본 발명은 하수에 포함된 유기물 및 질소와 인 성분을 제거하는 하수처리장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 하수처리 장치는, 유량조정조와 연결되며 탈질 미생물에 의해 질산화수를 질소 가스로 탈질 제거하는 무산소조; 무산소조와 연결되며 호기성 미생물에 의해 유기물 제거 및 질산화와 미생물의 자산화를 유도하는 접촉폭기조; 접촉폭기조와 연결되며 슬러지와 상등수를 분리하는 침전조; 침전조와 연결되며 분리 된 잉여슬러지를 저장하고 슬러지 탈리액을 유량조정조로 이송하는 슬러지저류조; 침전조와 연결되며 이종금속 접촉부식을 이용하여 인 성분을 제거하는 탈인조; 및 탈인조와 연결되며 부유하는 불용성 염을 여과하는 여과조;를 포함하여 구성된다. 본 발명에 의하면, 하수 중의 유기물, 질소 및 인 성분을 안정적으로 제거하고, 우수한 인 제거 효율을 확보할 수 있다.

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기술분야


본 발명은 하수처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 생활하수나 각종 폐수 등(이하 "하수"라 함)에 포함된 유기물 및 질소와 인 성분을 제거하는 하수처리장치 및 방법에 관한 것이다.


배경기술


하수에 포함된 질소 및 인의 제거방법으로서 생물학적인 방법과 화학적인 방법이 이용되고 있으며, 대부분의 처리시설에서는 생물학적인 방법이 사용되고 있다.
일반적으로 하수의 인 제거는 활성슬러지 미생물의 인과잉섭취 원리를 이용한 것으로, 혐기성 반응조와 연속되는 호기성 반응조를 거치는 동안 활성슬러지내 폴리인산 축적미생물(PAOS)에 의해 섭취된 정인산은 미생물내 폴리인산으로 축적되고, 혐기성 반응조에서는 미생물내에 축적된 폴리인산이 가수분해되어 정인산으로 혼합액에 방출되며, 혼합액중의 유기물이 미생물내에 섭취되고, 섭취된 유기물은 글리코겐 및 PHB(Poly-β-Hydroxy-Butyrate)를 주체로 한 PHA등의 기질로서 미생물내에 저장된다.


호기성 반응조에서는 이렇게 미생물내에 저장된 기질이 산화, 분해되어 감소되며, 폴리인산 축적미생물(PAOS)은 이때 발생하는 에너지를 이용하여 혐기성 반응조에서 방출된 정인산을 재흡수하여 폴리인산형태로 미생물 세포내에 과잉흡수하게 하여 폐슬러지의 형태로 인을 제거시키는 방법과 혐기성 반응조에서 미생물에 의해 인이 방출된 혼합액을 미생물과 분리한 후 분리된 상등액에 석회 또는 금속염을 첨가하여 제거하는 방법 등이 있으며, 질소제거는 하수 또는 폐수의 유입수 중 암모니아성 질소가 호기성 반응조의 미생물 호흡과정에 의해 질산염으로 질산화 되고, 질산화된 질산염을 무산소조로 반송시켜 질산염을 질소가스로 환원시켜 질소를 제거하는 방법이 사용되었다.


인과 질소의 제거를 위한 생물학적 처리공정은 최적공정관리가 매우 복잡하고, 활성 미생물에 의한 영양염류 제거율이 신뢰도가 매우 낮아 제거효율을 높이기 위하여, 하수 또는 폐수에 화학약품을 투입하는 화학적 처리방법을 병행하여 사용하고 있으나 비용이 많이 들고, 잉여슬러지의 처리량이 증가되며, 화학약품을 계속 투입할 경우 미생물의 활성도가 저하하게 된다.
이는 이온화 경향이 다른 알루미늄판과 은판을 염화물이 존재하는 수용액에 넣었을 때 일어나는 국부적 또는 점상태의 부식원리에 의해 알루미늄 이온(Al3+)을 발생시켜 하수 또는 폐수중의 인 성분을 불용성 염으로 제거하였으나, 인제거 반응조에서 알루미늄판관 은판이 일정한 간격으로 분리되어 알루미늄판이 국부적이고 점상태로 일정하게 부식이 일어나지 않게 됨으로써 알루미늄 이온(Al3+) 발생량이 일정하지 않게 되어 안정적인 인 제거가 이루어지지 못하고, 인제거 효율이 저하되는 문제점을 가지고 있다.
또한, 안정적으로 알루미늄 이온(Al3+)을 발생시키기 위해서 은판의 소요량이 증가됨으로써 처리비용이 증가하는 문제점 등이 있다.


문제점


본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하려는 것으로서, 더욱 상세하게는 유기물과 질소의 제거를 위한 생물학적 처리에 알루미늄 이온을 이용하되 알루미늄 이온을 안정적으로 발생시켜 유기물과 질소 및 인 성분을 안정적으로 제거하고, 유기물과 질소 및 인 성분을 제거할 수 있으며, 우수한 인제거 효율을 얻을 수 있는 하수처리장치 및 방법을 제공하려는데 목적이 있다.


해결과제


본 발명에서는, 유기물과 질소 제거를 위한 생물학적 처리 시스템에 알루미늄과 금 또는 백금이 접촉되어 있어 이종금속 접촉부식 원리에 의해 알루미늄 이온을 안정적으로 발생시키는 알루미늄이온발생기가 위치된 탈인조를 위치시켜 하수 중의 유기물, 질소 및 인 성분을 안정적으로 제거하고, 우수한 인 제거 효율이 확보되도록 한다.


이러한 본 발명의 하수처리 장치는, 하수의 수질 평준화 및 부하량을 조절하는 유량조정조를 갖는다.

또, 유량조정조와 연결되며 탈질 미생물에 의해 질산화수를 질소 가스로 탈질 제거하는 무산소조를 갖는다.
또, 무산소조와 연결되며 호기성 미생물에 의해 유기물 제거 및 질산화와 미생물의 자산화를 유도하는 접촉폭기조를 갖는다.
또, 접촉폭기조와 연결되며 슬러지와 상등수를 분리하는 침전조를 갖는다.
또, 침전조와 연결되며 분리된 잉여슬러지를 저장하고 슬러지 탈리액을 유량조정조로 이송하는 슬러지저류조를 갖는다.
또, 침전조와 연결되며 이종금속 접촉부식을 이용하여 인 성분을 제거하는 탈인조를 갖는다.
또, 탈인조와 연결되며 부유하는 불용성 염을 여과하는 여과조를 갖는다.


본 발명의 하수처리 방법은, 탈질 미생물이 위치된 무산소조에서 하수에 포함된 질소 성분을 질소가스로 탈질시켜 질소를 제거하는 탈질단계를 갖는다.
또, 호기성 미생물이 위치된 접촉폭기조에서 유기물을 제거하고, 질소를 질산성 질소로 질산화하는 질산화단계를 갖는다.
또, 침전조에서 슬러지와 상등수를 분리하여 상등수는 탈인조로 이송하고, 잉여슬러지는 슬러지저류조에 저장하며, 슬러지저류조에서 발생하는 슬러지 탈리액을 유량조정조로 이송시켜 재처리되도록 하는 슬러지분리단계를 갖는다.
또, 알루미늄과 금(Au)이 접촉되어 있거나 알루미늄과 백금( Pt)이 접촉되어 있어 이종금속 접촉부식에 의해 알루미늄 이온(Al3+)을 발생시키는 이온발생모듈이 위치된 탈인조에서 알루미늄 이온(Al3+)을 발생시켜 인 성분을 제거하는 인제거단계;를 갖는다.


효과


본 발명에서는, 유기물과 질소 제거를 위한 생물학적 처리 시스템에 이종금속 접촉부식 원리에 의해 알루미늄 이온을 안정적으로 발생시키는 알루미늄이온발생기가 위치된 탈인조를 위치시킨 것이어서 하수 중의 유기물, 질소 및 인 성분을 안정적으로 제거하고, 우수한 인 제거 효율을 확보할 수 있다.
또, 종래의 하수처리시설을 크게 변형시키지 않고서도 적용이 가능하고, 유지관리가 용이하며, 처리비용이 크게 절감되는 효과를 얻을 수 있다.


상기 알루미늄이온발생기가 알루미늄과 금(Au)이 접촉되어 있거나 알루미늄과 백금(Pt)이 접촉되어 있어 이종금속 접촉부식에 의해 알루미늄 이온(Al3+)을 발생시키는 이온발생모듈을 가지는 것일 경우 알루미늄 이온(Al3+)이 매우 원활하고 안정적으로 발생되기 때문에 인의 제거 효율이 매우 우수하다.
또, 알루미늄이온발생기는 탈인조 내에 위치되어 있으며, 상기 이온발생모듈의 알루미늄은 판 형태이고, 금(Au)이나 백금(Pt)은 알루미늄에 면접촉되거나 선접촉되는 형태이며, 상기 알루미늄과 금(Au)이나 백금(Pt)이 고정되는 모듈가이드가 합성수지재로 이루어진 것일 경우 인의 제거 효과가 우수하고 장치의 안정성을 확보할 수 있다.
또, 알루미늄이온발생기의 이온발생모듈을 향해 공기를 공급하는 산기관이 더 구비된 경우 알루미늄 이온의 발생이 더욱 원활하여 인의 제거 효과가 더욱 우수한 특징이 있다.


* 본고는 조선대학교산학협력단 정경훈, 박대현의 연구성과 발표자료를 요약한 것이다.

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