KR930001217B1 - 고농도 유기폐수의 처리방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

고농도 유기폐수의 처리방법 및 그 장치

제1도는 내지 제9도는 본 발명의 실시예로써,

제1도는 구조도.

제2도는 유입속도에 의한 규칙적인 점진적 층상 이동을 나타낸 예시도.

제3도는 슬러지 블란켓트층의 형성도.

제4도는 메디아층에 형성된 미립자층과 미립자의 탈리 상태도.

제5도는 슬러지 블란켓트층에 형성 과정도.

제6도는 메디아층의 확대 사시도.

제7도는 메디아층의 발췌한 평면도.

제8도는 메디아층에 형성된 작은 요철의 발췌도.

제9도는 플록의 상세도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 처리조 2 : 메디아층

3 : 공간부 4 : 분출구

5 : 유입관 6 : 여과수 공간부

7 : 유출관 9 : 메디아

10 : 굴곡부 11 : 공극

12 : 작은요철 13 : 미립자

14 : 플록 15 : 블란켓트층

16 : 기포 13a : 미립자층

본 발명은 주정폐수, 포도발효폐수, 맥주폐수, 커피폐수, 전분폐수 등과 같이 B.O.D 3,000-30,000PPM의 고농도 유기폐수를 처리대상으로 하여 처리기간을 극히 단기화 하면서 동시에 고처리효율이 되도록하고, 건설비 및 유지 관리비를 극소화시킴으로써 경제적 처리가 되도록 하기 위햐여 고농도 유기폐수를 혐기성적으로 2단계를 거쳐 처리되도록한 고농도 유기폐수의 처리 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

상기 고농도 유기폐수의 2단계 처리 공정중 제1단계 처리로써는 슬러지 브란켓트(Sludge blanket)층에 의하여 유입폐수의 80%이상을 처리되도록 한 다음, 제2단계 처리에서 그 나머지 미처리된 유기폐수를 메디아층에 의하여 처리되도록 구성한 것인바, 처리 조내의 상부 층에는 일정한 경사도를 갖는 메디아층을 형성하고, 그 하부층에는 일정한 공간부를 갖도록 하면서, 그 하부로부터 폐수가 유입되도록하고, 메디아층의 직하부에는 슬러지 블란켓트층이 형성되도록 하며, 이때 상기 슬러지 블란켓트층이 두껍게 형성되게 하기 위한 요인으로서는 유입폐수의 유속, 메디아층의 높이에 대한 공간부층의 높이의 비, 메디아층의 경사도 등이고, 특히 본 발명에서 슬러지 블란켓트층이 고농도 유기폐수의 80%이상을 처리할 수 있는 역활을 담당하게 되는데 이 경우에 대해 설명하면 다음과 같다.

슬러지 블란켓트 층은 고농도의 미생물로 이루어진 플록(floc)의 집단인데, 고농도의 유기폐수가 이와 같이 살아있는 고농도의 미생물층을 통과할때 유기폐수와의 접촉면이 큰데다가 미생물의 결집상태가 고밀화 상태이므로 본 발명의 경우 유입폐수가 고농도라 하더라도 처리효율이 극히 우수하게 되는 것이며, 이 블란켓트층이 거의 유입폐수 농도의 80% 이상을 처리하는 역활을 담당하게 된다는 것을 실험실적 및 현장 파일럿 플랜트 가동 실험에 의하여 알 수 있었다.

이렇게 처리효율이 월등한 블란켓트층의 형성과정은, 일정경사를 갖는 메디아층의 표면에 형성된 생물막(1-2mm) 이 부분적으로 탈리되어 메디아의 경사면을 타고, 하부 공간부로 떨어지게 되는데 이때 탈리된 생물막의 부스러기는 크기가 매우 작은데다 하부공간부에 떨어진 이와 같이 작은 크기의 생물막들끼리 하부공간부내의 유입폐수속에서 유동하며, 이러한 유동상태에서 서로 접촉되어 플록을 형성하게 되고, 형성되어진 플록은 물의 부력을 받을 뿐 아니라 유입폐수에 의하여 생성되는 작은 기포(bubble)와, 동시에 체류기간 동안 혐기적 발효에 의해 계속적으로 생성되는 기포가 이들 미생물 플록에 부착되어 그 플록은 메디아의 직하부까지 상승시키게 되므로 메디아의 하부에는 생물막의 플록이 집합하게 되고, 따라서 이들 플록의 집합체가 사실상 두껍게 형성된 슬러지 블란켓트층인 것이다.

여기에 탈리된 생물막은 성질상 슬라임(Slime)처럼 끈끈한 점액질로서 그 표면을 형성하고 있으므로 하부 공간부내의 유동 상태로부터 미립자의 미생물막이 상호 플록화되기가 매우 용이한 데다 일단 메디아층 하부에 집합된 플록의 집합체끼리도 응집력이 커서 생물막의 응집체가 메디아의 하부표면에 접착되기 시작하여 점차로 점착된 플록에 다시 새로운 플록이 상호 인력과 점착력으로 접합되어 유입폐수의 유속의 상향력과 블란켓트 층의 무게 중력과 균형이 깨지는 경우까지 블란켓트 층의 두께를 형성하게 되는 것이며, 이때 메디아 하부층의 표면요철이 크면 플록과 메디아의 점착력이 커지게 되고, 이와 같이 블란켓트 층의 두께를 메디아층 하부에다 두껍게 하기 위한 기술적 구성이 바로 본 발명이 추구하고자 하는 가장 중요한 기술인 것인바, 하부 공간부에 유입된 폐수의 유속과, 유입관에서 넓은 하부 공간부내에로 유입될때의 가입된 상태에서 감압 상태로 연결되는 기포(bubble)의 형성 정도와 동시에 처리조내의 체류시간에 따른 혐기성 발효에 의한 가스의 생성정도 메디아의 경사각, 메디아층의 높이와 하부공간부의 높이의 비 등의 상호 유기적 관계에 기인하는 것으로서 그 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도면 제1도에서와 같이, 처리조(1) 내부에는 메디아층(2)을 중간부에 0.55-0.65H되게 형성하고, 그 하부에는 0.2-0.3H되게 공간부(3)를 형성하여 다수개의 분출구(4)가 하향되게 천공된 유입관(5)을 설치하고, 상부에는 0.1-0.2H되게 여과수 공간부(6)를 형성하여 이와 연통되게 유출관(7)를 처리조(1)에 일체로 설치하며, 그 최상단에는 혐기성 발효에 의한 가스(CH₄+CO₂)의 배기관(8)이 형성되어 있다.

상기 메디아층(2)은 다수장의 메디아(9)를 상호 접촉시켜 3-5층으로 적층하여 구성된다.

상기 각 메디아(9)는 굴곡부(10)를 파형과 같이 형성하되 약 55-65도 경사각 (θ)을 가지도록 형성한다.

따라서 각 메디아(9)를 상호 접촉되게 설치할때 그 경사도가 상호 어긋나도록 교호로 반복설치하여 공극(11)이 형성되게 하고, 각 층으로 적층할때 그 공극(11)이 지그재그로 연결되게 설치하여 공극율 90%, 비표면적 120㎡/㎥ 이상되게 형성한다.

또, 최하단층의 각 메디아(9)의 하단부의 표면은 미립자(3)로 형성된 플록(14)이 잘 부착되어 탈리되지 않도록 미세한 작은 요철(12)을 형성하여 표면적을 높히도록 한다.

일반적으로 블란켓트의 형성없이 처리조(1)에 충진물을 충진후 숫수한 메디아충만으로 처리할때 많은 양의 메디아를 충진하면서도 처리효율을 80-85%가 되려면 수리학적 체류시간이 7-10정도 필요한데 비하여 본 발명에서는 메디아층(2)과, 그 메디아층(2)의 직하부에 형성되는 블란켓트층(15)의 단계적 공동처리로 인하여 체류시간이 1-5일 정도에서도 처리효율을 90-95%로 유지하는데 이는 블란켓트층(15)의 두께의 크기에 따라 기인하는 것인바, 이는 전술한 처리조(1)의 구조적 배치에다 공간부(3)내로 유입되는 폐수의 상승 속도를 0.5-2.5m/day로 유지하면 제2도에서와 같이 유입폐수는 점진적으로 조용히 규칙적인 층 이등을 하게 되므로 경사각(θ) 55-65도에서 탈리되어 굴러내려오는 슬러지의 미립자(13)를 메디앙층(2)의 직하부에 거의 균일한 두께로 모아둘 수 있는데다 이렇게 형성되어 가는 불란켓트층(15) 역시 흐트러지거나 깨뜨리지 않게 되어 폐수의 유입속도 0.5-2.5m/day는 매우 중요한 인자가 되는 것이고, 이러한 유속에서는 체류시간이 1-5일에서 공간부(3)내의 슬러지의 플록 현상도 가중되며, 동시에 그 공간부(3)내에서 혐기성 발효에 의하여 발생되는 CH₄, CO₂가스도 많을 뿐아니라 이로 인한 기포도 조용히 상승하게 되면서 상기 슬러지 플록을 메디아 하부로 끌고 올라가게 되는 유리한 현상을 만들게 되는 것이다.

또한 메디아층(2)의 경사각(θ)을 55-65도로 형성시킨 이유는 유입폐수 및 생성미생물을 메디아층(2)내에 적절히 체류시킴과 동시에 생성미생물 플록(14)에 의한 메디아 공극(11)의 막힘 현상을 방지하는데 있다.

즉, 경사각(θ)이 65도 이상으로 클경우 체류시간이 짧아져서 상승속도가 커지므로 메디아층(2)내의 미생물과 메디아층(2)에서 탈리된 미생물이 부유되거나 침전되지 못하고 유출될 수 있으며, 경사각(θ)이 55도 이하로 작을 경우 긴 체류시간으로 인하여 생성미생물의 유출을 방지하는 높은 처리효율을 기대할 수 있으나 유입고형물과 메디아층(2)내의 부유미생물 및 탈리미생물의 정체현상으로 메디아층(2)의 공극(11)이 막힐 가능성이 있어 처리 효율상 비경제적이 되기 때문이다.

따라서 이러한 경사각의 범위가 본 발명에서의 블란켓트층(15)을 형성하는 가장 중요한 기술적 구성중의 하나로 되고 있는 것이다.

더욱이, 본 발명에서는 처리조(1)의 크기를 구분하여 메시아층(2)과 공간부(3)등이 깊이를 설정한 다음 메디아층(2)의 하부에 블란켓트층(15)을 형성하는 것인데, 블란켓트층(15)은 폐수의 유입속도와, 그 유입속도로 인한 점진적층 이동과 동시에 단기간의 체류시간에서 생성되는 CH₄, CO₂가스의 기포(16)가 슬러지 플록(14)을 메디아층(2)으로 상승이동시키면서 블란켓트층(15)을 떠 받치고 있게 되므로 블란켓트층 (15)의 두께(t)는 더욱 두껍게 형성되며, 또한 고밀화 상태가되고, 이렇게 두꺼워진 블란켓트층(15)을 통과하는 고농도 유기폐수는 약 80% 이상을 처리하게 되는 것이고, 이러한 상황에서도 폐수의 유입속도를 0.5-2.5m/day로 유지하고 있는 한 블란켓트층( 15)이 파괴되지 않은채 연속적으로 생성되는 기포 역시 블란켓트층(15)을 떠 받친 상태로 유지하므로 블란켓트층(15)의 형성 및 유지가 매우 유리한 요건이 되는 것이다.

이하 제3도를 참조하여 순차적으로 그 처리과정을 설명하면 다음과 같다.

① 유입관(5)으로 유입되는 폐수를 분출구(4)를 통해 하향공급하면 처리조(1)내에 미생물의 이송이 완료되어 새로운 환경에 적응하게 되면 혐기성 박테리아는 유기물질 분해와 함께 증식을 하게 된다.

② 초기에는 유입된 폐수의 유체상승 속도에 의해 가벼운 미생물이 침전없이 유체와 같이 상승하게 된다.

③ 메디아층(2)의 경사각을 따라 상승하던 미생물은 메디아(11) 표면에 부착하게 된다. 왜냐하면 메탄 형성 박테리아는 물체의 표면이나 다른 박테리아에 쉽게 스스로 부착시키는 특성이 있기 때문이며, 초기에는 부착하지 못하거나 침전하지 못하고 그대로 배출되는 양도 많게 된다.

④ 반응이 진행되면서 메디아(11)의 표면에는 다량의 미생물 덩어리가 부착하면서 스스로 부착되는 특성때문에 초기의 미세한 미립자층(13a)의 형태가 된다(제4도 (a)).

⑤ 메디아 표면에 1-2mm 정도의 두께로 미립자층(13a)으로 쌓이게 되면 유체 상승속도에 의한 전단력과 자체의 비중(무게) 때문에 미립자(13)가 제4도(b)와 같이 탈리되어 밑으로 떨어지게 된다.

⑥ 밑으로 떨어지면서 다른 초기 미립자나 미립자와 합쳐서 더욱 큰 침강 속도를 갖게 된다.

⑦ 침전하는 미립자(13)는 직접 반응조 하부로 침전하기도 하나 연속적으로 다른 미립자와 합쳐서 큰 플록(14)을 형성하게 되면 더욱 큰 침전속도를 갖게 된다.

⑧ 이때 처리조(1) 하부에서도 이미 침전된 미립자(13)가 유체 상승속도가 발생된 가스의 기포(16)에 의해 다시 상승하기도 하고, 스스로 부착하여 뭉쳐져 더욱 큰 플록(14)이 형성되기도 하며 처리조 하부는 많은 미립자(13)가 존재(부유)하게 된다.

⑨ 메디아 표면을 따라 침전을 하던 큰 폴록(14)들은 메디아(9)의 직하부에서 플록(14)의 침전속도와 유체의 상승속도가 평형을 이루게 되어 블란켓트층(15)이 형성된다. 이는 침전속도와 상승속도가 평형을 이루는 위치가 20-30% 지점이다.

⑩ 처리조(1) 하부로부터 유입되는 유기물질은 처리조 하부의 미생물 미립자에 의해서 분해가 이루어지고 약 80% 처리된 폐수는 블란켓트층(15)을 통과하나 미생물 미립자(13)는 블란켓트층(15)을 통과하지 못하고 하부에 누적된다.

⑪ 블란켓트층(15)을 통과한 처리된 폐수는 메디아층(2)을 통과하면서 나머지 유기물질이 메디아층에 부유 또는 부착 미생물에 의해서 유기물 분해되어 청정수로써 유출되어 유출관(7)을 배수되는 것이다.

⑫ 메디아층(2)에서 유기물 분해에 의해 새롭게 형성된 미립자(13)는 상술한 작용에 의해 블란켓트층(15)에 침전하게 되고 슬러지 블란켓트층(15)은 더욱 두껍게 형성되지만 일정한 두께를 초과하게 되면 침전속도와 상승속도의 평형이 깨져 블란켓트층의 일부가 침전되고 그 이외의 블란켓트층은 계속 유지되는 것이다.

이와 같은 본 발명은 수리학적 체류시간이 1-5일 이내에서 고 효율적으로 유기물 분해가 이루어지므로 처리시간의 단축과 처리효율이 향상되고, 또 발생된 CH₄가스를 이용동력의 에너지로 사용할 수 있어 경제적 부담이 감소되며, 성치비용의 감소, 약품비용, 전력비용 등 운전경비의 절감효과와 처리수질이 양호하여 하천 방류시 생태계에 끼치는 영향을 최소화 할 수 있는 것이다.

Claims (8)

1. 메디아층이 형성된 3,000-30,000PPM의 고농도 유기폐수를 처리하는 처리조에 있어서, 메디아층을 처리조의 중간부에 0.55-0.65H되게 형성하고, 그 하부에는 0.2-0.3H되게 공간부를 갖도록 하며, 상부에는 0.1-0.2H되게 여과수 공간부를 형성하여 유출관을 통해 처리수가 유출되게 하고, 공간부내로 유입되는 유기폐수의 상승속도를 0.5-2.5m/day로 되게 유체가 점직적으로 규칙적인 층 이동되게하며, 메디아층의 직하부에 두껍게 견고한 슬러지 블란켓트층을 형성하여 고농도 유기폐수를 처리함을 특징으로 하는 고농도 유기폐수 처리방법.
2. 제1항에 있어서, 유기폐수의 체류시간을 1-5일 되게 함을 특징으로 하는 고농도 유기폐수 처리방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 메디아층의 각 메디아는 파형과 같이 굴곡부를 형성시켜 약 55-65도 경사각을 가지도록 한 것을 특징으로 하는 고농도 유기폐수의 처리방법.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 메디아층의 각 메디아를 상호 어긋나게 교호로 접촉시켜 공극이 형성되게 한 것을 특징으로 하는 고농도 유기폐수의 처리방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 메디아층은 3-5층으로 적층하여 공극을 지그재그로 연결시켜 공극율 90%이상. 비표면적 120㎥/㎡ 이상되게 형성함을 특징으로 하는 고농도 유기폐수 처리방법.
6. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 메디아층의 최하단부 표면에 미세한 작은 요철을 형성함을 특징으로 하는 고농도 유기폐수 처리방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 유입폐수를 하향공급되게 한 것을 특징으로 하는 고농도 유기폐수 처리방법.
8. 메디아층이 형성된 3,000-30,000PPM의 고농도 유기폐수를 처리하는 처리조(1)에 있어서, 처리조(1)의 중간부에 메디아층(2)을 0.55-0.65H되게 형성하고, 그 하부에 0.2-0.3H되게 공간부(3)를 형성하며, 상부에는 0.1-0.2H되게 여과수 공간부(6)를 형성하고, 상기 공간부(3)에 유입관(5)의 다수의 분출구(4)를 하향되게 설치한 것을 특징으로 하는 고농도 유기폐수 처리장치.

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