KR0149621B1

KR0149621B1 - 호기성 및 혐기성 미생물을 이용하고 배기가스 처리를 행할 수 있는 폐수처리장치 및 폐수처리방법

Info

Publication number: KR0149621B1
Application number: KR1019950024326A
Authority: KR
Inventors: 가즈유키 야마사키; 마사키 가타오카; 시로우 이마즈; 켄지 마츠우라
Original assignee: 쯔지 하루오; 샤프 가부시끼가이샤
Priority date: 1994-08-03
Filing date: 1995-08-03
Publication date: 1998-08-17
Also published as: JP3335500B2; CN1127224A; TW311130B; EP0695722B1; DE69514587D1; DE69514587T2; US5578214A; KR960007473A; MY115443A; JPH0899092A; EP0695722A1; CN1083804C

Abstract

질소를 포함하는 분해되기 힘든 화학물질 및 계면활성제를 포함하는 고농도의 폐수와 미량의 배기가스를 동시에 처리할 수 있고 또 구조가 간단한 폐수처리장치를 제공한다. 이 장치는 피처리 폐수가 유입되는 유입관과 폭기수단을 갖는 하부, 및 염화비닐리덴 충전물이 충전된 상부를 갖는 제1바이오리액터; 목탄과 탄산칼슘 충전물이 충전된 충전물부를 포함하는 제 2 바이오리액터; 제 1 바이오리액터의 최상부에서 발생한 배기가스를 충전물부로 도입하는 배기가스 도입용 확산관을 포함한다. 하부에서 피처리수를 혐기적으로 처리하고 또 상부에서 호기적 처리 및 혐기적 처리를 동시에 실행한다. 이어 제2바이오리액터에서 피처리수를 또한 호기적으로 처리하는 것과 동시에 제1바이오액터로부터 생긴 배기가스를 호기적으로 처리한다.

Description

호기성 및 혐기성 미생물을 이용하고 배기가스 처리를 행할 수 있는 폐수처리장치 및 폐수처리방법

제1도는 본 발명에 따른 폐수처리장치의 제1실시예를 개략적으로 도시하는 도면

제2도는 본 발명에 따른 폐수처리장치의 제2실시예를 개략적으로 도시하는 도면,

제3도는 제1 및 제2실시예의 처리공정을 설명하는 플로우 차트

제4a도는 방사상 고리모양 실 집합체 형태의 염화 비닐리덴 충전물의 구조도

제4b도는 상기 염화 비닐리덴 충전물의 단면도

제5도는 상기 제1실시예의 동작 타임 테이블

제6도는 상기 제2실시예의 동작 타임 테이블

제7도는 상기 제1실시예의 제1바이오리액터의 상부에서 용존 산소 농도의 시간적 변화를 도시하는 도면

제8도는 본 발명의 폐수처리장치의 제3실시예를 개략적으로 나타내는 도면

제9도는 종래의 폐수처리장치를 개략적으로 도시하는 도면

제10도는 종래의 배기가스 처리장치를 개략적으로 나타내는 도면

제11a도는 종래의 폐수처리장치의 계통도

제11b도는 종래의 배기가스 처리장치의 계통도

제12도는 종래의 폐수처리장치를 개략적으로 나타내는 도면

제13도는 종래의 배기가스 처리장치를 개략적으로 나타내는 도면

제14도는 종래의 다른 배기가스 처리장치를 개략적으로 나타내는 도면

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,51 : 저장탱크 2,58 : 저장탱크 펌프

3,33,52 : 제1바이오리액터 4,77 : 분리벽

5A,5B,111,125 : 순환용 확산관 6,80 : 폐수도입관

7,78 : 슬러지 분리용 확산관 8,71 : 염화 비닐리덴 충전물

9,90 : 순환용 송풍기 10,91 : 슬러지 분리용 송풍기

11,93 : 접촉순환부용 확산관 12,96 : 영양분 탱크

13,95 : 영양분 펌프 14,73 : 양수 펌프

15 : 배기가스용 송풍기 16 : 릴레이 탱크

17 : 릴레이 펌프 18,53 : 제2바이오리액터

19 : 배기가스용 확산관 20,63,106 : 목탄

21,110 : 탄산칼슘 충전물 22,109,113 : 네트

23,57 : 침전탱크 24,126 : 수집기

25,127 : 슬러지 반송 펌프 U : 최상부

G : 상부 K : 하부

55 : 탈질 탱크 30A,81,82 : 용존산소계

31 : 여과막 필터 32 : 필터 막 공기 확산관

66 : 배기가스 72 : 여과막 필터

61 : 제1하단 침지부 62,105 : 플라스틱 충전물

60 : 제1반응 살수부 101 : 제2반응 살수부

75 : 여과막 필터 확산관 115 : 제3반응 살수부

68 : 제1접촉 순환부 76 : 순환 확산관

102 : 제2접촉 순환부 116 : 제3접촉 순환부

70 : 혐기부 117,103 : 공기 리프트 펌프

본 발명은 폐수가 배기가스 처리와 동시에 호기성 및 혐기성 미생물로 처리되어 분해되기 어려운 질소함유 화학물질 및 질소 화합물을 고도로 처리할 수 있는 폐수처리방법 및 폐수처리장치에 관한 것이다.

일반적으로, 공장에서 폐수를 처리하는 경우, 폐수의 수질에 따라서 다양한 방법이 채용된다. 어떤 경우에는 중화, 반응, 및 응집반응을 비롯한 화학적 처리공정이 채용된다. 다른 경우에는 생물학적 막, 촉매적 산화, 활성화된 슬러지, 특수한 생물학적 처리 및 혐기성 처리공정과 같은 생물학적 처리 공정도 채용된다. 또 다른 경우에는 침전, 여과, 흡착, 부유 및 막 처리공정을 비롯한 물리적 처리공정이 채용된다. 또한 고농도의 독성 폐수를 처리하기 위해 상술한 통상적인 방법을 병용하는 방법도 공지되어있다(일본국 특허공개 평 1-95000 및 특개소 64-43306호 참조).

1993년 8월, 일본국 환경청 수질보호국에 의해 질소(전체 질소) 및 인에 관한 환경기준과 폐수 기준이 설정되었다. 따라서 폐수중의 질소(이후, 질소는 전체 질소를 의미한다) 및 인은 수직오염 방지법에 의해 규제되게되었다.

그전에는 폐수중의 질소 및 인은 특정의 자치단체가 행하는 엄격한 기준에서 규제되었다.

이번의 수직오염방지법에 의한 질소 및 인에 대한 규제는 이후 더 엄격할 것으로 예상된다. 그러므로 반도체 공장 및 액정공장에서의 폐 현상액과 같은 다량의 질소를 함유하는 폐액을 처리하는 경우, 그러한 폐액의 질소 성분까지 처리할 수 있고 효과적이며 경제적인 폐 현상액 처리장치가 요청되고 있다.

보다 구체적으로는, 한 개의 바이오리액터로 현상액중의 TMAH(테트라메틸 암모늄 하이드록사이드) 및 BOD(생물학적 산소 요구량)와 같은 항목 뿐만 아니라 현상액중의 질소까지 어느 정도 처리할 수 있는 폐수처리장치가 요청되고 있다. 특히 폐 현상액에 대해서는 폐 현상액중에 고농도로 함유된 TMAH, BOD와 같은 항목과 질소 항목과 질소 및 계면활성제를 처리할 수 있는 폐수처리장치가 요망된다.

그러나 상술한 통상적인 폐수처리방법은 단순히 TMAH를 처리하는 것이고 어떤 것도 질소 및/또는 계면활성제를 경제적이고 합리적으로 처리하는 것과는 거리가 멀다.

제9도는 질소 및 계면활성제를 처리할 수 있는 통상의 폐수처리장치를 나타내고 또 제11a도는 통상적인 폐수처리장치의 시스템 다이아그램이다. 상기 장치는 폐수를 혐기성 미생물로 처리하기 위한 한 개의 혐기성 탱크, 폐수를 호기성 미생물로 처리하기 위한 2개의 호기성 탱크, 한 개의 침전 탱크, 및 한 개의 필터 탱크를 포함한다. 이 폐수처리장치는 제11a도에 도시한 바와 같이, 현상액을 함유하는 유입 폐수를 혐기성 탱크에서 먼저 혐기적으로 처리한 다음 호기성 탱크에서 호기적으로 처리하며, 이어 제2호기성 탱크에서 촉매적으로 산화시키고 침전 탱크에서 폐수중의 슬러지를 석출시킨 다음 처리중인 폐수를 필터 탱크에서 여과하는 순서로 동작한다.

또한 다른 통상의 폐수처리장치를 제12도에 도시한다. 이 폐수처리장치는 (1)TMAH와 질소 화합물을 처리하기 위한 혐기성 탱크(140) 및 폭기 탱크(141)(호기성 탱크), (2) 계면활성제를 처리하기 위한 촉매적 산화 탱크(호기성 탱크)(143), (3) 탈질 탱크(144) 및 재폭기 탱크(145), (4) SS(현탁된 고체)를 처리하기 위한 여과탑(148) 및 (5) 착색 성분을 처리하기 위한 활성탄 흡착탑(149)을 포함한다. 이 폐수처리장치는 질소 규제(규제치: 최대 120ppm)를 해결하기 위해 제9도에 도시된 처리장치에 비하여 많은 처리 탱크를 포함한다. 제12도에 도시된 폐수처리장치는 혐기성 탱크(140), 호기성 탱크(폭기 탱크)(141), 호기성 탱크(촉매적 산화 탱크)(143), 및 제2침전 탱크(146)를 포함하는 점에서 제9도에 도시한 폐수처리장치와 동일하다. 한편, 제12도에 도시한 폐수처리장치는 제1침전 탱크(142), 탈질 탱크, 재폭기 탱크(145), 피트(147), 급속 여과탑(148) 및 활성탄 흡착탑(149)을 포함하는 점에서 제9도에 도시한 폐수처리장치와 상이하다. 따라서 제12도에 도시된 폐수처리장치는 제9도에 도시한 폐수처리장치보다 5개 많은 처리 탱크를 갖는다. 이 폐수처리장치는 다음과 같이 폐수를 처리한다. 이 장치는 먼저 혐기성 탱크(140)에서 현상액 함유 유입 폐수를 혐기적으로 처리한 다음 호기성 탱크(141)에서 호기적으로 처리하고 이어 호기성 탱크(143)에서 촉매적 산화처리한다. 또한 제1침전 탱크(142)는 슬러지를 호기성 탱크(141)로 돌려보내는 것에 의해 호기성 탱크(141)에서 호기처리를 촉진시키는 역할을 한다. 호기성 탱크(143)로 부터의 피처리수는 탈질반응시키기위한 탈질 탱크(144)로 도입된다. 탈질 탱크(144)로 부터의 피처리수는 재폭기된 다음 제 2 침전 탱크(146)로 도입된다. 슬러지는 상기 침전 탱크(146)로 부터 재폭기 탱크(145)로 반송된다. 이어 제2침전 탱크(146)로 부터 피처리수가 피트(147)로 도입되어 급속 여과탑(148)으로 도입된다. 신속 여과탑(148)에서 여과된 피처리수는 활성탄에 의한 흡착 처리를 실행하기 위해 활성탄 흡착탑(149)으로 도입된다. 따라서 상기 폐수처리장치는 제9도에 도시된 폐수처리장치 보다 훨씬 효과적이다.

그러나 제12도에 도시한 폐수처리장치는 물론 제9도에 도시한 상술한 종래 기술의 폐수처리장치는 혐기성 탱크, 호기성 탱크 및 호기성 탱크인 촉매적 산화 탱크, 침전 탱크 및 필터 탱크를 비롯한 굉장히 많은 수의 처리 탱크를 필요로 하므로 상기 장치는 경제적이고 합리적인 처리장치로 볼 수 없다.

과거에는 각종의 산업시설 및 연구소에서 질소를 포함하는 분해되기 어려운 화학물질의 폐수처리와 배기가스 처리를 별도로 계획하였다.

통상의 배기가스 처리장치의 구성을 제10도 및 제14도에 예로서 개략적으로 도시한다. 이 배기가스 처리장치는 도입된 배기가스를 플라스틱 충전물이 충전된 탱크로 보내고 순환식 펌프에 의해 펌프된 물을 플라스틱 충전물이 충전된 탱크로 뿌린다. 배기가스는 살수 처리된 플라스틱 충전물이 충전된 탱크내에서 가스/액체 접촉이 일어남에 따라서 불필요한 성분들을 제거하게 되어 생성된 처리가스는 상방으로 보내진다. 그밖에, 제14도에 도시한 바와 같이, 제10도에 도시된 배기가스 처리장치를 3대 사용하면, 배기가스는 3배량으로 처리될 수 있다. 제10도 및 제14도에 도시된 배기가스 처리장치는 산에 기인한 배기가스를 처리하는데에는 효과적이지만, 유기 물질을 함유하는 배기가스 처리에는 효과적이지 않다. 유기물질을 포함하는 배기가스를 처리하기 위한 배기가스 처리장치는 제13도에 도시되어 있다. 이 처리 장치는 총 6개의 활성탄 흡착탑(151)으로 구성된다. 평행하게 접속된 각 2개의 활성탄 흡착탑(151)중의 한 개는 예비용이다. 이 활성탄 흡착탑(151)은 유기 물질을 흡착한다. 시간이 경과함에 따라 유기물질의 흡착이 포화된 후, 예비용 흡착탑으로 교체한다. 예비용 흡착탑이 동작하는 동안, 활성탄이 흡착한 포화 유기 물질을 스팀으로 제거한다. 이 때문에 예비용 흡착탑을 준비할 필요가 있는 것이다.

다른 배기가스 처리장치(일본국 특허원 평2-61424호 참조)도 개발되어 있다. 그러나 이 장치의 목적은 배기가스 처리일뿐 폐수처리 및 배기가스 처리를 동시에 실행하는 장치는 아니다. 또한 이 장치가 처리하는 가스는 유기 물질을 함유하는 배기가스가 아니라 질소 산화물이다. 또한 이 장치는 배기가스 처리를 위해 활성화된 슬러지를 주로 사용하고 충전물에 생물학적 막을 형성시키는 개념은 가지고 있지 않다. 이 장치는 폐수중의 착색성분을 제거하는 기능을 갖고 있지 않다. 또한 다른 폐수처리장치가 일본국 특허원 평4-305287호에 기재되어 있다. 이 장치에서는, 바이오리액터내에 여과막 필터가 구비되어 있다. 그러나 이 장치는 여과막 필터의 예비처리로서 3차원적 혐기 처리공정과 염화 비닐리덴 처리공정을 실행하기 위한 구조를 갖고 있지 않다. 폐수처리를 위한 탈질 탱크(일본국 실용신안 출원 평2-21000호 참조) 및 질소 화합물을 포함하는 물을 처리하는 방법(일본국 특허원 소53-35251호 참조)이 있었다. 그러나 이들은 폐수 처리 전체 시스템으로서 폐수와 배기가스를 처리하지 않는다.

이와 같이, 여태까지 폐수처리장치에 의해 폐수가 처리되어왔지만, 배기가스는 이러한 폐수처리와는 별도로 스크러버, 활성탄 흡착, 또는 연소 시스템과 같은 배기가스 처리장치에 의해 처리되어 왔다.

그러나, 종래의 폐수처리장치 및 배기가스 처리장치를 별도로 계획하는 점은 생산설비 및 연구소에서 장치 효울 저하의 원인으로 되는 문제가 있다.

질소를 포함하는 분해되기 힘든 화학물질을 고농도로 함유하는 폐수의 경우, 폐수가 희석될 필요가 있고 또 그러한 희석을 실행하기 위해서는 폐수처리장치의 구성 탱크, 예컨대 호기성 탱크 및 침전 탱크가 대형이어야 한다. 이는 초기 비용 상승을 초래한다.

또한 공장에서 제조단계중에 사용된 화학물질(예컨대, 유기 용매)에 유래하는 생산 관련 배기가스와 폐수처리 설비로 부터 생긴 악취 가스를 처리하기 위하여, 화학물질 및/또는 물 세정을 이용한 스크러버 방식, 활성 목탄을 이용하는 흡착 방식 및 연소 방식을 비롯한 여러 가지 처리 방식이 있다. 그러나 이들 방식은 초기 비용, 가동 비용, 유지 및 설치 공간면에서 많은 문제를 갖고 있다. 특히, 활성탄 흡착탑에서 활성탄의 추출 및 그의 재생을 상이한 장소에서 실행할 필요가 있기 때문데 가동비용이 아주 많이 드는 문제가 있다. 또한 처리할 배기가스가 다량이면, 가동 비용이 아주 많아지는 문제가 있다.

특히, 반도체 및 액정공장에서는 법적으로 하 등의 문제가 되지 않는 정도의 악취가 발생하더라도 이 때문에 인근 주민들로 부터 항의를 받을 수 있다. 이러한 경우, 이러한 악취 가스를 처리할 장치를 설치해야하지만, 미소한 악취 가스 방출 때문에 본격적인 악취 가스 처리장치를 설치하는 것은 건설비 및 유지관리비 등의 과도한 비용부담을 포함하므로 비경제적이다.

상세하게는, 현재의 반도체 공장 또는 액정 공장으로 부터 나오는 고농도의 독성폐수, 예컨대 현상액 함유 폐수는 생물학적 독성을 갖는 물질인 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(이후, TMAH로 칭함)를 2000 내지 1000ppm함유한다. TMAH이외에 다양한 계면활성제가 포함된다. TMAH는 그 분자구조식이 나타내는 바와 같이 탄소, 수소, 질소 및 산소로 구성된 화합물이다. 수질 오염방지법의 개정으로 질소 규제가 진행됨에 따라서, 처리중인 물증의 질소 화합물에 대하여 경제적이고 합리적인 질소 처리방법을 제공할 필요가 있다. 탈질하기 위한 혐기성 단계는 악취 발생 문제를 피할 수 없다. 따라서 이러한 악취 가스의 효과적인 처리가 강하게 요청된다.

상술한 바와 같이, 반도체 및/또는 액정 공장에서 처리수중의 계면활성제에 의한 발포 및 배기가스로 부터의 악취 발생은 그 발포나 악취 발생은 그 발포나 악취가 아무리 미소하더라도 공장 부근의 주민에게는 지역의 환경 유지측면에서 문제가 된다. 특히 계면활성제에 의한 발포가 생기는 처리수가 방류되는 하천이 농업용수로 이용되는 경우는 부근의 주민에게는 더 큰 문제가 된다. 또한 이들 처리수가 착색성분(구체적으로는 레지스트 성분)에 의해 황색으로 착색되면 외관상 좋지 않다.

일반적으로, 폐수처리의 첫단계에서 처리수중의 계면활성제를 처리하기 위해, 활성탄 처리가 흔히 이용된다. 그러나 활성탄 처리는 탄소가 일정 기간후에 고유 흡착율이 감소되므로 수명이 아주 짧아서 재생을 위해 외부로 반출할 필요가 있는 문제가 있다. 최근 다양한 종류의 생물활성탄 처리장치가 개발되었다(일본국 특허공개 평2-229595호 및 평4-260497호 참조). 그러나 이들 장치들은 비교적 수질이 우수한 청정수 처리가 그 목적이지 처리시간을 요하는 분해되기 힘든 계면활성제를 함유하는 폐수처리용이 아니다. 이들은 과립형 활성탄을 이용하는데 이는 초기 비용이 대단히 높다. 기본적으로 이들은 미량의 악취 가스 및 배기가스를 처리할 기능을 갖고 있지않다.

한편, 통상의 방식의 방식의 과립형 활성탄을 사용하는 것은 활성탄이 과립형 구조이기 때문에 역세정 유량 조정을 하지 못하면 과립상 활성탄이 장치외로 유실되어버리는 문제가 있다.

어쨌든, 상술한 종래의 활성탄 처리장치로는 반도체 공장 또는 액정 공장에서와 같이 미생물 분해되기 힘들고 처리시간이 필요한 분해되기 힘든 계면활성제를 다량 포함하는 고농도의 독성 폐수의 처리를 합리적 및 경제적으로 행할 수 없었다.

그 이유는 상기 공장에서 사용되는 계면활성제가 특히 미생물 분해되기 힘든 화학물질이기 때문에 최초는 어느 정도 활성탄으로 흡착처리될 수 있어도 곧 활성탄의 수명이 다해 더 이상 흡착처리 될 수 없게 되기 때문이다. 생물활성탄 유형의 장치를 이용하여도, 분해되기 힘든 계면활성제에 대하여 종래법에서의 접촉반응시간이 2시간 정도인데 이 접촉 반응시간은 불충분하므로 분해되기 힘든 화학물질을 확실하게 효율좋게 미생물 분해처리할 수 없었다.

즉, 종래의 폐수처리장치를 사용하여서는 활성탄을 사용하더라도 상술한 공장으로 부터 방출되는 고농도의 폐수를 6시간 이상의 처리 시간을 요하는 분해되기 힘든 화학물질인 미량의 계면활성제에 대하여 보다 경제적이고 확실하게 처리할 수 없다.

또한 폐수와 배기가스를 동시에 경제적으로 처리하는 것도 불가능하였다.

특정 실험결과에 따르면, 폐 현상액 등의 고농도 독성 폐수가 종래의 폐수처리방법에 의해 무희석으로 처리되면, 처리수가 현재의 분석기술로는 충분히 안정한 것으로 인정되더라고 방류시에 낙차가 있으면 처리수중의 미량의 계면활성제에 의해 발포 현상이 생기는 경우가 있다. 이것은 법적으로는 문제가 되지 않으나 지역주민은 처리가 불충분하지 않나하는 오해를 가질 수 있다.

종래 기술에서, 그러한 고농도의 폐수를 희석하지 않고 미생물의 농도를 높이는 것에 의해 처리하는 경우, 미생물 농도 및 폐수 농도가 매우 높은 점 때문에, 혐기성 처리뿐만 아니라 호기성 처리하는 동안 호기성 탱크속에 미량의 악취 가스가 생긴다. 또한 처리수의 수질이 분해되기 힘든 계면활성제에 의한 발포가 많은 수질인 경우, 이러한 처리수는 자연환경이 좋은 지역의 하천에서 사는 소어류 및 나선형 조개의 일종으로 모기의 먹이로 되는 세미술코스피코스피라 리베르티나와 같은 생물을 비롯한 생물생태계에 대하여 충분히 안전한 것이라고 말할 수 없다. 이러한 지역에 있는 생물은 환경 변화에 대한 저항력이 적기 때문에 특히 고농도의 독성 폐수를 통상의 방법으로 처리한다면 그 처리수에서는 이들 생물이 살아갈 수 없을 것이다.

고농도의 폐수를 희석없이 처리하면 유기 분해 산물이 비교적 다량존재하고 또 생성한 처리수는 미량의 분해되기 힘든 잔류 계면활성제 및 미량의 잔류 유기 물질을 함유한다. 따라서 상기 생물이 그러한 처리수에서 살아가 수 없는 것이다.

고농도의 폐수를 약10배 정도 희석하여 처리하는 방법이 알려져 있다. 그러나 이는 대형 장치를 필요로 하기 때문에 경제적이지 않다.

최근, 각종의 여과막 필터를 이용하여 미생물 농도를 높인 폐수처리 시스템이 인기를 얻고 있다. 이러한 시스템의 사용은 여과막 필터가 막히기 때문에 주기적으로 막을 세정할 필요가 있어 비용이 더 들고 유지에 문제가 있다.

상술한 바와 같이, 종래의 폐수처리 장치는 다음과 같은 문제 (1) 내지 (5)를 갖고 있다.

(1)(i)폐 현상액에 함유된 TMAH, BOD 및 질소를 처리하기 위해 혐기성 탱크 및 호기성 탱크가 이용되고; (ii) 계면활성제를 처리하는데 촉매적 산화 탱크가 이용되며; (iii)SS(현탁된 고체)를 처리하는데 여과 탱크가 이용되고; 또 (iv)심한 악취 및 배기가스를 처리하는데 배기가스 처리장치가 이용된다. 이는 다수의 탱크, 즉 혐기성 탱크, 호기성 탱크, 촉매 산화 탱크, 여과 탱크 및 배기가스 처리장치를 필요로하므로 건설비가 높은 문제가 있다. 착색 성분이 활성탄 흡착탑(149)(제12도에서 언급됨)에서 흡착에 의해 처리되면, 탱크의 수는 증가하고 건설비도 또한 증가한다.

(2) 폐 현상액의 처리수의 수질에 관하여 고찰하면, 처리수는 상술한 법적 규제치를 만족하고 있다. 그러나 처리수가 환경이 좋은 지역의 공공수역으로 방출되면, 방류관과 방류 공공수역 사이에 낙차가 있는 경우에 미량의 분해되기 힘든 계면활성제에 의해 발포현상이 생겨 외관상 좋지 않다.

(3) 종래의 폐수처리장치로는 악취 가스 및 배기가스가 처리될 수 있다.

(4) 또한 상기 종래 기술의 처리장치에 의하면, 환경 오염에 비교적 약한 소어류 및 세미술코스피라 리베르티나와 같은 수중 생물에 대하여 무해한 정도의 수질의 처리수를 반드시 제공할 수 있는 것은 아니다. 이는 이러한 처리수가 지구 환경에 대하여 악영향을 줄 수 있음을 의미한다. 보다 상세하게는, 종래의 처리장치를 이용하여 수득한 처리수에서는 방류천에 처리수가 다량의 하천수에 의해 희석되는 경우를 제외하고, 최근의 반도체 공장이나 액정 공장의 계획지와 같이 환경이 파괴되지 않은 지역의 하천수가 적은 방류지역에서는 전술한 바와 같이 규제치를 만족하여 법적으로 아무런 문제가 없어도 생물생태계에 영향을 주는 일이 있어 환경파괴에 약한 생물의 생태계를 파괴할 위험성이 충분히 있는 문제가 있다. 예컨대 실험결과에 의하여 상술한 바와 같이 고농도의 독성 폐수를 희석하지않고 상기 종래의 폐수처리장치를 사용하여 종래 방법만으로 처리하여 법적 규제치를 만족하는 처리수를 수득하여도 소오류 및 세미술코스피라 리베르티나 동의 환경파괴에 약한 수중 생물은 그 처리수중에서는 충분히 상아갈 수 없었다.

(5) 배기가스 및 분해되기 힘든 계면활성제를 동시에 처리할 수 없으므로 배기가스를 처리하기 위한 별도의 장치가 필요하다. 이는 미량의 악취 가스를 처리하기 위해 초기 비용과 가동 비용이 과도하게 많이 드는 문제가 있다.

따라서 본 발명의 목적은 TMAH를 대표로 하는 질소를 함유하는 분해되기 힘든 화학물질 및 계면활성제를 함유하는 고농도의 폐수를 처리할 수 있어 환경이 좋은 발류지역에 서식하는 생물생태계에 무해한 처리수를 확실하게 수득할 수 있고 더구나 구조가 간단해서 유지가 쉬운 폐수처리장치 및 폐수 처리방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 고농도의 폐수와 미량의 배기가스를 동시에 처리할 수 있고 무해한 처리수 뿐만 아니라 무취의 처리가스를 얻을 수 있는 폐수처리장치 및 폐수처리 방법을 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 폐수가 함유하고 있는 착색 성분도 제거할 수 있는 폐수처리장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 피처리수가 유입되는 유입관과 폭기 수단을 갖는 하부, 염부 비닐리덴 충전물이 충전된 상부를 포함하는 제1바이오리액터; 상기 제1바이오액터의 하부에 있는 폭기 수단의 동작과 정지를 제어하는 폭기제어수단; 및 상기 제1바이오액터로 부터 피처리수가 도입되고 목탄과 탄산칼슘 충전물이 충전된 접촉순환부, 상기 접촉 순환부를 폭기하기 위한 폭기용 확산관을 갖는 제2바이오액터를 포함하는 폐수처리장치를 제공한다.

일개 실시예로서, 제1바이오리액터의 상부에 있는 염화 비닐리덴 충전물 위에 여과막 필터가 배치된다.

상술한 폐수처리장치에서, 현상액 함유 폐수가 먼저 저장 탱크에 소정 양으로 저장된 다음 제1바이오리액터로 도입된다. 현상액 함유 폐수는 TMAH, BOD, 계면활성제, 질소 등을 고농도로 함유한다. 상기 TMAH 및 계면활성제는 미생물 처리의 관점에서 보면 분해되기 힘든 성분이다.

피처리수는 제1바이오리액터의 하부로 도입된다. 제1바이오리액터의 하부는 혐기 상태이다. 제1바이오리액터에 도입된 피처리수에 함유된 유기 물질은 혐기 부분에 있는 혐기성 미생물의 소화작용을 받는다. 이어 처리중인 물은 조금씩 제1바이오리액터의 하부로 간다.

보통 제1바이오리액터의 하부는 혐기 상태이어서 혐기성 미생물이 고농도로 번식하고 있다. 즉, 제1바이오리액터의 하부는 짧은 시간의 폭기 시간을 제외하고는 대부분의 시간대는 비폭기 상태이다. 따라서 제1바이오리액터의 하부에는 미생물 슬러지 고유이 침강 작용 때문에 미생물 슬러지가 고농도로 농축되어 혐기 상태가 확보되어 있다.

일례로서, 예컨대 하루에 2회 약10분씩 폭기를 실행하면, 예컨대 혐기성 슬러지 특유의 가스 발생이 방지되어 혐기성 미생물 슬러지가 상승하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 이 경우, 제1바이오리액터의 하부는 혐기성의 미생물이 가스에 의해 제1바이오리액터내를 상승하지 않는 범위로 혐기성 슬러지가 항상 고농도로 농축되어 있는 혐기 상태로 유지되고 있다.

따라서, 고농도의 현상액 함유폐수는 제1바이오리액터에 도입되어 먼저 혐기성 미생물에 의해 그속에 함유된 유기물이 처리(혐기성 미생물에 의한 소화작용)된다.

이 상태는 일반의 고농도의 거름이 혐기처리되는 것과 처리의 기본적 방식은 동일하다. 즉, 현상액을 함유하는 폐수에 함유된 모든 유기 물질은 혐기성 미생물에 의해 최초로 분해된다.

따라서 상기 혐기처리된 폐수는 점점 상승하여 염화 비닐리덴 충전물이 충전된 제1바이오리액터의 상부에서 호기 상태로 되어 처리중인 물은 충분히 교반되어 호기적으로 처리되어 균일한 수질로 된다.

이렇게 하여, 현상액를 함유하는 폐수에 고농도로 함유된 모든 유기물질은 혐기적으로 먼저 처리된 다음 독특한 호기성 처리를 받게된다. 여기서 독특한 호기성 처리라는 것은 미생물 농도 변화에 의한 처리와 호기성 미생물과 혐기성 미생물의 혼합물에 의한 처리를 조합한 것이다. 이 독특한 호기성 처리를 통하여 유기물질들은 효과적으로 분해처리된다. 이러한 독특한 호기성 처리시에 폐수는 혐기성 미생물에 의해 탈질되기 쉽다.

보다 자세하게는, 먼저 (i)폐수에 함유된 유기물질이 제1바이오리액터의 하부에서 혐기성 미생물에 의해 분해된 다음 (ii)폐수에 함유된 독성 질소 화합물(예컨데, 암모니아성 질소, 아질산성 질소등)이 제1바이오리액터의 상부에서 호기성 미생물에 의해 산화(질화)되어 비독성으로 되고; 이어(iii)제1바이오리액터의 상부에 있는 혐기성 미생물에 의해 폐수가 탈질 처리된다. 상기 열거한 작용이 (i), (ii) 및 (iii)은 제1바이오리액터에 있는 미생물의 주요한 작용이다.

상술한 (i), (ii), (iii)의 작용을 받은 피처리수는 여과막 필터의 막힘을 거의 유발하지 않은 상태로 변화되어 있다. 그러나 여과막 필터 하부에 막 표면을 공기 세정하기 위한 필터 막 확산관을 제공하면, 여과막 필터의 막힘을 효과적으로 피할 수 있다. 연속적인 폐수 처리장치에서 적용된 여과막 필터는 단백질과 같은 중합성 물질인 유기물질 뿐만 아니라 비교적 작은 바이러스와 같은 미생물도 걸러낼 수 있다. 여과막 필터를 갖는 장치는 여과막 필터의 연속적인 여과 작용에 때문에 처리수를 일정하게 공급할 수 있다. 따라서, 본 구성에 따르면, 본 장치의 폐수처리능력이 향상된다. 즉 , 본 실시예에 따르면, 처리수는 여과막 필터에 의한 연속적인 여과 공정을 통하여 일정하게 얻을 수 있는 것이지 침전공정으로 부터 상층수를 공급하는 것에 의해 얻는 것이 아니다. 이는 처리능력 향상을 가져온다.

이어, 장치가 여과막 필터를 갖는지에 상관없이, 피처리수는 제2바이오리액터로 도입되고, 접촉순환부에 충전된 목탄 및 탄산칼슘의 표면 및 내부에서 증식하는 미생물에 의해 호기적으로 처리된다. 제2바이오리액터의 접촉 순환부에 있는 목탄상에 고정된 미생물은 폐수중의 유기물질로 부터 영양분을 섭취하여 증식한다. 목탄은 많은 미세기공을 갖는 다공성 물질이다. 다수의 미세 기공은 수 마이크론에서 수백마이크론에 이르는 다양한 크기의 기공 집합체를 이룬다. 따라서 목탄은 다양한 종류의 미생물이 번식하기 쉽다. 다양한 직경의 구멍이 존재하기 때문에 미생물들이 이들의 증식에 적합한 구멍을 찾기가 쉽다. 또한 생물학적 막 층이 목탄내부에 형성된다. 목탄내부에 형성된 생물학적 막층은 그위에 분해되기 힘든 계면활성제와 같은 일반적으로 미생물 분해되기 힘든 화학물질을 흡착하는 작용을 한다. 이렇게 하여 이러한 화학물질이 생물학적으로 분해될 수 있다. 이어, 접촉 순환부에 있는 목탄 상에서 성장한 미생물막의 존재하에, 피처리수는 순환용 공기공급 교반수단에 의해 활성화된 목탄과 순환적으로 접촉하게 된다. 따라서 분해되기 힘든 계면활성제와 같은 유기물질이 고도로 접촉분해 처리된다.

목탄상에서 잘 성장하는 미생물로는 세균, 진균, 방선균, 조류 및 광합성 세균을 들 수 있다. 목탄은 200m²/g의 표면적을 갖는 것으로 보고되어 있다(전극 목탄협회에 의함). 따라서 상기 목탄이 없는 경우에 비하여 상기 제2바이오리액터에는 굉장히 넓은 생물학적 막층이 형성된다. 따라서 제2바이오리액터는 상당히 높은 유기물질 처리능력을 발휘할 수 있다.

제2바이오리액터에서는, 접촉순환부에 있는 목탄상에 증식한 다양한 종류의 미생물에 의해 먼저 목탄이 피처리 물질을 흡착하고 그 다음 목탄내에 형성된 생물학적 막층이 상기 피처리 물질에 포함되어 있는 분해되기 힘든 계면활성제 등을 생물학적으로 처리한다.

한편, 상기 접촉 순환부에 충전된 탄산 충전물에는 피처리수중의 유기물을 영양분으로 하여 각종의 미생물이 번식한다. 또한 상기 탄산칼슘 충전물은 상기 피처리수중의 질소 화합물의 처리 때문에 점점 증가된 아질산성 질소 및 질산성 질소의 영향으로 pH가 산성으로 이행한 피처리수를 중화하는 역할을 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 한가지 특정은 제1바이오리액터의 상부에서 바이오리액터 내부를 호기 상태에서 부터 혐기 상태로 단시간내에 부분적으로 변화시키는 점이다.

보다 자세하게는, 생물학적 막의 심부에 존재하는 혐기성 미생물을 분리하고 이 분리를 통하여 혐기성 미생물이 생물학적 막 슬러지의 덩어리로 부터 빠진다. 이렇게 함으로써 제1바이오리액터의 상부에서 부분적으로 혐기 상태를 신속하게 만들 수 있다. 따라서 제1바이오리액터의 상부에서 호기성 미생물과 혐기성 미생물이 혼재하는 상태를 신속하게 만들 수 있다. 이러한 호기성 및 혐기성 미생물의 공존으로 폐수가 처리된다. 특히 생물학적 막의 심부에 존재하는 혐기성 미생물이 강제적으로 인출되어 피처리수와 접촉하게된다.

따라서 본 발명에 따르면, 바이오리액터내에 존재하는 혐기성 미생물은 단시간내에 효과적으로 이용될 수 있다.

상술한 것으로 부터 분명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, TMAH를 대표로 하는 질소를 함유하는 분해되기 힘든 화학물질 및 계면활성제를 함유하는 고농도의 폐수를 처리할 수 있어 환경이 좋은 방류지역에 서식하는 생물생태계에 무해한 처리수를 확실하게 수득할 수 있고 더구나 간단해서 유지가 쉬운 폐수처리장치가 제공된다.

일반적인 것이긴 하지만, 혐기성 미생물 처리시에 악취가 발생할 수 있다. 종래는 악취가 발생하는 경우에, 폐수처리장치와는 별도로 탈취 장치가 필요하였다. 많은 산업시설 및 연구소에서는 처리해야할 산성의 배기가스 및 유기 용매를 포함하는 유기계의 배기가스가 존재하기 때문에 이 배기가스에 대하여도 각각의 개별적인 배기가스 처리장치가 필요하였다.

이 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일개 실시예에 따르면, 제1바이오리액터의 최상부에 존재하는 배기가스를 제2바이오리액터의 접촉 순환부로 도입하는 배기가스도입용 확산관이 제공된다. 이 경우, 배기가스 도입용 확산관으로 부터 배출되는 배기가스는 부정형의 목탄과 부정형의 탄산칼슘으로 충전된 접촉순환부의 생물학적 막의 표면을 랜덤하게 통과하여 상기 생물학적 막에 의해 미생물학적으로 처리된다. 요컨대 상기 배기가스는 목탄/탄산칼슘 충전물에서 번식한 미생물에 의해 구성된 생물학적 막과 접촉할 때 처리된다. 다시 말하면, 혐기성 처리 작용을 갖는 하부로 부터 발생하는 미량의 악취가스와 상기 생상 설비에 유래하는 배기가스를 제1바이오리액터의 처리수에 존재하는 유기물질을 영양분으로 하여 번식한 미생물로 처리할 수 있다. 따라서 폐수의 처리와 배기가스의 처리에 대하여 필요한 처리장치의 구조를 종래에 비하여 간단화할 수 있다. 외부에서 생성한 배기가스를 최상부로 도입하기 위해 상기와 같이 배치함으로써 외부 공급원으로 부터 배기가스를 처리할 수 있다.

배기가스의 유기성분은 미생물의 영양분으로 작용한다. 이는 분해되기 힘든 계면활성제가 장치의 미생물 처리 능력을 향상시키기 위해 이용될 수 있는 이차적인 이점을 제공한다.

요약하면, 본 발명의 주요 특징은 다음에 열거한 (i)내지 (v)의 점에 있다.

(i)제1바이오리액터가 상부와 하부를 갖는다. 염화 비닐리덴 충전물이 충전된 상부는 호기 상태이고 또 하부는 단시간 동안만 호기 상태이고 장시간 동안은 혐기 상태이다.

(ii)제1바이오리액터의 하부에 있는 확산관으로 부터 폭기에 의해, 제1바이오리액터의 상부에 있는 염화 비닐리덴 충전물로 부터 슬러지가 물리적으로 분리되어 염화 비닐리덴 충전물에 부착 증식한 슬러지 내부의 혐기성 세균에 의해 탈질 처리가 촉전된다. 요컨대, 혐기성의 미생물과 호기성 미생물이 일시적으로 혼재하는 상태를 확보하여 TMAH를 호기성 미생물에 의해 미생물 처리하는 것과 TMAH의 분해물인 질소 화합물을 혐기성 미생물에 의해 미생물 처리하는 것을 동시에 실행할 수 있다.

본 발명에서는 호기 상태와 혐기상태를 1개의 바이오리액터로 삼차원적이고 농도적 및 시간적으로 변화시켜 미생물 농도로서의 MLSS(믹스트 리커 현탁된 고체)가 변화된다.

본 발명에서는, 제1바이오리액터의 상부에 염화 비닐리덴 충전물을 충전하여 이들 염화 비닐리덴 충전물에 미생물을 가능한한 부착 번식시켜 제1바이오리액터 내의 미생물 농도를 현격하게 높인다. 이 미생물이 현저히 부착된 염화 비닐리덴 충전물의 중심부근은 보통 혐기 상태이다. 따라서 바이오리액터로의 공기 폭기를 정지하여 시간이 경과되면, 제1바이오리액터의 중심부에 있는 혐기성 미생물의 영향에 의해 제1바이오리액터내는 빠른 속도로 혐기 상태로 이행된다. 즉 제1바이오리액터내에 염화 비닐리덴 충전물이 충전되어 있기 때문에 폭기 상태와 폭기되지 않은 상태를 인공적으로 만들어 내는 것에 의해 호기 상태와 혐기 상태의 구별을 보다 빠르고 정확하게 실현할 수 있다.

특히, 제1바이오리액터의 하부에 있는 확산관에 의한 폭기 전에, 상부에 있는 염화 비닐리덴에 부착되어 있는 슬러지 덩어리를 분리하기 위해 보통의 폭기에서 공기 공급량의 2배량의 공기가 사용되어 탈질 처리를 보다 신속하게 하는 혐기상태가 만들어 질수 있다.

또한 폭기 개시시에 염화 비닐리덴 충전물에 부착되어 있는 미생물을 분리 및 분쇄하기 위해 제1바이오리액터 하부에 있는 공기 확산관을 통하여 통상의 공기량의 2배의 공기를 공급할 수 있다. 이렇게 함으로써 액체 유동부분에서 호기성 미생물과 혐기성 미생물이 공존하는 상태를 만들 수 있다. 분리 결과, 액체 유동부분에 있는 미생물의 농도는 증가하므로 TMAH 및 질소 화합물에 대한 처리 능력이 향상될 수 있다. 또한 호기 상태 및 혐기 상태를 만드는 것에 의해 폐수 또는 현상액 함유 폐수를 보다 정확하고 종합적으로 처리하기 위해 다양한 범위의 혐기성 미생물 및 호기성 미생물을 이용할 수 있다.

(iii)제2바이오리액터에는 목탄과 탄산칼슘 충전물이 충전되어 있어 목탄과 탄산칼슘 상에 다양한 미생물이 증식할 수 있다. 따라서, 제1바이오리액터에서 TMAH 및 질소 성분에 대하여 어느 정도 처리된 피처리수가 제2바이오리액터에서 고도로 처리된다(처리항목은 TMAH, 계면활성제, BOD 및 SS를 포함한다).

TMAH를 원점으로 하여 질소 화합물이 미생물 분해되면 암모니아성 질소가 생기고 다음에 아질산성 질소를 생성하며 이어 산화되어 질산성 질소를 생성한다. 탄산칼슘은 질산성 질소의 증가에 의해 pH가 저하된 피처리수를 중화시키는 작용을 한다.

과거에는 생산설비에 유래하는 무기산으로 부터 생긴 배기가스는 미생물처리가 곤란하였다. 그러나 이러한 가스가 제1바이오리액터에서 생긴 유기 악취 가스와 혼합되면 생성한 혼합물 가스는 미생물 처리가 용이하게 된다. 즉, 무기산으로 부터 생긴 배기가스가 제1바이오리액터에서 생긴 유기 악취 가스와 혼합되면, 무기산의 구조가 변화되어 무기산이 제2바이오리액터에서 처리될 수 있다.

(iv)폐수 및 배기가스가 모두 제2바이오리액터에서 처리된다. 그러므로, 이 장치는 폐수 및 배기가스 처리를 겸용한다. 따라서 건설비 비용을 현저히 줄일 수 있다.

본 발명은 처리방법에 따라서 혐기성 부분과 호기성 부분(혐기성 부분은 호기성 부분의 일부에서 생긴다)을 확립할 수 있는 독특한 3차원 바이오리액터 구조를 제공한다. 따라서, 한 개의 바이오리액터내에서 하부의 혐기성 미생물에 의해 유기물질이 소화되고; 리액터의 상부에서 호기성 미생물에 의해 질소 화합물이 탈질처리되며; 또 분리된 혐기성 미생물이 전체 질소를 탈질처리한다. 이러한 장치의 3차원 구조는 장치설비 공간을 약하는데 효과적이다.

(v)고농도의 유기 폐수가 제1리액터의 하부에서 혐기성 미생물에 의해 소화처리되고; 이어 폐수가 혐기성 미생물과 호기성 미생물이 공존하는 상태에서 처리되어 유기 물질의 점착을 확실하게 감소시킨다. 이후, 여과막 필터를 사용하여 연속적으로 여과수를 수득한다.

영양분 및 수소 공여체가 제1바이오리액터에 부가된 경우, 영양분은 혐기성 미생물과 호기성 미생물의 증식을 촉진시키게 되어 폐수처리의 효율을 증가시킬 수 있다. 수소 공여체의 부가는 탈질처리 효율도 향상시킨다. 일개 구체예에 따르면, 반도체 공장이나 액정공장에서 다량으로 사용되는 폐 이소프로필 알코올(이후, IPA로 표기)이 상술한 수소 공여체로 사용된다. 이것은 원료의 효과적인 이용에 도움이 된다. 일반적으로 메탄올도 수소 공여체로서 사용될 수 있지만, 새로운 메탄을 대신 폐 IPA를 사용하는 편이 더 경제적이다.

일 실시예에서, 제1바이오리액터에는 상부 및 하부 사이의 대류를 방지하기 위해 상부 및 하부 사이에 분리벽이 구비되어 있다. 이 벽은 상부 및 하부를 서로로 부터 독립시켜 상부에서의 미생물 처리효율과 하부에서 미생물 처리효율을 향상시킨다.

일 실시예에서, 폐수처리장치는 또한 상부로 공기를 공급하기 위해 제1바이오리액터의 상부에 제공된 공기 공급 교반수단; 및 공기 공급 교반수단의 동작을 상하 레벨로 제어하기 위한 제어수단을 더 포함한다. 따라서, 제1바이오리액터의 상부는 호기상태 또는 혐기상태 어느 쪽으로 자유롭게 제어될 수 있다. 따라서, 예컨대 공기공급 교반수단의 동작이 염화 비닐리덴 충전물상에 침적된 미생물 막을 분리하는 공정과 동시에 낮게 설정되고, 또 이러한 분리동작이 실행되지 않으면 높게 설정됨으로써 상부의 미생물 처리능력이 향상될 수 있다.

제2바이오리액터의 접촉순환부가 피처리수를 순환시키기 위한 공기 공급 교반수단 및 접촉순환부에 있는 충전물에 공기를 공급하기 위한 공기공급 교반수단을 포함하면, 제2 바이오리액터의 접촉 순환부에서 미생물 처리 효율이 향상될 수 있다. 또한 제1바이오리액터의 최상부에 있는 배기가스가 공기공급 교반수단중의 충전물로 부터 접촉 순환부에 있는 충전물로 공급되도록 함으로써, 폐수 뿐만 아니라 배기가스도 효과적으로 할 수 있다.

여과막 필터가 제1바이오리액터의 상부에 있는 염화비닐덴 충전물상에 배치되면, 피처리수는 여과막 필터에 도달할 때 까지 제1바이오리액터의 하부 및 상부에 있는 혐기성 및 호기성 미생물 처리를 받는다. 이는 여과막 필터가 덜 막히는 이점이 있다. 여과막 필터와 염화 비닐리덴 충전물 사이에 제공된 공기공급수단을 사용하면, 공기공급수단에 의해 제공된 공기는 여과막 필터를 덜 막히게 할 수 있다.

본 발명은 또한 피처리수를 유입관을 통하여 제1바이오리액터의 하부로 도입하고, 하부에서 혐기적을 처리한 다음 피처리수를 제1바이오리액터의 상부로 보내고; 제1바이오리액터의 하부에 제공된 폭기수단을 동작 및 중지하여 일시적으로 혐기성 미생물과 호기성 미생물이 혼재하는 미생물 상태로 만들어 혼재하는 미생물 상태에서 피처리수를 처리하며; 또 피처리수를 제1바이오리액터로 부터 제2바이오리액터의 접촉 순환부로 도입되도록 제2바이오리액터로 도입함으로써 피처리수가 접촉순환부에 있는 목탄 및 탄산칼슘 충전물과 접촉하게 하는 단계를 포함하는 폐수처리방법을 제공한다.

본 발명의 폐수처리방법에서, 피처리수는 유입 파이프를 통하여 제1바이오리액터의 하부로 도입되고; 제1바이오리액터의 하부에 있는 폭기 수단을 동작 및 중지되도록 제어하며; 피처리 폐수를 제1바이오리액터로 부터 제2바이오리액터로 보낸 다음; 피처리 폐수를 제2바이오리액터의 접촉순환부로 보내어 피처리 폐수가 접촉순환부에 있는 목탄 및 탄산 칼슘과 접촉하게 하며; 또 접촉순환부를 폭기 확산관을 이용하여 폭기시킨다.

따라서, 본 발명의 폐수 처리방법은 제1바이오리액터의 하부에서 피처리수가 혐기적으로 처리되고 또 폭기 수단이 간헐적으로 동작하여 하부에 있는 혐기성 미생물의 작용에 의한 가스 발생을 방지하고 또 그와 동시에 제1바이오리액터의 상부에 있는 염화 비닐리덴 충전물상에 배치된 생물막을 분리 및 분쇄하여 피처리 폐수와 내부 혐기성 미생물과의 접촉을 용이하게 한다. 따라서, 제1바이오리액터에서는 폐수가 하부에서 혐기성 미생물과 미생물 처리되고 또 상부에서 혐기상 및 호기상이 일시적으로 혼재하는 상태를 만들어서 상부에서 폐수가 호기성 미생물과 혐기성 미생물 모두에 의해 미생물 처리된다.

따라서, 이 방법은 폐수처리에 별도의 혐기성 탱크 및 호기성 탱크가 사용되는 통상의 방법과 비교하여 장치구조 및 공정면에서 간단하다. 또한 제2바이오리액터에서는 제1바이오리액터로 부터 미생물 처리된 물에 함유된 계면활성제와 같은 분해되 힘든 물질이 목탄 및 탄산칼슘에서 성장한 다양한 종류의 미생물, 보다 특히 목탄에서 성장한 미생물 덩어리에 의해 호기적으로 고도로 처리된다.

따라서, 본 발명에 따르면, TMAH로 대표되는 분해되기 힘든 질소 함유 화학물질 및 계면활성제를 함유하는 고농도의 폐수를 처리할 수 있어 환경이 좋은 방류 지역에서 사는 생물 생태계에 무해한 처리수를 확실하게 생성할 수 있으며 또 건설이 간단하고 유지가 용이한 폐수처리장치를 사용한 폐수처리가 가능한 폐수처리방법이 제공된다.

보다 상세하게는, 제1바이오리액터에서는 미량의 TMAH, BOD, SS 및 보다 분해되기 힘든 계면활성제가 미생물 막에 의해 처리되면, 또 생물학적으로 독성인 미량의 암모니아성 질소 및 아질산성 질소가 무해한 질산성 질소로 처리된다. 제2바이오리액터에서는 피처리수, 즉 폐수는 순환하여 유동하므로 반복적으로 미생물 막으로 형성된 목탄 및 탄산칼슘과 접촉되므로 촉매적 분해반응을 통하여 미량의 TMAH 및 계면활성제와 같은 물질을 고도로 처리할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 피처리수가 제1바이오리액터의 상부에서 일정하게 공급되는 공기에 의해 순환 유동되어 여과막 필터를 통과하므로 피처리수는 여과막 필터를 통하여 제2바이오리액터로 도입된다.

상기 실시예에 따르면, 피처리수는 여과막 필터를 통하여 여과되므로 폐수를 여과막 필터를 통하여 연속적으로 여과하는 것에 의해 처리수를 제2바이오리액터로 일정하게 도입할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 이 방법의 폐수처리능력이 향상될 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 처리수는 침전 공정으로 부터 상층수를 공급함으로써가 아니라 여과막 필터에 의한 연속적인 여과공정을 통하여 일정하게 수득된다. 이 또한 처리능력을 향상시킨다.

본 발명의 일 구체예에서, 배기가스는 제1바이오리액터의 최상부로 도입되어 제1바이오리액터에서 폐수처리하는 동안 생기는 가스와 혼합되고, 생성한 가스 혼합물은 제2바이오리액터로 도입되어 배기가스는 폐수와 동시에 처리된다.

본 발명의 폐수처리방법에서, 영양분 및 수소 공여체가 제1바이오리액터에 부가되면, 혐기성 미생물과 호기성 미생물의 증식이 영양분에 의해 향상되므로 향상된 폐수처리 능력을 제공한다. 수소 공여체의 부가는 탈질 효율의 증가에도 좋다.

본 발명의 폐수처리방법에서, 제1바이오리액터의 상부 및 하부 사이에 그 사이의 대류를 억제하기 위해 분리벽을 제공하면, 상부 및 하부 상호간의 독립성이 향상되어 상부 및 하부에서 미생물 처리 효율을 향상시킨다.

본 발명의 폐수처리방법에서는, 상부에 제공된 공기공급 교반수단에 의해 제1바이오리액터의 상부에 공기가 공급되면, 이 공기공급 교반 수단의 동작이 제어수단에 의해 상하 표준으로 제어될 수 있어 제1바이오리액터의 상부가 자유롭게 호기 상태 또는 혐기상태로 제어된다. 따라서, 예컨대 공기공급 교반수단의 동작은 염화 비닐리덴 충전물질상에 침적된 미생물 막의 분리와 동시에 낮게 설정되고, 또 그러한 분리동작이 실행되지 않으면 높게 설정되므로 상부의 미생물 처리능력이 향상된다.

본 발명은 통상의 폐수처리장치 및 배기가스 처리장치의 단점을 극복하여 폐수 및 배기가스 모두를 고도로 효과적으로 처리하는 장치를 제공한다. 또한 본 발명은 설치비용 절감과 유지비용을 절감할 수 있다.

본 발명은 또한 목탄과 플라스틱 충전물이 충전되고 그를 통하여 배기가스가 아래로 부터 위로 통과하는 제1상단 습윤부, 및 염화 비닐리덴 충전물이 충전되고 염화 비닐리덴 충전물 근처에 공기공급 교반수단이 제공되며 또 염화 비닐리덴 충전물 아래에 피처리수를 도입하기 위한 도입관 및 슬러지 분리 확산관이 제공된 제1하단 침지부를 갖는 제1바이오리액터; 목탄 및 플라스틱 충전물이 충전되고 그를 통하여 배기가스가 아래로부터 위로 통과하는 제2상승 습윤부, 목탄 및 탄산칼슘 무기물이 충전된 제2하단 침지부, 피처리수를 제1바이오리액터의 제1하단 침지부로 부터 제2하단 침지부로 도입하기 위한 도입수단을 갖는 제2바이오리액터; 폐수를 제2바이오리액터의 제2하단 침지부로 부터 탱크로 도입하기 위한 도입 수단과 도입된 폐수를 순환시키기 위한 순환수단을 갖는 탈질 탱크; 목탄과 플라스틸 충전물이 충전되고 그를 통하여 배기가스가 아래로 부터 위로 통과하는 제3상단 습윤부, 목탄과 탄산칼슘 무기물질이 충전된 제3하단 침지부 및 폐수를 탈질 탱크로 부터 제3하단 침지부로 도입 하기 위한 수단을 갖는 제3바이오리액터; 제3바이오리액터의 제3침지부로 부터 받은 폐수를 고액으로 분리하여 상층액을 방출하도록 되어 있고 상기 고액 분리에 의해 석출된 슬러지를 제1바이오리액터의 제1상단습윤부, 제2바이오리액터의 제2상단 습윤부 및 제3바이오리액터의 제3상단 습윤부로 반송하는 슬러지 반송수단을 갖는 침전탱크를 포함하는 폐수처리장치를 제공한다.

상기 장치에서는, 고농도의 유기 폐수인 현상액 함유 폐수를 제1바이오리액터의 하단 침지부에 도입하여 유기물질은 염화 비닐리덴 충전물 아래의 혐기부 중의 혐기 상태에서 혐기성 미생물에 의해 소화처리된다. 이어, 폐수중의 유기물질이 염화 비닐리덴 충전물에서 생장한 호기성 미생물 및 염화 비닐리덴 충전물 아래의 혐기성 미생물에 의해 생물학적으로 처리되어 폐수는 상승된다. 특히 유기물질의 질소 화합물(TMAH, 암모니아성 질소, 아질산성 질소, 질산성 질소등)이 처리된다. 이들이 처리되는 동안, 미생물 농도는 염화 비닐리덴 충전물로 부터 미생물의 슬러지를 분리하는 것에 의해 변화되며 또 호기성 미생물 및 혐기성 미생물 모두가 존재하는 상태가 생성된다. 따라서, 폐수 중의 유기물질이 효과적으로 처리된다.

제1바이오리액터에서 처리된 후 , 폐수는 제2바이오리액터로 도입되며, 여기서 폐수중에 포함된 유기물질은 목탄의 흡착능력으로 인하여 제2하단 침지부에 있는 목탄에 흡착된다. 목탄에 흡착된 유기물질은 그위에서 성장하는 미생물에 의해 생물학적으로 처리된다. 특히, 미량의 TMAH, BOD, SS, 분해되기 힘든 계면활성제 및 착색성분(색도는 측정항목으로 이용된다)이 목탄의 표면 및 내부에서 성장하는 다양한 종류의 미생물로 구성된 생물학적 막에 의해 처리된다. 한편, 생물학적 동성을 갖는 미량의 암모니아성 질소 및 아질산성 질소는 산화처리되어 무해한 질산성 질소로 된다.

또한 폐수는 제2하단 침지부에서 순환되어 굴 껍질 등 및 생물학적 활성 목탄으로 구성된 미생물이 형성된 탄산칼슘 무기질과 반복해서 접촉하게 된다. 따라서, 미량의 TMAH, 계면활성제 등과 같은 물질이 접촉 분해에 의해 고도로 처리된다.

또한 탈질 탱크는 주로 질산성 질소의 처리와 같은 질소 화합물 처리를 위한 것이다. 본 발명에서는 폐수중의 질소 농도(전체 질소 농도)가 현상액 함유 폐수의 경우와 같이 높더라도, 질소 화합물이 탈질 탱크에서 효과적으로 처리된다. 이는 질소 화합물이 미리 제1바이오리액터에서 처리되었기 때문이다.

또한 상기 장치에서, 목탄은 제2하단 침지부, 탈질 탱크, 제3하단 침지부, 제1상단 습윤부, 제2상단 습윤부, 및 제3상단 습윤부에 충전된다. 따라서, 현상액 함유폐수와 같은 피처리수에서 색도가 4500도 이하인 착색 성분을 함유하는 폐수에 대해서도 착색성분에 대한 상당량의 목탄 흡착능력을 이용하여 경제적으로 처리된다.

상기 장치에서는, 슬러지 분리용 확산관이 제1바이오리액터의 제1하단 침지부의 염화 비닐리덴 충전물 아래에 배치된다. 따라서, 염화 비닐리덴 충전물 위나 내부에서 성장하는 미생물 슬러지를 확산관이 방출하는 공기와 함께 분리하는 것에 의해 혐기성 미생물 및 호기성 미생물 모두를 폐수처리에 이용할 수 있다. 제1상단 습윤부, 제2상단 습윤부 및 제3상단 습윤부 모두에 목탄과 플라스틱 충전물이 제공된다. 침전 탱크로 부터 수득한 슬러지는 처리수와 함께 제1, 제2 및 제3상단 습윤부로 반송된다. 처리수와 함께 반송된 슬러지는 뿌려진다. 따라서, 목탄 및 플라스틱 충전물에 생물학적 막이 형성되고 이 생물학적 막은 배기가스를 생물학적으로 처리한다.

제1바이오리액터 및 제2바이오리액터가 탈질 탱크 앞에 위치하기 때문에, 제1바이오리액터에서 질소 화합물의 처리, 제2바이오리액터에서의 질소 화합물의 질산화 및 탈질 탱크에서 탈질 처리가 실시된다.

즉, 본 발명의 폐수처리장치는 통상의 폐수처리장치 및 배기가스 처리장치와는 완전히 상이한 구조를 갖고 또 현상액 함유 폐수와 유기물질 함유 배기가스를 종래의 것과는 대조적으로 적은 건설비용과 적은 관리비용으로 잘 처리할 수 있다.

일 실시예로서, 여과막 필터는 제1바이오리액터중의 제1침수부에 있는 염화 비닐리덴 막 위에 위치하고, 또 여과막 필터용 확산관이 여과막 필터와 염화 비닐리덴 충전물 사이에 위치한다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 여과막 필터에 의해 여과된 처리수가 확보된다. 여과막 및 정밀 여과막이 여과막 필터로서 사용된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 석출에 의해 상층액을 수득하는 경우와는 달리 언제나 연속적으로 여과된 처리수를 수득할 수 있다. 따라서, 처리 폐수는 벌킬(bulking) 현상에 의한 침전 탱크에서의 처리수의 오염 문제 없이 처리 폐수가 언제나 안정하게 확보될 수 있다. 즉, 본발명의 실시예에 따르면, 벌킹 현상이 일어나더라도, 침전 탱크에서 벌킹 현상에 의한 폐수의 오염이 제거된다. 이것은 처리수가 여과막 필터의 여과를 통하여 확보되기 때문이다. 또한 확산관이 여과막 필터 하부에 위치하기 때문에, 확산관으로 부터 방출된 공기에 의해 여과막 필터가 세척된다. 따라서, 고농도의 유기 물질에 의해 여과막 필터가 막히는 현상이 방지된다.

본 발명의 일 실시예에서, 목탄 및 탄산칼슘 무기물이 탈질 탱크에 충전된다.

따라서, 탈질 탱크는 목탄에 의한 착색성분의 흡착효과와 탄산칼슘 무기물에 의한 처리수의 중화효과를 나타낸다.

본 발명의 일 실시예에서, 제2바이오리액터의 제2하단 침지부는 공기공급 교반수단을 갖는다. 또한 이 장치는 제1 및 제2바이오리 액터의 공기공급 교반수단의 동작력을 제어하기 위한 공기 공급 제어수단을 갖는다.

따라서, 상기한 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 및 제2하단 침지부는 소망하는 호기 상태 또는 소망하는 혐기 상태로 될 수 있다. 또한 제1 및 제2하단 침지부에서의 슬러지 분리 현상은 공기 공급력을 강하게 및 약하게 조절하는 것에 의해 자유롭게 제어될 수 있다. 따라서, 혐기 상태, 호기 상태 및 슬러지 본리 상태가 자유롭게 제어될수 있기 때문에, 피처리수의 양 및 피처리수중에 있는 유기물질의 농도에 따라서 효과적인 폐수처리를 실행할 수 있다.

상기 폐수처리장치에서, 반도체 공장 및 액정공장에서 다량 사용되는 IPA(이소프로필 알코올)의 폐기물이 수소 공여체로 사용되면, 원료의 효과적인 이용이 가능한다. 일반적으로, 메탄올도 수소 공여체로 사용되지만, 폐 IPA를 사용하는 편이 새로운 메탄올을 사용하는 것에 비해 훨씬 경제적이다. 수소 공여체 이외에 인산과 같은 영양분이 제1바이오리액터에 부가되면, 미생물은 더욱 정상적으로 자랄 것이다.

상기 폐수처리장치가 염화 비닐리덴 아래의 혐기성 영역과 혐기성 영역 위의 호기성 영역 사이의 수류를 조절하기 위해 제1바이오리액터의 제1하단 침지부에 분리벽을 포함하면, 호기 영역의 호기 상태 및 혐기 영역의 혐기 상태가 명확하게 분리된다. 따라서, 혐기 영역에서 혐기 처리 및 호기 처리가 효과적으로 실행된다.

상기 폐수처리장치에서, 제3하단 침지부에 공기를 공급하기 위한 공기공급 교반수단을 제공하고 또 이공기공급 교반수단의 동작능력을 강하게 및 약하게 조절하면, 필터의 위 및 내부에 존재하는 생물학적 막이 공기공급 교반수단을 강하게 및 약하게 제어하는 것에 의해 분리될 수 있어 폐수를 함유하는 생물학적 막이 제1, 제2 및 제3상단 습윤부로 뿌려질 수 있다. 그러므로 유기물질 함유 가스로 부터 유기물질을 제거하는 효과가 향상된다.

본 발명은 하기의 상세한 설명과 첨부한 도면을 참조로 하여 더욱 자세하게 이해될 것이지만 이는 설명을 위한 것이지 제한을 의미하지 않는다.

[제1실시예]

제1도는 본 발명에 따른 폐수처리장치의 제1실시예의 구성을 나타낸다. 제1실시예는 저장 탱크(1), 제1바이오리액터(3), 릴레이 탱크(16), 및 제2바이오리액터(18) 및 침전 탱크(23)을 포함한다. 이 제1실시예는 회분식이다. 여기서 회분식이라는 말은 상층액이 제1바이오리액터(3)에 모이면, 폭기가 완전히 중지되고 미생물의 덩어리가 침전되어 상층액(처리수)이 수집될 수 있는 시스템을 의미한다.

반도체 공장이나 액정공장에서 방출되는 현상액을 함유하는 고농도의 폐수는 제1저장 탱크(1)에 저장된다. 숫자 2는 저장 탱크 펌프를 나타낸다. 이 저장탱크 펌프(2)는 저장 탱크(1)에 저장된 폐 현상액을 제1바이오리액터(3)의 바닥에 있는 폐액 도입관(6)으로 펌핑한다. 이 폐 현상액은 폐액 도입관(6)을 통하여 제1바이오리액터(3)로 도입된다.

폐액 도입관(6)은 상부에 형성된 복수개의 작은 구멍을 가지고 있어 폐현상액이 작은 구멍을 통하여 바이오리액터(3)의 바닥에서 부터 상방으로 균일하게 방출될 수 있다. 이러한 구성 때문에, 폐수처리 성능의 향상을 도모할 수 있다. 슬러지 분지용 확산관(7)은 폐액 도입관(6)의 아래에 배치된다. 슬러지 분리용 확산관(7)에는 압축 공기를 슬러지 분리용 확산관(7)으로 공급하는 슬러지 분리 송풍기(10)가 접속되어 있다.

염화 비닐리덴 충전물(8)은 제1바이오리액터(3)의 상부에 배치된다. 이 염화 비닐리덴 충전물(8)은 상하부 판사이에 좌우 방향으로 소정 간격을 두고 복수개 구성되어 있다. 이 염화 비닐리덴 충전물(8)은 장치가 동작함에 따라서 각종의 미생물 성분을 포함한 다양한 유형의 슬러지를 흡인하여 이러한 슬러지가 충전물상에서 부착하여 증식하게 된다.

이 염화 비닐리덴 충전물(8)은 제4a도 및 제4b도에 도시한 바와 같이 방사상 고리모양 실 집합체 구조를 갖는다. 보다 자세하게는 각 염화 비닐리덴 충전물(8)은 두꺼운 실로 직조된 코드 모양의 실의 몸체(29b)인 코어부를 포함한다. 복수개의 고리모양 부분(29a)은 상기 실의 몸체(29b)로 부터 방사상으로 연신된 것이다. 상기 두꺼운 실은 복수개의 작은 구멍을 갖도록 형성되어 그위에서 미생물 증식이 촉진되는 구조가 제공된다. 상기 염화 비닐리덴 충전물(8)은 미세 섬유로 형성되기 때문에 큰 표면적을 가지므로 미생물이 그위에 부착하여 증식하기 쉽다. 또한 일반적으로 활성화된 슬러지는 염화 비닐리덴 충전물(8)상에 부착되기 쉬운 성질을 갖는다. 방사상 고리모양 실 집합체인 염화 비닐리덴 충전물(8)상에 많은 슬러지가 부착될수록 코드모양의 실의 몸체(29b)에 공급되는 용존산소의 양이 더 적어진다. 따라서 혐기 상태로 된다.

따라서, 염화 비닐리덴 충전물(8)상에서는 유기 물질과 질산성 질소를 처리할 수 있는 혐기성 미생물이 증식한다. 즉, 많은 슬러지가 방사상 고리모양 실집합체 또는 염화 비닐리덴 충전물(8)상에 부착되면, 염화비닐리덴 충전물(8)에서 혐기성 미생물의 농도가 증가하므로 혐기성 처리에 적합한 상태가 만들어진다.

슬러지 분리용 확산관(7)에 접속된 슬러지 분리용 송풍기(10)의 하루 동작시간은 제1바이오리액터(3)의 혐기성 하부(K)에 배치된 용존산소계(30B)에 의해 측정된 용존 산소의 농도에 따라서 결정된다. 즉, 제1바이오리액터의 혐기성 하부(K)에서 용존산소의 농도가 0.3ppm이상이면, 슬러지 분리용 송풍기(10)의 동작이 중지딘다. 따라서 슬러지 분리용 송풍기(10)의 하루 동작 시간은 송풍기(10)의 정지 시간에 비하여 매우 짧다.

염화 비닐리덴 충전물(8)상에 부착하여 증식하는 미생물을 함유하는 미생물 슬러지 덩어리는 슬러지 분리용 공기 확산관(7)으로 부터 방출되는 공기에 의해 주기적으로 분리된다.

즉, 염화비닐리덴 충전물(8)은 하루에 두 번 정도로 슬러지 분리용 공기 확산관(7)에 의해 폭기처리되어 염화비닐리덴 충전물(8)의 표면에 고농도로 부착된 호기성 미생물 덩어리와 염화비닐리덴 충전물(8)의 내부에서 증식한 혐기성 미생물 덩어리를 염화비닐리덴 충전물(8)로 부터 분리시킨다. 폭기에 의해, 염화비닐리덴 충전물(8)의 내부에 존재하는 혐기성 미생물 덩어리가 분리 분쇄되고 따라서 미세 혐기성 미생물이 염화 비닐리덴 충전물(8)의 내부로 부터 빠져나오게된다. 따라서 이 미세 혐기성 미생물이 탈질 처리에 효과적으로 사용될 수 있다.

또한 상기 슬러지 분리용 확산관(7)으로 부터 방출되는 공기는 대부분의 시간이 혐기상태로 되어 있는 혐기성 하부(K)를 하루에 2회 정도 호기 상태로 하는 역할을 하고 있다. 이와 같이 상기 혐기성 하부(K)를 주기적으로 혐기 상태로 부터 호기상태로 하는 것에 의해 상기 혐기성 하부(K)를 장기간 연속하여 혐기상태로 하는 것을 방지하여 가스 발생을 방지할 수 있다. 따라서 혐기성의 미생물 슬러지가 혐기상태하에서 발생한 가스에 의해 제1바이오리액터(3)내에서 상승되는 것을 방지할 수 있다. 제1바이오리액터(3)의 호기성 하부(G)에 있는 미생물의 농도는 MLSS로 약 15000ppm이상으로 제어되는 것이 바람직하다. 한편, 제1바이오리 액터(3)의 혐기성 하부(K)에 있는 미생물의 농도는 MLSS로 약 20000ppm이상으로 제어되는 것이 바람직하다. 다시 말하면, 호기성 상부(G)와 혐기성 하부(K)에서 미생물의 농도를 가능한한 높여서 고농도의 유기 폐수를 처리할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

염화 비닐리덴 충전물(8)상에 부착된 미생물 덩어리가 폭기에 의해 분리 분쇄되면, 제1바이오리액터의 상부(G)의 액체 유동부에 있는 미생물의 농도는 즉시 증가할 것이다. 이때, 액체 유동부에는 호기성 미생물 뿐만 아니라 혐기성 미생물도 존재한다. 따라서 호기성 미생물 및 혐기성 미생물의 모든 종류의 미생물 성분을 포함하는 상부(G)의 액체 유동부에 형성된 미생물 혼합물을 사용하여 유기물질처리 뿐만 아니라 질산성 질소 처리(탈질처리)도 실행할 수 있다.

제1도에서, 5A는 제1바이오리액터(3)의 호기성 상부(G)에 대한 순환용 공기 확산관이다. 이 순환용 공기 확산관(5A)은 순환용 송풍기(9)에 접속되어 송풍기(9)로 부터 공기를 방출한다. 이 순환용 공기 확산관(5A)은 호기성 상부(G)에 배치된 용존 산소계(30A)에서 나온 신호에 의해 제어된다. 순환용 송풍기가 6시간 이상 정지하여 있으면 제1바이오리액터(3)의 호기성 상부(G)는 상층액을 제공하고 이 상층액은 양수 펌프에 의해 릴레이 탱크(16)로 전달된다. 순환용 송풍기(9) 및 슬러지 분리용 송풍기(10)가 정지하면, 제1바이오리액터(3)의 내부가 완전히 혐기성으로 되어 제1바이오리액터(3)내에서 혐기성 처리가 실식된다.

제1도에 도시한 제1바이오리액터(3)에서의 동작은 회분식으로 실시되므로 폭기 동작과 비 폭기 동작이 반복해서 실시된다. 순환용 송풍기(9) 및 슬러지 분리용 송풍기(10)는 2개의 유닛이 동시에 동작하는 동작방식이다. 혐기성 하부(K)에서 용존 산소의 농도는 용존 산소계(30B)에 의해 측정되므로 혐기성 하부(K)에서 용존 산소의 농도가 0.3ppm 이상에 도달하면 즉시 슬러지 분리용 송풍기(10)가 중지된다. 염화비닐리덴 충전물(8)로 부터 미생물 분리 및 미생물 덩어리의 분쇄는 단시간(5내지 10분)내에 완료된다. 따라서 슬러지 분리용 송풍기(10)의 운행이 잠지 중지되더라도 특별한 문제가 생기지 않는다.

제1도에서, 4는 분리벽을 나타낸다. 이 분리벽(4)은 내측 방향을 향하여 끝이 가늘어지는 형상으로 되어 있는 단면 삼각형상을 하고 있다. 이 분리벽(4)은 제1바이오리액터(3)의 상부(G)의 호기성 부분과 혐기성 부분에서 상부(G)의 순환수류가 하부(K)로 침입하는 것을 방지하는 역할을 하고 있다. 상기 순환용 공기 확산관(5A)을 상기 분리벽(4)위에 배치하기 때문에, 분리벽(4)은 상부(G)의 순환수류가 하부(K)로 침입하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 따라서 분리벽(4)의 내측 방향으로 필요한 돌출부는 최소로 유지된다. 구체적으로는, 제1바이오리액터(3)의 크기가 폭1미터, 깊이2미터 그리고 높이2미터인 경우에, 상기 분리벽(4)의 돌출부 크기는 바닥으로 부터 10cm이다. 일반적으로는, 상기 분리벽(4)의 필요한 돌출부 크기는 제1바이오리액터(3)의 폭 또는 깊이의 5내지 10%정도의 크기이다. 상기 분리벽(4)의 형상은 제1도에 도시한 바와 같이 반응기 벽을 따라서 삼각형상이거나 평판상의 돌출물일 수 있다.

제1도에 도시한 제1바이오리액터의 최상부(U)는 생산시설에 유래하는 배기가스가 통과하기 위한 공간이다. 이 최상부(U)에는 영양분 펌프(13)를 경유하여 영양분 탱크(12)가 접속되어있다. 그래서 상기 영양분 탱크(12)로 부터 상기 최상부(U)로 영양분이 공급되도록 되어있다. 상기 영양분은 인산을 포함한다. 인산 함유 영양분은 제1바이오리액터(3)의 내부에서 증식하는 호기성 미생물 및 혐기성 미생물의 정상적인 번식과 미생물의 침강성을 유지하는 역할을 한다.

영양분 탱크와 펌프 이외에, 수소 공여체 탱크(도시되지 않음) 및 수소 공여체 펌프(도시되지 않음)가 최상부(U)에 수소 공여체를 공급하기 위해 배치된다. 수소 공여체로서는, 제1바이오리액터(3)의 (G)의 부분에서 탈질하는데 효과적인 알코올류가 일반적으로 사용된다.

제1도에서 15는 배기가스 송풍기를 의미한다. 이 배기가스 송풍기는 제1바이오리액터의 최상부(U)에 축적된 배기가스를 제2바이오리액터(18)로 송출한다. 최상부(U)에 축적된 배기가스는 생산설비에 기인하고 처리를 요하는 산성 및 유기성의 배기가스와 제1바이오리액터 자체에서 생긴 악취 가스를 포함한다.

제1바이오리액터 자체에서 악취가스가 발생하는 이유는 제1바이오리액터의 동작이 미생물 농도가 MLSS로 약 15000ppm이상의 현격한 고농도 조건을 요하고 또 동작이 혐기 상태와 호기상태가 반복하여 생기도록 할 필요가 있기 때문이다.

그러나 제1바이오리액터(3)의 상부(G)는 호기 상태이기 때문에, 제1바이오리액터(3)에서 생긴 악취 가스의 양은 종래의 혐기성 탱크에서 생기는 악취가스 양에 비해서 소량이다. 혐기성 미생물이 제1바이오리액터(3)에서 이용되긴 하지만, 상부(G)는 호기상태로 유지되므로 악취 가스 발생이 최소화될 수 있다.

악취 가스 및 유기 배기가스를 포함하는 상술한 배기가스는 상기 배기가스용 송풍기(15)에 의해 상기 제2바이오리액터(18)의 하부에 배치된 배기 가스용 확산관(19)을 통하여 상기 최상부(U)로 부터 방출된다.

상기 배기 가스 송풍기(15)는 산, 알칼리 및 유기 용매의 작용에 대해 좋은 내구성을 갖는 재료로 제조될 필요가 있다.

제1도에 나타낸 릴레이 탱크(16)에는 제1바이오리액터(3)로 부터 1시간 이내의 단시간에 상등액이 일괄적으로 보내진다. 이 릴레이 탱크(16)는 상등액을 저장함과 동시에 상기 저장한 상등액을 제2바이오리액터(18)에 공급한다. 이 공급을 위해, 시간당 상등액 공급량이 가능한한 균등하도록 릴레이 펌프(17)가 제어된다. 제2바이오리액터(18)에서의 TMAH의 고도처리의 관점, 미량의 계면활성제의 처리의 관점, 그리고 BOD 및 SS(현탁된 고체)처리의 관점에서 보면, 상기 릴레이 펌프(17)로 부터 제2바이오리액터(18)로의 피처리수의 공급량을 시간적으로 가능한한 균등하게 분배함으로써 피처리수의 처리능력을 향상시킬수 있다.

제2바이오리액터(18)는 네트(22)중에 충전된 목탄(20)과 탄산칼슘 충전물(21)층을 갖고 있다. 목탄(20)과 탄산칼슘 충전물(21)은 네트(22)중에 상하 교대로 적층되어 있다.

본 실시예에서는, 목탄(20)으로서 전형적인 빈초탄(Binchotan)(상표명)을 사용한다. 탄산칼슘 충전물(21)로서 전형적인 굴껍데기를 사용한다. 빈초탄목탄과 굴껍데기는 모두 천염품이기 때문에 부정형상의 것이 많다. 따라서, 배기가스가 제2바이오리액터(18)의 하부로 부터 상부로 상승할 때에는 빈초탄목탄과 굴껍데기에 확실하게 접촉하여 처리되는 것이 기대될 수 있다. 또 상기 2종류의 충전물, 즉 빈초탄목탄과 굴껍데기는 천연품이기 때문에, 염화비닐제와 플라스틱제 등의 인공품보다도 미생물의 부착성과 번식성이 더 좋다.

배기가스 확산관(19)으로부터 배출된 공기는 반도체공장과 액정공장의 생산설비에서 나오는 배기 가스와, 폐수처리 설비로서의 제1바이오리액터(3)에서 발생하는 악취 가스를 포함하고 있다. 구체적인 예로서는, 상기 생산설비에서 나오는 배기 가스로서는 산성 배기 가스 및 알칼리 및 유기가스등이 있다. 이들 가스중에서 유기성분을 포함하는 가스가 특히 바람직하다. 그 이유는 유기성분을 포함하고 있는 가스는 상기 한 바와같이 목탄(20)과 탄산칼슘 충전물(21)에 번식하는 미생물의 영양원으로서 작용하기 때문이다. 예를들면 제1바이오리액터(3)에서 발생한 악취 가스를 분석하면, 암모니아, 황화수소, 메틸메르캅탄, 황화메틸, 트리메틸아민 등의 흔적량이 검출되었다.

상기 공장의 각 생산설비에서 발생한 배기 가스는 배기팬(도시되지 않음)에 의해 배기관(26)을 통해 수집되어 제1바이오리액터(3)의 최상부(U)로 유도된다. 그 다음, 유도된 배기 가스는 제1바이오리액터(3)로 부터 발생하는 악취 가스와 혼합하여 유기물 함유량이 많아진다. 상기 배기 가스와 악취 가스가 혼합된 가스는 배기 가스 송풍기(15)에 의해 제2바이오리액터(18)의 충전물의 표면에 번식형성된 생물막과 접촉하여 미생물처리된다.

일반적으로 공장에서는 산으로서 불소산 등의 무기산을 다량으로 사용하기 때문에, 불화수소 가스등이 발생한다. 과거, 이 무기사으로 부터 발생하는 배기가스는 유기물이 적기 때문에 미생물 처리가 불가능하였다. 그러나, 본 발명의 실시예에서는, 무기산에서 유래하는 배기 가스와 유기물인 악취 가스를 혼합함으로써, 미생물처리리가 쉬운 가스로 변화시키기 때문에, 배기 가스에 대한 미생물처리가 가능하다. 이를 보다 상세하게 설명하면, 무기산 가스란 불화수소가스의 대표적인 가스로 통상은 산성을 나타낸다. 무기산 가스는 산성을 나타내기 때문에, 일반적으로는 미생물처리가 불가능하다. 따라서, 이와같은 무기산을 포함한 배기 가스는 물 또는 알칼리 스크러버에 의해 처리하고 있다. 그러나, 배기 가스의 성질을 중성에 가깝게 함으로써, 상기 배기를 미생물 처리가 가능한 가스로 변경시킬수 있다.

현상액 함유 폐수는 제1바이오리액터(3)내에서는 pH6.5~8.5인 것이 많고, 그 배기 가스도 동일한 성상을 나타낸다. 또한, 현상액 함유 폐수가 소위 유기 알칼리라고 불리워지고 있는 사실로 부터 알 수 있는 바와 같이, 그 폐수도 알취 성분을 함유하는 유기물을 포함하고 있다. 따라서, 무기산 가스를 유기물 가스로 희석중화함으로써 무기산 가스를 미생물처리하기 쉬운 가스로 변화시킬수 있다. 또한, 제1바이오리액터(3)내의 미생물 농도가 비교적 높기 때문에, 제1바이오리액터(3)로부터는 유기물을 포함하는 악취 가스가 발생하기 쉬운 상황으로 된다. 또한, 상기 불화수소가스중의 불소는 탄산칼슘 충전물(21)의 칼슘과 화학적으로 반응하여 불화칼슘을 생성한다. 이와같이, 본 발명의 실시예에서는 무기산 가스를 포함한 배기 가스를 확실하게 화학적으로 처리할 수 있다.

본 실시예에서는, 제2바이오리액터(18)의 충전재로서 사용되는 목타(20)으로서는, 비중이 1보다 큰 빈초탄목탄을 선정하였다. 여러 목탄중에서도 빈초탄목탄은 물중에 투입되면 가라안고, 또 강한 공기에 의해 폭기될 때도 부서지지 않는다. 이와는 달리, 일반의 탄은 강한 폭기에 의해 목탄 본체의 일부가 부서져서, 처리수중에 포함되므로, 방류수질의 항목중 하나인 SS(현탁 고체)의 값을 상승시키는 결점이 있다. 한편, 빈초탄목탄은 용적밀도가 크고 경질이며, 부서지기 어려우므로, 5년이상 장기간 사용해도 어떠한 문제점도 없다.

제2바이오리액터(18)에 대한 유입 부하량은 피처리수에 포함되어 있는 난분해성 계면활성제와 질소화합물의 종류나 농도에 의해 달라지고, 목적으로 하는 처리수질에 의해서도 달라진다. 그러나, 제2바이오리액터(18)에서의 접촉반응시간을 6시간 이상으로 하면, 피처리수중 미량의 계면활성제와 질소화합물을 효과적으로 처리할 수 있다.

배기 가스 배출량은 배기 가스와 악취 가스의 성분과 농도에 의해서도 달라지지만, 제2바이오리액터는 접촉순환부로서의 충전물부(R)의 용량, 즉 목탄과 탄산칼슘 충전물의 용량 1m³당 40m³/일 이하로 설계하면 보다 효과적이지만, 절대조건은 아니다. 또, 순환용 확산관(5B)으로 부터 배출될 공기량으로서는 탱크용량 1m³에 대해서 6m³/일 이상의 공기량이 필요하다.

목탄(20)과 탄산칼슘 충전물(21)은 네트(22)에 수납되어 있다. 네트(22)는 목탄(20)과 탄산칼슘 충전물(21)이 충전가능하면, 재질은 특히 한정되지 않고, 폴리에틸렌 등의 수지제가 좋다. 몰론, 네트(22)는 목탄(20)과 탄산칼슘 충전물(21)이 충전가능하면, 재질은 특히 한정되지 않고, 폴리에틸렌 등의 수지제가 좋다. 물론, 네트(22)를 스텐레스제의 바스켓으로 해도 좋다.

목탄(20)으로서 선정한 빈초탄목탄은 참나무의 일종인 우바메가시(Ubamegashi)의 백탄을 의미한다. 빈초탄목탄은 백탄이기 때문에, 약1000℃에서 탄화된 목탄이고, 고온탄화 목탄으로 분류되고 있다. 본 발명의 실시예에서 사용하는 목탄은 제2바이오리액터(18)내의 접촉교반을 고려하여 직경 4~6cm로서 길이 5cm이상의 빈초탄목탄인 것이 바람직하지만 절대적인 것은 아니다. 또, 어느정도의 크기인 빈초탄목탄이라면, 폭기시에 제2바이오리액터(18)로 부터 유실될 사능성이 없다. 따라서, 관리상 빈초탄목탄은 큰 것이 편리하다. 상기한 바와 같이, 빈초탄목탄은 비중이 1이상이기 때문에 물속에서는 침강하고, 또 강력한 폭기에 의해서도 거의 부서지지 않는다. 따라서, 빈초탄목탄은 고도의 폐수 처리용 충전재로서도 다른 목탄과 비교할 때 적합하다.

본 제1실시예는, 제2바이오리액터(18)내의 순환용 확산관(5B)으로 부터 방출되는 공기에 의해 상승수류가 생긴다. 배기가스 확산관(19)으로 부터 방출되는 공기에 의해 제2바이오리액터(18)내는 더욱 충분히 혼합 및 교반된다. 계면활성제는 수면에서 발포하지만, 제1실시예의 제2바이오액터(18)의 수면은 대부분 2종류의 공기에 의해 교반되기 때문에, 기포를 생기게 하는 공간이 없으므로, 기포 자체를 효과적으로 처리할 수 있는 상기 2종류의 공기란 순환용 확산관(5B)으로 부터 방출된 공기와 배기가스 확산관(19)으로 부터 방출된 배기 가스를 포함하는 공기를 말한다.

본 실시예에서는, 탄산칼슘 충전물(21)로서는 굴껍데기를 선정하였지만, 탄산칼슘 충전물(21)로서 산호, 간스이세키(Kansuiseki)(상표명) 석회석 또는 대리석을 선정해도 좋다. 그러나, 탄산칼슘 충전물(21)로서는 굴껍데기가 최고로 경제적이다. 또, 탄산칼슘 충전물(21)로서 선정할 굴껍데기는 약 1년정도 육상에서 방치되어 냄새가 전혀 없는 것을 선정해야 한다. 굴껍데기의 표면은 미생물이 번식하여 생물막이 형성되기 쉽다. 피처리수는 순환용 확산과(5B)에 의해 접촉순환부로서의 충전물부(R)를 반복하여 통과시킴으로써 순환된다. 상기 피 처리수는 굴껍데기의 표면에 번식한 미생물에 의해 생물학적으로 여과된다. 따라서, 본 실시예에 의하면, 제9도에 나타낸 종래예의 여과탱크가 불필요하다.

제1도에서, 23은 침전탱크이다. 이 침전탱크(23)의 내부에는 수집기(24)가 구비되어 있다. 이 침전탱크(23)에는 제2바이오리액터(18)로부터의 피처리수가 도입되어 유입하고, 이 피처리수는 침전탱크(23)에서 고체와 액체로 분리된다. 그리고, 침전탱크(23)에서 침강한 미생물 슬러지는 슬러지반송 펌프(25)에의해 제1바이오리액터(3)으로 반송된다.

이와같이, 제1실시예에 의하면, 제3도의 폐수처리의 흐름도로 나타낸 바와 같이, 우선 피처리수가 포함되어 있는 유기물은 제1바이오리액터(3)의 하부(K)에서 혐기성 미생물에 의해 소화된다. 그 다음, 피처리수가 포함되어 있는 질소화합물은 제1바이오리액터(3)의 상부(G)의 호기성 미생물에 의해 소화된다. 그다음, 피처리수는 상부(G)에 있는 혐기성 미생물에 의해 탈질된다. 제2바이오리액터(18)에서는 피처리수에 포함되어 있는 난분리성의 계면활성제등과 같은 화학물질을, 접촉순환부(R)에 충전되어 있는 빈초탄목탄과 굴껍데기의 표면 및 내부의 생물막에 번식한 미생물에 의해 호기적으로 미생물에 의해 분해할 수 있다.

제3도에 나타낸 바와같이, 제1실시예에 의하면, 제1바이오리액터(3) 자신이 발생하는 악취 가스 및 생산설비에서 유래하는 배기 가스인 산성 배기 가스 및 알칼리 가스 및 유기가스 등을 혼합하고, 배기가스 송풍기(15)에 의해 제2바이오리액터(18)에 도입한다. 빈초탄목탄이나 굴껍데기의 표면에 형성된 미생물막에 의해 악취 가스와 배기 가스를 미생물 처리할 수 있다.

본 제1실시예에 의하면, 제1바이오리액터(3)가 혐기처리부인 하부(K)와 호기처리부와 기처리부의 기능을 모두 갖는 상부(G)를 갖기 때문에, 종래에 비해 적은 탱크수로 혐기처리와 호기처리를 모두 실시할 수 있다.

따라서, 제1실시예에 의하면, THAM을 대표로 하는 질소 함유 난분해성 화학물질과 계면활성제를 포함하는 고농도 폐수와 미량의 배기 가스를 동시에 처리할 수 있다. 따라서, 본 제1실시예에 의하면, 환경좋은 방류지역에 사는 생물생태계에 의해 무해한 처리수와 무취의 처리 가스를 확실히 얻을 수 있으나, 구조가 간단하고 보수도 쉬운 폐수처리장치를 얻을 수 있다.

종래예와 제1실시예를 대비하면, 제1실시예의 제1바이오리액터(3)는 종래의 혐기탱크(소화탱크)와 호기탱크(폭기탱크)의 기능을 모두 발휘할 수 있다. 또한, 상부(G)는 혐기성의 미생물에 의한 추가 처리기능, 다시말하면 전체 질소에 대한 탈질기능을 갖고 있다. 또, 제1실시예의 제2바이오리액터(18)는 제9도에 나타낸 종래의 호기탱크(접촉산화탱크)와 여과탱크의 기능을 발휘할 수 있다.

제5도는 제1실시예의 각 송풍기 및 펌프의 1일 운전상태를 나타낸다. 제5도에 나타낸 바와 같이, 제1바이오리액터(3)의 순환용 송풍기(9)는 1일중 12시간 가동하고, 분리용 송풍기(10)는 1일중 순환용 송풍기(9)가 가동하고 있는 기간의 처음과 나중의 2회만 각각 10분만 가동한다. 저장펌프(2), 영양분 펌프(13) 및 침전 탱크(23)의 반송펌프(25)는 1일에 1회만 동시에 가동한다. 양수 펌프(14)는 순환용 송풍기(9, 10), 펌프(2, 13)가 정지하고, 또 순환용 송풍기(9)가 가동하기 직전의 기간에 1일 1회만 10분동안 가동한다. 배기 가스 송풍기(15), 릴레이 펌프(17)와 제2바이오리액터(18)의 순환용 송풍기(11) 및 침전탱크(23)의 수집기(24)는 1일중 연속적으로 가동한다.

[제2실시예]

제2도는 본 발명의 폐수처리장치의 제2실시예를 나타낸다. 본 제2실시예는 제1실시예의 제1바이오리액터의 최상부(U)와 상부(G)의 사이에 여과막 필터(31)와 여과막용 확산관(32)을 구비하고 있는 점이 제1실시예와 다르다. 따라서, 본 제2실시예에서는 여과막 필터(31)와 여과막용 확산관(32)에 대해서 중심적으로 설명한다.

제1실시예의 제1바이오리액터(3)는 회분식인데 반해, 제2실시예의 제1바이오리액터(33)의 처리방식은 연속식이다. 즉, 제2실시예에서는 제1바이오리액터(33)으로부터의 처리수를 항상 연속적으로 여과막 필터(31)를 사용하여 배출시킬수 있다.

제2실시예는 미생물에 의한 여과막 필터(31)의 막힘을 방지하기 위해 여과막 필터(31)는 여과막용 확산관(32)로부터 배출되는 공기에 의해 항상 세정된다. 따라서, 제2실시예에 의하면, 여과막 필터(31)의 막힘에 기인하는 처리수량의 감소를 최소한도로 억제할 수 있다.

제2도에 나타낸 바와 같이, 여과막 필터(31)는 상하 판의 사이에 좌우방향으로 소정의 간격을 두고 배열된 복수개의 막을 포함하고 있다.

여과막 필터(31)로서는 중공사막과 평판막 등을 포함하여 여러 형태가 존재하지만, 어떠한 형태를 선정해도 좋다. 중요한 것은 여과막 필터(31)의 표면을 공기에 의해 항상 세정하는 것이다. 종래는 한외현미경 필터를 사용한 경우, 한외현미경 필터의 막힘이 문제로 되었지만, 제2실시예에서는 여과막 필터(31)를 공기로 항상 세정하기 때문에, 한외현미경 필터의 막힘을 방지할 수 있다.

제2실시예의 제1바이오리액터(33)에서는 현상액 함유 폐수와 같은 고농도의 유기성 폐수를, 제1단계로서 하부(K)에서 혐기성 미생물에 의해 소화처리하고, 제2단계로서 상부(G)에서 호기성 미생물과 혐기성 미생물에 의해 처리한다. 그후, 제3단계로서, 처리수는 여과막 필터(31)를 통과한다. 따라서, 제2실시예에 의하면, 3단계의 상승효과에 의해 여과막 필터(31)의 막힘을 크게 억제할 수 있다.

다시 말해서, 제2실시예의 장치는 제2도에 나타낸 바와 같이, 여과막 필터(31)를 구비하고 있기 때문에, 여과막 필터(31)를 통해 제1바이오리액터(33)내로 부터 처리수를 연속적으로 배출시킬수 있다. 여과막 필터(31)를 여과막용 공기 확산관(32)에서 세정하기 때문에, 제1바이오리액터내의 미생물 농도를 제1실시예에서 보다도 높혀도 한외현미경 필터의 막힘이 없다. 다시 말해서, 제2실시예에 의하면, 미생물 농도(MLSS 농도)를 제1실시예와 비교해서 연속적으로 높게 할 수 있다.

구체적으로는, 제2실시예에서, 제1바이오리액터(33)의 상부(G)의 미생물 농도를 25000ppm이상으로 할 수 있고, 하부(K)의 미생물 농도를 35000ppm이상으로 할 수 있다. 따라서, 제2실시예의 장치는 제1실시예에 비해 처리효율이 좋은 장치라고 말할 수 있다. 제2실시예에서는, 제1바이오리액터(33)의 내부는 단적으로 말하면 진흙투성이의 상태로 되어있고, 혐기성 및 호기성 미생물의 종류는 종래에 비해 예외적으로 많고, 미생물 농도는 종래의 처리방법에 비해 매우 높다.

그러므로, 제2실시예에 의하면, THAM을 대표로하는 질소를 포함하는 난분해성 화학물질과 계면활성제를 포함하는 고농도 폐수와 약간의 배기 가스를 동시에 특히 고도로 처리할 수 있다. 따라서, 제2실시예에 의하면, 환경좋은 방류지역에서 사는 생물생태계에 무해한 처리수와 무취의 처리가스를 확실히 얻을 수 있고, 뿐만아니라 구조가 간단하고 보수도 용이한 폐수처리장치를 실현할 수 있다.

제6도는 제2실시예의 각 송풍기 및 펌프의 1일 운전상태를 나타낸다. 제6도에 나타낸 바와같이, 제1바이오리액터(33)의 순환용 송풍기(9), 저장펌프(2), 영양분 펌프(13), 양수펌프(14), 배기 가스 송풍기(15), 릴레이 펌프(17) 및 순환용 송풍기(11)는 하루 종일 가동한다. 슬러지 분리용송풍기(10)는 1일중 12시간 마다 10분만 가동한다. 침천탱크(23)의 슬러지 반송펌프(25)는 1일에 1회만 제1바이오리액터(33)의 분리용 송풍기(10)가 가동하지 않을 때 가동한다. 수집기(24)도 하루 종일 가동한다.

제1실시예와 제2실시예의 공통점인 호기성 미생물과 혐기성 미생물과의 혼재상태에 관해 보충 설명을 한다.

일반적으로 미생물 농도가 높은 경우 폭기를 정지하면 단시간에 혐기성 상태로 된다. 공기 공급 교반(송풍기)을 강약으로 제어하는 목저은 제1바이오리액터 내부의 용존산소량을 폭기공기량으로 제어하는 것이다. 따라서, 미생물 농도가 매우 높은 혐기 상태에서는, 송풍기를 저회전으로 운전하면, 용존 산소량은 저하된다. 그 이유는 미생물의 산소소비량이 송풍기에 의한 산소공급량보다도 많기 때문이다. 따라서, 시간이 경과하면, 제1바이오리액터 내부의 용존산소량이 제로로 된다. 염회비닐리덴 충전물에 부착한 생물막의 내부가 항상 혐기상태로 될 정도로 두꺼우면, 생물막이 파괴된 직후는 미생물 농도가 매우 높고, 생물막으로 부터 혐기상태가 인출된다. 폭기와 용존산소의 관계를 제7도에 나타낸다. 회분식의 제1실시예의 경우에는 제1바이오리액터 상부의 MLSS농도를 15000ppm으로 하고 있기 때문에, 제1바이오리액터 상부의 용존산소량은 폭기상태에서 1.5ppm 이하이다. 항상 송풍기를 운전하면서, 송풍기의 회전수를 제어(예를들면 인버터 제어)하면, 용존산소량을 0ppm 근방까지 저하시킬 수 있다. 연속식의 제2실시예에서는, 제1바이오리액터(33)의 상부의 MLSS농도를 25000ppm으로 하기 때문에, 폭기상태에서는 용존산소량은 1.0ppm 이하이다. 이 연속식의 제2실시예는 회분식의 제1실시예보다도 미생물 농도가 높은 경우에, 용존산소를 0ppm부근까지 저하시킬 수 있다.

제1 및 제2 실시예에서는, 호기성 미생물과 혐기성 미생물의 혼재상태를 폭기운전을 하면서 형성할 때, 이 폭기운전은 어디까지나 교반을 목적으로 하고 있다. 용존산소량을 낮게 억제하면서, 호기성 미생물과 혐기성 미생물의 혼재상태를 만든다. 이때, 호기성 미생물은 혐기상태에서도 즉시 사멸하지 않고, 종류에 따라서는 수시간은 계속해서 살아있다. 특히, 현상액 함유 폐수를 회분식으로 처리하는 제1실시예에서는, 호기성 미생물은 혐기상태가 12시간 이상 계속되어도 아무런 문제없이 살아있다. 따라서, 미생물 농도를 크게 높히고, 용존산소량을 내려 제로에 가깝게 할 때, 생물막을 분리하여 분쇄하고, 혐기성 미생물을 인출함으로써 호기성 미생물이 살아있는 혐기상태(호기성 미생물과 혐기성 미생물과의 혼재상태)를 신속히 만들 수 있다.

한편, 폭기 운전을 계속함으로써 시간 경과에 따라 용존산소량이 상승하면, 생물막 및 슬러지가 다시 염화비닐리덴 충전물에 부착하고, 동시에 혐기성 미생물이 염화비닐리덴 충전물의 생물막의 내부에 수용된다. 혐기성 미생물도 호기상태에서 즉시 사멸하지 않는다.

주로, 호기성 미생물과 혐기성 미생물의 혼재상태를 만들기 위해서는 다음과 같은 조건이 필요하다; (a)미생물 농도가 매우 높아서 혐기상태일 것, (b)교반폭기용 송풍기(공기 공급 교반수단)의 운전상태로 두꺼운 생물막이 형성되기 쉬운 염화비닐리덴 충전물과 같은 충전물이 존재할 것.

염화비닐리덴 충전물로 부터 생물막을 분리하는 것만으로는, 생물막이 포함하고 있는 혐기성 미생물이 미세한 플록으로 형성되지 않기 때문에, 혐기성 미생물은 아직 미생물처리에 유용하지 못한 상태이다. 혐기성 미생물을 미생물처리에 유용하게 하기 위해서는 생물막을 염화비닐리덴 충전물로 부터 분리하고, 분리한 생물막을 분쇄하여 미세한 플록상태의 혐기성 미생물을 만들 필요가 있다.

이하, 제2실시예를 기본으로 실험예를 설명한다.

제1바이오리액터의 크기를 1m×1.5m×2m로 하고, 제2바이오리액터의 크기를 1m×1.5m×1.7m로 하였다. 제1 및 제2바이오리액터에 현상액 함유 폐수를 도입하고, 약2개월 시운전을 실시하였다. 빈초탄목탄으로서는 1000℃전후에서 탄화시킨 것을 사용하고, 굴껍데기로서는 육상에서 1년간 방치된 일본 미에켄의 도바산의 굴껍데기를 사용하였다. 시운전 당초로 부터 생활계의 과잉 슬러지를 투입하면, 제1바이오리액터내의 염화비닐리덴 충전물(8)에는 미생물 슬러지가 부착하였다. 1개월 이상 경과하면, 제2바이오리액터의 빈초탄목탄과 굴껍데기에는 변화가 없을지라도, 그 표면에 생물막같은 것이 약간 형성되었다. 그 생성물막은 회전원판방식이나 침지상 바이오리필터 방식의 접촉재 등의 일반적인 폐수처리에 출현하는 생물막정도로 두껍지는 않지만, 목탄과 굴껍데기를 기본으로 한 도특한 얇은 생물막이었다.

시운전 종료후, 제1바이오리액터에 유입하기 전의 폐수의 수질, 즉 저장 탱크(1)의 수질, 처리수의 수질, 즉 침전탱크(23)의 출구의 수질을 3일간에 걸쳐 측정한 대이타를 정리하면, 하기와 같다. 배기 가스에 대해서도 측정한 결과 하기와 같았다.

상기 결과로 부터 알 수 있는 바와 같이, 폐수처리장치의 출구에서의 수질이 TMAH에서 99%이상, BOD에서 99%이상, 전체 질소에서 80%이상, 및 계면활성제에서 95%이상의 제거율을 달성할 수 있다. 또한, 전체 질소의 법규제치는 대상 업종에 따라 다르지만, 일반적으로는 1일 최대 120ppm이하이다.

배기 가스 및 악취가스에 대해서 측정한 결과는 하기와 같았다.

[제2바이오리액터 입구에서의 배기 가스농도, 악취 가스농도]

상기 결과로 부터 알 수 있는 바와같이, 제2바이오리액터 출구에서의 배기가스농도, 악취농도는 입구에서의 농도에 비해 60%이상의 제거율을 달성할 수 있다.

[제3실시예]

다음에, 제8도는 본 발며의 제3실시예를 나타낸다. 본 제3실시예는 질소, 계면활성제와 착색성분 등을 포함하는 고농도 현상액 함유 폐수와 유기물 함유 배기 가스를 처리할 수 있는 장치이다. 제3실시예는 현상액 함유 폐수 및 유기물 함유 배기 가스를 연속적으로 처리하는 처리방식을 채용한 것이다.

제8도에 나타낸 바와같이, 제3실시예는 저장탱크(51), 제1바이오리액터(52), 제1바이오리액터(53), 탈질탱크(55), 제3바이오리액터(56)와 침전탱크(57)를 구비하고 있다.

저장탱크(51)에는 반도체 공장과 액정공장으로 부터 배출되는 고농도의 현상액함유 폐수가 저장된다. 저장탱크(51)에는 저장탱크 펌프(58)가 접속되어 있다. 저장탱크 펌프(58)는 저장탱크(51)에 저장된 현상액 함유 폐수를 제1바이오리액터(52)에 보내기 위한 것이다.

제1바이오리액터(52)는 제1상단 습윤부로서의 제1반응살수부(60)와 제1하단침지부(61)를 구비하고 있다. 제1반응상수부(60)는 상하 방향으로 교대로 적층되어 있는 플라스틱제 충전물(62)과 목탄(63)을 갖는다. 본 실시예에서는, 목탄(63)으로서 직경 4~6m이상과 길이 5cm이상의 빈초산목탄을 채용하였다. 제1반응살수부(60)의 저부에는 격자판(65)이 고정되어 있다. 격자판(65)은 플라스틱제 충전물(62)과 목탄(63)을 지지함과 동시에 액체 및 기체를 자유롭게 통과시키는 기능을 갖고 있다. 격자판(65)로서는, 구체적으로 시판의 중량급 등을 선정하면 좋다. 제1반응상수부(60)의 저부에는 배기팬(66)이 배치되어 있다. 배기팬(66)은 유기물 함유 배기가스를 저부에 도입한다. 이 저부에 도입된 배기 가스는 격자판(65), 플라스틱제 충전물(62)와 목탄(63)을 통과하여 제1바이오리액터(52)의 최상부의 배출부(67)로 부터 배출된다.

한편, 제1바이오리액터(52)의 제1하단 침지부(61)는 호기성의 제1접촉순환부(68)와 하부의 혐기부(70)를 갖는다. 제1접촉순환부(68)와 혐기부(70)사이의 탱크측벽에는 분리벽(77)이 고정되어 있다.

분리벽(77)은 제1접촉순환부(68)와 혐기부(70)를 명확히 구분한다. 분리벽(77)은, 이를테면 제1하단 침지부(61)의 크기가 폭 1m, 깊이 2m, 높이 2m정도인 경우에는 측벽으로 부터 내측으로 10cm정도만 돌출하면 좋다. 일반적으로, 분리벽(77)의 돌출크기는 제1하단 침지부(61)의 폭과 깊이의 5~10%정도가 좋다.

상부의 제1접촉순환부(68)는 염화비닐리덴 충전물(29)을 갖는다. 이 염화비닐리덴 충전물(71)은, 제4A 및 4B도에 나타낸 염화비닐리덴 충전물(29)과 동일한 구조를 갖고 있고, 펴면적이 커서 미생물이 번식하기 쉽다. 이 염화비닐리덴 충전물(71)에는 일반적인 활성화된 슬러지에도 용이하게 부착할 수 있다. 이 염화비닐리덴 충전물(71)에 슬러지가 부착되는 만큼, 제4a 및 4b도의 코드형 스트링(29b)의 내부에 용존산소가 침투하기 어렵게되므로, 그 결과 염화비닐리덴 충전물(71)은 혐기성 상태에 놓이게 되어, 혐기성 미생물이 번식한다. 따라서, 제1실시예와 동일하게, 염화비닐리덴 충전물(71)에 슬러지가 부착하면 할수록 혐기성 미생물 농도가 높아지고, 염화비닐리덴 충전물(71)은 혐기처리를 하기에 적합한 상태로 된다.

이 염화비닐리덴 충전물(71)은 소정의 간격을 두고 대향하도록 배치된 2개의 판사이에 복수개가 고정되어 있다. 염화비닐리덴 충전물(71)의 위에는 복수개의 여과막 필터(72)가 배치된다. 여과막 필터(72)는 수평 방향으로 배치되어 있다.

이 필터(72)의 우단에 관이 접속되어 있고, 이 관에 저장펌프(73)가 접속되어 있다. 이 필터(72)는 저장펌프(73)의 흡입측에 설치되어 있다. 이 저장펌프(73)가 운전되면, 피처리수가 필터(72)를 통해 펌프(73)로 도입된다.

여과막 필터(72)와 염화비닐리덴 충전물(71)과의 사이에는 여과막 확산rhks(75)이 배치되어 있다. 여과막 확산관(75)는 송풍기(90)에 접속되어 있다. 또한, 염화비닐리덴 충전물(71)의 측방 또는 상하 방향의 중앙보다도 약간 아래에는 순환용 확산관(76)이 배치되어 있다. 또한, 여과막 필터(72)의 근처에는 용존산소계(82)가 배치되어 있다. 이 순환용 확산관(76)이 배출하는 공기량은 기본적으로 용존산소계(82)가 계측한 용존산소량을 기초로 제어된다. 통상, 배출공기량은 탱크의 용량 1m당 60~80㎥일로 설정되어 있다.

혐기부(70)의 저부에는 슬러지 분리용 확산관(78)이 배치되어 있고, 이 슬러지 분리용 확산관(78)은 슬러지 분리용 송풍기(91)에 접속되어 있다. 또한, 혐기부(70)의 측벽 근방에 용존산소계(81)가 배치되어 있다. 이 슬러지 분리용 송풍기(91)의 1일 운전시간은 용존산소계(81)가 계측한 용존산소 농도에 의해 결정된다.

이 송풍기(91)의 1일 운전시간은 매우 단시간이다. 구체적으로는 1일당 10분이내이다. 즉, 이하부의 혐기부(70)의 용존산소 농도가 0.3ppm이상이면, 슬러지분리용 송풍기(91)가 정지된다. 또, 슬러지 분리용 확산관(78)이 배출하는 공기량은 순환용 확산과(76)이 배출하는 공기량의 약 2배로 설정되고, 탱크용량 1m에 대해서 약 120~160m/일로 설정된다. 슬러지 분리용 확산관(78)은 염화비닐리덴 충전물(71)에 부착하여 번식한 슬러지를 분리하기 위한 것이다. 그리고, 슬러지 분리용 확산과(78)의 위에 폐수도입관(80)이 배치되어 있다. 이 폐수도입관(80)은 저장탱크 펌프(58)에 접속되어 있다.

이 제1하단 침지부(61)의 혐기부(70) 및 제1접촉순환부(68)는 폐수도입관(80)으로 부터 도입되는 폐수에 의해 침지된다.

이 폐수도입관(80)은 상측부에 소정 피치로 복수개의 작은 구멍(80a)을 구비하고, 이 작은 구멍으로 부터 위로 향하여 폐수를 균등하게 배출시킬 수 있다.

이 제1하단 침지부(61)의 최상부에 위치되어 있는 배관에 영양분 펌프(95)와 영양분 탱크(96)가 접속되어 있다. 이 영양분 탱크(96)에는 인산 등의 인을 함유하는 영양분이 저장되어 있고, 영양분탱크(95)를 구동함으로써 영양분 탱크(96)에 저장되어 있는 영양분이 제1하단 침지부(61)에 공급된다. 이 인산 등의 영양분은 제1바이오리액터(52) 내에서의 호기성 미생물과 혐기성 미생물의 정상적인 번식과 미생물의 침강성의 유지에 기여한다. 이 영양분의 첨가량은 유입 질소 전체량의 20%정도가 표준이다. 더우기, 제1바이오리액터(52)에는 수소공여체로서의 알코올이 첨가된다. 이 알코올의 첨가는 도시하지 않았지만, 알코올 저장탱크와 알코올 펌프에 의해 실행된다. 알코올로서는 메탄올이 일반적이지만 반도체공장등에서 시용된 폐기물로서의 IPA를 사용해도 기능상은 특히 문제가 없다. 이 알코올의 첨가량은 질소량 전체의 2배 정도를 표준으로 하면좋다.

제2바이오리액터(53)는 제2상단 습윤부로서의 제2반응살수부(101)와 제2 하단침지부로서의 제2접촉순환부(102)를 구비하고 있다. 제2바이오리액터(53)는 공기리프트펌프(103)를 구비하고 있다. 이 공기 리프트펌프(103)는 제2접촉순환부(102)의 측벽을 따라 제2접촉순환부(102)의 최저부로 부터 상방으로 연장되고, 제2접촉순환부(102)의 천정을 뚫는다. 또한, 이 공기 리프트펌프(103)는 제2반응살수부(101)의 측벽의 외측을 따라 연장되고, 이 측벽의 상하 방향의 중앙보다도 약간 위에 서 직각으로 휘어져 측벽을 관통하여 살수부(101)내로 수평으로 연장되어 반대측의 측벽에 도달한다. 공기 리프트펌프(103)의 저부에는 송풍기(92)로 부터 연장되어 있는 배관이 접속되어 있다. 또, 상기 살수부(101)내의 이 공기 리프트펌프(103)중 일부는 살수관(104)을 구성하고 있다.

제2 반응상수부(101)에는 살수관(104)보다도 위에 복수의 플라스틱제 충전물(105)이 배치되어 있다. 또한, 살수부(101)의 저부에는 격자판(65)이 고정되어 있다. 이 격자판(65)과 살수관(104)과의 사이에 플라스틱제 충전물(105)과 목탄(106)이 교대로 적층되어 있다. 또한, 이 살수관(101)의 저부의 격자판(65)보다 아래에는 배기 팬(107)이 배치되어 있다. 배기 팬(107)은 유기물 함유 배기 가스를 상기 저부에 도입하기 위한 것이다. 이 저부에 도입된 배기 가스는 격자판(65), 플라스틱제 충전물(105)과 목탄(106)을 통해 최상부의 배출부(108)로 부터 배출된다.

한편, 제2접촉순환부(102)는 목탄(106)과 탄산 칼슘 광물(110)을 갖고 있다. 이 목탄(106)과 탄산칼슘 광물(110)은 교대로 적충되어 네트(109)에 담겨있다. 목탄(106)으로서는 빈초탄목탄을 사용하고, 탄산칼슘 광물(110)로서는 굴껍데기를 사용한다. 또한, 탄산칼슘 광물로서는 Kansuiseki 석회석을 사용해도 좋다. 빈초탄목탄, 굴껍데기와 Kansuiseki 석회석에는 인공품의 충전물에 비해 미생물이 부착하기 쉽고 번식이 용이하다. 빈초탄목탄은 비중이 1이상이고, 수중에서 부상하지않기 때문에 충전물로서 적합하다. 이 제2접촉순환부(102)의 저부에는 순환용 확산관(111)이 배치되어 있다. 이 순환용 확산관은 접촉순환용 송풍기(93)에 접속되어 있다. 이 순환용 확산관(111)로부터 배출되는 공기량은 제2접촉순환부(102)의 탱크용량 1m에 대해 60~80m/일로 설정될 수 있다.

이 제2접촉순환부(102)의 상부에는 제1접촉순환부(68)에 접속되어 있는 저장펌프(73)로부터 연장되어 있는 배관이 접속되어 있다. 이 제2접촉순환부(102)의 저면(102a)은 공기 리프트펌프(103)의 하단이 순환부(112)의 최고로 낮은 부분이 되도록 경사져 있다. 이와같이, 저면(102a)이 경사져 있기 때문에, 목탄(106)과 탄산칼슘 광물(110)로 부터 분리된 분리물을 자동적으로 공기 리프트펌프(103)의 하단으로 유도한다.

탈질탱크(55)에는 제2접촉순환부(102)의 상부로 부터 연장되어 있는 배관이 탱크(55)의 상부에 접속되어 있다. 탈질탱크(55)는 목탄(106)과 탄산칼슘 광물(110)을 구비하고 있다. 이 목탄(106)과 탄산칼슘 광물(110)은 교대로 겹쳐있고, 네트(113)에 담겨있다. 네트(113)는 부식에 강한 폴리에틸렌 등의 수지제도 좋고, 스텐레스제의 저장 바스켓이 사용되어도 좋다. 탈질탱크(55)는 피처리수를 순환시키기 위한 수환펌프(114)를 구비하고 있다. 이 탈질탱크(55)는 구조적으로는 밀폐탱크이다. 그 이유는 탈질탱크가 오픈 탱크이면, 공기중의 산소가 탱크내에 용해하고, 환원작용이 진행되지 않기 때문이다. 도면에서 나타내지는 않았지만, 탈질탱크(55)에는 수소공여체로서의 알코올이 첨가된다. 이 탈질탱크(55)에 첨가하는 알코올로서는 메탄올이 일반적이지만, 반도체 공장과 액정공장에서 발생하는 폐기물로서의 IPA를 사용한다. 본 실시예에서는 폐기물 IPA를 사용한다. 이 IPA의 첨가량은 탈질탱크(55)에 유입되는 피처리수중의 질소 전체량의 약 3배이다.

제3바이오리액터(56)는 제3상단 습윤부로서의 제3반응살수부(115)와 제3하단침지부로서의 제3접촉순환부(116)를 구비하고 있다. 또한, 제3바이오리액터(56)는 공기 리프트펌프(117)를 구비하고 있다. 이 공기 리프트펌프(117)는 제3접촉순환부(116)의 측벽을 따라 제3접촉순환부(116)의 최저부로 부터 상방으로 연장되고, 제3접촉순환부(116)의 천정을 뚫는다. 또한, 이 공기 리프트펌프(117)는 제3반응살수부(115)의 측벽의 외측을 따라 연장되고, 이 측벽의 상하 방향의 중앙보다도 약간 위에서 직각으로 휘어져 측벽을 관통하여 제3반응살수부(115)내로 수평으로 연장되어 반대측의 측벽에 도달한다. 공기 리프트펌프(117)의 저부에는 송풍기(92)로 부터 연장되어 있는 배관이 접속되어 있다. 또, 상기 제3반응살수부(115)내의 이 공기 리프트펌프(117)중 일부는 살수관(118)을 구성하고 있다.

제3반응살수부(115)에는, 반응살수관(118)보다도 위에 복수의 플라스틱제 충전물(105)이 배치되어 있다. 제3반응살수부(115)의 저부에는 격자판(65)이 고정되어 있다. 이 격자판(65)과 살수관(118)과의 사이에 플라스틱제 충전물(105)과 목탄(106)이 교대로 적층되어 있다. 이 제3반응살수부(115)의 저부의 격자판(65)보다 아래에는 배기팬(121)이 배치되어 있다. 배기팬(121)는 유기물 함유 배기 가스를 상기 반응 살사부(115)의 저부에 도입하기 위한 것이다. 이 저부에 도입된 배기 가스는 격자판(65), 플라스틱제 충전물(105)과 목탄(106)을 통해 최상부의 배출부(122)로부터 배출된다.

한편, 제3접촉순환부(116)는 목탄(106)과 탄산칼슘 광물(110)을 갖고 있다. 이 목탄(106)과 탄산칼슘 광물(110)은 교대로 적층되어 네트(123)에 담겨있다. 이 제3접촉순환부(116)의 저부에는 순환용 확산관(125)이 배치되어 있다. 이 순환용 확산관(125)은 접촉순환용 송풍기(93)에 접속되어 있다. 이 제3접촉순환부(116)의 상부에는 탈질탱크(55)로 부터 연장되어 있는 배관이 접속되어 있다. 또한, 이 제3접촉순환부(116)의 저면(116a)는 공기 리프트펌프(117)의 하단이 최고로 낮은 부분이 되도록 경사져 있다. 이와같이, 저면(102a)이 경사져 있기 때문에, 목탄(106)과 탄산칼슘 광물(110)로 부터 분리된 부리물을 자동적으로 공기 리프트펌프(117)의 하단으로 유도할 수 있다. 또한 저면(116a)의 경사각은 10°이상이면 충분하다.

제3바이오리액터의 제3접촉순환부(116)의 상부로 연장된 배관은 침전탱크(57)에 접속되어 있다. 또한, 이 침전탱크(57)는 최저부를 향해앞부분이 가느다란 저부(57a)와 이 저부(57a)로 부터 상방으로 연장되어 있는 원통부(57b)를 포함한다. 침전탱크(57)는 수집부(126)를 갖고 있다. 이 수집기(126)는 저부(57a)에 배치되어 있는 원추형 수집부(126a)를 구비하고 있다. 저부(57a)의 최하단에는 슬러지 반송펌프(127)가 접속되어 있다. 이 슬러지 반송펌프(127)로 부터 연장되어 있는 반송배관(128)은 제1반응살수부(60)의 천정부, 살수부(101)의 천정부, 제3반응살수부(115)의 천정부에 접속되어 있다. 슬러지 반송펌프(127)는 저부(57a)에 퇴적된 슬러지를 흡인하고, 이 슬러지를 반송배관을 경유하여 제1, 제2, 제3의 반응살수부(60, 101, 115)로 반송시키는 기능을 갖고 있다. 또한, 침전탱크(57)의 상부로 부터는 고체-액체로 분리된 피처리수의 상등액을 배출할 수 있도록 되어있다.

본 실시예에서는 제2바이오리액터(53), 탈질탱크(55) 및 제3바이오리액터(56)에서, 탄산칼슘 광물(110)으로서 굴껍데기를 선정했지만, 굴껍데기 대신에 산호, 간스이세키(상표명) 석회석 또는 대리석을 선정해도 좋다. 그러나, 굴껍데기가 최고로 경제적이다. 또, 이 굴껍데기로서는 약1년정도 육상에서 방치되어 냄새가 전혀 없는 것을 선정해야 한다. 굴껍데기의 표면은 미생물이 번식하여 생물막이 형성되기 쉽다.

상기 구성의 폐수처리장치는 반도체 공장과 액정공자으로 배출되는 고농도의 현상액 함유 폐수가, 우선 저장탱크(51)에 저장된다. 한편, 생산장치에서 나오는 유기물함유배기 가스는 배기팬(66, 107, 121)에 의해 제1바이오리액터(52), 제2바이오리액터(53), 제3바이오리액터(56)에 도입된다.

저장탱크 펌프(58)의 운전에 의해 저장탱크(51)로부터 제1바이오리액터(52)의 제1하단 침지부(61)에 피처리수가 도입된다. 그 다음, 이피처리수에는, 제8도에 나타낸 바와같이, 혐기부(70) 및 제1접촉순환부(68)를 침지한다. 순환용 확산관(76)으로부터는 송풍기(90)로 부터의 공기가 배출된다. 이 배출공기량은, 탱크용량 1m에 대해 60~80m/일이다. 제1접촉순환부(68)는 호기상태로 된다. 보다 상세하게는 송풍기(90)의 운전은 용존산소계(82)가 계측한 용존산소 농도에 의해 제어된다.

운전시간의 경과에 따라, 제1접촉순환부(68)의 염화비닐리덴 충전물(71)에 미생물을 포함하는 미생물 슬러지가 부착하여 번식한다. 이 염화비닐리덴 충전물(71)에 부착하여 번식한 미생물 슬러지는 슬러지 분리용 확산관(78)으로 부터 배출되는 공기에 의해 하루에 2회정도 분리된다. 이 슬러지 분리용 확산관(78)로 부터 배출되는 공기는 혐기부(70)를 하루에 2회정도 호기성으로 만들고, 장기간 혐기상태를 유지함으로써 가스의 발생을 방지하는 역할을 한다. 이 가스 발생방지에 의해 혐기성 미생물 슬러지가 제1접촉순환부(68)로 상승하는 것을 방지할 수 있다. 이 슬러지분리용 송풍기(91)의 1일당 운전시간은 용존산소계(81)가 계측한 용존산소농도에 의해 결정된다. 구체적으로는, 매우 단시간이고, 10분 이내를 표준으로 하면 좋다. 또한, 이 슬러지분리용 송풍기(91)는 용존산소계(81)가 계측한 혐기부(70)의 용존산소농도가 0.3ppm이상으로 되면 정지된다.

한편, 염화비닐리덴 충전물(71)로 부터 분리된 미생물 슬러지는 표면의 고농도로 부착한 호기성 미생물과 내부의 혐기성 미생물을 갖고 있다. 따라서, 분리에 의해 내부의 혐기성 미생물이 분리되고, 미생물 혐기성 미생물이 나타난다. 이 혐기성 미생물은 피처리수의 탈질처리에 유효하게 사용된다. 사실상, 미생물 덩어리를 폭기에 의해 분리분쇄한 경우, 제1바이오리액터(52)의 제1접촉순환부(68)의 미생물 농도는 급격히 높아진다. 동시에 고농도로 된 미생물은 호기성 미생물과 혐기성 미생물의 혼합체이기 때문에, 여러종류의 미생물에 의해서 피처리수가 포함하고 있는 유기물의 처리뿐만아나라 질산염 질소의 처리(즉, 탈질)를 할 수 있다.

제1바아오리액터(52)에서 제1접촉순화부(68)의 미생물 농도는 MLSS로 25000ppm이상으로 제어하는 것이 바람직하다. 또한, 제1바이오리액터(52)의 혐기부(70)의 미생물 농도는 MLSS로 35000ppm이상이 바람직하다. 이와같이, 고농도의 현상액 함유유기 폐수를 효과적으로 처리할 수 있다.

제1바이오리액터(52)의 하단 침지부(61)에서 처리된 폐수는 여과막 필터(72)를 통과하는 상등액으로서 저장펌프(73)에 의해 압송되고, 제2바이오리액터(53)에 도입된다.

한편, 배기팬(66)에 의해 도입된 배기가스는 제1바이오리액터(52)의 상단습윤부로서 제1반응살수부(60)에 도입된다. 배기 가스처리의 관점에서 보면, 배기팬(66)에 의해 도입되는 유기물 함유 배기 가스외에 제1바이오리액터(52)자신이 발생하는 악취 가스가 있다. 본 실시예에서는 제1바이오리액터(52)의 제1접촉순환부(68)는, 미생물 농도가 MLSS로 약 25000ppm이상(즉, 매우 높은 농도의 조건)일 때 운전된다. 따라서, 이 제1접촉순환부(68)에서는 어느 정도 악취 가스가 발생한다. 그러나, 이 악취 가스의 양은 종래의 혐기탱크에서 발생하는 양보다도 적다. 그 이유는 제1접촉순환부(68)는 혐기상태에 있지않고 항상 호기상태에 있기 때문이다. 즉, 이 제1접촉순환부(68)는, 폐수처리할 때 부분적으로 혐기성 미생물를 이용하지만, 항상 폭기상태를 하고 있다. 따라서, 제1바이오리액터(52)는 종래의 혐기탱크에 비해 악취 발생량이 꽤 적은 장치이다.

상기 생산장치에서 나오는 유기물 함유 배기 가스와 제1바이오리액터(52) 자신이 발생하는 악취가스는 제1반응살수부(60)에 도입된다. 생산장치에서 나오는 IPA 등의 유기용제를 포함하는 유기물 함유 배기 가스는 배기팬(66)에 의해 제1반응살수부(60)에 도입된다.

제1반응살수부(60)의 최상부에는 슬러지 반송펌프(127)로 부터 나오는 생물막 슬러지를 포함하는 반송슬러지가 산포된다. 이 반송슬러지는 제3접촉순환부(116)로 부터 분리된 생물막슬러지이다. 이 반송슬러지는 교대로 중첩된 목탄(63)과 플라스틱제 충전물(62)에 부착한다. 그 결과, 목탄(63)과 플라스틱제 충전물(62)에 생물막이 확실히 형성된다. 이 생물막은 상기 배기 가스를 생물학적으로 처리한다.

또한 제1반응살수부(60)에 충전된 목탄(63)은 흡착능력이 있기 때문에, 배기 가스중의 유기물을 흡착한다. 그리고, 이 목탄(63)이 흡착한 유기물은 목탄(63)의 내부에 번식한 미생물에 의해 생물학적으로 처리된다. 또한, 목탄(63)으로서는 흡착능력이 있는 흑탄을 사용하는 것이 바람직하다. 흡착된후, 유기물은 번식한 미생물에 의해 제1반응살수부(60)에서 미생물학적으로 처리한다. 따라서, 본 실시예에 의하면 목탄(63)의 교환이 불필요하다. 따라서, 본 실시예에서는, 활성탄을 사용하는 종래의 배기 가스처리방식에 비해 조작비를 줄일 수 있다.

제1바이오리액터(52)에서 처리된 피처리수는 저장펌프(73)를 통해 제2바이오리액터(53)의 제2접촉순환부(102)에 도입된다. 제2접촉순환부(102)에 도입된 피처리수는 순환용확산관(111)에서 나온 공기에 의해 교반되고, 또 제2접촉순환부(102)내에서 순환된다. 이 순환용 확산관(111)으로 부터 배출되는 공기량은 제2접촉순환부(102)의 용적 1m당 60~80m/일로 설정되어 있다. 이 피처리수는 교대로 충전된 탄산칼슘 광물(110)과 목탄(106)에 번식한 미생물에 의해 미생물처리된다.

순환용 확산관(111)에서 나온 공기는 탄산칼슘 광물(110)과 목탄(106)에서 번식한 미생물로 구성되는 생물막을 분리한다. 또한, 순환용 확산관(111)으로 부터 배출되는 공기량을 통상 운전시보다도 증가시키면, 생물막의 분리를 더욱 촉진시킬 수 있다. 이 분리된 생물막은 침강하여 저면(102a)에 싸여 생물막슬러지로 된다. 이 생물막슬러지는 저면(102a)을 따라 공기 리프트펌프(103)의 하단부로 하강하고, 공기리프트펌프(103)에 의해 피처리수와 함께 살수관(104)으로 부터 나온 피처리수와 함께 살수되고, 제2반응살수부(101)에 도입된다. 다시말하면, 생물막 슬러지는 플라스틱제 충전물(105)과 목탄(106)에 부착하여 미생물이 번식한다. 배기 팬(107)으로 부터 도입된 유기물 함유 배기 가스를 미생물처리한다. 이 생물막 슬러지는 피처리수가 살수될 때 충분한 산소가 공급되어 부분적으로 낙하하고, 제2접촉순환부(102)로 되돌아와서 피처리수의 미생물처리에 사용된다.

한편, 현상액 함유 폐수는 착색성분으로서의 레지스트를 함유하고, 색도가 약4500도이다.이 폐수중의 레지스트는 제1단계로서 제2접촉순환부(102)에 충전되는 목탄(106)에 흡착된다. 그 다음, 목탄(106)에 흡착된 레지스트는 제2단계로서 목탄(106)에 번식하는 각종의 미생물에 의해 생물학적으로 처리된다. 따라서, 이 각종 미생물을 구비한 목탄(106)은 생물활성목탄이라 부를 수 있다.

탄산칼슘 광물(110)은 피처리수가 함유하는 질소화합물이 생물학적으로 산화되어 아질산성 질소 및/또는 질산성 질소를 발생할 때, 피처리수의 액성이 산성쪽으로 기우는 현상을 완화하는 중화기능을 갖는다. 이 제2접촉순환부에서의 접촉반응시간을 충분히 취하면, 피처리수가 함유하고 있는 계면활성제, 착색성분과 질소화합물을 더욱 효과적으로 감소시킬수 있다.

그 다음, 피처리수는 제2바이오리액터(53)의 제2접촉순환부(102)로 부터 탈질탱크(55)로 중력에 의해 하방으로 도입된다. 탈질탱크(55)에서는 피처리수가 함유하고 있는 질산성질소가 환원되고 질소가스로 되어 탈질된다. 이 탈질탱크(55)에는 제2접촉순환부(102)와 동일 방식으로 목탄(106)(빈초탄)과 탄산칼슘 광물(110)이 충전된다. 빈초탄목탄(106)은 착색성분을 흡착하는 물리적 작용과 혐기성 미생물의 고정화 담체로서의 역할, 즉 생물학적 작용을 발휘한다.

이 탈질탱크(55)에 설치된 순환펌프(114)는 탱크내의 피처리수를 순환시키고, 탱크내의 피처리수를 목탄(106) 및 탄산칼슘 광물(110)과 충분히 접촉시킨다. 또한, 이 순환펌프(114) 대신에 통상의 교반기 또는 수중교반기를 설치해도 좋다. 중요한 것은 탱크내의 피처리수를 목탄(106) 및 탄산칼슘 광물(110)과 충분히 접촉시키는 것이다. 탈질탱크(55)는 밀폐구조이기 때문에, 공기중의 산소가 탱크내의 용입되지 않는다. 따라서, 환원작용을 본래의 무산소상태에서 진행시킬수 있다. 탈질탱크(55)에는 수소 공여체로서의 알코올이 첨가되기 때문에, 탈질된 피처리수의 CCD값은 상승한다. 이 COD값이 상승한 피처리수는 다음의 제3바이오리액터(56)에 도입되고, COD값이 저하되어 착색성분이 더욱 감소된다.

제3바이오리액터(56)에서는 제2바이오리액터(53)와 동일한 방식으로 공기 리프트펌프(117)가 피처리수를 제3접촉순환부(116)로부터 제3반응살수부(115)로 도입하여 살수관(118)으로 부터 살수한다. 목탄(106)과 플라스틱제 충전물(105)에는 시간의 경과에 따라 생물막이 형성되고, 이 생물막이 폐수 및 배기 가스를 처리한다. 제3접촉순환부(116)에서, 피처리수는 목탄(106) 및 탄산칼슘 광물(110)에 번식한 미생물에 의해 미생물처리된다. 이와같이, 피처리수의 COD가 감소된다. 피처리수의 착색성분이 미생물처리된다.

배기 가스에 대해서는 제2바이오리액터(53)에서와 동일한 방식으로 제3반응살수부(115)에서 생물막에 의한 생물학적 처리와 흡착에 의한 물리학적 처리의 모두가 행해진다.

제3접촉순환부(116)의 저부에 설치된 확산관(125)에서 배출공기량이 강약으로 제어된다. 이 강약제어는 접촉순환용 송풍기(93)를 인버터 제어함으로써 가능하다. 이 확산관(125)이 배출하는 공기는 목탄(106)과 탄산칼슘 광물(110)에 부착한 생물막을 분리시킨다. 분리한 생물막은 공기 리프트펌프(117)에 의해 용이하게 제3반응살수부(115)에 도입된다. 또한, 저면(116a)이 경사져 있기 때문에, 분리된 생물막이 공기 리프트펌프(117)를 향해 이동하기 쉽다. 저면(116a)의 경사는 제2바이오리액터(53)의 저면(102a)의 경사와 동일하다. 이 제3바이오리액터(56)에서는 제2바이오리액터(53)와 동일하게 폐수가 제3접촉순환부(116)와 제3반응살수부(115)에 의해 입체적으로 처리된다.

그 다음, 피처리수는, 제3바이오리액터(56)으로부터 침전탱크(57)에 도입된다. 이 침전탱크(57)에서는 피처리수의 고형물이 침전되어, 피처리수는 고체와 액체로 분리된다. 침전탱크(57)에 도달할 때까지, 피처리수는 제1바이오리액터(52), 제2바이오리액터(53), 탈질탱크(55) 및 제3바이오리액터(56)를 통해 4단계로 처리된다.

따라서, 이 침전 탱크(57)에서 침전되는 고형물은 제1 및 제2실시예와 비교해서 더적다. 이 침전탱크내의 고형물, 즉 생물막 슬러지는 수집기(126)의 수집부(126a)에서 수집되고, 제1반응살수부(60), 제2반응살수부(101)와 제3반응살수부(115)에 도입된다. 이와같이, 각 반응살수부(60, 101, 115)로 반송된 슬러지는 배기가스의 처리에 유용하고, 각 반응살수부(60, 101, 115) 에서 산소를 공급하여 각 접촉순환부(68, 102, 116)에 반송된다. 반응살수부(60, 101, 115) 각각으로 반송되는 슬러지 도입량은 살수부(60, 101, 115)에 도입되는 유기물 함유 배기 가스량과 배기 가스의 농도에 따라 결정될 수 있다.

각 탱크(53, 55, 56)에서의 탄산칼슘 광물(110)으로서는 굴껍데기를 선정한다. 산호, 간스이세키석회석 또는 대리석을 선정해도 좋다. 그러나, 굴껍데기가 최고로 경제적이다. 또, 굴껍데기로서는 약1년정도 육상에서 방치되어 냄새가 전혀 없는 것을 선정하는 것이 바람직하다. 폐수는 순환용 확산관(111, 115)에 의해 접촉순환부(102, 116)에서 반복순환시킬 때, 폐수는 굴껍데기의 표면에 부착된 생물막에 의해 생물학적으로 여과된다. 따라서, 본 실시예에 의하면, 제12도에 나타낸 종래예의 급속여과탑(148)이 불필요하다.

그 다음, 제8도에 나타낸 제3실시예와 제12도에 나타낸 종래예에서의 비교실험예를 처리수의 수질 및 처리가스의 농도와 관련하여 설명한다.

먼저, 상기 제 3실시예에서, 제1바이오리액터(52)의 용량을 1.3m, 제2접촉순환부(102)의 용량을 0.6m, 탈질탱크(55)의 용량을 0.4m, 제3접촉순환부(116)의 용량을 0.3m, 침전탱크(57)의 용량을 0.1m, 제1반응살수부(60)의 용량을 0.6m, 살수부(101)의용량을 0.3m, 제3반응살수부(115)의 용량을 0.15m로 하여 실험설비를 구비하였다. 또한, 제2접촉순환부(102), 탈질탱크(55) 및 제3접촉순환부(116)에는 1000℃전후에서 탄화한 빈초탄목탄을 충전하였다. 굴껍데기로서는 육상에서 1년간 방치된 일본 미에켄의 도바산의 굴껍데기를 채용하였다.

상기 종래예로서의 제12도에 나타낸 폐수처리 데이타는 IC업계의 문헌에서 얻어 졌다. 그리고, 제3실시예의 실험설비의 폐수처리 데이타와 상기 종래예의 폐수처리 데이타를 비교하였다. 제3실시예에 의한 장치는 약3개월간의 시운전을 하고, 그 후에 처리 데이타를 수집하였다.

제1바이오리액터에 현상액 함유 폐수를 도입하고, 약 3개월 시운전을 한즉 처리수의 수질이 안정하였다. 시운전 당초부터 생활계의 과잉 슬러지를 투입한즉, 제1바이오리액터(52)내의 염화비닐리덴 충전물(71)에는 미생물 슬러지가 부착하였다. 제2접촉순환부(102)의 빈초탄목탄과 굴껍데기에는 최초는 어떠한 변화도 없었지만, 1개월 이상 경과한즉, 그 표면에 생물막 같은 것이 약간 형성되었다. 이 생물막은 회전 원판 방식과 침지상 방식의 일반적인 폐수처리에서 사용되는 접촉재 등에 나타나는 생물막 정도로 두껍지는 않지만 목탄과 굴껍데기에 독특한 얇은 생물막이 출현하였다.

시운전 종료후, 제1바이오리액터(52)에 유입하기 전의 수집, 즉 저장 탱크(51)의 수질과 침전탱크(57)의 출구에서의 수질을 3일간에 걸쳐 측정한 데이타를 정리하였다. 그 결과를 하기에 나타낸다. 유기물 함유 배기 가스에 대해서도 처리전과 처리후에 측정한 결과를 하기에 나타낸다. 또한, 본 실시예의 입고와 출구에서의 유기물 함유 배기 가스의 농도를 측정할 때는 폐수처리용의 모든 송풍기(90, 91, 92, 93)를 단시간 정지하여 측정하였다. 그 이유는 송풍기가 공기를 도입하면, 배기 가스 농도측정 결과에 영향을 미치기 때문이다.

상기 결과로 부터 알 수 있는 바와같이, 본 발명의 제3실시예의 폐수처리장치의 출구에서의 처리수에 대해서, 입구에서의 폐수에 대한 각 성분의 제거율은, TMAH에서 99%이상, BOD에서 99%이상, 전체 질소에서 95%이상, 계면활성제에서 95%이상, 색도에서 99%이상이었다. 즉, 제3실시예에 따른 장치에서는, 다음에 나타낸 제12도의 종래예의 처리방법과 동일한 처리수질을 확보할 수 있다.

배기 가스에 대해서 측정한 결과는 다음과 같다.

상기 결과로 부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 제1, 제2, 제3반응살수부 출구에서의 배기 가스농도는 입구에서의 농도에 비해 60%이상 감소되었다.

상기 실험예로 부터 알 수 있는 바와 같이, 본 제3실시예에 의하면, 질소, 착색성분과 계면활성제를 포함한 현상액 함유 폐수를 확실히 처리할 수 있다. IPA 등의 유기물 함유 배기 가스에 대해서도 확실히 처리할 수 있다. 즉, 제3실시예에 의하면, 종래의 방법보다도 설비적으로 간단하고 경제적으로 질소, 착색성분과 계면활성제를 포함한 폐수와, 배기 가스를 효율좋게 처리할 수 있다.

상기 설명된 본 발명은 수 많은 방법으로 변형될 수 있다. 이러한 변형은 당해 기술 분야의 전문가라면 본 발명의 범위와 정신을 벗어나지 않고 이루어질 수 있다.

Claims

피처리수가 유입되는 유입관 및 폭기수단을 갖는 하부와 염화비닐리덴 충전물이 충전된 상부를 포함하는 제1바이오리액터; 상기 제1바이오리액터의 하부에 있는 폭기수단의 동작과 중지를 제어하는 폭기제어수단; 상기 제1바이오리액터로 부터 피처리수가 유입되고 목탄과 탄산칼슘 충전물이 충전된 접촉순환부와 상기 접촉순환부를 폭기하기 위한 폭기용 확산관을 갖는 제2바이오리액터를 표합하는 것을 특징으로 하는 폐수처리장치.
제1항에 있어서, 상기 제1바이오리액터의 상부에 있는 상기 염화 비닐리덴 충전물위에 배치된 여과막 필터를 더 갖는 것을 특징으로하는 폐수처리장치.
제1항에 있어서, 상기 제1바이오리액터의 최상부에 있는 배기가스를 상기 제2바이오리액터의 접촉순환부로 도입하기 위한 배기 가스 도입용 확산관을 더 포함하는 것을 특징으로하는 것을 특징으로하는 폐수처리장치.
제1항에 있어서,상기 제1바이오리액터가, 상부와 하부 사이에, 상부 및 하부 사이의 대류를 억제하기 위해 제공된 분리벽을 갖는 것을 특징으로하는 폐수처리장치.
제1항에 있어서, 상기 제1바이오리액터의 상부에 설치되어 상기 상부에 공기를 공급하는 공기공급 교반수단; 및 상기 공기공급 교반수단의 동작을 강약으로 제어하는 제어 수단을 더 갖는 것을 특징으로하는 폐수처리장치.
제4항에 있어서, 상기 제1바이오리액터의 상부에 설치되어 상기 상부에 공기를 공급하는 공기공급 교반수단; 및 상기 공기공급 교반수단의 동작을 강약으로 제어하는 제어수단을 더 갖는 것을 특징으로하는 폐수처리장치.
피처리수를 유입관을 통하여 제1바이오리액터의 하부로 도입한 다음 상기 하부에서 피처리수를 혐기적으로 처리한 후 상기 제1바이오리액터의 상부로 피처리수를 도입하고; 상기 제1바이오리액터의 하부에 제공된 폭기수단을 동작 및 중지 시키는 것에 의해 혐기성과 미생물이 혼재하는 미생물 상태를 일시적으로 만든 다음 이혼재 미생물 상태하에서 피처리수를 처리하며; 또 피처리수를 제1바이오리액터로 부터 제2바이오리액터로 도입하여 상기 피처리수를 제2바이오리액터에 있는 접촉순환부로 도입되게함으로써 상기 피처리수를 상기 접촉순환부에 있는 목탄 및 탄산칼슘 충전물과 접촉시키는 것을 특징으로 하는 폐수처리방법.
제7항에 있어서, 피처리수가 상기 제1바이오리액터의 상부에서 일정하게 공급되는 공기에 의해 순환되어 여과막 필터를 통과하여 제2바이오리액터로 도입되는 것을 특징으로 하는 폐수처리방법.
제7항에 있어서, 제1바이오리액터의 최상부에 배기가스를 도입하여 제1바이오리액터에서 피처리수 처리시에 발생한 가스와 혼합하고 생성한 가스 혼합물을 제2바이오리액터로 도입하는 것에 의해 상기 배기가스도 폐수와 동시에 처리하는 것을 특징으로 하는 폐수처리방법.
목탄과 플라스틱 충전물이 충전되어 있고 그를 통하여 아래로 부터 위로 배기가스가 통과하는 제1상단 습윤부, 및 염화비닐리덴 충전물이 충전되어 있고 이 염화비닐리덴 충전물의 근방에 공기공급 교반수단이 배치되어 있으며 상기 염화비닐리덴 충전물 아래에 폐수 도입관과 슬러지 분리용 확산관이 배치되어 있는 제1하단 침지부를 갖는 제1바이오리액터; 목탄과 플라스틱 충전물이 충전되어 있고 그를 통하여 아래로 부터 위로 배기가스가 통하는 제2상단 습윤부, 목탄과 탄산칼슘 무기물이 충전되어 있는 제2하단 습윤부, 및 제1바이오리액터의 제1하단 습윤부로 부터 상기 제2하단 습윤부로 폐수를 도입하는 폐수 도입수단을 갖는 제2바이오리액터; 상기 제2바이오리액터의 제2하단 침지부로 부터 폐수를 탱크내로 도입하는 폐수 도입수단 및 도입된 폐수를 순환시키는 순환수단을 갖는 탈질 탱크; 목탄과 플라스틱 충전물이 충전물이 충전되어 있고 그를 통하여 아래로 부터 위로 배기가스가 통과하는 제3상단 습윤부, 목탄과 탄산칼슘 무기물이 충전되어 있는 제3하단 침지부, 및 상기 탈질 탱크로 부터 폐수를 상기 제3하단 침지부로 도입하는 폐수 도입수단을 갖는 제3바이오리액터; 상기 제3바이오리액터의 제3하단 침지부로 부터 폐수를 고액분리하여 상층액을 방출하도록되어 있고, 상기 고액분리에 의해 침강한 슬러지를 상기 제1바이오리액터의 제1상단 습윤부, 상기 제2바이오리액터의 제2상단 습윤부 및 상기 제3바이오리액터의 제3상단 습윤부로 반송하는 슬러지 반송수단을 갖고 있는 침전탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수처리장치.
제10항에 있어서, 상기 제1바이오리액터의 제1하단 침지부의 염화비닐리디덴 충전물 위에 배치되어 있는 여과막 필터, 및 이 여과막 필터와 상기 염화 비닐리덴 충전물 사이에 배치되어 있는 여과막 필터용 확산관을 더 포함하는 것을 특징으로하는 폐수처리장치.
제10항 있어서, 상기 제2바이오리액터의 제2하단 침지부가 공기공급 교반수단을 갖고, 상기 제1바이오리액터와 제2바이오리액터의 공기공급 교반수단의 공기 공급력을 제어하기 위한 공기 제어 수단을 더 포함하는 것을 특징으로하는 폐수처리장치.