KR100583904B1 - 오ㆍ폐수 고도처리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오ㆍ폐수 처리 시스템 및 오ㆍ폐수 처리방법에 관한 것으로, 특히 분뇨를 포함하는 생활하수, 축산폐수 나아가서 산업폐수등의 오ㆍ폐수를 자연계의 자정원리 즉 호기성 및 혐기성 미생물이나 기타 미생물을 이용하여 산화 분해하는 생물학적 오ㆍ폐수 처리 시스템 및 처리방법에 관한 것이다.

본 발명은 통상 오ㆍ폐수를 유입하고 이를 침전 분리하는 침전분리조와 침전분리조의 중간수를 이송, 보관하는 유량조정조와 미생물로 유기물을 산화 분해하는 폭기조와 미생물에 의해 분해된 오니(슬러지)를 침전, 여과하는 침전조와 소독 방류하는 소독 방류조등의 다단계의 반응조로 오ㆍ폐수를 생물학적으로 분해하는 수처리 시스템에 있어서, 침전분리조로부터 걸러진 처리수 즉, 중간수를 유량조정조로 유입하고, 유량조정조의 처리수를 무산소조를 중심으로 전방폭기조인 제1, 제2폭기조와 후방폭기조인 제3, 제4폭기조로 이송하면서 처리하며, 그 후 침전조 및 안정조 소독방류조를 거쳐 처리하는 한편, 상기 제2폭기조를 거친 처리수 일부를 무산소조로 이동하며, 유량조정조의 처리수를 무산소조로 일부 이송하는 이송관을 구비하며, 제1, 제2, 제3, 제4폭기조 하방 슬러지를 탈질조로 반송하는 반송관을 가지며, 침전조의 침전물을 슬러지 탈질조로 이송되는 반송관을 구비하며, 상기 각각의 폭기조 내측에는 통상의 산기관과 접촉여재를 구비하되 그물망으로 상,하를 분리하여 상방에는 호기상 미생물이 하방에는 혐기성 미생물이 동시에 처리수를 산화 처리하여 오ㆍ폐수를 처리토록 하는 것이다.

Description

오ㆍ폐수 고도처리 시스템{High intergated Biological Nutrient Removal System}

도1 - 본 발명에 있어서 수처리 과정을 단계별로 도시한 공정도.

도2 - 본 발명을 적용한 수처리시설의 평단면도.

도3 - 본 발명에 있어서 폭기조의 개략단면도.

본 발명은 오ㆍ폐수 고도처리 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 분뇨를 포함하는 생활하수, 축산폐수 나아가서 산업폐수등의 오ㆍ폐수를 자연계의 자정원리, 즉 호기성, 혐기성 및 임의의 미생물을 이용하여 산화 분해하여 오ㆍ폐수를 처리하는 오ㆍ폐수 고도처리 시스템 및 오ㆍ폐수 처리방법에 관한 것이다.

미생물에 의해 오ㆍ폐수를 처리하는 수처리 장치의 일반적인 구조는 오ㆍ폐수를 유입하고, 유입된 오ㆍ폐수를 부패 침전하는 부패조를 가지며, 부패조의 상등수를 일시적으로 저장하는 유량조정조와 미생물을 활성시켜 처리수중의 유기물을 분해하는 폭기조와 폭기조에서 미생물에 의해 산화 분해된 슬러지(오니)를 침전하 는 침전조 및 여과조와 약품 또는 자외선 살균장치에 의해 살균 소독한 후 방류하는 소독조 및 방류조등의 처리공정을 통해 오ㆍ폐수를 처리하게 된다.

이와 같은 종래의 오ㆍ폐수 처리시설 또는 오ㆍ폐수 처리공정에 있어서는 처리수내의 부영양화의 원인이 되고 있는 인이나 질소를 처리 분해하는데 미흡한 점을 가지며, 폭기장치로부터 원활히 공기(산소)를 공급하지 못함으로 인해 처리시간이 길어지게 되며, 완벽히 오ㆍ폐수를 처리 하지 못하는 것을 볼 수 있다.

본 발명은 오ㆍ폐수의 처리에 있어서 빠른시간내에 오ㆍ폐수를 처리함과 동시에 오ㆍ폐수중의 질소나 인을 효과적으로 분해토록 하기 위해 안출된 것이다.

오ㆍ폐수중의 질소나 인을 처리하기 위해 종래 사용하는 방법으로는 물리화학적 처리방법과 생물학적 처리방법이 있다.

물리화학적 처리방법은 폐수중의 수소이온농도를 상승시키면서 공기를 주입하여 질소를 암모니아 상태로 발생시키는 방법과 이온 교환 물질을 사용한 선택적 흡착방법으로 질소를 처리하고 소석회등의 응집제를 사용하여 인을 침전 처리시키는 방법등이 있다.

그러나 이와 같은 방법으로는 소요약품 비용이 과다하게 소요되는 단점이 있다.

반면 생물학적 처리방법으로는 자연계에 존재하는 미생물, 즉 호기성, 염기성 및 기타 미생물을 이용하여 오ㆍ폐수를 산화 분해하여 처리하는 것으로, 다단계의 반응조, 즉 다단계의 생물학적 반응과정을 거쳐 오ㆍ폐수를 처리하게 된다.

본 발명은 오ㆍ폐수를 처리함에 있어서 생물학적 처리과정을 통해 처리하되 특히 오ㆍ폐수중의 질소와 인을 효과적으로 제거하는 수처리 방법 및 수처리 시스템을 제공토록 하는 것이다.

본 발명은 자연계에 존재하는 혐기성, 호기성 및 임의의 미생물에 의해 오ㆍ폐수를 산화 분해하는 생물학적 처리방법에 관한 것으로, 오ㆍ폐수의 처리시간 단축과 오ㆍ폐수중에 포함된 인이나 질소등의 부영양화 물질을 효율적으로 제거하는 수처리 시설 및 수처리 방법을 제공하기 위해 개발된 것이다.

본 발명은 침전분리조에서 고형 유기물을 침전 분리하며, 용존상태의 암모니아성 질소와 유기물 형태의 질소를 폭기조의 호기성 조건에서 호기성 미생물로 질산화 시키고, 질산염을 무산소 조건하에서 탈질하며, 인을 처리하는 방법으로는 오ㆍ폐수를 혐기성 조건상태와 호기성 조건상태로 교대로 유지시켜, 혐기성 조건하에서는 미생물로부터 인을 방출시키고 후속되는 호기성 조건에서는 인을 과잉 섭취하도록 한 다음 미생물을 일정량씩 제거하는 방식으로 인을 제거토록 하며, 오ㆍ폐수중의 질소나 인을 효율적으로 처리하며, 비용면에서도 저렴하게 오ㆍ폐수를 처리할수 있도록 한 것이다.

통상 오ㆍ폐수를 유입 부패시키는 침전분리조와 침전분리조의 중간수를 이송, 보관하는 유량조정조와 미생물로 유기물을 분해하는 폭기조와 미생물에 의해 분해된 유기물인 오니(슬러지)를 침전, 여과하는 침전조와 소독조 및 방류조등의 다단계 반응조로 오ㆍ폐수를 처리하는 생물학적 수처리 시스템에 있어서, 오ㆍ폐수를 유입하고 침전 분리하는 침전분리조(12)와 침전분리조(12)의 중간수를 임시로 저장하는 유량조정조(13)를 갖되, 상기 유량조정조(13)에는 처리수를 전방 폭기조인 제1폭기조(14)로 펌프(P1)를 이용 일정량으로 공급하며, 연이어지는 제2폭기조(15)와 무산소조(16)를 가지며, 무산소조(16) 후방에는 후방 폭기조로, 제3폭기조(17)와 제4폭기조(18)를 가지며, 그 후방으로 침전조(19)와 안정조(20)(3차처리조) 및 소독, 방류조(21)를 갖는 한편 상기 침전조(19)에는 슬러지 탈질조(22)로 연결되는 반송관(31)을 가지며, 상기 슬러지 탈질조(22)와 침전분리조(12)는 서로 연결되어지며, 상기 전방폭기조인 제1폭기조(14) 및 제2폭기조(15)와 후방폭기조인 제3폭기조(17)와 제4폭기조(18) 내측에는 그물망(41)으로 상,하로 구획하여 상방에는 접촉여재(42)를 적층, 매입하는 접촉여재 매입부(43)를 구성하며, 하방에는 슬러지가 적층되는 슬러지 적층부(44)로 형성하며, 접촉여재 매입부(43)에는 통상의 산기관(45)을 가지며, 슬러지 적층부(44)에는 역세척관(46)과 침전분리조(12)로 이어지는 반송관(47)을 가지며, 상기 무산소조(16)에는 제1폭기조(14)로 처리수를 펌프(P3)로 이송하는 이송관(32)을 가지며, 유량조절조(13)에는 무산소조(16)로 처리수를 펌프(P2)로 이송하는 처리수 이송관(33)을 연결 설치하는 구조를 갖도록 한 것이다.

상기에 있어서 유량조정조(13)에서 제1폭기조(14)로 처리수의 이송은 펌프(P1)로 항시 일정량으로 이송되도록 하며, 유량조절조(13)에서 무산소조(16)로 처리수의 이송은 펌프(P2)로, 무산소조(16)에서 제1폭기조(14) 펌프(P2)를 통해 간헐적으로 이송되도록 한 것이다.

도면중 미설명부호로 51은 기계실이며, 52는 폭기조의 산기관(45)으로 공기를 주입하는 공기공급관이며, 53은 폭기조의 역세척관(46)으로 공기를 주입하는 공기주입관이다.

이와 같은 구조를 갖는 본 발명으로 오ㆍ폐수를 처리하는 방법 및 처리과정을 살펴보면 다음과 같다.

침전분리조(12)로 유입된 오ㆍ폐수중에 포함된 고형 침전물을 제거한 처리수를 유량조정조(13)로 유입하고, 유량조정조(13)의 처리수를 전방폭기조인 제1, 제2폭기조로 유입하여 폭기조에서 처리수에 포함된 호기성 미생물을 증식, 처리수를 분해하며, 무산소조(16)로 이송하여 처리수중에 포함된 혐기성 미생물을 증식 분해하고 후방폭기조인 제3, 제4폭기조(17)(18)로 이송하여 처리수에 남는 유기물을 호기성 미생물로 분해토록 하며, 침전조(19)에서 혐기성 미생물로 처리수를 분해한 다음 안정조(20)로 이송하여 처리수에 잔존하는 유기물을 호기성 미생물로 분해한 다음 방류토록 하는 과정으로 오ㆍ폐수를 처리토록 하는 것이다.

상기에 있어서 제1, 제2, 제3, 제4폭기조(14)(15)(17)(18)를 접촉여재 매입부(43)와 슬러지 적층부(44) 상,하 2개부분으로 구획하며, 상방에 접촉여재(42)를 투입하며, 산기관(45)을 통해 폭기관 상부의 접촉여재에 공기를 공급하여 호기성 미생물이 증식되도록 하며, 폭기조 하방의 처리수에는 혐기성 미생물이 증식되도록 하므로써 폭기조 내측에서 혐기성 미생물 및 호기성 미생물이 공존되도록 한 것이다.

또한 상기에 있어서, 유량조정조(13)의 처리수 일부는 이송관(33) 및 펌프(P2)로 무산소조(16)로 이송하여 무산소조(16)에 유기물을 공급토록 한 것이다.

이와 같은 본 발명을 보다 구체적으로 살펴봄과 동시에 수처리과정을 단계별로 살펴보면 다음과 같다.

오ㆍ폐수를 침전분리조(12)로 유입하고 일정시간 방치하게 되면 바닥부위에는 고형의 침전물이 가라앉게 되며, 중간에는 처리수와 상방에는 부유물이 뜨게 된다.

침전분리조(12)는 유입되는 오ㆍ폐수 안처리시켜 1차 B0D, SS수치를 20~30% 낮추어주게 되며, 탈질화와 탈질산과정을 거쳐 질소가스를 배출하여 질소를 일부 제거하게 된다.

상기 침전분리조(12)의 중간수인 처리수를 이송관을 통해 유량조정조(13)를 이송 저장하게 되며, 처리수를 펌프(P1)로 항상 일정량으로 전방폭기조인 제1폭기조(14)와 제2폭기조(15)로 이송하게 된다.

상기 유량조정조(13)는 침전분리조(12)로 이송되는 처리수를 임시 보관 저장하는 역활이외에 예비 여과조 역활을 수행하여 처리수의 부분적인 혐기성 분해 진행시키게 된다.

또한 필요에 따라 침전분리조(12)와 유량조정조(13) 사이에 여과조를 설치할 수 있다.

유량조정조(13)을 통해 폭기조로 유입된 처리수는 처리수중의 유기물이 산소와 결합하여 질산화가 이루어지게 된다.

이를 화학식으로 표현하면 다음과 같다.

유기물 분해 : 유기물 + O₂ → CO₂ + H₂O

질산화 : NH₄ - N+2O₂ → NO-3 + H₂O + 2H⁺

인 과잉섭취 : PO₃ - 4 - P → POLY - P (에너지 흡수)

PHB 산화 : PHB + O₂ → CO₂ + H₂O (에너지 방출)

상기에 있어서, 제1폭기조(14) 및 제2폭기조(15)에서 질산화에 의해 질산성 질소가 생성된 후 무산소조(16)로 이송되어지며, 무산소조(16)에서 탈질반응으로 질소가 제거되어지게 된다.

상기 무산소조내에는 교반기를 장착하여 탈질반응을 가속하게 된다.

상기 무산소조(16)에서 탈질반응을 수행하는 탈질 미생물은 유기물을 필요로 하나, 전방 폭기조를 거치는 동안 유기물질이 거의 소모되었기 때문에 유량조정조(13)로부터 처리수를 펌프(P2)를 통해 간헐적으로 이송관(33)으로 공급하여 탈질화에 필요한 유기물(산)을 일부 유입하게 된다.

탈질반응 : 2 NO-3 + 유기산 → N₂(↑) + CO₂ + H₂O

무산소조(16)에 의해 탈질화된 처리수는 후방폭기조인 제3폭기조(17) 및 제4폭기조(18)로 이송되어 재차 호기성 미생물에 의해 처리수중의 인을 유기물에 흡수토록 하며, 침전조(19)에서 유기물을 침전시켜 분리하며, 침전조(19)의 침전 유기물은 반송관(31)을 통해 슬러지 탈질조(22)로 반송하게 되며, 슬러지 탈질조(22)에 서는 인이 농축된후 침전분리조(12)로 배출하게 된다.

상기 침전조(19)에 침전되는 침전 유기물은 아주 적은 양이 발생되므로 1년에 1~3회 시설물을 유지 보수할 때 침전물을 반송관(31)을 통해 슬러지 탈질조(22)로 이송하게 된다.

반면 침전조(19)의 상등수는 안정조(20)로 유입하여 처리수 중의 잔여 유기물을 산기관에 의해 산화 분해하며, 처리수 중의 인을 침전조(19)의 미생물이 흡수하여 인을 제거하게 된다.

상기 제1, 제2폭기조(14)(15) 및 제3, 제4폭기조(17)(18)등의 폭기조의 내부에는 그물망(41)으로 상,하 2개부분으로 구획하여, 상방에는 접촉여재(42)를 매입하는 접촉여재 매입부(43)를 하방에는 슬러지 적층부(44)를 구성한다. 상방의 접촉여재 매입부(43)에는 공기를 분사하는 통상의 산기관(45)을 가지며, 하방의 슬러지 적층부(44)에는 슬러지를 반송관(47)을 통해 침전분리조(12)로 침전물을 이송하게 되며, 하방의 슬러지 적층부(44)에는 역세척관(46)이 설치되어 바닥에 쌓이는 충진물인 슬러지를 청소하게 된다.

상기 제1, 제2, 제3, 제4폭기조(14)(15)(17)(18) 내측에 충진하는 접촉여재는 호기성 미생물이 부착되어 증식하게 되며, 접촉여재(42) 사이사이로 산기관(45)에 의해 용해되는 산소가 골고루 전달되게 물의 이동이 자유로운 소재를 충진하게 된다.

따라서 접촉여재로는 소형 폐 플라스틱용기나 폐 섬유, 부직포, 폐비닐 등의 소재로 된 접촉여재(42)를 충진하게 된다.

이와 같이 전,후방 폭기조 즉, 제1, 제2폭기조(14)(15)와 제3, 제4폭기조(17)(18)는 가운데 그물망(41)을 중심으로 상,하 2개부분으로 분리되도록하며, 폭기조는 상방에는 산기관(45)에 의해 공기(산소)가 공급되어 호기성 미생물의 중심이 왕성하게 되며, 하방에는 혐기성 미생물이 발생 증식하게 된다.

즉, 하나의 폭기조 내측의 상방에는 호기성 미생물이 처리수의 유기물을 분해 질산화과정을 수행하게 되며, 폭기조 하방에서는 혐기성 미생물의 증식으로 인을 흡수한 유기물이 침전되어지게 되며, 침전물은 반송관(31)을 통해 탈질조(22)로 이송되어 인을 제거하는 과정을 수행하게 된다.

또한 폭기조 하방에 설치하는 역세척관(46)에 의해 수시로 바닥에 쌓인 충진물인 슬러지와 그물망(41) 상방의 접촉여재(42) 표면에 부착된 유기물을 청소하게 된다.

이와 같이 무산소조(16)를 제1, 제2폭기조(14)(15)와 후방에는 제3, 제4폭기조(17)(18)사이에 설치하여 유기물을 호기성, 혐기성 미생물로 반복 처리하여 우수한 처리능력을 갖게 되며, 소독 방류조(21)에서 염소등의 약품소독장치 또는 자외선 살균장치를 거쳐 완벽히 처리된 처리수를 방류하게 되는 것이다.

본 발명은 오ㆍ폐수를 미생물의 산화 분해과정을 통한 생물학적 처리방법으로 2차 공해요소로 작용될 수 있는 화학첨가제 또는 첨가물의 사용없이 자연계의 자정능력과 같이 오ㆍ폐수를 처리함으로 말미암아 처리비용이 저렴하게 된다.

또한 본 발명은 산소를 필요로 하는 호기성 미생물과 산소를 필요로 하지 않 는 혐기성 미생물의 증식을 조건을 최상으로 하여 처리시간단축 및 처리효율이 증대되어지게 되며, 처리용량에 비해 그 설비가 적어 저가격으로 시설물을 구축할 수 있는 효과를 갖게 된다.

특히 본 발명은 폭기조 내측에 상방에는 호기성 미생물을 하방에는 혐기성 미생물이 주로 작용하는 환경을 조성하여 하나의 반응조, 즉 폭기조 내측에서 혐기성 및 호기성 미생물을 공존시켜 전 미생물의 상호작용에 의해 처리를 촉진하여 자연계의 자정 원리에 의한 오수처리방법을 구현하게 되며, 이로인해 완벽하게 오ㆍ폐수를 처리할 수 있게 되는 아주 유용한 발명인 것이다.

Claims (5)

1. 통상 오ㆍ폐수를 유입 부패시키는 침전분리조와 침전분리조의 중간수를 이송, 보관하는 유량조정조와 미생물로 유기물을 분해하는 폭기조와 미생물에 의해 분해된 유기물인 오니(슬러지)를 침전, 여과하는 침전조와 소독조 및 방류조등의 다단계 반응조로 오ㆍ폐수를 처리하는 생물학적 수처리 시스템에 있어서, 오ㆍ폐수를 유입하고 침전 분리하는 침전분리조(12)와 침전분리조(12)의 중간수를 임시로 저장하는 유량조정조(13)를 갖되, 상기 유량조정조(13)에는 처리수를 전방 폭기조인 제1폭기조(14)로 펌프(P1)를 이용 일정량으로 공급하며, 연이어지는 제2폭기조(15)와 무산소조(16)를 가지며, 무산소조(16) 후방에는 후방 폭기조로, 제3폭기조(17)와 제4폭기조(18)를 가지며, 그 후방으로 침전조(19)와 안정조(20)(재폭기조) 및 소독, 방류조(21)를 갖는 한편 상기 침전조(19)에는 슬러지 탈질조(22)로 연결되는 반송관(31)과 연결되며, 상기 슬러지 탈질조(22)와 침전분리조(12)는 서로 연결되어지며, 상기 전방폭기조인 제1폭기조(14) 및 제2폭기조(15)와 후방폭기조인 제3폭기조(17)와 제4폭기조(18) 내측에는 그물망(41)으로 상,하로 구획하여 상방에는 접촉여재(42)를 적층, 매입하는 접촉여재 매입부(43)를 구성하며, 하방에는 슬러지가 적층되는 슬러지 적층부(44)로 형성하며, 접촉여재 매입부(43)에는 통상의 산기관(45)을 가지며, 슬러지 적층부(44)에는 역세척관(46)과 침전분리조(12)로 이어지는 반송관(47)을 가지며, 상기 무산소조(16)에는 제1폭기조(14)로 처리수를 펌프(P3)로 이송하는 이송관(32)을 가지며, 유량조절조(13)에는 무산소조(16)로 처리수를 펌프(P2)로 이송하는 처리수 이송관(33)을 연결되는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 오ㆍ폐수 고도 처리시스템.
2. 제1항에 있어서, 유량조정조(13)에서 제1폭기조(14)로 처리수의 이송은 펌프(P1)로 항시 일정량으로 이송되도록 하며, 유량조절조(13)에서 무산소조(16)로 처리수의 이송은 펌프(P2)로, 무산소조(16)의 처리수는 펌프(P3)로 간헐적으로 이송되도록 하는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 오ㆍ폐수 고도 처리시스템.
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