KR100316405B1 - 생물학적처리개선을위한폭기조에의미생물공급방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오·폐수의 생물학적처리의 한 단계인 폭기조에 잉여슬러지를 반송하는 방법에 관한 것으로, 종래에는 폭기조를 거친 오·폐수로부터 침전된 잉여슬러지 중 일부를 그대로 폭기조에 반송하므로서 폭기조에 미생물을 공급하여 왔던 바, 이와같이하여 폭기조에 공급되는 잉여슬러지 내의 미생물은 그 주위에 기포가 존재하여 미생물의 활성화가 불충분하였던 바, 본 발명은 잉여슬러지를 분무하여 미생물 주위에 존재하던 기포를 제거하여 미생물의 개체수와 활성도를 높인 후 이를 폭기조에 반송케 함으로써, 후속 처리가 호기성처리일 경우 그 처리 효율이 개선될 수 있게 하고, 후속처리가 혐기성소화의 경우 황화수소를 저감시키고, 소화조의 온도조절을 용이하게 하며, 안정적인 혐기성소화를 확보할 수 있게 한 것임.

Description

생물학적처리 개선을 위한 폭기조에의 미생물 공급 방법

본 발명은 오·폐수의 생물학적처리 개선을 위한 폭기조에의 미생물 공급 방법에 관한 것으로, 특히, 미생물의 주위에 존재하는 기포를 제거하여 미생물의 활성을최대화시켜 후속처리의 생물학적처리 효과를 개선할 수 있게 하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

오·폐수의생물학적처리는 수중의 오탁물질을 미생물에 의존하여 정화하는 조작이다. 미생물은 조작방법에 따라서 활성도의 차이가 매우 다양하게 나타나고 있어 미생물의 활성도를 증가시키기 위해서는 다양한 인자가 고려되어야 한다. 즉, 생물학적처리의 가장 근본은 미생물의 개체수의 확보와 활성도라고 할 수 있다. 생물학적처리에서 유기물의 제거속도는 곧 미생물의 개체수와 비례한다고 할 수 있다. 그러나 존재하고 있는 미생물이 생존 및 번식할 수 있는 활동능력을 유지할 수 없을 경우에는 유기물제거 속도가 저하될 수 밖에 없다.

지금까지 이와 같은 2가지의 조건을 최대화시킬 수 있는 관점에서 다양한 생물학적처리 방법이 연구되어 왔으나 2가지 조건을 동시에 충족시킬 수 있는 공정은 개발되지 않고 있는 실정이다. 기존의 생물학적처리의 대표적인 예라고 할 수 있는 활성슬러지법의 경우, 잉여슬러지는 폭기조를 통해서 형성된 미생물 프록이 침전조에서 침전된 형태이므로 주위에는 기포가 상당량 존재한다. 이러한 기포는 후속처리인 농축을 방해할 뿐만아니라 생물학적처리시 기질과 미생물의 접촉을 저해하는 요인이 되어 미생물활성도가 저하된다. 이러한 잉여슬러지의 미생물은 유기물을 소모하는 속도가 매우 느릴 뿐만아니라 다량의 슬러지가 발생되는 원인이 되고 있다. 최근에 활발하게 개발되고 있는 공정중에 하나가 생물학적 접촉산화법이다. 생물학적 접촉산화법은 미생물 개체수의 확보에는 상당한 효과를 거두고 있으나 역시 미생물의 활성도의 측면에서는 미흡하다. 특히, 반송슬러지에 존재하는 미생물의 활성화에는 기존 활성슬러지법과 큰차이가 없는 실정이다. 따라서 기존의 어떤 생물학적처리도 미생물의 개체수 증가와 활성도를 동시에 확보할 수 있는 공정이 국내·외적으로 연구되었거나 현장에 설치된 사례는 없다.

본 발명은 미생물이 다량 함유된 잉여슬러지를 고농도로 농축시켜 미생물의 개체수를 최대한 확보하고 미생물 주위의 가스성분을 제거하여 미생물의 활성도를 가속화시켜 후속 생물학적처리 효율을 획기적으로 개선하기 위한 방법과 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명자들은 기존 공정의 생물학적처리 효율개선을 위한 다양한 연구를 수행한 결과, 기존의 오·폐수처리 공정에 의해서 생물학적처리를 실시할 경우에 처리 효율이 낮다던지, 슬러지 발생량이 많다던지, 처리공정이 안정화되지 못하는 등의 문제는 유기물제거의 필수적인 요소인 충분한 미생물 군집과 활성화된 미생물의 확보가 불충분하기 때문이라는 사실을 알게 되었다. 그리하여 본 발명자들은 미생물의 활성도를 높여주는 동시에 미생물의 농도를 높여주기 위해서는 미생물 주위의 기포를 제거하는 과정이 해결되어야 할 선결문제라고 판단하게 되었다. 즉, 미생물주위의 기포 제거는 슬러지의 비중을 증가시켜 침전을 촉진시킬 수 있고, 미생물과 기질 및 산소와의 접촉을 용이하게 하고, 아울러 천적관계인 박테리아와 원생동물의 접촉도 용이하게 하기 때문이다.

이와 같은 기초이론을 토대로하여 본 발명자들은 미생물 주위로부터 액체 및 기체의 분리 방법을 연구한 결과, 잉여슬러지를 분무하거나 상호 반대 방향에서 분사하므로써 잉여슬러지의 미생물 주위에 부착된 가스를 제거할 수 있음을 알았다. 반송해야할 슬러지가 과량일 경우 이와같이 하여 가스가 제거된 슬러지를 물과의 분리공정을 거칠 필요 없이 그대로 폭기조에 반송하므로서 활성화된 미생물을 폭기조에 공급할 수도 있다. 이것이 본 발명의 요지이다. 또한 가스가 제거된 잉여슬러지는 농축조의 상등수 표면에 부유하는 스컴층의 슬러지와 쉽게 응결하는 성질이 있어 잉여슬러지 덩어리를 형성하고 결국 중력 침전을 가속화시킬 수 있다는 것을 알았다. 따라서 이와같이하여 침전되고 농축된 잉여슬러지를 폭기조에 공급하게 되면 반송량을 줄여 폭기조의 처리용량을 증가시킬 수 있다. 이와같이 본 발명은 잉여슬러지를 분무하여 잉여슬러지 주변의 기체성분을 제거하므로써 미생물의 개체수와 활성도를 동시에 확보하여, 후속 호기성처리 효율을 혁신적으로 개선시킬 수 있으며, 후속처리가 혐기성소화의 경우 황화수소 저감, 소화조 온도조절의 용이함, 안정적인 혐기성소화를 확보할 수 있는 생물학적처리의 전처리 공정을 제공할 수 있게 되는 것이다. 이와 같은 본 발명을 첨부된 도면에 의하여 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명의 방법을 실시하기 위한 장치의 일실시예의 요부 발췌 단면도임

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1............저류조 2...............압출펌프

11..........배관 3...............압축공기분사장치

4............분출구 5...............침전조

50..........출구 51, 52, 53, 54............경사판

55..........안내끈

6.............농축조 61............배출구

62...........제어변 63.............보호벽

7.............배수조 8................공기분사장치

9.............슬러지

본 발명은 잉여슬러지를 분무하여 무화시킴으로써 미생물로부터 기체를 분리하여 미생물을 활성화시키고 활성화된 미생물을 가진 슬러지를 폭기조에 공급하며, 나아가, 슬러지 상호간의 응집성을 촉진시켜 응집된 슬러지만을 분리하여 폭기조에 공급하므로서 후속처리인 생물학적처리의 효율성을 촉진시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상술한 바와 같이 잉여슬러지를 분무시키는 것을 요소로 한다. 따라서 무화를 위한 분출장치가 필요하다. 분출장치에 의하여 분사되는 슬러지에 포함된 물은 무화되면서 슬러지와 분리되며, 또한 슬러지에 부착되어 있던 기체 또한 분리된다. 또한 이와 같은 무화과정에서, 일부 미생물 세포 슬라임(Slime)층에 존재하는 가스가 제거됨에 따라 잉여슬러지의 비중이 증가되고, 따라서 이후에는 잉여슬러지와 물이 혼합되더라도, 잉여슬러지는 물의 저부로 용이하게 침전되어 물과의 분리가 용이하게 된다. 그리고 분사되어 무화된 물방울은 공기중에 부유하게 되나 슬러지는 비중이 크므로 분사력에 의하여 비교적 먼거리까지 이동된다. 따라서 슬러지의 분사방향 또는 그 반대방향으로 부터 공기를 분사시키면 슬러지에서 이탈되는 가스의 상대속도를 증가시킬 수 있어 기·액 분리를 촉진시키게 된다.

물의 기화로 인한 분리의 상승효과를 얻을 수 있도록, 분무를 위하여 잉여슬러지의 분출구에 잉여슬러지와 함께 분출하는 압축공기 또는 잉여슬러지 자체를 가열하여 분출시킬 수 있다.

이와 같이 분무에 의한 잉여슬러지 활성화 및 농축방법은 잉여슬러지를 포함하는 모든 오·폐수의 생물학적처리에 적용될 수 있으며, 다만 오·폐수에 포함된 잉여슬러지의 종류, 처리량에 따라서 분무 속도, 분무방향, 분무량 및 노즐의 형태 등이 다양하게 선택될 수 있다.

이와 같은 본 발명의 방법을 실시하기 위하여는, 잉여슬러지 저류조와, 잉여슬러지 저류조에 설치되는 분사장치를 기본 요소로 하고, 무화되어 분리되어지는 잉여슬러지 수거수단과 액체수거수단를 결합하여 구성시키는 것이 바람직하다.

분무장치는 잉여슬러지를 무화시킬 수 있는 장치 일반이 제한 없이 사용될 수 있음은 물론이다. 그러나 분무장치에는 잉여슬러지의 분출구 또는 그 반대 방향에 압축공기 분사노즐을 부가 설치하여 무화된 물방울을 불어내어 슬러지와 분리할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 슬러지의 분사노즐을 통하여 분사되는 압축공기 또는 잉여슬러지의 분사압력은 1바(Bar)이상인 것이 바람직하다.

분무 후 농축효과와 잉여슬러지와 액체의 분리를 촉진시키기 위하여 농축조내에 슬러지 농축 유도장치를 설치할 수 있다.

본 발명을 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명의 방법을 실현하기 위한 실험실 규모의 실시예를 제시한다. 그러나 다음과 같은 실시예가 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 이해되어서는 아니될 것이다.

즉, 첨부된 도면에는 단순히 본 발명의 설명의 편의를 위하여, 본 발명의 실험에 사용된 실시예가 도시되어 있다. 이에 의하면, 슬러지의 분사장치로서, 저류조(1)에 설치된 배관(11)에 압출펌프(2)가 설치되어 있고, 배관(11)의 단부 분출구(4)에 압축공기분사장치(3)가 설치되어 있다. 이러한 압출펌프(2)와 압축공기분사장치(3)는 선택적으로 또는 병합적으로 사용될 수 있다. 분출구(4)의 직경은 2mm이다.

본 발명을 실시함에 있어서는, 분출구(4)를 통하여 분사되어 가스가 제거된 슬러지와 물을 받아 분리시키기 위하여는 침전조(5)를 필요로 한다. 침전조(5)에는 분사 및 충격에 의하여 무화(霧化)된 물방울과 파괴된 슬러지가 고요히 가라 앉게 되는 바, 이와 같이 가라 앉는 물과 슬러지를 분리시키기 위하여, 침전조(5)에는슬러지(9)가 용이하게 침전되게 하는 경사판(51, 52, 53, 54)이 설치되었다. 침전된 슬러지는 경사판(51, 52, 53, 54)위에서 응축되면서 물과 함께 배출되도록 침전조(5)의 하측에 출구(50)가 설치되었다. 출구(50)로 배출되는 물과 슬러지를 분리 수거할 수 있도록 출구(50)의 하측에 농축조(6)를 설치하였는 바, 농축조(6)는 그 상단 주연이 침전조(5)의 출구(50)보다 높은 위치에 위치되게 하며, 상단 주연 외측에 배수조(7)를 설치하여 농축조(6)의 상부로 넘치는 물을 배수시킬 수 있게 하였고, 그 하부에는 응축된 슬러지(9)를 배출시키는 배출구(61)를 설치하였다. 배출구(61)에는 슬러지(9)의 지나친 배출을 제어하는 제어변(62)을 설치하였다. 슬러지(9)가 지나치게 빠르게 배출되면 상등수가 농축조(6)의 상부로 넘치지 아니하고 슬러지와 함께 배출구(61)로 배출될 것이기 때문이다. 침전조(5)의 출구(50)로 배출되는 물과 슬러지는 그 흐름의 과정에서 와류가 일어나 물과 슬러지가 다시 혼합되는 것을 방지할 필요가 있다. 그리하여 첨부된 실시예에 있어서는 출구(50)의 주연에 10mm의 간격으로 다수개의 안내끈(55)을 설치하여 아래로 길게 늘어뜨렸으며, 그리하여 응축된 슬러지덩이(91)는 안내끈(55)의 안내에 따라 농축조(6)의 중심부로 하락되게 하였다. 이러한 안내끈(55)의 설치 간격은 5∼20mm인 것이 바람직하다. 또한 농축조(6)에는 출구(60)의 높이보다 높은 정도의 높이를 가지는 보호벽(63)을 설치하므로서, 상등수가 농축조(6)의 상단 주연을 넘치는 과정에서 일어나는 물의 흐름에 따른 와류를 진정시키어 와류로 인하여 미세한 슬러지가 물과 함께 배출되는 것을 방지하였다. 도면중 미설명부호 10은 슬러지에 부착되어 있던 가스를 방출하기 위한 방출구이다.

이에서 나아가 첨부된 도면에는 분출구(4)의 분사 반대방향에 공기분사장치(8)를 설치하였다.

이와 같이 구성된 본 발명의 방법을 실시하기 위한 슬러지 분사 및 슬러지 응축장치를 사용하여 본 발명의 방법을 실시한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

활성슬러지 하수처리장에서 발생되는 잉여슬러지를 저류조(1)에 투입하였다. 저류조(1)에 투입된 2차슬러지는 총고형물(Total solids)이 3,000mg/L이고, 그중 휘발성 고형물(Volatile solids)은 2,000mg/L이었다. 슬러지 분사장치(2, 3)에 의하여 분사되는 슬러지의 분출압력이나 공기분사장치(8)에 의하여 분사되는 공기의 압력은 3바아(Bar)이었다.그 결과 분출되는 슬러지는 무화(霧化)되면서 비산하였고, 비산하는 미세 물방울은 침전조(5)에 고요히 하락하였으며, 잉여슬러지는 경사판을 흘러내려 농축이 시작되고 이때 방출되는 공기 및 가스는 방출구(10)를 통해서 외부로 배출되었다. 최종적으로 누적 및 농축된 잉여슬러지는 배출구(61)를 통해서 배출되었다.

이와 같은 실시예에 의하여 배출구(61)로 배출된 잉여슬러지를 5L의 생물반응기에 주입하고 미생물의 활성도를 나타내는 용존산소의 소모속도를 비교한 실험결과는 다음과 같았다.

용존산소의 소모속도 비교 실험 결과

호기성 미생물 활성 촉진의 예로는 농축된 슬러지의 농도, 유입에 따른 용존산소(DO)의 감소정도에 의해서 측정하였다. 기존 하수처리장의 침전조에서 인발한 잉여슬러지를 분무 농축법에 의해서 농축시켰다. 농축 전의 잉여슬러지 총 고형물의 농도는 3,000 mg/L이고 분무식 농축후의 잉여슬러지 농도는 12,500 mg/L이었다. 미생물 활성도 실험에 사용된 슬러지의 농도는 분무에 상관없이 동일한 농도인 TS(Total Solids) 3,000 mg/L 이다. 농축되지 않은 슬러지와 농축된슬러지를 호기성 폭기조(5L)에 반송시켜 호기성실험을 실시한 결과 그림 2의 그래프와 같이 나타났다. 분무직후 활성슬러지의 DO는 8.5 mg/L로 나타난 반면에 분무를 실시하지 않은 잉여슬러지의 DO는 0 mg/L 였다. 분무하지 않은 슬러지는 5분 이상 과잉 폭기시킨 결과 5분이 경과했을 때 용존산소가 7 mg/L로 유지되었으므로 5분간 과잉폭기한 슬러지와 분무한 슬러지를 대상으로 실험하였다. 각조에 합성폐수를 주입하여 BOD 200 mg/L이 되도록 유지한 후 밀폐한 상태에서 20분간 용존산소의 농도를 관찰하였다. 일반적으로 호기성처리에서 미생물의 활성이 저하되는 시점이 DO 1 mg/L이하이므로 DO 1 mg/L까지 소모되는 시간을 단위시간당 용존산소의 총 소모량를 측정하였다. 특히, 산소소모량은 분무를 실시한 경우와 분무를 실시하지 않은 경우에 최초 5분간 각각 DO 5 mg/L, 2 mg/L로 나타나 분무를 실시한 경우에 2.5배의 높은 용존산소 소모량을 나타내고 있다. 또한 문무를 실시한 경우와 실시하지 않았을 경우에 일반포기조의 최저 용존산소의 유지 수준인 1 mg/L까지 감소되는데 소요되는 시간이 각각 10분, 15분이었다.

그림 2 분무 전후에 나타나는 미생물의 산소소모량의 비교

상기 그림2에서 보여주는 바와 같이 산소소모량에서 분무처리한 잉여슬러지와 처리하지 않은 잉여슬러지는 2배 이상의 차이를 보이고 있다. 이와 같이 산소소모량의 차이는 유기물의 분해속도 및 미생물의 활성도의 지표가 되므로 본 공정에 의해서 분무처리가 될 경우에 고농도의 미생물농도 확보는 물론이고 호기성처리의 활성도를 대폭 증가시킬 수 있다. 특히, 농축된 상태에서 반송되므로 반송량을 최소화할 수 있어 폭기조의 처리용량을 증가시킬 수 있음이 명백하다. 따라서, 본 발명의 방법은 생물학저처리의 효율증가를 위한 전처리로써 유용하게 실시될 수 있으며, 나아가서 슬러지 감량화를 위한 공정으로도 적용될 수 있어 수질정화를 위한 본처리 방법과 장치로도 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

Claims (1)

1. 잉여슬러지의 일부를 폭기조에 반송하여 미생물을 공급하므로서 오·폐수를 생물학적으로 처리함에 있어서, 폭기조에 반송하는 잉여슬러지를 분사시키고, 잉여슬러지를 분사하는 공정에서 잉여슬러지의 분출구(4) 분사반대방향으로부터 대향으로 공기를 분사하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적처리 개선을 위한 폭기조에의 미생물 공급 방법