KR100293569B1 - 반 부상식 담체 수용체가 구비된 연속회분식 생물막 반응 폐수처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속회분식 반응기에 반 부상식 담체 수용체를 설치한 폐수 처리장치에 관한 것으로서, 반응조의 유량 변화에 따라 상하로 이동되는 미생물 고정담체가 충진된 반 부상식 담체 수용체를 설치하여 증식 속도가 느린 질산화균 등 외부로 유출되기 쉬운 미생물을 일정하게 유지시킬 수 있도록 함은 물론, 질소·인의 함량이 높고 부하 변동이 심한 고농도 폐수의 처리 효율을 높일 수 있도록 함에 그 목적이 있다. 이를 위해 본 발명은 부력에 의해 반응조 내에 유입된 폐수의 수면 위에 부상하여 폐수의 유량 변화에 의해 상하로 이동되는 부상용 부표; 부상용 부표의 상부에 설치되어 자체 하중과 부상용 부표의 부력에 의해 하부 일부분이 폐수에 잠긴 상태에서 상부는 반응조 내 폐수의 수면 위로 부상되는 격자 모양의 공간부가 다수 형성된 다면체의 반 부상식 수용체; 반응조 내의 적소에 설치되어 반응조 내로 유입된 폐수의 유량 변화에 의해 상하로 이동되는 부상용 부표와 반 부상식 수용체를 지지하여 상하로만 안내하는 지지대 및 미생물을 부착시켜 반 부상식 수용체의 공간부에 충진되는 미생물 고정담체를 포함하여 이루어진 특징이 있다. 이러한 구성에 의해 본 발명은 미생물 고정담체에 부착된 질산화균의 유실을 방지함은 물론, 운전 조건에 관계없이 미생물 고정담체에 부착된 미생물들이 공기와 접촉한 부분은 질산화가, 폐수에 잠긴 부분은 탈질이 연속적으로 일어나게 하여 폐수에 함유된 고농도 질소·인의 제거 효율을 향상시키는 효과가 있다.

Description

반 부상식 담체 수용체가 구비된 연속회분식 생물막 반응 폐수 처리장치

본 발명은 폐수 처리장치에 관한 것으로서, 특히 연속회분식 반응을 이용한 폐수 처리 장치에 부상식 담체 수용기를 설치하여 고농도 산업 폐수의 질소·인은 물론 COD, BOD, 고형성 부유물을 효율적으로 제거할 수 있도록 하는 반 부상식 담체 수용체가 구비된 연속회분식 생물 반응 폐수 처리장치에 관한 것이다.

일반적으로 산업 폐수는 COD(Chemical Oxygen Demand, 화학적 산소 요구량), BOD(Biochemical Oxygen Demand, 생물학적 산소 요구량), TSS(고형성 부유물), 질소(窒素), 인(燐) 등 고농도의 유기물을 다량 함유하고 있어 강이나 하천 등에 그대로 흘러 들어가면 부영양화 등 수자원의 오염은 물론, 독성으로 인한 생태계의 파괴 등으로 이어져 환경에 악영향을 끼친다. 따라서, 산업 폐수는 일정의 기준을 정해 놓고 일정의 기준치 이하로 정화시켜 배수하도록 되어 있다.

도 1 은 종래의 연속회분식 반응기를 이용한 폐수 처리장치를 도시한 구성도, 도 2 는 종래의 연속회분식 생물 반응기를 이용한 폐수 처리장치를 도시한 구성도이다.

도 1 에 도시된 바와 같이 종래의 연속회분식 반응기(SBR, Sequencing Batch Reactor)를 이용한 폐수 처리장치는 활성 슬러지(Activated Sludge, 활성 슬러지법은 하수나 산업 폐수 중에 포함되어 있는 각종 유기물을 무산소 및 용존 산소의 존재하에서 미생물의 혼합 집단을 연속 배양하여 유기물을 응집, 흡착, 산화, 분해, 침전의 각 작용에 의해 제거하는 방법)를 이용하여 한 반응조에서 무산소 혹은 혐기조건과 호기조건을 번갈아 가며 운전하여 유기물 및 질소·인을 제거하는 공법으로서 일반 활성 슬러지 폭기법의 변형장치이다.

이러한 연속회분식 반응기를 이용한 폐수 처리장치는 원폐수 저장탱크(10), 교반장치, 반응조(20), 반응조(20) 내로 유입되는 폐수의 유입량을 조절하는 수단, 산소 공급수단, 반응조(20) 내에 유입된 폐수의 pH도를 조절하는 수단, 반응조(20) 내에 유입된 폐수의 온도를 조절하는 수단, 연속 회분 반응 이후 처리수와 잉여 슬러지를 배출하는 수단으로 이루어진다.

전술한 바와 같은 구성으로 이루어지는 연속회분식 반응기를 이용한 폐수 처리장치의 작용은 다음과 같다. 먼저, 공장 등에서 흘러나온 원폐수를 원폐수 저장탱크(10)에 저장하는 과정에서 원폐수 교반기(12)가 구동되어 저장된 원폐수를 고루 섞이도록 교반시킨다.

원폐수 교반기(12)에 의해 교반된 원폐수는 원폐수 급수펌프(14)의 작동에 의해 반응조(20) 내로 유입되고, 반응조(20) 내로 유입되는 폐수는 폐수 유입량 조절회로(30)에 의해 일정량만 유입될 수 있도록 제어되는 한편, 폐수 유입량 조절회로(30)에 의해 제어되는 교반기(22)의 구동에 의해 무산소 조건(혐기조건)하에서 교반된다.

반응조(20) 내로 유입된 폐수를 무산소 조건(혐기조건)하에서 일정 시간 동안 교반시킨 후, 교반기(22)를 멈추고 송풍기(40)를 구동시켜 반응조(20) 내측 하부에 설치된 폭기관(42)을 통해 일정 시간 공기를 주입(호기조건)시킨다.

폭기관(42)을 통해 공기를 주입하는 과정(호기조건)이 완전히 끝나면 다시 무산소 과정(혐기조건)을 한 번 더 거친 후 공기 주입(호기조건)을 중단하여 반응조(20) 내의 폐수를 침전시킨다.

이처럼 반응조(20) 내의 폐수를 무산소 과정(혐기조건)과 공기 주입 과정(호기조건)을 반복하는 과정에서 반응조(20) 내에는 미생물이 번식되어 폐수를 정화하게 된다.

한편, 반응조(20) 내로 유입된 일정량의 폐수는 무산소 과정과 산소 과정으로 반복해서 운전되는 동안 미생물의 양호한 증식 조건을 만들기 위해 pH 조절회로(50)는 pH 조절용 펌프(54)를 제어하여 반응조(20) 내 폐수의 pH가 적정 수준에 이를 때까지 pH 조절용 용액인 NaOH ( NaOH 는 알칼리 용액 중의 하나이다.) 가 저장된 pH 조절용 탱크(52)로부터 반응조(20)로 공급되게 하고, 온도 조절회로(60)는 히터(62)를 제어하여 반응조(20) 내 폐수의 온도를 미생물의 적정 증식 온도가 되도록 유지시킨다.

전술한 바와 같은 과정이 완전히 끝난 후 반응조(20) 내의 침전된 처리수 중 상등액은 배수관(70)을 통해 배수펌프(72)로 배출시키고, 잉여 슬러지는 반응조(20) 하단에 설치된 배수구(76)를 통해 배출시킨다. 이때, 상등액의 배출량은 운전 조건에 따라 자동밸브(74)로 조절한다.

한편, 도 2 에 도시된 바와 같이 연속회분식 생물 반응기(SBBR, Sequencing Batch Biofilm Reactor)를 이용한 폐수 처리장치는 연속회분식 반응기 장치의 반응조(20) 내에 고정상 또는 유동상의 미생물 고정담체(80)를 부착한 것으로서, 고정상의 경우에는 미생물 고정담체(80)가 반응조(20)의 일부분(반응조 내부)에 고정된 것이며, 유동상은 미생물 고정담체(80)를 반응조(20) 내에 투입시켜 활성 슬러지와 혼합하여 운전하는 것으로 미생물 고정담체(80)를 반응조(20) 내에 분산시킨 것이다.

그러나, 도 1 에 도시된 종래의 연속회분식 반응기를 이용한 폐수 처리장치에서는 증식 속도가 느린 질산화균 등이 외부로 유출되기 쉬워 미생물의 농도를 일정하게 유지시키기가 어려운 문제가 있다.

또한, 다른 문제점으로는 고농도 산업 폐수와 같이 질소·인의 함량이 높을 경우 처리 효율이 낮아 중·소규모의 산업체 폐수 처리나 소규모의 생활하수 처리 등에 국한되다는 점이다.

한편, 도 2 에 도시된 연속회분식 생물 반응기를 이용한 폐수 처리장치에서 고정상 미생물 고정담체의 경우 반응조의 미생물 고정담체 부분에 미생물이 과잉 성장하여 막힘 현상이 일어나 산소 및 영양소 등의 전달이 잘되지 않아 다양한 미생물을 운전 조건에 관계없이 계속적으로 증식시킬 수 없는 문제가 있다.

다른 문제점으로는, 미생물 고정담체가 수직 방향으로 설치되어 있기 때문에 반응조 내의 폐수를 일정하게 교반시켜 주지 못해 온도, pH 등의 변화에 대한 대처 능력이 떨어질 뿐만 아니라, 미생물 고정담체의 보수 혹은 교체시에는 반응기 장치를 정지시켜야 한다는 점이다.

또 다른 문제점으로는, 미생물 고정담체 표면에 부착된 미생물이 교반 혹은 폭기에 의해 유출되기 쉽기 때문에 증식 속도가 느린 미생물이 유출되기 쉬우며 슬러지 팽화현상(부풀어오르거나 풀리는 현상)으로 인한 슬러지 부상과 같은 문제가 발생한다.

또한, 유동상 미생물 고정담체의 경우에는 침전 과정에서 담체가 활성 슬러지와 함께 침전하게 되므로 잉여 슬러지 제거시 미생물 고정담체도 함께 유출되므로 정기적으로 미생물 고정담체를 보충해 주어야 하며, 질산화균 등과 같은 증식 속도가 느린 미생물도 함께 유실되는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 반응조의 유량 변화에 따라 상하로 이동되는 미생물 고정담체가 부착된 반 부상식 담체 수용체를 설치하여 증식 속도가 느린 질산화균 등 외부로 유출되기 쉬운 미생물을 일정하게 유지시킬 수 있도록 함은 물론, 질소·인의 함량이 높고 부하 변동이 심한 고농도 폐수의 처리 효율을 높일 수 있도록 한 반 부상식 담체 수용체가 구비된 연속회분식 생물막 반응 폐수 처리장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 반응조 내 폐수의 유량 변화에 따라 상하로 이동되는 반 부상식 담체 수용체를 설치하여 짧은 시간에 많은 양의 폐수를 처리할 수 있도록 함으로써 대규모의 산업 폐수를 처리할 수 있도록 함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 반응조 내 폐수의 유량 변화에 따라 상하로 이동되는 반 부상식 담체 수용체를 설치하여 반응조 내의 미생물 고정담체 부분에 미생물이 과잉 성장하는 것을 방지하여 운전 조건에 관계없이 다양한 미생물을 계속적으로 증식시킬 수 있도록 하며, 반응조 내의 폐수를 일정하게 교반시켜 온도, pH 등의 변동에 따른 대처를 원활하게 할 수 있도록 함에 있다.

한편, 전술한 바와 같은 목적에 더하여 슬러지의 팽화현상을 방지하여 슬러지 부상과 같은 문제점이 발생하지 않도록 함에 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해 구성되는 본 발명의 특징은 다음과 같다. 즉, 하수 및 산업용 폐수를 저장하는 원폐수 저장탱크, 원폐수 저장탱크로부터 유입된 하수 및 산업용 폐수의 각종 유기물을 무산소 및 용존 산소의 존재 하에서 미생물의 혼합 집단을 연속 배양시키는 반응조를 구비하여 하수 및 산업용 폐수를 정화 처리하는 연속회분식 반응기를 이용한 폐수 처리장치에 있어서, 부력에 의해 반응조 내에 유입된 폐수의 수면 위에 부상하여 폐수의 유량 변화에 의해 상하로 이동되는 부상용 부표; 부상용 부표의 상부에 설치되어 자체 하중과 부상용 부표의 부력에 의해 하부 일부분이 폐수에 잠긴 상태에서 상부는 반응조 내 폐수의 수면 위로 부상되는 격자 모양의 공간부가 다수 형성된 다면체의 반 부상식 수용체; 반응조 내의 적소에 설치되어 반응조 내로 유입된 폐수의 유량 변화에 의해 상하로 이동되는 부상용 부표와 반 부상식 수용체를 지지하여 상하로만 안내하는 지지대 및 미생물을 부착시켜 반 부상식 수용체의 공간부에 충진되는 미생물 고정담체를 포함하여 이루어진 특징이 있다.

전술한 구성의 부상용 부표와 반 부상식 수용체에 상하로 관통 설치된 회전축과 회전축의 하단에 설치된 회전날개로 이루어져 반응조 내의 폐수를 교반시키는 교반기가 더 구비될 수 있다.

또한, 회전축의 하부측에 설치되어 부상용 부표를 일정 이하로 하강하지 않도록 하는 부표 하강 방지편이 더 구비될 수 있다.

전술한 부표 하강 방지편은 부상용 부표와 교반기의 회전날개간에 상호 간섭이 발생하지 않도록 설치하는 것이 양호하다.

한편, 미생물 고정담체에 부착된 미생물 중 대기와 접촉된 미생물에서는 질산화가 일어나고, 폐수에 잠긴 미생물에서는 탈질이 연속적으로 일어나는 특징이 있다.

도 1 은 종래 연속회분식 반응기를 이용한 폐수 처리장치를 도시한 구성도.

도 2 는 종래 연속회분식 생물 반응기를 이용한 폐수 처리장치를 도시한 구성도.

도 3 은 본 발명에 따른 반 부상식 담체 수용체가 구비된 연속회분식 생물 반응기를 이용한 폐수 처리장치를 도시한 구성도.

도 4 는 본 발명에 따른 반 부상식 담체 수용체의 반 부상장치를 도시한 측면 구성도.

도 5 는 본 발명에 따른 반 부상식 담체 수용체의 반 부상장치를 도시한 평면 구성도.

도 6 은 본 발명에 따른 반 부상식 담체 수용체의 반 부상장치 및 동작을 설명하기 위한 것으로, 도 6a 는 반응조로 원폐수의 유입 과정을 보인 상태도, 도 6b 는 반응조 내 폐수의 무산소 조건(혐기조건) 과정을 보인 상태도, 도 6c 는 반응조 내 폐수의 산소 조건(호기조건) 과정을 보인 상태도, 도 6d 는 반응된 폐수의 침전 과정을 보인 상태도, 도 6e 는 침전된 폐수의 배수 과정을 보인 상태도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

100. 폐수 처리장치 110. 원폐수 저장탱크

112, 240. 교반기 114. 원폐수 급수배관

116. 원폐수 급수펌프 120. 반응조

130. 폐수 유입량 조절회로 140. 송풍기

142. 폭기관 150. pH 조절회로

152. pH 조절용 탱크 154. pH 조절용 펌프

160. 온도 조절회로 162. 히터

170. 배수관 172. 배수펌프

174. 자동밸브 176. 배수구

200. 부상용 부표 210. 반 부상식 담체 수용체

220. 지지대 230. 미생물 고정담체

242. 구동모터 244. 회전축

246. 회전날개 250. 부표 하강 방지편

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예에 따른 반 부상식 담체 수용체가 구비된 연속회분식 생물막 반응 폐수 처리장치에 대해 상세히 설명한다.

도 3 은 본 발명에 따른 반 부상식 담체 수용체가 구비된 연속회분식 생물 반응기를 이용한 폐수 처리장치를 도시한 구성도, 도 4 는 본 발명에 따른 반 부상식 담체 수용체의 반 부상장치를 도시한 측면 구성도, 도 5 는 본 발명에 따른 반 부상식 담체 수용체의 반 부상장치를 도시한 평면 구성도이다.

도 3 내지 도 5 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 반 부상식 담체 수용체가 구비된 연속회분식 반응기를 이용한 폐수 처리장치(100)는 원폐수 저장탱크(110), 교반장치, 반응조(120), 반응조(120) 내로 유입되는 폐수의 유입량을 조절하는 수단, 산소 공급수단, 반응조(120) 내에 유입된 폐수의 pH도를 조절하는 수단, 반응조(120) 내에 유입된 폐수의 온도를 조절하는 수단, 폐수의 정화 처리 이후 처리수와 잉여 슬러지를 배출하는 수단 및 미생물을 부착하여 폐수의 유량 변화에 따라 상하로 이동되는 반 부상식 담체 수용체의 부상수단으로 이루어진다.

전술한 원폐수 저장탱크(110)는 공장 등에서 발생되는 산업용 원폐수를 저장하는 탱크로, 이 원폐수 저장탱크(10)에는 유입되는 원폐수의 유량을 조절할 수 있는 수단을 포함하는 한편, 저장탱크(10) 내에 저장된 원폐수가 고루 섞일 수 있도록 교반시키는 원폐수 교반기(112)가 설치된다.

반응조(120)는 원폐수 저장탱크(110)로부터 유입된 원폐수를 연속 생물 반응시켜 정화하기 위한 탱크로, 원폐수 저장탱크(110)와 원폐수 급수배관(114)으로 연결된다. 원폐수 급수배관(114)의 일측에는 원폐수 급수펌프(116)가 설치되고, 이 원폐수 급수펌프(116)에 의해 원폐수 저장탱크(110)에 저장된 원폐수는 반응조(120)로 급송된다. 원폐수 급수펌프(116)는 폐수 처리장치의 처리 능력에 따라 다수개 설치될 수 있다.

폐수 유입량 조절수단은 반응조(120) 내로 유입되는 폐수의 유입량을 조절하기 위한 것으로, 반응조(120) 내로 유입되는 폐수의 유입량 변화를 감지하는 센서를 포함한 폐수 유입량 조절회로(130)가 구비된다. 이때, 폐수 유입량 조절회로(130)는 원폐수 급수펌프(116)와 전기적으로 연결되어 폐수가 반응조(120) 내로 일정량 유입될 때까지 원폐수 급수펌프(116)를 제어한다.

산소 공급수단은 반응조(120) 내의 폐수에 산소를 공급하여 호기조건 상태하의 반응 과정을 진행시키기 위한 것으로, 반응조(120)의 외부에 설치된 송풍기(140) 및 송풍기(140)와 연결되어 반응조(120) 내에서 공기 방울을 형성시키는 폭기관(142)으로 이루어진다. 송풍기(140)는 폐수 처리장치의 규모에 관계하여 다수개 설치될 수 있다.

pH 조절수단과 온도 조절수단은 반응조(120) 내에 일정량의 폐수가 유입된 상태에서 미생물의 양호한 증식 조건을 만들어 주기 위한 것으로, pH 조절수단은 반응조(120)에 저장된 폐수의 pH를 측정하기 위한 센서를 포함한 pH 조절회로(150), pH 조절용 용액인 NaOH ( NaOH 는 알칼리 용액 중의 하나이다.)가 저장된 pH 조절용 탱크(152) 및 pH 조절용 탱크(152)에 저장된 NaOH 용액을 반응조(120)로 급송하기 위한 pH 조절용 펌프(154)로 이루어진다. 이때, pH 조절회로(150)는 pH 조절용 펌프(154)와 전기적으로 연결되어 반응조(120) 내의 폐수가 적정의 pH에 이를 때까지 pH 조절용 펌프(154)를 제어한다. 폐수의 적정 pH는 7∼8 정도로 알맞게는 7.5 정도이다.

온도 조절수단은 반응조(120) 내 폐수의 온도를 감지하는 센서를 포함한 온도 조절회로(160)와 온도 조절회로(160)에 의해 제어되어 반응조(120) 내의 폐수를 가열하는 히터(162)로 이루어진다. 이러한 온도 조절수단에서 온도 조절회로(60)는 히터(62)를 제어하여 반응조(20) 내 폐수의 온도를 미생물의 적정 증식 온도가 되도록 유지시킨다. 한편, 반응조(120) 내의 적정 가열 온도는 25∼35℃로 알맞게는 30∼35℃가 적당하다.

처리수 및 잉여 슬러지 배출수단은 반응조(120) 내의 연속 회분 반응 이후 처리수 및 잉여 슬러지를 배출시키는 것으로, 처리수의 배출수단은 배수관(170), 배수펌프(172), 배출량을 운전 조건에 따라 조절이 가능하도록 하는 자동밸브(174) 및 반응조(120) 하단에 설치되어 잉여 슬러지를 배출시키는 배수구(176)로 이루어진다.

한편, 미생물을 부착하여 폐수의 유량 변화에 따라 상하로 이동되는 반 부상식 담체 수용체의 반 부상수단은 미생물을 충진시켜 반응조(120) 내의 유량 변화에 따라 상하로 이동될 수 있도록 한 것으로, 이 반 부상식 담체 수용체의 반 부상수단에는 부상용 부표(200), 반 부상식 담체 수용체(210), 지지대(220) 및 미생물 고정담체(230)가 구비된다.

전술한 부상용 부표(200)는 자체 부력(浮力)을 이용하여 반 부상식 담체 수용체(220)를 폐수의 수면 위로 부상시키기 위한 것으로, 반응조(120) 내에 유입된 폐수의 유량 변화에 의해 상하로 이동된다. 한편, 부상용 부표(200)는 자체 부력을 갖는 재질이면 어느 것이나 사용할 수 있으나, 대체적으로 부력이 양호한 재질의 것을 부상용 부표(200)로 사용한다.

이러한 부상용 부표(200)는 반응조(120)의 크기를 고려하여 알맞은 크기로 제작하되 사용에 용이하도록 직육면체의 형태로 제작하여 사용한다.

반 부상식 담체 수용체(210)는 미생물이 내외부에 부착된 미생물 고정담체(230)를 충진시키기 위한 것으로, 이 반 부상식 담체 수용체(210)는 부상용 부표(200)의 상부에 설치된다. 이때, 반 부상식 담체 수용체(210)는 사방에 격자 모양의 구멍이 무수히 많게 형성된 다면체로 이루어져 그 자체의 하중과 부상용 부표(200)의 부력에 의해 하부 일부분이 폐수에 잠긴 상태에서 상부는 폐수의 수면 위로 부상된다. 즉, 반 부상식 담체 수용체(210)의 상부 일부분은 부상용 부표(200)의 적정한 부력에 의해 폐수의 수면 위로 1/3정도 노출된다.

반 부상식 담체 수용체(210)는 부상용 부표(200)의 상부에 설치되기 때문에 부상용 부표(200)와 동일 한 크기로 제작하거나 작게 제작하되 부상용 부표(200)와 마찬가지로 직육면체의 형태로 제작하는 것이 바람직하다.

지지대(220)는 반응조(120) 내의 유량 변화에 따라 상하로 이동되는 부상용 부표(200)와 반 부상식 담체 수용체(210)를 상하로만 안내되도록 지지하는 것으로, 이 지지대(220)는 원기둥의 형태로 반응조(120) 내에 다수 설치되어 직육면체의 형태로 이루어진 부상용 부표(200) 및 반 부상식 담체 수용체(210)의 각 모서리 부분을 지지 안내한다.

즉, 지지대(220)를 부상용 부표(200)와 반 부상식 담체 수용체(210)의 모서리 부분에 수직으로 관통 설치하되, 지지대(220)를 관통시키기 위한 부상용 부표(200)와 반 부상식 담체 수용체(210)의 관통공(202, 212)을 지지대(220)의 지름보다 크게 한다.

이처럼 부상용 부표(200)와 반 부상식 담체 수용체(210)의 관통공(202, 212)을 관통하여 설치된 지지대(220)는 반응조(120) 내 폐수의 유량이 변하게 되면 부상용 부표(200)와 반 부상식 담체 수용체(210)를 상하로만 지지 안내한다.

미생물 고정담체(230)는 미생물을 내외부에 부착시키기 위한 것으로, 이 미생물 고정담체(230)는 다공성의 조각이나 박편 등으로 이루어진다. 특히, 미생물 고정담체(230)는 다공성의 폴리우레탄이나 세라믹과 같은 재질을 사용하는 것이 양호하다.

이처럼 이루어진 미생물 고정담체(230)는 반 부상식 담체 수용체(210)의 공간부에 충진된다.

전술한 바와 같이 미생물 고정담체(230)가 충진된 반 부상식 담체 수용체(210)를 폐수의 수면 위로 1/3정도 노출되게 함으로써 미생물 고정담체(230)에 부착된 미생물 중 대기와 접촉된 미생물에서는 질산화가 일어나고, 폐수에 잠긴 미생물에서는 탈질이 연속적으로 일어나게 된다.

한편, 반응조(120) 내에는 유입된 폐수를 교반시키기 위한 교반기(240)가 설치되는데, 이 교반기(240)는 구동모터(242), 회전축(244) 및 회전날개(246)로 이루어진다. 이때, 교반기(240)의 회전축(244)은 부상용 부표(200)와 반 부상식 담체 수용체(210) 간에 간섭되지 않도록 하는 범위 내에서 부상용 부표(200)와 반 부상식 담체 수용체(210)를 상하로 관통하여 설치되고, 부상용 부표(200)와 반 부상식 담체 수용체(210)를 관통한 회전축(244)의 하단에 회전날개(246)가 설치된다.

즉, 부상용 부표(200)와 반 부상식 담체 수용체(210)의 중심 부분에 회전축(244)의 지름보다 큰 지름의 관통홈(204, 214)이 형성되고, 이 관통홈(204, 214)에 교반기(240)의 회전축(244)이 관통하여 설치된다. 이러한 교반기(240)는 폐수 유입량 조절회로(130)에 의해 제어된다.

반응조(120) 내부의 폐수를 배수할 경우 폐수의 수위가 낮아짐에 따라 하강되는 부상용 부표(200)와 회전날개(246)가 서로 접하지 않도록 하기 위해 회전날개(246) 상부의 회전축(244) 상에 부표 하강 방지편(250)이 설치된다.

전술한 부상용 부표(200), 반 부상식 담체 수용체(210) 및 지지대(220)는 반응조(120)의 폭기와 교반에 지장을 초래하지 않는 부분 즉, 반응조(120)의 사각지역에 설치된다.

도 6 은 본 발명에 따른 부상장치 및 동작을 설명하기 위한 것으로, 도 6a 는 반응조로 원폐수의 유입 과정을 보인 상태도, 도 6b 는 반응조 내 폐수의 무산소 조건(혐기조건) 과정을 보인 상태도, 도 6c 는 반응조 내 폐수의 산소 조건(호기조건) 과정을 보인 상태도, 도 6d 는 반응된 폐수의 침전 과정을 보인 상태도, 도 6e 는 침전된 폐수의 배수 과정을 보인 상태도이다.

도 3 내지 제 5 도 및 도 6a 내지 도 6e 에 도시된 바와 같이 본 발명의 반부상식 담체 수용체가 구비된 연속회분식 생물 반응 폐수 처리장치의 작용·효과는 다음과 같다. 먼저, 공장 등에서 흘러나온 원폐수를 원폐수 저장탱크(110)에 저장하는 과정에서 원폐수 교반기(112)를 통해 저장된 원폐수를 교반시켜 고루 섞이도록 한다. 원폐수 교반기(112)에 의해 교반된 원폐수는 원폐수 급수펌프(114)의 작동에 의해 반응조(120) 내로 유입되고, 유입되는 폐수의 수위 변화에 의해 부상용 부표(200)는 지지대(220)에 안내되어 상향 이동하게 된다. 이때, 반 부상식 담체 수용체(210)의 상부측 1/3정도는 폐수의 수면 위로 부상되어 있는 상태이다.(도 6a 참조)

한편, 반응조(120)로 유입되는 폐수는 폐수 유입량 조절회로(130)에 의해 일정량만 유입될 수 있도록 제어되는 한편, 반응조(120) 내로 일정량 유입된 폐수는 폐수 유입량 조절회로(130)에 의해 제어되는 교반기(240)의 구동에 의해 무산소 조건(혐기조건)하에서 교반된다.(도 6b 참조)

전술한 바와 같이 반응조(120) 내로 유입된 폐수를 무산소 조건(혐기조건)하에서 일정 시간 동안 교반시킨 후, 교반기(122)를 멈추고 송풍기(140)를 구동시켜 반응조(120) 내측 하부에 설치된 폭기관(142)을 통하여 일정 시간 공기를 주입(호기조건)시킨다.(도 6c 참조) 한편, 이러한 무산소 과정과 공기 주입 과정은 폐수가 일정한 정화 기준에 충족될 때까지 반복 실시한다.

이처럼 반응조(120) 내의 폐수를 무산소 과정(혐기조건)과 공기 주입 과정(호기조건)을 반복하는 과정에서 반응조(120) 내에는 미생물이 번식되어 폐수를 정화하게 된다. 즉, 폐수의 수면 위로 1/3정도 노출된 미생물 고정담체(230)에 부착된 미생물은 질산화가 일어나고, 폐수에 잠긴 미생물은 탈질이 연속적으로 일어나 폐수에 함유된 고농도의 COD, BOD, 고형성 부유물, 질소·인을 제거하게 된다.

한편, 무산소 과정과 산소 과정으로 반복해서 운전되는 동안 반응조(120) 내의 폐수를 미생물이 양호하게 증식될 수 있는 조건으로 만들기 위해 pH 조절회로(150)는 pH 조절용 펌프(154)를 제어하여 반응조(120)내 폐수의 pH가 적정 수준에 이를 때까지 pH 조절용 용액인 NaOH 가 저장된 pH 조절용 탱크(152)로부터 반응조(120)로 공급되게 하고, 온도 조절회로(160)는 히터(162)를 제어하여 반응조(120)내 폐수의 온도를 미생물의 적정 증식 온도로 유지시킨다.

전술한 바와 같은 과정이 완전히 끝나면 반응조(120) 내의 폐수를 침전(도 6d 참조)시켜 상등액은 배수관(170)을 통해 배수펌프(172)로 배출시키고, 잉여 슬러지는 반응조(120) 하단에 설치된 배수구(176)를 통해 배출시킨다.(도 6e 참조)

처리수를 배출시키는 과정에서 미생물 고정담체(230)는 반 부상식 담체 수용체(210)에 충진되어 있기 때문에 배출되는 처리수와 함께 배출되지 않는다.

한편, 처리수를 배출시키면 폐수의 수위에 따라 반 부상식 담체 수용체(210)는 초기의 위치로 돌아간다.

이와 같이 원폐수 급수펌프(116)가 작동되면 원폐수 저장탱크(110)의 원폐수가 반응조(120) 내로 유입되고, 유입량에 따라 반 부상식 담체 수용체(210)가 수면의 높이와 함께 부상하며, 운전중에는 운전 조건과 관계없이 반 부상식 담체 수용체(210)의 일정 부분은 수면에 잠긴다. 운전이 끝난 후 자동밸브(174)가 작동하여 처리수가 방류되면 수면을 따라 반 부상식 담체 수용체(210)가 초기의 위치로 되돌아간다. 전술한 바와 같은 동작을 반복하여 반 부상식 담체 수용체가 구비된 연속회분식 생물 반응 폐수 처리장치가 가동한다.

이상에서와 같이 본 발명의 폐수 처리장치를 이용하여 폐수를 처리함에 있어서 COD, BOD, 고형성 부유물의 제거 효율 및 제거 시간은 종래의 연속회분식 반응(SBR) 공법보다는 각각 40% 이상, 50% 이상 향상되며, 연속회분식 생물 반응(SBBR) 공법보다는 30% 이상의 처리 효율이 향상되었다. 특히, 총질소 제거 효율 및 제거 시간은 종래의 SBBR 공법보다 50% 이상 향상되었다.

본 발명은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면 반 부상식 담체 수용체를 갖는 연속회분식 생물막 반응 폐수 처리장치를 사용함으로써 미생물 고정담체에 부착된 질산화균의 유실을 방지함은 물론, 운전 조건에 관계없이 미생물 고정담체에 부착된 미생물들이 공기와 접촉한 부분은 질산화가, 폐수에 잠긴 부분은 탈질이 연속적으로 일어나게 하여 폐수에 함유된 고농도의 질소·인 제거 효율을 향상시키는 효과가 있다.

본 발명의 다른 효과는 폐수 처리장치의 장시간 운전에서도 미생물의 과잉성장에 의한 막힘 현상을 방지할 수 있어 다양한 미생물을 운전 조건에 관계없이 계속적으로 증식시킬 수 있으며 슬러지 팽화현상으로 인한 슬러지 부상과 같은 문제점을 해결할 수 있다.

본 발명의 또 다른 효과는 침전 공정에서 미생물 고정담체가 활성 슬러지와 함께 침전하지 않으므로 잉여 슬러지 제거시 미생물 고정담체가 함께 유출되지 않아 증식 속도가 느린 질산화균 등을 일정하게 유지시킬 수 있고, 정기적으로 미생물 고정담체를 보충해 주어야 할 필요가 없으므로 운전 유지비가 절감된다.

한편, 본 발명의 또 다른 효과는 반응조 내 폐수의 유량 변화에 따라 상하로 이동되는 반 부상식 담체 수용체를 설치하여 미생물의 유실을 방지하므로써 짧은 시간에 많은 양의 폐수를 처리할 수 있음은 물론, 대규모의 산업 폐수를 처리할 수 있다.

또한, 본 발명은 반응조 내 폐수의 유량 변화에 따라 상하로 이동되는 반 부상식 담체 수용체를 설치하여 반응조 내의 폐수 유입 부분에 미생물이 과잉 성장하는 것을 방지하여 운전 조건에 관계없이 다양한 미생물을 계속적으로 증식시킬 수 있도록 하며, 반응조 내의 폐수를 일정하게 교반시켜 온도 및 pH 등의 변동에 따른 대처를 원활하게 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 하수 및 산업용 폐수를 저장하는 원폐수 저장탱크, 상기 원폐수 저장탱크로부터 유입된 하수 및 산업용 폐수의 각종 유기물을 배양기로 하여 무산소 및 용존 산소의 존재 하에서 미생물의 혼합 집단을 연속 배양시키는 반응조를 구비하여 상기 하수 및 산업용 폐수를 정화 처리하는 연속회분식 반응기를 이용한 폐수 처리장치에 있어서,

   부력에 의해 상기 반응조 내에 유입된 폐수의 수면 위에 부상하여 상기 폐수의 유량 변화에 의해 상하로 이동되는 부상용 부표;

   상기 부상용 부표의 상부에 설치되어 자체 하중과 상기 부상용 부표의 부력에 의해 하부 일부분이 폐수에 잠긴 상태에서 상부는 상기 반응조 내 폐수의 수면 위로 부상되는 격자 모양의 공간부가 다수 형성된 다면체의 반 부상식 수용체;

   상기 반응조 내의 적소에 설치되어 상기 반응조 내로 유입된 폐수의 유량 변화에 의해 상하로 이동되는 상기 부상용 부표와 반 부상식 수용체를 지지하여 상하로만 안내하는 수단; 및

   상기 미생물을 부착시켜 상기 반 부상식 수용체의 공간부에 충진되는 미생물 고정담체를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반 부상식 담체 수용체를 갖는 연속회분식 생물막 반응 폐수 처리장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 부상용 부표와 반 부상식 수용체에 상하로 관통 설치된 회전축과 상기 회전축의 하단에 설치된 회전날개로 이루어져 상기 반응조 내의 폐수를 교반시키는 교반기가 더 구비된 것을 특징으로 하는 반 부상식 담체 수용체를 갖는 연속회분식 생물막 반응 폐수 처리장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 회전축의 하부측에 설치되어 상기 부상용 부표를 일정 이하로 하강하지 않도록 하는 수단이 더 구비된 것을 특징으로 하는 반 부상식 담체 수용체를 갖는 연속회분식 생물막 반응 폐수 처리장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 부표 하강 방지수단은 상기 부상용 부표와 상기 교반기의 회전날개간에 상호 간섭이 발생하지 않도록 설치된 것을 특징으로 하는 반 부상식 담체 수용체를 갖는 연속회분식 생물막 반응 폐수 처리장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미생물 고정담체에 부착된 미생물 중 대기와 접촉된 미생물에서는 질산화가 일어나고, 상기 폐수에 잠긴 미생물에서는 탈질이 연속적으로 일어나도록 한 것을 특징으로 하는 반 부상식 담체 수용체를 갖는 연속회분식 생물막 반응 폐수 처리장치.