    상기 제 1바이오필터(30)에서 배출된 처리수에 대하여 상기 제 1바이오필터(30)에서 질산화된 질산염을 탈질 반응을 통해 제거하도록 형성되며, 무산소 조건으로 운전되는 제 2바이오필터(40);
    상기 제 2바이오필터(40)에서 배출된 처리수에 대하여 부유물질 및 잔여 유기물을 제거하도록 형성된 제 3바이오필터(50);
    상기 제 3바이오필터(50)에서 배출된 처리수를 방류하도록 형성된 방류부(60);를
    포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 혐기성 소화조(10)는
    폐수를 투입조에 투입하는 투입부(11);
    상기 투입부(11)를 통과한 유입수에 대하여 선입선출의 순서로 각각 독립적인 소화가 진행된 후, 다음 구역으로 이동하도록 형성된 1구역(14), 2구역(15) 및 3구역(16), 4구역(17);
    상기 유입수의 소화 과정과 동시에 아세트산이 형성되고 메탄 발효가 이루어지도록 구비된 산 형성부(12); 및 메탄 생산부(13);
    상기 유입수의 소화 과정에서 발생되는 슬러지를 수시로 배출하도록 형성된 슬러지 배출부(18);를 포함하며,
    상기 탄소원 주입부(41)에서, 상기 제 1바이오필터(30)에서 배출된 처리수에 대하여 상기 산 형성부(12)에서 생성된 아세트산이 내부 탄소원으로서 주입되는 것을 특징으로 하는 수처리 시스템.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 제 2바이오필터(40)에서 배출된 처리수에 대하여 인을 제거하기 위하여 응집제를 주입하도록 형성된 응집제 주입부(52);
    상기 응집제를 주입한 처리수를 급속 혼화하도록 형성된 라인믹서(53);를
    더 포함하며,
    상기 라인믹서(52)를 통해 급속 혼화한 처리수를 투입하도록 형성된 상기 제 3바이오필터(50)에서 플럭이 형성된 후, 담체에 의하여 여과가 이루어지는 것을 특징으로 하는 수처리 시스템.
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