KR0128277Y1 - 생물학적 순산소 개방형 폐수 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 폐수가 폭기되는 폭기조(1)와, 상기 폭기조(1)의 상부 일측에 배관을 통해 연결된 스크린(screen)장치와, 폭기조(1)의 다른 일측에서 침전된 슬러지를 펌프(1)로 퍼올려서 폭기조(1)로 반송하는 라인에 연결된 산소 용해 튜브(7)와, 폭기조(1)의 다른 일측에서 수평방향으로 배관으로 연결된 침전조(2)와, 상기 침전조의 하단에서 침전된 슬러지를 펌프(10)를 통해 폭기조(1)로 반송하는 슬러지 반송 라인(8) 과, 상기 슬러지 반송라인으로 운반된 슬러지와 상기 산소 용해 튜브(7)로 부터 나온 슬러지를 혼합하여 폭기조(1)로 보내는 라인 상에 설치된 유량계(5)와, 상기 유량계로부터 폭기조내로 2개의 라인으로 분리되어 투입된 배관의 말단에 설치된 분사기(9)와, 상기 산소 용해 튜브(7)에 산소 공급 라인(12)을 통해 산소를 공급하는 산소 탱크 및 기화기(6)와, 상기 산소 탱크(6)에서 상기 산소 용해 튜브(7)에 산소를 공급하는 라인 상에 밸브(4)를 통해 연결된, 폭기조내의 용존 산소의 양을 검출하는 용존 산소 측정기 (3)와, 상기 용존 산소 측정기(3)로부터 전선관(11)을 통해 연결되어 폭기조내의 용존 산소의 양을 검출하는 센서와, 폭기 장치(14)로 구성됨을 특징으로 하는 생물학적 폐수처리장치에 관한 것이다.

Description

생물학적 순산소 개방형 폐수 처리 장치

제1도는 본 고안의 한 실시예에 따르는 생물학적 순산소 개방형 폐수 처리 장치의 폐수 처리 계통도를 나타내는 도면이다.

제2도는 본 고안의 폐수 처리 장치에 장착된 산소 용해 튜브 (O₂Dissolving Tube)의 단면을 나타내는 도면이다.

제3도는 본 고안의 폐수 처리 장치로 시험한 유량에 따른 BOD/COD 제거율을 보여주는 도면이다.

제4도는 본 고안의 폐수 처리 장치로 시험한 유량에 따른 산소 소요량을 나타내는 도면이다.

제5도는 본 고안의 폐수 처리 장치로 시험한 유량에 따른 DO/MLSS 변화추이를 보여주는 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 폭기조 2 : 침전조

3 : 용존 산소 측정기 (DO Meter) 4 : 산소 조절 밸브

5 : 유량계 6 : 산소 탱크 및 기화기

7 : 산소 용해 튜브 8 : 슬러지 반송 라인

9 : 분사기 (Eductor) 10 : 펌프

11 : 전선관 12 : 산소 공급 라인

13 : 슬러지 조절 밸브 14 : 폭기 장치 (Aerator)

15: 구동 모터

본 고안은 생물학적 순산소 개방형 폐수 처리 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 산소 용해 튜브를 장착하여 산소를 잘 용해시킴으로써 폭기조내의 활성 오니 농도(MLSS)를 극대화시키고, 산소 공급 장치에 용존 산소 측정기를 장착하여 산소 공급 정도를 측정 가능케하여 시스템의 효율적인 운영이 가능하도록 한 생물학적 순산소 개방형 폐수 처리 장치에 관한 것이다.

근년에 이르러, 급속한 산업 발전과 생활 수준의 향상이 이루어짐에 따라 각종 산업 폐수와 생활 하수의 양이 비약적으로 증가되고 있는 실정이다.

이러한 생활 하수 또는 산업 폐수등으로부터 발생된 유기물이 함유된 폐수 (waste water)는 호수나 강으로 유입되어 수역의 부영양화(富營養化)를 유발하여 환경을 오염시키는 주요인이 되고 있고, 이에 따르는 환경 오염을 막기위한 막대한 재정적 지출이 국가적인 차원에서 이루어질 정도로 그 문제점은 심각한 지경에 이르렀다. 따라서 이러한 유기물이 함유된 폐수를 처리하기 위한 방법이 다각도로 모색되고 있으며, 폐수를 처리하기 위한 다양한 발명 및 고안이 이루어져 온 것이 사실이다. 일반적으로, 유기물을 함유하는 폐수를 처리하는 방법으로는 물리적/화학적인 처리 방법과 생물학적인 처리 방법으로 대별될 수 있으며, 생물학적인 처리 방법의 대표적인 방법으로는 활성 오니(汚泥)를 이용하여 폐수를 처리하는 활성 오니법이 있다. 이러한 활성 오니법은 폭기조의 이용 방식에 따라 표준 활성 슬러지법, 순산소 밀폐형(CLOSE)타입, 순산소 개방형(OPEN)타입으로 나뉘는 바, 표준 활성 슬러지법은 대기중의 공기를 교반 폭기시켜 호기성 미생물을 이용하여 페수내에 포함된 오염 물질을 분해 처리하는 방법이며, 순산소 밀폐형 타입은 밀폐형의 구조물에 PSA에 의해 제조된 고농도 산소를 폭기조 상부에 교반 폭기시켜 상소를 용존시킴으로써 호기성 미생물에 의해 오염 물질을 분해, 처리하는 방법이고, 순산소 개방형 타입은 개방형의 구조물에 순환수를 순환시키며, 이때 고농도 산소를 순환수 라인에 투입하여 직접 배관내에서 산소를 용존시켜 오염 물질을 분해, 처리하는 방법이다.

최근에 이르러서는 이러한 활성 오니법을 개량한 접촉 산화법(일본국 특허 출원 제85-266320 호)이나 여과재를 사용하여 오수를 정화시키는 방법(일본국 특허 출원 제89-34314 호) 등으로 활성 오니법을 개량한 방법 등이 개발되고 있다. 그러나 이러한 개량된 방법들도 기본적인 활성 오니법의 원리를 그대로 이용하고 있고, 단지 이러한 방법의 효율성을 높이는 측면으로 개량된 방법들이다. 활성 오니법은 호기성 박테리아 (aerobic bacteria) 또는 혐기성 박테리아 (anaerobic bacteria) 를 함유하는 활성 오니를 이용하여 오수를 정화하는 방법으로서 폭기식 방법과 혐기식 방법이 있으며, 호기성 박테리아를 이용한 폭기식 활성 오니법은 제1차 침전조, 제2차 침전조, 폭기조 및 폭기조로의 반송 라인등으로 구성된 장치에 의해 폐수를 처리하는 방법이다. 이러한 활성 오니법을 효과적으로 수행하기 위해서는 활성 오니중에 호기성 박테리아가 적당히 존재하여야 하고, 이들의 활성을 높이기 위해서는 용존 산소량이 충분하여야 하며, 폐수와 다량의 용존 산소 간의 접촉 시간이 충분히 보장되도록 할 필요가 있다. 또한, 다량의 폐수를 처리하여야 하고, 장시간의 폐수 처리 시간을 요하므로, 폐수 처리 장치의 조작 및 운용이 편리하고 효율적으로 관리 될 수 있어야 경제적이고 효과적인 폐수 처리가 가능하다.

최근에 이르러, 이러한 문제점을 해결하기 위한 각종 개량 방법 및 폐수 처리 장치가 개발되고 있으나, 현재, 전술한 바와 같은 폐수 처리 장치에 요구되는 조건에 부합하는 만족할 만한 장치가 개발되었다고는 볼 수 없다.

예컨대, 한국 실용 신안 등록 출원 제90-2103 호에는 기체 산소의 가압식 제트 혼합 방사에 의한 생물학적 폐수 처리 장치가 개시되어 있으며, 한국 실용 신안 등록 출원 제93-21278 호에는 이러한 가압식 제트 혼합 방사장치를 이용하고, 폭기조로의 반송 라인을 사행형으로 배치한 장치를 이용하여 생물학적으로 폐수를 처리하는 장치가 개시되어 있다. 그러나, 본 고안자가 이러한 폐수 처리 장치를 제지 폐수에 적용한 결과, 원 폐수에서 발생되는 이물질이 분사기 구멍을 봉쇄함으로써 실질적인 용존 산소량의 증대가 이루어지지 않게 되어 효과적인 용존 산소량의 증가를 기대할 수 없었다.

또한, 한국 실용 신안 등록 출원 제93-21278 호에 개시된 장치에서와 같이 산소 접촉 면적을 증대시키기 위한 배관식 반응관부를 설치한 경우 사행식 배관의 굴곡부분에서 기포가 발생하여 에어 포킷(air pocket) 현상이 일어나 반송 오니의 혼합이 잘 이루어지지 않으며, 이렇게 형성된 기포가 배관의 내부에 충격을 가하게 되는 워터 해머링(water hammering)현상이 발생되어 소음과 진동을 주게 되며, 장치의 노화를 촉진시킨다. 따라서 이러한 현상을 방지하기 위한 추가적인 장치를 보완 하여야 하는 문제점이 있다.

본 고안자는 이러한 종래의 폐수 처리 장치의 문제점을 해결하기 위해 각종 장치를 고안하여 이를 시험하여 본 고안을 완성하였다.

따라서 본 고안에 따르면, 전술한 바와 같은 문제점을 해결한 장치, 즉 종래 장치에서 문제가 되었던 분사기 구멍의 막힘 현상을 방지하고 폭기조내의 용존 산소량을 증가시키고, 폐수 처리 과정을 자동적으로 조절하여 시스템을 효율적으로 운용할 수 있도록 하는 장치가 제공된다. 이하, 본 고안을 첨부된 도면을 참고로 하여 보다 상세히 설명하고자 한다.

본 고안에 따르는 폐수 처리 장치는 제1도에서 보는 바와 같이, 원 폐수가 폭기되는 폭기조(1)와, 상기 폭기조(1)의 상부 일측에 배관을 통해 연결된 스크린 (screen) 장치와, 폭기조(1)의 다른 일측에서 침전된 슬러지를 펌프(10)로 퍼올려서 폭기조(1)로 반송하는 라인에 연결된 상소 용해 튜브(7)와, 폭기조(1)의 다른 일측에서 수평방향으로 배관으로 연결된 침전조(2)와 상기 침전조의 하단에서 침전된 슬러지를 펌프(10)를 통해 폭기조(1)로 반송하는 슬러지 반송 라인(8)과, 상기 슬러지 반송 라인으로 운반된 슬러지와 상기 산소 용해 튜브(7)로 부터 나온 슬러지를 혼합하여 폭기조(1)로 보내는 라인상에 설치된 유량계(5)와, 상기 유량계로부터 폭기조내로 2개의 라인으로 분리되어 투입된 배관의 말단에 설치된 분사기(9)와, 상기 산소 용해 튜브(7 에 산소 공급 라인(12)을 통해 산소를 공급하는 산소 탱크 및 기화기(6)와, 상기 산소 탱크(6)에서 상기 산소 용해 튜브(7)에 산소를 공급하는 라인 상에 밸브(4)를 통해 연결된, 폭기조내의 용존 산소의 양을 검출하는 용존 산소 측정기(3)와, 상기 용존 산소 측정기(3)로부터 전선관(11)을 통해 연결되어 폭기조내의 용존 산소의 양을 검출하는 센서와, 폭기 장치(14)로 구성된다.

상기 폭기조(1)의 상부 일측에 배관을 통해 연결된 스크린(screen)장치는 원 폐수에서 배출되는 비교적 작은 협잡물을 제거 및 수집하여 지상부로 인양 배출하여, 계속되는 공정에서의 장치 보호 및 처리 효율을 높이기 위한 설비로서 재질은 스테인레스로 제작되어 내식성 및 내마모성에 충분한 강도를 가지도록 제작된 것이다. 산소 용해 튜브(7)는 제2도에 그 단면을 도시한 바와 같이, 산소 유입구를 통해 유입된 산소가 폐수 유입구를 통해 유입된 폐수와 잘 혼합될 수 있도록, 장치의 상단 부분에 위치한 산소 유입구를 통해 유입된 산소를, 과형의 내부 표면상의 마루 부분에 위치한 구멍을 통해 공급함으로써 산소가 넓게 퍼지도록 하여 폐수와 산소와의 접촉 면적을 극대화시킴으로써 유입구를 통해 유입된 액상의 폐수에 미세하게 분쇄된 산소기류가 분사되게 함으로써 액상의 폐수에 산소 기체가 잘 용해되도록 하는 장치이다. 상기 산소 용해 튜브내에는 스크류가 설치되어, 펌프에 의해 튜브내로 유입된 폐수와 산소에 의해 회전하도록하여 회전되는 스크류 사이에서 산소와 폐수의 혼합이 잘 이루어지도록 했다. 이러한 산소 용해 튜브를 반송된 활성 오니가 흘러가는 반송 라인에 설치함으로써, 반송된 활성 오니가 함유된 폐수중의 용존 산소량을 증가시켜 종래의 배관식 반응부보다는 매우 향상된 폐수 처리 효과를 얻을 수 있다.

상기 침전조(2)의 하단에서 침전된 슬러지를 펌프(10)를 통해 폭기조(1)로 반송하는 슬러지 반송 라인(8)에는 침전조의 하부에서 침전된 슬러지를 폭기조(1)로 반송하기위한 반송 라인에 의해 폭기조와 연결되어 있는바, 상기 라인에는 슬러지를 운반시키기 위한 펌프(10)가 장착되어 있으며, 상기 펌프를 통해 운반된 슬러지를 침전조 및 농축조로 배출시키는 라인 각각에 슬러지 조절 밸브가 설치되어 있다.

산소 용해 튜브(7)로부터 나온 슬러지와 침전조로 부터 반송된 슬러지액을 혼합하여 폭기조(1)로 반송시키는 라인 상에 설치된 유량계(5)는 폭기조내의 슬러지의 양을 파악하여 폐수의 처리효율을 높이기 위한 장치이다.

상기 유량계로 부터 폭기조내로 2개의 라인으로 분리되어 투입된 배관의 말단에 설치된 분사기(9)는 침전조의 하부로 부터 산소와 슬러지가 혼합된 혼합액을 분사하는 장치이며, 폭기조 내에 설치된 폭기 장치(aerator)(14)는 침전조내의 폐수와 용존 산소의 혼합이 잘 이루어 지도록 혼합액을 폭기시키는 장치로서, 고정식과 비고정식으로 대별되는 바, 본 고안의 제1도에 표시된 폭기 장치는 고정식을 도시한 것으로서 구동 모터(15)에 의해 구동되어 폐수 혼합액을 폭기시키는 역항을 수행한다. 본 도안에서는 제1도에 고정식의 폭기 장치만을 나타내었으나, 비고정식의 폭기 장치를 사용하는 것도 본 고안의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

산소 탱크 및 기화기(6)로 부터 산소 용해 튜브(7)에 산소를 공급하는 공급 라인(12)에는 유량계(5)와 밸브가 살치되어 있으며, 상기 밸브에는 용존 산소 측정기 (3)가 연결되어 있고, 상기 용존 산소 측정기는 전선관(11)을 통해 폭기조내에 투입된 용존 산소의 양을 측정하는 센서와 연결되어 폭기조내의 용존 산소의 양을 측정하여 용존 산소의 양이 적을 경우 자동적으로 밸브를 열어 산소 탱크(6)로 부터 폭기조내로 산소가 유입되도록 하고, 용존 산소의 양이 과다할 경우 자동적으로 밸브를 닫아서 산소의 유입을 차단시키는 역할을 한다. 이와 같은 자동화된 피이드백(feedback) 조절에 의해 폭기조내의 용존 산소의 양을 일정한 수준으로 유지시킴으로써 과다한 산소의 투입에 의한 산소의 낭비를 막아, 보다 효율적인 폐수 처리가 가능하게 된다.

전술한 바와 같이 구성된 본 고안의 폐수 처리 장치는 다음과 같이 작동된다.

유기물을 함유하는 폐수는 스크린 장치를 통과하면서 폐수중에 함유된 비교적 작은 크기의 협잡물이 제거된 상태로 폭기조(1)에 유입되고, 유입된 폐수는 폭기조내에 존재하는 호기성 박테리아에 의한 생물학적 처리 과정을 거치게 되어, 폐수중에 함유된 유기 물질이 분해, 제거됨으로써 폐수가 정화되게 된다. 폭기조 내에서는 산소가 폐수중에 잘 용해되어 호기성 박테리아가 보다 잘 번식할 수 있는 환경을 만들기 위해 용존 산소의 양이 적절히 유지되어야 하며 이러한 목적은 용존 산소 측정기(3)에 의해 자동적으로 검출되고 제어됨으로써 달성된다. 또한 폭기조내의 폭기 장치에 의해 폐수 혼합물이잘 혼합됨으로써 유기물의 처리가 보다 효율적으로 이루어지게 된다.

이와 같이 폭기조에서 처리된 처리수는 폭기조(1)로 부터 제2차 침전조(2)로 유입되며, 침전조에서 침전된 오니는 침전조의 하단에 설치된 펌프에 의해 슬러지 반송 라인(8)을 통해 폭기조로 반송된다. 또한 폭기조에서 처리수가 폭기조의 상부로 부터 월류하여 제2차 침전조(2)로 유입되기 전에 침전된 활성 오니들이 함유된 폐수가 펌프 (10)를 통해 산소 용해 유브(7)를 거쳐 다시 폭기조내로 유입되는 바, 활성 오니들이 함유된 폐수 혼합액은 산소 용해 튜브에서 순 산소와 거의 완전한 교반이 이루어지는 조건하에서 혼합되어 폐수 혼합액중의 용존 산소의 양이 극대화된 상태로 제2차 침전조에서 반송된 폐수 혼합액과 혼합되어 폭기조로 반송된다.

반송되는 폐수 혼합액은 폭기조로 투입된 배관의 하단에 설치된 분사기(9)를 통해 폭기조의 하부로부터 유출되어 폭기과정을 재차 거치게 된다.

제2차 침전조를 거친 맑은 처리수는 침전조의 상부로부터 방류되며, 침전조로 부터 반송되는 슬러지액의 일부는 슬러지 조절 밸브(13)를 통해 농축조로 유입되어 농축 처리과정을 거치게 된다.

본 고안에 따른 장치를 사용하여 효과를 시험한 결과를 하기 실시예를 통해 설명 하겠으나 본 고안의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

(유량에 따른 BOD/COD 제거율)

본 고안에 따른 파일롯 장치를 이용하여 유량에 따른 BOD/COD 제거율을 시험하였으며, 그 결과를 제3도에 나타내었다. 이에 따르면, 본 고안에 따르는 장치를 이용할 경우, 폐수중의 생물학적 산소 요구량(BOD) 및 화학적 산소 요구량 (COD) 이 종래의 개방형 처리장치에 비해 2배 이상 높으며 설비 투자 비용 및 운전 비용을 적게 하면서도 동일한 효과를 나타낼 수 있다는 것이 확인되었다.

[실시예 2]

(유량에 따른 산소 소요량)

본 고안에 따르는 처리 장치를 보다 효율적으로 관리하기 위해, 유량에 따른 산소 소요량을 검사하였으며, 그 결과는 제4도에 나타내었다.

본 결과는 폭기조내에서의 산소 소요량을 적절하게 유지하기 위한 것으로서, 필요한 산소의 적정량을 적정한 범위내에서 확정하여, 용존 산소 측정기에 의한 자동적인 산소 유입을 효율적으로 관리하기 위한 자료로서 이용된다.

[실시예 3]

(유량에 따른 DO/MLSS 변화 추이)

본 고안에 따르는 폐수 처리 장치를 이용하여 유량에 따른 DO/MLSS 변화를 관찰한 결과를 제5도에 나타내었다.

이 결과에 따르면, 용존 산소(DO)의 양이 많을수록 활성 오니 농도 (MLSS) 가 비례하여 커짐을 알 수 있다. 따라서 활성 오니에 의한 폐수의 처리는 본 고안에 따르는 장치를 사용하여 용존 산소량을 극대화한 경우 매우 효과적으로 이루어질 수 있음을 알 수 있다.

Claims (1)

1. 폐수가 폭기되는 폭기조(1)와, 상기 폭기조(1)의 상부 일측에 배관을 통해 연결된 스크린 (screen) 장치와, 폭기조(1)의 다른 일측에서 침전된 슬러지를 펌프(10)로 퍼올려서 폭기조(1)로 반송하는 라인에 연결된 산소 용해 튜브(7)와, 폭기조(1)의 다른 일측에서 수평방향으로 배관으로 연결괸 침전조(2)와, 상기 침전조의 하단에서 침전된 슬러지를 펌프(10)를 통해 폭기조(1)로 반송하는 슬러지 반송 라인(8)과, 상기 슬러지 반송 라인으로 운반된 슬러지와 상기 산소 용해 튜브(7)로 부터 나온 슬러지를 혼합하여 폭기조(1)로 보내는 라인 상에 설치된 유량계(5)와, 상기 유량계로부터 폭기조내로 2개의 라인으로부터 분리되어 투입된 배관의 말단에 설치된 분사기(9)와, 상기 산소 용해 튜브(7)에 산소 공급 라인(12)을 통해 산소를 공급하는 산소 탱크 및 기화기 (6)와, 상기 산소 탱크(6)에서 상기 산소 용해 튜브(7)에 산소를 공급하는 라인 상에 밸브 (4) 를 통해 연결된, 폭기조내의 용존 산소의 양을 검출하는 용존 산소 측정기(3) 와, 상기 용존 산소 측정기(3)로부터 전선관(11)을 통해 연결되어 폭기조내의 용존 산소의 양을 검출하는 센서와, 폭기 장치(14)로 구성됨을 특징으로 하는 생물학적 폐수 처리 장치.