KR20020094950A

KR20020094950A - 폐수처리방법 및 장치

Info

Publication number: KR20020094950A
Application number: KR1020020075964A
Authority: KR
Inventors: 석철영; 유의경; 신항식; 강석태
Original assignee: 쌍용양회공업(주)
Priority date: 2002-12-02
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2002-12-18

Abstract

본 발명은 폐수의 고도 처리방법 및 장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 처리 대상 폐수의 협잡물을 제거하기 위한 스크린 장치; 상기 스크린 장치를 거친 처리 대상 폐수가 유입되어 전 무산소처리, 호기처리 및 후 무산소처리를 연속적으로 실시할 수 있는 연속 회분식 반응조; 상기 연속 회분식 반응조내에 위치되고 폐수의 고액분리를 실시하는 침지형 분리막 모듈; 상기 연속 회분식 반응조내를 호기상태로 유지하기 위한 미생물의 산소공급과 상기 침지형 분리막의 공기세정을 위한 산기관; 상기 침지형 분리막 프레임 사이에 설치되고 무산소처리시의 폐수를 교반시키기 위한 교반장치; 및 상기 연속 회분식반응조내 위치되고 침지형 분리막 모듈의 공기 세정 효과를 극대화시켜 분리막의 오염을 저감시키기 위한 격판;을 포함하는 폐수의 고도 처리장치 및 이를 이용한 폐수의 처리방법에 관한 것이다.

Description

폐수처리방법 및 장치 {Method and apparatus for wastewater treatments}

본 발명은 폐수의 처리방법 및 장치에 관한 것으로, 하수, 폐수, 오수, 생활폐수 등을 정화처리하는데 사용될 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.

근래에 들어 산업이 발전되고 인구가 증가되며, 특히 국가의 특성상 용수원에 대하여 지표수의 의존도가 높고 계절에 따라 강우량 차이가 심할수록 수자원의 효율적인 관리에 관심이 높아지게 되었다. 또한, 질소 및 인의 발생량이 증가함에 따라 기존 유기물과 부유물질의 농도관리를 통한 수질관리의 문제점이 제기됨에 따라, 최근에는 폐수중의 질소와 인과 같은 영양염류를 제거할 수 있는 고도처리 공정이 개발 적용되고 있다.

폐수중의 질소 및 인을 제거할 수 있는 생물학적 고도처리공정에는 유기물 산화, 질산화, 탈질, 인 고율축적 및 인 방출 반응의 단계가 필연적으로 포함되어야 하며, 이러한 반응에 관여하는 미생물의 종류 및 특성에 맞는 혐기, 무산소, 호기 상태가 반응공정내에 유지되어야 한다.

현재까지 개발된 고도처리 공정은 크게 두가지 범주로, 상기 혐기, 무산소 및 호기 상태를 공간적으로 배치하는 방법, 또는 단일 반응조에서 시간적으로 유지하는 방법으로 나누어 볼 수 있다.

상기 공간 배치형 고도처리 공정흐름도를 도 1에 도시하였다.

도 1과 같이, 혐기, 무산소, 호기 상태를 공간적으로 배열한 공간 배치형 고도처리 공정은, 인 방출을 목적으로 하는 혐기조(101), 탈질 및 유기물 제거를 목적으로 하는 무산소조(102), 질산화를 목적으로 하는 호기조(103), 처리수와 미생물의 중력에 의한 고액분리가 일어나는 침전조(104)로 구성된다. 또한 공정운영상질소제거를 위하여 호기조(103)에서 질산화된 처리수를 무산소조(102)로 내부반송하는 단계가 필요하며, 반응조에 적정 미생물 농도를 유지하기 위하여 침전조(104)의 침전슬러지의 반송이 필요하다.

현재 이러한 공정들은 유입방법, 반응조의 공간적 배열 및 처리수와 슬러지의 반송위치에 따라 여러 공법이 개발 적용되고 있지만, 벌킹(Bulking) 현상에 의해 침전조에서 슬러지의 침전성이 불량해짐에 따라 처리수질이 악화된다는 단점이 있다. 벌킹현상은 유입 수질 성상변화에 따라 운전조건을 적정 조정하지 못할 경우에 발생하며 침전조에서 슬러지의 침전성이 불량해짐에 따라 미생물이 처리수에 혼입되어 처리수질 악화가 초래된다. 벌킹현상은 슬러지를 중력에 의해 침전시키는 침전조를 채택하는 공정에서 발생하는 문제점 중 가장 큰 문제점으로 널리 알려져 있다.

또한, 도 2에는 혐기, 무산소 및 호기 상태를 단일 반응조에서 시간적으로 유지하는 종래의 연속 회분식반응조(SBR: Sequencing Batch Reactor)의 공정흐름도가 도시되었다.

도 2는 단일 반응조에서 일어나는 처리과정을 단계별로 도시한 것으로, 연속 회분식 반응조(201)는 단일 반응조내에서 유입, 반응(무산소, 혐기, 호기상태), 침전, 배출 및 휴지(idle) 단계를 반복 수행하면서 유입 폐수중의 질소, 인과 같은 영양물질을 제거하는 효과적인 공정중의 하나이다.

연속 회분식반응조는 최근 제어장치의 개발로 운전의 용이성이 향상됨에 따라 하폐수 처리시설에 활발히 적용되고 있으나, 도 1의 공정과 마찬가지로 벌킹현상이 발생하는 경우 처리수질이 악화된다는 문제점이 있다. 연속 회분식반응조에서는 벌킹현상이 발생할 경우, 수리학적 체류시간 및 반응조건(무산소, 혐기, 호기상태) 등의 조정이 필요하며, 이와 같은 조정이 적기에 이루어지지 않을 경우 유기물과 영양염류의 미반응으로 인해 처리효율의 저하를 초래할 수 있다.

한편, 최근에 종래 생물학적 처리공정에서 큰 문제점으로 대두되고 있는 벌킹현상에 의한 처리수질의 악화를 방지하고 반응조내 미생물 보유량을 높여 처리효율을 개선할 목적으로 분리막의 이용이 시도되고 있다. 즉, 종래 생물학적 처리공정에서는 침전조에서, 연속 회분식반응조에서는 침전단계에서 슬러지를 중력침전시켜 처리수를 확보하였으나 분리막을 이용한 처리공정에서는 슬러지와 처리수를 분리막을 이용하여 강제 분리하게 된다. 따라서, 분리막을 이용하는 공정에서는 슬러지의 중력침전성이 불량해지더라도 미생물은 분리막을 통과할 수 없기 때문에 항상 안정적인 처리수질을 확보할 수 있다. 또한, 반응조내 미생물을 고농도로 유지할 수 있기 때문에 유입 수질 성상변화에도 안정적인 처리효율을 확보할 수 있다.

예를 들어 한국 공개특허공보 제2002-11791호에는 침지 분리막 모듈, 산기장치, 교반기 등을 포함하는 일반적인 막결합형 연속 회분식 분리장치 및 호기 반응 동안 분리막 모듈을 이용하여 처리수를 제거하는 기술이 기재되어 있으나, 그 구성이 불명료하여 발명을 실시하는데 어려울 뿐만 아니라, 탈질 및 탈인에 있어서도 그 효과가 미비하여 계속적인 연구계발이 요구된다.

또한 일본 특개 제2001-25769호에는 침지형 분리막을 이용한 폐수처리장치에 있어서 폭기조내의 용존산소농도를 검출계로 검출하여 공기공급량을 조정하여 폭기조의 용존산소도를 거의 일정하게 유지할 수 있는 폐수 처리방법이 기재되어 있다. 대표적인 종래의 침지형 분리막을 이용한 폐수처리장치인, 상기 일본 특개 제2001-25769호의 막침지형 활성오니 공정도를 도 3에 도시하였다.

도 3을 참조하면, 유량조정조(301)에 유입된 처리 대상 폐수를 유입펌프(306)를 이용하여 반응조(302)로 연속 유입시킨다. 반응이 끝난 처리수는 침지형 분리막(303)을 통하여 미생물과 분리된 후 처리수 저장조(304)로 이송되어 방류된다. 침지형 분리막(303)의 여과측을 감합하기 위해 흡인펌프(308)가 사용된다. 이 때 반응조(302)내 용존산소의 농도는 검출계(305)를 이용하여 검출되고 용존산소농도 제어반(311)에 의해 용존산소 농도 제어용 펌프(307) 및 산기관(312)을 제어하여 호기성 조건인 2∼4mg/ℓ정도로 일정하게 유지되도록 공기 공급량을 조절한다. 또한 막세정용 산기관(313) 및 펌프(309)를 이용하여 분리막을 세정한다. 또한 잉여슬러지는 펌프(310)를 통해 배출된다.

이러한 도 3에 도시된 종래 침지형 분리막을 이용한 폐수처리 방법 및 장치는 유기물의 제거에는 효과적이지만 운전방법에 있어서 혐기와 무산소상태를 제공하지 못하기 때문에 질소와 인과 같은 영양염류를 제거할 수 없다는 단점이 있다. 최근 상기와 같은 단점을 해결하기 위하여, 즉 유기물과 영양염류를 동시에 제거하기 위하여 도 1과 같은 처리공정에서 침전조 대신에 분리막을 적용하는 시도가 이루어지고 있다. 그러나, 이와 같은 공정에서는 영양염류를 제거하기 위한 처리수 내부반송과 반응조내 미생물의 농도를 일정하게 유지하기 위한 슬러지의 반송이 필요하며, 관련 공사비가 증가한다는 단점이 있다.

이에 본 발명자들은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하고 하고 우수한 폐수 처리 효과를 얻기 위한 폐수 처리 방법 및 장치를 제공하기 위해 연구검토한 결과, 본 발명에 따른 방법 및 장치를 이용하여 이를 달성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 침지형 분리막의 오염을 최소화하면서 유기물, 질소 및 인을 효율적으로 동시에 제거할 수 있는 폐수의 고도 처리방법 및 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폐수의 고도 처리방법은, 스크린 장치를 이용하여 처리 대상 폐수의 협잡물을 제거한 후 연속 회분식 반응조에 유입시키는 단계; 무산소 상태에서 교반을 실시하면서 질소산화물의 탈진산화 및 인 성분의 방출을 일으키는 전 무산소단계; 산소를 공급하면서 암모니아성 질소를 산화시키는 호기단계; 산소 공급을 중단하고 교반만을 실시하면서 탈질산화를 유도하는 후 무산소단계; 및 반응조내의 잉여슬러지를 제거하는 휴지 단계;가 반복단위인 1싸이클로서 순차적으로 실시되며,

상기 유입단계 및 휴지 단계를 제외한 모든 단계에서 침지형 분리막을 이용한 폐수의 고액분리가 일어나면서 처리수가 유출되고, 상기 호기단계는 전체 반응시간의 40∼70%로 유지되며, 상기 호기단계에서 공급되는 전체 공기량의 60∼90중량%가 침지형 분리막의 하부에 위치하는 산기관으로 집중 공급되고, 침지형 분리막의 주위에 설치된 격판에 의해 타원형의 공기유로가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폐수의 고도 처리장치는,처리 대상 폐수의 협잡물을 제거하기 위한 스크린 장치; 상기 스크린 장치를 거친 처리 대상 폐수가 유입되어 전 무산소처리, 호기처리 및 후 무산소처리를 연속적으로 실시할 수 있는 연속 회분식 반응조; 상기 연속 회분식 반응조내에 위치되고 폐수의 고액분리를 실시하는 침지형 분리막 모듈; 상기 연속 회분식 반응조내를 호기상태로 유지하기 위한 미생물의 산소공급과 상기 침지형 분리막의 공기세정을 위한 산기관; 상기 침지형 분리막 프레임 사이에 설치되고 무산소처리시의 폐수를 교반시키기 위한 교반장치; 및 상기 연속 회분식반응조내 위치되고 침지형 분리막 모듈의 공기 세정 효과를 극대화시켜 분리막의 오염을 저감시키기 위한 격판으로 이루어진다.

도 1은 종래의 공간배치형 폐수 처리 공정의 흐름도이고,

도 2는 종래의 연속회분식 반응조의 공정 흐름도이며,

도 3은 종래의 막침지형 활성오니 공정의 모식도이고,

도 4는 본 발명에 따른 분리막이 침지된 연속 회분식 반응조의 공정 흐름도이며,

도 5는 본 발명에 따른 분리막이 침지된 연속 회분식 반응조의 모식도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

501: 유량조정조, 401, 502: 연속 회분식 반응조

402, 503: 침지형 분리막,504: 격판

505: 교반장치,506a, b: 산기관, 507: 스크린

508: 유입펌프, 509: 흡입펌프,510: 잉여슬러지 배출펌프

511: 송풍기, 512: 압력계, 513: 유량계

514: 온도센서, 515: pH 센서,516: 솔레노이드 밸브

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하면서 좀 더 구체적으로 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 분리막이 침지된 연속 회분식 반응조의 공정 흐름도이고, 도 5는 본 발명에 따른 분리막이 침지된 연속 회분식 반응조의 모식도이다.

도 4에 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 폐수 처리방법은 전술한 바와 같이 유입단계, 전 무산소 단계, 호기 단계, 후 무산소 단계 및 휴지 단계로 이루어진다. 이때, 전 무산소 단계, 호기 단계 및 후 무산소 단계에서 모두 폐수의 고액분리가 일어나면서 처리수가 유출된다.

상기 처리단계별 구체적인 목적과 기능은 다음과 같다.

[유입 단계]

연속 회분식 반응조내로 처리 대상 폐수의 유입이 일어나는 단계이다. 유입단계에서는 반응조내 미생물과 유입된 폐수의 원활한 접촉을 위하여 교반을 실시하며 산소는 공급하지 않는다. 이 때 교반속도는 60∼120rpm의 범위가 바람직하다.

[전 무산소 단계]

유입 단계에 이어 반응조내 존재하는 유기물 및 질소의 제거와 인 성분의 방출이 일어나는 단계이다. 즉, 반응조내 존재하는 탈질미생물은 유입수내 존재하는 유기물을 탄소원으로 이용하여 폐수중의 질소산화물을 환원시키며, 이때 환원된 질소가스는 외부로 방출되어 제거된다. 또한 인 축적 미생물(PAO: Phosphate Assimilable Organism)은 세포내에 지니고 있던 폴리인산 결합을 끊어 인 성분은 수중으로 방출하고, 이 과정에서 발생하는 에너지를 이용하여 폐수중에 존재하는 유기탄소원를 체내에 폴리하이드로뷰티레이트(PHB: Polyhydroxybutyrate) 형태로 축적한다. 이와 같은 인 방출 단계가 없으면 호기 단계에서 과잉의 인 흡수가 이루어지지 않아 생물학적으로 인을 제거할 수 없게 된다. 전 무산소 단계에서는 무산소 상태를 유지하기 위하여 교반을 실시하며 산소는 공급하지 않는다.

상기 인 축적 프로세스를 수행하는 많은 종류의 미생물 중 가장 잘 알려진 것이 아시네토박터(Acinetobactor)를 들 수 있으며, 교반속도는 60∼120rpm의 범위가 바람직하다.

[호기 단계]

전 무산소단계를 거친 후에는 대부분의 유기물은 제거된 상태이며, 이 단계에서는 주로 암모니아의 질산화 및 과잉 인 성분 흡수가 일어난다. 폐수중에 존재하는 암모니아성 질소는 나이트로조모나스(Nitrosomonas),나이트로박터(Nitrobacter) 등과 같은 질산화미생물에 의하여 아질산성질소 및 질산성질소 형태로의 산화가 일어나는 단계이다. 또한 인 축적 미생물들은 세포내에 저장해 둔 폴리하이드로뷰티레이트(PHB: Polyhydroxybutyrate)의 결합을 끊을 때 발생하는 에너지를 이용하여 폐수중의 유기인을 폴리인산의 형태로 과잉섭취하는 단계이다. 호기 단계에서는 암모니아성 질소의 질산화와 인 성분의 과잉흡수를 위하여 산소공급이 필요하다. 따라서, 반응조내 산소의 농도는 0.5∼5mg/ℓ의 범위로 유지할 수 있도록 일정하게 공기를 공급한다. 이때 산소의 농도가 0.5mg/ℓ 미만이면 미생물의 활성이 저하되고 더불어 막오염 저감을 위한 공기 세정 효과가 현저히 감소하게 된다. 또한 반응조의 용존 산소 농도가 5mg/ℓ를 초과하면 필요이상의 공기가 공급됨에 따라 과도한 미생물 산화와 불필요한 에너지를 소비하게 된다. 또한, 질산화미생물의 농도는 5,000∼12,000mg/ℓ의 범위가 바람직하며, 별도의 교반이 필요없다.

[후 무산소단계]

질산화가 종료된 후 탈질산화가 시작되는 단계이며, 반응조에 존재하는 산소는 급속히 감소하는 단계이다. 이 단계에서는 무산소 상태를 유지하기 위하여 교반을 실시하며 산소는 공급하지 않는다. 이 때의 교반속도는 60∼120rpm의 범위가 바람직하다.

[휴지 단계]

휴지단계에서는 반응조내 미생물을 일정 농도로 유지하기 위하여 잉여슬러지 인출이 일어나는 단계이다. 잉여슬러지 인출을 통하여 생물학적으로 인을 제거할수 있다.

[배출 단계]

유입 및 휴지 단계를 제외한 전 무산소 단계, 호기 단계, 후 무산소 단계에서 침지형 분리막 모듈을 사용하여 폐수를 고액분리하여 처리수를 배출하는 단계이다. 최종 처리된 수질은 침지형 분리막을 통해 배출되기 때문에 항상 안정적인 수질을 유지할 수 있다. 또한, 배출단계는 침지형 분리막에 연결된 흡입펌프를 통해 이루어지며, 배출량은 0.15∼0.3m³/m²/day의 범위이다.

상기 침지형 분리막 모듈은 중공사형, 관형 또는 평판형 중 하나의 형태를 갖는 분리막이다.

이를 도 5의 장치를 통해 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

유량조정조(501)에 유입된 폐수는 간극이 0.2∼1mm 범위의 스크린(507)을 통과하여 머리카락, 휴지 및 기타 협잡물들이 제거된 후 연속 회분식 반응조(502)로 유입된다. 이를 통해 분리막의 오염을 효과적으로 저감시킬 수 있다.

연속 회분식 반응조(502)에 유입된 폐수에 존재하는 유기물, 질소 및 인은 전 무산소 단계, 호기 단계 및 후 무산소단계를 거쳐 처리되며, 처리수는 침지형 분리막(503)에 연결된 흡입펌프(509)를 통해 미생물과 강제 분리된 후 배출된다. 이 때 상기 전 무산소와 후 무산소단계는 교반장치(505)를 이용하여 유지되며, 호기단계 유지를 위해서는 송풍기(511)를 이용하여 제 1산기관(506a) 및 제2 산기관(506b)을 통해 공기를 공급한다. 또한 휴지단계에서 잉여슬러지배출펌프(510)를 이용하여 잉여슬러지를 인출함으로써 반응조내 미생물 농도를 일정하게 유지할 수 있다.

본 발명에서는 연속 회분식 반응조(502)내에 침지형 분리막(503)을 적용함으로써 미생물의 중력 침전성이 악화될 경우에도 미생물이 처리수에 혼입되는 것을 방지할 수 있기 때문에 안정적인 처리수질을 확보할 수 있으며, 반응조내 미생물을 고농도(5,000∼12,000mg/ℓ)로 유지할 수 있어 상대적으로 성장속도가 느린 질산화 및 탈질미생물의 보유량을 높일 수 있기 때문에 유입수질의 성상변화에도 안정적인 처리효율을 유지할 수 있다.

본 발명에서 처리수는 유입 단계와 휴지 단계를 제외한 전 무산소 단계, 호기 단계, 후 무산소 단계에서 침지형 분리막(503)에 연결된 흡입펌프(509)를 통해 배출된다. 이를 통해 반응이 종료되는 후 무산소 단계후에만 처리수를 배출하는 경우보다 분리막 소요량을 크게 감소시킬 수 있기 때문에 경제적으로 유리하다.

한편, 분리막(503)을 이용하는 공정에서는 분리막을 장기간 사용할 경우 막오염에 의한 배출 유량의 감소현상이 필연적으로 나타난다. 본 발명에서는 막오염을 저감을 통한 분리막 수명연장을 위하여 호기 단계에서 공급되는 공기량의 60∼90%를 침지형 분리막(503) 하부에 위치하는 제1산기관(506a)에 집중 공급하도록 한다. 이와 같은 분리막의 공기 세정을 통해 막오염을 저감시킬 수 있다. 또한, 분리막(503) 좌우에 격판(504)을 설치함으로써 분리막을 중심으로 타원형의 유로를 형성하여 공기 상승 효과의 극대화에 따라 막오염을 저감시킬 수 있다. 이 격판(504)은 분리막(503)과 20∼80cm의 간격을 두고 설치하며, 높이는 분리막 모듈상단과 하단의 길이보다 20∼60cm 더 길게 설치하는 것이 유리하다. 상기 격판(504)과 분리막(503)과의 간격이 20cm 미만이면 공기세정 및 반응조내 적정한 용존산소의 유지를 위해 필요한 산기관 배치가 용이하지 못하게 되고, 80cm를 초과하면 효과적인 공기세정을 위한 타원형의 유로형성이 어렵게 된다. 반면에, 격판(504)의 길이가 분리막의 길이보다 20cm 미만으로 길면 세정공기가 분리막 모듈 사이를 통과하기에 충분한 유로가 형성되기 어렵게 되고, 60cm를 초과하면서 길면 반응조의 수위 저감시 순환유로를 차단하게 된다.

한편, 처리수를 배출하기 위한 분리막(503)에 연결된 흡입펌프(509)는 연속 가동이 아니라 일반적인 방법과 같이 흡입과 정지를 반복하여 가동함으로써 막오염 저감을 시도하였다.

또한, 본 발명에 따라 유기물, 질소 및 인을 효율적으로 동시에 제거하기 위하여 연속 회분식 반응조의 처리단계별로 반응시간을 적정 배분한다. 즉, 유입, 전 무산소 단계 및 후 무산소 단계는 전체 반응시간의 30∼60%, 호기 단계는 전체 반응시간의 40∼70%로 유지하는 것이 바람직하다. 호기 단계가 전체 반응시간의 40% 미만이면 질산화를 위해 필요한 반응시간의 확보가 어렵고, 70%를 초과하면 탈질에 필요한 충분한 반응시간을 확보하지 못하여 탈질효율이 저하되는 문제가 발생한다.

하기 실시예를 통해 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 이에 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

처리용량 50톤/일 규모의 실규모 장치를 하수처리장에 설치하여 운전하였으며 처리 대상 폐수는 하수처리장에 유입되는 하수를 이용하였고, 막침지형 연속 회분식 반응조내의 미생물은 하수처리장 폭기조내 활성미생물을 식종하였다. 운전방법은 유입 단계, 전 무산소 단계, 호기 단계, 후 무산소 단계 및 휴지 단계를 1사이클로 하였으며, 1사이클은 4시간으로 구성되어 있고 일일 6사이클로 운전하였다. 운전단계별 반응시간은 유입 단계 25분, 전 무산소 단계 60분, 호기 단계 120분, 후 무산소 단계 30분, 휴지 단계 5분으로 구성하였으며, 반응조내 미생물 농도는 8,000mg/ℓ로 유지하였다. 최종 처리수는 유입단계와 휴지단계를 제외한 모든 단계에서 침지형 분리막에 연결된 흡입펌프를 통하여 0.18m³/m²/day로 배출하였으며 하기 표 1에 운전결과를 나타내었다. 또한 호기 단계에 막침지형 연속 회분식 반응조내에 공급하는 전체 공기공급량 중 80%를 침지형 분리막 하부의 제1산기관에 공급하고 나머지는 제2산기관으로 공급하며, 반응조내의 분리막 주위에 50cm 간격으로, 그리고 분리막보다 40cm 길게 격판을 설치하였고 침지형 분리막에 연결된 흡입펌프의 막차압 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

실시예 2

각 운전단계별 반응시간을, 유입 단계 40분, 전 무산소 단계 25분, 호기 단계 160분, 후 무산소 단계 10분, 휴지단계 5분으로 구성한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였으며, 처리수를 분석한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

실시예 3

각 운전단계별 반응시간을, 유입 단계 45분, 전 무산소 단계 60분, 호기 단계 100분, 후 무산소 단계 30분, 휴지단계 5분으로 구성한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였으며, 처리수를 분석한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

비교예 1

처리수를 후 무산소 단계 중에 반응조 내에서 시료를 채취하여 미생물을 2시간 중력 침전시킨 후 상등수를 얻는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였고, 상기 상등수의 분석결과를 하기 표 1에 나타내었다.

비교예 2

종래 연속 회분식 반응조의 운전방법인 유입단계, 폭기 단계, 침전 단계, 배출 단계, 휴지 단계를 1사이클로 하였으며, 1사이클은 8시간으로 구성하여 일일 4사이클로 운전하였다. 운전단계별 반응시간은 유입 단계 80분, 호기 단계 240분, 침전 단계 80분, 그리고 80분 동안 배출시켰다. 또한 반응조내 미생물 농도는 8,000mg/ℓ로 유지하여 연속적으로 수행한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

비교예 3

호기 단계에 막침지형 연속 회분식 반응조내에 공급하는 전체 공기공급량 중 50%를 침지형 분리막 하부에 공급하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 침지형 분리막에 연결된 흡입펌프의 막차압 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

비교예 4

막침지형 연속 회분식 반응조내 격판을 제거한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 침지형 분리막에 연결된 흡입펌프의 막차압 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2
	유입	유출	제거효율	유입	유출	제거효율	유입	유출	제거효율	유입	유출	제거효율	유입	유출	제거효율
	㎎/ℓ	㎎/ℓ	%	㎎/ℓ	㎎/ℓ	%	㎎/ℓ	㎎/ℓ	%	㎎/ℓ	㎎/ℓ	%	㎎/ℓ	㎎/ℓ	%
BOD	189.0	3.8	98.0	107.2	2.4	97.8	71.4	1.5	97.9	189.0	8.2	95.7	143.1	14.6	89.8
COD	90.0	7.7	91.4	58.5	3.8	93.5	27.9	4.2	85.0	90.0	15.6	82.7	62.5	18.3.	70.7
SS	74.5	0.1	99.9	20.6	0.1	99.5	53.0	0.3	99.4	74.5	17.5	76.5	117.0	24.1	79.4
T-N	59.3	7.9	86.7	40.2	6.7	83.3	33.1	7.5	77.3	59.3	16.0	73.0	38.0	23.8	37.4
T-P	3.8	0.8	79.0	6.2	1.8	71.0	2.08	0.6	71.2	3.8	1.6	57.9	3.8	2.4	36.8

운전일수(일)	실시예1	비교예3	비교예4
운전일수(일)	막차압(mmHg)	막차압(mmHg)	막차압(mmHg)
0	203	194	198
10	214	207	210
20	226	220	226
30	237	243	245
40	248	261	261
50	262	288	278
60	274	318	296
70	287	348	312
80	300	-	339
90	312	-	344
100	325	-	-
110	337	-	-
120	350	-	-

상기 표 1 및 표 2를 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3은 비교예 1 및 2에 비해 우수한 질소 및 인의 제거효과를 얻을 수 있었으며 막차압에 있어서도 약 25∼40% 정도 막오염을 줄일 수 있었다.

전술한 실시예 및 비교예를 통해서도 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 폐수를 처리함에 있어서 종래 연속 회분식 반응조에 침지형 분리막을 적용함으로써 유입 수질 성상변화와 관련된 미생물의 침전성 악화시에도 안정적인 처리수질을 확보할 수 있고, 반응조내 미생물을 고농도로 유지할 수 있어 안정적인 처리효율을 확보할 수 있다. 또한, 처리수가 유입단계와 휴지단계를 제외한 모든 단계에서 배출되기 때문에 침지형 분리막의 소요량을 크게 감소시킬 수 있어 경제적으로 유리하다. 또한, 반응조 운전단계 중 호기 단계에 필요한 공기를 분리막 하부에 집중적으로 공급하고, 분리막 주위에 격판을 설치하여 분리막의 공기 세정 효과를 극대화함으로써 막오염을 저감시킬 수 있다.

Claims

스크린 장치를 이용하여 처리 대상 폐수의 협잡물을 제거한 후 연속 회분식 반응조에 유입시키는 단계;

무산소 상태에서 교반을 실시하면서 질소산화물의 탈진산화 및 인 성분의 방출을 일으키는 전 무산소단계;

산소를 공급하면서 암모니아성 질소를 산화시키는 호기단계;

산소 공급을 중단하고 교반만을 실시하면서 탈질산화를 유도하는 후 무산소단계; 및

반응조내의 잉여슬러지를 제거하는 휴지 단계;가 반복단위인 1싸이클로서 순차적으로 실시되며,

상기 유입단계 및 휴지 단계를 제외한 모든 단계에서 침지형 분리막을 이용한 폐수의 고액분리가 일어나면서 처리수가 유출되고,

상기 호기단계는 전체 반응시간의 40∼70%로 유지되며, 상기 호기단계에서 공급되는 전체 공기량의 60∼90중량%가 침지형 분리막의 하부에 위치하는 산기관으로 집중 공급되고, 침지형 분리막의 주위에 설치된 격판에 의해 타원형의 공기유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 폐수의 고도 처리방법.
처리 대상 폐수의 협잡물을 제거하기 위한 스크린 장치;

상기 스크린 장치를 거친 처리 대상 폐수가 유입되어 전 무산소처리, 호기처리 및 후 무산소처리를 연속적으로 실시할 수 있는 연속 회분식 반응조;

상기 연속 회분식 반응조내에 위치되고 폐수의 고액분리를 실시하는 침지형 분리막 모듈;

상기 연속 회분식 반응조내를 호기상태로 유지하기 위한 미생물의 산소공급과 상기 침지형 분리막의 공기세정을 위한 산기관;

상기 침지형 분리막 프레임 사이에 설치되고 무산소처리시의 폐수를 교반시키기 위한 교반장치; 및

상기 연속 회분식반응조내 위치되고 침지형 분리막 모듈의 공기 세정 효과를 극대화시켜 분리막의 오염을 저감시키기 위한 격판;

을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수의 고도 처리장치.
제2항에 있어서, 상기 격판은 분리막과 20∼80cm의 간격을 두고 분리막 주위에 설치되며 격판의 길이는 분리막의 길이보다 20∼60cm 길게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 폐수의 고도 처리장치.