KR20160052292A

KR20160052292A - 혐기조, 무산소조 및 광합성 미생물 배양조가 유기적으로 조합된 바이오매스 생산 장치 및 그 방법

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Publication number: KR20160052292A
Application number: KR1020140152453A
Authority: KR
Inventors: 강동한; 장영호; 문희천; 김미정; 이기종; 오조교; 이정복
Original assignee: 강동한
Priority date: 2014-11-04
Filing date: 2014-11-04
Publication date: 2016-05-12

Abstract

본 발명은 혐기조, 무산소조가 전단에 배치되고 광합성/질산화조가 후단에 유기적으로 결합되어 하폐수처리 에너지 소비량을 절감하고 유용한 미세조류를 생산하는 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하수를 혐기조에 주입하여 인을 제거하고 그 후단에는 부상여재가 상층부에 충진된 무산소조를 설치하여 질소와 유기물 및 탁질을 제거함으로써 광합성/질산화조에 탁질이 유입되지 않도록 함으로써 광합성/질산화조의 광합성 반응을 원활하게 진행하여 암모니아성 질소가 질산성질소로 전환된 후 무산소조에 반송되어 질소 가스로 환원되어 제거하게 한다. 광합성/질산화조는 질산화 세균과 미세조류가 우점화되어 생장하며 바이오매스는 사료, 비료, 바이오연료 등으로 이용할 수 있게 된다. 본 발명은 산소 공급에 필요한 기계설비가 대폭 축소되어 산소 공급 기계설비 및 산소 주입에 필요한 유지비용을 절감할 수 있고 종속 세균(박테리아)과 독립영양 생물(질산화 세균, 미세조류)을 별도의 시스템으로 생산함으로써 독립영양 생물의 생체량(바이오매스)을 고부가가치 분야에 이용할 수 있는 에너지 절약형 하폐수처리 및 유용한 생체량(바이오매스) 생산이 가능한 시스템에 관한 것이다.

Description

혐기조, 무산소조 및 광합성 미생물 배양조가 유기적으로 조합된 바이오매스 생산 장치 및 그 방법{Effective Biomass Producing System by Combining Anaerobic, Anoxic and Microalgae Cultivation Tank Organically}

본 발명은 광합성 미생물이 생산한 산소를 이용하여 질산화 반응, 탈질 반응, 생물학적 인 과잉 섭취 반응을 유도하여 하폐수를 정화하면서 유용한 바이오매스를 생산하는 기술이다.

생물학적인 하폐수 정화 방법은 물리, 화학적 방법에 비해 비교적 적은 에너지와 비용이 소비되어 보편적으로 이용되고 있다. 일반적으로 질소, 인 및 유기물질을 제거하기 위한 생물학적 활성슬러지 방법은 혐기 조건, 무산소 조건 및 호기 조건을 순차적으로 배치하고 혐기조건에서는 인 제거에 필요한 기작이 진행되고, 무산소 조건에서는 유기물과 질소에 필요한 기작이 진행되며, 호기 조건에서는 유기물 제거, 미생물에 의한 인 과잉 섭취 및 질산화 반응이 일어난다. 혐기 조건과 무산소 조건에서는 미생물과 하수의 원활한 혼합을 위한 교반 조작이 필요하고 호기 조건에서는 유기물 분해와 질산화 반응을 위해 인위적으로 공기를 주입하여야 한다. 이러한 인위적 공기 주입은 하폐수처리장 운전비용에서 가장 큰 부분을 차지하고 있다.

유기물, 질소 및 인이 미생물에 의해 섭취되거나 물에서 배기되어 제거된 후 미생물과 정화된 물을 분리하는 공정을 거친 후 공공수역으로 방류된다.

하폐수의 정화 과정에서 미생물과 하수찌꺼기가 혼합된 부산물이 발생되며 이를 자원으로 회수하거나 소각, 매립 등으로 처리한다. 일반적으로 자원화 또는 처분 과정에서 에너지와 비용이 소비되므로 슬러지 발생량을 줄이기 위한 공정 운전을 하고 있다.

미세조류는 광합성 과정에서 산소를 생산하고 이산화탄소를 고정하여 유기물을 합성한다. 미세조류 바이오매스는 단백질과 비타민이 풍부하여 새우, 조개, 어류 양식을 위한 사료로 이용되거나 지질 함량이 높은 경우는 바이오연료로 이용되고 있다.

일반적으로 이용되고 있는 혐기 조건-무산소 조건-호기 조건이 순차적으로 연결된 공정(이하 A2O 공정)의 호기 조건에서는 유기성 질소와 암모니아성 질소가 산소와 결합되어 질산성 질소로 전환된다. 질산화된 질소는 무산소조에 반송되어 탈질 박테리아의 작용에 의해 질소 가스로 환원되어 대기중으로 배출되어 수체에서 제거된다. 혐기조건에서는 Bio-P(Biological Phosphourus removing bacteria) 미생물에 의해 하폐수 내 휘발성 지방산이 박테리아 체내에서 PHA, PHB 등의 고분자 물질로 합성되며, 합성에 필요한 에너지 생산을 위해 박테리아 체내에 존재하는 Poly-P가 분해되어 PO₄ ³ ^-가 용출된다. 체내에 고분자 물질을 합성한 미생물이 호기 조건에 유입되면 정상적인 생장에 필요한 적정량의 인보다 많은 과량의 인을 섭취하여 체내에 Poly-P로 저장한다. 이렇게 과량의 인을 섭취한 미생물을 하폐수에서 분리함으로써 인을 수체에서 제거하게 된다.

이러한 생물학적 질소, 인 처리방법은 유기물, 질소, 인 제거 기작을 유도하기 위해 공기를 하폐수에 주입하고 있으며 많은 에너지가 소비된다. 뿐만 아니라 생산된 미생물은 매립, 소각 등으로 처분하기 위해 농축, 탈수, 건조 비용이 발생되고 자원화 용도가 제한되어 있다.

이에, 한국등록특허 제100460214호는 질소제거를 위해 박테리아를 기반으로하는 미생물 대신 미세조류(광합성 미생물)를 사용하였으나, 미세조류의 느린 성장속도에 의해 질소, 인 제거에 많은 시간이 소요되고 유기물 제거를 위한 호기성 미생물의 농도가 높게 될 경우 빛 투과도 저하로 인해 정상적 운전이 어려운 문제가 있다. 특히, 질산화 반응과 탈질 반응으로 질소를 대기 중으로 배출하는 질소 제거 기작을 기대 할 수 없고 미생물을 혐기 조건과 호기 조건에 교대로 노출시킴으로써 유도되는 인의 과잉 섭취 효과를 얻을 수 없는 한계가 있다.

본 발명의 주된 목적은 종래 박테리아 기반의 생물학적 처리방법에 비해 공기 주입 기계설비 및 반응조내 미생물 유지를 위한 반송 설비가 대폭 축소되어 설비 및 유지비용을 절감할 수 있으며, 생산된 바이오매스를 사료, 비료, 바이오연료 등으로 유용하게 이용할 수 있도록 하는 에너지절약, 바이오매스 자원화에 적합한 하폐수 처리장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 구현 예는 유입수가 유입되면서 인을 축적하는 미생물 체내에 PHA, PHB 등의 고분자 물질이 합성되고 PO₄ ^3-가 용출되는 혐기조; 상기 혐기조 후단에서 탈질 반응과 DNPAOs(Denitrifying Phosphorus Accumulating Organisms)에 의한 인 과잉 섭취가 진행되고 유기물과 NOx-N을 이용하여 탈질 반응을 진행하는 무산소조; 상기 무산소조 상부에 부유하면서 미생물이 후속 공정으로 유실되는 것을 방지하는 부유 담체 충진부;상기 부유 담체 충진부 직하부에 배치되어 기계적 교반력을 약화시키는 배플 구조; 상기 무산소조 후단에 배치되어 빛 에너지를 이용한 광합성 반응으로 산소를 생산하고 이를 질산화 박테리아가 이용함으로써 질산화 반응이 진행되는 광합성/질산화조; 상기 광합성/질산화조에 야간, 우천시와 같이 광합성 반응이 부족한 경우 용존 산소를 기계적으로 보충할 수 있는 산기 장치; 상기 광합성/질산화조에 유출된 미생물 혼합액에서 바이오매스와 상징수를 분리하여 상징수를 배출시키고 바이오매스는 수집하는 침전조를 포함하는 하폐수 처리 장치; 상기 침전조 하부로부터 연결되어 광합성 미생물과 질산화 미생물 혼합액을 수집하는 미생물 수집조를 제공한다.

본 발명의 바람직한 일 구현 예에서, 무산소조의 상부에 충진되는 부유담체의 충진율은 상부 수층으로부터 100cm 이내를 유지하며 담체의 비중은 0.85~0.95를 유지하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 구현 예에서, 무산소조에서 혐기조로 반송하는 미생물하폐수 혼합액의 유량은 유입량의 50 ~ 150% 범위인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 구현 예에서, 상기 무산소조에서 광합성질산화조에 유입되는 부유물질(SS)은 30 mg/L 이하가 되도록 유지하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 구현 예에서, 상기 무산소조는 하부에 미생물하폐수 혼합액을 혼합하는 기계 장치가 설치되고 상부에는 부유된 담체가 배치되어 하폐수는 통과시키고 미생물은 포획하도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 구현 예에서, 상기 무산소조에서 부유 담체에 포획된 미생물은 4회/일 ~ 8회/일의 간격으로 5분/회 ~ 10분/회 탈리함으로써 부유 담체부에서 수리학적 흐름을 유지시킨다.

본 발명의 바람직한 일 구현 예에서, 상기 무산소조에서는 부유 담체 충진부에 포획된 미생물을 탈리하기 위해 부유 담체 충진부에 산기장치를 설치하며 산기장치를 통해 탈리용 공기가 주입될 때 무산소조의 하층부에 설치된 혼합용 기계장치는 가동을 중지하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 다른 구현 예에서, 상기 무산소조의 부유 담체 충진부에 포획된 미생물을 탈리하기 위해 산기관으로 공기가 주입될 때 무산소조 하층부에서 설치된 기계적 교반장치는 운전을 중지하고 이 때, 미생물은 중력에 의해 침전되어 농축된다. 이렇게 농축된 슬러지를 간헐적으로 폐기하거나 상기 혐기조에 반송하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 다른 구현 예에서, 상기 무산소조의 부유 담체 충진부의 직하부에는 기계적 혼합장치의 회전력을 약화시키는 배플이 설치되며 미생물은 배플 하층부에서 혼합되고 하폐수는 부유 담체 충진부를 통과하여 후단에 설치된 광합성/질산화조에 유입되도록 유도하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 다른 구현 예에서 광합성/질산화조는 광합성 미생물의 광합성 반응에 의해 생산된 산소를 이용하여 질산화 미생물이 질산화 반응을 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 다른 구현 예에서 광합성/질산화조에서 질산화된 하폐수를 유입하수 유량의 100% ~ 200%를 무산소조에 반송함으로써 탈질 미생물에 의해 질소 가스로 제거하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 구현 예에서, 상기 광합성질산화조에서 생산된 미생물의 유용한 이용을 위해 미생물 수집 수조를 별도로 설치할 수 있으며 미생물의 부패 방지를 위한 슬러지 혼합용 기계 장치를 수집 수조의 내부에 설치하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 하폐수 처리장치는 부유 담체 충진부를 구비한 무산소조로부터 유출되는 미생물을 최소화함으로써 광합성/질산화조에서 광합성 반응이 원활하게 진행되도록 유도한다. 이를 통해 광합성 반응에 의한 용존 산소 공급이 활발하게 진행되어 호기성 유기물 제거와 질산화 반응이 촉진되며, 기계적인 방법에 의한 산소 주입 비용과 에너지가 절감된다. 또한 무산소조 상층부에 설치된 부유 담체 충진부는 미생물을 포획하고 주기적 탈리 작용을 함으로써 무산소조의 미생물 농도를 매우 높게 유지하여 탈질 반응에 소요되는 시간을 단축시킨다. 또한 무산조조 상층부에 부유 담체가 배치되어 공기와 하폐수와의 접촉을 차단함으로써 공기로부터 하폐수에 용해되는 산소를 최소화하여 용존 산소에 의한 탈질반응 저해 현상을 저감할 수 있다. 박테리아가 우점화된 고농도의 미생물이 혐기조와 무산소조를 교대로 이송되는 과정에서 NO₂-N, NO₃-N을 전자 수용체로 이용함으로써 탈질 반응과 인 과잉섭취반응을 동시에 진행할 수 있는 DNPAOs(Denitrifying Phosphorus Accumulating Organisms)의 우점화가 진행되어 높은 질소, 인 제거효율을 달성할 수 있다. 이러한 DNPAOs는 낮은 C/N, C/P 비율의 하수에서도 질소, 인을 안정적으로 제거할 수 있고 슬러지 발생량이 적어 슬러지 처리 비용이 절감 된다.

뿐만 아니라 혐기조와 무산소조에서 생산된 박테리아가 우점인 바이오매스와 광합성/질산화조에서 생산된 미세조류 우점의 바이오매스를 분리함으로써 미세조류의 동물 사료, 비료 등으로의 고부가가치 이용을 가능하게 한다. 또한 박테리아가 우점인 바이오매스에도 광합성/질산화조에서 반송된 미세조류가 일정부분 함유되어 있어 혐기성 소화를 할 경우 바이오가스 생산성이 향상되고 바이오팰릿으로 이용할 경우 발열량이 높아지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현 예에 따른 혐기조, 무산소조 및 광합성 미생물 배양조가 유기적으로 조합된 유용 바이오매스 생산 장치 및 그 방법의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 다른 구현 예에 따른 무산소조 및 광합성 미생물 배양조가 유기적으로 조합된 유용 바이오매스 생산 장치 및 그 방법의 개략도이다.
도 3은 상기 무산소조의 세부 상세도이다.
도 4, 도 5, 도 6은 본 발명의 일 구현 예에 따른 광합성/질산화조의 여러 형태를 나타낸 개략도이다.

다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법 은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명은 일 관점에서, 유입수가 유입되면서 인을 축적하는 미생물 체내에 PHA, PHB 등의 고분자 물질이 합성되고 PO₄ ^3-가 용출되는 혐기조; 상기 혐기조 후단에서 탈질 반응과 DNPAOs(Denitrifying Phosphorus Accumulating Organisms)에 의한 인 과잉 섭취가 진행되고 유기물과 NOx-N을 이용하여 탈질 반응을 진행하는 무산소조; 상기 무산소조 상부에 부유하면서 미생물이 후속 공정으로 유실되는 것을 방지하는 부유 담체 충진부;상기 부유 담체 충진부 직하부에 배치되어 기계적 교반력을 약화시키는 배플 구조; 상기 무산소조 후단에 배치되어 빛 에너지를 이용한 광합성 반응으로 산소를 생산하고 이를 질산화 박테리아가 이용함으로써 질산화 반응이 진행되는 광합성/질산화조; 상기 광합성/질산화조에 야간, 우천시와 같이 광합성 반응이 부족한 경우 용존 산소를 기계적으로 보충할 수 있는 산기 장치; 상기 광합성/질산화조에 유출된 미생물 혼합액에서 바이오매스와 상징수를 분리하여 상징수를 배출시키고 바이오매스는 수집하는 침전조; 상기 침전조 하부로부터 연결되어 광합성 미생물과 질산화 미생물 혼합액을 수집하는 미생물 수집조를 포함하는 장치를 포함한다.

보다 구체적으로, 혐기조와 무산소조에서 인제거 박테리아와 질소 제거 박테리아를 우점시키는 구조를 제공하고 무산소조 상부에 부유성 담체를 충진함으로써 후속 공정인 광합성/질산화조에 탁도가 유입되는 것을 차단함으로써 미세조류와 질산화 박테리아가 우점화되도록 함으로써 생산된 바이오매스의 활용성을 증진시키고, 낮 동안 햇빛을 이용하여 광합성을 하는 미세조류가 생산하는 산소를 질산화 반응에 이용함으로써 기계적 송풍비용을 획기적으로 절감이 가능하다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.

도 1, 도 2 및 도3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 하폐수 처리 장치는 혐기조(10), 무산소조(20), 광합성질산화조(30), 침전조(40) 및 유용 바이오매스 수집조를 포함한다.

상기 혐기조(10)는 반응조 내부에 교반기가 장착되고, 하폐수 원수가 유입되는 배관과 무산소조에서 미생물과 하폐수 혼합액이 반송되는 배관을 포함한다. 무산소조(20)는 상부에 부유성 담체 충진부(21)가 존재하고 상기 담체 충진부 내에서 간헐적으로 공기가 배출되어 담체 충진부에 포획된 미생물을 탈리시키는 산기 장치(22)를 배치하고, 상기 담체 충진부의 수직 방향 하부에는 배플(23)이 설치되어 무산소조 하부에 설치된 교반 장치(24)를 가동할 때 발생하는 미생물의 상승력을 약화시켜 미생물이 배플 하부의 무산소조에 위치하도록 유도한다. 상기 무산소조(20)는 미생물을 혐기조로 반송하기 위한 배관 및 펌프(25)와 미생물의 폐기를 위한 배관 및 펌프(26)가 구비된다. 또한 부유 담체의 유실을 방지할 수 있는 스크린 시설(27)을 구비한다.

도 4, 도 5 및 도 6은 광합성/질산화조(30)의 배치와 세부 상세도이다. 상기 광합성/질산화조는 내부에 유동성 담체(31)를 별도로 구비할 수 있고 질산화된 하폐수를 무산소조에 반송하기 위한 배관 및 펌프 설비(32)와 정화된 하폐수를 침전조에 이송하는 배관(33)을 갖는다. 도 5는 광합성/질산화조의 또 다른 구현 예로서 부유 미세조류를 배양하는 광합성조(34)와 질산화 미생물이 부착되는 담체(37)를 갖는 질산화조, 질산화조에서 질산화된 하폐수와 미생물을 광합성조(34)에 반송하는 배관 및 펌프 시설(36)로 구성된다. 도 6은 광합성/질산화조의 또 다른 구현 예로서 사상성 조류가 부착할 수 있는 구조체(38)를 구비한 광합성조(34)와 유동상 담체(37)에 질산화 박테리아가 부착되어 질산화 반응을 활발하게 진행하는 질산화조(35)로 구성된다.

상기 광합성/질산화조는 미세조류의 광합성 산소를 이용하여 암모니아성 질소의 질산화 반응이 진행되는 것을 특징으로 하며 미생물의 생장에 의한 질소, 인의 섭취 및 담체에 부착된 생물막내부의 탈질 반응에 의해 질소, 인 등을 제거한다. 상기 담체 표면에 부착된 미생물로는 제한되지 않으나, 미세조류로는 안키스트로데스무스 그라실리스(Ankistrodesmus gracilis SAG278-2: KCTC AG20745), 세네데스무스 아쿠이나투스(Scenedesmus accuminatus: KCTC AG 10316), 세네데스무스 쿠아드리카우다(Scenedesmus quadicauda: KCTC AG 10308), 아르쓰로스퍼라 플라텐시스( Arthrospira platensis: KCTC AG20590) 및 클로렐라 불가리스(Chlorella vulgaris: KCTC AG10032)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 질산화 박테리아로 Nitrosomonas , Nitrosococcus , Nitrobacter , Nitrococcus 등과 같은 미생물이 사용될 수 있다.

상기 혐기조는 장방형, 정사각형 등으로 제작할 수 있으며 미생물과 하폐수 혼합액의 완전한 혼합을 위한 기계적 교반기를 혐기조내에 구비한다. 후단의 무산소조에서 반송되는 미생물과 하폐수 혼합액은 유입 하수량의 50% ~ 150% 범위로 운전되며 산화된 형태의 질소가 유입되지 않도록 반송량을 조정하면서 운전할 수 있다. 또한 인을 고효율로 제거할 필요가 없는 경우 상기 혐기조를 설치하지 않고 도 2와 같은 형태의 하폐수처리 장치 구성 및 운전을 통해 질소와 유기물을 제거하고 유용한 바이오매스를 생산하는 공정 구성이 가능하다.

상기 무산소조는 탈질 반응, 인 과잉 섭취 반응, 미생물 농축 작용이 동시에 진행되며 상부에 부유 담체부(21)를 설치한다. 부유 담체는 비중 0.80~0.95의 범위로서 특정 형태나 재질에 국한하지 않는다. 대표적으로, 폴리염화비닐, 폴리에텔렌, 폴리에테르술폰, 폴리플루오르화물비닐라덴, 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리우레탄 등이 가능하다. 부유 담체 충진부(21) 내부에는 미생물 탈리를 위한 산기 장치(22)를 설치하여 간헐적으로 공기를 주입하면서 미생물을 탈리함으로써 담체부의 폐색에 의한 수두 손실을 방지한다. 탈리 시간은 5분~10분을 기본으로 운전하며 이 때, 무산소조의 기계적 혼합 장치(24)는 일시적으로 가동을 중지한다. 상기 부유 담체 충진부(21) 하부에는 기계적 혼합 장치에 의한 미생물의 상승 에너지를 감소시키는 배플 구조물(23)이 설치되며 무산소조 내부에 균등하게 배치함으로써 미생물이 부유 담체 충진부까지 상승하는 것을 예방한다. 이러한 반응조 구성을 통해 무산소조에서는 광합성/질산화조에서 반송된 산화형태의 질소(NOx-N)가 DNPAOs(Denitrifyng Phosphorus Accumurating Organisms)와 종속영양 탈질 미생물에 의해 질소 가스로 변환되면서 하폐수에서 제거된다. 종속 영양 탈질 미생물의 활동으로 탈질 반응이 진행될 때 유기물이 동시에 제거됨으로써 후속되는 광합성/질산화조(30)에 유입되는 유기물 농도를 낮게 유지할 수 있다.

상기 무산소조에서 유기물이 제거된 하폐수는 광합성/질산화조에 유입될 때 부유 담체 충진부에서 미생물이 포획됨으로써 후속되는 광합성/질산화조 유입수는 유기물로서 생물학적산소요구량(BOD) 20 mg/L 이하, 부유물질(SS) 30 mg/L 이하가 된다. 이러한 무산소조의 부상 담체 충진부, 탈리 산기관 및 배플 설치와 상기 방법의 운전을 통해 광합성/질산화조(30)로 유입되는 탁질과 유기물을 최소화하여 미세조류는 빛 이용도가 높게 되며 광합성 반응을 통해 다량의 산소를 하폐수에 공급할 수 있게 된다. 광합성/질산화조(30)는 유동 담체(31)를 충진하거나 광합성부(34)와 질산화부(35)를 분리하여 운전할 수 있다. 광합성부(34)의 형태는 특정한 모양으로 제작할 필요는 없으며 수심 50cm 이내에서 장방형, 수로형, 원형 등으로 자유롭게 설치할 수 있다. 또한 사상성 미세조류의 부착을 유도하는 작용을 하는 그물형태의 고정된 구조물(38)을 수직으로 설치하여 사상성 부착조류에 의한 광합성을 활발하게 유도할 수 있다. 반면 질산화부는 수심에 구애됨이 없이 제작가능하며 질산화 반응을 촉진하기 위해 유동 담체(37)를 별도 충진할 수 있다. 또한 광합성/질산화조(30)에는 자연광이 부족하거나 야간 등 미세조류의 광합성에 의해 산소가 공급되지 않을 경우 또는 평소보다 많은 수량의 하폐수를 신속하게 처리해야하는 상황에 대비하여 기계식 공기 주입장치(39)를 설치 및 간헐적 운전을 할 수 있다.

광합성/질산화부(30)에서 생산된 바이오매스는 질산화 미생물과 미세조류가 우점되어 있어 동물 사료 및 비료 등으로의 이용도가 증가한다. 이러한 바이오매스를 중력 침강에 의해 수확하기 위해 침전조(40)를 설치하고 침전조 하부에서 이들 바이오매스를 배관 및 펌프를 이용하여 바이오매스 수집조(50)로 수거한다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 도면에 예시된 것에 한정되는 것은 아니며, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

10: 혐기조
20: 무산소조
21: 부상 담체 충진부
22: 미생물 탈리 산기관
23: 미생물 상승 방지용 배플
24: 기계 교반기
25: 무산소조에서 혐기조로의 반송 배관 및 펌프
26: 무산소조 미생물 폐기 배관 및 펌프
27: 부상 담체 유실 방지 스크린
30: 광합성/질산화조
31: 유동 담체
32: 광합성/질산화부에서 무산소조로의 반송 배관 및 펌프
33: 광합성/질산화부에서 침전조로의 이송 배관
34: 광합성부
35: 질산화부
36: 질산화부에서 광합성부로의 내부 반송 배관 및 펌프
37: 질산화 담체
38: 사상성 조류 부착 구조물
40: 침전조
50: 바이오매스 수집조

Claims

유입수 일부가 유입되어 무산소조에서 반송된 미생물에 의해 탈인이 수행되는 혐기조;
상기 혐기조 후단에 배치되고 부유 담체 충진부를 구비하고 간헐 탈리를 위한 산기관 및 미생물의 상승 에너지를 약화시키는 배플이 함께 배치되어 미생물이 후단으로 유실되지 않게 되며 탈질과 인제거가 동시에 진행되는 무산소조;
상기 무산소조 후단에 배치되고, 미세조류에 의한 광합성과 유기물 산화 및 질산화 반응이 진행되고 이러한 혼합액을 전단의 무산소조에 반송함으로써 미세조류와 박테리아를 혼합되도록 하는 광합성/질산화조;
상기 광합성질산화조에서 처리된 처리수와 바이오매스를 분리하여 처리수는 배출시키고 바이오매스는 수거하는 침전조;
상기 침전조에서 수거된 바이오매스를 수집하는 수집조를 포함하는 하 폐수 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 무산소조에서 상기 혐기조로 하폐수와 미생물 혼합액을 반송시킴으로써 DNPAOs(Denitrifying Phosphorus Accumulating Organisms) 미생물이 배양되도록 하는 하폐수 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 무산소조 상층부에 부상 담체 수표면으로부터 충진하는 것을 특징으로 하는 하폐수 처리장치.
제1항에 있어서, 상기 부상 담체층 내부에 설치된 미생물 탈리용 산기관과 이를 4회/일 ~ 6회/일 간헐적 공기 주입에 의해 미생물을 탈리하는 것을 특징으로 하는 하폐수 처리장치.
제1항에 있어 부상 담체층 직하부에 설치되어 기계 혼합장치의 상승 에너지를 약화시켜 미생물이 부상 담체층으로 유입되지 않도록 하는 배플이 설치된 하폐수 처리장치.
제1항에 있어서, 상기 무산소조에서 탈리를 위한 공기가 주입될 때 미생물 혼합용 기계장치의 운전을 중단함으로써 미생물을 중력 농축하고 담체층의 미생물 탈리를 촉진하는 것을 특징으로 하는 하폐수 처리장치.
제1항에 있어서, 상기 광합성/질산화조에서 광합성부와 질산화부가 분리되어 있고 질산화부에 유동 담체를 충진하면서 질산화부 내부의 하폐수 미생물 혼합액을 상기 광합성부에 유입 하수량의 50%~150%(V%)을 반송하는 하폐수 처리장치.
제1항에 있어서, 상기 광합성/질산화조에서 질산화부에 간헐적 공기 주입을 통해 야간, 우천시, 다량의 하폐수 처리시 등의 경우에 질산화 반응을 원활하게 수행하게 하는 하폐수 장치.
제1항에 있어서, 상기 광합성/질산화조에서 광합성부와 질산화부가 분리되어 있고 광합성부에 사상성 조류를 부착하기 위해 수체 내부에 메쉬(mesh)형태로 물의 흐름과 직각 방향으로 고정되어 있어 사상성 조류가 부착되는 구조물 및 이를 특징으로 하는 하폐수 처리장치.
제1항에 있어서, 상기 침전조에서 미세조류와 질산화 미생물이 우점화된 바이오매스를 수집하는 구조물 및 배관 구성을 유용 바이오매스 수집 시스템.
유입수 일부가 유입되어 광합성/질산화조에서 반송된 산화형태의 질소를 탈질에 의해 제거하는 무산소조;
상기 무산소조 후단에 배치되고, 미세조류에 의한 광합성과 유기물 산화 및 질산화 반응이 진행되고 이러한 혼합액을 전단의 무산소조에 반송함으로써 미세조류와 박테리아를 혼합되도록 하는 광합성/질산화조;
상기 광합성질산화조에서 처리된 처리수와 바이오매스를 분리하여 처리수는 배출시키고 바이오매스는 수거하는 침전조;
상기 침전조에서 수거된 바이오매스를 수집하는 수집조를 포함하는 하 폐수 처리 장치.