KR100989106B1 - 침지형 회전식 미생물 접촉장치를 이용하는 하·폐수 처리 장치 - Google Patents

침지형 회전식 미생물 접촉장치를 이용하는 하·폐수 처리 장치 Download PDF

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Abstract

침지형 회전식 미생물 접촉장치를 이용하는 하·폐수 처리 장치가 개시된다. 본 발명은, 회전식 미생물 접촉장치가 침지된 1차 생물 반응조, 및 1차 생물 반응조에 의해 처리된 하·폐수가 유입되며, 점감포기를 실시하여 미처리된 유기물질을 제거하는 2차 생물 반응조를 구비하며, 2차 생물 반응조는 점감포기를 단계적으로 실시하는 제1 생물 반응조, 제2 생물 반응조, 및 제3 생물 반응조로 이루어진다. 본 발명에 따르면, 처리공정이 단순하고 유기물, 질소, 및 인의 제거효율이 높고 안정적이며, 소요부지가 적고 동력비가 적게 소요되는 하·폐수 처리 장치가 제공된다. 아울러, 본 발명에 따르면, 회전식 미생물 접촉장치의 침지로 인해 접촉장치의 체류시간의 증가로 인한 유기물, 질소, 및 인의 제거효율이 높고 안정적이며, 외부노출형의 회전식 미생물 접촉장치비해 부대설비(분배조, 배관등)의 감소로 소요부지가 적게 소요되는 하·폐수 처리 장치가 제공된다. 아울러, 본 발명에 따르면, 고도처리 시설로의 변환이 용이하며, 공사비가 저렴하고, 독립된 회전 미생물접촉장치에서 발생가능한 악취부분도 완전히 해결되며, 슬러지 침강성이 양호하고 슬러지 발생량이 적은 하·폐수 처리 장치가 제공된다.

Description

침지형 회전식 미생물 접촉장치를 이용하는 하·폐수 처리 장치{Waste Water Treatment Apparatus Using Immersion Rotating Biological Contactor}
본 발명은 침지형 회전식 미생물 접촉장치를 이용하는 하·폐수 처리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 처리공정이 단순하고 유기물, 질소, 및 인의 제거효율이 높고 안정적이며, 외부 노출형 회전 미생물 접촉장치에서 발생되는 악취를 완전히 제거할 수 있으며, 소요부지가 적고 동력비가 적게 소요되는 침지형 회전식 미생물 접촉장치를 이용하는 하·폐수 처리 장치에 관한 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 하·폐수 처리 방법을 나타낸 도면이다. 도 1에서의 종래 기술에 따른 하·폐수 처리 방법은 사상균의 일종인 바실러스(Bacillus)균의 왕성한 증식 특성을 이용하여 이를 우점배양함으로써 유기물 및 영양염류를 섭취 제거시키는 공법으로 빈영양상태 및 준 무산소 상태에서 바실러스균이 포자화하는 특성을 이용하여 생물 반응조를 총 4실로 구분한 후 점감 폭기함으로써 질소인을 제거하는 공법이다.
그러나, 종래 기술에 따른 하·폐수 처리 방법에 의하는 경우에는 미생물 활성제의 투입이 필요하며, 폭기조 내의 MLSS를 높이는 고도의 기술이 필요하고, 충격부하에 약하며, 기존시설의 부지가 협소한 경우 고도처리 시설로의 변환이 어렵다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 처리공정이 단순하고 유기물, 질소, 및 인의 제거효율이 높고 안정적이며, 소요부지가 적고 동력비가 적게 소요되는 침지형 회전식 미생물 접촉장치를 이용하는 하·폐수 처리 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 침지형 회전식 미생물 접촉장치를 이용하는 하·폐수 처리 장치는, 회전식 미생물 접촉장치가 침지된 1차 생물 반응조; 및 상기 1차 생물 반응조에 의해 처리된 하·폐수가 유입되며, 점감포기를 실시하여 미처리된 유기물질을 제거하는 2차 생물 반응조를 포함한다.
바람직하게는, 상기 2차 생물 반응조는 상기 점감포기를 단계적으로 실시하는 제1 생물 반응조, 제2 생물 반응조, 및 제3 생물 반응조로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 1차 생물 반응조는 준호기조로서, 상기 회전식 미생물 접촉장치는 침지형 회전식 미생물 접촉장치(Immersion Rotating Biological Contactor:IRBC)인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 1차 생물 반응조에서는 혐기적 암모니아 산화(Anaerobic Ammonium Oxidation: Anammox)공정을 통해 질소가 제거되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 1차 생물 반응조에서는 발효반응에 의한 인 방출이 일어남으로써, 상기 2차 생물 반응조에서의 인 과잉섭취(Luxury-Uptake)에 의한 인 제거가 유발되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 생물 반응조는 상기 제1 생물 반응조 및 상기 제3 생물 반응조 중 어느 하나의 기능이 원활하게 수행되지 않는 경우에 상기 제1 생물 반응조 또는 상기 제3 생물 반응조의 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제3 생물 반응조에서는 미생물의 활동성을 줄이기 위해 용존 산소량(DO)이 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 회전식 미생물 접촉장치의 침지로 인해 접촉장치의 체류시간의 증가로 인한 유기물, 질소, 및 인의 제거효율이 높고 안정적이며, 외부노출형의 회전식 미생물 접촉장치에 비해 부대설비(분배조, 배관등)의 감소로 소요부지가 적게 소요되는 하·폐수 처리 장치가 제공된다.
아울러, 본 발명에 따르면, 고도처리 시설로의 변환이 용이하며, 공사비가 저렴하고, 독립된 회전 미생물 접촉장치에서 발생가능한 악취도 해결되며, 슬러지 침강성이 양호하고 슬러지 발생량이 적은 하·폐수 처리 장치가 제공된다.
도 1은 종래 기술에 따른 하·폐수 처리 방법을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 침지형 회전식 미생물 접촉장치를 이용하는 하·폐수 처리 장치의 개략적인 구조를 나타낸 도면, 및
도 3은 도 2에서의 1차 생물 반응조 및 2차 생물 반응조의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에서의 회전식 미생물 접촉 장치에 구비된 메디아 구조체의 구조도,
도 5은 본 발명에서의 회전식 미생물 접촉 장치의 프레임과 카트리지식 메디아의 결합구조를 설명하는 도면, 및
도 6는 본 발명에서의 카트리지식 메디아의 구조를 설명하는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명에 따른 침지형 회전식 미생물 접촉장치를 이용하는 하·폐수 처리 장치의 개략적인 구조를 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 침지형 회전식 미생물 접촉장치를 이용하는 하·폐수 처리 장치는 1차 생물 반응조(100), 및 2차 생물 반응조(200)를 포함한다.
본 발명에서의 1차 생물 반응조(100)에는 회전식 미생물 접촉장치(150)가 도 2에서와 같이 침지되어 있고, 2차 생물 반응조(200)에는 1차 생물 반응조(100)에 의해 처리된 하·폐수가 유입되며, 2차 생물 반응조(200)에서는 점감포기를 단계적으로 실시하여 미처리된 유기물질을 제거하게 된다.
즉, 2차 생물 반응조(200)는 점감포기를 단계적으로 실시하는 제1 생물 반응조(210), 제2 생물 반응조(220), 및 제3 생물 반응조(230)로 이루어지게 된다.
제3 생물 반응조(230)에서의 미생물의 일부(0.5~1Q)는 1차 생물 반응조(100)로의 내부 반송과정을 거치게 되며, 제3 생물 반응조(230)로부터 침전지(300)로 배출된 슬러지의 일부(0.5~1Q)는 1차 생물 반응조(100)로의 반송과정을 거치게 된다.
도 3은 도 2에서의 1차 생물 반응조 및 2차 생물 반응조(200)의 구조를 나타낸 도면이다. 도 3에서 확인되는 바와 같이, 본 발명을 실시함에 있어서, 1차 생물 반응조(100)는 준호기조로서, 1차 생물 반응조(100)에 침지된 회전식 미생물 접촉장치(150)는 침지형 회전식 미생물 접촉장치(Immersion Rotating Biological Contactor:IRBC)이며, 본 발명을 실시함에 있어서는, 망상형 회전식 바실러스 접촉장치(150)(RABC:Rotating Activated Bacillus Contactor)로 할 수도 있을 것이다.
한편, 종래의 독립된 외부 노출형 미생물 접촉장치에서는 하·폐수의 체류시간이 10분 미만에 불과하였지만, 본 발명에서의 회전식 미생물 접촉장치(150)는 1차 생물 반응조(100)에 침지되어 있는 구조를 갖춤으로써 최소 40분 이상의 하·폐수 체류시간을 확보할 수 있게 된다.
즉, 회전식 미생물 접촉장치(150)에 부착된 고농도의 미생물(20,000mg/L 이상)과 하·폐수와의 접촉시간을 충분히 확보함으로 인해 처리효율의 향상을 도모할 수 있게 되는 것이다.
아울러, 1차 생물 반응조(100)를 준호기조 조건으로 유지함으로 인해 고농도 미생물에 의한 아나목스(Anammox) 공정을 원활하게 수행할 수 있으며, 2차 생물 반응조(200)에서의 인 과잉섭취를 원활하게 할 수 있는 효과를 가져오게 된다.
하기의 표 1에서는 회전식 미생물 접촉장치(150)를 생물 반응조 내에 설치하지 않고 외부에 별도로 설치한 하·폐수 처리장치와의 각종 성분의 제거효율을 표시하였으며, 하기의 표 2에서는 1차 생물 반응조(100)에 회전식 미생물 접촉장치(150)를 침지한 본 발명에 따른 하·폐수 처리장치에서의 각종 성분의 제거효율을 표시하였다. 하기의 표 1 및 표 2는 2009년 4월 김천시 도축폐수처리장 내에서 비교 실험을 한 실험결과값에 기초하여 작성되었다.
성분 유입원수 장치 유출수 제거효율(%)
BOD 563.0 179.3 68
COD 426.1 70.8 83
T-N 75.2 56.4 25
T-P 23.4 21.5 8
성분 유입원수 장치 유출수 제거효율(%)
BOD 840.7 12.7 98
COD 626.9 32.4 95
T-N 110.0 21.7 80
T-P 31.0 19.6 37
즉, 표 1과 표 2를 비교한 결과 본 발명에 따른 침지형 회전식 미생물 접촉장치를 이용하는 하·폐수 처리 장치에서 질소, 및 인의 제거효율이 현저히 개선된 점을 확인할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 하·폐수 처리방법의 과정을 설명하면, 먼저, 1차 생물 반응조(100)는 제3 생물 반응조(230)로부터 반송된 미생물과 유기물이 완전한 혼합을 이루어 유기물의 처리 효율을 극대화한 혼화조로서, 1차 생물 반응조(100)에서는 회전식 미생물 접촉장치(150)의 고정상(회전체) 메디아에 부착된 고농도의 미생물과 유동상 준호기성 미생물에 의해 유기물 제거 및 질소제거가 진행된다.
구체적으로, 회전식 미생물 접촉장치(150)의 고정상(회전체) 메디아에 부착된 고농도의 미생물에 의해 대략 60%의 미생물이 제거되며, 유동상 준호기성 미생물 및 회전식 미생물 접촉장치(150)의 고정상(회전체) 메디아에 부착된 고농도의 미생물에 의한 탈질 작용을 통해 대략 50%의 질소가 제거된다. 질소가 제거되는 원리는 하기의 화학식 1에 의한다.
Figure 112010001289117-pat00001
그 이외에도, 1차 생물 반응조(100)에서는 혐기적 암모니아 산화(Anaerobic Ammonium Oxidation: Anammox)공정을 통해 추가적으로 대략 20%의 질소가 제거된다. 일반적인 암모니아 산화는 산호나 수중의 유기물 등을 전자공여체로 이용하는 것과 달리 아나목스(Anammox) 공정에서는 산소결핍 상태에서 전자공여체로 암모니아성 질소를 이용하여 아질산성 질소를 질소가스로 변환하게 된다. 구체적으로, 아나목스 공정에 의한 질소 제거과정은 하기의 화학식 2에 의해 의한다.
Figure 112010001289117-pat00002
아울러, 1차 생물 반응조(100)에서는 외부유입하수와 함께 침전지(300)로부터 반송되는 반송 슬러지가 유입되어 발효반응이 일어나면서 인을 방출케 함으로써 2차 생물 반응조(200)에서의 인 과잉섭취(Luxury-Uptake)에 의한 인 제거를 유발시키게 된다.
한편, 2차 생물 반응조(200)를 구성하는 제1 생물 반응조(210)에서는 하기의 화학식 3에서와 같이 준호기성 미생물의 세포합성과 에너지 대사에 필요한 글루타민 합성 효소의 생산을 위해 암모니아성 질소의 형태로 섭취되는 동화작용이 일어나며, 이와 같은 동화작용에 의해 대략 15%의 제거율로 질소가 제거된다.
Figure 112010001289117-pat00003
아울러, 제1 생물 반응조(210)에서는 대략 10%의 제거율로 호기성 탈질에 의한 질소제거가 이루어진다. 즉, 하기의 화학식 4 내지 화학식 7에서와 같이 수소 공여체로서 유기물질이나 황 화합물을 환원시킴으로써 이루어지는 호기성 탈질에 의해 질소가 제거된다.
Figure 112010001289117-pat00004
Figure 112010001289117-pat00005
Figure 112010001289117-pat00006
Figure 112010001289117-pat00007
아울러, 제1 생물 반응조(210)에서는 준호기성 미생물에 의한 질산화 반응(Nitrification)이 하기의 수학식 8에서와 같이 이루어지며, 대부분의 유기물질이 제거되고 인의 섭취가 이루어지는 유기물 제거 단계가 이루어진다.
Figure 112010001289117-pat00008
한편, 제2 생물 반응조(220)에서는 제1 생물 반응조(210) 및 후술한 제3 생물 반응조(230)의 역할이 원활하게 이루어지지 않을 경우에 필요에 따라 제1 생물 반응조(210) 및 제3 생물 반응조(230)의 역할을 수행할 수 있는 완충 단계가 수행된다.
한편, 제3 생물 반응조(230)에서는 아나목스 공정 및 탈질에 의한 질소제거가 5%의 제거율로 이루어진다. 또한, 제3 생물 반응조(230)에서는 용존 산소량을 조절하여 낮은 용존 산소량(DO)을 유지함으로써 미생물의 활동성을 줄임으로써 슬러지의 침강성을 양호하게 하는 단계가 진행되며, 침강성이 좋아짐으로써 인과의 공침을 원활하게 할 수 있게 되므로 제3 생물 반응조(230)는 인의 제거에도 중요한 역할을 하게 된다.
한편, 본 발명을 실시함에 있어서, 본 발명에서의 회전식 미생물 접촉 장치(150)에 구비된 메디아 구조체는 도 4에서와 같은 구조를 갖는 것이 바람직할 것이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에서의 회전식 미생물 접촉 장치에 구비된 메디아 구조체는 회전축(151)에 결합되며, 복수의 프레임(153), 및 복수의 카트리지식 메디아(155)를 포함한다.
여기서, 복수의 프레임(153)은 도 4에서와 같이 회전축(151)을 따라서 방사형으로 결합되며, 복수의 카트리지식 메디아(155)는 각각 복수의 프레임(153)에 착탈 가능한 구조로 결합된다.
도 5은 본 발명에서의 회전식 미생물 접촉 장치의 프레임과 카트리지식 메디아의 결합구조를 설명하는 도면이다. 도 5를 참조하면, 카트리지식 메디아(155)가 결합되는 프레임(153)에는 홈(158)이 형성되어 있으며, 이를 통해 카트리지식 메디아(155)는 프레임(153)에 슬라이딩 방식으로 착탈 가능하게 된다.
즉, 본 발명에서의 회전식 미생물 접촉 장치(150)에 구비된 메디아 구조체가 도 4 및 도 5에서와 같은 구조를 구비함으로써, 작업자는 회전식 미생물 접촉장치의 내부의 메디아의 상태를 확인한 후에, 메디아의 교체가 요구되는 부분만을 선택하여 효율적으로 교체할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명에서의 카트리지식 메디아의 구조를 설명하는 도면이다. 본 발명에서의 카트리지식 메디아(155)는 도 6에서와 같이 내부에 격자형 구조를 갖춘 부채꼴 형태의 케이싱부(154)와 메디아부(156)가 결합되어 있으며, 구체적으로 케이싱부(154)의 각 격자에 각 메디아부(156)가 볼트(157)를 통해 고정설치되는 구조를 구비하고 있다.
즉, 도 6에서와 같이 케이싱부(154) 내부의 격자에 메디아부(156)가 독립적으로 고정결합된 구조를 취함으로써, 작업자는 파손된 메디아부(156)에 대해서만 개별적으로 교체할 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 응용예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100: 1차 생물 반응조, 200: 2차 생물 반응조
150: 회전식 미생물 접촉장치, 210: 제1 생물 반응조
220: 제2 생물 반응조, 230: 제3 생물 반응조

Claims (7)

  1. 회전식 미생물 접촉장치가 침지된 1차 생물 반응조; 및
    상기 1차 생물 반응조에 의해 처리된 하·폐수가 유입되며, 점감포기를 실시하여 미처리된 유기물질을 제거하는 2차 생물 반응조
    를 포함하며,
    상기 2차 생물 반응조는 상기 점감포기를 단계적으로 실시하는 제1 생물 반응조, 제2 생물 반응조, 및 제3 생물 반응조로 이루어지고,
    상기 제2 생물 반응조는 상기 제1 생물 반응조 및 상기 제3 생물 반응조 중 어느 하나의 기능이 원활하게 수행되지 않는 경우에 상기 제1 생물 반응조 또는 상기 제3 생물 반응조의 기능을 수행하며,
    상기 제3 생물 반응조에서는 미생물의 활동성을 줄이기 위해 용존 산소량(DO)이 제어되는 것인 침지형 회전식 미생물 접촉장치를 이용하는 하·폐수 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 1차 생물 반응조는 준호기조로서, 상기 회전식 미생물 접촉장치는 침지형 회전식 미생물 접촉장치(Immersion Rotating Biological Contactor:IRBC)인 것인 침지형 회전식 미생물 접촉장치를 이용하는 하·폐수 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 1차 생물 반응조에서는 혐기적 암모니아 산화(Anaerobic Ammonium Oxidation: Anammox)공정을 통해 질소가 제거되는 것인 침지형 회전식 미생물 접촉장치를 이용하는 하·폐수 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 1차 생물 반응조에서는 발효반응에 의한 인 방출이 일어남으로써, 상기 2차 생물 반응조에서의 인 과잉섭취(Luxury-Uptake)에 의한 인 제거가 유발되는 것인 침지형 회전식 미생물 접촉장치를 이용하는 하·폐수 처리 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
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