KR100578892B1 - 부상분리생물처리 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

이 발명은 수처리에 적용되는 생물처리에 관한 것으로, 더 상세하게는 고정상 접촉재 바이오 루프를 장전한 생물처리장치에서 부상분리와 생물처리가 동시에 이루어지는 부상분리생물처리 장치 및 방법에 관한 것이다.

수중의 오염 물질을 제거함에 있어, 동일 탱크 내에서 동시에 부상분리와 생물처리를 진행시켜 처리시간을 단축시키고, 소형화된 설비를 제공하기 위해서, 장방형 관로형 탱크는 유입조정실, 제1ㆍ2 부상분리생물처리실, 방류실로 구획되며, 유입조정실 하부에 기포토출밸브(8-1)와 응집제 주입파이프(P)가, 상부에 외부로부터 원수유입파이프(W)가 부설되고, 각 부상분리생물처리실 내부에는 고밀도로 바이오 루프(7-1ㆍ7-2)가 장착되며, 하부에 초미세기포발생장치에 연결되는 기포토출밸브(8-2ㆍ8-3)가, 상부에 스캄 흡입장치(12-1ㆍ12-2)가 부설되고, 제1부상분리생물처리실(2) 상부에 유입조정실(1)에서 유입되는 슬러지를(sludge)를 외부로 강제 배출시키는 스킴머(skimmer)가 부설되어 장치는 구성되며, 원수가 유입조정실로 유입되어 부유물질은 분리되고, 수중 용존산소치가 증가된 조정수는 제1ㆍ2 부상분리생물처리실로 이송되며, 각 부상분리생물처리실에는 초미세기포가 토출되고, 토출되는 초미세기포의 일부는 분리수 중의 부유물질을 수면으로 부상시키며, 일부는 수중에 용해되어 미생물에 산소를 공급하게 되어 미생물이 오염물질을 접촉 분해함으로써 부상분리와 생물처리가 동시에 진행되는 부상분리생물처리 장치 및 방법이 제공되어 진다.

바이오 루프

Description

부상분리생물처리 장치 및 방법{omitted}

도 1은 장치의 단면도

도 2는 장치의 평면도

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

T. 부상분리생물처리탱크 W. 원수유입로

S. 스킴머(skimmer) P. 응집제 주입파이프

B. 기포발생장치 F-3. 방류관

F1ㆍF-2. 이송관

1. 유입조정실 2ㆍ3. 부상분리생물처리실

4. 방류실 5. 분리격판

6. 유출격판 7-1ㆍ7-2. 바이오 루프(Bio Loop)

8-1. 응집ㆍ부상실 기포토출밸브 8-2ㆍ8-3. 생물처리실 기포토출밸브

9. 압송파이프 10. 공급파이프

11. 스캄 이송파이프 12-1ㆍ12-2. 스캄 흡입장치

13. 슬러지 수집탱크

이 발명은 수처리에 적용되는 생물처리에 관한 것으로, 더 상세하게는 고정상 접촉재 바이오 루프를 장전한 생물처리장치에서 부상분리와 생물처리가 동시에 이루어지는 부상분리생물처리 장치 및 방법에 관한 것이다.

종래의 기술로서, 바이오 루프를 장전한 생물처리에 관한 예를 보면, 원수를 화학처리 한 후, 부상분리, 또는 침전처리 등을 거쳐 수중 부유물질을 1차 분리처리한 전처리수를 생물처리조에 유입시켜 생물처리를 행하고, 생물처리에 있어서는 수중의 미생물이 생존할 수 있게 산소를 공급하여 수중 용존산소치를 적정 수준으로 유지시켜야 하며, 그 산소 공급 방법이 일반적으로 블로워에서 생성시킨 압출공기를 생물처리조에 토출시켜 수중에 산소를 용해시켜 용존산소치를 유지시키는데, 블로워에서 토출되는 압축공기는 공기 방울이 크고, 큰 공기방울의 특성이 수중에 토출되면 수면으로 수직 상승하여 대기중으로 빠져나가는 양이 많으며, 생물처리조 내에 공기가 고르게 확산되지 않기 때문에 생물처리조 내부에 많은 개수의 압축공기 토출장치를 일정한 거리를 두고 규격화시켜 부설하고, 이 토출장치는 파이프로 서로 연결되어 주 파이프를 통해 외부의 블로워에 연결되어 구성되며, 이렇게 함으로서 블로워가 작동되면 압축공기가 생성되어 연결 파이프를 통해 각 토출장치로 압송되고, 각 토출장치는 생물처리조 내에 압축공기를 토출함으로서 분산 효과를 얻게 되며, 토출된 공기의 일부는 수면으로 상승하여 대기중으로 빠져나가지만 나머지 일부의 공기는 수중에 용해되어 수중 용존산소치를 조절시킴으로서 수중의 미생물은 바이오 루프에 미생물막을 형성하고 포식활동을 행하여 수중의 오염물질을 분해하게 되어 수처리는 이루어진다.

그런데, 수중 산소공급에서 공기를 수중에 고루 분산 토출 시키기 위해서 생물처리조 내부에 많은 개수의 토출 장치와 파이프를 부설해야하고, 블로워에서 토출되는 압축공기는 수중에 토출 되면 많은 양이 수면으로 수직 상승하여 대기 중으로 빠져나가기 때문에 손실이 많아 그만큼 많은 양의 압축공기를 압입시켜야 함으로 장치가 대형화되는 단점이 있으며, 한편 토출되는 압축공기는 방울이 크기 때문에 토출시 토출압력이 그대로 수중에 전달되어 체류수를 요동시켜 바이오 루프에 충격을 가하고 진동을 유발시켜 생물막을 파괴, 또는 형성을 방해함으로 미생물막 형성이 왕성하지 못하여 생물처리조 내에 미생물이 저밀도로 유지되어 처리효율이 떨어짐으로 처리시간이 길어져 장치가 거대해지고, 한편 바이오 루프를 고밀도로 장전할 수 없게 되는 문제점이 된다.

이 발명은 위에서 본 문제점을 해결하기 위해, 부상분리와 생물처리를 동일 탱크 내에서 동시에 연속 복합처리를 행하도록 탱크는 일체화된 장방형관로형으로 되고, 탱크 내부를 부상분리실, 부상분리생물처리실 등으로 구획하며, 부상분리 생물처리실 내에는 바이오 루프(Bio Loop)를 장착하고, 부상분리생물처리실에 산소 공급방법에 있어서는 초미세기포발생장치에서 생성시킨 초미세기포를 토출시켜 체류수에 충격과 요동을 가하지 않아 바이오 루프(Bio Loop)를 진동시키지 않으면서 수중 용존산소치를 유지· 조정시키고, 한편 수중에 잔존 부유할 수 있는 미세 부유물질을 초미세기포의 부착· 흡착력으로 수면으로 부상· 제거시킴으로서 부유물질의 부상분리와 생물처리가 동시에 진행되는 부상분리생물처리 장치와 방법을 제공하는데 목적이 있다.

이하 이 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다
기포는 구경이 크면 클수록 수중에 토출 되면 수면으로 수직 상승력이 강하여 급속히 대기 중으로 빠져나가고, 반대로 작으면 작을수록 수중에서 사방으로 확산되며 체류수에 충격을 가하지 않으며 물과 공기의 접촉밀도가 크고, 공기 산화에 의한 유기물분해가 촉진되며, 용존산소치를 증가시키고, 한편 수중 부유물질에 부착·흡착력이 강한 특성을 가지고 있다.
바이오 루프에는 미생물이 생물막을 형성하는데, 생물막의 외측부에는 호기성, 내측에는 혐기성 미생물이 서식하게 되어 외부에서는 호기성처리, 내부에서는 혐기성처리가 동시에 진행된다.
수처리는 여러 처리공정을 거치게 되는데, 각 처리공정마다 특성을 가지며, 처리효율에도 한계를 가지고 있고, 처리수에는 미처리된 잔존 오염물질을 가지고 다음 처리 공정으로 이송되며, 수중 용존산소치도 달라지게 된다.

도 1은 이 발명의 단면도로서, T는 장방형의 부상분리생물처리탱크를 명시한 것이며, 이 탱크는 내부에서 순차로, 유입조정실(1), 제1부상분리생물처리실(2), 제2부상분리생물처리실(3), 방류실(4)로 구획되어 있으며, 부상분리생물처리실은 오염농도에 따라서 증가시킬 수 있다.
유입조정실(1)은 유입수의 용존산소치를 조정하는 한편 유입수중에 잔존하는 부유물질을 제거하여 부상분리생물처리실의 부하를 최대한 줄이는 역할을 하며, 이를 위해서 하부에 초미세기포발생장치에 연결되어 초미세기포를 토출하는 기포토출밸브(8-1)·응집제 주입파이프(P)가 부설되고, 이 응집제 주입파이프는 유입수에 부유물질이 과도하게 함유되었을 때 응집제를 주입하게 되며, 상부에는 외부로부터 원수유입로(W)가 부설되어 있고, 6은 유출격판으로서 유입조정실(1)과 제1부상분리생물처리실(2)을 구획하면서 상부는 낮게 부설되어 유입조정실(1)에서 조정수가 제1부상분리생물처리실(2)로 넘쳐흐르게 되며,
제1부상분리생물처리실(2)은 유입되는 조정수를 따라 유출격판을 넘어서 유입되는 슬러지를 배출시키고 유입된 조정수를 정해진 시간동안 체류시키면서 생물막에 의한 미생물처리를 행하며, 이를 위해 유출격판(6)에 밀착해서 상부에 스킴머(S)가 부설되고, 이 스킴머에 밀착해서 분기격판(5)이 부설되어 경계를 이루면서 슬러지를 집결시키며, 스킴머는 유입조정실(1)에서 넘쳐 유입되는 조정수 수면에 집결되어 있는 슬러지를 회수·배출하고, 분리격판(5)을 경계로 하여 내부에는 미생물이 생물막을 형성할 바이오 루프(7-1)가 장착되며, 이 바이오 루프 하부에는 기포토출밸브(8-2)가 부설되어 초미세기포를 토출하여 수중용존산소치 유지·조정과, 수중에 부유할 수 있는 미세 부유물질을 수면으로 부상시키며, 바이오 루프 상부에는 부상한 스캄을 배출시키는 스캄 흡입장치(12-1)가 부설되어 있고,
제2부상분리생물처리실(3)은 제1부상분리생물처리실(2)에서 유입되는 유입수를 정해진 시간동안 체류시키면서 수중에 잔존 부유할 수 있는 부유물질 부상분리와 생물막에 의한 미생물처리를 행하며, 이를 위해 내부에 미생물이 생물막을 형성하게되는 바이오 루프(7-2)가 장전되고, 이 바이오 루프 하부에 기포토출밸브(8-3)가 부설되어 초미세기포를 토출하여 수중용존산소치 유지·조정과 수중에 부유할 수 있는 미세 부유물질을 수면으로 부상시키며, 부상한 부유물질은 스캄층을 형성하고, 상부에는 부상한 스캄을 배출시키는 스캄흡입장치(12-2)가 부설되어 있으며,
방류실(4)은 처리수를 유입시켜 저류시키면서 외부로 방류하는 한편, 하부에 기포수 공급파이프(10)를 통해서 초미세기포발생장치에 기포수를 공급하고,
B는 초미세기포발생장치로서, 공급파이프(10)를 통해서 방류실(4)에 연결되어 기포수를 공급받고, 이 초미세기포발생장치는 외부의 콤프레셔로부터 압축공기를 공급받아서 기포수와 압축공기를 혼합·가압가공하여 초미세기포를 생성시켜 각 기포토출밸브(8-1·8-2·8-3)로 압송시키며, 9는 기포수 압송파이프로서 초미세기포발생장치와 각 부상분리생물처리실의 기포토출밸브(8-1·8-2·8-3)에 서로 연결되어 기포발생장치에서 생성된 기포수를 각 기포토출밸브(8-1·8-2·8-3)로 압송하고, 기포수를 압송 받은 각 기포토출밸브는 미리 정해진 압력에서 기포를 수중에 토출하여 수중에 확산시키며, F-1·F-2는 ∩형 관으로 처리수를 다음 처리실로 이송시키는 이송관이고, F-3는 방류실(4) 후미에 부설되어 방류수를 방류하는 ∩형 방류관이 부설되어 있다.

도 2는 이 발명의 평면도로서, 13은 슬러지 수집탱크, 12-1· 12-2는 스캄 흡입 장치를 명시한 것이며, 스캄 흡입장치는 스캄 이송파이프(11)에 순차 연결되어 장치는 구성되어 있다.
미세기포발생 방법에는 과류터빈 방식, 선회방식, 라인믹셔방식이 있으며, 어느 방식이든지 기포수와 압축공기를 외부로부터 공급받아서 혼합·가압가공하여 기포를 생성시켜 토출하게 되고, 각 방식에 따라서 생성되어 토출되는 기포의 크기는 달라지게 된다.
이 발명에서 초미세기포는 상기 방법에 의해서 생성되어 토출되는 초미세기포를 지칭하며, 한편 기포토출장치는 생물처리실의 크기에 따라 복수개로 증설할 수도 있다.

상기와 같이 구성된 실시 예의 작동에 대하여 설명한다.

장치가 작동하면 유입로(W)를 통해서 부유물질을 함유한 유입수가 유입조정실(1)로 유입되며, 미리 조정한 양의 응집제가 주입파이프(P)로부터 주입되고, 기포발생장치(B)의 작동에 의해서 초미세기포가 생성되어 기포토출밸브(8-1)로 압송되며, 기포토출밸브는 정해진 압력에서 초미세기포를 수중에 토출하고, 토출되는 초미세기포는 수중에 확산되며, 초미세기포의 확산력에 의해서 주입되는 응집제는 수중에 확산되어 부유물질과 접촉되어 응집이 이루어지고, 확산되는 일부의 초미세기포는 수중 부유물질을 부착·흡착하여 수면으로 부상되어 수면에서 슬러지층을 형성하게 되어 수중의 부유물질은 분리되며, 한편 수중에 확산된 일부의 초미세기포는 수중에 용해되어 수중 용존산소치를 상승시켜 용존산소치를 조정하고, 용존산소치가 조정된 조정수는 유출격판(6)을 넘쳐흐르며, 이 때 수면의 슬러지층도 함께 제1부상분리생물처리실(2)로 유입된다.
상기 유입수조정실(1)에 응집제 주입은 유입수질의 잔존 부유물질의 함유량에 따라 생략될 수도 있다.

제1부상분리생물처리실(2)로 유입되는 조정수와 함께 유입되는 수면의 슬러지층은 스킴머(S)의 작동에 의해서 슬러지 수집조(13)로 강제 이송되며, 유입된 조정수는 하부 통로를 따라 이송되어 바이오 루프가 장전되어 있는 하부로 확산되고, 이 조정수는 용존산소치가 개선되어 있으므로 기포토출밸브(8-2)에서는 필요한 양만큼의 초미세기포가 토출되며, 이 초미세기포는 구경이 작은 초미세기포로서 부상분리생물처리실 내의 체류수에 충격에 의한 요동을 일으키지 않으면서 수중에 확산되고, 확산되는 초미세기포의 일부는 수중에 부유하는 미세 부유물질을 부착·흡착하여 슬러지 수집탱크(13)로 이송되고, 한편 확산된 초미세기포의 일부는 수중에 용해되어 수중 용존산소치를 유지·조절하게 되며, 이로 인해 미생물은 산소를 충분히 공급받게 되고, 활동을 활발히 하게 되어 바이오 루프에 왕성한 생물막을 형성하며, 이 생물막의 외부에는 호기성, 내부에는 혐기성 미생물이 서식하게 되고, 이들 미생물은 수중의 오염물질에 접촉하여 각각 다른 오염물질을 포식하여 분해하게 됨으로써 호기성처리와 혐기성처리가 동시에 이 생물막에서 이루어지게 되며, 처리수는 이송관을 통해서 제2부상분리생물처리실(3)로 이송된다.

제2부상분리생물처리실(3)로 유입된 처리수는 바이오 루프가 장전되어 있는 하부로 흘러들어 확산되고, 토출밸브(8-3)에서는 초미세기포가 토출되어 확산되며, 수중에 확산된 초미세기포의 일부는 수중에 잔존 부유하는 미세 부유물질을 부착·흡착하여 수면으로 부상하여 스캄층을 형성하게 되고, 이 스캄층은 흡입장치(12-2)에 흡입되어 슬러지 수집탱크(13)로 이송되며, 한편 확산된 초미세기포의 일부는 수중에 용해되어 수중 용존산소치를 유지, 조절하게 되고, 이로 인해 미생물은 산소를 충분히 공급받게 되어 활동을 활발히 하여 바이오 루프에 왕성한 생물막을 형성시키며, 이 생물막의 외부에는 호기성, 내부에는 혐기성 미생물이 서식하게 되고, 이들 미생물은 유입되는 수중의 오염물질에 접촉되어 각각 다른 오염물질을 포식하여 분해하게 됨으로써 호기성처리와 혐기성처리는 이루어지며, 처리수는 이송관(F-2)을 통해서 방류실(4)로 이송된다.
방류실로 이송된 방류수는 방류관 (F-3)을 통해서 외부로 방류되며, 방류수의 일부는 공급파이프(10)를 통해서 초미세기포발생장치(B)에 기포수로 공급됨으로써 처리는 이루어진다.

부상분리생물처리실(2·3)의 수중 용존산소치의 유지·조절은 초미세기포의 수중 토출량을 조절하여 조절한다.
처리수의 이송은 계속 유입되는 유입수에 의해서 자연 흐름 작용에 의하여 다음 처리공정으로 이송됨으로 체류수를 요동시키지 않는다.

이 발명은 수중 산소공급에서 초미세기포를 토출시켜 공급함으로서 산소 용해율이 우수하여 수중 용존산소치 조정에 에너지 비용이 적게 소요된다.
수중 산소 공급을 위해 초미세기포를 토출시킴으로써, 체류수에 충격에 의한주고 요동을 일으키지 않으므로, 미생물이 왕성하게 생물막을 형성하여 수중 미생물 보지保持) 밀도를 최상치로 유지할 수 있어 처리효율을 상승시킨다.
초미세기포를 토출시킬 때 체류수를 요동시키지 않으므로, 바이오 루프에 진동이 없게 됨으로써 바이오 루프를 고밀도로 장전하여 처리 효율을 극대화시킨다.
한편, 생물처리실 내에서 부상분리와 호기, 협기성처리가 동시에 이루어지고, 수중에 부유할 수 있는 미세 부유물질의 부상분리를 동시에 행할 수 있어 처리시간을 매우 단축시키면서 고도처리를 행할 수 있다.
처리시간 단축에서 설비의 소형화를 달성하고 에너지를 절감하게 된다.
이 발명은 설비가 소형화됨으로써, 부지 확보가 어려운 도시의 중소규모하수중말처리에 기여하게 된다.

Claims (2)

1. 유입조정실(1), 제1부상분리생물처리실(2), 제2부상분리생물처리실(3), 방류실(4)로 구획된 장방형의 부상분리생물처리탱크(T)에서,

   제1부상분리처리실(2)의 유출격판(6)과 분리격판(5) 사이 상부측에 부설되어 슬러지(sludge)를 배출시키는 스킴머(skimmer), 각 부상분리생물처리실(2·3)에 장전되는 바이오 루프(7-1·7-2), 이 바이오루프 수면 상에 부설된 스캄 흡입장치(12-1·12-2), 산소공급을 위해 바이오 루프가 장전된 하부에 부설되어 초미세기포를 토출시키는 기포토출밸브(8-2·8-3), 각 기포토출밸브(8-1· 8-2·8-3)에 연결되어 기포수를 압송시키는 압송파이프(9), 방류실(4)에 연결된 기포수 공급파이프(10), 이 압송파이프(9)와 기포수 공급파이프(10)에 연결되어 초미세기포를 생성시키는 초미세기포발생장치(B)에 연결되어 구성되는 것을 특징으로 하는 부상분리생물처리 장치
2. 제1항에 있어서, 초미세기포를 각 부상분리생물처리실(2·3)에 토출시켜 수중 용존산소치를 유지·조절하는 것을 특징으로 하는 부상분리생물처리 방법

Images