새 페이지 1

  For better Environment
1. 개  요

   하.폐수 처리란 하.폐수 속에 존재하는 인간이 원치 않은 오염 물질들을 물과 분리, 농축, 안정화 격리 하는 것으로 우리나라에서 널리 사용되고 있는 공정으로는 활성슬러지법, 산화구법, 장기 폭기법 등이 있다.  그러나 이러한 처리 공정은 오염물질을 일단 미생물 플럭으로 변형시켜 중력 침전시킴으로서 방류수질에 적합한 처리수를 얻는 공정으로 운전 조건등에 따라 슬러지의 침강성 변동이 커 침강성이 악화될 경우 방류 수질을 악화시킬 뿐만 아니라 폭기조의 미생물 농도가 저하되어 전체 처리공정의 실패를 초래한다.  그러므로 이러한 문제점을 해결하기 위하여 생물학적처리와 막분리 기술을 결합한  MBR공정이 개발되게 되었는데 그 중 하나가 BIOSUF공정이다.
  BIOSUF 공정은 하수.산업폐수.생활오수의 고도처리 및 중수도 활용에 적용할 수 있을 뿐 아니라 고농도의 질소가 포함된 축산.분뇨.침출수와 고농도 산업폐수의 처리공정에도 적용하여 경제적이고 효율적으로 운영할 수 있다.
   이러한 BIOSUF공정에 사용되는 분리막은 한외여과막으로서 약 1~5kg/㎠ 의 압력에 의해 분리가 이루어진다.  그리고 한외여과막은 선택성을 지닌 Barrier역할을 하며 200~200,000 Dalton 정도의 구멍크기를 지닌 구조로 되어 있어  Sugar, Biomolecules, 콜로이드 입자 및 고분자 등의 300 ~ 500,000 Dalton 정도의 분자량을 지닌 물질을 배제시키고 반면에 적은 분자량 물질은 자유로이 투과가 가능하다.
   한외여과막으로 사용되는 고분자 소재는 Polyethersulphone으로서 내열성, 내산성, 기계적 성질이 우수하며 그 형태는 관형(Tubular Type)으로서 다공질 내압성 지지관의 내측에 막을 피복시켜 투과수를 관의 외측에서 집수하는 형태이다.  한외여과막의 직경은 수mm부터 수십mm까지, 길이는 1m에서 수m로 되어 있으며 유로가 넓어 막면에서의 눈막힘이 적고 세정이 용이해 활성 슬러지 혼합액을 투과시키기에 적합하다.

Biosur 공정의 한외여과막

  이와 같은 한외 여과막을 사용하는 BIOSUF 공정은 다음과 같은 생물학적 측면과 막분리 측면의 장점을 갖는다.

① 생물학적 측면
  막분리에 의해 부유물질(Suspended Solids)의 100%가 제거되기 때문에 처리 수질이 Sludge의 침강성에 전혀 좌우되지 않는다.
  Sludge의 체류시간(SRT)을 충분히 길게 잡을 수가 있으며 특히 질화세균과 같이 증식속도가 늦은 미생물의 증식.고농도의 유지가 용이하다
  미생물을 가능한 한 분산상태로 있도록 하여 생물 반응조에 고농도로 유지할 수가 있으므로 전체의 활성도를 높게 할 수 있다.
  반응조내 미생물 농도가 고농도이므로 이른바 내생 탈질이 용이하게 일어나 질소의 제거가 효과적으로 이루어질 수 있다.
  분해되지 않은 상태의 고분자 물질이 유출되는 것을 막아주므로 그런 의미에서도 처리효율이 향상된다.
  별도의 소독시설 없이 대장균 제거가 가능하다.

② 막분리의 측면
  막 단독으로는 제거할 수 없는 저분자의 용존 유기물질을 미생물이 섭취하여 분해 가스화 또는 균체 성분으로 고분자화함으로써 처리 수질이 향상된다.
  막으로 제거시킨 고분자 물질은 생물 분해성이 있으면 분해되므로 그 처리 Process Systemm내에서의 축적이 무한정으로 진행되지 않는다.

2. BIOSUF 공정의 적용

① 하수.산업폐수.생활오수의 고도처리 및 중수도 활용
  하수.산업폐수.생활오수는 점진적으로 방류규제농도의 강화 뿐만 아니라 물부족 문제를 능동적으로 해결하기 위한 방안으로 중수도의 개념이 도입되었다.  중수도는 새로운 수원에 의존하는 것이 아니라 이미 공급된 용수를 현장에 재이용하므로 용수 수급의 안정성이 확보되며 중수도에 의하여 재이용되는 수량 만큼 하.폐수 발생이 감소되어 수질오염이 경감되므로 수도요금이 현실화되고 오염 물질의 총량 규제가 실시되면 상수원 보호 구역이나 배출 허용기준이 엄격한 지역의 하.폐수 처리장을 중심으로 더욱 더 확대될 전망이다.
  BIOSUF공정은 유량조정조, 미세스크린,생물반응조(탈질/질화조), 한외여과막, 슬러지 저류조로 이루어져 처리 시설이 간단하고 유지관리가 용이하여 중수처리에 적합하다.
  즉 주택,공공건물,공장 등에서 발생된 오.폐수는 1차 스크린을 거쳐 유량조정조로 유입되어 유량 및 수질의 균등화가 이루어진다.  이어서 탈질조 및 질화조로 유입된 오.폐수는 미생물의 세포함성을 통해 부유물질 및 유기물질과 질소가 제거된 후 2차 스크린을 거쳐 순환조로 유입된다.  순환조의 활성 슬러지는 한외여과막을 거쳐 고액분리 된 후 처리액은 방류조 또는 중수조로 이송되고 농축액은 순환조 및 폭기조로 반송된다.  농축액의 일부는 적정 SRT를 유지하기 위해 하루 일정량을 슬러지 저류조로 폐기시킨다.  이 때 폭기조 및 순환조의 MLSS는 7,000~13,000mg/L로 높게 유지하며 처리수질은 BOD5mg/L 이하, SS 불검출로 항시 안정적인 수질을 유지할 수 있다.

  BIOSUF공정 개략도

  실제로 BIOSUF 공정을 인천시 부개 단지 오수 처리 시설에 설치하여 약 2년 여간 운전한 결과 처리수질은 BOD 1mg/L 이하 SS 불검출로 대부분의 유기물질 및 부유물질이 제거되었고 대장균군 1~2MPN/mL, 색도 2도, 탁도 2도 이하의 양호한 처리 수질을 얻은 바 있다.

② 고농도 질소가 함유된 축산.분뇨.침출수 및 산업폐수처리
  축산.분뇨.침출수 및 고농도 산업폐수의 처리 공정은 일반적으로 유입 및 저류시설, 1단계, 2단계, 3단계 처리시설 및 소독 시설로 구분할 수 있다.  이 때 1단계 처리시설로는 혐기성 소화식과 호기성 소화식이 있으며 2단계 처리는 활성슬럿지 공법이 흔히 사용되고 3단계 처리시설에서는 물리.화학적 처리 공정을 많이 사용하고 있다.  그러나 모든 처리 시설에서 이와 같이 1.2.3단계 처리 시설을 설비하여 가동하기 보다는 폐수의 처리 특성, 지역적 법적 수질 기준 및 처리공정의 특성 등에 따라 1.2.3 단계 처리시설을 조합하여 처리하거나 1단계 또는 1.2단계 처리 시설만을 설치하여 가동하는 경우도 있다.
  하지만 질소 농도가 높은 축산.분뇨.침출수 및 고농도 산업폐수의 경우 2단계 처리 공정에서 탈질 공정 없이 활성 슬러지 공정만으로 처리하였을 때 폭기조 내에서 질화에 따른 pH저하, 침전조에서 슬러지 부상, 그리고 처리 수질의 악화 등으로 운영 관리상에 많은 문제점이 있다.  또한 이러한 문제점을 해결하기 위하여 3댠계 처리시설을 시설하는데 3단계 시설로는 대부분 응집침전, 가압부상, 오존처리, 모래여과 그리고 활성탄 여과 등을 주로 이용하고 있지만 이 또한 용존성 유기 물질이나 질산성 질소의 제거 효율이 낮고 법적 규제를 만족시키기에는 많은 어려움이 있다.  그러므로 고농도 질소가 포함된 축산,분뇨,침출수 및 산업폐수의 3단계 시설을 BIOSUF 공정을 이용할 경우 완벽한 유기 물질 및 부유물질의 제거 및 탈질을 시킴으로서 안정적인 운전이 가능하다.
  BIOSUF 공정의 1단계 처리 시설은 기존 처리 시설과 동일한 공정이지만 2단계 처리시설은 탈질을 위하여 탈질조와 질화조로 구분되며 한외 여과막 가동을 위한 순환조가 설치된다.  또한 탈질조에서 탄소원이 부족한 경우에는 외부 탄소원을 공급하는데 이때 사용되는 외부탄소원은 메탄올,에탄올 이외에 주정공장에서 배출되는 불량주정을 이용할 수 있으며 투여되는 양은 질화조의 pH조건에 따라 자동으로 투입이 된다.  그리고 원활한 탈질을 위하여 질화조에서 탈질조로의 내부반송은 3Q ~ 5Q정도이며 순환조에서의 농축을 방지 시키기 위하여 1Q ~ 2Q 정도 탈질조로 반송시키며 설치된 한외 여과막은 BIOSUF 공정과 동일한 한외여과막이다.  이러한 BIOSUF 공정을 통한 효과를 이천시 환경사업소의 운영결과를 바탕으로 다음과 같이 알 수 있다.

BIOSUF 공정을 이용하여 분뇨 및 축산폐수를 처리할 경우 BOD 5mg/L이하, SS 1mg/L 이하의 매우 양호한 처리 수질을 얻을 수 있다.
  한외여과막에 의해 고형물질과 대장균군이 거의 완벽히 제거된다.
공정상에 약품의 첨가 없이 순수한 고액분리가 가능하다.
  산화구의 미생물 농도를 높게 유지할 수 있으므로 충격부하에 영향 없이 안정적인 운전이 가능하다.
  희석수의 양이 대폭 감소된다.
  고형물질 체류시간(SRT)를 길게 유지할 수 있으므로 질산균과 같이 증식 속도가 늦은 미생물의 증식 및 고농도 유지가 용이하여 질소제거가 보다 효과적이다.
미생물에 의한 탈질/질화 공정이 진행되므로 약품의 첨가 없이 산화구의 pH가 6.5~7.5로 안정적으로 유지된다.
  유지관리가 용이하고 소요되는 부지가 적다.