KR101186606B1

KR101186606B1 - 하수 및 오/폐수의 질소 와 인을 복합적으로 제거하는 고도처리장치

Info

Publication number: KR101186606B1
Application number: KR1020110056802A
Authority: KR
Inventors: 이동민
Original assignee: (주)지지산업
Priority date: 2011-06-13
Filing date: 2011-06-13
Publication date: 2012-09-27
Anticipated expiration: 2031-06-13

Abstract

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 하수 및 오/폐수를 질소와 인의 제거 처리를 복합적으로 처리하여 처리효율을 크게 향상시켜, 정화된 정적인 수질의 확보 및 안전한 방류가 가능한 고도처리기를 사용하는 정화장치를 제공하는 것이며, 기존의 설치된 하수 및 오/폐수 처리시설에 처리용량을 더 늘리지 않고 간단, 용이하게 설치 개량하여 하수 및 오/폐수의 질소와 인을 복합적으로 처리하여 고도처리의 성능을 향상시킬 수 있도록 한 하수 및 오/폐수의 고도처리가 가능한 하수 및 오/폐수처리시설과 시스템을 제공하는데 있다.

Description

하수 및 오/폐수의 질소 와 인을 복합적으로 제거하는 고도처리장치{Advanced treatment apparatus to removing nitrogen and phosphorus from wastewater}

본 발명은 하수와 오/폐수의 질소와 인을 처리하는 고도처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하수 및 오폐수의 질소와 인의 처리효율이 향상시키고, 정화된 수질의 확보 및 안전한 방류가 가능한 질소, 인을 복합적으로 제거 가능한 고도처리장치에 관한 것이다.

일반적으로, 하수 및 오폐수에는 질소나 인이 포함되어 있다. 질소나 인은 주로 농업용 비료, 사람이나 가축의 분뇨, 합성세제 등으로부터 발생 되는 것으로, 질소나 인이 미처리된 하수 또는 오. 폐수는 강이나 댐을 포함한 호소로 다량 유입될 경우, 부영양화로 인해 연안의 적조현상, 암모니아의 어류독소, 수중의 용존산소 결핍 등을 야기하게 된다.

이에 따라 환경부에서는 매년 질소 및 인의 배출 허용기준을 확대 적용 하고 있다.

이러한 하수나 오/폐수의 질소와 인을 제거하기 위한 시스템의 생물학적 질소와 인의 제거공정으로는 활성슬러지 공법으로서의 호기성(好氣性) 반응조(또는 포기조(曝氣槽)), 무산소 반응조 그리고 혐기성 반응조 등의 다양한 반응조들을 포함하고 이루어지는데, 호기성 반응조에서는 일반적으로 질산화현상(Nitrification)에 의하여 아질산성질소와 질산성질소의 변화가 이루어지고, 무산소 반응조 에서는 탈질소작용(Denitrification)이 이루어져 질소가스의 대기 방출이 이루어진다.

따라서, 호기성 반응조에는 충분한 산소가 공급되어야 함을 물론이며, 공급된 공기가 폐수와 미생물에 잘 혼합되도록 요구된다.

그리고, 단일반응조에서 처리는 시간간격을 두고 질산화와 탈질반응을 교대로 반복시켜는 간헐포기방법이 사용되었다. 따라서 공정과 장치의 구성이 복잡하고 운전관리가 어려운 문제점이 있었다.

또한, 화학적인 방법으로는 하수에 금속 이온염을 투입하여, 하수 및 오/폐수에 포함되어 있는 인과 금속이온이 결합하게 하여, 그 침전물을 분리 제거 시키는 기본적인 방법이 사용되어 왔다. 그러나 화학적 처리방법은 전문관리인이 상근하여 관리하여야 하는 전문기술이 필요하며, 약품의 비용이 많이 소요되는 등의 문제점을 갖고 있다.

또한 기존 처리시설을 고도처리 즉 질소와 인을 제거하기 위해선 처리시설을 전체를 완전 교체하거나, 처리시설의 내부의 각실을 거의 교체 개량하여야 하는 어려움과 부지확보 및 증설에 따른 비용 등 많은 문제점이 제시되고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 하수 및 오/폐수를 질소와 인의 제거 처리를 복합적으로 처리하여 처리효율을 크게 향상시켜, 정화된 정적인 수질의 확보 및 안전한 방류가 가능한 고도처리기를 사용하는 정화장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 기존의 설치된 하수 및 오/폐수 처리시설에 처리용량을 더 늘리지 않고 간단, 용이하게 설치 개량하여 하수 및 오/폐수의 질소와 인을 복합적으로 처리하여 고도처리의 성능을 향상시킬 수 있도록 한 하수 및 오/폐수의 고도처리가 가능한 하수 및 오/폐수처리시설과 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 구성에 있어 상부에 공기를 이동시키는 다수의 공급관을 통해 분배되도록 공기분배관이 설치된 공기발생기와,

하수 및 오폐수는 스크린을 거쳐 원수펌프 또는 자연 유하로 유입되며, 후방 2/3지점에 그물망(Net Bio Media)형태의 차단막(Portion)이 형성된 비중처리조와,

상기 비중처리조의 일측에 설치되어 상기 비중처리조에서 유입된 제1처리수가 피크부하시에도 유량을 일정하게 유지시키고 생물학적 처리를 위한 오염물의 부하변동을 조정하는 유량조정조와,

상기 유량조정조를 통과한 제2처리수가 질소와 인을 제거하도록 설치된 복합기능조와,

상기 복합기능조 일측에 설치되어 상기 복합기능조를 통과한 제3처리수가 유입되며, 상기 공기발생기의 공기분배관에 설치된 공급관을 통해 연결되는 저부에 공기주입 산기관이 형성되며, 상기 공기주입 산기관 상부에 유동성 활성-바이오 담체가 충전되어 있는 제1생물농축반응조와,

상기 제1생물농축반응조의 일측에 설치되어 상기 제1생물농축반응조에서 처리된 제4처리수가 유입되며, 상기 공기발생기의 공기분배관에 설치된 공급관을 통해 연결되는 저부에 공기주입 산기관이 형성되고, 상기 공기주입 산기관 상부에 유동성 활성-바이오 담체가 충전되어 있는 제2생물농축반응조와,

상기 제2생물농축반응조의 일측에 설치되어 상기 제2생물농축반응조에서 처리된 제5처리수가 상기 제2생물농축반응조내 후방에 설치되며, 상기 공기발생기의 공기분배관에 설치된 공급관을 통해 연결되는 저부에 공기주입 산기관이 형성되고, 상기 공기주입 산기관 상부에 유동성 활성-바이오 담체가 충전되어 있는 제3생물농축반응조와,

상기 제3생물농축반응조 일측과 연계되며, 상기 제3생물농축반응조에서 처리된 제6처리수가 하부로 유입되고, 상기 유동성 활성-바이오 담체가 하부로 흘러들어가는 것을 방지하기 위해 격자망이 형성되고, 상기 격자망 일측에 담체에 부착된 미생물에 의해 폐쇄되는 것을 막기 위해 상기 공기발생기의 공기분배관에 설치된 공급관을 통해 연결되는 탈리 역세 공기관이 형성되고, 상기 탈리 역세 공기관 상부 내부에는 고정상 활성-바이오 담체가 충진되어 있는 메디어타워와,

상기 메디어타워의 일측에 설치되어 상기 메디어타워에서 처리된 제7처리수는 고액 분리후 처리되어 수집되는 침전조 및,

상기 침전조에서 처리된 제8처리수는 모래여과장치 또는 활성탄여과장치를 거쳐 고성능필터가 밀집된 고성능처리기로 구성되는 하수 및 오폐수의 질소와 인을 복합적으로 제거하는 고도처리장치에 있어서,

상기 복합기능조는,

하우징 상부에 설치되어 하단에 설치된 격자망 상부로 절삭 철편 또는 철스크랩이 소정의 높이로 충진된 철재여상이 형성되는 탈인조와,

상기 탈인조 하부에 소정의 공간부가 형성되어 유량조정조의 제2처리수가 일측에서 유입되는 산소저감조와,

상기 산소저감조 하부에 담체가 충진되는 탈질조를 포함하는 하수 및 오/폐수의 질소와 인을 복합적으로 제거하는 고도처리장치를 제공한다.

한편, 상기 복합기능조의 탈인조 상부에 소정의 분사공간을 형성하여 상기 메디아타워에서 처리된 제7처리수가 이동라인을 통해 상기 분사공간에 분사되는 것을 특징으로 하는 하수 및 오/폐수의 질소와 인을 복합적으로 제거하는 고도처리장치를 제공한다.

한편, 상기 상기 복합기능조의 탈인조에서 충진된 철재여상 하부에 담체가 더 충진되는 것을 특징으로 하는 하수 및 오/폐수의 질소와 인을 복합적으로 제거하는 고도처리장치를 제공한다.

본 발명에 따른 폐수 정화장치의 효과를 설명하면 다음과 같다.

첫째, 비중분리조, 유량조정조, 복합기능조, 제1, 2, 3생물농축반응조, 메디어타워, 침전조 그리고 고성능처리기의 순서로 폐수가 이동되도록 하되, 상기 제1, 2, 3생물농축반응조에는 폐수 정화유닛이 구비되어 공기와 미생물이 반복혼합되도록 하여 반응속도를 높임으로써 처리효율이 증가될 수 있으며, 상기 고성능처리기에는 정밀여과장치가 구비되어 고농도 유기물질의 난분해성유기물질을 제거하여 더욱 효과적인 정화가 가능하다.

둘째, 폐수 정화유닛이 독립적으로 구획된 반응공간을 가짐으로써 공기 및 유기물이 다단계에 걸쳐 반복적으로 혼합되도록 함으로, 단위 부피당 유기물의 분해 속도가 증가되어 고속 분해가 가능하다.

셋째, 공기주입 산기관이 구비되어 반응공간에서 폐수가 순환하도록 함으로써 슬러지 및 미생물 혼합물의 침전이 방지될 수 있어 혼합효율의 향상으로 분해효율이 증가될 수 있다.

넷째, 정밀여과장치를 마이크로 필터로 적용하여 폐수 중의 오염물질을 직접 여과하여 정밀여과가 가능함으로써, 고분자 응집제를 투입하여 입자를 조대화하는 농축조나, 조대화된 오염물질을 침전이나 부상시켜 제거하기 위한 분리조가 생략될 수 있어 경제적이며, 정밀여과장치에 의해 미생물의 유출을 방지하고, 부유물질을 효과적으로 걸러냄으로써 폐수처리효율이 향상될 수 있으며, 난분해성유기물의 제거가 가능하여 탁도가 거의 없을 정도로 향상된 처리수질을 얻을 수 있다.

다섯째, 상기의 처리장치는 처리수에 따라 적절한 필터의 선택부착에 따라, 처리수를 중수도로 사용할 수 있는 등 다양한 정적인 처리수질을 제공한다.

여섯째, 상기 유량조정조에서 유입된 처리수는 후단의 탈인조와 탈질조가 일체로 설치된 복합기능조인 단일조로 바로 유입하지 않고, 복합기능조의 중간에 형성된 산소저감조로 유입되어 탈인조에서 인 방출에 필요한 금소이온수와, 탈질조에서 탈질에 필요한 유기물의 양을 조절하여 유입할 수 있도록 구성하여, 질소와 인의 제거 효율을 극대화할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 하수 및 오폐수의 질소와 인을 복합적으로 제거하는 고도처리장치의 개략적 구성을 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 하수 및 오폐수의 질소와 인을 복합적으로 제거하는 고도처리장치의 비중처리조를 나타낸 구조도.
도 3은 본 발명에 따른 하수 및 오폐수의 질소와 인을 복합적으로 제거하는 고도처리장치의 유량조정조를 나타낸 구조도.
도 4는 본 발명에 따른 하수 및 오폐수의 질소와 인을 복합적으로 제거하는 고도처리장치의 복합기능조를 나타낸 구조도.
도 5는 본 발명에 따른 하수 및 오폐수의 질소와 인을 복합적으로 제거하는 고도처리장치에서 복합기능조의 탈인조 구조도.
도 6은 본 발명에 따른 하수 및 오폐수의 질소와 인을 복합적으로 제거하는 고도처리장치에서 복합기능조의 탈질조 구조도.
도 7은 본 발명에 따른 하수 및 오폐수의 질소와 인을 복합적으로 제거하는 고도처리장치의 제1, 2, 3생물농축반응조-메이아타워를 나타낸 구조도.
도 8은 본 발명에 따른 하수 및 오폐수의 질소와 인을 복합적으로 제거하는 고도처리장치의 침전조-고성능처리기를 나타낸 구조도.

상기한 목적을 달성하기 위해 하기와 같은 상세한 설명 및 도면을 통해 상세히 설명한다.

본 발명의 구성에 있어 도 1에 나타낸 바와 같이 상부에 공기를 이동시키는 다수의 공급관(112)을 통해 분배되도록 공기분배관(111)이 설치된 공기발생기(110)와, 하수 및 오폐수는 스크린을 거쳐 원수펌프 또는 자연 유하로 유입되며, 후방 2/3지점에 그물망(Net Bio Media)형태의 차단막(Portion)(210)이 형성된 비중처리조(200)와, 상기 비중처리조(200)의 일측에 설치되어 상기 비중처리조(200)에서 유입된 제1처리수가 피크부하시에도 유량을 일정하게 유지시키고 생물학적 처리를 위한 오염물의 부하변동을 조정하는 유량조정조(300)와, 상기 유량조정조(300)를 통과한 제2처리수가 질소와 인을 제거하도록 설치된 복합기능조(350)와, 상기 복합기능조(350) 일측에 설치되어 상기 복합기능조(350)를 통과한 제3처리수가 유입되며, 상기 공기발생기(110)의 공기분배관에 설치된 공급관(112)을 통해 연결되는 저부에 공기주입 산기관(10a)이 형성되며, 상기 공기주입 산기관(10a) 상부에 유동성 활성-바이오 담체(20)가 충전되어 있는 제1생물농축반응조(400)와, 상기 제1생물농축반응조(400)의 일측에 설치되어 상기 제1생물농축반응조(400)에서 처리된 제4처리수가 유입되며, 상기 공기발생기(110)의 공기분배관(111)에 설치된 공급관(112)을 통해 연결되는 저부에 공기주입 산기관(10b)이 형성되고, 상기 공기주입 산기관(10b) 상부에 유동성 활성-바이오 담체(20)가 충전되어 있는 제2생물농축반응조(500)와, 상기 제2생물농축반응조(500)의 일측에 설치되어 상기 제2생물농축반응조(500)에서 처리된 제5처리수가 상기 제2생물농축반응조(500)내 후방에 설치되며, 상기 공기발생기(110)의 공기분배관(111)에 설치된 공급관(112)을 통해 연결되는 저부에 공기주입 산기관(10c)이 형성되고, 상기 공기주입 산기관(10c) 상부에 유동성 활성-바이오 담체(20)가 충전되어 있는 제3생물농축반응조(600)와, 상기 제3생물농축반응조(600) 일측과 연계되며, 상기 제3생물농축반응조(600)에서 처리된 제6처리수가 하부로 유입되고, 상기 유동성 활성-바이오 담체(20)가 하부로 흘러들어가는 것을 방지하기 위해 격자망(710)이 형성되고, 상기 격자망(710) 일측에 담체에 부착된 미생물에 의해 폐쇄되는 것을 막기 위해 상기 공기발생기(110)의 공기분배관(111)에 설치된 공급관(112)을 통해 연결되는 탈리 역세 공기관(10d)이 형성되고, 상기 탈리 역세 공기관(10d) 상부 내부에는 고정상 활성-바이오 담체(20)가 충진되어 있는 메디어타워(700)와, 상기 메디어타워(700)의 일측에 설치되어 상기 메디어타워(700)에서 처리된 제7처리수는 고액 분리후 처리되어 수집되는 침전조(800) 및, 상기 침전조(800)에서 처리된 제8처리수는 모래여과장치 또는 활성탄여과장치(920)를 거쳐 고성능필터(911)가 밀집된 고성능처리기(900)로 구성되는 하수 및 오폐수의 질소와 인을 복합적으로 제거하는 고도처리장치에 있어서,

상기 복합기능조(350)는,

하우징(390) 상부에 설치되어 하단에 설치된 격자망(362) 상부로 절삭 철편 또는 철스크랩이 소정의 높이로 충진된 철재여상(361)이 형성되는 탈인조(360)와,

상기 탈인조(360) 하부에 소정의 공간이 형성되어 유량조정조(300)의 제2처리수가 일측에서 유입되는 산소저감조(370)와,

상기 산소저감조(370) 하부에 담체(20)가 충진되는 탈질조(380)를 포함하는 하수 및 오/폐수의 질소와 인을 복합적으로 제거하는 고도처리장치(이하, ‘정화장치’라 함.)(100)를 제공한다.

도 2에 나타낸 바와 같이 하수 및 오/폐수는 스크린을 거쳐 원수펌프 또는 자연 유하로 유입되며, 후방 2/3지점에 그물망(Net Bio Media)형태의 차단막(Portion)(210)이 형성된 비중처리조(200)에 있어, 그물망(Net Bio Media)형태의 차단막(Portion)(210)이 형성됨으로서 하수 및 오폐수는 스크린을 거쳐 1차적으로 비중분리된 폐수가 다시 상기 차단막(210)을 거침으로 2차적인 비중을 조절하여 처리효율을 높이게 된다.

그리고, 상기 비중처리조(200)로 유입되어 온 하수 및 오폐수는 상기 비중처리조(200)에 설치되어있는 NBM(Net Bio Media)에 의해 자연스러운 차단막(Partition)(210)을 이루게 되며, 여기에 부착된 미생물에 의해 생물막이 형성되어 유기물들이 생물학적으로 처리되면서 오수 중 부유협잡물질을 단시간내에 침전/분리시켜 주는 역할과 펌프 등으로 유입되어 들어오는 오수의 유속을 감속시켜 다음 처리조인 반응조로 수중불순물이 미처 침전되지 않은 상태로 흘러가 여과 및 침전에 긴 시간이 걸리는 것을 방지하며, 그물망형태의 차단막(210)에 부착된 미생물들에 의해 유기물들을 처리 및 여과효과를 가진다. 또한 차단막(210) 후반부에는 자연적으로 혐기성 상태로 이루어져 탈질의 효과와 다음 처리조인 유량조정조의 부하를 줄여주는 역할도 제공한다.

상기 비중처리조(200)를 통과한 제1처리수는 유량조정조(300)로 유입된다. 유량조정조(300)에는 후술할 침전조(800)로부터 정화된 제7처리수인 정화처리수가 유입될 수 있다. 정화처리수는 정화장치(100)에 의해 정화처리 되어 하수로 방류될 수 있을 정도의 중수(中水)로서, 원수 내의 폐수의 오염농도 및 점도를 감소시켜 이후의 처리 단계가 원활하게 진행될 수 있도록 하고, 정화장치의 정화성능이 향상되도록 하며, 정화장치(100)의 전반적인 작동 속도를 고르게 유지하도록 한다.

그리고, 도 3에 나타낸 바와 같이 상기 유량조정조(300)는 유입유량의 변동이 심하더라도 부하변동에 대처하기 위해 수법으로 일일처리용량대비 10~12시간의 체류시간을 주도록 정하고 있으며, 본 발명에서는 기설치하는 유량조정조(300)에 추가기능을 부여하고자 그물망(Net Bio Media)형태의 차단막(Portion)(210)을 유량조정조(300) 후단 2/3지점에 설치하여 안정적이고 처리효율을 높일 수 있는 비중처리조(200)의 공정을 제시한다.

이때 차단막(310)은 설계에 따라 위치와 그 수량을 증감할 수 있고, 형태는 유량조정조(300)의 구조물이 원형, 각형 일 때에는, 각각의 형태대로 파이프를 이용하여 만들어진다. 각각의 형태로 만들어진 파이프에 그물망을 부착시킨다. 그물망을 부착된 차단막(310)을 구조물의 상하좌우 벽에 밀착하여 부착시킨다. 그물망(Net Bio Media)의 재질은 일부 인(T-P)제거를 위해 철의 이온원리를 이용하기 위해 철을 사용하기도 하나, 부식되지 않고 미생물의 부착성이 좋은 고분자로 제직된 재질이나, 천연섬유 등을 사용하여 제공한다.

도 4에서 도 6에 나타낸 바와 같이 상기 복합기능조(350)는 상기 유량조정조(300)를 통과한 제2처리수는 복합기능조(350)의 중간부의 설치된 산소저감조(370)에서 용존산소저감역할과 탈질조(380)에서 질산화된 순환수와 제2처리수가 혼합되어 복합기능조(Complex Function)(350)에 유입/혼합되며, 이때 복합기능조(350)는 탈질조(380)의 탈질율을 높이기 위해 산소이온 농도를 저감시키는 기능과, 메디어타워(700)의 용존산소저감부위에서 순환되어온 순환수(제7처리수)는 탈인조(360)를 통과하며, 이때 탈인조(360)를 형성하는 철재여상(361)과 접촉하여 철이온을 용출하여 산소저감조(370)에 유입되는 제2처리수와 접촉하여 인을 제거하게 된다.

이렇게 인이 제거된 제2처리수는 메디어타워(700)에서 유입된 유기물이 풍부한 제7처리수는 산소저감조(370)에서 부하농도를 떨어주게 되어 탈질조(380)의 상부로 자연유하로 유입되어, 탈질에 충진된 담체(활성바이오담체(Bio-A))가 무중력상태로 충진되게 된다.

상기 탈질조(380) 하부는 슬러지와 담체의 분리를 위해 격자망(352) 또는 다공판이 설치된다.

상기 탈질조(380)에 충진된 담체(20)는 탈질균을 다량으로 보유하고 있어 신속한 탈질작용을 하게 되며, 질소는 탈질조(380) 상부를 통해 대기중에 방출되며. 유기물은 탈질균과 합성된 다음 처리된다.

이때 탈질균이 합성된 처리수는 필요시 대용량일 경우에는 탈질조(380) 하부에 교반기를 설치하여 탈질 슬러지와 처리수를 분리하게 된다.

상기 복합기능조(350)의 인제거 시스템은 금속이온이 용출되도록 탈인조(360)에 충진된 철재여상(361)은 일예로 선반 가공시에 발생되는 절삭 철편 또는 철스크랩 등이 충진되며, 상기 철재여상(361) 하단부에는 다공판 또는 격자망(352)이 설치되며, 상기 격자망(352) 하부에 철재여상(361)의 부식된 철편이 탈리되어 배관 등이 폐색 되는 것을 방지하기 위해 담체(Bio-A)(20)가 충진되고, 충진된 담체(20) 하부 역시 격자망(352) 또는 다공판이 설치된다.

상기 충진된 담체(Bio-A)(20) 내부에 철재여상(361)의 금속편이 탈리되어 존재하더라도 최후까지 부식되며 금속이온의 용출역할을 다하도록 제공된다.

상기 인제거 원리는 메이어타워(700)에서 과잉 섭취한 인 미생물의 제7처리수를 복합기능조(350)의 탈인조(360)의 철재여상(361) 상부로 살수된다. 이때 제7처리수에 함유된 질산화 순환수는 철재여상(361)과 접촉하여 금속이온과 제2처리수의 인산이온이 결합하여 인을 제거 한다.

상기 제2처리수에 함유한 인과 제7처리수에 함유된 인은 탈인조(360)의 철재여상(361)에서 용출되는 금속이온과 과 접촉하게 된다.

이때 금속인온인 철이온은 탈인 반응에 의해, 인이 함유한 제2처리수와 제7처리수 중의 인산 이온과 응집 침전되고, 수불용성의 인산 철을 생성하며, 다음과 같은 반응식을 가지게 된다.

Fe³ ⁺ + PO₄ ³ ^- → FePO₄

이때, 제2처리수와 제7처리수 중에 포함되는 인화합물의 양에 따라 인화합물의 양이 많은 경우에는, 철재여상(361)으로부터의 금속이온 용출량을 증가시키기 위해, 상기 탈인조(361) 상부에 제7처리수의 분사량을 증가하게 되며, 이러한 균일한 인화합물이 존재도록 철재여상으로부터의 금속이온 용출량이 일정량으로 억제되고, 제2처리수 중의 인산 이온과 응집 침전을 일으킨다.

미처리된 인은 제1, 2, 3생물농축반응조(400, 500, 600)에서 인을 과잉 섭취하여 제거하게 된다.

제7처리수가 탈인조(360)의 상부영역에 혐기상태에서 인을 방출한 인이 함유된 미생물은 산소저감조(370)로 넘어와 유기물이 풍부한 제2처리수와 만나 제2처리수의 유입부하의 농도를 저감시키는 역할을 하며, 탈질조(380)의 담체(Bio-A)(20)에 부착된 탈질균에 의해 탈질작용을 한 후, 제1, 2, 3생물농축반응조(400, 500, 600)로 넘어가 각종 유기물 악성폐수가 제거되며, 탈질수는 질산화작용으로 그리고 암모니아성 질소는 질산성질소로 질산화 되며, 질산화된 순환수는 메디어타워(700)의 용존산소가 저감된 부분에서 인제거실(탈인조)과 복합기능조(350)로 순환하게 된다.

상기 제1, 2, 3생물농축반응조(400, 500, 600)를 거쳐 혼합물에 함유된 암모니아성질소(NH3-N), 아질산성질소(NO2-N) 성분은, 상기 반응조(400, 500, 600)에서 호기성 상태에서 질산화 과정을 거쳐 질산성질소(NO3-N) 성분으로 전환되게 한다.

이러한, 질산화(Nitrification) 작용은 질산화균에 의해 호기조건에서 암모니아성 질소(NH3)가 아질산성질소(NO2), 혹은 질산성 질소(NO3)로 변환 되는 작용이다.

상기 질산화균 중 암모니아를 아질산성 질소로 변환 시키는 종류는, 주로 Nitrosomonas이고, 질산성 질소로 변화 시키는 종류는 Nitrobacter이다.

암모니아가 질산으로 변화되는 과정을 화학식으로 나타내면 다음과 같다.

NH₄ ⁺ + 1.5O₂ → NO₂ ^- + H₂O +2H⁺(Nitrosomonas)

NO₂ ^- + 0.5O₂ → NO₃ ^-(Nitrobactor)

상기 암모니아성 질소와 아질산성 질소가 질산성 질소로 산화되면서 발생되는 에너지는, 질산화균의 성장을 위한 질화합성을 위해 사용된다.

이러한, Nitrosomonas와 Nitrobacter에 의한 질화 합성 반응식은 다음과 같다.

NH₄ ⁺ + HCO₃ ^- + 4CO₂ + H₂O → C₅H₇O₂N + 5O₂

질산화균의 질화합성을 포함하는 총괄식은 다음과 같다.

NH₄ ⁺ + 1.83O₂ +1.98HCO₃ ^- → 0.021C₅H₇O₂N + 0.98NO₃ ^- + 1.041H₂O + 1.88H₂CO₃

한편, 도 5에 나타낸 바와 같이 상기 복합기능조(350)의 탈인조(360) 상부에 소정의 분사공간을 형성하여 상기 메디아타워(700)에서 처리된 제7처리수가 이동라인(351)을 통해 상기 분사공간에 분사되는 것을 특징으로 하는 하수 및 오/폐수의 질소와 인을 복합적으로 제거하는 고도처리장치를 제공한다.

한편, 도 5에 나타낸 바와 같이 상기 복합기능조(350)의 탈인조(360)에서 충진된 철재여상(361) 하부에 담체(200)가 더 충진되는 것을 특징으로 하는 하수 및 오/폐수의 질소와 인을 복합적으로 제거하는 고도처리장치를 제공한다.

상술한 바와 같이 유량조정조(300)에 의해 점도 및 유량이 조절된 폐수는 도 7에 나타낸 바와 같이 순차적으로 제1, 2, 3생물농축반응조(400, 500, 600)로 투입되며, 각 반응조의 저부에는 공기발생기(110)의 공기분배관(111)에 설치된 공급관(112)을 통해 연결된 공기주입 산기관(10a, 10b, 10c)이 설치되며, 상기 공기주입 산기관(10a, 10b, 10c)은 트위스터 타입의 공기주입 산기관이 도시되어 있다. 이러한 트위스터 타입의 공기주입 산기관(10a, 10b, 10c)은 공기주입 산기관 개당 통기량이 크고 적용범위가 넓으며, 산기면적이 크며, 유체 흐름간섭이 적고, 개별설치 및 인양점검이 용이하고, 멤브레인 디스크와 튜브형 공기주입 산기관의 장점이 겸비하고 있다.

보다 구체적으로 트위스터 타입의 공기주입 산기관(10a, 10b, 10c)의 특징을 살펴보면 다음과 같다.

종래 공기주입 산기관 중 멤브레인 디스크 및 멤브레인 봉형 상기관은 미세 타공된 고무판을 지지프레임에 고정한 것으로 고무판 자체의 신축성을 이용하여 공기공급 압력으로 팽창하면 기공이 열리고 공기가 배출되며 공기공급이 없으면 수축하여 기공이 폐쇄되는 구조이며 장기간 팽창 및 수축이 반복되면 고무판의 탄성이 저하되어 공기가 공급되지 않아도 기공이 열린 상태가 되고 기공을 통하여 슬러지 혼합액이 유입되고 공기가 공급되면 기공의 여과작용으로 슬러지가 잔존하면서 공기주입 산기관이 막히는 구조를 갖는다.

특히 공기 공급관의 압력에 비례하여 팽창하므로 기공이 커지게 되어 기포가 크게 형성되어 산소전달율이 저하될 뿐만 아니라 공기압력에 따라 멤브리인 고무판이 프레임에서 이탈 또는 파손 등 손상되는 사례가 있다.

또한, 공기주입 산기관의 설치는 메인공급배관이 수중으로 인입하여 바닥부분에서 가지관으로 분기하고 가지관에 각 산기관을 설치하는 모듈식 구조이므로 부분적인 공기주입 산기관의 손상이 모듈 전체의 산기관을 손상으로 이어지기 쉽다.

이에 비하여 트위스터 공기주입 산기관은 통상적으로 고무보다 탄성이 적은 수많은 기공을 가진 호스로 구성되므로 공기배관의 압력에 대한 내구성이 크고 기공의 면적이 고정되어 있으므로 공기공급량이 증가하면 유출되는 공기의 직경은 일정하고 유출 속도만 증가하므로 미세기포가 유지되어 산소전달율이 높다.

또한, 압력에 대한 내구성이 크므로 적정한 주기를 가지고 공기공급량을 순간적으로 과잉공급하면 기공의 막힘이 해소될 수 있다.

그리고, 상기 제3생물농축반응조(600)에서 처리되어 메디아타워(700)로 유입되는 과정에서는 NO3- 및 NO2-를 전자수용체로 사용하고 폐수에 공급된 유기물질을 탄소원으로 하여 질소를 대기중으로 방출하여 제거하는 탈질산화(Denitrification)가 이루어질 수 있다.

이러한 탈질산화는 보통 2단계로 일어나는데, 1단계는 질산이 아질산으로 전환되는 과정이고, 2단계는 두 가지의 중간생성물을 거치면서 아질산이 N2 가스로 전환되는 과정으로써 반응식으로 나타내면 다음과 같다.

1단계: NO₃ → NO₂ ^- (NO₃ ^- + 유기탄소원)

2단계: NO → N₂O → N₂ (H₂O + CO₂ + Cell + N₂ ↑)

여기서, NO₃ ^- 및 NO₂ ^-가 전자수용체로 사용될 수 있도록 상기 제1무산소조(10)에서의 용존산소량(DO: dissolved oxygen)은 낮게 관리되고, 질산염은 충분히 확보됨이 바람직하다.

이때, N₂ 가스로의 환원을 위해서 미생물이 필요로 하는 유기탄소원은 축산폐수와 같이 자체적으로 유기탄소원을 보유한 경우에는 별도의 공급이 없을 수 있으며, 유기탄소원이 부족할 경우에는, 아세트산(Acetic acid), 아세톤(Aceton) 또는 메탄올(Methanol) 등의 유기탄소원을 별도로 공급할 수도 있다.

또한, 상기 메디아타워(700)에는 탈질상태를 확인하기 위하여 수소이온지수 측정기(PH METER)(미도시), 산화환원전위차 측정기(ORP METER)(미도시) 및 용존산소량 측정기(DO METER)(미도시)가 더 설치될 수 있다.

이에 따라, 상기 메디아타워(700)를 거친 폐수는 상기 폐수에 공급된 유기탄소원을 영양원으로 하여 질소를 대기중으로 방출하여 제거하는 2차 탈질산화가 이루어질 수 있다.

그리고, 도 7과 도 8에 나타낸 바와 같이 상기 메디아타워(700)를 거쳐 처리된 제7처리수가 침전조(800)를 거쳐 모래여과장치(미도시) 또는 활성탄여과시설(920)을 거쳐 정밀여과장치인 고성능처리기(900)를 거치게 되는데, 상기 고성능처리기(900)는 폐수에 잠기도록 침지형으로 이루어지며, 상기 고성능처리기(900)내에 설치된 고성능필터(910)는 Pore Size가 0.2~5㎛의 공칭공경을 가지는 평막 형태의 카트리지(Cartridge) 형태의 마이크로 필터(Micro Filter)로 이루어진다.

그리고, 상기 고성능처리기(900)는 내측에 공간이 형성되도록 이루어짐이 바람직하며, 소정의 간격으로 다수개가 구비될 수 있다.

또한, 상기 고성능처리기(900)의 상측을 관통하여서는 유입관이 연결됨이 바람직하며, 상기 고성능처리기(900)를 통과하면서 미생물과 이물질 등이 필터링되어 상기 고성능처리기(900)의 내측에 유입된 정화된 폐수는 상기 배출관을 통해 배출되게 된다.

그리고, 상기 고성능처리기(900)를 통과하는 폐수의 유량(Flux)을 자동으로 제어하기 위한 제어장치(미도시)가 구비됨이 바람직한데, 여기서, 상기 제어장치(미도시)는 유량?압력스위치(미도시)을 제어함과 아울러 상기 고성능처리기(900)의 고성능필터(910)인 마이크로 필터(Micro Filter)는 주기적으로 교환하여 고성능처리기(900)의 정화능력을 극대화하는 것이 바람직하다.

이에 따라, 상기 제어장치는 상기 고성능처리기(900)의 오염정도, 압력변화 및 유량변화에 따라서 세정장치를 가동하여 상기 고성능처리기에 의해 걸러진 미생물 등을 세정하여 상기 고성능처리기(900)로의 투과유량감소와 압력 상승 현상을 최소화할 수 있게 된다.

이를 통해, 상기 고성능처리기(900)는 상기 고성능처리기(900)가 가지는 고유한 유량범위 및 압력범위 내에서 안정적이고 효과적인 기능이 가능해지게 된다.

그리고, 0.2~5㎛의 공칭공경을 가지는 상기 고성능처리기(900)를 통과한 폐수에는 부유물질이 거의 없는 상태가 되며, 상기 고성능처리기(900)는 대부분의 활성미생물은 물론 방선균, 바실러스균 등 침강성이 비교적 약한 미생물이나 활성화되지 못한 미생물까지도 분리가 가능하여 미생물의 유출을 최대한 억제할 수 있게 되므로, 상기 고성능처리기(900)를 통해 배출되는 정화수는 생태계를 건강하게 보전하는 것이 가능해지며 활성미생물의 양도 증가할 수 있게 된다.

나아가, 상기 고성능처리기(900)는 대장균은 물론 병원균의 유출까지 방지가 가능하므로 본 발명의 정화장치(100)에는 별도의 소독장치가 필요하지 않게 된다.

그리고, 이러한 활성미생물 양의 증가는 F/M비를 높게 유지하도록 함으로써 유기물질의 분해능력이 증가되어 상기 정화장치(100)의 용적을 줄일 수 있으며, 이에 따라 설치 및 운용시 경제성이 향상될 수 있다.

또한, 동일한 용적을 가지는 경우에는 일반적인 미생물 반응조에서 보다 상기 고성능처리기(900)에서 미생물을 통한 분해시간이 늘어날 수 있으므로, 난분해성 유기물질(NBDCOD)의 제거 효율도 높아질 수 있다.

더욱이, 활성미생물 양의 증가는 충격부하에 매우 강하게 대응할 수 있도록 하므로, 원수의 농도변화에 대처하는 능력도 증가될 수 있게 된다.

상기 침전조(800)에는 반송펌프에 의한 반송라인(810)이 더 구비될 수 있는데, 상기 반송라인(810)이 연결되어 상기 침전조(800)에서 유기질소 및 암모니아성 질소의 산화에 의해 생성된 NO₃ ^- 및 NO₂ ^- 물질을 유량조정조(300)로 반송되어 상기 제1, 2, 3생물농축반응조(400, 500, 600)를 거쳐 탈질되도록 유도하게 된다.

상기 침전조(800)에서는 PH조절공정 및 산화반응공정을 포함하는 공정이 이루어지게 되며, 고성능처리기(900)가 더 구비됨으로써 폐수 중의 난분해성 유기물의 제거, 미생물의 유출 방지 그리고 정밀 여과를 통해 정화된 물의 안전한 방류가 보다 안정적으로 이루어질 수 있게 된다.

한편, 도 8에 나타낸 바와 같이 상기 침전조(800)에 의해 정화된 제8처리수가 모래여과장치 또는 활성탄여과시설(920)을 거쳐 고성능처리기(900)로 유입됨에 있어, 상기 활성탄여과장치(920) 하부에 상기 공기발생기(110)의 공기분배관에 설치된 공급관(112)을 통해 연결되는 공기유입 산기관(10e)이 형성되어 있으며, 상기 고성능처리기(900)의 하부에도 상기 공기발생기(110)의 공기분배관에 설치된 공급관(112)을 통해 연결되는 공기유입 산기관(10f)이 형성되어 제공된다.

또한, 상기 정화장치(100)에서 복합기능조(350)가 일체로 설치되거나 기존에 질소와 인을 제거하는 복합기능조(350)가 설치되지 않은 정화장치(100)에 별도의 복합기능조(350)를 설치하여 유량조정조(300)에서 배출되는 제2처리수와 연결하고, 상기 복합기능조(350)에서 배출되는 제3처리수를 상기 제1생물농축반응조(400)와 연결하여 설치되는 정화장치(100)를 제공한다.

또한, 이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

공기주입 산기관 : 10a, 10b, 10c, 10e, 10f, 탈리 역세 공기관 : 10d, 담체 : 20, 고도처리장치 : 100, 공기발생기 : 110, 공기분배관 : 111, 공급관 : 112, 비중처리조 : 200, 차단막 : 210, 유량조정조 : 300, 차단막 : 310, 복합기능조 : 350, 이동라인 : 351, 탈인조 : 360, 철재여상 : 361, 격자망 : 362, 산소저감조 : 370, 탈질조 : 380, 하우징 : 390, 제1생물농축반응조 : 400, 제2생물농축반응조 : 500, 제3생물농축반응조 : 600, 메디어타워 : 700, 격자망 : 710, 침전조 : 800, 반송라인 : 810, 고성능처리기 : 900, 고성능필터 : 910, 활성탄여과시설 : 920

Claims

상부에 공기를 이동시키는 다수의 공급관(112)을 통해 분배되도록 공기분배관(111)이 설치된 공기발생기(110)와,
하수 및 오폐수는 스크린을 거쳐 원수펌프 또는 자연 유하로 유입되며, 후방 2/3지점에 그물망 형태의 차단막(210)이 형성된 비중처리조(200)와,
상기 비중처리조(200)의 일측에 설치되어 상기 비중처리조(200)에서 유입된 제1처리수가 피크부하시에도 유량을 일정하게 유지시키고 생물학적 처리를 위한 오염물의 부하변동을 조정하는 유량조정조(300)와,
상기 유량조정조(300)를 통과한 제2처리수가 질소와 인을 제거하도록 설치된 복합기능조(350)와,
상기 복합기능조(350) 일측에 설치되어 상기 복합기능조(350)를 통과한 제3처리수가 유입되며, 상기 공기발생기(110)의 공기분배관에 설치된 공급관(112)을 통해 연결되는 저부에 공기주입 산기관(10a)이 형성되며, 상기 공기주입 산기관(10a) 상부에 유동성 활성-바이오 담체(20)가 충전되어 있는 제1생물농축반응조(400)와,
상기 제1생물농축반응조(400)의 일측에 설치되어 상기 제1생물농축반응조(400)에서 처리된 제4처리수가 유입되며, 상기 공기발생기(110)의 공기분배관(111)에 설치된 공급관(112)을 통해 연결되는 저부에 공기주입 산기관(10b)이 형성되고, 상기 공기주입 산기관(10b) 상부에 유동성 활성-바이오 담체(20)가 충전되어 있는 제2생물농축반응조(500)와,
상기 제2생물농축반응조(500)의 일측에 설치되어 상기 제2생물농축반응조(500)에서 처리된 제5처리수가 상기 제2생물농축반응조(500)내 후방에 설치되며, 상기 공기발생기(110)의 공기분배관(111)에 설치된 공급관(112)을 통해 연결되는 저부에 공기주입 산기관(10c)이 형성되고, 상기 공기주입 산기관(10c) 상부에 유동성 활성-바이오 담체(20)가 충전되어 있는 제3생물농축반응조(600)와,
상기 제3생물농축반응조(600) 일측과 연계되며, 상기 제3생물농축반응조(600)에서 처리된 제6처리수가 하부로 유입되고, 상기 유동성 활성-바이오 담체(20)가 하부로 흘러들어가는 것을 방지하기 위해 격자망(710)이 형성되고, 상기 격자망(710) 일측에 담체에 부착된 미생물에 의해 폐쇄되는 것을 막기 위해 상기 공기발생기(110)의 공기분배관(111)에 설치된 공급관(112)을 통해 연결되는 탈리 역세 공기관(10d)이 형성되고, 상기 탈리 역세 공기관(10d) 상부 내부에는 고정상 활성-바이오 담체(20)가 충진되어 있는 메디어타워(700)와,
상기 메디어타워(700)의 일측에 설치되어 상기 메디어타워(700)에서 처리된 제7처리수는 고액 분리후 처리되어 수집되는 침전조(800) 및,
상기 침전조(800)에서 처리된 제8처리수는 모래여과장치 또는 활성탄여과장치(920)를 거쳐 고성능필터(911)가 밀집된 고성능처리기(900)로 구성되는 하수 및 오폐수의 질소와 인을 복합적으로 제거하는 고도처리장치(100)에 있어서,
상기 복합기능조(350)는,
하우징(390) 상부에 설치되어 하단에 설치된 격자망(362) 상부로 절삭 철편 또는 철스크랩이 소정의 높이로 충진된 철재여상(361)이 형성되는 탈인조(360)와,
상기 탈인조(360) 하부에 소정의 공간이 형성되어 유량조정조(300)의 제2처리수가 일측에서 유입되는 산소저감조(370)와,
상기 산소저감조(370) 하부에 담체(20)가 충진되는 탈질조(380)를 포함하는 것을 특징으로 하는 하수 및 오폐수의 질소와 인을 복합적으로 제거하는 고도처리장치.
제1항에 있어서, 상기 복합기능조(350)의 탈인조(360) 상부에 소정의 분사공간을 형성하여 상기 메디아타워(700)에서 처리된 제7처리수가 이동라인(351)을 통해 상기 분사공간에 분사되는 것을 특징으로 하는 하수 및 오폐수의 질소와 인을 복합적으로 제거하는 고도처리장치.
제1항에 있어서, 상기 복합기능조(350)의 탈인조(360)에서 충진된 철재여상(361) 하부에 담체(200)가 더 충진되는 것을 특징으로 하는 하수 및 오폐수의 질소와 인을 복합적으로 제거하는 고도처리장치.
제1항에 있어서, 상기 고도처리장치(100)에서 복합기능조(350)가 일체로 설치되는 것과는 달리 질소와 인을 제거하는 복합기능조(350)가 설치되지 않은 고도처리장치(100)의 외측에 복합기능조(350)를 설치하며, 상기 유량조정조(300)에서 배출되는 제2처리수와 연결하고, 상기 복합기능조(350)에서 배출되는 제3처리수를 상기 제1생물농축반응조(400)와 연결하여 설치되는 것을 특징으로 하는 하수 및 오폐수의 질소와 인을 복합적으로 제거하는 고도처리장치.