KR20060039318A - 유동상의 미생물 담체를 이용한 폐수처리장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유동상의 미생물 담체를 이용하여 오수, 폐수, 하수 등(이하 "오·폐수"라 한다)의 처리를 효율적으로 하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 현재 오·폐수 처리를 위하여는 물리적·화학적 방법과 선택적으로 결합한 생물학적 방법이 보편적으로 사용되고 있는데, 본 발명은 생물학적 처리방법 중에서 유동상의 미생물 담체를 이용하여 오·폐수를 처리하는 것에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 오·폐수 유입부와 유출부를 가지는 반응조 하단에 반응조의 바닥면과 이격을 두고 설치되는 산기장치와 반응조의 바닥면과 상기의 산기장치의 사이에 설치되는 교반장치와 미생물 담체와 미생물 담체가 충진되며, 각각의 부피를 합한 전체 부피가 반응조 대비 10~30 vol% 인 보호틀과 오·폐수 유출부에 형성되는 스크린으로 구성된다.

유동상, 미생물 담체, 반응조, 산기장치

Description

유동상의 미생물 담체를 이용한 폐수처리장치 및 방법{Device and Method for Treating Wastewater Using Fludized Microorganism Carrier}

도 1a, 도 1b, 도 1c는 기존의 산기장치를 나타낸 사시도이다.

도 2는 본 발명인 유동상의 미생물 담체를 이용한 폐수처리장치의 사시도이다.

도 3a는 본 발명을 구성하는 산기장치의 분해상태를 나타내는 사시도이고, 도 3b는 산기장치를 구성하는 다수개의 디스크 중 하나에 대한 사시도이며, 도 3c는 산기장치를 구성하는 볼트에 대한 투영도이고, 도 3d는 산기장치를 구성하는 역류방지부를 나타내는 사시도이며, 도 3e는 산기장치의 조립된 형태를 위에서 투시하여 공기노즐의 배치를 나타낸 투영도이다.

도 4a는 본 발명을 구성하는 산기장치의 다른 실시예를 나타내는 분리사시도이며, 도 4b 및 도 4c는 본 실시예에 의한 공기유입관을 나타내는 단면도이다.

도 5는 본 발명을 구성하는 미생물 담체 보호틀의 사시도이다.

*도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명＊

1 : 유동상의 미생물 담체를 이용한 폐수처리장치 100 : 산기장치

110 : 디스크 111 : 볼트체결부 112 : 공기실

113 : 공기노즐 120 : 볼트 121 : 통기관

130 : 너트 140 : 역류방지부 141 : 공기구멍

142 : 볼 150 : 공기유입관 200 : 교반장치

300 : 보호틀 400 : 스크린 500 : 오·폐수 유입부

600 : 오·폐수 유출부 700 : 기포

본 발명은 유동상의 미생물 담체를 이용하여 오수, 폐수, 하수 등(이하 "오·폐수"라 한다)의 처리를 효율적으로 하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 현재 오·폐수 처리를 위하여는 물리적·화학적 방법과 선택적으로 결합한 생물학적 방법이 보편적으로 사용되고 있는데, 본 발명은 생물학적 처리방법 중에서 유동상의 미생물 담체를 이용하여 오·폐수를 처리하는 것에 관한 것이다.

오늘날 지속되는 산업화와 도시화로 환경오염은 점점 심화되고 있고, 배출되는 오수, 폐수, 하수의 형상 역시 매우 다양해지고 있으며, 이의 처리를 위한 시설 역시 고도화되고, 처리비용도 증가되고 있는 실정이다. 현재 오·폐수 내의 유기물의 분해를 위해서는 물리적·화학적 방법과 선택적으로 결합한 생물학적 방법이 주로 사용되고 있으며, 현재의 생물학적 처리방법은 크게 호기성 처리방법과 혐기성 처리방법의 두가지로 분류할 수 있다. 혐기성 처리방법은 산소공급이 필요없고, 에너지로서 가연성 메탄가스를 얻는 장점이 있지만 반응기간이 길고 냄새가 발생하는 등의 단점을 지니고 있다. 호기성 처리방법은 산소공급을 위한 에너지 소요 등의 단점을 지니고 있으나, 짧은 반응시간, 완전한 유기물질 제거 등의 장점으로 인하여 현재의 오·폐수 처리 공정의 대부분을 차지하고 있다.

물리적·화학적 방법과 선택적으로 결합한 생물학적 방법 중 미생물 담체를 이용하는 방법은 미생물 담체의 충진 방식에 따라 크게 고정층과 유동층으로 나눌 수 있다. 고정층은 미생물 담체가 반응조내에 고정되게끔 충진되며, 처리하고자 하는 오·폐수의 성상 및 종류에 따라 미생물 담체를 유입구에 바로 충진할 수도 있고, 유입구와 거리를 두고 설치할 수도 있는 등 구체적인 충진 방식은 다양하다. 고정층은 반응 초기의 효율적인 접촉이라는 측면에서는 유동층에 비하여 우수하나, 유기물 부하에 따라 미생물이 과도하게 성장하여 막힘 현상이 일어나게 되고, 또한 슬러지의 침적에 의하여 압력이 증가하게 되어 유체의 흐름이 원할하지 않게 되며, 설치비가 비싸고, 유지보수의 면에서도 비효율적이다. 반면, 유동층은 상술한 고정층의 단점을 극복할 수 있고, 또한 미생물 담체를 추가 투입함으로써 처리용량에 탄력적으로 대응할 수 있는 장점을 지니고 있으나, 반응조내의 흐름 특성에 따라 미생물 담체가 반응조의 일부에 편중됨으로써 처리효율이 저하되는 문제가 있다. 그렇지만 고정층에 비하여 유동층이 가진 장점으로 인하여 오·폐수 처리 공정에서 유동층의 사용은 점점 증가하고 있다.

물리적·화학적 방법과 선택적으로 결합한 생물학적 방법 중 미생물 담체를 이용하는 현재의 공정에서 해결하여야 하는 과제는 크게 세가지로 요약할 수 있다. 첫째는 반응조내에 적절한 수준의 용존산소(DO, Desolved Oxygen)를 유지하는 것이며, 둘째는 반응조내에서 미생물 담체가 일부에 편중되는 것을 해결하는 것이며, 셋째는 담체로부터 미생물이 탈리하는 것을 방지하는 것이다.

먼저 첫번째에 대하여 살펴보면, 호기성 처리방법에서 호기성 미생물의 성장 및 활동을 위하여 산소의 공급은 필수적이며, 이를 위하여 이용되는 것이 산기장치이다. 반응조에서는 액상인 오·폐수에 기체가 분산상으로 존재하므로 기포의 크기, 체류량 및 기상과 액상의 접촉 및 그 흐름특성들이 반응조의 조작조건, 성능 및 효율 등에 중요한 영향을 미치게 된다. 반응조에서 기체-액체간의 접촉면적을 증가시키고, 기체-액체간의 물질전달계수를 증가시키기 위한 효율적인 방법은 기포체류량을 증가시키는 것인데, 이를 위해서는 기포의 크기를 줄이면서 균일하게 발생시키는 것이 필수적이다. 왜냐하면 반응조에서 기포는 서로 합체되어 커지면서 상승하게 되는데, 기포의 상승속도는 기포의 크기에 비례하여 증가하기 때문이다. 즉, 기포의 크기가 크고, 기포의 발생이 균일하지 않다면, 이로 인해 반응조에서 기포의 체류시간이 짧아지고 용존산소효율(SOTE, Standard Oxygen Transfer Efficiency)이 저감되게 된다. 지금까지의 산기장치의 문제점은 크게 다음의 세가지로 정리할 수 있다. 즉, 슬러지가 산기장치의 외부에 적층되어 기포발생을 방해하게 되는 것과 반응조내의 수압으로 인하여 오·폐수가 산기장치의 내부로 역류하여 기계장치의 수명저하를 초래할 수 있게 되는 점, 그리고 용존산소효율(SOTE, Standard Oxygen Transfer Efficiency)이 우수하지 않으므로 해서 즉, 기포의 크기가 크고, 발생이 균일하지 않으므로 해서, 반응조내에 적절한 수준의 용존산소(DO, Desolved Oxygen)를 유지하려면 산기장치의 수가 많아지고, 이의 작동을 위한 블로어 등의 기계장치의 용량이 커짐으로 해서 전력비가 많이 발생한다 는 점이다. 지금까지의 산기장치는 PE(Polyethylene), PVC(Polyvinyl Chloride), 고무(Rubber), 맴브레인(Membrane), 세라믹(Ceramic)등의 재질이 이용되어 왔고 그 형태는 크게 파이프 타입(Pipe Type), 볼 타입(Ball Type), 디스크 타입(Disk Type)으로 분류할 수 있다. 이하에서는 첨부된 도면을 참조로 기존의 산기장치에 대하여 간략히 살펴본다. 도 1a는 기존의 파이프 타입(Pipe Type)의 산기장치를 나타내는 도면이다. 도면에 나타난 바와 같이 파이프 타입(Pipe Type)의 산기장치는 일측(11)이 밀폐되고 타측(12)은 중앙배관(미도시)에 연결된 파이프(10)의 상층부에 다수개의 미세한 기공(15)이 형성된 형태로 구성된다. 이러한 파이프 타입(Pipe Type)의 산기장치는 블로어에서 공급된 공기가 중앙배관을 거쳐 파이프(10) 상부의 기공(15)을 통과하여 반응조 내로 공급된다. 파이프(10)의 재질을 고무로 한 경우에는 시간이 경과함에 따라 기공의 크기가 커지게 되어, 발생되는 기포의 크기가 커지게 되고, 기포의 합체가 빈번히 발생하며, 슬러지의 적층으로 인하여 기공이 막히게 되는 단점이 있다. 파이프(10)의 재질을 세라믹으로 하면 기포의 크기가 커지는 것은 어느 정도 방지할 수 있으나, 기포의 합체 및 기공이 막히게 되는 문제점은 여전히 존재한다. 도 1b는 기존의 볼 타입(Ball Type) 산기장치를 나타내는 도면이다. 도면에 나타난 바와 같이 볼 타입(Ball Type) 산기장치는 아래에 에어유입관이 연결된 일정형태의 용기(20) 내부에 볼(21)을 주입하고 용기의 상층부에 매쉬 형태의 덮개(22)를 씌운 형태로 구성된다. 이러한 볼 타입(Ball Type) 산기장치는 블로어에서 공급된 공기가 볼(21)을 오·폐수와 함께 용기내에서 굴림회류시키며 기포를 발생시키게 된다. 이러한 볼 타입(Ball Type) 산기장치는 기포의 발생부위가 상대적으로 적고, 편류가 발생함으로써 전달효율이 떨어지게 되며, 또한 기포의 크기 역시 다른 형태의 산기장치에 비해 상대적으로 크고, 슬러지의 적층에 따른 압력부하의 문제도 상존한다. 도면에 나타낸 것은 볼 타입(Ball Type) 산기장치의 기본적인 구성도이며, 여기에 여러가지 변형이 현재 가해지고 있으나, 상술한 문제점은 여전히 존재한다.

도1c는 기존의 디스크 타입(Disk Type) 산기장치를 나타내는 도면이다. 도면에 나타난 바와 같이 디스크 타입(Disk Type) 산기장치는 미세한 기공(31)이 형성된 원형디스크(30)가 프레임(32)에 고정되고, 원형디스크와 프레임 사이의 공기실(33)에 에어유입관(미도시)이 연결되는 형태로 구성된다. 이러한 디스크 타입(Disk Type) 산기장치는 디스크(30)의 재질을 멤브레인 또는 세라믹으로 함으로써 기공이 확대되어, 기포의 크기가 커지는 것은 어느 정도 방지할 수 있게 된다. 그러나 슬러지의 적층에 의하여 기공이 막히는 문제와 압력부하로 인하여 일정한 용존산소(DO)를 유지하기 위해서는 블로어의 용량이 커져야 하는 문제점이 있다. 도면에 나타낸 것은 디스크 타입(Disk Type) 산기장치의 기본적인 구성도이며, 여기에 여러가지 변형이 현재 가해지고 있으나, 상술한 문제점은 여전히 존재한다.

다음으로 두번째, 즉 반응조내에서 미생물 담체가 일부에 편중되는 문제에 관하여 살펴본다. 일반적으로 미생물 담체는 폴리프로필렌(Poly-Propylene), 폴레에틸렌(Poly-Ethylene), 폴리우레탄(Poly-Urethane) 및 이들의 유도체 등이 주로 사용된다. 미생물 담체는 처리하고자 하는 오·폐수와 비중면에서 유사한 것이 이 상적이다. 왜냐하면 비중이 높으면 반응조의 바닥에 주로 가라앉게 될 것이며, 비중이 낮으면 반응조의 상부, 즉 오·폐수의 표면에 주로 떠 있게 될 것이므로, 비중이 유사한 것이 효율적인 접촉의 측면에서 유리하고, 또한 실제의 공정에서도 처리하고자 하는 오·폐수와 비중이 유사하도록 담체를 제조하고 있다. 따라서 미생물 담체는 반응조내의 유체와 마찬가지로 흐름의 영향을 받을 수 밖에 없고, 반응조내에는 오·폐수가 유입되는 쪽에서 유출되는 쪽으로 큰 흐름이 형성 될 수 밖에 없게 된다. 따라서 별도의 조치를 취하지 않는 한 미생물 담체는 오·폐수가 유출되는 쪽에 편중될 수 밖에 없는 것이다. 이의 해결을 위하여 등록특허 제 232398호에서는 반응조 내의 유입구 쪽과 유출구 쪽을 연결하는 드래프트 튜브를 설치하고 드래프트 튜브의 유출구 측에 제트 에어레이터를 설치하여 해결하는 방식을 개시하고 있으나, 이는 장치의 복잡성으로 유지·관리의 편이성이 떨어지는 문제와 이를 이용하여 담체를 순환시킬 경우 담체들의 충돌에 의하여 미생물이 탈리되게 되는 문제점이 존재한다.

다음으로 세번째, 즉 담체로부터의 미생물의 탈리 문제에 관하여 살펴본다. 반응조내에는 오·폐수가 유입되는 쪽에서 유출되는 쪽으로 유체의 큰 흐름이 형성되고, 각종 와류 등이 존재한다. 또한 외부로부터의 공기 공급으로 그 흐름의 복잡성은 더하게 된다. 따라서 미생물 담체끼리의 직접적이고도 빈번한 충돌은 피할 수 없게 되며, 이로 인하여 담체로부터의 미생물의 탈리가 발생하게 된다.

본 발명의 목적은 미생물 담체를 이용하여 오·폐수를 처리함에 있어서, 반응조내에 적절한 수준의 용존산소(DO, Desolved Oxygen)가 유지 될 수 있도록 함에 있으며, 아울러 적절한 수준의 용존산소(DO, Desolved Oxygen)의 유지를 위하여 소요되는 전력비 등을 줄일 수 있도록 하는 데에 있다.

본 발명의 다른 목적은 반응조내에서 미생물 담체가 일부에 편중되는 문제를 해결함으로써, 반응조 전체에서 효율적인 오·폐수의 처리가 가능하도록 하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 미생물 담체끼리의 직접적이고도 빈번한 충돌을 방지함으로써 담체로부터의 미생물의 탈리를 방지하고자 하는 데에 있다.

본 발명의 상기 목적 및 기타의 목적들은 하기에 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 오·폐수 유입부와 유출부를 가지는 반응조 하단에 반응조의 바닥면과 이격을 두고 설치되는 산기장치와 반응조의 바닥면과 상기의 산기장치의 사이에 설치되는 교반장치와 미생물 담체와 미생물 담체가 충진되며, 각각의 부피를 합한 전체 부피가 반응조 대비 10~30 vol% 인 보호틀과 오·폐수 유출부에 형성되는 스크린으로 구성된다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설 명한다. 도면들 내에서 서로 동일 내지 유사한 부분들은 설명 및 이해의 편의상 동일 내지 유사한 참조부호들로 기재되어 있다.

도 2는 본 발명인 유동상의 미생물 담체를 이용한 폐수처리장치의 사시도이다. 도면에서 보여지듯이 본 발명은 각각의 역할에 따라 오·폐수 유입부(500)와 유출부(600)를 가지는 반응조 하단에 반응조의 바닥면과 이격을 두고 설치되는 산기장치(100); 반응조의 바닥면과 상기의 산기장치(100)의 사이에 설치되는 교반장치(200); 미생물 담체; 미생물 담체가 충진되며, 각각의 부피를 합한 전체 부피가 반응조 대비 10~30 vol% 인 보호틀(300); 오·폐수 유출부(600)에 형성되는 스크린(400)으로 구분된다.

상기의 산기장치(100)는 반응조의 바닥면으로부터 약 30㎝ 윗쪽에 설치되는 것이 바람직하나, 이는 전체 반응조의 크기 및 시스템의 구조에 따라 변경 가능하다. 산기의 산기장치(100)는 후술하듯이 공기노즐의 크기를 조절함으로써 발생되는 기포의 크기를 조절할 수 있다. 본 발명에서의 바람직한 실시예에서는 오·폐수 유입부(500)쪽에는 공기노즐의 크기가 작은 산기장치가 설치되고, 오·폐수 유출부(500)쪽에는 공기노즐의 크기가 큰 산기장치가 설치되며, 유입부(500)와 유출부(600)의 중간부위에는 공기노즐의 크기가 작은 산기장치와 공기노즐의 크기가 큰 산기장치가 같이 설치된다.

상기의 교반장치(200)는 상기의 산기장치(100)와 반응조의 바닥면 사이에 위치하며, 교반을 위한 동작에 지장이 없는 범위하에서 반응조의 바닥면에 보다 가깝 게 위치한다.

도 3a는 본 발명을 구성하는 산기장치(100)의 분해상태를 나타내는 사시도이고, 도 3b는 산기장치(100)를 구성하는 다수개의 디스크 중 하나에 대한 사시도이며, 도 3c는 산기장치(100)를 구성하는 볼트에 대한 투영도이고, 도 3d는 산기장치를 구성하는 역류방지부를 나타내는 사시도이며, 도 3e는 산기장치(100)의 조립된 형태를 위에서 투시하여 공기노즐의 배치를 나타낸 투영도이다.

도 3a에서 보여지듯이 상기의 산기장치(100)는 중앙에 형성된 볼트체결부(111)와 볼트체결부(111) 주위에 형성된 공기실(112)과, 공기실(112)과 인접하여 일정크기 및 일정간격으로 홈이 파여진 공기노즐(113)이 구비되며, 하부면이 상부면보다 크게 형성됨으로 해서 그 외면이 경사지게 형성된 디스크(110)들; 통기관(121)이 구비된 볼트(120); 볼트(120)와 결합하여 디스크(110)들을 조립하기 위한 너트(130); 아랫쪽은 공기유입관(150)과 연결되고, 윗쪽은 공기구멍(141)이 뚫려진 디스크가 결합되는 반구 형태의 용기 내부에 볼(142)이 구비되는 역류방지부(140)로 구성된다.

도 3b에서 보여지듯이 상기의 디스크(110)의 외형은 원뿔의 중간부위를 일정한 두께로 절단한 것과 같은 형상을 지니고 있으며, 그 중앙부위에는 볼트(120)에 의하여 조립이 가능하도록 볼트체결부(111)가 형성되어 있고, 디스크(110) 상부면의 원주부분에는 일정간격 및 일정크기의 홈이 파여져 공기노즐(113)을 형성하고 있다. 공기노즐(113)과 볼트체결부(111) 사이에는 공기실(112)이 형성된다. 도 3a에서 윗쪽 디스크의 하부 원주와 아래쪽 디스크의 상부원주의 크기는 동일하도록 형성된다. 따라서 조립시 공기노즐(113)은 산기장치 밖으로 노출되지 않음을 알 수 있으며, 공기노즐(113)의 크기 및 간격은 적용하고자 하는 시스템에 따라 다양하게 구성될 수 있다. 또한 적용하고자 하는 시스템에 따라 디스크(110)의 숫자도 증감시켜 산기장치를 다양한 크기로 구성할 수 있다.

도 3a 및 도 3c에서 보여지듯이 상기의 볼트(120)는 그 상부에 결합 및 분리의 편리를 위하여 형성된 취부(122)와 가장 윗쪽에 결합되는 디스크(110)의 공기노즐(113)에 밀착되는 덮개(123)가 구비되어 있고, 길이방향으로 통기관(121)이 파여져 있으며, 하부에는 너트(130)와의 결합을 위한 나사선이 파여져 있다. 도 3c에서는 볼트(120)에 형성된 통기관(121)이 4개인 경우를 예시하였으나 통기관(121) 숫자의 증감은 본 발명의 단순한 변형에 불과하다.

도3d에서 보여지듯이 상기의 역류방지부(140)는 반구형태의 용기 아랫부분에 공기유입관(150)이 연결되고, 반구형태의 용기 윗부분은 공기구멍(141)이 뚫려진 디스크가 결합되며, 그 내부에는 볼(142)이 구비된다.

도 3e에서 알 수 있듯이 각 디스크(110)의 공기노즐(113)은 등간격으로 배치되며, 공기노즐(113)의 크기 및 배치 간격은 적용하고자 하는 시스템의 사양에 따라 다양하게 구성될 수 있다

도 4a는 본 발명을 구성하는 산기장치(100)의 다른 실시예를 나타내는 분리사시도이며, 도 4b 및 도 4c는 본 실시예에 의한 공기유입관을 나타내는 단면도이다. 본 실시예의 주요 구성은 앞서 설명한 것과 유사하므로 이하에서는 본 실시예 에 의한 차이점만을 기술한다. 본 실시예에서는 앞서 서술한 실시예에서의 너트(130) 및 역류방지부(140)가 제외되는 대신에 공기유입관(150)이 너트 및 역류방지부의 역할을 수행한다. 즉, 공기유입관(150)의 내면에는 볼트(120)와의 결합을 위한 나사선이 형성됨과 아울러 역류방지부가 구비된다. 도 4b 및 도 4c는 본 실시예에 의한 공기유입관(150)을 나타내는 것으로써, 도 4b를 살펴보면 공기유입관(150)의 내부에 볼(151)과 실링부(152)가 구비됨을 알 수 있고, 도 4c를 살펴보면 공기유입관(150)의 내부에 무게추가 끝부분에 장착된 밀폐봉(154)이 힌지(153)에 연결되어 일측면에 형성되고, 타측면에는 밀폐봉(154)의 끝부분과 맞물리도록 실링부(155)가 구비되어 있음을 알 수 있다.

지금까지에서는 상기의 산기장치(100)의 조립된 형상을 원뿔형만으로 하여 설명하였으나, 하부면보다 상부면이 좁아지는 다양한 구조-예를 들면 삼각뿔, 사각뿔, 오각뿔 형태 등-로의 변경이 가능함은 당업자에게 자명한 일이다.

상기의 교반장치(200)는 동력전달부(미도시)와 일반적인 프로펠러 형태로 구성된다. 프로펠러의 갯수는 2개 내지 4개로 구성된다.

상기의 미생물 담체는 보편적으로 사용되는 폴리프로필렌(Poly-Propylene), 폴레에틸렌(Poly-Ethylene), 폴리우레탄(Poly-Urethane) 및 이들의 유도체, 제올라이트 등이 사용되며, 처리하고자 하는 오·폐수의 특성에 따라 분해를 보다 촉진할 수 있는 미생물에 적합한 담체를 선정하여 사용한다. 단, 본 발명에서 사용되는 담체는 비중이 처리하고자 하는 오·폐수와 유사한 것을 사용함이 바람직하다. 따라서 선정한 담체의 비중이 처리하고자 하는 오·폐수와 상이한 경우에는 비중조절수단을 삽입 또는 결속하여 오·폐수의 비중과 유사하도록 조절한다.

도 5는 본 발명을 구성하는 미생물 담체의 보호틀(300)의 사시도이다. 상기의 보호틀(300)은 비중이 0.9~1.1g/㎤인 폴리프로필렌(Poly-Propylene), 폴레에틸렌(Poly-Ethylene), 폴리우레탄(Poly-Urethane) 및 이들의 유도체 등이 사용되며, 지름이 10~20㎝ 정도이고, 속이 비어있는 구형상이며, 외부면은 타공되어 있다. 외부에 타공된 구멍은 사용되는 미생물 담체보다 작아서 미생물 담체가 보호틀 외부로 빠져나오지 않게끔 하여야 한다. 보호틀(300)의 내부에는 미생물 담체가 충진되며, 충진되는 미생물 담체는 보호틀(300) 대비 20~80 vol% 정도이며, 각각의 보호틀을 모두 합한 부피는 반응조 대비 10~30 vol% 정도임이 바람직하나, 이는 처리하고자 하는 오·폐수의 특성 등에 따라 조절 가능하다.

상기의 스크린(400)은 오·폐수 유출구(600)에 설치되며, 일반적인 메쉬(mesh) 형태이다. 상기의 스크린(400)은 상기의 보호틀(300)이 반응조 외부로 빠져나가는 것을 방지하려는 것이므로, 스크린(400)의 구멍이 보호틀(300)보다 작은 것이 사용된다.

이하에서는 본 발명의 동작 및 작용에 대하여 설명한다.

반응조 내부로 처리하고자 하는 오·폐수가 유입되면, 블로어(미도시)로부터 산기장치(100)의 공기유입관(150)으로 공기가 주입된다. 그러면 공기압에 의해 역류방지부(140)의 볼(142)이 상승하게 되어, 볼트(120)의 통기관(121)이나 공기구멍(141)을 통하여 공기는 상승하게 된다. 역류방지부(140)의 상판 디스크에 공기구멍(141)을 형성한 것은 볼(142)이 상승하여 통기관(121)을 밀폐시킴으로써 역류방지부(140)에서 그 상부로 공기가 상승하지 못하게 되는 현상을 미연에 방지하기 위한 것이다. 역류방지부(140) 윗쪽으로 상승된 공기는 볼트(120)의 통기관(121)을 따라 각 디스크(110)의 공기실(112)에 주입되고, 일정압력 이상이 되어야 공기노즐(113)을 통해서 반응조로 공급되므로, 일정압에 이르기 전까지 주입된 공기는 볼트(120)의 통기관(121)을 따라 계속하여 상승한다. 가장 윗쪽에 위치한 디스크(110)의 공기실(112)까지 공기가 가득차게 되면, 공기실(112)의 공기는 공기노즐(113)을 통하여 반응조로 공급된다. 상기의 산기장치(100)의 디스크(110)들에 형성된 공기노즐(113)이 일정간격으로 배치되어 있음으로 해서 공기가 균일하게 반응조로 분사되게 되고, 기포의 합체도 최소화 할 수 있게 된다.

반응조로 공기가 공급되면, 공기기포는 오·폐수를 따라 상승하면서 미생물 담체의 보호틀(300)에 부딪히게 된다. 보호틀(300)에 부딪힌 기포는 더욱 작게 부수어지면서 보호틀(300) 내부로 들어가 담체에 부착된 미생물에 공기를 공급하게 된다.

본 발명에서 오·폐수 유입구(500) 쪽에 공기노즐(113)의 크기가 작은 산기장치를 배치한 것은 공기의 체류시간을 증가시켜 오·폐수의 처리효율을 높이고자 한 것이며, 오·폐수 유출구(600) 쪽에 공기노즐(113)의 크기가 큰 산기장치를 배치한 것은 미생물에 공기를 공급함과 아울러 미생물 담체가 충진된 보호틀(300)이 유체의 흐름에 의하여 오·폐수 유출구(600) 쪽에 편중되는 현상을 방지하기 위한 것이다. 즉, 오·폐수 유출구(600) 쪽에 배치된 산기장치에서 공급되는 커다란 기포는 보호틀(300)에 충격을 주어 보호틀이 오·폐수 유입구(500) 쪽으로 이동할 수 있는 힘을 제공하게 된다. 이때 충격이 가해지는 것은 보호틀(300)이며, 발생한 커다란 기포는 보호틀(300)과의 충돌에 의하여 작게 부수어지면서 보호틀(300) 내부로 들어가 담체에 부착된 미생물에 공기를 공급하게 된다. 즉, 본 발명에 의하면 별도의 장치가 없이도 미생물 담체를 오·폐수 유입구(500) 쪽으로 이동시킴과 아울러 공기의 체류시간을 증가시킴으로써 오·폐수의 처리효율을 증가시킬수 있는 것이다.

또한 본 발명에 의하면, 담체들끼리의 직접적인 충돌을 최소화 할 수 있게 된다. 기존의 장치들에서는 담체들끼리의 직접적이고도 빈번한 충돌에 의하여 시간이 경과함에 따라 담체에 부착된 미생물이 탈리되는 현상이 발생하였다. 그러나 본 발명에서는 미생물 담체가 보호틀(300)에 의하여 구분되어 충진됨으로써, 같은 보호틀(300)에 충진되어 있는 담체들끼리의 충돌로 최소화 할 수 있게 되는 것이다. 또한 공기기포에 의한 충격도 보호틀(300)이 먼저 흡수한 후에 담체에 미치게 됨으로 탈리를 최소화 할 수 있게 된다.

오·폐수의 처리가 진행됨에 따라 반응조의 바닥면으로 슬러지가 침강하게 된다. 본 발명을 구성하는 산기장치(100)는 상술한 바와 같이 슬러지의 적층에 따 른 문제점을 해결한 것이며, 이에 더하여 교반장치(200)가 작동됨으로써 슬러지의 적층을 미연에 방지하게 되며, 혼합효과를 증대시킴으로써 오·폐수의 처리효율을 증가시킬수 있게 된다.

만일 기계장치의 고장 등으로 인하여 산기장치 내부로 공기가 주입되지 않을 때에는 역류방지부(140)의 볼(142)이 아래로 내려와 공기유입관(150)을 막게됨으로써 오·폐수의 역류를 방지할 수 있게 된다. 또 다른 실시예에 의하면 공기유입관(150) 내부의 볼(151)이나 밀폐봉(154)이 실링부(152, 154)와 밀착함으로써 오·폐수의 역류를 방지할 수 있게 된다. 또한 본 발명에서의 산기장치(100)는 기공이 그대로 노출되던 기존의 산기장치와는 달리 공기노즐(113)이 윗쪽 디스크에 의하여 숨겨짐으로써 슬러지의 적층에 의하여 기공이 막히거나 압력부하가 걸리던 문제를 최소화 할 수 있게 된다.

상술한 본 발명, 유동상의 미생물 담체를 이용한 폐수처리장치 및 방법에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 산기장치에 슬러지가 적층됨으로써 발생하던 기포발생의 방해나 기공이 막히는 현상의 해결 및 오·폐수의 역류를 해결할 수 있게 됨으로써, 반응조내에 적절한 수준의 용존산소(DO, Desolved Oxygen)가 안정적으로 유지 될 수 있게 되어 효율적인 오·폐수의 처리가 가능하게 된다.

둘째, 반응조내에서 미생물 담체가 일부에 편중되는 문제를 해결함으로써, 반응조 전체에서 효율적인 오·폐수의 처리가 가능하게 된다.

셋째, 미생물 담체끼리의 직접적이고도 빈번한 충돌을 방지함으로써 담체로부터의 미생물의 탈리를 최소화 할 수 있게 되어, 효율적인 오·폐수의 처리가 가능하게 된다.

Claims (5)

1. 오·폐수 유입부와 유출부를 가지는 반응조 하단에 반응조의 바닥면과 이격을 두고 설치되는 산기장치;

   반응조의 바닥면과 상기의 산기장치의 사이에 설치되는 교반장치;

   미생물 담체;

   미생물 담체가 충진되며, 각각의 부피를 합한 전체 부피가 반응조 대비 10~30 vol% 인 보호틀 및

   오·폐수 유출부에 형성되는 스크린으로 구성되는 유동상의 미생물 담체를 이용한 폐수처리장치
2. 제1항에 있어서 상기의 산기장치는,

   중앙에 형성된 볼트체결부와, 볼트체결부 주위에 형성된 공기실과, 공기실과 인접하여 일정크기 및 일정간격으로 홈이 파여진 공기노즐이 구비되며, 하부면이 상부면보다 크게 형성됨으로 해서 그 외면이 경사지게 형성된 디스크들;

   통기관이 구비된 볼트;

   볼트와 결합하여 디스크들을 조립하기 위한 너트 및

   아랫쪽은 공기유입관과 연결되고, 윗쪽은 공기구멍이 뚫려진 디스크가 결합되는 반구 형태의 용기 내부에 볼이 구비되는 역류방지부로 구성됨을 특징으로 하 는 유동상의 미생물 담체를 이용한 폐수처리장치
3. 제2항에 있어서, 상기의 다수개의 디스크는 상·하부면이 원형으로 형성되고, 윗쪽에 조립되는 디스크의 하부면의 원주와 상기 디스크의 바로 아래에 위치하는 디스크의 상부면의 원주 크기가 동일함을 특징으로 하는 유동상의 미생물 담체를 이용한 폐수처리장치
4. 제1항에 있어서 오·폐수 유입구 쪽에는 공기노즐의 크기가 작은 산기장치가 배치되고, 오·폐수 유출구 쪽에는 공기노즐의 크기가 큰 산기장치가 배치됨을 특징으로 하는 유동상의 미생물 담체를 이용한 폐수처리장치
5. 보호틀 대비 약 20~80 vol% 의 미생물 담체가 보호틀 내부에 충진되고, 각각의 부피를 합한 전체 부피가 반응조 대비 약 10~30 vol% 인 보호틀과 오·폐수가 혼합되어 있는 반응조에, 오·폐수 유입구 쪽에는 공기노즐의 크기가 작은 산기장치가 배치되어 반응조에 공기를 공급하고, 오·폐수 유출구 쪽에는 공기노즐의 크기가 큰 산기장치가 배치되어 반응조에 공기를 공급함과 아울러 보호틀을 오·폐수 유입구 쪽으로 이동시키고, 반응조 하단에는 교반장치가 작동함으로써 오·폐수를 처리하는 유동상의 미생물 담체를 이용한 폐수처리방법

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