KR200417777Y1

KR200417777Y1 - 생물학적 여재를 이용한 오폐수처리장치

Info

Publication number: KR200417777Y1
Application number: KR2020060007680U
Authority: KR
Inventors: 이경호
Original assignee: 이경호
Priority date: 2006-03-22
Filing date: 2006-03-22
Publication date: 2006-06-01

Abstract

본 고안은 생물학적 여재를 오폐수로부터 잠김과 노출을 반복하여 정화 처리함으로서 오폐수의 정화작용을 크게 증진시키기 위한 생물학적 여재(EM)를 이용한 오폐수처리장치를 제공함에 있다. 이러한 본 고안은 생물학적 여재들을 오폐수로 침지시켜 포기작용 및 미생물 활성작용을 수행하고 그 수행의 완료로 얻은 처리수(상등액)를 외부로 배출함으로서 여재들을 외부로 노출시키는 과정을 반복 수행하며 오폐수를 정화 처리하도록 한 것이다. 이로 인해 오폐수의 정화작용을 크게 증진시키게 한 것이다.

오폐수, 미생물, 생물학적 여재, 슬러지, 포기, 침전

Description

생물학적 여재를 이용한 오폐수처리장치{waste water treatment system using eco media(EM)}

도1은 본 고안에 따른 오폐수처리장치의 전체 시스템을 개략적으로 나타낸 도면,

도2a∼도2d는 본 고안에서 반응조의 오폐수 처리방법을 순차로 나타낸 도면들,

도3은 본 고안의 반응조에서 오폐수 내의 질소가 생물학적으로 제거되는 과정을 보인 도면,

도4 및 도5는 본 고안에서 반응조의 COD제거율 및 침강성을 각각 나타낸 그래프도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10:스크린조 20:전처리조

30:유량조정조 31:제1산기관

40:반응조 41:생물학적 여재

43:제2산기관 45:디켄터 펌프

50:소독 방류조 51:제3산기관

60:오니 농축조 61:제4산기관

80,90:제1및 제2블로어

본 고안은 오폐수처리장치에 관한 것으로, 특히 오폐수로부터 생물학적 여재를 잠김과 노출을 반복하고 폭기/비폭기 주기를 조절함으로써 단일 반응조에서 호기/무산소 환경을 유도하여 오폐수의 정화작용을 크게 증진시키기 위한 생물학적 여재를 이용한 오폐수처리장치에 관한 것이다.

일반적으로 수질오염 문제를 해결하기 위해서는 오폐수의 유기물 뿐만 아니라 각종 부영양화 등의 문제를 야기하는 영양염류의 제거가 매우 중요하다. 그러나 기존의 오폐수처리장치는 질소(N), 인(P) 등의 영양염류를 제거하기가 어렵다는 한계가 있어 각종 부영양화를 유발하는 등 많은 문제점이 있는 것이 사실이다.

따라서 본 고안의 목적은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 오폐수로부터 생물학적 여재를 잠김과 노출을 반복하고 폭기/비폭기 주기를 조절함으로써 단일 반응조에서 호기/무산소 환경을 유도하여 오폐수의 정화작용을 크게 증진시키기 위한 생물학적 여재를 이용한 오폐수처리장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은 외부로부터 유입되는 오폐수를 순차로 스크린 및 전처리하기 위한 스크린 및 전처리조; 상기 스크린 및 전처리조 로부터 유입한 오폐수의 교반이 일어나도록 산기관이 설치되는 유량조정조; 다수개의 생물학적 여재가 바닥으로부터 입설되는 형태를 이루어, 그 여재들을 상기 유량조정조로부터의 오폐수로 침지시켜 포기작용 및 미생물 활성작용을 수행하고 그 수행의 완료로 얻은 처리수(상등액)를 외부로 배출함으로서 상기 여재들을 외부로 노출시키는 과정을 반복 수행하며 상기 유량조정조로부터의 오폐수를 정화 처리하기 위한 반응조; 상기 반응조로부터 배출되는 처리수를 얻어 소독하여 방류하기 위한 소독 방류조; 및 상기 반응조로부터 오니(sludge)를 얻어 농축하기 위한 오니 농축조를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 생물학적 여재는 섬모상 또는 폴리에틸렌수지와 같은 수지, 세라믹 중 어느하나로 이루어진 다공성 또는 표면적이 넓은 어느하나의 형태를 갖는 매질에 미생물이 부착된 것임이 바람직하다.

상기 목적 및 장점 그리고 다른 특징은 첨부 도면을 참조한 아래의 설명으로 부터 명백할 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 고안에 따른 오폐수처리장치의 전체 시스템을 개략적으로 나타낸 도면, 도2a∼도2d는 본 고안에서 반응조의 오폐수 처리방법을 순차로 나타낸 도면들, 도3은 본 고안의 반응조에서 오폐수 내의 질소가 생물학적으로 제거되는 과정을 보인 도면, 도4 및 도5는 본 고안에서 반응조의 COD제거율 및 침강성을 각각 나타낸 그래프도이다.

도면에 나타낸 바와 같이, 본 고안에 따른 생물학적 여재를 이용한 오폐수처리장치는 순차로 연결되는 스크린조(10)와 전처리조(20)를 구비하고 있다. 상기 스크린조(10)와 전처리조(20)는 중력침전법 또는 부상분리법 등을 통하여 외부로부터 유입되는 오폐수 중 현탁물질이나 미세한 부유물을 순차로 제거하는데, 이때 유기물(BOD)의 일부도 제거된다.

상기 스크린조(10) 및 전처리조(20)를 거치면서 일차 처리된 오폐수는 유량조정조(30)로 이동하며, 상기 유량조정조(30)는 바닥에 제1산기관(31)을 설치하여 상기 전처리조(20)로부터 유입한 오폐수를 교반한다. 상기 유량조정조(30)는 유입한 오폐수를 일정시간 동안 체류시키면서 충분한 교반이 이루어지도록 한다. 도면부호(80)은 상기 제1산기관(31)에 공기를 공급하기 위한 제1블로어(blower)를 나타낸 것이다.

상기 유량조정조(30)의 오폐수는 반응조(40)로 이동하여 정화 처리된다. 상기 반응조(40)는 다수개의 생물학적 여재(MEDIA)(41)가 바닥으로부터 입설되는 형태를 이루어 그 여재들(41)이 상기 유량조정조(30)로부터의 오폐수로부터 침지되었을 때에 포기작용 및 미생물 활성작용을 수행하여 오폐수를 정화 처리한다. 상기 여재(41)는 매질에 미생물이 부착된 형태로, 상기 매질은 섬모상, 폴리에틸렌수지, 세라믹 등 다공성 또는 표면적(바람직하게 280㎡/1g)이 넓은 형태로 이루어져 미생물균군을 이루기에 아주 용이하고 부착성이 뛰어나 다양한 미생물군이 서식할 수 있는 조건을 갖게 한다.

도2a에 도시된 바와 같이, 상기 반응조(40)에는 상기 여재들(41)이 잠길 수 있을 정도의 오폐수를 상기 유량조정조(30)로부터 얻는다. 그러면 도2b에 도시된 바와 같이, 공기를 공급하기 위한 제2블로어(blower)(90)와 연결된 제2산기관(43)을 통하여 포기와 무산소 교반 상태를 되풀이하는 과정 동안 유기물질, 질소(N), 인(P), 악취 등의 제거가 일어난다. 예컨대, 무산소교반, 포기, 무산소 교반, 포기 과정을 반복 수행하는 동안 오폐수로부터 유기물질, 질소(N), 인(P), 악취 등의 제거가 일어난다.

상기 질소 제거는 화학적인 이온교환과 흡착, 생물학적인 생체합성과 질산화 탈질을 통해서 일어난다. 상기 여재들(41)에 의해 NH4⁺와 같은 이온성 물질의 이온교환과 흡착으로 일부의 질소가 제거되고, 대부분의 질소는 생물학적 탈질을 통해서 제거된다. 상기 여재(41)에서 오폐수 내의 질소가 생물학적으로 제거되는 과정은 도3에 표시한 바와 같다. 상기 여재(41)에서 새로운 세포 합성시 질산화 균이 아닌 종속영양균들도 질소성분의 세포 구성비 만큼 폐수중의 질소를 제거한다. 미생물종에 따라서, 그리고 기질종류, 반응기 운전조건, 환경조건에 의한 미생물 비성장속도 등 생리적 상태 변화에 따라 세포구성비가 달라진다. 오폐수로부터 질소제거의 대부분을 차지하는 질산화와 탈질은 호기성 조건에서 암모니아성 질소를 질산염으로 전환시키는 질산화와, 이때 발생한 질산염을 무산소 조건에서 질소가스로 전환시키는 탈질과정을 포함한다. 생물학적 질산화 반응은 암모니아성 질소에서 질산성 질소로 전환시키는 반응인데 Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrobacter, Nitrococcus의 미생물에 의해 2단계로 이루어지며, 그 미생물종들은 각 반응단계에 서 생산된 에너지를 세포성장과 유지에 사용하고 생합성에 필요한 탄소원으로 이산화탄소를 사용하는 화학독립영양 미생물들로 1g의 암모니아성 질소를 질산성 질소로 완전히 산화시키는데 7.14g/gN의 알카리도와 4.57g/gN의 산소를 소모한다. 이렇게 생성된 NO2^--N와 N03^--N 제거는 임의성 종속영양 미생물에 의해 질소가스로 환원시키는 이화작용으로 이루어지는데, 이것이 상기 여재(41)의 탈질반응의 주요기작이다. 질산화와는 달리 탈질반응에는 Archrobacter, Aerobacter, Alcaligens, Bacillus, Brevibaterium, Flavobaterium, Lactobacillus, Micrococcus, Proteus, Pseudomons, Spirillum 등의 미생물이 관여한다.

상기 인 제거는 화학적 응집침전과 생물학적 인제거를 포함한다. 상기 여재(41)의 생물학적 인 제거시 관계되는 미생물은 Bacillus megaterium, Aerobacter aerogene, Pseudomonas fiuorescene, Acinetobacter calcocalius, Proteus vulgaris, Flavobacterium aquatile, Glutamium등이며, 인의 생물학적 제거시 세포합성을 통해 유기물과 함께 제거된다. 기본 공정으로 호기-협기 조합 연속회분식 활성슬러지법을 채택하고 있으므로, 상기 여재(41)는 호기 주기 중 비교적 적은 폭기량으로도 높은 용존산소(DO)를 유지하여 미생물에 인의 과잉섭취를 유도하고, 혐기상태에서 유입수 간헐주입으로 충분한 유기산을 제공하여 인처리 효율을 증진시킨다. 인은 미생물의 생화학 반응인 Embden-Meyerhof Pathway와 Kerb cycle을 통해서 Volutin이라고 불리우는 과립단괴화(Granullar Ciuster)로 미생물 체내에 농축된다.

또한 상기 악취 제거는 이온교환, 흡착 및 생물학적 분해를 포함한다. 암모니아에 기인한 악취는 질소 제거에서와 마찬가지로 상기 여재(41)에 부착된 미생물군의 흡착으로 그 일부가 제거되고, 다공성의 매질에 의해 거의 모든 종류의 악취물질이 신속히 흡수된다. 이처럼 흡수된 악취원인물질은 상기 여재(41) 내 고농도로 존재하는 미생물에 의해서 생물학적 변화과정을 통해 무취, 무해한 최종산물로 전환된다. 취기성분이 용존되어 다공성 매질 내로 흡착되고 이렇게 흡착된 취기성분이 미생물의 증식 및 에너지원으로 이용되는 생물 산화 분해단계를 거친다. 이 산화 분해반응은 취기의 종류에 따라 그 분해속도가 달라지므로 각각 다른 부하 한계를 갖는다. 상기 여재(41)에서 오폐수처리장의 악취의 주요원인인 황화수소(H2S) 유래 악취제거에 관여하는 황산화 세균은 Thiobacillus, Thiosphaera, Thiomicrospira, Thermothrix, Beggiatoa, Suifolobus등이다. 이 미생물들 중에서 다양한 황화합물을 기질로 사용하고 넓은 pH, 온도범위에서 생장하여 가장 널리 사용되는 박테리아(Bacteria)는 Thiobacillus 종으로 그램 음성균이며, 주 편모를 가진 간균으로 주로 토양, 온천수 등에서 발견되어지며, Thiobacillus sp.가 황화수소 산화과정에서 생성된 에너지원을 이용하여 성장하며 산화, 환원 과정을 거치면서 악취를 분해한다.

이처럼 오폐수로부터 유기물질, 질소(N), 인(P), 악취 등의 제거가 일어나는 동안 상기 여재(41)에 미생물이 부착과 탈리가 일어나 크기가 크고 침전성이 좋은 슬러지가 형성된다. 이후 도2c에 도시된 바와 같이, 포기 및 교반장치의 작동이 멈추고 물의 흐름이 완전히 정지된 상태에서 침전이 진행되므로 고액분리가 다른 공 법보다 월등히 뛰어나다. 이후 도2d에 도시된 바와 같이, 디켄터 펌프(45)를 사용하여 하부에 가라앉은 슬러지는 배출하지 않고 고액분리된 상등액만을 배출하면, 이전까지 수중에 잠겼던 상기 여재(41)가 수면 위로 노출되는데, 이때 상기 여재(41)가 공기와 직접 접촉하여 건조되면서 슬러지가 고형화되고 결정화되어 침전성이 높아짐과 아울러 미생물의 대사를 증진시켜 유기물의 분해를 촉진시킨다.

도2a∼도2d의 과정이 반복 수행되면, 밀물과 썰물의 반복 작용으로 바닷가 갯벌의 정화작용이 증가되는 것처럼 상기 여재(41)도 수면에 잠김과 노출이 반복됨으로서 미생물군이 외기에 직접 노출되어 응집력이 증가되는 한편, 다양한 미생물군이 형성되어 오폐수의 유기물의 제거능이 크게 증가됨과 아울러 응집력이 증가된 미생물군이 상기 여재(41)로부터 탈리되면 그 침전성이 증가되기 때문에 부유물이 부상되는 일은 없게 된다.

도4는 상기 반응조(40)의 COD 제거율을 나타낸 그래프도로서, 기존의 오폐수처리장치의 COD제거율은 0.02∼0.06g COD/g MLSS·d인 반면에 상기 반응조(40)의 COD제거율은 0.05∼0.09g COD/g MLSS·d로 증가됨을 알 수 있다. 또한 도5는 상기 반응조(40)의 침전율을 나타낸 그래프도로서, 기존의 오폐수처리장치는 운전시 침강성(SVI)이 85정도이나 상기 반응조(40)의 침강성은 60으로 슬러지 체적(volume)이 감소함을 알 수 있다.

한편, 상기 반응조(40)로부터 배출되는 처리수는 소독 방류조(50)로 이동하여 소독된 후 방류되고, 상기 반응조(40)로부터의 오니(sludge)는 오니 농축조(60)에서 농축된 후 반출된다. 상기 소독 방류조(50)와 오니 농축조(60)에는 상기 제1 블로어(80)와 연결되는 제3 및 제4산기관(51,61)이 각각 설치됨이 바람직하다.

상술한 바와 같이 본 고안에 의하면, 오폐수로부터 생물학적 여재를 잠김과 노출을 반복하고 폭기/비폭기 주기를 조절함으로써 단일 반응조에서 호기/무산소 환경을 유도하여 오폐수의 정화작용을 크게 증진시키게 한 효과가 있다.

Claims

외부로부터 유입되는 오폐수를 순차로 스크린 및 전처리하기 위한 스크린 및 전처리조;

상기 스크린 및 전처리조로부터 유입한 오폐수의 교반이 일어나도록 산기관이 설치되는 유량조정조;

다수개의 생물학적 여재가 바닥으로부터 입설되는 형태를 이루어, 그 여재들을 상기 유량조정조로부터의 오폐수로 침지시켜 포기작용 및 미생물 활성작용을 수행하고 그 수행의 완료로 얻은 처리수(상등액)를 외부로 배출함으로서 상기 여재들을 외부로 노출시키는 과정을 반복 수행하며 상기 유량조정조로부터의 오폐수를 정화 처리하기 위한 반응조;

상기 반응조로부터 배출되는 처리수를 얻어 소독하여 방류하기 위한 소독 방류조; 및

상기 반응조로부터 오니(sludge)를 얻어 농축하기 위한 오니 농축조를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 여재를 이용한 오폐수처리장치.
제1항에 있어서, 상기 생물학적 여재는 섬모상 또는 폴리에틸렌수지와 같은 수지, 세라믹 중 어느하나로 이루어진 다공성 또는 표면적이 넓은 어느하나의 형태를 갖는 매질에 미생물이 부착된 것임을 특징으로 하는 생물학적 여재를 이용한 오폐수처리장치.