KR20010103887A - 질소 및 유기물 제거 겸용 하·폐수 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종 유기성 산업폐수나 생활하수중에 포함된 유기물과 질소를 생물학적으로 효율적으로 처리하기 위한 장치를 제공하기 위한 것으로서, 유기성 하·폐수를 생물학적으로 처리하는 장치에 있어서, 유기성 하·폐수를 생물학적 처리하는 장치에 있어서, 혐기성 처리를 위한 혐기성 처리조(1)와 유기물과 질소를 동시에 제거하는 무산소조(2)와 호기조(3) 그리고 잔류 고형물 및 잔류질소제거용 경사판 침전조(15)를 생물반응조의 상하부에 설치하고 비표면적이 큰 플라스틱제 메디아를 충진한 것이다.

Description

질소 및 유기물 제거 겸용 하·폐수 처리장치{Waste water processing device used as the device for eliminating nitrogen and organic materials}

본 발명은 각종 유기성 산업폐수나 생활하수중에 포함된 유기물과 질소를 생물학적으로 고효율로 처리하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 하·폐수중에 함유되어 있는 유기물과 질소를 동시에 제거하기 위하여는 혐기·호기법에 의한 생물학적 질소제거공정이 널리 이용되고 있다. 이러한 유기물과 질소의 동시 제거공정으로서는 일반적인 생물학적 처리공정에 탈질을 위한 무산소조가 추가되거나 단일 반응조를 이용하여 혐기 및 호기조건을 교대로 유지시켜 질산화 및 탈질을 유도하여 유기물과 질소를 동시에 제거하게 된다. 그러나 상기한 처리공정에 있어서는 경우 여러 반응조를 필요로 하며, 단일 반응조의 경우에도 적절한 혐기 및 호기조건을 유지하기가 여간 곤란한 게 아니다.

본 발명은 공정이 단순하여 초기 시설투자비가 저렴하고 운전이 용이하며 고효율적으로 처리할 수 있는 유기물 및 질소 제거용 하·폐수 처리장치를 제공하려는 것이다.

본 발명은 혐기성 및 호기성 미생물의 특성을 최대한 이용한 처리공정의 간편화를 도모하기 위하여 반응조의 최하부에 혐기조를, 그리고 혐기조의 직상부에는 혐기성 처리조에서 생성된 유기산을 이용하여 반응조 상부에서 침전된 질산화물을 탈질시키는 무산소조로 구성한 하·폐수 처리장치를 특징으로 한다.

본 발명에서는 단일 반응조에서 특별한 운전조건으로 변화시키지 않고 단순히 반응조의 상·하부를 호기조와 무산소조로 구성한 후 상부의 호기조에서 질산화를 유도하고, 질산화가 완료된 미생물은 점차 하부로 침전된 후 이미 확보된 탈질미생물 의해 질산화물을 탈질화시킨다.

또, 하부의 무산소조에서 탈질이 완료된 후 침전된 미생물을 상부의 호기조로 연속 반송하여 또다시 질산화를 유도한다. 이같은 질산화와 탈질반응은 단일 반응조내에서 반복적으로 진행되며, 이 과정에서 유기물과 질소가 제거된다.

특히 반응조의 최하부를 혐기성 처리조로 조성하여 유입 하·폐수중에 함유된 유기물을 30∼40% 제거함으로서 상부에서의 유기물 부하를 줄이고, 혐기성 처리과정에서 생성된 유기산은 하부의 탈질조에서의 탈질효율을 극대화한다.

이와 함께 상부의 호기조 외부를 침전조로 구성하고 침전효율의 증대와 무산소조에서 탈질이 완료되지 아니한 질산화물을 완전 탈질시키기 위하여 침전조 내부에 비표면적이 큰 플라스틱제 메디아를 채운다.

생물반응조는 반응조를 크게 상반부와 하반부로 구분하고, 상반부는 절반 이상을 호기조로 하고 호기조가 차지하고 남은 상반부의 하부는 침전조와 최종 탈질조로 하며, 하반부의 하부는 혐기조로 형성하고 혐기조의 직상부는 혐기조에서 생성된 유기산을 이용하여 반응조 상부에서 침전되는 질산화물을 탈질시키는 무산소조로 구성한 것을 특징으로 한다.

혐기성 처리조에 있어서의 미생물의 농도는 정상적인 운전상태에서의 총 고형물을 기준으로 할 때 15,000∼25,000mg/ℓ가 된다. 혐기성 미생물의 초기 식종에 있어서는 중온 혐기성 소화조에서 활성화된 혐기성 미생물을 이용하며, 혐기성 미생물을 조달하기 곤란할 경우에는 호기성 미생물을 식종한 후 공기의 접촉을 차단하여 서서히 혐기성화시킨다. 이때, 미생물 식종양은 대상 혐기성 소화조의 총고형물의 농도를 측정하여 결정한다.

미생물의 식종 초기에는 갑작스런 온도변화로 인하여 혐기성 미생물이 주위환경에 적응하지 못해 제대로 유기물 분해가 이뤄지지 않지만 차츰 환경에 적응하여 10일쯤 지나면 유기물 분해가 정상적으로 이뤄지며, 이 과정에서 발생한 메탄, 이산화탄소 등의 가스는 외부로 방출된다.

그리고 호기조에는 반응조의 중간에 설치된 산기관을 이용하여 급기한다. 무산소조로부터 반송된 미생물에 의해 유기물이 분해되며 유기성 질소나 암모니아성 질소는 질산화 미생물에 의해 질산화된다. 여기서, 미생물의 식종은 일반 활성 슬러지조의 미생물을 이용하여 호기조의 30∼40 부피%를 식종한다. 정상 운전이 이뤄진 후 호기조의 미생물 농도는 2,000∼3,000mg/ℓ이다.

혐기성 처리조 직상부의 탈질조는 상부에서 질산화가 완료된 후의 미생물이 침전하여 미생물 농도가 5,000∼10,000mg/l의 고농도로 존재하게 되며, 반응조 최하부의 혐기성 처리조로부터 생성된 유기산을 이용하여 질산화물을 탈질한다. 탈질이 완료된 미생물은 연속적으로 상부의 호기조로 내부 반송된다.

이같은 처리과정에서 호기조의 미생물이 무산소조로 침전되는 과정에서 미세한 미생물 플록이 외부로 유실될 수도 있으므로 호기조의 외부에 침전조를 만들고 침전조 내부에 비표면적이 큰 플라스틱 메디아를 충진하여 침전효율의 향상과 함께 무산소조에서 탈질이 안된 질산화물을 최종적으로 탈질시킨다.

도 1은 본 발명에 의한 생물학적 하·폐수 처리장치의 개략적 단면도

도 2는 호기조의 평면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 혐기성 처리조 2 : 무산소조

3 : 호기조 4 : 유입관

5 : 유입수 분배관 6 : 유입수 분배노즐

7 : 내부 반송관 8 : 내부 반송장치

9 : 내부 반송노즐 10 : 미생물농도 확인관

11 : 공기공급관 12 : 산기관

13 : 침전조 분리대 14 : 메디아

15 : 경사판 침전조 16 : 잉여슬러지 배출관

17 : 유출관

다음으로, 본 발명의 처리장치에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 1에서, 내부 반응조와 메디아가 충진된 외부의 경사판 침전조로 구성되며, 미생물의 운전 상태에 따라 내부 반응조가 혐기성 처리조, 무산소조 및 호기조로 구별된다. 즉, 도면의 최하부는 혐기성 처리조(1)이고 그 바로 윗부분은 무산소조(2)이며 상반부는 호기조(15)이다. 혐기성 처리조(1)는 생물반응조의 전체높이의 25%, 무산소조도 25%, 호기조는 50%가 적절하다.

혐기성 처리조(1)에는 유입수 분배장치(5)가 내장돼 있다. 이 유입수 분배장치(5)는 외부에서 유입관(4)으로 유입되는 하·폐수를 혐기성 처리조(1)의 내부 곳곳으로 분산시킨다. 상기 유입관(4)으로는 협잡물이 제거된 하·폐수가 유입된다. 하·폐수는 유입되는 즉시 유입수 분배관(5)의 분배노즐(6)을 통하여 혐기성 처리조(1)내에서 사방으로 분산되고, 그렇게 분산된 후에는 혐기성 미생물에 의해 유기물 분해가 이뤄진다.

혐기성 미생물에 의한 분해과정은 분자상태의 산소가 존재하지 않는 환경에서 혐기성 미생물에 의해 유기물이 이산화탄소와 메탄으로 전환되는 공정을 의미한다. 이같은 미생물 분해과정은 가수분해단계, 유기산 생성단계 및 메탄 생성단계의 3단계로 이뤄진다. 혐기성 처리과정을 거치면 유입된 유기물중에서 유기물은 30∼40% 제거되고 나머지 유기물중 20∼30%는 프로피온산이나 초산과 같은 유기산으로 전환된다.

유기물이 감소된 하·폐수는 점차적으로 상승하여 무산소조(2)에 도달한다. 무산소조(2)에는 상부의 호기조(3)에서 잔류 유기물이 제거되고 질산화가 완료된 미생물이 침전됨에 따라 5,000∼10,000mg/ℓ의 고농도 미생물이 존재하게 된다.무산소조(2)에서는 탈질미생물에 의하여 호기조(3)에서 생성된 질산화물이 원활하게 탈질되도록 공기의 접촉을 최대한 억제한다. 무산소조(2)내의 탈질미생물은 혐기성 처리조(1)에서 생성된 유기산을 이용하여 호기조(3)에서 생성된 질산화물을 탈질시킨다. 여기서 탈질이 완료된 미생물은 무산소조(2)내에 설치된 내부 반송장치(8)의 내부 반송노즐(9)을 통하여 수집된 후 내부 반송관(7)을 거처 호기조(3) 상부로 골고루 분배된다. 이러한 내부 반송은 연속적으로 진행되며, 미생물농도 확인관(10)을 통하여 수시로 미생물 농도를 확인하여 미생물 농도가 지나치게 높을 경우에는 잉여슬러지 배출관(16)으로 적정량의 미생물을 제거한다.

상부의 호기조(3)에서는 혐기성 처리조(1)와 무산소조(2)에서 제거되고 남은 잔여 유기물이 제거되고 암모니아성 질소와 유기성 질소가 질산화된다. 유기물 제거 및 질산화를 동시에 달성하기 위해서는 호기조(3)내의 용존산소 농도를 2mg/ℓ 이상 유지해야 한다. 이를 위해서 호기조(3) 하부에 산기관(12)을 설치하여 공기공급관(11)을 통해 공기를 지속적으로 공급한다. 호기조(3)내의 미생물의 식종은 활성 슬러지조내의 미생물을 이용하여 호기조(3)의 30∼40부피%를 식종하며, 초기 식종 후에 연속적으로 포기하면 미생물량이 점차적으로 증가한다. 호기조(3)가 정상 운전되었을 때 호기조(3)내의 미생물농도는 2,000∼3,000mg/ℓ이다.

혐기성 처리조(1)와 무산소조(2) 및 호기조(3)를 거친 최종 처리수는 호기조(3)에서 무산소조(2)로 침전되며, 침전 후 남은 미세플록은 호기조(3) 외부에 설치된 경사판 침전조(15)에서 고액이 분리되고 액체만이 유출관(17)으로 유출된다.

그리고 침전효율 향상과 무산소(2)에서 탈질이 미흡한 질산화물을 탈질시키기 위하여 경사판 침전조(15) 내부에 침전조 부피의 70∼80%에 상당하는 비표면적이 큰 합성수지제 메디아(14)를 설치하고, 침전조 분리대(13)는 호기조내의 미생물이 경사판 침전조(15)로 흘러넘치는 것을 최소화하기 위하여 호기조(3)와 경사판 침전조(15) 사이에 설치한다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명의 처리장치로 하·폐수를 처리하면 유입 하·폐수중의 유기물이 혐기성 처리조를 거치는 동안 30∼40% 제거되고, 무산소조와 호기조를 거치면 잔류 유기물의 80∼90%가 제거됨은 물론 질소도 60∼70% 제거된다. 그리고 경사판 침전조를 포함한 생물반응조를 모두 거친 후의 총유기물 제거율은 90∼95%, 총질소 제거율은 70∼80%에 이를만큼 그 처리효과가 대단히 우수하다.

또한 유기물의 상당 부분이 호기성 처리에 비해 슬러지 발생량이 적은 혐기성 처리 및 탈질과정에서 제거되므로 슬러지의 발생량이 극히 적어 잉여 슬러지의 수시 또는 정기 제거작업을 실시하지 않고도 효율높게 하·폐수를 처리할 수가 있다.

Claims (4)

1. 유기성 하·폐수를 생물학적으로 처리하는 장치에 있어서, 혐기성 처리를 위한 혐기성 처리조(1)와 유기물과 질소를 동시에 제거하는 무산소조(2)와 호기조(3) 그리고 잔류 고형물 및 잔류질소제거용 경사판 침전조(15)를 생물반응조의 상하부에 설치한 것을 특징으로 하는 혐기성 및 호기성 미생물을 이용한 생물학적 하·폐수 처리장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 호기조(3)는 유기물 제거와 함께 질산화를 유도하고, 하부의 무산소조(2)에서 최하부의 혐기성 처리조(1)에서 생성된 유기산을 이용하여 상부의 질산화 물질을 탈질시키는 생물학적 하·폐수 처리장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 무산소조(2)는 탈질이 완료된 미생물을 내부반송관(7)을 통해 상부의 호기조(3)에 연속적으로 내부 반송시키는 생물학적 하·폐수 처리장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 경사판 침전조(13)는 비표면적이 큰 합성수지제 메디아를 내장한 생물학적 하·폐수 처리장치.