KR20020018925A - 유기물의 부식화에 의한 폐수의 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기물의 부식화에 의한 폐수의 처리방법에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 부식물이 존재하지 않는 인위적인 환경인 폐수처리장의 부식화 환경을 조성하기 위하여 유기 물질을 함유한 폐수가 유량조정조, 폭기조, 오니저류조, 침전조를 경유하면서 토양화 반응에 의한 부식물로 변성시키고 이를 폐수의 유입지점으로 반송함으로서 대자연의 토양 속에서 일어나고 있는 부식화 반응을 일으켜서 처리장에서의 악취를 제거하면서 방류수질 규제치인 생물학적산소요구량(生物學的酸素要求童 biological oxygen demand :BOD)을 최대한 낮추어 처리하고, 처리수량 및 질소와 인의 제거효율을 높이며, 처리수는 농업용수로 재활용할 수 있어 효과적인 폐수처리가 제공되는 유기물의 부식화에 의한 폐수의 처리방법을 제공함에 있다.

본 발명의 상기 목적은 유기물질을 함유한 원수(폐수)가 부식물이 존재하지 않는 인위환경의 유량조정조, 폭기조, 침전조, 오니저류조를 경유하면서 토양화 반응에 의한 부식물을 변성시키고, 이를 상기 유량조정조, 폭기조의 폐수의 유입지점으로 일정량을 반송하는 반복과정에 의하여 처리조의 환경을 대자연의 토양 속에 일어나고 있는 부식화 반응의 활성화로 폐수를 처리하는 것을 특징으로 하는 유기물의 부식화에 의한 폐수의 처리방법에 의하여 달성된다.

이러한 본 발명은 처리장에서 악취가 없어지는 효과, 염소 소독을 하지 않으므로 트리할로메탄 등 발암물질의 생성이 없어 방류에 따른 동식물의 건강에 영향이 없게 되며, 슬러지 발생량이 종전공법에 비하여 1/3 이하로 줄어들게 되어 처리비가 절감되고 간단히 가공 발효시켜 토양 개량제로 토양환원이 가능하고, 처리수는 항균성이 뛰어나서 하류의 정화작용이 제공된다.

Description

유기물의 부식화에 의한 폐수의 처리방법{A WASTEWATER TREATMENT METHODS}

본 발명은 유기물의 부식화에 의한 폐수의 처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 부식물이 존재하지 않는 인위적인 환경인 폐수처리장의 부식화 환경을 조성하기 위하여 유기 물질을 함유한 폐수가 유량조정조, 폭기조, 오니저류조, 침전조를 경유하면서 토양화 반응에 의한 부식물로 변성시키고 이를 폐수의 유입지점으로 반송함으로서 대자연의 토양 속에서 일어나고 있는 부식화 반응을 일으켜서 처리장에서의 악취를 제거하면서 방류수질 규제치인 생물학적산소요구량(生物學的酸素要求量 biological oxygen demand :BOD)을 최대한 낮추어 처리하고, 처리수량 및 질소와 인의 제거효율을 높이며, 처리수는 농업용수로 재활용할 수 있어 효과적인 폐수처리가 제공되는 유기물의 부식화에 의한 폐수의 처리방법에 관한 것이다.

일반적으로 폐수의 처리방법으로 표준 활성오니법이 개시되고 있다.

활성오니법(活性汚泥法 : activated sludge process)은 오,폐수의 생물학적 산화법으로서, 1913년 영국에서 개발하였고, 16년 미국에서 실용화되어 세계에 보급되었고, 이러한 활성오니법은 오,폐수를 활성오니(호기적 조건에서 폐수를 산화하는 세균집단)와 함께 폭기조(曝氣槽)에서 폭기·교반(攪伴)하여 BOD(생물화학적 산소요구량)를 거의 만족시키도록 하면, 폐수 속의 콜로이드상(狀) 또는 용해한 물질이 침전하거나 활성오니에 흡착되어 깨끗한 물로 정화시키는 방법이다.

이러한 과정에서의 상기 활성오니는 정화작용을 한 다음 차례로 처리대상 물인 폐수에서 침전에 의하여 분리되며, 필요에 따라 폐기되거나 또는 다시 본처리과정으로 반송되어 재활용 되는 잇점을 갖고 있어 우리나라의 대부분의 폐수처리장에서 적용되고 있다.

그러나, 이러한 활성 오니법을 적용한 우리나라의 폐수처리장은 구조적인 측면과 처리방법면에서 여러가지 단점이 있다.

즉, 이러한 활성오니법이 적용된 폐수처리장에는 폐수(원수)가 유입되는 과정에서 악취가 심하게 발생되는 단점이 있고, 원수 중에 부유된 조대형 부유물질을 인양하는 과정에서 부유물질의 부패가 빠르게 진행되어 심한 악취의 발산 및 주변환경을 오염시키는 단점이 있다.

특히, 부유물질을 하나의 처리과정으로 침전시킨 후 방류과정에서 침강성이 불량한 물질이 방류수에 그대로 부유된 상태로 배출됨으로 인하여 수질을 악화시키는 요인으로 지적되고 있고, 최근 도시 인구의 증가에 따른 하수의 방출이 심각하여 처리장의 증설이 불가피하며, 특히 하류에서 부영양화의 원인물질인 질소, 인의 제거 효율이 낮아 이러한 질소, 인의 제거 효율을 높이기 위한 기술이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

종래의 활성오니법을 적용한 폐수처리장은 대부분 초침조에서 고액을 분리하여 침강된 생 슬러지는 오니농축조로 보내고 있기 때문에 슬러지 발생량이 많을 수밖에 없고, 발생하는 슬러지를 처리하기 위하여 혐기성 소화조와 같은 방대한 슬러지 감량화 시설이 소요됨과 동시에 슬러지 케익(Cake)의 해양 투기, 소각, 매립 등의 비용이 막대하게 소요된다.

또한, 폐수 속에 함유되어 있는 유기물을 먹이로 하는 미생물이 콘크리트 구조물 속에서 자연발생 되고 이들 자연 발생된 미생물군이 하수를 정화하도록 하기 때문에 부식물이 존재하지 않는 환경이 되어서 대기 중에서 발생하는 유기물의 부식화 반응과는 괴리된 활동을 하게 된다.

다시 말하여, 폐수처리장의 각 처리조는 콘크리트 구조물로 구축되어 있고, 그 곳에는 부식물질도 존재할 수 없고, 지구의 평균조성인 무기물질로 존재하는 가운데 유기물만 투입되어 이를 자연 발생 미생물군이 분해를 하게 된다.

그 결과, 부식물질의 존재하는 대자연속에서 일어나는 부식화반응이 일어나지 않고, 부식화 과정에서 생성되는 미생물 대사산물인 키레이트 화합물, 토양의 입단구조, 성장촉진물질, 항생물질, 생물활성물질이 생성되지 않게 된다.

따라서, 부식물질이 존재하지 않는 수조 속에서 폐수의 처리효율은 시간적으로 많은 시간이 소요되고, 처리량이 한정되는 단점과 토양 환원이 불가능한 단점이 있었다.

또한, 처리수는 염소 소독을 않고는 멸균되지 않으므로 트리할로메탄 등 발암물질을 발생시켜 새로운 문제를 야기 시킨다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 폐수의 처리방법에서 문제시된 단점을 효과적으로 해소하고자 연구 개발된 것으로서,

본 발명의 목적은 방류수질의 규제치보다 최대한 낮은 값으로 처리할 수 있는 유기물의 부식화에 의한 폐수의 처리방법을 제공함에 있다.

본 발명의 목적은 폐수의 처리수량을 현재보다 그 이상 처리할 수 있는 유기물의 부식화에 의한 폐수의 처리방법을 제공함에 있다.

본 발명의 목적은 폐수 속의 질소 및 인의 제거효율을 극대화하고 처리수의 소독이 없이 농업 용수로 재활용할 수 있는 유기물의 부식화에 의한 폐수의 처리방법을 제공함에 있다.

이러한 본 발명의 상기 목적은 부식물이 존재하지 않는 인위적인 환경 속에서 부식화를 이루기 위하여 유기물질을 함유한 폐수가 유량조정조, 폭기조, 오니저류조, 침전조를 경유하면서 토양화 반응에 의한 부식물로 변성시키고 이를 폐수의 유입지점으로 반송함으로서 대자연의 토양 속에서 일어나고 있는 부식화 반응에 의한 악취의 제거와 BOD 성분의 처리효율을 높이고, 반응 오니 속에 함유된 NOx를 탈질 처리하는 폐수의 처리방법에 의하여 달성된다.

도 1은 본 발명의 처리 계통도.

일반적으로 자연계에서의 유기물의 변성은 대별하여 두 가지의 방향으로 향하고 있다.

즉, 유기물의 저분자화와 고(거대)분자화라고 하는 전혀 다른 두 가지 방향으로의 변성이 보편적으로 일어나고 있는 것이다. 이들 유기물의 변성 중, 어느 쪽이 보다 보편적인 것인가 하면 분명히 고(거대)분자화의 방향이라고 할 수 있다.

저분자화로의 변성은 효소분해라는 형식으로 유기물의 부패 등에서 널리 볼수 있지만 양적으로 말하면 얼마 안 되는 것이다.

한편, 고(거대)분자화로의 변성은 자연계에서 일어나는 주요한 변성회로로서, 예를 들어서 유기물과 무기물이 구조상 연결된 중축합물로서의 토양이라던가 석탄, 이탄, 아탄, 초탄 등의 석탄계열의 중축합물이라던가, 늪이나 호수의 저질오니라던가 헤아릴 수 없을 만큼 많다.

자연계에서의 유기물의 고(거대)분자화는, 일반 토양 세균군중의 호기성 세균 및 통성혐기성세균으로 생성되는 페놀 또는/및 페놀노출기가 있는 화합물을 포함한 대사산물과 유기물이 물리화학적으로 반응함으로써 생기는 반응이다.

그리고 활성화된 규산분을 많이 함유된 물질이 반응계에 투여될 경우는 부식화 반응이 일어나 거대분자화, 오니화가 진전하는 것이다.

〈 기본반응 1 〉

유기물(유기수용액 및 함수성유기혼합물)은, 페놀 또는/및 페놀노출기가 있는 화합물을 포함하는 미생물대사산물이 첨가됨으로서, 급속히 결합, 입자화, 응집, 축합, 중합하여, 거대분자화, 괴상산물화한다.

〈 기본반응 2 〉

상기 반응에 대하여 활성화된 규산분이 많이 함유된 물질이 적당량 첨가되면 부식화를 위한 중축합반응이 일어난다.

위에서 말한 페놀노출기가 있는 화합물이란 페놀노출기를 가진 유기물 일반을 가리키지만, 특히 페놀노출기를 가진 효소가 유효하다.

또한, 활성화된 규산분을 많이 함유된 물질이란 안산암질 및 유문암질의 조성을 가진 화산유리 등의 활성도가 높은 불안정한물질을 말한다.

상기 기본반응 1의 반응계 내에 활성화된 규산분을 많이 함유된 물질이 내장 또는 첨가되거나, 원수에 동(同)물질이 포함되어 있을 경우, 예를 들어서 제지폐수에서의 점토광물, 양돈폐수에서의 합성사료에 포함되는 광물성증량제에서의 반응은 모두 기본 반응 2의 상태로 일어난다.

상기 기본반응 1과 기본반응 2의 차이는, 반응생성물에 키레이트 구조가 기본 반응 2에서 생성되는 물질 쪽이 보다 현저한 경우가 많기 때문에 무기 이온성 물질의 제거를 목적으로 할 경우에서는 활성화된 규산분을 다량히 포함되는 물질을 반응계로 짜놓는 것이 득책이다. 그리고 기본 반응 1에 의한 반응 생성물에 키레트구조가 발달하지 않는다는 의미가 아니고 키레트구조의 발달이 보다 기술적인 곤란이 따른다는 것에 불과하다.

한편, 폐수 처리장이나 폐기물 처리장은 인위적인 환경이므로 대자연속에 존재하는 규산 염분이나 부식물질이 존재하지 않으며, 있다하더라도 미량이어서 토양환경 일 수 없으므로 부식 물질이 존재하는 토양 환경에서 일어나는 유기물의 부식화 변성이 일어날 수 없다.

그러나, 폐수 처리장 폐기물 처리장에 부식 물질이나 규산염이 존재하는 환경이 존재한다고 가정할 때는 폐수 속에 함유된 유기 물질은 토양 속에 부식 물질이 존재하는 환경 속에서 미생물에 의해 분해되어 CO₂, N₂, H₂O 등으로 무기화하고, 그 과정에서 생성되는 각종 미생물 대사산물, 유기물의 분해생성물, 재합성 생성물인 킬레이트 산물, 점결성 물질 등이 응집, 축합, 덩어리화, 중합, 중축합하여 분자량이 커지면서 폐수 속에 함유된 유기물질은 액상에서 제거시키고 동시에 폐수 속에 함유된 각종 이온성 물질, 도착화합물, 내착화합물, 기타 유기-무기 화합물의 형태로 결합되어 액상에서 제거되며,

물 속에 이온상태로 존재하는 악취 분자는 킬레이트성 산물이 악취 분자의 (+)이온(예 NH₄등)을 킬레이트의 구성분자로 포집하여 원래의 성질과 다른 화합물로 변화하여 이 과정에서 악취가 제거되며, 부식화 과정에서 생성되는 각종 항생물질이 병원성 미생물을 멸균시키고 동 항생 물질 등에 영향을 받지 않는 미생물군은 생물 활성 물질에 의해서 오히려 생장이 촉진시키게 된다.

그러나, 부식물이 존재하지 않는 폐수 처리장, 폐기물 처리장과 같은 인위환경에서는 유기 물질이 효소 분해하는 형식으로 저분자화 한다.

이와 같은 현상은 상기에서 언급한 바와 같이, 대자연속에서 흔히 일어나는 현상이 아니고 동물의 죽은 시체가 초기에 부패하는 현상과 같이 국지적으로 간혹 일어나는 현상이고 주로 인위 환경에서 보편적으로 일어난다. 위와 같은 반응에 의해서는 부식 물질이 생성되지 않고 부식물질 생성 과정에서 생성되는 각종 방향족적 본질을 가진 미생물 대사산물(킬레이트성 산물, 성장 촉진물질, 항균성 물질등)이 생성되지 않아 악취가 나고 병원성 세균이 들끓게되는 것이다.

대자연속에서 일어나고 있는 유기 물질의 부식화 반응은 넓은 면적 속에서 아주 천천히 10년, 20년 단위로 진행하는 반응이므로 폐수 처리장, 폐기물 처리장에 설사 부식 물질이나 규산염이 존재한다 하더라도 부식화 반응이 종결되기 위해서는 대단히 넓은 면적과 많은 시간이 소요될 수밖에 없어 경제성이 떨어진다.

이를 해결하기 위해서는 대자연속에 존재하는 부식 물질 중 활성이 뛰어나고 폴리페놀 방향족적 본질을 가진 미생물 대사산물이 농축된 물질을 찾아내어 이를 다시 중축합반응이 강력히 일어나도록 가공하여 만들어진 물질과 토양 속이나 암석속에 존재하는 것보다 활성이 뛰어난 활성규산염을 유기물이 투입되는 지점에 계속반복하여 투입함으로써 대자연 속에서 일어나고 있는 것 보다 부식화 반응을 촉진시킬 수 있다.

다시 말하여, 폴리페놀 방향족적 본질을 갖는 미생물대사산물이 고농도로 농축된 환경 물질을 '오염의 장'에 투입하면 '오염의장'에 적응하여 서식하는 미생물군은 대사 기능을 '정화의 장'에 적응하는 대사산물 즉, 폴리페놀방향족적 본질을 갖는 화합물을 분비하게 되고, 적응하지 못하는 병원균등은 사멸한다. 반대로 '정화의장'에 농도가 높은 오염 물질을 계속 투입하면 '정화의장'에 서식하는 미생물 군은 '오염의장'에 적응하여 서식하게 된다.

그럼으로 하수 처리장을 항상 정화의 장으로 유지하기 위해서는 하수가 투입되는 지점에 폴리페놀(Poly phenol) 방향족적 본질을 갖는 미생물 대사산물이 고도로 농축된 물질을 계속 반복 투입하여야 한다.

상기 폴리페놀방향족적 본질을 갖는 물질의 농도가 투입 유기물에 비해서 약하거나 투입을 중단 할 경우에는 '정화의 장'이 '오염의 장'으로 유도되고 만다.

즉, 폴리페놀 방향족적 본질을 갖는 미생물 대사산물이 유기물에 첨가되면 응집, 축합되어 거대분자화, 덩어리화하고 이곳에 지표면 원소의 평균 소성과 유사한 화산 유리등 유문암질 활성 규산염을 첨가 교반하고 부식화 반응(토양화 반응)이 일어나 중축합 된다. (1985.UCHIMIZU)

또한, 유리 산소의 유무에 관계없이 인위적 환경속에서 토양성 통성혐기성 세균군 또는 토양성 호기성 세균과 통성혐기성 세균으로 구성된 세균군이 페놀계대사기능이 발현하여, 계속하기 위해서는 일정 조건 하에서 동 세균군(페놀 또는/및 페놀 노출기가 있는 화합물을 포함하는 대사산물)의 존재 하에 놓여져야만 미생물대사 기능의 유도 배양이 가능하다.

그러기 위해서는 상기에서 언급한 바와 같이, 상기 페놀 또는/및 페놀노출기가 있는 화합물을 포함하는 대사산물 또는 동 대사산물을 함유하는 물질(부식물등)을 첨가를 하거나, 또는 자연계에 존재하는 페놀계 대사기능이 특히 강화된 해당 세균군이면서 토양성 편성혐기성 세균군과 공서관계에 있는 세균군을 일정 조건에서 종균으로 활용하여야 한다.

즉, 양호한 종균만 입수가능하면 폐수중에 서식하는 토양균군의 대사 기능을 페놀계로 유도하여, 배양하는 것은 실현 가능하나, 종균의 배양이 어려운 단점이 있다.

그러나, 상기에서 언급한 바와 같이, 토양 중에 서식하는 토양균군은 보편적으로 페놀계 대사기능이 발현하고 있다.

페놀계 대사산물을 함유한 물질로서 가장 광범위하게 분포하고 있는 것은 토양 자체이다. 토양이란 페놀계 대사산물이 유기물과 규산염에 작용하여 야기하는 반응(부식화 반응)의 최종 생성물이 부식이며, 부식화 반응의 과정 물질을 총칭하여 부식 전구 물질, 부식 전구 물질과 부식과의 혼합물을 부식물이라 부르면 양질의 토양이란 부식물 그 자체라고 보는 것도 가능하다.

그러나, 규산염은 일반적으로 물리 화학적인 안정 물질이며 또 페놀계 대사물질, 유기물 및 규산염의 존재 비율도 부식화 반응을 전면적으로 진전시킬 수 있는 비율이 되고 있지 않는 경우가 압도적으로 많다. 그 결과, 토양이란 일반적으로 부식물과 규산염 등과의 혼합물이라고 보아야한다.

한편, 부식 전구 물질이란 상기와 같이 각종 유기물이 페놀계 대사산물 및 규산염의 작용에 의해서 부식으로 변화한 과정물질의 총칭이며, 다른 점에서 말하면 부식 전구 물질은 페놀계 대사산물 및 규산염에 유래하는 물질을 함유하게 된다.

따라서, 부식 전구 물질, 나아가서는 부식물은 여기서 말한 페놀계 대사산물을 함유한 물질이라고 하지만 토양균군에 대한 유도, 배양물질로서는 부식 전구 물질만이 기능하는 것이다.

부식화 반응에는 규산염이 관여하고 있고 토양균군이 발상한 지각의 평균 조성 물질이 화강암질 또는 안산암질 규산염이며, 해조성을 가지고 지표의 물리 화학조건에 있어서 불안정 또는 활성화하고 있는 물질의 하나로서 안산암질화산 유리가 존재하는 관계에서 부식 전구 물질의 함유율이 높은 양질의 부식물층은 안산암질화산 지대의 특수한 지형 속에서 비교적 널리 분포하고 있다고 상정된다.

그리고 부식물은 합성에 의하여 생성하는 것도 가능하므로 토양균군의 대사기능을 페놀계에 유도하여 배양할 때는 종균을 사용하기보다는 부식물에 의하는 쪽이 합리적이라고 할 수 있다.

상기의 여러 이론을 폐수 처리의 이론체계로 요약하면,

대자연에서는 40여억년의 장구한 지구사 속에서 생물이 탄생하여 유기물을 합성하고 생명이 죽어서 미생물군에 의해서 분해되고, 분해되지 않는 부식이 지표면에 축적 되어왔다. 그러므로 대자연에서는 지구 표면에 존재하는 무기물질과 부식물질이 어느 곳에나 존재하고 그러한 환경 속에 유기 물질의 시체가 투입되면 미생물에 의해 분해되고 새로운 부식 물질이 생성되고 있는 것이 자연 순환의 모습(M.M 코코노와, 1975)이고,

이와 같이 부식 물질과 무기 물질이 존재하는 대자연 속에서 유기 물질이 부식화 과정에서 생성되는 물질 중에는 키레이트성 물질, 토양의 입단구조, 생물 활성 물질, 항생 물질, 성장 촉진 물질 등이 존재하게 된다.

그러나, 폐수 처리장은 콘크리트 수조로 형성되어 있고 그 곳에는 부식 물질도 존재할수 없고 지구의 평균 조성인 무기 물질로 존재하는 가운데에 유기물만 투입되어 이를 자연 발생 미생물군이 분해를 하게 된다.

그 결과 부식 물질이 존재하는 대자연 속에서 일어나는 부식화 반응이 일어나지 않고 부식화 과정에서 생성되던 미생물대사산물인 키레이트 화합물, 토양의 입단구조, 성장 촉진 물질, 항생 물질, 생물 활성 물질이 생성되지 않고,

이와 같은 부식 물질이 존재하지 않는 수조 속에서 대자연에서 일어나고 있는 부식화 반응을 단시간에 좁은 공간에서 일으키기 위해서는 대자연 속에서 평균적으로 존재하는 부식물보다 농도가 농축된 부식물을 수조 속에 투입하여 줌으로써, 수조 속에서 부식화 반응을 일으키고,

폐수 속에 함유된 유기물을 부식물을 만드는 방법이 본 발명이 이룩하고자 하는 것이다.

이 과정에서 유기폐수는 물과 탄산가스 등 기체와 부식물로 분리되기 때문에 물은 깨끗해지고 새로이 생성된 부식물은 원수의 유입 지점에 반송해 줌으로써 폐수의 유입 지점이 부식물이 존재하는 환경이 되게 하는 것이다.

원수의 유입 지점에 지구표면 평균 조성과 같은 규산염의 보급은 씨오니의 간이 제조장치(반응기) 속에 충진된 활성 규산염이 공급하게 된다.

또한, 대자연 속에서의 질소의 순환은 유기태 질소가 암모니아화성균에 의해서 암모니아태 질소가 되고, 암모니아태 질소는 질산화균에 의해 산화되어 질산태질소가 되고 질산태 질소는 탈질균의 질산 호흡에 의해서 질소 가스로 화하는 것이다.

본 발명에서 질소의 거동은 유기태 질소가 우선 Pseudomonas group의 대사산물의 점결 물질에 의해 응집되고 곰팡이균의 현미경적 균사가 이를 휘감고 부식화 되면서 안정적으로 중합 축합된다.

이렇게 중축합된 물질 속의 유기태 질소는 암모니아화성균에 의해서 암모니아태 질소로 변하고 이를 키레이트 구조의 전기적인 (-)이온이 NH₄ ⁺와 결합되어 내착화합물의 구성 분자가 되어 질소가 액상에서 제거된다.

이때, 키레이트 화합물의 구성 분자가 되지 않고 남아 있는 NH₄ ⁺는 증식 속도가 느린 Nitrosomonas, Nitrobacter 등 질산화균을 생물 활성 물질, 성장 촉진 물질에 의해 증식 속도가 빨라져서 질산화가 증진되어 질산화된다.

이렇게 질산화된 질소 성분이 교반되고 DO가 0.3ppm 이하인 유량조정조와 폭기조 전단으로 침전조로부터 반송됨으로 유량조정조와 폭기조에 유입되는 BOD를 탄 소원으로 하여 질소 가스로 탈질된다.

이때, 탈질을 증진시키기 위해서 폭기조 후단에서 폭기조 전단으로 대량 조내 반송을 함으로써 DO가 낮은 유량 조정조로부터 폭기조로의 유입수와 DO가 0인 침전조에서 폭기조 전단으로의 반송수와 조내 반송수가 혼합 교반되면서 탈질을 일으키게 한다.

또한, 폐수 속의 인 역시 키레이트성 유기물에 포집되어 내착화합물의 일부가 되어 액상에서 제거된다.

또한, 오니 상의 물질을 휘감고 있는 곰팡이균의 현미경적 균사는 부식화 과정이 종결될 때까지는 안정적이지 못하기 때문에 물리적인 힘이 약하기 때문에 폭기조용 산기관은 가능한 한 산소 전달 효율이 높고 오니를 파괴하지 않을 정도의 미세 기포 산기관을 설치한다.

상기 유량 조정조는 유입량이 일정하지 않음으로 수위가 항상 변동됨으로 유량조정조용 단독 Blower를 설치하거나 Ryn-Cell Valve를 설치한다.

상기 폭기조 이후는 유입량을 일정하게 유지하기 위하여 계량조를 설치하여 폭기조로 이송하되 이송량을 초과하는 수량은 유량 조정조로 되돌려 보내고 폭기조의 ORP는 + 100 mV이상, DO는 0.7ppm 이하를 유지한다.

상기 침전조로부터 배양조, 폭기조, 유량 조정조로 오니 반송량을 조절하여 처리 수질을 높여야 함으로 분배조를 설치하여 침전조로부터 반송 오니를 분배조로 유입시키고 V-knotch 로 분배량을 조절하고 잉여량은 폭기조로 보낸다.

상기 오니 저류조에는 오니배양을 위한 씨오니의 간이 제조 장치(활성 규산염과 폴리페놀을 퀴논으로 산화 단계를 높이는 펠릿상의 물질 충진)를 장착하고 DO 0.7ppm 이하, ORP +100mV 이상을 유지하도록 한다.

이하, 본 발명의 방법에 대하여 도 1의 처리 계통도를 참조하여 상세히 살펴보기로 한다.

즉, 본 발명은 교반장치로 원수(폐수)를 교반하거나 산소전달 효율이 낮으면서 교반능력이 탁월한 거대기포 산기관으로 교반되고 있는 DO 0.3ppm 이하인 유량조정조의 폐수가 유입되는 지점에 침전조로부터 1일 유입농도에 따라 유입량의 10~100%의 오니를 반송한다.

이때, 오니 속에 함유되어 있는 Pseudomonas Member의 대사산물로 기인한 점 교질 물질과 폐수 속에 함유되어 있는 유기물질이 급속히 응집되어 축합되기 시작한다.

이러한 축합과정 중에 상기 반송 오니 속에 함유되어 있는 곰팡이류(Cladosporium, Penicillium, Tricoderma, Stachybotris 기타)의 현미경적 균사가 이들 응집물을 휘감고 이들 균사가 부식화 과정에 진입한다.

상기 반송 오니 속에 함유된 키레이트성 유기 물질이 원수 속에 함유되어 있는 이온성 무기물질을 키레이트 효과에 의해서 착화합물이나 내착화합물을 형성하여 액상에서 제거한다. 동시에 악취의 구성 분자가 물에 녹아 수화되어 이온으로 존재하고 있음으로 악취의 구성분자인 NH₄등 (+)이온을 착화합물, 내착화합물의 구성분자로 포집하여 악취가 살아진다.

또한, 반송 오니 속에 함유된 NOx가 원수 속에 존재하는 BOD, COD의 탄소원을 에너지원으로 하여 탈질균의 질산 호흡으로 탈질이 일어난다.

이러한 과정으로 유량조정조 단계에서 유기물질이 60~90%가 제거된다.

이때, 상기 폐수의 유입은 균일하지 않고 폭기조로 유입은 항상 일정하게 유입시켜야 되기 때문에 상기 유량조정조의 수위는 항상 변하고 있음으로 수위변동에 의해서 에어 유입량이 변화함으로 유량조정용 단독 브로워(Blower)를 설치하거나, 그렇지 못할 경우에는 공기 공급량을 수위변동에 영향 받지 않도록 정량류변(定量流辨 : Ryncell Valve)를 공기배관에 설치 한다.

또한, 폐수의 안정적인 처리를 위하여 상기 폭기조로의 원수 유입은 24시간 항상 동일하여야 함으로 상기 유량조정조에서 펌핑(Pumping Up)하여 일단 별도로 설치된 계량조로 유입시킨 상태에서 정량을 폭기조로 유입시키고 잉여량은 유량조정조로 되돌려 보내는 과정을 취한다.

상기 폭기조 폐수 유입 지점에는 상기 계량조로부터 유입되는 원수와 분배조로부터 반송되는 오니와 오니 저류조에서 씨오니의 간이 제조 장치(반응기)에 의해 폴리페놀 방향족적 본질을 갖은 미생물 대사산물의 물질이 농축되고 규산염이 용해된 물질 및 폭기조 후단에서 전단으로 조내 반송하는 폐수가 동시에 유입되면서 부식화 반응이 일어난다.

이때, 상기 폭기조는 상기 유량조정조에서 제거되고 남은 10%∼40%의 BOD에 대하여 0.6m³/ m³BOD의 용적부하로 설계한다.

상기 폭기조는 종전 공법에 비하여 MLSS농도를 5,000ppm이상으로 운전하기 때문에 오니 일령이 길게 됨으로 증식 속도가 느린 질산화균의 증식 밀도를 높이는 조건이 갖추어져 있을 뿐 만 아니라 반송 오니 속에 서식하고 있는 질산화균이 유량조정조, 폭기조로 공급됨으로 폭기조에서 자연 발생적으로 증식하는 것보다 질산 화균의 서식 밀도가 근원적으로 높게 되고,

또한, 반송 오니속에 함유된 생장 촉진 물질, 생물 활성 물질의 영향으로 미생물들의 활성이 높아지는 원리로 질산화균의 증식 속도도 빨라지게 되어 암모니아태 질소가 상기 질산화균에 의해서 질산태 질소로의 산화가 촉진된다.

상기 폭기조는 후단에서 전단으로 반송장치(펌프)로서 원수 유입량의 200∼800%의 조내 반송시켜 상기 폭기조에 유입되는 원수와 혼합, 교반을 활발하게 진해시켜서 탈질을 촉진시킨다.

이때, 상기 폭기조의 후단은 산기량을 최소화 하거나 폭기를 중단한 상태에서 조내의 전단으로 반송시키는 것이 탈질의 증폭에 효과가 있다

즉, 상기 폭기조에서 질산화 비율은 98%가 넘기때문에 폭기조 유입 지점으로 상기 침전조에서 폭기조로 반송되는 오니와 오니 저류조에서 자연 유하되는 오니와 폭기조 후단에서 전단으로 반송되는 오니속에 함유된NOx가 유량 조정조에서 유입되는 원수속의 BOD, COD를 탄소원으로 하여 호기성 미생물과 통성 혐기성 미생물이 NOx의 분자내 산소를 호흡함으로써 탈질이 진전되고 동시에 BOD, COD도 제거된다.

이러한 과정에서 느슨하게 응집 축합된 오니상 물질은 물리적인 힘에 대하여 파괴되기 쉽기 때문에 폭기시 거대기포 산기관을 사용할 경우 오니를 파괴하여 오니 속에 포집되어 있는 유기 물질이 오니로부터 탈리하는 현상이 일어날 수 있다.

이를 방지하기 위하여 폭기 강도를 최소한으로 낮추면서 산소 전달 효율이 높은 미세기포 산기관을 장착하여야 한다. 그러면서도 교반은 충분히되도록 DO를 0.7ppm이하 ORP 100mv이상으로 운전하도록 한다.

이러한 과정에 의하여 상기 유량조정조로부터 유입된 BOD의 98%이상 제거된다.

상기 침전조는 폭기조에서 고MLSS로 운전하고 있기 때문에 오니가 케리오버(Carry Over)되지 않는 정도의 용량으로 한다. 예를들면 BOD 300ppm이하인 원수의 경우 4시간이상, BOD 3,000ppm이하일 경우 8시간이상, BOD 15000ppm이상일 경우24시간으로 한다.

상기 침전조는 고액 분리조의 기능뿐 아니라 전단으로 오니 반송을 연속적으로 하고 있기 때문에 Center Well은 항상 교반상태를 유지하고 있고 DO도 낮음으로 탈질조의 기능을 아울러 하고있다. 이곳에서 T-N이 제거되면서 BOD, COD도 제거되는 반응조의 기능도 하고 있다. 오니의 반송은 물질적인 힘이 강하게 작용하는 Pump는 피하고 가능한한 물리적인 힘이 약하게 작용하는 Air Lift를 장착하고 분배조에 유입시키고 유량 조정조와 오니 저류조에 24시간 항상 일정하게 유입시키고 남는 양은 폭기조로 드레인(Drain)한다.

유량 조정조, 폭기조, 오니 저류조, 침전조를 경과하는 과정에서 폐수 속의 유기 물질은 CO₂, N₂등으로 기화하고, H₂O는 윤택나는 물질화하고 남은 유기 물질은 부식으로 변하게 됨으로 침전 오니속에 함유된 부식물을 원수의 유입 지점인 유량 조정조 전단에 반송하여 유기물과 혼합 교반함으로서 유기물이 존재하지 않는 인위환경을 부식물이 존재하는 자연 환경과 같게하여 대자연속에서 일어나는 유기물의부식화가 이룩된다.

상기 오니저류조는 오니 인발을 하기 위한 저류조의 기능만이 아니고 폴리페놀 방향족적 본질을 갖는 대사산물의 농도를 한계치까지 끌어올리고 무기물질을 용해시켜 이를 처리계내에 연속적으로 공급함으로서 처리계내에 폴리페놀 방향족적 본질을 갖는 화합물이 함유된 미생물 대사산물의 농도를 유지시키고 토양화 반응을 이르게 하는 오니배양조의 기능을 유도한다.

상기의 폴리페놀 방향족적 본질을 갖는 화합물이 함유된 미생물 대사산물의 농도가 어느 수준 이상으로 높아지면 그 속에서는 유해 미생물뿐만 아니라, 토양균군들 조차도 서식을 할 수 없게 된다.

따라서 상기와 같은 농도를 가진 물질(진정토양)과 활성규산염을 촉매제로 충진된 유도 배양기를 장착하여 둠으로서, 수용성 유기물을 폴리페놀 방향족적 본질을 가진 화합물을 함유하는 대사산물을 분비하는 미생물군에 의해서 분해, 재합성시키는 과정을 거치되고, 이러한 과정에 의하여 키레이트성 유기물과 지구 표면의 평균적인 조성을 가진 금속 알칼리토금속 등과 유기, 무기화합물인 부식을 생성하게 된다.

상기 유도배양기는 지구 지표면의 평균조성과 흡사한 실리케이트(Silicate)를 주성분으로 하는 각종 금속이 함유되고 물에 쉽게 용해되면서 활성이 뛰어난 물질을 충진하되, 부식물을 펠렛트화한 촉매 1에 대하여 실리케이트(Silicate) 2의 비율로 장착해두고 1년에 촉매, 활성규산분의 50%를 보충하도록 설계되어 있다.

상기 분배조는 상기 침전조에서 유량조정조, 오니배양조로 일정량의 오니를 분해하여 반송시키고 분배하고 남은 수량은 폭기조로 드레인 시키도록 되어 있다.

이상에서 상세히 살펴본 바와 같이, 본 발명은 처리장에서 악취가 없어지는 효과, 염소 소독을 하지 않으므로 트리할로메탄 등 발암물질의 생성이 없어 방류에 따른 동식물의 건강에 영향이 없게 되며, 슬러지 발생량이 종전공법에 비하여 1/3이하로 줄어들게 되어 처리비가 절감되고 간단히 가공 발효시켜 토양 개량제로 토양환원이 가능하고, 처리수는 항균성이 뛰어나서 하류의 정화작용이 제공된다.

Claims (8)

1. 유기물질을 함유한 원수(폐수)가 부식물이 존재하지 않는 인위환경의 유량조정조, 폭기조, 침전조, 오니저류조를 경유하면서 토양화 반응에 의한 부식물을 변성시키고, 이를 상기 유량조정조, 폭기조의 폐수의 유입지점으로 일정량을 반송하는 반복과정에 의하여 처리조의 환경을 대자연의 토양 속에 일어나고 있는 부식화 반응의 활성화로 폐수를 처리하는 것을 특징으로 하는 유기물의 부식화에 의한 폐수의 처리방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 유량조정조는 반송오니와 폐수를 교반기나 산소전달 효율이 낮으면서 교반능력이 탁월한 거대기포 산기관으로 교반하여 부식화반응을 활성화시키는 것을 특징으로 하는 유기물의 부식화에 의한 폐수의 처리방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유량조정조는 수위변동을 일정하게 유지하도록 유량조정용 단독 브로워(Blower)를 설치하거나, 공기 공급량을 수위변동에 영향 받지 않도록 정량류변(定量流辨 : Ryncell Valve)를 공기배관에 설치하여 운용하는 것을 특징으로 하는 유기물의 부식화에 의한 폐수의 처리방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 폭기조는 원수 유입을 24시간 항상 동일하도록 유지시키기 위해서 별도의 계량조를 설치하고 상기 유량조정조에서 펌핑(Pumping Up)하여상기 계량조에 유입시킨 상태에서 정량을 상기 폭기조로 유입시키고 잉여량은 유량조정조로 되돌려 보내도록 하는 것을 특징으로 하는 유기물의 부식화에 의한 폐수의 처리방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 폭기조는 폭기 강도를 최소한으로 낮추면서 산소 전달 효율이 높은 미세기포 산기관을 장착하고, 교반은 충분히 되도록 DO를 0.7ppm이하 ORP 100mv이상으로 운전하여 폐수를 처리하는 것을 특징으로 하는 유기물의 부식화에 의한 폐수의 처리방법.
6. 제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 폭기조는 그 후단의 산기량을 최소화 하거나 폭기를 중단한 상태에서 조내의 전단으로 반송시킴으로 조 중앙을 항상 교반상태로 유지하여 탈질을 촉진시키는 것을 특징으로 하는 유기물의 부식화에 의한 폐수의 처리방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 오니저류조는 오니 인발을 하기 위한 저류조의 기능만이 아니고 폴리페놀 방향족적 본질을 갖는 대사산물의 농도를 한계치까지 끌어올리고 무기물질을 용해시켜 이를 처리계내에 연속적으로 공급함으로서 처리계내에 폴리페놀 방향족적 본질을 갖는 화합물이 함유된 미생물 대사산물의 농도를 유지시키고 토양화 반응을 이르게 하는 오니배양조의 기능을 유도하는 것을 특징으로 하는 유기물의 부식화에 의한 폐수의 처리방법.
8. 제1항 또는 제7항에 있어서, 상기 오니저류조는 폴리페놀 방향족적 본질을 갖는 대사산물이 농축된 물질을 펠렛트상으로 한 촉매제 1에 대하여 지표면의 평균조성고 유사하면서도 활성이 뛰어난 규산염물질 2의 비율로 장착한 유도배양기에 의하여 반송오니를 부식화하여 유량조정조의 원수 유입지점에 일정량을 반송하는 반복과정으로 원수의 부식화를 촉진시켜 폐수를 처리하는 것을 특징으로 유기물의 부식화에 의한 폐수의 처리방법.