KR100814777B1 - 침전 성능이 향상된 침전조를 구비한 상수 및 하폐수 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상수 및 하/폐수 등을 처리하기 위한 수처리 장치에서 반응조를 통과한 처리수가 체류되는 동안 그로부터 부유물질을 침전시켜 제거하는 침전조에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 미생물이 자라는 고정상 접촉여재(미생물이 부착 증식되는 생물막여재)를 침전조 내부에 설치하여, 중력에 의한 침전 기능과 더불어 상기 여재에 부착 증식되는 미생물에 의한 흡착, 여과, 분해 기능을 가지도록 구성한 고효율 침전조에 관한 것이다. 이러한 본 발명의 침전조에서는 사란 록과 같은 표면적을 극대화시킨 고정상 접촉여재가 설치되면서 침전 효율의 극대화, 필터 효과 및 침전조의 크기 최소화가 가능해지고, 결국 침전조가 차지하는 부지 면적의 최소화가 가능해지며, 빠른 시간 내에 부유물질을 제거할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

침전조, 접촉여재, 사란 록, 침전 성능 향상

Description

침전 성능이 향상된 침전조를 구비한 상수 및 하폐수 처리장치{ Agitator equipment for water and waste water and with an enhanced sedimentation tank}

도 1은 본 발명에 따른 침전조를 적용하여 구성한 수처리 장치의 개략도이다.

도 2는 본 발명의 성능 확인을 위하여 실험기간 동안 제1폭기조, 제2폭기조 및 사란 록을 설치한 침전조 내 SS 농도 변화를 각 운전조건에 따라 측정하여 나타낸 비교도이다.

도 3은 본 발명의 성능 확인을 위한 실험에서 각 운전조건에 따른 제1폭기조 및 제2폭기조 내 평균 SS 농도를 측정하여 나타낸 비교도이다.

도 4는 본 발명에서와 같이 침전조 내에 접촉여재인 사란 록을 설치한 상태와 종래와 같이 사란 록을 설치하지 않은 상태에서 평균 TSS 농도를 측정하여 나타낸 비교도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 수처리 장치 110 : 반응조

111 : 제1구획벽 111a : 통공

112 : 제1폭기조 113 : 제2폭기조

114, 115 : 생물막담체 116 : 유입구

117 : 제2구획벽 118 : 디퓨저

120 : 침전조 121 : 접촉여재

122 : 위어 123 : 유출구

124 : 슬러지 배출구

본 발명은 침전조에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 상수 및 하/폐수 등을 처리하기 위한 수처리 장치에서 반응조를 통과한 처리수가 체류되는 동안 그로부터 부유물질을 침전시켜 제거하는 침전조에 관한 것이다.

통상으로 상수 처리 및 생물학적 하/폐수 처리 장치는 크게 응집 반응조 또는 생물학적 반응조와, 이로부터 나오는 부유물질(suspended solid)을 분리하는 침전조로 구성되어 있다.

그리고, 상수 및 하/폐수 처리 장치의 침전조에서는 부유물질을 제거할 때 중력에 의하여 침강 제거하며, 이때 침전조의 효율은 처리 시스템에 있어서 아주 중요한 역할을 한다.

종래의 침전조는 단지 부유물질이 중력에 의하여 침전할 수 있도록 충분한 체류시간을 주어 서서히 부유물질이 침전할 수 있도록 설계되었으며, 일반적인 하/ 폐수 처리에 있어서의 체류시간은 6시간이다.

그러나, 종래에는 생물학적 하/폐수 처리 과정에서 슬러지(sludge)의 팽화(bulking) 등으로 인하여 슬러지가 침전되지 못하고 침전조 밖으로 유출되기도 하였으며, 체류시간이 길기 때문에 침전조의 사이즈 또한 매우 컸다. 또한 부유물질의 밀도가 물과 비슷하면 부유물질이 침강되지 못하고 밖으로 유출될 수 있고, 이 때문에 침전조의 사이즈는 커져야 한다.

이를 보완하기 위해 침전조 대신에 멤브레인(membrane)을 설치하여 반응조로부터 나오는 부유물질을 제거하고 멤브레인을 통과한 깨끗한 물을 밖으로 배출하는 시스템이 개발된 바 있다.

그런데, 이러한 멤브레인 시스템은 유출수의 수질이 좋고 적은 면적을 차지한다는 장점을 가지나 전기의 힘으로 하/폐수를 순환시켜 멤브레인을 통과하게 하여야 하므로 운전비가 많이 드는 단점을 가지고 있다.

또한 강제적으로 하/폐수를 밀어서 부유물질을 제거하게 되므로 멤브레인의 막힘 현상이 발생할 수 있고, 이러한 멤브레인의 막힘 현상으로 인하여 장시간의 운전이 어려운 것은 물론 어느 정도의 시간이 경과되면 제생을 하여야 한다는 단점이 있다.

그리고, 또 다른 종래의 기술로서, 공개특허 제1998-001860호(1998.3.30)에는 침전조에 경사판을 두어 유효 침전면적을 증가시키고 침전길이를 축소시켜 단시간 동안에 중력에 의한 침전이 쉽게 일어나도록 함으로써, 기존 침전조의 용적을 줄일 수 있고 고형물 부하량을 증가시킬 수 있는 경사형 침전 및 분리 장치가 개시 되어 있다.

개시된 바에 따르면, 상기 경사형 침전 및 분리 장치는 폭기조로부터 폐수가 유입되는 유입구와 유출구를 구비하고 있으면서 소정의 각도로 경사지게 구성된 침전조와, 상기 침전조의 하부에 설치되는 교반기와, 상기 침전조의 상부 내측에 위치하도록 설치되는 격막을 포함하여 구성된다.

여기서, 침전조 내부에는 하나 이상의 경사판이 구비되고, 이 경사판의 경사각은 슬러지 침강 계수(SVI)에 따라 45°내지 55°로 하고 있다.

그러나, 상기와 같은 경사형 침전 및 분리 장치에서는 경사판을 침전조 내부에 많이 설치하여야 그 효과를 볼 수 있기 때문에 비용이 많이 드는 문제점이 있으며, 경사판을 많이 설치하더라도 경사판의 표면적은 그다지 크지 않으므로 생물학적 제거 및 필터링에 의한 부유물질의 제거는 크지 않다.

이에 본 발명의 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 연구노력한 결과, 미생물이 자라는 고정상 접촉여재(미생물이 부착 증식되는 생물막여재, 예로서 사란 록 등)를 내부에 설치하여 구성된 침전조를 개발하여 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명은 침전 효율의 극대화와 크기 최소화가 가능하고, 빠른 시간 내에 부유물질을 제거할 수 있는 침전조를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 상수 및 하/폐수 등을 처리하기 위한 수처리 장치에서 반응조를 통과한 처리수가 체류되는 동안 그로부터 부유물질을 침전시켜 제거하는 침전조에 있어서, 상기 처리수가 체류하는 내부공간에 미세 공극을 가진 여과부재로서 미생물이 부착 증식된 접촉여재가 추가로 설치되어, 미생물에 의한 처리수 내 파티클의 흡착, 여과, 분해가 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 하는 침전 성능이 향상된 침전조를 제공한다.

여기서, 상기 접촉여재는 처리수의 흐름과 직각방향으로 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 접촉여재는 섬유로 제작된 부직포 판 부재인 사란 록(Saran Lock) 생물막여재인 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 미생물이 부착 증식되는 접촉여재를 구비하여 침전 성능을 향상시킨 침전조에 관한 것으로서, 미생물이 자라는 고정상 접촉여재(미생물이 부착 증식되는 생물막여재, 예로서 사란 록 등)를 내부에 설치하여, 중력에 의한 침전 기능과 더불어 상기 여재에 부착 증식되는 미생물에 의한 흡착, 여과, 분해 기능을 가지도록 구성한 고효율 침전조에 관한 것이다.

본 발명의 침전조에서는 접촉여재에 붙어 있는 끈적한 특징을 가지는 미생물 들이 비중이 작은 파티클을 잡아 제거하는 효과를 얻을 수 있으며, 이러한 본 발명에 의하여 부유물질(미생물 등)의 밀도가 낮더라도 밖으로 유출됨이 없이 보다 제거될 수 있는 효과가 제공될 수 있다.

특히, 본 발명의 침전조에서는 접촉여재가 설치됨으로써 침전 효율의 극대화와 크기 최소화가 가능해질 뿐만 아니라 빠른 시간 내에 부유물질을 제거할 수 있다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 침전조를 적용하여 구성한 수처리 장치의 개략도로써, 반응조(호기성조; 110)와 침전조(120)로 구성된 수처리 장치(100)가 도시되고 있다.

이에 도시된 바와 같이, 반응조(110)는 제1구획벽(111)에 의해 구획된 두 개의 폭기조(112, 113)로 구성되며, 각 폭기조(112, 113) 내부의 생물막담체(filamentous carrier; 114, 115)로서 나일론과 프로필렌으로 만들어진 로프형 고정상 접촉재가 설치된다.

상기 두 폭기조(112, 113)는 동일한 용적으로 구획될 수 있으며, 이하 전측의 폭기조(112)를 제1폭기조(Reactor-1), 후측의 폭기조(113)를 제2폭기조(Reactor-2)라 칭하기로 한다.

상기 제1폭기조(112)의 일측에는 처리될 원수가 유입되는 유입구(116)가 구비되어 있으며, 또한 상기 제1폭기조(112)와 제2폭기조(113)는 이들을 구획하고 있는 제1구획벽(111)의 일측에 형성된 통공(111a)을 통해 상호 연결된 구조로 되어 있다.

이에 따라, 상기 유입구(116)를 통해 유입된 원수가 제1폭기조(112)를 통과한 뒤 제2폭기조(113)로 유입되도록 되어 있으며, 제2폭기조(113)를 통과한 물은 제2구획벽(117)에 의해 구획된 침전조(120)로 유입되게 된다.

또한, 상기 제1폭기조(112)와 제2폭기조(113) 내에 용존산소가 주입될 수 있도록 제1폭기조와 제2폭기조의 내부공간 하부에는 에어 컴프레서(air compressor; 도시하지 않음)와 연결된 디퓨저(diffuser; 118)가 설치되는데, 상기 디퓨저(118)는 미세공이 형성된 관 구조로 구비되어 두 폭기조(112, 113)에 걸쳐 길게 설치된다.

한편, 본 발명의 침전조(120) 내부에는 미생물이 붙어 자랄 수 있는 표면적이 극대화된 접촉여재(121)가 설치된다.

이와 같이 본 발명의 침전조(120)는, 일반적인 침전조의 구성에, 미세 공극을 가진 여과부재로써 미생물이 부착 증식되는 접촉여재(121)를 추가로 설치하여 구성되는데, 상기 접촉여재(121)로는 섬유로 제작된 부직포 판 부재의 일종으로써 0.5 ~ 10mm 간격의 여과(필터링) 효과가 있는 사란 록(Saran Lock) 생물막여재가 사용될 수 있다.

본 발명의 침전조는 개울가의 물이 돌에 붙어 있는 이끼나 미생물에 의해 생물학적으로 또는 물리적으로 제거되어 깨끗이 되는 현상에서 착안하여 발명한 것으로, 기존 침전조의 문제점을 해소하기 위하여 침전조(120) 내부에 표면적이 넓은 접촉여재(121)를 넣어 침전조의 효율을 극대화하였으며, 이를 통해 침전조의 크기를 최소화할 수 있도록 하면서 빠른 시간 내에 부유물질을 제거할 수 있도록 하였 다.

특히, 본 발명의 침전조(120)는 미생물이 부착 증식되는 접촉여재(121)가 설치됨으로써, 침전조 본래의 기능인 중력에 의한 침전 기능과 더불어, 접촉여재에 붙어 있는 끈적끈적한 미생물들이 비중이 작은 파티클을 잡아 제거하는 등 미생물에 의한 처리수 내 파티클의 흡착, 여과, 분해 기능을 가지게 된다.

상기 접촉여재(121)는 침전조(120) 내에서 느린 물의 흐름에 의한 여과(필터링) 효과를 얻어야 하기 때문에 도 1에 도시된 바와 같이 물의 흐름과 직각방향으로 설치한다.

상기 접촉여재(121)에는 전 공정에서 유입된 유기물에 의해 미생물이 붙어 자라게 되며, 상기 접촉여재(121)에서 시간이 지남에 따라 점차적으로 공극은 적어지게 되나 완전히 막히는 현상은 발생하지 않는다.

이와 같이 제1 및 제2폭기조(112,113)를 통과한 뒤 침전조(120)로 유입된 물은 접촉여재(121)에 붙어있는 미생물에 의해 다시 유기물이 재처리되고, 이때 아주 높은 표면적을 가지는 접촉여재(121)는 중력에 의한 침전에도 큰 역할을 하게 된다.

도 1에서 도면부호 122는 위어(weir)를 나타낸다.

그리고, 침전조(120)의 후단 벽 일측에는 처리된 물이 배출되는 유출구(123)가 형성 구비되고, 침전조(120)의 하단부에는 슬러지를 배출하기 위한 슬러지 배출구(124)가 형성 구비된다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하겠는 바, 다음 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시예

반응조(110)를 도 1에 도시된 바와 같이 제1 및 제2폭기조(112, 113)의 두 부분으로 구성하였고, 각 폭기조(112, 113)의 용적을 4L로 하였다.

상기 각 폭기조(112, 113) 내 생물막담체(114, 115)로는 나일론과 프로필렌으로 만들어진 로프형 고정상 접촉재(HYUSUNG BCPLUS, 효성 티엔씨)를 사용하였으며, 이 접촉재의 표면적은 1.0㎡/m로, 충전비(packing ratio)는 13.5%로 하였다.

침전조(120)는 용적 0.82L의 장방형으로 구성하였고, 침전조에서 중력 침강에 의한 미생물의 제거 외에 미생물을 물리적으로 여과할 수 있도록, 침전조(120) 내부에는 미생물이 부착 증식되는 접촉여재(121)로서 사란 록(Saran Lock)을 설치하였는 바, 충전비(packing ratio)는 17%이다.

그리고, 상기 폭기조(112, 113)에서 담체(114, 115)에 붙어있는 미생물에 의한 유기물 및 질소의 제거와 동시에 침전조(120)에서 접촉부재(121), 즉 사란 록에 의한 침전 효율의 향상을 알아보기 위한 실험을 수행하였다.

이때, 유입원수의 성상은 ThCOD 281mg/l, NH₄ ⁺-N 48.4mg/l로 고정한 상태로 유입유량을 하기 표 1의 세 가지 운전조건, 즉 ‘RUN 1', ‘RUN 2', ‘RUN 3'과 같이 달리하여 유기물 부하량(organic loading rate), 질소 부하량(nitrogen loading rate) 및 폭기조(112, 113)와 침전조(120)의 HRT(Hydraulic Retention Time)를 변화시켜 실험하였다.

미생물의 식종을 위해 광주 하수종말 처리장의 반송 슬러지를 채취한 뒤 합성폐수로 일주일 간 배양하여, 미생물이 합성폐수에 어느 정도 적응된 상태로 담체에 부착 형성시켰으며, 담체에 균일하게 부착된 날로부터 분석을 시작하였다.

합성폐수는 탄소원으로 글루코오스(glucose)를, 질소원으로 NH₄Cl, (NH₄)₂SO₄를 사용하였고 매일 합성폐수를 조제하여 넣어주었다.

각 폭기조(112, 113) 내 용존산소는 에어 컴프레서를 사용하여 폭기조 하부에 설치된 디퓨저(118)를 통해 폭기하였고, DO농도를 4mg/l이상을 유지하였으며, 온도는 20±1℃로 유지하였다.

본 실험의 측정항목은 유입수, 제1폭기조(Reactor-1; 112), 제2폭기조(Reactor-2; 113), 유출수에 대한 TOC, MLSS 등이었고, 측정방법은 표준방법(Standard Method)에 준하여 실험하였다.

첨부한 도 2는 실험기간 동안 제1폭기조(112), 제2폭기조(113) 및 접촉여재(121)인 사란 록을 설치한 침전조(120) 내 SS 농도 변화를 각 운전조건에 따라 측정하여 나타낸 비교 도면이고, 도 3은 각 운전조건에 따른 제1폭기조(112) 및 제2폭기조(113) 내 평균 SS 농도를 측정하여 나타낸 비교 도면이고, 도 4는 본 발명에서와 같이 침전조(120) 내에 접촉여재(121)인 사란 록을 설치한 상태와 종래와 같이 사란 록을 설치하지 않은 상태에서 평균 TSS 농도를 측정하여 나타낸 비교 도면이다.

본 실험으로부터 다음과 같은 결과를 얻었다.

(1) 운전기간 중 STOC의 제거 효율은 유기물 부하량에 관계없이 90 ~ 97%의 안정적인 제거 효율을 보여 주었으며, STOC의 대부분이 제1폭기조(Reactor-1; 112)에서 제거되었다.

(2) 도 2에 나타낸 바와 같이 제1폭기조(112)와 제2폭기조(Reactor-2; 113)에서의 평균 SS농도는 ‘RUN 1' 운전조건 및 ‘RUN 2' 운전조건에서는 제1폭기조(112)와 제2폭기조(113)가 비슷하였으나 ‘RUN 3' 운전조건에서는 제2폭기조(112)보다 제1폭기조(113)에서 높은 농도를 보였다.

(3) 도 3에 나타낸 바와 같이, ‘RUN 1'의 경우에 침전조(120)의 HRT가 1.5hr로서 침전조에 접촉여재(121)인 사란 록(Saran Lock)을 넣은 것과 넣지 않은 것과는 처리 효율이 그다지 큰 차이를 보이지 않으나, ‘RUN 2', ‘RUN 3'의 경우에는 침전조(120)의 HRT가 각각 1hr, 0.68hr로서 접촉여재(121)인 사란 록을 넣었을 때 물리적인 여과 및 침전에 의해 넣지 않았을 때에 비해 평균 40 ~ 50% 더 제거됨을 알 수 있었다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 미생물이 자라는 고정상 접촉여재(미생물이 부착 증식되는 생물막여재, 예로서 사란 록 등)가 내부에 설치되면서 중력에 의한 침전 기능과 더불어 상기 여재에 부착 증식되는 미생물에 의한 흡착, 여과, 분해 기능을 가지는 침전조를 제공할 수 있게 된다. 즉, 사란 록과 같은 표면적을 극대화시킨 고정상 접촉여재를 통하여 중력에 의한 부유물질의 제거는 물론 여과에 의한 제거, 접촉여재에 붙어 자라는 미생물에 의한 제거를 동시에 도모할 수 있다.

그리고, 접촉여재에 붙어 있는 끈적한 특징을 가지는 미생물들이 비중이 작은 파티클을 잡아 제거하는 효과를 얻을 수 있으며, 이러한 본 발명에 의하여 부유 물질(미생물 등)의 밀도가 낮더라도 밖으로 유출됨이 없이 보다 제거될 수 있는 효과가 제공될 수 있다.

특히, 본 발명의 침전조에서는 사란 록과 같은 표면적을 극대화시킨 고정상 접촉여재가 설치되면서 침전 효율의 극대화 및 침전조의 크기 최소화가 가능해지고, 결국 침전조가 차지하는 부지 면적의 최소화가 가능해지며, 빠른 시간 내에 부유물질을 제거할 수 있는 장점이 있게 된다. 부유물질의 제거 효율은 접촉여재를 설치하지 않은 것에 비하여 40 ~ 50% 정도 향상될 수 있음을 확인하였다.

상술한 바와 같이 짧은 수리학적 체류시간 안에 부유물질을 제거할 수 있고, 고효율이므로 크기가 작아도 되며, 중력에 의한 침전 외에 접촉여재에 붙어 있는 미생물에 의해 일부 유기물의 분해가 일어나므로, 본 발명의 침전조는 수질 및 유량 변동이 심한 중소규모의 상/하/폐수 처리 장치의 침전조로 유용하게 적용될 수 있다.

Claims (5)

1. 일측에 통공이 형성된 제1구획벽에 의해 상호 연통되도록 구획된 제1 및 제2폭기조와, 상기 제1 및 제2 폭기조의 내부에 각각 설치된 생물막담체와, 제1 및 제2 폭기조의 내부 공간 하부에 길게 설치되고 상기 제1 및 제2 폭기조 내에 용존산소가 주입될 수 있도록 에어 컴퓨레서 연결된 디퓨저를 포함한 반응조와,

   상기 반응조를 통과한 처리수가 체류하는 내부공간으로 미세 공극을 가진 여과부재로서 미생물이 부착 증식되도록 처리수의 흐름과 직각방향으로 접촉여재가 설치되어 미생물에 의한 처리수 내 파티클의 흡착, 여과, 분해가 이루어지는 침전조를 구비하되,

   상기 접촉여재는 섬유로 제작된 부직포 판 부재인 사란 록(Saran Lock) 생물 막여재인 것을 특징으로 하는 침전 성능이 향상된 침전조를 구비한 상수 및 하폐수 처리장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 생물막담체는 나일론과 프로필렌으로 만들어진 로프형 고정상 접촉재인 것을 특징으로 하는 침전 성능이 향상된 침전조를 구비한 상수 및 하폐수 처리장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 침전조의 상부에는 처리된 물이 배출되는 유출구가 형성되고, 그 하부에는 슬러지를 배출하기 위한 슬러지 배출구가 형성된 것을 특징으로 하는 침전 성능이 향상된 침전조를 구비한 상수 및 하폐수 처리장치.

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