KR20000072159A - 다량의 유기성 고형물을 함유하는 유기성 폐수의 처리방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축산 폐수나 음식 쓰레기와 같이 다량의 유기성 고형물을 함유하는 유기성 폐수의 처리 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 톱밥이나 왕겨로 이루어진 다공성 유기물질 층을 이용하여 유기성 폐수의 고형물을 흡착하여 분리하고, 상기 다공성 유기물질 층에 흡착된 고형물은 호기성 미생물에 의해 발효·분해시켜 퇴비화하고, 상기 다공성 유기물질 층을 통과한 여과 폐수는 폐수 처리조에서 호기성 미생물에 의해 분해시킴으로써 하나의 폐수처리 시설에서 퇴비화와 폐수처리를 동시에 진행시켜 톱밥이나 왕겨와 같은 수분 조절제의 사용을 최소화하고 응집제와 같은 화학약품과 전력의 사용량을 줄인 다량의 유기성 고형물을 함유하는 유기성 폐수의 처리 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

본 발명은 다량의 유기성 고형물을 함유하는 유기성 폐수를 처리함에 있어서, 상기 유기성 폐수를 퇴비화 반응조에 채워진 다공성 유기물 층에 살포하여 유기성 고형물과 폐수의 일부를 흡착시키고 나머지 폐수는 여과하여 하부의 폐수 처리조로 배출하는 여과단계와; 상기 다공성 유기물 층에 흡착된 유기성 고형물을 호기성 미생물을 이용하여 퇴비화하는 퇴비화 단계와; 상기 다공성 유기물 층을 통과한 여과 폐수를 호기성 미생물을 이용하여 정화하는 폐수 처리단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때 상기 다공성 유기물 층은 공극율과 투수계수가 크고 비 표면적이 넓어 수분 보유력이 큰 톱밥, 왕겨 및 폐곡물 등의 재질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

한편, 다량의 유기성 고형물을 함유하는 폐수를 처리하기 위한 본 발명에 따른 장치는 일정한 크기를 갖는 반응실과, 상기 반응실의 바닥에 형성되어 하부로부터 공급되는 공기와 상부에서 배출되는 여과 폐수를 유통시키는 다수의 관통공과, 상기 관통공이 형성된 반응실 바닥 위에 형성된 자갈 층과, 상기 자갈 층 위에 설치된 매트 층과, 상기 매트 층의 상부에 소정의 높이로 채워진 다공성 유기물 층을 포함하여 이루어진 퇴비화 반응조와; 상기 퇴비화 반응조의 다공성 유기물 층을 통과하여 배출된 여과 폐수를 저장하는 폭기조와, 상기 폭기조의 내부에 충진된 접촉여재와, 상기 접촉여재의 하부에 공기를 공급하도록 설치된 공기공급수단과, 상기 폭기조의 수위를 일정하게 유지시키기 위한 수위조절수단을 포함하여 이루어진 폐수 처리조를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

다량의 유기성 고형물을 함유하는 유기성 폐수의 처리 방법 및 그 장치{Method and system for the compositing and biological treatment of wastewater}

본 발명은 축산 폐수나 음식 쓰레기와 같이 다량의 유기성 고형물을 함유하는 유기성 폐수의 처리 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 톱밥이나 왕겨로 이루어진 다공성 유기물질 층을 이용하여 유기성 폐수의 고형물을 흡착하여 분리하고, 상기 다공성 유기물질 층에 흡착된 고형물은 호기성 미생물에 의해 발효·분해시켜 퇴비화하고, 상기 다공성 유기물질 층을 통과한 여과 폐수는 폐수 처리조에서 호기성 미생물에 의해 분해시킴으로써 하나의 폐수처리 시설에서 퇴비화와 폐수처리를 동시에 진행시켜 톱밥이나 왕겨와 같은 수분 흡수제의 사용을 최소화하고 응집제와 같은 화학약품과 전력의 사용량을 줄인 다량의 유기성 고형물을 함유하는 유기성 폐수의 처리 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로 다량의 유기성 고형물이 포함된 유기성 폐수를 생물학적 처리시설에 그대로 공급하여 처리하는 경우에는 미생물 활성 반응조를 비롯한 후속공정에 미치는 부하가 크기 때문에 유기성 고형물을 전처리 단계에서 고액 분리시켜 소각하거나 매립하게 된다. 그러나 최근에는 소각장과 매립부지를 확보하는 것이 곤란하고 폐기물을 재활용한다는 측면에서 퇴비화가 더욱 바람직한 것으로 인식되고 있다.

이러한 퇴비화는 유기성 고형물에 포함된 단당류, 단백질, 지방 등을 미생물을 이용하여 분해시킴으로써 악취유발 물질을 제거하고 그 반응열로 폐기물에 함유된 수분을 증발시키는 동시에 병원성 미생물을 사멸시켜 안정한 물질로 전환시키는 방법이다. 이렇게 퇴비화된 유기질 비료를 농경지에 투입함으로써 지력을 회복하고 화학비료의 사용을 절감케 할 수 있다.

한편, 퇴비화 방법에는 크게 혐기성 처리방법과 호기성 처리방법이 있으며, 혐기성 처리방법은 유기성 폐기물을 쌓아올려 공기와 적극적으로 접촉하지 않고 주로 혐기성 세균의 활동에 의해 유기물을 분해·안정화하는 것이고, 호기성 처리방법은 기계적으로 뒤집거나 강제 통풍에 의해 유기성 폐기물의 산소 농도를 어느 수준이상으로 유지하여 호기성 세균의 활동을 활발하게 하여 유기 성분을 분해·안정화하는 것이다. 그러나 대부분의 퇴비화는 처리 속도가 빠르고 악취의 발생이 적은 호기성 처리방식이 사용되고 있다.

이러한 호기성 퇴비화 방법은 호기성 미생물의 원활한 증식과 이를 위한 적절한 환경조건, 예를 들어, 온도, 수분, pH 및 C/N비 등의 조건을 적절하게 유지하는 것이 매우 중요하다. 예를 들어, 호기성 미생물의 생육에는 일정량 이상의 산소와 수분이 반드시 필요하기 때문에 축산 분뇨나 주방 쓰레기의 퇴비화를 위해서는 약 50∼60%의 수분함량과 충분한 산소의 공급이 필요하게 된다.

이를 위해, 종래 기술에 따른 퇴비화는 퇴비화에 적합한 수분함량을 조절하기 위해 톱밥이나 왕겨 또는 폐곡물 등과 같은 수분 조절제를 사용하였다. 특히, 종래의 퇴비화는 방류수를 배출하지 않는 무방류 처리이기 때문에 축산분뇨나 음식 쓰레기에 포함된 수분을 전량 흡수하기 위해 많은 양의 수분 조절제가 투입되었다. 그러나 이러한 수분 조절제는 구입하기도 어렵고 단가도 비싸므로 소규모 처리장에서만 사용될 수 있었고 대규모 유기성 폐기물 처리장에서는 비용이 과다하게 소요되어 적용되지 못하고 있었다.

또한 이러한 수분 조절제의 사용량을 줄이기 위해서는 퇴비화에 앞서 축산 폐기물이나 음식 쓰레기를 탈수시켜 수분함량을 낮추어야 하는데 이를 위해서는 별도의 탈수시설이 필요하고 많은 양의 응집제가 사용되는 문제가 있으며, 또한 탈수된 폐수에는 많은 양의 유기성 물질이 포함되어 있으므로 이를 처리하기 위한 폐수 처리시설이 갖추어져야 하는 문제가 있다. 따라서 종래 기술에 따른 폐수 처리시설은 각종 처리시설이 많이 필요하게 되어 전력사용이 증대되고 부지면적이 넓어지며 응집 및 탈수과정 등에 많은 양의 화학약품이 사용되는 문제가 있었다.

이에 따라 본 발명자는 다량의 유기성 고형물이 함유된 유기성 폐수를 처리함에 있어서, 상기 유기성 폐수를 별도의 탈수장치에서 탈수하거나 유기성 고형물에 포함된 수분을 전량 흡수하기 위해 많은 양의 수분 조절제를 사용하지 않고서도 하나의 처리시설에서 유기성 폐수에 포함된 유기성 고형물은 분리시켜 퇴비화하고 폐수는 생물학적으로 처리하여 액비로 이용하거나 후처리하여 방류하는 새로운 방식의 유기성 폐수 처리방법 및 장치를 개발하게 되었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 주된 목적은 다량의 유기성 고형물을 함유하는 유기성 폐수를 처리함에 있어, 탈수되지 않은 유기성 폐수를 소정 두께의 다공성 유기물질 층에 여과시킴으로써 폐수에 함유된 유기성 고형물을 상기 다공성 유기물질 층에 흡착시켜 여과된 폐수의 수질을 향상시키고 유기성 고형물이 흡착된 상기 다공성 유지물질을 퇴비화함으로써 유기성 폐수에 포함된 다량의 유기성 고형물을 처리 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 다량의 유기성 고형물을 함유하는 유기성 폐수를 소정 두께의 다공성 유기물질로 이루어진 여과층에 여과시킴으로써 폐수로부터 유기성 고형물를 분리시키고 여과된 폐수는 호기성 미생물에 의해 처리함으로써 다량의 유기성 고형물을 함유하는 유기성 폐수를 효율적으로 처리하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 유기성 폐수에 포함된 유기성 고형물을 퇴비화하는 퇴비화 반응조을 상층에 설치하고 상기 퇴비화 반응조에서 발생된 여과 폐수를 정수하기 위한 폐수 처리조를 그 하층에 설치함으로써 하나의 폐수처리 시설에서 퇴비화와 폐수 정화를 동시에 진행시키는 다량의 유기성 고형물을 함유하는 유기성 폐수를 처리하는 장치를 제공하는 것이다.

또한 본 발명은 공기공급장치를 폐수 처리조의 하단에 설치하고 상기 폐수 처리조와 퇴비화 반응조 사이에는 다수의 관통공을 형성함으로써 상기 폐수 처리조를 통해 상승되는 공기를 상층의 퇴비화 반응조에 공급함으로써 공기공급장치를 효율적으로 이용하고 상기 퇴비화 반응조로 공급되는 공기를 가온함으로써 겨울철에도 퇴비화 반응을 안정하게 유지할 수 있는 다량의 유기성 고형물을 함유하는 유기성 폐수를 처리하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 다량의 유기성 고형물을 함유하는 유기성 폐수의 처리 장치를 보여주는 부분 절단 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 다량의 유기성 고형물을 함유하는 유기성 폐수의 처리 장치의 다른 실시예를 보여주는 부분 절단 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 다량의 유기성 고형물을 함유하는 유기성 폐수의 처리 장치를 보여주는 종단면도,

도 4는 본 발명에 따른 다량의 유기성 고형물을 함유하는 유기성 폐수의 처리 장치를 보여주는 종단면도,

도 5 내지 도7은 본 발명에 따른 다량의 유기성 고형물을 함유하는 유기성 폐수의 처리 장치를 보여주는 평면도들이고,

도 8은 본 발명에 따른 다량의 유기성 고형물을 함유하는 유기성 폐수의 처리 방법을 보여주는 개략적인 흐름도이다.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

10 : 퇴비화 반응조 20 : 반응실

35 : 관통공 40 : 다공성 유기물질 층

43 : 매트 층 45 : 자갈 층

60 : 이송장치 63 ; 살포장치

65 : 교반장치 67 : 집수조

100 : 폐수 처리조 200 : 폭기조

300 : 공기공급수단 330 ; 다공관

350 : 공기공급관 370 : 송풍기

500 : 접촉여재 700 : 여액저장조

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 다량의 유기성 고형물을 함유하는 유기성 폐수를 처리함에 있어서, 상기 유기성 폐수를 퇴비화 반응조에 채워진 다공성 유기물질 층에 살포하여 유기성 고형물과 폐수의 일부을 흡착시키고 나머지 폐수는 여과하여 하부의 폐수 처리조로 배출하는 여과단계와; 상기 다공성 유기물질 층에 흡착된 유기성 고형물을 호기성 미생물을 이용하여 퇴비화하는 퇴비화 단계와; 상기 다공성 유기물 층을 통과한 여과 폐수를 호기성 미생물을 이용하여 정화하는 폐수 처리단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때 상기 다공성 유기물질 층은 공극율과 투수계수가 크고 비 표면적이 넓어 수분 보유력이 큰 톱밥, 왕겨 및 폐곡물 등의 재질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 퇴비화 단계는 다량의 유기성 고형물을 함유하는 유기성 폐수를 상기 다공성 유기물질 층에 살포하는 살포단계와; 유기성 고형물과 폐수가 흡착된 상기 다공성 유기물 층을 교반하여 혼합하는 교반단계와; 상기 다공성 유기물질 층의 하부로 공기를 주입하는 공기주입단계를 포함하여 구성된다.

본 발명은 또한 퇴비화 단계를 통해 건조된 상기 다공성 유기물질 층에 살포단계, 교반단계 및 공기주입단계를 반복적으로 실시함으로써 최소한의 다공성 유기물질을 사용하여 많은 양의 유기성 고형물질을 퇴비화하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 폐수 처리단계는 상기 다공성 유기물질 층에 의해 여과된 폐수를 하부의 폭기조로 이송하는 이송단계와, 상기 폭기조에 저장된 폐수에 공기를 주입하는 폭기단계 및 상기 폭기조 내의 수위를 일정하게 유지시켜 폭기조의 상부에 공간이 형성되도록 제어하는 수위 제어단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 폐수처리 단계는 상기 폭기조 내에 접촉여재를 충진시켜 접촉시키는 여재 접촉단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 다량의 유기성 고형물을 포함하는 유기성 폐수의 처리장치는 일정한 크기를 갖는 반응조와, 상기 반응조의 바닥에 형성되어 공기와 여과된 여과 폐수를 상하로 유통시키는 다수의 관통공와, 상기 관통공이 형성된 반응조 바닥 위에 형성된 자갈 층과, 상기 자갈 층 위에 설치된 매트 층과, 상기 매트 층의 상부에 소정의 높이로 채워진 다공성 유기물 층을 포함하여 이루어진 퇴비화 반응조와; 상기 퇴비화 반응조에 채워진 다공성 유기물질 층을 통과하여 배출된 여과 폐수를 저장하도록 상기 퇴비화 반응조의 하부에 형성된 폭기조와, 상기 폭기조에 공기를 공급할 수 있도록 설치된 공기공급수단과, 상기 폭기조의 수위를 일정하게 유지시키기 위한 수위조절수단을 포함하여 이루어진 폐수 처리조를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명에 따른 상기 폭기조에는 접촉여재를 충진하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 다량의 유기성 고형물을 포함한 폐수의 처리 장치는 상기 퇴비화 반응조의 일측에 형성되어 유기성 폐수를 일시 저장하는 집수조와, 상기 폐수 처리조의 일측에 형성되어 잉여 폐수를 일시 저장하는 여액저장조가 더 설치된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 퇴비화 반응조의 상부에는 상기 퇴비화 반응조를 따라 수평 이동하며 유기성 폐수를 살포하는 폐수 살포장치와, 상기 다공성 유기물 층을 교반하는 교반장치가 설치되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 폐수 처리조에 설치된 공기주입수단은 폭기조 바닥에 배설된 다수의 다공관과, 상기 다수의 다공관을 연통시켜 공기를 이송하는 공기공급관과, 상기 공기공급관의 일측에 설치되어 공기를 송풍하는 송풍기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 다량의 유기성 고형물을 함유하는 폐수 처리장치의 다른 실시예는 일정한 크기를 갖는 반응조와, 상기 반응조의 저면에 설치된 공기공급수단과, 상기 반응조의 하부에 소정의 높이로 충진된 자갈 층과, 상기 자갈 층의 상부에 설치된 매트 층과, 상기 매트 층의 상부에 소정의 높이로 형성된 다공성 유기물질 층 및, 상기 자갈 층의 수위를 일정하게 유지시켜 상기 자갈 층의 상부에 공기 층을 형성 위한 수위조절수단을 포함하여 구성되어 상기 다공성 유기물질 층에서는 퇴비화가 일어나고 상기 자갈 층의 하부에서는 호기성 미생물을 이용하여 폐수를 처리하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 다량의 유기성 고형물을 포함하는 유기성 폐수의 처리장치의 일 실시예를 상세히 살펴본다.

도1은 본 발명에 따른 다량의 유기성 고형물을 포함하는 유기성 폐수를 처리하기 위한 처리장치(1)를 보여주는 개략적인 부분 절단 사시도이다. 도면에서 보는 바와 같이, 상기 유기성 폐수 처리장치(1)는 상층에 퇴비화 반응조(10)가 형성되어 있고 그 아래층에 폐수 처리조(100)가 형성되어 전체적으로 2층 구조를 이루고 있다. 그리고 상기 퇴비화 반응조(10)와 폐수 처리조(100)는 다수의 관통공(35)이 형성된 퇴비화 반응조(10)의 바닥을 통해 구획되어 있다.

먼저, 상기 퇴비화 반응조(10)는 소정의 형태와 크기를 갖는 반응실(20)과, 상기 반응실 바닥에 형성되어 하층의 폐수 처리조(100)와 연통된 다수의 관통공(35)과, 상기 반응실(20) 내에 적층되는 다수의 다공층(50)으로 구성된다. 상기 다공층(50)은 위로부터 다공성 유기물질 층(40)과 매트 층(43) 및 자갈 층(45)으로 이루어 진다. 상기 자갈 층(45)은 반응실 바닥에 형성된 관통공(35)을 통해 하부로부터 공급된 공기를 반응실(20)의 전면에 분배되도록 분산시키고 그 표면에 생물막을 형성하여 폐수를 정화하며, 상기 매트 층(43)은 그 상부에 위치하는 유기물질이 자갈 층(45)으로 유입되어 자갈 층(45)의 공극이 막히는 것을 방지한다.

그리고 상기 유기물질 층(40)은 살포된 유기성 폐수 중에 포함된 유기성 고형물과 폐수의 일부를 흡착하고 나머지 폐수는 여과하여 배출시킬 수 있도록 공극률와 투수계수가 높은 동시에 비 표면적이 높은 유기물질로 이루어진다. 예를 들어, 상기 유기물질 층(40)은 공극률이 50% 이상이고 투수계수가 1.0×10^-3cm/sec 이상이며, 비 표면적이 35㎡/g 이상인 유기물질로 이루어지고 더욱 바람직하게는 톱밥, 왕겨 및 폐곡물 등과 같이 수분 흡수능이 우수한 유기물질로 이루어진다.

한편, 상기 퇴비화 반응조(10)의 상부에는 반응조를 따라 수평 이동하는 이송장치(60)가 설치되어 있고, 상기 이송장치(60)에는 유기성 폐수를 살포하기 위한 살포장치(63)와 상기 다공성 유기물질 층(40)을 교반시키기 위한 교반장치(65)가 장착되어 있다. 따라서 상기 이송장치(60)는 상기 퇴비화 반응조(10)를 따라 좌우전후로 이송하면서 유기성 폐수를 살포하는 동시에 다공성 유기물질 층을 교반시켜 고형 유기물 및 폐수가 골고루 흡착되도록 한다. 이때 상기 살포장치(63)는 상기 퇴비화 반응조(10)의 일측에 형성된 집수조(67)에서 유기성 폐수를 펌핑하여 살포한다.

따라서 상기 다공성 유기물질 층(40)은 살포된 유기성 폐수 중에 포함된 유기성 고형물과 폐수의 일부를 흡착하고 대부분의 폐수는 여과시켜 상기 퇴비화 반응조(10)의 바닥에 형성된 다수의 관통공(35)를 통해 하층의 폐수 처리조(100)로 배수하게 된다.

이어, 상기 폐수 처리조(100)는 도1에서 보는 바와 같이, 소정의 형태와 크기를 갖는 폭기조(200)와, 상기 폭기조(200)의 하부에 설치된 공기공급장치(300)로 구성된다. 그리고 상기 폭기조(200)에는 접촉여재(500)를 충진시키는 것이 바람직하나 폐수의 종류에 따라서는 접촉여재(500)을 생략하는 것이 가능하다. 그리고 상기 공기공급장치(300)는 폭기조(200)의 바닥면에 배설된 다수의 다공관(330)과, 상기 다수의 다공관(330)을 연통시켜 공기를 이송하는 공기공급관(350)과, 상기 공기공급관(350)의 일측에 설치되어 공기를 송풍하는 송풍기(370)를 포함하여 구성된다. 한편, 상기 폭기조(200)의 일측에는 폐수의 수위를 조절하기 위한 수위조절장치(도시되지 않음)가 설치되어 있다. 그리고 상기 폐수 처리조(100)의 일측에는 잉여폐수 또는 정화된 폐수를 방출하기 위한 방출구(도시되지 않음)가 형성되어 있으며, 상기 방출구를 통해 배출된 잉여폐수는 상기 폐수 처리조(100)의 일측에 별도로 형성된 여액저장조(700)에 저장된다.

따라서, 상기 폐수 처리조(100)는 공기공급장치(350)에 의해 공급되는 산소에 의해 호기성 상태를 유지하므로 호기성 미생물의 생육이 활발하게 되어 상기 접촉여재(500)의 표면에 호기성 미생물 막이 형성된다. 그러므로 상기 폐수 처리조(100)로 유입된 여과 폐수에 포함되어 있는 유기물질은 접촉여재(500)에 부착되어 있는 호기성 미생물에 의해 분해되어 정화되게 된다. 이때 상기 공기공급장치(350)를 통해 공급된 공기의 일부는 호기성 미생물에 의해 이용되고 나머지는 퇴비화 반응조(10) 바닥에 형성된 관통공(35)를 통해 상승하여 상기 다공성 유기물질 층(40)으로 공급되게 된다.

그러면 상기 다공성 유기물질 층(40)은 호기성 상태를 유지하여 호기성 미생물의 생육이 활발하게 되고, 상기 유기물질 층(40)에 흡착되어 있는 유기성 고형물은 호기성 미생물에 의해 분해되어 안정한 무기물질로 변환된다.

한편, 상기 다공성 유기물질 층(40)에 호기성 미생물이 생육하기 위해서는 수분 및 산소가 공급되어야 할 뿐만 아니라 적절한 온도범위를 유지하여야 한다. 예를 들어, 상기 다공성 유기물질 층(40)의 내부온도가 55℃이상으로 상승되면 병원균뿐만 아니라 호기성 미생물도 사멸될 수 있으므로 상기 온도이상으로 상승되지 않도록 하여야 한다.

이와 같이, 다공성 유기물질 층(40)의 온도를 조절하기 위해서는 유기물질 층(40)으로 공급되는 공기 량을 조절하거나 유기물질 층(40)을 적절히 교반한다.즉, 상기 유기물질 층(40)으로 공급되는 공기는 미생물의 호기적 대사를 가능하게 하고 온도를 조절할 뿐만 아니라 수분과 이산화탄소 등의 가스를 제거하는 기능을 한다. 예를 들어, 초기의 온도 상승기에는 빠른 속도로 미생물이 활성화되도록 많은 양의 공기를 공급하지만 고온기에 접어들면 유기물질 층(40) 내에 설치한 온도 감지기(도시되지 않음)로부터 감지되는 온도에 따라 공기량을 적절히 조절한다.

한편 도2는 본 발명에 따른 다량의 유기성 고형물을 처리하기 위한 처리장치의 다른 실시예를 보여주는 개략적인 부분 절단 사시도이다. 도면에서 보는 바와 같이, 상기 유기성 폐수 처리장치(1)는 상층에는 다공성 유기물질 층(40)이 형성되어 있고 하층에는 자갈 층(45)이 형성되어 있으며 상기 다공성 유기물질 층(40)과 자갈 층(45) 사이에는 유기물질이 하부로 유출되는 것을 방지하기 위한 매트 층(43)이 설치되어 있다.

따라서 상기 다공성 유기물질 층(40)에 살포된 유기성 폐수 중에 포함된 유기성 고형물과 폐수의 일부는 상기 유기물질 층(40)에 흡착되고 여과된 나머지 폐수는 상기 매트 층(43)과 자갈 층(45)을 통과해 하부로 이송된다. 한편 상기 자갈 층(45)은 수위조절수단에 의해 수위를 일정하게 유지시키므로 상부에 공기 층(70)이 형성된다.

그러므로 상기 공기 층(70)을 중심으로 상부에는 다공성 유기물질 층(40)이 형성되어 퇴비화가 일어나는 퇴비화 반응조(10)가 되고, 상기 공기 층(70)의 하부에는 여과 폐수가 저장되어 하부로부터 공급되는 산소에 의해 폭기되는 폐수 처리조(100)가 된다.

즉, 상기 폐수 처리조(100)는 공기공급장치(300)에 의해 공급되는 산소에 의해 호기성 상태를 유지하므로 호기성 미생물의 생육이 활발하게 되어 자갈의 표면에 호기성 미생물 막이 형성된다. 그러므로 상기 폐수 처리조(100)로 유입된 여과 폐수에 포함되어 있는 유기물질은 자갈에 부착되어 있는 호기성 미생물에 의해 분해되어 정화되게 된다. 이때 상기 공기공급장치(300)를 통해 공급된 공기의 일부는 호기성 미생물에 의해 이용되고 나머지는 상기 공기 층(70)를 통해 퇴비화 반응조(10)로 상승하여 상기 다공성 유기물질 층(40)으로 공급되게 된다.

그러면 상기 다공성 유기물질 층(40)은 호기성 상태를 유지하여 호기성 미생물의 생육이 활발하게 되고, 상기 유기물질 층(40)에 흡착되어 있는 유기성 고형물은 호기성 미생물에 의해 분해되어 안정한 무기물질로 변환된다.

이어, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 다량의 유기성 고형물을 함유하는 유기성 폐수 처리장치의 보다 구체적인 실시예를 상세히 설명한다. 먼저, 도3은 본 발명에 따른 유기성 폐수 처리장치(1)의 횡단면도로서, 도면에서 보는 바와 같이, 상부에는 퇴비화 반응조(10)가 형성되어 있고 하부에는 폐수 처리조(100)가 형성되어 있으며, 상기 퇴비화 반응조(10)의 일측에는 집수조(67)가 상기 폐수 처리조(100)의 일측에는 여액저장조(600)가 각각 형성되어 있다. 그리고 상기 퇴비화 반응조(10)와 폐수 처리조(100)는 다수의 멘홀(33) 및 관통공(35)을 통해 연통되어 있으며, 상기 퇴비화 반응조(10)의 바닥에는 자갈 층(45)과 매트 층(43)이 형성되어 있고 상기 매트 층(43)의 상부로는 다공성 유기물질 층(40)이 형성되어 있다.

한편, 도4는 본 발명에 따른 유기성 폐수 처리장치(1)의 종단면도로서, 상기 퇴비화 반응조(10)의 상부에 설치된 이송장치(60)를 보여주고 있다. 도면에서 보는 바와 같이, 상기 이송장치(60)의 전방에는 살포장치(63)가 설치되고 그 후방에는 교반장치(65)가 설치되어 있다. 따라서 상기 이송장치(60)는 퇴비화 반응조(10)를 따라 수평 이동하면서 폐수를 살포하는 동시에 교반장치(65)를 가동하여 교반할 수도 있고, 폐수의 살포 없이 교반장치(65)만을 가동하여 다공성 유기물질 층(40)을 교반할 수 있다. 한편, 상기 폐수 처리조(100)는 퇴비화 반응조(10)를 지지하기 위한 다수의 지지벽(90)이 설치되어 있다.

그리고 도5 내지 도7은 본 발명에 따른 유기성 폐수 처리장치의 평면을 보여주는 평면도로서, 도5는 퇴비화 반응조(10), 집수조(67) 및 이송장치(60)를 보여주는 평면도이다. 이어 도6은 상기 퇴비화 반응조(10)의 바닥을 보여주는 평면도로서, 다수의 사각형 멘홀(33)과 관통공(35)이 형성되어 있으며 상기 멘홀(33)에는 자갈 등이 빠지는 것을 방지하기 위한 멘홀 그레이팅(37)이 설치되어 있다. 또한 도7은 상기 폐수 처리조(100)의 바닥을 보여주는 평단면도로서, 상기 폐수 처리조(100)는 다수의 지지벽(90)으로 구획되며 각 폭기조(200)에는 접촉여재(500)와 지지벽(90)이 교대로 설치되어 있고 상기 접촉여재(500)의 하부에는 다공관(330)이 배설되어 있다. 그리고 상기 다수의 다공관(330)의 일단에는 공기공급관(350)이 결합되어 있으며 그 일측에는 송풍기(370)가 설치되어 있다.

이어서, 본 발명에 따른 다량의 유기성 고형물을 함유하는 폐수의 처리방법을 상세히 설명한다. 도 8은 본 발명에 따른 유기성 폐수 처리공정을 보여주는 개략적인 흐름도이다. 도면에서 보는 바와 같이, 먼저 축산분뇨나 음식쓰레기와 같이 다량의 유기성 고형물을 함유하는 폐수를 탈수하지 않은 채로 수거하여 집수조에 저장한다.(ST1)

한편, 상기 퇴비화 반응조(10)에는 톱밥이나 왕겨와 같은 다공성 유기물질를 소정의 높이로 충진하여 유기물질 층(40)을 형성한다. (ST2) 이때 상기 퇴비화 반응조(10)의 바닥에는 매트 층(43), 자갈 층(45) 및 하부의 폐수 처리조(100)와 관통되는 다수의 관통공(35)이 형성되어 있다.

그 다음, 상기 집수조(67)에 저장되어 있는 유기성 폐수를 펌핑하여 상기 유기물질 층(40)의 상부에 골고루 살포한다. 이때 유기성 폐수의 살포와 함께 유기물질을 교반하여 유기성 고형물과 폐수가 유기물질에 골고루 흡착되도록 한다. (ST3) 한편, 상기 유기물질 층(40)을 교반할 때는 하부의 소정 높이 예를 들어, 약 50∼60㎝는 교반하지 않음으로써 폐수의 여과기능을 보호하고 미생물의 생육환경에 변화를 주지 않음으로써 미생물의 활성을 용이하게 한다.

이와 같이 유기성 폐수를 살포하면서 교반시키면, 상기 다공성 유기물질 층(40)은 살포된 유기성 폐수 중에 포함된 유기성 고형물과 폐수의 일부를 흡착하고 대부분의 폐수는 여과시켜 상기 퇴비화 반응조(10)의 바닥에 형성된 다수의 관통공(35)를 통해 하층의 폐수 처리조(100)로 배출하게 된다.(ST4)

한편, 상기 퇴비화 반응조(10)는 바닥에 형성된 관통공(35)를 통해 충분한 공기가 공급되면, 상기 유기물질 층(40)내에 호기성 미생물이 번성하게 되어 흡착되어 있는 유기성 고형물을 산화시켜 분해시키고 이때 발생되는 분해열로 수분을 증발시킨다. 그리고 상기 유기물질 층(40)의 내부온도가 55℃ 이상으로 상승하거나 유기물질 층(40)의 공극이 막혀 호기 상태가 파괴되는 경우에는 상기 유기물질 층(40)을 교반하여 내부온도를 낮추고 산소의 공급을 원활하게 한다.

그리고 이러한 퇴비화 과정을 통해 흡착되어 있던 유기성 고형물과 수분이 제거되면, 다시 집수조(67)에 저장된 유기성 폐수를 유기물질 층(40)에 살포하여 상술한 퇴비화 공정을 반복한다. 이때, 상기 유기물질 층(40)은 퇴비화 과정에서 발생된 반응열에 의해 건조되어 있으므로 흡착능이 복원되어 있다.(ST5)

이와 같이 본 발명에 따른 폐수 처리방법은 상기 다공성 유기물질을 수분 조절제로 사용하는 것이 아니라 여과제로 사용하는 것이므로 흡착능이 있는 한 수회 반복하여 사용할 수 있다. 따라서 다공성 유기물질로 사용되는 톱밥의 투입량을 줄일 뿐만 아니라 이를 반복하여 재활용함으로써 한 번의 투입으로 장기간 사용할 수 있게 된다.

한편, 상기 퇴비화 공정이 진행되는 동안에 상기 유기물질 층(40)에 의해 여과된 여과 폐수는 하부의 폐수 처리조(100)로 유입된다. 이때 상기 폐수 처리조(100)는 하부에 설치된 공기공급수단(300)에 의해 호기상태를 유지하고 상기 폐수 처리조(100)내에 충진된 접촉여재(500)에 의해 호기성 미생물이 활성화되어 있으므로 상기 폐수 속에 포함되어 있는 유기물질이 분해되어 정화된다.(ST6)

이때 상기 폐수 처리조(100)는 미생물 반응의 안정을 위해 수위조절수단에 의해 수위를 일정하게 유지하는 것이 바람직하다. 즉, 유기성 폐수를 살포할 때 폐수처리조(100)의 폐수량이 증가되므로 잉여 폐수를 배출시켜 여액저장조(600)에 저장하였다가 액비로 이용하거나 별도의 후처리 공정으로 펌핑하여 처리한다.

이때 상기 수위조절수단은 폭기조의 수위가 일정 높이 예를 들어, 전체 높이의 2/3이 되도록 유지함으로써 폭기조(200)의 상부에 일정한 공간이 형성되도록 한다. 이러한 공간은 폐수의 배수시 공기압을 작용하여 배수가 용이하도록 한다.

끝으로 상술한 바와 같은, 퇴비화 단계를 거쳐 유기질 비료로 전환된 유기물질은 농경지에 살포하여 작물이 이용할 수 있도록 하고 상기 폐수 처리 단계를 거친 정화된 처리수는 여액저장조(600)에 저장하였다가 액비로 이용하거나 별도의 후처리 공정으로 펌핑하여 처리하게 된다. 한편 본 발명에 따라 처리된 처리수는 종래의 고액분리시설이나 전처리설비로 처리한 폐수보다 훨씬 유기물 농도가 낮고 폐수의 량도 20∼50%로 줄어들기 때문에 후처리공정의 시설용량이 대폭 줄어들게 된다.

상술한 본 발명에 따른 다량의 유기성 고형물을 함유하는 유기성 폐수의 처리방법은 분와 뇨를 분리하지 않고 배출하는 우리나라의 축산 폐수를 효율적으로 처리할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 유기성 폐수의 처리방법은 주방에서 발생되는 음식물 쓰레기를 탈수하지 않고 물리·화학적으로 처리하여 에너지 및 화학약품의 사용을 절약함으로써 2차 환경오염을 줄일 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 또한 구하기 어렵고 단가도 비싼 수분 흡수제의 사용량을 90%이상 줄임으로써 경제적으로 유기성 폐수를 처리할 수 있는 효과가 있다.

그리고 본 발명에 따른 다량의 유기성 고형물을 함유하는 폐수 처리장치는 퇴비화 반응조의 하부에 폐수 처리조를 설치함으로 폐수 처리장의 부지를 최소화하고, 하부의 폐수 처리조에서 사용하고 남은 공기를 퇴비화 반응조에서 재사용함으로써 추가적인 공기공급장치의 설치를 생략할 수 있으며 상기 폐수 처리조에서 가온된 공기를 상기 퇴비화 반응조에 공급함으로써 온도저하에 따른 퇴비화율의 저하를 방지하는 효과가 있다.

Claims (12)

1. 다량의 유기성 고형물을 함유하는 유기성 폐수를 처리함에 있어서,

   상기 유기성 폐수를 퇴비화 반응조에 채워진 다공성 유기물질 층에 살포하여 유기성 고형물과 폐수의 일부을 흡착시키고 나머지 폐수는 여과하여 하부의 폐수 처리조로 배출하는 여과단계와;

   상기 다공성 유기물질 층에 흡착된 유기성 고형물을 호기성 미생물을 이용하여 퇴비화하는 퇴비화 단계와;

   상기 다공성 유기물 층을 통과한 여과 폐수를 호기성 미생물을 이용하여 정화하는 폐수 처리단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다량의 유기성 고형물을 함유하는 유기성 폐수의 처리 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 다공성 유기물질 층은 공극율과 투수계수가 크고 비 표면적이 넓어 수분 보유력이 큰 톱밥, 왕겨 및 폐곡물 등의 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다량의 유기성 고형물을 함유하는 유기성 폐수의 처리 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 퇴비화 단계는 다량의 유기성 고형물을 함유하는 유기성 폐수를 상기 다공성 유기물질 층에 살포하는 살포단계와; 유기성 고형물과 폐수가 흡착된 상기 다공성 유기물 층을 교반하여 혼합하는 교반단계와; 상기 다공성 유기물질 층의 하부로 공기를 주입하는 공기주입단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다량의 유기성 고형물을 함유하는 유기성 폐수의 처리 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 퇴비화 단계를 통해 건조된 상기 다공성 유기물질 층에 살포단계, 교반단계 및 공기주입단계를 반복적으로 실시함으로써 최소한의 다공성 유기물질을 사용하여 많은 양의 유기성 고형물질을 퇴비화하는 것을 특징으로 하는 다량의 유기성 고형물을 함유하는 유기성 폐수의 처리 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 폐수 처리단계는 상기 다공성 유기물질 층에 의해 여과된 폐수를 하부의 폭기조로 이송하는 이송단계와, 상기 폭기조에 저장된 폐수에 공기를 주입하는 폭기단계 및 상기 폭기조 내의 수위를 일정하게 유지시켜 폭기조의 상부에 공간이 형성되도록 제어하는 수위제어단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다량의 유기성 고형물을 함유하는 유기성 폐수의 처리 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 폐수 처리단계는 상기 폭기조 내에 충진된 접촉여재에 폐수를 접촉시키는 여재 접촉단계를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다량의 유기성 고형물을 함유하는 유기성 폐수의 처리 방법.
7. 다량의 유기성 고형물을 함유하는 폐수를 처리하기 처리장치에 있어서,

   일정한 크기를 갖는 반응조와, 상기 반응조의 바닥에 형성되어 공기와 여과된 여과 폐수를 상하로 유통시키는 다수의 관통공와, 상기 관통공이 형성된 반응조 바닥 위에 형성된 자갈 층과, 상기 자갈 층 위에 설치된 매트 층과, 상기 매트 층의 상부에 소정의 높이로 채워진 다공성 유기물 층을 포함하여 이루어진 퇴비화 반응조와;

   상기 퇴비화 반응조에 채워진 다공성 유기물질 층을 통과하여 배출된 여과 폐수를 저장하도록 상기 퇴비화 반응조의 하부에 형성된 폭기조와, 상기 폭기조의 하부에 공기를 공급할 수 있도록 설치된 공기공급수단과, 상기 폭기조의 수위를 일정하게 유지시키기 위한 수위조절수단을 포함하여 이루어진 폐수 처리조를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다량의 유기성 고형물을 함유하는 유기성 폐수의 처리 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 폭기조에 접촉여재를 충진시킨 것을 특징으로 하는 다량의 유기성 고형물을 함유하는 유기성 폐수의 처리 장치.
9. 제7항에 있어서, 상기 퇴비화 반응조의 일측에 형성되어 유기성 폐수를 일시 저장하는 집수조와, 상기 폐수 처리조의 일측에 형성되어 잉여 폐수를 일시 저장하는 여액저장조가 더 설치된 것을 특징으로 하는 다량의 유기성 고형물을 함유하는 유기성 폐수의 처리 장치.
10. 제7항에 있어서, 상기 퇴비화 반응조의 상부에는 상기 퇴비화 반응조를 따라 수평 이동하며 유기성 폐수를 살포하는 폐수 살포장치와, 상기 다공성 유기물 층을 교반하는 교반장치가 설치되는 것을 특징으로 하는 다량의 유기성 고형물을 함유하는 유기성 폐수의 처리 장치.
11. 제7항에 있어서, 상기 폐수 처리조에 설치된 공기주입수단은 폭기조 바닥에 배설된 다수의 다공관과, 상기 다수의 다공관을 연통시켜 공기를 이송하는 공기공급관과, 상기 공기공급관의 일측에 설치되어 공기를 송풍하는 송풍기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다량의 유기성 고형물을 함유하는 유기성 폐수의 처리 장치.
12. 다량의 유기성 고형물을 함유하는 유기성 폐수의 처리장치에 있어서,

    일정한 크기를 갖는 반응조와,

    상기 반응조의 저면에 설치된 공기공급수단과,

    상기 반응조의 하부에 소정의 높이로 충진된 자갈 층과,

    상기 자갈 층의 상부에 설치된 매트 층과,

    상기 매트 층의 상부에 소정의 높이로 형성된 다공성 유기물질 층 및,

    상기 자갈 층의 수위를 일정하게 유지시켜 상기 자갈 층의 상부에 공기 층을 형성 위한 수위조절수단을 포함하여 구성되어 상기 다공성 유기물질 층에서는 퇴비화가 일어나고 상기 자갈 층의 하부에서는 호기성 미생물을 이용하여 폐수를 처리하는 것을 특징으로 하는 다량의 유기성 고형물을 함유하는 유기성 폐수의 처리 장치.