KR100961452B1 - 생물막 여과장치 및 이를 이용한 수처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하폐수 처리장 방류수의 고도처리 및 하천 수질 개선, 미량 유기오염물질 제거를 위한 정수 공정 등에 사용되는 생물막 여과장치에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로는 생물막 여재를 사용하여 유기물질을 침전 및 흡착시키고 흡착된 유기물질을 미생물에 의해 산화·분해하기 위한 생물막 여과장치에 있어서, 생물막 여재의 폐색을 막아 효율을 높인 생물막 여과장치 및 이를 이용한 수처리 장치에 관한 것이다.

하천 수질 개선, 역세척, 고도 처리, 생물막 여과장치, 하폐수 처리, 정수

Description

생물막 여과장치 및 이를 이용한 수처리 장치{Biological filtration device for water treatment and waste water treatment}

본 발명은 하폐수 처리장 방류수의 고도처리 및 하천 수질 개선, 미량 유기오염물질 제거를 위한 정수공정 등에 사용되는 생물막여과조에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로는 생물막 여재를 사용하여 유기물질과 영양물질을 침전 및 흡착시키고, 흡착된 유기물질과 영양물질을 미생물에 의해 산화·분해시키기 위한 생물막여과조에 있어서, 생물막 여재의 폐색을 막아 지속적인 처리효율 유지가 가능한 생물막여과조 및 이를 운전하는 방법에 관한 것이다.

오폐수 및 하수 등을 처리하는 수처리 방법의 일종으로 생물막 여과가 이용된다. 생물막 여과는 생물막 여재를 충진한 생물막 여과장치 내로 정화를 필요로 하는 상수원수, 하천수, 오폐수 등을 통과시켜 오염물을 침전, 흡착시키고, 생물막 여재에 부착된 미생물에 의해 유기물질을 생물학적인 방법으로 소화, 분해하여 수질을 정화하는 방법으로서, 비교적 오염물질 농도가 높지 않은 상수원수, 하천수 오폐수나 하수 처리에 사용되고 있다.

생물막 여과장치를 이용한 수처리 장치는 발생원에서 취수하여 저류조를 거 치고, 저류조를 통과한 물에 포함된 유기물질 등을 침전, 흡착시키고 생물학적 방법으로 산화·분해하기 위하여 다양한 재질과 형상의 생물막 여재가 들어있는 생물막 여과장치 등으로 구성되어 있는 것이 일반적이며, 생물막 여과장치의 하부에는 통상 생물막 여재의 폐색을 막기 위하여 역세수와 공기를 하부에서 상부로 분출시키는 역세척 설비가 설치되어 있다.

생물막 여재 즉, 유기성 오염물질 분해, 소화작용을 수행하는 미생물 등 다양한 생물종을 품을 수 있는 공간으로서의 여재는 폐타이어, 공극을 형성한 폴리에틸렌 수지, 플라스틱 용기, 자갈, 맥반석, 패각류 껍질, 황토볼, 모래, 숯 등 그 형상과 공극의 크기 등이 다양하다.

생물막 여과장치는 유지관리가 용이하고, 슬러지를 다량 보유할 수 있으며, 미생물을 비롯한 다양한 생물을 포함할 수 있어 분해속도가 낮은 유기성 오염물질 제거에 효과적이어서 소규모 수처리 시설에 적합하고, 오염물질 농도가 높은 폐수의 후처리 방법으로도 이용할 수 있다. 그러나, 생물막 여과장치는 일정 기간이 경과하면 생물막 여재에 부착된 미생물이 계속 늘어나고, 공극이 작아지면서 폐색이 일어나는 것이 단점이다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 생물막 여과장치의 생물막 여재층에 간헐적으로 가압수와 공기를 공급하는 역세(Backwashing)가 행해진다. 역세는 유입수를 차단하고, 일정 간격마다 통공이 형성된 역세노즐을 적정 압력을 갖는 역세수와 공기가 생물막 여재층으로 전달되어 부패된 균체나 탈리된 균체막 등을 여재로부터 분리시킨다.

그러나, 종래기술에 있어서 역세 방법은 다량의 역세수를 이용하므로 물이 낭비되며, 역세수 또한 별도의 수처리가 필요하게 된다. 뿐만 아니라, 역세되어 생물막 여재 상층의 표면에 위치하게 된 탈리 균체 등은 생물막 여과장치 재가동시 다시 생물막 여재를 폐색시키게 되어 시간이 흐를수록 역세효율이 저하되고, 점차 수처리 효율이 낮아지는 문제가 발생한다.

특허 제847887호는 역세공기 배출구를 구비한 교체 가능한 구조의 스트레이너 및 이를 채용한 생물막 여과장치에 관한 것으로서, 상향류식 생물막 여과장치에서 여재의 상부에 스트레이너가 구비되며, 이 스트레이너는 상향 역세공기와 하향 역세수가 서로 흐름을 방해하지 않도록 외부 스트레이너와 중간 스트레이너 및 내부 스트레이너로 구성되어 물+공기 동시역세가 가능하도록 하였다.

그러나, 상기 발명은 그 구조가 복잡할 뿐만 아니라 물에 의한 역세방법을 채택하는데, 물에 의한 역세는 깨끗한 역세용 물이 필요하고, 필연적으로 역세 후 별도의 역세수 처리가 필요하게 되므로 비경제적이다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하여 역세시 물을 낭비하지 않고, 탈리된 물질을 포함하는 역세수의 수처리가 필요하지 않은 생물막 여과장치 및 이의 운전방법을 제공하려는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 역세시 생물막 여재의 부분적인 폐색을 방지하는 생물막 여과장치를 제공하려는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 상기 생물막 여과장치를 하천수의 현장 수처리장치로 이용하려는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 설치가 간단하고 경제적인 생물막 여과장치를 제공하려는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명자는 생물막 여재층 아래에 일반 정수장에서 사용하는 하부집수장치를 설치하고, 하부집수장치 위, 생물막 여재 아래 사이에는 다수의 미세 통공이 형성된 여재 지지판을 설치하였고, 하부집수장치의 아래쪽에는 가압공기 역세척을 위하여 공기공급관을 설치하였으며, 생물막 여재층 위에는 역세시 형성된 스컴을 제거하는 스컴제거부재가 설치되어 공기역세만을 수행함으로써 역세시 오수가 발생하지 않도록 하였으며, 역세시 생물막 여재층 상부로 떠오르는 스컴(탈리된 미생물 등)을 흡입 등의 방법으로 제거하는 스컴제거부재를 설치함으로써 스컴이 다시 생물막 여재층으로 침투하여 여재층을 폐색하지 않도록 하여 역세 효율을 현저히 향상시켰고, 생물막 여재를 사용함으로써 수중의 인, 질소 등의 성분을 흡착하고 유기물을 미생물처리함으로써 오수, 하수를 초고도 수처리하여 하폐수 처리장 방류수를 하천 유지수나 농업 및 공업용수로 사용할 수 있는 수처리장치로 이용할 수 있다.

좀더 자세히 설명하면 본 발명의 구성은 생물막 여재층(10) 아래에 다수의 미세통공이 형성된 여재 지지판(20)이 있고, 여재 지지판 아래에 하부집수장치(30)가 있고, 하부집수장치 내에 역세용 가압공기를 공급하는 공기공급관(40)이 형성되며, 생물막 여재층 위에는 여재층 역세시 발생한 탈리 미생물 등의 스컴을 제거하는 스컴제거부재(50)가 설치된다.

본 발명은 미생물이 부착되어 유입되는 처리대상수에 포함된 오염물질에 대하여 미생물 분해, 부유물 제거, 인, 질소 흡착을 수행하는 생물막 여재층;

상기 생물막 여재층 아래에 설치되며 다수의 미세 통공이 형성된 여재 지지판;

상기 여재 지지판 아래에 설치되는 하부집수장치;

상기 하부집수장치 내에 설치되며 역세용 가압공기 및 폭기용 공기를 공급하는 공기공급관; 및

상기 생물막 여재층 표면에 설치되며 여재층 역세시 발생한 스컴을 제거하는 스컴제거부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물막 여과장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 여재 지지판이 통공의 크기가 10~1,000㎛인 미세다공 이 연속적으로 형성된 미세다공판임을 특징으로 하는 생물막 여과장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 여재 지지판이 상측 통공 입경은 작고, 하측 통공 입경은 크게 형성된 것임을 특징으로 하는 생물막 여과장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 스컴제거부재가 흡입부재 또는 드레인으로 스컴을 밀어내는 스크레이퍼 방식인 것을 특징으로 하는 생물막 여과장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 여재층이 폐타이어, 미세공극을 형성한 폴리에틸렌 수지, 합성수지, 자갈, 맥반석, 패각류, 황토볼, 모래, 세라믹 및 활성탄으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 생물막 여과장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 미량 유기오염물질 제거를 위한 상수 처리장치의 정수공정에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 생물막 여과장치를 포함하는 연못, 호수, 댐 또는 하천의 현장 수처리장치에 관한 것이다.

뿐만 아니라, 본 발명은 상기 생물막 여과장치를 포함하는 하폐수 처리장의 처리수 방류를 위한 초고도 수처리장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 처리대상수를 미생물이 부착된 생물막 여재층으로 유입시켜 하향으로 통과시키는 단계;

상기 생물막 여재층을 통과한 처리대상수를 상기 생물막 여재층 아래에 위치하며 다수의 미세통공이 형성된 여재지지판으로 통과시키는 단계;

상기 여재지지판을 통과한 처리대상수를 상기 여재지지판 아래에 위치하는 하부집수장치로 통과시키는 단계;

상기 하부집수장치를 통과한 처리수를 배출시키는 단계;

상기 생물막 여재층의 역세가 필요한 경우 상기 하부집수장치 내에 설치되며 송풍기와 연결된 공기공급관으로부터 공급되는 역세용 가압공기를 상향으로 공급하여 역세하는 단계; 및

상기 역세 단계에서 발생한 스컴을 제거하는 단계;를 포함하는 생물막 여과를 이용한 수처리 방법에 관한 것이다.

본 발명은 생물막 여재층의 아래에 여재 지지판과 하부집수장치를 설치함으로써 가압공기를 이용한 역세시 생물막 여재층 전체에 역세용 가압공기를 고루 공급하여 생물막 여재의 폐색을 효율적으로 방지할 수 있고, 수처리 효율을 높일 수 있다.

또한, 본 발명은 생물막 여재층의 탈리 미생물 등을 물 역세방법을 사용하지 않고 가압공기만으로 역세함으로써 물의 낭비를 막을 수 있고, 탈리 미생물 등을 포함하는 역세수의 별도 수처리 공정이 필요하지 않으므로 경제적이다.

뿐만 아니라, 본 발명은 고비용의 수처리 장치나 설비 없이도 간단히 이동 가능한 생물막여과조를 필요한 곳에 설치함으로써 정수공정, 생활하수, 폐수, 연못, 소하천 등의 오염된 물을 경제적이고 효율적으로 처리하는 방법을 제공한다.

본 발명자는 생물막 여재의 역세시 소요되는 물과 역세로 인해 발생하는 폐수가 생물막여과의 효율을 낮춘다는 것을 인식하고 이를 해결하기 위하여 오랜 연구개발을 거쳐 본 발명의 구성을 도출하게 되었다.

본 발명의 구성 중 생물막 여재층(10) 즉, 유기성 오염물질 분해, 영양염류의 흡수, 소화작용을 수행하는 미생물 등 다양한 생물종을 품을 수 있는 공간으로서의 여재층은 폐타이어, 공극을 형성한 폴리에틸렌 수지, 플라스틱 용기, 자갈, 맥반석 등의 무기물 여재, 패각류 껍질, 황토볼, 모래, 숯 등 그 형상과 공극의 크기 등이 다양하며, 공극이 많이 형성되고 미생물이 부착될 수 있는 것이면 크기나 모양, 재질에 특별한 제한은 없다.

본 발명에서는 생물막 여재층 상단에 칼슘 제제를 일정 두께로 가하여 칼슘층을 형성함으로써 처리대상수 중의 인을 원활히 흡착하여 칼슘 포스페이트 화합물을 형성하도록 함으로써 인을 원활히 제거하는 것이 가능하다.

본 발명의 구성은 먼저 생물막 여재층 아래에 종래 정수장에서 사용하는 하부집수장치 등(30, 31)을 설치함으로써 집수 효율을 높일 뿐만 아니라, 역세 효율도 높일 수 있도록 한다.

상기 하부집수장치로는 단면이 정방형 또는 장방형이고 내부가 내벽에 의해 통상 세 개 또는 네 개의 공간으로 분리되어 있으며 다수의 통공이 형성된 유공블록(도 1) 외에도 스트레이너 블록(도 2) 또는 휠러 블록 등으로 형성되는 다양한 하부집수장치를 사용할 수 있다. 뿐만 아니라, 미세다공판을 고정시켜 올려놓을 수 있도록 바닥으로부터 일정 간격 이격시켜 설치되는 골격, 예컨대 바람직하게는 격자형 골격과 이 골격을 지탱하는 기둥으로 형성되는 공간이 일종의 하부집수장치 역할을 수행하여 그 내부에 공기공급관을 설치할 수 있다(도 3).

본 발명의 하부집수장치 내에는 역세용 가압공기 및 폭기용 공기를 공급하는 공기공급관(40)이 설치된다. 공기공급관은 송풍기와 연결되어 있으며 도면에서 송풍기는 생략하였다.

또한, 본 발명은 상기 하부집수장치와 생물막 여재층 사이에 미세 통공이 다수 형성된 여재 지지판(20)을 두어 역세시 생물막 여재층 전체가 골고루 역세되도록 한다. 여재 지지판은 여재가 하부집수장치로 빠져나가지 않도록 지지하는 기능을 하며 또한, 고른 역세를 돕는 기능을 한다. 역세 지지판의 구체적인 일례로는 통공(21)의 크기가 10~1,000㎛인 미세다공이 형성된 미세다공판을 들 수 있다. 본 발명의 여재 지지판으로 이용되는 미세다공판은 재질에서 특별한 제한은 없으나, 수처리 용도이므로 물에 강한 합성수지 재질이나 스테인레스강 등이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 합성수지로 형성한다. 미세다공판 형성을 위한 일 실시예로서 합성수지를 일정 모양 예컨대, 작은 구형이나 원반형 또는 다각형 등으로 성형한 후 성형된 칩들을 적정 온도와 압력으로 압착하거나 접착제를 이용하여 판형으로 제작한다. 이와 같이 제작된 미세다공판은 칩들의 사이에 있는 작은 공극들이 연결되어 모세관과 같은 수많은 통로를 형성하게 되는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에서 여재 지지판의 상면은 여재가 하방으로 빠 져나가지 않도록 여재보다 작은 입경의 미세 통공을 형성하되, 일단 여재 지지판의 통공을 빠져나간 이후에는 여재의 아래쪽으로 갈수록 통공 입경을 크게 형성함으로써 여재가 통공을 폐색하지 않도록 형성할 수 있다. 일 실시예에 따른 여재 지지판의 구체적인 형상으로서, 상측에서 관찰하면 길고 얇은 슬릿 형태의 통공이 형성되고, 아래쪽에서 관찰하면 상측에서 관찰한 것보다 슬릿의 폭이 좀더 넓어진다(도 4, 5 참조). 또한, 여재 지지판의 다른 실시예에 의하면 거꾸로 선 원뿔, 삼각뿔, 사각뿔, 오각뿔 등의 다수개의 다각뿔 형상이 서로 인접, 결합하여 연속된 구조를 가진다(도 6 참조). 상측 통공 입경은 작고, 하측 통공 입경은 크게 형성된 것이면 특별한 제한은 없으며, 상기 설명한 것 외에도 다양한 형태의 응용이 가능하다.

통상의 역세 방법에서는 일정 간격으로 통공이 형성된 역세수 노즐에 가압펌프 등의 펌프로 역세수를 여재에 공급하기 때문에 생물막 여재층 전체에 균일하게 역세수가 침투하지 못하여 폐색이 심한 부분이 형성되므로, 부분적으로 역세수 노즐의 통공이 형성된 곳만 역세되어 점차 시간이 흐름에 따라 여재의 폐색이 심해지고 수처리 효율이 저감되었다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 하부집수장치와 생물막 여재층 사이에 10~1,000㎛의 공극이 균일하게 형성된 미세다공판 등의 여재 지지판을 이용하는 경우 여재층 전체에 균일한 역세 효과를 거둘 수 있고, 미세 공극을 통하여 압축공기를 침투시키게 되므로 상대적으로 압축공기의 압력이 높아져 역세 효율을 높이는 효과도 거둘 수 있는 것이다.

또한, 생물막 여재층에서는 생물학적 산화 및 분해 작용에 혐기성 미생물뿐만 아니라 호기성 미생물도 중요한 역할을 수행하므로 때때로 여재층에 필요한 공 기를 공급하여야 한다. 이때 생물막 여재층 전체에 고른 폭기가 이루어지지 않으면 폭기되지 않는 부분에서는 호기성 미생물에 의한 생물학적 산화 및 분해 작용이 일어나지 못하게 되므로 본 발명은 공기공급관에서 공급되는 공기가 미세다공판을 거쳐 생물막 여재층에 공급되도록 함으로써 여재층 전체로 공기가 고루 확산되어 폭기 효율을 향상시키는 것이다.

역세는 상향 역세를 실시하는데, 이때 역세에 의하여 탈리된 미생물이나 오염물질, 여재 폐색물질 등의 스컴이 생물막 여재층 표면으로 부상하게 된다. 이 상태에서 생물막여과를 진행하면 여재층 표면의 스컴은 다시 생물막 여재층으로 침투하여 여재를 폐색시키므로 스컴을 흡입, 수집 등의 방법으로 제거할 수 있는 흡입부재 또는 스크래퍼와 같은 스컴제거부재를 설치하여야 한다. 스컴제거부재를 설치함으로써 역세된 폐수의 처리에 부가적으로 물을 사용하지 않게 되므로 역세폐수 처리에 드는 비용을 절감할 수 있다.

생물막 여재층(10) 위에는 여재층 역세시 발생한 탈리 미생물 등의 스컴을 제거하는 스컴제거부재(50)가 설치될 수 있다. 스컴제거부재는 구체적인 작동방법이나 형상 면에서 특별한 제한은 없으나 바람직하게는 압력을 낮추거나 진공을 형성하여 생물막 여재층 표면에 떠오른 스컴을 흡입하는 흡입부재를 사용하거나 생물막 여재층 표면에 떠오른 스컴을 긁어모으는 스크레이퍼 등을 사용할 수 있다. 스컴제거부재(50)는 작동시에는 생물막 여재층 표면에 위치하도록 하고, 역세척을 실시하지 않는 통상의 수처리 기간 동안에는 생물막 여재층으로 물이 고루 처리되도록 생물막 여재층 표면에 두지 않고 외부로 이동시키거나 수면 쪽으로 이동시키는 것이 바람직하다. 스컴제거부재는 제어부재 및 전원과 연결되어 작동하나 도면에는 자세히 도시하지 않았다.

스컴을 제거하는 방법으로는 상기 설명한 스컴제거부재(50) 외에도 도 3과 같이, 생물막 여재층의 바로 위쪽 측면에 개폐가 가능하도록 측구(61)를 형성하고, 적절한 도구를 이용하거나 기계적으로 또는 인력으로 생물막 여재층(10) 상단에 존재하는 스컴을 외부로 배출시키는 것도 가능하다. 이때 측구의 옆으로 스컴을 수집하고 배출시키는 드레인(62)을 형성할 수 있다. 따라서, 측구 및/또는 드레인도 일종의 스컴제거부재라고 할 수 있다. 상기 측구 및 드레인의 형상은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 변경 가능한 여러 가지 형상을 포함하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 생물막 여과장치를 간략하게 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 생물막 여과장치를 간략하게 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명의 또다른 실시예에 의한 생물막 여과장치를 간략하게 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 여재 지지판을 도시한 것이다.

도 5는 도 4의 단면도이다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 여재 지지판의 일부를 도시한 것이다.

Claims (13)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 처리대상수를 미생물이 부착된 생물막 여재층으로 유입시켜 하향으로 통과시키는 단계,

    상기 생물막 여재층을 통과한 처리대상수를 상기 생물막 여재층 아래에 위치하며 다수의 미세통공이 형성된 여재지지판으로 통과시키는 단계;

    상기 여재지지판을 통과한 처리대상수를 상기 여재지지판 아래에 위치하는 하부집수장치로 통과시키는 단계;

    상기 하부집수장치를 통과한 처리수를 배출시키는 단계;

    상기 생물막 여재층의 역세가 필요한 경우 상기 하부집수장치 내에 설치되며 송풍기와 연결된 공기공급관으로부터 공급되는 역세용 가압공기를 상향으로 공급하여 역세수를 가하지 않고 역세하는 단계; 및

    상기 가압공기 역세 단계에서 발생한 스컴을 제거하는 단계; 를 포함하는 공기 역세 및 생물막 여과를 이용한 수처리 방법.
11. 청구항 10에 있어서,

    상기 여재 지지판은 통공의 크기가 10~1,000㎛인 미세다공이 연속적으로 형성된 미세다공판인 것을 특징으로 하는 공기 역세 및 생물막 여과를 이용한 수처리 방법.
12. 청구항 10에 있어서,

    상기 여재 지지판은 상측 통공 입경은 작고, 하측 통공 입경은 크게 형성되어 여재의 손실을 방지하는 것을 특징으로 하는 공기 역세 및 생물막 여과를 이용한 수처리 방법.
13. 청구항 10에 있어서,

    상기 수처리 방법은 초고도 수처리, 상수 처리 또는 연못, 호수, 댐 또는 하천의 현장 수처리 목적으로 이용하는 것을 특징으로 하는 공기 역세 및 생물막 여과를 이용한 수처리 방법.

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