KR101047507B1 - 직투입 분뇨를 포함한 하수 처리 장치를 이용한 하수 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직투입 분뇨를 포함한 하수를 별도의 악취방지시설이 없이 처리하는 기술에 관한 것으로서, 직투입 분뇨를 포함한 하수 및 생물반응조(400)로부터 반송되는 반송수가 유입되는 유입펌프장(100); 유입펌프장(100)으로부터 하수를 유입받아 일시 저장하고 생물반응조(400)로부터 반송되는 반송수에 포함된 토양 미생물을 이용하여 탈취반응을 수행하는 전처리시설(200); 전처리시설(200)로부터 유입된 처리수를 일시 저장하고 생물반응조(400)로 공급되는 처리수의 유량을 조절하는 유량조정조(300); 유량조정조(300)로부터 유입된 처리수를 이용하여 토양 미생물을 배양하고 배양된 토양 미생물을 이용하여 처리수를 처리하는 생물반응조(400); 생물반응조(400)로부터 유입된 처리수를 비중차를 이용하여 분리한 후 상부의 상등수는 외부로 방류하고, 하부에 침전된 슬러지의 일부를 상기 생물반응조(400)로 반송하여 토양 미생물의 배양에 사용하는 침전조(500);를 포함하여 구성되는 하수 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
Figure R1020090030254
유입펌프장, 전처리시설, 유량조정조, 생물반응조, 침전조

Description

직투입 분뇨를 포함한 하수 처리 장치를 이용한 하수 처리 방법{Wastewater Treating Method using Wastewater Treating Device}
본 발명은 직투입 분뇨를 포함한 하수를 별도의 악취방지시설이 없이 처리할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 주택에서 정화조를 거치지 않고 하수관거로 직투입되는 분뇨가 포함된 하수를 환경오염을 최소화하면서 처리할 수 있다.
주택에서 발생되는 분뇨는 정화조에서 일정 수준으로 처리하여 배출하였으나 하수관거의 분류식화 사업을 통하여 발생 분뇨를 하수관거로 직접 투입하게 되었다. 이러한 사유로 인하여 하수처리시설로 유입되는 하수의 농도가 높아지고 악취발생이 빈번하게 발생되어 인근 주민에 의한 민원발생 빈도가 높아지는 문제점이 있다.
기존의 하수처리시설은 악취저감을 위하여 별도의 악취방지시설을 설치하여 운영하고 있으나 악취발생원을 조기에 처리하여 악취의 발생을 사전에 방지하는 것을 목적으로 하는 것이 아니라 발생된 악취를 처리하는 목적으로 운영되는 바 운영 비가 과다하게 소요되고, 하수처리에서 발생되는 부산물인 슬러지에 의한 악취발생 문제는 여전히 존재하게 된다.
또한 분뇨의 직접 투입으로 농도가 높아진 하수처리에 있어 적정 처리효율을 확보하기 어렵기 때문에 적정 처리효율을 확보하기 위하여 별도로 약품을 주입하거나 별도의 처리시설을 구비하여야 하는 바 하수처리시설의 건설비 및 운영비가 막대하게 소요되는 문제점이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 창작된 본 발명의 목적은 다음과 같다.
첫째, 하수 처리 과정에서 발생되는 슬러지를 이용하여 토양 미생물을 배양하고, 배양된 토양 미생물을 이용하여 적정 처리 수질을 확보할 수 있는 하수 처리 장치 및 방법을 제공함을 본 발명의 목적으로 한다.
둘째, 하수 처리 공정에서 발생될 수 있는 악취를 최소화하여 쾌적한 환경을 조성함을 본 발명의 다른 목적으로 한다.
셋째, 별도의 약품 투입이나 부대 시설을 구비할 필요가 없는 하수 처리 장치 및 방법을 제공하여 하수처리시설의 건설비 및 운영비를 절감하는 것을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 창작된 본 발명은 직투입 분뇨를 포함한 하수를 별도의 악취방지시설이 없이 처리하는 정화장치에 관한 것으로서, 직투입 분뇨를 포함한 하수 및 후술하는 생물반응조(400)로부터 반송되는 반송수가 유입되는 유입펌프장(100); 상기 유입펌프장(100)으로부터 하수를 유입받아 일시 저장하고 생물반응조(400)로부터 반송되는 반송수에 포함된 토양 미생물을 이용하여 탈취반응을 수행하는 전처리시설(200); 상기 전처리시설(200)로부터 유입된 처리수를 일시 저장하고 후술하는 생물반응조(400)로 공급되는 처리수의 유량을 조절하는 유량 조정조(300); 상기 유량조정조(300)로부터 유입된 처리수를 이용하여 토양 미생물을 배양하고 배양된 토양 미생물을 이용하여 처리수를 처리하는 생물반응조(400); 상기 생물반응조(400)로부터 유입된 처리수를 비중차를 이용하여 분리한 후 상부의 상등수는 외부로 방류하고, 하부에 침전된 슬러지의 일부를 상기 생물반응조(400)로 반송하여 토양 미생물의 배양에 사용하는 침전조(500);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 이러한 장치를 이용한 하수 처리 방법에 관한 것으로서, 유입펌프장(100)으로 직투입 분뇨를 포함한 하수와 혐기조(410)로부터 반송되는 반송수가 유입되는 제1단계; 유입펌프장(100)으로부터 공급받은 하수와 반송수를 전처리시설(200)에서 혼합하여 탈취반응을 수행하는 제2단계; 제2단계가 완료된 처리수를 혐기조(410)에서 교반기로 교반하여 토양 미생물에 의한 인방출 반응을 수행한 후 일부는 유입펌프장(100)으로 반송하고 나머지는 용존산소저감조(420) 및 무산소조(430)로 공급하는 제3단계; 혐기조(410)로부터 공급된 처리수와 용존산소저감조(420)로부터 공급된 처리수를 무산소조(430)에서 교반기로 혼합하여 탈질반응을 수행하는 제4단계; 무산소조(430)로부터 공급된 처리수에 호기조(440)에서 산소를 공급하여 토양 미생물에 의한 질산화반응과 잔존 유기물의 산화반응을 수행한 후 처리수를 침전조(500)로 배출하는 제5단계; 및, 호기조(440)로부터 유입된 처리수를 비중차를 이용하여 분리한 후 상부의 상등수는 외부로 방류하고, 하부에 침전된 슬러지의 일부를 상기 호기조(440)로 반송하여 토양 미생물의 배양에 사용하는 제6단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 구성에 따른 기술적 효과는 다음과 같다.
첫째, 하수 처리 과정에서 발생되는 슬러지를 이용하여 토양 미생물을 배양하고, 배양된 토양 미생물을 이용하여 적정 처리 수질을 확보할 수 있다.
둘째, 하수 처리 공정에서 발생될 수 있는 악취를 최소화하여 쾌적한 환경을 조성할 수 있다.
셋째, 별도의 약품 투입이나 부대 시설을 구비하지 않더라도 토양 미생물에 의해 악취 유발물질의 농도를 저감시킬 수 있어 하수처리시설의 건설비 및 운영비를 절감할 수 있다.
넷째, 하수 처리의 부산물인 슬러지의 악취 문제도 해결하고 슬러지를 토양 개량제로 재활용할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
유입펌프장(100)은 직투입 분뇨를 포함한 하수 및 생물반응조(400)로부터 반송되는 반송수가 유입되어 1차 혼합이 일어나는 장소이다.
여기서 하수는 반드시 직투입 분뇨가 포함된 경우에만 한정되는 것은 아니며 유기물을 포함하는 하수 또는 폐수라면 어떤 것이라도 대상이 된다.
여기서 생물반응조(400)는 혐기조(410), 용존산소저감조(420), 무산소조(430), 및 호기조(440)로 구성되는데, 혐기조(410)와 유입펌프장(100)을 연결하는 반송라인(11)을 통하여 반송수가 유입펌프장(100)으로 유입되고, 유입된 하수와 반송수는 펌프를 이용하여 전처리시설(200)로 공급한다.
전처리시설(200)은 유입펌프장(100)으로부터 하수와 반송수를 공급받아 일시 저장하는데, 생물반응조(400)의 혐기조(410)로부터 반송된 반송수에 포함된 토양 미생물(통성 혐기성 세균)을 이용한 탈취반응을 수행하여 악취 발생을 저감시킨 처리수를 유량조정조(300)로 공급한다.
유량조정조(300)는 전처리시설(200)로부터 유입된 처리수를 일시 저장하면서, 펌프를 이용하여 생물반응조(400)의 혐기조(410)로 공급되는 처리수의 유량을 적절히 조절한다. 즉 펌프를 이용하여 일정량의 처리수를 지속적으로 혐기조(410)로 공급하는 기능을 수행한다.
생물반응조(400)는 유량조정조(300)로부터 유입된 처리수를 이용하여 토양 미생물을 배양하고 배양된 토양 미생물을 이용하여 처리수를 처리하는 기능을 수행하는데, 생물반응조(400)는 칸막이벽(55)으로 구획된 혐기조(410), 용존산소저감조(420), 무산소조(430), 및 호기조(440)로 구성되고, 반송수를 제외하고는 칸막이벽(55)의 높이 차이에 의하여 자연유하 방식의 흐름이 도2에 도시된 화살표 방향으로 이루어진다.
혐기조(410)는 유량조정조(300)로부터 유입된 처리수와 무산소조(430)로부터 반송라인(22)을 통하여 반송된 반송수를 교반기로 교반하면서 혐기조(410) 내부에 존재하는 토양 미생물에 의한 생물학적인 인방출 반응을 수행한다. 이와 같이 인방출 반응이 이루어진 처리수를 용존산소저감조(420) 및 무산소조(430)로 분배되는데, 별도의 반송라인(11)을 통하여 유입펌프장(100)으로도 공급되는 것은 이미 살펴본 바와 같다.
용존산소저감조(420)는 혐기조(410)로부터 공급된 처리수와 호기조(440)로부터 반송라인(33)을 통하여 반송된 반송수를 교반기로 혼합하여 용존산소를 저감시킨 후 무산소조(430)로 공급한다. 이와 같이 용존산소를 저감시킨 후 무산소조(430)로 공급하게 되면 무산소조(430)에서의 처리 효율을 향상시킬 수 있다.
무산소조(430)는 혐기조(410)에서 공급된 처리수와 용존산소저감조(420)에서 용존산소가 저감된 후 공급된 처리수를 교반기로 혼합하여 탈질세균에 의한 탈질반응을 수행한 후 처리수를 호기조(440)로 공급한다.
호기조(440)는 무산소조(430)로부터 공급된 처리수에 산소를 공급하여 토양 미생물에 의한 질산화반응과 잔존 유기물의 산화반응을 수행한 후 처리수의 일부는 반송라인(33)을 통하여 용존산소저감조(420)로 반송하고 나머지는 침전조(500)로 배출한다.
이러한 호기조(440)에는 침전조(500)에서 반송라인(44)을 통하여 반송된 슬러지와 무산소조(430)에서 공급된 처리수를 이용하여 토양 미생물을 배양하는 배양탑(441)이 전단부에 침지되어 있다.
배양탑(441)에는 경석과 펠렛이 충진되어 있으며, 미네랄 성분이 킬레이트성 미네랄 착염 형태로 존재한다.
호기조(440) 내부에 침지된 배양탑(441)에서 토양 미생물의 배양은 다음과 같이 이루어진다.
부식화 반응을 일으키는 토양 미생물 또는 이와 공생관계를 유지하는 토양의 유용 미생물은 세포막이나 핵 등에 미네랄 함량이 많으며, 여기에 충분한 미네랄이 공급되었을 때 활발한 대사활동을 한다. 이러한 미생물은 방향족 구성대사기능이 강화된 토양 미생물군이며, 이러한 미생물은 장시간 인위환경에 방치하면 비방향족 대사로 바뀌기 때문에 토양 미생물군의 방향족계 대사기능을 지속시킬 수 있는 환경조건을 만들어주는 배양탑(441)이 필요하다.
배양탑(441) 내부의 경석과 활성부식물질인 펠렛에는 미네랄 성분이 킬레이트성 미네랄착염 형태로 존재하며, 토양 미생물 또는 유용 미생물은 펠렛이 적절한 토양의 환경조건을 만들어 준 상태에서 쉽게 이러한 미네랄 성분을 흡수하여 활성을 띠게되므로 호기조 전반에 걸쳐 우점종이 된다.
이렇게 배양 및 활성화된 토양 미생물 또는 유용 미생물은 반송을 통하여 하수처리공정 전반에 걸쳐 존재하게 되며, 처리시설로 유입되는 하수와 반응하여 다음과 같은 형태로 악취가 제거된다.
악취발생원 또는 악취분자는 활성화된 토양 미생물군의 작용에 의해 응집고분자화하면서 악취물질이 구조체에 흡착되어 킬레이트화합물에 의한 촉매작용에 의해 제거된다.
토양미생물에 의한 탈취기능은 방향족 대사기능에 의해 토양미생물이 다량 활성화된 슬러지를 악취발생원이 있는 곳에 반송, 순환시켜 악취성분을 물에 흡수, 용해시킨 후 악취성분이 물의 부식화 과정에서 흡착, 분해되어 미생물의 영양분이 되고, 무취화가 되는데, 이를 요약하면 다음과 같은 단계를 거치게 된다.
첫째, 악취성분(가스)이 이미 물에 용해되어 있거나, 대기중의 성분은 물과 접촉하여 용해되고, 둘째, 물에 용해된 악취성분은 즉시 부식전구물질(슬러지)과 미생물의 대사물질과 결합되어 흡착되고, 이에 따라 물에서 분리된다. 셋째, 흡착된 악취성분은 미생물 등에 의해 에너지원으로 사용되고, 미생물과 대사물질의 증식에 이용되어 완전히 제거된다.
이 과정 중에 pH2.6 이하에서 부식물질이 용출되고, 염기성 취기를 발생시키는 우레아제 등의 효소류가 불활성화 되어 취기발생원은 없어지게 된다. 또한 취기가 pH3 이하일 때에 일어나는 자기축합이나 그 축합물과 분뇨등이 결합할 때 발생하는 과산화수소, 2가 철이온 반응에 의해 하이드로늄 등의 활성효소가 유발하는 염기성취기(암모니아, 아민 등), 산성취기(유화수소) 및 중성취기(메틸메르캅탄, 메틸설파이드 등)가 산화되어 탈취가 일어난다.
단백질 분해효소, 특히 프로테아제와 펩티타아제의 작용을 제어하는 단백질 중간산물과 최종산물의 산출을 방해하는 물질에 의해 악취 발생이 방지될 수도 있다. 부패균 등의 생존 제어에 의해 악취발생물질이 생기지 않고 앞에서 설명한 생성효소의 산화에 의해 악취물질이 탈취되기 때문에 처리수와 생성슬러지는 장시간 방치되어도 부패나 변질이 되지 않으며 악취도 발생하지 않아 토양개량제로 재활용할 수 있다.
침전조(500)는 호기조(440)로부터 유입된 처리수를 비중차를 이용하여 분리 한 후 상부의 상등수는 외부로 방류하고, 하부에 침전된 슬러지의 일부를 반송라인(44)을 통하여 다시 호기조(440)로 반송하여 배양탑(441)의 토양 미생물의 배양에 사용한다.
상기한 바와 같이 본 발명의 구체적 실시예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 설명하였으나 본 발명의 보호범위가 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양한 설계변경, 공지기술의 부가나 삭제, 단순한 수치한정 등의 경우에도 본 발명의 보호범위에 속함을 분명히 한다.
도1은 본 발명에 따른 하수 처리 장치의 구체적 실시예의 전체 구성 및 흐름을 도시한 것이다.
도2은 도1에 도시된 생물반응조(400)의 세부 구성을 도시한 것이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100:유입펌프장
200:전처리시설
300:유량조정조
400:생물반응조
410:혐기조
420:용존산소저감조
430:무산소조
440:호기조
441:배양탑
500:침전조
11, 22, 33, 44:반송라인
55:칸막이벽

Claims (8)

  1. 직투입 분뇨를 포함한 하수 및 후술하는 생물반응조(400)로부터 반송되는 반송수가 유입되는 유입펌프장(100);
    상기 유입펌프장(100)으로부터 하수 및 반송수를 공급받아 일시 저장하고 생물반응조(400)로부터 반송라인(11)을 통하여 반송된 반송수에 포함된 토양 미생물을 이용하여 탈취반응을 수행하는 전처리시설(200);
    상기 전처리시설(200)로부터 유입된 처리수를 일시 저장하고 후술하는 생물반응조(400)로 공급되는 처리수의 유량을 조절하는 유량조정조(300);
    상기 유량조정조(300)로부터 유입된 처리수를 이용하여 토양 미생물을 배양하고 배양된 토양 미생물을 이용하여 처리수를 처리하는 생물반응조(400); 및,
    상기 생물반응조(400)로부터 유입된 처리수를 비중차를 이용하여 분리한 후 상부의 상등수는 외부로 방류하고, 하부에 침전된 슬러지의 일부를 반송라인(44)을 통하여 상기 생물반응조(400)로 반송하여 토양 미생물의 배양에 사용하는 침전조(500);
    를 포함하여 구성되고,
    상기 생물반응조(400)는,
    혐기조(410), 용존산소저감조(420), 무산소조(430), 및 호기조(440)를 포함하여 구성되며, 상기 호기조(440)의 전단부에는 상기 침전조(500)에서 반송된 슬러지와 상기 무산소조(430)에서 공급된 처리수를 이용하여 토양 미생물을 배양하는 배양탑(441)이 있는 직투입 분뇨를 포함한 하수 처리 장치를 이용한 하수 처리 방법에 관한 것으로서,
    유입펌프장(100)으로 직투입 분뇨를 포함한 하수와 혐기조(410)로부터 반송되는 반송수가 유입되는 제1단계;
    유입펌프장(100)으로부터 공급받은 하수와 반송수를 전처리시설(200)에서 혼합하여 탈취반응을 수행하는 제2단계;
    제2단계가 완료된 처리수를 혐기조(410)에서 교반기로 교반하여 토양 미생물에 의한 인방출 반응을 수행한 후 일부는 유입펌프장(100)으로 반송하고 나머지는 용존산소저감조(420) 및 무산소조(430)로 공급하는 제3단계;
    혐기조(410)로부터 공급된 처리수와 용존산소저감조(420)로부터 공급된 처리수를 무산소조(430)에서 교반기로 혼합하여 탈질반응을 수행하는 제4단계;
    무산소조(430)로부터 공급된 처리수에 호기조(440)에서 산소를 공급하여 토양 미생물에 의한 질산화반응과 잔존 유기물의 산화반응을 수행한 후 처리수를 침전조(500)로 배출하는 제5단계; 및,
    호기조(440)로부터 유입된 처리수를 비중차를 이용하여 분리한 후 상부의 상등수는 외부로 방류하고, 하부에 침전된 슬러지의 일부를 상기 호기조(440)로 반송하여 토양 미생물의 배양에 사용하는 제6단계;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 직투입 분뇨를 포함한 하수 처리 장치를 이용한 하수 처리 방법.
  2. 제1항에서,
    제4단계가 완료된 처리수의 일부를 혐기조(410)로 반송하는 제7단계;
    가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 직투입 분뇨를 포함한 하수 처리 장치를 이용한 하수 처리 방법.
  3. 제1항에서,
    상기 제5단계가 완료되어 침전조(500)로 배출되는 처리수의 일부를 용존산소저감조(420)로 반송하는 제8단계;
    가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 직투입 분뇨를 포함한 하수 처리 장치를 이용한 하수 처리 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 가운데 어느 한 항에서,
    상기 제5단계는,
    호기조(440)에 구비된 배양탑(441)에서 침전조(500)에서 반송된 슬러지와 무산소조(430)에서 공급된 처리수를 이용하여 토양 미생물을 배양하는 과정이 포함되는 것을 특징으로 하는 직투입 분뇨를 포함한 하수 처리 장치를 이용한 하수 처리 방법.
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