KR20120005857A

KR20120005857A - 수처리 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20120005857A
Application number: KR1020100066539A
Authority: KR
Inventors: 최홍복; 임정문; 김범식; 이종학
Original assignee: (주) 에코데이; 주식회사 도화엔지니어링
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2012-01-17

Abstract

수처리장치 및 방법이 개시된다. 그러한 수처리 장치는 원수가 유입되며, 가스발생과 원수의 상하 순환을 통하여 교반이 진행되는 가수분해조와; 상기 가수분해조에서 처리된 처리수 및 가스의 교반에 의하여 부유물질이 밀도순서로 상향으로 이동되고, 상기 원수와 혐기성 박테리아의 접촉 빈도를 증가시켜 유기물이 가스로 전환되는 효율을 증가시킴으로서 오염물을 분해하는 혐기성 소화조와; 상기 혐기성 소화조에서 공급된 처리수가 유입되며, 상기 처리수중에 함유된 부유물질이 중력에 의하여 침전되며, 침전된 미생물이 상기 소화조로 반송되는 침전조와; 상기 침전조로부터 배출된 처리수가 여과됨으로써 혐기성 미생물이 농축되고, 농축된 혐기성 미생물이 상기 혐기성 소화조로 반송되는 제 1여과부와; 상기 제 1여과부로부터 배출된 처리수중에 함유된 질소를 물리적으로 제거하는 탈기부와; 그리고 상기 탈기부로 부터 공급된 처리수중에 함유된 질소와 인을 제거하는 무산소/호기조를 포함한다.

Description

수처리 장치 및 방법{PLANT FOR TREATMENT WASTE WATER}

본 발명은 수처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가수 분해조와, 혐기성 소화조와, 침전조와, 여과부와, 탈기부와, 무산소/호기조(A/O)를 일관적으로 연결하여 혐기성 소화를 통한 바이오가스 생산 및 그 잔류액 혹은 기타 오폐수의 고도처리가 효율적으로 이루어질 수 있는 수처리 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 생물학적 처리는 호기성 처리와 혐기성 처리로 나눌 수 있다. 호기성처리는 가스를 보내서 산소가 풍부한 상태로 하고, 호기성 미생물의 증식작용에 의해서 오수 중의 유기물을 보다 저분자의 유기물로 분해하여, 점차 무기화하고자 하는 것이다. 최종산물로서 탄산가스, 탄산염, 황산염이 된다.

이에 반하여 혐기성 처리는 무산소의 상태에서, 혐기성 미생물의 작용에 의해서 동일하게 오수 중의 유기물을 무기화하고자 하는 것이다. 최종산물로서는 메탄, 암모니아, 황화수소 등이 있다.

이러한 혐기성 처리는 유기물질의 농도가 높은 폐수와 같이 산소이전의 제한 때문에 호기성으로 처리될 수가 없는 경우에 적용되며, 혐기, 분뇨, 폐수슬러지 및 유기물 농도가 높은 공장폐수의 최초처리 방법으로 이용된다.

그리고, 혐기성 소화는 현재 주로 사용되고 있는 완전혼합조에 의해서 처리되어 왔으나, 플러그 흐름 반응기(Plug Flow Reactor;PFR)형태의 처리방법이 적절한 방법으로 추천되어 왔다.

그러나, 상기 완전혼합조는 유입된 유기성 폐수가 반응기내에서 완전히 혼합되고 동시에 유입된 만큼 방류되므로 불가피하게 낮은 처리효율과 낮은 처리속도가 동시에 나타나고 있다.

즉, 이러한 완전혼합조는 1차적으로 혐기성 처리를 실시하여 폐수를 처리하는 바, 처리효율이 낮음으로 많은 유기물이 잔류하게 된다.

또한, 오폐수의 호기성 생물학적 처리에 있어서 영양물질의 비율이 중요한데, 탄소와 질소의 비 (C/N) 비가 일반적으로 20:1 정도가 적당하다고 알려져 있다. 그러나, 혐기소화를 거치면 탄소성분만 메탄가스로 전환되고 질소 성분은 그대로 잔류하므로 C/N비가 5:1 ~ 1:1 정도로 낮아져 호기성 생물학적처리에 불리한 상태가 된다. 특히, 혐기소화를 거치는 과정에서 강한 환원상태가 형성되어 대부분의 질소 성분이 암모니아성 질소로 전환되므로 탈기과정을 통해 암모니아 가스 상태로 제거하는 것이 가능하다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 수처리 공정을 개선하여 가수 분해조와, 혐기성 소화조와, 침전조와, 여과부와, 탈기부와, 무산소/호기조(A/O)를 일관적으로 연결함으로써 오폐수를 효율적으로 처리할 수 있는 수처리 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예는 원수가 유입되며, 가스발생과 원수의 상하 순환을 통하여 교반이 진행되는 가수분해조와;

상기 가수분해조에서 처리된 처리수 및 가스의 교반에 의하여 부유물질이 밀도순서로 상향으로 이동되고, 상기 원수와 혐기성 박테리아의 접촉 빈도를 증가시켜 유기물이 가스로 전환되는 효율을 증가시킴으로서 오염물을 분해하는 혐기성 소화조와;

상기 혐기성 소화조에서 공급된 처리수가 유입되며, 상기 처리수중에 함유된 부유물질이 중력에 의하여 침전되며, 침전된 미생물이 상기 소화조로 반송되는 침전조와;

상기 소화조로 배출된 처리수가 여과됨으로써 혐기성 미생물이 농축되고, 농축된 혐기성 미생물이 상기 혐기성 소화조로 반송되는 제 1여과부와;

상기 제 1여과부로부터 배출된 처리수중에 함유된 질소를 물리적으로 제거하는 탈기부와; 그리고

상기 탈기부로 부터 공급된 처리수중에 함유된 질소와 인을 제거하는 무산소/호기조를 포함하는 수처리 장치 및 방법을 제공한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 수처리 장치 및 방법은 가수 분해조와, 혐기성 소화조와, 침전조와, 여과부와, 탈기부와, 무산소/호기조(A/O)를 서로 연결함으로써 오폐수중에 함유된 부유물질을 효율적으로 제거하고, 미처리된 미생물을 반송시킴으로써 바이오 가스 생산 및 소화효율을 더 높일 수 있고, 이로 인하여 원수의 고도처리가 가능한 장점이 있다.

또한, 후공정에 MF 및 NF방식의 여과조를 추가로 배치함으로써 미처리된 미생물을 전량 반송시킬 수 있고, 미처리된 부유물질을 효율적으로 제거할 수 있는 장점이 있다.

도1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수처리 장치 공정을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도2 는 도1 에 도시된 수처리 장치의 가수분해조를 개략적으로 보여주는 측단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 혐기성 소화조의 구조를 개략적으로 보여주는 측단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 수처리 장치의 침전조의 구조를 개략적으로 보여주는 측단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 수처리 장치의 제 1여과부의 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 수처리 장치의 탈기부를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 7은 도 1에 도시된 수처리 장치의 무산소/호기조의 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수처리장치의 구성을 상세하게 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 수처리 장치는 원수가 유입되며, 가스발생과 원수의 상하 순환을 통하여 교반이 진행되는 가수분해조(1)와;

상기 가수분해조(1)에서 처리된 처리수 및 가스의 교반에 의하여 부유물질(Suspended Solids;SS)이 밀도순서로 상향으로 이동되고, 상기 원수와 혐기성 박테리아의 접촉 빈도를 증가시켜 유기물이 가스로 전환되는 효율을 증가시킴으로서 오염물을 분해하는 혐기성 소화조(3)와;

상기 혐기성 소화조(3)에서 공급된 처리수가 유입되며, 상기 처리수중에 함유된 부유물질이 중력에 의하여 침전되며, 침전된 미생물이 상기 소화조(3)로 반송되는 침전조(5)와;

상기 침전조(5)로부터 배출된 처리수가 여과됨으로써 혐기성 미생물이 농축되고, 농축된 혐기성 미생물이 상기 혐기성 소화조(3)로 반송되는 제 1여과부(7)와;

상기 제 1여과부(7)로부터 배출된 처리수중에 함유된 질소를 물리 물리 물리하는 탈기부(9)와; 그리고

상기 탈기부(9)로 부터 공급된 처리수중에 함유된 질소와 인을 제거하는 무산소/호기조(11)를 포함한다.

이러한 구조를 갖는 수처리 장치에 있어서, 상기 가수분해조(1)는 도 2에 도시된 바와 같이, 원수가 유입되면, 가스의 부력에 의한 교반과, 원수의 상하순환을 통한 교반에 의하여 원수중에 함유된 고분자 유기물을 저분자 유기물로 분해시킨다.

이러한 가수분해조(1)는 원수가 반응기(20)의 내부로 유입되어 하부로부터 점차로 채워진다. 이 상승과정에서 원수는 자체에서 발생된 가스의 부력에 의하여 교반될 수 있다.

그리고, 상기 반응기(20)는 그 내부에 슬러지 분리수단(22,24,26)이 다단으로 배치되어 교반효과를 향상시킨다.

즉, 이러한 슬러지 분리수단(22,24,26)은 반응기(20)의 내부를 가로 방향으로 차단하는 플레이트(27)와, 이 플레이트(27)에 임의 위치에 하방으로 돌출 형성되며 관통홀(31)이 형성됨으로써 원수 및 가스가 통과하는 다수개의 유체 이동관(29)을 포함한다.

상기 다수개의 유체 이동관(29)은 도구를 사용하여 플레이트(27)를 펀칭(Punching)함으로써 형성될 수도 있고, 별도로 유체 이동관(29)을 제작하여 플레이트에 용접 등의 방법으로 일체로 장착할 수도 있다.

그리고, 상기 반응기(20) 내부에 원수가 유입되는 경우, 상기 유체 이동관(29)의 하단선상에 수위가 형성됨으로써, 유체 이동관(29)의 주위에는 기체 체류공간(V)이 다수 형성된다.

따라서, 반응기(20)의 하부로부터 상승한 가스는 이 체류공간(V)에 포집되고, 일정량 이상 모이게 되면 압력에 의하여 사방으로 분산되어 상기 유체 이동관(52)으로 공급된다.

이때, 원수와 가스가 서로 분리되도록 하여 원수 및 가스중에 함유된 슬러지가 각각 밀도차이에 의하여 상승되도록 하여 오염물을 분해할 수 있다.

이와 같은 과정을 통하여 원수 및 가스는 슬러지 분리수단(22,24,26)을 순차적으로 통과하여 상승함으로써 서로 교반될 수 있다.

이때, 상기 가스, 즉 CO₂가스는 다수개의 슬러지 분리수단(22,24,26)중 제 1슬러지 분리수단(22)을 통과하는 과정에서 발생하게 된다. 또한, 반응기(20)의 중간부(Ⅱ), 바람직하게는 제 2슬러지 분리수단(24)의 상부 구역에서 CO₂가스로 인하여 자체 교반이 진행될 수 있다.

이와 같이, 반응기(20)의 내상부로 상승한 원수 및 가스는 반응기(20)의 상부에 구비된 가스 배출구(41) 및 처리수 배출구(39)를 통하여 외부로 배출될 수 있다.

한편, 상기 반응기(20)의 일측에는 반응기(20) 내부의 가스 및 원수를 상하로 순환시키기 위한 순환수단(34)이 장착된다.

상기 순환수단(34)은 배관(35)을 포함하며, 이러한 배관(35)은 반응기(20)의 상부와 하부를 서로 연결시킨다. 그리고, 상기 배관(35)에는 순환펌프(37)가 배치된다.

따라서, 상기 순환펌프(37)가 구동되는 경우 반응기(20)의 상부 및 하부공간에 저장된 원수 혹은 침전물이 배관(35)에 흡입되어 하부공간으로 배출됨으로써 반응기(20)의 상,하부에 저장된 원수 및 침전물이 서로 순환하게 된다.

이러한 순환작업은 일정한 주기로 실시함으로써 각 슬러지 분리부(47,48,49)에 침전된 슬러지 중에서 원수 및 침전물을 순환시키는 효과가 있다.

그리고, 상기 반응기(20)의 하부(43)는 하방으로 경사진 형상을 갖으며, 바닥에는 슬러지 배출구(42)가 형성된다.

따라서, 상기 반응기(20)로부터 침전된 슬러지가 상기 슬러지 배출구(42)를 통하여 제 1배관(L1)을 따라 상기 혐기성 소화조(3)로 배출된다.

이러한 혐기성 소화조(3)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 가수 분해조(1)에 연결됨으로써 가수 분해조(1)로부터 배출된 처리수가 유입되어 소화처리될 수 있다.

상기 혐기성 소화조(3)는 처리수와 가스가 내부로 유입되어 소화처리되는 반응조(45)와;

상기 반응조(45)의 내부를 상하 다단으로 구획하여 유입된 처리수 및 기포를 밀도순서로 상향으로 이동시키고, 상기 처리수와 혐기성 박테리아의 접촉 빈도를 증가시켜 유기물이 가스로 전환되는 효율을 증가시킴으로서 오염물을 분해하는 적어도 하나 이상의 슬러지 분리부(47,48,49)와;

상기 반응조(45)에 장착되어 상기 슬러지 분리부(47,48,49)를 통과한 기포를 상기 반응조(45)의 외부로 배출시키는 가스 배출구(59)와;

상기 반응조(45)에 장착되어 상기 슬러지 분리부(47,48,49)를 통과하여 처리된 처리수를 외부로 배출시키는 처리수 배출구(60)와;

상기 반응조(45)의 하부에 제공되어 침전된 슬러지를 농축 배출시키는 침전조(58)를 포함한다.

이러한 구조를 갖는 수처리 장치에 있어서, 상기 반응조(45)는 그 내부에 일정한 공간이 형성된 통 형상을 갖음으로써 처리수 및 가스가 유입되어 저장 가능하다.

그리고, 이러한 처리수 및 가스는 상기 반응조(45)의 하부에 제공되는 처리수 유입관(54)을 통하여 반응조(45)의 내부로 공급된다.

따라서, 상기 처리수 유입관(54)을 통하여 유입된 원수는 상기 반응조(45)의 내부를 하부에서부터 채우게 되며, 원수 중에 함유된 일정 중량이상의 슬러지는 반응조(45)의 하부 침전조(58)로 침전된다.

한편, 상기 슬러지 분리부(47,48,49)는 적어도 하나의 슬러지 분리부(47,48,49), 바람직하게는 제1 내지 제 3슬러지 분리부(47,48,49)로 이루어진다.

상기 제 1 내지 제 3슬러지 분리부(47,48,49)는 동일한 형상을 갖음으로 이하 제 1슬러지 분리부(47)에 의하여 설명한다.

상기 슬러지 분리부(47)는 반응조(45)의 내부를 상하로 구획하며 다수의 관통홀이 형성되는 플레이트(51)와, 상기 플레이트(51)의 저면에 하방으로 돌출 형성되며 관통홀(53)이 형성되어 처리수 및 가스가 통과하는 다수개의 유체 이동관(52)을 포함한다.

이와 같은 구조를 갖는 슬러지 분리부에 있어서, 상기 플레이트(51)에 형성되는 다수개의 관통홀(53)은 플레이트(51)상에 균일하게 분산되어 형성되는 것이 바람직하다. 다수개의 관통홀(53)이 균일하게 분산되어 형성됨으로써 상기 처리수 및 가스를 균일하게 분산시킬 수 있다.

또한, 상기 다수개의 유체 이동관(52)은 그 내부에 빈 공간이 형성되어 상기 처리수 및 가스가 통과할 수 있다. 이때, 상기 유체 이동관(52)은 상부의 면적이 하부의 면적보다 넓은 깔때기 형상을 갖는다.

따라서, 상기 깔때기 형상의 유체 이동관(52)으로 유입된 처리수 및 가스는 상승함에 따라 가스가 부채꼴 형상으로 분산됨으로 주위의 슬러지가 침전되어 상기 유체 이동관(52)의 근처에 누적되는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 상기 다수개의 유체 이동관(52)은 플레이트(53)의 하부로 일정 길이로 돌출 형성됨으로써 상기 플레이트(53)의 저면에는 이러한 유체 이동관(52)으로 둘러싸인 체류공간(V)이 다수 형성된다.

따라서, 반응조(45)의 하부로부터 상승한 가스는 이 체류공간(V)에 포집되고, 일정량 이상 모이게 되면 압력에 의하여 사방으로 분산되어 상기 유체 이동관(52)을 통하여 상부로 이동한다.

상기한 바와 같이, 처리수 및 가스가 상승하여 제 1슬러지 분리부(47)에 도달하게 되면, 처리수 및 가스는 상기 다수개의 유체 이동관(52)을 통하여 제 1슬러지 분리부(47)의 상부 공간으로 이동하게 된다.

그리고, 제 2슬러지 분리부(48)와 제 3슬러지 분리부(49)를 순차적으로 통과하여 상승하게 된다. 이 과정에서 처리수는 반응조(45)의 전 구역, 즉, 반응조(45)의 하부구역(Ⅲ), 중간구역(Ⅱ), 상부구역(Ⅰ)에서 교반이 이루어짐으로써 처리수에 대한 소화처리가 원활하게 진행될 수 있다.

한편, 상기 반응조(45)의 상부로 상승한 처리수 및 가스는 가스 배출구(59) 및 처리수 배출구(60)를 통하여 외부로 배출될 수 있다.

그리고, 상기 반응조(45)의 일측에는 순환부(50)가 구비됨으로써 반응조(45) 내부의 가스 및 처리수를 상하로 순환시킬 수 있다.

이러한 순환부(50)는 반응조(45)의 상부 및 하부를 서로 연결시키는 배관(55)과, 상기 배관(55)상에 배치되어 흡입력에 의하여 처리수를 순환시키는 순환펌프(56)를 포함한다.

따라서, 상기 순환펌프(56)가 구동되는 경우 반응조(45)의 상부 및 하부공간에 저장된 처리수 혹은 침전물이 배관(55)에 흡입되어 하부공간으로 배출됨으로써 반응조(45)의 상,하부에 저장된 처리수 및 침전물이 서로 순환하게 된다.

이러한 순환작업은 일정한 주기로 실시함으로써 각 슬러지 분리부(47,48,49)에 침전된 슬러지 중에서 처리수를 순환시키는 효과가 있다.

그리고, 상기 반응조(45)의 처리수중에 함유된 슬러지들은 반응조(45)의 침전조(58)로 침전된다. 이때, 반응조(45)의 침전조(58)는 하방으로 경사진 형상을 갖는다.

따라서, 상기 반응조(45)로부터 침전된 슬러지가 상기 반응조(45)를 통하여 외부로 배출된다.

이와 같이, 본 발명은 원수를 혐기성 소화조에 공급하여 혐기성 소화처리함으로써 바이오가스를 생산할 수 있으며, 그 잔류액 혹은 기타 오폐수의 고도처리가 가능하다.

한편, 상기 소화조(3)의 처리수 배출구(60)를 통하여 배출된 소화액은 침전조(5)로 공급됨으로써 농축된 혐기성 미생물을 수거할 수 있다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 침전조(5)는 내부에 소화액이 저장되는 케이스(64)와, 상기 케이스(64) 내부에 상하 방향으로 일정 각도로 경사지도록 배치된 침전판(66,68)과, 상기 침전판(66,68)에 연결되어 침전판(66,68)에 진동을 전달하는 진동체(69)를 포함한다.

이러한 구조를 갖는 침전조에 있어서, 상기 케이스(64)는 일측에 소화액이 유입되는 소화액 유입관(70)이 연결된다. 따라서, 상기 소화액 유입관(70)을 통하여 케이스(64) 내부로 유입된 소화액은 케이스(64)의 하부로부터 점차로 채워지게 된다.

그리고, 상기 침전조(5)의 상부에는 가스 배출구(74) 및 유출수 배출구(72)가 연결되어 침전조(5)에서 발생된 가스 및 유출수가 외부로 배출될 수 있다.

또한, 상기 침전판(66,68)은 케이스(64)의 내부에 적어도 하나 이상, 바람직하게는 다수개가 배치된다. 이러한 침전판(66,68)은 일측은 케이스(64)의 내측벽면에 연결되고, 타측은 하부로 일정 각도로 경사진다.

이때, 상기 다수개의 침전판(66,68)은 서로 지그재그 형상으로 배치된다. 즉, 상부의 침전판(66)이 케이스(64)의 일측 내벽으로부터 케이스(64)의 중앙 방향으로 돌출되면, 하부 침전판(68)은 상부 침전판(66)의 하부에 일정 간격(D) 떨어져 배치되며 케이스(64)의 타측 내벽으로부터 케이스(64)의 중앙방향으로 돌출된다.

이와 같이 침전판(66,68)이 상부 및 하부방향으로 교대로 배치된 구조가 케이스(64)의 하부 방향으로 연속적으로 반복됨으로써 결국은 다수개의 침전판(66,68)이 서로 지그재그 형상으로 배치될 수 있다.

따라서, 상기 케이스(64)의 저장된 소화액중에 함유된 부유물질(Suspended Solids;SS)이 다수개의 침전판(66,68)을 통하여 순차적으로 하부 방향으로 미끄러지게 되며, 결국은 부유물질들이 케이스(64)의 하부에 침전됨으로써, 제 2배관(L2)을 통하여 상기 혐기성 소화조(3)로 다시 복귀된다.

이때, 상기 진동체(69)는 상기 케이스(64)의 외부에 장착되어 케이스(64)를 주기적으로 진동시킴으로써 다수개의 침전판(66,68)을 진동시키게 된다.

이러한 진동체(69)는 편심추를 이용한 방식, 실린더를 이용한 방식 등 다양한 방식의 진동체가 포함될 수 있다.

따라서, 상기 진동체(69)로부터 발생된 진동이 상기 다수개의 침전판(66,68)에 전달되는 경우, 상기 다수개의 침전판(66,68)이 진동함으로써 침전판(66,68)상에 적층된 부유물질들이 하부로 보다 효율적으로 침전될 수 있다.

이와 같이, 침전조(5)에서 부유물질이 1차적으로 침전되어 제 2배관(L2)을 통하여 혐기성 소화조(3)로 복귀됨으로써 이 부유물질에 함유된 혐기성 미생물이 다시 소화조(3)에 공급될 수 있음으로 혐기성 소화조(3)에서는 활성 슬러지의 농도(Mixed Liquor Suspended Solid;MLSS)가 높게 유지될 수 있어서 소화효율이 향상될 수 있다.

아울러, 침전조(5)에서 부유물질을 1차적으로 침전시킨 후 소화액을 제 1여과부(7)로 배출하게 되므로, 이 부유물질들로 인하여 제 1여과부(7)가 오염되거나 미생물이 침착되는 것이 방지될 수 있다.

한편, 상기 침전조(5)의 유출수 배출구(72)를 통하여 배출된 소화액은 제 1여과부(7)로 공급됨으로써 부유물질이 걸러질 수 있다.

이러한 제 1여과부(7)는 도 5에 도시된 바와 같이, 소화액이 유입되는 유입부(81)와, 상기 유입부(81)를 통하여 유입된 소화액이 통과하면서 부유물질이 걸러지는 여과막(78)과, 미처리수가 배출되는 배출부(82)를 포함한다.

상기 여과막(78)은 다양한 멤브레인 필터(Membrane Filter)을 포함할 수 있으나, 바람직하게는 마이크로 필터(Micro filter;MF)를 의미한다.

즉, 여과막(78)은 막부재(83)의 내부에 소화액이 통과하는 공간(84)이 형성되는 구조를 가지므로, 소화액이 이 공간(84)을 통과하는 과정에서 막부재(83)에 의하여 걸러질 수 있다.

따라서, 상기 침전조(5)로부터 배출된 소화액이 제 1여과부(7)를 통과하면서 소화액중에 함유된 부유물질들이 여과막(78)에 의하여 걸러질 수 있다.

그리고, 걸러진 부유물질들이 함유된 농축수는 제 3배관(L3)을 통하여 상기 가수 분해조(1)로 복귀됨으로써 가수 분해조(1)의 pH조절 및 함수율 조절이 가능하다.

한편, 상기 제 1여과부(7)에서 부유물질이 걸러진 처리수는 상기 탈기부(9)로 공급되어 처리수중에 함유된 질소성분, 보다 정확히는 질소 성분 중 암모니아성 질소성분이 물리적인 방법에 의하여 제거될 수 있다.

즉, 상기 탈기부(9)는 도 6에 도시된 바와 같이, 탈기타워(86)와; 상기 탈기타워(86)의 상부에 연결되어 제 1여과부(7)로부터 배출된 처리수가 유입되는 유입관(87)과; 상기 탈기타워(86)에 연결되어 공기를 주입하는 공기 주입관(90)과; 상기 탈기타워(86)의 내측 상부에 배치되어 처리수가 분사되는 노즐부(88)와; 상기 탈기타워(86)의 내부에 저장되어 처리수로부터 질소가 제거되는 팩킹부(Packing Portion;95,96)와; 상기 탈기타워(86)의 내부에 배치되어 공기중에 함유된 미스트(Mist)를 제거하는 디미스터(Demister;94)와; 상기 탈기타워(86)의 상부에 연결되어 공기가 배출되는 가스 배출관(93)과; 탈기타워(86) 내에서 질소가 제거된 처리수가 배출되는 유출관(92)을 포함한다.

이러한 구조를 갖는 탈기부에 있어서, 상기 노즐부(88)는 다수개의 분사노즐이 구비됨으로써 상기 유입관(87)을 통하여 공급된 처리수가 균일하게 분사될 수 있다.

그리고, 노즐부(88)에 의하여 균일하게 분사된 처리수는 상기 팩킹부(95,96)를 통과하여 하부로 낙하하는 과정에서 질소, 보다 구체적으로는 질소 중 암모니아성 질소가 제거될 수 있다.

즉, 상기 팩킹부(95,96)는 활성탄과 같은 흡착물질 혹은 기체와 액체의 접촉 면적을 증가시킬 수 있는 충진제를 포함한다. 따라서, 상기 노즐부(88)로부터 분사된 처리수가 이 팩킹부(95,96)를 통과하여 낙하하는 과정에서 처리수에 함유된 암모니아성 질소가 제거될 수 있다.

이때, 유기물의 제거는 거의 없이 암모니아성 질소가 암모니아 가스 상태로 제거 되므로 탄소 성분은 그대로 존재하면서 질소 성분만 제거되어 탄소와 질소의 비(C/N 비)가 조절될 수 있다.

특히, 혐기소화 잔류액의 경우에는 대부분의 질소 성분이 암모니아성 질소이므로 암모니아성 질소의 제거만으로도 많은 량의 질소를 제거 할 수 있어서 C/N 비 개선에 매우 효과적이다.

이러한 팩킹부(95,96)는 단일체로 구비될 수도 있으나, 바람직하게는 상부 팩킹부(95)와 하부 팩킹부(96)의 두 구역으로 분리되어 배치된다.

즉, 상부 팩킹부(95)를 통과한 처리수는 처리수 재분사노즐(89)을 통하여 다시 균일하게 분사된다.

그리고, 재분사노즐(89)을 통과한 처리수는 하부 팩킹부(96)로 분사됨으로써 다시 질소 제거공정이 진행될 수 있다.

이와 같이, 팩킹부(95,96)에 의하여 질소가 제거된 처리수는 탈기타워(86)의 하부에 연결된 유출관(92)을 통하여 외부로 배출될 수 있다.

그리고, 상기 디미스터(94)는 이러한 질소 제거과정에서 발생되는 가스중에 함유된 미스트를 제거할 수 있다.

한편, 상기 탈기부(9)에서 배출된 처리수는 무산소/호기조 (Aerobic/Oxic; 11)로 공급될 수 있다.

이러한 A/O(11)는 도 7에 도시된 바와 같이, 무산소조(100)와 호기조(102)의 순서로 배치되어 슬러지중에 함유된 인과 질소를 처리한다.

즉, 상기 무산소/호기조(11)는 무산소조(100)는 상기 탈기부(9)에 연결되어 처리수가 공급되며 무산소 환경을 조성하여 유기물에 의하여 폐수에 함유된 질산성 질소를 질소 가스로 전환하고, 미생물 생체 내의 인 성분을 일부 용출한다.

그리고, 상기 무산소조(100)에 이웃하여 호기조(102)가 배치되며, 상기 호기조(102)에는 상기 무산소조(100)에서 미처리된 유기물이 유입된다.

상기 호기조(102)에서는 호기성 미생물이 인을 과잉 섭취하게 됨으로써 인을 제거하게되고, 무산소조에서 질산성 질소를 질소 가스로 전환 하게 되므로 이와 연결되는 일련의 반응단계로써 호기조에서는 존재하는 암모니아성 질소 및 아질산성 질소를 질산성 질소로 전환시킨다.

질산화가 된 폐수는 무산소조로 반송되어 상기 탈기부에서 배출된 액과 혼합되어 질산성질소가 질소가스로 전환된다.

이때, 상기 호기조(102)에는 공기를 공급하여 호기성 환경을 조성하는 송풍기(106)가 연결된다.

그리고, 상기 호기조(102)와 무산소조(100)의 사이에는 내부순환펌프(104)가 배치되어 호기조(102)에서 미처리된 처리수를 무산소조(100)로 반송하게 된다.

상기한 바와 같이 무산소/호기조(11)는 이러한 과정을 통하여 처리수중에 함유된 질소와 인을 효율적으로 제거할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 수처리 장치는 상기한 바와 같이 가수 분해조(1)와, 혐기성 소화조(3)와, 침전조(5)와, 여과부와, 탈기부(9)가 하나의 공정을 이루어 원수가 처리될 수 있으나, 여과부(13,15)가 추가적으로 배치될 수도 있다.

즉, 도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 무산소/호기조(11) 후단에 제 2여과부(13) 및 제 3여과부(15)를 배치할 수도 있다.

이러한 제 2여과부(13)와 제 3여과부(15)는 제 1여과부(7)와 동일한 구조를 갖으며, 다만 공극의 크기(Pore Size)만 차이가 있다.

즉, 상기 제 2여과부(13)는 마이크로 필터(Micro filter;MF)이고, 제 3여과부(15)는 나노필터(Nano Filter)이다.

따라서, 상기 제 2여과부(13)의 공극의 크기가 제 3여과부(15)의 공극의 크기보다 더 크게 배치함으로써 큰 입자가 제 2여과부(13)에서 우선 걸러진 후, 보다 작은 입자가 제 3여과부(15)에서 걸러지도록 함으로써 미생물의 여과효율이 향상될 수 있다.

이와 같이, 수처리 장치의 후단에 여과부(13,15)를 추가적으로 배치함으로써 일부 부유물질 및 미처리 성분을 걸러서 안정적 방류 수질을 확보할 수 있다.

또한, 제 2 및 제 3여과부(13,15)에서 걸러진 미생물들을 제 4배관(L4)과 제 5배관(L5)을 통하여 가수 분해조(1)로 전량 반송할 수 있다.

따라서, 높은 활성 슬러지 농도(MLSS) 및 긴 미생물 체류시간(solid retention time;SRT)을 유도하여 질산화 효율을 높여 안정화 고도 처리의 효율을 확보할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 수처리 장치는 혐기성 소화와, 여과와, 탈기와, 질소 및 인의 제거공정을 연속적으로 진행함으로써 바이오가스 생산 및 원수의 고도처리가 가능하다.

1: 가수 분해조
3: 혐기성 소화조
5: 침전조
7: 제 1여과부
9: 탈기부
11: 무산소/호기조

Claims

원수가 유입되며, 가스발생과 원수의 상하 순환을 통하여 교반이 진행되는 가수분해조와;
상기 가수분해조에서 처리된 처리수 및 가스의 교반에 의하여 부유물질이 밀도순서로 상향으로 이동되고, 상기 원수와 혐기성 박테리아의 접촉 빈도를 증가시켜 유기물이 가스로 전환되는 효율을 증가시킴으로서 오염물을 분해하는 혐기성 소화조와;
상기 혐기성 소화조에서 공급된 처리수가 유입되며, 상기 처리수중에 함유된 부유물질이 중력에 의하여 침전되며, 침전된 미생물이 상기 소화조로 반송되는 침전조와;
상기 침전조로부터 배출된 처리수가 여과됨으로써 혐기성 미생물이 농축되고, 농축된 혐기성 미생물이 상기 혐기성 소화조로 반송되는 제 1여과부와;
상기 제 1여과부로부터 배출된 처리수중에 함유된 질소를 물리적으로 제거하는 탈기부와; 그리고
상기 탈기부로 부터 공급된 처리수중에 함유된 질소와 인을 제거하는 무산소/호기조를 포함함으로써,
혐기성 소화와, 여과와, 탈기와, 질소 및 인의 제거공정을 연속적으로 진행함으로써 바이오가스 생산 및 원수의 고도처리가 가능한 수처리 장치.
제 1항에 있어서,
상기 혐기성 소화조는 처리수와 가스가 내부로 유입되어 소화처리되는 반응조와;
상기 반응조의 내부를 상하 다단으로 구획하여 유입된 처리수 및 기포를 밀도순서로 상향으로 이동시키고, 상기 처리수 및 기포의 접촉면적을 증가시켜 가스 용존량을 증가시킴으로서 오염물을 분해하는 적어도 하나 이상의 슬러지 분
리부와;
상기 반응조에 장착되어 상기 슬러지 분리부를 통과한 기포를 상기 반응조의 외부로 배출시키는 가스 배출구와;
상기 반응조에 장착되어 상기 슬러지 분리부를 통과하여 처리된 처리수를 외부로 배출시키는 처리수 배출구와; 그리고
상기 반응조의 하부에 제공되어 침전된 슬러지를 농축 배출시키는 침전조를 포함하는 수처리 장치.
제 2항에 있어서,
상기 슬러지 분리부는 상기 반응조의 내부를 상하로 구획하며 다수의 관통홀이 형성되는 플레이트와;
상기 플레이트의 저면에 하방으로 돌출 형성되며 처리수 및 가스가 통과하는 다수개의 유체 이동관을 포함하는 수처리 장치.
제 1항에 있어서,
상기 침전조는 내부에 소화액이 저장되는 케이스와, 상기 케이스 내부에 상하 방향으로 일정 각도로 경사지도록 배치된 침전판과, 상기 침전판에 연결되어 침전판에 진동을 전달하는 진동체를 포함하는 수처리 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제 1여과부는 소화액이 유입되는 유입부와, 상기 유입부를 통하여 유입된 소화액이 통과하면서 부유물질이 걸러지는 MF방식의 여과막과, 미처리수가 배출되는 배출부를 포함하는 수처리 장치.
제 1항에 있어서,
상기 탈기부는 탈기타워와;
상기 탈기타워의 상부에 연결되어 제 1여과부로부터 배출된 처리수가 유입되는 유입관과;
상기 탈기타워에 연결되어 공기를 주입하는 공기 주입관과;
상기 탈기타워의 내측 상부에 배치되어 처리수가 분사되는 노즐부와;
상기 탈기타워의 내부에 저장되어 처리수로부터 질소가 제거되는 팩킹부(Packing Portion)와;
상기 탈기타워의 내부에 배치되어 가스중에 함유된 미스트(Mist)를 제거하는 디미스터(Demister)와;
상기 탈기타워의 상부에 연결되어 공기가 배출되는 공기 배출관과; 그리고
탈기타워 내에서 질소가 제거된 처리수가 배출되는 유출관을 포함하는 수처리 장치.
제 1항에 있어서,
상기 무산소/호기조는 상기 탈기부에 연결되어 처리수가 공급되며 혐기성 환경을 조성하여 유기물에 의하여 폐수에 함유된 질산성 질소를 질소 가스로 전환하여 인으로 용출하는 무산소조와;
상기 무산소조에 이웃하여 호기조가 배치되며, 상기 호기조에는 상기 무산소조에서 미처리된 유기물이 유입되어 호기성 미생물에 의하여 인을 과잉 섭취하는 질산화가 진행됨으로써 질소를 제거하는 호기조와; 그리고
상기 호기조에 공기를 공급하여 호기성 환경을 조성하는 송풍기와; 그리고
상기 호기조와 무산소조의 사이에 배치되어 호기조에서 미처리된 처리수를 무산소조로 반송하는 내부순환펌프를 포함하는 수처리 장치.
제 1항에 있어서,
상기 무산소/호기조의 후단에 배열되어 상기 무산소/호기조로부터 배출된 처리수중의 부유물질을 거르는 MF 방식의 제 2여과부와, 상기 제 2여과부에 연결되어 처리수중의 부유물질을 거르는 NF방식의 제 3여과부를 포함하는 수처리 장치.