KR100343257B1

KR100343257B1 - 오·폐수 처리용 합병정화장치

Info

Publication number: KR100343257B1
Application number: KR1020010078013A
Authority: KR
Inventors: 성기달; 이영호; 김정목
Original assignee: 이영호; 성기달
Priority date: 2001-12-11
Filing date: 2001-12-11
Publication date: 2002-07-15
Also published as: KR20020011359A

Abstract

본 발명은 생활 및 상업활동에서 발생하는 오,폐수의 처리를 위한 담체 및 이를 이용한 합병정화장치에 관한 것으로서 기존의 담체가 가지는 기능의 제한성을 극복하고, 제조가 간단하고, 담체의 그 고유한 성질인 미생물의 고정화능력이 우수하여 오,폐수 처리장치를 개발하는데 목적이 있다.

본 발명에 의한 합병정화장치는 오수와 폐수를 유입하는 유입구와 정화 처리된 오수와 폐수를 유출하는 유출구 사이에 침전혐기조, 호기성유동조, 호기성접촉조, 침전조를 순차적으로 형성하여 오수와 폐수를 처리하는 합병정화장치에 있어서, 호기성유동조에 배플이 설치되고, 상기 호기성유동조와 침전혐기조 사이의 격판과 배플 사이의 하부에서 공기를 분사하는 산기구가 배치되어 산소공급기와 연결됨과 더불어 유동상담체가 상기 호기성유동조에서 순환 운동하게 되며, 호기성접촉조의 중앙부에 고정상담체를 배치함과 더불어 상기 호기성접촉조와 호기성유동조 사이의 격판과 고정상담체의 측면 사이에서 공기를 분사하는 산기구가 배치되어 상기 산소공급기와 연결되는 것을 포함하되, 상기 유동상담체는 표면에 다수의 구멍을 형성함과 더불어 입상물질을 포획하는 합성수지 재질의 캡슐, 상기 캡슐의 내부 공간에 포획되어 활성 미생물을 고정화한 입상활성탄으로 형성된 고정화충진물질, 그리고 전체의 비중을 조절하는 다기능성충진물질로 이루어진다.

따라서 본 발명은 담체를 사용하는 폐수처리 시스템을 활용할 때 기존의 담체를 사용하는 일반적인 접촉산화조 형식의 정화조에 비하여 고효율의 처리능력과안정적인 처리능력을 가지고 있으므로 쾌적하고 맑은 자연환경의 보전으로 인간의 행복지수를 높이는 기여를 도모할 수 있다.

Description

오·폐수 처리용 합병정화장치{COMBINATION PURIFIER TANK}

본 발명은 일반 가정 및 식당 등의 영업장에서 발생되는 분뇨와 생활하수의 BOD, COD 등의 오염물질을 분해하는 합병정화장치에 관한 것으로, 특히 미생물(활성오니)를 유동상담체에 고정화하여 집적 배양되어 고농도의 활성미생물에 의한 호기성유동조 및 호기성접촉조를 직렬로 연결하는 구조로써 오,폐수에 포함되어 있는고농도의 유기물질, 질소, 인을 포함하는 난분해성 유기 오염물질 등의 제거 효율이 높고, 안정적인 처리능력을 가지는 오·폐수 처리용 합병정화장치에 관한 것이다.

종래의 오수처리시설중의 정화조 시설은 일반적으로 혐기 및 호기성 접촉분해 방식의 처리방식으로서, 처리방법으로는 피처리물을 1차 처리로서 침전 및 혐기성미생물을 이용하여 분해시키고, 2차로 호기성 상태에서 고정상의 접촉담체를 이용하여 접촉 산화하는 방식을 많이 이용한 정화조를 사용하였다.

상기와 같은 정화조는 저농도의 오수 처리에는 일반적인 처리능력을 나타내고 있는데, 현재 영업장등에서의 오수는 농도 및 포함되는 오염물질이 난분해성을 포함하고 있기 때문에, 쉽게 처리할 수 없다는 문제점을 가지고 있다.

또한 합병 정화조에 사용되는 담체는 여러 종류의 고정상 또는 유동상 시스템에 적용되는 담체가 개발되어 시판되고 있으나, 구조적 결함으로 인하여 물질 전달 및 유지관리면에서 관리의 어려움이 있어서 우수한 정화능력을 나타내지 못하고 있다.

특히 호기성 미생물을 이용하여 유기물을 분해하는 접촉조 등에서 고농도의 활성오니를 유지하기가 어려운 단점을 가지고 있다.

현재 고정상으로 설치하는 섬유상 담체를 살펴보면 이들은 비표면적을 크게한 섬유에 미생물이 부착하는 형태의 담체가 주류를 이루고 있으나, 이러한 담체는 유기물 등의 발생이 시간대별로 심한 편차를 나타내는 특징을 가지는 오수의 처리에 있어서 전단응력에 의한 물리적 힘에 의하여 탈리가 쉽게 되고 부하변동에 대한대응력이 약한 문제점을 가지고 있다.

현재 합병 정화조의 처리효율이 떨어지는 가장 큰 두가지 원인을 가지고 있는데, 이는 첫째 생활 및 영업장의 오 폐수 등이 난분해성 물질을 함유하고 있으며, 두 번째는 오폐수의 농도별 및 발생시간대별 편차가 매우 심하기 때문이다.

오, 폐수의 처리에 있어서 생물공학적인 방법은 오폐수 중의 오염물질을 미생물의 신진대사에 필요로 하는 기질로 이용하는 방식인데, 오폐수의 농도 및 발생이 편차가 심하기 때문에 미생물의 활성을 유지하기 매우 힘든 실정이다.

또한 난분해성 유기물질의 영향을 살펴보면, 난분해성 물질을 분해 섭취하는 미생물이 증식속도가 대단히 느리기 때문에 미생물의 부착 및 탈리가 쉬운 담체로 접촉하는 정화조에서는 난분해성 물질의 분해능을 가진 미생물이 고정화하기 어렵다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 이러한 문제점을 극복하여 안정적이면서 우수한 처리효율로 오폐수를 처리하기 위한 발명의 목적을 달성하기 위하여, 심한 부하변동에 대응이 강한 시스템, 질소의 효과적인 제거, 세제를 포함하는 난분해성 물질의 효과적인 제거, 고농도의 유기성 오염물질의 효과적인 제거를 과제로 한다.

즉 본 발명의 목적은 합병 정화장치에서 유기물질 및 질소 인을 효과적으로 제거하기 위해서는 고농도의 고정화 미생물을 이용한 처리방식을 도입하는 방안과 더불어 물질 및 산소 전달 및 적정한 미생물 고정화의 농도를 유지하기 위한 방안으로 고활성을 계속적으로 유지할 수 있는 담체를 이용하여 이를 생물공학적인 처리시설에 적절히 적용하여 우리나라 실정에 맞으면서 안정적인 처리효율을 나타내는 합병 정화장치를 제공하는 데 있다.

본 발명은 오수와 폐수를 유입하는 유입구와 정화 처리된 오수와 폐수를 유출하는 유출구 사이에 침전혐기조, 호기성유동조, 호기성접촉조, 침전조를 순차적으로 형성하여 오수와 폐수를 처리하는 합병정화장치에 있어서, 호기성유동조에 배플이 설치되고, 상기 호기성유동조와 침전혐기조 사이의 격판과 배플 사이의 하부에서 공기를 분사하는 산기구가 배치되어 산소공급기와 연결됨과 더불어 유동상담체가 상기 호기성유동조에서 순환 운동하게 되며, 호기성접촉조의 중앙부에 고정상담체를 배치함과 더불어 상기 호기성접촉조와 호기성유동조 사이의 격판과 고정상담체의 측면 사이에서 공기를 분사하는 산기구가 배치되어 상기 산소공급기와 연결되는 것을 포함하되, 상기 유동상담체는 표면에 다수의 구멍을 형성함과 더불어 입상물질을 포획하는 합성수지 재질의 캡슐, 상기 캡슐의 내부 공간에 포획되어 활성 미생물을 고정화한 입상활성탄으로 형성된 고정화충진물질, 그리고 전체의 비중을 조절하는 다기능성충진물질로 이루어지는 오·폐수 처리용 합병정화장치를 제공한다.

도 1은 본 발명에 의한 오·폐수 처리용 합병정화장치의 단면도,

도 2는 본 발명에 의한 합병정화장치의 호기성유동조의 모형도,

도 3은 본 발명에 의한 합병정화장치의 호기성접촉조의 모형도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11 : 배플

12, 16 : 산기구

13 : 산소공급기

14 : 유동상담체

15 : 고정상담체

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 오·폐수 처리용 합병정화장치를 나타내는 도면으로서, 오수와 폐수를 유입하는 유입구(1)와 정화 처리된 오수와 폐수를 유출하는 유출구(2) 사이에 침전혐기조(3), 호기성유동조(4), 호기성접촉조(5), 침전조(6)를 순차적으로 형성하게 된다.

그리고 본 발명은 상기 호기성유동조(4)에 설치되는 배플(baffle)(11), 상기 호기성유동조(4)와 침전혐기조(3) 사이의 격판(3a)과 상기 배플(11) 사이의 하부에 배치되는 산기구(12), 상기 산기구(12)에 공기를 공급하는 산소공급기(13), 상기 호기성유동조(4)에 내장되는 유동상담체(14), 상기 호기성접촉조(5)의 중앙부에 배치되는 고정상담체(15), 그리고 상기 호기성접촉조(5)와 호기성유동조(4) 사이의 격판(4a)과 상기 고정상담체(15)의 측면 사이의 하부에 배치되어 상기 산소공급기(13)와 연결되는 산기구(16)로 이루어진다.

특히 상기 유동상담체(14)는 도 4에 도시한 바와 같이, 표면에 다수의 구멍을 형성함과 더불어 입상물질을 포획하는 합성수지 재질의 다공질 캡슐(14a), 상기 캡슐(14a)의 내부 공간에 포획되어 활성 미생물을 고정화한 입상활성탄으로 형성된 고정화충진물질(14b), 그리고 전체의 비중을 조절하는 다기능성충진물질(14c)로 이루어진다.

즉 본 발명은 고농도의 기질에 순화되어 우수한 오염물질의 제거능을 가진 미생물을 입상활성탄의 마이크로포어(micropore)또는 매소포어(mesopore)내에 포획한 형태의 고정화충진물질(14b)을 제조한 뒤, 상기 고정화충진물질(14b)과 함께 상기 다기능성충진물질(14c)을 다공질의 캡슐(14a)에 충진하게 되며, 완전 혼합형의 호기성유동조(4) 및 고정상담체(15)를 이용한 호기성접촉조(5)를 직렬로 연결한 것이다.

상기 산기구(12)는 도 2에 도시한 바와 같이, 산소공급기(13)의 압축 공기를 분사함으로써 유출되는 공기가 상기 격판(3a)과 상기 배플(11) 사이의 하부에서 위쪽 방향으로 상승되어 상기 유동상담체(14)가 상기 호기성유동조(4) 내부에서 원활하게 순환하게 된다.

상기 산기구(16)는 도 3에 도시한 바와 같이, 산소공급기(13)의 압축공기를 분사함으로써 유출되는 공기가 상기 격판(4a)과 고정상담체(15) 사이의 하부에서 위쪽 방향으로 상승되어 상기 호기성접촉조(5) 내의 오수와 폐수를 고정상담체(15)와 원활하게 접촉시킨다.

물론 본 발명에서는 종래와 마찬가지로 상기 침전조(6)의 최하부에 순환펌프(7)를 설치하여 침전조(6)에 가라앉은 오수와 폐수를 상기 침전협기조(3)로 리턴하게 되고, 상기 침전협기조(3)에 협기성담체(8)를 배치함은 자명하다.

이 때 본 발명에 의한 합병정화장치의 호기성접촉조(5)에 사용된 고정상담체(15)는 활성 미생물을 포획하는 구조의 상기 유동상담체(14)에 사용된 고정화충진물질(14b)을 채운 것을 사용하고, 호기성유동조(4)에 사용된 유동상담체(14)는 활성미생물을 포획하는 구조의 고정화충진물질(바이오파티클^TM)(14b)을 다기능성충진물질(14c)과 혼합하여 만든다.

여기서 고정화충진물질(14b)의 비중은 1.4 정도로서 물보다 무겁기 때문에, 호기성유동조(4)에서는 완전 혼합형 상태의 유동이 가능하게 하기 위하여 특별히 다기능성충진물질(바이오볼^TM)(14c)을 제조하여 고정화충진물질(14b)과 적정비율로혼합하여 유동상담체(14)를 만들게 된다.

물론 호기성접촉조(5)에 사용하는 고정상담체(일명 바이오카트리지^TM라고도 함)에 대해서 설명하면 원기둥형, 직사각형, 무정형 등 접촉조에 설치가 용이한 형태의 다공질의 포획체에 별도 미생물 배양장치에서 배양된 우수한 오염물질 제거능력을 가진 미생물을 고정화된 고정화충진물질(바이오파티클^TM)을 충진해서 사용하고, 호기성유동조(4)에 사용되는 유동상담체(바이오캡슐^TM)는 구형의 형태를 가지는 다공질의 캡슐(14a)에 고정상담체에 사용하는 미생물을 고정화된 고정화충진물질(14b)(일명 바이오파티클^TM이라고도 함)과 비중 조절을 위한 다기능성충진물질(14c)(일명 바이오볼^TM이라고 함)을 혼합하여 충진하는 구조로 제작한다.

여기서 포획체와 캡슐(14)의 재질는 프라스틱류, 철재류, 섬유소재류 등을 모두 사용할 수 있으나, 고정상담체(15)에서는 체망의 P.P 섬유소재, 유동상담체(14)에서는 물질 및 산소전달이 용이한 구조의 프라스틱 소재가 바람직하며, 또 유동상담체(14)는 다기능성충진물질(14c)의 충진비율을 조절하여, 비중의 조절이 가능하여, 오 폐수중에서 잘 유동될 수 있도록 할 수 있는 기능을 부여하게 된다.

다기능성충진물질(14c)의 비중은 0.35 - 0.45로서 그의 물리화학적 성질이 매우 우수하며, 미립 활성탄을 소재로 하여 발포제를 사용하여 비중이 가벼운 담체를 만들기 때문에 비표면적이 평균 1,500n/g으로서 매우 크며, 비중 조절은 물론 많은 미생물이 고정화 할 수 있는 다기능성을 가지게 된다.

또한 본 발명에 의한 다기능성충진물질(14c)의 비율을 조절함으로서 완전 혼합형 반응기에 사용될 담체 , 충진형 반응기용 담체, 부상형 반응기에 사용될 담체 등 마음대로 조절할 수가 있다.

이 때 오폐수를 처리하는 시스템의 종류별 필요한 담체의 비중에 관하여 알아보면 아래의 표 1과 같은데, 이러한 담체를 만들고자 할 때 본 발명에 사용되는 유동상담체(14)는 다기능성충진물질의 비율을 조절함으로써 모든 반응기에 사용 가능한 다기능성을 보유한다.

반응기 종류	비 중
완전혼합형 반응기용	0.98-1.03
충진형 반응기용	1.20 이상
부상형 반응기용	0.98 이하

본 발명에 의한 합병정화장치는 호기성유동조(4)에서 유동상담체(14)를 이용하여 완전 혼합 형태의 반응기에서 유기물질등의 오염물질을 완전히 분해하고, 여기서 미처리된 유기물질 및 유동상에서 탈리된 미생물을 포함하는 현탁물질을 호기성접촉조(5)에서 흡착 및 생물학적으로 처리하여 오,폐수의 오염물질을 완전히 정화 처리하게 된다.

고정상담체(15)는 미생물을 고정화한 고정화충진물질을 10메쉬(mesh)의 구멍 크기의 섬유를 고정상으로 설치가 용이한 원기둥 형태가 되도록 충진하여 만들어 도 3과 같이 되도록 호기성접촉조(5)에 고정화하고, 유동상담체(14)의 형태는 10메쉬(mesh)크기의 구멍을 보유한 플라스틱 재질의 다공질 캡슐(14a) 내부에 활성미생물을 포획한 고정화충진물질(14b)과 다기능성충진물질(14c)을 채운 것으로서, 유동상담체(14)의 물리화학적 성질을 살펴보면 아래의 표 2와 같다

번호	분석항목	분석결과	단위
1	Wet density	1.01	g/cm³
2	겉보기 밀도	1.20	g/cm³
3	직경	4.5	cm
4	미생물량	35	g/EA

상기와 같이 이루어지는 합병정화장치는 침전혐기조(3)에서 오수와 폐수의 침전물질 및 유기물을 제거하고, 호기성유동조(4)의 유동상담체(14)와 호기성접촉조(5)의 고정상담체(15)를 사용하여 용이하게 정화 처리하게 된다.

오수, 폐수 등과 같은 피처리물질은 유입구(1)로 침전혐기조(3)로 유입되면 입자상 물질은 침전이 되고, 유기물질 등의 오염물질이 혐기성담체(8)에 부착된 미생물 등에 의하여 1차로 혐기분해가 이루어지고, 격판(3a)을 월류하여 호기성유동조(4)에 유입된다.

호기성유동조(4)에 유입된 피처리물의 오염물질은 유동상담체(14)에 고정화된 고활성 미생물에 의해서 분해되고, 질소 성분은 담체의 내부 혐기영역으로 분자 이동되어 탈질된다.

이 때 필요한 산소는 산기관(12), 산소공급기(13)에 의해 공급되고, 유동상담체(14)의 유동은 배플(11)의 도움을 받아, 도 2에 도시한 바와 같이 호기성유동조(4)에 완전혼합형의 생물반응기의 모델로 유동되어 산소, 활성미생물 및 오염물질의 전달이 용이해지게 된다.

여기서 일정 시간 처리된 피처리물질은 유동상담체(14)가 통과하지 못하는 구조의 체망의 구조형식의 월류웨어 장치로 구성된 격판(4a)을 넘어 호기성접촉조(5)에 이르게 된다.

여기에서 그 동안 미처리된 잔류 오염물질 및 현탁물질이 활성고정화된 고정상담체(15)에 흡착 분해되어 완전히 정화되며, 정화 처리된 피처리물은 호기성접촉조(5)와 침전조(6) 사이의 격판을 지나 침전조(6)로 이동되어, 일정시간 정체되어 침전된 활성오니는 순환펌프(7)에 의해 침전협기조(3)로 리턴됨과 더불어 깨끗한 상등액은 유출구(2)를 통하여 방류된다.

본 발명에 의한 합병정화장치의 성능을 고찰하기 위해 식당오수를 처리하는 실험을 하였다.

이 때 처리조건은 체류시간 24시간을 유지하였으며, 시험기간은 1999.4.1 - 1999. 6. 30까지 약 3개월 연속 시험하였다. 연속시험결과 표 3과 같고, 이 때 유입수 및 유출수의 분석은 매일 1회 실시하였으며, 분석방법은 Standard method 에 준하여 분석하였다.

측정항목	유입수	유출수	평균제거효율
측정항목	농 도	평 균	평균제거효율	농 도	평 균
BOD	450-800	650	8-13	10	98%
CODcr	320-920	780	15-25	20	97%
SS	30-280	150	6-10	8	95%
TKN	20-60	36	4이하	2	94%

표 3의 시험결과표에 나타난 바와 같이 식당의 오수가 과량의 세제등의 난분해성을 포함하면서 오염물질의 농도가 BOD가 평균 650mg/L, COD가 평균 780mg/L ,등 매우 높은 농도임에도 BOD의 제거효율이 BOD 98%, COD 97%, SS 95%, TKN 94%등으로 매우 우수한 제거능력을 발휘하였다.

본 발명에 의한 호기성유동조와 호기성접촉조에서 연속 처리하는 합병정화장치는 오수처리에 있어서 매우 효과적으로 오염물질을 처리하여 매우 안정적인 처리수질을 얻을 수 있으며, 상수도 보호지역 내의 식당오수등을 처리하는 데 적합하며, 하수처리가 불가능한 지역의 생활오수를 처리하기 위해 설치하면 매우 우수한 처리능으로 인하여 자연 환경 보존에 크게 기여하는 효과를 제공한다.

Claims

오수와 폐수를 유입하는 유입구와 정화 처리된 오수와 폐수를 유출하는 유출구 사이에 침전혐기조, 호기성유동조, 호기성접촉조, 침전조를 순차적으로 형성하여 오수와 폐수를 처리하는 합병정화장치에 있어서,

호기성유동조에 배플이 설치되고, 상기 호기성유동조와 침전혐기조 사이의 격판과 배플 사이의 하부에서 공기를 분사하는 산기구가 배치되어 산소공급기와 연결됨과 더불어 유동상담체가 상기 호기성유동조에서 순환 운동하게 되며, 호기성접촉조의 중앙부에 고정상담체를 배치함과 더불어 상기 호기성접촉조와 호기성유동조 사이의 격판과 고정상담체의 측면 사이에서 공기를 분사하는 산기구가 배치되어 상기 산소공급기와 연결되는 것을 포함하되,

상기 유동상담체는 표면에 다수의 구멍을 형성함과 더불어 입상물질을 포획하는 합성수지 재질의 캡슐, 상기 캡슐의 내부 공간에 포획되어 활성 미생물을 고정화한 입상활성탄으로 형성된 고정화충진물질, 그리고 전체의 비중을 조절하는 다기능성충진물질로 이루어지는 오·폐수 처리용 합병정화장치.