KR101898183B1 - 복합담체와 분사수류장치를 구비한 하·폐수처리장치 및 이를 이용한 인·질소 제거 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구조를 단순화하여 제작 및 바이오여재의 교체가 용이한 복합담체와, 공기의 폭기 효율이 향상된 분사수류장치를 구비하여 하·폐수 처리 효율을 높인 복합담체와 분사수류장치를 구비한 하·폐수처리장치 및 이를 이용한 인·질소 제거 방법에 관한 것이다.

Description

복합담체와 분사수류장치를 구비한 하·폐수처리장치 및 이를 이용한 인·질소 제거 방법{wastewater treatment system using composite/water blow apparatus and removing methods of nitrogenㅇphosphorous thereby}

본 발명은 하·폐수 처리장치에 관한 것으로, 상세하게는 구조를 단순화하여 제작 및 바이오링의 교체가 용이한 복합담체와, 공기의 폭기 효율이 향상된 분사수류장치를 구비하여 하·폐수 처리 효율을 높인 복합담체와 분사수류장치를 구비한 하ㅇ폐수처리장치 및 이를 이용한 인·질소 제거 방법에 관한 것이다.

기술이 발달하고 생활환경이 개선됨에 따라 급증하고 있는 것 중의 하나가 폐기물이다. 특히 최근에는 음식물 쓰레기나 하수 슬러지등 유기성 폐기물의 증가하고 있고, 이러한 생활 폐기물의 대부분은 쓰레기 분리수거에 의해 재활용이 가능한 것들은 분리되어 재활용 되는 것이 바람직하지만 처리비용이 저렴하다는 이유로 대부분 매립하고 있으며, 매립된 유기성 폐기물로부터 발생되는 침출수로 인해 토양은 물론 지하수가 오염되고, 세균의 증식을 유발할 수 있을 뿐만 아니라 폐기물로부터 발생되는 악취로 인해 매립지 주변의 환경이 오염되는 문제점이 발생한다.

이에 따라 유기성 폐기물을 분리하여 오폐수를 처리하는 기술이 개발되고 그 예로 특허문헌 1내지 3이 있다.

특허문헌 1은 소정의 형상과 체적을 갖는 단일의 시스템본체와; 오수유입구쪽에 해당되는 시스템본체의 내측에 마련되며, 유입구와 인접한 위치에는 오수에 포함된 협잡물을 제거하기 위한 스크린(Screen)이 설치된 소정 체적의 스크린조(漕)와; 시스템본체내의 스크린조와 이웃한 위치에 마련되며, 내부에는 여과재가 설치되어 스크린조로부터 공급되는 오수를 여과시키는 소정 체적의 여과조와; 시스템본체 내의 여과조와 이웃한 위치에 격벽으로 분리구획되며, 여과조를 경유하여 유입되는 오수의 유량을 조절하기 위한 소정 체적의 유량조정조와; 시스템본체 내의 유량조정조와 이웃하는 위치에 격벽으로 분리구획되며, 상부에는 유효미생물(EM) 같은 미생물제재를 주입할 수 있는 미생물제재투입구가 마련되고, 내부로는 모터에 의하여 회전되는 교반기가 설치되어 오수에 포함된 슬러지의 혼합 및 효율적 접촉을 유지시킬 수 있도록 하는 소정 체적의 무산소조와; 시스템본체 내의 무산소조와 이웃하는 위치에 격벽으로 분리구획되고, 내부에는 일정한 간격을 사이에 두고 설치된 다단의 방해판에 의하여 다수의 폭기실이 마련되고, 각 폭기실에는 폭기를 위한 산기관 및 생물담체가 설치되며, 무산소조로부터 유입되는 오수에 대하여 유산소상태(Oxic)와 무산소상태(Anoxic)가 교대로 유지되도록 간헐 폭기처리하는 소정 체적의 폭기조(부착미생물 반응조와; 시스템본체 내의 폭기조와 이웃하는 위치에 격벽에 의해 분리구획되며, 폭기조에서 폭기처리된 처리수내에 함유된 슬러지 등이 침전되도록 하는 소정 체적의 침전조와; 시스템본체 내의 침전조와 이웃하는 위치에 격벽에 의해 분리구획되며, 내부에는 카트리지형태의 흡착여과재가 충진되어 침전조로부터 공급되는 처리수내에 잔존하는 색도유발물질을 흡착제거하는 소정 체적의 흡착여과조와; 시스템본체 내의 흡착여과조와 이웃하는 위치에 마련되어 흡착여과조부터 유입되는 처리수를 소독 및 방류시키는 소정 체적의 소독ㅇ방류조를 포함하는 것이고,

특허문헌 2는 유입로를 통해 오폐수가 유입되는 혐기조; 혐기조와 연결되며 내부에 배치되는 접촉여재, 유속조절 포기장치 및 교반수단에 의해 질산화, 탈질화 및 암모니아의 제거가 이루어지는 완충 호기조; 완충 호기조와 연결되며 내부에 배치되는 접촉여재, 유속조절 포기장치 및 교반수단에 의해 질산화 및 인 섭취가 이루어지는 다단식 혐호기조; 다단식 혐호기조와 연결되며 유입된 유기성 폐기물이 고액분리되는 내부 침전조; 내부 침전조와 연결되며 고액분리에 의해 침전된 유기성 폐기물이 유입되는 오니조; 및 내부 침전조와 연결되어 고액분리에 의해 분리된 상등수가 유입되며, 상등수에 염소를 투입하여 외부로 배출시키는 처리수조를 포함하는 것이며,

특허문헌 3은 유입로를 통해 오폐수가 유입되는 혐기조; 혐기조와 연결되며, 혐기조로부터 유입되는 오폐수의 성상과 유입량을 제어할 수 있는 원수이송에어리프트가 구비되는 유량조정조; 포기장치가 구비되고, 미생물이 배양되는 현수섬유사가 직립 고정되며, 현수섬유사 하단에 교반장치가 설치되는 제1현수생물막 반응조 및 제2현수생물막 반응조; 유기성 폐기물이 고액 분리되며, 제1현수생물막 반응조와 연결되는 1차 침전조 및 제2현수생물막 반응조와 연결되는 2차 침전조; 복수개의 유공구가 천공되어 형성되며 서로 다른 직경의 원통이 이중으로 설치된 이중 접촉여재가 일정 간격 이격되어 수직으로 설치되고, 상부에서 산소가 토출되도록 형성되는 T형 폭기장치가 중앙에 설치되는 폭기조; 2차 침전조와 연결되며 고액분리에 의해 침전된 유기성폐기물이 유입되는 오니농축조; 및 2차 침전조와 연결되어 고액분리에 의해 분리된 피처리수가 유입되며, 피처리수에 염소를 투입하여 배출로를 통해 외부로 배출시키는 처리수조; 가 이류관에 의해 연결되어 순환 배열되는 T형 폭기 장치가 구비된 오폐수 처리 장치에 있어서, T형 폭기 장치는, 수류이동관; 수류이동관과 연통되어 공기를 공급하는 공기주입관; 외주면 일정 영역에 다수개의 제1분출유공구가 형성되며, 상측 가장자리의 일정영역이 하측 방향으로 함입되는 걸림부가 형성되는 제1직립유공관; 제1직립유공관을 수용하며 외주면 일정 영역에 다수개의 제2분출유공구가 형성되는 제2직립유공관; 및 상면이 개방된 제2직립유공관 위에 설치되어 제2직립유공관을 밀폐시키는 상부고정판; 을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 T형 폭기장치가 구비된 오폐수 처리 장치이다.

이와 같이 다양한 하·폐수 처리기술이 개발되고 있고, 이들은 하·폐수의 처리 효율을 높이기 위한 다양한 장치를 구비하고 있으며, 이러한 장치들 중에는 미생물이 잘 증식하고 생장하도록 하기 위하여 부착 표면을 제공하는 담체와, 물속에 산소를 공급하기 위하여 공기 중의 산소가 물속으로 녹아 들어가게 하는 폭기장치를 구비하고 있다.

종래의 담체는 도 7에 도시한 바와 같이, 수류이동관의 상단에 다수의 구멍이 형성된 유공함체를 설치하고 수류이동관의 하부 측벽에 공기주입관을 설치하여 공기주입관에서 공급되는 공기가 수류이동관을 통과하는 하·폐수에 혼합되게 하였으나 공기주입관을 통해 공급되는 공기가 아무런 저항을 받지 않고 수류이동관의 하·폐수에 공급된 상태로 유공함체의 측벽에 형성된 구멍을 통해 배출됨에 따라 공기가 하·폐수에 충분히 폭기되지 못하는 단점이 있다.

또한, 종래에 사용되는 담체는 단순하게 다수의 구멍이 형성된 유공관이 이중으로 겹쳐 구성되어 있고, 이렇게 구성된 담체 중 이중 다공관의 경우 미생물이 부착 효율이 떨어지고, 바이오링을 설치한 담체의 경우 구조가 복잡하여 제작이 어려울 뿐만 아니라 바이오링의 청소나 교체가 용이하지 못한 단점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-0519263호 대한민국 등록특허 제10-0852208호 대한민국 등록특허 제10-1020593호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 구조를 단순화하여 제작 및 바이오링의 교체가 용이한 복합담체와, 공기의 폭기 효율이 향상된 분사수류장치를 구비하여 하·폐수 처리 효율을 높인 복합담체와 분사수류장치를 구비한 하·폐수처리장치 및 이를 이용한 인·질소 제거 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

보다 상세하게는 pH, 충격부하 및 난분해성 물질 유입에도 안정된 처리, 고농도의 미생물농도를 유지하여 부지면적 축소, 미생물체류시간(SRT)이 길어져 잉여오니발생량이 감소, 담체 단독 및 복합 구성으로 인한 필요산소량 절감, 복합담체의 상부는 호기적인 조건에 의해 질산화 및 인 과잉섭취를 촉진시킴은 물론, 하부는 무산소 및 혐기적인 조건으로 탈질 및 인의 방출이 연속적으로 일어날 수 있고, 수처리 뿐만 아니라 악취제거도 가능한 복합담체와 분사수류장치를 구비한 하ㅇ폐수처리장치 및 이를 이용한 인·질소 제거 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 침전조 내부의 고액 분리된 미생물 활성오니를 복합반응조로 반송시켜 우점 미생물 군을 확보할 수 있고, 처리과정 중 미생물 활성오니를 내부 반송시켜 계속적으로 반복 순환 처리하므로 하·폐수의 유입량 또는 유입 농도 변화에 안정적으로 대처할 수 있는 복합담체 및 분사수류장치가 구비된 하·폐수 처리장치 및 이를 이용한 질소·인 제거 처리방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 복합담체와 분사수류장치를 구비한 하·폐수처리장치는 유입관을 통해 유입된 하·폐수가 후단으로 흘러가는 양을 조정하기 위한 하나 이상의 유량조절조와, 오니를 오니 농축조 속에서 천천히 교반한 후, 중력을 이용해 장시간 침전시켜 오니의 함수율을 낮게 하는 오니농축조와, 복합담체와 분사수류장치를 구비하여 미생물의 증식을 활성화시킴에 의해 유기성 폐기물을 분해하는 복합반응조와, 유기성 폐기물이 고액 분리되는 침전조와, 피처리수에 염소를 투입하여 배출로를 통해 외부로 배출시키는 처리수조를 포함하는 하·폐수처리장치에 있어서, 상기 복합담체는 미생물부착 기능이 우수한 바이오여재와, 원통형을 이루고 벽에 다수의 구멍이 형성되며 내부에는 상기 바이오여재가 탈착가능하게 설치된 다공관과, 상기 다공관의 양단에 탈착가능하게 설치되고, 상기 바이오여재가 걸려 고정되는 여재고정판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 분사수류장치는 하·폐수가 이동하는 수류이동관; 상기 수류이동관의 하부에 연통되어 수류이동관의 내부에 공기를 공급하는 공기주입관; 상기 수류이동관의 상단에 일체로 설치되고 상면이 개방된 분사수류함; 상기 분사수류함의 개방 단부에 설치되어 수류이동관을 통해 공급되는 수압과 공기주입관에 의해 공급되는 공기의 압력에 의해 개방되는 상부개폐판; 상기 상부개폐판이 승강될 수 있도록 분사수류함에 고정시키는 승강고정수단를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 승강고정수단의 외주면에는 상부개폐판이 원활하게 승강되게 하고 승강고정수단의 부식을 방지할 수 있도록 보호관이 더 설치될 수 있다.

상기 다공관의 나선형 골을 따라 일정한 간격으로 형성된 구멍이 형성되는 것이 바람직하다.

상기 복합반응조와 침전조 사이에는 복합반응조에서 미처리된 유기오염물질이 재처리하는 바이오반응조가 더 구비되는 것이 바람직하다.

복합담체와 분사수류장치를 구비한 하·폐수처리장치를 이용한 질소·인 제거방법은 상기와 같이 구성된 장치를 이용한 것으로, a) 유입관을 통해 유입된 하·폐수가 유량조정조1실에서 부상분리에 의하여 유기성폐기물에 함유된 기름 성분을 비롯한 부유성 물질은 유량조정조1실에 체류되고, 이를 제외한 하·폐수는 유량조정조2실로 유입하는 유입단계;

b) 교반장치로 산기장치를 작동시켜 유량조정조1실을 거치며 유입된 하·폐수의 성상을 균질화시키고 고형물의 침전을 방지하는 교반 단계;

c) 유량조정조2실의 하부로부터 원수이송에어리프트로 이송된 하·폐수의 유입량을 유량분배조의 월류홈에 의해 제어하여 일부 하·폐수는 이송관을 통해 복합반응조1실로 이송시키고, 일부 하·폐수는 유량조정조2실로 바이패스되게 유량을 조절하는 유량조절단계;

d) 복합반응조1실과 복합반응조2실로 유입된 하·폐수의 유기물과 상기 복합담체에 부착된 미생물이 반응하여 질산화, 탈질화 및 암모니아의 제거가 이루어지는 1차 정화단계;

e) 분사수류장치에 의해 산소를 흡수한 하·폐수가 복합담체와 접촉하여 유기물이 산화되고 동시질산화-탈질 반응이 일어나는 2차 정화단계;

f) 복합반응조1실과 복합반응조2실로 유입된 하·폐수의 유기물과 복합담체에 부착된 미생물이 반응하여 질산화 및 인 섭취가 이루어져 질소와 인을 처리하는 3차 정화단계;

g) 복합반응조1실과 복합반응조2실에서 미처리된 유기오염물질은 바이오반응조에서 재처리되고, 미생물이 포함된 활성의 질산화를 위해 내부반송용 에어리프트를 이용하여 복합반응조1실로 반송하는 내부 반송단계;

h) 3차 정화단계를 마친 하·폐수 중 미처리된 유기오염물질이 바이오반응조에서 재처리되고 미생물이 포함된 활성 하·폐수를 침전조에서 고·액 분리하는 침전단계;

i) 침전조에서 고·액 분리에 의해 침전된 활성 오폐수 중 일부를 에어리프트를 통해 오니농축조로 인발하여 일정기간 저장한 후 최종 처리하는 오니 농축 단계;

j) 침전조에서 고·액 분리에 의해 분리된 처리수를 처리수조로 유입시켜 소독장치로 살균 소독 후 유출관를 통해 외부로 방류하는 소독 및 방류 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 복합담체 및 분사수류장치가 구비된 하·폐수 처리장치 및 이를 이용한 질소·인 제거 처리방법은 단일 반응조에 나선형 골을 따라 일정 간격으로 구멍이 형성된 다공관 내부에 미생물부착 기능이 우수한 바이오링을 충전하여 복합담체로 구성하고, 하·폐수가 분사수류장치에 의해 복합담체 하부에서 상부로 이송되어 상부는 호기존, 하부는 무산소존으로 구성됨으로써, SNdN(동시질산화-탈질)반응이 일어나게 하고, 복합담체에 미생물 부착량을 증대시켜 호기 및 혐기성 미생물을 성장시킴으로 생물막 외부는 호기성 상태, 생물막 내부는 혐기성 상태로 유지되며, 이러한 과정에서 생물막의 농도구배 현상에 의해 생물막 외부로부터 내부로 확산된 질산성 질소의 환원으로 질소가 제거되며, 혐기 조건의 생물막 내부에서는 인이 복합반응조 하부로 방출되고 상기 분사수류장치에 의해 하·폐수가 호기성 상태인 호기존으로 이송되면서 호기성 미생물에 의해 인이 과잉 섭취되는 과정이 반복되어 질소, 인 제거를 효율적이고 경제적으로 처리할 수 있어 방류되는 처리수의 정화효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명은 복합담체의 구조가 단순하여 제작이 용이할 뿐만 아니라, 다공 유공관의 내부에 설치되는 바이오링의 청소 및 교체가 용이하여 바이오링의 관리를 용이하게 할 수 있고, 이에 따라 담체의 효율을 최적화하여 이 담체에 의해 번식하는 미생물을 작용을 향상시킬 수 있음에 따라 오폐수 처리 효율을 향상시킬 수 있는 것이다.

또한 본 발명은 분사수류장치가 보다 효과적으로 공기를 폭기시킴에 따라 호기성 세균, 미생물의 수를 증가시켜 유기물을 보다 효율적으로 활성 오니화할 수 있어 하·폐수 처리 효과를 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 복합담체와 분사수류장치를 구비한 하·폐수처리장치의 측면 구성도
도 2는 본 발명에 따른 복합담체와 분사수류장치를 구비한 하·폐수처리장치의 평면 구성도
도 3은 본 발명에 따른 하·폐수처리장치에 설치되는 복합담체의 측면도
도 4는 도 3의 A 부분 확대도
도 5는 본 발명에 따른 하·폐수처리장치에 설치되는 분사수류장치의 측단면도
도 6은 도 5의 B 부분 확대도
도 7은 종래 폭기장치의 일예의 측면도

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세한 설명을 통해 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 여제의 관리가 용이하고 폭기 효율을 향상시켜 하·폐수의 처리 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 복합담체와 분사수류장치를 구비한 하·폐수처리장치는 도 1내지 도 2에 도시한 바와 같이, 유입관(110)을 통해 유입된 하·폐수가 후단으로 흘러가는 양을 조정하기 위한 하나 이상의 유량조절조(100, 200)와, 오니를 천천히 교반한 후, 중력을 이용해 장시간 침전시켜 오니의 함수율을 낮게 하는 오니농축조(300)와, 복합담체(410)와 분사수류장치(420)를 구비하여 미생물의 증식을 활성화시킴에 의해 유기성 폐기물을 분해하는 복합반응조(400, 500)와, 유기성 폐기물이 고액 분리되는 침전조(700)와, 피처리수에 염소를 투입하여 배출로를 통해 외부로 배출시키는 처리수조(800)를 포함한다.

이러한 처리조는 통상의 하·폐수 처리장치에 구비된 것과 동일 유사하지만, 각 조에 구비된 처리 수단은 다음과 같다.

상기 유량조절조와 복합반응조는 도 1에 도시한 바와 같이 2개 이상이 연속하여 설치되어 있어 유량조절효과와 폐기물 분해 효과를 높일 수 있게 하였다.

유량조정조1실(100)은 유입관(110)을 통해 하·폐수의 유입이 최초로 이루어지며, 상기 유량조정조1실(100)에 구비되는 유입관(110)은 유량조정조1실(100) 내부의 하·폐수의 유동을 억제하고, 하·폐수의 처리과정에서 발생하는 악취가 외부로 누출되는 것이 방지되도록 "ㄱ"형상으로 절곡되고, 하측 단부가 수면보다 하측에 위치하도록 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 유입관(110)은 하·폐수의 유출입 및 악취의 누출이 방지되도록 한쪽 방향으로만 개폐되는 체크밸브가 더 구비될 수 있다.

상기 유량조정조1실(100)은 부상분리에 의하여 유기성폐기물에 함유된 기름성분을 비롯한 부유성 물질이 체류되는 공간이고, 이를 제외한 하·폐수는 유량조정조2실(200)로 유입된다.

상기 유량조정조2실(200)은 상기 유량조정조1실(100)과 연결되며, 상기 유량조정조1실(100)로부터 유입되는 하·폐수의 성상과 유입량을 제어할 수 있는 원수이송에어리프트(230)가 구비된다.

유량조정조2실(200)에는 유입되는 하·폐수의 균질화를 위한 교반장치로 포기장치(210)가 구비되고

상기 유량조정조2실(200)은 상기 유량조정조1실(100)과 연결되며, 상기 유량조정조1실(100)로부터 유입되는 하·폐수의 성상과 유입량을 제어할 수 있는 원수이송에어리프트(220)를 구비하고 있다.

상기 유량조정조2실(200)에는 유입 하·폐수의 성상을 균질화시키고 고형물의 침전을 방지하기 위해 교반장치로 산기장치(210)가 구비되고 유량조정조2실(200)의 하부로부터 원수이송에어리프트(220)로 이송된 하·폐수의 유입량을 월류홈(231)에 의해 제어할 수 있는 유량분배조(230)에서 적정량의 하·폐수를 제1이송관(240)을 통해 복합반응조1실(400)로 이송시고, 일부는 월류홈(231)를 통해 유량조정조2실(200)로 바이패스(BYPASS)되어 유량 조절이 된다.

상기 오니농축조(300)는 오니를 천천히 교반한 후, 중력을 이용해 장시간 침전시켜 오니의 함수율을 낮게 하는 기능을 하는 것으로, 상기 침전조(700)와 연결되며, 고액분리에 의해 침전된 활성오니 중 일부가 유입된다.

한편, 복합담체가 구비된 하·폐수 처리장치는 미생물 빈영양화를 방지하기 위해 상기 오니농축조(300)의 잉여오니가 상기 유량조정조2실(200)로 이송되게 하는 것이 바람직하고, 이를 위해 오니농축조에는 상징수이송관(310)이 설치될 수 있다.

또한, 질산화를 위해 활성오니의 내부반송이 이루어지도록 상기 바이오반응조(600)에서 상기 복합반응조1실(400)로 연결되는 제4이송관(611)이 설치되며, 잉여오니 인발을 위해 상기 침전조(700)에서 상기 오니농축조(300)로 연결되는 제5이송관(711)이 설치되는 것이 바람직하다.

이에 따라, 상기 복합담체가 구비된 하·폐수 처리장치(1)는 불필요한 잉여오니를 유동적으로 관리할 수 있으며, 하·폐수 유입의 단절에 의한 미생물의 빈영양화를 방지할 수 있으므로 안정적으로 하·폐수를 정화할 수 있다.

상기 복합반응조1실(400)과 복합반응조2실(500)은 산소를 공급하는 분사수류장치(420)가 구비되며, 미생물이 배양되는 바이오여재(411) 및 다공관(412)이 직립 고정된 복합담체(410)가 구비되며, 상기 복합담체(410) 중앙에 하·폐수을 상방향으로 분사수류시키는 분사수류장치(420)가 설치된다.

상기한 복합담체(410)는 도 3에 도시한 바와 같이, 미생물부착 기능이 우수한 바이오여재(411)와, 원통형을 이루고 벽에 다수의 구멍이 형성되며 내부에는 상기 바이오여재가 탈착가능하게 설치된 다공관(412)과, 상기 다공관의 양단에 탈착가능하게 설치되고, 상기 바이오여재가 걸려 고정되는 여재고정판(413)을 포함한다.

상기 복합담체(410)는 도 1에 도시한 바와 같이 복합반응조에 각각 수직으로 세워져 설치되어 있으며, 바이오여재(411)은 특수 Polypropylene 파이렌사를 AIR PROCESS 가공함에 따라 기존의 접촉재가 가지고 있는 독성성분을 제거하여 미생물의 용이한 흡착능력을 향상시켰다.

또한 상기 바이오여재(411)는 연소 시 무색, 무취, 무독성이며 안쪽의 심지는 벌집 형상으로 형성되어 미생물의 활발한 서식 및 활동 등으로 잉여발생량이 현저히 감소할 수 있게 하였다. 또한, 원통형의 파이프 형식의 이중공법으로 산소공급이 원활하여 혐기성 임의성 호기성 미생물의 원활한 분해 및 소화처리가 가능하고, 물리화학적으로 안정하며 통기성의 증가로 산소공급이 원활하여 데드 스페이스(DEAD SPACE)가 없으므로 벌킹(BULKING) 현상이 없는 미생물 생성에 최적의 조건을 형성할 수 있으며, 호기성, 임의성, 혐기성균의 공생으로 호기성산화와 혐기성분해가 동시에 이루어지므로 잉여의 발생량을 줄일 수 있다.

또한 상기 바이오여재(411)는 긴띠 형상을 이루고 있고, 상기 여재고정판(413)들 사이에 수회 감아 다공관의 내부가 바이오여재에 의해 충분히 채워지게 하는 것이 바람직하다.

또한 유입되는 하·폐수 중의 유기오염물질 대비 미생물 부착량이 많아 F/M비를 낮게 유지시킬 수 있어 유입 하·폐수의 부하변동 및 동절기에도 처리효율이 높고 원통형의 로프식으로 표 1에서와 같이 비표면적이 크므로 적은 용량으로도 처리효과를 얻을 수 있다.

상기 다공관(412)은 나선형 폴리에틸렌 유공관으로 재질은 에틸렌 중합체를 주체로 하고 압출성형에 의하여 제조되며, 내후성을 향상시키기 위해서는 평균 입경 지름 0.003μm 이하의 카본블랙을 2~3%(무게 비) 배합하여 균일하게 분산시켜 제조된다.

상기 다공관은 유공관의 몸체가 접착 연결식이 아닌 일체식 나선형으로 좁고 긴 직사각형 형태의 홈이 관축의 직각 형태로 골이 있는 구조로, 단면 구멍수가 일치되도록 제조되고, 나선형의 요철부의 굴곡을 따라 복수개의 유공이 천공되어 있으며, 내외면은 해로운 흠, 갈라짐, 비틀림, 기포 등의 결점이 없어야 하며 흑색을 표준으로 하고 기타의 성능은 아래의 표에 적합한 제품을 사용하여야 한다.

또한 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 다공관에 형성된, 네트가 설치된 구멍(414)은 외부의 이물질이 유공관의 내부로 유입되는 것을 원활하게 하는 역할을 한다.

상기 여재고정판(413)은 바이오여재를 다공관의 내부에 고정시키는 기능을 하는 것으로, 다공관의 양단부에 각각 탈착 가능하게 설치되어 있으며, 바람직하게는 다공관의 단부에 홈이나 구멍을 형성하고 여재고정판의 단부의 걸림돌기를 이 홈이나 구멍에 끼워넣어 고정되고, 분리한 때에는 다공관의 탄성을 이용하여 다공관을 변형시켜 여재고정판의 양단이 대응되는 방향의 지름을 키움에 의해 다공관으로부터 여재고정판을 분리할 수 있다.

상기 분사수류장치(420)는 하·폐수에 공기를 공급하기 위한 수단으로, 도 5에 도시한 바와 같이, 하·폐수가 이동하는 수류이동관(421); 상기 수류이동관의 하부에 연통되어 수류이동관의 내부에 공기를 공급하는 공기주입관(422); 상기 수류이동관의 상단에 일체로 설치되고 상면이 개방된 분사수류함(423); 상기 분사수류함의 개방 단부에 설치되어 수류이동관을 통해 공급되는 수압과 공기주입관에 의해 공급되는 공기의 압력에 의해 개방되는 상부개폐판(424); 상기 상부개폐판이 승강될 수 있도록 분사수류함에 고정시키는 승강고정수단(425)를 포함한다.

상기와 같이 구성된 분사수류장치(420)는 수류이동관을 통해 이동하는 하·폐수에 공기주입관을 통해 공기를 주입하는 과정에서 공압 및 유압이 상부개폐판에 가해지면 상부개폐판이 부상하여 분사수류함의 상단으로부터 분리되고, 이 분리된 틈으로 폭기된 하·폐수가 분출되어 조의 내부로 흘러간다.

이때 공기를 머금은 하·폐수가 상부개폐판에 부딪힘에 의해 공기가 하·폐수에 보다 고르게 폭기되는 것이다. 물론, 하·폐수의 압력이 낮을 경우에는 상부개폐판이 분사수류함으로부터 분리되지 않아 하·폐수는 조로 흘러갈 수 없다.

즉, 수직 상승된 처리수는 최상부의 상부개폐판(424)에 부딪혀 수평운동 하게 되며, 이 과정을 통해 상기 공기주입관(423)을 통해 공급되어진 공기는 수중에 용해되고, 상기 상부개폐판(424)에 부딪혀 용해된 산소의 표면적이 작은 크기로 나누어짐으로써, 분사수류(421)가 형성되어 산소 흡수가 원활하게 이루어질 수 있다.

바람직한 상부개폐판의 부상 거리는 약 10mm전후이며, 이에 따라 승강고정수단(425)의 길이는 10mm 이상 이어야 하고, 외주면에는 상부개폐판이 원활하게 승강되게 하고 승강고정수단의 부식을 방지할 수 있도록 보호관(426)을 더 설치하는 것이 바람직하다.(도 6 참조)

상기와 같이 구성된 상기 분사수류장치(420)는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 복합반응조1실(400)과 복합반응조2실(500)에 구비되고, 내부를 하부에서 상부로 필요에 따라 작동하며, 유기성 하·폐수가 상방향으로 분사수류 되도록 하여 바이오여재(411) 및 다공관(412)에서 배양되는 미생물의 유동을 최소화시켜 미생물 생물막 형성율을 향상시킨다.

상기 복합반응조1실(400)과 복합반응조2실(500)은 상기 분사수류장치(420)를 통해 상부로부터 폭기가 이루어짐으로써, 상기 복합반응조1실(400)과 복합반응조2실(500)의 하부에는 산소의 전달이 잘 이루어지지 않으므로, 상부는 호기성 반응이 이루어지는 호기존이 형성되며, 하부는 무산소 반응이 이루어지는 무산소존이 형성되어 SNdN(동시질산화-탈질)반응이 일어나게 된다.

상기 복합반응조1실 및 2실에서 일어나는 수처리 과정은 다음과 같다.

복합반응조1실 및 2실의 하부에 하·폐수가 유입되면 아래의 도시와 같이 인제거미생물은 탄소원을 섭취하기 위해 에너지를 만드는데 그 에너지는 Poly-P를 가수분해하여 PO₄-P를 만들면서 생성이 되며, 이 과정에서 에너지가 방출되면서 그 에너지로 탄소원이 이용된다.

그렇게 이용된 탄소원은 혐기성 조건으로 산소가 없어서 PHB분해가 불가능해 일단 PHB로 저장되고, 반응조 하부의 혐기존을 거쳐 반응조의 호기존에서 호기성 조건으로 세포합성을 하면 Poly-P 박테리아가 증식한다.

이때 PHB의 일부는 아세틸CoA로 전환되어 TCA 사이클을 돌면서 ATP를 생성하는데, 일부 PHB는 에너지로 전환된다고 생각하면 된다. 그렇게 생성된 에너지 ATP가 다시 Poly-P를 합성하는데 쓰이는데 여기서 바로 가장 중요한 인의 과잉섭취가 일어나는 것이다. 이때 물속의 인을 미생물이 섭취하면서 제거되는 것이다.

질산화-탈질 공정

- BRDP반응조의 호기존에서

2NH₄ ^＋ + 3O₂ → 2NO₂ ^－ + 2H₂O + 4H⁺

Nitrosomonas

2NO₂ ^－ + O₂ → 2NO₃ ^－

Nitrobactor

2NH₄ ^＋ + 4O₂ → 2NO₃ ^－ + 2H₂O + 4H⁺

상기 화학식과 같이 수중의 산소를 이용하여 암모니아 산화균인 Nitrosomonas에 의해 암모늄이온을 아질산이온으로 바꾸고, 아질산 산화균인 Nitrobactor에 의해 아질산이온을 질산이온으로 변환되는 질산화가 일어나며, 하부의 무산소 조건에서 질산이온이 다시 아질산이온이 되고 이것이 질소 형태로 변한다.

이러한 탈질이 무산소 조건에서 일어나는 이유는 탈질 작용에 관여하는 대표적인 미생물로 Pseudomonas와 Bacillus가 있고, 상기 미생물이 산소가 부족할 때 질산이온과 아질산이온에 포함되어 있는 산소를 이용하기 때문이다.

복합담체가 구비된 하·폐수 처리장치에서의 부착성장식 질산화-탈질작용에 의한 질소 제거는 잠재적 처리효율이 높고, 미생물이 여재에 부착되어 있기 때문에 공정의 안정성과 신뢰도가 높고, 공정 운전이 용이하고, 부지 소요 면적이 작고, 유지관리 비용이 경제적이다.

또한 상기 복합반응조1실(400)과 복합반응조2실(500)에서는 상기 바이오여재(411) 및 다공관(412)이 직립 고정된 복합담체(410)에 형성된 미생물에 의해 인 섭취가 이루어지며, 인 섭취가 이루어진 미생물은 상기 바이오여재로부터 탈리되며, 탈리된 오니는 오니농축조(300)로 이송되어 인의 제거가 이루어진다.

상기 분사수류장치(420)는 친환경 도료로 도색 마감되어 피처리수와 접촉 시 일어날 수 있는 오염을 최대한 방지하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 침전조(700)는 고액분리에 의해 활성오니를 침전시키는 기능을 하는 것으로, 여기서 침전된 활성오니 중 일부를 에어리프트(710)를 통해 오니농축조(300)로 인발하여 일정기간 저장한 후 최종처리하고, 침전조(700)에서 고액분리에 의해 분리된 처리수는 처리수조(800)로 유입되며 상기 처리수는 소독장치(810)에 의해 살균 처리되어 유출관(820)을 통해 외부로 배출된다.

또한 본 발명의 장치는 상기 복합반응조와 침전조 사이에는 복합반응조에서 미처리된 유기오염물질이 재처리하는 바이오반응조(600)가 더 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 복합담체와 분사수류장치를 구비한 하·폐수 처리장치를 이용한 질소·인 제거 처리방법은 하·폐수 유입단계, 교반단계, 유량조절단계, 1차 정화단계, 2차 정화단계, 3차 정화단계, 내부반송단계, 침전단계, 오니농축단계, 소독 및 방류 단계를 포함한다.

상기 하·폐수 유입단계는 유입관을 통해 유입된 하·폐수가 유량조정조1실에서 부상분리에 의하여 유기성폐기물에 함유된 기름 성분을 비롯한 부유성 물질은 유량조정조1실에 체류되고, 이를 제외한 하·폐수는 유량조정조2실로 유입한다.

상기 교반단계는 교반장치로 산기장치를 작동시켜 유량조정조1실을 거치며 유입된 하·폐수의 성상을 균질화시키고 고형물의 침전을 방지한다.

상기 유량조절단계는 유량조정조2실의 하부로부터 원수이송에어리프트로 이송된 하·폐수의 유입량을 유량분배조의 월류홈에 의해 제어하여 일부 하·폐수는 이송관을 통해 복합반응조1실로 이송시키고, 일부 하·폐수는 유량조정조2실로 바이패스되게 유량을 조절한다.

상기 1차 정화단계에서는 복합반응조1실과 복합반응조2실로 유입된 하·폐수의 유기물과 상기 복합담체에 부착된 미생물이 반응하여 질산화, 탈질화 및 암모니아의 제거가 이루어지고, 2차 정화단계에서는 분사수류장치에 의해 산소를 흡수한 하·폐수가 복합담체와 접촉하여 유기물이 산화되고 동시질산화-탈질 반응이 일어난다.

3차정화단계에서는 복합반응조1실과 복합반응조2실로 유입된 하·폐수의 유기물과 복합담체에 부착된 미생물이 반응하여 질산화 및 인 섭취가 이루어져 질소와 인을 처리되고, 내부 반송단계는 복합반응조1실과 복합반응조2실에서 미처리된 유기오염물질은 바이오반응조에서 재처리되고, 미생물이 포함된 활성의 질산화를 위해 내부반송용 에어리프트를 이용하여 복합반응조1실로 반송한다.

상기 침전단계에서는 3차 정화단계를 마친 하·폐수 중 미처리된 유기오염물질이 바이오반응조에서 재처리되고 미생물이 포함된 활성 하·폐수를 침전조에서 고·액 분리하고, 오니 농축 단계에서는 침전조에서 고·액 분리에 의해 침전된 활성 오폐수 중 일부를 에어리프트를 통해 오니농축조로 인발하여 일정기간 저장한 후 최종 처리하며, 침전조에서 고·액 분리에 의해 분리된 처리수를 처리수조로 유입시켜 소독장치로 살균 소독 후 유출관를 통해 외부로 방류하는 소독 및 방류 단계를 수행함에 의해 하·폐수의 처리가 완료된다.

상기한 바와 같은 본 발명은 처리되는 하·폐수가 상향류를 이용한 분사수류장치(420)의 최상측 상부개폐판(424)에 부딪힌 후, 다공관(412)을 통해 복합담체(410) 내부로 상·하 이동되어 상부는 호기존, 하부는 무산소존으로 구성됨으로써, SNdN(동시질산화-탈질)반응이 일어나게 하고, 질소, 인 제거를 효율적이고 경제적으로 처리할 수 있어 방류되는 처리수의 정류효율을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

또한, 침전조(700) 내부의 고액 분리된 유기성 활성오니를 오니농축조(300)로 이송시켜 우점 미생물 군을 확보할 수 있고, 처리과정 중 유기성 활성오니를 반송시켜 계속적으로 반복 순환 처리하므로 하·폐수의 유입량 또는 유입 농도 변화에 안정적으로 대처할 수 있어 하·폐수 유입의 단절에 의한 미생물의 빈영양화를 방지할 수 있다는 장점이 있다.

100: 유량조정조1실 110: 유입관
200: 유량조정조2실
210: 산기장치 211: 공기주입관
220: 원수이송에어리프트
230: 유량분배조 231: 월류홈
240: 제1이송관
300: 오니농축조
310: 상징수이송관
400: 복합반응조1실
410: 복합담체 411: 바이오여재
412: 다공관 413: 여재고정판
414: 구멍
420: 분사수류장치 421: 수류이동관
422: 공기주입관 423: 분사수류함
424: 상부고정판 425: 승강고정수단
426: 보호관
430: 제2이송관
500: 복합반응조2실 510: 제3이송관
600: 바이오반응조
610: 내부반송에어리프 611: 제4이송관
700: 침전조
710: 슬러지반송에어리프트 711: 제5이송관
720: 침전조유입관
730: 정류통
740: 위어(WEIR)
800: 처리수조
810: 소독설비
820: 유출관
900: 블로워
910: 공기공급관
920: 전기제어반
930: 기계실
940: 공기분지관

Claims (6)

1. 유입관을 통해 유입된 하·폐수가 후단으로 흘러가는 양을 조정하기 위한 하나 이상의 유량조절조와, 오니를 천천히 교반한 후, 중력을 이용해 장시간 침전시켜 오니의 함수율을 낮게 하는 오니농축조와, 복합담체와 분사수류장치를 구비하여 미생물의 증식을 활성화시킴에 의해 유기성 폐기물을 분해하는 복합반응조와, 유기성 폐기물이 고액 분리되는 침전조와, 피처리수에 염소를 투입하여 배출로를 통해 외부로 배출시키는 처리수조를 포함하는 하·폐수처리장치에 있어서,
   상기 복합담체는 미생물부착 기능이 우수한 바이오여재와, 원통형을 이루고 벽에 다수의 구멍이 형성되며 내부에는 상기 바이오여재가 탈착가능하게 설치된 다공관과, 상기 다공관의 양단에 탈착가능하게 설치되고, 상기 바이오여재가 걸려 고정되는 여재고정판을 포함하며,
   상기 분사수류장치는 하·폐수가 이동하는 수류이동관; 상기 수류이동관의 하부에 연통되어 수류이동관의 내부에 공기를 공급하는 공기주입관; 상기 수류이동관의 상단에 일체로 설치되고 상면이 개방된 분사수류함; 상기 분사수류함의 개방 단부에 설치되어 수류이동관을 통해 공급되는 수압과 공기주입관에 의해 공급되는 공기의 압력에 의해 개방되는 상부개폐판; 상기 상부개폐판이 승강될 수 있도록 분사수류함에 고정시키는 승강고정수단를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합담체와 분사수류장치를 구비한 하·폐수처리장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 승강고정수단의 외주면에는 상부개폐판이 원활하게 승강되게 하고 승강고정수단의 부식을 방지할 수 있도록 보호관이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 복합담체와 분사수류장치를 구비한 하·폐수처리장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 다공관에 형성된 구멍에는 네트가 더 설치된 것을 특징으로 하는 복합담체와 분사수류장치를 구비한 하·폐수처리장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 복합반응조와 침전조 사이에는 복합반응조에서 미처리된 유기오염물질이 재처리하는 바이오반응조가 더 구비된 것을 특징으로 하는 복합담체와 분사수류장치를 구비한 하·폐수처리장치.
6. 제1항, 제3항내지 제5항 중 어느 한항의 복합담체와 분사수류장치를 구비한 하·폐수처리장치를 이용한 질소·인 제거방법에 있어서,
   a) 유입관을 통해 유입된 하·폐수가 유량조정조1실에서 부상분리에 의하여 유기성폐기물에 함유된 기름 성분을 비롯한 부유성 물질은 유량조정조1실에 체류되고, 이를 제외한 하·폐수는 유량조정조2실로 유입하는 유입단계;
   b) 교반장치로 산기장치를 작동시켜 유량조정조1실을 거치며 유입된 하·폐수의 성상을 균질화시키고 고형물의 침전을 방지하는 교반 단계;
   c) 유량조정조2실의 하부로부터 원수이송에어리프트로 이송된 하·폐수의 유입량을 유량분배조의 월류홈에 의해 제어하여 일부 하·폐수는 이송관을 통해 복합반응조1실로 이송시키고, 일부 하·폐수는 유량조정조2실로 바이패스되게 유량을 조절하는 유량조절단계;
   d) 복합반응조1실과 복합반응조2실로 유입된 하·폐수의 유기물과 상기 복합담체에 부착된 미생물이 반응하여 질산화, 탈질화 및 암모니아의 제거가 이루어지는 1차 정화단계;
   e) 분사수류장치에 의해 산소를 흡수한 하·폐수가 복합담체와 접촉하여 유기물이 산화되고 동시질산화-탈질 반응이 일어나는 2차 정화단계;
   f) 복합반응조1실과 복합반응조2실로 유입된 하·폐수의 유기물과 복합담체에 부착된 미생물이 반응하여 질산화 및 인 섭취가 이루어져 질소와 인을 처리하는 3차 정화단계;
   g) 복합반응조1실과 복합반응조2실에서 미처리된 유기오염물질은 바이오반응조에서 재처리되고, 미생물이 포함된 활성의 질산화를 위해 내부반송용 에어리프트를 이용하여 복합반응조1실로 반송하는 내부 반송단계;
   h) 3차 정화단계를 마친 하·폐수 중 미처리된 유기오염물질이 바이오반응조에서 재처리되고 미생물이 포함된 활성 하·폐수를 침전조에서 고·액 분리하는 침전단계;
   i) 침전조에서 고·액 분리에 의해 침전된 활성 오폐수 중 일부를 에어리프트를 통해 오니농축조로 인발하여 일정기간 저장한 후 최종 처리하는 오니 농축 단계;
   j) 침전조에서 고·액 분리에 의해 분리된 처리수를 처리수조로 유입시켜 소독장치로 살균 소독 후 유출관를 통해 외부로 방류하는 소독 및 방류 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합담체와 분사수류장치를 구비한 하·폐수처리장치를 이용한 인·질소 제거 방법.

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