KR100302895B1 - 오·폐수 고도처리 정화조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 오·폐수 중의 유기물, 질소 및 인을 생물학적으로 동시에 제거하는 오·폐수 고도처리 정화조에 관한 것이다. 본 발명에 따른 고도처리 정화조는 반응조(A), (B), (C) 및 호기-침전조(D)로 이루어지며; 폐수의 흐름을 저류조, 반응조(A), (B), (C) 및 호기-침전조(D)의 순서로 하고; 상기 반응조(A) 및 (B)는 교대로 폭기와 비폭기가 반복적으로 수행되는 간헐폭기 방식으로 운영되어 유기물, 질소 및 인을 제거하고; 상기 반응조(C)는 무산소 상태로 운영되어 유입수 중의 유기물이 질소의 양에 비해 부족한 경우 외부로부터 유기물을 공급하여 질소 및 인을 제거하며; 상기 반응조(D)는 호기성 반응조 기능과 침전조 기능을 동시에 수행하여 유기물 및 질소 성분을 최종적으로 산화하고 슬러지와 정화된 물을 분리하여 하부 슬러지는 반응조(A)로 반송하고 정화된 물은 배출하여 오·폐수 중에 함유되어 있는 유기물, 질소 및 인을 동시에 제거하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면 상수원으로 유입되는 영양염류를 줄여 부영양화를 예방함으로써 부족해져 가는 상수원을 확보하고 상수 생산경비를 절감시킬 수 있다.

Description

오·폐수 고도처리 정화조 {ADVANCED WASTEWATER TREATMENT SYSTEM}
본 발명은 오·폐수 처리기술에 관한 것으로, 특히 오·폐수 중의 유기물, 질소 및 인을 생물학적으로 동시에 제거하는 오·폐수 고도처리 정화조에 관한 것이다.
질소화합물과 인산염과 같은 영양염류는 하천 및 연안바다, 호소 등의 수역에 유입되어 부영양화 현상의 원인물질로 작용하게 된다. 이러한 부영양화 현상은 해역에서는 적조로, 호소에서는 조류의 이상증식으로 용존 산소를 고갈시키고, 부패에 의한 악취를 일으키며, 특정 조류에서는 독성물질이 발생되어 수생 생태계를 교란시키게 되고, 결국 수자원의 고갈을 초래하게 된다. 이러한 과정은 자연계에서도 진행되지만, 특히 영양염류 물질이 다량 함유되어 있는 생활하수, 축산 폐수 및 공장 폐수 등과 같은 오·폐수의 유입은 자연의 자체 정화능력을 넘어서 부영양화 현상을 급속히 촉진시키는 원인이 된다.
따라서, 호소나 하천 등으로 유입되기 전에 이러한 폐수내의 영양염류(질소, 인)를 제거하기 위한 많은 기술이 개발되고 있다. 현재 널리 사용되고 있는 질소 및 인 제거공정으로는 바덴포법(Bardenpho, 미국특허 제 3,964,998호); 단일 슬러지 시스템인 A/O법, A2/O법(참고문헌 : Hong, S., Kisenbauer, K. S. and Fox, V.G. (1981), An innovative biological nutrient removal system. In: F. M. Saunders, ed., Proceedings in 1981 National Conference of Environmental Engineering, Environmental Engineering Division, ASCE, Atlanta, Georgia) 등과 반응조를 분리 배치하여 혐기-호기 조건을 번갈아 줌으로써 운영하는 공정인 데포낙스(Dephanox)법 및 일정 시간간격으로 유입수의 주입방향을 변경하여 질산화 효율을 증진시키는 공정인 크루거(Kruger)시스템 등이 있다.
그러나, 이러한 방법들은 유기물과 질소의 비가 낮은 경우 질소처리 효율이 낮고, 시설비 및 동력비가 많이 소요되며, 운영이 복잡하다는 문제점이 있었다. 또한, 하나의 반응조내에서 폭기 및 비폭기를 일정한 시간간격으로 반복적으로 수행함으로써 유기물, 질소 및 인을 효과적으로 제거하는 기술 또한 개발되었으나, 이러한 기술도 종래의 기술과 마찬가지로 침전조를 별도로 배치하게 되므로 부지면적을 많이 차지하게 되어 공사비 및 유지비가 비교적 많이 소요되게 된다는 단점이 있었다. 특히, 기존의 고도처리 방법들은 대부분 충분한 질산화 반응이 이루어져 생성된 질산성 질소가 침전조로 유입되고, 유기물이 존재하는 경우 침전조는 무산소 상태가 되고 무산소 상태에서 탈질산화 반응이 이루어져 질소가스를 방출하게 되는데, 이러한 과정에서 고액분리가 원활하게 이루어지지 않아 슬러지가 침전조 상부로 부상하는 현상들이 많이 발생하게 되었다.
본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 유입되는 유기물을 질소 및 인의 처리에 최대한 이용하고 처리공정의 규모를 최소화하기 위하여 하나의 반응조내에서 질산화 및 탈질산화 반응을 유도하는 간헐폭기 기술과 혐기-호기 기술을 활용하며 침전조를 효과적으로 배치하여, 소요되는 부지면적을 최소화하는 동시에 유기물, 질소 및 인의 처리효율을 극대화시키는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 탈질산화 과정에서 슬러지가 침전조 상부로 부상하지 않도록 고액분리가 원활하게 이루어지도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 간헐폭기 기술을 활용하여 산소를 간헐적으로 공급함으로써 산소공급에 소요되는 운영비를 절감하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 오·폐수 고도처리 정화조를 나타낸 간략도,
도 2는 도 1의 평면도,
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 오·폐수 고도처리 정화조를 나타낸 간략도,
도 4는 도 3의 평면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
A : 반응조 B : 반응조
C : 반응조 D : 호기-침전조
4 : 내부유도관 5 : 외부유도관
6 : 웨어 7 : 산기관
8 : 유입펌프 9 : 반송펌프
10 : 브로아(blower) 11 : 수중펌프
12 : 솔레노이드밸브 13 : 내부순환펌프
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 반응조(A), (B), (C) 및 호기-침전조(D)로 이루어진 오·폐수 고도처리 정화조로서, 폐수의 흐름을 저류조, 반응조(A), (B), (C) 및 호기-침전조(D)의 순서로 하고; 상기 반응조(A) 및 (B)는 교대로 폭기와 비폭기를 반복적으로 수행하는 간헐폭기 방식으로 운영되어 유기물, 질소 및 인을 제거하고; 상기 반응조(C)는 무산소 상태로 운영되어 유입수 중의 유기물이 질소의 양에 비해 부족한 경우 외부로부터 유기물을 공급하여 질소 및 인을 제거하며; 상기 반응조(D)는 호기성 반응조 기능과 침전조 기능을 동시에 수행하는 반응조로서 완전히 산화가 이루어지지 않은 유기물 및 질소 성분을 최종적으로 산화하고 슬러지와 정화된 물을 분리하여 하부 슬러지는 반응조(A)로 반송하고 정화된 물은 배출하는 오·폐수 고도처리 정화조를 제공한다.
또한, 본 발명에서는 하부에 공기 공급관이 설치된 내부유도관과 내부유도관을 둘러 싼 외부유도관 및 외부유도관 외부에 배치된 웨어가 호기-침전조에 구비되어, 공기가 공급되면 슬러지가 내부유도관을 따라 상승하고 상승된 슬러지는 외부유도관을 통해 하강하는 연속적인 회전 과정을 통해 슬러지와 정화된 물이 분리되어 고액분리가 원활하게 이루어지는 오·폐수 고도처리 정화조를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 정화조에 내부순환펌프(13)를 추가하여 반응조(C)에서 반응조(A) 또는 추가 배치된 혐기성 반응조로 반송되게 하고; 반응조(D)의 슬러지는 반응조(B)로 반송되게 하는 오·폐수 고도처리 정화조를 제공한다.
오·폐수 중의 일반적인 질소 처리방법을 살펴보면, 먼저 공기를 불어넣은 호기상태에서 활성슬러지 미생물이 질소성분(유기질소, 암모니아성 질소)을 질산성 질소로 산화, 즉 질산화 반응시키고; 이후의 공기를 불어넣지 않은 무산소 상태에서 앞서 생성된 질산성 질소를 질소가스로 전환, 즉 탈질화 시켜서 수중의 질소를 제거한다. 이때 유기물이 요구되는 반응은 무산소 상태에서 이루어지는 탈질화 반응이다. 또한, 생물학적인 인 제거방법은 먼저 혐기조건에서 활성슬러지 미생물의 세포내 인 방출을 유도하고 이후 호기상태에서 수중의 인을 과잉 섭취한 활성슬러지 미생물을 처리공정 밖으로 인출하여 수중의 인을 제거한다. 이때에도 질소처리와 마찬가지로 혐기상태에서 유기물을 필요로 한다. 따라서, 질소와 인의 처리에는 혐기와 호기조건이 필수적임을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 혐기-호기 기술 및/또는 간헐폭기 기술을 활용하고 침전조를 반응조와 결합하여 두 가지 기능을 같은 반응조내에서 수행하게 함으로써 유기물, 질소 및 인을 효과적으로 제거하고 처리공정도 콤펙트하게 구성한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.
도 1은 반응조(A), (B), (C) 및 호기-침전조(D)로 이루어진 고도처리 정화조로서, 폐수의 흐름을 저류조; 간헐폭기 방식으로 운영되는 반응조(A) 및 (B); 무산소상태로 운영되는 반응조(C); 호기성 반응조 기능과 침전조 기능을 동시에 수행하는 반응조(D)의 순서로 하고, 반응조(D)의 하부 슬러지는 반응조(A)로 반송시켜 운영하는 공정으로 이루어진다.
반응조(A) 및 (B)는 교대로 폭기, 비폭기를 일정시간 간격으로 반복적으로 수행함으로써 유기물, 질소 및 인을 제거하게 되는데, 이때 반응조 내에서 폭기시간에는 질산화 반응 및 인의 흡수 기작이 이루어지고, 비폭기 시간에는 유입수로부터 공급된 유기물을 이용하여 탈질산화 반응 및 인의 방출기작이 이루어진다. 또한, 반응조(A) 및 (B)에 타이머(도시되지 않음)와 솔레노이드 밸브(12)를 장착함으로써 폭기 시간과 비폭기 시간을 폐수의 특성에 맞게 조절하여 처리 효율을 극대화시킬 수 있다.
반응조(C)는 탈질산화 효율을 극대화 시키기 위한 반응조로, 유입수 중의 유기물이 질소의 양에 비해 부족한 경우의 효과적인 질소 및 인 제거를 위한 것이다. 유입수 중의 유기물이 질소의 양에 비해 부족한 경우에는 외부에서 인위적으로 유기물을 공급해 주어야 하는데, 이러한 목적을 위해 반응조(C)는 무산소 상태로 운영된다.
반응조(D)는 최종적으로 완전히 산화가 이루어지지 않은 유기물 및 질소 성분을 산화하기 위한 호기성 반응조로서의 기능과 침전조의 기능을 동시에 수행한다. 반응조(D)에는 하부에 공기공급관이 설치된 내부유도관(4)과 내부유도관을 둘러 싼 외부유도관(5) 및 외부유도관 외부에 배치된 웨어(6)가 구비되어, 공기공급관을 통해 공기가 공급되면 슬러지가 내부유도관(4)을 따라 상승하고 상승된 슬러지는 외부유도관(5)을 통해 하강하는 연속적인 회전과정을 통해 슬러지와 정화된 물이 분리된다. 이렇게 정화된 물은 배출되고, 슬러지는 반응조(A)로 반송되어 운영된다.
또한, 각 반응조내에는 미생물의 농도를 증가시키기 위해 일반적으로 사용되는 매체 또는 담체를 투입하여 운영할 수 있다.
또한, 인의 제거효율을 증진시키기 위해 저류조와 반응조(A) 사이에 혐기성 반응조를 추가 배치하여 침전지로부터 슬러지를 반송하여 운영할 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 것으로, 도 1에 도시된 운영체계에 내부순환펌프(13)를 추가하여 반응조(C)에서 반응조(A) 또는 저류조와 반응조(A) 사이에 추가 배치된 혐기성 반응조로 반송되게 하고, 반송펌프(9)는 반응조(D)에서 반응조(B)로 반송되게 바꾸어서 운영할 수 있다. 이때 내부순환펌프(13)는 유입유량의 100∼400%로 하고 반송펌프(9)는 유입유량의30∼200%로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 오·폐수내의 질소와 인 처리를 극대화하여 상수원으로 유입되는 영양염류(질소, 인)를 줄임으로써 부영양화를 억제하고 예방하여 부족해져가는 상수원을 확보하고, 상수 생산경비를 절감할 수 있으며, 일반 하천 및 호소로 유입되는 오염물질(유기물, 질소, 인)을 줄임으로써 환경을 보전할 수 있다.

Claims (6)

  1. 반응조(A), (B), (C) 및 호기-침전조(D)로 이루어진 오·폐수 고도처리 정화조로서,
    폐수의 흐름을 저류조, 반응조(A), (B), (C) 및 호기-침전조(D)의 순서로 하고;
    상기 반응조(A) 및 (B)는 교대로 폭기와 비폭기를 반복적으로 수행하는 간헐폭기 방식으로 운영되어 유기물, 질소 및 인을 제거하고;
    상기 반응조(C)는 무산소 상태로 운영되어 유입수 중의 유기물이 질소의 양에 비해 부족한 경우 외부로부터 유기물을 공급하여 질소 및 인을 제거하며;
    상기 반응조(D)는 호기성 반응조 기능과 침전조 기능을 동시에 수행하는 반응조로서 완전히 산화가 이루어지지 않은 유기물 및 질소 성분을 최종적으로 산화하고 슬러지와 정화된 물을 분리하여 하부 슬러지는 반응조(A)로 반송하고 정화된 물은 배출하는 것을 특징으로 하는 오·폐수 고도처리 정화조.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 반응조(A) 및 (B)에는 타이머와 솔레노이드밸브가 장착되어 폭기 시간과 비폭기 시간을 폐수의 특성에 맞게 조절함으로써 처리 효율을 극대화시키는 것을 특징으로 하는 오·폐수 고도처리 정화조.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 호기-침전조(D)에는 하부에 공기공급관이 설치된 내부유도관(4)과 내부유도관을 둘러 싼 외부유도관(5) 및 외부유도관 외부에 배치된 웨어(6)가 구비되어, 상기 공기공급관을 통해 공기가 공급되면 슬러지가 내부유도관(4)을 따라 상승하고 상승된 슬러지는 외부유도관(5)을 통해 하강하는 연속적인 회전과정을 통해 슬러지와 정화된 물이 분리되는 것을 특징으로 하는 오·폐수 고도처리 정화조.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 (A), (B), (C), (D)의 각 반응조내에는 미생물의 농도를 증가시키기 위해 일반적으로 사용되는 매체 및 담체가 투입되는 것을 특징으로 하는 오·폐수 고도처리 정화조.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 저류조와 반응조(A) 사이에는 인의 제거효율을 증진시키기 위해 혐기성 반응조를 추가 배치하여 호기-침전조(D)로부터 슬러지를 반송하여 운영하는 것을 특징으로 하는 오·폐수 고도처리 정화조.
  6. 제 1항 또는 제 2항 또는 제 5항에 있어서,
    내부순환펌프(13)를 추가하여 상기 반응조(C)에서 반응조(A) 또는 추가 배치된 혐기성 반응조로 반송되게 하고; 반응조(D)의 슬러지는 반응조(B)로 반송되게 하는 것을 특징으로 하는 오·폐수 고도처리 정화조.
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