본 발명은 셀롤로즈아세테이트, 폴리비닐알콜, 폴리에칠렌글리콜 등의 폴리머 및 이들을 주 성분으로 하는 폐기물과 미생물을 혼합한 후 건조 성형한 바이오비드 혹은 미생물을 실에 강제 고정(얇게 도포)한 바이오실을 반응조에 설치함으로써 반응조 내부에 미생물농도를 높게 유지할 수 있고 높은 유기물, 질소 및 인 제거효율과 안정적인 처리수질을 기대할 수 있다. 또한, 셀롤로즈아세테이트, 폴리비닐알콜, 폴리에칠렌글리콜 등의 폴리머에 세라믹분말을 첨가함으로써 보다 높은 바이오비드 및 바이오실의 강도를 유지할 수 있으며, 살충제, 제초제 등 미생물이 분해하기 어려운 유기물질 (난분해성 유기물질)이 함유된 폐수의 처리시 셀롤로즈아세테이트, 폴리비닐알콜, 폴리에칠렌글리콜 등의 폴리머에 활성탄이 첨가된 바이오비드 혹은 바이오실을 이용함으로써 난분해성 유기물질을 활성탄에 1차적으로 흡착시키고, 흡착된 난분해성 유기물질을 포괄고정된 미생물에 의하여 서서히 분해하게 함으로써 높은 처리효율을 기대할 수 있다. 다음 표 1은 셀롤로즈아세테이트를 이용하여 미생물 (활성슬러지)를 고정하여 반응조에 충전한 후 도시하수를 처리한 실예이며, 표 2는 활성탄이 첨가된 셀롤로즈아세테이트를 이용하여 미생물 (활성슬러지)를 고정하여 반응조에 충전한 후 폴리클로리네이티드바이폐닐 (PCB)로 오염된 인공폐수(실험실에서 제조)를 처리한 실예이다.
표 1. 도시하수처리 |
체류시간 (시간) |
제거효율 (%) |
유기물 |
질소 |
4 |
95.7 |
80.5 |
6 |
96.6 |
85.1 |
- 대상폐수: 도시하수, 질산화수 순환율 3.0 |
표 2. 난분해성 유기물함유 폐수 처리 |
체류시간 (시간) |
제거효율 (%) |
PCB |
24 |
93.4-99.5% |
- 대상폐수: 인공폐수 - 연속폭기조건 |
본 발명의 구성과 작용을 첨부한 도면에 의하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도1은 셀롤로즈아세테이트 혹은 이를 주 성분으로 하는 폐기물을 이용한 하수 및 폐수처리용 미생물의 강제 고정방법의 공정도에 관한 것으로, 셀롤로즈아세테이트 혹은 이를 주 성분으로 하는 폐기물을 아세톤에 용해시키고, 용해된 폴리머 용액에 탈수된 혼합배양 미생물 (예를 들면 하수 및 산업폐수 슬러지) 혹은 순수배양된 미생물을 넣은 후 완전 혼합한다. 혼합용액을 성형한 후 건조하거나, 혼합용액을 실에 얇게 도포한 후 건조한다. 또한, 고정화제품의 수명을 연장시키기 위하여 혼합액에 세라믹 분말을 첨가하거나, 분해하기 힘든 유기물질 (난분해성 유기물)이 함유된 폐수의 처리를 위하여 혼합액에 분말 활성탄을 첨가한다.
도2는 폴리비닐알콜 혹은 이를 주성분으로 하는 폐기물을 이용한 하수 및 폐수처리용 미생물 고정방법의 공정도에 관한 것으로, 물에 용해된 폴리비닐알콜 수용액에 탈수된 혼합배양 미생물 (예를 들면 하수 및 산업폐수 슬러지) 혹은 순수배양된 미생물을 넣은 후 완전 혼합한다. 혼합용액을 성형한 후 건조하거나, 혼합용액을 실에 얇게 도포한 후 건조한다. 또한, 고정화제품의 수명을 연장시키기 위하여 혼합액에 세라믹 분말을 첨가하거나, 분해하기 힘든 유기물질 (난분해성 유기물)이 함유된 폐수의 처리를 위하여 혼합액에 분말 활성탄을 첨가한다.
도3은 폴리에칠렌글리콜 혹은 이를 주 성분으로 하는 폐기물을 이용한 하수 및 폐수처리용 미생물 강제 고정방법의 공정도에 관한 것으로, 알긴산나트륨에 용해된 폴리에칠렌글리콜 용액에 탈수된 혼합배양 미생물 (예를 들면 하수 및 산업폐수 슬러지) 혹은 순수배양된 미생물을 넣은 후 완전 혼합한다. 혼합용액을 성형한 후 건조하거나, 혼합용액을 실에 얇게 도포한 후 건조한다. 또한, 고정화제품의 수명을 연장시키기 위하여 혼합액에 세라믹 분말을 첨가하거나, 분해하기 힘든 유기물질 (난분해성 유기물)이 함유된 폐수의 처리를 위하여 혼합액에 분말 활성탄을 첨가한다.
도 4는 셀롤로즈아세테이트, 폴리비닐알콜, 폴리에칠렌글리콜 등의 폴리머 및 이들을 주 성분으로 하는 폐기물을 이용하여 미생물을 강제 고정한 고정화제품 즉 바이오비드 혹은 바이오실이 충전된 생물학적 폐수처리공정으로 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 강제 고정한 미생물을 이용한 하수 및 폐수처리용 생물학적 폐수처리공정에 관한 것으로 셀롤로즈아세테이트, 폴리비닐알콜, 폴리에칠렌글리콜 등의 폴리머 및 이들을 주 성분으로 하는 폐기물을 이용하여 본 발명의 제조방법에 따라 제조한 바이오비드 혹은 바이오실(3)이 충전된 반응조(1)에 유입수관(9) 및 유입펌프(6)를 통하여 하수 혹은 폐수가 유입된다. 유입된 하수 혹은 폐수에 함유되어 있는 유기물 및 질소 등의 오염물질은 반응조(1)내의 스크린(5)사이에 충전되어 있는 바이오비드 혹은 바이오실(3) 내부로 확산이동되어 바이오비드 혹은 바이오실(3) 내부에 강제 고정되어 서식하고 있는 미생물에 의하여 분해된다. 이때, 미생물의 대사에 필요한 산소는 브로워(8)에서 생산된 공기가 송기관(12) 및 산기판(4)를 통하여 반응조(1) 내부로 공급됨으로써 공기중에 함유된 산소가 바이오비드 혹은 바이오실(3) 내부로 확산 전달된다. 연속적으로 공기를 공급함으로써 하수 및 폐수에 함유된 유기물의 제거, 질산화 (암모니아성 질소를 아질산성 혹은 질산성 질소로 산화시키는 반응공정) 및 인제거를 목적으로 처리공정을 운영할 수 있으며, 간헐적으로 공기를 공급함으로써 하수 및 폐수에 함유된 유기물제거, 질산화 및 탈질(아질산성 혹은 질산성 질소를 질소가스로 전환시키는 반응공정)을 목적으로 공정을 운영할 수 있다. 유입된 하수 및 폐수 내에 고형물질이 함유되어 있는 경우 오랜시간 처리공정의 운영시 충전된 바이오비드 혹은 바이오실(3)사이에 고형물질이 부착되어 바이오비드 혹은 바이오실(3)층을 폐쇄할 수 있다. 따라서, 유출수관(10)을 경유하여 방류수조(2)에 저장되어 있는 방류수를 역세척펌프(7)를 이용하여 고압으로 반응조(1)로 유입시켜 정기적으로 역세척 한다. 이때, 역세척을 원활히 하기 위하여 송기관(12)를 통하여 유입되는 공기의 유속을 증대시켜 바이오비드 혹은 바이오실(3)층을 교란하여 바이오비드 혹은 바이오실(3)사이에 갖혀있는 고형물을 씻어낸다. 역세척 공정시 발생되는 역세수는 원수유입시설 및 유량조정조 등 처리시설의 최초공정으로 반송되어 재처리된다.
도5는 셀롤로즈아세테이트, 폴리비닐알콜, 폴리에칠렌글리콜 등의 폴리머 및 이들을 주 성분으로 하는 폐기물을 이용하여 미생물을 강제 고정한 고정화제품 즉 바이오비드 혹은 바이오실을 기존의 부유성장식 생물학적 하수 및 폐수처리 공정에 적용한 것으로 상세하게 설명하면 다음과 같다.
유입수관(21) 및 유입펌프(18)을 통하여 유입된 유입수는 기존의 부유성장식 생물학적 폐수처리공정(예를 들면, 활성슬러지, 장기폭기, 산화구 등)에 셀롤로즈아세테이트, 폴리비닐알콜, 폴리에칠렌글리콜 등의 폴리머 및 이들을 주성분으로 하는 폐기물을 이용하여 미생물을 강제 고정한 바이오비드 혹은 바이오실이 부가 설치된 반응조(15)로 유입된다. 유입된 하수 및 폐수에 함유되어 있는 유기물, 질소 및 인등의 오염물질은 부유성장식 미생물 뿐만 아니라 셀롤로즈아세테이트, 폴리비닐알콜, 폴리에칠렌글리콜 등의 폴리머 및 이들을 주성분으로 하는 폐기물을 이용하여 제조한 바이오비드 혹은 바이오실(17)에 강제 고정되어 있는 미생물에 의하여 분해가 되며, 후속되는 침전조(16)에서 처리수와 부유성장 미생물의 고액분리가 이루어진 후 청정한 처리수는 유출수관(23)을 통하여 방류된다. 또한, 침전조(16)에 침전된 슬러지는 슬러지반송관(24)을 통하여 반응조(15) 유입부로 반송된다. 생물반응조(15)내에 일정한 산소농도를 유지하기 위하여 브로워(19)에서 생산된 공기가 송기관(22) 및 산기판(20)를 통하여 생물반응조(15) 내부로 공급됨으로써 공기중에 함유된 산소가 바이오비드 혹은 바이오실(17) 내부로 확산 전달되게 한다.
도6은 셀롤로즈아세테이트, 폴리비닐알콜, 폴리에칠렌글리콜 등의 폴리머 및 이들을 주 성분으로 하는 폐기물을 이용하여 미생물을 실에 강제 고정한 바이오실을 철망으로 구성된 원기둥에 촘촘히 감아 마이크로 바이오필터 모듈을 만든 후 마이크로 바이오필터 모듈을 하수 및 폐수처리 공정에 적용한 것으로 상세하게 설명하면 다음과 같다.
유입수관(32) 및 유입펌프(28)을 통하여 유입된 유입수는 마이크로 바이오필터 모듈 (26) 내부로 주입되어 미생물이 강제 고정된 바이오실을 통과하면서 유기물, 질소, 인 및 협잡물 등의 오염물질이 제거된다. 반응조(25)에 수집된 처리수는 유출수관(33)을 통하여 배출되며 유출수에 함유되어 있는 질산성질소 및 아질산성 질소 등 산화성 질소의 탈질(미생물에 의하여 산화성 질소를 질소가스의 형태로 제 거)을 위하여 유출수중 일부는 순환수관(34) 및 순환펌프(29)를 통하여 유입수와 함께 마이크로 바이오필터 모듈(26)의 입구로 순환된다. 유입수중에 함유되어 있는 협잡물은 마이크로 바이오필터 모듈(26)내에 축적되며, 축적된 협잡물은 협잡물배출관(35) 및 조정밸브(31)를 통하여 배출된다.
본 발명은 셀롤로즈아세테이트, 폴리비닐알콜, 폴리에칠렌글리콜 등의 폴리머 및 이들을 주 성분으로 하는 폐기물을 이용하여 미생물을 강제 고정한 고정화제품 즉 바이오비드 혹은 바이오실을 이용하여 하수, 산업폐수, 축산폐수 및 침출수 등에 함유된 유기물, 질소 및 인 등 오염물질을 효율적으로 처리하는 생물학적 하수 및 폐수처리 시스템에 관한 것이다.
하수 및 폐수 등에 함유된 유기물, 질소, 및 인 등의 생물학적으로 분해 가능한 오염물질의 처리시 미생물이 강제 고정된 바이오비드 혹은 바이오실을 이용함으로써 첫째, 반응조내에 높은 미생물량을 보유할 수 있어 부유성장식 (미생물이 반응조내에 부유하여 성장하는 방식) 하수 및 폐수처리공정 보다 높은 처리효율을 기대할 수 있다. 또한, 보다 소규모의 처리시설로 대규모의 부유성장식 하수 및 폐수처리공정과 동일한 처리효율을 얻을 수 있어 처리시설의 건설에 소요되는 부지면적을 크게 줄일 수 있다. 둘째, 기존의 부유성장식 하수 및 폐수처리 공정과는 달리 슬러지발생이 거의 없어 슬러지의 처리 및 처분에 소요되는 비용을 크게 줄일 수 있 다. 셋째, 안정된 처리효율을 기대할 수 있는 것을 특징으로 하는 생물학적 하수 및 폐수 처리시스템을 제공하며, 넷째, 셀롤로즈아세테이트, 폴리비닐알콜, 폴리에칠렌글리콜 등의 폴리머 및 이들을 주 성분으로 하는 폐기물을 이용하여 미생물을 강제 고정한 고정화제품 즉 바이오비드 혹은 바이오실은 물에 용해되지 않아 견고하며 반영구적으로 사용할 수 있다.