KR100861319B1

KR100861319B1 - 유동상 담체와 고정상 담체가 설치된 반응조를 이용한하·폐수처리방법

Info

Publication number: KR100861319B1
Application number: KR20080051558A
Authority: KR
Inventors: 한명완
Original assignee: 한명완
Priority date: 2008-06-02
Filing date: 2008-06-02
Publication date: 2008-10-01

Abstract

본 발명은 미생물을 이용한 하수.폐수를 정화하는 생물학적처리방법에 관한 것으로서, 고정상 담체에 서식하는 미생물과 유동상 담체에 서식하는 미생물을 동시에 활용하고 또한 이들을 무동력으로 완전하게 회전, 혼합시킴으로서 난분해성 유기물 및 영양염류의 제거효율이 우수하며, 반응시간이 짧아서 소요 부지가 적게 소요되고, 초기 시설비 및 유지관리비를 최소화할 수 있어 경제적이며, 기존 재래식 공법의 하수.폐수처리장에도 토목 구조물의 변경 없이 설치할 수 있어 설치기간 및 비용을 줄일 수 있다.

하,폐수 처리방법, 고정상담체, 유동상담체

Description

유동상 담체와 고정상 담체가 설치된 반응조를 이용한 하·폐수처리방법{foul and waste water treating method using reaction vessel having floating and fixed carrier}

본 발명은 유동상 및 고정상 담체가 모두 충진된 조내에서 별도의 동력장치를 설치함 없이 고속회전반응기를 이용하여 하수나 폐수를 생물학적으로 정화시키는 방법에 관한 것으로서, 고정상 담체에 서식하는 미생물과 유동상 담체에 서식하는 미생물을 동시에 활용하고, 또한 이들을 무동력으로 회전, 혼합시킴으로서 처리효율을 극대화하고, 초기 설치비용 및 유지관리비용을 절감하는 수질정화 방법에 관한 것이다.

현재 지구상의 대부분 국가들이 산업의 발전 및 인구의 증가, 도시로의 인구 밀집 등으로 인하여 오염물질의 종류와 발생량이 갈수록 증가하고 있어 하천이나 해양의 생태계를 파괴하고, 지구 온난화로 인한 이상 기후로 인하여 많은 인명피해와 재산상의 피해가 발생 되고 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 생활하수나 산업폐수를 처리하는 기술은 과 거 오랜기간동안 물리적처리, 화학적처리, 생물학적처리 등 여러가지 방법으로 다양하게 시도되고 발전하여 왔다. 그 중에서 현재 가장 널리 보급되어 활용되는 방법은 생물학적 처리방법으로서 설치비 및 유지관리비가 저렴하고 2차오염물질을 유발하지 않는 등의 장점이 있다. 하지만 국내 대부분의 하.폐수처리장은 생물학적 처리방법중 재래식인 표준활성오니법으로 설치.운영되고 있어 부영양화의 원인이 되는 영양염류의 제거와 산업의 발전으로 인하여 만들어진 난분해성 유기물질을 제거하지 못하는 문제점과 대규모의 부지가 소요되는 문제점 등이 있어 이에 대한 대책 및 보완이 필요한 실정이다.

상기 실정을 고려하여 최근에 영양염류를 제거하기 위한 여러 가지 고도처리시스템 및 담체 제조방법 등이 시도되고 있으나 모두 혼합을 위한 추가 동력시설을 필요로 하고, 담체 또한 고정상 혹은 유동상 담체(미생물접촉여재) 한가지만을 충진하여 다양한 종류의 미생물 확보가 어려워 온도, PH변화, 충격부하 및 난분해성 유기물질의 유입 등과 같은 위해 여건에 대한 안정성이 떨어진다는 문제점이 제기 되어 왔다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다양한 종류의 미생물이 서식하고 성장할 수 있는 환경을 조성하기 위하여 유동상 담체와 고정상담체 두가지 모두를 충진하여 정화처리 효율을 극대화할 수 있는 하.폐수처리 방법을 제 공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 별도의 혼합시설을 설치하지 않고 유체의 원심력만을 이용한 무동력회전분사장치를 이용하여 유지관리비 및 시설비를 절감하는 것이다.

또한 고정상담체 및 유동상담체를 동시에 충진함으로써 효율이 증가되므로 수리학적 체류시간을 단축시켜, 시스템을 간단하게 구성하여 설치비용을 최소화 할 수 있고, 하.폐수가 발생되는 신규장소는 물론이고 기존 하.폐수처리장에도 구조물의 변경없이 설치할 수 있는 하.폐수 수질정화방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 주요 방법 구성은, 수처리 공정을 거치면서 하.폐수를 생물학적으로 정화하기 위해, 유동상 담체와 고정상 담체가 설치된 반응조를 이용한 하.폐수처리방법에 있어서, 유량조정조(10)에서 하.폐수를 원수이송펌프(11) 및 계량조(12)를 이용하여 유동상 담체와 고정상 담체가 설치된 제1반응조(20)로 유입시켜 처리하는 단계와 ; 상기 제1반응조(20)에서의 처리수를 유동상 담체와 고정상 담체가 설치된 제2반응조(30)로 유입시켜 처리하는 단계와 ; 상기 제2반응조(30)에서의 처리수를 유동상 담체와 고정상 담체가 설치된 미생물배양조(40)로 유입시켜 처리하는 단계와 ; 상기 미생물배양조(40)에서의 처리수를 생물막접촉포기조(50)로 유입시켜 처리하는 단계와 ; 상기 생물막접촉포기조(50)에서의 처리수를 침전조(60)로 유입시켜 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기한 생물막접촉포기조(50)와 침전조(60)에서 오니를 반송시켜, 반송되는 오니에 의해 제1,2 반응조(20,30) 및 미생물배양조(40) 내의 유체에 원심력을 주어 내부의 유체를 혼합 및 반응을 촉진시키는 것을 특징으로 하며, 상기한 제1,2 반응조(20,30) 및 미생물배양조(40) 유체에 원심력을 주도록 하는 것은 원심력회전 분사장치(6)를 설치하여 실행하며, 상기 원심력회전분사장치(6)는 반송되는 오니와 연결되는 수직한 주관(61)과, 주관(61)의 높이 방향으로 수평설치되는 분지관(62)을 포함하며, 분지관(62)에는 분사공(63)을 형성하여, 분사공(63)에서 분사되는 오니의 분사력에 의해 각 조의 유체가 회전되게 구성하는 것을 특징으로 하며, 제1반응조(20)에는 침전조(60)의 반송오니(72) 25~50부피%로 반송시키고, 제2반응조(30)에는 생물막접촉포기조(50)의 탈리반송오니(71)를 반송시키며, 미생물배양조(40)에는 침전조(60) 반송오니(72) 25~50부피%와 공기를 같이 투입하는 것을 특징으로 하며, 상기 유동상담체(4)는 다공성 세라믹 여재이며, 투입량은 조의 용적 대비 10-30부피%인 것을 특징으로 한다.

상기 방법을 실행하기 위한 그 장치의 구성은, 유량조정조(10)에서 하.폐수를 원수이송펌프(11) 및 계량조(12)를 이용하여 수처리 공정을 거치면서 하.폐수를 생물학적으로 정화하기 위해, 유동상 담체와 고정상 담체가 설치된 반응조를 이용한 하.폐수처리장치에 있어서, 상기한 계량조에서 이송되어 오는 하,폐수를 수용하며 내부에는 유동상 담체와 고정상 담체가 설치되는 제1반응조(20)와; 상기 제1반응조(20)에서의 처리 수를 수용하며, 내부에는 유동상 담체와 고정상 담체가 설치된 제2반응조(30)와; 상기 제2반응조(30)에서의 처리 수를 수용하며, 유동상 담체와 고정상 담체가 설치된 미생물배양조(40)와; 상기 미생물배양조(40)에서의 처 리 수를 수용하는 생물막접촉포기조(50); 상기 생물막접촉포기조(50)에서의 처리 수를 수용하는 침전조(60)를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 고정상 담체(3)는 하수처리장이나 폐수처리장의 활성화된 오니를 점토와 혼합하여 숙성시킨 후, 고분자응집제를 첨가하여, 고체화시킨 것으로서 충진하는 것을 특징으로 하며, 상기한 고정상담체(3)는 제1,2반응조(20,30) 및 미생물배양조(40)의 코너부위에 4 곳에 45도 각도로 세워지는 월류배플(5)에 설치되며, 상기 월류배플(5)의 설치로 인해 조의 상단면이 육면체의 형상이 되도록 하여 유체와 유동상담체(4) 및 오니가 저항없이 원활히 회전.혼합할 수 있도록 하고, 월류배플(5)은, 조의 높이대비 바닥에서 30% 높이 위치까지 메시망(52)으로 설치하고, 그 위 상부 70% 높이는 평판(51)으로 설치하여, 유동상 메디아는 유출되지 않고 고정상 담체(3)도 밖으로 빠져나가지 못하도록 하며, 처리수만 다음 공정으로 이송되도록 하는 것을 특징으로 하며, 고정상 담체(3)가 충진된 부분은, 조 내부에서 서로 대각선방향으로 대칭되게 설치하고, 유입 및 유출수 배관도 또한 대각선방향으로 서로 대칭되게 설치하여, 혼합효과를 높인 것을 특징으로 하며, 제1,2 반응조(20,30) 및 미생물배양조(40)에서 고정상담체(3)가 충진된 부분의 조 외부에는 측면점검구(1)를 설치하고, 조의 하단부에는 배수를 위한 드레인배관(2)을 설치하는 것을 특징으로 하며, 상기한 생물막접촉포기조(50)와 침전조(60)에는 오니 반송펌프(51,61)를 설치하여, 반송되는 오니에 의해 제1,2 반응조(20,30) 및 미생물배양조(40) 내의 유체에 원심력을 주어 내부의 유체를 혼합 촉진시키게 구성한 것을 특징으로 하며, 생물막접촉포기조(50)에는, 제1반응조(20), 제2반응조(30) 그리고 미생물배양조(40)에 충 진된 고정상담체(3) 및 유동상담체(4)와는 다른, 판형 여재나 고정상 로프형 접촉재로 충진하여, 다양한 종류의 미생물이 서식할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 반송 오니를 이용하여 유체를 회전.혼합시키는 무동력 원심력회전분사장치를 조 내부에 설치하고, 또한 조 내부에는 유동상 담체를 충진하며, 또한 각 수조 내부 모서리에 월류배플 및 고정상 담체를 충진하여 다양한 종류의 미생물을 확보함으로써 하.폐수의 정화효율을 증가시키고 하.폐수처리비용은 절감할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 하.폐수의 처리효율을 높일 수 있고, 상기와 같이 다양한 미생물의 확보가 가능하므로 유입 수질의 변동시에도 처리수질의 안전성을 확보할 수 있으며, 초기 설치비 및 관리비를 줄일 수 있어 경제적이며 수리학적 체류시간(반응시간)이 짧아 시설물의 설치 소요부지가 적게 소요되고, 설치시 공사기간도 짧아 하.폐수처리장을 신축하는 곳이나 증설 혹은 개보수하는 곳에 쉽게 적용할 수 있는 장점이 있다.

또한, 고정상 담체에 서식하는 미생물과 유동상 담체에 서식하는 미생물을 동시에 활용하고 또한 이들을 무동력으로 완전하게 회전, 혼합시킴으로서 난분해성 유기물 및 영양염류의 제거효율이 우수하며, 기존 재래식 공법의 하수.폐수처리장에도 토목 구조물의 변경 없이 설치할 수 있어 설치기간 및 비용을 줄일 수 있다.

이하, 본 발명을 첨부 도면에 의거 추가로 상술한다

도 1 은 본 발명에 의하여, 유동상담체와 고정상담체가 모두 충진된 고속 회전반응기를 이용한 하.폐수처리방법의 대략적인 처리시스템을 보여 준다

본 발명에 의한 하.폐수처리장치의 구성은 유량조정조(10)와 제1반응조(20), 제2반응조(30), 제3반응조(40), 생물막접촉포기조(50), 침전조(60)를 포함하여 다수의 수처리조로 구성되어 진다.

제1,2반응조(20,30) 및 미생물배양조(40)의 규격은 가로와 세로의 길이는 동일하게 하고 높이는 가로 길이의 1.5~2배가 되도록 하며 유효 수심은 높이의 85%를 넘지 않도록 하는 것이 바람직하다

본 발명에 의한 하.폐수처리방법을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

일단, 각종 유기물 및 부유물, 영양염류가 함유되어 있는 하.폐수가 유량조정조(10)에서 원수이송펌프(11) 및 계량조(12)를 이용하여 일정량씩 제1반응조(20)로 공급되어 진다.

제1반응조(20)의 구조는 도 2 의 상면도 및 도 4 에 도시한 그 설명도와 같이, 바닥이 사각형인 구조체의 코너에 각각 4개의 월류배플(5)을 설치하고, 도 4 에 도시한 바와 같이, 그 중 대각선 방향의 2개소에 고정상 담체인 고정상담체(3)를 충진한다

월류배플(5)은 도 3, 4 및 도 6 에 도시한 바와 같이, 수직으로 경사지게 코 너에 설치하되, 유동상 메디아는 유출되지 않고 그리고 고체 오니인 고정성 담체(3)가 밖으로 빠져나가지 못하게 하며, 처리수만 다음 공정으로 이송되도록 스테인레스판이나 PVC판 등으로 직경 5-10MM정도의 구멍을 타공한 것이다.

도 6 은 월류배플 1 개를 분리하여 본 것이다

상부에는 평판(58)으로 이루어지고 하부는 메시망(52)으로 이루어진다

도 4 에서 보듯이, 월류배플(5)을 사각모퉁이에 각각 45도 대각선 방향으로 설치하여 데드존(DEAD ZONE)이 발생하지 않아 부패를 방지할 수 있고 또한 유체의 흐름에 저항을 줄여 주는 기능이 있어 유체의 원활한 회전에 도움이 된다.

도 3 은 본 발명에 의한 유동상 및 고정상 담체가 충진된 무동력 고속 회전반응기 즉, 제1,2 반응조(20,30) 및 미생물배양조(40)의 정면도이고, 도 5 본 발명에 의한 유동상 및 고정상 담체가 충진된 무동력 고속회전반응기의 종단면도이고, 도 7 은 원심력회전분사장치(6)에 대한 상세도이다.

도 5 에 도시한 바와 같이, 원심력 회전 분사장치(6)는 제1,2,3반응조(20,30,40) 중앙에 수직으로 설치되고, 그 수직한 주관(61)에서 수평으로 도 7 에서 보듯이, 여러 개의 분지관(62)이 돌출되어 나오고, 분지관(62)에는 분사공(63)이 형성된다. 분사공(63)은 수평에서 15도 각도 정도 경사지게 안쪽으로 형성시켜서 반응조 내의 유체가 시계 방향으로 회전되게 한다. 이와 같이 하면 반응조 내에 별도의 회전장치를 설치할 필요 없이 반송오니(72)의 유입력으로 자연스럽게 조 내의 유체를 혼합시키고 반응을 촉진하는 회전 유동이 이루어진다

한편, 도 3 에서 보듯이, 유입수는 타공성 월류배플(5)의 상부측에서 하부측으로 유입되고, 유출수는 타공 월류배플(5)의 하부측에서 상부측으로 유출되도록 한다

상기 제1반응조(20)에는 공기를 전혀 공급하지 않고(즉, 제1반응조(20)는 혐기성 반응조이다) 침전조(60)에서 오니반송펌프(61)를 이용하여 이송된 반송오니(72)를, 도 4 에 도시한 원심력 회전분사장치(6)를 이용하여 제1반응조(20) 내부에 원주방향으로 분사시킨다. 반송오니(72)는 반송오니입구(74)로 유입되어 분사된다.

제1반응조(20) 내부에는 유동상 담체(4)를 충진하여 원수와 유입된 반송오니(72)가 충분히 혼합되도록 한다. 유동상 담체(4)의 충진양은 하.폐수의 유동을 방해하지 않고 미생물의 성장이 저조하지 않도록 하기 위하여 조 내부 용적의 10 - 30 부피%, 바람직하기로는 20 부피% 내외를 투입한다. 고체 오니인 고정상 담체(3)가 충진된 코너부위는 회전이나 혼합이 거의 없어 혐기성, 임의성 미생물이 성장하고 이 미생물에 의하여 탈질작용이 이루어진다.

본 발명에 따른 고정상담체(3)는 다음과 같이 만든다

기존의 하수처리장이나 폐수처리장치의 활성화된 오니(접촉 폭기조오니 및 표준활성오니)를 점토와 혼합하여 숙성시킨 후, 고분자 응집제를 첨가하여 딱딱한 돌멩이처럼 고체화시킨 것으로, 호기성 및 임의성, 혐기성 조건에서도 각각 다양한 미생물의 확보 및 증식이 가능하며 응집제로서의 기능도 있어 침강성이 아주 우수하므로 미생물의 농도 조정이 자유롭고 유기물 제거는 물론 질소, 인의 제거에도 아주 우수한 효과가 있다.

각 반응조(제1,2반응조(20,30) 및 미생물배양조(40)) 내부의 원수 유입 배관과 처리수의 유출 배관은 서로 대각선 방향으로 설치하는 것이 처리상 바람직하며, 또한 유입배관과 유출배관은 고정상담체(3)가 충진된 부분을 직선으로 연결할 때 그 수직한 방향으로 대칭 구조로 설치하여 완전한 혼합이 이루어지도록 한다.

하,폐수의 이송량 조절은 도 1 에 도시한 바와 같이, 삼각웨어가 설치된 계량조(12)를 통해 하.폐수의 이송량을 조절한다.

또한 고정상 담체(3)가 충진된 삼각형 구조의 월류배플(5) 외부에는 담체의 투입 및 교체시에 대비하여 유지관리용 측면점검구(1)를 각각 설치하고, 조 내부의 신속한 유지관리를 위하여 유체를 배출시킬수 있도록 드레인배관(2)을 설치한다.

제2반응조(30)와 매생물배양조(40)의 내부 구조는 제1반응조(20)와 동일하나 원심력회전분사장치(6)에 유입되는 유체가, 제1반응조는 침전조 오니반송(72)이고, 제2반응조(30)는 생물막접촉포기조(50)의 탈리반송오니(72)이며, 제3반응조인 고속 미생물배양조(40)는 침전조 반송오니(72)에 공기를 같이 투입하는 점이 다르다.

또한 제1,2반응조(20,30)는 공기가 공급되지 않으므로 혐기성이나 임의성 미생물이 주종을 이루지만 미생물 배양조(40)는 공기가 공급되므로 호기성 미생물이 주종을 이룬다. 제1,2반응조(20,30)는 인의 방출 및 탈질화가 주된 기능이며, 미생 물배양조(40)는 인의 제거와 혐기성, 임의성 미생물을 호기성 미생물로 전이, 배양하여 도 1 에 도시된 생물막접촉포기조(50)로 공급하는 기능이다.

미생물배양조(40)에서 호기조인 생물막접촉포기조(50)로 유입되는 하.폐수에는 다양한 종류의 미생물과 함께 응집성 물질이 함유되어 있어 인의 제거와 큰 플록(FLOC)을 형성하여 슬러지의 침강 효율을 증진시키며, 잉여 슬러지의 발생량을 줄여 경제적이다.

제1,2반응조(20,30)와 미생물배양조(40)에서 최적의 처리가 가능한 수리학적 체류시간(HRT)은 각각 1~1.5시간이고, 생물막접촉포기조(50)의 체류시간(HRT)은 4~6시간 내외로 한다.

도 1 은 본 발명에 의한 하.폐수처리시스템의 구성도.

도 2 는 본 발명에 의한 유동상 및 고정상 담체가 충진된 무동력 고속회전반응기의 평면도

도 3 은 본 발명에 의한 유동상 및 고정상 담체가 충진된 무동력 고속회전반응기의 정면도

도 4 는 본 발명에 의한 유동상 및 고정상 담체가 충진된 무동력 고속회전반응기의 횡단면도

도 5 본 발명에 의한 유동상 및 고정상 담체가 충진된 무동력 고속회전반응기의 종단면도

도 6 본 발명에 의한 월류배플의 상세도.

도 7 은 본 발명에 의한 원심력회전분사장치의 상세도

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 측면점검구

2 : 드레인 배관

3 : 고정상담체

4 : 유동상담체

5 : 월류배플

6 : 원심력회전분사장치

10 : 유량조정조

11 : 원수 이송펌프

12 : 계량조

20 : 제1반응조

30 : 제2반응조

40 : 미생물배양조

50 : 생물막접촉포기조

51 : 반송펌프

52 : 메시망

58 : 평판

60 : 침전조

61 : 주관

62 : 분지관

63 : 분사공

71 : 탈리반송오니

72 : 반송오니

Claims

수처리 공정을 거치면서 하.폐수를 생물학적으로 정화하기 위해, 유동상 담체와 고정상 담체가 설치된 반응조를 이용한 하.폐수처리방법에 있어서,

유량조정조(10)에서 하.폐수를 원수이송펌프(11) 및 계량조(12)를 이용하여 유동상 담체와 고정상 담체가 설치된 제1반응조(20)로 유입시켜 처리하는 단계와 ;

상기 제1반응조(20)에서의 처리수를 유동상 담체와 고정상 담체가 설치된 제2반응조(30)로 유입시켜 처리하는 단계와 ;

상기 제2반응조(30)에서의 처리수를 유동상 담체와 고정상 담체가 설치된 미생물배양조(40)로 유입시켜 처리하는 단계와 ;

상기 미생물배양조(40)에서의 처리수를 생물막접촉포기조(50)로 유입시켜 처리하는 단계와 ;

상기 생물막접촉포기조(50)에서의 처리수를 침전조(60)로 유입시켜 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동상 담체와 고정상 담체가 설치된 반응조를 이용한 하.폐수처리방법.
제 1 항에 있어서,

상기한 생물막접촉포기조(50)와 침전조(60)에서 오니를 반송시켜, 반송되는 오니에 의해 제1,2 반응조(20,30) 및 미생물배양조(40) 내의 유체에 원심력을 주어 내부의 유체를 혼합 및 반응을 촉진시키는 것을 특징으로 하는 유동상 담체와 고정상 담체가 설치된 반응조를 이용한 하.폐수처리방법.
제 2 항에 있어서,

상기한 제1,2 반응조(20,30) 및 미생물배양조(40) 유체에 원심력을 주도록 하는 것은 원심력회전 분사장치(6)를 설치하여 실행하며,

상기 원심력회전분사장치(6)는 반송되는 오니와 연결되는 수직한 주관(61)과, 주관(61)의 높이 방향으로 수평설치되는 분지관(62)을 포함하며, 분지관(62)에는 분사공(63)을 형성하여, 분사공(63)에서 분사되는 오니의 분사력에 의해 각 조의 유체가 회전되게 구성하는 것을 특징으로 하는 유동상 담체와 고정상 담체가 설치된 반응조를 이용한 하.폐수처리방법.
제 2 항에 있어서,

제1반응조(20)에는 침전조(60)의 반송오니(72) 25~50부피%로 반송시키고,

제2반응조(30)에는 생물막접촉포기조(50)의 탈리반송오니(71)를 반송시키며,

미생물배양조(40)에는 침전조(60) 반송오니(72) 25~50부피%와 공기를 같이 투입하는 것을 특징으로 하는 유동상 담체와 고정상 담체가 설치된 반응조를 이용한 하.폐수처리방법
제 1 항에 있어서,

상기 유동상담체(4)는 다공성 세라믹 여재이며, 투입량은 조의 용적 대비 10-30부피%인 것을 특징으로 하는 유동상 담체와 고정상 담체가 설치된 반응조를 이용한 하.폐수처리방법.