KR100330732B1 - 벽체형 고형물트랩과 이를 이용한 하폐수처리시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생물학적 또는 물리화학적 반응공정에 구비하여 액체는 통과되고 고형물은 통과되지 못하도록 포집하는 벽체형 고형물트랩과 이를 이용하는 반응시스템에 관한 것으로, 증식조건이 다른 미생물이 혼합배양되지 않고 유사종끼리 분리 배양되도록하여 미생물을 효과적으로 증식시키고 반응효율을 향상시키며 약품비용을 절약할수 있는 하폐수처리시스템을 제공하고, 특히 기존의 AO공정, 생물흡착에 의한 탈질공정, 유기성폐기물을 이용하는 탈질공정, 응집침전공정, 흡착응집침전공정에 적용하여 처리효율과 경제성을 향상시킨 하폐수처리시스템을 제공할 수 있으며, 그외 다양한 형태의 생물학적 또는 물리화학적 반응시스템에 적용하여 효율과 경제성을 향상시킬수 있는 벽체형 고형물트랩과 이를 이용하는 하폐수처리시스템에 관한 것이다.

Description

벽체형 고형물트랩과 이를 이용한 하폐수처리시스템{Wall type Particles Trap and Waste Waster Treatment System with using this Trap}

본 발명은 생물학적 또는 물리화학적 반응공정에 구비하여 액체는 통과되고 고형물은 통과되지 못하도록 포집하는 벽체형 고형물트랩과 이를 이용하는 반응시스템에 관한 것으로, 특히 증식조건이 다른 미생물이 혼합배양되지 않고 유사종끼리 분리 배양되도록하여 미생물을 효과적으로 증식시키고 처리효율을 향상시키며, 흡착 및 응집공정에서 약품비용을 절약할수 있는 벽체형 고형물트랩과 이를 이용한 하폐수처리시스템에 관한 것이다.

2조이상의 반응조로 구성되고 각 반응조의 반응내용이 상이한 종래의 연속흐름반응시스템의 경우 전단계 반응조에서 후단계 반응조로 반응액이 흐름에 따라 고형물도 함께 이동되므로, 기질의 이용과 미생물의 증식 또는 약품사용면에서 비효율 또는 비경제적이었다. 이러한 문제점을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첫째, 종래의 연속흐름반응시스템에서는 증식조건이 다른 미생물이 함께 반응조를 따라 이동하면서 혼합배양되므로 순수배양과는 달리 미생물의 특성에 맞는 최적 조건에서의 배양이 어렵다. 또한 증식계수가 현저하게 다른 미생물이 동일 반응조에서 함께 증식하게 되므로 증식계수가 작은 미생물이 세정(Wash Out)되지 않도록 증식계수가 큰 미생물도 과다하게 유지하여야되는 문제점이 있었다.

이와같은 문제점을 생물학적 하폐수처리공정에 해당되는 종래의 AO공정(Anoxic Oxic Process)을 예로 들어 설명하면, AO공정에서는 유입하폐수는 탈질조, 질산화조, 침전지를 순차적으로 거치고, 침전지에서 탈질조로 슬러지를 반송시키며 질산화조에서 탈질조로 반응액을 역류순환시킨다. 이와 같은 AO공정에서는 상기 탈질조에서 증식계수가 큰 종속영양계 미생물을 주로 배양하고 질산화조에서 독립영양계 미생물인 질화균(Nitrosomonas, Nitrobactor)을 분리하여 배양하는 것이 유리하다.

그러나 탈질조에서 질산화조로 반응액과 함께 고형물 즉, 미생물이 이동하고 침전지에서 분리되어 다시 탈질조로 반송되는 종래의 반응조 구조에서는 질화균과 종속영양계 미생물의 혼합배양이 불가피하였다. 혼합배양된 잉여미생물 즉, 잉여슬러지를 폐기함에 따라 증식계수(Yield Coefficient)가 종속영양계 미생물의 10% 정도로 매우 작은 질화균의 유지가 어렵게 된다. 이와 같은 혼합배양에서 질화균을 증식시키기 위해서는 종속영양계 미생물의 세포체류시간(Cell Residence Time)까지도 과다하게 길어지게 되므로 반응조의 크기와 산소소요량이 증대되는 등 비효율적이고 비경제적이다.

둘째, 종래의 연속흐름반응시스템에서는 증식조건이 다른 미생물이 함께 반응조를 따라 이동하고 혼합배양되면서 기질 즉, 고형성 유기물과 미생물에 흡착된 유기물도 함께 이동하게 된다. 유기물은 종속영양계 미생물에게는 필수적이다. 그러나 독립영양계 미생물 예를 들면 질화균은 유기물이 많이 존재할수록 종속영양계 미생물과 제한된 용존산소를 이용함에 있어서 경쟁관계가 심화될뿐아니라 유기물이 탈질에 이용되지 못하고 호기성 분해되어 낭비되는 문제점이 있었다.

상기 AO공정을 예로 들어 설명하면, 질산화조에서 역류순환된 질산염을 종속영양계 미생물에 의하여 제1반응조인 탈질조에서 효과적으로 탈질시키기 위해서는 전자공여체인 유기물이 가급적 풍부하고 유리산소는 존재하지 않아야 한다. 반면에 질산화조에서 독립영양계 미생물인 질화균이 잘 증식되어 우점종으로 되기 위해서는 용존산소가 풍부하고 유기물이 과다하지 않은 것이 유리하다.

그러나 질산화조에서 유기물 농도가 높을 경우 호기성 종속영양계 미생물의 대사작용이 활발하게 되므로 제한된 용존산소를 두고 서로 경쟁관계가 심화되고 종속영양계 미생물이 우점종화되어 바람직하지 못하다. AO공정과 같은 전탈질공정에서는 유입하폐수에 함유된 유기물이 탈질조에서 전자공여체로 이용된다.

그러나 고형물이 후속되는 질산화조로 유출되는 종래의 반응조 구조에서는 유입되는 유기물의 일부분만 탈질반응에 이용되고 대부분의 고형성 유기물은 질산화조에서 산화되므로 탈질반응에 이용되지 못하고 낭비되며 오히려 질산화 미생물이 필요로 하는 용존산소를 고갈시키는 역기능으로 작용하였다.

섯째, 종래 기술의 약품낭비요인을 응집침전에 의한 하폐수처리공정을 예로 들어 설명하면 다음과 같다.

응집조, 플록형성조, 침전지로 구성되는 응집침전공정의 응집조에서는 무기응집제를 주입하여 콜로이드입자 등 고형물을 응집시키고, 후속되는 플록형성조에서는 고분자응집보조제를 주입하여 1차 응집된 고형물을 가교결합시켜 입경을 크게하고 침강성을 개선한다.

유입하폐수중의 고형물 농도가 높을 경우 반응조에서 무기응집제의 소모량이 증가하고 플록형성조에도 과다한 고형물이 유입되므로 가격이 비싼 고분자 응집보조제의 소모량이 증가된다. 특히 용존성 또는 난분해성 물질들을 제거하기 위하여 응집조 앞에 흡착조를 설치하여 분말활성탄등을 주입하게 되면 고농도의 고형물이 전량 후속 반응조로 유입되므로 응집조와 플록형성조의 고형물부하가 과다하게 되고 약품소모량이 증가되는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상술한 제 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 전단계 반응조에서 후단계 반응조로 액체는 통과되고 미생물과 유기 또는 무기성 입자는 통과되지 못하고 다시 반응조로 되돌아가도록 반응시스템을 구성하여 반응조의 반응형태에 적합한 종류의 미생물이 순수배양되도록 하여 반응의 효율을 향상시키거나, 약품의 낭비를 줄이도록 하는 고형물트랩과 이를 이용하는 하폐수처리시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 반응조와 반응조사이의 벽체에는 반응액이 통과하기 위한 관통구를 구성하되 액체는 통과되고 고형물은 통과될수 없도록, 상기 관통구는 반응액이 유입되는 유입구방향으로 일정하게 하향경사진다수개를 형성하여 일방향 벽체형 고형물트랩을 구성하며, 상기 관통구의 단면은 원형, 각형, 파형 또는 슬릿형등으로 구성한다. 이와 같이 경사진 관통구가 다수 형성된벽체형 고형물트랩을 반응액이 통과하게 되면, 고형물은 침강하면서 관통구의 하부 표면에 도달하여 경사진 표면을 따라 미끄러져서 원래의 반응조로 반송되고, 액체는 다음 반응조로 통과하여 이송된다. 관통구의 수직 투영단면의 누계면적이 클수록 고형물의 포집능력이 향상되고 처리유량이 증가된다.

반응조에는 교반, 포기등 반응에 소요되는 물리적인 작용이 이루어지므로 벽체형 고형물트랩의 어느 일부 관통구로 반응액의 흐름이 편중되는 단락(Short Circuit)이 발생되거나 와류가 관통구 내부로 전달되어 고형물 포집기능이 저하된다. 따라서 벽체형 고형물트랩의 전후에는 다공판 또는 다수의 판재등으로 구성된 정류판을 설치하여 와류의 유입을 차단하고 고형물트랩을 구성하는 모든 관통구를 통과하는 유속이 일정한 속도 즉, 등속이 되도록 하는 것이 바람직하다.

그러나 이와 같은 일방향의 벽체형 고형물트랩에서는 비중이 반응액보다 작고 가벼운 고형물은 관통구 내부의 상부 표면을 따라 부상하여 고형물트랩을 통과하게 되고, 침강성 고형물만이 포집되어 반송되며, 통과유속이 매우 작거나 공운전시에는 후단계 반응조의 침강성 고형물이 전단계 반응조로 역류되어 되돌아 가지 못하는 부작용이 있다.

이와 같은 일방향의 벽체형 고형물트랩의 취약점을 보완하기 위하여, 본 발명은 반응조와 반응조사이의 벽체에는 반응액이 통과하기 위한 관통구를 구성하되 상기 관통구는 벽체의 중심선 부근에서 양쪽 벽면 방향으로 일정하게 하향경사지도록 다수개를 형성하여 양방향의 벽체형 고형물트랩을 구성하며, 상기 관통구의 단면은 상기 일방향의 벽체형 고형물트랩에서와 같이 원형, 각형, 파형 또는 슬릿형등으로 구성한다. 이와 같이 양방향으로 경사진 관통구가 다수 형성된 벽체형 고형물트랩을 반응액이 통과하게 되면 침강성 고형물과 부유성 고형물이 통과되지 못함은 물론, 후단계 반응조에서 전단계 반응조로 고형물이 역류되지 못하게 되므로, 본 발명의 목적을 잘 실현할 수 있게 된다.

양방향 벽체형 고형물트랩에서도 공기방울과 와류의 유입을 차단하기 위하여 전후면에 정류판을 설치하고, 관통구의 절곡된 상부에는 미세기포 또는 비중이 작은 부상고형물이 적체되지 않고 부상하도록 구멍을 천공하거나 슬릿형으로 절개하여 개구부를 두었다.

또한 본 발명에서는 최종반응조 내부의 유출구 부근에 본 발명에 의한 상기 벽체형 고형물트랩을 설치하여 고형물이 유출되지 않고 액체만이 유출되도록 하므로서, 기존의 침전지를 대체하거나 침전지의 고형물 부하를 감소시킬수 있는 반응시스템을 제공할수 있다.

이와 같은 벽체형 고형물트랩을 적용하므로서, 본 발명에서는 기존의 AO공정, 생물흡착에 의한 탈질공정, 유기성폐기물을 이용하는 전탈질 또는 후탈질공정, 응집침전공정, 흡착응집침전공정에서의 처리효율과 경제성을 향상시킨 하폐수처리시스템의 실시예를 제공하였으며, 이러한 실시예에 제한되지 않고 다양한 형태의 생물학적 또는 물리화학적 반응시스템에 적용하여 효율과 경제성을 향상시킬수 있게 된다.

도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 벽체형 고형물트랩과 그 작용을 설명하기 위한 개념도이고,

도 5 내지 도 15는 본 발명에 따른 벽체형 고형물트랩을 이용하는 하폐수처리시스템의 계통도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 벽체형 고형물트랩 2, 2a, 2b : 정류판

3 : 배수장치 4 : 관통부

5 : 개구부 6, 6a : 경사면

7 : 반응액의 흐름방향 8a : 침강성 고형물

8b : 부상고형물 9 : 고형물 저류부

10 : 접촉조 11 : 전탈질조

12 : 질산화조 13 : 후탈질조

14 : 재포기조 15 : 발효조

16 : 흡착조 17 : 응집조

18 : 플록형성조 21 : 예비침전지

22 : 침전지 23 : 유입조

31 : 슬러지 반송 32 : 역류순환

33 : 내부이송 34 : 발효액

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 벽체형 고형물트랩과 그 작용을 설명하기 위한 개념도로 일방향의 벽체형 고형물트랩의 실시예를 나타내고 있다.

본 실시예에 의한 일방향의 벽체형 고형물트랩(1)은 벽체에 반응액이 통과하기 위한 관통구(4)를 구성하되 침강성 고형물(8a)은 통과되지 못하고 액체만이 통과될수 있도록 상기 관통구는 반응액이 유입되는 유입구방향으로 일정하게 하향 경사지도록 다수개를 형성하였다. 상기 관통구의 단면은 원형, 각형, 파형 또는 슬릿형으로 하고 반응조와 반응조사이의 벽체를 구성하여 고형물의 이동을 차단할수 있다.

이와 같은 벽체형 고형물트랩은 벽체를 천공하여 구성할수 있으며, 원형 또는 각형파이프, 평판 또는 골판재를 적층하거나 각형, 파형 또는 슬릿형 단면의 관통구가 다수 형성된 블록을 적층하여 축조할수 있다.

반응조에는 교반, 포기등 반응에 소요되는 물리적인 작용이 이루어지므로 상기 벽체형 고형물트랩(1)의 어느 일부 관통구(4)로 반응액의 흐름이 편중되는 단락이 발생되거나 와류가 상기 관통구 내부로 전달되어 고형물 포집기능이 저하되는 것을 방지하기 위하여, 상기 벽체형 고형물트랩(1)의 전후에는 다공판등으로 구성된 정류판(2, 2a)을 설치하여 와류와 공기방울의 유입을 차단하고 고형물트랩에 구성된 관통구(4)들을 통과하는 유속이 일정한 속도, 즉 등속이 되도록 구성하였다.

또한 상기 관통구에서 포집된 침강성 고형물(8a)을 반응조로 다시 되돌아가도록 하기 위하여 상기 벽체형 고형물트랩(1)의 하부는 경사면(6)이 상기 정류판(2) 외부의 반응조 내부바닥에 까지 도달되도록 형성하였으며 침강된고형물(8a)은 상기 경사면(6)을 따라 반응조의 내부에까지 침강(Slope Down)되고 반응조의 혼합력에 의하여 반응조 내부로 확산되는 구조이다.

본 실시예에 의한 일방향의 벽체형 고형물트랩(1)에서는 비중이 반응액보다 작고 가벼운 고형물은 상기 관통구 내부의 상부 표면을 따라 부상하여 고형물트랩을 통과하게 된다. 이와같은 부상 고형물(8b)이 후단계 반응에 유익하지 못할 경우에는 후단계 반응조의 상기 정류판(2a)의 내부 수면에 집적된 부상고형물을 인력으로 제거하거나 스컴스키머등의 장치로 제거할수 있다.

도2는 도1의 실시예에서 부상된 고형물이 반응조로 되돌아가도록 한 실시예이다.

부상된 고형물(8b)이 반응에 불필요하거나 장애를 주는 폐유, 유지방 등의 불순물일 경우에는 도1의 실시예에서와 같이 정류판(2a)내에서 제거할수 있다. 그러나 미생물 응집물(Bio Floc)에 공기방울이 부착되고 겉보기 비중이 감소되어 일시적으로 부상된 반응에 유용한 고형물은 침강성 고형물(8a)과 함께 전단계 반응조로 반송하는 것이 유리하므로 정류판(2)의 상부에도 경사면(6a)을 구비하여 부상된 고형물(8b)이 원래의 반응조로 되돌아가도록 구성하였다.

도3은 본 발명에 따른 벽체형 고형물트랩과 그 작용을 설명하기 위한 개념도로 양방향의 벽체형 고형물트랩의 실시예를 나타낸 것이다.

상기 도1내지 도2의 실시예에 의한 일방향의 벽체형 고형물트랩에서는 통과유속이 매우 작거나 반응액이 흐르지 않는 공운전시에는 후단계 반응조의 침강성 고형물이 전단계 반응조로 역류되어 되돌아가지 못하는 문제점이 있다.

이와 같은 일방향의 벽체형 고형물트랩의 취약점을 보완하기 위하여, 본 실시예에서는 벽체에 반응액이 통과하기 위한 관통구(4)를 구성하되, 상기 관통구는 벽체의 중심선 부근으로부터 양쪽 벽면방향으로 일정하게 하향 경사지도록 다수개를 형성하여 양방향의 벽체형 고형물트랩(1)을 구성하며, 상기 관통구의 단면은 상기 일방향의 벽체형 고형물트랩에서와 같이 원형, 각형, 파형 또는 슬릿형으로 구성한다. 이와 같이 양방향으로 경사진 관통구(4)가 다수 형성된 벽체형 고형물트랩(1)을 반응액이 통과하게 되면 침강성 고형물(8a)과 부상 고형물(8b)이 통과되지 못함은 물론 후단계 반응조에서 전단계 반응조로 고형물이 역류되지 못하게 된다.

상기 관통구(4)로 공기방울과 와류가 유입되지 못하도록 전후면에 정류판(2, 2a)을 설치하고, 각개 관통구(4)의 절곡된 상부에는 미세기포 또는 비중이 작은 부상고형물(8b)이 적체되지 않고 수면으로 부상하도록 구멍을 천공하거나 가늘고 긴 슬릿형으로 절개하여 개구부(5)를 두는 것이 바람직하다.

부상된 고형물이 반응에 불필요하거나 장애를 주는 폐유, 유지방 등의 불순물일 경우에는 도1의 실시예에서와 같이 정류판(2a)내에서 제거할수 있다. 그러나 미생물 응집물(Bio Floc)에 공기방울이 부착되고 겉보기 비중이 감소되어 일시적으로 부상하며 반응에 유용한 고형물의 경우 침강성 고형물과 함께 전단계 반응조로 반송하는 것이 유리하므로 정류판(2)의 상부에도 경사면(6a)을 구비하여 부상된 고형물(8b)이 원래의 반응조로 되돌아가도록 구성하였다.

또한 본 실시예에서도 상기 벽체형 고형물트랩(1)은 벽체를 천공하여관통구(4)를 구성할수도 있으나, 원형 또는 각형 파이프, 평판 또는 골판재를 적층하거나 각형, 파형 또는 슬릿형 단면의 관통구(4)가 다수 형성된 블록을 적층하여 용이하게 축조할수 있다.

도4는 벽체형 고형물트랩(1)에 의하여 포집된 침강성 고형물(8a)이 원래의 반응조로 되돌아가지 않고 별도로 분리수집하여 다른 반응조로 이송하거나 배출하는 실시예에 관한 것이다.

벽체형 고형물트랩(1)의 전면 하부에는 경사면(6)으로 이루어지는 고형물 저류부(9)를 두어 포집된 침강성 고형물(8a)이 수집되는 구조이며, 수집된 고형물이 반응조로 확산되지 않도록 정류판(2b)을 추가로 설치하였다. 이와 같이 고형물 저류부(9)를 설치하고 상기 고형물 저류부의 앞단계에 정류판(2b)을 구비할 경우에는 상기 벽체형 고형물트랩(1)의 전면에 근접 설치되는 정류판(2)은 생략할수 있다.

상기 고형물트랩의 폭이 길어서 상기 고형물 저류부가 매우 긴 수로형태일 경우에는 수집된 고형물을 펌프등으로 용이하게 인출할수 있도록 고형물 저류부(9)에는 스크레이퍼등의 고형물 수집장치[도면 미표기]를 설치할수 있다.

도5는 종래의 AO공정에 본 발명에 따른 벽체형 고형물트랩을 적용한 하폐수처리시스템 실시예의 계통도에 관한 것이다.

종래의 AO공정은 앞에서 예를 들어 설명한 바와 같이 전탈질조, 질산화조, 침전지의 순서로 단위공정이 배열되며 침전지에서 전탈질조로 슬러지가 반송되므로 반응의 형태가 다른 전탈질조와 질산화조에서 증식조건이 상이한 미생물이 혼합증식되어 질산화 및 탈질효율이 저조하고 비경제적이었다.

본 실시예에서는 AO공정의 전탈질조(11)와 질산화조(12)사이의 벽체를 본 발명에 의한 벽체형 고형물트랩(1)으로 구성하여 정류판(2,2a)을 설치하고 침전지(22)에서 슬러지반송(31)은 상기 질산화조(12)로 이루어지며 전탈질조(11)에는 상기 침전지의 상징수를 역류순환(32)하였다.

이와 같이 본 실시예에 의한 하폐수처리시스템에서는 벽체형 고형물트랩(1)의 고형물 포집 및 반송기능에 의하여 전탈질조(11)로부터 질산화조(12)로 고형물이 이동할수 없기 때문에 유입수중의 유기물 특히 고형성 유기물이 상기 질산화조로 유출되지 않게 되어 전탈질반응의 전자공여체로 유용하게 이용되므로 탈질효율이 향상되는 한편, 상기 질산화조에 유기물부하가 감소되어 질산화반응이 효율적으로 이루어지므로, 질소제거효율이 향상된다.

또한 상기 전탈질조(11)에는 탈질반응에 기여하는 종속영양계 미생물이 주로 증식하게 되고 상기 질산화조(12)에는 질산화에 기여하는 독립영양계 미생물인 질화균이 주로 증식하여 분리증식되므로, 미생물의 증식에 적절한 조건을 유지할수 있게된다. 증식계수가 큰 종속영양계 미생물이 증식되는 전탈질조의 세포체류시간(Cell Residence Time)은 짧게 유지하고, 증식계수가 매우 작은 질화균이 증식하는 질산화조의 세포체류시간은 길게 유지되도록 각각 잉여세포를 분리하여 폐기할수 있게 되므로, 종래의 혼합증식에서와 같이 질화균이 세정되지 않고 고농도로 증식할수 있으며, 종속영양계 미생물의 세포체류시간도 적절하게 유지할수 있게 되므로 미생물 노화에 따른 핀플록 유출이 감소되어 반응조 용량과 산소공급면에서 경제적이며 처리수질이 개선된다.

도6은 도5의 실시예에서 질산화조(12)의 유출구 부근에 벽체형 고형물트랩(1)과 정류판(2, 2a)을 추가로 설치하고 침전지의 설치는 생략한 실시예에 관한 것이다.

본 실시예에서는 질산화조(12)의 유출구 부근에 설치된 상기 벽체형 고형물트랩(1)의 고액분리기능에 의하여 침전지를 대체할수 있게 되어 부지소요면적이 감소되므로 경제적이다. 유출수의 흐름에 의하여 상기 벽체형 고형물트랩(1)의 일부 구간에 반응액의 흐름이 편중되고 유속이 증가되는 단락이 발생되는 것을 방지하기 위하여 상기 유출구에는 다공판, 유공관등으로 구성된 배수장치(3)를 구성하는 것이 바람직하다.

도7은 유입하폐수중의 유기물을 미생물에 흡착시키고 후탈질조로 이송하여 탈질반응에 소요되는 전자공여체로 이용하는 하폐수처리시스템의 실시예에 관한 것이다.

접촉조(10), 질산화조(12), 후탈질조(13), 재포기조(14)와 침전지(22)로 구성된 공정에서 상기 접촉조와 질산화조, 상기 질산화조와 후탈질조사이의 벽체를 본 발명에 따른 벽체형 고형물트랩(1)으로 구성하고 정류판(2, 2a)을 설치하였으며, 상기 접촉조와 질산화조사이의 벽체형 고형물트랩의 전면 하부에는 도4의 실시예에서와 같이 고형물 저류부(9)를 구비하고 정류판(2b)을 추가로 설치하였다. 침전지(22)에서 상기 접촉조로 슬러지반송(31)이 이루어지며, 상기 접촉조에서 포집된 침강성 고형물은 고형물 저류부(9)에서 상기 질산화조를 경유하지 않고 펌프등을 이용하여 후탈질조(13)로 내부이송(33) 시킨다.

본 실시예에 의한 하폐수처리시스템의 작용을 설명하면, 접촉조(10)에서는 슬러지반송(31)에 의하여 유입된 미생물이 유입 하폐수중의 유기물을 흡착한후 상기 벽체형 고형물트랩(1)의 작용에 의하여 질산화조(12)로 유출되지 않고 상기 접촉조 내부의 상기 고형물트랩 하부에 있는 고형물 저류부(9)에 수집되고, 고형성 유기물이 흡착되어 유기물 농도가 낮아진 액체는 상기 질산화조로 유출된다. 상기 접촉조는 호기조건으로 운전할수 있으나, 비포기교반에 의한 무산소조건으로 운전하게 되면 슬러지 반송수에 포함된 질산염의 탈질반응이 이루어지므로 유리하다.

질산화조(12)에서는 질산화반응이 이루어지며 생성된 질산염은 상기 후탈질조에서 탈질반응이 이루어진다. 이때 후탈질조의 탈질반응에 소요되는 전자공여체는 상기 접촉조 하부의 고형물 저류부(9)에서 펌프등에 의하여 내부이송(33)된 미생물에 흡착된 유기물이 이용되며, 상기 후탈질조는 무산소내지 혐기성조건에서 반응이 이루어지므로 활성슬러지 미생물로부터 인이 방출되기도 한다.

후탈질조(13)에서 무산소 조건하에 탈질반응이 이루어진 반응액은 고형물을 포함하여 재포기조(14)로 유입되어 호기성조건으로 전환되어 침강성이 개선되고, 잔여 유기물이 호기성 분해되며, 탈질반응에 의하여 생성된 질소가스가 탈기(Air Stripping)되고, 미생물의 흡착능력이 재생되며 인을 과잉섭취(Luxury Uptake)하여 인을 제거하기도 한다.

본 실시예에서는 고형성 유기물을 흡착하고 일정시간이 경과되면 유기물을 용출(Bleed Back)하면서 분해하는 미생물의 특성을 이용하여 질산화조의 유기물부하를 감소시키고 탈질에 필요한 유기물을 확보하는 고도처리방법으로 본 발명에 의한 벽체형 고형물트랩(1)을 적용하므로서 시설비와 운전비면에서 경제적이며 처리효율이 향상된다.

도8은 도7의 실시예에서 재포기조(14)의 유출구 부근에 벽체형 고형물트랩(1)을 설치하고 상기 벽체형 고형물트랩의 하부 측면에는 도4의 실시예에서와 같이 고형물 저류부(9)와 정류판(2b)을 추가로 설치하고 침전지를 생략한 실시예에 관한 것으로, 상기 접촉조의 슬러지반송(31)은 상기 재포기조의 하부 고형물저류부(9)로부터 이루어진다. 본 실시예에서는 질산화조(12)의 유출구 부근에 설치된 상기 벽체형 고형물트랩(1)의 고액분리기능에 의하여 침전지를 대체할수 있게 되어 부지소요면적이 감소되므로 경제적이다. 유출수의 흐름에 의하여 상기 벽체형 고형물트랩(1)의 일부 구간에 반응액의 흐름이 편중되고 유속이 증가되는 단락이 발생되는 것을 방지하기 위하여 상기 유출구에는 다공판, 유공관등으로 구성된 배수장치(3)를 구성하는 것이 바람직하다.

생물흡착에 의한 유기물을 탈질에 이용하는 도7내지 도8의 실시예에서 발효조(15)를 추가하여 유입수중의 유기물이 부족될 경우에는 음식쓰레기, 분뇨, 축산분뇨, 산업공장의 유기성 폐기물을 상기 발효조에서 발효시켜서 생성된 유기산이 함유된 발효액(34)을 후탈질조(13)에 주입하여 탈질반응에 이용할수 있다.

또한 도7내지 도8의 실시예에서 상기 후탈질조는 결합산소가 존재하는 무산소 조건이므로 미생물에 의한 인의 방출효율이 저조하다. 따라서 후탈질조와 재포기조사이에는 인방출조[도면 미표기]를 추가로 설치하여 후속되는 재포기조에서 과잉섭취에 의한 인의 제거효율을 증대시킬수 있다.

도9는 음식쓰레기, 분뇨, 축산분뇨, 산업공장의 유기성 폐기물을 탈질반응에 소요되는 전자공여체로 이용하는 실시예에 관한 것이다.

질산화조(12), 후탈질조(13), 재포기조(14), 침전지(22)를 순차적으로 거치는 하폐수처리공정에서, 발효조(15)를 설치하여 음식쓰레기, 분뇨, 축산분뇨, 산업공장의 유기성 폐기물 또는 기타의 유기성 폐기물을 상기 발효조에서 발효시켜서 생성되는 유기산이 함유된 발효액(34)을 상기 후탈질조에 주입하여 탈질반응에 이용하게 되며, 상기 질산화조와 상기 후탈질조사이의 벽체는 본 발명에 의한 벽체형 고형물트랩(1)으로 구성하고 상기 침전지에서 슬러지반송(31)은 상기 후탈질조로 이루어지는 실시예로, 유입하폐수중의 유기물이 탈질에 소요되는 전자공여체로 부족되는 경우 유기성 폐기물을 탈질반응에 유용하게 이용할수 있다.

후탈질조(13)에서 무산소 조건하에 탈질반응이 이루어진 반응액은 고형물을 포함하여 재포기조(14)로 유입되고 호기성조건으로 전환되어 침강성이 개선되고, 잔여 유기물이 호기성 분해되며, 탈질반응에 의하여 생성된 질소가스가 탈기되고, 미생물의 흡착능력이 재생되고 인을 과잉섭취하여 인을 제거하기도 한다.

유기성 폐기물을 발효시켜서 탈질반응에 이용하는 본 실시예에 의하면 유기물이 부족하여 탈질효율이 낮은 우리나라의 하수처리에 유리할뿐 아니라, 처리처분에 애로를 겪고 있는 유기성 폐기물을 효과적으로 처분할수 있게 된다.

상기 후탈질조에는 결합산소가 존재하는 무산소 조건이므로 미생물에 의한 인의 방출효율이 저조하다. 따라서 후탈질조와 재포기조 사이에는 인방출조[도면 미표기]를 추가로 설치하여 후속되는 재포기조에서 과잉섭취에 의한 인의 제거효율을 증대시킬수 있다.

도10은 도9의 실시예에서 질산화조의 전단계에 예비침전지를 설치하고, 유기성 폐기물에 추가하여 유입하수에 포함된 생슬러지를 탈질반응에 소요되는 전자공여체로 이용하는 실시예에 관한 것이다.

질산화조(12), 후탈질조(13), 재포기조(14), 침전지(22)를 순차적으로 거치고 발효조(15)가 구비된 하폐수처리공정에서, 예비침전지(21)를 설치하여 상기 예비침전지에서 침전된 생슬러지를 상기 발효조에서 발효시켜서 유기산이 함유된 발효액(34)을 상기 후탈질조에 주입하여 탈질반응에 이용하게 되며, 상기 질산화조와 상기 후탈질조사이의 벽체는 본 발명에 의한 벽체형 고형물트랩(1)으로 구성하고 상기 침전지에서 슬러지반송(31)은 상기 후탈질조로 이루어지는 실시예이다.

유입하폐수중의 고형성 유기물을 미생물이 이용하기 쉬운 유기산으로 발효시켜 탈질반응에 이용하므로 탈질효율이 향상될수 있으며 생슬러지 발효액만으로는 탈질에 소요되는 전자공여체로 부족되는 경우 상기 발효조에 음식쓰레기, 분뇨, 축산분뇨, 산업공장의 유기성폐기물 또는 기타의 유기성폐기물을 추가 투입하여 생성되는 발효액(34)을 탈질반응에 이용할수 있다.

유기성 폐기물은 수거 및 운반과정에서 일부 부패되어 유기산을 함유하기도 하며 이러한 폐기물을 발효조에서 발효시키게 되면 상당부분은 메탄발효까지 진행되므로 유기물이 낭비된다. 따라서 유입펌프장, 스크린조등 처리시설의 유입단계에서 하폐수에 상기 유기성 폐기물을 투입하여 희석하고 상기 예비침전지에서 침전된 고형유기물을 회수하여 상기 발효조에서 발효시킬수 있다. 유기성 폐기물에는협잡물이 혼합된 경우가 많으므로 스크린조에 투입하고 유입하폐수와 혼합하여 협잡물이 제거되도록 하는 것이 바람직하다.

후탈질조(13)에서 무산소 조건하에 탈질반응이 이루어진 반응액은 고형물을 포함하여 재포기조(14)로 유입되어 호기성조건으로 전환되어 침강성이 개선되고, 잔여 유기물이 분해되며, 탈질반응에 의하여 생성된 질소가스가 탈기되고, 미생물의 흡착능력이 재생되고, 미생물이 인을 과잉섭취하여 제거하기도 한다.

도11은 도9의 실시예에서 질산화조(12)의 전단계에는 유입조(23)를 설치하며 상기 유입조와 질산화조사이의 벽체는 도4의 실시예에 의한 고형물 저류부(9)와 벽체형 고형물트랩(1)으로 구성하고, 재포기조(14)의 유출구 부근에도 도4의 실시예에 의한 고형물 저류부(9)와 벽체형 고형물트랩(1)을 추가로 설치하여 침전지(22)를 생략하고, 상기 후탈질조의 슬러지반송(31)은 상기 재포기조 하부의 고형물 저류부로부터 이루어지며, 생슬러지는 상기 유입조 하부의 고형물 저류부에서 인출하여 발효조(15)로 이송되는 실시예에 관한 것이다.

본 실시예에서는 상기 유입조와 고형물트랩이 예비침전지의 기능을 수행하고 침전지도 생략되므로 부지소요면적이 작고 시설비와 운전비면에서 경제적이다.

도12는 도11의 실시예에서 후탈질조(13)와 재포기조(14)사이의 벽체를 본 발명에 의한 벽체형 고형물트랩(1)으로 구성한 실시예에 관한 것이다. 상기 후탈질조의 미생물과 고형성 유기물이 상기 벽체형 고형물트랩의 작용에 의하여 상기 재포기조로 유출되지 않으므로 후탈질조로 슬러지의 반송이 불필요하게 되어 재포기후 슬러지가 반송되는 도11의 실시예와 달리 유기물이 낭비되지 않고,후탈질조(13)의 미생물 농도를 매우 높게 유지하므로 내생호흡에 의한 유기물도 탈질반응에 이용할수 있게 되어 질소제거효율이 향상됨은 물론, 상기 재포기조의 미생물 농도를 낮게 유지할수 있게 되어 산소소요량이 감소되어 경제적이다.

본 실시예에서는 슬러지 반송이 없는 실시예이므로 재포기조에는 슬러지 저류부가 생략된다.

이와 같이 유기성 폐기물을 발효시켜 탈질반응에 이용하는 실시예에서는 상기 탈질조에 주입되는 발효액(34)에 질소화합물이 포함되기도 하므로 상기 재포기조에서 질산화 반응이 이루어지도록 하고 유출수를 상기 후탈질조로 역류순환(32)시켜서 탈질반응이 이루어지도록 하므로서 유기성 폐기물의 발효액(34)을 통하여 추가되는 질소를 상당부분 제거할수 있게 된다.

도13는 도10의 실시예에서 상기 질산화조(12)의 전단계에 상기 예비침전지(21)의 후속공정으로 전탈질조(11)를 추가로 설치하되 상기 전탈질조와 상기 질산화조사이의 벽체를 벽체형 고형물트랩(1)으로 구성하고, 상기 후탈질조(13)내부에는 상기 질산화조와 경계를 이루는 벽체형 고형물트랩(1)과 근접하게 벽체를 구성하고 상기 질산화조의 유출수를 상기 전탈질조로 역류순환(32)시키는 구조이다.

앞에서 설명한 바와 같이 음식쓰레기등의 유기성 폐기물은 수거 및 운반과정에서 일부 부패되어 유기산을 함유하므로 발효조(15)에서 발효시킬 경우 유기산은 메탄가스등으로 분해되어 낭비되므로, 본 실시예에서는 처리시설로 유입되는 단계의 하폐수에 이러한 유기성 폐기물을 투입 희석하여 용존성 유기물과 유기산은 하수와 함께 상기 예비침전지를 월류하여 상기 전탈질조로 유입되어 역류순환(32)된 질산염의 탈질에 이용된다.

본 실시예는 유기성 폐기물을 용존성과 고형성으로 분리하여 용존성 유기물은 전탈질조에서, 고형성 유기물은 발효하여 후탈질조(13)에서 각각 탈질반응에 소요되는 전자공여체로 이용하므로 질소제거에 유기성 폐기물을 최대한 활용할수 있게 된다.

본 실시예에서도 도11내지 도12의 실시예에서와 같이 상기 예비침전지는 유입조로 대체하고 상기 유입조와 전탈질조사이의 벽체는 벽체형 고형물트랩으로 구성하거나, 또는 상기 재포기조의 내부에도 벽체형 고형물트랩을 추가 설치하거나, 후탈질조와 재포기조사이의 벽체도 벽체형 고형물트랩으로 구성할수 있으며, 이와 같이 본 발명에 의한 각 실시예의 유니트를 재조합 구성하는 것은 본 발명의 범위에 포함되는 것이다.

도14는 응집조(17), 플록형성조(18), 침전지(22)로 구성된 하폐수처리공정에서, 상기 응집조와 상기 플록형성조사이의 벽체를 벽체형 고형물트랩(1)으로 구성한 실시예에 관한 것이다.

상기 벽체형 고형물트랩의 작용에 의하여 상기 응집조에서 상기 플록형성조로 고형물이 이동하지 못하므로 플록형성조의 유입 고형물 농도가 감소되어 가격이 비싼 응집보조제를 절감할수 있으므로 경제적이다.

도15는 흡착조(16), 응집조(17), 플록형성조(18), 침전지(22)로 구성된 하폐수처리공정에서, 상기 흡착조와 응집조, 상기 응집조와 플록형성조사이의 벽체를벽체형 고형물트랩(1)으로 구성하고 슬러지는 흡착조와 응집조에서도 직접 인출하는 실시예에 관한 것이다. 본 실시예에서는 활성탄등의 흡착제가 흡착조에서 응집조로 유출되지 않으므로 고형물 체류시간이 증대되어 흡착효율을 높힐수 있고 응집제와 응집보조제도 절감할수 있어 경제적이다.

상기 도13과 도14의 실시예에서도 상기 플록형성조의 유출구 부근에는 도4의 실시예에서와 같이 벽체형 고형물트랩과 고형물 저류부를 설치하고 고형물을 상기 고형물 저류부에서 인출하여 폐기시키므로서 침전지를 생략할수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 액체는 통과되고 고형물은 통과되지 못하고 포집되는 본 발명에 따른 벽체형 고형물트랩을 생물학적 반응시스템에 적용하게 되면 증식조건이 다른 미생물이 혼합배양되지 않고 유사종끼리 분리 배양되므로미생물을 효과적으로 증식시키고 반응효율을 향상시키며, 물리화학적 반응공정에 적용하면 약품소모량을 절감할수 있게 되며, 특히 기존의 AO공정, 생물흡착에 의한 탈질공정, 유기성폐기물을 이용하는 탈질공정, 응집침전공정, 흡착응집침전공정에 적용하여 처리효율과 경제성을 향상시킨 하폐수처리시스템을 제공할수 있으며, 그외 다양한 형태의 생물학적 또는 물리화학적 반응시스템에 적용하여 반응효율과 경제성을 향상시킬수 있게 된다.

Claims (24)

1. 벽체에 반응액이 통과하기 위한 관통구를 구성하되 액체는 통과되고 고형물은 통과될수 없도록 상기 관통구는 반응액이 유입되는 유입구방향으로 또는 벽체의 중심선 부근으로부터 양쪽벽면 방향으로 일정하게 하향경사지도록 다수개를 구성하며, 상기 관통구의 단면은 원형, 각형, 파형 또는 슬릿형인 것을 특징으로 하는 벽체형 고형물트랩.
2. 제1항에 있어서, 상기 벽체형 고형물트랩은 원형 또는 각형파이프, 평판 또는 골판재를 적층하거나 각형, 파형 또는 슬릿형 단면의 관통구가 다수 형성된 블록을 적층하여 구성하는 것을 특징으로 하는 벽체형 고형물트랩.
3. 제1항에 있어서, 상기 벽체형 고형물트랩의 전후면에는 다공판, 다수의 판재로 구성된 정류판이 설치되는 것을 특징으로 하는 하폐수처리시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 벽체형 고형물트랩의 전면 하부에는 슬러지 저류부가 구비되고 슬러지 저류부의 앞에는 다공판, 다수의 판재로 구성된 정류판이 설치되는 것을 특징으로 하는 하폐수처리시스템.
5. 2조이상의 직열 반응조로 구성된 하폐수처리공정에서 반응조사이의 벽체는제1항의 벽체형 고형물트랩인 것을 특징으로 하는 하폐수처리시스템.
6. 1개이상의 반응조로 구성된 하폐수처리공정에서 고형물이 유출되지 않도록 최종의 반응조의 내부 유출구 부근에는 제1항의 벽체형 고형물트랩을 설치하는 것을 특징으로 하는 하폐수처리시스템.
7. 제 6항에 있어서, 상기 벽체형 고형물트랩의 전후면에는 다공판, 또는 다수의 판재로 구성된 정류판이 설치되고 상기 유출구에는 다공관, 다공판등으로 구성된 배수장치가 설치되는 것을 특징으로 하는 하폐수처리시스템.
8. 전탈질조, 질산화조, 침전지를 순차적으로 거치는 하폐수처리공정에서, 상기 전탈질조와 질산화조사이의 벽체를 제1항의 벽체형 고형물트랩으로 구성하고, 상기 침전지의 유출수는 상기 전탈질조로 역류순환시키며, 상기 침전지에서 상기 질산화조로 슬러지반송이 이루어지는 것을 특징으로 하는 하폐수처리시스템.
9. 전탈질조, 질산화조를 순차적으로 거치는 하폐수처리공정에서, 상기 전탈질조와 질산화조사이의 벽체를 제1항의 벽체형 고형물트랩으로 구성하며, 상기 질산화조의 내부 유출구 부근에는 제1항의 벽체형 고형물트랩을 설치하는 한편, 상기 질산화조의 유출수를 상기 전탈질조로 역류순환하는 것을 특징으로 하는 하폐수처리시스템.
10. 접촉조, 질산화조, 후탈질조, 재포기조와 침전지를 순차적으로 거치는 하폐수처리공정에서, 상기 접촉조와 질산화조 사이의 벽체와 상기 질산화조와 후탈질조사이의 벽체를 제1항의 벽체형 고형물트랩으로 구성하고 상기 접촉조 내부의 벽체형 고형물트랩의 전면 하부에는 고형물 저류부를 설치하며, 상기 침전지에서 상기 접촉조로 슬러지반송이 이루어지고, 상기 접촉조내의 고형물 저류부에서 상기 후탈질조로 고형물의 내부이송이 이루어지는 것을 특징으로 하는 하폐수처리시스템.
11. 접촉조, 질산화조, 후탈질조, 재포기조를 순차적으로 거치는 하폐수처리공정에서, 상기 접촉조와 질산화조 사이의 벽체와 상기 질산화조와 후탈질조사이의 벽체를 제1항의 벽체형 고형물트랩으로 구성하고, 상기 접촉조 내부의 벽체형 고형물트랩의 전면 하부에는 고형물 저류부를 설치하며, 상기 접촉조내의 고형물 저류부에서 상기 후탈질조로 고형물의 내부이송이 이루어지도록 하고, 상기 재포기조의 유출구 부근에는 제1항의 벽체형 고형물트랩을 설치하고, 상기 벽체형 고형물트랩의 전면 하부에는 고형물 저류부를 설치하여 상기 재포기조내의 고형물 저류부로부터 상기 접촉조로 슬러지 반송이 이루어지는 것을 특징으로 하는 하폐수처리시스템.
12. 제10항에 있어서, 발효조를 구비하고, 상기 발효조에서 음식쓰레기, 분뇨, 축산분뇨, 산업공장의 유기성 폐기물 또는 기타의 유기성 폐기물을 발효시켜서 생성되는 발효액을 상기 후탈질조에 주입하는 것을 특징으로 하는 하폐수처리시스템.
13. 제10항에 있어서, 상기 후탈질조에 후속하여 상기 재포기조의 앞단계에 인방출조를 추가로 설치하는 것을 특징으로 하는 하폐수처리시스템.
14. 질산화조, 후탈질조, 재포기조, 침전지를 순차적으로 거치는 하폐수처리공정에서, 발효조를 구비하여 음식쓰레기, 분뇨, 축산분뇨, 산업공장의 유기성 폐기물또는 기타의 유기성 폐기물을 상기 발효조에서 발효시켜 생성되는 발효액을 상기 후탈질조에 주입하고, 상기 질산화조와 상기 후탈질조사이의 벽체를 제1항의 벽체형 고형물트랩으로 구성하며 상기 침전지에서 상기 후탈질조로 슬러지반송이 이루어지는 것을 특징으로 하는 하폐수처리시스템.
15. 제14항에 있어서, 상기 재포기조의 유출구 부근에는 제1항의 벽체형 고형물트랩을 설치하고, 상기 벽체형 고형물트랩의 전면 하부에는 고형물 저류부를 설치하여 상기 침전지의 설치를 생략하고, 상기 재포기조내의 고형물 저류부로부터 상기 탈질조로 슬러지 반송이 이루어지는 것을 특징으로 하는 하폐수처리시스템.
16. 제14항에 있어서, 상기 후탈질조에 후속하여 상기 재포기조의 앞단계에 인방출조를 추가로 설치하는 것을 특징으로 하는 하폐수처리시스템.
17. 제14항에 있어서, 상기 질산화조의 앞단계에 전탈질조를 추가로 설치하고 상기 질산화조의 유출수를 상기 전탈질조로 역류순환하는 것을 특징으로 하는 하폐수처리시스템.
18. 질산화조, 후탈질조, 재포기조, 침전지를 순차적으로 거치는 하폐수처리공정에서, 발효조를 구비하여 음식쓰레기, 분뇨, 축산분뇨, 산업공장의 유기성 폐기물 또는 기타의 유기성 폐기물을 상기 발효조에서 발효시켜 생성되는 발효액을 상기 후탈질조에 주입하고, 상기 질산화조와 상기 후탈질조사이의 벽체와, 상기 후탈질조와 재포기조사이의 벽체가 제1항의 벽체형 고형물트랩으로 구성된 것을 특징으로 하는 하폐수처리시스템.
19. 제14항에 있어서, 상기 질산화조의 전단계에는 예비침전지를 설치하고, 상기 예비침전지에서 인출된 생슬러지를 상기 발효조에서 발효시키는 것을 특징으로 하는 하폐수처리시스템.
20. 제14항에 있어서, 상기 질산화조 전단계에는 유입조를 설치하여 유입조와 질산화조사이의 벽체는 제1항의 벽체형 고형물트랩으로 구성하고, 상기 벽체형 고형물트랩의 전면 하부에는 고형물 저류부를 설치하며, 상기 고형물 저류부에서 인출된 생슬러지를 상기 발효조에서 발효시키는 것을 특징으로 하는 하폐수처리시스템.
21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 예비침전지 또는 상기 유입조의 전단계인 유입펌프장, 스크린조 등에서 음식쓰레기, 분뇨, 축산분뇨, 산업공장의 유기성 폐기물 또는 기타의 유기성 폐기물을 투입하여 유입되는 하폐수와 혼합하는 것을 특징으로 하는 하폐수처리시스템.
22. 응집조, 플록형성조, 침전지를 순차적으로 거치는 하폐수처리공정에서, 상기 응집조와 상기 플록형성조사이의 벽체는 제1항의 고형물트랩으로 구성하는 것을 특징으로 하는 하폐수처리시스템.
23. 제22항에 있어서, 상기 플록형성조의 유출구부근에는 제1항의 벽체형 고형물트랩을 설치하여 상기 침전지의 설치를 생략하는 것을 특징으로 하는 하폐수처리시스템.
24. 제22항에 있어서, 상기 응집조의 앞에는 흡착조를 추가로 설치하고, 상기 응집조와 흡착조사이의 벽체는 제1항의 고형물트랩으로 구성하는 것을 특징으로 하는 하폐수처리시스템.