WO2010008132A1 - 2단 다층생물여과공정을 구비한 오폐수 처리장치 - Google Patents

2단 다층생물여과공정을 구비한 오폐수 처리장치 Download PDF

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biofiltration
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여영기
서세욱
윤용준
최봉철
이병석
이화선
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Definitions

  • the present invention relates to a wastewater treatment apparatus, and more particularly, to a wastewater treatment apparatus having a multilayer filter biofiltration process.
  • the biofiltration process is a process that performs a filtration function at the same time as the biological treatment and shows an excellent treatment efficiency, and can obtain a stable treatment efficiency at a high organic matter and a hydraulic load compared to the floating process. This is because the microorganisms are attached to the media and are not washed out during hydraulic load, and the amount of solids in the media is 1.0 to 4.0 kg / m 3 , thereby securing microorganisms at a high concentration.
  • the solids concentration in the media is 3,000 ⁇ 5,000mg / L, which is similar to the solids concentration of 3,500mg / L in the reaction tank of the floating process, but mostly consists of active microorganisms. Compared to 2 to 3 times the activity. For this reason, it is possible to reduce the site of the biofiltration process with the site requirement about 1/2 to 1/3 of the floating process.
  • Figure 1 shows a general one-stage monolayer biofiltration process.
  • Single-layer biofiltration processes require frequent backwashing due to rapid head loss at high solids loads.
  • a solids loading of available is the difficulty in operating if it exceeds about 3 ⁇ 4kgSS / m 3 / d properly if the operating to be performed to the one-degree backwash daily, and the solids concentration in the wastewater flowing into the biological filter paper 100mg / l to Can cause.
  • concentration of solids in the influent is increased, backwashing should be frequent. If the backwashing is frequent, the operation of the process is frequently interrupted, the backwashing quantity increases, and the treatment efficiency decreases due to excessive detachment of microorganisms attached to the media.
  • Figure 2 shows a two-stage monolayer biofiltration process disclosed in Korean Patent Registration No. 0817882. It has two stages, so it is possible to obtain better water quality and to implement various operating methods, but when the solid load increases, head loss occurs higher than the head loss generated in the single stage single layer biofiltration process.
  • the filter volume (V) required to remove contaminants is the same in the first stage biofiltration process and the second stage biofiltration process, but in the first stage biofiltration process, the filter depth (H) is divided in half and the lower portion (H / 2) is anaerobic condition.
  • the filtration rate LV is the flow rate / filtration area (Q / A).
  • the media volume of the two-stage biofiltration process to treat the same wastewater is the same as that of the one-stage biofiltration process, but the filter media is divided into two papers, so the media volume of one paper is 1/2 of the first-stage biofiltration paper.
  • V 1st stage (Anoxic) + V 2nd stage (expiration) V / 2 + V / 2
  • the depth of the mediation of the anaerobic tank and the aerobic tank is H, so that the area of the first stage of the two-stage biological filter paper is 1/2 of the area of the first-stage biological filter paper.
  • the filter volume of the first stage (anoxic) of the two-stage biofilter is the same as that of the lower stage (anoxic) of the first-stage biofilter, but the required filter paper area is 1/2 the depth of the filter media. It means to be.
  • the filtration rate is doubled.
  • the solids load of the first filter paper of the two-monofil filter increased twice.
  • the two-stage multilayer filter-monolayer filter biofiltration process as shown in FIG. 4 was invented (Korea Patent Registration No. 0794336).
  • head loss is rapidly progressed by chemical sludge (solid) formed, which has the advantage of multilayer biofiltration process that can prevent head loss.
  • chemical sludge solid
  • the media consists of two layers, and the multi-layer structure is impossible.
  • arranging the media in multiple layers such as large, medium, and small, can minimize the head loss and ensure excellent water quality.
  • the duration of the filtration can be extended, reducing backwash water and further reducing operating costs.
  • the present invention has been made to solve the above problems and take advantage of the multilayer filter biofiltration process, while having the advantages of obtaining excellent water quality by the two-stage biofiltration process, and the advantages of the multilayer filter biofiltration process, It is to provide a wastewater treatment apparatus for performing a biofiltration process that can solve the head loss problem in a two-stage multilayer filter-monolayer filter biofiltration process.
  • a multi-layered biofiltration process of one stage and a multi-layered biofiltration process of two stages are continuously arranged and configured to perform biofiltration by a multilayered filter in two stages on the wastewater.
  • the submerged bottom filter of the first stage multi-layer filter medium biofiltration process is 5 ⁇ 20mm size and the floating upper filter is composed of 3 ⁇ 5mm size
  • the submerged bottom filter of the two-stage multilayer filter biofiltration process is It consists of 5 ⁇ 10mm size and the floating upper media consists of 2 ⁇ 3mm size
  • the overall media arrangement is composed of large, medium, medium and small size order.
  • the one-stage multilayer filter biofiltration process is operated under anoxic conditions and the two-stage multilayer filter biofiltration process is It is operated under aerobic conditions.
  • both the first and second stages are introduced in a multi-layered biofiltration process to remove nitrogen, phosphorus and organics in the first stage, and in the second stage to remove nitrogen, phosphorus and organics, thereby minimizing head loss. It is possible to secure the number. In addition, it is possible to secure excellent water quality under the optimum operating conditions by minimizing the head of the loss by arranging the media medium-medium-medium-small.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of a conventional single-layer monolayer biofiltration process
  • FIG. 2 is a conceptual diagram of a conventional two-stage monolayer biofiltration process
  • FIG. 3 is a conceptual diagram of a conventional one-layer multilayer filter biofiltration process
  • FIG. 4 is a conceptual diagram of a conventional two-stage multilayer filter-monolayer biofiltration process
  • FIG. 5 is a conceptual diagram of a two-stage multilayer filter-multilayer biofiltration process according to the present invention.
  • FIG. 5 is a wastewater treatment apparatus for performing a two-stage multilayer filter-multilayer biofiltration process according to the present invention.
  • a multi-layered biofiltration process of one stage and a multi-layered biofiltration process of two stages are continuously arranged, and biofiltration by the multilayered filter is performed on the wastewater. It is configured to perform in stages.
  • the submerged bottom filter of the one-stage multilayer filter biofiltration process the submerged bottom filter of the two-stage multilayer filter biofiltration process, the part of the single-stage multilayer filter biofiltration process
  • the size of the filter medium is configured so that the size becomes smaller in the order of the common upper filter, the floating upper filter of the two-stage multilayer filter biofiltration process. More specifically, in the first stage multi-layer biofiltration process, the submerged lower filter is composed of 5 to 20 mm in size, and the floating upper filter is composed of 3 to 5 mm in size. Is composed of 5 ⁇ 10mm size and floating upper media is composed of 2 ⁇ 3mm size.
  • the two-stage biofiltration process can be operated even with the increase of the solid load.
  • the total filter arrangement is composed of large, medium, medium and small to maximize the amount of solids detained. Two objectives can be achieved simultaneously: increasing the duration of filtration and obtaining good treated water quality.
  • the carbon source and the flocculant are injected into the first stage multi-layer biofiltration process, but are operated under anoxic conditions to remove nitrogen, phosphorus and organics. Injecting carbon source and flocculant into the two-stage multi-layer biofiltration process, but injecting air to remove nitrogen, phosphorus and organics under aerobic conditions.
  • anaerobic tank and the aerobic tank are not distinguished, the operating conditions of the anaerobic tank and the aerobic tank are different, and the solid load and the amount of microbial growth are different. Therefore, when anoxic and aerobic tanks are placed on a single filter paper, both anoxic and aerobic tanks cannot be operated under optimal operating conditions. Therefore, it is advantageous to separate and install anoxic and aerobic tanks in terms of processing efficiency.
  • the loss head increases due to an increase in solid load and repair load.
  • the present invention is composed of two stages for the implementation of the optimum operating conditions by the arrangement of the medium (large oxygen-free)-medium (oxygen-free)-medium (oxygen-free)-oxygen (expiration), but it is possible to minimize the head loss.
  • the present invention it is possible to continuously remove nitrogen, phosphorus and organics to obtain excellent treated water quality.
  • the solids are removed by the lower media, the solids loading of the upper media can be reduced to minimize head loss, thereby increasing the filtration duration.
  • the wastewater treatment result treated water by the wastewater treatment apparatus according to the present invention is BOD, SS 3.0mg / L or less, T-N 3.0mg / L or less, T-P 0.1mg / L or less, it is possible to secure excellent treated water.
  • Wastewater treatment apparatus of the present invention while having the advantages of excellent water quality obtained by the two-stage biofiltration process and the advantages of the multi-layer biofiltration process, the problem of head loss in the conventional two-stage multi-layer media-monolayer biofiltration process By performing a biofiltration process to solve the problem can be obtained excellent treated water.

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Abstract

본 오폐수 처리장치는 1단의 다층여재 생물여과공정 및 2단의 다층여재 생물여과공정이 연속 배치되어, 오폐수에 대해 다층여재에 의한 생물여과를 2단으로 수행하도록 구성된다. 1단과 2단의 다층여재 생물여과공정에는 각각 탄소원과 응집제를 주입하되, 1단 다층여재 생물여과공정은 무산소조건으로 운전되고 2단 다층여재 생물여과공정은 호기조건으로 운전된다. 1단 및 2단 생물여과공종의 여재배치는 대-중-중대-소의 크기 구조로 배치되어 있다. 이에 의하면, 고형물 역류 능력을 최대화함으로써 수두손실을 최소화 하면서 우수한 처리수를 확보하는 것이 가능하다.

Description

2단 다층생물여과공정을 구비한 오폐수 처리장치
본 발명은 오폐수 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 다층여재 생물여과공정을 구비한 오폐수 처리장치에 관한 것이다.
현재 하수처리장 방류수 기준이 총량 규제 및 환경영향평가에 따른 수질기준의 적용을 통하여 매우 엄격해지고 있어 기존의 공정으로는 이러한 방류수기준을 만족시킬 수 없는 실정이다. 따라서, 이러한 수질기준을 만족시킬 수 있는 생물여과공정의 개발과 보급이 필요하다.
생물여과공정은 생물학적 처리와 동시에 여과 기능이 수행되어 우수한 처리효율을 나타내는 공정으로서, 부유식 공정에 비해 높은 유기물 및 수리부하에서 안정적인 처리효율을 획득할 수 있다. 이는 미생물이 여재 내에 부착되어 있어 수리학적 부하시 워시아웃(Wash-out)되지 않고, 여재 내의 고형물 양이 1.0~4.0kg/m3으로 고농도로 미생물을 확보할 수 있기 때문이다.
여재 내의 고형물 농도를 부유식 공정의 반응조 내 고형물 농도로 환산하면 3,000~5,000mg/L로 부유식 공정의 반응조 내 고형물 농도 3,500mg/L와 유사하나 대부분 활성 미생물로 구성되어 있어 부유식 공정의 고형물에 비해 2~3배의 활성을 가진다. 이러한 이유로 생물여과공정은 부지 소요가 부유식 공정의 1/2~1/3정도로 부지 절감이 가능하다.
도 1은 일반적인 1단 단층여재 생물여과공정을 나타낸다. 단층여재 생물여과공정은 고형물 부하가 높을 경우 수두손실이 급격하게 진행되어 잦은 역세가 필요하다. 가용한 고형물 부하는 약 3~4kgSS/m3/d로 정상적으로 운영될 경우 하루에 1회 정도 역세를 수행하여야 하며 생물여과지로 유입되는 폐수 내의 고형물농도가 100mg/l를 초과할 경우 운영에 지장을 초래할 수 있다. 유입수내의 고형물 농도가 증가될 경우 역세를 자주해야 하는데, 역세를 자주 할 경우 공정의 운전이 자주 중단되고, 역세 수량이 증가하며, 여재에 부착된 미생물의 과도한 탈리로 인하여 처리효율이 저하되는 등의 여러 가지 단점이 있었다.
도 2는 한국특허등록 제0817882호에 개시된 2단 단층여재 생물여과공정을 나타낸다. 이는 2단으로 되어 있어 더욱 우수한 수질을 획득할 수 있고 다양한 운전 방법의 구현이 가능하나 고형물 부하가 증가할 경우 1단 단층여재 생물여과공정에서 발생하는 수두손실보다 높은 수두손실이 발생한다. 오염물질을 제거하는데 필요한 여재부피(V)는 1단 생물여과공정과 2단 생물여과공정에서 동일하나 1단 생물여과공정에서는 여재깊이(H)를 반으로 나누어 하부(H/2)는 무산소저건, 상부(H/2)는 호기조건으로 운전하게 되어 하부와 상부의 여재부피가 전체 여재부피의 1/2(V/2)로 동일한 부피를 차지한다(V = V/2 + V/2). 이때 1단 여과지의 면적을 A라 하면 여재 전체 부피는 다음 식에 의해 구해진다.
V하부(무산소) = A× H/2 = AH/2
V상부(호기) = A× H/2 = AH/2
V전체 = V하부(무산소) + V상부(호기) = AH/2 + AH/2 = AH
이때 여과속도(LV)는 유량/여과지면적(Q/A)이다.
동일한 폐수를 처리하기 위한 2단 생물여과공정의 여재부피는 1단 생물여과공정과 같으나 여과지가 2개의 지로 나누어지기 때문에 1지의 여재부피는 1단 생물여과지의 1/2이 된다.
V전체 = V1단(무산소) + V2단(호기) = V/2 + V/2
이때 무산소조 및 호기조의 여재깊이는 H이므로 2단 생물여과지의 1지 면적은 1단 생물여과지 면적의 1/2이 된다.
V1단(무산소) = V2단(호기) = V/2 = H × A/2 = AH/2
이는 2단 생물여과지의 1단(무산소)의 여재부피가 1단 생물여과지의 하부(무산소)의 여재부피와 동일하나 여재깊이가 1단여과지에 비해 2배 깊기 때문에 필요한 여과지의 면적이 1/2이 됨을 의미한다. 이때 여과지의 면적의 감소로 인하여 동일한 유량(Q)의 폐수가 유입될 경우 여과속도가 2배가 된다. 손실수두는 유속의 제곱에 비례(hL=υ2/2g)하는데 2단생물여과지의 유속이 1단생물여과지의 2배가 되기 때문에 손실수두는 4배 증가한다. 따라서 2단 여과공정이 우수한 처리수질을 확보할 수 있으나 손실수두가 증가하는 문제가 있다. 또한 2단생물여과지의 첫 번째 여과지의 고형물부하가 2배 증가하게 된다.
1단 생물여과 고형물부하(kgSS/m2/d) = 유입수 SS농도 × 유입유량 × 1/A
2단 생물여과지의 첫 번째 여과지 고형물부하(kgSS/m2/d) = 유입수 SS농도 × 유입유량 × 1/(A/2) = 유입수 SS농도 × 유입유량 × 2/A
고형물 부하에 의한 손실수두 증가 문제를 해결하고자 도 3과 같은 다층여재 생물여과공정이 개발되었다(한국특허등록 제0591541호). 이러한 다층여재 생물여과 공정은 단층여재 생물여과공정의 단점을 극복할 수 있다.
이러한 장점을 이용하여 우수한 수질 확보 및 초기 우수를 처리할 목적으로 도 4와 같은 2단 다층여재-단층여재 생물여과공정이 발명되었으나(한국특허등록 제0794336호), 1단에만 다층여재 생물여과공정을 적용하여 2단에 생물여과공정에 인 제거를 위한 응집제를 주입할 경우 형성된 화학슬러지(고형물)에 의해 수두 손실이 급격히 진행되는 단점이 있어 수두손실을 방지할 수 있는 다층생물여과공정의 장점과 처리수질이 우수한 2단생물여과공정의 장점을 완벽하게 활용하지 못하였다. 또한 다층생물여과공정이라고 명명하였으나 실제로는 여재가 2층으로 구성되며 실제로 다층구성은 불가능하다. 실제로 고형물부하가 증가할 경우 여재를 대-중-소와 같이 다층으로 배열하는 것이 손실수두를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 우수한 처리수질을 확보할 수 있다. 또한 여과지속시간을 길게 할 수 있어 역세수가 감소하고 나아가 운영비용을 절감할 수 있다.
본 발명은 상기의 문제를 해결하고 다층여재 생물여과공정의 장점을 살리기 위하여 안출된 것으로서, 2단 생물여과공정에 의한 우수한 수질 획득의 장점과, 다층여재 생물여과공정에 의한 장점을 가지면서도, 종래의 2단 다층여재-단층여재 생물여과공정에서의 수두 손실 문제를 해결할 수 있는 생물여과공정을 수행하는 오폐수 처리장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 오폐수 처리장치는, 1단의 다층여재 생물여과공정, 및 2단의 다층여재 생물여과공정이 연속 배치되어, 오폐수에 대해 다층여재에 의한 생물여과를 2단으로 수행하도록 구성된다.
이때, 상기 1단 다층여재 생물여과공정의 침지식 하부여재는 5~20mm 크기로 구성되고 부상식 상부여재는 3~5mm 크기로 구성되며, 상기 2단 다층여재 생물여과공정의 침지식 하부여재는 5~10mm 크기로 구성되고 부상식 상부여재는 2~3mm 크기로 구성되어 되어, 전체적인 여재의 배열이 대-중-중대-소의 크기 순서로 구성된다.
또한, 상기 1단 다층여재 생물여과공정 및 상기 2단 다층여재 생물여과공정에 탄소원과 응집제를 주입하되, 상기 1단 다층여재 생물여과공정은 무산소조건으로 운전되고 상기 2단 다층여재 생물여과공정은 호기조건으로 운전된다.
본 발명에 의하면, 1단 과 2단을 모두 다층여재 생물여과공정을 도입하여 1단에서 질소, 인, 유기물을 제거하고, 2단에서도 질소, 인, 유기물을 제거하여 수두손실을 최소화 하면서 우수한 처리수를 확보하는 것이 가능하다. 또한, 여재의 배열을 대-중-중대-소로 하여 손실수두를 최소화하여 최적의 운영조건에서 우수한 수질의 확보가 가능하다.
도 1은 기존의 1단 단층여재 생물여과공정 개념도,
도 2는 기존의 2단 단층여재 생물여과공정 개념도,
도 3은 기존의 1단 다층여재 생물여과공정 개념도,
도 4는 기존의 2단 다층여재-단층여재 생물여과공정 개념도,
도 5는 본 발명에 따른 2단 다층여재-다층여재 생물여과공정 개념도.
도 5는 본 발명에 따른 2단 다층여재-다층여재 생물여과공정을 수행하는 오폐수 처리장치를 도시한 것이다.
본 발명의 오폐수 처리장치는, 도 5에 도시된 바와 같이, 1단의 다층여재 생물여과공정, 및 2단의 다층여재 생물여과공정이 연속 배치되어, 오폐수에 대해 다층여재에 의한 생물여과를 2단으로 수행하도록 구성된다.
본 발명의 오폐수 처리장치에 사용되는 여재는, 상기 1단 다층여재 생물여과공정의 침지식 하부여재, 상기 2단 다층여재 생물여과공정의 침지식 하부여재, 상기 1단 다층여재 생물여과공정의 부상식 상부여재, 상기 2단 다층여재 생물여과공정의 부상식 상부여재의 순서로 크기가 작아지도록 여재의 크기가 구성된다. 보다 구체적으로는, 1단 다층여재 생물여과공정에서는 침지식 하부여재는 5~20mm 크기로 구성되고 부상식 상부여재는 3~5mm 크기로 구성되며, 2단 다층여재 생물여과공정에서는 침지식 하부여재는 5~10mm 크기로 구성되고 부상식 상부여재는 2~3mm 크기로 구성되어 있다. 2단 생물여과공정에 중대여재를 추가하여 2단 생물여과공정도 고형물 부하가 증가하여도 운영이 가능하도록 하였으며, 전체적인 여재의 배열이 대-중-중대-소로 구성되게 하여 고형물 억류량을 최대화하여 여과 지속시간의 증가와 우수한 처리 수질의 획득이라는 두 가지 목적을 동시에 달성할 수 있다.
이때, 1단 다층여재 생물여과공정으로 탄소원 및 응집제를 주입하되 무산소조건으로 운영하여 질소, 인 및 유기물을 제거한다. 2단 다층여재 생물여과공정에도 탄소원 및 응집제를 주입하되 상부에는 공기를 주입하여 호기조건으로 질소, 인 및 유기물을 제거한다.
무산소조와 호기조를 구분하지 않을 경우 무산조와 호기조의 운영조건이 다르고 고형물 부하와 미생물 증식양이 다르기 때문에 역세 주기 등과 같은 운영조건이 상이하게 된다. 따라서 무산소와 호기조를 단일 여과지에 배치할 경우 무산소 및 호기조 모두 최적 운영조건에서 운영이 불가능하다. 따라서 무산소와 호기조를 분리하여 설치하는 것이 처리효율 측면에서 유리하나 배경기술에서 설명한 것과 같이 고형물 부하와 수리부하의 증가로 손실수두가 증가하는 단점이 있다. 그러나 본 발명은 여재의 배열을 대(무산소)-중(무산소)-중대(무산소)-소(호기)로 하여 최적 운영조건의 구현을 위해 2단으로 구성되지만 손실수두를 최소화 할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 연속적으로 질소, 인 및 유기물을 제거하여 우수한 처리수질을 획득할 수 있다. 또한 하부 여재에 의해 고형물이 제거되기 때문에 상부 여재의 고형물 부하를 줄여 수두손실을 최소화함으로써 여과 지속시간을 길게 할 수 있다.
본 발명에 따른 오폐수 처리장치에 의한 오폐수 처리결과 처리수는 BOD, SS 3.0mg/L이하, T-N 3.0mg/L이하, T-P 0.1mg/L이하로서, 우수한 처리수를 확보할 수 있다.
본 발명의 오폐수 처리장치는, 2단 생물여과공정에 의한 우수한 수질 획득의 장점과 다층여재 생물여과공정에 의한 장점을 가지면서도, 종래의 2단 다층여재-단층여재 생물여과공정에서의 수두 손실 문제를 해결할 수 있는 생물여과공정을 수행하여 우수한 처리수를 확보할 수 있다.

Claims (4)

1단의 다층여재 생물여과공정, 및 2단의 다층여재 생물여과공정이 연속 배치되어, 오폐수에 대해 다층여재에 의한 생물여과를 2단으로 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 오폐수 처리장치.
제 1 항에 있어서,
상기 오폐수 처리장치에 사용되는 여재는, 상기 1단 다층여재 생물여과공정의 침지식 하부여재, 상기 2단 다층여재 생물여과공정의 침지식 하부여재, 상기 1단 다층여재 생물여과공정의 부상식 상부여재, 상기 2단 다층여재 생물여과공정의 부상식 상부여재의 순서로 크기가 작아지도록 여재의 크기가 구성되는 것을 특징으로 하는 오폐수 처리장치.
제 2 항에 있어서,
상기 1단 다층여재 생물여과공정의 침지식 하부여재는 5~20mm 크기로 구성되고 부상식 상부여재는 3~5mm 크기로 구성되며, 상기 2단 다층여재 생물여과공정의 침지식 하부여재는 5~10mm 크기로 구성되고 부상식 상부여재는 2~3mm 크기로 구성되는 것을 특징으로 하는 오폐수 처리장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 1단 다층여재 생물여과공정 및 상기 2단 다층여재 생물여과공정에 탄소원과 응집제를 주입하되, 상기 1단 다층여재 생물여과공정은 무산소조건으로 운전되고 상기 2단 다층여재 생물여과공정은 호기조건으로 운전되는 것을 특징으로 하는 오폐수 처리장치.
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