KR100352177B1 - 오염물질의 분해 및 분리를 위한 폐수처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오·폐수 등 각종 오염물질을 생물학적처리함에 있어서, 산소를 효과적으로 공급할 수 있게 하며, 처리수와 슬러지를 효율적으로 분리할 수 있는 장치를 제공하기 위한 것으로, 반응조(1, 10)와, 폭기장치와, 유체유도수단과, 유체유도수단의 공기접촉면에 설치하는 담체(4, 40)를 구성 요소로 하는 것을 특징으로 하는 오염물질의 분해 및 분리를 위한 폐수처리 장치에 관한 것임.

Description

오염물질의 분해 및 분리를 위한 폐수처리 장치 { Wastewater treatment plant for disintegration and separation of pollutants }

본 발명은 오·폐수 등의 오염물질을 단일 반응기에서 연속적으로 생물학적 처리를 할 때에 오·폐수를 생물학적처리함에 있어서, 산소를 효과적으로 공급할 수 있게 하며, 처리수와 슬러지를 효율적으로 분리할 수 있는 장치를 제공하기 위한 것이며, 이에서 나아가 유체를 적절히 유동시키는 동시에 유체유도수단에 의해서 오·폐수의 처리수와 슬러지를 분리시키므로써 산소용존율의 증가,유기물 제거율의 촉진 및 슬러지 분리를 유도하는 오·폐수의 생물학적 장치를 제공하기 위한 것이다.

수처리는 수중의 오염된 물질을 미생물 또는 화학적인 산화 또는 환원반응에 의하여 안정화된 물질로 변화시키는 일련의 조작이다. 폐수의 성상에 따라 이에 포함된 유기물은 이를 다양한 방법으로 안정화시킬 수 있다. 그러나 대부분의 수처리는 자연상태에서 미생물의 유기물 분해속도에 의존하고 있어 처리속도가 매우 느리고 불안정하다. 특히, 고농도 난분해성 폐수의 경우 이러한 문제는 더욱 심각하게 나타난다. 이와 같은 폐수처리의 핵심은 에너지원으로 유리 산소 또는 결합 산소와 탄소원의 공급원으로 유기물을 보다 효과적으로 공급해 주며, 미생물의 조건을 어떻게 적절하게 유지시켜 줄 것이며, 분해 또는 처리되고 남은 고형물을 어떻게 분리시키지의 방안이라고 할 수 있다.

지금까지 이와 같은 조건에 대하여 원칙론만 강조되어 왔을 뿐 현실적으로이에 맞는 장치의 개발에는 크게 미흡하다. 즉, 저농도 폐수처리의 경우에는 호기성처리를 해야 하고, 고농도 폐수처리의 경우에는 혐기성처리를 해야 된다는 등 일반적인 경향에 의해서 지배되어 왔다. 이것은 고농도 폐수처리의 경우 원활한 산소공급과 유체 역학적인 고형물의 동시 분리가 용이하지 않았기 때문이다. 예로써 축산폐수나 침출수의 경우 폐수 발생 후 장시간 저류되어 왔기 때문에 대부분 폐수의 상당한 부분이 혐기성소화된 상태일 뿐, 단지 고농도이기 때문에 다시 혐기성소화를 시도하는 것은 적절한 처리방법이라고 말하기 어렵다. 그러므로 단순히 고농도이므로 혐기성소화 과정을 거쳐야하는 것은 현실적으로 맞지 않다. 고농도 폐수처리를 혐기성소화에 의존하는 가장 큰 이유 중에 하나가 호기성에 필요한 적정한 용존산소를 유지하기가 어렵기 때문이다. 이에 대응하기 위하여 순산소폭기법, 가압용존산소법 등이 적용되고 있으나 순산소공급의 비용, 가압에 따른 슬러지 폐쇄현상으로 실험실에서는 용이하게 되고 있으나 현장적용은 어려운 것으로 간주되고 있다.

본 발명자들은 공기 또는 유체의 흐름을 변형시켜 물질의 용해도를 높일 수 있고, 교반효과를 높여 미생물-기질간의 접촉효과를 높일 수 있었다.

또한 지금까지 단순 폭기에 의한 용존 산소의 공급은 반응조에 주입된 공기가 폭기조에서 수중으로 부상하는 과정에서 용존되므로 공기 부상시간이 짧고 공기와 폐수의 접촉면인 기액막이 보존된 상태에서 부상되므로 용해도가 낮을 뿐만아니라 다량의 기포가 수면에서 노출되므로 거품이 다량 발생하게 된다. 또한 생물학적 탈질을 위해서 교반을 실시할 경우, 교반과정에서 대부분 슬러지가 유출구까지 상승하여 교반과 동시에 처리수를 유출시키는 것이 불가능하다. 따라서 침전후에 상등수를 방출하고 있으나 침전과정에서 탈기된 질소가스가 계속해서 슬러지로 부터 방출되므로 슬러지 침전을 저해하게 된다. 따라서 기존 수처리 공정에서 가장 문제가 되고 있는 것은 산소의 공급, 혼합에 의한 수중의 가스이탈촉진 고액의 분리라 할 수 있으며 이러한 문제가 해결되지 않을 경우에 기존의 생물학적처리 방법은 한계가 있다.

본 발명은, 첫째, 고농도 유기물 폐수를 효과적으로 생물학적처리하기 위하여 기질과 미생물의 접촉을 증대시키고, 미생물이 필요로하는 산소를 충분히 공급할 수 있게 하는데 그 목적이 있다. 둘째, 슬러지의 농축 또는 탈질과정에서 저속 교반을 유지하므로써 미생물농도를 충분히 유지시킬 수 있고 상등수를 유출시킬 수 있게 하는 데 또 다른 목적이 있다. 이와 같은 두가지의 기능은 유체의 유동성, 회전체의 동력, 유체의 흐름 전환을 위한 유체 유도판을 설치하므로써 실현할 수 있다.

도1은 본 발명의 일 실시 예시도로서 단일반응기에서 분해 및 분리를 유도하는 폐수처리 장치의 구성도이다.

도2는 본 발명의 다른 실시 예시도로서 단일반응기에서 분해 및 분리를 유도하는 폐수처리 장치의 구성도이다.

도3은 도2에 도시된 실시예에 있어서의 부채꼴경사유도판(30)들의 발췌 사시도이고,

도4는 도2에 도시된 실시예에 있어서의 부채꼴경사유도판(30)들의 발췌 평면도 이며,

도5는 도2에 도시된 실시예에 있어서의 부채꼴경사유도판(30)들이 반응조(10)의 내주벽에 설치된 상태를 설명하기 위한 반응조의 펼친 상태 내부 설명도임.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1, 10.... 반응조

2........산기관

20.......산기판

3........경사유도판

30.......부채꼴경사유도판

31, 32....경사판

300........통공부

301........교반익

4, 40......담체

5, 51.....침전유도판

6..........처리수유입구

7..........상등수방류구

8..........침전물방류구

본 발명은 오·폐수 등 각종 오염물질을 생물학적처리함에 있어서, 산소를 효과적으로 공급할 수 있게 하며, 처리수와 슬러지를 효율적으로 분리할 수 있는 장치를 제공하기 위한 것으로, 이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는반응조, 폭기장치, 유체유도수단, 유체유도수단의 공기접촉면에 형성시키는 담체를 구성 요소로한다.

이와같은 본 발명의 일 실시예로서 실험실 규모의 실시예를 첨부된 도면에 의하여 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 한정된 실시예가 도시된 것이다.

첨부된 도면 도 1에는,

반응조(1)가 사각통체로 구성되고,

폭기장치는 상부에 통기공이 설치된 산기관(散氣管; 2)으로 구성되며,

유체유도수단은 2개이상의 분리된 경사판(31, 32)을 1쌍으로 하는 경사유도판(3)이 1개 이상 설치되어 구성되며,

각개의 경사판(31, 32)의 저면에는 담체(4)가 형성되어 있는 실시예가 도시되어 있다.

이러한 실시예에 있어서는 반응조(1)의 상부에 침전유도판(5, 51)이 설치되어 있으며, 또한 처리수유입구(6)와 상등수 방류구(7) 및 침전물방류구(8)가 설치되어 있다. 각각의 경사유도판(3)을 구성하는 2개의 경사판(31, 32)은 5cm이상의 간격으로 설치되어 있다. 각개의 경사판(31, 32)은 그 이상의 간격으로 설치되어도 좋으나 그 간격이 넓을 경우 처리 장치의 대형화를 감수해야 한다. 각각의 경사유도판(3)을 구성하는 경사판(31, 32)은 10 내지 80도의 경사각을 가지는 것이 바람직하다. 경사판(31, 32)의 경사가 급하게 되면 산기관(2)으로 부터 분출 산기되는공기의 흐름이 빨라지고 따라서 처리수의 유동 속도가 빨라지게 된다.

각개의 경사판(31, 32)의 저면에 형성되는 담체(4)는 스폰지형의 담체나 기타 무정형의 담체를 부착하여 형성시킨 것이며, 이에 미생물을 생육시킨다.

그리고, 첨부된 도면 도 2에는,

반응조(10)가 원통체로 구성되고,

폭기장치는 상부에 통기공이 설치된 산기판(散氣管; 20)으로 구성되며,

유체유도수단은 반응조(10)의 내벽에 설치한 부채꼴경사유도판(30)과 교반익(301)으로 구성되며, 부채꼴경사유도판(30)은 그 외주면을 반응조(10)의 내벽에 고정설치하므로서 반응조(10)의 중심을 향하여 뻗쳐 있도록 설치되어 있으며, 각개의 부채꼴경사유도판(30)은 원주방향을 따라 경사지게 설치되고, 각개의 부채꼴경사유도판(30)의 중앙부에 통공부(300)가 형성되어 사진기의 조리개 모양을 이루도록 구성되어 있으며, 통공부(300)를 통하여 교반익(301)의 축이 설치되어 있으며,

각개의 부채꼴경사판(30)의 저면에는 담체(40)가 설치되어 있는 실시예에 가 도시 되어 있다.

이러한 실시예에 있어서도 반응조(10)에 처리수유입구(6)와 상등수 방류구(7) 및 침전물방류구(8)가 설치되어 있음은 물론이다. 각각의 부채꼴경사유도판(30)은 일측의 부채꼴경사판(30)의 선단부(가)와 인접 타측 부채꼴경사유도판(30)의 후단부(나)가 5cm 이상의 간격을 가지게 형성되어 있다. 각각의 부채꼴경사유도판(30)은 10 내지 70도의 경사각을 가지는 것이 바람직하다.

첨부된 도면 도 2 에는 부채꼴경사유도판(30)을 일개층만 설치한 실시예가 도시되어 있으나, 이러한 부채꼴경사유도판(30)은 이를 다층으로 중첩 설치할 수 있음은 물론이다.

각개의 부채꼴경사유도판(30)의 저면에 형성되는 담체(40)는 스폰지형의 담체나 기타 무정형의 담체를 부착하여 형성시키며, 이에 미생물을 생육시킨다.

이상과 같이 구성된 본 발명에 있어서는, 처리수유입구(6)를 통하여 유입된 폐수에 산기관(2)이나 산기판(20)에 의하여 산소를 공급하고, 폭기되는 공기나 교반익(301)에 의한 폐수의 유동을 경사유도판(3)이나 부채꼴경사유도판(30)으로 유도시키며, 폭기되는 공기가 경사유도판(3)이나 부채꼴경사유도판(30)의 저면에 설치한 담체(4, 40)에 효과적으로 공급되게함과 동시에 이러한 경사유도판(3)이나 부채꼴경사유도판(30)이 상등수와 비교적 비중이 큰 침전물인 슬러지를 분리시키는 작용을 하게 하여 상등수와 침전물의 분리 효과를 상승시킨다.

특히 본 발명의 장치는 담체(4, 40)를 폭기되는 공기의 진행로에 설치하므로서 하부 산기관에서 방출되는 공기가 담체가 부착된 부위를 스치고 상부로 이동할 수 있어 공기중의 산소가 담체(4, 40)에 존재하는 미생물에게 산소를 집중적으로 전달할 수 있게 하며, 또한 담체(4, 40)를 스치는 공기는 담체(4, 40)에 과잉 부착되는 슬러지를 이탈시키는 작용을 하게 하여 슬러지가 담체(4, 40)공기와 폐수의 접촉을 방해하지 아니하게 한다. 그리하여 담체와 공기 기포의 상호작용에 의해서 기체와 액체사이에 존재하는 기액막의 두께를 극소화시키므로서 공기로 부터 산소가 담체에 부착한 미생물에 전달되고 미생물 부산물인 탄산가스 등이 공기 기포로상호 전달되어 담체 표면에서 미생물의 신진대사 활동을 극대시킨다.

첨부된 도면 도2에 도시된 실시예에 있어서는, 하부의 산기판(20)으로 공기를 투입하여 호기성처리를 유도하게 되며, 교반익(301)을 10 내지 120 RPM으로 회전시켜, 교반 및 산소 공급의 효과를 향상시키게 된다. 부채꼴경사유도판(30)을 4개이상 설치한 첨부된 도면 도 2 의 실시예의 경우, 교반익(301)을 100 RPM 이상의 속도로 회전시키게 되면, 부채꼴경사유도판(30)에 의하여 유체의 유속과 방향이 부채꼴경사유도판(30)의 상하로 각각 다르게 나타나 교반효율이 매우 높게 된다. 반면에 부채꼴경사유도판(30)의 회전속도를 느리게 할 경우 경우 액체와 고형물이 비중차에 의하여 이동 방향이 각각 다르게 나타나게 됨을 알았다. 따라서 이러한 현상을 이용하여 액체와 슬러지를 쉽게 분리 유도하여 농축할 수 있다. 특히 대형 농축조의 경우 농축슬러지 인출을 위한 스크레파의 회전속도에 위해서 이러한 현상을 가속화시킬 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 장치 특히 첨부된 도면 도 1에 도시된 장치를 사용하여 수처리를 실시한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

침출수처리장에서 발생되는 침출수를 탈기장치에 의해서 탈기한 후, 처리수유입구(6)를 통하여 반응조(1)에 투입하였다. 투입된 침출수의 COD는 22,500 mg/L이었다. 이와같은 침출수를 일반활성슬러지법에 의하여 2일간의 생물학적처리 실험을 실시한 결과는 COD 가 2,100 mg/L까지 감소하는데 그쳤으나, 본 발명의 장치에 의해서 생물학적처리를 실시한 결과 COD가 530mg/L까지 감소하였다. 반면에 응집제 또는 단순 농축시에도 농축된 슬러지 함수율이 기존의 농축에 의한 슬러지의2/3이하로 낮게 나타났다. 이와 같은 본 발명의 실시 결과와 종래의 호기성처리 결과를 대비하기 위하여 아래에 이를 도표로 도시한다.

	응 집 침 전	슬러지 농축
종래의 활성슬러지법에 의한 처리수의 COD	본발명에 의한 처리수의 COD	기존처리법	본 발명의 장치에 의한 처리	기존처리법	본 발명의 장치에 의한 처리
		FeCl3사용량	농축된슬러지함수율	FeCl3사용량	농축된슬러지함수율	농축된 슬러지 함수율	농축된 슬러지 함수율
2,100 mg/L	530 mg/L	1,500 mg/L	98 %	700 mg/L	96 %	98.5 %	97 %

상기의 표에서 보여주는 바와 같이 본 발명의 장치에 의하여 생물학적처리 및 슬러지 농축처리를 한 침출수는 기존의 처리법 보다 효율이 높은 것으로 나타났다. 기존 수처리장치는 연속식, 회분식반응기로 구분되고 있으나 본 장치는 연속식이며 동시에 분해와 침전을 동시에 유도할 수 있어 유기물과부하에서도 효과적으로 대응할 수 있을 뿐만아니라 단일 반응기에서 분해와 분리를 유도하는 기존의 연속회분식 반응기의 장점을 최대한 유지할 수 있어 처리효율과 경제성을 동시에 확보할 수 있는 수처리 장치라고 할 수 있다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 삭제
3. 반응조와, 폭기장치와, 유체유도수단과, 유체유도수단의 공기접촉면에 설치하는 담체를 구성 요소로 하는 것에 있어서,

   반응조(10)는 원통체로 구성되고,

   폭기장치는 상부에 통기공이 설치된 산기판(散氣管; 20)으로 구성되며,

   유체유도수단은 반응조(10)의 내벽에 설치한 부채꼴경사유도판(30)과 교반익(301)으로 구성되며, 부채꼴경사유도판(30)은 그 외주면을 반응조(10)의 내벽에 고정설치하므로서 반응조(10)의 중심을 향하여 뻗쳐 있도록 설치되어 있으며, 각개의 부채꼴경사유도판(30)은 원주방향을 따라 경사지게 설치되고 중앙부에 통공부(300)가 형성되어 사진기의 조리개 모양을 이루도록 구성되어 있으며, 통공부(300)를 통하여 교반익(301)의 축이 설치되어 있으며,

   각개의 부채꼴경사판(30)의 저면에는 무정형 담체(40)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 오염물질의 분해 및 분리를 위한 폐수처리 장치.