KR100984154B1

KR100984154B1 - 수처리 장치

Info

Publication number: KR100984154B1
Application number: KR1020100007578A
Authority: KR
Inventors: 한상배; 장덕; 허준무; 윤재섭; 정보림; 류승재
Original assignee: 주식회사 그린기술산업
Priority date: 2010-01-27
Filing date: 2010-01-27
Publication date: 2010-09-30

Abstract

본 발명은 하폐수 또는 상수를 고도처리할 수 있는 장치에 관한 것으로, 생물학적처리가 이루어지는 생물막접촉조(1)와, 상기 생물막접촉조(1)에 충전된 생물막담체를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치에 있어서, 상기 생물막담체는 섬유가 중첩되어 구성된 수세미상 생물막담체(5) 또는 입상 생물막담체(6)인 것을 특징으로 하는 수처리 장치로 구성되고, 상기 수처리 장치의 전단계에는 제1 반응조(3)를 설치하거나 또는 후단계에 제2 반응조(2)를 설치하고 내부순환장치(14)가 조합된 수처리 장치를 제공함으로써, 유기물(BOD)과 현탁성 고형물(SS), 총질소(TN) 및 총인(TP)을 경제적이고 높은 효율로 처리할 수 있다.

Description

수처리 장치{Water Treatment Facilities }

본 발명은 수처리 장치에 관한 것으로, 하폐수와 초기 우수 및 상수처리에 이용되고 특히 제한된 공간에서 하폐수 등에 함유된 다양한 오염물질과 부영양화 원인물질인 TN(Total Nitrogen : 총질소), TP(Total Phosphorus : 총인) 등을 높은 효율로 제거할 수 있는 수처리 장치에 관한 것이다.

강수량은 연간으로 불균일하게 분포되고, 갈수기의 하천 유지용수나, 공업용수, 관개용수와 같은 물 소요량은 증가함에 따라 물의 재이용을 위한 하폐수의 고도처리기술과, 수계의 부영양화 및 오염에 따른 고도정수처리기술이 절실하게 요구되고 있다.

그러나 종래의 중공사막은 TN, TP, 용존성의 BOD (Biochemical Oxygen Demand : 생화학적 산소요구량)로 표시되는 유기물 등과 같은 용존성 오염물질의 제거효율이 낮고 주로 SS(Suspended Solid : 현탁성 고형물) 제거에 국한되며 시설비와 유지관리비 소요가 매우 커서 비효율적이고 비경제적이라는 한계가 있다.

또한, 종래방식의 생물막접촉기능과 여과기능이 동시에 구비된 바이오필터는 고액분리기능과 용존성 유기물의 분해기능이 함께 구비된 장점이 있으나, TN, TP를 제거하기 어렵고 유입 BOD 부하가 높은 경우에는 여상이 쉽게 폐쇄되는 단점이 있다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로, 생물학적처리와 물리적 여과기능이 구비되고, BOD 부하가 높은 유입수의 처리도 가능하며, SS, BOD, TN, TP를 경제적이며, 높은 효율로 제거할 수 있는 컴팩트한 구조의 수처리 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수처리 장치는, 생물막담체에 부착증식하는 미생물에 의하여 생물학적처리가 이루어지는 생물막접촉조와, 이 생물막접촉조에 충전된 생물막담체를 포함하는 수처리 장치에 있어서, 상기 생물막담체는 섬유가 중첩되어 구성된 수세미상 생물막담체로 이루어지거나 벌크형 생물막담체 또는 입상 생물막담체로 이루어지고 처리목적에 따라 생물막담체를 다르게 구성할 수 있다.

첫째, 상기 생물막접촉조에서 BOD 제거 또는 질소산화물의 탈질반응을 주된 목적으로 할 경우에는 많은 양의 미생물이 부착증식되고 반응액의 혼합이 충분히 이루어져야 한다. 이러한 반응조건에서는 생물막담체의 비표면적이 커서 미생물이 부착할 수 있는 표면적이 넓고, 공극율이 커서 유체의 소통이 원활한 생물막담체가 유리하다. 따라서 상기 생물막접촉조에는 공극이 서로 연통된 다공성의 발포수지, 적어도 일면에 섬모층이 형성된 직포 또는 부직포, 섬유가 조밀하게 돌출된 로우프 중에서 선택한 벌크형 생물막담체 또는 섬유가 중첩된 수세미상 생물막담체를 충전한다.

상기 수세미상 생물막담체와 벌크형 생물막담체는 반응조내에서 유동하지 않는 고정상으로 설치하거나 망체 등으로 구성된 유공 케이싱의 내부에 내삽하여 유동상 또는 고정상으로 충전할 수 있다. 상기 수세미상 생물막담체 또는 상기 벌크형 생물막담체가 충전된 생물막접촉조에서는 유입 BOD 농도가 높은 경우에도 담체가 잘 폐쇄되지 않고 SS 농도가 낮은 경우 SS가 생물막에 부착 제거되는 장점이 있다. 그러나 SS 농도가 높을 경우에는 유출수를 통하여 SS가 유출될 수 있으므로 SS 제거를 위한 후속공정을 설치하는 것이 일반적이다.

둘째, 상기 생물막접촉조에서 BOD 부하가 낮고 SS 제거를 주목적으로 하는 경우에는 상기 생물막접촉조에는 많은 양의 Biomass를 유지하는 것 보다는 SS 제거를 위한 여과기능을 발휘할 수 있는 입상 생물막담체를 충전하는 것이 바람직하다. 입상 생물막담체는 입상의 합성수지 성형물, 입상의 발포수지, 입상활성탄, 입상의 세라믹, 미세사가 뭉쳐서 구형으로 성형된 미세사구, 세라믹 분말과 합성수지 혼합물로 이루어진 입상 성형물, 세라믹에 합성수지를 코팅한 입상 성형물, 합성수지와 동식물성 소재의 혼합물로 이루어진 입상 성형물 등과 같은 소재 및 형태로 구성할 수 있다.

이러한 입상 생물막담체 중에서 선택하여 상기 생물막접촉조에 충전하면 상기 입상 생물막담체에 부착증식하는 미생물에 의하여 질산화반응과 잔여 BOD의 제거 등 생물학적 반응과 함께 고형물의 물리적 여과가 동시에 이루어지는 필터기능도 병행하게 되므로 SS를 제거하기 위한 후속공정을 생략할 수 있으며 호기성 조건에서 질산화 반응이 이루어지도록 할 수도 있다.

또한, 본 발명에 따른 수처리 장치는 상기 입상 생물막담체가 충전된 생물막접촉조의 전단계에 제1 반응조가 설치되고, 상기 제1 반응조에서는 BOD의 호기성 분해 또는 무산소 조건에서 탈질반응 등과 같은 생물학적 반응이 주로 이루어지고, 후속공정인 상기 생물막접촉조에서는 잔여 BOD의 분해 또는 질산화 반응이 이루어질 수 있으며 SS를 제거하는 여과기능을 주된 목적으로 할 수 있다. 또한, 상기 생물막접촉조에서 상기 제1 반응조로 반응액을 역류 유입시키는 내부순환장치가 설치된 수처리 장치를 구성함으로써, 상기 수처리 장치의 생물막접촉조에서는 유기성 질소와 암모니아성 질소가 질산성 질소로 질산화되고, 상기 제1 반응조에서는 역류 유입된 질산성 질소가 유리질소로 환원되는 탈질반응이 이루어져서 질소 제거율이 증대되도록 할 수 있다. 여기서 생물학적 반응을 위주로 하는 상기 제1 반응조에는 벌크형 생물막담체를 충전하고, 상기 생물막접촉조에는 SS 제거를 위하여 여과기능이 구비된 입상 생물막담체를 충전하였다.

또한, 본 발명에 따른 수처리 장치는 상기 수세미상 생물막담체가 충전된 생물막접촉조의 후단에 제2 반응조가 설치되고, 상기 생물막접촉조에서는 BOD의 호기성 분해 또는 무산소 조건에서 탈질반응 등과 같은 생물학적 반응이 주로 이루어지고, 후속공정인 상기 제2 반응조에서는 잔여 BOD의 분배 또는 질산화 반응이 이루어질 수 있으며 SS를 제거하는 여과기능을 주된 목적으로 할 수 있다. 또한, 상기 제2 반응조에서 상기 수처리 장치로 반응액이 역류 유입되도록 하는 내부순환장치가 설치된 수처리 장치를 구성함으로써, 상기 제2 반응조에서 질산화 반응이 이루어지고 상기 수처리 장치의 생물막접촉조에서 탈질반응이 이루어져서 질소 제거효율이 증대되도록 할 수 있다. 여기에서도 생물학적 반응을 위주로 하는 상기 생물막접촉조에는 상기 수세미상 생물막담체가 충전되고, 상기 제2 반응조에는 SS 제거를 위하여 여과기능이 구비된 입상 생물막담체를 충전하였다.

전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 수처리 장치를 하폐수 고도처리와 정수처리에 이용하면, 질산성 질소의 탈질반응은 물론 암모니아성 질소와 유기성 질소를 질산화 및 탈질시켜서 유리질소 형태로 수체에서 분리 제거하고, SS를 여과하여 제거시키므로써 BOD, SS, TN 및 TP를 효과적이고 높은 효율로 제거시킬 수 있고 장치의 구성이 컴팩트하고 부지소요가 작은 이점이 있다.

도1은 본 발명에 따른 수처리 장치 제1실시예의 개념도,
도2는 본 발명에 따른 수처리 장치 제2실시예의 개념도,
도3은 본 발명에 따른 수처리 장치 제3실시예의 개념도,
도4는 본 발명에 따른 수처리 장치 제4실시예의 개념도,
도5는 본 발명에 따른 수처리 장치 제5실시예의 개념도,
도6은 본 발명에 따른 수처리 장치 제6실시예의 개념도,
도7a 내지 도7h는 본 발명에 따른 수처리 장치들에 포함되는 여러가지 실시예의 입상 생물막담체의 외관도이다.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 수처리 장치 제1 실시예의 개념도이다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 수처리 장치는 생물막담체가 충전되고 생물막담체에 부착증식하는 미생물에 의하여 생물학적처리가 이루어지는 생물막접촉조(1)를 구비하고, 이 생물막접촉조(1)에 충전되는 생물막담체는 섬유가 중첩되어 구성된 수세미상 생물막담체(5)로 되어 있다. 이 수세미상 생물막담체(5)는 비표면적과 공극율이 커서 미생물 증식에 유리하다. 따라서 상기 생물막접촉조(1)에서는, BOD 제거 또는 질소산화물의 탈질반응을 위하여 많은 양의 미생물이 부착증식되고, 담체의 내부까지 반응액의 혼합이 원활하게 이루어질 수 있게 된다.

생물막접촉조(1)에 충전되는 섬유가 중첩된 수세미상 생물막담체는 생체친화성과 물성이 우수한 폴리에틸렌(polyetylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리우레탄(Polyurethane) 소재 중에서 선택하여 직경 0.1mm∼1.2mm 범위 내인 사상체를 형성하고, 이를 공극율이 80%∼98% 범위 내가 되도록 성글게 중첩하여 구성하여 구성하거나, 또는 폴리염화비닐리덴(polyvinylidene chloride) 소재를 직경 0.1mm∼1.2mm 범위 내인 사상체로 형성하고, 이를 공극율이 80%∼98% 범위 내가 되도록 중첩시켜서 구성할 수 있다. 방사 등의 방법에 의하여 사상체를 형성하는 과정에서 상기 폴리염화비닐리덴에는 폴리염화비닐(polyvinyl chloride)을 혼합하여 상기 사상체에는 중량기준 30%∼70% 범위 내의 폴리염화비닐이 혼합되도록 할 수 있다.

상기 수세미상 생물막담체는 직경 0.1∼1.2mm 범위내의 사상체(絲狀體)들을 수세미 형상이 되도록 성글게 중첩하여 공극율이 80∼90% 범위가 되도록 하고 적층 높이는 10mm∼100mm 또는 그 이상이 되도록 하되, 상기 사상체들이 자중에 의하여 압착되지 않고 수세미 형상과 볼륨(Volume)을 유지하고 사상체들이 낱개로 흩어지지 않도록 상기 사상체들이 서로 닿는 접촉부위는 라텍스 본드 등과 같은 접착제로 접착시켜서 고정한 것이다. 여기서 상기 사상체들은 적층과정에서 공극율이 크고 성글게 적층될 수 있도록 원형 또는 나선형으로 구부러진 형상이 바람직하다.

또한 상기 수세미상 생물막담체는 고온에서 용융된 합성수지를 방사하여 사상체를 만들고 상기 사상체들이 냉각되기 전에 표면이 거의 용융된 상태에서 적층하면 사상체들의 접촉부위가 서로 융착되고 이후 사상체들이 냉각되면 사상체들의 접촉부위가 서로 접착 고정되므로 수세미 형상과 볼륨을 유지할 수 있게 된다. 여기서 상기 사상체는 공극율이 크고 성글게 적층될 수 있도록 나선형 등의 형상으로 방사하거나, 다수개의 돌기가 형성된 성형틀 위에 상기 사상체들을 방사하여 적층하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 수세미상 생물막담체는 사상체들을 그물망처럼 성글게 직조하고 직조된 사상체들을 적층하고 접촉부위를 다른 사상체로 연결하거나 접착제로 고정하여 구성할 수도 있다.

이와 같이 상기 수세미상 생물막담체에 있어서, 사상체들은 수세미 형상과 공극율을 유지할 수 있도록 지나치게 미세하지 않고 단위 중량당 비표면적이 크게 유지될 수 있도록 직경이 지나치게 크지 않은 직경 0.1∼1.2mm 범위 이내이고 탄성이 큰 합성수지 소재가 바람직하다.

이와 같이 본 발명에서의 수세미상 생물막담체는 직경 0.1∼1.2mm 범위 이내의 사상체들이 중첩되어 수세미 형상을 이루고 상기 수세미상의 단위체적당 사상체가 차지하는 체적이 2∼20% 범위가 되고 따라서 공극율이 80∼98% 범위가 되도록 수세미 형상을 이룬 것들이다.

본 발명에 따른 수처리 장치에 포함되는 상기 수세미상 생물막담체(5)는 비표면적을 크게 하여 단위 체적 또는 단위 중량당 미생물이 부착증식할 수 있는 표면적이 증대되도록 섬유에 돌기 또는 홈과 같은 요철부(凹凸部)를 형성할 수 있다. 이러한 요철부(도면생략)는 섬유의 표면에 생체친화성과 내침식성 및 접착성이 큰 라텍스 소재 등과 같은 접착제 또는 용융상태의 합성수지를 분무하는 등의 방법에 의하여 섬유의 표면에 불규칙한 돌기가 형성되도록 할 수 있다. 또한 용융상태의 합성수지를 압출하여 방사(紡絲)하는 과정에서 압출압력에 맥동을 가하여 섬유가 링 형상의 요철부가 형성되도록 하거나, 방사용 노즐에 홈 또는 돌기를 만들어서 섬유에 길게 돌기 또는 홈이 형성되도록 방사하여 요철부를 만들 수 있다.

탈질반응을 목적으로 할 경우에는 상기 생물막접촉조에 메탄올, 유기산 등과 같은 외부탄소원을 주입하는 외부탄소원 주입장치(11)를 설치하여 탈질효율을 높일 수 있다. 즉, 상기 생물막접촉조(1)에는 산소가 공급되지 않는 비포기 조건에서 질산성 질소가 유리질소로 환원되는 탈질반응이 이루어지며, 탈질과정에서 유기물이 소모되므로 BOD가 제거될 수 있다. 탈질반응에 소요되는 유기물의 량이 부족할 경우에는 외부탄소원 주입장치(11)를 설치하고, 이를 통하여 메탄올, 유기산, 슬러지 탈리액 등과 같은 외부탄소원을 공급할 수 있다.

또한, 상기 생물막접촉조에는 생물막담체에 과다하게 부착증식하는 생물막을 탈리시키는 탈막장치(12)를 설치하였으며, 상기 탈막장치(12)는 탈막용 유체를 분출하게 되어 있는데, 예컨대, 수류를 분출하는 펌프 및 노즐로 구성하거나, 공기를 분출하는 송풍기와 산기관으로 구성하거나, 또는 물과 공기가 혼합된 혼합수류를 분출하도록 구성할 수 있는데 통칭하여 탈막장치로 정의한다. 탈막장치(12)는 미생물이 과다 부착증식하는 경우에 한하여 간헐적으로 작동하므로, 바람직하게는 탈막을 하지 않는 평상시에는 탈막장치(12)의 유체공급관을 통하여 외부탄소원을 주입하도록 하면, 외부탄소원이 생물막접촉조 내에 빠르고 고르게 분산되어 신속한 탈질반응을 유도할 수 있게 된다. 탈막이 필요할 경우 외부탄소원의 공급을 중지하고 탈막용 유체의 이송에 이용할 수 있으므로 시설비의 경제성을 기할 수 있다. 즉, 밸브 작동 또는 장치의 온-오프(ON-OFF) 작동에 의하여 외부탄소원, 탈막용 유체가 선택적으로 상기 생물막접촉조에 공급되도록 할 수 있다.

생물막담체가 충전된 이 실시예의 상기 수처리 장치의 생물막접촉조는 무산소 조건에서 탈질반응에 유용하게 적용할 수 있을 뿐 아니라, 산소를 공급하는 포기장치(도면생략)를 설치하여 호기성 조건에서 고농도의 유기물을 분해하거나 또는 유기성 질소와 암모니아성 질소를 질산성 질소로 산화시키는 질산화가 이루어지도록 할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 수처리 장치의 제2 실시예의 개념도이다.

도 2는 상기 도 1에 따른 생물막접촉조(1)의 후단계에 제2 반응조(2)를 설치하여 유입수가 상기 생물막접촉조(1)와 상기 제2 반응조(2)를 순차적으로 거쳐서 처리되는 수처리 장치이다.

상기 제2 반응조(2)에는 공기를 공급하는 포기장치(13)를 설치할 수 있으며 필요에 따라 연속 또는 간헐적으로 공기를 공급할 수 있다.

생물막접촉조(1)에는 수세미상 생물막담체(5)가 충전되어 있고, 제2 반응조(2)에는 생물막의 부착증식과 고형물의 여과가 병행될 수 있는 입상 생물막담체(6)가 충전되어 있다. 입상 생물막담체(6)는 입상의 합성수지 성형물, 입상의 발포수지, 입상 활성탄, 입상의 세라믹, 세라믹 분말과 합성수지 혼합물로 이루어진 입상 성형물, 세라믹에 합성수지를 코팅한 입상 성형물, 합성수지와 동식물성 소재의 혼합물로 이루어진 입상 성형물, 미세사가 뭉쳐서 구형으로 성형된 미세사구 등의 소재 및 형태로 구성할 수 있다.

상기 제2 반응조(2)에서 질산화 반응이 이루어진 수체가 일부 상기 생물막접촉조(1)로 역류 유입되도록 하는 내부순환장치(14)가 설치될 수 있다.

상기 생물막접촉조(1)에는 부착증식하는 생물막을 탈리시키는 탈막장치(12)가 설치되고, 상기 내부순환장치(14)는 상기 탈막장치(12)에 연통되도록 연결되어 내부순환수를 제2 반응조(2)로부터 생물막접촉조(1)로 보낼 수 있다. 또 필요에 따라 외부탄소원을 주입할 수 있는 외부탄소원 주입장치(11)가 상기 탈막장치(12)에 연통되어 설치되어 있어서, 밸브 작동 또는 장치의 온-오프(ON-OFF) 작동에 의하여 외부탄소원, 내부순환수, 탈막용 유체가 선택적으로 상기 생물막접촉조에 공급되도록 할 수 있다. 물론 이러한 장치의 연통은 장치의 효율화를 위한 것이며, 개별적으로 설치되는 것이 본 발명의 범위를 벗어나는 것은 아니며 이를 분명히 밝혀 둔다.

상기 탈막장치(12)의 작동은 미생물이 과다 부착증식하는 경우에 한하여 간헐적으로 작동하므로 탈막을 하지 않는 평상시에는 탈막장치의 유체공급관을 통하여 제2 반응조(2)로부터 역류 유입되는 내부순환수와 외부탄소원 주입장치(11)에서 공급되는 외부탄소원을 주입함으로써 내부순환수와 외부탄소원이 생물막접촉조(1) 내에 고르게 분산되어 신속한 탈질반응을 유도할 수 있게 된다. 탈막이 필요할 경우 외부탄소원의 공급을 중지하고 탈막용 수류 또는 공기 등의 유체 이송에 이용할 수 있다. 또한, 상기 내부순환수를 탈막용 수류로 이용할 수도 있다.

도 3은 본 발명에 따른 수처리 장치의 제2 실시예의 개념도이다.

이 실시예에 따른 수처리 장치는 생물막담체가 충전되고 생물막담체에 부착증식하는 미생물에 의하여 생물학적처리가 이루어지는 생물막접촉조(1)를 구비하고, 이 생물막접촉조(1)에 충전되는 생물막담체는 섬유가 중첩되어 구성된 수세미상 생물막담체(5)로 되어 있다. 이 수세미상 생물막담체(5)는 도 1에서 설명한 바와 같다. 그리고 이 수세미상 생물막담체(5)의 상부측에는 생물막의 부착증식과 고형물의 여과가 병행될 수 있는 입상 생물막담체(6)가 충전되어 있다.

입상 생물막담체(6)는 입상의 합성수지 성형물, 입상의 발포수지, 입상 활성탄, 입상의 세라믹, 세라믹과 합성수지 혼합물로 이루어진 입상 성형물, 세라믹에 합성수지를 코팅한 입상 성형물, 합성수지와 동식물성 소재의 혼합물로 이루어진 입상 성형물, 미세사가 뭉쳐서 구형으로 성형된 미세사구 등의 소재 및 형태로 구성할 수 있는데, 이러한 입상 생물막담체(6) 중에서 선택하여 상기 생물막접촉조에 충전하면, 상기 입상 생물막담체(6)에 의하여 질산화반응과 잔여 BOD의 제거 등 생물학적 반응과 함께 SS의 물리적 여과가 동시에 이루어지는 필터기능도 병행하게 되므로 SS를 제거하기 위한 후속 공정을 생략할 수 있게 된다.

호기성반응을 위하여 상기 입상 생물막담체(6)층의 하부 또는 상기 수세미상 생물막담체(5)층의 하부에 용존산소를 공급하는 포기장치(13)를 설치하고 필요에 따라 연속 또는 간헐적으로 공기를 공급할 수 있다. 또 과도하게 부착증식하는 생물막의 탈막이 필요할 경우에는 상기 수세미상 생물막담체(5)층의 하부에 탈막장치(12)를 설치하여 생물막담체의 표면에 전단력을 가하여 과도하게 부착증식하는 미생물을 탈리시킬 수 있으며 상기 포기장치(13)와 상기 탈막장치(12)는 각각 탈막과 포기에도 이용할 수 있다.

질소 제거효율을 증대시키기 위하여 상기 입상 생물막담체(6)층에서 수체가 일부 상기 수세미상 생물막담체(5)층으로 순환되도록 하는 내부순환장치(14)를 설치하는 것이 바람직한데, 이 내부순환장치(14)를 상기 탈막장치(12)에 연통시키면 장치의 효율화를 기할 수 있다.

유입수의 TKN(Total kjeldahl Nitrogen) 농도가 높은 경우 내부순환장치(14)에 의하여 상층부의 입상 생물막담체(6)층에서 호기성 반응에 의하여 질산화 반응이 이루어지고, 상기 내부순환장치(14)에 의하여 역류 유입된 질산성 질소는 상기 수세미상 생물막담체(5)층에서 탈질반응이 이루어지게 된다.

상기 생물막접촉조(1)에 충전된 수세미상 생물막담체(5)층의 상층부에 충전되는 입상 생물막담체(6) 및 본 발명에 따른 다른 실시예에서의 입상 생물막담체들은 입경은 2.0∼35mm 범위 이내이며 건조상태에서의 겉보기 비중이 0.85∼2.75 범위 이내가 되도록 소재를 조합하여 성형한 입상물이거나 자연재 중에서 선별한 입상물들이다.

먼저 상기 입상 생물막담체(6)는 모래, 자갈, 안스라사이트(Anthracite), 지올라이트(Geolite), 부석(화산탄), 유리 등과 같은 다양한 세라믹 소재 중에서 비중과 입경이 각각 1.03∼2.75, 2.0∼35mm 범위 이내가 충족되는 것을 선별하여 구성하거나 또는 성형하여 구성할 수 있다.

또한 상기 입상 생물막담체(6)는 모래, 자갈, 안스라사이트, 지올라이트, 부석, 유리 등을 핵으로 하여 그 표면에 합성수지를 코우팅하고 입경과 건조상태에서의 겉보기 비중이 각각 2.0∼35mm, 0.95∼2.15 범위가 되도록 입상 세라믹에 합성수지를 코우팅하여 구성할 수 있다.

또한 상기 입상 생물막담체(6)는 합성수지 소재를 직경 2.0∼35mm 범위 내가 되도록 성형하되, 비중과 생체친화성이 큰 석분, 안스라사이트 분말, 지올라이트 분말, 점토, 석탄회, 탈크, 유리섬유 등과 같은 분말상의 세라믹 또는 분말활성탄을 혼합하여 건조상태에서의 겉보기 비중이 0.95∼2.15 범위가 되도록 성형함으로써 비중이 조절되고 생체친화성이 증대된 입상체를 구성할 수 있다.

또한, 상기 입상 생물막담체(6)는 합성수지와 동식물성 섬유, 풀줄기, 톱밥, 동물의 뼈, 패각 등과 같은 동식물성 소재의 혼합물로 성형하여 구성하므로써 상기 입상 생물막담체(6)의 입경 및 건조상태에서의 겉보기 비중이 각각 2.0∼35mm, 0.85∼1.8 범위 내로 비중이 작고 생체친화성이 우수한 입상 생물막담체를 구성할 수 있다.

또한, 상기 세라믹 분말과 분말활성탄 및 동식물성 소재와 혼합하는 상기 합성수지 소재는 입상체가 목표로 하는 비중에 따라 비중이 작은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 비중이 큰 ABS(Acrolonitile Butadiene Styrene), 폴리우레탄, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, POM(Poly acetal) 중에서 어느 하나 이상을 선택하여 구성할 수 있다.

이와 같이 본 발명에서의 입상 생물막담체는 요구되는 비중, 생체친화성, 표면 거칠기, 반응의 형태에 따라 적절한 소재 중에서 선별하거나 성형 또는 혼합물을 성형하여 구성할 수 있다.

상기 입상 생물막담체(6)의 충전 위치는 상기 수세미상 생물막담체(5)의 상부측에 국한되지 않고 반응액의 흐름방향과 처리목적에 따라서 상기 수세미상 생물막담체(5)의 하부측과 전후 좌우 측면 중에서 적어도 어느 일측일 수 있으며 이 또한 본 발명의 범위에 포함된다.

도 4는 본 발명에 따른 수처리 장치 제4 실시예의 개념도이다.

이 실시예에 따른 수처리 장치는 생물막담체가 충전되고 생물막담체에 부착증식하는 미생물에 의하여 생물학적처리가 이루어지는 생물막접촉조(1)를 구비하고, 이 생물막접촉조(1)에 충전되는 생물막담체는 입상 생물막담체(6)로 되어 있다.

과도하게 부착증식하는 생물막의 탈막이 필요할 경우에는 상기 입상 생물막담체(6)의 하부에 탈막장치(12)를 설치하여 생물막담체의 표면에 전단력을 가하여 과도하게 부착증식하는 미생물을 탈리시킬 수 있다. 또 필요에 따라 외부탄소원을 주입할 수 있는 외부탄소원 주입장치(11)가 상기 탈막장치(12)에 연통되어 설치되어 있어서, 밸브 작동 또는 장치의 온-오프(ON-OFF) 작동에 의하여 외부탄소원, 탈막용 유체가 선택적으로 상기 생물막접촉조에 공급되도록 할 수 있다.

상기 생물막접촉조(1)에 충전되는 입상 생물막담체(6)들은 입경 2.0∼35mm 범위 이내이며, 건조상태에서의 겉보기 비중이 0.85∼2.75 범위 이내가 되도록 선별 또는 성형된 것으로 제3실시예에서 설명한 각 실시예의 입상 생물막담체들과 같다.

이 실시예에서도 제3실시예에서와 같이 상기 반응액의 흐름방향과 처리목적에 따라 상기 입상 생물막담체(6)층의 상부측과 하부측 및 전후와 좌우 측면 중에서 적어도 어느 일측에는 공극이 서로 연통된 다공성의 발포수지, 적어도 일면에 섬모층이 형성된 직포 또는 부직포, 섬유가 조밀하게 돌출된 로우프 중에서 선택한 벌크형 생물막담체(도면생략)를 충전할 수 있으며 이 또한 본 발명의 범위에 포함되는 것이다. 여기서 질소제거를 위하여 상기 입상 생물막담체(6)층에서 수체가 일부 상기 벌크형 생물막담체 층으로 순환되도록 하는 내부순환장치를 설치할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 수처리 장치 제5 실시예의 개념도이다.

이 실시예에서는, 도 4에서 설명한 수처리 장치인 입상의 생물막담체(6)가 충전된 생물막접촉조(1)의 전단계에 제1 반응조(3)를 설치하여, 유입수는 상기 제1 반응조(3)와 생물막접촉조(1)를 순차적으로 거쳐서 처리되고, 상기 제1 반응조(3)는, 공극이 서로 연통된 다공성의 발포수지, 적어도 일면에 섬모층이 형성된 직포 또는 부직포, 섬유가 돌출된 로우프, 또는 이와 상응하는 형태 중 적어도 하나가 충전된 벌크형 생물막담체(7)를 포함하여 이루어진다. 상기 제1 반응조(3)에는 다양한 형태의 생물막담체를 충전하여 미생물의 부착증식이 이루어지도록 하되, 주로 BOD 분해와 탈질반응이 이루어지므로 벌크형 생물막담체를 충전하는 것이 바람직하며, 상기 제1 반응조(3)가 전단계에 설치되므로 후속공정인 생물막접촉조(1)에는 여과기능도 병행할 수 있는 제3실시예에서와 같은 입상의 생물막담체(6)를 충전하여 SS 유출을 최소화한 것이다.

유입수에 TKN 농도가 높을 경우 질산화 및 탈질에 의한 TN을 제거하기 위하여 상기 생물막접촉조(1)에서 반응이 이루어진 수체가 일부 상기 제1 반응조(3)로 역류 유입되도록 하는 내부순환장치(14)를 설치할 수 있다. 상기 내부순환장치(14)는 상기 생물막접촉조(1)로부터 상기 제1 반응조(3)로 반응액을 역류 유입하거나 또는 상기 수처리 장치의 유출수를 상기 제1 반응조로 역류 유입시키도록 수처리 장치를 구성할 수 있다.

상기 제1 반응조(3)에는 외부탄소원 주입장치(11)와 부착증식하는 생물막을 탈리시키는 탈막장치(12)가 설치되고, 상기 외부탄소원 주입장치(11)와 상기 내부순환장치(14) 중에서 적어도 어느 하나는 상기 탈막장치(12)에 연통되도록 연결할 수 있다.

상기 제1 반응조(3)는 산소가 공급되지 않는 비포기 조건에서 상기 생물막접촉조(1)로부터 역류 유입된 질산성 질소가 유리질소로 환원되는 탈질반응이 이루어지며, 탈질과정에서 유기물이 소모되므로 BOD가 제거될 수 있다. 탈질반응에 소요되는 유기물량이 부족할 경우에는 외부탄소원 주입장치(11) 등을 통하여 메탄올, 유기산, 슬러지 탈리액 등과 같은 외부탄소원을 공급할 수 있다.

상기 호기성 반응이 일어나는 생물막접촉조(1)는 산소가 공급되는 호기성 조건에서 유기성 질소와 암모니아성 질소를 질산성 질소로 산화시키고 잔여 유기물을 호기성 분해시키는 생물학적 반응이 이루어지므로 용존산소를 공급할 수 있는 포기장치(13)를 설치하였으며, 외부탄소원 주입장치(11), 탈막장치(12) 및 내부순환장치(14)의 구성과 작용은 상기 도2에 따른 실시예의 수처리 장치에서와 같다.

도 6은 본 발명에 따른 수처리 장치의 제6 실시예의 개념도이다.

이 실시예는 본 발명의 상기 도 1에 의한 실시예에서 설명한 수처리 장치 후단에 막분리가 이루어지는 막분리장치(10)를 설치하여 유입수는 상기 수처리 장치와 상기 막분리장치를 순차적으로 거쳐서 처리되도록 한 것이다. 즉, 생물막접촉조(1)에 충전된 수세미상 생물막담체(5)에 부착증식하는 미생물에 의하여 생물학적처리가 이루어지는 수처리 장치를 거친 후 처리수는 막분리장치(10)가 구비된 막분리조(4)로 들어가게 된다.

또한 도 2 내지 도 5에 따른 실시예로 설명된 수처리 장치의 후단에 막분리조(4)와 막분리장치(10)를 설치하여 직렬로 배치되는 세개의 처리조를 순차적으로 거치도록 하는 것도 가능하다.

상기 막분리장치(10)를 구성하는 여과막(membrane)은 제거하고자 하는 대상물질의 크기에 따른 정밀여과(MF: Micro Filtration)막, 한외여과(UF: Ultra Filtration)막, 나노여과(NF: Nano Filtration)막, 역삼투여과(RO: Reverse Filtration)막, 또는 이온교환(IE: Ion Exchange)막 중에서 선택할 수 있다.

막분리장치(10)는 모듈형으로 할 수도 있고, 막분리조(4) 내에 수중에 잠겨서 설치되는 침지형의 막분리장치로 구성할 수 있다.

여과막펌프(15)는 막분리장치(10)와 그 흡입구가 연결되어 막분리에 소요되는 흡입력을 제공하며, 상기 여과막펌프(15)는 상기 막분리조(4)를 기밀구조로 구성하고 가압형태로 설치할 수 있는데 여기서는 이를 동일한 개념으로 취급한다.

침지형의 막분리장치(10)가 구성된 막분리조(4)에는 포기장치(13)가 설치되어 있는데, 이는 여과막의 표면을 세척하여 막힘(Fouling)을 방지하는 것이 주된 용도이며, 동시에 상기 막분리조 내에 호기성 미생물을 증식하는 질산화반응과 잔여유기물을 분해 제거할 수 있도록 용존산소공급에 이용될 수 있다.

상기 막분리장치에 의해 분리된 농축여액에는 고형물과 난분해성 유기물 등과 같은 다양한 오염물질이 포함된다. 이러한 농축여액을 농축여액인출장치(16)를 통하여 상기 생물막접촉조(1)등 전단계의 반응조로 역류 유입시켜서 생물막접촉조에서 유기물 분해와 탈질반응이 이루어지도록 할 수 있다.

또한, 상기 수처리 장치의 생물막접촉조에 설치된 외부탄소원 주입장치(11)와 탈막장치(12)에 상기 농축여액 인출장치(16)를 연결시켜서 농축여액이 생물막접촉조에 직접 유입되도록 함으로써 농축여액에 함유된 질소산화물의 탈질반응과 유기물 등의 생물학적 분해가 이루어지도록 할 수 있다. 상기 농축여액 인출장치는 흡입형의 막분리장치에서는 주로 펌프로 구성하고, 가압형의 막분리장치에서는 단순한 연결 배관으로 구성할 수 있는데 여기서는 이를 동일한 개념으로 취급한다.

상기 도6 에서는 본 발명에 따른 제1 실시예의 수처리 장치의 후단에 막분리장치를 설치한 수처리 장치를 도시하고 있으나, 이에 국한되지 않고 다른 실시예의 수처리 장치의 후단에도 이 실시예에서와 같이 막분리장치를 설치하고 농축여액 인출장치를 통하여 전단계 반응부로 역류시킬 수 있으며 이 또한 본 발명의 범위에 포함된다.

도7a 내지 도7h는 본 발명에 따른 수처리 장치에 포함되는 입상 생물막담체의 실시예에 관한 것이다.

입상 생물막담체(6)는 탈막시에 유동하면서 충돌하여 표면에 부착증식하는 생물막이 과다 세척되기도 하므로 주의가 요하며, 비표면적을 크게 하여 생물막이 부착증식 할 수 있는 표면적을 크게 하는 것이 바람직하다.

따라서 본 발명에서는 도7a 에서와 같이 입상 생물막담체(6)에 하나 이상의 관통구(17)를 성형하거나 도7b 에서와 같이 용기 형태가 되도록 홈통(18)을 성형하여 비표면적을 증대시키고 상기 관통구와 홈통의 내부에 부착증식하는 생물막이 탈막시에도 유지되도록 하였다.

또한 도7c 및 도7d 에서와 같이 입상 생물막담체(6)에는 하나 이상의 줄홈(19) 또는 딤플(20)을 성형하여 상기 줄홈과 딤플 내에 부착된 생물막이 탈막과정에서 유지되고 비표면적이 증대되도록 하였다. 도7e 에서는 입상 생물막담체에 관통구를 구성하되 벌집형(Honeycomb)으로 성형하므로써 비표면적과 공극율이 증대되도록 하였다.

도7a 내지 도7e 에서는 상기 입상 생물막담체를 원구형으로 예시하였으나, 이에 국한되지 않고 도7f 내지 도7h 에서와 같이 원기둥형 등과 같이 다양한 형태로 입상 생물막담체를 성형할 수 있다.

본 발명은 처리된 하폐수 등을 추가 처리하여 하천 유지용수, 공업용수, 관개용수 등으로 재이용하고, 음용수 등의 고도정수처리에 이용할 수 있고, 비점오염원에서 발생된 오탁수도 고효율로 처리할 수 있으며 생물학적 반응이 포함되지 않은 단순히 물리적인 여과장치로도 이용될 수 있다.

1 : 생물막접촉조 2 : 제2 반응조
3 : 제1 반응조 4 : 막분리조
5 : 수세미상 생물막담체 6 : 입상 생물막담체
7 : 벌크형 생물막담체 10 : 막분리장치
11 : 외부탄소원 주입장치 12 : 탈막장치
13 : 포기장치 14 : 내부순환장치
15 : 여과막용 펌프 16 : 농축여액 인출장치
17 : 관통구 18 : 홈통
19 : 줄홈 20 : 딤플
21 : 벌집형 관통구

Claims

생물학적처리가 이루어지는 생물막접촉조(1)와, 상기 생물막접촉조(1)에 충전된 생물막담체를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치에 있어서,
상기 생물막담체는 섬유가 중첩되어 구성된 수세미상 생물막담체(5)를 적층하여 형성하되, 상기 수세미상 생물막담체(5)는 합성수지사로서 폴리에틸렌(polyetylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리우레탄(Polyurethane), 또는 폴리염화비닐리덴(polyvinylidene chloride) 소재 중에서 선택하여 직경 0.1mm∼1.2mm 범위 내인 사상체를 형성하고, 상기 사상체를 공극율이 80%∼98% 범위 내가 되도록 성글게 중첩하여 구성하고, 상기 사상체들이 낱개로 흩어지지 않도록 상기 사상체들이 서로 닿는 접촉부위는 접착제로 접착시켜서 고정하거나, 고온에서 용융된 합성수지를 방사하여 상기 합성수지사를 만들고 합성수지사로 된 상기 사상체들이 냉각되기 전 표면이 용융된 상태에서 적층하여 사상체들의 접촉부위가 서로 융착하게 한 후 사상체들이 냉각되면 사상체들의 접촉부위가 서로 접착 고정되어 생물막 담체가 수세미 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 생물막접촉조(1)에는 외부탄소원 주입장치(11)와 상기 생물막담체에 부착증식하는 생물막을 탈리시키는 탈막장치(12)가 설치되고, 상기 외부탄소원 주입장치(11)는 상기 탈막장치에 연통되도록 연결된 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
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제1항에 있어서, 상기 사상체에는 중량기준 30∼70% 범위 내의 폴리염화비닐이 혼합된 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 생물막접촉조(1)의 후단계에는 제2 반응조(2)를 설치하여 유입수는 상기 생물막접촉조(1)와 상기 제2 반응조(2)를 순차적으로 거쳐서 처리되고, 상기 제2 반응조(2)에는 생물막의 부착증식과 고형물의 여과가 병행될 수 있는 입상 생물막담체(6)가 충전된 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
제6항에 있어서, 상기 수처리장치에는 내부순환장치(14)를 더 포함하고, 상기 내부순환장치(14)는 상기 제2 반응조(2)에서 반응이 이루어진 수체의 일부가 상기 생물막접촉조(1)로 역류 유입되도록 하는 것을 특징으로 하는 수처리장치
제7항에 있어서, 상기 생물막접촉조(1)에는 부착증식하는 생물막을 탈리시키는 탈막장치(12)가 설치되고, 상기 내부순환장치(14)는 상기 탈막장치(12)에 연통되도록 연결된 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 생물막접촉조(1)에는, 충전된 수세미상 생물막담체(5)층의 상부측과 하부측 및 전후와 좌우 중에서 적어도 어느 일측에는 생물막의 부착증식과 고형물의 여과가 병행될 수 있는 입상 생물막담체(6)가 충전된 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
제9항에 있어서, 상기 입상 생물막담체(6)는 세라믹으로 이루어지고, 입경 및 건조상태에서의 겉보기 비중이 각각 2.0∼35mm, 1.03∼2.75 범위 내가 되도록 성형되거나 선별된 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
제9항에 있어서, 상기 입상 생물막담체(6)는 입경 및 건조상태에서의 겉보기 비중이 각각 2.0∼35mm, 0.95∼2.15 범위 내이고 합성수지와 세라믹 분말의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 수처리 장치
제9항에 있어서, 상기 입상 생물막담체(6)는, 입경 및 건조상태에서의 겉보기 비중이 각각 2.0∼35mm, 0.95∼2.15 범위 내이고 세라믹에 합성수지를 코팅하여 이루어진 것을 특징으로 하는 수처리 장치
제9항에 있어서, 상기 입상 생물막담체(6)는 입경 및 건조상태에서의 겉보기 비중이 각각 2.0∼35mm, 0.85∼1.8 범위 내이고 합성수지와 동식물성 소재의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
제9항에 있어서, 상기 입상 생물막담체(6)는, 입경 및 건조상태에서의 겉보기 비중이 각각 2.0∼35mm, 0.95∼1.8 범위 내 이고 합성수지와 분말활성탄의 혼합물로 성형된 것을 특징으로 하는 수처리 장치
제9항에 있어서, 상기 입상 생물막담체(6)층에서 수체의 일부가 상기 수세미상 생물막담체(5)층으로 유입되도록 하는 내부순환장치(14)가 설치된 것을 특징으로 하는 수처리 장치
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제1항에 있어서, 상기 수처리장치는 막분리장치(10)를 더 포함하며, 상기 막분리장치(10)는 상기 생물막접촉조(1)의 후단계에 설치되고, 상기 생물막접촉조(1)의 유출수는 상기 막분리장치(10)를 거쳐서 처리되는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
제24항에 있어서, 상기 막분리장치(10)에는 막분리후 농축된 여액을 인출하는 농축여액 인출장치(16)가 설치되고, 상기 농축여액 인출장치(16)는 상기 생물막접촉조(1)에 설치된 탈막장치(12)에 연통되도록 연결된 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
제6항에 있어서, 상기 수처리장치는 막분리장치(10)를 더 포함하며, 상기 막분리장치(10)는 상기 제2 반응조(2)의 후단계에 설치되고, 상기 제2 반응조(2)의 유출수는 상기 막분리장치를 거쳐서 처리되는 것을 특징으로 하는 수처리 장치
제26항에 있어서, 상기 막분리장치(10)에는 막분리후 농축된 여액을 인출하는 농축여액 인출장치(16)가 설치되고, 상기 농축여액 인출장치(16)는 상기 제2 반응조(2)에 설치된 탈막장치(12)에 연통되도록 연결된 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
제10항 또는 제12항에 있어서, 상기 세라믹의 소재는 모래, 자갈, 안스라사이트, 부석, 유리 중에서 하나 이상이 선택된 것을 특징으로 하는 수처리 장치
제11항에 있어서, 상기 세라믹의 소재는 석분, 안스라사이트, 지올라이트, 점토, 석탄회, 탈크 또는 유리섬유 중에서 하나 이상이 선택된 것을 특징으로 하는 수처리 장치
제11항, 제12항, 제13항 및 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합성수지의 소재는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene), 폴리우레탄, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, POM(Poly acetal) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
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제5항에 있어서, 상기 수세미상 생물막담체(5)를 구성하는 섬유의 표면에는 비표면적을 크게 하는 요철부가 성형된 것을 특징으로 하는 수처리 장치
제10항, 제11항, 제12항, 제13항 및 제14항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 입상 생물막담체(6)에는 관통구(17), 홈통(18), 줄홈(19), 딤플(20), 벌집형 관통구(21) 중에서 적어도 어느 하나 이상이 성형된 것을 특징으로 하는 수처리 장치