하수처리 공법 과정

•하수처리에는 일반적으로 물리적, 화학적, 생물학적 방법이 사용되어 진다. 보통의 하수처리장에는 이런 일련의 방법을 병행하여 사용하고 있으며, 더 나은 처리효율과 깨끗한 방류수를 얻기 위해 여러 공법이 연구되어 지고 있다. 전통적이며 대표적인 처리방식 몇 가지를 소개하고자 한다.

수처리 과정

1. 산화지
•하수처리에는 일반적으로 물리적, 화학적, 생물학적 방법이 사용되어 진다. 보통의 하수처리장에는 이런 일련의 방법을 병행하여 사용하고 있으며, 더 나은 처리효율과 깨끗한 방류수를 얻기 위해 여러 공법이 연구되어 지고 있다. 전통적이며 대표적인 처리방식 몇 가지를 소개하고자 한다.

2. 표준활성슬러지법
•생물학적 하수처리의 대표적인 방법으로, 우리나라 대부분의 하수처리장이 이 공법을 사용하고 있다. 하지만 질소나 인 제거와 같은 고도처리가 어렵기 때문에 점차적으로 고도처리 공법으로 바뀌어 가고 있는 실정이다. 표준활성슬러지법은 우선 호기성미생물을 배양한 폭기조에 하수를 연속하여 흘려 넣으며 미생물에 의해 오염물질을 분해시킨다. 그런 다음 최종침전지에서 미생물과 깨끗해진 상징수를 분리하여 미생물은 다시 폭기조에 되돌려 보내고 상징수는 방류하게 된다. 활성슬러지법은 미생물을 사용하므로 미생물의 생육조건이 아무래도 중요하다. 항상 생육조건을 검사하고, 이상상태가 발생하지는 않은지 주의가 요망된다. 기본적인 활성슬러지법의 설계조건은 다음과 같다. 세포평균체류시간은 4～15일, F/M비율은 0.2～0.4, 부피부하는 0.3～0.6, 폭기조 수량체류시간은 4～8시간, 반송비는 0.25～0.5이다. BOD제거율은 보통 85～95%이다.

오니(Sludge)처리과정

3. 살수여상법
•보통 도시하수의 2차처리를 위하여 사용되며 활성슬러지 공법과는 달리 1차침전 유출수를 미생물 점막으로 덮인 쇄석이나 기타 매개층 등 여재위에 뿌려서 미생물막과 폐수중의 유기물을 접촉시키는 고정상에 의한 처리법이라고 할 수 있다. 미생물 막위를 폐수가 흘러내리면 용해된 유기물은 재빨리 미생물에 의해서 분해되고 colloid상의 유기물은 표면에 흡착된다. 여상 상부에 있는 물은 양분이 충분해서 대수성장단계가 유지되나 하부의 미생물은 충분한 유기물을 얻기 못하므로 여상 전체로 보면 내생성장단계에서 운영된다고 할 수 있으며 여상바닥 부근에는 질산화 박테리아가 서식하여 질산화가 진행되는 경우가 많다. 종류에는 수리학적부하 또는 유기물 부하에 따라 저율, 중율, 고율, 초고율 살수여상법으로 분류할 수 있다.

4. 접촉폭기법
•접촉폭기법은 접촉산화법 또는 침지여상법등으로 불리기도 한다. 처리 원리적으로는 살수 여상법과 같은 생물막방식의 일종이라 할 수 있다. 미국, 독일등지에서 예로부터 연구되어 왔으나 처리효율이 좋지 않기 때문에 실적이 별로 없다. 그러나 최근에는 플라스틱 여재의 출현으로 주로 소규모 생활배수의 3차 처리,공장폐수의 처리등에 이용되게 되었다. 폭기조에 접촉제를 충전하여 여상을 형성하고 폭기가 이루어지도록 하여 충분한 용존산소를 공급한 오수를 순환 접촉하게 하는 조를 접촉폭기조라 하며 생물성 슬러지는 접촉재의 표면에 부착하여 생물막을 형성하여 축적된다. 유입된 오수는 그 생물막에 교반 접촉하는 것에 의해 정화된다. 또 조내에는 생물성 슬러지가 생물막으로서 고정되기 때문에 침전지에서 슬러지 반송은 불필요하다. 본 방식의 일반적인 운영상태에서는 접촉폭기조의 순환수 중에 활성슬러지상으로 다량의 부유슬러지가 생성되지 않는다. 그러므로 최종침전지는 설치하기는 하지만 고액분리 작용으로 처리수를 얻으려는 목적이 아니고 접촉폭기조 유출수의 미량 부유물제거 ,생물막의 과잉 축적에 의한 유출 또는 여상을 세정할때 일시적인 슬럿지 유출등을 통한 처리수질 악화를 방지하기 위함이다.

5. 회전원판법(Rotating Biological Contactor : RBC)
•고정 미생물군을 이용하는 방식의 하나이며, Rotating Biological Contactor(회전식 생물 접촉제) 또는 Bio-disc Unit(회전원판장치)라고도 부른다. 살수여상법, 접촉폭기법이 고정된 미생물막 사이의 물을 순환시키는 것에 비해, 이 방법은 물에 대해 생물막을 회전시키는 것이 독특하다. 원판은 보통 직경 1-4M, 두께 0.7-2.5mm 정도이고 회전축에 수십매가 직결되어 있다. 원판 간격은 일반 도시하수에서는 약 2㎝정도로서 고농도일수록 넓다. 원판의 재질은 발포스티로폴, PVC, 폴리에틸렌, 플라스틱, 내수합판등이 사용된다. 회전원판에 의한 정화원리는 원판면의 약 50%를 하수 중에 담그고 동시에 천천히 중심축을 회전(1-5RPM)시키며 이 원판의 어느 부분이 공중에 위치할 때 대기중의 산소를 원판에 부착된 미생물이 흡수하고 다시 오수 중에 잠길 때 오수에서 유기물을 흡착하여 원판면에서 생육하는 미생물로부터 기질을 대사 분해 시키는 것이다

포기조

6. 장기폭기법
•표준활성슬러지법의 일종으로 하수가 스크린 및 침사조에 유입되어 부유물질의 대부분이 일차적으로 제거된다. 그 다음에 폭기조에서 반송슬러지와 함께 혼합, 폭기되어 하수중의 탄소계, 질소계, 유황계의 유기물이 미생물에 의해 직접 산화 되든가, 흡착 억류된 후에 서서히 미생물의 영양분으로 섭취된다. 이와 같이 하수중에 부유 및 용해상태 유기물의 대부분은 활성슬러지로 전환되기도 하고 탄산가스 및 물로 변화되기도 한다. 이후 그 혼합액은 최종침전지에서 고액 분리되어 슬러지 중의 일부는 반송되고 그 나머지는 농축하여 폐기 처분하고 상등액은 중수도에 재 이용하기 위해서 물리. 화학적 처리가 실시된다.

7. A/O(Anaerobic and Oxidation)공법
•미국의 Air Product & Chemical사가 개발한 방법. 혐기성 반응조와 호기성 반응조가 연속적으로 연결된 형태. 주요 제거 원리는 유입수가 반송슬러지와 섞여 혐기성 반응조에 유입되어 인의 방출이 일어나고 호기성 상태에서 미생물에 의한 인의 과잉섭취 (luxury uptake)를 유도 한 후 침전지에서 미생물을 침전시켜 인을 제거한다. 인의 제거는 결국 잉여슬러지의 폐기로부터 결정되므로 제거되는 슬러지량은 주요한 인의 제거인자가 되며, 따라서 SRT가 가장 중요한 인자가 된다.

8. A2/O(Anaerobic Anoxic and Oxidation)공법
•A/O Process가 인만을 제거하는 단점을 보완하여 혐기성조와 호기성조 사이에 무산소(Anoxic)조를 두어서 질소제거가 가능토록 한 공법. 혐기성조 : 반송슬러지가 유입하수와 함께 혼합되어 미생물에 의한 유기물의 흡수가 일부 일어나면서 인이 방출된다. 무산소조 : 탈질반응에 의해 질산이 제거된다. 호기성조 :인이 방출된 폐수를 폭기 시킴으로써 혐기성조에서 흡수한 BOD를 대사함과 동시 에 인의 급속한 흡수가 일어난다. 인의 제거율은 인을 과잉으로 흡수한 슬러지를 폐기하는 양으로부터 결정되므로 시스템 내의 SRT가 주요변수가 된다.

9. Bardenpho(Barnard Denitrification Phosphate)공법
•Bardenpho공법은 1970년대 초 남아프리카공화국의 Barnard에 의하여 생물학적으로 질소를 제거할 수 있도록 개발된 활성슬러지공법의 변법. 인을 제거할 수 있도록 하기 위하여 기존 Bardenpho공법의 시스템 앞에 혐기조를 추가시킨 5단계의 수정Bardenpho공정으로 개선되었다. 혐기조 : 유입하수와 함께 반송슬러지가 혐기조로 유입되어 슬러지 내 인 방출. 1단계 무산소조 : 유입하수 중의 1단계 폭기조로 부터 내부반송된 혼합액(질화액)의 질산성 질소를 탈질하는 탈질반응. 1단계 폭기조 : 암모니아를 질산으로 산화시키는 질산화 과정이 일어나며, 동시에 BOD제거와 함께 인의 과잉섭취가 일어난다. 2단계 무산소조 : 탈질반응을 일으켜 혼합액 중의 미 처리된 질산성 질소를 제거. 2단계 폭기조 : 혐기?호기상태를 거친 슬러지는 전형적으로 벌킹현상이 발생하게 되며, 2차 무산소조에서 최종침전지로 이동하면 최종 침전지에서 혐기성 상태가 되어 슬러지내에 함유하고 있던 인이 재방출 될 가능성이 있다. 따라서 최종침전지에서의 혐기성 상태를 방지하기 위해 짧은 시간동안 재폭기를 실시해 준다.

10. UCT(University of Cape Town) 공법
•수정 Bardenpho공정과 유사한 공법. 수정 Bardenpho공정에서 2차 침전지의 반송슬러지를 혐기조로 유입 시키는데 반해, UCT공정에서는 슬러지를 무산소조로 반송시키는 것이 차이점이다. 이는 반송슬러지에 함유된 질산성 질소가 혐기조로 유입되면 인의 방출을 방해하기 때문이다. 수정 Berdenpho공정에서 보다 혐기성조의 질산성 질소 농도를 낮게 유지시킬 수 있으며 ,동시에 폭기조에서의 인의 흡수율은 높아지게 된다.

11. Phostrip공법
•Levin에 의해 개발됐으며 인의 제거를 위해 생물학적, 화학적 방법을 이용. 대부분의 생물학적 인 제거공법이 잉여슬러지 폐기에 따라 인의 제거가 이루어지기 때문에 안정성 있는 제거효율을 얻기가 힘든 단점을 보완한 공법이다. Phostrip은 반송슬러지의 일부를 혐기성 탈인조에서 인을 방출시키도록 한 뒤 탈인된 슬러지를 유입수와 접촉시키면서 호기성조에서 인의 과잉섭취를 유도하는 방법이다. 탈인조에서 방출된 인은 화학제의 첨가에 의해 침전 제거되며 또한 잉여슬러지의 제거에 의한 인 제거도 이루어져 처리수의 인 농도가 낮게 처리된다.