KR100927178B1

KR100927178B1 - 단일 반응조를 이용한 오폐수 고도처리 장치

Info

Publication number: KR100927178B1
Application number: KR20090033522A
Authority: KR
Inventors: 강구영; 라우석
Original assignee: 주식회사 신양아이이에스
Priority date: 2009-04-17
Filing date: 2009-04-17
Publication date: 2009-11-18

Abstract

본 발명은 단일 반응조 내에서 질산화 반응과 탈질 반응이 동시에 이루어지며, 오폐수의 유기물, 질소 및 인의 제거효율을 향상시킬 수 있는 오폐수 고도처리 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 오폐수 고도처리 장치는, 상부가 개방되고, 하부에서 상부 방향으로 슬러지 침전부, 혼화 및 용존산소 저감부, 탈질화부 및 질산화부를 포함하는 반응조; 외부로부터 연장되어 혼화 및 용존산소 저감부에 구비되는 오폐수 유입관; 탈질화부에서 평행하게 배치되어 혼화 및 용존산소 저감부로부터 수용된 폐수의 관형흐름을 유도하고 탈질균을 포함하는 복수의 경사형 생물막; 질산화부의 상부에 구비되고, 상단이 개방된 원통형 관으로 그 외주면에 복수의 관통홀을 보유한 분배관과, 질산화균을 포함하고 분배관에 나선형태로 감긴 나선형 생물막을 포함하는 질산화 반응기; 및 질산화부에 수용된 폐수를 질산화 반응기로 회송하는 회송펌프와 회송관을 포함한다. 본 발명의 오폐수 고도처리 장치에 의한 처리수는 법적 방류수 수질을 만족 시킬 뿐만 아니라 유기물 농도와 부유물질 농도가 매우 낮아 재이용될 수 있다.

단일 반응조, 오폐수 처리, 나선형 생물막, 경사형 생물막

Description

단일 반응조를 이용한 오폐수 고도처리 장치{Advanced treatment apparatus for sewage and wastewater using single reactor}

본 발명은 단일 반응조 내에서 질산화 반응 및 탈질 반응이 동시에 이루어지는 오폐수 고도처리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 단일 반응조 내에서 순환흐름을 유도하는 나선형 생물막과 관형흐름을 유도하는 경사형 생물막을 이용하여 오폐수의 유기물, 질소 및 인의 제거 효율을 향상시킬 수 있는 오폐수 고도처리 장치에 관한 것이다.

하수처리는 하수 중에 포함된 오염물질의 제거를 목적으로 하며 그 처리 방식에 따라 1차 처리는 하수중에 침강성 물질 이나 부유물질을 물리적으로 제거하는 방법으로 하수처리장에서 1차 침전지까지 공정이며, 2차 처리는 하수 중에 용존된 유기물의 생물학적 처리방식이며, 3차 처리는 물리, 화학, 생물학적 처리방식을 조합하여 2차 처리에서 미처리된 유기물 이외에 질소와 인의 영양염류를 제거하여 수계 부영양화를 예방할 뿐만 아니라 재활용수로 이용이 가능하도록 하는 고도의 처리과정이다.

한편, 3차 처리 과정을 수행하는 방법으로는 고도산화법, 응집침전법, 활성탄흡착법, 연속회분식 반응법, 역삼투압법, 막분리법, 막분리 생물학적 처리법 등이 있다. 그러나 3차 처리방법인 하수의 고도처리를 위하여는 숙련된 인력이 필수적이나 숙련인력부족으로 효과적인 처리효율을 기대하기가 어려운 실정이다.

특히, 연속회분식 반응법 (SBR: Sequence Batch Reactor)은 하수의 유입, 반응, 침전, 처리수 배출과 같은 일련의 조작을 각각의 처리를 위한 시간에 따라 행하는 처리방식으로 처리 시간 변경에 융통성이 있고, 기존 활성슬러지 공법에 비해 2차 침전지 및 슬러지 반송 설비가 불필요한 장점이 있으나, 기존 활성슬러지 공법에 비해 수리학적 체류시간이 길어지는 단점과 슬러지 유지를 위한 관리에 어려움이 있다.

일반적으로 오폐수의 처리 정화방법 중 미생물을 통해서 정화시키는 방법이 경제성과 효율성 있는 방법으로 널리 사용되고 있다. 미생물을 통해 오폐수를 정화시키는 방법의 경우, 암모니아성 질소를 질산성 질소로 질산화하기 위한 질산화 자가영양 미생물의 성장속도가 유기물을 산화하는 종속 영양 미생물에 비하여 매우 낮다는 단점이 있다. 따라서 질산화 반응을 안정화하는데 많은 반응 시간을 요하며 짧은 수리학적 체류시간에서는 질산화 효율이 매우 낮아 질소 제거 처리에 적용하기 어려운 실정이다. 이러한 이유로 질산화 공정은 부유성장 미생물 공정을 이용하기 보다는 높은 농도의 질산화 미생물 활성도를 지닌 고정 미생물 막을 이용하는 부착성장 미생물 공정이 효율적이다.

이러한 부착성장 미생물 공정은 하수 및 산업폐수 처리에서 수십 년 동안 사 용되어 왔으며, 하수 및 폐수 내의 유기물, 질소 및 인은 부착성장 생물막 내부로의 물질전달 및 확산에 의해 미생물의 세포합성 및 유지에 이용되기 때문에 생물막 내부로 물질전달 및 확산이 원활하게 이루어지도록 조절하는 것이 최대의 문제점으로 지적되고 있다.

또한, 질산화를 위한 호기성 생물막 시스템이 효율적인 공정을 유지하기 위해서는 생물막 내부로 용존산소 전달을 확산시켜 주어야 한다. 그러나 기존 생물막 시스템에서는 용존산소 전달의 제한인자를 조절할 수 있는 방법이 없어, 호기성 생물막 시스템의 장점을 살리지 못하고 있다. 나이가 기존 생물막 시스템에서는 포기 반응조 내부의 유동성 프라스틱 메디아에 미생물을 성장 부착시킴으로 인해, 과잉 미생물이 군집을 이루고 있어 처리 효율이 저하되고, 탈리 미생물 발생이 증가되는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 도출된 새로운 오폐수 고도처리 장치로서, 단일 반응조에서 연속적으로 질산화 반응과 탈질 반응을 진행하여 오폐수의 유기물, 질소 및 인의 제거 효율을 향상시킬 수 있는 오폐수 고도처리 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

따라서, 본 발명은 하나의 반응조 내에서 질산화 반응과 탈질 반응이 동시에 이루어지며, 오폐수의 유기물, 질소 및 인의 제거효율을 향상시킬 수 있는 오폐수 고도처리 장치를 제공한다.

본 발명의 구현예에 따른 오폐수 고도처리 장치는 상부가 개방되고, 하부에서 상부 방향으로 슬러지 침전부, 혼화 및 용존산소 저감부, 탈질화부, 및 질산화부를 포함하는 반응조; 오폐수 원수의 유입관; 복수의 경사형 생물막; 질산화 반응기; 및 회송펌프와 회송관을 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 반응조 하부로 유입된 오폐수 원수는 상기 슬러지 침전부, 혼화 및 용존산소 저감부, 탈질화부, 및 질산화부를 거치면서 정화될 수 있다.

본 발명의 구현예에 있어서, 상기 오폐수 원수의 유입관은 외부로부터 연장되어 상기 혼화 및 용존산소 저감부에 구비된다.

본 발명의 구현예에 있어서, 상기 복수의 경사형 생물막은 상기 탈질화부에 서 서로 평행하게 배치되어 상기 혼화 및 용존산소 저감부로부터 수용된 오폐수 원수의 관형 흐름을 유도한다. 이때 상기 복수의 경사형 생물막은 반응조의 바닥면에 대하여 경사를 이루며, 40 내지 60°의 각도를 가질 수 있다. 상기 복수의 경사형 생물막 각각은, 시트와 그 시트의 좌우 양면에 부착시킨 탈질균을 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 구현예에 있어서, 상기 복수의 경사형 생물막은 복수의 층으로 구비될 수 있다.

본 발명의 구현예에 따른 오폐수 고도처리 장치는 상기 탈질화부에 구비되어 상기 복수의 경사형 생물막을 고정하는 고정 프레임을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 구현예에 있어서, 상기 질산화 반응기는 상기 질산화부의 상부에 구비되고, 상단이 개방된 원통형 관으로 그 외주면에 복수의 관통홀을 보유한 분배관과 상기 분배관에 나선형태로 감긴 나선형 생물막을 가진 담체; 및 상기 담체를 둘러싼 담체통을 포함한다. 상기 나선형 생물막은 시트와 상기 시트의 좌우 양면에 부착시킨 질산화균을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 회송펌프 및 회송관은 상기 질산화부에 수용된 폐수를 상기 질산화 반응기로 회송하는 역할을 한다.

본 발명의 구현예에 있어서, 상기 오폐수 고도처리 장치는, 상기 질산화 반응기에 연결되어 상기 질산화 반응기로부터 배출되는 처리수의 일부를 상기 혼화 및 용존산소 저감부로 반송하는 반송라인과; 상기 반송라인에 연결되어 상기 처리수의 나머지를 상기 질산화부의 상부로 방출하는 방출관을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 구현예에 있어서, 상기 오폐수 고도처리 장치는, 상기 반응조의 질산화부로부터 수평방향으로 확장되어 형성되고, 상기 질산화부와 격리되며, 개방된 상부를 통하여 상기 질산화부로부터의 처리수를 수용하는 처리수조; 및 상기 처리수조와 연결되어 상기 처리수를 외부로 방류하는 방류 배관을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 구현예에 있어서, 상기 오폐수 고도처리 장치는, 상기 질산화부에서 상기 처리수조에 인접하게 구비되어 상기 질산화부의 상부를 분리하는 분리판을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 구현예에 있어서, 상기 오폐수 고도처리 장치는, 상기 질산화 반응기와 상기 회송관의 사이에 구비되고, 상기 회송관으로부터의 폐수와 함께 대기 중의 공기를 상기 질산화 반응기 내로 공급하는 에어이젝터를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 구현예에 있어서, 상기 반응조의 슬러지 침전부에는 침전된 슬러지를 외부로 배출하는 제1 슬러지 배출관이 연결될 수 있다.

본 발명의 구현예에 있어서, 상기 오폐수 고도처리 장치는, 상기 질산화부에서 상기 질산화 반응기의 하부에 연결되어 외부로 확장되고, 상기 질산화 반응기 내의 슬러지를 외부로 배출하는 제2 슬러지 배출관을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 구현예에 있어서, 상기 오폐수 고도처리 장치는, 상기 탈질화부에서 상기 복수의 경사형 생물막의 상부 및 하부에 각각 배치되고, 복수의 홀이 형성되어 상기 탈질화부 내의 폐수를 균일하게 분배하는 제1 및 제2 정류판을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 구현예에 있어서, 상기 복수의 경사형 생물막 및 나선형 생물막의 시트는 폴리염화비닐(polyvinyl chloride) 및 실리카(Silica)의 다공성 혼합 재질로 이루어질 수 있다.

본 발명의 오폐수 고도처리 장치는 단일 반응조로 시스템을 구성함으로써, 구조의 단순화를 달성함은 물론 탈질반응과 질산화 반응을 하나의 반응조에서 동시에 진행함으로써 오폐수의 처리 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 의하면, 탈질화부에 평행하게 배열된 복수의 경사형 생물막과 질산화 반응기의 나선형 생물막을 이용함으로써, 폐수와 탈질화 미생물 및 질산화 미생물간의 접촉을 극대화할 수 있으며, 생물막으로의 물질 전달 및 확산을 증가시킬 수 있다. 그 결과, 오폐수의 처리효율을 향상시킬 수 있다.

또한, PVC/silica의 다공성 재질로 이루어진 시트를 이용하여 경사형 생물막과 나선형 생물막을 구성하므로, 질산화 미생물 및 탈질화 미생물을 시트에 충분히 부착시킬 수 있고, 그에 따라 미생물에 의한 처리 효율을 향상시킬 수 있으며, 반응조의 부피를 감소시킬 수 있다.

나아가, 본 발명의 오폐수 고도처리 장치에 의한 처리수는 법적 방류수 수질을 만족시킬 뿐만 아니라, 처리수 내 유기물 농도와 부유물질 농도가 매우 낮으므로 재이용될 수 있다.

또한 기존 활성 슬러지 공법 또는 오폐수 처리 장치의 개선에 관한 접근성을 높여 유기물뿐만 아니라 질소와 인을 제거할 수 있는 공정개선 효과를 달성할 수 있다.

본 발명은 오폐수를 정화시키는 고도처리 장치에 관한 것으로서, 특히 자가영향 미생물인 질산화균과 종속영양 미생물인 탈질균을 통해 유기물과 총질소를 단일 반응조에서 연속 제거하고, 생물막으로부터의 탈리 미생물을 주기적으로 배출시켜 미생물에 흡수된 인을 제거하고, 인발 슬러지 주기적으로 배출함으로써, 오폐수의 유기물, 질소 및 인의 제거효율을 향상시킬 수 있는 오폐수 고도처리 장치에 관한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구현예에 따른 오폐수 고도처리 장치를 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 오폐수 고도처리 장치의 대략적인 개념도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명 일 구현예에 따른 오폐수 고도처리 장치(100)는, 상부가 개방된 하나의 반응조(10)를 포함하고, 상기 반응조(10)는 하부에서 상부 방향으로 슬러지 침전부(SPP), 혼화 및 용존산소 저감부(MP), 탈질화부(DNP) 및 질산화부(NP)로 나뉘는 반응공간을 제공한다. 상기 반응조(10)의 하부로 유입된 오폐수는 상기 슬러지 침전부(SPP), 혼화 및 용존산소 저감부(MP), 탈질화부(DNP), 및 질산화부(NP)를 거치면서 정화될 수 있다.

상기 오폐수 고도처리 장치(100)는 상기 반응조(10), 오폐수 원수의 유입관(20), 복수의 경사형 생물막(30), 질산화 반응기(60), 회송펌프(71)와 회송관(72), 및 반송라인(74)을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 오폐수 원수의 유입관(20)은 외부로부터 상기 반응조(10)의 혼화 및 용존산소 저감부(MP)로 연장되어 상기 반응조(10) 내부에 구비되고, 상기 혼화 및 용존산소 저감부(MP)에 오폐수 원수를 제공한다. 상기 반응조(10) 내에 구비된 유입관(20)의 상부에는 오폐수 원수를 상기 반응조(10)의 상부 방향으로 분사하기 위한 복수의 제1 분사노즐이 형성된다. 상기 오폐수 원수는 상기 유입관(20) 및 상기 복수의 제1 분사 노즐을 통하여 상기 반응조(10)의 혼화 및 용존산소 저감부(MP)에 유입된다.

상기 반응조(10) 내에서 상기 오폐수 원수의 유입관(20)의 상부에는 상기 질산화 반응기(60)로부터 방출되는 처리수의 일부를 상기 혼화 및 용존산소 저감부(MP)로 반송하는 반송라인(74)이 구비될 수 있다. 상기 반송라인(74)의 하부에는 상기 유입관(20)의 상부에 형성된 복수의 제1 분사노즐과 마주보는 복수의 제2 분사노즐이 형성된다.

상기 혼화 및 용존산소 저감부(MP)의 상부에 위치하는 탈질화부(NDP)에서는 무산소 종속영양 탈질화 미생물에 의한 탈질반응이 이루어지므로, 탈질화부(NDP)로 폐수가 수용되기 전에 폐수의 용존산소의 농도를 0~0.5mg/L으로 조정할 필요가 있다. 상기 반송수 내의 용존산소가 오폐수 원수 내의 용존산소보다 높으므로, 반응조(10) 내에서 반송수의 유입방향은 반응조(10)의 바닥면으로 향하도록 하고, 오폐수 원수의 유입방향은 반응조(10)의 상부로 향하도록 함으로써, 반송수와 오폐수 원수를 혼화시키고 혼화된 폐수의 용존산소를 저감시킬 수 잇다.

상기 혼화 및 용존산소 저감부(MP)에서는 상기 탈질화부(NDP)에서 최적의 관 형흐름을 유도할 수 있는 폐수의 유속을 일으키는 것이 중요한 인자이며, 이를 위해 상기 혼화 및 용존산소 저감부(MP)의 길이를 설계하는 것이 중요하다.

상기 복수의 경사형 생물막(30)은 상기 탈질화부(DNP)에서 서로 평행하게 배치되어 상기 혼화 및 용존산소 저감부(MP)로부터 수용된 폐수의 관형흐름을 유도한다. 상기 복수의 경사형 생물막(30)은 반응조(10)의 바닥면에 대하여 경사를 이루며, 일예로 40 내지 60°의 각도로 경사지게 배열될 수 있다.

상기 복수의 경사형 생물막(30)이 서로 평행하게 배열됨으로써, 탈질화부(DNP)로 유입되는 폐수가 복수의 경사형 생물막(30) 사이의 공간을 흐를 때 관형 흐름이 유도될 수 있다. 관형 흐름이 유도됨에 의해, 복수의 경사형 생물막(30)에 대한 폐수의 물질전달 및 확산을 증가시켜, 탈질 반응의 효율을 증가시킬 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 복수의 경사형 생물막 및 이를 고정하는 프레임을 나타낸 개략 사시도이다.

도 2를 참조하면, 상기 복수의 경사형 생물막(30) 각각은, 시트(31)와 상기 시트(31)의 좌우 양면에 각각 부착시킨 탈질균(32)을 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 시트(31)은 일예로 부착력이 강한 다공성의 PVC/silica 재질로 이루어질 수 있으며, 상기 탈질균은 무산소 종속영양 탈질 미생물로서, 폐수 내에 존재하는 유기물을 이용하여 질산성 질소의 탈질 반응을 수행한다. 따라서, 질산성 질소의 제거와 함께, 유기물의 제거에 의한 생물학적 산소 요구량(Biological Oxygen Demand; BOD)을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 구현예에 있어서, 상기 복수의 경사형 생물막(30)을 3 내지 5단의 복수의 층으로 구비할 수 있으며, 이 경우 상기 복수의 경사형 생물막(30)의 표면적을 증가시킴과 동시에 관형흐름의 길이를 증가시켜 상기 복수의 경사형 생물막(30)과 폐수의 접촉을 극대화하여 탈질 효율을 높일 수 있다.

상기 복수의 경사형 생물막(30)을 복수의 층으로 구비하는 경우, 서로 인접한 단의 복수의 경사형 생물막(30)은 서로 반대되는 방향으로 경사지게 배치될 수 있다. 그에 따라, 서로 인접한 단의 복수의 경사형 생물막(30)은 수평방향을 누운 "V"자형을 이룰 수 있다.

상기 복수의 경사형 생물막(30) 사이의 간격 및 개수는 상기 탈질화부(NDP)로 수용되는 폐수의 부하를 최소화할 수 있는 범위에서 선택되는 것이 바람직하다. 일예로, 상기 복수의 경사형 생물막(30) 사이의 간격이 10~20mm가 되도록 상기 복수의 경사형 생물막(30)을 설치할 수 있다.

상기 복수의 경사형 생물막(30) 사이의 공간에서의 폐수의 유속을 일정하게 유지함으로써, 상기 복수의 경사형 생물막(30)의 두께를 일정하게 유지할 수 있고, 상기 복수의 경사형 생물막(30) 사이의 공간이 막히는 현상을 방지할 수 있다.

본 발명의 구현예에 있어서, 오폐수 고도처리 장치(100)는 상기 복수의 경사형 생물막(30)을 상기 탈질화부(DNP)에 고정하는 고정 프레임(40)을 상기 반응조(10) 내에 구비할 수 있다.

상기 고정 프레임(40)은, 서로 마주보는 사각형의 제1 및 제2 틀(41, 42)과, 상기 제1 및 제2 틀(41, 42) 사이에서 상기 제1 및 제2 틀(41, 42)을 따라 구비되어 상기 제1 및 제2 틀(41, 42)를 연결하는 복수의 지지대(43)을 포함하여 이루어 질 수 있다.

상기 복수의 경사형 생물막(30)의 양단을 상기 복수의 지지대(43)에 각각 결합시킴으로써, 상기 복수의 경사형 생물막(30)을 상기 제1 및 제2 틀(41, 42) 사이에 고정시킬 수 있다.

상기 복수의 경사형 생물막(30)을 복수의 층으로 구비하는 경우, 상기 고정 프레임(40)을 복수 개 구비할 수 있다.

도 1을 다시 참조하면, 본 발명의 구현예에 있어서, 상기 오폐수 고도처리 장치(100)는, 상기 탈질화부(DNP)에서 상기 복수의 경사형 생물막(30)의 상부 및 하부에 각각 배치되는 제1 및 제2 정류판(51, 52)을 더 포함할 수 있다.

상기 제1 및 제2 정류판(51, 52) 각각에는 복수의 홀(H1)이 형성되어 있어, 상기 혼화 및 용존산소 저감부(MP)로부터의 폐수를 상기 탈질화부(DNP)로 균일하게 유입 및 유출시킬 수 있다. 그에 따라, 상기 탈질화부(DNP) 내에서 상기 폐수를 균등하게 분배할 수 있으며, 이로 인해 관형흐름을 유지할 수 있다.

상기 질산화부(NP)의 상부에는 질산화 반응기(60)가 구비되고, 상기 질산화부(NP)의 하부에는 상기 제2 정류판(52)을 통과하여 상기 질산화부(NP)로 투입되는 폐수를 상기 질산화 반응기(60)로 회송하는 회송관(72)이 연결된다. 상기 회송관(72)에 결합된 회송펌프(71)의 펌핑력을 통해서 상기 질산화부(NP)로 투입된 폐수를 상기 질산화 반응기(60)로 회송시킬 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 질산화 반응기를 나타낸 개략 사시도이며, 도 4a 내지 도 4c는 도 3에 도시된 분배관과 나선형 생물막을 포함하는 담체를 나타낸 도면이 다.

도 3 내지 도 4c를 참조하면, 상기 질산화 반응기(60)는, 상단이 개방된 원통형 관으로 그 외주면에 복수의 관통홀(H2)을 보유한 분배관(62)과 상기 분배관(62)에 나선형태로 감긴 나선형 생물막(63)을 가진 담체; 및 상기 담체를 둘러싼 담체통(61)을 포함한다. 상기 나선형 생물막(63)은 PVC/silica 재질의 시트(63a)의 좌우 양면 각각에 호기성 자가영양 질산화 미생물인 질산화균(63b)을 부착시킨 것이다.

상기 담체통(61)의 측벽 상단에는 상기 질산화 반응기(60) 내의 처리수를 배출하기 위한 제1 배출공(60a)이 구비되고, 담체통(61)의 하부에는 상기 질산화 반응기(60) 내의 슬러지 또는 탈리 미생물을 외부로 배출하기 위한 제2 배출공(60b)이 구비된다.

상기 질산화 반응기(60)에서 담체라고 하면, 분배관(62)과 나선형 생물막(63)이 결합된 상태를 칭하는 것으로서, 상기 원통형의 분배관(62) 외주면에 나선형으로 상기 생물막(63)을 감아 논 상태를 말하는 것이다. 상기 분배관(63)은 원통형상이고, 그 외주면에 복수의 관통홀(H2)을 보유하고 있는 상태이며, 그 상단은 개방된 상태를 유지하고 있어서 이 상단의 구멍을 통해서 회송된 폐수들을 상기 복수의 관통홀(H2)을 통해서 상기 나선형 생물막(63)으로 균일하게 공급할 수 있다.

상기 분배관(62)을 감고 있는 나선형 생물막(63)은 일정한 간격을 유지하고 있는데, 상기 간격은 도 4c에 도시된 것처럼 2-20mm의 폭으로 유지되는 것이 바람직하다. 상기 나선형 생물막(63) 사이를 일정한 간격으로 유지함으로써, 그 사이에 폐수가 순환할 수 있는 순환 채널(CH)이 형성된다. 상기 분배관(62)의 상단으로 유입된 폐수가 상기 분배관(62)의 관통홀(H2)을 통과하여 상기 순환 채널(CH)를 통해 순환하면서 질산화균(63b)과 접촉하게 되고, 질산화균에 의해 폐수 내의 암모니아성 질소가 질산성 질소로 산화된다.

상기 나선형 생물막(63) 사이의 순환 채널(CH)을 흐르는 폐수의 유속은 3-15cm/sec인 것이 바람직할 수 있다. 상기 회송펌프(71)로 회송되는 폐수의 유량을 조절하여 상기 순환 채널(CH)을 흐르는 폐수의 유속을 조절할 수 있다.

한편, 상기 질산화 반응기(60)와 회송관(72)의 사이에 에어이젝터(Air Ejector)(73)를 결합시킴으로써, 폐수와 함께 대기 중의 공기를 상기 질산화 반응기(60)에 공급할 수 있다. 상기 에어이젝터(73)를 이용함으로써, 별도의 산기시설 없이 대기 중의 산소를 상기 질산화 반응기(60) 내부로의 공급할 수 있으므로, 산소 공급에 요구되는 동력과 별도의 장치에 대한 설계 및 운전에 소요되는 경비를 감소시킬 수 있다.

상기 질산화 반응기(60)는 복수로 구비될 수 있으며, 본 구현예에서는 두 개의 질산화 반응기(60)가 구비된 예를 볼 수 있다.

상기 질산화 반응기(60)의 담체통(61)의 측벽 상단에 형성된 제1 배출공(61a)에는 상기 질산화 반응기(60)로부터 배출되는 처리수의 일부를 상기 혼화 및 용존산소 저감부(MP)로 반송하는 반송라인(74)이 결합되고, 상기 질산화 반응기(60)에 인접한 반송라인(74)에는 상기 처리수의 나머지를 상기 질산화부(NP)의 상부로 방출하는 방출관(75)이 결합된다.

상기 질산화 반응기(60)에서 질산화된 처리수의 일부는 상기 혼화 및 용존산소 저감부(MP)로 반송되고 처리수의 나머지는 방류된다. 처리수는 오폐수 원수 내 질산성 질소 대비 처리수 내 질산성 질소의 비율이 1:2~4가 되는 범위에서 반송될 수 있다. 반송된 처리수 내의 질산성 질소는 탈질화에 의해 제거될 수 있다. 또한 상기 처리수의 반송율은 오폐수 원수의 유기화합물량에 따라 결정될 수 있으며, 오폐수에 따라 C/N 비가 3~10에 이르는 경우 반송율 결정이 중요하다.

상기 처리수의 나머지를 질산화부(NP)의 수면 위로 분사하여 방출함으로써, 탈질 반응 후 질산화부(NP)의 수면 위로 상승하는 질소 가스를 대기로 배출할 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 구현예에 있어서, 상기 오폐수 고도처리 장치(100)는, 상기 반응조(10)의 질산화부(NP)로부터 수평방향으로 확장되어 형성되며, 상기 질산화부(NP)와 격리되고, 개방된 상부를 통하여 상기 질산화부(NP)로 방출된 처리수를 수용하는 처리수조(81)와 상기 처리수조(81)와 연결되어 상기 처리수조(81)에 수용된 처리수를 방류하는 방류 배관(82)을 더 구비할 수 있다.

질산화 반응과 탈질 반응이 모두 이루어진 최종 처리수는 상기 반응조(20)의 상부, 즉 질산화부(NP)의 상부로 이동하여 처리수조(81)의 개방된 상부를 통해 상기 처리수조(81)로 흘러 들어간다.

한편, 상기 오폐수 고도처리 장치(100)는, 상기 질산화부(NP)에서 상기 처리수조(81)에 인접하게 구비되어 상기 질산화부(NP)의 상부를 분리하는 분리판(83)을 더 포함할 수 있다. 상기 분리판(83)은 부상하는 부유물질을 차단하여 깨끗하게 처 리된 처리수만이 처리수조(81)로 유입될 수 있게 한다.

본 발명의 구현예에 있어서, 상기 반응조(10)의 슬러지 침전부(SSP)에는 오폐수 원수의 슬러지 또는 탈질화부(DNP)의 탈리 미생물이 침전되는 침전용기가 구비될 수 있으며, 상기 슬러지 침전부(SSP)에는 침전된 슬러지 또는 탈리 미생물을 외부로 배출하는 제1 슬러지 배출관(91)이 연결될 수 있다.

복수의 경사형 생물막의 경우, 부착성장된 미생물로 인하여 탈질화부(DNP) 내 미생물의 일령이 매우 높아 질소 제거에 효율은 있으나, 인의 제거 효율이 낮아지는 단점이 있다. 따라서 상기 복수의 경사형 생물막에서 탈리된 미생물을 제1 슬러지 배출관(91)을 통해 주기적으로 반응조(10) 내에서 제거함으로써, 미생물 세포합성에 이용된 인이 처리수 내로 용출되는 현상을 방지하고, 인의 제거 효율을 증대시킬 수 있다.

또한 본 발명의 구현예에 있어서, 상기 오폐수 고도처리 장치(100)는, 상기 질산화부(NP)에서 상기 질산화 반응기(60)의 담체통(61)의 하부에 형성된 제2 배출공(61b)에 연결되어 상기 질산화 반응기(60) 내의 탈리 미생물을 비롯한 슬러지를 외부로 배출하는 제2 슬러지 배출관(92)을 더 포함할 수 있다.

이처럼 본 발명의 오폐수 고도처리 장치(100)는 제1 및 제2 슬러지 배출관(91, 92)를 구비하여, 슬러지 및 질산화 반응기(10) 내의 탈리 미생물을 주기적으로 배출시켜 폐수 내의 인을 제거 효율을 향상시킬 수 있다.

이하에서 본 발명의 일 구현예에 따른 오폐수 고도처리 장치(100)에 의해 오폐수가 정화되는 과정을 간략하게 살펴본다. 도 1을 참조하면, 오폐수 원수가 상기 유입관(20)을 통하여 반응조(10)의 혼화 및 용존산소 저감부(MP)로 유입되어 상부 방향으로 분사된다. 이때, 앞서 상기 반응조(10)에 유입되어 질산화 과정까지 거친 처리수의 일부가 반송라인(74)을 통해 상기 질산화 반응기(60)로부터 상기 혼화 및 용존산소 저감부(MP)로 유입되어 하부 방향으로 분사된다. 따라서, 상기 혼화 및 용존산소 저감부(MP)에서 오폐수 원수와 반송수가 서로 혼화되고, 용존산소(DO) 농도가 감소된다.

한편, 오폐수 원수에 존재하는 슬러지는 슬러지 침전부(SSP)로 침전되고, 제1 슬러지 배출관(91)을 통해 외부로 배출된다.

상기 혼화 및 용존산소 저감부(MP)에서 용존산소 농도가 저감된 폐수는 제1 정류판(51)의 홀(H1)을 통해 균등하게 분배되어 상기 탈질화부(DNP)로 유입된다. 탈질화부(DNP)로 유입된 폐수는 복수의 경사형 생물막(30) 사이의 채널을 통해 흐르면서 무산소 종속영양 탈질화 미생물과 접촉하고, 이에 의해 폐수 내에 존재하는 질산성 질소(NO₃ ^--N)가 탈질 반응으로 제거된다. 이때 탈질 반응에 필요한 유기탄소를 폐수 내에 존재하는 유기물에서 제공받으므로, 폐수 내 유기물이 제거되고, 이로 인해 BOD를 감소시킬 수 있다.

탈질화를 거친 폐수는 제2 정류판(52)의 홀(H1)을 통해 다음의 질산화부(NP)로 들어간다. 상기 질산화부(NP)의 상부에는 도 1에 도시된 것처럼 질산화 반응기(60)가 구비되어 있다. 상기 질산화부(NP)에 투입된 폐수는 회송펌프(71)의 펌핑력에 의해 회송관(72)을 통해 상기 질산화 반응기(60)로 유입된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 질산화 반응기(60)에 유입된 폐수는 그 내부에 구비된 나선형 생물막(63)의 호기성 자가영양 질산화 미생물과 접촉하고, 이에 의해 폐수 내 암모니아성 질소(NH₄ ⁺-N)가 질산성 질소(NO₃ ^--N)로 산화된다. 상기 질산화 반응기(60)에서 배출되는 처리수의 일부는 질산화 반응기(60)의 제1 배출공(60a)에 연결된 반송라인(74)에 의해 상기 혼화 및 용존산소 저감부(MP)로 반송되어 재 처리된다. 이로써, 오폐수 내의 유기물, 질소 및 인을 반복적으로 제거하여, 오폐수 처리효율을 높일 수 있다.

상기 처리수의 나머지는 상기 반송라인(74)에 연결된 방출관(75)을 통해 상기 질산화부(NP)의 상부로 분사 방출되고, 상기 질산화부(NP)에 연결된 처리수조(81)의 개방된 상부를 통해 처리수조(81)로 수용된다. 이후 처리수조(81)에 연결된 처리수 방류 배관(82)을 통해 외부로 방류된다.

한편, 상기 질산화 반응기(60)의 하부에 쌓인 탈리 미생물을 비롯한 슬러지는 질산화 반응기(60)의 하부에 연결된 제2 슬러지 배출관(92)을 통해 외부로 배출된다. 탈리 미생물을 주기적으로 제거함으로써, 미생물 세포합성에 이용된 인이 처리수 내에 용출되는 현상을 방지하여 인의 제거효율을 증대시킬 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 질산화 반응기를 나타낸 개략 사시도이다.

도 4a 내지 도 4c는 도 3에 도시된 분배관과 나선형 생물막을 포함하는 담체를 나타낸 도면이다.

도 5는 도 4a에 도시된 나선형 생물막에 의한 질산화 과정을 나타낸 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 반응조 20 : 오폐수 원수 유입관

30 : 복수의 경사형 생물막 40 : 고정 프레임

51, 52 : 제1 및 제2 정류판 60 : 질산화 반응기

71 : 회송펌프 72 : 회송관

73 : 에어이젝터 74 : 반송라인

75 : 방출관 81 : 처리수조

82 : 방류 배관 91, 92 : 제1 및 제2 슬러지 배출관

100 : 오폐수 고도처리 장치 DNP : 탈질화부

MP : 혼화 및 용존산소 저감부 NP : 질산화부

SSP : 슬러지 침전부

Claims

하나의 반응조 내에서 질산화 반응과 탈질 반응이 동시에 이루어지는 오폐수 고도처리 장치에 관한 것으로서,

상부가 개방되고, 하부에서 상부 방향으로 슬러지 침전부, 혼화 및 용존산소 저감부, 탈질화부 및 질산화부를 포함하는 하나의 반응조; 외부로부터 연장되어 상기 혼화 및 용존산소 저감부에 구비되는 오폐수 원수의 유입관; 상기 탈질화부에서 서로 평행하게 배치되고, 상기 혼화 및 용존산소 저감부로부터 수용된 폐수의 관형흐름을 유도하는, 탈질균을 포함하는 복수의 경사형 생물막; 상기 탈질화부에서 상기 복수의 경사형 생물막의 상부 및 하부에 각각 배치되고, 복수의 홀이 형성되어 상기 탈질화부 내의 폐수를 균일하게 분배하는 제1 및 제2 정류판; 상기 질산화부의 상부에 구비되고, 상단이 개방된 원통형 관으로 그 외주면에 복수의 관통홀을 보유한 분배관과, 질산화균을 포함하고 상기 분배관에 나선형태로 감긴 나선형 생물막을 포함하는 질산화 반응기; 상기 질산화부에 수용된 폐수를 상기 질산화 반응기로 회송하는 회송펌프와 회송관; 및 상기 질산화 반응기에 연결되고, 상기 질산화 반응기로부터 연장되어 상기 유입관의 상부에 구비되고, 상기 질산화 반응기로부터 배출되는 처리수의 일부를 상기 혼화 및 용존산소 저감부로 반송하는 반송라인을 포함하고,

상기 반응조 내에 구비된 유입관의 상부에는 오폐수 원수를 상기 반응조의 상부 방향으로 분사하기 위한 복수의 제1 분사노즐이 형성되고, 상기 반송라인의 하부에는 상기 복수의 제1 분사노즐과 마주보는 복수의 제2 분사노즐이 형성되며,

상기 복수의 경사형 생물막은 복수의 층으로 구비되고, 서로 인접한 두 층의 복수의 경사형 생물막은 누운 "V"자형을 이루고,

상기 반응조 내부로 유입된 오폐수가 상기 슬러지 침전부, 혼화 및 용존산소 저감부, 탈질화부, 및 질산화부를 거치면서 정화되는 것을 특징으로 하는 오폐수 고도처리 장치.
제 1항에 있어서,

상기 반송라인에 연결되어 상기 처리수의 나머지를 상기 질산화부의 상부로 방출하는 방출관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오폐수 고도처리 장치.
제 2항에 있어서,

상기 반응조의 질산화부로부터 수평방향으로 확장되어 형성되고, 상기 질산화부와 격리되고, 개방된 상부를 통하여 상기 질산화부로부터의 처리수를 수용하는 처리수조; 및

상기 처리수조와 연결되어 상기 처리수를 외부로 방류하는 방류 배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오폐수 고도처리 장치.
제 3항에 있어서,

상기 질산화부에서 상기 처리수조에 인접하게 구비되고, 상기 질산화부의 상부를 분리하는 분리판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오폐수 고도처리 장치.
제 1항에 있어서,

상기 질산화 반응기와 상기 회송관의 사이에 구비되어, 상기 회송관에 의해 상기 질산화 반응기로 회송되는 폐수와 함께 대기 중의 공기를 상기 질산화 반응기로 공급하는 에어이젝터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오폐수 고도처리 장치.
제 1항에 있어서,

상기 슬러지 침전부에는 침전된 슬러지를 외부로 배출하는 제1 슬러지 배출관이 연결되는 것을 특징으로 하는 오폐수 고도처리 장치.
제 1항에 있어서,

상기 질산화부에서 상기 질산화 반응기의 하부에 연결되어 외부로 확장되고, 상기 질산화 반응기 내의 슬러지를 외부로 배출하는 제2 슬러지 배출관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오폐수 고도처리 장치.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 복수의 경사형 생물막은 반응조의 바닥면에 대하여 경사를 이루며, 40 내지 60°의 각도를 갖는 것을 특징으로 하는 오폐수 고도처리 장치.
제 1항에 있어서,

상기 복수의 경사형 생물막 각각은, 시트와 그 시트의 좌우 양면에 부착시킨 탈질균을 포함하는 것을 특징으로 하는 오폐수 고도처리 장치.
제 1항에 있어서, 상기 분배관에 감긴 나선형 생물막 사이의 채널을 흐르는 폐수의 유속은 3 내지 15cm/sec인 것을 특징으로 하는 오폐수 고도처리 장치.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 탈질화부에 구비되어, 상기 복수의 경사형 생물막을 고정하는 고정 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오폐수 고도처리 장치.
제 1항에 있어서, 상기 나선형 생물막은 시트와 그 시트의 좌우 양면에 부착시킨 질산화균을 포함하는 것을 특징으로 하는 오폐수 고도처리 장치.
제 10항 또는 제14항에 있어서, 상기 시트는 폴리염화비닐(polyvinyl chloride) 및 실리카(Silica)의 다공성 혼합 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 오폐수 고도처리 장치.