KR20020004334A

KR20020004334A - 생물막을 이용한 소규모 오폐수 처리장치

Info

Publication number: KR20020004334A
Application number: KR1020000038137A
Authority: KR
Inventors: 허재호; 이종현; 김영오; 왕성환; 남해욱; 박정진
Original assignee: 박태주; 허성호
Priority date: 2000-07-05
Filing date: 2000-07-05
Publication date: 2002-01-16

Abstract

본 발명은 내부에 담체가 설치되며, 오폐수 등의 유입수 내의 유기물질을 제거하고 최종 침전조로부터 반송된 질산화된 처리수를 탈리시키는 제1 무산소와; 산소 공급을 위한 산기관 및 담체가 설치되며, 상기 제1 무산소를 통과한 유입수를 탄소산화와 질산화로 분리하기 위한 제1 호기성조와; 상기 제1 호기성조에서 처리된 처리수 내의 미생물을 침전시키기 위한 중간 침전조와; 내부에 담체가 설치되며, 상기 중간 침전조를 통과한 처리수를 탈질 반응시키고 상기 처리수 내의 유기물을 제거하는 제2 무산소조와; 상기 제2 무산소조를 통과한 처리수에서 미처리된 유기물질을 완전히 제거하는 제2 호기성조로 구성된 생물막을 이용한 소규모 오ㆍ폐수 처리장치를 제안한다.

Description

생물막을 이용한 소규모 오폐수 처리장치{SEWAGE TREATMENT ATTACHED-BIOFILM REACTOR SYSTEM}

본 발명은 오폐수 처리장치에 관한 것으로서, 특히 생물막을 이용한 소규모 오폐수 처리장치에 관한 것이다.

오폐수 및 각종 폐수에 함유되어 있는 영양염에 의한 부영양화는 하천에서의 녹조현상과 해양에서의 적조현상으로 나타나며, 상수원 오염으로 인한 정수처리와 양식장에서의 어패류 폐사로 인하여 지대한 물적 피해를 입혀왔다.

생활하수는 현재 우리나라의 전체 오폐수 발생량인 2,400만톤/일의 약 63%를 점하고 있으며, 각종수계 BOD 부하량의 43%를 차지하는 중요한 오염원으로 평가되고 있다. 효율적인 수환경 관리의 핵심이 생활하수처리와 유관함을 인지하고 하수관거를 이용하여 발생한 하수를 채집한 뒤 종말하수처리장에서 처리하는 대형하수처리장 위주의 하수정책을 추구하여 왔다.

그러나, 현재 우리나라의 하수도 보급율은 45%에 불과하여 발생된 하수의 효율적인 차집이 어려울 뿐만 아니라 넓은 지역에 산재해 있는 발생원의 특성상 하수관거의 건설에 막대한 비용이 소요되기 때문에 하수도율 제고를 통한 대형처리장 건설 위주의 하수정책의 한계점들을 노출하고 있다. 또한 발생원인이 산재하여 있기 때문에 농어촌이나 도시 외곽지역에서는 기술적, 경제적 이유로 인하여 하수관거의 건설이 용이하지 않다.

현재 기존의 중ㆍ소규모 오폐수 처리시설들은 대부분 유기물질의 제거에 중점을 두고 있으나, 호소와 하천의 부영양화에 원인이 되는 질소와 인등의 영양염류에 대한 제거능력을 갖춘 처리시설은 거의 부재한 상태로 상수원의 수질보호와 수자원의 수질보전을 위해서 고도화된 처리시설의 도입이 절실히 요구되고 있다.

이러한 추세에 따른 중ㆍ소규모의 하수처리시설의 개발은 하수관거의 불충분한 보급, 하수 발생량과 오염 부하량의 증가, 생활수준 향상에 따른 화장실의 수세화, 분뇨정화조의 관리 실태 등을 종합적으로 고려할 때, 수환경 개선에 있어서 필수적인 선택이며, 수질오염의 저감과 아울러 하수처리장과의 역할분담, 수질개선효과의 신속성 등을 기대할 수 있다.

상수원의 수질개선을 위해서는 농촌과 같이 주거인구가 산재되어 있는 지역의 경우도 가정과 일반 음식점, 숙박업소 등에서 배출되는 생활오수를 공동 처리해야 한다. 또한 유기물질뿐만 아니라 부영양화의 원인물질인 질소, 인등의 영양염류를 동시에 제거할 수 있도록 하여야 한다. 이를 극복하기 위한 여러 가지 활성 슬러지법들이 제시되었으나 국내 오폐수 성상에 적합하지 않은 부분이 많아 여러 가지 문제점이 제시되어 상용화된 공정으로 발전하지 못하고 실험단계에 머물러 있는실정이다. 국내 오폐수 성상은 실제 설계치 보다 낮은 기질이 유입되고 있어서 처리가 되지 않고 있으며 각종 운전인자에 대한 정립이 되지 않은 상태여서 실제 상용화 단계까지 도달하기가 어렵다. 기개발된 생물학적 처리방법은 유량변동이 심한 우리나라 실정에는 적합하지 않으므로 우리나라 실정에 맞는 공정개발이 시급한 실정이다.

이러한 추세에 따른 처리기술 중의 하나가 매체의 부착생물막을 이용한 처리공정이다. 공정상의 측면에서 미생물이 고정화되어 있다는 것은 높은 농도의 박테리아에 의해 운전이 가능함을 의미하고, 특히 오염물질의 농도가 예측할 수 없을 정도로 갑작스럽게 상승한다 하더라도 보다 안정된 공정을 유지할 수 있음을 나타낸다.

따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 제반적인 사안들을 감안한 것으로, 그 목적은 생물막을 이용하여 오폐수를 처리할 수 있는 장치를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 제1견지에 따른 본 발명은,

내부에 담체가 설치되며, 오폐수 등의 유입수 내의 유기물질을 제거하고 최종 침전조로부터 반송된 질산화된 처리수를 탈리시키는 제1 무산소와;

산소 공급을 위한 산기관 및 담체가 설치되며, 상기 제1 무산소를 통과한 유입수를 탄소산화와 질산화로 분리하기 위한 제1 호기성조와;

상기 제1 호기성조에서 처리된 처리수 내의 미생물을 침전시키기 위한 중간침전조와;

내부에 담체가 설치되며, 상기 중간 침전조를 통과한 처리수를 탈질 반응시키고 상기 처리수 내의 유기물을 제거하는 제2 무산소조와;

상기 제2 무산소조를 통과한 처리수에서 미처리된 유기물질을 완전히 제거하는 제2 호기성조로 구성된 생물막을 이용한 소규모 오폐수 처리장치를 제안한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 생물막을 이용한 폐수 처리장치의 구성을 나타낸 도면.

도 2는 도 1에서 도시하고 있는 폐수 처리장치의 평면을 보인 도면.

도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시 예에 따른 폐수 처리장치의 효율을 그래프로 보인 도면.

도 4는 본 발명의 바람직한 제2 실시 예에 따른 폐수 처리장치의 효율을 그래프로 보인 도면.

도 5는 본 발명의 바람직한 제3 실시 예에 따른 폐수 처리장치의 효율을 그래프로 보인 도면.

도 6은 본 발명의 바람직한 제4 실시 예에 따른 폐수 처리장치의 효율을 그래프로 보인 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 제1 무산소조 12: 제1 호기성조

14: 중간 침전조 16: 제2 무산소조

18: 제2 호기성조 20: 최종 침전조

24: ORP 측정기 26: DO 측정기

28: PH 측정기 30: 담체

32: 산기관 34: 알칼리도 주입장치

36: 탄소원 주입장치

이하 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 하기에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 용어들로서 이는 사용자 혹은 설계자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

우선 본 발명에서 제안하고자 하는 생물막을 이용한 소규모 오폐수 처리장치는 안정된 생태계에서의 미생물이 매체에 부착하여 긴 SRT를 가지며, 잉여 슬러지 발생량이 적다. 활성슬러지 공법과 비교했을 때 생물막에서는 호기성, 통기성, 혐기성 박테리아등 보다 많은 종류의 미생물이 서식하고 있으므로 다양한 오염물질을제거할 수가 있다. 또한 매체에는 많은 양의 미생물이 서식하고 있기 때문에 처리에 이용할 수 있는 표면적이 많아 처리공정의 단위부피당 처리용량은 활성슬러지 공정에 비하여 월등히 크며, 처리시설이 단순하여 유지관리가 용이하다. 그리고 수리학적 및 유기물의 부하변동에 적응성이 강하고, 운전시 냄새와 소음이 적으며, 온도의 영향에 크지 않고 빠른 start-up을 이룰 수 있어 동절기 수온 저하시에도 질산화 효율을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 실시 예에 따라 앞에서 제안한 생물막을 이용한 소규모 오폐수 처리장치의 구성은 도 1 및 도 2에서 나타내고 있는 바와 같다. 상기 도 1,2를 참조하면, 본 발명에서 구현하고자 하는 장치는 무산소용 담체(30)와 교반기(22a)가 설치된 제1 무산소조(10)와 호기성용 담체(30) 및 산기관(32)이 설치된 제1 호기성조(12), 중간 침전조(14), 담체(30)가 설치되고 외부 탄소원 주입장치(36)와 연결된 제2 무산소조(16), 담체(30) 및 산기관(32)이 설치되고 알칼리도 주입장치(34)와 연결된 제2 호기성조(18), 그리고 최종 침전조(20)로 구성된다. 또한 각 반응조는 용존산소 측정기(26), pH 측정기(28) 및 ORP 측정기(24) 등이 중앙제어장치로 연결되고, 유입수는 먼저 제1 무산소조(10)로 유입된다.

한편, 전술한 제1 무산소조(10)에서는 최종 침전조(20)로부터 반송된 질산화된 처리수를 탈질시키면서 유입수의 유기물질을 제거한다. 여기에 포함된 교반기(22a)는 회전강도 및 회전수를 조절할 수 있는 가변식 교반기를 설치하여 일정기간 운전이 종료된 후 충진된 담체(30)의 폐색을 방지하기 위하여 고속으로 교반하여 과도하게 부착된 미생물을 탈리시킨다.

제1 호기성조(12)의 체류시간은 3∼4시간으로 용존산소농도를 3mg/L 이상 유지하여 처리수의 유기물질 제거 및 질산화 반응이 일어나게 된다. 이때 제1,2 호기성조(12,18)를 배플(baffle)을 두어 두 개로 나눠 설계한 이유는 상하 흐름이 교대로 일어나도록 하여 충분한 체류시간을 확보하여 탄소산화와 질산화의 분리를 유도하기 위함이다. 여기에 포함된 담체(30)의 충진율은 10%로 산기관(32)과 적절한 간격을 유지하여 담체(30)의 폐색을 방지할 수 있는 구조로 배열된다.

상기 산기관(32)은 디스크 타입의 멤브레인 분산기를 설치하여 미세기포가 유동될 수 있도록 하였고, 조내 적절한 산소공급과 혼합을 위하여 0.4kg/㎠ 압력을 가진 블로워를 이용하여 1,000L/min의 공기를 분배 공급하였다.

중간 침전조(14)는 탈리된 미생물을 침전하여 슬러지 인발계통을 통하여 제거된다. 중간 침전조(14)를 거친 처리수는 제2 무산소조(16)로 유입되어 탈질반응이 일어나며 일부의 유기물이 추가로 제거된다.

상기 제2 무산소조(16)에서는 부족한 탄소원을 공급받기 위하여 외부 탄소원 주입장치(36)가 연결되어 있으며, 이로부터 탄소원을 공급받게 된다. 한편 본 공정에서는 외부탄소원을 메탄올을 이용하였으며, 메탈올과 질산성 질소의 비는 5:1이 바람직하다. 전술한 제2 무산소조(16)에서 탈리된 처리수는 제2 호기성조(18)로 유입된다.

제2 호기성조(18)는 제1 호기성조(12)와 같이 배틀(baffle)을 두어 두 개로 나누었으며, 용존산소 농도를 3mg/L 이상 유지하도록 하였다. 제2 호기성조(18)는 알칼리도 주입장치(34)에 의해 부족한 알칼리도를 공급받아 pH를 7.0∼8.0으로 유지하게 된다. 각 반응조에는 Aquatic Media를 반응조의 용적을 기준으로 각각 5∼10%의 부피비로 충전하고 충전틀을 반응조 벽면에 설치하였다. 설치된 메디아는 반응조와 상하로 분리가 용이하도록 탈착식으로 설치하였으며 수시로 미생물 부착정도를 측정할 수 있도록 하였다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 의거 상세히 설명하겠는 바, 상기 본 발명이 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니다.

{실시예 1}

생물막을 이용한 오폐수 처리장치에서 유입 SCOD 농도 범위는 16∼166mg/L로 유입되어 졌는데, 유출수질은 대부분 20mg/L 이하로 나타났다. 운전기간 중 유입수질이 높고 온도조건이 13℃ 이하에서도 유출수질의 변화가 안정적으로 나타났다. 이때의 유출수질의 농도범위는 8.0∼21.36mg/L로 평균 13.3mg/L로 유출되어 평균 83%의 SCOD 제거율을 나타내었다.

한편, 전술한 실시예 1의 결과는 도 3의 그래프에 상세히 도시되어 있다.

{실시예 2}

온도가 9∼17℃ 범위에서 체류시간을 6∼10시간으로 변화시켜 실험한 결과 유입되는 암모니아성 질소의 용적 부하율이 0.04∼0.115kg NH₄ ⁺-N/㎥/day의 범위에서 질산화율은 0.039∼0.108kg NH₄ ⁺-N/㎥/day로 평균 95% 이상의 높은 제거율을 얻었다. 이 중 12℃ 이하의 저온에서도 90%이상의 높은 질산화율을 나타내었다. 이는 반응조내 높은 미생물을 유지할 수 있어 상대적으로 높은 질산화율을 달성할 수 있었다. 여기서 전술한 실시예 2의 결과는 도 4의 그래프에 상세히 도시되어 있다.

{실시예 3}

내부 반송율(50%, 100%, 150%)의 변화실험에서는 반송율이 가장 낮은 내부반송 50% 조건이 가장 좋은 암모니아 제거효율을 보였다. 반송율이 가장 높은 150% 조건에서의 유입부하 범위는 18.8∼39.5g NH₄ ⁺-N/㎥/day로 낮은 농도범위에서 실험이 진행되었으나 제거부하 기울기가 0.69로 다른 두 조건에 비해 낮은 기울기를 나타내었다. 내부반송 100% 조건에서는 암모니아성 질소의 용접부하가 50g NH₄ ⁺-N/㎥/day 이상에서도 반송량이 질산화에 영향을 주지 않은 것으로 나타났다.

한편, 전술한 실시예 3의 결과는 도 5의 그래프에 상세히 도시되어 있다.

{실시예 4}

내부 반송율(50%, 100%, 150%)의 변화에 따른 PO₄ ^3--P의 평균 제거효율은 각각 35.7%, 39.4%, 41.7%로 나타나 일반적인 제거율에 비해 낮은 경향치를 보였다. 이는 유입되는 인의 농도가 상대적으로 낮아 인 제거능도 낮은 결과를 보였다. 하지만 이 조건에서의 인 제거능은 내부반성 150% 조건이 가장 유리하였으나 그 차이는 100% 조건과 비교할 경우 큰 차이를 내지는 못하였다. 여기서 전술한 실시예 4의 결과는 도 6의 그래프에 상세히 도시되어 있다.

이상으로 살펴본 바와 같이, 본 발명을 통하여 발생원이 산재되어 있는 농어촌이나 도시 외곽지역에서의 기술적, 경제적 이유로 인하여 하수관거의 건설이 용이하지 않은 지역에 도입하였을 때 수질오염의 저감과 아울러 하수처리장과의 역할분담 및 수질 개선효과를 기대할 수 있다.

또한, 우수한 질소 제거효율을 확보할 수 있어 유지관리가 용이하고 마을 단위 혹은 집단 주거건물 단위로 배출되는 생활오수를 공동 처리할 수 있는 장점을 가지고 있다.

Claims

생물막을 이용한 오폐수 처리장치에 있어서,

내부에 담체(30)가 설치되며, 오폐수 등의 유입수 내의 유기물질을 제거하고 최종 침전조(20)로부터 반송된 질산화된 처리수를 탈리시키는 제1 무산소(10)와;

산소 공급을 위한 산기관(32) 및 담체(30)가 설치되며, 상기 제1 무산소(10)를 통과한 유입수를 탄소산화와 질산화로 분리하기 위한 제1 호기성조(12)와;

상기 제1 호기성조(12)에서 처리된 처리수 내의 미생물을 침전시키기 위한중간 침전조(14)와;

내부에 담체(30)가 설치되며, 상기 중간 침전조(14)를 통과한 처리수를 탈질 반응시키고 상기 처리수 내의 유기물을 제거하는 제2 무산소조(16)와;

상기 제2 무산소조(16)를 통과한 처리수에서 미처리된 유기물질를 완전히 제거하는 제2 호기성조(18)를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 생물막을 이용한 소규모 오폐수 처리장치.
제1항에 있어서, 상기 제2 무산소조(16)에는 부족한 탄소원을 공급받기 위하여 탄소원 주입장치(36)와 연결되며, 상기 제2 호기성조(18)에는 부족한 알칼리도를 공급받기 위하여 알칼리도 주입장치(34)와 연결됨을 특징으로 하는 생물막을 이용한 소규모 오폐수 처리장치.