KR100460462B1 - 습지여과지를 이용한 하·폐수의 고도처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상향류 생물반응조(UMBR)와 접촉담체조 등으로 구성된 생물학적 처리시스템에 습지여과지를 추가로 설치하여 하·폐수 중의 부유물질과 질소, 인 등을 고효율로 제거할 수 있도록 한 습지여과지를 이용한 하·폐수의 고도처리장치에 관한 것이다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 습지여과지를 활용한 하·폐수의 고도처리장치는, A)미생물의 작용에 의하여 하·폐수 중의 유기물, 질소 및 인이 제거되고 슬러지가 농축되는 상향류 생물반응조; B)상기 상향류 생물반응조에서 월류된 처리수(상등수)에 대해 미생물(질산화미생물)에 의한 질산화가 이루어지는 접촉담체조; C)상기 접촉담체조에서 처리수와 함께 넘어 온 슬러지가 경사판의 침강·침전 작용에 의해 상기 처리수로부터 분리·제거되는 경사판침전조; 및 D)인 제거용 인공담체와 황화합물 첨가형 인공담체를 포함하는 자갈 및 인공담체층이 지표로부터 일정 깊이에 형성되며, 상기 경사판침전조에서 배출된 처리수가 상기 자갈 및 인공담체층을 통과할 때 상기 처리수에 대해 추가적인 부유물질의 제거와 질소 및 인의 제거가 이루어지는 습지여과지;를 포함하여 구성된다.

Description

습지여과지를 이용한 하·폐수의 고도처리장치{Wastewater treatment plant with artificial wetland and Upflow Multi-layer Bio-Reactor}

본 발명은 마을의 하수나 휴게소 등지에서 배출되는 하·폐수를 고도 정화하는 수처리장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 상향류 생물반응조와 접촉담체조 등으로 구성된 생물학적 처리장치(처리시스템)에 추가로 습지여과지를 설치하여 상기 생물학적 처리장치로 유입되는 하·폐수 중의 부유물질과 질소, 인 등을 고효율로 제거할 수 있도록 한 습지여과지를 이용한 하·폐수의 고도처리장치에 관한 것이다.

하·폐수를 고도 처리하는 종래 공정(또는 처리시스템)으로 SBR (Sequencing Batch Reactor)이나 A₂O, MLE(Modified Ludzac-Ettingr) 등이 알려져 있다.

이들 종래의 하·폐수 처리공정(또는 처리시스템)은 ①오염물질의 제거율을 향상시키기 위해 미생물 부착담체를 이용하거나 ②고-액 분리효율을 향상시키기 위해 추가로 막 공정을 사용하고 있지만 처리공정의 기본은 부유성장식 미생물을 이용하는 공정이다.

그러나, 상기 부유성장식 미생물을 이용하는 방식의 오·폐수/하수 처리장은주로 마을이나 휴게소 또는 관광지 등에 소규모로 설치되기 때문에, 계절별/월별로 변동하는 하·폐수의 발생 량과 오염농도에 크게 영향을 받아 수질관리가 매우 어렵다. 특히, 마을의 하수를 처리하는 경우 유출수의 부유물질(SS: Suspended Solid)농도가 강수량이나 계절적 요인에 따라 크게 변하는 것을 감안하여 추가적으로 부유물질의 제거에 사용되는 여과장치가 설치되곤 한다. 이때, 상기 여과장치로 사 여과기나 막 여과기 또는 천연/인공 여재를 이용하는 여과기 등이 사용되는데, 대개의 경우 상기 여과장치에 채용된 여재나 막을 전문인력이 주기적으로 또는 필요할 때마다 간헐적으로 세척/교체해 주어야 한다.

이에 반해, 최근에 각광받고 있는 자연정화처리법은 유지관리비가 저렴하고 환경친화적이라는 장점이 있지만, ①질소제거율이 낮고 ②처리조 상부에 퇴적되는 부유물질의 부패로 인해 악취가 발생하거나 위해(危害) 곤충이 서식하게 되며 ③넓은 부지가 요구되는 단점이 있다.

본 발명은 상술한 종래의 하·폐수 처리법이 갖고 있는 문제점을 개선하고자 안출된 것으로서,ⅰ)하·폐수 처리시스템의 유지관리가 용이하며ⅱ)전문인력의 관리없이도 부유물질에 대한 여과기능을 안정적으로 수행할 수 있고ⅲ )질소와 인을 고효율로 동시에 제거할 수 있으며ⅳ )유입조건의 변화, 예컨대 유입 량의 변화나 농도 변화에도 처리수의 수질을 항상 일정하게 유지할 수 있고ⅴ)고-액 분리를 용이하게 수행할 수 있는 습지여과지를 이용한 하·폐수의 고도처리장치를 제공함에 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 습지여과지를 이용한 하·폐수의 고도처리장치를 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 습지여과지를 이용한 하·폐수의 고도처리장치를 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 혐기성 습지여과지의 일 실시예를 나타낸 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 호기성 습지여과지의 일 실시예를 나타낸 것이다.

[도면 부호의 설명]

1...상향류 생물반응조, 2...접촉담체조,

3...경사판침전조, 4...습지여과지,

5...처리수조, 6...생태연못,

7...슬러지레벨감지기, 8...잉여슬러지 인발펌프,

9...담체(media), 10...송풍수단,

11...경사판, 12...반송펌프,

13...정수식물, 14...모래층,

15...자갈 및 인공담체층, 16...분배배관,

17...부엽 정수식물, 18...관상어,

19...굵은 자갈층, 20...처리수 이송배관,

21...통기 및 처리수 이송배관.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위해 안출된 본 발명에 따른 하·폐수의 고도처리장치는 A)상향류 생물반응조와 B)접촉담체조 및 D)습지여과지를 포함하며, 필요에 따라 C)경사판침전조를 추가로 포함할 수 있다.

상기 구성요소 중

A) 상향류 생물반응조 는 부유성장식 미생물을 이용하여 하·폐수 중의 질소나 인을 제거하고 슬러지를 농축하는 수단으로, 예컨대 본 출원인의 선출원특허 등록번호 제287412호에 개시된 도면부호 10의 상향류 혐기반응조와 동일한 구성일 수 있다. 여기서, 등록번호 제287412호에 기재된 내용을 참고하여 상기 상향류 생물반응조의 작동원리와 특징을 간단히 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 원수와 반송슬러지의 혼합액이 상향류 생물반응조(또는 상향류 혐기반응조)의 상부로 유입되어 분배관을 타고 하부로 흐른 후, 하단에서 분배관을 통해 단면적에 고르게 분배되어 상향류를 형성한다. 이때, 상기 혼합액이 상향류 생물반응조의 하부에서 상부로 흐르면서 잉여슬러지의 농축과 유기물/질소/인의 제거가 이루어진다. 특히, 상향류 생물반응조는 압출형 반응조이므로 미생물의 농도를 높게 유지할 수 있어 독성·난분해성 폐수처리 및 하수의 고도처리에 유리하며, 기계식 강제혼합이 아닌 자연유하식 유체혼합방식을 적용함으로써 혼합에 소요되는 에너지가 적게 드는 장점이 있다. 또한, 상기 상향류 생물반응조는 1차 침전조, 탈질조, 농축조의 역할을 동시에 수행하므로 건설부지를 절약할 수 있는 장점이 있다.

B) 접촉담체조 는 부착성장식 미생물(질산화미생물)의 질산화 기능을 이용하는수단으로, 본 출원인의 선등록 실용신안 제295699호에 개시된 도면부호 300의 고정화 미생물반응조와 동일한 구성일 수 있다. 따라서, 상기 접촉담체조에는 고정식 담체/부유식 담체/RBC/모관침윤 트렌치 등 질화가능한 모든 담체가 사용 가능하다.

C) 경사판침전조 는 상기 접촉담체조에서 처리수와 함께 넘어 온 슬러지가 외부로 배출되지 않도록 상기 슬러지를 제거하는 수단으로, 예컨대 상기 등록실용신안 제295699호의 도 6a에 도시된 배리어가 통상 구조의 수조 내에 설치된 구성일 수 있다. 따라서, 상기 경사판침전조에서는 고-액 분리가 고효율로 이루어진다.

D) 습지여과지 는 상기 경사판침전조 또는 상기 접촉담체조에서 배출된 처리수로부터 질소와 인, 부유물질을 제거하는 수단으로, 정수식물-모래층-자갈 및 인공담체층(혐기성 습지조)이 상기 순서대로 지표 가까운 곳에서부터 형성(퇴적)된 구성일 수 있다. 이때, 상기 인공담체층은 ①석탄회/혈암/황토 등을 이용하여 만든 인 제거용의 인공담체와 ②자가영양성 황산화 탈질미생물을 활성화하는 황화합물 첨가형의 인공담체와 같은 여러 종류의 인공담체로 구성될 수 있다. 또한, 상기 습지여과지로서 혐기성 습지여과지 또는 호기성 습지여과지를 모두 채용할 수 있다.

이러한 구성에 따르면, ①상향류 생물반응조-접촉담체조로 이루어지거나 ②상향류 생물반응조-접촉담체조-경사판침전조로 이루어지는 1차 생물학적 처리공정에서 하·폐수가 고도 처리된 후, 2차로 습지여과지에서 부유물질과 질소 및 인 등이 추가로 제거된다.

또한, 상향류 생물반응조가 1차 침전조, 탈질조, 농축조의 역할을 동시에 수행하므로 건설부지가 절약된다.

또한, 상향류 생물반응조의 탈질미생물과 접촉담체조의 질산화미생물이 각각 독립적으로 성장되므로 후속 처리공정에서의 반응효율(처리효율)이 극대화되며, 특히 상향류 생물반응조에서 슬러지층과 상등수층이 분리되어 그 중 상등수만 접촉담체조로 월류되므로 상기 접촉담체조 내의 부유물질(suspended solid) 농도가 저농도로 유지되면서 운전가능하게 되어 상기 경사판침전조에서의 고-액분리 효율이 향상된다.

또한, 상기 경사판침전조의 후단에 설치된 습지여과지에서 부유물질과 질소, 인 등이 추가로 제거되므로 여재를 자주 세척하거나 교체할 필요가 없으며, 따라서 전문인력이 아니더라도 하·폐수 처리장치의 운전 및/또는 유지보수가 가능하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 각 실시예에 따른 습지여과지를 이용한 하·폐수의 고도처리장치에 대해 설명한다.

실시예

도 1과 도 2는 본 발명의 각 실시예에 따른 습지여과지를 이용한 하·폐수의 고도처리장치를 나타낸 것이고, 도 3과 도 4는 각각 본 발명에서 활용되는 혐기성 습지여과조와 호기성 습지여과조의 일 예를 도시한 것이다.

도면에 나타나 있는 바와 같이, 본 실시예의 습지여과지를 이용한 하·폐수의 고도처리장치는, 1차 침전조/탈질조/농축조의 역할을 수행하는 상향류 생물반응조(1)의 후단에, 부착성장식 미생물에 의해 하·폐수에 대한 질산화 기능이 수행되는 접촉담체조(2)가 설치되어 있다. 또한, 상기 접촉담체조(2)의 후단에 경사판침전조(3)가 선택적으로 설치되어 있으며, 상기 접촉담체조(2)의 후단 또는 상기 경사판침전조(3)의 후단에 습지여과지(4)와 처리수조(5) 및 조경용 생태연못(6)이 상기 순서로 설치되어 있다.

본 실시예에서, 상기 상향류 생물반응조(1)는 본 출원인의 선등록 특허 제287412호에 개시된 도면부호 10의 혐기반응조와 마찬가지로 도입부와 유입장치, 유출장치, 혼합장치 및 슬러지 집적장치로 구성되어 있다. 따라서, 본 실시예의 고도처리장치에 최초로 유입되는 ①하·폐수(원수)와 ②도면부호 12의 반송펌프에 의해 상기 접촉담체조(3)로부터 반송된 반송슬러지가 상기 도입부를 통해 상향류 생물반응조의 내부로 유입되고, 이렇게 유입된 원수와 반송슬러지의 혼합액은 상향류 생물반응조의 바닥에서 고루 분산되어 서서히 차오르게 된다. 이에 반해, 혼합장치는 상향류 생물반응조(1)의 바닥에 퇴적된 슬러지의 편류를 방지하면서 상기 상향류 생물반응조 내의 원수와 슬러지를 연속적으로 교반시켜 미생물에 의한 발효반응이 활발히 일어나도록 해 주기 때문에, 원수(하·폐수)에 포함된 난분해성 물질/독성 물질/각종 영양물질(N, P)이 상기 상향류 생물반응조에서 효율적으로 제거되게 된다. 한편, 상기 상향류 생물반응조의 바닥에 침전된 슬러지는 슬러지 집적장치에 의해 바닥의 중앙부분에 모아지게 되는데, 이렇게 바닥의 중앙부분에 모아진 슬러지는 슬러지레벨감지기(7)의 신호로 작동되는 잉여슬러지 인발펌프(8)에 의해 외부로 배출된다.

이어서, 상기 상향류 생물반응조(1)에서 1차 처리된 원수가 상기 상향류 생물반응조의 상단 위어를 거쳐 접촉담체조(2)로 유입되는데, 본 실시예에서 사용되는 상기 접촉담체조(2)는 본 출원인의 선등록 실용신안 제295699호에 개시된 도면부호 300의 고정화미생물반응조이다.

따라서, 상기 접촉담체조 내부의 담체(9)에 부착된 질산화세균이나 탈질세균 의 질산화 작용에 의해 상기 원수 중의 질소가 고효율로 제거되며, 결과적으로 상기 원수의 유입량과 수질(오염농도)에 큰 변동이 있더라도 상기 접촉담체조에서 2차 처리된 원수의 수질은 일정 수준으로 유지되며, 미생물의 개체수 증가로 인해 후 공정에서의 고-액분리가 잘 이루어지게 된다. 여기서, 상기 접촉담체조(2)에 설치되어 있는 송풍수단(10)은 상기 담체(9)에 부착된 미생물의 특성에 따라 생략될 수 있다.

이와 같이 하여 상기 접촉담체조(2)에서 2차 처리된 원수는, 도 1의 경우 상기 접촉담체조의 후단에 설치된 경사판침전조(3)의 바닥 쪽으로 유입된다. 상기 경사판침전조의 바닥 쪽으로 공급된 2차 처리 상태의 원수에는 팽화된 슬러지가 포함되어 있고, 팽화된 슬러지는 수위 상승에 따라 위로 부상되다가 상기 경사판침전조 내부의 경사판(11)에 달라붙거나 그 표면에 부딪쳐 바닥으로 침강·침전되게 된다.

따라서, 상기 경사판침전조에서 배출되는 상등수(3차 처리된 원수)는 오염농도가 매우 낮은 상태를 유지하게 된다. 한편, 상기 경사판침전조의 바닥에 침전된 슬러지는 반송펌프(12)에 의해, 상기 상향류 생물반응조(1)로 반송된다.

이후, 도 1의 경우에는 상기 경사판침전조(3)에서 배출된 상등수가 습지여과지 쪽으로 배출되고, 도 2의 경우에는 접촉담체조에서 배출된 2차처리수가 습지여과지(4) 쪽으로 배출되어 지표 근처에 설치된 분배배관(16)을 통해 고루 뿌려지게 된다. 상기 분배배관(16)에는 예컨대 상등수가 고르게 살포될 수 있도록 적절한 크기와 갯수의 유출구가 형성되어 있으며, 말단에는 장기간의 운전에 따라 분배배관(16)의 내부에 퇴적물이 침적되는 경우 이를 배출할 수 있도록 개폐 가능한 퇴적물 배출장치가 설치되는 것이 바람직하다.

상기 분배배관(16)의 유출구를 통해 습지여과지 위에 고루 뿌려진 상등수는 상기 습지여과지가 혐기성 습지여과지인 경우(도 3 참조)에 모래층(14)-자갈 및 인공담체층(15)-굵은 자갈층(19)을 상기 순서대로 통과하면서 여과된 후 굵은 자갈층(19)의 아래에 설치된 처리수 이송배관(20)을 따라 처리수조(5)로 배출되며, 상기 습지여과지가 호기성 습지여과지인 경우(도 4 참조)에 굵은 자갈층의 아래에 설치된 통기 및 처리수 이송배관(21)을 따라 배출된다.

이때, 상기 모래층(14)에 뿌리를 내린 정수식물(13)에 의하여(또는 상기 뿌리에 기생하는 박테리아나 미생물에 의하여) 상등수에 포함된 질소와 인이 추가적으로 제거되며, 상기 모래층(14)에 의해 부유물질이 마저 제거된다. 특히, 본 실시예의 경우에는 상기 자갈 및 인공담체층(15)을 구성하는 인 제거용 인공담체와 황화합물 첨가형 인공담체에 의해 상기 상등수에 포함된 인(P) 등의 유기물이 거의 완전히 흡착·제거되기 때문에, 하류측의 생태연못(6)에 공급되는 최종 처리수의 수질은 매우 양호한 상태를 유지하게 된다.

한편, 본 실시예에서 사용되는 통기 및 처리수 이송배관(21)은 처리수 층과 공기 층의 구분을 명확히 하고 공기의 공급효율을 향상시키기 위해, 중공관(파이프)의 상부와 좌우 양측에 각각 공기 통로와 처리수 통로가 적정 모양 및 개수로 형성되어 있다.

이상의 과정을 거쳐 고도로 정화된 처리수는 상기 처리수 이송배관(20)이나 통기 및 처리수 이송배관(21) 을 따라 처리수조(5)에 공급된 후, 상기 처리수조에서의 체류기간 중에 정류(整流)되어 생태연못(6)으로 배출된다. 여기서, 미설명부호 17은 부엽 정수식물이며, 18은 관상어이다.

이상과 같이, 본 발명의 습지여과지를 이용한 하·폐수의 고도처리장치에 의하면, 상향류 생물반응조-접촉담체조-경사판침전조로 이루어진 생물학적 처리공정에서 1차로 하·폐수를 고도처리한 후 2차로 습지여과지에서 부유물질과 질소 및 인 등을 제거하므로 종래 자연정화처리법에서 문제되었던 부유물질의 부패에 의한 악취발생과 위해(危害) 곤충의 서식이 방지될 수 있다.

또한, 본 발명의 습지여과지를 이용한 하·폐수의 고도처리장치에는 1차 침전조, 탈질조, 농축조의 역할을 동시에 수행하는 상향류 생물반응조가 채용되어 있으므로 좁은 면적의 부지에도 설치가 가능하다.

또한, 본 발명은 상향류 생물반응조의 부유성장식 미생물(탈질미생물)과 접촉담체조의 부착성장식 미생물(질산화미생물)을 독립적으로 성장시키는 2단 슬러지 (dual sludge)공정에 의해 각 반응조에서의 반응효율(처리효율)을 극대화할 수 있다. 특히, 상향류 생물반응조에서 슬러지층과 상등수층을 분리하여 그 중 상등수만 접촉담체조로 월류시키므로써 상기 접촉담체조 내의 부유물질농도를 저농도로 유지하면서 운전할 수 있게 되어 경사판침전조의 고-액분리 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 상술한 경사판침전조의 후단에 습지여과지를 추가로 설치함으로써, 상기 습지여과지에서 추가로 ①부유물질이 제거되고 ②내생 탈질 및 자가영양성 황산화 탈질균의 활성에 의해 질소가 제거되며 ③충진 여재에 의해 인이 제거될 수 있다. 그 결과, 여재를 자주 세척하거나 교체할 필요가 없으며, 전문인력이 아니더라도 하·폐수 처리장치의 운전 및/또는 유지보수가 가능하다.

Claims (5)

1. 하·폐수를 정화하는 수처리장치에 있어서,

   미생물의 작용에 의하여 하·폐수 중의 유기물, 질소 및 인이 제거되고, 슬러지가 농축되는 상향류 생물반응조;

   상기 상향류 생물반응조에서 월류된 처리수(상등수)에 대해 미생물(질산화미생물)에 의한 질산화가 이루어지는 접촉담체조; 및

   인 제거용 인공담체와 황화합물 첨가형 인공담체를 포함하는 자갈 및 인공담체층이 지표로부터 일정 깊이에 형성되며, 상기 접촉담체조에서 배출된 처리수가 상기 자갈 및 인공담체층을 통과할 때 상기 처리수에 대해 추가적인 부유물질의 제거와 질소 및 인의 제거가 이루어지는 습지여과지;를 포함하는 것을 특징으로 하는 습지여과지를 이용한 하·폐수의 고도처리장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 접촉담체조와 상기 습지여과지 사이에, 상기 접촉담체조에서 처리수와 함께 넘어 온 슬러지를 경사판의 침강·침전 작용에 의해 상기 처리수로부터 분리·제거하는 경사판침전조가 추가로 설치된 것을 특징으로 하는 습지여과지를 이용한 하·폐수의 고도처리장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 인 제거용 인공담체는 석탄회/혈암/황토로 이루어진 군에서 선택된 하나의 소재 또는 적어도 둘 이상의 소재가 혼합된 혼합물로 만들어지고,

   상기 황화합물 첨가형 인공담체는 자가영양성 황산화 탈질균의 활성을 증대시킬 수 있는 황산화물이 함유된 소재로 만들어지는 것을 특징으로 하는 습지여과지를 이용한 하·폐수의 고도처리장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 습지여과지는 혐기성 습지여과지인 것을 특징으로 하는 습지여과지를 이용한 하·폐수의 고도처리장치.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 습지여과지는 호기성 습지여과지인 것을 특징으로 하는 습지여과지를 이용한 하·폐수의 고도처리장치.