KR100446107B1

KR100446107B1 - 오·폐수처리용 미생물반응기

Info

Publication number: KR100446107B1
Application number: KR10-2002-0043433A
Authority: KR
Inventors: 최흥진
Original assignee: 최흥진
Priority date: 2002-07-23
Filing date: 2002-07-23
Publication date: 2004-08-30
Also published as: KR20020068310A

Abstract

본 발명은 호기성 · 혐기성 또는 준호기성 조건하에서 오 · 폐수중의 유기물질과 영양물(질소, 인)을 처리하는 미생물 반응기와 이를 이용한 오 · 폐수처리방법에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 미생물 반응기에 칸막이를 설치하여 혼합지역, 침전지역(static zone)과 혼합액 순환로로 분리하고, 혼합지역에서 오 · 폐수와 활성슬러지 및 산소 또는 공기(호기성인 경우에 한함)를 활발하게 혼합 또는 교반하면서 미생물을 이용하여 오 · 폐수를 처리한 후 침전지역에 보내 슬러지를 침전시켜 농축한다.

농축된 슬러지는 혼합지역으로 반송시켜 혼합지역의 미생물 농도를 증가시킴으로써 고 - 액분리기에서 농축한 슬러지를 반송시키는 것을 줄일 수 있게 되어 미생물 반응기 크기를 작게 할 수 있어 건설비용을 줄일 수 있으며, 고 - 액분리기로부터의 반송관련 운전이 용이해지고 운전비용도 절약할 수 있게 된다.

미생물 반응기에서의 내부 반송을 통해 고 - 액분리기로부터의 반송이 줄거나 필요치 않게 되어 고 - 액분리기에 처리부하량이 감소하여 고 - 액분리기 건설비용과 운전비용이 절약됨은 물론 오 · 폐수 처리효율도 향상시킬 수 있다.

Description

오 · 폐수처리용 미생물반응기{Bioreactor for Treating Wastewater}

본 발명은 호기성 · 혐기성 또는 준호기성 조건하에서 오 · 폐수중의 유기물질과(또는) 영양물(질소, 인)을 처리하는 미생물 반응기와 이를 이용한 오 · 폐수처리방법에 관한 것이다.

일반적으로 유기물질을 포함하는 오 · 폐수는 생물학적인 방법으로 처리한다. 활성슬러지 공정이 가장 널리 쓰이고 있는 방법중의 하나이다. 예로, 대부분의 생활하수처리장치는 고형물 등을 침전조에서 1차 처리한 후 2차 처리장치로 활성슬러지공정을 이용하여 유기물질을 제거한다. 기존의 활성슬러지 공정은 미생물 성장 반응기(일반적으로 호기성 조건하에서 운전되면 폭기조라 한다)와 고 - 액분리기(clarifier)로 구성된다. 고-액분리기로 부터 반송된 활성오니와 처리할 오 · 폐수가 폭기조로 들어간다.

공기 또는 산소가 폭기장치를 통해 폭기조에 공급된다. 폭기조에서 오염물질은 활성슬러지에 의해 분해되거나 흡착된다. 폭기조에서 나온 혼합액은 고 - 액분리를 위해 고 - 액분리기로 이송된다. 고-액분리기의 상등수는 방류되고, 침전된 슬러지 일부는 폭기조로 펌프에 의해 반송되고, 잉여슬러지는 탈수기 등 슬러지처리장치에서 처리하게 된다.

대부분의 경우 오 · 폐수는 유기물과 함께 유기질소, 암모니아 및 인 성분을 함유하고 있다. 이들을 방류하는 경우 하천 등에서 조류의 과잉성장에 원인이 되기 때문에 영양물이라 부른다. 또한, 유기질소와 암모니아는 폭기조에서 산소를 소모하게 된다. 이들 영양물은 미생물 반응기에서 처리할 수 있다. 미생물은 유기질소와 암모니아를 아질산과 질산으로 산화시키는데 이를 질산화라한다. 미생물반응기가 혐기성 또는 준호기성 조건에서 운전하면 미생물은 아질산이나 질산을 질소가스로 환원하게 되며 이를 탈질이라 한다. 만약 낮은 산소농도에서 운전하게 되면 질산화와 탈질을 동시에 할 수 있다. 인성분도 활성슬러지에 의한 호기성 처리와 혐기성 또는 준호기성 처리를 거치면서 미생물에 의해 제거된다.

미생물이 오염물질을 제거하게 되므로 미생물 반응기의 성능은 미생물반응기에서의 미생물의 농도 즉, 활성슬러지의 농도가 증가하면 향상될 수 있다. 기존의 연속식 미생물 성장반응기(폭기조)에서의 미생물 개체수(농도)는 고 - 액분리기에서 펌프에 의해 반송되어온 활성슬러지에 의해 유지된다. 즉, 미생물반응기에서의 미생물농도는 활성슬러지 반송속도와 반송된 활성슬러지의 농도에 의해 결정된다.

고 - 액분리기는 중력침강을 이용하여 미생물반응기로 반송될 활성슬러지를 분리한다. 고 - 액분리기의 성능은 고-액분리기에 들어가는 총 고형물량과 수리학적 부하량에 달려있다. 슬러지 반송속도를 높일 경우 초기에는 미생물 반응기에서의 미생물 농도를 증가시키겠지만 미생물반응기로의 미생물농도와 반송물량의 증가로 수리역학적 부하량과 총고형물량을 증가시키게 된다. 따라서 결국에는 고 - 액분리기에서의 고형물 농도증가로 고 - 액분리기의 성능이 떨어지며 반송할 활성슬러지의 농도도 감소하는 문제점이 발생하게 된다.

본 발명은 미생물반응기에서의 미생물농도를 보다 높게 유지하여 미생물 반응기 성능을 향상시키고, 고 - 액분리기로 부터의 활성슬러지 반송을 줄임으로써 운전을 간편하게 하고 에너지를 절약하며, 고 - 액분리기에 대한 부하량을 감소시킴으로써 고 - 액분리기 성능이 향상되어 방류수 수질이 개선되게 하는 한편, 처리할 슬러지량을 감소시켜 그 처리비용도 줄일 수 있는 기존의 활성슬러지 반송장치를 보완할 내부 활성슬러지 반송기능을 갖는 미생물 반응기를 개발하는데 그 목적이 있다.

도 1은 미생물 반응기와 분리형 고 - 액분리장치를 연결시킨 발명장치의 측면도를 나타낸 것이다.

도 2는 고 - 액분리장치를 내장한 일체형 미생물 반응기의 측면도를 나타낸 것이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10. 미생물반응기 유입구 12. 유입수 분해용 물받이

14. 칸막이 16. 혼합지역에서의 하향흐름 부위

18. 혼합지역 20. 배수장치

22. 혼합장치 24. 칸막이

26. 혼합액 순환로 28. 침전지역(Static Zone)

33. 고-액분리기 방류구 물받이 32. 미생물반응기 방류구 물받이

34a. 미생물반응기 방류로 34. 미생물반응기 방류구

35. 고-액분리기 방류구 36. 고-액분리장치

38. 슬러지 반송장치

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 유입구, 유출구 및 방류구를 구비하고, (b) 반응기 내부를 혼합지역, 침전지역 및 혼합액 순환로로 분리하는 칸막이를 구비하며, (c) 상기 혼합지역은 반응기 유입부에 위치하며, 운전조건(호기성, 혐기성, 준호기성)에 따라 폭기장치 또는 기계적 · 수리적 혼합장치로 사용될 수 있는 하나 이상의 혼합장치 및 하향 흐름을 형성하기 위해 반응기 유입구 부위에 인접하여 설치된 칸막이를 구비하고, (d) 상기 침전지역은 반응기 유출부에 위치하며, (e) 상기 혼합액 순환로는 혼합액 중의 슬러지가 침전지역에서 침강되어 혼합지역으로 이동하게 하는 부위로서, 칸막이에 의해 혼합지역과 침전지역 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 오 · 폐수 처리용 미생물 반응기를 제공한다.본 발명에 있어서, 상기 미생물 반응기는 (a) 유입구 부위에 설치되고 반응기 유입구와 연결되어 있는 유입수 분배용 물받이; (b) 미생물 반응기 유입구를 통해 반송된 슬러지를 혼합지역으로 들어가게 하는 슬러지 반송장치; 및 (c) 미생물 반응기 바닥에 설치되어 있는 배수장치를 추가적으로 구비하는 것을 특징으로 한다.본 발명은 또한, 상기의 미생물 반응기를 이용하고 호기성 조건에서는 혼합장치를 폭기장치로 운전하고, 혐기성 또는 준호기성 조건에서는 혼합장치를 기계적 · 수리적 혼합장치로 운전하는 것을 특징으로 하는 오 · 폐수의 처리방법을 제공한다.본 발명에 있어서, 상기의 미생물 반응기의 유입구 부위에 인접하여 설치된 칸막이에 의해 혼합지역이 생성되어 반송된 활성슬러지가 하향 흐름으로 운전되는 것을 특징으로 한다.본 발명은 또한, 고 - 액분리장치를 제1항의 미생물 반응기에 분리형으로 연결시키거나 또는 제1항의 미생물 반응기 내부의 침전지역에 칸막이를 설치하고 고 - 액분리장치를 내장한 것을 특징으로 하는 오 · 폐수 처리장치를 제공한다.이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 미생물 반응기와 분리형 고 - 액분리기를 연결시킨 발명장치의 측면도이며, 도 2는 고 - 액분리기를 내장한 일체형 발명장치의 측면도이다.

도 1은 미생물 반응기와 고 - 액분리장치가 분리된 형으로, 칸막이 24와 30은 미생물반응기에서 혼합지역(18), 침전지역(28) 및 혼합액 순환로(26)를 분리하게 된다. 혼합지역(18)은 미생물반응기 유입구와 칸막이(24) 사이에, 침전지역(28)은 미생물반응기 유출구와 칸막이(30) 사이에, 혼합액 순환로(26)는 칸막이 24와 30 사이에 각각 위치한다.

유입수 분배용 물받이(12)는 유입부에 위치하며 미생물반응기 유입구(10)와 연결되어 있다. 혼합지역(18)은 유입수 분배용 물받이(12)와 근처에 위치한 칸막이(14)에 의해 만들어진 하향흐름 부위(16)와 혼합장치(22)로 구성되어 있다. 혼합액 순환로(26)는 침전지역(28)의 하부에서 침전지역과 혼합지역(18)을 연결한다. 미생물반응기 방류구(34)는 하류식으로 고-액분리장치에 연결되어 있고, 슬러지 반송장치(38)는 미생물반응기 유입구(10)를 통해 반송된 슬러지를 혼합지역(18)에 들어가게 한다. 미생물반응기 바닥에는 배수장치(20)가 설치되어 있다.

도 2는 고-액분리장치가 내장된 일체형 미생물반응기이다. 칸막이를 설치하여 미생물반응기와 고-액분리장치(36)가 분리되도록 하였다. 미생물반응기 방류로(34a)는 미생물반응기와 고-액분리장치(36)를 연결하게 된다. 고-액분리기 방류구 물받이(33)는 분리기 상부에 위치한다.

〈운전〉

도 1에 나타낸 것처럼 오 · 폐수는 먼저 미생물반응기 유입구(10)를 통해 미생물 반응기에 들어간다. 유입수 분배용 물받이(12)를 거쳐 혼합지역(18)에 가게 되며, 혼합지역에서 혼합장치(22)에 의해 미생물과 혼합된다. 혼합지역(16)에서 오 · 폐수와 고-액분리기에서 반송된 활성슬러지는 하향식으로 흘러 혼합지역(18)에서 좀더 잘 혼합되게 한다. 혼합장치(22)는 또한 혼합액 순환로(26)에서 하향식으로 흐르게 하며 침전지역(28) 바닥에 농축되는 활성슬러지는 혼합지역(18)으로 되돌아오게 된다.

미생물반응기에서 처리된 혼합액은 침전지역(28)으로 가서 고형성분이 바닥부분에 농축되어 방류구(34)를 거쳐 고-액분리장치로 가지 않아도 된다. 침전되어 농축된 활성슬러지는 하향식으로 흘러 혼합지역(18)으로 들어가게 된다. 따라서 침전지역(28)과 혼합액 순환로(26)는 내부 슬러지 순환기능을 수행하게 한다. 미생물반응기의 침전지역(28)을 거쳐 나온(34를 통해) 상등액은 고액분리장치(36)에 들어가서 다시 고액분리를 한 후 처리된 상등수는 방류(35)하고, 농축된 슬러지 일부는 슬러지 반송장치(38)를 거쳐 미생물반응기로 반송하고, 잉여슬러지는 따로 처리하면 된다.

고-액분리장치가 내장된 일체형은 도 2에 나타낸 것처럼 미생물반응기에서 나온 상등액은 미생물반응기 방류로(34a)를 통해 고 - 액분리장치(36)로 가게 된다.

미생물반응기 방류로(34a)와 고 - 액분리장치(36)는 칸막이에 의해 분리되어 있으며, 고-액분리후 상등수의 방류(35)와 슬러지 반송(38) 또는 처리는 도 1과 같은 방식으로 하게 된다.

내부 활성슬러지 반송기능이 오 · 폐수처리용 미생물을 충분히 공급할 수 있는 경우에는 별도의 슬러지 반송장치(38)가 필요하지 않게 된다.

또한, 운전조건(호기성, 혐기성, 준호기성)에 따라 혼합장치(22)는 폭기장치, 또는 혼합장치 등으로 사용될 수 있다. 혼합장치(22)가 폭기장치로 사용되더라도 하향흐름이 일어나는 혼합지역(16)에서는 공기가 없는 혐기성이므로 탈질처리를 할 수 있으며, 이와 같이 앞부분을 혐기성으로 운전할 경우에는 폭기지역에서 호기성슬러지의 침전특성과 인성분 제거효율을 향상시킬 수 있다. 혼합장치(22)는 이동하여 혼합하면서 유기물질 산화와 질산화에 필요한 공기도 공급할 수 있다.

미생물반응기를 낮은 용존산소 조건으로 유지하는 경우에는 미생물 덩어리 바깥부분에서는 호기성조건에서 유기물 산화와 질산화반응이, 안쪽부분에서는 탈질반응이 각각 일어나 유기물 산화, 질산화 및 탈질반응이 함께 일어나게 된다.

미생물반응기를 혐기성 또는 준호기성조건으로 유지하면 탈질과 유기물의 혐기성 분해가 이루어지게 되며, 침전지역(28)에서도 마찬가지로 혐기성 또는 준호기성 반응이 일어나 유기물과 영양물을 제거할 수 있다.

본 발명의 미생물반응기를 여러개 연속으로 연결하거나 칸막이를 설치하여 반응기들을 연결시키고 다른 조건에서 운전하면, 각 부분별로 상호 보완하면서 오 · 폐수 처리효율을 향상시킬 수 있다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 오 · 폐수처리에 있어 많은 장점이 있다.

미생물반응기의 침전지역(28)에서 슬러지를 침전시켜 농축한 후 혼합지역(18)으로 보냄으로써 기존의 미생물반응기와 비교할 때 반응기에서의 미생물농도를 높게 하고, 결과적으로 처리효율을 높히고 방류수 수질도 향상시킬 수 있다.

미생물반응기의 미생물농도를 증가시킴으로써 고-액분리기에서 농축한 슬러지를 반송시키는 것을 줄일 수 있게 되어 미생물반응기 크기를 작게 할 수 있어 건설비용을 줄일 수 있으며, 고 - 액분리기로 부터의 슬러지 반송관련 운전이 용이해지고 운전비용도 절약할 수 있으며, 충분한 미생물농도를 내부 반송기능을 통해 유지할 수 있게 되며, 고 - 액분리기로 부터의 슬러지 반송이 필요치 않게 되어 운전이 보다 용이해 진다.

미생물반응기에서의 내부반송은 기존의 혼합장치에 의해 이루어지므로 추가 에너지가 필요하지 않다. 고 - 액분리기에서 미생물반응기로의 슬러지 반송이 줄게 되어 결과적으로 고-액분리기의 처리부하량이 감소됨에 따라 고-액분리기를 작게 만들 수 있어 건설 · 운영비용을 절감함은 물론 방류수 수질도 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 기존의 폭기조를 적은 비용으로 개조하여 손쉽게 적용할 수 있으며, 추가 부지 없이도 시설용량을 늘릴 수 있다.

Claims

(a) 유입구, 유출구 및 방류구를 구비하고,

(b) 반응기 내부를 혼합지역, 침전지역 및 혼합액 순환로로 분리하는 칸막이를 구비하며,

(c) 상기 혼합지역은 반응기 유입부에 위치하며, 운전조건(호기성, 혐기성, 준호기성)에 따라 폭기장치 또는 기계적 · 수리적 혼합장치로 사용될 수 있는 하나 이상의 혼합장치 및 하향 흐름을 형성하기 위해 반응기 유입구 부위에 인접하여 설치된 칸막이를 구비하고,

(d) 상기 침전지역은 반응기 유출부에 위치하며,

(e) 상기 혼합액 순환로는 혼합액 중의 슬러지가 침전지역에서 침강되어 혼합지역으로 이동하게 하는 부위로서, 칸막이에 의해 혼합지역과 침전지역 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 오 · 폐수 처리용 미생물 반응기.
제1항의 미생물 반응기를 이용하고 호기성 조건에서는 혼합장치를 폭기장치로 운전하고, 혐기성 또는 준호기성 조건에서는 혼합장치를 기계적 · 수리적 혼합장치로 운전하는 것을 특징으로 하는 오 · 폐수의 처리방법.
제2항에 있어서, 미생물 반응기의 유입구 부위에 인접하여 설치된 칸막이에 의해 혼합지역이 생성되어 반송된 활성슬러지가 하향 흐름으로 운전되는 것을 특징으로 하는 방법.
고 - 액분리장치를 제1항의 미생물 반응기에 분리형으로 연결시키거나 또는 제1항의 미생물 반응기 내부의 침전지역에 칸막이를 설치하고 고 - 액분리장치를 내장한 것을 특징으로 하는 오 · 폐수 처리장치.
제1항에 있어서, 다음을 추가적으로 구비하는 것을 특징으로 하는 반응기:

(a) 유입구 부위에 설치되고 반응기 유입구와 연결되어 있는 유입수 분배용 물받이;

(b) 미생물 반응기 유입구를 통해 반송된 슬러지를 혼합지역으로 들어가게 하는 슬러지 반송장치; 및

(c) 미생물 반응기 바닥에 설치되어 있는 배수장치.