KR940000563B1 - 폐수처리 방법 및 그 장치 - Google Patents

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Description

폐수처리 방법 및 그 장치

제1도는 유기질소에 대한 다양한 세균의 질화/탈질 반응을 설명하기 위한 블록도.

제2도는 본 발명의 1실시예의 공정과 장치를 나타낸 공정도.

제3도는 혐기탱크, 제1 및 제2종 세균배양탱크를 나타낸 개략 종단면도.

제4도는 호기탱크의 개략 종단면도.

제5도는 호기탱크의 처리공정을 나타낸 공정도.

제6도는 호기탱크의 배출기구의 개략 종단면도.

제7a도는 처리탱크의 개략 종단면도.

제7b도는 호기탱크와 처리탱크 사이의 조합의 1예를 나타내는 개략 종단면도.

제8도는 종슬러지 배양탱크의 종단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 원수저장탱크 2 : 혐기탱크

3a : 생물학적 접촉구역 3b : 대수층

4 : 제2종 세균배양탱크 5 : 가스 호울더

6 : 호기탱크 7 : 배출기구

8 : 오존처리탱크 9 : 제1종 세균배양탱크

11 : 계량탱크 23 : 혐기처리챔버

25 : 배출챔버 63 : 확산기

71 : 부동체 81 : 물탱크

85 : 배출통로 91 : 배양탱크

95,96,97 : 연통부재

본 발명은 폐수처리 방법 및 그 장치에 관한 것이며, 특히 폐수중의 유기물질이 미생물, 즉 생물학적 처리에 의해서 분해되는 폐수처리 방법에 관한 것이다.

가정으로 부터 배출되는 하수 또는 축사로부터 배출되는 배설물(분뇨)로 대표되는 고농도의 유기성 폐수를 처리하는 방법으로서, 종래 주로 혐기성 처리를 기초로 한 부패탱크와 살수여과법, 활성슬러지법 또는 접촉 폭기법 등을 실시하기 위해 부패탱크 뒤에 배치된 호기성처리 탱크를 조합하는 방법이 채용되어 왔다.

그러나, 이런 방법들에는 다음과 같은 문제점이 있었다.

(1) 장시간의 폭기를 필요로 하므로 전력 소비가 상당히 많다.

(2) 희석이 필요하다.

(3) 보수 및 관리가 힘들다.

(4) 발생된 슬러지의 처리 및 처분이 힘들다.

추가로, 배설물중에 특히 다량의 질소가 포함되더라도 종래의 방법을 기초로 하여서는 질소를 충분히 제거할 수 없었다. 또한, 생체로서의 스테르코빌린으로 담즙색소에 의해 형성된 유색물질이 배설물에 포함되어 있으므로 종래의 방법으로는 이 유색물질을 제거할 수 없어 이 유색물질이 처리수에 포함된다. 이 물질은 강으로 방류되어 강물이 착색되게 되며 시각상의 공해를 유발한다.

한편, 최근에 주로 소규모 하수처리 장치로서 회분식 활성슬러지법이 주목받고 있다. 이 방법에서는, 폐수가 처리탱크내의 활성슬러지와 혼합된 액체내로 도입되며, 폭기, 고액분리 및 상청수 배출은 이 처리탱크내에서 연속적으로 행해진다. 이 방법은 다음과 같은 다양한 이점들을 갖는다.

(1) 부풀음(침전에 장애가 됨)이 발생하지 않는다.

(2) 에너지를 절약한다.

(3) 고도의 운전기술을 필요로 하지 않는다.

또한, 종래의 연속적인 처리운전과 비교할때 포기와 침전이 반복되기 때문에 탈질효과와 탈인효과가 높다.

그러나, 회분식 활성슬러지법에서는 탈질의 높은 효과는 경험적으로만 보고되었으며 그 장치가 실제로 운전될 때마다 항상 높은 탈질효과를 얻을 수 있다는 보장은 없다. 그리고, 그 장치의 구조에 대하여는 통상적인 연속운전에서와 같이 상청수를 배출하기 위하여 오우버플로우법을 채용할 수 없으므로 지금까지 적당한 기구가 필요했다.

활성슬러지법으로 대표되는 생활하수, 축사폐수등을 처리하는 방법으로서, 현재 예를들어 미생물군의 대사작용을 기초로 한 생물학적 처리방법이 주로 채용되고 있다. 이 방법을 실시하기 위하여, 통상적으로 혼합된 미생물군이 집합적으로 배양되는 활성슬러지법 또는 생물막법과 같은 처리법이 채용되고 있다. 그러나, 최근 질화반응이 행해지는 시스템은 탈질반응이 행해지는 것으로부터 분리되고 있다. 즉, 이 방법들에서는 각기 특유한 반응을 별개로 촉진시키기 위해서 다수의 처리탱크들을 구비하고 있다. 그것은 어느 미생물에 특유한 반응이 가능한한 많이 촉진시킬 수 있는 상태를 만들 수 있기 때문, 즉 처리시스템이 자연적으로 실현될 수 있기 때문이다. 전술한 이전 시스템을 만들기 위하여는 처리탱크의 구조를 연구할 필요가 있다. 그러나, 탱크구조의 연구만으로는 원하는 처리 기능을 얻기 어렵다.

또한, 폐수의 유기물질은 탈질 또는 탈인을 위한 활성슬러지에 의해 폐수를 호기적으로 처리함으로써 분해될 수 있고, 그후 처리수는 방부액에 의해 소독된 후 강으로 배출된다. 그러나, 배출물의 경우, 생체로서의 스테르코빌린으로 담즙색소에 의해 형성된 유색물질이 최종처리수에 포함된다. 따라서, 처리 및 배출된 물은 착색되어서 공해를 유발하고 있다.

따라서, 본 발명의 주된 목적은 보수 및 관리가 간단하고, 희석을 필요로 하지 않으며, 질소와 유기물질이 충분히 제거될 수 있고 동력 또는 에너지 소비가 경제적으로 될 수 있는 폐수처리방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 처리수가 착색되지 않으므로 물의 오염이 발생하지 않는 폐수처리 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 방법은 (1) 폐수에 포함된 유기물질의 분해 및 탈질을 위하여 다수의 혐기성 세균군에 의해 폐수를 혐기적으로 처리하고, (2) 메탄세균군의 분해작용을 기초로 하여 메탄가스를 발생시키기 위하여 다수의 메탄세균군을 포함하는 필터재로 구성된 1개 이상의 생물학적 접촉구역을 통해 혐기적으로 처리된 폐수를 통과시킴으로써 유기물질을 더욱 분해하고, (3) 혐기적으로 처리된 폐수에 포함된 유기물질을 더욱 신뢰할 수 있게 분해 및 탈질하기 위하여 유기물질과 슬러지를 포함하는 수소공여체와 처리된 폐수를 혼합함으로써 혐기적으로 처리된 폐수를 반복하여 폭기하며, (4) 침전된 슬러지로 부터 배출될 상청수를 분리하기 위하여 슬러지를 침전시키는 것으로 구성된다.

또한, 조건적 혐기성 세균이 제1종 세균배양탱크 내에서 침전된 슬러지, 원폐수 및 배양액을 기초로 하여 혐기성 상태하에서 배양되며, 배양된 슬러지 세균은 폐수를 혐기적으로 처리하기 위하여 사용된다.

메탄세균은 제2종 세균배양탱크의 배양액과 원폐수를 기초로 하여 배양되며, 배양된 메탄세균은 메탄가스의 발생을 위해서 생물학적 접촉구역에 단속적으로 공급된다.

처리된 상청액은 처리수의 탈색을 위해서 오존처리된다. 오존처리된 물의 일부는 복귀되며 순환하는 처리수로서 다시 혐기적으로 처리된다.

본 발명에 따라 폐수를 처리하기 위한 장치는 (1) 폐수에 포함된 유기물질의 분해 및 탈질을 위해서 다수의 혐기성 세균군에 의해서 폐수를 혐기적으로 처리하여 메탄세균군의 분해작용을 기초로 하여 메탄가스를 발생시키기 위해서 다수의 메탄세균군을 포함하는 필터재로 구성된 1개 이상의 생물학적 접촉구역을 혐기적으로 처리된 폐수를 통과시킴으로써 유기물질을 더욱 분해하기 위한 혐기탱크, (2) 유기물질과 슬러지를 포함하는 원수와 처리수를 혼합함으로써 처리된 폐수를 반복적으로 폭기하며 침전된 슬러지로 부터 배출될 상청액의 분리를 위해 슬러지를 침전시키기 위한 호기탱크, (3) 혐기탱크에 배양된 세균을 공급하기 위해 침전된 슬러지, 원폐수 및 배양액을 기초로 하여 조건적 혐기성 세균을 배양하기 위한 제1종 세균배양탱크 및, (4) 혐기탱크에 배양된 메탄세균을 공급하기 위해 원폐수와 배양액을 기초로 하여 메탄세균을 배양하기 위한 제2종 세균배양탱크로 구성된다. 또한, 이 장치는 처리수의 탈색을 위해 상기 호기탱크로부터 배출된 폐수를 처리하기 위해 오존처리탱크를 포함한다.

본 발명에 따른 폐수처리방법 및 그 장치의 특징과 이점들이 그 전체를 통해서 동일한 부호들은 동일한 부품들을 나타내는 첨부 도면을 참고로 한 본 발명의 바람직한 실시예의 하기 서술로부터 더욱 명백히 이해될 것이다.

생물학적 처리에 대한 이해를 촉진하기 위해, 단백질과 같은 유기질소 화합물이 다양한 세균의 질화반응 및 탈질반응에 의해 분해되는 과정을 1예로서 제1도를 참고로 하여 간단히 설명된다. 제1도에서, 프레임에 둘러싸인 세균은 종속영양세균이며 다른 세균은 독립영양세균이다. 또한, 점선으로 표시된 반응은 호기상태에서 발생하는 질화반응을 나타내며, 1점 쇄선으로 표시된 반응은 혐기상태에서 발생하는 탈질반응을 나타낸다.

탈질반응은 화학량론적으로 다음과 같이 표현된다.

2NO^- ₂+3(H₂) → N₂+2OH^-+2H₂O …………… (1)

2NO^- ₂+5(H₂) → N₂+2OH^-+4H₂O …………… (2)

여기서, 식(1)은 아질산 호흡에 상당하고, 식(2)는 질산호홉에 상당한다. 이 반응의 H₂는 세균의 호흡효소의 생물학적 과정에 의해 수소공여체로서 주어지며, 거의 모든 탈질세균은 수소공여체로서의 유기물질과 반응한다.

이하, 본 발명의 방법과 장치가 첨부도면을 참고로 하여 설명된다. 본 발명의 특징은 (1) 혐기탱크 후에 호기탱크를 설치하고, 호기탱크에서 2단계 호기처리를 하며, (3) 다수의 세균군이 혐기탱크로 공급되기전에 2개의 별도의 탱크에서 배양되고, (4) 호기탱크내 가요성관 및 부동체와 조합하여 신규의 배수기구를 구비하며, (5) 강으로 처리수를 배출하기 전에 오존처리를 하는 것이다.

제2도는 이 실시예의 방법을 도시하는 공정도다. 이 도면을 기초로 하여, 폐수처리의 공정이 순차적으로 설명된다. 또한, 각 공정에서 사용된 각 처리공정 및 그 장치들은 제3도와 그 이하의 도면을 참고로 하여 상세히 설명된다.

먼저, 축사(A)로 부터 배출되며 분뇨와 오물을 포함하는 폐수는 털이나 먹이찌꺼기 같은 잡물을 제거하기 위해 진동체(B)를 통과한 후 원수(축사하수) 저장탱크(1)에 저장된다. 폐수에 미세한 잡물이 포함되지 않았을 경우에는 진동체(B) 대신에 스크린을 사용할 수 있다.

원수는 일정한 유량으로 또는 충전된 량에 따른 원수저장탱크(1)로 부터의 오우버플로우를 기준으로 하여 원수저장탱크(1)로 부터 계량탱크(11)을 통해서 혐기탱크(2)로 이동된다.

혐기탱크(2)는 하수처리공정의 탈질반응과 메탄발효를 행한다. 부호 21은 축사폐수와 같은 고농도의 유기 폐수가 도입되는 도입챔버를 나타낸다. 이 챔버의 상부는 대기에 노출된다. 도입챔버(21)의 액면부에 다수의 4 내지 5mm 직경의 구멍을 갖는 다수의 도입관들이 수직 방향으로 신장되게 설치된다. 다수의 도입관들이 설치되므로 액면부에서 발생된 부유물(scum)이 도입관의 원주상에 부착되며, 폐수는 도입관(22) 사이 또는 도입관(22)에 형성된 구멍을 통해 하류로 흐른다. 따라서, 도입챔버(21)의 액면으로부터 저부로의 흐름은 원활하다. 부호 23은 그 저부가 도입챔버(21)의 저부와 통하며 그 상부는 기밀되게 폐쇄된 혐기처리챔버를 나타낸다. 혐기처리챔버(23)의 중간부분에는 지그재그식 통로를 형성하는 격벽(24)가 폐수를 상향후에 하향하게 통과시키기 위해 마련된다. 이 실시예에서, 이 격벽(24)는 도면에서 서로 대칭인 제1챔버(23a)와 제2챔버(23b)를 형성한다. 부호 25는 그 저부가 혐기처리챔버(23)의 저부와 통하고 그 상부가 대기에 개방될 배출챔버를 나타낸다. 이 배출챔버(25)에는 그 저부로부터 상향하여 흐르는 폐수를 오우버플로우시키기 위한 오우버플로우부(26)이 마련되며, 예를들어 이런 V 노치형 오우버플로우부(26)은 물에서 부유물을 분리하기 위해 삼각형의 상연부를 갖는다.

또한, 혐기탱크(2)의 각 부분은 나중에 더 상세히 설명된다. 혐기처리챔버(23)의 제2챔버(23b)에는 그 위에 메탄세균이 부착되는 필터재로 된 다수 단계의 생물학적 접촉구역(3a)가 상향하여 간격을 두고 배치된다. 2개의 생물학적 접촉구역(3a) 사이에 대수층(3b)가 형성된다. 상술한 바와 같이 대수층(3b)가 형성될 때 완충작용이 제공되므로 생물학적 접촉구역(3a)를 짧게 하여 흐르는 짧은 흐름의 발생을 방지할 수 있다. 생물학적 접촉구역(3a)의 여과재로서 예를들어 대합조개 또는 다공성 세라믹과 같은 메탄세균을 쉽게 포촉할 수 있는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 상술한 생물학적 접촉구역(3a)와 대수층(3b)는 동일하게 배출챔버(25)내에 형성된다. 생물학적 접촉구역(3a)는 메탄세균과 폐수 사이의 접촉효율을 높히며 폐수중의 부동물질을 제거하는 역활을 한다. 특히, 이 구역은 배출챔버내의 부유물의 발생을 방지한다.

혐기챔버(23)의 상부벽에 혐기처리챔버(23)내에 발생된 가스를 탱크(2) 밖으로 내보내기 위해 가스취출부로서 가스출구(27)이 형성된다. 그곳을 통해 취출된 가스는 밸브(V₁)을 통해 가스호울더(도시하지 않음)에 모이게 된다. 혐기처리챔버(23)이 기밀되게 폐쇄되고 도입챔버(21)과 배출챔버(25)가 대기에 노출되므로 혐기처리챔버(23)내 가스압력은 혐기처리챔버(23)과 도입 / 배출챔버 (21, 25) 사이의 액위 차이를 기초로 하여 결정된다. 또한, 후자의 액위가 오우버플로우부(26)의 높이에 따라 조절될 수 있으므로,배출챔버(25)의 혐기처리챔버(23)의 액위를 초과하는 높이는 가스부의 압력을 조절할 수 있는 압력조정부로서 작용한다. 가스부의 압력이 압력조정부에 의해 조절되므로, 가스부의 압력을 메탄발효반응을 억제하지 않는 적당한 압력범위로, 즉 가스부와 압력이 너무 높지 않도록 제어할 수 있다. 추가로, 혐기처리챔버(23)내에서 발생된 가스가 사용될 때 가스압력은 일정한 수준으로 자동적으로 조절될 수 있다. 따라서, 가스공간 또는 무효공간없이 가스를 효과적으로 활용할 수 있다.

또한, 오우버플로우부(26)의 외부에 오우버플로우부 넘어로 흐르는 부유물을 저장하기 위한 부유물 저장부(28)이 배치된다. 거기에 저장된 부유물은 부유물 취출밸브(V₂)를 통해서 적당히 제거된다. 이 부유물 저장부(28)은 또한 부유물이 생물학적 접촉구역(3a)에 의해 제거된 후 오우버플로우부(26) 넘어로 흐르기 때문에 마련된다. 부호 29는 부유물 저장부(28) 넘어로 흐르는 처리된 폐수를 배출하기 위한 배출부를 나타낸다. 그리고, 부호 V₃과 V₄는 슬러지 취출밸브를 나타낸다.

제3도에서, 부호 9는 그 속에서 혐기성 유기물질 분해 세균, 혐기성 산 형성세균 및 탈질세균을 포함하는 1군의 조건적 혐기성 세균이 이들 세균에 특유한 배양액과 혐기탱크(2) 내에서 처리될 폐수를 기질로 하여 배양되는 제1종 세균배양탱크를 나타낸다. 조건적 혐기성 세균으로서, 호기탱크(6)(후술함)내에서 발생된 과잉의 슬러지 또는 그 농축된 슬러지가 유용하다. 그 슬러지는 펌프(P₁)에 의해 제1종 세균배양탱크(9)에 이송된다. 부호 4는 메탄세균군이 그 세균에 특유한 배양액과 처리될 폐수를 기질로 하여 배양되는 제2종 세균배양탱크를 나타낸다.

상기 장치의 작동이 지금부터 설명된다.

예를들어 축사폐수와 같은 고농도의 유기폐수가 도입챔버(21)의 상부로 부터 도입된 후, 하향류가 되어 도입관(22)를 통해 도입챔버(21)의 저부에 이르게 된다. 한편, 제1종 세균배양탱크(9)에서 배양된 조건적 혐기성 세균군은 펌프(P₂)에 의해 단속적으로 공급되며, 폐수가 이 혐기성 세균군과 혼합된다. 그후, 폐수는 혐기처리챔버(23)의 제1챔버(23a)의 저부로 부터 상향하여 흘러, 격벽(24)의 상연부 넘어로 오우버플로우한 후, 제2챔버(23b)의 상부로 부터 번갈아 생물학적 접촉구역(3a)와 대수층(3b)를 통과하여, 배출챔버(25)의 저부로 부터 상부로 흐른다. 생물학적 접촉구역(3a)로, 제2종 세균배양탱크(4)에서 배양된 메탄세균군이 펌프(P₃)에 의해 단속적으로 공급된다. 따라서, 폐수가 상술한 경로를 따라서 흐를때, 유기물질은 저분자의 물질로 변화되며 혐기성 세균군의 작용에 의해서 탈질반응이 발생한다. 그후, 유기산, 알코올등과 같은 저분자 유기물질은 분해되어 생물학적 접촉구역(3a)에 부착된 메탄세균군의 작용에 의해 메탄가스 및 이산화탄소와 같은 가스를 발생한다. 상술한 바와같이 발생된 가스는 연료로서 효과적으로 이용될 수 있도록 가스출구(27)을 통해 가스호울더(도시하지 않음)에 수집된다. 또한, 폐수가 생물학적 접촉구역(3a)를 통과할 때, 부동물질이 제거되어 물이 정화된다. 이런 처리로 물이 배출챔버(25)의 오우버플로우부(26)에 도달하면, 부유물과 처리수로 분리된다. 처리수는 아직 그중에 포함되어 있는 부유물을 제거하기 위해 부유물 저장부(28)로 낙하한 후, 배출부(29)를 통해 배출된다.

상술한 바와 같은 폐수처리용 혐기탱크(2)를 사용하면, 제1단계에서는 혐기성 세균군에 의해 그리고 제2단계에서는 메탄세균군에 의해서 유기물질이 분해 및 탈질되므로, 유기물질의 분해가 증진되고, 폐수가 잘 처리되며, 발생 및 수집된 메탄가스를 효과적으로 활용할 수 있다.

상술한 바와 같은 혐기탱크(2)에 의해 처리된 물은 바이패스관을 통해 연속적으로 또는 버퍼탱크(조절탱크)(61)에 일단 축적된 후 단속적으로 다음단계의 호기탱크(6)으로 이송된다. 전자(바이패스)의 경우는 연속충전형, 후자(조절탱크)의 경우는 회분충전형이라고 한다.

제4도는 호기탱크(6)을, 제5도는 호기탱크(6)의 처리공정을 나타낸다. 호기탱크(6)의 구조와 그 속에서 수행되는 처리공정은 이 도면들을 참고로 하여 설명될 것이다.

제3도에서, 부호 62는 송풍기, 63은 확산기, 64는 교반기, M₁은 모우터를 나타낸다. 이 호기탱크(6)에 활성슬러지의 혼합액이 미리 베이스수위(B.W.L)로 채워져 있다. 혐기탱크(2)에서 혐기적으로 처리된 폐수는 예정된 수위로 호기탱크(6)에 충전된 후 폐수와 활성슬러지를 충분히 혼합시키기 위해 교반기(64)에 의해 교반된다. 또한, 이 경우 양자가 충전공정에서 충분히 혼합되었으면 교반공정은 불필요하다. 그후, 송풍기(62)가 구동되어 확산기(63)에 의해 공기가 방출됨으로써 호기탱크(6)은 예정시간동안 폭기된다. 이 폭기공정에서, 호기처리가 활성슬러지내 호기성 세균군에 의해 행해지므로, 폐수중 유기물질은 분해되고 질화반응이 진행된다. 충분한 폭기로 유기물질은 충분히 제거된다. 충분한 질화후, 폭기가 정지되며 슬러지는 침전된다. 이 침전공정에서 침전된 슬러지가 혐기상태가 된 후 적당량의 원수와 같은 수소공여체가 원수저장탱크(1)로부터 호기탱크(6)으로 단속적으로 충전된다. 교반기(64)에 의한 교반공정에서, 원수의 유기물질은 슬러지 및 상청액과 혼합된다. 여기서 원수를 충전하는 이유는 후술하는 수소공여체로서의 유기물질을 보충하기 위한 것이다. 슬러지의 탈질세균은 교반공정에서 호흡효소의 생물학적 공정을 경유하여 유기물질로부터 수소를 취출하며, 수소는 질소를 질소가스를 환원시킴으로써 질소를 제거하기 위해 폭기공정에서 형성된 질산과 아질산에 포함된 질소와 반응한다. 그후, 호기성 세균군에 의해 잔여 유기물질을 제거하여 암모니아 성분을 질화하기 위해 폭기가 다시 행해진다. 이어서, 폭기가 정지되어 슬러지가 침전된다.

그리고, 제4도에서 부호 P₁은 슬러지 취출펌프, 65는 수동밸브를 나타낸다. 호기탱크(6)에 침전된 슬러지는 펌프(P₁)에 의해 취출되어 후술하는 종슬러지 배양탱크로 이송되거나 과잉의 슬러지로서 시스템 밖으로 배출된다. 슬러지 취출공정에서, 슬러지 보유시간(SRT)이 30 내지 50일이 되도록 적당히 슬러지가 취출된다. 호기탱크(6)의 상청액은 후술하는 배출기구(7)에 의해 배출된 후 다음 단계의 처리탱크(8)로 이송된다.

제4 및 6도에 도시한 바와같이, 배출기구(7)은 호기탱크(6)의 액면에 부동하는 2개의 부동체(71), 이 부동체(71)에 부착되며 개방된 저단부를 갖는 원통형 필터부로서 작용하는 커버부(72), 커버부(72)의 내경보다 약간 큰 외경으로 커버부(72)에 삽입되며 물인입구로 형성된 1단부를 갖는 가요성관(73), 커버부(72)에 가요성관(73)을 고정하기 위한 금속고정구(74), 물인입구를 통해 처리수를 흡입하도록 배출관(75)를 경유하여 가요성관(73)의 타단부에 연결된 배출펌프(P₄) 및 각기 배출밸브로서 배출펌프(P₄)의 양측에 배치된 수동밸브(76)과 모우터 구동밸브(77)로 구성된다. 전술한 배출기구(7)에서, 가요성관(73)은 배출공정이 아닌 때에는 처리수로 채워진다. 따라서, 배출펌프(P₄)가 배출공정에서 구동될 때 상청수는 커버부(72)의 개방단부를 통해서 흡입되며, 가요성관(73)의 물인입부를 통과한 후, 처리수로서 외부를 향해 배출된다. 도시한 것과 같은 배출기구가 사용되면 액위 하방위치에서 상청액이 흡입될 수 있으므로, 액위에서의 부유물은 흡입되지 않을 것이다. 또한, 물이 커버부(72)와 가요성관(73) 사이에 형성된 공간을 통해 흡입되므로, 슬러지와 같은 고체물질이 제거될 수 있어 파이프가 막히지 않는 이점이 생긴다. 그리고, 상청수의 배출속도는 밸브(76,77)에 의해 조절될 수 있다. 제4도에서 부호 H.W.L은 상한수위를 나타낸다. 또한, 원수의 공급량은 다음과 같이 결정될 수 있다. 질산호흡에서, 수소공여체(5(H₂))에 상응하는 이론적인 산소요구량 (ThOD)가 화학량론적으로 5(O)이므로, ThOD의 12.5%가 이론적인 공여수소량으로서 계산될 수 있다. ThOK=BOD₅라고 하면, 1kg의 NO₃를 탈질하기 위해서는 286kg의 BOD₅가 필요하다. 따라서, 원수처리 상태를 기초로 하여 이 공급량을 결정할 수 있다.

호기탱크(6) 뒤에 배치된 처리탱크(8)이 제7a도를 참고로 하여 설명된다. 제7a도에서, 부호 81은 물탱크를 나타낸다. 호기탱크(6)에서 처리된 폐수는 이 물탱크(81)의 저부에 연결된 물공급로(81a)를 통해서 공급된다. 부호 82는 그 출구가 물탱크(81)의 저부 가까이에 개방되고 그 인입구가 출구위치보다 높은 위치에서 물탱크(81)로 개방된 순환수로를 나타낸다. 이 순환수로(82)에 이젝터펌프(P₅)가 구비된다. 부호 83은 오존가스발생기를 나타낸다. 온존가스는 압축기(84)가 구동될 때 이젝터펌프(P₅)로 분사된다. 또한, 순환수로(82)의 출구는 거기서 분사되는 처리수가 물탱크(81)의 내경보다 약간 작은 직경을 갖는 원의 접선방향을 따라 배출되게 배치된다. 부호(85)는 배출통로를 나타내며, 그것은 위로부터 하향하여 신장한후 구부러진후 올라가서 출구가 대기로 개방된다. 부호 86은 상부벽을 나타내고, 상부벽(86)과 액면 사이에 기밀되게 폐쇄된 공간(87)이 형성된다. 부호 88은 오우버플로우부를 나타내고, 88a는 수취부를 나타낸다. 통로(85)를 통해 흐르는 처리수는 오우버플로우부(88)을 넘어서 수취부(88a)로 흘러 들어온다. 부호 89는 오존 가스처리부를 나타낸다. 폐쇄된 공간(87)을 채우는 오존가스는 상부벽(86)에 연결된 배출경로(86a)를 통해 도입되며 흡수제에 의해 흡수되거나 환원제에 의해 산소로 환원처리된다. 오존가스가 처리되는 이유는 오존가스가 그대로 공기중으로 배출되면 인체에 위험하기 때문이다.

상기 처리탱크(8)에서, 호기탱크(6)에서 처리된 폐수가 물공급로(81a)를 통해 저부로 부터 탱크(81)내로 계속 공급된다. 그 물은 물탱크(81)내에서 위로 흐르며, 처리수의 일부는 순환수로(82)내에서 순환한다. 한편, 오존가스발생기(83)으로 부터 발생된 오존가스는 순환수로(82)를 통해 흡입된 물과 함께 순환수로(82)의 출구로부터 물탱크(81)의 내경에 의해 결정된 원의 접선을 따라서 이젝터펌프(P₅)에 의해 분사된다. 이것에 의해서, 오존가스는 충전된 물과 접촉하며 물탱크(81)의 내벽을 따라서 나선형으로 위로 올라간다. 충전된 물이 오존가스와 접촉하는 동안, 처리되지 않은 유기물질이 처리되며 추가로 유색물질이 제거되고 충전된 물은 살균(소독)된다. 오존처리된 물(충전수)은 물탱크(81)의 상부로 부터 통로(85)로 흐르고, 한번 하향한 후 상향하여 흐르며, 오우버플로우부(88)을 넘어 오우버플로우하여 수취부(88a)에 낙하한 후 처리수로서 강으로 배출된다. 또한, 물탱크(81)내에서 상향하여 흐르는 오존가스는 폐쇄된 공간(87)을 채우며, 배출통로(86a)를 통해 오존가스처리부(89)로 도입된 후, 흡수 및/또는 환원처리후 대기로 배출된다. 처리탱크(8)에서 처리된 처리수의 일부는 순환하는 처리수로서 혐기탱크(2)의 혐기챔버(21)로 순환펌프(P₆)에 의해 복귀된다. 처리수가 전술한 바와 같이 순환될 때, 처리수의 일부가 또한 혐기탱크(2)에 의해 혐기적으로 처리되므로, 탈질효과를 더욱 증진시킬 수 있다.

본 발명에서, 오존처리를 위해서 처리탱크(8)이 마련되지 않더라도, 순환처리수로서 호기탱크(6)으로 부터 혐기챔버(21)로 처리수의 일부를 복귀시킴으로써 마찬가지로 높은 탈질효과를 얻을 수 있다.

호기탱크(6)으로 부터 처리탱크(8)로 물을 공급하기 위해 제7b도와 같이 처리탱크(8)의 이젝터펌프(P₅)와 호기탱크(6)의 배출기구(7)을 연결시킬 수 있다. 즉, 제7b도에 도시한 실시예의 경우에 모우터 구동밸브(78)과 추가적인 수동밸브(79)가 배출기구(7)의 배출관(75)를 위해 마련되며, 배출관(75)는 T형 연결관(82b)를 통해 순환로(82)에 연결된다. 상술한 구조에서, 호기탱크(6)으로 부터 물이 직접 이젝터펌프(P₅)내에서 오존처리되므로, 오존처리효과를 증진시키고 물의 색도를 감소시킬 수 있다.

이하, 혐기탱크(2)에서 사용된 혐기성 세균군의 공급이 설명된다. 제2도에서, 호기탱크(6)으로 부터 취출된 슬러지와 원수탱크(1)로 부터의 원수는 혐기 상태하에서 배양액으로서 원수로 슬러지를 배양하기 위해 이 종슬러지 배양탱크(9)에 이송된다. 배양된 조건적 혐기성 세균(탈질세균을 포함하여)은 혐기탱크(2)에 단속적으로 공급된다.

제8도는 종슬러지 배양탱크의 1예를 도시한다. 배양챔버(91)내에 교반장치(92)가 마련된다. 이 배양챔버(91)에 의해 배양된 슬러지는 배양유체와 함께 펌프(P₂)에 의해 혐기탱크(2)에 공급된다. 또한, 슬러지의 공급량이 많을 경우는 다중탱크구조를 설계하는것, 즉 제8도에 도시한 것과 같은 배양챔버(92 내지 94)를 구비하여 단순히 배양챔버의 체적을 증가시키지 않고 버퍼탱크와 농축탱크의 효과를 얻을 수 있게 하는 것이 바람직하다.

제8도에서, 부호 95 내지 97은 슬러지의 유동을 촉진시키기 위해 그 상부가 개방되는 연통부재를 나타낸다. 전술한 것과 같은 다중탱크구조의 경우에는 혐기탱크(2)내로 슬러지를 공급하기 위해 각 배양챔버에 대해 1개의 펌프(도시하지 않음)가 마련된다. 전술한 바와같이 종슬러지 배양탱크(9)를 마련함으로써 혐기탱크(2)에 슬러지를 공급하는 방법에 따라서, 높은 탈질효과가 얻어지며, 또한 호기탱크(6)으로 부터 취출된 슬러지를 효과적으로 활용할 수 있다.

상술한 내용에서, 혐기탱크(2)의 체적이 커질수록 처리효과가 높아진다. 그러나, 탱크(2)의 체적이 커지면 혐기탱크의 크기가 불가피하게 증가하므로 수리학적 체류시간을 약 5일로 설정하는 것이 적당하다.

또한, 호기처리탱크(6)의 각 공정제어에 대하여 미리 시간이 정해진 시이퀀스 제어를 행할 수 있더라도 산화환원 전위 또는 pH와 같은 수질기준을 기초로 하여 각 처리시간을 결정하기 위한 제어를 채용할 수도 있다. 후자의 방법은 효과적인 처리를 기대할 수 있다.

그리고, 실시예에서 PCB,ABS와 같은 난분해성 물질을 분해할 수 있는 세균이 스크리이닝되어 종세균 또는 종슬러지로서 사용될 때 PCB 또는 ABS를 생물학적으로 처리할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서 폐수는 먼저 혐기탱크의 메탄세균군과 혐기성 세균군에 의해 혐기적으로 처리되고, 호기탱크에서 호기적으로 처리되며, 수소공여체로서 작용하는 유기물질을 혐기상태에서 폐수로 공급함으로써 혐기적으로 처리된 후, 다시 혐기적으로 처리된다. 따라서, 희석없이 고농도의 유기폐수를 처리하고, 유기물질을 충분히 분해하며, 높은 탈질효과를 얻어서, 양호한 수처리를 할 수 있다. 추가하여, 용해된 산소량의 제어가 활성슬러지법에서와 같이 불필요하므로 보수 및 관리가 간단하다. 또한, 본 발명의 방법은 연속 폭기가 불필요하므로 에너지 절약형이다. 그리고, 혐기탱크내에서 메탄세균에 기인한 처리가 활용되므로 메탄수집효과를 기대할 수 있다. 이 메탄수집효과가 기대되지 않으면 저농도의 유기폐수를 처리할 수 있다. 또한, 호기탱크에 의해 처리된 물이 처리탱크의 오존가스에 의해 더욱 처리될 때 처리수를 소독하며 유색물질을 제거하여 물의 오염을 방지할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따라서, 폐수가 먼저 호기적으로 처리된 후 혐기상태에서 수소공여체로서 폐수에 유기물질을 공급함으로써 혐기적으로 처리된 후 다시 호기적으로 처리되는 2단계 회분법이 채용되므로, 호기처리에 의해 형성된 질산처리후 잔여 유기물질이 다음의 호기처리에 의해 분해될 수 있다. 따라서, 양호한 하수처리를 행할 수 있다. 따라서, 혐기처리에서 수소공여체로서 원수를 사용할 수 있으므로 운전경비가 감소될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치에서는 상술한 장치에 의해 본 발명의 방법을 적당히 실현할 수 있다. 그리고, 부동체와 가요성관이 서로 조합되는 배출기구가 사용되므로, 간단한 기구임에도 불구하고 항상 액위 가까이로 부터 물을 흡입할 수 있다. 따라서, 상청수만이 배출되며 액위에 관계없이 흡입압력이 일정하므로, 필터부의 막힘없이 호기탱크로부터 처리수를 원활하게 배출할 수 있다.

또한, 본 발명에 따라서, 하수처리탱크의 목적에 상응하여 종세균군으로서 미생물군이 별도로 배양되며 하수처리탱크로 공급되므로, 하수처리기능을 증진시키며 안정된 미생물대사 작용을 얻을 수 있다.

Claims (15)

1. (1) 폐수에 포함된 유기물질의 분해 및 탈질을 위하여 다수의 혐기성 세균군에 의해 폐수를 혐기적으로 처리하고, (2) 메탄세균군의 분해작용을 기초로 하여 메탄가스를 발생기키기 위해 다수의 메탄세균군을 포함하는 필터재로 구성된 1개 이상의 생물학적 접촉구역을 통해 혐기적으로 처리된 폐수를 통과시킴으로써 유기물질을 더욱 분해하고, (3) 혐기적으로 처리된 폐수에 포함된 유기물질을 더욱 신뢰할 수 있게 분해 및 탈질하기 위해 유기물질과 슬러지를 포함하는 수소공여체와 처리된 폐수를 혼합함으로써 혐기적으로 처리된 폐수를 반복하여 폭기하며, (4) 침전된 슬러지로 부터 배출될 상청수를 분리하기 위해 슬러지를 침전시키는 단계들로 구성되는 폐수 처리 방법.
2. 제1항에 있어서, 처리된 폐수를 반복하여 폭기하는 단계가 (1) 폐수와 활성슬러지를 혼합하고, (2) 활성슬러지에 포함된 호기성 세균군에 의해 호기처리를 하기 위해 슬러지와 혼합된 폐수를 폭기하며, (3) 폭기를 정지하며 호기상태에서 슬러지를 침전시키고, (4) 유기물질을 포함하는 수소공여체와 폐수를 혼합하며, (5) 호기성 세균군에 의해 잔여 유기물질을 제거하기 위해 혼합된 폐수를 다시 폭기하는 단계들로 구성되는 폐수 처리 방법.
3. 제1항에 있어서, 호기적으로 처리된 폐수의 일부가 순환수로서 복귀되며 혐기적으로 다시 처리되는 폐수 처리 방법.
4. 제1항에 있어서, 조건적 혐기성 세균이 제1종 세균배양탱크에서 침전된 슬러지, 폐수 및 배양액을 기초로 하여 혐기상태에서 배양되며, 배양된 슬러지 세균이 폐수를 혐기적으로 처리하기 위해 사용되는 폐수 처리 방법.
5. 제1항에 있어서, 메탄세균이 제2종 세균배양탱크에서 배양액과 원폐수를 기초로 하여 배양되며, 매탄가스의 발생을 위해 배양된 메탄세균이 단속적으로 생물학적 접촉역에 공급되는 폐수 처리 방법.
6. 제1항에 있어서, 또한 처리수의 탈색을 위해서 분리된 상청액을 오존가스와 접촉시키는 단계를 갖는 폐수 처리 방법.
7. 제6항에 있어서, 오존처리된 물의 일부가 복귀되며 순환처리수로서 다시 혐기처리되는 폐수 처리 방법.
8. 제1항에 있어서, 혐기적으로 처리된 폐수와 혼합된 수소공여체가 원폐수인 폐수 처리 방법.
9. (1) 폐수에 포함된 유기물질의 분해 및 탈질을 위해 다수의 세균군에 의해 폐수를 혐기적으로 처리하고 혐기적으로 처리된 폐수를 메탄세균군의 분해작용을 기초로 하여 메탄가스를 발생시키기 위하여 다수의 메탄세균군을 포함하는 필터재로 된 1개 이상의 생물학적 접촉구역을 통과시킴으로써 유기물질을 더욱 분해시키기 위한 혐기탱크, (2) 슬러지와 유기물질을 포함하는 원수와 처리수를 혼합함으로써 처리된 폐수를 반복하여 폭기하고 슬러지를 침전시켜 배출될 상청액을 침전된 슬러지로 부터 분리시키기 위한 호기탱크, (3) 혐기탱크에 배양된 세균을 공급하기 위해 침전된 슬러지, 원폐수 및 배양액을 기초로 하여 조건적 세균을 배양하기 위한 제1종 세균배양탱크 및, (4) 혐기탱크에 배양된 메탄세균을 공급하기 위해 배양액과 원폐수를 기초로 하여 메탄세균을 배양하기 위한 제2종 세균배양탱크를 포함하는 폐수 처리 장치.
10. 제9항에 있어서, 또한 처리수를 탈색하기 위해 오존에 의해 상기 호기탱크로 부터 배출된 폐수를 처리하기 위한 오존처리 탱크를 갖는 폐수 처리 장치.
11. 제9항에 있어서, 상기 호기탱크가 (1) 상기 혐기탱크에 의해 혐기적으로 처리된 폐수와 수소공여체로서 작용하는 원수를 저장하기 위한 탱크, (2) 상기 탱크내로 공기를 확산시키기 위한 폭기장치, (3) 상기 탱크내의 액체를 교반하기 위한 교반기, (4) 상기 탱크내에 침전된 슬러지를 취출하기 위한 펌프 및, (5) 상청액 배출기구를 포함하는 폐수 처리 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 상청액 배출기구가 (1) 상기 탱크의 액면상에 부동된 부동체, (2) 상기 부동체에 부착되며 흡입부를 구비한 1단부를 갖는 가요성관, (3) 상기 고체물질을 제거하기 위해 상기 흡입부에 마련된 필터 및, (4) 각기 상기 가요성관의 타단부에 연결된 배출펌프와 배출밸브를 포함하는 폐수 처리 장치.
13. 제10항에 있어서, 상기 오존 처리탱크가 (1) 그 저부로 부터 오존처리될 물이 공급되는 처리탱크, (2) 상기 처리탱크의 저부 또는 그 가까이에 오존가스를 송풍하기 위한 오존가스 공급장치, (3) 상기 처리 탱크에서 오존처리된 물을 배출하기 위해 상기 처리탱크의 상부에서 대기와 연통하도록 형성된 배출통로, (4) 상기 처리탱크의 액면에 대해 기밀되게 폐쇄된 공간을 형성하기 위해 상기 처리탱크의 상부에 마련된 상부벽, (5) 상기 처리탱크의 오존가스를 배기하도록 상기 상부벽에 마련된 배기통로 및, (6) 상기 배기통로에 마련된 배기오존가스 처리부를 포함하는 폐수 처리 장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 오존가스 공급장치가 (1) 그 출구가 상기 처리탱크의 저부 또는 그 가까이로 개방되며 그 인입구가 출구의 위치보다 높은 위치에서 상기 처리탱크로 개방된 처리수를 위한 순환수로, (2) 이 순환수로에 마련된 이젝터펌프 및, (3) 상기 이젝터펌프로 오존가스를 분사하기 위한 오존가스 발생장치를 포함하는 폐수 처리 장치.
15. 제14항에 있어서, 오존처리될 물이 상기 이젝터펌프에 공급되어 상기 이젝터펌프 내에서 분사된 오존가스와 혼합되도록 된 폐수 처리 장치.

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