KR200368392Y1 - 무산소조/혐기조/침전농축 기능의 단일복합 반응 장치조 - Google Patents

무산소조/혐기조/침전농축 기능의 단일복합 반응 장치조 Download PDF

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Abstract

본 고안은 단일 반응조 내에 여러 기능의 장치들 및 반응조를 복합적으로 구성하여 생활하수 및 오 ·폐수 등의 탈질공정과 탈인공정을 유도하고 생물학적 방법으로 처리하는 무산소조/혐기조/침전농축 기능의 단일복합 반응장치조와 이를 이용한 생물학적 질소, 인 처리공정에 관한 것으로써, 단일복합 반응장치조가 고농도의 MLSS농도를 유지하기 때문에 급격한 유기물 부하에도 강하며, 단일복합 반응장치조내에 무산소조와 혐기조로 분할하여 원수를 유입시켜 원수의 유입 탄소원으로 탈질과 탈인 반응을 유도하기 때문에 별도의 에너지원이 필요 없으며, 질소 및 인 처리과정이 안정적으로 이루어져 처리효율이 높으며, 기존의 형태를 탈피하여 부지면적을 줄이고, 운전 및 유지관리를 쉽게 할 수 있는 특성이 있는 것으로 환경산업 발전에 유용한 고안이다.

Description

무산소조/혐기조/침전농축 기능의 단일복합 반응 장치조{omitted}
본 고안은 단일 반응조 내에 여러 기능의 장치들 및 반응조를 복합적으로 구성하여 생활하수 및 오 ·폐수등을 생물학적 방법으로 처리하는 무산소조/혐기조/침전농축 기능의 단일복합 반응장치조와 이를 이용한 생물학적 질소, 인 처리공정에 관한 것으로써, 단일복합 반응장치조내에서 질소, 인등의 영양염류처리 및 유기물의 처리를 돕기 위한 기능성 장치들과 반응조 구성의 역할 및 이를 이용한 생물학적 질소, 인 처리 기술에 관한 내용이다.
현재 가동 중인 국내의 처리공법은 표준 활성슬러지 공정이나 그 변법들이 주종을 이루고 있으며, 이는 하천 및 호소수의 부영양화를 초래하는 질소, 인 염양염류 및 유기물의 처리가 환경규제강화에 따른 방류수질기준을 충족시키지 못하고 이는 실정이다.
더구나, 질소 및 인과 같은 영양염류는 생물의 성장에 필수적 영양요소이지만 처리가 미흡하여 수중에 다량 함유된 경우에는 조류등의 급격한 번식으로 인한 부영양화 현상이 발생하여 악취 및 하천의 자정작용에 악영향을 끼쳐 수질오염이가중되고, 심하게는 생태계의 파괴 등을 초래한다.
기존의 표준 활성슬러지 공법은 침사지-1차침전지-포기조-최종침전지의 배열로서 유기물과 부유물질을 제거하고 1차 침전조와 최종침전조의 잉여슬러지는 농축, 소화, 탈수과정을 거쳐 처리하고, 최종침전조의 슬러지 일부를 반송하여 포기조 미생물 농도를 유지하는 방법이었다. 그러나, 생물학적 질소 및 인을 동시에 처리하기 위해서 보통 혐기조 및 무산소조를 추가하는데, 이 점들을 해결하기 위해 최근에 질소와 인을 처리하기 위한 장치 및 방법들이 소개되고 있다. 이들 중 일반적으로 알려진 종래의 기술들로는, 생물학적 처리방법으로 질소와 인을 제거하기 위해 개발된 A2O, UCT, MUCT, VIP, Bardenpho법 등이 있다.
A2O공법의 경우 혐기조, 무산소조, 및 포기조의 배열을 갖고 혐기조에서 인 방출을, 무산소조에서는 탈질화, 포기조에서 질산화 및 인 섭취 등이 일어나게 된다. 좀 더 자세히 생물학적 질소처리 과정은 호기성 상태에서 오 ·폐수 및 하수 중에 존재하는 유기질소나 암모니아성 질소(NH4 +-N)를 질산성 질소(NO3-N)로 전환시키는 질산화 반응과 질산화 반응에 의해 생성된 질산성 질소를 무산소조 상태에서 미생물에 의해 질소가스로 전환시키는 탈질반응으로 나누어 질소가 제거되는데, 미생물이 무산소 조건에서 호흡하기 위해 산소대신 질산(NO3 -)과 아질산(NO2 -)등을 이용하여 N2가스로 환원시켜 질소를 제거한다.
생물학적 인 처리 과정은 호기조건에서 유기산의 인산염(Poly-P)의 형태로미생물에 의해서 섭취되어 세포내에 축척되고 혐기조건에서 체외로 인산염의 방출이 진행되게 되는데 이러한 과정으로 인의 방출 및 인을 과잉 섭취한 잉여슬러지의 배출로 인을 제거하는 공정이다.
그러나, 내부반송 슬러지내의 질산성 질소가 유입 유기물의 외부 탄소원을 모두 섭취하여 탈질에 사용함으로 인하여 혐기조에서 인 방출 저해작용을 받게 되어 인의 방출이 떨어지며, 유입수의 부하변동 및 온도에 민감하게 반응하여 인의 처리효율이 떨어지는 단점이 있다.
이러한 단점을 보완하여 개발된 UCT공정은 반송슬러지를 무산소조로 이송하여 질산성 질소를 제거한 후 혐기조로 보내어 인 방출 방해기작을 억제시켜 탈질과 탈인의 효과를 높인 것이며, MUCT 및 VIP공정은 내부 반송으로 슬러지를 무산소조로 이송하여 질산성 질소를 제거한 후, 무산소조에서 혐기조로 반송하여 보다 완벽한 혐기성 조건을 제공하면서 인 제거효율을 높인 것이나 내부 반송펌프의 추가 등 시설비가 많이 들며 유지관리상 운전의 복잡성과 관리비 상승의 단점이 있다.
바덴포(Bardenpho)공정은 타공법에 비해 높은 질소 및 인 제거 효율이 있으나 체류시간이 10~24시간으로 장시간 유지해야 하므로 저농도의 하수가 유입되면 체류시간이 길어 탈질을 위한 유기물의 부족으로 전체 처리효율이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 이들 처리공법들은 다수의 혐기조, 무산소조, 포기조등을 별도로 분리하여 설치하기 때문에 비교적 고비용의 시공비와 많은 부지면적이 소요되며 많은 시설장비등 설치비에 비해 유입수질의 부하에 대한 처리능력이 결여되고, 탈질을위한 메탄올 등의 약품 사용으로 인하여 약품비등 별도의 유지비용이 드는 문제점이 있다.
이상 설명한 바와 같이, 종래의 질소 및 인을 제거하기 위한 장치 및 처리공정은 질소 ·인 처리의 고효율면에서 다양한 기술들이 제시되고 있지만, 전반적으로 부지면적, 설치 및 시공을 위한 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.
본 고안의 상기 종래의 문제점을 고려하여 안출한 것으로 시공소요부지 면적을 최소화하면서 설치비용을 절감시키고, 공정의 단순화로 유지관리 측면에서도 보다 쉽고 관리비용도 절감할 수 있어 설치 및 시공비용과 유지관리 비용을 절감할 수 있는 생활하수 및 오 ·폐수의 질소 및 인 처리장치조 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 고안의 또 다른 목적은 무산소조와 혐기조를 하나의 조안에 설치하여 각조에 부착된 장치로 인해 그 각각의 기능을 동시에 수행토록 하여 질소와 인의 제거를 원활하게 하여 처리효율을 증대시킬 수 있는 단일복합 반응장치조 및 그 처리방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 고안에 의한 하수 및 오 ·폐수내의 질소 ·인 처리공정의 바람직한 제1실시예에 따른 처리공정도이다.
도 2는 본 고안에 의한 하수 및 오 ·폐수내의 질소 ·인 처리공정의 바람직한 제2실시예에 따른 처리공정도이다.
도 3는 본 고안에 의한 하수 및 오 ·폐수내의 질소 ·인 처리공정의 바람직한 제3실시예에 따른 처리공정도이다.
도 4는 본 고안에 의한 무산소조/혐기조/침전농축 기능의 단일복합 반응장치의 단면도이다.
도 5는 본 고안에 의한 무산소조/혐기조/침전농축 기능의 단일복합 반응장치의 평면도이다.
[도면 부호의 설명]
10 : 유량조정조
20 : 단일복합 반응장치조, 21 : 감속기, 22 : 버킷 무산소조, 23 : 혐기조, 24 : 나선형 콘회전 분배기,
25 : 혐기조 유입 배관, 26 : 웨어(weir), 27 : 탈질반응영역, 28 : 탈인반응영역 29 : 스크레파
30 : 폭기조, 31 : 접촉 메디아, 32 : 내부반송, 35 : 침지형 분리막
40 : 최종침전조, 41 : 감속기, 42 : 슬러지 반송
50 : 방류수조
본 고안의 실시예를 도 4를 참조하여 설명하면 하기와 같다.
우선 도 4를 참조하여 본 고안의 바람직한 구성 및 작용을 설명하면 단일복합 반응장치조(20)내에; 유기물과 반송 슬러지가 유입 이송되어 질산성 질소가 유기물에 의해 탈질반응이 진행되는 버킷 형태의 무산소조(22)와; 상기 무산소조가하부로 개방되어 중심축에 부착된 나선형 콘 회전분배기(23)에; 의해서 분배되어 혐기조로 유입되며, 혐기성 상태에서 무산소조내 혐기조 유입배관(24)을; 통하여 외부탄소원이 유입되고 반송슬러지(42); 및 탈질된 슬러지가 탈인 미생물에 의해 인 방출이 진행되는 혐기조(23)와; 단일복합 반응장치조에서 유출 시 유출 부분에 정체구간(데드 스페이스)을 없애 수류의 이동을 원활하게 하는 웨어(26)와; 나선형 콘 회전체(23) 하부에 스크레파로(29) 슬러지를 모아 농축구간을 형성하여 잉여슬러지의 제거를 할 수 있게 구성되며, 상기의 무산소조 회전을 도울 감속기(21)가; 설치되어 버킷 무산소조와 나선형 콘 회전 혐기조의 단일복합 반응장치조 및 기능을 도움으로써 단일복합 반응장치조(20)의 구성을 달성하였다.
이러한 구성으로 바람직하게는 상기 무산소조로 유입되는 유입원수와 폭기조에서 질산화된 반송슬러지가 반응하여 무산소 조건에서 탈질미생물에 의해 질산성 질소를 탈질시키는 탈질반응영역(27)에서, 무산소조 하부를 통해 혐기조로 분배되면서 외부 유입 탄소원과 반응하여 혐기성조건에서 탈인 미생물에 의해 유기산 인산염을 탈인시키는 탈인반응영역(28)을; 거쳐 생활하수 및 오 ·폐수에 잔존하는 유기물 제거와 질산화 및 인의 과잉섭취가 이루어지는 폭기공정을 통하여 유기물과 질소 및 인을 처리하고 침전공정을 통해 양질의 처리수질을 얻는 공정으로 구성되는 무산소조/혐기조/침전농축 기능의 단일복합 반응장치조와 이를 이용한 생물학적 질소, 인 처리공정을 제공한다.
본 고안에 의한 무산소조/혐기조/침전농축 기능의 단일복합 반응장치조는 무산소공정에는 유입원수와 내부반송수가 반응하고, 혐기공정은 유입원수, 침전반송슬러지와 탈질된 슬러지가 유입되어 반응하기 때문에 무산소공정과 혐기공정이 각기 다른 반응영역에서 일어나며, 질산성 질소로 인하여 혐기공정에서의 인방출의 저해현상을 최소화하는데 그 특징이 있다.
상기와 같은 본 고안에 있어서 실시예를 도 1을 참조하여 바람직하게 설명하면 다음과 같다.
본 고안의 도 1을 참조하여 설명하면 바람직하게는 무산소조/혐기조/침전농축 기능을 갖는 단일복합 반응장치조, 폭기조 및 침전조의 배열을 통하여 생활하수 및 오 ·폐수 중의 유기물, 질소, 인등을 무산소, 혐기, 호기성조건으로 순환시켜 탈질 및 탈인 반응을 유도한 것이다. 기존에 무산소조와 혐기조를 나누어 따로 처리공정을 두었던 방식을 탈피하여 상기 두 개의 조를 하나의 단일 반응조에 유기적인 복합으로 압축하여 상기 두 공정의 부지면적을 줄였으며, 각기 설치했던 교반기 등의 설비를 없애고 감속기를 설치하여 단일복합 반응장치조내 미생물의 증식과 난분해성 고분자 물질을 제거할 수 있도록 긴 SRT와 슬러지를 고농도로 유지하고, 자산화를 유도하여 슬러지 발생량을 줄였다. 이에, 단일복합 반응장치조내에 슬러지를 고농도로 유지하여 유입부하의 변동에 관계없이 처리가 가능하며, 상시 안정적이면서 고효율의 질소 및 인 제거를 유도할 수 있다.
본 고안의 경우, 바람직하게는 단일복합 반응장치조의 미생물 농도를 5,000 ~15,000mg/L이상으로 높게, 체류시간을 무산소조는 2~3시간, 혐기조는 1~2시간으로 유지하기 때문에 처리효율의 안정화를 이루었으며, 하부에 침전/농축 기능을 갖는 스크레파를 통하여 잉여슬러지의 축적과 인발을 동시에 수행할 수 있도록 제공한다. 또한, 바람직하게는 탈인된 미생물을 폭기조(30)로 이송하는 과정에서 단일복합 반응장치조 유출부분에 구석진 정체구간(데드 스페이스)을 막아 월류수의 이송을 원활하게 하여 정체로 인한 원치않는 혐기화를 방지하는 웨어(26)를 설치하여 처리수질의 효율을 높이는데 도움을 주었다.
그리고, 바람직하게는 폭기조(30)로 이송된 미생물은 폭기공정을 거치면서 잔존 유기물의 제거와 폭기조(30)내 산소를 통해 질산화과정을 수행하고 혐기조(23)에서 인을 방출시킨 뒤 비어있는 체내에 인 성분을 과잉섭취하여 폭기조(30)내의 BOD 와 질소 및 인을 낮게 하여 최종침전조(40)에서 침전공정을 거쳐 양질의 처리수와 침전슬러지를 분리한다. 이후 침전슬러지는 다시 단일복합 반응장치조(20)로 반송하여 잉여슬러지로 침전/농축 후 술러지 인발을 통하여 잉여술러지 제거를 한다.
이하, 본 고안의 실시예를 첨부도면을 통하여 바람직하게 설명하면 다음과 같다.
제 1 실시예
본 고안에 실시예 1에 의한 바람직한 생활하수 및 오 ·폐수의 질소 및 인 처리장치 및 그 방법을 설명하면, 도 1에서 보는바와 같이 유량조정을 통하여 조정된 유입수를 상기 단일복합 반응장치조(20)내의 무산소조(22)와 혐기조(23)로 분할하여 이송시켜 폭기조(30)로부터 내부반송(32)된 슬러지와 반응하여 무산소조(22)에서 탈질반응을 유도하고 혐기조(23)로 탈질된 슬러지와 침전조(40) 반송슬러지(42) 및 유입원수를 통해 혐기조(23)에서 탈인반응을 시키며, 후단에 설치되는 폭기조(30)로 이송하여 폭기공정을 통해서 잔존 유기물을 제거하고 질산화를 촉진시키며, 인성분의 과잉섭취를 유도한다. 이후, 침전조(40)를 설치하여 처리수와 침전 슬러지를 고액분리시켜 처리수는 소독 후 방류시키고 침전슬러지는 단일복합 반응장치조(20)로 반송하여 잉여슬러지와 함께 폐기된다.
상기 폭기조(30)내의 체류시간은 5~7시간으로 하여 활성미생물이 잔존 유기물의 제거와 질산화 및 인성분의 과인섭취를 충분히 할 수 있도록 하고 폭기조(30)내 미생물의 농도는 2,000~4,000mg/L이상으로 유지하여 안정화를 기했으며, 침전시간은 2~3시간정도로 하여 고액분리의 시간을 충분히 주어 양질의 처리수를 얻게 한다.
제 2 실시예
본 고안에 다른 실시예에 의한 바람직한 생활하수 및 오 ·폐수의 질소 및 인 처리장치 및 그 방법을 설명하면, 도 2에서 보는바와 실시예 1에서의 처리과정을 그대로 살리면서 폭기조(30)내에 접촉메디아(31)를 설치하여 메디아내에 미생물 박을 형성시켜 잔존 유기물의 제거와 질산화율을 촉진시키고 인 성분의 과잉섭취를 유도하므로써 처리효율을 향상시키고, 슬러지의 자산화를 통해 잉여슬러지량을 감소시켜 유지관리상 유용하게 한다.
상기 접촉메디아 폭기조의 체류시간은 5~8시간으로 하여 접촉메디아내 활성미생물 막이 잔존 유기물의 제거와 질산화 및 인성분의 과인섭취를 충분히 할 수 있도록 하고 폭기조(30)내 미생물의 농도는 2,000~4,000mg/L이상으로 유지하여 안정화를 기했으며, 침전시간은 2~3시간정도로 하여 고액분리의 시간을 충분히 주어양질의 처리수를 얻게 한다.
이에 실시예 1에서의 처리공정에 폭기조(30)를 접촉메디아 폭기조로 변환하여 도 2에서 보는바와 같은 처리공정으로 설치할 수 있다.
제 3 실시예
본 고안에 또 다른 실시예에 의한 바람직한 생활하수 및 오 ·폐수의 질소 및 인 처리장치 및 그 방법을 설명하면, 도 3에서 보는바와 폭기조(30)내에 침지형 분리막(35)을 설치하고 최종침전조를 제거하여 설치할 수 있다. 이는 폭기조내에서 분리막으로 인해 고액분리되므로써 최종침전조가 불필요하며, 폭기조내 미생물의 유출을 방지하여 미생물의 농도를 고농도로 유지하여 낮은 F/M비로도 운전을 할 수 있어 슬러지 발생량을 최소화 할 수 있다.
또한, 증식이 낮고 침전성이 불량한 미생물이 존재하여도 처리수질에는 별문제가 없으며, 고농도로 미생물군을 유지하기 때문에 동절기에도 안정적인 질소 및 인의 제거가 가능하다. 이에 실시예 1에서의 처리공정에 폭기조(30)를 침지형 분리막 폭기조로 변환하고 최종침전조를 제거하여 도 3에서 보는바와 같은 처리공정으로 설치할 수 있다.
상기 침지형 분리막 폭기조내의 체류시간은 6~8시간으로 하여 활성미생물이 잔존 유기물의 제거와 질산화 및 인성분의 과인섭취를 충분히 할 수 있도록 하고 폭기조(30)내 미생물의 농도는 3,000~5,000mg/L이상으로 유지하여 안정화를 기했으며, 펌프흡입에 의한 고액분리로서 중수도 이상 양질의 처리수를 얻게 한다.
이와 같은 구성은 침지형 분리막 폭기조내에 쌓이는 미생물을 내부반송을 통하여 단일복합 반응장치조(20)로 이송시켜 잉여슬러지를 제거하여 종래 분리막을 사용하는 처리공정에서 잉여슬러지의 처리가 미흡했던 부분을 보완하므로써 보다 안정적인 처리공정으로 구성을 가지도록 할 수 있다.
이상 설명한 것과 같이, 본 고안의 무산소조/혐기조/침전농축 기능의 단일복합 반응장치조와 이를 이용한 생물학적 질소, 인 처리공정은 기존 두 개 이상의 조를 하나의 조로 단일화하여 부지를 절감하고, 그로 인한 시공비 절감, 처리장 운전용이 및 유지관리비용을 절감시킬 수 있다.
한편, 상기 단일복합 반응장치조(20)내의 무산소조에서 유기물 제거 및 탈질반응을 유도하고, 혐기조에서 나선형 콘 회전체를 통하여 슬러지를 골고루 분배하며, 탈인 반응 및 잉여슬러지의 인발을 유도하여 인을 제거하고, 수류 이동을 원활히 하는 웨어를 설치하여 반응장치조내 정체 현상으로 인한 처리효율의 저해 요소를 최소화 하고, 하부 스크레파(29)를 설치하여 잉여슬러지를 모아 침전/농축 후 인발을 통해서 폐기를 할 수 있는 구조로 이루어진 반응장치조와 후단에 폭기조(30)와 침전조(40)를 두어 포기조(30)에서 폭기공정을 통해 잔류 유기물 제거와 질산화 및 인성분의 과잉섭취를 유도하여 최종침전조(40)에서 고액분리를 하므로써 유기물 처리 및 질소 ·인 제거효과를 증대 시킬 수 있는 생물학적 질소, 인 처리장치 및 그 방법으로 제공된다.

Claims (4)

  1. 본 고안의 무산소조/혐기조/침전농축 기능의 단일복합 반응장치조는;
    유입원수와 폭기조에서 질산화된 반송수를 반송하여 서로 혼합 ·반응시켜 탈질미생물에 의해 질소가스를 발생시키는 탈질반응을 유도하는 무산소조로서 상부와 하부가 개방된 원통형 형태로 중심에 위치하고, 안쪽에 상부에서 혐기조로 유입원수를 이송시키는 배관이 설치된 버킷형 무산소조;
    상기 무산소조 하부에 인 과잉흡착 미생물을 혐기조로 골고루 분배시키며 슬러지의 순환을 돕는 나선형 콘 회전 분배기;
    상기 무산소조내 설치된 배관을 타고 이송되는 유입원수를 먹이로 미생물의 탈인반응이 진행되는 혐기조;
    상기 탈인된 미생물이 혐기조에서 질산화와 인의 재흡착을 위해 폭기조로 이동하면서 유출 부분에 정체구간(dead space)을 없애 수류의 이동을 원활하게 하는 장치로서 구성하는 웨어(weir);
    상기 나선형 콘 회전 분배기 하부에 농축구간을 형성하여 잉여슬러지의 제거를 할 수 있게 하는 잉여슬러지 침전, 농축구간을 중심에 설치하여 잉여슬러지의 인발을 용이하게 할 수 있는 특징을 갖는 질소 및 인 처리장치.
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