폐 수 처 리 공 학 Wastewater Engineering; Treatment, Disposal, and Reuse 동의대학교 생명공학과 생물정화공학 폐 수 처 리 공 학 Wastewater Engineering; Treatment, Disposal, and Reuse 주 동 진 Ju123c@pusan.ac.kr

9 장. 생물학적 단위공정 생물정화공학 - 대부분의 폐수는 발생 상태 그대로 또는 적절한 전처리를 거쳐 미생물이 동의대학교 생명공학과 9 장. 생물학적 단위공정 - 대부분의 폐수는 발생 상태 그대로 또는 적절한 전처리를 거쳐 미생물이 생육할 수 있는 조건을 만들어주면 미생물에 의한 생물학적 오염물질 제거가 가능함, 따라서 본 장에서는 ▪ 생물학적 폐수처리의 개요 ▪ 미생물의 대사작용과 관련된 중요한 현상 ▪ 폐수처리에 관련된 주요 미생물 ▪ 미생물 증식과 폐수처리 동력학 조절에 관여하는 주요 인자 ▪ 가장 일반적으로 사용되는 생물학적 처리공정의 동력학적 분석 등에 대해 다룸 Department of Biotechnology & Bioengineering , Dong-Eui University

8 장. 하수의 물리화학적 처리시설 생물정화공학 ※일반적인 하수종말처리장의 처리흐름도 유입 방류 동의대학교 생명공학과 포기조 동의대학교 생명공학과 8 장. 하수의 물리화학적 처리시설 ※일반적인 하수종말처리장의 처리흐름도 유입 스크린 침사지 유입 펌프장 최초(1차) 침전지 물리적 처리시설 방류 소독조 최종(2차) 침전지 포기조 화학적 처리시설 생물학적 처리시설 농축여액 하수 흐름 월류수 슬러지 흐름 슬러지반송 탈수기 혐기성 소화조 원 심 농축조 중 력 농축조 Cake 반출 Department of Biotechnology & Bioengineering , Dong-Eui University

8 장. 하수의 물리화학적 처리시설 생물정화공학 = 동의대학교 생명공학과 8 장. 하수의 물리화학적 처리시설 ※하수처리장의 BNR (biological nutrient removal, 생물학적 영양염제거) 공정 포기조 A2O 공정 (Anaerobic/Anoxic/Aerobic) = 혐기조 (Anaerobic) 무산소 (Anoxic) 호기조 (Aerobic) Oxygen 질산화, 유기물 제거, 인 섭취 탈질, 유기물 소모(제거) 인 방출, 부분적인 유기물제거 Department of Biotechnology & Bioengineering , Dong-Eui University

8 장. 하수의 물리화학적 처리시설 생물정화공학 8.1 바랙과 스크린 (Bar Racks and Screen) 동의대학교 생명공학과 8 장. 하수의 물리화학적 처리시설 8.1 바랙과 스크린 (Bar Racks and Screen) - 스크린은 바렉(조대스크린, bar 사이에 15mm 이상의 순간격을 가짐)과 스크린(미세스크린, bar 사이에 15mm 이하의 순간격을 가짐)으로 나뉘어짐 - Bar racks에 걸리는 물질에는 돌, 나뭇가지 및 조각, 나뭇잎, 종이, 플라스틱, 헝겊조각 등의 조대고형물이 있으며 스크린 총 찌꺼기의 60-70%를 차지함 - Screen에 걸리는 물질에는 15 mm 이하의 물질들로 다량의 grease(그리스, 유지)나 scum(작은 찌꺼기, 거품 등)을 포함함 - Bar racks에는 인력청소식과 기계청소식이 있으며 bar racks에 대해 적절한 찌꺼기 제거를 실시하여 막힘 현상을 방지해야 함 - Screen은 bar racks보다 더 미세하고 그리스나 스컴 등이 걸리므로 고온 고압의 증기를 이용하여 주기적으로 세척해야 함 - 스크린의 찌꺼기는 매립, 단독소각/grit 슬러지와 공동소각, 분쇄 후 하수관로로 반송 도시쓰레기(MSW, municipal solid waste)와 공동 처분 Department of Biotechnology & Bioengineering , Dong-Eui University

8 장. 하수의 물리화학적 처리시설 생물정화공학 8.2 분쇄기 (Communitor) 동의대학교 생명공학과 8 장. 하수의 물리화학적 처리시설 8.2 분쇄기 (Communitor) - Racks 또는 screen에 대신하여 분쇄기를 설치할 수 있음 - 렉이나 스크린에 의해 제거된 고형물은 처분에 대한 방법을 고려해야 하지만 분쇄기를 설치하여 고형물을 분쇄하여 후속공정으로 보낼 경우 이러한 문제를 피할 수 있음 분쇄된 고형물은 후속공정에서 유기물로 이용될 수도 있으며 쉽게 제거될 수도 있음 8.3 그맅제거 (Grit Removal) - Grit이란 모래, 자갈 등 침강속도와 단위중량이 매우 큰 고형물과 계란껍질, 뼈, 씨앗, 커피 찌꺼기, 음식물찌꺼기(큰 유기물 입자) 등을 말함 - Grit 전체 밀도는 1600kg/m3 정도이며 유기물 함유량이 대체로 매우 높아 하수로부터 제거 후 적절한 처리를 수행해야 함 - Grit의 제거는 침사지를 이용하여 수행하며 침사지 형태는 직사각형/정사각형 구조의 수평류식, 폭기식, 와류식으로 나뉨 - 제거된 Grit은 매립(석회안정화 후) 또는 소각의 방식으로 처분됨 Department of Biotechnology & Bioengineering , Dong-Eui University

8 장. 하수의 물리화학적 처리시설 생물정화공학 8.4 유량균등화 (Flow Equalization) 동의대학교 생명공학과 8 장. 하수의 물리화학적 처리시설 8.4 유량균등화 (Flow Equalization) - 후속처리 공정 및 조작에 있어 하수 유량의 과부하로 인해 문제가 발생하는 것을 막기 위해 공정 내∙외 유량 조정이 이뤄지도록 함 - 공정 내 유량 조정은 하수처리장 부하를 일정(균등)하게 유지하기 위함이고 공정 외 유량조정은 합류식 관거를 통해 유입되는 하수로부터 초기 강우를 배제하기 위하여 사용됨 - 설계시 고려해야할 주요인자는 청소, 접근성, 안전에 대한 고려, 교반 및 공기주입의 필요성, 펌프와 펌프조절 장치 등 8.5 기타 예비처리 조작 - 본격적인 처리 공정의 효율을 높이기 위해 이용되는 예비처리 공정으로 전폭기/응집 등이 있으나 최근에는 별로 이용되지 않는 경향 Department of Biotechnology & Bioengineering , Dong-Eui University

8 장. 하수의 물리화학적 처리시설 생물정화공학 8.6 일차 침전지 (Primary Sedimentation Tank) 동의대학교 생명공학과 8 장. 하수의 물리화학적 처리시설 8.6 일차 침전지 (Primary Sedimentation Tank) - 일차 침전지는 방류 후 슬러지로 퇴적될 수 있는 침전성 물질 제거, 기름이나 그리스 또는 부상물질 제거, 유기물 부하의 일부분 제거 등의 기능을 수행함 - 일차 침전지(일차 침전지)에서 부유물질의 50-70%, 유기물의 25-40%가 제거됨 - 일차 침전지 설계에 있어 고려사항은 체류시간(1.5-2.5hr), 표면부하율(32-48 m3/m2/d), 소류속도(거슬러 흐르는 속도 즉, 입자의 침전이 시작되는 흐름속도), 탱크의 형태와 크기 (직사각형, 원형) 등이 매우 중요함 - 슬러지 처리관련 시설과 장치의 용량을 결정하기 위해서는 1차 침전지에서의 슬러지 발생량을 산정해야 하는데 슬러지 발생량은 원 하수의 특성, 침전지의 고형물 제거효율, 침전지 퇴적 고형물의 특성 등을 고려하여 산정할 수 있음 표 8-9 1차 침전지 슬러지 항 목 비중 고형물 농도 범위 평균값 Only 1차 슬러지 중간농도하수 (BOD 220) 1.03 4-12 6 합류식 하수 1.05 6.5 1차 슬러지 + 폐활성슬러지 2-6 3 1차 슬러지 + 살수여상 슬러지 4-10 5 Department of Biotechnology & Bioengineering , Dong-Eui University

8 장. 하수의 물리화학적 처리시설 생물정화공학 8.7 기타 고형물 제거공정 8.8 화학적 침전 동의대학교 생명공학과 동의대학교 생명공학과 8 장. 하수의 물리화학적 처리시설 8.7 기타 고형물 제거공정 - 1차 침전지를 대신하여 사용되는 단위조작으로 부상법(Flotation)과 미세스크린(Fine screen) 등이 있음 - 부상법은 하수 유량의 2-3%에 해당하는 공기량을 공급하여 기름과 그리스 및 부유성 고형물질을 제거하는 방법 - 스크린 재질과 제작기술의 향상으로 미세스크린 사용 예가 증가하고 있으며 미세스크린은 grit 80-90%, BOD 15-25, 부유물질 25-35%을 제거함 8.8 화학적 침전 - 1차 침전지의 효율 향상, 인 제거 등을 위해 사용됨 - 산업폐수의 유입이 많은 하수처리장에서는 산업폐수의 난분해성 물질로 인해 생물학적 처리에 어려움이 있어 대안으로 화학적 침전을 포함한 독립적 물리-화학적 처리 시스템을 운영하는 경우도 있었지만, 비용과 2차 오염물 처리(주로 슬러지)에 대한 문제로 성공적 이지는 못함. 현재는 대부분이 생물학적 처리공정을 주 공정으로 이용함 Department of Biotechnology & Bioengineering , Dong-Eui University

8 장. 하수의 물리화학적 처리시설 생물정화공학 8.9 염소화합물에 의한 살균 동의대학교 생명공학과 동의대학교 생명공학과 8 장. 하수의 물리화학적 처리시설 8.9 염소화합물에 의한 살균 - 일반적으로 염소는 상수처리 및 하수처리에서 살균제로 많이 사용됨 - 하수처리 시 살균 목적 이외에 황화수소 제어를 위한 전염소처리, 활성슬러지 팽화현상 (sludge bulking) 제어, 냄새 제어 목적으로도 사용됨 - 하수처리장에서 사용하는 염소화합물은 염소(Cl2), 이산화염소(ClO2), 칼슘하이포클로라이트[Ca(OCl2)], 소디움하이포클로라이트(NaOCl) 등이 있음 표 8-12 하수의 수집, 처리, 처분시 사용되는 염소의 주입량 적용 항목 주입량 범위 (mg/L) 부식방지(황화수소) 2-9 (H2S mg/L 당) 미처리 하수 (전염소주입) 6-25 악취제어 2-9 (H2S mg/L 당 ) 1차 처리 유출수 5-20 BOD 제거 0.5-2 (BOD mg/L 당) 화학적 침전 유출수 2-6 소화조 등의 거품방지 2-15 살수여상 유출수 3-15 곤충(파리) 제어 0.1-0.5 활성슬러지 유출수 2-8 그리스제거 2-10 여과 유출수 1-5 슬러지 팽화제어 1-10 소화조 상징액의 산화 20-140 Department of Biotechnology & Bioengineering , Dong-Eui University

8 장. 하수의 물리화학적 처리시설 생물정화공학 8.10 기타의 살균방법 8.11 후폭기 (Post Aeration) 동의대학교 생명공학과 8 장. 하수의 물리화학적 처리시설 8.10 기타의 살균방법 - 기타의 살균방법에는 브롬화염소, 오존, UV 등이 있음 - 최근에는 오존과 UV를 사용하는 경우가 크게 늘고 있음 8.11 후폭기 (Post Aeration) - 최근에는 하수종말처리장 최종방류수질 기준에 용존산소 (DO, Dissolved Oxygen) 항목도 포함되어 (4-8 mgO2/L) 생물학적 처리와 소독을 거친 처리수에 대해 후폭기 공정을 도입하기도 함 - 후폭기 방법으로는 ▪ 계단식폭기 : 지형적으로 자연유하가 가능할 때 cascade방식(작은 폭포가 여러 개 겹쳐진 스타일)을 이용한 것으로 비용이 가장 낮음 ▪ 기계식폭기 : 저속지면 폭기기와 수중터빈 폭기기가 있으며 물에 유동을 주어 난류를 형성함으로써 대기중의 산소를 용존시키는 방법 ▪ 산기식폭기 : 산기기를 이용하여 공기중의 산소를 용존시키는 방법, 큰기포를 형성하는 보통의 산기기는 5-8%의 전달효율, 미세기포를 형성하는 다공질의 산기기는 15-20%의 전달효율을 가짐 Department of Biotechnology & Bioengineering , Dong-Eui University

8 장. 하수의 물리화학적 처리시설 생물정화공학 8.12 냄새(악취)의 제어 (Odor Control) 동의대학교 생명공학과 동의대학교 생명공학과 8 장. 하수의 물리화학적 처리시설 8.12 냄새(악취)의 제어 (Odor Control) - 하수처리장의 악취발생원은 황화수소 또는 방향족화합물을 함유한 부패성 하수, 산업폐수의 유입, 스크린찌꺼기와 세척되지 않은 그맅, 부패물질 취급시설, 1차 침전지의 스컴, 유기물이 과부하된 생물공정, 슬러지 농축조, 슬러지 조정 및 탈수조, 슬러지 퇴비화 등이 있음 - 하수처리장 악취 제어의 첫번째 단계는 개별 공정의 운전조건을 최적화하여 악취의 발생을 최소화하는 것이며 이것으로 해결되지 않을 때는 별도의 물리적/ 화학적 처리방법(표 8-16)을 이용함 Department of Biotechnology & Bioengineering , Dong-Eui University