KR200333882Y1 - 오·하수 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은, 오·하수를 생물학적으로 고도처리(유기물(BOD), 부유물질(SS), 총질소(T-N), 총인(T-P) 제거)하는 소규모 합병정화조 형태의 연속회분식활성슬러지법(SBR)으로서, 수직형 합병정화조의 형태를 가지고 있으며, 생물학적 반응조(포기조), 탈질 및 탈인조는 물론 침전조를 단일 반응조상에 설치하여 회분식으로 오·하수를 효과적으로 손쉽고, 용이하게 처리할 수 있는 처리방법 및 그 처리장치에 관한 것이다.

그 기술적인 구체적인 구성으로, 입축으로 설치되는 원형 또는 4각현상의 단일 반응조와 반응조의 내부에 설치되어 생물학적 고도처리에 필요한 포기, 무산소 교반, 처리수 배출을 수행하는 일체형 복합 장치로 이루어진다.

Description

오·하수 처리장치{Apparatus for waste water treatment}

본 고안은 오·하수 처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수직형 합병정화조의 형태를 가지고 있으며, 생물학적 반응조(포기조), 탈질 및 탈인조는 물론 침전조를 단일 반응조상에 설치하여 연속회분식(SBR, Sequencing Batch Reactor)으로 오·하수를 효과적으로 손쉽고, 용이하게 처리할 수 있는 처리방법 및 입축으로 설치되는 원형 또는 4각형상의 단일 반응조와 반응조의 내부에 설치되어 생물학적 고도처리에 필요한 포기, 무산소 교반, 처리수 배출을 수행하는 일체형 복합 장치로 구성된 오·하수 처리장치에 관한 것이다.

일반적으로 생활배수는 분뇨와 잡배수로 이루어지는데 당초에는 위생상의 관점에서 분뇨만을 처리하는 단독정화조가 보급되었으나, 잡배수처리도 단독정화조형태로 보급되었으며, 이후 토양피복식공법, 고효율합병정화공법, 장기폭기법, 접촉산화법등으로 개발되어 보급이 이루어졌으며, 상기 공법들은 유기물질 제거위주의 공정설계로 제작되어 심각해지는 하천의 부영양화 현상을 방지하지 못하여 하천이나 호소의 부영양화 현상이 심화되어 질소의 제거효율을 향상시킬 수 있는 기술 도입이 시급한 실정이다.

또한, 고효율합병정화공법이 타 공법 등에 비해 유기물질 제거효율 높은편이나 영양염류 제거효율은 낮고, 전기세 부담과 소음발생(송풍기 사용) 등으로 주민들이 임의적으로 가동중인 기기의 작동을 중단시키는 등의 문제가 발생하고 있으며, 기계장치로 송풍기와 산기관을 사용함으로써 오수처리장치외에 송풍기실 등의 별도 구조물이 필요하며, 공정상 전처리실, 유량조정조, 최초침전지, 반응조(필요에 따라 무산소조, 혐기조, 질산화조로 구분), 최종침전조등으로 구성되어 시설이 복잡하고, 운전조작이 난해하여 운영 및 유지관리가 복잡하고 유지비가 상승하는 문제점이 있었다

이러한, SBR형식의 고효율합병정화조는 수평형태의 설치로 완충높이가 낮아 처리효율이 저하되는 문제점이 있었다.

이에 따른 종래의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 고안의 목적은 단순한 단일반응조에 의한 회분식 공정으로 질소 및 인의 제거효율을 높인 오·하수의 처리장치를 제공하는데 있다.

본 고안의 다른 목적은 상기 오·하수의 처리방법에 사용되는 SBR 반응조의 형태로 높이와 폭(또는 직경)의 비가 1이상으로 배출공정시의 안정성이 높은 입축형태의 반응조를 제공하는데 있다.

또한, 본 고안의 또 다른 목적은 상기 오·하수의 처리방법에 사용되는 포기·교반·배출을 함께 하는 복합적인 기계장치로 운전조작이 용이성과 운영비의 절감, 소음발생이 되지 않는 복합장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 고안에 따른 오·폐수 처리방법을 도시한 개략구성도,

도 2는 본 고안에 따른 SBR반응조를 도시한 정단면도,

도 3은 본 고안에 따른 복합장치를 도시한 정단면도,

도 4는 본 고안에 따른 복합장치를 도시한 평면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 전처리조 2 : 원수이송 배관 3 : 슬러지저류조

4 : 유량조정조 5 : 원수이송펌프 6 : 반응조이송배관

7 : SBR반응조 8 : 잉여슬러지이송배관 9 : 잉여슬러지이송펌프

10 : 방류배관 11 : 복합장치 12 : 설치판

13 : 부유판 14 : 부유판 지지구멍 15 : 유지관리손잡이

16 : 포기장치 17 : 교반장치 18 : 배출펌프

19 : 단자대 20 : 이송배관 21 : 공기흡입관

22 : 지지대

이에, 첨부도면에 의거하여 본 고안의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안에 따른 오·폐수 처리방법을 도시한 개략구성도이고, 도 2는 본 고안에 따른 SBR반응조를 도시한 정단면도이고, 도 3은 본 고안에 따른 복합장치를 도시한 정단면도이고, 도 4는 본 고안에 따른 복합장치를 도시한 평면도이다.

본 고안에 따른 제 1 견지에 의하면,

처리하고자 하는 오·하수내의 협잡물을 제거한 후 오·하수의 탈질 및 미생물세포내의 인을 방출시키고, 유기물산화와 생물학적인 질산화, 인의 과잉섭취등이 발생되는 유입 및 반응단계와; 상기 반응단계를 거친 처리수를 활성슬러지와 고액분리되게 정치침전시키는 침전 단계와; 상기 침전단계에서 분리된 상등수 및 잉여슬러지를 방류 및 배출하는 배출단계를 포함하는 오·하수의 처리방법이 제공하는 것이다.

본 고안의 질소 및 인제거는 다음과 같은 생물학적인 방법으로 제거되는 것으로 믿어진다.

하수중의 질소는 대부분 유기질소와 암모니아성 질소(NH₃-N)로 구성되어 있으며, 이 질소들은 가수분해와 질산화반응(Nitrification)에 의하여 아질산성 질소(NO₂-N)와 질산성질소(NO₃-N)로 변한 후 탈질과정(Denitrification)을 거쳐 질소가스(N₂)로 대기중에 방출됨으로써 제거된다. 탈질과정은 탄소원과 용존산소가 없는 무산소조건을 필요로 한다.

질산화(Nitrification)

자연계 내에서의 질산화현상은 다음 화학식 1 처럼 암모니아(NH₃)를 순차적으로 아질산(NO₂ ^-)과 질산(NO₃ ^-)으로 산화시키는 키모오토트로픽 박테리아 (Chemoautotrophic bacteria)에 의하는 것으로 알려져 있다.

유기 N → NH₄ ⁺[박테리아 분해작용]

NH₄ ⁺+ 1.5O₂ ^-→ NO₂ ^-+ H₂O + 2H⁺+ 240 ∼ 350KJ

NO₂ ^-+ 0.5O₂ ^-→ NO₃ ^-+ 65 ∼ 90KJ

여기서 생성되는 에너지는 질산화 미생물들이 CO₂, HCO₃ ^-, CO₃ ^2-, 등과 같은 무기탄소원으로 부터 자신에게 필요한 유기물질을 합성하는데 사용하므로 질산화 자체가 질산화 미생물의 성장과 매우 밀접한 관계를 가지고 있다. 위의 반응 중 암모니아가 아질산으로 산화되는 첫 번째 반응은 주로 니트로소모나사 (Nitrosomonsa(N.europaea,N. monocella)) 와 니트로스코콕쿠스 (Nitroscococcus) 속의 미생물에 의해 이루어지며, 그 밖에 토양으로부터 분리되는 니트로소바실루스 멀티포미스 (Nitrosobacillus multiformis)와 니트로소시피라 브렌시스 (Nitrosospira briensis) 등도 이에 포함된다.

니트로모나사(Nitrosomonas)는 폐수처리를 위한 환경에서 가장 쉽게 찾을 수 있고, 현재까지 상당히 많은 연구가 진행된 미생물로 암모니아 산화반응의 대표 미생물이라 할 수 있다.

두번째 반응인 아질산의 산화반응은 니트로박터(Nitrobater(N. agilis, N. winogradskyi))와 니트로소싯티스(Nirtosocystis)속으로 분류되는 미생물에 의해 수행된다.

탈질산화(Denitrification)

용존산소가 충분한 상태에서는 미생물들은 용존산소를 전자수용체로 사용하여 에너지를 얻게 되지만, 용존산소가 절대적으로 부족하고 반면에 NO₃ ^-나 NO₂ ^-와 같은 형태의 화합물이 존재하는 무산소 상태에서는 NO₃ ^-나 NO₂ ^-등을 전자수용체로 사용하게 된다.

탈질산화가 일어나는 우선 조건은 낮은 DO농도와 충분한 질산염 및 유기탄소원의 확보에 있다. DO의 존재유무에 따라서 혐기성탈질(Anaerobic Denitrification)이란 용어가 사용되기도 하나, 생화학적 반응경로는 혐기성이 아니며, 단순히 호기성 반응경로가 약간 변형된 형태를 띠고 있다. 따라서 "혐기성탈질"이란 용어가 선호되고 있으며, 미생물도 일반적 호기성 미생물들 중에서 산소대신 질산이나 아질산을 최종 전자수용체로 사용할 수 있는 전자전달 체계를 가진 미생물이면 탈질산화를 수행할 수 있게 된다. 탈진산화는 하기반응식과 같이 보통 2단계로 일어나며, 첫번째 단계는 질산이 아질산으로 전환되는 과정이고, 두번째 단계는 두가지의 중간 생성물을 거치면서 아질산이 N₂기체로 전환되는 과정이다. 이두단계를 흔히 호흡(Dissimilation)이라 한다.

NO₃ ^-→ NO₂ ^-→ NO → N₂O → N₂↑

NO₃ ^-+ 유기탄소원 → H₂O + CO₂+ Cell + N₂↑

N₂기체로의 환원을 위해서 미생물은 산화제를 필요로 한다. 탈질산화를 위한 전자 제공자로는 아세트산, 아세톤, 메탄올 등을 들 수 있다. 하수자체는 가장 경제적이고 확실한 유기탄소원이다. 이것이 탈질산화에 이용되면 약간의 암모니아가 재합성되고 상당량의 용해성 BOD가 제거된다.

생물학적 인제거 원리

한편, 인은 생물학적 처리시 세포합성을 통해서 제거가 가능하다. 일반적인 미생물의 구성성분(BOD : N: P = 100 : 5 : 1)으로 볼때 미생물내의 인 함량은 1-2%인데 일반적인 활성슬러지법으로 인을 제거하려는 경우 효율은 BOD : P비, SRT 등에 따라서 달라지나 보통 10-30% 정도 제거할 수 있는 것으로 알려져 있다. 만약 미생물의 신진대사에 필요한 양 이상이 제거되려면 인제거 미생물로 알려져 있는 PAO(Phosphate Accumulation Organisms)가 존재하여야 하며, 혐기/호기조건의 적절한 조작에 의한 PHB(poly-β-hydroxybutyrate)의 축적과 방출에 의한 기작을 통해 가능하다.

PAO에 의한 인 과잉섭취는 Luxury Uptake 현상으로 설명되고 있는데 혐기조건하에서 임의성 미생물은 미생물에 의해 쉽게 분해되는 SCFA(Short Chain Fatty Acid)를 먹이로 아세테이트 및 기타 미생물을 생성한다. 인제거 미생물(Acinetobacter)은 이들을 세포내로 이동시켜 acetyl-CoA를 만들고, 세포내의 enzyme-CoA의 제한된 공급속에서 acetyl-CoA를 acetate로 만들고, 이것을 PHB로 전환시키며, 이때 인은 용존상태(PO₄ ^3-)로 방출되며, 이때 사용되는 에너지는 Poly-P의 분해에 의해 공급된다. 호기성 상태에서 PHB는 acetyl-CoA로 산화되며, 미생물 성장을 위한 에너지원으로 사용되며, TCA Cycle을 거치면서 용존상태의 인을 과잉 섭취하게 된다.

일반적으로 인제거 미생물들은 혐기성조건에서 아세테이트 등을 흡수할 수 있다는 점 때문에 다른 미생물에 비해 우위에 있어 혐기성 상태가 인 제거 미생물들을 선택·증식시킬 수 있는 조건이 된다. 결론적으로 하수의 인 제거를 위해서는 혐기/호기의 연속적 조건이 필요하다는 것과 유입수내에 쉽게 분해가능한 물질(VFA)이 충분히 존재해야 한다는 것이다.

°인방출: 혐기조건 Poly-P + VFA → PHB + PO₄ ^3-

°인섭취: 호기조건 PHB + PO₄ ^3-→ Poly-P + H₂O + CO₂

상기 반응들은 본 고안에 의한 SBR반응조에서 효율적으로 이루어지며, 본 고안의 방법에서의 각 처리단계에 대하여 설명하면 다음과 같다.

유입 및 반응단계는, 오·하수가 반응조내로 유입되는 과정으로서 유입이 시작되기 전에는 한 사이클의 처리수가 방류되거나 대기중인 상태이므로 반응조내에는 활성슬러지 혼합액이 잔존하고 있다.

따라서, 전처리조(1)를 거쳐 유량조정조(4)에 체류되 오·하수는 반응조내의 하부로 유입되어 고농도의 미생물을 통과하여 조내로 채워지며, 무산소 상태에서 원수가 유입되므로 탈질 및 인의 방출이 이루어진다. 이미 이 단계에서 유입 유기물질은 탈질시 필요한 원천탄소(Carbon Source)로 활용되어 60%이상 제거된다.

상기 유입단계는 무산소, 혐기, 호기단계로 교번된다.

상기 무산소 또는 혐기 단계에서는 교반장치(17)가 작동되며, 이 과정을 통해 탈질 및 인의 세포외 배출이 이루어진다.

상기 호기단계에서는 교반장치(17) 및 포기장치(18)이 작동되며, 이 과정에서 유기물 산화 및 질산화공정이 이루어지며, 인의 과잉섭취도 이루어진다.

침전단계는, 상기 유입 및 반응단계가 중단되고 모든 기계장치가 정지된 상태에서 활성슬러지는 처리수와 분리되어 정치침전을 한다.

배출단계는, 활성슬러지의 침전 후 배출펌프(18)이 작동되며, 일정량의 처리수를 배출하며, 배출과정이 끝난 후 잉여슬러지 이송펌프(9)에 의해 잉여슬러지는 슬러지저류조(3)으로 적당량 이송된다.

휴지단계는, 모든 공정이 완료된 후의 대기단계이며, 남아 있는 활성슬러지의 혐기화 과정을 일부 유도하며, 운영상에서 생략 할 수 있는 단계로 이루어진다.

한편 본 고안의 제 2견지에 의하면 상기한 바와 같이 본 고안의 방법을 실시하는데 필요한 하·오수 처리장치를 설명하면,

처리하고자 하는 오·하수를 유입 받아 오·하수내에 있는 협잡물등을 처리한후 다음 공정인 유량조정(4)조로 자연유하로 이송시키는 전처리조(1)와,상기 전처리조(1)로부터 오·하수를 유량조정조(4)로 월류시키는 원수이송배관(2)와, 상기 원수이송배관(2)으로부터 오·하수를 유입 받아 다음공정인 SBR반응조(7)로 보내기전, 오·하수 수질의 균등화 및 유입유량의 시간변동을 조절하는 유량조정조(4)와, 상기 유량조정조(4)에서 SBR반응조(7)의 적정수위까지 오·하수를 이송시키는 원수이송펌프(5)와, 상기 유량조정조(4)로부터 오·하수의 원수를 이송 받아 포기·교반·배출 일체형 복합장치(11)를 통해 적정한 처리를 하는 SBR반응조(7)와, 상기 SBR반응조(7)내에 설치되어 오·하수의 생물학적 고도처리를 유도하는 교반·배출 일체형 복합장치(11)와, 상기 SBR반응조(7)하부의 침전슬러지중 최하부의 잉여슬러지를 슬러지저류조(3)로 이송하는 잉여슬러지펌프(9)와, 상기 잉여슬러지펌프(9)로부터 잉여슬러지를 이송받아 저장하는 슬러지저류조(3)로 구성되어진다.

또한, 상기 복합장치(11)는 지지구멍(14)이 중앙부에 형성된 부유판(13)과, 상기 한쌍의 부유판(13)을 양측으로 결합하는 설치판(12)와, 상기 설치판(12) 중앙부에 설치된 포기장치(16)·교반장치(17)·배출펌프(18)와, 상기 포기장치(16)·교반장치(17)·배출펌프(18)를 제어하도록 설치된 단자대(19)와, 상기 철치판(12)의 상단으로 연결설치된 유지관리손잡이(15)와, 상기 교반장치(17) 일측면으로 공기를 공급하도록 설치된 공기흡입관(21)과, 상기 배출펌프(18) 상단으로 외부로 처리수를 이송하는 이송배관(20)으로 구성된다.

또한, 상기 복합장치는 상기 SBR반응조(7) 상단부에 설치된 지지대(22)에 복합장치의 부유판(13)에 형성된 지지구멍(14)을 이용하여 설치함으로서 상기 SBR반응조(7)에 일정수위를 유지하도록 부유되는 것이다.

상기 본 고안에 의한 장치의 공정을 설명하면,

유입되는 오·하수의 협잡물 등을 제거하는 전처리조(1)와, 상기 전처리조(1)를 거친 상등수를 원수이송배관(2)을 통해 오·하수 처리공정에 필요한 적정 체류시간(오·하수의 시간최대치를 적정보유)을 가진 유량조정조(4)에 저장되어지고, 상기 유량조정조(4)는 유입 오·하수는 유량조정조에서 원수이송펌프(5)로 일 3회 또는 4회로 SBR반응조(7)로 유입시켜며, 상기 SBR반응조(7)로 유입된 수중에 부유중인 포기·교반·배출의 복합장치(11)를 통해, 무산소 단계에서의 생물학적 탈질과정과 탈질과정 이후의 미생물 세포에서의 인방출, 다시 호기단계에서의 유기물산화과정과 생물학적 질산화과정, 인의 과잉섭취등을 통한 시간적인 정화과정을 진행시킨 후 침전단계에서의 정치침전을 통한 미생물과 처리수와의 분리단계를 거치는 것이다.

상기 복합장치(11)의 각종처리단계를 거친 후 복합장치(11)에 설치된 배출펌프(18)로 처리된 상등수를 배출함으로서 일련의 정화과정을 이루도록 한 것이다.

본 고안은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 고안의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 고안이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀 두고자 한다.

이상과 같이 본 고안에 따른 단일 반응조의 연속 흐름식 오·하수 처리장치에 의하면, 유량변동이 심하고, 배출시간이 일정치 않은 오수처리에 적합한 구성으로 구성요소가 간단하고, 침전조와 반송슬러지 시설이 필요없어 시설이 간단하여 운전비용이 절약되는 효과가 있을 뿐만아니라, 잉여슬러지 일부를 전처리조로 보내, 1차적 오수의 처리와 슬러지의 내생호흡을 유도해 잉여 슬러지의 발생을 절감시키는 효과가 있다.

또한, 처리수의 침전이 완전 정지상태에서 실시되기 때문에 고액분리가 잘되어 처리수질이 안정적이고, 운전모드변형이 용이하여 저부하에서 고부하의 넓은 범위까지 제어가 가능하여 소규모 숙박시설, 음식점등의 개별 오수처리까지 수처리가능하여 폭넓게 설치사용이 가능할 뿐만 아니라, 점 오염으로 넓게 산재한 많은 소규모오수처리시설에의 보급으로 하천의 건천화를 완화시키며, 수질환경보전의 효과가 있다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 처리하고자 하는 오·하수를 유입 받아 오·하수내에 있는 협잡물등을 처리한후 다음 공정인 유량조정(4)조로 자연유하로 이송시키는 전처리조(1)와,

   상기 전처리조(1)로부터 오·하수를 유량조정조(4)로 월류시키는 원수이송배관(2)와,

   상기 원수이송배관(2)으로부터 오·하수를 유입 받아 다음공정인 SBR반응조(7)로 보내기전, 오·하수 수질의 균등화 및 유입유량의 시간변동을 조절하는 유량조정조(4)와,

   상기 유량조정조(4)에서 SBR반응조(7)의 적정수위까지 오·하수를 이송시키는 원수이송펌프(5)와,

   상기 유량조정조(4)로부터 오·하수의 원수를 이송 받아 포기·교반·배출 일체형 복합장치(11)를 통해 적정한 처리를 하는 SBR반응조(7)와,

   상기 SBR반응조(7)내에 설치되어 오·하수의 생물학적 고도처리를 유도하는 교반·배출 일체형 복합장치(11)와,

   상기 SBR반응조(7)하부의 침전슬러지중 최하부의 잉여슬러지를 슬러지저류조(3)로 이송하는 잉여슬러지펌프(9)와,

   상기 잉여슬러지펌프(9)로부터 잉여슬러지를 이송받아 저장하는 슬러지저류조(3)로 구성된 것을 특징으로 하는 오·하수처리 처리장치.
3. 2항에 있어서, 상기 복합장치(11)는 지지구멍(14)이 중앙부에 형성된 부유판(13)과,

   상기 한쌍의 부유판(13)을 양측으로 결합하는 설치판(12)와,

   상기 설치판(12) 중앙부에 설치된 포기장치(16)·교반장치(17)· 배출펌프(18)와,

   상기 포기장치(16)·교반장치(17)·배출펌프(18)를 제어하도록 설치된 단자대(19)와,

   상기 철치판(12)의 상단으로 연결설치된 유지관리손잡이(15)와,

   상기 교반장치(17) 일측면으로 공기를 공급하도록 설치된 공기흡입관(21)과,

   상기 배출펌프(18) 상단으로 외부로 처리수를 이송하는 이송배관(20)으로 구성된 것을 특징으로 하는 오·하수처리 처리장치.