KR100511762B1

KR100511762B1 - 순환식 하수처리장치 및 이를 통한 하수처리 방법

Info

Publication number: KR100511762B1
Application number: KR10-2005-0053423A
Authority: KR
Inventors: 이상재
Original assignee: 이상재
Priority date: 2005-06-21
Filing date: 2005-06-21
Publication date: 2005-08-31
Also published as: KR20050072731A

Abstract

본 발명은 하수고도처리시설의 일종인 연속회분식반응조(SBR;Sequencing Batch Reactor)에 있어서, 반응조의 작동중에 처리수의 내부순환을 유도함으로써 탈질효율을 제고한 것으로서, 유량조정조 역할을 수행하는 1차수조(210)와 주 반응조인 2차수조(220)를 사이펀(Siphon)형태의 연결곡관(114) 등으로 연결하고, 2차수조(220)의 전방측에는 'ㄷ'자형의 안정판(232)을 통하여 2차수조(220)내 처리수의 교란을 억제하되, 안정판(232)의 하부는 개방하여 안정판(232) 내, 외측간의 처리수 유동이 가능하도록 하며, 2차수조(220) 후방측에는 'ㄷ'자형의 순환격벽(333)에 의한 격실을 구성하고, 하방으로 다수의 흡입구(335)가 형성된 흡입관(334)을 2차수조(220) 하부에 종방향으로 설치하되 이 흡입관(334)과 상기 순환격벽(333)에 의한 격실을 연결하며, 이 격실 내부와 안정판(232) 내부를 순환관(332) 및 순환펌프(331)를 통하여 연결하여 처리수의 순환이 이루어질 수 있도록 한 것이다.

본 발명을 통하여 연속회분식반응조의 탈질효율을 제고함으로써, 하수고도처리시설의 배출수 수질을 획기적으로 향상시킬 수 있게 되었으며, 나아가 하천 및 해양오염을 저감하는 효과를 얻을 수 있다.

Description

순환식 하수처리장치 및 이를 통한 하수처리 방법{Circulation type wastewater treatment apparatus and wastewater treatment method using the same}

인구와 산업시설의 과밀·집중도가 높아 오염원의 특성이 매우 복잡하고, 연중 강수량의 홍수기 집중으로 평상시 갈수상태의 하천이 유지되어 절대적 하천유량이 부족한 우리나라에 있어서, 배출되는 하·폐수를 최대한 정화하여 배출함으로써 오염부하를 줄이는 것 만이 수질개선을 위한 유일한 해법이라 할 수 있으며, 그에 따라 물리, 생화학적 기법을 복합 적용하여 하수내의 부유물 및 유기물 뿐 아니라 질소(N)와 인(P) 등의 영양염류까지 처리하는 고도처리시설에 대한 수요가 지속적으로 증가하고 있다.

하수의 고도처리에 있어서 질소(N)와 인(P) 등의 영양염류제거를 위한 기본과정은 혐기단계, 폭기단계, 무산소단계 및 침전단계로 이루어지며, 오염부하나 오염원 특성에 따라 이들 과정을 반복 또는 조합함으로써 소기의 처리효과를 얻게 되는데, 이러한 하수의 고도처리공법은 각 처리단계를 수행함에 있어서 처리시설의 설치 및 운용 양태에 따라 다양한 공법으로 세분화 될 수 있다.

본 발명이 적용되는 연속회분식반응조(SBR;Sequencing Batch Reactor)공법은 하나의 반응조를 간헐적으로 폭기하는 방식으로 운영함으로써, 하나의 반응조가 혐기조, 폭기조, 무산소조 및 침전조의 역할을 모두 수행할 수 있도록 한 것으로, 각 반응단계별로 별도의 수조를 운용하지 않아도 되므로 하수처리장의 소요부지면적을 줄일 수 있을 뿐 아니라, 하수의 오염유형에 따라 탄력적인 운영이 가능한 등의 장점이 있다.

이러한, 연속회분식반응조에 있어서 단일수조로 구성된 반응조만으로는 연속적인 하수 유입이 불가능하므로, 통상 유량조정조 역할을 수행하는 1차수조(210)와 본 반응조 역할을 수행하는 2차수조(220)가 격벽(230)을 통하여 분리되어 운영되는데, 수조간 처리수의 유동과정에서 발생할 수 있는 처리수간 혼합 및 침전층(405)의 교란 또는 과잉공급 및 펌프의 과부하를 방지하기 위하여, 도 1에서와 같이, 펌프와 압송관(112) 및 투입관(113) 등을 통하여 1차수조(210)의 하수를 2차수조(220)로 압송함으로써, 수조간의 완벽한 격리가 가능하도록 하고, 격벽(230)을 관통하여 1차수조(210)와 2차수조(220)를 연결하는 연결곡관(114)을 통하여 2차수조(220)의 처리수가 소정수위 이상이 되면 사이펀작용을 통하여 1차수조(210)로 반송될 수 있도록 하며, 2차수조(220)측 격벽(230)면에 투입관(113) 및 연결곡관(114)을 둘러싸는 'ㄷ'자형의 안정판(232)을 설치하여 공급되는 하수로 인하여 2차수조(220)에 가해지는 충격을 완화할 수 있도록 한 "하수처리용 수조간 처리수유동 안정화장치"가 본 출원인에 의하여 특허출원되어 및 특허 제462414호로 등록된 바 있다.

이러한 "하수처리용 수조간 처리수유동 안정화장치"를 통하여 처리수의 연속 또는 간헐유입시 일반적인 연속회분식반응조(SBR;Sequencing Batch Reactor)에서 발생하였던 문제들을 해결할 수 있었으나, 오염물질 중 질소의 함량이 상대적으로 높은 우리나라 하수의 특성상 질소의 제거를 위한 추가공정이 필요한 연속회분식반응조를 비롯한 종래의 하수고도처리시설의 문제점은 여전히 남아 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안한 것으로, "하수처리용 수조간 처리수유동 안정화장치"가 적용된 연속회분식반응조의 2차수조(220)에 'ㄷ'자형의 순환격벽(333)에 의한 격실을 구성하고, 하방으로 다수의 흡입구(335)가 형성된 흡입관(334)을 2차수조(220) 하부에 종방향으로 설치하되 이 흡입관(334)과 상기 순환격벽(333)에 의한 격실을 연결하며, 이 격실 내부와 "하수처리용 수조간 처리수유동 안정화장치"의 안정판(232) 내부를 순환관(332) 및 순환펌프(331)를 통하여 연결하여 처리수의 순환이 이루어질 수 있도록 함으로써, 별도의 추가 공정없이도 2차수조(220)의 작동과정 전반에 걸쳐 탈질효율을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

또한, 2차수조(220)에서의 처리가 완료된 처리수를 방류함에 있어서는, 내부에 산기통(241)이 설치된 별도의 방류수조(240)를 구성하고, 이 방류수조(240)에 2차수조(220)에서 배출된 상등수(402)를 일시 저류하였다가, 산기통(241)을 통하여 방류함으로서 잔류부유물(406)의 방류를 방지할 수 있도록 한 것이다.

본 발명의 상세한 구성 및 수행과정을 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.

우선 본 발명의 처리장치는 도 2 및 도 3에서와 같이, "하수처리용 수조간 처리수유동 안정화장치"가 적용된 연속회분식반응조에 순환격벽(333), 흡입관(334) 및 순환관(332) 등이 설치된 형태로서, 본 반응조인 2차수조(220) 내의 처리수는 내부의 안정판(232) 및 순환격벽(333)으로 인하여 구성되는 2개의 격실(隔室)로 인하여 3부분 즉, 안정판(232)내부, 2차수조(220) 및 순환격벽(333) 내부로 분할되며, 2차수조(220)에서 포기가 진행중이라도 이들 2개의 격실 내부는 비포기상태가 유지될 수 있다.

도시된 실시예에서는 2차수조(220)의 상등수(402) 방류수단으로서 집수펌프(226)가 내장되고 안내봉(225)을 따라 승강하는 부유식집수기(224)가 설치되어 있으나, 이는 2차수조(220)내 처리수 중 처리완료된 상등수(402)만을 선택 취수하여 배출할 수 있도록 하는 것으로서, 도시된 부유식집수기(224) 외에도, 다양한 형태의 상등수(402) 방류수단이 가능하며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 선택 실시할 수 있는 사항이므로 이에 대한 청구항의 구체적인 한정은 하지 않는다.

본 발명의 2차수조(220)에 있어서, 산기구(223)는 안정판(232) 내부와 순환격벽(333) 내부를 제외한 수조 저면에만 설치되어, 2차수조(220)의 폭기중에도 안정판(232)과 순환격벽(333)으로 인한 격실 내부는 무산소상태가 유지되며, 수조의 하부에는 종방향으로 흡입관(334)이 설치되어 순환격벽(333)으로 인한 격실 내부와 연결되고, 이 흡입관(334)에는 하방으로 다수의 흡입구(335)가 형성되어 순환격벽(333) 내측의 순환펌프(331)가 작동함에 따라 수조 하부의 처리수를 흡입하게 된다.

순환펌프(331)에 의하여 흡입된 처리수는 순환관(332)을 거쳐 안정판(232) 내측으로 투입되며, 안정판(232) 하부를 통하여 2차수조(220) 내부로 다시 유입되어, 결국 2차수조(220)의 하부와 양측의 격실 및 순환관(332)을 경유하는 순환류가 형성되게 된다.

본 발명을 통한 각 단계별 하수처리과정은 도 4에 도시되어 있으며, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

우선 유량조정조인 1차수조(210)의 흡입펌프(119)가 작동하여 압송관(112)을 통한 2차수조(220)로의 원수(400) 유입이 이루어지는데, 이러한 유입과정은 물론 이후 처리과정에 있어서, 외부로부터 1차수조(210)의 유입구(211)를 통한 원수(400)유입이 지속적 또는 간헐적으로 유지되거나 중단되는 등 불규칙한 형태를 가질지라도 투입관(113), 연결곡관(114) 및 조정관(115)을 통한 사이펀작용에 의하여 1차수조(210) 및 2차수조(220)의 적성 수위가 유지되게 된다.

즉, 흡입펌프(119)를 통하여 가압된 1차수조(210)의 원수(400)는 압송관(112)과 이와 연결된 투입관(113)을 통하여 2차수조(220)로 공급되고, 투입관(113)은 격벽(230)을 관통하는 연결곡간을 통하여 1차수조(210)의 조정관(115)과 연결되어 2차수조(220)가 소정수위 이상이 되면 공급되던 원수(400)가 다시 1차수조(210)로 반송되며, 연결곡관(114)은 조정관(115)측 연결부가 투입관(113)측 연결부 보다 높게 형성되도록 하고 조정관(115)의 상단을 개방함으로써, 단순히 2차수조(220)의 수위가 1차수조(210)의 수위보다 높기만 하면 반송이 이루어지는 것이 아니라, 2차수조(220)의 수위가 연결곡관(114)의 최정점(最頂點) 이상이 될 경우만 반송이 이루어지도록 한 것이다.

이러한 2차수조(220)로의 원수(400) 유입 수단은 외부로부터의 원수(400)유입 양상의 급변에 따른 2차수조(220)의 처리과정에 있어서의 충격을 완화하기 위한 역할도 수행하는 것으로서, 2차수조(220)의 처리단계에 관계없이 1차수조(210)에는 원수(400)의 유입이 지속 또는 중단되는 등 다양한 상태를 취할 수 있으며, 따라서 각 처리단계별 1차수조(210)의 원수(400)유입 상태는 도 4에 도시된 상태에 국한되는 것은 아니다.

원수(400)의 유입과 동시에 2차수조(220)에서는 산기구(223)를 통한 폭기가 개시되며, 그에 따라 2차수조(220)의 내부에서는 유기물의 산화 및 암모니아(NH₄) 산화가 진행되고 미생물에 의한 인(P) 과잉섭취가 일어난다.

2차수조(220)의 폭기중에도 안정판(232)과 순환격벽(333) 내측은 무산소상태로 유지되며, 폭기 개시 30분 후부터 순환펌프(331)가 작동하여 2차수조(220) 하부의 처리수를 흡입관(334)을 통하여 흡입하여 안정판(232) 내측으로 공급함으로써 처리수의 순환이 이루어지게 된다.

순환을 통하여 처리수는 안정판(232) 내측, 2차수조(220) 내부 및 순환격벽(333) 내측을 거치면서 각각 무산소상태, 호기상태 및 무산소상태를 반복하게 되며, 따라서 2차수조(220)의 폭기중에도 안정판(232) 내측 및 순환격벽(333) 내측의 격실에서는 미생물에의하여 질산염의 산소가 포집되면서 질산염이 질소로 기화(氣化)되어 탈질(脫窒)됨으로써, 하나의 수조내에서 암모니아 산화와 탈질이 동시에 이루어지게 된다.

이러한 폭기 및 순환은 2차수조(220)의 폭기 개시 30분 후부터 1시간 30분 동안 진행되며, 따라서 폭기는 총 2시간동안 지속된다.

이후, 20분간은 순환펌프(331)를 계속 가동하여 내부 순환 상태는 유지하면서 폭기는 중단함으로써, 2차수조(220) 내부에 상등수(402), 생물막(403) 및 침전수(401) 층을 형성하고 슬러지 침전을 유도하는데, 이 때 일시적으로 흡입펌프(119)를 작동하여 원수(400)를 2차수조(220)의 안정판(232) 내측으로 소정량 공급하고, 이 원수(400)가 2차수조(220)에 형성된 침전수(401)와 혼합되어 2차수조(220) 하부, 흡입관(334), 순환격벽(333) 내부 및 순환관(332)을 통하여 순환되도록 함으로써, 탄소원을 보충하여 2차수조(220) 전반에 걸쳐 탈질미생물의 반응을 촉진하게 된다.

이후, 40분간은 순환펌프(331)의 가동 또한 중단하고 2차수조(220)내에 완전한 정온상태를 유지하여 침전층(405)과 상등수(402)의 완전한 분리를 유도하고, 침전이 완료되면 약 1시간 동안 부유식 방류장치를 이용하여 상등수(402)를 2차수조(220) 외부로 배출하게 된다.

따라서, 20분간의 순환 비폭기 및 40분간의 비순환 비폭기 상태가 유지되어 총 1시간의 비폭기 상태가 유지되며, 역시 1시간 동안의 상등수(402) 배출이 이루어지게 된다.

2차수조(220)에서 배출된 상등수(402)는 별도의 방류수조(240)를 통하여 잔류부유물(406)이 제거되어 외부로 배출되는데, 이러한 방류수조(240)는 도 5 및 도 6에 도시되어 있으며, 1차수조(210), 2차수조(220) 및 방류수조(240)를 포함하는 전체 처리장치의 모식도가 도 7에 도시되어 있다.

방류수조(240)에는 방류구(242)가 연결된 원통형의 산기통(241)이 설치되고, 산기통(241) 내부 저면에는 산기구(223)가 설치되어, 도 6에서와 같이, 산기통(241) 상단을 통하여 유입된 상등수(402)는 산기통(241)을 통과하여 방류구(242)로 방류되며, 이때 산기구(223)를 작동하여, 유입된 상등수(402)내에 소량 포함되어 있는 잔류부유물(406)이 기포에 의하여 산기통(241) 외부로 분출될 수 있도록 함으로써, 잔류부유물(406)이 제거된 상태의 상등수(402)가 외부로 배출되게 된다.

한편, 분출된 잔류부유물(406)은 방류수조(240) 하부에 침전되어, 배출밸브(244)를 개방함에 따라 배출관(243)을 통하여 2차수조(220)로 다시 유입되게 된다.

이렇듯, 본 반응조인 2차수조(220)의 분할과 내부순환을 통하여 탈질효율을 제고할 수 있으며, 별도의 방류수조(240)를 통하여 배출 상등수(402)의 잔류부유물(406)을 제거함으로써 전체 하수고도처리시설의 효율을 향상시키고, 배출수의 수질 또한 향상시키는 결과를 얻을 수 있게된다.

결국 본 발명의 기술요지는 내부에 격벽(230)이 형성되어 1차수조(210)와 2차수조(220)로 분할되고, 2차수조(220)에는 산기구(223) 및 방류관(227)과 연결된 상등수배출장치가 설치되는 하수처리용 수조와, 상기 격벽(230)을 관통하는 연결곡관(114)과, 연결곡관(114)의 1차수조(210) 및 2차수조(220)측 단에 각각 연결되는 조정관(115) 및 투입관(113)과, 흡입펌프(119)가 설치되어 1차수조(210)와 투입관(113) 상부를 연결하는 압송관(112)과, 이들 투입관(113) 및 연결곡관(114)을 둘러싸는 안정판(232)이 격벽(230)의 2차수조(220)측 면에 설치되되, 안정판(232)의 하부는 개방되어 안정판(232) 내외측의 처리수 유동이 가능한 하수처리장치에 있어서, 2차수조(220) 후방측에는 순환격벽(333)에 의한 격실이 구성되고, 하방으로 다수의 흡입구(335)가 형성된 흡입관(334)이 2차수조(220) 하부에 종방향으로 설치되되 이 흡입관(334)과 상기 순환격벽(333)에 의한 격실이 연결되며, 순환격벽(333) 내부와 안정판(232) 내부를 순환관(332) 및 순환펌프(331)를 통하여 연결하여 이를 통한 처리수의 순환이 이루어짐을 특징으로 하는 순환식 하수처리장치로서, 상기 방류관(227)은 내부에 산기통(241)이 설치된 방류수조(240)와 연결되고, 산기통(241) 하부에는 산기구(223)가 설치되고, 측면에는 방류구(242)가 연결되며, 방류수조(240)의 하부에는 배출밸브(244)가 설치된 배출관(243)이 연결되어, 산기통(241)의 상단을 통하여 유입된 처리수에 포함된 잔류부유물(406)이 산기구(223)에서 발생하는 기포에 의하여 산기통(241)외부로 분출되고, 이로써 잔류부유물(406)이 제거된 처리수가 방류구(242)를 통하여 방류됨을 특징으로 하는 순환식 하수처리장치이며, 이를 통한 하수처리방법에 있어서, 2차수조(220)로 원수(400)가 유입되며, 산기구(223)를 통한 폭기가 이루어지는 유입 및 폭기단계(S10)와, 폭기를 계속 진행하며, 순환펌프(331)를 가동하여 안정판(232) 내부, 2차수조(220) 저면부, 흡입관(334), 순환격벽(333) 내부 및 순환관(332)을 통한 처리수의 순환이 이루어지는 폭기 및 순환단계(S20)와, 폭기는 중단하되 순환펌프(331)는 계속 가동하여 처리수의 순환상태를 유지하면서, 1차수조(210)의 원수(400)를 안정판(232) 내부로 소정량 유입시키는 비폭기 순환단계(S30)와, 순환펌프(331)가동을 중단하여 2차수조(220)를 정온상태로 유지하는 침전단계(S40)와, 상등수배출장치에 의하여 2차수조(220)에 형성된 상등수(402)가 선택취수되어 배출되는 배출단계(S50)로 이루어짐을 특징으로 하는 순환식 하수처리장치를 통한 하수처리 방법이다.

도 1은 종래의 하수처리장치 부분절단 사시도

도 2는 본 발명의 부분절단 사시도

도 3은 본 발명의 대표단면도

도 4는 본 발명의 하수처리과정 설명도

도 5는 본 발명의 방류수조 부분절단 사시도

도 6은 본 발명의 방류수조 대표단면도

도 7은 방류수조가 설치된 본 발명의 일 실시예 대표단면도

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

112 : 압송관

113 : 투입관

114 : 연결곡관

115 : 조정관

119 : 흡입펌프

210 : 1차수조

220 : 2차수조

211 : 유입구

221 : 집수기

223 : 산기구

224 : 부유식집수기

225 : 안내봉

226 : 집수펌프

227 : 방류관

230 : 격벽

232 : 안정판

240 : 방류수조

241 : 산기통

242 : 방류구

243 : 배출관

244 : 배출밸브

331 : 순환펌프

332 : 순환관

333 : 순환격벽

334 : 흡입관

335 : 흡입구

400 : 원수

401 : 침전수

402 : 상등수

403 : 생물막

405 : 침전층

406 : 잔류부유물

S10 : 유입 및 폭기단계

S20 : 폭기 및 순환단계

S30 : 비폭기 순환단계

S40 : 침전단계

S50 : 배출단계

Claims

내부에 격벽(230)이 형성되어 1차수조(210)와 2차수조(220)로 분할되고, 2차수조(220)에는 산기구(223) 및 방류관(227)과 연결된 상등수배출장치가 설치되는 하수처리용 수조와, 상기 격벽(230)을 관통하는 연결곡관(114)과, 연결곡관(114)의 1차수조(210) 및 2차수조(220)측 단에 각각 연결되는 조정관(115) 및 투입관(113)과, 흡입펌프(119)가 설치되어 1차수조(210)와 투입관(113) 상부를 연결하는 압송관(112)과, 이들 투입관(113) 및 연결곡관(114)을 둘러싸는 안정판(232)이 격벽(230)의 2차수조(220)측 면에 설치되되, 안정판(232)의 하부는 개방되어 안정판(232) 내외측의 처리수 유동이 가능한 하수처리장치에 있어서,

2차수조(220) 후방측에는 순환격벽(333)에 의한 격실이 구성되고;

하방으로 다수의 흡입구(335)가 형성된 흡입관(334)이 2차수조(220) 하부에 종방향으로 설치되되 이 흡입관(334)과 상기 순환격벽(333)에 의한 격실이 연결되며;

순환격벽(333) 내부와 안정판(232) 내부를 순환관(332) 및 순환펌프(331)를 통하여 연결하여 이를 통한 처리수의 순환이 이루어짐을 특징으로 하는 순환식 하수처리장치.
제1항에 있어서, 방류관(227)은 내부에 산기통(241)이 설치된 방류수조(240)와 연결되고;

산기통(241) 하부에는 산기구(223)가 설치되고, 측면에는 방류구(242)가 연결되며;

방류수조(240)의 하부에는 배출밸브(244)가 설치된 배출관(243)이 연결되어;

산기통(241)의 상단을 통하여 유입된 처리수에 포함된 잔류부유물(406)이 산기구(223)에서 발생하는 기포에 의하여 산기통(241)외부로 분출되고, 이로써 잔류부유물(406)이 제거된 처리수가 방류구(242)를 통하여 방류됨을 특징으로 하는 순환식 하수처리장치.
제1항의 하수처리장치를 통한 하수처리방법에 있어서,

2차수조(220)로 원수(400)가 유입되며, 산기구(223)를 통한 폭기가 이루어지는 유입 및 폭기단계(S10)와;

폭기를 계속 진행하며, 순환펌프(331)를 가동하여 안정판(232) 내부, 2차수조(220) 저면부, 흡입관(334), 순환격벽(333) 내부 및 순환관(332)을 통한 처리수의 순환이 이루어지는 폭기 및 순환단계(S20)와;

폭기는 중단하되 순환펌프(331)는 계속 가동하여 처리수의 순환상태를 유지하면서, 1차수조(210)의 원수(400)를 안정판(232) 내부로 소정량 유입시키는 비폭기 순환단계(S30)와;

순환펌프(331)가동을 중단하여 2차수조(220)를 정온상태로 유지하는 침전단계(S40)와;

상등수배출장치에 의하여 2차수조(220)에 형성된 상등수(402)가 선택취수되어 배출되는 배출단계(S50)로 이루어짐을 특징으로 하는 순환식 하수처리장치를 통한 하수처리 방법.