WO2015102246A1 - 다단형 ph 조절조를 구비한 하·폐수 처리장치 및 이를 이용한 하·폐수의 질소 및 인 저감방법 - Google Patents

다단형 ph 조절조를 구비한 하·폐수 처리장치 및 이를 이용한 하·폐수의 질소 및 인 저감방법 Download PDF

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sewage
alkali
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박정훈
김진만
권혁
차운오
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TSKWATER CO Ltd
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Definitions

  • the present invention removes nitrogen and phosphorus contained in sewage and wastewater, in particular, the total nitrogen is 5 mg / l or less, preferably 2 mg / l or less, the total phosphorus is 0.5 mg / l or less, preferably 0.3 mg / l or less , More preferably, 0.2 mg / l or less, while reducing the amount of blowing in the pH control tank, while achieving the desired pH and dissolved oxygen, an energy-saving sewage and wastewater treatment apparatus and nitrogen of sewage and wastewater using the same; It relates to a phosphorus reduction method.
  • sewage and wastewater including municipal sewage, livestock wastewater, agricultural wastewater, and industrial wastewater include nutrients including nitrogen and phosphorus, as well as organic matter, which is a BOD component.
  • nutrients including nitrogen and phosphorus, as well as organic matter, which is a BOD component.
  • the increase of these nutrients destroys the balance of the ecosystem, there is a problem that eutrophication occurs.
  • sewage and wastewater treatment methods are mainly for removing organic substances present in sewage and wastewater, and processes such as pretreatment, primary treatment, secondary treatment, and sludge treatment are used.
  • a biological treatment was performed to remove organic matter.
  • the biological treatment method does not remove nitrogen and phosphorus but has a problem of removing only organic matter.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 2000-40351 discloses a wastewater treatment method consisting of a flow control tank, a contact tank, a nitrification tank, a phosphorus absorption tank, a phosphorus discharge tank, a treatment tank, and the like.
  • No. discloses a process for simultaneously treating nitrogen and phosphorus using activated sludge (microorganism) in a bioreactor comprising a first aerobic tank, a first precipitation tank, a second aerobic tank, an anaerobic tank, an anaerobic tank and a third aerobic tank.
  • activated sludge adsorbs organic matter, there are problems such as a decrease in sludge sedimentation rate and a need for an apparatus for disposing nitrified activated sludge.
  • the conventional method for treating sewage and wastewater using a membrane process is to treat organic matters such as BOD and COD, stabilize the suspended solids (SS) generated after denitrification, and treat sewage with high concentration.
  • organic matters such as BOD and COD
  • SS suspended solids
  • alkali Sludge can be used to reduce the total phosphorus content of sewage and wastewater to 0.5 mg / l or less, and also, Korean Patent No. 1237408, "Sewage / Wastewater Treatment System with Activated Sludge Retention, and Nitrogen Reduction of Sewage / Wastewater Using the Sludge.
  • An object of the present invention is to use the alkaline sludge to treat the total nitrogen of the sewage and wastewater to 5 mg / l or less, the total phosphorus to 0.5 mg / l or less, while reducing the energy costs used for blowing the air bubble supply device of the pH control tank It is to provide a sewage and wastewater treatment device that can be saved.
  • Another object of the present invention is to use an alkaline sludge to treat the total nitrogen of sewage and wastewater to 5 mg / l or less, and the total phosphorus to 0.5 mg / l or less, while the energy cost used for blowing the air bubble supply device of the pH control tank.
  • the present invention provides a method for reducing nitrogen and phosphorus in sewage and wastewater using the sewage and wastewater treatment apparatus that can reduce the amount of wastewater.
  • the present invention for achieving the above object, includes a waste water storage tank, a biological reaction tank and a treatment tank; An alkali sludge tank connected with an alkali compound supply passage and a sludge supply passage, and an alkali sludge tank for producing alkali sludge by stirring the alkali compound and sludge with an agitating device provided, and an alkali sludge for transporting the alkali sludge of the alkali sludge tank to the bioreactor.
  • the bioreactor is an anoxic tank for removing and denitrifying organic matter from sewage and wastewater containing nitrogen and phosphorus as inflow water, and changing the dissolved phosphorus in the sewage and wastewater introduced from the anoxic tank into insoluble phosphate to be adsorbed onto activated sludge.
  • a pH control tank to nitrate the inflow water and the activated sludge introduced from the pH control tank, and to separate the activated sludge into a membrane and to treat water;
  • the separation membrane tank in the sewage and wastewater treatment apparatus comprising an activated sludge return passage for conveying some of the activated sludge treated in the separation tank to an anoxic tank and an activated sludge discharge passage for discharging some of the activated sludge to the outside.
  • the control tank is provided with an air bubble supply device for supplying air bubbles into the pH control tank, and a blocking plate obstructing the rise of air bubbles discharged from the air bubble supply device is inclined to the water surface, the blocking plate is formed with a plurality of holes It provides a sewage and wastewater treatment apparatus, characterized in that.
  • the diameter of the nozzle of the air bubble supply device may be 0.5 to 10 mm, preferably 2 to 8 mm.
  • the upper end of the obliquely installed blocking plate may be spaced apart from the side wall of the pH adjustment tank to provide an upward passage of air bubbles.
  • the lower end of the obliquely installed blocking plate may be spaced apart from the side wall of the pH adjustment tank to provide a down passage of the alkali sludge.
  • one or more separate blocking plates are additionally installed on the spaced upper portion of the blocking plate, and the blocking plate additionally provided on the upper portion is provided with an air rising passage formed by the blocking plate installed on the lower portion thereof.
  • the air passage formed by the blocking plate additionally installed in the upper part and the blocking plate installed in the lower part may be formed at different positions when viewed in the vertical direction of the bottom of the pH control tank. have.
  • the blocking plate additionally installed in the upper portion of the blocking plate may be installed in a zigzag different inclination direction.
  • the hole diameter of the blocking plate may be greater than the diameter of the nozzle of the air bubble supply device.
  • the hole diameter of the blocking plate may be 0.6 to 15 mm, preferably 2 to 10 mm.
  • the size of the hole of the barrier plate installed in the upper portion may be greater than the size of the hole of the barrier plate installed in the lower portion.
  • the size of the hole toward the inclined upper side of the blocking plate may be increased.
  • the hole of the blocking plate may be formed in an area adjacent to one end of the blocking plate in contact with the air rising passage.
  • the holes formed in the blocking plate installed in the upper portion and the blocking plate provided in the lower may be formed at different positions when viewed in the vertical direction of the bottom surface of the pH adjustment tank.
  • the lower surface of the blocking plate may be formed wrinkles perpendicular to the inclination direction of the blocking plate.
  • the depth of the wrinkles toward the inclined upper side of the blocking plate may be deep.
  • the angle between any surface parallel to the surface of the pH control tank and the lower surface of the blocking plate may be smaller than the angle between the upper surface of the blocking plate.
  • the outer or inside the anaerobic tank includes a tubular activated sludge retention portion that decreases in diameter from the top to the bottom, and through the active sludge conveying passage to the upper portion of the tubular activated sludge retention portion After the discharged activated sludge and the sewage and wastewater are supplied, the mixture of activated sludge and the sewage and sewage may be settled to the lower portion of the tubular activated sludge retention part and supplied to the lower portion of the anoxic tank.
  • the alkali compound is sodium hypochlorite (NaOCl), calcium hypochlorite (Ca (OCl) 2 ), sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), sodium bicarbonate ( NaHCO 3 ), potassium bicarbonate (KHCO 3 ), magnesium hydroxide (Mg (OH) 2 ), sodium percarbonate (2Na 2 CO 3 -3H 2 O), calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ), calcium It may be one or more selected from the group consisting of oxide (CaO) and magnesium oxide (MgO).
  • the present invention is a method for reducing nitrogen and phosphorus in sewage and wastewater by mixing the sludge with an alkali compound to produce an alkali sludge, and then adding alkali sludge to a bioreactor comprising an oxygen free tank, a pH adjusting tank and a separation membrane tank.
  • the sewage and wastewater treatment apparatus supplies air bubbles through at least one barrier plate having a hole diameter of 0.6 to 15 mm and an air bubble supply apparatus having a diameter of 0.5 to 10 mm.
  • the amount of blowing air so that the internal conditions of the pH adjusting tank are pH 6.5 to 7.5 and dissolved oxygen 1 to 10 mg / L.
  • the alkali sludge may be added in an amount of 5 to 40 parts by volume with respect to 100 parts by volume of activated sludge containing the influent of the bioreactor.
  • the sewage and wastewater treatment apparatus of the present invention and the method for reducing nitrogen and phosphorus in sewage and wastewater using the same are added to the bioreactor by adding an alkali sludge containing an alkali compound mixed with activated sludge to reduce phosphorus in the sewage and wastewater.
  • a blocking plate is installed inside the pH control tank, thereby preventing the increase without minimizing the air bubbles discharged from the air bubble supply device, thereby increasing the residence time in the pH control tank. While impacting the alkaline sludge to release the alkaline material, it is possible to reduce the energy cost used for blowing the air bubble supply device of the pH control tank.
  • the pH and dissolved oxygen in the pH control tank can be kept the same, so that the total phosphorus and total nitrogen can be treated at 0.5 mg / l or less and 5 mg / l or less, respectively. .
  • FIG. 1 is a view showing a process flow of a wastewater treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a cross-sectional view of a conventional pH control tank of the conventional air bubble supply apparatus only installed.
  • Figure 3a is a cross-sectional view of the pH adjusting tank of another comparative example in which the blocking plate is installed parallel to the water surface of the pH control tank different from the present invention.
  • Figure 3b is a cross-sectional view of a pH adjusting tank of another comparative example installed so that the lower end of the oblique blocking plate is in contact with the side wall of the pH control tank unlike the present invention.
  • Figure 3c is a cross-sectional view of the pH adjusting tank of another comparative example in which a plurality of holes are not formed in the obliquely installed blocking plate unlike the present invention.
  • Figure 4a is formed with three zigzag blocking plate, the blocking plate is formed to be inclined to the surface of the pH control tank, the lower end of the blocking plate is installed so as to be spaced apart from the side wall of the pH control tank, a plurality of holes in the blocking plate
  • FIG. 4B is a partial plan view of the blocking plate installed at the bottom of the pH adjusting tank of FIG. 4A.
  • FIG. 4C is a partial plan view of the blocking plate installed in the middle of the pH adjusting tank of FIG. 4A.
  • Figure 5a is formed with four zigzag block plates, the block plate is formed to be inclined to the surface of the pH control tank, the lower end of the block plate is installed so as to be spaced apart from the side wall of the pH control tank, a plurality of holes formed in the block plate And, it is a cross-sectional view of the pH adjusting tank according to another embodiment of the present invention formed wrinkles perpendicular to the inclined direction on the lower surface of the blocking plate.
  • FIG. 5B is an enlarged cross-sectional view of a blocking plate installed at the lowermost side of the pH adjusting tank of FIG. 5A, and the wrinkles are formed so that the wrinkles are lowered toward the other end from the side of the air transfer passage in a direction perpendicular to the inclined direction on the lower surface of the blocking plate.
  • FIG. 5C is a partial plan view of the upper surface of the blocking plate installed at the bottom of the pH adjusting tank of FIG. 5A, in which a plurality of holes in the blocking plate are formed while the diameter decreases from the side of the air transfer passage to the other end.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a blocking plate according to another embodiment of the present invention, wherein an angle between an arbitrary surface parallel to the water surface of the pH adjusting tank and a lower surface of the blocking plate is smaller than an angle between the upper surface of the blocking plate. .
  • the present invention relates to a sewage and wastewater treatment apparatus using alkaline sludge and to a method for reducing nitrogen and phosphorus in sewage and wastewater using the same, by applying a shock to it, so as to reduce the energy cost used for blowing air bubbles in the pH control tank.
  • the wastewater treatment apparatus of the present invention includes a bioreactor 100 and an alkali sludge tank 200 for removing phosphorus by adding alkaline sludge to adjust pH.
  • the bioreactor 100 is an apparatus including one or more tanks selected from the anaerobic tank 110, the pH control tank 120 and the separation membrane tank 130, the treatment tank 140 is provided at the rear end of the bioreactor 100 Can be.
  • the alkali sludge tank 200 is provided on one side of the pH control tank 120, but this shows an embodiment of the present invention.
  • the alkali sludge tank 200 is provided as part of the bioreactor in any structure of the bioreactor, preferably provided on one side of any one of the anoxic tank 110, pH control tank 120 and separation membrane tank 130.
  • the alkaline sludge is introduced through the alkali sludge feed passage c.
  • the alkali sludge tank 200 produces an alkali sludge by mixing the alkali compound and the sludge with a stirring device (M) to inject the alkali compound into the sludge.
  • the alkali compound is supplied from the alkali compound supply passage (a) connected to the alkali sludge tank 200, and the sludge is supplied from the sludge supply passage (b) connected to the alkali sludge tank 200.
  • the sludge may be activated sludge returned from any one or more of the anoxic tank 110, the pH control tank 120 and the separation membrane tank 130, or may be a sludge supplied from the outside.
  • the anoxic tank 110 removes organic substances by agitating the sewage, wastewater and activated sludge, which are the incoming water, with the stirring device (M) to feed organic matter present in the sewage and wastewater, and separating membrane tank 130.
  • the nitrified activated sludge returned from is denitrified by inducing denitrification under anoxic conditions and releasing nitrogen gas into the atmosphere.
  • the pH control tank 120 adjusts the pH of the inflow water from which the organic matter and the nitrogen are removed from the anoxic tank 110 to insoluble phosphate by aggregating the divalent and trivalent cations present in the inflow water with the dissolved phosphorus in an alkaline state. And insoluble phosphate is adsorbed onto the activated sludge.
  • the separation tank 130 nitrates the ammonia nitrogen and activated sludge of the influent water introduced from the pH control tank 120.
  • the nitrified influent and activated sludge pass through the immersion membrane, and the treated water passing through the separator is discharged to the treatment tank 140, and some of the activated sludge (activated sludge adsorbed with insoluble phosphate) that does not pass through the membrane. Is returned to the oxygen-free tank 100 along the activated sludge return passage (d) and the other part is discharged to the outside along the activated sludge discharge passage (e).
  • the membrane (Membrane) installed in the separation membrane tank 130 is one or two or more selected from flat membrane, hollow fiber membrane and tubular membrane according to the shape, the pore size of the membrane cartridge filter, MF (Microfiltration) and UF (Ultrafiltration) ) Or two or more kinds thereof may be used.
  • the membrane tank 130 supplies air through the diffuser to maintain an aerobic state, but in general, dissolved oxygen (DO) is adjusted in the range of 1 to 5 mg / l, forming stirring and water flow, and the separation membrane Air cleaning can prevent clogging.
  • DO dissolved oxygen
  • the treated water tank 140 is introduced into the treated water passing through the separation membrane in the separation membrane tank 130, and processes it to store and discharge the treated water.
  • the present invention includes a sewage and waste water storage tank, a bioreactor 100 and a treated water tank 140;
  • An alkali sludge tank 200 connected with an alkali compound supply passage and a sludge supply passage and agitating the alkali compound and the sludge with an agitating device provided therein, and transferring the alkali sludge of the alkali sludge tank to the bioreactor.
  • It includes an alkaline sludge conveying passage;
  • the bioreactor 100 is an anoxic tank 110 for removing and denitrifying organic matter in the sewage and wastewater containing nitrogen and phosphorus as inflow water, the dissolved phosphorus of the sewage and wastewater introduced from the anoxic tank as an insoluble phosphate.
  • the separation membrane tank 130 is a sewage and wastewater treatment apparatus including an activated sludge return passage for conveying some of the activated sludge treated in the separation tank to an anoxic tank and an activated sludge discharge passage for discharging some of the activated sludge to the outside.
  • the pH control tank 120 is an air bubble supply device for supplying air bubbles into the pH control tank, and the air bubbles discharged from the air bubble supply device without hindering the increase without minimizing the rise of air bubbles
  • a blockage plate is installed inside the pH control tank while interfering with the alkali sludge so that the alkaline material is released while increasing the residence time in the pH control tank without hindering the air bubbles discharged from the air bubble supply device. Impact barriers.
  • the pH control tank 120 is an organic material that is eluted from the alkali compound derived from the alkali compound collected in the alkaline sludge by the impact amount of the air bubbles discharged through the air bubble supply apparatus 121 and the organic material flowing from the oxygen-free tank 110 and By adjusting the pH of the nitrogen-influent influent, the divalent and trivalent cations present in the influent aggregate with the dissolved phosphorus in an alkaline state to form insoluble phosphate and adsorb the insoluble phosphate to the activated sludge.
  • air aeration is carried out to supply oxygen to the microorganisms in the sludge, and aims to increase the dissolved oxygen concentration in the liquid phase.
  • the gas-liquid interface is widened and the bubble rising rate slows the contact at the gas-liquid interface.
  • the alkali sludge is separately supplied together with the inflow water from which the organic matter and nitrogen removed from the anoxic tank 110 are removed, and the air bubbles discharged by the air bubble supply device 121 are alkali sludge.
  • the alkaline substance derived from the alkali compound collected in the alkaline sludge is eluted to adjust the pH of the pH adjusting tank to 6.5 to 7.5, preferably 6.7 to 7.3, more preferably 6.8 to 7.2.
  • divalent and trivalent cations aggregate with dissolved phosphorus to form insoluble phosphate.
  • the pH control tank of the present invention does not increase the dissolved oxygen concentration through the air bubble supply device 121, it is rather necessary to supply relatively large air bubbles without adjusting to several tens of micrometers or even several tens of nm or less to the alkaline sludge. It is further provided with a blocking plate (122a, 122b, 122c, 122d) to be able to elute the alkaline substance by applying an impact, and to fuse the bubbles together while preventing the rise of the air bubbles discharged from the air bubble supply apparatus 121.
  • the size of the air bubbles discharged from the air bubble supply device 121 is 0.5 to 10 mm, preferably 2 to 8 mm, as a micro unit.
  • the cost of equipment and energy cost for the manufacture of microbubbles increases, and when the air bubbles below the lower limit are discharged, the dissolved oxygen concentration increases, but the amount of impact applied to the alkali sludge is small and the alkali sludge is reduced.
  • the blocking plate is preferably at least one end of the blocking plate is spaced apart from the side wall of the pH control tank in order to provide a rising passage of the air bubbles.
  • the air bubble hole may function as a rising passage of the air bubble, so that the air bubble rising passage is not provided separately even if one end of the blocking plate is not separated from the side wall of the pH control tank. You may not.
  • the lower end of the obliquely installed blocking plate is preferably spaced apart from the side wall of the pH control tank to provide a down passage of the alkali sludge.
  • one or more separate blocking plates may be additionally installed on the spaced upper portion of the blocking plate, and 2 to 20, preferably 3 to 10 blocking plates may be installed in the pH adjusting tank.
  • 4A illustrates an embodiment in which three blocking plates are installed
  • FIG. 5A illustrates an embodiment in which four blocking plates are installed.
  • the blocking plate 122b additionally installed at the upper portion may block the rising of air bubbles through the air rising passage formed by the blocking plate 122a installed at the lower portion thereof.
  • Air rise passage formed by the plate and the blocking plate installed on the bottom may be formed at different positions when viewed in the vertical direction of the bottom of the pH control tank.
  • the air bubble holes formed in the blocking plate 122b provided at the upper portion and the blocking plate 122a provided at the lower portion thereof are preferably formed at different positions when viewed in the vertical direction of the bottom surface of the pH adjusting tank.
  • the bubble hole may be formed in different areas, that is, one end area close to the air movement passage and the other end area opposite thereto, when viewed in the vertical direction of the bottom of the pH control tank, but not separately shown.
  • the position of the air holes may be set so that the air bubbles rising from the bottom blocking plate do not enter the air bubble hole of the upper blocking plate but hit the surface of the upper blocking plate. It can be different.
  • the air bubble hole may be formed in an area adjacent to one end of the blocking plate in contact with the air rising passage as shown in FIG. 4A, and an area adjacent to one end of the blocking plate is defined at one end when the width of the blocking plate is constant.
  • the length from the opposite end to 100 is 100, it means the area calculated from the length from one end to 10 to 50, and preferably from one end to 30.
  • the air bubble hole 1220b of the blocking plate 122b installed in the upper portion may have the same size as the air bubble hole 1220b of the blocking plate 122a installed in the lower portion, but the air of the blocking plate 122a installed in the lower portion thereof may be the same.
  • the bubbles rise through the bubble hole 1220b or the air movement passage, the bubbles are agglomerated and become larger, so that the air bubble hole 1220b of the blocking plate 122b provided on the upper side is smaller than the air bubble hole 1220b of the lower part. Larger is preferred (see FIGS. 4A-4C).
  • the size of the air bubble hole may be increased toward the inclined upper side even in one blocking plate.
  • the size of the air bubble hole may vary depending on how many times the air bubble supply device 121 is installed from the air bubble supply device 121 or close to the inclined upper side close to the air moving passage even in the blocking plate, but at least the air bubble supply device 121 ) Is the size of the air bubbles supplied, i.e., the nozzle diameter of the air bubble supply device, and the diameter of the air bubbles hole is 0.6 to 15 mm, preferably 2 to 10 mm.
  • the blocking plate When the blocking plate is formed parallel to the surface of the pH control tank as shown in Figure 3a, sludge ( ⁇ ) is deposited on the upper block plate, the oxygen is not supplied to the deposited sludge, the sludge inside the anaerobic condition is black sludge As it changes, the microbial growth environment is destroyed. Therefore, it is preferable that the blocking plate is installed to be inclined so that the air bubbles hit the blocking plate again while impacting the alkali sludge, and at the same time, the sludge does not accumulate and settles below the pH control tank (see FIGS. 4A and 5A). ).
  • the inclination angle based on the water surface is 5 ° to 45 °, preferably 10 ° to 30 °, and below the lower limit, slip and settling of the sludge accumulated on the upper part of the block is delayed and the inside of the sludge is delayed. It may be anaerobic condition, and when the upper limit is exceeded, the height of the pH adjusting tank may be too high to install a plurality of blocking plates inside the pH adjusting tank, or it may be difficult to install a plurality of blocking plates in two to five stages. .
  • the blocking plate additionally installed in the upper portion of the blocking plate is preferably installed in a zigzag different inclination direction.
  • the angle between the lower surface of the blocking plate in contact with the rising air and the upper surface of the blocking plate in which the sludge slips the angle between any surface parallel to the water surface of the pH control tank and the lower surface of the blocking plate as shown in FIG. It may be formed smaller than the angle between the upper surface of the blocking plate.
  • wrinkles 1221a may be formed on a lower surface of the blocking plate 122a in a direction perpendicular to the inclination direction of the blocking plate (see FIG. 5A). Since the wrinkles are formed on the lower surface of the blocking plate, the air bubbles raised from the air bubble supply device 121 may collide with the lower surface of the blocking plate and pass through the wrinkles to more easily induce the aggregation of the air bubbles.
  • the depth of the wrinkles may be deeper toward the inclined upper side of the blocking plate, and may be d1 (lower wrinkle depth) ⁇ d2 (upper wrinkle depth) as shown in FIG. 5B.
  • sewage and waste water are introduced into the anaerobic tank through the sewage and wastewater inflow passage with the upper part opened in the air, and oxygen is dissolved while contacting the air. Since a flow is formed and oxygen is dissolved in contact with the air in the atmosphere, the dissolved oxygen in the upper layer of the anoxic tank rises to about 0.1 to 0.3, so that the denitrification efficiency is reduced.
  • tubular activated sludge retention portion that decreases in diameter toward the bottom, and after the activated sludge discharged through the activated sludge conveying passage to the upper portion of the tubular activated sludge retention passage and the sewage and wastewater are respectively supplied, the tubular activated sludge retention In the lower part, a mixture of activated sludge and sewage and wastewater is settled. It is preferable to be fed to the lower part of the group.
  • the tubular activated sludge retention part is an oxygen-free tank by allowing the microorganisms in the activated sludge to be consumed before the activated sludge to be returned is separated from the oxygen-free tank, as well as the oxygen dissolved in the incoming sewage and wastewater.
  • Dissolved oxygen can be lowered and maintenance costs are rarely in place once installed.
  • activated sludge microorganisms living in aerobic conditions in the separation membrane tank of oxygen dissolved in the sewage and wastewater are suddenly returned and consumed even a small amount of oxygen from the sewage introduced by the oxygen supply is cut off. It is possible to achieve the full consumption of oxygen at.
  • the volume of the tubular activated sludge retention part is 10 to 40, preferably 20 to 35 with respect to 100 of the oxygen free tank volume, and the residence time in the tubular activated sludge retention part is 2 to 20 minutes, preferably 5 to 15 minutes. .
  • the volume of the tubular activated sludge retention portion or the residence time in the retention portion is less than the lower limit, the dissolved oxygen reduction effect and the total nitrogen content reduction effect thereof are not sufficient, and when the upper limit value is exceeded, the effect is no longer effective. Without increase, the volume of sewage and wastewater treatment system becomes large and the treatment time becomes long.
  • the lower portion of the anoxic tank in which the activated sludge settled under the tubular activated sludge retention portion is 30 to 80, preferably 40 to 70 when the height of the anoxic tank is 100.
  • the supply of activated sludge through the lower portion of the tubular activated sludge retention part may not be smooth due to the sludge settled in the lower part of the anoxic tank, and when the upper limit is exceeded, the residence time of the activated sludge is As a result, the dissolved oxygen reduction effect and the total nitrogen content reduction effect may not be sufficient.
  • Alkali sludge of the present invention is prepared by adding an alkali compound to the sludge and mixing them.
  • the alkali sludge is prepared by mixing an alkali compound and a sludge to accumulate an alkali compound in the sludge.
  • the alkali sludge is added to a bioreactor, the alkali sludge is mixed with activated sludge to reduce phosphorus in sewage and wastewater and directly add an alkali compound. Unlike the case, it is not only possible to prevent the killing of microorganisms of activated sludge, but also to easily maintain a constant pH.
  • the time for adding and mixing the alkali compound to the sludge is 2 to 12 hours, preferably 4 to 10 hours.
  • the mixing time is less than 2 hours, the alkali compound is difficult to accumulate in the sludge.
  • the mixing time is more than 12 hours, the alkaline compound is no longer accumulated in the activated sludge and the process time is longer.
  • the alkali compound is added throughout the mixing step.
  • the step of adding the alkali compound to the entire mixing step is preferably a step of stirring while dividing the alkali compound into the sludge 10 to 50 times intermittently, or may be a step of continuously injecting the alkali compound.
  • the concentration of the alkali compound added to the sludge is 1 to 5% by weight, preferably 2 to 4% by weight.
  • concentration of the alkali compound exceeds the upper limit, the sludge that collects the alkali compound is decomposed or solubilized, so that an alkali sludge having a desired volume cannot be obtained, and the phosphorus reduction efficiency is lowered below the lower limit.
  • the step of intermittently adding the alkali compound is a step of repeating the process of injecting the alkali compound for 3 to 8 minutes while stirring the sludge, stopping the injection of the alkali compound and stirring for 8 to 15 minutes 10 to 30 times to be.
  • the mixing process of the sludge and the alkali compound by the intermittent injection of the alkali compound for example, in the preparation of 100L alkaline sludge (based on 0.7% by weight of solids content) with 3% by weight of alkali compound in the alkali compound injection step of 2 to 2 per minute 50 ml, preferably 3 to 20 ml.
  • the input amount of the alkali compound may be adjusted according to the volume of the alkaline sludge to be prepared, the solid content, and the concentration of the alkali compound.
  • the insoluble phosphate may not be formed when the alkali compound is supplied to the bioreactor due to the sludge solubilization, and the alkali compound is not accumulated in the sludge. have.
  • 3% by weight of the alkali compound contained in the alkali sludge is 0.05 to 15% by volume, preferably 0.1 to 10% by volume, more preferably 0.5 to 5, based on the total volume of the alkali sludge (based on 0.7% by weight of solids content). It is added in volume%. Since the input amount of the alkali compound is an input amount of the alkali compound based on the concentration of 3% by weight, when using a concentration other than 3% by weight of the input alkali compound, the input amount of the alkali compound can be adjusted by diluting according to the concentration. have. In addition, if the sludge solid content is out of 0.7% by weight accordingly according to the increase in the content of the sludge solid content is adjusted to increase the content of the alkali compound to be added.
  • the content of the alkali compound in the alkali sludge is less than the lower limit, the desired pH is not obtained, and insoluble phosphate is insufficient to form phosphorus, resulting in low phosphorus reduction efficiency, and when the content is above the upper limit, the activity of the microorganisms in the activated sludge in the bioreactor. To lower the water treatment efficiency of the bioreactor.
  • the pH of the alkali sludge is 7.5 to 8.5, preferably 7.7 to 8.2.
  • the alkalinity is 40 to 60 mg / l.
  • the alkalinity is measured by stirring activated sludge or alkali sludge in a slurry state, for example, a sludge having a solid content of 0.7% by weight at 80 to 150 rpm, and the alkalinity of the alkaline sludge and the activated sludge is in a similar range.
  • the alkalinity of the alkali sludge accumulated in the alkali compound and the alkalinity of the activated sludge appear to be similar because the alkalinity of the liquid phase is measured among the alkaline sludge components in the slurry state, and the alkalinity caused by the injected alkali compound is the inside of the solid sludge.
  • the sludge of the said alkali sludge is not specifically limited as sludge normally used, Preferably it is activated sludge, surplus sludge, the concentrated sludge which concentrated these, or dehydration cake.
  • the activated sludge may be activated sludge returned from a separation membrane tank of a bioreactor or activated sludge generated in another sewage / wastewater treatment apparatus, and excess sludge is sludge generated in a sewage / wastewater treatment apparatus.
  • the concentrated sludge is concentrated by the sludge thickener or gravity sedimentation so that the activated sludge or excess sludge to a solid content of 1 to 5% by weight, the dewatering cake is compressed by pressing the activated sludge, surplus sludge or concentrated sludge with a dehydrator solid content 15 To 25 wt%.
  • the concentrated sludge may be used by diluting 1 to 5 times, but may be used by suspending as it is, and dehydrating cake is used by diluting 3 to 20 times so that cake cakes do not aggregate.
  • the alkali compound is sodium hypochlorite (NaOCl), calcium hypochlorite (Ca (OCl) 2 ), sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), sodium bicarbonate (NaHCO 3 ), potassium bicarbonate (KHCO 3 ), Magnesium hydroxide (Mg (OH) 2 ), sodium percarbonate (2Na 2 CO 3 -3H 2 O), calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ), calcium oxide (CaO) and magnesium oxide (MgO) At least one selected from the group consisting of.
  • Alkali sludge thus prepared may be used directly in a state in which an alkali compound is accumulated in the sludge, but may be used by concentrating to 1 to 25% by weight of solid content using a sludge thickener or a dehydrator.
  • the sludge thickener or dehydrator is used to dilute the alkali sludge 3 to 20 times so as not to aggregate into the bioreactor.
  • Alkali sludge is supplied to the bioreactor and used in sewage and wastewater treatment, so that the alkali compounds accumulated in the sludge are eluted little by little and can be used for one to three months.
  • the alkali compound is slowly eluted from the alkali sludge, and the amount of the eluted compound may be increased when the air aeration intensity is enhanced.
  • the alkali sludge is preferably added in an amount of 5 to 40 parts by volume with respect to 100 parts by volume of activated sludge containing the influent of the bioreactor.
  • the present invention provides a method for reducing nitrogen and phosphorus in sewage and wastewater using the alkaline sludge and sewage and wastewater treatment apparatus.
  • the membrane bioreaction process maintains a high concentration of activated sludge and also maintains a sludge residence time (SRT) for high efficiency removal of organic matter and nitrogen.
  • SRT sludge residence time
  • nitrogen removal is efficiently generated by extending the denitrification time.
  • the phosphorus is re-dissolved in the sludge ingesting excess phosphorus has a disadvantage of low treatment efficiency.
  • the method for reducing nitrogen and phosphorus in sewage and wastewater according to the present invention includes preparing an alkali sludge by injecting an alkali compound into the sludge and adding the alkaline sludge to the bioreactor.
  • the pH is adjusted, and the divalent and trivalent cations present in the sewage and waste water aggregate with dissolved phosphorus (PO 4 3- ) in an alkaline state to form scale and aggregate.
  • the insoluble phosphate which is a scale, is adsorbed on the activated sludge so that phosphorus does not re-dissolve and it is easy to remove a large amount of phosphorus.
  • the bioreactor includes an anoxic tank, a pH adjusting tank, and a separation membrane tank, wherein alkaline sludge is added to any one of the three tanks at one time, and is evenly distributed through the inner transport passage.
  • the alkaline sludge is added at a time and stays in the bioreactor to slowly elute the alkali compound to adjust the pH of the bioreactor. Therefore, there is no need to continuously add alkaline sludge to control the pH of the bioreactor.
  • the content of alkali sludge added to the bioreactor is 5 to 40 parts by volume, preferably 10 to 35 parts by volume with respect to 100 parts by volume of activated sludge containing the influent of the bioreactor. If the content is less than 5 parts by volume, the cycle for which alkaline sludge should be added is short and does not maintain the desired pH to form insoluble phosphate. If the content is more than 40 parts by volume, the amount of activated sludge present in the bioreactor is This relatively small organic decomposition may not occur.
  • the pH value of the bioreactor added with the alkali sludge is 6.5 to 7.5, preferably 6.7 to 7.3, more preferably 6.8 to 7.2.
  • the pH is less than 6.5, insoluble phosphate is not formed.
  • the pH is greater than 7.5, microorganisms of activated sludge are killed and the total phosphorus of the treated water has a value of more than 0.5 mg / L.
  • the pH is controlled by spontaneous elution by the addition of alkali sludge, and physical control is possible by adjusting the amount of air blown from the reaction solution of the bioreaction tank into which the alkali sludge is added, that is, the air bubble supply device of the pH control tank.
  • the pH is acidic when the dissolved oxygen increases when the air bubble is supplied by adding an air aeration, but in the present invention, the air bubble supplied by the air bubble supply device impacts the alkali sludge, and the alkali compound accumulated in the alkali sludge is accumulated. This can be eluted to the outside to adjust the pH to the above range.
  • Dissolved oxygen (DO) of the pH adjustment tank is adjusted to 1 to 10 mg / l, preferably 1 to 5 mg / l, more preferably 1 to 3 mg / l.
  • Al, Ba, Ca, Cu, Fe, Mg, Mn, Zn, Be, and Sr are divalent and trivalent cations.
  • the divalent and trivalent cations added may be recycled divalent and trivalent cations.
  • the reverse osmosis unit (R / O device) is further provided at the rear of the bioreactor to treat the treated water passing through the bioreactor by the reverse osmosis device (R / O device) material contained in the filtered water ( Divalent and trivalent cations) are recycled to the bioreactor.
  • the water treated with the reverse osmosis device (R / O device) can be used as recycled water.
  • the nitrogen and phosphorus reduction method of sewage and wastewater of the present invention further comprises the step of removing and denitrifying the organic matter of the sewage and wastewater introduced into the bioreactor and / or membrane separation of the activated sludge adsorbed the insoluble phosphate. It may include.
  • the wastewater was treated according to the conditions as shown in Tables 1 and 2 below based on 400 L / day.
  • the alkaline compound was injected into the sludge for 5 minutes at 3.775 ml per minute for 5 minutes and the stirring was repeated for 10 minutes without the injection of the alkaline compound for 6 hours, and the sludge used activated sludge returned from the separation membrane bath.
  • the total volume of the activated sludge and the alkaline sludge of the bioreactor is 131.53 l.
  • Each of the volumes contained in the anoxic tank, the pH control tank and the membrane tank of the bioreactor was 43.94 L, 8.45 L and 79.14 L, in particular the pH control tank is 260, 50 and 750 mm in width, length and height, respectively, 650 mm.
  • Comparative Example 1 there is no blocking plate in the pH adjusting tank, and in Comparative Example 2, a blocking plate without an air bubble hole having an area of 68.25m 2 (195mm x 35mm) is installed parallel to the surface of the pH adjusting tank as shown in FIG. 3A. It is installed in three stages rather than two stages, Comparative Example 3 is a blocking plate without an air bubble hole of an area 68.25m 2 (195mm x 35mm) in the pH control tank as shown in Figure 3b in a zigzag form at a 20 ° angle to the surface of the pH control tank It is installed in three stages, but not two stages (Fig.
  • Comparative Example 4 is a blocking plate without an air bubble hole in the pH control tank with an area of 68.25m 2 (195mm x 35mm) as shown in Figure 3c zigzag at an angle of 20 ° It is installed in the form.
  • the pH adjusting tank of Example 1 has an area of 68.25 m 2 (195 mm x 35 mm) in the pH adjusting tank similar to FIG. 4A, and holes 2 mm in diameter are formed in the lower blocking plate at intervals of 3 mm in width and length, respectively, and intermediate blocking.
  • the plate is formed with a hole of 2.5 mm in diameter
  • the upper block is provided with holes having a diameter of 3 mm in a zigzag form at a 20 ° angle on the surface of the water, and is approximately 40% adjacent to the air conveying passage instead of the entire surface of the block. Only holes are formed in the area.
  • the pH adjusting tank of Example 2 has an area of 68.25 m 2 (195 mm x 35 mm) in the pH adjusting tank similar to FIG. 5A, and a hole having a diameter of 2 mm is formed on the lower side of the inclined blocking plate, and the hole becomes larger toward the top.
  • 3.5 mm holes are formed on the upper side, each of which is installed in a zigzag form at a 20 ° angle on the surface of the water, and holes are formed on the entire surface of the blocking plate, and a wrinkle having a height of 1 mm is formed on the lower lower surface of the blocking plate.
  • the wrinkles are higher toward the top, and the upper side is formed with a wrinkle of 3 mm in height, it is formed in three stages rather than four stages, unlike FIG. 5A.
  • Comparative Examples 1 to 4 and Examples 1 and 2 are blown through an air bubble supply device having a diameter of 2 mm of the nozzle in the pH adjusting tank, except that Comparative Example 5 uses the same type of pH adjusting tank as Example 1.
  • the nozzle of the air bubble supply device is to supply fine air bubbles with a diameter of 0.1 mm.
  • the blower was blown by using a blower of 40 Wh, the air volume of 40 L / min, 20% of the nozzles connected to the blower was connected to the pH control tank, the rest was connected to the separation membrane tank to perform the blow. If the airflow control is necessary, the airflow was adjusted by using an inverter.
  • the pH of the sewage and wastewater introduced into the anoxic tank is 7.0 to 7.5
  • the pH of the alkaline sludge is 7.8
  • the flat membrane MF used in the membrane tank is a membrane having a pore size of 0.1 to 0.4 ⁇ m prepared in Yuasa.
  • the height means the height of the tubular activated sludge retention zone when the oxygen free tank height is 100.
  • DO is the dissolved oxygen concentration measured in the upper sample (5 cm deep from the surface) of the tubular activated sludge reservoir.
  • the volume is the relative volume of the tubular activated sludge retention zone when the volume of the anaerobic bath is 100.
  • DO is the dissolved oxygen concentration measured in the upper sample (5 cm deep from the surface of the anoxic tank).
  • DO is the dissolved oxygen concentration measured in an anaerobic lower layer sample (40 cm deep from the surface of the water).
  • Comparative Example 2 the pH of the pH adjusting tank is the same because it is operated by increasing the blowing amount in order to be the same as Comparative Example 1 without the blocking plate, but in FIG. As shown in the figure, air bubbles are aggregated to trap air bubbles and become inefficient. Also, sludge is deposited on the upper part of the blocking plate and turns black so that it becomes anaerobic and releases total phosphorus (TP), increasing the concentration of total phosphorus.
  • TP total phosphorus
  • Example 1 although the blocking plate was installed in the same manner as in Comparative Example 4, air bubble holes were formed in the blocking plate, so that the total phosphorus content did not increase.
  • Comparative Example 5 as in Example 1, even though the blocking plate formed with air bubbles was installed, unlike in Example 1, microbubbles were supplied, and as shown in Table 2, the dissolved oxygen concentration of the pH control tank was increased and the microbubbles were increased. It is estimated that the alkaline sludge rises to the upper part of the pH control tank, so that the combined reaction between the di-trivalent cation and the insoluble salt of PO4-P by alkaline sludge does not occur. That is, the same general processing result as that of the other MBR method is conventionally shown.
  • Comparative Example 3 is less than Comparative Example 2 by placing the inclination on the blocking plate, but also the space trapped in the air as shown by the large circle of Figure 3b occurs, in particular due to the inclination of the blocking plate Sludge buildup in the upper part is much more severe than in Comparative Example 2, which leads to a marked increase in sludge injuries and an increase in total phosphorus concentration.
  • Example 1 the air trapping area is not formed as shown in FIG. 4A, and the sludge is deposited on the upper part by providing air holes in the blocking plate, so that the pH of the pH control tank can be adjusted even with a small amount of airflow. The total phosphorus concentration can be lowered to the target level.
  • the second embodiment is similar to the first embodiment, but by adding the effect of the sludge hitting the blocking plate as well as the role of scraping the sludge adjacent to the blocking plate by moving the air by pleating the bottom of the blocking plate as shown in Figure 5a.
  • you can adjust the pH more efficiently than before even with a small air flow.
  • Examples 1 and 2 were able to achieve the target pH while significantly reducing the air flow amount and the amount of power according to the comparative examples 1 to 4.
  • Comparative Example 5 even though the air flow was increased to adjust the pH to 7.05 level, the alkali sludge in the pH control tank was floated by the microbubbles in the form of scum, which was oxidized with time and the pH was lowered to achieve the target pH. It was impossible to do, and at the same time it was confirmed that only dissolved oxygen concentration was increased compared to Examples 1 and 2.
  • bioreactor 110 anoxic tank
  • treated water tank 200 alkali sludge tank
  • alkali compound supply passage b sludge supply passage
  • the sewage and wastewater treatment apparatus of the present invention and the method for reducing nitrogen and phosphorus in sewage and wastewater using the same are added to the bioreactor by adding an alkali sludge containing an alkali compound mixed with activated sludge to reduce phosphorus in the sewage and wastewater.
  • an alkali sludge containing an alkali compound mixed with activated sludge to reduce phosphorus in the sewage and wastewater.
  • the pH and dissolved oxygen in the pH control tank are kept the same, so that the total phosphorus and total nitrogen can be treated to 0.5 mg / l or less and 5 mg / l or less, respectively. Can be.

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Abstract

본 발명은 pH조절조 내부에 차단판을 설치하여, 공기방울 공급장치에서 배출되는 공기방울을 미세화시키지 않으면서도 상승을 방해하여, pH조절조 내 체류시간을 증대시키면서, 알칼리성 물질이 방출되도록 알칼리슬러지에 충격을 가하여, pH조절조의 공기방울 공급장치의 송풍에 이용되는 에너지를 절감할 수 있도록 한 알칼리슬러지를 이용한 하·폐수 처리장치 및 이를 이용한 하·폐수의 질소 및 인 저감방법에 관한 것이다.

Description

다단형 PH 조절조를 구비한 하·폐수 처리장치 및 이를 이용한 하·폐수의 질소 및 인 저감방법
본 발명은 하·폐수에 함유된 질소와 인을 제거, 특히 총질소가 5 ㎎/ℓ이하, 바람직하게는 2 ㎎/ℓ이하, 총인이 0.5 ㎎/ℓ이하, 바람직하게는 0.3 ㎎/ℓ이하, 더욱 바람직하게는 0.2 ㎎/ℓ이하가 되도록 처리하면서, pH조절조의 송풍량을 줄이면서도 목표하는 pH 및 용존산소를 달성할 수 있는 에너지 절감형 하·폐수 처리장치 및 이를 이용한 하·폐수의 질소 및 인 저감방법에 관한 것이다.
일반적으로 도시하수, 가축폐수, 농업폐수 및 산업폐수 등을 포함하는 하·폐수에는 BOD성분인 유기물뿐만 아니라 질소 및 인을 포함하는 영양염류 성분이 존재한다. 이러한 영양염류의 증가는 생태계 균형을 파괴하며, 부영양화 현상이 발생하는 문제가 있다.
그러므로 상기 유기물, 질소 및 인을 포함하는 영양염류를 처리하기 위하여 다양한 방법 및 장치들이 개발되어 왔다.
종래 하·폐수 처리방법은 주로 하·폐수에 존재하는 유기물을 제거하기 위한 것으로서 예비처리, 1차 처리, 2차 처리, 슬러지 처리 등의 공정이 이용되었다. 이때 상기 2차 처리공정에서는 유기물을 제거하기 위하여 생물학적 처리를 하였다. 그러나 상기 생물학적 처리방법은 질소 및 인은 제거하지 못하고 유기물만 제거하는 문제가 있다.
이를 해결하기 위하여 종래 한국공개특허 제2000-40351호에는 유량조절조, 접촉조, 질산화조, 인흡수조, 인방출조, 처리수조 등으로 구성된 오폐수처리방법을 개시하고 있으며, 종래 한국등록특허 제242795호에는 제1 호기성조, 제1 침전조, 제2 호기성조, 혐기성조, 무산소조 및 제3 호기성조로 이루어진 생물반응조에서 활성슬러지(미생물)를 이용하여 질소 및 인을 동시에 처리하는 방법이 개시되어 있다. 하지만, 상기 종래기술들은 상기 활성슬러지가 유기물을 흡착하므로 이로 인한 슬러지 침강속도 하락, 질산화 활성슬러지를 폐기하는 장치의 필요 등의 문제가 있다.
또한, 종래 막공정을 이용하여 하·폐수를 처리하는 방법은 BOD, COD 등의 유기물을 처리, 탈질 후 발생되는 부유물질(SS)을 분리막을 통하여 안정화시키고 고농도의 하수를 처리하였다. 그러나 최근 강화되는 인처리 수준을 만족하지 못하는 문제가 있다.
본 출원인이 출원하여 등록받은 한국등록특허 제1142860호 "인저감용 알칼리슬러지, 알칼리슬러지의 제조방법, 알칼리슬러지를 이용한 하·폐수의 인 저감방법 및 이를 수행하기 위한 하·폐수 처리장치"에서는 알칼리슬러지를 이용하여 하·폐수의 총인 함량을 0.5 ㎎/ℓ이하까지 저감시킬 수 있고, 또한 한국등록특허 제1237408호 "활성슬러지 체류부를 구비한 하·폐수 처리장치 및 이를 이용한 하·폐수의 질소 저감방법"에서는 총인 함량을 낮출 뿐만 아니라, 총질소를 5 ㎎/ℓ이하로 저감시킬 수 있었다. 그러나 상기 특허들에서 알칼리슬러지를 활용하기 위하여 무산소조와 분리막조 사이에 도입된 pH조절조의 pH를 6.5 내지 7.5로 유지하기 위하여 에어 폭기가 지속적으로 수행되어야 하므로, pH조절조에서 발생하는 에너지 비용을 절감할 수 있는 방법의 필요성이 대두되었다.
본 발명의 목적은 알칼리슬러지를 이용하여 하·폐수의 총질소를 5 ㎎/ℓ이하, 총인을 0.5 ㎎/ℓ이하가 되도록 처리하면서, pH조절조의 공기방울 공급장치의 송풍에 이용되는 에너지 비용을 절감할 수 있는 하·폐수처리장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 알칼리슬러지를 이용하여 하·폐수의 총질소를 5 ㎎/ℓ이하, 총인을 0.5 ㎎/ℓ이하가 되도록 처리하면서, pH조절조의 공기방울 공급장치의 송풍에 이용되는 에너지 비용을 절감할 수 있는 상기 하·폐수처리장치를 이용한 하·폐수의 질소 및 인 저감방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 하·폐수 저장조, 생물반응조 및 처리수조를 포함하고; 알칼리 화합물 공급통로 및 슬러지 공급통로와 연결되고, 구비된 교반장치로 상기 알칼리 화합물과 슬러지를 교반하여 알칼리슬러지를 제조하는 알칼리슬러지조, 및 상기 알칼리슬러지조의 알칼리슬러지를 상기 생물반응조로 이송하는 알칼리슬러지 이송통로를 포함하며; 상기 생물반응조는 유입원수인 질소 및 인이 함유된 하·폐수의 유기물을 제거하고 탈질화를 시키기 위한 무산소조, 상기 무산소조로부터 유입된 하·폐수의 용존성 인을 불용성 인산염으로 변화시켜 활성슬러지에 흡착시키는 pH조절조, 상기 pH조절조로부터 유입된 유입수 및 활성슬러지를 질산화시키고 상기 활성슬러지를 막분리하여 수처리하는 분리막조를 포함하고; 상기 분리막조는 분리막조에서 처리된 활성슬러지 중 일부를 무산소조로 내부 반송시키는 활성슬러지 반송통로 및 다른 일부의 활성슬러지를 외부로 배출시키는 활성슬러지 배출통로를 포함하는 하·폐수 처리장치에 있어서, 상기 pH조절조는 pH조절조 내부로 공기방울을 공급하는 공기방울 공급장치, 및 상기 공기방울 공급장치에서 배출되는 공기방울의 상승을 방해하는 차단판이 수면에 경사지게 설치되고, 상기 차단판에는 다수의 구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리장치를 제공한다.
본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 상기 공기방울 공급장치의 노즐의 직경은 0.5 내지 10 mm, 바람직하게는 2 내지 8 mm일 수 있다.
본 발명의 다른 하나의 실시예에 따르면, 상기 경사지게 설치된 차단판의 상측단은 공기방울의 상승통로를 제공하도록 상기 pH조절조의 측벽으로부터 이격된 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따르면, 상기 경사지게 설치된 차단판의 하측단은 알칼리슬러지의 하강통로를 제공하도록 상기 pH조절조의 측벽으로부터 이격된 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따르면, 상기 차단판의 이격된 상부에 하나 이상의 별도의 차단판이 추가 설치되고, 상기 상부에 추가 설치된 차단판이 그 하부에 설치된 차단판에 의해 형성된 공기 상승통로를 통한 공기방울의 상승을 방해할 수 있도록, 상기 상부에 추가 설치된 차단판과 그 하부에 설치된 차단판에 의해 형성된 공기 상승통로가 상기 pH조절조의 밑면의 수직방향으로 볼 때 서로 다른 위치에 형성된 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따르면, 상기 상부에 추가 설치된 차단판이 그 하부에 설치된 차단판은 각각의 경사 방향이 다르게 지그재그로 설치된 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따르면, 상기 차단판의 구멍 직경은 상기 공기방울 공급장치의 노즐의 직경 이상인 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따르면, 상기 차단판의 구멍 직경은 0.6 내지 15 mm, 바람직하게는 2 내지 10 mm 인 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따르면, 상기 상부에 설치된 차단판의 구멍의 크기는 상기 하부에 설치된 차단판의 구멍의 크기 이상인 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따르면, 상기 차단판의 경사진 상측으로 갈수록 구멍의 크기가 커지는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따르면, 상기 차단판의 구멍은 상기 공기 상승통로와 접한 차단판의 일단에 인접한 영역에 형성된 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따르면, 상기 상부에 설치된 차단판과 하부에 설치된 차단판에 형성된 구멍은, 상기 pH조절조의 밑면의 수직방향으로 볼 때 서로 다른 위치에 형성된 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따르면, 상기 차단판의 하면에는 차단판의 경사방향에 수직하게 주름이 형성된 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따르면, 상기 차단판의 경사진 상측으로 갈수록 주름의 깊이가 깊어지는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따르면, pH조절조의 수면에 평행한 임의의 면과 상기 차단판의 하면 사이의 각도가 상기 차단판의 상면 사이의 각도보다 작은 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따르면, 상기 무산소조 외부 또는 내부에 상부에서 하부로 갈수록 직경이 감소하는 관형 활성슬러지 체류부를 포함하고, 상기 관형 활성슬러지 체류부 상부로 상기 활성슬러지 반송통로를 통해 배출되는 활성슬러지 및 상기 하·폐수가 각각 공급된 후, 상기 관형 활성슬러지 체류부 하부로 활성슬러지 및 하·폐수의 혼합물이 침강되어 상기 무산소조의 하부로 공급되는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따르면, 상기 알칼리 화합물은 차아염소산나트륨(NaOCl), 차아염소산칼슘(Ca(OCl)2), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 소듐바이카보네이트(NaHCO3), 포타슘바이카보네이트(KHCO3), 마그네슘하이드록사이드(Mg(OH)2), 과탄산나트륨(2Na2CO3-3H2O), 칼슘하이드록사이드(Ca(OH)2), 칼슘옥사이드(CaO) 및 마그네슘옥사이드(MgO)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.
또한 본 발명은, 슬러지와 알칼리 화합물을 혼합하여 알칼리슬러지를 제조한 후, 무산소조, pH조절조 및 분리막조를 포함하여 이루어진 생물반응조에 알카리슬러지를 첨가하는 하·폐수의 질소 및 인 저감방법에 있어서, 상기 하·폐수 처리장치를 이용하되, 상기 하·폐수 처리장치는 구멍 직경이 0.6 내지 15 mm 인 하나 이상의 차단판 및 노즐의 직경이 0.5 내지 10 mm인 공기방울 공급장치를 통해 공기방울을 공급하여, pH조절조 내부 조건을 pH 6.5 내지 7.5 및 용존산소 1 내지 10 ㎎/ℓ가 되도록 송풍량을 조절하는 것일 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 상기 알칼리슬러지는 생물반응조의 유입수가 포함된 활성슬러지 100 부피부에 대하여 5 내지 40 부피부로 첨가되는 것일 수 있다.
본 발명의 하·폐수처리장치 및 이를 이용한 하·폐수의 질소 및 인 저감방법은 활성슬러지와 혼합되어 하·폐수의 인을 저감시키는 알칼리 화합물을 함유하는 알칼리슬러지를 생물반응조에 첨가함으로써 하·폐수에 함유된 질소 및 인을 제거하는 과정에서, pH조절조 내부에 차단판을 설치하여, 공기방울 공급장치에서 배출되는 공기방울을 미세화시키지 않으면서도 상승을 방해하여, pH조절조 내 체류시간을 증대시키면서, 알칼리성 물질이 방출되도록 알칼리슬러지에 충격을 가하여, pH조절조의 공기방울 공급장치의 송풍에 이용되는 에너지 비용을 절감할 수 있도록 한다. 본 발명에 의해 종래 pH조절조에 비해 송풍량과 에너지를 절감하면서도, pH조절조의 pH와 용존산소를 동일하게 유지하여 총인 및 총질소를 각각 0.5 ㎎/ℓ이하 및 5 ㎎/ℓ이하로 처리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 하·폐수처리장치의 공정 흐름을 나타낸 도면이다.
도 2는 공기방울 공급장치만 설치된 종래 하나의 비교예의 pH조절조의 단면도이다.
도 3a는 본 발명과 달리 차단판이 pH조절조의 수면에 평행하게 설치된 다른 하나의 비교예의 pH조절조의 단면도이다.
도 3b는 본 발명과 달리 경사지게 설치된 차단판의 하측단이 pH조절조의 측벽과 접하도록 설치된 또다른 하나의 비교예의 pH조절조의 단면도이다.
도 3c는 본 발명과 달리 경사지게 설치된 차단판에 다수의 구멍이 형성되지 않은 또다른 하나의 비교예의 pH조절조의 단면도이다.
도 4a는 차단판이 지그재그로 3개 형성되고, 상기 차단판이 pH조절조의 수면에 경사지게 형성되며, 상기 차단판의 하측단이 pH조절조의 측벽에 이격되도록 설치되고, 상기 차단판에 다수의 구멍이 공기이송 통로측에 편향되게 형성된 본 발명의 하나의 실시예에 따른 pH조절조의 단면도이다.
도 4b는 도 4a의 pH조절조의 가장 하측에 설치된 차단판의 일부 평면도이다.도 4c는 도 4a의 pH조절조의 중간에 설치된 차단판의 일부 평면도이다.
도 5a는 차단판이 지그재그로 4개 형성되고, 상기 차단판이 pH조절조의 수면에 경사지게 형성되며, 상기 차단판의 하측단이 pH조절조의 측벽에 이격되도록 설치되고, 상기 차단판에 다수의 구멍이 형성되고, 상기 차단판의 하면에 경사 방향에 수직하게 주름이 형성된 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 pH조절조의 단면도이다.
도 5b는 도 5a의 pH조절조의 가장 하측에 설치된 차단판의 단면 확대도로서, 상기 차단판의 하면에 경사 방향에 수직하게 주름이 공기이송 통로 측단에서 타단으로 갈수록 주름이 낮아지도록 형성된 것이다.
도 5c는 도 5a의 pH조절조의 가장 하측에 설치된 차단판 상부면의 일부 평면도로서, 차단판에 다수의 구멍이 공기이송 통로 측단에서 타단으로 갈수록 직경이 감소하면서 형성된 것이다.
도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 차단판의 단면도로서, pH조절조의 수면에 평행한 임의의 면과 상기 차단판의 하면 사이의 각도가 상기 차단판의 상면 사이의 각도보다 작게 형성된 것이다.
본 발명은 pH조절조 내부에 차단판을 설치하여, 공기방울 공급장치에서 배출되는 공기방울을 미세화시키지 않으면서도 상승을 방해하여, pH조절조 내 체류시간을 증대시키면서, 알칼리성 물질이 방출되도록 알칼리슬러지에 충격을 가하여, pH조절조의 공기방울 공급장치의 송풍에 이용되는 에너지 비용을 절감할 수 있도록 한 알칼리슬러지를 이용한 하·폐수 처리장치 및 이를 이용한 하·폐수의 질소 및 인 저감방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 도 1을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 하·폐수처리장치는 알칼리슬러지가 첨가되어 pH를 조절함으로써 인을 제거하는 생물반응조(100)와 알칼리슬러지조(200)를 포함한다.
상기 생물반응조(100)는 무산소조(110), pH조절조(120) 및 분리막조(130) 중에서 선택된 하나 이상의 조를 포함하는 장치로서, 생물반응조(100)의 후단에 처리수조(140)가 구비될 수 있다.
상기 도 1은 알칼리슬러지조(200)가 pH조절조(120)의 일측에 구비된 것을 나타내고 있으나 이는 본 발명의 일 실시예를 나타낸 것이다. 상기 알칼리슬러지조(200)는 생물반응조가 어떠한 구조이든 생물반응조의 일부에 구비되는 것으로서, 바람직하게는 무산소조(110), pH조절조(120) 및 분리막조(130) 중 어느 한 조의 일측에 구비되어 알칼리슬러지를 알칼리슬러지 이송통로(c)을 통하여 투입한다.
상기 알칼리슬러지조(200)는 알칼리 화합물과 슬러지를 교반장치(M)로 혼합하여 슬러지에 알칼리 화합물을 주입시킴으로써 알칼리슬러지를 제조한다. 이때 알칼리 화합물은 알칼리슬러지조(200)에 연결된 알칼리 화합물 공급통로(a)으로부터 공급되고, 슬러지는 알칼리슬러지조(200)에 연결된 슬러지 공급통로(b)으로부터 공급된다.
이때 슬러지는 무산소조(110), pH조절조(120) 및 분리막조(130) 중 어느 하나 이상에서 반송된 활성슬러지이거나 외부로부터 공급받은 슬러지일 수 있다.
상기 무산소조(110)에서는 유입원수인 하·폐수와 활성슬러지를 교반장치(M)로 교반하여 생물학적 활성슬러지가 하·폐수에 존재하는 유기물을 섭식하도록 작용하여 유기물을 제거하며, 분리막조(130)에서 반송받은 질산화된 활성슬러지를 무산소조건에서 탈질과정(Denitrification)을 유도하여 질소가스를 대기 중에 방출함으로써 탈질화한다.
또한, 상기 pH조절조(120)에서는 상기 무산소조(110)에서 유기물 및 질소가 제거된 유입수를의 pH를 조절하여 유입수에 존재하는 2가 및 3가의 양이온이 알칼리성 상태에서 용존성 인과 응집함으로써 불용성 인산염을 형성하고 불용성 인산염을 상기 활성슬러지에 흡착시킨다.
또한, 상기 분리막조(130)는 상기 pH조절조(120)에서 유입된 유입수의 암모니아성 질소 및 활성슬러지를 질산화시킨다.
상기 질산화된 유입수 및 활성슬러지는 침지식 분리막을 통과하며, 상기 분리막을 통과한 처리수는 처리수조(140)로 배출되고, 분리막을 통과하지 못한 활성슬러지(불용성 인산염이 흡착된 활성슬러지) 중 일부는 활성슬러지 반송통로(d)을 따라 무산소조(100)로 반송되며 다른 일부는 활성슬러지 배출통로(e)을 따라 외부로 배출된다. 또한, 간헐적으로 분리막에서 처리된 활성슬러지를 알칼리슬러지 반송통로(미도시)을 따라 알칼리슬러지조(200)로 이송할 수 있다.
상기 분리막조(130)에 설치되는 분리막(Membrane)은 형태에 따라 평막, 중공사막 및 관상형막 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상이며, 막의 기공크기로는 카트리지 필터, MF(Microfiltration) 및 UF(Ultrafiltration) 중에서 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다.
상기 분리막조(130)는 호기성 상태를 유지하기 위하여 산기관을 통하여 공기를 공급하지만, 일반적으로 용존산소(DO)를 1 내지 5 ㎎/ℓ범위에서 조절하여, 교반 및 수류를 형성하고, 더불어 분리막을 에어세척하므로 막이 막히는 현상을 방지할 수 있다.
또한, 상기 처리수조(140)는 상기 분리막조(130)에서 분리막을 통과한 처리수가 유입되며, 상기 처리수를 저장 및 방류시키기 위하여 이를 처리한다.
본 발명은 하·폐수 저장조, 생물반응조(100) 및 처리수조(140)를 포함하고; 알칼리 화합물 공급통로 및 슬러지 공급통로와 연결되고, 구비된 교반장치로 상기 알칼리 화합물과 슬러지를 교반하여 알칼리슬러지를 제조하는 알칼리슬러지조(200), 및 상기 알칼리슬러지조의 알칼리슬러지를 상기 생물반응조로 이송하는 알칼리슬러지 이송통로를 포함하며; 상기 생물반응조(100)는 유입원수인 질소 및 인이 함유된 하·폐수의 유기물을 제거하고 탈질화를 시키기 위한 무산소조(110), 상기 무산소조로부터 유입된 하·폐수의 용존성 인을 불용성 인산염으로 변화시켜 활성슬러지에 흡착시키는 pH조절조(120), 상기 pH조절조로부터 유입된 유입수 및 활성슬러지를 질산화시키고 상기 활성슬러지를 막분리하여 수처리하는 분리막조(130)를 포함하고; 상기 분리막조(130)는 분리막조에서 처리된 활성슬러지 중 일부를 무산소조로 내부 반송시키는 활성슬러지 반송통로 및 다른 일부의 활성슬러지를 외부로 배출시키는 활성슬러지 배출통로를 포함하는 하·폐수 처리장치에 있어서, 상기 pH조절조(120)는 pH조절조 내부로 공기방울을 공급하는 공기방울 공급장치, 및 상기 공기방울 공급장치에서 배출되는 공기방울을 미세화시키지 않으면서도 상승을 방해하여공기방울의 상승을 방해하면서 pH조절조 내부에 차단판을 설치하여, 공기방울 공급장치에서 배출되는 공기방울을 미세화시키지 않으면서도 상승을 방해하여, pH조절조 내 체류시간을 증대시키면서, 알칼리성 물질이 방출되도록 알칼리슬러지에 충격을 가하는 차단판을 포함한다.
상기 pH조절조(120)는 공기방울 공급장치(121)를 통해 배출되는 공기방울의 충격량에 의해 알칼리슬러지에 포집된 알칼리화합물에서 유래한 알칼리성 물질이 용출되어 상기 무산소조(110)에서 유입되는 유기물 및 질소가 제거된 유입수의 pH를 조절하여, 상기 유입수에 존재하는 2가 및 3가의 양이온이 알칼리성 상태에서 용존성 인과 응집함으로써 불용성 인산염을 형성하고 불용성 인산염을 상기 활성슬러지에 흡착시킨다.
일반적으로 에어 폭기는 슬러지 내의 미생물에 산소를 공급하기 위해서 실시하는 것으로 액상의 용존산소 농도를 높이는 것을 목적으로 하고, 용존산소 농도를 높이기 위해서는 기액계면을 넓히고 기포의 상승속도를 늦춰 기액계면에서의 접촉시간을 늘리기 위해 미세기포를 형성하는 것이 일반적이며, 액상의 용존산소 농도가 높아지면 pH가 떨어진다.
그러나 본 발명의 pH조절조(120)에서는 상기 무산소조(110)에서 유입되는 유기물 및 질소가 제거된 유입수와 함께 알칼리슬러지가 별도로 공급되고, 공기방울 공급장치(121)에 의해 배출된 공기방울이 알칼리슬러지에 충격을 가하여, 알칼리슬러지에 포집된 알칼리화합물에서 유래한 알칼리성 물질이 용출되어 pH조절조의 pH를 6.5 내지 7.5, 바람직하게는 6.7 내지 7.3, 보다 바람직하게는 6.8 내지 7.2가 되도록 조절한다. 상기 pH범위에서 2가 및 3가의 양이온이 용존성 인과 응집되어 불용성 인산염을 형성하게 된다.
따라서 본 발명의 pH조절조는 공기방울 공급장치(121)를 통해 용존산소 농도를 높이는 것이 아니므로 수십 ㎛, 나아가 수십 nm 이하로 조절할 필요 없이 상대적으로 크기가 큰 공기방울을 공급하는 것이 오히려 알칼리슬러지에 충격을 가하여 알카리성 물질을 용출시킬 수 있고, 상기 공기방울 공급장치(121)에서 배출되는 공기방울의 상승을 방해하면서 공기방울끼리 융합되도록 하는 차단판(122a, 122b, 122c, 122d)을 추가로 구비함으로써, 공기방울 공급장치(121)의 공기방울 송풍량을 증대시키거나, 공기방울 배출 압력을 높이지 않으면서도 알칼리슬러지에 알칼리성 물질이 용출되는 임계점 이상의 충격량을 부가할 수 있다.
상기 공기방울 공급장치(121)에서 배출되는 공기방울의 크기는 마이크로 단위로서, 0.5 내지 10 mm, 바람직하게는 2 내지 8 mm이다. 상기 하한치 미만의 공기방울을 배출하기 위해서는 미세기포 제조를 위한 장치 비용 및 에너지 비용이 상승하고, 상기 하한치 미만의 공기방울이 배출되었을 때 용존산소 농도는 높아지지만, 알칼리슬러지에 가해지는 충격량이 적어 알칼리슬러지에서 알칼리성 물질의 용출이 적어지고, 한편 상기 하한치 미만의 미세 공기방울이 알칼리슬러지를 상승 부유시킴으로서, pH가 본 발명에서 정하는 범위보다 낮아 불용성 인산염 형성이 줄어들고, 인 제거 효율이 저하된다. 또한 상기 상한치를 초과하는 공기방울을 배출하는 경우 pH가 높아져서 인응집 목적은 달성할지 모르나, 용존산소 공급이 불충분하고 생물반응조 내에 있는 활성슬러지 미생물 성장환경이 파괴되어 하·폐수 처리가 지속될 수 없다.
상기 차단판은 공기방울의 상승통로를 제공하기 위하여, 차단판의 적어도 일단이 상기 pH조절조의 측벽으로부터 이격된 것이 바람직하다. 다만, 상기 차단판에 공기방울 구멍이 형성된 경우에는 공기방울 구멍이 공기방울의 상승통로 기능을 수행할 수도 있으므로, 차단판의 일단이 pH조절조의 측벽에서 이격되지 않더라도 공기방울 상승통로를 별도로 제공하지 않을 수 있다.
또한 상기 경사지게 설치된 차단판의 하측단은 알칼리슬러지의 하강통로를 제공하도록 상기 pH조절조의 측벽으로부터 이격되는 것이 바람직하다.
또한 상기 차단판의 이격된 상부에 하나 이상의 별도의 차단판이 추가 설치되어, pH조절조 내에 2 내지 20개, 바람직하게는 3 내지 10 개의 차단판이 설치될 수 있다. 도 4a는 차단판이 3개 설치된 실시예이고, 도 5a는 차단판이 4 개 설치된 실시예를 나타낸다. 도 4a를 예로 들면, 상기 상부에 추가 설치된 차단판(122b)이 그 하부에 설치된 차단판(122a)에 의해 형성된 공기 상승통로를 통한 공기방울의 상승을 방해할 수 있도록, 상기 상부에 추가 설치된 차단판과 그 하부에 설치된 차단판에 의해 형성된 공기 상승통로가 상기 pH조절조의 밑면의 수직방향으로 볼 때 서로 다른 위치에 형성된 것일 수 있다.
또한 도 4a에서처럼 상기 상부에 설치된 차단판(122b)과 하부에 설치된 차단판(122a)에 형성된 공기방울 구멍은, 상기 pH조절조의 밑면의 수직방향으로 볼 때 서로 다른 위치에 형성된 것이 바람직하다. 이는 도 4b 및 도 4c와 같이 공기방울 구멍이 상기 pH조절조의 밑면의 수직방향으로 볼 때 서로 다른 영역, 즉 공기이동 통로와 가까운 일단 영역과 그에 대향되는 타단 영역으로 형성될 수 있으나, 별도로 도시하지는 않았으나, 그 영역이 동일하거나 겹치는 부분이 있더라도, 하부에 설치된 차단판에서 상승한 공기방울이 바로 상부에 설치된 차단판의 공기방울 구멍에 들어가지 않고 상부의 차단판 면에 부딪칠 수 있도록 공기구멍의 위치를 달리할 수 있다. 상기 공기방울 구멍은 도 4a와 같이 상기 공기 상승통로에 접한 차단판의 일단에 인접한 영역에 형성될 수 있고, 상기 차단판의 일단에 인접한 영역이란, 차단판의 폭이 일정하다고 할 때 일단에서 그에 대향되는 타단까지의 길이를 100으로 볼 때 일단부터 10 내지 50, 바람직하게는 일단부터 30까지의 길이로부터 계산되는 면적을 의미한다.
상기 상부에 설치된 차단판(122b)의 공기방울 구멍(1220b)은 상기 하부에 설치된 차단판(122a)의 공기방울 구멍(1220b)보다 크기가 같을 수 있지만, 하부에 설치된 차단판(122a)의 공기방울 구멍(1220b) 또는 공기이동 통로를 통해 공기방울이 상승하면서 공기방울끼리 응집되어 크기가 커지므로, 상부에 설치된 차단판(122b)의 공기방울 구멍(1220b)은은 하부의 공기방울 구멍(1220b)보다 큰 것이 바람직하다(도 4a 내지 도 4c 참조).
또한 도 5c처럼 하나의 차단판 내에서도 경사진 상측으로 갈수록 공기방울 구멍의 크기가 커질 수 있다.
상기 공기방울 구멍의 크기는 공기방울 공급장치(121)로부터 몇 번째에 설치되는지, 또는 차단판 내에서도 공기이동 통로와 가까운 경사진 상측에 가까운지에 따라 크기가 다를 수 있지만, 적어도 공기방울 공급장치(121)에서 공급되는 공기방울의 크기, 즉 공기방울 공급장치의 노즐 직경 이상이며, 공기방울 구멍의 직경은 0.6 내지 15 mm, 바람직하게는 2 내지 10 mm이다.
상기 차단판은 도 3a와 같이 pH조절조의 수면에 평행하게 형성될 경우, 차단판 상부에 슬러지(α)가 퇴적하고, 퇴적된 슬러지에 산소 공급이 되지 않아 슬러지 내부가 혐기조건이 되어 슬러지가 검게 변하면서 미생물 성장환경이 파괴된다. 따라서 공기방울이 상기 차단판에 부딪치면서 다시 알칼리슬러지에 충격을 가하면서 상승하는 동시에 슬러지가 퇴적되지 않고 pH조절조 하부로 침강할 수 있도록 차단판은 경사지게 설치되는 것이 바람직하다(도 4a 및 도 5a 참조). 상기 차단벽을 경사지게 설치할 경우 수면을 기준으로 한 경사각은 5°내지 45°, 바람직하게는 10°내지 30°이고, 상기 하한치 미만에서는 차단판 상부에 쌓인 슬러지의 미끄러짐 및 침강이 지연되어 슬러지 내부가 혐기 조건이 될 수 있고, 상기 상한치를 초과할 경우 pH조절조 내부에 차단판을 복수로 설치하기 위해서 pH조절조의 높이가 너무 높아져야 하거나, 차단판을 복수로 2 내지 5 단으로 설치하기 어려울 수 있다. 상기 상부에 추가 설치된 차단판이 그 하부에 설치된 차단판은 각각의 경사 방향이 다르게 지그재그로 설치된 것이 바람직하다.
한편, 상승하는 공기가 접하는 차단판의 하면과, 슬러지가 미끄러지는 차단판의 상면의 각도를 달리하여, 도 6과 같이 pH조절조의 수면에 평행한 임의의 면과 상기 차단판의 하면 사이의 각도가 상기 차단판의 상면 사이의 각도보다 작게 형성할 수 있다.
한편 상기 차단판(122a)의 하면에 차단판의 경사방향에 수직하게 주름(1221a)이 형성될 수 있다(도 5a 참조). 상기 차단판의 하면에 주름이 형성됨으로써, 공기방울 공급장치(121)에서 상승한 공기방울이 차단판의 하면에 부딪치면서 상기 주름을 거치며 공기방울의 응집이 더 용이하게 유도될 수 있다.
또한 차단판의 경사진 상측으로 갈수록 주름의 깊이가 깊어질 수 있고, 도 5b에 나타낸 것과 같이 d1(하측의 주름깊이)〈 d2(상측의 주름 깊이)일 수 있다.
한편 하·폐수는 공기 중에 상부가 개구된 하·폐수 유입통로를 통해 무산소조로 유입되므로 공기와 접촉하면서 산소가 녹아들어가게 되고, 상기 관형 활성슬러지 체류부 없이 바로 무산소조로 유입되면서 무산소조 상층부에 난류(turbulent flow)가 형성되어, 대기중의 공기와 접촉하면서 산소가 녹아들어가기 때문에 무산소조의 상층부의 용존산소가 약 0.1 내지 0.3으로 상승하기 때문에 탈질 효율이 감소하는 문제가 있으므로, 상기 무산소조 외부 또는 내부에 상부에서 하부로 갈수록 직경이 감소하는 관형 활성슬러지 체류부를 포함하고, 상기 관형 활성슬러지 체류부 상부로 상기 활성슬러지 반송통로를 통해 배출되는 활성슬러지 및 상기 하·폐수가 각각 공급된 후, 상기 관형 활성슬러지 체류부 하부로 활성슬러지 및 하·폐수의 혼합물이 침강되어 상기 무산소조의 하부로 공급되는 것이 바람직하다. 상기 관형 활성슬러지 체류부는 반송되는 활성슬러지가 무산소조와 분리된 상태에서 반송되는 활성슬러지의 산소 뿐만 아니라 유입되는 하·폐수에 녹아든 산소까지 무산소조에 유입되기 전에 활성슬러지 내 미생물이 소모하게 함으로써 무산소조의 용존산소를 낮출 수 있고, 일단 설치한 다음에는 유지비용이 거의 소요되지 않는다. 즉 하·폐수에 녹아들어오는 대기 중의 산소를 분리막조에서 호기적 조건으로 살고 있던 활성슬러지 미생물들이 갑작스럽게 반송되어 산소공급이 끊어짐으로써 유입되는 하수가 가져오는 미량의 산소라도 섭취함으로써 활성슬러지 체류부 내에서 산소의 완전소모를 달성할 수 있게 된다.
상기 관형 활성슬러지 체류부의 부피는 무산소조 부피의 100에 대하여 10 내지 40, 바람직하게는 20 내지 35인 것으로, 관형 활성슬러지 체류부에서의 체류시간은 2 내지 20분, 바람직하게는 5 내지 15 분이다. 상기 관형 활성슬러지 체류부의 부피나, 그 체류부에서의 체류시간이 상기 하한치 미만인 경우에는 용존산소 저감 효과 및 이로 인한 총질소 함량 저감 효과가 충분하지 않고, 상기 상한치를 초과하는 경우에는 더 이상 효과의 증대는 없으면서 하·폐수 처리장치의 부피가 커지고 처리시간이 길어진다.
상기 관형 활성슬러지 체류부 하부로 침강된 활성슬러지가 상기 무산소조의 하부는, 무산소조의 높이를 100으로 볼 때 30 내지 80, 바람직하게는 40 내지 70 사이로 한다. 상기 무산소조의 높이가 상기 하한치 미만인 경우에는 무산소조 하부에 침전된 슬러지에 의해 관형 활성슬러지 체류부의 하부를 통한 활성슬러지의 공급이 원활하지 않을 수 있고, 상기 상한치를 초과하는 경우에는 활성슬러지의 체류시간이 짧아 용존산소 저감 효과 및 이로 인한 총질소 함량 저감 효과가 충분하지 않을 수 있다.
본 발명의 알칼리슬러지는 슬러지에 알칼리 화합물을 투입하고 이를 혼합함으로써 제조된다.
상기 알칼리슬러지는 알칼리 화합물과 슬러지를 혼합하여 슬러지 내부에 알칼리 화합물을 축적시켜 제조된 것으로서, 상기 알칼리슬러지를 생물반응조에 첨가하면 활성슬러지와 혼합되어 하·폐수의 인을 저감시키고 알칼리 화합물을 직접 첨가하는 경우와 달리 활성슬러지의 미생물 사멸을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 pH를 일정하게 유지시키기가 용이하다.
상기 슬러지에 알칼리 화합물을 투입하고 혼합하는 시간은 2 내지 12 시간, 바람직하게는 4 내지 10시간이다. 상기 혼합시간이 2시간 미만인 경우에는 슬러지에 알칼리 화합물이 축적되기 어렵고, 혼합시간이 12시간 초과인 경우에는 더 이상 활성슬러지에 알칼리 화합물이 축적되지 않고 공정시간만 길어진다.
슬러지와 알칼리 화합물이 혼합되는 혼합공정은 상기 혼합공정 전체에 걸쳐 알칼리 화합물이 투입된다.
상기 혼합공정 전체에 알칼리 화합물을 투입하는 공정은 바람직하게 슬러지에 알칼리 화합물을 10 내지 50회 분할하여 간헐적으로 투입하면서 교반하는 공정이거나, 알칼리 화합물을 연속적으로 주입하는 공정일 수 있다.
슬러지에 투입하는 알칼리 화합물의 농도는 1 내지 5 중량%, 바람직하게는 2 내지 4 중량%이다. 알칼리 화합물의 농도가 상기 상한치를 초과하면 알칼리화합물을 포집하는 슬러지가 분해 또는 가용화되어 원하는 부피의 알칼리슬러지를 얻을 수 없고, 상기 하한치 미만에서는 인 저감효율이 저하된다.
상기 알칼리 화합물을 간헐적으로 투입하는 공정은 구체적으로 슬러지를 교반하면서 3 내지 8분 동안 알칼리 화합물을 주입한 후 알칼리 화합물의 주입을 중단하고 8 내지 15분 동안 교반하는 과정을 10 내지 30회 반복하는 공정이다.
상기 알칼리화합물 간헐주입에 의한 슬러지와 알칼리화합물의 혼합공정은, 예를 들어 100ℓ 알칼리슬러지(고형분 함량 0.7 중량% 기준) 제조시 3 중량%의 알칼리화합물로 알칼리화합물 주입단계에서는 투입속도를 분당 2 내지 50 ㎖, 바람직하게는 3 내지 20 ㎖로 투입한다.
또한, 상기 알칼리 화합물을 연속적으로 주입하는 공정은 구체적으로 2 내지 12시간 동안 100ℓ 알칼리슬러지(고형분 함량 0.7 중량% 기준) 제조시 3 중량%의 알칼리 화합물로 분당 1 내지 20 ㎖을 투입한다. 이때 알칼리 화합물의 투입량은 제조하려는 알칼리 슬러지의 부피, 고형분 함량, 알칼리 화합물의 농도에 따라 조절할 수 있다.
상기 공정의 조건에 따라 알칼리 화합물을 주입하지 않거나 알칼리 화합물을 한 번에 모두 주입하는 경우에는 슬러지 가용화에 따라 알칼리 화합물이 슬러지에 축적되지 못하여 생물반응조에 알칼리슬러지를 공급시 불용성 인산염이 형성되지 않을 수 있다.
상기 알칼리슬러지에 함유되는 3 중량%의 알칼리 화합물은 알칼리슬러지(고형분 함량 0.7 중량% 기준) 총 부피를 기준으로 0.05 내지 15 부피%, 바람직하게는 0.1 내지 10 부피%, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 5 부피%로 투입된다. 상기 알칼리화합물의 투입량은 3 중량% 농도를 기준으로 한 알칼리화합물의 투입량이므로, 투입되는 알칼리화합물의 농도를 3 중량%가 아닌 다른 농도를 사용할 경우, 알칼리 화합물의 투입량을 농도에 따라 희석하여 조절할 수 있다. 또한 슬러지 고형분 함량이 0.7 중량%에서 벗어날 경우 이에 따라 슬러지 고형분의 함량이 증가하면 투입되는 알칼리 화합물의 함량도 증가하도록 조절한다.
상기 알칼리슬러지 내의 알칼리 화합물의 함량이 상기 하한치 미만인 경우에는 원하는 pH를 얻지 못하여 불용성 인산염이 형성이 충분하지 않아 인 저감효율이 낮고, 함량이 상기 상한치 초과인 경우에는 생물반응조 내의 활성슬러지의 미생물의 활동성을 저하시키고, 생물반응조의 수처리 효율을 저하시킨다.
상기 알칼리슬러지의 pH는 7.5 내지 8.5, 바람직하게는 7.7 내지 8.2이다.
또한, 상기 알칼리슬러지는 슬러지 고형분 함량 0.7 중량% 기준의 슬러리 상태를 저속교반하여 측정하였을 때, 알칼리도는 40 내지 60 ㎎/ℓ이다.
알칼리도는 슬러리 상태의 활성 슬러지 또는 알칼리슬러지, 예를 들어 고형분 함량이 0.7 중량%인 슬러지를 80 내지 150 rpm에서 교반하면서 측정하는 것으로 알칼리슬러지와 활성 슬러지의 알칼리도는 유사 범위에 있다. 알칼리 화합물이 축적된 알칼리슬러지의 알칼리도와 활성 슬러지의 알칼리도가 유사하게 나타나는 것은 슬러리 상태의 알칼리슬러지 성분 중 액상의 알칼리도를 측정한 것이기 때문이며, 주입한 알칼리화합물에 의한 알칼리도는 알칼리화합물이 고상의 슬러지 내부에 포집되어, 슬러지를 제외한 액상부의 알칼리도에 있어서 활성 슬러지나 알칼리슬러지가 큰 차이가 없는 것으로 판단되었다. 실험적으로 슬러지에 본 발명과 동일한 양의 알칼리화합물을 슬러지에 한꺼번에 과량 투입하는 경우에는 알카리도가 100 내지 120 ㎎/ℓ으로 급격히 상승하는 점에서, 본 발명의 알칼리슬러지에는 알칼리화합물이 포집됨을 알 수 있다.
상기 알칼리슬러지의 슬러지는 통상 사용되는 슬러지로서 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 활성슬러지, 잉여 슬러지, 이들을 농축한 농축슬러지 또는 탈수케익이다.
상기 활성슬러지는 생물반응조의 분리막조에서 반송된 활성슬러지이거나 다른 하·폐수처리장치에서 발생되는 활성슬러지일 수 있으며, 잉여 슬러지는 하·폐수처리장치에서 발생되는 슬러지이다. 또한 농축슬러지는 슬러지농축기 또는 중력침강에 의하여 상기 활성슬러지 또는 잉여슬러지를 고형분 함량 1 내지 5 중량%가 되도록 농축한 것이고, 탈수케익은 활성슬러지, 잉여슬러지 또는 농축슬러지를 탈수기로 압착하여 고형분 함량 15 내지 25 중량%로 제조한 것이다. 상기 농축슬러지는 1 내지 5 배 희석하여 사용할 수도 있으나, 그 자체로 현탁하여 사용가능하고, 탈수케익은 케익 덩어리가 뭉치지 않도록 3 내지 20 배 희석하여 이용한다.
또한, 상기 알칼리 화합물은 차아염소산나트륨(NaOCl), 차아염소산칼슘(Ca(OCl)2), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 소듐바이카보네이트(NaHCO3), 포타슘바이카보네이트(KHCO3), 마그네슘하이드록사이드(Mg(OH)2), 과탄산나트륨(2Na2CO3-3H2O), 칼슘하이드록사이드(Ca(OH)2), 칼슘옥사이드(CaO) 및 마그네슘옥사이드(MgO)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이다.
이렇게 제조된 알칼리슬러지는 슬러지에 알칼리 화합물이 축적된 상태로 바로 이용해도 되지만, 슬러지농축기 또는 탈수기를 이용하여 고형분 함량 1 내지 25 중량%로 농축시켜 이용할 수 있다. 상기 슬러지농축기 또는 탈수기를 이용하여 알칼리슬러지는 뭉치지 않을 정도로 3 내지 20배 희석하여 생물반응조에 투입된다.
알칼리슬러지는 생물반응조에 공급되어 하·폐수 처리에 이용시 슬러지에 축적된 알칼리 화합물이 조금씩 용출되므로 1회 공급시 1 내지 3개월 동안 사용할 수 있다. 상기 알칼리 화합물은 알칼리슬러지로부터 서서히 용출되고, 에어폭기 강도를 증진시킬 경우 용출량이 증대될 수 있다.
상기 알칼리슬러지는 생물반응조의 유입수가 포함된 활성슬러지 100 부피부에 대하여 5 내지 40 부피부로 첨가되는 것이 바람직하다.
한편 본 발명은 상기 알칼리슬러지 및 하·폐수 처리장치를 이용한 하·폐수의 질소 및 인 저감방법을 제공한다.
일반적으로 분리막 생물 반응공정(MBR)은 유기물 및 질소의 고효율 제거를 위해 고농도의 활성슬러지를 유지하며 슬러지 체류시간(SRT) 또한 길게 유지할 수 있는데, 이러한 경우 탈질시간을 연장하여 질소제거가 효율적으로 발생될 수 있는 장점이 있는 반면, 과량의 인을 섭취한 슬러지에서 인이 재용출되어 처리효율이 떨어지는 단점이 있다.
상기 단점을 극복하기 위하여 본 발명의 하·폐수의 질소 및 인 저감방법은 슬러지에 알칼리 화합물을 주입하여 알칼리슬러지를 제조하는 단계 및 상기 알칼리슬러지를 생물반응조에 첨가하는 단계를 포함한다.
상기 생물반응조에 알칼리슬러지가 첨가된 후 pH를 조절하면 하·폐수에 존재하는 2가 및 3가의 양이온이 알칼리성 상태에서 용존성 인(PO4 3-)과 응집하여 스케일(Scale)을 형성하고 응집된 스케일인 불용성 인산염을 활성슬러지에 흡착시키므로 인이 재용출되지 않으며 다량의 인 제거가 용이하다.
상기 생물반응조는 무산소조, pH조절조 및 분리막조를 포함하는 것으로서, 상기 세 개의 조 중 어느 하나의 조에 알칼리슬러지가 일시에 첨가되며, 내부반송통로를 통하여 골고루 분산된다. 상기 알칼리슬러지는 일시에 투입되어 생물반응조에 머물면서 알칼리 화합물을 서서히 용출하여 생물반응조의 pH를 조절한다. 그러므로 생물반응조의 pH를 조절하기 위하여 알칼리슬러지를 지속적으로 투입할 필요가 없다.
상기 생물반응조에 첨가되는 알칼리슬러지의 함량은 생물반응조의 유입수가 포함된 활성슬러지 100 부피부에 대하여 5 내지 40 부피부, 바람직하게는 10 내지 35 부피부이다. 상기 함량이 5 부피부 미만인 경우에는 알칼리슬러지를 투입해야 하는 주기가 짧고 원하는 pH를 유지하지 못하여 불용성 인산염을 형성할 수 없으며, 함량이 40 부피부 초과인 경우에는 생물반응조에 존재하는 활성슬러지의 양이 상대적으로 적어 유기물 분해가 이루어지지 않을 수 있다.
상기 알칼리슬러지가 첨가된 생물반응조의 pH 값은 6.5 내지 7.5, 바람직하게는 6.7 내지 7.3, 보다 바람직하게는 6.8 내지 7.2이다. 상기 pH가 6.5 미만인 경우에는 불용성 인산염이 형성되지 않으며, pH가 7.5 초과인 경우에는 활성슬러지의 미생물이 사멸되고 처리수의 총인이 0.5 ㎎/ℓ초과의 값을 갖는다.
상기 pH는 알칼리슬러지의 투입에 의한 자연용출로 조절되고, 또한 알칼리슬러지가 투입된 생물반응조의 반응액, 즉 pH조절조의 공기방울 공급장치의 송풍량을 조절함으로써 물리적 조절이 가능하다. 일반적으로 에어폭기를 가하여 공기방울을 공급하면 용존산소가 높아지면 pH는 산성이 되지만, 본 발명에서는 공기방울 공급장치에 의해 공급된 공기방울이 알칼리슬러지에 충격을 가하여, 알칼리슬러지 내부에 축적된 알칼리 화합물이 외부로 용출되어 pH가 상기 범위가 되도록 조절할 수 있다. 상기 pH조절조의 용존산소(DO)는 1 내지 10 ㎎/ℓ, 바람직하게는 1 내지 5 ㎎/ℓ, 더욱 바람직하게는 1 내지 3 ㎎/ℓ로 조절된다.
또한, 상기 용존성 인과 결합할 하·폐수에 존재하는 2가 및 3가의 양이온이 부족할 경우에는 2가 및 3가의 양이온인 Al, Ba, Ca, Cu, Fe, Mg, Mn, Zn, Be, Sr, Ra, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Ga, Ge, As, Se, Sn, Sb 및 Pb로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 생물반응조의 세 개의 조 중 어느 하나의 조에 첨가할 수 있다.
상기 첨가되는 2가 및 3가의 양이온은 재활용된 2가 및 3가의 양이온일 수 있다. 구체적으로, 생물반응조의 후단에 역삼투압 장치(R/O 장치)를 추가로 구비하여 생물반응조를 통과한 처리수를 역삼투압 장치(R/O 장치)로 처리함으로써 걸러진 농축수에 포함된 물질(2가 및 3가의 양이온)을 생물반응조에 재활용하는 것이다. 또한, 상기 역삼투압 장치(R/O 장치)로 처리된 물은 재이용수로 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 하·폐수의 질소 및 인 저감방법은 생물반응조에 유입된 하·폐수의 유기물을 제거하고 탈질화하는 단계 및/또는 상기 불용성 인산염이 흡착된 활성슬러지를 막분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 5
본 발명의 고도처리장치를 이용하여 하·폐수 400 ℓ/day를 기준으로 하기 표 1 및 2와 같은 조건에 따라 처리하였다. 알칼리슬러지조에서는 슬러지에 알칼리 화합물을 분당 3.775 ㎖씩 5분 동안 주입하고 10분 동안 알칼리 화합물의 주입 없이 교반하는 것을 6시간 동안 반복하였으며, 슬러지는 분리막조에서 반송된 활성슬러지를 사용하였다.
이때 생물반응조의 활성슬러지와 알칼리슬러지가 혼합된 전체 부피는 131.53 ℓ인 것이다.
상기 생물반응조의 무산소조, pH조절조 및 분리막조 내에 함유된 각각의 부피는 43.94 ℓ, 8.45 ℓ 및 79.14 ℓ이고, 특히 pH조절조는 가로, 세로 및 높이가 각각 260, 50 및 750 mm이고, 유효높이는 650mm이었다.
비교예 1은 pH조절조에 차단판이 없는 것이고, 비교예 2는 도 3a와 같이 pH 조절조에 면적 68.25m2(195mm x 35mm)인 공기방울 구멍이 없는 차단판이 pH조절조의 수면에 평행하게 설치되되 다만 2 단이 아닌 3 단으로 설치된 것이며, 비교예 3은 도 3b와 같이 pH 조절조에 면적 68.25m2(195mm x 35mm)인 공기방울 구멍이 없는 차단판이 pH조절조의 수면에 20°각도로 지그재그 형태로 설치되되 다만 2 단이 아닌 3 단으로 설치된 것이며(도 3b), 비교예 4는 도 3c와 같이 pH 조절조에 면적 68.25m2(195mm x 35mm)인 공기방울 구멍이 없는 차단판이 20°각도로 지그재그 형태로 설치된 것이다.
또한 실시예 1의 pH조절조는 도 4a와 유사하게 pH 조절조에 면적 68.25m2(195mm x 35mm)이고, 하부 차단판에는 직경 2 mm인 구멍이 가로 및 세로 각각 3 mm 간격으로 형성되고, 중간 차단판에는 직경 2.5 mm인 구멍이 형성되며, 상부 차단판에는 직경 3 mm인 구멍이 각각 수면에 20°각도로 지그재그 형태로 설치된 것으로, 상기 차단판의 전체면이 아니라 공기 이송통로에 인접한 약 40% 면적에만 구멍이 형성된 것이다.
또한 실시예 2의 pH조절조는 도 5a와 유사하게 pH 조절조에 면적 68.25m2(195mm x 35mm)이고, 경사진 차단판의 하측에는 직경이 2 mm인 구멍이 형성되고, 상부로 갈수록 구멍이 커져 상측에는 3.5 mm의 구멍이 형성되며, 각각 수면에 20°각도로 지그재그 형태로 설치된 것으로, 상기 차단판의 전체면에 구멍이 형성된 것이고, 상기 차단판의 하측 하부면에는 높이 1 mm인 주름이 형성되고, 상부로 갈수록 주름이 높아져 상측에는 높이 3 mm의 주름이 형성된 것으로, 다만 도 5a와 달리 4 단이 아닌 3 단으로 형성된 것이다.
상기 비교예 1 내지 4 및 실시예 1 및 2는 pH조절조에서 노즐의 직경 2 mm인 공기방울 공급장치를 통해 송풍하고, 다만 비교예 5는 실시예 1과 동일한 형태의 pH조절조를 사용하되, 다만 공기방울 공급장치의 노즐의 직경이 0.1 mm인 미세 공기방울을 공급하는 것이다.
또한 송풍기는 40 Wh, 풍량 40 L/min인 송풍기를 이용하고, 상기 송풍기에 연결된 노즐 중에서 20%는 pH조절조에 연결하고, 나머지는 분리막조에 연결하여 송풍을 실시하였다. 송풍량 조절이 필요한 경우 인버터를 이용하여 송풍량을 조절하였다.
또한, 무산소조에 투입되는 하·폐수의 pH는 7.0 내지 7.5이고, 알칼리슬러지의 pH는 7.8이다. 또한, 분리막조에서 사용된 평막 MF는 유아사에서 제조된 공극의 크기가 0.1 내지 0.4 ㎛인 분리막이다.
표 1
구 분 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
관형 활성슬러지 체류부 형태 플레이트형 플레이트형 플레이트형 플레이트형
높이 1) 40 40 40 40
DO(㎎/ℓ) 2) 0.17 0.18 0.17 0.16
체류시간(min) 6.69 6.69 6.69 6.69
부피(L) 3) 6.50 6.50 6.50 6.50
무산소조 MLSS 농도(㎎/ℓ) 7150 7210 7040 7100
알칼리슬러지주입량(L) - - - -
내부반송률(%) 250 250 250 250
교반속도(RPM) 180 180 180 180
DO(㎎/ℓ) 4) 0.00 0.00 0.00 0.00
DO(㎎/ℓ) 5) 0.00 0.00 0.00 0.00
ORP(mmV) -201 -198 -220 -214
체류시간(hr) 2.64 2.64 2.64 2.64
알칼리슬러지조 MLSS 농도(㎎/ℓ) 8780 8840 8710 8680
MLSS 량(L) 33 33 33 33
알칼리약품농도(%) (NaOCl) 3 3 3 3
알칼리약품 주입량(ml) 453 453 453 453
약품 주입시간(hr) 6 6 6 6
주입위치 pH 조절조 pH 조절조 pH 조절조 pH 조절조
pH 조절조 MLSS 농도(㎎/ℓ) 7790 7840 7710 7680
차단판 유무 및 형태 없음 도 3a 도 3b 도 3c
DO(㎎/ℓ) 2.1 1.8 1.8 1.7
pH 7.07 7.06 7.06 7.07
알칼리슬러지주입량(L) 33 33 33 33
체류시간(hr) 0.51 0.51 0.51 0.51
분리막조 MLSS 농도(㎎/ℓ) 8260 8310 8190 8220
알칼리슬러지주입량(L) - - - -
pH 7.05 7.03 7.04 7.04
DO(㎎/ℓ) 2.5 2.4 2.5 2.4
체류시간(hr) 4.74 4.74 4.74 4.74
분리막 종류 평막 MF 평막 MF 평막 MF 평막 MF
전체 체류시간(hr) 7.89 7.89 7.89 7.89
1) 높이는 무산소조 높이를 100으로 했을 때 관형 활성슬러지 체류부의 높이를 의미합니다.
2) DO는 관형 활성슬러지 체류부 상층부 시료(수면에서 깊이 5 cm)에서 측정한 용존산소 농도입니다.
3) 부피는 무산소조의 부피를 100으로 했을 때 관형 활성슬러지 체류부의 상대 부피입니다.
4) DO는 무산소조 상층부 시료(수면에서 깊이 5cm)에서 측정한 용존산소 농도입니다.
5) DO는 무산소조 하층부 시료(수면에서 깊이 40 cm)에서 측정한 용존산소 농도입니다.
표 2
구 분 실시예 1 실시예 2 비교예 5
관형 활성슬러지 체류부 형태 플레이트형 플레이트형 플레이트형
높이1) 40 40 40
DO(㎎/ℓ)2) 0.16 0.17 0.16
체류시간(min) 6.69 6.69 6.69
부피(L)3) 6.50 6.50 6.50
무산소조 MLSS 농도(㎎/ℓ) 7190 7200 7180
알칼리슬러지주입량(L) - - -
내부반송률(%) 250 250 250
교반속도(RPM) 180 180 180
DO(㎎/ℓ)4) 0.00 0.00 0.00
DO(㎎/ℓ)5) 0.00 0.00 0.00
ORP(mmV) -205 -208 -224
체류시간(hr) 2.64 2.64 2.64
알칼리슬러지조 MLSS 농도(㎎/ℓ) 8730 8800 8830
MLSS 량(L) 33 33 33
알칼리약품농도(%)(NaOCl) 3 3 3
알칼리약품 주입량(ml) 453 453 453
약품 주입시간(hr) 6 6 6
주입위치 pH 조절조 pH 조절조 pH 조절조
pH 조절조 MLSS 농도(㎎/ℓ) 7730 7800 7830
차단판 유무 및 형태 도 4a 도 5a 도 4a 미세공기
DO(㎎/ℓ) 1.7 1.5 3.4
pH 7.06 7.08 6.46
알칼리슬러지주입량(L) 33 33 33
체류시간(hr) 0.51 0.51 0.51
분리막조 MLSS 농도(㎎/ℓ) 8240 8160 8170
알칼리슬러지주입량(L) - - -
pH 7.05 7.06 6.52
DO(㎎/ℓ) 2.4 2.5 2.7
체류시간(hr) 4.74 4.74 4.74
분리막 종류 평막 MF 평막 MF 평막 MF
전체 체류시간(hr) 7.89 7.89 7.89
실험예 1
상기 실시예 및 비교예에 대한 BOD, COD, SS, T-N, T-P 및 총대장균수를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 3 및 표 4에 나타내었다.
표 3
구 분 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
유입수(㎎/ℓ) 처리수(㎎/ℓ) 처리효율(%) 유입수(㎎/ℓ) 처리수(㎎/ℓ) 처리효율(%) 유입수(㎎/ℓ) 처리수(㎎/ℓ) 처리효율(%) 유입수(㎎/ℓ) 처리수(㎎/ℓ) 처리효율(%)
BOD 149.5 1.2 99.2 151.0 1.4 99.1 174.6 1.6 99.1 156.5 1.6 99.0
COD 122.4 6.0 95.1 127.1 6.1 95.2 135.3 6.1 95.5 130.4 5.9 95.9
SS 246.0 0.1 100 240.0 0.1 100 236.0 0.1 100 245.0 0.1 100
T-N 41.533 4.816 88.4 42.716 5.153 87.9 45.504 5.270 88.4 41.661 5.146 87.6
T-P 3.950 0.185 95.3 4.214 0.289 93.1 4.354 0.310 92.9 4.089 0.262 93.6
총대장균군수(개/ml) TNTC <30 - TNTC <30 - TNTC <30 - TNTC <30 -
상기 비교예 2에서 pH조절조의 pH는 차단판이 없는 비교예 1과 동일하게 하기 위하여 송풍량을 증대시켜 운전하기 때문에 pH는 동일하지만, 도 3a에서 차단판 하부 pH조절조의 측벽 부분의 큰 원으로 나타낸 영역과 같이 공기방울이 뭉쳐져서 공기방울을 가두게 돼서 비효율적으로 되는 모습이고, 또한 차단판 상부에 슬러지가 퇴적되어 검게 변하면서 혐기화되어 총인(T-P)의 방출이 발생하여 총인의 농도가 상승시킵니다.
상기 비교예 2 내지 4의 경우는 차단판 상부에 슬러지가 퇴적되어 검게 변하면서 혐기화되어 총인(T-P)의 방출이 발생하여 총인의 농도가 상승한 것으로 추정된다.
표 4
구 분 실시예 1 실시예 2 비교예 5
유입수(㎎/ℓ) 처리수(㎎/ℓ) 처리효율(%) 유입수(㎎/ℓ) 처리수(㎎/ℓ) 처리효율(%) 유입수(㎎/ℓ) 처리수(㎎/ℓ) 처리효율(%)
BOD 165.0 1.8 98.9 171.6 1.4 99.2 160.9 2.0 98.8
COD 126.0 5.5 95.6 140.5 6.2 95.6 134.9 6.1 95.5
SS 223.0 5.5 97.5 241.0 0.1 100 230.0 0.1 100
T-N 38.718 5.204 86.6 44.653 5.346 88.0 40.520 5.884 85.5
T-P 3.844 0.179 95.3 4.154 0.148 96.4 3.984 1.245 68.8
총대장균군수(개/ml) TNTC <30 - TNTC <30 - TNTC <30 -
실시예 1 및 2에서는 비교예 4와 동일한 형태로 차단판이 설치되었음에도, 차단판에 공기방울 구멍이 형성되어 총인 함량이 상승하지 않았다. 또한 비교예 5의 경우는 실시예 1과 동일하게 공기방울 구멍이 형성된 차단판이 설치되었음에도 실시예 1과 달리 미세기포가 공급되어 표 2에서 확인할 수 있듯이 pH조절조의 용존산소농도가 증가하고, 미세기포에 의해 알칼리슬러지가 pH조절조의 상부로 부상하게 되어 알칼리슬러지에 의한 2~3가 양이온과 PO4-P의 불용성 염의 결합 반응이 일어나지 못한 것으로 추정된다. 즉, 종래 다른 MBR 공법과 같은 일반적인 처리 결과를 나타내고 있다.
비교예 3의 경우는 차단판에 기울기를 둠으로써 비교예 2보다는 덜하지만, 역시 도 3b의 큰 원으로 표시한 부분과 같이 공기를 가두는 공간이 발생하고, 특히 차단판의 기울기로 인하여 차단판 상부의 슬러지 쌓임 현상이 비교예 2보다 훨씬 심하여 혐기화로 슬러지 부상 및 총인 농도의 상승이 현저하게 발생합니다.
또한 비교예 4의 경우 도3c에서 보듯이 pH조절조의 측벽쪽으로 뚫려있어 공기를 가두는 영역에 대해서 보완이 이루어졌으나, 슬러지 퇴적으로 인한 슬러지 혐기화 및 총인 농도 상승은 여전히 발생합니다.
이에 비하여 실시예 1은 도 4a와 같이 공기가두는 영역이 형성되지 않고, 차단판에 공기구멍을 둠으로써 상부에 슬러지가 퇴적되는 것을 보완되어, 적은 송풍량으로도 pH조절조의 pH를 조절할 수 있고, 총인 농도를 목표 수준으로 낮출 수 있습니다.
나아가 실시예 2는 실시예 1과 유사하면서도 도 5a와 같이 차단판 하단에 주름을 둠으로써 슬러지가 차단판에 부딪히는 효과와 더불어 차단판에 인접한 슬러지를 공기가 움직임으로써 긁어주는 역할까지 추가함으로써 알칼리슬러지를 더욱 자극하여 적은 송풍량을 가지고서도 기존보다 효율적으로 pH를 조절할 수가 있습니다.
실험예 2
상기 실시예 및 비교예의 pH조절조의 pH, 용존산소, 송풍량 및 전력량을 측정하여 표 5에 나타내었다.
표 5
구분 비교예1 비교예2 비교예 3 비교예 4 실시예 1 실시예 2 비교예 5
pH 7.07 7.06 7.06 7.07 7.06 7.08 6.46
용존산소(㎎/ℓ) 2.1 1.8 1.8 1.7 1.7 1.5 3.4
송풍량(L/min) 8.0 6.4 6.3 6.3 4.9 3.8 2.1
전력량(Wh) 192 148 146 145 116 92 49
상기 실시예 및 비교예에서는 송풍량을 달리하여 pH조절조의 pH를 7.05로 조절했을 때의 용존산소량 및 송풍량과 전력량을 나타낸 것으로, 송풍량 및 전력량은 pH조절조 및 분리막조에 공급되는 전체 송풍량 및 전력량에서 일정하게 유지된 분리막조의 송풍량 및 전력량을 제외하고, pH조절조의 pH 조절에 이용된 송풍량과 전력략만을 계산한 것이다.
상기 실시예 1 및 2는 비교예 1 내지 4에 비해 송풍량 및 그에 따른 전력량을 현저히 절감시키면서도 목표 pH를 달성할 수 있었다. 그러나 비교예 5의 경우는 pH를 7.05 수준으로 맞추기 위하여 송풍량을 늘려도 pH조절조에 있는 알칼리슬러지가 스컴 형태로 미세버블에 의해 부상됨으로써 시간이 지나감에 따라 산화되어 pH가 낮아졌기 때문에 목표 pH를 달성하는 것이 불가능하였고, 이와 동시에 실시예 1 및 2에 비해 용존산소 농도만 상승한 것을 확인할 수 있었다.
[부호의 설명]
100: 생물반응조 110: 무산소조
120: pH조절조 121: 공기방울 공급장치
122a, 122b, 122c, 122d: 차단판
1220a, 1220b, 1220c, 1220d: 공기방울 구멍
1221a, 1221b, 1221c, 1221d: 주름
130: 분리막조
140: 처리수조 200: 알칼리슬러지조
a: 알칼리 화합물 공급통로 b: 슬러지 공급통로
c: 알칼리슬러지 이송통로 d: 활성슬러지 반송통로
e: 활성슬러지 배출통로 f: 용존산소 저감 활성슬러지 공급통로
본 발명의 하·폐수처리장치 및 이를 이용한 하·폐수의 질소 및 인 저감방법은 활성슬러지와 혼합되어 하·폐수의 인을 저감시키는 알칼리 화합물을 함유하는 알칼리슬러지를 생물반응조에 첨가함으로써 하·폐수에 함유된 질소 및 인을 제거하는 과정에서 송풍량과 에너지를 절감하면서도, pH조절조의 pH와 용존산소를 동일하게 유지하여 총인 및 총질소를 각각 0.5 ㎎/ℓ이하 및 5 ㎎/ℓ이하로 처리할 수 있다.

Claims (20)

  1. 하·폐수 저장조, 생물반응조 및 처리수조를 포함하고;
    알칼리 화합물 공급통로 및 슬러지 공급통로와 연결되고, 구비된 교반장치로 상기 알칼리 화합물과 슬러지를 교반하여 알칼리슬러지를 제조하는 알칼리슬러지조, 및 상기 알칼리슬러지조의 알칼리슬러지를 상기 생물반응조로 이송하는 알칼리슬러지 이송통로를 포함하며;
    상기 생물반응조는 유입원수인 질소 및 인이 함유된 하·폐수의 유기물을 제거하고 탈질화를 시키기 위한 무산소조, 상기 무산소조로부터 유입된 하·폐수의 용존성 인을 불용성 인산염으로 변화시켜 활성슬러지에 흡착시키는 pH조절조, 상기 pH조절조로부터 유입된 유입수 및 활성슬러지를 질산화시키고 상기 활성슬러지를 막분리하여 수처리하는 분리막조를 포함하고;
    상기 분리막조는 분리막조에서 처리된 활성슬러지 중 일부를 무산소조로 내부 반송시키는 활성슬러지 반송통로 및 다른 일부의 활성슬러지를 외부로 배출시키는 활성슬러지 배출통로를 포함하는 하·폐수 처리장치에 있어서,
    상기 pH조절조는 pH조절조 내부로 공기방울을 공급하는 노즐을 구비한 공기방울 공급장치, 및 상기 공기방울 공급장치에서 배출되는 공기방울의 상승을 방해하는 차단판이 수면에 경사지게 설치되고,
    상기 차단판에는 다수의 구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공기방울 공급장치의 노즐의 직경은 0.5 내지 10 mm인 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 공기방울 공급장치의 노즐의 직경은 2 내지 8 mm인 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 경사지게 설치된 차단판의 상측단은 공기방울의 상승통로를 제공하도록 상기 pH조절조의 측벽으로부터 이격된 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 경사지게 설치된 차단판의 하측단은 알칼리슬러지의 하강통로를 제공하도록 상기 pH조절조의 측벽으로부터 이격된 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 차단판의 이격된 상부에 하나 이상의 별도의 차단판이 추가 설치되고, 상기 상부에 추가 설치된 차단판이 그 하부에 설치된 차단판에 의해 형성된 공기 상승통로를 통한 공기방울의 상승을 방해할 수 있도록, 상기 상부에 추가 설치된 차단판과 그 하부에 설치된 차단판에 의해 형성된 공기 상승통로가 상기 pH조절조의 밑면의 수직방향으로 볼 때 서로 다른 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 상부에 추가 설치된 차단판이 그 하부에 설치된 차단판은 각각의 경사 방향이 다르게 지그재그로 설치된 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 차단판의 구멍 직경은 상기 공기방울 공급장치의 노즐의 직경 이상인 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 하·폐수 처리장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 차단판의 구멍 직경은 0.6 내지 15 mm 인 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리장치.
  10. 제6항에 있어서, 상기 상부에 설치된 차단판의 구멍의 크기는 상기 하부에 설치된 차단판의 구멍의 크기 이상인 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 차단판의 경사진 상측으로 갈수록 구멍의 크기가 커지는 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리장치.
  12. 제8항에 있어서, 상기 차단판의 구멍은 상기 공기 상승통로와 접한 차단판의 일단에 인접한 영역에 형성된 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리장치.
  13. 제6항에 있어서, 상기 상부에 설치된 차단판과 하부에 설치된 차단판에 형성된 구멍은, 상기 pH조절조의 밑면의 수직방향으로 볼 때 서로 다른 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리장치.
  14. 제5항에 있어서, 상기 차단판의 하면에는 차단판의 경사방향에 수직하게 주름이 형성된 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 차단판의 경사진 상측으로 갈수록 주름의 깊이가 깊어지는 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리장치.
  16. 제5항에 있어서, pH 조절조의 수면에 평행한 임의의 면과 상기 차단판의 하면 사이의 각도가 상기 차단판의 상면 사이의 각도보다 작은 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리장치.
  17. 제5항에 있어서, 상기 무산소조 외부 또는 내부에 상부에서 하부로 갈수록 직경이 감소하는 관형 활성슬러지 체류부를 포함하고, 상기 관형 활성슬러지 체류부 상부로 상기 활성슬러지 반송통로를 통해 배출되는 활성슬러지 및 상기 하·폐수가 각각 공급된 후, 상기 관형 활성슬러지 체류부 하부로 활성슬러지 및 하·폐수의 혼합물이 침강되어 상기 무산소조의 하부로 공급되는 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리장치.
  18. 제5항에 있어서, 상기 알칼리 화합물은 차아염소산나트륨(NaOCl), 차아염소산칼슘(Ca(OCl)2), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 소듐바이카보네이트(NaHCO3), 포타슘바이카보네이트(KHCO3), 마그네슘하이드록사이드(Mg(OH)2), 과탄산나트륨(2Na2CO3-3H2O), 칼슘하이드록사이드(Ca(OH)2), 칼슘옥사이드(CaO) 및 마그네슘옥사이드(MgO)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리장치.
  19. 슬러지와 알칼리 화합물을 혼합하여 알칼리슬러지를 제조한 후, 무산소조, pH조절조 및 분리막조를 포함하여 이루어진 생물반응조에 알카리슬러지를 첨가하는 하·폐수의 질소 및 인 저감방법에 있어서,
    청구항 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항의 하·폐수 처리장치를 이용하되,
    상기 하·폐수 처리장치는 구멍 직경이 0.6 내지 15 mm 인 하나 이상의 차단판 및 노즐의 직경이 0.5 내지 10 mm인 공기방울 공급장치를 통해 공기방울을 공급하여, pH조절조 내부 조건을 pH 6.5 내지 7.5 및 용존산소 1 내지 10 ㎎/ℓ가 되도록 송풍량을 조절하는 것을 특징으로 하는 하·폐수의 질소 및 인 저감방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 알칼리슬러지는 생물반응조의 유입수가 포함된 활성슬러지 100 부피부에 대하여 5 내지 40 부피부로 첨가되는 것을 특징으로 하는 하·폐수의 질소 및 인 저감방법.
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