KR100887760B1 - 유동상 여재를 이용한 오폐수 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미생물 담체인 유동상 여재를 이용한 오폐수 처리장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 오폐수 처리장치는 오폐수가 유입되는 유입관과 정화된 오폐수가 배출되는 배출관을 구비한 반응기와, 반응기 내부에서 공기의 폭기 및 유입되는 오폐수의 와류에 의해 유동하면서 오폐수를 정화하기 위한 미생물이 서식 되는 공간을 가진 유동상 여재와, 유동상 여재의 통과는 차단하고 오폐수는 통과할 수 있는 격자 크기를 가지며 유동상 여재의 유동공간을 한정하는 적어도 하나 이상의 다공성의 구획격판과, 반응기 내부의 오폐수에 공기를 공급하기 위한 공기 공급장치와, 반응기 내의 하부에 설치되어 유동상 여재로부터 분리되는 슬러지를 모아 배출하는 슬러지 배출장치를 구비한다.

그리고 유동상 여재는 내부에 중공부를 갖는 플렉시블한 재질의 관체로 형성되고, 관체의 내측면 및 외측면에 표면적을 증가시키기 위한 다수개의 핀을 구비한다.

이러한 유동상 여재를 이용한 오폐수 처리장치에 의하면 여재의 표면적과 유동성을 향상시켜 오폐수의 처리 효율을 증가시키는 장점을 제공한다.

유동상 여재, 미생물 담체, 수처리, 생물학적 여과기

Description

유동상 여재를 이용한 오폐수 처리장치{Water treatment system using fluidized bed media}

도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 유동상 여재를 이용한 오폐수 처리장치의 단면도이고,

도 2는 도 1에 적용된 유동상 여재의 사시도이고,

도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 유동상 여재의 사시도이고,

도 4는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 유동상 여재의 사시도이고,

도 5는 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 유동상 여재의 사시도이다.

본 발명은 유동상 여재를 이용한 오폐수 처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 미생물이 담지 된 여재가 반응기 내에서 유동하면서 미생물에 의해 오폐수를 처리하는 생물학적 처리장치에 관한 것이다.

최근 경제발전에 따른 급속한 산업화와 도시화에 따른 수자원 고갈과 수질오염이 점점 심각해져 가고 있어 수자원의 재활용 및 오염 방지에 대한 대책이 절실한 상황이다.

오폐수에 대한 수처리 기술로는 스크린, 침전, 부상, 여과 등의 물리적 처리와 응집, 산화, 흡착, 이온교환 등의 화학적 처리와 미생물에 의한 생물학적 처리가 있고, 상기 물리·화학적 처리와 생물학적 처리공정을 단위 공정으로 하여 조합하고 연계하여 처리하는 다단계처리가 개발되고 있다.

이러한 수처리 공정에서는 화학적 또는 생물학적으로 1차 처리된 처리수 내에 잔류하는 부유물질과 유기성 오염 물질을 2차적으로 처리하여 전체적으로 안정적 처리효율을 이루기 위하여 물리적 여과기나 생물학적 여과기를 사용한다.

기존에 주로 사용되는 물리적 여과기로는 0.5~3㎜ 정도의 직경을 갖는 모래여과기와, 활성탄 입자의 미세공극에 오염 물질을 흡착하는 방식의 활성탄여과기를 들 수 있다. 물리적 여과기는 여과재의 역세주기와 교환주기가 짧고, 유기성 오염 물질 및 부유물질 등에 대한 처리효율이 낮으며, 전체적으로 시설 용량이 클 수밖에 없는 단점을 갖기 때문에 생물학적 여과기가 주로 응용되고 있다.

생물학적 여과기(Bio filter)는 그 내부에 미생물이 서식하는 여재를 충전한 다음 여기에 오·폐수를 유입시켜 미생물이 유기물을 생물학적으로 분해하는 여과기이다. 생물학적 여과기에서 사용하는 여재는 미생물 담체로서 미생물의 서식처를 제공하여 오·폐수의 폭기조 내부에 투입되어 미생물의 번식을 유도하고 번식된 미생물로 하여금 오·폐수 내부에 함유된 오염물질을 제거하는데 이용된다.

이러한 여재 유형으로는 기존에 주로 고정상 여재를 사용하였으나 처리 효율이 낮고 잉여 슬러지가 많이 발생하는 등의 단점이 있어 최근에는 공기 등에 의하여 수면 위로 부상하는 유동상 여재가 주로 쓰이고 있다.

종래의 유동상 여재는 표면에 다수의 다공을 형성한 스펀지 또는 다공처리를 한 합성수지나 세라믹 여재 등을 이용하여 미생물이 외부 표면에 부착되어 번식하도록 하는 구조로 되어있다. 하지만 이러한 구조의 여재는 공기방울 및 와류에 의한 물의 흐름이 여재의 외부에 부착되는 미생물에 직접 접촉하게 되어 여재에 부착된 미생물이 쉽게 탈리되고 슬러지가 여재표면에 달라붙어 여재의 공극을 폐쇄하는 문제점이 있다. 한편, 공극폐쇄의 문제점을 해결하기 위해 여재의 공극를 키울 경우 여재의 표면적이 줄어들어 오폐수 처리효율이 낮아지는 문제점이 또한 발생한다.

그리고 유동상 여재를 이용한 오폐수 처리장치로서 국내 공개특허 제 2005-0007259호에는 공기부상형 바이오 필터를 이용한 하수와 오수 및 폐수의 유기물 및 질소 처리장치와 그 방법에 대해 개시되어 있다.

상기 개시된 발명은 반응기 내부에 설치된 역세장치에 의해 반응기의 구조가 복잡하고 반응기 내에 설치된 프로펠러에 의해 여재의 유동이 방해를 받으므로 오폐수의 처리효율이 낮다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 여재에 부착된 미생물의 탈리와 여재 내부의 공극폐쇄를 방지하면서도 효과적으로 여재의 표면적과 유동성을 증가시켜 오폐수의 처리효율을 향상시키는 데 그 목적이 있다.

또한, 별도의 역세장치 없이 자동세척이 가능한 여재에 의해 유지관리가 용이하면서 구조가 간단한 오폐수 처리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 유동상 여재를 이용한 오폐수 처리장치는 오폐수가 유입되는 유입관과 정화된 오폐수가 배출되는 배출관을 구비한 반응기와; 상기 반응기 내부에서 공기의 폭기 및 유입되는 오폐수의 와류에 의해 유동하면서 오폐수를 정화하기 위한 미생물이 서식되는 공간을 가진 유동상 여재와; 상기 여재의 통과는 차단하고 오폐수는 통과할 수 있는 격자 크기를 가지며 상기 유동상 여재의 유동공간을 한정하는 적어도 하나 이상의 다공성의 구획격판과; 상기 반응기 내부의 오폐수에 공기를 공급하기 위한 공기 공급장치와; 상기 반응기 내의 하부에 설치되어 상기 유동상 여재로부터 분리되는 슬러지를 모아 배출하는 슬러지 배출장치;를 구비한다.

바람직하게는 상기 여재는 내부에 중공부를 갖는 플렉시블한 재질의 관체로 형성되고, 상기 관체의 내측면 및 외측면에 표면적을 증가시키기 위한 다수개의 핀을 구비한다.

또한, 상기 관체의 중공부를 다수개의 관통공으로 분할하는 격벽을 더 마련하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 유동상 여재는 중심부로부터 방사상으로 연장되는 복수개의 날개부재를 구비하여 인접하는 상기 날개부재 사이에 미생물이 서식하는 공간이 마련되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예들을 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 유동상 여재(30)를 이용한 오폐수 처리장치(10)의 단면도이다.

도면을 참조하면, 유동상 여재(30)를 이용한 오폐수 처리장치(10)는 오폐수가 유입되는 유입관(23)과 정화된 오폐수가 배출되는 배출관(25)을 구비한 반응기(20)를 갖는다. 그리고 반응기(20) 내부에는 공기의 폭기 및 유입되는 오폐수의 와류에 의해 유동하면서 오폐수를 정화하기 위한 미생물이 서식되는 공간을 가진 유동상 여재(30)와 여재(30)의 통과는 차단하고 오폐수는 통과할 수 있는 격자 크기를 가지며 유동상 여재(30)의 유동공간을 한정하는 적어도 하나 이상의 다공성의 구획격판(40)과 오폐수에 공기를 공급하기 위한 공기 공급장치(50)와 유동상 여재(30)로부터 분리되는 슬러지를 모아 배출하는 슬러지 배출장치(60)를 구비한다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 유동상 여재(30)를 이용한 오폐수 처리장치(10)는 주로 양어장, 연못, 하수처리시설 등의 오폐수를 정화처리하기 위해 사용되는 데 이러한 유동상 여재(30)를 이용한 오폐수 처리장치(10)를 구성요소 별로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

반응기(20)는 오폐수가 유입되어 정화처리되는 일정한 내부공간을 갖는 통형구조로 되어 있고 반응기(20) 하부에는 오폐수가 유입되는 유입공이 형성되어 유입관(23)과 연결되고 반응기 상부에는 정화처리된 처리수가 배출되는 배출공이 형성되어 배출관(25)과 연결되어 있다. 반응기는 스테인레스 스틸이나 카본 스틸 등으로 제작될 수 있다.

반응기(20)는 생물학적 여과 기능을 갖는 바이오필터(biofilter)로서, 스 크린조(미도시)에서 1차적으로 여과 처리된 오폐수가 반응기의 유입관(23)을 통하여 반응기(20) 내로 유입된다. 하부에서 유입된 오폐수는 반응기(20) 내에서 상향류로 흐르면서 미생물에 의해 생물학적으로 처리가 되어 반응기 상부의 배출관(25)으로 배출된다. 이렇게 정화처리된 처리수는 최종 방류되거나 또 다른 수처리를 위해 다음 공정으로 배출된다.

반응기(20)의 내부에는 여재(30)의 통과는 차단하고 오폐수는 통과할 수 있는 격자 크기를 가지며 여재(30)의 유동공간을 한정하는 적어도 하나 이상의 다공성의 구획격판(40)을 갖는다.

구획격판은 여재(30)가 유동하는 공간의 상부에 설치되어 부상하는 여재(30)와 슬러지등의 부유물질이 처리수와 함께 반응기 외부로 배출되는 것을 방지한다. 따라서 구획격판(40)에는 여재(30)의 부피보다 작은 크기의 구멍을 다수개 형성하여 설치한다. 이때 구획격판(40)은 필요에 의해 하나 이상 설치될 수 있다. 유동상 여재(30)는 반응기 내부에 설치된 구획격판(40)에 의해 한정된 공간에서 유동을 하면서 오폐수를 정화처리한다.

반응기(20) 내부의 오폐수에 공기를 공급하기 위한 공기 공급장치(50)가 설치된다.

공기 공급장치(50)는 반응기(20) 내부의 하부에 설치된 산기관(53)과 산기관(53)과 연결되어 반응기(20)의 외부로 연장되는 공기공급관(55)과 공기공급관(55)을 통하여 산기관(53)으로 공기를 공급하는 공기 발생기(57)를 구비한다. 또한 공기공급관(55)에는 공급되는 산소를 단속하기 위한 밸브(59)를 갖는다. 그리고 공기발생기(57) 외에도 산소 발생기(미도시)나 산소저장탱크(미도시)가 사용될 수 있음은 물론이다.

공기 발생기(57)에서 발생한 공기가 공기 공급관(55)을 통하여 산기관(53)으로 공급되면 반응기(20)의 내부로 기포가 부상하여 여재(30)를 반응기 내부에서 유동시키면서 여재(30)에 부착된 미생물에 산소를 공급한다.

아울러 오폐수에 산소를 용해시켜 미생물에 의한 오염물의 분해효과가 극대화된다.

반응기(20) 내의 하부에는 유동상 여재(30)로부터 분리되는 슬러지를 모아 배출하는 슬러지 배출장치(60)가 설치된다. 슬러지 배출장치(60)는 상부에서 침전되는 슬러지를 모아놓는 호퍼(63)와 호퍼(63)에 쌓인 슬러지를 외부로 배출하는 슬러지 배출관(65)을 갖는다.

여재에서 증식된 미생물 슬러지와 여재에 끼여 있던 오폐수의 미세슬러지는 공기의 폭기에 의해 유동하면서 분리되어 반응기의 하부의 호퍼에 쌓이면 주기적으로 슬러지 배출관을 통해 슬러지를 외부로 배출시킨다.

그리고 반응기(20)의 내부에는 공기의 폭기 및 유입되는 오폐수의 순환에 의해 유동하면서 오폐수를 정화하기 위한 미생물이 서식되는 공간을 가진 유동상 여재(30)가 충전된다.

여재(30)는 미생물 담체로서, 생물학적 방법에 의해 오폐수를 처리하기 위해 사용한다. 여재(30)는 생물학적 여과기인 반응기(20) 내에 투입되어 미생물의 서식처를 제공하여 미생물이 성장 번식하도록 한다. 그리고 번식된 미생물들이 오폐수 내에 함유된 유기물, 암모니아, 아질산, 질산 및 질소 등의 오염물질을 분해하여 수질을 정화한다.

따라서 미생물의 서식공간을 최대한 확보하여 다량의 미생물이 부착되어 번식할 수 있도록 여재(30)의 표면적이 넓어야 하고 반응기(20) 바닥으로 침전되거나 수면 위로 부유하지 않고 물의 흐름에 따라 반응기(20) 내부에서 유동할 수 있게 하여야 한다.

본 발명에 따른 유동상 여재(30)는 2000 내지 800㎡/㎥의 큰 비면적을 갖는 구조로 형성되어 여재(30)의 표면적을 효율적으로 향상시킨다. 그리고 비중이 0.2 내지 0.6으로서 가벼워 공기의 폭기 및 유입되는 오폐수의 순환에 의해 유동하면서 오폐수를 정화처리한다.

도 2는 도 1에 적용된 유동상 여재(30)의 사시도이다.

도면을 참조하면, 여재(30)는 상기 내부에 중공부를 갖는 플렉시블한 재질의 원형의 관체(33)로 형성되고, 상기 관체(33)의 외측면에 표면적을 증가시키기 위한 다수개의 핀(35)을 구비한 형태를 갖는다. 관체(33)는 원형의 형태뿐만 아니라 사각형 또는 삼각형이나 오각형 등의 다양한 형태를 가질 수 있다. 그리고 관체(33)의 외측면에 형성된 핀(35)은 일정간격으로 나란히 다수개를 구비한다. 이 외에도 도면에 도시된 것과는 달리 관체(33)의 내측면에 다수개의 핀을 구비할 수도 있다.

상기와 같이 여재(30)에 중공부를 갖는 관체(33)를 형성함으로써 미생물의 탈리와 부유하는 슬러지에 의한 공극의 폐쇄를 방지하고 관체(33)의 외측면에 다수개의 핀(35)을 형성시켜 표면적을 증가시킬 수 있다.

여재(30)의 작은 비중은 핀(35) 형상의 구조와 함께 반응기(20) 내에서 여재(30)의 유동성을 대폭 개선시킨다. 따라서 여재는 반응기 내부의 특정위치에 머물러 있지 않고 산기관(53)의 폭기와 오폐수의 순환에 의해 반응기 전체에 걸쳐 유동하면서 오염물질을 미생물이 효율적으로 분해할 수 있도록 한다. 여재(30)의 표면에 부착증식된 미생물막의 표피층은 공기의 접촉이 이루어져 호기성 미생물에 의해 아질산이 분해되어 질산화가 일어나고 미생물막의 내부층은 공기의 공급이 제대로 이루어지지 않아 혐기성 미생물에 의해 질산, 질소의 탈질화 반응이 일어나 오염물질을 분해한다.

또한, 본 발명에 따른 유동성이 개선된 여재(30)를 사용할 경우 미생물의 농도가 포화상태에 이른 여재(30)는 산기관(53)의 폭기에 의해 유동이 되면서 자동 세척되므로 유지관리가 용이하고 별도의 역세장치가 필요 없어 구조가 간단하다.

그리고 여재(30)는 플렉시블한 재질의 합성수지를 사용하여 사출이나 압출 등의 가공에 의해 관체(33)와 핀(35)을 동일 재질로 일체 형성시킨다. 이러한 플렉시블한 재질의 합성수지를 사용함으로써 미생물에 의한 중력과 장기간 사용으로 인함 변형 파손을 방지한다.

도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 유동상 여재(70)의 사시도이다.

도면을 참조하면, 여재(70)는 내부에 중공부를 갖는 플렉시블한 재질의 원형의 관체(33)로 형성되고, 관체(33)의 외측면과 내측면 모두에 표면적을 증가시키기 위한 다수개의 핀(35)을 형성한 구조를 갖는다.

도 4는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 유동상 여재(80)의 사시도이다.

도면을 참조하면, 여재(80)는 내부에 중공부를 갖는 플렉시블한 재질의 원형의 관체(33)로 형성되고 관체(33)의 외측면에 표면적을 증가시키기 위한 다수개의 핀(35)을 구비한 형태를 갖는다. 그리고 관체(33)의 중공부에는 다수개의 관통공으로 분할하는 격벽(37)을 더 마련한다.

이는 관체(33)의 중공부에 격벽(37)에 의한 다수개의 관통공을 형성함으로써 여재(80)의 표면적을 더욱 증가시키기 위함이다.

그리고 도 5는 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 유동상 여재(90)의 사시도이다.

도면을 참조하면, 여재(90)는 중심부로부터 방사상으로 연장되는 복수개의 날개부재(39)를 구비하고 인접하는 상기 날개부재(39) 사이에 미생물이 서식하는 공간이 마련된다.

따라서 미생물이 부착되어 서식하는 공간을 늘리기 위해 각각의 날개부재(39)에는 다수개의 핀(35)을 구비한다.

이 외에도 도면에 도시된 바와 달리 방사상으로 연장되는 날개부재는 2개나 3개 또는 5개 이상을 가질 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 유동상 여재는 소정의 미생물이 부착되어 반응기 내부에 일정한 부피로 충전되어 반응기 전체에 골고루 유동하면서 오폐수 중의 유기물을 생물학적으로 분해하게 된다.

특히나, 본 발명의 오폐수처리 장치를 양어장에 사용할 경우 유기물의 정화효율과 용존산소량을 월등히 향상시킬 수 있어 기존의 오폐수 처리장치를 사용하는 경우보다 물고기의 양식밀도를 더 높일 수 있다. 따라서 고밀도 양식이 가능하여 매출증가를 가져올 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해 져야할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 유동상 여재를 이용한 오폐수 처리장치에 의하면 여재 내부의 공극 폐쇄를 방지하면서도 큰 비면적을 갖는 여재에 의해 미생물의 서식농도를 높여 오폐수의 처리효율을 증가시키는 장점을 제공한다.

또한, 여재가 작고 가벼워 유동성이 개선되어 오폐수의 처리효율을 증가시키는 장점을 제공한다.

또한, 여재가 유동하면서 자동 세척되어 별도의 역세장치가 필요로 하지않으므로 유지관리가 용이하고 구조가 간단한 오폐수 처리장치를 제공한다.

Claims (4)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 오폐수가 유입되는 유입관과 정화된 오폐수가 배출되는 배출관을 구비한 반응기와;

   상기 반응기 내부에서 공기의 폭기 및 유입되는 오폐수의 와류에 의해 유동하면서 오폐수를 정화하기 위한 미생물이 서식되는 공간을 가진 유동상 여재와;

   상기 여재의 통과는 차단하고 오폐수는 통과할 수 있는 격자 크기를 가지며 상기 유동상 여재의 유동공간을 한정하는 적어도 하나 이상의 다공성의 구획격판과;

   상기 반응기 내부의 오폐수에 공기를 공급하기 위한 공기 공급장치와;

   상기 반응기 내의 하부에 설치되어 상기 유동상 여재로부터 분리되는 슬러지를 모아 배출하는 슬러지 배출장치;를 구비하며,

   상기 여재는 중심부로부터 방사상으로 연장되는 복수개의 날개부재와, 상기 날개부재의 표면에서 돌출되어 형성된 다수의 핀을 구비하는 것을 특징으로 하는 유동상 여재를 이용한 오폐수 처리장치.

Images