KR0169529B1 - 폐수처리방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

고도의 효율적인 폐수처리의 방법과 장치가 개시되었다. 본 발명의 여러가지 변형과 수정이 서술되어 있어 당해 분야의 기술자가 활용할 수 있게될 것이다. 이하의 특허청구범위는 개시된 발명의 정신과 범위내에 해당하는 이러한 수정과 변형을 모두 포함하는 것이다.

Description

[발명의 명칭]

폐수처리방법 및 장치

[타출원과의 관계]

본 출원은 1992. 12. 22자로 출원한 폐수처리탱크(출원번호 미정)에 관한 출원과 관련되어 있다.

[발명의 분야]

본 발명은 일반적으로 물 및 폐수 처리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가정이나 도시의 폐수와 생물분해성 공업폐수의 처리에 관한 새로운 방법 및 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 생물막(biofilm), 충분한 공기혼합 및 혼합액체 현탁 물질(MLSS)의 입자의 크기를 감소시키는 수단을 활용한 폐수처리에 관한 것이다.

[발명의 배경]

60년대 후반에서 70년대 초반에 걸쳐 미국은 수자원의 빠른 오염의 만연으로 도시폐수 처리에 관한 광범위한 개선에 관한 프로그램을 수립하였다. 이 프로그램은 다음세대에게 물려줄 하천과 세류의 수질을 보건하고 수자원의 오염의 진행을 막자는 것이다. 이 프로그램의 일부로써 환경보호국(EPA)는 시당국으로 하여금 도시 폐수처리 기술의 발전을 이룩하도록 하기 위하여 수천만불의 자금지원을 하였다. 이러한 지원으로 말미암아 미국전지역의 하수처리 상태는 크게 개선되어 하천 세류등의 수질이 개선됨으로써 수중생물이나 관련환경이 르네상스를 맞이하고 있다. 이러한 노력에도 불구하고 다수의 도시 및 사설 하수처리장은 아직도 환경보호국의 오염물질 방류허가 기준에 미달하여 매년 수백만불의 벌금을 내고 있는 실정이다. 그러나 더욱 중요한 것은 폐수 오염이 계속되고 있다는 사실이다. 예컨대 미국에서만 오수정화조를 통하여 지면으로 유출되는 오수가 매분 약 4.2백만 갤런에 이르고 있다. 이것이 수질오염과 질병의 중요한 원인이 되고있다. 더욱이 이 문제는 미국내의 문제일 뿐만 아니라 전 세계적인 문제인 것이다. 게다가, 종래의 하수처리방법은 다량의 슬러지를 생기게 하여 이러한 슬러지를 없애기 위하여는 슬러지소화장치(Sludge Digester)와 같은 고가의 장비를 필요로 하거나 고형의 쓰레기로써 땅에 매립하는 등의 방법을 써야 하였다. 하기의 명세서에서 보는 바와 같이 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것이다.

정부의 지원으로 더욱 많은 폐수처리장이 현재 가동되고 있지만, 도시폐수의 처리방법은 지난 70년동안 큰 변화가 없었다. 종래의 방법을 사용함에 있어서 여러가지 형태가 있지만 모두 일반적으로 유사한 것이다.

활성슬러지 처리방법은 가정 및 도시폐수처리분야 및 생물분해성 산업폐수처리분야에 있는 전체 하수처리장의 80% 이상에서 사용하고 있는 방법이다. 이 방법은 용해상태에 있는 생물학적 에이전트를 사용하여 폐수에 용해되어 있거나 부유상태에 있는 유기물질을 소화하는 방법이다.

이 활성슬러지 처리방법에는 몇 가지 불편한 점이 있다. 즉 처리과정에서 크게 다른 오염의 결과를 초래하는 등, 처리의 효과가 크게 달라질 수가 있는 것이다. 더욱이 활성 슬러지 방법은 온도에 민감하여 저온이나 급격한 온도 변화가 있을 때는 효과가 떨어진다. 게다가 이 방법으로는 다량의 고형슬러지가 생산되어 심각한 폐기처리 문제가 발생한다. 결과적으로 슬러지 폐기를 위해 추가 토지가 필요하고 따라서 도시폐수 처리로 인하여 환경에 대한 부정적 영향이 증가된다. 이를 극복하기 위하여는 하수처리장 건설에 엄청난 비용을 들여 고가의 슬러지 다이제스터를 사용하여야한다.

활성슬러지 방법은 폐수처리 할 때 생물학적 에이전트(박테리아)를 이용하여 유기물질을 소화하여 가급적 많은 고형물을 분리해내는데 초점이 주어진다. 폐수처리가 제대로 되지 않는 일반적인 이유가 되는 슬러지 벌킹은 고형물이 신속하게 침강되지 않거나 질이 조밀하게 되지 않을 때 발생하는 것이다(1987. 리트만. 132쪽 참조). 이것은 유기물의 침강을 억제하거나 응집을 방해하는 섬유상미생물의 증가 때문인 것으로 생각된다. 보다 작은 입자들은 신속한 침강에 방해가 되기 때문에 이들이 응집하여 보다큰 입자로 되는 것이 중요하다. 또한 폐수의 양 때문에 침강에 소요되는 시간도 중요하다. 양호한 침강상태가 된다는 것은 보다 큰 입자들은 다음단계의 과정이나 탱크로 운반되기 어렵게 된다는데 의미가 있는 것이다.

활성슬러지 처리 시스템으로 처리되는 폐수는 그 안에 응집된 유기물질과 무기물질이 부유하고 있다. 이것을 혼합액체현탁물질(MLSS)이라 한다. 혼합 액체현탁물질에는 유입폐수의 부유입자와 용해유기질이 혼합되어 있다. 호기성 박테리아가 폐수의 유기물질을 완전히 처리하는데 필요로하는 산소의 양을 생물학적산소요구량(BOD)이라 한다. 처리과정을 거친 폐수의 수질은 현탁물질(SS)의 양을 보통 유출수 1리터 당 몇 미리그램으로 표시하여 측정하거나 BOD의 수준으로 측정하기도 한다. 환경보호국은 폐수처리장에서 나오는 유출수의 생물학적 산소요구량과 현탁물질의 기준을 정해놓고 있다.

현탁물질을 제거하거나 생물학적산소요구량을 낮추기 위하여 생물학적 처리방법이 개발되었다. 이 방법은 부착성장(attached growth) 고정생물막(fixed biofilm) 산소접촉방법(contact oxidation process)등의 이름으로 불리우는바, 폐수처리에 수년간 사용하여 오고 있다(1987 리트만 참조). 생물막이란 생물학적 활성유기물이나 활성 에이전트의 층으로써 지지매개물 위에서 자라며 폐수에 부유하거나 용해된 유기물질을 소화하거나 파괴하는 것이다. 이 생물학적 에이전트는 지지물위에 충이나 생물막을 형성할 정도로 자라며 이것은 다시 이들 생물학적 에이전트가 자라고 활동할 수 있는 더욱 넓은 표면을 제공한다. 생물막은 유입되는 물이나 공기중에 있는 미생물로부터 자연히 스며들어 형성되며 종래의 생물막방법에 의하면 그 시스템의 가동초기에 몇주간 이를 자라게 하는 것이다.

생물막 방법은 여러가지 양태로 사용되어 왔다. 이 방법은 먼저 살수 여상(trickling filters)을 사용하는 방법인데, 이것은 생물학적 에이전트가 작은 돌을 감싸고 폐수는 이 작은 돌 사이로 스며들어 흐르게 되는 것이다. 또한, 회전하는 생물학적 접촉기를 사용하는 방법인데 여기서 생물학적 에이전트가 움직이는 기계지지물을 코팅하게 된다. 또한 폭기조의 '필트레이션 싹'(filtration sock)을 사용하는 방법인데 생물학적 에이전트가 여과 물질에서 자란다. 또한 생물학적 에이전트로 코팅된 폭기조의 '플로팅 볼'(floating ball)을 이용하는 방법이다.

이러한 기술들은 많은 불편이 따른다. 예를들면 '필트레이션 싹' 방법은 잦은 클로깅(clogging)및 교체문제를 발생시켜 매우 실용성이 적고 많은 경비가 소요된다. 생물막이 입혀진 '플로팅 볼' 방법은 볼의 표면 생물막이 필요한 두께를 유지하기가 어려워 유기물과 혼탁물질을 적절히 소화할수 없는 결점이 있다. 더욱이 슬러지는 계속해서 다량 생산되고 다른 고가의 수단, 즉 슬러지 소화조라던가 물빼기(dewatering) 방법이라던가 매립방법등으로 폐기해야 한다.

이러한 문제점 때문에 생물학적 접촉산화라는 새로운 기술이 개발되었다. 이 방법은 폭기조에 플라스틱 튜브를 넣어 이 튜브의 내측과 외측에 생물막이 자라도록 하는 것이다. 그러므로 이 방법은 활성슬러지와 생물막 방법을 결합시킨 것이다. BOD 농도가 높을수록 생물막이 자랄 수 있는 표면이 더욱 넓어져야 한다. 그러려면 튜브직경이 보다 작아져야 한다. 그러나 튜브직경이 작아질수록 튜브 클로깅은 증가한다. 이것이 커다란 문제점이다. 그러므로 생물막이 자라게 하기 위하여 표면이 얼마나 커야 하는가 하는데는 실제적인 한계가 있는 것이다. 튜브클로깅은 폭기원(airation source)으로써 압축공기나 표면폭기방법을 쓸경우 더욱 악화된다. 생물막 성장의 증가는 더욱 신속한 튜브클로깅을 초래한다.

튜브클로깅이 되면 시스템의 효율이 떨어지고 급기야는 청소가 필요하게 되어 하수처리 장치가 가동을 중단하여야 한다. 일단 청소를 하게 되어 시스템이 중단되었다가 재가동 되면 생물막이 다시 형성되는데 시간이 소요되므로 폐수처리 시간이 지연되어 비효율적이다. 폐수처리시스템이 완전히 작동되려면 3주 가량의 시간이 소요된다.

생물학적 접촉산화 기술은 느린 순환흐름과 완만한 교반 과정을 활용한다. 느린순환과 완만한 혼합은 몇가지 이유에서 사용되어 왔다. 첫째, 완만한 혼합에서오는 느린 순환은 생물학적 분해를 촉진시킨다고 생각된다. 둘째, 슬러지 벌깅을 일으키는 몇가지 면상미생물은 용해된 산소에 높은 친화력을 가지고 있다. 셋째, 하수처리격실에서의 느린 순환은 고형입자가 파괴되지 않도록 한다. 그리하여 큰 입자들의 침강이 용이하게 되어 액체로부터 입자를 제거하여 폐수의 현탁물질 농도를 낮추게 된다.

그러므로 앞에 기술한 종래의 방법에 의한 혼합액체 현탁물질입자의 생성은 일반적으로 바람직하지 않다고 생각된다. 리트만참조(1987). 생물막 지지 구조의 사용이 표면의 면적을 크게함으로써 생물학적 에이전트가 유기물질을 소화 할 수 있는 양을 증가시키기는 하지만, 그 기술분야에서 개시되는 바로는 대부분의 처리 방법에 있어서, 완만한 액체의 흐름과 유기적 고형물의 보다큰 입자들을 필요로 하고 있는 것이다. 이들은 모두 사용중인 생물막지지구조물의 클로깅을 야기하고 고가의 폐기수단을 사용하여 처리해야 할 다량의 슬러지를 양산한다.

현재의 처리방법의 또하나의 문제점은 환경에 배출되거나 3차 처리되는 유출수에 용존 산소가 너무 적다는 것이다. 일반적으로 폐수를 폭기하여도 처리된 폐수의 용존산소농도가 불충분하여 환경보호국기준에 미달한다. 용존산소는 여러 수중생물의 유지에 필요할 뿐만 아니라 후속처리(re-order)를 위해서도 필요한 것이다. 이것은 처리과정에서 시간과 비용을 추가하여 재차 폭기를 하거나, 고가의 비용으로 3차처리를 하지 않는 한 부분적으로 처리된 물을 강이나 하천에 쏟아부어 수중 생태계에 악영향을 주는 것을 방치한다는 것을 의미한다. 대부분의 현장에서, 환경보호국이 발급하는 오염배출허가에는 일정한 용존 산소기준을 요구하는 바, 현재 사용하는 대부분의 기술로는 이 기준을 만족시킬 수 없다.

[배경 기술 설명]

상술한 바와 같이 여러 고형표면이 있는 잠수지지물에 직접 붙어 있거나 단속적으로 붙어 있는 세포의 집단을 생물막이라 한다(리트만 1987). 생물막의 성장을 높이려는 노력은 다년간 진행되어 왔고 다양한 개발의 대상이 되어 왔다.

노톤 캄파니의 특허번호 GB 1498360과 하이드로닐 리미티드의 특허번호 GB 1439745는 모두 생물막을 만들 수 있는 여러가지 방법을 기술하고 있다. 이 방법은 생물막의 성장을 위한 넓은 표면을 만들어 주는 것이다. 생물막의 성장을 위한 표면을 넓히는 다른 방법은 쉘 인터내셔널 리서치 마아츠샤핑 비브이의 특허번호 GB 1315129에 기술되어 있다. 여기서는 합성 유기중합체의 여러 가닥들이 생물막의 성장을 위한 표면을 증가시키는 것이다. 이러한 개발의 또하나는 유럽특허번호 EP 301237호에 기재되어 있는 것인데 이곳에서는 생물집단이 성장할 수 있는 넓은 구역을 제공하는 원통형 필터의 포장부재에 관하여 기술하고 있다.

또다른 방법은 폐수와 생물막의 물리적 접촉을 변경시키는데 초점을 두고 있다. 예컨대 클라아게스터 엔바론먼탈 엔지니어링 리미티드의 특허번호 GB 2151497은 회전하는 생물학적 접촉기에 관한 것인데 이것은 근본적으로 원통형의 부재의 표면에 생물집단이 성장하고 이를 회전시킴으로써 그 생물집단이 폐수와 접촉하게 되는 것이다. 회전하는 생물학적 접촉기와 유사한 형태의 접촉기가 공개된 PCT 국제 특허출원(세번 트렌트 워터 리미티드의 출원번호 피씨티/GB91/01177호)에 기술되어 있다. 여러가지 다른 참고자료들에 의하면 생물 집단을 움직여 처리폐수와 접촉되도록 하는 기계적인 방법도 있고, 생물막 지지 구조물에 생물집단을 부동상태에 놓아 두고 폐수를 이 생물집단 사이로 회전시키는 방법도 있다. 이들은 모두 처리폐수와 접촉하는 생물집단의 양을 증가시키려는 것이나 생물집단의 클로깅 문제가 있음을 인식하고 있는 것이다. 더 나아가, 이들은 모두 후에 폐기하여야 할 어떤 형태의 슬러지를 배출하고 있는바 이는 정도의 차이는 있지만 유출수와 함께 하수처리장 밖으로 나가게 됨으로써 생물학적 산소요구량과 현탁물질의 농도를 높이게 된다.

생물막을 폐수에 잠겨놓는다는 생각은 또한 왕 등(1991)과 이와이(1990)에 의한 연구 노력의 대상이었다. 양쪽 문헌 모두 물에 잠긴 생물막을 사용하는 폐수처리 방법을 기술했으며 왕의 경우에는 생물막이 자랄 수 있는 다른 형태의 생물막 지지 구조물에 관하여 기술하고 있다. 물에 잠긴 생물막이 있는 상업적 플랜트가 시중에 나오기도 했다(씨엔코 시스템 아이엔씨). 이 플랜트는 물에 잠긴 생물막과 활성 슬러지 방법의 결합이다. 씨엔코시스템은 비용이 많이들고 정비가 곤란하다. 그러나 더 중요한 것은 씨엔코 시스템은 수거와 폐기에 위에서 기술한 바와 같이 많은 비용이 소요되는 슬러지를 양산한다는 것이다. 일본의 폐수처리장은 미국의 환경보호국 허용기준보다 높은 기준에 따라 운용하고 있다. 간행물에 기록된 결과에 의하면 그들은 이러한 기준을 충족시키지 못하고 있다. 더 나아가 이들 플랜트는 비용도 적게 들지 않을 뿐만 아니라 정비도 용이하지 않다. 게다가 이들 플랜트의 처리용량확장 능력은 비 실제적이다.

폐수처리에서의 폭기 수단도 다양한 개발의 대상이 되어 왔다. 대부분의 미생물이 산소를 필요로 하기 때문에 이곳에서 기술하는 모든 하수처리 방법에서는 아니라하더라도 대부분의 경우에 일정형태의 폭기방법이 사용되어 왔다. 이들 폭기 수단은 어떤 형태의 물에 잠긴 대상에다가 압축공기를 공급함으로써 이루어지는 것이 전형적이다. 그러나, 유체 폭기를 위해 다른 기계적 폭기기도 개발되었다(라젠드렌의 특허번호 4,844,843과 헤게만의 특허번호 4,540,528 참조). 폐수처리분야에서 바너지 등의 문헌(1991)에 나타나 있는 폭기는 수중 생물막에 수중 공기 확산 수단의 사용을 기술하고 있다. 생물막 지지 구조와 결합된 폭기는 또한 특허번호 DE 3900-153-A와 특허번호 FR 2551-049-A에 기록되어 있다. 폭기와 생물막지지구조의 결합에 관한 또다른 기록은 특허번호 FR 2565-579-A 및 기타 문헌에 나타나 있다. 이와같이 폐수 처리 분야에서 어떤 형태의 폭기와 생물막지지구조의 결합에 관한 기술은 개발의 대상이 되어 왔다. 그러나 이들 문헌에 기록된 방법을 사용하여도 슬러지의 분리와 제거의 문제는 여전히 남는다.

또다른 개발형태로는 수중에서 기계적 수단으로 처리될 액체를 순환시키는 것이 있다. 예컨대, 특허번호 EB-478-408-A는 생물막 배양기 주위로 액체를 수평적으로 순환시키기 위해 수중날개(blade)를 사용하는 시스템에 관한 것이다. 특허번호 DE 3619-247-A는 탱크전체의 폭기의 분배를 원활히 하기 위해 폭기기가 움직이는 것에 관한 것이다. 특허번호 DE 3715-023-A는 처리될 액체의 탱크에서 액체에 흐름을 만들어주는 폭기 시스템에 관한 것이다. 그러나 이 경우에는 수중 생물막의 사용은 고려되지 않았다. 특허번호 DE 3718-191-A는 액체를 교반하는 메카니즘에 관한 것인데 액체를 교반하면서 동시에 폭기가 되도록 하는 것에 관한 것이다. 그러나 이 발명들은 현탁물질의 입자의 크기를 조정하는 메카니즘에 관한 것은 다루고 있지 않다. 모두 폭기와 탱크내의 유체의 순환에 관한 것 뿐이고 탱크의 내용물의 조정에 관한 것은 다루고 있지 않다.

이와 같이 폐수처리방법의 특정면이 다양한 기술개발의 대상이 되어 왔지만, 이들은 모두 요소간의 상호작용의 평가 개발없이 각 과정이나 단계의 요소들을 고립적으로 취급하여 온 것이 사실이다. 더욱이 종래의 개발된 기술들은 처리될 폐수에 있는 입자의 물리적 구조의 변경에 관한 것은 다루고 있지 않다. 본 발명에서는 이를 다루고 있으며 이것이야말로 폐수처리방법에 있어서 주요한 향상요인이라는 것이 밝혀졌다.

본 발명은 상기와 같은 단점들을 모두 제거하였으며 종래의 폐수처리 기술을 뛰어넘는 기법과 기술을 사용하였고, 종래의 기술보다 크게 효율적인 폐수 처리방법으로 매우 좋은 결과를 이룩하였다.

[발명의 개요]

본 발명은 수중 생물막식 폐수처리 방법과 함께 현탁물질과 유기물을 잘게 부숴 작은 입자로 만드는 기계적 생화학적 방법에 관한 것이다. 이 방법은 고도의 용존산소를 공급하여 폐수에 있는 박테리아로 하여금 유기물질을 신속하고 완전하게 소화시키기에 충분한 폭기가 있을 때 이루어지는 것이다.

본 발명은 활성 슬러지 방법이나 송풍기방법과 현탁물질 입자의 기계적 파괴와 입자 크기의 감소 방법등을 사용할 때 현존하는 것보다 실질적으로 더 높은 산소 전달 효율이 있는 조건하에서 생물막식 폐수처리가 크게 향상된다는 발견에 근거하고 있다. 그리하여 본 발명은 효율적인 폐수의 폭기를 제공함과 동시에 더 효과적인 유기물질의 소화를 가져와 폐수처리를 향상시키고 용존산소량을 높이고자 하는 것이다. 본 발명은 또한 종래의 폐수처리방법과는 정반대로 현탁 유기물질의 크기를 생물학적, 기계적으로 작게 만드는 것이다. 이러한 결합으로 현탁물질과 산소요구량을 줄이고 도시, 산업 일반 폐수 처리 시스템으로부터 전반적인 환경 오염을 크게 줄일 수 있는 것이다.

본 발명의 목적은 높은 산소전달효율, 현탁유기물질의 입자 크기의 감소와 항상 물에 잠겨 있는 생물막등을 이용한 폐수처리 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 방법은 다음단계로 구성된다: 가) 혼합액체의 폭기; 나) 폐수가 생물막-폭기 격실에 유입되기전 또는 유입된 후 혼합액체에 있는 현탁물질의 입자 크기의 감소; 다) 혼합액체와 생물막지지구조에 유체의 흐름을 생성하는것; 라) 수중 생물막 지지 구조의 벽에 생물집단이 성장하도록 하는 것: 마) 처리폐수가 필요에 따라 처리되는 도중에 유기물질의 작은 입자와 용해 유기질을 생물 집단이 소화하는 것.

본 발명의 또다른 목적은 폐수처리를 위한 생물막 폭기 장치를 제공하는데 있다. 이 장치는 다음과 같이 구성된다: (가) 예비처리 격실을 두어 이곳에서 유기질과 무기질의 고형물이 용액에서 분리되어 물리적 생화학적으로 분해되도록 한다; (나) 폭기수단, 현탁물질의 입자크기를 감소시키는 수단, 고정된 생물막지지 구조에서 성장하는 생물막, 생물막-폭기격실의 혼합액체에 상시 잠겨있는 생물막지지 구조에서 폭기 수단과, 현탁유기물질의 입자 크기 감소 수단과 생물막 소화 등의 결합으로 유기물질의 소화와 현탁물질의 감소가 발생한다; (다) 침강격실이 있는데 이곳에서는 잔여 고형물과 생물집단이 용액으로부터 분리되어, 생물막-폭기 격실로 들어간 후에 고도로 처리된 액체가 장치로 부터 배출되게 된다.

현재까지 논증된 처리효율로 인하여 본 발명의 또다른 목적은 예비처리를 크게 단순화하고 종래의 방법에 따른 침강격실을 없애고 한개의 생물막-폭기 격실을 두어 폐수 처리를 하는 것이다.

본 발명의 목적은 현탁 유기물질의 입자의 크기를 감소하는 것이다. 이것은 혼합액체에 잠긴 적어도 한개의 신속회전하는 날개(blade)에 의해서 이루어 질 수 있다. 바람직한 실시예에 의하면 신속회전하는 흡기기의 암이 날개로 작용하여 입자 크기를 감소시킬수 있다. 또 다른 실시예에서는 입자 크기의 감소는 예비처리격실에서 일어나는 유기물질의 혐기성 소화작용으로 달성된다.

본 발명의 목적은 처리될 폐수에 충분한 폭기를 제공하는 것이다. 이것은 수중 흡기기의 날개를 신속회전시켜 압력차이를 일으켜 공기를 중공튜브의 하방으로 유입시키고 다시 흡기기의 선단의 동공으로부터 공기를 방사상으로 방출한다. 이것은 또한 수중 튜브를 통해 혼합액체에다 공기나 산소를 강제 주입하여 폭기를 할 수도 있고 다른 알려진 수단을 사용할 수도 있다.

본 발명의 또다른 목적은 폭기수단과 입자크기를 줄이는 기계적 작용을 하는 어떤 실시예를 결합한 것을 활용하여 충분한 유체흐름을 만들어 내는 것이다.

본 발명의 관련 목적은 생물막 지지구조를 제공하는 것인데 이것은 단면이 정사각형, 구형, 원형, 난형, 3각형, 8각형, 6각형이나 기타 격자로 만들어 생물막의 성장을 위한 표면적을 넓히는 것이다.

본 발명의 또하나의 목적은 생물막 폭기 격실에서 처리된 생물집단과 현탁물질을 침강 격실에서 분리해내는 것이다. 발명의 또다른 목적은 현탁물질과 생물집단을 다시 생물막 폭기격실로 보내 재차 처리과정을 밟게 하는 것이다.

본 발명의 목적은 적어도 1개의 흡기기를 사용하여 폭기와 동시에 부유입자의 크기를 감소시키도록 하는 것이다. 이 흡기기는 중공 흡기기 선단에 달린 중공암이 중앙코아로부터 방사상으로 돌설되어 있는 형태로 구성되어 있다. 중공암의 각 끝단에는 동공이 형성되어 있다. 중공흡기기의 선단에는 튜브가 부착되어 있는데 주변공기에 노출되어 있어서 빠른 회전을 하는 흡기기 선단의 낮은 압력으로 인하여 흡기기의 소용돌이로 인해 만들어진 압력차이 때문에 공기가 유입된다. 공기가 튜브를 타고 흘러내려 흡기기 선단까지 가면 흡기기 선단암의 동공으로부터 방사상으로 배출된다. 이 흡기기는 기계적작용을 통하여 부유입자의 크기를 감소시키는 동시에 처리될 폐수를 폭기한다.

본 발명의 또하나의 목적은 생물막 미생물의 성장을 용이하게 하는 것이다. 이 미생물은 종래의 생물막 처리시 흔히 발견되는 혼합체이거나, 보다좋은 폭기와 보다높은 용존산소로 인해 새롭게 성장한 미생물의 혼합체일 수도 있다. 이 미생물은 운전자가 생물막 폭기 격실에 특별히 주입한 미생물일 수도 있다.

[도면의 간단한 설명]

제1도는 예비처리격실과 생물막격실과 침강격실로 구성된 생물막 폭기 플랜트의 개략도.

제2도는 생물막이 자랄 수 있는 몇개의 상이한 수직형의 플라스틱매개물의 평면도.

제3도는 본 발명의 폭기기의 개략도.

제4도는 폭기기 선단의 측면도.

제5도는 폭기기 선단의 저면도.

제6도는 폭기기 선단의 평면도.

제7도는 본 발명의 실시예인 송풍기/생물막의 측면도.

제8도는 본 발명의 실시예인 송풍기-교반기-생물막 측면도.

제9도는 본 발명의 실시예인 폭기기-생물막의 측면도.

제10도는 본 발명의 실시예인 표면 폭기기의 측면도.

제11도는 표면 폭기기의 평면도.

제12도는 표면 폭기기의 측면도.

제13도는 본 발명의 실시예인 벤튜리 생물막의 측면도.

제14도는 본 발명의 실시예인 벤튜리-생물막의 벤튜리 어셈블리의 측면도.

제15도는 본 발명의 실시예인 튜브형 폭기기 생물막의 측면도.

[정의]

이곳에서 생물막 폭기격실이라는 용어나 문법상 그 등가의 용어는 본 발명에서 사용될 수 있는 격실을 의미한다. 그 콘테이너는 탱크일 수도 있고 용기일 수도 있는데 공기에 노출될 수도 있고 덮여 있을 수도 있다. 격실의 크기는 다양한 것인 바, 이는 유입률과 처리될 폐수의 량에 따라 달라진다. 예컨대 가정용 처리 탱크는 도시폐수처리탱크보다 훨씬 작은 것이다. 격실의 모양이나 수평적 구분은 필요에 따라 다양할 수 있다. 격실을 만드는 재료는 콘크리트 피브이씨, 폴리에틸렌, 화이버글라스 기타등 다양한 재료로 만든다. 격실은 예컨데 입자를 감소시키는 기계적 수단이 격실의 하나 또는 그 이상의 표면에 고정되도록 설계할 수 있다. 이와는 달리, 생물막 폭기 격실은 현탁물질의 입자의 크기를 줄이는 기계적 수단을 삽입하여 설치할 수 있도록 설계할 수도 있다. 더 나아가, 격실은 기계적 교반기가 필요없게 되도록 설계할 수도 있다. 예컨대, 탱크에 내부방해벽과 에어레이션 젯트를 설계하여 혼합액체가 충분히 교반되어 혼합액체 현탁 물질의 입자 크기가 감소하고 혼합액체가 순환되도록 할 수 있다.

생물막 또는 생물집단과 문법상 이들과 등가의 용어는 지지매개물에 덮이는 미생물을 말한다. 생물막은 생물막 폭기격실에서 혼합 액체에 있는 유기 물질을 소화시키는 미생물의 층이다.

생물막지지구조나 문법상 등가의 용어는 이 폐수처리방법에 있어서 미생물의 성장을 지지할 수 있는 물건을 말한다. 여러가지 고형지지 매개물이 본 발명에서 사용될 수 있을것으로 예상된다. 이러한 지지물은 플라스틱, 유리, 세라믹, 금속, 고무, 중합체, 섬유소물질, 기타 등으로 만들 수 있다. 이와 유사하게, 고형지지매개물의 여러가지 형태가 본 발명에서 사용될 수 있는 것으로 예상된다. 이러한 가능한 형태의 예시도가 제2도에 나타나 있는데 이것은 가능성을 예시한 것이고 최종적인 것은 아니다. 본 발명에서 등가하게 작용하는 구조는 용어의 정의에 포함된다.

입자 크기의 감소나 문법상 등가의 용어는 현탁유기물질의 입자의 크기가, 본 발명의 폐수처리장에 처음 유입되었을때의 유기물 입자의 크기보다 줄어드는 것을 의미한다. 상술한 바와 같이 입자의 크기 감소는 혐기성 소화를 거쳐 예비 처리 격실에서 이루어지거나, 기계적 수단과 이들의 결합에 의하여 생물막 폭기격실에서 이루어질 수도 있다. 일반적으로 감소수단에 의한 처리후의 입자 크기의 감소는 육안으로 감지된다.

유체흐름유체순환이나 문법상 등가의 용어는 혼합액체가 잘 처리될 수 있도록, 그리고 생물막지지구조를 통하여 흐를 수 있도록 충분히 빠른 흐름을 의미한다. 유체흐름은 생물막 폭기 격실에서 반드시 균일할 필요가 없는 것으로 예상되며, 이상적인 흐름은 생물막의 물리적인 형태에 따라 달라질 수 있다고 생각된다. 예를 들면, 특별히 효율적인 미생물로 생물막의 주입이 이루어진다면, 유체흐름은 평범한 주입이 이루어질 때보다 다소간 활성화 될 것이다. 일반적으로 유체의 흐름은 생물막이 손상되지 않을 정도여야 한다.

잠수공기파이프나 문법상 등가의 용어는 폐수에 공기나 산소를 전달해주는 튜브를 의미한다. 튜브는 생물막 폭기 격실의 수중표면을 접촉하고 튜브를 따라 규칙적으로 간격을 가진 여러 출구를 갖거나 한곳에 하나의 출구만을 가질 수도 있다. 선택적으로는 튜브가 격실의 외부에 있어 생물막 폭기 격실의 표면에 하나 또는 그 이상의 출구를 가질 수도 있다.

전단력(shearing force)이라 함은 움직이는 흡기기 선단 암, 날개수단이나 기타 기계적 폭기수단에 작용하는 힘으로써, 이 힘은 혼합액체의 현탁물질에 작용하여 현탁물질 입자의 크기를 기계적으로 감소시키는 작용을 한다.

[발명의 상세한 설명]

본 발명은 생물막과 부유입자 크기 감소와 폭기에 의하여 폐수를 처리하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 혼합액체현탁물질의 평균 입자 크기의 감소, 생물막과 고정된 잠수지지구조, 혼합액체의 폭기등을 이용한 처리 방법이다.

[도면의 상세한 설명]

본 발명의 한 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 기술한다.

제1도는 생물막 폭기 플랜트의 측면도이다. 각종 오염농축물이 포함된 유입수가 유입구(1)을 통하여 예비처리격실(4)로 들어온다. 유입수는 가정용 하수라던가 도시 폐수등 다양한 원천으로 부터 오는 것이다. 커다란 고형 유기물 및 무기물들은 유입수로부터 침강되어 잠시동안 예비처리 격실의 바닥에 머물러 있으면서 물리적 생화학적 작용을 한다. 유기물이 혐기성 박테리아에 의하여 파괴되어 예비처리격실 바닥에는 슬러지 층이 형성된다. 이때 유기물 입자의 크기도 감소되는데 크기가 감소된 입자들이 생물막 폭기 격실로 흘러 들어간다. 현탁물질(크기가 감소된)과 용해유기물질을 함유한 액체가 출구 5를 통하여 예비처리격실을 빠져나간다. 다음에는 침강된 액체가 예비처리격실(4)로부터 생물막 폭기 격실(7)로 흘러 들어간다. 생물막 폭기 격실은 바람직한 실시예에 의하면, 생물막(생물집단 혹은 생물학적 에이전트라고도 한다)으로 덮혀진 플라스틱 생물막 지지 구조(12)와 잠수되어 있는 기계적 폭기기로 구성된다. 이 액체는 중공축(9)에 의해 전기모우터(11)(이 경우에는 3450 RPM)에 연결된 중공흡기기 선단(8)의 와류작용에 의하여 격실에서 이미 처리가 진행중인 혼합 액체와 즉시 결합된다.

흡기기의 회전으로 인하여, 선단의 동공에 항력과 압력자가 발생한다. 공기가 통풍캡(22)를 통하여 유입되어 중공폭기 튜브를 거쳐 흡기기 선단(8)로 이동하는데 이곳에서 공기가 혼합액체에 주입되어 기포를 이룬다. 흡기기선단(8)에서 생성된 작은 기포들은 신속하게 혼합된다. 이와같은 고속기계회전과 공기주입 과정을 거쳐 고도의 산소전달이 이루어진다. 흡기기선단(8)은 혼합 액체 현탁물질의 평균입자의 크기를 크게 감소시킬 수 있도록 충분한 속도로 회전한다. 흡기기 암 선단 속도가 20피트/초 이상이 되면 입자 크기 감소 기능을 효과적으로 할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 흡기기 선단의 와류운동과 혼합액체에 주입된 공기의 리프트 운동으로 인하여 생물막이 성장하는 플라스틱 생물막지지 구조를 통하여 작은 유기물 입자들을 순환시킨다.

혼합액체의 순환은 생물막폭기격실에서 이루어지는데 이것은 흡기기선단(8)의 와류 운동과 중공 흡기기 선단으로부터 혼합액체에 방사상으로 주입되어 액체의 흐름을 발생시키는 공기에 의하여 이루어지는 것이다.

이 과정에서 생물막지지구조의 양과 물리적 형태가 중요하다. 과다한 생물막 지지 구조에 과소한 직경/동공을 배치하면 클로깅 현상이 생기기 쉽다. 과소한 생물막으로는 폐수처리가 충분히 이루어질 수 없다. 생물막 폭기조의 크기의 10% 내지 99% 해당하는 생물막의 양이 있으면 본 발명의 다른 요소와 결합하여 효과적인 폐수처리가 가능하다고 알려져 있다. 더 나아가 생물막의 동공의 직경도 또한 매우 중요한데 동공이 너무 협소하면 생물막이 성장함에 따라 클로깅현상이 일어나기 쉽다. 아직까지 밝혀진 바로는 동공의 크기가 ½ 이상이면 본 발명의 만족할 만한 실시가 가능하다.

혼합액체는 신속하게 회전하는 흡기기에 의하여 발생한 유체흐름으로 인하여 생물막으로 덮힌 튜브로 흘러 통과한다. 혼합액체 현탁물질의 작은 입자와 용해 유기물질은 튜브의 벽에 성장하고 있는 생물막의 표면으로 즉시 흡수된다. 생물막의 미생물은 산소와 영양이 풍부한 환경에 있으며 유기질과 오염물질을 소화한다. 이와같이 혼합액체는 생물막의 소화작용에 의하여 정화된다.

생물막이 소화하고 남은 유기물질의 큰 입자와 생물막튜브 벽의 내측에서 이탈된 낡은 생물막 조각들은 혼합액체와 섞여 흡기기선단의 빠른 운동에 의하여 즉시 크기가 작아진다. 여기서 생겨난 생물막 입자들과 유기물은 생물학적 소화작용이 계속되는 생물막 튜브를 통과하며 순환한다. 이 방법으로 생겨난 현탁 물질은 극히 소량이며 따라서 현재 사용중인 여러가지 생물학적 소화방법과는 전혀 다른 것이다.

생물막 폭기 격실(7)의 유체의 양이 증가함에 따라 유체의 흐름은 대부분 생물막 폭기격실을 순환하지만 처리된 유체의 일부는 벽(14)와 방해판(15)사이의 간격을 통하여 흘러 침강격실(16)으로 들어간다. 침강격실(16)에 있는 침강고형물은 충분할 정도로 작지않은 생물막 조각이나 현탁 물질로 구성되어 있는바 이들은 생물막 폭기 격실의 순환흐름으로 생긴 순환력에 의하여 생물막 폭기 격실(7)로 되돌아 오게 된다.

본 발명의 한 실시예에 의하면 탱크의 형태를 이용하여 순환력을 생기게 한다. 제1도의 벽(14),(15)는 평행을 이루도록 배치하였다. 벽(14)는 비교적 고속의 유체 흐름이 항상 생물막 폭기 격실의 벽을 타고 하방으로 이동하여 유체를 다시 격실로 순환시킴으로써 침강격실(16)의 침강고형물을 끌어내어 재차 생물막폭기 격실로 유입되어 재 처리를 할 수 있도록 설치되었다. 벽의 정확한 형태는 여러가지로 다를 수 있지만, 어떤 형태든지 유체와 침강입자들을 생물막 폭기 격실로 재순환시켜 입자 크기의 감소와 소화를 가능하게 하면 이를 사용할 수 있는 것이다.

침강격실(16)의 상청액은 이를 모아 유출파이프를 통하여 유출한다.

제2도는 생물막 지지 구조의 실시예의 평면도이다. 생물막의 정확한 형태는 크게 다양한데 본 발명에서는 모두 효과적으로 작용한다. 주요 요건은 매개물이 생물막 폭기 격실안에서 표면을 넓게 유지함으로써 생물학적 에이전트나 세포집단이 성장하여 부유유기물 입자를 소화시킬 수 있게 되는 것이다. 생물막의 동공의 직경도 또한 생물막의 정상적인 생존주기, 즉 성장,이탈에 적합하도록 충분히 커서 생물막 지지 구조 튜브가 생물막이 성장하고 튜브의 벽으로부터 이탈하고 클로깅 현상을 일으키지 않도록 하는 것이다. 직경이 ½ 이거나 그 이상이면 본 발명을 실시하는데 문제가 없다.

제3도는 폭기기를 도시한 것이다. 폭기기는 전기 모우터(11)로 구성된 것으로 3450 rpm으로 회전한다. 폭기기에는 통풍캡이 있어 외부의 공기가 중공 폭기기축(9)으로 유입된다. 본 발명은 흡기기(8)로 이루어져 있는데 이에는 4개의 암이 있고 각 암의 선단에는 각각 동공이 배치되어 있다. 그러나 다른 형태의 흡기기 선단도 가용하다.

또한 본 발명에서 복수의 상이한 선단의 형상도 사용할 수 있을 것으로 예상된다. 암선단의 속도가 20피트/초를 초과하면 입자 크기 감소에 적합하다고 알려졌다.

제4도는 흡기기의 측면도이다. 흡기기선단(50)은 중공 컴퍼넌트로써 흡기기의 중공코아로부터 암(55), (60), (65)가 돌설되어 있다. 흡출기의 각 암도 중공형태이며 작은 동공이 있어 그로부터 공기가 유출된다.

제5도는 흡기기의 저면도로써 공기가 나오는 암(55),(60),(65)를 도시하였다.

제6도는 흡기기(50)의 평면도(cutaway)이다. 흡기기 선단 암(55),(60),(65),(75)가 도시되어있다. 흡기기로 인도하는 축은 중공축이며 오프닝(80)이 있어 흡기기 선단의 고속회전시 이를 통하여 공기가 흡입된다.

제7도는 본 발명의 송풍기-생물막 예시도이다. 송풍기에서 나오는 공기(70)가 튜브(72)로 강제유입되어 생물막 폭기 격실로 공기를 유입하기 위하여 오프닝(opening)이 설치된 하방의 디퓨져(74)를 통하여 유출된다. 본 디퓨저는 공기 유출을 위한 구멍들이 있는 적어도 1개의 파이프로 이루어지며 보통으로는 이 파이프들의 망상조직으로 구성된다. 이들 구조는 튜뷸러디퓨저로 알려져 있다. 이 공기는 기포를 만들어 표면으로 떠오르게 되는데 이때 생물막 폭기 격실에서는 순환 흐름의 패턴이 생긴다(화살표표시). 처리되는 폐수가 다시 생물막지지구조(76)를 통하여 순환하게 되는데 지지 매개물 위에 자라는 생물막에 대하여 기술한 바와 같은 작용을 하게 된다. 주의하여야 할 점은 탱크내의 송풍기 튜브의 위치는 처리폐수의 생물막 지지 구조를 통과하는 적절한 흐름을 만들 수 있는 한 다양하게 설치될 수 있다.

제8도는 송풍기-교반기-생물막 플랜트의 측면도이다. 본 발명의 이 실시예에서 송풍원(80)에서 유입된 공기가 공기 파이프(82)로 강제 유입되어 튜뷸러디퓨저(84)의 구멍을 통하여 배출된다. 이때 기포의 흐름이 상방향으로 나타나게 되며 생물막 폭기격실에서 처리되는 폐수의 전반적인 순환운동을 일으킨다. 이 실시예에서는 교반 수단(86)이 사용되는데 이것은 교반기의 신속 회전으로 인한 물리적 작용에 의하여 입자의 크기를 더욱 감소시키려는 것이다. 이 교반기는 날개교반기, 프로펠러식교반기, 뿐만아니라 기타 다른 신속 운동 교반 수단일 수도 있다. 처리되는 폐수는 다시 생물막 지지 구조(88)를 통하여 흐르는데 이때 그곳에 있는 생물막이 작용을 하게 된다. 생물막 폭기격실 내에서의 유체의 흐름은 본도에서는 점선 화살표를 표시하였다. 이와 같이 탱크안에서 폭기되고 교반된 폐수가 끊임없이 순환되고 또한 끊임없이 생물막을 통과하면서 순환된다.

제9도는 본 발명의 폭기기-생물막의 실시예이다. 이 실시예에서는(제1도에서 기술하였음) 회전하는 흡기기(92)가 처리되는 폐수에 들어가 있다. 회전하는 흡기기는 압력차를 일으키고 이로 인하여 주변의 공기가 유입구(90)을 통하여 공기튜브(96)의 하방으로 유입된다. 공기는 다시 흡기기 선단까지 내려가 이곳으로부터 방출되는데 그 결과로 발생한 기포가 점선 화살표로 표시한 것처럼 생물막 폭기 격실을 통과하는 흐름을 일으킨다. 처리되는 폐수는 이때 생물막 지지 구조(94)를 통과하며 흐르게 되는데 그곳에서 자라고 있는 생물막이 작용을 하게 된다. 이 특별한 실시예에서는 회전 폭기기가 흡기기 또는 날개식 기타 등가의 기계적 폭기 수단이 될 수도 있다. 이 작용을 폭기 작용 뿐만 아니라 입자 크기 감소 작용도 할 수 있다.

제10도는 본 발명의 표면 폭기장치를 보인 것이다. 생물막 폭기 격실에서 고속 회전하는 폭기기(100)과 프로펠러(104)는 폐수를 상방으로 흐르게하여 폭기하고 표면폭기장치의 기계적 작용에 의하여 폐수내의 유기물 입자의 크기를 감소시킨다. 표면폭기장치의 작용은 격실내의 유체 순환을 일으켜서 처리되는 폐수가 생물막지지 구조(102)를 통과하며 흐르는데 이때 생물막이 폐수에 작용을 하게 된다. 이 구체예에서, 표면 폭기장치는 생물막 폭기 격실의 최상부에 있는 수준에 설치하거나 바로 그 아래에 설치한다. 여기서도 점선 화살표가 격실내의 순환패턴을 나타낸다.

제11도는 표면 폭기장치의 평면도이다. 표면 폭기장치는 디스크(110)과 날개로 구성되어 있는데 날개는 디스크로부터 천공되어 하방으로 만곡을 이루어 폐수와 접촉될 수 있게 하였다. 이를 날개(112), (114), (116), (118)은 디스크로부터 형성시킬 수도 있고 디스크 하방에 부착된 별개의 부재일 수도 있다. 폭기장치가 회전함에 따라 날개는 폐수에 작용하여 입자의 크기를 감소시키고 생물막 폭기 격실 전체에 폐수를 확산시키고 교반함으로써 폐수를 폭기한다.

제12도는 표면 폭기장치의 측면도이다. 표면 폭기장치의 디스크(110)를 본 구체예에서의 네개의 날개중 2개 114, 118과 함께 측면에서 본 것이다.

제13도는 본 발명의 실시예인 벤튜리-생물막 플랜트의 측면도이다. 이것은 폐수를 끌어들이는 펌프(130)과 이 폐수가 다시 펌프로 튜브(132)를 거쳐 벤튜리 헤드(134)까지 끌어올려진다. 벤튜리헤드(134)에는 폐수의 상대적 고속으로 인하여 저압력환경이 생성된다. 벤튜리헤드는 다시 주변공기에 노출되어 있는 공기 파이프(136)에 연결되어 있다. 벤튜리헤드(134)의 저압력 환경으로 인해 공기를 공기파이프(136)으로 인입되는데 이 공기는 벤튜리헤드에서 펌프로 배출하는 폐수와 함께 배출된다. 이와 같이 벤튜리헤드에서 폐수가 배출되기전 폐수의 교반과 폭기가 동시에 이루어진다. 이상의 모든 동작이 제13도에 점선화살표로 표시한 것 같은 유체 흐름을 만들어 내는 것이다. 이와 같이 폭기된 폐수는 생물막지지구조를 통과하며 흐르면서 처리가 이루어진다. 본 실시예의 모든 다른 작용도 전술한 바와 같이 기능한다.

제14도는 벤튜리헤드의 측면도이다. 벤튜리헤드(134)에는 벤튜리펌프로 부터 올려진 폐수를 받아들이기 위한 제1노즐이 있다. 이 노즐은 펌프된 폐수가 고속을 갖도록하여 제2노즐(142)로 들어가게 하는 것이다. 이와 같은 고속은 저압력 환경을 만든다. 공기는 이와같은 저압력환경으로 인하여 공기 파이프(136)을 통해 유입되어 제2노즐을 통해 배출되는데 배출되기전 제1노즐에서 펌프된 폐수와 혼합된 상태가 된다.

제15도는 본 발명의 튜브식 폭기기-생물막의 실시예의 측면도를 보인 것이다. 고속회전하는 프로펠러(150)가 고속모우터(158)에 의하여 중공튜브(152)의 하단에서 회전한다. 중공튜브는 주변공기에 노출된 유입구(156)이 있는 공기튜브(154)에 의하여 주변공기에 연결되어 있다. 프로펠러(150)의 고속운동은 저압력 환경을 생성한다. 공기는 유입구(156)와 공기 튜브(154)를 통하여 중공 튜브(152) 하방으로 유입된다. 프로펠러(150)과 공기의 결합운동으로 생물막 폭기 격실 내에서 폭기와 순환이 이루어진다.

[실시예]

바람직한 실시예에서는, 폐수가 혼합액체와 혼합되고 희석되는데 여기서 혼합액체란 본 발명에 의하여 처리되었거나 처리 중에 있는 폐수를 말한다. 이와 같이 본 발명은 계속적인 방법으로 사용될 수 있다. 이 방법은 특히 도시폐수의 처리나 음용수 처리를 위한 중요한 단계로 활용할 수 있다.

다른 실시예에서는, 폐수는 이미 처리된 물과 혼합되거나 희석되지 않는다. 그러므로 본 발명은 또한 일괄적인 방법으로 사용될 수 있다.

바람직한 실시예에서는 지지 매개물이 플라스틱이다. 다른 실시예에서는 지지매개물은 그 위에서 생물막이 자랄 수 있는 어떠한 복합물이라도 가능하다. 여러가지 지지물 재료가 등가물로써 본 발명에 사용될 수 있을 것으로 보여진다. 이러한 지지물은 유리, 세라믹, 금속, 고무, 중합체, 섬유질 기타등으로 되어질 수 있다.

본 발명에서는 시스템의 다양한 형태가 등가물로써 기능하게 될 것으로 보여진다. 예컨데, 바람직한 실시예에서 기계적 폭기 장치가 본 발명에 의한 처리가 되어질 폐수에 잠겨서 작동된다. 이런 방법으로 사용될 때, 기계적 폭기 장치는 혼합액체의 폭기 뿐만 아니라 입자 크기를 감소시키는 역할도 한다.

바람직한 실시예에서, 기계적 폭기장치에는 중공축에 연결된 고속전기모우터가 있고 측의 끝에는 흡기기 선단이 배치되어 있다. 흡기기 선단과 축의 일부는 혼합액체에 잠기게 되어 있고, 전기모우터에 의해 고속 회전한다. 이것은 두가지의 별개의 기능을 한다. 첫째, 중공 흡기기 선단의 회전으로 발생하는 압력차로 인하여 중공축의 상부에 있는 공기유입구로 부터 공기를 흡입한다. 흡입된 공기는 중공축을 경유하여 흡기기 선단까지 간 다음 혼합액체에 주입된다. 본 발명에서 발생기포의 크기는 다양할 수 있고 폭기과정을 수행할 수만 있으면 허용되지만 기포의 크기는 작을수록 좋다. 발생된 기포는 혼합액체속에서 방사상으로 분산되면서 산소를 공급한다. 이 산소는 생물막의 활동과 효율을 높여주고 혼합액체의 용존산소를 증가시킨다. 폭기된 혼합액체는 빠른 순환운동에 의해 생물막 지지 구조의 플라스틱 튜브를 통과하며 흐른다. 이 순환 운동은 흡기기의 회전과 상승하는 기포가 유체를 끌어올리는 작용등에 의하여 발생한다. 둘째, 고속회전하는 흡기기의 암은 유기물입자의 크기를 기계적으로 감소시키기도 한다.

다른 실시예에서는 흡기기와 축은 혼합액체에 대량의 공기가 유입시킬 수 있는 형태를 갖추어야 한다. 예를 들면, 흡기기에 호스나 튜브를 통하여 압축기로 공기를 유입시킬수도 있다.

다른 실시예에서는 폭기기능과 입자크기의 감소기능은 별개의 수단을 사용하여 수행할 수 있다. 예컨대, 폭기수단은 폭기격실의 한 표면이나 여러표면에 설치할 수 있고, 혼합액체현탁물질의 평균 입자의 크기를 감소시키는 것은 기계적인 날개나 날개들을 사용하여 할 수 있다.

폭기수단으로 수중공기 파이프와 디퓨저시스템을 사용할 수 있다. 이 튜브는 생물막 폭기격실의 수중표면에 부착할 수 있는데, 이에는 한개 또는 그 이상의 공기유출구를 만들어 놓거나 여러개의 튜뷸러디퓨저를 설치할 수도 있다. 튜브는 생물막 폭기 격실의 외부에 설치할 수도 있으나 공기 유출구는 격실의 수중표면에 장치하여야 한다.

대안으로, 탱크자체는 폭기로 발생한 흐름이 충분한 유체의 흐름을 일으킬 수 있도록 설치 될 수 있다. 예컨대 탱크에 내부 방해벽을 설치할 수도 있다. 다른 실시예에서는, 표면 폭기장치를 생물막 폭기격실의 상부, 혼합액체표면의 바로 하방에 위치시킬 수도 있다. 폭기와 입자 크기 감소는 이미 기술한 바와 같이 생물막 폭기 격실의 하방에서가 아닌 상방에서도 이루어 질 수 있다. 이런 형태로도 적절한 입자 크기의 감소, 높은 용존산소량과 유체흐름을 가져오게 할 수 있다. 또다른 실시예에서는 각진 중공 튜브를 사용할 수도 있는데 이 튜브에는 끝이 프로펠러/날개로 연결된 축이 있어 고속 회전한다. 공기는 다시 중공튜브의 하방으로 유입되어 이미 기술한 바와 같이 처리중인 폐수와 혼합되고 필요한 유체의 흐름을 일으켜 폭기가 이루어지며 교반과 입자 크기의 감소를 가져온다.

그러나 또다른 실시예에서는 생물막 폭기 격실내에서 외부의 압축공기나 주변공기를 사용할 수 있는 벤튜리 펌프를 사용한다. 벤튜리펌프가 일으킨 압력차로 인해 유입된 공기가 공기튜브를 거쳐 하방의 펌프로 가면 이곳에서 처리중인 폐수와 혼합된다. 펌프와 공기로 인하여 생물막 폭기격실내에서 필요한 유체의 흐름이 발생하여 생물막 지지 구조를 통과하는 폐수의 순환 작용을 일으킨다.

바람직한 실시예에서는, 처리중 폐수에 있는 미생물이 공기중에 있는 미생물로 부터 생물막이 자라난다. 다른 실시예에서도, 생물막 폭기 격실내에 특수한 종류의 미생물을 이입하여 구성이 다른 생물막을 형성할 수 있다. 예를 들면, 프랑스 특허 제 2612-915-A 호에는 슈도모나스와 바실루스 미생물 군집을 이용한 디 에탄올라민 함유 폐수의 생물학적 처리에 관한 기술이 있다(리트만, 1987, 용존산소용도에 따른 다양한 종류의 미생물 성장에 관한 설명참조. 132쪽). 그러므로 본 발명으로 많은 종류의 미생물을 사용할 수 있는 것이다.

다른 실시예에서, 폐수처리의 전이나 처리중에 혼합 액체에 여러가지 합성 제재를 첨가할 수 있다. 이 합성 제재에는 다음과 같은 것이 있다. 킬레이트 시약; 생물막과 PH가 맞지 않는 혼합액체의 경우에는 완충제; 혼합액체의 현탁물질의 입차크기에 영향을 주거나, 산소전달이나 입자/생물막 상호작용에 영향을 주는 표면 활성에이전트; 폐수의 입자나 구성물을 분해할 수 있는 효소; 처리에 필요한 화합물; 혼합액체의 처리나 처리폐수의 추가 처리에 도움이 되는 기타 합성제재.

다른 실시예에서는 철분이나 기타 합성제재같은 자양물을 혼합액체에 첨가하여 생물막의 성장과 생존능력을 높이거나 그 구성을 변경하기도 한다.

[본 발명의 장점]

본 발명은 종래의 도시폐수처리방법에 비하여 다음과 같은 장점이 있다:

1. 혼합액체 현탁 물질 농도가 매우 낮다.

종래의 수중 생물막 방법에 의하면 혼합액체현탁 물질의 농도는 일반적인 조건에서 100mg/ℓ에서 5000mg/ℓ 사이이다. 그결과 대량의 슬러지가 생성된다. 본 발명에 의하면 통상의 조건하에서 혼합액체 현탁 물질의 평균농도는 18mg/ℓ 이하가 된다. 따라서 침강격실에는 극히 적은 수준의 고형물이 남는다. 생물막 폭기격실과 침강격실에서의 슬러지 생성이 방지된다. 이것은 슬러지의 폐기처리가 경제적으로나 환경적으로 매우 높은 비용을 요하는 것임을 생각할 때 극히 중요한 장점이다. 더욱이, 현탁 물질의 배출 한도가 30mg/ℓ 이하인 플랜트(즉 폐수처리장의 EPA 2차 처리기준과 NSF class 1기준) 에서는 2차 침강 격실은 모두 설치할 필요가 없게되므로 플랜트 건설비를 줄일 수 있다.

2. 생물막 배양시간의 단축

종래의 생물막이용 방법에서는 처음 생물막 배양에 착수 한 후 대개 약 3주가 지나야 막이 생성된다. 플랜트가 튜브의 클로그의 청소를 위해 운전이 중단 될때마다 매번 이러한 시간이 소요된다. 본 발명에서는 생물막의 생성에는 3일이 소요되며 그 후에도 계속 왕성한 배양이 이루어진다; 더욱이, 본 발명에 의한 처리에는 1992. 6. 19로 부터 현재까지 클로깅이 생기지 않았으며 따라서 청소에 따른 시간손실이 사실상 필요없게 되었다. 그러므로 본 발명에 의한 처리장의 운전시간은 더 길어지게 되는 것이며 설사 청소가 필요하게 되는 경우가 있더라도 종전보다 신속하게 운전에 복귀할 수 있게 된다.

3. 시스템의 클로깅 문제 해결

본 발명의 또하나의 장점은 유체의 흐름은 작아진 입자와 함께 생물막의 두께를 조절하여 클로깅이 안되는 두께로 유지한다. 생물막은 더욱 밀도있게 성장하게 됨으로써 표면에서의 활동이 증가하여 클로깅을 일으키지 않는다. 보다 큰 부유입자를 사용하여 수중 생물막을 사용하는 2개의 알려진 플랜트에서는 생물막의 밀도가 낮고 두꺼운 막으로 인하여 수직 플라스틱 매개물에 규칙적인 클로깅 현상이 발생하고 있다. 클로깅이 생기면 모든 작동을 중단하고 청소부터 하여야 한다. 그러나 본 발명에 의하면 혼합액체현탁물질이 적고, 생물막의 밀도가 높으며, 혼합액체의 유체 순환이 좋고, 혼합액체의 용존산소의 농도가 높기 때문에 생물막 폭기 격실과 플라스틱 생물막 지지구조는 클로깅을 일으킴이 없이 작동된다. 그러므로 플랜트는 사실상 청소의 필요가 없이 계속하여 규칙적으로 운전할 수 있어서 하수처리 플랜트의 운전 중단시 필요하게 되는 잉여의 과대한 시설이 필요없게 되므로 전체적인 처리 용량이 증가되고, 비용이 절감된다.

4. 과부하에 대한 강력한 처리

유입량이 과다할 때 또는 유기질의 농도가 높을때 종종 과부하가 된다. 이 때 시스템은 높은 처리량비나 또는 현탁 유기 물질의 높은 농도로 압박을 받게 된다. 생물막 폭기 격실의 혼합액체현탁물질의 낮은 농도와 활동하는 생물집단의 높은 농도로 인하여 높은 유기질을 함유한 처리 폐수의 양적 부담이 줄어들기 때문에 처리된 폐수의 질이 향상된다. 더 나아가, 본 발명에 의하면 이러한 과부하가 있은 후에 정상 상태로 회복되는 시간이 짧아지며 이로 인하여 플랜트에서 유출되는 폐수의 질이 기복없이 꾸준히 좋은 상태가 유지된다. 한 과부하 시험에서 유입폐수의 양을 설계 용량의 100%까지 증가시켜 보았다. 이 때 본 발명의 한 실시예에서 유출수의 질은 사실상 가장 엄격한 환경보호국 기준치 보다 훨씬 낮은 수치로 향상된 것으로 나타났다. 200%의 과부하 시험 결과도 2차 처리를 위한 환경보호국 기준의 한계치인 30SS/30BOD 보다 훨씬 낮은 것으로 나타났다.

5. 높은 용존 산소 농도

작은 기포를 발생시키는 흡기기선단은 유체를 힘차고 효과적으로 교반하면서 입자의 크기를 감소시키고 혼합액체의 용존산소 농도를 높인다. 그리하여 생물막폭기격실은 크게 향상되고 효과적인 생물학적 분해와 극히 낮은 유기질 농도와 매우 높은 용존산소 조건으로 인하여 혼합액체 현탁 물질이 상대적으로 적은 상태에서 작동한다. 지지 매개물의 벽(실은, 탱크전체의 고정된 표면)에 위치하고 있는 생물 집단은 이와같은 좋은 조건에서 빨리 성숙하여 생물막 폭기격실에서 극히 효과적으로 유기질과 고형물을 처리한다. 추가 생물막 성장은 본 발명의 또다른 특징이다. 217일 동안의 계속적인 시험결과 생물막 폭기 격실의 용존산소 농도는 7.7밀리그램/리터 였다. 환경보호국은 환경적인 필요에 따라 배출전의 용존산소는 60밀리그램/리터 이상일 것을 요구하고 있다. 용존산소가 충분하지 않으면 처리장에서는 별개의 방법으로 배출액체에 산소를 주입하여야 한다. 본 발명에 의하면 배출 액체의 용존 산소 용도를 높이기 위해 이러한 2차적인 폭기과정을 거칠 필요가 없다. 따라서 본 발명으로는 배출전 재폭기라는 값비싼 과정이 제외된다.

6. 유출수의 일정한 질

튜브의 벽에 부착되어 있는 생물막은 훌륭한 구조를 가지고 있어서 튜브를 막을 정도로 두꺼워지지 않는다. 이 두께는 생물막 지지 구조를 통하는 유체의 흐름과 작은 유기물질의 싸이즈와 생물막 성장을 위한 적당한 폭기 작용의 결합으로 조절된다. 그러나 낡은 생물막의 조각이 생물막 지지구조의 벽에서 일단 이탈하면, 즉시 유체의 흐름속에 끌려들어가서 흡기기 선단의 기계적 작용에 의하여 크기가 감소하여 미세한 입자로 되어 다시 생물막에 덮이게 되어 새로운 생물막에 의하여 소화된다. 그리하여 유출수의 질은 다른 시스템에서와는 달리 낡은 생물집단이 만든 고형물에 의한 영향은 받지 않는다.

7. 슬러지가 없다.

종래의 활성 슬러지 처리 방법에서는, 여러가지 처리탱크로부터 정기적으로 다량의 슬러지를 제거해야 했고, 별도의 고가의 대형 소화 장치를 필요로 하였다. 그리고 항상 혼합액체현탁 물질 농도를 감시해야 하고 처리방법을 조정하여야 한다. 이러한 감시가 이루어지지 않으면 배출수의 질이 일정하지 않게 되어 결과적으로 다량의 슬러지가 생기게 된다. 이 대량의 슬러지는 다시 슬러지 소화 탱크에서 처리되어야 한다. 본 발명에서는 매일 슬러지를 처분할 필요가 없다. 생물막은 지지 매개물의 표면에 부착된다. 생물막 폭기 격실의 혼합액체 현탁 물질 농도가 낮기 때문에 슬러지가 거의 생성되지 않는다. 이러한 결과가 종래의 발명과 크게 다른 점이며 본 발명의 특징이다. 그러므로 본 발명에서는 값비싼 소화 장치나 슬러지 처리를 위한 쓰레기 매립지를 필요로 하지 않게 된다.

8. 운전과 정비의 간편

본 발명의 한 실시예에 의하면 고속전기모우터와 흡기기만이 유일한 동작 부분을 구성한다. 이경우 규칙적인 슬러지 폐기물이나 슬러지 축적까지도 없고, 공기 흐름조정이나, 표면의 뜬찌꺼기를 걸러내는 도구가 있는 2차 침강조가 없는 매우 단순한 구조로 되어 있다. 사실상, 현재까지의 시험결과로 보면, 생물막폭기격실 다음의 침강격실은 필요하지 않고, 따라서 슬러지 회귀시스템도 없어도 된다. 그리하여 이 플랜트는 유사한 용량의 플랜트와 비교하여 훨씬 용이하게 작동할 수 있는데 이것이 본 발명의 또하나의 장점이다. 다른 실시예에 의하면 흡기기마저도 필요없게 되므로 작동이 더욱 간단하게 된다.

9. 처리시간의 단축

생물막 구조, 용존산소의 증가와, 생물막의 힘찬 활동으로 인하여 유체가 처리되는 시간이 대폭 단축됨으로써, 플랜트의 총용량이 증가된다. 본 발명이 매우 효과적이므로, 처리시간, 또는 유입수가 생물막 폭기 탱크에 머물러 있는 시간이 크게 단축된다. 처리시간의 단축은 처리장의 전체적 처리 용량을 증가시키는데 이는 매우 중요한 잇점이다. 이 요소는 시험 플랜트에 50% 내지 100% 과부하한 상태에서 장기간 시험해본 결과 얻어진 시험결과에 의하여 밝혀진 것이다. 이 과부하 실험은 1½ 개월간 계속되었는데, 과부하가 일어난 것은 단지 몇시간에 불과하였다. 현재까지 플랜트는 이러한 과부하에도 불구하고 매우 잘 처리된 유출수의 배출을 계속하고 있다.

이 요소는 위에 기술한 충격과부하 용량과 직접 관련이 있다. 처리시간이 단축된다는 것은 극히 효과적으로 처리한다는 것을 의미한다. 이것은 다시 과부하 기간동안 증가된 유기물질을 효과적으로 처리할 수 있는 충분한 용량이 있음을 의미한다. 그래서 생물막 폭기 격실의 양질의 유출수는 과부하 기간동안 유입수를 효과적으로 처리할 수 있도록 하며 이것은 본 발명의 또하나의 장점이다.

10. 온도에 민감하지 않은 방법

본 발명의 방법은 종래의 활성슬러지 방법과는 달리 온도에 민감하지 않다. 기온이 찰 때에는, 종래의 활성슬러지 방법은 처리 탱크에 슬러지가 쌓이게 된다. 봄이 온다던지 하여 기온이 따뜻하게 되면, 추울때 쌓여있던 슬러지가 갑자기 더 활성화된다. 춘계회전이라 알려진 이 현상은 슬러지의 생화학적 활동의 증가를 조절할 수 없기 때문에 유출물의 현탁물질의 갑짝스런 증가를 초래한다. 춘계회전 현상이 있는 동안에는 유출수의 질이 크게 떨어진다.

본 발명은 온도의 기복과 연관된 이러한 문제를 일으키지 않는다. 슬러지의 형성이 없기 때문에, 춘계회전 현상도 없다. 생물막 폭기 격실에 일반적으로 혼합액체현탁물질이 언제나 적기때문에 핀 플록(pin floc)또한 없으며 이것은 본 발명의 또 하나의 특징이다.

11. 단순화된 플랜트 설계

생물막 폭기 격실의 혼합액체현탁 물질의 농도가 매우 낮으므로, 1급 또는 2급 배출기준도 허가에는 침강격실이나 탱크와 슬러지 회복 시스템은 필요가 없다. 그 결과로 새로운 플랜트 건설에 소요되는 비용이 절감되고 기존의 플랜트를 개조하여 본 발명에 사용하거나 용량을 증가시킴으로써 새로운 처리장 시설이 필요없게 된다. 생물막 폭기 격실의 폐수의 질은 항상 우수하다. 사실상 3차 처리과정을 거친 유출수의 질과 같거나 더 우수한 경우가 많다. 생물막 폭기 격실의 처리의 질에 비추어 보면 제1단계로서의 예비처리 격실로 필요없게 되며 따라서 건설비가 더욱 절감된다. 생물막 폭기 격실 하나만 있고 예비처리격실, 침강격실이 없어도 되므로, 하수처리장의 설계가 매우 단순화된다.

12. 보다 작은 플랜트 싸이즈

본 발명은 보다 효과적인 폐수 처리를 제공함으로, 보다작은 폐수처리장을 건설하더라도, 종래의 기술에 의한 더 큰 플랜트의 처리 용량과 동일하게 할 수 있다. 이점 또한 위에 언급한 단순화된 플랜트 설계와 병행하는 것이다.

13. 음용수 처리

본 발명으로 오염물질과 유기 고형물의 제거가 개선되었으므로 본 발명을 도시 상수도 처리의 효과적인 방법으로 사용하게 된다면 여러 단계의 과정을 줄이거나 재제할 수 있다는 것이 분명하다. 이 방법은 오염물질 제거에 매우 효과적이며 음용수 생산을 위한 후속 처리 단계를 용이하게 한다. 그러므로 이 기술은 음용수의 적절한 순도가 부족한 저개발국에서 활용할 수 있다.

14. 에너지 소비의 감소

본 발명은 에너지의 보다 효과적인 사용을 가져온다. 이경우 대체로 선진국에서도 중요하지만 동력기를 움직이는 전력이나 연료가 부족한 나라에서는 특히 중요하다. 본 발명에 의한 처리장은 효과적인 처리시간이 단축되고, 3차 처리 과정이 거의 필요없으며 오랜기간에 걸쳐 처리장을 작동하는데 필요한 에너지의 출량이 감소하며, 3차 처리에 소요되는 에너지가 필요없다.

본 발명에 의한 단순화된 플랜트 설계로 건설, 운전, 정비에 보다 적은 에너지가 소요되며 소요되는 대지의 면적도 적게된다.

15. 전반적인 비용상의 효과

본 발명은 폐수 처리에 전반적인 비용 절감 효과를 가져온다. 플랜트의 건설, 운전, 정비가 용이하고 소요비용이 저렴하다. 작동에 소요되는 비용이 저렴하다. 3차 처리의 필요가 적거나 없는 양질의 유출수를 만들어 낸다. 본 발명을 사용하는 시설은 환경보호국 기준에 적합하게 되므로 배출허가 위반으로 인한 벌금을 피할 수 있다. 결국 폐수 처리에 소요되는 단위비용과 총 비용이 크게 감소한다.

16. 다른 소독 방법의 사용 가능

물의 처리에 자외선을 사용할 수 있다. 그러나 탁한 폐수에는 자외선의 광범위한 사용이 곤란하다. 왜냐하면 자외선 같은 에너지는 정수 목적으로 폐수를 관통할 수가 없기 때문이다. 본 발명에 의한 유출수는 극도로 맑기 때문에 자외선이 관통할 수 있어 정수목적에 사용할 가능성이 높다.

17. 폐수의 양에 대한 민감성이 없다.

본 발명은 처리 폐수의 양적인 변화에 대하여 상대적으로 민감하지 않다. 이 장점은 처리 폐수의 장기간에 걸친 양적인 변화가 처리된 유출수의 질에 중요한 변화를 일으키지 않는다는 점에서 충격부하(과다부하나 과소부하)와 관련된다. 실제로 100% 과부하 상태에서 테스트한 결과도 질적인 개선이 발견되었다. 200% 과부하 실험에서도 9일간 환경보호국 기준치 30/30 내에서 작동하였다. 이것은 본 발명이 폐수처리장의 다른 요소들이 고장났을 때에도 다량의 폐수를 긴급처리 할 수 있다는 것을 의미한다.

18. 생물학적 산소 요구량에 대한 민감성이 없다.

본 시스템이 과부하에 민감하지 않은것 처럼 BOD의 기복에도 역시 민감하지 않다. 생물막의 활동으로 광범한 범위의 생물학적산소요구량을 가진 폐수를 처리할 수 있고 이때도 역시 양질의 유출수를 만들어 낸다.

[시험예]

이하의 시험예와 시험결과는 동일한 처리장 설계에 기초한 것이다. 모든 처리 탱크는 내적으로나 외적으로나 동일한 싸이즈와 동일한 형태의 것이다. 이들은 모두 동일한 500 갤런/일(GPD) 설계용량과 보유 용량이다. 간단히 말하면, 모든 시험은 가급적 동일한 조건하에서 행하여 졌으며 사용방법의 기초가 단지 본 발명의 실시예인가 활성슬러지 방법의 경우인가의 차이 뿐이다.

[시험예 1]

아래의 표는 생물막 없이 폭기 장치를 사용한 활성 슬러지 플랜트의 1일 500 갤런 시험에 관한 것이다. 동일한 크기와 형태의 플랜트에서 동일한 폐수의 유입원을 사용하였다. 플랜트의 설계는 제1도와 같으나 벽(15), 생물막 지지구조(12)와 지지바(12a)는 제외되었다. 이 시험은 유입수의 온도범위 10℃∼24℃에서 행해졌다.

활성 슬러지플랜트의 시험결과에서 보는 것처럼 처리후의 유출수의 생물학적 산소 요구량은 33에서 45, 현탁 물질은 41에서 107, 혼합액체현탁물질은 59에서 106이다. 이 결과는 미국 EPA의 가장 엄격한 기준치인 생물학적 산소요구량 10과 현탁물질 10으로 부터는 너무 멀리떨어져 있고, 환경보호국 2차 처리기준인 30BOD/30SS에도 못미친다.

[시험예 2]

아래에 보인것은 본 발명의 다양한 실시예에 의한 비교결과이다. 송풍기-생물막, 흡출기-생물막, 송풍기-교반기 생물막과 표면표기기 생물막 등의 실시예를 500갤런/일의 동일한 설계부하량에 따라 모두 비교하였다. 이들 플랜트의 형태는 제7도 - 제10도에서 보였다. 이 시험은 오하이오 클리브랜드에서 플랜트의 설계부하량(즉 500갤런/일)과 넓은 온도범위(12℃-20℃)에서 실시되었다. 엔에스에프(NSF)시험이란 미시건에 있는 산업 인증 기관인 내셔널 쌔니테이션 파운데이션에서 시행한 시험이다.

이 결과들은 활성 슬러지 방법보다 본 발명이 진보된 것임을 나타내며 본 발명이 온도에 민감하지 않음을 나타낸다. 생물학적 산소요구량과 현탁물질은 모두 낮으며 용존산소가 높아 3차 처리가 불필요하다. 결과는 환경보호국 기준 0/0을 충족시키거나 근접하며 EPA 기준 30/30은 충분히 충족시킨다.

[시험예 3]

아래의 표는 본 발명의 두 실시예의 시험결과를 보인 것이다. 하나는 흡기기가 있는 것이고(제9도) 다른 하나는 없는 것이다(제7도). 둘 다 고정된 수중생물막을 사용한 것이며 설계용량 500갤런/일 보다 50% 초과된 750 갤런/일의 유입량으로 시험한 것이다. 플랜트의 설계는 활성 슬러지 방법에 의한 그룹과 동일한 것이나 본 발명에 의한 수정을 한 것이다. 이 실험은 유입수의 온도가 9℃에서 14℃인 경우에 실시한 것이다.

본 발명의 두 실시예에서 보이듯이, 생물학적 산소요구량과 현탁 물질의 수치는 활성슬러지 방법에서 보다 훨씬 낮으며 환경보호국의 진보된 처리기준 10/10 이하이거나 근접하고 있다. 본 발명의 우수성은 명백하다.

[시험예 4]

아래의 표는 본 발명의 두가지 다른 실시예에 의한 시험결과이다 : 표면 폭기와 생물막 방법과 송풍기-생물막 방법을 설계용량 500 갤런/일 보다 100% 증가시킨 1000 GPD의 유입수로 시험한 것이다. 여기서도 플랜트 설계는 활성 슬러지 방법의 그룹에서와 동일하나 본 발명에 의한 수정결과를 보인 것이다.

이 결과에서 보는 것처럼 표면 폭기와 생물막 방법은 송풍기 생물막 방법보다 우수한 결과를 가져온다. 두가지 방법모두 활성 슬러지 방법보다 우수한 결과를 가져 왔으며 환경보호국기준 30SS/30BOD 보다 훨씬 낮은 수치를 나타냈다.

[시험예 5]

아래의 표는 본 발명의 젯 폭기기/생물막 방법(제9도)의 실시예의 결과인데 1993년 1월 미시건의 엔에스에프 시설에서(낮은 유입수 온도에서) 8일간 200% 과부하상태(1500 갤런/일)에서 실시되었다.

본 발명은 환경보호국 기준 30/30에 충분히 만족시키는 유출수를 생산하였다. 이 8일의 기간은(예컨데, 폐수처리장의 다른 장비의 고장 등으로 인한) 대량의 과부하 상태가 존속하는 대부분의 긴급 상태에 충분히 처리할 수 있는 기간이다.

Claims (58)

1. 도시, 가정 및 생물학적으로 분해 가능한 산업폐수의 처리와 음용수의 처리에 있어서, (가) 생물막 폭기 격실에서 혼합액체를 충분히 폭기하여 생물막의 성장을 촉진하는 단계와, (나) 혼합액체 현탁물질과 용해 유기물질의 입자의 크기를 감소하는 단계와, (다) 혼합액체에서 유체의 흐름을 생성하여 혼합액체가 상부와 하부가 있는 생물막지지 구조를 통과하며 흐르는 단계와, (라) 상기 생물막 지지구조의 벽면에 생물집단이 성장하며 상기 생물막 지지구조는 고정되어 있고 혼합액에 잠겨 있어서 상기 생물막 지지구조의 표면에서 상기 생물막이 생성되는 단계와, (마) 생물집단의 작용으로 현탁물질과 용해유기질의 작은 입자를 소화하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐수 처리방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 현탁 물질과 용해 유기물질의 입자의 크기의 감소 단계는 혼합액에 잠겨있는 적어도 1개의 날개의 회전에 의하여 이루어짐을 특징으로 하는 폐수처리 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 폭기단계는 공기를 적어도 1개의 수중공기 파이프를 통하여 이에 연결된 튜뷸러 디퓨전 수단까지 강계 주입하여 표면 폭기되도록함을 특징으로 하는 폐수처리 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 유체의 흐름을 생성하는 단계는 혼합액체의 폭기와 입자크기의 감소의 결합된 작용에 의하여 생성됨을 특징으로 하는 폐수처리 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 생물막지지 구조는 그 단면이 사각형, 구형, 원형, 난형, 3각형, 8각형, 6각형의 단면과 평행표면으로 된 집단으로부터 선택된 튜브를 구비함을 특징으로 하는 폐수처리 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 생물막 폭기격실로부터 처리유체를 배출하여 필요에 따라 후속 과정을 거치는 단계를 추가로 구비함을 특징으로 하는 폐수처리 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 후속처리 과정은 침강격실의 폐수에 남아 있는 생물막과 현탁물질의 침강으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐수처리 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 현탁물질과 용해 유기물질의 입자의 크기의 감소 단계와 폭기단계는 적어도 1개의 회전 흡기기를 사용하여 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 폐수처리 방법.
9. 제7항에 있어서, 침강격실의 액체로부터 침강된 현탁 물질과 생물집단이 상기 생물막 폭기격실로 되돌아가 다시 입자 크기의 감소와 상기 생물막에 의한 소화가 이루어짐을 특징으로 하는 폐수처리 방법.
10. 제8항에 있어서, 상기 흡기기는 중공 흡기기 선단을 구비하고, 상기 중공 흡기기 선단은 중공 코아로부터 방사 상으로 뻗어 나온 중공 암이 형성되어 있고, 상기 중공 암의 각 끝단에는 동공이 형성되어있고, 상기 중공흡기기선단은 현탁 물질과 용해유기질 입자의 크기를 감소시키기에 충분한 속도로 회전하며, 상기 흡기기 선단은 주위 공기에 노출된 상기 중공튜브에 연결되어 있고, 상기 흡기기선단의 회전에 따라 발생하는 낮은 압력으로 인하여 공기가 유입되어 상기 중공튜브를 거쳐 상기 흡기기 선단에 도달하면 상기 중공암에 형성된 동공을 통해 방사상으로 분사되는 것을 특징으로 하는 폐수처리 방법.
11. 제2항 또는 제10항에 있어서, 상기 날개의 선단과 상기 흡기기 암선단의 속도는 적어도 초속 20피트인 것을 특징으로 하는 폐수 처리 방법.
12. 제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 생물막지지 구조는 상기 생물막 폭기격실의 전체 볼륨의 약 10%에서 99%를 점하고 있는 것을 특징으로 하는 폐수처리 방법.
13. 제5항에 있어서, 상기 생물막지지구조의 동공은 직경이 적어도 ½ 인 것을 특징으로 하는 폐수처리 방법.
14. 제1항에 있어서, 상기 입자 크기를 감소시키는 단계는 폐수가 상기 생물막 폭기 격실로 유입되기 전에 상기 생물막의 유기물질의 혐기성 소화에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐수처리 방법.
15. 제1항에 있어서, 상기 폭기단계는 튜브수단에 의하여 외부 공기원과 연결된 벤튜리펌프에 의하여 이루어지고 상기 벤튜리펌프가 발생시킨 압력차로 인하여 공기가 상기 튜브수단을 통해 상기 벤튜리펌프로 유입되면 상기 벤튜리 펌프가 공기와 혼합액체를 교반함으로써 혼합액체를 충분히 순환시켜 이를 상기 생물막지지 구조를 통과하여 흐르도록 하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 방법.
16. 제1항에 있어서, 상기 폭기단계는 혼합액체에 잠긴 상기 중공튜브와 상기 중공튜브외측의 프로펠러의 회전에 의하여 이루어지는데 상기 프로펠러는 압력차를 발생시켜 공기를 상기 중공 튜브로 유입시킨 후 이를 혼합액체의 배출함과 동시에 혼합액체를 충분히 순환시켜 상기 생물막지지 구조를 통과하여 흐르도록 하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 방법.
17. 제1항에 있어서, 상기 폭기 단계와 입자 크기의 감소 단계는 처리중인 폐수의 표면 부근에서의 표면 폭기기를 회전시킴으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐수처리 방법.
18. 제2항 또는 제10항에 있어서, 상기 날개 또는 상기 흡기기 선단은 적어도 상기 생물막지지 구조의 최하단의 수준에 위치시키는 것을 특징으로 하는 폐수처리 방법.
19. 제3항에 있어서, 상기 현탁 물질과 용해 유기물질 입자의 크기 감소단계는 혼합액체에 잠기 적어도 1개의 날개의 회전에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐수처리 방법.
20. 폐수처리를 위한 생물막 폭기장치에 있어서, (가) 유기 및 무기 고형물이 용액으로부터 침강되는 예비처리격실과, (나) 상기 예비처리격실과 연결되어 있고, 유기물을 분해하고 혼합액체 현탁 물질을 소화하기에 적합하게 되어 있으며, 폭기기, 현탁물질과 용해 유기질의 입자의 크기를 감소하는 수단과, 상기 생물막 폭기격실의 혼합액에 잠겨 있는 고정된 생물막지지 구조와, 상기 생물막 지지구조에서 성장하는 생물막을 구비하는 생물막 폭기 격실과, (다) 주변 공기가 표면하 흡기기로 유입되어 중공흡기기 선단과, 중공코어로부터 방사상으로 돌설된 중공암과, 각 중공암 선단의 구멍을 구비한 표면하 흡기기를 통하여 혼합액체로 방출될 수 있도록 상기 흡기기 선단 암의 동공과 주변 공기사이에 압력차를 유발하기에 적합하게 된 회전하는 표면하 흡기기로 형성된 폭기기를 구비함을 특징으로하는 폐수처리장치.
21. 제20항에 있어서, 처리폐수가 처리장으로부터 배출되기 전에 잔여 고형물과 생물 막이 침강하는 침강격실을 추가로 구비하며, 상기 생물막 폭기 격실은 상기 생물막 폭기 격실과 연결되는 유입구와 상기 침강 격실로부터 처리폐수를 배출하기에 적합하도록 된 유출구를 구비하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 장치.
22. 제8항에 있어서, 상기 흡기기의 회전동작이 폭기작용과 입자 크기의 감소 작용을 동시에 수행하고 상기 생물막 폭기 격실에서 충분한 유체 흐름을 일으켜 혼합액체가 상기 생물막 지지구조를 통과하며 흐르게 하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 방법.
23. 제20항에 있어서, 상기 생물막 지지 구조는 단면이 정사각형, 구형, 원형, 난형, 3각형, 8각형, 6각형과 평행면의 단면으로 된 집단으로부터 선택한 모양으로 된 구멍을 가진 튜브를 구비하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 장치.
24. 제20항에 있어서, 상기 생물막 지지 구조와 이에 결합된 생물막이 상기 생물막 폭기 격실에 고정되어 혼합 액체에 완전히 잠겨있는 것을 특징으로 하는 폐수처리 장치.
25. 제10항에 있어서, 상기 흡기기 선단의 속도는 적어도 초속 20피트 인 것을 특징으로 하는 폐수처리 장치.
26. 제20항에 있어서, 상기 생물막 지지 구조는 상기 생물막 폭기 격실의 전체 볼륨의 약 10%에서 약 99% 사이를 점하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 장치.
27. 제1항에 있어서, 상기 입자 크기의 감소는 상기 예비 처리 격실에서 유기 고형물의 혐기성 소화에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐수처리방법.
28. 폐수처리를 위한 생물막 폭기장치에 있어서, (가) 유기 및 무기 고형물이 용액으로부터 침강되는 예비처리 격실실과, (나) 상기 예비처리 격실과 연결되어 있고, 유기물을 분해하고 혼합액체 현탁 물질을 소화하기에 적합하게 되어 있으며, 폭기기, 현탁물질과 용해 유기질의 입자의 크기를 감소하는 수단과, 상기 생물막 폭기격실의 혼합액에 잠겨 있는 고정된 생물막 지지 구조와, 상기 생물막 지지구조에서 성장하는 생물막을 구비하는 생물막 폭기 격실과, (다) 상기 폭기수단은 벤튜리펌프를 구비하고 상기 벤튜리펌프에 연결되어 있으며 상기 생물막 폭기 격실의 상단부에 공기중에 돌출되어 주변 공기가 유출입되는 튜브를 구비함으로써 상기 벤튜리 펌프의 작용으로 인해 생긴 압력 차로 인해 유입된 공기가 상기 튜브를 통하여 상기 벤튜리 펌프에까지 유입되어 처리중인 폐수와 교반되고 혼합액체의 충분한 순환작용을 일으켜 혼합액체가 상기 생물막 지지구조를 통과하여 흐르게 되는 것을 특징으로 하는 폐수처리 장치.
29. 폐수처리를 위한 생물막 폭기장치에 있어서, (가) 유기 및 유기 고형물이 용액으로부터 침강되는 예비처리 격실과, (나) 상기 예비처리 격실과 연결되어 있고, 유기물을 분해하고 혼합액체 현탁 물질을 소화하기에 적합하게 되어 있으며, 폭기기, 현탁물질과 용해 유기질의 입자의 크기를 감소하는 수단과, 상기 생물막 폭기격실의 혼합액에 잠겨 있는 고정된 생물막지지 구조와, 상기 생물막 지지구조에서 성장하는 생물막을 구비하는 생물막 폭기 격실과, (다) 상기 폭기기는 외부 프로펠러가 회전하는 중공튜브를 구비하고 상기 프로펠러의 회전 작용으로 공기가 상기 중공튜브로 유입되어 처리중인 폐수로 방출됨으로써 폐수의 폭기와 교반이 이루어지는것을 특징으로 하는 폐수처리 장치.
30. 제20항에 있어서, 상기 입자크기 감소수단을 처리중인 폐수의 표면 근처에 설치하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 장치.
31. 폐수처리를 위한 생물막 폭기장치에 있어서, (가) 유기 및 무기 고형물이 용액으로부터 침강되는 예비처리 격실과, (나) 상기 예비처리 격실과 연결되어 있고, 유기물을 분해하고 혼합액체 현탁물질을 소화하기에 적합하게 되어 있으며, 폭기기, 현탁물질과 용해 유기질의 입자의 크기를 감소하는 수단과, 상기 생물막 폭기격실의 혼합액에 잠겨 있는 고정된 생물막 지지 구조와, 상기 생물막 지지구조에서 성장하는 생물막을 구비하는 생물막 폭기 격실과, (다) 상기 현탁 물질과 용해 유기 물질의 입자크기 감소 수단은 흡기기 선단의 중심부와 상기 흡기기 선단의 중심부로부터 방사상으로 돌출한 암을 구비한 흡기기선단으로서, 상기 흡기기선단이 충분한 속도로 회전하여 혼합액체의 현탁 물질과 용해 유기물질의 입자의 크기를 감소시키는 것을 특징으로 하는 폐수처리장치.
32. 제10항에 있어서, 상기 흡기기 선단은 동시에 혼합액체를 폭기하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 방법.
33. 제20항에 있어서, 상기 입자 크기 축소 수단은 적어도 상기 생물막 지지 구조의 하단부의 높이에 위치하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 장치.
34. 제23항에 있어서, 혼합액체의 현탁물질 입자의 크기를 감소시키기에 적합하게 되어있는 적어도 1개의 잠수 회전 날개를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 장치.
35. 제29항에 있어서, 혼합액체의 현탁물질의 입자의 크기를 감소시키기에 적합하도록 된 잠수 회전 날개를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 장치.
36. 제31항에 있어서, 상기 폭기기는 펌프로 압축된 공기를 수납하기에 적합하도록 된 적어도 1개의 잠수 공기 파이프와 이 공기 파이프에 연결되어 있고 혼합액체에 강제로 주입되는 압측공기를 주입시키기에 적합하도록 된 적어도 1개의 구멍을 가진 적어도 1개의 튜뷸러 디퓨져를 구비함을 특징으로 하는 폐수처리 장치.
37. 제28항에 있어서, 상기 생물막 지지 구조는 상기 생물막 폭기 격실의 전체 볼륨의 약 10%에서 약 99% 사이를 점하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 장치.
38. 제29항에 있어서, 상기 생물막 지지 구조는 상기 생물막 폭기 격실의 전체 볼륨의 약 10%에서 약 99% 사이를 점하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 장치.
39. 제31항에 있어서, 상기 생물막 지지 구조는 상기 생물막 폭기 격실의 전체 볼륨의 약 10% 에서 약 99% 사이를 점하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 장치.
40. 제28항에 있어서, 상기 입자크기 감소수단을 처리중인 폐수의 표면 근처에 설치하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 장치.
41. 제29항에 있어서, 상기 입자크기 감소수단을 처리중인 폐수의 표면 근처에 설치하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 장치.
42. 제31항에 있어서, 상기 입자크기 감소수단을 처리중인 폐수의 표면 근처에 설치하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 장치.
43. 제28항에 있어서, 상기 입자 크기 감소 수단은 적어도 상기 생물막 지지 구조의 하단부의 높이에 위치하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 장치.
44. 제29항에 있어서, 상기 입자 크기 감소 수단은 적어도 상기 생물막 지지 구조의 하단부의 높이에 위치하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 장치.
45. 제31항에 있어서, 상기 입자 크기 감소 수단은 적어도 상기 생물막 지지 구조의 하단부의 높이에 위치하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 장치.
46. 폐수처리를 위한 생물막 폭기장치에 있어서, (가) 유기 및 무기 고형물이 용액으로부터 침강되는 예비처리격실과 연결되어 있고, 유기물을 분해하고 혼합액체 현탁 물질을 소화하기에 적합하게 되어 있으며, 폭기기, 현탁물질과 용해 유기질의 입자의 크기를 감소하는 수단과, 상기 생물막 폭기격실의 혼합액에 잠겨 있는 고정된 생물막지지 구조와, 상기 생물막 지지구조에서 성장하는 생물막을 구비하는 생물막 폭기 격실과, (나) 주변 공기가 표면하 흡기기로 유입되어 중공흡기기 선단과, 중공코어로부터 방사상으로 돌설된 중공암과, 각 중공암 선단의 구멍을 구비한 표면하 흡기기를 통하여 혼합액체로 방출될 수 있도록 상기 흡기기 선단 암의 동공과 주변 공기 사이에 압력차를 유발하기에 적합하게 된 회전하는 표면하 흡기기로 형성된 폭기기를 구비함을 특징으로하는 폐수처리장치.
47. 폐수처리를 위한 생물막 폭기장치에 있어서, (가) 유기 및 무기 고형물이 용액으로부터 침강되는 예비처리 격실과 연결되어 있고, 유기물을 분해하고 혼합액체 현탁 물질을 소화하기에 적합하게 되어 있으며, 폭기기, 현탁물질과 용해 유기질의 입자의 크기를 감소하는 수단과, 상기 생물막 폭기격실의 혼합액에 잠겨 있는 고정된 생물막 지지 구조와, 상기 생물막 지지구조에서 성장하는 생물막을 구비하는 생물막 폭기 격실과, (다) 상기 폭기수단은 벤튜리펌프를 구비하고 상기 벤튜리펌프에 연결되어 있으며 상기 생물막 폭기 격실의 상단부에 공기중에 돌출되어 주변 공기가 유출입되는 튜브를 구비함으로써 상기 벤튜리 펌프의 작용으로 인해 생긴 압력 차로 인해 유입된 공기가 상기 튜브를 통하여 상기 벤튜리 펌프에까지 유입되어 처리중인 폐수와 교반되고 혼합액체의 충분한 순환작용을 일으켜 혼합액체가 상기 생물막 지지 구조를 통과하여 흐르게 되는 것을 특징으로 하는 폐수처리 장치.
48. 폐수처리를 위한 생물막 폭기장치에 있어서, (가) 유기 및 유기 고형물이 용액으로부터 침강되는 예비처리 격실과 연결되어 있고, 유기물을 분해하고 혼합액체 현탁 물질을 소화하기에 적합하게 되어 있으며, 폭기기, 현탁물질과 용해 유기질의 입자의 크기를 감소하는 수단과, 상기 생물막 폭기격실의 혼합액에 잠겨 있는 고정된 생물막지지 구조와, 상기 생물막 지지구조에서 성장하는 생물막을 구비하는 생물막 폭기 격실과, (나) 상기 폭기기는 외부 프로펠러가 회전하는 중공튜브를 구비하고 상기 프로펠러의 회전 작용으로 공기가 상기 중공튜브로 유입되어 처리중인 폐수로 방출됨으로써 폐수의 폭기와 교반이 이루어지는것을 특징으로 하는 폐수처리 장치.
49. 폐수처리를 위한 생물막 폭기장치에 있어서, (가) 유기 및 무기 고형물이 용액으로부터 침강되는 예비처리 격실과 연결되어 있고, 유기물을 분해하고 혼합액체 현탁물질을 소화하기에 적합하게 되어 있으며, 폭기기, 현탁물질과 용해 유기질의 입자의 크기를 감소하는 수단과, 상기 생물막 폭기격실의 혼합액에 잠겨 있는 고정된 생물막 지지 구조와, 상기 생물막 지지구조에서 성장하는 생물막을 구비하는 생물막 폭기 격실과, (다) 상기 현탁 물질과 용해 유기 물질의 입자크기 감소 수단은 흡기기 선단의 중심부와 상기 흡기기 선단의 중심부로부터 방사상으로 돌출한 암을 구비한 흡기기선단으로서, 상기 흡기기선단이 충분한 속도로 회전하여 혼합액체의 현탁 물질과 용해 유기물질의 입자의 크기를 감소시키는 것을 특징으로 하는 폐수처리장치.
50. 제47항에 있어서, 상기 생물막 지지 구조는 상기 생물막 폭기 격실의 전체 볼륨의 약 10% 에서 약 99% 사이를 점하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 장치.
51. 제48항에 있어서, 상기 생물막 지지 구조는 상기 생물막 폭기 격실의 전체 볼륨의 약 10% 에서 약 99% 사이를 점하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 장치.
52. 제49항에 있어서, 상기 생물막 지지 구조는 상기 생물막 폭기 격실의 전체 볼륨의 약 10% 에서 약 99% 사이를 점하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 장치.
53. 제47항에 있어서, 상기 입자크기 감소수단을 처리중인 폐수의 표면 근처에 설치하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 장치.
54. 제48항에 있어서, 상기 입자크기 감소수단을 처리중인 폐수의 표면 근처에 설치하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 장치.
55. 제49항에 있어서, 상기 입자크기 감소수단을 처리중인 폐수의 표면 근처에 설치하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 장치.
56. 제47항에 있어서, 상기 입자 크기 감소 수단은 적어도 상기 생물막 지지 구조의 하단부의 높이에 위치하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 장치.
57. 제48항에 있어서, 상기 입자 크기 감소 수단은 적어도 상기 생물막 지지 구조의 하단부의 높이에 위치하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 장치.
58. 제49항에 있어서, 상기 입자 크기 감소 수단은 적어도 상기 생물막 지지 구조의 하단부의 높이에 위치하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 장치.