KR100450521B1 - 미생물 호흡률을 이용한 무인 자동 오니일령 관리 및 독성도 측정 통합 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미생물에 의한 오염원 제거를 기본으로 하는 생물학적 수 처리장에서 효과적인 미생물 관리를 위해 미생물의 산소소모속도를 연속 및 자동으로 측정하여 그로 인한 처리장의 오니일령(SRT,Sludge Retention Time)을 효과적으로 관리를 하고 또한 이를 이용해 수처리장에 유입되는 유입수가 미생물 증식에 미치는 독성도 측정을 함께 병행할 수 있는 통합 장치에 관한 것이다.

본 발명은 긴 수로형의 폭기조(1)를 유입, 방류, 그리고 몇 지점으로 분할하고 그 지점에 전동구동밸브(3,4,5,6,7,8)를 각각 설치하고 이 각각의 전동구동밸브(3,4,5,6,7,8)를 유입펌프(12)와 연결해서 컴퓨터 프로그램 제어부(21)의 작동 및 제어에 따라 순차적으로 폭기조액을 에어 블로워(13) 및 산기관(15)이 설치되어 있는 산소발생기(14)로 투입시키며 상기 산소발생기(14) 내 산기관(15)에 의해 미세한 산소가 연속적으로 공급되어 액내 용존산소농도를 증가시키게 되고 액의 완전혼합을 유지하게 되며 또한 상기 산소발생기(14)내에 pH센서(16)가 설치되어 그 지점의 pH를 측정하고 상기 완전 혼합된 폭기조액은 전동구동밸브(10)를 통해 다시 반응기(17)로 유입되고 반응기(17)에는 DO센서(19) 및 교반모터(18)가 설치되어 일정시간 동안 교반하면서 DO센서(19)로 폭기조액의 미생물 호흡률을 연속 자동 측정하는 것을 특징으로 한다.

Description

미생물 호흡률을 이용한 무인 자동 오니일령 관리 및 독성도 측정 통합 장치{The on-line measuring device of sludge retention time(SRT) of WWTPS and toxic effect of waste using biological respiration rate}

본 발명은 미생물에 의한 오염원 제거를 기본으로 하는 생물학적 수 처리장에서 효과적인 미생물 관리를 위해 미생물의 산소소모속도를 연속 및 자동으로 측정하여 그로 인한 처리장의 오니일령(SRT,Sludge Retention Time) 관리를 효과적으로 하고 또한 이를 이용해 수처리장에 유입되는 유입수가 미생물 증식에 미치는 독성도 측정을 함께 병행할 수 있는 통합 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 오,폐수처리장이나 일반 하수처리장 또는 소규모 취락단지 등의 일정한 처리시설 규모를 가진 수질오염 배출원에서 유기물질로 오염된 유입수를 생물학적으로 정화하기 위한 가장 핵심이 되는 인자는 미생물이다.

즉, 미생물이 오염된 유입수를 얼마만큼 분해, 정화시키는 가에 따라 그 처리장의 효율이 평가되며 이는 미생물이 유기물을 분해하기 위해 소모하는 산소소비량(OUR,SOUR)과 상관 관계를 가지며 산소소모량으로 표시되는 미생물의 호흡률을 측정하고 이를 관리하는 곳이 점차 많아지고 있다.

이와 같은 미생물 호흡률은 미생물이 처리장의 폭기조에 머무르는 시간 즉 미생물 오니 일령(SRT) 관리에 의해 좌우되며 SRT의 적절한 관리에 의해 미생물 침강성 및 방류수질의 처리정도를 정량적으로 평가할 수 있다.

그러나, 현재까지 개발된 미생물 호흡률(OUR,SOUR)의 측정 방식은 DO 탐침을 가지고 인력이 직접 측정하고 소모된 DO량 및 폭기조 미생물 농도로 OUR,SOUR를 산출해내는 수동방식이 주를 이루고 있고 측정장비가 있어도 이는 모두 Batch 형태로 인력이 직접 물을 채취해와서 가까운 실험실 등에서 측정하는 방식으로 이는 관리에 인력소모가 많고, 또한 연속적인 측정이 불가능하여 시료수집 및 운송과정에서 야기될 수 있는 오차율도 무시할 수는 없다.

그리고, 미생물 호흡률에 의한 SRT의 효과적인 관리 방식 및 측정기기는 아직까지 적용된 사례가 없는 것으로 사료되며 현재의 SRT 관리는 폭기조 용적, 유입수 유량, 반송량, 폭기조내 미생물 농도 등을 고려한 계산식에 의해서 산출되며 실제 많은 처리장에서는 경향에 의해 SRT를 미리 정해놓고 다른 인자를 조절해가면서 이를 맞추고 있는 실정이다. 이는 미생물의 상태, 즉 정성적인 인자를 고려하지 않고 단지 유입수 및 미생물의 양 등 정량적인 요소만을 고려했기 때문에 실제 처리장에서 나타나는 처리효율에 많은 문제를 야기하고 있다.

또한, 처리장 폭기조 색깔, 냄새 등으로 인한 현장 관리자의 경험 및 현미경을 이용한 지표생물의 분석으로 SRT의 적정관리 유무를 판단하는 곳이 대부분이고 이는 인력의 소모 및 사건이 발생하고 난 후 알 수 있는 사후관리라는 점에서 많은 문제를 가지고 있으며 또한 과학적인 근거를 제시하지 못하는 단점이 있기 때문에 차후 조사차원에서 대처하기가 어려운 문제가 있다.

또한, 일반적으로 수처리장으로 유입되는 유입수에 미생물의 증식에 해를 입히는 독성 물질이 함유되어 있으면 미생물의 호흡률 즉 OUR 및 SOUR 값은 급격하게 감소하게 된다. 이때 처리장은 미생물의 사멸 혹은 충격에 의한 이상현상 등으로 처리효율은 급격히 낮아지며 다시 정상상태로 복구시키기까지 많은 시간이 소요되는 문제가 있다.

따라서, 상기한 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 수 처리장에 정량적인 요소 외, 정성적인 요소를 첨가하여 실 현장에 맞는 미생물 활성도 및 SRT 관리 및 유입수 독성도 관리에 의한 최적의 방류수질 확보를 위해 발명했으며 또한 무인 자동으로 미생물 활성도, SRT 관리 및 독성도 평가를 연속적으로 수행하고 같은 지점을 하루에도 2 ∼ 3번 정도 평가함으로써 1회 측정의 한계인 오차율을 최소화하고 이 결과를 원거리에서 받아볼 수 있는 무인자동형태로 컴퓨터에서 제어가 가능하도록 한 프로그램 제어부를 통하여 최소인력으로 최적의 유입수 독성도 및 폭기조 SRT 관리를 병행해 최양질의 방류수질을 확보하도록 하는 장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 폭기조액을 순차적으로 수집하여 호흡률을 측정하는 구동설비 및 측정 센서류와 이를 자동으로 구현하고 데이터값을 출력하는 프로그램 제어부로 구성되어진 것이다.

상기, 구동설비는 우선 측정하고자 하는 지점에 물을 선택적으로 회수 측정하기 위해 전기신호에 의해서만 작동하는 전동구동밸브, 유입펌프, 에어 블로워 및 기타 장치가 순차적으로 동작하도록 배치했고 센서류에 의해서 측정값이 나타나도록 구성하였다.

상기, 프로그램에서는 구동설비가 자동으로 구현하게 하는 작동설정은 물론소모된 용존산소량을 가지고 OUR과 SOUR값을 측정하는 연산프로그램 및 SRT관리 프로그램 제어부를 내장하여 무인자동으로 처리장의 미생물의 효율을 높이도록 구성하였다.

또한, 재래식 활성슬러지법 외에 일정한 생물반응기에 유기물을 투입하고 일정시간 동안 미생물과 반응시켜 유기물을 분해하는 다른 형태의 반응기(완전혼합형, 연속 회분식 반응기 등)에도 적용이 가능하도록 측정에 일정한 시간 주기를 두고 시간범위를 입력하도록 하였기 때문에 거의 모든 형태의 생물학적 반응기에 적용할 수 있다.

또한, SRT 관리에 있어 측정된 데이터가 월별, 일별로 자동 저장이 되므로 현재의 SRT를 기존 데이터와 비교해 분석 평가하여 현 폭기조 미생물 상태를 비교 점점할 수 있으며 이상 시 경보설정 기능을 주고 각 경보발생 시 대처 방안을 프로그램에 명시하여 조기에 폭기조 및 처리장의 정상화를 이룰 수 있는 인공지능형 프로그램 제어부로 구성되어진 것을 특징으로 하는 장치를 제공함에 의해 달성된다.

도 1 은 본 발명에 따른 SRT 측정기의 외부 구성을 보인 단면예시도

도 2 는 본 발명에 따른 SRT 측정기의 컴퓨터 프로그램을 보인 예시도

도 3 은 본 발명에 따른 SRT 측정기의 컴퓨터 제어로직을 보인 예시도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 폭기조 (2) : MLSS센서

(3,4,5,6,7,8,9,10,11) : 전동구동밸브 (12) : 유입펌프

(13) : 에어 블로워 (14) : 산소발생기

(15) : 산기관 (16) : pH센서

(17) : 반응기 (18) : 교반모터

(19) : DO센서 (20) : 배출배관

(21) : 컴퓨터 프로그램 제어부

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명에 따른 SRT 측정기의 외부 구성을 보인 단면예시도,

도 2 는 본 발명에 따른 SRT 측정기의 컴퓨터 프로그램을 보인 예시도,

도 3 은 본 발명에 따른 SRT 측정기의 컴퓨터 제어로직을 보인 예시도를 도시한 것이다.

본 발명은 유입, 방류 몇 지점으로 분할되어진 긴 수로형태의 폭기조(1)와,

상기, 폭기조(1) 각각의 분할지점에 설치되어 측정하고자 하는 지점을 개폐시키게 되는 전동구동밸브(3,4,5,6,7,8), 및 폭기조(1)내에 설치되어진 MLSS센서(2)와,

상기, 전동구동밸브(3,4,5,6,7,8)에 연결 설치되어 폭기조액을 투입시키게 되는 유입펌프(12)와,

상기, 유입펌프(12)에 연결되어 유입펌프(12)로부터 폭기조액이 투입되게 되는 에어 블로워(13), 및 산소발생기(14)와,

상기, 산소발생기(14)에 전동구동밸브(10)와 연결되어 자연유하식으로 유입되어진 폭기조액을 일정시간 동안 교반하면서 미생물 호흡률을 측정할 수 있게 DO센서(19) 및 교반모터(18)가 설치되어진 반응기(17)와,

상기, 산소발생기(14)와 반응기(17)에 연결되어 측정에 사용되어진 폭기조액을 배출배관(20)을 통해 배출시키게 되는 각각의 전동구동밸브(9,11)와,

상기의 장치들을 작동 및 제어하게 되는 컴퓨터 프로그램 제어부(21)를 포함하여 구성되어진 것이다.

상기, 산소발생기(14)는 내부에 미세한 산소가 연속적으로 공급되어 액내 용존산소농도 증가 및 액의 완전혼합을 유지할 수 있게 산기관(15)이 설치되어지고 폭기조(1) 지점의 pH를 측정할 수 있는 pH센서(16)가 설치되어진 것이다.

따라서, 본 발명은 긴 수로형태의 폭기조(1)를 유입, 방류, 그리고 몇 지점으로 분할하고 그 지점에 전동구동밸브(3,4,5,6,7,8)를 각각 설치하고 유입펌프(12)와 연결해서 상기 컴퓨터 프로그램 제어부(21)의 작동 및 제어에 따라 순차적으로 폭기조액을 에어 블로워(13) 및 산기관(15)이 설치되어 있는 산소발생기(14)로 투입시키며 산소발생기(14)내 산기관(15)에 의해 미세한 산소가 연속적으로 공급되어 액내 용존산소농도를 증가시키고 액의 완전혼합을 유지하며 또한 pH센서(16)가 설치되어져 그 지점의 pH를 측정한다.

그리고, 완전 혼합된 폭기조액은 전동구동밸브(10)를 통해 다시 반응기(17)로 유입되고 반응기(17)에는 DO센서(19) 및 교반모터(18)가 설치되어 있어 일정시간 동안 교반하면서 DO센서(19)로 폭기조액의 OUR(Oxygen Uptake Rate)을 측정하게 된다.

상기, OUR 측정은 우선 데이터 회귀분석을 통해 DO기울기를 산출하고 마지막 두 개의 데이터에서 기울기가 10％ 이내로 들면 측정을 시작하고 DO값은 10초마다 측정한다.

측정의 종료는 최소한 1㎎/Ｌ의 산소가 소모되거나 검사가 5분이상 진행되었을 때 종료되게 되며 종료시점 역시 마지막 2개의 데이터 포인트에서 기울기가 10％ 이내의 오차로 유지되어 그래프가 선형으로 나타나면 종료되게 된다.

또한, 현장에 설치된 MLSS 측정기와 연결하여 연산식에 의한 SOUR을 측정할 수 있다.

측정이 끝나면 산소발생기(14) 및 반응기(17) 하부에 연결되어 있는 배출배관(20)의 전동구동밸브(9,11)가 열리면서 두 곳의 액은 모두 배출이 되고 다음 지점의 폭기조액이 유입된다.

상기의 지점은 폭기조(1)의 유입부터 방류까지 대략 6지점의 측정이 순차적으로 진행되며 펌프 및 기타 구동장치는 컴퓨터 프로그램 제어부(21)상의 타이머로 개별 조작된다.

이와 같은 일련의 조작으로 폭기조(1)의 유입에서 방류지점까지 각각(약 6 ∼ 12지점)의 미생물 호흡율을 측정할 수 있어 효과적인 SRT 관리 여부를 파악할 수 있으며 또 비정상적인 관리 시 현장의 유입펌프 및 미생물 반송펌프 등에 전기적인 신호를 가해 정상적인 SRT 관리를 수행하게 할 수 있다.

본 발명은 폐수의 유입수와 침전지를 거치고 나온 반송오니가 들어오는 수처리장의 폭기조(1) 유입부근에 전동구동밸브(3,4)를 각각 설치하고 앞의 SRT측정 방식처럼 유입수 및 반송오니를 일정 비율로 산소발생기(14)로 유입시켜 연속적으로 OUR 및 SOUR 측정을 하여 유입수의 독성도 측정을 병행할 수 있다.

상기와 같이 본 발명에 따라 일예를 들어 설명하면, 폭기조(1)에 설치된 배관에서 펌프가 가동하면서 먼저 1번 전동구동밸브(3)가 열리게 되고 유입펌프(12)에 의해 유입부근의 폭기조액이 pH센서(16) 및 산기관(15)이 설치된 산소발생기(14)로 유입되게 된다.

상기, 펌프 작동시간은 컴퓨터 프로그램 제어부(21)상의 설정된 유입타이머에 의해 작동되며 폭기조액이 타이머 가동시간동안 계속해서 산소발생기(14)에 유입되면 여액은 산소발생기(14) 윗부분의 배출라인을 통해서 배출되게 된다.

상기, 유입타이머가 중지되면 펌프는 중단되고 에어 블로워(13) 타이머가 작동하여 산소발생기(14)에 산기관(15)을 통한 미세한 산소를 발생하게 하여 산소발생기(14)내 폭기조액의 용존산소농도를 증가시키게 된다.

상기, 에어 블로워(13) 타이머가 중단되게 되면 산소발생기(14) 측면 하단부 및 반응기(17)의 상부와 연결되어 있는 전동구동밸브(10)에 전기적인 신호를 가해 산소발생기(14)에 있는 폭기조액이 자연유하식에 의해 반응기(17)내로 유입되고 전동구동밸브(10) 역시 타이머에 의해 그 시간이 결정되며 전동구동밸브(10)가 닫히는 동시에 반응기(17) 내 교반모터(18)가 작동하며 DO센서(19)에 의해 OUR 측정이 시작되게 된다.

또한, DO값은 매 10초마다 측정되며 우선 최소 1분 동안 데이터 회귀분석을 통해 DO기울기를 우선 산출하고 마지막 두 개의 데이터에서 기울기가 10％ 이내로 들면 측정을 시작하고 최소한 1㎎/L의 산소가 소모되거나 측정이 5분 이상 진행되었고 마지막 2개의 데이터 포인트에서 기울기가 10％ 이내의 오차로 유지되어 측정치가 선형으로 나타나게 되면 측정이 종료되게 된다.

상기, OUR 측정이 종료되게 되면 반응기(17) 내 교반모터(18)의 작동이 멈추고 반응기(17) 및 산소발생기(14) 하단부와 연결되어 있는 전동구동밸브(9,11)가 열리면서 첫 번째 측정에 사용된 폭기조액이 전부 배출배관(20)을 통해서 배출되는데 전동구동밸브(9,11) 개·폐 시점도 컴퓨터에서 제어하는 타이머에 의해 그 시간이 결정되게 된다.

상기, 배출 전동구동밸브(9,11)가 닫히는 시점에서 폭기조(1) 내 다음 지점의 전동구동밸브(4,5,6,7,8) 및 유입펌프(12)가 작동해서 다음 측정이 시작되고 그측정 방법은 같다.

또한, 이와 같이 측정된 OUR,SOUR 값은 한 폭기조(1) 별(약 1 ∼ 6지점)로 수치가 측정 그래프화되어 SRT 관리에 사용되게 된다.

상기의 한 계열 폭기조(1)의 측정이 종료되면 휴지가 타이머를 조작해서 다음 작동시간까지 시간 차이를 줄 수 있고 또한 연속측정이 가능하게 된다.

또한, 한 계열 폭기조(1)의 측정(유입→방류)이 종료되면 컴퓨터 프로그램 제어부(21)는 연산식에 의해 OUR 및 SOUR 값을 산출하여 그 계열의 SRT를 그래프 및 수치상으로 나타내고 그 값이 설정된 값의 범위를 벗어나면 경보발생 및 그 해결방안이 나타나게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

따라서, 상기와 같은 본 발명은 기존의 처리장 폭기조에 일정한 거리별 혹은 시간별로 전동구동밸브가 연결된 배관을 설치하여 각 지점의 폭기조액을 순차적으로 회수 미생물 호흡률을 측정 분석하여 그 지점의 미생물 관리가 정상적인지 비정상적인지를 우선 평가할 수 있고 그 계열 폭기조의 SRT 관리에 의한 최적의 배출시점을 결정해 줄 수 있다.

또한, SRT 관리가 비정상적일 때 즉 SRT가 길거나 짧을 때 컴퓨터 프로그램 제어부에서 현장의 유입펌프 및 반송 미생물 배출펌프 등에 전기적인 신호를 주어 이를 무인자동으로 조속한 시간 내 정상화를 유지하도록 하여 오염도가 낮고 부유물질이 적은 양질의 방류수질을 기대할 수 있는 효과를 볼 수 있다.

또한, 과거의 데이터와의 비교 분석에 의해 미생물의 상태 및 유입수의 성상(독성도 등)을 분석하여 유입량 및 현장의 산소 공급량을 결정하는데 큰 기여를 할 수 있어 불필요하게 가동하는 현장의 구동설비의 전력 손실을 막을 수 있고 유입수의 독성물질 함유여부를 사전에 예측해 처리장의 정상화를 유지시킬 수 있다.

본 발명의 가장 큰 장점은 설비 및 측정이 자동으로 이루어지고 또 무인자동으로 전송이 되므로 연속적인 측정이 가능하여 단일측정에 대한 오차율을 줄일 수 있고 최소인력으로 항상 폭기조의 미생물 상태를 감시 관리할 수 있는 효과가 있고 현재 가장 문제시되는 사후처리방식에서 벗어나 처리장의 수질을 악화시키는 주범인 미생물 충격부하, 슬러지 라이징(rising) 및 벌크(bulking) 현상 등을 사전에 관리해 제거할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 유입, 방류 몇 지점으로 분할되어진 긴 수로형태의 폭기조(1)와,

   상기, 폭기조(1) 각각의 분할지점에 설치되어 측정하고자 하는 지점을 개폐시키게 되는 전동구동밸브(3,4,5,6,7,8), 및 폭기조(1)내에 설치되어진 MLSS센서(2)와,

   상기, 전동구동밸브(3,4,5,6,7,8)에 연결 설치되어 폭기조액을 투입시키게 되는 유입펌프(12)와,

   상기, 유입펌프(12)에 연결되어 유입펌프(12)로부터 폭기조액이 투입되게 되는 에어 블로워(13), 및 산소발생기(14)와,

   상기, 산소발생기(14)내에 설치되어 미세한 산소를 연속적으로 공급시켜 액내 용존산소농도 증가 및 액의 완전혼합을 유지할 수 있는 산기관(15), 및 폭기조(1) 지점의 pH를 측정할 수 있는 pH센서(16)와,

   상기, 산소발생기(14)에 전동구동밸브(10)와 연결되어 자연유하식으로 유입되어진 폭기조액을 일정시간 동안 교반하면서 미생물 호흡률을 측정할 수 있게 DO센서(19) 및 교반모터(18)가 설치되어진 반응기(17)와,

   상기, 산소발생기(14)와 반응기(17)에 연결되어 측정에 사용되어진 폭기조액을 배출배관(20)을 통해 배출시키게 되는 각각의 전동구동밸브(9,11)와,

   상기의 장치들을 작동 및 제어하고 폭기조(1)의 유입에서 방류부분의 호흡률을 연속 측정하며 그 값들을 비교 분석하게 되는 컴퓨터 프로그램 제어부(21)를 포함하여 구성되어진 것을 특징으로 하는 미생물 호흡률을 이용한 무인 자동 오니일령 관리 및 독성도 측정 통합 장치.