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폐수 처리장의 현장 업그레이드를 위한 MBBR + 탈질 바이오필터 + 자기 응고 침전법 적용
게시일: 2026-5-25 • 카테고리:사례• 태그:MBBR · 탈질 바이오필터 · 자기 응고 · WWTP 업그레이드
추상적인
폐수 처리장의 업그레이드 및 재건에는 일반적으로 유출수의 TN, TP 및 SS를 줄이기 위해 고급 처리 장치를 추가하는 작업이 포함됩니다. 그러나 많은 기존 공장의 제한된 토지 면적으로 인해 기존 처리 공정으로는 -현장 업그레이드를 달성하기가 어렵습니다. 본 논문에서는 청두의 산업단지 중앙집중식 폐수처리장 업그레이드 프로젝트를 예로 들어 기존 유입수 및 유출수 수질과 실제 문제를 분석하고, 업그레이드를 제한하는 주요 요인을 파악하고, 신속한 고형-액체 분리 + 이동층 생물막 반응기(MBBR) + 탈질 바이오필터 + 자기 응고 침전의 공정 경로를 결정합니다. 업그레이드 후 배출수 품질은 안정적으로 기준을 충족합니다.쓰촨성 도시 및 하천유역 수질오염물질 배출기준(DB51/2311–2016), -새로운 토지를 추가하지 않고도 현장 재건축이 이루어집니다.
섹션 1
1 프로젝트 개요
1.1 프로젝트 배경
청두에 위치한 산업 단지 중앙 집중식 폐수 처리장100,000 m³/d2013년에 가동에 들어갔습니다. 폭기된 침사지 + AAO + 2차 침전조 + D-형 필터 + UV 소독 공정을 채택했으며 유출수 품질은 A급 표준을 충족합니다.생활폐수처리장 오염물질 배출기준(GB 18918-2002). 처리 유량 범위는 91,000~118,000m³/d이며, 산업 폐수가 약 48%를 차지합니다. 출시와 함께쓰촨성 도시 및 하천유역 수질오염물질 배출기준(DB51/2311–2016) 2017년부터 해당 시설은 산업단지 중앙집중식 폐수처리장의 배출 기준을 준수해야 합니다. 기존 폐수는 기본적으로 클래스 A 표준을 충족하지만, 폐수 품질은 때때로 TN 및 TP를 초과하는 등 크게 변동합니다. 동시에, 유입수의 높은 모래 함량으로 인해 폭기된 침사지 챔버는 탈수를 위해 자주 비워야 합니다. 따라서 이 공장을 업그레이드할 필요가 있습니다.
1.2 유입수 및 유출수 품질
2017년과 2018년 통계자료를 바탕으로 당초 설계 유입수질과 실제 유입수질의 비교를 Table 1에 나타내었다. 실제 유입수 COD와 BOD₅는 설계값보다 낮은 반면, 유입수 SS와 TP는 설계값보다 훨씬 높은 것을 알 수 있다.
표 1 설계수질과 실제 유입수질의 비교
| 매개변수 | 대구 | 이사회₅ | 봄 여름 시즌 | NH₃-N | 테네시 | TP |
| 디자인 영향력 | 400 | 200 | 200 | 35 | 40 | 4 |
| 실제 유입수 | 269.6 | 103.3 | 329 | 24.9 | 32 | 7.75 |
단위: mg/L
2017년과 2018년 실제 방류수 수질과 기존 설계 방류수 기준, 새 방류수 기준의 비교는 표 2에 나와 있습니다. 신구 기준을 비교하면 COD 및 NH₄-N에 대한 요구 사항이 강화되고 기타 지표는 변경되지 않습니다. 표 2에서 볼 수 있듯이 기존 배출수 기준에서는 TP와 TN이 100% 보장률로 안정적으로 기준을 충족할 수 없습니다. 새로운 배출수 기준 하에서는 NH₄-N은 95% 보장률에도 안정적으로 기준을 충족할 수 없습니다. 따라서 TP, TN, NH₄{10}}N의 새로운 배출기준을 안정적으로 준수하는 것이이번 업그레이드의 핵심 초점.
표 2 배출수질 비교
| 매개변수 | 대구 | 이사회₅ | 봄 여름 시즌 | NH₃-N | 테네시 | TP |
| 실제 배출수(95% 보장) | 22.3 | 5.8 | 8 | 4.6 | 12.1 | 0.44 |
| 실제 배출수(100% 보장) | 31.6 | 7.7 | 9 | 4.9 | 15.2 | 0.81 |
| 독창적인 디자인 표준 | 50 | 10 | 10 | 5(8) | 15 | 0.5 |
| 새로운 배출 기준 | 40 | 10 | 10 | 3(5) | 15 | 0.5 |
단위: mg/L
1.3 기존 문제
| © | 유입수 SS는 주로 높은 모래 함량으로 인해 설계 값을 훨씬 초과했습니다. 폭기된 침사지 바닥은 침전물이 생기기 쉽고, 침전물 제거를 위해 자주 비워야 하며, 이는 공장의 정상적인 작동에 심각한 영향을 미칩니다. |
| © | 기존 AAO 생물학적 탱크의 총 수리학적 체류 시간은 12.5시간이며, 호기성 구역 체류 시간은 8시간이고 5개의 호기성 통로가 있습니다. 마지막 호기성 복도의 시작 부분에 질산화 재순환 펌프가 설치되어 있어 이 복도의 질산화 기능이 효과적으로 활용되지 않습니다. 무산소 구역의 체류 시간은 2.5시간에 불과하여 탈질 능력이 부족합니다. |
섹션 2
2 설계 계획 업그레이드
2.1 설계수질 조정
2017년과 2018년 측정된 유입수 수질을 바탕으로 설계 유입수 수질을 전망합니다. 설계 BOD₅ 값은 낮아지고, 설계 SS 및 TP 값은 증가하며, 측정값에 대해 일정한 여유가 유지됩니다. 업그레이드를 위한 설계 유입수 및 유출수 수질은 표 3에 나와 있습니다.
표 3 설계 유입수, 배출수 품질 및 제거율
| 매개변수 | 대구 | 이사회₅ | 봄 여름 시즌 | NH₃-N | 테네시 | TP |
| 독창적인 디자인 유입 | 400 | 200 | 200 | 35 | 40 | 4 |
| 새로운 디자인 영향력 | 400 | 150 | 350 | 35 | 40 | 8 |
| 새로운 디자인 유출수 | 40 | 10 | 10 | 3(5) | 15 | 0.5 |
| 제거율(%) | 90.00 | 93.33 | 97.14 | 91.43(85.71) | 62.50 | 93.75 |
단위: mg/L
2.2 업그레이드 계획
이 공장 업그레이드의 주요 제약 사항은 다음과 같습니다. (1) 업그레이드는 새 토지를 추가하지 않고-현장에서 완료되어야 합니다. (2) 유입수의 모래 함량이 높고, 폭기된 침사지 챔버는 빈번한 탈수 작업이 필요하며, 새로운 1차 침전조도 모래 축적 문제에 직면하게 됩니다. (3) 재건축 후 운영 비용은 상대적으로 낮은 수준으로 유지되어야 합니다. 이러한 제약 조건과 업그레이드 요구 사항을 고려하여 각 처리 단계의 프로세스 경로가 결정됩니다.
2.2.1 전처리 강화
전처리의 효율성은 생물학적 탱크의 장기적인-정상 작동에 직접적인 영향을 미칩니다. 시설의 유입수에는 모래 함량이 높으며, 폭기된 침사실에 과부하가 걸려 필연적으로 일부 모래가 생물학적 탱크로 유입됩니다. 에이신속한 고체-액체 분리 기술전처리를 강화하도록 설계되었습니다. 그 원리는 연속 회전하는 여과포를 통해 원수를 흐르게 하여 고형-액체 분리를 달성하고, 재생수를 사용하여 여과포에 남아 있는 고체 불순물을 지속적으로 정련하고 제거하는 것입니다. 이 기술의 장점 중 하나는 여과 정확도가 높다는 것입니다. 여과포의 기공 크기는 0.2mm로 기존 미세 스크린 기공 크기의 1/15이며, 찌꺼기, 고운 모래, 머리카락 및 기타 불순물을 90% 이상 차단할 수 있어 전처리 효과가 크게 향상됩니다. 또 다른 특징은 처리 부하가 높고 설치 공간이 작으며 유압 유지 시간이 약 5초에 불과하다는 것입니다.
업그레이드에서는 거친 스크린 뒤에 3세트의 빠른 고체-액체 분리 장치가 설치되어 30,000m3/d의 전처리 용량을 제공하고 184m²의 면적을 커버하며 감소된 용량으로 작동하는 원래의 미세 스크린 + 기포 침사실과 병행하여 작동합니다. 공장이 서비스를 제공하는 산업 기업은 주로 기계 제조, 전자 제품 및 디스플레이 제조 분야입니다. 특징적인 오염물질로는 중금속, 불소, 내화성 COD 등이 있습니다. 기업 해고는 다음을 충족합니다.도시 하수구로의 배출에 대한 폐수 품질 표준(GB/T 31962-2015). 갑작스러운 유독성 오염물질 충격에 대처하기 위해 새로운 비상 저장 탱크는 유효 부피 33,000m3로 설계되었으며, 지상에는 조경과 도로가 완전히 매립되어 있습니다.
2.2.2 생물학적 부분 수정
TP, NH₃-N 및 TN 제거는 모두 생물학적 처리 부문에서 강화되어야 합니다. 토지 제약과 전체 탱크 용량을 늘릴 수 없기 때문에 원래 AAO 생물학적 탱크에 세 가지 현장 수정이 이루어졌습니다.-
| 1. | 무산소 구역 유지 시간을 늘리십시오.원래 무산소 구역 유지 시간은 2.5시간에 불과했습니다. 호기성 구역의 첫 번째 복도는 무산소 구역으로 변환되어 무산소 구역 유지 시간을 4.0시간으로 늘립니다. 새로 추가된 무산소 구역에는 폭기 장치가 유지되어 호기성 기능과 무산소 기능 사이를 전환할 수 있습니다. |
| 2. | 내부 재순환 지점을 조정하십시오.내부 재순환 펌프는 마지막 호기성 복도의 시작 부분에서 끝까지 이동하여 질산화 시간을 약 1.5시간 늘립니다. 하나의 호기성 통로가 무산소 구역으로 재할당되므로 총 질산화 시간은 변하지 않습니다. |
| 3. | MBBR 모듈을 내장하세요.MBBR을 형성하기 위해 생물학적 탱크에 부유 운반체를 추가하는 것은 최근 몇 년간 생물학적 탱크의 성능을 향상시키기 위한 경제적이고 효과적인 솔루션입니다. MBBR의 장점은 반응기 내 활성 바이오매스의 높은 비율을 유지함으로써 시스템 처리 능력과 내충격성을 향상시킨다는 것입니다. 담체에 부착된 생물막은 슬러지 수명이 길어 질화 박테리아와 같이 생성 시간이 긴 미생물에 유리한 환경을 조성하여 시스템의 질소 제거 능력을 향상시킵니다. 원래 유산소 구역의 두 번째와 세 번째 복도 사이의 칸막이 벽을 철거하고 캐리어를 추가하여 MBBR 구역을 형성합니다. MBBR 기능을 보장하기 위해 세 가지 조치가 취해집니다. (a) 유압 단락-을 방지하기 위해 MBBR 구역의 유입 방향을 변경하기 위해 새로운 유입 채널이 구축됩니다. (b) 충분한 운반체 유동화를 보장하기 위해 보조 유동화 폭기 시스템이 바닥에 추가됩니다. (c) 배출구 말단의 캐리어 축적 및 보유 스크린의 막힘을 방지하기 위해 보유 스크린에 공기 세정 시스템을 설치합니다. 전반적인 생물학적 탱크 수정은 그림 1에 나와 있습니다. |
그림 1전반적인 생물학적 탱크 수정(AAO + MBBR 임베디드)
2.2.3 고급처리 섹션 수정
고급 처리 섹션의 역할은 TN, TP 및 SS의 최종 준수를 보장하는 것입니다. 탈질 필터와 고{1}}효율 침전조의 조합은 적용 사례가 많은 비교적 성숙한 기술 경로이며 본 프로젝트에서는 이를 채택할 계획입니다.
(1) 탈질필터 선정
현재 중국에서 가장 널리 사용되는 탈질필터는 탈질심층필터와 탈질바이오필터이다. 그만큼상하수도 설계 매뉴얼5권(도시 배수) 및탈질 바이오필터 일반 기술 규격(GB/T 37528-2019)은 이들 두 필터의 설계 변수를 Table 4와 같이 명시하고 있다. 세람사이트 여과재를 이용한 상향식 탈질 바이오필터는 석영사를 이용한 하향식 탈질 심층 필터에 비해 여과율과 탈질 부하가 더 높은 것을 알 수 있다. 연구에 따르면 석영 모래에 비해 ceramsite 필터 매체는 높은 생물막 담체 용량, 높은 탄소원 활용도, 짧은 생물막 형성 시간 및 균일한 미생물 군체 분포의 장점을 갖는 반면, 석영 모래의 장점은 TN 및 SS 제거에 대한 더 강력한 용량에 있습니다. 상향류 필터는 하향류 필터에 비해 역세 주기가 길고 여과 헤드 손실이 더 작습니다.
표 4 표준 및 코드의 탈질 필터 주요 설계 변수
| 필터 유형 | 필터 미디어 | 흐름 방향 | 미디어 크기(mm) | 미디어 높이(m) | 여과율(m3/h) | 탈질 부하(kg NO₃⁻-N/(m³·d)) |
| 탈질 바이오필터 | 세람사이트 | 상향류 | 3.0–5.0 | 2.5–4.5 | 8.00–15.00 | 0.5–3.0 |
| 탈질 심층 필터 | 석영 모래 | 하향류 | 1.8–3.5 | 1.2–1.8 | 2.50–5.00 | 0.8–1.8 |
이 프로젝트에는 토지가 제한되어 있으며 업그레이드된 배출수 기준은 TN 및 SS 제거에 대해 더 엄격한 요구 사항을 부과하지 않습니다. 종합적으로 고려하면, 고도처리를 위한 탈질 장치로 세람사이트 여과재를 사용하는 상향식 탈질 바이오필터를 선택합니다. 동시에, 필터 앞에 1mm 기공 크기의 내부 흐름 오리피스 플레이트 미세 스크린을 설치하여 필터로 유입되는 미립자 불순물을 줄입니다.
(2) 고-효율 침전조 - 자기 응고
자기응집침전조를 설계하였습니다. 자성응고침전조는 여액에 자성매체 + 폴리염화알루미늄(PAC) + 폴리아크릴아미드(PAM)을 첨가하여 혼합 및 응집을 통해 견고한 플록을 형성함으로써 최대20 m³/(m²·h), 일반 고효율 침전조의 6~13m³/(m²·h)보다 훨씬 높습니다. 자기응집침전조는 TP 및 SS를 효과적으로 제거할 뿐만 아니라 내화성 COD, 중금속 및 색상에도 일정한 제거 효과가 있습니다. 본 프로젝트는 토지가 제한되어 있고 유입수에 일정 비율의 산업 폐수가 포함되어 있어 자기응집 침전조가 더 적합합니다.
(3) 포괄적인 고려.탈질바이오필터는 주로 자기응집침전조 전단에 설치되어 2차 침전조 방류수 중 잔류 BOD₅를 탈질용 탄소원으로 최대한 활용하는 역할을 합니다. 필터 전단에 바이패스관을 설계하여 폐수가 필터를 거치지 않고 자성응집침전조로 직접 유입되도록 하여 2차 인양에 필요한 에너지를 절약합니다. 업그레이드 후 전체 프로세스 흐름은 그림 2에 나와 있습니다.
그림 2업그레이드 후 전체 공정 흐름(고속고체-액체분리 + AAO/MBBR + 탈질바이오필터 + 자기응집침전)
2.3 주요 구조 및 설계 매개변수
| 1. | 전처리:원래의 미세 스크린 및 폭기된 침사지의 처리 용량이 100,000m3/d에서 70,000m3/d로 감소되었습니다. 폭기된 침사지의 HRT는 11.42분에서 16.32분으로 증가했습니다. 급속 고체-액체 분리 장치 3세트 추가(30,000m³/d, HRT 5s, 여과포 폭 2.0m, 기공 크기 0.2mm, 설치 전력 30.7kW, 재생수 12m³/h). |
| 2. | AAO 생물학적 탱크(MBBR 내장):수정 후 - 사전-탈질소 0.5시간, 혐기성 1.5시간, 무산소 4.0시간, MBBR 3.5시간, 호기성 3.0시간. MBBR 캐리어의 유효 생물막 면적: 1,740,000m²; 충전율: 16.5%; 캐리어 체적 하중: 2.76kg BOD₅/(m³·d). |
| 3. | 탈질 바이오필터:100,000m³/d, 2군/8셀, 세람사이트 여재 0.5~0.9mm, 여재 높이 3.0m, 탈질 부하 0.51kg NO₃⁻-N/(m³·d), 총 체류 21.60min, 일반 여과율 8.35m/h, 강제 여과율 12.40m/h. |
| 4. | 자기 응고 침전조:100,000m³/d, 2셀, 단일 셀 직경 13m, 총 체류 시간 29.26분, 혼합 구역 1.73분, 자기 응고 구역 1.73분, 응집 구역 3.51분, 경사 튜브 표면 수력 부하 16.50m³/(m²·h), 체류 시간 22.00분. |
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3 운영성과 분석
3.1 고속 고체-액체 분리 장치의 성능
작동 중 급속 고체-액체 분리 장치의 전력 소비는 9.12 × 10⁴ kW·h/m3입니다. 분리된 불순물에는 생활 쓰레기, 고운 모래, 고형 그리스, 머리카락, 섬유 등이 포함됩니다. 배출된 잔류물의 평균 수분 함량은 72.31%이고, 건조 잔류물의 생산량은 104.6kg/m3이다. 기존 전처리 시설의 건조잔사 생산량은 37.3 kg/m3이고, 고속 고-액체분리장치의 건잔잔사 생산량은2.8배기존의 전처리 방식입니다. 장치의 유입수와 유출수를 건조하고 무게를 측정한 결과, 모래 및 모발 섬유에 대한 0.2mm 기공 크기 여과포의 차단 효율은92.99%–94.95%. 지금까지 이 장치는 3년 동안 안정적으로 작동해 왔습니다.
3.2 생물탱크 성능
수정 전(2018년)과 수정 후(2023년)의 연평균 유입수 및 방류수 수질 데이터를 정리하면 Table 5와 같다. 수정 후 생물조의 방류수 수질이 전반적으로 개선되었음을 알 수 있다. COD, BOD₅, NH₃-N, TN, TP는 14.94%, 12.95% 감소했으며,62.28%, 25.41% 및 39.16%로 NH₃-N, TN 및 TP가 가장 크게 감소했습니다. 동시에, 각 배출수 지표의 안정성도 크게 향상되었습니다.
표 5 생화학탱크 - 개조 전과 후의 유입수 및 유출수 수질
| 매개변수 | 대구 | 이사회₅ | 봄 여름 시즌 | NH₃-N | 테네시 | TP |
| 수정 전(2018) | ||||||
| 지류 | 400 | 200 | 200 | 35 | 40 | 4 |
| 유출물 | 400 | 150 | 350 | 35 | 40 | 8 |
| 수정 후(2023년) | ||||||
| 지류 | 40 | 10 | 10 | 3(5) | 15 | 0.5 |
| 유출물 | 90.00 | 93.33 | 97.14 | 91.43(85.71) | 62.50 | 93.75 |
생물조 내 활성슬러지의 유기물 함량은 개량 후 증가하였다. 테스트 데이터에 따르면 평균 MLVSS/MLSS 비율은 2018년 0.58, 2023년 0.63으로 8.6% 증가했다. 유기물 함량의 증가는 슬러지 활성도가 향상되었음을 의미하며, 그 이유는 주로 두 가지 이유 때문입니다. 첫째, 전처리가 강화되었고 모래와 같은 무기물이 급속 고형-액체 분리 장치에 의해 차단되어 활성 슬러지 내 무기 성분의 비율이 감소합니다. 둘째, 생물학적 탱크에 MBBR 시스템을 추가하면 총 미생물 바이오매스가 증가하여 활성 슬러지의 유기 성분이 증가합니다.
8월에는 생물조의 전-탈질 구역, 혐기성 구역, 무산소 구역 및 MBBR 구역의 슬러지 농도를 측정하였으며, 외부 슬러지 재순환율은 100%, 내부 재순환율은 200%였습니다. 3개 세트의 병렬 샘플을 채취했으며 평균값은 표 6에 나와 있습니다. 생물학적 탱크의 4개 처리 단위의 슬러지 농도는 서로 다르며 MBBR 구역에서 가장 높고 무산소 구역이 그 뒤를 따릅니다. 분석 결과에 따르면 MBBR 담체에 부착된 생물막은 마찰, 충돌 및 수압 정련으로 인해 지속적으로 분리되어 활성 슬러지와 혼합되어 이 구역의 슬러지 농도가 무산소 구역에 비해 약 3.54% 증가하는 것으로 나타났습니다.
표 6 생화학탱크 내 각 유닛의 슬러지 농도
| 매개변수 | 사전-탈질소화 구역 | 무산소 구역 | 무산소 구역 | MBBR 존 |
| MLSS | 4,764.46 | 4,731.68 | 5,106.45 | 5,287.81 |
| MLVSS | 2,940.74 | 2,883.61 | 3,180.25 | 3,269.54 |
단위: mg/L
3.3 고도처리 수행
생물조 방류수의 TN은 이미 안정적으로 기준을 충족하고 있어 운영비 절감을 위해 실제로 탈질 바이오필터에 탄소원을 추가하지 않습니다. 2023년 수질 데이터에 따르면 생물탱크 방류수의 TN은 (7.04 ± 1.01) mg/L입니다. 2차 침전조의 TN 제거를 고려하지 않은 경우, 탈질 바이오필터 유출수의 TN은 (6.43 ± 0.92) mg/L이며 제거율은 8.7%입니다. 생물학적 탱크 유출수의 TP는 (0.16 ± 0.09) mg/L입니다. 2차 침전조의 TP 제거를 고려하지 않은 경우 자성응고침전조 유출수의 TP는 (0.08 ± 0.04) mg/L, 제거율은 50%이다.
섹션 4
4 재건 및 운영 비용
| 비용 항목 | 설계값 | 실제 가치 |
| 총 프로젝트 비용 | 1억 9,738억 2,700만 위안 | |
| 직접처리비용 | 1.83위안/m3 | 1.46위안/m3 |
| 평균 전력 소비량 | 0.39kW·h/m³ | 0.32kW·h/m³ |
| 토지이용지수 | 0.67m3/(m3·d&supminus;1) | |
섹션 5
5 결론
청두의 산업 단지 중앙 집중식 폐수 처리장은 클래스 A 배출 표준에서 표준으로 업그레이드해야 했습니다.쓰촨성 민강, 퉈장강 유역 수질오염물질 배출기준(DB51/2311–2016), 유입수의 높은 모래 함량, 유출수 품질의 큰 변동, 추가 토지 없음 등의 제약이 있습니다.
| ✓ | 사용신속한 고체-액체 분리 기술전처리 강화 조치로서 높은 제거 효율, 작은 설치 공간 및 안정적인 작동이라는 장점이 있습니다. |
| ✓ | 사용하는 주요 프로세스MBBR + 탈질바이오필터 + 자기응집침전조생물학적 탱크의 슬러지 활동을 개선하고 우수하고 안정적인 유출수 품질, 작은 설치 공간 및 낮은 에너지 소비라는 장점이 있습니다. |
| ✓ | 전체 프로세스 경로는 다음과 같습니다.현장 업그레이드에 적합-비슷한 제약을 받는 산업단지 중앙집중식 폐수처리장의 경우. |