KR100244367B1 - 생물학적 수처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 생물학적 담체가 투입되어 있는 처리조에서 폭기하에 하/폐수 처리장의 방류수를 생물학적으로 처리하는 방법에 있어서, 처리조가 상기 생물학적 담체의 처리조내 분포와 유동을 균일하고 원활하게 해주기 위한 복수개의 층상 구조체를 포함하는 생물학적 수처리방법을 개시한다. 본 발명의 방법에 의하면 하/폐수 처리조의 방류수의 강호된 수질기준을 충족시킬 수 있으며, 종래의 처리조를 변경시키지 않은 채로 용이하게 적용할 수 있으며, 운전비용이 적게 들고 지속적인 수처리가 가능하다.

Description

생물학적 수처리방법

본 발명은 기존 처리장의 방류수를 생물학적으로 추가로 처리하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기존처리장에서 방류되는 처리수에 대해 최근 강화된 하/폐수 방류수 수질기준을 만족시키도록 생물학적 담체를 이용하여 추가로 처리하는 방법에 관한 것이다.

현재 대도시를 관류하는 하천 또는 공단 주변의 하천은 환경기준을 훨씬 초과하여 본래의 하천 기능을 상실하고 있다. 이러한 현실을 타개하기 위하여 더욱 엄격한 방류수 수질기준이 채택되었으며, 이러한 강화된 기준을 만족시키기 위해서는 기존 처리조 또는 처리방법의 개조 또는 개량이 필요하다.

기존 하/폐수 처리장의 방류수는 일단 일련의 수처리단계를 거쳐 대부분의 유기물, 질소함유물질 등이 대부분 제거된 상태이므로, 잔류하는 유기물 등은 극히 미량에 불과하다. 따라서, 처리수를 추가로 처리하는 경우에는 미량의 유기물이라도 효과적으로 제거할 수 있는 방법을 이용하여야 한다.

종래에는 하/폐수 처리장의 방류수 중의 부유물질 및 유기물을 제거하기 위하여 모래여과법, 활성탄 흡착법 등을 사용하였다. 모래여과법은 원래 상수처리를 위하여 개발된 방법이므로 이 방법을 방류수의 처리에 적용하기 위해서는 막대한 시설비와 운전비용이 소요되고, 진흙덩이의 형성과 그리즈의 축적을 방지하기 위해서는 24시간마다 1회 이상 역세척을 실시하여야 하는 등의 문제가 있다. 또한, 활성탄 흡착법을 이용하는 경우에는, 활성탄이 미생물들이 부착, 성장할 수 있는 넓은 표면적를 제공하며 미생물들이 안전하게 성장할 수 있도록 보호하여 주므로 유입되는 유기물들이 흡착 및 미생물의 분해작용에 의해 제거되므로 유출수의 수질이 크게 개선될 수 있다. 그러나, 활성탄 알갱이에 부유물질이 침적되거나 관류의 막힘현상 등으로 인해 유지/관리가 용이하지 않다는 문제도 있다.

따라서, 전술한 문제를 해결하기 위하여, 수처리에 이용되는 미생물을 보다 효과적으로 부착, 고정시킬 수 있는 생물학적 담체를 이용하는 방법이 널리 이용되었다. 현재 여러 가지의 생물학적 담체가 개발되어 있으나, 그 재질이 주로 다공성 플라스틱류, 활성탄소섬유, 폴리비닐알콜과 활성타의 복합체로 되어 있다. 생물학적 담체를 이용한 수처리가 효율적으로 이루어지기 위해서는 처리조 중의 미생물을 적절한 수준으로 유지할 수 있어야 한다. 그러나, 상기와 같은 재질의 담체는 친수성이 작거나 그다지 크지 않기 때문에 부유되어 있는 미생물을 부착시키기가 쉽지 않고 부착되지 못한 미생물은 성장속도가 매우 낮아서, 처리조를 연속적으로 가동시키는 경우에는 처리조 밖으로 유출되는 문제가 있다. 또한, 유체에 의한 전달응력에 대해 부착미생물을 보호해 줄 수 있는 구조로 되어 있지 않아서 부착된 미생물의 탈리가 일어나기 쉽다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 생물학적 담체를 이용하여 강화된 방류수 기준에 적합하도록 하/폐수 처리장의 방류수를 추가로 생물학적으로 처리하는 방법을 제공하는 것이다.

제1도는 본 발명의 수처리방법에서 이용되는 층상 구조체의 일예에 대한 개략적인 도면을 나타낸다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 최상부층 20 : 최하부층

30 : 중간층 40 : 지지대

상기와 같은 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는 생물학적 담체가 투입되어 있는 처리조에서 폭기하에 하/폐수 처리장의 방류수를 생물학적으로 처리하는 방법에 있어서, 상기 처리조가 상기 생물학적 담체의 처리조내 분포와 유동을 균일하고 원활하게 해주기 위한 복수개의 층상 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 수처리 방법이 제공된다.

상기 생물학적 담체는 목면 유래 장섬유가 가교제에 의해 폴리비닐알콜과 결합되어 있으며, 상기 장섬유의 길이는 0.5㎜ 내지 2㎜ 범위인 것이 바람직하다. 이때, 가교제로서는 멜라민요소수지 또는 폴라아미드 폴리아민 에피클로로히드린(PPE)이 이용된다. 생물학적 담체의 크기나 모양은 특별히 제한되지는 않지만, 정육면체 모양을 가지는 것이 바람직하다.

상기 층상 구조체는 수중에서 부식되지 않는 재질, 특히 스테인레스 스틸로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 층상 구조체는 사각형 모양의 최상부층과 최하부층 및 그 사이에 소정의 간격으로 배치된 복수개의 사각형 모양의 중간층과, 최상부층, 최하부층 및 복수개의 중간층의 대응하는 꼭지점들을 연결시켜 층상 구조체를 지지해주는 4개의 지지대를 포함하며, 각각의 층은 그물구조로 되어 있다. 이때, 그물눈의 크기와 각 층간의 거리는 특별하게 제한되지 않으며, 전체적인 처리조의 크기와 생물학적 담체의 크기에 따라 적절히 조절될 수 있다. 또한, 하나의 층상 구조체에 존재하는 층의 개수도 특별히 제한되지는 않는다.

이하, 첨부된 도면과 실시예를 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

제1도는 본 발명의 수처리 방법에서 이용되는 층상 구조체의 일예에 대한 개략도를 나타낸 것이다. 제1도에 도시된 바와 같이 층상 구조체는 사각형 모양의 최상부층(10), 최하부층(20)과 그 사이에 소정간격으로 배치되어 있으며, 최상부층(10) 및 최하부층(20)과 동일한 모양과 크기로 되어 있는 복수개의 중간층(30)과, 최상부층(10), 최하부층(20) 및 중간층의 대응하는 꼭지점을 연결시키는 4개의 지지대(40)로 되어 있다. 이 지지대(40)는 층간 구조체의 골격을 지지하고 전체적인 모양을 유지하고 있다.

이러한 층간 구조체가 복수개 설치된 수처리조에 생물학적 담체를 소정량, 바람직하기로는 처리조의 용량에 대해 5% 내지 40% 정도, 투입하는 경우 담체가 처리조내 전체에 걸쳐 고르고 원활하게 분포하여 유동할 수 있게 된다. 따라서, 폭기량을 줄임으로써 에너지 비용을 감소시킬 수 있으며, 과도한 폭기에 의해 담체가 마모 또는 파열되는 현상이 방지될 수 있다.

본 발명에서 담체의 주성분으로 사용되는 목면 유래 장섬유는 친수성을 나타내므로 미생물 친화성이 커서 많은 미생물을 부착시킬 수 있으며, 섬유의 길이가 0.5㎜ 내지 2㎜ 범위인 것이 적합한데, 이는 담체의 수중에서의 기계적 강도의 유지와 적절한 다공도를 유지하기 위함이다.

목면 유래 장섬유를 결합시키는 폴리비닐알콜은 접착성을 가지며, 수중에서의 담체의 강도를 증가시키는 작용도 하며, 가교제는 폴리비닐알콜 및/또는 장섬유간의 결합을 촉진시키는 작용을 하는데, 이를 위해 상기 장섬유에 대해 각각 5 내지 20중량%로 사용되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 담체가 미생물을 적절한 수준으로 부착시키기 위해서는 다공도 또는 발포도가 담체 건조중량 1g당 기공체적 0.3-4.5㎤의 수준인 것이 적합하다. 이를 위해, 담체 제조시 발포제가 이용된다.

이하, 다음과 같은 비제한적인 구체적 실시예를 통해 본 발명의 특징과 장점에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.

[실시예 1]

길이가 약 0.5㎜ 내지 2㎜ 범위인 목면 유래 장섬유 50g에 물 50g을 혼합하여 슬러리를 만든 다음 폴리비닐알콜(비누화도 90%, 중합도 1700)을 5g 첨가하고 강하게 교반하여 완전히 혼합하였다. 여기에 가교제로서 PPE를 5g 첨가하고 강하게 교반하면서 완전히 혼합한 다음 발포제로서 파라톨루엔술포닐히드라지드 분말을 0.3g 첨가하여 유색의 분말이 섬유와 완전히 혼합될 때까지 강하게 교반하였다. 이렇게 하여 얻어진 슬러리를 탈수기에 넣고 수분함량이 장섬유 중량에 대해 20 내지 50중량%가 되도록 조절하였다. 탈수하여 얻은 케익상을 온도가 120 내지 150℃ 범위에서 조절되는 오븐에 넣고 건조시키면서 발포시켰다. 발포시켜 얻은 담체를 가로, 세로, 높이 모두 1cm인 정육면체 형태로 절단하여 처리조 용적 대비 20%의 양으로 처리조에 투입한 다음, 생물학적 산소요구량(BOD)이 30mg/l, 화학적 산소요구량(COD)이 45mg/l, 부유물질이 20mg/l인 유입수를 연속적으로 공급하고 체류시간을 85분으로 하여 처리조의 수처리효율을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 이때, 측정방법으로는 수처리시 적용되는 표준방법을 사용하였다.

[비교예 1]

실시예 1에서 사용된 생물학적 담체 대신 동일한 형상과 크기의 일반적인 스폰지 (폴리우렌탄)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건하에 수처리를 실시하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

[표 1]

[실시예 2]

처리조에 제1도에 도시된 층상 구조체를 설치하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수처리를 실시하여 수처리 효율을 측정하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

[표 2]

[실시예 3]

생물학적 담체의 처리조 충진율을 달리하면서 실시예 2와 동일한 방법으로 수처리를 실시하여 그 효율을 측정하였다. 그 결과가 하기 표 3에 나타나 있다.

[표 3]

실시예와 비교예로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 목면 유래 장섬유를 주성분으로 하는 담체와 층상 구조체를 이용한 경우 (실시예 2)에는 BOD 및 COD의 제거율이 크게 향상되었으며 부유물질의 제거율도 크게 향상되었다. 즉, 층상구조체가 처리조에 설치됨으로써 생물학적 담체가 가라앉거나 뭉치는 현상이 방지되고 처리조 전체를 통해 담체가 균일하게 분포되어 유동가능하게 됨에 따라 수처리 효율이 크게 개선될 수 있었다.

반면, 본 발명의 담체를 사용하기는 하였지만 담체의 균일한 분포와 원활한 유동을 위한 층상 구조체를 처리조에 투입하지 않은 경우에는, 담체의 원활한 유동을 위해 많은 양의 공기를 폭기시켜야 했고, 이에 따라 에너지 비용이 크게 상승하는 것으로 나타났다. 또한, 과도한 폭기에 의해 담체가 공기에 의한 전단응력을 받게 되어 쉽게 마모, 파열되는 경우가 발생하였다.

따라서, 층상 구조체에 의해 담체의 수처리 효율이 증가될 수 있고 담체의 수명도 연장될 수 있다. 또한, 담체를 계속적으로 유동시키는 공정이므로 여과법에서의 역세척과 같은 과정이 필요 없으므로 공정의 중단이 없는 지속적인 운전이 가능하게 된다.

이상 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 생물학적 수처리방법에 의하면, 하/폐수 처리조의 방류수의 강화된 수질기준을 충족시킬 수 있으며, 종래 처리조를 변경하지 않은 채로 용이하게 적용할 수 있으며, 운전비용이 적게 들고 지속적인 생물학적 수처리가 가능하다.

Claims (6)

1. 생물학적 담체가 투입되어 있는 처리조에 하/폐수 처리장의 방류수를 유입시켜 폭기하에 처리하는 방법에 있어서, 상기 생물학적 담체는 길이 0.5㎜ 내지 2㎜ 범위의 목면 유래 장섬유 및 폴리비닐알콜이 가교제에 의해 결합되어 형성되며, 처리조내에서의 균일한 분포와 하/폐수의 원활한 유동을 위하여 복수개의 층상 구조체에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 생물학적 수처리방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 생물학적 담체는 담체 건조중량 1g당 기공체적 0.3-4.5㎤의 다공도를 가지는 것임을 특징으로 하는 생물학적 수처리방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 가교제가 멜라민요소수지 또는 폴리아미드 폴리아민 에피클로로히드린(PPE)인 것을 특징으로 하는 생물학적 수처리방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 층상 구조체는 사각형 모양의 최상부층과 최하부층및 그 사이에 소정의 간격으로 배치된 복수개의 사각형 모양의 중간층과, 최상부층, 최하부층 및 복수개의 중간층의 대응하는 꼭지점들을 연결시켜 층상 구조체를 지지해주는 4개의 지지대를 포함하는 것임을 특징으로 하는 생물학적 수처리방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 층상 구조체의 각각의 층은 그물구조로 되어 있는 것임을 특징으로 하는 생물학적 수처리방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 층상 구조체는 스테인레스 스틸로 형성된 것임을 특징으로 하는 생물학적 수처리방법.

Images