KR101051729B1 - 유기성 폐기물을 포함하는 고농도 폐수 처리방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본원은 고농도 오염폐수를 짧은 시간내에 원하는 방류수 기준으로 처리하기 위해 고농도 폐수에 맞는 최적의 미생물 활성조건을 조성시켜 소규모 시설로 최적의 처리효율을 얻을 수 있는 유기성 폐기물의 고농도 폐수 처리방법 및 그 장치에 관한 것이다.

본원은 기존의 처리공법에서 고농도 폐수를 혐기성 조건에서 처리하기 위해 약 35℃ 정도에서 부유증식법으로 처리하던 것과 비교하여, 본원의 처리공법에서는 산생성 반응조에의 내부온도를 55~65℃의 범위로 유지하며 호열 유기체성 박테리아(Mesophilic bacteria)나 고온성 혐기미생물(thermophilic bacteria)을 이용하여 수소이온농도(pH)와 산화환원전위(ORP)수치를 최적으로 조건으로 조절하여 산 생성반응을 이루며, 메탄 발효조에서도 최적의 수소이온농도(pH)와 산화환원전위(ORP)수치가 유지되는 조건에서 메탄발효가 이루어지도록 하여 종래의 중온성 박테리아 (Mesophilic bacteria)를 이용해서 처리하는 것 보다 다른 요인을 동일하게 하는 경우 시간적으로 약 10배 가량의 단축된 시간 내에 동일한 처리물량의 오염물질을 제거할 수 있는 정화 능력을 수행하는 결과를 확인하여 완성된 발명이다.

고농도 폐수, 산생성 반응조, 메탄 발효조, 호열 유기체성 박테리아

Description

유기성 폐기물을 포함하는 고농도 폐수 처리방법 및 그 장치{purifying method and the apparatus for high concentration wastewater having organic waste}

본원은 고농도 오염폐수를 짧은 시간 안에 원하는 방류수 기준으로 처리하기 위해 고농도 폐수에 맞는 최적의 미생물 활성조건을 조성시켜 줘서 소규모 시설로 최적의 처리효율을 얻기 위한 고농도 폐수 처리방법 및 그 장치에 관한 것이다

2005년부터는 1차 처리되지 않은 음식물 쓰레기는 매립하지 못하도록 법으로 금지하고 있으며, 최근 탄소계의 유용한 자원이 소각 등에 의하여 일시에 CO₂로 전환되어 지구온난화상태를 가중시키는 문제점을 안고 있다.

최신의 환경기술에서는 우리 인간들이 사용하는 자원 중에서 가장 많은 량을 차치하는 것이 유기성폐기물이고, 이는 사용후 폐기물로서 발생하게 되며, 폐기물의 처리에 있어서 유기성폐기물을 효율적으로 제어하여 자원순환체제 및 Zero emmision을 달성할 수 있는 길을 찾고 있다.

한편, 상기한 유기성폐기물은 『런던협약 및 96의정서』의 발효와 해양처리억제 및 금지조치로 해양배출처리가 2008. 2. 22일후 금지되고 있는바, 유기성폐기 물을 잔여물이 남지 않도록 완전히 분해 처리할 수 있는 처리시설이 시급히 요구되고 있는 실정이다.

가축의 배설물이나 음식물쓰레기에서 발생하는 폐수를 포함한 각종 유기폐기물의 메탄발효에 의해 메탄계 연료가스를 생산하는 것은 확립된 공업적 방법이다.

메탄가스의 수용량에 따라 가스보유기의 용량을 변화시키기 위해 상하 가동형 천개(天蓋: canopy)를 지닌 가스보유기를 내장한 용량가변가스보유기형 반응장치, 하수처리장에서 혐기성 처리를 행하기 위해 관용되고 있던 하수 소화조 (Digestion), 산발효조 및 메탄발효조를 지닌 2상형 반응장치를 포함한 수종의 가축배설물의 발효처리용의 메탄발효반응장치가 개발되어 이미 실용화되고 있다.

유럽특허 EP-A-0 335 825호 공보에는, 칸막이벽에 의해 분리된 2개의 구획(산가수분해용 제 1구획과 메탄발효용의 제 2구획)을 지닌 조(槽)를 구비한 2상형 메탄발효용 바이오리액터가 개시되어 있으며, 또, 상기 두 구획은, 영구적으로 개방된 채널에 의해 액체가 전달되고 있다.

또한, 프랑스특허 FR-A-2 510-605호 공보에는 칸막이벽에 의해 분리된 2개의 구획을 구비한, 혐기성 발효에 의해 유기폐기물로부터 메탄을 생산하기 위한 바이오리액터가 개시되어 있으며 상기 두 구획은 서로 영구적으로 액체 전달가능하게 되어 있으나, 액체의 역류는 해당 두 구획을 연결하는 채널에 배치된 일련의 사슬에 의해 방지되는 시스템을 이루고 있으며, 또한 FR-A-2 305 113호 공보에는, 칸막이벽에 의해 분리된 2개의 구획을 구비한 혐기성 발효용의 바이오리액터가 개시되 고 두 구획은 서로 영구적으로 액체 전달가능하게 되어 있으나, 액체의 역류는 특정한 모양의 칸막이벽에 의해 방지되고 있는 시시템이 개시되어 있고, 또, DE-A-197 15 646호에는 발효조에 칸막이하지 않고 혐기성 발효에 의해 유기폐기물로부터 메탄을 생산하는 바이오 리액터가 개시되어 있다.

이들 종래의 발효반응장치는 그들 각각의 문제점과 결점을 갖는바, 예를 들면 가스보유기를 내장한 메탄발효반응장치에 있어서는 내부에 함유된 액체 소화액이 가스보유기의 내부압력의 변동에 의해 메탄발효조로부터 산발효조 혹은 원료 폐수 수용조로, 또는 침강조로부터 메탄발효조로 역류하는 일이 발생하는 경우가 종종 발생하며, 메탄발효조로부터 산 발효조로의 액체의 역류는 자연적으로 메탄발효조 내의 메탄균 농도를 감소시켜 메탄발효 효율을 저하시키게 되며 또한 침강조로부터 메탄발효조로의 액체의 역류는 침강조 내의 액체에 함유된 용존산소가 메탄발효조내로 유입되는 것을 의미하며 메탄균 미생물의 부분적인 활성의 감소 또는 사멸을 일으키는 원인이 된다.

혐기성 반응단계를 크게 구분하면 산 생성단계(Acidogenesis)와 메탄생성단계(Methanogenesis)로 구분되는데, 산 생성단계에서는 축산 분뇨 등의 폐수를 산 발효조로 유입시키면 폐수 중의 유기물이 가수분해(hydrolysis) 및 산 생성단계를 거쳐 용존상태로 전환시키고 침전을 통해 고액분리를 수행하면서 산(acid)이 주로 생성되기 때문에 산의 형성에 따른 pH저하가 발생하며 과도하게 pH가 저하될 경우 미생물 활성이 저하되는 문제점이 발생한다.

또한 혐기성 처리공정의 제2반응조인 메탄발효조는 상기 산 발효조에서 전환 된 용존성 유기물을 메탄발효를 통하여 메탄(CH₄)가스를 발생시키고 이를 회수하여 이용하게 되는바, 상기 메탄발효를 통하여 생성된 가스는 메탄이 60~70%, 이산화탄소가 30~40%, 기타 황화수소, 습기, 미량기체로 구성되는데, 하수처리수, 하천수, 지하수 등에 KOH를 용해시켜 채운 컬럼(column)을 하부에서 상부로 통과시켜 메탄과 이산화탄소의 용해도차를 이용하여 이산화탄소를 제거하고 탈황 및 습기 제거하는 정제공정을 거친 후, 정제된 메탄가스로부터 열병합발전을 통하여 전기 및 폐열을 회수하기도 한다.

본원은 고농도 오염폐수를 짧은 시간 안에 원하는 방류수 기준으로 처리하기 위해 고농도 폐수에 맞는 최적의 미생물 활성조건을 조성시켜 줘서 소규모 시설로 최적의 처리효율을 얻을 수 있는 유기성 폐기물의 고농도 폐수 처리방법 및 그 장치를 제공하고자 하는 목적을 갖는다.

또한 본원에서서는 폐수처리공정 중에 발생하는 바이오가스(메탄가스)를 활용하여 폐수처리장치의 온도를 조절하도록 제공되어 고유가 시대에 부응하며 에너지 절약을 이루는 공정을 제공하고자 하는 목적을 갖는다.

종래에 고농도 폐수를 혐기성 처리하기 위한 기존 처리공정에서는 약 35℃ 정도에서 부유증식법으로 처리하는 것에 비해 본원의 처리공법에서는 산 생성 반응조의 처리온도를 55~65℃ 온도범위로 바람직하게는 59~60℃ 조건에서 서식하는 호열 유기체성 박테리아(thermophilic bacteria)를 이용해서 처리하는 수단으로 인해서 종래의 중온성 박테리아(Mesophilic bacteria)를 이용해서 처리하는 것 보다 다른 요인을 동일시 하는 경우 시간적으로 약 10배 가량의 오염물질을 제거할 수 있는 정화 능력을 수행하는 결과를 확인하여 출원에 이르게 되었다.

축산폐수나 음식물쓰레기에서 발생하는 고농도 폐수를 혐기성 조건으로 처리 하는 공정은 폐수 중의 유기물을 미생물이 섭취 용이한 유기산으로 전환시켜 최종적으로 메탄으로 회수하기 위한 반응으로, 혐기성 공정은 다양한 혐기성균(산소를 필요로 하지 않는 미생물에 의한 발효)에 의해 유기물을 분해하는 공정으로서, 혐기성 공정의 유기물 분해단계 및 각 단계에 관계되는 미생물은 Solubilization Acidogenic, Acidogenesis, Acetogenesis Acetogenic, Methanogenesis Methanogenic 등이 있으며, 고농도 폐수를 처리하는 과정에서 혐기적 처리를 하게 되면, 학술적으로는 가수분해나 용해가 일어나서 고분자화합물이 단위체로 되는 단계, 두번째 단계가 산 생성단계(acidogenesis)인데 단순 단위체가 휘발성 지방산(fatty acid)으로 전환되는 과정이며, 세번째 단계는 초산생성단계이고 4번째는 메탄생성단계로 구분할 수 있다.

상기 반응단계를 현장 적용에서는 산 생성단계(Acidogenesis)와 메탄 생성단계 (Methanogenesis)로 구분하기도 하는데, 산 생성단계에서는 축산 분뇨 등의 폐수를 산 발효조로 유입시키면 폐수 중의 유기물이 가수분해(hydrolysis) 및 산 생성단계를 거쳐 용존상태로 전환되고 침전을 통해 고액분리를 수행하면서 산(acid)이 주로 생성되기 때문에 산의 형성에 따른 pH저하가 발생하며 과도하게 pH가 저하될 경우 미생물 활성이 저하되는 문제점이 발생하므로 수소이온농도(pH)와 산화환원전위(ORP) 조절이 중요하게 되며, 또한 혐기성 처리공정의 제2반응조인 메탄발효조에서는 상기 산 발효조에서 전환된 용존성 유기물을 메탄발효를 통하여 메탄(CH₄)가스로 전환시키고 이를 효율적으로 회수하여 이용하기 위해 수소이온농도(pH)와 산화환원전위(ORP) 조절이 더욱 중요하게 된다.

본원은 상기 각 단계에서의 적정 pH조건이 서로 다르므로 각 단계의 최적 효 율을 얻기 위하여 본 발명에서는 유기성 폐기물을 포함하는 고농도 폐수를 처리하기 위해 산생성 반응조와 메탄 발효조, 침전조, 오니저류조를 포함하여 제공되는 폐수처리방법에서 아래의 반응조건을 제시함으로 본원의 목적을 달성할 수 있음을 확인하여 완성된 발명이다.

본원에서 제시되는 반응조건은 산 생성 반응조에서는 내부온도를 55~65℃의 범위로 유지하며 호열 유기체성 박테리아(Mesophilic bacteria)나 고온성 혐기미생물(thermophilic bacteria)을 이용하여 수소이온농도(pH)가 5.0~6.0 범위이고, 산화환원전위(ORP)가 -200 ~ -300mV로 유지되는 조건에서 산 생성반응이 이루어지는 단계; 메탄 발효조에서는 메탄발효 반응이 수소이온농도(pH)가 7.2~8.2 범위이고, 산화환원전위(ORP)가 -400 ~ -450mV로 유지되는 조건에서 메탄발효가 이루어지는 단계;
를 포함하여 제공되는 폐수처리방법이 개시되며, 상기 메탄 발효조는 2~5개 범위로 제공되고 각각의 메탄 발효조에는 미생물고정 부착담체를 사용하여 제공되며, 상기 미생물 고정부착 담체는 충진통을 수직 원통형이나 다각형으로 하고 감속기를 사용하여 회전시켜 주도록 제공되며, 상기의 산생성 반응조 및 메탄 발효조에서 원하는 반응온도를 유지하기 위한 수단으로 자체의 폐수처리장치인 메탄 발효조에서 만들어지는 바이오가스(메탄가스)를 활용하도록 하며, 상기 메탄 발효조에서 만들어지는 바이오가스를 정제하는 수단으로 흡착제와 물이 함께 포함된 정제탱크에 상향여과식으로 유입시켜 정제 후 사용하는 방법과 수단으로 본원의 목적을 달성할 수 있다.

이하 본원발명의 구체적인 기술사상을 구현하기 위한 발명의 실시형태는 '발 명의 실시를 위한 구체적인 내용'란 기재에서 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

종래의 고농도 폐수처리를 혐기성 처리로 수행하는 경우 보통 중온(35℃)에서 하며 단일 혐기조로 처리하였고, 그것도 부유성장식 처리공법으로 처리를 하였으므로 처리 과정상의 단계별 조건인 반응온도, 수소이온농도(pH)와 산화환원전위(ORP) 조절에 대한 고려가 없었으며, 온도가 안 맞아 메탄가스 생성에도 경제적 효율을 찾지 못하였고 최종 처리효율이 낮아서 음식물쓰레기나 축산 폐수의 고농도 폐수가 방류수 유지기준을 맞추지 못하여 수질을 오염시키는 문제점이 있었으나, 본원에서 고온성 혐기미생물(thermophilic bacteria)을 이용하고 또한 미생물도 부착성 고정성장 증식시키는 처리공법을 택하여 처리효율, 처리속도, 메탄 발효조 등이 충분히 본래의 기능을 발휘할 수 있도록 함으로서 수질보존에 이바지 할 수 있고, 시설비, 유지관리비, 최종 처리효율 면에서 다 방면에서 획기적인 효과를 얻을 수 있다.

본원의 기술사상을 구현하기 위한 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 설명하고자 하나, 본 출원의 명세서나 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 될 것이며, 본원의 보호범위는 본원발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 할 것이며, 본 명세서에 기재된 용어나 예시는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본원의 기술사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 할 것이다.

또한 본원의 기술사상에서 아래에 기재되는 수치는 수 많은 시행오차를 거쳐 얻어진 결과로 베스트 모드를 기재한 것으로 수치의 상한 및 하한을 나타내는 범위는 기재된 수치의 상한 및 하한을 벗어나는 경우에는 발명자가 원하는 목적을 달성할 수 없거나 기대에 부응할 수 없기 때문에 정해진 수치임을 인식하여야 할 것이다.

도 1은 본원의 기술사상을 구현하기 위한 일 실시예로 제시될 수 있는 고농도 폐수를 혐기성 처리하기 위한 처리흐름도의 상부 평면도를 나타낸 것이고, 도 2a에서는 도 1 처리흐름도의 A-A' 절단 측면도를 나타낸 것이며, 도 2b에서는 도 1 처리흐름도의 B-B' 절단 측면도를 나타낸 것이고, 도 3은 도 1의 바닥면을 나타낸 배관상세도이다.

상기의 고농도 폐수를 혐기성 처리하기 위한 각각의 구성요소로 집수조(1)와 유량조정조(2)와 1차메탄반응조(3), 2차메탄반응조(4), 3차메탄반응조(5), 침전조(6), 소독방류조(7), 오니저류조(8) 등을 구성요소로 포함하여 폐수를 처리하는 기술사상은 이미 공지의 기술이다.

본원은 이들의 운전조건에서 처리온도 59~60℃ 조건에서 서식하는 호열유기체성 박테리아(thermophilic bacteria)를 이용해서 처리하는 호열 조건을 만족시켜 주기 위한 장치로 집수조(1)와 유량조정조(2) 각각의 반응조에 히터(A₁,A₂)를 각각 설치하고 온도계(B₁,B₂)와 연계되어 자동으로 온도범위가 59-60℃ 범위로 제공되도록 콘트롤 된다.

본원은 혐기성 반응을 이루므로 집수조(1)의 상부가 밀폐되어 있고 밀폐된 상태에서 교반기 AG1이 회전하면서 고농도 폐수를 교반시켜 주게 되며, 또한 OR1,ORP 측정meter와 PHO 측정을 하는 PHIC도 서로 상관관계를 갖고 작동하게 되며,압력밸브 SP1도 안전밸브와 가스밸브 GV1 등과 연계되어 작동되어 만약의 경우에 폭발사고를 방지하도록 제공된다.

또한 유량조정조(2)에도 PH2:PHIC, OR2:ORP를 설치했고 GV2 가스인출밸브 SP1, SP2인 안전밸브 등이 설치되어 만약의 경우 폭발을 예방하게 되고, PG2압력게이지가 설치되어 수시로 압력을 체크하여 안전에 주의를 기울이도록 한다.

또한 유량조정조(2)에는 유량조정 펌프(P1,P2)가 설치되었으며 이 유량 조정 펌프에서는 집수조(1)로 폐수를 다시 리턴(RETURN) 시키기도 하면서 유량조절을 하여 수질의 평균화를 이루도록 기능한다.

본원에서는 집수조(1) 및 유량조정조(2)에서 제1단계 반응으로 첫 번째 제1차 생화학 반응을 수행하여 유입된 유기물의 유기체들이 이산화탄소를 만들어 내면서 단순한 형태의 유기산을 형성하게 되는데, 이때의 PH는 5.8±0.2, ORP약 -250±10mv 상태 일 때 최적 요건이 된다.

또한 본원에서는 최적의 고농도 처리기술로서 종래의 단순공정(SINGLE PHASE)이 아닌 복수공정(TWO PHASE 이상)을 적용하게 되는바, 이러한 공정은 제1단 계 반응초기 처음에는 통상의 혐기성균이 작용하여 가수분해와 산 발효를 시키고, 유기물을 여러 종류의 미생물의 분해작용에 의해 가수분해하는 과정을 거쳐 고급 지방산이 생성되고, 이것은 다시 저급 지방산을 거쳐 아세트산과 수소로 분해시키게 되며 PH, 온도, 가수분해 등 주변환경 조건에 따라서 생성물질 분포상태는 여러 지방산 알데히드, 알콜, CO₂, H₂ 등 다양한 물질로 분해된다.

유기산(저급지방산)의 생성단계를 좀더 상세히 설명하면, 산 생성은 기질이 가수분해 된 후부터 이산화탄소, 수소 또는 3차의 세균군에 의하여 메탄으로 전환 될수도 있으며 이 과정은 열역학적으로 볼때 반응조 내의 수소 분압이 낮을 때에 일어나며 반응조의 수소 분압이 저급지방산을 생성하게 되고 그 결과로 프로피온산, 브티르산, 에탄올 등 환원물질이 생성되며 이때 산 생성의 이화학작용은 다음 2가지 중에 한 경로를 밟는 것으로 예견된다.

기질 → CO2 + H2 + 아세트산

기질 → 프로피온산 + 브티르산 + 에탄올

상기 첫 경로에서 생성된 물질은 3차의 세균군에 의하여 직접 메탄으로 전환할수 있으며, 첫 경로의 반응은 열역학적으로 볼 때 반응조 내의 수소분압이 충분히 낮을때에 일어나고 수소분압이 높을 때에는 두 번째 경로를 밟게 되며 이때 프로피온산, 브티르산, 에탄올 등 환원물질이 생성되는 것으로 예견된다.

상기의 제1단계 반응에서 생성된 유기산은 제1차 혐기성 메탄 반응조에서 메탄가스로 전환시켜 주게 되는바, 이때의 최적조건은 온도 T=60℃, PH = 7.5±0.2, 산화환원전위수치(ORP) = -425±10mv일 때 가장 좋다.

유량조정조(2)로부터 펌핑되어 넘어온 폐수가 제1차 메탄 반응조(3)로 유입되면서 유기산이 메탄가스로 전환되는바, 이를 메탄화반응(Methanogenesis)이라고 하며, 본원에서는 메탄화반응을 효율적으로 수행하기 위하여 제1차메탄반응조(3), 제2차메탄반응조(4),제3차메탄반응조(5)를 갖고 각각의 메탄반응조에는 각각 히터(A3,A4,A5), 온도계(B3,B4,B5), 압력계(PG3,PG4,PG5), 안전밸브(SP3,SP4,SP5)가 설치되어 히터로 반응조 내의 온도를 조절하고 압력계와 안전밸브까지 설치되어 각종 가스의 생성으로 발생할 수 있는 만약의 사고에 대비하도록 제공되고, 또한 메탄반응조의 중앙 저부로는 감속기(C1,C2,C3)가 있고 중앙 중간부에는 감속기와 연계된 박테리아 담체 회전통(D1,D2,D3)이 마련되어 서서히 회전되면서 담체에 고정증식 박테리아가 활착하거나 자동 이탈을 도와 박테리아의 적응능력을 높여 주도록 제공된다.

본원에서는 메탄 반응단계에서 효율을 높여주기 위해 3단계로 설정하고 있으나 이는 처리물량에 따라 얼마든지 조절 가능함은 물론이며, 본원의 1차 내지 3차에서의 메탄생성은 메탄 생성균이 형태상으로 Methanobacterium, Methanococcus, Methanosarcina, Methanospirillum의 4속으로 분류되며 이러한 세균들이 직접 이용할 수 있는 기질은 아세트산, 수소, 이산화탄소, 포름산, 메탄올뿐이며 이외의 지방산과 알콜 등은 비 메탄세균과 메탄세균의 혼재 속에 메탄과 이산화탄소로 전환되는 것으로 예측된다.

제2차 메탄반응조의 반응조건도 제1차 메탄반응조 에서와 같이 온도 T=60℃, PH = 7.5±0.2 ORP = -425±10mv로 유지되고, 사용되는 미생물로는 고온성 박테리아(Thermophilic Bacteria)를 사용하게 되는데 약 90일간 생존하면서 사멸하는 것이 아니라 더욱 번식하면서 증식되어 오염물질을 제거하고 더욱 깨끗한 환경을 조성하게 된다.

본원의 메탄반응조에서는 박테리아 생육 온도가 60℃ 범위에서 고정 부착 증식하게 되므로 반응조의 박테리아 담체 회전통(D1,D2,D3)이 감속기(C1,C2,C3)각각에 의해 함께 회전하게 됨과 동시에 혐기성 미생물도 자연스럽게 함께 같이 회전하게 되어 탈,부착이 자연스럽게 이루어진다.

제2차 메탄반응조를 거쳤음에도 불구하고 혹여 미 분해물이 남아 있는 것을 대비하여 완벽한 처리를 위해 마련되는 제3차 메탄반응조도 제1, 2차 메탄반응조와 동일한 설비를 갖고 상호 연관성을 가지면서 메탄반응조의 역할을 수행하고 처리결과물을 침전조로 이송하게 된다.

본원에서 제공되는 침전조(6), 소독방류조(7), 오니저류조(8)는 통상의 시설과 큰 차이가 없으며 혐기성 처리의 연속이므로 상부로 맨홀(MH6,MH7,MH8)로 덮여 있으며, 침전조(6)의 내부 바닥면에는 오니반송 겸 잉여오니 인출펌프 P3,P4를 갖고 저부에 가라앉은 오니는 공정 중에 일부의 오니를 반송하거나 오니저류조(8)로 이송시키게 되고, 침전조의 상등수는 소독방류조(7)로 이송하는 기능을 수행하게 되며, 소독방류조(7)에는 여과재(FT1)가 내장되어 있고, 오니저류조(8)에는 침전조로 부터의 잉여 오니 배관이 연결되어 있고 오니인출 펌프(P4,P5)가 설치되어 있다.

도 3은 본원의 폐수처리시스템의 메탄 발효조에서 만들어지는 바이오가스(메탄가스)를 활용하여 본원의 폐수처리장치인 집수조(1)와 유량조정조(2)와 1차메탄반응조(3), 2차메탄반응조(4), 3차메탄반응조(5)까지의 바닥부에 증기히터 코일을 배관하여 자체 생산되는 바이오가스(메탄가스)를 활용하여 반응조에서 원하는 반응온도로 산생성반응과 메탄화 반응을 58~61℃ 범위를 유지하면서 반응을 시킬 수 있는 실시양태를 나타내고 있다.

도 4는 발명자 등이 상기 도 1에 제시된 집수조(1)와 유량조정조(2)와 1차메탄반응조(3), 2차메탄반응조(4), 3차메탄반응조(5), 침전조(6), 소독방류조(7), 오니저류조(8) 등을 갖춘 폐수처리시스템을 1톤/1일 처리용량으로 설계한 파일롯프랜트 설비에서 집수조(1)에서의 유입수 수질과 소독방류조(7)에서의 배출수 수질을 각각측정한 결과의 시험성적서와 실험실일지를 첨부한 것이다.

수질오염 공정시험법에 의한 실험결과표

시험항목	단위	처리 전	처리 후	제거율(%)
BOD	㎎/ℓ	12,450.0	18.5 99.8
COD	㎎/ℓ	9,600.8	21.5	99.7
SS	㎎/ℓ	28,200.0	23.3 99.9
T-N	㎎/ℓ	1,717.2	19.5 98.8
T-P	㎎/ℓ	38.8	0.4	98.9

따라서, 본원은 고농도 오염폐수를 짧은 시간 안에 원하는 방류수 기준으로 처리하기 위해 고농도 폐수에 맞는 최적의 미생물 활성조건을 조성시켜 줘서 소규모 시설로 최적의 처리효율을 얻을 수 있는 유기성 폐기물의 고농도 폐수 처리방법 및 그 장치를 제공할 수 있음을 확인하여 완성된 발명이다.

도 1 : 본원의 기술사상을 구현하기 위한 고농도 폐수를 혐기성 처리하기 위한 처리흐름의 상부 평면도.

도 2a : 도 1 처리흐름도의 A-A' 절단 측면도.

도 2b : 도 1 처리흐름도의 B-B' 절단 측면도.

도 3 : 도 1의 바닥부 배관상세도

도 4a : 시험성적서

도 4b : 실험실 일지

******** 도면의 주요부호에 대한 설명 ********

1 : 집수조 2 : 유량조정조

3 : 1차메탄반응조 4 : 2차메탄반응조

5 : 3차메탄반응조 6 : 침전조

7 : 소독방류조 8 : 오니저류조

Claims (6)

1. 유기성 폐기물을 포함하는 고농도 폐수를 처리하기 위해 산생성 반응조와 메탄 발효조, 침전조, 오니저류조를 포함하여 제공되는 폐수처리방법에 있어서,

   산 생성 반응조에서는 내부온도를 55~65℃의 범위로 유지하며 호열 유기체성 박테리아(Mesophilic bacteria)나 고온성 혐기미생물(thermophilic bacteria)을 이용하여 수소이온농도(pH)가 5.0~6.0 범위이고, 산화환원전위(ORP)가 -200 ~ -300mV로 유지되는 조건에서 산 생성반응이 이루어지는 단계;

   2~5개 범위로 제공되는 메탄 발효조는 미생물 고정 부착담체를 갖고 메탄발효 반응이 수소이온농도(pH)가 7.2~8.2 범위이고, 산화환원전위(ORP)가 -400~-450mV로 유지되는 조건에서 메탄발효가 이루어지는 단계;

   를 포함하여 제공되는 것을 특징으로 하는 폐수처리방법.
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3. 제 1항에 있어서,

   상기 미생물 고정 부착담체는 충진통을 수직 원통형이나 다각형으로 하고 감속기를 사용하여 저속 회전시켜 주도록 제공되는 것을 특징으로 하는 폐수처리방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기의 산생성 반응조 및 메탄 발효조에서 원하는 반응온도를 유지하기 위한 수단으로 자체의 폐수처리장치인 메탄 발효조에서 만들어지는 바이오가스(메탄가스)를 활용하는 것을 특징으로 하는 폐수처리방법.
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