KR100625095B1 - 변형된 회전 생물 반응체를 이용한 폐수처리장치 - Google Patents

변형된 회전 생물 반응체를 이용한 폐수처리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 변형된 회전 생물 반응체를 이용한 폐수처리장치는, 외부로부터 폐수를 유입받아 음식찌꺼기 등의 슬러지를 1차적으로 침전시키는 한편 후속되는 처리장소로 폐수를 방류하는 1차 침전지; 1차 침전지로부터 폐수를 유입받아 처리하는 곳으로, 그 내부에는 하나의 회전축에 다수의 회전원판이 상호 소정 간격 이격되어 중첩 설치되어 있는 변형생물반응체가 유입 폐수면 아래로 완전히 잠기도록 설치되며, 폐수의 유입구로부터 일정 부피비로 혐기조, 폭기량이 서로 다른 제1 간헐폭기조 및 제2 간헐폭기조로 구성된 반응조; 및 반응조에 의해 처리된 폐수를 유입받아 2차적으로 침전시킨 후 상부의 맑은 물은 외부로 배출시키고 하부에 침전된 슬러지는 미생물 농도를 일정하게 유지하기 위해 상기 반응조 내의 혐기조로 반송시키는 2차 침전지를 포함하여 구성하되, 상기 혐기조, 제1 간헐폭기조 및 제2 간헐폭기조의 부피비는 혐기조 : 제1 간헐폭기조 : 제2 간헐폭기조 = 1∼1.5 : 4.5∼5.5 : 1.5∼2로 구성된 점에 그 특징이 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 변형회전생물반응체를 이용한 단일의 폐수처리장치 내에서 폐수를 처리하므로, 폐수 속의 유기물질, 질소(N) 및 인(P)성분을 효율적으로 모두 제거할 수 있는 장점이 있다. 또한, 처리공정이 간단하고, 폐수처리장치의 설치비용이 저렴하며, 폐수처리장치의 폐수처리에 대한 제거효율이 증가되어 경제적이고 효과적인 폐수처리가 가능하다.
회전생물반응체, 회전원판, 침전지, 반응조, 혐기조, 간헐폭기조, 방지막, 차단막

Description

변형된 회전 생물 반응체를 이용한 폐수처리장치{Apparatus for treating waste water using the modified rotating biological reactor}
도 1은 본 발명에 따른 변형된 회전 생물 반응체를 이용한 폐수처리장치의 전체적인 구성을 보여주는 도면.
도 2는 도 1의 A-A' 선에 따라 절단한 단면도.
도 3은 도 1의 B-B' 선에 따라 절단한 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 변형된 회전 생물 반응체를 이용한 폐수처리장치를 이용한 폐수처리방법의 단계별 공정도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110...1차 침전지 120...반응조
121...회전축 121g...구동부
122...회전원판 123...혐기조
124...제1 간헐폭기조 125...제2 간헐폭기조
126a,126b...에어공급관 127...방지막
128...차단막 130...2차 침전지
본 발명은 변형된 회전 생물 반응체를 이용한 폐수처리장치에 관한 것으로서, 특히 종래의 회전생물 반응체를 이용하여 폐수를 처리하는 방식에 있어서, 단일 처리조를 특정의 부피비로 혐기조, 방지막 및 폭기량이 서로 다른 2단계의 간헐폭기조로 분할한 단일 폐수처리장치의 변형된 회전원판법을 적용함으로써 질소(N)와 인(P)의 제거효율을 높이고 처리시간을 단축할 수 있는 변형된 회전 생물 반응체를 이용한 폐수처리장치에 관한 것이다.
폐수처리에 있어서, 회전원판법(Rotating Biological Reactor:RBR)은 여러 개의 원판으로 구성된 회전체를 폐수의 유입방향에 대하여 직각으로 설치함으로써 유입되는 폐수를 다단계로 처리할 수 있는 폐수처리 방법이다. 이와 같은 회전원판법은 회전 생물 반응체를 이용하는 것으로, 이 회전 생물 반응체는 유입 폐수의 수면보다 약간 높게 설치된 수평 회전축에 다수의 원판을 수직으로 고정하여 회전시키는 장치이다. 각 원판 표면에는 미생물 점막이 형성되어 이것이 폐수조 내의 용존 유기물질을 섭취, 분해하여 제거한다.
원판이 폐수면 아래(수면으로부터 40% 정도)에 있을 때 점막에 용존 유기물질이 침투 또는 흡착되며 폐수면 위로 노출될 때 산소의 공급을 받게 된다. 그리고, 점막에 침투 및 흡착된 유기물질은 미생물에 의해 산화된다. 증식된 미생물 또 는 점막의 일부는 폐수를 통과할 때 원판 회전으로 탈리되기 때문에 원판 표면의 미생물군은 항상 일정하게 유지된다. 탈리된 점막은 원판의 회전작용에 의하여 반응조에서는 현탁 상태로 머물다가 2차 침전지로 이송된다.
이상과 같은 회전원판법은 다음과 같은 장점을 지닌다.
1) 별도의 폭기장치가 필요없고, 유지관리가 비교적 용이하며 유지비가 적게 든다.
2) 반응 소요 시간이 짧고 다단식을 취하므로 BOD(생물학적 산소 요구량) 부하변동이 강하다.
3) 단시간의 접촉 반응으로 반응 시간이 짧고 높은 정화율을 얻을 수 있다.
4) 슬러지 발생량이 표준 활성 오니법의 1/2 정도로 적다.
5) 슬러지 반송이 필요 없고, 질산화 작용이 용이하며 탈질, 탈인 작용도 한다.
6) pH 변화에 비교적 잘 적응하고 구더기, 악취, 거품, 폐쇄, 소음 등의 2차 공해가 발생하지 않는다.
그러나, 이상에서와 같은 장점이 있는 반면에 다음과 같은 단점 및 문제점도 있다.
1) 정화기구가 복잡하여 미생물량의 임의 조절이 불가능하다.
2) 온도에 영향을 크게 받아 저온 시 대책이 문제되므로 대부분 실내에 설치된다.
3) 운전이 원활하지 못할 경우 혐기성 상태로 인한 악취가 발생할 수 있다.
4) 회전축이 파열되기 쉽고, 폐수의 성상에 따라 처리효율의 기복이 심하다.
5) 대규모 처리에 관한 자료 및 완벽한 모델 해석이 충분하지 않다.
특히, 유기물질의 제거는 용이하나 수질의 부영양화의 원인이 되며 수질오염의 주범이 되는 질소(N)와 인(P)의 제거효율(대략 60% 이하)이 낮게 나타나 폐수처리에 있어 가장 중요한 폐수처리의 효율성이 떨어지는 문제점이 크게 대두되고 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 질소(N)의 경우에는 탈질화 반응 시 처리장치 내부가 무산소 상태일 것을 필수 조건으로 하는데, 원판이 수중과 수면 위를 반복적으로 회전함에 따라 산소가 미생물막에 공급되어 지속적인 무산소 상태가 유지되지 않는다. 그리고, 또 다른 필수조건인 처리장치내의 유기탄소원의 확보가 부족하여 질소의 탈질화 반응에 따른 효율이 크게 저하된다는 점이다. 인(P)의 경우에는 혐기조건에서 인을 방출하고 호기조건에서는 인(P)을 저장하는 인 축적미생물(PAO)을 이용하여 제거하는데, 종래의 회전원판법에서의 장치는 단일 구간으로 되어 있어 인 축적미생물의 혐기조건과 호기조건을 유지 및 조절할 수 없어 인(P) 제거효율이 극히 저조하다는 문제점이 있다.
이상과 같은 문제점에 대응하기 위하여, 본 발명자와 동일 발명자에 의해 "변형된 회전생물반응체를 이용한 폐수처리장치 및 방법"(국내 특허 출원번호:10-2001-0082663)이 선출원된 바 있다. 상기 국내 특허출원 제2001-0082663호에 의하면, 폭기부는 회전판이 설치된 혐기성 구간, 방지막 구간 및 점감식 간헐폭기 구간으로 구성되어 있으며, 이러한 폭기부가 폐수에 잠겨진 채로 폐수처리를 위한 운전이 수행된다. 이 특허출원 제2001-0082663호는 질소(N)와 인(P)의 제거효율을 향상 시키기 위해 회전원판법을 새롭게 구성하여 개선한 것이다.
그러나, 상기 국내 특허출원 제2001-0082663호는 처리효율이 다소 떨어지고, 처리시간이 길며, 방지막 구간에 슬러지가 누적되고, 각 구간이 불분명하여 설계시 어려움이 따른다는 것이 문제점으로 지적되고 있다.
본 발명은 이상에서와 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, 종래의 회전생물 반응체를 이용하여 폐수를 처리하는 방식에 있어서, 단일 처리조를 특정의 부피비로 혐기조, 방지막 및 폭기량이 서로 다른 2단계의 간헐폭기조로 분할한 단일 폐수처리장치의 변형된 회전원판법을 적용함으로써 질소(N)와 인(P)의 제거효율을 높이고 처리시간을 단축할 수 있는 변형된 회전 생물 반응체를 이용한 폐수처리장를 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 변형된 회전 생물 반응체를 이용한 폐수처리장치는,
외부로부터 폐수를 유입받아 음식찌꺼기 등의 슬러지를 1차적으로 침전시키는 한편 후속되는 처리장소로 폐수를 방류하는 1차 침전지;
상기 1차 침전지로부터 폐수를 유입받아 처리하는 곳으로, 그 내부에는 하나의 회전축에 다수의 회전원판이 상호 소정 간격 이격되어 중첩 설치되어 있는 변형생물반응체가 유입 폐수면 아래로 완전히 잠기도록 설치되며, 폐수의 유입구로부터 일정 부피비로 혐기조, 폭기량이 서로 다른 제1 간헐폭기조 및 제2 간헐폭기조로 구성된 반응조; 및
상기 반응조에 의해 처리된 폐수를 유입받아 2차적으로 침전시킨 후 상부의 맑은 물은 외부로 배출시키고 하부에 침전된 슬러지는 미생물 농도를 일정하게 유지하기 위해 상기 반응조 내의 혐기조로 반송시키는 2차 침전지를 포함하여 구성하되, 상기 혐기조, 제1 간헐폭기조 및 제2 간헐폭기조의 부피비는 혐기조 : 제1 간헐폭기조 : 제2 간헐폭기조 = 1∼1.5 : 4.5∼5.5 : 1.5∼2로 구성된 점에 그 특징이 있다.
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본 발명에 따르면, 반응조 내의 혐기조와 제1 간헐폭기조 사이에는 처리되는 폐수의 역류를 방지하기 위한 방지막이 설치되며, 된다. 또한, 상기 제1 간헐폭기조와 제2 간헐폭기조 사이에는 제1 간헐폭기조와 제2 간헐폭기조의 서로 다른 폭기량에 의한 공급 용존 산소농도가 더욱 확실하게 유지될 수 있도록 하기 위한 차단막이 더 설치된다.
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(실시예)
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 변형된 회전 생물 반응체를 이용한 폐수처리장치를 나타낸 것으로서, 도 1은 전체적인 구성을 보여주는 도면이고, 도 2는 도 1의 A-A'선에 따른 절단면도이며, 도 3은 도 1의 B-B'선에 따른 절단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 변형된 회전 생물 반응체를 이용한 폐수처리장치(100)는 1차 침전지(110), 반응조(120) 및 2차 침전지(130)로 크게 구성된다.
상기 1차 침전지(110)는 외부로부터 폐수를 유입받아 음식찌꺼기 등의 슬러지를 1차적으로 침전시키는 한편 후속되는 처리장소로 폐수를 방류한다.
상기 반응조(120)는 1차 침전지(110)로부터 폐수를 유입받아 처리하는 곳으로, 그 내부에는 하나의 회전축(121)에 다수의 회전원판(122)이 상호 소정 간격 이격되어 중첩 설치되어 있는 회전생물반응체가 유입 폐수면 아래로 완전히 잠기도록 설치되며, 폐수의 유입구로부터 일정 부피비로 혐기조(123), 폭기량이 서로 다른 제1 간헐폭기조(124) 및 제2 간헐폭기조(125)로 구성된다.
여기서, 바람직하게는 상기 혐기조(123), 제1 간헐폭기조(124) 및 제2 간헐폭기조(125)의 부피비는 혐기조 : 제1 간헐폭기조 : 제2 간헐폭기조 = 1∼1.5 : 4.5∼5.5 : 1.5∼2로 구성된다. 이와 같은 비율을 벗어나는 경우에는 목적하는 바의 효과 달성에 있어서 다소 문제의 소지가 있는 바, 따라서 상기의 부피비 및 그 범위를 유지하는 것이 좋다.
또한, 상기 제1 간헐폭기조(124)와 제2 간헐폭기조(125)의 바닥에는 그 몸체에 다수의 에어토출공이 형성되어 있는 에어공급관(126a)(126b)이 각각 2개씩 설치된다. 또한, 상기 반응조(120) 내의 혐기조(123)와 제1 간헐폭기조(124) 사이에는 처리되는 폐수의 역류를 방지하기 위한 방지막(127)이 설치된다. 또한, 바람직하게는 상기 제1 간헐폭기조(124)와 제2 간헐폭기조(125) 사이에는 제1 간헐폭기조(124)와 제2 간헐폭기조(125)의 서로 다른 폭기량에 의한 공급 용존 산소농도가 더욱 확실하게 유지될 수 있도록 하기 위한 차단막(128)이 더 설치된다.
상기 2차 침전지(130)는 상기 반응조(120)에 의해 처리된 폐수를 유입받아 2차적으로 침전시킨 후 상부의 맑은 물은 외부로 배출시키고 하부에 침전된 슬러지는 미생물 농도를 일정하게 유지하기 위해 상기 반응조(120) 내의 혐기조(123)로 반송시킨다.
이하에서는 상기 각 구성요소들과 관련하여 좀 더 보완하여 설명해 보기로 한다.
상기 반응조(120)에 있어서의 혐기조(123), 제1 간헐폭기조(124) 및 제2 간헐폭기조(125)의 부피는 수리학적 체류시간(HRT)과 비례하며, 일반 수처리 공정에서도 혐기조는 수리학적 체류시간(HRT)이 1시간 정도면 적당하며 위 공정도 충분한 인(P) 방출을 위해서 1시간 이상을 했을 경우에 충분한 인 방출을 나타낸다.
그리고, 상기 제1 간헐폭기조(124) 및 제2 간헐폭기조(125)가 차지하는 구간은 상기 혐기조(123)의 수리학적 체류시간(HRT)을 6∼7.5 시간을 유지할 만큼의 부피는 유지하는 것이 바람직하다. 상기 시간동안 폭기 : 비폭기 시간이 45분 : 60분 (실험실 연구결과 최적 간헐폭기 시간)을 약 3회∼4회씩 반복할 때, 유기물 제거 및 인 섭취와 질산화/탈질의 효과가 최적을 나타내었으며, 침전지의 수리학적 체류시간(HRT)도 1.5∼2시간일 때가 최적을 나타내었다.
또한, 상기 반응조(120)는 폐수 속의 유기물질, 질소(N), 인(P) 등이 미생물에 의해 제거되는 긴 통형상의 반응조로서 완전혼합형(complete mixing flow) 반응조의 중간 형태인 아비트러리 플로우(arbitrary flow)형 반응조가 사용된다. 이와 같은 반응조(120)에는 유입구와 유출구가 형성되어 있고, 유입구는 1차 침전지(110)를 통해 음식찌꺼기 등의 슬러지가 걸러진 폐수를 받아들이는 통로역할을 한다. 이 유입구는 폐수가 유입구를 통해 역류되지 않도록 폐수의 수면보다 높게 형성되어 있어 있다. 유출구는 반응조(120)를 통해 유기물질, 질소(N), 인(P)이 제거된 처리수가 2차 침전지(130)로 이송되는 출구로서 폐수의 수면높이에 맞춰 출구가 형성되어 있어 유입되는 폐수의 양만큼 처리수가 자연적으로 유출되도록 되어 있다.
또한, 상기 반응조(120)에는 다수의 회전원판(122)이 수직으로 고정되어 있는 수평 회전축(121)이 혐기조(123), 방지막(127), 제1,제2 간헐폭기조(124)(125) 구간의 저부에 횡방향으로 관통하여 설치되어 있다. 이때, 저부는 수평 회전축(121)이 폐수에 잠겨진 채 운전을 수행할 수 있을 정도의 구간을 말한다.
수평 회전축(121)은 회전생물막 하수처리장치의 중심축으로서 일측 단부에는 통상의 모터로 구성된 구동부(121g)가 설치되어 있고, 전술한 바와 같이, 이 수평회전축(121)에 수직방향으로 다수개의 회전원판(122)이 각각 일정 간격을 두고 고 정 부착되어 있어 상기 구동부(121g)의 모터의 회전에 의해 상기 수평 회전축(121)및 다수의 회전원판(122)이 동시에 회전하게 된다. 상기 수평 회전축(121)은 유입 폐수의 교반 및 혼합을 위해 사용되는 것으로, 교반 및 혼합 효과를 높이기 위해 필요에 따라 프로펠러 등의 수단이 혼합 사용될 수도 있다. 이러한 수평 회전축(121)은 1∼5 rpm, 보다 바람직하기로는 1∼2 rpm 정도의 회전속도를 유지하는 좋다. 이러한 회전속도는 물론 폐수의 유입량이나 폐수처리장치의 크기에 따라 적절하게 조절 가능하다.
회전원판(122)은 혐기조(123)와 제1,제2 간헐폭기조(124)(125) 구간에 고정부착되어 있는 바, 일반적으로 혐기조(123) 구간은 유기물 농도가 높은 하수가 유입되는 구간으로 미생물의 부착력이 높아 회전원판(122)들 사이를 메울 수 있기 때문에, 제1,제2 간헐폭기조(124)(125) 구간 보다 회전원판(122)을 고정시키는 간격을 1.2∼1.5배 정도 넓게 하는 것이 좋다. 이와 같은 회전원판(122)은 하수용량에 따라 반응조(120)의 크기가 결정되듯이 회전원판(122)의 직경 및 두께도 변경이 가능하다. 본 발명의 실험용 크기로서 바람직하기로는 두께가 0.2∼1.5 cm 정도이고, 직경이 1.0∼3.0 m 정도로 얇은 원판으로 혐기조(123) 구간과 제1,제2 간헐폭기조(124)(125) 구간 부분에 2∼5 cm 정도의 간격으로 설치한다. 또한, 미생물막이 회전원판(122)의 표면에 잘 부착되도록 그 재질은 폴리에틸렌이나 폴리스티렌 및 강화플라스틱 등을 사용하는 것이 좋다.
즉, 상기 회전원판(122)의 표면에는 미생물막이 형성되어 있어 회전원판(122)이 폐수 속에서 회전하면서 회전원판(122) 표면의 미생물막에 유기물질이 침 투 또는 흡착되어 용존유기물질, 질소(N), 인(P) 등의 성분이 미생물막의 미생물들에 의해 분해 제거되고, 증식된 미생물과 점막의 일부는 회전생물막 하수처리장치의 회전운동에 의해 회전원판(122)에서 탈리되므로 회전원판(122) 표면의 미생물군은 일정하게 유지되고 탈리된 점막은 회전원판(122)의 회전에 의해 폐수 속에서 현탁 상태로 머물다가 유출구를 통해 2차 침전지(130)로 유출된다.
상기한 회전원판(122)의 직경, 두께 및 설치간격 등은 폐수처리장치의 크기와 설치조건에 따라 적합하게 제작될 수 있으며 상기에 한정되는 것은 아니다.
다음은 본 발명을 이용하여 실험실 규모로 시행할 경우에 적용되는 수치이다. 혐기조 1 L, 제1 간헐폭기조 구간 4.5 L, 제2 간헐폭기조 구간 1.5 L로, 원형회전매체는 강화플라스틱으로 제작되었고 간헐 폭기구간에 약 15개가 들어갔으며, 직경이 13㎝인 규모로 사용할 수 있다. 또한, 회전원판(122)의 설치간격은 약 15 ㎜ 였으며, 회전원판(122)의 유효면적은 약 0.4 ㎡ 이고, 외부 반송율은 0.5∼1 Q이다.
여기서, 본 발명의 반응조의 각 구간을 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 혐기조(123)는 인방출을 방해하는 외부 용존산소의 침투를 막기위해 덮개를 필수로 갖추고 유입구와 회전원판(122)으로 구성된 구간으로, 1차 침전지(110)를 통해 걸러진 폐수가 유입구를 통해 반응조(폐수처리장치)(120) 내부로 유입되어 유기물질 산화와 인산이온(PO4 3-) 방출이 일어나는 부분이다. 혐기조건 즉, 자유산소(O2) 및 결합산소(NO2 -, NO3 -)가 수중에 존재하지 않는 상태가 지속적으로 유지되어 인 축적미생물(PAO)에 의해 인(P)이 인산이온(PO4 3-) 형태로 방출, 혐기구간 내의 인 축적미생물(PAO) 등이 제1,제2 간헐폭기조(124)(125) 구간으로 유실되는 현상을 제어하여, 회전원판(122)의 미생물막에 부착된 소우도모너스(Pseudomonas), 마이크로코커스(Micrococcus), 아크로모액터(Archromoacter) 등의 종속영양 미생물에 의해 상기 제1,제2 간헐폭기조(124)(125) 구간이 호기 조건 시 역으로 넘어오는 일부의 질산이온(NO3 -)이나 아질산이온(NO2 -)을 질소가스(N2)로 전환시킴으로써 질산이온(NO3 -)이나 아질산이온(NO2 -)이 혐기구간으로 유입되어 인 축적미생물(PAO)에 의한 인산이온(PO4 3-) 방출이 억제되는 현상을 막아주는 역할을 한다.
다음으로 제1,제2 간헐폭기조(124)(125) 구간은 자유산소(O2) 및 결합산소(NO2 -, NO3 -)가 수중에 존재하는 상태인 호기 조건과 자유산소(O 2)는 없고 결합산소(NO2 -, NO3 -)가 수중에 존재하는 상태인 무산소 조건이 반복 유지되면서 질소(N)와 인(P) 성분이 최종적으로 제거되어 유출구를 통해 2차 침전지(130)로 배출되는 구간이다. 이는 폐수처리장치 전체부피의 약 4/5 정도의 부피를 차지하며, 제1 간헐 폭기조(124)와 제2 간헐폭기조(125) 및 다수개의 회전원판(122)으로 구성되어 있다.
제1 간헐폭기조(124)와 제2 간헐폭기조(125)는 통상의 타이머 장치에 의해 일정 시간 간격으로 에어펌프(126p)에 의해 상기 제1,제2 간헐폭기조 구간에 에어(air)를 공급하는 장치로서 에어(air)의 공급을 통해 호기조건을 형성하여 회전원판(122)에 부착된 미생물막의 나이트로조모나스(Nitrosomonas) 또는 나이트로백터(Nitrobacter) 등의 질산화 미생물에 의해 암모니아 등의 질소(N)가 포함된 성분을 아질산이온(NO2 -), 질산이온(NO3 -) 형태로 질산화 시킴과 동시에 아시네토박터(Acinetobacter) 등의 인 축적미생물(PAO)에 의해 혐기구간에서 이송된 과량의 인산이온(PO4 3-)을 폴리인산염(Poly-P)형태의 화합물로 생성시켜 슬러지화하여 제거하도록 구성되어 있다.
상기 제1 간헐폭기조(124)와 제2 간헐폭기조(125)의 바닥에는 에어를 공급하는 에어 공급관(126a)(126b)이 각각 2개씩 설치되어 있으며, 2개의 에어펌프(126p)로 각각 다른 농도의 산소를 공급한다. 상기 에어공급관(126a)(126b)에는 일정한 간격으로 다수개의 에어토출공이 천공되어 있고, 이 에어토출공을 통해 제1,제2 간헐폭기조(124)(125) 구간 전체에 에어(air)를 공급하면서 빠른 속도로 용존산소량을 증가시켜줌으로써 미생물에 의한 질산화반응과 인(P) 섭취반응을 촉진시키도록 되어 있다. 이때, 제2 간헐폭기조(125)의 길이는 제1 간헐폭기조(124)의 길이에 대 하여 대략 3/4정도의 길이로 구성되어 있다. 즉, 제1 간헐폭기조(124)와 제2 간헐폭기조(125)의 폭기량이 1.5∼4.5 : 0.5∼1.5 mg/ℓ정도를 유지한다.
다수개의 회전원판(122)에는 다양한 종류의 미생물이 부착된 미생물막이 형성되어 있어 제1 간헐폭기조(124)와 제2 간헐폭기조(125)의 에어 공급관(126a) (126b)에 의해 에어(air)를 공급하여 호기조건이 되면 나이트로조모나스(Nitrosomonas)나 나이트로벡타(Nitrobacter) 등의 질산화 미생물에 의해 암모니아를 아질산이온(NO2 -), 질산이온(NO3 -) 형태로 질산화 시킴과 동시에 아시네토박터(Acinetobacter) 등의 인 축적미생물(PAO)에 의해 혐기구간에서 이송된 과량의 인산이온(PO4 3-)을 폴리인산염(Poly-P)형태의 화합물로 생성시켜 슬러지화 하도록 되어 있다. 또한, 제1 간헐폭기조(124)와 제2 간헐폭기조(125)가 정지되어 무산소조건이 될 경우에는 호기조건에서 생성된 질산이온(NO3 -)이나 아질산이온(NO2 -)을 소우도모나스(Pseudomonas), 마이크로코쿠스(Micrococcus), 아크로모액터(Archromoact -er) 등의 종속영양 미생물로 질소가스(N2)로 전환시켜 제거하도록 되어 있다.
제1 간헐폭기조(124)와 제2 간헐폭기조(125) 동시에 대략 30∼60분 정도 모두 작동시킨다. 제1,제2 간헐폭기구간의 용존산소량은 폐수에 대하여 제1 간헐폭기조(124)는 대략 1.5∼4.5 mg/ℓ의 높은 농도로 유지하며, 제2 간헐폭기조(125)는 미세 폭기로 인해 빠르게 공급되도록 하여 초기에 낮은 농도(1.5 mg/ℓ이하)의 용존산소량을 유지함으로써 산소 전달율을 높여 미생물에 의한 질산화 반응과 인 섭 취 반응을 촉진시키도록 한다. 더 긴 시간을 폭기하게 되면 질산화 미생물에 의해 생성된 질산이온(NO3 -)이나 아질산이온(NO2 -)이 혐기구간으로 유입되어 혐기구간에서 인 방출이 되지 않는 경우가 있다. 제1 간헐폭기조(124)의 높은 산소 농도가 제2 간헐폭기조(125)의 구역으로 들어오면 낮은 농도가 되므로 산소 및 질산이온(NO3 -)이나 아질산이온(NO2 -)이 혐기구간으로 유입되지 않도록 하며, 암모니아 등의 질소(N)가 포함된 성분을 회전원판(122)에 부착된 나이트로조모나스(Nitrosomonas)나 나이트로벡타(Nitrobacter) 등의 질산화 미생물에 의해 충분한 시간을 두고 반응하여 질산이온(NO3 -)이나 아질산이온(NO2 -)으로 전환되도록 한다. 또한 아시네토박터(Acinetobacter) 등의 인 축적미생물(PAO)에 의해 혐기구간에서 이송된 과량의 인산이온(PO4 3-)을 폴리인산염(Poly-P)형태의 화합물로 생성시켜 슬러지화하여 유출구를 통해 2차 침전지(130)로 배출되도록 한다.
대략 30∼60분이 경과한 후에는 정지시켜 제2 간헐폭기조(125) 구간을 무산소 조건으로 만들어 준다. 무산소 조건은 대략 45∼60분 정도를 유지하면서 호기조건에서 생성된 질산이온(NO3 -)이나 아질산이온(NO2 -)을 소우도모나스(Pseudomonas), 미크로코쿠스(Micrococcus), 아크로모액터(Archromoacter) 등의 종속영양 미생물에 의해 질소가스(N2)로 전환시켜 배출시킨다.
그리고 회전생물막 하수처리장치 내에서 미생물 농도를 일정하게 유지하기 위해서 제2 침전지(130)에서 혐기조(123)로 슬러지를 반송한다. 상황에 따라 달라질 수 있지만 보통 유입수를 Q로 보면 반송수를 0.5Q ～ 2Q 정도의 범위로 하여 혐기조(123)로 반송하여 미생물 농도를 유지하는 것이 바람직하다.
그러면, 이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 변형된 회전 생물 반응체를 이용한 폐수처리장치를 이용한 폐수처리방법에 대하여 도 1 및 도 4를 참조하면서 간략히 설명해 보기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 변형된 회전 생물 반응체를 이용한 폐수처리장치를 이용한 폐수처리방법의 단계별 공정도이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 폐수처리방법에 따라 먼저 상기 1차 침전지(110)에 의해 외부로부터 폐수를 유입받아 음식찌꺼기 등과 같은 슬러지를 1차적으로 침전시킨 후, 후속 처리장소로 폐수를 방류하게 된다.
그런 후, 상기 1차 침전지(110)로부터의 방류 폐수를 상기 반응조(120)에 의해 유입받고, 변형생물반응체를 회전 구동시키는 한편 상기 제1 간헐폭기조(124)와 제2 간헐폭기조(125)에 의해 간헐적으로 에어를 공급(폭기)하는 상태에서, 유입된 폐수를 상기 혐기조(123) 구간, 제1 간헐폭기조(124) 구간 및 제2 간헐폭기조(125) 구간으로 차례로 통과시키면서 폐수 속에 함유되어 있는 유기물과 질소(N) 및 인(P) 성분을 제거한다. 여기서, 바람직하게는 상기 제1 간헐폭기조(124)와 제2 간헐폭기조(125)에 의한 폭기량은 1.5∼4.5 : 0.5∼1.5 mg/ℓ의 농도로 유지한다. 또한, 상기 반응조(120)에서의 폐수처리 과정은 7∼9시간에 걸쳐 수행한다.
이렇게 하여 반응조(120)에서의 폐수처리과정이 완료되면, 그 반응조(120)에 의해 유기물, 질소(N) 및 인(P) 성분이 1차적으로 제거된 폐수를 상기 2차 침전지(130)에 의해 유입받아 2차적으로 침전시키고, 2차 침전지(130)의 상부의 맑은 물은 외부로 방류하고 하부의 슬러지는 미생물 농도를 일정하게 유지하기 위해 상기 반응조(120)의 혐기조(123)로 반송시킨다. 이상에 의해 폐수의 유입으로부터 처리과정을 거쳐 맑은 물을 외부로 방출하기까지의 일련의 폐수처리공정의 1싸이클이 완료된다. 이후에는 이상과 같은 처리공정이 반복적으로 수행된다.
다음은 이상과 같은 본 발명의 폐수처리장치 및 그 방법에 의해 실제로 폐수를 처리한 하나의 처리예이다.
본 발명을 실제로 적용함에 있어서, 유입되는 폐수의 조건은 도시하수처리장으로 유입되는 하수를 채취하고, 여기에 당 분야에서 일반적으로 사용되고 있는 약품을 주입하여 다음과 같은 농도를 유지하여 폐수처리를 수행하였다.
생화학적 산소요구량(BOD) 145∼170 ppm, 총 화학적 산소요구량(TCOD) 250 ∼270 ppm, 용해성의 화학적 산소요구량(SCOD) 205∼240 ppm, 총 질소량(TN) 20∼25 ppm이다.
이때, 각각의 반응조의 부피는 혐기조 1 L, 제1 간헐폭기조 4.5 L, 제2 간헐폭기조 1.5 L로 구성되어 있다. 회전원판은 강화플라스틱으로 제작되어 상기 각 간헐폭기조 구간에 약 15개 정도 들어가 있으며, 직경은 약 13 ㎝, 설치간격은 약 15 ㎜, 회전원판의 유효면적은 약 0.4 ㎡ 이었다.
상기 장치의 운전시 외부 반송율은 1Q 정도로 유지하였으며, 각 반응조에 유 입되는 폐수의 양은 수리학적 체류시간(HRT)을 기준으로 각각 혐기조 1 시간, 제1 간헐폭기조 4.5 시간, 제2 간헐폭기조 1.5 시간, 2차 침전지 2 시간을 유지하도록 하였다.
이상과 같은 본 발명을 적용한 폐수처리 결과와 종래의 폐수처리장치를 이용하여 동일한 조건하에서 폐수를 처리한 결과를 다음의 표 1에 나타내었다.
구분 TCOD (ppm) SP (ppm) NH3(ppm) NO3(ppm)
유입 유출 제거율 (%) 유입 유출 제거율 (%) 유입 유출 제거율 (%) 유입 유출
본발명 장치 267.5 12.0 95.5 7.6 0.71 91.0 23.2 2.0 92.2 0.2 1.01
종래 장치 253.9 21.4 84.5 7.1 1.7 76.0 20.5 4.8 76.6 0.1 3.1
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 폐수처리장치를 이용하여 폐수를 처리한 결과가 종래의 폐수처리장치를 이용하여 폐수를 처리한 결과에 비해 단시간에 유기물 제거효율이 2배 이상 향상되었음을 확인할 수 있었다. 종래 장치에 의한 결과는 제거율이 75∼85% 정도를 나타내었으나, 본 발명의 장치에 의한 결과는 90∼95% 이상의 효율을 보였다.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 변형된 회전 생물 반응체를 이용한 폐수처리장치는 종래와는 달리 변형회전생물반응체를 이용한 단일의 폐수처리장치 내에서 폐수를 처리하므로, 폐수 속의 유기물질, 질소(N) 및 인(P)성분을 효율적으로 모두 제거할 수 있는 장점이 있다. 또한, 처리공정이 간단하고, 폐수처리장치의 설치비용이 저렴하며, 폐수처리장치의 폐수처리에 대한 제거효율이 증가되어 경제적이고 효과적인 폐수처리가 가능하다.

Claims (8)

  1. 외부로부터 폐수를 유입받아 음식찌꺼기 등의 슬러지를 1차적으로 침전시키는 한편 후속되는 처리장소로 폐수를 방류하는 1차 침전지; 상기 1차 침전지로부터 폐수를 유입받아 처리하는 곳으로, 그 내부에는 하나의 회전축에 다수의 회전원판이 상호 소정 간격 이격되어 중첩 설치되어 있는 변형생물반응체가 유입 폐수면 아래로 완전히 잠기도록 설치되며, 폐수의 유입구로부터 일정 부피비로 혐기조, 폭기량이 서로 다른 제1 간헐폭기조 및 제2 간헐폭기조로 구성된 반응조; 및 상기 반응조에 의해 처리된 폐수를 유입받아 2차적으로 침전시킨 후 상부의 맑은 물은 외부로 배출시키고 하부에 침전된 슬러지는 미생물 농도를 일정하게 유지하기 위해 상기 반응조 내의 혐기조로 반송시키는 2차 침전지를 포함하여서된 변형된 회전 생물 반응체를 이용한 폐수처리장치에 있어서:
    상기 혐기조, 제1 간헐폭기조 및 제2 간헐폭기조의 부피비는 혐기조 : 제1 간헐폭기조 : 제2 간헐폭기조 = 1∼1.5 : 4.5∼5.5 : 1.5∼2로 구성된 것을 특징으로 하는 변형된 회전 생물 반응체를 이용한 폐수처리장치.
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  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반응조 내의 혐기조와 제1 간헐폭기조 사이에는 처리되는 폐수의 역류를 방지하기 위한 방지막이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 변형된 회전 생물 반응체를 이용한 폐수처리장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 간헐폭기조와 제2 간헐폭기조 사이에는 제1 간헐폭기조와 제2 간헐폭기조의 서로 다른 폭기량에 의한 공급 용존 산소농도가 더욱 확실하게 유지될 수 있도록 하기 위한 차단막이 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 변형된 회전 생물 반응체를 이용한 폐수처리장치.
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