KR200412168Y1 - 충전메디아를 이용한 오폐수처리장치 - Google Patents

충전메디아를 이용한 오폐수처리장치 Download PDF

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Abstract

본 고안의 오폐수처리장치(100)는 유입된 하수 또는 폐수 등의 원수를 분사하는 적어도 하나 이상의 분사수단(10a,10b)과 미생물이 증식된 적어도 하나 이상의 충전메디아들(20a,20b)로 구성되어 미생물에 의해 분사수단에 의해 분사된 원수의 유기물을 분해시키는 생물반응 충전탑(30)과, 미생물에 산소를 공급하는 산소공급수단(70)과, 충전메디아(20a,20b)를 통과한 원수를 집수하여 슬러지를 침전시키는 집수 및 침전조(40)와, 집수 및 침전조(40)에 침전된 슬러지를 수집하는 슬러지 수집수단(50) 및 집수 및 침전조(40)에 저장된 원수를 분사수단(10a,10b)으로 이송시키는 이송펌프(41)로 구성된다.
원수를 침전된 슬러지와 함께 계속적으로 순환시켜 미생물과 반응되게 함으로써 미생물에 의한 유기물을 분해한 후 슬러지의 일령을 길게하여 내생호흡에 의한 질산화(NH3→NO3)를 유도하여 질산화된 질산성질소(NO3)는 충전탑 하부에 마련된 집수 및 침전조에서 산소가 최대한 억제된 상태에서 체류시킴으로써 탈질을 유도하여 원수에 포함된 유기물과 질소성분을 동시에 제거할 뿐아니라 슬러지 일령을 길게하여 슬러지 발생량을 최소화하고 산소공급수단(50)에서의 산소공급원을 주변의 악취발생원에서 포집하여 공급하면 공기와 악취가 동시에 공급되어 공기에 포함된 산소는 미생물의 호흡에 필요한 산소로 이용하고 악취는 미생물 또는 물과 반응하여 악취를 혹기적으로 감소시킬 수 있다.
오폐수, 충전메디아, 미생물, 슬러지, 질산화, 질산성질소, 탈질

Description

충전메디아를 이용한 오폐수처리장치{sewage and waste water treatment system using the packed media}
도 1은 본 고안의 충전메디아를 이용한 오폐수처리장치를 보인 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 오폐수처리장치 10a,10b : 분사수단
20a,20b : 충전메디아 30 : 생물반응충전탑
40 : 집수 및 침전조 41 : 공급펌프
43 : 월류웨어 50 : 슬러지수집기
60 : 가스배출구 70 : 산소공급부
71 : 공기 및 악취포집부 73 : 이송팬
80 : 침지형막
본 고안은 충전메디아를 이용한 오폐수처리장치에 관한 것으로, 특히 각종 오수 및 하수, 축산농가 등에서 유출되는 폐수, 음식물 탈리 폐액 등 유기물과 질소성분이 많은 폐수를 처리하기 위한 충전메디아를 이용한 오폐수처리장치에 관한 것이다.
이제까지 오수, 하수, 폐수처리 공법에서 어떠한 공법이든지 생물학적처리에 있어서는 호기성미생물조, 혐기성미생물조, 공기공급장치 등이 필수적인 요소로 구비되었다.
다만, 유지관리의 용이성과 시설설치비, 유지관리비, 슬러지처리비등 경제적인 측면과 효율을 극대화 시킬 수 있는 장치들이 요구되어 왔다.
이러한 점을 감안하여 호기성 부착성장 생물학적 처리공정을 이용한 시스템이 제시된 바 있는데, 이 시스템은 대개 여러 가지 변환공법으로 폐수처리의 유기물 제거에 활용되어 왔다.
부착성장 생물학적 처리공정에는 트리킹 필터(Tricking filter), 러핑 필터(Roughing filter), 로테이팅 바이오로지컬 접촉기(Rotating biological contactor), 그리고 혼합필름질화(Fixed film nitrification) 공정 등을 들 수 있다. 이러한 공정들은 질산화(암모니아의 질산염 변환)에 사용되기도 한다.
그러나 이러한 부착성장 생물학적 처리공정은 악취문제나 이상탈리 발생으로 인하여 설치 장소가 제한되어 있고 효율적인 측면에서 만족할 만한 결과를 얻기가 어려웠다.
본 고안의 목적은 부착성장 생물학적 처리공정을 이용하여 구조가 간단하고, 적은 동력으로 유기물과 탈질, 악취 및 슬러지를 처리할 수 있는 충전메디아를 이용한 오폐수처리장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 충전메디아를 이용한 오폐수처리장치는 유입된 하수 또는 폐수 등의 원수를 슬러지와 함께 분사하는 적어도 하나 이상의 분사수단; 미생물이 증식된 적어도 하나 이상의 충전메디아들로 구성되어 상기 미생물에 의해 상기 분사수단에 의해 분사된 원수와 슬러지를 혼합반응하여 유기물을 분해시키는 생물반응 충전탑; 상기 미생물에 산소를 공급하는 산소공급수단; 상기 충전메디아를 통과한 원수를 집수하여 슬러지를 침전시키는 집수 및 침전조; 상기 집수 및 침전조에 침전된 슬러지를 수집하는 슬러지 수집수단; 및 상기 집수 및 침전조에 저장된 원수와 침전된 슬러지를 상기 분사수단으로 이송시키는 이송펌프를 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 산소공급수단은 산소를 포함하여 대기오염원인 분진 또는 악취를 포집하는 포집수단; 및 상기 포집수단으로 부터 포집된 산소, 분진 및 악취를 상기 미생물에 공급해주기 위한 이송팬을 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 집수 및 침전조에 월류웨어를 설치하여 상등수를 월류시키거나 상기 집수 및 침전조에는 상등수를 고액분리시키기 위해 침지형막이 설치된 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 본 고안의 충전메디아를 이용한 오폐수처리장치는 살수여상법에 강제 통풍장치를 실시하고 하단에는 집수 및 침전조를 부착하여 침전된 슬러지를 원수 유입장치에 투입하여 원수와 함께 생물반응 충전탑에 재투입시킴으로써 슬러지의 일령을 길게하여 내생호흡에 의한 질산화를 유도하고 질산화된 질산성질소는 집수 및 침전조에서 산소공급을 최대한 억제함으로써 탈질시켜 처리한다.
이때 슬러지 일령을 최대한 길게하여 슬러지 발생량을 최소화하고 산소공급원으로써 악취발생원에서 공기와 함께 포집된 악취를 공급하면 산소공급은 물론 악취분해도 동시에 할 수 있게 되어 효율적이면서 가장 경제적인 장치를 제공할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 충전메디아를 이용한 오폐수처리장치를 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 본 고안의 충전메디아를 이용한 오폐수처리장치를 보인 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 고안의 충전메디아를 이용한 오폐수처리장치(100)는 유입된 하수 또는 폐수 등의 원수와 슬러지를 분사하는 적어도 하나 이상의 분사수단(10a,10b)과, 미생물이 증식된 적어도 하나 이상의 충전메디아들(20a,20b)로 구성되어 미생물에 의해 분사수단에 의해 분사된 원수의 유기물을 분해시키는 생물반응 충전탑(30)과, 미생물에 산소를 공급하는 산소공급수단(70)과, 충전메디아(20a,20b)를 통과한 원수를 집수하여 슬러지를 침전시키는 집수 및 침전조(40)와, 집수 및 침전조(40)에 침전된 슬러지를 수집하는 슬러지 수집수단(50) 및 집수 및 침전조(40)에 저장된 원수와 침전된 슬러지를 분사수단(10a,10b)으로 이송시키는 이송펌프(41)로 구성된다.
산소공급수단(70)은 산소를 포함하여 대기오염원인 분진 또는 악취를 포집하는 포집부(71) 및 포집부(71)로부터 포집된 산소, 분진 및 악취를 미생물이 부착된 충전메디아(20a,20b)에 공급해주기 위한 이송팬(73)으로 구성된다.
집수 및 침전조(40)에 월류웨어를 설치하여 상등수를 월류시키거나 침지형막(80)을 이용하여 고액분리시킨다.
상기 구성에 따른 본 고안인 충전메디아를 이용한 오폐수처리장치의 동작은 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 고안의 충전메디아를 이용한 오폐수처리장치는 하부에 집수 및 침전조(40)를 설치하고 그 상부에는 생물반응 충전탑(30)을 설치하여 집수 및 침전조(40)와 일체형으로 하고 생물반응 충전탑(30)의 충전메디아(20a,20b)에 증식된 미생물에 산소를 공급해 주는 산소공급수단(70)을 설치한다.
생물반응 충전탑(30)에는 충전메디아(20a,20b)들이 적어도 하나 이상 구비되며, 이 충전메디아(20a,20b)들에는 유기탄소 분해에 탁월한 미생물이 존재하여 유기물이 제거되며 하부에서는 암모니아성질소(NH33-N) N을 아질산염(NITRITE)과 질산염(NITRATE) 형태로 산화시키는 독립 영양 질산화 미생물로 구성되어 있다.
이렇게 질산화된 질산염(NO3-N)은 집수 및 침전조(40)에서 산소공급이 최대한 차단됨으로 유입되는 유기물 일부를 탄소원으로하여 탈질을 유도한다.
또한 본 고안은 미생물의 활동에 적합한 습도를 유지해 주고, 원수에 포함된 유기물을 미생물에 의해 분해시키기 위해 충전메디아(20a,20b)들 상부 각각에 분사수단(10a,10b)이 설치되어 있다. 충전메디아(20a,20b)와 분사수단(10a,10b)이 다수개를 설치하는 이유는 미생물이 유기물을 분해하여 미생물 덩어리(이하, 슬러지라 칭함)의 크기가 비대할 경우 한 개의 분사수단(10a,10b)으로는 미생물 덩어리를 집 수 및 침전조(40)로 떨어뜨리지 못할 수도 있으므로, 분사수단을 다수개 설치하여 분사량을 더 크게 할 수도 있다.
충전메디아(20a,20b)를 통과한 원수는 미생물에 의해 분해가 이루어지며 하부에 설치된 집수 및 침전조(40)로 유입되고 집수 및 침전조(40)의 상부에는 물의 유동을 방지하기 위하여 평판을 설치하고 집수 및 침전조(40) 중앙부로만 유입될 수 있도록 유도통로를 설치한다.
또한 집수 및 침전조(40) 하부에는 슬러지 수집기(50)를 설치하여 슬러지를 일측으로 모아줄 수 있도록 하고 모아진 슬러지는 충전메디아(20a,20b) 상부에서 원수와 같이 분사 투입하여 장시간 반복함으로써 슬러지의 내생호흡에 의한 질산화를 유도하여 산화가스로 배출시키면 기존의 처리방법에 비하여 슬러지 발생량을 월등히 줄일 수 있다.
이때 생성물은 이산화탄소, 물, 암모니아가 되며 이로 인하여 산화될 수 있는 세포는 75-80% 정도이고 나머지 25-20% 불활성 성분과 생물학적으로 분해 불가능한 유기화합물로 구성되어 있다.
따라서 본 고안은 다른 처리장치에 비하여 별도의 슬러지 처리시설 없이 최대 50%이상 슬러지를 제거할 수 있고, 질산화 탈질이 가능하다.
나머지 불활성 성분과 생물학적 분해 불가능한 물질은 고액분리하여 퇴비 등으로 직접 사용하여도 무방하다.
상기의 질산화 탈질 반응인 질소 제거의 예는 다음과 같이 설명할 수 있다 .
유입하수중의 질소는 유기성질소(Org-N), 암모니아성 질소(NH3-N), 아질산성 질소(NO2-N) 및 질산성 질소(NO3-N)의 형태로 존재하며 주된 형태는 유기질소와 암모니아성 질소가 거의 대부분이다. 생물학적인 질소 제거 메케니즘은 기본적으로 세포합성을 위한 영양원으로 사용, 질산화 반응과 탈질 반응으로 나누어지며 탈질반응이 일어나기 위해서는 질산화반응이 선행되어야 한다.
질산화 반응은 호기성 상태에서 암모니아가 질산화균(독립영양미생물)에 의하여 아질산성질소를 거쳐 질산성질소로 산화된다. 질산화균은 유기물을 산화시켜 증식에 필요한 에너지를 얻는 종속영양미생물과 달리 암모니아와 같은 무기질소 화합물의 산화를 통해 증식에 필요한 에너지를 얻고 무기성 탄소(탄산가스)를 세포합성에 이용한다.
NH4 + + 3/2 O2 → NO2 - + 2H+ + H2O + Cells
NO2 - + 1/2 O2 → NO3 - + Cells
NH4 + + 2O2 → NO3 - + 2H+ + H2O
상기 반응식 1에서 보듯이 암모니아는 니트로소모나스(Nitrosomonas)에 의하여 먼저 아질산(NO2 -)으로 산화된 후 반응식 2에 나타나 있듯이 니트로박터 (Nitrobacter)에 의하여 질산(NO3 -)으로 산화된다. 위의 두 세균 중에서 전자의 증식속도가 후자보다 훨씬 늦으므로, 전체 질산화반응의 반응식 3의 속도를 제한하는 것은 니트로소모나스의 반응인 반응식 1이다.
암모니아성 질소와 아질산성질소의 산화에 의해 생성된 에너지는 주로 질산화 박테리아에 의해 새로운 세포(C5H7O2N) 합성을 위해 이용된다. 니트로소모나스와 니트로박터에 의한 세포합성 반응식은 다음과 같다.
NH4 + + HCO3 - + 4CO2 + H2O → C5H7O2N + 5O2
총괄적인 암모니아성 질소의 산화와 미생물의 합성반응식은 다음과 같다.
NH4 + + 1.98HCO3 - + 1.83O2 → 0.021C5H7O2N + 0.98NO3 - + 1.04H2O + 1.88H2CO3
탈질반응은 탈질반응 미생물이 유기물을 분해할 때 분자상의 산소대신 질산염의 결합산소를 최종전자수용체(Electron Acceptors)로 사용하면서 질산염이 질소가스로 변환되는 것을 의미하며 보통 다음과 같이 2단계로 발생한다
NO3 -⇒ NO2 - ⇒ NO ⇒ N2O ⇒ N2
탈질화 미생물은 일반적으로 임의성 종속 영양미생물(Facultative Heterotrophic Bacteria)로 분류되며, Pseudomonas, Micrococcus, Archromobacter, Bacillus 등이 있다. 미생물은 질산염을 질소가스로 환원하기 위해서 산화제(Electron Donor)를 필요로 하며 탈질을 위한 Electron donor로는 Acetic acid, Citric Acid, Aceton, Methanol 등을 들 수 있다.
탈질반응의 주요 영향인자는 유기물, 알카리도, pH, 용존산소, 온도 등이 있다.
상기 반응식과 같이 산화과정에서 생성되는 암모니아는 질산염으로 산화되고 결국은 질소가스로서 탈질되어 부영화의 주범인 질소를 제거할 수 있다.
상기와 같이 본 고안의 충전메디아를 이용한 오폐수처리장치는 집수 및 침전조(40)에 저장된 원수를 공급펌프(41)에 의해 생물반응충전탑(30)에 분사수단(10a,10b)인 분사노즐을 통해 충전메디아(20a,20b)에 골고루 분사시켜 충전메디아(20a,20b)에 부착된 미생물에 의해 오/폐수에 함유된 오염물질들을 생물학적으로 분해되어 처리된다.
분해되어 처리된 물은 생물반응충전탑(30) 아래 혹은 옆에 설치된 집수 및 침전조(40)로 떨어지게 되는데 처리된 물과 물속에 함유된 미생물 및 유기물 덩어리는 이 집수 및 침전조(40)에서 고체와 액체로 분리하게 된다.
고액 분리방법은 미생물 및 유기물 덩어리는 자중에 의해 집수 및 침전조(40) 하부에 가라앉게 되고 상등수는 월류웨어(43)를 통해 배출되거나 침지형막(80)을 통해 고액분리된다.
집수 및 침전조(40) 하부에 가라앉은 미생물 및 유기물 덩어리 즉, 슬러지는 슬러지 수집기(50)에 의해 한쪽으로 모이고, 모아진 슬러지는 공급펌프(41)에 의해 분사노즐(10a,10b)에 의해 계속해서 분사주입되고 이러한 과정을 거치면서 산화되어 결국 가스로 가스배출구(60)를 통해 최종 배출된다.
미생물 반응과정에서는 산소가 필요로 하게 되는데 이는 산소공급수단(70)에 의해 적당한 량의 산소를 미생물에 공급해준다.
산소공급수단(70)의 포집부(71)와 이송팬(73)에 의해 실내 또는 실외의 공기를 흡입함으로써 공기를 순환시키는데 일조를 할 수도 있으며, 포집부(71)는 공기뿐만 아니라 대기오염원인 분진이나 악취 등을 포집하여 분진은 분사수단(10a,10b)으로 분사된 원수와 접촉되면서 집수 및 침전조(40)로 떨어지고, 악취물질은 대부분 유기성 기체 물질이므로 물에 흡수되거나 미생물에 의해 분해되어 제거할 수 있게 되므로 폐수처리와 대기오염물질을 동시에 제거할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 고안은 원수를 슬러지와 함께 계속적으로 순환시켜 미생물과 반응되게 함으로써 슬러지의 일령을 길게하여 내생호흡에 의한 질산화를 유도하고 탈질시켜 유기물과 질소를 동시에 제거하며 슬러지 발생량을 최소화하는 원리로써 원수와 슬러지를 동시에 처리하여 수처리 능력이 뛰어나고 슬러지 발생량이 적은 미생물을 우점화하여 성장시킴으로써 고효율을 지향하고 생물반응시 발생되는 악취를 획기적으로 감소시킬 수 있다.

Claims (4)

  1. 유입된 하수 또는 폐수 등의 원수를 슬러지와 함께 분사하는 적어도 하나 이상의 분사수단;
    미생물이 증식된 적어도 하나 이상의 충전메디아들로 구성되어 상기 미생물에 의해 상기 분사수단에 의해 분사된 원수와 슬러지를 혼합반응하여 유기물을 분해시키는 생물반응 충전탑;
    상기 미생물에 산소를 공급하는 산소공급수단;
    상기 충전메디아를 통과한 원수를 집수하여 슬러지를 침전시키는 집수 및 침전조;
    상기 집수 및 침전조에 침전된 슬러지를 수집하는 슬러지 수집수단; 및
    상기 집수 및 침전조에 저장된 원수와 침전된 슬러지를 상기 분사수단으로 이송시키는 이송펌프를 구비한 것을 특징으로 하는 충전메디아를 이용한 오폐수처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 산소공급수단은
    산소를 포함하여 대기오염원인 분진 또는 악취를 포집하는 포집수단; 및
    상기 포집수단으로 부터 포집된 산소, 분진 및 악취를 상기 미생물에 공급해주기 위한 이송팬을 구비한 것을 특징으로 하는 충전메디아를 이용한 오폐수처리장 치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 집수 및 침전조에 월류웨어를 설치하여 상등수를 월류시키는 것을 특징으로 하는 충전메디아를 이용한 오폐수처리장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 집수 및 침전조에는 상등수를 고액분리 시키기 위해 침지형막이 설치된 것을 특징으로 하는 충전메디아를 이용한 오폐수처리장치.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100925537B1 (ko) * 2009-01-06 2009-11-05 (주)태림이엔티 정화조용 악취저감장치
KR101214273B1 (ko) * 2009-11-10 2012-12-20 이동준 오수처리시스템
KR101320065B1 (ko) 2011-07-01 2013-10-18 서울시립대학교 산학협력단 집중 선택형 악취포집수단을 구비한 회분식 생물학적 수처리 시스템
KR101320067B1 (ko) 2011-07-01 2013-10-18 서울시립대학교 산학협력단 집중 선택형 악취포집수단을 구비한 생물학적 수처리 시스템

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