KR100348634B1 - 하수및오.폐수의생물학적활성슬러지처리방법및그장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하수 및 오. 폐수의 생물학적 순산소 활성슬러지 처리 방법 및 장치에 관한 것으로, 개방형 순산소 활성슬러지법과 반송슬러지의 오존처리를 병용하는 생물학적 활성슬러지 처리공법을 이용함으로써, 처리 과정에서 발생되는 잉여 슬러지 배출이 없는 하수 및 오, 폐수의 생물학적 활성슬러지 처리 방법과 장치로서 드럼 스크린, 폭기조, 최종침전지, 오존 접촉조를 조합한 하수 및 오, 폐수의 생물학적 활성슬러지 처리 장치에 있어서, 상기 최종침전지에서 반송슬러지를 반송하는 반송슬러지 배관의 끝단에, 분사 노즐과, 이 분사노즐의 선단부에 겉으로 끼워지며 그 외주면에 다수 개의 흡입공이 천공된 혼합 방사관으로 구성되는 혼합 방사기를 설치하여서 됨을 특징으로 하는 하수 및 오, 폐수 슬러지의 생물학적 순산소 활성슬러지 처리 장치를 제공하며, 이중 반송슬러지 일부를 오존 접촉조에서 오존과 반응시킨 뒤에 폭기조로 보내어 생물처리를 수행하므로써 슬러지 발생량의 감량을 효과적으로 수행할 수 있으며, 이 공정을 반복함으로써 잉여슬러지의 배출이 없게 할 수 있는 처리 공정이 성립되는 것이다.

Description

하수 및 오. 폐수의 생물학적 활성슬러지 처리 방법 및 그 장치

본 발명은 생활 하수 및 각종 산업 오. 폐수의 생물학적 활성슬러지 처리 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 생물학적 활성슬러지 처리 과정에서 발생되는 잉여슬러지를 공정 계내에서 처리하고, 계외로 배출시키지 않으므로써 폐슬러지 처리 때문에 야기되는 각 종 문제를 해소하고자 하는 경제적이며 효과적인 하수 및 오. 폐수의 생물학적 활성슬러지 처리 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

종래 생활 하수, 오수 및 각종 산업 폐수를 정화 처리함에 있어서는 생물학적 활성슬러지 처리 방법이 널리 사용되고 있다. 그러나 이러한 생물학적 활성슬러지 처리 방법에서는 잉여슬러지 발생량이 다량 발생하게 되고, 이러한 잉여슬러지를 처리하기 위해서 별도의 설비와 비용이 추가되는 문제점이 있었다.

즉, 잉여슬러지를 처리하기 위하여는 농축, 소화, 탈수 및 폐기물 처리와 처분에 필요한 시설 부지, 처리 시설, 폐기물 매립장과 설비투자 등이 필요하게 되는 것이었다.

따라서 본 발명자는 종래 생물학적 활성슬러지 처리 방법에서보다 잉여슬러지 발생량을 30∼45% 감소시킬 수 있는 장치로서 실용신안등록 제72036호 및 제80591호와 같이 개방형 순산소 활성슬러지 처리 방법을 안출한 바 있다.

그러나 이러한 개방형 순산소 활성슬러지 처리 방법에서도 표준 활성슬러지 방식보다는 적으나 잉여슬러지가 발생되기 때문에 이 잉여슬러지를 처리하기 위한 설비와 비용이 추가되는 문제점을 완전히 해소할 수는 없었다.

따라서 본 발명은 잉여슬러지의 발생을 원천적으로 없게 할 수 있도록 함으로써 잉여 슬러지(폐슬러지)의 능축, 소화, 탈수 및 폐기물 처리와 처분에 필요한 시설 부지, 처리 시설, 폐기물 매립장과 설비투자 등이 축소되며, 이로 인하여 유발되는 각종 문제점이 대폭적으로 해소될 수 있도록 한 하수 및 오. 폐수의 생물학적 활성슬러지 처리 방법 및 그 장치를 제공하려는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 하수 및 오. 폐수의 생물학적 활성슬러지 처리 방법을 구현하기 위한 장치의 계통도.

도 2a는 본 발명에 사용되는 혼합 방사기의 단면도.

도 2b는 도 2a의 A-A선 단면도.

**도면의주요부분에대한부호의설명 **

10 : 드럼 스크린 20 : 폭기조

30 : 고순도 산소 제조/공급 설비 32 : 자동 유량 제어 설비

33 : DOIC-DO 지시/조절기 40 : 반송슬러지 펌프

42 : 배관 반응기(Pipeline Reactor) 43 : 혼합 방사기(Eductor)

50 : 침전조 60 : 오존접촉 슬러지 펌프

61 : 오존접촉조 62 : 오존 발생기

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 개방형 순산소 활성슬러지법에서 반송슬러지를 반송함에 있어서, 반송 슬러지 배관에 기체 산소로서 순도가 60%이상인 고농도 산소를 주입하여 반송슬러지-산소 혼합액을 폭기조내로 반송하며, 또 반송슬러지의 일부를 오존 접촉조에서 오존처리를 시행하여 무기화함으로써 잉여 슬러지 배출이 없게 되도록 한 것을 특징으로 하는 하수 및 오. 폐수의 생물학적 활성슬러지 처리 방법이 제공된다.

상기 폭기조로 반송되는 반송슬러지-산소 혼합액을 폭기조 내에 혼합방사기로 분사하여 혼합되도록 한다.

또한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 순산소 폭기를 사용하는 생물학적 활성슬러지 처리 방법에 있어서, 폭기조에 반송하는 슬러지 배관의 끝단에, 분사노즐과, 이 분사노즐의 선단부에 겉으로 끼워지며 그 외주면에 다수 개의 흡입공이 천공된 혼합방사관으로 구성되는 혼합 방사기를 설치함과 아울러 상기 반송슬러지 반송관의 도중에는 오존 접촉조를 연결하여 오존발생기로부터 공급되는 오존과 반송슬러지가 반응하게 함을 특징으로 하는 하수 및 오. 폐수의 생물학적 활성슬러지 처리 장치가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 하수 및 오. 폐수의 생물학적 활성슬러지 처리 방법 및 그 장치를 첨부도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 하수 및 오. 폐수의 생물학적 활성슬러지 처리 방법을 구현하기 위한 장치를 보인 계통도로서, 이에 도시한 바와 같이 폭기조(20), 및 침전조(50)은 순차 이송로에 의하여 연결되며, 침전조(50)에서 분리된 처리수가 방류된다. 상기 침전조(50)의 하부에는 슬러지 배출관(52)이 연결되며, 이 슬러지 배출관(52)에는 슬러지를 폭기조로 반송하기 위한 반송슬러지 반송 펌프(40)와, 오존접촉 슬러지를 오존 접촉조로 압송하기 위한 오존접촉 슬러지 배출 펌프(60)가 설치된다.

상기 반송슬러지 반송계는 슬러지 배출관(52)에 연결되는 반송슬러지 반송펌프(40)와 이 펌프의 출구측에 연결된 슬러지 반송관(41)과 이 반송관에 연결된 배관 반응기(42)및 배관 반응기에 연결된 반송관에 연결되는 혼합 방사기(43)로 구성된다. 상기 반송슬러지 반송관(41)의 도중에는 순산소 공급설비(30)가 순산소 공급배관(31)으로 연결되며 상기 산소 공급배관(31)에는 자동 유량조절용 제어밸브(32)가 설치되고 제어밸브(32)에 연결되는 산소 공급배관(31)은 반송슬러지 반송관(41)과 연결되어 합류된 후에 사행형 배관 반응기(42)로 연결된다. 상기 배관 반응기 (42)에서 이어진 반송슬러지 반송관(41)의 끝단부는 폭기조(20)의 저부에 임하며, 그 끝단부에는 혼합 방사기(43)가 설치된다.

상기 혼합 방사기(43)는 도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이 상기 농축슬러지 반송관(41)의 끝단에 연결되는 분사노즐(43a)과, 이 분사노즐(43a)의 선단부에 겉으로 끼워지며 그 외주면에 다수 개의 흡입공(43c)이 천공된 혼합 방사관(43b)으로 구성된다.

상기 농축슬러지 반송관(41)과 분사노즐(43a)은 각각 플랜지(41',43a')를 볼트(43d)와 너트(43e)로 체결하는 것에 의하여 연결되는 것이다.

또한 상기 순산소 공급배관(31)의 도중에는 순산소 유량제어밸브(32)가 설치되어 폭기조(20)에 침지되는 용존 산소 검출기(34)에서 검출된 신호에 따라 DO 조정기(33)에 의하여 제어되도록 구성되어 있다. 상기 오존접촉 슬러지 배출계는 슬러지 배출관(52)에 연결되는 오존접촉 슬러지 배출 펌프(60)와 이 펌프 출구측에 연결된 오존접촉조(61)로 구성된다. 오존접촉조(61)에서는 오존접촉슬러지 펌프 (60)로 유입시킨 슬러지와 오존발생기(62)에서 주입된 오존이 접촉반응하여, 슬러지의 상당 부분은 무기화(無機化)되어 폭기조로 반송되므로 잉여 슬러지의 발생량이 감소된다. 이 과정이 반복되면 잉여 슬러지의 배출이 없게 할 수 있는 공정이 구성된다.

여기서 슬러지가 무기화되는 과정을 설명하면, 오존은 일종의 고도의 산화제로서 고도산화처리가 이루어지게 되기 때문에 미생물들의 유기물이 산화되어 무기물만 남게 되어 무기화되는 것이다. 또한 이때 유기물이 모두 산화되어 CO2와 H2O로 되기 때문에 실질적으로 잉여 슬러지의 배출이 없게 되는 것이다.

도 1에서 미설명 부호 도 1에서 21은 원수가 유입되는 유입관이고, 63은 오존접촉 슬러지 반송관이다.

한편, 폭기조(20)내의 활성슬러지 농도(MLSS)를 조절하기 위하여 반송슬러지를 반송하게 된다. 미생물 혼합액의 재순환량은 최소화함으로써 운전에 소요되는 비용을 절감할 수 있도록 하며, 즉, 침전조(50)의 하부에 연결된 반송슬러지 반송계의 반송 펌프(40)가 가동되면 침전조(50)내의 슬러지가 반송관(41)을 통하여 폭기조(20)측으로 반송되는 것이다. 상기 침전조(50)에서 폭기조(20)로 반송되는 반송슬러지의 반송량은 유기물질 농도에 따라서 반송율을 조절하여 고농도의 용존 산소에 의한 반응시간(체류시간)을 조절할 수 있도록 유입수량(Q) 대비 0.3-1배로 한다.

이때, 반송슬러지 반송관(41)의 도중에는 순산소 공급설비(30)가 순산소 공급관(31)으로 연결되어 있는 바, 폭기조(20)에 침지되어 있는 용존 산소 검출기 (34)에 의하여 검출된 폭기조(20)내의 용존 산소가 낮을 경우에는 DO조정기(33)에 의하여 제어밸브(32)가 개방되어 순산소 공급설비(30)의 순산소가 공급배관(31)을 통하여 반송슬러지 반송관(41)으로 공급되어 반송슬러지와 혼합되며, 사행형 배관 반응기(42)을 통과하는 동안 반송슬러지와 순산소가 충분히 혼합되어 1차적으로 용존 산소를 높이게 되며, 이후 반송슬러지-산소 혼합액이 반송슬러지 반송배관(41)의 끝단에 설치된 혼합 방사기(43)을 통하여 폭기조(20)내로 고압 제트 방사되면서 혼합되는 것이다. 상기 순산소 공급설비(30)로부터 공급되어 반송슬러지에 혼합되는 순산소의 순도는 기체 산소로서 60%이상이 되도록 한다.

이때, 반송슬러지-산소 혼합액은 혼합 방사관(43)을 통과하는 과정에서 베르누이 정리에 의하여 분사노즐(43a)의 선단 주위의 압력이 대기압보다 낮은 부압(負壓)상태로 되어 폭기조(20)내의 슬러지가 혼합 방사관(43b)의 외주면에 천공된 흡입공(43c)을 통하여 흡입되어 분사되는 농축슬러지와 순산소의 혼합액과 혼합되면서 가압 제트 방사되므로 순산소가 소화조 전체에 균일하게 분산된다.

침전조에서 폭기조로 반송슬러지를 반송함에 있어서는 반송관로의 도중에서 반송슬러지에 순산소를 주입하여 반송슬러지-산소 혼합액을 폭기조내로 반송한다.

반송슬러지-산소 혼합액이 혼합 방사기(43)에서 방사되는 과정에서는 반송슬러지-산소 혼합액이 분사노즐에서 혼합 방사관내로 분사될 때 폭기조(20)내의 미생물 혼합액이 혼합 방사관의 외주면에 천공된 흡입공을 통하여 흡입되어 혼합된 후 고속 제트 방사되면서 폭기조(20)내의 슬러지들이 가라앉으면서 부패되는 것을 방지함과 아울러 반송슬러지와 순산소 및 폭기조(20)내의 미생물 혼합액이 활발하게 혼합되어 처리 성능을 높일 수 있게 된다.

실험 결과에 의하면 이와 같이 반송되는 반송슬러지에 순산소 공급설비(30)로부터의 순산소를 반송슬러지 반송관(41)에 공급하여 배관 반응기(42)에서 1차적으로 혼합함과 아울러 혼합 방사기(43)에 의하여 반송슬러지-산소 혼합액과 폭기조 (20)내의 미생물 혼합액이 혼합하여 폭기조(20)로 가압 제트 방사하는 것에 의하여 종래의 폭기 장치에 의하여 폭기하는 경우에 비하여 용존 산소량이 2-3배 이상으로 됨과 아울러 폭기조(20)내의 미생물 혼합액의 활성슬러지 농도(MLSS)도 2배 이상으로 유지됨을 알 수 있고, 이에 따라 하수, 오. 폐수중의 오염된 유기물질을 획기적으로 분해 처리할 수 있게 될 뿐만 아니라 처리 능력과 효율이 크게 향상됨을 알 수 있다.

즉, 반송슬러지의 일부를 오존 처리하여 무기화시킨 뒤에 폭기조로 반송하므로써 잉여 슬러지 생성량을 대폭 감소시키는 생물학적 활성슬러지 처리 공정을 구성하는 것이다. 이 과정을 반복하게 되면, 잉여 슬러지의 발생이 없게 할 수 있는공정이 성립된다. 그 결과로 잉여 슬러지(폐슬러지)의 농축, 소화, 탈수 및 폐기물 처리와 처분에 필요한 시설 부지, 처리 시설, 폐기물 매립장과 설비투자 등이 축소되며, 이로 인하여 유발되는 각종 문제점이 대폭적으로 해소될 수 있게 되는 것이다.

또한 미생물에 의한 유기물질 처리(활성슬러지법)에서 미생물에 필요한 산소의 공급원으로서 공기중의 21% 산소를 활용하는데는 한계가 있으므로, 이 한계를 극복하기 위한 방안으로 공기대신에 순산소를 주입하는 것이다.

이에 따라 산소 분압이 대기중의 공기를 사용하는 공기법의 경우에 비해, 약 4배 이상으로 커지게 되므로 공기법에 비해서 최소한 4배 이상의 용존 산소 농도를 유지할 수 있게된다. 그러므로 이렇게 높은 산소 농도를 유지하면 미생물 농도 역시 높게 유지할 수 있게 된다.

이러한 방법에 의하여 (1) 폭기조 용적 1/3 - 1/2 축소, (2) 잉여 슬러지 발생량 30- 45 % 감소, (3) 오염 물질 충격 부하 흡수, (4) 슬러지 침강성 대폭 향상, (5) 산소 공급 동력의 경제성이다.

공기법에서 송풍기로 1 kg의 산소를 상온에서 물속에 용해시켜서 공급하는데 필요한 전력이 1.5-2 kw 가량 소요되고 있다. 반면에, 산소 제조 기술 및 설비 의 발달로 90-93% 순도의 산소 1kg을 생산하는데 사용되는 전력은 0.4 kw정도 되며, 산소의 이용 효율도 90%이상으로 활용할 수 있는 기술이 실용화되고 있다.

이렇게 순산소 활성슬러지 공법을 이용해서 유기물을 처리하는 경우에 잉여 슬러지 발생량은 획기적으로 감소되는데, 이 잉여슬러지 마저 오존 처리를 하여 무기화(無機化)함으로서 계내에서 순환시켜 처리하면 궁극적으로 폐슬러지 발생을 없게 하는 공정을 구성하게 된다.

이상과 같은 구성을 가진 본 공법에서 이루어지는 하수 및 오, 폐수의 생물학적 활성슬러지 처리과정을 상세히 설명한다.

하수 및 오. 폐수 원수는 우선 물리적 전처리 공정인 침사, 스크린 공정을 거친 다음, 드럼 스크린(10)에서 미세한 부유 고형물질이 걸러져서 제거된 후 유출수 가 폭기조로 유입된다. 여기서 유입수는 폭기조(20)의 미생물과 혼합되어 처리된 다. 또 미생물에 필요한 산소가 공급된다. 폭기조에 필요한 산소를 공급하기 위 해서 산소를 폭기시킴에 있어서 압력 상태하에서 고순도 산소를 가압 주입시키므로 효과적인 산소 용해가 이루어지게 하고, 또 혼합 방사기를 사용하여 혼합 방사함으로써 폭기 효율(산소 이용효율)을 높여 유기물질의 분해가 보다 효과적으로 수행될 수 있도록 한다. 순산소의 주입점은 반송 펌프 출구측의 반송슬러지 배관으로서 순산소 공급설비로부터 연결되는 순산소 공급 배관과 연결한다. 반송슬러지 반송관의 중간부에 사행형 배관 반응기를 설치할 수 있다.

슬러지를 폭기조에서 혼합함에 있어서 혼합 방사기를 사용함으로써 별도의 교반 설비를 하지 않고서도 조내의 슬러지가 가라앉아서 부패되는 것을 방지할 수 있도록 한다. 순산소 폭기에서는 산소 분압이 증대함에 따라서 산소 이동의 추진 력이 대폭으로 증대되므로 산소 이동 속도도 비례적으로 증가하게 될 뿐 아니라, 산소의 용해량을 증가시킬 수 있기 때문에 폭기조내의 슬러지 농도를 높게 유지 할 수 있게 된다. 따라서 단위 용적당 유기물 분해능력(용적 부하)를 높이 유지 할 수있기 때문에 표준 활성슬러지법에 비하여, 폭기조의 체류시간을 단축시키 는 것이 가능하게 되어 폭기조의 크기를 축소하는 것이 가능하게 된다.

더구나 유기물 처리 능력이 큰 장점을 살려서 최초 침전지의 처리 과정을 생략하고 폭기조에서만 유기물을 처리하고도 동일한 수질을 얻을 수 있기 때문에 초침이 없는 공정을 구성하는 것이 가능하게 된다. 폭기조에서 반응된 혼합액은 침전조(50)로 유입되어 최종적으로 고형물인 미생물과 처리수인 상징액이 침전 분리된 후 그 처리수가 월류되어 방류되는 것이다.

또한 도시례에서는 오존접촉 슬러지 펌프(60)에 의해 반송되는 오존접촉 슬러지에 오존발생기(62)에서 발생된 오존을 오존접촉조(61)에서 접촉시킨 다음 폭기조(20)의 유입관(21)을 통해 폭기조(20)로 반송하도록 되어 있으나, 슬러지 반송관 (41)의 도중에 오존발생기(62)와 오존접촉조(61)를 설치할 수도 있는 것이다.

개방형 순산소 활성슬러지 공법과 반송슬러지의 오존처리를 사용하여 폐슬러지의 배출이 없게 할 수 있는 처리 공정을 구성함으로, 아래와 같은 효과들을 얻을수 있게 된다.

(1) 잉여 슬러지의 농축, 탈수 설비 투자가 절감된다.

(2) 폐슬러지 탈수케익의 처분(위생매립, 소각등)에 필요한 제반 비용이 절약된다.

(3) 처리수의 낮은 BOD 농도로 처리수의 수질이 양호한 처리 시설을 구비할 수 있게 된다.

Claims (4)

1. 개방형 순산소 활성슬러지법에서 반송슬러지를 반송함에 있어서, 반송슬러지 배관에 기체 산소로서 순도가 60%이상인 고농도 산소를 주입하여 반송슬러지-산소 혼합액을 폭기조내로 반송하며, 또 반송슬러지의 일부를 오존 접촉조에서 오존처리를 시행하여 무기화함으로써 잉여 슬러지의 배출이 없게 되도록 한 것을 특징으로 하는 하수 및 오. 폐수의 생물학적 활성슬러지 처리 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 반송슬러지에 혼합되는 고농도 산소는 기체 산소로서 순도가 60%이상으로 공급함을 특징으로 하는 하수 및 오. 폐수의 생물학적 활성슬러지 처리 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 폭기조로 반송되는 반송슬러지-산소 혼합액을 폭기조 내에 혼합방사기로 분사하여 혼합되도록 함을 특징으로 하는 하수 및 오. 폐수의 생물학적 활성슬러지 처리 방법.
4. 순산소 폭기를 사용하는 생물학적 활성슬러지 처리 방법에 있어서, 폭기조에 반송하는 슬러지 배관의 끝단에, 분사노즐과, 이 분사노즐의 선단부에 겉으로 끼워지며 그 외주면에 다수 개의 흡입공이 천공된 혼합방사관으로 구성되는 혼합 방사기를 설치함과 아울러 상기 반송슬러지 반송관의 도중에는 오존 접촉조를 연결하여오존발생기로부터 공급되는 오존과 반송슬러지가 반응하게 함을 특징으로 하는 하수 및 오. 폐수의 생물학적 활성슬러지 처리 장치.