KR100817041B1 - 침전지와 생물여과지를 이용한 오폐수 처리장치 - Google Patents

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Abstract

침전지와 생물여과지를 이용한 오폐수 처리장치가 개시된다. 오폐수 처리장치는, 오폐수의 생흡착과 1차 침전을 수행하는 1차 침전지, 1차 침전지로부터의 유출수에 대하여 생물반응을 수행하는 생물반응조, 생물반응조의 유출수에 대해 2차 침전을 수행하는 2차 침전지, 및 2차 침전지의 유출수에 대해 용존성 유기물과 암모니아성 질소를 제거하는 생물여과지를 구비한다. 1차 침전지에는 유출되는 슬러지를 자체 반송하는 제1반송관이 마련되고, 2차 침전지에는 유출되는 슬러지를 각각 1차 침전지와 생물반응조로 반송하는 제2반송관 및 제3반송관이 마련되고, 생물여과지에는 유출되는 슬러지를 1차 침전지로 반송하는 제4반송관이 마련되고, 1차 침전지와 생물여과지 사이에는 1차 침전지의 유출 처리수의 일부를 우회시켜 생물여과지로 공급하는 우회관이 마련된다. 이에 의하여, 용존성 오염물질을 안정적으로 제거할 수 있으며, 잔류하는 응집성분을 재활용하여 침전효율을 증가시켜 후속되는 공정의 부하를 경감시킬 수 있다.
경사판침전지, 생물여과, 초기우수, 질소, 인, 용존성 오염물질, 생흡착

Description

침전지와 생물여과지를 이용한 오폐수 처리장치 {Wastewater processing apparatus employing a deposition device and a biological filtering device}
도 1 은 기존의 초기우수 처리 개념도,
도 2 는 기존의 고속응집 경사판침전지 개념도,
도 3 은 본 발명에 따른 경사판침전지, 생물학적 처리공정, 생물여과를 이용한 처리 개념도,
도 4는 경사판침전지 및 생물여과를 이용한 처리 개념도.
본 발명은 침전지와 생물여과지를 이용한 오폐수 처리장치에 관한 것이다.
하천 및 호수로 유입되는 오염물질의 경우 점오염(point source) 보다 비점오염원(nonpoint source)에서의 유입이 많아 전체 유입량의 60~70%를 차지한다. 이러한 비점오염물질들은 강우에 의해서 유출되어 수원으로 유입되게 되는데 점 오염원에 비하여 제어하기가 매우 어렵다.
우리나라 대도시의 하수관거의 경우 대부분이 합류식으로 초기강우에 따른 오염물질의 유출이 발생하는데 이를 CSO(Combined Sewer Overflow)라 하며, 초기강 우에 의해 지표면의 오염물질과 합류식 하수관거 내에 침전되었던 오염물질이 동시에 유출되어 농도 및 부하가 매우 높은 것으로 알려져 있다. 이러한 이유로 우리나라 하수도 시설기준에서는 도 1 과 같은 개념으로 초기우수를 처리하도록 규정하고 있다. 즉, 강우가 발생하면 하수처리장을 유입되는 하수량이 증가하는데, 이때 하수처리장에서는 설계유량(Q)의 3배(3Q)에 해당하는 유량을 유입시켜 1차 침전지에서의 1차 침전을 거친 후 2Q는 방류하고 1Q만 생물반응조와 2차 침전지에서의 2차 처리를 거치도록 한다.
그러나 유입 유량이 증가함에 따라 1차 침전지의 효율이 저하될 뿐만 아니라 하수처리장 슬러지 처리 계통에서 반송되는 고농도의 반류수가 유입하수로 유입되어 1차 처리수가 유입수에 비해 높은 농도를 나타내는 경우가 많아, 수계로 유입되는 오염물질을 양이 저감되는 것이 아니라 오히려 늘어나는 결과를 초래하였다.
이러한 문제를 극복하고자 한국특허공개 제1999-0069310호(초고속 응집 침전형 오폐수 처리장치 및 이를 이용한 오폐수의 처리방법, 및 한국특허공개 제2000-0017670호(고속응집침전형 오폐수 처리장치)에서는 경사판이 도입된 고속응집 침전지를 이용하여 초기우수를 처리하도록 하였다. 도 2 는 이 특허에서 제시되어 있는 고속응집 침전지의 구조를 도시한 것으로서, 각 반응조는 혼화조, 교반조, 고분자응집조, 침전조로 순차 구성되어 있다. 이 특허는 응집제의 주입과 경사판의 도입을 통하여 부하 변동에 대한 대응이 우수하고 고형물 및 인제거 효과가 우수하나, 별도의 응집보조제로 아쿠아 219나 유리분말을 투입해야 하기 때문에 경제적으로 불리하고 운전관리가 용이하지 않을 뿐만 아니라 슬러지 생산량이 증가하는 단 점이 있었다. 특히 고속 응집 침전지는 고형물 및 인의 제거는 우수하나 용존오염물질(soluble pollutants) 및 질소의 제거가 거의 이루어 지지 않는 단점이 있었다.
본 발명은 상기의 CSO 문제를 해결하고 특히 용존성 오염물질을 안정적으로 제거할 수 있으며, 잔류하는 응집성분을 재활용하여 침전효율을 증가시켜 후속되는 공정의 부하를 경감시킬 수 있는 오폐수 처리장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 오폐수 처리장치는, 처리대상 오폐수의 생흡착과 1차 침전을 수행하는 1차 침전지; 상기 1차 침전지로부터의 유출수에 대하여 생물반응을 수행하는 생물반응조; 상기 생물반응조의 유출수에 대해 2차 침전을 수행하는 2차 침전지; 및 상기 2차 침전지의 유출수에 대해 용존성 유기물과 암모니아성 질소를 제거하는 생물여과지;를 포함하며, 상기 1차 침전지에는 유출되는 슬러지를 자체 반송하는 제1반송관이 마련되고, 상기 2차 침전지에는 유출되는 슬러지를 각각 상기 1차 침전지와 상기 생물반응조로 반송하는 제2반송관 및 제3반송관이 마련되고, 상기 생물여과지에는 유출되는 슬러지를 상기 1차 침전지로 반송하는 제4반송관이 마련되고, 상기 1차 침전지와 상기 생물여과지 사이에는 상기 1차 침전지의 유출 처리수의 일부를 우회시켜 상기 생물여과지로 공급하는 우회관이 마련되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 오폐수 처리장치는, 처리대상 오폐수의 침전을 수행하는 침전지; 상기 침전지의 유출수에 대해 용존성 유기물과 암모니아성 질소를 제거하는 생물여과지;를 포함하며, 상기 침전지에는 유출되는 슬러지를 자체 반송하는 반송관이 마련되고, 상기 생물여과지에는 유출되는 슬러지를 상기 침전지로 반송하는 또 다른 반송관이 마련되는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 생물여과지에는 유출수를 자체 반송하는 내부반송관이 마련되는 것이 바람직하다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 침전지와 생물여과공정을 활용한다. 도 3 을 통한 자세한 설명은 다음과 같다.
본 발명에 따른 오폐수 및 초기우수 처리장치는 침전지(10)(1차 침전지), 생물반응조(20), 2차침전지(30) 및 생물여과지(40)를 순차 배치하여 구성된다.
침전지(10)는 기본적으로 도 2 에 도시되어 있는 전술한 경사판침전지와 동일하게 구성되어, 혼화조, 교반조, 고분자응집조와 침전조를 구비하고 있고, 침전조에는 경사판(11)이 구비되어 있다. 침전지(10)는 또한 자체의 반송관(13)(제1반송관)을 구비하고 있어 침전조의 유출 슬러지의 일부가 혼화조로 반송된다.
2차침전지(30)는 유출 슬러지를 침전지(10)로 반송하는 반송관(33)(제2반송관)과 생물반응조(20)로 반송하는 반송관(35)(제3반송관)을 가지고 있다. 생물여과지(40)는 유출 슬러지를 침전지(10)로 반송하는 반송관(43)(제4반송관)을 가지고 있다.
또한, 침전지(10)와 생물여과지(40) 사이에는 처리수의 일부를 우회시키켜 생물여과지(40)로 공급하기 위한 우회관(17)이 마련되어 있다.
초기강우에 의해 발생된 오염물질은 설계유량(Q)의 3배(3Q)로 경사판 침전지(10)로 유입된다. 경사판 침전지(10)로 유입된 폐수는 생물반응조(20)에서 반송관(35)을 통해 반송된 활성슬러지와 접촉하여 생물흡착이 발생하고, 경사판 침전지(10) 및 생물여과지(40)에서 각각 반송관(13, 43)을 통해 반송된 약품슬러지에 포함된 미사용된 응집제에 의해 응집이 이루어진다. 이때 고형물뿐만 아니라 용존성 오염물이 일부 흡착되어 제거된다.
이후 부족한 응집제와 응집보조제인 고분자응집제(폴리머)가 경사판 침전지(10)의 교반조와 고분자응집조에 각각 주입되어 응집 및 플럭을 형성하여 침전성을 개선한다. 그리고 나서, 오염물질은 경사판 침전지(10)의 침전조로 유입되어 침전을 통하여 처리수와 슬러지로 구분된다.
생물여과지(40)로부터 반송되는 생슬러지, 침전지(10)에서 자체 반송되는 일차슬러지, 및 침전지(10)와 생물여과지(40)에서 반송되는 약품슬러지가 혼합된 슬러지의 일부를 필요에 따라 반송하여 응집특성을 개선한다.
침전지(10)의 처리수의 일부(1Q)는 생물반응조(20)로 유입되어 생물학적으로 질소, 인, 유기물을 제거한다. 생물반응조(20)에서 처리된 처리수는 2차침전지(30)로 유입되어 처리수와 슬러지를 분리한다.
침전지(10) 처리수의 일부(2Q)는 우회관(17)을 통해 바로 생물여과지(40)로 유입되어 고형물뿐만 아니라 용존성 유기물과 암모니아성 질소가 산화된다. 또한 생물여과지(40)에는 응집제를 투입하여 낮은 농도로 인 제거를 수행하게 되는데 주입된 응집제로 인한 슬러지를 생물여과지(40)에서 여과함으로써 인 제거가 이루어진다. 여과를 통하여 제거된 슬러지는 반송관(43)을 통해 1차 침전지(10)로 일부 반송하여 남아있는 응집능력을 재활용함으로서 약품소모량을 절감할 수 있다.
생물여과지(40)의 무산소지역에서는 생물반응조(20)에서 유입된 질산성 질소가 초기우수에 남아있는 용존성 유기물을 이용한 탈질반응을 통하여 제거된다. 생물여과지(40)의 호기지역에서는 잔류되는 유기물의 산화와 암모니아성 질소의 산화가 발생하여 수계로 유입되어 용존산소를 소모하는 물질의 안정적인 제거가 이루어져 강우시에도 수계로 유입되는 오염물질을 양을 최소화할 수 있다.
도 4 는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 것이다. 도 4 에서 도 3 과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하였다.
도 4 의 오폐수 처리장치는 침전지(10)와 생물여과지(40)로 구성되어 있다. 하수처리장이 건설되지 않아 생물반응조(20)가 없는 지역에서는 도 4 와 같이 침전지(10)과 생물여과지(40)로 공정을 구성하여 동일한 처리효율을 획득할 수 있다. 이때 질소제거를 위한 생물반응조(40)에는 반송관(45)(내부반송관)을 마련하여 자체의 내부 반송을 실시한다.
본 발명에 따르면, 침전지와 생물여과지가 결합되된 구조에 의하여 오폐수 및 초기우수에 의에 유출된 오염물질을 안정적으로 처리할 수 있으며, 특히 용존성 오염물질을 안정적으로 제거할 수 있다. 또한 생물공정에서 발생하는 잉여 슬러지 및 응집 슬러지의 일부를 경사판 침전지로 반송시킴으로써 생흡착(biosorption)에 의한 용존오염 물질의 안정적인 제거 및 잔류하는 응집성분을 재활용이 이루어진다. 따라서, 침전효율이 증가되어 후속되는 공정의 부하기 경감되고 부하변동이 심한 경우에도 안정적인 처리수질의 획득이 가능하다
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이며, 이러한 변형은 본 발명의 보호범위에 속할 것이다.

Claims (7)

  1. 처리대상 오폐수의 생흡착과 1차 침전을 수행하는 1차 침전지;
    상기 1차 침전지로부터의 유출수에 대하여 생물반응을 수행하는 생물반응조;
    상기 생물반응조의 유출수에 대해 2차 침전을 수행하는 2차 침전지; 및
    상기 2차 침전지의 유출수에 대해 용존성 유기물과 암모니아성 질소를 제거하는 생물여과지;를 포함하며,
    상기 1차 침전지에는 유출되는 슬러지를 자체 반송하는 제1반송관이 마련되고,
    상기 2차 침전지에는 유출되는 슬러지를 각각 상기 1차 침전지와 상기 생물반응조로 반송하는 제2반송관 및 제3반송관이 마련되고,
    상기 생물여과지에는 유출되는 슬러지를 상기 1차 침전지로 반송하는 제4반송관이 마련되고,
    상기 1차 침전지와 상기 생물여과지 사이에는 상기 1차 침전지의 유출 처리수의 일부를 우회시켜 상기 생물여과지로 공급하는 우회관이 마련되는 것을 특징으로 하는 오폐수 처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 침전지는 경사판 침전지인 것을 특징으로 하는 오폐수 처리장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 경사판 침전지는 혼화조, 교반조, 고분자응집조, 및 침전조가 순차 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 오폐수 처리장치.
  4. 처리대상 오폐수의 침전을 수행하는 침전지;
    상기 침전지의 유출수에 대해 용존성 유기물과 암모니아성 질소를 제거하는 생물여과지;를 포함하며,
    상기 침전지에는 유출되는 슬러지를 자체 반송하는 반송관이 마련되고,
    상기 생물여과지에는 유출되는 슬러지를 상기 침전지로 반송하는 또 다른 반송관이 마련되는 것을 특징으로 하는 오폐수 처리장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 침전지는 경사판 침전지인 것을 특징으로 하는 오폐수 처리장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 경사판 침전지는 혼화조, 교반조, 고분자응집조, 및 침전조가 순차 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 오폐수 처리장치.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 생물여과지에는 유출수를 자체 반송하는 내부반송관이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 오폐수 처리장치.
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