KR100375549B1 - 부유성 내장형 침전조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 질소, 인 제거를 위한 산화구내에서 침전 슬러지를 별도의 동력을 사용하지 않고 중력침강에 의해 생물학적 반응기내로 반송 할 수 있는 장치에 대한 것이다. 또한 산화구내에서 유량조정 기능을 담당할 수 있도록 침전조 양쪽에 부유기를 설치하여 유량이 증가 될 때 조내 수위의 고저에 따라서 침전지 역시 상하로 이동하면서 일정한 월류 부하의 유지가 가능하도록 설계하여 유출수질의 악화를 막을 수 있는 장치에 관한 것이다. 종래의 침전조가 설치된 생물학적 처리시설에서 필수적 이였던 배관 및 펌프등의 부대설비를 생략하여 설치비용과 부지면적을 줄일 수 있다. 본 발명은 유량과 독성물질들에 의한 충격부하에 견딜 수 있도록 방류 시기의 조절이 가능 하도록 침전조 후단 방류구내에 자동 개폐 장치를 설치하여 경제적이고 안정적인 처리수를 확보할 수 있는 산화구용 부유성 내장형 침전조이다.

Description

부유성 내장형 침전조{Floating internal clarifier}

본 발명은 산화구 형태의 생물학적 처리시설에서 안정적으로 슬러지를 제거하고 반송에 별도의 동력이 소요되지 않고 수위의 증가에 따라 자유로이 상하 이동이 가능하여 부하변동에 따른 슬러지 월류를 막을 수 있는 부유성 내장형 침전조 개발에 대한 기술이다.

중, 소규모 하, 폐수 처리장에서 침전지의 운전은 본 처리시설의 운전 못지않게 중요하다. 제한된 부지 면적에 유입부하 변동폭이 계절별, 월별, 일별로 크기 때문에 상당한 시설규모의 유량 조정조 설치가 필수적이고 슬러지 반송량과 유출량을 제대로 조절하지 못한다면 인 방출 또는 슬러지 라이징(Rising)이 발생하여 유출수에 큰 영향을 주게 된다.

종래의 산화구 형태의 생물학적 처리시설에서도 이러는 문제점을 해결하기 위하여 침전조의 형태를 산화구내에 내장시켜 부지면적의 절약과 처리의 용이성을 도모하고 있다. 어드벤스드 엔바이어멘탈 엔터프라이즈(Advanced Environmental Enterprises)사에서는 BMTS라는 내장형 침전지 시스템을 개발하고 유나이티드 인더스트리사(United Industies)에서도 보우트인트라찬넬 클레이파이어(BOAT intra-channel clarifier)를 개발하였다. 두 공법 모두 침전지 부지면적을 줄이고 운용의 간편성을 높이기 위하여 내장형 침전지를 사용하여 운전의 효율성과 경제성을 높였다.

산화구 시스템은 수심이 낮고 브러쉬 로터(brush rotor)를 이용하는 폭기 시스템으로 1950대부터 유럽에서 발달되어 왔다. 그 시설들은 흔히 배치(batch)식으로 운전되며 침전조를 분리하지 않고 장기폭기 형태로 운전을 해왔다. 그러나 배치(batch)운전이 가지고 있는 운전의 한계성 때문에 외부 침전지를 설치하였다. 산화구 형태는 넓은 부지 면적을 이용하여 설계되었으며 넓은 면적에 혼합과 산소 공급을 위하여 많은 양의 동력을 필요로 했다. 이 때문에 초기에 이용된 곳은 마을 단위의 소규모 시설들이다. 일반적인 산화구에 대한 처리성의 기존 평가는 우수한 것으로 판명되었다. 특히 운전시 유지관리가 간편한 것이 손꼽히고 있다. 1978년도 미국 EPA 보고서에서 하, 폐수 처리 시스템을 비교한 보고서에서는 "0.1에서 10mgd 용량의 모든 생물학적 시스템의 총연간 비용은 산화구 시스템이 가장 적게 소요된다" 라고 밝힌바 있다. 일반적으로 미국과 유럽의 지자체에서 95%이상은 산화구 형태의 처리시설을 가장 경제적인 생물학적 처리시설로 손꼽고 있다. 또한 처리시설의 장점은 설비자금과 운전관리 비용이 적다는 것뿐만 아니라 그 자체의 완충능력과 적응성 때문에 최소의 운전관리만으로도 위기조건에서 무척 효과적으로 대처할 수 있다. 이러한 장점들을 때문에 1980년대 연구자들은 산화구에 대한 많은 개선 프로세스를 연구했다. 대부분의 연구들의 초점은 내장형 침전조에 대한 새로운 개발로 집중되었다. 이러한 내장형 침전조의 개발의도는 외부침전시스템을 제거하고 슬러지 반송 펌프등을 설치하지 않아 처리시스템이 보다 작은 면적만을 소요하고 운전관리에 간편하고 운전비용이 최소화되는 경제적인 시스템에 초점을 맞춘 것이다.

인트라 챤넬 클레리파이어(Intra-channel clarifier) 시스템이 특성은 침전지 유입방향에 따라 측면. 하부, 상부로 구분되며 이에 따라 상향류, 하향류로 분류되어진다. 이중에 하부 및 측면에서 유입되는 상향류의 경우는 침전지 바닥의 유입구를 통해 수류가 상부방향으로 유입되고 침전된 슬러지도 유입구를 통해 다시 침전지로 반송되는 시스템이다. 동일한 유입구를 통해 미생물 현탁 부유물질(MLSS(Mixed Liquid Suspended Solids))이 유입되고 침전슬러지는 하강해야 되어야하므로 침강속도가 작은 핀플록(pin floc)이나 밀도가 낮은 플록은 산화구로 반송되지 못하고 유출되어 처리수질이 악화되는 문제점이 있다. 이중에서 보우트 인트라챤넬 클레리파이어(BOAT intra-channel clarifier)에서는 유입수가 하향류 형태로 침전지 내부의 수류형태는 침전지 측벽과 산화구 벽체 사이에 형성된공간을 따라 순환하면서 침전지 후면에서는 수평류형 침전지이고 침전 슬러지는 침전지 바닥을 통하여 산화구로 반송되는 구조이다.

본 발명에서는 슬러지 유출을 최소화시키기 위하여 전단 웨어를 통하여 들어온 미생물 현탁 부유물질을 침전조 하단으로 끌어들여 이를 슬러지 부상 방지판을 통하여 상부로 거쳐 유출량이 감소된 상태로 침전을 일으켜 슬러지 유출을 최소화시키며 부유기를 설치하여 유량변화에 대처하므로 안정적이고 우수한 처리수를 보장한다.

본 발명은 하,폐수의 고도처리를 위한 처리 공법중 산화구 공법에서 조내에 위치하는 부유형 내장형 침전조에 관한 발명으로 침전조를 별도로 외부에 설치하지 않고 산화구내에 설치하고 유량변동과 충격부하등 외부조건의 변화에 따라 부유기를 이용하여 상하로 수위에 따라 이동하면서 별도의 동력을 사용하지 않고 항상 일정한 월류부하를 유지할 수 있는 침전지 개발에 관한 것이다. 특히 유량변화와 수질변화가 큰 중, 소 규모 하수처리시설의 경우 반응조가 유입부하의 변동을 미쳐 소화시키지 못하고 오염물질을 배출시키는 경우가 많으며 이러한 경우 본 부유성 내장형 침전조를 사용, 유기물 부하와 유량이 많을 경우에는 침전지의 수위를 상승시켜 반응조 용적을 증가시키면 체류시간이 길어지므로 오염물질의 유출을 최소화 시켜 부하변동에 따른 적극적이고 능동적인 제거를 가능하게 한다. 계절에 따른 변화 역시 능동적이 대처가 가능하도록 질산화시간이 많이 요구되는 겨울철에는 충분한 폭기가 가능하도록 반응조의 부피를 크게 사용하며 여름철의 경우는 상대적으로체류시간을 짧게 하여 신속한 처리가 가능하도록 제어하여 효과적이고 경제적인 처리가 가능하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 침전지 내장형 산화구의 평면도

도 2는 본 발명에 따른 침전지 내장형 산화구의 단면도

도 3은 본 발명에 따른 슬러지 부상 방지판과 슬러지 반송장치의 사시도

도 4는 본 발명에 따른 침전지 유입부의 사시도

도 5는 본 발명에 따른 침전지 일체식 응집조와 방류구의 사시도

도 6은 본 발명에 따른 방류관 연결부 사시도

<도면 주요 부분에 대한 부호 설명>

4: 부유기

7: 부유성 침전지 좌우 미동방지용 요철

12: 유입웨어

14: 정류판

15: 침전 슬러지 반송 호퍼

17: 스컴 제거용 호퍼

19: 상등수 유입구

20: 슬러지 부상방지판

22: 침전슬러지 제거용 오리피스 유입구

23: 침전슬러지 제거용 오리피스 유출구

24; 침전슬러지 제거용 오리피스

25: 최종 방류 웨어

26: 응집조 유입 웨어

33: 방수포

35: 응집제 투입관

37: 침전조 일체 방류관

39: 외부 연결 방류관

40: 응집조 정류판

44: 방류구 개폐장치

이하 본 발명을 첨부 도면을 참조하여 더욱 자세히 설명한다.

[제 1도 부유성 내장형 침전조의 평면도]

제 1도는 본 발명에 따른 부유성 내장형 침전도의 평면도이다. 침전조로 유입되어진 미생물 현탁 부유물질은 정류판(14)을 지나서 침전조 하부로 이송 되어지고 이때 부유되어지는 스컴의 경우는 스컴 제거용 호퍼(17)를 통해 제거 되어진다. 침전지 하부로 이송된 미생물 현탁 부유물질은 슬러지 부상방지판(20)에서 운동량이 감소되면서 침전되어지고 침전된 슬러지는 슬러지 반송 호퍼(15)에 쌓여 중력침전을 통하여 무동력으로 반응조로 반송되며 상등액은 슬러지 부상방지판(20)의 상등수 유입구(19)를 통과하여 상향류로 이류 된다. 상등액은 방류되어지기 전에 침전조에 내장된 응집조에서 응집제가 투여되어 잔류 용존성 인과 부유물질을 최종 침전 제거하고 방류되어진다. 응집을 위한 교반은 월류 흐름을 이용하여 교반하고 응집제로 침전된 응집 슬러지는 다시 반응조로 반송되어진다. 또한 부유형 내장형 침전지는 폭기등에 의한 좌우 미동을 막기 위하여 부유기 양단에 좌우 미동방지용 요철(7)을 설치하여 상, 하 방향으로는 자유로이 수위에 따라 이동이 가능하지만 좌, 우 방향으로는 이동할 수 없는 구조를 가지고 있다.

[제2도 부유성 내장형 침전조의 단면도]

전단 유입웨어(12)를 통해 들어온 미생물 현탁 부유물질은 슬러지 부상방지판(20)에 의해 운동량이 감소되고 침전된 슬러지는 슬러지 유출 오리피스관(24)을 통하여 유출되어 진다. 또한 상등액의 잔여 부유물질과 용존성인은 응집조로 바로 유입되어 원형 응집제 투입관(35)에서 나오는 응집제와 결합 응집과 응결의 과정을 거쳐 최종 침전 제거되고 응집 침전 슬러지는 바로 슬러지 반송 호퍼(15)를 통하여 침전슬러지와 함께 반응조로 반송되어진다.

[제3도 슬러지 부상방지판과 슬러지 반송 장치의 사시도]

슬러지 부상 방지판(20)에 의하여 운동량이 감소된 슬러지는 반송 호퍼(15)를 통하여 반응조내로 반송되어질 때 원활한 반송을 위하여 침전조 하단에 슬러지 유출 오리피스(24)를 설치하였다. 오리피스 유입구(22)와 유출구(23)을 통하여 이동되어지는 수류가 오리피스(24)를 통과하면서 유속이 증가되고 따라서 호퍼(15)에 침전된 슬러지의 원활한 반송이 가능하다. 슬러지 부상 방지판(20)은 상등액 유입구(19)를 하부에 갖는 호퍼 형상으로 되어 있어서, 상등액은 상승되고 상단 침전 슬러지가 다시 하단의 슬러지 반송 호퍼(15)로 반송되는 구조를 가지고 있다. 하단의 호퍼(15)는 침전 슬러지와 응집 침전 슬러지를 반응조로 반송 시키며 이때 원활한 반송을 위하여 오리피스(24)에 의한 밀도류를 이용한다.

[제4도 침전지 유입부의 사시도]

유입 웨어(12)를 통하여 들어온 미생물 현탁 부유물질은 제 1, 2 정류판(14)을 거쳐 침전조 하단으로 이송된다. 이때 정류판은 유속을 감소시켜 침전을 원활하게 만들어준다. 또한 유입 웨어(12)는 상하로 조정이 가능한 구조로 설계되어 유입수량을 조절할 수 있다.

[제 5도 침전지 응집조와 유출구의 사시도]

침전조와 부속된 응집조는 1차 침전된 상등수가 응집조 유입웨어(26)를 통하여 유입되어지면 원통형 파이프의 응집제 투입관(35)에서 응집제를 균일하게 투여하고 응집조 정류판(40)을 거치고 월류에 의한 난류 흐름에 의하여 혼합 교반 되고 응집된 고형물은 바로 침전되어 1차 침전 슬러지와 함께 하부의 슬러지 반송 호퍼(15)를 통하여 반응조로 반송된다. 이때 응집제의 투여는 정량펌프(미도시)를 이용하여 현탁고형물의 농도와 용존성 인의 함량에 따라 조절되어진다.

[제 6도 방류관 연결부 사시도]

침전조 일체 방류관(37)은 반원형의 방류 웨어(25)와 연결되어 침전조와 일체형으로 만들어져 있고 하단부는 직경이 상부 유출관보다 큰 원통형 유출관인 외부 연결 방류관(39)에 내삽되어 있다. 두 관은 외부 미생물 현탁 부유물질이 스며들지 못하고 수밀을 유지할 수 있도록 자유스럽게 신축이 가능한 방수포(38)로 연결되어지고 이 관을 통하여 최종 방류수가 유출되어진다. 또한 독성물질의 유입이나 미 처리된 방류수가 유출되는 것을 막고 방류시기를 결정할 수 있도록 자동 개폐장치(44)가 설치되어 만약의 오염누출을 사전에 방지할 수 있다.

본 발명에 따른 부유성 내장형 침전조는 침전조의 부지면적을 줄이고 관련 부대설비가 전혀 필요없고 응집조 역할까지 겸할 수 있는 컴팩트한 시스템을 구축할 수 있다. 또한 기존 산화구의 용량을 최대 150%까지 증가시킬수 있도록 침전지가 상하로 이동하면서 산화구의 활용체적을 자유자재로 변화시킬 수 있어 충격부하와 유입부하에 능동적인 대처가 가능하도록 설계되어 졌다.

본 부유성 내장형 침전지의 발명으로 기존 생물학적 반응조의 설계용량이 고정되어 있어 갑작스러운 유입부하의 증가와 독성물질의 다량 유입되는 충격부하에생물학적 반응조가 제 역할을 못하게 되는 상황을 방지할 수 있고 이 모든 시스템 운영을 자동 제어에 의해 운전이 가능해 졌다. 마을단위 하수처리시설과 같은 중, 소규모 하수처리시설의 경우 계절적인 유량변화와 시기에 따른 부하가 천차만별로 과다 설계가 불가피하게 되는 상황에서 본 발명에 의한 부유성 내장형 침전조의 적용은 시기별로 상황별로 생물학적 반응조의 활용도를 달리하여 시기별로 적절한 운전이 가능해 졌으며 적극적이고 능동적으로 수질변화에 대처가 가능해진다.

- 경제적이고 효율적인 중, 소규모 오수처리시설의 운영이 가능하다.

- 유입 수질과 유량의 부하변동에 능동적이고 적극적인 제어가 가능하도록 반응조의 체적을 부하별, 시간별, 계절별로 자유로이 번화시킬 수 있다.

- 외부 침전조 건설에 따른 부대비용과 소요 면적이 전혀 필요 없고 침전지 운영을 별도로 할 필요가 없어 설치 비용과 운전비용이 절약된다.

- 수질에 대한 적극적인 제어가 가능하므로 보다 완벽한 유기물 및 영양 물질의 처리가 가능하다.

Claims (6)

1. 하, 폐수가 유입되는 유입웨어(12);

   상기 유입웨어(12)를 통하여 유입된 하, 폐수의 유속을 감소시켜 침전을 원활하게 하는 정류판(14);

   상기 정류판(14)을 통과하여 하부로 이송 되어지는 하, 폐수 중에서 부유되어지는 스컴을 제거하기 위한 스컴 제거용 호퍼(17);

   상기 유입된 하, 폐수 중의 현탁 부유 물질은 침전시키고 상등액만을 부상시킬 수 있도록 상등수 유입구(19)를 구비한 호퍼 형상의 슬러지 부상 방지판(20);

   상기 침전된 현탁 부유 물질을 생물학적 반응기로 반송하기 위한 반송 호퍼(15);

   수위에 따라 침전조가 자유롭게 상하이동이 가능하도록 한 부유기(4); 및

   최종 방류수가 방류되는 방류웨어(25)를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 반응기에 내장되는 하, 폐수처리장용 부유성 내장형 침전조.
2. 제 1항에 있어서, 상기 부유기(4)의 양쪽에 설치되어 상하이동은 자유로우나 좌우미동은 발생치 않도록 하는 좌우미동방지용 요철(7)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하, 폐수처리장용 부유성 내장형 침전조.
3. 제 1항에 있어서, 상기 방류 웨어(25)를 통과한 방류수가 외부로 배출되는 방류관을 더 포함하며,

   상기 방류관은,

   침전조 일체 방류관(37)과,

   상기 침전조 일체 방류관(37)보다 외경이 크며, 상기 침전조 일체 방류관(37)이 내삽되는 외부연결 방류관(39)과,

   상기 침전조 일체 방류관(37)과 외부연결 방류관(39)의 연결부위를 밀봉하는 신축이 자유로운 방수포(33)와,

   독성물질의 유입이나 미 처리된 방류수가 유출되는 것을 막고 방류시기를 결정할 수 있도록 하는 자동 개폐장치(44)로 이루어진 것을 특징으로 하는 하, 폐수처리장용 부유성 내장형 침전조.
4. 제 1항에 있어서, 상기 슬러지 반송용 호퍼(15)를 통해 슬러지가 반송될 때 유속의 증가로 슬러지의 원활한 반송이 가능하도록 하는 생물학적 반응기의 하, 폐수가 유입되는 유입구(22)와 하, 폐수와 슬러지가 유출되는 유출구(23)을 포함하는 슬러지 제거용 오리피스(24)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하, 폐수처리장용 부유성 내장형 침전조.
5. 제 1항에 있어서, 잔류 부유 물질과 용존성 인을 제거할 수 있도록, 상기 상등수가 유입되는 응집조 유입웨어(26)와, 상기 응집조 유입웨어(26)로 유입된 상등수와 응집제가 혼화될 수 있도록 응집제를 투입시키는 응집제 투입관(35)과, 응집조 정류판(40)을 포함하는 응집조가 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 하, 폐수처리장용 부유성 내장형 침전조.
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