CASS(회분식활성슬러지법)

 

CASS(회분식활성슬러지법)

 

CASS는 SBR(Sequencing Batch Reactor)의 일종이다.

SBR이란 활성슬러지를 일괄처리방식인 Batch로 운영하는 방법이다. 활성슬러지의 Batch 운영은 새로운 공법이 아니다. 사실, 1914년 영국의 Adern 과 Lockett 에 의해서 활성슬러지법이 개발 되었을 당시에는 Fill-and-draw 라는 Batch 방식으로 운영 되었다. 1956년 당시 개발된 Pasveer Oxidation Ditch Fed-batch Reactor 를 더욱 개량하여 주 폭기조와 지속적인 유량상관 관계를 갖는 Pre-react zone 을 갖는 씨스템을 개발하였는데 이것이 현재의 CASS™ 의 기본이 되었다. CASS™ 생물학적 분해와 침전 분리가 하나의 조내에서 이루어 질 수 있도록 설계 한것으로 폭기-비폭기 주기를 교대로 순환하는 Fed-batch Reactor Activated Sludge System 이다. 또한 질산화(Nitrification)와 탈질(Denitrification) 이 연속적으로 일어날 수 있도록 설계한 Fill-and-Draw 활성슬러지공법이기도 하다.

일반 SBR이 주로 소규모 처리장에서 많이 사용되는 반면, CASS는 일일유량 20만톤이상의 대규모 하수처리장에 도입되어 성공적으로 운영되고 있다.

CASS의 구성

CASS SBR은 생물학적 선택조와 가변수심 반응조로 구성된다. 하나의 반응조에서 반응과 고액분리 및 방류가 이루어져 침전조가 필요치 않은 구조이다. 생물학적 선택조를 운영하므로 슬러지 벌킹을 방지하고, 폭기와 무폭기의 교대운전을 통해 질산화와 탈질 그리고 효과적인 인제거를 하나의 조에서 이룰 수가 있다.

CASS 반응조 운영은 선택조에서는 Plug Flow형태이며 주 반응조는 Complete Mix 형태로 운영된다. CASS반응조 구성은 단일 반응조에 칸막이를 하여 다음 3개의 Zone으로 나뉘어져 있다.

Zone 1 : 선택조

Zone 2 : 완충조

Zone 3 : 주 반응조

Zone 3 주 반응조에서 지속적으로 활성화된 미생물이 Zone 1으로 반송되어 유입 폐수중 쉽게 분해되는 오염물질을 신속하게 미생물의 세포로 흡수되도록 유도하여 슬러지 벌킹을 유발하는 미생물의 성장을 억제시키고 플록(Floc) 형성을 잘하는 미생물을 선택적으로 배양시키도록 한다.

Zone 1에는 혼합을 위한 격막(Mixing Baffle)이 설치되어 있어 동력없이 혼합이 가능하도록 했으며, 폭기주기 동안에는 무산소조, 무폭기주기 동안에는 혐기상태로 운전되어 탈질과 인의 방출을 통한 생물학적 인제거의 역할도 담당한다.

Zone 2는 완전혼합(Complete Mix)형태로 운영되며 Zone 3과의 사이에 벽이 있어 구분되어 있다. 독극물의 유입이나 과부하시 Zone 3 에 영향을 미치지 않도록 완충조 역할을 한다. 대부분의 BOD가 이곳에서 제거된다.

Zone 3는 주 반응조로서 완전혼합형태로 운영되며 침전주기시 고액분리가 이루어지며 디켄터(Decanter)가 설치되어 방류가 이루어진다. 주로 질산화가 이루어 진다.

 

CASS 공정설명

CASS 운전은 다음과 같은 공정을 정해진 시간에따라 반복운전하는 매우 간단한 방법으로 운전된다.

Fill-Aeration (유입-반응)

Fill-Settle (유입-침전)

Decant (방류)

Idle (휴식)

상기 4공정이 끝나면 1싸이클(Cycle)이 완성되고, 같은 공정이 반복된다.

1싸이클이 진행되는 동안에 CASS 반응조에서는 정해진 최저수위(Bottom Water Level; BWL)에서 시작하여 원수가 유입되어 수위가 상승하게 되는데 유입량에 따라 수위가 달라지며 CASS 반응조는 이에 자동으로 반응한다. 정해진 시간에 폭기가 중지되면 미생물이 플록(Floc)을 형성하여 유속에의한 방해가 없는 조용한 상태에서 정해진 시간동안 침전하게되다. 침전주기가 끝나면 디켄터가 내려와 최저수위(BWL)까지 상등수를 방류하게된다. 잉여슬러지는 10,000mg/L이상의 농도로 방출시킨다.

• Fill-Aeration (유입-반응)
  Fill-Aeration 주기는 공기가 공급되는 주기이다. 이 주기동안 폐수가 유입되고 슬러지가 Zone3에서 Zone 1으로 반송되어 유입수와 혼합된다.
• Fill-Settle (유입-침전)
  이 주기는 공기 공급이 중단되고 침전이 시작되는 주기이다. 원수 유입은 계속되고, Zone 3에서는 슬러지가 침전되어 슬러지층을 이루게 되며, 상등수는 맑은 물이 된다. 공기 공급이 중단된 초기에는 슬러지가 잔여 혼합에너지에 의해서 플록이 형성된다. 혼합에너지가 소진됨에따라 슬러지가 침강되어 슬러지 층을 형성한다. 슬러지 침강속도는 MLSS의 농도, 조의 깊이, 조의 표면적, 폐수의 성상에 따라 다르다. 최고수위에서 MLSS 농도가 3,500mg/L인 경우 침전 후 슬러지의 농도는 약 10,000 mg/L가 된다.
• Decant(방류)
  침전후 형성된 상등수를 배출하는 주기이며, 이때 유입수의 유입은 중단된다. 유입수는 여러개의 조로 운영되는 CASS 씨스템에서는 다른조로 유입되고, 한 개의 조로 운영되는 CASS 씨스템에서는 펌핑조(유량조정조)에서 머물게된다. 디켄터는 폭기와 침전주기 동안에는 수면 위에 위치하여 처리되지 않은 물은 방류되지 못하도록 한다. 방류주기가 시작되면 디켄터는 빠른 속도로 수면으로 내려오며, 디켄터에 장착된 Float Switch가 수면을 감지하면 설계속도로 천천히 방류가 시작된다. 정해진 최저수위(BWL)에 도달하면 디켄터는 빠른 속도로 되돌아 간다.
• Idle(휴식)
  실제 운전에서 대부분 방류는 정해진 시간보다 일찍 끝나게 된다. 이때 방류가 끝나고 다음 폭기가 시작되기까지 남는 시간을 Idle 주기로 한다. Idle주기동안에는 유입수가 유입되고 슬러지도 반송된다.

CASS의 장점

1차 침전조 및 2차 침전조가 필요치 않아 설비가 간단하다.

전자동 운전으로 운전이 쉽다.

처리수질이 뛰어나다.

전세계적으로 다양한 종류의 하폐수 실적이 많다.

유량변동이나 부하변동에 자동으로 대응한다.

CASS™ 의 모든 장비는 쉽게 손에 닿는다

유지 보수가 필요한 주요 조내 장비가 없다

방류를 위한 디켄터(Decanter)는 항상 볼 수 있고 서비스 부품들이 쉽게 손에 닿는다

질산화, 탈질, 인제거 공정이 연속적으로 이루어 진다.

선택조 운영으로 사상균 발생을 억제한다

우기나 많은 급격한 유량증가에 대비한 High Flow System

방류 속도 조절 가능

Floor-Mounted Difffuser 을 사용하므로 침전이 고르게 된다.

바람에 의해 Sludge Blanket 의 부상을 초래 할 수 있는 물에 떠 있는 장비가 없다.

간단한 4시간 Cycle 공정은 운전자가 하루 어떤 시간에 어떤 공정을 하고 있는지 예측 가능하게 한다

질소와 인제거율이 높아서 에너지 절약을 가능케한다.

CASS™ VARI-SKIM 방류 방법은 일정 유속으로 고르게 흘러 나가게 설계 되었다.

특히 벽부분에서 발생할 수 있는 소용돌이 현상이 없도록 설계하여 슬러지 부상을 억제했다

CASS™ VARI-SKIM 디켄터는 수면의 거품이나 이물질을 방류시키지 않는다

필요 미생물의 선택 배양을 가능케한다.

각 Basin 이 유량조정도 역할도 하기 때문에 따로 유량조정조가 필요치 않다.