KR100311587B1 - 유기성 하수 오폐수의 회분식 자연정화장치 - Google Patents

Abstract

유기성 하수,오폐수의 회분식 자연정화장치에 관한 것으로, 종래에는 한공정에서 침전시킨후 방류할 시에는 침강성이 불량한 물질이 그대로 부유된 상태로 배출되기 때문에 방류수의 수질을 크게 악화 시킬 수 있고, 영양염류를 제거하기 위한 혐기, 호기, 무산소 등의 진행과정에서 미생물균이 혐기성 미생물균, 호기성 미생물균, 임의성 미생물균으로 즉시 변환되지 않으므로, 미생물을 이용한 순환변화가 어려워 영양염류의 제거효율 변화 폭이 매우 큰 단점이 있었다.

본 발명은 이러한 단점을 제거하기 위해 초기미생물을 배양시키는 시운전 기간을 단축하고 잉여 슬러지 또는 반송 슬러지를 배양조에서 토양성 미생물균군을 우점종화하여 침사지와 분배조, 반응조, 탈수기 저류조에 이송하여 처리공정에서 발생되는 악취 및 방류수에 잔류되어 있는 부유물 등의 문제점을 해결할 수 있었다.

Description

유기성 하수, 오폐수의 회분식 자연정화장치.

본 발명은 잉여 슬러지 또는 반송 슬러지를 배양조에서 토양성 미생물균군을 우점종화하여 침사지와 분배조, 반응조, 탈수기 저류조에 이송하여 처리공정에서 발생되는 악취 및 방류수에 잔류되어 있는 부유물 등의 문제점을 해결하기 위한 유기성 하수,오폐수의 회분식 자연정화장치에 관한 것이다.

최근 부영양화 물질을 제거하기 위해 많이 활용되고 있는 연속 회분식 활성슬러지법(SBR : 회분식 반응조를 반복적으로 가동하는 처리방식)이 이용되고 있다.

현재 연속회분식 활성슬러지법으로 운전되는 처리장에는 하수, 분뇨 또는 고농도 유기성 폐수가 유입됨과 동시에 악취가 발산하고, 원수중에 부유된 조대형 물질을 인양하게 되면 부유물질의 부패가 진행되어 심한악취가 발산할 뿐만 아니라 주변환경을 오염시켜서 기기의 내구년한의 감소는 물론이고 근무환경을 저해 하고 있다.

이러한 종래의 연속회분식 활성슬러지법은 특히, 한공정에서 침전시킨후 방류할 시에는 침강성이 불량한 물질이 그대로 부유된 상태로 배출되기 때문에 방류수의 수질을 크게 악화 시킬 수 있다.

또한, 영양염류를 제거하기 위한 혐기, 호기, 무산소 등의 진행과정에서 미생물균이 혐기성 미생물균, 호기성 미생물균, 임의성 미생물균으로 즉시 변환되지 않으므로, 미생물을 이용한 순환변화가 어려워 영양염류의 제거효율 변화 폭이 매우 큰단점이 있다.

또한, 유입원수의 농도의 변화, 수온의 급변화에 미생물의 증식이 저해되어 처리효율이 크게 떨어지게 되고, 유분 및 발생하는 부유잔재물과 거품등이 방류시에 방류수로 유출될 뿐만 아니라 이에 대한 방류를 방지할 수 없어 방류수질을 악화시킬 수 있다.

또한, 잉여 슬러지의 저류시에 혐기성 상태로 2차분해를 행할때 악취발산 및 탈수효율 저하와 탈수시에 과다한 고분자 응집제 투입으로 유지관리비의 상승으로비경제적인 단점이 있다.

특히, 이때의 슬러지를 탈수한 상태의 케익(CAKE)은 2차부패로 토양개량제로 사용이 불가능하고, 매립한다고 하여도 매립시에 악취발산 및 늪화현상이 발생하고, 소각한다고 하여도 과다한 유기고분자 응집제 투입으로 소각효율을 저하시키는 단점이 있다.

또한, 침전과정에서 침강성이 낮아서 상징수에 부유물질이 많이 발생하므로 후단에 응집여과 및 침전 등의 시설이 배치되므로 유지관리비가 많이 소요되는 단점이 있다.

이러한 모든 과정은 완전 자동화에 의한 공정으로 운영이 되어야 하므로 작동시간 설정을 위한 장치(time unit)와 레벨 센서(Level Sensor)등 모든 시스템이 커짐에 따라 각종 계기장치의 복잡성 및 투자비가 많이 소요되고, 상당한 기술 능력을 가진 전문 운전관리 요원을 필요로 하는 단점이 있다.

이러한 경우에도 장시간 정전(停電;6시간 이상)시에는 미생물이 변이가 되어 악취발산과 함께 수질에 미치는 악영향에 대한 대책이 불가능하여 이러한 종래의 방법에 의해 처리된 방류수를 장시간 보관하게 되는 경우에는 쉽게 부패하므로 중수로서의 사용이 불가능한 단점이 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하고자 하는데 그 주 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 잉여 슬러지 또는 반송 슬러지를 토양에 가장 근접한 부식토화를 이루기 위해 통성 임의성 토양성 미생물균화를이루어 미생물의 배설물과 오염물질 결합, 응집, 축중합 반응으로 거대분자화되어 미생물의 증식속도가 빨라 초기 미생물을 배양시키는 시운전기간을 통사의 방법보다 월등히 단축하고, 배양조에서 토양성 미생물균군을 우점종화하여 침사지와 분배조, 반응조, 슬러지 저류조에 이송하므로 상기 문제점을 해결할 수 있었다.

도 1은 본 발명의 처리방법의 계통도,

도 2는 도 1의 확대 상세도,

도 3은 본 발명 장치의 처리계통 상세도,

도 4는 본 발명의 다른 실시예.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1. 원수유입관 2. 침사지

3. 4협잡물 제거기 5. 분배조

10. 배양조 11. 수중형 반응기

12. 지상형 반응기 14. 수중혼화기

일반적으로 각종 유기성 하수, 오수, 폐수의 슬러지에서 발생하는 냄새유발 물질들은 분자량이 작은 반면 상대적으로 휘발도가 크고 이러한 물질의 대부분은 황(Sulfur)과 질소가 함유된 유기물로 혐기성 분해가 그 원인이 된다.

이러한 유기성 하수, 오, 폐수의 분해로부터 생산되는 무기성 가스들은 일반적으로 황화수소(H₂S), 암모니아, CO₂및 메탄을 함유하고 있고 이러한 가스들중 황화수소(H₂S)와 암모니아만이 고약한 냄새가 난다.

종종 냄새를 발생시키는 물질들은 인돌(Indole),스카톨(Skatole), 메캅탄류 및 질소함유 유기물 같은 황화물을 함유하고 있고, 이때 황화수소(H₂S)는 가장 일반적으로 알려진 물질로써 유기성 하수, 오, 폐수 집수시나 처리시스템에 심한악취를 발생시키는 주(主)요인으로 작용하고 있다.

특히, 황화수소(H₂S)는 썩은 달걀냄새를 가지며, 맹독성일 뿐만아니라 철, 아연, 구리, 납, 카드뮴 같은 금속을 부식시킨다.

이와같은 악취를 발생시키는 주요 화합물질을 아래의 표1에 나타내었다.

이러한 화합물질은 지역적인 조건에 따라서 모두 생활 하수, 오, 폐수중에 들어 있거나 생길 수 있다.

본 발명은 상기한 악취가 일반적으로 유기물과 요소중에 함유되어 있는 단백질, 아미노산, 핵산물질등이 분해되면서 발생하는 부산물이므로 이들을 토양미생물(통성 혐기성균류)을 이용하여 이를 제거하고자 하는데 있다.

즉, 단백질이 암모니아화 작용에 의하여 분해(aminization)과정에서 발생하는 암모니아(NH₃)와 무기화작용에 의하여 발생하는 황화수소(H₂S)가 악취의 주요인으로 작용한다.

이러한 암모니아(NH₃) 제거원리는 페놀(phenol)노출기에 의한 산화력에 의하여 암모늄이온(NH₄ ⁺)이 이온화하여 염으로써 작용되고, 이때의 염은 슬러지의 킬레이트화작용으로 인해 응집, 제거되고 세포증식의 일부분으로 활용되고 있다.

특히, 토양미생물 (통성 혐기성균류)등이 산화반응에 의하여 얻어진 화학에너지를 이용하여 균체의 구성과 생명을 유지하고 있지만 에너지효율이 매우 낮기 때문에 활발한 생육을 위해서는 다량의 암모니아 또는 아질산을 산화시킨다.

이에대한 반응식은 다음과 같다.

2NH₃+ 30₂→ 2NHO₂+ 2H₂O + 79cal (158cal)

HNO₂+ ½O₂→ HNO₃+ 21.6cal

한편, 황화수소(H₂S)의 제거원리는 황화수소(H₂S) 또는 황(S)을 토양미생물(통성혐기성균류)을 이용하여 산화를 시킨다.

이러한 토양미생물에 있어 일반적으로 가장 우수한 것으로는 Thiobacillus속균이 주목을 끌고 있으며 이 Thiobacillus Thiooxidans는 황, 티오황산(Thiosulfate), 황화합물 등을 산화하여 황산으로 만든다.

황화합물의 생화학적 산화과정은 다음과 같다.

이러한 본발명에 의한 유기성 하수,오폐수의 회분식 자연정화 방법에서는 우점종으로 점유하고 있는 토양미생물(통성혐기성균류)중 세균류인 Pseudomanas, Alcaligenes, Beqggatoa, Bacillus, Bac류등과 방사균류인 Streptomyces, Actinomyces등과 효모 등의 미생물에 의하여 악취를 제거시킨다.

특히, 처리장내의 토양에 특수한 냄새를 갖게 하는 Actinomyces Odorifer등이 다량 작용하여 흙냄새를 유발시킨다.

이러한 미생물을 이용하여 처리시설의 전단부(침사조)에 잉여슬러지를 주입하여 악취의 발생을 근절시킬 수 있게 된다.

이러한 본 발명에 의해 처리된 슬러지는 물과의 분리성이 좋아 탈수성이 뛰어나기 때문에 탈수시 응집제 첨가량은 종래 기술보다 상당량 감소되거나 첨가하지 아니하여도 탈수성능이 좋다.

특히 유기물(유기수용액 및 함수성 유기혼합물)은 페놀(phenol) 및 페놀(phenol)노출기가 있는 화합물을 포함한 미생물 대사산물을 첨가하는 것에 의하여 급속히 결합, 입자화, 응집, 축합, 중합하고 거대분자화, 괴상산물화 한다.

여기에 활성화된 규산분을 다량으로 가진 물질이 적당량 첨가되면 부식화를 위한 중축합반응을 일으키게 되므로 침강성이 상당히 뛰어나 처리효율이 매우 높게 된다.

일반적인 처리장의 농축조에서 농축될 경우에는 함수율이 99.2%에서 97%로 떨어지게 되나, 본 발명에서는 99.2%에서 95%으로 침강성이 상당히 양호하고, 생성오니는 산화, 이화, 동화 및 분해공정이 아닌 축중합 및 고분자화되어 부식토화 되기 때문에 부패가 발생하지 아니하므로 악취가 발생하지 않는다.

또한 탈수오니는 인, 질소의 함량이 증가되어 있으므로 건조하면 토양개량제로 사용이 가능하여 토양의 지력증강과 토양미생물의 먹이 목적등으로 토양환원이 가능하고, 소각할 경우에도 함수비 차이만큼의 연료비가 절감되고, 유기 고분자 응집제로 인한 소각 효율 등의 저하를 방지할 수 있다.

본래 미생물은 자기 이외의 미생물에 대하여 항균성을 가지고 있는 것이 보통이다.

특히, 항균성 미생물 대사산물의 배설물을 통하여 그 종족이외의 미생물에 대하여 항균성을 갖고 토양성 세균군이외의 미생물에 대해서의 항균성은 가장 현저하게 활동한다.

Penicillin, Streptomycin, Loygomycin 등의 항생물질은 단일의 항균성을 그 미생물을 사용하여 배양강화 시킨 것으로서 지구상의 인류등 토양균군과 공서(共棲)하는 미생물 총체로서의 향균성은 폭 넓게 갖고 있는 것은 아니다.

따라서 이 토양성세균군이 갖고 있는 항균성은 대단히 폭이 넓고, 모든 고등동물이 항균성을 갖고 있는 것과 같은 맥락이라고 하겠다.

이러한 항균성 때문에 소독약품의 사용량을 절감시킬 수 있다.

본 발명은 토양성 미생물균군을 배양시키는 것이므로, 종균제를 전혀 사용할 필요가 없으며, 여기에서 상당량의 약품량을 절감할 수 있다.

이에 대한 비교는 다음의 비교표1에 비교 표시하였다.

이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

토양성균군이 가장 양호하게 배양 번식 우점종할 수 있는 토양속의 자연 환경조건과 유사한 환경을 조성하는 배양조를 설치한다.

이때 상기 배양조내에는 내부 수중형 반응기와 외부 지상형 반응기를 병설하여 각각의 반응기에 토탄, 부식토 또는 토양성 세균군의 작용에 의해 처리 생성된 슬러지와 규산질이 함유된 경석, 제올라이트 또는 맥반석의 쇄석을 혼합하여서 된 충진제를 채운다.

상기 충진제는 토양에 존재하는 토양성균군의 작용에 의해 정화 처리된 유기성 각종 하수, 오수, 폐수의 슬러지를 난용 상태로 압축, 고화시킨 부정형의 괴상, 원통형 또는 구형의 충진물과 규산질이 함유된 동량의 경석, 제올라이트 또는 맥반석의 쇄석으로 구성된다.

상기 배양조내의 용존산소 농도는 0.1∼0.5㎎/ℓ로 간헐폭기 되며, 폭기의 운휴시간에 일정한 유기부유물질(MLSS)농도(2,000∼6,000㎎/ℓ정도)를 유지하고 질소, 인의 제거효율을 높이기 위해 수중혼화기 장치를 가동한다.

이때 배양조에서 24∼48시간 배양된 배양슬러지는 토양성균군류의 대사산물과 용해상태, 부유상태의 오염물질과 결합하여 중축합 복합반응에 의해 거대분자화 하여 고형물(scum)의 발생을 억제시키고, 악취의 발산을 근절하며 유기물 제거와 슬러지 영양물질의 제거촉진을 유도하고, 탈수전에 저장되는 슬러지의 2차 분해를 방지하여 슬러지의 안정화를 도모하며, 장시간 정전시에는 임의성 미생물로 불량 조건에서 포자를 형성하므로 변이의 문제점이 없어지고 수온변화가 많이 차이나도 처리 가능하게 된다.

특히, 상기한 종래의 방법에서 처리가 곤란한 문제점인 잉여슬러지 또는 반송슬러지를 배양조(수중형 배양기, 지상형 배양기)에서 24∼48시간 우점종으로 임의 통성상태의 토양성 미생물균군류로 배양하여 침사지와 분배조에 최대 30%까지 반송하고, 반응조(또는 폭기단계)에 70%를 반송하여 원수와 배양된 슬러지가 혼합되면서 침사지 또는 분배조 전후의 협잡물 제거에서도 악취가 발산하지 않은 상태에서 토양 미생물균군류의 냄새가 이루어져 반응조(폭기조)에 유입된다.

반응조(폭기조)에서는 혐기, 호기 무산소 등의 교대운전으로 인한 미생물균의 변이 중에서도 임의 통성의 토양성 미생물균류가 혼합되므로 축중합에 의한 스컴의 발생억제, 고효율의 침강성, 탈수성, 케익(CAKE)의 2차분해 방지, 유기물 제거, 영양염류 제거 등의 상승효과가 탁월하며, 동 공법으로 처리된 처리수는 토양성 미생물균군류의 항균력 때문에 재부패 하지않고 슬라임(SLIME) 또는 필름(FILM)이 발생되지 않으므로 모래여과 또는 활성탄 여과만으로 중수도를 사용할 수 있어 수자원의 절약효과를 이룩하게 된다.

이하 본 발명의 방법을 구체적으로 실시할 수 있는 실시예를 첨부도면에 의해서 상세히 설명한다.

유기성 하수,오,폐수를 원수 유입관(1)을 통해 침사조(2)에 유입시키면서 초기 협잡물제거기(3)에 의해 조대형 부유물을 제거시킨다.

이러한 상태의 유기성 하수,오,폐수를 침사조(2)에서 원수 조정조 또는 분배조(5)로 유입시킬 때 다시 조대형 부유물을 후기 협잡물 제거기(4)에 의해 제거시켜 상기한 원수 조정조 또는 분배조(5)로 유입시킨다.

이렇게 원수 조정조 또는 분배조(5)에 유입된 유기성 하수, 오, 폐수는 반응조(6)에 유입시켜 반응, 침전시킨후에 생성되는 상등수를 유출시켜 소독조(7)를 통해 소독한 다음 방류조(8)를 통해 최종 방류한다.

이때 상기 반응조(6)에서 고액분리된 슬러지는 이송관(9)을 통해 배양조(10)로 이송시킨다.

이렇게 배양조(10)로 보내진 고액분리된 슬러지는 상기 배양조(10)에 설치되어진 수중형 반응기(11)와 지상형 반응기(12)에서 산기장치(13) 또는 수중혼화기(14)에 의해 교반혼합반응되게 된다.

이러한 교반혼합반응에 의해 토양성미생물균군은 활성화 되어 대사산물을 배출하게 되고, 토양성균군이 배출한 대사산물과 용해상태의 오염물질이 응집, 결합, 중축합 반응을 이루어 거대분자화되게 하여 유기성 하수, 오폐수처리장을 건설하고 초기 미생물을 배양시키는 시운전 기간은 15∼30일 정도 배양하면 정상적인 가동 운영상태가 이루어진다.

이러한 토양성균군류로 배양된 슬러지를 침사지(2)와 분배조(5)에 최대30%까지 반송하면서 악취의 발산을 사전에 제거하여 주고, 나머지 70%정도는 반응조(6)에 반송하여 고액분리를 유도한다.

이러한 고액분리과정에 의해 유기물 제거와 영양염류의 제거효율을 상승시키고, 침강성을 양호하게 함으로써 반응조(6)에서 침전될때 발생하는 부유물질 및 거품발생이 억제되게 된다.

이러한 본발명에 있어, 상기한 배양조(10)의 크기는 유입되는 유기부유물질(MLSS)농도, 유량등으로 계산하여 결정한다.

이에대한 관계식은 다음과 같다.

V = 배양조 용량(㎥)

Q = 처 리 용 량 (㎥)

BOD = 유입 BOD㎎/ℓ

S S = 유입 SS㎎/ℓ

MLSS = 배양조내 혼합 부유물질 농도㎎/ℓ

(2,000∼6,000㎎/ℓ)

이때, 반응조(6)내의 유기부유물질(MLSS)농도가 2,000∼6,000㎎/ℓ이상이 되면 배양조(10)내의 배양슬러지를 잉여슬러지이송관(15)을 통하여 슬러지 저류조(16)로 이송시켜 준다.

이러한 상태에서 다시 탈수기(17)로 이송하여 상기 탈수기(17)에 의하여 탈수시킨다.

이러한 탈수시에는 응집제의 투입을 소량 또는 전혀 사용치 않고도 탈수할 수 있으며, 탈수후 생성된 케익(CAKE)은 2차부패 되지 않으면서 영양염류를 많이 함유하고 있으므로 토양개량제로 재활용할 수 있게 된다.

한편, 상기에서 완전한 소독처리한 방류수는 방류조(8)에 저장후 중수도로 사용하고자 할 때에는 활성탄 여과기(19)에서 1차적으로 여과를 행한 후, 다시 모래여과기(18)에서 2차적으로 여과하여 여과수조(20)에 저장시킨다음 필요에 따라 중수도로서의 재활용할 수 있다.

이러한 본 발명에서 기존시설 또는 확장, 신설할 유기성 하수, 오폐수 종말 처리장 부지가 협소하여 배양조(10)설비를 구비할 수 없는 경우에는 첨부한 도면 도 4에서 도시하고 있는 바와같이 반응조(6.포기조)에 수중형(11) 또는 지상형 반응기(12)를 설치함으로서 공사비를 절감시킬 수 있다.

이와 같은 중수도의 수질기준과 처리장에서의 악취 관능법에 따른 취기 발생현황 및 방류수질제거현황은 다음과 같았다.

※ 취기도 측정 : 악취 관능법임

이상과 같이 본 발명에서는 1차, 2차 침전지와 폭기조를 단일 반응조에서 유입, 폭기, 침전이 완료되어 소요부지를 최소화 할 수 있으며, 단일 반응조에서 제거되지 않는 문제점을 토양성 미생물균군이 배양 활성화된 활성슬러지를 침사지, 분배조, 단일 반응조로 자동 조작변에 의해 반송시킴으로서 토양성 미생물균군의 대사산물과 오염물질이 중축합 반응에 의해 거대분자화 되면서 미생물의 증식속도가 빨라 초기미생물을 배양시키는 시운전 기간이 통상의 방법은 하절기 70일, 동절기 110일 소요되었으나 본 발명에서는 15∼30일 정도 소요되어 유기성 하수, 오폐수처리장 건설후 미처 처리하지 못하는 원수의 방류를 최소화하여 수계의 수질오염을 극소화하고, 사전악취를 제거하고, 침강성이 월등히 상승되어 처리효율을 높여주며, 탈수처리시 응집제를 소량 사용 또는 전혀 사용을 하지 않아도 탈수가 용이하게 이루어지며, 탈수 슬러지는 2차분해를 일으키지 않아 소화처리 시설과 탈취시설이 없어도 되며, 처리된 처리수는 오염물질이 거의 없어서 3차처리 수질이 확보되어 방류수는 관계용수로 사용할 수 있으며, 방류수를 모래여과 또는 활성탄 여과만으로 중수도 이용이 가능한 효과를 창출하게 된다.

Claims (1)

1. 유기성 하수, 오수, 폐수를 정화처리 장치에 있어서,

   배양조(10)에서 24∼48시간 배양하여 침사지(2)와 분배조(5) 및 반응조(6)로 일정량씩 슬러지를 반송하고, 잉여슬러지는 이송관(15)을 통해 슬러지 저류조(16)로 보내어 탈수기(17)로 탈수한 후 토양개량제로 활용을 하고, 전체적인 처리계통에서 악취의 발산을 없애고 방류수질은 3차 고도처리 수질을 확보하고, 방류수를 활성탄 여과기(19)와 모래 여과기(18)를 통과시켜 중수도의 수질이 유지되도록 함에 있어, 기존시설 또는 확장, 신설할 유기성 하수, 오폐수 종말처리장의 건설부지 협소시 배양조(10)설비를 대신하여 반응조(6.포기조)에 수중형반응기(11) 또는 지상형반응기(12)를 설치하여서 되는 것을 특징으로 하는 유기성 하수, 오폐수 회분식 자연정화장치.