하수고도처리공법[1]

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I. 하수고도처리공법의 소개

1. 생물학적 영양물질의 제거

1) 인 제거

인은 생물학적 처리시 세포합성을 통해 유기물과 함께 제거가 가능하다. 미생물의 성장에

필요한 조건(슬러지 구성성분) BOD : N : P = 100 : 5 : 1에서 미생물내의 인 함량은 1～2%

인데 일반 활성슬러지로 인을 제거하려는 경우 효율은 BOD/P 비, SRT 등에 따라 달라지나

일반적으로 20～30% 정도인 것으로 알려져 있다. 한편, 미생물중에 혐기성 상태에서 인을 방

출하고 호기성 상태가 되면 방출한 양보다 더 많은 양의 인을 세포내로 흡수하는 미생물이 존

재하는데, 이러한 특성을 이용하는 생물학적 고도처리 공법에서는 슬러지내 인 함량이 4～6%

정도로 나타나 일반 활성슬러지법에 비해 더욱 향상된 인제거 효율을 얻을 수 있다.

<조건에 따른 미생물의 인 방출 및 흡수과정의 모식도>

혐기 반응조 호 기 반 응 조 이차침전지유입수

반송슬러지 잉여슬러지

처리수

(a) 혐기호기조합법의 FLOW

<생물학적 인 제거를 위한 반응조 구성>

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<생물학적 인 제거 공정에서의 인 농도 변화>

2) 질소 제거

유기질소 화합물은 생물학적 분해에 의해 암모니아 형태로 전환되며 호기성 조건하에서는

질산화 과정이 진행되어 암모니아성 질소가 질산성 질소의 형태로 전환된다. 이러한 질산화

과정은 pH 7～8 범위가 적정 범위이나 질산화 반응에서 알칼리도 소비에 따른 pH 감소가 발

생되어 원수중에 알칼리도가 부족한 경우 질산화율에 악영향을 미칠 수 있다. 그리고, 질산화

미생물의 성장속도는 유기물제거 미생물에 비해 성장속도가 느리기 때문에 미생물 확보를 위

한 적절한 SRT 유지가 필요하며, 질산화반응은 15℃ 이하가 되는 경우 급격하게 저하되므로

저수온시에는 SRT를 증가시켜 상대적으로 높은 MLSS를 유지시켜 주어야 한다.

한편, 무산소 조건하에서는 질산성 질소가 질소가스로 환원되는 탈질반응이 일어나게 되는

데, 이 반응은 이용가능한 유기물의 존재여부에 따라 매우 상이한 반응속도를 보이게 된다. 일

반적으로 1g NO3-N 제거당 약 2.9g COD(메탄올)가 이용되는 것으로 알려져 있지만 일반 하

수중의 유기물을 이용하는 경우 이 보다 많은 양의 COD가 필요한 것으로 알려져 있다. 그리

고, 탈질반응에서는 알칼리도 생성되어 질산화 반응에서 소비된 알칼리도를 일정정도 회복시

키게 된다.

<수온과 SRT에 따른 질산화율> <DO 농도에 따른 질산화율>

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0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

0.18

0.20

0 5 10 15 20 25 30SRT (일)

SDNR (gN/g

MLVSS/d

)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Active

cell / MLVSS.

SDNR (하수중 유기물 이용시)

SDNR (내생탈질시)

MLVSS 중 active cell 비

<유기물질 및 SRT에 따른 탈질율>

무 산 소 반 응 조 호 기 반 응 조 이차침전지

질산화액

유입수 처리수

잉여슬러지

(a) 순환식질산화탈질법의 FLOW

반송슬러지

<생물학적 질소 제거를 위한 반응조 구성>

<생물학적 질소 제거 공정에서의 질소 농도 변화>

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2. 생물학적 질소, 인 동시제거 공법

국내에 소개된 외국처리공법과 국내에서 개발된 고도처리공법은 크게 A2O계열, SBR계열,

담체계열, 산화구계열 등으로 나뉠 수 있으나 여기서는 가장 대표적인 A2O계열과 SBR계열을

비교하였다.

1) A2O 계열 공법

A2O계열의 대표적인 공법은 A2O 공법이며 생물학적으로 질소와 인을 동시에 제거하는 전

형적인 고도처리공법으로 혐기조, 무산소조, 호기조로 구성되며, 호기조 내액을 무산소조로 내

부반송시키는 것을 특징으로 한다.

A2O 공법에 대한 개량공법은 혐기조로 반송되는 슬러지에 함유된 질산성 질소에 의해 혐기

조에서의 인방출이 저해된다는 단점을 보완하기 위한 방향으로 주로 이루어져 왔으며, 그 방

법으로는 보조반응조를 추가 설치하거나 내부반송 및 슬러지 반송의 위치를 변경하여 질소 및

인 제거 효율향상을 도모하였다.

<A2O 계열 공법의 종류>

2) SBR 계열 공법

SBR 공법은 시간적 운전개념의 고도처리공법으로서 단일반응조를 유입→반응→침전→배출

단계를 한 주기(4-6시간)로 구성하여 반복적으로 운전함으로서 질소와 인을 제거하는 공법이

다.

개발초기의 SBR 공법은 하수의 유입 및 방류가 간헐적으로 이루어지는 회분식 운전방식으

로 운영되었으며 주로 소규모의 하수처리장에 적용되었으나, 하수처리대상 규모가 확대됨에

따라 중대규모에 적용이 가능한 연속유입식 SBR 공법으로 변경되었고, 최근에는 질소와 인제

거 효율 향상을 위하여 기능적으로 반응조를 분리설치하고, 내부반송 또는 슬러지 반송을 수

행하는 SBR 공법으로 개량 발전되어 왔다.

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<SBR 계열 공법의 종류>

<SBR 공법 개량 추이>

<ICEAS 공법 모식도> <CASS 공법 모식도>

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3) 고도처리 공법별 소개

○ A2/O (Anaerobic / Anoxic / Aerobic) 공법

원수 혐기조 무산소조 호기조 처리수침전조

P슬러지 반송

P내부반송

공정개요

∙A/O 공법을 개량하여 질소 및 인을 제거하기 위한 공법으로 반응조는 혐기성조(Anaerobic

Tank), 무산소조(Anoxic Tank), 호기성조(Aerobic Tank)로 구성되며 질산성 질소를 제거하기

위한 내부반송(Nitrifier Recycle)과 침전지 슬러지 반송으로 구성되어 있음.

∙혐기성조에서는 혐기성조건에서 인을 방출시켜 호기성조에서 미생물이 과잉섭취할 수 있도록 하

며, 무산소조는 호기성조의 내부반송수의 Nitrate를 탈질시키는 역할을 함.

설계인자

∙HRT : 5～8시간 (혐기성조 : 0.5～1.0시간, 무산소조 : 0.5～1.0시간,

호기성조 : 3.5～6.0시간)

∙SRT : 4～27일

∙F/M 비 : 0.1～0.3kgBOD/MLVSS/d

∙MLSS : 3,000～5,000mg/L

∙BOD / TN 비 : 12 이상

∙슬러지반송율(RAS) : 25～50%

∙내부반송(Nifrifier 반송) : 100～200%

공법특징

∙기존하수처리장의 고도처리공정으로 변경시 적용이 용이함.

∙건설비는 표준활성슬러지법과 유사하거나 약간 높은(5～10%↑) 수준임.

∙반송슬러지내 질산성질소(Nitrate)로 인하여 혐기성 조건에서 인방출이 억제됨으로서 인 제거효율

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이 낮음.

∙BOD/TN 비가 12이상 요구되므로 유입수중의 BOD/TN 비가 낮은 국내 하수의 처리에 부적절하

며 처리시에는 외부탄소원(Carbon Source)를 주입하여야 함.

∙수온이 저하하는 겨울철에 질소․인 제거효율이 다소 저하함.

○ 5단계 Bardenpho 공법 (5Stage-Bardenpho 또는 수정 Bardenpho)

원수 혐기조 무산소조 1 호기조 1 무산소조 2 호기조 2 처리수침전조

P슬러지 반송

P내부반송

공정개요

∙Bardenpho 공법은 혐기-무산소-호기-무산소-호기조로 구성되어 있으며, 전단의 혐기-무산소-

호기는 질소, 인 및 유기물을 제거하며,

∙2번째 무산소조에서는 내생탈질과정을 통하여 미처리된 질산성질소를 제거하며, 마지막 호기성

단계에서는 폐수내 잔류 질소가스를 제거하고 최종 침전지에서 인의 용출을 방지하기 위하여

사용됨.

설계인자

∙HRT : 10～24시간(혐기성조 : 1.0～2.0시간, 무산소조 : 2.0～4.0시간, 호기성조 : 4.0～12.0시

간, 무산소조-2 : 2.0～4.0시간, 호기성조-2 : 0.5～1.0시간)

∙SRT : 10～40일

∙F/M 비 : 0.1～0.2kgBOD/MLSS/d

∙MLSS : 2,000～4,000mg/L

∙BOD / TN 비 : 7～10 이상

∙슬러지반송율(RAS) : 100%

∙내부반송율 : 400%

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공법특징

∙4단계 Bardenpho 공법에 비하여 인 제거효율이 높으며 다른 생물학적 질소제거 공법에 비하여

질소제거효율이 높고, A2/O 공법에 비하여 긴 체류시간을 사용하므로 유기성 탄소산화 능력이

높믐.

∙저부하 운전 및 긴 체류시간(10～24시간)으로 인하여 건설비 표준활성슬러지법에 비하여 다소

큼.

∙유입원수내의 RBD COD의 농도가 낮거나 수온이 저하하는 겨울철에 질소․인 제거효율이 저하함.

○ VIP (Virginia Initiative Plant) 공법

원수 혐기조 무산소조 호기조 처리수침전조

P슬러지 반송

P내부반송

P내부반송

공정개요

∙표준활성슬러지 공법을 변형한 공법으로 혐기성조(Anaerobic Tank), 무산소조(Anoxic Tank), 호

기성조(Aerobic Tank)로 구성되며 질산성 질소를 제거하기 위한 내부반송(Nitrifier Recycle)과

무산소조에서 혐기성조로의 내부반송 및 침전지 슬러지 반송으로 구성되어 있음.

∙공정 유입수내의 일부 유기물은 혐기성 지역에서 혐기성분해에 의하여 분해되어, 공정의 산소요

구량을 감소시키는 효과가 있음.

설계인자

∙HRT : 5～8시간 (혐기성조 : 1.0～2.0시간, 무산소조 : 1.0～2.0시간,

호기성조 : 2.5～4.0시간)

∙SRT : 5～10일


∙MLSS : 1,500～3,000mg/L

∙BOD / TN 비 : 5～7 이상


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∙내부반송(Anoxic 반송) : 100～200%

공법특징

∙A2/O, UCT 공법보다 처리효율이 안정적이며 반응조 크기가 적으므로 경제적임.

∙기존하수처리시설의 고도처리공정으로 변경시 적용이 용이함.


∙내부순환을 위한 펌프사용량이 많아 유지관리비가 높으며 운전이 복잡함

∙BOD/TN 비가 낮은 국내하수의 처리에 대한 기술축적이 되어 있지 않으며, 수온이 저하하는 겨

울철에 질소․인 제거효율이 다소 저하함.

○ MUCT (Modified University of Cape Town) 공법

원수 혐기조 무산소조 1 무산소조 2 호기조 처리수침전조

P슬러지 반송

P내부반송

P내부반송

공정개요

∙BardenphoTM 공정을 단순화한 공법으로 VIP 공법과 유사하나 무산소조가 2조로 구성되어 있음.

반응조는 혐기성조(Anaerobic Tank), 2조의 무산소조(Anoxic Tank), 호기성조(Aerobic Tank)로

구성되며 질산성 질소를 제거하기 위한 내부반송(Nitrifier Recycle)과 무산소조에서 혐기성조로

의 내부반송(Anoxic Recycle) 및 침전지 슬러지 반송으로 구성되어 있음.

∙첫번째 무산소조는 반송슬러지중의 Nitrate를 제거하여 질산성 질소에 의한 혐기성 지역의 인방

출 방해작용을 최소화 하며, 두 번째 무산소조는 호기성조의 내부반송수의 Nitrate를 탈질시키

는 역할을 함.

∙공정 유입수내의 일부 유기물은 혐기성 지역에서 혐기성분해에 의하여 분해되어, 공정의 산소요

구량을 감소시키는 효과가 있음.

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설계인자

∙HRT : 5～8시간(혐기성조 : 1.0～2.0시간, 1차 무산소조 : 2.0～4.0시간,

2차 무산소조 : 2.0～4.0시간, 호기성조 : 4.0～12.0시간)

∙SRT : 10～30일

∙F/M 비 : 0.1～0.2kgBOD/MLVSS/d

∙MLSS : 1,500～3,000mg/L

∙BOD / TN 비 : 7 이상



∙내부반송(Anoxic 반송) : 100～200%

공법특징

∙인 제거 공정이 최적화되어 있어 A2/O, UCT 공법보다 처리효율이 안정적이며, 기존하수처리장의

고도처리공정으로 변경시 적용이 용이함.


∙내부순환을 위한 펌프사용량이 많아 유지관리비가 높으며 운전이 복잡함

∙BOD/TN 비가 낮은 국내하수의 처리에 대한 기술축적이 되어 있지 않아 외부탄소원(Carbon

Source)의 주입이 필요할 수 있으며, 수온이 저하하는 겨울철에 질소․인 제거효율이 다소 저하

함.

○ DNR (Daewoo Nutrient Removal) 공법

원수

무산소조 1 혐기조 무산소조 2 호기조 처리수침전조

P슬러지 반송

P내부반송

공정개요

∙표준활성슬러지 공법을 변형한 공법으로 슬러지 탈질조(Pre-Anoxic Tank), 혐기성조(Anaerobic

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Tank), 무산소조(Anoxic Tank), 호기성조(Aerobic Tank)로 구성되며 질산성 질소를 제거하기

위한 내부반송(Nitrifier Recycle)과 침전지 슬러지 반송으로 구성되어 있음.

∙VIP와 A2/O공법과 유사하나 슬러지 탈질조(슬러지 저장조)가 설치되어 있어 내생탈질에 의한

Nitrate(NO3-N)를 제거함으로서 혐기성조에서 Nitrate에 의한 인 방출 저해작용을 억제할 수 있

는 특징이 있음.

설계인자

∙HRT : 6～8시간 (슬러지 저장조 : 0.5시간, 혐기성조 : 1.5～2.0시간,

무산소조 : 1.5～2.0시간, 호기성조 : 3.0～4.0시간)

∙SRT : 5～12일


∙MLSS : 2,000～4,000mg/L

∙BOD / TN 비 : 3～4 이상


∙내부반송율 : 100%

공법특징

∙BOD/TN비가 낮은 유입원수에서 처리 가능하도록 개발되어 유입수내의 유기물농도가 낮은 국내

하수의 처리에 적합함.

∙VIP, MUCT 공법에 비하여 간단하며(내부반송펌프 Line이 1개 적음), 내부반송율이 낮아 경제적

이며 운전이 용이하며 기존하수처리시설의 고도처리공정으로 변경시 적용이 용이함.

∙건설비 및 유지관리비가 표준활성슬러지법과 유사한 수준임.

∙유입원수내의 RBD COD의 농도가 낮거나 수온이 저하하는 겨울철에 질소․인 제거효율이 다소 저

하함.

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○ B3(Bio Best Bacillus) 공법

처리수침전조

원수

P슬러지 반송

P내부반송

Bio-Tonic

점감식 공기공급

공정개요

∙표준활성슬러지 공법을 변형한 공법으로 하수의 질소․인 제거를 목적으로 개발되었음.

∙선택 배양된 바실러스(Bacillus) 균이 반응조로 주입되며 각각의 반응조의 DO를 점감포기로 조절

하여 바실러스균을 포자화시켜 포자의 침강성을 향상시킴.

∙미생물 상태를 파악하여 처리조건을 최적화함.

설계인자

∙HRT : 4～9시간 (반응조는 4지로 구성되며 점감포기됨)


∙SRT : 5～15일

∙MLSS : 2,500～5,000mg/L


∙내부반송율 : 100～300%

공법특징

∙부하변동에 비교적 강함

∙슬러지 발생량이 적고 탈수효율이 양호하여 슬러지 처리비용이 감소함.

∙악취제거 효과가 있으므로 냄새발생의 우려가 적음.

∙건설비 및 유지관리비가 표준활성슬러지법과 유사한 수준임.

∙약품주입(미생물 성장을 위하여 규소포함물질 및 마그네슘 포함물질을 포기조에 주입)이 필수적

이며 설계인자가 불명확함.

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○ Omniflo 공법: 간헐유입, 간헐배출식 SBR 공법

유입 반응 침전 배출/휴지

공정개요

∙단일 반응조에서 오․폐수의 유입 및 처리수의 유출이 일어나는 공정으로 정해진 시간의 배열에

따라 각 단위공정이 연속적으로 일어난다. 즉, 유입(Fill)공정 → 반응(React)공정 → 침전

(Settle)공정 → 배출(Draw)공정 → 휴지(Idle)공정의 순으로 반응이 진행됨.

설계인자

∙MLSS : 2,000～3,000mg/L

∙HRT : 18～32hr

∙SRT : 10～30일


∙반송율 : 반송없음

∙유입/무산소시간 : 2.25시간

∙유입/호기시간 : 0.75시간

∙호기시간 : 1.5시간

∙침전시간 : 0.75시간

∙배출시간 : 0.75시간

공법특징

∙유량에 따라 반응시간을 제어하므로 소요동력을 최소화

∙별도의 이차침전지 및 반송이 필요 없음

∙무동력 부유식 디켄터 사용

∙충격부하(Shock load)에 비교적 강하며, 사상균을 제어할 수 있는 운전의 융통성이 있으며 시설

이 간단하여 운전이 용이함.

∙중소규모 하수처리에 주로 적용(주로 20,000～30,000m3/일 이하)

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○ KIDEA 공법: 연속유입, 간헐배출식 SBR 공법

배출

M하수 연속유입

공정개요

∙SBR 공법과 유사하나 하수가 연속적으로 유입되는 상태에서 포기, 침전, 처리수 배출의 3단계

과정을 하나의 사이클(Cycle)로 하여 무산소/혐기성 상태에서 호기성 상태로 미생물들이 적응하

는데 소요되는 Lag-Time을 이용하여 질소 및 인을 제거함.

설계인자

∙MLSS : 2,000～6,000mg/L

∙HRT : 10～24hr

∙SRT : 20～45일



∙포기시간 : 45～90분

∙침전시간 : 60～90분

∙배출시간 : 20～45분

공법특징

∙반응조건을 조절함에 따라 질소와 인의 제거가 가능

∙별도의 2차 침전지 및 슬러지 반송설비가 필요 없음.

∙연속적으로 원수유입이 가능하므로 탈질에 소요되는 Carbon Source를 충분히 공급할 수 있게

되어 질소제거효율이 우수함.

∙충격부하(Shock load)에 비교적 강하며, 사상균을 제어할 수 있는 운전의 융통성이 있으며 시설

이 간단하여 운전이 용이함.

∙Decanter 설비의 국산화가 이루어짐


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○ ICEAS (Intermittent Cycle Extended Aeration System) 공법

: 연속유입, 간헐배출식 SBR 공법

배출

하수 연속유입

공정개요

∙SBR 공정을 변형하여 한 개의 반응조를 이용하는 동안에 연속적으로 하수 또는 폐수를 유입할

수 있음.

∙처리공정은 동일한 반응조내에서 생물학적 산화, 질산화, 탈질 및 고액분리가 이루어지는 포기,

침전, 처리수 유출의 3단계로 운전되어지므로 채움(Fill)과 슬러지 배출(Idle) 시간이 필요 없음.

∙주반응조 전단에 설치되어 있는 전처리 반응조에서는 높은 F/M 비를 유지하여 유기적 선택조

(Organic Selector)로서의 역할을 하며, 이는 슬러지 벌킹의 원인이 되는 사상균의 성적을 억제

하는 역할을 함.

설계인자

∙MLSS : 2,000～8,000mg/L

∙HRT : 18～36hr

∙SRT : 10～30일



∙Air-Off : 72분, Air-On : 96분, Settle : 60분, Decant : 60분

공법특징

∙반응조건을 조절함에 따라 질소와 인의 제거가 가능

∙별도의 2차 침전지 및 슬러지 반송설비가 필요없음.

∙자동제어설비에 의한 운전자동화가 가능하며, 운전방식을 다양하게 할수 있음.

∙충격부하(Shock load)에 비교적 강하며, 사상균을 제어할 수 있는 전처리 반응조의 설치로 슬러

지 벌킹현상을 억제할 수 있음.


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○ MSBR(CSBR) 공법: 연속유입, 연속배출식 SBR 공법

수 질균등조

무산소조 혐기조호기/침전조

#1(호기/무산소)

호기/침전조 #2

(침전/배출)

원수 분할주입

P내부반송

배출

공정개요

∙A2O 공정과 SBR 공정을 조합하여 연속적으로 하수를 유입시키고 연속적으로 처리수가 배출됨.

∙무산소, 혐기, 호기조를 연속흐름으로 구성하고, 침전지를 SBR조로 적용.

∙내장형 침전지를 가지고 있어 별도의 이차침전지가 필요없음.

∙두개의 호기/침전조는 교대로 침전지 기능을 수행하며 침전지 기능을 수행하지 않는 호기/침전조

는 호기 또는 무산소조로 운전됨

설계인자

∙MLSS : 2,000～3,000mg/L

∙HRT : 10～15hr

∙SRT : 11～17일

∙내부반송 : 150～300%

∙슬러지 반송 : 없음

공법특징

∙부하변동에 강함

∙유지관리가 단순하고 점검개소가 적어 적은 인원으로 유지관리 가능

∙자동제어설비에 의한 운전자동화가 가능하며, 운전방식을 다양하게 할수 있음.

∙SBR이면서도 연속유입/연속배출이 가능.

∙중대규모 하수처리에 적용가능

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Ⅱ. 기존 하수처리장 고도처리도입 추진방식 (환경부, 2003.12)

1. 고도처리시설 설치사업 추진방식

① 운전개선방식(Renovation) : 기존처리공법 유지 또는 수정

- 운 실태분석결과 기존하수처리장의 성능이 양호하여 운전방식개선

및 일부설비 보완 등으로 강화된 방류수질기준 준수가 가능한 경우

② 시설개량방식(Retrofitting) : 기존처리공법 변경

- 기존하수처리장의 성능이 운전방식의 개선 및 설비의 보완만으로

는 강화된 방류수질기준 준수가 곤란하여 처리공법 변경이 필요한

경우

2. 고도처리시설 설치시 검토하여야 할 주요사항

가. 기존하수처리장에 고도처리시설을 설치하고자 할 때에는 기본설계과

정에서 처리장의 운 실태 정 분석을 실시한 후 이를 근거로 사

업추진방향 및 범위 등을 설계에 반 하고, 그 결과가 수록된 설계보

고서를 설계자문요청시 제시하여야 한다

① 유입하수의 수량 및 수질특성 조사

- 유입하수량 및 수질특성 분석(분뇨, 축산폐수, 침출수 등 연계처리수가

차지하는 오염부하량 등), 연계처리규정 준수여부

- 하수처리구역내 배출특성 및 주요 하수관거 실태조사

② 하수처리장의 현상진단

- 각종설비의 기능평가

- 처리시설 운전방법 및 처리효율 검토

- 인력, 조직 및 유지관리 등 하수처리장 운 실태 조사

③ 시설개선 및 효율화 방안제시

- 현상진단에서 도출된 문제점에 대한 원인분석 및 대안제시

- 처리효율 및 경제성향상을 위한 장․단기대책 방안 제시

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- 시설개선의 방향설정 및 소요되는 개략비용의 산정

④ 처리효율 개선사업의 시행 타당성 검토․제시

나. 기존하수처리장의 고도처리시설 설치사업은 운전개선방식에 의한

추진방안을 우선적으로 검토하되, 방류수수질기준 준수가 곤란할 경우

시설개량방식으로 추진하여야 한다

① 운전방법 개선 등으로 처리효율을 향상시켜 고도처리시설 도입이 불

필요하는 등 사업비를 절감할 수 있는지 여부를 우선적으로 검토한

후 이를 사업계획에 반 한다

② 시설용량증설 없이 처리공법 개선 등으로 처리능력을 증대시켜 사

업비를 절감할 수 있는지 여부를 우선적으로 검토한 후 이를 사업

계획에 반 한다

다. 기존하수처리장에 고도처리시설을 설치할 경우에는 하수처리장의

부지여건을 충분히 고려하여 고도처리시설 설치계획을 수립하여야

한다

① 기존하수처리장 부지확장의 한계성 등 입지여건을 최대한 고려하여

처리효율 및 경제성이 비슷할 경우에는 하수처리장의 부지가 가급

적 적게 소요되는 고도처리시설을 선정한다

② 특히, 기존하수처리장에 고도처리시설 부지가 미확보된 경우에는 부

지 확장의 어려움을 감안하여 이에 적합한 고도처리시설 도입을

우선적으로 검토하여 선정한다

라. 기존하수처리장에 고도처리시설을 설치할 경우에는 기존 시설물 및

처리공정을 최대한 활용하여 중복투자가 발생되지 않도록 하여야

한다

① 고도처리시설 설치에 수반되는 수 처리 및 슬러지 처리시설은 기존

시설과 호환성이 없을 경우 변경 사업비용의 중복투자가 되므로 기

- 19 -

존 처리시설과의 호환이 가능한 고도처리공법이 우선적으로 도입되도

록 검토한다

- 장기포기법은 기존시설의 일부보완(폭기조 칸막이 설치→고도처리화)을

통해 처리효율을 개선할 수 있는 방안으로 검토

- 산화구법은 시설운전 최적화도모 및 간이약품처리시설(인 제거) 도입

등을 우선적으로 검토

- 표준활성오니법은 현 시설의 처리효율 등을 검토하여 시설별로 경제

적인 고도처리시설 설치방안 검토

② 처리장의 수 처리 구조물, 건축물 및 기계․전기설비 등 기존 시설물

을 최대한 활용한 고도처리시설이 설치되도록 한다

- 기존의 수 처리시설을 최대한 활용할 수 있는 고도처리공법을 도입하

여 기존시설의 사장, 공사의 난이성 및 효율성 저하를 방지하고, 불

필요한 공사비 지출이 최소화되도록 검토

- 구조물, 기계 및 전기설비의 전면 교체 등으로 인한 공사비의 과다

산정 및 중복투자가 되지 않도록 검토

③ 고도처리공법을 선정할 때에는 LCC (Life Cycle Cost)에 의하여 고

도처리공법 선정의 타당성을 검토하고, 그 검토결과에 의해 하수처

리공법(당해 공법에 수반되는 기자재 포함) 선정사유를 설계보고

서에 구체적으로 제시하여 설계자문을 받아야 한다.

- 동 경우에도 기존하수처리장의 구조물, 기계․전기설비 등을 최

대한 활용할 수 있는 방안을 강구

④ 하수처리장을 증설하면서 고도처리시설을 설치하는 경우에는 기존 처

리시설과의 연계성 및 오염물질 제거효율이 우수하고 유입수량과 수질

의 변동에 유연하게 대응할 수 있는지 여부를 검토하여 선정한다

⑤ 하수처리장에 고도처리시설을 설치할 경우에는 설치․운전 실적 여부

등을 감안하여 안정적․경제적인 기술을 선정하여야 한다

- 기존시설을 고도처리시설로 개량하는 경우와 국내에서 1년이상

- 20 -

운 한 실적이 없는 공법을 도입하여 신규로 고도처리시설을 설

치하는 경우에는 성능확인이 가능한 최소규모의 시설을 시범설

치하여 성능확인을 실시한 후 전계열로 확대 적용한다.

⑥ 고정상 담체(MEDIA) 충진공법 선정시에는 담체에 부착된 Slime을 효

과적으로 탈리시킬 수 있는 시설을 설치하고, 담체 미생물 부착여부

를 정기적으로 확인할 수 있는 시편(1프레임 이상)을 설치한다

마. 표준활성오니법이 설치된 기존처리장에 고도처리시설을 도입할 경우에

는 개선대상 오염물질별 처리특성을 감안하여 효율적인 설계가

되도록 하여야 한다

① 유기물질(BOD,COD)항목만 처리효율 향상이 필요할 경우

- 표준활성오니법과 호환성이 가장 용이한 A2/O와 비교시 처리효율면

에서 거의 유사하고 오히려 ASRT(호기상태의 미생물체류시간)의

축소로 BOD제거율의 저하되는 경우가 발생되므로,

- 고도처리방식은 운전개선방식으로 추진하는 방안을 우선적으로 검토

∙ 노후설비의 교체 및 개량

∙ 유량조정시설 및 전처리시설 기능강화

∙ 운전모드 개선(폭기조 관리)

∙ 슬러지 처리계통 기능개선(구내 반송수 관리)

∙ 연계처리수(분뇨, 축산, 침출수 등)의 효율적 관리

∙ 2차 처리시설 후단에 여과시설 설치 등

② 부유물질(SS)항목만 처리효율 향상이 필요할 경우

- 운전개선방식으로 사업을 추진할 경우에는

∙ 유량조절기능 및 전처리설비 개선

∙ 슬러지 설비 기능개선(구내 반송수 관리)

∙ 최종 침전지 용량 및 구조개선(경사판 설치, 정류벽 설치 등), 여과시

설 설치

- 21 -

- 시설개량방식으로 사업을 추진할 경우에는

∙ 운전개선방식에 의한 사항을 검토하여 반

∙ 침전지 용량 증설 및 여과시설 설치 등

③ T-N항목만 처리효율 향상이 필요할 경우

- T-N은 기존시설로는 제거효율이 낮으므로 새로운 처리공정 도입을

위하여 시설개량방식으로 추진하는 방안검토

∙ 운전개선방식을 우선적으로 검토하여 반

∙ 기존폭기조의 수리학적체류시간(HRT)이 6시간 이상일 경우에는

기존 처리시설과 호환성이 있는 MLE, A2/O계열 등의 공법으로

변경하는 것이 바람직하므로 이를 우선적으로 검토

∙ 기존폭기조의 수리학적체류시간(HRT)이 6시간 이하이거나 유입

T-N농도가 고농도일 경우는 반응조 증설방안 등을 검토하되

우선적으로 연계처리수의 처리대책(설계 T-N 유입오염부하량

의 10%이내)관리를 검토

∙ 표준활성오니법을 SBR(Sequencing Batch Reactor)로 시설을 개

량할 경우에는 기존처리시설의 사장화가 발생되므로 반드시 지양

④ T-P항목만 처리효율 향상이 필요할 경우

- 기존하수처리장의 T-P 처리는 생물학적 처리방식보다 화학적처리

방식이 효율적, 경제적이므로

- 운전개선방식으로 추진하는 방안을 우선적으로 검토하고, 필요시 시

설개량방식을 검토

⑤ T-N과 T-P항목을 동시에 처리효율 향상이 필요할 경우

- 기존하수처리장에 T-N 및 T-P항목에 대하여 동시에 처리효율 향상

이 필요할 경우에는 T-N처리방법은 상기의 T-N처리방식을 채택하되,

- T-P의 경우에는 생물학적처리방식과 화학적처리방식에 대한 경제

성, 효율성을 비교․평가한 후 결정

※ T-P의 경우에는 간이약품처리로 제거가 가능하므로 이에 대한

경제성 및 효율성에 대한 검토 필요

- 22 -

바. 고도처리시설 공법선정을 위한 공법비교시 적용한 공사비 산출자료

와 실시설계시 적용한 공사비자료가 서로 상이하여 공법선정의 신

뢰성이 떨어지는 문제점이 없도록 하기 위하여 실시설계시의 공사

비는 당초 공법선정시 제출한 자료를 적용하되, 공법선정시 제시

한 금액을 초과할 수 없다

사. 신기술의 경우 유입수질 범위별(현재 수질, 장래 수질)로 각 공정별 성

능보증수질을 제시토록 하고 보증확약서를 반드시 설계단계에서

제출하도록 하여야 한다(물질수지도 포함)

※ 신기술로 등록된 공법을 도입하고자 하는 경우, 하수처리장의 유입수질

조건 및 운전조건이 신기술 지정 및 기술검증시 제시한 조건과 상이할

때에는 이에 대한 대책방안을 마련하여 설계자문시 제시하여야 한다.

아. 신기술 지정 및 기술검증시 여과시설을 별도로 설치하지 아니하고도

방류수 수질기준 이내로 처리할 수 있는 것으로 지정된 공법을 선정

한 처리시설에 여과기를 설치하고자 할 경우에는 다음 사항을 검

토하여 그 설치여부를 결정하여야 한다

① 설치지역의 여건을 종합적으로 고려할 때 안정적인 방류수 수질확

보방안이 요구(연계처리 및 공장폐수 유입으로 부하량의 변동이 심

하거나 기후의 변동폭이 큰지역)되는 경우

② 법정 방류수 수질기준보다 엄격한 수질이 요구(하수처리수를 재이용

하거나 상수원 직상류지역 또는 환경 향평가 협의기준이 법정기준

보다 강화되어 있는 시설 또는 오염총량관리계획 수립․시행 지역

등)되는 경우

③ 기타 설계자 또는 사업시행자가 모래여과기의 설치가 필요하다고

판단하는 경우

- 23 -

자. 고도처리공법이 도입된 하수처리장에 대하여는 공법제공사에서 시운

전 전에 시운전업체에게 다음의 내용이 포함된 운전메뉴얼을 작성․

제출하게 하고, 시운전 업체에 대한 교육을 실시하도록 하여야 한다. 또

한 시운전 완료후에는 시운전 결과보고서를 제출하도록 하여야 한다.

① 하수처리시설의 운전 및 관리

② 슬러지처리시설의 운전 및 관리

③ 전기설비의 운전 및 관리

④ 계측제어장치의 운전 및 관리

- 24 -

Ⅲ. 하수처리장 운영실태 정밀분석 (기술진단) 기법 소개

1. 기술진단의 목적

- 기존 하수처리시설의 운영 현황 및 문제점 파악

- 기존시설 운전 최적화 및 시설개량 방안 제시

- 고도처리공정으로의 전환에 필요한 주요 고려사항 평가

기술진단 필요

- 처리효율 저하

- 수질기준 강화

기술진단 수행

- 처리성능 평가

- 제한인자 평가

- 시설개량 평가

처리목표 달성

- 운전 최적화

- 시설개량

2. 기술진단 수행방법

공공처리시설의 개선 (Retrofitting POTWs, EPA,1989)

: EPA에서 1970년대 말부터 적용해온 처리장 성능진단 방법

○ 종합성능평가 단계 (CPE, Comprehensive Performance Evaluation)

- 행정,설계,운영적 측면에서 처리장의 문제점을 종합적으로 평가함

- 단위공정별 처리가능용량 평가후 처리성능 제한인자를 우선순위별 제시

○ 종합효율개선 단계 (CCP, Composite Correction Program)

- CPE 단계에서 평가된 성능제한인자를 제거하기 위한 체계적 접근단계임

- 통상 1년 정도의 장기적 개선작업을 필요로 함

- CCP는 현시설을 최적화시켜 최대의 처리성능을 얻는 것이 주 목적임

- 25 -

3. 처리장 효율개선 프로그램의 수행절차

처리장 관리자가 처리시설

개선의 필요성 인식

주요 단위 공정에 대한 CPE 수행

TYPE 2평가기준을 가까스로 만족

TYPE 1주요 단위공정이 적합

TYPE 3주요 단위공정이 부적합

기존시설 최적화를 위한 CCP 수

행 (시설의 개량여부 결정)

목표하는 처리성능 달성을

위한 CCP 수행

CCP를 수행하지 않음

(시설개량에 대한 평가)

시설개량 시설개량기존시설포기새시설 설계

목표하는 처리성능 달성

현 황 조 사

- 자료조사

- 공정수 수질조사

- 공정별 기능조사

- 펌프 및 기타 장치 조사

기 술 진 단 수 행 처리효율 개선계획 수립

- 처리성능 제한인자 평가

- 운전 최적화 방안 수립

- 시설개량방안 수립

기술진단 착수회의

- 진단 목적 및 필요성 공유

- 처리장 운영자 업무협조 요청

- 진단일정 협의

- 현장방문 및 시설견학

- 처리장 부하특성 평가

- 수처리시설 평가

- 슬러지처리시설 평가

- 폄프 및 기타 장치 평가

- 26 -

4. 주요 진단 기법 소개

■ 산소전달효율 조사 (Off-Gas Test)

: 포기조 상부에 후드를 설치하여 배가스에 가스분석을 통해 산소전달효율을 평가

: 기존 포기설비의 성능 평가

Vacuum

Off-Gas

Diffusers

Air In

Legend

Air Flow

CollectionHood

Off-GasAnalyzer

Vacuum

Off-Gas

Diffusers

Air In

Legend

Air Flow

CollectionHood

Off-GasAnalyzer

■ 연속모니터링 장비를 이용한 이차침전지 처리효율 평가

: 24시간 연속 수질감시를 수행하여 수리학적 유량부하의 변동에 따른 이차침전지

SS 제거율 평가

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00 1:00

Time

Flow

(mgd

)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Con

cent

ratio

n (m

g/L)

FlowEffluent SS

`

- 27 -

■ 시뮬레이션 모델을 이용한 처리성능 평가

- 현장 실측자료를 이용한 모델

보정

- 유량, 유입수 수질, 운전조건

변동에 따른 처리성능 평가

- 시설개량에 따른 처리효율 예

측

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

50000

0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00

운전시간 (hr:min)

유입

하

3/

d

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00

운전시간 (hr:min)

처리

수

BOD T-N T-P

<시간별 유입수량 변화> <시간별 처리수질 변화>

- 28 -

Ⅳ. 기존 하수처리장의 고도처리 개량사례

1. 사업의 개요

● 위치 및 일정

∙사 업 명 : OO시 하수처리장 고도처리개량 사업

∙공사기간 : 착공일로부터 30개월(시운전 6개월 포함)

● 사업의 범위

단기계획

사여과지신설기존 농축조,소화조 철거

방류펌프장

구 분 사업범위 및 내용

∙토목공통

∙고도처리공정도입

- 303,000㎥/일

∙기존시설개선

∙여과시설 신설

- 303,000㎥/일

∙방류펌프장 신설

∙건축 신․증축 및 리모델링

∙기계 기계설비

∙전기․계장 관련전기 및 계측제어시설

∙조경 조경 및 차폐시설

● 계획수질

(단위:mg/L)

구 분

계 획 수 질

법정방류수질유 입 수 질

방 류 수 질

목 표 수 질보증수

질초기단계(2001년)

중간단계(2006년)

최종단계(2016년)

초기단계(2001 )

중간단계(2006년)

최종단계(2016년)

BOD 90.0 133.0 146.0 4.8 5.4 6.9 10.0 10이하

COD 69.0 131.0 143.0 9.9 11.5 14.5 40.0 40이하

SS 103.0 125.0 143.0 3.5 3.8 5.0 10.0 10이하

T-N 25.1 34.0 39.3 8.1 10.7 15.5 20.0 20(60)이하

T-P 2.6 4.7 5.3 0.9 1.2 1.5 2.0 2(8)이하

주) ( )는 동절기(12월~3월) 기준임

- 29 -

2. 기존시설조사 및 개선계획

● 성능제한요인 및 개선방안 검토

단위시설 기존시설 기능진단 결과 성능제한요인 개선방안

유입

맨홀

일별 유입유량 일별 유입 BOD∙유입맨홀 구조상 1,2단계하수의 충분한 혼합이 불가

∙1단계 유입수 수질, 유량 변동이 매우 심함

∙완전혼합이 가능토록 유입맨홀 구조 개선∙유입하수 완전혼합후 균등분배시 부하변동 완화-

40

80

120

160

200

02-06

02-07

02-08

02-09

02-10

02-11

02-12

03-01

03-02

03-03

03-04

03-05

유입유

량(1

,000

m3 /d

) , 1단계 2단계#1 2단계#2

0

50

100

150

200

250

300

350

02-06

02-07

02-08

02-09

02-10

02-11

02-12

03-01

03-02

03-03

03-04

03-05

BO

D 농

도(m

g/L)

,

팔복라인

생활하수

유량가중평균 농도

일차침전

지

슬러지 계면높이 SS 제거율 ∙슬러지 계면높이가 높아 시기적으로 슬러지 유실발생

∙반류수 편중부하가 발생되는 2단계 2계열의 SS제거율이 가장 저조

∙슬러지계면계를 설치하여 적정계면고 유지∙반류수 투입지점 변경을 통한 편중부하 해소

0

20

40

60

80

100

1월 2월 3월 4월 5월 6월 7월 8월 9월 10월 11월 12월

슬러

지 점

유율

(%)

1단계

2단계 1계열

2단계 2계열

48.0 46.9

40.8

0

10

20

30

40

50

60

1단계 2단계#1 2단계#2

일차침

전지

SS제

거효율

(%)

.

포 기 조

일별 포기조 DO 산소전달량 조사∙포기조 DO 변동폭이 매우 큼

∙포기조 전단부의 산소공급이 부족하여 처리효율 저하

∙자동제어시스템 도입으로 최적DO 유지∙고도처리 개량시 산소소비율을 고려하여 산기관 배치0

1

2

3

4

5

6

7

8

02-6

02-7

02-8

02-9

02-10

02-11

02-12

03-1

03-2

03-3

03-4

03-5

DO

(mg/

L)

,

1단계(7일 이동평균)2단계1계열(7일 이동평균)2단계2계열(7일 이동평균)

0

10

20

30

40

50

1단 2단 3단 4단

mg

O2/L

/hr

.

0

1

2

3

DO

(m

g/L)

.

OUR 산소전달량 DO

이차침전

지

24시간 SS 모니터링 지내 SS 분포 조사∙오전 유입하수량 증가시 처리수 SS 증가

∙침전지 외벽측에서 상승유속에 의한 슬러지 부상

∙유량에 연동한 지능형 슬러지반송 시스템 적용∙상승유속 차단을 위해 이차침전지내 interior baffle 설치0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

15 16 17 18 19 20 21 22 23 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

시간(hr) .

SS(m

g/L) .

0

5

10

15

20

25

30

35

40

수면

적부

하(m

3/m

2．

d) .

SS 수면적부하

4

슬러지계

통

잉여농축조

고형물회수율탈수기 고형물회수율

∙고형물회수율이 저조하여 반류수 농도 증가

∙반류수 부하 증가로 일차침전지 슬러지 축적 초래

∙고형물회수율이 우수한 원심탈수설비 설치로 반류수 부하 경감

0

20

40

60

80

100

02-6

02-7

02-8

02-9

02-10

02-11

02-12

03-1

03-2

03-3

03-4

03-5

고형

물 회

수율

(%) .

1단계 농축조 2단계 농축조

0

20

40

60

80

100

02- 6 02- 7 02- 8 02- 9 02-10

02-11

02-12

03- 1 03- 2 03- 3 03- 4 03- 5

고형

물 회

수율

(%)

.

1단계 2단계

● 운전개선(Renovation)에 의한 성능제한요인 개선시 예상처리수질 검토

초기단계 예상 처리수질 최종단계 예상 처리수질 검 토 결 과

6.0

15.0

6.0

18.0

1.9

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

BOD COD SS T-N T-P

농도 (mg/L)

방류수질기준

9.0

25.0

9.0

30.0

3.5

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

BOD COD SS T-N T-P

농도 (mg/L)

방류수질기준 ∙운전개선(Renovation)만으로는

최종단계 계획수질 유입시방류

수 수질기준 만족 불가능

∙시설개선방식(Retrofitting)에 의

한 고도처리공정 도입이 필요

- 30 -

3. 하수처리 공정계획

● 고도처리공법 선정

대 안 별 종 합 평 가

제1안(설계적용) 제2안 제3안

기존 포기조 활용 여유부지에 증설 시설 철거후 증설

총LCC : 1,364.5억

0%

20%

40%

60%

80%

10 0%

유지관리성

부지활용성

안전성

경제성환경성

연계성

시공성

총LCC : 1,402.5억

0 %

20 %

40 %

60 %

80 %

10 0 %

유지관리성

부지활용성

안전성

경제성환경성

연계성

시공성

총LCC : 1,567.4억

0%

20%

40%

60%

80%

10 0%

유지관리성

부지활용성

안전성

경제성환경성

연계성

시공성

평점 : 1000.0 평점 : 881.7 평점 : 915.5

슬 러 지

처리공정

∙농축, 소화, 탈수공정의 전반적인 효율저하

∙고도처리개선,장래 최종처분(소각)을 고려한

기존 중력농축조,혐기성 소화조의 활용

∙충격부하로 작용하는 기존 연계처리 문제

∙1,2,3단계 슬러지처리설비 분산 및 이중화

∙고형물 회수율이 95%이상인 원심탈수방식 체택

∙고도처리시 인의 재융출,소각시 보조연료소요 등을

고려한 VE평가 분석하여 기존 소화조를 산발효조

로 개량하여 유효 유기물 자체생산․공급

∙산발효조 투입으로 균등화 및 악취발생 억제

∙장래 슬러지 최종처분과 연관한 슬러지설비 집약화

1,2,3단계통합처리

슬러지 통합처리(제안)

생슬러지,연계처리수를 산발효(기존 소화조 이용)하여 유기원으로 공급

산 발 효 조

인방출 염려 없고 고형물회수율높음취기발생이 거의 없음

원 심 탈 수

● 산발효조 적용효과

전산모사 공정구성 산발효조 효과 분석

0

1

2

3

4

0% 25% 50%

산발효액 공급비율

처리

수 T-P (mg/L)

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Ⅴ. 결 론

기존 하수처리장의 고도처리 개량시 고도처리 업무지침 숙지

운전개선방식 (Renovation) 우선 추진

운영실태 정밀분석 (하수처리장 기술진단) 실시

운영자료조사가 아닌 현장분석에 의한 시스템적인 접근 필요

최신진단기법 활용 (연속모니터링, Off-gas Test 등)

개량 효과 검증을 위한 동력학적 모델의 적용

경제성 및 기능성에 대한 통합평가방법 활용 (LCC 등)

하수고도처리공법[1]

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