KR101728866B1 - 고농도 하폐수 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고농도 하폐수 처리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 혐기조에서 인 방출량을 높이고 가압부상조에서 인 제거율을 극대화함으로써, 고농도의 폐수가 유입되어도 효과적으로 처리가 가능하도록 한 고농도 하폐수 처리 장치에 관한 것이다.

Description

고농도 하폐수 처리 장치{Apparatus for disposing hyperbric waste water}

본 발명은 고농도 하폐수 처리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 혐기조에서 인 방출량을 높이고 가압부상조에서 인 제거율을 극대화함으로써, 고농도의 폐수가 유입되어도 효과적으로 처리가 가능하도록 한 고농도 하폐수 처리 장치에 관한 것이다.

최근 산업발달 및 생활수준의 향상에 따라 방류수역의 수질오염 심화, 환경오염에 대한 시민 의식의 향상, 처리수질의 배출허용기준 강화 등으로 과거의 2차처리공정으로는 방류수역의 수질개선 효과가 이루어지지 못하고 있으며, 수자원 부족으로 처리수의 재활용에 대한 필요성이 대두되고 있어 고도처리의 필요성은 날로 늘어가고 있다.

현재 하폐수 처리공정은 활성슬러지를 이용한 생물학적 공정으로 호기성 미생물이 호기의 조건에서 유기물을 산화ㆍ습득하도록 함으로써 하폐수 내 유기물질의 농도를 저감시키는 방식을 채용한다.

종래 생물학적 공정은 미생물의 상태를 혐기, 무산소, 호기 조건으로 다변된 다단계 공정을 거침으로써 유입되는 하폐수의 유기물 및 영양염류를 처리하게 된다. 혐기상태에서는 인이 방출되며, 방출된 인은 호기조건에서 미생물이 증식함에 따라 과잉섭취(luxury uptake)되고, 공정에서 잉여 슬러지가 반출됨으로 인해 제거된다. 호기 상태에서는 상기한 바와 같이 미생물이 증식하며 인이 과잉 섭취되고, 유기물이 산화됨과 동시에 암모니아 형태의 질소성분이 아질산성 질소(NO2-, Nitrite)형태를 거쳐 질산성 질소(NO3-Nitrate)로 전환하게 된다. 이렇게 전환된 질소성분은 내부반송을 통해 무산소조로 유입되어 무산소 상태에서 질소가스(N2)로 환원되어 대기 중으로 소멸된다.

대부분의 생물학적 질소, 인 제거공정은 A2O 공정을 기반으로 하고 있다. 그러나 이러한 A2O 공정의 경우에 있어서도 최종처리수를 생산하기 위한 마지막 단계로 침전조를 거치므로 상기한 표준 활성슬러지법에서와 마찬가지로 활성슬러지의 침강성에 의한 처리수 악화문제가 내재되어 있다.

이러한 활성슬러지의 침강성에 의한 처리수 수질 악화 현상을 방지 위하여, 1980년대 이후로 미생물과 처리수의 분리를 위한 막여과 공정이 도입되었으며, 이와 관련된 기술이 국내등록특허 제0401720호("혐기/무산소조와 무산소/호기조와 막분리를 이용한 하폐수처리공정")에 개시된 바 있다.

분리막은 그 특성상 공경보다 큰 입자성 물질의 통과를 완전하게 배제시킬 수 있다. 이러한 특성으로 인해 막여과 공정이 하수 및 오폐수 처리 공정에 도입되었을 때, 활성슬러지의 침강성과 관계없이 입자성 물질을 완벽하게 제거할 수 있으므로, 항시 안정적인 처리수를 보장할 수 있다. 또한, 미생물 반응조로부터 활성슬러지의 유출을 완전하게 배제할 수 있으며 활성슬러지 농도의 조절이 용이하기 때문에 반응조 내 높은 미생물농도의 유지가 가능하다. 생물학적 처리공정에서 높은 미생물농도의 유지는 단위 부피당 많은 수의 활성 미생물의 농도 유지를 의미하며, 이는 보다 작은 부지를 통해 보다 많은 양의 하수 및 오폐수의 처리를 가능하게 한다. 또한, 높은 유기물 부하에 대한 안정적 처리를 가능케 한다. 이는 통상적으로 MBR(Membrane Bio-Reactor)공정으로 불린다.

그러나, 이러한 고도처리 기술의 발전에도 불구하고, 고농도의 폐수가 유입되면 처리 효율이 감소되어 고농도 폐수에 다량 함유된 인 성분이 효과적으로 제거되고 있지 못하다. 즉, 고농도의 폐수가 유입되어도 이를 효과적으로 처리할 수 있는 기술이 요구되고 있는 실정이다.

국내등록특허 제0401720호("혐기/무산소조와 무산소/호기조와 막분리를 이용한 하폐수처리공정")

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 혐기조에서 고농도의 폐수에 다량 함유된 인의 방출량을 증가시키고 가압부상조에서 방출된 인을 최대한 제거하도록 함으로써, 고농도의 폐수 유입 시에도 효과적인 처리가 가능하도록 한 고농도 하폐수 처리 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일실시예에 따른 하폐수 처리 장치는, 외부로부터 유입되는 폐수를 저류하여 미생물의 인 방출이 이루어지며, 내부에 격벽이 설치되어 구획되고, 일부 상등수를 하기 가압부상조로 이송시키는 혐기조; 상기 혐기조로부터 유입되는 처리수 내의 질소를 제거하는 무산소조; 상기 무산소조로부터 유입되는 처리수 내의 유기물 산화와 질산화가 수행되며, 인 제거 미생물이 과잉의 인을 흡수하는 호기조; 상기 혐기조, 상기 무산소조 및 상기 호기조를 차례대로 통과하여 생물학적 분해 처리된 처리수가 유입되고, 내부에 구비된 분리막을 통하여 고형물질을 제거한 처리수를 방류조로 이송하는 막분리조; 상기 막분리조로부터 반송슬러지가 유입되고, 상기 반송슬러지를 탈기 및 침강 분리시키며, 침전슬러지는 상기 혐기조로 반송시키는 침강조; 및 상기 혐기조 내 일부 상등수가 유입되며, 주 응집제 및 보조 응집제가 주입되어 상기 상등수 내 인이 응집된 응집수를 생성하는 응집조,를 포함하며, 상기 응집수에서 인이 포함된 스컴을 부상시켜 제거하는 가압부상조;를 포함하여 이루어질 수 있다.

이때, 상기 혐기조는 교반기가 설치되며, 상기 교반기에 의해 상기 폐수가 혼합되어 인 방출이 유도되는 제 1공간부, 및 상기 제 1공간부로부터 유입된 처리수에 포함된 미생물의 침전을 유도하며, 침전된 미생물은 무산소조로 이송되고, 상등수는 부유형 펌핑 장치에 의해 가압부상조로 이송되는 제 2공간부,를 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 부유형 펌핑 장치는 부력에 의해 상기 제 2공간 내 처리수 상부에 부유되도록 하는 공기통, 상기 공기통 상측에 구비되며 상단부가 개방되어 있는 탱크, 및 상기 탱크 내에 설치되는 펌프, 를 포함하여 이루어지며, 상기 탱크 내로 월류되어 유입되는 상등수를 상기 펌프를 이용하여 상기 가압부상조로 이송시킬 수 있다.

이때, 상기 혐기조로부터 상기 가압부상조로 이송되는 상등수에 함유된 부유물질은 상기 응집조 내 응집률을 높이는 응집핵으로 작용할 수 있다.

아울러, 상기 호기조와 상기 막분리조를 하나의 처리조로 형성할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 하폐수 처리 장치는 혐기조를 격벽에 의해 제 1공간부 및 제 2공간부로 구획하고, 제 1공간부는 교반을 실시하여 인 방출을 극대화시키며, 제 2공간부는 교반을 실시하지 않고 침전을 유도하며 상등수를 부유형 펌핑 장치를 이용해 가압부상조로 이송시키는 과정에서, 상등수 내의 부유물질이 응집효율을 높여 인 제거를 극대화시키는 효과가 있다.

즉, 새로운 구조의 혐기조를 통해 인 방출량을 높이고, 가압부상조에서 인 제거량이 증대됨에 따라, 고농도의 폐수 유입 시에도 처리 효율이 극대화되는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 하폐수 처리 장치의 구성도.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 하폐수 처리 장치의 구성도를 나타낸다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 고농도 하폐수 처리 장치는 크게 혐기조(100), 무산소조(200), 호기조(300), 막분리조(400), 침강조(500) 및 가압부상조(700)를 포함하여 이루어진다.

혐기조(100)는 외부로부터 유입되는 폐수를 저류하여 미생물(MLSS; Mixed Liquor Suspended Solid)의 인 방출이 이루어지는 처리조로, 내부에 격벽이 설치되어 구획되고, 일부 상등수를 후술할 가압부상조(700)로 이송시킨다.

구체적으로, 혐기조(100)는 격벽에 의해 제 1공간부(110) 및 제 2공간부(120)로 분리되며, 제 1공간부(110)로 폐수가 유입된다. 이때 제 1공간부(110)는 혐기 상태가 유지되고, 제 1공간부(110) 하부에 설치된 교반기(111)에 의해 균일한 혼합이 이루어짐에 따라, 폐수에 포함된 유기물을 탄소원으로 이용하여 미생물에서 수중으로 다량의 인이 방출된다.

제 1공간부(110)에서 충분히 혼합된 처리수는 제 2공간부(120)로 유입되며, 제 2공간부(120)에서 처리수의 교반을 실시하지 않고 일정 시간 저류함으로써, 처리수에 포함된 미생물의 침전을 유도한다. 일정 시간 후 침전된 미생물은 무산소조(200)로 이송되고, 상등수는 부유형 펌핑 장치(121)에 의해 가압부상조(700)로 이송되게 된다.

더욱 구체적으로, 제 2공간부(120)에 구비된 부유형 펌핑 장치(121)는 부력에 의해 제 2공간 내 처리수 상부에 부유되도록 하는 단수 또는 복수개 구비되는 공기통(121a)과, 공기통(121a) 상측에 구비되며 상단부가 개방되어 있는 탱크(121b) 및 탱크(121b) 내에 설치되는 펌프(121c)를 포함하여 구성되는 것으로, 탱크(121b) 내로 월류되어 유입되는 상등수를 펌프(121c)를 이용하여 가압부상조(700)로 이송시키는 역할을 한다.

한편, 무산소조(200)는 혐기조(100)로부터 유입되는 미생물이 다량 함유된 처리수 내의 질소를 제거하는 처리조이다. 무산소조(200)의 하부에도 교반기(201)가 설치되어 혼합되며, 무산소 상태에서 탈질 작용을 일으킨다.

호기조(300)는 무산소조(200)에서 처리된 처리수가 유입되며, 공기를 공급하여 호기 상태를 유지하면서, 처리수 내의 유기물 산화와 질산화가 수행되며, 인 제거 미생물이 과잉의 인을 흡수하게 된다.

상술한 바와 같이 혐기조(100), 무산소조(200) 및 호기조(300)를 차례대로 통과하여 생물학적 분해 처리된 처리수는 막분리조(400)로 유입된다.

막분리조(400)에서는 내부에 구비된 분리막(410)을 통해 고형물질을 제거하는 막분리(MBR; Membrane Bio Reactor) 공정이 수행되며, 이후 공정이 완료된 처리수는 방류조(미도시)로 이송되어 외부로 방류된다.

이때, 도시된 바와 같이 호기조(300)와 막분리조(400)를 각각의 처리조로 구분할 수도 있으나, 하나의 처리조로 형성하여도 무방하다.

한편, 막분리조(400)로부터 반송슬러지가 침강조(500)로 유입되며, 침강조(500)에서의 정체 시간에 의해 반송슬러지 내의 용존산소가 탈기되고 반송슬러지 내의 고형물질이 침강되어 고액 분리된다. 여기서 침전조 내 침전슬러지는 내부 반송이 이루어져 혐기조(100)의 제 1공간부(110)로 반송되게 된다.

또한, 도시된 것처럼, 침강조(500) 내의 상등수는 후술할 가압부상조(700)로 이송될 수 있으나, 그렇지 않을 수도 있으며, 당업자의 필요에 따라 선택적으로 적용 가능하다.

마지막으로, 가압부상조(700)는 상술한 혐기조(100)의 제 2공간부(120)의 상등수가 유입되어 상등수에 포함된 인을 스컴 형태로 제거하며, 스컴이 제거된 처리수를 무산소조(200)로 유입시키도록 하는 처리조이다.

구체적으로, 가압부상조(700)는 전단에 응집조(600)를 더 포함하여 구성되며, 상등수가 응집조(600)로 유입되고 응집조(600)에 주 응집제 및 보조 응집제가 주입되어 상등수와 반응하는 과정에서, 상등수 내 인이 응집된 응집수가 생성된다. 이때, 혐기조(100)로부터 가압부상조(700)의 응집조(600)로 이송되는 상등수는 100 ~ 200mg/L 정도의 부유물질(SS; Suspended Solids)이 포함되어 있으며, 이 부유물질은 응집조(600)에서 주 응집제 및 보조 응집제의 작용과 함께 응집효율을 높이는 응집핵으로 작용함으로써 응집 효율이 증대되어 가압부상조(700)에서의 인 제거율을 극대화시키는 효과가 있다.

참고로, 주 응집제는 폴리염화알루미늄(PAC)이고, 보조 응집제는 폴리머(polymer)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

가압부상조(700)는 응집조(600)에서 생성된 응집수에 포함된 스컴을 부상시켜 제거하므로, 이때, 도면에 도시되지는 않았으나, 가압부상조(700)에는 가압탱크(미도시)가 연결되는 것이 바람직하다. 가압탱크는 가압부상조(700) 내 응집수를 순환시키고 응집수를 가압하여 기포가 생성되도록 한다.

따라서, 가압부상조(700)는 가압탱크로부터 생성된 기포에 의해 스컴이 부상되며, 부상된 스컴은 별도로 이송되어 스컴저장조(미도시)에 저장된다. 이때, 스컴은 고형물 2 ~ 5% 정도이다.

또한, 침강조(500) 내의 침전슬러지는 상술한 바와 같이 혐기조(100)로 내부 반송될 수도 있지만 경우에 따라 일부 침전슬러지를 가압부상조(700)로 이송시킬 수도 있다. 가압부상조(700)에서 이를 스컴 형태로 제거함으로써, 슬러지의 부피를 줄일 수 있는 효과가 있다.

이와 같이 가압부상조(700)에서 스컴이 제거된 처리수는 무산소조(200)로 이송되어 이후 처리 과정을 수행하게 되는데, 이때 분리막(410)의 폐색을 일으키는 고분자물질(SMP, EPS 등)이 가압부상조(700)에서 제거되었으므로, 분리막 유동(flux)이 0.3m/d에서 0.4m/d로 향상되는 효과가 있으며, 막분리(MBR) 공정의 분리막 세정주기를 연장하고, 분리막의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

특히, 본 발명의 일실시예에 따른 하폐수 처리 장치는 상술한 바와 같이 혐기조(100)를 격벽에 의해 제 1공간부(110) 및 제 2공간부(120)로 구획하고, 제 1공간부(110)는 교반을 실시하여 인 방출을 극대화시키며, 제 2공간부(120)는 교반을 실시하지 않고 침전을 유도하며 상등수를 부유형 펌핑 장치(121)를 이용해 가압부상조(700)로 이송시키는 과정에서, 상등수 내의 부유물질이 응집효율을 높여 인 제거를 극대화시키는 효과가 있다.

즉, 새로운 구조의 혐기조(100)를 통해 인 방출량을 높이고, 가압부상조(700)에서 인 제거량이 증대됨에 따라, 고농도의 폐수 유입 시에도 처리 효율이 극대화되는 장점이 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

100 : 혐기조
110 : 제 1공간부 120 : 제 2공간부
200 : 무산소조
300 : 호기조
400 : 막분리조
500 : 침강조
600 : 응집조
700 : 가압부상조

Claims (5)

1. 외부로부터 유입되는 폐수를 저류하여 미생물의 인 방출이 이루어지며, 내부에 격벽이 설치되어 구획되고, 일부 상등수를 하기 가압부상조(700)로 이송시키는 혐기조(100);
   상기 혐기조(100)로부터 유입되는 처리수 내의 질소를 제거하는 무산소조(200);
   상기 무산소조(200)로부터 유입되는 처리수 내의 유기물 산화와 질산화가 수행되며, 인 제거 미생물이 과잉의 인을 흡수하는 호기조(300);
   상기 혐기조(100), 상기 무산소조(200) 및 상기 호기조(300)를 차례대로 통과하여 생물학적 분해 처리된 처리수가 유입되고, 내부에 구비된 분리막(410)을 통하여 고형물질을 제거한 처리수를 방류조로 이송하는 막분리조(400);
   상기 막분리조(400)로부터 반송슬러지가 유입되고, 상기 반송슬러지를 탈기 및 침강 분리시키며, 침전슬러지는 상기 혐기조(100)로 반송시키는 침강조(500); 및
   상기 혐기조(100) 내 일부 상등수가 유입되며, 주 응집제 및 보조 응집제가 주입되어 상기 상등수 내 인이 응집된 응집수를 생성하는 응집조(600),를 포함하며, 상기 응집수에서 인이 포함된 스컴을 부상시켜 제거하는 가압부상조(700);를 포함하며,
   상기 혐기조(100)는,
   교반기(111)가 설치되며, 상기 교반기(111)에 의해 상기 폐수가 혼합되어 인 방출이 유도되는 제 1공간부(110), 및
   상기 제 1공간부(110)로부터 유입된 처리수에 포함된 미생물의 침전을 유도하며, 침전된 미생물은 무산소조(200)로 이송되고, 상등수는 부유형 펌핑 장치(121)에 의해 가압부상조(700)로 이송되는 제 2공간부(120),를 포함하며,
   상기 부유형 펌핑 장치(121)는,
   부력에 의해 상기 제 2공간 내 처리수 상부에 부유되도록 하는 공기통(121a), 상기 공기통 상측에 구비되며 상단부가 개방되어 있는 탱크(121b), 및 상기 탱크 내에 설치되는 펌프(121c), 를 포함하여 이루어지며,
   상기 탱크 내로 월류되어 유입되는 상등수를 상기 펌프를 이용하여 상기 가압부상조(700)로 이송시키는 것을 특징으로 하는 하폐수 처리 장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 혐기조(100)로부터 상기 가압부상조(700)로 이송되는 상등수에 함유된 부유물질은 상기 응집조(600) 내 응집률을 높이는 응집핵으로 작용하는 것을 특징으로 하는 하폐수 처리 장치.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 호기조(300)와 상기 막분리조(400)를 하나의 처리조로 형성하는 것을 특징으로 하는 하폐수 처리 장치.
   

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