KR100287412B1 - 상향류 혐기반응조를 포함한 폐수처리장치 및이를 이용한 폐수처리방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 혐기반응조 외측하부에 설치된 도입부; 전기 도입부와 직결되어 혐기반응조 내부의 하부에 위치하는, 유공관을 포함하는 유입장치; 혐기반응조 내의 혼합장치 주축에 균일한 간격으로 설치된 혼합장치; 전기 혼합장치에 의한 반응에서 일부 슬러지가 포함된 반응수가 호기반응조로 유출될 수 있도록 혐기반응조 상부에 위치하는, 웨어의 설치가 중심에서 방사형태의 구조를 가지는 유출장치; 및, 전기 혼합장치에 의한 반응으로부터 중력에 의해 침전된 슬러지를 혐기반응조 중앙으로 모으는 혐기반응조 하부에 위치한 슬러지 집적장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 상향류 혐기반응조를 포함하는 폐수처리장치 및 이 장치를 이용한 폐수처리방법에 관한 것이다. 본 발명의 상향류 혐기반응조를 포함하는 폐수처리장치를 이용하면, 난분해성 및 독성 물질, 또는 질소나 인과 같은 영양물질과 중금속을 포함한 유기성 폐수를 생물학적으로 처리할 수 있을 뿐만 아니라, 반응조에서 고농도의 슬러지를 유지시켜 다른 생물학적 반응조보다 부피를 작게 할 수 있으므로 경제적으로 폐수를 처리할 수 있다. 특히, 본 발명의 상향류 혐기반응조는 슬러지의 높은 농도로 인하여 하수처리장의 경우 농축조를 생략할 수 있으며, 1차 침전조를 반응조로 이용할 수 있어 처리장의 부지는 물론, 건설비용과 운전비용을 절약할 수 있어 부수적인 효과를 얻을 수 있다.
Description
본 발명은 상향류 혐기반응조를 포함한 폐수처리장치 및 이를 이용한 폐수처리방법에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 통기성 미생물과 상향류 혐기반응조를 포함한 폐수처리장치 및 이 장치를 이용하여 난분해성 및 독성물질, 영양물질(N, P)과 중금속을 포함한 유기성 폐수의 안정적 처리를 도모하고, 슬러지를 고농도로 유지하여 슬러지 처리비용을 절약함은 물론, 기존의 침전조를 반응조로 이용함으로 인하여 처리장 부지, 건설비 및 운전비를 절약할 수 있는 경제적인 폐수처리방법에 관한 것이다.
일반적으로, 폐수는 질소나 인과 같은 영양물질, 난분해성 및 독성 물질과 중금속을 함유하고 있다. 이러한 폐수를 처리하기 위한 방법으로는, 유기화합물을 함유하는 폐수처리용의 생물학적 방법과, 난분해성 및 독성 물질과 중금속을 포함한 폐수를 처리하기 위한 물리·화학적 방법으로 크게 나눌 수 있다.
이중, 유기물을 제거하기 위해서는 생물학적 처리방법이 가장 일반적으로 사용된다. 또한, 이러한 생물학적 처리방법으로서는 대표적으로 최초 침전조, 폭기조 및 최종 침전조로 구성된 처리장치를 이용하는 활성슬러지법이 있는데, 이때, 침전조의 슬러지 농도는 5,000 내지 15,000 ㎎/L 이어서, 슬러지의 후처리공정을 위해 농축조를 필요로 하며, 폭기조의 슬러지 농도는 1,500 내지 3,000 ㎎/L 정도로 운전되어, 슬러지의 농도가 낮은 경우 필연적으로 최종 침전조에서의 효율저하를 가져 왔다. 또한, 활성슬러지법에서 유입수의 수질과 유량의 변동으로 인하여 슬러지 팽화와 같은 현상이 일어나, 공정 운전의 실패나 유출수의 수질악화와 같은 결과를 가져오기도 하였다.
질소와 인을 제거하기 위한 또 다른 생물학적 방법으로는 혐기·호기법을 이용한 폐수처리법이 있는데, 이는 종래의 활성 슬러지법에 공기를 공급하는 호기반응조와 공기를 공급하지 않는 혐기반응조를 일렬로 배치하여 운전함으로써, 미생물의 작용에 의해 질소 및 인을 제거하는 방법이다. 그러나, 이러한 폐수처리방법에서 반응조는 완전 혼합형을 채택하고 있어 반응조내 미생물을 고농도로 유지하기 어렵고, 또한 탈질이나 인 방출 유도시 완전한 혐기상태를 유지하기 어려운 문제점이 있어 반응조의 설계제약의 원인이 되기도 하였고, 운전상의 복잡성이 대두되었다.
또한, 난분해성 및 독성 물질과 중금속을 함유하고 있는 폐수를 처리하기 위해서는, 일반적으로 물리·화학적 처리방법에 생물학적 방법을 도입하는 등의 폐수처리방법을 이용한다. 그러나, 이러한 물리·화학적 처리방법은 흡착이나 산화에 소요되는 약품들이 다량으로 소모되어 운전비용을 상승시키는 문제점이 있다. 또한, 이에 적용되는 생물학적 처리는 실용화에 있어서 초보단계이고, 독성이 강한 중간생성물이 생성되므로 2차 처리를 하여야 하며, 혐기성 처리의 경우 온도 유지의 필요성으로 인하여 운전비용이 증가되는 문제점이 있었다. 즉, 중금속을 포함하고 있는 유기성 폐수는 물리·화학적 처리를 이용한 처리법이 주로 이용되어 왔으나, 최근에는 황환원 박테리아를 이용한 생물학적 처리법이 새로이 대두되었다. 그러나, 황환원 박테리아가 엄격한 혐기성 조건에서만 성장하여야 하는 특성상, 온도의 유지로 인한 운전비용이 증가된다는 문제점에 직면하고 있다.
결국, 난분해성 및 독성 물질, 또는 질소나 인과 같은 영양물질과 중금속을 포함한 유기성 폐수를 처리하기 위한 종래의 물리·화학적 방법 및 생물학적 방법은 처리비용이 과다해지는 문제점, 폐수처리가 아직 불완전한 점, 중간생성물의 생성으로 인하여 2차 처리의 필요성이 대두되는 점 등의 문제점을 개선하고 보다 효율적이며, 경제적인 폐수처리방법이 필요하게 되었다.
이에, 본 발명의 발명자들은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 예의 연구 노력한 결과, 유입장치와 유출장치를 개선시킨 상향류 혐기반응조를 통상의 호기반응조 및 침전조와 결합시킨 폐수처리장치를 이용하여 난분해성 및 독성 물질, 또는 질소나 인과 같은 영양물질과 중금속을 포함한 유기성 폐수를 처리함으로써, 정화효율을 획기적으로 향상시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
결국, 본 발명의 주된 목적은 상향류 혐기반응조를 포함하는 폐수처리장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전기 폐수처리장치를 이용한 폐수처리방법을 제공하는 것이다.
도 1a은 본 발명의 일실시태양으로서의 상향류 혐기반응조를 채용하는 폐수처리장치를 모식적으로 나타낸 그림이다.
도 1b은 본 발명의 다른 실시태양으로서의 상향류 혐기반응조를 채용하는 폐수처리장치를 모식적으로 나타낸 그림이다.
도 1c은 본 발명의 또 다른 실시태양으로서의 상향류 혐기반응조를 채용하는 폐수처리장치를 모식적으로 나타낸 그림이다.
도 2a는 본 발명에 따른 혐기반응조내 유입장치를 모식적으로 나타낸 평면도이다.
도 2b는 도 2a에 나타낸 유입장치의 A-A 단면도이다.
도 2c는 도 2a에 나타낸 유입장치의 B-B 단면도이다.
도 3a은 본 발명에 따른 혐기반응조내 유출장치를 모식적으로 나타낸 평면도이다.
도 3b는 도 3a에 나타낸 유출장치의 A-A 단면도이다.
도 3c는 도 3a에 나타낸 유출장치의 B-B 단면도이다.
도 4는 유입수원내 유기물 증가에 따른 유입수의 COD 농도와 혐기반응조내의 슬러지(현탁고형물 및 휘발성 현탁고형물) 농도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 유입수원내 유기물 증가에 따른 유입수와 호기반응조내의 슬러지(현탁고형물 및 휘발성 현탁고형물) 농도를 나타낸 그래프이다.
도 6은 유입수원내 유기물 증가에 따른 유입수와 혐기반응조 및 호기반응조내의 유출 COD 농도를 나타낸 그래프이다.
도 7은 유입수원내 유기물 증가에 따른 혐기반응조와 호기반응조내의 COD 제거효율을 나타낸 그래프이다.
도 8은 트리클로로페놀(trichlorophenol)의 유입 및 혐기반응조와 호기반응조로 부터의 유출수내 트리클로로페놀 농도를 나타낸 그래프이다.
도 9는 혐기반응조내에서의 황산염의 유입농도와 유출농도를 나타낸 그래프이다.
[도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명]
10, 10': 혐기반응조 11, 11', 11", 11"': 도입부
12, 12', 12", 12"': 유입장치 13, 13': 유출장치
14, 14': 혼합장치 15, 15': 슬러지 집적장치
16, 16': 구동장치 17, 17': 혼합장치 주축
20 : 호기반응조 21 : 산기관
30 : 침전조 40 : 슬러지 배출펌프
50 : 슬러지 반송펌프 60 : 내부순환펌프
이하, 본 발명에 따른 상향류의 혐기반응조를 포함한 폐수처리장치의 구성을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 폐수처리장치는 혐기반응조, 호기반응조 및 최종 침전조로 구성되는 폐수처리장치에 있어서, 전기 혐기반응조는 혐기반응조 외측하부에 설치된 도입부; 전기 도입부와 직결되어 혐기반응조 내부의 하부에 위치하는, 유공관을 포함하는 유입장치; 혐기반응조 내의 혼합장치 주축에 균일한 간격으로 설치된 혼합장치; 전기 혼합장치에 의한 반응에서 일부 슬러지가 포함된 반응수가 호기반응조로 유출될 수 있도록 혐기반응조 상부에 위치하는, 웨어의 설치가 중심에서 방사형태의 구조를 가지는 유출장치; 및, 전기 혼합장치에 의한 반응으로부터 중력에 의해 침전된 슬러지를 혐기반응조 중앙으로 모으는 혐기반응조 하부에 위치한 슬러지 집적장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명의 일실시태양으로서, 상향류 혐기반응조를 채용하는 폐수처리장치를 도 1a를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
우선, 상향류 혐기반응조(10)는 전술한 바와 같이, 도입부(11), 유입장치(12), 유출장치(13), 혼합장치(14) 및 슬러지 집적장치(15)로 구성되어 있다.
이들 중 도입부(11)는 유입수와 슬러지 반송펌프(50)의 구동력에 의해 최종 침전조(30)로부터 반송된 반송 슬러지를 혐기반응조(10)에 도입하기 위해 혐기반응조(10) 외측하부에 설치되어 있다. 이러한 도입부(11)는 전기의 유입수와 반송 슬러지가 혼합되어 혐기반응조(10) 내부로 도입되도록 유입장치(12) 이전에 하나로 합해져 있다.
다음으로, 유입장치(12)는 전기 도입부(11)와 직결로 연결되어 혐기반응조(10)내 하부에 위치되어 있으며, 전기 도입부(11)를 통과한 유입수 또는 반송 슬러지가 혐기반응조(10)내 하부로 유입되도록 한다. 이러한 유입장치(12)는 슬러지에 의한 막힘 현상을 방지할 수 있는 유공관(관에 구멍이 뚫려 있는 형태) 형태로 구성되어 있고(참조: 도 2a 내지 도 2c), 특히 스테인레스 스틸 재질을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 유출장치(13)는 혐기반응조(10) 상부에 위치해 있으며, 하기 혼합장치(14)에 의해 충분히 성숙된 일부 슬러지가 함께 포함된 반응수가 호기반응조(20)로 유출될 수 있도록 고안되어 있으며, 종래와 달리 슬러지에 의한 막힘 현상을 방지하고, 유출수가 균일하게 유출될 수 있도록 웨어의 설치가 중심에서 방사형태인 구조를 지니도록 하였다(참조: 도 3a 내지 도 3c). 이러한 유출장치(13)는 반송슬러지와 유입수가 혼합된 반응수를 균일하게 집수하여 유출할 수 있는 형태로 구성되어 있으며, 일반 강판과 같은 재질로 이루어져 있다.
그리고, 혼합장치(14)는 혐기반응조(10)내의 주축(17)에 50 cm 내지 1 m 정도의 균일한 간격으로 반응조당 3 내지 6 개정도 설치되어 슬러지의 편류를 방지하고, 연속적으로 반응수를 교반시켜 줌으로써, 혐기조건하에서의 미생물에 의한 발효반응이 활발히 일어나도록 하여 혐기반응조(10)내의 난분해성 및 독성 물질과 영양물질(N, P)을 포함한 유기성 폐수를 효율적으로 정화시켜 준다. 또한, 전기 혼합장치(14)에 의한 반응으로 부터 침전된 슬러지는 슬러지 집적장치(15)를 통해 혐기반응조(10) 하부중앙으로 모아지게 되고, 슬러지 배출펌프(40)의 구동력에 의해 반응조 외부로 배출된다.
본 발명은 다른 실시태양으로서, 유입수의 유입장치(12')와 반송슬러지의 유입장치(12")를 분리하여 설치된 혐기반응조를 채용하는 폐수처리장치를 포함하는 데, 이를 도 1b를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 다른 실시태양은 유입수 도입을 위한 도입부(11')와 반송 슬러지 도입을 위한 도입부(11")가 분리 위치해 있으며, 따라서 유입수-유입을 위한 유입장치(12')가 상향류 혐기반응조(10)의 하단 부분에 설치되어 있고, 유입수내의 유기물질 및 영양염류 등을 제거하기 위한 반송슬러지-유입용 유입장치(12")는 상향류 혐기반응조(10)의 유입수-유입을 위한 유입장치(12')의 직상단 부분에 설치되어 있다. 이들은 공통적으로 슬러지에 의한 막힘 현상을 방지할 수 있는 구조인 유공관 구조로 되어 있다. 또한, 본 발명에 따른 실시태양은 도 1a에 도시한 바와 같이, 상향류 혐기반응조(10)에 유출장치(13), 혼합장치(14), 슬러지 집적장치(15) 등을 공통적으로 지니고 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시태양으로서, 도 1b의 실시태양에 추가적으로 직렬로 설치한 또 다른 상향류 혐기반응조(10')를 채용하는 폐수처리장치를 포함하는데, 이를 도 1c를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 또 다른 실시태양은 도 1b의 실시태양인 폐수처리장치에 추가적으로 직렬로 설치한 또 다른 상향류 혐기반응조(10')를 채용하는 경우로서, 추가된 상향류 혐기반응조(10')는 상향류 혐기반응조(10)에서 유출되어 일부 슬러지가 포함된 반응수와 내부반송펌프(60)에 의해 호기반응조(20)로 부터 반송된 반송 슬러지를 혼합하기 위한 도입부(11"')가 상향류 혐기반응조(10')의 외부하면에 설치되어 있고, 유입장치(12")는 전기 도입부(11"')와 플랜지식으로 연결되어 혐기반응조(10') 하단에 위치되어 있어 도입부(11"')를 통과한 혐기반응조(10) 유출물과 내부반송펌프(60)의 구동에 의해 반송된 반송 슬러지가 혐기반응조(10')내 하부로 유입되도록 하며, 슬러지에 의한 막힘 현상을 방지할 수 있는 유공관 구조로 되어 있다(참조: 도 2a 내지 2c). 또한, 추가된 상향류 혐기반응조(10')는 유출장치(13')와 혼합장치(14')를 포함하고 있는 바, 이러한 유출장치(13')는 혐기반응조(10') 상부에 위치해 있으며, 하기 혼합장치(14')에 의해 충분히 성숙된 일부 슬러지가 함께 포함된 반응수가 호기반응조(20)로 유출될 수 있도록 고안되어 슬러지에 의한 막힘 현상을 방지하고 유출수가 균일하게 유출될 수 있도록 웨어의 설치가 중심에서 방사형태인 구조를 지니고 있으며, 또한 혼합장치(14')는 혐기반응조(10')내의 혼합장치 주축(17')에 50 cm 내지 1 m 정도의 균일한 간격으로 반응조당 3 내지 6 개정도 설치되어 슬러지의 편류를 방지하고, 연속적으로 반응수를 교반시켜 줌으로써, 혐기조건하에서의 미생물에 의한 발효반응이 활발히 일어나도록 하여 혐기반응조(10')내의 영양물질(N, P)을 포함한 유기성 폐수를 효율적으로 정화시켜 준다.
이상에서의 모든 실시태양에 의한 폐수처리장치는 전술한 상향류 혐기반응조(10) 외에 호기반응조(20) 및 최종 침전조(30)를 포함한다. 이때, 사용되는 호기반응조(20)는 통기성의 발효미생물이 충분한 활성을 나타낼 수 있도록 충분한 산소를 공급해 주기 위해 호기반응조(20)의 하부에 산소 발생장치인 산기관(21)을 포함하고 있으며, 이러한 호기반응조(20)는 통상적으로 당업계에서 사용되는 재질 및 구조의 것이라면, 모두 사용할 수 있다. 또한, 최종 침전조(30)는 전기 호기반응조(20)의 반응수내 통기성 미생물에 의해 효율적으로 분해된 슬러지를 제거하기 위해 사용되는 것으로서, 중력에 의해 슬러지를 천천히 제거하여 폐수를 정화하고 순수를 얻을 수 있는 중력식의 침전조가 바람직하나, 스컴방지용 판을 설치한 침전조 등을 사용할 수도 있다. 그리고, 여기서 침전된 슬러지는 슬러지 집적장치(15)에 의해 모아진 뒤, 슬러지 반송펌프(50)에 의해 혐기반응조(10)의 외측하부에 위치된 도입부(11)로 반송되고, 전기한 혐기반응조(10)내에서 슬러지 배출펌프(40)에 의해 슬러지로 분리 배출된다. 또한, 혐기반응조(10, 10')에는 주축(17, 17')의 상부 말단에 공히 구동장치(16, 16')가 장착되어, 혐기반응조내 주축과 연결되어 있는 혼합장치(14, 14')의 교반을 위한 구동력을 제공한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 폐수처리장치는 난분해성 및 독성 물질과 영양물질(N, P)을 포함한 유기성 폐수를 통기성 미생물과 상향류의 혐기반응조를 이용하여 처리함으로써, 종래의 폐수처리 장치에 비하여 보다 효율적으로 폐수를 처리할 수 있는 장점이 있다.
이하에서는, 본 발명의 상향류 혐기반응조를 포함하는 폐수처리장치를 이용한 폐수처리방법을, 전기 폐수처리장치의 작용 및 효과와 더불어 단계별로 나누어 보다 상세히 설명한다.
제 1단계: 혐기반응조내 유입수 유입
난분해성 및 독성 물질과 영양물질(N, P)을 포함한 유기성 폐수 등의 유입수를 혐기반응조(10) 외측하부에 설치된 도입부(11, 11')를 통해 혐기반응조(10)내로 유도한 후에, 도입부(11, 11')와 연결된 혐기반응조(10)내의 유입장치(12, 12')를 통해 혐기반응조(10)내로 유입시킨다.
제 2단계: 혐기반응조내 발효
전기 공정에서 혐기반응조(10)내에 유입된 난분해성 및 독성 물질과 영양물질(N, P)을 포함한 유입수를 보다 효율적으로 정화시키기 위하여 혐기반응조(10)내에 전기 도입부(11, 11") 및 유입장치(12, 12")를 통해 활성 슬러지를 도입한다. 그런 다음, 반응조내의 주축에 장치된 혼합장치(14)를 3 내지 20 rpm 범위에서 연속적으로 교반시켜 충분한 발효반응을 유도한다. 이때, 난분해성 및 독성물질, 또는 질소나 인과 같은 영양물질과 중금속을 포함한 유기성 폐수를 보다 효율적으로 정화시키기 위하여, 선택적으로 전기 혐기반응조(10)로 부터 1차 발효된 반응수를 다음의 호기반응조(20) 내에서의 폭기공정 후, 내부순환펌프(60)에 의해 내부순환시킨 호기반응조(20)의 일부 슬러지가 포함된 반송 슬러지를 도입부(11"')와 유입장치(12"')를 통해 또 다른 혐기반응조(10')내로 유입시킨 후, 혼합장치(14')를 이용하여 3 내지 20 rpm의 범위로 연속 교반시켜 상향으로 흐르는 슬러지의 편류를 방지하면서 2차 발효시키는 단계를 추가적으로 포함할 수도 있다. 이러한 교반은 혐기반응조(10, 10')내의 슬러지와 유기성 폐수의 혼합물이 전기의 반응을 하면서 상승할 때, 슬러지의 농도가 높음으로 인해서 유입혼합물의 단 회로 현상이 일어나는 것을 방지할 수 있다. 이때, 전기 혼합장치(14, 14')의 교반속도가 만일 3 rpm 미만인 경우에는 단 회로 현상이 나타나 충분한 반응이 일어나지 못하며, 또한 20 rpm이 넘는 경우 완전혼합이 일어나 압출형 반응조의 장점을 이용할 수 없는 점에서 바람직하지 않게 된다.
제 3단계: 호기반응조로의 유출
전기 공정을 통해 침전된 일부 슬러지는 혐기반응조(10)내의 하부 중앙에 위치한 슬러지 집적장치(15)에 의해 모아진 뒤 슬러지 배출펌프(40)의 구동력에 의해 배출되고, 상승되고 있는 일부 슬러지가 포함된 반응수는 혐기반응조(10, 10') 상부에 위치한 유출장치(13, 13')를 통해 혐기반응조(10, 10')로 부터 호기반응조(20)로 유출된다.
제 4단계: 호기반응조내 폭기
전기 공정에서 혐기반응조(10, 10')로 부터 유출된 일부 슬러지를 포함하고 있는 반응수에 산기관(21)을 통해 충분한 산소를 공급하여 준다. 그러면, 슬러지 중의 호기성균, 또는 통기성균의 활성이 높아져 폐수 중의 여러 유기물 등이 산화 분해되어 H2O나 CO2등의 무기물로 정화되게 되고, 암모니아성 질소와 유기질소는 질산성 질소로 되고 슬러지들은 인을 과잉 섭취하게 된다.
제 5단계: 순수분리 및 슬러지 반송
전기 폭기공정에 의해 일부 정화된 반응수를 최종 침전조(30)로 옮겨 순수는 별도로 분리하고, 중력에 의해 침전된 슬러지는 최종 침전조(30) 하부중앙의 슬러지 집적장치(15')에 모아 슬러지 반송펌프(50)의 구동력을 이용해 혐기반응조(10)의 외측하부에 위치한 도입부(11, 11")로 반송된 뒤, 혐기반응조(10)내에서 슬러지 배출펌프(40)의 구동력을 이용하여 슬러지 소화조나 탈수장치 등의 슬러지 감량장치를 통해 외부로 배출된다.
이상에서, 본 발명에 따른 폐수처리방법은 혐기반응조(10, 10') 또는 호기반응조(20) 등에 나이트로소모나스(Nitrosomonas), 나이트로박터(Nitrobacter), 디니트리파이어(Denitrifier), 황환원 박테리아(Sulfate reducing bacteria), 수도모나스(Pseudomonas), 아크로모박터(Achromobacter), 애로박터(Aerhorbacter), 마이크로코커스(Micrococcus), 바실러스(Bacillus), 프로테우스(Proteus), 플라보박테리움(Flavobacterium), 아시네토박터(Acinetobacter), 코린박테리움(Corynebacterium) 또는 미코박테리움(Mycobacterium) 등의 미생물, 또는 이밖에도 목적하는 유기물 등에 따라 상업상 이용가능한 여러 통기성 미생물을 이용할 수도 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거 더욱 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명의 효과를 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 국한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1 : 고농도 유기물의 정화
고농도 유기물의 전체 반응조에서의 체류시간을 약 15시간(혐기반응조: 7시간, 호기반응조: 8시간) 동안 유지하고 고농도 유기물을 600 ㎎/L에서 2,000 ㎎/L까지 증가시켜 가며, 본 발명에 따른 상향류 혐기반응조를 포함한 폐수처리 장치를 이용하여 정화처리 공정을 수행하였다. 그 결과, 혐기반응조의 슬러지(현탁고형물 및 휘발성 현탁고형물)의 농도는 약 25,000 ㎎/L 내지 55,000 ㎎/L을 유지하여 농축조의 역할을 대신할 수 있도록 유지되었고(참조: 도 4), 호기반응조의 슬러지(현탁고형물 및 휘발성 현탁고형물) 농도는 유입수의 COD 농도가 600 ㎎/L에서 2,000 ㎎/L까지 증가함에 따라 약 10,000 ㎎/L에서 25,000 ㎎/L까지 유지하여, 일반적인 활성 슬러지의 농도인 1,500 내지 3,000 ㎎/L 보다 약 6 내지 8배 이상을 유지할 수 있었다(참조: 도 5). 따라서, 고농도의 유기물 처리시 일반적인 활성 슬러지 공정보다 더 많은 슬러지가 유지되어 반응조의 부피를 줄일 수 있었으며, 일반적인 활성 슬러지 공정에서 유기물의 농도가 높아지면 슬러지 팽화현상이 나타나 공정 실패의 원인이 되기도 하였으나, 본 발명에서는 유입수의 COD 농도가 2,000 ㎎/L까지 증가하여도 혐기반응조의 유출수 COD 농도가 100 이하로, 혐기반응조의 제거효율이 약 85 내지 90% 이상을 나타내고, 호기반응조의 유출수 COD 농도도 100 ㎎/L 이하를 유지하여, 제거효율은 98% 이상을 나타내었다(참조: 도 6 및 도 7). 따라서, 고농도의 유기물이 함유된 폐수를 안정적으로 처리할 수 있어 고농도의 유기폐수 처리에도 적용할 수 있음을 알 수 있었다.
실시예 2 : 트리클로로페놀을 함유한 폐수의 정화
본 실시예에서 사용된 독성 및 난분해성 물질은 일반적으로 잘 알려진 염소화 화합물인 트리클로로페놀(trichlorophenol; 이하, 'TCP'라 함)을 사용하였다. 일반적으로, 염소화 화합물은 그 독성과 난분해성으로 인하여 생물학적인 처리가 어려운 것으로 알려져 있다. 이러한 독성물질인 TCP를 10 ㎎/L 에서 시작하여 약 60 ㎎/L 까지 점차 증가시켜 가며, 본 발명에 따른 통기성 박테리아가 접종된 상향류 혐기반응조를 이용하여 혐기·호기 폐수처리방법으로 정화처리하였다. 그 결과, 도 8에서와 같이 TCP가 상향류 혐기반응조를 거치면서 제거되는 과정에서 일반적인 혐기성 처리에서 볼 수 있는 중간생성물이 생기지 않았을 뿐만 아니라, 호기반응조로 부터의 유출수에서도 중간생성물이 생기지 않고 거의 제거되었다.
실시예 3 : 황산염을 함유한 폐수의 정화
황산염 600 내지 2,400 ㎎/L을 본 발명에 따른 통기성 박테리아가 접종된 상향류 혐기반응조를 포함한 폐수처리장치에 첨가하고 약 100일간에 걸쳐 정화처리하면서 20회에 걸쳐 유입액 및 혐기반응조로 부터의 유출액에서의 농도를 측정하였다. 그 결과, 도 9에서 보듯이, 혐기반응조에서의 황산염의 제거는 약 30%에서 60%까지 달성할 수 있었다. 이는 중금속이 황화물과 결합하여 황산염 상태로 제거될 수 있는 가능성을 보여주는 것이다.
이상에서 상세히 설명하고 입증하였듯이, 본 발명은 상향류 혐기반응조를 포함하는 폐수처리장치 및 이를 이용한 폐수처리방법을 제공한다. 본 발명의 상향류 혐기반응조를 포함하는 폐수처리장치를 이용하면, 난분해성 및 독성 물질, 또는 질소나 인과 같은 영양물질과 중금속을 포함한 유기성 폐수를 생물학적으로 처리할 수 있을 뿐만 아니라, 반응조에서 고농도의 슬러지를 유지시켜 다른 생물학적 반응조보다 부피를 작게 할 수 있으므로 경제적으로 폐수를 처리할 수 있다. 특히, 본 발명의 상향류 혐기반응조는 슬러지의 높은 농도로 인하여 하수처리장의 경우 농축조를 생략할 수 있으며, 1차 침전조를 반응조로 이용할 수 있어 처리장의 부지는 물론, 건설비용과 운전비용을 절약할 수 있어 부수적인 효과를 얻을 수 있다.
Claims (5)
- 혐기반응조(10), 호기반응조(20) 및 최종 침전조(30)로 구성되는 폐수처리장치에 있어서,전기 혐기반응조(10)는 혐기반응조(10) 외측하부에 설치된 도입부(11); 전기 도입부(11)와 직결되어 혐기반응조(10) 내부의 하부에 위치하는, 유공관을 포함하는 유입장치(12); 혐기반응조(10)내의 주축(17)에 균일한 간격으로 설치된 혼합장치(14); 혼합장치(14)에 의한 반응에서 일부 슬러지가 포함된 반응수가 호기반응조(20)로 유출될 수 있도록 혐기반응조(10) 상부에 위치하는, 웨어의 설치가 중심에서 방사형태의 구조를 가지는 유출장치(13); 및, 전기 혼합장치(14)에 의한 반응으로부터 중력에 의해 침전된 슬러지를 혐기반응조(10) 중앙으로 모으는 혐기반응조(10) 하부에 위치한 슬러지 집적장치(15)를 포함하는 것을 특징으로 하는 상향류 혐기반응조를 포함하는 폐수처리장치.
- 제 1항에 있어서,전기 도입부(11)는 각각 유입수-유입용 도입부(11')와 반송 슬러지-유입용 도입부(11"), 유입장치(12)는 각각 유입수-유입용 유입장치(12')와 반송 슬러지-유입용 유입장치(12")로 분리된 것을 특징으로 하는상향류 혐기반응조를 포함하는 폐수처리장치.
- 제 1항에 있어서,전기 혐기반응조(10)로 부터의 일부 슬러지가 포함된 반응수와 전기 호기반응조(20) 내에서의 폭기공정 후 호기반응조(20)내의 반응물을 내부순환펌프(60)에 의해 내부순환시켜 반송된 반송 슬러지를 혼합유입시키는 혐기반응조 외측하부에 설치된 도입부(11"'); 전기 도입부(11"')와 직결되어 혐기반응조(10') 내부 하부에 위치하는, 유공관을 포함하는 유입장치(12"'); 혐기반응조(10')내의 주축(17')에 균일한 간격으로 설치된 혼합장치(14'); 및, 일부 슬러지가 포함된 반응수가 호기반응조(20)로 유출될 수 있도록 혐기반응조(10') 상부에 위치하는, 웨어의 설치가 중심에서 방사형태의 구조를 가지는 유출장치(13')를 포함하는 상향류 혐기반응조(10')를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는상향류 혐기반응조를 포함하는 폐수처리장치.
- (ⅰ) 혐기 반응조(10) 외측하부에 설치된 도입부(11, 11')로부터 혐기반응조(10)내로 유입수를 유도한 후, 도입부(11, 11')와 직결된 유입장치(12, 12')를 통해 유입수를 혐기반응조(10)내로 유입시키는 단계;(ⅱ) 혐기반응조(10)내에 도입부(11, 11") 및 유입장치(12, 12")를 통해 활성 슬러지를 도입한 후, 혼합장치(14)를 3 내지 20 rpm의 범위로 연속 교반시켜 상향으로 흐르는 슬러지의 편류를 방지하면서 발효반응시키는 단계;(ⅲ) 전기 공정을 통해 침전된 일부 슬러지는 혐기반응조(10)내의 하부 중앙에 위치한 슬러지 집적장치(15)를 통해 배출시키고, 일부 슬러지가 포함된 상향류의 반응수는 혐기반응조(10) 상부에 위치한 유출장치(13)를 통해 혐기반응조(10)로부터 호기반응조(20)로 유출시키는 단계;(ⅳ) 전기 공정에서 유출된 호기반응조(20)내의 일부 슬러지가 포함된 반응수에 산기관(21)을 통해 충분한 산소를 공급하는 폭기단계;(ⅴ) 전기 폭기공정에 의해 수득한 반응수를 최종 침전조(30)로 옮겨 순수는 별도로 분리하고, 중력에 의해 침전된 슬러지를 최종 침전조(30) 하부중앙의 슬러지 집적장치(15')에 모아 슬러지 반송펌프(50)의 구동력을 이용해 혐기반응조(10)의 외측하부에 위치한 도입부(11, 11")로 반송하는 단계를 포함하는, 제 1항의 상향류 혐기반응조를 포함하는 폐수처리장치를 이용한 폐수처리방법.
- 제 4항에 있어서,전기 혐기반응조(10)로 부터 전송된 일부 슬러지가 포함된 반응수와 전기 호기반응조(20) 내에서의 폭기공정 후, 내부순환펌프(60)에 의해 내부순환시킨 호기반응조(20)의 일부 슬러지가 포함된 반송 슬러지를 도입부(11"')와 유입장치(12"')를 통해 또 다른 혐기반응조(10')내로 유입시킨 후, 혼합장치(14')를 이용하여 3 내지 20 rpm의 범위로 연속 교반시켜 상향으로 흐르는 슬러지의 편류를 방지하면서 2차 발효시킨 후, 혐기반응조(10')내의 유출장치(13')를 이용하여 호기반응조(20)로 유출시키는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는제 1항의 상향류 혐기반응조를 포함하는 폐수처리장치를 이용한 폐수처리방법.
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