KR100272758B1 - 상향 여과식 생물막법을 이용한 하수와 오·폐수처리방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상향 여과식 생물막법을 이용한 하수와 오·폐수 처리방법 및 장치에 관한 것으로, 혐기조 또는 탈질조와 침전조 사이에 위치하고, 조 내부에 칸막이벽을 설치하여 바닥으로부터 일정한 높이에 접촉층과 여재층을 형성하고, 바닥부분의 칸막이벽에 생황하수 및 오·폐수가 유입되는 개구를 형성하는 상향포기여과 생물막조를 구성하는 것을 특징으로함으로써, 생활하수 및 오·폐수를 침수회전 접촉여상 혐기성 반응방식 및 호기성 상향류 폭기접촉여과 반응처리방식을 적용하여 물의 흐름이 여재층진층을 통과하도록하여 폐쇄현상 또는 적치부패 현상이 발생되지 않을 뿐만아니라 오니의 적당한 탈리 및 연속세정역할을 하여 다양한 미생물군들의 활동을 왕성하게 하면서도 여과 역할을 동시에 수행하고 또한 이를 여러단으로 할 경우, 광범위한 활용범위와 처리효율을 극대화 할 수 있게 하는 효과가 있다.

Description

상향 여과식 생물막법을 이용한 하수와 오·페수 처리방법 및 장치

본 발명은 생활하수와 오·폐수 처리방법 및 장치의 개량에 관한 것으로, 특히 생활하수 및 오·폐수를 침수회전 접촉여상 혐기성 반응법을 적용하면서도 호기성 샹향류 폭기접촉여과 반응치리법을 적용하여 그 활용범위와 처리효율을 극대화 하는 상향 여과식 생물막법을 이용한 하수와 오·폐수 처리방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 각종 생활하수와 분뇨정화조에서 나오는 각종 오수(汚水) 및 산업폐수, 축산폐수(이하 오·폐수로 칭함) 등은 환경오염때문에 항시 정수처리를 하여 BOD(생물학적 산소요구량, 이하 BOD 라 칭함)를 최대한 낮춘 상태에서 배출토록법으로 규제하고 있으며, 이를위해 각종 오·폐수를 배출하는 공장이나 대단위 아파트단지 등에서는 오·폐수 정화용 처리시설을 의무적으로 설치하여야하고, 이를 제대로 정화처리 하지 않고 방류하게 되면, 그동안 적조현상과 함께 물고기의 떼죽음을 유발하는 등, 심각한 생태계의 파괴가 우려된다.

본출원인은 특허 제94822호(공고번호 95-13317호)의 오·폐수 처리장치를 개발한 바 있으며, 이 장치의 공정은 대개 접촉제(MEDIA)를 고정 적치하고 공기(산소)공급을 하여 미생물을 배양하여 정화시키는 방법과 표준활성 오니법으로 체류시간을 단축시켜 부지 면적을 줄이는 방법을 주로 사용하여 왔다.

이 장치는 오·폐수를 처리하는 데에 있어 기존의 방식에 비해 현저한 처리효율 및 기능성을 가지고 있으나, 미생물을 배양하여 정화시키는 방법은 오니(미생물)의 과다 적치 부패로 인하여 사후관리에 문제가 많은 경우가 있었고, 표준활성 오니법은 최종 처리효율이 80%정도 밖에 안되어 고도처리가 불가능하며, 특히 호수, 하천, 해역의 적조현상 주범인 탈질, 탈인의 처리가 미흡한 문제점이 있었다.

더욱이 우리나라의 수질오염의 주범은, 지역적으로 소규모의 염식 및 도금공장, 피혁 처리공장, 젖소 및 돼지를 소단위로 키우는 축산농가 등의 작은 사업장들이 많이 퍼져있는 지역적 특성으로 인해 배출되는 오·폐수를 들 수 있으며, 이 오·폐수속에는 상당량의 질소(T-N)와 인(T-P)성분이 함유되어 있어 종래의 특허품으로는 효율적인 정화처리를 기대할 수 없었다.

따라서, 본원 출원인은 1996년 특허출원 제21273호의 '수평형 회전접촉 여상장치'를 출원하여, 상기한 종래의 특허품에서 발생되는 문제점을 개선함으로써 오·폐수처리시 상당히 양호하게 정화된 수질을 얻을 수는 있는 효과가 있었다. 그러나, 수평형으로 회전되는 접촉재통에 충진되는 접촉재의 량이 적어서 많은 량의 BOD제거를 위해서는 설치수량이 많아저야 하므로 대규모 하수처리용으로는 시설투자비가 커져야 하는 부담이 있는 또 다른 문제점이 있었다.

그래서, 본 출원인은 1998년 특허출원 제12160호의 '수직형 회전접촉 여상법을 이용한 오·폐수 정화처리장치 및 방법' (이하, 선행기술이라함)을 출원하였다.

제1도는 선행기술에 따른 오·페수 처리방법에 적용되는 장치의 개략적으로 도시한 공정 계통도를 도시한 것이다.

이 오·폐수 처리장치는 오·폐수 저장조(10), 여과조(20), 폭기조(70),침전조(70) 그리고 방류조(80)로 구성되며, 상기 여과조(20)를 상향식으로 형성하고 상기 여과조(20)와 폭기조(50) 사이에 무산소의 밀폐된 상태를 유지하면서 폐수를 부패시키는 혐기조(양)와 탈질조(40)를 설치하고, 상기 폭기조(50)와 침전조(70)사이에 에어가 공급되는 질화조(60)를 설치하되 상기 혐기조(30)와 탈질조(40), 폭기조(50), 질화조(60)에 각각 수직형 회전접촉 여상 생물막장치(100)를 설치하여 혐기조(30), 탈질조(40), 폭기조(50), 질화조(60)에서 노화 퇴적된 미생물군의 자동 탈락을 유도하고 활동성이 양호한 미생물의 활착 배양효율을 높힌 것을 특징으로 하고 있다.

이 선행기술은, 구조가 간단하여 시설비가 저렴하고 그 처리공정에 따른 작동 및 유지관리비 또한 저렴하면서도 오·폐수의 처리효율이 높고, 산소공급의 균형과 오니의 강한 부착력 및 고농도 부착을 유도하므로 침강성이 양호하며, 호기성 폭기조, 질화조에는 물론 형기성조, 탈질조에서도 적당한 교반효과와 혐기성균, 양호한 탈질균의 활착배양으로 높은 처리효과를 얻을 수 있었다.

제2도는 제1도의 호기성 폭기조 및 질화조(50,60)를 설명하기위한 도면이다.

이 폭기조 및 질화조(50,60)는 충진여재의 적치방식으로, 수중에어래이타(51)와 이 수중에어레이타(51)로부터 연결되는 공기흡입구(52), 그리고 접촉재받침대(76) 및 이 접촉재받침데(56)에 충진된 접촉재(58)와 망(59)으로 이루어졌다.

이와같은 폭기조 및 질화조(50,60)는 접촉여재를 단순히 적치한 상태에서 포기하여 미생물의 활착을 유도하는 방식에 지나지 않으므로, 평균적인 산소의 공급이 어려웠고, 그 결과로 오랜 시간이 지나면 충진접촉재 내부는 오니가 적체되어 부패되는 현상이 발생되었다.

그러므로, 혐기성 분해에 의해 폭기조 등의 전체에 산소가 부족하게 되는 현상을 초래하며, 오히려 생촬하수 및 오·폐수처리에 악영향을 미치게 되는 경우가 생기고, 접촉재 표면에 평균적인 영양원의 공급과 산소조달이 어렵다는 문제점이 발견되었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기위하여 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 생활하수 및 오·폐수를 침수회전 접촉여상 혐기성 반응방식 및 호기성 샹향류 폭기접촉여과 반응처리방식을 적용하여 물의 흐름이 여재충진층을 통과하도록하여 폐쇄현상 또는 적치부패 현상이 발생되지 않을 뿐만아니라 오니의 적당한 탈리 및 연속세정역할을 하여 다양한 미생물군들의 활동을 왕성하게 해주면서도 여과 역할을 동시에 수행하고 또한 이를 여러단으로 할 경우, 광범위한 활용범위와 처리효율을 극대화 할 수 있게 하는 상향 여과식 생물막법을 이용한 하수 와 오·폐수 처리방법 및 장치를 제공하는 데에 있다.

상기한 목적을 달성하기위하여 본 발명은, 오·폐수 저장조에 저장하는 단계, 이 단계로부터 하수가 공급되어 여과조에서 여과되는 단계, 이 단계에서 여과된 하수를 혐기조, 탈질조에서 호기성 미생물과 접촉케하는 단계 그리고 상기 단계에서 탈질을 한 하수를 침전조에 정전시키는 단계, 상기 단계에서 오물등이 침전된 하수를 방류조에서 방류 및 재순환시키는 단계로 구성되는 하수 및 오·폐수치리방법에 있어서, 상기 혐기조 또는 탈질조에서 호기성 미생물과 접촉하는 단계와 침전조에서 오물등이 침전되는 단계 사이에서 하수를 접족재층과 여재층을 순차적으로 통과한 후에 침전조로 보내는 단계를 형성하는 상향 여과식 생물막법을 이용한 하수와 오·폐수 처리 방법이다.

또한, 본 발명은 오·페수 저장조, 여과조, 혐기조, 탈질조 그리고 침전조 및 방류조로 구성되는 오·폐수처리장치에 있어서, 상기 협기조 또는 탈질조와 침전조 사이에 위치하고, 조 내부에 칸막이벽을 설치하여 접촉재가 완전히 밀폐되어 있으며 바닥부분에 생활하수 및 오·폐수가 유입되는 개구를 형성하는 상향포여며과생물막조를 구성하는 것을 특징으로하는 상향 여과식 생물막법을 이용한 하수와 오·폐수 처리 장치이다.

따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 탈질조를 통과한 오폐수는 상향포기여과생물막반응조로 공급되고, 수중에어레이타를 작동하여 오·폐수를 개구를 통해 접촉재를 통과하여 정화하면서 배출하게 된다.

제1도는 선행기술에 따른 생활 하수 및 오·폐수 처리방법에 적용되는 장치를 개략적으로 도시한 공정 계통도.

제2도는 제1도의 폭기조를 설명하기위하여 개략적으로 도시한 도면.

제3도는 본 발명의 일실시예에 따른 상향 여과식 생물막법을 이용한 하수와 오·폐수 처리방법에 적용되는 장치를 개략적으로 도시한 계통도.

제4도는 제3도의 요지인 상향포기여과생물막조를 설명하기위한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

200 : 상향포기여과생물막조

210 : 호기성 미생물막접촉여과반응조

220 : 호기성 접촉여과생물막질화반응조 230 : 조

232 : 칸막이벽 234 : 스트레나 또는 토스톨

236 : 개구 238 : 수중에어레이타

240 : 공기흡입구 242 : 접촉재층

244 : 여재층

이하, 본 발명에 속하는 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 하기위하여 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 더욱 상세히 설명한다.

제3도는 본 발명의 일실시예에 따른 상향 여과식 생물막법을 이용한 하수와 오·폐수 처리방법에 적용되는 장치를 개략적으로 도시한 계통도로서, 제1도와 동일한 부분에 대하여 동일한 부호를 부여하고 그 실명은 생략한다.

본 발명은, 저장조(10)→ 여과조(20)→협기조(30)→탈질조(40)→상향포기여과 생막반응조(200)→침전조(70)→방류조(80)로 구성되고 또한 오니저류조(90)가 침전조(70)와 연결되면서 포함된다.

따라서, 본 발명의 상향 여과식 생물막법을 이용한 하수와 오·폐수 처리방법은, 오·폐수 저장조(10)에 저장하는 단계, 이 단계로부터 하수가 공급되어 여과조(20)에서 여과되는 단계, 이 단계에서 여과된 하수를 혐기조(30), 탈질조(40)에서 호기성 미생물과 접촉케하는 단계, 그리고 상기 단계에서 탈질을 한 하수를 침전조(70)에 침전시키는 단계, 상기 단계에서 오물등이 침전된 하수를 방류준(80)에서 방류 및 재순환시키는 단계로 구성되는 종래의 하수 및 오·폐수처리방법을 포함한다.

그리고, 상기 혐기조(30) 또는 탈질조(40)에서 호기성 미생물과 접촉하는 단계와 침전조(70)에서 오물등이 침전되는 단계의 사이에서 하수를 접족재층과 여재층을 순차적으로 통과한 후에 침진조(70)로 보내는 단계를 형성한다.

따라서, 상기한 상기한 본 발명의 방법을 적용하는 상향 여과식 생물막법을 이용한 하수와 오·폐수 처리 장치는, 상기 상향포기여과생물막조(200)를 특징으로 한다.

즉, 상기 상향포기여과생물막조(200)는 다시 호기성 미생물막접촉여과반응조(210)와 호기성 접촉여과생물막질화반응조(220)으로 나뉘는 데, 이는 그 구조는 서로 같으나 생활하수 및 오·폐수와 1차로 반응하느냐 2차로 반웅하느냐에 따라 다르고 아울러 그 정화반응에 필요한 반응식(反應式)이 다르기 때문에 달리 불리는 것이다.

제4도는 제3도의 요지인 상향포기여과생물막조(200)를 설명하기위한 도면이다.

이 상향포기여과생물막조(200)는 조(230)내부에 폭을 가로지르는 칸막이벽(232)을 형성시키고, 이 칸막이벽(232)에의해 형성된 어느 하나의 공간에 바닥으로부터 약 50cm정도 떨어진 위치에 스트레나 또는 토스톨(234)를 형성시키고, 그 사이의 칸막이벽(232)의 다른 공간과 접하는 부위에 개구(236)를 형성시킨다. 그리고, 상기 개구(236)를 향하여 수중에어레이타(238)를 장착하며 이 수중에어레이타(238)로부터 조(230)에 오·폐수가 가득 차더라도 외부에 노출되는 위치에 공급흡입구(240)를 형성한다.

그리고, 상기 스트레나 또는 토스톨(234)의 상측에 접촉재가 충진된 층(242)가 있고, 그 상측에 여재가 충진된 층(244)이 형성되어 있다.

상기 여재층(244)은 화산석, 쇄석, 자갈, 플라스틱류등 적당한 것으로 선택할 수 있고, 공극율이 50%이상으로 비표면질이 큰 것이면 더욱 좋고, 하부에는 좀 큰 여재를 사용하고 상부에는 모래층을 만들어 팽창식 여재 처리방식을 적용하였다.

또, 소규모 처리장의 경우는 토스톨(234)대신에 미세 여과스트레이너나 지오라이트(Geolite)같은 미세입자여재를 충진하여 팽창여과생물막 부착방식을 적용할수 있으며, 이때에는 혐기성 반응조나 호기성 반응조중, 선택적으로 설계에 반영시킬 수 있다.

또, 처리공정중 탈질을 필수적으로 한 필요가 없거나 고도의 처리효율을 필요치 않는 설계의 경우에는 혐기조와 탈질조(무산소조)는 생략하여, 여과조(20)로부터 직접 상향포기여과생물막조(200)로 이미지는 오·폐수순환을 가능하도록 할 수 있다.

상술한 바와같이 본 발명은, 저장조로부터 오·폐수는 혐기조와 탈질조를 거쳐 상향포기여과생물조로 공급되면, 여기에서 수중에어레이타에의해 칸막이에 형성된 개구를 통해 상향하여 접촉재의 미생물과 반응하고 각 여재에 여과되어 친전조로 유출되거나 재순환된다.

따라서, 본 발명에 의할 경우, 생활하수 및 오·폐수의 BOD제거율은 5∼20kgBOD/㎥·day의 처리효율을 나타낼 수 있다.

즉, 50㎡/day를 본 발명에 적용하면, 50㎡/dayx200mgx10^-13=10(kg·BOD/day)가 되므로, 하루 10kgB0D를 처리하게 된다.

따라서, 충진접촉재량은 BOD제거율을 최저로 보아 5kgBOD/㎥.day로 하더라도 2㎡의 충진제로 충분한 처리가 가능하며, 이는 오·폐수 치리효율이 전체효율의 95% 이상이라는 결론이 나온다.

상술한 바와같이 본 발명의 실시예에 따른 생활하수 및 오·폐수 처리장치는, 생활하수 및 오·폐수를 침수회전 접촉여상 혐기성 반응방식 및 호기성 샹향류폭기접촉여과 반응처리방식을 적용하여 높은 처리효율이 있다는 것외에 첫째로, 고부하의 유기부하량이 유입되는 것에 대한 처리가 용이하고, 둘째로 미생물이 다종 다종·다양하여 그 체류시간이 수리학적 체류시간과 무관하다.

셋째로, 미생물이 고농도로 접촉재에 활착하며 비표면적이 커서 미생물 체류시간이 길어 먹이연쇄원리와 자산화원리에 의하여 고형폐기물(잉여오니)생산량이 적어 최종 잉여오니의 처분에 대한 관리비나 인건비가 적게 소요되고, 넷째로, 순간적인 독성물 유입에 따른 부하변동에도 대처 능력이 크며, 다섯째로, 난분해성 물질인 경우에도 그 분해가 잘 이루어지고, 탈질·탈인에도 큰 효과가 있어, 그 의에 처리비용 및 필요면적을 최소화 시킬 수 있으며, 소음이 거의 없다는 효과도 있다.

이상에서 서술된 것은 모든 점에서 단순한 예시에 불과한 것이기 때문에, 이를 바탕으로 본 발명을 한정적으로 해석해서는 안될 것이다. 그러므로, 본 발명의 진정한 기술적 사상 및 범위 내에 존재하는 변형예 및 균등한 실시예는 모두 본 발명의 청구 범위에 속하는 것이다.

Claims (3)

1. 오·폐수 저장조, 여과조, 혐기조, 탈질조 그리고 침전조 및 방류조로 구성되는 오·폐수처리장치에 있어서, 상기 혐기조 및 탈질조와 침전조 사이에 위치하고, 조 내부에 칸막이벽을 설치하여 바닥으로부터 일정한 높이에 접촉층과 여재층을 형성하고, 바닥부분의 칸막이벽에 생활하수 및 오·폐수가 유입되는 개구를 형성하는 상향포기여과생물막조를 구성하는 것을 특징으로하는 상향 여과식 생물막법을 이용한 하수와 오·폐수 처리장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 상향포기여과생물막조는 여과조로부터 직접 연결되는 것을 특징으로하는 상향 여과식 생물막법을 이용한 하수와 오·폐수 처리장치.
3. 오·폐수 저장조(10)에 저장하는 단계, 이 단계로부터 하수가 공급되어 여과조(20)에서 여과되는 단계, 이 단계에서 여과된 하수를 혐기조(30), 탈질조(40)에서 호기성 미생물과 접촉케하는 단계, 그리고 상기 단계에서 탈질을 한 하수를 침전조(70)에 침전시키는 단계, 상기 단계에서 오물등이 침전된 하수를 방류조(80)에서 방류 및 재순환시키는 단계로 구성되는 종래의 하수 및 오·폐수처리방법에 있어서, 상기 혐기조(30) 또는 탈질조(40)에서 호기성 미생물과 접촉하는 단게와 침전조(70)에서 오물등이 침전되는 단계의 사이에서 하수를 접족재층과 여재층을 순차적으로 통과한 후에 침전조(70)로 보내는 단계를 형성하는 것을 특징으로하는 상향 여과식 생물막법을 이용한 하수와 오·폐수 처리방법.