KR20020018571A - 주름형 특수담체를 이용한 중수도 처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공장에서 배출되는 각종 산업폐수 뿐만 아니라, 각 가정에서 나오는 생활 오.폐수를 주름형 특수담체(Bio-wrinkle Media)를 이용하여 이 특수담체에 서식하고 있는 호기성.임의성 및 혐기성 미생물과의 접촉을 통해 흡착, 산화, 증식, 분해 과정을 거치면서 음용수 수준의 깨끗한 처리수를 얻을 수 있는 주름형 특수담체를 이용한 중수도를 처리하는 장치에 관한 것이다.
특히 본 발명의 핵심은 주름형 특수담체 미생물 반응기(Bio-Wrinkle Media Reactor)인데 이 반응기의 내부에는 필터 역할을 하는 바이오 링클 미디어(Bio-Wrinkle Media)라는 주름형 특수담체가 전체 용적의 2/3정도 충전되어 있는데 종래의 담체보다 표면적 및 비표면적이 월등하게 넓어 호기성 및 혐기성 미생물이 서식할 수 있는 쾌적의 공간을 제공하며 종래의 샌드필터(Sand Filter)나 카본필터(Carbon Filter)의 여재 막힘 현상에 따른 처리효율 저하 등의 단점을 개선한 물리적이고 생물학적 여과가 동시에 이루어지는 고효율의 주름형 특수담체를 이용하여 중수도로 재생 처리하는 장치이다.

Description

주름형 특수담체를 이용한 중수도 처리장치 {Reuse system and Biological nutrients removal by bio-wrinkle media}
본 발명은 주름형 특수담체(Bio-wrinkle media)를 이용하여 오폐수를 처리하는 것에 관한 것으로, 특히 시간별, 계절별로 오염농도 및 배출량이 심한 생활 오폐수 및 산업폐수를 주름형 특수담체를 이용하여 2차에 걸쳐 정화시켜 중수도로 재생시켜 공장용수 및 가정의 수세식 화장실, 청소용수, 정원살수용수로 재활용 시킬수 있는 주름형 특수담체를 이용한 중수도 처리장치에 관한 것이다.
일반적으로 생활 수준의 향상과 산업화에 따라 생활 오.폐수와 산업폐수가 급격하게 증가되고 이에 따라 하천 및 호수의 수질이 크게 악화되고 있다. 이러한 하천과 호수의 수질악화는 댐이나 호수 등과 같은 지표수 또는 담수를 상수원으로 사용하는 우리나라와 같은 경우에는 수자원이 점점 고갈되고 있음을 의미하기도 한다. 이에 정부는 수자원의 수질개선을 위해 상수원 수질에 직접 영향을 미치는 지역을 상수원 보호 특별대책 지역으로 지정하고 유기물질(BOD,COD,SS)의 규제강화 뿐만 아니라 하천, 호수의 부영양화의 주범인 질소와 인의 규제를 실시하고 있으며 다른 한편으로는 물부족 문제를 적극적으로 해결하기 위하여 중수도의 설치를 의무화하고 있다.
그러나 종래의 중수도 처리 기술은 물리, 화학, 생물학적 처리공정을 약간 변형시키거나 외국에서 개발된 공정을 충분한 검증절차 없이 무분별하게 적용함으로서 비경제적이거나 효율이 낮은 문제점이 있다.
즉, 전형적인 물리, 화학적인 처리 방법인 샌드필터(Sand Filter)나 카본필터(Carbon Filter) 등이 장기 사용에 따른 여재막힘 현상이나 활성판의 정기적인 재생으로 인한 유지관리 비용상승 등의 이유로 고가의 설비를 방치하고 있는 실정이며, 처리효율 측면에서는 성능이 탁월한 막분리 공정, 즉, 역삼투막(R/O)이나 한외여과막(U/F), 정밀여과막(M/F), 이온교환막 등 막(Membrane)을 이용한 막공정도 기초 소재를 외국에서 막대한 비용을 들여 수입해서 설치하고 있으며, 또한 역삼투막(R/O)이나 한외여과막(U/F), 정밀여과막(M/F), 이온교환막 등은 2년마다 주기적인 교체가 필요하며 상당한 고액의 처리비용으로 경제적인 부담이 되는 문제점이 있다.
또한, 종래의 담체 공정들이 미생물종 에 상관없이 미생물막(Biomass) 부착여부에만 초점을 맞추어 개발하다보니 유입수내의 유기물 및 성장속도가 느리고 쉽게 씻겨나가게 되는 종속 영양 세균과는 달리 질화균의 고정, 부착성을 향상시키지못하여 활성슬러지법 에서 고질적으로 발생하는 슬러지 팽화를 해결하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 종래의 담체공정들이 미생물종에 상관없이 미생물막(Biomass) 부착여부에만 초점을 맞추어 개발한 한계성을 극복하고 유입수내의 유기물 및 성장속도가 느리고 쉽게 씻겨나가는 종속 영양 세균과는 달리, 활성슬러지법의 기본 개념을 그대로 살리면서 반응조(폭기조) 내부에 주름형 특수담체(Bio-wrinkle media)를 투입하여 질화균의 고정.부착성을 향상시켜 활성슬러지법의 고질적인 문제인 슬러지 팽화 문제를 해결하는 주름형 특수담체를 이용한 중수도 처리장치를 제공하는데 그 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 주름형 특수담체를 이용한 오폐수를 처리하여 중수도로 재활용하는 전체공정도.
도 2는 본 발명의 핵심 설비인 주름형 특수담체 미생물 반응기(Bio-Wrinkle Media Reactor) 및 주변 배관을 나타내는 세부 공정도.
도 3은 본 발명의 핵심설비인 주름형 특수담체 미생물 반응기의 상세도면.
도 4는 본 발명에 사용되는 주름형 특수담체의 실물사진.
도 5는 본 발명에 사용되는 주름형 특수담체표면의 확대사진.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1: 최초 원수유입 2: 집수조
3: 유량조정조 4: 반응조(폭기조)
5: 주름형 특수담체 6: 담체 월류방지 스크린
7: 침전조 8: 여과공급펌프
9: 주름형 특수담체 반응기(주름형 특수담체)
10: 소독 방류조 11: 처리수 방류
12: 방류수조 13: 여과공급펌프
14: 여과공급라인 15: 여과공급밸브
16: 역세수 공급라인 17: 역세밸브
18: 드레인 밸브 20: 산기장치
21: 공기공급라인 22 : 처리수 배출밸브
23: 처리수 배출라인 24: 중수 공급펌프
25: 중수 저장조 26: 내부순환펌프
27: 내부순환밸브 28: 내부순환라인
29: 여과수 살수장치 30: 주름형 특수담체
31: 특수담체 지지용 스크린(상부) 32: 특수담체 지지용 스크린(하부)
33: 유량조정용 산기장치 34: DO METER
35: ORP METER 36: 혐기교반장치
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 오폐수를 처리하여 재생하는데 있어서, 오폐수를 집수하고 유량변동을 조정하는 집수조 및 유량조정조와, 유량조정조 하부에 설치되어 산소를 공급하는 산기장치와, 유입되는 오폐수를 정화시키는 주름형 특수담체가 충전된 반응조와, 상기 반응조에서 상기 오폐수의 월류를 방지하는 월류방지스크린과, 반응조로부터 유입된 정화된 오폐수를 고액분리시켜 청등수를 배출하는 침전조와, 침전조에서 유입된 청등수를 한번 더 정화시켜 중수도로 재생하는 미생물 반응기와, 미생물 반응기로부터 유입되는 상기 중수도를 소독시키는 소독방류조와, 미생물 반응기로부터 유입되어 상기 중수도를 공급하기 위해 저장하는 중수 저장조 및 공급펌프 및 관련배관을 포함한다.
또한, 본 발명의 주름형 특수담체는 나선형 및 주름형으로 성형된 염화비닐계통으로 이루어진 것을 특징으로 하며, 상기 주름형 특수담체는 세라믹으로 코팅되어 있으며 주성분은 해양성 규석과 다공질의 화산재광석으로 구성되는 것을 특징으로 하며, 미생물 반응기는 상기 오폐수를 정화하는 주름형 특수담체와, 회전하며 호기 및 혐기를 분리시키는 혐기 반응용 교반기와, 물을 살수하는 살수기와, 상기 주름형 특수담체를 지탱해 주는 상하부의 지지용 스크린과, 상기 오폐수의 처리 효율 향상을 위해 설치되는 내부 및 외부 배관과 밸브, 펌프를 더 포함하며, 미생물 반응기는 오폐수의 호기, 혐기 및 산소를 측정하는 계측기를 포함하며, 미생물 반응기는 정화된 오폐수로부터 배출되는 불순물을 배출하는 배관기를 포함한다.
또한, 미생물 반응기는 주름형 특수담체를 미생물 반응기 내부의 2/3를 채우는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 담체공정들이 미생물종에 상관없이 미생물막(Biomass) 부착여부에만 초점을 맞추어 개발한 한계성을 극복하고 유입수내의 유기물 및 성장속도가 낮고 쉽게 씻겨나가게 되는 종속 영양 세균과는달리 활성슬러지법의 기본 개념을 그대로 살리면서 반응조(폭기조) 내부에 바이오 링클 미디어(Bio-Wrinkle Media)라는 주름형 특수담체를 투입하여 질화균의 고정.부착성을 향상시켜 활성슬러지법의 고질적인 문제인 슬러지 팽화 문제를 해결할 수 있도록 한 것이다.
본 발명의 핵심인 주름형 특수 담체는 물리, 화학적 특성을 최대한 살려 미생물이 잘 부착 성장할 수 있는 적절한 다공성 및 거친 표면적을 제공했기 때문이며 주름형 특수담체의 기본소재는 PVA라는 기본구조체에 바이오 세라믹을 코팅하여 고농도의 미생물에 10,000m2/m3정도의 넓은 비표면적을 제공함으로서 활성슬러지와 비슷한 부유미생물 농도조건에서도 낮은 F/M비 및 SRT 유지가 가능하여 슬러지 팽화현상을 억제할수 있었다.
또한 주름형 특수담체의 재질을 PVA로 선정한 이유는 PVA가 고흡수성 재질로 성장속도가 늦고 쉽게 씻겨나가게 되는 질산화균을 빠르게 부착시켰을 뿐만 아니라, 부착후에도 산소전달 속도가 높아 다공성 및 친수성인 담체의 내부까지 용존산소를 원활히 공급하기 위해서이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도면 1은 본 발명의 주름형 특수담체를 이용한 오폐수의 처리 공정도를 나타낸 것으로, 오폐수 유입관을 통하여 집수조(2)에 유입된 오.폐수는 유입성상에 따라 폐수의 경우 산성,알카리성 폐수가 유입될 경우 PH 조정조 기능을 본 집수조에서 하게되며 일단 이곳에서 중화(중성)처리되어 유량조정조(3)에 유입된다.
유량조정조(3)는 다음 공정인 반응조(4)에 유입되는 오폐수의 유입농도 및 부하유량을 주름형 특수담체(5)를 사용하여 일정하게 유지시켜 후단공정에 급작스런 변동부하를 줄여주고 처리효율을 안정되게 하기위한 유량균등조 역할을 한다.
유량조정조(3)를 거쳐 유량 및 부하가 조정된 오폐수가 반응조(4)에 유입되는데, 이 반응조(4)는 유기물처리의 종래 공법인 활성슬러지법의 폭기조에 해당되며 이 공법의 고질적인 문제인 슬러지 팽화 문제를 해결하기 위하여 일종의 생물막공정을 가미한 유동성 접촉여재를 투입하여 부유 미생물들을 이 주름형 특수담체(5)라는 특수 여재에 고정시켜 유기물 처리효율을 향상시키며 폭기조 용적을 줄일 뿐만 아니라 슬러지 팽화 문제를 해결할 수 있는 고효율 생물학적 공정이다.
그러나 유기물을 처리하기 위한 생물막공정의 성공적인 수행을 위해서는 미생물의 특성에 맞는 담체의 재질과 형태를 선정하는 것이 중요하며 적절한 부착 미생물을 유지하면서 적절한 운전조건을 찾는 것이 담채투입 생물막 공정의 성공여부를 결정한다.
본 발명에서는 주름형 특수담체(Bio-Wrinkle Media)(5)를 개발하게 되었는데 이 여재는 PVA라는 기본 구조체에 바이오세라믹을 코팅하여 고농도의 미생물에 잘 부착하여 성장할수 있는 적절한 다공성 및 거친 표면적을 제공함으로서 활성 슬러지와 비슷한 부유미생물 농도 조건에서도 낮은 F/M비 및 SRT유지가 가능하여 슬러지 덩어리 현상을 억제할수 있었다.
또한 주름형 특수담체에 코팅한 세라믹은 해양성 규석과 다공질의 화산재광석으로 구성되어 있으며, 주요성분중의 하나인 해양성규석은 중생대의 해저 침전 광상에 있는 이온교환물질로 생성된 것이며, 수중에서 필수미네랄을 형성하며 다량의 산소를 방출하는 특성이 있다. 통상의 규석이 SiO2를 함유하고 있는 반면에 Si3O9및 Si6O18형태를 이루고 있는 것이 특징으로 SiO3 -2를 65% 이상 함유하는 다공성의 규석이며 호기성 미생물균군을 이루기 용이한 1g당 250m2의 넓은 표면적을 갖는다.
특히 해양성 규소는 반도체 작용이 강하여 하전 대전능력이 강하고 부식과 같은 다공질의 화산재 광석을 사용함으로써 탄소성 유기물 및 질소(N), 인(P)제거 미생물을 활성상태로 유도하여 증식하기에 유리한 환경을 조성한다.
이상과 같이 주름형 특수담체(5)는 일반 담체와 다르게 반응조(4) (폭기조내)에서 미생물 활성도를 높이고 부착 및 부유성 미생물을 동시에 활성화시키며, 잉여슬러지 발생량을 최소화시켜 변동부하와 운전이상(정전 및 기타) 등 충격부하에도 안정적인 미생물 활성도를 유지시킨다.
다음에는 반응조(4)(활성슬러지법의 폭기조에 해당) 내에서 유기물 및 질소 제거 단계에 대해서 알아보자.
미생물학자 Young에 의하면 반응조(4)내에서 유기물제거 원리는 첫번째, 주름형 특수담체에 부착된 미생물에 용해성 유기물이 흡착(흡착), 둘째로 용해성, 콜로이드성유기물의 박테리아세포로의 전환(합성), 셋째로 침전성 비침전성 세포가내생호흡에 의해서 감소(호흡)의 세가지 원리에 의해서 제거되며, 유동성 접촉여재 방법은 활성슬러지법에 비해 운전방법이 간단하고 수리학적 변동부하에도 전혀 영향을 받지 않는다고 그의 논문에서 언급하기도 했다.
또한 유기물 뿐만 아니라 오폐수내에 함유된 질소제거의 이론적 근거를 살펴보면 다음과 같다.
하수에 함유된 질소는 보통 가정오수에서 발생하며 유기질소와 암모늄형태의 질소를 포함한다. 이러한 질소원은 인체의 단백질 신진대사결과 발생하는 부산물이다. 처음 배출되는 가정하수는 약 60%의 유기질소와 40%의 암모니아성 질소로 구성된다. 유기질소는 미생물의 효소작용과 요소의 가수분해결과 암모니아성 질소로 전환되며 생하수중 에는 아질산염이나 질산염을 함유하지 않는다.
한편, 생물학적 질소제거는 수중에 존재하는 암모니아성 질소를 호기성조건에서 산화시켜 질산화과정과 무산소 조건에서 질산성질소를 환원시켜 질소가스의 형태로 대기중으로 방출하는 탈질과정으로 이루어진다.
상기의 질산화 탈질반응을 반응식으로 표현하면 다음과 같다.
NH+ 4+ 3/2 O2-> NO- 2+ H2O + (240~350 KJ)
NO- 2+ 1/2 O2-> NO- 3+ (65~90 KJ)
1/2NO- 3+ H++ e--> 1/2 H2O + 1/2 NO- 2
1/3 NO- 2+ H++ e--> 1/3 H2O + 1/6 N2+ 1/3 OH-
1/5 NO- 3+ H++ e- -> 2/5 H2O + 1/10 N2+ 1/5 H-
상술한 화학식에서 보는 바와같이, 질산화반응은 암모니아성질소(NH4 +- N)를 기질로 하여 아질산성 질소(NO2 -- N)를 거쳐 질산성질소(NO3 -- N)까지 산화되는 것으로서, 주반응식은 화학식 1, 2와 같은 2단계 반응으로 설명된다.
탄질화는, 아질산성질소(NO2 -- N)와 질산성질소(NO3 -- N)가 무산소조건에서 Denitrobacter에 의하여 NO, N2O, 그리고 N2가스로 환원된다.
정상적인 탈질화 과정의 생화학적 경로는 화학식 3, 4번이고, 총괄적인 탈질반응식은 화학식 5으로 설명될수 있다.
NO3 -+ 1.08 CH30H + 0.24H2CO3-> 0.056C5H7NO2+ 0.47N2+ 1.68H2O + MCO3 -
탈질화과정에 관여하는 미생물은 임의성 종속영양 미생물(Heterotrophicmicroorganism)로서 반응조내 무산소 상태의 유지와 전자공여체인 유기탄소원(Organic CarbonSource)이 필수적으로 필요하게 되며, 전자공여체로는 매탄올이 가장 많이 이용되고 있다.
화학식 6에서 보는 바와 같이, 질산염 1g이 탈질화 될 때 메탄올이 약 2.47g 탈질공정에 관여하는 미생물은 종속영양 미생물로 유기 탄소원을 필요로 하게 되는데 탄소공급 방식에 따라 원폐수, 시스템내의 미처리된 유기물, 슬러지의 내생호흡에 의한 유기물, 슬러지의 소화 상징액, 혐기성 반응조의 유출수 등이 이용될수 있으며, 외부탄소원으로는 초산, 구연산, 아세톤 그리고 메탄올등이 외부로부터 공급되는데, 이중 메탄올이 가격이 저렴하고 탈질율이 높아 가장 많이 이용되고 있다.
그리고 용존산소의 농도가 낮거나 없는 상태에서는 또 다른 전자 수용체가 필요하게 되며, 주로 질산염(NO3 -), 인산염(PO4 -), 그리고 황산염(SO4 -2)과 같은 무기음이온 등이 전자 수용체로 작용할 수 있다. 질소제거를 위한 탈질화 박테리아가 질산염이온과 같은 전자 수용체를 환원하기 위해서는 전자공여체인 유기탄소원이 존재하여야 하는데, 탈질화 공정에 이용되는 탄소원은 탈질화를 신속하게 진행할 수 있어야 하므로 생물학적으로 쉽게 분해되는 유기물(Readily Biodegradable Organics)이 가장 유리하다.
반응조(4)내에서는 주름형 특수담체(5)라는 특수유동상 담체를 투입하여 유기물 및 질소제거를 효과적으로 수행할 수 있었으며 유기물 산화를 위하여 폭기조 하단의 산기장치(20)를 이용하여 적당한 시간 간격을 두고 산소를 공급하고 있으며유동성 담체 표면에 부착된 잉여 미생물의 탈리를 위해 좀더 강한 공기압을 투입하기도 하여 여재상호간의 충돌작용을 통해서도 탈리작용을 일으키기도 한다. 또한 무산소 및 혐기조건을 조성하여 탈질반응을 일으키기 위해 산소를 전혀 공급하지 않기도 한다.
한편, 유동담체 월류방지용 스크린 타공판(6)은 여재의 월류방지 역할도 있지만 산기장치(20)에 의해 공급된 공기에 의해 부상 및 유동된 주름형 특수담체(5)가 구멍이 뚫려있는 스크린타공망(6)에 부딪히면서 여재 표면에 잉여부착된 슬러지를 탈리시키는 타공면을 제공하기도 한다.
유기물 분해 및 질산화과정이 완료된 오.폐수는 최종 침전조(7)로 유입되고 이곳에서 거대 분자화된 플럭이 부유물질을 부착한체 고액 분리과정을 거쳐 깨끗한 처리수로 최종 방류하게 된다.
그러나 최종 방류되는 처리수 내에는 아직도 잔여유기물(BOD) 및 미세부유물(SS)이 처리수에 포함되어 있다. 이 상태로는 공업용수 및 중수도로 처리하기에는 미흡한 점이 많고, 또한 변동부하가 심한 우리나라 오.폐수인 경우 제3차 고도 처리 과정이 필수적이다. 이를 위해, 본 발명의 핵심 처리 설비인 주름형 특수담체 미생물 반응기(9)를 사용하여 중수도로 처리한다.
주름형 특수담체 미생물 반응기(9)는 내부에 침전조(7)로부터 유입되는 처리수를 주름형 특수담체(30)라는 특수 담체가 주름형 특수담체 미생물 반응기(9)의 직경과 유사한 높이로 충전되어 있는데 표면적이 기존 담체보다 크고(비표면적: 10,000m2/m3)형태가 나선형이고 주름잡힌 모양을 이루며 호기성, 임의성 및 통성 혐기성미생물의 서식하기에 알맞은 환경을 제공하며, 여재 상호간의 접촉을 통해 와류를 발생시켜 이 특수담체 표면에 부착성장한 호기성 미생물에 의해 미세 유기물 및 부유물 및 질소와 인을 동시에 제거하게 된다.
주름형 특수담체 미생물 반응기(9)를 거쳐서 처리된 중수도를 소독 처리를 위한 소독방류수조(10)로 공급하여 소독하여 음용수로 사용하거나, 중수도 소요처에공급하기 위해 중수저장조(25)로 공급하여 공급처에 정화된 물을 공급하는 것이다.
한편, 본 발명의 주름형 특수담체 미생물 반응기(9)의 처리 원리를 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도면의 침전조(7) 하부에 설치된 여과수공급펌프(13)에 의하여 여과공급라인(14)을 통하여 주름형 특수담체 미생물 반응기(9) 상부로 유입된다. 이때 유입펌프(13)의 수압은 너무 높지 않도록 유의해야한다.(1Kg/cm2이하의 수압이 적당하다.)
주름형 특수담체 미생물 반응기(9) 내부에 충전된 주름형 특수담체(30)는 PVA라는 재질로 바이오 세라믹이 코팅되어 있는데 두께 1.5~4.0mm의 연결 원판으로 가공한후, 이들을 뭉쳐서 표면적이 큰 원형볼을 형성시키는데, 이 여재볼 사이를 1,2차 처리된 오.폐수가 통과하면서 일정한 형태의 와류가 발생하게 되어 수중의 잔여 유기물(BOD) 및 부유물(SS)이 흩어지며 생물적, 물리적 여과가 이루어진다. 또한 이 주름형 특수담체(30)는 단위 부피당 물이 닿는 면적이 기존의 다른 여재보다 월등히 넓어 호기성 및 혐기성 미생물이 서식할수 있는 쾌적의 공간을 제공한다.
한편, 유기성 오염물질 및 부유물질이 여과,분해되면 그 성분이 미생물의 생체(Biomass)로 전환하면서 주름형 특수담체 미생물 반응기(9) 내부에는 잉여 미생물 슬러지가 쌓이게 되는데 이 부유물질이 많이 쌓이면 여과효율이 떨어지게 되는데 이때에는 공기밸브(29)를 조절하여 Disk Type 신기관(20)을 통하여 고압을 발생시켜 주름형 특수담체(30)들을 위쪽으로 상승 및 상호 부딪히도록 하여 침전된 부유물질들이 쉽게 떨어져 나가도록 한다.
주름형 특수담체 미생물 반응기(9) 및 주변 배관에 대하여 다시 구체적으로 설명하고자 한다.
본 발명의 핵심인 주름형 특수담체 미생물 반응기(9) 내부는 좀더 복잡한 반응기구(Mechanism)를 가지고 있다. 본 중수도 설비는 1,2차 생물학 처리를 거친 공정수가 주름형 특수담체 미생물 반응기(9)의 상부로 유입되는데 이 1,2차 처리수에는 아직도 분해가 진행중인 잔여 BOD 및 미분해된 암모니아성 질소가 유입될 수도 있다. 따라서 이의 유기물 및 질소 잔여물을 처리하기 위하여 호기성 지역(Oxic) 및 혐기, 무산소지역(Anoxic)에서의 생물학적 반응이 필요하다. 주름형 특수담체 미생물 반응기(9) 내부에 설치된 산기장치(29)를 통해 호기성 미생물에 잔여 유기물을 산화시키는 공기를 일정시간 공급하게 된다. 적정한 호기조건을 감시하기 위해 Do Meter(34)가 취부 되어 있으며 용존산소(Do)를 2.0㎎/ℓ이상 공급하며 이는 도면에 표시되어 있지 않지만 자동제어 판넬(PLC 제어)과의 연동제어로 자동제어된다.
또한 질산화 및 탈질조건을 형성하기 위해 혐기.무산소지역을 구분하여 주름형 특수담체 미생물 반응기(9)의 하부 일정구간에는 혐기용 교반장치 및 혐기조건을 감지 하기 위한 ORP Meter(35)가 취부되어 있으며 혐기교반장치(36)도 자동제어 판넬(PLC 제어)과 연동제어 될 수 있도록 자동설정되어 있다. 참고로 혐기.무산소 영역에서의 적정 Do(용존산소)는 0.5ppm 미만이고 호기영역에서는 2.0~2.5ppm을 유지하여야 한다.
또한 혐기,무산소 영역에서의 ORP(산화,환원전위차)치는 -100이하 0mV이며, 호기영역에서의 ORP 적정치는 0mV이상 유지해야한다.
유량변동 및 부하변동으로 처리 효율의 저하를 방지하기 위해 처리수를 재순환시키는 내부순환 라인(28) 및 순환펌프가 설치되어 있는데 이 시설은 기존의 여과시설에는 없는 독특한 공정이며 중수도 공급소요처(공업용수, 화장실 소.대변기, 정원용수)의 수요가 없는 야간이나 공휴일과 같은 비수요기에는 중수처리 설비를 가동하지 않아도 되는 에너지 절약형 고효율 절전 설비이다.
참고로 이 발명의 핵심소재인 주름형 특수담체의 선정조건을 설명해보면, 생물막공정의 핵심은 미생물이 부착할수 있는 생물막 담체인데 미생물이 쉽게 부착성장되고 상용화 될 수 있는 담체는 가급적 다음의 조건을 만족해야 한다.
미생물이 부착될수 있는 다공성의 거친 표면적을 많이 가져야 하며, 주름형 특수담체의 경우 비표면적이 10,000㎡/㎥(일반담체: 100~1000㎡/㎥이고, 화학적, 생물학적 및 물리적으로 안정해야 하며, 기계적 강도와 내구성이 있어야 한다.
또한, 중금속과 같은 독성물질이 분출되지 않아야 하며, 본 발명 특수여재는바이오 세라믹을 코팅했으며 기존 여재에 포함되어 있는 납,아연 성분이 음용수기준이내이다. 가격이 낮고 공급이 안정적이어야 하며, 소수성 및 친수성 물질로 만들어야 하며, 이상과 같은 조건들은 생물막 담체의 기본요건인데 본 발명의 핵심소재인 주름형 특수담체는 상술한 조건의 대부분을 만족하고 있다.
예를 들면 표면적 및 비표면적이 가장 넓은 담체가 나선형 형태인데 본 발명 의 주름형 특수담체의 형태가 바로 나선형 이자 주름이 많이 잡힌 형태로 제작된 점에서 비표면적 및 표면거칠기 부분에서는 국내외에서 초유의 담체로 판단된다.
거친표면적에 미생물이 부착하는 속도가 빠른 이유는 먼저 표면을 거칠게 하면 부착에 이용될수 있는 표면적이 넓어지며, 거친표면의 틈은 전단력에 보호될수 있는 피난처를 제공하기 때문이다. 유리나 P.P 및 PVC등의 물질은 표면이 매끄러워 액체 유속에 의한 전단응력 때문에 미생물이 부착하기 어렵다.
또한 주름형 특수담체는 다공성 부문이 뛰어난데, 다공성 담체에서는 Micro Pore를 가지고 있는 다공성 물질이 다량의 미생물막(Biomass)을 함유할수 있고 확산 경로에 따른 제한이 없으며 공극지름이 미생물 축적에 큰영향을 미치는 이유이며 이는 낮은 F/M비와 적은 SRT에서도 고농도의 미생물을 함유할수 있는 본 발명의 핵심기술이기도 하다.
한가지 특징을 부연하면 주름형 특수담체(5, 30)는 친수성 및 소수성이 우수하다는 점이다.
소수성이라는 개념은 일반적으로 하전되지 않고 수소결합을 형성하지 않는 낮은 표면에너지를 가지고 물을 피하는 분자나 입자와 관련되며, 고체표면 액정이이루는 접촉각으로 표현되는데 주름형 특수담체(5, 30)는 PVA라는 소재로 제작되는데 접촉각이 0이다. 이는 전단응력으로 표시되는 접촉각이 크면 미생물의 부착이 어렵다는 점인데 여러 가지 시험결과 본 발명 특수 담체는 상대적으로 접촉각이 낮아 친수성물질에서 부착되는 미생물량이 현저히 증가하였다.
이상에서 알아본 바와 같이 상기 발명 주름형 특수담체를 이용한 중수도 처리 장치는 우리나라와 같이 유량변동 및 유입부하변동이 심한 가정 오.폐수 및 산업폐수의 최적의 생물학적 고도처리 시스템 뿐만 아니라 물부족 문제가 점점 심각해지는 현실을 감안할 때 오.폐수를 음용수 수준으로 처리가 가능하여 공업용수 및 가정 화장실, 정원수, 소방용수 등의 중수도로 재활용할수 있는 최적의 에너지 재활용 시스템으로 적극적인 보급 확산을 기대해 본다.
도 4는 본 발명의 주름형 특수담체(5)의 실물사진을 첨부한 것이며, 도 5는 주름형 특수담체(5) 표면의 확대사진을 첨부한 것이다.
한편, 본 발명의 주름형 특수담체를 사용하여 오수처리 시설이 시험시공 되었는데 시설규모 및 처리결과는 다음과 같다. 시설규모는 400㎡/일이며, 폐수종류는 생활오수이고, 처리공법은 주름형 특수담체 미생물 반응기를 이용한 중수도 처리 설비이다.
다음 표 1은 본 발명에 따른 주름형 특수담체를 사용하여 실시한 결과를 나타낸 것이다.
항목 유입수농도 처리수농도 배출기준 처리효율
PM 6.8 7.0 5.8~8.6 -
BOD 180 2.0 40 98.8
SS 150 1,2 40 99.2
상술한 바와 같이 본 발명은 주름형 특수담체와 주름형 특수담체 미생물 반응기를 사용하여 호기성, 혐기성 미생물과의 접촉을 통하여 흡착, 산화, 증식, 분해 과정을 거쳐서 오폐수를 정화시켜 음용수 및 중수도 수준의 처리수를 얻게 된다.
이상과 같이, 본 발명은 기존의 생물막 여과방식 및 물리화학적 여과방식의 단점인 슬러지 벌킹 문제를 해결하였고 슬러지 발생량을 현저히 줄일수 있었으며 낮은 F/M비 및 SRT로 운전이 가능한 처리시스템으로, 적은 부지면적 및 안정적인 처리효율이 기대되고 있다.
아울러 빠른 시일내에 중수도 설비를 의무적으로 설치해야 할 정도로 물부족 문제가 심각한 우리나라 용수체제를 감안할 때, 오.폐수를 음용수 수준으로 처리가 가능하여 공업용수 및 대형건물 화장실, 목욕탕, 대형 숙박시설의 급탕 및 냉각탑수, 소방용수 등의 중수도로 재활용 할수 있는 에너지 절약형 고효율 중수처리 설비로 적극적인 보급 확산이 필요할 것으로 본다.

Claims (7)

  1. 오폐수를 처리하여 재생하는데 있어서,
    오폐수를 집수하고 유량변동을 조정하는 집수조 및 유량조정조와,
    상기 유량조정조 하부에 설치되어 산소를 공급하는 산기장치와,
    유입되는 오폐수를 정화시키는 주름형 특수담체가 충전된 반응조와, 상기 반응조에서 상기 오폐수의 월류를 방지하는 월류방지스크린과,
    상기 반응조로부터 유입된 정화된 오폐수를 고액분리시켜 청등수를 배출하는 침전조와,
    상기 침전조에서 유입된 청등수를 한번 더 정화시켜 중수도로 재생하는 미생물 반응기와,
    상기 미생물 반응기로부터 유입되는 상기 중수도를 소독시키는 소독방류조와,
    상기 미생물 반응기로부터 유입되어 상기 중수도를 공급하기 위해 저장하는 중수 저장조 및 공급펌프 및 관련배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 주름형 특수담체를 이용한 중수도 처리장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 주름형 특수담체는 나선형 및 주름형으로 성형된 염화비닐계통으로 이루어진 것을 특징으로 하는 주름형 특수담체를 이용한 중수도 처리 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 주름형 특수담체는 세라믹으로 코팅되어 있으며 주성분은 해양성 규석과 다공질의 화산재광석으로 구성되는 것을 특징으로 하는 주름형 특수담체를 이용한 중수도 처리장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 미생물 반응기는 상기 오폐수를 정화하는 주름형 특수담체와, 회전하며 호기 및 혐기를 분리시키는 혐기 반응용 교반기와, 물을 살수하는 살수기와, 상기 주름형 특수담체를 지탱해 주는 상하부의 지지용 스크린과, 상기 오폐수의 처리 효율 향상을 위해 설치되는 내부 및 외부 배관과 밸브, 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주름형 특수담체를 이용한 중수도 처리 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 미생물 반응기는 오폐수의 호기, 혐기 및 산소를 측정하는 계측기를 포함하는 것을 특징으로 하는 주름형 특수담체를 이용한 중수도 처리 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 미생물 반응기는 정화된 오폐수로부터 배출되는 불순물을 배출하는 배관기를 포함하는 것을 특징으로 하는 주름형 특수담체를 이용한 중수도 처리 장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 미생물 반응기는 상기 주름형 특수담체를 상기 미생물 반응기 내부의 2/3를 채우는 것을 특징으로 하는 주름형 특수담체를 이용한 중수도 처리 장치.
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