KR20110060877A - 하.폐수의 처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 계면활성제를 함유하거나 하폐수나 계면활성제를 함유하지 않은 하폐수의 처리를 위하여, 반응기에 슬러지 및 유동상 담체를 충전하고 반응기 하부로부터 폭기에 의해서 슬러지 또는 생물막 유동상이 형성되고 반응기의 상부 및 하부의 경계에서 반응기처리수를 배출하여 하폐수의 유무기물 제거 및 질소 제거와 같은 고도처리를 수행하며, 하폐수에 용존하거나 micelle 형태로 존재하는 계면활성제가 공기 또는 산소 버블의, 공기와 하폐수의 계면으로 전이하고 또한 상기 버블과 함께 용존 오염원 등이 부상함에 따라서 반응기 상부에서 종래기술에서 요구되는 반응기 상부 수면에 발생한 거품의 분리포집 및 분리 포집된 거품에 대한 별도의 2차 처리 없이 계면활성제 및 용존 오염원이 산화 또는 분해 처리되고 반응기 하부에서는 잔류 유기물 및 무기물의 산화 또는 분해 처리를 수행하고, 전통적인 하폐수처리장의 폭기반응조의 경우 수면에서 계면활성제를 포함한 오염원 농도가 수중보다 크고, 반응조 처리수가 수면에서의 overflow 에 의하여 다음 공정으로 넘어가기 때문에 하폐수 처리효율이 비효율적인 것을 개선하는 하폐수처리 방법 및 반응기 장치에 관한 것이다.

Description

하.폐수의 처리장치{The apparatus to treat municipal and industrial wastewater}
계면활성제를 함유한 하.폐수의 대표적인 경우는 염색공단에서 배출되는 종합염색폐수이다. 섬유/염색가공산업은 다른 산업에 비해 상대적으로 노동집약적 산업으로 단위 작업장의 규모가 비교적 중소형에 속한다. 그러므로 생산지원을 위해 기본적인 인프라와 단위작업장의 폐수 처리 설비가 매우 부실한 곳이 많으며 이를 해결하기 위해 대부분 염색가공 사업장들은 하나의 공단을 형성하고 공단에서 종합적으로 폐수처리를 하고 있다. 따라서 이러한 지역적 염색산업의 특성상 일반적으로 종합염색폐수라 함은 염색가공공정에서 배출된 모든 종류의 폐수가 혼합된 폐수이다. 즉 염색가공 폐수, 감량가공 폐수, 호발, 정련가공 폐수 등의 혼합폐수로써 여러 종류의 염료를 포함 할 뿐만 아니라 계면활성제, 표백제, 염류, PVA, 알카리, TPA(Terephthalic acid)-2Na 염 및 EG(Ethylene Glycol)등이 다량 포함되어 그 중에서 계면활성제가 종합염색폐수의 BOD 및 COD의 상당부분을 차지하고 있다.
본 발명은 종합염색폐수와 같이 계면활성제를 함유하거나 하폐수나 계면활성제를 함유하지 않은 하폐수의 처리를 위하여, 반응기에 슬러지 및 유동상 담체를 충전하고 반응기 하부로부터 폭기에 의해서 슬러지 또는 생물막 유동상이 형성되고 반응기의 상부 및 하부의 경계에서 반응기처리수를 배출하여 하폐수의 유무기물 제거 및 질소 제거와 같은 고도처리를 수행하며, 하폐수에 용존하거나 micelle 형태로 존재하는 계면활성제가 공기 또는 산소 버블의, 공기와 하폐수의 계면으로 전이하고 또한 상기 버블과 함께 용존 오염원 등이 부상함에 따라서 반응기 상부에서 종래기술에서 요구되는 반응기 상부 수면에 발생한 거품의 분리포집 및 분리 포집된 거품에 대한 별도의 2차 처리 없이 계면활성제 및 용존 오염원이 산화 또는 분해 처리되고 반응기 하부에서는 잔류 유기물 및 무기물의 산화 또는 분해 처리를 수행하는 방법 및 반응기 장치에 관한 것이다.
한국특허등록 제 163659호에는 표면활성제와 포수제를 인위적으로 혼합한 혼합물로 인위적으로 미세한 미세기포를 기포발생기에서 임의로 발생시키고 이 미세기포를 하폐수처리장치에 지속적으로 공급하여 하폐수 속의 불순물과 미세기포가 물리화학적으로 이온결합하게 하여 단일부상조의 하폐수 수면으로 강제 부상 분리시켜서 하폐수내의 고형물을 처리하는 기술이다. 또한 이와 유사하게 미국특허 제 4,203,837호에는 하폐수 중의 부유성 고형물과 용존성 물질을 계면활성제를 인위적으로 사용하여 제조한 미세기포를 이용하여 제거하는 방법이 개시된다.
한편 공개특허공보 특2003-0024455는 한국특허등록 제 163659호와 유사하며, 계면활성제만으로 미세기포를 발생하여 하폐수에 공급하고 여러 개의 독립된 부상조에 하폐수와 미세기포를 순차적으로 연속공정으로 통과시키고 폐기포 포집장치로서 포집하여 하폐수를 처리하는 기술에 관한 것이다. 또한 공개특허공보 특2002-0005864는 오염된 호수와 하천등의 오염수계에 거품이 부상하도록 하고 U형수로 또는 배플 등으로 거품을 분리하여 부상분리된 거품을 별도의 하폐수처리장으로 이송하여 처리하고, 오염된 호수와 하천등의 오염수계를 생물막에 의하여 정화하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 지금까지 열거한 종래기술들은 계면활성제 등을 함유한 거품을 부상 분리시켜서 폐기포 포집장치 , U형수로 또는 배플 등으로 분리포집하나 분리포집된 폐기포로 인하여 2차오염의 가능성이 있으며 이에 대한 2차 처리를 위한 추가설비가 요구된다.
한편 하폐수처리장에서 전통적으로 채택되어지는 미생물 폭기에 의한 활성오니법에 의하여 기존에 설치된 폭기 반응조는 일반적으로 폭기에 의하여 하폐수에 용해된 계면활성제가 버블에 농축되어 수면으로 부상하기 때문에 수면에서 계면활성제를 포함한 오염원 농도가 수중보다 크고, 반응조 처리수가 수면에서의 overflow 에 의하여 다음 공정으로 넘어가기 때문에 하폐수 처리효율이 비효율적이다.
종래기술들은 계면활성제 등을 함유한 거품을 부상 분리시켜서 폐기포 포집장치, U형수로 또는 배플 등으로 분리포집하나 분리포집된 폐기포로 인하여 2차오염의 가능성이 있으며 이에 대한 2차 처리를 위한 추가설비가 요구된다. 한편 하폐수처리장에서 전통적으로 채택되어지는 미생물 폭기에 의한 활성오니법에 의하여 기존에 설치된 폭기 반응조는 일반적으로 폭기에 의하여 하폐수에 용해된 계면활성제가 버블에 농축되어 수면으로 부상하기 때문에 수면에서 계면활성제를 포함한 오염원 농도가 수중보다 크고, 반응조 처리수가 수면에서의 overflow에 의하여 다음 공정으로 넘어가기 때문에 하폐수 처리효율이 비효율적이다. 또한 기존에 설치된 전통적인 폭기반응조는 수면 위에 발생한 계면활성제 거품의 포집을 위하여 계면활성제 거품의 포집장치 및 2차 처리를 위한 추가설비가 요구될 뿐 아니라, 전통적인 폭기 반응조는 반응조 내부에서 버블이 수직으로 부상하는 반면에 하폐수의 흐름은 수평으로 처리되기 때문에 수면이 넓은 면적을 차지한다. 따라서 설치비가 많이 소요되고 수면 위에 발생한 계면활성제 거품의 계면활성제 거품의 포집 및 처리가 매우 어렵다.
본 발명은 하폐수 BOD 및 COD의 부분을 차지하는 계면활성제를 함유하거나 함유하지 않은 하.폐수를 처리대상으로 하여, 계면활성제를 함유하지 않은 경우에는 계면활성제를 하폐수 원수에 첨가하고, 하폐수 원수가 반응기의 하부로 인입이 되고 하폐수 흐름이 upflow 로 처리가 되면서 반응기의 상부 및 하부의 경계에서 반응기처리수가 배출된다. 공기 또는 산소 버블이 반응기 하부로부터 부상하면서 반응기 상부 수면 위에 계면활성제 거품이 생성하고 쌓이고, 이 쌓인 거품이 작은 체개방공을 가지는 복수의 스크린에 의하여 깨지고 생성하고를 반복하면서 생성된 계면활성제를 포함한 액적이 위에 쌓인 계면활성제 거품 자중에 의하여 하강하여 반응기 상부 수면위로 하강하여 회수되면서 재 용해된 계면활성제를 반응기 상부에서 산화 또는 분해 처리한다. 따라서 반응기처리수가 배출되는 반응기의 상부 및 하부 경계에서의 반응기처리수 농도가 반응기 상부 수면의 농도보다 작게 된다. 이와 같이 본 발명은 종래기술에서 요구되는 반응기 상부 수면에 발생한 거품의 분리포집 및 분리 포집된 거품에 대한 별도의 2차 처리 없이, 재 용해된 계면활성제 및 버블과 함께 부상한 용존오염원를 반응기 상부에서 산화 또는 분해 처리하고, 한편 반응기 하부에서는 잔류 유기물 및 무기물의 산화 또는 분해 처리를 수행하여 반응기의 상부 및 하부의 경계에 위치한 반응기처리수 배출구에서, 반응기 높이에 대한 하폐수 오염원 농도분포 중에서 최소오염원농도의 반응기처리수를 배출하고 계류조를 거쳐서 방류하는 효율적인 하폐수 처리방법 및 반응기 장치에 관한 것이다.
본 발명의 효과는 계면활성제를 활용하는 하폐수처리에 있어서, 종래기술에서 요구되는 반응기 상부 수면에 발생한 거품의 분리포집 및 분리 포집된 거품에 대한 별도의 2차 처리 없이, 계면활성제 및 버블과 함께 부상한 용존오염원를 반응기 상부에서 산화 또는 분해 처리하고, 한편 반응기 하부에서는 잔류 유기물 및 무기물의 산화 또는 분해 처리를 수행하여 반응기의 상부 및 하부의 경계에 위치한 반응기처리수 배출구에서, 반응기 높이에 대한 하폐수 오염원 농도분포 중에서 최소오염원농도의 반응기처리수를 배출하여 효율적으로 하폐수를 처리할 수 있다는 것이다.
또한 본 발명은 하폐수 원수를 반응기 하부 밑에서부터 인입하여 upflow 방식으로 처리하는 반응기로서 1) 반응기가 차지하는 부지면적이, 반응조 내에서 하폐수의 흐름이 수평인 하폐수처리장의 전통적인 폭기반응조 보다 훨씬 작아서 경제적이고; 2) 반응기 상부의 수면위는 5mm X 5mm 이하의 체개방공을 가지는 복수의 스크린이 존재하여, 반응기 상부의 수면 위에 생성된 계면활성제 거품이 복수의 스크린을 통과하면서 거품이 깨지거나 작아지고, 생성된 계면활성제를 포함한 액적이 위에 쌓인 계면활성제 거품 자중에 의하여 하강하여 반응기 상부 수면위로 회수되면서 재 용해된 계면활성제를 반응기 상부에서 산화 또는 분해 처리하는 효과가 있다.
도 1은 계면활성제를 함유한 하폐수처리를 위한 공정 및 장치를 도시한 도면
도 2는 반응기에 설치된 스크린지지체를 도시한 도면
본 발명은 처리코자하는 하폐수가 계면활성제를 함유하고 있지 않은 경우에는 반응기 외부에서 반응기 내부로 계면활성제를 주입해주거나 또는 적정량의 계면활성제를 처리코자하는 하폐수에 인위적으로 주입하고, 종합염색폐수와 같이 하폐수 BOD 및 COD의 부분을 차지하는 계면활성제를 함유한 하.폐수의 경우에는 계면활성제의 인위적인 주입 없이, 하폐수 처리를 위하여 반응기에 슬러지 및 유동상 담체를 충전하고 반응기 하부로부터 폭기에 의해서 슬러지 또는 생물막 유동상이 형성되고 반응기의 상부 및 하부의 경계에 위치한 반응기처리수 배출구에서, 반응기 높이에 대한 하폐수 오염원 농도분포 중에서 최소오염원농도의 반응기처리수를 배출하고 계류조를 거쳐서 방류하여 하폐수의 유무기물 제거 및 질소 제거와 같은 효율적인 고도처리를 수행하며;
하폐수에 용존하거나 micelle 형태로 존재하는 계면활성제가 공기 또는 산소 버블의 공기와 하폐수의 계면으로 전이하고 또한 상기 버블이 반응기 하부로부터 부상하면서 반응기 상부의 수면 위에 계면활성제 거품이 생성되고;
반응기 상부의 수면위는 5mm X 5mm 이하의 체개방공을 가지는 복수의 스크린이 존재하여, 생성된 계면활성제 거품이 상기 복수의 스크린을 통과하면서 거품이 깨지거나 작아지고, 이때 생성된 계면활성제를 포함한 액적이 하강하여 반응기 상부 수면위로 회수되면서 재 용해된 계면활성제를 반응기 상부에서 산화 또는 분해 처리하고, 반응기 하부에서는 잔류 유기물 및 무기물의 산화 또는 분해 처리를 수행하는 방법 및 반응기 장치에 관한 것이다. 따라서 본 발명은 반응기 상부 수면에 발생한 거품의 분리포집 및 분리 포집된 거품에 대한 별도의 2차 처리 없이 하폐수 처리를 수행한다는 점에서, 계면활성제를 활용한 종래기술과 크게 다르다.
본 발명의 장치는 하폐수처리를 위하여 도 1 및 도 2와 같이 1) 하폐수 원수(19) 유입구(1), 공기 또는 산소 미세 bubble(20)을 생성하는 산기관(2) 및 유동상담체가 통과 못하는 천공된 칸막이(3)로 구성된 반응기 하부(4)와; 2)복수의 스크린(5), 스크린 지지체(24), 공기출구(6), 슬러지 배출구(7) 및 유동상담체가 통과 못하는 천공된 칸막이(3)로 구성된 반응기 상부(8) 및; 3) 반응기 하부(4)와 반응기 상부(8)의 경계에 위치한 반응기처리수 출구(9)로 이루어진 반응기(26), 상기 반응기처리수 출구(9) 위치보다 계류조유입구(11)가 위에 위치한 계류조(10), 계류조 슬러지펌프(12), 반송조(13), 반송조 슬러지펌프(14), 하폐수 원수 주입펌프(15), 산기관에 공기 또는 산소를 공급하는 블러워(16), 계면활성제 주입조(17) 및 공기출구(6)와 연결된 vacuum suction 장치(18)로 구성되어 있다. 도 1에서와 같은 스크린(5)의 설치방법 대신에, 도 2는 액적(22)이 스크린지지체 경사면(27)을 타고 하강하여 액적하강공(25)을 통해서 반응기 상부(8) 수면(28)으로 재용해하여 회수하는, 반응기(26)에 설치된 스크린지지체(24)를 도시하고 있다.
본 발명의 공정은 1) 반응기로 인입되는 하폐수 원수가 계면활성제를 함유하지 않은 하폐수 원수의 경우에는 반응기 외부에서 반응기 내부로 계면활성제를 주입해주거나, 반응기로 인입되는 하폐수 원수에 계면활성제를 첨가하는 공정; 2) 반응기의 하부 밑으로부터 반응기 내부로 인입된 하폐수에 용해되어 있거나 micelle 형태로 존재하는 계면활성제가, 반응기 하부에서 발생시킨 공기 bubble 또는 산소 bubble과 하폐수의 계면에 물질전달에 의하여 흡착 농축되고, 공기와 하폐수의 밀도차로 인하여 계면활성제가 흡착된 bubble이 반응기 상부로 부상하는 공정; 3) 반응기 상부에서 수면 위에 생성된 계면활성제 거품이 수면에 재 용해되거나, 용존 또는 micelle 형태의 계면활성제가 산화 또는 분해 처리되는 공정; 4) 반응기 하부에서는 잔류 유기물 및 무기물의 산화 또는 분해 처리가 수행되는 공정; 5) 반응기의 상부와 하부의 경계에 설치된 반응기처리수 출구에서, 반응기 높이에 대한 하폐수의 오염원농도분포 중에서 최소오염원 농도의 반응기처리수를 배출하는 공정; 6) 반응기와 연결된 상기 계류조에서 외부 방류수와 미생물 슬러지로 구성된 현탁입자로 분리하여 미생물슬러지를 반응기 하부로 반송하는 공정; 7) 반응기의 공기출구는 간헐적으로 vacuum suction과 연결하여 상기 반응기 상부 위의 계면활성제 거품을 간헐적으로 제거하는 공정; 8) 반응기의 상부 수면 위는 스크린으로 각각 분리한 복수의 빈 단을 형성하여, 계면활성제 거품이 복수의 스크린을 통과하면서 거품이 깨지거나 작아지고 이 때 생성된 계면활성제를 포함한 액적이 하강하여 상기 반응기 상부의 수면 위로 회수되는 공정; 9) 반응기의 상부 수면 또는 그 아래에서 슬러지가 배출되어, 반응기의 하부로 반송되거나 상기 반응기와 연결된 반송조 유입구로 유입되어 반송조에서 슬러지를 반응기 하부로 반송하는 공정으로 구성된다.
한편 본 발명의 공정 및 장치 특징은 1) 반응기처리수는 상기 반응기처리수 출구의 높이보다 위에 있는, 상기 반응기와 연결된 계류조 유입구로 수두차를 이용하여 유입이 되고; 2) 반응기는 100 내지 30,000 mg/L MLSS 농도의 MLSS를 포함하거나 유동상 미생물 담체로 충전되고; 3) 반응기는 충전된 유동상 미생물담체가 통과하지 못하는 천공된 칸막이로 분리된 각각의 단으로 구성되고; 4) 스크린은 5mm x 5mm 이하 크기의 체개방공을 가지고, 수동 또는 자동 진동 장치에 의하여 간헐적 진동운동이 수행되는 스크린인 것이다.
1. 하폐수 원수 유입구
2. 공기 또는 산소 bubble 발생 산기관
3. 유동상담체가 통과 못하는 천공된 칸막이
4. 반응기 하부
5. 스크린
6. 공기출구
7. 슬러지 배출구
8. 반응기 상부
9. 반응기처리수 출구
10. 계류조
11. 계류조 유입구
12. 계류조 슬러지펌프
13. 반송조
14. 반송조 슬러지펌프
15. 하폐수원수 주입펌프
16.블러워
17. 계면활성제 주입장치
18. vacuum suction 장치
19. 하폐수원수
20. 공기 또는 산소 bubble
21. 계면활성제 거품
22. 액적
23. 유동상 미생물담체
24. 스크린지지체
25. 액적하강공
26. 반응기
27. 스크린지지체 경사면
28. 반응기 상부 수면
29. 방류수
30. 공기 또는 산소가 포함된 기체

Claims (4)

  1. 하폐수 원수 유입구, 공기 또는 산소 bubble 산기관 및 유동상담체가 통과 못하는 천공된 칸막이로 구성된 반응기 하부와;
    복수의 스크린, 공기출구, 슬러지 배출구 및 유동상담체가 통과 못하는 천공된 칸막이로 구성되거나, 스크린지지체가 추가되어 구성된 반응기 상부 및;
    반응기처리수 출구로 반응기가 이루어지고,
    상기 반응기처리수 출구가 반응기 하부와 상부의 경계에 위치한 것을;
    특징으로 하는 하폐수처리장치
  2. 제 1항의 상기 반응기에 부가하여;
    상기 반응기처리수 출구 위치보다 계류조유입구가 위에 위치한 계류조, 계류조 슬러지펌프, 반송조, 반송조 슬러지펌프, 하폐수 원수 주입펌프, 블러워 및 공기출구와 연결된 vacuum suction 장치로 구성되거나 계면활성제 주입장치가 추가되어 구성된 것을;
    특징으로 하는 하폐수처리장치
  3. 제 1항에 있어서 상기 스크린지지체는 스크린지지체 경사면과 액적하강공으로 구성되어 상부 구멍 면적이 하부 구멍 면적보다 좁은 것을;
    특징으로 하는 하폐수처리장치
  4. 제 1항 및 제 3항 중 어느 한 항에 있어서 상기 스크린은, 상기 반응기의 상부 수면 위의 복수의 빈 단을 각각 수평으로 분리하도록 설치되거나 상기 스크린 지지체에 수평으로 복수로 설치된 것을;
    특징으로 하는 하폐수처리장치
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