KR101615981B1 - 유동상 담체 반송장치를 이용한 하폐수 처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유동상 담체 반송장치를 이용한 하폐수 처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유동상 담체 반송장치를 이용하여 활성 슬러지 공정의 호기조에 충진된 유동상 담체를 혐기조로 반송시킴으로써, 하폐수 내의 질소 및 인을 효과적으로 제거할 수 있고, 인 제거를 위한 외부 반송이 필요하지 않아 반송 유량이 침전조에 유입되지 않는 동시에 발생되는 슬러지량 또한 적어 침전조 크기와 소요 부지를 절감할 수 있는, 유동상 담체 반송장치를 이용한 하폐수 처리장치에 관한 것이다.

Description

유동상 담체 반송장치를 이용한 하폐수 처리장치{Apparatus for Wastewater treatment Having Returning Device of Fluidized Carrier}
본 발명은 유동상 담체 반송장치를 이용한 하폐수 처리장치에 관한 것이다.
산업의 발달과 인구의 도시집중 현상으로 수질오염 문제는 날로 심각해지고 있으며, 인간 활동과 산업 생산의 증가로 하폐수나 폐수 내에 함유되어 있는 다량의 질소와 인 및 유기물은 더 이상 자연의 자정작용에 의한 처리에 의존할 수 없는 상황에 도달하게 되었다.
질소와 인과 같은 영양염류는 생물의 성장에 필수적인 영양요소이지만, 처리가 미흡하여 수중에 다량 함유된 경우에는 부영양화 현상을 유발하여 수질 오염을 악화시키는 역할을 한다. 하폐수에 포함되어 있는 질소, 인 등을 제거하는 방법으로는 활성슬러지 미생물을 이용하는 A2O 공법, SBR 공법 등이 있으며, 활성슬러지 미생물을 이용하는 기본 공법에 더하여 각종 형태의 유동상 또는 고정상 담체 충진, 분리막 설치 등의 방법을 이용하여 보다 집적화된 하폐수 처리장치가 개발되고 있다.
A2O 공법의 경우 혐기조, 무산소조 및 포기조의 배열을 갖고 혐기조에서 인 방출을, 무산소조에서는 탈질화, 포기조에서는 질산화 및 인 섭취 등이 일어나게 된다. 세부적으로, 질소 처리 과정은 호기성 상태에서 하폐수 중에 존재하는 유기질소나 암모니아성 질소(NH4 +-N)를 질산성 질소(NO3-N)로 전환시키는 질산화 반응과 질산화 반응에 의해 생성된 질산성 질소를 무산소 상태에서 미생물에 의해 질소가스로 전환시키는 탈질 반응으로 나누어 질소가 제거되는데, 미생물이 무산소 조건에서 호흡하기 위해 산소 대신 질산(NO3)과 아질산(NO2 -) 등을 이용하여 질소 가스(N2)로 환원시켜 질소를 제거한다. 한편, 인 처리 과정은 호기 조건에서 유기산의 인산염(poly-P)의 형태로 미생물에 의해서 섭취되어 세포 내에 축적되고 혐기 조건에서 체외로 인산염의 방출이 진행되는데 이러한 과정으로 인의 방출 및 인을 과잉 섭취한 잉여 슬러지의 배출로 인이 제거된다.
그러나, A2O 공법의 경우 내부 반송 슬러지 내의 질산성 질소가 유입 유기물의 외부 탄소원을 모두 섭취하여 탈질에 사용함으로 인하여 혐기조에서 인 방출이 저해 작용을 받게 되어 인의 방출량이 낮아지며, 유입수의 부하변동 및 온도에 민감하게 반응하여 인의 처리효율이 떨어지는 단점이 있다. 이와 함께, 적정 미생물 농도를 유지하기 위해 침전조에서 분리된 슬러지의 반송이 반드시 요구되는 문제점이 있다.
활성슬러지 공정의 변법인 바덴포 공정은 다른 공법에 비해 질소 및 인 제거 효율이 뛰어나나 인 제거 효율 향상을 위해 슬러지 과량 배출 과정에서 질산화 미생물의 유실이 발생하여 질소 처리 효율이 저하되는 문제점을 안고 있다. 또한, 바덴포 공정 역시 A2O 공법과 마찬가지로 침전조로부터의 슬러지 반송이 요구된다는 공정의 불편함이 있다.
한편, 이상의 종래 기술에 따른 공법들은 인을 과잉으로 섭취한 미생물만을 선택적으로 제거할 수 없어 상대적으로 성장계수가 매우 낮은 질산화 미생물 및 탈질화 미생물까지 과잉 배출되는 경우가 많아 질소처리에도 영향을 미치게 된다. 이로 인해 질소, 인 및 유기물을 처리하는 각각의 미생물들의 적정 농도를 유지하기가 매우 어렵다.
이에 따라, 대한민국 등록특허 제10-1012278호에서는 탈질 담체 및 질산화 담체를 통해 적정 미생물 농도를 유지함으로써 침전조로부터의 슬러지 반송 없이 하폐수 내의 질소를 제거하고, 응집제를 이용하여 인을 배출시키는 탈질 담체 및 질산화 담체를 이용한 하폐수 처리장치에 개시하고 있으나, 질소 제거는 유용한 반면, 인의 생물학적 처리에는 많은 한계가 있고, 반송 유량이 침전조에 유입됨으로써 침전조의 크기와 소요 부지의 비용이 증가되는 문제점이 있었다.
본 발명의 주된 목적은 유동상 담체 반송장치를 이용하여 활성 슬러지 공정의 호기조에 충진된 유동상 담체를 혐기조로 반송시킴으로써, 하폐수 내의 질소 및 인을 효과적으로 제거할 수 있고, 인 제거를 위한 외부 반송이 필요하지 않아 반송 유량이 침전조에 유입되지 않는 동시에 발생되는 슬러지량 또한 적어 침전조 크기와 소요 부지를 절감할 수 있는, 유동상 담체 반송장치를 이용한 하폐수 처리장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 구현예는 혐기조, 호기조 및 침전조를 순차적으로 포함하는 A/O 공정용 하폐수 처리장치에 있어서, 상기 혐기조 및 호기조의 내부에 유동상 담체를 충진하고, 유동상 담체 반송장치를 이용하여 상기 호기조의 유동상 담체 일부를 혐기조로 반송하는 것을 특징으로 하는 A/O 공정용 하폐수 처리장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 유동상 담체 반송장치는 유동상 담체와 처리수를 끌어올리는 에어 리프트 펌프; 상기 에어 리프트 펌프와 일측이 일체로 연결되어 에어 리프트 펌프에서 끌어올린 유동상 담체를 혐기조로 반송시키는 반송관; 및 상기 반송관 일부와 수직하게 연장 연결되고, 내부에는 담체 유입 방지 스크린망이 수평하게 구비되어 유동상 담체의 배출을 방지하고, 처리수를 배출시키는 담체 유입 방지관을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 유동상 담체는 혐기조 및 호기조에 각각 20 ~ 50vol%로 충진됨을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 유동상 담체는 20 ~ 100vol%를 반송하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 호기조는 용존산소(DO)농도를 4.0mg/L 이상 유지하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예는 혐기조, 무산소조, 호기조 및 침전조를 순차적으로 포함하는 A2/O 공정용 하폐수 처리장치에 있어서, 상기 혐기조, 무산소조 및 호기조의 내부에는 유동상 담체를 충진하고, 유동상 담체 반송장치를 이용하여 상기 호기조의 유동상 담체를 혐기조로 반송하며, 상기 호기조의 처리수를 무산소조로 반송하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 구현예에서, 상기 유동상 담체 반송장치는 유동상 담체와 처리수를 끌어올리는 에어 리프트 펌프; 상기 에어 리프트 펌프와 일측이 일체로 연결되어 에어리프트 펌프에서 끌어올린 유동상 담체를 혐기조로 반송시키는 반송관; 및 상기 반송관 일부와 수직하게 연장 연결되고, 내부에는 담체 유입 방지 스크린망이 수평하게 구비되어 유동상 담체의 배출을 방지하고, 처리수를 배출시키는 담체 유입 방지관을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 구현예에서, 상기 유동상 담체는 혐기조, 무산소조 및 호기조에 각각 20 ~ 50vol%로 충진됨을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 구현예에서, 상기 유동상 담체는 20% ~ 100vol%를 반송하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 구현예에서, 상기 호기조는 용존산소농도(DO)를 4.0 mg/L 이상 유지하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 유동상 담체 반송장치 반송장치를 이용하여 활성슬러지 공정의 호기조에 충진된 유동상 담체를 혐기조로 반송시킴으로써, 하폐수 내의 질소 및 인을 효과적으로 제거할 수 있고, 기존 A2O 공정에서 수행되던 침전조에서 혐기조로 반송하는 외부 반송을 생략할 수 있어 펌프 용량 및 반송 에너지 절감이 가능하다.
또한, 반송 유량이 침전조에 유입되지 않아 침전조 크기와 소요 부지를 절감할 수 있고, 유동 담체에 부착된 미생물을 이용한 BOD, 질소 제거, 담체에 부착된 미생물의 혐기-호기 조건 반복에 의한 생물학적 인 과잉 섭취 및 탈리된 미생물 폐기에 의한 인 제거 작용에서 발생되는 슬러지량은 부유성 A2O 공정의 50% 이하로 감소하여 슬러지 처리를 위한 장치, 소요 부지 및 비용의 절감이 가능하다. 뿐만 아니라 A2O 공정에서 본 발명에 따른 하폐수 처리장치를 이용하면 호기조에서 혐기조로 유동 담체를 반송할 때 무산소조 상부에서서 호기조 혼합액을 담체와 분리하여 무산소조에 주입하고 담체는 혐기조에 이송함으로써, 한 번의 내부 반송만으로 기존 A2O 공법의 내부 및 외부 반송 효과를 동시에 달성할 수 있으므로 반송 에너지를 대폭 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 A/O 공정용 하폐수 처리장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 A/O 공정용 하폐수 처리장치의 유동상 담체 반송장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 다른 구현예에 따른 A2/O 공정용 하폐수 처리장치의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 다른 구현예에 따른 A2/O 공정용 하폐수 처리장치의 유동상 담체 반송장치의 계략도이다.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법 은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, '반응조'라 함은 각각의 혐기조, 호기조, 무산소조, 생물막 여과조, 연속회분식 반응조 및 침전조 중에서 적어도 하나 이상을 일컫는다.
본 발명은 일 관점에서, 혐기조, 호기조 및 침전조를 순차적으로 포함하는 A/O 공정용 하폐수 처리장치에 있어서, 상기 혐기조 및 호기조의 내부에 유동상 담체를 충진하고, 유동상 담체 반송장치를 이용하여 상기 호기조의 유동상 담체 일부를 혐기조로 반송하는 것을 특징으로 하는 A/O 공정용 하폐수 처리장치에 관한 것이다.
본 발명은 다른 관점에서, 혐기조, 무산소조, 호기조 및 침전조를 순차적으로 포함하는 A2/O 공정용 하폐수 처리장치에 있어서, 상기 혐기조, 무산소조 및 호기조의 내부에는 유동상 담체를 충진하고, 유동상 담체 반송장치를 이용하여 상기 호기조의 유동상 담체 일부를 혐기조로 반송하며, 상기 호기조의 처리수를 무산소조로 반송하는 것을 특징으로 하는 A2/O 공정용 하폐수 처리장치에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명은 A/O 공정, A2/O 공정 등이 적용된 하폐수 처리 장치에 있어서, 활성슬러지 공정의 호기조에 충진된 유동상 담체를 혐기조로 유동상 담체 반송장치를 이용하여 반송시킴으로써, 하폐수 내의 인을 효과적으로 제거할 수 있고, 인 제거를 위한 외부 반송이 필요하지 않아 반송 유량이 침전조에 유입되지 않는 동시에 발생되는 슬러지량 또한 적어 침전조 크기와 소요 부지를 절감할 수 있는, 유동상 담체 반송장치를 이용한 하폐수 처리장치를 제공하는데 있다.
이하, 도면을 참조하여 실시예를 중심으로 본 발명의 구성에 대하여 상세히 설명한다.
<A/O 공정용 하폐수 처리장치>
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 A/O 공정용 하폐수 처리장치는 혐기조(10), 호기조(30) 및 침전조(40)를 포함하고, 유동상 담체 반송장치를 이용하여 호기조(30)에 충진된 유동상 담체(50)를 혐기조(10)로 반송시킴으로써, 하폐수 내의 인을 효과적으로 제거할 수 있고, 반송 유량이 침전조에 유입되지 않는 동시에 발생되는 슬러지량 또한 적어 침전조 크기와 소요 부지를 절감할 수 있다.
상기 혐기조(10)는 유입수가 직접 유입되어 하폐수에 존재하는 유기물이 직접 인 처리에 이용됨으로써, 인 제거 미생물이 생체내 고분자 물질(PHA, PHB 등)을 합성하고, PP 형태로 생체 내에 존재하던 인을 분해한다. 또한, 상기 혐기조(10)는하폐수 내에 인을 용출시키는 반응이 진행되도록 혐기 상태가 유지되며, 수조 내부에는 유동상 담체(50)가 충진된다.
혐기조에서 인 용출반응과 생체내 고분자 물질 합성반응은 후속 호기조에서의 인 과잉 섭취에 반드시 필요한 과정이며, 질산성 질소, 질산성 질소(NO3-N), 아질산(NO2-N)성 질소 또는 용존 산소를 배제하는 것이 좋다. 만약, 질산성 질소, 아질산성 질소 또는 용존 산소가 혐기조에 유입되면 bio-P 미생물의 생체내 고분자 물질 합성 반응보다 먼저 호기성 종속 영양 미생물의 유기물 분해 작용과 탈질 미생물의 탈질 반응에 의한 유기물 분해 반응이 진행되어 bio-P 미생물의 생체내 고분자물질 합성에 필요한 유기물이 감소하게 된다.
일반적인 A2O 공법에서는 침전조에 농축된 슬러지를 혐기조에 반송하며 이 때, 슬러지에 함유된 질산성 질소(NO3-N)가 혐기조에 반송되어 bio-P 미생물의 인 용출 및 생체내 고분자 물질 합성 반응을 저해함으로써 인 제거율을 저하시키는 요인으로 작용한다. 본 발명에서는 에어리프트 펌프(또는 스크류 펌프 이용)를 이용하여 펌핑된 포기조 혼합액에서 액체는 포기조에 다시 유입시키고 유동상 담체만(50)을 혐기조(10)에 이송하도록 함으로써 호기조에 존재하는 용존산소와 산화된 질소(NOx-N)혐기조에 유입되지 않도록 하여 인을 안정적으로 고효율로 제거할 수 있다.
상기 유동상 담체(50)는 부유성과 유동성이 우수하고, 탁질, 입자 물질에 의해 폐색이 되지 않도록 폴리염화비닐, 폴리에텔렌, 폴리에테르술폰, 폴리플루오르화물비닐라덴, 폴리테트라플루오르에틸렌, 세라믹 등이 사용가능하며, 비중이 0.7 ~ 0.9의 범위가 적합하고, 질산화 박테리아 등이 부착할 수 있는 표면적을 증가시키기 위해 유동 담체의 최대 직경은 1.5cm를 넘지 않도록 하며, 유동상 담체의 제조방법으로는 통상의 제조방법으로 제조할 수 있다.
상기 유동상 담체(50)는 혐기조와 호기조를 교대로 이동하면서 혐기성 미생물과 호기성 미생물의 군집을 형성하고, 유동상 담체에 부착된 미생물로는 부유 미생물에 비해 상대적으로 질산화 미생물의 점유율이 높아 AOA(Ammonia Oxidizing Archaea), AOB(Ammonia Oxidizing Bateria), NOB(Nitrite Oxidizing Bacteria) 등의 인 제거 미생물의 활동성이 높다. 뿐만 아니라, 유동상 담체 표면에 부착된 생물막의 내부에는 무산소층이 형성되며, Pseudomonas, Alkaligenes, Bacillus, Thiobacillus, Micrococcus, Paracoccus 등의 탈질 미생물 및 원생동물, 윤충류 등이 풍부하게 혼합된 군집을 이루고 있다. 이렇게 다양한 미생물 군집은 유입수질 및 수량의 충격부하에도 안정적인 질소, 인 제거 효율을 달성할 수 있게 한다.
특히, 상기 미생물이 부착된 유동상 담체(50)를 혐기조-무산소조-호기조에 주기적으로 노출시킴으로써, 인을 과잉 섭취하는 Bio-P(Biological Phosphourus removing bacteria) 미생물을 배양할 수 있으며, 혐기조 내에서 Bio-P 미생물에 의한 인 용출, 체내 고분자 물질 합성 반응 유도, 호기조에서 인의 과잉 섭취를 통해 하폐수 내 인의 생물학적 처리가 가능하게 된다.
이때, 상기 유동상 담체(50)는 혐기조(10) 유효 용량의 20 ~ 50vol%로 충진시킬 수 있고, 수온이 10℃ 이하인 경우에는 미생물 함량의 확보를 위해 혐기조 유효 용량의 40 ~ 50vol% 범위 내에서 충진율을 높여 질산화 반응을 향상시킬 수 있다.
만일, 혐기조 유효 용량의 20vol% 미만으로 유동상 담체를 충진할 경우, 미생물 개체수 부족으로 인해 인의 과잉섭취량이 낮아지는 문제점이 발생될 수 있고, 50vol%를 초과할 경우에는 수리학적 한계로 인해 담체의 유동이 어려워지는 문제점이 발생될 수 있다.
한편, 상기 혐기조(10)는 상기 유동상 담체를 교반시키기 위해 혐기조 하부에 교반기(미도시)가 장착되고, 상기 교반기로는 하폐수 처리 장치에 사용될 수 있는 교반기라면 제한 없이 사용가능하다.
본 발명에서 있어서, 호기조(포기조)(30)는 상기 혐기조(10)에서 처리된 처리수가 유입되고, 상기 처리수의 질산화, 유기물 산화 및 인 과잉 섭취가 수행되도록 호기 상태를 유지시키며, 질산화 미생물이 부착된 유동상 담체(50)가 내부에 충진된다.
이때, 상기 호기조(30)는 용존산소농도(DO)를 4.0mg/L 이상으로 유지하여 유동상 담체의 생물막 두께를 100㎛ 이내를 유지되도록 한다. 만일, 호기조의 용존산소농도(DO)가 4.0mg/L 미만일 경우에는 담체에 부착된 미생물막 내부로 산소가 침투하지 못하고, 호기조에서도 생물막 내부층의 혐기화가 진행되어 미생물막의 탈질에 의해 미생물이 부족하게 되므로 용존산소를 충분히 공급해야 하며, 담체의 유동이 빠르게 진행되도록 하기 위해서는 직경이 0.5㎛ 이상의 직경을 가진 기포를 이용하여 용존산소를 공급하는 것이 좋다.
상기 호기조에 충진된 유동상 담체는 전술된 혐기조(10)로 반송되고, 혐기조로 반송된 유동상 담체는 유동상 담체에 부착되어 있는 미생물을 이용하여 혐기조 처리수의 인과 유기물을 제거시킴으로써 처리효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 유동상 담체 반송시, 호기조의 처리수와 유동상 담체를 분리하여 혐기조로 반송시킴으로써, 처리수에 함유된 NOx-N, DO 등의 전자 수용체와 부유 미생물이 혐기조에 반송되지 않도록 하여 인 용출과 생체 고분자 물질 합성반응을 촉진하는 작용에 의해 후속 혐기조에서 bio-P 미생물에 의한 고효율의 인 제거율을 달성할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
상기 호기조(30)에 있어서 유동상 담체의 반송량은 하폐수 상태 등을 고려하여 조절할 수 있으나, 호기조 유효 용량의 20 ~ 50vol% 범위 내로 유동상 담체가 충진될 수 있도록 반송량을 조절할 수 있으며, 바람직한 유동상 담체의 반송량으로는 유입하수량에 대하여 20 ~ 100vol%로 반송시킬 수 있다.
만일, 유동상 담체의 반송량이 20vol% 보다 적을 경우, 담체에 부착된 미생물량 만으로는 bio-P 미생물에 의한 인 제거 작용이 불충분할 수 있고, 100vol% 보다 많을 경우에는 반송에 소용되는 펌핑 에너지가 과다하게 소비되는 문제점이 발생될 수 있다.
한편, 상기 호기조(30)의 유동상 담체(50)를 혐기조(10)로 반송시키는 유동상 담체 반송장치는 담체를 손상하지 않고 이송이 가능한 방식이면 제한 없이 사용할 수 있고, 그 일 예로 에어 리프트 펌프 방식이나, 컨베이어 벨트 방식 등을 적용한 장치일 수 있으며, 바람직하게는 도 2에 나타난 바와 같이, 에어 리프트 펌프에 담체 유입 방지 스크린망이 부착된 유동상 담체 반송장치(60)일 수 있다.
상기 유동상 담체 반송장치(60)는 유동상 담체와 처리수를 끌어올리는 에어 리프트 펌프(61); 상기 에어 리프트 펌프(61)와 일측이 일체로 연결되어 에어리프트 펌프에서 끌어올린 유동상 담체를 혐기조로 반송시키는 반송관(62); 및 상기 반송관(61) 일부와 수직하게 연장 연결되고, 내부에는 담체 유입 방지 스크린망(64)이 수평하게 구비되어 유동상 담체의 배출을 방지하고, 처리수를 호기조에 배출시키는 담체 유입 방지관(63)을 포함한다.
이때, 상기 담체 유입 방지 스크린망(64)은 유동상 담체(50)가 통과되지 못하도록 유동상 담체 직경 보다 작은 유효간격을 가져 호기조의 유동상 담체와 함께 유입된 처리수를 호기조로 다시 유입시키고, 나머지 유동상 담체를 혐기조(10)로 반송시킨다.
또한, 상기 담체 유입 방지 스크린망(64)은 담체 유입 방지관(63) 내부에 병렬로 2단 이상 설치하여 상부 스크린 손상시에도 유동상 담체가 호기조에 유입되지 않도록 할 수 있고, 상기 담체 유입 방지관(63)은 반송관(62)과 탈착이 용이하도록 설치할 수 있으며, 상기 반송관(62) 일부에 맨홀(미도시)을 설치하여 청소 등의 유지 관리가 용이하도록 할 수 있고, 상기 반송관 타측은 경사지게 절곡되어 유동상 담체가 자연 유하에 의해 용이하게 혐기조로 유입되도록 한다.
또한, 상기 호기조(10)는 상기 유동상 담체(50)를 부상시키고, 호기 상태를 유지하기 위해 공기를 공급하는 산기관(70)이 하부에 장착되어 있다. 이에, 산기관은 하폐수 처리에 사용되는 공기를 공급시키기 위한 통상적인 부재이면 사용 가능하고, 호기조의 하부에서 상부로 공기를 공급시킬 수 있다.
본 발명에 있어서, 침전조(40)는 호기조(30)에서 처리된 처리수의 슬러지와 상징수를 분리하여 상징수를 배출시키고, 슬러지를 폐기 처리한다. 만일 하폐수에 함유된 인 함량이 과도하게 많은 비상시에는 침전조의 슬러지 일부를 혐기조로 반송시켜 인 처리 효율을 높일 수 있다.
일반적으로 A/O 공정은 침전조 저면에 농축된 슬러지를 혐기조에 유입 유량의 30 ~ 60vol%를 반송함으로써, 혐기조에서 인의 용출 및 Bio-P 미생물의 생체내 고분자 물질 합성을 유도한다. 이러한 공정은 유입 유량과 침전조 농축 슬러지 반송량이 합상된 유량이 침전조에 유입되어 침전조의 크기를 유입 유량 대비 130 ~ 160%로 크게 제작하는 설치 비용 및 침전조 소요 부지 증가 문제가 발생된다.
이에, 본 발명에서는 호기조(30)에서 유동상 담체와 MLSS를 분리한 후, 유동상 담체(50)만을 혐기조(10)에 반송시켜 인을 제거시킴으로써, 반송 유량이 침전조에 유입되지 않고, 발생되는 슬러지량이 작아 침전조 크기와 소요 부지를 절감할 수 있다.
<A2/O 공정용 하폐수 처리장치>
본 발명의 다른 실시예에 따른 A2/0 공정용 하폐수 처리장치는 도 3에 나타난 바와 같이, 유기물, 질소 및 인을 동시에 고효율로 처리할 수 있도록 전술된 A/O 공정용 하폐수 처리장치의 혐기조(10) 및 호기조(30) 사이에 무산소조(20)를 포함하고, 상기 혐기조(10), 무산소조(20) 및 호기조(30)에는 각각 유동상 담체(50)가 충진되어 호기조에 충진된 유동상 담체를 혐기조(10)로 일부 반송하는 동시에, 호기조(30)의 처리수를 무산소조(20)로 반송하는 구성을 가진다.
상기 혐기조(10)는 전술된 A/O 공정용 하폐수 처리장치와 동일한 방법으로 유입수가 직접 유입되어 하폐수의 인 방출 및 유기물 분해가 수행되고, 상기 혐기조에서 처리된 처리수는 무산소조(20)로 유입된다. 상기 무산소조(20)에서는 용존산소가 0.1 ~ 1ppm의 무산소 상태로 유지되어 혐기조에서 유입된 처리수들의 탈질 및 유기물 분해가 수행된다.
상기 무산소조(20)에서 탈질이 수행된 처리수는 호기 상태의 호기조(30)로 유입되어 처리수의 질산화, 유기물 산화 및 인 과잉 섭취가 수행되고, 상기 호기조에서 처리된 처리수는 침전조(40)로 유입되어 슬러지와 상징수가 분리되며, 슬러지로부터 분리된 상징수는 방류되고, 슬러지는 폐기되거나 일부가 혐기조로 반송된다.
이때, 상기 혐기조, 무산소조 및 호기조는 유동상 담체를 유효 용량의 20 ~ 50vol%로 충진시킬 수 있다. 만일, 상기 반응조 유효 용량의 20vol% 미만으로 유동상 담체를 충진할 경우, 미생물 개체수 부족으로 인해 처리 효율이 저하되는 문제점이 발생될 수 있고, 50vol% 초과할 경우에는 수리학적 한계로 인해 담체의 유동이 어려워지는 문제점이 발생될 수 있다.
또한, 상기 호기조(30)는 용존산소농도(DO)를 4.0mg/L 이상으로 유지하여 유동상 담체의 생물막 두께를 100㎛ 이내를 유지되도록 한다. 만일, 호기조의 용존산소농도(DO)가 4.0mg/L 미만일 경우에는 담체에 부착된 미생물막 내부로 산소가 침투하지 못하고, 호기조에서도 생물막 내부층의 혐기화가 진행되어 미생물막의 탈질에 의해 미생물이 부족하게 되므로 용존산소를 충분히 공급해야 하며, 담체의 유동이 빠르게 진행되도록 하기 위해서는 직경이 0.5㎛ 이상의 직경을 가진 기포를 이용하여 용존산소를 공급하는 것이 좋다.
한편, 상기 A2/O 공정용 하폐수 처리장치에서는 상기 호기조 내부에 충진된 유동상 담체 및 처리수가 유동상 담체 반송장치(160)를 이용하여 각각 혐기조와 무산소조로 반송된다.
상기 유동상 담체 반송장치(160)로는 도 4에 나타난 바와 같이 유동상 담체와 처리수를 끌어올리는 에어 리프트 펌프(161); 상기 에어 리프트 펌프(161)와 일측이 일체로 연결되어 에어리프트 펌프에서 끌어올린 유동상 담체를 혐기조로 반송시키는 반송관(162); 상기 반송관(161) 일부와 수직하게 연장 연결되고, 내부에는 담체 유입 방지 스크린망(164)이 수평하게 구비되어 무산소조로 유동상 담체의 배출을 방지하고, 처리수를 배출시키는 담체 유입 방지관(163)을 포함한다.
이때, 상기 호기조(30)에 있어서 유동상 담체의 반송량은 하폐수 상태 등을 고려하여 조절할 수 있으나, 바람직하기로는 유입하수량에 대하여, 20~100vol%로 반송시킬 수 있다.
만일, 유동상 담체의 반송량이 20vol% 보다 적을 경우 담체에 부착된 미생물량 만으로는 bio-P 미생물에 의한 인 제거 작용이 불충분할 수 있고, 100vol% 보다 많을 경우에는 반송에 소용되는 펌핑 에너지가 과다하게 소비되는 문제점이 발생될 수 있다.
이와 같이 혐기조(10)로 반송된 호기조(30)의 유동상 담체는 호기조에서 MLSS와 분리된 후, 유동상 담체만이 혐기조로 반송되어 인을 제거시킴으로써, 반송 유량이 침전조에 유입되지 않고 발생되는 슬러지량이 작으며, 혐기조의 인 제거 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 무산소조(20)로 반송된 호기조(30)의 처리수는 질산성 질소(Nox-N), 용존산소 및 부유 미생물을 함유함으로써, 추가 산소 공급 없이도 무산소조의 탈질 및 유기물질의 분해효율을 향상시킬 수 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 도면에 예시된 것에 한정되는 것은 아니며, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
10 : 혐기조
20 : 무산소조
30 : 호기조
40 : 침전조
50 : 유동상 담체
60, 160 : 유동상 담체 반송장치
61, 161 : 에어 리프트 펌프
62, 162 : 반송관
63, 163 : 담체 유입 방지관
64, 164 : 담체 유입방지 스크린망
70 : 산기관

Claims (10)

  1. 하폐수를 정화처리하여 방류시키는 A/O 공정용 하폐수 처리장치에 있어서,
    상기 하폐수의 인을 용출 처리하는 혐기조; 상기 혐기조로부터 처리된 처리수의 인 섭취, 유기물 산화 및 질산화 처리하는 호기조; 및 상기 호기조로부터 처리된 처리수를 침전처리하고, 상등수를 배출하는 침전조를 순차적으로 포함하고,
    상기 혐기조 및 호기조의 내부에 유동상 담체를 충진하고, 유동상 담체 반송장치를 이용하여 상기 호기조의 유동상 담체만을 혐기조로 반송하며, 상기 침전조에서는 혐기조로의 반송이 없는 것을 특징으로 하는 A/O 공정용 하폐수 처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유동상 담체 반송장치는 호기조에서 유동상 담체와 처리수를 끌어올리는 에어 리프트 펌프; 상기 에어 리프트 펌프와 일측이 연결되어 에어리프트 펌프에서 끌어올린 유동상 담체를 혐기조로 반송시키는 반송관; 및 상기 반송관 일부와 수직하게 연장 연결되고, 내부에는 담체 유입 방지 스크린망이 수평하게 구비되어 유동상 담체가 호기조로 배출되는 것을 방지하고, 처리수만을 호기조로 배출시키는 담체 유입 방지관을 포함하는 것을 특징으로 하는 A/O 공정용 하폐수 처리장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유동상 담체는 혐기조 및 호기조에 각각 20 ~ 50vol%로 충진됨을 특징으로 하는 A/O 공정용 하폐수 처리장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유동상 담체는 유입하수량 대비 20 ~ 100vol%로 반송하는 것을 특징으로 하는 A/O 공정용 하폐수 처리장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 호기조는 용존산소농도(DO)를 4.0mg/L 이상으로 유지하는 것을 특징으로 하는 A/O 공정용 하폐수 처리장치.
  6. 하폐수를 정화처리하여 방류시키는 A2/O 공정용 하폐수 처리장치에 있어서,
    상기 하폐수의 인을 용출처리하는 혐기조; 상기 혐기조로부터 처리된 처리수의 탈질 처리하는 무산소조; 상기 무산소조로부터 처리된 처리수의 인 섭취, 유기물 산화 및 질산화 처리하는 호기조; 및 상기 호기조로부터 처리된 처리수를 침전처리하고, 상등수를 배출하는 침전조를 순차적으로 포함하고,
    상기 혐기조, 무산소조 및 호기조의 내부에는 유동상 담체를 충진하고, 유동상 담체 반송장치를 이용하여 상기 호기조의 유동상 담체를 혐기조로 반송하며, 상기 호기조의 처리수를 무산소조로 반송하고, 상기 침전조에서는 혐기조로의 반송이 없는 것을 특징으로 하는 A2/O 공정용 하폐수 처리장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유동상 담체 반송장치는 호기조에서 유동상 담체와 처리수를 끌어올리는 에어 리프트 펌프; 상기 에어 리프트 펌프와 일측이 연결되어 에어리프트 펌프에서 끌어올린 유동상 담체를 혐기조로 반송시키는 반송관; 및 상기 반송관 일부와 수직하게 연장 연결되고, 내부에는 담체 유입 방지 스크린망이 수평하게 구비되어 유동상 담체가 무산소조로 배출되는 것을 방지하고, 처리수만을 무산소조로 배출시키는 담체 유입 방지관을 포함하는 것을 특징으로 하는 A2/O 공정용 하폐수 처리장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 유동상 담체는 혐기조, 무산소조 및 호기조에 각각 20 ~ 50vol%로 충진되는 것을 특징으로 하는 A2/O 공정용 하폐수 처리장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 유동상 담체는 유입하수량 대비 20 ~ 100vol%로 반송하는 것을 특징으로 하는 A2/O 공정용 하폐수 처리장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 호기조는 용존산소농도(DO)를 4.0mg/L 이상으로 유지하는 것을 특징으로 하는 A2/O 공정용 하폐수 처리장치.
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