KR101046277B1 - 2단 다층생물여과공정의 오폐수 처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 오폐수 처리장치는 1단의 다층여재 생물여과공정 및 2단의 다층여재 생물여과공정이 연속 배치되어, 오폐수에 대해 다층여재에 의한 생물여과를 2단으로 수행하도록 구성된다. 1단과 2단의 다층여재 생물여과공정에는 각각 탄소원과 응집제를 주입하되, 1단 다층여재 생물여과공정은 무산소조건으로 운전되고 2단 다층여재 생물여과공정은 호기조건으로 운전된다. 1단 및 2단 생물여과공종의 여재배치는 대-중-중대-소의 크기 구조로 배치되어 있다. 이에 의하면, 고형물 역류 능력을 최대화함으로써 수두손실을 최소화 하면서 우수한 처리수를 확보하는 것이 가능하다.
생물여과공정, 오폐수 처리장치, 다층여재, 수두손실

Description

2단 다층생물여과공정의 오폐수 처리장치{Wastewater processing apparatus with two stages dual-media biological filtration process}
본 발명은 오폐수 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 다층여재 생물여과공정을 구비한 오폐수 처리장치에 관한 것이다.
현재 하수처리장 방류수 기준이 총량 규제 및 환경영향평가협의 수질 적용을 통하여 매우 엄격해지고 있어 기존의 공정으로는 이러한 방류수기준을 만족시킬 수 없는 실정이다. 따라서, 이러한 수질기준을 만족시킬 수 있는 생물여과공정의 개발과 보급이 필요하다.
생물여과공정은 생물학적 처리와 동시에 여과 기능이 수행되어 우수한 처리효율을 나타내는 공정으로서, 부유식 공정에 비해 높은 유기물 및 수리부하에서 안정적인 처리효율을 획득할 수 있다. 이는 미생물이 여재 내에 부착되어 있어 수리학적 부하시 워시아웃(Wash-out)되지 않고, 여재 내의 고형물 양이 1.0~4.0kg/m3으로 고농도로 미생물을 확보할 수 있기 때문이다.
여재 내의 고형물 농도를 부유식 공정의 반응조 내 고형물 농도로 환산하면 3,000~5,000mg/L로 부유식 공정의 반응조 내 고형물 농도 3,500mg/L와 유사하나 대부분 활성 미생물로 구성되어 있어 부유식 공정의 고형물에 비해 2~3배의 활성을 가진다. 이러한 이유로 생물여과공정은 부지 소요가 부유식 공정의 1/2~1/3정도로 부지 절감이 가능하다.
도 1은 일반적인 1단 단층여재 생물여과공정을 나타낸다. 단층여재 생물여과공정은 고형물 부하가 높을 경우 수두손실이 급격하게 진행되어 잦은 역세가 필요하다. 가용한 고형물 부하는 약 3~4kgSS/m3/d로 정상적으로 운영될 경우 하루에 1회정도 역세를 수행하여야 하며 생물여과지로 유입되는 폐수내의 고형물농도가 100mg/l를 초과할 경우 운영에 지장을 초래할 수 있다. 유입수내의 고형물 농도가 증가될 경우 역세를 자주해야 하는데, 역세를 자주 할 경우 공정의 운전이 자주 중단되고, 역세 수량이 증가하며 여재에 부착된 미생물의 과도한 탈리로 인하여 처리효율이 저하되는 등의 여러 가지 단점이 있었다.
도 2는(특허등록 제 10-0817882호) 2단 단층여재 생물여과공정을 나타내는데 2단으로 되어 있어 더욱 우수한 수질을 획득할 수 있고 다양한 운전 방법의 구현이 가능하나 고형물 부하가 증가할 경우 1단 단층여재 생물여과공정에서 발생하는 수두손실보다 높은 수두손실이 발생한다. 이는 오염물질을 제거하는데 필요한 여재부피(V)는 1단 생물여과공정와 2단생물여과공정에서 동일하나 1단생물여과에서는 여재깊이(H)를 반으로 나누어 하부(H/2)는 무산소, 상부(H/2)는 호기조건으로 운전하게 되어 하부와 상부의 여재부피가 전체여재부피의 1/2(V/2)로 동일한 부피를 차 지한다(V= V/2 + V/2). 이때 1단 여과지의 면적을 A라 하면 여재 전체 부피는 다음 식에 의해 구해진다.
V하부(무산소) = A× H/2 = AH/2
V상부(호기) = A× H/2 = AH/2
V전체 = V하부(무산소) + V상부(호기) = AH/2 + AH/2 = AH
이때 여과속도(LV)는 유량/여과지면적(Q/A)이다.
동일한 폐수를 처리하기 위한 2단 생물여과공정의 여재부피는 1단 생물여과공정과 같으나 지가 2개로 나주어지기 때문에 1지의 여재부피는 1단 생물여과지의 1/2이 된다.
V전체 = V1 단(무산소) + V2 단(호기) = V/2 + V/2
이때 무산소 및 호기지의 여재깊이는 H이므로 2단 생물여과지의 1지 면적은 1단 생물여과지 면적의 1/2이 된다.
V1 단(무산소) = V2 단(호기) = V/2 = H × A/2 = AH/2
이는 2단 생물여과지의 1단(무산소)의 여재부피가 1단 생물여과지의 하부(무산소)의 여재부피와 동일하나 여재깊이가 1단여과지에 비해 2배 깊기 때문에 필요한 여과지의 면적이 1/2이 됨을 의미한다. 이때 여과지의 면적의 감소로 인하여 동일한 유량(Q)의 폐수가 유입될 경우 여과속도가 2배가 된다. 손실수두는 유속의 제곱에 비례(hL=υ2/2g)하는데 2단생물여과지의 유속이 1단생물여과지의 2배가 되기 때문에 손실수두는 4배 증가한다. 따라서 2단 여과공정이 우수한 처리수질을 확보할 수 있으나 손실수두가 증가하는 문제가 있다. 또한 2단생물여과지의 첫 번째 여과지의 고형물부하가 2배 증가하게 된다.
1단 생물여과 고형물부하(kgSS/m2/d) = 유입수 SS농도 × 유입유량 × 1/A
2단 생물여과지의 첫 번째 여과지 고형물부하(kgSS/m2/d) = 유입수 SS농도 × 유입유량 × 1/(A/2) = 유입수 SS농도 × 유입유량 × 2/A
고형물부에 대한 손실수두 증가 문제를 해결하고자 도 3과 같은 다층여재 생물여과공정이 개발되었다(특허등록 제 10-0591541호). 이러한 다층여재 생물여과 공정은 단층여재 생물여과공정의 단점을 극복할 수 있다.
이러한 장점을 이용하여 우수한 수질 및 추기우수를 처리할 목적으로 도 4와 같은 2단 다층여재-단층여재 생물여과공정이 발명되었으나(특허등록 제 10-0794336호), 1단에만 다층여재 생물여과공정을 적용하여 2단에 생물여과공정에 인 제거를 위한 응집제를 주입할 경우 형성된 화학슬러지(고형물)에 의해 수두 손실이 급격히 진행되는 단점이 있어 수두손실을 방징할 수 있는 다층생물여과공정의 장점과 처리수질이 우수한 2단생물여과공정의 장점을 완벽하게 활용하지 못하였다. 또한 다층생물여과공정이라고 명명하였으나 실제로는 여재가 2층으로 구성되며 실제로 다층구성은 불가능하다. 실제로 고형물부하가 증가할 경우 여재를 대-중-소와 같이 다층으로 배열하는 것이 손실수두를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 우수한 처리수질을 확보할 수 있다. 또한 여과지속시간을 길게 할 수 있어 역세수가 감소하고 나아 가 운영비용을 절감할 수 있다.
본 발명은 상기의 문제를 해결하고 다층여재 생물여과공정의 장점을 살리기 위하여 안출된 것으로서, 2단 생물여과공정에 의한 우수한 수질 획득의 장점과, 다층여재 생물여과공정에 의한 장점을 가지면서도, 종래의 2단 다층여재-단층여재 생물여과공정에서의 수두 손실 문제를 해결할 수 있는 생물여과공정을 수행하는 오폐수 처리장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 오폐수 처리장치는, 1단의 다층여재 생물여과공정, 및 2단의 다층여재 생물여과공정이 연속 배치되어, 오폐수에 대해 다층여재에 의한 생물여과가 상기 1단의 다층여재 생물여과장치에 의한 여과 후에 상기 2단의 다층여재 생물여과장치에 의해 수행되어 2단으로 수행되도록 구성된다.
이때, 상기 1단 다층여재 생물여과공정의 침지식 하부여재는 5~20mm 크기로 구성되고 부상식 상부여재는 3~5mm 크기로 구성되며, 상기 2단 다층여재 생물여과공정의 침지식 하부여재는 5~10mm 크기로 구성되고 부상식 상부여재는 2~3mm 크기로 구성되어 되어, 전체적인 여재의 배열이 대-중-중대-소의 크기 순서로 구성된다.
또한, 상기 1단 다층여재 생물여과공정 및 상기 2단 다층여재 생물여과공정에 탄소원과 응집제를 주입하되, 상기 1단 다층여재 생물여과공정은 무산소조건으로 운전되고 상기 2단 다층여재 생물여과공정은 호기조건으로 운전된다.
본 발명에 의하면, 1단 과 2단을 모두 다층여재 생물여과공정을 도입하여 1단에서 질소, 인, 유기물을 제거하고, 2단에서도 질소, 인, 유기물을 제거하여 수두손실을 최소화 하면서 우수한 처리수를 확보하는 것이 가능하다. 또한, 여재의 배열을 대-중-중대-소로 하여 손실수두를 최소화하여 최적의 운영조건에서 우수한 수질의 확보가 가능하다.
도 5는 본 발명에 따른 2단 다층여재-다층여재 생물여과공정을 수행하는 오폐수 처리장치를 도시한 것이다.
본 발명의 오폐수 처리장치는, 도 5에 도시된 바와 같이, 1단의 다층여재 생물여과장치, 및 2단의 다층여재 생물여과장치가 연속 배치되어, 오폐수에 대해 다층여재에 의한 생물여과가 상기 1단의 다층여재 생물여과장치에 의한 여과 후에 상기 2단의 다층여재 생물여과장치에 의해 수행되어 2단으로 수행되도록 구성된다.
본 발명의 오폐수 처리장치에 사용되는 여재는, 상기 1단 다층여재 생물여과장치의 침지식 하부여재, 상기 2단 다층여재 생물여과장치의 침지식 하부여재, 상기 1단 다층여재 생물여과장치의 부상식 상부여재, 상기 2단 다층여재 생물여과장치의 부상식 상부여재의 크기 순서를 갖도록 여재의 크기가 구성된다. 보다 구체적으로는, 1단 다층여재 생물여과장치에서는 침지식 하부여재는 5~20mm 크기로 구성되고 부상식 상부여재는 3~5mm 크기로 구성되며, 2단 다층여재 생물여과장치에서는 침지식 하부여재는 5~10mm 크기로 구성되고 부상식 상부여재는 2~3mm 크기로 구성되어 있다. 2단 생물여과장치에 중대여재를 추가하여 2단 생물여과장치도 고형물 부하가 증가하여도 운영이 가능하도록 하였으며, 전체적인 여재의 배열이 대-중-중대-소로 구성되게 하여 고형물 억류량을 최대화하여 여과 지속시간의 증가와 우수한 처리 수질의 획득이라는 두 가지 목적을 동시에 달성할 수 있다.
이때, 1단 다층여재 생물여과장치으로 탄소원 및 응집제를 주입하되 무산소조건으로 운영하여 질소, 인 및 유기물을 제거한다. 2단 다층여재 생물여과장치에도 탄소원 및 응집제를 주입하되 상부에는 공기를 주입하여 호기조건으로 질소, 인 및 유기물을 제거한다.
무산소조와 호기조를 구분하지 않을 경우 무산조와 호기조의 운영조건이 틀리고 고형물 부하와 미생물 증식양이 틀리기 때문에 역세주기등과 같은 운영조건이 상이하게 된다. 따라서 무산소와 호기조를 단일 여과지에 배치할 경우 무산소 및 호기조 모두 최적 운영조건에서 운영이 불가능하다. 따라서 무산소와 호기조를 분리하여 설치하는 것이 처리효율 측면에서 유리하나 배경기술에서 설명한 것과 같이 고형물 부하와 수리부하의 증가로 손실수두가 증가하는 단점이 있다. 그러나 본 발명은 여재의 배열을 대(무산소)-중(무산소)-중대(무산소)-소(호기)로 하여 최적 운영조건의 구현을 위해 2단으로 구성되지만 손실수두를 최소화 할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 연속적으로 질소, 인 및 유기물을 제거하여 우수한 처리수질을 획득할 수 있다. 또한 하부 여재에 의해 고형물이 제거되기 때문에 상부 여재의 고형물 부하를 줄여 수두손실을 최소화함으로써 여과 지속시간을 길게 할 수 있다.
본 발명에 따른 오폐수 처리장치에 의한 오폐수 처리결과 처리수는 BOD, SS 3.0mg/L이하, T-N 3.0mg/L이하, T-P 0.1mg/L이하로서, 우수한 처리수를 확보할 수 있다.
본 발명의 오폐수 처리장치는, 2단 생물여과장치에 의한 우수한 수질 획득의 장점과 다층여재 생물여과장치에 의한 장점을 가지면서도, 종래의 2단 다층여재-단층여재 생물여과공정에서의 수두 손실 문제를 해결할 수 있는 생물여과공정을 수행하여 우수한 처리수를 확보할 수 있다.
도 1은 기존의 1단 단층여재 생물여과공정 개념도,
도 2는 기존의 2단 단층여재 생물여과공정 개념도,
도 3은 기존의 1단 다층여재 생물여과공정 개념도,
도 4는 기존의 2단 다층여재-단층여재 생물여과공정 개념도,
도 5는 본 발명에 따른 2단 다층여재-다층여재 생물여과공정 개념도.

Claims (4)

1단의 다층여재 생물여과장치, 및 2단의 다층여재 생물여과장치가 연속 배치되어, 오폐수에 대해 다층여재에 의한 생물여과가 상기 1단의 다층여재 생물여과장치에 의한 여과 후에 상기 2단의 다층여재 생물여과장치에 의해 수행되어 2단으로 수행되도록 구성되고,
상기 다층여재는, 상기 1단 다층여재 생물여과장치의 침지식 하부여재, 상기 2단 다층여재 생물여과장치의 침지식 하부여재, 상기 1단 다층여재 생물여과장치의 부상식 상부여재, 상기 2단 다층여재 생물여과장치의 부상식 상부여재의 크기 순서를 갖도록 구성되고,
상기 1단 다층여재 생물여과장치 및 상기 2단 다층여재 생물여과장치에 탄소원과 응집제를 주입하되, 상기 1단 다층여재 생물여과장치는 무산소조건으로 운전되고 상기 2단 다층여재 생물여과장치는 호기조건으로 운전되는 것을 특징으로 하는 오폐수 처리장치.
삭제
1단의 다층여재 생물여과장치, 및 2단의 다층여재 생물여과장치가 연속 배치되어, 오폐수에 대해 다층여재에 의한 생물여과가 상기 1단의 다층여재 생물여과장치에 의한 여과 후에 상기 2단의 다층여재 생물여과장치에 의해 수행되어 2단으로 수행되도록 구성되고,
상기 다층여재는, 상기 1단 다층여재 생물여과장치의 침지식 하부여재, 상기 2단 다층여재 생물여과장치의 침지식 하부여재, 상기 1단 다층여재 생물여과장치의 부상식 상부여재, 상기 2단 다층여재 생물여과장치의 부상식 상부여재의 크기 순서를 갖도록 구성되고,
상기 1단 다층여재 생물여과장치 및 상기 2단 다층여재 생물여과장치에 탄소원과 응집제를 주입하되, 상기 1단 다층여재 생물여과장치와 2단 다층여재 생물여과장치의 침지식 하부여재는 무산소조건으로 운전되고, 상기 2단 다층여재 생물여과장치의 부상식 상부여재는 호기조건으로 운전되며,
상기 1단 다층여재 생물여과장치의 침지식 하부여재는 5~20mm 크기로 구성되고 부상식 상부여재는 3~5mm 크기로 구성되며, 상기 2단 다층여재 생물여과장치의 침지식 하부여재는 5~10mm 크기로 구성되고 부상식 상부여재는 2~3mm 크기로 구성되는 것을 특징으로 하는 오폐수 처리장치.
삭제
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