KR100415831B1 - 산화구 하수 고도처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 산화구 하수 고도처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 별도의 설비 제작이나 설치없이 기존 장치의 개량만으로 보다 안정적이면서 고효율의 질소 및 인의 처리가 이루어질 수 있도록 함으로써 비용절감에 따른 경제성을 크게 기대할 수 있을 뿐만 아니라 약품 사용없이도 질소 및 인의 처리가 보다 효율적으로 이루어질 수 있도록 한 산화구 하수 고도처리장치에 관한 것으로서, 이는 일측으로 하수유입관(15)이 연결되고, 타측은 하수처리관(16)에 의해 최종 침전지(2)와 연결되며, 내부는 중간 구획벽(11)에 의해 구획되고 2계열을 1조 하여 4계열(121)(122)(131)(132) 2조로 이루어진 산화구(1)가 구비되고, 상기 최종 침전지(2)의 하부에는 반송슬러지 이송관(22) 및 잉여슬러지 이송관(23)으로 분기된 슬러지 배출관(21)이 형성됨에 있어서, 상기 산화구(1)는 서로 연속적으로 통하는 2계열(121)(122)을 1조로 하여 각각 수중믹서기(123)를 포함하는 무산소 산화구(12)와 전.후방으로 산화구 로타(133)가 배치 구성되고 내부반송펌프(134)를 포함하는 호기성 산화구(13)로 분리 구성하고, 상기 무산소 산화구(12)와 호기성 산화구(13) 사이의 구획벽(11)에는 유입수로 바플(14)이 형성되어 있으며, 하수유입관(15)과 무산소 산화구(12) 사이에 수중믹서기(30)를 포함하고 무산소 산화구(12)와 통하는 혐기성조(3)가 배치 구성되고, 상기 혐기성조(3)에 반송슬러지 이송관(22)이 연결됨으로써 상술한 바와 같이 본 발명은 별도의 설비 제작이나 설치없이 기존 산화구의 개량만으로 혐기와 무산소, 호기 조건을 제공하여 하수에 포함된 질소 및 인의제거 및 처리가 이루어질 수 있도록 구성함으로써 처리효율의 상승효과와 함께 비용절감에 따른 경제성을 크게 기대할 수 있을 뿐만 아니라 약품사용없이 보다 안정적으로 고효율의 질소 및 인의 제거 및 처리가 이루어질 수 있는 효과가 있다.

Description

산화구 하수 고도처리장치{A oxidation dith drain high treatment apparatus}
본 발명은 산화구 하수 고도처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 별도의 설비 제작이나 설치없이 기존 장치의 개량만으로 보다 안정적이면서 고효율의 질소 및 인의 처리가 이루어질 수 있도록 함으로써 비용절감에 따른 경제성을 크게 기대할 수 있을 뿐만 아니라 약품 사용없이도 질소 및 인의 처리가 보다 효율적으로 이루어질 수 있도록 한 산화구 하수 고도처리장치에 관한 것이다.
일반적으로 하수처리는 유기물질(BOD)을 처리하는데 주안점을 두고 설계되어 있으나, 현재 산업발달과 인구증가, 다양한 오염물질의 배출 그리고 하천과 호수의 주오염원인 영양염류의 질소 및 인의 유입량이 증가하면서 하천과 호수의 오염이 심각한 실정에 있으며, 이에 따라 상기 영양염류의 질소 및 인을 규제하는 개정법이 시행되고 있으며, 질소 및 인을 보다 효율적으로 처리할 수 있는 고도의 하수 처리기술이 요구된다.
*종래의 하수처리는 부영양화의 주오염 물질인 유기물 및 부유물질을 생물학적 처리방법을 기본으로 하여 설계 시공되었으나, 이러한 생물학적 처리방법은 호기성 상태에서 처리하기 때문에 질소 및 인의 제거 처리가 이루어지지 않는다.
도 5는 종래의 산화구 하수 고도처리장치의 일 례를 보인 개략 구성도이다.
이에 도시된 바와 같이 종래의 산화구 하수 고도처리장치는 유입된 하수를호기성 상태에서 처리하는 산화구(1)와, 상기 산화구(1)에 의해 처리된 하수를 고액분리시키는 최종 침전지(2)로 구성되는 것으로서, 상기 산화구(1)는 중간 구획벽(11)에 의해 2계열 1조씩 모두 4계열(121)(122)(131)(132) 2조로 하여 제1 산화구(1)와 제2 산화구(1)로 분리 구성되고, 상기 제1 산화구(1) 및 제2 산화구(1)에는 모터의 구동에 의해 회전하면서 대기중의 공기와 하수를 접촉시켜 공기를 공급하는 산화구 로타(133)가 구비되어 있다.
그리고 산화구(1)의 일측으로 하수유입관(15)이 연결되어 있으며, 타측으로는 하수처리관(16)이 연결되어 있는 것으로서, 상기 하수처리관(16)은 제1 산화구(1) 및 제2 산화구(1)로부터 합류하여 최종 침전지(2)와 연결된다.
또한, 상기 최종 침전지(2)의 하부측으로 배출되는 슬러지는 슬러지 배출관(21) 및 반송슬러지 이송관(22)을 통해 산화구(1)의 하수유입관(15) 측으로 합류되도록 구성되어 있고, 잉여슬러지는 잉여슬러지 이송관(23)을 통해 농축조(미도시됨)로 이송되어 탈수 처리되며, 청등수는 방류되도록 구성되어 있는 것으로서, 여기서 미설명 부호 24 및 25는 침전지 반송펌프 및 잉여슬러지 펌프이다.
이같이 종래의 산화구 하수 고도처리장치는 호기성 상태에서만 유입된 하수를 처리하도록 되어 있어, 탈질을 이룰 수 있는 혐기성 조건이 없기 때문에 질소 및 인의 처리가 이루어지지 않는 문제점이 있었다.
한편, 상기 질소 및 인을 처리하기 위한 생물학적 처리방법은 질산화 공정과 탈질공정으로 나뉘어지며, 질산화 반응이 선행된 후 탈질반응이 이루어져 질소 및 인을 제거하게 되는데, 이때 질산화는 통상적으로 하수에 포함된 암모니아성질소(NH4 +)가 질산균(Nitrosomonas)에 의해 아질산염으로 되고, 아질산염은 질산균(Nitrobacter)에 의해 질산성질소(NO32-N)로 산화되는 것이며, 무산소 유지상태에서 탈진균(혐기성조)이 산소대신 질산염을 최종 전자 수용채로 사용하면서 질산염이 질소가스로 변화되는 것에 의해 탈질이 이루어지도록 하고 있다.
그리고 혐기성 및 호기성 상태에서 Poly-P 미생물이 인을 토해내기 때문에 인의 처리를 위해서 혐기성 및 호기성 조건이 필수적이다.
이같이 혐기와 무산소 및 호기성 조건을 모두 충족하면서 질소 및 인을 처리하는 대표적인 방법으로는 혐기조와 무산소조, 호기성조로 구성되는 A2O 공법, BNR 공법, 생물막 공법 등이 있고, 이외에도 단일 반응조에서 정해진 싸이클 공정으로 운영되어 혐기조건과 호기조건을 반복하면서 탈질 처리하는 회분식(SBR) 처리공법이 있는 것으로서, 하수의 고도처리방법이 일반화되어 있다.
그러나 이러한 공법을 적용하기 위해서는 대형설비가 필수적이고, 이에 따른 막대한 비용이 소요됨으로써 경제성이 떨어질 뿐만 아니라 처리효율 및 안정성 면에서도 큰 효과를 기대하기 어렵고, 또한 약품사용에 따른 수질오염을 초래하는 문제점이 있으며, 특히 재래식 산화구 공법은 산화구의 구조물이 특이해서 질소 및 인을 제거할 수 있는 처리방법으로 변형이 어려운 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 재래식 산화구 처리방법의 제반 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 별도의 설비 제작이나 설치없이 기존 장치의 개량만으로 보다 안정적이면서 고효율의 질소 및 인의 처리가 이루어질 수 있도록 함으로써 비용절감에 따른 경제성을 크게 기대할 수 있을 뿐만 아니라 약품 사용없이도 질소 및 인의 처리가 보다 효율적으로 이루어질 수 있도록 하는데 있다.
이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 일측으로 하수유입관이 연결되고, 타측은 하수처리관에 의해 최종 침전지와 연결되며, 내부는 중간 구획벽에 의해 구획되고 2계열을 1조 하여 4계열 2조로 이루어진 산화구가 구비되고, 상기 최종 침전지의 하부에는 반송슬러지 이송관 및 잉여슬러지 이송관으로 분기된 슬러지 배출관이 형성됨에 있어서, 상기 산화구는 서로 연속적으로 통하는 2계열을 1조로 하여 각각 수중믹서기를 포함하는 무산소 산화구와 전.후방으로 산화구 로타가 배치 구성되고 내부반송펌프를 포함하는 호기성 산화구로 분리 구성하고, 상기 무산소 산화구와 호기성 산화구 사이의 구획벽에는 유입수로 바플이 형성되어 있으며, 하수유입관과 무산소 산화구 사이에 수중믹서기를 포함하고 무산소 산화구와 통하는 혐기성조가 배치 구성되고, 상기 혐기성조에 반송슬러지 이송관이 연결되어 있는 것을 특징으로 한 산화구 하수 고도처리장치가 제공된다.
도 1은 본 발명에 의한 산화구 하수 고도처리장치의 전체적인 구성을 보인 회로도.
도 2는 본 발명에 의한 하수 처리결과를 나타낸 BOD 농도변화의 그래프.
도 3은 본 발명에 의한 하수 처리결과를 나타낸 총질소(T-N) 농도변화의 그래프.
도 4는 본 발명에 의한 하수 처리결과를 나타낸 총인(T-P) 농도변화의 그래프.
도 5는 종래의 산화구 하수 고도처리장치의 전체적인 구성을 보인 회로도.
*도면의주요부분에대한부호의설명
1:산화구 11:구획벽 12:무산소 산화구
121,122:계열 123:수중믹서기 13:호기성 산화구
131,132:계열 133:산화구 로타 134:내부반송펌프
14:유입수로 바플 15:하수유입관 16:하수처리관
2:최종 침전지 21:슬러지 배출관 22:반송슬러지 이송관
23:잉여슬러지 이송관 24:침전지 반송펌프 25:잉여슬러지 펌프
3:혐기성조 30:수중믹서기 4:자동제어반
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 구성을 실시예에 따라 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 산화구 하수 고도처리장치의 전체 구성을 보인 회로도이다.
이 산화구 하수 고도처리장치는 통상에서와 같이 유입된 하수를 호기성 상태에서 처리하는 산화구(1)와, 상기 산화구(1)에 의해 처리된 하수를 고액분리시키는 최종 침전지(2)로 구성되는 것으로서, 상기 산화구(1)는 중간 구획벽(11)에 의해 2계열 1조씩 모두 4계열(121)(122)(131)(132) 2조로 하여 제1 산화구(1)와 제2 산화구(1)로 분리 구성되고, 상기 제1 산화구(1) 및 제2 산화구(1)에는 모터의 구동에 의해 회전하면서 공기를 공급하는 산화구 로타(133)가 구비되어 있다.
그리고 산화구(1)의 일측으로 하수유입관(15)이 연결되어 있으며, 타측으로는 하수처리관(16)이 연결되어 있는 것으로서, 상기 하수처리관(16)은 제1 산화구(1) 및 제2 산화구(1)로부터 합류하여 최종 침전지(2)와 연결된다.
또한, 상기 최종 침전지(2)의 하부측으로 배출되는 슬러지는 슬러지 배출관(21) 및 반송슬러지 이송관(22)을 통해 산화구(1)의 하수유입관(15) 측으로 합류되도록 구성되어 있고, 잉여슬러지는 잉여슬러지 이송관(23)을 통해 농축조(미도시됨)로 이송되어 탈수 처리되며, 청등수는 방류되도록 구성되어 있는 것으로서, 여기서 미설명 부호 24 및 25는 침전지 반송펌프 및 잉여슬러지 펌프이다.
이러한 산화구 하수 고도처리장치에 있어, 본 발명은 상기 산화구(1)를 무산소 산화구(12)와 호기성 산화구(13)로 각각 2계열씩 분리 구성하고, 산화구(1)의 전방측에 무산소 산화구(12)와 통하는 혐기성조(3)를 배치 구성한 것을 특징으로 한 것으로서, 이를 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
상기 무산소 산화구(12)는 서로 연속적으로 통하는 2계열(121)(122)을 1조로구성되는 것이며, 내부의 전.후방측에 수중믹서기(123)를 배치 구성하였고, 호기성 산화구(13)는 역시 2계열(131)(132) 1조로 하여 내부의 전.후방측에 모터의 구동에 의해서 회전되는 산화구 로타(133)를 배치 구성하였으며, 상기 무산소 산화구(12)와 호기성 산화구(13) 사이의 구획벽(11)에는 유입수로 바플(14)을 형성하였다.
그리고 호기성 산화구(13)는 상기 유입수로 바플(14)의 근접위치에 내부반송펌프(134)를 배치 구성하였으며, 산화구(1)의 전방측에 위치하는 혐기성조(3) 또한 수중믹서기(30)를 포함하고, 최종 침전지(2)의 슬러지 배출관(21)으로부터 분기된 반송슬러지 이송관(22)은 상기 혐기성조(3)와 연결된다. 여기서 미설명 부호 4는, 자동제어반이다.
다음은 상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 작용을 상세히 설명한다.
먼저, 하수유입관(15) 및 반송슬러지 이송관(22)을 통해 침사지의 하수와 최종 침전지(2)의 저부에 침전된 미생물 슬러지가 혐기성조(3) 내부로 유입되고, 이 유입된 하수와 미생물 슬러지는 혐기성조(3) 내부의 수중믹서기(30)로 혼합되어 혐기성 상태의 유지가 이루어지게 되는 것이며, 이로인해 미생물 슬러지에 존재하는 POLY-P 미생물이 혐기성 상태에서 인을 토해내게 됨은 물론 유입하수의 유기탄소원을 조기에 흡착시키게 되고, 또한 사상균 발생을 억제하게 된다.
반송되는 미생물 슬러지는 하수량의 60 ∼ 100 %까지 반송하여 유입원수와 혼합됨으로써 다음 단계인 무산소 산화구(12)에서 탈질을 추구하는데 보다 효과적으로 작용하게 되는 것이며, 혐기성조(3) 저부에 설치되는 수중믹서기(30)는 산소 공급없이 유입하수와 미생물 반송 슬러지의 혼합을 원활히 하기 위하여 설치되며,상기 수중믹서기(30)의 회전속도는 10 ∼ 20 rpm으로 한다.
그리고 상기 혐기성조(3)에서 충분히 혼합된 하수 및 슬러지는 무산소 산화구(12)로 이송되어 무산소 상태에서 탈질을 행하게 되는 것으로서, 탈질을 유도하기 위해 무산소 산화구(12) 내부에는 수중믹서기(123)가 설치됨으로써 공기공급없이 혼합을 이루게 된다.
무산소 산화구(12)의 슬러지(MLSS) 농도는 3,500 ㎎/ℓ ∼ 5,000 ㎎/ℓ로 유지되어야 하고, DO(용존산소량) 농도는 0.5 ㎎/ℓ이어야 한다.
상기 무산소 산화구(12)의 특징은 무산소 산화구(12)의 구조물 옹벽이 호기성 산화구(13)의 구조물 통벽사이로 유입수로 바플(14)을 사용하여 탈질된 하수가 호기성 산화구(13)로 유입되는 것이 보다 용이하게 이루어지도록 구성한 것이며, 호기성 산화구(13)에서 무산소 산화구(12)로 하수가 월류되는 현상을 막아 효율의 극대화를 도모한 것으로서, 무산소 산화구(12) 측으로 이송된 하수는 무산소 산화구(12)를 통과하는 동안 하수에 잔존하는 질산성질소(NO3-N)을 탈질시키게 된다.
탈질이 이루어진 하수는 유입수로 바플(14)을 통해 호기성 산화구(13)로 유입되고, 이 유입된 하수는 호기성 산화구(13) 내부에 설치된 산화구 로타(133)의 구동에 의해 항시 공기와 하수가 접촉됨으로써 호기성 상태의 유지가 이루어지게 되는 것이며, 상기 산화구 로타(133)의 전.후방 배치 구성에 따라 하수의 원활한 흐름과 충분한 공기량의 공급이 이루어지게 되는 것이다.
이때, DO 농도는 3 ∼ 5 ㎎/ℓ로 자동 유지되는 것으로서, 이는 DO 메타의 설치에 의해 DO 농도가 자동으로 이루어지게 되는 것이며, 보다 구체적으로는 상기DO 메타 내부의 센서 감지에 따른 신호전송으로 자동제어반에서 DO 수치를 읽어 상기 자동제어반의 인버터가 산화구 로타(133)의 회전속도를 자동제어함으로써 대기중의 공기와 하수의 접촉이 조절되어 이루어지게 되고, 상시 공기접촉에 따른 호기성 상태의 유지로 인해 하수에 포함된 암모니아성 질소를 아질산성 질소 및 질산성 질소로 산화시키면서 유기물을 분해시키게 된다.
그리고 호기성 산화구(13) 측으로 유입된 하수는 다시 내부반송펌프(134)의 구동에 의해 유입수로 바플(14)을 통해 무기성 산화구(1)로 반송되는데, 이때 반송량은 유입하수량의 2 Q ∼ 3 Q로 하고, 호기성 산화구(13)의 슬러지(MLSS) 농도는 3,500 ㎎/ℓ ∼ 6,000 ㎎/ℓ로 유지하는 것이 바람직 한 것으로, 이는 호기성 산화구(13)에 유입된 하수에 잔존할 수 있는 잔류 질소(NO3-N) 및 유기물을 보다 효과적으로 처리 및 제거하는 것과 탈질시 필요한 유기탄소원을 추가 공급시키는데 그 목적이 있다.
이렇게 호기성 산화구(13)에서 충분한 질산화 및 미생물의 활성화, 미생물 보유량의 극대화를 이룬 하수는 하수처리관(16)을 통해 최종 침전지(2)로 송출되는 것이며, 이 송출된 하수는 상기 최종 침전지(2)에서 청등수와 슬러지의 고액분리가 이루어지게 되고, 상기 청등수는 방류되고 슬러지는 침전지 반송펌프(24)에 의해 반송슬러지 이송관(22)을 통해 혐기성조(3)로 반송되며 잉여슬러지는 잉여슬러지 펌프(25)에 의해 잉여슬러지 이송관(23)을 통해 농축조(미도시됨)로 이송되어 탈수 처리되는 것이다.
한편, 도 5는 하수처리장에서 나오는 하수샘플 5,000 CC를 채취하여 본 발명에 따른 산화구 하수 고도처리과정을 통해 BOD 농도변화를 측정한 것을 나타낸 것이며, 도 6은 본 발명에 따른 산화구 하수 고도처리과정을 통해 처리전 및 처리후의 총질소(T-N) 농도변화를 나타낸 것이고, 도 7은 본 발명에 따른 하수처리과정을 통해 처리전 및 처리후의 총인(T-P) 농도변화를 측정하여 그 결과를 나타낸 그래프로서, 이에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 하수처리과정 후 BOD, 총질소(T-N), 총인(T-P)의 농도가 모두 높은 효율로 처리됨을 알 수 있었다.
상술한 바와 같이 본 발명은 별도의 설비 제작이나 설치없이 기존 산화구의 개량만으로 혐기와 무산소, 호기 조건을 제공하여 하수에 포함된 질소 및 인의 제거 및 처리가 이루어질 수 있도록 구성함으로써 처리효율의 상승효과와 함께 비용절감에 따른 경제성을 크게 기대할 수 있을 뿐만 아니라 약품사용없이 보다 안정적으로 고효율의 질소 및 인의 제거 및 처리가 이루어질 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 유입하수와 반송슬러지를 혐기상태에서 혼합함으로써 하수내에 존재하는 용해성 유기물질이 조기에 흡착되어 효소로 전이됨과 동시에 사상균 발생을 억제시킬 수 있는 효과를 갖게 된다.
또한, 본 발명은 호기성 산화구에 산화구 로타를 전.후로 설치함으로써 충분한 공기 공급량을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 일측으로 하수유입관(15)이 연결되고, 타측은 하수처리관(16)에 의해 최종 침전지(2)와 연결되며, 내부는 중간 구획벽(11)에 의해 구획되고 2계열을 1조 하여 4계열(121)(122)(131)(132) 2조로 이루어진 산화구(1)가 구비되고, 상기 최종 침전지(2)의 하부에는 반송슬러지 이송관(22) 및 잉여슬러지 이송관(23)으로 분기된 슬러지 배출관(21)이 형성됨에 있어서,
    상기 산화구(1)는 서로 연속적으로 통하는 2계열(121)(122)을 1조로 하여 각각 수중믹서기(123)를 포함하는 무산소 산화구(12)와 전.후방으로 산화구 로타(133)가 배치 구성되고 내부반송펌프(134)를 포함하는 호기성 산화구(13)로 분리 구성하고, 상기 무산소 산화구(12)와 호기성 산화구(13) 사이의 구획벽(11)에는 유입수로 바플(14)이 형성되어 있으며, 하수유입관(15)과 무산소 산화구(12) 사이에 수중믹서기(123)를 포함하고 무산소 산화구(12)와 통하는 혐기성조(3)가 배치 구성되고, 상기 혐기성조(3)에 반송슬러지 이송관(22)이 연결되어 있는 것을 특징으로 한 산화구 하수 고도처리장치.
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