KR101299485B1

KR101299485B1 - 포괄 고정화 담체, 포괄 고정화 담체를 이용한 폐수처리 장치 및 폐수처리 방법

Info

Publication number: KR101299485B1
Application number: KR20087032129A
Authority: KR
Inventors: 나오키 아베; 타츠오 스미노; 나오끼 오쿠마; 야수노리 나카야마; 타다시 아오끼
Original assignee: 가부시키가이샤 히다찌 플랜트 테크놀로지
Priority date: 2006-07-06
Filing date: 2006-07-06
Publication date: 2013-08-29
Also published as: CN101479200A; US20100038311A1; CN101479200B; EP2039659A1; EP2039659A4; KR20090028735A; WO2008004292A1

Abstract

본 발명에서 포괄 고정화 담체는 (A)압축하지 않은 앞의 담체 두께를 H₀로 하고, 압축에 의해 파괴할 때의 담체 두께를 H₁로 했을 때에, (H₀ - H₁)/H₀ × 100로 나타내지는 변형율이 70% 이상인 것, (B)입자 직경이 0.1 ∼ 1.5mm 의 범위인 것의 조건을 만족하고 있다. 그리고 이 포괄 고정화 담체를 스크린을 가지지 않는 생물처리조에 투입해 처리수에 동반해 고액분리조에 유출한 포괄 고정화 담체는 펌프 이송으로 생물처리조로 복귀한다. 그에 따라 펌프로 생물처리조에 반송해도 파손하기 어렵기 때문에 활성오니에 의해 폐수처리를 실시하고 있는 기존 설치의 생물처리조를 개조할 필요가 없고. 게다가 입자 직경을 작게 할 수 있으므로 처리효율을현격히 향상시킬 수 있다.

포괄 고정화 담체, 폐수처리 장치, 활성오니, 생물처리조, 폭기.

Description

포괄 고정화 담체, 포괄 고정화 담체를 이용한 폐수처리 장치 및 폐수처리 방법{INCLUSIVE IMMOBILIZATION SUPPORT, WASTEWATER DISPOSAL APPARATUS AND WASTEWATER DISPOSAL METHOD USING THE INCLUSIVE IMMOBILIZATION SUPPORT}

본 발명은 포괄 고정화 담체 및 폐수처리 장치와 폐수처리 방법에 관한 것으로서, 특히 활성오니에 의해 폐수처리를 하고 있던 기존 설치의 장치를 개조하는 일 없이, 포괄 고정화 담체를 생물처리조에 투입하는 것만으로 처리 효율이 높은 운전을 행하기 위한 기술에 관한 것이다.

종래 활성오니에 의한 폐수처리는 수많은 폐수처리장에서 채용되고 있다. 활성오니에 의한 폐수처리방법은 활성오니가 부유함과 동시에 에어(또는 산소)가 폭기되는 생물 처리조 내에 페수를 유입시켜 활성오니와 폐수를 접촉시킴으로써 폐수중의 피처리성분(예컨대 암모니아)를 생물학적으로 처리한다. 그러나, 활성오니에 의한 폐수처리는 생물처리조 내에 폐수 중의 피처리성분을 처리하기 위한 유용 미생물 농도를 고농도로 유지할 수 없기 때문에 고부하운전을 실시하지 못하여 처리 효율이 나빠지는 문제가 있다.

그에 따라 근년, 미생물을 포괄 고정한 포괄 고정화 담체를 생물처리조에 투입함으로써 생물처리조 내의 유용 미생물 농도를 높여 이것에 의해 처리 효율을 높 이는 것이 행해지고 있다.

도 7은 생물처리조(1)에 포괄 고정화 담체(2)를 투입한 종래 폐수처리장치(3)의 일반적인 장치구성이다. 도 7에 나타낸 바와 같이 원수배관(4)을 통해서 폐수가 유입하는 생물처리조(1) 내에는 포괄 고정화 담체(2)가 투입됨과 동시에 생물처리조(1)의 처리수 출구에는 포괄 고정화 담체(2)가 처리수에 동반하여 유출하는 것을 방지하는 스크린(5)이 설치된다. 또한 스크린(5)의 아래쪽에는 정류판(6)이 설치되어 처리수의 흐름의 방향이나 유속을 조정함으로써 스크린(5)에 포괄 고정화 담체(2)가 로딩하는 것을 억제하고 있다. 또한, 포괄 고정화 담체(2)는 입경을 너무 작게 하면, 스크린(5)으로 로딩해 버리기 때문에 로딩하기 어렵게 통상 3 ∼ 10mm 정도의 입경으로 형성된다. 스크린(5)의 눈열림을 작게 하면, 입경이 작은 포괄 고정화 담체(2)의 유출은 방지할 수 있지만, 폐수 중의 미립자나 미생물에 의해 생산되는 점성 생산물이 스크린(5)에 부착하기 쉽게 될 뿐만 아니라 처리수의 유출 저항이 커지게 된다. 따라서 스크린(5)의 눈열림을 작게 하는 것은 현실적이지 않다.

스크린(5)으로 포괄 고정화 담체(2)가 분리된 처리수는 고액분리조(7)에서 처리수 중의 활성오니가 침강 분리되어 침강한 활성오니의 일부는 펌프(8)에 의해 반송배관(9)을 통해 생물처리조(1)로 복귀된다. 부호 1a는 블로어이며, 1 b는 에어(또는 산소)를 폭기하는 폭기관이다. 스크린을 구비하는 생물처리조로는 예를 들면 특허문헌 1이 있다.

특허문헌 1 : 특허공개 2004-148154호 공보

(1) 그렇지만, 활성오니에 의해 폐수처리를 실시하고 있는 기존 설치의 생물처리조(1)를 포괄 고정화 담체(2)에서도 사용할 수 있도록 하려면, 상기한 것처럼 스크린(5)이나 정류판(6)과 같이 스크린(5)의 로딩을 방지하는 부재를 마련할 필요가 있어 장치를 개조하지 않으면 안 된다고 하는 문제가 있다. 정류판(6)만으로는 로딩을 방지할 수 없는 경우에는 스크린(5)의 하부에 스크린 세정용 에어폭기수단을 마련하는 경우도 있어 장치의 개조가 대규모로 된다.

(2) 또한 포괄 고정화 담체(2)는 고정화 재료인 친수성 겔 안에 미생물(활성 오니 등)을 포괄 고정하는 것이며, 입자 직경이 작을수록 폐수와 접촉하는 표면적을 크게 할 수 있으므로 포괄 고정화 담체(2)의 본래의 장점인 처리 효율을 높일 수 있다.

이러한 배경으로부터 생물처리조(1)에 스크린(5)을 설치하지 않고, 포괄 고정화 담체(2)를 처리수에 동반시켜 고액분리조(7) 내로 유출시켜 유출된 포괄 고정화 담체(2)를 펌프(8)에 의해 반송배관(9)을 통해 생물처리조(1)로 복귀하도록 장치를 구성하면, 기존 설치의 장치를 그대로 사용할 수 있으므로 장치의 개조도 필요 없다. 게다가 입자 직경이 작은 포괄 고정화 담체를 사용하는 것이 가능하여 상기한 (1)과(2)의 문제를 한 번에 해결할 수 있다.

그렇지만, 펌프(8)에 의해 반송배관(9)를 통해 포괄 고정화 담체(2)를 생물처리조(1)로 복귀시킬 때에 펌프(8)에서의 압축이나 반송배관(9)에서의 마모 등에 의해 포괄 고정화 담체(2)가 파손해 버려 현상에서는 불가능하다.

본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 발명한 것으로, 펌프로 생물처리조에 반송해도 파손되기 어렵기 때문에 활성오니에 의해 폐수 처리를 실시하고 있었던 기존 설치의 생물처리조를 개조할 필요가 없고, 게다가 입자 직경을 작게 할 수가 있으므로 처리 효율을 현격히 향상시킬 수 있는 포괄 고정화 담체 및 폐수처리장치겸 폐수처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명 폐수처리장치의 개요도,

도 2는 포괄 고정화의 고정재료인 프리폴리머의 분자량과 변화율과의 관계를 나타낸 관계도,

도 3은 담체당 프리폴리머의 농도와 변화율과의 관계를 나타낸 관계도,

도 4는 담체의 입자 직경과 활성과의 관계를 나타낸 관계도,

도 5는 본 발명 포괄 고정화 담체와 종래예의 포괄 고정화 담체에 있어서의 담체 부하와 질화율과의 관계를 나타낸 관계도,

도 6은 본 발명 폐수처리장치 변형예의 개념도,

도 7은 종래 스크린을 구비한 폐수처리장치의 개념도 이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10, 10' : 폐수처리장치 12 : 포괄 고정화 담체

14 : 생물처리조 16 : 고액분리조

18 : 반송배관 20 : 펌프

22 : 원수배관 24 : 폭기관

26 : 에어배관 28 : 블로워(blower)

30 : 송액관 32 : 처리수배관

34 : 활성오니

이하, 첨부 도면에 따라서 본 발명에 관한 포괄 고정화 담체 및 폐수처리장치 겸 폐수처리방법의 바람직한 실시의 형태에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명 폐수처리장치의 개념도 이며, 폐수중의 질소성분(예컨대 암모니아)를 호기성 조건하에서 생물학적으로 질화 처리하는 폐수처리장치의 일예이다.

도 1에 나타낸 바와 같이 폐수처리장치(10)는 주로서 다수의 포괄 고정화 담체(12)와, 폐수를 접촉시킴으로써 폐수 중의 피처리성분을 생물학적으로 처리하는 생물처리조(14)와, 생물처리조(14)로부터 유출한 포괄 고정화 담체(12)를 침강 분리하는 고액분리조(16)와, 고액분리조(16)와 생물처리조(14)를 연결하는 반송배관 (18)에 설치된 펌프(20)로 구성된다. 이 폐수처리장치(10)의 생물처리조(14)에는 포괄 고정화 담체(12)의 유출을 방지하는 스크린은 설치하지 않는다.

생물처리조(14)로는 원수배관(22)을 통해 질소 성분을 함유한 폐수가 유입하여 질화균이 포괄 고정된 포괄 고정화 담체(12)와 접촉한다. 또한 생물처리조(14)의 저부에는 폭기관(24)이 설치되고, 폭기관(24)은 에어배관(26)을 통해서 블로워(28; blower)에 접속된다. 그에 따라 폭기관(24)으로부터 폭기되는 에어에 의해 생물처리조(14) 내에 호기성 조건이 형성된다. 걸리는 호기성 조건하에서 포괄 고 정화 담체(12)와 폐수가 접촉함으로써 폐수 중의 질소 성분이 포괄 고정화 담체(12)에 포괄 고정화되는 질화균(미생물)에 의해 질화(산화)된다. 생물처리조(14)에서 처리된 처리수는 송액관(30)을 통해 보내짐과 동시에 일부의 포괄 고정화담체(12)가 처리수에 동반해 고액분리조(16)로 유출한다. 고액분리조(16)에서는 상등수가 처리수로서 처리수 배관(32)을 통해서 다음의 공정으로 보내짐과 동시에 중력 침강한 포괄 고정화 담체(12)가 고액분리조(16)의 저부에 퇴적된다. 그리고, 펌프(20)를 가동함으로써 고액분리조(16)의 저부에 퇴적한 포괄 고정화 담체(12)는 반송배관(18)을 통해 생물처리조(14)로 복귀된다. 고액분리조(16) 내의 중심부에는 종방향으로 상하가 해방된 통체(31)가 설치되어 송액관(30)의 선단이 통체(31)까지 연장 설치된다. 그에 따라 생물처리조(14)로부터 고액분리조(16)로 유출한 포괄 고정화 담체(12)는 고액분리조(16) 내에서 산란하는 일 없이 고액분리조(16)의 저부로 침강한다.

상기한 바와 같이 생물처리조(14) 내의 처리수출구에 담체 유출 방지를 위한 스크린(도 6의 부호 5)을 설치하지 않고, 처리수에 동반하여 고액분리조(16)로 유출하는 포괄 고정화 담체(12)를 생물처리조(14)에 펌프(20)로 반송하는 경우에는 펌프 이송에 의해 포괄 고정화 담체(12)가 파손하기 어려운 것이 중요하게 된다. 여기서 생물처리조(14)에는 본 발명의 포괄 고정화 담체(12)가 투입된다.

본 발명의 포괄 고정화 담체(12)는 미생물을 혼합한 고정화 재료를 중합함으로써 미생물을 고정화 재료 내에 포괄 고정화한 것이며, 포괄 고정화 담체(12)의 변형율이 70% 이상인 한편 입자 직경이 0.1 ∼ 1.5mm 범위의 조건을 만족하는 것이 중요하다.

포괄 고정화 담체(12)의 변형율로는 다음 식 (1)에서 나타낸 값을 말한다.

포괄 고정화 담체의 변형율(%) = (H0 - H1)/H0 × 100 ㆍㆍㆍ(1)

여기서 H0 : 압축하지 않은 전의 두께(mm)

H1 : 압축기, 예컨대 레오메터를 사용하여 일정한 힘으로 포괄 고정화 담체(12)를 압축해 담체겔이 파괴할 때 담체두께(mm)로 한다. 예를 들면, 변형율 70%는 포괄 고정화 담체(12) 초기의 두께 70%까지 압축 가능하고, 그 이상 압축 하면 파손하는 것을 의미한다.

이와 같이 포괄 고정화 담체(12)의 변형율을 70% 이상으로 하는 것, 더욱 바람직하게는 80% 이상으로 하는 것으로, 펌프(20)에서의 압축이나 반송배관(18)에서의 마모 등에 의해 파손하기 어려운 포괄 고정화담수(12)를 얻을 수 있다.

변형율 70% 이상의 포괄 고정화 담체(12)를 얻는 방법으로서는 고정화 재료로서 분자량이 4,000 ∼ 12,000 범위의 프리폴리머를 사용함과 동시에 프리폴리머의 담체당 농도가 3 ∼ 10중량%의 범위로 하는 방법이 매우 적합하다.

도 2는 프리폴리머 분자량과 변형율과의 관계를 나타낸 것이며, 도 3은 담체당 프리폴리머 농도와 변형율과의 관계를 나타낸 것이다.

도 2로부터 분명한 바와 같이 프리폴리머 분자량을 크게 해 나가면 변형율이 점차 상승해 탄성력이 증가하지만, 분자량이 약 10,000에서 피크로 되고, 그 후는 변형율이 급격하게 저하한다. 이것은 프리폴리머의 분자량을 크게 하면, 변형율이 커지는 경향에 있지만, 분자량이 너무 커지면, 겔화하기 어려워지기 때문에 담체 강도가 저하해 파괴되기 쉬우므로 변형율이 저하하는 것이라 고찰된다. 그리고 분자량이 4,000 ∼ 12,000의 범위로 변형율 70% 이상을 확보할 수 있다.

또한 도 3으로부터 분명한 바와 같이 프리폴리머 농도를 크게 해 나가면 변형율이 점차 상승해 탄성력이 증가하지만, 프리폴리머 농도가 6 ∼ 7 중량%로 피크로 되고, 그 후는 변형율이 점차 저하한다. 이것은 프리폴리머 농도 3 중량% 미만에서는 겔화가 충분히 행해지지 않고, 변형율이 낮아진다. 또한 프리폴리머 농도가 8 중량%를 넘으면, 겔중의 가교점 수가 많게됨으로써 중합이 견고로 되어 딱딱하지만 잘부서지기 때문에 변형율이 저하하는 것이라 고찰된다.

이와 같이 포괄 고정화 담체(12)의 변형율을 크게 하려면, 프리폴리머의 분자량과 담체당 농도를 적절히 조정할 필요가 있고, 그에 따라 겔중의 가교점의 수를 적절히 형성할 수가 있으며, 그에 따라 탄력성이 풍부한 포괄 고정화 담체(12)를 얻을 수 있다. 그리고 분자량이 4,000 ∼ 12,000 범위의 프리폴리머를 사용함과 동시에 프리폴리머의 담체당 농도가 3 ∼ 10 중량%의 범위로 함으로써 변형율 70%이상을 확보할 수 있다. 또한 포괄 고정화 담체(12)의 입자 직경을 0.1 ∼ 1.5mm의 범위로 함으로써 후술하는 처리 성능의 향상만이 아니고, 펌프 이송에서 포괄 고정화 담체(12)가 파손되기 어려워진다.

고정화 재료인 모제 프리폴리머나, 가교제로서는 이하의 것을 적절히 사용할 수 있다.

(모노 메타크릴레이트류)폴리에틸렌 글리콜 모노 메타크릴레이트, 폴리프릴렌 글리콜 모노 메타크릴레이트, 폴리프로필렌 글리콜 모노 메타크릴레이트, 메톡 시디에틸렌 글리콜 메타크릴레이트, 메톡시폴리에틸렌 글리콜 메타크릴레이트, 메타크릴옥시에틸 하이드로겐프탈레이트, 메타크릴옥시에틸 하이드로겐사크시네이트, 3-클로로-2-히드록시프로필 메타크릴레이트, 스테아릴 메타크릴레이트, 2-히드록시 메타크릴레이트 및 에틸 메타크릴레이트 등.

(모노 아크릴레이트류)2히드록시 아크릴레이트, 2히드록시프로필 아크릴레이트, 이소부틸 아크릴레이트, t부틸 아크릴레이트, 이소옥틸 아크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트,스테아릴 아크릴레이트, 이소보닐 아크릴레이트, 시크로헥실 아크릴레이트, 메톡시트리에틸렌 글리콜 아크릴레이트, 2에톡시에틸 아크릴레이트, 테트라히드로프릴 아크릴레이트, 페녹시에틸 아크릴레이트, 노닐페녹시 폴리에틸렌 글리콜 아크릴레이트, 노닐페녹시 폴리프로필렝 글리콜 아크릴레이트, 실리콘 변성 아크릴레이트, 폴리프로필렌 글리콜 모노아크릴레이트, 페녹시에틸 아크릴레이트, 페녹시디에틸렌 글리콜 아크릴레이트, 페녹시폴리에틸렌 글리콜 아크릴레이트, 메톡시폴리에틸렌 글리콜 아크릴레이트, 아크릴로일악시에틸 하이드로겐사크시네이트, 라우릴 아크릴레이트 등.

(디메타크릴레이트 류)1,3부틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 1,4부타디올 디메타크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 디에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 트리에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 부틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 헥산디올 디메타크릴레이트, 네오펜틸 글리콜 디메타크릴레이트, 폴리프렌글리콜 디메타크릴레이트, 2히드록시1,3디메타크릴록시프로판, 2,2피스4메타크릴록시에톡시닐프로판, 3,2피스4메타크릴록시데에톡시페닐프 로판, 2,2피스4메타크릴록시폴리에톡시페닐프로판 등.

(디아크릴레이트류)에톡시화 네오펜틸글리콜 디아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 1,6헥산디올 디아크릴레이트, 네오펜틸 글리콜 디아크릴레이트, 트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 폴리프로필렌 디아크릴레이트, 2,2피스4아크릴록시시히에톡시페닐프로판, 2히드록시1아크릴록시3메타크릴록시프로판 등.

(트리메타크릴레이트류)트리메티롤프로판 트리메타크릴레이트 등.

(트리아크릴레이트류)트리메티롤프로판 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트, 트리메티롤프로판 EO부가 트리아크릴레이트, 글리세린 PO부가 트리아크릴레이트, 에톡시화 트리메티롤프로판 트리아크릴레이트 등.

(테트라아크릴레이트류)펜타에리스리톨 테트라아크릴레이트, 에톡시화 펜타에리스리톨 테트라아크릴레이트, 프로폭시화 펜타에리스리톨 테트라아크릴레이트, 디트리메티롤프로판 테트라아크릴레이트 등.

(우레탄아크릴레이트류)우레탄아크릴레이트, 우레탄디메틸 아크릴레이트, 우레탄 트리메틸 아크릴레이트 등.

(기타)아크릴아미드, 아크릴산, 디메틸 아크릴아미드.

또한 본발명에서의 중합은 과황산칼륨을 이용한 래디칼 중합이 최적이지만, 자외선이나 전자선을 이용한 중합이나 레독스(redox) 중합이라도 된다. 과황산칼륨을 이용한 중합에서는 과황산칼륨의 첨가량을 0.001 ∼ 0.25%가 좋고, 아민계의 중합 촉진제를 0.001 ∼ 0.5% 첨가하면 좋다. 아민계의 중합 촉진제로서는 β디메틸아미노프로피오니트릴, NNN'N'테트라 메틸 에틸렌 디아민, 아황산 소다 등이 좋다.

또한 프리폴리머 내에 포괄 고정화 하는 미생물로서는 순수 배양한 것이어도 되지만, 활성오니를 포괄고정화 하는 것이 보다 바람직하다. 그 이유는 프리폴리머에 용해되어 있는 산소는 중합을 저해 하지만, 활성오니를 포괄 고정화함으로써 활성오니가 산소를 소비해 중합반응을 순조롭게 진행시키므로, 강도 강한 포괄 고정화 담체(12)를 쉽게 얻을 수 있기 때문이다. 특히 본발명과 같이 프리폴리머 농도가3 ∼ 10중량%로 낮은 경우에는 산소의 영향을 받기 쉽고, 활성오니를 사용함으로써 영향을 경감할 수 있으므로 포괄 고정화 담체(12)의 변형율을 한층 높이는 것이 가능해진다. 또한 활성오니를 포괄 고정화함으로써 포괄 고정화 담체(12)의 비중 조정도 가능해진다.

포괄 고정화 담체(12)의 침강 속도가 0.02 ∼ 3.7cm/초의 범위인 것이 바람직하다. 이것은 포괄 고정화 담체(12)의 입자 직경이 0.1 ∼ 1.5mm로 작은 경우에도 비중을 조정함으로써 침강 속도를 0.02 ∼ 3.7cm/초로 함으로써 고액분리조(16)로 중력에 의해 용이하게 처리수로부터 침강 분리할 수 있기 때문이다. 포괄 고정화 담체(12)의 비중 조정제로서는 활성오니, 마그네타이트(magnetite), 플라이 어쉬(fry-ash), 철분, 활성탄, 실리카 등을 매우 적합하게 사용할 수 있다.

또한 포괄 고정화 담체(12)의 입자 직경을 0.1 ∼ 1.5mm의 범위로 입자 직경을 작게 함으로써 포괄 고정화 담체(12)의 중심부까지 기질이나 산소가 투과해 질화균(유용 미생물)이 증식하기 쉽게 되므로 담체당 반응속도를 현저히 빠르게 할 수 있다. 그에 따라 담체부하를 높게 한 상태에서 폐수 중의 질소 성분을 처리하는 것이 가능해진다.

본 발명의 포괄 고정화 담체는 입자 직경을 작게 하는 만큼 포괄 고정화 담체의 표면적이 커지므로 포괄 고정화 담체의 단위 용적당 활성이 향상한다. 여기서 활성오니에 입자 직경이 다른 포괄 고정화 담체를 각각 10 질량% 씩 첨가해 포괄 고정화 담체의 입자 직경과 활성과의 관계를 평가했다. 포괄 고정화 담체의 활성은 포괄 고정화 담체 근처의 호흡 속도로 나타내고, 부병(腐甁) 중에 DO(용존산소)를 포함한 물과 포괄 고정화 담체를 소정량 가하여 밀폐해 DO변화를 DO계에 의해 측정해, 산출했다. 또한 포괄 고정화 담체의 활성은 약 3mm각의 포괄 고정화 담체의 활성을 1로 한 상대비로 나타냈다. 이 결과를 도 4에 나타냈다.

도 4에 나타낸 바와 같이 포괄 고정화 담체의 입자 직경이 작아질수록 활성은 향상하지만, 특히 입자 직경이 1.5mm 이하에서 활성의 향상 비율이 높았다. 이것은 담체용적 근처의 표면적이 증가했던 것에 가세해 산소나 기질이 포괄 고정화담체의 중심부까지 도달하기 쉽게 되었기 때문이라고 생각된다. 또한 포괄 고정화 담체의 직경이 0.1mm 미만에서는 활성이 낮았다. 이것은 포괄 고정화 담체가 공존하는 활성오니의 프럭(flock)에 취입되어 산소나 기질과의 접촉효율이 저하했기 때문이라고 생각된다. 그에 따라 포괄 고정화 담체의 입자 직경은 0.1 ∼ 1.5mm의 범위로 하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 포괄 고정화 담체는 기존 설치의 고액분리조에서 분리 가능하지 않으면 안되고, 고액분리성은 그 침강 속도에 의존한다. 통상 오니와 처리수를 분리하는 고액분리조는 수면적부하 15 ∼ 25㎥/㎡ㆍd로 정의 되어 있고(하수도시설계획ㆍ설계지침과 해설 2001년판 후편p82, 일본하수도협회 발행), 상향 유속으 로 환산하면 0.02 ∼ 0.03cm/초로 된다. 이때문에 포괄 고정화 담체를 침강 분리하기 위해서는 침강속도를 0.02cm/초 이상으로 할 필요가 있다. 또한 통상 폭기조 내에서 포괄 고정화 담체를 유동시키려면, 침강 속도를 3.7 cm/초 이하로 하는 것이 바람직하다. 즉, 3.7cm/초를 넘으면, 포괄 고정화 담체의 유동성이 나쁘고, 포괄 고정화 담체의 성능이 저하한다.

이상으로부터 포괄 고정화 담체의 침강 속도가 0.02 ∼ 3.7cm/초로 하는 것이 바람직하다.

도 5는 상기한 도 1의 폐수처리장치(10)를 스케일 다운한 실험장치를 사용해, 질화균이 포괄 고정된 입자 직경이 1.0 mm의 포괄 고정화 담체(12; 본발명)로 암모니아 농도 100mg/L의 폐수를 질화처리 했을 때의 담체부하와 질화율의 관계를 조사한 것이다. 맞추어 고액분리조(16)로부터 생물처리조(14)에 포괄 고정화 담체(12)를 펌프 이송했을 때의 포괄 고정화 담체(12)의 파손 상태를 조사했다.

비교시험으로서 스크린을 가지는 종래의 폐수처리장치(3; 도 7참조)를 스케일 타운한 실험장치를 사용해 질화균이 포괄 고정된 입자 직경이 3.0mm의 포괄 고정화 담체(2; 종래예)로 암모니아 농도 100 mg/L의 폐수를 질화처리 했을 때의 담체부하와 질화율의 관계를 조사했다.

본 발명의 포괄 고정화 담체(12)는 폴리에틸렌 글리콜 분자량이 9,500이고, 재료 농도가 5 중량%이다. 한편, 종래예의 포괄 고정화 담체(2)는 폴리에틸렌 글리콜 분자량이 4,000, 재료 농도가 10 중량%이다. 다만, 생물처리조(14)에 투입시에 있어서의 포괄 고정화 담체중의 질화균 농도는 본발명 및 비교예와 함께 동일하게 했다. 또한 비중 조정제로서 마그네타이트를 사용해 포괄 고정화 담체의 침강 속도가 본발명 및 종래예와 함께 모두 2cm/초가 되도록 했다.

또한 생물처리조(14)의 용량은 본발명 및 종래예와 함께 2L로 하고, 생물처리조(14)에는 활성오니를 첨가하지 않고 포괄 고정화 담체(12)만을 충전량 5 용량%가 되도록 충전했다. 그리고 생물처리조(14)에 통수하는 통수량을 증가 시킴으로써 담체부하를 크게 했다.

도 5로부터 알 수 있듯이 본 발명의 포괄 고정화 담체(12)는 담체부하를 크게 해 가도 500(mg-N/Lㆍh)까지는 질화율이 약 100%였다. 더우기 담체부하를 크게 하면, 질화율은 점차 저하하지만, 그런데도 담체부하 600(mg-N/Lㆍh)에서 질화율 94%, 담체부하 700(mg-N/Lㆍh)에서 질화율 80%로 높은 수준을 유지할 수 있었다. 따라서 폐수중의 질소 성분을 호기성 조건하에서 생물학적으로 질화처리 하는 폐수처리방법에 있어서, 본 발명의 포괄 고정화 담체(12)를 담체부하가 300 ∼ 600(mg-N/Lㆍh)의 범위가 되도록 폐수와 접촉시킴으로써 고농도의 질소 성분을 단시간에 처리 할 수 있다.

한편, 종래예의 포괄 고정화 담체(2)는 담체부하가 200(mg-N/Lㆍh)까지는100%의 질화율을 유지하고 있었지만, 담체부하가 200(mg-N/Lㆍh)을 넘으면 질화율이 급격하게 저하해 담체부하가 500(mg-N/Lㆍh)에서 질화율 약 20%로 되었다.

도 5의 결과로부터 포괄 고정화 담체(12)의 입자 직경이 0.1 ∼ 1.5mm 범위의 조건을 만족함으로써 포괄 고정화 담체의 처리능력(이 경우는 질화 능력)을 최대한으로 발휘할 수 있는 한편 변형율이 70% 이상으로 함으로써 포괄 고정화 담체 의 변형율을 크게 할 수 있으므로 펌프에 의한 반송이 가능해져 종래 필요한 스크린이 없는 폐수처리장치(10)를 구성하는 것이 가능해 진다.

따라서 활성오니에 의해 폐수처리를 하고 있던 스크린을 가지지 않는 기존 설치의 생물처리조에 본 발명의 포괄 고정화 담체(12)를 투입해 운전하는 것만으로, 회복이 빠르고, 부하변동에 강한 폐수처리를 하는 것이 가능해 진다.

도 6은 본 발명의 폐수처리장치(10')의 변형예 이며, 생물처리조(14) 내에 본 발명의 포괄 고정화 담체(12)와 활성오니(34; 도 6의 검은 부분)의 양쪽이 공존하는 경우이다. 다만, 그 외는 도 1의 구성과 마찬가지 이므로 설명은 생략한다.

도 6과 같이 생물처리조(14) 내에 본 발명의 포괄 고정화 담체(12)와 활성 오니(34) 양쪽이 공존하는 경우, 생물처리조(14)로부터 고액분리조(16)로 배출되는 처리수에 동반하여 포괄 고정화 담체(12)와 활성 오니(34)가 유출하여 고액분리조(16)의 저부에 침강한다. 이 침강한 포괄 고정화 담체(12)와 활성 오니(34)의 양쪽을 혼재시킨 상태에서 펌프(20)로 생물처리조(14)로 반송한다. 그에 따라 활성오니(34)가 포괄 고정화 담체(12)를 압축이나 마모로부터 보호하는 책임을 다하므로 포괄 고정화 담체(12)를 파손하기 어렵게 할 수 있다.

다만, 본 실시의 형태에서는 질소 성분을 처리하기 위한 포괄 고정화 담체의 예로서 설명 했지만, 질소 성분 이외의 피처리성분을 처리하는 유용 미생물을 포괄 고정화한 포괄 고정화 담체에도 적용할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 포괄 고정화 담체는 펌프 이송하여도 파손 되기 어렵기 때문에 생물처리조에 담체유출방지용의 스크린을 설치하지 않는 폐수처리장치를 구성하는 것이 가능할 뿐만 아니라 입자 직경을 작게 할 수 있으므로 처리 효율을 현격히 향상시킬 수 있다. 따라서 활성오니에 의해 폐수 처리를 하고 있는 기존 설치의 생물처리조에 본 발명의 포괄 고정화 담체를 투입하는 것만으로 고효율인 폐수처리장치나 폐수처리방법을 구성하는 것이 가능해 진다.

Claims

미생물을 혼합한 고정화 재료를 중합함으로써 상기 미생물을 상기 고정화 재료 내에 포괄 고정화한 폐수처리용 포괄 고정화 담체는,

(A)압축하지 않은 앞의 담체 두께를 H₀로 하고, 압축에 의해 파괴할 때의 담체 두께를 H₁로 했을 때에, (H₀ - H₁)/H₀ × 100로 나타내지는 변형율이 70% 이상이고,

(B)입자 직경이 0.1 ∼ 1.5mm 의 범위인 것의 조건을 만족하는 폐수처리용 포괄 고정화 담체에 있어서;

상기 고정화 재료로서 분자량이 4,000 ∼ 12, 000 범위의 프리폴리머( prepolymer)를 사용함과 동시에 그 프리폴리머(prepolymer)의 담체당 농도가 3 ∼ 10 중량%의 범위인 것을 특징으로 하는 폐수처리용 포괄 고정화 담체.
제 1항에 있어서, 상기 포괄 고정화 담체의 침강 속도가 0.02 ∼ 3.7cm/초의 범위인 것을 특징으로 하는 폐수처리용 포괄 고정화 담체.
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제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 미생물은 활성오니인 것을 특징으로 하는 폐수처리용 포괄 고정화 담체.
제 1항 또는 제 2항에 기재한 포괄 고정화 담체가 투입됨과 동시에, 그 포괄 고정화 담체와 폐수를 접촉시킴으로써 폐수중의 피처리성분을 생물학적으로 처리하는 생물처리조와,

상기 생물처리조로부터 유출한 포괄 고정화 담체를 침강 분리하는 고액분리조와,

상기 고액분리조와 상기 생물처리조와를 연결하는 반송배관에 설치된 펌프를 갖추어,

상기 생물처리조로부터 상기 고액분리조로 처리수에 동반하여 유출한 포괄 고정화 담체를 상기 펌프에 의해 상기 반송배관을 통해 상기 생물처리조로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 폐수처리장치.
제 5항에 있어서, 상기 생물처리조로부터 유출한 포괄 고정화 담체를 상기 고액분리조로 침강 분리하여 상기 포괄 고정화 담체를 상기 펌프로 상기 생물처리조로 복귀시킴에 따라 상기 포괄 고정화 담체의 표면에 미생물이 부착하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 폐수처리장치.
제 6항에 있어서, 상기 생물처리조에는 상기 포괄 고정화 담체와 활성오니를 혼재시키고, 처리수에 동반시켜 상기 고액분리조로 유출하는 포괄 고정화 담체와 활성오니와의 양쪽을 상기 펌프로 생물처리조에 복귀시키는 것을 특징으로 하는 폐수처리장치.
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