KR100655324B1

KR100655324B1 - 고농도 유기성 폐수의 고속 처리방법

Info

Publication number: KR100655324B1
Application number: KR1020040041685A
Authority: KR
Inventors: 윤종천
Original assignee: 주식회사 무한기술
Priority date: 2004-06-08
Filing date: 2004-06-08
Publication date: 2006-12-08
Also published as: KR20050116574A

Abstract

본 발명은 고농도 유기성 폐수의 고속 처리방법에 관한 것으로, 발생 배출되는 폐수로부터 고형성분, 액상성분 및 기체성분을 효율적으로 분리하고, 폐수에 공기공급을 하여 액비로 사용할 수 있도록 하면서 충분히 정화된 폐수를 방류하기 위한 것으로써, 전처리단계와, 비료화용 처리단계와, 미생물분해용 생물학적처리단계와, 화학적처리단계 및 방류단계로 이루어진 고농도 유기성 폐수의 처리방법에 관한 것이다.

폐수, 원심분리기, 미생물 반응교반기, 액비

Description

고농도 유기성 폐수의 고속 처리방법{method of purifying wastewater}

도 1은 본 발명에 따른 고농도 유기성 폐수의 처리를 위한 계통도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고농도 유기성 폐수의 처리 공정도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고농도 유기성 폐수의 처리 흐름도.

도 4는 본 발명에 따른 고농도 유기성 폐수의 처리장치의 원심분리기 구조도.

도 5는 본 발명에 따른 고농도 유기성 폐수의 처리장치의 미생물 반응교반기의 정면도.

도 6은 도 5의 미생물 반응교반기의 내부를 나타낸 개략도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

A: 전처리단계 B: 비료화용 처리단계

C: 미생물분해용 생물학적처리단계
D: 화학적처리단계

E: 방류단계 14: 원심분리기

22: 미생물 반응교반기

본 발명은 고농도 유기성 폐수의 고속 처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배출되는 오 ·폐수, 분뇨 및 음식물 폐수 등의 폐수로부터 고형성분, 액상성분 및 기체성분을 효율적으로 분리하고, 액상성분에 공기를 공급하여 미생물을 활성화함으로써 액비로 사용할 수 있도록 함과 아울러 충분히 정화하여 방류하기 위한 고농도 유기성 폐수의 고속 처리방법에 관한 것이다.

일반적으로 유기폐수는 스크린분리, 침전분리 등을 통하여 고액분리를 행한다음, 호기성처리기, 혐기성처리기 및 무산소처리기가 조합되어 있는 생물학적처리를 한 후 방류하는 방식을 채택하고 있다.

상기와 같이 유기폐수를 생물학적 처리에 의하여 폐수 속에 녹아 있는 미생물의 먹이원이 되고 있는 탄소쇄로 되어 있는 각종의 유기물은 물론이고, 단백질의 분해로부터 발생하는 질소화합물, 지방질로부터 유래되는 인화합물 등을 제거하고자 하는 것이다.

미생물의 먹이원이 되는 탄화수소의 경우는 비교적 용이하게 미생물에 의하여 제거되나, 질소화합물 및 인화합물들은 그 제거가 용이하지 않아 이를 생물학적으로 제거하기 위한 연구가 오래 전부터 진행되어 왔으며, 생물학적 질소제거는 1960년대 1단 활성슬러지공정 내에서 질산화와 탈질화를 수행할 수 있음을 확인하였으며, 생물학적인 인처리공정도 질소의 제거와 마찬가지로 반응기의 환경조건을 변화시킴으로서 미생물의 생화학적 경로에 의하여 제거하게 되어 그 연구의 결과로 부터 많은 처리방법이 제안된 바 있다.

그런데, 지금까지 알려진 상기와 같은 미생물처리방법은 비교적 유기질소의 함량이 낮은 도시로부터 발생되는 생활오수에는 비교적 탁월한 효과를 보이고 있으나, 농촌의 축산농가로 부터 발생하는 축산분뇨폐수의 경우에 있어서는 축분으로 부터 발생하는 슬러지 량의 과다로 인해 슬러지의 계속되는 분해에 의한 질소화합물의 증가로 처리시설이 거대해져야 하는 문제가 있으며, 또 처리시간도 장기화되는 문제가 있어 현실적으로 적용되지 못하는 문제가 있었다.

생물학적 질소의 제거는 미생물의 동화작용에 의한 세포합성과 질산화 및 탈질화 반응을 연속적으로 유도하여 질소가스로 전환시켜 제거하는 방법으로 암모니아성 질소화합물이 니트로소모나스, 니트로박터 등의 미생물의 동화작용에 의해 질산성질소로 변화되고, 질산성질소는 임의성 종속영양 미생물인 헤테로트롭프스에 의해 무산소상태에서 전자공여체인 유기탄소원에 의해 질소가스상태로 변화되게 되는 것이다.

상기와 같은 원리를 이용하여 개발된 처리방법으로는 BNR(biological nutrient removal) 공정이 있으며, 이 공정은 반응기내를 호기성으로 유지하여 질산화를 유도하고, 질산화된 질소를 준 혐기성 조건에서 탈질을 이루도록 한 호기 및 준혐기 반응기의 배열에 의존하는 것이고, 이 BNR공정을 바탕으로 하여 연구가 진행되어 바덴포(Bardenpho)공정, A/O공정, A2/O공정, UCT(University of cape town)공정, Biodenipho(Biological denitrification phosphorus)공정, BB(Bunnik-Bunschoten)프로세스, 캐로우셀(Carrousel)공정, 옥시데이션디쉬(Oxidation ditsh) 공정 등이 개발되었다.

그러나, 상기와 같이 많은 공정이 생물학적 질소 처리를 위하여 개발되기는 하였으나, 위에서 언급한 바와 같이 처리를 하기 위한 시설이 많은 면적을 차지하거나, 유기물질을 다량으로 함유되는 축산농가의 대량사육에 의하여 발생되는 가축분뇨의 처리에는 많은 문제가 있었다.

그리고, 고농도 유기 폐수를 처리하기 위한 시간 및 처리시설을 축소시킬 수 있는 장점은 있었으나, 원심분리 및 탈기단계에서 처리되는 고농도 유기폐수의 처리량이 한정될 뿐만 아니라, 폐수내의 부유물질을 보다 완벽하게 분리하는 데에는 미흡한 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 유기성 오 ·폐수를 보다 효율적으로 처리하여 처리시간의 단축과 처리시설의 효율적 관리를 하며, 유기성의 부유물은 비료화 공정에 의하여 식물의 영양성분인 비료로 전환될 수 있도록 함으로써 수자원의 근본적인 정화대책을 이룩할 수 있는 고농도 유기성 폐수의 고속 처리방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 축폐수, 분뇨 및 음식물 폐수 등의 폐수를 정화하는 고농도 유기성 폐수의 고속 처리방법에 있어서, 협잡물 처리기와 집수기 및 원심분리기를 순서대로 거치며 고농도의 폐수에서 비교적 대형의 협잡물을 걸러내고, 미세한 고체부유물을 함유하는 슬러지 함유물을 분리하는 전처리단계와, 상기 전처리단계를 한번 더 수행하면서 폐수를 정화하여 액상(液狀)의 비료화하는 비료화용 처리단계와, 상기 비료화용 처리단계를 행한 폐수에 함유된 유기물을 미생물에 의하여 분해시키기 위해 폐수를 무산소기, 호기기, 제 1침전기 및 질산화기에 순서대로 거치도록 하는 미생물분해용 생물학적처리단계와, 상기 미생물분해용 생물학적처리단계 후 발생되는 슬러지 함유물에 응집제, pH조절제 및 미생물제 등을 첨가하여 폐수를 완전 정화시키기 위해 폐수를 반응기 및 제 2침전기에 순서대로 거치도록 하는 화학적처리단계와, 상기 화학적처리단계 후 정화된 폐수를 방류하는 방류단계로 이루어진 고농도 유기성 폐수의 고속 처리방법을 제공하기 위함이다.

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이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 고농도 유기성 폐수의 처리를 위한 계통도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고농도 유기성 폐수의 처리 공정도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고농도 유기성 폐수의 처리 흐름도이다.

그리고, 도 4는 본 발명에 따른 고농도 유기성 폐수의 처리장치의 원심분리기 구조도이고, 도 5는 본 발명에 따른 고농도 유기성 폐수의 처리장치의 미생물 반응교반기의 정면도이며, 도 6은 도 5의 미생물 반응교반기의 내부를 나타낸 개략도이다.

도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고농도 유기성 폐수의 고속 처리방법은 고농도의 폐수를 비교적 대형의 협잡물과 비교적 미세한 고체 부유물을 함유하는 슬러지 함유물로 분리하는 전처리단계(A)와, 상기 전처리단계(A) 후 폐수를 소정 정화하여 액상(液狀)의 비료화하는 비료화용 처리단계(B)와, 폐수에 함유된 유기물을 미생물에 의하여 분해시키기 위해 폐수를 무산소기(30), 호기기(32), 제 1침전기(34) 및 질산화기(36)에 순서대로 거치도록 하는 미생물분해용 생물학적처리단계(C)와, 상기 미생물분해용 생물학적처리단계(C) 후 발생되는 슬러지 함유물에 응집제, pH조절제 및 미생물제 등을 첨가하여 폐수를 완전 정화시키기 위해 폐수를 반응기(40) 및 제 2침전기(42)에 순서대로 거치도록 하는 화학적처리단계(D)와, 정화된 폐수를 방류하는 방류단계(E)로 이루어진다.

상기 전처리단계(A)는 유입된 고농도폐수를 비교적 대형의 협잡물과 비교적 미세한 고체 부유물을 함유하는 슬러지 함유물로 분리하는 단계이다.

상기 전처리단계(A)는 상대적으로 큰 협잡물을 폐수에서 걸러내는 협잡물 처리기(10)와, 상기 협잡물 처리기(10)에서 일부 걸러진 폐수를 집수하는 집수기(12)와, 상기 폐수를 회전시키며 상대적으로 작은 협잡물을 원심 분리시키는 원심분리기(14)로 이루어진다.

상기 협잡물 처리기(10)는 공지된 장치로써 외부에서 유입되는 분뇨, 인분, 가축 오폐수, 생활 오폐수와 같은 폐수 속에 함유된 상대적으로 부피가 큰 협잡물을 걸러낸다.

그리고, 상기 집수기(12)는 협잡물 처리기(10)에서 일부 큰 협잡물을 걸러낸 폐수를 집수하기 위해 구비된다.

상기 집수기(12)는 협잡물 처리기(10)와 연결되게 설치되어 협잡물 처리기(10)에서 걸러진 폐수를 직접적으로 집수하도록 한다.

또한, 상기 원심분리기(14)는 고속으로 회전되며 원심력장을 형성시켜 폐수보다 비중이 큰 협잡물을 내부에 침전시키고, 동시에 이 침전된 협잡물을 배출구 쪽으로 이송 배출하고, 분리된 폐수를 협잡물과 반대로 흘려 보내도록 하는 장치이다.

이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 고농도 유기성 폐수의 고속 처리장치인 원심분리기(14)는 구동수단에 의해서 양측의 회전축(121,122)을 중심으로 케이스(120)의 내부에서 회전통(123)을 고속으로 회전시키고, 그 내부에 이송스크류(124)가 동축상으로 회전 가능하게 형성된다.

또한, 상기 회전통(123)에는 상대적으로 큰 협잡물을 걸러낸 폐수를 공급하기 위한 폐수 공급관(125)이 단부측에 위치하여, 외부의 폐수를 이송스크류(124) 내부로 투입하고, 이 투입된 폐수는 이송스크류(124)의 고속회전에 의한 원심력에 의해서 비중이 높은 협잡물 순으로 회전통(123)의 내측벽에 착상되면서 적층형태로 고액분리가 이루어지게 된다.

이때, 상기 폐수의 협잡물은 회전통(123)의 전측에 형성된 구멍(도시하지 않음)을 통해 케이스(120)의 협잡물 배출구(126)로 빠져 나오게 된다.

그리고, 상기 폐수의 상대적으로 맑고 깨끗한 상등수는 이송스크류(124)에 의해 회전통(123) 내부에서 이송되며 회전통(123)의 구멍을 통해 케이스(120)의 끝단에 다수 형성된 분리액 배출구(127)로 배출된다.

또한, 상기 분리액 배출구(127)를 통해 배출되는 폐수의 분리액은 회전통(123)의 고속회전에 의한 원심력에 의해서 비산되면서 무화상태로 되는데, 분리액에 포함된 암모니아성 질소성분을 갖는 가스가 분리액으로부터 이탈되는 탈기현상이 일어나게 되는 것이다.

그리고, 소규모 처리량에서는 후술할 미생물 반응교반기(22)에서 처리된 활성슬러지 농축활수를 병행할 수 있도록 구성하여 공정처리수질에 따라 무약주 또는 약품수를 공급하여 공정상 수질을 조정하게 된다.

이때, 상기 집수기(12)의 폐수는 펌프(113)의 펌핑(pumping)에 의해 원심분리기(14)로 공급되어 원심분리기(14)에서 원심분리를 행한다.

상기 원심분리기(14)의 협잡물 배출구(126)로 배출된 협잡물은 컨베이어 벨 트(128) 상에 배출되어 설정된 위치로 이송된다.

또한, 상기 원심분리기(14)가 작동시 폐수에서 슬러지를 분리하기 위해 화학약품인 유기약품수를 투여하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 원심분리기(14)의 분리액 배출구(127)로 배출되는 폐수는 비료화용 처리단계(B)를 수행한다.

상기 비료화용 처리단계(B)는 전처리단계(A)에서 협잡물을 걸러낸 폐수를 제 1유량조정기(20)와, 상기 폐수를 산소와 반응시키며 내부의 미생물을 활성화시키는 미생물 반응교반기(22)와, 미생물이 활성화된 폐수를 저장하는 제 2유량조정기(23) 및 미생물이 활성화된 폐수에서 미세한 슬러지를 분리하는 원심농축탈수기(24)로 이루어진다.

상기 제 1유량조정기(20)는 폐수를 저장하여 미생물 반응교반기(22)로 안정되게 폐수를 공급하도록 구비된다.

상기 제 1유량조정기(20)에 저장된 폐수는 연속적 또는 간헐적으로 미생물 반응교반기(22)에 공급된다.

이때, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 고농도 유기성 폐수의 고속 처리장치인 미생물 반응교반기(22)는 종방향으로 세워져 설치되며 중공인 탱크(230)와, 상기 탱크(230)의 하측 둘레의 형성되어 협잡물을 걸러낸 폐수를 공급받는 폐수 유입관(232)과, 상기 탱크(230)의 하측 둘레에 형성되어 내부에 공급된 폐수에 공기를 공급하여 미생물을 활성화하기 위한 공기 유입관(233)과, 상기 탱크(230)의 상측 둘레에 형성되어 미생물 활성화로 인해 정화된 폐수를 외부로 배 출하기 위한 배수구(234)와, 상기 탱크(230)의 하부에 형성되어 내부 바닥에 고인 슬러지를 외부로 배출하기 위한 배출구(235)와, 상기 탱크(230)의 내부에 길이방향으로 일정간격 유격되며, 하부로 유입된 공기를 상부로 유도하기 위한 공기 유도관(238)을 형성한 플레이트(237)로 이루어진다.

상기 미생물 반응교반기(22)는 원심분리기(14)의 분리액 배출구(127)를 통해 배출되는 폐수의 분리액을 폐수 유입관(232)을 통해 탱크(230)의 내부 하부에 공급한다.

그리고, 상기 탱크(230)의 하부에는 공기 유입관(233)이 형성되어 탱크(230)의 내부에 공기를 주입함으로써 폐수 내부의 미생물이 활성화하게 된다.

상기 탱크(230)의 내부로 유입된 공기는 폐수의 미생물을 활성화하면서 폐수를 액비로 사용할 수 있도록 적절한 생물학적 산소 요구량(BOD, Biological Oxygen Demand)을 유지한다.

이때, 상기 공기 유입관(233)은 탱크(230)의 하부 둘레에서 폐수 유입관(232)보다 상부에 위치하여 공기의 유동을 원활하게 한다.

그리고, 상기 탱크(230) 내부로 유입된 공기는 폐수보다 비중이 낮기 때문에 플레이트(237)의 공기 유도관(238)을 통해 탱크의 내부에서 상부로 유동된다.

이때, 상기 공기 유도관(238)이 플레이트(237)의 하측으로 돌출되게 형성됨으로써 공기는 공기 유도관(238)의 하단부 둘레와 플레이트(237)의 하측 공간에서 맴돌이 현상을 일으키며 플레이트(237) 사이의 공간에서 비교적 장시간 유동되며 미생물 활성화를 돕는다.

도시된 지시선( →)은 공기의 유동을 나타낸 것이다.

또한, 상기 탱크(230) 내부에서 액비 사용 가능한 정도로 정화된 폐수는 탱크(230)의 배수구(234)로 배출되고, 탱크(230)의 내부 바닥에 가라앉은 슬러지는 탱크(230)의 하부에 형성되며 밸브(236)에 의해 단속되는 배출구(235)를 통해 배출된다.

한편, 상기 탱크(230)에는 길이방향으로 다수 개의 맨홀(231)을 개폐 가능하게 구비함으로써 플레이트(237)의 공기 유도관(238)이 막히거나 협잡물이 적층되어 있을 경우 플레이트(237)를 청소할 수 있도록 한다.

상기 미생물 반응교반기(22)에서 정화된 폐수는 탱크(230)의 배수구(234)를 통해 제 2유량조정기(23)로 이송되어 저장된다.

그리고, 상기 미생물 반응교반기(22)에서 정화되어 제 2유량조정기(23)에 저장된 폐수는 원심농축탈수기(24)로 이송되어 미세한 슬러지를 분리하거나, 펌프의 펌핑에 의해 원심분리기(14)로 이송되어 상술한 제 1유량조정기(20), 미생물 반응교반기(22) 및 제 2유량조정기(23)의 과정을 반복하게 된다.

이때, 상기 원심농축탈수기(24)에는 유기약품수저장고(25)로부터 미생물 응집제인 유기약품수가 공급되어 폐수의 미생물을 응집함으로써 정화하게 된다.

한편, 상기 미생물 반응교반기(22)에서 배출된 폐수는 전처리단계(A)의 원심분리기(14)로 복귀하여 한번 더 활성 고형물과 분리액으로 분리한다.

또한, 상기 원심농축탈수기(24)는 전처리단계(A)의 원심분리기(14)와 동일한 구조 및 원리의 장치이며, 걸러진 협잡물 및 슬러지는 컨베이어 벨트를 통해 이송 된다.

그리고, 상기 원심분리기(14) 및 원심농축탈수기(24)를 통해 협잡물을 분리한 폐수의 분리액은 미생물분해용 생물학적처리단계(C)를 수행한다.

상기 미생물분해용 생물학적처리단계(C)는 폐수를 미생물에 의하여 분해시키는 단계이다.

이때, 상기 미생물분해용 생물학적처리단계(C)는 폐수를 무산소기(30)와, 다수의 호기기(32)와, 제 1침전기(34) 및 질산화기(36)의 단계로 이동시킨다.

상기 무산소기(30)는 폐수중의 질산성질소를 질소가스상태로 변환시켜 제거하기 위해 구비된다.

그리고, 상기 호기기(32)는 무산소기에서 배출된 폐수를 활성화시키기 위해 설치되는데, 본 발명에서는 제 1,2,3호기기(32a,32b,32c)를 연속되게 구비한다.

상기 제 3호기기(32c)와 연결된 제 1침전기(34)는 이송되어온 폐수 중에 함유되어 있는 슬러지 상태의 오니를 침강시키도록 폐수를 임시 저장하도록 설치된다.

그리고, 상기 질산화기(36)는 호기성 미생물에 의하여 잔존하는 암모니아성 질소를 질산성 질소로 변환시키기 위해 구비된다.

한편, 상기 화학적처리단계(D)는 미생물분해용 생물학적처리단계(C)가 끝난 폐수로부터 생성된 오니 등을 분리하기 위한 단계이다.

그래서, 상기 화학적처리단계(D)는 정해진 화학약품을 투여하여 비교적 저비중의 오니를 응집하도록 반응시키는 반응기(40)와, 비교적 고비중의 오니를 침전시 켜 제거하기 위한 제 2침전기(42)를 거치게 된다.

이때, 상기 반응기(40)에는 유무기약품수저장고(41)로부터 미생물 응집제인 유무기약품수가 공급되어 완전한 폐수의 정화를 돕게 된다.

그리고 나서, 스컴이 제거된 폐수는 방류단계(E)를 거쳐 방류하는 구조를 하고 있다.

한편, 도 2 및 도 3에서 도면부호를 부여하지 않고 도시한 블로워(B)와 펌프(P)는 필요에 따라 설치될 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 고농도 유기성 폐수의 고속 처리방법는 폐수의 전처리공정에서 입자 슬러지을 비교적 부피가 작은 원심(고액)분리기로 분리제거 하고, 분리된 폐수를 미생물을 활성화하여 액비로 사용하도록 하기 위한 미생물 반응교반기를 구비함으로써 고농도의 폐수를 빠른 시간 내에 처리할 수 있는 장점이 있으며, 또한 유기성 활성 슬러지을 원심(농축탈수)분리기로 고형물을 물과 분리하여 비료화 공정으로 이송하여 비료화 함으로서 유기농법에 필요한 유기질비료를 공급할 수 있는 효과가 있다.

Claims

협잡물 처리기와 집수기 및 원심분리기를 순서대로 거치며 고농도의 폐수에서 비교적 대형의 협잡물을 걸러내고, 비교적 미세한 고체부유물을 함유하는 슬러지 함유물을 분리하는 전처리단계와, 폐수에 함유된 유기물을 미생물에 의하여 분해시키기 위해 폐수를 무산소기, 호기기, 제 1침전기 및 질산화기에 순서대로 거치도록 하는 미생물분해용 생물학적처리단계와, 상기 미생물분해용 생물학적처리단계 후 발생되는 슬러지 함유물에 응집제, pH조절제 및 미생물제 등을 첨가하여 폐수를 완전 정화시키기 위해 폐수를 반응기 및 제 2침전기에 순서대로 거치도록 하는 화학적처리단계와, 정화된 폐수를 방류하는 방류단계를 순서대로 행하는 고농도 유기성 폐수의 고속 처리방법에 있어서,

상기 전처리단계와 미생물분해용 생물학적처리단계 사이에는 상기 전처리단계에서 협잡물을 걸러낸 폐수를 제 1유량조정기를 거치면서 유량을 조절하며, 미생물 반응교반기로 유입시켜 산소와 반응시키면서 내부의 미생물을 활성화시킨 후 미생물이 활성화된 폐수를 제 2유량조정기에 임시 저장하며 유량 조절하고 나서,

미생물이 활성화된 폐수를 원심농축탈수기로 이동시켜 미생물을 응집함으로써 미세한 슬러지를 분리함에 따라 일차적으로 정화하여 액상(液狀)의 비료화하는 비료화용 처리단계가 행해지는 것을 특징으로 하는 고농도 유기성 폐수의 고속 처리방법.
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