KR20030079168A

KR20030079168A - 미생물 접촉여재를 이용한 수처리장치

Info

Publication number: KR20030079168A
Application number: KR1020020018012A
Authority: KR
Inventors: 곽종운
Original assignee: 곽종운
Priority date: 2002-04-02
Filing date: 2002-04-02
Publication date: 2003-10-10
Also published as: KR100443407B1

Abstract

본 발명은 미생물 접촉여재를 이용한 수처리장치에 관한 것으로, 소정의 형상을 갖는 미생물 접촉여재를 통해 미생물이 다량으로 번식하게 하여 폭기조 내에서 유기물을 20 ppm 이하로 안정적으로 분해시킬 수 있도록 함은 물론, 수중에 포함된 인성분의 농도를 무기응집제를 사용하였을 때 1ppm 이하로 감소시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다. 이를 위해 구성되는 본 발명은 폐수 중에 포함된 기름성분을 분리하는 유수분리조; 폐수의 유량을 조절하여 부하변동을 감소시키는 유량조절조; 폐수에 함유된 현탁물질, 입자성 인 및 입자성 유기물을 저염기도 무기응집제를 통해 혼화시켜 응집하는 응집조; 폐수와 저염기도 무기응집제가 혼화되도록 교반시키는 교반기; 응집조로부터 유입된 폐수를 무산소하에서 연속적으로 혐기적 소화와 탈질반응이 일어나도록 하는 탈질조; 탈질조로부터 유입된 폐수의 각종 유기물을 배양기로 하여 용존산소의 존재하에서 미생물의 혼합집단을 연속 배양시키는 폭기조; 폭기조에 공기를 방울 형태로 주입하는 폭기수단; 폭기조의 내부에 충진되어 미생물을 고정시키는 미생물 접촉여재; 폭기조를 거쳐 유입되는 처리수를 고염기도 무기응집제(염기도 60∼80% 범위인 폴리무기응집제)를 통해 응집시켜 활성 슬러지를 침전시키는 침전조; 침전조로 유입되는 처리수와 고염기도 무기응집제를 혼화시키는 수단; 침전조로부터 유입된 상등액을 섬유상활성탄필터를 통해 여과하여 방류수계로 방류하는 여과조; 침전된 슬러지의 일부를 탈질조와 폭기조로 반송시키는 슬러지 반송배관을 포함하여 이루어진다.

Description

미생물 접촉여재를 이용한 수처리장치{Water purification device using a microorganism media}

본 발명은 오폐수처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속이 담지된 분말 활성탄을 스폰지 형태의 폴리우레탄 합성재료 또는 합성섬유시트에 점착하여 미생물의 번식효과를 상승시킴으로써 유기물의 분해효과를 극대화시킬 수 있도록 한 미생물 접촉여재를 이용한 수처리장치에 관한 것이다.

일반적으로 급격한 경제발전 과정에서 환경보전에 대한 인식의 부족으로 인하여 대기는 물론 수질 또한 그 오염의 정도가 매우 심각한 지경에 이르렀다. 특히, 생활하수, 농·축산폐수 및 산업폐수 등은 호소, 내만 및 내해 등의 공용 수역과 도시 중소 하천 등의 수질을 오염시키는 원인이 되고 있다.

따라서, 수질의 오염으로 인한 호소, 내만 및 내해 등의 총질소(N)와 총인(P)에 관련된 수질환경 기준인 COD(Chemical Oxygen Demand), BOD(Biochemical Oxygen Demand)의 달성률은 매우 낮은 상태이다. 더욱이 하천, 호소 및 댐은 식수원인 경우가 많기 때문에 곰팡이 냄새, 여과장해 및 유독성 조류의 이상 증식 등은 커다란 환경 문제로 대두되고 있다.

한편, 산업이 고도로 발전하기 이전의 경우 생활하수, 농·축산폐수 및 산업폐수의 오염물질은 주로 일정한 미생물에 의해 분해가 가능한 유기물인 반면에 근래에 들어서 급속한 산업의 발달과 인구증가 및 도시의 인구집중으로 인하여 각종 용수량의 증가와 함께 폐수 중에 무기 및 유기성분이 차지하는 비율이 점차로 증가하고 있는 실정으로, 산업 폐수의 경우 COD(Chemical Oxygen Demand, 화학적 산소 요구량), BOD(Biochemical Oxygen Demand, 생물학적 산소 요구량), TSS(고형성 부유물), 질소(窒素), 인(燐) 등 고농도의 유기물을 다량 함유하고 있어 하천, 호소 및 댐 등에 그대로 흘러 들어가면 부영양화 등 수자원의 오염은 물론, 독성으로 인한 생태계의 파괴 등으로 이어져 환경에 악영향을 끼친다. 따라서, 산업 폐수는 일정의 기준을 정해 놓고 일정의 기준치 이하로 정화시켜 배수하도록 되어 있다.

전술한 바와 같이 폐수 중에 무기 및 유기성분이 차지하는 비율이 점차로 증가함에 따라 이를 제거하고자 하는 노력 및 연구 활동이 진행되고 있는데, 이러한 연구 노력의 결과로써 생활하수, 농·축산폐수 및 산업폐수를 처리하는데 있어서 국내의 경우 미생물의 부유식 성장을 이용한 표준 활성슬러지법 및 그 변법이 거의 보편적으로 이용되고 있다.

그리고, 최근에는 생물학적처리공법에 물리적 처리공법과 화학적처리공법이 통합적으로 적용되어 운영되는 추세에 있으나, 원수 중에 포함된 질소성분은 물리·화학적으로 처리하기가 곤란하다는 문제가 있다. 화학적으로 질소를 분해시킬 경우에는 처리비용이 증가하기 때문에 미생물에 의한 처리가 절대적이라고 할 수 있다.

전세계적으로 보면 폭기조 내에 다양한 미생물여재가 개발되어 적용되고 있다. 미생물여재의 가장 큰 장점은 1차적으로 표면적을 증가시키어 미생물의 번식효과를 개선시키는 것이다. 국내외에 사용되고 있는 고정상 또는 유동상의 미생물여재를 보면 제올라이트, 분말 활성탄, 나일론사, 폴리우레탄, 페비닐수지, 다공성세라믹 등 여러 가지 재질로 다양한 방법으로 폭기조 내의 미생물 번식효과를 증가 시키기 위하여 계속적으로 개발되고 있다. 제올라이트나 분말 활성탄 자체를 사용하는 경우에는 슬러지와 함께 배출되므로 재료비용이 상승하여 전체 처리비용이 증가하는 단점이 있다.

최근 국내에서는 폴리우레탄 여재(media)를 만들어서 폭기조에 유동상으로 사용할 수 있도록 한 부상식 여재 등을 통해 미생물을 부착시켜 하·폐수를 생물학적으로 처리하는 기술이 개발되었으나, 이러한 기술에서의 여재는 겉표면적을 넓히는데 한계가 있어 유기물, 인 및 질소의 흡착효과가 저조하여 미생물의 활동력이 저하된다는 문제가 있다. 이러한 한계를 개선하기 위하여 폴리우레탄에 활성탄을 점착시켜 사용하는 실례도 있다.

전술한 바와 같은 유동상 접촉여재의 단점은 폭기조 내에서 질소(N)나 인(P)같은 영양물질의 농도가 떨어지면 미생물번식이 낮아져 유동상 여재의 밀도가 낮아져 부상하는 현상이 빈번히 일어나게 되어 안정적으로 수질규제를 하기에 어려움이 있다. 또한, 활성탄을 분말 형태 또는 펠릿(Pellet) 형태로 폭기조에 단순 투입하는 경우에는 배출되는 슬러지 용량이 증가될 뿐만아니라, 고가인 활성탄을 한번 쓰고 버려야 하기 때문에 처리비용이 상승하는 문제가 있다.

전술한 바와 같은 문제점을 고려하여 본 출원인은 폐비닐수지에 섬유상활성탄 또는 일정 모양으로 직조된 합성수지를 접착하여 고정상 여재로 사용하는 기술을 기 출원한 바 있다{특허출원 제 2001-41492 호(2001.7.11); 미생물 접촉여재 및 그 제조방법}.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 폐비닐을 용융시켜 소정의 형상으로 성형한 상태에서 금속성분이 섬유상활성탄 중량의 0.05~10 중량% 침착되도록 수처리용 무기응집제에 담지시킨 섬유상활성탄시트를 성형물의 일면 또는 양면에 부착하여 제조된 미생물 접촉여재를 통해 미생물이 다량으로 번식할 수 있는 환경 및 외부로 유출되기 쉬운 미생물이 일정하게 부착 유지될 수 있는 환경을 제공하여 유기물, 질소 및 인의 제거효과를 상승시킬 수 있도록 한 미생물 접촉여재를 이용한 수처리장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 생물학적처리를 통한 질소 및 인의 제거에는 한계가 있기 때문에 응집제를 투입하여 인의 제거효과를 증가시킬 수 있도록 화학적처리를 병행함으로써 오수의 처리를 보다 효율적으로 할 수 있도록 함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 미생물의 활동과 유기물의 분해가 더욱 향상되도록 함으로써 짧은 시간에 많은 양의 폐수를 처리할 수 있도록 하여 폐수처리시설의 운영 및 유지 관리에 따른 비용을 보다 절감시킬 수 있도록 함에 있다.

한편, 본 발명은 미생물이 다량으로 번식할 수 있는 환경을 제공하여 미생물의 활동과 유기물의 분해가 더욱 향상되도록 함으로써 폐수처리시설을 소형화하여 시설면적을 작게 할 수 있도록 함에 있다.

아울러, 본 발명은 폐비닐과 같은 폐기물을 재활용하여 사용함으로써 산업의 균형적인 발전을 기대할 수 있음은 물론, 환경 오염의 방지 및 자원의 낭비를 방지할 수 있도록 함에 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 미생물 접촉여재를 이용한 수처리장치의 구성을 보인 구성도.

도 2 는 본 발명에 따른 수처리장치에서 미생물 접촉여재를 보인 사시도.

도 3 은 본 발명에 따른 수처리장치에서 침전조의 혼화수단을 보인 단면도.

도 4a 는 본 발명에 따른 수처리장치에서 여과조의 여과수단을 보인 정면도.

도 4b 는 본 발명에 따른 수처리장치에서 여과조의 여과수단을 보인 단면도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

100. 수처리장치 110. 유수분리조

120. 유량조절조 130. 응집조

140. 탈질조 150. 폭기조

160. 미생물 접촉여재 170. 침전조

180. 여과조 184. 섬유상활성탄필터

190. 슬러지 반송배관

전술한 목적을 달성하기 위해 구성되는 본 발명은 다음과 같다. 즉, 본 발명에 따른 수처리장치는 앞서의 목적에서와 같이 궁극적으로 미생물 접촉여재의 흡착기능을 대폭 개선하여 미생물의 번식을 극대화하고, 아울러 인의 제거효과를 화학적처리의 한 수단으로 응집제를 통하여 증가시키는 것이다.

즉, 본 발명은 미생물 접촉여재의 흡착기능을 대폭 개선하여 미생물의 번식을 극대화, 수처리과정에서 유기물과 질소 그리고 인의 제거효과를 대폭 개선시키는 것이다. 또한, 저염기도 폴리무기응집제를 사용하여 인의 농도를 1ppm 이하로 안정적으로 저감시켜 방류하는 것이다.

본 발명에서는 흡착기능이 개선된 활성탄담지 미생물 접촉여재를 사용하여 유기물의 제거기능을 크게 향상시키는 효과를 발휘하는 것이고, 또한 저염기도의 무기응집제를 사용하여 사용하여 방류수 중에 인의 농도를 저감시키는 것이다.

통상적으로, 수처리 과정에서 가장 난점으로 지적되어온 문제점은 유기물과 질소 그리고 인의 제거에 있으며, 생물학적처리를 통한 인의 제거율은 한계가 있어 최근에는 인의 효율적 제거를 위하여 화학적처리의 한 방법으로 응집제를 사용하는 경향이 늘어나는 추세에 있다.

전술한 바와 같은 수처리 과정에서 유기물을 안정적으로 제거하기 위하여 본 발명에서는 고정상 미생물 접촉여재를 사용하였으며, 본 발명에서 사용될 미생물 접촉여재는 본 출원인이 기 출원한 특허출원 제 2001-41492 호(2001.7.11)의 미생물 접촉여재를 이용한다.

한편, 응집제를 사용하는 경우 슬러지의 증가라는 문제점을 안고 있지만 생물학적처리로 인의 제거율은 화학적처리에 비하여 저조하기 때문에 유럽 대부분의 나라에서는 인을 전처리 또는 후처리로 화학적처리를 하고 있다. 전처리를 하는 경우 탈질조에서 탄소성분이 부족하기 때문에 메탄올이나 전분 같은 유기물을 소량 넣어 주고 있다.

전술한 바와 같은 전처리 과정에서 지금까지 사용하는 응집제로는 대부분 황산반토 또는 철 계통의 응집제를 사용하고 있다. 전처리 과정에서 응집제로 처리할 때의 문제점으로는 미생물에 필요한 용해성 인성분 또는 용해성 유기물을 너무 과도하게 제거하는 경향이 있어 폭기조 또는 탈질조에서 유기물을 재차 넣어주어야 하는 사례도 있다. 따라서, 폭기조에 유입수를 유입하기 전에 응집제로 전처리를 할 경우에는 응집제의 염기도를 선택적으로 개선하여 투입하는 것이 필요하다. 특히, 우리 나라의 경우 유입수 중에 포함된 인의 농도가 낮은 편이기 때문에 전처리단계에서 인의 농도를 줄이면 폭기조 내에서 미생물의 영양물질이 감소하여 번식에 어려움이 뒤따른다. 응집제로 메탄올 또는 전분을 넣어 주는 사례가 있다.

본 발명에서 수처리장치에서 사용될 미생물 접촉여재를 이루는 활성탄의 흡착특성은 관능기구조(functional group)와 기공분포 그리고 표면적에 따라 흡착성능이 달라지게 된다. 관능기 구조는 흡착점(adsorbing site)으로써 유기물이나 질소 물질 등이 흡착하게 되며, 활성탄의 전형적인 관능기구조는 -COOH, -OH, -C=O, -NH₂등이다. 이러한 활성점갯수가 많을수록 흡착효과가 증가하게 된다. 활성탄의특성은 제조조건에 따라 표면적이나 관능기의 종류와 구성분포 등이 달라지므로 적절한 선택이 중요하다.

전술한 목적을 달성하기 위해 구성되는 본 발명은 다음과 같다. 즉, 본 발명에 따른 수처리장치는 유입되는 원폐수 중에 포함된 기름성분을 분리하여 저장하는 유수분리조; 유수분리조로부터 기름성분이 분리되어 유입되는 폐수의 유량을 조절하여 부하변동을 감소시키는 유량조절조; 유량조절조를 거친 폐수에 함유된 현탁물질, 입자성 인 및 입자성 유기물을 저염기도 무기응집제(염기도 5∼35% 범위인 폴리무기응집제)를 통해 혼화시켜 응집하는 응집조; 응집조의 내부로 유입되는 폐수와 저염기도 무기응집제가 혼화되도록 교반시키는 교반기; 응집조로부터 유입된 폐수를 무산소하에서 연속적으로 혐기적 소화와 탈질반응이 일어나도록 하는 탈질조; 탈질조로부터 유입된 폐수의 각종 유기물을 배양기로 하여 용존산소의 존재하에서 미생물의 혼합집단을 연속 배양시키는 폭기조; 폭기조에 공기를 방울 형태로 주입하는 폭기수단; 폭기조의 내부에 충진되어 미생물을 고정시키는 미생물 접촉여재; 폭기조를 거쳐 유입되는 처리수를 고염기도 무기응집제(염기도 60∼80% 범위인 폴리무기응집제)를 통해 응집시켜 활성 슬러지를 침전시키는 침전조; 침전조로 유입되는 처리수와 고염기도 무기응집제를 혼화시키는 수단; 침전조로부터 유입된 상등액을 섬유상활성탄필터를 통해 여과하여 방류수계로 방류하는 여과조; 침전조의 하부에 침전된 슬러지의 일부를 탈질조와 폭기조로 반송시키는 슬러지 반송배관을 포함하여 이루어진다.

전술한 구성에서 응집조는 하부측이 열린 형태로 격판에 의해 분리된 구조로이루어지되 격판을 경계로 유량조절조 방향에 상기 교반기가 설치되어 유입되는 폐수와 저염기도 무기응집제의 혼화가 교반기에 의해 이루어져 하부측을 통해 응집조로 유입될 수 있도록 한 구조로 이루어진다.

전술한 폭기수단은 폭기조의 하부를 통해 내측으로 관통 설치된 폭기관; 및 폭기관을 통해 폭기조의 내부로 공기를 주입하는 공기펌프로 이루어질 수 있다.

전술한 침전조의 혼화수단은 하부측이 열린 형태로 이루어져 침전조를 분리하는 격판; 및 폭기조에 인접한 침전조의 내측 일면과 대향되는 격판의 일면에 교호되도록 설치되어 폭기조로부터 침전조로 유입되는 처리수의 흐름이 지그재그로 유동될 수 있도록 그 흐름을 유도하는 처리수 유동판으로 이루어질 수 있다.

전술한 섬유상활성탄필터는 철, 알루미늄, 구리 금속 중 하나 이상에 담지되어 원통형으로 형성된 섬유상활성탄시트의 내주면과 외주면 각각에 보호철망이 구성되어 섬유상활성탄시트의 형을 유지하는 구조로 이루어지되 다단계 수직형태로 여과조 내에 설치된다.

한편, 전술한 구성에서 미생물 접촉여재는 폐비닐을 선별하여 용융시켜 일정 형태의 합성수지 성형물의 일면 또는 양면에 금속성분을 기준으로 분말 활성탄 중량의 0.1~10 중량% 비율로 침착(impregnation)되도록 폴리황산규산알루미늄, 폴리염화규산알루미늄, 염화제일철, 염화제이철, 황산제일철, 황산제이철, 폴리황산철, 폴리염화철, 염화알루미늄, 황산알루미늄, 폴리염화알루미늄, 질산알루미늄 및 질산철 중의 단독 또는 둘 이상을 혼합한 수처리용 무기응집제에 담지시킨 분말 활성탄을 일정 부피를 갖는 스폰지 상의 합성섬유 표면에 10∼70 중량% 비율로 점착한섬유상활성탄시트를 접착·고정시켜 제조될 수 있다.

전술한 구성에서 탈질조의 내부에 미생물 접촉여재가 더 충진될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미생물 접촉여재를 이용한 수처리장치에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 미생물 접촉여재를 이용한 수처리장치의 구성을 보인 구성도, 도 2 는 본 발명에 따른 수처리장치에서 미생물 접촉여재를 보인 사시도, 도 3 은 본 발명에 따른 수처리장치에서 침전조의 혼화수단을 보인 단면도, 도 4a 는 본 발명에 따른 수처리장치에서 여과조의 여과수단을 보인 정면도, 도 4b 는 본 발명에 따른 수처리장치에서 여과조의 여과수단을 보인 단면도이다.

도 1 내지 도 4 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 미생물 접촉여재를 이용한 수처리장치(100)는 원폐수 중에 포함된 기름성분을 분리하는 유수분리조(110), 유수분리조(110)로부터 유입되는 폐수의 유량을 조절하는 유량조절조(120), 유량조절조(120)를 거친 폐수에 함유된 현탁물질, 입자성 인 및 입자성 유기물을 저염기도 무기응집제를 투입하여 응집시키는 응집조(130), 응집조(130)의 내부로 유입되는 폐수와 저염기도 무기응집제가 혼화되도록 교반시키는 교반기(136), 응집조(130)로부터 유입된 폐수를 무산소하에서 연속적으로 혐기적 소화와 탈질반응이 일어나도록 하는 탈질조(140), 탈질조(140)로부터 유입된 폐수의 각종 유기물을 배양기로 하여 용존산소의 존재하에서 미생물의 혼합집단을 연속 배양시키는 폭기조(150), 폭기조(150)에 공기를 방울 형태로 주입하는 폭기수단, 폭기조(150)의 내부에 충진되어 미생물을 고정시키는 미생물 접촉여재(160), 폭기조(150)를 거쳐 유입되는 중간처리수를 고염기도 무기응집제를 통해 응집시켜 활성 슬러지를 침전시키는 침전조(170), 침전조(170)로 유입되는 중간처리수와 고염기도 무기응집제를 혼화시키는 수단, 침전조(170)로부터 유입된 상등액을 섬유상활성탄필터(184)를 통해 여과하여 방류수계로 방류하는 여과조(180), 침전조(170)의 하부에 침전된 슬러지의 일부를 탈질조(140)와 폭기조(150)로 반송시키는 슬러지 반송배관(190)으로 이루어진다.

전술한 바와 같이 구성된 본 발명의 수처리장치(100)는 유입되는 원폐수는 먼저, 기름성분을 분리하기 위하여 유수분리조(110)를 거치게 된다. 이러한 원폐수는 유수분리조(110) 상에서 기름성분이 분리된 상태로 수처리장치(100)의 부하변동을 감소시키기 위한 유량조절조(120)로 유입된다. 이때, 기름성분이 없는 원폐수의 경우에는 선택적으로 취할 수도 있다.

유량조절조(130)를 거친 폐수는 현탁물질과 입자성 인 또는 입자성 유기물을 제거하기 위한 응집조(130)로 유입되는데, 이때 응집조(130)로 유입되는 폐수에는 저염기도의 폴리무기응집제가 첨가되어 혼화된 후 응집조(130)로 유입된다.

응집조(130)의 내부에서 저염기도의 폴리무기응집제의 첨가에 의해 혼화된 폐수는 현탁물질과 입자성 인 또는 입자성 유기물이 응집된 상태로 무산소 하에서 탈질반응을 유도하여 질소성분을 제거하기 위한 탈질조(140)로 유입된다. 탈질조(140) 내부에 유입된 폐수는 무산소 하에서 탈질반응에 따라 질소성분이 어느 정도 제거된 상태로 폭기조(150)로 유입된다.

폭기조(150) 내에서는 탈질조(140)로부터 유입된 폐수의 각종 유기물을 배양기로 하여 용존산소의 존재하에서 미생물의 연속 배양을 통해 유기물, 질소 및 인이 제거된다. 즉, 폭기조(150) 내부의 미생물 접촉여재(160)에 고착된 미생물에 의해 용존산소의 존재하에서 유기물, 질소 및 인의 제거가 이루어진다. 이처럼 용존산소의 존재하에서 미생물의 연속 배양을 통해 유기물, 질소 및 인이 제거된 상태의 중간처리수는 침전조(170)로 유입된다.

침전조(170)로 유입되는 중간처리수에는 고염기도의 폴리무기응집제가 첨가되어 혼화된 후 침전조(170)의 내부로 유입된다. 이처럼 침전조(170)의 내부로 유입된 중간처리수는 잔류인(P)과 현탁물질 등의 슬러지가 침전되고, 상등액 만이 여과조(180)로 유입된다.

여과조(180)로 유입된 상등액은 여과조(180) 내의 섬유상활성탄필터(184)를 통해 여과된 후 최종처리수의 상태로 방류수계로 방류된다.

한편, 침전조(170)의 내부에 침전된 잔류 인(P)과 현탁물질 등의 슬러지 일부는 슬러지 반송 배관(190)을 통해 탈질조(140)와 폭기조(150)로 반송되어 앞서의 처리과정을 거치는 동안 질소, 인 및 유기물 등이 제거된다.

전술한 바와 같은 과정을 통해 폐수를 처리하는 본 발명에 따른 미생물 접촉여재를 이용한 수처리장치(100)를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 먼저, 유수분리조(110)는 유입되는 원폐수의 기름성분을 분리하기 위한 것으로, 이 유수분리조(110)는 내부로 유입된 원폐수로부터 기름성분을 분리한 상태로 물로 이루어진 폐수만을 유량조절조(120)로 유입시키게 된다. 이때, 기름성분이 없는 원폐수의 경우에는 선택적으로 유수분리조(110)를 거치게 한다.

유량조절조(120)는 수처리장치(100) 전반의 부하변동을 감소시키기 위한 것으로, 이 유량조절조(120)는 유수분리조(110)로부터 유입된 폐수를 다음 과정으로 유입시키는 경우 그 유량을 조절하여 수처리장치(100) 전반의 부하변동을 조절하게 된다.

응집조(130)는 유량조절조(120)로부터 유입된 폐수에 함유된 현탁물질과 입자성 인 또는 입자성 유기물을 제거하기 위해 응집시키는 것으로, 이 응집조(130)는 하부측이 열린 형태로 격판(132)에 의해 분리된 구조로 이루어진다.

전술한 바와 같이 격판(132)에 의해 분리된 구조의 응집조(130)는 격판(132)을 경계로 유량조절조(120) 방향의 상부측에 저염기도 폴리무기응집제를 투입하기 위한 무기응집제 투입관(134)이 설치되고, 격판(132)을 경계로 유량조절조(120) 방향의 내측에는 투입되는 저염기도 폴리무기응집제를 폐수와 혼화시키는 교반기(136)가 설치된다.

전술한 바와 같은 구성에 의해 격판(132)을 경계로 유량조절조(120) 방향의 일측으로 유입되는 폐수에는 무기응집제 투입관(134)을 통해 저염기도 폴리무기응집제가 투입되고, 교반기(136)에 의해 폐수와 저염기도 폴리무기응집제의 혼화가 이루어져 격판(132)의 하부측 열린 공간을 통해 응집조(130)로 유입된다. 이때, 저염기도 폴리무기응집제는 염기도 5∼35% 범위인 폴리무기응집제가 투입된다.

전술한 바와 같이 응집조(130)에서 저염기도 폴리무기응집제의 투입과 교반기(136)에 의한 혼화가 이루어짐으로써 폐수에 함유된 현탁물질과 입자성 인 또는 입자성 유기물은 보다 용이하게 응집된다.

탈질조(140)는 폐수속의 질소성분을 제거하기 위한 것으로, 이 탈질조(140)에서는 무산소 조건하에서 연속적인 혐기적 소화반응과 탈질반응을 통해 유기물질과 질산성 질소를 제거하게 된다.

따라서, 탈질조(140) 내에서 질소형 유기물은 미생물의 작용에 의해 조금씩 소비되어 간다. 즉, 질소형 유기물은 미생물의 작용으로 분해되어 탄산이나 암모니아성 질소가 된다.

더욱 상세하게 설명하면 탈질조(140)에서는 무산소 조건하에서 탈질반응이 연속적으로 일어나게 되는데, 이 탈질조(140)에서는 미생물의 작용을 통해 혐기적 소화반응에 의해 발생된 암모니아성 질소를 질산 또는 아질산화하여 발생되는 질소가스를 방출시키게 된다. 즉, 탈질반응을 거치는 동안 폐수 속에 존재하는 질산성 질소 제거된다. 이처럼 탈질조(140)에서는 폐수 속의 미생물에 의해 탈질이 연속적으로 일어나 폐수에 함유된 고농도의 COD, BOD, 고형성 부유물, 질소 및 인이 제거된 후 폭기조(150)로 유입된다.

한편, 전술한 탈질조(140)의 내부에는 미생물을 고정시키는 후술하는 미생물 접촉여재(160)가 충진될 수도 있다. 이러한, 미생물 접촉여재(도면상에는 표기하지 않음)의 사용은 반드시 충진하여야 한다는 것은 아니고, 선택적으로 사용할 수 있다는 것이다.

폭기조(150)는 유입된 폐수의 각종 유기물을 배양기로 하여 용존산소의 존재하에서 미생물의 혼합집단을 연속 배양시켜 질소를 제거하기 위한 것으로, 이 폭기조(150)에서는 혐기적 소화와 탈질반응을 거친 폐수에 충분한 산소를 공급하여 폐수 속에 존재하는 질소를 질산화를 통하여 제거한다.

전술한 바와 같은 폭기조(150)에는 미생물을 고정시키는 미생물 접촉여재(160)가 지지대(152)에 의해 충진된다. 이러한 미생물 접촉여재(160)는 일정 형태로 합성수지 성형물의 일면 또는 양면에 금속성분을 기준으로 분말 활성탄 중량의 0.1~10 중량% 비율로 침착(impregnation)되도록 폴리황산규산알루미늄, 폴리염화규산알루미늄, 염화제일철, 염화제이철, 황산제일철, 황산제이철, 폴리황산철, 폴리염화철, 염화알루미늄, 황산알루미늄, 폴리염화알루미늄, 질산알루미늄 및 질산철 중의 단독 또는 둘 이상을 혼합한 수처리용 무기응집제에 담지시킨 분말 활성탄을 일정 부피를 갖는 스폰지 상의 합성섬유 표면에 10∼70 중량% 비율로 점착한 섬유상활성탄시트를 접착·고정시켜 제조된다.

즉, 금속에 담지된 분말 활성탄을 스폰지 상의 합성섬유 표면에 점착시켜 제조된 섬유상활성탄시트를 성형물의 표면에 접착·고정시킨 구조이다. 이때, 성형물을 폐비닐을 선별하여 용융시켜 파형이나 요철을 형태로 압출·성형될 수도 있고, PVC 파이프의 길이 방향 중심을 절단한 반원 형태의 구조일 수도 있다.

전술한 바와 같이 구성된 미생물 접촉여재(160)는 지지대의 내측에 층과 층이 교차되게 적층되는 구조로 폭기조(150)의 내부에 충진된다.

한편, 폭기조(150)에는 산소를 공급하기 위한 폭기수단과 미생물막의 탈리를 위한 미생물막 탈리수단이 구비되는데, 먼저 폭기수단은 폭기조(150)의 하부를 통해 내측으로 관통 설치된 폭기관(154) 및 폭기관(154)을 통해 폭기조(150)의 내부로 공기를 주입하는 공기펌프(156)로 이루어진다.

전술한 미생물막 탈리수단 역시 폭기수단의 공기펌프(156)를 통해 주입되는 공기를 이용하는 것은 마찬가지이다. 다만, 미생물 접촉여재(160)에 서식하는 미생물의 막을 탈리시키기 위해 주기적으로 공급되고, 또한 폭기용 공기유입구(154a)와는 별도로 폭기조(150)의 바닥에 탈리용 공기유입구(158)가 형성된다.

즉, 폭기조(150)에는 고정층 미생물 접촉여재(160)에 미생물막을 주기적으로 탈리시키기 위하여 평상시 공기유입을 위한 폭기용 공기유입구(154a)와는 별도로 탈리용 공기유입구(158)를 별도로 설치하여 미생물막의 탈리효과를 증가시키고자 하였다.

침전조(170)는 폭기조(150)를 거쳐 유입되는 중간처리수를 고염기도 무기응집제를 통해 응집시켜 잔류인과 현탁물질 등의 슬러지를 침전시키는 것으로, 이 침전조(170)에는 고염기도 폴리무기응집제를 투입하기 위한 무기응집제 투입관(172)과 투입된 고염기도 폴리무기응집제를 폭기조(150)로부터 유입되는 중간처리수와 혼화되도록 하는 혼화수단이 구성된다.

전술한 혼화수단은 하부측이 열린 형태로 이루어져 침전조(170)를 분리하는 격판(174) 및 폭기조(150)에 인접한 침전조(170)의 내측 일면과 대향되는 격판(174)의 일면에 교호되도록 설치되어 폭기조(150)로부터 침전조(170)로 유입되는 중간처리수의 흐름이 지그재그로 유동될 수 있도록 그 흐름을 유도하는 처리수 유동판(176)으로 이루어진다.

전술한 바와 같이 구성된 혼화수단은 처리수 유동판(176)을 통해 폭기조(150)로부터 침전조(170)로 유입되는 중간처리수의 흐름을 상부측에서 하부측으로 지그재그로 유도하여 투입되는 고염기도 폴리무기응집제가 중간처리수에 용이하게 혼화되도록 함으로써 응집효과를 향상시키게 된다. 이때, 고염기도 폴리무기응집제로는 염기도 60∼70% 인 응집제로 개선하여 사용한다. 현탁물질과 잔류하는 입자성 인의 농도를 최소화하기 위하여 상업적으로 생산되는 응집제(보통 염기도 40∼50 %)를 중화제를 통해 염기도가 60∼70%인 응집제로 개선시켜 사용한다.

따라서, 전술한 바와 같이 침전조(170)에서 고염기도 폴리무기응집제의 투입과 혼화수단에 의한 혼화가 이루어짐으로써 폐수에 함유된 현탁물질과 입자성 인은 보다 용이하게 응집되어 침전조(170)의 바닥으로 침전되고, 상등액 만이 여과조(180)로 유입된다.

여과조(180)는 침전조(170)로부터 유입된 상등액을 다시 한 번 여과하여 최종처리수를 방류수계로 방류하기 위한 것으로, 이 여과조(180)에는 원통형으로 직조된 섬유상활성탄시트(184a)의 내주면과 외주면 각각에 보호철망(184b)이 구성되어 섬유상활성탄시트의 형을 유지하는 구조로 이루어진 섬유상활성탄필터(184)가 다단계 수직형태로 설치된다.

한편, 전술한 여과조(180) 역시 침전조(170)의 구조와 마찬가지로 하부측이 열린 형태의 격판(182)이 설치되어 분리된 구조로 이루어진다. 이때, 섬유상활성탄필터(184)는 격판(182)을 경계로 침전조(170)로부터 이격된 거리의 부분에 설치된다.

따라서, 침전조(170)로부터 유입되는 상등액은 먼저 침전조(170)에 인접한 여과조(180)의 내측 일면과 대향되는 격판(182)의 일면 사이를 통해 상부에서 하부로 이동하여 섬유상활성탄필터(184)의 하부측을 통해 상부측으로 이동되면서 섬유상활성탄필터(184)에 의해 최종적으로 여과되어 방류수계로 방류됨을 알 수 있다.

전술한 섬유상활성탄필터(184)의 섬유상활성탄시트(184a)는 섬유대비 활성탄이 30∼100 중량%로 침착되어 10∼50mm 두께로 외경 200∼300 mm, 내경 150∼250 mm 범위인 원통형으로 구성된다. 이때, 섬유상활성탄시트(184a)를 보호하기 위하여 안과 바깥은 보호철망(184b)이 구비되어 섬유상활성탄시트(184a)의 형을 유지하게 된다. 침전조(170)로부터 유입된 상등액은 원통형 여과막 내부로 유입하여 여과층을 통과 바깥으로 유출되도록 구성한다.

물론, 전술한 섬유상활성탄필터(184)의 섬유상활성탄시트(184a) 역시 금속성분을 기준으로 분말 활성탄 중량의 0.1~10 중량% 비율로 침착(impregnation)되도록 폴리황산규산알루미늄, 폴리염화규산알루미늄, 염화제일철, 염화제이철, 황산제일철, 황산제이철, 폴리황산철, 폴리염화철, 염화알루미늄, 황산알루미늄, 폴리염화알루미늄, 질산알루미늄 및 질산철 중의 단독 또는 둘 이상을 혼합한 수처리용 무기응집제에 담지시킨 분말 활성탄을 합성섬유 표면에 점착시켜 이루어진다.

슬러지 반송배관(190)은 침전조(170)의 하부에 침전된 슬러지의 일부를 탈질조(140)와 폭기조(150)로 반송시키기 위한 것이다. 이처럼 슬러지의 제거를 침전조(170)에서 하지 않고 탈질조(140)로 반송시키는 이유는 혐기적 소화에 의해 분해시켜 탈질시에 부족되기 쉬운 탄소원으로 이용되게 하여 외부 탄소원의 공급이 필요치 않도록 하기 위한 것이다.

즉. 침전조(170)에 침전된 슬러지의 일부를 탈질조(140)와 폭기조(150)로 반송시키는 이유는 탈질조(140)에서는 잉여 슬러지의 폐기를 목적으로, 폭기조(150)에서는 미생물의 양을 유지시키는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 갖는 슬러지 반송배관(190)은 하·폐수 및 슬러지 저감을 위한 생물학적 수처처리장치(100)의 제어회로(도시하지 않음)에 의해 작동되는 슬러지 반송펌프(192)에 슬러지를 정기적으로 탈질조(140)와 폭기조(150)로 반송시키게 된다.

한편, 침전조(170)에 침전된 슬러지의 일부는 앞서의 설명에서와 같이 탈질조(140)와 폭기조(150)로 반송되고, 잉여의 슬러지는 처리시설로 배출된다.

본 발명에 따른 수처리장치(100)에서 응집효과 및 인을 응집시키기 위한 무기응집제로는 폴리황산규산알루미늄, 폴리염화규산알루미늄, 염화제일철, 염화제이철, 황산제일철, 황산제이철, 폴리황산철, 폴리염화철, 염화알루미늄, 황산알루미늄, 폴리염화알루미늄, 질산알루미늄, 질산철 중의 단독 또는 둘 이상을 혼합하여 사용하였다.

전술한 바와 같은 무기응집제로는 기중합된 알루미늄 계통 또는 철계통의 응집제를 사용하되 무기응집제의 특성 중의 하나인 염기도를 변형하여 응집기능을 변화시켜 사용하였다. 기존의 경우 하수처리장에 응집제를 사용하는 경우 응집제를 상업적으로 생산되는 제품을 그대로 사용하게 되는데, 폴리알루미늄계통의 응집제는 통상적으로 염기도가 40∼50 %인 것을 사용하고 있다.

통상적으로, 염기도가 증가할수록 입자성 물질을 제거하는 기능이 우수하나 내려가는 경우에는 용해성 인의 제거효과가 증가한다. 응집제의 염기도는 인 제거효과에 큰 영향을 준다. 본 발명에서는 염기성 물질(NaOH 또는 NaHCO₃를 사용)를 사용하여 응집기능을 현탁물질과 입자성 물질을 선택적으로 응집시키는 기능을 발휘하도록 개선하여 사용하였다. 염기도는 아래와 같은 수학식 1에 의해 이론적으로 정의된다.

예를 들면, 폴리염화알루미늄은 일반식으로써 Al(OH)_1.5Cl_1.5의 구조를 가지는데 수학식 1 에 의한 염기도를 계산하면 50%의 염기도를 가지게 된다. 본 출원인의 실험에 의하면 염기도가 증가할수록 현탁성 물질 또는 입자성 유기물의 제거효과가 증가하고, 염기도가 낮아질수록 용해성 유기물 또는 인의 제거효과가 증가하며, 현탁성 물질의 제거효과는 상대적으로 감소한다. 유입되는 원폐수를 전처리하여 폭기조로 보낼 때 응집제를 사용하는 전처리 단계에서 영양물질인 인(P)이 다 제거되면 미생물 번식에 필요한 영양물질이 궁핍하게 되므로 미생물의 번식기능이 크게 저하된다.

황산알루미늄을 사용하는 경우 염기도가 0이므로 입자성 현탁물질을 제거하는 능력은 아주 낮으나 용해성 인(ortho 형태의 인)을 제거하는 능력은 고염기도의 폴리알루미늄보다 우수하다. 이러한 실험적 이론을 근거로 하여 본 발명에서는 15∼25% 범위의 염기도를 가지는 폴리알루미늄 계통 또는 폴리철계통의 응집제를 사용하여 전반부에서는 입자성 인과 현탁물질 제거에 목표를 두어 15∼30% 염기도를 가진 응집제를 사용하고, 후반부 침전지 전단계에서는 염기도가 60∼70% 범위인 응집제를 개선하여 사용한다.

본 발명에 따른 미생물 접촉여재(160)는 본 출원인이 출원한 특허출원 제 2001-41492 호에 기술된 것에 따르며, 이 미생물 접촉여재(160)를 오수 또는 폐수처리장치에 적용하는 것이다. 본 공정의 핵심기술은 첫째, 본 출원인이 개발한 미생물 접촉여재(160)를 사용하여 기존의 처리공정보다 처리효과와 처리비용을 절감하는 것이며, 둘째, 처리후 인의 농도를 최소화하기 위하여 전처리 단계에서는 염기도가 15∼30% 범위의 폴리 형태의 무기응집제를 사용하는 것이고, 침전 전단계에서 고염기도의 응집제를 사용하여 인의 농도를 최소화하는 것이다. 향후 오수처리공정에서도 일반 하수와 마찬가지로 질소와 인의 규제를 실시하기 때문에 인의 농도를 최소화하는 기술이 필요한 현실이다.

한편, 전술한 구성에서 합성섬유는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스터 및 나일론 중의 어느 하나에 의해 직조된 소정 두께를 갖는 것이며, 폴리우레탄은 기공분포가 미생물이 번할 수 있는 최적조건인 것을 선택한다. 또한, 흡착기능이 개선된 활성탄이 점착된 섬유상활성탄시트는 폴리우레탄의 일면 또는 양면에 접착시켜 사용할 수도 있다.

전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 수처리장치(100)에서 폭기조(150)의 내부에 충진된 미생물 접촉여재(160)는 유입된 폐수의 BOD와 COD원 및 난분해성 유기물을 흡착 및 생물학적 분해를 하게 된다. 이러한 미생물 접촉여재(160)는 앞서 설명한 바와 같이 섬유상활성탄시트가 부착된 구조로 이루어져 수 많은 종류의 미생물이 부착되어 배양된다. 이처럼 배양된 미생물들은 폐수의 오염물질을 흡착하여 포식·정화하게 된다.

또한, 섬유상활성탄시트는 활성 슬러지균이 많아져 여상에 눈막힘이 생겨도 섬유상활성탄시트의 특징인 호염성 미생물의 발생·번식에 의해 과잉 슬러지는 분해되어 없어지게 된다.

전술한 바와 같이 구성된 미생물 접촉여재를 이용한 오수 또는 폐수처리장에서 미생물의 작용으로 폐수에 함유된 질소가 제거되어 미생물에 의한 정화처리 기능은 순조롭게 진행된다.

이상에서와 같이 본 발명은 고정상 미생물 접촉여재(160)를 통해 오수, 폐수, 하수처리시 폭기조(150)에서 탈월한 효과를 발휘할 수 있으며, 특히 유입원수의 부하변동이 심한 경우에 안정적으로 처리할 수 있는 장점이 있으며, 폭기조(150)의 용량을 최소화할 수 있다.

요약하면, 미생물 접촉여재(10)를 사용하여 폭기조(150) 내에서 유기물, 질소, 인의 제거효과를 증가시키는 한편, 염기도를 변형한 응집제와 고염기도의 응집제를 사용하여 방류수 중에 인의 농도를 1%이하로 감소시키는 것이다.

본 발명은 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면 폐비닐을 용융시켜 소정의 형상으로 성형한 상태에서 금속성분이 섬유상활성탄 중량의 0.05~10 중량% 침착되도록 수처리용 무기응집제에 담지시킨 섬유상활성탄시트를 성형물의 일면 또는 양면에 부착하여 제조된 미생물 접촉여재를 통해 미생물이 다량으로 번식할 수 있는 환경 및 외부로 유출되기 쉬운 미생물이 일정하게 부착 유지될 수 있는 환경을 제공하여 유기물, 질소 및 인의 제거효과를 상승시킬 수 있는 효과가 발휘된다.

본 발명의 다른 효과는 생물학적처리를 통한 질소 및 인의 제거에는 한계가 있기 때문에 응집제를 투입하여 인의 제거효과를 증가시킬 수 있도록 화학적처리를 병행함으로써 오수의 처리를 보다 효율적으로 할 수 있다.

본 발명의 또 다른 효과는 미생물의 활동과 유기물의 분해가 더욱 향상되도록 함으로써 짧은 시간에 많은 양의 폐수를 처리할 수 있도록 하여 폐수처리시설의 운영 및 유지 관리에 따른 비용을 보다 절감시킬 수 있다.

한편, 본 발명은 미생물이 다량으로 번식할 수 있는 환경을 제공하여 미생물의 활동과 유기물의 분해가 더욱 향상되도록 함으로써 폐수처리시설을 소형화하여 시설면적을 작게 할 수 있다.

아울러, 본 발명은 폐비닐과 같은 폐기물을 재활용하여 사용함으로써 산업의 균형적인 발전을 기대할 수 있음은 물론, 환경 오염의 방지 및 자원의 낭비를 방지할 수 있다.

Claims

유입되는 원폐수 중에 포함된 기름성분을 분리하여 저장하는 유수분리조;

상기 유수분리조로부터 기름성분이 분리되어 유입되는 폐수의 유량을 조절하여 부하변동을 감소시키는 유량조절조;

상기 유량조절조를 거친 폐수에 함유된 현탁물질, 입자성 인 및 입자성 유기물을 저염기도 무기응집제(염기도 5∼35% 범위인 폴리무기응집제)를 통해 혼화시켜 응집하는 응집조;

상기 응집조의 내부로 유입되는 폐수와 상기 저염기도 무기응집제가 혼화되도록 교반시키는 교반기;

상기 응집조로부터 유입된 폐수를 무산소하에서 연속적으로 혐기적 소화와 탈질반응이 일어나도록 하는 탈질조;

상기 탈질조로부터 유입된 폐수의 각종 유기물을 배양기로 하여 용존산소의 존재하에서 미생물의 혼합집단을 연속 배양시키는 폭기조;

상기 폭기조에 공기를 방울 형태로 주입하는 폭기수단;

상기 폭기조의 내부에 충진되어 미생물을 고정시키는 미생물 접촉여재;

상기 폭기조를 거쳐 유입되는 처리수를 고염기도 무기응집제(염기도 60∼80% 범위인 폴리무기응집제)를 통해 응집시켜 활성 슬러지를 침전시키는 침전조;

상기 침전조로 유입되는 처리수와 고염기도 무기응집제를 혼화시키는 수단;

상기 침전조로부터 유입된 상등액을 섬유상활성탄필터를 통해 여과하여 방류수계로 방류하는 여과조;

상기 침전조의 하부에 침전된 슬러지의 일부를 상기 탈질조와 폭기조로 반송시키는 슬러지 반송배관을 포함하여 이루어진 미생물 접촉여재를 이용한 수처리장치.
제 1 항에 있어서, 상기 응집조는 하부측이 열린 형태로 격판에 의해 분리된 구조로 이루어지되 상기 격판을 경계로 상기 유량조절조 방향에 상기 교반기가 설치되어 유입되는 폐수와 저염기도 무기응집제의 혼화가 상기 교반기에 의해 이루어져 하부측을 통해 응집조로 유입될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 미생물 접촉여재를 이용한 수처리장치.
제 2 항에 있어서, 상기 침전조의 혼화수단은 하부측이 열린 형태로 이루어져 상기 침전조를 분리하는 격판; 및

상기 폭기조에 인접한 상기 침전조의 내측 일면과 대향되는 상기 격판의 일면에 교호되도록 설치되어 상기 폭기조로부터 상기 침전조로 유입되는 처리수의 흐름이 지그재그로 유동될 수 있도록 그 흐름을 유도하는 처리수 유동판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 미생물 접촉여재를 이용한 수처리장치.
제 3 항에 있어서, 상기 섬유상활성탄필터는 철, 알루미늄, 구리 금속 중 하나 이상에 담지되어 원통형으로 형성된 섬유상활성탄시트의 내주면과 외주면 각각에 보호철망이 구성되어 상기 섬유상활성탄시트의 형을 유지하는 구조로 이루어지되 다단계 수직형태로 상기 여과조 내에 설치된 것을 특징으로 하는 미생물 접촉여재를 이용한 수처리장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미생물 접촉여재는 일정 형태의 합성수지 성형물의 일면 또는 양면에 금속성분을 기준으로 분말 활성탄 중량의 0.1~10 중량% 비율로 침착(impregnation)되도록 폴리황산규산알루미늄, 폴리염화규산알루미늄, 염화제일철, 염화제이철, 황산제일철, 황산제이철, 폴리황산철, 폴리염화철, 염화알루미늄, 황산알루미늄, 폴리염화알루미늄, 질산알루미늄 및 질산철 중의 단독 또는 둘 이상을 혼합한 수처리용 무기응집제에 담지시킨 분말 활성탄을 일정 부피를 갖는 스폰지 상의 합성섬유 표면에 10∼70 중량% 비율로 점착한 섬유상활성탄시트를 접착·고정시켜 제조된 것을 특징으로 하는 미생물 접촉여재를 이용한 수처리장치.
제 5 항에 있어서, 상기 탈질조의 내부에 상기 미생물 접촉여재가 더 충진되는 것을 특징으로 하는 미생물 접촉여재를 이용한 수처리장치.