생활계 오수처리 장치{Municipal wastewater treatment system}

본 발명은 생활계 오수처리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래의 연속 회분식 활성슬러지법(Sequencing Batch Reactor, 이하 'SBR 공법'이라 함)을 개선한 연속유입 간헐배출 공법을 적용하되, 반응조 내에 철 전기분해장치를 설치하여 전기분해에 의해 용출된 철이 인을 금속염 형태로 제거하게끔 하고, 반응조 후단에는 별도로 생물여과장치(Biofilter)를 연결설치함으로써, 유기물질인 생화학적산소요구량(Biochemical Oxygen Demand, 이하 'BOD'라 함), 질소, 인의 처리효율을 높이면서 원수조 용량을 크게 절감시킬 수 있음은 물론, 전기분해에 의해 철을 용출시켜 인을 화학적으로 응집제거하기 때문에 인의 재용출을 방지하며 슬러지 침강성이 향상되어 고액분리가 용이해질 뿐만 아니라, 전기에 의한 미생물의 자극효과를 또한 기대할 수 있어 소규모 오수 처 리시설에 적합하게 적용할 수 있는 생활계 오수처리 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 'SBR 공법'이라 함은 하나의 반응조에서 포기, 침전, 배출이 동시에 이루어지기 때문에, 그 처리장치가 콤팩트(compact)하고 부하변동에 강하며, 유지관리가 비교적 용이하여 중소규모의 오수처리 시설에 적합하다고 알려져 있다.

그러나, 상기한 'SBR 공법'은 회분식 운전으로 인하여 원수조(오수저류조)의 용량이 과다하게 커지는 문제점을 갖고 있다. 또한, 유입-반응(포기)-침전-배출 공정으로 이루어진 기존의 운전방식만으로는 BOD, SS, 질소, 인 등에 대한 방류수질의 기준이 좀 더 엄격해질 경우에는 이에 대처할 수 없게 되는 문제가 있다.

또한, 고도처리와 관련하여 'SBR 공법'은 운전방식을 용이하게 변환시킬 수 있다는 장점 때문에, 별도의 추가설비 없이도 무산소, 혐기, 호기조건을 제공하는 운전방식의 채택에 의해 높은 질소, 인의 제거효율을 기대할 수 있는 것으로 알려져 있다[Manual Nitrogen Control, US EPA, 1993]. 그러나, '인'의 경우에는 생물학적으로는 제거되었다 하더라도 슬러지 저류조에서 재용출[인을 제거하는 미생물은 혐기성상태에서 미생물 체내의 인을 재방출 함)되어 처리계통내로 다시 유입될수 있기 때문에, 금속염의 형태로 제거되는 것이 바람직하다. 따라서, 이를 위해 별도의 응집처리 시설을 설치하거나, 반응조에 직접 금속염을 주입하는 경우가 있다. 그러나, 별도의 응집처리 시설을 설치할 경우에는 그 처리공정이 복잡해지고, 장치를 설치하는데 있어 그 부지와 약품비 등 유지관리비 에 있어 상당히 비경제적이라는 문제가 있다.

따라서, 상기한 'SBR 공법'이 갖는 회분식 유입의 문제점을 해결하기 위하여, 연속유입 간헐배출 혹은 간헐유입 연속배출 등의 변법이 개발되고 있다. 이중 연속유입 간헐배출공법은 일정한 유입시간을 두지 아니하고 전공정(반응, 침전, 배출)을 통하여 오수가 유입되는 것으로써 오수의 단락류 형성과 침전하는 활성슬러지계면이 교란되는 것을 방지하기 위하여 유입부에 정류벽(Baffle)을 설치하고 일정한 장폭을 갖도록 한다. 또한 'SBR 공법'은 산소공급장치(송풍기)의 on-off, 교반기의 on-off, 오수를 유입시키는 timing, 시간 분할 방법에 따라 다양한 패턴의 운전방식을 생각할 수 있는 바, 본 공법에서는 반응조에 정류벽을 설치하여 유입지역과 주반응지역(포기반응조)으로 구분된 반응조를 사용하고, 오수를 연속적으로 유입시키되, 반응 공정에 있어 포기와 교반이 교대로 반복 수행하는 방식으로 변형시킴으로써, 연속유입이 가능하여 원수조의 용량을 크게 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 간헐포기를 통하여 유기물 및 질소를 보다 고도로 처리할 수 있다. 그러나, 이러한 연속유입 간헐배출 공법에서도 안정된 인제거를 위해서는 응집처리시설 등의 별도의 인 처리 시설을 설치하여야 하므로 부지 및 유지관리 등의 문제점이 있어 바람직하지 않다.

따라서, 본 발명의 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 연구 노력한 결과, 종래의 연속 회분식 활성슬러지법을 개선한 연속유입 간헐배출 공법을 적용하되, 반응조 내에 철 전기분해장치를 설치하여 전기분해에 의해 용출된 철이 인을 금속염 형태로 제거하게끔 하고, 반응조 후단에는 별도로 생물여과장치를 연결설치함으로써, BOD, 질소, 인의 처리효율을 높이면서 원수조 용량을 크게 절감시킬 수 있음은 물론, 전기분해에 의해 철을 용출시켜 인을 화학적으로 응집제거하기 때문에 인의 재용출을 방지하며 슬러지 침강성이 향상되어 고액분리가 용이해질 뿐만 아니라, 전기에 의한 미생물의 자극효과를 또한 기대할 수 있어 소규모 오수 처리시설에 적합하게 적용할 수 있는 생활계 오수처리 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 회분식 활성슬러지법(SBR 공법)이 적용된 장치의 구성 개념도를 나타낸 것이다.

도 2는 종래의 연속유입 간헐배출 공법이 적용된 장치의 구성 개념도를 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 생활계 오수처리 장치의 구성 개념도를 나타낸 것이다.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

10, 110, 210 : 오수 유입구 20, 120, 220 : 원수조(오수 저류조)

30 : 포기 반응조 130, 230 : 연속유입 간헐배출 반응조

31, 131, 231 : 산소 공급장치(송풍기) 32, 132, 232: 산소 방사장치(산기관)

33, 133, 233 : 침전시 슬러지 높이 34, 134, 234 : 슬러지 배출구

135, 235 : 정류벽(Baffle) 136a, 136b, 236a, 236b : 교반기

237 : 전류 공급원 238 : 철판

40, 140 : 처리수조

240 : 생물여과장치 50a,50b,150a,150b,250a,250b : 펌프

60, 160, 260 : 처리수 배출구

본 발명은 오수 유입구(210), 원수조(220), 연속유입 간헐배출 반응조(230)가 차례로 연결 설치되어서 이루어진 생활계 오수처리 장치에 있어서, 상기 연속유입 간헐배출 반응조(230)내에는 침지되는 철판(238)과 상기 철판(238)에 전류를 공급하는 전류 공급원(237)으로 구성된 철 전기분해 장치가 장착되고, 상기 연속유입 간헐배출 반응조(230)의 후단에는 생물여과장치(240)가 추가적으로 연결 설치되어 이루어진 생활계 오수처리 장치를 그 특징으로 한다(도 3 참조).

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 종래의 'SBR 공법'을 개선한 연속유입 간헐배출 공법을 적용하되, 반응조 내에 철 전기분해장치를 설치하여 전기분해에 의해 용출된 철이 인을 금속염 형태로 제거하고, 이와 동시에 반응조 후단에는 생물여과장치를 결합시킨 생활계 오수처리 장치에 관한 것이다.

본 발명을 첨부도면 도 1 ∼ 3에 나타낸 오수처리 장치의 구성 개념도를 구현 예로하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 첨부도면 도 1은 종래의 연속 회분식 활성슬러지 공법이 적용된 장치의 구성 개념도를 나타낸 것이다. 한편, 첨부도면 도 2는 상기 첨부도면 도 1을 개선한 연속유입 간헐배출 공법이 적용된 장치의 구성 개념도를 나타내었다. 기존의 'SBR 공법'을 개선하여 연속유입 간헐배출 반응조(130)를 사용하는 것에 큰 차이점이 있는 바, 상기 첨부도면 도 1과 첨부도면 도 2와의 차이점을 연속유입 간헐배출 반응조(130)의 구조를 들어 더욱 상세히 설명하기로 한다.

첨부도면 도 2에 도시한 오수처리 장치의 연속유입 간헐배출 반응조(130)는 기존 'SBR 공법'의 포기 반응조(30)와는 달리 반응조 내에 별도로 정류벽(135)이 설치되어 있어 유입지역과 주반응지역으로 구분된 반응조를 사용한다. 따라서, 오수의 연속유입이 가능하여 별도의 유입 단계를 두지 않고, 반응-침전-배출 전 공정을 통하여 오수의 연속적인 유입이 가능하도록 함으로써, 원수조의 용량이 과다하게 커지는 단점을 보완할 수 있다. 또한, 교반기(136a, 136b)를 별도로 추가하여 반응단계를 간헐포기식, 즉 포기와 교반이 교대로 반복되어 호기와 혐기(무산소) 상태를 여러회 거치도록 운전함으로써, 보다 고도의 유기물 및 질소의 제거가 이루어지도록 할 수 있는 것이다.

그러나, 상기한 연속유입 간헐배출 공법은 유기물(BOD) 및 질소의 처리효율은 높으나, 인의 처리효율에 있어서, 변동이 심하다는 생물학적 인제거 기술의 일반적인 단점을 가지고 있으며, 유출수의 인농도를 안정적으로 낮게 유지하기 위해서는 부대 처리시설이 요구된다. 이 경우, 금속 응집제에 의한 화학적인 인 제거기술이 주로 적용되는데, 이렇게 금속염의 형태로 사용될 경우의 부대시설에 대한 요구나 생물반응조로 직접 유입될 경우, 미생물에 대한 충격부하를 줄 수 있는 우려가 있는 문제가 있다.

따라서, 본 발명에서는 종래의 'SBR 공법'을 개선한 연속유입 간헐배출 공법을 적용하되, 반응조 내에 철 전기분해장치를 설치하여 전기분해에 의해 용출된 철이 인을 금속염 형태로 제거하고, 이와 동시에 반응조 후단에는 생물여과장치를 결합시켰는 바, 이에 대하여 첨부도면 도 3을 들어 더욱 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 오수처리 장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 가장 큰 특징은 상기한 연속유입 간헐배출 반응조(230)를 적용하되, 반응조 내에 별도로 전류 공급원(237)과 철판(238)으로 구성된 철 전기분해장치를 설치하여 전기분해에 의해 용출된 철이 인을 금속염 형태로 제거할 수 있는 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 오수처리 장치는 철 전기분해장치를 사용하여 철의 용출량을 조절함으로써, 기존의 '연속유입 간헐배출 공법'만을 적용한 경우의 문제점, 즉 BOD와 질소의 처리효율은 높으나, 안정된 인 제거를 위해서는 별도의 처리시설을 설치하여야 하므로 그 공정이 복잡해지고, 장치를 설치하는데 있어 그 부지와 유지 등에 있어 상당히 비경제적이라는 문제점을 효과적으로 해결할 수 있고, 유출수의 인 농도를 안정적으로 낮게 유지할 수 있는 것이다. 또한, 본 발명에 따른 오수처리 장치는 유입지역이 높은 F/M비로 유지하고 일차적인 반응 후 주반응지역으로 유입되므로써 사상균 성장 억제에 효과적일 뿐 아니라 철염이 유기물 및 SS 플록 형성에 도움을 주는 이유로 인하여 슬러지의 침전성이 악화되는 현상인 팽화(Bulking)의 발생을 효과적으로 억제할 수도 있다. 여기서, 본 발명에 따른 생활계 오수처리 장치는 전류공급원(237)으로부터 상기 철판(238)에 전류를 인가하는 바, 1 ∼ 300mA의 전류, 보다 바람직하기로는 20 ∼ 150mA의 전류를 인가한다. 이때, 상기 인가되는 전류가 20mA 미만일 경우에는 철의 용출량이 적어 안정적인 처리가 어렵다는 문제점이 있고, 반면에 150mA를 초과할 경우에는 철판 및 전력 소모가 과다해진다는 문제점이 있어 바람직하지 않다.

한편, 'SBR 공법'을 포함한 모든 생물학적 공법에서 침전공정을 거쳐 유출되는 물의 수질은 BOD와 SS를 10 ㎎/ℓ 이하로 유지시키기에는 어느 정도 한계가 있다. 특히, 침전공정에서 이상이 생길 경우, 유출수의 수질은 더욱 악화된다. 따라서, 본 발명에서는 연속유입 간헐배출 반응조(130, 230)의 후단에 최종침전조(140)을 연결 설치하는 대신에 별도로 생물여과장치(240)를 설치하는 것을 또 다른 특징으로 하는 바, 이렇게 생물여과장치(240)를 설치함으로써, 미처리된 BOD 및 SS를 생물학적 산화분해와 여과에 의해 추가적으로 제거함으로써, 보다 안정적이고 고도로 처리된 물을 방류할 수 있다. 또한, 종래의 오수처리장치에서 설치하던 최종침전조를 설치하지 않아도 되기 때문에 장치가 콤팩트(compact)하게 되어 소규모 생활계 오수처리에 적합하게 적용할 수 있는 것이다.

이제는, 첨부도면 도 3에 도시된 본 발명에 따른 생활계 오수처리 장치의 작동원리를 간략히 설명하면 다음과 같다. 먼저, 오수를 오수 유입구(210)를 통해서 원수조(220)로 유입시킨다. 그런 다음, 원폐수 저류조(220)에 있던 오수를 연속유입 간헐배출 반응조(230)로 유입시킨다. 그리고, 연속유입 간헐배출 반응조(230)를 통해 처리된 처리수를 다시 생물여과장치(240)로 유입시켜 처리한 다음, 처리수 배출구(260)을 통해 배출한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 생활계 오수처리 장치는 보다 안정적이고, 고도로 처리된 물을 방류할 수 있기 때문에 소규모 오수 처리시설에 대한 기존 기술의 한계점을 극복하고, 소규모 시설의 오수발생 특성에 적합하다.

이하 본 발명을 실시예에 의거 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

비교예 1

먼저, 원폐수로는 제천 강저 농공단지에 위치하는 공장에서 배출되는 오수를 사용하였음을 밝힌다. 이때, 오수의 BOD는 200mg/L 이었고, 질소는 40mg/L이었고, 인은 8mg/L이었다.

상기 원폐수를 첨부도면 도 1에 도시한 통상적인 'SBR 공법'이 적용된 오수처리 장치를 사용하여 처리하였다. 그리고, 처리된 처리수에 대하여 BOD, 질소 및 인의 농도를 통상적인 방법을 사용하여 측정한 후, 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

비교예 2

상기 비교예 1과 동일하게 수행하되, 오수를 첨부도면 도 2에 도시한 통상적인 연속유입 간헐배출공법이 적용된 오수처리장치를 사용하였다.

그리고, 처리된 처리수에 대하여 용존산소 농도, BOD, 질소 및 인의 농도를 통상적인 방법을 사용하여 측정한 후, 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

실시예

상기 비교예 1과 동일하게 수행하되, 오수를 첨부도면 도 3에 도시한 본 발명에 따른 전기분해 장치가 적용된 오수처리 장치를 사용하였다.

그리고, 처리된 처리수에 대하여 BOD, 질소 및 인의 농도를 통상적인 방법을 사용하여 측정한 후, 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 오수의 연속유입으로 기존 SBR 반응조에서 요구되는 원수조 용량을 크게 절감하며, 하나의 조에서 연속유입, 생물학적 고도처리 및 전기분해에 의한 인의 침전제거와 미생물 활성화가 가능하여 별도의 단위 시설이 필요 없으므로 소요부지를 줄일 수 있음은 물론, 반응단계에서 간헐포기를 적용함으로써, BOD, 질소, 인의 처리효율을 높일 수 있다. 그 뿐만 아니라, 반응조내에 철판을 침지시키고, 전기분해에 의해 철을 용출시켜 인을 화학적으로 응집제거함으로써, 재용출을 방지하며 슬러지 침강성이 향상되어 고액분리가 용이해지고 전기에 의한 미생물의 자극효과를 기대할 수 있고, 미처리된 BOD 및 SS를 반응조 후단에는 생물여과장치를 통해 처리함으로써, 보다 안정적이고, 고도로 처리된 물을 방류할 수 있어 소규모 오수 처리시설에 대한 기존 기술의 한계점을 극복하고, 소규모 시설의 오수발생 특성에 적합한 고도처리시설에 적용할 수 있는 것이다.