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KR950008045B1 - 혐기성 공정을 이용한 폐수처리 장치 - Google Patents

혐기성 공정을 이용한 폐수처리 장치 Download PDF

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KR950008045B1
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신항식
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Abstract

내용 없음.

Description

혐기성 공정을 이용한 폐수처리 장치
제1도는 본 발명의 반응조의 개략도.
제2도는 본 발명의 가스-오니 분리장치의 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
5 : 반응조 12 : 폐수 분배장치
13 : 가스-오니 분리장치 14 : 가스 편류장치
15 : 폐수유출수로 16 : 가스-오니 보조분리장치
17 : 스프레이
본 발명은 생물학적 혐기성 공정을 이용하여 다양한 유기 폐수를 처리하기 위한 장치에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 혐기성 미생물과 폐수내 유기물의 접촉을 극대화하기 위해 유입폐수 분배장치와 반응조내에서 발생하는 가스와 함께 상승하는 슬러지를 분리하고, 슬러지는 재침전시키고 가스는 방출시키기 위한 가스-오니 분리장치를 구비한 폐수처리 장치를 제공하고자 하는 것이다.
반응조의 성능은 첫째, 발생가스와 상승 슬러지를 얼마나 효과적으로 분리하여 활성도가 높은 슬러지를 반응조내에 부유할 수 있는가 둘째, 혐기성 미생물과 기질이 얼마나 균일하게 혼합되는가 그리고 셋째, 혐기성 미생물의 활성도를 높이기 위한 환경조건(pH, 온도, 영양염류)을 얼마나 적절히 유지하는 가에 있다. 정상상태의 반응조 내부는 우수한 침전특성을 갖는 슬러지만이 선별되므로 반응조 하부에 고농도 슬러지층이 형성되고 높은 활성도를 갖기 때문에 고부하의 유입이 가능하며 그 처리효율도 높다.
제1도에는 본 발명의 반응조가 개략적으로 도시되는데, 반응조(5) 하부에는 유입폐수 분배장치(12)가 설치되고 상부에는 가스-오니 분리장치(13)가 설치된다.
본 발명의 혐기성 반응조(5)는 처리하고자 하는 폐수의 특성에 따라 그 외부형태와 내부장치가 달라질 수 있다. 일반적으로 많이 사용하는 반응조의 외부형태는 원형이나, 제작 및 시공상 어려움 때문에 건설비가 증가하고 차지하는 건설면적이 크다. 따라서 국토가 협소한 우리나라 실정을 감안하고 유효면적의 최적이용 측면에서 폐수 유입량의 변동에 유연성(Module화)이 큰 정방형 반응조로 설계, 제작하는 것이 좋다.
반응조의 용량은 25m(2.5m×2.5×4m)로서 수리학적 체류시간(이하 : HRT)이 8시간, 일일 폐수 처리량이 75m/day이고 H/A비가 0.64, 표면적 부하량(V.S.L)은 0.5m/m/hr가 되도록 한다.
한펴 가스와 함께 상승된 슬러지가 효과적으로 분리되어, 반응조(5) 하부로 침전되도록 하기 위해 본 발명의 가스-오니 분리장치(13)는 그 내부에서 가스와 오니의 경계면적을 크게하여 원활히 혼합되도록 한다.
따라서 가스-오니 분리장치(13)의 용적을 2.0m로 하고 가스-오니 분리장치(13)의 하부표면적 부하(S.L)는 0.07m/m/hr로 한다. 그리고 발생가스의 유실을 막기위해 가스편류장치(14)를 반응조(5) 하부로부터 2.88mm 높이에 설치하고, 가스-오니 분리장치(13)는 슬러지의 원활한 침전을 위해 60도의 경사를 둔다. 반응조(5)벽과 가스-오니 분리장치(13) 사이의 상승유속(flow velocity of aperture)은 약 1.9m/hr로 한다.
발생된 가스는 부력에 의하여 반응조 하부의 고농도 슬러지를 부착하면서 상승하게 된다. 이때 가스편류장치(14)에 의해 가스에 부착된 슬러지는 가스-오니 분리장치(13)에 유입되어 가스는 방출되고 슬러지는 침전되지만 상향류의 유속에 의하여 침전되지 못한 슬러지가 폐수유출수로(weir)(15)를 통하여 많은 양이 유실될 가능성이 커진다. 이를 보완하기 위하여 가스-오니 보조분리장치(16)가 설치된다.
제2도에는 본 발명의 가스-오니 분리장치가 도시되는데, 가스-오니 보조분리장치(16)는 수직 격막의 형태이고 가스-오니 보조분리장치(16)의 표면적 부하는 1.08m/h이고 전체 용적은 2.36m으로 주 분리장치(13)보다 용적이 약 1.2배 크며, 가스-오니 보조분리장치(16)의 내부에는 상향류가 형성되고 외부에는 하향류가 형성되어 주 분리장치(13)에서 분리된 슬러지의 침전을 도모한다.
또한 반응조(5) 수면 상부에는 제1도에 도시된 스프레이(17)를 설치하여 일정한 주기에 따라 스프레이(17)를 작동시켜 가스-오니 분리장치(13)내에서 발생가능한 스컴(scum)등을 제거함으로써 분리를 촉진한다.
제1도에 도시된 폐수 분배장치(12)는 반응조(5)내의 미생물과 유입폐수간의 원활한 접촉이 반응조(5)의 효율을 극대화 하는데 근본이 되는 것이므로 고농도 슬러지층 내에서 단회로(short circuit)를 방지하여 폐수류와 가스에 의해 완전 혼합을 이룰수 있도록 설계된다.
본 발명의 폐수 분배장치(18)는 반응조 하부의 중심을 그 원점으로 하여 노즐까지의 거리비가 1 : 2일 때 확산율을 1 : 2.5내지 1 : 3.0으로 하였고, 최대 노즐속도를 30-35m/h 이하가 되도록 노즐구경을 결정한다(6-10cm).
(실시예)
(1) 장치명 : 대우 상향류식 혐기성 반응조
(Daewoo upflow anaerobic wastewater treatment Process)-3
(2) 적용폐수배출 업체 : (주)풍진-경기도 안산시 소재
(3) 적용폐수 : 전분, 물엿, 사료등의 생산공정에서 배출되는 산업폐수
(4) 규모 : 단면적(2.5m×2.5m) : 6.25m
높이 : 4m
용적 : 25m
재질 : 스텐레스스틸
(5) 운전기간 : 1991.11.15-1992.12.(현재 가동중)
(6) 운전방법 :
본 발명의 상향류식 혐기성 반응조의 효율을 평가하기 위하여 전분 및 물엿등을 생산하는 공장의 유기성 폐수를 이용하여 실증실험을 하였다. 반응조에 하수처리장의 소화 슬러지를 식종(seeding)한후, 초기 시운전하기전에 약 5일간 적응기를 두었고 HRT 96hr(4day)으로 운전이 시작되었으며, 80% 이상의 CODcr 제거율을 유지할 때 10-20% 정도 유기부하량을 증기시켰다. 저류조로 유입된 원폐수는 부유물질과 스컴등이 제거된후 혼합조 내부의 수위에 따라 자동으로 혼합조로 유입되도록 하였다. 혼합조로 유입된 폐수는 분석자료(표1)를 근거로 반응조 운전에 필요한 필수 영양염류가 부족한 것으로 판단되어 메탄 박테리아의 활성을 증가시키고 안정적 운전을 위한 N.P 및 Fe, Zn, Mn, Ni, Mo, Se등의 영양염류를 (표2)와 같이 유입폐수량에 따라 일정량(부족량)을 혼합하였다. 그리고 pH를 6.0-8.0로 조절한후 열교환기(heat exchanger)를 이용하여 35°C±2°C로 유지시켰다. 따라서 혐기성 미생물의 환경조건이 적절히 유지된 유기성 폐수는 반응조 하부의 유입폐수 분배장치를 통하여 고농도로 농축된 슬러지층을 통과하게 되어 유기물이 제거되고 최종산물인 CH4와 CO2를 방출하게 된다. 또한, 처리수는 방류전에 일시 저장하여 갑작스런 고농도 폐수의 유입시 희석수로 사용하였고 발생된 가스는 저장탱크에 자장하여 에너지원으로 재사용할 수 있도록 하였다. 이상의 모든 반응장치 및 기계류들은 중앙통제장치에서 자동으로 조절되도록 설계, 시공하였다.
[표 1]
[표 2]
[표 3]
(4) 운전결과
운전시작후 약 300일 경과한 1992년 12월 현재 HRT는 8hr(0.33day)으로 유기부하량은 배출되는 공장폐수의 농도에 따라 대략적으로 6.0-10.0kgCODcr/m/d정도의 변화를 보였으며 93%의 CODcr 제거율을 나타내고 있다. 유입수의 pH는 4.5-8.0정도로 변화가 심했으나 혼합조에서 6.0-8.0범위로 유지하여 반응조내부로 유입시켰고 이에 따른 유출수의 알칼리도는 1,000-2,500(mg/L as CaCO)를 유지하였다. 반응조내부의 온도 35±2°C를 유지하여 중온소화를 위한 메타 박테리아의 활성도(activity)가 떨어지지 않도록 하였다. 유기부하량의 증가와 HRT의 감소는 활성이 떨어지는 슬러지의 유출을 초래한 반면, 반응조 내부에 남아있는 슬러지는 침전성이 뛰어난 슬러지로 하단부 80cm 정도까지 농축되었다. 소화 슬러지중 활성도가 떨어지는 50-60%의 슬러지가 유실된후 반응조 안정화 추세에 따라 현재 5m의 고활성도 농축 슬러지를 유지하고 있다.
농축된 슬러지는 육안으로 관찰이 가능한 입상화된 슬러지로 약 1-2mm 정도의 크기로 침전성과 활성도가 뛰어나 SVI(Sludge Volumn Index)가 1992년 12월 현재 약 25-27, 슬러지 활성도(sludge activity) 0.34-0.35kgCODcr/kgVSS/d를 나타내었다.
또한 에너지 절감효과와 경제성 문제에 가장 밀접한 관련이 있는 소화가스의 발생량 및 가스성분은 COD제거율, 중탄산염 알카리도, 유기부하량 등에 따라 변화되며, 현재 6.0-10.0kgCODcr/m/d의 유기부하량 상태에서 발생하는 총 가스량은 50-70Nm/d로 단위 유기물 당 0.32Nm/kgCODcr 정도의 가스발생량을 나타냈고 이중 CH4가 80% 이상 차지하였다. 따라서 2,000-2,200kcal/kgCODcr(8,000kcal/CH4 Nm3)의 에너지회수가 가능한 것으로 본 발명의 시스템은 타공법(호기성, 재래식 혐기성 공법, 고율 혐기성 공법등)에 비해 그 경제성이 우수할 뿐만 아니라 대체에너지 개발측면에서도 탁월하다.
본 발명의 반응조(5) 내부에 설치된 최적유입 폐수 분배장치(12)와 가스-오니 분리장치(13)는 반응조(5)하부에 고농도로 농축된 혐기성 미생물(granule)을 형성시키기 때문에 적용가능한 폐수가 다양하고(표 4를 참조할 것), AF(anaerobic filter공법등과 같이 충진재(media)가 필요없으며 내부장치가 간단하다. 그리고 독성물질의 유입, pH하락, 온도저하등의 외적충격에 강하고 폐수배출 공장의 운전중단으로 인해 유입폐수가 중단되어도 약 1년간 상온보존이 가능하며 그 회복속도가 빠르다. 또한 CODcr 1,000-20,000mg/l의 고농도 유기폐수를 0.33일의 HRT에서 90%이상 처리가 가능하고 CODcr 1kg당 0.32Nm의 가스가 발생하여 2,000-2,200kcal/Nm3의 에너지 회수가 가능하다. 그리고 슬러지 발생량 또한 일반 호기성 처리에 비해 1/5-1/10로 감소하여 농축, 탈수 및 처분비용이 대폭 절감된다.
[표 4]

Claims (1)

  1. 반응조(5) 하부에는 유입폐수 분배장치(12)가 설치되고 상부에는 가스-오니 분리장치(13)가 설치되며 발생가스의 유실을 막기 위해 가스편류장치(14)가 반응조(5)의 가스-오니 분리장치(13) 하부에 설치되고 반응조(5)의 상단부에는 페수유출수로(15)가 설치되는 폐수처리장치에 있어서, 가스-오니 분리장치(13)의 하부에 설치되는 가스-오니 보조분리장치(16)는 수직 격막의 형태이고 주 분리장치(13)보다 용적이 약 1.2배, 가스-오니 보조분리장치(16)의 내부에는 상향류가 형성되고 외부에는 하향류가 형성되어 주 분리장치(13)에서 분리된 슬러지의 침전을 도모하는 것을 특징으로 하는 혐기성 반응조의 폐수처리 장치.
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