KR100537572B1

KR100537572B1 - 질소 및 인 제거와 슬러지 저감을 위한 하수 고도처리방법및 그 장치

Info

Publication number: KR100537572B1
Application number: KR1020050061068A
Authority: KR
Inventors: 백운학
Original assignee: 주식회사 유성건설; 백운학
Priority date: 2005-07-07
Filing date: 2005-07-07
Publication date: 2005-12-19

Abstract

본 발명은 탈질화 미생물의 생육조건에 적합한 비엔피 유동여재와, 질산화 미생물 생육과 유기물 분해에 적합한 비엔피 고정여재와 용존산소량을 크게 증가시키는 토네이도 에어실린더를 구비하고, 침전조 대신 침지막이 구비된 호기침지막조를 설치하여 하수(오ㆍ폐수)가 고도처리되도록 함으로써 침전조 삭제에 따른 비용을 90% 이상 절감하고, 운영비와 유지관리비를 줄이고, 슬러지 발생량을 현저히 줄여 하수처리 효율을 높이며, 또한 고액분리가 가능하도록 한 질소(T-N), 인(T-P) 제거와 슬러지 저감을 위한 하수 고도처리방법 및 그 장치에 관한 것이다.

Description

질소 및 인 제거와 슬러지 저감을 위한 하수 고도처리방법 및 그 장치{ADVANCED TREATMENT OF SEWAGE METHOD AND APPARATUS FOR ELIMINATING CHEMICAL COMPONENT SUCH AS NITROGEN AND PHOSPHORUS AND FOG REDUCING SLUDGE}

본 발명은 질소(T-N), 인(T-P) 제거와 슬러지 저감을 위한 하수 고도처리방법 및 그 장치에 관한 것으로, 탈질화 미생물의 생육조건에 적합한 비엔피 유동여재와 질산화 미생물 생육과 유기물 분해에 적합한 비엔피 고정여재와 용존산소량을 크게 증가시키는 토네이도 에어실린더를 구비하고, 침전조 대신 침지막이 구비된 호기침지막조를 설치하여 하수(오ㆍ폐수)가 고도처리되도록 함으로써 침전조 삭제에 따른 비용을 90% 이상 절감하고, 운영비와 유지관리비를 줄이고, 슬러지 발생량을 현저히 줄여 하수처리 효율을 높이며, 또한 고액분리가 가능하도록 한 것이다.

일반적으로 하수처리장의 운영방법으로는 크게 연속식과 회분식이 있으며, 연속식의 경우, 메디아(Media : 혹은 접촉여재라고도 함)를 이용하기도 하고 다양한 단위 기술방법이나 매개체를 이용하여 수질을 향상시키고자 많은 노력을 해왔다.

그 결과 종래와 비교해 봤을 때 양질의 수질을 얻을 수 있도록 많이 개선된 것이 사실이다. 또한 이를 활용함에 있어서 지방자치단체 또는 생산공장 등 오염된 하수(또는 오ㆍ폐수)를 배출하는 단체 및 업소마다 다양한 방법의 하수처리 방법을 활용하고 있다.

또한 현재에도 부단한 연구와 개발에 몰두하여 관련 기술이 다수 개발되었거나 개발 중에 있으며, 장래 물부족 현상을 감안할 때 수질개선이라는 절대 절명의 목표는 아무리 강조해도 지나침이 없다.

이미 일본, 미국, 유럽연합 등 선진 외국에서는 최상의 수질을 얻기 위한 노력의 일환으로 기업, 대학, 국가기관 등이 연계되어 새롭고 효율적인 방법을 연구 개발하고 있다.

그리고, 종전에 사용해 오던 디스크 타입의 산기관이나 메스실린더형 산기관의 경우 분리막의 막힘 현상이나 부식현상, 파손 등으로 인한 교체, 수리 등의 문제점이 있으며, 또한 접촉호기조 하부로부터 공기를 공급하므로 하부에 가라앉아 있는 침적물이 퇴적되어 발생하는 부패현상 및 부유물로 인하여 처리효율이 떨어지는 문제점이 있으며, 기포의 크기가 큰 편이므로 미세기포에 비하여 용존산소량이 크게 떨어지는 등의 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 이러한 종래 하수처리 기술들이 안고 있는 침출수 처리문제, 축산, 분뇨, 하수 고도처리 및 슬러지 처리의 어려움과 같은 문제점을 해결하고, 중ㆍ소규모 하수, 축산폐수, 분뇨, 침출수(이하 "하수"라 한다.) 등의 처리에 적용 설치할 수 있는 하수 고도처리방법 및 그 장치를 제공하도록 함으로써 방류수질 총량 규제에 적극 대응하고 하천 부영양화의 주범인 질소와 인을 완벽하게 처리 가능하도록 함을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 수처리 시스템 전반에 비엔피 고정여재와 비엔피 유동여재(담체 등)를 충진시키고, 접촉호기조에는 특별히 고안된 토네이도 에어실린더를 설치하여 용존 산소량을 극대화시키고 에너지절약과 운영시간을 최대한 절감시키며, 슬러지 발생량을 50% 이상 저감시킨다. 또한, 침전조를 삭제시켜 설비비와 건설부지면적 역시 30% 이상 절약할 수 있도록 함에 특징이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 유입수 후단에 무산소조(비엔피유동여재, 용량은 발생원수에 따라 다름)와 혐기조, 접촉호기조(비엔피 고정여재와 토네이도 에어실린더를 설치), 호기침지막조와, 완충조로 구성되며, 슬러지는 호기침지막조에서 반송되고 무산소조에는 특별히 고안된 비엔피 유동여재를 충진하고 접촉호기조에는 본 발명에 앞서 특허된 담체(특허 제401357호 : 비엔피 고정체를 이용한 하수처리장치 및 방법)인 비엔피 고정여재와 토네이도 에어실린더를 설치하여 질산화작용을 시키고 호기침지막조에는 침지막을 투입시켜 하수의 고도처리를 달성하도록 한다.

또한 본 발명은 침지막의 눈막힘 현상이나 내구년한을 높이기 위해 주입-흡입-유출 과정을 거치도록 하고, 또한 압력계와 진공펌프, 압축기, 송풍기, 수중 교반기, 레벨센서, 분리막(Micro Bioreactor)등을 설치하여 처리수질의 향상, 고효율, 집적화, 탈질효율향상, 슬러지 저감화와 에너지 절약 및 유지관리비의 절감을 통해 운영시간을 대폭 개선하도록 한다.

또한 본 발명은 중ㆍ소형 규모의 질소, 인 제거 하수 고도처리방법을 제공하고, 고도처리시설이 설치되어 있지 않은 기존 시설에 적용이 가능하도록 하여 에너지 절약과 유지관리비 절감으로 고도로 발전된 설비 외 운영안을 표준화시켜 경제성을 실현하고 표준화를 만들어 가는 기준이 되고자 한다.

본 발명은 혐기성 및 호기성 그리고 탈질(또는 탈질과 탈인)에 관여하는 미생물의 증식 및 성장 조건이 각각 다른 것을 이용하고, 비엔피 고정여재 및 비엔피 유동여재와 토네이도 에어실린더를 이용하여 특정 미생물의 우점화 및 부착에 의한 대량 보유를 달성하여 질소와 인 및 유기물(슬러지) 등이 효과적으로 제거되고, 침지막이 설치되는 호기침지막조를 차례로 통과하면서 하수가 고도 처리되며, 이때 호기침지막조에는 역세와 분리막(MBR : Micro Bio Reactor)의 눈막힘 현상을 방지하기 위하여 세척용 공기를 주입 →흡입 →유출시키되 초고도 처리과정을 거쳐 방류하도록 함을 특징으로 한다.

이하 본 발명을 설명함에 있어 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 동일 부호로 기재하고 관련된 공지구성이나 기능에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지가 모호해지지 않도록 하기 위하여 생략하도록 한다.

도 1은 본 발명 일 예로 도시한 하수 고도처리과정 순서도로, 오ㆍ폐수 등의 하수 유입량과 농도를 조정하는 유량조정조, 무산소조, 혐기조, 접촉호기조, 호기침지막조가 차례로 구성되어 고도 처리한 다음 방류하게되며, 호기침지막조에는 침지막이 설치되어 침전조를 생략할 수 있게 된다. 상기 호기침지막조에는 슬러지를 케이크 상태로 처리하는 슬러지저류조와, 잉여슬러지의 전부 또는 일부를 혐기조와 무산소조와 접촉호기조로 각각 또는 따로 반송시켜 하수가 고도처리되도록하는 완충조가 각각 구성된다.

도 2는 본 발명 하수 고도처리장치의 처리과정을 도시한 것으로, 교반기를 갖는 무산소조와 혐기조, 공기가 공급되는 접촉호기조와 호기침지막조가 차례로 구성된다. 그리고 상기 호기침지막조는 세척약품(역세약품) 주입과 처리수 방류와 세척공기 주입의 역할을 하고 잉여슬러지는 무산소조와 혐기조로 반송하게 되며, 무산소조에는 비엔피 유동여재가 충진되고, 접촉호기조에는 비엔피 고정여재 충진 및 토네이도 에어실린더가 설치되며, 호기침지막조에는 세척약품과 압축공기가 주입(또는 분사)되는 침지막이 설치되어 하수를 고도 처리하게 된다.

도 3은 본 발명 일실시 예의 하수 고도처리장치를 도시한 것이다.

상기 하수 고도처리장치는 전처리된 하수(2)의 농도와 유입량을 조정하는 유량조정조(4)와, 비엔피 유동여재(8)가 40~50% 충진된 무산소조(6)와, 혐기조(10)와, 비엔피 고정여재(12)가 30% ~ 40% 충진되고 토네이도 에어실린더(14)가 설치된 접촉호기조(16)와, 비엔피 고정여재(12) 30% ~ 40%가 각각 충진되고 토네이도 에어실린더(14)가 각각 설치된 복수 단의 접촉호기조(18)(20)(22)와, 침지막(24)이 설치된 호기침지막조(26)와, 완충조(28)와, 잉여슬러지(2a)의 전부 또는 일부를 무산소조(6)와 혐기조(10) 및 최선단의 접촉호기조(16)로 각각 또는 동시에 반송하는 완충조(28)의 반송펌프(30)와, 최선단 접촉호기조(16)에 투여하는 황산알루미늄(AL₂SO₃ 8% 용액) 등의 인(P)제거 약품공급수단(32)과, 침지막(24)의 유기물을 소정의 주기(수 日에서 수 주週)로 탈리할 수 있게 공기압축기에 의한 압축공기와 세척약품을 상기 침지막(24)으로 공급하는 세척수단(34)과, 침지막(24)으로 최종 처리수를 배출(방류)하는 방류펌프(36)로 구성된다.

본 발명에서 유량조정조(4)는 유입되는 하수, 오폐수의 농도를 균질화시키고 양을 일정하게 후단시설에 공급 배분하는 역할을 한다. 그리고, 유입되는 하수(오.폐수 등)의 성상에 따라 무산소조와 혐기조로 선택 이송하여 질소, 인 유기물의 제거 효율을 극대화 시킨다.

무산소조(10)는 유량조정조(4)로부터 이송된 유입수와 반송슬러지가 혼합되는 곳으로 반송슬러지의 질소산화물(NOx^_)이 무산소조건(0.2mg/ℓ 이내)에서 유입수의 탄소원을 이용하여 탈질 미생물에 의해 산화질소나 질소가스 등으로 환원되어 대기중으로 배출되며, 최종적으로는 질소가 제거된다.

상기 무산소조(10)의 유동여재(8)는 와류팬(40)에 의해 무산소조(10) 내부에 무작위로 순환하게된다.

혐기조(6)는 탈질된 유입하수를 혐기화 상태로 유지시켜 인(P)을 과잉 섭취한 미생물의 인(P) 방출을 유도하게된다.

복수 단의 접촉호기조(16)(18)(20)(22)는 호기성 미생물에 의해 유기성, 암모니아성 질소의 질산화가 이루어지며, 또한 잔여 유기물의 분해, 제거가 이루어진다. 질산화율에 따라 각 접촉호기조(16)(18)(20)(22)의 산소농도에 변화를 주어 질산화 능력과 유기물 분해능력에 중점을 준다. 과잉 인 섭취 미생물에 의해 인섭취가 일어난다.

상기 호기접촉조(16)(18)(20)(22)는 다단으로 구성함으로서 질산화 및 유기물 분해제거를 위해 각 호기접촉조의 비엔피 고정여재 충진율과 산소 공급량을 조절하여 효율을 극대화 시킬 수 있게된다.

호기침지막조(26)는 접촉호기조(16)(18)(20)(22)에서 처리된 처리수의 고액분리를 침지막에 의해 처리하고 슬러지 벌킹과 같은 슬러지 성상변화에도 안정적인 수질이 가능하다.

완충조(28)는 탈질 반응에서 용존산소가 존재할 경우 탈질의 방해요소이므로 용존 산소량을 저감시켜 무산소조의 탈질 효율을 향상시키는 역할을 하며 잉여슬러지는 앞단으로 전량 또는 일부 반송시키고, 일부만 반송시키는 경우 나머지의 잉여슬러지를 외부로 배출시킨다.

상기 유동여재(8)는 무산소조(10)의 수중에서 유동하게되며, 고정여재(12)는 접촉호기조(16)(18)(20)(22)내에 고정화된다. 상기 고정여재(12)는 본 발명에 앞서 등록된 특허 제401357호 "비엔피 고정체를 이용한 하수처리장치 및 방법"을 참고하면 될 것이다.

본 발명 비엔피 고정여재(12)는 스텐레스강(STS 304 등)을 고정 프레임으로 하여 접촉호기조((16)(18)(20)(22)의 수중에 고정화 되며, 접촉호기조((16)(18)(20)(22)의 바닥에서 50cm 이상의 상부와 상수면 아래 30~50cm 사이의 처리수중에 항상 위치하도록 하여 건조를 방지하도록 함이 바람직하다.

그리고, 호기침지막조(26)에 고정화되는 침지막(24)은 제논(Zenon)社의 제노겜(ZENOGEM), US Filter(CMF-S), 미쯔비시(MITSUBISH)의 스테라 폴(STERA PORE), 현대ENG/대한통운의 HANT, 새한의 제노겜(ZENOGEM), 한국분리막사의 KMS 등을 적용할 수 있다.

상기 유량조정조(4)와, 무산소조(6)와, 혐기조(10)에는 수중모터(38)에 의해 동작하는 와류팬(40)이 각각 설치되어 이들 유량조정조(4)와 무산소조(6) 및 혐기조(10) 내의 처리수가 와류 순환된다. 상기 호기침지막조(26)에 설치된 침지막(24)은 압축공기와 세척약품을 이용하여 유기물을 효과적으로 탈리시키는 방법으로 수명과 성능을 향상시키며, 또한 반복 사용할 수 있게된다.

세척수단(34)을 통하여 침지막(24)으로 공급되는 압축공기는 0.1 ~ 0.5㎏/㎠의 공기압을 유지하는 공기 압축기로 압축 공기를 지속적으로 공급함으로써 호기침지막조(26)의 용존산소농도를 호기성으로 유지하며 공급되는 공기에 의한 상승기류로 침지막조의 유동성을 부여하여 막의 오염물질을 연속적으로 탈리시켜 막의 청결도를 유지하게된다.

상기 세척수단(34)으로 공급되는 세척약품으로는 일 예를 들면 12% Naocl(차아염소산소다)를 2~6개월에 한 번씩 주입 세척하여 막의 청결도를 유지하게되며, 배관부에 미세 차압력계를 설치하여 차압력이 소정압력으로 상승할 때를 세척시기로 판단하여 주입 세척하게 된다.

본 발명에서 유량조정조(4)로 유입되는 하수는 미세한 협잡물 및 모래가 제거되어 전처리되며, 무산소조(6), 혐기조(10)에서는 유입 하수가 혐기성으로 유지되어 유기물이 혐기성 분해되고 일부 탈질된다.

도 4는 본 발명에 적용되는 비엔피 유동여재(8)의 다양한 실시 예를 도시한 것으로, 표면적이 최대화되도록 다양한 형상, 모양으로 구성된다. 이를테면, 사각형ㆍ원형ㆍ뿔형ㆍ불특정형 등의 형상으로 다양화 된다.

상기 유동여재(8)의 형상이 다각뿔인 경우 미생물의 흡착율이 높고, 불특정 형상인 경우 유동여재(8)의 표면적이 크게 증가하여 미세구멍으로 빛이 투입되고 산소가 공급되더라도 미생물의 탈리가 방지된다.

상기 유동여재(8)를 구성하는 스펀지의 수명과 손상을 막기 위하여 표면 또는 내부를 포함한 전체가 코팅된다. 이 때 코팅 표면은 미생물의 부착이 용이하도록 거칠게 코팅된다.

상기 유동여재(8)의 직경은 여러가지 변수, 이를테면 처리용량이나 비중 등을 감안하여 2 ~ 5㎝가 바람직하며, 유동여재(8)의 내/외부는 스펀지 구멍과 같이 0.1 ~ 0.2㎜ 크기의 미세구멍이 균등하게 무수히 형성되어 많은 량의 산소공급이 가능하며, 이로 인해 탈질화 우점(우수한 점유) 종(種)의 미생물이 유동여재(8)에 부착되어 탈질화 미생물이 원활히 활동하면서 탈질(T-N) 처리된다.

즉, 고정여재(12)는 15% ~20%의 탈질효과가 있으나, 유동여재(8)는 90% 이상의 탈질효과가 있어 탈질과정에서 상기 유동여재(8)를 사용하는 것은 매우 효과적이다.

그리고 접촉호기조(16)(18)(20)(22)에 고정여재(12)를 더 충진시켜 복합적인 유기물을 제거하도록 하고, 토네이도 에어실린더(14)를 각각 설치하여 고도처리되게 함으로써 방류펌프(36)를 통하여 배출되는 최종 방류수질이 최상급의 수영장 수질 수준으로 만들어진다.

본 발명에서 혐기조(10)에 인과잉섭취 미생물의 혐기화 상태에서 인과잉배출 특성을 이용하여 산소가 없는 상황을 인위적으로 조성함으로써 탈인처리된다.

도 3의 생물 반응조 구간에는 비중에 맞도록 제조된 고정여재(12)가 충진되어 질산화처리되며, 도 5는 본 발명 유동여재(8) 고정여재(12)에 의해 혐기화되거나 호기화되는 상태를 도시한 것이다.

도 6은 본 발명 접촉호기조(16)(18)(20)(22) 내부 하단에 설치하는 토네이도 에어실린더(14)의 일실시 예를 도시한 것으로, 상하로 개방된 원통형 관체(42) 하부에 복수의 지지대(44)가 고정되고, 관체(42)의 내하부 중앙에 역 원추형의 유도부재(46)가 설치되고, 관체(42)의 내측벽에는 수직 판재(48)가 고정되고, 판재(48)에는 양측으로 돌출되는 복수 개의 충돌봉(50)이 설치된다.

상기 충돌봉(50)은 지그재그 형태로 판재(48) 양측으로 돌출 설치되고, 충돌봉(50)의 양끝 단부에는 충돌봉(50)보다 큰 외경의 충돌유도부(52)가 형성되어 상승 기포가 부딪치면서 보다 미세한 크기(약 1/10)의 기포로 파괴된다.

상기 지지대(44)는, 도 7과 같이 급기관(54)에 고정된 한 쌍의 지지대(45)에 볼트/너트 등의 체결수단으로 고정되고, 급기관(54)에 형성된 수직 토출부(54a) 중앙에는 상기 유도부재(46)의 하단부가 유입되어 있어 상승 기포가 확산되며, 계속 상승하다가 돌출봉(50) 및 돌출봉(50) 단부에 형성된 충돌유도부(52)에 부딪히면서 미세한 크기로 파괴된다.

상기 판재(48)는 관체(42) 중앙을 향하도록 설치할 수 있으나, 설치공간 확장과 보다 효율적인 기포 파괴를 위하여 도 7, 8과 같이 관체(42) 중앙을 비켜 설치하도록 한다. 상기 판재(48)는 리벳이나 볼트 너트 등의 체결수단이나 용접 등의 방법으로 관체(42)의 내부면에 고정된다.

상기 관체(42)의 재료로는 합성수지, 스텐레스 스틸이나 주철 등이 포함되며, 원심력을 일으키는 판재(48)는 필요한 개수, 이를테면 1개 ~ 6개 설치하고, 판재(48)를 따라 상승하는 공기는 판재(48)에 다양하게 설치되는 2개 내지 20개의 충돌봉(50)과 충돌하면서 미세한 기포로 분화된다.

상기 충돌유도부(52)는 도 9와 같이 반원형, 삼각형, 사각형, 다각형, 원형, 타원형 등으로 다양하게 형성되어 상승기포가 충돌하면서 효과적으로 파괴되어 약 1/10 크기의 더욱 미세한 기포상태로 된다.

즉, 도 8과 같이 급기관(54)을 통하여 관체(42) 저부로 공급되는 공기는 수중으로 버블링되면서 다량의 기포가 발생되며, 발생된 기포는 원추형상의 유도부재(46)에 의해 상승하다가 충돌봉(50)에 충돌하면서 미세기포(b)로 파괴되므로 산소용존량이 크게 증가된다.

이때 분출구(54a)로 공급되는 공기는 토네이도 에어실린더(14) 하부로 분사 된 다음 유도부재(46)의 안내에 따라 확산 상승하고, 관체(42)를 벗어나면서 도 10과 같이 수류(水流)가 대류식으로 순환된다. 따라서 접촉호기조(16)(18)(20)(22) 바닥에 가라앉거나 그 부근에 부유하는 침전물의 퇴적이 방지되므로 퇴적물로 인한 부패현상 및 부유물로 인한 오염문제가 깨끗이 해결되며, 순환 수류를 따라 상승하면서 용존산소에 의해 산화되므로 처리효율이 크게 향상된다.

또한 원통형 관체(42) 내부에 복수의 충돌봉(50)을 갖는 판재(48)가 복수 개로 설치되어 공기가 판재(48)를 따라 상승하면서 충돌봉(50)에 의해 와류되는 물이 부딪쳐 부서지면서 미세크기의 기포로 파괴되므로 용존산소(Do)량이 극대화되고 수질은 크게 향상된다.

본 발명에서 질소와 인을 제거하기 위해서 무산소조에 비엔피 유동여재가 충진되고, 접촉호기조에는 본 발명에 앞서 특허된 비엔피 고정여재(특허 제401357호 : 비엔피 고정체를 이용한 하수처리장치 및 방법)가 충진되어 질소가 제거된다. 그리고 혐기조에서는 인과잉섭취 미생물을 이용하여 인을 방출하고 접촉호기조 및 호기침지막조에서 인을 과잉섭취하게 유도하여 슬러지의 외부 방출로 제거하도록 하며 인제거 효율이 저감될 경우, 접촉호기조(16) 전단에 투입되는 인(P) 제거 약물에 의해 2차적으로 제거된다.

한편, 종래 기술에서 생물반응조(무산소-혐기조-접촉호기)에 오염된 하수의 체류시간이 무산소조의 경우 3시간에서 1시간으로, 혐기조의 경우 3시간이던 것이 1시간으로, 호기조의 경우 6~12시간에서 1시간 30분으로 각각 단축되어 에너지 절약과 유지관리비를 획기적으로 줄일 수 있다(약 50% 이상).

또한, 비엔피 고정여재와 비엔피 유동여재의 자산화(미생물의 자체 분리)에 의해 슬러지가 제거되며 2차적으로는 호기침지막조 내에서 장기간의 SRT(슬러지 체류시간)에 의해 슬러지의 50% 이상이 분해되어 슬러지를 크게 감소시킬 수 있으며, 아울러 슬러지 처리시간이 줄어들어 운전비용(Running cost)이 약 50% 줄어들고 처리량도 약 2배로 향상된다.

처리시간이 줄어들게 되는 이유는, 무산소조와 혐기조, 접촉호기조에 비엔피 고정여재 및 비엔피 유동여재를 적절히 충진시키고, 침전조에서 침전되는 시간을 강제적으로 침지막에서 방류수 흡입 및 방류가 이루어지므로 미생물 반응조의 조내 하수처리용(하수의 오염물질 제거용) 미생물의 양과 농도가 증가되어 단시간에 오염물질을 섭취 제거할 수 있고, 내부 반송율을 높일 경우 전체 하수처리장의 운영시간과 슬러지 저감효과를 최대 50%까지 줄일 수 있다.

다음으로 비엔피 고정여재와 비엔피 유동여재의 역할과 특징에 대해서 살펴보면 다음과 같다.

① 비엔피 고정여재의 역할은 부유성 미생물을 고착형으로 접촉제에 고착, 안정화시켜 하수처리의 효율을 증대시키며 그 원리는 미생물의 수가 증가되어 오염물질의 섭생 속도 및 양이 증가되고 이에 오염물질의 처리량과 처리속도를 증가시켜 반응조의 반응시간을 줄일 수 있게 된다.

② 비엔피 유동여재(담체)의 특징 : 기존 고정체의 경우 고정체 표면에 미생물을 고착시키는 위주였으며 그로 인해 고정체 중심 또는 내부는 고정체의 특성상 고착밀도가 낮아 고착 안정화 및 탈리 등으로 인한 한계가 있었다.

반면, 본 발명 비엔피 유동여재의 경우 산소량의 흡수, 소화가 최대한 가능한 구조체로 여재의 표면과 중심의 형상이 동일하며 미생물의 고착밀도를 동일하게 유지시킬 수 있어 고착 미생물의 생물량 및 밀도를 최고로 증대시킬 수 있다.(하수처리효율 증대)

또한 종래 침전조의 경우 슬러지(미생물 덩어리)의 밀도와 비중에 의해 중력의 힘을 이용한 고액분리 방법으로 미생물의 이상 증식, 팽화, 고도산화로 인한 핀플럭(Pin Flock) 등의 변수에 의해 고액분리가 불가능한 경우가 다수 발생하였으나, 침지형 평막을 생물반응조의 침전조 대용으로 사용하게 되면 막의 공극을 통해 물리적 처리가 이루어지므로 상기에서 기술한 변수에 영향을 거의 받지 않는다. 그리고 침지형 평막을 사용할 경우 후단공정인 소독, 여과 등의 공정이 불필요하여 건설비용 및 유지관리비용과 에너지 비용을 20% 이상 절감할 수 있다.

또한 생물반응조의 미생물량이 비엔피 유동여재와 비엔피 고정여재의 충진으로 인해 표면적이 증가하여 기존 침전조와 비교했을 때 2~4배 정도 증가시켜 운전할 수 있으므로 생물반응조의 규모를 소형화시킬 수 있다. 더불어 막 전용 세척공기장치를 설치함으로써 막의 눈막힘 현상을 줄여 막의 수명을 연장시키고 방류수질을 초고도 처리하므로 중수로도 사용이 가능하다.

종래의 기술은 일반적으로 AO, A₂O 방법(연속식)에 속하는 단위 기술들과 회분식(SBR)에 속하는 단위기술, 미생물을 이용한 하수처리방법, 매디아(Media)를 이용한 하수처리방법, 바이오필(BFA : Biofil)을 이용한 방법, 맴브레인(MBR)을 이용한 하수처리 방법들이 단위기술로 운영되어 왔다.

그러나 이러한 단일 기술을 이용한 하수처리 방법은 수처리 배출기준의 일부분에 국한되어 효율을 얻을 수 있었고, BOD, COD, SS, N, P 등과 같이 배출 방류수질의 전체적인 물질을 제거하거나 에너지 비용의 절감과 유지관리비 절약을 위한 운영시간 단축에는 한계가 있다.

뿐만 아니라 수질개선은 물론이고 21세기는 현실적인 에너지 비용과 유지관리비의 절감이 무엇보다 필요하다. 중국과 인도의 성장은 세계 에너지의 절반을 흡수할 것으로 향후 예측되며 화석연료의 한계성 등으로 인한 전기료, 유류비용, 슬러지 처리 등과 같이 가장 기초적이면서도 하수처리에 있어 가장 많은 비용을 차지하는 비용 절감을 위한 기술개발이 하루 속히 이루어져야 할 것이다.

본 발명은 인과 질소 및 기타 유기물을 제거하고 분사공기를 이용하여 분리막에 흡착되어 있는 기타 유기물등을 분리/제거하도록 함으로써 에너지비용과 유지관리비를 절감할 뿐 아니라, 50% 이상의 슬러지 저감 효과 및 안정적이고 깨끗한 방류수질을 얻을 수 있으며, 기존시설을 그대로 이용할 수 있는 장점이 있다.

종래의 개선되지 않은 기존 처리장에서 오염을 유발시키는 근원 물질인 질소(T-N)와 인(T-P)이 효과적으로 제거되고 50% 이상의 슬러지 저감효과를 얻을 수 있으며, 경제적인 효과면에서는 최대 30 ~ 50%까지 운영비와 유지관리비(전기료 및 인건비 등)가 절감되며, 무엇보다 최종 방류수질을 최상으로 유지시켜 향후 어떠한 수질관련 총량규제법 혹은 법규의 변화에도 충실하게 대응할 수 있게 된다.

또한 종래 디스크형 기포발생장치는 급기관과 산기관을 통해서 버블링하게 되므로 파손이 많고 수리가 힘들 뿐 아니라 기포의 크기가 비교적 큰 편이므로 기포가 상승하다가 터지는 경우가 많아 용존산소량이 3% ~ 5%로 떨어지지만, 본 발명의 토네이도 에어실린더(14)는 바닥에서 산소를 끌어올리므로 바닥의 침전물이 같이 부상하면서 복수 개의 충돌봉(50)에 부딪쳐 기포(b)가 미세하게 파괴되므로 수중으로 쉽게 용존되며, 따라서 용존산소량이 15% ~ 20% 내외로 상승된다.

본 발명에서 효율은 조금 떨어지지만 무산소조와 혐기조의 순서를 바꾸어 적용할 수 있다.

이상과 같이 설명한 본 발명은 본 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.

이상과 같이 본 발명은 무산소조에 비엔피 유동여재를 충진하고, 접촉호기조에 비엔피 고정여재와 토네이도 에어실린더를 설치하고, 마지막 호기침지막조 내에 침지형 평막 및 분리막조를 사용하며, 분리막 전용 세척수단을 이용하여 침지막에 부착되는 미생물을 주기적으로 탈리시키도록 함으로써 종래 문제점들이 말끔히 해소될 뿐 아니라 침지막의 수명과 성능이 향상되고, 유지관리 및 처리시간이 절감되고 슬러지 발생량이 줄어드는 효과가 있다.

또한 본 발명은 표면적이 커지도록 다양하게 형성된 비엔피 고정여재와 비엔피 유동여재를 이용하여 미생물의 양과 농도가 증가되고 충분한 산소량이 공급되어 단시간에 탈질작용과 유기물질들이 제거되는 효과가 있다.

또한 본 발명은 혐기조에서 인을 제거할 기작을 생성하되, 잔여 인은 접촉호기조에서 소량의 약품을 주입하여 2차 제거하도록 함으로써 확실한 탈인효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 접촉호기조에 토네이도 에어실린더를 설치하여 일반적인 산기관에서 분출되는 공기크기보다 10배 가까이 작게 만들어진 기포(공기 방울)에 의해 용존산소량(Do)과 미생물의 생육이 크게 향상되며, 이에 따라 탈질효과가 크게 향상되는 등의 효과가 있다.

도 1 : 본 발명 하수 고도처리방법의 일 실시예 순서도.

도 2 : 본 발명 하수 고도처리장치의 일 실시예 개요도.

도 3 : 본 발명 하수 고도처리장치의 일 실시예 구성도.

도 4 : 본 발명 유동여재의 다양한 실시예 외관도.

도 5 : 본 발명에서 유도여재 또는 고정여재에 의한 혐기 및 호기화 관계도.

도 6 : 본 발명 접촉호기조에 설치되는 토네이도 에어실린더의 단면도.

도 7 : 본 발명 토네이도 에어실린더의 평면도.

도 8 : 본 발명 토네이도 에어실린더의 충돌봉 부분 평면도.

도 9 : 본 발명 충돌봉의 다양한 실시 예 평면도.

도 10 : 본 발명 토네이도 에어실린더에 의한 수류 순환도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

(2)--하수 (2a)--잉여슬러지

(4)--유량조정조 (6)--무산소조

(8)--(비엔피) 유동여재 (10)--혐기조

(12)--(비엔피) 고정여재 (14)--토네이도 에어실린더

(16)(18)(20)(22)--접촉호기조 (24)--침지막

(26)--호기침지막조 (28)--완충조

(30)--반송펌프 (32)--인(P)제거 약품공급수단

(34)--세척수단 (36)--방류펌프

(38)--수중모터 (40)--와류팬

(42)--관체 (44)--지지대

(46)--유도부재 (48)--판재

(50)--충돌봉 (52)--충돌유도부

(54)--급기관 (54a)--토출부

(b)--미세기포

Claims

삭제
질소 및 인 제거를 위한 하수 고도처리방법에 있어서 ; 유입된 하수를 유량조정조에서 농도 조정을 거쳐 유동여재가 충진된 무산소조에서 탈질처리한 다음 탈질처리된 하수를 혐기조에서 인과잉 미생물을 혐기처리한 다음, 고정여재와 미세 기포를 발생시키는 토네이도 에어실린더를 각각 갖는 복수의 접촉호기조에서 고도 처리한 다음, 호기침지막조의 침지막으로 재차 고도 처리하여 방류하도록 함을 특징으로 하는 질소 및 인 제거와 슬러지 저감을 위한 하수 고도처리방법.
삭제
삭제
질소 및 인 제거를 위한 하수 고도처리장치에 있어서 ; 유량조정조와 유동여재가 충진된 무산소조와 혐기조가 차례로 구비되고, 상기 혐기조 후단에 복수 단의 접촉호기조와 호기침지막조와 완충조가 차례로 구비되고, 상기 최선단 접촉호기조에 인(P) 제거를 위한 약품공급수단이 설치되고, 상기 복수 단의 접촉호기조에는 고정여재가 각각 충진되고 토네이도 에어실린더가 각각 설치되며, 상기 호기침지막조에는 세척수단과 방류펌프를 갖는 침지막이 설치되고, 상기 완충조에는 호기침지막조의 잉여슬러지를 상기 무산소조와 상기 혐기조와 상기 최선단의 접촉호기조로 반송하는 펌프가 설치된 것임을 특징으로 하는 질소 및 인 제거와 슬러지 저감을 위한 하수 고도처리장치.
청구항 5에 있어서 ; 유동여재는 0.1 ~ 0.2㎜ 크기의 미세구멍이 균등하게 형성되고 2 ~ 5㎝ 직경의 사각형ㆍ원형ㆍ뿔형ㆍ불특정형 중 적어도 하나 이상임을 특징으로 하는 질소 및 인 제거와 슬러지 저감을 위한 하수 고도처리장치.
청구항 5 또는 청구항 6에 있어서 ; 토네이도 에어실린더는, 원통형 관체 하부에 복수의 지지대가 고정되고, 관체의 내하부 중앙에 역 원추형의 유도부재가 설치되고, 관체의 내측벽에 복수의 수직 판재가 고정되고, 복수의 판재 부분에 양측으로 돌출되는 복수 개의 충돌봉이 설치되고, 충돌봉의 양단에 충돌유도부가 형성되고, 유도부재의 직하부에 급기관의 토출부가 위치하도록 구성된 것임을 특징으로 하는 질소 및 인 제거와 슬러지 저감을 위한 하수 고도처리장치.
청구항 7에 있어서 ; 충돌유도부는 반원형, 삼각형, 사각형, 다각형, 원형, 타원형 중 하나임을 특징으로 하는 질소 및 인 제거와 슬러지 저감을 위한 하수 고도처리장치.