KR20130003238A - 유기물과 질소성분을 함유한 축산폐수, 소화폐액, 음폐수의 처리 장치 및 그 처리 방법 - Google Patents
유기물과 질소성분을 함유한 축산폐수, 소화폐액, 음폐수의 처리 장치 및 그 처리 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 목적은 축산분뇨, 음식물류 폐기물, 하수슬러지 등 유기성 폐기물을 단독 또는 병합하여 혐기소화처리 시 배출되는 소화폐액, 음식물류 폐기물에서 침출되는 음폐수, 축산폐수와 같은 고농도 유기성폐수를 처리하여 하수처리장 연계처리 또는 수계에 직접 방류하기 위한 폐수처리장치 및 처리방법에 관한 것으로, 처리대상 폐액 또는 폐수를 탈수기와 침전조를 이용하여 고액분리한 후, 액상을 처리함에 있어서 탈기법에 의해 고농도의 암모니아성 질소를 제거한 후, 혐기성 그래뉼공법을 이용하여 고농도의 유기물을 제거하며, 질산화 반응조에서 잔여 암모니아성 질소를 질산성 질소 또는 아질산성 질소로 변환시킨 후, 일부는 종속영양탈질에 의해 제거하고 일부는 황산화탈질공법(특허10-0503134호)을 이용하여 질산성 질소 또는 아질산성 질소를 제거하도록 구성하여; 방류하는 수질의 기준에 따라 선택적으로 오존산화를 이용하여 색도 및 잔존하는 난분해성 유기물(COD)을 분해제거하고, 활성탄여과에 의해 잔존하는 COD 및 고형물(SS)을 흡착제거한 후 방류할 수 있는 특징이 있다.
Description
본 발명은 유기물과 질소성분을 함유한 축산폐수, 소화폐액, 음폐수의 처리 장치 및 그 처리 방법에 관한 것으로, 특히 축산분뇨, 음식물류 폐기물, 하수슬러지 등 유기성 폐기물을 단독 또는 병합하여 혐기소화처리 시 배출되는 소화폐액, 음식물류 폐기물에서 침출되는 음폐수, 축산폐수와 같은 고농도 유기성폐수를 처리하여 하수처리장 연계처리 또는 수계에 직접 방류하기 위해 유기물과 질소성분을 함유한 축산폐수, 소화폐액, 음폐수의 처리 장치 및 그 처리 방법에 관한 것이다.
고농도의 유기물과 질소성분이 함유되어 있는 축산폐수의 경우, 국내에서 발생되는 총 오폐수 발생량의 0.5% 정도이나, 수계에 미치는 오염 부하율은 18%로, 하천 및 호소에 수질악화 및 부영양화를 초래하여 수계의 이용도를 저하시킬 뿐 아니라 식수원을 위협하며 토양 및 지하수의 오염을 가속시키고 있다. 또한 발생되는 악취 및 해충의 번식은 인근 주민의 생활환경을 악화시켜 주민의 민원 대상이 되고 있다.
축산분뇨와 같은 유기성 폐기물을 처리하면서 에너지를 생산할 수 있는 혐기소화기술의 보급이 진행되면서, 혐기소화 후 배출되는 소화폐액의 처리문제가 대두되고 있다.
소화폐액은 축산폐수와 마찬가지로 고농도의 유기물과 질소를 함유하고 있어 액비로서의 사용이 권장되고 있으나, 국내 여건상 전량을 액비로 사용하기엔 다소 문제가 있다.
이에, 액비 사용과 함께, 일부는 수처리하는 방안이 검토되고 있으나, 아직 수처리공정이 완성되지 않았으며, 현지 다양한 수처리공정이 연구되고 있다.
혐기소화 후의 소화폐액은 축산폐수와 유사한 성상을 함유하고 있으나, 분과 노를 고액분리한 후 배출되는 축산폐수와는 달리 축산분뇨를 혐기소화공정을 통해 어느 정도의 유기물을 분해, 제거하므로, 축산폐수에 비해 소화폐액에는 난분해성 유기물의 잔존량이 많고 질소농도가 더 높은 것이 일반적이다.
결과적으로, 혐기소화 후의 소화폐액이 축산폐수에 비해 수처리가 어렵다고 볼 수 있으며, 오래전부터 처리대상이었기 때문에 다양한 기술이 개발되어 있는 축산폐수와는 달리, 유기성 폐기물의 에너지화라는 명목아래 개발되고 있는 혐기소화기술개발은 최근에 진행되고 있어 소화폐액을 처리하는 기술개발은 이제 시작되었다고 할 수 있다.
이러한, 성상면에서 소화폐액과 가장 유사하다고 할 수 있는 축산폐수의 처리법으로는 액상부식법, HBR, BIOSUF, B3공법, SBR공법, 자연정화법 등이 있으나, 질소와 인의 제거효율이 미비하며, 유기물과 질소성분을 제거하는데 긴시간을 필요로 하기 때문에 시설투자비 및 운전비용이 많이 소요되고, 운전이 난해하다.
유기물의 저감에 대해서는 많은 부분에서 처리 방법이 연구되어 충분한 체류시간과 적정한 유입농도가 유지되면 어느 정도 유기물 제거효율을 달성할 수 있으나, 이는 시설설치비 및 운전관리비에 직접적인 영향을 주므로 이로 인해 원활한 처리를 수행하고 있는 곳이 적다.
또한 질소 및 인과 같은 부영양화 유발물질과 착색문제는 후속고도처리공정에서 높은 제거효율을 달성하기 어려운 현실이다. 이 역시 비용과 상대적인 관계에 있기 때문이다.
일반적으로 축분에 함유된 CODCr농도는 180,000 ~ 250,000㎎/ℓ, 축뇨의 CODCr농도는 10,000 ~ 20,000㎎/ℓ으로 약 20배의 차가 있으며, 암모니아성 질소는 분이 5,000 ~ 10,000㎎/ℓ, 뇨는 4,000 ~ 5,000㎎/ℓ으로 약 2배의 차를 보인다.
축산폐수 공공처리장에서는 분과 뇨의 분리를 기본으로 하여, 공공처리장 유입 시 분과 뇨의 분리가 되지 않아 BOD농도가 높은 경우, 반입을 불허하고 있다.
음식물류 폐기물은 대표적인 유기성 폐기물로서, 소득수준의 향상에 따른 음식소비 증가 및 음식물 분리수거 확산으로 발생량이 지속적으로 증가하고 있다. 더욱이 2005년부터 직매립이 금지되면서 처리가 더욱 어려워졌다(환경부, 2007). 음식물류 폐기물은 배출원별로 성분의 차이가 있다.
그리고, 수분함량의 경우, 농산물도매시장에서 배출되는 쓰레기가 약 90%, 가정에서 배출되는 쓰레기가 약 80%, 식당에서 배출되는 쓰레기가 약 77%이다. 유기물 함량은, 식당이 88%, 가정이 83%, 농산물도매시장이 77% 이며, 염분(NaCl)함량은, 가정이 4.8%, 식당이 3.4%, 농산물도매시장이 0.8%로 알려져 있다(농업진흥청, 1999). 염분은 퇴비화에서 가장 주의가 필요한 성분으로 현재는 전처리단계에서 가수(加水)함에 의해 조절하고 있으나, 혐기소화 처리량과 음폐수(소화 후 고액분리하여 발생되는 소화탈리액 : 음식물류 폐기물 폐액) 처리량이 증가한다는 단점이 있다.
위에 기술한 것과 같이 음식물류 폐기물의 재활용 시 가장 큰 난점은 음폐수의 처리라고 볼 수 있다. 환경부의 자료에 따르면 음폐수 발생량은 매년 증가하고 있으며, 공공수역 방류를 위해 하수처리장 등에서 처리가 필요하나, 방류수 수질기준 준수부담으로 하수처리장에서는 공공시설에서 발생되는 음폐수를 위주로 처리하고 있고, 민간업체는 고액분리한 후 고형물 8%를 포함한 폐수를 해양배출하고 있으나, 2012년부터는 해양투기가 전면금지되므로 육상에서의 처리방안을 찾아야하는 문제를 안고 있다.
최근에는, 해양오염의 문제 등에 의해 전 세계적으로 해양배출량을 점차 감소시키고 있으며, 국내에서도 1993년에 가입한 런던협약 및 1996의정서 가입을 추진하면서 국제적 규제기준 적용에 따라 해양배출기준을 강화하고 있다. 해양배출량에 대한 규제가 강화되면, 민간업체에서 행하고 있는 처리방식을 전면적으로 변경하여야 한다.
이러한, 하수처리장 등에서 처리하려면 하수처리장의 부하가 증가하는 만큼 하수처리장 용량을 증가시켜야하고, 처리장 용량 증가 없이 처리하려면 음폐수 처리시설을 완벽하게 갖추어야 한다.
그러나, 현재 국내에는 음폐수를 하수연계처리를 위한 수질을 맞출 수 있는 기술이 몇 가지 있을 뿐, 공공수역 방류기준까지 처리할 수 있는 기술은 전무한 상태이다. 물론 시설투자비용이 충분하다면 다양한 기술의 접목에 의해 어느 정도 처리 가능하나, 많은 투자를 하기 어려운 것이 현실이다.
그리고, 소화폐액, 음폐수 및 축산폐수등과 같은 유기성 폐수을 처리할 때, 유기물을 제거하는 본처리 기술 중에서 가장 처리효율이 높은 것은 혐기성 처리법이다. 그러나 혐기성 처리법은 질소 및 인의 제거가 불충분하며, 혐기성 처리법의 유입수에 고농도의 암모니아성 질소가 함유되어 있으면 프리암모니아(FA)농도가 높아짐에 의해 처리효율이 저하되는 문제점이 있다.
호기성 처리법에는 활성슬러지법, 활성슬러지변법(AO법, A2O법, 막분리 활성슬러지법 등), 생물막법(접촉산화법, 회전원판법 등), 회분식 활성슬러지법, 산화구법 등이 있다(畜産糞尿處理施設ㆍ機械選定 ガイドブック, 畜産環境整備機構, p. 13, 2004). 호기성 처리법은 유기물(BOD)농도가 3,000mg/L이상이거나 유기물과 질소의 비(C/N비)가 5 이하이거나 10 이상이면 처리효율이 매우 낮아져 체류시간이 길어지고 넓은 부지를 필요로 하는 등의 문제점이 있다.
질소 및 인의 고도처리에 있어서는, 질소는 주로 생물학적 처리기술을 이용하며, 인은 화학적 응집침전기술을 이용한다.
질소제거에는, 독립영양미생물을 이용한 질산화와 종속영양미생물을 이용한 탈질을 결합한 생물학적 처리법이 주종을 이루고 있다. 이 경우, 질산화는 암모니아(NH4 +-N)가 독립영양미생물에 의해 아질산성 질소(NO2 --N) 또는 질산성 질소(NO3 --N)로 전환하는 과정으로, 암모니아에서 아질산으로 산화될 때는 Nitrosomonas, Nitrosococcus , Nitrosobacillus등의 미생물이 관여하며, 아질산에서 질산으로 산화될 때는 Nitrobacter , Nitrosocystis등이 관여한다.
질산화반응은 산소가 필요하며, 다량의 질산화미생물을 반응조 내에 확보ㆍ유지시키지 않으면 안 된다. 또한 다량의 알칼리도도 필요하므로 저하되는 pH를 조절하기 위해 pH buffer가 요구된다. 여기에 온도, BOD/N비, 암모니아농도 등도 질산화반응에 영향을 준다.
탈질은 용존산소(DO)가 존재하지 않고 질산성질소 또는 아질산성질소가 존재하는 무산소(Anoxic)상태에서 Pseudomonas , Bacillus , Micrococcus등의 종속영양미생물에 의해 질산이나 아질산이 질소가스(N2)로 전환되는 과정을 말한다. 종속영양 탈질반응에는 전자공여체로서 유기 탄소원을 필요로 하므로, 유기탄소원이 낮은 경우에는 메탄올과 같은 유기탄소원을 첨가해 주어야 한다. 그러나 메탄올 첨가의 경우에는 적절한 첨가량의 제어가 곤란하고 메탄올 자체의 독성 때문에 처리수에 메탄올이 잔존하면 2차 오염의 원인이 된다. 이론적인 메탄올 필요량은 처리해야할 질소량의 3배 이상이 필요하다고 되어 있으나, 실제 현장운전을 한 결과에서 보면 3~10배로 평균 6.5배 정도가 필요한 것으로 알려져 있다.
독립영양미생물을 이용한 질산화와 종속영양미생물을 이용한 탈질을 결합한 생물학적 처리법은 대부분 무산소조-호기조로 이루어지며 폐수를 순환시킴에 의해 무산소조에서는 탈질, 호기조에서는 질산화가 일어나게 한다. 그러나 이 방법은 반응조를 각각 별도로 설치하여야 하므로 넓은 설치부지가 요구되며 호기조 용량을 크게 해야만 한다. 반응조 용적이 작으면서 안정된 처리수를 얻기 위해서 현탁 활성슬러지 대신에 활성슬러지 또는 질산화균이나 탈질균을 고정화한 담체를 충진하는 방법도 이용되고 있다.
그러나 담체가격이 비싸다는 단점과 담체표면에 미생물막을 형성하여 어느 정도 기간이 지나면 하중에 의해 침전되거나, 담체가 막혀 폐수나 공기가 담체 내부를 통과하지 못하면서 혐기화되는 문제가 발생한다. 이러한 문제는 담체 기공의 크기가 커서 발생되는 것이다.
최근에 주목받고 있는 황을 이용한 탈질은, Thiobacillus denitrificans로 대표되는 황산화 미생물이 황을 산화하는 과정에서 황산화에 필요한 산소성분을 질산성질소나 아질산성질소에 결합되어 있는 산소성분을 이용하면서 질산성질소나 아질산성질소를 질소가스로 전환시킴에 의해 물속에서 질소성분을 제거하는 반응이다.
황산화 탈질 반응은 산소가 존재하지 않고 질산성 질소나 아질산성 질소가 존재하는 무산소 상태에서 이루어진다. 황산화 탈질미생물은 절대 화학독립영양미생물로 CO2, HCO3 -, CO3 2 -등의 무기탄소를 탄소원으로 이용하여 생육하므로, 메탄올과 같은 유기탄소원을 투입해 줄 필요가 없다.
아울러, T. denitrificans에 의한 황탈질반응에 있어서 수소수용체로서 황화합물의 비용을 전자 당량 당 약품비용으로 비교한 결과, SO가 가장 경제적인 수소공여체라고 보고되어 있다(Bisogni, J. J.r. & Driscoll, C. T. Jr. : Denitrification using thiosulfate and sulfide, J. Environ. Eng. Div. Proc. ASCE, Vol. 103, p. 593~604(1977)).
이러한, SO는 자원이 풍부하고 가격이 저가이며, 저장이 쉽고 취급성이 좋으며, 독성이 없는 등의 장점이 있으나, 물에 쉽게 용해되지 않는다는 단점이 있다. 그리고 황산화 탈질 미생물은 응집성이 없어 미생물의 집적과 고액분리가 어렵다고 알려져 있다. 또한 황산화반응의 최종산물인 황산염이온이 pH를 저하시키는데, pH가 5.5이하가 되면 탈질반응에 저해를 받아 지속적으로 알칼리도를 보충하여 주어야하는 문제도 있다.
위에 서술한 황산화 탈질공법의 문제점을 해결하기 위해 당사에서 개발한 기술(특허 제0503134호)이 있으며, 이 기술은 황과 알칼리성물질을 용융하여 제조한 일체형담체를 사용함에 의해 기존의 황산화 탈질공법에서 발생되는 문제점을 모두 해결한 것이다.
음폐수 및 축산폐수 등에는 휴민산 유래의 갈색이 나타나는데, 이는 1차, 2차, 3차 처리를 거쳐도 거의 제거되지 않는다. 색도제거를 위해 펜톤산화법, 오존처리법, 전기분해법 등이 이용되는데, 약품비 및 전기료 등 제거효율에 비해 과다한 처리비용이 문제가 되고 있다.
이로 인하여, 구조가 간단한 동시에 폐수 및 폐액을 법적 방류 기준에 맞도록 정수할 수 있도록 개선된 폐수 처리장치 및 처리방법이 절실히 요구되는 실정이다.
본 발명은 축산분뇨, 음식물류 폐기물, 하수슬러지 등 유기성 폐기물을 단독 또는 병합하여 혐기소화처리 시 배출되는 소화폐액, 음식물류 폐기물에서 침출되는 음폐수, 축산폐수와 같은 고농도 유기성폐수를 처리하여 하수처리장 연계처리 또는 수계에 직접 방류하기 위함이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 축산폐수, 소화폐액, 음폐수와 같은 처리대상 폐액 또는 폐수를 처리하는 처리 장치에 있어서, 상기 폐액 또는 폐수를 고액분리하는 탈수기를 구성하고, 상기 고액 분리된 폐액 또는 폐수를 공급받아 잔여 고형물과 유기물을 분리, 제거하는 침전를 구성하며, 상기 침전조에 존재하는 깨끗한 상등수를 공급받아 고농도의 암모니아성 질소를 제거하는 탈기조를 구성하고, 상기 탈기조를 거쳐 암모니아성질소가 제거된 상등수를 공급받아 상등수에 함유된 고농도의 유기물을 제거하는 제1혐기조를 구성하며, 상기 혐기조를 거친 고농도 유기물이 제거된 상등수를 공급받아 잔여 암모니아성 질소를 질산성 질소 또는 아질산성 질소로 변환시킨 후, 일부는 종속영양탈질에 의해 제거하고, 나머지는 황산화탈질공법에 의해 질산성 질소 또는 아질산성 질소를 제거하는 미생물반응조로 구성되는 것을 특징으로 하는 유기물과 질소성분을 함유한 축산폐수, 소화폐액, 음폐수의 처리 장치 및 그 처리 방법을 제공한다.
이상에서와 같이 본 발명은 축산분뇨, 음식물류 폐기물, 하수슬러지 등 유기성 폐기물을 단독 또는 병합하여 혐기소화처리 시 배출되는 소화폐액, 음식물류 폐기물에서 침출되는 음폐수, 축산폐수와 같은 고농도 유기성폐수를 처리하여 하수처리장 연계처리 또는 수계에 직접 방류하기 위한 시스템으로, 적절한 폐수처리를 통해 생태계의 보호, 그리고 자연을 효과적으로 보전할 수 있는 유용한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 다양한 폐수를 처리하기 위한 처리장치를 나타낸 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 다양한 폐수를 처리하기 위한 처리방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 다양한 폐수를 처리하기 위한 처리방법을 나타낸 순서도이다.
이에 상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다양한 폐수를 처리하기 위한 처리장치는 축산폐수, 소화폐액, 음폐수와 같은 처리대상 폐액 또는 폐수를 처리하는 처리 장치에 관한 것으로, 탈수기(10) 및 고형물과 유기물을 분리제거하는 침전조(20), 암모니아성 질소를 제거하는 탈기조(30), 고농도 유기물을 제거하는 제1혐기조(40), 질소를 제거하는 미생물반응조(50)로 처리장치(100)가 구성된다.
먼저, 상기 탈수기(10)는 폐액 또는 폐수를 고액분리하는 것으로,
그리고, 상기 침전조(20)는 고액 분리된 폐액 또는 폐수를 공급받아 잔여 고형물과 유기물을 분리, 제거하도록 구성된다.
이때, 상기 탈수기(10)는 침전조(20)의 내부에 설치된다.
이러한, 상기 탈수기(10)에 소화폐액, 축산폐수, 음폐수 등의 유기성 폐수가 유입되면, 탈수기(10)에서 탈수함에 의해 고형물, 총인 등을 제거하도록 구성된 것이다.
한편, 상기 탈기조(30)는 침전조(20)에 존재하는 깨끗한 상등수를 공급받아 고농도의 암모니아성 질소를 제거하도록 구성한다.
아울러, 상기 탈기조(30)는 침전조(20)에서 고형물(SS)를 좀 더 처리하여 혐기반응에 적합한 고형물 농도까지 처리한 상등수가 유입되면 암모니아성 질소를 탈기시켜 제거하도록 구성된다.
그리고, 상기 제1혐기조(40)는 탈기조(30)를 거쳐 암모니아성질소가 제거된 상등수를 공급받아 상등수에 함유된 고농도의 유기물을 제거하도록 구성한다.
이러한, 상기 탈기조(30)에서 처리된 처리수는 제1혐기조(40)로 유입되어 혐기미생물(그래뉼)에 의해 유기물성분(CODCr, CODMn, BOD)이 분해되어 CH4와 CO2가스가 생성된다.
그리고, 상기 미생물반응조(50)는 제1혐기조(40)를 거친 고농도 유기물이 제거된 상등수를 공급받아 잔여 암모니아성 질소를 질산성 질소 또는 아질산성 질소로 변환시킨 후, 일부는 종속영양탈질에 의해 제거하고, 나머지는 황산화탈질균이 우점화되어 이루어지는 황산화탈질조(51)에서 황산화탈질반응에 의해 질산성 질소 또는 아질산성 질소를 질소가스로 제거하도록 구성된다.
여기서, 상기 미생물반응조(50)는 황산화탈질균이 우점화되어 이루어지는 황산화탈질조(51)가 구성된다.
그리고, 상기 황산화탈질조(51)와 연결되며, 제1교반기(52a)를 포함하여 이루어지는 제2혐기조(52)가 구성된다.
한편, 상기 제1혐기조(40)에서 처리된 처리수는 미생물반응조(50)의 제2혐기조(52)로 유입되며, 여기서 유기물이 일부 제거되고 인성분이 슬러지 외부로 방출되도록 구성된다.
아울러, 상기 제2혐기조(52)와 연결되며, 제2교반기(53a)를 포함하여 이루어지는 무산소조(53)가 구성된다.
이때, 상기 제2혐기조(52)에서 처리된 처리수는 무산소조(53)으로 유입되어 종속영양탈질미생물에 의해 잔류하는 유기물을 이용하여 질산성질소가 질소가스로 탈질되도록 구성된다.
더불어, 상기 무산소조(53)와 연결되며, 폭기노즐을 포함하여 이루어지는 호기조(54)가 구성된다.
이러한, 상기 무산소조(53)의 처리수는 호기조(54)로 유입되며 호기성 미생물에 의해 잔류 유기물이 분해되고 암모니아성 질소가 질산성질소 또는 아질산성질소로 질산화되며, 혐기조에서 방출된 인성분은 호기미생물에 흡수되어 잉여슬러지 제거 시 인성분이 제거되도록 구성된다.
한편, 상기 호기조(54)와 연결되는 침전조(55)와, 상기 침전조(54)에서 얻어지는 상등수를 황산화탈질조(51)로 공급하기 위해 연결되는 제1연결통로(56)로 구성되는 것이다.
아울러, 상기 호기조(54)에서 처리된 처리수는 황산화탈진조(51)로 유입되어 잔류하는 질산성질소나 아질산성질소가 독립영양미생물인 황산화탈질미생물에 의해 질소가스로 탈질된다.
이대, 상기 황산화탈진조(51)에서 처리된 처리수는 탈색조(57)에서 화학응집친전 또는 오존처리에 의해 색도가 제거되어 방류되도록 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 축산폐수, 소화폐액, 음폐수와 같은 처리대상 폐액 또는 폐수의 처리장치(100)를 이용하여 잔류 유기물과 질소를 방류수기준까지 폐액 또는 폐수의 처리 방법은 제1차처리단계(S10), 2차처리단계(S20), 3차처리단계(S30), 침전단계(S40), 4차처리단계(S50), 5차처리단계(S60)으로 이루어진다.
먼저, 상기 1차처리단계(S10)는 침전조(20)와 탈기조(30), 제1혐기조(40)를 순차적으로 거쳐 침전과 탈기 과정을 거친 폐액 또는 폐수의 유입수를 공기가 통하지 않는 제2혐기조(52) 내로 도입시켜 상기 제2혐기조(52) 내에서 1 내지 2시간 동안 교반시켜 혐기처리시키는 단계이다.
이후, 상기 2차처리단계(S20)는 1차처리단계(S10)를 거치면서 1차처리된 1차처리수를 무산소조 내로 도입시켜 상기 무산소조(52) 내에서 1 내지 2시간 동안 교반시키는 단계이다.
다음으로, 상기 3차처리단계(S30)는 2차처리단계(S20)를 거치면서 2차처리된 2차처리수를 호기조(53) 내로 도입시켜 상기 호기조(53) 내에서 공기 또는 산소가 풍부한 기체를 4 내지 12시간 동안 폭기시켜 호기처리시키는 단계이다.
그 다음으로, 상기 침전단계(S40)는 3차처리단계(S30)를 거치면서 3차처리된 3차처리수를 침전조(54) 내로 도입시켜 상기 3차처리수를 2 내지 4시간 동안 정치하여 액상의 상등수와 고상의 슬러지로 분리시키는 단계이다.
아울러, 상기 4차처리단계(S50)는 침전단계(S40)에서 유출되는 상기 상등수를 황산화탈질조(51) 내로 도입시켜 1 내지 4시간 동안 황산화탈질미생물에 의해 황산화탈질처리하는 단계이다.
마지막으로, 상기 5차처리단계(S60)는 4차처리된 상기 4차처리수를 다시 상기 호기조(53) 내로 도입시켜 상기 호기조(54) 내에서 공기 또는 산소가 풍부한 기체를 4 내지 12시간 동안 폭기시켜 호기처리시키는 단계이다.
이때, 상기 유입수의 공급 유량이 일정하지 않고 유량의 변동폭이 클 경우 방류되는 4차처리된 처리수의 일부를 호기조(54)로 재순환시켜 정수 처리보다는 미생물반응조(50)의 안정화된 정수과정이 이루어지도록 하는 단계인 것이다.
상기와 같은 처리장치(100)를 이용하는 처리방법을 적용한 일 예를 살펴보면 다음과 같다.
일 예로, 양돈농장에서 배출된 돈분뇨를 혐기소화에 의해 바이오가스를 생산하여 전기에너지를 생산하는 Pilot Plant와 연계하여, 혐기소화조에서 배출된 소화폐액을 처리하는 Pilot Plant를 운영하여 표 1과 같은 결과를 얻었다.
| 분석항목 | pH | COD Cr | T-N | NH3-N | T-P | TS |
| 단위 | - | ㎎/ℓ | ㎎/ℓ | ㎎/ℓ | ㎎/ℓ | % |
| 소화폐액 | 8.05 | 49,369 | 4,146 | 3,694 | 874 | 3.09 |
조건은, 소화폐액을 탈수기(10)로 탈수한 후의 고형물농도는 약 3,000~4,000mg/L이었으며, 총질소농도는 약 2,000mg/L이었다.
이에 침전조(20)에서 고형물농도를 1,000mg/L이하로 처리한 후, 탈기조(30)에서 암모니아성 질소를 탈기·제거하고, 제1혐기조(40)로 유입하였다.
여기서, 상기 제1혐기조(40)는 고효율 혐기처리 공법으로 혐기성 박테리아를 그래뉼화한 미생물을 이용하여 고농도의 유기물을 제거하는 공법으로, 원수의 고형물농도가 1,000mg/L이하이어야 정상적인 성능을 나타낼 수 있다.
이때, 수소이온농도 값은 pH 6.8~7.2로 운전하였고, 온도는 35~37℃로 유지하며 운전하였다.
이러한, 상기 제1혐기조(40)를 이용한 공법의 유기물 제거 효율은 제1혐기조(40)의 용적에 유입되는 유기물 부하의 비로 표현되는 유입부하 개념으로 운전하며 확인하였다.
그리고, 혐기성 박테리아에 의해 제거되기 쉬운 조건으로 조절된 소화폐액은 펌프를 이용하여 유입유량보다 많이 제2혐기조(52)로 이송하였다.
아울러, 상기 제2혐기조(52) 하부로 유입된 소화폐액은 일정량의 그래뉼층을 상향류로 흐르면서 유기물이 제거되고, 상부의 세틀러를 통하여 삼상(기체, 액체, 고체)분리되어 유입된 유량만큼은 배출되며, 나머지는 다시 제2혐기조(52)로 유입되어 유입수와 혼합, 황산화탈질조(51)로 재 유입되었다.
이렇게, 황산화탈질조(51)로 유입되는 유입부하는 조정조로 유입되는 유량을 기준으로 계산하고, 제1혐기조(40)로 유입되는 유량은 유입유량의 1.5배로 운전하였다.
유입된 소화폐액의 평균 CODCr농도는 36,356㎎/ℓ로, 유입부하량은 평균 15㎏/㎥·D로 운전하였다. 결과는 표 2에 나타내었다.
| 항 목 | COD Cr 제거율 | 바이오가스 발생량 | 메탄가스 함량 |
| 단 위 | % | ℓ/D | % |
| 값 | 72 | 20.26 | 80 |
그리고, 상기 제1혐기조(40)처리수는, 변형 A2O공법인 J-PONT 시스템(전테크-인 & 유기물 & 질소처리 시스템)으로 유입되었다.
이러한, 상기 처리장치(100)는 기존의 혐기 - 무산소 - 호기공정에 황산화탈질기술인 (특허 제10-0503134호)을 추가한 것으로, 기존 공법의 처리용량에 비해 작으면서(약 80%) 질소제거성능은 20%이상 높아지는 특징이 있다.
이때, 공정흐름은 [황산화탈질 - 혐기 - 무산소 - 호기]로서, 기존 활성슬러지공법, 활성슬러지변형공법, A2O공법, A2O변형공법 등에서의 문제점으로 지적되던 낮은 질소제거성능과 안정된 제거효율을 유지하기 어렵고, 안정적인 인제거 성능 유지가 어려우며, 처리시스템의 용량이 커서 넓은 처리부지가 필요로 하는 등의 문제점을 해결하였으며 결과는 표 3에 나타나 있다.
| 항 목 | 원 수 | 방류수 | 제거율 |
| 단위 | ㎎/ℓ | ㎎/ℓ | % |
| CODCr | 2,055 | 113 | 94.5 |
| CODMn | 1,892 | 86 | 95.5 |
| SS | 324 | 40 | 87.7 |
| T-N | 877 | 58 | 93.4 |
| T-P | 85 | 22 | 74.1 |
이렇게, 상기 처리장치(100)는 탈색을 위한 화학응집조 또는 오존처리조에서 처리한 후, 최종적으로 수계에 방류하거나 하수처리장 연계처리한다.
이로써, 본 발명은 상기에서 살핀 바와 같이, 혐기소화폐액, 음식물류 폐기물 발생 폐수(음폐수) 및 축산폐수와 같은 고농도 유기성폐수 등을 처리하기 위한 것으로서, 이러한 유기성 폐수를 처리하여 하수처리장 연계처리 또는 수계에 직접 방류하기 적합한 조건으로 정수하여 환경 오염을 방지할 수 있는 특징이 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
10 : 탈수기 20 : 침전조
30 : 탈기조 40 : 제1혐기조
50 : 미생물반응조 51 : 황산화탈질조
52 : 제2혐기조 52a : 제1교반기
53 : 무산소조 53a : 제2교반기
54 : 호기조 55 : 침전조
56 : 제1연결통로 57 : 탈색조
100 : 처리장치
S10 : 1차처리단계 S20 : 2차처리단계
S30 : 3차어리단계 S40 : 침전단계
S50 : 4차처리단계 S60 : 5차처리단계
30 : 탈기조 40 : 제1혐기조
50 : 미생물반응조 51 : 황산화탈질조
52 : 제2혐기조 52a : 제1교반기
53 : 무산소조 53a : 제2교반기
54 : 호기조 55 : 침전조
56 : 제1연결통로 57 : 탈색조
100 : 처리장치
S10 : 1차처리단계 S20 : 2차처리단계
S30 : 3차어리단계 S40 : 침전단계
S50 : 4차처리단계 S60 : 5차처리단계
Claims (4)
- 축산폐수, 소화폐액, 음폐수와 같은 처리대상 폐액 또는 폐수를 처리하는 처리 장치에 있어서,
상기 폐액 또는 폐수를 고액분리하는 탈수기(10)를 구성하고,
상기 고액 분리된 폐액 또는 폐수를 공급받아 잔여 고형물과 유기물을 분리, 제거하는 침전조(20)를 구성하며,
상기 침전조(20)에 존재하는 깨끗한 상등수를 공급받아 고농도의 암모니아성 질소를 제거하는 탈기조(30)를 구성하고,
상기 탈기조(30)를 거쳐 암모니아성질소가 제거된 상등수를 공급받아 상등수에 함유된 고농도의 유기물을 제거하는 제1혐기조(40)를 구성하며,
상기 제1혐기조(40)를 거친 고농도 유기물이 제거된 상등수를 공급받아 잔여 암모니아성 질소를 질산성 질소 또는 아질산성 질소로 변환시킨 후, 일부는 종속영양탈질에 의해 제거하고, 나머지는 황산화탈질공법에 의해 질산성 질소 또는 아질산성 질소를 제거하는 미생물반응조(50)로 구성되는 것을 특징으로 하는 유기물과 질소성분을 함유한 축산폐수, 소화폐액, 음폐수의 처리 장치. - 제 1항에 있어서, 상기 탈수기(10)는 침전조(20)의 내부에 설치되어 탈수기(10)에서 탈수되는 폐액 또는 폐수가 침전조(20)에서 고형물과 유기물이 분리되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유기물과 질소성분을 함유한 축산폐수, 소화폐액, 음폐수의 처리 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 미생물반응조(50)는 황산화탈질균이 우점화되어 이루어지는 황산화탈질조(51)와,
상기 황산화탈질조(51)와 연결되며, 제1교반기(52a)를 포함하여 이루어지는 제2혐기조(52)와,
상기 제2혐기조(52)와 연결되며, 제2교반기(53a)를 포함하여 이루어지는 무산소조(53)와,
상기 무산소조(53)와 연결되며, 폭기노즐을 포함하여 이루어지는 호기조(54)와,
상기 호기조(54)와 연결되는 침전조(55)와,
상기 침전조(54)에서 얻어지는 상등수를 황산화탈질조(51)로 공급하기 위해 연결되는 제1연결통로(56);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유기물과 질소성분을 함유한 축산폐수, 소화폐액, 음폐수의 처리 장치. - 축산폐수, 소화폐액, 음폐수와 같은 처리대상 폐액 또는 폐수의 처리장치를 이용하여 잔류 유기물과 질소를 방류수기준까지 폐액 또는 폐수의 처리 방법에 있어서,
침전조(20)와 탈기조(30), 제1혐기조(40)를 순차적으로 거쳐 침전과 탈기 과정을 거친 폐액 또는 폐수의 유입수를 공기가 통하지 않는 제2혐기조(52) 내로 도입시켜 상기 제2혐기조(52) 내에서 1 내지 2시간 동안 교반시켜 혐기처리시키는 1차처리단계(S10);
상기 1차처리단계(S10)를 거치면서 1차처리된 1차처리수를 무산소조 내로 도입시켜 상기 무산소조(52) 내에서 1 내지 2시간 동안 교반시키는 2차처리단계(S20);
상기 2차처리단계(S20)를 거치면서 2차처리된 2차처리수를 호기조(53) 내로 도입시켜 상기 호기조(53) 내에서 공기 또는 산소가 풍부한 기체를 4 내지 12시간 동안 폭기시켜 호기처리시키는 3차처리단계(S30);
상기 3차처리단계(S30)를 거치면서 3차처리된 3차처리수를 침전조(54) 내로 도입시켜 상기 3차처리수를 2 내지 4시간 동안 정치하여 액상의 상등수와 고상의 슬러지로 분리시키는 침전단계(S40);
상기 침전단계(S40)에서 유출되는 상기 상등수를 황산화탈질조(51) 내로 도입시켜 1 내지 4시간 동안 황산화탈질미생물에 의해 황산화탈질처리하는 4차처리단계(S50); 및
상기 4차처리된 상기 4차처리수를 다시 상기 호기조(53) 내로 도입시켜 상기 호기조 내에서 공기 또는 산소가 풍부한 기체를 4 내지 12시간 동안 폭기시켜 호기처리시키는 5차처리단계(S60)로 구성되는 것을 특징으로 하는 유기물과 질소성분을 함유한 축산폐수, 소화폐액, 음폐수의 처리 장치를 이용한 처리방법.
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| US12116298B2 (en) | 2019-07-03 | 2024-10-15 | Bkt Co., Ltd. | Method for removing nitrogen and phosphorus from sewage and wastewater through combination of biological nitrogen and phosphorus removal process using nitrite nitrogen and anaerobic ammonium oxidation process (anammox) |
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