KR800001016B1 - 연탄재를 이용한 유기폐수(하수)의 처리방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

연탄재를 이용한 유기폐수(하수)의 처리방법

제1도는 본 발명의 방법에 의한 1실시를 나타낸 일부절개사시도.

제2도는 제1도의 격막공을 나타낸 사시도.

제3도는 폐수주입, 에어레이숀 및 배수라인을 나타낸 제1도의 개략도.

제4도는 제1도의 I-I선 단면도.

제5도는 본 발명에 의해 폐수를 처리할 때 유공탄의 상태 및 통공 내부에 발생한 미생물막과 폐수의 이동상태를 나타낸 확대단면도.

제6도는 포화된 연탄을 교환할 때 폐수주입 파이프, 각 조절밸브, 배수파이프, 흡착폭기실, 블로우어파이프, 격막공 등을 나타낸 제1도에서 별도의 조절밸브 및 배수파이프를 부가시킨 개략 평면도이다.

본 발명은 연탄재를 이용한 하수 등 유기폐수의 처리방법에 관한 것이다.

좀더 구체적으로 말하면 연탄재(소성된 유공탄)을 흡착재로 이용한 미생물막(微生物膜)고정상(固定床)식 산화처리 방법으로 특정의 흡착폭기실(吸着曝氣室)을 다수개 설치하여 연속적으로 처리하되 폭기실에 연탄재를 일정량 적재하여 폐수를 유입, 에어레이숀(aeration)하면 흡수작용이 계속되어 폐수중의 부유물질(SS)이 연탄재의 내외부에 흡착되고 용존되어 있는 각종의 유기물은 연탄재의 내부에 흡착된다.

이와 같은 흡착작용으로 종속영양세균(從屬營養細菌)(hetero trophic Bacteria)이 발생하여 유기물이 이들 세균의 체내에 흡수되고 산화분해작용, 세포증식작용 및 체내호흡에 의한 자기산화작용을 계속 반복시켜 연탄재가 미생물막 고정상 역할을 효과적으로 수행하도록하여 폐수의 흐름을 디취프로세스(Ditch process)로 하는 산화처리의 방법에 관한 것이다.

종래에는 생물학적으로 산화가능한 물질(BOC)을 주성분으로하는 폐수에 산소를 주입시켜 처리하는 방법이 다수 있었다. 또한, BOD(또는 COD)를 함유한 폐수는 주로 유기물질로서 석유화학공장, 식품제조가공공장, 제지공장, 피혁공장, 주정공장 및 도시의 하수 등 그 폐수의 배출원(排出源)이 광범위하며, 또 그 폐수의 BOD치는 각각 다르나 특히, 주정공장의 폐수는 다른 공장의 폐수의 BOD치보다 극히 크므로(약 9,000-35,000mg/l) 일반적인 활성오니법은 물론 특수한 생물학적 또는 생화학적 처리방법으로도 그 처리가 불충분하였다.

즉, 150mg/l 이하의 BOD로 제거하기가 어렵고 색도(色度)역시 매우 짙은 상태로 방류되었다.

이에 또, 미생물흡착을 이용한 접촉 안정법 등이 주로 주정공장의 폐수처리법으로 응용되고 있으나 장치의 설치비가 고가이므로 비경제적이며, 주입약품이 과다하여 비능률적이고, 유지관리에 상당한 숙련을 필요로하며, 발생오니의 후처리 문제 및 오니의 벌킹(Bulking)발생에 의한 위험성등 여러 가지의 결점이 있었다.

본 발명자들은 위와 같은 종래의 결점을 감안하여 수거하기가 용이한 폐기된 연탄재(특히 소성된 유공탄)를 흡착제로하여 미생물막 고정상을 형성시켜 유기물의 폐수를 처리함으로써 설치비용이 경감되고, 고도의 숙련을 필요로하지 아니하며, 유지관리가 용이하도록 하고, 처리된 연탄재를 비료 및 객토용(염기치환용량증대)으로 재활용하며, 고농도의 폐수를 약 30mg/l이하의 BOD값으로 처리됨과 동시에 탈색(무색투명)된 처리수로 방출하게하는 미생물막 고정상식 산화처리 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. (도시하수 경우 BOD180mg/l의 하수를 BOD0.1mg/l이하로 처리함). 일반적으로 고정상식 처리방법은 장치의 유지관리와 운전관리, 처리되는 폐수, 오니의 고액분리등 그 처리상에 특징이 있으나 흡착제의 선택여하에 따라 폐수의 처리효과를 상승시킬 수 있다는 것을 발견하여 수거가 용이한 연탄재를 본 발명에 이용함으로써 종래의 처리방법에 비하여 그 처리효과가 상승적임은 물론 경제적 효과가 크다는 것을 본 발명자들은 연구결과 확인하였다.

본 발명에 사용하는 흡착제로서 연탄재의 특성과 활성오니처리시의 유기물의 분해과정에 대하여 개관하면 다음과 같다.

첫째로, 연탄재(소성체)는 무연탄회잔사물과 연탄성형의 점결제로서 사용하는 점토질과 석회분이 잔유하는 바 일반적으로 그 회분은 특급이 17%이하, 1급이 17-20%, 2급이 21-25%정도이고, 점토(Al₂O₃, 2SiO₂, 2H₂O)를 소성하면 500-600℃에서 결정구조가 파괴되어 SiO2와 Al2O3로 분해되면서 결정수가 나오며 900℃를 약간 넓으면 분해된 것들의 결합반응이 발생되어 SiO₂및 Al₂O₃가 작용하여 물라이트(Mulite, 3Al₂O₃2SiO₂)를 형성하고, 약 1,000℃ 부근에서 점토중의 불순물로 존재하는 알칼리분과 실리카가 글라스화되기 시작하는 것으로 알려져 있다. 이와 같이 연탄이 연소되었을 때 연탄재는 고열에서 소성된 잔사물로서 흡습성이 강하고 그 일부는 수용성이며 미세한 다공질의 소성체이다.

따라서, 본 발명의 소형유공탄은 고온소성물로서 공극이 잘 발달되어 있는 일정한 강도를 가짐으로 폐수처리에 의한 붕괴가 없어 미생물막 고정상을 형성하는 흡착재로서 적합하다.

일반적으로 연탄재에는 SiO₂43-65%, Al₂O₃20-42%, Fe₂O₃7-12, CaO 0.3-3.9%, MgO 0.2-2.5%, 알칼리옥사이드(Na₂O, K₂O) 1.7-4%가 함유되어 있다.

기타 N성분이 0.5-1.5% 및 P성분이 0.1-0.3%정도 함유되어 있다.

따라서 연탄재에는 각종 무기성분이 구성되어 있는 복합물로서 무수소성물이며 규산질, 알루미나, 산화철, 산화마그네슘, 산화칼슘 및 알칼리산화물이 함유되어 있고, 대부분 규산질과 알루미나로 조성되어 있다.

일반적으로 수거된 가정용 연탄은 미연소상태, 완전연소상태, 뮬라이드상태 및 유리화상태의 것이 혼합되어 있는 일종의 소성체이다.

이와 같은 연탄재의 그 물리화학적인 특유의 특성을 이용하여 폐수의 미생물 고정상을 형성시켜 처리하는데 본 발명의 기술적 요지가 있다.

둘째로, 본 발명에 사용되는 연탄재가 유기폐수와 작용할 때 발생하는 연탄재의 구성성분의 기능적 역할을 연구결과 상술하면 다음과 같다.

본 발명에 사용되는 연탄재(소성된 22공탄, 시중판매용)의 성분치는 분석결과 SiO₂50-60%, Al₂O₃25-30%, Fe₂O₂5-20%, CaO 2-15%, 알칼리옥사이드 1-4%, MgO0.5-4%, CaCO₃1-3%, N(질소성분) 0.5-1.5%, P(인성분)0.1-0.3%이었다. 위성분에서 SiO₂는 각종의 유기폐수(불순물질)를 흡착, 흡수시켜 많은 유기물질(BOD)을 제거시키며, 후처리단계의 폭기실에서는 실리카게로가 같은 성질을 나타내어 흡착력이 강하고 기체, 액체의 흡착 건조제로서 탈색, 탈취 및 접촉반응의 촉매 등으로 유기폐수의 처리에 상승적인 효과를 제공하며(SiO₂·H₂O=H₂SiO₃, SiO₂2H₂O=H₄SiO₄), Al₂O₃는 산성을 띤 유기폐수와 작용하면 그 결과 생성된 Al₂(SO₄)₃는 Al₂(OH)₃·H₂SO₄로 되면서 응집작용이 크게 기여하고 산에 반응될수 있는 염기성물질들을 엷은 플록(Floc)으로 형성시켜 침전시키는 작용을 한다.

Fe₂O₃는 염기성을 약간 띠면서 유기폐수와 민감한 반응을 보이면서 반응결과Fe(OH)₂의 수산화물로 되면서 콜로이드성 유기물질들을 응집시켜 침강성을 촉진시켜주는 역할을 한다. 유기폐수를 중화시키는데 있어 알칼리성분이 필요한바 CaO는 폐수와 접촉하는 순간에 Ca(OH)₂로 되어 중화제의 역할을 하는데 기여한다.

MgO는 폐수와 작용하여 Mg(OH)₂수화물로되는데 Mg(OH)₂가 산화 결합하여 알칼리성분으로 되면서 중화제 및 플록 등의 침강성을 촉진시키는데 크게 조력하며, CaCO₃는 유기폐수를 활성오니 처리법(미생물증식시)으로 할 때 CO₂가스를 함유한 폐수에서는 용이하게 용해한다.

이때, CaCO₃(고체)+CO₂+H₂O

+Ca+++2HCO₃-로 되는데 중화되어 생성된 염이 폐수에 용해되어 주로 알칼리성(중화제)역할을 함으로써 미생물을 배양할 때 중요한 역할을 한다.

질소는 무기염기의 형태 또는 질소화합물(pyrole system)로 존재하는데, 특히 생물화학적 처리중 호기성 미생물체의 증식이나 생체유지(체내호흡)과정을 밟는데 필요한 영양제 역할을 하여 유기폐수(하수)를 처리할 때 많은 경제적 도움을 준다. P(인성분)는 활성오니 처리시에 미생물의 활동에너지원으로서 연탄재에 함유되어 있는 인산석회 인산암모늄, P₂O₅의 형태로 존재하고 있으며, 특히 생물체의 에너지에 활발한 활력을 가장 강하게 제공하여주는 촉진영양제가 됨으로써 보다큰 처리효과를 기대할 수 있다.

셋째로, 본 발명에 의한 활성오니 처리시 유기물(BOD성분)은 다음의 3단계순으로 분해되어 제거된다.

1. 유기물의 산화 C_xH_yO_z+O₂

CO₂+H₂O-△H(열에너지)

2. 세포질의 합성(활성오니의 세포증식) C_xH_yO_z+NH₃+O₂

C₅H₇NO₂+CO₂+H₂O-△H(세포물질)

3. 세포물질의 분해(자기소화 및 체내호흡) C₅H₇NO₂+O₂

CO₂+H₂O+NH₃-△H

따라서, 소성유공탄은 미생물막고정상을 형성하는 흡착재로서 그 특유의 물성(물리화학적 처리, 가성 및 호기성박테리아의 배양조건, 호기성미생물의 세포분열시 필수영양제의 역할)을 구비함으로써 효과적으로 폐수처리를 수행할 수가 있다. 즉, 위의 소성유공탄을 흡착폭기실내에 일정량 적재하고 유기폐수를 폭기실상부에서 유입시킨다음 에어레이숀(Aeration)시켜 공기가 소성유공탄의 구멍을 통하여 상승하면서 상방향으로 밀어올리는 작용을 하고 이에 따라 폐수는 상승하는 공기에 의해 각 폭기실하부에서 상부로 상승하여 되돌아 내려오는 반복작용을 하여 유공탄의 통공과 그 외부주연 사이를 순환하면서 폐수는 연탄재 내부의 공극에 흡수되고 폐수중의 부유물질(Suspended Solids) 및 용존되어 있는 유기물질은 연탄재의 외부주연 또는 통공의 내외면에 흡착된다.

따라서, 유기물의 흡착면에는 종속영양세균 등 세균이 기생하여 번식하므로 소성유공탄의 외부주연 및 통공의 내주면에는 미생물막고정상이 형성된다.

이 미생물 막고정상에는 호기성미생물(특히 Hetero trophric Bacteria)이 발생하여 흡착된 유기물질을 흡수하고 체내에서 점액을 분비하여 폐수에 함유된 용해성유기물 혹은 유기물의 교질상 부유물질을 흡수 또는 흡착하며, 또 미생물의 체내에서는 산화분해작용에 의해 소비되고 미생물의 활동에너지 혹은 미생물체의 증식 등에 이용된다.

즉, 콜로이드성 유기물질을 흡착하는 제1단계의 흡수 또는 흡착과정과 세균이 다시 흡수 또는 흡착한 유기물을 체내에 흡수하는 제2단계의 흡착 또는 흡수과정이 수행된다.

이때, 위의 유기물은 분해되며 폐수가 정화됨과 동시에 미생물은 생체유지를 위한 산화분해작용과 세포증식작용 및 체내호흡을 통한 자기산화 작용을 하는 과정을 밟아 번식한다.

여기서, 세포증시고가정은 전처리되는 BOD의 약 50-60%를 차지하며, 유기물을 직접 산화분해하는 미생물은 세균이고, 원생동물(protozoa)은 세균을 섭취함으로 처리상태를 파악하는 지표로서 중요하다.

이에 또, 미생물을 활용화하기 위해서 유기물 이외에 인성분 또는 질소성분이 필요하다.

위의 연탄재의 특성에서 언급한 바와 같이, 0.5-1.5%의 질소성분(유기염기형태 또는 pyroll 형태질소 화합물 등), 0.1-0.3%의 인성분(인산석회, 인산암모늄, P₂O₅등의 형태)이 존재하여 미생물 생장에 필요한 영양분이 됨과 동시에 별도의 시약을 투입할 필요가 없다.

또, 폐수처리시 탈색, 탈취의 촉매적 역할을 하는 Sio₂성분(50-60%)이 함유되어 폐수의 응집작용에 의해 플록을 형성하여 침전시키며 Fe₂O₃성분은 Fe(OH)₂로 되면서 각종의 콜로이드성 유기물질을 응집시켜 급속히 침전시킨다.

CaO, MgO, CaCO₃등은 폐수를 중화시켜 미생물 배양에 조력한다. 위에서와 같이 미생물 고정상에서는 미생물의 세포증식작용에 의해 폐수중의 각종 유기물 및 부유물질은 연탄재의 특성에 의해 탈취되고 폐수는 그 농도를 희석화되면서 이동된다.

따라서, 본 발명에 있어서는 폐수의 에어레이숀 작용을 조절하여 폐수의 처리효율을 향상시킬수 있다.

위와 같은 관점에서 유기물 폐수처리시 그 기술상 pH(7.0), 온도(18℃이상), 유기폐수(500-1,000ppm), 영양재(N.O), DO(용존산소), 햇빛(프랑크톤), 충격부하, 독성(중화), 공폭기방지, 벌킹(Bulking)현상등을 감안하여 폐수의 처리를 효과적으로 수행할 수 있다.

이하 첨부된 도면의 실시예에 의해 본 발명의 처리방법을 상술한다.

제1도는 본 발명의 1실시예를 나타낸 것으로 폭기조(1)에서 대향한 내측벽(1a)(1b)사이에는 수평방향에 따라 일정한 간격으로 제1격막(2a), 제2격막(2b), 제3격막(2c), 제4격막(2d)…를 형성하고, 각 격막사이에는 장방형의 제1흡착폭기실(3a), 제2흡착폭기실(3b), 제3흡착폭기실(3c)…를 구성하며, 제1격막(2a)의 내측벽(1b)측 상부에는 격막공(4a), 제2격막(2a)의 내측벽(1a)측상부에는 격막공(4b)를 형성한다.

이와 같은 방법으로, 제3격막(2c), 제4격막(2d), …에는 내측벽(1b)측상부, 내측벽(1a)측상부에 각각 격막공(4c), (4d), (도시생략)…가 형성되어 있다.

각 격막공(4a), (4b), …에는 격막공측에 급수구를 상방으로 개방한 엘보우파이프(4′), …를 연결시킨다. (제2도 참조). 한편, (6)은 폐수저장조(도시생략)에 연결되어 펌프(P)(제3도참조)등에 의해 폐수를 폭기조(1)내에 공급하기 위한 폐수주입 파이프로, 폐수 주입파이프(6)는 폭기실(3a), (3b), (3c), …의 중앙을 횡단하도록 하여 폭기조(1)의 상방에 배치하고, 폐수주입파이프(6)에는 조절밸브(7a), (7b), (7c), …를 가진 제1급수파이프(8a), 제2급수파이프(8b), 제3급수파이프(8c), …가 설치되어 있고, 제1급수파이프(8a)는 급수구가 제1흡착폭기실(3a)의 내측벽(1a) 측상방에, 제2급수파이프(8b)는 급수구가 제2흡착폭기실(3b)의 수구가 제1흡착폭기실(3a)의 내측벽(1a) 측상방에, 제2급수파이프(8b)는 급수구가 제2흡착폭기실(3b)의 내측벽(1b)측상방에 있도록 각 급수파이프는 그 급수구가 대응하는 흡착폭기실의 내측벽(1a)측상방과 내측벽(1b)측상방에 교호지게하여 폐수주입파이프(6)에 부착되어 있다.

즉, 급수파이프(8a), (8b), (8c), …의 급수구가 그 대응하는 격막공(4a), (4b), (4c), …의 반대방향에 위치되어 있다.

이에, 제1흡착폭기실(3a), 제2흡착폭기실(3b), …내부에는 일정한 규격의 소성된 유공탄(9)을 적재(본 발명 실시예에서는 3개 적재시켰음)하고, 또 흡착폭기실(3a), (3b), (3c), …의 하부에는 일정간격으로 길이방향에 따라 받침대(5)(5)를 설치하고, 그 받침대(5), (5)에 의해 위와 같이 적재한 유공탄(9)의 하단부로 지지시킨다.

한쌍의 받침대(5), (5)사이에는 각각 산기관(10)을 삽설시켜 각 산기관(10)의 단부는 상방향으로 연결되어 그 상단부를 폭기조(1)의 외측벽에 따라 배설되어 있는 블로우파이프(11)에 연결되어 있다.

여기서, 블로우파이프(11)에는 블로우어(12)가 설치되어 있고, 또 산기관(10)의 상단부에는 조절밸브(10a), (10b), (10c), …가 설치되며 흡착폭기실내에 적재된 유공탄(9), …의 하단부에서 에어레이숀을 시킨다.

그리고, 폭기조(1)의 외측벽에 따라 배수파이프(13)가 배설되어 있어, 이 배수파이프(13)에서는 조절밸브를 가진 지관(13a), (13b), (13c), …가 분기되어 있고, 각 지관(13a), (13b), (13c), …는 각각 제1흡착폭기실(3a), 제2흡착폭기실(3b), …에 연결되어 조절밸브를 개방함으로써 각 흡착폭기실의 처리된 폐수가 배수파이프(13)를 통하여 외부로 배출되도록 구성되어 있다. 이와 같이 구성된 폐수처리장치에서 유공탄 내부에 미생물막을 형성하면서 산화처리가 되는 폐수는 제1흡착폭기실(3a), 제2흡착폭기실(3b), …(실시예에서는 제1흡착폭기실(3a)에서 제14흡착폭기실(3n)까지 구성시켰음(제6도 참조))을 디치프로세스(ditch process)로 하여 유통시키거나 이 유통과정을 상술하면 다음과 같다(제3도 및 제6도 참조). 제1급수파이프(8a)의 조절밸브(7a)를 개방하고, 다른 조절밸브(7q), (7c), …를 폐쇄 하여 폐수주입 파이프(6)를 통해 유입되는 폐수가 제1흡착폭기실(3a)에만 주입되도록 한다.

이와 같이하여 제1급수파이프(8a)에서 유입된 폐수는 제1흡착 폭기실(3a)의 내측벽(1a)측에 주입되어 폐수가 제1흡착폭기실(3a)을 가득채우면 제1흡착폭기실(3b)의 내측벽(1b)측에 설치된 격막공(4a)을 통하여 제2흡착폭기실(3b)의 내측벽(1b)측에 공급된다.

또, 제2흡착폭기실(3b)가 충만되면 폐수는 제2흡착폭기실(3b)의 내측벽(1a)측에 설치된 격막공(4b)을 향하여 제3흡착폭기실(3c)의 내측벽(1a)측에 공급된다.

이와 같이하여 폐수를 통과시킴으로써 폐수는 제1흡착폭기실(3a)에서는 내측벽(1a)측에서 내측벽(1b)측으로 흐르고, 제2흡착폭기실(3b)에서는 내측벽(1b)측에서 내측벽(1a)측으로 흐르도록 하여 흡착폭기실의 폐수의 흐름을 교호지게하여 반대방향으로 흐르게 한다.

즉, 폐수가 디치프로세스에 의해 제1흡착폭기실에서 제14흡착폭기실까지 통과한다.

이와 같이하여 폐수가 유입되어 각 흡착폭기실을 통과하게 된다. 이와 같이 각 흡착폭기실(3a), (3b), (3c), …를 통과하는 폐수에 대하여 조절밸브(10a), (10b), …를 개방하고 블로우파이프(11)에 의해 송입된 공기가 산기관(10), …를 통하여 각 흡착폭기실내에 적재된 유공탄(9), …하단부에 공급되어 에어레이숀을 시킨다.

에어레이숀의 작용을 제4도에 의해 설명한다.

산기관(10)에서 공급된 공기는 유공탄(9)의 통공(9′)을 통하여 상승하면서 점차적으로 확대되는 기포와 함께 폐수를 밀어 올림과 동시에 폐수는 유공탄(9)의 외주를 통하여 하강하므로 유공탄(9)의 통공(9′)…과 그 외주 통로사이에는 폐수가 순환되어 순환류를 형성한다.

이 폐수는 이와 같이 순환과정을 밟는 동안 삼투압에 의해 유공탄(9)의 무수한 공극에 흡수되어 폐수중에 함유되어 있는 부유물, 용해성 유기물이 유공탄의 외주면 또는 통공(9′)의 표면에 흡착된다.

또, 유기물의 흡착단면에는 종속영양세균 등의 미생물이 기생하여 이 미생물은 폐수중의 공기를 섭취하고 유기물을 영양분으로하여 번식한다.

여기서, 제5도에서와 같이 유공탄의 외주면과 통공(9′)의 내주면에는 미생물막(a)의 내부에는 증식을 위해 산소(b) 및 유기물(c)을 섭취하여 유기물의 산화분해가 되며 폐수의 BOD처리, 탈색처리등이 행하여진다.

본 발명에 의해 폐수가 통과하는 유공탄의 외주면 또는 통공내주면에는 미생물막이 형성되어 폐수중의 유기물은 미생물막과 접촉되어 처리된다.

여기서 BOD처리, 탈색처리가 완전하게 되어 무색투명하게 탈색되고 BOD치를 30mg/ml이하로 할수 있다.

BOD1,000-3,000ppm 이상의 유기폐수가 유입될 경우 연탄재 자체에서 흡수 및 흡착되며, 어느정도 일정한 시간이 경과한후에는 더 이상 부유물질(SS) 및 각종 불순물질들이 연탄재의 표면에 부착후에는 계속되는 블로우러(blower)의 작용으로 약간씩 더 소성된 연탄재의 입자에 부착되나 그후에는 유입되는 원폐수자체가 방류되므로(수온 20이상) 연탄재 내부에서는 혐기성박테리아가 생성되고 연탄재의 표면에 붙은 각종의 부유물질들은 임의성 박테리아로 존재한다.

이때에 연탄재의 외부에는 연탄재내부 및 표면에 발생된 혐기성 박테리아와 임의성박테리아의 사슬(chain)로 인하여 호기성 미생물들이 비로서 발생(원폐수자체)되며 이때에 정상적인 활성오니의 자체기능을 발휘한다.

호기성미생물들이 발생하기 직전에 임의성박테리아를 메체(사슬)로하여 호기성 미생물들이 서서히 세포분열을 진행한다.

이때에 호기성미생물들을 순차적으로 열거하면 다음과 같다.

콜보다(Colpoda Calculus), 리케인(recane) 등 쥬타늄(Zootamnium SP.), 에피스틸리스(epistylis SP.)등이 순서적으로 배양된다.

그리고, 일반하수(BOD 250-500ppm)에서는 쥬글리아(Zoogloea filupendula)를 비롯하여 오이글리파(Euglypha tuberculata), 보르리셀라(Vorticella), 쥬글리아(Zoogloea ramigera)등이 배양 된다.

또한, 본 발명의 실시예서와 같이 소성된 연탄재에는 SiO₂의 성분과 Al₂O₂의 성분이 충분히 들어 있으므로 어떠한 고농도 유기폐수와도 흡수, 흡착처리를 물리학적으로 처리한후(에어레이숀작용)폐수가 다음 폭기실로 유입됨으로 적어도 본 발명의 1실시예의 제5,6흡착폭기실 부터는 BOD(가500-1,000ppm)가 제거되므로써, 정상적으로 호기성 미생물들이 배양하기 좋은 조건을 형성하여 준다.

(그외에 본 발명의 실시예를 이용하여 어떠한 중금속 폐수를 유입시켜 에어레이숀시키면 위에 열거한 유기폐수처리와 동일한 흡착 및 흡수의 물리학적 방법으로 처리효과를 동일하게 기대할 수 있다).

본 발명의 처리장치는 모든 유기물폐수에 적용되고, 특히 고농도 유기물폐수(BOD10,000ppm이상)에 적용된다.

장치의 규모는 BOD, SS 농도 및 유량에 의해 변동되며 흡착폭기실의 수를 증감시킬수 있고 흡착폭기실의 깊이도 조건에 따라 달라진다.

또, 부지면적에 따라 그 장치의 설치방법도 조건이 달라진다. 따라서, 폐수를 연속처리하여 유공탄에 흡착시켜 과포화상태로 될 경우 각 흡착폭기실의 유공탄을 교환하여야하며, 이때 오염의 속도, 즉 포화속도는 흡착폭기실(3a), (3b), (3c), …의 순으로 오염된다.

정상적으로 운전을 시킬 경우, 흡착폭기실(3a)의 유공탄이 우선 포화될 때 즉 배수의 법적 규제치에 다달을 때 연탄재를 교환하여야 한다.

그 교환조작을 다음에 설명한다.

제6도는 포화된 유공탄을 교환할 때 처리하기 위하여 제1,3도와 동일한 구조의 배관설치를 나타낸 개략평면도로서 폐수주입파이프(6), 폐수 조절밸브(7a,7b,7c,7j,7k,7l,7m,7n), 배수파이프(13), 블로우어파이프(11), 격막공(4a,4b,4j,4k,4l,4m,4n) 및 각 흡착폭기실(3a,3b,3c,…3j,3k,3l,3m,3n)과 배수조절밸브(13a,13b,13c,13j,13k,13l,13m,13n)를 나타내고 있는바, 여기서 배수파이프(13′)와 조절밸브(5n), (5a)만을 제1흡착폭기실(3a)과 제14흡착폭기실(3n)에 배수파이프(13)와 대향시켜 연결할뿐이다.

제6도에 의해, 제1흡착폭기실(3a)의 유공탄을 교환할 때 폐수의 조절밸브(7a)를 닫고, 조절밸브(7b)를 개방하며, 격막공(4a)를 엘보우파이프(4′)에 의해 폐쇄시킨다.

그리고, 흡착폭기실(3a)의 유공탄을 교환한 다음 흡착폭기실(3n)의 조절밸브(5n)와 흡착폭기실(3a)의 조절밸브(aa)를 개방하여 흡착폭기실(3n)의 배수를 흡착폭기실(3a)에 유입시키고 배수의 조절밸부(13a)를 개방하고 여타의 조절밸브를 폐쇄한다.

이때 배수는 조절밸브(13a)를 통하여 외부로 배출된다.

동일한 방법으로, 흡착폭기실(3b)의 유공탄을 교환할때에는 폐수의 조절밸브(7b)를 닫고, 제3흡착폭기실(3c)의 조절밸브(7c)를 개방하여 격막공(4b)를 폐쇄시킨다음 제2흡착폭기실(3b)의 유공탄을 교환한다.

교환후 배수의 조절밸브(13b)를 개방하고 조절밸브(13a)를 폐쇄하며 격막공(4a)를 개방하고 제1흡착폭기실(3b)의 배수를 제2흡착폭기실(3b)로 이동시킨후 배수의 조절밸브(13b)를 통하여 유출시킨다.

이와 같이하여, 각 흡착폭기실의 유공탄이 포화될 때 유공탄을 교환코저하는 폭기실의 다음 폭기실부터 최초로 처리시켜 교환된 폭기실에서 최종적으로 배수가 처리되어 배출되도록 각 조절밸브 및 격막공을 개폐시키도록 한 것이다.

특히, 배수파이프(13′)와 조절밸브(5n), (5a)를 제1,3도에서 부가시켜 구성시킴으로써 유효하게 포화된 유공탄을 교환시킬 수 있다.

위 처리장치에서 폐수를 유효하게 그리고 효과적으로 처리할수 있는 기본적인 기술수단은 다음과 같다.

가. 사용되는 유공탄의 형상은 원형, 각형등 각종의 형상으로 변형할수 있으며, 설계에 따라 일정한 직경을 가진 격막공을 천공해야하며, 폐수를 주입시에 유공탄의 적재높이의 약 90%정도로 수면을 유지해야하고 수면이 유공탄 적재높이의 30%정도 유지되었을 때 산기관을 통해 에어레이숀을 일정한 속도로 해야한다. 이때 유공탄의 적재높이의 약 10%정도(돌출된 연탄재)에서는 유지성분(각종의 불순물제거)등을 전부 돌출된 연탄재로 흡수, 흡착되므로 처리효과를 돕는다.

나. 폐수를 폭기조내에 계속해서 유입하되 유입량은 설계된 BOD 용적부하에 적합하도록하며, 디치플로우(ditch flow)방식으로 연결시키는 것이 최적이다.

다. 또한, 폭기조 내의 폐수온도는 20-25℃로 조절하며, 동기에는 각 공정에서 나오는 보일러용 폐증기를 취입하여 조절한다.

라. 폐수를 처리할 때, 폐수의 BOD치가 5,000-7,000pm정도가 되도록 공업용수로 희석하여 사용하는 것이 효과적이며, 원폐수가 BOD값으로 15,000ppm정도가 될 때, 공업용수 : 폐수를 1 : 1로 희석하면 약 7,000ppm정도가 되며, 최초로 시운전과정에서만 공업용수가 필요하고, 배출되면 배수를 공업용수로 대응한다. 최초의 폐수(약 3.1-3.5의 pH)를 희석할 때 가성소다를 사용하여야 하며 pH를 약 4.5-5.5로 조절한다.

또한, 배수는 pH가 약 8.1-8.7정도가 되어 희석용의 공업용수로 사용할 때 가성소다등 약품처리가 필요없다.

마. 유공탄을 흡착폭기조에서 교환할때에는 공장폐수의 용량, BOD값 및 처리되는 시설의 설계치에 의하여 약 10일 내지 20일간의 간격이 있는바, 최종 배수가 배출을 제시한후부터 10일 내지 20일 정도가 되면 제1흡착 폭기실에 폐수의 유입을 중지하고 제2흡착 폭기실에 폐수를 유입하고 제1흡착 폭기실을 청소하여 새 유공탄을 장입한다음 최종처리흡착폭기실이 되도록 백브를 조절한다. 위 유공탄을 대치할 때 한 흡착폭기실의 것을 대치한후 다음 흡착폭기실의 것을 대치해야할 기간은 약 10일 내지 20일이 된다.

이것은 BOD 용량부하, 장치의 크기등 설계에 따라 다르다.

바. 폐수를 차리한 유공탄의 pH는 약 8.5정도로서 토양 개량제로 사용되고, 특히 위 유공탄은 유기물을 흡착한 것이므로 퇴비역할을 하여 염기치환용량(鹽基置換容量)을 높힌다. 위의 차리과정에서 본 발명자들은 유기물 폐수를 처리함에 있어서 유공탄의 형태는 어느형태로든지 변경 가능하고, 설계에 따라 공탄의 구멍직경은 변형할 수 있다.

또, 염탄재의 분말도를 달리하여 성형할수도 있으며, 연탄재의 석회유 등의 무기응집제, 활성탄 등의 흡착제를 첨가하여 성형할수도 있다.

이에 또, 설계에 따라 BOD의 용적부하를 0.1-8.0kg/m2/D까지 가능하며, 체류시간도 10분내지 100시간 범위로 할 수 있으며, 용존산소량 0.1-7.5ppm, 포화산소량 7.5-22.0mg/l, 산소흡수속도 10mg/l.h-600g/m³.h, 폐수처리용량 10m³/D-100,000m³/D로 처리할수 있고, 폐수의 처리과정을 디치프로세스에서 원형프로세스로 할수도 있다.

특히, 연탄재의 처리된 무기용집제와 음이온 4가 질소이온 교환제에 의하여 유기물색소를 제거할수 있으며, 식품제조시 탈색반응에도 응용할 수 있다.

다음에 본 방법의 실시예에 의한 처리장치를 사용한 실험결과에 의해 그 효과를 구체적으로 상술한다.

이하 본 발명에 따라 실험을 실시하기에 앞서 다음과 같이 공시된 유공탄의 물성 및 BOD 용적부하, 체유시간, 오니의 부하에 대한 실험 기준치 설정을 실험결과 열거하면 다음과 같다.

실험조건(1)

1. 소성된 2급탄(22공탄 시중판매용)의 성분 분석치.

SiO₂50-60%, Al₂O₃25-30%, Fe₂O₃5-20%, CaO₂-15%,

MgO 0.5-4%, CaCO₃1-3%, Alkalioxide 1-4%, 질소성분 0.5-1.5%,

인성분 0.1-0.3%

2. 2급탄의 용량 0.0020284m³(직경 150mm, 높이 142mm, 구멍의 직경 14mm)

2급탄의 중량(건조) 1.850kg

2급탄의 흡수량 850ml(S.T.P, 2급탄(연탄재)의 비중 1.5)

1회 흡수가능한 BOD량 약 62g

3. BOD 용적부하

시험에 사용되는 각조의 용적 0.175m×0.7m×0.5m=0.06125m³

수면의 높이 0.38m

연탄 1개의 용적 0.0011784m³

주입폐수(희석폐수(1 : 1)로 처리, 6,377mg/l BOD, 150l/일)

전 BOD량 0.95655kg/D

BOD용적부하 1.97kg/m³/D(폭기조 14개일 경우)

4. 체유시간(滯留時間)

폭기조 유효용량 0.486724 (폭기실 14개일 경우)

1일(24시간)주입량 0.15m³

평균오니량 0.0061m³/hr(29.8%)

체유시간 39.4시간(약 1.64일)

5. 오니(MLSS)의 부하

평균 MLSS의 량(mg/l) 1,059(mg/l)

주입폐수의 총 BOD량 0.95655(kg/day)

흡착 폭기실의 유효용량 0.486724(m³)

MLSS부하 1.85439(kg-BOD/kg-MLSS/day)

[실시예 1]

본 방법의 처리에 의하여 폐수(주정공장의 폐수)를 1 : 1로 희석하여 14일간 150l/일로 처리한 결과 다음과 같은 BOD값을 얻었다.

원폐수의 BOD : 9,893mg/l에서 최종처리결과 배수의 BOD치 11.3mg/l를 얻었으므로 처리효과가 99.9%임을 알 수 있다.

[실험예 2]

위와 동일한 방법으로 희석폐수(1 : 1)(주정공장)를 150/일로 14일간 처리할 때 각 흡착폭기실의 평균 MLSS치 및 SV(%)는 다음과 같은 데이터를 얻었다.

이 실험에 의해 각실에는 MLSS, SV가 거의 확인되지 않았다.

Sludge 및 Returnsludge 없으므로 침전조 및 탈수기(진공여과기 등)가 필요없음.

[실험예 3]

희석폐수(1 : 1)(BOD 평균치 6,377mg/l)를 150l/일로 14일간 처리한후 7일간 제1실 및 제2실의 BOD값의 변화를 측정한 결과 다음과 같다.

위 데이터에 의해 제1실 유공탄을 갈아줘야하는 결과를 얻었음. (연탄재의 흡착능력이 거의 손실된다는 것을 나타냄).

[실험예 4]

희석폐수(1 : 1)를 150l/일로 14일간 처리후 7일간의 제1실 및 제2실의 MLSS치의 변화를 시험한 결과 다음과 같다.

제1실의 연탄재를 갈아줘야하는 결과를 얻었음.

(연탄재의 흡착능력이 거의 손실된다는 것을 나타냄)

[실험예 5]

본 실시예의 처리방법에 의하여 각 조별 용존산소량을 측정한 결과는 다음과 같다.

이 데이터에 의해 종래의 미생물학적 처리법보다 공기주입량이 적어 블로우어 용량이 적어도 충분히 효과를 발휘할수 있다는 것이 확인되었다.

[실험예 6]

본 실시예에 의하여 처리할 때 공기주입량과 BOD의 관계를 규명한 결과 다음과 같은 성적을 얻었다.

보통 생물학적 처리법보다 공기주입량이 적다.

(블로우어 용량이 적어도 됨)

따라서, 본원의 장치에 의한 유기물폐수처리의 기대효과는 다음과 같이 요약할수 있다.

1. 폐수처리의 설계과정에서 용적부하를 약간 적게하면 50,000mg/l 이상의 BOD를 언제나 10mg/l이하의 BOD로 처리할수 있으므로 BOD의 제거율은 99.99%이상이 되며, 탈색도 무색투명하게 된다.

(단, 당밀폐수만은 탈색이 완전히 되지 않고, 처리된 물의 BOD는 15mg/l 정도이다.

2. 후처리할 오니가 발생하지 아니하므로 침전조가 필요없고, 오니가 없으므로 오니처리장치(진공여과기등)가 필요없다.

3. 영양분, pH조절약품, 응집제 등 주입약품 및 고가의 장치(진공여과기, 탈수기 등)가 필요없으며, 장치 보수비 및 장치 운전의 전력비 등이 극히 적으므로 운전유지과정에서 비용이 적어 경제적이다.

4. 공기중의 산소흡수를 다른 흡수매체보다 연탄재가 더 효과적이므로 블로우어(Blower)의 용량이 종래의 다른 생물학적 방법보다 적어도 가능하며, 잉여오니의 반송이 불필요하므로 잉여오니의 반송장치가 필요 없다.

5. 초기의 시운전 과정에서만 희석용 공업용수가 필요하며, 일단 처리수가 배출된 다음 배출된 처리수로서 희석용의 공업용수로 사용할수 있으므로 별도의 공업용수 및 pH 조절제(알칼리물질) 또는 산이 필요없다.

6. 주정폐수처리 이외에 어떤 유기물 폐수라도 처리의 대상이 되는 폐수는 본원의 방법에 의하여 처리할 수 있으며, 어떤 생물학적 방법보다 용적부하를 8.5kg/cm³/D까지 높힐수 있고 색까지 탈색되어 무색 투명한 처리수가 얻어지는 등 효과가 있다.

Claims (1)

1. 폭기조내의 길이 방향에 따라 여러개의 격벽을 연설하여 그 격벽사이에 흡착폭기실을 형성함과 동시에 흡착폭기실내에 하나 또는 둘이상의 유공소성탄을 적재하여 흡착폭기실내의 유기폐수에 대하여서는 유공소성탄의 하단부에서 공기를 불어넣음과 동시에 그 공기를 소성연탄재의 통공을 상승시키도록 에어레이숀시킴을 특징으로하는 연탄재를 이용한 유기폐수(하수)의 처리방법.

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