KR100712643B1 - 공기부상형 바이오필터를 이용한 하수와 오수 및 폐수의 유기물 및 질소 처리장치와 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오·폐수의 유기물 및 질소 처리를 위한 바이오필터에서의 생물막 여과공정에 관한 것으로, 부상여재를 이용하여 오·폐수에 포함된 부유물질을 여과함과 아울러 부상여재에 코팅된 미생물의 대사작용에 의하여 유기성 오염물질 및 질소를 분해시키는 바이오필터에 관한 것이다.

본 발명에 따른 공기부상형 바이오필터는 반응기 내부에 소정 부피비로 충전된 다공성 부상여재를 반응기 내부로 주입되는 공기를 이용하여 상부로 부상시킴으로써 부상여과재 공극 사이로 공기방울을 침투시켜 부상여과재가 자체 부력에 의하여 수면 상부로 떠오르게 하고, 공기 주입에 의하여 미생물 자기 증식에 의한 생물학적 분해를 수행할 수 있는 기능을 갖추게 하고, 일정 주기로 프로펠러의 회전과 고압축 공기의 주입에 의한 공기와 물과 슬러지의 혼합 작용으로 여과재를 깨끗이 씻어내는 역세장치를 구비하며, 역세과정 후 반응기 하부에 설치된 호퍼로 슬러지를 포집하여 배수관을 통하여 반응기 외부로 배출시키는 공기부상형 바이오필터 장치와 이를 이용한 여과와 역세, 슬러지배출 단계 공정에 관한 것이다.

바이오필터, 여과재, 역세, 충진, 공기부상, 분해

Description

공기부상형 바이오필터를 이용한 하수와 오수 및 폐수의 유기물 및 질소 처리장치와 그 방법 {Apparatus for treating organic material and nitrogen of wastewater by using air floatation type biofilter, and treatment method using the same}

도1a는 종래의 부상여재를 이용한 바이오필터 장치의 개략도이고, 도1b는 종래의 바이오필터 역세척장치를 나타내는 개략도

도2a는 본 발명인 공기부상형 바이오필터의 공기유입전 상태를 나타내는 개략도이고, 도2b는 본 발명인 공기부상형 바이오필터의 공기유입후 상태를 나타내는 개략도

도3은 본 발명인 공기부상형 바이오필터 장치에서의 역세단계 전 상태도

도4는 본 발명인 공기부상형 바이오필터 장치에서의 역세단계 후 상태도

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

1: 바이오필터 10: 반응기

11: 유입관 13: 배출관

20: 필터부 21: 부상여재

23: 상부타공판 25: 하부타공판 33: 호퍼 35: 인발관

41: 공기펌프 45: 산기관 52: 프로펠러 54: 모터

본 발명은 오·폐수의 유기물 및 질소 처리를 위한 바이오필터에서의 생물막 여과공정에 관한 것이며, 이러한 생물막 여과공정에서 제공되는 여재를 주입되는 공기에 의하여 효과적으로 부상시키는 장치와, 일정 시간이 지나면 여과재에 달라붙는 슬러지를 효과적으로 제거하기 위한 역세장치와, 제거된 슬러지를 포집하여 배출시키는 슬러지 배출장치를 포함하는 공기부상형 바이오필터를 이용한 오·폐수의 유기물 및 질소 처리장치에 대한 것이다.

최근 경제발전에 따른 급속한 산업화와 도시화로 물에 대한 수요는 급증하고 있으나 무절제한 물의 사용으로 인한 수자원 고갈과 수질오염으로 물 부족 현상이 발생하고 있는데 이러한 수자원 부족 현상에도 쓰고 버린 물이 하천과 바다에 무절제하게 방류되고 있어 수자원의 재활용 및 오염 방지에 대한 대책이 절실한 상황이다. 이러한 오·폐수에 대한 수처리 기술로는 응집, 침전, 분리, 흡착, 이온교환, 산화등의 단위 공정을 가지는 물리학적인 처리와, 호기적·혐기적 처리나 미생물에 의한 생물학적 처리와 상기 물리학적 처리와 생물학적 처리공정을 단위 공정으로 하여 조합하고 연계하여 처리하는 다단계처리가 개발되고 있는 실태이다.

이러한 수처리 공정에서는 화학적 또는 생물학적으로 1차 처리된 처리수 내 에 잔류하는 부유물질과 유기성 오염 물질을 2차적으로 처리하여 전체적으로 안정적 처리효율을 이루기 위하여 물리적 여과기나 바이오필터를 사용하는데, 기존에 주로 사용되어진 여과기(filter)로는 0.5~3㎜ 정도의 직경을 갖는 모래여과기와, 활성탄 입자의 미세공극에 오염 물질을 흡착하는 방식의 활성탄여과기를 들 수 있다. 이러한 여과기는 여과재의 역세주기와 교환주기가 짧고, 역세시 역세수의 제약을 받으며, BOD·COD·SS등에 대한 처리효율이 낮으며, 전체적으로 시설 용량이 클 수밖에 없는 단점을 내재하고 있었다. 이러한 단점 때문에 최근에는 바이오필터(생물학적 여과기)가 주로 응용되고 있다.

상기 기존의 바이오필터는 간략하게 정리하여 보면 두가지 정도로 분류할 수 있는데, 첫째는 필터 내부에 미생물이 잘 서식할 수 있는 여과재와 미생물이 섭취할 수 있는 유기원을 미리 충전한 다음 여기에 오·폐수를 유입시켜 생물학적으로 분해하는 종류의 바이오 필터가 있다. 또 다른 분류로는 필터 내부에 미생물이 잘 서식할 수 있는 여재만 충전한 다음 미생물 농축액을 분사 스프레이와 같은 장치를 사용하여 필터 외부에서 필터 내부로 계속 순환시키면서 더러운 물을 유입시켜 필터 내부에 있는 미생물이 생물학적으로 분해하는 바이오필터가 있다. 본 발명의 경우 전자를 응용한 미생물을 코팅하여 처리된 담체를 필터 내부에 충전시키는 방식을 사용하고 있다.

아울러, 여재 유형으로는 기존에 주로 고정상여재를 사용하였으나 이의 경우 미생물 부착과 탈리가 반복되어 처리 효율이 저하되고 잉여슬러지가 많이 발생하며 외부공기 주입에 의한 생물학적 분해 가능 면적이 적어 처리 효율 면에서 단점을 내재하고 있어 최근에는 공기등에 의하여 수면 위로 부상하는 유동상 여과재가 주로 쓰여 처리 효율을 높이고 시스템 안정성을 꾀하고 있다. 본 발명도 이러한 추세에 따라 반응기 내부에서 부상하는 유동상 여과재 방식을 선택하고 있다.

도 1a와 같이 한국 특허출원 10-1996-0034606에서는 이러한 부상여재를 이용한 생물막 여과법에 의한 오·폐수 처리장치 및 방법에 대하여 예시하고 있다. 인용발명에서는 오·폐수를 상향류로 처리하여 배출시키는 반응기(101) 내에 부상여재(121)와 상기 오·폐수 처리 과정을 통제하는 배관과 펌프장치에 대한 내용을 기술하고 있음을 볼 수 있다. 인용발명에서는 부상여재의 표면에 형성된 미생물에 산소를 제공하여 부상여재층에서 서식하는 미생물 분해활동을 위하여 공기나 순산소를 기액혼합기를 사용하여 오·폐수와 혼합 용해시킨 후 반응기 하부 중앙의 기액혼합물 유입구(111)로부터 바이오필터(100)에 주입하고 있음을 볼 수 있다. 주입된 오·폐수는 상기 부상여재를 통과하며 여과되고 여과된 처리수는 배출구(113)를 통하여 처리수조로 보내게 된다.

수처리 공정의 여과 단계에서 사용되는 이러한 여과기의 경우 흡착이나 미생물 서식에 따른 슬러지의 여과기 표면에 엉겨붙는 현상을 적절히 제거해 주어야 하는데, 바이오필터에서도 마찬가지로 미분해된 오염 물질이 계속해서 누적되는 경우 여과재의 공극을 폐쇄하여 처리효율을 저하시키는 문제가 발생된다.

도 1b와 같이 한국 특허출원 제10-1996-0034606에서는 이러한 바이오필터 표면의 응집 미생물이나 용기내로 유입된 오·폐수에 포함되어 있다가 바이오필터의 여과 기능에 의하여 필터에 끼여 있던 미세 슬러지를 처리수조의 물을 유입구(113) 를 통하여 일정량 고속으로 쏟아 부어 부상여과재의 표면층을 팽창시켜 주기적으로 털어내는 방법을 사용하는 역세방법을 사용하고 있음을 알 수 있다. 이렇듯이 물을 이용한 역세척의 경우에는 충전된 담체 부피의 40%의 부피 확장이 일어날 정도의 유량을 공급해야만 효과적이어서 다량의 유량 공급을 위한 펌프와 수조등의 부대설비가 필요한 단점이 있다.

기존의 역세 방법에는 역세공기 주입에 의한 역세방법 또는 이를 물과 공기 주입을 병행하여 역세 공정을 수행하는 방법이 있었으나, 이의 경우에도 담체간 간격을 이격시킬 수 있어야만 효과적인 역세가 가능한데 역세공기 주입만으로는 한계가 있고 역세수와 함께 이용시에는 전술한 문제점을 내재하게 된다. 아울러 이와 같이 유체 흐름을 이용한 역세척의 경우 담체간의 간격을 확장하고 적절한 전단력을 제공하여야 담체 사이와 담체 표면에 과잉 형성된 미생물을 효과적으로 제거할 수 있다.

상기 오·폐수의 유기물 및 질소 처리를 위한 수처리 과정에 있어서 부영양화의 주원인 물질인 질소의 제거가 무엇보다도 중요한데 이러한 질소제거를 위한 기존 처리 방법으로는 생물학적 또는 물리·화학적 처리방법을 들 수 있다. 이중 물리·화학적 처리의 경우에는 처리효율이 낮고 분리막을 침지시키는 등의 공정으로 인해 공정이 복잡해지고 처리비용이 증가하는 문제가 있다.

본 발명은 전술한 기존의 물리적 여과기 또는 생물학적 여과기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 물리적 여과 기능과 생물학적 분해 기능을 함께 구비한 여과기의 필요성을 충족시키고, 반응기 상부 외부로 설치된 모터에 의하여 회전되는 프로펠러의 회전력과 고압공기 주입에 의한 효과적인 역세가 가능하도록 하여, 여재를 교환하지 않고 반영구적으로 사용할 수 있는 바이오필터 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 과제는 부상여재에 탈질미생물을 포함하는 미생물을 코팅하여 유기물질을 생물학적으로 분해시키고 잔류 질산성질소를 탈질시켜 부영양화의 원인 물질인 질소 제거율을 높이는데 있다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 공기부상형 바이오필터는, 소정 크기의 반응기 내부에 부상여재를 충전시키고 오·폐수를 아래로부터 상향류로 유입하여 처리하는 바이오필터를 이용한 오·폐수의 유기물 및 질소 처리장치에 있어서,

상기 반응기 내부에 소정 거리 이격되게 설치된 상·하부 다공판에 의해서 형성된 소정 크기의 필터부와; 상기 필터부 내부에 소정 부피비로 충전된 다공성 부상여재와; 상기 부상여재에 공기를 공급할 수 있도록 상기 필터부의 하부에 설치된 공기공급수단과; 상기 필터부의 부상여재 표면에 달라붙는 슬러지를 역세하기 위해 상기 필터부 내에 설치된 역세장치와; 상기 필터부에서 탈리된 슬러지를 포집하기 위해서 상기 필터부의 하부에 설치된 슬러지 배출수단을 포함하여 구성된다.

상기 부상여재는 15㎜×15㎜×15㎜정도의 크기로 절단된 블럭인 것을 특징으로 한다.

상기 부상여재는 필터부 내부 용적의 40%~60% 비율로 충전되는 것을 특징으로 한다.

상기 부상여재는 공기공급수단에서 공급되는 공기에 의해 자체부력이 증가할 수 있도록 공극률이 98% 이상인 것을 특징으로 한다.

상기 부상여재는 탈질미생물이 코팅되어 생물학적 분해시 탈질처리 효율이 우수한 것을 특징으로 한다.

상기 공기공급수단은 상기 필터부에 미세공기방울을 공급하는 소정 크기의 산기관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 역세장치는 상기 필터부 내부에 설치된 하나 이상의 프로펠러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 공기부상형 바이오필터를 이용한 오·폐수의 유기물 및 질소 처리리방법에 있어서는, 상기한 구성으로 이루어진 공기부상형 바이오필터에 있어서, 상기 공기공급수단에서 공급되는 공기방울을 이용하여 부상여재를 상부 다공판쪽으로 밀착시켜 소정 두께의 여과층을 형성하는 여과층 형성단계와; 필터층의 하부로 유입되는 상향류의 오·폐수를 물리적으로 여과함과 아울러 생물학적으로 분해시키는 여과단계와; 여과층에 부착된 슬러지를 탈리시키기 위해서 상기 필터층 내부에 설치된 프로펠러를 회전시켜서 여과층을 교반시키는 역세단계와; 상기 역세단계에서 탈리되고 중력에 의하여 침전된 슬러지를 외부로 배출시키기 위한 슬러지 배출단계를 포함하여 구성된다.

이하 첨부도면에 의하여 본 발명을 상세하게 기술하면 다음과 같으며 본 발 명의 요지를 흐릴 수 있는 공지의 구성요소에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

도2a는 본 발명에 따른 공기부상형 바이오필터를 보여주는 개략적인 구성도이고, 도2b는 본 발명에 따른 공기부상형 바이오필터의 여과단계를 수행하기 위한 개략적인 구성도, 도3은 본 발명에 따른 공기부상형 바이오필터의 역세단계를 수행하기 위한 개략적인 구성도, 도4는 본 발명에 따른 공기부상형 바이오필터의 침전 및 슬러지 배출단계를 수행하기 위한 개략적인 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 공기부상형 바이오필터(1)는 소정 크기의 반응기(10)와, 상기 반응기(10) 내부에 소정 거리 이격되게 설치된 상·하부 다공판(23)(25)에 의해서 형성된 소정 크기의 필터부(20)와, 상기 필터부(20) 내부에 소정 부피비로 충전된 다공성 부상여재(21)와, 상기 부상여재(21)에 공기를 공급할 수 있도록 상기 필터부(20)의 하부에 설치된 공기공급수단(40)과, 상기 필터부(20)의 부상여재 표면에 달라붙는 슬러지를 제거하기 위해 상기 필터부(20) 내에 설치된 역세장치(50)와, 상기 필터부(20)의 부상여재에서 탈리된 슬러지를 포집하기 위해서 상기 필터부(20)의 하부에 설치된 슬러지 배출수단(30)을 포함하여 구성되어 있다.

먼저 상기 반응기(10)는 스테인레스 스틸, 또는 카본 스틸 또는 수지 등의 재질로 이루어진 통체로서, 그 모양은 원형 사각형등 일정한 제한을 두지 않는다. 상기 반응기(10)의 하단에는 오·폐수가 유입되는 유입관(11)이 형성되어 있고, 상단에는 여과처리된 처리수가 배출되는 배출관(13)이 형성되어 있다. 따라서 오·폐 수는 유입관(11)을 통해 유입되어 상향류로 흐르면서 처리된 다음 배출관(13)으로 배출되게 된다.

상기 반응기(10)의 가운데 부분에는 상부 다공판(23)과 하부 다공판(25)에 의해서 소정 부피의 필터부(20)가 형성된다. 이때 상기 상·하부 다공판(23)(25)에는 상기 필터부(20)에 충전되는 부상여재가 통과하지 못하는 크기의 구멍이 다수개 천공되어 있다.

상기 필터부(20)에는 소정 크기를 갖는 블럭형태의 부상여재가 필터부(20) 내부 용적의 40%~60% 비율로 충전된다. 상기 부상여재(21)는 공기 유입을 통해서 자체부력이 증가하도록 비중이 1.0~1.5 이하이며, 98% 이상의 공극률을 가지고 있어 공기 침투가 용이하고 내약품성과 내부식성이 강한 재료를 선정해야 한다. 예를 들어, 상기 부상여재(21)는 비표면적이 1930㎡/㎥ 이상이고, 비중이 1.3, 공극률이 98%인 폴리에스테르 섬유 스폰지로 이루어진다. 이때 상기 부상여재(21)의 크기는 15㎜×15㎜×15㎜(가로×세로×높이)인 것이 바람직하다.

그리고 상기 공기공급수단(40)은 상기 필터부(20) 하부로 설치되는 산기관(45)과, 상기 산기관(45)으로의 공기유입을 위한 공기펌프(41) 및 공기공급관(42)으로 구성되어 있다. 또한 상기 역세수단(50)은 상기 필터부(20) 내부에 설치되는 하나 이상의 프로펠러(52)와 상기 프로펠러(52)를 회전시키기 위한 모터(54)로 구성되어 있다. 그리고 상기 슬러지 배출수단(30)은 상기 필터부(20)의 하부에 설치된 호퍼(33)와 상기 호퍼(33)에 침전된 잉여 슬러지를 외부로 인발시키기 위한 인발관(35)으로 구성되어 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 공기부상형 바이오필터를 이용한 오·폐수처리방법에 대해서 설명한다. 먼저, 도시되지 않은 맨홀을 통해서 상기 필터부(20) 내에 부상여재(21)를 필터부(20) 내부 용적의 40%~60% 비율로 충전한다. 그런 다음 상기 반응기(10) 내부에 물을 만수위까지 채워준다. 이 후 상기 반응기(10) 측면 외부에 설치된 공기펌프(41)에 의해 발생되는 공기를 공기공급관(42)을 통하여 상기 필터부(20) 하부에 설치된 산기관(45)에 공급한다. 그러면 상기 산기관(45)에서 발생되는 미세기포가 상기 필터부(20) 내부로 공급되어 부상여재(21)가 필터부(20)의 상부 다공판(23)쪽으로 부상하게 된다. 즉, 상기 산기관(45)에서 발생된 미세공기방울이 부상여재(21)의 공극으로 투입되어 부상여재(21)의 비중이 1.3에서 0.85까지 떨어지면서 부력에 의하여 부상하게 된다. 이와 같이 미세공기방울을 충분히 공급하면, 대부분의 부상여재(21)가 필터부(20)의 상부쪽에 조밀하게 밀집되어 소정 두께의 여과층을 형성하게 된다. 이로써 여과층 형성단계가 이루어진다.

한편, 본 발명에서는 상기 부상여재(21)를 필터부(20) 용적의 40%~60% 비율로 부분충전함으로써 공기 공급에 의한 부상과 역세를 용이하게 함과 아울러 일정 수준의 처리효율을 유지하도록 한다. 예를 들어, 부상여재(21)를 필터부 용적의 40% 이하로 충전할 경우 공기 공급에 의한 부상과 역세 과정은 용이한 반면, 여과층의 두께가 얇아져 처리효율이 떨어진다. 반대로 부상여재(20)를 60% 정도 충전할 경우에는 처리 효율은 높아지나 공기에 의한 부상과 역세가 어려워지게 된다.

이어서 상기 필터부(20) 상부로 부상여재(21)가 부상하여 밀집된 여과층이 형성되면 오·폐수 유입관(11)을 통하여 필터부(20) 내부로 오폐수를 통과시켜 여 과 과정이 일어나게 된다. 이때 상기 필터부(20) 상부에 설치된 상부다공판(23)은 부상여재(21)의 유출을 막고 슬러지등의 부유 물질을 걸러내어 처리수만이 통과할 수 있도록 부상여재(21)보다 작은 구멍으로 타공되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 부상여재(21)는 소정 크기의 작은 조각으로 절단된 사각형상을 갖는다. 예를 들어, 상기 부상여재(21)는 15㎜×15㎜×15㎜(가로×세로×높이)의 작은 블럭이다. 이와 같이 부상여재(21)를 작은 크기로 절단함으로써 부상여재(21) 사이의 유격 거리를 최소화하여 물리적 여과기능을 향상시킬 수 있다. 또한 부상여재(21)의 크기가 크면 클수록 담체층 내부 공극이 커져 막힘 문제는 적으나 담체 비 표면적이 줄게 되어 처리 효율이 줄어들게 되므로 적절한 크기를 유지해야 한다.

그리고 상기 부상여재(21)의 소정의 미생물이 미리 코팅되어 있다. 상기 미생물은 유입 폐수를 영양분으로 하여 처리 폐수에 잘 적응하고 활성화 성능이 뛰어난 균주를 선택하여야 한다. 예를 들어, 상기 부상여재(21)에 탈질미생물을 포함하는 미생물을 코팅하여 생물학적 분해시 BOD(Biochemical Oxygen Demand), COD(Chemical Oxygen Demand), SS(Suspended Solid) 외에 탈질처리 효율이 있어 기존의 하수처리 종말처리장의 고도처리공정 후단에 이를 설치함으로써 안정적으로 탈질효율을 꾀할 수 있다.

아울러 부상된 부상여재(21)는 추가 공기 유입이 없는 경우 시간이 지남에 따라 부상여재(21)에 침투한 공기가 빠져나가면서 자체 부력이 감소하여 물 속에 가라앉게 된다. 따라서 이러한 공기 부상여재(21) 선정시 중요한 선정 요소는 부상 여재(21)에 침투한 미세기포가 장시간 머물 수 있는 재료이어야 한다는 것이다.

이에 따라 상기 여과과정에서 걸러진 유기물질은 부상여재(21)의 표면에 부착된 미생물에 의하여 분해되는 생물학적 반응을 거치게 된다. 이때 상기 부상여재(21)에 부착된 미생물은 상기 산기관(45)을 통하여 주입된 공기로부터 산소를 공급받아 생물학적 분해를 하는 것이다. 즉, 필터부(20) 내부로 주입된 공기로부터 산소를 공급받아 상기 부상여재(21) 표면에 코팅된 미생물이 슬러지의 유기물을 생물학적으로 분해하게 된다.

상기와 같이 본 발명에서는 공기공급에 의한 여재의 부상에 의한 부상여재층인 여과층 형성단계와, 상기 부상여재층을 통과하면서 유입된 오·폐수의 슬러지가 걸러지는 여과단계와, 여과되어 남는 슬러지와 같은 유기물을 상기 부상여재 표면의 미생물에 의하여 분해시키는 생물학적 분해단계를 거치게 된다.

이러한 여과와 분해 단계가 반복되면 부상여재(21) 표면에서 증식된 미생물 슬러지가 쌓이게 된다. 아울러, 유입수에 포함되어 있다가 부상여재(21)의 여과 기능에 의하여 부상여재(21) 사이에 끼여 있던 미세 슬러지, 또는 미생물의 성장 속도가 소멸 속도보다 훨씬 크므로 미생물의 과잉 증식으로 인한 잉여 미생물이 상기 부상여재(21)의 공극을 막게 된다. 즉 유입된 유기성 오염물질(BOD)이 미생물에 의하여 분해되면서 이 분해성분이 미생물의 생체(biomass)로 전환되면서 내부에 잉여 미생물 슬러지가 쌓이게 되는 것인데, 이러한 현상은 물질 부상 효과를 감소시키고 바이오필터의 수명을 단축시킬 수 있는 바 적절한 주기로 역세등에 의한 담체층 내의 바이오매스를 조절하여야 한다.

도3은 본 발명에서의 역세단계를 보여주는 구성도이다. 도시된 바와 같이, 상기 반응기(10) 상부에 설치된 모터(54)의 회전력에 의하여 필터부(20) 내부에 설치된 프로펠러(52)를 회전시켜서 역세를 실시한다. 이때 상기 프로펠러(52)는 180~210RPM 사이에서 정회전과 역회전을 반복하면서 약 30분간 진행된다. 그리고 상기 모터(54)는 별도의 제어장치(도시되지 않음)에 의하여 구동된다. 아울러 역세효율을 높이기 위해서 상기 프로펠러(52)를 회전시킴과 아울러 상기 산기관(45)을 통해 고압의 압축공기를 필터부(20)로 분사시키는 것이 바람직하다. 즉, 상기 모터(54)의 회전력에 의하여 상기 필터부(20) 내부에서 회전하는 프로펠러(52)를 통하여 역세를 실시하면서 고압의 역세공기를 주입하면 고압의 역세공기는 부상여재(21)간의 거리를 이격시키게 된다. 이때 부상여재(21)는 물과 공기가 함께 교반되면서 부상여재(21)끼리 서로 충돌하여 부상여재(21)에 붙어있는 슬러지를 탈리시키게 된다. 이후 탈리된 슬러지는 상기 필터부(20)의 하부 다공판(25)를 통과하여 반응기(10) 하부에 설치된 호퍼(33)로 침전하게 된다.

도4는 상기 여과단계와 역세단계를 마친 후 상기 호퍼(33)에 침전된 슬러지를 외부로 인출시키는 슬러지 배출단계를 도시하고 있다. 상기 반응기(10)의 하부에는 깔대기 모양의 호퍼(33)가 설치되어 침전되는 슬러지를 수집한다. 이렇게 누적된 슬러지는 일정량이 되면 상기 반응기(10)의 하부 끝단 일측면에 형성된 인발관(35)을 통해 외부로 배출시키게 된다.

한편, 본 발명의 공기공급관(42)과 오·폐수 유입관(11), 처리수 배출관(13)및 슬러지 인발관(35)에는 전기적으로 작동되는 전동밸브(도시되지 않음) 및 타이 머(도시되지 않음)가 장착하여 일련의 공정들이 자동적으로 이루어지게 하고 있으며, 상기 언급한 여과 공정, 역세 공정 및 슬러지 배출 공정은 일정한 주기에 의하여 설정된 타이머에 따라 자동적으로 반복되게 된다.

<실시예>

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 그러나 하기 기재된 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 바람직한 실시예일 뿐 본 발명이 하기 기재된 실시예에 국한된다는 것을 의미하지는 않는다.

<실시예1>

본 발명인 공기부상형 바이오필터를 이용하여 하수종말처리장에서 방류된 방류수를 유입수로 하여 정화실험을 한 결과를 표로 나타내었다. 통과유속은 15min/m로 하고 여과재충전율은 0.2㎥(40%)로 하였고, 일처리유량은 48㎥/일로 하여 실험한 결과이다.

<표1 >

항 목	1주차		2주차		평균농도		처리율
	유입수	배출수	유입수	배출수	유입수	배출수
BOD	13.1	7.2	14.3	7.0	13.7	7.1	48.2%
COD	11.2	3.6	10.7	4.8	10.95	4.2	61.6%
SS	11.7	4.5	9.2	3.4	10.45	3.95	62.2%
T-N	12.9	9.1	11.8	8.3	12.35	8.7	29.6%

위 실험결과에서 보듯이 SS 평균 처리효율이 64%로 15mim/m이라는 짧은 통과 유속에서도 물리적 여과 기능이 우수하며, BOD 처리 효율도 50.4%로 생물학적 분해도 활발함을 알 수 있다. 위 실험 기간동안 처리 효율 하락이 급격하지 않아 역세는 하지 않았다.

<실시예2>

본 발명인 바이오필터를 이용하여 평균 80㎥/일의 오수가 발생되는 대한수도원 오수처리장 방류수를 유입수로 하여 실험한 결과를 표로 도시하여 보았다. 본 발명인 바이오필터 설치 후 통과 유속과 필터 여과재의 충전율을 변경하면서 각 조건에 대한 처리 효율을 실험하였다.

<표 2-1> 일처리용량 80㎥/일, 통과유속 9min/m, 여과재충전율 0.3㎥ (60%)

항 목	1주차		2주차		평균농도		처리효율
	유입수	처리수	유입수	처리수	유입수	처리수
BOD	25.9	11.5	26.7	11.8	26.3	11.7	55.5%
SS	18.0	5.8	19.6	5.6	18.8	5.7	69.7%

<표 2-2>일처리용량 80㎥/일, 통과유속 9min/m, 여과재충전율 0.15㎥ (30%)

항 목	1주차		2주차		평균농도		처리효율
	유입수	처리수	유입수	처리수	유입수	처리수
BOD	26.1	12.8	24.8	13.1	25.5	13.0	49%
SS	19.2	9.9	20.3	11.7	19.8	10.85.7	45.5%

<표 2-3>일처리용량 50㎥/일, 통과유속 14.4min/m, 여과재충전율 0.15㎥ (30%)

항 목	1주차		2주차		평균농도		처리효율
	유입수	처리수	유입수	처리수	유입수	처리수
BOD	27.3	14.2	25.7	12.6	26.5	13.4	49.5%
SS	20.8	9.9	22.6	13.8	1821.7.8	11.9	45.2%

<표 2-4>일처리용량 50㎥/일, 통과유속14.4min/m, 여과재충전율 0.3㎥ (60%)

항 목	1주차		2주차		평균농도		처리효율
	유입수	처리수	유입수	처리수	유입수	처리수
BOD	28.2	12.2	24.8	10.3	26.5	11.3	57.4%
SS	17.6	5.3	19.7	6.0	18.7	5.7	69.5%

상기 표 2-1,2,3,4에 의하여 처리 효율은 통과 유속보다 공기부상 여과재의 충전량에 영향을 많이 받는 것으로 나타났으며 공기부상 여과재 충전량이 30%인 경우에 통과 유속에 관계없이 처리 효율이 전반적으로 하락하였다. 아울러, 공기부상 여과재의 충전량을 증가시킴에 따라 처리 효율을 상승시킬수 있겠으나 충전량이 과다하면 필터 역세시 여과재간의 충돌이 원활하지 못하여 역세가 잘 이루어나지 않음을 발견할 수 있었다. 따라서 공기부상 여과재의 충전율은 40%~60% 사이가 적당하며, 물의 통과 유속은 약 14~15min/m 대에서 가장 효율이 높은 것으로 실험되었다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 기존의 오·폐수 처리에 적용되는 물리적인 여과 기능을 갖추면서 여재에 코팅된 미생물의 대사활동에 의하여 오·폐수에 포함된 오염 물질의 생물학적 분해를 동시에 할 수 있도록 한 바이오필터를 제공하고, 필터부에 충전되는 작은 조각의 부상여과재를 미세공기방울을 통해서 부상시킴으로써 여과층을 조밀하게 구성하여 여과효율을 향상시키는 동시에, 상기 부상여재를 필터부 내부 용적의 40%~60% 비율로 부분충전하여 역세장치인 프로펠러 회전과 고압공기를 이용하여 효과적으로 역세함으로써 여과층의 막힘이나 교환없이 반복 사용이 가능하도록 하였다.

또한 본 발명은 단일 장치에서 물리적 여과와 생물학적 분해를 동시에 수행하므로 처리효율이 높아 본 장치로 처리시 처리수는 중수도로 사용이 가능하고, 작은 용량의 장치로 큰 용량의 수처리가 가능하므로 설치 부지면적이 축소되며 시설비의 절감 효과가 크다. 특히 부상여재에 탈질미생물을 포함하는 미생물을 코팅하여 잔류 질산성질소를 탈질시켜 질소 제거를 위한 부대 시설이 별도로 필요치 않게 함으로써 공정과 그 비용을 줄일 수 있게 된다.

또한 본 발명은 여과재의 내부 충전율을 40% 이하로 하면서 프로펠러 회전과 고압공기를 이용하여 효과적인 역세가 가능하여 필터를 장기간 사용하여도 처리효율이 안정적이며, 우수한 통수율은 더러운 물이 여과재를 통과할 때 발생하는 감압효과가 적어 동력비가 절감되며, 여과재의 보충과 교환이 미비하여 유지관리비가 절감된다.

Claims (13)

1. 소정 크기의 반응기 내부에 부상여재를 충전시키고 오·폐수를 아래로부터 상향류로 유입하여 처리하는 바이오필터를 이용한 오·폐수의 유기물 및 질소 처리장치에 있어서,

   상기 반응기 내부에 소정 거리 이격되게 설치된 상·하부 다공판에 의해서 형성된 소정 크기의 필터부와;

   상기 필터부 내부 용적의 40%~60% 비율로 충전되고, 공기공급수단에서 공급되는 공기에 의해 자체부력이 증가할 수 있도록 공극률이 98%이상인 폴리에스테르 섬유스폰지를 15㎜×15㎜×15㎜ 크기로 절단한 사각 블럭 형태의 다공성 부상여재와;

   상기 부상여재에 공기를 공급할 수 있도록 상기 필터부의 하부에 설치되며 소정 크기의 산기관과 상기 산기관에 공기를 주입하기 위한 공기공급관 및 공기펌프로 구성된 공기공급수단과;

   상기 필터부의 부상여재 표면에 달라붙는 슬러지를 역세하기 위해서 상기 필터부 내에 설치된 프로펠러와 상기 프로펠러를 구동시키기 위한 모터로 구성된 역세장치와;

   상기 필터부에서 탈리된 슬러지를 포집하기 위해서 상기 필터부의 하부에 설치된 슬러지 배출수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 공기부상형 바이오필터를 이용한 오·폐수의 유기물 및 질소 처리장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 부상여재는 탈질미생물을 포함하는 미생물이 코팅되어 유기물질을 생물학적으로 분해시키고 잔류 질산성질소를 탈질시키는 것을 특징으로 하는 공기부상형 바이오필터를 이용한 오·폐수의 유기물 및 질소 처리장치.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제

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