KR200342929Y1 - 고도처리장치 - Google Patents

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KR200342929Y1
KR200342929Y1 KR20-2003-0038031U KR20030038031U KR200342929Y1 KR 200342929 Y1 KR200342929 Y1 KR 200342929Y1 KR 20030038031 U KR20030038031 U KR 20030038031U KR 200342929 Y1 KR200342929 Y1 KR 200342929Y1
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이준규
박성순
김현철
안중용
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주식회사 효성
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Abstract

본 고안은 고도처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 처리 원액의 혐기성 발효가 일어나는 혐기조(2), 미생물과 유기물에 의한 전탈질화가 일어나는 제 1탈질조(3), 미생물을 부착·고정시키기 위한 미생물접촉재 및 탈리용 산기관을 구비하고 질산화가 일어나는 폭기·질산화조(4), 미생물과 유기물에 의한 후탈질화가 일어나는 제 2 탈질조(5), 후탈질화된 처리원액을 다시 폭기하는 재폭기조(6) 및 고액분리가 일어나는 침전조(7)를 포함하고, 상기 폭기·질산화조(4) 및 상기 침전조 (7)에 반송장치가 구비되어 있는 고도처리장치에 관한 것이다. 본 고안은 유기성 혹은 암모니아성 질소가 함유된 하·폐수에서 유기물과 질소를 동시에 높은 효율로 제거할 수 있고, 2개의 탈질조 중간에 미생물접촉재 및 탈리용 산기관을 구비한 폭기·질산화조를 설치하여 부착상 및 부유상 미생물을 병행하는 미생물(MLSS) 유지방식을 도입함으로써, 수온과 부하변동에 관계없이 질산화 및 유기물 처리효율을 높게 유지하며, 부작용 없이 미생물 SRT를 최대화할 수 있다. 또한, 미생물접촉재 상에 생성된 탈질 미생물의 슬러지층(blanket)을 통해 내생 탈질효율을 높일 수 있어 탈질조에 투입되는 외부탄소원의 사용을 배제하거나 사용량을 최소화할 수 있다.

Description

고도처리장치{Apparatus for Advanced Wastewater Treatment}
본 고안은 고도처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 처리원액의 혐기성 발효가 일어나는 혐기조(2), 미생물과 유기물에 의한 전탈질화가 일어나는 제 1탈질조(3), 미생물을 부착·고정시키기 위한 미생물접촉재와 탈리용 산기관을 구비하고 질산화가 일어나는 폭기·질산화조(4), 미생물과 유기물에 의한 후탈질화가 일어나는 제 2 탈질조(5), 후탈질화된 처리원액을 다시 폭기하는 재폭기조(6) 및 고액분리가 일어나는 침전조(7)를 포함하고, 상기 폭기·질산화조(4) 및 상기 침전조(7)에 반송장치가 구비되어 있는 고도처리장치에 관한 것이다.
하·폐수의 고도처리에 있어서는, 유기질소나 암모니아성 질소 등의 제거가 일어나는 데, 이 때, 질소의 제거는 질산화 및 탈질화 공정에 의해 수행된다. 질산화 공정은 폐수 내의 질소 화합물을 질산성 질소로 전환하는 공정으로 질산화 미생물을 사용하여 호기성 조건에서 이루어지며 유기물질이 없이도 높은 효율로 진행될 수 있는 반면, 질산성 질소를 질소 기체화하여 이를 제거하는 탈질화 공정은 무산소조건에서 유기물의 존재 하에 이루어진다.
질산화 및 탈질공정과 같이, 생물학적 질소제거를 위한 시스템의 구성 및 설계에서 중요한 요소 중 하나는 미생물의 적정 SRT(Solid Retention Time) 유지를 위한 호기성조(폭기·질산화조)의 용량 결정인 바, 질소제거 시스템에서 요구되는 SRT는 질산화미생물의 비성장속도의 역(참조: 하기 수학식 1)으로 표현할 수 있다:
SRT = 1/(μn - Knd)
(상기 식에서, n은 질산화미생물의 비성장속도(g new cell/ g cell day)이고, Knd은 질산화미생물의 내생사멸율(g cells decayed/g cell day)이다).
나아가,Nitrosomonas속 미생물과 같은 질산화 미생물의 생장은 하기 수학식 2와 같이 온도에 지수적으로 비례한다:
μn(max) = 0.47e0.098(T-15)
(상기 식에서, n(max)는 질산화미생물의 최대 비성장속도를, T는 폭기·질산화조 온도(℃)를 말한다).
따라서, 수온이 낮은 겨울철에는 질산화 미생물의 생장이 느려 충분한 SRT를 유지해야만 질산화를 기대할 수 있는 바, 예를 들어 미국 환경보호국(EPA)은 질산화를 위한 일반적인 SRT를 7일 이상으로 제시하고 있다. 그러나, SRT를 3 내지 5일로 하여 설계한 대부분의 국내 하수처리장은, 동절기와 같이 질소제거 효율의 상승을 위해 긴 SRT가 요구되는 경우, 호기성 질산화조 부피를 늘리거나, 반송라인 및 반송량을 증가시키거나, 혹은 질산화조 내부의 미생물 농도를 높이는 방법을 취하고 있다. 상기 방법 중, 호기성조 부피를 늘이는 방법은 기존 처리장의 변경 및 개보수와 이를 위한 부지확보의 문제가 있으며, 반송라인 또는 반송량을 늘일 경우, 처리 대상 원수의 실질 체류시간 감소 및 미생물 플록(floc) 해체에 따른 침전불량으로 처리효율 저하 문제가 발생한다. 한편, 미생물 농도를 높이는 경우 또한 산소전달의 한계, 침전조의 부하상승, 운전관리상의 어려움 등으로 인해 한계를 나타낸다. 특히, 활성 슬러지 공법을 채택한 하수처리장의 경우, 높은 SRT하에서 미생물의 세포일령이 길어지게 되고 이에 따라 자산화율이 높아져 침전조에서 침전이 일어나지 않는 이른바 "월류(Carry over)" 현상이 발생하는 문제가 있다.
한편, 무산소(anoxic) 조건하의 탈질조에서는 통성 혐기성 미생물인 탈질세균의 작용에 의해 질산성 질소가 질소가스로 전환되어 배출된다. 탈질작용이 원활히 일어나기 위해서는 충분한 유기물(2.47 g MeOH/1 g NO3-N)의 공급이 필요한데, 우리나라 합류식 하수관거 유입수는 탈질과정에 필요한 유기물 비율이 낮아 대부분의 탈질효율이 40 내지 60%로 낮은 형편이다. 효율개선을 위해 탈질공정으로의 내부반송을 증가시킬 경우 반응조의 용량증가가 수반되어 처리공정이 복잡해지고 추가 비용이 소요되며 유지관리에 어려움을 겪게 된다. 또한, 메탄올, 에탄올, 아세트산 등과 같은 외부 유기물(외부 탄소공급원)을 공급해 줄 경우 공정상의 큰 변경이나 유지관리상의 어려움은 없으나 유지관리비용이 지속적으로 소요되는 문제점이 생긴다. 특히, 유입수 중의 유기물 농도가 낮은 경우에는 질소가 전혀 제거되지 않는 경우도 있다.
상기의 문제 때문에, 당해 기술분야에는 국내외 가장 널리 적용되고 있는 활성슬러지 공법을 이용하여, 유기물의 농도는 낮으나 질소 농도는 높은 하·폐수 또는 유기물의 농도와 질소의 농도가 모두 높은 하·폐수를 높은 효율로 처리하여 보다 깨끗한 처리수를 방류할 수 있는 장치 및 방법의 개발에 대한 요구가 있어 왔다.
본 고안자들은 상기 문제를 해결하고자 예의 연구한 결과, 고도처리과정에 있어, 탈질조를 제 1탈질조와 제 2탈질조로 나누고, 이들 중간에 고정상 미생물접촉재 및 탈리용 산기관을 구비한 폭기·질산화조(4)를 설치하여 탈질 및 질산화공정을 수행하는 경우, 질산화 반응조의 크기가 적고 제 1 탈질조(3)로의 반송라인 및 내부 순환량이 최소화된 상태에서도, 높은 질산화 및 탈질효율을 달성할 수 있고, 필요에 따라 미생물의 SRT를 늘인 경우에도 처리수의 SS가 안정적으로 유지되며 월류 등 침전불량이 발생하지 않아 유입수의 부하변동이나 계절변화에 관계없이 오·폐수를 보다 깨끗하고 안정적으로 고도처리 할 수 있음을 확인하고, 본 고안에 이르게 되었다.
결국, 본 고안은 오·폐수 내의 유기물의 농도 및 계절적 수온 변화에 상관없이 오수 또는 폐수 내의 유기물과 질소화합물을 동시에 고효율 및 저비용으로 처리할 있는 고도처리장치 및 이를 이용한 고도처리방법을 제공하기 위한 것이다.
도 1은 본 고안에 따른 장치 및 이를 이용한 고도처리방법을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 고안에 따른 장치에 있어, 생물 반응조 내의 미생물접촉재 설치대의 사시도이다.
도 3은 도 2의 미생물접촉재 설치대 상에 미생물접촉재가 설치되어 있는 상태를 보여주는 상세도이다
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
(1) : 유량조정조 (2) : 혐기조
(3) : 제 1탈질조 (4) : 폭기·질산화조
(5) : 제 2 탈질조 (6) : 재폭기조
(7) : 침전조 (8) : 외부탄소원 주입장치
(9) : 미생물접촉재 (10): 내부반송수
(11): 반송슬러지
(12): 앵글(STS304 또는 SS with PE coating)
(13): 평철 또는 앵글(STS304 또는 SS with PE coating)
(14): 베이스 플레이트(Base Plate: STS304 또는 SS with PE coating)
(15): 미생물접촉재 고정용 고리(STS304)
따라서, 본 고안의 한 측면에 따르면, 처리원액의 혐기성 발효가 일어나는 혐기조(2), 미생물과 유기물에 의한 전탈질화가 일어나는 제 1 탈질조(3), 미생물을 부착·고정시키기 위한 미생물접촉재 및 탈리용 산기관을 구비한 폭기·질산화조(4), 미생물과 유기물에 의한 후탈질화가 일어나는 제 2 탈질조(5), 후탈질화된 처리원액을 다시 폭기하는 재폭기조(6), 고액분리가 일어나는 침전조(7)를 포함하고, 상기 폭기·질산화조(4) 및 상기 침전조(7)에 반송장치가 구비되어 있는 고도처리장치가 제공된다.
본 고안의 다른 한 측면에 따르면, 상기 고도처리장치에 있어, 상기 혐기조(2), 상기 제 1 탈질조(3), 상기 제 2 탈질조(5) 및 상기 재폭기조(6) 중 1 또는 2 이상의 생물반응조에 미생물접촉재가 추가로 설치되어 있는 장치가 제공된다.
본 고안의 또 다른 한 측면에 따르면, 상기 고도처리 장치에 있어, 상기 폭기·질산화조(4)가 산소공급용 산기관을 추가로 포함하고, 상기 재폭기조(6)가 산소 공급용 산기관 및/또는 미생물접촉재에 부착된 미생물을 탈리시키기 위한 탈리용 산기관을 추가로 포함하는 고도처리장치가 제공된다.
이하, 본 고안을 보다 상세히 설명한다.
본 고안에 따른 고도처리장치는 생물 반응조로서 혐기조(2), 제 1탈질조(3),폭기·질산화조(4), 제 2 탈질조(5) 및 재폭기조(6)를 포함하고, 침전장치로서 침전조(7)를 포함한다.
본 고안에 따른 장치 중 혐기조(2)는 혐기성 발효과정을 통하여 유입수 중에 포함된 고농도 유기물질 또는 난분해성 유기물질의 농도를 낮추고 분해 가능한 구조로의 형태전환을 유도하며, 인 농도가 높을 경우에는 혐기성 인방출을 유도하는 생물 반응조이다. 바람직하게는 상기 혐기조(2)는 고정상의 미생물접촉재를 구비할 수 있는데, 이 경우, 짧은 체류시간으로 고농도 유기물질의 농도를 낮추고 난분해성 유기물을 분해 가능한 구조로 형태전환 하여 후단의 탈질공정에 필요한 탄소원을 공급하는 역할을 함으로써 탈질조의 체류시간을 단축시키고 질소제거 효율을 높이는 추가적 이점이 있다.
본 고안에 따른 장치는 유입수 중의 유기물 부족에 따른 탈질효율 저하를 방지하고 높은 질산화효율을 달성하기 위해 제 1 탈질조(3), 제 2 탈질조(5) 및 이들 탈질조 사이에 존재하고, 미생물접촉재와 탈리용 산기관을 구비한 폭기·질산화조(4)를 포함하며, 상기 2개의 탈질조 및 1개의 질산화조에서 전·후(前·後)탈질과 질산화가 이루어진다. 이 경우, 제 1 탈질조(3) 및 제 2 탈질조(5)는 안정적인 무산소(anoxic) 조건(용존산소 농도 1 ppm 미만)을 형성하도록 하며, 바람직하게 각각의 조는 서로 독립적으로 미생물 접촉재를 추가로 포함할 수 있다.
상기와 같은 구조를 가질 경우, 제 1 탈질조에서 일단 탈질화된 처리액이 폭기·질산화조(4)로 유입되고, 여기서 충분히 질산화된 처리액 중 일부는 제 1 탈질조(3)로 내부 반송되고, 일부는 제 2 탈질조로 유입된다. 본 고안에 따른 장치의탈질작용과 관련하여, 제 1 탈질조에서는 혐기조(2), 폭기질산화조(4)로부터의 유입수 및 후술하는 침전조로부터의 반송슬러지 중 유기물이 전자공여체로 활용되어 탈질이 이루어지는 반면, 제 2 탈질조에서는 필요에 따라 외부에서 탄소원(유기물)을 공급하여 탈질을 수행할 수 있다. 본 고안에 따른 장치의 경우, 미생물접촉재 및 탈리용 산기관을 구비한 폭기·질산화조(4)에서 질산화를 수행한다. 이처럼 폭기·질산화조에 미생물접촉재를 설치함으로써, 비증식속도가 느린 암모니아 산화세균, 아질산 산화세균과 같은 질산화미생물이 미생물 접촉재에 고정되어 고농도로 유지되고, 질산화 미생물의 자산화계수를 극대화하여 SRT를 길게 유지할 수 있어 수온이나 부하 변동시에도 높은 질산화효율을 얻을 수 있으며, 수리학적 체류시간을 짧게 유지할 수 있다. 나아가, 필요에 따라 미생물의 SRT를 길게 유지하여도, 총부유물질량(SS: suspended solid)이 안정적으로 유지되며, 높은 SRT 하에서도 미생물의 "월류(Carry over)" 현상을 방지할 수 있는 장점이 있다. 또한, 유입부하에 따라 부유상 슬러지 농도를 조절하여 유기물을 분해함으로써 폭기·질산화조에서 유기물 제거와 질산화가 동시에 진행된다. 한편, 폭기·질산화조(4)에 탈리용 산기관을 추가 설치함으로써, 미생물접촉재 표면에 과다한 생물막을 주기적으로 탈리시키고, 새로운 미생물이 일정한 농도로 부착될 수 있도록 한다.
본 고안에 따른 장치의 경우, 질산화가 매우 높은 효율로 이루어질 뿐만 아니라, 폭기·질산화조 내의 미생물접촉재에서 내생탈질이 병행될 수 있으므로, 제 1 탈질조(3)로의 반송량을 적게 유지하면서도 처리수질이 높고 안정적으로 유지된다. 한편, 탈질작용과 관련하여, 제 1 탈질조에서는 혐기조로부터의 유입수 및 침전조로부터 유입된 반송슬러지에 포함된 유기물을 전자공여체로 활용할 수 있어 별도의 탄소원 공급 없이도 탈질작용(즉, 질산성 질소의 질소기체로의 전환)이 원활하게 이루어질 수 있다. 제 2 탈질조(5)의 경우, 필요에 따라 탄소원으로서 별도의 유기물을 투입하여 탈질을 수행할 수 있는 바, 유기물질이 부족하여 질소제거효율이 낮거나 생물학적 질소제거가 어려운 때에는, 제 2 탈질조(5)에 별도의 외부유기물(탄소원)을 공급장치를 부가하여 잔류 질소의 탈질을 유도한다. 제 1 탈질조(3)와 제 2 탈질조 (5)가 선택에 따라, 미생물접촉재를 구비한 경우에는, 상기 접촉재상에 고농도 생물막(blanket)이 형성되어 탈질미생물의 농도를 높게 유지할 수 있어 탈질효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 미생물접촉재 상의 생물막 내부에서 내생탈질도 효과적으로 이루어지므로 탈질효율이 더욱 증대된다.
본 고안에 따른 고도처리장치에 있어, 상기 제 2 탈질조(5) 이후에 설치된 재폭기조(6)는, 후탈질단계에서 생성된 질소가스를 탈기시켜 후속되는 최종 침전조(7)에서의 슬러지 침강성을 양호하게 하고, 처리되지 않은 유기물, 암모니아성 질소 등의 오염물질을 산화시킬 목적으로 제공된다. 상기 재폭기조(6)는 필요에 따라 고정상의 미생물접촉재를 추가로 포함할 수 있다.
상기 재폭기조(6) 이후에 설치된 침전조(7)에서는 고체/액체 분리가 일어나 정화된 처리수와 슬러지가 분리되어, 정화된 처리수는 배출되고, 고체 슬러지의 일부는 유입되는 유기물의 부하와 총인의 부하에 따라 혐기조(2) 내지 제 1 탈질조(3)로 재반송되어 부유상의 미생물 농도를 유지시키는 작용을 하도록 한다.
전술한 바와 같이, 본 고안에 따른 고도처리 장치에는 폭기·질산화조(4) 뿐만 아니라, 질산화미생물(암모니아 및 아질산 산화세균)과 같이 비증식속도가 느린 유용미생물이 쉽게 부착하여 고농도로 유지될 수 있도록 하기 위해, 필요에 따라, 고효율의 고정상 미생물접촉재를 각각 독립적으로 혐기조(2), 제 1 탈질조(3), 제 2 탈질조(5) 또는 재폭기조(6) 등에도 설치할 수 있다. 특히, 재폭기조(6)에 미생물접촉재를 설치할 경우, 미생물 농도와 SRT를 최대화할 수 있어 짧은 체류시간 동안 제 2 탈질조(5)에 투입된 외부 유기물 및 잔여 유기물을 빠르게 분해할 수 있다. 바람직하게는 폭기·질산화조(4)와 재폭기조(6)에는 산소 공급용 산기관을 설치하여 충분한 양의 산소를 공급함으로써 유기물과 영얌염류가 모두 산화될 수 있도록 한다.
본 고안과 같이 미생물접촉재 및 탈리용 산기관을 추가하여 활성슬러지공법을 운전하는 경우, 팽화(벌킹, Bulking)현상이 없고, 운전관리가 용이하며 잉여슬러지 발생량이 적다. 또한 유기물과 영얌염류의 유입부하 및 수온변화에 따라 부유상 슬러지를 형성, 반송량(11)을 조절하여 미생물의 농도를 최적화시키고 처리효율을 극대화시킬 수 있다. 다시 말해, 미생물접촉재를 설치함으로 인하여 유입수질에 따라 부유상 슬러지를 형성하여 운전하거나 혹은 부유상 슬러지 없이 운전할 수 있다. 본 고도처리장치에 사용되는 미생물접촉재(9)는 미생물을 고농도로 보유하기 위하여 고안된 것으로, 섬유재질로서 일정한 공극(공극률 90%이상)을 유지하기 위하여 로프형(끈 형상)으로 제작된 것이다. 보다 바람직하게는 중심사와, 상기 중심사 주위에 고리 모양을 형성한 로프사로 이루어진 접촉재를 사용한다. 상기 미생물접촉재는 소정의 합성섬유를 단독 또는 혼합하여 사용한 실로 구성된 중심사와, 상기 중심사 주위에 미생물을 고농도로 보유하기 위하여 선택된 1 또는 2 이상의 이형단면사를 단독 또는 혼합하여 사용하여 공극률 90% 이상 유지하도록 고리 모양을 형성한 로프사로 이루어진 접촉재를 사용한다. 특히 미생물이 빠르게 부착하고 쉽게 탈리되지 않도록 단면의 굴곡이 많은 이형단면사를 사용한다. 사용되는 섬유의 재질로서는 나일론, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, PVC 또는 PVDC 등을 예시할 수 있는 바, 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 섬유의 굵기가 가늘수록 비표면적은 증가하나, 사절을 고려하여 필라멘트 한 가닥의 굵기가 100∼1500 데니어 수준인 섬유를 단독 또는 합사하여 사용한다. 형태는 공극률을 높이고 통수저항을 적게 하기 위해 3 ㎜ 이상의 굵기를 가진 로프사 또는 멀티사 주위에 고리 모양을 형성하여 형태를 구성한다.
미생물접촉재는 생물반응조 1 ㎥당 30 내지 300 m 설치하고, 설치간격은 30 내지 200 ㎜ 범위로 하여 생물막의 폐색 및 혐기화를 방지한다. 특히, 재폭기조(6)는 접촉재 표면의 미생물막에 균등하게 산소가 공급되도록 접촉재 하단으로부터 20 내지 30 ㎝ 간격을 떨어뜨린 후 추가로 산기관을 전면에 설치할 수 있으며, 바람직하게는 접촉재 표면의 과다한 생물막을 주기적으로 탈리시켜 새로운 미생물이 일정한 농도로 부착될 수 있도록 탈리(역세)용 산기관을 추가적으로 설치한다. 미생물접촉재는 스테인레스 스틸 자재(STS304 등) 또는 폴리에틸렌 코팅이 된 일반 스틸 자재 등을 사용하여 제작한 고정 설치대를 이용하는 바, 상기 설치대의 형상은 조의 형상을 고려하여 공지된 모든 형태가 가능하며, 바람직하게는 도 2와 같은 형상의 설치대를 사용한다. 미생물접촉재는 평철에 고정용 고리를 부착하여 설치하거나평철 또는 앵글에 홈을 내어 거는 방법을 사용하여 단단하게 고정하는데, 수류저항과 폭기에 의한 유동에도 미생물이 안정적으로 부착될 수 있도록 해 준다. 전술한 바와 같이, 미생물접촉재를 각 생물반응조에 설치할 경우, 고농도의 미생물을 안정적으로 보유할 수 있고 필요에 따라 부유상 미생물을 별도로 유지하여 고농도 유입수를 짧은 체류시간 동안 처리할 수 있다. 또한, 미생물접촉재에 부착된 미생물은 부유상 미생물과 달리 SRT를 길게 유지할 수 있어 질산화미생물과 같이 비증식속도가 느린 미생물이 최적의 활성을 나타낼 수 있고, 수온 및 부하변동에도 높은 효율을 나타낼 수 있다.
본 장치를 첨부된 예시도면과 함께 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 고안에 따른 고도처리장치의 한 바람직한 구현 예를 모식적으로 나타낸 것으로서, 상기 장치는 하·폐수(처리액)의 유량을 조정하는 유량조정조 (1), 상기 유량조정조(1)에 유입된 하·폐수를 혐기조로 이송시키는 유량조정펌프, 유입수의 농도를 떨어뜨리고 유기물의 형태전환 및 혐기성 인방출을 유도하는 혐기조(2), 상기 혐기조(2)로부터 유입된 하·폐수 중의 유기물을 이용하여 내부반송된 폭기조 유출수 등을 1차 탈질시키는 제 1 탈질조(3), 잔류 유기물을 제거하고 질소를 산화시키는 폭기·질산화조(4), 폭기조 유출수 내의 잔류 질산염을 내생탈질과정과 외부탄소원 투입을 통해 탈질하는 제 2 탈질조(5), 상기 제 2탈질조에서 생성된 질소가스를 탈기시켜 후속되는 최종 침전지의 슬러지 침강성을 양호하게 함과 동시에 처리되지 않고 남아 있는 유기물, 암모니아성 질소 등의 오염물질을 산화시키는 재폭기조(6), 고액분리에 의해 정화된 처리수와 슬러지를 분리, 배출시키는침전조(7)로 구성되어 있고, 상기 장치에서 생물반응조인 혐기조(2), 제 1 탈질조(3), 폭기·질산화조 (4), 제2탈질조(5), 재폭기조(6)에는 미생물접촉재를 각각 설치하고 특히 폭기·질산화조에는 탈리용 산기관이 추가로 설치되어 있다.
본 고안에 따른 장치를 이용한 고도처리과정에 대하여 상세히 설명하면, 우선, ⅰ) 혐기조(2)에서, 혐기성 발효를 통해 처리 원액 중의 유기물질의 농도를 낮추고 분해 가능한 구조로의 형태로 전환하며, 혐기성 인 방출을 유도한 후 처리된 원수를 제 1 탈질조로 보내고; ⅱ) 상기 제 1 탈질조(3)에서, 유기물질을 이용하여 상기 혐기조로부터의 유입액과 폭기·질산화조(4)로부터의 질산화된 내부 반송액(10)을 전(前)탈질화한 후, 폭기·질산화조(4)로 보내며, ⅲ) 상기 폭기·질산화조(4)에서는 유입된 처리수의 질산화 또는 유기물 산화를 수행하고, 이 때 수질 및 유입 부하에 따라 질산화된 처리수 중 일부는 반송라인(10)을 통해 다시 제 1탈질조로 반송하고, 일부는 제 2 탈질조(5)로 보내며, ⅳ) 상기 제 2 탈질조(5)에서는, 필요에 따라 외부 탄소원 공급 하에, 상기 폭기·질산화조(4)로부터 유입된 처리수 내의 잔류 질산성 질소를 후(後)탈질화한 다음 재폭기조(6)로 보낸다. ⅴ) 상기 재폭기조(6)에서는 제 2 탈질조(5)로부터 유입된 처리수 내에서 탈질화로 생성된 질소가스를 탈기시키고, 처리되지 않은 유기물 및 오염물질을 추가적으로 산화시킨 다음 침전조(7)로 보내고, ⅵ) 상기 침전조(7)에서는 침전과정을 통해 최종 처리수를 고체와 액체로 분리하여, 분리된 정화 처리수와 슬러지 중, 정화처리수는 배출하고, 침전된 슬러지의 일부는 유입 유기물 부하와 총인의 부하에 따라 상기 혐기조(2) 또는 제 1 탈질조(3)로 반송(11)시켜 부유상 미생물의 농도를 유지시킨다.
바람직하게는, 상기 과정에서 상기 혐기조(2), 상기 제 1 탈질조(3), 상기 폭기·질산화조(4), 상기 제 2 탈질조(5) 및 상기 재폭기조(6)의 MLSS (생물학적 하·폐수 처리공정에서 반응조 내의 활성미생물)는 3,000 내지 10,000㎎/ℓ의 범위로 한다. 또한, 바람직하게는 ⅰ) 단계에서 상기 혐기조의 수리학적 체류시간(HRT)이 2 내지 20시간이고, ⅱ) 단계에서 상기 제 1 탈질조(3)의 수리학적 체류시간(HRT)이 0.5 내지 2시간이며, ⅲ)단계에서, 상기 폭기·질산화조(4)의 수리학적 체류시간(HRT)이 3 내지 30시간이고, ⅳ) 단계에서 상기 제 2 탈질조(5)의 수리학적 체류시간(HRT)이 1 내지 4시간의 범위이다.
본 고안에 따른 상기 장치는 주로 유기물만을 제거할 수 있는 기존 하·폐수처리시설을 고도처리시설로 개보수하거나 업그레이드(upgrade)하기 위한 기본적인 개념을 포함하는 것이다.
본 고안에 따른 장치를 사용하여, 유기물질의 COD 150mg/L, 총 질소 50mg/L인 도시 하수를 유입시켜 운영한 결과, 유기 물질은 10mg/L, 총 질소는 8mg/L로 감소함을 관찰할 수 있었으며, 그 제거효율은 각각 93% 및 84%였다.
본 고안은 질소, 특히 유기질소나 암모니아성 질소가 함유된 하·폐수에서 유기물과 질소를 동시에 높은 효율로 제거할 수 있다. 특히, 고정상 미생물접촉재를 각 생물반응조에 설치하여 고농도의 부착상 미생물을 확보하여 수온과 부하변동에도 안정적인 대응이 가능하고, 미생물 SRT를 최대화할 수 있어 적은 용량으로도 높은 질산화효율을 얻을 수 있으며, 탈질 미생물의 슬러지층(blanket)을 통해 내생탈질효율을 높일 수 있어 제 2 탈질조에 투입되는 외부탄소원이 필요 없거나 투입량을 최소화할 수 있다. 또한, 유기물이 부족하여 질소제거효율이 낮거나 생물학적 질소제거가 어려운 경우에도 최소한의 외부탄소원 투입과 적절한 내부순환비 형성으로 유지관리비를 절감하며 효율을 높일 수 있다. 기존 생물학적 하·폐수처리시설의 폭기조를 미생물접촉재가 설치된 고도처리 생물반응조로 전환하여 본 고안을 적용할 경우 간단하게 고도처리시설로의 업그레이드가 가능하여 투자비용을 최소화하며 기존 시설 활용율 극대화 및 유기물·질소제거효율 향상을 추구할 수 있다.

Claims (9)

  1. 처리원액의 혐기성 발효가 일어나는 혐기조(2), 미생물과 유기물에 의한 전탈질화가 일어나는 제 1 탈질조(3), 미생물을 부착·고정시키기 위한 미생물접촉재 및 탈리용 산기관을 구비하고 질산화가 일어나는 폭기·질산화조(4), 미생물과 유기물에 의한 후탈질화가 일어나는 제 2 탈질조(5), 후탈질화된 처리원액을 다시 폭기하는 재폭기조(6) 및, 고액분리가 일어나는 침전조(7)를 포함하고, 상기 폭기·질산화조(4) 및 상기 침전조(7)에 반송장치가 구비되어 있는 고도처리장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 혐기조(2), 상기 제 1 탈질조(3), 상기 제 2 탈질조(5) 및 상기 재폭기조(6) 중 1 또는 2 이상의 조가 미생물접촉재를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 고도처리장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 폭기·질산화조(4)는 산소 공급용 산기관을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 고도처리장치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 재폭기조(6)는 산소 공급용 산기관 및/또는 미생물접촉재에 부착된 미생물을 탈리시키기 위한 탈리용 산기관을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 고도처리장치.
  5. 제 1항에 있어서, 제 2 탈질조 (5)는 외부탄소원 공급을 위한 공급장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 고도처리장치.
  6. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 미생물 접촉재는 각각의 조의 부피(㎥)를 기준으로 30 내지 300m(길이)로 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 고도처리장치.
  7. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 미생물 접촉재는 굵기가 100 내지 1,500데니아(denier)인 나이론, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, PVC 및 PVDC로 이루어진 군으로부터 선택된 1 또는 2 이상의 합성섬유를 단독 또는 혼합하여 사용한 실로 구성된 중심사와, 상기 중심사 주위에 미생물을 고농도로 보유하기 위하여 선택된 1 또는 2 이상의 이형단면사를 단독 또는 혼합하여 사용하여 공극률 90% 이상 유지하도록 고리 모양을 형성한 로프사로 이루어진 접촉재를 사용한 것을 특징으로 하는 고도처리장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 혐기조(2), 상기 제 1탈질조(3), 상기 폭기·질산화조(4), 상기 제 2 탈질조(5), 및 상기 재폭기조(6)의 MLSS는 1,000 내지 10,000 ㎎/ℓ인 것을 특징으로 하는 고도처리장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 혐기조의 수리학적 체류시간(HRT)이 2 내지 20시간이고, 상기 제 1 탈질조(3)의 수리학적 체류시간(HRT)이 0.5 내지 2시간이며, 상기 폭기·질산화조(4)의 수리학적 체류시간(HRT)이 3 내지 30시간이고, 상기 제 2 탈질조(5)의 수리학적 체류시간(HRT)이 1 내지 4시간인 것을 특징으로 하는 고도처리장치.
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