KR101951633B1 - 악취제거 미생물을 이용한 고농도 유기폐수의 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 악취제거 미생물을 이용한 고농도 유기폐수 처리방법에 관한 것으로, 그 목적은 고농도 유기폐수의 처리공정에서 필연적으로 발생되는 악취를 악취제거 효율이 우수한 토양미생물과 처리공정 유입지점에서 혼합시킴으로써 토양미생물에 의해 분해시키거나 생흡착시켜 근원적으로 악취발생을 저감시킬 수 있을뿐만 아니라 유기물 및 질소, 인 처리효율도 상승시키키는 방법으로, 토양미생물을 활성화 시키기위해 부식전구물질과 규산염을 배합하여 소성한 충진물을 가지는 토양미생물 활성화 장치를 생물반응조에 장착하여 토양미생물을 우점종화 시킨 후 유입부의 공기부상 혼합관으로 반송시키는 구조로 구성되는 것을 포함하여 이루어 진 것에 의해 달성된다.

Description

악취제거 미생물을 이용한 고농도 유기폐수의 처리장치{A treatment apparatus of high concentration organic wastewater using odor removal microorganism}

본 발명은 악취제거 미생물을 이용한 고농도 유기폐수의 처리장치에 관한 것으로서, 악취 제거효율이 우수한 미생물을 생물반응조에 별도로 구비된 토양미생물 활성화장치에서 우점화시킨 후 고농도 유기폐수가 유입되는 유입부에 반송시켜 원수와 혼합함으로써 유입부에서 악취를 저감시킴과 동시에 고농도 유기폐수의 유기물 분해를 촉진시키기 위한 생물학적 수처리 장치에 관한 것이다.

19세기 영국으로부터 최초의 하수처리시설이 건설된 이래 유기폐수의 처리장치는 활성슬러지법을 기본으로 물리·화학적 방법들을 처리공정의 전·후에 결합하는 방식으로 전개되어왔다.

활성슬러지법은 미생물로 구성된 슬러지가 물 속의 유기물을 섭취하여 저분자 물질로 분해하는 과정이다. 이 과정에서 분해될 물질 중의 탄소 성분은 대부분 이산화탄소가 되거나 미생물 세포의 구성분이 되어 세포에 잔류하게 되며, 질소와 인이 일부 소비된다.

하지만, 가축분뇨나 식품공정의 폐수처럼 유기물과 질소, 인의 농도가 과도하게 높은 경우 유기물의 분해과정에서 혐기화가 발생하게 되며 충분히 산화되지 못한 질소, 황 등은 암모니아, 황화수소 같은 악취 유발물질을 생성시킬 뿐만아니라 유기물과 영양염류가 처리되지 못한채 공정 밖으로 유출되어 수계 오염부하를 가중시키게 된다.

일반적으로 활성슬러지법에서 우점종을 차지하는 미생물은 Zoogloea sp., Sphaerotilus sp. Actinomyces sp. 등 수 많은 속이 있지만 그 중에서 Actinomyces sp. 처럼 방선균속에 속하는 토양미생물들은 부식전구물질과 규산염 물질들이 공존하는 환경에서는 유기물의 분해과정에서 생성되는 저분자 물질을 축·중합시켜 방향족 유기화합물을 생성시키고 이러한 방향족 유기화합물은 저분자 악취물질, 유기물, 질소, 인 등과 킬레이트 착화합물을 형성함으로써 고농도 유기폐수의 처리효율을 향상시킬 뿐만 아니라 고농도 유기폐수의 처리과정에서 필연적으로 발생되어 왔던 악취를 근원적으로 제거하는 기능을 수행한다.

종래 대한민국 공개특허 10-2017-0045707에 개시되어 있는 토양성 미생물군집을 이용한 고농도 악취폐수 처리방법과 대한민국 등록특허 10-0403864, 등록특허 10-0945722에 개시되어 있는 폐수처리 장치나 방법에서도 모두 위와 같은 원리로 토양미생물을 생물반응조에서 우점종화 시켜 악취를 제거하고 폐수처리효율을 높이고자 하였으나 별도의 전기를 통전하거나 배양조를 설치하게 되어있어 시설 및 운전비용을 증가시키는 문제점이 있었다.

또한 상기 특허들은 폐수가 유량조정조 또는 집수조에 유입된 후에 활성화된 토양미생물 슬러지와 혼합하게 됨으로써 폐수의 유입과정에서 발생되는 악취제거에는 한계를 가진다.

본 발명의 목적은 처리과정에서 악취 발생 빈도가 높은 고농도 유기폐수를 처리장의 유입단계에서 근원적으로 저감시키고, 유기물 분해능과 질소, 인 제거효율을 향상시켜 방류수 수질기준을 준수함과 동시에 쾌적한 환경을 보전하는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 고농도 유기폐수가 원수조에 유입되는 유입관의 말단에 공기부상 혼합관을 설치하여 생물반응조의 토양미생물 활성화장치로부터 반송되는 토양미생물 슬러지와 고농도 유기폐수가 충분히 혼합되도록 함으로써 토양미생물들이 악취물질을 제거하고 후속 공정에서 유기물과 질소, 인 제거효율을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 생물반응조에 토양미생물을 우점종화시킬수 있도록 부식전구물질과 규산염 성분으로 구성된 펠릿 형태의 충진물을 충진한 토양미생물 활성화장치를 장착하고, 상기 토양미생물 활성화장치에서 우점종을 차지하게 된 토양미생물 슬러지를 상기 원수조 유입관 말단에 설치된 공기부상 혼합관으로 반송할 수 있도록 반송관을 가지는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명의 목적을 달성하기 위한 악취제거 미생물을 이용한 고농도 유기폐수 처리장치는, 고농도 유기폐수가 유입되는 원수조(10)와 상기 원수조(10)로 토양미생물 슬러지를 반송하는 생물반응조(30)를 포함하는, 악취제거 미생물을 이용한 고농도 유기폐수의 처리장치에 있어서, 상기 생물반응조(30) 내부에 장착된 토양미생물 활성화장치(33)에서 반송된 토양미생물 슬러지와 고농도 유기폐수가 원수조에 유입되기 전에 충분히 혼합되도록 구비되는 공기부상 혼합관(12)과; 상기 공기부상 혼합관(12)의 하부에는 상기 토양미생물 활성화장치(33)에서 상기 공기부상 혼합관(12)으로 토양미생물 슬러지와 압축공기를 유입시키기 위한 반송관(31); 이 설치되며, 토양미생물을 우점종화 시키기위해 부식전구물질과 규산염 분말을 배합하여 소성한 충진물(34)을 충진한 토양미생물 활성화장치(33)를 생물반응조(30) 내부에 장착하여 우점종화된 토양미생물을 고농도 유기폐수와 원수조(10) 유입전에 혼합시킬수 있도록 구성함으로써 고농도 유기폐수의 처리공정에서 근원적으로 악취 발생을 저감시키고 유기물을 포함한 질소, 인의 처리효율을 향상시키도록 하되, 상기 반송관(31)에서 유입되는 토양미생물 슬러지와 압축공기가 상기 공기부상 혼합관(12)의 내부 벽면을 따라 동심원을 그리면서 회전할 수 있도록 상기 반송관(31)은 상기 공기부상 혼합관(12)의 접선방향으로 설치되어 있으며, 상기 반송관(31)을 따라 압축공기와 함께 공기부상 혼합관(12)으로 반송되는 토양미생물 슬러지는 압축공기의 상승력과 공기부상 혼합관(12)의 접선방향의 회전력으로 인하여 공기부상 혼합관(12)의 내부 벽면을 따라 동심원을 그리면서 상승하게 되고, 유입관(11)을 따라 상기 원수조(10)로 유입되는 고농도 유기폐수는 회전하면서 상승하는 토양미생물 슬러지와 접촉하게 되면서 고농도 유기폐수 중의 무거운 입자성 물질은 공기부상 혼합관(12)의 하부로 침전되면서 원수조(10)에 유입되고, 가벼운 물질은 토양미생물 슬러지와 함께 공기부상 혼합관(12)의 상부로 유출되면서 원수조(10)로 유입되며, 압축공기와 함께 회전하면서 상승하는 토양미생물 슬러지와 접촉하는 상기 고농도 유기폐수에 함유된 오염물질이, 토양미생물 슬러지와 강하게 혼합되면서 토양미생물에 의해 처리되며, 상기 토양미생물 활성화장치(33)의 하부에는 생물반응조에서 부유물이 유입되지 않도록 스크린(37)이 설치되어 있으며, 상기 스크린(37)의 상부에는 상기 충진물(34)을 지탱할 수 있도록 타공판(36)이 상기 스크린(37)과 이격되어 설치되어 있고, 타공판(36)의 상부에는 충진물(34)이 충진되고, 충진물(34)의 상부는 충진물(34)의 유동공간 확보를 위해 공실을 갖도록 구비되며, 토양미생물 활성화장치(33)의 상부에는 토양미생물 슬러지를 고농도 유기폐수와 혼합시켜주는 공기부상 혼합관(12)으로 반송시키기 위해 일측이 상기 반송관(31)과 연통하는 공기부상실(35)이 구비되어 있으며, 상기 공기부상실(35)의 타측은 압축공기가 유입되는 공기공급관(32)과 연통하면서, 상기 공기공급관(32)에는 공기부상실(35)에서 받는 수압보다 상대적으로 더 높은 압력의 공기가 공급되도록 하는 것을 특징으로 하며,
바람직하게는, 상기 고농도 유기폐수와 토양미생물 슬러지가 원할하게 혼합되도록 상기 공기부상 혼합관(12)의 직경은 상기 반송관(31)의 직경보다 3~10배 크게 하는 것을 특징으로 하며,
또한 바람직하게는, 상기 충진물(34) 상부의 공실의 부피는 상기 충진물 총부피의 1~1.5 배인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 악취제거 미생물을 이용한 고농도 유기폐수의 처리장치는 종래의 활성슬러지법을 비롯한 생물학적 처리공법들에서 처리할 수 없었던 유입부에서 발산되는 악취를 근원적으로 저감시킴과 동시에 토양미생물과 고농도 유기폐수를 유입단계에서부터 충분히 혼합시킴으로써 유기물과 질소, 인 처리효율을 높여 안정적인 폐수처리 효과를 거둘 수 있다.

도1은 본 발명에 따른 악취제거 미생물을 이용한 고농도 유기폐수의 처리장치의 한 실시 예를 보인 계통도.
도 2는 고농도 유기폐수와 생물반응조로부터 반송되는 토양미생물 슬러지를 혼합하기 위한 공기부상 혼합관의 실시 예를 예시한 개략도.
도 3은 생물반응조에 설치된 토양미생물 활성화장치와 토양미생물 슬러지를 상기 공기부상 혼합관으로 반송하기 위한 실시 예를 예시한 개략도.

이하에서는, 본 발명에 따른 악취제거 미생물을 이용한 고농도 유기폐수의 처리장치를 실시 예를 들어 상세하게 설명한다.

우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 악취제거 미생물을 이용한 고농도 유기폐수의 처리장치는 고농도 유기폐수가 유입되는 원수조(10), 유입된 고농도 유기폐수의 협잡물을 제거하고 후속 생물반응조의 오염물질 부하를 줄이기 위한 전처리공정(20), 미생물을 이용한 생물학적 처리방법으로 유기물과 질소, 인을 제거하기 위한 생물반응조(30), 상기 생물반응조(30)에서 생성된 잉여슬러지를 인출하고 반송슬러지를 상기 전처리공정(20)으로 반송하기 위한 고액분리조(40), 처리수를 최종적으로 방류수 수질기준에 적합하도록 맞추기 위한 후처리공정(50)으로 구성되어 있다.

이하에서, 상기한 본 발명에 따른 악취제거 미생물을 이용한 고농도 유기폐수 처리방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기한 본 발명에 따른 악취제거 미생물을 이용한 고농도 유기폐수 처리방법은 고농도 유기폐수가 원수조(10)에 유입되는 유입관(11)의 말단에 공기부상 혼합관(12)이 설치되며, 상기 공기부상 혼합관(12)의 하부에는 생물반응조(30)에 설치된 토양미생물 활성화장치(33)에서 반송되는 토양미생물 슬러지와 압축공기를 유입시키기 위한 반송관(31)이 설치된다.

상기에서, 고농도 유기폐수가 유입되는 유입관(11)은 폐수의 유입량에 따라 단면적이 다를 수가 있으므로 본 발명에서는 단면적의 크기와 재질을 특정하지는 않는다.

상기에서, 고농도 유기폐수와 토양미생물 활성화장치(33)에서 반송되는 토양미생물 슬러지를 혼합하기 위한 공기부상 혼합관(12)은 반송관(31)에서 유입되는 토양미생물 슬러지와 압축공기가 공기부상 혼합관의(12) 내부벽면을 따라 동심원을 그리면서 회전할 수 있도록 상기 반송관(31)은 공기부상 혼합관(12)의 접선방향으로 설치되어 있으며, 공기부상 혼합관(12)은 반송슬러지와 압축공기의 원할한 흐름을 위해 원형의 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.

상기에서, 반송관(31)을 따라 압축공기와 함께 반송된 토양미생물 슬러지는 압축공기의 상승력과 공기부상 혼합관(12) 접선방향의 회전력으로 인하여 공기부상 혼합관(12)의 내부벽면을 따라 동심원을 그리면서 상승하게 되고 반대로, 유입관(11)을 따라 유입되는 고농도 유기폐수는 회전하면서 상승하는 토양미생물 슬러지와 접촉하게되면 고농도 유기폐수 중의 무거운 입자성 물질은 공기부상 혼합관(12)의 하부로 침전되면서 원수조(10)에 유입되고, 가벼운 물질은 토양미생물 슬러지와 함께 공기부상 혼합관(12)의 상부로 유출되어 원수조(10)에 유입된다.

상기 과정에서 고농도 유기폐수에 함유된 오염물질은 토양미생물 슬러지와 강하게 혼합되어 폐수중의 악취 물질과 유기물, 질소, 인 등은 토양미생물에 의해 분해되거나 생흡착 과정을 통해 제거되므로써 고농도 유기폐수의 처리공정에서 근원적으로 악취 발생이 저감되고 유기물, 질소, 인의 처리효율 또한 상승된다.

상기에서, 고농도 유기폐수와 토양미생물 슬러지가 원할하게 혼합되도록 공기부상 혼합관(12)의 직경은 반송관(31)의 직경보다 3~10 배 이상 크게 구비된다.

한편, 본 발명에서는 토양미생물을 우점종화 시키기 위해 생물반응조에 토양미생물 활성화장치(33)를 구비한다.

상기에서, 토양미생물 활성화장치(33)는 토양미생물을 활성화시키기 위해 내부에 부식전구물질과 규산염을 혼합하여 소성한 펠릿형태의 충진물(34)이 충진된다.

또한, 상기 충진물(34)은 분말상태의 부식전구물질과 규산염 분말을 1:1 또는 2:1로 배합하여 펠릿형태로 성형한 후, 650℃ 이하의 낮은 온도에서 1시간 동안 소성하여 제조하며, 충진량은 일일 유입 BOD부하의 5~10 wt%가 적당하다.

상기에서, 토양미생물 활성화장치(33)의 하부에는 생물반응조에서 조대 협잡물이 유입되지 않도록 10~20mm 의 망목을 갖는 스크린(37)이 설치되어 있으며, 그부터 200~300mm의 상부에는 상기 충진물(34)을 지탱할수 있도록 구경 10mm 이내의 타공판(36)이 이 충진되고 충진물(34)의 상부는 충진물(34)의 유동공간 확보를 위해 충진물 총부피의 1~1.5 배 이상의 공실을 갖도록 구비되며, 토양미생물 활성화장치(33)의 형상과 재질은 상기 충진물(34)과 충진물 유동을 위한 공실을 구비할 수 있는 부피를 확보할 수 있다면 실시 예에 한정되지 않는다.

또한, 토양미생물 활성화장치(33)의 상부에는 토양미생물 슬러지를 고농도 유기폐수와 혼합시켜주는 공기부상 혼합관(12)으로 반송시키기 위해 공기부상실(35)이 구비된다.

상기에서 공기부상실(35)은 압축공기의 부상력으로 토양미생물 슬러지를 공기부상 혼합관(12)까지 반송시키기 위하여 공기공급관(32)이 구비되며, 공기공급관(32)에는 공기부상실(35)에서 받는 수압보다 최소 0.1kgf/㎠이상 높은 압력의 공기가 공급되도록 구비된다.

상기, 공기부상실(35)은 토양미생물 활성화장치(33)의 최상부에 결합되록 구비되며 공기부상실(35)에서 유출되는 토양미생물 슬러지와 압축공기는 반송관(12)을 따라 원수조(10)에 설치된 공기부상 혼합관(12)으로 반송된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 원수조 20: 전처리공정
30: 생물반응조 40: 고액분리조
50: 후처리공정 11: 유입관
12: 공기부상 혼합관 31: 반송관
32: 공기공급관 33: 토양미생물 활성화장치
34: 충진물 35: 공기부상실
36: 타공판 37: 스크린

Claims (3)

1. 고농도 유기폐수가 유입되는 원수조(10)와 상기 원수조(10)로 토양미생물 슬러지를 반송하는 생물반응조(30)를 포함하는, 악취제거 미생물을 이용한 고농도 유기폐수의 처리장치에 있어서,
   상기 생물반응조(30) 내부에 장착된 토양미생물 활성화장치(33)에서 반송된 토양미생물 슬러지와 고농도 유기폐수가 원수조에 유입되기 전에 충분히 혼합되도록 구비되는 공기부상 혼합관(12)과;
   상기 공기부상 혼합관(12)의 하부에는 상기 토양미생물 활성화장치(33)에서 상기 공기부상 혼합관(12)으로 토양미생물 슬러지와 압축공기를 유입시키기 위한 반송관(31);
   이 설치되며,
   토양미생물을 우점종화 시키기위해 부식전구물질과 규산염 분말을 배합하여 소성한 충진물(34)을 충진한 토양미생물 활성화장치(33)를 생물반응조(30) 내부에 장착하여 우점종화된 토양미생물을 고농도 유기폐수와 원수조(10) 유입전에 혼합시킬수 있도록 구성함으로써 고농도 유기폐수의 처리공정에서 근원적으로 악취 발생을 저감시키고 유기물을 포함한 질소, 인의 처리효율을 향상시키도록 하되,
   상기 반송관(31)에서 유입되는 토양미생물 슬러지와 압축공기가 상기 공기부상 혼합관(12)의 내부 벽면을 따라 동심원을 그리면서 회전할 수 있도록 상기 반송관(31)은 상기 공기부상 혼합관(12)의 접선방향으로 설치되어 있으며,
   상기 반송관(31)을 따라 압축공기와 함께 공기부상 혼합관(12)으로 반송되는 토양미생물 슬러지는 압축공기의 상승력과 공기부상 혼합관(12)의 접선방향의 회전력으로 인하여 공기부상 혼합관(12)의 내부 벽면을 따라 동심원을 그리면서 상승하게 되고, 유입관(11)을 따라 상기 원수조(10)로 유입되는 고농도 유기폐수는 회전하면서 상승하는 토양미생물 슬러지와 접촉하게 되면서 고농도 유기폐수 중의 무거운 입자성 물질은 공기부상 혼합관(12)의 하부로 침전되면서 원수조(10)에 유입되고, 가벼운 물질은 토양미생물 슬러지와 함께 공기부상 혼합관(12)의 상부로 유출되면서 원수조(10)로 유입되며,
   압축공기와 함께 회전하면서 상승하는 토양미생물 슬러지와 접촉하는 상기 고농도 유기폐수에 함유된 오염물질이, 토양미생물 슬러지와 강하게 혼합되면서 토양미생물에 의해 처리되며,
   상기 토양미생물 활성화장치(33)의 하부에는 생물반응조에서 부유물이 유입되지 않도록 스크린(37)이 설치되어 있으며, 상기 스크린(37)의 상부에는 상기 충진물(34)을 지탱할 수 있도록 타공판(36)이 상기 스크린(37)과 이격되어 설치되어 있고, 타공판(36)의 상부에는 충진물(34)이 충진되고, 충진물(34)의 상부는 충진물(34)의 유동공간 확보를 위해 공실을 갖도록 구비되며,
   토양미생물 활성화장치(33)의 상부에는 토양미생물 슬러지를 고농도 유기폐수와 혼합시켜주는 공기부상 혼합관(12)으로 반송시키기 위해 일측이 상기 반송관(31)과 연통하는 공기부상실(35)이 구비되어 있으며,
   상기 공기부상실(35)의 타측은 압축공기가 유입되는 공기공급관(32)과 연통하면서, 상기 공기공급관(32)에는 공기부상실(35)에서 받는 수압보다 상대적으로 더 높은 압력의 공기가 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 악취제거 미생물을 이용한 고농도 유기폐수 처리장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 고농도 유기폐수와 토양미생물 슬러지가 원할하게 혼합되도록 상기 공기부상 혼합관(12)의 직경은 상기 반송관(31)의 직경보다 3~10배 크게 하는 것을 특징으로 하는 악취제거 미생물을 이용한 고농도 유기폐수 처리장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 충진물(34) 상부의 공실의 부피는 상기 충진물 총부피의 1~1.5 배인 것을 특징으로 하는 악취제거 미생물을 이용한 고농도 유기폐수 처리장치.

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