KR101063206B1 - 공정 내 잉여슬러지의 감량화 및 재이용수 생산이 가능한 초고도하수처리장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하수처리공정 시 발생하는 하수슬러지 중 처리되고 남은 잉여슬러지를 최소화하고 처리원수내의 영양염류인 인, 질소 동시제거가 가능한 공정 내 잉여슬러지의 감량화 및 재이용수 생산이 가능한 초고도하수처리장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은 외부로부터 유기물 및 영양염류가 포함된 하폐수를 생물반응조에 유입하고 간헐적인 포기를 실시하여 유기물과 영양염류 중 질소성분을 제거한 후 고액분리가 가능한 상태로 만들어 배출하는 제1 단계; 상기 생물반응조로부터 하폐수를 침전조로 유입하여 중력침전을 통해 활성슬러지가 포함된 하폐수로부터 부유물을 침전시키고, 상등수는 월류시키는 제2 단계; 상기 침전조에서 월류된 상등수에 응집슬러지 발생량을 최소화하기 위한 최적 응집제를 자동주입하여 잔류 부유물과 인성분을 화학적으로 제거함으로써 안정적인 수질의 재이용수를 생산하는 제3 단계; 상기 침전조에 침전된 슬러지를 반송율에 따라 슬러지 반송펌프를 통해 혐기조로 유입하며, 박테리아의 기질제한을 통해 사멸과 내생호흡을 유지하는 제4 단계; 상기 혐기조 내에서 기아상태가 된 미생물이 포함된 슬러지를 반송라인을 통하여 상대적으로 높은 기질/미생물(S_o/X_o)비가 형성되어 있는 생물반응조로 반입하여 기본적인 하수처리에 필요한 미생물 농도를 확보함과 동시에, 하수처리를 위해 확보된 미생물의 대부분을 물질대사에 이용하여 잉여슬러지를 감량하고, 상기 생물반 응조의 간헐적 포기운전을 실시하여 생물반응조를 무산소조건으로 변환시킴으로써 호기상태에서의 질산성질소를 질소가스로 환원하는 제5 단계를 포함하는 공정 내 잉여슬러지의 감량화 및 재이용수 생산이 가능한 초고도 하수고도처리방법을 제공한다.

재이용수, 슬러지감량, 하수고도처리, 인제거, 질소제거, 간헐포기, 생물반응조, 고속응집침전

Description

공정 내 잉여슬러지의 감량화 및 재이용수 생산이 가능한 초고도하수처리장치 및 방법{Advanced wastewater treatment apparatus for water reuse with sludge reduction in the process and wastewater treatment method using the same}

본 발명은 하폐수의 생물학적 고도처리장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하수처리공정 시 발생하는 하수슬러지 중 처리되고 남은 잉여슬러지가 최소화되도록 감량하고, 대상원수 내의 유기물 및 영양염류인 인과 질소 제거를 극대화하되, 2차 침전조를 거친 상등수를 재이용수로 활용 가능하도록 한 공정 내 잉여슬러지의 감량화 및 재이용수 생산이 가능한 초고도하수처리장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 하수처리는 미생물을 이용한 활성슬러지공정의 개발과 함께 급격히 발전되었으며, 주로 유기물 및 부유고형물 제거를 목적으로 운용되고 있다. 현재에는 질소와 인의 제거가 가능한 고도처리공정으로 발전되면서 다양한 변법들이 개발되고 있다. 현재 개발된 생물학적 고도처리공정의 원리를 살펴보면, 질소 제거는 질산화 미생물에 의해 암모니아(NH₄ ⁺)를 이산화질소(NO₂ ^-) 또는 질산성 질소(NO₃ ^-)로 산화시키는 질산화 과정 후, 탈질 과정을 거쳐 질소(N₂)가스로 배출시킴으로써 이루어지며, 인 제거는 혐기성 조건하에서 용출된 인을 호기성 조건에서 미생물에 의해 인을 과잉 섭취시킨 다음, 슬러지를 제거함으로써 이루어진다. 이러한 원리를 이용하여 질소, 인을 제거하는 공법으로는 A₂O, SBR, 수정 바덴포(Bardenpho), VIP(Virginia Initiative Plant) 및 UCT(University of Cape Town)공정 등이 있다.

상기와 같은 생물학적 고도처리공정들을 성공적으로 운영하기 위해서는 혐기, 무산소 및 호기 조건의 생물반응조를 구성해야 한다. 혐기 및 무산소 조건에서는 인방출 및 탈질을 위한 충분한 탄소원이 필요하며, 과잉의 인을 섭취한 슬러지의 일정량을 배출시켜야 하는 등 높은 수준의 기술적 노하우가 요구된다. 또한, 도1에서 보인 바와 같이 공정에서 배출된 잉여슬러지 처리를 위한 농축, 탈수, 저장 등의 시설과 소각, 매립 등의 최종처분이 요구된다.

하수처리장에서 발생하는 잉여 슬러지는 처리공정 중 유기물 등 오염물질 제거에 주된 역할을 한 미생물의 증식체이다. 하수처리로 생성된 하수슬러지의 감량화 노력은 대부분 소화, 소각, 오존처리, 볼 밀(ball mill) 그리고 초음파 등을 이용한 사후관리 관점에서 수행하고 있다. 보다 적극적인 사전관리체계로써 공정 내 슬러지 감량을 위한 연구는 최근 시대적 요구와 더불어 체계적 연구의 필요성을 요 구 받고 있다. 현재, 슬러지 처분 및 처리에 대한 적극적 대안으로 처리공정 내에서 슬러지 발생을 억제하거나 잉여슬러지를 물리화학적으로 처리하여 다시 수처리 계열로 유입시켜 시스템 외로 배출하는 슬러지를 최소화하려는 시도가 활발히 수행되고 있다. 활성슬러지 공정의 변법으로 연구된 Oxic-Settling-Anaerobic (OSA)공정 역시 시스템 외로 배출되는 잉여슬러지 감량을 유도한다.

상기 OSA 공정은 슬러지 감량을 공정 내에서 수행하였다는 점은 고무적으로 이해되어 왔으나, 미생물의 긴 체류시간으로 인한 사멸 및 분해 등으로 내부의 축적된 영양염류가 고도처리하는데 단점으로 작용하고 있다. 다시 말해, 미생물로부터 유리된 유기물은 다시 활성을 갖는 미생물의 기질로 이용됨으로써 처리에 유리한 반면, 영양염류인 질소와 인은 처리와 관련한 외부환경 요인이 충족되지 못할 경우, 제한적인 처리효율만을 보임으로써 반응시스템의 부하를 상승시켜 법적규제를 만족하지 못하는 잠재적 문제점을 내포하고 있다.

상기의 하수처리공정들은 수계의 오염부하를 저감하기 위한 제거효율 향상을 목적으로 운영되어 왔으나, 최근에는 물부족에 대응하는 새로운 대체수자원 확보일환으로 하수재이용수에 대한 이용이 점차 확대되고 있는 실정이다. 특히, 하수재이용수는 물이용 측면은 물론 에너지 측면에서도 긍정적인 결과를 유도할 것으로 기대된다. 따라서 안정적인 수질을 확보할 수 있는 초고도 하수처리기술이 요구되는 시점에 있다.

따라서, 본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결하고 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로, 기존의 하수처리공정인 활성 슬러지공정에서 슬러지 반송라인에 혐기조를 설치하여 잉여 슬러지의 감량화를 유도하고, 생물반응조를 간헐포기조로 운영함으로써 처리원수내의 영양염류 중 질소제거를 극대화하며, 생물반응조 월류수에 화학적 응집공정인 고속응집침전공정을 적용하여 안정적인 처리수질을 확보할 수 있는 공정 내 잉여슬러지의 감량화 및 재이용수 생산이 가능한 초고도 하수처리장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 외부로부터 유입되는 하폐수를 생물학적 반응조 내에서 간헐적인 포기를 실시하여 침전분리가 가능한 상태로 미생물을 배양하여 배출하는 생물반응조; 상기 생물반응조로부터 배출된 활성슬러지가 포함된 하폐수를 저류하여 중력침전에 의해 슬러지를 고액분리하되, 상등수는 방류하는 침전조; 상기 침전조에서 월류된 상등수를 저류하며, 상기 상등수에 응집제를 주입하여 인성분 및 잔류성 입자를 제거하기 위한 화학적 응집공정을 수행하여 재이용수를 생산하는 고속응집침전장치; 상기 침전조로부터 침전된 슬러지를 공급받으며, 미생물의 내생호흡과 사멸을 유도하는 혐기조; 및 상기 혐기조에서 기아상태의 미생물을 포함하는 슬러지를 생물반응조로 반송시키기 위한 반송라인을 포함하는 공정 내 잉여슬러지의 감량화 및 재이용수 생산이 가능한 초고도 하수처리장치 를 제공한다.

상기 생물반응조는 간헐적인 포기주기 운전을 통하여 호기상태와 무산소상태로의 환경변화가 가능한 간헐포기조인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 외부로부터 유기물 및 영양염류가 포함된 하폐수를 생물반응조에 유입하고 간헐적인 포기를 실시하여 유기물과 영양염류 중 질소성분을 제거한 후 고액분리가 가능한 상태로 만들어 배출하는 제1 단계; 상기 생물반응조로부터 하폐수를 침전조로 유입하여 중력침전을 통해 활성슬러지가 포함된 하폐수로부터 부유물을 침전시키고, 상등수는 월류시키는 제2 단계; 상기 침전조에서 월류된 상등수에 응집슬러지 발생량을 최소화하기 위한 최적 응집제를 자동주입하여 잔류 부유물과 인성분을 화학적으로 제거함으로써 안정적인 수질의 재이용수를 생산하는 제3 단계; 상기 침전조에 침전된 슬러지를 슬러지 반송펌프를 통해 혐기조로 유입하고, 박테리아의 기질제한을 통해 사멸과 내생호흡을 유지하는 제4 단계; 상기 혐기조 내에서 기아상태가 된 미생물이 포함된 슬러지를 반송라인을 통하여 상대적으로 높은 기질/미생물(S_o/X_o)비가 형성되어 있는 생물반응조로 반입하여 기본적인 하수처리에 필요한 미생물 농도를 확보함과 동시에, 하수처리를 위해 확보된 미생물의 대부분을 물질대사에 이용하여 잉여슬러지를 감량하고, 상기 생물반응조의 간헐적 포기운전을 실시하여 생물반응조를 무산소조건으로 변환시킴으로써 호기상태에서의 질산성질소를 질소가스로 환원하는 제5 단계를 포함하는 공정 내 잉여슬러지의 감량화 및 재이용수 생산이 가능한 초고도 하수처리방법을 제공한다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 생물반응조에 포기조건과 무산소조건을 부여하여 유입원수와 공정 내 슬러지 감량공정으로 유발되는 영양염류 중 질소제거가 가능하다.

둘째, 공정 내 혐기조에서 미생물의 내생 및 기아상태 유도로 공정에서 발생하는 잉여슬러지를 원천적으로 최소화 할 수 있는 사전적 개념의 적극적 슬러지 감량화가 가능하다.

셋째, 고속응집침전을 통해 생물학적 처리수에 포함된 잔류부유물과 인제거를 수행함으로써 안정적인 처리수질을 확보할 수 있어 대체 수자원으로 활용이 가능한 재이용수를 생산할 수 있다.

넷째, 생물 반응조의 구성이 단순하고 운전이 용이하여 기존하수처리장의 하수고도처리 개선공사 적용성을 최대화할 수 있으며, 현장운영자의 기술적 접근의 용이하다. 최근 하수처리시설의 고도화 개선이 활발히 진행되고 있는 바, 하수처리시설의 개보수 공사를 최소화하고 기존 시설을 적극 활용하여 개선공사비용을 절감할 수 있다.

다섯째, 경제성 측면에 있어 하수처리장 운영비 중 약 60%를 차지하는 슬러지 처리 및 처분비용을 획기적으로 낮출 수 있을 뿐 아니라 시설운전에 있어서도 대부분의 동력비가 소모되는 포기비용을 감소시켜 하수처리장의 운영비용을 절감시킬 수 있다. 또한 재이용수 생산으로 인해 물 수요에 대한 부가적인 가치를 발생시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도2를 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 공정 내 잉여슬러지의 감량화 및 재이용수 생산이 가능한 초고도 하수처리장치는 하수슬러지 감량으로 인한 반응조 내 영양염류의 제거를 극대화함과 동시에, 잉여슬러지를 저감하여 하수처리장 운영비를 획기적으로 저감하고, 초고도처리를 통한 재이용수 생산이 가능토록 구현한 것이다.

본 발명의 실시예는 활성슬러지 공정의 변법으로 제안되어 있는 OSA(Oxic Settling Anaerobic) 공정을 이용하여 잉여슬러지 감량을 유도할 수 있도록 개조한 시스템이다.

즉, 본 발명은 도2에 도시한 바와 같이, 1차 침전지(도시하지 않음)를 거친 유입수를 저류하되 간헐적인 포기를 실시하는 생물반응조(2)와; 상기 생물반응조(2)로부터 배출된 활성슬러지가 포함된 하폐수를 저류하여 중력침전에 의해 부유물을 고액분리하여, 슬러지 전량을 통상적인 반송율(0.5 ~ 2.0Q)에 따라 반송슬러지로 활용하되 슬러지 농도의 변형이나 운전상의 문제가 발생하였을 경우에 상기 슬러지를 반출하며, 상등수는 방류하는 침전조(4)와; 상기 침전조(4)에서 월류된 상등수를 저류하며, 상기 상등수에 포함된 인성분과 잔류입자를 제거할 수 있도록 화학적 응집공정을 수행하여 재이용수를 생산하는 고속응집침전장치(6)와; 상기 침전조(4)로부터 배출된 반송슬러지를 후술할 혐기조로 이송하기 위한 슬러지 반송펌프(8)와; 상기 슬러지 반송펌프(8)를 통해 반송슬러지를 공급받아 혐기상태에서 미생물의 내생호흡과 사멸을 유도하는 혐기조(10); 및 상기 혐기조(10)에서 기아상태 의 미생물을 포함하는 슬러지를 생물반응조(2)로 반송시키기 위한 반송라인(12)을 포함한다.

본 발명에서 상기 고속응집침전장치(6)는 상등수를 저류하여 화학적 응집공정을 수행하기 위한 고속응집침전조(20)와; 상기 고속응집침전조(20)에 투입하기 위한 응집제를 저장하는 응집제저장탱크(22)와; 상기 응집제저장탱크(22)로부터 고속응집침전조(20)로 응집제를 자동주입하기 위한 응집제주입펌프(24)와; 상기 고속응집침전조(20)에서 인제거 효율저하시 사용될 알카리도 보충약품을 저장하는 알카리도 보충약품 저장탱크(26); 및 상기 알카리도 보충약품 저장탱크(26)로부터 고속응집침전장치(6)에 알카리도 보충약품을 자동으로 주입하기 위한 알카리도 약품주입펌프(28)를 포함한다.

미설명부호 29는 응집슬러지 반출펌프를 나타낸다.

한편, 응집제가 주입되면 pH는 산성범위가 되어 화학적 응집효과를 저하시키게 된다. 따라서 본 발명에서는 반응에 따른 pH의 저하시 중성범위의 반응조건을 충족시키기 위해 고속응집침전장치의 약품주입펌프(28) 상단에 pH 메타(meter)(30)를 설치하고 알카리도 보충약품 주입펌프(28)와 자동으로 연동될 수 있도록 구성하였다. 즉, 적정 pH를 벗어날 경우 pH 메타(meter)(30)는 신호를 펌프에 전달토록 하여 약품이 자동주입됨으로써 최적화된 응집효과를 얻게 된다.

또한, 상기 혐기조(10)에는 미생물의 내생 및 기아상태 유도를 모니터링하기 위한 전기전도도 측정기(32); 및 상기 혐기조(10)에서 미생물의 내생 및 기아상태 유도를 모니터링하기 위한 ORP 측정기(34)가 더 설치된다.

여기서, 상기 ORP는 Oxidation-Reduction Potential로서 산화환원전위를 의미한다. 슬러지 감량을 목적으로 운영되는 혐기조는 혐기조건 유지가 관건이다. 혐기조건을 모니터링하기 위해 ORP값을 사용하게 되는데 일반적으로 혐기조건의 ORP범위는 -100 ~-300 mV이다. 또한, 전기전도도 측정기는 혐기조의 기아상태 유도 이외에 미생물의 해체로 인해 반응조로 방출되는 이온성 물질을 감지하여 슬러지 감량정도를 살펴볼 수 있는 참고값으로 활용할 수 있다. 즉 전기전도도가 상대적으로 높아졌다는 것은 미생물의 사멸이 증가했음을 의미하게 된다.

본 발명의 실시예에서 상기 생물반응조(2)는 간헐적인 포기를 실시하여 호기조건을 충족하기 위한 호기상태로 만들고, 또 포기가 중단된 상태에서는 무산소조건을 충족하기 위한 무산소상태로 만들 수 있는 간헐포기조이다. 즉, 상기 생물반응조(2)는 바닥에 설치되어 외부공기를 공급하는 산기관(36)과, 생물반응조(2) 외부에 설치되어 산기관(36)의 간헐적인 포기주기시간을 조절하기 위한 타이머(38)를 포함하는 간헐포기장치(35)와; 무산소 조건시 생물반응조(2)의 교반을 수행하기 위한 수중교반기(40)를 구비하여 간헐포기 기능을 수행한다.

본 발명의 실시예에서 상기 타이머(38)는 30 ~ 60분 주기로 포기운전을 실시하도록 맞춰져 있다.

상기한 구조의 생물반응조(2)는 간헐적인 포기주기에 의하여 초기 유입된 하폐수로부터 오염물질을 섭취하여 침전분리가 가능한 상태로 만들어 침전조(4)로 배출하게 된다. 그리고, 향후에는 지속적인 간헐포기운전을 통하여 질산화를 위한 호기조건 및 탈질화에 유리한 무산소조건을 만듦으로써 혐기조로부터 유입되는 기아상태의 미생물이 포함된 슬러지에 영양분을 보충하고 또 무산소조건에서 탈질화반응을 유도함으로써 슬러지 감량과 함께 질소제거를 수행하게 된다. 즉, 환원조건(낮은 ORP, 혐기상태)으로 일정시간 체류 후 내생호흡상태(기질이 없음)로 유도된 혐기조의 미생물은 낮은 기질/미생물(S_o/X_o)비가 형성되는데 반해 기질이 풍부한 하수가 유입되는 생물반응조에서는 상대적으로 높은 기질/미생물(S_o/X_o)비가 형성된다. 따라서, 생물반응조(2)로 유입된 혐기조(10)의 미생물은 기본적인 하수처리효율을 유지하는데 사용됨과 동시에 급격한 기질 상승으로 인해 물질대사가 제한된 미생물은 생산된 대부분의 에너지를 증식(동화작용)보다는 생체유지(이화작용)를 위한 물질대사에 이용함으로써 잉여슬러지의 생산을 최소화하게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 하수고도처리방법을 설명한다.

외부로부터 반입된 하폐수 원수를 1차 침전지에 저류시켜 침전성이 양호한 부유물질을 물리적으로 제거한다(도시하지 않음). 그리고, 상기 1차 침전지로부터 배출된 1차 처리수에 대하여 생물반응조(2)에서 간헐포기를 실시하여 고액분리가 가능한 상태로 만든 후 침전조(4)로 배출한다. 상기 침전조(4)에서는 중력침전을 통해 활성슬러지가 포함된 하폐수로부터 부유물을 침전시키고, 상등수는 월류시킨다.

상기 침전조(4)에서 월류된 상등수는 고속응집침전조(20)에 저류되며, 응집제 저장탱크(22)에 저장된 응집제는 응집제 주입펌프(24)를 매개로 상기 고속응집침전조(20)에 투입되어 화학적 응집공정을 수행함으로써 잔존입자와 인성분을 제거하여 재이용수를 생산한다. 고속응집침전조(20)에서 응집된 슬러지는 슬러지 반출펌프(29)의 가동에 의해 외부로 반출된다.

또한, 침전조(4)에 침전된 슬러지는 슬러지 반송펌프(8)를 통해 통상적으로 정해진 반송율에 따라 전량 혐기조(10)로 유입된다. 이때, 전기전도도 측정기(32) 및 ORP 측정기(34)를 통하여 혐기조(10)내의 미생물의 내생 및 기아상태 유도를 모니터링하면서 슬러지 반송을 하게 되며, 혐기조(10)내의 슬러지 농도가 변화가 제어가능 범위를 벗어나거나 운전상 문제가 발생하였을 경우에는 슬러지의 일정량을 슬러지 농도와 처리효율을 고려하여 외부로 반출시킨다.

반송 슬러지가 유입된 혐기조(10)는 박테리아의 기질제한을 통해 사멸과 내생호흡을 유지할 뿐만 아니라, 체류시간(SRT 및 HRT)에 따라 생체가 낮은 활성상태를 유지토록 하여 생장, 활동 및 증식을 최소화해 기초대사가 일어나도록 제어한다.

상기한 운전을 통해 혐기조(10)내에서 기아상태가 된 미생물이 포함된 슬러지는 반송라인(12)을 통하여 상대적으로 높은 기질/미생물(S_o/X_o)비가 형성되어 있는 생물반응조(2)로 유입된다. 상기 혐기조(10)로부터 생물반응조(2)로 반입된 미생물은 간헐 포기에 의하여 영양분을 보충하여 기본적인 하수처리에 필요한 미생물 농도를 확보하게 된다. 이때, 하수처리를 위해 확보된 미생물 농도는 대부분 에너지의 증식보다는 물질대사에 이용됨으로써 잉여슬러지의 생산이 최소화되어 잉여 슬러지의 감량화를 유도할 수 있게 된다. 또한, 상기 생물반응조(2)의 간헐적 포기운전을 실시하여 상기 생물반응조(2)를 무산소조건으로 변환시켜 질산성질소를 질소가스로 환원하여 공기 중에 방출함으로써 질소를 제거하게 된다.

도3은 본 발명의 요부인 생물반응조의 간헐적 주기선정을 위한 MLSS에 따른 시간별 DO농도의 상관 그래프도, 도4는 생물반응조의 간헐적 포기주기에 따른 슬러지 생산량과 비탈질율(SDNR)의 운전조건별 경향을 나타낸 그래프이고, 도5는 화학 적 응집에 의한 재생수의 처리효율과 수질을 도식화한 것이다.

먼저, 도3은 본 발명에서 생물반응조(2)가 간헐 포기조로 전환하는 것은 산소공급을 목적으로 설치된 포기장치의 운전주기 결정을 의미한다. 산소요구량(DO)의 농도는 온도, MLSS 등의 영향을 받으므로 외부환경에 따른 조건 고려가 필요하지만 본 발명의 실험에서는 온도는 일정한 상태를 유지하면서 MLSS를 인자로 시간에 따라 변화하는 DO profile을 알아보았다. 측정 시 pH는 6.8~7.2범위이었으며 온도는 약 18℃ 조건이었다. 혐기조(10)의 혐기조건은 DO농도가 0.1~0.2 mg/L에 도달하는 시간을 기준으로 하여 간헐주기를 선정하였다. 실험에서 반응조의 MLSS 변화추이는 MLSS 1,800mg/L와 최대값 2,500mg/L에 대하여 실시하였으며, 그 결과는 도3에 도시한 바와 같다.

도3의 그래프에 도시한 바와 같이, MLSS 2,500mg/L 농도로 유지한 경우, 혐기조건 기준에 도달하는 시간은 약 10분, MLSS 1,800mg/L 농도로 유지한 경우는 약 46분이 필요한 것으로 나타났다. 결과를 바탕으로 mode의 포기/비포기 비율과 비포기 지속시간을 결정하였으며, 결정된 실험조건을 하기의 표1에 나타내었다.

[표1]

	ISA Process run	Time Cycle	Ratio(On/Off)(min)
Mode	Run 2 - 1	40	30 : 10
	Run 2 - 2	60	30 : 30
	Run 2 - 3	90	60 : 30
	Run 2 - 4	120	60 : 60

도4는 본 발명의 공정에서 포기주기에 따른 슬러지 생산량과 SDNR(비탈질율)의 운전조건별 경향을 보여주고 있다. 비포기 시간이 30분 이내인 run 2-1, run 2-2, 그리고 run 2-3의 경우 SDNR 향상이 크지 않은 반면, 비포기 시간이 60분인 run 2-4의 경우 확연한 탈질능 향상을 보이는 것으로 나타났다. 슬러지 생산을 의미하는 P_{x . vss}는 큰 변동을 보이지 않아 운전조건 변화에 따른 영향을 받지 않는 것으로 판단된다.

상기한 결과로 미루어 본 발명의 실시 예에서, 상기 생물반응조(2)에서 간헐 포기 : 비포기 주기 시간은 30분 ~ 60분 : 10분 ~ 60분의 타이밍으로 운전하는 것이 바람직하다는 것을 실험을 통하여 밝혀졌으며, 최적화된 포기 : 비포기 시간은 60분 : 60분인 것으로 나타났다.

이와 같이 상기 생물반응조(2)의 간헐적 포기운전을 통하여 잉여슬러지의 사전적 감량이 가능하게 되며, 시설운전에 있어서 대부분의 동력비로 소모되는 포기비용을 감소시킬 수 있게 된다.

도5는 재이용수 생산을 위한 안정적인 수질을 확보하기 위하여 고속응집침전장치에서 주입된 응집제 농도에 따른 인제거 효율과 처리수질을 나타낸 것으로 최적의 응집조건에서 응집제로 사용된 PAC의 주입농도를 약 50~100 mg/L 주입했을 때 합리적인 최적의 처리수질 확보가 가능한 것으로 나타났다.

상기의 결과로 본 공정에서 생산된 재이용수가 재이용수 권고기준을 만족하는 것으로 나타나 대체수자원으로 활용이 가능하다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식 을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

도1은 생물학적 하폐수 고도처리를 수행하기 위한 일반적인 하수처리시설 공정도.

도2는 본 발명에 의한 공정 내 잉여슬러지의 감량화 및 재이용수 생산이 가능한 초고도 하수처리장치의 일실시예 구성을 나타낸 개략적인 공정도.

도3은 본 발명의 요부인 생물반응조의 간헐적 주기선정을 위한 MLSS에 따른 시간별 DO농도의 상관 그래프도.

도4는 생물반응조의 간헐적 포기주기에 따른 슬러지 생산량과 비탈질율(SDNR)의 운전조건별 경향을 나타낸 그래프도.

도5는 안정적인 수질의 재이용수 생산을 위해 고속응집침전장치에 주입된 응집제 농도에 따른 인제거 효율과 처리수질을 나타낸 그래프도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

2: 생물반응조 4: 침전조

6: 고속응집침전장치 8: 슬러지 반송펌프

10: 혐기조 12: 반송라인

20: 고속응집침전조 22: 응집제 저장탱크

24: 응집제 주입펌프 26: 알카리도 보충약품 저장탱크

28: 알카리도 약품 주입펌프 29: 응집슬러지반출펌프

30: pH 메타 32: 전기전도도 측정장치

34: ORP 측정기 35: 간헐폭기장치

36: 산기관 38: 타이머

Claims (6)

1. 외부로부터 유입되는 하폐수를 저류하되 간헐적인 포기를 실시하여 침전분리가 가능한 상태로 미생물을 배양하여 배출하는 생물반응조;

   상기 생물반응조로부터 배출된 활성슬러지가 포함된 하폐수를 저류하여 중력침전에 의해 부유물을 침전하되, 침전된 부유물 전량을 반송슬러지로 활용하고 상등수는 방류하는 침전조;

   상기 침전조로부터 월류된 상등수에 응집제를 투입하고 화학적 응집공정을 통해 인성분 및 부유하는 잔존입자를 제거하여 재이용수를 생산하는 고속응집침전장치:

   상기 침전조로부터 반송슬러지를 공급받으며, 미생물의 내생호흡과 사멸을 유도하는 혐기조; 및

   상기 혐기조에서 기아상태의 미생물을 포함하는 슬러지를 생물반응조로 반송시키기 위한 반송라인

   을 포함하는 공정 내 잉여슬러지의 감량화 및 재이용수 생산이 가능한 초고도 하수처리장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 생물반응조는

   간헐적인 포기주기 운전을 통하여 호기상태와 무산소상태로의 환경변화가 가능하도록 하는 간헐포기장치; 및

   무산소 조건시 생물반응조의 교반을 수행하기 위한 수중교반기

   를 더 포함하는 공정 내 잉여슬러지의 감량화 및 재이용수 생산이 가능한 초고도 하수처리장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 간헐포기장치는

   생물반응조의 바닥에 설치되어 포기를 위해 외부 공기를 공급하는 산기관; 및

   상기 생물반응조 외부에 설치되며, 산기관의 간헐적인 포기주기를 조절하기 위한 타이머

   를 포함하는 공정 내 잉여슬러지의 감량화 및 재이용수 생산이 가능한 초고도 하수처리장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 고속응집침전장치는

   상등수를 저류하여 화학적 응집공정을 수행하기 위한 고속응집침전조;

   상기 고속응집침전조에 투입하기 위한 응집제를 저장하는 응집제저장탱크;

   상기 응집제저장탱크로부터 고속응집침전조로 응집제를 자동주입하기 위한 응집제주입펌프;

   상기 고속응집침전조에서 인제거 효율저하시 사용될 알카리도 보충약품을 저장하는 알카리도 보충약품 저장탱크;

   상기 알카리도 보충약품 저장탱크로부터 고속응집침전장치에 알카리도 보충약품을 자동으로 주입하기 위한 알카리도 약품주입펌프; 및

   상기 알카리도 약품주입펌프에 연결되어 그와 자동으로 연동하여 적정 pH를 벗어날 경우 알카리도 약품주입펌프측으로 약품이 자동적으로 주입되도록 하는 pH 메타(meter)

   를 포함하는 공정 내 잉여슬러지의 감량화 및 재이용수 생산이 가능한 초고도 하수처리장치.
5. 외부로부터 유기물 및 영양염류가 포함된 하폐수를 생물반응조에 유입하고 간헐적인 포기를 실시하여 유기물과 영양염류 중 질소성분을 제거한 후 고액분리가 가능한 상태로 만들어 배출하는 제1 단계;

   상기 생물반응조로부터 하폐수를 침전조로 유입하여 중력침전을 통해 활성슬러지가 포함된 하폐수로부터 부유물을 침전시키고, 상등수는 월류시키는 제2 단계;

   상기 침전조에서 상기 침전조에서 월류된 상등수에 응집슬러지 발생량을 최소화하기 위한 최적 응집제를 자동주입하여 잔류 부유물과 인성분을 화학적으로 제거함으로써 안정적인 수질의 재이용수를 생산하는 제3 단계;

   상기 침전조에 침전된 부유 슬러지 전량을 슬러지 반송펌프를 통해 혐기조로 유입하며, 박테리아의 기질제한을 통해 사멸과 내생호흡을 유지하는 제4 단계; 및

   상기 혐기조 내의 환원조건에서 내생호흡상태로 유도되어 낮은 기질/미생물(S_o/X_o)비가 형성된 혐기조의 미생물이 포함된 슬러지를, 기질이 풍부한 하수가 유입되어 혐기조에 비해 상대적으로 높은 기질/미생물(S_o/X_o)비가 형성되어 있는 생물반응조로 반입하여 기본적인 하수처리에 필요한 미생물 농도를 확보함과 동시에, 하수처리를 위해 확보된 미생물의 대부분을 물질대사에 이용하여 잉여슬러지를 감량하고, 상기 생물반응조의 간헐적 포기운전을 실시하여 생물반응조를 무산소조건으로 변환시킴으로써 질산성질소를 질소가스로 환원하는 제5 단계

   를 포함하는 공정 내 잉여슬러지의 감량화 및 재이용수 생산이 가능한 초고도 하수처리방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제5 단계에서의 간헐적 포기 : 비포기 주기시간은 30분 ~ 60분 : 10분 ~ 60분인 것을 특징으로 하는 공정 내 잉여슬러지의 감량화 및 재이용수 생산이 가능한 초고도 하수처리방법.

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