KR100974307B1 - 미생물 배양기를 이용한 오, 폐수 및 중수 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미생물 배양기를 이용한 오, 폐수 및 중수 처리 장치에 관한 것으로, 특히 침사조, 스크린조, 유량 조정조, 폭기조 및 침전조를 포함하는 중수 처리 장치에 있어서, 폭기조의 처리수 일부를 유입시켜 활성화한 다음 유량조정조 또는 폭기조에 재 투입하는 미생물 배양기를 포함하는 오, 폐수 및 중수 처리 시스템을 제공한다. 본 발명의 오, 폐수 및 중수 처리 장치는 미생물 증식에 의한 질소 및 인 제거 효율을 증대시킬 수 있으며, 중공사 막 필터를 이용하여 저분자, 고분자 및 콜로이드성 입자를 효과적으로 제거할 수 있다.

중수, 오, 하수, 생물학적 처리, 중공사 막 필터

Description

미생물 배양기를 이용한 오, 폐수 및 중수 처리 장치{SEWAGE, WASTE WATER AND HEAVY WATER TREATMENT SYSTEM USING BIOREACTOR SYSTEM FOR MICROORGANISM}

도 1은 본 발명의 일 실시예로 오, 폐수 및 중수 처리 장치를 도시한 것이다.

도 2는 본 발명의 미생물 배양기를 이용한 경우 폭기조 내 미생물 활성도 변화를 AOU로 나타낸 그래프이다.

도 3은 본 발명에 따른 미생물 배양기의 전체 구성을 도시한 개략적인 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 미생물 배양기의 개략적인 평면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 미생물 배양기의 개략적인 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

20 : 배양통 21 : 투입구

23 : 레벨게이지 24 : 배출관

25 : 단열재 30 : 공급관

31 : 공급펌프 40 : 송풍기

41 : 에어공급호스 50 : 저온히터

51 : 고온히터 52 : 제어수단

60, 61 : 분사파이프 62, 63 : 분사노즐

[발명이 속하는 기술분야]

본 발명은 미생물 배양기를 이용한 오, 폐수 및 중수 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 오, 폐수 및 중수 처리 장치에 미생물 배양기를 별도로 설치하여 폭기조로부터 유입한 다음 상기 배양기에서 활성화된 배양액을 유량조정조 또는 폭기조에 재투입함으로써 효과적인 생물학적 처리공정이 용이할 뿐만 아니라 중공사막 필터 장치를 도입하여 부유물질을 제거할 수 있는 중수처리 시스템에 관한 것이다.

[종래기술]

오, 폐수 처리방법은 물리화학적 방법과 생물학적 방법이 있다. 물리화학적 방법은 비용이 많이 들고, 처리 후의 부산물을 재처리해야 하는 단점이 있다. 반면에 생물학적 방법은 상당량의 유기물 성분을 이산화탄소의 형태로 분해 및 안정시키거나 메탄가스를 생성시켜 오, 폐수내 유기물을 제거시킴으로써 처리 후 부산물 생성량이 비교적 적다.

생물학적 처리방법은 주로 미생물을 이용하여 오, 폐수내의 오염물질을 분해, 해독 및 분리시키는 방법으로, 도시생활하수의 2차 처리, 유기물을 함유한 공장 오, 폐수 및 이로부터 생성되는 슬러지의 처리에 주로 사용되며, 비교적 저렴한 경비와 다양한 공정 등으로 세계적으로 가장 널리 사용되고 있는 방법이다.

생물학적 방법은 산소의 이용 유무에 따라 호기성 처리와 혐기성 처리로 구분된다. 호기성 처리에는 활성슬러지법, 살수여상법, 회전원판법, 산화지법 등이 있으며, 혐기성 처리에는 혐기성 소화법, 정화조법 등이 있다.

호기성 처리법에서 가장 대표적인 방법인 활성오니법은 폭기조(aeration tank) 내에 공기를 주입하여 오, 폐수 속에 존재하는 미생물의 호기성 대사에 의해 유기물을 이산화탄소와 물로 분해시키고, 미생물 생물량을 증가시켜 오, 폐수 중의 유기물을 분해 및 제거하는 방법이다. 활성오니법을 이용한 오, 폐수의 처리 공정은 다음과 같다.

(1) 유입수를 원 오,폐수저조에 도입 -> 수량 및 pH를 조절하여 침전하기 쉬운 부유물을 제거.

(2) 폭기조 -> 호기성 미생물을 유동상태에서 폭기시키면 오, 폐수중의 유기물을 산화분해시켜 제거.

(3) 침전조 -> 플록상의 활성오니를 침강 분리시켜 그 일부를 반송 활성오니 라인을 통하여 폭기조로 반송하고, 다른 일부는 잉여오니로서 탈수처리 및 처분하며 침전조의 상등수를 최종적으로 소독하여 방류.

상기 폭기조는 생물학적 처리방법에서 핵심적인 반응조로, 주로 콘크리트 구조물로 만들어진 반응기이다. 폭기조 그 내부에는 활성오니라 불리는 미생물 덩어리가 포함되어 있으며, 이들 미생물은 세균류, 진균류, 원생동물 및 후생동물의 각기 다른 개체군의 미생물에 의해서 구성되는 혼합 배양체로서, 오, 폐수 중에 녹아 있는 용존 산소를 이용하여 증식하며 유기성 오염 물질을 영양 성분으로 이용하여 유기성 오염 물질을 분해, 제거한다. 활성 오니법에서 오, 폐수중의 가용성 유기물을 직접 분해하는 것은 세균(bacteria)이며, 이들에 의해 대부분의 유기물 분해가 이루어진다. 이 때 폭기조의 화학적 산소 요구량(COD) 부하에 따라 활성오니를 구성하는 미생물 상이 다르게 되며 이 오, 폐수중 가장 유기물 부하가 높은 폭기조의 폭기액내에는 활성이 강한 세균들이 존재하게 된다.

한편, 중수도 시스템은 상수도로 공급되는 여러가지 용도 중에서 주방용수, 화장실용수, 청소용수 및 주방 배수 등의 잡배수를 시스템 자체에서 정화하여 재이용하는 시스템이다. 중수도 시스템에 의하여 생산된 중수는 일반적으로 냉각용수, 청소용수, 세차용수 및 정원수 등으로 사용된다.

통상적인 중수도 처리 장치는 모래 등의 이물질을 제거하는 침사조, 대형 협잡물을 제거하는 스크린조, 유입되는 오수 및 잡배수의 부하변동을 조절하는 유량 조정조, 유입된 오수 및 잡배수에 함유된 유기물을 제거하는 폭기조, 발생된 슬러지를 침전시키는 침전조, 침전조에서 분리된 처리수를 여과공정의 수행을 위해 집수하는 완충수조, 완충수조를 통과한 물의 부유물질을 제거하기 위한 여과조, 여과된 물의 미 분해물질 및 냄새, 탁도를 제거하기 위한 활성탄조, 역 세정을 위한 역세수조 및 처리수중의 유해세균을 없애기 위한 소독조로 구성된다. 최근에는 전단부분의 생물학적 처리 효율이 떨어짐으로써 일반적인 중수 처리 장치의 활성탄조의 활성탄 역가가 떨어지는 단점을 보완하기 위해 한외 여과막(Ultra filtration)을 이용한 중수 처리 시스템이 대한민국 특허 제 10-0247380호에 공지된 바 있다.

물리, 화학적 처리가 포함된 오, 폐수 및 중수 처리 장치에서는 생물학적 처리공정이 가장 중요한 단계로, 미생물을 이용한 생물학적 처리 상태에 따라 방류수의 처리 수질이 영향을 받게 된다. 오, 폐수 및 중수의 경우 유량 조정조에 유입되는 유입수의 유기물 농도가 일정하지 않을 경우 생물학적 처리 효율에 영향을 미치게 되어, 유기물의 농도가 높을 경우 폭기조에서는 고농도 유기물 유입시 빠른 시간내에 활성이 강한 미생물을 증식 시켜 처리 수질을 안정화시킬 수 있으나, 통상적으로는 반송 슬러지양의 조절 및 유기물 농도 조절에 의한 수질 안정화 방법이 보편적으로 사용되고 있다.

국제특허공개 제 96-15992호에서는 미생물 발효 탱크에 4종의 호기성 미생물과 혐기성 미생물을 투입하여 악취, 유해가스 및 유해물질을 배출하지 않고 하수를 처리하는 기술을 공지하여 오·폐수처리 효율을 극대화할 수 있는 방법을 개시하였다. 그러나 이러한 방법은 발효기내에서 미생물을 증식시키는 방법이 아닌, 자연에서 분리된 특정 미생물을 투입하여 하수 슬러지에 적용시켜 유해가스 등을 제거하는 방법으로, 투입된 균이 슬러지에 구축되거나 적응하는데 장시간이 소요되는 단점이 있다.

상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 오, 폐수 및 중수의 생물학적 처리에서 미생물에 의한 분해를 극대화할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 중수 처리 장치에 미생물 배양기를 별도로 두어, 고농도의 혼합액부유고형물(MLSS) 운전이 가능한 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명의 중공사막 필터 장치를 도입하여 효과적으로 부유물질을 제거할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 (a) 오수 및 잡배수에 함유된 이물질이나 협잡물을 침전시키는 침전공정, (b) 첨전공정에서 처리된 처리수의 대형 협잡물을 제거하는 스크리닝공정, (c) 스크리닝공정에서 처리된 처리수의 부하변동을 조절하는 유량조정공정, (d) 유량조정공정으로부터 유입된 처리수에 함유된 유기물을 미생물에 의하여 분해, 제거하는 폭기공정, (e) 폭기액 일부가 미생물 배양기에 투입되어 배양된 다음 유량조정공정 또는 폭기공정으로 재투입되는 미생물배양공정 및 (e) 폭기공정에서 처리된 처리수의 슬러지를 침전시키는 침전공정을 포함하는 오, 폐수 및 중수 처리방법을 제공한다.

또한 본 발명은 오, 폐수 또는 중수원수를 처리하는 침사조, 스크린조, 유량 조정조, 폭기조 및 침전조를 포함하는 오, 폐수 및 중수 처리 시스템에 있어서, 폭기조의 처리수 일부를 유입시켜 활성화한 다음 유량조정조 또는 폭기조에 재 투입하는 미생물 배양기를 포함하는 오, 하수 및 중수 처리 장치를 제공한다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 침전공정, 스크리닝 공정, 유량 조정공정, 폭기공정, 침전공정 및/또는 소독공정으로 이루어진 오, 폐수 및 중수 처리 공정에서 별도의 미생물 배양기에서 배양된 미생물을 폭기공정에 도입하는 미생물배양공정을 포함하는 오, 폐수 및 중수 처리 방법에 관한 것이다.

보다 구체적인 본 발명의 오, 폐수 및 중수 처리 방법은 (a) 오수 및 잡배수에 함유된 이물질이나 협잡물을 침전시키는 침전공정, (b) 대형 협잡물을 제거하는 스크리닝공정, (c) 잡배수의 부하변동을 조절하는 유량 조정공정, (d) 미생물 배양기에서 배양된 미생물이 투여되고, 상기 미생물에 의하여 유기물을 분해, 제거하는 폭기공정, (e) 폭기액 일부가 미생물 배양기에 투입되어 배양된 다음 유량조정공정 또는 폭기공정으로 재투입되는 미생물배양공정 및 (f) 부산물로 생성된 슬러지를 침전시키는 침전공정을 포함한다. 또한 오, 하수 및 중수 처리 방법은 침전공정이후에 중공사 막 필터 여과공정 또는 소독공정을 더욱 포함할 수 있다.

상기 침전공정, 스크리닝공정, 유량 조정공정, 폭기공정, 침전공정, 중공사 막 필터 여과공정 및 소독공정은 통상의 오, 폐수 처리방법으로 실시할 수 있다.

상기 미생물 배양기는 폭기공정에서 폭기액을 공급받아 배양한 다음 이를 다시 유량조정공정 또는 폭기공정에 투입하게 된다. 미생물 배양기는 20 내지 40 ℃로 유지되며, 폭기액 또는 미생물을 배양한 후 배양액을 100 내지 5000 ppm 의 농도로 유량조정공정 또는 폭기공정에 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명의 오, 폐수 및 중수 처리방법을 이용한 일 실시예인 오, 폐수 및 중수 처리 장치를 도 1에 도시한다. 도 1에 도시된 오, 폐수 및 중수 처리 시스템은 침사조, 스크린조, 유량 조정조, 폭기조, 미생물 배양기, 침전조를 포함하며, 폭기조의 처리수 일부를 유입시켜 활성화한 다음 유량조정조 또는 폭기조에 재 투입하는 미생물 배양기를 포함한다.

상기 미생물 배양기는 미생물의 배양이 이루어지는 배양통과 상기 배양통 상부로 연결설치되는 공급관과, 공급관 상에 설치되어 배양액을 배양통으로 공급하기 위한 펌프를 포함하여 배양통 내에 배양시키고자 하는 용액 및 유, 무기 배지를 공급하기 위한 공급부, 에어공급용 송풍기로부터 공기를 공급받아 배양통 내의 배양액에 공기를 분사하고 배양액을 교반시키기 위한 교반부, 배양통 내부로 설치되는 히터, 히터를 제어작동시키기 위한 제어수단을 포함하여 배양액의 온도유지 및 살균을 수행하기 위한 온도제어부, 및 배양액을 배출하기 위한 배출관과 배출관 상에 설치되어 배양액을 폭기조 또는 유량조정로 공급하기 위한 펌프를 포함하는 배출부를 포함한다.

상기 교반부는 송풍기에 연결되어 배양통의 측면을 따라 수직으로 세워져 설치는 에어공급호스와, 에어공급호스에서 배양통 측면을 통해 내부로 연장된 두 개의 분기라인, 각 분기라인 끝단에 연결설치되는 환형의 분사파이프, 상부 분사파이프의 외주면을 따라 배열되어 분사파이프의 외측방향에서 하부방향의 범위 내를 향하도록 설치되는 분사노즐, 하부 분사파이프의 외주면을 따라 배열되어 분사파이프의 내측방향에서 상부방향의 범위 내를 향하도록 설치되는 분사노즐을 더욱 포함할 수 있다.

일 실시예로 본 발명의 미생물 배양기를 첨부된 도 3 내지 5를 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 미생물 배양기의 전체 구성을 도시한 개략적인 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 미생물 배양기의 개략적인 평면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 미생물 배양기의 개략적인 단면도이다.

상기한 도면에 의하면, 본 발명은 베이스프레임(10)에 지지되어 수직으로 세워진 원통형태의 배양통(20)과, 배양통 상부로 연결되어 배양통에 배양액을 투입하기 위한 공급관(30), 베이스프레임에 설치되고 공급관이 연결되어 공급관으로 배양액을 보내기 위한 공급펌프(31), 베이스프레임 일측에 설치되는 에어공급용 송풍기(40), 송풍기에 연결되어 공기를 공급하기 위한 에어공급호스, 배양통 내부에서 상하로 일정간격을 두고 에어공급호스(41)에 연결되는 환형의 분사파이프(60,61), 상하분사파이프를 따라 일정각도로 배열설치되어 배양액을 교반시키기 위한 분사노즐(62,63), 배양통(20) 내부로 설치되어 배양액을 가열하기 위한 저온히터(50), 배양통 내부로 설치되어 배양액 배출후 배양통 내부를 고온으로 살균하기 위한 고온히터(51), 각 히터를 제어작동시키기 위한 제어수단(52)을 포함하여 이루어진다.

상기 배양통(20)은 외측면에 전체적으로 풀리우레탄 등의 단열재(25)가 부착설치되고, 상부에는 배지 등을 투입하기 위한 투입구(21)가 형성되며, 투입구에는 덮개(22)가 설치되어 필요시 투입구를 개폐시킬 수 있도록 되어 있다.

배양통(20)의 외측에는 투명관으로 된 레밸게이지(23)가 수직으로 설치되어 배양통(20) 내부의 수위를 확인할 수 있고, 일측에는 배양액의 온도를 확인하기 위한 온도계(도시되지 않음)가 설치되며, 배양통(20)의 저면에는 배양 완료된 배양액을 배출시키기 위한 배출관(24)이 설치된다.

공급펌프(31)는 베이스프레임(10) 위에 고정설치되며 배양통 외부에 위치한 폐수 처리장의 폭기조 등과 공급관(30)을 통해 연결되어, 처리장의 폭기액 등을 끌어올려 배양통(20) 상부로 연결된 공급관(30)을 통해 배양통 내부로 배출시키게 된다.

또한, 공급관(30)의 일측으로 압력계(32)가 설치된다.

송풍기(40)는 베이스프레임 일측에 고정설치되고, 송풍기에 연결되는 에어공급호스(41) 일측에는 에어에 함유되어 있는 이물질을 걸러내기 위한 에어필터(42)가 더욱 설치되어, 배양 조건에서 요구되는 최적의 청정 에어를 배양액에 공급하게되며, 에어필터를 전후로 에어공급호스(41)를 개폐시키기 위한 솔레노이드밸브(43)가 설치된다.

에어공급호스(41)는 배양통의 측면을 따라 수직으로 세워져 설치되며, 에어공급호스의 하단과 하단으로부터 일정간격 위쪽에서 배양통쪽으로 라인(43, 44)이 각각 분기되어 배양통 측면을 통해 내부로 연장설치되고, 분기된 각 분기라인(43, 44) 끝단에 각각 환형의 분사파이프(60, 61)가 연결 설치된다.

분사파이프(60, 61)는 내부가 빈 환형의 파이프로써, 배양통(20)과 일정거리를 두고 배양통의 중앙에 위치하며 분사파이프의 일측에 분기라인의 끝단을 연결하여 지지할 수 있고, 또는 분사파이프에 중심을 가로지르는 연결관을 설치하고, 배양통 내부로 진입한 분기라인은 배양통 중앙부에서 하향 절곡되어 상기 연결관에 연결설치함으로서 분사파이프를 지지할 수 있다.

이때, 에어는 에어공급호스와 분기라인을 거쳐 연결관을 통해 분사파이프로 보내지게 된다.

에어공급호스에서 분기된 각 분기라인(43, 44) 상에는 솔레노이드밸브(45)가 설치되어 분기라인을 각각 개페시키게 된다.

그리고 상기 온도제어부를 이루는 저온히터(50)는 배양시키고자 하는 용액에 대한 적정온도, 용액의 물성변화, 효과적인 배양조건을 충족시키기 위한 것으로 표면온도가 최대 60 ℃로 가온되고, 고온히터(51)는 살균용으로 표면온도가 최소 60 ℃ 로 가온된다.

상기 두 개의 히터는 각각 일정간격을 두고 배양통(20) 내부에 설치되며 배양통(20)의 외측에 설치된 제어수단(52)으로 연결되어 전원을 인가받게 된다.

상기 제어수단(52)은 배양액에 따른 효과적인 배양조건으로 저온 히터의 열선에 인가하여 배양액의 온도를 적정수준으로 유지시키게 된다.

한편, 각 분사파이프에 설치되는 분사노즐(62,63)은 배양액에 에어를 공급함과 더불어 에어의 분사방향을 제어하여 배양액을 교반시키게 되는 데, 이를 위해 도 5에 도시된 바와 같이, 상부에 위치한 분사파이프(60)의 분사노즐(62)은 분사파이프(60)의 외측방향에서 하부방향의 범위 내를 향하도록 부착설치되고, 하부에 위치한 분사파이프(61)의 분사노즐(63)은 분사파이프(61)의 내측방향에서 상부방향의 범위 내를 향하도록 부착설치 된다.

이와같이 상하 분사파이프에 설치된 각 분사노즐의 각도를 서로 어긋나게 함으로서, 분사노즐을 통해 분사되는 에어에 의해 배양액은 분사파이프 내측에서 상승하여 외측으로 하강하는 순환을 하게 되고 이 과정에서 배양액이 교반될 수 있게 된다.

이하 본 발명의 미생물 배양기 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.

배양하고자 하는 미생물이 포함된 용액은 공급펌프(31)의 구동에 따라 공급관(30)을 통해 배양통(20)으로 보내지게 된다.

배양통(20)으로 유입되는 배양액의 유입양은 배양통(20) 측면에 설치된 레벨게이지(23)를 통해 확인할 수 있다.

레벨게이지(23)를 통해 적정량의 배양액이 배양통(20)에 채워졌음이 확인되면, 공급펌프(31)의 구동을 멈추고 저온히터(50)에 전원을 인가하여 배양액을 일정온도로 가열하게 된다.

저온히터(50)는 배양통(20) 내부에 설치됨으로서 배양액 속에 담가져 있는 상태가 되어 히터에서 발생되는 열을 바로 배양액에 전달하여 배양액을 적정온도로 높일 수 있게 된다.

여기서 저온히터(50)는 제어수단(52)의 제어작동에 따라 히터 표면 온도가 일정조건(통상기준 30 ±10 ℃)를 넘지않는 환경에서 배양액을 일정온도(약 25±5 ℃)로 유지시키게 된다.

이때, 배양액의 공급과 함께 배양의 활성화를 위하여 적절한 배지를 배양통(20)의 상부에 설치된 투입구(21)를 통해 배양통(20)으로 공급하게 된다.

한편, 배양액 또는 배양액과 배지의 혼합액은 배양 미생물에 산소를 공급하는 과정에서 교반되어 활성화가 증진된다.

즉, 송풍기(40)가 작동되면 에어공급호스(41)를 통해 공기가 공급되어 에어 공급호스에서 분기된 각 분기라인(43, 44)으로 보내지게 되고, 각 분기라인에 설치된 분사파이프(60, 61)로 공급되어 최종적으로 분사파이프의 외주면을 따라 배열된 각 분사노즐(62, 63)을 통해 배양액에 분사된다.

여기서 상부 분사파이프(60)에 설치된 분사노즐(62)을 통해서 분사되는 공기는 분사파이프(60)의 하방향과 외측방향 사이로 분사되므로, 분사되는 공기에 의해 배양액이 분사공기와 같이 하방향으로 흐르게 된다.

그리고 하부분사파이프(61)에 설치된 분사노즐(63)을 통해서는 공기가 분사파이프(61)의 상방향과 내측방향 사이로 분사되므로, 분사되는 공기에 의해 배양액은 분사파이프(61)의 중심부를 지나 상승하게 된다.

따라서 각 분사노즐(62,63)에 의해 배양액은 상부 분사파이프(60)와 배양통(20)의 내주면 사이로 하향 진행한 후 하부 분사파이프(61)를 지나서는 분사파이프(61)의 중앙부를 따라 상승하는 순환운동을 하게 된다.

이 과정에서 배양액과 배지가 고르게 혼합되며 투입되는 산소가 미생물에 고르게 전달될 수 있는 것이다.

이와같이 별도의 교반기를 설치하지 않고서도 투입되는 공기에 의해 교반과 산소 공급이 동시에 이루어지게 되는 것이다.

배양이 완료되면 배양통(20) 저면의 배출관(24)을 개방시켜 배양액을 배출시키고, 고온히터(51)를 가동하여 배양통(20) 내부를 살균하게 된다.

고온히터(51)는 각각의 살균조건(약 95 ± 5 ℃)으로 급속 가열되어 배양통(20) 내부를 고온으로 살균하게 된다.

또한 본 발명의 오, 폐수 및 중수 처리 장치는 중공사 막 필터(Ultra membrane Filter; UF) 장치를 더욱 포함할 수 있다. 중공사 막 필터 장치는 침전조 이후에 연결설치되는 것이 바람직하다.

중공사 막 필터 장치는 하우징, 하우징 벽의 상부에 원수의 유입을 위하여 설치된 유입구, 공기와 월류수가 배출될 수 있도록 설치된 유출구, 하우징의 상부중앙에 설치된 처리수용 주 유출구, 하우징의 하부에 설치된 주 배출구, 하우징의 하부 중앙에 설치된 공기유입구, 하우징 내부에 설치된 중공사막, 및 중공사막과 함께 하우징 내부에 설치된 공기분산 튜브를 포함한다. 하우징 내부는 중공사 막과 공기분산 튜브로 구성되어 중공사 멤브레인은 주 유출구와 연결되고, 공기분산 튜브는 공기 유입구와 연결되어있어 공기를 이용한 바이브레이팅 및 스트립핑 프로세스(Vibrating and stripping process)의 역세효율을 높이고, 가압식 운전을 통하여 처리율을 향상시킨다.

본 발명의 오, 폐수 및 중수 처리 장치는 하기의 방식으로 운용될 수 있다. 오수 및 잡배수는 침사조에 유입된 다음 모래 등의 이물질이 제거된 다음 스크린조를 통과하여 대형 협잡물이 제거된다. 스크린조를 통과하여 유입된 처리수는 유량 조정조에서 부하변동이 조절되어 폭기조로 유출된다. 폭기조로 유입된 처리수의 일부는 미생물 배양기로 이송되고, 미생물 배양기에서 배양된 다음 다시 폭기조로 반송되며, 폭기조에서는 호기성 또는 혐기성 미생물을 이용한 분해작용으로 각종 유기물이 제거된다. 폭기조를 거쳐 다시 침전조로 유입된 처리수는 슬러지를 침전시킨 다음 중공사 막 필터 장치에 이송되어 용해성 유기물을 제외한 저분자, 고분자 및 콜로이드성 물질들이 중공사 막 필터 장치를 통하여 제거되어 정화수로 유출된다.

본 발명의 오, 폐수 및 중수 처리 방법 및 장치는 미생물 배양기를 별도로 두어 고농도의 혼합액부유고형물(MLSS)을 이용한 생물학적 처리가 가능하며, 기존 장치에 비해 소요 면적이 적고 효율적인 오, 폐수 처리 공정이 가능하다. 또한 중공사 막 필터 장치를 도입하여 오, 폐수를 고순도로 정화시킬 수 있다.

이하 본 발명의 실시예를 기재한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 보호범위는 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

카비톨(Carbitol) 및 이소프로필 알코올과 같은 유기용매가 원 폐수의 주성분인 폐수 처리장에 미생물 배양기설치 전후의 폭기액의 MLSS 증식 효과를 알아보기 위하여 실험을 실시하였다

폭기액을 미생물 배양기에 투입한 후 약 20시간 배양한 뒤 배양액을 폭기조에 폭기액의 1000 ppm농도가 되도록 재 투입하였다. 이후 시간에 따른 폭기액의 MLSS 농도 변화를 관찰하였고, 그 결과는 표1과 같다

	실험군 1	실험군 2
미생물 배양기 설치 전	1635 mg/L	4015 mg/L
미생물 배양기 설치 후 2일	1730 mg/L	4270 mg/L
미생물 배양기 설치 후 3일	1760 mg/L	4350 mg/L
미생물 배양기 설치 후 4일	2100 mg/L	4445 mg/L

표 1에서, 미생물 배양기를 설치한 경우, 시간에 따라 폭기액의 MLSS 농도가 점차 증가하는 것으로 관찰되었다. 즉, 폭기조내에서의 미생물을 이용한 생물학적 처리는 고농도의 MLSS에 의하여 효율적으로 실시될 수 있음을 예상할 수 있다.

실시예 2

유기물 부하변동이 심한 오수 및 중수를 처리할 때, 단시간에 미생물 활성도를 높이기 위하여 미생물 배양기를 이용할 수 있다. 이때 폭기조 내 미생물 활성도의 변화를 호흡량 측정기(Respirometer)를 이용하여 시간에 따른 AOU(Accumulated Oxygen Uptake)값를 측정하였다.

미생물 배양기를 이용하여 활성화시킨 약 1000 ppm 농도의 배양액을 비교적 유기물 부하가 적은 화학폐수에 투입한 후 이 폭기액을 호흡량 측정기로 산소 소비량 변화를 측정하였다. 그 결과는 표 2 및 도 1에 나타내었다. 또한 미생물 배양기를 이용하지 않은 폭기액에서의 산소 소비량 역시 측정하여 비교군으로 나타내었다.

시간 (hr)	AOU(ppm)
	비교군	실험군
0	0	0
0.5	0	0
1	0	0
1.5	0	0
2	0	0
2.5	0	0
3	0	0
3.5	0	0
4	0	0
4.5	0	0
5	0	0
5.5	0	0
6	0	0
6.5	0	0
7	0	0
7.5	0	0
8	0	0
8.5	0	0
9	0	0
9.5	0	0
10	0	0
10.5	0	0
11	0	0
11.5	0	1.2
12	0	3.5
12.5	0	3.5
13	0	7
13.5	0	9.3
14	0	10.5
14.5	0	11.7
15	0	12.9
15.5	0	16.4
16	0	18.7
16.5	0	19.9
17	0	21.1
17.5	0	23.4
18	0	26.9
18.5	0	29.2
19	0	32.7
19.5	0	32.7
20	0	35.1
20.5	0	35.1
21	0	38.6
21.5	2.2	44.4
22	2.2	44.4
22.5	2.2	45.6
23	4.5	47.9
23.5	6.8	51.5

표 2에서, 미생물 배양기를 이용하여 균주를 활성화시킨 실험군은 비교군에 비하여 미생물 활성에 소요되는 시간이 단축되며, 폭기액내의 미생물 활성도 역시 약 9배 정도 증가됨을 확인할 수 있다.

실시예 3

미생물 배양기를 사용할 경우 폭기액의 질소제거 효과를 확인하였다.

원 폐수의 질소농도가 높은 폐수 처리장에 미생물 배양기 및 폭기조를 설치하여 폭기액의 질소제거 효율을 측정하였다.

폭기액을 미생물 배양기에 투입한 후 약 20시간 배양한 뒤 배양액의 농도가 약 1000 ppm 이 되도록하여 폭기조에 재 투입한 후 시간에 따른 처리수의 COD, 총 질소(Total nitrogen; T-N), 총 인(Total Phosphate; T-P)의 제거 효율을 표 3에 나타내었다.

	COD (ppm)	총 질소량(ppm)	총 인량(ppm)
미생물 배양기 설치 전	73	16.8	150
미생물 배양기 설치 후 1일 경과	63	15.3	77.3
미생물 배양기 설치 후 2일 경과	52	13.7	70.4
미생물 배양기 설치 후 3일 경과	50	13.6	64.2
미생물 배양기 설치 후 4일 경과	43	12.2	44.1

표 3에서, 미생물 배양기에서 활성화시킨 배양액을 폭기조에 투입하여 생물학적 처리를 할 경우 COD, 총질소 및 총 인을 효과적으로 감소 또는 제거함을 확인할 수 있다.

실시예 4

중공사 막 필터(UF) 장치를 도입할 경우 처리수의 부유물질(Suspended Solid) 제거효율을 측정하였다.

중수도 처리장의 최종 침전조에서 방류되는 처리수 2종을 중공사 막 필터 장치를 이용하여 처리한 다음 부유 물질 농도를 측정하여 표 4에 나타내었다.

	실험군 1		실험군 2
	UF 통과전	UF 통과후	UF 통과전	UF 통과후
부유물질 농도	11.2 ppm	1.6 ppm	14.8 ppm	0.5 ppm

표 4에서, 중공사 막 필터를 통과시킬 경우 처리수의 부유물질의 농도를 현저히 감소시킴을 확인할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 오, 폐수 및 중수 처리 장치는 기존 장치에 미생물 배양기 및 중공사 막 필터(UF) 장치를 도입하여 세균 증식을 통한 고 농도의 MLSS 운전이 가능하며, 기존 장치에 비해 소요 면적이 적고 오, 폐수 처리 공정이 효율적이다. 특히 미생물 증식에 의한 질소 및 인 제거 효율을 증대시킬 수 있으며, 중공사 막 필터를 이용하여 저분자, 고분자 및 콜로이드성 입자를 효과적으로 제거할 수 있다.

Claims (8)

1. (a) 잡배수에 함유된 이물질이나 협잡물을 침전시키는 침전공정;

   (b) 첨전공정에서 처리된 처리수의 대형 협잡물을 제거하는 스크리닝공정;

   (c) 스크리닝 공정에서 처리된 처리수의 부하변동을 조절하는 유량 조정공정;

   (d) 유량조정공정으로부터 유입된 처리수에 함유된 유기물을 미생물에 의하여 분해, 제거하는 폭기공정;

   (e) 상기 폭기공정의 폭기액 일부가 미생물 배양기에 투입되어 배양된 다음 유량조정공정 또는 폭기공정으로 재투입되는 미생물배양공정;

   (f) 폭기공정에서 처리된 처리수의 슬러지를 침전시키는 침전공정; 및

   (g) 상기 침전공정의 처리수의 부유물질을 제거하는 중공사막 필터 여과공정을 포함하는 오, 폐수 및 중수 처리방법.
2. 삭제
3. 잡배수에 함유된 이물질이나 협잡물을 침전시키는 침사조;

   상기 침사조에서 처리된 처리수의 대형 협잡물을 제거하는 스크린조;

   상기 스크린조에서 처리된 처리수의 부하변동을 조절하는 유량 조정조;

   상기 유량 조정조로부터 유입된 처리수에 함유된 유기물을 미생물에 의하여 분해, 제거하는 폭기조;

   상기 폭기조의 처리수 일부를 유입시켜 활성화한 다음 유량조정조 또는 폭기조에 재투입하는 미생물배양기;

   상기 폭기조에서 처리된 처리수의 슬러지를 침전시키는 침전조; 및

   상기 침전조에서 처리된 처리수의 부유물질을 제거하는 중공사막 필터장치를 포함하는 오, 폐수 및 중수 처리 장치.
4. 삭제
5. 제 3항에 있어서, 상기 미생물 배양기는

   미생물의 배양이 이루어지는 배양통과 상기 배양통 상부로 연결설치되는 공급관과, 공급관 상에 설치되어 배양액을 배양통으로 공급하기 위한 펌프를 포함하여 배양통 내에 배양시키고자 하는 용액 및 유, 무기 배지를 공급하기 위한 공급부;

   에어공급용 송풍기로부터 공기를 공급받아 배양통 내의 배양액에 공기를 분사하고 배양액을 교반시키기 위한 교반부;

   배양통 내부로 설치되는 히터, 히터를 제어작동시키기 위한 제어수단을 포함하여 배양액의 온도유지 및 살균을 수행하기 위한 온도제어부 및

   배양액을 배출하기 위한 배출관과 배출관 상에 설치되어 배양액을 폭기조 또는 유량조정로 공급하기 위한 펌프를 포함하는 배출부

   를 포함하는 것인 오, 폐수 및 중수 처리 장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 교반부는

   송풍기에 연결되어 배양통의 측면을 따라 수직으로 세워져 설치는 에어공급호스;

   에어공급호스에서 배양통 측면을 통해 내부로 연장된 두 개의 분기라인;

   각 분기라인 끝단에 연결설치되는 환형의 분사파이프;

   상부 분사파이프의 외주면을 따라 배열되어 분사파이프의 외측방향에서 하부방향의 범위 내를 향하도록 설치되는 분사노즐 및

   하부 분사파이프의 외주면을 다라 배열되어 분사파이프의 내측방향에서 상부방향의 범위 내를 향하도록 설치되는 분사노즐

   을 더욱 포함하는 것인 오, 폐수 및 중수 처리 장치.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 온도제어부는 최대 60 ℃로 가열되어 배양조건을 충족시키기 위한 저온히터, 최소 60 ℃로 가열되어 배양액을 살균하기 위한 고온히터를 더욱 포함하는 것인 오, 폐수 및 중수 처리 장치.
8. 제 3항에 있어서, 상기 중공사 막 필터 장치는

   하우징;

   하우징 벽의 상부에 원수의 유입을 위하여 설치된 유입구;

   공기와 월류수가 배출될 수 있도록 설치된 유출구;

   하우징의 상부중앙에 설치된 처리수용 주 유출구;

   하우징의 하부에 설치된 주 배출구;

   하우징의 하부 중앙에 설치된 공기유입구;

   하우징 내부에 설치된 중공사막; 및

   하우징 내부에 설치된 공기분산 튜브를 포함하며

   하우징 내부는 중공사 막과 공기분산 튜브로 구성되어 중공사 막은 주 유출구와 연결되고, 공기분산 튜브는 공기 유입구와 연결되어있어 공기를 이용한 바이브레이팅 및 스트립핑 프로세스(Vibrating and stripping process)가 이루어지는 것인 오, 폐수 및 중수 처리 장치.

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