KR20180043689A - 재활용 플라스틱을 생물막 여재로 이용한 접촉산화법 친환경 수처리시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라스틱을 생물막 여재로 이용한 접촉산화법 친환경 수처리시스템에 관한 것으로, 유입 하수 중에서 협잡물이나 침사물 등의 이물질을 걸러주는 스크린부(2); 상기 하수를 교반하는 동시에 유출시켜, 상기 하수의 부패를 방지하면서 유량을 조정하는 유량조정부(3); 상기 하수 중의 유기물을 혐기성 분해하는 혐기처리부(4); 상기 하수 중의 유기물을 미생물에 의해 산화 및 분해시켜 처리하는 폭기부(5); 상기 하수에 함유된 슬러지를 상기 혐기처리부(4)로 반송하기 전에 상기 슬러지의 높은 용존산소를 저감시키는 용존산소 저감부(6); 상기 하수를 안정화시켜, 슬러지를 침전시킨 후, 침전된 상기 슬러지를 슬러지저류조(9)로 이송시키는 고액분리부(7); 및 상기 고액분리부(7)에서 채취한 상등수를 처리수로서 방류시키는 방류부(8);를 포함하여 이루어지되, 상기 폭기부(5)는, 상기 하수에 잠기도록 내부에 충진되는 플라스틱 여재(53); 및 상기 여재(53)가 잠긴 상기 하수를 순환시키도록 주기적으로 공기를 분사함으로써 상기 하수를 혐기 또는 호기 조건으로 교호시키는 순환장치(54);를 포함하는 것을 특징으로 하며, 재활용 플라스틱 및 용기를 여재로 활용함으로써 용존 산소(DO)의 농도 및 수질변화에 따른 호기성 미생물과 무산소 혹은 혐기성 미생물이 모두 공존할 수 있는 환경을 만들어, 미생물에 의한 하수 고도처리 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
Description
본 발명은 플라스틱을 생물막 여재로 이용한 접촉산화법 친환경 수처리시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 재활용 플라스틱 및 용기를 각 접촉폭기조(UFM) 내에 충진하여 미생물이 여재 표면에 부착, 성장하도록 하고, 각 접촉폭기조 내의 미생물과 하수 및 산소의 접촉이 원활히 되도록 간헐적으로 공급되는 공기에 의한 수류(상향류) 작용으로 하수를 순환시킴으로써, 여재 내외 표면에 생성된 미생물 막에서 생물학적 작용에 의하여 하수 중의 유기물과 부영양화 원인 물질인 질소, 인을 제거할 수 있도록 한 플라스틱을 생물막 여재로 이용한 접촉산화법 친환경 수처리시스템에 관한 것이다.
상수원 보호구역이 확대되고, 고층건물의 중수도 시설이 의무화됨에 따라 점차 국내에서도 하수처리시설에 대한 고도처리 시설의 수요가 증가되고 있는 반면, 현재 국내 적용된 기존의 생물막법은 접촉조 앞부분에서의 접촉제 막힘 현상과 빈약한 생물학적 산화기능, 생물막에 원활한 공기 공급이 어려운 점, 슬러지 배출이 곤란한 점 등 많은 문제점을 안고 있다.
또한, 종래의 하수 고도처리 시설은 전반적으로 운전이 난해하며, 질소, 인의 제거를 위한 고도처리의 효율을 향상시키기 위하여 필요한 내부반송이나 슬러지 반송과 같은 운전조작이 쉽지 않기 때문에 공정 개선 등의 유연성이 떨어지는 단점을 가지고 있다.
뿐만 아니라, 종래의 하수 고도처리 시설은 생물학적 처리공정에 있어서 질소, 인등의 영양물질 제거를 위한 유입수와 미생물의 접촉과, 용존산소 제어에 대하여 미비한 점이 많았다. 이에 생물학적 처리에 있어서 보다 효율적인 접촉방식의 구현을 통해 하수의 처리시간을 현저하게 단축시키고, 처리효율을 현격하게 향상시키도록 하기 위한 기술의 개발이 요구되고 있다.
한편, 종래의 하수 처리장치는 도 1에 도면부호 100으로 도시된 복합여상과 접촉폭기실을 조합한 오폐수 탈질, 탈인 시스템(등록실용신안 제20-0375497호)에서와 같이, 유량조정실(101)과 복합여상(102)을 유량조정관계로 연결하고, 복합여상(102)과 접촉폭기실(103)을 덕트계(112)로 연결하고 있으므로, 유량조정실(101)로부터 접촉폭기실(103)로 유입되는 하수의 양이 급격히 변동될 때, 접촉폭기실(103)에 걸리는 하수처리 부하 또한 급변하므로, 접촉폭기실(103)의 하수처리 능력이 일정한 효율로 유지될 수 없고, 따라서 처리 효율이 저하되는 문제점도 있었다.
본 발명은 위와 같은 종래의 하수처리 시스템이 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 재활용 플라스틱 및 용기를 생물막의 여재로 활용하여 생물막의 접촉면적을 극대화하고, 접촉폭기조 내의 하수를 수류 작용으로 순환시킴으로써, 하수 고도처리공법을 고효율, 저비용화하고, 유지관리가 용이하며, 가격 경쟁력의 확보를 통해 하수 고도처리시설의 안정적인 수질관리가 가능하고, 가격경쟁력을 확보할 수 있는 플라스틱을 생물막 여재로 이용한 접촉산화법 친환경 수처리시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 유입 하수 중에서 협잡물이나 침사물 등의 이물질을 걸러주는 스크린부; 상기 스크린부를 통과한 상기 하수를 교반하는 동시에 유출시켜, 상기 하수의 부패를 방지하면서 유량을 조정하는 유량조정부; 상기 유량조정부에서 유량이 조정된 상태로 유입되는 상기 하수 중의 유기물을 혐기성 분해하는 혐기처리부; 상기 혐기처리부에서 유기물이 혐기성 분해된 상기 하수 중의 유기물을 미생물에 의해 산화 및 분해시켜 처리하는 폭기부; 상기 폭기부에서 정화 처리된 상기 하수에 함유된 슬러지를 상기 혐기처리부로 반송하기 전에 상기 슬러지의 높은 용존산소를 저감시키는 용존산소 저감부; 상기 폭기부에서 정화 처리된 상기 하수를 안정화시켜, 슬러지를 침전시킨 후, 침전된 상기 슬러지를 슬러지저류조로 이송시키는 고액분리부; 및 상기 고액분리부에서 채취한 상등수를 처리수로서 방류시키는 방류부;를 포함하여 이루어지되, 상기 폭기부는, 상기 하수에 잠기도록 내부에 충진되는 플라스틱 여재; 및 상기 여재가 잠긴 상기 하수를 순환시키도록 주기적으로 공기를 분사함으로써 상기 하수를 혐기 또는 호기 조건으로 교호시키는 순환장치;를 포함하는 플라스틱을 생물막 여재로 이용한 접촉산화법 친환경 수처리시스템을 제공한다.
또한, 상기 혐기처리부는, 상기 유량조정부에서 유입된 상기 하수 중의 유기물이 메탄(CH4)을 생성하도록, 저분자 유기탄소원을 생성하도록, 그리고 혐기 상태에서 인(P)을 방출하도록 유도하는 혐기성조; 및 상기 하수 중의 유기탄소원을 이용하여 성장하는 탈질미생물에 의해 질산성질소(NO3-N)를 분해하는 무산소조;를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 무산소조는 제1 슬러지 반송관로를 통해 상기 용존산소 저감부와 연결되어, 상기 용존산소 저감부에서 질산화 반응에 의해 생성된 질산성 질소를 반송 받아 탈질미생물에 의해 질소(N2) 기체로 환원시킴으로써 제거하도록 되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 폭기부는, 상기 순환장치의 공기 분사에 의해 바닥에서부터 상향류를 만들어 하수를 순환시킴으로써, 내부를 호기조건으로 유지하는 폭기조; 및 상기 순환장치의 공기 분사에 의해 만들어진 수류를 수면 위로 유도하여 수면을 향해 분출시킴으로써, 하수 일부를 호기조건으로, 나머지 일부를 혐기조건으로 서로 다르게 유지시키는 접촉폭기조;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 접촉폭기조는, 상기 여재의 하측에 설치되어 공기를 분사함으로써, 과잉 생성된 잉여슬러지를 아래로 탈리시키는 잉여슬러지 탈리장치; 및 상기 잉여슬러지 탈리장치에 의해 탈리된 상기 잉여슬러지를 상기 슬러지저류조로 반송하는 잉여슬러지 반송장치;를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 고액분리부는 상기 폭기부에서 정화 처리된 상기 하수를 안정화시켜, 침전된 상기 슬러지를 상기 혐기성조로 반송하여 재순환시키도록 되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 플라스틱을 생물막 여재로 이용한 접촉산화법 친환경 수처리시스템에 따르면, 재활용 플라스틱 및 용기를 여재로 활용함으로써 여재의 비표면적과 부유물질(SS)에 대한 포착성을 향상시킬 수 있고, 재활용 플라스틱 및 용기를 불규칙적으로 충진함으로써 산소공급이 불규칙적으로 이루어져서 용존 산소(DO)의 농도및 수질변화에 따른 호기성 미생물과 무산소 혹은 혐기성 미생물이 모두 공존할 수 있는 환경을 만들어, 미생물에 의한 하수 고도처리 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 플라스틱 및 용기를 재활용하여 여재로 재사용하므로, 타 여재를 사용하는 것에 비하여 친환경적이고, 저렴하여 경제적인 부담을 크게 감소시킬 수 있으며, 여재를 반영구적으로 사용할 수 있게 된다.
그리고, 접촉폭기조 내에 순환장치를 설치하여 하수를 수류(상향류) 작용으로 순환시키고, 과잉 생산된 잉여슬러지는 잉여슬러지 탈리장치를 통해 탈리시킨 후 침전된 잉여슬러지를 잉여슬러지 반송관을 통해 이송시킴으로써 여재 폐쇄를 방지하는 동시에 하수 고도처리 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 접촉폭기조 상류 측에 폭기조를 두어 유량조정부에서 유출된 하수가 접촉폭기조로 유입되기 전에 폭기조를 거치도록 하고 있으므로, 오수 유입이 급변동하더라도, 접촉폭기조의 처리 부담이 급격히 증감되지 않도록 할 수 있으며, 따라서 미생물의 생성과 활성화를 일정하게 유지하여 안정된 정화 효율을 지속적으로 유지할 수 있게 된다.
아울러, 여재의 폐쇄현상에 따른 세정 및 교체작업이 필요치 않으며, 여재를 반영구적으로 사용할 수 있도록 하여 경제적 부담과 유지관리에 따른 문제를 해소할 수 있게 된다.
도 1은 종래의 오수처리 시스템을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수처리시스템을 처리 순서에 따라 순차적으로 표시한 흐름도.
도 3은 도 2의 수처리시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 도 3의 접촉폭기조를 상세 도시한 확대도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수처리시스템을 처리 순서에 따라 순차적으로 표시한 흐름도.
도 3은 도 2의 수처리시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 도 3의 접촉폭기조를 상세 도시한 확대도.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱을 생물막 여재로 이용한 접촉산화법 친환경 수처리시스템을 첨부 도면을 참조로 상세히 설명한다.
본 발명의 수처리시스템은 하수 중의 유기물 등을 제거할 수 있도록, 도 2 및 도 3에 도면부호 1로 도시된 바와 같이, 스크린부(2), 유량조정부(3), 혐기처리부(4), 폭기부(5), 용존산소 저감부(6), 고액분리부(7), 및 방류부(8)를 포함하여 이루어진다.
여기에서, 먼저 상기 스크린부(2)는 유입 하수 중의 이물질을 걸러주는 설비로서, 도 2 및 도 3에 도시된 것처럼, 다시 스크린조(21)와 침사분리조(22)로 이루어지며, 스크린조(21)는 유입되는 하수 중에 포함되어 있는 각종 부유물질 중 조대물질과 같은 협잡물을 제거할 수 있도록 조목, 세목, 자동 스크린 등과 같은 스크린설비로 이루어진다. 또, 침사분리조(22)는 상대적으로 입자가 작은 침사물을 제거하는 설비로, 침사물로 인한 펌프나 기계설비의 손상을 방지한다.
상기 유량조정부(3)는 하수의 유량을 조정하는 설비로서, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 스크린부(2) 특히, 침사분리조(22)의 하류 측에 연결되어 스크린부(2)를 통과한 하수의 유량을 시간적 변동을 감안하여 정량적으로 조정함으로써, 전체 시스템(1)의 처리 부하를 균등화시키는 역할을 한다. 이때, 유량조정부(3)는 내부에 교반장치를 구비함으로써, 스크린부(2)로부터 유입된 하수를 교반하여 유출함으로써 하수의 부패를 방지한다.
상기 혐기처리부(4)는 유입된 하수 중의 유기물을 혐기성 분해하는 설비로서, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 유량조정부(3)의 하류 측에 연결되어 유량조정부(3)로부터 유입되는 하수에 포함된 유기물 특히, 고농도 유기물을 분해하는 바, 혐기성조(41)와 무산소조(42)로 구성된다. 여기에서, 혐기성조(41)는 유량조정부(3)에 바로 연결되어, 유량조정부(3)에서 유입되는 하수 중의 유기물이 메탄(CH4)을 생성하거나 유기산 등과 같은 저분자 유기탄소원을 생성하도록 유도하며, 또 유기물이 혐기 상태에서 인(P)을 방출하도록 유도한다. 또한, 무산소조(42)는 탈질에 이용되는 혐기성균(탈질균)과 같은 탈질미생물에 의해 질산성질소(NO3-N)를 분해하는 설비로서, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 혐기성조(41)를 통해 유량조정부(3)와 연결되어 있을 뿐 아니라, 제1 슬러지 반송관로(11)를 통해 용존산소 저감부(6)에 연결된다. 따라서, 무산소조(42)는 용존산소 저감부(6)에서 질산화 반응에 의해 생성된 질산성 질소(NO3-N)를 제1 슬러지 반송관로(11)를 통해 반송 받아, 위와 같은 탈질미생물에 의해 질소(N2) 기체로 환원시킴으로써 제거하는 바, 이때 반드시 탄소원의 존재를 필요로 한다. 또, 유기물의 산화에 있어서 산소가 우선적으로 이용되기 때문에, 위와 같은 탈질화 과정은 용존산소와 질산성 질소가 함께 존재하면 안 되고, 반드시 무산소 조건에서 이루어져야 한다.
상기 폭기부(5)는 하수 중의 유기물을 미생물에 의해 산화 및 분해시켜 처리하는 설비로서, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상대적으로 상류 측에 배치되는 복수의 폭기조(51)와 접촉폭기조(52)로 이루어지는 바, 폭기조(51)는 혐기처리부(4)의 무산소조(42) 하류 측에 연결되고, 접촉폭기조(52)는 폭기조(51) 하류 측에 연결되어, 무산소조(42)로부터 유입되는 하수 중의 유기물을 미생물에 의해 차례로 산화 및 분해시켜 처리한다.
이를 위해, 폭기조(51)에서 하수의 유기물을 미생물에 의해 산화 및 분해 과정을 거쳐 처리된 하수를 접촉폭기조(52)에 유입시켜 도 3에 도시된 것처럼, 플라스틱 여재(53)와 순환장치(54)를 포함하여 구성된다. 여기에서, 플라스틱 여재(53)는 접촉여재라고도 하며, 도 4에 상세 도시된 바와 같이, 하수에 잠기도록 접촉폭기조(52) 내부에 충진되는 바, 폭기조(51)를 거쳐 접촉폭기조(51)로 유입되는 하수 중의 유기물을 다종다양의 미생물들에 의해 분해하고, 암모니아성질소의 질산화와, 인섭취반응 및 슬러지 자산화에 의해 슬러지 감량화 과정을 거치게 된다. 이때, 여재로는 재활용 플라스틱이나 플라스틱 용기를 사용하는 것이 바람직한데, 이는 플라스틱 소재가 높은 비표면적을 가지며, 부유물질(Suspended Solid;SS)에 대한 포착성이 강하므로, 미생물 여재로서 충분한 성능을 발휘하기 때문이다. 이와 같이 플라스틱으로 된 여재(53)는 다음과 같이 충진 및 고정되는 바, 폭기조(51) 및 접촉폭기조(52)는 도 4에 도시된 것처럼, 조 내부에 여재망(58)을 예컨대, 수면 아래 10Cm 부분에 설치하고, 여재를 조용량의 55%이상 충진함으로써, 폭기 시 수류(상향류)의 작용과 유입 하수의 유하로 인해 여재가 부상 및 유동하는 것을 방지한다.
또한, 순환장치(54; Air-Lift)는 접촉폭기조(52) 내부의 분위기를 혐기 조건 또는 호기 조건으로 교호시키는 수단으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 조 중앙에 설치되며, 여재(53)가 잠긴 조 내의 하수에 주기적 또는 간헐적으로 공기를 분사함으로써 예컨대, 상향류와 같은 수류를 발생시켜 하수를 순환시킴으로써, 혐기 조건의 하수를 호기 조건으로 변화시키며, 호기 조건의 하수는 다음 순환이 일어날 때까지 시간 경과에 따라 점차 혐기 조건으로 바뀐다.
이를 위해, 폭기조(51)는 별도로 도시하지 않았지만, 산기관과 같은 순환장치를 바닥에 깔고, 이 순환장치의 공기 분사에 의해 바닥에서부터 전체적으로 하수에 상향류를 만들어, 하수 전체가 순환되면서 공기와 접촉하여 폭기되도록 한다. 이때, 오수는 활성 오니와 혼입되어 산소를 공급 받으며, 호기성 미생물 및 질산화 미생물이 활성화된다. 이에 따라, 폭기조(51)는 내부를 호기조건으로 유지하는 바, 하류 측에 바로 연결된 접촉폭기조(52)에 가해지는 부하의 증감에 따른 충격을 경감시켜, 유입량 증감에 영향을 받지 않고 하수 또는 오수의 처리 효율을 일정하게 유지시킨다.
반면, 접촉폭기조(52)는 도 4에 도시된 바와 같이, 예컨대 공기 공급관(55), 수류 이송관(56), 및 수류 반사판(57)으로 구성된 순환장치(54)에 의해 내부의 하수를 폭기시킨다. 즉, 순환장치(54)는 접촉폭기조(52) 중앙 하부에 설치된 공기 공급관(55)의 공기 분사에 의해 만들어진 수류(상향류)를 수류 이송관(56)을 통해 하수의 수면 위로 유도하며, 유도된 수류를 수류 이송관(56)의 출구에 마주보도록 설치된 수류 반사판(57)에 의해 반사시켜 수면을 향해 분출되도록 한다. 이에 따라, 접촉폭기조(52) 상부의 하수는 수류에 의해 순환되면서 공기와 접촉됨으로써 호기성 조건으로 되어 호기성 미생물을 활성화시키며, 하부의 하수는 공기와 접촉 없이 혐기성 조건으로 되어 혐기성 미생물을 활성화시킨다. 이때에도 호기 조건 하의 오수는 활성 오니와 혼입되어 산소를 공급 받는다.
한편, 접촉폭기조(52)는 내부에서 과잉 생성된 잉여슬러지를 외부로 이송하여 제거하기 위해 도 4에 도시된 바와 같이, 잉여슬러지 탈리장치(59)와 잉여슬러지 이송장치(60)를 더 포함한다. 여기에서, 잉여슬러지 탈리장치(59)는 여재(53)를 충진한 여재망(58)의 하측에 설치되는 바, 공기 공급관(61) 말단의 노즐(62)에서 공기를 분사하여 여재(53)에 의해 과잉 생성된 잉여슬러지를 접촉폭기조(52) 바닥으로 탈리시킨다. 또한, 잉여슬러지 이송장치(60)는 위와 같이 잉여슬러지 탈리장치(59)에 의해 탈리된 잉여슬러지를 여재망(58) 하측으로 연장된 잉여슬러지 이송관(63)을 통해 외부로 즉, 슬러지저류조(9)로 이송한다.
아울러, 접촉폭기조(52)는 외벽 상단에 월류관(64)이 설치되는 바, 조 내 하수에 스컴이 발생되는 것을 방지한다.
상기 용존산소 저감부(6)는 위 폭기부(5)에서 유입된 하수 중에 함유된 슬러지의 높은 용존산소를 저감시키는 설비로, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 폭기조(51)와 접촉폭기조(52)를 거치면서 용존산소의 양이 증가된 하수의 슬러지에서 용존산소를 저감시키며, 이와 같이 용존산소량이 저하된 슬러지를 제1 슬러지 반송관로(11)를 통해 혐기처리부(4)로 반송한다. 따라서, 슬러지를 재순환시킴에 있어 반송되는 슬러지 내 용존산소에 의해 소모되는 유기물의 양을 감소시킬 수 있게 된다.
상기 고액분리부(7)는 위 과정을 거치면서 정화 처리된 하수의 슬러지를 침전시키는 설비로, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 용존산소 저감부(6)의 하류 측에 연결되는 바, 폭기부(5)에서 유입된 하수를 안정화시켜, 최종 미세한 슬러지까지 침전시켜 슬러지 이송관로(65)를 통해 위 슬러지저류조(9)로 이송한다. 다만, 고액분리부(7)는 위와 같이 안정화된 하수에서 침전되는 슬러지를 제2 슬러지 반송관로(66)를 통해 혐기성조(41)로 반송하여 재순환시킬 수도 있다.
끝으로, 상기 방류부(8)는 최종적으로 채취한 물을 처리수로서 방류시키는 설비로, 도 2 및 도 3에 도시된 것처럼, 고액분리부(7) 하류 측에 연이어 설치되는 소독조(12)와 방류조(13)로 구성될 수 있으며, 위 고액분리부(7)에서 월류웨어를 통해 넘어온 가장 맑은 상등수를 소독조(12)에서 살균한 다음, 방류조(13)를 통해 외부로 방류한다.
이제, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라스틱을 생물막 여재로 이용한 접촉산화법 친환경 수처리시스템(1)의 작용을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 수처리시스템(1)에 의해 하수를 처리하기 위해서는 먼저, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 유입되는 하수를 스크린부(2)의 스크린조(21)의 각종 스크린으로 통과시켜 하수 중에 포함되어 있는 각종 부유물질 중 조대물질을 제거한다. 그리고 나서, 조대물질이 제거된 하수를 침사분리조(22)로 보내 내부의 여과설비로 하수 중의 침사물을 제거한다.
이와 같이 스크린부(2)를 통과한 하수는 유량조정부(3)로 보내져 교반됨으로써 부패가 방지되고, 시간적 변동을 감안하여 정량적으로 유출량이 조정된 하수를 혐기처리부(4)로 보낸다.
혐기처리부(4)에서 하수는 혐기성조(41)를 거치면서 특히 고농도 유기물이 메탄이나 유기산 등을 생성하거나 혐기 상태에서 인을 방출하여 혐기성 분해되도록 한다. 그리고 나서, 무산소조(42)로 유입된 하수는 용존산소 저감부(6)에서 질산화 반응에 의해 생선되어 제1 슬러지 반송관로(11)를 통해 반송된 질산성 질소를 탈질미생물에 의해 질소 기체로 환원시켜 제거한다.
혐기성 처리가 완료된 하수는 계속해서 폭기부(5)의 폭기조(51)로 유입되는 바, 먼저 폭기조(51)로 유입되어 밑에서부터 전체적으로 폭기된다. 이에 따라, 하수는 폭기조(51) 전체에서 공기가 주입되어 호기 조건을 이루어, 호기성 미생물 및 질산화 미생물을 활성화시킨다. 따라서, 폭기조(51)는 오수 유입량 증감에 따른 처리 능력 즉, 시간을 일정하게 유지함으로써, 처리 부하의 변동에 따라 접촉폭기조(52)에 가해지는 충격을 방지 또는 완화시킨다.
이와 같이 폭기조(51)를 통과한 하수는 접촉폭기조(52)로 유입되는 바, 여재망(58)에 수납된 다수의 접촉여재를 불규칙적으로 충진하게 된다. 이 상태에서 순환장치(54)를 통해 수류(상향류)를 발생시켜 하수에 대한 폭기가 이루어지는데, 이때 접촉폭기조(52) 내에는 여재 내외 표면과 다양한 각도로 충돌을 되풀이하는 수류로 인해 산소 공급이 원활하게 이루어지는 부분과, 아주 적은 양의 산소만이 공급되어 용존산소 농도 및 수질변화에 따라 다양한 생물상이 출현하는 부분이 발생한다. 특히, 폭기가 간헐적으로 이루어질 경우, 접촉폭기조(52) 내에는 호기성 미생물과 무산소 혹은 혐기성 미생물이 동시에 성장한다. 이로 인해 접촉폭기조(52) 내에서 유기물 및 질소, 인의 제거가 가능하게 된다. 또한, 혐기성 미생물이 접촉폭기조(52) 내에서 생성됨으로써 접촉폭기조(52) 내에 축적되는 슬러지의 자산화에 의해 슬러지의 인발량을 줄여 운영비를 줄이는 것이 가능하게 된다.
다만, 위와 같이 접촉폭기조(52) 내에 각종 미생물을 생성하기 위해서 본 발명은 플라스틱 소재 바람직하게는 재활용 플라스틱 용기 등을 생물막의 여재(53)로 이용하는 바, 접촉폭기조(52) 내에 플라스틱 여재(53)를 충진시켜 여과상을 형성한 후 폭기를 진행하는 가운데 하수를 순환시켜 여재(53) 생물막을 형성하고, 여재(53)에 부착된 생물막과 하수가 반복하여 접촉하도록 함으로써 하수 중의 유기물을 제거하게 되는 것이다.
이와 같이, 생물막이 형성되는 과정을 보다 상세히 살펴보면, 먼저 접촉폭기조(52) 내의 유기성 분자가 여재(53)의 표면에 흡착되고, 그 표면에 미생물이 부착된 후 체외 부착기질을 분비하여 단단히 결합되며, 분비물질 사이에 다른 미생물이나 용해성 또는 부유성 유기물들이 결합하면서 유기물의 분해가 일어난다. 이때, 형성되는 생물막의 두께는 환경 조건과 미생물에 의하여 결정되는데, 보통 100 내지 200㎛정도로 형성된다. 이 중 활성이 있는 두께는 표면에서부터 70 내지 100㎛ 정도이며 하수처리 시에 형성되는 생물막의 두께는 1 내지 2mm정도이다.
이렇게 형성되는 생물막에 의한 하수고도처리과정은 다음과 같다.
하수가 생물막 표면을 흐르면서 하수 내 용해성 기질은 생물막에 흡수되고, 부유성 기질은 막 표면에 흡착되는 한편, 이때 용존 산소가 생물막 내부로 용해되어 들어간다. 이렇게 생물막 내부로 확산되는 유기물과 산소를 이용하여 호기성 미생물들을 생성하게 되며, 이산화탄소 및 기타 대사산물들은 하수층으로 방출되면서 생물막은 점차 두꺼워지게 되며 생물막 표면에서 생물막 내부까지 기질과 산소의 농도 기울기가 생기고 산소나 기질이 전혀 확산되어 들어가지 못하는 부분이 생긴다.
생물막 내부에서의 반응은 잔여 유기물이 혐기성 분해하여 메탄, 황화수소나 암모니아로 분해됨과 동시에 이미 생성된 일령수가 큰 미생물막은 내생호흡에 의해 자체 산화과정을 밟게 된다. 따라서 여재(53)에 부착된 미생물막의 SRT(고형물 체류시간)가 표준 활성 슬러지 공법과 같은 부유 성장법에 비해 길어지게 되므로, 잉여 슬러지의 생산량이 상대적으로 적다. 그러나, 내생호흡의 발생시 생물막은 결국 부착력을 잃어버리게 되어, 하수 흐름에 따른 전달력에 의해 생물막 탈리가 발생하게 된다. 이때, 질산화 미생물은 종속영양 미생물에 비하여 성장 속도가 상당히 느리기 때문에 질산화 반응을 위해서는 긴 시간의 고형물 체류시간이 필요하게 된다. 따라서 생물막을 이용한 공정은 충분한 양의 질산화 미생물을 유지할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 생물막의 형성과정은 여러 가지 요소가 어우러져 이루어진다. 그러한 생물막의 형성은 크게 생물막의 형성, 성장, 탈리 과정을 거치면서 생성을 반복한다. 이러한 생물막의 변천과정을 좀더 자세하게 구분하여 보면, 젖은 표면에의 유기물 흡착, 액체 본체로부터 젖은 표면으로 미생물의 이동, 고체표면에의 미생물 부착, 부착된 미생물의 대사 작용 및 성장, 액체의 전단력에 의한 생물막의 탈리 과정을 거치는 것으로 알려져 있다. 한편, 미생물의 부착은 여재 표면의 특성에 따라 크게 좌우되는데, 이러한 이유로 여재는 동일 부피 내에서 많은 양의 미생물을 부착시킬 수 있는 표면을 제공해야 한다. 즉, 여재의 비표면적이 커야 한다. 또한, 에너지 절감을 위해 통수 저항을 받지 않고, 공극을 갖는 것이어야 한다. 그리고 여재 자체의 내구성과 관련하여 내산성 및 내알칼리성과 동시에 물리, 화학, 생물학적으로 비활성인 재질이어야 한다. 또한, 유해 물질이 용출되지 않아야 하고, 경제성이 확보되어야 한다.
이에 따라, 본 발명에서는 위와 같은 여재(53)의 조건을 충족시키기 위하여 음료수 용기와 같은 재활용 플라스틱 용기의 밑면을 일부 도려내어서 여재로 활용하였다. 이렇게 재활용 플라스틱 및 용기를 재활용한 여재는 비표면적이 다양하고, 매우 커서 많은 양의 미생물이 부착될 수 있고, 통수 저항을 받지 않고 공극율이 크다. 또한 식품의 용기로 사용된 재질이기 때문에 물리, 화학, 생물학적으로 매우 안정한 재질이라 할 수 있으며, 그 내구성도 뛰어나다. 그리고 현재 대부분 수입되어 사용되고 있는 여재와는 달리 재활용 플라스틱 및 용기를 재활용한 여재는 어디서나 쉽게 얻을 수 있어서 경제성도 우수하고, 자원을 재활용하는 효과를 얻을 수 있다. 뿐만 아니라, 플라스틱 여재는 불규칙하게 접촉폭기조(52)에 투입되므로, 그 집합체는 불규칙하면서 다양한 여재층을 형성하게 되고, 여재(53) 내외부에 매우 넓은 표면적을 생성하여 여재(53)의 포착력도 증대시킨다. 또한, 불규칙한 여재(53)의 간극에도 생물막이 번식하여서 생물 부착량도 증대된다.
하지만, 아무리 여재(53)의 성능을 향상시켜도 여재(53) 폐쇄가 발생되면 수질이 더욱 악화되는 바, 여재 폐쇄란 생물막법에서는 생화학적 산소 요구량 감소의 대분분이 여재(53)에 부착된 생물막에 의해 이루어지는데, 생물막이 증식되면 여재(53)의 수류에 대한 저항이 커져 여재(53) 내의 유속이 낮아져서 생화학적 산소 요구량의 감소가 줄어들게 된다. 이 때문에 폭기액의 생물학적 산소 요구량이 높아지게 되고 따라서 생물막이 많아지게 되어 가속적으로 수질이 악화되는 것을 이른다.
따라서, 이러한 여재 폐쇄를 방지하기 위하여 본 발명에서는 앞에서 설명한 바와 같이, 접촉폭기조(52) 내에 원활한 하수의 수류(상향류)작용을 위한 순환장치(54)를 설치하는 바, 이 순환장치(54)의 동작 및 작용을 설명하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 공기 공급관(55)을 통하여 공기를 분출시켜 내부압력에 의해 상승 수류를 만들어, 접촉폭기조(52) 내에 유입된 하수가 수류 이송관(56)을 따라 상승하게 되고, 상승된 하수는 수류 반사판(57)에 부딪혀 하수 위로 유출된 뒤, 저속도로 하강하여 다시 수류 이송관(56)의 저부로 돌아와 하수를 순환시킨다. 이때, 순환장치(54)에 대한 공기 공급 주기를 간헐적으로 설정하여 혐기 또는 호기 조건을 교차 반복시킴으로서 다종다양의 미생물(혐기 및 호기성) 생성을 원활히 하고, 폭기 작용 시 하수에 유기물 및 부영양화 물질을 플라스틱 소재의 여재(53) 내외 표면에 생성된 생물막과 접촉시킴으로써 산화 분해 작용에 의한 하수의 고도처리 효율을 극대화시킬 수 있게 된다.
한편, 여재 폐쇄 현상을 방지하고, 정화효율을 증대시키기 위한 다른 방법으로서 앞에서 설명한 바와 같이, 잉여슬러지 탈리장치(59)를 여재망 하부에 설치하여 공기를 분출함으로써, 여재(53) 표면에 과잉 생성된 잉여슬러지를 접촉폭기조(51) 하부로 탈리시킨 후 탈리된 잉여슬러지는 잉여슬러지 이송관(63)을 통해 슬러지저류조(9)로 이송되도록 하고, 월류관(64)을 설치해 유입 하수의 스컴을 방지하고, 조하부로 유하되도록 한다.
또한, 접촉폭기조(52)는 설비의 규모, 하수의 처리량에 따라 그 수를 변경하여 설치함으로써 설치비용 및 유지비용을 낮추어 수처리의 경제성을 유지하면서 하수 고도처리의 효율을 극대화시킬 수 있게 된다.
1 : 수처리시스템 2 : 스크린부
3 : 유량조정부 4 : 혐기처리부
5 : 폭기부 6 : 용존산소 저감부
7 : 고액분리부 8 : 방류부
9 : 슬러지저류조 12 : 소독조
13 : 방류조 21 : 스크린조
22 : 침사분리조 41 : 혐기성조
42 : 무산소조 51 : 폭기조
52 : 접촉폭기조 53 : 여재
54 : 순환장치 55 : 공기 공급관
56 : 수류 이송관 57 : 수류 반사판
58 : 여재망 59 : 잉여슬러지 탈리장치
60 : 잉여슬러지 이송장치 64 : 월류관
66 : 제2 슬러지 반송관로
3 : 유량조정부 4 : 혐기처리부
5 : 폭기부 6 : 용존산소 저감부
7 : 고액분리부 8 : 방류부
9 : 슬러지저류조 12 : 소독조
13 : 방류조 21 : 스크린조
22 : 침사분리조 41 : 혐기성조
42 : 무산소조 51 : 폭기조
52 : 접촉폭기조 53 : 여재
54 : 순환장치 55 : 공기 공급관
56 : 수류 이송관 57 : 수류 반사판
58 : 여재망 59 : 잉여슬러지 탈리장치
60 : 잉여슬러지 이송장치 64 : 월류관
66 : 제2 슬러지 반송관로
Claims (6)
- 유입 하수 중에서 협잡물이나 침사물 등의 이물질을 걸러주는 스크린부(2);
상기 스크린부(2)를 통과한 상기 하수를 교반하는 동시에 유출시켜, 상기 하수의 부패를 방지하면서 유량을 조정하는 유량조정부(3);
상기 유량조정부(3)에서 유량이 조정된 상태로 유입되는 상기 하수 중의 유기물을 혐기성 분해하는 혐기처리부(4);
상기 혐기처리부(4)에서 유기물이 혐기성 분해된 상기 하수 중의 유기물을 미생물에 의해 산화 및 분해시켜 처리하는 폭기부(5);
상기 폭기부(5)에서 정화 처리된 상기 하수에 함유된 슬러지를 상기 혐기처리부(4)로 반송하기 전에 상기 슬러지의 높은 용존산소를 저감시키는 용존산소 저감부(6);
상기 폭기부(5)에서 정화 처리된 상기 하수를 안정화시켜, 슬러지를 침전시킨 후, 침전된 상기 슬러지를 슬러지저류조(9)로 이송시키는 고액분리부(7); 및
상기 고액분리부(7)에서 채취한 상등수를 처리수로서 방류시키는 방류부(8);를 포함하여 이루어지되,
상기 폭기부(5)는,
상기 하수에 잠기도록 내부에 충진되는 플라스틱 여재(53); 및
상기 여재(53)가 잠긴 상기 하수를 순환시키도록 주기적으로 공기를 분사함으로써 상기 하수를 혐기 또는 호기 조건으로 교호시키는 순환장치(54);를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱을 생물막 여재로 이용한 접촉산화법 친환경 수처리시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 혐기처리부(4)는,
상기 유량조정부(3)에서 유입된 상기 하수 중의 유기물이 메탄(CH4)을 생성하도록, 저분자 유기탄소원을 생성하도록, 그리고 혐기 상태에서 인(P)을 방출하도록 유도하는 혐기성조(41); 및
상기 하수 중의 유기탄소원을 이용하여 성장하는 탈질미생물에 의해 질산성질소(NO3-N)를 분해하는 무산소조(42);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라스틱을 생물막 여재로 이용한 접촉산화법 친환경 수처리시스템. - 청구항 2에 있어서,
상기 무산소조(42)는 제1 슬러지 반송관로(11)를 통해 상기 용존산소 저감부(6)와 연결되어, 상기 용존산소 저감부(6)에서 질산화 반응에 의해 생성된 질산성 질소를 반송 받아 탈질미생물에 의해 질소(N2) 기체로 환원시킴으로써 제거하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스틱을 생물막 여재로 이용한 접촉산화법 친환경 수처리시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 폭기부(5)는,
상기 순환장치의 공기 분사에 의해 바닥에서부터 상향류를 만들어 하수를 순환시킴으로써, 내부를 호기조건으로 유지하는 폭기조(51); 및
상기 순환장치(54)의 공기 분사에 의해 만들어진 수류를 수면 위로 유도하여 수면을 향해 분출시킴으로써, 하수 일부를 호기조건으로, 나머지 일부를 혐기조건으로 서로 다르게 유지시키는 접촉폭기조(52);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱을 생물막 여재로 이용한 접촉산화법 친환경 수처리시스템. - 청구항 4에 있어서,
상기 접촉폭기조(52)는,
상기 여재(53)의 하측에 설치되어 공기를 분사함으로써, 과잉 생성된 잉여슬러지를 아래로 탈리시키는 잉여슬러지 탈리장치(59); 및
상기 잉여슬러지 탈리장치(59)에 의해 탈리된 상기 잉여슬러지를 상기 슬러지저류조(9)로 반송하는 잉여슬러지 이송장치(60);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라스틱을 생물막 여재로 이용한 접촉산화법 친환경 수처리시스템. - 청구항 2에 있어서,
상기 고액분리부(7)는 상기 폭기부(5)에서 정화 처리된 상기 하수를 안정화시켜, 침전된 상기 슬러지를 상기 혐기성조(41)로 반송하여 재순환시키도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스틱을 생물막 여재로 이용한 접촉산화법 친환경 수처리시스템.
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