KR100980179B1 - 유기성 오탁수중의 유기물의 분해처리방법 및 분해처리장치 - Google Patents

Abstract

하수 등의 고형 유기물을 포함하는 고농도 유기성 오탁수(汚濁水)의 처리를, 진흙이 생기는 일 없이 그대로 정화 처리할 수 있는 유기성 오탁수의 처리방법 및 장치의 제공을 과제로 한다.

유기물을 주체로 하는 하수 또는 식품관련 공장배수의 유기성 오탁수를 피처리수로 하고, 상기 피처리수중의 유기물을 정화역(域)에서 분해 처리하는 유기성 오탁수중의 유기물의 분해처리방법에 있어서, 상기 정화역에 형성한 호기성 처리영역에서, 주로 호기성 세균에 의해서 피처리수중의 용해성 유기물의 분해를 실시하고, 상기 정화역에 형성한 혐기성 처리영역에서, 주로 혐기성 세균에 의해서 피처리수중의 고형 유기물의 분해를 실시하고, 또한, 피처리수가 흘러 통하는 상기 호기성 처리영역과 상기 혐기성 처리영역과의 경계에 형성된 천이영역에서, 주로 통기성 세균에 의해서 피처리수중의 유기물의 분해를 실시하고, 상기 호기성 처리영역, 혐기성 처리영역 및 천이영역에 있어서의 분해의 조합을 1로 했을 경우에, 해당 조합을 여러번 반복하고, 또한, 상기 정화역에 있어서 행해지는 최초의 처리와 최종의 처리 중 어느 하나가 호기성 처리인 것을 특징으로 하는 유기성 오탁수중의 유기물의 분해처리방법에 관한 것이다.

Description

유기성 오탁수중의 유기물의 분해처리방법 및 분해처리장치{DEGRADATION TREATMENT PROCESS AND SYSTEM FOR ORGANICS IN ORGANICALLY-POLLUTED WATER}

도-1A는 본 발명의 실시형태 1에 의한 처리장치에 있어서의 처리조 및 상기 실시형태 1의 처리장치에 의한 유기성 오탁수의 처리조작의 개략도이다.

도-1B는 본 발명의 실시형태 1의 변형예에 의한 처리장치에 있어서의 처리조 및 상기 실시형태 1의 변형예의 처리장치에 의한 유기성 오탁수의 처리조작의 개략도이다.

도-2는 도-1B의 처리조의 부분 확대도이다.

도-3은 본 발명에 있어서의 고형 유기물의 분해의 진행을 설명하기 위한 모식적인 개략도이다.

도-4A는 본 발명의 실시형태 2에 의한 처리장치에 있어서의 처리조 및 상기 실시형태 2의 처리장치에 의한 유기성 오탁수의 호기성 처리조작의 개략도이다.

도-4B는 도-4A와 같은 개략도이지만, 상기 실시형태 2의 처리장치에 의한 유기성 오탁수의 혐기성 처리조작을 나타내고 있다.

도-5A는 본 발명의 실시형태 2의 바람직한 변형예에 의한 처리장치에 있어서의 처리조 및 상기 바람직한 변형예의 처리장치에 의한 유기성 오탁수의 호기성 처리조작을 나타내고 있다.

도-5B는 도-5A와 같은 개략도이지만, 상기 바람직한 변형예의 처리장치에 의한 유기성 오탁수의 혐기성 처리조작을 나타내고 있다.

도-5C는 도-5A와 같은 개략도이지만, 상기 바람직한 변형예의 처리장치에 의한 유기성 오탁수 전체를 혼합하는 조작을 나타내고 있다.

도-6은 본 발명의 실시형태 2의 바람직한 변형예에 의한 유기성 오탁수의 반복처리조작의 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 호기성 처리영역 2 : 혐기성 처리영역

3 : 천이영역 4 : 피트(pit)

5 : 고형 유기물 6, 36, 46 : 산기관(散氣管)

7, 27 : 다공의 벽 9A : 도입구

9B : 배출구 10, 20, 30, 40 : 처리조

본 발명은, 유기물을 주된 오탁물질로 하고, 구체적으로는 용해성 유기물 및 고형 유기물을 고농도로 포함하는 하수 또는 식품관련 공장배수(단순히 유기성 오탁수라고도 부른다)를 피처리수로 하는 정화처리기술에 관한 것으로, 특히, 상기 피처리수중에 있어서의 유기물의 대부분을 분해처리할 수 있는 유기성 오탁수중의 유기물의 분해처리방법 및 분해처리장치에 관한 것이다.

종래부터, 주로 용해성 유기물을 포함하는 유기성 배수의 처리방법에 있어서는, 자연계에서 영위되고 있는 자정작용을 인위적으로 효율적으로 실시하는 각종의 생물학적 처리방법이 알려져 있다. 이러한 생물학적 처리방법은, 처리비용이 비교적 염가이기 때문에 넓게 이용되고 있고, 특히, 호기적 미생물을 이용한 활성 오니법(activated sludge process)은, 다방면에서 실시되고 있다.

상기한 활성 오니법에 있어서의 정화처리기구는, BOD로 나타나는 용해성의 유기성 성분을 박테리아(호기성 세균)가 신속하게 분해하고, 증식한 세균을 원생동물이 포식하고, 증식한 원생동물을 접착제로서 고형 유기물을 접착하여 대형 플럭(floc)을 형성하고, 상기 플럭을 침전조에서 고액 분리(solid-liquid separation)함으로써, 유기성 배수를 정화하여 처리수를 얻고 있다. 따라서, 활성 오니법에서는, 호기성 세균 및 원생동물의 생명활동이 양호한 상태로 실시될 필요가 있기 때문에, 처리조(폭기조;aeration tank)내의 유동을 균일하게 하여, 항상 호기의 일정 조건하가 되도록 하고 있다.

상기와 같이, 활성 오니법에서는, 유기성 배수중의 용해성 유기물은 폭기조에서 생물 분해되지만, 고형 유기물의 분해는 일어나지 않고, 폭기조의 하류측에 배치된 침전조에서 고액 분리되고 있다. 바꿔 말하면, 활성 오니법에 있어서의 정화처리는, 생물분해가 그 전부가 아니고, 그 본질은, 오히려 피처리수중의 부유물질(SS : 본 명세서에서는 고형 유기물을 의미한다)을 고액 분리하는 것이라고도 할 수 있다.

상기와 같이, 활성 오니법은, 피처리수중의 유기물을 고액 분리하여 제거하 는 것을 본질로 하고 있다고 할 수 있기 때문에, 필연적으로 고액 분리한 대량의 오니(sludge)가 발생한다. 이 때문에, 활성 오니법에서는, 고액 분리 후의 활성 오니중에서 다음의 피처리수의 정화처리에 필요한 양만을 반송 오니로서 폭기조내로 되돌려, 다음의 생물처리에 사용하고, 그 이외는 잉여 오니로서 제거하고 있어, 활성 오니법에서는 대량의 잉여 오니의 처리·처분이 중대한 문제가 된다.

이것에 대해서, 활성 오니법에 있어서, 잉여 오니를 효율적으로 처리하는 것이나, 잉여 오니의 발생량을 줄이는 시도가 다양하게 이루어지고 있다. 그러나, 잉여 오니를 없앨(즉, 제로로 한다) 수 있고, 게다가 경제적으로, 약품 등의 사용에 의한 2차오염의 문제도 없는 처리방법은 아직도 알려지지 않았다. 특히, 지구 환경보호가 주장되고 있는 근년에 있어서는, 이 잉여 오니의 처리의 문제는 중대하여, 이러한 문제가 없는 유기성 배수의 정화처리방법의 개발이 크게 요구되고 있다.

활성 오니법에서는, 상기 잉여 오니 처리의 문제에 더하여, 하기와 같은 문제도 있다. 즉, 활성 오니법에 있어서의 폭기조에서 처리할 수 있는 BOD 오탁 부하량은 정해져 있기 때문에, 폭기하여 폭기조내를 항상 호기의 일정 조건하에서, 상기 폭기조내의 피처리액의 BOD로 표시되는 용해성 유기물의 오탁 농도가 바람직한 범위까지 저하하도록, 체류시간을 조정하여, 유기성 배수의 처리를 하고 있다. 이 때문에, 용해성 유기물을 고농도로 포함하는 유기성 배수를 처리하는 경우에는, 처리해야 할 시설을 크게 할 필요가 있다.

또한, 고농도의 유기성 배수의 경우는, 특히, 유입해 오는 유기성 배수의 BOD나 SS의 농도의 변동이 크기 때문에, 폭기조 내부를, 항상 정화 처리를 양호하게 실시할 수 있는 상태로 관리하는 것이 어렵다. 이 때문에, 고농도의 유기성 배수의 처리를 활성 오니법으로 실시하는 경우에는, 전단에 조정조를 설치하는 것이 필요하다. 이상과 같이, 통상의 활성 오니법에서는, 유기물을 주체로 하고, 구체적으로는, 용해성 유기물 및 고형 유기물을 고농도로 포함하는(예를 들면, BOD가 100mg/리터 이상이고, SS가 100mg/리터 이상이다) 하수나 식품관련 공장배수 등의 고농도의 유기성 배수를 효율적으로 처리하는 것은 어렵다.

또한, 활성 오니법과 동시에 접촉산화법(catalytic oxidation process)도 알려져 있지만, 활성 오니법에 비하여 활용되고 있는 수는 극히 적고, 활성 오니법의 뒤처리 공정이나, 상수처리의 전처리 공정에 이용되고 있는 것에 불과하다. 당초, 접촉산화법의 하나인 산수여상법(trickling filter process)이 활용되었지만, 상기 방법은, 확실히 활성 오니법보다 10∼20% 정도 오니 생성량을 감소할 수 있지만, 오니의 생성이 없는 것은 아니고, 또한, 악취의 발생, 필터 해충의 발생 등의 다른 문제가 있고, 현재는 대부분 실시되지 않는다. 또한, 이것을 대신하여, 회전원판이나 하니컴(honeycomb) 튜브, 그 외의 여러 가지의 플라스틱재를 활용한 접촉산화법이 제안되었지만, 이것들도, 극히 일부에서 실시되고 있는 것뿐이다.

최근에는, 활성 오니조내에 담체를 투입하고, 일부 접촉산화와 병용함으로써 처리 효율을 올리는 시도도 이루어지고 있지만, 이 경우에서도 오니 발생량은, 표준 활성 오니법에 비해서 5∼20% 정도 감소함에 불과하다.

활성 오니법에서 발생한 잉여 오니를 감량하기 위한 시설로서, 소화조를 설 치하는 것이 실시되고 있다. 이 소화조는, 오니를, 혐기상태로 37℃로 가온하여, 30일간 방치하는 시설이다. 그러나, 이 시설에 있어서도 삽입 오니의 감소량은, 최대 40% 정도이다.

이상과 같이, 현상의 유기성 배수의 수처리의 대부분을 차지하고 있는 활성 오니법에서는, 폭기조는 항상 호기성의 일정조건이며, 한편, 소화조는 혐기성의 일정조건이기 때문에, 오니(고형 유기물)의 분해는, 전자에서는 최대 5% 정도이고, 후자라도 최대 40% 정도이다.

상기한 바와 같은 같은 현상에 있는 유기성 배수의 생물학적 처리에 대해서, 본 발명자는, 지금까지, 자연계에서 영위되고 있는 자정 작용을 적극적으로 이용하는 완전히 새로운 유기성 배수의 정화 처리를 가능하게 하는, 오탁수 정화용 분리재를 제안하고 있다(특허문헌 1 참조). 상기 오탁수 정화용 분리재는, 평균 지름 1∼3cm의 분쇄석이 복수 집합되어 이루어지는 분쇄석의 집합체로 이루어지는 것이다. 또한, 상기 집합체(덩어리형상 정화재)를 사용한 기술로서 유기성 배수의 정화를 보다 효율적으로 실시하는 정화방법(특허문헌 2 참조)이나, 다른 유기성 배수의 정화수단으로서 표면에 다수의 개구부를 갖는 중공체(中空體)로 이루어지는 덩어리형상 정화재를 이용하는 오탁수의 정화방법을 제안하고 있다(특허문헌 3 참조). 이러한 기술에 의하면, 오탁수중에 부유하는 고체의 분리조작이 유효하게 실시되어, 상기한 바와 같은 덩어리형상 정화재를 복수 적층하여 충전 배치한 정화역(域)에 유기성 배수를 흘러 통하게 함으로써, 보다 미세한 고형 오탁물 등의 정화를 실시할 수 있다.

[특허문헌 1] 일본 특허공고 평성 8-17901호 공보

[특허문헌 2] 일본 특허공개 평성 8-332497호 공보

[특허문헌 3] 일본 특허공개 평성 8-108191호 공보

따라서, 본 발명의 목적은, 종래의 활성 오니법에서는 처리하는 것이 곤란한 하수 또는 식품관련 공장배수의 용해성 유기물 및 고형 유기물을 고농도로 포함하는 유기성 오탁수를 피처리수로 하여, 상기 피처리수를 그대로의 상태로(원수 상태로) 처리할 수 있고, 게다가, 고형 유기물을 포함하는 피처리수중의 유기물의 전부를 생물 분해할 수 있고, 특히, 활성 오니법의 결점인 잉여 오니 처리의 문제를 발생하는 일이 없는, 고농도 유기성 배수의 처리방법 및 처리장치를 제공하는 것에 있다.

상기의 목적은, 하기와 같은 본 발명에 의해서 달성된다. 즉, 본 발명은, 유기물을 주체로 하는 하수 또는 식품관련 공장배수의 유기성 오탁수를 피처리수로하여, 상기 피처리수중의 유기물을 정화역에서 분해 처리하는 유기성 오탁수중의 유기물의 분해처리방법에 있어서, 상기 정화역에 형성한 호기성 처리영역에서, 주로 호기성 세균에 의해서 피처리수중의 용해성 유기물의 분해를 실시하고, 상기 정화역에 형성한 혐기성 처리영역에서, 주로 혐기성 세균에 의해서 피처리수중의 고형 유기물의 분해를 실시하고, 또한, 피처리수가 흘러 통하는 상기 호기성 처리영역과 상기 혐기성 처리영역과의 경계에 형성된 천이영역에서, 주로 통기성 세균에 의해서 피처리수중의 유기물의 분해를 실시하고, 상기 호기성 처리영역, 혐기성 처리영역 및 천이영역에 있어서의 분해의 조합을 1로 했을 경우에, 해당 조합을 여러번 반복하고, 또한, 상기 정화역에서 이루어지는 최초의 처리와 최종의 처리중의 어느 하나가 호기성 처리인 것을 특징으로 하는 유기성 오탁수중의 유기물의 분해처리방법이다.

그 바람직한 실시형태로서는, 상기 반복의 회수가, 3 이상 20 이하, 보다 바람직하게는 3 이상 10 이하, 더욱 바람직하게는 3 이상 5 이하인 상기의 유기성 오탁수중의 유기물의 분해처리방법을 들 수 있다. 또한, 다른 바람직한 실시형태로서는, 상기 반복의 회수가, 피처리수의 유입경로를 따라서 직선적으로 순차 실시되는 상기 어느 하나의 유기성 오탁수중의 유기물의 분해처리방법을 들 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시형태는, 처리조내에 유기물을 주체로 하는 하수 또는 식품관련 공장배수의 유기성 오탁수를 피처리수로서 도입하고, 상기 처리조내에서 상기 피처리수중의 유기물을 분해 처리하기 위한 유기성 오탁수중의 유기물의 분해처리장치로서, 상기 처리조는, 상기 피처리수의 처리조내에의 도입구와, 처리조내로부터의 처리수의 배출구와, 상기 배출구와 상기 도입구의 사이에 설치된, 피처리수를 흘러 통하게 하면서 정화하기 위한 정화역과, 상기 정화역을 복수의 구획으로 나누기 위해서 정화역에 서로 이격하여 설치된 복수의 다공의 벽을 갖고, 상기 다공의 벽은, 각각 다수의 관통구멍이 형성된 적어도 1의 판체로 이루어지고, 상기 다공의 벽은, 피처리수의 흐름을 거스르는(across) 위치에 배치되고, 상기 다공의 벽을 통하여, 그 내부에 산소를 포함하는 가스가 공급되는 주로 호기성 세균 에 의한 피처리수중의 용해성 유기물의 분해가 실시되는 호기성 구획과, 산소를 포함하는 가스가 공급되는 일이 없는 주로 혐기성 세균에 의한 피처리수중의 고형 유기물의 분해가 실시되는 혐기성 구획이 조합되어 인접하고, 장치의 운전시에, 상기 다공의 벽의 근방에, 주로 통기성 세균에 의한 피처리수중의 유기물의 분해가 실시되는 천이영역이 형성되는 구조를 가지며, 또한, 상기 도입구와 배출구의 모두가 상기 호기성 구획 중 최상류측과 최하류측의 호기성 구획에 각각 연통하고 있는 것을 특징으로 하는 유기성 오탁수중의 유기물의 분해처리장치이다.

그 바람직한 실시형태로서는, 상기 호기성 세균에 의한 피처리수중의 용해성 유기물의 분해와, 상기 혐기성 세균에 의한 피처리수중의 고형 유기물의 분해와, 통기성 세균에 의한 피처리수중의 유기물의 분해를 조합하여 3회 이상 20회 이하 반복하는데 충분한 수만큼 상기 다공의 벽이 설치되어 있는, 상기의 유기성 오탁수중의 유기물의 분해처리장치를 들 수 있다. 또한, 다른 바람직한 실시형태로서는, 상기 호기성 구획과, 천이영역과 혐기성 구획이 조합되어, 피처리수의 유입경로를 따라서 직렬로 나열되어 있는 상기 어느 하나의 유기성 오탁수중의 유기물의 분해처리장치를 들 수 있다. 또한, 다른 바람직한 실시형태로서는, 상기 다공의 벽이 서로 빈틈을 형성하여 대략 평행하게 배치되어 이루어지는 상기 어느 하나의 유기성 오탁수중의 유기물의 분해처리장치를 들 수 있다. 또한, 다른 바람직한 실시형태로서는, 또한, 상기 혐기성 구획의 바닥부에 고형물 고임부(accumulation chamber)가 설치되고 있고, 각 고형물 고임부에 모인 고형물을, 피처리수의 유입경로의 방향에서 보아 바로 하류측의 호기성 구획에 도입할 수 있도록 구성되어 있는 상기 어느 하나에 기재된 유기성 오탁수중의 유기물의 분해처리장치를 들 수 있다.

또한, 본 발명의 장치의 제 2 실시형태는, 처리조내에 유기물을 주체로 하는 하수 또는 식품관련 공장배수의 유기성 오탁수를 피처리수로서 도입하고, 상기 처리조내에서 상기 피처리수중의 유기물을 분해 처리하기 위한 유기성 오탁수중의 유기물의 분해처리장치로서, 상기 처리조는, 피처리수의 처리조내에의 도입구와, 상기 도입구의 수직의 위치보다 위쪽의 위치에 설치되어 있는 처리조내로부터의 처리수의 배출구와, 처리조내의 피처리수중에 산소를 포함하는 가스를 간헐적으로 공급하기 위한 적어도 1개의 산기관(散氣管)(air diffuser pipe)이 설치되어 이루어지고, 상기 산기관은, 상기 도입구의 수직의 위치보다 아래쪽이고, 또한, 처리조의 상부에 주로 호기성 세균에 의해서 피처리수중의 용해성 유기물의 분해가 실시되는 호기성 처리영역이 형성되고, 처리조의 하부에 주로 혐기성 세균에 의해서 피처리수중의 고형 유기물의 분해가 실시되는 혐기성 처리영역이 형성되는 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 유기성 오탁수중의 유기물의 분해처리장치이다.

그 바람직한 실시형태로서는, 또한, 상기 산기관으로부터 산소를 포함하는 가스를 피처리수중에 간헐적으로 공급하는 수단이 설치되어 있고, 상기 수단이, 산소를 포함하는 가스의 산기(散氣)를 5∼60분간 연속해서 실시한 후, 상기 산기를 20∼240분간 정지하는 것을 1사이클로 하여 상기 사이클을 3∼10회 반복하도록 하는 제어장치인 상기 유기성 오탁수중의 유기물의 분해처리장치를 들 수 있다. 또한, 제 1 산기관으로서의 상기 산기관의 수직의 위치보다 아래쪽에 산소를 포함하는 가스를 처리조내의 피처리수중에 간헐적으로 공급하고, 처리조내의 피처리수 전 체를 혼합시키기 위한 제 2 산기관이 적어도 1개 배치되어 있는, 상기 어느 하나에 기재된 유기성 오탁수중의 유기물의 분해처리장치를 들 수 있다. 또한, 상기 제 2 산기관으로부터 산소를 포함하는 가스를 피처리수중에 간헐적으로 공급하는 수단이 설치되어 있고, 상기 수단이, 상기 제 1 산기관에 의한 산기를 실시하고 있는 동안에, 제 1 산기관에 의한 산기 5∼10회당 1회의 비율로, 1회가 5∼60분간의 산기를 5∼20회 반복하도록 하는 제어장치인, 상기의 유기성 오탁수중의 유기물의 분해처리장치를 들 수 있다.

그 바람직한 실시형태로서는, 또한, 상기 처리조가 복수 직렬로 연결되어 이루어지는 상기 어느 하나에 기재된 유기성 오탁수중의 유기물의 분해처리장치를 들 수 있다. 또한, 그 바람직한 실시형태로서는, 상기 산기관이 복수개 서로 이격하여 거의 같은 높이에 설치되어 있는 상기의 유기성 오탁수중의 유기물의 분해처리장치, 또한, 상기 제 1 산기관이 복수개 서로 이격하여 거의 같은 높이에 설치되고, 상기 제 2 산기관이 복수개 서로 이격하여 거의 같은 높이에 설치되어 있는 상기의 유기성 오탁수중의 유기물의 분해처리장치를 들 수 있다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명의 바람직한 형태를 들어, 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명자는, 상기한 종래 기술의 과제를 해결하기 위해, 먼저 설명한 분쇄석이 복수 집합되어 이루어지는 오탁수 정화용 분리재, 혹은 표면에 다수의 개구부(開口部;openings)를 갖는 중공체로 이루어지는 오탁수 정화 부재(이하, 이것들을 덩어리형상 정화재라고 부른다)를 충전해서 이루어지는 정화역을 이용하여, 하수나 식품 관련 공장배수와 같은 용해성 유기물 및 고형 유기물 등의 유기물을 주체로서 포함하는 고농도의 유기성 배수(이하, 오탁수라고도 한다)를 처리하는 것에 대하여 검토를 거듭한 결과, 주로 호기성 세균에 의한 분해가 실시되는 호기성 처리영역과, 주로 혐기성 세균에 의한 분해가 실시되는 혐기성 처리영역과, 호기성 처리영역과 혐기성 처리영역의 사이에 형성되는 주로 통기성 세균에 의한 분해가 실시되는 천이영역을 갖고, 상기 3종의 처리가 여러번 반복되는 정화역을 형성하면, 하수나 식품관련 공장배수 등의 유기성 오탁수를 피처리수로서 그대로의 상태로(덩어리형상 정화재를 이용하는 일 없이, 원수(原水)의 상태로) 처리할 수 있고, 특히, 오니가 발생하는 일 없이 간단하고 쉽게, 상기 오탁수중의 대부분의 유기물을 생물 분해할 수 있는 것을 발견하여 본 발명에 이르렀다.

상술한 본 발명자가 이미 제안하고 있는 종래 기술에 의하면, 처리조내에 덩어리형상 정화재를 충전하여 정화역을 형성하고, 상기 정화역에, 활성 오니법의 처리의 대상인 BOD치가 비교적 낮은 유기성 배수를 흘러 통하게 함으로써, 오니가 발생하는 일 없이 유기성 배수의 정화처리를 하는 것이 가능하다. 이러한 정화처리는, 본 발명자가 유리(流離)라고 부르는 자연계에서 볼 수 있는 작용을 교묘하게 이용함으로써 달성되고 있다. 여기서, 유리(流離)란, 어떠한 수역계에서도 존재하는 유동의 대소에 의해서 생기는 고액(固液)분리 현상이다.

본 발명자가 상세하게 검토한 결과, 상기 방법에 있어서의 오니가 발생하는 일이 없는 정화의 메커니즘은, 하기와 같다고 생각된다. 덩어리형상 정화재를 다량으로 충전해서 이루어지는 정화역에 유기성 배수가 도입되면, 상기 정화역에는 한쪽 방향의 완만한 흐름이 형성되지만, 이 경우의 정화역에서의 흐름은 일률적이지 않고, 정화역을 형성하고 있는 덩어리형상 정화재 내부에 형성되고 있는 공간은, 흐름이 거의 정체한 상태가 된다. 또한, 덩어리형상 정화재의 덩어리끼리의 사이에 형성되는 공극에도 흐름이 거의 정체한 부분이 생긴다. 이러한 결과 생기는 유리(流離)현상에 의해서, 유기성 배수중의 SS는, 덩어리형상 정화재 내부의 공극, 및 덩어리형상 정화재의 덩어리끼리 사이에 형성되는 공극에 접하고 있는 덩어리형상 정화재의 덩어리의 표면에 집적된다. 그리고, 덩어리형상 정화재 내부 및 표면에 집적한 유기성 배수중의 SS는, 그 장소에 체류하여 혐기상태가 되는 결과, 혐기성 세균에 의해서 분해 처리된다. 이 때문에, 오니가 발생하는 일 없이, 유기성 배수의 정화처리가 가능하게 된 것이라고 생각된다.

본 발명에 관한 유기성 오탁수중의 유기물의 분해처리방법은, 상기한 바와 같은, 용해성 유기물 및 고형 유기물에 대해서 유동의 대소에 의해서 교묘하게 실시되는 유기물의 생물분해를, 다양한 실제 배수에 적용하는 것에 대하여 열심히 검토를 거듭한 결과, 개발한 것이다. 즉, 본 발명은, 용해성 유기물 및 고형 유기물을 고농도로 포함하는 유기물을 주체로 하는 하수 또는 식품관련 공장배수를, 덩어리형상 정화재를 충전하고 있지 않는 정화역에 그대로 계속 흘림으로써, 오니가 발생하는 일 없이, 피처리수중의 유기물의 대부분을 물과 가스로 분해하는 것이 가능한 획기적인 유기성 오탁수의 정화방법이다.

본 발명자의 검토에 의하면, 유기성 오탁수중에 고농도로 포함되는 용해성 유기물 및 고형 유기물의 대부분을 생물분해하여 가스와 물로 하기 위해서는, 적어 도 이하의 2개의 기본적 요건을 만족하도록 구성한 처리 시스템으로 하는 것이 필요하다.

(1) 정화역에, 호기성 상태, 혐기성 상태, 및 호기성 상태와 혐기성 상태가 혼재하는 천이상태를 발생시켜, 이러한 상태에서, 각각, 호기성 세균, 혐기성 세균 및 통기성 세균에 의한 분해가 실시되도록 하고, 또한, 호기성 상태, 천이상태 및 혐기성 상태의 3상태를 반복단위로 하여, 상기 단위가 여러번 반복되도록 하여 처리를 실시한다.

(2) 유기성 오탁수에 액체로서 포함되는 용해성 유기물과, 고체로서 포함되는 고형 유기물이, 액체를 시간단위로 상기 정화역에 체류시키도록 하고, 또한 고체는 일(日)단위로 정화역에 체류시키도록 한다.

즉, 본 발명에서는, 우선, 호기성 세균에 의한 용해성 유기물의 분해가 실시되는 호기성 처리영역과, 혐기성 세균에 의한 고형 유기물의 분해가 실시되는 혐기성 처리영역과, 예를 들면, 피처리수(유기성 오탁수)가 흘러 통하여 호기성 처리영역으로부터 혐기성 처리영역으로 이행하는 과정에 통기성 세균에 의한 유기물의 분해가 실시되는 천이영역이 형성되도록 정화역을 구성하고, 또한, 상기한 호기성 처리영역, 혐기성 처리영역 및 천이영역의 조합을 1로 했을 경우에, 이러한 조합으로 이루어지는 3종의 처리가 여러번 반복되도록 하는 것을 특징으로 한다. 또한, 주로 호기성 처리영역에서 실시되는 용해성 유기물의 생물분해는 용이하게 실시되기 때문에, 피처리수를 구성하는 액체는, 시간단위로 정화역에 체류하도록 한다. 또한, 주로 혐기성 처리영역에서 실시되는 고형 유기물의 생물분해는, 고형 유기물의 일 부가 혐기성 세균으로 분해하여 액상화하고, 액상화한 유기물을 다음의 호기성 처리영역으로 이동해 분해하고, 남은 고형 유기물의 일부를 다음의 혐기성 처리영역에서 액상화하고…, 라고 하는 것이 반복되어 실시된다. 이 때문에, 고형 유기물은, 일단위로 분해가 실시되게 된다. 이하에, 상기한 구성을 이루는 구체적인 정화역의 구조에 대해 설명한다.

본 발명에서 사용하는 정화역에 형성하는 호기성 처리영역은, 하부로부터 산소를 포함하는 가스를 보내 산기(散氣)(폭기)하는 등의 방법으로 용이하게 형성할 수 있다. 한편, 상기 정화역에 형성하는 혐기성 처리영역은, 산소를 포함하는 가스를 보내는 폭기를 정지하는 등의 방법으로 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 다른 방법으로서는, 동일한 처리영역내를 간헐 폭기함으로써, 호기성 처리영역과 혐기성 처리영역을 교대로 형성하는 방법을 들 수 있다. 또한, 본 발명의 방법에 대해 필요한 천이영역은, 상기의 방법에 있어서, 호기성 처리영역과 혐기성 처리영역을 인접하여 형성하고, 또한, 피처리수가 이러한 처리영역을 흘러 통할 수 있도록 함으로써 정화역내에 형성할 수 있다. 또한, 상기한 처리영역내를 간헐 폭기하는 방법에서는, 호기성 처리영역을 형성하기 위한 연속 폭기를 일정기간 정지했을 경우에, 그 후에 혐기성 처리영역이 형성될 때까지의 사이가 천이영역이 된다.

본 발명에 관한 방법에서는, 용해성 유기물 및 고형 유기물을 100mg/리터 이상의 고농도로 포함하는 하수나 식품관련 공장배수중에 있어서의 유기물의 대부분을 분해하여, 오니를 일으키는 일 없이 정화 처리할 수 있지만, 그 메커니즘에 대해 설명한다. 본 발명자는, 먼저 설명한 덩어리형상 정화재를 다수 충전하여 이루 어지는 정화역에 있어서의 유기성 오탁수의 정화의 메커니즘을 상세하게 검토해가는 과정에서, 상기 정화역에 있어서는, 유기성 배수중의 물과 고체와의 유통 거동에 시간차가 주어지고 있어, 이것이, 상기 정화처리에 있어 극히 중요한 역할을 하고 있는 것을 발견하였다. 먼저, 덩어리형상 정화재를 충전하여 이루어지는 정화역에서는, 유리(流離)현상에 의해서, 덩어리형상 정화재의 내부나 덩어리형상 정화재의 덩어리끼리가 접하는 부분에 고형 유기물이 집적하여, 퇴적한다. 한편, 덩어리형상 정화재를 충전하여 이루어지는 정화역에 폭기(曝氣)에 의해서 산소를 포함하는 가스를 공급하고 있었다고 해도, 정화역에 있는 덩어리형상 정화재의 덩어리의 내부나 표면의 전부에 있어서 호기성 세균에 의한 생물산화가 일어나고 있는 것이 아니라, 정화역의 덩어리형상 정화재가 놓여져 있는 상황에 따라서는, 덩어리형상 정화재의 덩어리의 내부나 표면이 전부 호기성 세균을 활발하게 활동할 수 있는 상태에 있다는 것이 아니라, 예를 들면, 산기관과 산기관의 사이나, 세균의 증식이 격심한 부분에서는 산소가 부족한 상태가 일어난다. 그리고, 고형 유기물이 집적하고, 퇴적한 부분에서, 이러한 산소가 부족한 상태가 일어나면, 혐기성 세균에 의한 분해가 실시되고, 그 결과, 오니가 발생하는 일 없이 정화처리된다.

본 발명에서는, 상기의 현상을 이용하여, 처리조내의 정화역에, 상기와 같은 혐기성 분해가 실시되는 영역을 호기성 처리영역에 병행 설치하여 적극적으로 형성하고, 이 정화역에, 유기물을 고농도로 포함하는 하수나 식품관련 공장배수를 그대로 흘림으로써, 용해성 유기물 및 고형 유기물이 함께 생물 분해하여, 가스와 물에까지 분해한다. 본 발명에 관한 처리방법 혹은 처리장치에서는, 하기와 같은 메커 니즘으로, 유기성 오탁수 정화가 실시된다고 생각된다.

본 발명에 있어서는, 피처리수는, 먼저 호기성 처리영역에 놓여지고, 그 후, 천이영역을 거쳐 혐기성 처리영역으로 흘러 통한다. 따라서, 먼저, 피처리수중의 용해성 유기물은 흐름을 타고 호기성 처리영역에 운반되고, 상기 처리영역에서 호기성 세균에 의해서 분해되어 호기성 세균이 증식한다. 바꿔 말하면, 호기성 처리영역에서는, 용해성 유기물이 호기성 세균으로 변화한다고 말할 수 있다. 이것에 대해서, 고형 유기물은, 호기성 처리영역 및 천이영역을 통과하는 동안은 아무런 변화가 없고, 그대로 혐기성 처리영역에 천천히 운반된다. 폭기가 실시되지 않는 혐기성 처리영역에서는 피처리액의 유동이 작기 때문에, 고형 유기물은 혐기성 처리영역의 바닥부에 집적·퇴적한다. 그 결과, 퇴적한 고형 유기물의 근방은 혐기성 상태가 되어, 혐기성 세균에 의해서 고형 유기물의 표면의 일부가 액상화한다. 이 경우, 그 이외는 고형 유기물로서 남는다. 한편, 호기성 처리영역에서 증식한 호기성 세균은, 혐기성 처리영역으로 유입하면 사멸하여, 자기 분해한다. 따라서, 본 발명에서는, 이러한 액상화한 유기물을 호기성 처리영역으로 운반되도록 구성하여, 다음의 호기성 처리영역에서 용해성 유기물을 호기성 세균에 의해서 분해시킨다.

상기한 바와 같이, 혐기성 처리영역의 바닥부에 집적·퇴적한 고형 유기물은, 전부가 단기간으로 액상화하는 것은 아니기 때문에, 상기의 처리를 여러번 반복할 필요가 있지만, 반복함으로써, 피처리수중의 고형 유기물을 모두 생물분해하여 용해성 유기물로 하는 것이 가능해진다. 즉, 상기와 같이 하면, 고형 유기물 은, 혐기성 세균에 의해서 용해성 유기물로 변화해 가고, 그 후, 호기성 세균에 의해서 분해된다. 이 때문에, 고형 유기물의 분해에는, 일(日)단위의 시간이 필요하게 된다.

본 발명에서는, 피처리수중의 SS량에 의해서 피처리수의 처리조내에의 유입량을 적당하게 제어한다. 즉, SS량이 많은 피처리수의 경우에는, 유입량을 줄여, 처리조내에서의 피처리수의 체류시간이 길어지도록 한다. 한편, SS량이 적은 피처리수의 경우에는, 처리조내에의 유입량을 많게 하고, 처리조내에서의 피처리수의 체류 시간을 짧게 한다. 구체적으로는, 예를 들면, 하수와 같은 SS량이 100∼250mg/리터 정도의 피처리수를 처리하는 경우는, 용적 체류시간이 10∼20시간이 되도록 피처리수의 유입량을 제어한다. 식품관련 공장배수와 같은 SS량이 300∼수천mg/리터 정도로 많은 피처리수를 처리하는 경우는, 용적 체류시간이 20시간∼5일이 되도록 피처리수의 유입량을 제어한다.

본 발명의 제 1 실시형태의 장치에서는, 상기의 각 세균에 의한 분해가 양호하게 실시되도록 하기 위해, 혐기성 영역 2에 있어서, 예를 들면, 고형 유기물(5)을 피트(pit)(고형물 고임부)(4)에 모이도록 하면 좋다(도-1A, 도-1B 및 도-2 참조). 본 발명의 제 2 실시형태의 장치에서는, 처리조(30)의 중단 근방에 설치한 제 1 산기관(36A)의 아래쪽에 고형 유기물(5)이 모인다(도-4B 참조). 이 퇴적한 고형 유기물(5)은, 일정시간 후, 혐기상태가 되어, 고형 유기물(5)의 일부가 액상화하여, 용해성 유기물이 된다. 따라서, 도-1A 또는 그 변형예인 도-1B(도-2에 부분 확대도를 나타내었다)의 장치의 경우에는, 간헐적으로 각 피트(4)에 모인 고형 유기물(5)을 펌프 또는 에어리프트(air lift)로 흡인하여 다음의 호기성 처리영역(1)으로 이동시켜, 용해한 유기물을, 다음의 호기성 처리영역(1)의 호기성 세균에 의해서 분해시키도록 하면 좋다.

또한, 도-4B의 형태의 장치의 경우에는, 처리조(30)의 바닥면 근방에 상기 제 1 산기관(36A)과는 다른 제 2 산기관(46B)을 설치하고(도-5A 내지 도 5C 참조), 이 하단측에 위치하는 제 2 산기관(46B)에 의해서 산기(폭기)함으로서, 모여 있던 고형 유기물(5)을, 상단의 제 1 산기관(46A) 위에 뿜어 올려 조내의 피처리액을 혼합시킨다(도-5C 참조). 이와 같이 하면, 액상화한 유기물은, 상단의 제 1 산기관(46A) 위에 형성된 호기성 처리영역(1)에서 호기성 세균에 의해서 분해된다. 하단에 있는 제 2 산기관(46B)의 폭기를 정지시키면, 고형 유기물(5)은, 다시 상단의 제 1 산기관(46A)의 아래쪽에 모여(도-5B 참조), 일정시간 후, 혐기성 처리영역(2)이 되어, 고형 유기물의 일부가 액상화하는 것이 일어난다. 따라서, 상기한 바와 같은 처리가 여러번 반복되면, 오탁수중의 고형 유기물은, 정화역을 흘러 통하여 가는 동안에 점차 작아져, 최종적으로는, 가스와 물이 된다. 그 결과, 오탁수중에 고농도로 함유되는 용해성 유기물 및 고형 유기물이 완전하게 분해된다. 다음에, 이러한 실시형태를 보다 상세하게 설명한다.

(실시형태 1)

도-1A에, 본 발명의 실시형태 1에 관한 처리장치에 있어서의 처리조(10)의 개략도를 나타내었다. 기본적으로는, 처리조(10)내에, 호기성 처리영역(1), 천이영역(3) 및 혐기성 처리영역(2)을 형성하고, 이러한 처리영역의 조합을 반복단위(1 처리 사이클)로 했을 경우에, 상기 처리 사이클이 여러번 반복될 수 있도록 정화역을 구성한다. 본 형태에서는, 도 1A에 나타낸 바와 같이, 복수의 관통구멍을 갖는 1장의 판체를 다공의 벽(7)으로 하지만, 이러한 판체를, 오탁수의 흐름을 가로지르는, 예를 들면, 직교하도록 처리조내의 복수의 개소에 설치함으로써 처리조내를 복수의 구획으로 나눈다. 그 결과, 호기성 처리영역(1), 천이영역(3) 및 혐기성 처리영역(2)의 반복단위가 직선상에 여러번 나열된 구성이 된다. 상기 반복의 회수는, 처리하는 오탁수의 성질형상에도 따르지만, 3∼20처리 사이클을 갖는 것으로 하면 좋다. 본 발명자의 검토에 의하면, 예를 들면, 고형 유기물을 고농도로 포함하는 하수 등이라도, 정화역에 그러한 반복단위를, 상기 처리의 조합을 3∼10 사이클을 가능하게 하는 수만큼 설치된 처리조에서 처리하면, 양호한 처리를 실시할 수 있다. 그 경우의 피처리수의 처리조내에의 유입속도는, 피처리수의 SS치를 모니터하여, 그 값에 의해서 적당하게 결정하면 좋다.

상기 정화역에 설치되는 호기성 처리영역(1)은, 각각, 예를 들면, 처리조(10)의 바닥부에 직선관을 1개 또는 그 이상, 피처리수의 흐름의 방향에 직각으로 부설하여, 이들 관벽의 하부 등에 구멍을 뚫어 산기관(6)으로 하여, 상기 산기관(6)에 공기를 통해 연속 폭기를 실시함으로써 용이하게 형성할 수 있다. 이 경우의 폭기의 방법으로서는 고형 유기물이 침전하지 않게 하여, 에멀전 상태에 있는 유분이 분리되지 않도록, 기세를 억제한 상태로 폭기하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 처리조(10)의 ㎡당 10∼200ml/분 정도의 일정한 속도로 공기를 공급하도록 하면 좋다. 본 발명의 방법에 있어서는, 처리조내에 보내는 공기량은 항상 일 정한 상태로도 좋고, 처리조에 도입하는 피처리수의 유입속도를 컨트롤함으로써, 처리조(10)내를 최적인 정화환경으로 할 수 있다.

한편, 정화역에 설치되는 혐기성 처리영역(2)은, 각각, 예를 들면, 그러한 산기관을 부설하지 않고 단순히 비폭기로 함으로써 용이하게 형성할 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 다공의 벽(7)을 2∼10m마다, 보다 바람직하게는 5∼10m마다 설치하여 처리조(10)내를 복수의 방으로 구획하여, 1구획간격으로, 구획의 바닥부에, 공기 등을 처리조내에 공급하기 위한 산기관(6)을, 각각 1개 또는 그 이상 부설하면 좋다. 이와 같이 함으로써, 처리조(10)내에, 산소를 포함하는 가스가 충분히 공급되는 호기성 처리영역(폭기의 구획)(1)과, 산소를 포함하는 가스가 충분히 공급되는 일이 없는 혐기성 처리영역(비폭기의 구획)(2)이 형성된다. 또한, 이러한 2종류의 구획을 다공의 벽(7)을 통하여 각각 인접시키고, 또한, 양자의 사이를 오탁수가 흘러 통하도록 구성되고 있다. 이 결과, 다공의 벽의 근방에는 천이영역(산소가 부족한 영역)(3)이 형성되고, 게다가, 호기성 처리영역(폭기의 구획)(1)과 천이영역(3), 혐기성 처리영역(비폭기의 구획)(2)의 3종 상태가 반복되게 된다. 본 실시형태에서는, 도-1A 및 도-1B에 나타낸 바와 같이, 또한, 도입구(9A)와 배출구(9B)의 어느 것도, 호기성 처리영역(1)에 직접 연통하도록 처리조(10)를 구성하는 것이 바람직하다.

본 실시형태 1에 있어서는, 처리조(10)내의 피처리수의 흐름방향에 있어서의 각 호기성 처리영역(1)과 혐기성 처리영역(2)의 길이 비율을, 1:1∼1:5 정도로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 처리하는 오탁수 의 SS농도, BOD 농도 및 COD농도에 의해, 호기성 처리영역과 혐기성 처리영역의 길이 비율을 바꾸면 좋다. 본 발명에서는, 고형 유기물을 모두 분해하는 것을 목적으로 하고 있기 때문에, 특히, SS농도에 따라, 호기성 처리영역과 혐기성 처리영역의 길이비율을 바꾸도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 용해성 유기물의 지표인 BOD농도가 높고, SS농도가 높은 오탁수를 처리하는 경우는, 정화역에 있어서의 혐기성 처리영역(2)이 길어지도록 하는 것이 바람직하다. 처리조(10)내의 피처리수의 흐름의 방향에 있어서의 각 호기성 처리영역(1)과 각각에 관련되는 혐기성 처리영역(2)과의 길이 비율은, 처리조(10)내의 정화역에 설치하는 대응하는 다공의 벽(7)의 위치를 적당하게 결정함으로써, 원하는 길이비율로 변경할 수 있다.

오탁수의 흐름에 직교하여 설치되어 있는 각 다공의 벽(7)은, 도-1A에 나타낸 바와 같이, 다수의 관통구멍을 갖는 1장의 판체로 구성해도 좋지만, 도 1B에 나타낸 도-1A의 변형예와 같이, 이러한 판체를 복수, 보다 구체적으로는 2매 또는 3매를 1세트로 이용하여, 이것을 서로 빈틈을 형성하여 평행하게 배치하여 설치해도 좋다. 이와 같이, 각각 복수의 판체로 이루어지는 다공의 벽(27)으로 처리조(20)의 정화역을 칸막이하여, 상기 다공의 벽(27)으로 구획된 복수의 방을, 교대로, 상기한 바와 같은 호기성 처리영역(1), 혐기성 처리영역(2)으로 하면, 호기성 처리영역(1)과 혐기성 처리영역(2)을 보다 명확하게 구획할 수 있고, 또한, 각 다공의 벽(27)을 구성하고 있는 복수의 판체사이 혹은 그 근방이 천이영역(3)이 되기 때문에, 보다 효율이 좋은 처리를 할 수 있다. 각 천이영역(3)에서는, 통기성 세균에 의해서 유기물이 생물 분해되어 다음의 호기성 처리영역(1)으로 유입된다. 상기의 변형예와 같이 복수의 판체를 이용하여 각 천이영역을 형성하는 경우의 판체끼리의 빈틈은, 10∼50cm 정도로 하면 좋다.

또한, 본 발명의 실시형태 1 및 그 변형예에 있어서는, 도-1A 및 도-1B에 나타낸 바와 같이, 구획의 배치를, 오탁수의 도입측으로부터, 처리가, 호기(폭기를 실시한다)처리·천이·혐기(비폭기)처리, 호기(폭기를 실시한다)처리·천이·혐기(비폭기)처리의 순서로 반복되어, 최종의 처리구획이 호기성 처리영역(1)이 되도록 한다. 또한, 각각의 다공의 벽을 구성하고 있는 판체에 설치하는 다수의 구멍의 크기는, 예를 들면, 지름 3∼10cm 정도로 하고, 구멍의 수는, 판체 전체에 있어서의 개공도(開孔度)가 5∼40%가 되도록 구성하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성한 처리조(10 또는 20)내에 하수나 식품관련 공장배수를 피처리수로서 도입하면, 당연히, 유동이 없는 각 혐기성 처리영역(2)에서는 고형 유기물의 침전이 일어난다. 상기 침전물은, 다공의 벽(7)을 통하여 자유롭게 통과하는 물보다 길게 혐기성 처리구획(2)에 체류한다. 이전에, 혐기성 세균에 의한 분해가 실시되어 고형 유기물의 액상화가 진행한다. 또한, 본 실시형태 1 및 그 변형예의 각각에서는, 도-1A 또는 도-1B에 나타낸 바와 같이, 각 혐기성 처리구획(2)의 바닥부에 피트(고형물 고임부)(4)를 설치하고, 상기 피트(4)에 모인 고형 유기물(5)을 일정시간마다 고정 혹은 이동 가능한 흡입관으로 흡입하여, 다음의 호기성 처리영역(1)에 보내도록 처리조(10 또는 20)가 구성되어 있다. 흡입은 펌프나 에어리프트로 실시하면 좋고, 흡입 간격으로서는 1∼5일마다로 한다.

상기한 실시형태 1에 있어서의 오탁수의 정화 메커니즘을 정리하여 설명한 다. 본 실시형태 1에 있어서의 정화역은, 호기성 처리영역(1), 천이영역(3) 및 혐기성 처리영역(2)이 반복되고 있고, 처리조(10)에, 피처리수로서 유기성 오탁수를 흘러 통하게 한 경우에, 용해성 유기물을 포함하는 물은, 시간단위의 시간처리역에 체류하고, 고형 유기물은 일단위의 시간처리역에 체류한다. 이 때문에, 상기한 정화역에서는, 호기성 세균에 의한 분해와 혐기성 세균 및 통기성 세균에 의한 분해가 효율적으로 실시되고, 게다가, 이것이 반복되기 때문에, 고형 유기물을 고농도로 포함하는 하수 등의 오탁수를 그대로 처리했을 경우에서도, 용해성 유기물은 물론 고형 유기물도 분해하여 가스와 물이 되어, 오탁수중의 유기물의 거의 전부가 분해된다(도-3 참조).

도-3에, 피처리수중의 고형 유기물이 분해되는 모습을 5단계(화살표 방향으로 제 1 단계로부터 제 5 단계)로 나눠 모식적으로 나타내었다. 제 1 단계는, 상류측에 있는 혐기성 처리영역(2)에 있어서의 고형 유기물 상태를 나타내고 있지만, 상기 처리영역(2)에서는, 고형 유기물의 표면에 위치하고 있는 세포의 세포막이 파괴되어, 세포가 액상화된다. 제 2 단계는, 그 하류측에 설치되어 있는 호기성 처리영역(1)에 있어서의 고형 유기물 상태를 나타내고 있지만, 상기 처리영역(1)에서는, 주변에 유동하는 호기수로 고형 유기물의 액상화한 부분이 씻어져, 상류측의 혐기성 처리영역(2)에 있어서의 경우보다 고형 유기물이 작아진다. 또한, 제 3 단계는, 상기 호기성 처리영역(1)의 하류측에 설치되어 있는 혐기성 처리영역(2)에 있어서의 고형 유기물 상태를 나타내고 있지만, 상기 처리영역(2)에서는, 고형 유기물의 표면에 위치하고 있는 세포의 세포막이 파괴되어, 세포가 액상화된다. 제 4 단계는, 더 하류측의 호기성 처리영역(1)에 있어서의 고형 유기물 상태를 나타내고 있지만, 상기 처리영역(1)에서는, 주변에 유동하는 호기수로 고형 유기물의 액상화한 부분이 씻어져, 고형 유기물은 더욱 작아진다. 제 5 단계는, 더 하류측의 혐기성 처리영역(2)에 있어서의 고형 유기물 상태를 나타내고 있지만, 상기 혐기성 처리영역(2)에서는, 고형물 표면에 위치하고 있는 세포의 세포막이 파괴되어 액상화하여, 고형 유기물은 더 작아진다. 한편, 오탁수중에, 흙, 모래, 점토, 실트(silt) 등이 함유되고 있는 경우에는, 상기한 본 발명에 관한 방법 및 장치에 따라서는 분해되지 않기 때문에, 처리계로부터 제거할 필요가 생긴다. 상기 변형예에 있어서의 피처리수의 정화 메커니즘도 상기에서 설명한 실시형태 1에 있어서의 상기 정화 메커니즘과 같기 때문에, 그 설명은 생략한다.

(실시형태 2)

도-4A 및 도-4B에, 본 발명의 실시형태 2에 관한 처리장치 및 상기 장치에 의한 처리조작의 모식도를 나타내었다. 이러한 도면에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태(2)의 장치에서는, 피처리수인 유기성 오탁수의 도입구(9A)와, 처리된 처리수의 배출구(9B)를 갖는 처리조(30)내에서 처리중의 피처리수중에, 산소를 포함하는 가스를 간헐적으로 보내기 위한 제 1 산기관(36A)이 설치되어 이루어진다. 그리고, 상기 산기관(36A)은, 상기 도입구(9A)의 수직의 위치보다 아래쪽이고, 또한, 처리조(30)의 상부에, 주로 호기성 세균에 의해서 피처리수중의 용해성 유기물의 분해가 실시되는 호기성 처리영역이 형성되고, 처리조(30)의 하부에, 주로 혐기성 세균에 의해서 피처리수중의 고형 유기물의 분해가 실시되는 혐기성 처리영역이 형 성되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 한다. 즉, 산기관(36A)은, 처리조(30)의 바닥면 근방에 배치되는 것이 아니라, 처리조(30)의 하부에 혐기성 영역이 형성되도록, 처리조의 중단 근방에 배치되어 이루어진다(도-4A 및 도-4B 참조). 또한, 이에 따라, 도입구(9A)는, 이들 제 1 산기관(36A)의 수직의 위치보다 위쪽에 설치되게 된다.

상기와 같은 구성을 갖는 실시형태 2에 관한 처리장치에서는, 산기관(36A)을 사용하여 처리조(30)내에 산소를 포함하는 가스(공기 등)를 연속적으로 공급하는 것에 의해서, 상기 처리조(30)내의 상부에 형성된 호기성 처리영역에서, 주로 호기성 세균에 의해서 피처리수중의 용해성 유기물의 분해를 실시하고, 처리조(30)내의 하부에 형성한 혐기성 처리영역에서, 주로 혐기성 세균에 의해서 피처리수중의 고형 유기물의 분해를 실시하고, 또한, 상기한 처리조(30)의 구성 및 연속적인 산기에 의해서 형성되는 상기 호기성 처리영역과 상기 혐기성 처리영역이 혼재된 천이영역에서는, 주로 통기성 세균에 의한 유기물의 분해를 실시한다. 이들 3종류의 처리영역에 있어서의 처리를 소정의 속도로 진행하는 것에 의해, 고형 유기물을 처리계 밖으로 제거하는 것을 실질적으로 필요로 하지 않고, 피처리수인 유기 오탁수의 유기물을 가스와 H₂O로 분해하는 것이 가능하다. 한편, 3종류의 처리영역에 있어서의 처리를 소정의 속도로 진행하는 구체적인 방법으로서는, 처리조(30)내에의 산기관(36A)으로부터의 산소를 포함하는 가스(공기 등)의 연속적인 공급, 즉, 폭기하는 타이밍을 적당히 설계함으로써 실시할 수 있다. 예를 들면, 처리조(30)에 도 입되는 피처리수인 유기 오탁수가, 고형 유기물을 보다 고농도로 포함하는 경우에는, 도-4B에 나타낸 산기관(36A)으로부터의 폭기를 정지한 상태를 장시간으로 함으로써, 고형 유기물(5)의 분해를 진행시킬 수 있다.

이러한 실시형태 2의 바람직한 변형예를, 도-5A 내지 도-5C를 참조하여 이하에 설명한다. 도시한 변형예의 장치에서는, 실시형태 2에 있어서의 산기관(36A){이하, 제 1 산기관(46A)이라고 한다}에 더하여, 상기 제 1 산기관(46A)의 수직의 위치보다 아래쪽의 처리조(40)의 바닥면 근방에, 산소를 포함하는 가스를 처리조(40)내의 피처리수중에 간헐적으로 공급하여, 처리조내의 피처리수 전체를 혼합시키기 위한 제 2 산기관(46B)이 배치되어 이루어진다.

상기와 같은 구성을 갖는 실시형태 2의 바람직한 변형예에 관한 처리장치에서는, 제 1 산기관(46A)과 제 2 산기관(46B)을 사용하고, 처리조(40)내의 상부에 형성한 호기성 처리영역에서, 주로 호기성 세균에 의해서 피처리수중의 용해성 유기물의 분해를 실시하고, 처리조(40)내의 하부에 형성한 혐기성 처리영역에서, 주로 혐기성 세균에 의해서 피처리수중의 고형 유기물의 분해를 실시하고, 또한, 상기한 처리조(40)의 구성 및 간헐적인 산기에 의해서 형성되는 상기 호기성 처리영역과 상기 혐기성 처리영역이 혼재된 천이영역에서, 주로 통기성 세균에 의한 피처리수중의 유기물의 분해를 실시한다.

그리고, 상기 3종의 처리영역에 있어서의 분해의 조합을 1로 했을 경우에, 해당 조합이 여러번 반복되도록, 피처리수중에, 제 1 산기관(46A)과 제 2 산기관(46B)으로부터 산소를 포함하는 가스를 간헐적으로 공급하여, 처리조(40)내의 피처 리수를 전체에 혼합한다(도-5C 참조). 상기한 실시형태 2의 바람직한 변형예에 관한 처리장치에서는, 제 1 산기관(46A) 및 제 2 산기관(46B)으로부터 산소를 포함하는 가스를 피처리수중에 간헐적으로 공급하는 구체적인 수단으로서 산소를 포함하는 가스를 특정의 타이밍에 피처리수중에 공급할 수 있는 제어장치를 설치하는 것이 바람직하다. 그 타이밍의 구체적인 예를 도-6을 참조하여 후술한다.

도-6은, 도-5A 내지 도-5C에 나타내는 바와 같이, 상하 2단에, 산소를 포함하는 가스를 공급하기 위한 제 1 산기관(46A) 및 제 2 산기관(46B)이 배치되어 있는 1개의 처리조(40)를 갖는, 본 발명의 실시형태 2의 바람직한 변형예에 의한 장치를 이용하여 처리를 실시했을 때에 있어서의 처리조(40)내의 모습을 나타낸 것이다. 화살표의 방향으로 시간 t가 경과함에 따라, 처리조(40)내의 모양은, 도-6에 나타낸 바와 같이 된다. 도-6은, 제 1 산기관(46A)과 제 2 산기관(46B)에서 간헐적으로 산기를 실시했을 경우의 각 시점에 있어서의 처리조(40)의 모양을 나타낸 것이다. 이하, 도-6의 왼쪽 위에 나타내는 처리조의 모습으로부터 차례차례 설명한다.

처리조(40)내에 도입된 오탁수는, 처리조(40)내의 상단에 위치하는 제 1 산기관(46A)으로부터 산소를 포함하는 가스(공기 등)가 연속하여 산기(폭기)되고 있는 호기성 상태{즉, 호기성 처리영역(1)}에 있기 때문에, 우선, 호기성 세균에 의한 용해성 유기물의 분해처리가 진행된다. 그 때, 고형 유기물의 상당수는, 제 1 산기관(46A)의 아래쪽에 형성되는 폭기를 하지 않는 영역에 부유 혹은 침전하므로, 처리조의 바닥면 근방에서는, 혐기성 세균이나 통기성 세균에 의한 분해가 진행된 다. 다음에, 제 1 산기관(46A)으로부터의 산기가 정지되면, 처리조(40)내 상태는, 잠시동안은 호기성과 혐기성이 혼재하는 천이영역(3)이 되어, 피처리수중의 유기물은 통기성 세균에 의한 분해를 받는다. 그 후, 처리조내는, 산소가 없는 혐기성 상태{즉, 혐기성 처리영역(2)}가 된다. 이 상태에서는 산기가 실시되지 않기 때문에 점차 처리조내의 유동도 정지하여, 오탁수중의 고형 유기물은 침전하여 퇴적한다. 그리고, 침전한 고형 유기물은 혐기성 상태가 되어, 고형 유기물의 표면의 세포의 세포막이 혐기성 세균에 의해서 분해되어 액상화된다. 본 발명자의 검토에 의하면, 이 경우, 오탁수중의 고형 유기물의 5∼20%가 액상화된다. 다음에, 다시 처리조(40)내의 상단에 위치하는 제 1 산기관(46A)으로부터 산기하고, 특히 처리조(40)내의 상부를 호기성 상태로 한다. 그 결과, 혐기성 상태의 처리조(40)내에서 액상화된 고형 유기물의 부분은, 유동해 호기성 세균으로 분해처리된다.

다음에, 다시, 제 1 산기관(46A)으로부터의 산기를 정지하여 처리조(40)내를 혐기성 상태로 하여, 상기한 바와 같이, 통기성 세균에 의한 분해, 또한, 혐기성 세균에 의한 분해를 진행시킨다. 상기한 처리에서는, 상단의 제 1 산기관(46A)으로부터만 산기하고, 제 2 산기관(46B)으로부터의 산기는 정지하고 있다. 따라서, 상하 2단에 설치한 제 1 산기관(46A)과 제 2 산기관(46B)의 사이는 대부분 유동이 없기 때문에, 피처리수중의 고형 유기물은, 상단의 제 1 산기관(46A)과 하단의 제 2 산기관(46B)과의 사이에 침전하고, 퇴적한다. 이 고형 유기물이 침전하고 퇴적한 부분에서는, 통기성 세균 혹은 혐기성 세균에 의한 고형 유기물의 분해가 항상 실시되는 상태가 되고 있다.

본 실시형태의 바람직한 변형예의 처리장치에 의한 처리를 보다 효율적으로 실시하기 위해서는, 도-5C에 나타낸 바와 같이, 처리의 도중에, 바람직하게는, 호기성 상태하에서의 처리의 도중에, 처리조(40)에 설치되어 있는 하단의 제 2 산기관(46B)으로부터 산소를 포함하는 가스를 간헐적으로 산기하여, 처리조(40)내의 오탁수를 간헐적으로 혼합상태(8)로 하면 좋다.

본 실시형태 2의 바람직한 변형예의 처리장치에 의한 상기 처리의 구체적인 타이밍은, 처리하는 피처리수의 상태에도 따르지만, 제 1 산기관(46A) 및 제 2 산기관(46B)의 산기를 하기와 같은 타이밍으로 실시하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 피처리수의 액체 또는 고형물이 처리조(40)내에, 각각 하기와 같은 다른 시간으로 체류하게 된다. 우선, 상단에 설치한 제 1 산기관(46A)에서, 산소를 포함하는 가스의 산기를 5∼60분간 연속해서 실시한 후, 다음에, 상기 산기를 20∼240분간 정지하는 것을 1사이클로 하여, 상기 사이클이 3∼10회 반복되도록 한다. 이 사이의 통산시간이, 대략 그 피처리수의 액체부분의 체류시간이 된다. 즉, 본 발명에서는, 피처리수의 처리조(40)내에의 도입 에너지는 적고, 피처리수중의 액체부분은, 이 간헐적인 산기에 의한 에너지에 의해서 처리조(40)내를 이동한다. 따라서, 후술하는 실시예 1의 5개의 처리조를 연결한 처리장치에서 하수를 처리했을 경우와 같이, 1개의 처리조에서 제 1 산기관(46A)에서 15분 폭기한 후, 30분 비폭기로 하는 것을 5회 반복했을 경우에는, 피처리수중의 액체 부분은, 대체로(15+30)분 × 5회 × 5 = 1125분간(18.8시간)에 걸쳐서 처리조(40)내를 통과하게 된다.

본 실시형태 2의 바람직한 변형예의 처리장치에 의한 처리에서는, 처리조 (40)가 상기한 바와 같이 구성되어 있기 때문에, 상기와 같이 하여 제 1 산기관(46A)에서 산기가 실시되면, 1개의 처리조(40)내의 정화역에, 조(槽)의 상부의 주로 호기성 세균에 의한 분해가 실시되는 호기성 처리영역(1)과, 조의 하부의 주로 혐기성 세균에 의한 분해가 실시되는 혐기성 처리영역(2)과, 또한, 주로 통기성 세균에 의한 처리를 하는 천이영역(3)의 3종의 처리영역이 형성된다. 그리고, 피처리액의 액체부분은, 처리조(40)내에 상기한 바와 같은 시간 체류하여, 주로 호기성 처리영역(1)에서 호기성 세균에 의한 처리를 받는다.

본 실시형태 2의 바람직한 변형예의 처리장치에 의한 처리에서는, 처리조(40)에 설치되어 있는 하단의 제 2 산기관(46B)으로부터도 간헐적인 산기를 실시하여, 상기한 처리조(40)내의 피처리수가 간헐적으로 혼합상태(8)가 되도록 한다. 구체적인 타이밍은, 예를 들면, 상단에 설치한 제 1 산기관(46A)에 의한 산기의 5∼10회당 1회의 비율로, 하단에 설치한 제 2 산기관(46B)으로부터, 1회에 5∼60분간의 산기를 실시하여, 이 제 2 산기관(46B)에 의한 산기를 5∼20회 반복하도록 하는 것이 바람직하다. 피처리수중의 고형물은, 이 제 2 산기관(46B)에 의한 간헐적인 산기의 에너지에 의해서, 표면의 액화한 부분은 액체내로 이동하고, 나머지의 고형물의 부분도 처리조(40)내를 이동한다. 이 때문에, 고형물의 처리조(40)내에 있어서의 체류시간은 정확하게 구하는 것은 어렵다. 제 2 산기관(46B)에 의한 산기가 없으면 고형물이 이동하지 않는 것은 분명하기 때문에, 후술하는 실시예 1의 5개의 처리조를 연결한 처리장치에 있어서는, 피처리수중의 고형물은, 적어도 일단위로 각 처리조내에 체류하게 된다. 한편, 처리조(40)에 피처리수를 도입시키는 속도는, 주로, 상기한 액체의 체류시간과 처리조(40)의 크기에 의해서 결정할 수 있다.

또한, 실시형태 2 및 그 바람직한 변형예에 있어서는, 상기한 바와 같이, 처리조가 1개라도, 호기성 처리영역과 혐기성 처리영역과, 이들의 경계의 천이영역의 3종의 처리영역에 있어서의 분해의 조합을 1로 하여, 이 조합을 여러번 반복되도록 처리를 실시하는 것이 가능하다. 그러나, 보다 신속한 처리를 실시하기 위해서는, 상기한 바와 같은 구성의 처리조를 3∼5개 직렬로 연결하는 것이 바람직하다.

실시예

<실시예 1>

하수(SS=200mg/리터), 식품 공장배수(SS=1000mg/리터)의 2종류의 실제의 유기성 오탁수를 피처리수로 하여, 그대로의 상태로(원수(原水)인 채로), 실시형태 1의 처리장치 또는 실시형태 2의 바람직한 변형예의 조(槽)를 5개 연결하여 이루어지는 처리장치내로 도입하여 처리를 실시하였다. 하수의 경우는, 용적 체류시간이 약 19시간이 되도록 하수를 처리조내로 흘러 통하게 하면서 처리를 실시하였다. 또한, 식품 공장배수의 경우는, 용적 체류시간이 50시간이 되도록 배수를 처리조내로 흘러 통하게 하면서 처리를 실시하였다. 각각의 처리조건에 대해서는, 표 1에 나타내었다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 상기한 실제의 오탁수에 대해서, 유기 고형물을 포함하는 유기물은, 대부분 완전하게 분해되어 가스와 H₂O가 되는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 어느 처리에 있어서도, 오니의 발생은 없었다. 한편, 하수 의 경우는, 처리 후에 모래 등의 무기계의 오니는 남았지만, 침전 분리함으로써 용이하게 제거할 수 있었다. 그 결과, 식품 공장배수의 경우와 같이 부유물이 없는 맑고 깨끗한 처리수를 얻을 수 있었다.

표 1 : 실시예 1의 정화처리조건과 처리수의 성질형상

오탁수 (SS[mg/l])	처리장치	처리개요	처리수의 성질형상
하수 (SS=200)	실시형태 1	반복회수 : 5	유기오니의 발생없음 (무기물은 남는다) 침전분리하면 깨끗함
	실시형태 2의 변형예 5조(槽)	(액체부분의 체류시간) : 관 46A : 15분 폭기, 30분 비폭기 관 46A의 반복회수 : 5회/1조(槽) 관 46B : 15분 폭기, 8시간 비폭기 관 46B의 반복회수 : 5회/1조(槽)	유기오니의 발생없음 (무기물은 남는다) 침전부리하면 깨끗함
식품공장배수 (SS=1000)	실시형태 1	반복회수 : 10	오니의 발생없음 조금 탁함이 있지만 깨끗함
	실시형태 2의 변형예 5조(槽)	(액체부분의 체류시간) : 관 46A : 40분 폭기, 80분 비폭기 관 46A의 반복 회수 : 5회/1조(槽) 관 46B : 40분 폭기, 10시간 비폭기 관 46B의 반복회수 : 7회/1조(槽)	오니의 발생없음 조금 탁함이 있지만 깨끗함

산업상 이용가능성

본 발명의 활용예로서는, 하수 또는 식품관련 공장배수 등의 고형 유기물 등을 고농도로 포함하는 유기성 오탁수를 그대로의 상태로 처리하고, 게다가 고형 유기물의 대부분을 생물 분해할 수 있고, 특히, 활성 오니법의 결점인 잉여 오니 처리의 문제가 발생하는 일이 없는 고농도 유기성 오탁수의 처리방법 및 처리장치를 들 수 있다.

본 발명에 의하면, 용해성 유기물 및 고형 유기물을 고농도로 포함하는 하수 또는 식품관련 공장배수 등의 유기성 오탁수를 그대로의 상태로, 전처리하거나 희석할 필요가 없이 처리할 수 있고, 게다가, 활성 오니법의 결점인 잉여 오니 처리의 문제를 일으키는 일이 없이, 유기성 오탁수중의 용해성 유기물은 물론, 고형 유기물도 분해할 수 있어, 유기성 오탁수중의 유기물을 거의 완전하게 가스와 물(H₂O)로 할 수 있는 신규 고농도의 유기성 오탁수의 처리방법 및 처리장치가 제공된다.

Claims (15)

1. 처리조내에 유기물을 주체로 하는 하수 또는 식품관련 공장배수의 유기성 오탁수를 전처리 없이 원수 그대로의 상태로 해서 피처리수로서 도입하고, 상기 처리조내에서 상기 피처리수중의 유기물을 분해 처리하기 위한 유기성 오탁수중의 유기물의 분해처리장치로서,

   상기 처리조는, 상기 피처리수의 처리조내에의 도입구와, 처리조내로부터의 처리수의 배출구와, 상기 배출구와 상기 도입구의 사이에 설치된 피처리수를 흘러 통하게 하면서 정화하기 위한 정화역과, 상기 정화역을 복수의 구획으로 나누기 위해서 정화역에 서로 이격하여 설치된 복수의 다공의 벽을 갖고,

   상기 다공의 벽은, 각각 지름이 3~10cm인 다수의 관통구멍이 형성된 판체 2매 또는 3매가 1세트로 되어 이루어지고, 상기 1세트로 되는 판체간의 간격은 10~50cm이며,

   상기 다공의 벽은 피처리수의 흐름을 거스르는 위치에 배치되고, 상기 다공의 벽을 사이에 두고, 그 내부에 산소를 포함하는 가스가 공급되는 호기성 세균에 의한 피처리수중의 용해성 유기물의 분해가 실시되는 호기성 구획과, 산소를 포함하는 가스가 공급되는 일이 없는 혐기성 세균에 의한 피처리수중의 고형 유기물의 분해가 실시되는 혐기성 구획이 조합되어 인접하고, 장치의 운전시에 상기 다공의 벽의 근방에 통기성 세균에 의한 피처리수중의 유기물의 분해가 실시되는 천이영역이 형성되는 구조를 갖고,

   또한, 상기 도입구와 배출구 중의 어느 하나는, 상기 호기성 구획 중 최상류측과 최하류측의 호기성 구획에 각각 연통하고 있는 것이며,

   상기 혐기성 구획의 바닥부에 고형물 고임부가 설치되어 있고, 각 고형물 고임부에 모인 고형물을, 피처리수의 유입경로의 방향에서 보아 바로 하류측의 호기성 구획에 도입할 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유기성 오탁수중의 유기물의 분해처리장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 호기성 세균에 의한 피처리수중의 용해성 유기물의 분해와, 상기 혐기성 세균에 의한 피처리수중의 고형 유기물의 분해와, 통기성 세균에 의한 피처리수중의 유기물의 분해를 조합하여 3회 이상 20회 이하 반복하는데 충분한 수만큼 상기 다공의 벽이 설치되어 있는 유기성 오탁수중의 유기물의 분해처리장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 호기성 구획과 천이영역과 혐기성 구획이 조합되어, 피처리수의 유입경로를 따라서 직렬로 나열되어 있는 유기성 오탁수중의 유기물의 분해처리장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 다공의 벽이 서로 빈틈을 형성하여 평행하게 배치되어 이루어지는 유기성 오탁수중의 유기물의 분해처리장치.
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