KR100360846B1 - 수처리공정의 악취제어에 사용되는 부상 생물막 담체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수처리 공정의 악취제어에 사용되는 부상 생물막 담체에 관한 것으로 특히, 하·폐수의 처리공정에서 처리와 이송과정중에 발생하는 악취를 제어하고자, 합성수지 계통의 부상체에 활성탄을 코팅한 나일론 또는 에폭시 계통의 섬유망을 접착시킨 부상담체에 관한 것이다. 이 담체는 수처리조의 기액계면을 직접차단하여 대기중으로의 악취가스 물질 이동속도를 작아지게 함으로써 발생원으로부터 악취 발생량을 저감시키고, 담체의 표면에 형성된 미생물막층에서 악취가스가 흡수, 흡착작용과 미생물들에 의한 산화, 환원과정을 거쳐 처리되어 대기중으로의 악취 배출이 최소화 된다.

또한 부상 생물막 담체에 의한 수처리조에서의 악취제어 효과 이외에 동절기의 경우 찬 외기에 의한 열손실 방지가 가능하고 담체 표면의 미생물 막 형성으로 공정 전체 미생물을 고농도로 유지할 수 있으며, 포기조에서의 기포 체류시간을 연장함으로써 산소용존율을 증가시켜 처리효율을 전반적으로 증가시킨다.

이와 같이 본 발명은 하·폐수 처리공정에서 발생하는 악취를 발생원으로부터 제어함으로 추가적인 탈취 설비 및 설치부지가 필요없게 되고, 기존 하·폐수 처리장에 즉각적인 적용이 가능하며, 악취제어 이외에 처리공정에서의 제거효율을 제고할 수 있는 경제적인 처리방법을 제공하는 것을 특징으로 하고 있다.

Description

수처리공정의 악취제어에 사용되는 부상 생물막 담체{A FLOATING BIOFILM MEDIA FOR ODOR CONTROL IN WASTEWATER TREATMENT PROCESS}

하·폐수처리장에서 발생하는 악취는 그 대부분이 하수나 슬러지중의 유기물질과 황 또는 질소화합물의 분해과정에서 발생하며, 침사지, 침사 및 협잡물 저류조, 예비 포기조, 최초 침전지, 살수 여상, 포기조, 슬러지 농축조, 슬러지 소화조, 슬러지 탈수조 등 거의 모든 수처리 계통에서 악취가 발생한다. 악취를 구성하는 성분은 단일화합물이 아닌 복합적인 경우가 대부분이며, 이중 무기물질인 황화수소와 암모니아가 많은 부분을 차지하고 유기물질의 경우에는 인돌(indoles), 스카톨(skatoles), 메르캅탄(mercaptans), 아민(amines)류가 주요 원인물질로 알려져 있으며, 대기환경보전법에 의해 적정수준 이하로 배출을 억제하고 있다.

하·폐수 처리장에서 발생하는 악취물질의 처리에는 약액세정법, 토양탈취법, 활성탄흡착법 등이 주로 사용되고 있다. 물리화학적 방법은 효율면에서는 양호한 편이나 유지 및 운전경비가 비교적 높다는 단점이 있고, 가장 많이 사용되는 약액세정법은 장치시설의 산, 알칼리에 의한 부식과 노후화가 특히 문제가 되고 있다.

최근에 들어 생물활성을 이용한 생물학적 탈취방법이 각광을 받고 있으나, 이 또한 넓은 시설부지가 요구되는 토양탈취 방법이 그 대부분을 차지하고 있어 막힘현상과 부지소요, 동절기 운전 등의 문제점이 지적되고 있다. 이러한 종래의 악취처리 기술은 악취의 발생원과 발생량에 대한 제어기술은 아니며, 더욱이 악취 유발물질이 발생된 후 발생원으로부터 처리시설로 이송하여야 하는 이송, 운반시설이 추가적으로 갖추어져야만 하고, 잦은 운전상의 문제점 때문에 시설 유지관리비가 상승하는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술상의 문제점을 보완 개선하고자 창출된 것으로서 악취 발생원에서의 악취 발생 제어와 발생지점에서의 악취를 직접처리 할 수 있는 간단하고 현장에서 쉽게 시공할 수 있는 장치를 개발하는 것을 목적으로 삼는다.

본 발명의 다른 목적은 수처리공정에서 미생물 농도를 증가시켜 처리시설 증설없이 증산효과를 거둘수 있고 악취 제어와 악취처리를 동시에 수행할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 수처리공정에서의 열손실을 방지하고 용존산소율을 높힘으로써 기존 처리공정의 처리효율을 증가시키고, 처리비용을 절감하며, 악취 제어와 악취처리를 동시에 수행할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.

도 1은 본 발명의 구체적인 부상 생물막 담체(구형)와 담체의 표면에서의 활성탄을 코팅한 섬유망과 이에 형성된 미생물층을 개략적으로 도시한 단면도,

도 2, 3은 부상 담체의 다양한 형상의 단면도,

도 4는 저중심 부상 담체구 시공방법의 예시도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1a : 담체표면의 나일론 또는 에폭시

1b : 섬유망에 코팅된 활성탄 계통의 섬유망

1c : 담체 표면에 형성된 미생물층

1d : 미생물층 외벽의 액막층

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 합성수지 계통의 부상체에 활성탄을 코팅한 나일론 또는 에폭시 계통의 섬유망을 접착시킨 부상 생물막 담체(도1, 구형)를 개발하였다. 부상 생물막 담체의 여러형태는(도1, 도2, 도3) 부상상태에서 수면상의 교란에 의해서도 상시 시공초기 상태를 유지하며, 수면으로부터의 악취배출을 차단한다. 또한 부상 생물막 담체의 표면에 활성탄으로(도1 1b) 코팅한 나일론 또는 에폭시 계통의 섬유망(도1 1a)이 부착되어 있어 미생물이 서식하기 용이하고 형성된 미생물막(도1 1c)은 수처리 공정의 미생물 농도를 높히고, 부상 미생물막 담체 사이의 공극을 통하여 나오는 악취 유발물질이 부상체 미생물막 외부의 액막 (도1 1d) 또는 활성탄(도1 1b)에 흡수, 흡착하고 이를 미생물이 분해 처리하는 것이 본 발명의 특징이다.

본 발명의 악취 발생제어와 악취 처리의 작용에 관하여 설명한다.

액중에서 대기중으로 악취가 배출되는 경로는 휘발(volatilization)현상과탈기(gas stripping)현상이다. 이러한 두 현상은 액상과 기상으로 전이되는 과정이 공통적으로 필요하게 되며, 이때 물질전달율은 악취성분 물질의 농도차에 비례하게 된다. 이를 좀더 세부적으로 설명하면, 액과 대기의 접촉부분에서 일어나는 이중 경막 이론(two-film theory)으로 설명이 된다. 이중 경막이론은 액체에서 대기상으로 물질의 이동속도를 나타내는 이론으로, 단위시간당 이동하는 악취물질의 양은 총괄 물질전달계수, 대기와 액체의 접촉면적, 액체중의 포화농도와 현재농도와의 차에 비례한다. 본 발명에서의 악취 발생제어는 상기 이론을 이용하고, 기존의 수처리 공정의 교란을 최소화하고 즉각적인 적용이 가능하며, 악취제어 이외에 부수적인 효과를 얻을 수 있는 기술로서 기액계면을 직접 차단하여, 대기중으로 악취가스 물질 이동속도가 적어지게 함으로써 발생원의 악취를 차단하는 원리를 적용한 것이다. 또한 부상 생물막 담체의 표면에 일정한 미생물과 액막을 형성시켜 상기 악취 차단작용에 의해 제어하지 못한 악취를 현장에서 처리하게 된다. 즉, 발생된 악취가스가 시공된 부상 생물막 담체의 공극사이로 방출, 확산되는 과정에서 다시 담체 액막층의 기액계면에서 재흡수되거나 흡착된다. 액막층에 용해된 악취 유발물질은 담체 표면의 미생물층의 호기성, 통기성, 혐기성 미생물군에 의하여 산화, 환원과정을 거쳐 종국에는 무취물질로 변환된다.

이를 더 상세히 설명하면, 부상 생물막 담체의 표면은 활성탄으로 코팅되어 있는데 이러한 활성탄은 미생물의 부착능을 결정하는 인자인 표면거칠기, 접촉각, 비표면적이 여타 물질보다 뛰어나 미생물의 단위면적당 부착량이 크고, 부착된 미생물과 활성탄 자체의 물리적인 악취 흡착제거가 동시에 일어난다. 또한액막층(도1 1d)에 흡수된 악취물질은 미생물층으로 이동하여 제거되며, 이때 액막층과 담체 공극사이의 악취가스 농도차에 의한 구동력때문에 지속적으로 악취가스가 액막층으로 흡수되고, 대기중으로 방출되는 악취가스를 최소화 한다. 미생물층에서는 호기성, 통기성, 혐기성 미생물에 의해 악취 유발물질을 무취화하는데 예를 들면, 암모니아는 미생물층의 표층에 주로 형성되는 호기성 미생물에 의하여 산화되어 질산염으로 전환되고 이 질산염은 미생물층의 내부쪽의 혐기성 미생물에 의하여 탈질되어 무취의 질소가스로 방출된다. 또한 황화수소는 환원된 황화합물로서 황산화 미생물이 이를 산화하는 과정에서 에너지원을 얻는 기작을 이용하여 무취한 황산화물 형태로 전이시킨다.

이외에 부상 생물막 담체의 수처리 공정에서의 열손실 방지와 미생물 농도 및 포기조 산소용존율 증가작용에 대하여 설명한다.

동절기시 외기의 찬 대기가 개방처리조의 표면적과 직접 접촉하기 때문에 처리조내 수온은 크게 저하되어, 생물학적 처리조 미생물의 활성도에 직접적인 영향을 미치게 된다. 이러한 경우 부상 생물막 담체는 액중에서 외기로 방출되는 열에너지를 차단하고 외기로부터 찬 공기와 접촉을 차단하는 단열작용을 하며, 특히, 코팅된 활성탄의 열전도율이 매우 낮기 때문에 열손실이 최소화되고 이는 동절기에도 처리공정의 지속적인 제거효율을 유지할 수 있게 한다. 또한 부상 생물막 담체 표면에 형성된 미생물층으로 인하여 전체 수처리 공정에서의 미생물 농도가 높아짐으로써 처리부하를 높일 수 있고 운전 유지비가 저렴해진다. 한편, 수처리 공정에서 포기조에 주입한 기포가 액중에 체류하는 시간이 길수록 용존할 수 있는 산소량이 많아지게 된다. 부상 생물막 담체는 이러한 기포가 대기중으로 방출되는 수면적을 최소화함으로써, 액중에서 기포의 체류시간을 연장하여 준다. 포기조내에 기포 체류시간이 길어짐에 따라 포기조의 산소용존율이 증가하게 되고, 종국에는 포기조 미생물의 활성도를 높여 기존 공정의 제거효율 제고 및 운전유지비를 저감시키게 된다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시 예가 기술되어질 것이다. 이하의 실시예는 본 발명을 예증하기 위한 것으로 본 발명의 범위를 국한시키는 것으로 이해되어져서는 안될 것이다.

(실시예)

부상 생물막 담체의 시공은 하·폐수처리장의 악취가 발생되는 처리조의 수면적에 직접 시공하게 된다. 즉, 하·폐수 처리를 위한 유량조정조, 침사조, 1차침전조, 포기조, 응집조, 2차침전조 등 수표면이 대기와 직접 접촉되어 있는 모든 처리수조가 해당이 된다. 각 처리수조에서 액중의 교란이 심한 포기조, 응집조는 부상 생물막 담체를 집속할 수 있는 부유망에 삽입하여 시공하며, 그 외의 조는 처리수의 유하속도에 따라 단독 또는 부유망 공법을 병행한다.

부상 생물막 담체는 배열방법과 침수깊이에 따라 처리수조의 수표면 차단면적이 달라진다. 예를들어 구형상 부상 생물막 담체이고, 침수깊이가 담체의 1/2인 경우, 단순배열(도 4(a))과 엇갈림배열(도4(b))에 따라 80 ∼ 90 %까지 전체 수면적을 저감시킬 수 있으며, 직경이 서로 다른 부상 생물막 담체를 혼합하여 시공(도4(c))시에는 90%이상의 수면적을 저감시켜 악취를 현저히 감소시키게 된다.또한 부상 생물막 담체 표면의 미생물막이 정상적으로 형성될 경우 수처리 공정 전체 미생물 농도가 10 ∼ 30%가 증가하여 시설의 증설없이 증산효과를 볼 수 있으며, 동절기에는 담체 표면에 형성된 미생물층이 덜 발달하게 되나 단열효과에 의해 처리수조 수온이 일정하게 유지하게되어 안정적인 처리효율을 확보할 수 있다.

상기한 실시예들을 종합한 결과, 본 방법으로 시공하기 전후의 하폐수처리장의 악취강도 및 농도를 6단계 취기강도표시법과 가스크로마토그라피법을 이용하여 측정한 결과는 다음과 같다. 하폐수처리장의 유입구, 포기조, 침전조, 탈수조, 소화조의 악취를 본 방법으로 개조하기전의 6단계 취기강도표시법으로 분석한 결과는 악취도가 2 내지 5도의 범위였으나 본 방법을 적용한 후에는 모두 1도 이하로 매우 안정적인 악취제거효율을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 한편, 가스크로마토그라피법을 이용하여 분석한 결과, 암모니아는 5 내지 20ppm의 범위, 황화수소는 0.5 내지 18ppm의 범위, 메칠메르캅탄은 0.3 내지 0.8ppm의 범위로 분석되었으나, 본 방법을 적용한 후에는 모두 99% 이상의 제거효율을 보여 악취가 거의 제거됨을 확인할 수 있었다.

한편, 하폐수의 농도가 유기물(BOD5)의 경우 60 내지 200mg/l의 범위, 질소(T-N)의 경우 20 내지 60mg/l의 범위, 그리고 인(T-P)의 경우 3 내지 150mg/l의 범위로 유입되는 하폐수에 적용 실험한 결과 개조전후의 처리효율이 20 내지 30% 정도 제거효율이 높아지는 것을 확인할 수 있었다.

본 발명은 일반 하·폐수 처리장의 각 처리조 뿐만 아니라, 화학공정의 개방된 처리조의 상부표면에 시공함으로써 처리과정중에 발생하는 악취를 기액계면의 차단작용과 담체에 부착된 미생물층의 탈취기전에 의하여 제어하고, 부과적으로 열손실 방지와 용존산소율의 증대 등 처리공정 전체효율의 개선효과를 거둘 수 있다. 이러한 부상 생물막 담체 공법의 시공으로 얻어지는 효과를 간략히 정리하면 다음과 같다.

- 하·폐수처리 시설의 각 운전 공정 중에서 악취의 차단 및 방출 제어

- 동절기시 부상 생물막 담체의 단열효과로 하·폐수처리공정의 지속적인 제거효율 유지가능

- 포기조의 미생물 농도 증가를 통한 고효율의 처리효과를 얻을 수 있으며, 산소용존율의 증가를 통한 운전유지비의 절감과 포기조 미생물의 활성도를 높여 기존 공정의 제거효율을 제고가능

- 원료의 절감 및 작업자의 안전효과

- 수처리 공정의 미관 증대 효과

Claims (3)

1. 하·폐수의 처리과정에서 발생하는 악취를 발생원으로부터 차단하고 제어하기 위한 수처리 공정에 있어서,

   합성수지 계통의 재료로 이루어진 부상체 ; 및

   상기 부상체의 외부 표면에 부착된 나일론 또는 에폭시계통의 섬유망을 포함하여 이루어진, 수처리 공정의 악취 제어에 사용되는 부상 생물막 담체.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 섬유망은 부상 담체 표면에 형성된 미생물막에 의하여 휘발 또는 탈기된 악취가스가 흡착, 흡수 및 분해되고, 부상담체가 수면적을 차단하여 악취 발생을 저감시키며, 동절기시 찬 외기에 의한 열손실을 방지하고, 수중에 주입된 기포의 체류시간을 연장하여 산소용존율을 증가시키도록 섬유망에 활성탄이 코팅되는 것을 특징으로 하는 수처리 공정의 악취 제어에 사용되는 부상 생물막 담체.
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