KR20010096659A - 하폐수 처리장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 하폐수 처리장치는 전처리시설, 유량조정조, 반응조, 활성제 공급유니트, 반송펌프, 방류조를 구비한다. 이 하폐수 처리장치에서 반응조는 폭기장치가 설치되어 바실러스속 세균이 배양되는 하나의 조로 이루어지고, 유량조정조로부터 공급되는 유출수를 수용하여 용존산소의 농도를 조절하므로써 유기물, 질소 및 인 등을 제거하고 슬러지와 처리수가 분리되도록 하는 공정을 진행한다. 본 발명에 의한 하폐수 처리방법은 반응조에 바실러스속 세균을 배양하는 단계와, 전처리시설를 통하여 처리하고자 하는 하폐수에 포함된 협잡물, 미립자, 비 부식성 무기물질을 제거하여 유출수를 형성하는 단계와, 전처리시설의 유출수를 유량조정조에서 일정량으로 조절하여 바실러스속 세균이 배양된 반응조로 유입시키면서, 반응조내에 공급되는 공기량이 점차 감소되는 점감폭기공정이 진행되도록 하여 유출수가 처리되면서 슬러지와 처리수가 분리되도록 하는 단계와, 반응조에 바실러스속 세균의 해체와 발아를 촉진시키기 위한 미생물 활성제를 녹여서 공급하는 단계와, 반응조의 슬러지를 유량조정조로 일정량 반송시키는 단계 및 반응조내의 처리수를 방류조로 유출시키고 방류조의 상등수를 외부로 방류하는 단계로 이루어진다.

Description

하폐수 처리장치 및 방법{SYSTEM FOR TREATING SEWAGE AND WASTEWATER}
본 발명은 하폐수 처리장치 및 방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는SBR(Sequencing Batch Reactor)과 같이 단일의 반응조을 사용하여 유기물과 질소(N) 및 인(P)을 포함하는 하수, 오수, 축산폐수, 분뇨 등을 고도처리하기 위한 하폐수 처리장치 및 방법에 관한 것이다.
국내의 하폐수처리장의 대부분은 합성슬러지법을 기초로 한 2차 처리시설로 유기물을 주로 제거하고 있으며 질소, 인 등의 영양염류는 처리효율이 매우 낮아 미처리된 상태로 방류되어 상수원의 절반이상이 이미 부영양화 상태이거나 부영화 상태로 진행되고 있어 수자원의 보호 및 확보의 차원에서 커다란 문제점으로 대두되고 있다. 이에 정부는 1996년부터 총질소와 총인의 방류수 기준을 명시하고 규제하고 있으며, 장래에 총질소와 총인의 방류수 기준은 한층 강화될 것이므로 3차 고도처리에 대한 필요성이 대두되고 있다. 우리나라 하수의 경우에는 하수관거의 보급률이 낮고 하수배제방식이 합류식 관거로 되어 있어 유입하수의 유기물 농도가 매우 낮아 외국에서 개발된 생물학적 질소ㆍ인 제거공법인 A2/O, Bardepo, SBR 등의 기술을 적용하여도 안정적인 영양염류의 제거가 매우 어려운 실정이다. 또한, 이들의 질소제거에 대한 기술의 원리는 질소를 질산화시킨 후 무산소상태에서 탈질을 수행함으로 질소를 질산화시키는데 소요되는 동력비와 별도의 탄소원을 공급해야 함으로 유지관리비가 많이 드는 단점이 있다. 또한 최근에 개발된 공법들은 대부분이 활성슬러지 공법을 응용한 것으로, 주로 유기물과 동시에 질소와 인을 제거할 수 있는 탈질ㆍ탈인 공법이지만, 이러한 공법들은 기존의 활성슬러지법의 문제점으로 대두되어 온 질소와 인의 제거효율이 낮고 슬러지 발생량이 많으며 슬러지의 탈수성이 좋지 않는 것 등의 문제점을 내포하고 있고, 특히 활성슬러지를 이용한 축산폐수나 분뇨처리시 처리장에서 발생하는 악취문제는 처리장 운영상 가장 어려운 문제로 대두되고 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 SBR공법과 같이 단일 반응조를 사용하고 유지관리비가 적게 들면서도 유기물질 제거는 물론 질소 및 인의 제거가 뛰어난 새로운 형태의 하폐수 처리장치 및 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하폐수 처리장치 및 방법를 설명하기 위한 블록 다이어그램이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 하폐수 처리장치 20 : 전처리시설
30 : 유량조정조 40 : 반응조
44 : 반송펌프 50 : 활성제 공급유니트
60 : 방류조 70 : 슬러지저류조
72, 90 : 펌프 80 : 탈수유니트
92 : 제 1 타이머 94 : 리미트 스위치
96 : 게이트 98 : 모터
100 : 제 2 타이머 110 : 송풍기
120 : 제어부 130 : 화상시스템
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명의 하폐수 처리장치는 전처리시설, 유량조정조, 반응조, 활성제 공급유니트, 반송펌프, 방류조를 구비한다. 전처리시설은 처리하고자 하는 하폐수에 포함된 협잡물, 미립자, 비 부식성 무기물질을 제거한다. 유량조정조는 폭기장치가 설치되고, 상기 전처리시설의 유출수를 수용한다. 반응조는 폭기장치가 설치되어 바실러스속 세균이 배양되는 하나의 조로 이루어지고, 상기 유량조정조로부터 공급되는 유출수를 수용하여 용존산소의 농도를 조절하므로써 유기물, 질소 및 인 등을 제거하고 슬러지와 처리수가 분리되도록 하는 공정을 진행한다. 활성제 공급유니트는 바실러스속 세균의 해체와 발아를 촉진시키기 위한 미생물 활성제를 녹여서 상기 반응조에 공급한다. 반송펌프는 상기 반응조의 슬러지를 상기 유량조정조로 반송시키킨다. 방류조는 상기 반응조로부터 이송된 처리수를 수용하고 상등수가 방류되도록 한다.
이와 같은 본 발명의 하폐수 처리장치 그 바람직한 실시예에서 상기 반응조의 잉여슬러지를 인발하는 슬러지저류조 및; 상기 슬러지저류조로부터 유입되는 슬러지를 탈수하여 슬러지케익으로 배출하고, 탈수시 발생되는 여액을 상기 유량조정조로 이송시키기 위한 탈수유니트를 더 구비할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 하폐수 처리장치는 그 바람직한 실시예에서 상기 유량조정조로부터 상기 반응조로 유출수를 공급하기 위한 펌프의 동작시간을 카운터하는 제 1 타이머와; 상기 반응조의 수위를 검출하는 리미트 스위치와; 상기 반응조의 처리수가 외부로 방출되도록 게이트를 열기 위한 모터의 동작시간을 카운터하는 제 2 타이머 및; 상기 제 1 타이머, 리미트 스위치, 제 2 타이머의 각 값을 입력받아서 상기 반응조의 폭기장치, 펌프, 모터를 제어하여 기 입력된 상기 반응조의 용존산소의 농도와 반응시간을 제어하기 위한 제어부를 구비할 수 있다. 또, 상기 반응조내의 미생물을 지속적으로 관측하기 위한 화상시스템을 포함하되, 상기 화상시스템은 바실러스속 세균과 이 이외의 원생동물 및 슬러지의 플록을 관측하기 위한 위상차 현미경과; 상기 위상차 현미경에 의해 관측된 미생물을 촬영하기 위한 카메라와; 상기 카메라에 의하여 촬영된 미생물의 상태를 기록하기 위한 비디오세트와; 상기 비디오세트에 의하여 재생되는 미생물에 관한 정보를 제공해 주는 모니터 및; 상기 모니터상에 디스플레이 되는 미생물에 대한 정보를 인쇄하기 위한 프린터를 구비할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 본 발명에 의한 하폐수 처리방법은 단일의 반응조을 사용하여 유기물, 질소 및 인을 포함하는하수, 오수, 축산폐수, 분뇨 등을 고도처리할 수 있도록 한다. 이 하폐수 처리방법은 상기 반응조에 바실러스속 세균을 배양하는 단계와; 전처리시설를 통하여 처리하고자 하는 하폐수에 포함된 협잡물, 미립자, 비 부식성 무기물질을 제거하여 유출수를 형성하는 단계와; 상기 전처리시설의 유출수를 유량조정조에서 일정량으로 조절하여 상기 바실러스속 세균이 배양된 반응조로 유입시키면서, 상기 반응조내에 공급되는 공기량이 점차 감소되는 점감폭기공정이 진행되도록 하여 유출수가 처리되면서 슬러지와 처리수가 분리되도록 하는 단계와; 상기 반응조에 바실러스속 세균의 해체와 발아를 촉진시키기 위한 미생물 활성제를 녹여서 공급하는 단계와; 상기 반응조의 슬러지를 상기 유량조정조로 일정량 반송시키는 단계 및; 상기 반응조내의 처리수를 방류조로 유출시키고 방류조의 상등수를 외부로 방류하는 단계로 이루어진다.
이와 같은 본 발명은 그 바람직한 실시예에서 상기 반응조내의 점감폭기공정은 전체공기량의 60~80%가 되도록 집중포기하는 호기단계와; 상기 호기단계 다음에 전체공기량의 30~40%가 되도록 포기하는 미호기단계 및; 상기 미호기단계 다음에 공기를 전혀 공급하지 않는 무산소단계로 이루어질 수 있다.
이와 같은 본 발명의 하폐수 처리방법은 그 바람직한 실시예에서 상기 호기단계, 미호기단계 및 무산소단계에서의 각 용존산소의 농도는 0.7~1.5㎎/ℓ, 0.3~0.5㎎/ℓ, 0㎎/ℓ일 수 있다. 또, 상기 미생물 활성제는 규소화합물(SiO2)와 마그네슘화합물(MgSO4ㆍ7H2O), 칼슘화합물(CaO), 망간화합물, 철화합물, 기타 미량의 무기화합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료일 수 있다. 또, 상기 반응조의 슬러지를 상기 유량조정조로 반송시키는 단계는 처리유량에 대하여 1~3%의 슬러지를 반송할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 하폐수 처리장치 및 방법에 의하면 질산화 과정을 거치지 않고 단일 반응조에서 하폐수의 질소를 제거할 수 있고, 슬러지 발생량의 감소와 처리과정 중에 발생하는 악취물질을 제거할 수 있으며, 화상시스템으로 반응조내의 미생물을 관측하여 최적의 상태로 운영할 수 있다. 또한, 타이머와 리미트 스위치를 구비하는 자동제어시스템에 의해 공정을 간편화시켰다. 본 발명의 특징은 단일의 반응조에 바실러스속 세균을 배양해서 하폐수를 처리한다. 그리고 종래 SBR공법은 혼합유입 →호기상태(폭기) →무산소상태의 혼합유입 →침전 →처리수 방류 및 슬러지 인발의 순서로 진행되는데 비하여, 본 발명은 하폐수의 유입 →용존산소의 농도를 높게 유지하는 호기단계 →용존산소의 농도를 호기단계보다는 낮게 유지하는 미호기단계 →무산소의 상태에서 슬러지와 처리수를 분리하는 단계 →처리수의 방류 및 슬러지를 인발하는 순서로 진행되도록 하는 점감폭기방식을 사용한다. 이와 같은 방법에 의해서 반응조내의 바실러스속 세균은 우점화되어 하수 및 오수, 축산폐수 그리고 분뇨 등의 유기물질은 물론 질소와 인의 제거효율을 효과적으로 처리할 수 있는 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도 1에 의거하여 하폐수 처리장치 및 방법에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 바람직한 실시예의 설명에 있어서, 그 실시예에 사용하는 각종 장치와 그의 사용방법에 있어서 이 분야의 종사자들이 용이하게 예측 및 이해할 수 있거나 실시할 수 있는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다. 또한, 도 1에서 주 요소들의 도시는 간략히 하거나 생략하였으며, 이 분야의 종사자들이 통상적으로 알 수 있는 부분들의 도시는 생략하고, 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 도시하였다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하폐수 처리장치 및 방법를 설명하기 위한 블록 다이어그램이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하폐수 처리장치(10)는 전처리시설(20), 유량조정조(30), 반응조(40), 활성제 공급유니트(50), 반송펌프(44), 방류조(60), 슬러지저류조(70), 탈수유니트(80), 자동제어시스템, 화상시스템(130) 등으로 이루어진다. 전처리시설(20)은 유입되는 하폐수 중에 포함된 협잡물, 미립자, 비 부식성의 무기물질 등을 제거한다. 이 전처리시설(20)로부터 발생된 유출수는 유량조정조(30)에서 일정한 양으로 조절되어 반응조(40)로 공급된다. 상기 반응조(40)와 유량조정조(30)에는 송풍기(110)로부터 공기가 공급되는 폭기장치(42,32)가 각각 설치된다. 상기 유량조정조(30)의 유출수는 펌프(90)를 통하여 상기 반응조(40)로 공급된다. 상기 반응조(40)는 바실러스속 세균이 배양되는 하나의 조로 구성된다. 이 반응조(40)는 상기 유량조정조(30)로부터 공급되는 유출수를 수용하여 용존산소의 농도를 조절하므로써 유기물, 질소, 인 등을 제거하고 슬러지와 처리수가 분리되도록 하는 공정을 진행한다. 이 반응조(40)에는 활성제 공급유니트(50)에서 용해된 미생물 활성제가 공급된다. 또한, 상기 반응조(40)에 침전되는 슬러지의 일부는 반송펌프(44)에 의해 상기 유량조정조(30)로 반송된다. 상기 유량조정조(4)에 반송되는 슬러지는 처리유량에 대한 비율로 1~3%정도이며, 이와 같은 반송을 통하여 상기 유량조정조(30)와 반응조(40)에서 발생되는 악취물질은 바실러스속 세균에 의해 분해 및 자화된다. 상기 반응조(40)내의 슬러지는 유량조정조(30)로 슬러지를 반송하는 것을 제외하고는 거의 인발하지 않고 처리한다. 그리고 필요에 따라 펌프(72)에 의해 인발되는 잉여슬러지는 슬러지저류조(70)를 거쳐 탈수기유니트(80)로 탈수한 후 슬러지케익의 형태로 최종 처분되며, 탈수과정에서 발생하는 탈수여액은 유량조정조(30)로 이송시켜서 반응조(40)에서 재처리한다. 그리고, 상기 반응조(40)의 처리수는 방류조(23)를 거쳐 상등수로 최종 방류된다.
이와 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하폐수 처리장치(10)는 자동제어시스템과 화상시스템(130)을 구비하여 효율적으로 공정을 처리할 수 있도록 한다. 자동제어시스템은 유량조정조(30)의 유출수를 상기 반응조(40)로 공급하기 위한 펌프(90)의 동작시간을 카운트하는 제 1 타이머(92), 상기 반응조(40)의 처리수가 외부로 방출되도록 게이트(96)를 열기 위한 모터(98)의 동작시간을 카운터하는 제 2 타이머(100), 상기 반응조(40)의 수위를 검출하는 리미트 스위치(94), 상기 제 1 타이머(92), 리미트 스위치(94), 제 2 타이머(100)의 각 값을 입력받아서 상기 반응조(40)의 폭기장치의 송풍기(110), 펌프, 모터를 제어하여 기 입력된 상기 반응조(40)의 용존산소의 농도와 반응시간을 제어하기 위한 제어부(120)로 이루어진다. 이와 같은 자동제어시스템에 의해 유량조정조(30)로부터 반응조(40)로의 하폐수 유입을 위한 펌프(90)의 작동과 게이트(96)의 작동이 일정시간에 따라 자동으로 조절되도록 하고, 각 반응단계의 용존산소의 농도조절과 반응시간의 조절을 자동으로 제어함으로써 운전의 간편화를 도모할 수 있다. 상기 화상시스템(130)은 구체적으로 도시하지는 않았지만, 상기 반응조(40)내의 바실러스속 세균과 그외의 원생동물 및 슬러지의 플록을 관측하기 위한 위상차 현미경과, 상기 위상차 현미경에 의해 관측된 미생물을 촬영하기 위한 카메라와, 상기 카메라에 의하여 촬영된 미생물의 상태를 기록하기 위한 비디오세트와, 상기 비디오세트에 의하여 재생되는 미생물에 관한 정보를 제공해 주는 모니터와 상기 모니터상에 디스플레이되는 미생물에 대한 정보를 인쇄하기 위한 프린터 등으로 이루어진다. 이와 같은 화상시스템(130)을 통하여 반응조(40)내의 미생물 상태를 파악하고 운전상의 문제점에 신속히 대처할 수 있으므로 실질적인 처리장의 운전효율을 높일 수 있다.
본 발명에 따른 하폐수 처리방법은 유량조정조(30)를 통하여 공급되는 유출수를 바실러스속 세균이 우점화된 반응조(40)내로 유입시키면서 점감폭기공정이 진행되도록 하여 유출수가 처리되면서 슬러지와 처리수가 분리되도록 한다. 이 점감폭기공정은 용존산소의 농도를 다소 높게 유지하면서 유기물, 질소, 인을 대부분 제거하는 호기단계와, 상기 반응조(40)에 유입된 유출수를 유지한 상태에서 용존산소의 농도를 호기단계보다 낮게 유지하면서 상기 호기단계에서 제거되지 않은 유기물, 질소, 인 등을 제거하는 미호기단계, 무산소 상태에서 슬러지의 플록이 중력에 의해 침전되도록 하여 슬러지와 처리수가 분리되도록 하는 단계로 이루어진다. 이때, 호기단계의 폭기량은 반응조(40)에 공급하는 전체공기량의 60~70%가 되도록 집중포기하고, 미호기단계는 전체공기량의 30~40%에 해당되는 공기량이 공급되도록하며, 무산소 단계는 공기를 전혀 공급하지 않는 형태로 운전한다. 그리고 상기 호기단계의 용존산소의 농도는 0.7 ~ 1.5㎎/ℓ이내, 미호기 단계는 용존산소의 농도를 0.3 ~ 0.5㎎/ℓ이내가 되도록 하고, 무산소의 단계는 용존산소의 농도가 거의 0㎎/ℓ을 유지하는 점감폭기 방식으로 공정을 수행한다. 상기 반응조의 호기단계 미호기 단계 및 무산소 단계의 진행시간은 조건에 따라 변경가능하며 방류단계가 완료된 후 다음 하폐수의 유입전까지 필요시 슬러지 인발을 위해 일정시간 쉬는 단계를 진행할 수 있다.
이와 같은 본 발명에서 미호기단계 이후에는 반응조내에 잔류하는 먹이원이 부족하게 된다. 특히 용존산소의 농도가 0㎎/ℓ인 무산소 단계에서는 절대적인 호기성균의 생존이 어려운 대신 먹이원이 부족하거나 용존산소의 농도가 낮은 상태에서도 생존할 수 있는 통성 혐기성균인 바실러스속 세균이 상대적으로 우점종된다. 여기서 사용되는 바실러스속 세균은 모양이 단간균 형태이며 성장이 적합하지 않은 환경에서 포자를 만드는 그림양성 통성 혐기성세균으로 바실러스속 세균의 생육과정은 포자 →발아 →증식 →분열 →포자를 반복하면서 생육한다. 바실러스속 세균을 우점화시키는 방법으로 바실러스속 세균이 일정 개체수 이상을 유지하면 유기물, 질소 및 인의 제거효율을 향상시킬 수 있고 슬러지의 침강성도 향상시킬 수 있다. 또한 바실러스속 세균은 영양분이 충분한 상태에서 포자로부터 발아하는 초기단계에는 사상체(Filament상)의 형태를 띄게 되고, 점차 바실러스속 세균의 개체수의 증가에 의해 영양분이 부족한 상태에 도달하게 되면 사상체의 해체가 일어나게 되고 균체는 자기생존을 위해 포자를 형성하게 된다. 포자로 진행된 바실러스속세균은 생육이 적합한 환경에서 다시 발아하여 새로운 바실러스속 세균으로 활동하게 된다. 이외에도 바실러스속 세균의 개체수를 증가시키기 위해 바실러스속 세균의 초기 발아단계와 세포분열을 촉진시키는데 중요한 역할을 하는 규소(Si)화합물과 마그네슘화합물, 칼슘화합물, 망간화합물, 철화합물 이외에 여러가지 미량의 무기화합물질로 구성되어 있는 미생물 활성제를 반응조에 주입하여 활성을 가지는 바실러스속 세균의 개체수를 한층 증가 시킬수 있다. 우점종된 바실러스속 세균은 유기물, 질소, 인 등을 대부분 제거하는 호기단계와 미호기단계에서 다시 개체수를 증가시켜 하폐수를 처리한다. 특히, 본 발명에서는 바실러스속 세균의 분열과 포자로부터의 발아를 촉진시키기 위하여 대경엔텍에서 판매하는 바이오토닉(Bio-tonic) 등의 미생물 활성제를 반응조에 공급한다. 한편, 바실러스속 세균의 성장에 적합하지 않은 환경이 조성되면 바실러스속 세균은 점차 포자화 되거나 또는 포자를 형성하고, 침강성이 좋은 포자를 혼합한 슬러지의 플록은 고액분리가 쉽게 일어나 침전단계의 시간을 짧게 유지할 수 있는 이점이 있다. 바실러스속 세균의 또 따른 특징은 포자로 진행되는 과정에서 bacitracin, polymyxin, tyrocidin, gramicidin, ciraulin등의 항생물질을 생산하는데, 이러한 항생물질은 대장균등을 사명시킴으로서 별도의 소독시설이 필요 없을 뿐만 아니라, 염소 등의 소독제를 투입함으로서 발생하는 2차 공해를 유발하지 않는다.
일반적으로 하폐수처리장에서 악취물질을 제거하기 위해 사용하는 방법은 고농도로 취기가 발생하는 경우에는 소각시키거나 약품으로 세정한 후 활성탄으로 흡착 제거하고, 중ㆍ저농도의 경우에는 약품 또는 물로 세정한 후 역시 활성탄에 흡착시키거나 그대로 배출시킨다. 또한 토양 탈취법을 사용하거나 생물여과법 등이 사용되기도 한다. 이와 같이 여러 가지 방법을 이용하여 악취물질을 처리하고 있으나 특히 축산폐수나 분뇨처리장에서 악취 문제는 처리장 운영상 가장 어려운 문제로 대두되고 있다. 본 발명에서는 하폐수의 독특한 악취물질을 제거할 수 있으며, 황화수소(H2S)는 호기성 상태에서 바실러스속 세균에 의해 악취가 나지 않는 황산화물(H2S →S0→SO2→H2SO3→H2SO4)로 변화됨으로 전처리시설, 유량조정조 및 슬러지 처리시설 등에서 발생되는 악취물질을 완벽하게 해결할 수 있다. 기존의 처리장에서 악취물질의 소각을 위한 시설, 세정탑 및 흡착탑 등을 설치하고 이들 시설들을 운전할 경우와 비교할 때 시설 설치비는 물론이고 운전비용의 측면에서도 경비절감이 가능하다. 본 발명의 하폐수 처리장치 및 방법에서 반응조내의 슬러지는 유량조정조로 슬러지를 반송하는 것을 제외하고는 1년에 2~4회 정도의 슬러지인발을 하는 특징을 가지고 있으므로, 슬러지 발생량을 현저히 감소시킬 수 있다.
다음은 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 하폐수 처리장치를 사용한 실험을 설명한다.
본 실험에서 반응조(40)는 철제로 제작하였으며, 용적은 하폐수의 유입후에 500ℓ가 되도록 하였고, 처리수를 유출시킨 후에 반응조(40)내의 슬러지의 부피는 50ℓ가 되도록 하였다. 폭기는 송풍기(110)로부터 산기관을 사용하여 산소공급이 되도록 하였고, 펌프(90)는 정량펌프를 사용하였으며, 반응조(40)에서 반응이 완료된 후의 유출수는 게이트(96)를 통해 유출되고, 제 1 및 제 2 타이머(92,100), 리미트 스위치(94) 등으로 구성되는 자동제어시스템에 의하여 자동제어 되도록 하였다.
본 실험에서 사용한 유입수(도시하수)의 성상을 살펴보면 유입 BOD가 130~230㎎/ℓ(평균 180㎎/ℓ), CODcr 180~320㎎/ℓ(평균 250㎎/ℓ), CODMn108~160㎎/ℓ(평균125㎎/ℓ), T-P 5~10㎎/ℓ(평균 7㎎/ℓ)이었다. 이와 같은 하수를 처리시간(HRT)에 대한 영향을 고찰하기 위해 유입하수량을 1.0~3.0톤/일 규모하에서 1년간 운전하였고, 각 시료의 분석은 주 2회 간격으로 시행하였다. 각 수질의 평균치와 각 운전인자 값은 아래의 표 1과 표 2과 같다.
표 1 및 2에서 보인 바와 같이, 본 발명의 처리공정을 이용하여 수리학적 체류시간(처리시간)을 4시간에서 12시간 사이에 운전한 처리수의 농도와 제거효율은 BOD의 경우에는 7.5~3.6㎎/ℓ, 95.9~97.9%를 나타내고 있으며, CODcr의 경우에 처리수의 농도와 제거효율은 12.7~7.5㎎/ℓ, 93.7~96.3%으로 나타났고, TSS의 경우에는 3.5~2.5㎎/ℓ, 97.1~97.4%를, T-N의 경우에 처리수의 농도와 제거효율은 13.8~7.8㎎/ℓ, 67.1~82.7%를 얻었으며, T-P는 처리수의 농도와 제거효율은 각각 1.3~0.7㎎/ℓ, 74~90.7%를 얻었다. 도시하수처리의 고도처리공정에 일반적으로 사용하고 있는 타 공법의 경우에 T-N의 제거효율은 60~70%정도를 나타내고 있으며, T-P의 경우에는 70%정도를 나타내고 있는 것과 비교하여 본 발명의 처리효율이 뛰어난 결과를 얻고 있다. 또한 고도처리공정에 일반적으로 사용하고 있는 타 공법의 처리시간이 12시간정도를 유지하고 있는 것과 비교하여, 본 발명의 처리시간은 4~12시간정도에서 질소 및 인의 제거효율이 타 공법과 비슷하거나 훨씬 뛰어난 결과를 얻을 수 있었다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하폐수 처리장치 및 방법을 이용하여 분뇨위생처리장에서 일일 처리량 5m3/일 규모로 7월에서 12월까지 약 6개월간 처리한 결과를 아래의 표 3에 나타내었다. 이때, 처리수질은 생물학적 처리조인 반응조(40)의 유입 및 유출에 대한 처리수질만을 나타낸 것이다. 또한, 분뇨의 처리는 일반적으로 활성슬러지를 이용하여 처리를 할 경우에 처리시간은 대개 20~30일, 유입분뇨는 희석하여 처리하고 있으나, 본 발명은 무희석으로 처리하였고 처리시간은 8일의 조건하에서 처리를 하였다. 처리수의 제거효율은 BOD, COD, SS의 경우에는 98~99%, T-N이 97.1%, T-P는 91.9%로서 종래의 공법에 의해 분뇨처리장에서 수행하고 있는 처리장과의 처리수질을 비교하여 처리시간이 오히려 짧음에도 불구하고 처리효율은 오히려 높거나 거의 비슷한 처리수질을 얻었다.
표 4는 종래 활성슬러지 미생물을 이용한 SBR공법과 본 발명에 따른 하폐수 처리장치에 의한 처리수의 결과를 비교하기 위하여 처리시간 6시간에서 운전한 결과를 보인 도표이다. 종래 SBR공법에 의한 처리수질 및 제거효율은 BOD의 경우에 각각 11.5㎎/ℓ, 92.8%를 보이고 있으며, T-N의 경우에는 17.4㎎/ℓ, 63.4%를 나타내었고, T-P는 각각 1.9㎎/ℓ, 72.9%를 나타내고 있는데 비하여, 본 발명에 의한 처리수의 수질 및 제거효율은 BOD의 경우에는 각각 6.2㎎/ℓ, 96.1%을, T-N의 경우에는 11.6㎎/ℓ과 75.6%를, T-P의 경우에는 0.8㎎/ℓ, 88.6%를 나타내었다. 따라서, 본 발명에 따른 하폐수 처리장치 및 방법은 종래 SBR공법과 비교하여 거의 모든 항목에서 제거효율이 월등히 뛰어난 결과를 나타내었다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하폐수 처리장치 및 방법을 설명하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 의한 하폐수 처리장치 및 방법에 의하면, 단일의 반응조를 사용하는 SBR 공법을 개선하여 모든 종의 바실러스속 세균을 우점화시켜 유기물, 질소, 인 등을 제거하므로써 슬러지 발생량의 감소 및 처리과정 중에 발생하는 악취물질의 제거가 가능하고, 처리효율을 증대시킬 수 있다. 또한 타이머, 리미트 스위치 등으로 구성되는 자동제어시스템를 사용하여 운전이 간편하고, 화상시스템으로 반응조내의 미생물을 관측하여 최적의 상태로 운영할 수 있다.

Claims (9)

  1. 처리하고자 하는 하폐수에 포함된 협잡물, 미립자, 비 부식성 무기물질을 제거하기 위한 전처리시설과;
    폭기장치가 설치되고, 상기 전처리시설의 유출수를 수용하기 위한 유량조정조와;
    폭기장치가 설치되어 바실러스속 세균이 배양되는 하나의 조로 이루어지고, 상기 유량조정조로부터 공급되는 유출수를 수용하여 용존산소의 농도를 조절하므로써 유기물, 질소 및 인 등을 제거하고 슬러지와 처리수가 분리되도록 하는 공정을 진행하기 위한 반응조와;
    바실러스속 세균의 해체와 발아를 촉진시키기 위한 미생물 활성제를 녹여서 상기 반응조에 공급하기 위한 활성제 공급유니트와;
    상기 반응조의 슬러지를 상기 유량조정조로 반송시키기 위한 반송펌프 및;
    상기 반응조로부터 이송된 처리수를 수용하고 상등수가 방류되도록 하는 방류조를 포함하는 하폐수 처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응조의 잉여슬러지를 인발하는 슬러지저류조 및;
    상기 슬러지저류조로부터 유입되는 슬러지를 탈수하여 슬러지케익으로 배출하고, 탈수시 발생되는 여액을 상기 유량조정조로 이송시키기 위한 탈수유니트를더 포함하는 하폐수 처리장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유량조정조로부터 상기 반응조로 유출수를 공급하기 위한 펌프의 동작시간을 카운터하는 제 1 타이머와;
    상기 반응조의 수위를 검출하는 리미트 스위치와;
    상기 반응조의 처리수가 외부로 방출되도록 게이트를 열기 위한 모터의 동작시간을 카운터하는 제 2 타이머 및;
    상기 제 1 타이머, 리미트 스위치, 제 2 타이머의 각 값을 입력받아서 상기 반응조의 폭기장치, 펌프, 모터를 제어하여 기 입력된 상기 반응조의 용존산소의 농도와 반응시간을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 하폐수 처리장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 반응조내의 미생물을 지속적으로 관측하기 위한 화상시스템을 포함하되,
    상기 화상시스템은 바실러스속 세균과 이 이외의 원생동물 및 슬러지의 플록을 관측하기 위한 위상차 현미경과;
    상기 위상차 현미경에 의해 관측된 미생물을 촬영하기 위한 카메라와;
    상기 카메라에 의하여 촬영된 미생물의 상태를 기록하기 위한 비디오세트와;
    상기 비디오세트에 의하여 재생되는 미생물에 관한 정보를 제공해 주는 모니터 및;
    상기 모니터상에 디스플레이 되는 미생물에 대한 정보를 인쇄하기 위한 프린터를 포함하는 하폐수 처리장치.
  5. 단일의 반응조을 사용하여 유기물, 질소 및 인을 포함하는 하수, 오수, 축산폐수, 분뇨 등을 고도처리하기 위한 하폐수 처리방법에 있어서,
    상기 반응조에 바실러스속 세균을 배양하는 단계와;
    전처리시설를 통하여 처리하고자 하는 하폐수에 포함된 협잡물, 미립자, 비 부식성 무기물질을 제거하여 유출수를 형성하는 단계와;
    상기 전처리시설의 유출수를 유량조정조에서 일정량으로 조절하여 상기 바실러스속 세균이 배양된 반응조로 유입시키면서, 상기 반응조내에 공급되는 공기량이 점차 감소되는 점감폭기공정이 진행되도록 하여 유출수가 처리되면서 슬러지와 처리수가 분리되도록 하는 단계와;
    상기 반응조에 바실러스속 세균의 해체와 발아를 촉진시키기 위한 미생물 활성제를 녹여서 공급하는 단계와;
    상기 반응조의 슬러지를 상기 유량조정조로 일정량 반송시키는 단계 및;
    상기 반응조내의 처리수를 방류조로 유출시키고 방류조의 상등수를 외부로 방류하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수 처리방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 반응조내의 점감폭기공정은 전체공기량의 60~80%가 되도록 집중포기하는 호기단계와;
    상기 호기단계 다음에 전체공기량의 30~40%가 되도록 포기하는 미호기단계 및;
    상기 미호기단계 다음에 공기를 전혀 공급하지 않는 무산소단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수 처리방법.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 호기단계, 미호기단계 및 무산소단계에서의 각 용존산소의 농도는 0.7~1.5㎎/ℓ, 0.3~0.5㎎/ℓ, 0㎎/ℓ인 것을 특징으로 하는 하폐수 처리방법.
  8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 미생물 활성제는 규소화합물(SiO2)와 마그네슘화합물(MgSO4ㆍ7H2O), 칼슘화합물(CaO), 망간화합물, 철화합물, 기타 미량의 무기화합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료인 것을 특징으로 하는 하폐수 처리방법.
  9. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 반응조의 슬러지를 상기 유량조정조로 반송시키는 단계는 처리유량에 대하여 1~3%의 슬러지를 반송하는 것을 특징으로 하는 하폐수 처리방법.
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