최근에 건설되었거나 건설 중인 대부분의 처리장은 사업 초기부터 영양소 제거공정의 도입으로 인하여, 적절한 운전을 통하여 질소 및 인의 제거가 가능할 것으로 판단된다.

 

그러나 기존 처리장의 대부분이 고도처리 공정의 도입 이전에 건설되어 유기물 제거만을 목적으로 설계되었기 때문에, 영양소 제거공정으로 경제적이고 효율적인 개선(Retrofit) 및 개량(Upgrading)이 필요하다.

 

또한 우리나라의 경우 하수처리장에 대한 종합적인 시각이 부족하여 하수처리장 주요 공정들의 상호 유기적인 영향을 고려한 설계 및 운전이 이루어지지 못하고 있는 것으로 판단된다.

 

특히 처리시설의 정확한 운전 상태가 파악되지 않아 어떠한 공정에 의하여 처리장의 능력이 저하되는지 밝혀지지 않은 상태이다.

 

따라서 향후 유기물 제거공정을 질소 및 인을 제거하기 위한 고도처리공정으로 개조시에는 많은 시행착오와 경제적․시간적 손실의 발생이 우려된다. 따라서 경제적이고 효율적인 처리시설의 개선을 위해서 많은 관심과 연구가 필요할 것으로 판단된다.

 
하수종말처리장에서 요구되는 조건은 연중 안정적으로 법적 방류수 수질 기준을 만족하는 것이다. 우리나라의 경우 하절기에는 집중 호우에 의한 지표 유출수가 하수 관거로 유입되어 유입수의 양과 수질 변화를 초래하며, 동절기에는 수온 저하등으로 인한 문제점을 앉고 있다.

 

특히, 대부분의 하수 배제 방식이 합류식 하수관거 시스템(총 하수관거 연장대비 63.4%, 환경부 2001)을 사용하고 있어 초기 강우에 의한 오탁 부하 및 유입 수질의 저하로 인해 장래 강화되는 수질기준을 만족하기 어려운 실정이다.

 

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 연구에서는 그림과 같은 처리 시스템을 제안하여 하수 처리장을 개량․개선하고자 한다. 즉, 낮은 유입 수질과 고농도의 질소 유입에 대한 대책으로는 반류수를 처리함으로서 생물 반응조로의 부하를 감소시키고자 하였으며, 영양소를 제거하기에 부족한 탄소원은 슬러지 발효기술을 통해 보충하고자 하였다.

 

또한 초기 강우에 의한 오탁 부하와 동절기 수온 저하에 따른 질산화의 저하 문제는 Biofilm Process를 이용하여 저감시키는 종합적인 처리 시스템을 적용함으로서 해결하고자 하였다.

본 과제는 하수 처리장의 반류수 처리, 수처리 공정의 BNR(Biological Nutrient Removal) System으로의 개선, 부족한 탄소원을 슬러지 발효 공정을 이용한 보충, 처리수의 BAF에 의한 3차 처리 및 BAF를 이용한 초기 강우에 의한 오탁 부하 저감을 통하여 최종 처리수가 BOD 10mg/L, TN 5mg/L, TP 0.5mg/L를 목표로 운전하였다.

본 연구 과제에서 1차년도에는 실제 하수처리장에 반류수 처리를 위한 공정을 도입하였고, 그 결과 처리수질을 개선할 수 있었다. 2차년도에는 기존 하수처리장 포기조에 영양소 제거를 위한 BNR System과 1차년도에 Lab Scale로 연구된 BAF의 설계인자를 이용하여 실제 하수처리장에 Pilot Plant를 운전하였다. 또한 처리장의 적절한 관리를 위한 BNR sysem 및 BAF System의 운전인자에 대한 기초 자료를 이용하여 3차년도에는 2차년도 수행된 BNR공정과 BAF System의 성능 개선과(Upgrading, 효율향상) Auto Control이 될 수 있는 System을 확립하고자 하였다.

 

이 때 위탁기관의 연구에 의한 슬러지 탄소원을 적절히 이용하여 C/(N+P)비가 낮은 우리나라의 특성을 개선해 유기물뿐만이 아니라 영양소(N,P) 제거를 위한 완벽한 처리 system을 구축하고자 한다. 또한, BAF 공정을 이용하여 동절기의 질산화 저하에 의한 처리 수질 악화를 방지하고, 초기 강우 시 증가된 오탁부하를 감소하고자 하였다.

반류수에 의한 질소 부하 증가는 약 22%정도로 산출되었으며 그 농도를 볼 때에 250-700 mg/L가량이며 유량은 1-17%(유입유량대비)로 나타났다.

 

[출처 = 한국환경산업기술원(www.keiti.re.kr)]