KR20030041284A - 담체 및 이를 이용한 오폐수처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 예컨데 변성우드칩을 이용한 담체와 이 담체가 혐기조, 제 1 및 제 2 폭기조내에 각기 설치되는 생물접촉식 소규모 오폐수처리장치에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명은, 혐기조, 제 1 및 제 2 폭기조내에 각기 설치되는 담체는 그 형태가 무정형, 사면체, 타원형및 원형으로 공극율이 30 - 80 % 이고, 크기가 2 - 20 Cm 이며, 재질이 목편 또는 변성목편, 다공성플라스틱, 폐요구르트 공병, 고분자수지 섬유사, 폴리우레탄등의 발포수지, 현무암 또는 화강암등의 쇄석, 입상활성탄 또는 톱밥등의 분말성 접촉여재를 충진하여 만들어진 것을 그 특징으로 한다.

Description

담체및 이를 이용한 오폐수처리장치{MICROBIAL MEDIA AND WASTEWATER TREATMENT APPARATUS}

본 발명은 예컨데 변성우드칩을 이용한 담체와 이 담체가 혐기조, 제 1 및 제 2 폭기조내에 각기 설치되는 소규모 오폐수처리장치에 관한 것이다.

대도시의 인구밀집지역에서는 광역 하수처리장이나 대규모의 하수처리장을 설치하고 구역내에 차집관거를 연결하여 생활하수를 일괄 처리하고 있고, 상기 생활하수는 일반 오염물질과 달리 수질오염에 직접 영향을 미칠 뿐만 아니라 크고 작은 배출원이 전국적으로 다양하게 산재되어 있다. 특히, 하수도 보급이 미흡한 도시 외각지역이나 농촌지역에서는 대부분 생활하수가 자연수계로 그대로 방류되어 호수 또는 하천의 자정능력이상으로 유입됨에 따라 수역생태계의 피해가 가속화되고, 호수나 댐의 폐쇄성 수역인 경우에 질소와 인등 영양염류가 지속적으로 유입되어 부영양화 현상이 빈발하여 생활용수의 공급원으로서 이용가치가 크게 손상되는 곳도 나타나고 있다.

생활하수나 폐수내의 유기물과 영양염류를 제거하는 방법으로는 화학적 방법과 생물학적 방법이 적용되고 있으나, 공정 적용시 미처리 하수의 특성과 하수처리방법의 종류, 그리고 요구되는 영양염류 제거정도를 고려해야 한다. 상기 화학적 방법을 통한 유기물이나 영양염류의 제거는 높은 효율을 보장하는 한편, 약품 구입비및 슬러지의 다량 발생등으로 인한 경제적인 측면에서의 부담으로 슬러지 발생이 상대적으로 적은 생물학적 방법이 선호되고 있다.

상기 생물학적 방법의 주공정으로는 호기성 공정으로 오수와 미생물을 혼합하여 미생물의 대사작용을 유도시켜 유기물및 영양물질을 제거하는 방법을 사용한다. 소규모 오수처리장치는 초기에 부유성장식 미생물을 사용하는 활성슬러지나 장기폭기법을 많이 사용하는 바, 이는 운전시 슬러지 팽화현상이 자주 발생하고 부하변동이 큰 경우에 대처하기 어렵고 잉여오니가 다량 발생하는 등의 문제점이 있다.

이로 인해 미생물을 지지체에 공정화할 수 있는 담체를 부유 성장식 방법에 가미하는 변법으로 담체에 부착된 고농도의 미생물을 이용하여 처리하는 방법을 많이 사용하고 있다. 담체를 이용한 생물막 공정에는 미생물이 담체에 부착되어 생물막을 형성하므로, 분산상태의 미생물과는 종과 생리학적 기작이 상이하여 저항성 증가, 생장률의 증가, 대사활동의 증가및 독성효과에 대한 저항성이 증가한다.

고체표면에 형성된 미소환경은 전체환경에 비해 PH, 이온강도및 유기물 농도등이 상이하므로, 미생물 군집이 다르게 되면 생장속도가 느린 미생물들이 부착에 의해 시스템내에 보존되어 높은 농도를 유지할 수 있다. 고체표면의 부착에 의한 유기물 농도가 증가되고 가수분해물이 유출되지 않아 미생물 생장에 좋은 환경을 제공함으로 미생물 활성이 높아지게 된다. 또한, 미생물 일령, 먹이사슬, 박테리아의 Encapsulation등에 의해 독성물질에 대한 저항성이 증가되며, 외부로의 유출슬러지 발생량이 적고 난분해성 물질의 분해력도 강하게 된다.

그리고, 생물막이 형성되므로 활성슬러지방법과 달리 슬러지 팽화현상으로 인한 슬러지 부상현상등이 없어 운전관리가 용이하고 운전특성상 단위체적당 미생물농도를 높게 유지할 수 있다. 생물막공정의 처리효율을 증가시키기 위해서는 적절한 부착 미생물량을 유지하면서 담체에 적당한 최적의 조업조건으로 운전하는 것이 담체를 실제 공정에 적용하는 데에 있어 중요하다. 또한, 포기조내에서 폐수처리에 이용되는 미생물을 적절한 수준으로 계속 유지시켜야 될 필요가 있으므로, 이를 위하여 미생물의 부유성장 또는 부착성장을 위해 적절한 미생물 부착용 담체가 필요하다.

상기 담체는 재질로써 활성 탄소섬유, 분말활성탄, 폴리비닐알콜과 다공성 플라스틱류, 폐야구르트 공병, 고분자 수지섬유사, 다공성 세라믹이나 유리담체, 그리고 규조토등 많은 종류가 있다. 미생물 담체는 폐수중 유기물의 농도, 질소·인의 농도, 독성물질의 여부, 폐수의 산성도등 유입폐수의 성상에 따라 알맞는 담체를 사용할 필요가 있다.

생물막 공정의 처리효율을 증가시키기 위해서는 담체 단위표면적당 미생물량 생물막 표면적이 증가되어야 하고, 생물막은 담체표면에 미생물이 부착되어 형성/성장되므로 공학적인 측면에서 생물막을 빠르게 형성시키며, 고농도의 미생물을 유지할 수 있는 담체의 조건을 구하는 것이 중요하다. 또한, 소규모 오수처리장치는 담체를 사용한 오수처리장치라는 점을 미루어 보아 새로운 고성능의 담체가 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 발명한 것으로, 여러 종류의 재질을 변형시켜 담체로 재활용하므로 자원화할 수 있고, 이 담체의 특성을 이용하여 오폐수처리의 효율을 향상시키고 공정이 단순하며 운전이 간편하도록 되어 있으며, 생물반응조를 실오수처리장에 설치하여 실오수를 이용한 생물학적 유기물및 영양염제거 특성으로 반응기의 특성과 처리효능을 통해 신뢰성을 평가할 수 있는 담체및 이를 이용한 오폐수처리장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1 은 본 발명의 1 실시예에 관한 담체및 이를 이용한 오폐수처리장치를 도시해 놓은 평면도,

도 2 내지 도 4 는 도 1 에 도시된 A - A, B - B, C - C 부분을 도시해 놓은 각각의 단면도,

도 5 은 본 발명의 다른 실시예에 관한 담체및 이를 이용한 오폐수처리장치를 도시해 놓은 평면도,

도 6 내지 도 8 은 도 5 에 도시된 A - A, B - B, C - C 부분을 도시해 놓은 각각의 단면도이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

1 : 저류조 2 : 무산소조

3 : 혐기조 4 : 제 1 폭기조

5 : 제 2 폭기조 6 : 침전조

7 : 방류조 8 : 송풍기

9 : 슬러지 반송부재 10 : 담체

11 : 사이펀 12 : 관

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 혐기조, 제 1 및 제 2 폭기조내에 각기 설치되는 담체는 그 형태가 무정형, 사면체, 타원형및 원형으로 공극율이 30 - 80 % 이고, 크기가 2 - 20 Cm 이며, 재질이 목편 또는 변성목편, 다공성플라스틱, 폐요구르트 공병, 고분자수지 섬유사, 폴리우레탄등의 발포수지, 현무암 또는 화강암등의 쇄석, 입상활성탄 또는 톱밥등의 분말성 접촉여재를 충진하여 만들어진 것을 그 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 오폐수처리장치는, 유입된 오폐수와 침전조로부터 반송된 외부반송슬러지를 혼합, 저장하여 고체와 액체를 분류하기 위한 저류조; 이 저류조의 중간 사이펀으로 유입된 오폐수가 통성혐기성및 혐기, 호기 미생물에 의해 유기물의 제거와 탈질및 고액분리가 이루어지는 무산소조; 이 무산소조의 중하위 사이펀으로 유입되는 유입수가 위에서 아래로 담체를 통과하고, 이 담체에 부착되거나 부유하는 혐기성 미생물에 의해 유기물 제거와 탈질과정이 촉진되는 혐기조; 사이펀에 의해 상기 혐기조의 담체하부로부터 유입된 유입수는 제 1 폭기조의 위에서 아래로 담체를 통과하고, 하부의 유출구를 통해 제 2 폭기조로 유입되는 유입수는담체의 아래에서 위로 통과하며, 담체의 아래부분에 설치된 송풍구에 의해 폭기되면서 오폐수에 남아있는 미세유기물및 용존유기물까지 제거하고 질산화를 가속시키는 제 1 및 제 2 폭기조; 이 제 2 폭기조의 상부로부터 유입된 유입수가 관을 통하여 침전조 내부로 이동하여 슬러지는 서서히 아래로 침강하고 상층부의 맑은 처리수만 유출되고, 슬러지 반송부재를 통해 침전조 하부에 축적된 슬러지를 저류조로 반송함으로 슬러지 체류시간을 길게 유지시키고 질산화된 질소를 반송시켜 무산소조에서 효과적인 탈질이 이루어지도록 함과 동시에, 폭기조에서 인을 과잉 섭취한 인제거 미생물을 침전조에서 침전시켜 효과적으로 인을 제거하는 침전조및; 이 침전조의 상층부에서 유입된 처리수는 방류조에 체류하는 동안 부유하는 미세입자까지 침전 제거시킨 다음 맑은 상층수만을 유출시키는 방류조로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1 은 본 발명의 1 실시예에 관한 담체및 이를 이용한 오폐수처리장치를 도시해 놓은 평면도이고, 도 2 내지 도 4 는 도 1 에 도시된 A - A, B - B, C - C 부분을 도시해 놓은 각각의 단면도이다.

먼저 담체(10)는 변성우드칩으로 후술할 혐기조(3), 제 1 및 제 2 폭기조(4, 5)내에 각기 설치되고 있는 바, 이는 그 형태가 무정형, 사면체, 타원형및 원형으로 공극율이 30 - 80 % 이고, 크기가 2 - 20 Cm 이며, 재질이 목편 또는 변성목편, 다공성플라스틱, 폐요구르트 공병, 고분자수지 섬유사, 폴리우레탄등의 발포수지, 현무암 또는 화강암등의 쇄석, 입상활성탄 또는 톱밥등의 분말성 접촉여재를 충진하여 만들어진 것이다.

상기 혐기조(3)의 전면으로는 저류조(1)와 무산소조(2)가 설치되어 있고, 이들 조(1 - 3)은 일측으로 사이펀(11)이 각기 설치되어 있다. 상기 제 2 폭기조(5)의 후면으로는 도 4 에 도시된 바와 같이 병렬로 침전조(6)와 방류조(7)가 설치되어 있다. 상기 제 1 및 제 2 폭기조(4, 5), 침전조(6)와 방류조(7)의 바닥으로는 송풍기(8)에 의해 각기 바람이 보내어지고 있다. 그리고, 상기 침전조(6)는 관(12)을 통해 제 2 폭기조(5)가 연결되는 한편 슬러지 반송부재(9)를 통해 저류조(1)와 연결되고, 이 제 2 폭기조(5)와 제 1 폭기조(4)는 하부의 유출구(13)를 통해 연결된다.

본 발명의 소규모 오폐수처리장치는 외부 오폐수가 도 3 에 도시된 입구를 통해 순차적으로 저류조(1)와 무산소조(2), 담체(10)의 혐기조(3), 제 1 및 제 2 폭기조(4, 5), 그리고 병렬의 침전조(6)과 방류조(7)를 걸쳐 출구로 방출되고 있다. 도 2 에 도시된 바와 같이 침전조(6)의 슬러지는 슬러지 반송부재(9)를 통해 상기 저류조(1)로 보내어지고 있다.

이상과 같이 구성되는 본 발명에서 각 조(1 - 7)의 크기는 중앙의 혐기조(3)를 기준으로 할 경우, 부피비로 저류조(1) : 무산소조(2) : 혐기조(3) : 제 1 폭기조(4) : 제 2 폭기조(5) : 침전조(6) + 방류조(7)가 각각 0.3 - 0.7 : 1.5 - 2 : 1.0 : 2 - 3 : 1 - 2 : 0.3 - 0.7 의 비율로 이루어지고, 높이는 1.5 - 2.4로서 0.7 - 1.1의 방류조와 0.8 - 1.3의 침전조로 나누어진다. 그리고, 각 조(1 - 7)의 형태및 수위, 유입수의 취수구위치, 유출구의 유출위치, 담체(10)의 충진 위치및송풍기(8)의 위치등은 도 1 내지 도 4 에 도시되어져 있다.

상기 저류조(1)는 유입된 오폐수와 침전조(6)로부터 반송된 외부반송슬러지를 혼합, 저장하여 고체와 액체를 분류하기 위한 것이다. 이 저류조(1)의 중간 사이펀(11)으로 유입된 오폐수가 무산소조(2)에서 일정 시간동안 체류하는 동안에 통성혐기성및 혐기, 호기 미생물에 의해 유기물의 제거와 탈질및 고액분리가 이루어지고 있다. 이 무산소조(2)에서는 상기 침전조(6)에서 반송되어 온 질산성 질소를 전자 수용체로하여 탈질 미생물에 의해 효과적으로 질소가스로 전환됨으로 질소 제거(탈질)가 이루어진다. 유기물은 탈질을 위한 에너지원으로 사용되므로 효과적인 유기물제거를 유도할 수 있다.

이 무산소조(2)의 중하위 사이펀(11)으로 유입되는 유입수는 혐기조(3) 위에서 아래로 중앙의 담체(10)를 통과하고 정화가 이루어진다. 상기 담체(10)의 충진율은 0 - 50 %(부피비)이고 공극율은 담체(10)의 형태와 재료에 따라 차이가 있으나 대략 30 - 80 % 정도이다.

혐기조(3)에서는 이 담체(10)에 부착되거나 부유하는 혐기성 미생물에 의해 유기물 제거와 탈질과정이 촉진되는 바, 이는 인제거 미생물에 의해 유기물을 섭취하는 과정에서 인이 미생물밖으로 방출된다. 무산소조(2)와 혐기조(3)를 거치는 과정에서 미생물에 의해 유기물의 반이상이 제거되며, 상기 담체(10)에 피복된 미생물에 의해 유기물 제거가 더욱 촉진된다. 또한, 상기 무산소조(2)를 혐기조(3)앞부분에 위치함으로 슬러지 반송과정에서 오는 질산성 질소로 인해 인제거 미생물의 인산방출이 방해당하는 것을 막을 수 있다.

사이펀(11)에 의해 상기 혐기조(3)의 중앙 담체(10)하부로부터 유입된 유입수는 제 1 폭기조(4)의 위에서 아래로 담체(10)를 통과하고, 상기 제 1 폭기조(4) 하부의 유출구(13)를 통해 제 2 폭기조(5)로 유입되는 유입수는 담체(10)의 아래에서 위로 통과한다. 제 1 및 제 2 폭기조(4, 5)에서는 이 담체(10)의 아래부분에 설치된 송풍구(8')에 의해 폭기되면서 오폐수에 남아있는 미세유기물및 용존유기물까지 제거하고 질산화를 가속시킨다. 따라서, 상기 제 1 및 제 2 폭기조(4, 5)에는 담체(10)가 50 - 80 %(부피비)로 충진된다.

제 1 및 제 2 폭기조(4, 5)에서는 남아있는 용존유기물까지 거의 제거가 되며 담체(10)에 피복된 미생물층에 의해 이 과정이 더욱 촉진된다. 또한, 충진된 담체(10)의 가공속에 미생물들이 강하게 흡착하여 막을 형성함으로 미생물의 탈리를 막고 산, 알카리 폐수의 유입등 급격한 외부의 환경변화에 강한 환경조건을 유지한다. 이들 폭기조에서는 암모니아성 질소가 아질산성 질소나 질산성 질소등의 질산성 질소류로 변환하는 질산화가 일어나고, 제 2 폭기조(5)를 통해 더 높은 질산화가 일어나고 있다.

따라서, 혐기조(3)를 거쳐 폭기조(4, 5)로 넘어온 인 제거 미생물들은 혐기상태에서 호기상태로 갑작스런 환경변화로 인해 최대 5 배 정도의 인을 과잉 섭취하게 됨으로 효과적으로 인을 제거할 수 있다.

이 제 2 폭기조(5)의 상부로부터 유입된 유입수가 관(12)을 통하여 침전조(6) 내부로 이동하여 슬러지는 서서히 아래로 침강하고 상층부의 맑은 처리수만이 방류조(7)로 유출된다. 이 침전조(6)에는 슬러지 반송부재(9)를 통해 침전조(6) 하부에 축적된 슬러지를 상기 저류조(1)로 반송함으로 슬러지 체류시간을 길게 유지시키고, 질산화된 질소를 반송시켜 상기 무산소조(2)에서 효과적인 탈질이 이루어지도록 한다. 이와 동시에 상기 폭기조(4, 5)에서 인을 과잉 섭취한 인제거 미생물을 침전조(6)에서 침전 제거시켜 효과적으로 인을 제거할 수 있다.

이 침전조(6)의 상층부에서 유입된 처리수는 방류조(7)에 체류하는 동안 부유하는 미세입자까지 침전 제거시킨 다음 맑은 상층수만을 유출시키게 된다.

도 5 은 본 발명의 다른 실시예에 관한 담체및 이를 이용한 오폐수처리장치를 도시해 놓은 평면도이고, 도 6 내지 도 8 은 도 5 에 도시된 A - A, B - B, C - C 부분을 도시해 놓은 각각의 단면도이다.

도 5 에 도시된 담체및 이를 이용한 오폐수처리장치는 도 1 에 도시된 담체및 이를 이용한 오폐수처리장치와 달리 설치장소의 사정에 따라 3 부분으로 나누어지는 바, 이는 앞부분으로 병렬의 저류조(1)와 무산소조(2)및 혐기조(3), 중간부분으로 병렬의 제 1 폭기조(4)와 제 2 폭기조(5), 그리고 뒷부분으로 병렬의 침전조(6)와 방류조(7)로 이루어져 있고, 그 이외의 작용, 효과는 동일하므로 그의 상세 설명은 생략한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 설치장소의 사정에 따라 여러 형태로 저류조, 무산소조, 혐기조, 제 1 및 제 2 폭기조, 침전조및 방류조등을 나눠 구성할 수 있고, 담체가 혐기조, 제 1 및 제 2 폭기조내에 각기 설치되는 소규모 오폐수처리장치를 제공할 수 있다.

Claims (6)

1. 혐기조, 제 1 및 제 2 폭기조내에 각기 설치되는 담체는 그 형태가 무정형, 사면체, 타원형및 원형으로 공극율이 30 - 80 % 이고, 크기가 2 - 20 Cm 이며, 재질이 목편 또는 변성목편, 다공성플라스틱, 폐요구르트 공병, 고분자수지 섬유사, 폴리우레탄등의 발포수지, 현무암 또는 화강암등의 쇄석, 입상활성탄 또는 톱밥등의 분말성 접촉여재를 충진하여 만들어진 것을 특징으로 하는 담체.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 혐기조, 제 1 및 제 2 폭기조에 충진되는 담체의 비율이 부피비로 각각 0 - 50 %, 50 - 80 % 및 50 - 80 %로 구성된 것을 특징으로 하는 담체.
3. 유입된 오폐수와 침전조로부터 반송된 외부반송슬러지를 혼합, 저장하여 고체와 액체를 분류하기 위한 저류조;

   이 저류조의 중간 사이펀으로 유입된 오폐수가 통성혐기성및 혐기, 호기 미생물에 의해 유기물의 제거와 탈질및 고액분리가 이루어지는 무산소조;

   이 무산소조의 중하위 사이펀으로 유입되는 유입수가 위에서 아래로 담체를 통과하고, 이 담체에 부착되거나 부유하는 혐기성 미생물에 의해 유기물 제거와 탈질과정이 촉진되는 혐기조;

   사이펀에 의해 상기 혐기조의 담체하부로부터 유입된 유입수는 제 1 폭기조의 위에서 아래로 담체를 통과하고, 하부의 유출구를 통해 제 2 폭기조로 유입되는 유입수는 담체의 아래에서 위로 통과하며, 담체의 아래부분에 설치된 송풍구에 의해 폭기되면서 오폐수에 남아있는 미세유기물및 용존유기물까지 제거하고 질산화를 가속시키는 제 1 및 제 2 폭기조;

   이 제 2 폭기조의 상부로부터 유입된 유입수가 관을 통하여 침전조 내부로 이동하여 슬러지는 서서히 아래로 침강하고 상층부의 맑은 처리수만 유출되고, 슬러지 반송부재를 통해 침전조 하부에 축적된 슬러지를 저류조로 반송함으로 슬러지 체류시간을 길게 유지시키고 질산화된 질소를 반송시켜 무산소조에서 효과적인 탈질이 이루어지도록 함과 동시에, 폭기조에서 인을 과잉 섭취한 인제거 미생물을 침전조에서 침전시켜 효과적으로 인을 제거하는 침전조및;

   이 침전조의 상층부에서 유입된 처리수는 방류조에 체류하는 동안 부유하는 미세입자까지 침전 제거시킨 다음 맑은 상층수만을 유출시키는 방류조로 구성된 것을 특징으로 하는 오폐수처리장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 각 조의 크기는 중앙의 혐기조를 기준으로 할 경우, 부피비로 저류조 : 무산소조 : 혐기조 : 제 1 폭기조 : 제 2 폭기조 : 침전조 + 방류조가 각각 0.3 -0.7 : 1.5 - 2 : 1.0 : 2 - 3 : 1 - 2 : 0.3 - 0.7 의 비율로 이루어진 것을 특징으로 하는 오폐수처리장치
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 저류조, 무산소조, 혐기조, 제 1 및 제 2 폭기조가 순차적으로 설치되고, 이 제 2 폭기조에 병렬로 침전조와 방류조가 설치된 것을 특징으로 하는 오폐수처리장치
6. 제 3 항에 있어서,

   병렬의 저류조와 무산소조및 혐기조가 설치되고, 제 1 및 제 2 폭기조가 병렬로, 침전조및 방류조도 병렬로 각각 설치된 것을 특징으로 하는 오폐수처리장치.