KR20020013354A

KR20020013354A - 폐타이어를 활용한 혐기여상조를 구비한 정화설비 및 이를이용한 정화방법

Info

Publication number: KR20020013354A
Application number: KR1020000064548A
Authority: KR
Inventors: 하준수; 박후원
Original assignee: 이진우; (주)그린텍환경컨설팅
Priority date: 2000-11-01
Filing date: 2000-11-01
Publication date: 2002-02-20
Also published as: KR100342106B1

Abstract

본 발명은 (a) 분뇨 및 생활폐수를 합병하여 유입 수류에너지를 감소시키고 (b) 횡류식 그물망형 폐타이어담체(14)가 있는 횡류식혐기여상조(3)에 피처리물을 유입시켜 수류에너지를 감소시켜 침전효율을 극대화하고, 1차침전지(7)의 잉여슬러지를 반송시켜 일부를 침전 제거함으로써 운전의 균형을 유지시키며, 질산화물의 방해 없이 탈인에 유용한 기질을 생물체내 축적시키는 단계, (c) 피처리물의 침전 상징액을 무산소탈질조(5)에 유입시켜 최종침전지(9)와 PSR control조(4)에서 유입된 질산화물과 바닥의 침전 미생물을 접촉시켜 탈질을 유도하는 단계, (d) 1차침전지(7)로부터의 반송수에 포함된 피처리물의 질산화를 추가 수행하고 미생물의 체류시간을 연장시키고, 쇄석으로부터 용출되는 천연미네랄을 공급하여 미생물의 활성을 개선하는 단계, (e) 유기물의 산화분해 및 횡류식혐기여상조(3)에서 미생물의 체내에 축적된 기질을 이용해 탈인과정을 수행하는 부유성 활성 미생물 공정과 중력에 의한 침전분리 및 저부하 단계에서 우세한 질산화미생물을 다량 확보할 수 있는 부착성 활성 미생물 공정과 중력식 침전분리로 대부분의 오염물을 분해 처리하는 단계와 (f)최종처리수를 바이오필터담체(20)에 통과시켜 미세부유물의 유출을 최소화 시켜 방류시키는 구조로 구성된 것이 특징인 분뇨와 생활폐수의 처리방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

폐타이어를 활용한 혐기여상조를 구비한 정화설비 및 이를 이용한 정화방법{WASTE WATER TREATMENT SYSTEM OF CROSS-FLOW ANAEROBIC FILTER REACTOR BY USING RECYCLED TIRE MEDIA AND METHOD USING IT}

본 발명은 정부의 청정 수자원 확보방안과 관련한 수변지구의 수질관리 기준 강화에 따른 식당이나 주택 등 개별 발생원의 생활하수와 분뇨를 발생원에서 합병처리를 수행함으로써 처리시설의 미비로 인한 무단방류 등의 문제를 해소하여 청정 수자원 보존 및 안정된 생업활동을 보장하기 위한 정화설비 및 이를 이용한 정화방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 서술하면, 일반 가정이나 식당 및 소규모 주거지역 등에서 발생되는 주방폐수, 목욕수 및 분뇨등에 포함된 유기물과 질소·인 등의 영양소를 단계별로 시설된 공정에 서식하는 미생물에 의한 연속적인 분해 및 증식작용을 이용하여 처리하는 폐타이어를 활용한 횡류식혐기여상조를 구비한 정화설비 및 이를 이용한 정화방법에 관한 것이다.

환경부에 의하면 생활하수는 전체 하·폐수 발생량의 약 67%에 해당되며 발생량의 약 56.6%만이 종말처리시설에 유입되어 처리되고, 분뇨는 약 52%만이 처리되고 있어 발생량의 절반 정도는 미처리되어 주변의 하천이나 지하수원을 오염시키고 있는 실정이다. 또한 본 발명자의 조사 결과 하수종말처리장의 경우는 관거시설의 미비로 실제 유입수질의 BOD가 65-120 mg/L로 설계수질의 75% 이하로 유입되고 있어 저부하상태로 불안전하게 운전되고 있다. 이는 발생원의 실측된 배출 BOD농도가 가정의 경우 약 205mg/L, 식당 350mg/L인 것에 비해 실제 유입하수의 상당부분이 누수되거나 우수가 혼입된 영향으로 판단되며 이의 개선을 위한 관거의 정비나 신설이 국내의 지형적 여건상 많은 어려움을 내포하고 있어 발생원에 대한 정화설비의 도입이 불가피해 지고 있다.

수질오염과 관련한 가장 일반적인 지표인 수계의 부영양화 현상을 고려하면 대표적인 오염항목인 BOD, N과 P의 잠재적인 산소소모량(OCP; Oxygen consumption potential)은 1kg BOD는 최대 1kg O₂를 1차 소모, 1kg TN은 최대 4kg O₂(95% 질산화 고려)를 1 차 소모하며 1kg TN은 최대 14kg O₂를 2차 소모(algae 성장 고려)하게 되며 1kg TP는 1차적인 산소소모는 없으나 최대 100kg의 2차 산소소모(부영양화와 관련한 algae 영향)를 유발하게 된다(Andersson A. and Hultgren J., WWTPs in rock-an economical and environmental alternative, 8th IAWQ conference on design, operation and economics of large wastewater treatment plants, 6-9 Setember 1999, Budapest, Hungary, pp 71-78). 즉, 1차 및 2차 산소소모를 각각 폐수처리단계와 부영양화 현상후 재처리단계로 구분한다면 그 만큼 전체 수계를 위해서 질소와 인의 제거는 BOD제거보다 더 큰 오염정화 효과를 거둘 수 있다는 것을 의미한다.

관거와 같은 기반시설이 잘 정비된 선진외국의 경우 소규모 발생원처리에 관한 사례는 많지 않으나, 오늘날 질소·인제거에 요구되는 폐수내 유기성 기질량과 관련하여 회분식공정(SBR)을 중심으로 질소·인제거 공정에 대한 연구사례가 증가하고 있다. 즉, 평균 BOD 315mg/L, TN 65mg/L의 단독주택의 오수에 대해 0.04kg BOD/kg MLSS/d의 부하율로 SBR공정을 적용해 BOD 20mg/L, TN 15mg/L 이하의 유출 수질을 달성한 사례(P. Vuoriranta, D. Haile Mariam and E.Kautia, Organic carbon and nitrogen removal from wasteaters of single houses and small separate establishments using a simlpe sequence batch reactor, Wat. Sci. Tech., 28, 10, 243-249, 1993)가 있다. 또한 우리의 동계와 같이 온도가 낮은 시기에는 질소제거를 위해 반송슬러지의 재폭기 공정이 있는 활성슬러지 공정이 높은 질소제거 효율을 달성하는데 유리하다는 연구결과(Wanner Jiri, Kos M. and Grau P., An innovative technology for upgrading nutrient removal activated sludge plants, Wat. Sci. & Tech., 22, 7-8, 9-20, 1990)도 있다.

한편 일본의 경우는 우리와 유사한 자연환경으로 인해 대규모 공동처리시설에 대한 투자 외에 오수·분뇨 합병정화조에 대한 활발한 연구와 개발을 통해 거의 정형화된 정화시설이 생산 보급되고 있다. 방류수 BOD를 20mg/L 이하로 유지하기 위한 정화조의 공정으로 장기폭기식 또는 표준활성슬러지법을 제시(河澤勇, "接觸曝氣方式淨化槽의 構造와 性能", 用水와 廢水, Vol.23, No.1, pp15-19, 1981, 長澤靖之, "活性汚泥方式淨化槽의 構造와 性能", 用水와 廢水, Vol.23, No.1, pp32-36, 1981)하고 있으며, 탈질 탈인이 고려된 합병정화조의 운전결과 그 처리수의 조류성장 잠재능력(AGP)은 기존 시설의 약 8배 이하로 낮아지는 것이 보고된 사례도 있다(稻森悠平, "生活排水對策의 重要性과 高度新處理技術에 의한 水環境保全, 국립환경연구원 세미나 자료, 1994.6.14).

국내에서는 지역에 따른 방류수질기준의 강화로 기존 시설의 개량 및 강화된 수질기준을 만족할 수 있는 정화설비의 개발이 시급히 요구되고 있다. 특히, 도심지를 중심으로 구성된 공동하수처리 구역에서 제외되어 있는 대부분의 수변지역의 경우 BOD 10 mg/L이하의 엄격한 수질 기준을 만족할 수 있는 소규모 공동처리시설이나 개별 오수정화시설의 개발은 생존과도 연결되어 있는 상황이다.

본 발명자들의 연구에 의하면 이러한 수준의 방류수질 기준을 만족하기 위해서는 BOD 외에 질소를 10 mg/L이내의 수준으로 처리할 수 있는 시설의 개발이 필요하다는 것을 인식하고 연구를 거듭한 결과, 평균 BOD 유출농도 10mg/L에서 질소를 88% 및 인 65%의 처리효율을 달성할 수 있는 경제적인 방법 및 장치를 개발하여 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 인간의 주거나 식생활에서 발생되는 분뇨 및 생활폐수를 발생원에서 합병처리하여 질소와 인들을 효과적으로 제거함으로서 수계의 부영양화로 인한 후속오염을 예방하고 수자원의 보전에 기여하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 본 발명에 따른 생활폐수 및 분뇨의 합병처리시 유기물을 비롯한 영양소제거 효율이 개선된 운전이 간편하고 경제적인 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 폐타이어를 이용하여 재질의 특성상 제공되는 흡착능을 충분히 활용함으로써 폐수의 고형물 분리율을 개선하고 반송된 미생물이 폐수내 먹이 성분과 접촉하는 시간을 충분히 제공함으로서 인 제거 효과를 향상시킬 수 있는 여재로 활용하여 자원재활용을 유도할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.

도1은 본 발명의 바람직한 구체예에 따른 정화공정을 개략적으로 보여주는 도면이다.

도2는 본 발명의 바람직한 구체예에 따른 정화설비를 개략적으로 보여주는 도면으로서, 평면도, 우측면도 및 정면도를 도시한 도면이다.

도3은 본 발명의 바람직한 구체예에 따른 폐타이어담체를 개략적으로 보여주는 도면으로서, 우측면도 및 정단면도를 도시한 도면이다.

도4는 본 발명의 바람직한 구체예에 따른 PSR control조를 개략적으로 보여주는 도면이다.

도5은 본 발명의 바람직한 구체예에 따른 최종침전지를 개략적으로 보여주는 도면이다.

도6은 본 발명의 바람직한 구체예에 따른 우류식혼합용배플을 개략적으로 보여주는 도면이다.

도7은 본 발명의 바람직한 구체예에 따른 공기부상식 반송라인을 개략적으로보여주는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2: 감쇄형유입조 3: 횡류식혐기여상조

4: PSR control조 5: 무산소탈질조

6: 부유성활성미생물조 7: 1차침전지

8: 부착성활성미생물조 9: 최종침전지

11: 탈인용슬러지반송라인 12: control조반송라인

13: 질산화물반송라인 14: 폐타이어담체

17: 우류식혼합용배플(baffle1) 18: 접촉산화형여재

19: 바이오필터조 20: 바이오필터담체

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 수류 연직방향으로 설치된 폐타이어 담체를 구비하는 횡류식혐기여상조(3); 피처리물을 폭기시키면서 미생물의 체류 시간을 연장함으로서 동계 저수온에 따른 처리효율 저하현상을 개선시키기 위한 피에스알컨트롤조; 상기 횡류식혐기여상조 및 피에스알컨트롤조로부터 피처리물이 유입되도록 설치되는 무산조탈질조; 상기 무산소탈질조로부터 피처리물이 유입되도록 설치되고, 후단에 1차침전지를 구비하는 부유성활성미생물조; 상기 1차침전지로부터 피처리물이 유입되도록 설치되고, 접촉산화형여재를 구비하며, 후단에 최종침전지를 구비하는 부착성활성미생물조; 상기 1차침전지로부터 상기 감쇄형유입조로 슬러지를 반송함으로서 질소 산화물에 선행되어 탈인에 유용한 기질을 확보하기 위한 탈인용슬러지반송라인; 상기 1차침전지로부터 슬러지내 미생물을 개량하기 위해 상기 피에스알컨트롤조로 슬러지를 반송하기 위한 피에스알컨트롤조반송라인; 및 상기 최종침전지로부터 상기 무산조탈질조로 탈질을 위한 질소 산화물과 슬러지를 반송하기 위한 질산화물반송라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐타이어를 활용한 혐기여상조를 구비한 정화설비를 제공한다.

본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 상기 피에스알컨트롤조는 쇄석을 구비하여 피처리물이 상기 쇄석을 통과하도록 구성된다.

본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 상기 무산소탈질조는 수리학적 작용력을 이용해 피처리물의 고른 분배를 수행하기 위한 우류식혼합용배플을 구비한다.

또한, 본 발명은 수류 연직방향으로 설치된 폐타이어 담체에 통과시키면서 흡착 및 침전시키는 공정을 포함하는 횡류식혐기여상 단계, 피처리물을 우류식혼합용배플을 이용하여 슬러지내에 고르게 분배한 상태에서 개량된 탈질을 수행하는 무산소탈질 단계, 피처리물을 부유성활성미생물을 이용하여 산화분해한 후, 슬러지와 상징액을 분리하는 1차 산화분해 단계 및 피처리물을 부착성활성미생물 이용하여 산화분해한 후, 슬러지와 상징액을 분리하는 2차 산화분해 단계를 포함하고, 상기 1차 산화분해 단계에서 분리된 고농도의 슬러지의 일부는 상기 횡류식혐기여상 단계로 반송되어 저류되거나 탈인 기작을 위한 유용한 기질 섭취가 수행될 수 있도록반송되고, 나머지는 폭기를 수반하면서 미생물체류시간을 연장시키는 미생물체류연장조절 단계를 거쳐 무산소탈질 단계로 반송되고, 상기 2차 산화분해단계에서 분리된 슬러지는 탈질을 위해 상기 무산소탈질 단계로 반송되는 단계로 구성되어, 탈질과 탈인의 경쟁과 상호제한성을 예방할 수 있도록 2단의 서로 다른 생물체계를 활용하는 것을 특징으로 하는 폐타이어를 활용한 혐기여상 공정을 이용한 정화방법을 제공한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 구체예를 상세히 설명한다.

도1은 본 발명의 바람직한 구체예에 따른 정화공정을 개략적으로 보여주는 도면이다. 도시한 바와 같이, 본 발명의 정화공정은 고액분리 및 혐기성 탈인을 제어하는 횡류식혐기여상 공정, 미생물 활성 개량 공정, 무산소탈질 공정 및 1, 2단계의 생물학적 분해 산화 및 처리수의 생물여과 공정이 연속적으로 수행되도록 되어 있다. 이를 좀 더 상세히 설명하면, 가정 등의 인간의 거주지에서 발생된 주방폐수, 목욕수, 및 기타 잡배수와 분뇨를 부유성활성미생물조(6)로부터 반송된 슬러지와 함께 혼입하여 수류에너지를 충분히 감소시켜 폐타이어를 활용해 제작한 그물망상의 폐타이어담체(14)를 이용한 침전분리 및 흡착공정에 의해 유입부하 감소와 반송슬러지내 미생물에 폐수내 기질을 섭취시켜 탈인공정의 기반을 제공하는 횡류식혐기여상 단계,

부유성활성미생물조(6)로부터 반송된 슬러지를 대상으로 미생물의 체류시간을 효율적으로 연장시키고 슬러지를 과폭기시켜 내생분해와 완전질산화를 유도하며 기설치된 쇄석(24)에서 방출되는 천연 미네랄 성분을 지속적으로 공급하여 미생물의 활성과 처리수질을 제어하는 미생물체류연장조절(Prolongation of Sludge Retention Control)단계,

횡류식혐기여상조(3)를 거친 피처리물과 부착성활성미생물조(8)와 PSR control조(4)로부터 유입되는 질산화물을 우류식혼합용배플(17)을 이용해 수리동역학적으로 혼합시켜 탈질공정을 수행함으로써 BOD와 같은 유기물의 소모와 질소를 제거하는 자연혼합식 무산소탈질 단계,

각종 미생물의 분해특성에 따라 피처리물내의 유기물과 인을 섭취하고 암모니아를 질산화시키는 등 주처리기능을 수행하는 부유성 활성 미생물을 이용한 분해단계와 침전지에서 슬러지와 상징액을 분리하는 단계로 이루어지는 오염물의 1차 산화분해 단계,

처리수질개선을 위해 미생물 체류시간이 더욱 증가된 부착성 활성 미생물을 이용해 1차 처리수의 완전 질산화 및 유기물 분해를 수행한 후, 최종처리수의 안정적인 수질 확보를 위해 고형물이 부착 성장 할 수 있는 바이오필터조(19)가 장착된 최종침전지(9)를 통해 배출하는 단계를 포함한다.

도2는 본 발명의 바람직한 구체예에 따른 정화설비를 개략적으로 보여주는 도면으로서, 평면도, 우측면도 및 정면도를 도시한 도면이다. 도시한 바와 같이, 주방폐수, 목욕탕 및 기타 잡배수 및 분뇨는 하수관 또는 연결관등에 의해 폐수유입관(1)을 통해 흐름에너지 감쇄형유입조(2)를 통해 중력식 침전효율이 보다 개선 될 수 있도록 유입 에너지가 감소되어 횡류식혐기여상조(3)로 유입된다. 이 횡류식혐기여상조(3)에는 비중이 1이상인 물질은 중력에 의해 바닥에 침전 저류되며 저류물의 일부는 가수분해되어 부유물이나 용해성물질과 함께 피처리물의 이동경로를 따라 유출측 경판상부에 설치된 유출구(15)를 거쳐 자연혼합식 무산소탈질조(5)로 유입된다. 그리고 침전되지 않은 폐수내에 함유된 부유물이나 용해성물질 등은 흐름에 반하여 설치된 횡류식 그물망형 폐타이어담체(14)에 의해 유속이 감소되면서 일부는 추가적으로 침전되고 일부는 폐타이어담체(14)의 흡착성에 의해 횡류식혐기여상조(3)내에서 장기 억류하면서 가수분해를 통해 탈질 및 탈인을 위한 유용한 기질형태로 가수분해된다. 그리고 부유성활성미생물조(6)의 1차침전지(7)에서 탈인용슬러지반송라인(11)에 의해 횡류식혐기여상조(3)로 반송된 잉여 슬러지의 일부는 침전 분리되고 일부 미생물은 혼입된 유입수로부터 탈인을 위해 사용할 유용한 용해성 기질을 섭취하여 세포내에 PHA(Poly hydroxy alkanoic acid)나 PHB(Poly-β-Hydroxy butyrate)형태로 저장해 향후 탈인을 위한 에너지원으로 활용하게 된다.

자연혼합식 무산소탈질조(5)로 유입된 피처리물은 주름진 형상으로 설치한 우류식혼합용배플(17)에 의해 무산소탈질조(5) 전체에 고르게 분배되어 무산소탈질조(5)내의 바닥에 있는 미생물 및 PSR control조(4)와 질산화물반송라인(13)에 의해 부착성활성미생물조(8)로부터 반송된 슬러지내의 질산화물과 접촉되어 탈질공정이 수행된다. 이러한 탈질공정에서는 탈질 미생물에 의한 유기성 기질의 섭취를 수반하므로 폐수내에 포함된 유기물의 상당부분이 분해 제거된다.

부유성활성미생물조(6)에서는 폐수내 오염물의 본격적인 분해가 시작되어 대부분의 유기물이 호기성미생물에 의해 분해 섭취되어 일부는 활동 에너지로 일부는 새로운 미생물로 전환되며 이 과정에서 미생물은 성장을 위한 세포 구성성분으로서질소와 인을 섭취하고 질산화 미생물의 작용에 의해 암모늄 이온은 보다 안정한 질산성 질소로 전환된다. 이렇케 처리된 피처리물은 경판의 하부를 통해 1차침전지(7)로 유입되어 상징액과 슬러지로 분리되며, 침전된 슬러지에는 많은 양의 질산성 질소와 미처리된 유기물과 인 및 새로이 성장한 미생물이 있으며 이들은 탈인용슬러지반송라인(11)를 통해 유입유량의 50%가 전단의 횡류식혐기여상조(3)로 반송되고 유량의 50%는 피에스알컨트롤조반송라인(12)을 통해 피에스알컨트롤조(4)로 유입되어 활성화된다. 횡류식혐기여상조(3)에는 산소가 없어 미생물의 작용에 의해 질산성질소의 산소성분이 분리되어 질소가스 형태로 전환됨으로써 질소는 완전히 피처리물에서 분리 제거되며 또한 반송슬러지에 포함된 탈인 미생물이 유입폐수에 포함된 유기물을 섭취하여 후속의 탈인 기작을 수행할 수 있도록 유도된다.

1차침전지(7)의 유출수와 분리되지 않은 미세플락은 부착성활성미생물조(8)로 유입되어 피처리물내에 남아있던 잔류유기물과 미세 부유물을 조내에 설치한 접촉산화형여재(18)에 의해 추가 처리하고 암모니아성분의 완전질산화를 수행한 후 최종침전지(9)에서 상향류식 고액분리 기능에 의해 슬러지와 상징액을 분리하게 된다. 분리된 슬러지는 유입유량의 100%가 질산화물반송라인(13)을 통해 질산화물과 함께 무산소탈질조(5)로 유입되어 탈질공정을 거치고, 상징액은 최종침전지(9)에 설치된 바이오필터조(19)를 거치면서 미세 부유물을 자연적으로 바이오필터담체(20)의 미생물의 여과작용에 의해 분리 후 방류된다.

도3은 본 발명에 바람직한 구체예에 따른 폐타이어담체(14)를 개략적으로 보여주는 도면으로서, 우측면도 및 정단면도를 도시한 도면이다. 도시한 바와 같이,본 발명의 바람직한 구체예에 따른 폐타이어담체(14)는 폐타이어를 활용한 횡류식 여상(14)의 형상으로서 10mm 폭의 폐타이어밧줄(21)을 FRP소재로 만든 가로지지대(22)에 묶어 고정시키고 10-20mm의 폐타이어밧줄(21)을 환봉형상의 세로지지대(23)에 고정시켜 그물망형상을 약 10mm×10mm size의 투과망목을 형성할 수 있도록 배치한다. 이러한 담체를 1세트에 3 라인 씩을 각각 눈의 위치가 서로 어긋나도록 배치하며 개별 횡류식혐기여상조(3)에 2세트 이상이 설치될 수 있도록 고안하였다.

도4는 본 발명의 바람직한 구체예에 따른 피에스알컨트롤조(4)를 개략적으로 보여주는 도면이다. 1차침전지(7)로부터 반송된 피처리물에 포함된 미생물의 활성을 개선하고 동계의 수온 저하시 질산화미생물의 활성저하로 인한 질산화효율 감소문제를 해소함으로써 잔류 질소물의 완전질산화를 달성할 수 있도록 미생물 체류시간을 연장하는 기능을 수행하는 조절조로서 피처리물과 공기를 혼합시켜 조내에 설치된 쇄석(24)을 통과하게 함으로써 생물반응기의 활성을 증진시킬 수 있도록 천연미네랄을 지속적으로 공급하는 기능도 수행한다.

도5은 본 발명의 바람직한 구체예에 따른 최종침전지(9)를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도시한 바와 같이, 최종침전지(9)는 바이오필터조(19)를 구비하고 있고, 바이오필터조(19)는 최종침전지(9)에서 고액분리된 상등수에 남아있는 미세부유물을 상향류로 통과하면서 바이오필터담체(20)에 형성된 미생물막의 흡착과 여과작용에 의해 추가 제거함으로서 안정적인 수질을 확보하는 역할을 수행한다.

도 6은 본 발명의 바람직한 구체예에 따른 우류식혼합용배플(17)을 개략적으로 보여주는 도면이다. 우류식혼합용배플(17)은 무산소탈질조(5)에 유입된 피처리물이 바닥에 침전된 슬러지와 보다 고른 혼합이 됨과 아울러 조내 바닥 전체에 유입기질의 분배를 유도할 수 있도록 수류에 의한 자연 혼합을 유도하는 기능을 수행한다. 즉, 유입구(15)로부터 수리학적 작용으로 유입된 피처리물을 유입구의 직하단에서 무산소탈질조(5)의 1/2길이로 설치된 S자형의 굴곡을 가진 우류식혼합용배플(17)의 유도작용을 통해 무산소탈질조(5)바닥의 전단에 피처리물을 고르게 분배시킬 수 있는 구조로 고안되었다.

도7은 본 발명의 바람직한 구체예에 따른 공기부상식 반송라인(11, 12, 13)을 개략적으로 보여주는 도면이다. 종래의 공기부상식 반송시스템의 막힘 현상과 공기투입에 따른 침전지의 교란현상 발생을 개선한 반송시스템의 구조로서 막힘을 예방하기 위해 반송관의 하단을 기존의 U형 대신 직관을 유지하고 대신 공기공급관(26)의 연결부를 기존의 하향식 대신 U형상을 유지함으로서 막힘이나 침전지의 교란이 발생하지 않는 우수한 반송시스템 구조를 고안하였다.

이와 같이 본 발명에 따른 생활폐수 및 분뇨의 합병처리방법을 이용하면 첫째, 발생원에서 생활폐수와 분뇨를 합병 처리함으로서 하수도보급이 어려운 지역적인 문제를 쉽게 해소할 수 있어 적극적인 수질환경을 개선할 수 있으며, 둘째는 혐기상태인 횡류식혐기여상조(3)에 슬러지를 반송하여 분해를 유발함으로서 슬러지생산을 최소화할 수 있고, 셋째 유기물제거와 탈질 및 탈인공정을 각각 분리 독립적인 조에서 수행함으로서 상호 미생물간의 경쟁으로 인한 효율저하를 최소화시켜 전체적인 처리효율을 극대화시킬 수 있으며, 넷째 횡류식혐기여상조(3)의 여재로서폐타이어를 사용함으로써 처분이 곤란한 폐자원의 재활용을 실현하고 있는 것이며, 다섯째는 호기성 생물반응조를 부유성과 부착성으로 2단 연속 운영함으로써 종래의 접촉산화단계에서 문제시되던 탈질효율의 저하를 개선하였고 질산화 미생물과 유기물 분해 미생물의 경쟁관계를 배제시켜 질산화효율을 향상시켰다. 즉, 부유성과 부착성의 2단 호기성 공정을 연속적으로 운용함으로써, 탈인 및 탈질 기능이 우세한 부유성 미생물을 이용해 탈인공정의 향상 및 탈질 미생물의 양적 확보를 수행하고, 질산화물의 형성을 제어하며, 접촉산화방식을 채용하여 부착성 공정의 높은 질산화 기능을 활용하면서 질산화물에 의한 탈인 작용의 방해 현상을 예방할 수 있도록 반송수의 유입단을 구분 운전하여 영양소 제거 효율을 크게 개선한 것이다.

여섯째로는 피에스알컨트롤조(4)를 설치하여 동계 저온시 질산화미생물의 활성 저하로 인한 질산화효율 저하 현상을 예방할 수 있도록 반송 슬러지에 대한 폭기 과정을 수행해 적은 시설 용적으로 높은 미생물체류시간의 획득이 가능할 수 있도록 고안하였으며, 쇄석을 활용해 생물학적 처리공정에 필요한 미량 미네랄을 지속적으로 공급함으로써 미생물의 활성을 높은 상태로 유지할 수 있도록 고안하여고, 일곱째는 최종처리수가 바이오필터조(19)를 다시 한 번 거치게 고안함으로서 방류수에 포함될 수 있는 미세한 플락을 제거하여 처리효율을 극대화시킬 수가 있다. 그 결과 호기성 공정에 대해 0.3 kg BOD/m³/d의 부하를 적용한 경우 처리수질은 BOD 96%, SS 91% 그리고 TN 88% 및 TP 65%이상의 높은 제거효율로서 처리수질을 BOD, SS 10 mg/L 이하의 우수한 유출수를 방류할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 분뇨 및 생활폐수의 합병처리방법은 횡류식혐기여상조(3)에서 일단의 고액분리와 탈인기반 과정을 거쳐, 무산소탈질조(5), 부유성활성미생물조(6), 1차침전지(7), 부착성활성미생물조(8) 및 바이오필터조(19)를 구비한 최종침전지(9)를 거치며 적절한 처리가 수행되고 공기펌프식 반송라인(11, 12, 13)에 의해 슬러지의 반송과 탈질·탈인 공정을 위한 반송을 수행하는 구조로 구성되어 있다. 이러한 처리공정상의 피처리물의 이동은 자연유하를 이용하였으며 반송은 공기펌프를 활용함으로서 막힘의 문제가 없고 가장 경제적인 체제로 구성되어 있다.

이하에서 실시예에 의하여 본 발명을 보다 상세히 설명하지만 본 발명의 범위가 이것만으로 한정되는 것은 아니다.

<실시예>

도 1에 도시된 정화공정에 따라 하기 표 1에 나타낸 사양으로 제작된 장치를 사용하여 분뇨 및 생활폐수의 합병처리를 수행하였다.

가정에서 발생되는 분뇨 및 주방폐수나 목욕수 등을 포함한 생활폐수를 각각 기존의 정화조 관이나 하수관으로부터 횡류식혐기여상조(3)로 유입시켜 고형물의 침전분리와 분해가 쉬운 저분자성 유기물을 반송된 슬러지에 포함된 미생물에 섭취시켜 후속의 탈인공정 수행을 위한 기반을 제공하고 분해가 곤란한 미세 고분자성물질에 대해서는 폐타이어담체(14)에 흡착시켜 유출을 억제하며, 가수분해를 통해 후속공정에서 미생물에 의한 섭취가 용이하도록 변형시킨 후 후속 단계로 유입시킨다. 후속의 무산소탈질 공정에서는 탈인 미생물에 의해 흡수되고 남은 분해성 유기물을 섭취, 활용하면서 최종침전지(9)에서 반송된 슬러지와 PSR control조(4)에서 유입된 질산물에 대한 탈질공정을 수행해 피처리물내 질소를 제거하게 된다. 피처리물은 중력에 의해 후속의 부유성활성미생물조(6)로 유입되는데 이 공정에서 대부분의 유기물은 소량의 질소 인과 함께 호기성미생물에 의해 분해되며, 1차침전지(7)로 유입된 피처리물의 슬러지는 반송라인(11, 12)을 통해 각각 횡류식혐기여상조(3)와 PSR control조(4)로 반송된다. 그리고 상징액은 후속의 부착성활성미생물조(8)로 유하되어 추가적인 질산화 및 오염물의 분해를 수행하고, 최종침전지(9)로 유입된 피처리물중 슬러지는 무산소탈질조(13)로 반송된다. 끝으로, 최종처리수는 상향류로 바이오필터조(19)에 유입되어 부유성 미세 고형물을 바이오필터담체(20)의 여과작용으로 억류함으로서 유출수의 안정성을 보장하게 된다.

처리과정에서 생성된 잉여슬러지는 1차침전지(7)에서 횡류식혐기여상조(3)로 유입되어 6개월 동안 저류후 정화조 청소차량에 의해 제거된다.

기 기	기 기 사 양	비 고
횡류식혐기여상조(3)폐타이어담체 (14)PSR contol조(4)무산소탈질조(5)부유성활성미생물조(6)1차침전지(7)부착성활성미생물조(8)접촉산화형여재(18)최종침전지(9)바이오필터조(19)방류 weir바이오필터담체(20)반송라인(11, 12, 13)블로아산기관(16)	10.12 m³(침전시간; 16.2시간)3.68m²(3겹 이상)0.625m³(체류시간; 2시간)5.02m³(체류시간; 8시간)7.42 m³(체류시간; 11.9시간)1.8 m³(침전시간 : 2.88 시간)3.5m³(체류시간; 5.6시간)0.51×2×1.45m³(충진율 40%)1.92m³(체류시간; 3.07시간)0.384m³(최종 침전지내에 설치)60도 경사 weirBio-skipφ 60350l/min 용량80L/min	1 세트2 세트1 세트1 세트1 세트1 세트1 세트103 m1 세트1 세트1 세트다수3 set1 ea5 ea

본 실시예에 따라 분뇨 및 생활폐수의 합병처리수행 결과 TSS, BOD, COD, 그리고 TKN의 각 공정단계별 잔류농도와 제거효율을 표 2에 나타내었다.

다음의 결과로부터 본 발명에 의한 분뇨와 생활폐수의 합병처리방법은 평균 96.7 %에 달하는 높은 BOD 제거효율로 처리할 수 있다는 것이 명백하며, 이는 유출수 1 L 당 10 mg 이하의 BOD 함유율에 해당하므로, 본 발명의 방법은 환경오염의 방지에 매우 효과적이라는 사실을 알 수 있다. 또한 질소와 인의 경우 처리효율이 88 %와 65%로 기존의 처리시설에 비해 상당히 개량된 특성을 나타내고 있어, 본 발명의 경우 유기물의 제거뿐만 아니라 질소인의 영양소 제거에서도 탁월한 것을 알 수 있다.

구분	SS	BOD	TKN	NO3-N	TP
구분	mg/L	%	mg/L	%	mg/L	%	mg/L	mg/L	%
유입수	182	-	278	-	62	-	0	11.8	-
혐기여상유출수	96.6	46.9	207	25.5	68.1	-	0.72	17.6	-
무산소조 유출수	85	53.3	122	56.1	24.7	54.6	2.15	10.8	8.47
1차처리수	28	82.7	23	90.6	12.1	83.2	6.82	3.97	66.4
최종처리수	5.7	96.5	8.2	96.7	7.7	87.9	4.1	4.13	65

상기한 구성의 본 발명에 따르면, 인간의 주거나 식생활에서 발생되는 분뇨 및 생활폐수를 발생원에서 합병처리하여 질소와 인들을 효과적으로 제거함으로써 수계의 부영양화로 인한 후속오염을 예방하고 수자원의 보전에 기여할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 생활폐수 및 분뇨의 합병처리시 유기물을 비롯한 영양소제거 효율이 개선된 운전이 간편하고 경제적인 장치를 제공할 수 있는 효과가 있다. 본 발명은 종래의 접촉산화단계에서 문제시되던 탈질효율의 저하를 크게 개선하고, 질산화 미생물과 유기물 분해 미생물의 경쟁 관계를 배제시켜 질산화효율을 극대화시킬 수 있다.

본 발명은 폐타이어를 이용하여 재질의 특성상 제공되는 흡착능을 충분히 활용함으로써 폐수의 고형물 분리율을 개선하고 반송된 미생물이 폐수내 먹이 성분과 접촉하는 시간을 충분히 제공함으로서 인 제거 효과를 향상시킬 수 있는 여재로 활용하여 자원재활용 및 환경오염 문제의 해결을 유도할 수 있는 기술을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims

수류 연직방향으로 설치된 폐타이어 담체를 구비하는 횡류식혐기여상조(3);

피처리물을 폭기시키면서 미생물의 체류 시간을 연장함으로서 동계 저수온에 따른 처리효율 저하현상을 개선시키기 위한 피에스알컨트롤조;

상기 횡류식혐기여상조 및 피에스알컨트롤조로부터 피처리물이 유입되도록 설치되는 무산조탈질조;

상기 무산소탈질조로부터 피처리물이 유입되도록 설치되고, 후단에 1차침전지를 구비하는 부유성활성미생물조;

상기 1차침전지로부터 피처리물이 유입되도록 설치되고, 접촉산화형여재를 구비하며, 후단에 최종침전지를 구비하는 부착성활성미생물조;

상기 1차침전지로부터 상기 감쇄형유입조로 슬러지를 반송함으로서 질소 산화물에 선행되어 탈인에 유용한 기질을 확보하기 위한 탈인용슬러지반송라인;

상기 1차침전지로부터 슬러지내 미생물을 개량하기 위해 상기 피에스알컨트롤조로 슬러지를 반송하기 위한 피에스알컨트롤조반송라인; 및

상기 최종침전지로부터 상기 무산조탈질조로 탈질을 위한 질소 산화물과 슬러지를 반송하기 위한 질산화물반송라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐타이어를 활용한 혐기여상조를 구비한 정화설비.
제 1항에서, 상기 피에스알컨트롤조는 쇄석을 구비하여 피처리물이 상기 쇄석을 통과하도록 구성된 것을 특징으로 하는 폐타이어를 활용한 혐기여상조를 구비한 정화설비.
제 1항 또는 제2항에서, 상기 무산소탈질조는 수리학적 작용력을 이용해 피처리물의 고른 분배를 수행하기 위한 우류식혼합용배플을 구비하는 것을 특징으로 하는 폐타이어를 활용한 혐기여상조를 구비한 정화설비.
수류 연직방향으로 설치된 폐타이어 담체에 통과시키면서 흡착 및 침전시키는 공정을 포함하는 횡류식혐기여상 단계,

피처리물을 우류식혼합용배플을 이용하여 슬러지내에 고르게 분배한 상태에서 개량된 탈질을 수행하는 무산소탈질 단계,

피처리물을 부유성활성미생물을 이용하여 산화분해한 후, 슬러지와 상징액을 분리하는 1차 산화분해 단계 및

피처리물을 부착성활성미생물 이용하여 산화분해한 후, 슬러지와 상징액을 분리하는 2차 산화분해 단계를 포함하고

상기 1차 산화분해 단계에서 분리된 고농도의 슬러지의 일부는 상기 횡류식혐기여상 단계로 반송되어 저류되거나 탈인 기작을 위한 유용한 기질 섭취가 수행될 수 있도록 반송되고, 나머지는 폭기를 수반하면서 미생물체류시간을 연장시키는 미생물체류연장조절 단계를 거쳐 무산소탈질 단계로 반송되고,

상기 2차 산화분해단계에서 분리된 슬러지는 탈질을 위해 상기 무산소탈질 단계로 반송되는 단계로 구성되어

탈질과 탈인의 경쟁과 상호제한성을 예방할 수 있도록 2단의 서로 다른 생물체계를 활용하는 것을 특징으로 하는 폐타이어를 활용한 혐기여상 공정을 이용한 정화방법.