KR20010040459A - 고농도 유기물과 질소, 인등(축산폐수등)이 함유된 폐수를 처리하기 위해 담체와 여과막을 내장한 다단 에스비알 폐수처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명품은 축산폐수와 같이 유기물에 비해 질소와 인등의 함유량이 많아 적정 처리에 어려움이 많은 폐수를 처리하기 위한 장치이다.

우리 나라의 축산폐수의 질은 BOD 20,000 ppm, SS 20,000 ppm, T-N 6,000 ppm, T-P 1,OOO ppm 정도로서 BOD에 비해 상대적으로 T-N 및 T-P가 높아서 기존의 활성오니법으로는 적절한 처리가 어렵다.

본 발명품은 이러한 폐수를 질소와 인의 처리에 효과가 큰 SBR공법을 응용하여 이러한 폐수를 적절히 처리하는 장치이다. 즉 SBR 반응조를 2단으로 또는 다단으로 설치를 하고, 그 후단에 활성탄 흡착탑을 설치한 장치로서 2번째 설치되는 2차 반응조는 1차 반응조보다 낮게 설치를 하여 UP-FLOW에 의한 자연 유하식으로 처리가 되도록 하였다. 일정한 과정을 거친 후 최종단계에서 침전을 시키면 활성오니와 처리수는 분리가 된다. 이렇게 분리된 상태에서 원수를 공급하는데 원수는 정유량 바닥공급기에 의해 조 하부로 공급이 되고 1차 처리된 처리수는 상향류식(UP FLOW)에 의해 상부로 월류를 하게되어 2차 SBR 반응조로 이송이 된다. 2차 SBR 반응조에는 1차 반응조에 비해 저농도의 오염물질이 함유된 폐수로서 1차 처리된 처리수와 혼합이 되더라도 충격부하가 없이 혼합이 되며 1차 반응조와 같은 원리로 처리가 된다. 이렇게 처리된 처리수는 색도를 가지고 있어 후단에 염소산화에 의해 색도가 제거되고 최종적으로 활성탄 흡착탑에 의해 처리가 된다.

본 발명으로 그 동안 처리에 어려움이 많았던 축산폐수의 원만한 처리를 기대 할 수 있다.

Description

고농도 유기물과 질소, 인등(축산폐수등)이 함유된 폐수를 처리하기 위해 담체와 여과막을 내장한 다단 에스비알 폐수처리 장치.{The multiple S.B.R SYSTEM involving media and membrane to treat the waste water which contains high concentration organic material, nitrogen and phosphorus.}

1. 발명의 목적

우리 나라의 축산폐수의 질은 BOD 20,00Oppm, SS 20,O0Oppm, T-N 6,O0Oppm, T-P 1,OOO ppm 정도로서 BOD에 비해 상대적으로 T-N 및 T-P가 높아서 기존의 활성오니법으로는 적절한 처리가 어렵고, 소화조를 이용한 혐기성 처리방법에서도 소화후에 여전히 T-N이 높게 되어 처리수의 COD값이 높고 T-N 및 T-P의 농도가 높아 하천이나 호소를 오염시키는 주 오염원으로 지목을 받고 있는 실정이다. 그 동안 축산정책의 장려로 축산농가가 대형화하게 되었고, 그로 인해 발생되는 폐수의 량이 대량화되어 이에 대한 적정처리 기술의 개발이 절실한 시점이다.

한편, SBR(Sequence Batch Reactor:순차반복회분식)활성스러지법은 단일반응조에서 포기, 혐기, 무산소, 침전 등을 순차적으로 행하면서 오·폐수를 처리하는데, 관여하는 미생물을 적절히 순화 시켜 오염물질인 유기물은 물론 하천과 호소의 영양염류로 지적되고 있는 질소 와 인을 제거하는데 탁월한 효과를 나타내고 있어 미국, 일본, 독일 등 소위 환경 선진국에서는 오수처리장치에 널리 사용되고 있는 공법이다. 또한 당사에서 발명 실용중인 정유량(整流量)공급 및 바닥교반기는 생폐수를 반응조 바닥(低部)에 정유량으로 투입이 가능하고 반응조 바닥으로 부터 교반을 할 수 있으므로 탈질 효과가 높게 나타나고 있다. 아울러 당사에서 발명 실용중인, 충격파로 미세공기를 형성시킨 후 미세공기를 강력한 회오리로 전환시키는 산기기구는 비교적 고농도의 폐수에도 막힘이 없이 포기가 가능한 특징이 있다.

본 발명은 상기의 SBR공법에 생폐수를 정유량으로 바닥으로 공급을 할 수 있고, 바닥 교반이 가능한 정유량 바닥 교반기 및 산기기구를 조합 응용하여 비교적 질소 및 유기물의 오염물질의 함량이 높은 고농도 폐수를 처리하는데 유용한 장치를 개발하여 유기물 및 질소 인의 농도가 높은 폐수 및 축산폐수를 적정처리 할 수 있는 장치를 발명함에 있다.

2.기술분야; 환경

3.그 분야의 종래의 기술

3-1 처리공법

현재까지 실용화된 축산폐수의 처리공법으로

대형의 경우 ;

전처리-1차처리-2차처리-3차처리-방류의 과정으로 전처리는 스크린 및 파쇄기에 의해 협잡물의 제거 내지는 침사류를 제거한다. 1차 처리로서는 혐기성소화, 호기성소화, 습식산화법이 주종을 이루고 있다. 이 과정에서는 비교적 고농도의 유기물을 제거시키게 된다. 2차 처리과정에서는 1차 처리과정을 거쳐 비교적 저농도의 폐수를 활성스러지법, 살수여상법, 회전원판법 등에 의해 유기물의 농도를 더욱 낮게 만든다. 다음으로 마지막 공정으로 활성탄여과 또는 토양트랜치 등에 의해 더낮은 농도의 처리수를 만든다.

소형의 경우 ;

전처리-활성스러지법-여과-방류

전처리-임호프식 혐기처리-방류

액비화(액체상태로 저장)하여 산림 또는 초지에 살포

2-2 기존기술의 상세

① 전처리를 거친 후 혐기성 소화

고농도의 유기물 및 고형물 등을 안정화하기 위해 생물학적으로 혐기성균의 작용에 의해 유기물을 가수분해하여 초산 프로피온산 등의 휘발성 지방산을 발생시키고 최종적으로 메탄, 이산화탄소, 암모니아, 유화수소로 가스화 하는 공법으로 소화의 적정온도를 유지하기 위해 가온이 필요하고 산화속도가 호기성에 비해 늦어 체류시간이 길게되어 소화조의 용량이 크게된다.

② 전처리를 거친 후 호기성 소화

혐기성소화와 마찬가지로 유기물 및 고형물 등을 안정화하기 위해 생물학적으로 호기성균의 작용에 의해 F/M비를 낮게 유지하고 기질이 고갈된 상태에서 포기를 계속함으로서 세포물질의 내호흡과 자기분해를 끝까지 수행시키는 방법으로 활성오니법중 장기포기법의 별도 연장이라 할 수 있다. 이 방법은 낮은 시설 투자비와 운전이 쉽고 상징수의 낮은 BOD 농도와 냄새가 발생하지 않으나, 단점으로는 포기에 소요되는 에너지 비용이 크다. 이 방법은 일반 활성스러지법에서의 잉여스러지등의 처리에는 유용하나 축산폐수등 고농도의 질소분이 함유된 폐수에는 적절치않다.

③ 전처리를 거친 후 습식산화

이 방법은 고 농도의 축산폐수를 액상에서 그리고 용존산소가 있는 상태에서 고열반응을 시킴으로서 휘발성성분을 산화시키는 방법으로 온도를 높이기 위해 고압(70-100kg/㎠)이 필요하며 산소의 수요를 위해 공기가 공급된다. 이 방법은 산화도에 따라 효율이 달라지며 COD제거율은 일반적으로 50-70%이다. 이 방법은 완전한 멸균과 위생화 좁은 부지 등의 장점이 있으나, 높은 시설비와 내구년수가 짧고 운전이 어려우며 운전비가 많이 소요되는 반면 질소분이 많은 축산폐수에는 적절치 않은 것으로 알려져 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 비교적 유기물의 농도가 높으면서 질소 오염물질 및 인 오염물질이 높은 폐수를 생물학적으로 미생물을 이용하여 질소와 인은 물론 유기물을 제거시킬 수 있는 공법의 개발에 있다.

공정도 : 실험장치의 개략도

도1 참조

주모식도 : 도면의 주요부분에 설명

1-1차 SBR 본체

2-1차 정량주입기 및 바닥교반기

3-담체

4-굴 패각

5-여과막

6-포기부로워

7-산기구

8-월류판

9-월류관

10-2차SBR본체

11-2차 반응조 정량주입기 및 바닥교반기

12-2차 반응조 담체

13-2차 반응조 굴 패각

14-2차 반응조 여과막

15-2차 반응조 포기부로워,

16-2차 반응조 산기구

17-2차 반응조 월류판

18-2차 반응조 월류관

19-활성탄 여과 흡착탑

20-잉여오니인출 및 샘플채취구

21-염소산화조

본 발명품은 제2도의 주단면도와 같이 1차 SBR반응조, 2차 SBR반응조, 활성탄 흡착탑으로 구성되어 있으며 1,2차 SBR반응조에는 SBR본체, 정량주입기 및 바닥교반기, 담체, 굴 패각, 여과막, 포기부로워, 산기구, 월류판, 월류관, 잉여오니인출 및 샘플채취구로 구성되어 있으며 폐수의 질에 따라 HRT가 길어지는 경우 3단 또는 그 이상의 SBR 반응조가 직렬로 연결이 된다.

1. 폐수의 흐름

스크린 유량조 1차 반응조 2차 반응조 염소산화조

활성탄 여과흡착탑 방류

2. 폐수의 처리 과정

①원수② 스크린③ 유량조④ 원수펌프⑤ 정유량투입기(투입)⑥ 바닥교반기(혼합)⑦ 포기(호기성 상태유지)⑧ 포기중지(혐기성 상태로 됨)⑨ 교반(무산소 상태)⑩ ⑦⑧⑨의 과정 수회 반복⑪ 포기⑫ 침전⑬ 원수펌프가동⑭ 상징수는 상부월류판과 월류관에 의해 2차 SBR조로 이송⑮ 1차 반응조의 과정과 동일한 과정이 반복됨(16) 의 원수펌프 가동에 의해 2차 반응조의 상징수는 UP-FLOW에 의해 월류판과 월류관에 유도(17) 염소산화조(18) 활성탄 여과흡착탑(19) 방류

3. 본 발명품의 구성 장치 및 작용

각 구성 장치 및 작용은 다음과 같다.

1-1차SBR본체: 폐수를 저장 처리하는 본체로서 SBR의 고유의 과정인 유입(Fill), 반응(React), 침전(Settle), 방류(Draw) 및 대기(Idle)의 5가지 공정이 이루어지도록 정해진 순서에 의해 반응시키는 용기로서 최초 조의 내부에 6/7-9/10정도의 비교적 활성이 잘된 저농도(BOD 1,O0Oppm미만)의 폐수를 저장하고 있으며 이중 20%정도는 활성오니로 저장되게 된다 조의 크기는 통상 처리 계획량의 7-10배 정도로 되어있다. 나머지 1/7 ∼ 1/10은 원폐수로 채워지게 된다.

2-1차 원폐수 정량주입기 및 바닥교반기: 원 폐수를 반응조에 투입하기 위한 유도(誘導) 역활를 하며 주입기의 특이한 구조에 의해 원폐수가 조의 하부(바닥)로 유도되며 각 방향으로 정유량(整流量)이 주입되게되어 있어 원폐수가 기존의 활성오니와 신속히 혼합 할 수 있으며 이 효과로 탈인이 이루어진다. 또한 바닥교반기는 포기 후 및 혼합 후 조내를 무산소 상태로 유지시키면서 탈질화를 촉진시킨다.

3-담체: 조내 미생물의 서식을 촉진시키기 위해 담체를 설치한다. 담체로서는 일반적으로 많이 사용되고 있는 발포스티렌을 사용한다. 이 효과로 미생물의 서식공간이 많아 지므로서 수중의 오염물을 제거하는데 촉진제 역활을 한다.

4-굴 패각: 조의 바닥부분에 굴 패각(껍질)이 포설되어 있다. 굴 패각은 비중은 1.28정도이며 껍질에 요철이 많아서 비표면적이 크고 약 55%이상이 칼슘으로 형성되어 있으며 기타는 나트륨, 규소, 마그네슘 등으로 구성되어 있어 미생물의 활성에 유리하게 작용을 하게 된다. 특히 간석지 등에서의 오염물의 정화에 많은 기여를 하는 것으로 나타나 있다.

5-여과막: 본 공법은 UP-FLOW 방식으로 1차 처리수를 다음 공정으로 보내기 전에 보다 청정한 처리수를 보내기 위해 여과막을 설치한다. 여과막은 부직포를 이용하여 과정 중 막힘이나 압력이 걸리지 않도록 되어있다.

6-포기부로워: 미생물의 생육에 필요한 공기를 공급하기 위한 장치이다.

7-산기구: 포기부로워로부터 공급된 공기를 수중에 공급을 하기 위한 장치이다.

8-월류판: 일정한 과정을 거친 후 최종 침전 과정을 거치게 되면 원수를 공급하는데 이때 원수를 공급시 처리된 처리수는 상향류식(UP FLOW)에 의해 상부로 월류를 하게되는데 이때 상부에 생성된 이물질 등을 걸러주기 위한 판으로 V노치식으로 형성되어 있다.

9-월류관: 월류판을 거친 처리수는 월류판에 집적하게 되고 집적된 월류수를 다음 공정인 2차 SBR처리 장치로 유인하기 위한 유도관이다.

10-2차SBR본체: 1차SBR로부터 처리된 1차 처리수를 저장 처리하는 본체로서 1차SBR과 마찬가지로 SBR의 고유의 과정인 유입(Fill), 반응(React), 침전(Settle), 방류(Draw) 및 대기 (Idle)의 5가지 공정이 이루어지도록 정해진 순서에 의해 반응시키는 용기로서 최초에 조의 내부에 5/7-4/5정도의 비교적 활성이 잘된 저농도(BOD 60ppm미만)의 폐수를 저장하고 있으며 이중 20%정도는 활성오니로 저장되게 된다. 조의 크기는 통상 처리 계획량의 5-10배 정도로 되어 있다. 1차 SBR조와 마찬가지로 조의 용량의 2/7 ∼ 1/5이 1차로부터 처리된 처리수로 채워진다.

11-2차 원폐수 정량주입기 및 바닥교반기:1차 반응조로부터 처리된 처리수를 2차 반응조에 투입하기 위한 유도(誘導) 역활를 하며 주입기 특이한 구조에 의해 폐수가 조의 하부(바닥)로 유도되며 각 방향으로 정유량(整流量)이 주입되게 되어 있어 폐수가 기존의 활성오니와 신속히 혼합 할 수 있으며 이 효과로 탈인이 이루어진다. 또한 바닥 교반기는 포기 후 및 혼합 후 조내를 무산소 상태로 유지시키면서 탈질화를 촉진시킨다.

12-담체: 1차 반응조와 마찬가지로 조내 미생물의 서식을 촉진시키기 위해 담체를 설치한다. 담체로서는 일반적으로 많이 사용되고 있는 발포스티렌을 사용한다. 이 효과로 미생물의 서식공간이 많아지므로 수중의 오염물을 제거하는데 촉진제 역활을 한다.

13-굴 패각:1차 반응조와 마찬가지로 조의 바닥부분에 굴 패각(껍질) 포설되어 있어 미생물의 서식공간의 확충은 물론 수중의 오염물질을 제거하는데 촉진제 역활을 한다.

14-여과막: 1차 반응조와 마찬가지로 본 공법이 UP-FLOW 방식으로 되어 있어 처리된 처리수를 다음 공정인 활성탄 휠타로 이송하기 전에 보다 청정한 처리수를 보내기 위해 여과막을 설치한다. 여과막은 부직포를 이용하여 과정 중 막힘이나 압력이 걸리지 않도록 되어 있다.

15-포기부로워: 미생물의 생육에 필요한 공기를 공급하기 위한 장치이다.

16-산기구: 포기부로워로부터 공급된 공기를 수중에 공급을 하기 위한 장치이다.

17-월류판: 일정한 과정을 거친 후 최종 침전 과정을 거치면 하부에는 활성오니로 상부는 처리된 상징수로 구분이 된다.상징수는 1차 반응조로부터 처리수가 공급되면 상징수는 비중에 의해 상향류식(UP FLOW)에 의해 상부로 월류를 하게되는데 이때 상부에 생성된 이물질 등을 걸러주기 위한 판으로 V 노치식으로 형성되어 있다.

18-월류관: 월류판을 거친 처리수는 월류판에 집적하게 되고 집적된 월류수를 다음 공정인 염소산화조로 유인하기 위한 관이다.

19-활성탄 여과 흡착탑: 염소산화조를 거친폐수는 잔류염소로 인해 냄새를 갖게되는데 이러한 냄새를 제거하기 위해 활성탄흡착탑을 사용한다.

20-잉여오니인출 및 샘플채취구: 본인이 실험에 의하면 잉여 오니의 발생량은 없으나 샘플채취등을 대비하여 예비로 설치를 했다.

21-염소산화조: 2차 SBR공정을 거친 축산폐수는 약간의 담갈색을 띄게 되는데 이러한 색깔을 제거하기 위해 염소산화조을 사용한다.

4. 실시예

본 발명품의 효과에 대한 검증을 하기 위하여 당사에서는 랩규모의 파이롯 실험을 한 결과는 다음과 같다. 시료는 경기도 포천군 길명리 소재 돼지 사육을 하는 농장으로부터 약120리터의 돈뇨를 구해와 당사의 실험실에서 실험을 하였다. 실험기간은 1999.7.10-1999.7.31으로서 실험장치는 1도 와 같이 30리터 SBR조를 1차 반응조로 하고 10리터 SBR조를 2차 반응조로 하여 실험을 하였다.

실험은 본 발명품의 구성및 작용에서 밝혔듯이 1,2차 반응조에 인근 하수처리장으로부터 구해온 포기조의 처리과정수를 9/10정도 미리 채운 후 1차 반응조에 약1/10정도의 생분뇨를 투입하여 24시간 경과후 2차 처리조로 상향 흐름식으로 이송하여 반응을 시킨 후 그곳으로부터 발생한 처리 과정수를 염소산화조에 의해 산화시킨후 최종으로 활성탄 여과 흡착탑으로 흡착하여 처리수를 얻었다.

표 1에서와 같이 투입 3일차 까지는 1차 반응조로부터의 BOD가 950 ppm 에서 990 ppm 정도로서 냄새도 거의 없고 색상도 연한 갈색이었으며 최종 처리수 역시 50 ppm 미만이었으나 4일차 이후로는 1차 처리수로부터의 BOD 값이 100O ppm에서 1,100 ppm 사이에서 안정이 되고 처리수 역시 8 ppm 에서 15 ppm사이로 비교적 안정된 수질을 얻을 수 있었다. 색상은 원수의 색상은 연한 갈색을 띄고 있었으나, 1차 반응조로부터의 색상은 진한 갈색으로 고정되어 있었으며 최종 처리수는 투명했다. 냄새의 경우 원수는 역한 냄새로 참을 수 없을 정도이었으나 1차 반응조로부터는 약간의 냄새가 있었으며 최종처리수의 경우 구수한 보리차 냄새가 났다. 결과적으로 축산 폐수와 같이 고농도의 폐수를 처리 하기위 하여는 적절한 량으로 분배하여 적절하게 순화된 활성오니를 이용 적절히 희석시키는 것이 중요하다.

본 발명으로 그 동안 비교적 질이 악성인 축산폐수( BOD 20,70O ppm, SS 25,O0O ppm, T-N 4,50O ppm, T-P 750 ppm정도)를 많은 동력이 없이 자동으로 처리를 하여 BOD 30 ppm 이하로 처리를 할 수 있어, 축산농가로부터 배출되는 폐수로 인한 하천의 오염도를 줄일 수 있으며 특히 호소의 부영양화 원인물질인 질소와 인을 대폭 감소 시킬 수 있어 호소의 환경개선에 일익을 담당 할 것으로 기대한다.

Claims (3)

1. 축산폐수와 같이 고농도의 폐수를 처리하기 위해 SBR시스템을 2단 또는 다단으로 설치하고 희석하여 처리하는 장치.
2. 축산폐수와 같은 고농도의 폐수를 처리하기 위하여 원수를 바닥으로 정유량으로 투입하고 UP FL0W에 의해 자연유하가 되도록하고, 질소와 인의 제거를 극대화하기 위해 바닥면에서 교반을 하는 장치.
3. 유기물의 서식 공간을 확충(촉진)하기 위해 굴껍질(패각)을 담체로 하고 최종처리수의 색상을 처리하기위해 염소 또는 오존에의해 산화처리하는 장치.