KR20060010673A - 고효율 생물반응기 개발 및 이를 이용한 각종 폐수처리공정 개발 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축산폐수를 비롯한 각종 유기성폐자원을 생물학적인 방법으로 처리하기 위한 초고효율 생물반응기(UHP-Bioreactor)의 개발과 이를 이용한 처리공정 개발에 관한 것으로 오염된 수자원을 짧은 시간 내에 미생물에 의한 처리효율을 극대화 시키기 위한 것이다.

이를 달성하기 위한 초고효율 생물반응기는 용존산소양을 극대화 시킬 수 있도록 하여 미생물의 성장조건을 최적화 시키고, 질소제거율을 극대로 하였으며, 충분한 공극을 유지한 체 미생물을 고정화시켜 오염된 수자원 처리를 가장 빠른 시간 내에 달성할 수 있도록 하였다.

본 기술의 특성은 반응조 내에 용존산소의 양을 극대화 시키고 제한된 공간 속에서 반응할 수 있는 물질의 표면적을 수 천배로 넓혀 줌으로서 폐수내에 함유되어 있는 오염불질(COD, BOD, 질소 및 인 등)를 가장 효율적으로 제거할 수 있도록 하였다.

생물반응기, 질소제거, BOD 제거, COD 제거

Description

고효율 생물반응기 개발 및 이를 이용한 각종 폐수처리 공정 개발{Development of Ulta-High Performance Bioreactor and Waste Water Treatment by its Bioreactor}

도 1 : 초고효율 생물반응기의 단면도

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

① 1차 처리수 유입

② 분사노즐장치

③ 가스(이산화탄소 및 질소 등)배출구

④ 충진물질(구형)

⑤ 공기주입구(Blowing)

⑥ 최종 처리수 배출구

도 2 : 처리공정

일반적으로 폐수를 처리하는데 있어서 미생물에 의한 유기성 오염물질제거는 반드시 거쳐야하는 공정으로서 다양한 방법이 개발되어 왔다.

특히 호기성 공법은 처리할 폐수에 다량의 공기를 불어넣어 용존산소의 함량을 높임으로서 미생물이 산소를 효율적으로 이용하여 성장할 수 있도록 하여 오염 물질을 제거하는 방법이다.

그러나, 수조에서의 폭기에 의한 산소공급 방식이 다소 변형개발 되어 그효율성을 높혔다고 할지라도, 가장 보편적으로 사용하는 기본적인 처리기술이지만서 많은 면적과, 전기에너지 등이 요구됨으로서, 경제적으로 많은 난제를 안고 있는 실정이다.

특히 이러한 방식은 일정한 밀폐공간에서 일어남으로서 처리에 많은 시간이 소요됨으로서 처리효율을 높이는 데에는 근본적으로 많은 한계가 있다.

더욱이 오염부하도가 매우 높은 축산폐수의 경우에는 이러한 처리방식이 적용되기가 상당히 어렵고, 처리된다고 할지라고 많은 시간이 소요됨으로서 실효성이 없는 것으로 인식되고 있다.

최근에 연구되고 있는 혐기방식은 일부 이에 대한 많은 논란이 있음에도 불구하고 유기성 페자원을 혐기미생물에 의하여 발효시켜 질소를 효과적으로 제거하고 메탄가스(methane gas)을 생산하여 에너지(electricity)를 생산하는 등 자원의 순환적인 이용에 많은 관심이 되고 있다.

이러한 방식은 혐기성미생물의 특성을 이용한 것으로 수거된 유기성 페자원(음식물 쓰레기 및 하수슬러지 등)의 소화효율을 높이고, 질소를 제거하는데 효과적인 기술로 평가되고 있으나 처리시간이 길고 유지 및 초기자본투자가 많이 드는 등 많은 문제점을 안고 있으나 문제점을 개선하기 위하여 계속적인 연구를 실행하고 있다.

이러한 많은 연구와 기술개발이 이루어지고 있음에도 불구하고 고오염부하도 를 지니고 있는 완전한 수처리 기술의 개발은 매우 어려운 실정이다.

본 발명의 기술은 고농도 오염부하도를 지니고 있는 축산폐수(양돈폐수)의 초기오염 농도를 현저히 저하시키는 공정을 개발한 이후 이를 바탕으로 초고효율 생물반응기를 접목시켜 처리함으로서 가장 경제적이고 높을 효율성으로 수질내 오염물질을 제거하는 기술이다.

본 발명은 고도의 숙련적인 기술을 요구하지 않고 수처리를 위하여 소요되는 면적을 극소화 하면서, 고농도의 오염물질을 효과적으로 제거하여 축산폐수를 방류수준에 이르게 하는 단일 공정의 기술이다.

특히 본 기술은 활성오니조, 폭기조, 침전조 및 저류조 등 일반적으로 수처리에 요구되는 시설을 필요하지 않는다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 고농도 오염원의 축산 폐수를 BOD 2,000 mg/l의 수준으로 처리하고 고효율 생물반응기에 투입하는 과정으로서 생물반응기내에 존재하는 고정화된 호기성 미생물에 의하여 BOD, 질소 및 인을 제거하는 공정이다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 생물반응기 내에는 고밀도의 기공과 수분 보습효과를 지니고 있는 물질을 다양한 형태로 소형화 시켜 충진함으로서 표면적을 극대화시켰고, 기공내에 각종 미생물이 고착화 되어(Immobilization) 흘러가는 각종 영양성분을 분해 또는 이용할 수 있도록 하였다.

더욱이 공기공급이 원활할 수 있도록, 입자와 입자사이에 충분한 공간을 제 공하여 산소 공급이 매우 원할 할 수 있도록 하였으며, 이를 통하여 수처리 저장조에서 공급하는 공기의 양보다 수천배 극대화 할 수 있도록 하였다.

＜처리 개념＞

본 고효율 생물반응기는 최초유입되는 고농도 오염폐수의 1차 오염저감기술개발에 따른 최종 오염폐수를 처리하여 방류하는 단계에 적용하는 기술로, 기존의 활성오니조, 폭기조, 고도처리조 및 침전조 등의 많은 장치를 제거하고 단일공정으로 처리하는 것이다.

또한 본 고효율 생물반응기는 처리해야할 폐수의 오염ㅈ농도에 따라 직렬 또는 병렬로 연결하여 완벽한 처리를 할 수 있도록 간편하게 만들어 졌으며, 차지하는 면적도 1개 고효율 생물반응기당 2평 내외로 매우 협소한 면적에 설치할 수 있다.

＜충진물질 설명＞

고효율 생물반응기에 충진되는 물질의 오염물질 제거 능력은 ㎥ 당 8∼10 kg의 BOD를 제거할 수 있음으로서 처리효율이 매우 높고 효과적이며, 충진물질을 구형의 형태로 유지함으로서 표면적을 극대화하고 산소 접촉면적을 극대화 한 특징이 있다.

또한 충진물질은 비중이 1보다 가벼운 물질을 사용함으로서, 추후 교체가 매우 용이하도록 하였고, 플라스틱이나 합성수지(스티로폼)을 사용함으로서 큰 경제성을 유지하도록 하였다.

＜처리공정 설명＞

본 처리방식은 기존의 개념이 완전히 바뀌는 것으로 오염된 폐수의 탈수공정을 거치게 되면, 활성오니조, 침전조, 폭기조 등의 시설설치 없이 고효율 생물반응기에서 최종처리하여 방류할 수 있는 특징이 있으며, 기존 시설을 이용할 경우에도 전혀 시설의 변화 없이 효율을 극대화 시킬 수 있는 특징을 지니고 있다.

고효율 생물반응기내의 미생물 고정화 효과는 기존 활성오니조나, 생물반응기에 비하여 고정화 효과가 대단히 뛰어나며, 습기를 머물고 있기 때문에 항시 생존가능하고, 처리해야할 폐수를 계속 순환 또는 직렬, 병렬연결로 반응기를 연결하여 처리할 수 있으므로 처리폐수의 오염도에 따라 효과적으로 대응할 수 있다.

더욱이 고효율 생물반응기에 충진되는 물질은 표면적이 대단히 넓다.

특히 표에서 보는바와 같이 1 세제곱 미터당 산소가 접촉할 수 있는 면적은 총 표면적이 6 제곱미터가 된다고 할지라도 실제 접촉하는 면적은 1에 해당되지만 본 시스템은 기존의 반응기 보다 약 500배에서 1,500배가 넘는 표면적을 갖고 있으며, 표면을 거칠게 할 경우, 그 표면적은 수만배 까지 증가할 수 있다

또한 공기 주입방식은 반응기 내에 처리해야할 폐수를 다량저장한 후 공기를 공급하는 것이 아니라, 충진물질 사이로 흘려보내는 방식을 취하기 때문에 항상 100% 공기와 접촉할 수 있는 면적을 갖고 있어서 그 처리효율이 대단히 높다.

본 고효율 생물반응기의 전력사용량은 기존 폭기조의 30분의 1정도로 경제성 면에서 매우 탁월하며, 공기투입량도 매우 효과적으로 조정할 수 있다

더욱이 타워형태로 설치함으로서 공간면적이 매우 적으며, 직렬 또는 병렬로 설치할수 있음으로서 오염물질의 부하도에 따라 탄력적으로 운영할 수 있다.

축산폐수의 경우 일일 100톤을 처리할 경우 3,000평 정도의 면적이 최소한 소요되나 본기술에 의하면 약 60평정도면 설치할 수 있음으로서 50분의 1에 해당하는 면적절감효과가 있다.

Claims (5)

1. 축산분뇨는 물론 오염된 폐수처리를 위하여 BOD 농도기준 1,000 ∼ 4,000 mg/l의 내외의 함량을 지닌 폐수를 폭기조, 활성오니조 및 침전조 등을 거치지 않고 직접 고효율생물반응기(UHP-Bioreactor)에서 오염물질을 처리하는 방법
2. 고효율생물반응기의 충진물질로 재질의 비중이 1.0 이하이고 직경이 1∼10 mm인 플라스틱, 스티로폼, 기타 합성수지, 기타 석유화학물질 및 상기 조합물질 등을 구형의 형태로 완전충진하여 사용하는 방법
3. 상기 청구 1, 2항에 의하여 오폐수를 처리하면서 침전조, 활성오니조 및 폭기조 없이 처리해야할 오폐수를 고효율생물반응기(UHP-Bioreactor)내에 투입, 체류하지 않는 방식으로 연속 및 단일공정으로 처리하는 방법
4. 상기 청구항 1, 2 및 3항의 방법에 따라 양돈분뇨, 음식물쓰레기 침출수, 염색폐수, 하수 및 산업용 오폐수 등의 처리
5. 상기 청구항 1, 2 및 3항의 방법에 따라 고효율생물반응기를 직렬 또는 병렬로 설치하여 COD, BOD, 질소 및 인을 제거하기 위한 목적으로 사용하는 방법

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