KR101678202B1 - 폐기물 매립장용 침출수 처리 시스템 - Google Patents

폐기물 매립장용 침출수 처리 시스템 Download PDF

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우진건설주식회사
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Abstract

본 발명은 폐기물 매립장용 침출수 처리시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 침출수의 저수공정과; 화학적 응집 처리장치를 통한 침출수에 혼입된 오염물질을 응집하고 응집된 오염물질을 부상시켜 포집하는 화학적 응집 처리공정과; 화학적 응집 처리공정을 마친 침출수를 미생물을 통해 생물학적으로 분해시켜 제거하는 생물학적 분해 처리공정과; 상기 생물학적 분해 처리된 정수에서 침전물을 분리하는 침전 처리공정; 및 상기 화학적 응집 처리공정과 생물학적 분해 처리공정과정에 분리 제거된 슬러지를 탈수처리하는 탈수공정을 포함하는 일련의 과정을 연속적으로 수행하는 폐기물 매립장용 침출수 처리시스템에 관한 것이다.

Description

폐기물 매립장용 침출수 처리 시스템{Leachate treatment system for waste landfill}
본 발명은 폐기물 매립장용 침출수 처리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 침출수의 저수공정과; 화학적 응집 처리장치를 통한 침출수에 혼입된 오염물질을 응집하고 응집된 오염물질을 부상시켜 포집하는 화학적 응집 처리공정과; 화학적 응집 처리공정을 마친 1차 처리수를 미생물을 통해 생물학적으로 분해시켜 제거하는 생물학적 분해 처리공정과; 상기 생물학적 분해 처리된 처리수에서 혼합액 현탁고형물(MLSS)을 분리하는 침전 처리공정; 및 상기 화학적 응집 처리공정과 생물학적 분해 처리공정 과정에 분리 제거된 슬러지에서 물을 탈수하는 탈수공정을 포함하는 일련의 과정을 연속적으로 수행하는 폐기물 매립장용 침출수 처리 시스템에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이 1970년대 이후 고도 경제성장과 함께 국민 생활수준의 질적 향상, 그리고 산업의 발달로 인하여 다양한 폐기물이 발생하고 있다.
이와 같이 폭발적으로 증가 되는 폐기물들은, 그 종류나 형태에 따라 소각, 해양투기, 또는 매립을 통해 처리하였으나, 최근 국제협약이나 처리기준이 변경되어 해양투기가 법으로 금지되고 있다.
따라서, 현재 폐기물의 처리방안 중 가장 경제적인 처리방안으로 매립 처리방식이 주류를 이루고 있으나, 상기 매립 처리방식은 그 특성상 매립상태에서 다량의 침출수가 불가피하게 발생 된다.
그런데, 상기 침출수는 높은 농도의 난분해성 유기성 오염물질로 이루어지고, 또 다양한 폐기물이 복합적으로 매립된 관계로 침출수의 성상 또한 복합적인 오염원으로 이루어져 있어, 당 분야에서는 침출수의 처리에 상당한 어려움을 호소하고 있다.
도 7은 매립장의 시간경과에 따른 침출수의 BOD5, CODCr , NH3-N 발생 특성을 나타낸 것으로, 이를 분석하면 매립 초기에는 생분해 가능한 유기물질이 높게 발생하고, 이와 함께 NH3-N의 농도가 서서히 높게 발생하다가 일정한 양을 유지하는 것을 확인할 수 있다.
그리고, 매립 후 약 5년부터는 BOD5 물질은 급격히 감소하는 반면, CODcr , NH3-N 의 난분해성 물질의 농도가 지속적으로 증가하는 경향을 보이게 되는데, 이러한 침출수의 발생 특성 때문에 일반적인 생물학적 처리 공정으로는 처리가 매우 어렵다.
더욱이, 침출수의 주된 발생원인 및 발생량은 매립장의 복토면을 통하여 침투되는 우수에 의해 발생 되는데, 증발량, 증산량, 유출량, 폐기물 내 수분량과 폐기물 분해에 따른 수분 발생량에 의해 영향을 받게 된다.
따라서, 매립장 지역의 강수량은 침출수의 발생량 및 부하 변동에 주된 영향을 주기 때문에, 연간 강수량의 대부분이 여름철에 집중되는 우리나라의 경우에는 매립장 침출수의 발생량 변화 및 부하 변동이 매우 클 수밖에 없는 실정이라 일반적인 생물학적 처리공정으로는 처리가 어려운 실정이다.
일 예로, 'A'사의 일반산업폐기물 매립장 침출수의 5년간 수질 분석 자료 (2008년 ~ 2013년)를 살펴보면 BOD5는 8,610 ~ 28,084 mg/L (평균 11,704 mg/L), CODCr는 8,138 ~ 27,277 mg/L (평균 20,672 mg/L), NH3-N는 339 ~ 2,102 mg/L (평균 489 mg/L)으로 조사되었는데, 오염 부하 변동이 매우 큰 것을 알 수 있다.
즉, 폐기물 매립장에서 발생 되는 침출수는, 매립시기, 우수량에 따라 다른 폐수에 비해 오염 부하량이 매우 클 뿐만 아니라, 난분해성 물질이 다량 포함된 관계로, 일반적인 생물학적 처리 공법으로는 법적인 배출허용기준을 충족시키는 것이 매우 어렵다.
특히, 매립 중/후기의 침출수의 경우 높은 CODcr 농도에 비해 낮은 생분해성 유기물질의 함량과 난분해성 독성물질을 다량 포함하고 있는 관계로, 일반적인 생물학적 처리만으로는 현행 배출허용기준을 충족하는 것은 현실적으로 어려운 것이다.
그리고, 현재 폐기물 매립장에 적용된 일반적인 생물학적 처리 공정의 경우 배출허용기준을 만족시키는 것은 거의 불가능하며, 설계 처리 용량에 비해 적은 양을 처리하고 있거나 산업단지 종말처리장에 연계처리시 높은 부하에 따른 추가적인 비용 지출이 발생 되고 있다.
이는 폐기물 매립장 침출수의 발생 특성상 난분해성 오염물질의 농도가 높기 때문인데 이를 해결하기 위해서는 산소 이용율이 높은 고효율 생물학적 처리 공정이 적용되어야 한다.
한편, 본 발명과 관련하여 대한민국 등록특허공고 제 0592120호, 대한민국 실용신안 등록공고 제 0353645호 등에서는 폭기조 내에 상하로 배치된 혼입 폭기관 내에 고압의 외부공기를 고압으로 토출하는 외부공기 토출관을 배치하여, 혼입 폭기관 내에 상부에서 하부로 침출수를 고압의 외부공기가 하부로 강제 순환시켜 고압 공기와 침출수가 혼입되도록 한 제트 폭기장치들을 제시하고 있다.
이와 같이 혼입 폭기관을 따라 고압 공기와 침출수가 수직으로 강제 순환하면, 침출수에 포함된 다량의 유기물과 압축 공기를 이루는 산소와의 활발한 혼입이 이루어져, 유기물의 보다 왕성한 분해가 가능한 이점을 갖는다.
그러나, 상기 외부공기는 그 특성상 하부로 내려가 침출수에 의한 압력이 높아질수록 미립되게 분산되며, 토출압력이 낮을 경우 소정의 깊이로 하강한 다음 미립되지 아니하고 자체 부력에 의해 재상승하는 현상이 발생되므로, 외부공기를 침출수가 저장된 폭기조 내에 10 내지 15m 이상의 깊이로 토출하는 것은 현실적으로 어렵다.
따라서, 당 분야에서는 구조적으로 2 내지 3m의 짧은 길이의 혼입 폭기관에 수직으로 고압의 외부공기를 토출시켜서, 외부공기와 유기물의 혼입을 도모하고 있으나, 이는 외부공기와 유기물의 혼입 효율 측면에서 바람직하지 아니하고, 또 구조적으로 폭기조의 수평적 면적이 증가 되어 이를 시설하기 위해 넓은 설치부지가 요구되는 문제점이 야기된다.
상기한 문제점을 해소하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 강수량과 매립시기, 그리고 난분해성 물질의 포함 관계에 따라 급격한 부하 변동이 발생 되는 폐기물 매립장의 침출수를 심층 폭기 처리하여, 침출수에 포함된 난분해성 오염물질을 안정되게 분해시켜 제거하도록 함으로써, 배출허용 기준치를 충족하면서 부하 변동이 심한 침출수의 안정된 처리가 가능하도록 한 폐기물 매립장용 침출수 처리 시스템을 제공함에 있다.
상기한 목적은, 본 발명에서 제공되는 하기 구성에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 폐기물 매립장용 침출수 처리시스템은,
폐기물 매립장에서 배수된 침출수를 유량 저장조에 저장하는 유량 저장장치와;
상기 유량 저장장치에서 공급되는 침출수를 약품 처리하여 침출수에 혼입된 오염물질을 고형시킨 다음, 오염물질을 부상시켜 스컴조로 포집하는 화학적 응집 처리장치와;
상기 약품 처리를 통해 오염물질을 1차 제거한 침출수를 미생물을 통해 생물학적으로 분해 처리하여, 침출수에 혼입된 오염물질을 분해시켜 제거하는 생물학적 분해 처리장치를 포함하여 구성되고,
상기 생물학적 분해 처리장치는,
반응공간 내에 충진된 침출수의 심층에 외부공기를 폭기시켜, 침출수에 심층 폭기에 의해 미립되게 분산된 외부공기를 혼입하는 심층 폭기부와;
하부에 산기노즐이 배치되고, 내부에 미생물들의 부착면적을 증대시키는 미디어들이 배치된 미디어 호기조에 침출수를 투입시켜, 침출수에 포함된 오염물질들을 분해 처리하는 미디어 호기 처리부; 및
상기 화학적 응집 처리장치에서 공급되는 침출수를 에너지원으로 하며, 화학적 응집 처리장치에서 배출되는 침출수와 심층 폭기부와 미디어 호기 처리부에서 내부 순환되는 침출수를 혐기조 및 무산소조에 투입시켜 혐기성 미생물을 통해 탈인과, 질산화 및 탈질 처리하는 혐기/무산소 처리부를 포함하여 구성되고,
상기 심층 폭기부는, 침출수를 저장하는 반응공간이 형성된 타워형 반응조와;
상기 타워형 반응조의 반응공간에 수직으로 배치되는 하나 이상의 혼입 폭기관;
상기 각 혼입 폭기관의 흡입관로에 관통되게 배치되어, 블로워를 통해 공급되는 외부공기를 혼입 폭기관의 축관부 상에 하향 분사하는 공기 주입관; 및
상기 각 공기 주입관에 복층구조로 배치되어, 상기 공기 주입관을 통해 혼입 폭기관의 축관부 내에 하향 분사되는 외부공기에 침출수를 고압 토출시키는 침출수 고압 분사관을 포함하여 구성되어,
상기 혼입 폭기관 내에 공급된 외부공기는, 침출수 고압 분사관을 통해 고압 토출되는 침출수의 수압에 의해 난류를 형성하면서, 혼입 폭기관의 하부로 심층 토출되어 미립되게 분산되도록 구성되고,
상기 혼입 폭기관은, 상부에 유입구가 형성되고 하부에 혼입 토출구가 형성되며 중앙부에 직경이 좁아지는 축관부가 형성된 관상체로 이루어지며, 유입구와 축관부 사이에는 대직경의 흡입관로가 형성되고 축관부와 배출구 사이에 소직경의 심층 혼입관로가 형성된 제트형으로 이루어져,
상기 혼입 폭기관 내에 외부공기와 함께 고압 토출되는 침출수에 의해 형성된 순환류에 의해, 타워형 반응조 내에 충진된 침출수는 흡입관로를 따라 흡입되어 혼입관로를 따라 하부로 순환하면서 미립되게 분산된 외부공기와 균일한 혼입이 도모되고, 반응공간 내에 충진된 침출수의 내부 순환이 이루어지며,
상기 혼입 폭기관의 혼입관로는, 축관부의 하부에 고정하여 배치된 고정관부와, 상기 고정관부에 승강구조로 배치된 승강 토출관부, 및 상기 승강 토출관부에 고정되어 부력을 제공하는 플로터를 포함하여, 침출수 고압 분사관을 통해 분사되는 침출수의 토출 압력에 따라 승강 토출관부의 위상이 가변되는 신축구조로 구성되어, 심층 폭기되는 외부공기와 침출수의 폭기 위상의 조절이 가능하며,
상기 승강 토출관부의 상부에는 고정관부의 내벽과 내접하는 코일형의 승강부쉬가 설치되어, 침출수의 토출 압력에 따라 승강 토출관부의 승강이 이루어지면, 코일형 승강부쉬가 승강 토출관부와 함께 승강하면서 혼입관로를 따라 하향 토출되는 침출수와 공기를 와류형태로 배출하고, 고정관부 내벽에 고착되는 슬러지를 스크래핑하여 제거하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 화학적 응집 처리장치는 상기 유량 저장장치에서 저장된 침출수를 반응조로 이동시켜 응집제인 FeCl2를 투입시켜 1차 응집 처리하는 1차 응집 처리부와;
상기 1차 응집 처리된 침출수를 중화조로 이동시켜 산도 조절제인 NaOH를 투입시켜 중화처리하는 중화 처리부와;
상기 중화처리를 마친 침출수를 응집조로 이동시킨 다음 응집 보조제인 폴리머를 투입시켜, 침출수에 포함된 고형물질과 용존된 COD 성분을 고형화시켜 침출수의 오염부하를 2차 제거하는 2차 응집 처리부; 및
상기 응집 반응을 마친 침출수를, 바닥면에 산기노즐이 마련된 가압 부상조에 투입시켜, 산기노즐을 통해 산기된 공기에 의해 부상되는 고형의 부상 오염물질을 스컴조에 포집하는 부상 포집부를 포함하여 구성된다.
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또한, 상기 타워형 반응조에는 반응공간 내에 충진된 침출수를 침출수 고압 분사관을 통해 고압 토출하는 순환펌프가 배치되어, 순환펌프를 통해 반응공간 내에 잔류된 침출수는 혼입 폭기관을 통해 내부 순환하도록 구성된다.
전술한 바와 같이 본 발명은 심층 폭기부와 미디어 호기 처리부 등이 유기적으로 결합되어, 난분해성 오염물질의 신속한 처리가 가능하고, 또 슬러지 발생량이 적고 유지관리가 쉽기 때문에 유지 관리비도 적게 소요되는 이점을 갖는다.
특히, 본 발명에서 제안하고 있는 심층 폭기부는, 높이가 10m 내지 15m에 이르는 타워형 반응조 내에 혼입 폭기관을 수직으로 배치하고, 상기 혼입 폭기관 내에 외부공기와 침출수를 고압 토출하여서, 외부공기가 타워형 반응조의 바닥까지 심층 폭기되어, 침출수의 수압에 의해 미세하게 분산되도록 하고 있다.
따라서, 침출수와 외부공기의 급속 혼입에 의한 산소 이용율이 증대되어, 미생물을 통해 침출수에 포함된 오염물질의 안정되고 신속한 분해 및 제거가 가능한 특이성을 갖고, 심층 폭기부의 타워형 반응조는 높이 15m 구조물로 이루어진 관계로 소요부지가 적은 등, 하기 표 1에 기재된 특이한 효과를 갖는다.
심층 폭기부의 특징
항 목 비 고
높은 용적부하율 . 50 kgBOD/㎥d, 1.0 kgNH4 +-N/㎥d까지 가능
. 반응조 용적 감소
심층 폭기구조를 이용한 폭기 . 강한 난류 형성
. 산소 이용율 50% 이상
잉여 슬러지 발생량 감소
(제거 BOD의 30%)		 . 일반 활성슬러지법은 제거 BOD의 40-50%
슬러지 침강성 양호 . SVI : 40 ~ 100
에너지 비용이 적음 . 0.4-0.8 kWh/kg제거COD
. 폭기 장치(BLOWER)의 동력비 절감
충격부하 및 독성물질에 강함 . 고농도 미생물 유지 (MLSS = 15,000mg/L)
. Formaldehyde, Phenol 폐수도 분해
투자비용 절감 . 높은 용적부하율에 따른 조용량 축소
. 소요부지 면적 절감
설비 확장성이 용이 . Module 형태로 제작 공급이 가능
질소(N) 제거율이 우수 . 높은 공기이용률로 질산화율 우수
. 필요에 따라 반응조의 운전형태를 변경하여
영양물질(N, P) 제거효율 증대
그리고, 이러한 특이한 효과를 갖는 심층 폭기부를 포함하여 구성된 본 발명을 통해 침출수를 처리한 결과, 하기 표 2와 같은 기존 처리장치에 대비하여 우수한 처리효율을 갖는 것으로 확인되었다.
기존 생물학적 처리 공정과의 비교
구 분 심층 폭기부 일반적인 폭기조
BOD 용적부하 (kg/㎥ㆍd) 50 이하 1 이하
산소 섭취율 (kgO2/㎥ㆍhr) 0.5 ~ 3 0.06 ~ 0.1
산소 이용율 (%) 50 10
TKN 용적부하 (kg/㎥ㆍd) 1.0 이하 0.3 이하
MLSS 농도 (mg/L) 12,000 이하 4,000 이하
슬러지 부하율(F/M비) (kgBOD/kgVSSㆍd) 15 이하 0.4 이하
슬러지발생량 (kgTS/kgBOD) 0.4 이하 0.6 이하
슬러지 용적지표 (SVI) 60 ~ 100 100 ~ 150
소요부지 상대비교 (%) 10 이하 100
저해물질 영향 (암모니아, 염소이온) 적다 크다
악취 발생 적다 많다
도 1은 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 폐기물 매립장용 침출수 처리시스템의 전체 구성을 보여주는 시설 상태도이고,
도 2는 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 폐기물 매립장용 침출수 처리장치를 통한 침출수의 처리과정을 보여주는 흐름 상태도이며,
도 3은 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 폐기물 매립장용 침출수 처리장치에 있어, 미디어 호기 처리부의 외형을 보여주는 것이고,
도 4 내지 도 6은 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 폐기물 매립장용 침출수 처리장치에 있어, 심층 폭기부의 세부 구성과 작용 상태를 보여주는 것이고,
도 7은 폐기물 매립장의 시간경과에 따른 침출수의 BOD5, CODCr, NH3-N 발생 특성을 보여주는 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 폐기물 매립장용 침출수 처리시스템을 제안하기로 한다.
도 1은 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 폐기물 매립장용 침출수 처리시스템의 전체 구성을 보여주는 시설 상태도이고, 도 2는 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 폐기물 매립장용 침출수 처리장치를 통한 침출수의 처리과정을 보여주는 흐름 상태도이며, 도 3은 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 폐기물 매립장용 침출수 처리장치에 있어, 미디어 호기 처리부의 외형을 보여주는 것이고, 도 4 내지 도 6은 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 폐기물 매립장용 침출수 처리장치에 있어, 심층 폭기부의 세부 구성과 작용 상태를 보여주는 것이다.
본 발명에 따른 폐기물 매립장용 침출수 처리시스템은, 도 1과 도 2에서 보는 바와 같이 폐기물 매립장에서 배수되는 침출수를 단계적으로 처리하여, 침출수에 포함된 오염물질인 BOD5, CODcr , NH3-N를 분해 및 제거하게 된다.
본 발명에 따른 폐기물 매립장용 침출수 처리시스템은, 침출수의 저수공정과; 화학적 응집 처리장치를 통한 침출수에 혼입된 오염물질을 응집하고 응집된 오염물질을 부상시켜 포집하는 화학적 응집 처리공정과; 화학적 응집 처리공정을 마친 침출수를 미생물을 통해 생물학적으로 분해시켜 제거하는 생물학적 분해 처리공정과; 상기 생물학적 분해 처리된 정수에서 침전물을 분리하는 침전 처리공정; 및 상기 화학적 응집 처리공정과 생물학적 분해 처리공정과정에 분리 제거된 슬러지를 탈수처리하는 탈수공정을 포함하는 일련의 과정을 연속적으로 수행한다.
상기 폐기물 매립장용 침출수 처리시스템(1)은, 공급된 침출수를 유량 저장조(110)에 저장하는 유량 저장장치(100)와; 상기 유량 저장장치(100)에서 공급되는 침출수를 약품 처리하여 침출수에 혼입된 오염물질을 고형화시킨 다음, 오염물질을 부상시켜 스컴조로 포집하는 화학적 응집 처리장치(200)와; 상기 약품 처리를 통해 오염물질을 1차적으로 제거한 침출수를 미생물을 통해 생물학적으로 분해 처리하여, 침출수에 혼입된 오염물질을 분해시켜 제거하는 생물학적 분해 처리장치(300)와; 상기 생물학적 분해 처리를 마친 침출수를 침전조에 침전시켜, 생물학적 분해 처리과정에 의해 오염물질이 제거된 MLSS(mixed liquor suspended solid)를 비중차를 이용하여 침강시켜, 정수에 포함된 MLSS를 분리하는 침전 처리장치(400); 및 상기 화학적 응집 처리장치(200)에서 부상하여 포집된 부상 오염물질과, 침전 처리장치(400)에서 침전하여 포집된 MLSS(mixed liquor suspended solid)를 포함하는 슬러지를 탈수처리하는 탈수 처리장치(500)를 포함한다.
여기서, 상기 유량 저장장치(100)는 침출수의 설정 수위를 유지시키는 주 유량 저장조(110)와, 상기 주 유량 저장조(110)와 구획된 보조 유량 저장조(120)를 포함하여 구성되며, 상기 보조 유량 저장조(120)와 주 유량 저장조(110) 사이에는 보조 유량 저장조(120)에 저장된 침출수를 주 유량 저장조(110)로 공급하는 급수펌프(130)가 배치된다.
그리고, 상기 침출수를 주 유량 저장조(110)로 공급하는 침출수 배출관(140)에는 중간 노즐(141)이 형성되어, 평상시에는 침출수는 침출수 배출관(140)을 따라 주 유량 저장조(110)로 공급되어 주 유량 저장조(110) 내에 설정수위를 유지하고, 상기 침출수의 배출량이 증가하여 주 유량 저장조(110)의 수위가 설정높이를 초과하면 중간 노즐(141)은 개방되어서 침출수 배출관(140)을 통해 이송되는 침출수를 보조 유량 저장조(120)에 저장하게 된다.
이후, 침출수 배출관(140)을 통해 배출되는 침출수의 양이 감소하면, 상기 보조 유량 저장조(120)에 저장된 침출수는 급수펌프(130)를 통해 주 유량 저장조(110)로 서서히 이동하여서, 단계적인 처리과정을 통해 오염물질이 분해 및 제거된다.
그리고, 상기 화학적 응집 처리장치(200)는 상기 유량 저장장치(100)에서 저장된 침출수를 반응조(211)로 이동시켜 응집제인 FeCl2를 투입시켜 1차 응집 처리하는 1차 응집 처리부(210)와; 상기 1차 응집 처리된 침출수를 중화조(221)로 이동시켜 산도 조절제인 NaOH를 투입시켜 중화처리하는 중화 처리부(220)와; 상기 중화처리를 마친 침출수를 응집조(231)로 이동시킨 다음 응집 보조제인 폴리머를 투입시켜, 침출수에 포함된 고형물질과 용존된 COD 성분을 고형화시켜 침출수의 오염부하를 2차 제거하는 2차 응집 처리부(230); 및 상기 응집 반응을 마친 침출수를, 바닥면에 산기노즐(242)이 마련된 가압 부상조(241)에 투입시켜, 산기노즐(242)을 통해 산기된 공기에 의해 부상되는 고형의 부상 오염물질을 스컴조(243)에 포집하는 부상 포집부(240)를 포함한다.
본 실시예에 따르면, 상기 반응조(211)와 중화조(221) 및 응집조(231)에는 저장된 침출수에 약품을 정량 공급하는 정량 공급기(212, 222, 232)와, 상기 투입된 약품을 침출수에 교반하는 교반기(213, 223, 233)가 배치되어서, 약품의 정량 투입과 투입된 약품의 안정된 교반을 도모한다.
그리고, 상기 가압 부상조(241)의 바닥면에는 가압펌프를 통해 공급되는 외부공기를 분출하는 산기노즐(242)이 배치되고, 오염물질이 부상되는 가압 부상조(241)의 상부에는 컨베이어형의 포집 스크래퍼(244)가 배치되어 산기된 공기에 의해 침출수의 표면에 부상된 오염물질을 스크래핑하여 스컴조(243)에 포집하도록 한다.
따라서, 화학적 응집 처리장치(200)에 유입된 침출수는, 1차 응집과정과, 중화 처리과정, 및 2차 응집 처리과정을 거치면서 투입된 약품에 의해 화학적으로 처리되어 오염물질을 고형화시킨 다음, 가압 부상과정을 통해 가압 부상조(241) 및 스컴조(443)로 포집된다.
그리고, 상기 화학적 응집 처리장치(200)에서 1차적으로 오염물질이 제거된 침출수는 생물학적 분해 처리장치(300)에 투입되어서, 잔류된 BOD5, CODcr , NH3-N를 포함하는 오염물질의 분해 및 제거가 이루어져, 최종 오염물질이 기준치 이하로 제거된 정수를 형성한다.
상기 생물학적 분해 처리장치(300)는, 침출수에 심층 폭기에 의해 미립되게 분산된 외부공기를 혼입하는 심층 폭기부(310)와; 침출수를 하부에 산기노즐이 배치되고, 내부에 미생물들의 부착면적을 증대시키는 미디어들이 배치된 미디어 호기조(321)에 투입시켜, 침출수에 포함된 오염물질들을 분해 처리하는 미디어 호기 처리부(320)와; 상기 화학적 응집 처리장치(200)에서 공급되는 침출수를 에너지원으로 하며, 화학적 응집 처리장치(200)에서 배출되는 침출수와 심층 폭기부(310)와 미디어 호기 처리부(320)에서 배출되는 침출수를 혐기조 및 무산소조에 투입시켜 혐기성 미생물을 통해 탈인과 질산화 및 탈질 처리하는 혐기/무산소 처리부(330)를 포함한다.
상기 혐기/무산소 처리부(330)는, 하나 이상의 무산소조(331, 332)와 혐기조(333)를 포함하며, 화학적 응집 처리장치(200)에서 공급되는 침출수와, 생물학적 분해 처리장치에서 내부 순환된 침출수를 혐기 처리하여 침출수 내에 잔류된 오염물질인 NH3-N를 질산화 및 탈질 처리하여서 제거하게 된다.
여기서, 상기 제 1 무산소조(331)는 가압 부상조에서 분리된 침출수와 후단의 호기조와 침전조에서 반송된 침출수와 슬러지가 모이면, 모인 침출수는 후술되는 심층 폭기부로 이송될 뿐만 아니라 탈질되지 아니하고 남아있는 질소 성분이 원수에서 공급되는 유기물을 에너지원으로 하여 추가적인 탈질반응을 통해 질소 성분을 제거한다.
그리고, 상기 혐기조(333)에서는 심층 폭기조에서 섭취한 인 성분을 방출하면서 유기물을 제거하고, 제 2 무산소조(332)에서는 심층 폭기조에서 충분하게 질산화된 질소성분의 탈질반응을 통해 질소 성분을 제거한다.
그리고, 상기 미디어 호기 처리부(320)에서는 일종의 접촉산화법으로 폭기조로 슬러지 반송이 필요 없어 고정상의 여러 가지 미디어(Media)에 활성 슬러지를 미생물 막으로 일정 두께로 부착시켜 미생물막과 폐수중의 유기물과 접촉시켜 흡착 분해 시키고, 미생물의 흐름에 필요한 산소의 공급은 폭기(Aeration)에 의해 공급하여 미디어에 부착된 미생물 막이 두꺼워지면 폭기에 의하여 탈락되어 최종 침전지에서 고액 분리시켜 처리하는 공정을 구현한다.
이때, PE 재질의 링으로 이루어진 미디어에 부착된 미생물막과 침출수가 반복 접촉하여 오염물질이 제거 즉, 폭기조의 측면에서 공기를 공급하면 수중에 산소가 용해되고, 기포의 부상력에 의해 오염된 침출수는 교반이 이루어진다.
이때, 미디어에 부착된 미생물군과 수중의 오염물질은 반복적으로 접촉하여 유기성 오염물질을 제거하고, 미디어(Media) 내부에 증식하는 혐기성균을 통해 잉여 슬러지는 분해시켜 대기로 방출하는 것으로, 타 공법에 비해 슬러지 발생이 최소화된다.
한편, 본 발명에서는 이러한 생물학적 분해 처리장치(300)에, 침출수에 외부공기를 심층 투입시켜 심층 분산된 외부공기가 침출수에 급속으로 혼입되도록 하는 독특한 심층폭기 구조의 심층 폭기부(310)를 부가하여, 침출수 내 공기의 혼입량을 단시간에 극대화시켜 혼입된 외부공기를 통한 침출수에 잔류된 오염물질의 분해가 극대화되도록 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 심층 폭기부(310)는, 침출수를 저장하는 반응공간이 형성된 타워형 반응조(311)를 포함하며, 상기 타워형 반응조(311)는 높이가 10 내지 15m에 이르는 타워형으로 이루어져 설치공간을 최소화한다.
특히, 본 실시예에서는 타워형 반응조(311)의 바닥까지 블로워(312)를 통해 공급되는 외부공기를 심층 폭기하는 독특한 구조의 폭기구조를 마련하여, 외부공기가 타워형 반응조(311)의 바닥에 안정되게 심층 도달하여 충진된 침출수의 수압에 의해 미립되게 분산되어서 침출수와 혼입이 극대화되도록 한다.
본 실시예에서 제안하고 있는 폭기구조는, 상기 타워형 반응조(311)의 반응공간에 수직으로 배치되고, 상부에 유입구가 형성되고 하부에 혼입 토출구가 형성되며 중앙부에 직경이 좁아지는 축관부(313a)가 형성된 관상체로 이루어지며, 유입구와 축관부 사이에는 대직경의 흡입관로(313b)가 형성되고 축관부(313a)와 배출구 사이에 소직경의 심층 혼입관로(313c)가 형성된 하나 이상의 혼입 폭기관(313); 상기 각 혼입 폭기관(313)의 흡입관로에 관통되게 배치되어, 블로워(312)를 통해 공급되는 외부공기를 혼입 폭기관(313)의 축관부(313a) 상에 하향 분사하는 공기 주입관(314); 및 상기 각 공기 주입관(314)에 복층구조로 배치되어, 상기 공기 주입관(314)을 통해 혼입 폭기관(313)의 축관부(313a) 내에 하향 분사되는 외부공기에 침출수를 고압 토출시키는 침출수 고압 분사관(315)을 포함한다.
그리고, 상기 타워형 반응조(311)에는 반응공간 내에 충진된 침출수를 침출수 고압 분사관(315)을 통해 고압 토출하는 순환펌프(316)가 배치되어, 순환펌프(316)를 통해 반응공간 내에 잔류된 침출수는 혼입 폭기관(313)을 통해 내부 순환되도록 한다. 여기서, 상기 순환펌프(316)는 제어부(미도시)에 의해 구동이 제어된다.
또한, 상기 혼입 폭기관(313)의 축관부(313a)에는 외부와 연통하는 자연 흡기관(317)이 배치되어, 축관부(313a)에 혼입 분사되는 외부공기와 고압 토출된 침출수에 의해 형성된 순환류에 의해 자연 흡기관(317)을 따라 외부공기가 축관부(313a) 내로 자연 유입되어 혼입되도록 한다.
따라서, 상기 혼입 폭기관(313) 내에 토출된 외부공기와, 순환류에 의해 자연 흡기관(317)을 따라 유입된 외부공기는, 침출수 고압 분사관(315)를 통해 고압 토출되는 침출수와 함께 난류를 형성하면서 혼입 폭기관(313)의 하부로 심층 토출되어 미립되게 분산되고, 미립 분산된 공기는 타워형 반응조 내에 잔류된 침출수와 왕성한 혼입이 이루어진다.
이때, 상기 혼입 폭기관(313) 내에 하부로 고압 토출되는 침출수에 의해 형성된 순환류에 의해, 타워형 반응조(311) 내에 충진된 침출수는 흡입관로(313b)를 따라 흡입되어 혼입관로(313c)를 따라 하부로 순환하면서 미립되게 분산된 외부공기와 균일한 혼입이 도모되고, 또 타워형 반응조 내에 충진된 침출수의 활발한 내부 순환이 이루어진다.
그리고, 본 실시예에서는 이러한 심층 폭기부(310)를 구현함에 있어, 혼입 폭기관(313)의 하부에 형성된 혼입관로(313c)를 신축구조로 구성하여, 심층 폭기되는 외부공기와 침출수의 폭기 위상의 조절이 가능하도록 한다.
이를 위해, 본 실시예에서는 상기 혼입 폭기관(313)의 혼입관로(313c)를, 축관부(313a)의 하부에 고정하여 배치된 고정관부(313c-a)와, 상기 고정관부(313c-a)에 승강구조로 배치된 승강 토출관부(313c-b), 상기 승강 토출관부(313c-b)에 고정되어 부력을 제공하는 플로터(313c-c)를 포함하여 구성하여, 침출수 고압 분사관(315)을 통해 분사되는 침출수의 토출 압력에 따라 승강 토출관부(313c-b)의 위상을 가변하도록 구성된다.
이때, 보다 바람직하기로는 도 4b와 같이 상기 승강 토출관부(313c-b)의 상부에는 고정관부(313c-a)의 내벽과 내접하는 코일형의 승강부쉬(313c-d)가 설치되어, 고압 토출되는 침출수의 토출 압력에 따라 승강 토출관부(313c-b)의 승강이 이루어지면, 코일형 승강부쉬(313c-d)는 승강 토출관부(313bc-b)와 함께 승강하면서 혼입관로(313c)를 따라 하향 토출되는 침출수와 공기를 와류형태로 배출하고, 또 고정관부(313c-a) 내벽에 고착되는 슬러지를 스크래핑하여 제거하게 한다.
따라서, 상기 코일형 승강부쉬(313c-d)는 토출되는 침출수와 공기의 와류를 형성하는 기능과, 고정관부(313c-a)의 내벽에 고착된 슬러지를 스크래핑하는 스크래퍼 기능, 그리고 고정관부(313c-a)를 통해 하향 토출되는 침출수와 공기의 저항을 발생시켜 승강 토출관부(313c-b)의 하강에 요구되는 하강력을 생성하는 긴요한 구성요소이다.
이와 같이 구성하면, 제어부는 순환펌프(316)의 구동률을 주기적으로 조절하여 고압 토출되는 침출수의 토출 압력을 가변시켜서, 승강 토출관부(313c-b)의 위상을 조절하게 된다.
그리하여, 심층 폭기되는 외부공기의 높이가 주기적으로 조절되어, 타워형 반응조(311) 내에 충진된 침출수의 고른 확산이 가능하다.
또한, 본 실시예에서는 상기 타워형 반응조(311)에 공급되는 침출수의 오염 부하량을 계측하는 계측센서(318)를 마련하여, 제어부는 계측센서(318)를 통해 계측되는 오염 부하량에 따라 순환펌프(316)의 구동량을 유기적으로 조절하도록 한다.
이와 같이 구성하면, 순환펌프(316)는 항시 최대 구동량으로 일정하게 구동되지 아니하고 오염 부하량에 따라 유기적으로 구동량을 조절하여 구동되므로, 순환펌프의 부하량이 절감되고 또 순환펌프의 구동에 따른 전력 소비량의 절감이 가능하다.
이와 더불어, 본 실시예에서는 타워형 반응조(311)의 바닥면에 스프링(319a)에 의해 탄지된 진동판(319)을 배치하여, 진동판(319)이 혼입된 침출수에 의해 진동하여서, 심층 분산되는 외부공기의 심층 분산작용이 보다 왕성하게 이루어지도록 하고 있다.
여기서, 상기 진동판(319)의 상부에는 심층 분산되는 외부공기가 분출되는 혼입 폭기관(313)의 하부에 진입되는 코일형의 확산부재(319b)가 배치되어, 혼입 폭기관(313)을 통해 타워형 반응조(311)의 바닥에 심층 폭기되는 외부공기가 코일형의 확산부재(319b)를 따라 외측으로 확산되어, 타워형 반응조의 반응공간 내에 충진된 침출수와 보다 왕성한 혼입을 도모하게 된다.
한편, 이러한 심층 폭기부를 포함하는 생물학적 분해 처리장치를 통해 오염물질이 제거된 침출수는 침전 처리장치(400)의 침전조(410)에 투입되어 침전 처리과정을 통해 생물학적 분해 처리과정에 의해 오염물질이 제거된 MLSS(mixed liquor suspended solid)를 비중차를 이용하여 침강하고, MLSS가 침강하여 분리된 정수는 외부로 배출되고, 침강된 MLSS는 슬러지 저류조(420)으로 배출된다.
필요에 따라 상기 정수는 비상시에 수질이 악화될 경우, 활성탄 여과탑(600)을 부가하여, 활성탄을 이용하여 오염물을 흡착 및 여과하여 제거하여 배출 허용기준을 만족시키는 여과공정을 부가할 수 있다.
그리고, 상기 탈수 처리장치(500)는 슬러지 저류조(420)에 저장된 MLSS와 화학적 응집 처리장치(200)에서 스컴조(243)에 포집된 부상 오염물질을 포함하는 슬러지에, 응집제를 투입 및 믹싱하여 슬러지의 탈수 효율을 높이는 믹싱기(510), 그리고, 믹싱된 슬러지를 탈수하는 탈수기(520)를 포함하여 구성되어, 정수에서 분리된 각종 슬러지를 탈수하여 외부로 반송한다.
1. 폐기물 매립장용 침출수 처리시스템
100. 유량 저장장치 110. 주 유량 저장조
120. 보조 유량 저장조 130. 급수펌프
140. 침출수 배출관 141. 중간노즐
200. 화학적 응집 처리장치 210. 1차 응집 처리부
211. 반응조 212. 정량 공급기
213. 교반기 220. 중화 처리부
221. 중화조 222. 정량 공급기
223. 교반기 230. 2차 응집 처리부
231. 응집조 232. 정량 공급기
233. 교반기 240. 부상 포집부
241. 가압 부상조 242. 산기노즐
243. 스컴조 244. 컨베이어형 포집 스크래퍼
300. 생물학적 분해 처리장치 310. 심층 폭기부
311. 타워형 반응조 312. 블로워
313. 혼입 폭기관 313a. 축관부
313b. 흡입관로 313c. 혼입관로
313c-a. 고정관부 313c-b. 승강 토출관부
313c-c. 플로터 313c-d. 코일형 승강부쉬
314. 공기 주입관 315. 침출수 고압 분사관
316. 순환펌프 317. 자연 흡기관
318. 계측센서 319. 진동판
319a. 코일형의 확산부재
320. 미디어 호기 처리부와 321. 미디어 호기조
330. 혐기/무산소 처리부 331, 332. 무산소조
333. 혐기조
400. 침전 처리장치 410. 침전조
420. 슬러지 저류조
500. 탈수 처리장치 510. 믹싱기
520. 탈수기

Claims (7)

  1. 폐기물 매립장에서 배수된 침출수를 유량 저장조에 저장하는 유량 저장장치와;
    상기 유량 저장장치에서 공급되는 침출수를 약품 처리하여 침출수에 혼입된 오염물질을 고형화시킨 다음, 오염물질을 부상시켜 스컴조로 포집하는 화학적 응집 처리장치와;
    상기 약품 처리를 통해 오염물질을 1차 제거한 침출수를 미생물을 통해 생물학적으로 분해 처리하여, 침출수에 혼입된 오염물질을 분해시켜 제거하는 생물학적 분해 처리장치를 포함하여 구성된 폐기물 매립장용 침출수 처리시스템에 있어서,
    상기 생물학적 분해 처리장치는,
    반응공간 내에 충진된 침출수의 심층에 외부공기를 폭기시켜, 침출수에 심층 폭기에 의해 미립되게 분산된 외부공기를 혼입하는 심층 폭기부와;
    하부에 산기노즐이 배치되고, 내부에 미생물들의 부착면적을 증대시키는 미디어들이 배치된 미디어 호기조에 침출수를 투입시켜, 침출수에 포함된 오염물질들을 분해 처리하는 미디어 호기 처리부; 및
    상기 화학적 응집 처리장치에서 공급되는 침출수를 에너지원으로 하며, 화학적 응집 처리장치에서 배출되는 침출수와 심층 폭기부와 미디어 호기 처리부에서 내부 순환되는 침출수를 혐기조 및 무산소조에 투입시켜 혐기성 미생물을 통해 탈인과, 질산화 및 탈질 처리하는 혐기/무산소 처리부를 포함하여 구성되고,
    상기 심층 폭기부는, 침출수를 저장하는 반응공간이 형성된 타워형 반응조와;
    상기 타워형 반응조의 반응공간에 수직으로 배치되는 하나 이상의 혼입 폭기관;
    상기 각 혼입 폭기관의 흡입관로에 관통되게 배치되어, 블로워를 통해 공급되는 외부공기를 혼입 폭기관의 축관부 상에 하향 분사하는 공기 주입관; 및
    상기 각 공기 주입관에 복층구조로 배치되어, 상기 공기 주입관을 통해 혼입 폭기관의 축관부 내에 하향 분사되는 외부공기에 침출수를 고압 토출시키는 침출수 고압 분사관을 포함하여 구성되어,
    상기 혼입 폭기관 내에 공급된 외부공기는, 침출수 고압 분사관을 통해 고압 토출되는 침출수의 수압에 의해 난류를 형성하면서, 혼입 폭기관의 하부로 심층 토출되어 미립되게 분산되도록 구성되고,
    상기 혼입 폭기관은, 상부에 유입구가 형성되고 하부에 혼입 토출구가 형성되며 중앙부에 직경이 좁아지는 축관부가 형성된 관상체로 이루어지며, 유입구와 축관부 사이에는 대직경의 흡입관로가 형성되고 축관부와 배출구 사이에 소직경의 심층 혼입관로가 형성된 제트형으로 이루어져,
    상기 혼입 폭기관 내에 외부공기와 함께 고압 토출되는 침출수에 의해 형성된 순환류에 의해, 타워형 반응조 내에 충진된 침출수는 흡입관로를 따라 흡입되어 혼입관로를 따라 하부로 순환하면서 미립되게 분산된 외부공기와 균일한 혼입이 도모되고, 반응공간 내에 충진된 침출수의 내부 순환이 이루어지며,
    상기 혼입 폭기관의 혼입관로는, 축관부의 하부에 고정하여 배치된 고정관부와, 상기 고정관부에 승강구조로 배치된 승강 토출관부, 및 상기 승강 토출관부에 고정되어 부력을 제공하는 플로터를 포함하여, 침출수 고압 분사관을 통해 분사되는 침출수의 토출 압력에 따라 승강 토출관부의 위상이 가변되는 신축구조로 구성되어, 심층 폭기되는 외부공기와 침출수의 폭기 위상의 조절이 가능하며,
    상기 승강 토출관부의 상부에는 고정관부의 내벽과 내접하는 코일형의 승강부쉬가 설치되어, 침출수의 토출 압력에 따라 승강 토출관부의 승강이 이루어지면, 코일형 승강부쉬가 승강 토출관부와 함께 승강하면서 혼입관로를 따라 하향 토출되는 침출수와 공기를 와류형태로 배출하고, 고정관부 내벽에 고착되는 슬러지를 스크래핑하여 제거하도록 구성된 것을 특징으로 하는 폐기물 매립장용 침출수 처리 시스템.
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  4. 제 1항에 있어서, 상기 타워형 반응조에는 반응공간 내에 충진된 침출수를 침출수 고압 분사관을 통해 고압 토출하는 순환펌프가 배치되어, 순환펌프를 통해 반응공간 내에 잔류된 침출수는 혼입 폭기관을 통해 내부 순환하도록 구성된 것을 특징으로 하는 폐기물 매립장용 침출수 처리 시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 순환펌프는 제어부에 의해 구동이 제어되며, 상기 제어부에는 타워형 반응조에 공급되는 침출수의 오염 부하량을 계측하는 계측센서가 마련되어, 계측센서를 통해 계측되는 오염 부하량에 따라 순환펌프의 구동량을 조절하도록 구성된 것을 특징으로 하는 폐기물 매립장용 침출수 처리 시스템.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 화학적 응집 처리장치는 상기 유량 저장장치에서 저장된 침출수를 반응조로 이동시켜 응집제인 FeCl2를 투입시켜 1차 응집 처리하는 1차 응집 처리부와;
    상기 1차 응집 처리된 침출수를 중화조로 이동시켜 산도 조절제인 NaOH를 투입시켜 중화처리하는 중화 처리부와;
    상기 중화처리를 마친 침출수를 응집조로 이동시킨 다음 응집 보조제인 폴리머를 투입시켜, 침출수에 포함된 고형물질과 용존된 COD 성분을 고형화시켜 침출수의 오염부하를 2차 제거하는 2차 응집 처리부; 및
    상기 응집 반응을 마친 침출수를, 바닥면에 산기노즐이 마련된 가압 부상조에 투입시켜, 산기노즐을 통해 산기된 공기에 의해 의해 부상되는 고형의 부상 오염물질을 스컴조에 포집하는 부상 포집부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 폐기물 매립장용 침출수 처리시스템.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 생물학적 분해 처리를 마친 침출수를 침전조에 침전시켜, 생물학적 분해 처리과정에 의해 오염물질이 제거된 MLSS(mixed liquor suspended solid)를 비중차를 이용하여 침강시켜, 정수에 포함된 MLSS를 분리하는 침전 처리장치; 및 상기 화학적 응집 처리장치에서 부상하여 포집된 부상 오염물질과, 침전 처리장치에서 침전하여 포집된 MLSS(mixed liquor suspended solid)를 포함하는 슬러지를 탈수처리하는 탈수 처리장치를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 폐기물 매립장용 침출수 처리 시스템.


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