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WO2014112765A1 - 활성슬러지 체류부를 구비한 하·폐수 처리장치 및 이를 이용한 하·폐수의 질소 저감방법 - Google Patents

활성슬러지 체류부를 구비한 하·폐수 처리장치 및 이를 이용한 하·폐수의 질소 저감방법 Download PDF

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Publication number
WO2014112765A1
WO2014112765A1 PCT/KR2014/000380 KR2014000380W WO2014112765A1 WO 2014112765 A1 WO2014112765 A1 WO 2014112765A1 KR 2014000380 W KR2014000380 W KR 2014000380W WO 2014112765 A1 WO2014112765 A1 WO 2014112765A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sludge
activated sludge
sewage
tank
wastewater
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2014/000380
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
박정훈
권혁
김창수
김진만
차운오
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TSKWATER CO Ltd
Original Assignee
TSKWATER CO Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TSKWATER CO Ltd filed Critical TSKWATER CO Ltd
Publication of WO2014112765A1 publication Critical patent/WO2014112765A1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/52—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
    • C02F1/5281—Installations for water purification using chemical agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/28—Anaerobic digestion processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/30—Aerobic and anaerobic processes
    • C02F3/302—Nitrification and denitrification treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F2001/007—Processes including a sedimentation step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/105—Phosphorus compounds

Definitions

  • the present invention provides a sewage and wastewater treatment apparatus having an activated sludge retention unit capable of removing nitrogen contained in sewage and wastewater, in particular, so that the total nitrogen is 5 mg / l or less, preferably 2 mg / l or less. It relates to the nitrogen reduction method of the sewage and wastewater used.
  • 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
  • the total phosphorus content of sewage and wastewater can be reduced to 0.5 mg / l or less by using alkaline sludge for reduction, and at the same time, the total nitrogen content can be reduced to some extent.
  • An object of the present invention is to provide a sewage and wastewater treatment apparatus using alkaline sludge which can reduce total nitrogen to 5 mg / l or less, preferably 2 mg / l or less.
  • Another object of the present invention is to provide a method for reducing nitrogen and phosphorus in sewage and wastewater using the sewage and wastewater treatment apparatus capable of reducing total nitrogen to 5 mg / l or less, preferably 2 mg / l or less.
  • the sewage and wastewater treatment apparatus including the sewage and wastewater storage tank, the bioreactor and the treatment water tank of the present invention for achieving the above object is connected to an alkali compound supply passage and a sludge supply passage, An alkali sludge tank for stirring the sludge to produce alkali sludge, and an alkali sludge transfer passage for transferring the alkali sludge of the alkali sludge tank to a 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 includes an activated sludge return passage for conveying some of the activated sludge treated in the separation tank to an oxygen-free tank and an activated sludge discharge passage for discharging some other activated sludge to the outside;
  • Including the tubular activated sludge retention portion which decreases in diameter from the top to the bottom outside or inside the anoxic tank, the activated sludge discharged through the activated sludge return passage to the tubular activated sludge retention portion, respectively, and the sewage and wastewater are respectively supplied. After that, a mixture of activated sludge and sewage and wastewater is settled below the tubular activated sludge retention portion and is supplied to the lower portion of the anoxic tank.
  • the relative volume of the tubular activated sludge retention portion is 10 to 40, preferably 20 to 35.
  • the activated sludge residence time in the tubular activated sludge retention portion is preferably 5 to 20 minutes, preferably 6 to 12 minutes.
  • the relative height of the tubular activated sludge retention portion is preferably between 40 and 65.
  • the tubular activated sludge retention part is formed with an opening on one surface of the outer wall of the anoxic tank, and the tubular activated sludge retention part is installed on the outer wall where the opening is formed so that the lower portion of the tubular activated sludge retention part is in communication with the opening.
  • the tubular activated sludge retention part may be in the form of a plate having both ends coupled to two adjacent outer walls of the anoxic tank and having an open lower portion.
  • the tubular activated sludge retention portion may be in the form of a conical opening with an upper portion and a lower portion.
  • At least one surface of the tubular activated sludge retention portion is preferably an inclined surface at an angle of 10 to 30 degrees from the vertical.
  • the said activated sludge conveyance path is provided so that it may adjoin the said inclined surface.
  • Dissolved oxygen of the activated sludge flowing through the tubular activated sludge retention portion can be reduced by 80 to 99%.
  • the alkali compound may be sodium hypochlorite (NaOCl), calcium hypochlorite (Ca (OCl) 2 ), sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), sodium bicarbonate (NaHCO 3 ), potassium bicarbonate (KHCO 3 ), Consisting of 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) It may be one or more selected from the group.
  • the nitrogen and phosphorus reduction method of the sewage and wastewater of the present invention using the above sewage and wastewater treatment apparatus, after mixing the sludge and alkali compounds to produce an alkali sludge, including an anoxic tank, pH control tank and separation membrane tank
  • the activated sludge of the separation membrane tank is supplied to an anaerobic tank through a tubular activated sludge retention unit.
  • Dissolved oxygen of the activated sludge supplied to the anaerobic tank through the tubular activated sludge retention portion can be reduced by 80 to 99%.
  • 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.
  • dissolved oxygen (DO) it is preferable to adjust the dissolved oxygen (DO) to 1 to 20 mg / L to adjust the pH of the pH control tank.
  • 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.
  • Phosphorus contained in can be removed and at the same time activated sludge retention can be added to increase the efficiency of nitrogen removal in sewage and wastewater.
  • the total phosphorus (T-P) of the treated water treated according to the present invention is 0.5 mg / l or less, and the total nitrogen (T-P) is 5 mg / l or less.
  • FIG. 1 is a view showing a process flow of a wastewater treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a view illustrating an anoxic tank part installed so that the activated sludge retention part of the sewage and wastewater treatment device according to an embodiment of the present invention communicates with an opening of an outer wall of an anoxic tank.
  • FIG. 2B is a view illustrating an anoxic tank part in which an activated sludge retention part in a plate shape having upper and lower portions of a sewage and wastewater treatment apparatus according to an embodiment of the present invention is opened inside the anoxic tank;
  • FIG. 2C is a view illustrating an anoxic tank part in which an activated sludge retention part of a conical shape in which upper and lower portions of a sewage and wastewater treatment apparatus according to an embodiment of the present invention are opened is installed inside an anoxic tank.
  • Figure 2d is a view showing an anoxic tank portion installed in the outer portion of the anoxic tank active sludge retention portion of the conical shape of the upper and lower portions of the sewage and wastewater treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the sewage / wastewater treatment apparatus including the sewage / wastewater storage tank, the bioreaction tank and the treatment water tank of the present invention is connected to the alkali compound supply passage and the sludge supply passage, and the alkali compound and the sludge are stirred by an agitator provided to the alkali sludge.
  • Alkali sludge tank for producing a, and an alkali sludge transport passage for transferring the alkali sludge of the alkali sludge tank to a 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 includes an activated sludge return passage for conveying some of the activated sludge treated in the separation tank to an oxygen-free tank and an activated sludge discharge passage for discharging some other activated sludge to the outside;
  • Including the tubular activated sludge retention portion which decreases in diameter from the top to the bottom outside or inside the anoxic tank, the activated sludge discharged through the activated sludge return passage to the tubular activated sludge retention portion, respectively, and the sewage and wastewater are respectively supplied. After that, a mixture of activated sludge and sewage and wastewater is settled below the tubular activated sludge retention portion and is supplied to the lower portion of the anoxic tank.
  • the present invention relates to a sewage and wastewater treatment apparatus using alkaline sludge and a method for reducing nitrogen and phosphorus in sewage and wastewater using the same, characterized in that supplying activated sludge with reduced dissolved oxygen to an anaerobic tank through an activated sludge retention unit.
  • 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 oxygen-free tank 110 to form insoluble phosphate by aggregating the divalent and trivalent cations present in the inflow water with the dissolved phosphorus in an alkaline state. Form and insoluble phosphate is adsorbed onto the activated sludge.
  • an alkaline substance derived from an alkali compound collected in the alkaline sludge during air aeration is eluted, thereby reducing the pH to 6.5 to 7.5.
  • 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 pH control tank 120 supplies air through an acid pipe to maintain an aerobic state, and adjusts the dissolved oxygen (DO) to 1 to 20 mg / L, derived from the alkali compound collected in the alkaline sludge Alkaline substances can change the elution amount.
  • DO dissolved oxygen
  • the membrane tank 130 also supplies air through the diffuser to maintain the aerobic state, but in general, dissolved oxygen (DO) in the range of 1 to 5 mg / L, to form agitation and water flow, and Air cleaning of the separator can prevent the membrane from 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 sewage / wastewater treatment apparatus including the sewage / wastewater storage tank, the bioreaction tank and the treatment water tank of the present invention is connected to the alkali compound supply passage and the sludge supply passage, and the alkali compound and the sludge are stirred by an agitator provided to the alkali sludge.
  • Alkali sludge tank for producing a, and an alkali sludge transport passage for transferring the alkali sludge of the alkali sludge tank to a 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 includes an activated sludge return passage for conveying some of the activated sludge treated in the separation tank to an oxygen-free tank and an activated sludge discharge passage for discharging some other activated sludge to the outside;
  • Including the tubular activated sludge retention portion which decreases in diameter from the top to the bottom outside or inside the anoxic tank, the activated sludge discharged through the activated sludge return passage to the tubular activated sludge retention portion, respectively, and the sewage and wastewater are respectively supplied. After that, a mixture of activated sludge and sewage and wastewater is settled below the tubular activated sludge retention portion and is supplied to the lower portion of the anoxic tank.
  • Sewage / wastewater flows into the anaerobic tank through the wastewater inflow passage with the upper part opened in the air, so oxygen is dissolved while contacting the air, and flows into the anoxic tank immediately without the tubular activated sludge retention section, and the turbulent flow in the upper part of the anaerobic tank. ) Is formed, and oxygen dissolves in contact with air in the air, so that the dissolved oxygen in the upper portion of the anoxic tank rises to about 0.1 to 0.3 mg / L.
  • the tubular activated sludge retention part of the present invention before the microorganism in the activated sludge is introduced into the anoxic tank not only the oxygen of the activated sludge conveyed in the state in which the returned activated sludge is separated from the anoxic tank but also dissolved in the incoming sewage and wastewater.
  • the dissolved oxygen in the anoxic tank can be lowered, and once installed, little maintenance costs are required.
  • 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 relative volume of the tubular activated sludge retention part is 10 to 40, preferably 20 to 35, 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 relative height of the tubular activated sludge retention portion is between 40 and 65.
  • the supply of activated sludge through the lower portion of the tubular activated sludge retention portion may not be smooth due to the sludge settled in the lower portion of the anoxic tank, and when the residence time of the activated sludge is less than the lower limit. As a result, the dissolved oxygen reduction effect and the total nitrogen content reduction effect may not be sufficient.
  • the tubular activated sludge retention portion is formed to communicate with the opening of the anoxic tank outer wall of FIG. 2A, or as shown in FIG. 2B, two adjacent end walls of the anoxic tank, for example, both sides of the outer wall contacting at 90 ° are joined and the lower plate is opened. 2C or 2D, the upper and lower conical portions may be opened.
  • the tubular activated sludge retention part may be located outside or inside the anaerobic tank, and when located inside, may be installed in contact with any one or two or more of the outer wall of the anaerobic tank, or may be installed in the middle of the anaerobic tank without contact with the outer wall. have.
  • tubular activated sludge reservoir When the tubular activated sludge reservoir is installed outside the anoxic tank, it is connected to the lower part of the anoxic tank via the dissolved oxygen reducing activated sludge supply passage (f) extending from the lower portion of the tubular activated sludge reservoir.
  • At least one surface of the tubular activated sludge retention portion is preferably an inclined surface at an angle of 10 to 30 degrees from the vertical. If the inclined surface is not possessed, turbulent flow is formed in the upper portion of the tubular activated sludge reservoir while the waste water is supplied, and the dissolved oxygen is sufficiently reduced within the residence time in the volume of the tubular activated sludge reservoir. It is difficult to achieve the problem that the volume or height of the tubular activated sludge retention portion has to be large.
  • the activated sludge conveying passage may be manufactured in the form of a pipe but immersed in the water surface of the tubular activated sludge retention part to suppress the formation of turbulent flow in the upper part of the retention part by supply of the activated sludge.
  • Dissolved oxygen of sewage and wastewater and activated sludge flowing through the tubular activated sludge retention portion can be reduced by 80 to 99%.
  • 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 divalent and trivalent cations present in the sewage and wastewater aggregate with dissolved phosphorus (PO 4 3- ) in an alkaline state to form scale and aggregate.
  • Insoluble phosphate which is a scale, is adsorbed on activated sludge, so phosphorous 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 adjustment is possible by adjusting the air aeration intensity to the reaction solution of the bioreactor in which the alkali sludge is added.
  • the pH becomes acidic, but in the present invention, since alkali sludge is used, the alkali compound accumulated in the sludge is eluted to the outside to have a pH of 6.5 to 7.5. I can regulate it.
  • dissolved oxygen (DO) of the pH adjusting tank to which the air aeration is added is adjusted to 1 to 20, preferably 1 to 5.
  • 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 was 131.53 L (the respective volumes contained in the anoxic tank, the pH control tank and the separation tank were 43.94 L, 8.45 L, and 79.14 L, and Comparative Example 1 was tubular activated sludge).
  • the remaining comparative examples 2 and 3 and Examples 1 and 2 are plate-shaped in Fig. 2A, Example 3 is cylindrical in Fig. 2C and Example 4 in Fig. 2D, and the height and volume of each retention part are shown in Table 1 And 2).
  • 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.
  • Example 1 Tubular activated sludge retention shape - Plate type Plate type Plate type Height 1) - 20 40 65 DO (mg / L) 2) - 0.18 0.17 0.17 Residence time (min) - 3.34 6.69 10.86 Volume (L) 3) - 3.25 6.50 10.56 Anaerobic MLSS concentration (mg / L) 7240 7030 7150 7110 Alkali sludge injection amount (L) - Internal transfer rate (%) 250 250 250 250 250 Stirring Speed (RPM) 180 180 180 DO (mg / L) 4) 0.18 0.11 0.05 0.00 DO (mg / L) 5) 0.00 0.00 0.00 0.00 ORP (mmV) -141 -185 -201 -254 Retention time (hr) 2.64 2.64 2.64 2.64 Alkali Sludge Tank MLSS concentration (mg / L) 8790 8790 8790 8790 MLSS amount (L) 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33
  • the height means the height of the tubular activated sludge retention part when the oxygen free tank height is 100.
  • DO is the dissolved oxygen concentration measured in the upper sample (5 cm depth 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 anoxic tank upper sample (5 cm deep from the surface).
  • DO is the dissolved oxygen concentration measured in an anaerobic lower layer sample (40 cm deep from the surface).
  • Example 4 Tubular activated sludge retention shape Plate type Conical (inside) Conical (outer) Height 1) 90 50 50 DO (mg / L) 2) 0.17 0.17 0.18 Residence time (min) 15.04 8.36 8.36 Volume (L) 3) 14.63 8.13 8.13 Anaerobic MLSS concentration (mg / L) 7190 7230 7060 Alkali sludge injection amount (L) - - - Internal transfer rate (%) 250 250 250 Stirring Speed (RPM) 180 180 180 DO (mg / L) 4) 0.00 0.00 0.00 DO (mg / L) 5) 0.00 0.00 0.00 ORP (mmV) -260 -241 -244 Retention time (hr) 2.64 2.64 2.64 Alkali Sludge Tank MLSS concentration (mg / L) 8440 8330 8500 MLSS amount (L) 33 33 33 Alkali Chemical Concentration (%) (NaOCl) 3 3 3 Alkali chemical injection amount (m
  • Example 1 Example 2 Influent (mg / L) Treated water (mg / L) Processing efficiency (%) Influent (mg / L) Treated water (mg / L) Processing efficiency (%) Influent (mg / L) Treated water (mg / L) Processing efficiency (%) Influent (mg / L) Treated water (mg / L) Processing efficiency (%) BOD 150.2 1.3 99.1 141.2 1.0 99.3 146.5 1.2 99.2 150.3 1.2 99.2 COD 124.0 6.1 95.1 119.0 5.8 95.1 128.5 5.5 95.7 137.0 5.2 96.2 SS 268.0 0.0 100.0 247.0 0.0 100.0 219.0 0.0 100.0 264.0 0.0 100.0 TN 43.486 5.265 87.9 42.154 4.953 88.3 46.840 4.889 89.6 42.260 3.068 92.7 TP 4.224 0.115 97.3 4.336 0.104 97.6 4.038 0.1
  • Example 4 Influent (mg / L) Treated water (mg / L) Processing efficiency (%) Influent (mg / L) Treated water (mg / L) Processing efficiency (%) Influent (mg / L) Treated water (mg / L) Processing efficiency (%) BOD 148.4 1.0 99.3 140.5 1.2 99.1 153.4 1.0 99.3 COD 127.2 5.1 96.0 131.7 5.4 95.9 135.0 5.0 96.3 SS 241.0 0.0 10000 253.0 0.0 100.0 274.0 0.0 100.0 TN 45.290 2.883 93.6 39.551 3.328 91.6 44.047 3.849 91.3 TP 4.721 0.085 98.2 4.304 0.092 97.9 4.407 0.102 97.7 Total coliform count (pcs / ml) TNTC ⁇ 30 - TNTC ⁇ 30 TNTC ⁇ 30 -
  • bioreactor 110 anoxic tank
  • treatment tank 150 tubular activated sludge retention part
  • 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.
  • Phosphorus contained in can be removed and at the same time activated sludge retention can be added to increase the efficiency of nitrogen removal in sewage and wastewater.

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Abstract

본 발명은 활성슬러지 체류부를 통해 무산소조에 용존산소가 저감된 활성슬러지를 공급하는 것을 특징으로 하는 알칼리슬러지를 이용한 하·폐수처리장치 및 이를 이용한 하·폐수의 질소 및 인 저감방법에 관한 것으로, 활성슬러지와 혼합되어 하·폐수의 인을 저감시키는 알칼리 화합물을 함유하는 알칼리슬러지를 생물반응조에 첨가함으로써 하·폐수에 함유된 인을 제거할 수 있으며 동시에 활성슬러지 체류부가 추가됨으로써 하·폐수에 함유된 질소 제거 효율이 높일 수 있다. 이때, 본 발명에 따라 처리된 처리수의 총인(T-P)은 0.5 ㎎/ℓ이하이고, 총질소(T-P)는 5 ㎎/ℓ이하다.

Description

활성슬러지 체류부를 구비한 하·폐수 처리장치 및 이를 이용한 하·폐수의 질소 저감방법
본 발명은 하·폐수에 함유된 질소를 제거, 특히 총질소가 5 ㎎/ℓ이하, 바람직하게는 2 ㎎/ℓ이하가 되도록 처리할 수 있는 활성슬러지 체류부를 구비한 하·폐수 처리장치 및 이를 이용한 하·폐수의 질소 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 출원한 한국등록특허 제1142860호에서는 인저감용 알칼리슬러지를 이용하여 하·폐수의 총인 함량을 0.5 ㎎/ℓ이하까지 저감시키고, 동시에 총질소 함량도 종래에 비해 어느 정도 감축시킬 수 있었으나, 총질소를 5 ㎎/ℓ이하, 바람직하게는 2 ㎎/ℓ이하로 저감시키기에는 한계가 있었다.
본 발명의 목적은 총질소를 5 ㎎/ℓ이하, 바람직하게는 2 ㎎/ℓ이하로 저감시킬 수 있는 알칼리슬러지를 이용한 하·폐수처리장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 총질소를 5 ㎎/ℓ이하, 바람직하게는 2 ㎎/ℓ이하로 저감시킬 수 있는 상기 하·폐수처리장치를 이용한 하·폐수의 질소 및 인 저감방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하·폐수 저장조, 생물반응조 및 처리수조를 포함하는 하·폐수 처리장치는, 알칼리 화합물 공급통로 및 슬러지 공급통로와 연결되고, 구비된 교반장치로 상기 알칼리 화합물과 슬러지를 교반하여 알칼리슬러지를 제조하는 알칼리슬러지조, 및 상기 알칼리슬러지조의 알칼리슬러지를 생물반응조로 이송하는 알칼리슬러지 이송통로를 포함하고; 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 포함하고; 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 공급된다.
상기 무산소조의 부피를 100으로 볼 때, 상기 관형 활성슬러지 체류부의 상대부피는 10 내지 40, 바람직하게는 20 내지 35인 것이다.
상기 관형 활성슬러지 체류부 내의 활성슬러지 체류시간은 5 내지 20 분, 바람직하게는 6 내지 12분인 것이 바람직하다.
상기 무산소조의 높이를 100으로 볼 때, 상기 관형 활성슬러지 체류부의 상대높이는 40 내지 65 사이가 바람직하다.
상기 관형 활성슬러지 체류부는 상기 무산소조의 외벽의 일면에 개구부가 형성되고, 상기 관형 활성슬러지 체류부가 상기 개구부가 형성된 외벽에 설치되어 상기 관형 활성슬러지 체류부의 하부가 상기 개구부와 연통되는 것이 바람직하다.
상기 관형 활성슬러지 체류부는 상기 무산소조의 인접한 두 외벽에 양측단이 결합되고 하부는 개구된 플레이트 형태일 수 있다.
상기 관형 활성슬러지 체류부는 상부와 하부가 개구된 원추 형태일 수 있다.
상기 관형 활성슬러지 체류부의 적어도 어느 한 면은 수직에서 10 내지 30°의 각도의 경사면인 것이 바람직하다.
상기 활성슬러지 반송통로는 상기 경사면에 인접하도록 설치된 것이 바람직하다.
상기 관형 활성슬러지 체류부를 통해 유입되는 활성슬리지의 용존산소가 80 내지 99% 저감될 수 있다.
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 이상일 수 있다.
또한 본 발명의 하·폐수의 질소 및 인 저감방법은 상기 하·폐수 처리장치를 이용하고, 슬러지와 알칼리 화합물을 혼합하여 알칼리슬러지를 제조한 후, 무산소조, pH조절조 및 분리막조를 포함하여 이루어진 생물반응조에 알카리슬러지를 첨가하는 하·폐수의 질소 및 인 저감방법에 있어서, 상기 분리막조의 활성슬러지를 관형 활성슬러지 체류부를 통해 무산소조로 공급한다.
상기 관형 활성슬러지 체류부를 통해 무산소조로 공급되는 활성슬리지의 용존산소가 80 내지 99% 저감될 수 있다.
상기 알칼리슬러지는 생물반응조의 유입수가 포함된 활성슬러지 100 부피부에 대하여 5 내지 40 부피부로 첨가되는 것이 바람직하다.
상기 pH조절조의 pH 조절을 위하여 용존산소(DO)를 1 내지 20 mg/L로 조절하는 것이 바람직하다.
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 인을 제거할 수 있으며 동시에 활성슬러지 체류부가 추가됨으로써 하·폐수에 함유된 질소 제거 효율이 높일 수 있다. 이때, 본 발명에 따라 처리된 처리수의 총인(T-P)은 0.5 ㎎/ℓ이하이고, 총질소(T-P)는 5 ㎎/ℓ이하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하·폐수처리장치의 공정 흐름을 나타낸 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 하·폐수처리장치의 활성슬러지 체류부가 무산소조 외벽의 개구부에 연통되도록 설치된 무산소조 부분을 나타낸 도면이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 하·폐수처리장치의 상부 및 하부가 개구된 플레이트 형태의 활성슬러지 체류부가 무산소조 내부에 설치된 무산소조 부분을 나타낸 도면이다.
도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 하·폐수처리장치의 상부 및 하부가 개구된 원추 형태의 활성슬러지 체류부가 무산소조 내부에 설치된 무산소조 부분을 나타낸 도면이다.
도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 하·폐수처리장치의 상부 및 하부가 개구된 원추 형태의 활성슬러지 체류부가 무산소조 외부에 설치된 무산소조 부분을 나타낸 도면이다.
본 발명의 하·폐수 저장조, 생물반응조 및 처리수조를 포함하는 하·폐수 처리장치는, 알칼리 화합물 공급통로 및 슬러지 공급통로와 연결되고, 구비된 교반장치로 상기 알칼리 화합물과 슬러지를 교반하여 알칼리슬러지를 제조하는 알칼리슬러지조, 및 상기 알칼리슬러지조의 알칼리슬러지를 생물반응조로 이송하는 알칼리슬러지 이송통로를 포함하고; 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 포함하고; 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 공급된다.
본 발명은 활성슬러지 체류부를 통해 무산소조에 용존산소가 저감된 활성슬러지를 공급하는 것을 특징으로 하는 알칼리슬러지를 이용한 하·폐수처리장치 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 유입수의 pH를 조절하여 유입수에 존재하는 2가 및 3가의 양이온이 알칼리성 상태에서 용존성 인과 응집함으로써 불용성 인산염을 형성하고 불용성 인산염을 상기 활성슬러지에 흡착시킨다.
일반적으로 에어폭기를 가하면 pH가 떨어지지만, 본 발명의 pH조절조(120) 또는 분리막조(130)에서는 에어폭기시 알칼리슬러지에 포집된 알칼리화합물에서 유래한 알칼리성 물질이 용출되어 pH를 6.5 내지 7.5, 바람직하게는 6.7 내지 7.3, 보다 바람직하게는 6.8 내지 7.2가 되도록 조절함으로써 2가 및 3가의 양이온이 용존성 인과 응집되어 불용성 인산염을 형성하도록 한다.
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 pH조절조(120)는 호기성 상태를 유지하기 위하여 산기관을 통하여 공기를 공급하여 용존산소(DO)를 1 내지 20 mg/L로 조절함을 통해서, 알칼리슬러지에 포집된 알칼리화합물에서 유래한 알칼리성 물질을 용출량을 변화시킬 수 있다.
또한, 분리막조(130) 역시 호기성 상태를 유지하기 위하여 산기관을 통하여 공기를 공급하지만, 일반적으로 용존산소(DO)를 1 내지 5 mg/L 범위에서 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 발명의 하·폐수 저장조, 생물반응조 및 처리수조를 포함하는 하·폐수 처리장치는, 알칼리 화합물 공급통로 및 슬러지 공급통로와 연결되고, 구비된 교반장치로 상기 알칼리 화합물과 슬러지를 교반하여 알칼리슬러지를 제조하는 알칼리슬러지조, 및 상기 알칼리슬러지조의 알칼리슬러지를 생물반응조로 이송하는 알칼리슬러지 이송통로를 포함하고; 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 포함하고; 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 공급된다.
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 0.3 mg/L로 상승하기 때문에 탈질 효율이 감소하는 문제가 있다. 종래 초음파나 진공을 이용하여 반송되는 활성슬러지의 용존산소를 저감시키는 방안도 있었으나, 이는 반송되는 활성슬러지 자체의 용존산소를 낮추는 것이고, 별도의 장치를 구비해야 하고 유지 관리비용이 지속적으로 발생하는 문제가 있으나, 본 발명의 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 무산소조의 부피를 100으로 볼 때, 상기 관형 활성슬러지 체류부의 상대부피는 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 무산소조의 높이를 100으로 볼 때, 상기 관형 활성슬러지 체류부의 상대높이는 40 내지 65 사이로 한다. 상기 체류부의 높이가 상기 상한치를 초과하는 경우에는 무산소조 하부에 침전된 슬러지에 의해 관형 활성슬러지 체류부의 하부를 통한 활성슬러지의 공급이 원활하지 않을 수 있고, 상기 하한치 미만인 경우에는 활성슬러지의 체류시간이 짧아 용존산소 저감 효과 및 이로 인한 총질소 함량 저감 효과가 충분하지 않을 수 있다.
상기 관형 활성슬러지 체류부는 도 2a의 무산소조 외벽의 개구부에 연통되도록 형성된 형태, 또는 도 2b와 같이 상기 무산소조의 인접한 두 외벽, 예를 들어 90°로 접하는 외벽의 양측단이 결합되고 하부는 개구된 플레이트 형태, 도 2c 또는 도 2d와 같이 상부와 하부가 개구된 원추 형태 일 수 있다. 상기 관형 활성슬러지 체류부는 무산소조의 외부 또는 내부 어디에 위치할 수 있으며, 내부에 위치하는 경우 무산소조의 외벽 중 어느 하나 또는 2 이상에 접하여 설치될 수 있고, 또는 외벽과 접하지 않고 무산소조 가운데에 설치될 수 있다. 무산소조의 외부에 관형 활성슬러지 체류부가 설치되는 경우에는 관형 활성슬러지 체류부의 하부에서 연장된 용존산소 저감 활성슬러지 공급통로(f)를 통해 무산소조의 하부로 연결된다.
상기 관형 활성슬러지 체류부의 적어도 어느 한 면은 수직에서 10 내지 30°의 각도의 경사면인 것이 바람직하다. 상기 경사면을 보유하고 있지 않은 경우 하·폐수가 공급되면서 관형 활성슬러지 체류부 상층부에 난류(turbulent flow)가 형성되면서, 상기 관형 활성슬러지 체류부의 부피 또는 그 내부에서 체류시간 내에 용존산소의 저감이 충분히 이루어지기 어려워 관형 활성슬러지 체류부의 부피나 높이가 커져야 하는 문제가 있다.
상기 활성슬러지 반송통로는 배관 형태로 제조하되 상기 관형 활성슬러지 체류부의 수면에 침지시킴으로써, 활성슬러지의 공급에 의한 체류부 상층부에 난류(turbulent flow)가 형성을 억제할 수 있다.
상기 관형 활성슬러지 체류부를 통해 유입되는 하·폐수와 활성슬리지의 용존산소가 80 내지 99% 저감될 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 반응액에 에어폭기 강도를 조율함으로써 물리적 조절이 가능하다. 일반적으로 에어폭기를 가하여 용존산소가 높아지면 pH는 산성이 되지만, 본 발명에서는 알칼리슬러지를 사용하므로 에어폭기를 가하면 슬러지 내부에 축적된 알칼리 화합물이 외부로 용출되어 pH가 6.5 내지 7.5의 값을 갖도록 조절할 수 있다.
상기 pH를 조절하기 위하여 에어폭기를 가한 pH조절조의 용존산소(DO)는 1 내지 20, 바람직하게는 1 내지 5로 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 4 및 비교예 1 내지 3
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 ℓ(무산소조, pH조절조 및 분리막조 내에 함유된 각각의 부피는 43.94 ℓ, 8.45 ℓ 및 79.14 ℓ이고, 비교예 1은 관형 활성슬러지 체류부가 없고, 나머지 비교예 2 및 3과 실시예 1 및 2는 도 2a의 플레이트형이고, 실시예 3은 도 2c, 실시예 4는 도 2d의 원통형이고, 각 체류부의 높이와 부피는 표 1 및 2에 나타냄)이다. 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 실시예 1 실시예 2
관형 활성슬러지 체류부 형태 - 플레이트형 플레이트형 플레이트형
높이1) - 20 40 65
DO(mg/L)2) - 0.18 0.17 0.17
체류시간(min) - 3.34 6.69 10.86
부피(L)3) - 3.25 6.50 10.56
무산소조 MLSS 농도(mg/L) 7240 7030 7150 7110
알칼리슬러지주입량(L) -
내부반송률(%) 250 250 250 250
교반속도(RPM) 180 180 180 180
DO(mg/L)4) 0.18 0.11 0.05 0.00
DO(mg/L)5) 0.00 0.00 0.00 0.00
ORP(mmV) -141 -185 -201 -254
체류시간(hr) 2.64 2.64 2.64 2.64
알칼리슬러지조 MLSS 농도(mg/L) 8790 8790 8790 8790
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(mg/L) 7350 7210 7260 7270
DO(mg/L) 2.1 2.0 2.1 2.1
알칼리슬러지주입량(L) 33 33 33 33
체류시간(hr) 0.51 0.51 0.51 0.51
분리막조 MLSS 농도(mg/L) 8790 8460 8500 8450
알칼리슬러지주입량(L) - - - -
pH 7.0 7.0 7.05 7.04
DO(mg/L) 2.6 2.5 2.5 2.6
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 의미한다.
2) DO는 관형 활성슬러지 체류부 상층부 시료(수면에서 깊이 5 cm)에서 측정한 용존산소 농도이다.
3) 부피는 무산소조의 부피를 100으로 했을 때 관형 활성슬러지 체류부의 상대 부피이다.
4) DO는 무산소조 상층부 시료(수면에서 깊이 5cm)에서 측정한 용존산소 농도이다.
5) DO는 무산소조 하층부 시료(수면에서 깊이 40 cm)에서 측정한 용존산소 농도이다.
표 2
구 분 비교예 3 실시예 3 실시예 4
관형 활성슬러지 체류부 형태 플레이트형 원추형(내부) 원추형(외부)
높이1) 90 50 50
DO(mg/L)2) 0.17 0.17 0.18
체류시간(min) 15.04 8.36 8.36
부피(L)3) 14.63 8.13 8.13
무산소조 MLSS 농도(mg/L) 7190 7230 7060
알칼리슬러지주입량(L) - - -
내부반송률(%) 250 250 250
교반속도(RPM) 180 180 180
DO(mg/L)4) 0.00 0.00 0.00
DO(mg/L)5) 0.00 0.00 0.00
ORP(mmV) -260 -241 -244
체류시간(hr) 2.64 2.64 2.64
알칼리슬러지조 MLSS 농도(mg/L) 8440 8330 8500
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(mg/L) 7160 7150 7030
DO(mg/L) 2.2 2.0 2.1
알칼리슬러지주입량(L) 33 33 33
체류시간(hr) 0.51 0.51 0.51
분리막조 MLSS 농도(mg/L) 8390 8280 8440
알칼리슬러지주입량(L) - - -
pH 7.10 7.00 7.10
DO(mg/L) 2.4 2.4 2.5
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
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 실시예 1 실시예 2
유입수(mg/L) 처리수(mg/L) 처리효율(%) 유입수(mg/L) 처리수(mg/L) 처리효율(%) 유입수(mg/L) 처리수(mg/L) 처리효율(%) 유입수(mg/L) 처리수(mg/L) 처리효율(%)
BOD 150.2 1.3 99.1 141.2 1.0 99.3 146.5 1.2 99.2 150.3 1.2 99.2
COD 124.0 6.1 95.1 119.0 5.8 95.1 128.5 5.5 95.7 137.0 5.2 96.2
SS 268.0 0.0 100.0 247.0 0.0 100.0 219.0 0.0 100.0 264.0 0.0 100.0
T-N 43.486 5.265 87.9 42.154 4.953 88.3 46.840 4.889 89.6 42.260 3.068 92.7
T-P 4.224 0.115 97.3 4.336 0.104 97.6 4.038 0.112 97.2 4.218 0.090 97.9
총대장균군수(개/ml) TNTC <30 - TNTC <30 - TNTC <30 - TNTC <30 -
표 4
구 분 비교예 3 실시예 3 실시예 4
유입수(mg/L) 처리수(mg/L) 처리효율(%) 유입수(mg/L) 처리수(mg/L) 처리효율(%) 유입수(mg/L) 처리수(mg/L) 처리효율(%)
BOD 148.4 1.0 99.3 140.5 1.2 99.1 153.4 1.0 99.3
COD 127.2 5.1 96.0 131.7 5.4 95.9 135.0 5.0 96.3
SS 241.0 0.0 10000 253.0 0.0 100.0 274.0 0.0 100.0
T-N 45.290 2.883 93.6 39.551 3.328 91.6 44.047 3.849 91.3
T-P 4.721 0.085 98.2 4.304 0.092 97.9 4.407 0.102 97.7
총대장균군수(개/ml) TNTC <30 - TNTC <30 TNTC <30 -
실시예 1 내지 4에서와 같이 관형 활성슬러지 체류부의 형태와 관계없이, 반송슬러지 250%와 유입되는 하·폐수 100%가 혼합되어 체류부로 유입될 경우 체류되는 시간이 길어질수록 하·폐수에 포함되어 있는 산소가 반송슬러지에 산소를 빼앗김으로써 무산소조에 미치는 영향이 줄어든다는 것을 알 수 있었고, 특히 체류부에서 무산소조로 공급되는 하·폐수와 활성슬러지 혼합액의 공급높이가 낮아질수록 용존산소가 현저히 감소하고, 유입수 또한 상향류로 공급되어 그 결과 T-N 수질 또한 처리효과가 크다는 것을 확인할 수 있다.
[부호의 설명]
100: 생물반응조 110: 무산소조
120: pH조절조 130: 분리막조
140: 처리수조 150: 관형 활성슬러지 체류부
200: 알칼리슬러지조
a: 알칼리 화합물 공급통로 b: 슬러지 공급통로
c: 알칼리슬러지 이송통로 d: 활성슬러지 반송통로
e: 활성슬러지 배출통로 f: 용존산소 저감 활성슬러지 공급통로
g: 하·폐수 유입통로
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 인을 제거할 수 있으며 동시에 활성슬러지 체류부가 추가됨으로써 하·폐수에 함유된 질소 제거 효율이 높일 수 있다.

Claims (14)

  1. 하·폐수 저장조, 생물반응조 및 처리수조를 포함하는 하·폐수 처리장치에 있어서,
    알칼리 화합물 공급통로 및 슬러지 공급통로와 연결되고, 구비된 교반장치로 상기 알칼리 화합물과 슬러지를 교반하여 알칼리슬러지를 제조하는 알칼리슬러지조, 및 상기 알칼리슬러지조의 알칼리슬러지를 생물반응조로 이송하는 알칼리슬러지 이송통로를 포함하고;
    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 포함하고;
    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.
  2. 제1항에 있어서, 상기 무산소조의 부피를 100으로 볼 때, 상기 관형 활성슬러지 체류부의 상대부피는 10 내지 40인 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 관형 활성슬러지 체류부 내의 활성슬러지 체류시간은 5 내지 20 분인 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 무산소조의 높이를 100으로 볼 때, 상기 관형 활성슬러지 체류부의 상대높이는 40 내지 65인 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 관형 활성슬러지 체류부는 상기 무산소조의 외벽의 일면에 개구부가 형성되고, 상기 관형 활성슬러지 체류부가 상기 개구부가 형성된 외벽에 설치되어 상기 관형 활성슬러지 체류부의 하부가 상기 개구부와 연통되는 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 관형 활성슬러지 체류부는 상기 무산소조의 인접한 두 외벽에 양측단이 결합되고 하부는 개구된 플레이트 형태인 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 관형 활성슬러지 체류부는 상부와 하부가 개구된 원추 형태인 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 관형 활성슬러지 체류부의 적어도 어느 한 면은 수직에서 10 내지 30°의 각도의 경사면인 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 활성슬러지 반송통로는 상기 관형 활성슬러지 체류부의 수면에 침지되도록 설치된 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리장치.
  10. 제1항에 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.
  11. 청구항 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 하·폐수 처리장치를 이용하고, 슬러지와 알칼리 화합물을 혼합하여 알칼리슬러지를 제조한 후, 무산소조, pH조절조 및 분리막조를 포함하여 이루어진 생물반응조에 알카리슬러지를 첨가하는 하·폐수의 질소 및 인 저감방법에 있어서,
    상기 분리막조의 활성슬러지를 관형 활성슬러지 체류부를 통해 무산소조로 공급하는 것을 특징으로 하는 하·폐수의 질소 및 인 저감방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 관형 활성슬러지 체류부를 통해 무산소조로 공급되는 하·폐수와 활성슬리지의 혼합액의 용존산소가 80 내지 99% 저감되는 것을 특징으로 하는 하·폐수의 질소 및 인 저감방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 알칼리슬러지는 생물반응조의 유입수가 포함된 활성슬러지 100 부피부에 대하여 5 내지 40 부피부로 첨가되는 것을 특징으로 하는 하·폐수의 질소 및 인 저감방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 pH조절조의 pH 조절을 위하여 용존산소(DO)를 1 내지 20 mg/L로 조절하는 것을 특징으로 하는 하·폐수의 질소 및 인 저감방법.
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