KR20090030397A

KR20090030397A - 하/폐수처리장의 질소 및 인 고율 제거장치.

Info

Publication number: KR20090030397A
Application number: KR1020070095670A
Authority: KR
Inventors: 엄태경
Original assignee: (주)범한엔지니어링 종합건축사 사무소
Priority date: 2007-09-20
Filing date: 2007-09-20
Publication date: 2009-03-25
Anticipated expiration: 2027-09-20
Also published as: KR100945458B1

Abstract

본 발명은 하수처리장이나 폐수처리장에서 질소와 인을 고율로 제거하기위한 고도처리에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 완전자동 운전으로 호기탈질에 의하여 질소를 고율로 제거하고, 응집제를 이용하여 인을 고율로 제거하는는 고도처리장치에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 유량 조정조로부터 이송된 유입하수와 반송슬러지를 혼합하는 혼합조, 인 방출을 위한 혐기조, 질산화와 탈질을 동시에 하는 호기 탈질조, 용존산소 농도를 높이는 호기조, 경사판식 중력식 침전지, 응집 여과기를 연속으로 설치하고, 유량 조정조에는 총질소농도계를 설치하고, 호기탈질조에는 용존 산소 농도계와 산화 환원전위계(ORP) 및 총질소농도계, 암모니성 질소 농도계, 질산성 질소 농도계, 혼합액 농도계를 설치하고, 유량조정조와 호기탈질조의 총질소농도차이가 일정하게 유지되도록 잉여 슬러지량과 반송 슬러지량을 자동 조절하게 하고, 호기탈질조용 송풍기와 산화환원 전위계를 자동연동운전하게 하여, 산화 환원 전위가 미리 정한 값으로 일정하게 유지될 수 있도록 하되, 호기탈질조의 암모니아성 질소 농도 값이 증가하거나 감소하면 그에 상응하여 공기공급량을 자동조절 하여, 이상적인 호기 탈질을 유지하여 질소를 낮은 농도까지 제거하고, 경사판 침전지를 통과한 상등수는 응집제와 혼합하여 응집지에서 커다란 플록으로 성장시켜서 섬유상 여과기에서, 플록을 제거함으로서 수중의 인을 낮은 농도가 되게 처리하는 것에 특징이 있다.

호기탈질, 총질소, 암모니아성질소 , 질산성질소 , 고도처리. TMS

Description

하/폐수처리장의 질소 및 인 고율 제거장치.{Apparatus for high rate removal of nitrogen and phosphorus from SWTP/WWTP.}

본 발명은 하/폐수처리장에서 유입수중의 질소와 인을 제거하는 고도처리에 관한 것으로서, 특히 호기탈질공정을 완전 자동화하여 생물학적으로 질소를 고율로 제거하고, 응집제를 이용하여 인을 고율로 제거하는 기술이다.

본 발명은 하/폐수중의 질소 및 인을 고율로 제거하는 고도처리에 관한 기술이다.

하/폐수(이하 "하수"라 통칭한다)중의 질소와 인을 생물학적으로 제거하는 기술로서는 A₂/0 공정, 혐기호기 SBR공정 등이 대표적인 것이지만 어느 것이나 질소제거율을 80％이하이기 때문에 방류수중의 잔류질소 농도가 높고, 생물학적 질소 공정은 슬러지의 체류시간(SRT)이 길어서 생물학적으로 인을 제거하는 데는 부정적 요인이 된다.

최근에 방류수역 및 수계보호를 위하여 환경오염물질 배출 총량규제가 강화됨에 따라 방류수의 질소 농도 및 인 농도가 매우 낮아야만하게 되었다.

널리 알려지지는 않았지만 질산화 동시 탈질공정( 호기탈질 공정 이라고도 함, 본 발명에서는 "호기탈질" 이라 칭한다)이 있는데 이 공정은 슬러지의 내부순환 없이 질소제거율을 높일 수 있고, 이론적으로는 방류수의 질소 농도를 1mg/L까지 낮출 수 있다.

그러나 이 공정은 운전의 기준이 되는 ORP값이 일부 알려져 있을 뿐으로 효과적이고 안정적인 고도처리를 위한 조건들은 개발되어 있지 않다.

그리고 이 공정 역시 긴 슬러지 체류시간을 필요로 하기 때문에 생물학적으로 인을 제거하는 데는 한계가 있어 낮은 인 농도의 방류수를 얻을 수 없었다.

본 발명의 과제는 호기탈질 공정의 운전에, 각종 계측기와 자동제어 장치를 이용하여 최적의 상태로 공정을 자동운전 하여, 질소 제거율을 극대화함과 동시에 안정적으로 유지하고, 경사판식 중력침전지로 정화한 상등수에 응집제를 투여하여 응집, 여과하여 방류수중의 인 농도를 매우 낮게 유지하는 것이다.

본 발명은 유량조정조에 총질소농도계를 설치하고 호기탈질조에는 총질소농도계, 암모니아성 질소 농도계, 질산성 질소 농도계, DO농도계, 산화완원전위계, MLSS 농도계를 설치하고, 응집 여과기를 설치하고, 최종 방류구에는 TMS를 설치하여 총질소농도차, 암모니아성 질소 농도값, 질산성 질소 농도값, 산화환원전위값 및 인 농도에 따라 미리 정한 공정조절이 자동적으로 이루어지도록 하여 하수중의 질소 및 인을 고율로 제거하도록 하였다.

본 발명은, 각종 계측기와 자동제어 장치를 이용한 완전 자동운전으로, 고도처리공정인 호기탈질 공정의 처리효율을 높이고, 응집여과를 이용하여 하수중의 질소 및 인을 고율로 제거함으로서, 방류수중의 질소 및 인의 농도를 매우 낮게 유지하고, 방류수역의 수질과 생태계를 보전하는 효과가 있으며, 공정구성이 단순하여 경제적이고 유지관리가 용이한 효과가 있다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

하수는 전처리 시설(1)로 유입되어 협잡물을 제거한 다음 유량조정조(2)로 유입되고, 유입펌프(4)에 의하여 혼합조(5)로 이송하고, 혼합조(50에서 혼합교반기(6)의 교반 작용으로 반송 슬러지와 균등하게 혼합된다.

혼합조(6)을 통과한 하수는 혐기성으로 유지되는 인 방출조(7)로 이송되어, 혐기상태에서 교반기(8)로 서서히 교반되면서 세포내에 축적하였던 인을 방출하고, 호기탈질조(9)로 이송된다.

호기탈질조(9)에는 산화환원 전위계(14), 총질소 농도계(15), MLSS농도계(16), 암모니아성질소 농도계(17), 질산성질소 농도계(18), DO농도계(19)를 설치하고, 바닥에는 산기관1(10)을 설치하고, 산기관1은 배관을 통하여 공기량 제어밸브1(11)에 연결하고 공기량 제어밸브1은 풍량가변 송풍기(13)에 연결하였다.

상기 각종 계측기는 신호선으로 연결하여 제어반(36)에 연결하였고, 제어반 (36)에서는 필요한 연산 및 제어 신호를 발생하며, 제어 신호는 대응하는 각종 기계장치에 연결하였다.

호기탈질조(9)에서는 산화환원전위를 +300mV( 수소전극 기준, 백금전극으로는 + 125mV)로 유지하면, 아질산균인 니트로소모나스가 작용하여, 아질산화( 암모니아성 질소를 아질산(NO₂)으로 산화함과 동시에 아질산을 질소가스(N₂)로 변환시켜 공기 중으로 방출하면서 하수중의 질소를 제거한다.

이때 호기탈질조(9)의 DO농도는 유입수 성상에 따라 다르나 0.2∼0.7mg/L범위로 유지된다.

호기탈질조(9)에서 산화환원전위가 적정치보다 높으면( 더 호기적인 상태)처리수중에 질산성 질소가 증가하고, 산화환원전위가 적정치보다 낮으면 암모니아성 질소가 증가한다.

두 경우 모두 질소제거율이 나빠지기 때문에 호기탈질조(9)의 유출부 수질에서 암모니아성 질소가 적정치 이상으로 증가하면 산화환원 전위를 높여야 하고, 산화환원 전위를 높이려면 호기탈질조(9)에 공급하는 공기량을 증가시켜야 한다.

질산성 질소가 적정치 이상으로 증가하면 산화환원전위를 낮게 하여야 하는데 산화환원전위를 낮게 하려면 호기탈질조(9)에 공급하는 공기량을 감소시켜야 한다.

이러한 작용을 사람이 수동으로 조절할 수는 없으므로, 호기탈질조(9)에 설치한 질산성 질소 농도계(18)과 암모니아성 질소 농도계(17) 및 산화환원 전위계 (14)와 DO농도계(19)의 신호를 이용하여 제어반(36)에 내장된 연산제어장치에서 [도면4] 와 [도면5] 의 연산 및 제어 신호를 발생하여, 공기량 제어밸브1(11)과 풍량가변 송풍기(13)의 운전조건을 자동적으로 변화하게 하여 조절한다.

유입 하수량이 증가하거나 농도가 높아지거나 할 때에는 그 상태로 운전을 계속하면 MLSS부족으로 총질소 제거율이 저하하며, 이때 총 질소 제거율을 이상적으로 유지하려면 호기탈질조(9)내의 MLSS량을 증가시켜야 한다.

이를 위하여 유량 조정조(2)에 설치한 총질소농도계(3)와 호기탈질조(9)의 유출부에 설치한 총질소농도계(15)의 총질소 농도값 차이가 적정치를 초과하거나 호기탈질조(9)내의 총질소 농도가 미리 정한 적정치를 초과하는 경우에는 [도면3] 의 연산 및 제어 신호를 발생하여, 잉여 슬러지펌프(38)의 운전시간을 줄이거나 펌프의 회전수를 감소시키도록 자동적으로 제어하여, 호기 탈질조(9)내의 MLSS농도를 증가시킴으로서 총 질소 제거율을 적정한 상태로 유지하고, 제어반(36)에서는 [도면3] ∼ [도면5] 의 연산 및 제어를 동시에 수행하여 호기탈질조(9)에서 총질소를 효과적으로 제거한다.

호기탈질조(9)를 통과한 하수는 호기조(20)에서 DO농도가 1∼2mg/L이 되도록 포기를 하여 호기탈질조에서 미처리될 수도 있는 미량의 암모니아성 질소를 질산성 질소로 산화하고, 호기성미생물의 활성을 높인다.

호기탈질조에서 탈질이 효과적으로 일어나기 위해서는 체류시간 8시간에 MLSS농도는 3,000mg/L로 운전한 실험 결과로부터, 본 발명에서는 기존의 활성 슬러지공정의 체류시간인 5∼6시간에서 호기탈질이 일어나도록 MLSS농도를 4,500mg/L로 유지하게 하였다.

MLSS농도가 이렇게 높아지면 침전성이 나빠져서 기존의 중력식 침전지에서는 안정적으로 침전이 일어나기 어렵기 때문에 본 발명에서는, 침전지를 침전속도가 빠른 경사판 침전지(24)로 계획하였다.

인의 제거는 인 방출조(7)에서 인을 방출하였던 인 제거 미생물이 호기 탈질조(9)의 호기성상태에서 인을 재 흡수하는데 이 재 흡수량은 정상적인 세포의 인 성분량보다 3∼5배 더 많이 흡수하여 미생물의 세포내에 축적하고 이 미생물이 호기조(20)을 거쳐 경사판 침전지(24)에서 잉여 슬러지로 제거되면서 인도 함께 제거 된다.

이때의 인 제거율은 활성 슬러지공정보다는 높지만 호기탈질조(9) 미생물의 슬러지 체류시간(SRT)이 길어서, 인 제거율이 약간 저하되어 실제적인 제거율은 60％대 정도이다.

따라서 환경오염물질배출 총량제에 대응하는 수준인 0.2∼0.5mg/L수준으로 낮추기 위해서는 알루미늄 염(alum)이나 염화 제2철 등의 응집제를 사용하여 추가적으로 인을 제거하여야 한다.

하수처리장의 인 유입농도는 통상적으로 5mg/L정도이므로 생물학적으로 60％가 제거되었다면 남은 농도는 2,0mg/L이며 이를 0.5mg/L이하로 낮추기 위해서는 인 1 mole에 대하여 약 3∼5mole의 응집제를 공급하여야 한다.

응집제 주입량은 제어반(36)과 응집제 주입 조절기(30)에서 [도면6] 의 프로그램을 수행하여 총인 농도계(25)와 TMS의 인농도를 이용하여 결정하되, 주입량은 총인 농도계(25)의 농도값과 방류수 기준 인농도의 차이에 유량과 응집제 주입 몰(mole) 비를 곱하여 구하여, 자동적으로 주입량을 조절한다.

인 제거를 위하여, 경사판 침전지의 상등수는 혼화지(26)에서 약 1∼5초의 짧은 시간동안에 응집제 주입기(28)에서 공급된 응집제와 교반에 의하여 접촉하면서, 침전성의 인 화합물의 플록을 형성한다.

이 플록은 응집지(27)에서 약 5∼10분간 응집되어 커다란 플록으로 성장한 다음 섬유상 여과기(31)에서 여과되어, 걸러진 고형물은 세척수 이송펌프(32)에 의하여 슬러지 저류조(39)로 이송된다.

섬유상 여과기(31)에서는 유입된 플록의 약 85％가 제거되므로 방류수중의 인 농도는 0.3mg/L이하가 되고 섬유상 여과기는 손실수두가 300mm수두 이하이므로 자연유하 상태를 유지할 수 있다.

섬유상 여과기(31)을 통과한 상등수는 소독장치(33)에서 세균이 제거된 상태의 깨끗한 물이 되어 방류된다.

최종 방류구에는 TMS가 설치되어 유량 및 각종 수질항목을 측정하여 제어반(36)으로 전송함과 동시에 외부(환경관리공단)로 전송한다.

본 발명의 다른 실시 예는 유입하수의 농도 변화가 매우 큰 경우에 대응하기 위한 것으로 [도면2] 와 같이 공정을 구성하였다.

[도면2] 의 공정은 상기 [도면1] 의 공정에 슬러지 보충조(41)와 슬러지 보충펌프(34-1)이 추가된 것으로서, 유입하수의 농도가 급격히 증가하는 경우에는 잉여슬러지 배출량 조정만으로는 유출수의 농도를 기준치 이하로 안정적으로 유지하 는것이 어렵기 때문에, 이때에는 슬러지 보충조(41)에 저장되었던 활성슬러지를 슬러지 보충펌프(34-1)로 양수하여 혼합조(5)를 통하여 상기 호기탈질조 등의 생물반응조에 공급하여, 생물반응조의 혼합액 농도를 높게 하여 급격히 증가한 하수의 오염물질을 분해처리 한다.

유입하수의 농도가 낮아지면 경사판 침전지에서 침전된 슬러지를 우선 슬러지 보충조(41)에 만수위가 되도록 충전하고, 나머지 초과 슬러지는 잉여 슬러지펌프(38)을 통하여 슬러지 저류조로 이송하여 제거한 다음, 농축 탈수기(40)으로 탈수하여 탈수케이크를 장외로 반출하여 처분한다.

본 발명의 공정구성은 기본적으로는 활성 슬러지 공법과 유사하며 단지 운전조건과 구조물내 설비 일부가 다를뿐이므로 기존의 활성슬러지 공정을 개량 또는 일부 보완하면, 그대로 적용이 가능한 것을 알 수 있다.

도면 1 은 본 발명의 구성을 표시한 공정도.

도면 2 는 본 발명의 다른 실시 예를 나타낸 공정도.

도면 3 은 본 발명의 최적공정 유지를 위한 총질소 제거 프로그램 설명도.

도면 4 는 본 발명의 최적 공정유지를 위한 암모니아성 질소 제어 프로그램 설명도.

도면 5 는 본 발명의 최적 공정유지를 위한 질산성 질소 제어 프로그램 설명도.

도면 6 은 본 발명의 최적 공정유지를 위한 총인 제어 프로그램 설명도.

Claims

전처리시설을 가진 하수처리장에서, 유량조정조(2), 혼합조(5), 인 방출조(9), 호기탈질조(9), 호기조(20), 경사판 침전지(24), 혼화지(26), 응집지(27), 초고속 여과기(31), 소독장치(33)을 연속하여 설치한 것을 특징으로 하는 하/폐수처리장의 질소 및 인 고율 제거장치.
청구항1에 있어서, 유량조정조(2)에는 총질소 농도계(3)를 설치하고, 호기탈질조(9)에는 산화환원전위계(14), 총질소농도계(15), MLSS농도계(16), 암모니아성질소 농도계(17), 질산성질소 농도계(18), DO농도계(19)를 설치하고, 경사판 침전지(24)의 상등수 유출부에 총인 농도계(25)를 설치한 것을 특징으로 하는 하/폐수처리장의 질소 및 인 고율 제거장치.
청구항1과 청구항 2에 있어서, 제어반(36)에서 [도면3] 의 제어프로그램을 수행하여, 총질소농도계(3)과 총질소농도계(15)와의 총질소 농도차를 측정하여, 그 차이가 미리 정한 범위내로 유지되도록 잉여 슬러지 제거량을 자동적으로 조절하여, MLSS농도를 적합하게 유지도록 한 것을 특징으로 하는 하/폐수처리장의 질소 및 인 고율 제거장치.
청구항 1과 청구항2에 있어서, 제어반(36)에서 [도면4] 및 [도면5] 의 제어 프로그램을 수행하여 호기탈질조내의 질산성질소 농도와 암모니아성 질소 농도가 미리 정한 기준 이내로 유지되도록 호기탈질조에 공급하는 공기량을 자동적으로 조절하게 한 것을 특징으로 하는 하/폐수처리장의 질소 및 인 고율 제거장치.
청구항1과 청구항2에 있어서, 제어반(36)과 응집제주입조절기(30)에서 [도면6] 의 제어프로그램을 수행하여, 총인 농도에 따라 응집제 주입량을 자동 조절하여 방류수중의 총인 농도가 기준치 이내로 유지되도록 한 것을 특징으로 하는 하/폐수처리장의 질소 및 인 고율 제거장치.
청구항1과 청구항2에 있어서, 산기관1(10)과 공기량 제어밸브1(11) 및 풍량가변송풍기(13)으로 공기량 공급장치를 구성한 것을 특징으로 하는 하/폐수처리장의 질소 및 인 고율 제거장치.
청구항1과 청구항2에 있어서, 호기탈질조에 반송슬러지량을 추가적으로 공급할 수 있도록 슬러지 슬러지보충 조(41)과 슬러지 보충펌프(34-1)을 설치한 것을 특징으로 하는 하/폐수처리장의 질소 및 인 고율 제거장치.