KR100357771B1 - 질소 및 인 제거 효율을 향상시키기 위한 간헐폭기식 원형산화구를 이용한하수의 고도처리 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

가. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야.

본 발명은 침전지가 내장된 원형 산화구를 이용하여 호기성 상태와 무산소 상태가 자동반복교대 운전토록 한 간헐폭기식 원형 산화구를 이용한 하수의 고도처리방법 및 장치에 있어서, 미 처리될 수 있는 여분의 질소 성분과 인 성분까지도 완벽하게 처리하기 위한 처리공정 및 반응조를 추가시킨 것이다.

나. 발명이 해결하려는 기술적 과제.

최근 산화구 내부에 최종 침전지를 내장시켜 침전지에 필요한 소요부지를 절감토록 함으로서 경제적 부담을 감소시킨 하수의 고도처리방법이 제안되었으나, 질소(N)와 인(P)의 제거가 여전히 미미하고, 또한 호기성 상태와 무산소 상태가 단계적으로 이루어지도록 하기 위한 별도의 반응실이 마련되어야 하기 때문에 부지 절감효과의 크게 기대할 수 없었던 문제점이 있어, 본 출원인이 선출원한 특허 2001-0064672호에서는 침전지를 내장시킨 원형산화구를 이용하여 호기성 상태와 무산소 상태를 자동반복교대 운전시킴으로서 높은 질소, 인의 제거효율을 유지하면서 부지절감의 극대화를 얻을 수 있도록 하였던 것이다.

그러나, 이 경우에도 유입수 중의 질소 성분과 인 성분의 일부가 미처 처리되지 않은 상태로 방류될 가능성이 있는 것이다.

다. 발명의 해결방법의 요지.

따라서 본 발명은 인 방출을 위한 혐기조와, 호기성/무산소 상태가 반복교대 운전되는 반응조와 반응조의 중심부에 원형 침전조가 내장된 간헐폭기식 원형 산화구를 이용한 하수의 고도처리방법에 있어서, 상기 산화구의 반응조에서 반응하고 있는 혼합액의 일부를 반응조의 운전조건과 반대조건으로 운전되는 순환 간헐폭기조로 유입시켜 연속 순환토록 함으로서 반복적인 질산화 및 인 성분의 과잉 섭취로 미 처리된 여분의 질소 성분과 인 성분까지도 완벽하게 제거할 수 있도록 한 것이다.

라. 발명의 중요한 용도.

하수의 고도처리.

Description

질소 및 인 제거 효율을 향상시키기 위한 간헐폭기식 원형 산화구를 이용한 하수의 고도처리 방법 및 장치{The advanced wastewater treatment method and equipment using the circular oxidation ditch of intermittent aeration method to improve the removal of nitrogen and phosphorus}

본 발명은 한 개의 반응조 내에서 호기성 상태와 무산소 상태가 유입수의 특성에 따라 자동반복교대 운전토록 하여 유기물질은 물론 질소(N)와 인(P)까지도 제거할 수 있도록 한 간헐폭기식 원형 산화구를 이용한 하수의 고도처리방법에 있어서, 상기 반응조 내에서 반응하고 있는 혼합액의 일부를 반응조의 운전조건과 반대조건으로 운전되어지는 순환 간헐폭기조로 유입시켜 연속 순환토록 하는 공정을 추가시킨 것이 특징이다.

종래에 미생물을 이용하여 유기물, 질소, 인까지도 제거할 수 있도록 한 하수의 고도처리방법에 있어서는 각각의 성분들을 제거하기에 필요한 운전조건 및 상태가 전혀 다르기 때문에 별도의 반응조를 마련하여 순차적인 공정에 의하여 처리토록 하였던 것으로, 설치 및 운전비용에 따른 경제적 부담이 컸던 것이고, 특히 질소와 인을 제거하기 위한 추가설비에 따른 다단계의 처리공정으로 유지관리까지도 더욱 어려운 문제점이 있었던 것이다.

따라서 최근에는 산화구 내부에 최종 침전지를 내장시켜 침전지에 필요한 소요부지를 절감토록 함으로서 경제적 부담을 감소시킨 처리방법이 있으나 질소(N)와 인(P)의 제거가 여전히 미미하고, 또한 호기성 상태와 무산소 상태가 단계적으로 이루어지도록 하기 위한 별도의 반응실이 마련되어야 하기 때문에 부지 절감효과의 크게 기대할 수 없었던 것이다.

따라서 본 출원인이 선출원한 특허 2001-0064672호에서는 침전지를 내장시킨원형산화구를 이용하여 호기성 상태와 무산소 상태를 자동반복교대 운전시킴으로서 하나의 단일 산화구에 의해서도 유기물은 물론 질소 및 인의 제거효율을 높게 할 수 있도록 함으로서 상기한 종래의 문제점을 해결함은 물론 부지절감의 극대화를 얻을 수 있도록 하였던 것으로, 그 처리방식은 도 4에 도시된 바와 같다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이 하수 중에 용존되어진 인(P) 성분은 혐기조(100)에서 탈인균에 의하여 호기성 박테리아의 섭취가 가능토록 용출시키고, 용출된 인(P) 성분과 하수 중에 용존되어진 질소(N) 성분 및 유기물은 하나의 반응조 내에서 호기성 상태와 무산소 상태가 일정 비율로 자동 반복 교대 운전토록 하는 것으로, 호기성 상태가 진행되는 중에는 미생물이 유기물을 산화, 분해시킴과 동시에 용출된 인 성분을 과잉 섭취하여 유기물과 인 성분을 제거하게 되고, 암모니아(NH₄) 또는 아질산(NO₂) 상태로 존재하는 질소 성분을 질산화균에 의하여 질산화시켜 질산(NO₃)으로 산화시킨 다음, 무산소상태에서 탈질균에 의하여 산소가 제거되어 질소가스(N₂)로서 대기중에 방출되는 탈질반응에 의하여 질소를 제거하게 됨으로서 슬러지 침전이 동시에 이루어지도록 된 원형의 침전조(202)가 내장된 간헐폭기식 원형 산화구(200)의 반응조(201)에서 유기물의 산화, 인의 섭취, 질산화 및 탈질소화 반응에 의한 유기물 분해, 탈질, 탈인처리가 하나의 산화구에서 이루어지도록 한 것이다.

그러나, 이 경우에도 호기성 상태에서 완전히 질산화되지 않은 여분의 질소성분과 섭취가 덜 된 여분의 인 성분이 다음 단계인 무산소 상태를 거치면서도 미처리된 상태로 남게 되어 유입수에 포함된 그대로의 상태로 방류되게 됨으로서 질소 및 인의 완벽한 제거를 달성할 수 없었던 것이다.

이러한 이유는, 인 성분의 과잉섭취와 질산화 반응은 반드시 호기성 상태에서만 가능하기 때문에 이러한 반응이 완벽하게 이루어지지 않은 상태에서 무산소 상태가 진행되면 인 성분의 더 이상 섭취가 어려울 뿐 아니라 탈질 반응을 실현하기 위한 필수 단계인 질산화 반응이 더 이상 일어나지 않기 때문이다.

따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 부지절감의 극대화와 동시에 탁월한 질소 및 인의 제거가 가능했던 간헐폭기식 원형 산화구를 이용한 하수의 고도처리방법에 있어서, 운전조건 상 미 처리될 수 있는 여분의 질소 성분과 인 성분까지도 완벽하게 제거하기 위함이다.

이를 위하여 인 방출을 위한 혐기조와, 호기성/무산소 상태가 반복교대 운전되는 반응조와 그 중심부에 나선흐름식 원형 침전조가 내장된 간헐폭기식 원형 산화구를 이용한 하수의 고도처리방법에 있어서, 상기 산화구의 반응조에서 반응하고 있는 혼합액의 일부를 반응조의 운전조건과 반대조건(반응조가 호기상태일 경우에는 무산소상태로 운전되고, 반응조가 무산소상태일 경우에는 호기상태로 운전)으로 운전되는 순환 간헐폭기조로 유입시켜 연속 순환토록 함으로서 미처 질산화되지 않은 질소 성분의 질산화반응과 미 섭취된 인 성분의 섭취반응이 간헐폭기조를 통하여 완벽하게 이루어질 수 있도록 한 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하수처리공정을 나타낸 흐름도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하수처리장치의 일부 절개사시도.

도 3은 본 발명에 사용된 교반기의 사시도.

도 4는 종래에 간헐폭기식 원형 산화구를 이용한 하수처리공정의 흐름도.

<도면의주요부분에대한부호의설명>

10: 혐기조 20: 산화구

21: 반응조 21e: 분리벽

21a: 유입개구부 21b: 유출개구부

21c, 21d: 유도판 22: 침전조

30: 슬러지 저류조 40: 순환 간헐폭기조

41: 산기관 43: 교반기

50: 송풍기

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 고안의 가장 바람직한 일 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 각 도면을 설명함에 있어 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 도시되더라도 동일한 참조부호를 사용토록 한다.

도 1 에 도시된 바와 같이 본 발명은 처리하고자 하는 하수를 혐기조(10)로 유입시켜 반송된 농축 슬러지가 유입수 중의 유기물을 이용하여 신지대사 하는 과정에서 혐기성 박테리아(탈인균)에 의하여 슬러지 중의 인을 용출시키는 인 방출 단계와;

상기 혐기조(10)의 유출수를 하나의 단일 반응조(21) 내에서 호기성 상태와 무산소 상태가 일정시간동안 자동반복교대 운전되어지는 원형 산화구(20)로 유입시켜 호기성 상태에서의 유기물제거반응 및 질산화반응과 무산소 상태에서의 탈질 반응이 일어나도록 하는 유기물 제거 및 탈질 단계와;

상기 반응조(21)에서 반응된 반응액을 반응조(21)의 중심부에 내장된 원형 침전조(22)로 유입시켜 침전된 슬러지를 상기 혐기조(10)로의 일부 반송 및 슬러지 저류조(30)로의 폐기를 통한 인 제거 단계;

로 이루어진 공지의 간헐폭기식 원형 산화구를 이용한 하수의 고도처리방법에 있어서, 상기 반응조(21)에서 반응하고 있는 혼합액의 일부를 반응조(21)의 운전조건과 반대조건(상기 반응조(21)가 호기상태일 경우에는 무산소상태로 운전되고, 반응조가 무산소상태일 경우에는 호기상태로 운전)으로 운전되는 순환 간헐폭기조(40)로 유입시켜 연속 순환토록 함으로서 여분의 질소 성분과 인 성분의 탈질및 탈인 단계를 추가시킨 것이다.

이를 위하여 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이 혐기조(10)가 형성되고, 혐기조(10)의 유출부(11)에 연결되어 호기성/무산소 상태가 반복교대 운전되는 반응조(21)와 반응조의 중심부에 형성된 분리벽(21e)에 의하여 나선흐름식 구조를 갖는 원형 침전조(22)가 내장된 공지의 간헐폭기식 원형 산화구(20)를 이용한 하수의 고도처리장치에 있어서, 상기 반응조(21)에서 반응하고 있는 혼합액의 일부가 나선형 흐름에 의한 자체 유속에 의하여 반응조(21)의 하부에 형성된 유입개구부(21a)를 통하여 하부로 연속 유입되어 바닥 저면에 장착된 산기관(41)을 통하여 분사되는 기포(42)의 상승류 또는 수직으로 장착시킨 교반기(43)에 의한 상승류에 의하여 상승되어 상기 반응조(21)의 상부에 형성된 유출개구부(21b)를 통하여 상부로 연속 유출토록 하는 자연순환방식의 순환 간헐폭기조(40)를 추가로 형성시킨 것이다.

이때 상기 반응조(21)와 순환 간헐폭기조(40)의 수위는 항상 동일하게 유지되면서 반응조(21)와 순환 간헐폭기조(40) 사이의 연속 순환이 일어나게 되는 것이고, 특히 상기 유입개구부(21a)와 유출개구부(21b)에는 혼합액의 유입 방향과 유출 방향을 유도하기 위한 유도판(21c)(21d)이 각각 형성되어 혼합액의 흐름 방향을 제어토록 함으로서 혼합액의 원활한 순환이 가능토록 함은 물론 역 흐름을 방지할 수 있는 것이다.

또한 상기 순환 간헐폭기조(40)에 장착된 산기관(41)은 순환 간헐폭기조(40)의 내부로 공기를 주입시키기 위한 수단체로서, 송풍기(50)를 가동시켜 산기관(41)을 통하여 공기를 기포(42)의 형태로 주입시키는 동안에서는 호기성 상태가 유지되는 것이고, 송풍기(50)를 가동시키지 않고 교반기(43)만을 가동시키면 순환 간헐폭기조(40)의 내부는 무산소 상태가 유지되게 되는 것이다.

이때 상기 순환 간헐폭기조(40)의 가동방식은 원형 산화구(20)의 반응조(21)의 가동방식과 반대로 가동시켜 운전조건이 반대로 이루어지도록 하여야 하는 것이다.

또한 도 3에 도시된 바와 같이 상기 교반기(43)의 교반날개(43a)는 다단으로 형성시키되, 순환 간헐폭기조(40)의 하부로 유입된 혼합액을 교반과 동시에 상부로 끌어올리기 위하여 상향 경사만곡되게 형성되는 것이다.

한편, 본 발명에서 추가시킨 상기 순환 간헐폭기조(40)는 상기 혐기조(10)의 경우와 마찬가지로 상기 산화구(20) 처리용량의 약 1/10 정도의 처리용량만으로 형성시켜도 충분히 본 발명의 목적을 달성할 수 있게 됨으로서 이로 인하여 추가되는 소요부지 면적에 대한 영향력은 적은 것이다.

따라서 본 발명은 반응조(21)의 호기조건 또는 무산소 조건하에서 미처 산화되지 않은 여분의 질소 성분과 미 섭취된 여분의 인 성분이 함유된 혼합액의 일부를 상기 반응조(21)의 운전조건과 반대조건으로 운전되는 순환 간헐폭기조(40)로 유입시켜 연속 순환토록 함으로서 여분의 질소성분은 산화시켜 탈질 반응을 위한 전 단계인 질산화 반응이 추가로 일어나도록 함과 동시에 미 섭취된 여분의 인 성분 또한 추가로 섭취시킬 수 있게 됨으로서 보다 완벽한 질소 및 인 제거가 가능하게 되는 것이다.

본 발명은 간헐폭기식 원형 산화구를 이용하여 하수에 포함된 유기물은 물론 질소와 인까지도 높은 효율로 처리할 수 있음은 물론 부지절감의 극대화를 얻을 수 있도록 한 공지의 간헐폭기식 원형 산화구를 이용한 하수의 고도처리방법 및 장치에서 발생될 수 있는 여분의 미 처리된 질소 성분과 인 성분까지도 완벽하게 처리할 수 있는 장점이 있는 것이다.

Claims (4)

1. 처리하고자 하는 하수를 혐기조(10)로 유입시켜 하수에 포함된 인(P) 성분을 용출시키는 인 방출 단계와;

   상기 혐기조(10)의 유출수를 호기성 상태와 무산소 상태가 일정시간동안 자동반복교대 운전되어지는 원형 산화구(20)의 반응조(21)로 유입시켜 호기성 상태에서의 유기물제거반응 및 질산화반응과 혐기성 상태에서의 탈질 반응이 일어나도록 하는 유기물 제거 및 탈질 단계와;

   상기 반응조(21)에서 반응된 반응액을 반응조(21)의 중심부에 내장된 원형 침전조(22)로 유입시켜 침전된 슬러지를 상기 혐기조(10)로의 일부 반송 및 슬러지 저류조(30)로의 폐기를 통한 인 제거 단계;

   로 이루어진 공지의 간헐폭기식 원형 산화구를 이용한 하수의 고도처리방법에 있어서, 상기 반응조(21)에서 반응하고 있는 혼합액의 일부를 반응조(21)의 운전조건과 반대조건으로 운전되는 순환 간헐폭기조(40)로 유입시켜 연속 순환토록 함으로서 여분의 질소 및 인 성분의 제거 단계를 추가시킨 질소 및 인 제거 효율을 향상시키기 위한 간헐폭기식 원형 산화구를 이용한 하수의 고도처리 방법.
2. 혐기조(10)와, 혐기조(10)의 유출부(11)에 연결되어 호기성/무산소 상태가 반복교대 운전되는 반응조(21)와 분리벽(21e)에 의하여 반응조의 중심부에 형성된 분리벽(21a)에 의하여 마련된 원형의 침전조(22)가 내장된 원형 산화구(20)로 이루어진 공지의 간헐폭기식 원형 산화구를 이용한 하수의 고도처리장치에 있어서, 상기 반응조(21)에서 반응하고 있는 혼합액의 일부를 반응조(21)의 유입개구부(21a)를 통하여 하부로 유입시켜 호기성 상태로의 운전을 위하여 가동되는 산기관(41)을 통한 기포(42)에 의한 상승류 또는 무산소 상태로의 운전을 위하여 가동되는 교반기(43)에 의한 상승류에 의하여 반응조(21)의 유출개구부(21b)를 통한 상부로의 연속 유출을 유도하는 자연순환방식의 순환 간헐폭기조(40)를 추가로 형성시킨 질소 및 인 제거 효율을 향상시키기 위한 간헐폭기식 원형 산화구를 이용한 하수의 고도처리장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 유입개구부(21a)와 유출개구부(21b)에 혼합액의 유입 방향과 유출 방향을 유도하기 위한 유도판(21c)(21d)이 각각 형성된 질소 및 인 제거 효율을 향상시키기 위한 간헐폭기식 원형 산화구를 이용한 하수의 고도처리장치.
4. 제 2항에 있어서, 상기 교반기(43)의 교반날개(43a)는 상향 경사만곡되게 형성되어 하부로 유입된 혼합액을 상부로 끌어올릴 수 있도록 된 질소 및 인 제거 효율을 향상시키기 위한 간헐폭기식 원형 산화구를 이용한 하수의 고도처리장치.