KR101135011B1 - 하?폐수 고도처리 방법 및 이를 수행하기 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하?폐수 중에 존재하는 유기물과 질소, 인 등의 영양염류를 제거하기 위한 장치 및 이를 이용한 처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 pH조절조, 무산소 응집조, 염화물흡착조 및 분리막조를 포함하여 이루어지는 하?폐수 처리장치에서, 활성슬러지를 이용하여 하?폐수에서 유기물, 질소 및 인을 제거하는 하?폐수의 처리방법에 있어서, 상기 pH조절조로 유입되는 하?폐수에 차아염소산나트륨(NaOCl)을 주입하여, pH조절조의 pH를 8.3으로 조정하여 용존성 인을 불용성 인산염의 형태로 고형화시키고, 상기 불용성 인산염을 함유하는 하?폐수를 무산소 응집조로 이송하여 불용성 인산염을 응집시키는 동시에 하?폐수를 탈질시키며, 상기 응집된 불용성 인산염을 함유하면서, 탈질된 하?폐수를 염화물흡착조로 이송시켜 활성슬러지에 불용성 인산염을 흡착시키는 동시에 유기물을 분해하고, 상기 탈질 및 유기물 분해가 이루어진 처리수와 불용성 인산염을 흡착한 활성슬러지가 혼합된 혼합 슬러리를 분리막조로 이송하여 분리막을 통과한 처리수는 배출하고, 분리막을 통과하지 못한 불용성 인산염이 흡착된 활성슬러지의 일부는 무산소조로 반송하고 나머지는 폐슬러지로 배출하는 하?폐수 처리방법이 개시된다.

Description

하?폐수 고도처리 방법 및 이를 수행하기 위한 장치{A sewage and wastewater treatment and an apparatus for thereof}

본 발명은 하?폐수 중에 존재하는 유기물과 질소, 인 등의 영양염류를 제거하기 위한 방법 및 이를 수행하기위한 장치에 처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 알칼리 약품주입에 의한 촉매작용으로 인 등의 영양염류를 처리하기 위한 방법과 이방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것으로, 일명 pH조절조, 완속교반에 의한 인응집과 탈질소화를 위한 무산소응집조, 불용성 염을 활성슬러지에 흡착시키는 염화물흡착조, 중공사막 또는 평막을 사용한 분리막조 및 처리수조 등을 사용하는 하?폐수처리 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 도시하수, 가축폐수, 농업폐수 및 산업폐수 등을 포함하는 하?폐수에는 BOD성분인 유기물질뿐만 아니라 질소 및 인을 포함하는 영양염류성분이 존재하는데, 이러한 영양염류의 증가는 생태계 균형의 파괴 결과를 가져오면서 부영양화의 현상이 발생하는 문제점을 안게 된다.

따라서 상기와 같은 유기물질, 질소 및 인을 포함하는 영양염류를 처리하기 위한 다양한 방법 및 장치들이 개발되어 왔다. 즉, 초기의 하?폐수처리공정은 주로 하?폐수 내의 유기물질을 제거하기 위한 것으로 예비처리, 1차처리, 2차처리, 슬러지처리공정 등을 사용하는 방법이 사용되었는데, 상기에서 2차처리 시에 생물학적 처리를 위해 생물 반응조를 사용하였고 여기서 유기물질을 제거하였다.

상기와 같은 하?폐수 내의 유기물질 외에 질소 및 인을 포함하는 영양염류를 제거하기 위한 방법 및 장치들로는 예를 들어 공개특허 제 2000-40351 호에서는 유량조절조, 접촉조, 질산화조, 인흡수조, 인방출조, 처리수조 등으로 구성되는 장치를 이용한 오폐수처리방법을 공개하고 있고, 특허 제 242795 호에서는 제1호기성조, 제1침전조, 제2호기성조, 혐기성조, 무산소조 및 제3호기성조로 이루어지는 반응조에서 미생물을 이용하여 질소와 인을 동시처리하는 방법을 제시하고 있는데, 이러한 종래기술들은 미생물이 유기물질을 흡착하므로 이로 인한 슬러지 침강속도의 하락, 질산화미생물의 추가 폐기장치필요 등의 많은 문제점을 안고 있다. 이러한 문제점들을 해결하고자 공개특허 제 2001-25729 호에서는, 하?폐수 등을 유입혼합하여 생물흡착 시키기 위한 반응기형분리조, 고액분리를 위한 일차침전조, 암모니아성질소를 질산성질소로 산화시키기 위해 회전원판이 설치된 질산화조, 질산성질소를 탈질시키기 위한 준혐기성 완충 무산소조 등의 장치를 이용해 탈질, 유기물 및 암모니아성 질소의 완전산화 및 인을 미생물 내에 흡수, 상등수 및 미생물슬러지 분리, 반송 및 폐기의 단계를 포함하는 하수 또는 폐수의 질소 및 인 동시 제거방법을 제시하고 있으나 종래기술과 같이 미생물을 사용하고 있어서 그 처리의 추가장치 등이 여전히 필요한 것으로 여겨진다.

또 다른 공개특허 제 2005-99811 호에서는 부유물질제거조, 생물반응조, 고액분리조, 슬러지처리조 및 전기분해조로 구성되는 고도 하?폐수 처리시스템을 공개하고 있으나 부유물질 제거조가 스크린, 미세스크린, 드럼스크린, 침전지 등으로 구성되었고, 또한 생물반응조는 슬러지 무산소조, 혐기조, 질소제거무산소조 및 부유물질 혼합액 배출 호기조로 구성되는 등 그 시스템 자체가 복잡하여 그 실시가 의심스럽고 비경제적으로 판단된다.

상기 종래기술과는 달리 등록특허 10-814743 호에서는 원수유입반응조, 소화조와 혐기성필터조로 이루어지는 혐기성 생물여과 반응조와 내부에 메디아를 담고 있는 호기성 생물여과 반응조로 구성되는 소규모 하?폐수 처리장치를 제공하고 있는데, 상기 등록특허는 소규모에 적합하도록 구성된 것이고 본 발명과는 달리 메디아를 담고 있는 호기성 생물여과조나 폴링형 담체를 소화조에서 담고 있는 등 그 구성 면에서 전혀 다른 기술로 판단된다.

또한 종래의 기술 중 하?폐수처리방법에서 막공정을 사용하는 방법으로 BOD, COD 등의 유기물질을 처리 및 탈질 후 발생되는 부유물질(SS)을 분리막을 통하여 안정화시키고 고농도의 하수를 처리하는 방법이 사용되었었으나, 특히 하?폐수 처리에서 인의 처리 수준이 강화되고 있어서 종래의 상기 방법들로는 인의 제거효율을 만족시킬 수 없어서 질소 뿐 아니라 인을 효과적으로 처리할 수 있는 분리막을 사용하는 방법이 필요하게 되었다.

본 발명은 따라서 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고 알칼리 약품과 분리막을 이용하여 유기물은 생물학적 활성슬러지의 유기물 섭식에 의하여 제거하고, 인은 알칼리성 약품으로 유입수를 알칼리성으로 변화시켜 PO₄ ^3-와 금속이온을 응집반응 하여 염으로 변화시켜서 활성슬러지에 흡착하여 제거하고, 질소는 무산소응집조에서 탈질을 유도하여 질소제거를 고효율 달성하여 하?폐수에서 유기물질과 질소 및 인의 영양염류를 효과적으로 처리할 수 있는, 알칼리 약품주입에 의한 하?폐수처리장치 및 이를 이용한 처리방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해;

하?폐수의 고도처리방법에 있어서, 처리하고자하는 유입원수에 알칼리 약품을 주입하는 것을 포함하는 하?폐수 처리방법을 제공한다. 상기에서의 알칼리 약품은 NaOCl을 사용할 수 있다.

물론, 상기와 같은 알칼리약품을 주입하여 하?폐수를 처리함에 있어서는 기존의 설치된 하?폐수처리 장에서도 상기와 같은 범위로 첨가하여 적용할 수도 있다.

또한 본 발명에서는 유입되는 하?폐수를 pH조절하고, 인산염의 응집 및 탈질화 한 후, 불용성 인산염을 활성슬러지에 흡착시킨다음 질산화 하고 상기 활성슬러지는 막분리 하여 처리한 다음 저장?방류 시킬때 상기 알칼리 약품을 상기 범위로 주입함이 바람직하다.

상기에서의 pH조절은 일명 pH조절조에서 8.3으로 행함이 바람직한데, 하?폐수 또는 오?폐수 등의 처리과정에서 pH를 조절할 수 있는 조이면 된다. 또한 상기 탈질화는 무산소응집조에서 행함이 바람직하고, 상기 무산소 응집조는 탈질화 시킬 수 있는 조이면 된다. 또한 상기 활성슬러지에의 흡착은 염화물흡착조에서 행함이 바람직한데, 인산염 등 염화물을 흡착할 수 있는 조 이면 사용가능하다. 또한 상기 질산화 및 막분리는 분리막조에서 행함이 바람직한데, 조 내에 분리막이 있는 것은 어느 것이나 사용가능하고 생물반응조 또는 호기조라 불리는 것도 사용가능함은 물론이다.

본 발명은 또한, 유입원수를 알칼리 약품주입에 의한 촉매작용으로 2~3가 양이온과 PO₄ ^3-를 응집시켜 즉 인을 처리하기 위한 pH조절조와, 상기 pH조절조에서 공급받는 하?폐수에 대하여 완속교반에 의한 인 응집 및 이후의 막분리조인 호기조에서 질산화된 활성슬러지를 탈질화시키는 무산소응집조와, 상기 무산소응집조로부터의 유입수에 대하여 알칼리성 약품에 의해 2~3가 양이온과 PO₄ ^3-의 결합물 등 응집된 불용성 염을 활성슬러지에 흡착시키는 호기성 조건의 염화물흡착조와, 염화물흡착조로부터 유입되는 것을 질산화 시키고 인산염을 흡착한 활성슬러지를 막분리하여 수처리하는 분리막조를 포함하는 알칼리 약품주입에 의한 하?폐수처리장치를 제공한다. 상기에서 분리막조 이후는 통상의 저장?방류를 위한 처리수조를 보내져 처리된다.

상기에서, 상기 분리막조는 질산화된 활성슬러지를 무산소응집조로 내부 반송시키는 배송관이 연결된다.

또한 상기에서 pH조절조에서는 알칼리성 약품은 처리수의 pH를 8.3으로 조절하여 인을 불용성 염으로 응집하기 위한 것으로 NaOCl을 사용함이 바람직하다. 또한 상기 pH는 생물반응조에서 활성슬러지 미생물이 안정적으로 생장하는 적정범위이다. 본 발명에서는 pH조절조, 무산소응집조, 염화물 흡착조 및 분리막조 중 1곳 이상의 일측에는 알칼리성 약품을 주입하기 위한 약품주입장치가 연결된다.

또한, 본 발명에서의 염화물 흡착조와 분리막조에서는 송풍기에 의해 호기성 상태로 미세기포공기가 공급되며 이로써 에어레이션 되어 자동 교반되기 때문에 상기 조들에서는 별도의 교반장치가 필요 없고, 상기 조들에는 공기공급장치들이 연결됨이 바람직하다. 여기서의 공기공급장치들로부터의 미세기포공기는 분리막조 내의 분리막을 공기로 세척하여 막이 막히는 현상을 방지할 수 있게 한다.

본 발명의 상기 분리막조에는 분리막(Membrane)이 설치되는데, 본 발명에서는 분리막의 형태에 따른 중공사막, 평막 및 관상형막 중 하나 이상을 사용할 수도 있고, 막의 기공크기는 카트리지 필터, MF(Microfiltration) 및 UF(Ultrafiltration) 인 것 중에서 1종 이상을 사용할 수 있다.

본 발명에서 각 조에서의 체류시간은 pH조절조에서는 1초~2시간, 무산소응집조에서는 5분~4시간, 염화물 흡착조에서는 5분~2시간, 분리막조에서는 30분~7시간 체류시킴이 바람직한데, 그 이유는 각 조에서의 원하는 성과를 나타내기 위한 것이다.

상기와 같은 본 발명에 의하면 하?폐수의 처리장치를 이용해 pH조절조에 알칼리 약품을 투입함으로서, 무산소응집조와 염화물흡착조를 거치는 동안 유입수 내에 존재하는 2~3가 양이온과 용존성-인 PO₄ ^3-가 불용성 염으로 응집하여 활성슬러지에 흡착되어 인을 처리하고, 질소제거는 무산소응집조에서 탈질소화 반응에 의해 제거하며, 유기물은 생물학적 활성슬러지의 유기물 섭식에 의하여 제거한 후 막분리 함으로써 강화되는 하?폐수처리 기준을 만족시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

도1은 본 발명의 장치를 개략적으로 도시한 도면.

이하에서는 첨부하는 도면을 참조하고 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 이하의 실시예는 본발명의 실시를 돕기 위한 것이지 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니다.

일반적으로 MBR공정은 유기물 및 질소의 고효율 제거를 위해 SRT가 길어지게 되는데, 이러한 경우 슬러지 발생량은 감소시키면서 질소제거를 효율적으로 할 수 있는 장점이 있는 반면, 과량의 인을 섭취한 슬러지는 인의 재용출로 인해 처리효율이 떨어지는 단점이 있게 된다. 따라서 NaOCl 등 알칼리성 약품에 의한 알칼리화는 암모니아 질소 등의 제거 효과를 기대할 수 있는데, 여기에 더하여 인제거를 SRT와 관계없이 안정화할 수 있게 한다면 질소의 제거효율 또한 최대화 할 수 있을 것이다.

본 발명은 유입하?폐수에 일반적으로 존재하는 2가 및 3가의 양이온이 알칼리성 상태에서 음이온(PO₄ ^3-)과 응집하여 스케일(Scale)을 형성시켜 인처리의 안정화를 유지하고자 하는 것이고, 응집된 스케일인 불용성 인산염을 활성 슬러지에 흡착시켜 생물반응조에서 제거 할 수 있게 한다.

먼저, 유입되는 하?폐수는 pH조절조(100)로 유입되고, 이때 하?폐수에 포함되어 있는 2~3가 금속이온과 용존성-무기성인 (Ortho-Phosphate; PO₄ ^3-)에 대해 pH조절조(100) 일측의 알칼리약품, 바람직하게는 NaOCl을 투여해(101) pH를 8.3으로 조절하여 유입수를 알칼리로 변화시킨다. 이 공정에 의해 용존성-무기성 인을 염의 형태로 고형화하고, 고형화된 염을 응집시킨 후 이후의 염화물흡착조(300)에서 활성슬러지에 흡착시킨 후 분리막조(400)에서 폐슬러지로 배출시켜 제거한다. 상기 유입원수는 인처리 급속교반조(100) 상부의 모터(M)에 의해 교반된다. pH조절조(100)로부터 교반 된 후 무산소응집조(200)로 유입된 유입수와 이후의 호기조인 분리막조(400)로부터 반송되는 질산화된 활성슬러지에 대해 상기 무산소응집조(200)에서 탈질소화 한다.

특히, 질소는 NaOCl 등의 알칼리 약품에 의한 알칼리화로 암모니아 질소의 제거 및 잔류 암모니아 질소에 대하여 질산화반응(Nitrification)을 적용시켜 아질산성질소(NO₂-N)와 질산성질소(NO₃-N)로 변화시킨 후 무산소조건에서 탈질과정(Denitrification)을 거쳐 질소가스(N₂)로 대기 중에 방출함으로써 하?폐수중의 질소를 제거하고 생물반응조에서 응집한 인이 재용출되지 않도록 인에 대하여 불용성 염의 형태로 안정적으로 유지가 가능함에 따라 생물반응조내에서 슬러지체류시간(SRT)의 최대 유지가 기술적으로 가능하여(무산소조에서 탈질시간을 충분히 확보) 질소 제거를 고효율로 달성하게 한다.

염화물 흡착조(300)을 통해 분리막조(400)로 유입된 처리수는 활성슬러지에 의해 유기물질을 제거하고 상기와 같은 질소제거 등을 위해 암모니아성질소를 질산화시키고 pH조절조(100)에서 반응하여 생성된 염을 염화물흡착조(300)에서 활성슬러지에 흡착하고, 처리된 처리수는 침지식 분리막을 통해 처리수조(500)로 배출된다. 상기에서 분리막조(400)에는 활성슬러지를 무산소조(200)로 반송하는 반송라인(401)이 무산소조(200)에 연결되어있고, 하부에는 폐슬러지를 배출시키는 배출관(402)이 연결된다.

[실시예1~4]

상기와 같은 장치를 사용해 표1과 같은 조건으로 처리한 결과를 표2에 나타내었다.

하기의 표들로부터 알 수 있듯이 본 발명의 실시를 표1의 조건으로 처리한 결과 BOD는 99.6%, COD는 97.3%, SS는 99.7%, T-N은 85.6%, TP는 99.0% 처리효율을 나타냄을 확인 할 수 있다.

[표1]

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[표2]

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100 : pH조절조 101 : 약품주입장치
200 : 무산소응집조
300 : 염화물흡착조 301, 404 : 공기공급라인
400 : 분리막조 401 : 반송관
402 : 폐슬러지 배출관 403 : 분리막
500 : 처리수조

Claims (20)

1. pH조절조, 무산소 응집조, 염화물흡착조 및 분리막조를 포함하여 이루어지는 하?폐수 처리장치에서, 활성슬러지를 이용하여 하?폐수에서 유기물, 질소 및 인을 제거하는 하?폐수의 처리방법에 있어서,
   상기 pH조절조로 유입되는 하?폐수에 유입유량 0.2 m³/day에 대하여 12 % 차아염소산나트륨(NaOCl)을 0.006 L/day로 주입하여, pH조절조의 pH를 8.3으로 조정하여 용존성 인을 불용성 인산염의 형태로 고형화시키고,
   상기 불용성 인산염을 함유하는 하?폐수를 무산소 응집조로 이송하여 불용성 인산염을 응집시키는 동시에 하?폐수를 탈질시키며,
   상기 응집된 불용성 인산염을 함유하면서, 탈질된 하?폐수를 염화물흡착조로 이송시켜 활성슬러지에 불용성 인산염을 흡착시키는 동시에 유기물을 분해하고,
   상기 탈질 및 유기물 분해가 이루어진 처리수와 불용성 인산염을 흡착한 활성슬러지가 혼합된 혼합 슬러리를 분리막조로 이송하여 분리막을 통과한 처리수는 배출하고, 분리막을 통과하지 못한 불용성 인산염이 흡착된 활성슬러지의 일부는 무산소조로 반송하고 나머지는 폐슬러지로 배출하는 것을 특징으로 하는 하?폐수 처리방법.
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