KR100935022B1

KR100935022B1 - 폐수 정화장치

Info

Publication number: KR100935022B1
Application number: KR1020090018466A
Authority: KR
Inventors: 임정문
Original assignee: 성일섭; 김영애
Priority date: 2009-03-04
Filing date: 2009-03-04
Publication date: 2010-01-06

Abstract

본 발명은 폐수의 처리효율이 향상되고, 정화된 수질의 확보 및 안전한 방류가 가능한 폐수 정화장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 폐수 정화장치는 제1무산소조, 제2무산소조, 제1포기조, 제2포기조, 제3무산소조, 제1간헐포기조, 제2간헐포기조, 제2포기조 그리고 정밀여과장치를 포함하여 이루어진다. 여기서, 제1무산소조에서는 폐수 중의 유기물질을 탄소원으로 하여 질산성 질소의 1차 탈질산화가 이루어진다. 제2무산소조는 제1무산소조와 연결되어 제1무산소조를 거친 후 유입된 폐수 중의 질산성 질소의 2차 탈질산화가 이루어진다. 제1포기조는 제2무산소조에서 유입되는 폐수 중의 유기물질이 산화되고 유기질소의 1차 질산화가 이루어진다. 제2포기조는 제1포기조와 연결되어 제1포기조를 거친 후 유입되는 폐수 중의 유기물질의 산화와 유기질소의 2차 질산화가 이루어지고, 폐수 중 일부는 제1무산소조와 제2무산소조로 반송되도록 한다. 제3무산소조는 제2포기조로부터 유입되는 폐수 중의 미처 산화되지 못한 유기물질을 탄소원으로 하여 질산성 질소의 3차 탈질산화가 이루어진다. 제1간헐포기조는 제3무산소조와 연결되고, 포기와 무산소 조건이 번갈아 발생되도록 하여 제3무산소조에서 유입되는 폐수 중의 유기물질이나 질산화물의 1차 제거가 이루어진다. 제2간헐포기조에서는 제1간헐포기조로부터 유입되는 폐수 중의 미처 산화되지 못한 유기물질이나 질산화물의 2차 제거가 이루어진다. 제3포기조에서는 제2간헐포기조에서 유입되는 폐수 중의 유기물질의 산화와 유기질소의 3차 질산화가 이루어지고, 폐수 중 일부가 제1포기조, 제3무산소조, 제1간헐포기조 그리고 제2간헐포기조로 반송되도록 한다. 그리고, 정밀여과장치는 제3포기조에 수용되는 폐수에 잠기도록 구비되어 미생물의 유출이 방지되도록 유도하고 미생물과 맑은 물이 분리되도록 한다.

폐수, 정화, 처리, 탈질, 질산화, 마이크로 필터

Description

폐수 정화장치{apparatus for purifying waste water}

본 발명은 폐수 정화장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폐수의 처리효율이 향상되고, 정화된 수질의 확보 및 안전한 방류가 가능한 폐수 정화장치에 관한 것이다.

일반적으로, 하폐수를 정화하기 위하여 하폐수 중의 오염물질의 주종을 이루고 있는 유기물과 영양염류인 질소와 인을 제거하여 폐수를 정화하기 위한 시스템의 개발이 다양하게 시도되고 있다.

이러한 폐수를 정화하기 위한 시스템의 생물학적 질소·인 제거공정은 호기성(好氣性) 반응조(또는 포기조(曝氣槽)), 무산소 반응조 그리고 혐기성 반응조 등의 다양한 반응조들을 포함하여 이루어지는데, 호기성 반응조에서는 일반적으로 질산화현상(Nitrification)에 의하여 아질산성질소와 질산성질소의 변화가 이루어지고, 무산소 반응조에서는 탈질소작용(Denitrification)이 이루어져 질소가스의 대기 방출이 이루어진다.

따라서, 호기성 반응조에는 충분한 산소가 공급되어야 함을 물론이며, 공급된 공기가 폐수와 미생물에 잘 혼합되도록 요구된다.

그리고, 유기탄소원을 영양원으로 하며 처리공정 생태계에서 기초 먹이사슬이 되는 미세 미생물의 유출을 방지하여 미생물의 농도가 높게 유지되도록 해야 한다.

또한, 폐수 처리 후에 생성되는 정화된 물을 안전하게 방류하여 방류수질을 향상시키도록 하여야 한다.

즉, 정화대상인 폐수의 산소 전달율을 높여 반응속도를 높이고, 유기물 분해능력과 교반강도를 증가시켜 보다 향상된 정화효율을 얻을 수 있으며, 정화된 물의 안전한 방류가 가능한 폐수 정화장치가 요구되고 있다.

그리고 이를 위하여, 다양한 반응조들의 구성적인 측면과 함께, 각 반응조에 적절하게 구비되어 정화효율을 높일 수 있도록 하는 부수 장치의 개발 및 적용 또한 요구되고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 폐수의 처리효율이 향상되고, 정화된 수질의 확보 및 안전한 방류가 가능한 폐수 정화장치를 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 폐수 중의 유기물질을 탄소원으로 하여 질산성 질소의 1차 탈질산화가 이루어지는 제1무산소조; 상기 제1무산소조와 연결되어 상기 제1무산소조를 거친 후 유입된 폐수 중의 질산성 질소의 2차 탈질산화가 이루어지는 제2무산소조; 상기 제2무산소조에서 유입되는 폐수 중의 유기물질이 산화되고 유기질소의 1차 질산화가 이루어지는 제1포기조; 상기 제1포기조와 연결되어 상기 제1포기조를 거친 후 유입되는 폐수 중의 유기물질의 산화와 유기질소의 2차 질산화가 이루어지고, 폐수 중 일부는 상기 제1무산소조와 상기 제2무산소조로 반송되도록 하는 제2포기조; 상기 제2포기조로부터 유입되는 폐수 중의 미처 산화되지 못한 유기물질을 탄소원으로 하여 질산성 질소의 3차 탈질산화가 이루어지는 제3무산소조; 상기 제3무산소조와 연결되고, 포기와 무산소 조건이 번갈아 발생되도록 하여 상기 제3무산소조에서 유입되는 폐수 중의 유기물질이나 질산화물의 1차 제거가 이루어지는 제1간헐포기조; 상기 제1간헐포기조로부터 유입되는 폐수 중의 미처 산화되지 못한 유기물질이나 질산화물의 2차 제거가 이루어지는 제2간헐포기조; 상기 제2간헐포기조에서 유입되는 폐수 중의 유기물질의 산화와 유기질소의 3차 질산화가 이루어지고, 폐수 중 일부가 상기 제1포기조, 상기 제3무산소조, 상기 제1간헐포기조 그리고 상기 제2간헐포기조로 반송되도록 하는 제3포기조; 그리고 상기 제3포기조에 수용되는 폐수에 잠기도록 구비되어 미생물의 유출이 방지되도록 유도하고 미생물과 맑은 물이 분리되도록 하는 정밀여과장치를 포함하여 이루어지는 폐수 정화장치를 제공한다.

여기서, 상기 제1포기조, 상기 제2포기조 및 상기 제2간헐포기조에는 각각이 독립적으로 반응공간을 가지는 다수개의 미생물반응기를 포함하여 이루어져 폐수가 상향 이동하면서 공기 및 미생물과 반복 혼합되도록 하여 반응속도를 높이는 폐수 정화유닛이 구비됨이 바람직하다.

그리고, 상기 반응공간에는 하측으로부터 유입되는 폐수가 상기 반응공간의 양측으로 상향 이동하면서 상기 반응공간에서 순환하도록 하여 폐수의 선회력이 증가되도록 양측으로 상향 경사진 순환유도부가 구비됨이 바람직하다.

또한, 상기 제3포기조를 거친 폐수로부터 색도 및 난분해성 유기물질이 제거될 수 있도록 상기 제3포기조에는 수용된 폐수에 황산이 공급되어 산화도를 조절하는 제1반응조; 상기 제1반응조를 거친 폐수에 제1철염 및 과산화수소가 공급되어 산화반응이 일어나며 난분해성 물질이 제거되는 제2반응조; 그리고 상기 제2반응조를 거친 폐수에 가성소다가 공급되어 산화도를 재조절하는 제3반응조를 포함하여 이루어지는 여과조가 더 구비됨이 바람직하다.

그리고, 상기 제3반응조에는 상기 정밀여과장치가 구비됨이 바람직하다.

본 발명에 따른 폐수 정화장치의 효과를 설명하면 다음과 같다.

첫째, 제1무산소조, 제2무산소조, 제1포기조, 제2포기조, 제3무산소조, 제1간헐포기조, 제2간헐포기조 그리고 제3포기조의 순서로 폐수가 이동되도록 하되, 상기 제1포기조, 제2포기조 및 상기 제2간헐포기조에는 폐수 정화유닛이 구비되어 공기와 미생물이 반복혼합되도록 하여 반응속도를 높임으로써 처리효율이 증가될 수 있으며, 상기 제3포기조에는 정밀여과장치가 구비되어 고농도 유기물질의 색도제거와 난분해성유기물질을 제거하여 더욱 효과적인 정화가 가능하다.

둘째, 폐수 정화유닛이 독립적으로 구획된 반응공간을 가짐으로써 공기 및 유기물이 다단계에 걸쳐 반복적으로 혼합되도록 함으로, 단위 부피당 유기물의 분해 속도가 증가되어 고속 분해가 가능하다.

셋째, 폐수 정화유닛의 내측에 순환유도부가 구비되어 반응공간에서 폐수가 순환하도록 함으로써 슬러지 및 미생물 혼합물의 침전이 방지될 수 있어 혼합효율의 향상으로 분해효율이 증가될 수 있다.

넷째, 정밀여과장치를 마이크로 필터로 적용하여 폐수 중의 오염물질을 직접 여과하여 정밀여과가 가능함으로써, 고분자 응집제를 투입하여 입자를 조대화하는 농축조나, 조대화된 오염물질을 침전이나 부상시켜 제거하기 위한 분리조가 생략될 수 있어 경제적이다.

다섯째, 정밀여과장치에 의해 미생물의 유출을 방지하고, 부유물질을 효과적으로 걸러냄으로써 폐수처리효율이 향상될 수 있으며, 색도제거 및 난분해성유기물의 제거가 가능하여 탁도가 거의 없을 정도로 향상된 처리수질을 얻을 수 있다.

상기의 기술적 과제를 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 폐수 정화장치의 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 폐수 정화장치의 구성도이다.

도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이, 상기 폐수 정화장치는 제1무산소조(10), 제2무산소조(20), 제1포기조(30), 제2포기조(40), 제3무산소조(50), 제1간헐포기조(60), 제2간헐포기조(70), 제3포기조(80) 그리고 정밀여과장치(81)를 포함하여 이루어짐이 바람직하다. 여기서, 상기 제1무산소조(10)와 상기 제2무산소조(20)에서는 폐수의 탈질산화가 각각 순차적으로 이루어지고, 폐수 중의 질소는 대기중으로 방출된다. 그리고, 상기 제1포기조(30) 및 제2포기조(40)에서는 미생물을 이용하여 상기 각 무산소조(10,20)로부터 유입되는 폐수 중의 유기물질의 대부분을 호기상태에서 산화시키고, 유기질소성분을 질산화시키는데, 이때, 상기 각 포기조(30,40)에는 폐수 정화유닛(100)이 더 구비됨이 바람직하다. 여기서, 상기 폐수 정화유닛(100)은 각각이 독립적으로 반응공간을 가지는 다수개의 미생물반응기(도 4의 120,140)를 포함하여 이루어질 수 있으며, 이를 통해, 폐수, 공기 및 미생물과의 혼합강도가 증가되어 정화효율이 향상될 수 있다. 그리고, 상기 제2포기조(40)를 거친 폐수는 상기 제3무산소조(50)로 유입되어 탈질산화가 다시 이루어지게 되며, 이후, 상기 제1간헐포기조(60)와 제2간헐포기조(70)로 이동되는데, 상기 각 간헐포기조(60,70)에서 번갈아 발생되는 포기와 무산소 조건 하에서 폐수 중의 유기물질이나 질산화물은 제거되게 된다. 이때, 상기 제2간헐포기조(70)에는 상기 폐수 정화유닛(100)이 더 구비될 수 있다. 그리고, 상기 제2간헐포기조(70)를 거친 폐수는 상기 제3포기조(80)로 유입되어, 분해되고 남은 유기물질이 마저 산화 분해되고 질산화물은 완전히 질산성질소로 산화되게 된다. 여기서, 상기 제3포기조(80)에는 정밀여과장치(81)가 구비됨이 바람직한데, 상기 정밀여과장치(81)는 미생물과 맑은 물이 분리되도록 하고 미생물의 유출이 방지되도록 함으로써 많은 양의 미생물이 시스템 내에 존재하도록 유도할 수 있다. 한편, 상기 제3포기조(80)에는 색도제거 및 난분해성 유기물질의 제거를 위하여 여과조(90)가 더 구비될 수 있으며, 상기 여과조(90)는 정밀여과장치(81a)를 더 포함하여 이루어짐이 바람직하다. 이를 통해, 고분자물질을 투입하여 입자를 조대화하는 농축조와, 조대화된 오염물질의 침전이나 부상 등의 방법으로 제거하기 위한 분리조가 없이도 높은 처리수질을 얻을 수 있는 정밀여과가 가능하다.

상세히, 상기 제1무산소조(10)에서는 NO₃- 및 NO₂-를 전자수용체로 사용하고 폐수에 공급된 유기물질을 탄소원으로 하여 질소를 대기중으로 방출하여 제거하는 1차 탈질산화(Denitrification)가 이루어질 수 있다.

이러한 탈질산화는 보통 2단계로 일어나는데, 1단계는 질산이 아질산으로 전환되는 과정이고, 2단계는 두 가지의 중간생성물을 거치면서 아질산이 N₂ 가스로 전환되는 과정으로써 반응식으로 나타내면 다음과 같다.

1단계: NO₃ -> NO₂- (NO₃- + 유기탄소원)

2단계: NO -> N₂O -> N₂ (H₂O + CO₂ + Cell + N₂ ↑)

여기서, NO₃- 및 NO₂-가 전자수용체로 사용될 수 있도록 상기 제1무산소조(10)에서의 용존산소량(DO: dissolved oxygen)은 낮게 관리되고, 질산염은 충분히 확보됨이 바람직하다.

이때, N₂ 가스로의 환원을 위해서 미생물이 필요로 하는 유기탄소원은 축산폐수와 같이 자체적으로 유기탄소원을 보유한 경우에는 별도의 공급이 없을 수 있으며, 유기탄소원이 부족할 경우에는, 아세트산(Acetic acid), 아세톤(Aceton) 또는 메탄올(Methanol) 등의 유기탄소원을 별도로 공급할 수도 있다.

그리고, 상기 제1무산소조(10)에는 제1수중교반기(12)가 더 구비될 수 있으며, 상기 제1수중교반기(12)의 작동에 의해, 폐수, NO₃-, NO₂- 그리고 탈질미생물은 더욱 잘 혼합될 수 있게 된다.

또한, 상기 제1무산소조(10)에는 탈질상태를 확인하기 위하여 수소이온지수 측정기(PH METER)(미도시), 산화환원전위차 측정기(ORP METER)(미도시) 및 용존산소량 측정기(DO METER)(미도시)가 더 설치될 수 있다.

그리고, 상기 제1무산소조(10)에는 제2무산소조(20)가 연결될 수 있는데, 상기 제2무산소조(20)의 구성은 전술한 상기 제1무산소조(10)와 동일하므로 설명은 생략한다.

이에 따라, 상기 제1무산소조(10)를 거친 폐수는 상기 제2무산소조(20)로 유입되고, 상기 제2무산소조(20)에서는 폐수에 공급된 유기탄소원을 영양원으로 하여 질소를 대기중으로 방출하여 제거하는 2차 탈질산화가 이루어질 수 있다.

상기 제1무산소조(10)와 상기 제2무산소조(20)는 이동통로(미도시)에 의해 서로 연결될 수 있으며, 상기 제2무산소조(20)에는 제2수중교반기(22)가 더 구비될 수 있다.

한편, 상기 제2무산소조(20)에는 상기 제1포기조(30)가 연결되어 상기 제2무산소조(20)를 거친 폐수가 상기 제1포기조(30)로 유입되도록 함이 바람직하다.

이때, 상기 제2무산소조(20)와 상기 제1포기조(30)는 폐수가 이동할 수 있도록 이동통로(미도시)에 의해 서로 연결될 수 있다.

상기 제1포기조(30)에서는 폐수 중의 유기물질 대부분이 호기 상태에서 산화되고, 유기질소성분의 1차 질산화가 이루어질 수 있게 된다.

상세히, 상기 제1포기조(30)에서는 대부분이 유기질소와 암모니아성 질소(NH₃-N)로 구성되어 폐수 중에 존재하는 질소가 가수분해(Hydrolysis)와 질산화 현상(Nitrification)에 의하여 아질산성질소(NO₂-N)와 질산성질소(NO₃-N)로 변하게 되는데, 이를 나타내면 다음과 같다.

Bacterial Decomposition(박테리아 분해)

① Organic N ---------------------------> NH₄+

Nitrosomonas

② NH₄+ 1.5 O₂ ----------------> NO₂- + H₂O + 2H⁺ + 240~350KJ

Nitrobacter

③ NO₂- + 0.5 O₂ ---------------> NO₃- + 65~90KJ

즉, 상기 제1포기조(30)에서는 유기성 및 암모니아성 질소가 Nitrosomonas 및 Nitrobacter 속(genus)의 미생물에 의해 아질산 단계를 거쳐서 질산성 질소로 산화될 수 있다.

또한, 폐수 중의 BOD 및 COD 물질은 유기탄소원을 영양원으로 하는 Heterotropic 속(genus)의 미생물에 의해 제거될 수 있다.

그리고, 상기 제1포기조(30)에는 상기 제2포기조(40)가 연결될 수 있으며, 상기 제2포기조(40)는 상기 제1포기조(30)에 대응되도록 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 제1포기조(30)와 상기 제2포기조(40)는 폐수가 이동할 수 있도록 이동통로(미도시)에 의해 서로 연결될 수 있다.

이에 따라서, 상기 제1포기조(30)를 거친 폐수는 상기 제2포기조(40)로 유입되고, 상기 제2포기조(40)로 유입된 폐수 중의 유기물질의 대부분은 호기 상태에서 다시 산화되고 유기질소의 2차 질산화가 이루어질 수 있게 된다.

그리고, 상기 제1포기조(30)와 상기 제2포기조(40)에는 폐수 정화유닛(100)이 각각 구비됨이 바람직하다.

여기서, 각각의 상기 폐수 정화유닛(100)은 독립적인 반응공간을 가지는 다수개의 미생물반응기(도 4의 120,140)를 포함하여 이루어짐이 바람직하다.

또한, 각각의 상기 폐수 정화유닛(100)에는 제1송풍기(15)와 연결된 공급라인(16)과 연결되는 공기공급부(도 5의 130)를 통해 공기가 공급됨이 바람직하다.

이에 따라서, 상기 미생물반응기(120,140)에서는 폐수, 미생물이 공기와 함께 반복적으로 강하게 혼합될 수 있게 되는데, 이를 통해, 호기미생물을 위한 산소가 충분하게 전달될 수 있어 미생물과 유기물질 및 산소와의 분해 및 전달속도가 증가될 수 있다.

그리고, 상기 제1포기조(30)와 상기 제2포기조(40)에는 유기물 분해 및 질산화 단계를 확인하기 위한 수소이온지수 측정기(PH METER)(미도시), 산화환원전위차 측정기(ORP METER)(미도시) 및 용존산소량 측정기(DO METER)(미도시)가 더 설치될 수 있다.

또한, 상기 제2포기조(40)에는 제1반송펌프(45)가 더 구비될 수 있는데, 상기 제1반송펌프(45)는 상기 제2포기조(40)에서 유기질소 및 암모니아성 질소의 산화에 의해 생성된 NO₃- 및 NO₂- 물질을 상기 제1무산소조(10)와 상기 제2무산소조(20)로 반송되도록 함이 바람직하다.

이를 통해, 상기 제1무산소조(10)와 상기 제2무산소조(20)에서는 상기 제2포기조(40)에서 생성된 NO₃- 및 NO₂- 물질을 전자수용체로 사용하고 폐수에 공급된 유기탄소원을 영양원으로 하여 질소를 방출하는 과정이 보다 효과적으로 일어날 수 있다.

상기 제1무산소조(10), 상기 제2무산소조(20) 그리고 상기 제1포기조(30)에는 수면에 발생하는 거품이 제거될 수 있도록 소포수이동펌프(미도시)에 의해 소포 수(foam breaking water)가 공급될 수 있다.

그리고, 상기 제2포기조(40)에는 폐수가 이송될 수 있도록 하는 이동통로(미도시)에 의해 상기 제3무산소조(50)가 연결될 수 있으며, 이를 통해, 상기 제2포기조(40)를 거친 폐수는 상기 제3무산소조(50)로 유입될 수 있게 된다.

상기 제3무산소조(50)에서는 상기 제2포기조(40)로부터 유입되는 폐수 중의 미처 분해되지 못한 유기물질을 탄소원으로 하고, 후술할 제3포기조(80)에서 반송되는 질산성질소성분을 전자수용체로 하여 3차 탈질산화를 유도하게 된다.

여기서, 상기 제3무산소조(50)의 구성은 전술한 바와 같은 상기 제1무산소조(10)의 구성에 대응될 수 있다.

따라서, 상기 제3무산소조(50)에는 제3수중교반기(52)가 더 구비될 수 있으며, 상기 제3무산소조(50)에서의 탈질상태를 확인하기 위하여 수소이온지수 측정기, 산화환원전위차 측정기 및 용존산소량 측정기도 더 설치될 수 있다.

한편, 상기 제3무산소조(50)에는 상기 제1간헐포기조(60)가 연결되어 상기 제3무산소조(50)를 거친 폐수가 상기 제1간헐포기조(60)로 이동될 수 있도록 함이 바람직하며, 이를 위해, 상기 제1간헐포기조(60)와 상기 제3무산소조(50)는 이동통로(미도시)에 의해 서로 연결될 수 있다.

상기 제1간헐포기조(60)에서는 포기와 무산소 조건이 번갈아 발생될 수 있으며, 상기 제3무산소조(50)에서 유입되는 폐수 중의 유기물질이나 질산화물의 1차 제거가 이루어지게 된다.

그리고, 상기 제1간헐포기조(60)에는 상기 제2간헐포기조(70)가 더 연결됨이 바람직하며, 이를 통해, 상기 제1간헐포기조(60)를 미처 상기 제2간헐포기조(70)로 유입된 폐수 중의 미처 산화되지 못한 유기물질 및 질산화물이 통성미생물에 의하여 2차 제거될 수 있게 된다.

여기서, 상기 제2간헐포기조(70)에는 상기 폐수 정화유닛(100)이 더 구비됨이 바람직한데, 상기 폐수 정화유닛(100)에는 상기 공급라인(16)에 연결되는 공기공급부(도 5의 130)를 통해 공기가 공급됨이 바람직하다.

이를 통해, 상기 제2간헐포기조()에는 호기미생물을 위한 산소가 충분히 전달될 수 있으며, 미생물, 유기물질 및 산소와의 분해, 전달속도가 증가될 수 있게 된다.

이와 같이, 상기 제1간헐포기조(60) 및 상기 제2간헐포기조(70)에서 간헐포기가 이루어지고, 특히, 상기 폐수 정화유닛(100)에 의하여 유기물의 분해율이 높아짐에 따라 진행되는 미생물의 자산화로 점성이 해체되면서, 미생물이 분산되어 상등수를 탁하게 하는 것을 방지할 수 있게 된다.

즉, 상기 각 간헐포기조(60,70)에서의 간헐포기에 의하여 분산된 미생물을 덩어리(Floc) 형태로 유도하여 조대화할 수 있게 됨으로써, 덩어리진 미생물이 침강되도록 하여 후술할 정밀여과장치(81,81a)의 막힘 현상을 방지할 수 있게 된다.

그리고, 상기 각 간헐포기조(60,70)에서는 통성 혐기성 미생물인 바실루스(Bacillus), 토양미생물인 방선균(Actinomycin)의 생성이 유도됨이 바람직하며, 이러한 통성혐기성상태를 유지함으로써 잔류 유기물 및 질소성분을 탈질시키는 기능도 함께 수행될 수 있게 된다.

상기 각 간헐포기조(60,70)에는 호기와 무산소 간의 변화과정을 관찰하기 위하여 용존산소량 측정기(DO METER)(미도시)와, 적절한 통성 혐기성 상태가 유지될 수 있도록 하기 위한 별도의 제어장치(미도시)가 더 설치될 수 있다.

한편, 상기 제2간헐포기조(70)에는 상기 제3포기조(80)가 연결되어 폐수가 상기 제2간헐포기조(70)로부터 상기 제3포기조(80)로 이동되도록 함이 바람직하며, 이를 위해, 상기 제3포기조(80)와 상기 제2간헐포기조(70)는 이동통로(미도시)에 의해 서로 연결됨이 바람직하다.

그리고, 상기 제3포기조(80)에서는 상기 제2간헐포기조(70)로부터 유입된 폐수 중의 유기물질의 산화와 유기질소의 3차 질산화현상이 이루어짐이 바람직하다.

여기서, 상기 3차 질산화현상은 전술한 1,2차 질산화현상에 대응될 수 있으며, 상기 제3포기조(80)의 구성은 상기 제1,2포기조(30,40)의 구성에 대응되도록 이루어질 수 있다.

한편, 상기 제3포기조(80)에는 정밀여과장치(81)가 더 구비됨이 바람직하다.

여기서, 상기 정밀여과장치(81)는 폐수에 잠기도록 침지형으로 이루어지며, 0.2~0.4㎛의 공칭공경을 가지는 평막 형태의 마이크로 필터(Micro Filter)로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 정밀여과장치(81)는 내측에 공간이 형성되도록 이루어짐이 바람직하며, 소정의 간격으로 다수개가 구비될 수 있다.

또한, 상기 정밀여과장치(81)의 상측을 관통하여서는 배출관(83)이 연결됨이 바람직하며, 상기 정밀여과장치(81)를 통과하면서 미생물과 이물질 등이 필터링되 어 상기 정밀여과장치(81)의 내측에 유입된 정화된 폐수는 상기 배출관(83)을 통해 배출되게 된다.

그리고, 상기 제3포기조(80)에는 상기 정밀여과장치(81)를 통과하는 폐수의 유량(Flux)을 자동으로 제어하기 위한 제어장치(미도시)가 구비됨이 바람직한데, 여기서, 상기 제어장치는 유량·압력스위치(미도시) 및 상기 정밀여과장치(81)의 외측면에 공기를 분사하여 걸러진 미생물 등을 세척하기 위한 세정장치(미도시) 등을 제어함이 바람직하다.

이에 따라, 상기 제어장치는 상기 정밀여과장치(81)의 오염정도, 압력변화 및 유량변화에 따라서 상기 세정장치를 가동하여 상기 정밀여과장치(81)에 의해 걸러진 미생물 등을 세정하여 상기 정밀여과장치(81)로의 투과유량 감소와 압력 상승 현상을 최소화할 수 있게 된다.

이를 통해, 상기 정밀여과장치(81)는 상기 정밀여과장치(81)가 가지는 고유한 유량범위 및 압력범위 내에서 안정적이고 효과적인 기능이 가능해지게 된다.

그리고, 0.2~0.4㎛의 공칭공경을 가지는 상기 정밀여과장치(81)를 통과한 폐수에는 부유물질이 거의 없는 상태가 되어, 과산화수소의 첨가를 이용한 후술할 여과조(90)에서의 수산기(이하, 'OH Radical'로 표기함) 소모량이 상당량 감소할 수 있게 되어 약품사용량이 절감됨은 물론 처리효율이 높아질 수 있게 된다.

또한, 활성미생물의 침전 및 농축을 위한 분리조가 생략될 수 있어 공간의 활용도를 높일 수 있으며, 벌킹(bulking) 또는 사상균으로 인한 처리수질 악화 및 내부 침전슬러지의 부패로 인하여 침전물이 상승하여 처리수질이 저하되는 것도 방 지될 수 있다.

이와 같이 상기 정밀여과장치(81)는 대부분의 활성미생물은 물론 방선균, 바실러스균 등 침강성이 비교적 약한 미생물이나 활성화되지 못한 미생물까지도 분리가 가능하여 미생물의 유출을 최대한 억제할 수 있게 되므로, 상기 제3포기조(80) 내의 생태계를 건강하게 보전하는 것이 가능해지며 활성미생물의 양도 증가할 수 있게 된다.

나아가, 상기 정밀여과장치(81)는 대장균은 물론 병원균의 유출까지 방지가 가능하므로 본 폐수 정화장치에는 별도의 소독장치가 필요하지 않게 된다.

그리고, 이러한 활성미생물 양의 증가는 F/M비를 높게 유지하도록 함으로써 유기물질의 분해능력이 증가되어 상기 제3포기조(80)의 용적을 줄일 수 있으며, 이에 따라 설치 및 운용시 경제성이 향상될 수 있다.

또한, 동일한 용적을 가지는 경우에는 일반적인 미생물 반응조에서 보다도 상기 제3포기조(80)에서 미생물을 통한 분해시간이 늘어날 수 있으므로, 난분해성 유기물질(NBDCOD)의 제거 효율도 높아질 수 있다.

더욱이, 활성미생물 양의 증가는 충격부하에 매우 강하게 대응할 수 있도록 하므로, 원수의 농도변화에 대처하는 능력도 증가될 수 있게 된다.

상기 제3포기조(80)에는 제2반송펌프(85)가 더 구비될 수 있는데, 상기 제2반송펌프(85)에는 반송라인(86)이 연결되어 상기 제3포기조(80)에서 유기질소 및 암모니아성 질소의 산화에 의해 생성된 NO₃- 및 NO₂- 물질을 상기 제1포기조(30), 상기 제3무산소조, 상기 제1간헐포기조(60) 및 상기 제2간헐포기조(70)로 반송되도록 하여 탈질되도록 유도하게 된다.

한편, 상기 제3포기조(80)에는 상기 여과조(90)가 더 연결됨이 바람직하며, 이에 따라, 상기 제3포기조(80)를 거친 폐수는 상기 여과조(90)로 유입되게 된다.

상기 여과조(90)에서는 PH조절공정 및 산화반응공정을 포함하는 공정이 이루어지게 되며, 정밀여과장치(81a)가 더 구비됨으로써 폐수 중의 난분해성 유기물의 제거, 미생물의 유출 방지 그리고 정밀 여과를 통해 정화된 물의 안전한 방류가 보다 안정적으로 이루어질 수 있게 된다.

한편, 상기 각 반응조(10,20,30,40,50,60,70,80)에는 각각 별도의 이송라인(미도시)이 연결되어 상기 각 반응조(10,20,30,40,50,60,70,80)로부터 액체비료가 공급되도록 할 수 있다.

이를 위하여, 상기 이송라인에는 액체비료 이송용 펌프(미도시)가 연결될 수 있으며, 수거되는 액체비료를 저장하기 위한 액체비료저장조(미도시)가 더 구비될 수 있다.

특히, 상기 정밀여과장치(81)에 의해 걸러진 부유물질이나 활성슬러지 등은 별도로 수거될 수 있으며, 수거 후 적절한 처리를 거쳐 액체비료로 사용되도록 함으로써 액체비료의 생산성이 보다 향상될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 폐수 정화장치의 폐수 정화유닛을 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 3의 A-A선 단면도이고, 도 5는 도 3의 B-B선 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 폐수 정화장치의 폐수 정화유닛을 나타낸 분해 사시도이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 폐수 정화장치의 폐수 정화유닛의 제2미생물반응기의 부분절개 사시도이다.

도 3 내지 도 7에서 보는 바와 같이, 하우징(110)은 상기 폐수 정화유닛(100)의 몸체를 이루게 되며, 형상에 특정한 한정이 있는 것은 아니나, 바람직하게는 육면체의 형상으로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 하우징(110)의 바닥부에는 제1미생물반응기(120)가 구비됨이 바람직한데, 여기서, 상기 제1미생물반응기(120)는 내측에 제1반응공간(121)이 형성되도록 형성된다.

또한, 상기 제1미생물반응기(120)는 상기 하우징(110)의 길이방향으로 연장 형성되되 양단부가 각각 상기 하우징(110)을 관통하도록 구비됨이 바람직하며, 이를 통해, 상기 제1반응공간(121)은 상기 하우징(110)의 외부와 연통되게 된다.

따라서, 상기 제1,2포기조(도 2의 30,40) 및 상기 제2간헐포기조(도 2의 70)에 수용된 폐수는 상기 제1반응공간(121)으로 자연스럽게 유입되거나 유출될 수 있게 된다.

상기 제1미생물반응기(120)는 상기 하우징(110)의 폭방향을 따라 복수개가 설치됨이 바람직하며, 이때 상기 제1미생물반응기(120)들은 측면이 각각 서로 밀착되도록 구비될 수 있다.

그리고, 상기 각 제1미생물반응기(120)의 내측공간, 즉, 상기 제1반응공간(121)에는 각각 공기공급부(130)가 구비됨이 바람직하다.

여기서, 상기 공기공급부(130)는 상기 제1반응공간(121)의 길이방향으로 구 비됨이 바람직한데, 공기가 이동할 수 있는 유로를 형성하도록 파이프로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 공기공급부(130)의 내측으로는 상기 제1송풍기(15)에 의해 송풍되는 공기가 공급될 수 있다.

또한, 상기 제1반응공간(121)의 내측에 위치되는 상기 공기공급부(130)에는 상기 제1반응공간(121)의 길이방향을 따라 소정의 간격으로 공급홀(131)이 형성될 수 있다.

이때, 상기 공급홀(131)은 드릴 등에 의해 생성될 수 있으며, 따라서, 상기 공급홀(131)은 미세한 크기가 아니라 어느 정도 큰 지름을 가지도록 형성될 수 있는데, 이와 같이, 상기 공급홀(131)은 어느 정도 큰 지름으로 형성되어도 무방하다.

따라서, 상기 공급홀(131)로부터 공급되는 공기는 거친 공기 방울(coarse bubble air)일 수 있으며, 이를 통해, 상기 공급홀(131)의 막힘이 방지될 수 있다.

여기서, 상기 공기공급부(130)에는 공기의 공급방향의 반대방향으로 에어 퍼지 밸브(air purge valve)(미도시)가 더 구비될 수 있다.

그리고, 상기 에어 퍼지 밸브를 정기적(예를 들면, 1~2개월 단위)으로 작동시킴으로써 상기 공기공급부(130) 내부의 이물질을 제거하여 상기 공급홀(131)이 미세공이 이물질 등에 의해 막히게 되는 것이 방지될 수 있다.

한편, 상기 공급홀(131)을 통해서 배출되는 공기가 상승함에 따라 형성되는 상승기류에 의하여 주변의 폐수는 상기 제1미생물반응기(120)의 내부로 계속해서 유입되게 되는데, 이와 같이 유입되는 폐수가 배출될 수 있도록 상기 제1미생물반응기(120)의 상부에는 배출구(123)가 형성됨이 바람직하다.

이때, 상기 제1미생물반응기(120)의 상부 형상은 특정한 형상으로 한정되는 것은 아니나, 바람직하게는 상기 제1미생물반응기(120)의 폭방향을 따라 양측으로 각각 하향 경사진 하향경사면(125)을 가지도록 형성될 수 있다.

따라서, 상기 하우징(110)의 하측에 구비되는 상기 제1미생물반응기(120)들은 상부가 전체적으로 산(∧)과 골(∨)이 반복되는 형상을 이루게 된다.

그리고, 상기 배출구(123)는 상기 각 하향경사면(125)에 형성되되, 상기 하향경사면(125)의 길이방향을 따라 소정의 폭으로 형성됨이 바람직하다.

이를 통해, 상기 제1반응공간(121)에서는 유입되는 폐수가 공기 및 유기물과 1차적으로 혼합되게 되며, 상승기류에 의해 상향으로 이동하다가 상기 배출구(123)를 통해 배출되게 된다.

여기서, 상기 제1미생물반응기(120)는 하나의 단일공간, 즉, 내부가 일체로 터져있는 상기 제1반응공간(121)을 가짐으로써 상기 제1반응공간(121)의 입구에서의 충격부하가 강해질 수 있다.

상기 공급홀(131)에는 노즐이 더 구비될 수도 있으며, 상기 노즐에서는 공기가 단순히 배출되는 것이 아니라 분사되도록 함으로써 공기의 상승기류가 증가되도록 하는 것도 가능하다.

한편, 상기 제1미생물반응기(120)의 상측에는 상기 제2미생물반응기(140)가 구비됨이 바람직하다.

여기서, 상기 제2미생물반응기(140)는 내측에 제2반응공간(141)이 형성되도록 밀폐형성됨이 바람직하다.

그리고, 상기 제2미생물반응기(140)는 다층으로 구비됨이 바람직한데, 상기 하우징(110)의 길이방향, 폭방향 및 높이방향으로 각각 복수개가 구비됨이 바람직하다.

따라서, 상기 제2미생물반응기(140)들은 각각이 독립적으로 상기 제2반응공간(141)을 가지게 된다.

그리고, 상기 제2미생물반응기(140)의 하부는 폭방향을 따라 양측으로 각각 상향 경사진 상향경사면(142)을 가지도록 형성됨이 바람직하다.

여기서, 상기 상향경사면(142)은 상기 제1미생물반응기(120)의 상부에 형성된 하향경사면(125)의 폭에 대응되도록 형성됨이 바람직하다.

이를 통해, 상기 제2미생물반응기(140)는 상기 제1미생물반응기(120)의 상측 사이사이, 즉, 상기 하향경사면(125)에 의해 형성되는 상기 골(∨)에 안정적으로 위치될 수 있게 될 뿐만 아니라, 상기 제2미생물반응기(140)들 또한 측면이 서로 밀착되도록 구비될 수 있다.

또한, 상기 각 상향경사면(142)에는 상기 상향경사면(142)의 길이방향을 따라 소정의 폭으로 유입구(143)가 형성됨이 바람직한데, 이때, 상기 유입구(143)는 상기 제1미생물반응기(120)의 상부에 형성된 상기 배출구(123)에 대응되도록 형성됨이 바람직하다.

이를 통해, 상기 제1반응공간(121)에서 공기 및 유기물과 1차로 혼합된 후에 상기 배출구(123)로 배출된 폐수는 상기 유입구(143)를 통해 상기 제2반응공간(141)으로 유입되게 되며, 상기 제2반응공간(141)의 내부에서 다시 2차로 혼합과정을 거치게 된다.

그리고, 상기 제2미생물반응기(140)의 상부는 폭방향을 따라 양측으로 각각 하향 경사진 하향경사면(145)을 가지도록 형성됨이 바람직하며, 이때, 상기 하향경사면(145)은 상기 제1미생물반응기(120)의 상부에 형성되는 상기 하향경사면(125)에 대응되도록 형성됨이 바람직하다.

또한, 상기 하향경사면(145)에는 상기 제1미생물반응기(120)의 상부에 형성된 상기 배출구(123)에 대응되는 형상으로 배출구(146)가 형성됨이 바람직하다.

그리고, 상기 제2미생물반응기(140)는 길이방향에 대한 단면형상이 육각형을 이루도록 형성됨이 바람직한데, 보다 바람직하게는 정육각형을 이룰 수 있으며, 이 경우, 적층된 상기 제2미생물반응기(140)들은 전체적으로 벌집 구조의 형태를 이룰 수 있다.

물론, 상기 제2미생물반응기(140)의 형상이 반드시 상술한 형태로 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 제2미생물반응기(140)는 길이방향에 대한 단면형상이 마름모형상을 이룰 수도 있다.

이와 같이, 상기 제2미생물반응기(140)는 상기 제1미생물반응기(120)의 상측에서 다층으로 차곡차곡 교차로 쌓아 올려질 수 있어 사적(Dead space)을 최소화할 수 있다.

따라서, 전체적으로는 상기 폐수 정화유닛의 크기가 감소될 수 있어 구조물의 부피를 줄일 수 있으며, 특히, 하수분야에서는 부지면적을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 시공비용 및 시공시간도 절약될 수 있다.

그리고, 상기 제1미생물반응기(120) 및 제2미생물반응기(140)는 별도의 고정장치(미도시)에 의해 고정될 수 있는데, 여기서, 상기 고정장치는 볼트 및 너트와 같은 체결요소나 적층시 결합위치를 안내할 수 있는 돌기부 및 홈부, 또는 슬라이드 방식으로 결합되도록 하기 위한 슬라이드 안내장치 등이 적용될 수 있다.

이러한 고정장치는 상기 각 미생물반응기(120,140)의 설치 및 분해를 용이하게 하기 위한 것으로, 시공 및 차후에 있을 유지보수 작업시에 편의성을 제공할 수 있게 된다.

또한, 상기 제1반응공간(121)과, 상기 제1미생물반응기(120)의 상측으로 구비되는 상기 제2반응공간(141)들이 상기 배출구(123,146)와 유입구(143)에 의해 서로 높이 방향으로 연통되되, 각각이 독립된 다단형의 반응공간을 가짐으로써 각 단계별로 폐수, 공기 그리고 미생물의 개별적인 반복 혼합이 가능해 진다.

즉, 상기 제1미생물반응기(120)와, 적층된 각각의 상기 제2미생물반응기(140)는 완전혼합형(CSTR, Continuous-Stirred Tank Reactor) 구조의 연속적인 연결 구조를 이루게 되고, 마개흐름(PFR, Plug Flow Reactor)을 유도함으로써 반응시간을 단축하고 단위 부피당 유기물의 분해속도를 극대화는 것이 가능해진다.

그리고, 이러한 유기물 분해속도의 증가는 분해시간의 단축으로 이어질 수 있는데, 이로 인하여 특히 고농도폐수(예를 들면, 축산분뇨, 소화액폐수, 음식물폐수, 매립장폐수, 분뇨 및 피혁, 제지 등)의 처리 효율을 높일 수 있다.

이에 따라, 상기 폐수 정화유닛은 10,000~15,000㎎/L의 미생물 농도를 가질 수 있으며, 이를 통해, 부하변동에 강하고, 분해시간이 단축되는 것이 가능하다.

한편, 상기 각 미생물반응기(120,140)를 통과할 경우, 고농도 유기물의 단위시간 및 단위부피당 분해속도 증가로 인한 분해열의 상승과, 공기의 압축, 혼합 및 교반으로 인한 내부열의 상승 그리고 축산폐수의 알칼리성 성향 등의 영향으로 인하여 질산성에서 질소로 미처 산화되지 못한 암모니아성 질소 성분형성될 수 있는데, 이러한 암모니아성 질소 성분이 내부공기의 상승기류를 따라 올라가서 스트리핑(stripping) 됨에 따라 부가적인 탈질효과를 가져오게 된다.

따라서, 상기 하우징(110)의 상부에는 탈취를 위한 배관장치(미도시)가 더 구비될 수 있는데, 여기서, 상기 배관장치는 상승기류를 모으기 위한 후드(hood)와, 상기 후드에 연결되는 덕트(duct)를 포함하여 이루어질 수 있으며, 탈취방법은 미생물에 의한 소멸방법이 적용될 수 있다.

그리고, 상기 제2반응공간(141)에는 순환유도부(150)가 구비됨이 바람직하다.

여기서, 상기 순환유도부(150)는 상기 제2반응공간(141)의 하측에 쌍을 이루어 상기 제2미생물반응기(140)의 길이방향으로 구비됨이 바람직하다.

그리고, 상기 순환유도부(150)는 상기 제2미생물반응기(140)의 하부에 형성된 상기 유입구(143)로 유입된 폐수가 부딪힐 수 있도록 상기 유입구(143)의 상측에 위치됨이 바람직하며, 양측이 각각 상향으로 경사지게 구비됨이 바람직하다.

이를 통해, 상기 유입구(143)로 유입되는 폐수는 상향이동하다가 상기 순환 유도부(150)의 하면에 부딪히게 되면서 상기 순환유도부(150)의 경사각도에 따라 양측으로 이동하도록 안내되게 된다.

그리고, 상기 제2반응공간(141)의 측면에서 상향이동하는 폐수는 상승기류에 의한 공기 에너지가 더해져 선회력이 증가하게 되며, 이에 따라 상기 제2반응공간(141)에서의 혼합의 강도가 극대화될 수 있어 산소의 전달 및 유기물의 분해효율이 높아질 수 있다.

또한, 상기 순환유도부(150)에 의해 폐수의 선회력이 증가되고, 이에 따라, 폐수가 상기 제2반응공간(141)에서 순환됨에 따라 상기 제2반응공간(141)에 슬러지 또는 미생물 혼합물(floc)이 바닥에 침전되는 것도 방지될 수 있게 된다.

이에 따라, 침전 슬러지의 부패 및 부패된 침전물의 상승으로 인하여 처리수질이 저하되는 것도 방지될 수 있다.

상기 순환유도부(150)의 폭은 상기 유입구(143)로 유입된 폐수가 양측으로 상향이동하도록 안내할 수 있을 정도로 이루어지면 충분하며, 폐수의 선회를 방해하지 않을 정도의 폭으로 형성됨이 바람직하다.

또한, 상기 순환유도부(150)의 경사각도는 상기 제2미생물반응기(140)의 하부를 이루는 상기 상향경사면(142)의 경사각도에 대응됨이 바람직하다.

여기서, 상기 제2미생물반응기(140)의 하부가 수평하게 형성되는 경우에는, 상기 순환유도부(150)의 경사각도는 폐수를 양측으로 안내하여 폐수의 순환이 이루어지기에 충분한 경사각도로 적절하게 구비될 수 있다.

또한, 상기 하우징(110), 상기 제1미생물반응기(120), 상기 제2미생물반응 기(140) 그리고 상기 순환유도부(150)는 폐수에 잠기게 되므로, 부식 및 내식성 등이 우수한 재질로 이루어짐이 바람직함은 물론이다.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 폐수 정화장치의 여과조의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.

도 8에서 보는 바와 같이, 상기 여과조(90)는 제1반응조(91), 제2반응조(92), 제3반응조(93) 그리고 정밀여과장치(81a)를 포함하여 이루어질 수 있다.

먼저, 상기 제3포기조(도 2의 80)의 정밀여과장치(도 2의 81)를 거친 정화된 폐수는 상기 제1반응조(91)로 유입될 수 있으며, 상기 제1반응조(91)에 수용된 폐수에는 황산이 공급됨이 바람직하다.

이때, 상기 황산 공급량은 폐수가 적정 PH 처리범위에서 벗어나지 않도록 함으로써, 후술할 상기 제2반응조(92)에서의 산화반응 효율이 낮아지지 않게 적절하게 제어됨이 바람직하다.

즉, 상기 제1반응조(91)에서는 폐수의 PH가 적정 처리범위에서 벗어나지 않도록 함으로써 촉매제로 사용되는 철이온(Fe², Fe⁺³)이 Fe(OH)³로 침전되어 제거되거나, Fe 착물로 형성되어 촉매제로서의 소모가 증가는 것을 방지하고, 이를 통해 효율이 낮아지는 것을 방지하게 된다.

그리고 이에 따라, 폐수 내에 존재하는 이온종의 형태와, 산화제인 OH Radical이 생성되는 산화환원(oxidation and reduction)반응의 전위가 펜톤 산화(Fenton Oxidation) 공정에 적합하게 조절될 수 있게 된다.

이를 위해, 상기 여과조(90)에는 상기 제1반응조(91)에 공급되는 황산의 양을 제어하기 위한 제어장치(미도시)가 더 구비될 수 있다.

한편, 상기 제1반응조(91)를 거치면서 적정 PH범위로 조절된 폐수는 상기 제2반응조(92)로 이동하게 되며, 상기 제2반응조(92)에서는 수용된 폐수에 제1철염과 과산화수소가 공급됨이 바람직하다.

여기서, 상기 과산화수소는 산화제로 사용되어 Fe⁺², Cu⁺², Mn⁺², Co⁺² 등의 금속이온과의 반응으로부터 주로 OH Radical을 생성하게 되며, 상기 제1철염은 촉매제로써 상기 과산화수소와 혼합하고 반응하여 강력한 산화제인 OH Radical을 생성시키게 된다.(이러한 공정을 펜톤 산화공정이라 한다).

그리고, 이러한 강력한 산화제인 OH Radical을 이용하여 축산폐수 및 음식물폐수 등에 높게 포함되어 일반적인 생물학적처리공정을 거쳐도 분해율이 매우 낮은 난분해성유기물(NBDCOD) 성분이 제거될 수 있게 된다.

따라서, 방류수질의 향상과 색도 제거 및 독성물질의 제거가 효과적으로 이루어지는 것이 가능해진다.

여기서, 상기 제1철염과 과산화수소는 축산폐수 및 음식물폐수 등에 대한 충분한 실험 데이터를 근거로 최고효율의 산화효율을 나타낼 수 있는 주입량과 주입비로 공급됨이 바람직하다.

이와 같이, 제1철염과 과산화수소의 공급량 및 공급비를 적절히 함으로써 철염 주입량이 과산화수소의 주입량에 비해 상대적으로 많아짐에 따라 철염으로 인한 슬러지의 증가, 처리비용 증가 및 처리효과의 저하가 방지될 수 있게 된다.

또한, 과산화수소의 주입량이 상대적으로 적음에 따른 유기물 제거효과의 저하나, 과량의 과산화수소가 주입됨으로써 시약소비로 인한 비용 상승 및 반응 중 발생하는 산소가 물속에 용존되지 못하고 떠오르면서 미생물 덩어리(Floc)의 침전을 방해하여 슬러지를 부상시키고, 잔존 과산화수소로 인하여 COD값이 상승되는 것도 방지될 수 있게 된다.

한편, 상기 제2반응조(92)를 거친 폐수는 상기 제3반응조(93)로 유입되고, 상기 제3반응조(93)에 수용된 폐수에는 가성소다가 공급됨이 바람직한데, 이를 통해, 상기 제3반응조(93)에서는 폐수의 산화도(PH)가 다시 조절될 수 있게 된다.

여기서, 가성소다의 공급 양은 황산의 양을 제어하기 위한 상기 제어장치에 의해 같이 제어될 수 있다.

그리고, 상기 제1반응조(91)와 상기 제3반응조(93)에는 정확한 PH조절을 위하여 PH 센서(미도시)가 연결됨이 바람직하며, 상기 PH 센서는 상기 제어장치에 의해 제어될 수 있다.

이때, 상기 PH 센서는 황산 및 가성소다의 주입지점이 아닌 곳을 PH 분석지점으로 하도록 구비됨이 바람직하며, 이를 통해, 산·알칼리제가 직접적으로 상기 PH 센서에 접촉되는 것을 방지함으로써 오작동을 방지될 수 있게 된다.

그리고, 상기 제3반응조(93)에는 폐수에 잠기도록 상기 정밀여과장치(81a)가 구비됨이 바람직하다.

여기서, 상기 정밀여과장치(81a)는 상술한 정밀여과장치(도 2의 81)와 동일 한 구성을 이룰 수 있다.

이에 따라, 상기 정밀여과장치(81a)는 상기 제3반응조(93)로 유입된 폐수 중에 있을 수 있는 부유물질(SS:suspended solids)을 제거하고 COD를 낮출 수 있게 된다.

따라서, 후처리로서 여과공정 등의 방법을 이용할 수 있도록 하기 위한 추가적인 시설(예를 들면, 고분자 응집제를 투입하여 입자를 조대화하는 농축조나, 조대화된 오염물질을 침전이나 부상 등의 방법으로 제거하는 분리조)을 위한 투자비가 절약될 수 있고, 시설공간이 줄어들 수 있으며, 유지관리 항목이 감소될 수 있다.

또한, 안전장치로서 활성탄을 이용하더라도 부유물질로 인하여 활성탄의 공극이 폐쇄되는 현상이 방지되므로 흡착효율이 유지될 수 있을 뿐만 아니라, 수명도 연장될 수 있어 유지관리비용이 절감될 수 있게 된다.

상기 제3반응조(93)를 거친 폐수는 정밀 여과로 인하여 탁도가 거의 없는 맑은 수질로 정화되어 안전하게 방류될 수 있게 된다.

한편, 상기 제1반응조(91), 제2반응조(92) 및 제3반응조(93)에는 각각 폐수에 황산, 제1철염, 과산화수소 그리고 가성소다가 잘 교반될 수 있도록 교반장치(97)가 구비될 수 있으며, 상기 교반장치(97)는 모터(98)에 의해 동력을 제공받을 수 있다.

그리고, 상기 여과조(90)에는 상기 정밀여과장치(81a)의 하측으로 공기가 공급될 수 있도록 하는 제2송풍기(99)가 구비될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정한 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형의 실시가 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 폐수 정화장치의 흐름도.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 폐수 정화장치의 구성도.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 폐수 정화장치의 폐수 정화유닛을 나타낸 사시도.

도 4는 도 3의 A-A선 단면도.

도 5는 도 3의 B-B선 단면도.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 폐수 정화장치의 폐수 정화유닛을 나타낸 분해 사시도.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 폐수 정화장치의 폐수 정화유닛의 제2미생물반응기의 부분절개 사시도.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 폐수 정화장치의 여과조의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 제1무산소조 20: 제2무산소조

30: 제1포기조 40: 제2포기조

50: 제3무산소조 60: 제1간헐포기조

70: 제2간헐포기조 80: 제3포기조

81,81a: 정밀여과장치 90: 여과조

100: 폐수 정화유닛 110: 하우징

120: 제1미생물반응기 121: 제1반응공간

123,146: 배출구 130: 공기공급부

131: 공급홀 140: 제2미생물반응기

141: 제2반응공간 143: 유입구

150: 순환유도부

Claims

폐수 중의 유기물질을 탄소원으로 하여 질산성 질소의 1차 탈질산화가 이루어지는 제1무산소조;

상기 제1무산소조와 연결되어 상기 제1무산소조를 거친 후 유입된 폐수 중의 질산성 질소의 2차 탈질산화가 이루어지는 제2무산소조;

상기 제2무산소조에서 유입되는 폐수 중의 유기물질이 산화되고 유기질소의 1차 질산화가 이루어지는 제1포기조;

상기 제1포기조와 연결되어 상기 제1포기조를 거친 후 유입되는 폐수 중의 유기물질의 산화와 유기질소의 2차 질산화가 이루어지고, 폐수 중 일부는 상기 제1무산소조와 상기 제2무산소조로 반송되도록 하는 제2포기조;

상기 제2포기조로부터 유입되는 폐수 중의 미처 산화되지 못한 유기물질을 탄소원으로 하여 질산성 질소의 3차 탈질산화가 이루어지는 제3무산소조;

상기 제3무산소조와 연결되고, 포기와 무산소 조건이 번갈아 발생되도록 하여 상기 제3무산소조에서 유입되는 폐수 중의 유기물질이나 질산화물의 1차 제거가 이루어지는 제1간헐포기조;

상기 제1간헐포기조로부터 유입되는 폐수 중의 미처 산화되지 못한 유기물질이나 질산화물의 2차 제거가 이루어지는 제2간헐포기조;

상기 제2간헐포기조에서 유입되는 폐수 중의 유기물질의 산화와 유기질소의 3차 질산화가 이루어지고, 폐수 중 일부가 상기 제1포기조, 상기 제3무산소조, 상기 제1간헐포기조 그리고 상기 제2간헐포기조로 반송되도록 하는 제3포기조; 그리고

상기 제3포기조에 수용되는 폐수에 잠기도록 구비되어 미생물의 유출이 방지되도록 유도하고 미생물과 맑은 물이 분리되도록 하는 정밀여과장치를 포함하여 이루어지는 폐수 정화장치.
제1항에 있어서,

상기 제1포기조, 상기 제2포기조 및 상기 제2간헐포기조에는 각각이 독립적으로 반응공간을 가지는 다수개의 미생물반응기를 포함하여 이루어져 폐수가 상향 이동하면서 공기 및 미생물과 반복 혼합되도록 하여 반응속도를 높이는 폐수 정화유닛이 구비됨을 특징으로 하는 폐수 정화장치.
제2항에 있어서,

상기 반응공간에는 하측으로부터 유입되는 폐수가 상기 반응공간의 양측으로 상향 이동하면서 상기 반응공간에서 순환하도록 하여 폐수의 선회력이 증가되도록 양측으로 상향 경사진 순환유도부가 구비됨을 특징으로 하는 폐수 정화장치.
제1항에 있어서,

상기 제3포기조를 거친 폐수로부터 색도 및 난분해성 유기물질이 제거될 수 있도록 상기 제3포기조에는

수용된 폐수에 황산이 공급되어 산화도를 조절하는 제1반응조;

상기 제1반응조를 거친 폐수에 제1철염 및 과산화수소가 공급되어 산화반응이 일어나며 난분해성 물질이 제거되는 제2반응조; 그리고

상기 제2반응조를 거친 폐수에 가성소다가 공급되어 산화도를 재조절하는 제3반응조를 포함하여 이루어지는 여과조가 더 구비됨을 특징으로 하는 폐수 정화장치.
제4항에 있어서,

상기 제3반응조에는 상기 정밀여과장치가 구비됨을 특징으로 하는 폐수 정화장치.