대심도 생물막법과 대심도 가압부상공법을 병행한 오수ㆍ하수ㆍ폐수처리장치{a device to purify sewage, slop, and waste water by using a bed biofilm method and pressure flotation}

본 고안은 대심도 생물막법과 대심도 가압부상법을 병합한 오수ㆍ하수ㆍ폐수처리장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 처리영역의 심도는 깊게 하고 표면적은 적게 하여 기존의 처리용적율은 유지하면서 소요부지면적을 대폭 축소시켜 공간적 제약이 없도록 하고, 이 처리영역에는 생물막법과 가압부상법이 적용되어 처리효율을 증진시킨 것이다.

종래에 오수ㆍ하수ㆍ폐수를 처리하는 방법으로서, 미생물을 병행한 생물막처리방법은 친환경적이면서 처리효율이 우수하여 현재까지도 널리 사용되고 있는 방법이나, 유입수의 농도 변화가 심할 경우 갑작스런 부하량 변동에 대한 적응력이약해 처리효율이 떨어질 뿐 아니라 특히 독성물질이 유입될 경우에는 처리효율이 급격히 저하되고, 생물학적 처리 후의 방류수는 처리수의 수질이 우수하지 않기 때문에 재이용이 어려운 문제점이 있는 것이다.

따라서 이러한 문제점을 극복하고자 담체를 병행한 생물막법이 개발되어 어느 정도의 부하량 변동에 대처할 수 있도록 한 것이 있으나, 이러한 방법들은 교반조, 혼화조, 침전도 등의 부수적 설비가 적어도 하나 이상 필요하기 때문에 이에 따른 소요부지면적이 많이 필요한 새로운 문제점이 대두되게 되었던 것이다.

따라서 소요부지면적에 민감한 우리나라의 경우 오염원 배출지점에서 직접 처리하지 않고 오염원들을 한 곳으로 모아 처리하고 있기 때문에 하천의 건천화 문제가 대두되기 시작하였던 것으로, 이러한 이유는 하수가 유입되는 곳이 하천의 일정 거리 뒤에 있기 때문에 유입되지 않는 상류부는 유입수 감소로 인한 건천화 현상이 발생되기 때문이다.

따라서 이러한 건천화 하천은 수위가 낮아질 수밖에 없었고, 이는 다시 하천의 부영양화의 진행을 빠르게 가져왔고, 이러한 부영양화의 빠른 진행은 하천의 수질오염을 촉진시켜 수질오염은 물론 악취발생의 근원이 되어 많은 민원을 야기하게 되었던 것이다.

한편, 공기가 포함된 가압수를 처리영역에 주입시켜 발생되는 미세기포에 의하여 처리수 속에 포함된 오염물질을 수표면으로 부상시켜 제거토록 한 가압부상공법의 경우는 오염물질을 빠른 시간에 부상시켜 제거시킬 수 있는 장점이 있으나, 미세기포 생성을 위해서는 일정 압력 이상의 공기를 투입시켜야 하기 때문에 이에따른 에너지 소모량이 크고, 오염물질의 플록을 형성시키기 위한 약품을 일정하게 투입시켜야 하기 때문에 이에 따른 약품 소모량이 많아 유지비용이 많이 소요되는 문제점이 있는 것이다.

또한, 소요부지의 절약을 위하여 처리영역의 수심을 깊게 한 대심도 가압부상공법에 있어서는, 처리영역의 저면에서 생성된 기포가 상승되면서 풀어지는 release 현상이 발생되어 부상속도가 저하되거나 생성된 기포가 소멸되기 때문에 처리효율이 현저히 떨어지게 되는 문제점이 있는 것이다.

따라서 본 고안은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 고안의 목적은 소요부지면적은 대폭 축소시키고 처리효율은 극대화시킬 수 있는 오수ㆍ하수ㆍ폐수의 처리장치를 제공하고자 함이다.

이를 위하여, 상하로 길죽하게 형성되어 처리대상수의 심도가 높게 유지시킬 수 있도록 한 대심도 반응조를 처리대상 영역의 지표면으로부터 지하 깊은 곳까지 매설하고, 이 반응조의 중심부에 가압수와 처리대상수를 저면까지 주입시킬 수 있도록 반응조의 바닥면까지 하향주입부를 연장 설치시키고, 하향주입부를 통하여 배출되는 가압수와 처리대상수가 상승되는 상향부에는 수심에 따라 다단으로 고압분사수를 주입시키고, 상향부와 하향주입부에는 생물막 형성을 위한 담체를 충진시켜 생물막법에 의한 고도처리와 가압부상공법에 의한 물리, 화학적처리의 병합효과로 처리효율의 극대화가 이루어지도록 한 것이다.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 처리공정도.

도 2는 하향주입부를 증식 확장형으로 형성시킨 상태의 처리 공정도.

도 3은 직관형 하향주입부에 고정상 담체가 수직으로 형성된 단면도.

도 4는 직관형 하향주입부에 고정상 담체가 수평으로 형성된 단면도.

도 5는 증식확장형 하향주입부에 고정상 담체가 수직 형성된 단면도.

도 6은 증식 확장형 하향주입부에 고정상 담체가 수평 형성된 단면도.

도 7은 본 고안의 또 다른 실시예에 따른 처리공정도.

도 8은 도 7의 하향주입부를 증식 확장형으로 형성시킨 상태의 처리공정도.

도 9는 본 고안의 제 3 실시예에 따른 처리공정도.

도 10은 증식확장형 하향주입부에서 생성되는 미세기포의 반응 상태도.

도 11은 본 고안에 적용된 반응조를 모듈형으로 형성시킨 상태의 종단면도.

도 12은 본 고안에 적용된 반응조를 모듈형으로 형성시킨 상태의 횡단면도.

<도면의주요부분에대한부호의설명>

1: 가압수 2: 처리대상수

3: 미세기포 4: 응집물

5: 처리수 6: 분사수

10: 반응조 11: 하향주입부

11a: 상향부 12, 12a, 12b : 담체

13: 역세장치 15: 방류수로조

20: 분사장치 30: 슬러지 흡입장치

40: 탈수장치 50: 압축기

60: 약품탱크

본 고안은 처리대상수의 심도를 높게 유지시킨 상태에서 생물막법과 가압부상법을 병합시켜 오수ㆍ하수ㆍ폐수를 처리하는 방법이다.

이하 다음의 실시예에 의하여 본 고안을 보다 상세히 설명하기로 한다.

우선, 도 1 내지 도 6은 본 고안의 일 실시예를 도시한 것으로, 상하로 길죽하게 형성되어 처리대상수의 심도가 높게 유지시킬 수 있도록 한 대심도 반응조(10)를 처리대상영역의 지표면으로부터 지하 깊은 곳까지 매설시키고, 상기 반응조(10)의 내부 중심부에 가압수(1)와 처리대상수(2)를 반응조의 저면까지 주입시키기 위한 하향주입부(11)를 바닥까지 연장 설치하여 하향주입부(11)의 내부에 생물막 형성을 위한 담체(12)를 충진시킴으로서 담체(12)와의 접촉에 의한 생물학적 고도처리가 이루어지도록 한 후, 하향주입부(11)을 통하여 배출되는 가압수(1)에 의하여 발생되는 미세기포(3)가 하향주입부(11)의 외측에 형성되는 상향부(11a)를 통하여 상승하면서 응집물(4)을 부상시켜 가압부상공법에 의한 물리, 화학적 처리가 이루어지도록 한 것이다.

이때 상기 하향주입부(11)는 파이프나 원형관 등 통상의 재질을 사용하여 형성시킬 수 있으나, 여과상 매체를 이용하여 형성시키면 고정상 담체로서의 역할도 동시에 수행할 수 있어 처리효율을 증진시킬 수 있는 것이고, 도 2에 도시된 바와 같이 수심에 따라 관경을 변화시킨 증식 확장형으로 형성시키면 미세기포(3)의 생성을 용이하게 할 수 있는 것으로, 이때 오리피스나 벤츄리미터를 사용하면 미세기포의 생성을 더욱 용이하게 할 뿐 아니라 교란작용을 증대시켜 미세기포의 크기를 미세한 상태로 유지시킬 수 있는 것이다.

또한, 상기 담체(12)는 유동상 또는 고정상 등 어떠한 형태로의 충진이 가능한 것으로, 유동상으로 충진시킬 경우는 하향주입부(11)의 일정 부분에는 상,하로 스크린(14)을 형성시켜 유동상 담체(12a)의 수납이 가능토록 하여야 하는 것이고, 고정상 담체(12b)를 충진시킬 경우는 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이 하향주입부(11)의 내벽에 하향주입부(11)와 동일한 방향인 수직으로 형성시키거나 횡 방향인 수평으로 형성시키는 등 다양한 형태로 충진시킬 수 있는 것으로, 특히 고정상 담체(12b)를 수평으로 형성시킬 경우에는 역세장치(13)에 의한 담체의 막힘 현상을 예방토록 하여야 하는 것이다.

또한 상기 상향부(11a)에는 분사장치(20)를 수심별로 여러지점에 다단으로 형성시켜 분사장치(20)를 통하여 분사되는 고압 분사수(6)에 의하여 반응조(10)의 저면에서부터 부상되는 미세기포(3)의 풀어짐 현상을 방지시켜 기포의 크기를 미세한 상태로 유지시킬 수 있음은 물론 기포의 용존 현상을 방지할 수 있고, 미세기포(3)의 부상속도를 증가시켜 처리시간을 단축시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있도록 하는 것이다.

이때 분사장치(20)를 수심별로 여러지점에 설치하는 또 다른 이유는 심층부에서 미처 반응되지 않은 오염물질과의 반응률을 높일 수 있도록 하기 위함이다.

또한 상기 가압수(1)에 의하여 생성되는 미세기포(3)는 폭기의 효과가 있는 것으로, 가압수(1)의 주입을 일정 시간 간격으로 조절하여 가압수(1)의 주입 및 멈춤이 반복적으로 이루어지도록 하여 반응조(10)가 호기성과 무산소 상태를 겸하도록 함으로서 다양한 미생물의 활성을 증대시켜 처리효율을 높일 수 있는 것이다.

한편, 상기 반응조(10)에는 방류수로조(15)를 구비하여 부상된 응집물(4)이 제거된 처리수(5)의 일시 저장이 가능토록 할 수 있는 것으로, 이곳에 저장된 처리수(5)는 그대로 방류시키거나, 본 고안의 처리공정에서 사용되는 가압수(1)와 분사수(6)로 재사용할 수 있는 것이다.

이때 반응조(10)의 표면으로 부상된 응집물(슬러지 포함)(4)은 별도로 마련된 슬러지 흡입장치(30)에 의하여 흡입되어 탈수장치(40)에 의하여 탈수 후 제거되는 것으로, 가압부상공법에서의 통상적인 부상물의 처리방법이고, 가압수(1)에는 압축기(60)로부터 공급되는 압축공기와 약품탱크(70)로부터 공급되는 약품이 포함되어 약품에 의한 응집반응과 압축공기에 의한 산소의 주입이 가능토록 함은 물론이다.

따라서 상기와 같이 구성된 본 고안은 반응조(10)가 상하로 길죽하게 형성되어 지하 깊숙히 매설시킬 수 있어 처리대상수의 심도는 깊은 반면 표면적은 적게 형성시킬 수 있기 때문에 소요부지면적을 최소화시킬 수 있으며, 이 반응조(10)의 바닥 저면까지 하향주입부(11)가 연장되게 형성되어 가압수(1)를 고압으로 깊은 곳까지 주입시킬 수 있는 것이고, 가압수에 의하여 발생된 미세기포는 상향관(11a)을 통하여 다시 상승하면서 수심별로 형성된 분사장치(20)로부터 분사되는 고압수에 의하여 기포의 풀림 현상을 방지토록 함은 물론 부상속도가 증가되어 가압부상공법에 의한 오염물질의 제거효율을 높일 수 있으며, 하향주입부(11)에 충진된 담체(12)와의 접촉으로 생물막법에 의한 생물학적 고도처리가 병합됨으로서 처리효율의 극대화를 얻을 수 있는 � �이다.

이때 하향주입부(11)을 통하여 주입된 가압수(1)로부터 발생된 미세기포(3)는 상향부(11a)를 통하여 상승하면서 수심에 따라 점차로 저하되는 압력에 의하여 초미립자로 전환되면서 응집물을 수면위로 빠르게 부상시킬 수 있는 것이다.

또한, 생물막법의 처리 시 부하량 변동으로 미생물의 쇼크로 인한 처리효율이 떨어질 경우에도 물리ㆍ화학적 처리에 의하여 수질을 개선할 수 있어 방류수의 수질을 일정하게 유지시킬 수 있는 것이다.

한편, 도 7과 도 8은 본 고안의 또 다른 실시예를 도시한 것으로, 상기 담체(12)를 상향부(11a)에 형성시키는 것으로, 하향주입부(11)를 통과하면서 가압부상공법에 의한 물리, 화학적 처리가 일차적으로 이루어지도록 한 후, 상향부(11a)를 통하여 처리대상수(2)가 상승하면서 상향부(11a)에 충진된 담체(12)에 접촉토록 함으로서 생물막법에 의한 고도처리가 이차적으로 이루어지도록 할 수 있는 것이다.

이러한 방식은 하향주입부(11)에 담체(12)를 형성시켜 일차적으로 생물막법에 의한 고도처리가 이루어지도록 한 후, 상향부(11a)를 통하여 상승하면서 이루어지는 물리, 화학적 처리가 이차적으로 이루어지도록 하는 방법과 처리공정 순서만이 다르게 형성시키는 것으로, 본 고안의 목적을 달성할 수 있도록 하기 위한 또 다른 처리방식이다.

또한, 도 9는 본 고안의 제 3 실시예를 도시한 것으로, 상기 반응조(10)를 직렬로 2조 설치하되, 1조의 반응조(10a)에만 담체(12)를 충전시켜 1조의 반응조(10a)에서는 생물막을 병행한 고도처리가 가능토록 하고, 다른 1조의반응조(10b)에서는 가압부상공법을 병행한 물리, 화학적 처리가 가능토록 함으로서 생물막을 병행한 처리조건과 가압부상공법을 병행한 처리조건이 순차적으로 이루어질 수 있도록 할 수 있는 것이다.

또한, 본 고안은 도 11과 도 12에 도시된 바와 같이 상기 반응조(10)에 담체(12)를 형성시킨 하향주입부(11)을 다수개 형성시켜 모듈형으로 형성시킬 수 있는 것으로, 이러한 방식은 대용량의 처리대상수를 처리할 경우에 적용할 수 있는 것이다.

본 고안에 의하면, 기존의 생물막법과 가압부상법의 단점인 일정 소요부지면적의 필요성을 해결하여 오염발생지역에 직접 시공, 처리할 수 있으며 모듈시스템에 의한 처리용량 확장성이 용이하고, 급격한 부하량 변화에 따른 적응 미미로 인한 효율저하, 폐수 등의 독성물질에 의한 효율저하, 처리사간 단축 및 에너지 비용 절감 문제 등을 해결할 수 있는 것이다.

또한 처리효율 증대에 따른 수질개선 효과로 처리수의 재이용 리사이클과 하천으로의 직접 방류로 인한 건천화 예방 등의 부수적인 효과도 기대할 수 있는 것이다.