KR100537049B1 - 내·외장 2단 침전지형 활성슬러지법에 의한 하수 및 오·폐수처리장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 생물반응조와 2차침전지로 구성되는 기존 또는 신설되는 하수 및 오·폐수처리시스템의 생물반응조 내부에 소규모 침전설비를 설치하여 생물반응조로부터 유출되는 미생물농도를 낮춰 줌으로써 생물반응조 미생물 배양 가능량을 증대시키고 2차침전지 고형물 부하율을 경감시켜 처리용량과 처리효율을 획기적으로 증대시킬 수 있는 내, 외장 2단 침전지형 하수 및 오·폐수처리장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은, 다수의 반응공간을 확보하기 위해 유입수의 흐름방향으로 적어도 하나이상의 구획벽이 설치되어 시간대별로 폭기 및 미폭기를 교대로 실시하는 1실로 구성되거나 또는 폭기와 미폭기를 연속적으로 시행하는 2실 이상으로 구성된 직열형 생물 반응조; 상기 생물반응조 내에 설치되어 미생물 슬러지가 포함된 생물반응조 처리수가 이를 통하여 유출되는 과정에서 슬러지가 일부 침전 제거되어 슬러지 농도가 낮아진 처리수는 월류시켜 유출하고, 제거된 슬러지는 무동력으로 생물반응조로 되돌리는 내부 침전수단; 상기 침전수단을 통해 유출되는 생물반응조 처리수에 포함된 미생물 슬러지를 최종적으로 침전시켜 제거하고, 상기 제거된 슬러지 일부를 상기 생물반응조로 반송시키기 위한 수단이 구비된 2차 침전지; 및 상기 침전수단에 연결되며, 생물반응조내의 미생물량을 적정 유기물 부하율(F/M비)로 유지시키기 위하여 상기 2차 침전지로 유출되는 처리수에 포함된 슬러지 농도에 따라 유출량을 조절하기 위한 슬러지 유출량 제어수단을 포함하는 생물반응조 유출슬러지량 제어장치가 구비된 하수 및 오폐수처리장치 및 방법을 제공한다.
상기와 같이 구성된 본 발명은 종래 활성슬러지 처리시설을 간단히 개조하여 2차침전지 슬러지반송량을 줄이면서도 적은 부피의 생물반응조로도 미생물량을 획기적으로 증대시켜 부유미생물 배양방식을 응용한 다양한 유기물 및 질소인 처리공법의 처리효율과 처리가능용량을 향상시킬 수 있다. 또한, 반송유량감소에 따라 2차침전지 수리부하율 감소와 생물반응조에서 2차침전지로 넘어가는 부유물(고형물) 량을 줄임에 따라 2차침전지 고형물 부하율 감소를 통해 2차침전지의 유기물 및 부유물의 제거효율을 높일수 있게 하고, 용량이 부족한 기존 처리시설로 20%이상의 처리용량 확장이 가능하다.
Description
본 발명은 생물반응조와 2차침전지가 포함된 표준활성슬러지법이나 시간분할 또는 공간분할 폭기방식의 고도처리를 행하는 하수 및 오·폐수 처리시설에 적용하여 하수에 포함된 주요 오염물질인 고형물질, 유기물질, 질소, 인등을 처리하기 위한 하수 및 오·폐수 처리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 생물반응조에 t소규모 침전설비를 설치하여 생물반응조 미생물 배양 가능량을 증대시키고, 수리체류시간이 작은 생물반응조로도 질소·인의 제거효율을 향상시킬 수 있고, 유량조정조 없이도 과다한 부하변동에 대체가능하며, 2차침전지의 수리부하와 고형물 부하를 감소시켜 처리효율을 안정적으로 향상시킬 수 있는 내·외장 2단 침전지형 활성슬러지법에 의한 하수 및 오·폐수처리장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 하수 및 오·폐수중의 제거대상 오염물중, 주 요소는 유기물(BOD, COD), 부유물(SS), 질소(N) 및 인(P)이며, 이러한 오염물질을 제거하기 위한 방법으로서 주로 생물학적 처리방법(activated sludge)이 이용된다. 또한, PH, 수온, 독성물질류 등은 생물학적 처리 환경에 영향을 주는 요소이기 때문에 필요시 전처리 또는 특수처리를 행한다.
대표적인 생물학적 처리공법으로는 활성슬러지법이며, 이 공법의 처리구성도는 도1에 도시된 바와 같이 1차침전지(100), 생물반응조(110), 2차침전지(120)로 구성된다. 상기 생물반응조(110)는 오염물질을 섭취하여 침전분리가 가능한 미생물을 배양하는 기능을 하는데, 그 처리효율은 도2에 도시된 바와 같이 미생물에 의한 유기물 분해섭취량의 비를 나타내는 유기물부하율(F/M비 , F : 유기물량, M : 미생물량 <=반응조부피 V ×미생물농도 Xb>)과 밀접한 관계가 있다. BOD 제거를 주목적으로 하는 표준활성슬러지법의 경우, 질산화가 일어나면 2차 침전지(120)에서 탈질반응이 일어나 슬러지가 부상되는 문제가 생기고, 생물반응조에서 필요한 공기량도 과다해지므로 F/M비를 0.2~0.4 이내로 유지시켜야 한다.
또한, 상기 생물반응조(110)에서 슬러지 유출량 제어가 불가능한 종래 활성슬러지법의 경우, 생물반응조(110)에 유입되는 유입하수량이 과다하게 증가하면 2차 침전조(120)로 유출되는 미생물도 함께 늘어나므로 도3에 도시된 바와 같이 반응조내 미생물 농도가 줄어들고, 이에 따라 F/M비가 증가되어 처리효율이 저하되는 문제가 발생된다. 이를 억제하기 위해 첨두유량(peak flow) 발생전에 2차침전지(120)내 슬러지를 최대한 반송시켜 생물반응조내의 미생물(M) 확보량을 늘림으로써 미생물이 유출되어도 적정 F/M 범위가 유지되도록 운전한다. 그러나, 평균유량대비 160% 이상의 유량변화가 3시간이상 지속될 시에는 처리효율이 급속히 저하되며, 이 경우 크기가 작고, 미생물 농도가 높은 생물반응조에서는 수량변동 영향이 커진다(WPCF MOP8(명칭: 폐수처리플랜트 디자인),P229참조). 따라서, 지금까지는 상기 생물반응조(110)에 유량조정조를 설치하여 유입하수량을 균등화하는 방법을 주로 사용하고 있지만, 이 경우 시설부지가 넓게 소요되고, 시설비가 고가인 문제점을 내포하고 있다.
한편, 질소와 인을 처리하는 고도처리방법으로서, 미생물이 BOD가 높고 혐기성 상태에 놓이면 인을 방출했다가, 다시 호기성 상태에 놓이면 인을 생체에서 필요한 이상으로 과다섭취하는 현상을 이용하여 잉여슬러지에 다량의 인을 함유시켜 제거하는 방법을 이용하고, 하수중에 주로 유기질소나 암모니아성질소(NH4-N) 상태로 존재하는 질소는 용존산소(DO)가 높은 호기성상태에서 질산성질소(NO3-N)로 산화시킨후 무산소상태에서 질소가스(N2)로 환원시켜 공기중에 방출하는 방법을 사용하고 있다.
따라서, 혐기상태, 무산소상태, 호기상태를 적절히 조합하여 질소와 인을 모두 제거하는 방식으로는, 상기의 3가지 상태를 각각 다른 반응조로 구성하는 공간분할폭기방식(MLE, A2O방법등)과, 단일반응조를 시간대로 나누어 폭기와 미폭기를 반복하는 시간분할폭기방식(PID, SBR, SYMBIO 공법등), 및 상분할폭기방식을 이용한다.
그런데, 질소와 인을 처리하는 미생물은 증식속도가 일반 미생물보다 느리므로 고도처리를 위해서는 도4에 도시된 바와 같이 슬러지체류시간(SRT : sludge retention time)이 9일 이상으로 길어야 하고, F/M비를 0.15 이하로 줄여야 한다. 이를 위해서는 생물반응조내의 미생물량을 늘려야 하는데, 슬러지 유출량 제어가 불가능한 종래방식의 생물반응조에서는 미생물농도(Xb)가 MLSS농도(X)에 비례하기 때문에, 즉 다음의 식에서와 같이, X = 106 ÷(1+1/r) ÷SVI (r : 슬러지 반송율, SVI : 슬러지 지수, X : MLSS농도)이고, 적정운영 활성슬러지는 SVI가 100 ~ 150이고, 슬러지 반송율 r은 30 ~ 100%로 운영되기 때문에 X = 1,500 ~ 5,000 ㎎/ℓ가 한계이다.
이로 인하여, 기존 활성슬러지법이 적용된 반응조를 고도처리시설로 개조할때에는 반응조를 확장하는 방법과, 미생물 농도증가를 위해 슬러지 반송유량을 늘리거나 생물반응조의 30%에 해당하는 부피의 담체를 투입하는 방법을 취하고 있다. 그러나, 상기 방법들은 담체 투입으로 인한 반응조의 부피 감소와, 담체부착 미생물중 일부만 처리에 이용될 수 있는 이유 때문에, 고형물부하 = (1+α)·Q·X/A, 수면적 부하 = (1+α)·Q/A (α: 반송율, Q:유입유량, X: 미생물농도, A:침전지 표면적)의 수식으로부터 알수 있듯이, 실질적인 미생물 증가는 적고, 반송율증가는 2차침전지에 대한 수리부하율 증가와 고형물 부하증가를 야기시킨다. 이로 인해 도5에 도시된 바와 같이 2차 침전지 효율이 저하되고 반송에 소요되는 전력비가 증가하는 원인이 되므로 이 방법에 의한 대처에는 한계가 있다.
한편, 기존 침전지 내장형 산화구 형식은 수리체류시간이 긴 산화구법에 적용하여 외부 침전지를 생략하면서 상분리에 의한 고도처리를 함으로써 탄소원 공급이 부족한 하수에서도 원활한 처리효율을 낼수 있는 장점이 있으나, 이 형식을 2차 침전지가 설치되어 있으면서 수리체류 시간이 짧은 기존 활성슬러지 처리시설에 적용시, 기존 2차 침전지를 활용할 수 없는 문제가 있을 뿐만 아니라, 반응조내의 미생물량 제어를 위해 반응조에서 슬러지 처리시설로 잉여 혼합미생물을 유출시키는 별도의 슬러지 배출펌프시설을 설치해야 하고, 또 슬러지 반응에 필요한 과부하 대체 방안이 없기 때문에, 기존 표준형 활성슬러지 처리시설 개조에는 부적절한 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술이 갖는 처리효율 향상의 한계성 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로서, 생물반응조와 2차침전지로 구성되는 기존 또는 신설되는 하수 및 오·폐수처리시스템의 생물반응조 내부에 소규모 침전설비를 설치하여 생물반응조로부터 유출되는 미생물농도를 낮춰 줌으로써 생물반응조 미생물 배양 가능량을 증대시키고 2차침전지 고형물 부하율을 경감시켜 처리용량과 처리효율을 획기적으로 증대시킬 수 있는 내, 외장 2단 침전지형 하수 및 오·폐수처리장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 반응조내의 미생물 유출을 억제시킴으로써 반송슬러지만으로 슬러지농도를 제어하는 경우에 비해 반응조 내의 미생물 농도를 2배이상 증가시킬 수 있어, 작은 생물반응조 용량으로도 담체등의 투입이 필요없는 고도처리 공법 적용이 가능한 내·외장 2단 침전지형 활성슬러지법에 의한 하수 및 오·폐수처리장치 및 방법을 제공함에 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 반응조에서 성장한 미생물이 2차 침전지로 유출되는 것을 억제함으로써 2차침전지의 반송유량을 현저히 감소시킬 수 있고, 또 반응조의 유출슬러지량의 감소로 인해 2차침전지의 수면적 부하 감소와 고형물 부하가 감소되므로, 2차 침전지의 처리효율을 향상시킬 수 있으며, 종래공법의 고도처리나 표준활성슬러지법의 구조물 증설 없이도 처리가능용량을 30%이상 늘릴 수 있는 내·외장 2단 침전지형 활성슬러지법에 의한 하수 및 오·폐수처리장치 및 방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 생물반응조에 추가적으로 잉여슬러지 배출설비를 설치하지 않고도 기존의 2차 침전지 슬러지 배출장치를 이용해서 과부하시 응급미생물을 보충할 수 있는 내·외장 2단 침전지형 활성슬러지법에 의한 하수 및 오·폐수처리장치 및 방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 다수의 반응공간을 확보하기 위해 유입수의 흐름방향으로 적어도 하나이상의 구획벽이 설치되어 시간대별로 폭기 및 미폭기를 실시하는 생물반응조; 상기 생물 반응조내의 적어도 한 반응공간의 구획벽간을 가로지르도록 설치되어 하부 침전공간을 형성하는 차단벽과, 상기 차단벽에 고정되어 하부 침전공간과 상부 반응공간으로 구획하며 차단벽 하부쪽 수평류의 흐름에너지를 침전공간에 수직방향으로 고루 분산시켜 수직방향의 수류안정성을 확보하면서 침전공간으로의 유입과 침전에 의해 농도가 높아진 침전수를 생물반응조로 되돌리는 기능을 동시에 수행하는 상, 하류 유도형 정류경사판을 구비하며, 미생물 슬러지가 포함된 생물반응조 처리수가 그를 통해 유출되는 과정에서 슬러지 일부가 침전, 제거되어 슬러지 농도가 낮아진 처리수는 월류시켜 유출하고, 제거된 슬러지는 무동력으로 생물반응조로 되돌리는 내부 침전 분리수단; 상기 내부 침전 분리수단을 통해 유출되는 처리수에 포함된 미생물 슬러지를 최종적으로 침적시켜 제거하고, 상기 제거된 슬러지 일부를 상기 생물반응조로 반송시키기 위한 수단이 구비된 2차 침전지; 및 상기 내부 침전 분리수단에 연결되며, 생물반응조내의 미생물량을 적정 유기물 부하율(F/M비)로 유지시키기 위하여 상기 2차 침전지로 유출되는 처리수에 포함된 슬러지 농도에 따라 슬러지 유출량을 조절하기 위한 슬러지 유출량 제어수단을 포함하는 내·외장 2단 침전지형 활성슬러지법에 의한 하수 및 오·폐수처리장치를 제공한다.
여기서, 상기 생물반응조는 4지 형태로 이루어져 시가대별로 폭기 및 미폭기를 실시하는 완전혼합형 반응조외에 4지를 2개조로 묶어 반응조를 구성하되, 그의 구획벽중 대향하는 반응공간 사이의 구획벽 양단부가 터진 중앙분리벽으로 형성하고, 상기 중앙분리벽 일측의 반응공간에 설치되어 유입수에 수평순환류를 발생시키기 위한 수평순환류 발생수단을 구비하여 유입수가 순환되도록 하는 수로형 반응조로 이루어질 수 있으며, 이때 상기 침전수단은 반응조의 유입부측에 설치된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 생물반응조는 유입수 흐름방향에 직교하는 방향으로 가로지르는 공간분할벽이 설치되고, 상기 유입수가 유입되는 부위의 공간분할벽 일측에 순환펌프를 구비한 공간분할 반응조로 이루어질 수 있으며, 이때 상기 침전수단은 공간분할벽 타측에 위치되도록 한 것을 특징으로 한다.
상기 슬러지 유출량 제어수단은 침전수단상에 설치되어 유출되는 처리수에 포함된 슬러지 농도를 계측하여 계측데이터를 송출하는 슬러지 농도계; 상기 슬러지 농도계에서 계측된 데이터를 입력받으며, 외부 시스템에서 제공되는 고도처리에 적합한 소정 슬러지 농도값과 비교연산하여 제어신호를 송출하는 콘트롤러; 및 상기 침전수단상에 설치되어 콘트롤러의 제어신호에 의해 개폐동작하여 슬러지 유출량을 제어하는 슬러지 유출량 제어밸브로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 1차 침전지를 거친 유입수를 생물반응조의 다수의 반응공간에 저류시켜 폭기를 실시하는 제1 단계; 상기 생물반응조의 각 반응공간에서 생물학적 반응을 통해 얻어진 폭기액을 각 반응공간에 설치된 내부 침전 분리조에 유입하여 고액분리를 행하는 제2 단계; 상기 내부 침전 분리조의 하부 침전공간에 침강된 슬러지는 수평류에 의해 생물반응조로 되돌려지고, 상,하류 유도용 정류경사판을 통해 상향류를 형성하는 슬러지가 일부 제거된 처리수는 월류웨어로 유출하여 유출수로로 방류되는 제3 단계; 상기 유출수로를 통과하는 처리수에 포함된 슬러지 농도를 슬러지 농도계로 계측하고, 계측된 데이터를 콘트롤러에 입력하는 제4 단계; 및 상기 제4 단계 수행후, 콘트롤러는 고도처리에 적절한 슬러지 농도신호를 외부 시스템으로부터 입력받고, 슬러지 농도계에서 계측된 값과 비교 연산하여 외부시스템을 통해 입력된 설정값범위 밖에 계측값이 존재할 경우, 슬러지 유량 제어밸브의 개폐동작을 제어하여 상기 생물반응조내의 미생물량이 적정 F/M비로 유지되도록 유출량을 제어하는 제5 단계를 포함하는 내·외장 2단 침전지형 활성슬러지법에 의한 하수 및 오·폐수처리방법을 제공한다.
상기 방법에서 상기 제5 단계는 슬러지 유출량 제어수단만으로는 적정 F/M비를 유지하기 어려울 만큼 반응조내의 미생물 농도가 낮을 경우 상기 반응조 외부에 설치된 슬러지 침전·농축 저류시설내의 슬러지 반송펌프를 가동시켜 미생물량을 보충하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도6 내지 도11의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 내·외장 2단 침전지형 활성슬러지법에 의한 하수 및 오·폐수처리장치 및 방법은 2차침전지를 포함하는 수처리장치에 있어서, 기 설치된 반응조 또는 신설 반응조에 소규모 침전설비를 내장시켜 미생물 배양 가능량을 일반 활성슬러지법에 비해 증대시킴으로써 안정적인 처리효율을 유지하면서 2차침전지로 유출되는 슬러지량을 감소시켜 고형물 부하율을 개선하여 소규모의 반응조로도 고도처리가 가능하면서 2차 침전지 효율을 극대화시킬 수 있도록 구현한 것으로서, 본 발명은 기존시설인 완전혼합형 활성슬러지법에 적용되어 시간분할 폭기방식을 수행하는 반응조와, 시간분할 또는 상분할 폭기방식을 수행하는 수로형(ditch type) 고도처리반응조 및 공간분할 폭기방식을 수행하는 반응조 각각에 적용가능하다.
먼저, 도6 및 도7을 참조하여 완전혼합형 활성슬러지법에 적용되어 시간분할 폭기방식을 수행하는 반응조에 본 발명이 적용된 제1 실시예를 설명한다.
도면에 도시된 바와 같이 하수 및 오·폐수를 1차 저류시켜 침전성이 양호한 부유물질을 물리적으로 제거하는 1차 침전지(100)와; 유입수의 흐름방향으로 다수의 구획벽(110a)이 설치되어 다수의 반응공간이 확보되어 있으며, 각 반응공간에서 폭기를 실시하는 단일형태의 생물반응조(110)와; 상기 생물반응조(110)의 후단 유출부측에 각 구획벽간을 가로지르도록 설치되어 상기 생물반응조(110)에서의 생물학적 반응을 통해 얻어진 폭기액을 받아들여 고액분리를 행하되, 침강된 슬러지는 생물반응조로 되돌리고, 슬러지가 일부 제거된 처리수를 후술할 2차 침전지측으로 유출하기 위한 내부 침전 분리조(201)와; 상기 내부 침전 분리조(201)를 통해 유출되는 처리수에 포함된 원인물질(BOD)과 부유물질(SS)를 침전시켜 제거하고, 상기 처리수중 일부를 상기 생물반응조(110)로 반송시키기 위한 반송라인(120a)이 구비된 2차 침전지(120)와; 상기 내부 침전 분리조(201)에 연결되며, 생물반응조(110)내의 미생물량을 적정 F/M비로 유지시키기 위하여 유입하수조건에 따라 상기 2차 침전지(120)로 유출되는 처리수에 포함된 슬러지 농도를 제어하고, 상기 내부 침전 분리조(201)로부터 2차 침전지(120)로 유출되는 슬러지 유출량을 조절하기 위한 슬러지 유출량 제어장치(301)로 구성된다.
본 발명에서의 1차 침전지(100)는 중력식 또는 가압부상식으로 이루어질 수 있으며, 유입하수의 조건에 따라 생략이 가능하다. 또한, 상기 2차 침전지(120)는 슬러지 반송장치가 구비된 중력침전장치로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 생물반응조(110)는 슬러지 유출량 제어장치에 의해 제어되는 유출유량에 맞게 2 ∼ 4지 형태로 구성하되, 각 지마다 시간대별로 폭기 및 미폭기를 실시하여 혐기상태, 무산소상태, 호기상태를 만들어 질소 및 인의 제거를 위한 고도처리시설로 이용할 수 있으며, 본 실시예에서는 4지형태로 된 구조를 보여주고 있다.
상기 내부 침전 분리조(201)는 도8 및 도9에 도시된 바와 같이 상기 구획벽(110a)간을 가로지르도록 설치되어 하부 침전공간(231)을 형성하며, 상기 생물반응조(110) 바닥으로부터 상향류 형태로 처리수가 유출되도록 하기 위한 차단벽(211)과; 상기 차단벽(211)의 상부에서 내측으로 연장되게 구비되어 슬러지 일부가 침전 제거된 처리수를 월류시키기 위한 웨어(212)와; 상기 웨어(212)에 연결되어 그를 통해 방류된 처리수가 상기 2차 침전지(120)로 흐를 수 있도록 안내하는 유출수로(213)와; 상기 웨어(212)의 하측 소정부위치에서 상기 차단벽(211)에 용접고정되어 하부 침전공간(231)과 상부 반응공간(222)으로 구획하며, 차단벽 하부쪽 수평류의 흐름에너지를 침전공간(231)에 수직방향으로 고루 분산시켜 수직방향의 수류안정성을 확보하면서 침전공간(231)으로의 유입과 침전에 의해 농도가 높아진 침전수를 생물반응조로 되돌리는 기능을 동시에 수행하는 상, 하류 유도형 정류경사판(214); 및 상기 차단벽(211) 하부의 생물반응조(110)의 바닥 및 수면중 어느 한 부위에 설치되어 상기 상,하류 유도용 정류경사판(214)에 침전되는 슬러지를 주기적으로 제거할 수 있도록 하기 위한 역세척 공기공급장치(215)로 구성된다.
여기서, 상기 차단벽(211)은 생물반응조(110) 깊이의 1/3 ∼ 1/2정도 높이를 가지고 수면부에 설치되어 생물반응조(110)의 수평류가 차단된 침전공간(231)을 만들게 된다.
본 실시예에서, 역세척 공기공급장치(215)가 부설된 혼합형 반응조에 설치할 경우의 상기 상,하류 유도용 정류경사판(214)은 도8a 및 도8b에 도시된 바와 같이 2개조의 웨어 외단에서 하측으로 연장하되, 연장단부가 소정 각도만큼 내측으로 절곡된 연장면(214a)을 가지되, 일측 연장면(214a)이 타측 연장면(214a')보다 짧은 형상으로 형성되어 상향유출구(214b)를 갖는 호퍼형상으로 구성하여 침전공간 하부도 반응공간으로 이용할 수 있게 한다. 또한, 후술할 산화구와 같은 수평류 형식의 수로 반응조에 설치할 경우의 상,하류 유도용 정류경사판(214)은 도9a 및 도9b에 도시된 바와 같이, 양 변의 길이가 다른 역 V자 형상으로 절곡된 형상을 가지고 중첩하는 형태로 연속하여 설치되되, 짧은 변과 긴 변 사이가 터진 상향 유출구(214b)가 형성된 구조로 되어 있다.
상기 슬러지 유출량 제어장치(301)는 도7에 도시된 바와 같이 상기 내부 침전 분리조(201)의 유출수로(213) 소정위치에 설치되어 2차 침전지(120)로 유출되는 처리수에 포함된 슬러지 농도를 계측하여 계측데이터를 콘트롤러에 송출하는 슬러지 농도계(311)와; 상기 슬러지 농도계(311)에 연결되어 슬러지 농도를 제어하는 콘트롤러(312); 및 상기 슬러지 농도계(311)와 웨어(212) 사이의 유출수로(213)에 설치되어 콘트롤러(312)의 제어신호에 의해 개폐동작하여 슬러지 유출량을 제어하는 슬러지 유출량 제어밸브(313)로 구성된다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 슬러지 유출량 제어장치(301)만으로 F/M비의 유지가 어려울 만큼 반응조내의 미생물량이 낮을 경우, 생물반응조(110)로 반송시켜 슬러지 농도를 제어할 수 있도록 상기 생물 반응조(110)의 외부에 설치되어 상기 생물반응조(110)에서 배출된 슬러지를 침전 ·농축시켜 저류하기 위한 침전 ·농축저류조나, 기계식 또는 가압부상식 농축장치 및 저류조(도면에 도시하지 않음)를 더 구비할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에서, 내부 침전 분리조(201)를 포함하는 슬러지 유출량 제어장치(301)가 시간분할 또는 상분할 폭기방식을 수행하는 수로형(ditch type) 고도처리반응조에 적용된 제2 실시예를 도10을 참조하여 설명한다.
본 실시예를 설명하기에 앞서, 1차 침전지, 내부 침전 분리조를 포함하는 슬러지 유출량 제어장치 및 2차 침전지 구조는 모두 동일하므로 동일구조에 대해서는 동일부호를 병기하고, 더이상의 상세한 설명은 생략하며, 전술한 제1 실시예에서 설명한 완전혼합형 반응조와 구조가 다른 수로형 반응조와, 슬러지 유출량 제어장치의 설치위치에 대해서만 설명한다.
도면에 도시된 바와 같이, 상기 생물반응조(401)는 양측 공간부로 구획하여 유입수가 나선형 수평방향의 순환흐름을 유지하도록 내부에 횡방향으로 직립된 중앙분리벽(411)이 형성된 구조를 이루되, 상기 생물반응조(401)내에는 유입수의 수평순환류를 발생시키는 수평류 발생 펌프(412)가 설치된다. 본 도에서는 4지중 2지를 한조로 묶어 2개의 반응조로 형성한 구조를 보여주고 있는데, 이때의 상기 중앙분리벽(411)은 구획벽의 양단부를 터서 형성한다. 또한, 상기 수평류 발생펌프(412)는 반응조(401)내에서 유입수의 유속이 0.1 ∼ 0.3m/sec를 유지하도록 가동한다.
상기 생물 반응조(401)의 유입부측에는 중앙분리벽(411)으로부터 일측 외벽을 가로질러 내부 침전 분리조(201)가 설치되고, 상기 내부 침전 분리조(201)에 슬러지 유출량 제어장치(301)가 설치된다.
여기서, 상기 생물 반응조(401)의 중앙분리벽(411) 일측에는 그로부터 소정거리를 두고 곡선 형태로 설치되어 유입수의 순환이동경로를 안내하는 수류안내벽(도면에 도시하지 않음)이 더 설치될 수 있다.
다음에, 공간분할 폭기방식을 수행하는 반응조에 본 발명의 내부 침전 분리조(201)를 포함하는 슬러지 유출량 제어장치(301)가 적용된 제3 실시예를 도11을 참조하여 설명한다.
본 실시예에서도 마찬가지로, 1차 침전지, 내부 침전 분리조를 포함하는 슬러지 유출량 제어장치 및 2차 침전지 구조는 모두 동일하므로 동일구조에 대해서는 동일부호를 병기하고, 더이상의 상세한 설명은 생략하며, 전술한 제1 실시예에서 설명한 완전혼합형 반응조와 구조가 다른 공간분할 반응조와, 슬러지 유출량 제어장치의 설치위치에 대해서만 설명한다.
도면에 도시된 바와 같이, 상기 생물반응조(501)는 유입수의 흐름방향에 교차하는 종방향으로 가로지르는 공간 구획벽(511)이 설치되며, 상기 공간 구획벽(511)의 일측 즉, 상기 유입수가 유입되는 부분에는 내부 순환펌프(512)가 설치되고, 상기 공간구획벽(511)의 타측에는 내부 침전 분리조(201) 및 슬러지 유출량 제어장치(301)가 설치된 구조로 되어 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 하수 및 오·폐수처리방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 완전혼합형 활성슬러지법 및 시간분할 폭기방식을 수행하는 반응설비에 본 발명이 적용된 예의 처리방법에 대하여 설명한다.
상기 1차 침전지(100)에서 물리적으로 침전성이 양호한 부유물질을 제거하고, 상기 1차 침전지(100)를 거친 유입수를 4지형태의 생물반응조(110)내에 저류시킨다.
상기 생물반응조(110)에서는 유입수가 완전 혼합된 혼합수류를 형성하면서 폭기를 실시하게 된다. 이때, 상기 생물반응조(110)의 구획벽(110a)에 의해 구획된 각 지를 시간대별로 나누어 폭기와 미폭기를 반복시킴으로써 혐기조건, 무산소조건 및 호기조건으로 만들어 질소와 인을 제거하게 되며, 상기 혼합수류에 의해 별도의 혼합시설없이도 차단벽(211)에 의해 형성된 침전공간에서 제거된 슬러지가 밀도차에 의해 상기 생물반응조(110)로 되돌려지게 된다.
그리고, 상기 내부 침전 분리조(201)에서는 생물반응조(110)로부터 폭기액을 받아들여 고액분리를 행함으로써 생물반응조(110)로부터 2차 침전지(120)측으로 미생물이 유출되는 것을 억제하게 된다. 상기 내부 침전 분리조(201)내에서는 상,하류 유도용 정류경사판(214)에 의해 반응공간(222)과 침전공간(231) 사이의 흐름에너지가 차단되고 분산됨으로써 침전공간의 수류안정성이 확보된다. 그리고, 슬러지가 일부 제거된 처리수는 상향류를 형성하여 웨어(212)로 유출되고, 유출수로(213)를 거쳐 2차침전지(120)로 방류된다. 상기 유출수로(213)를 통과하는 처리수에 포함된 슬러지 농도는 슬러지 농도계(311)로 계측하고, 계측된 데이터를 콘트롤러(312)에 입력한다. 상기 콘트롤러(312)는 고도처리에 적절한 슬러지 농도신호를 외부 시스템으로부터 입력받고, 슬러지 농도계(311)에서 계측된 값과 비교 연산하여 외부시스템을 통해 입력된 설정값범위 밖에 계측값이 존재할 경우, 슬러지 유량 제어밸브(313)의 개폐동작을 제어하여 상기 생물반응조(110)내의 미생물량이 적정 F/M비로 유지되도록 유출량을 자동제어한다. 이때, 상기 슬러지 유출량 제어장치(301)만으로는 적정 F/M비를 유지하기 어려울 만큼 반응조(110)내의 미생물 농도가 낮을 경우에는 상기 2차 침전지(120)에 구비된 반송라인(120a)을 통해 침적된 슬러지를 반송시켜 미생물량을 보충하거나, 상기 반응조(110) 외부에 설치된 슬러지 침전 농축 저류시설(도시하지 않음)내의 슬러지 반송펌프를 가동시켜 미생물량을 보충하여 준다.
이러한 제어과정은 유입하수 조건에 따라 슬러지 유출량을 조절함으로써 반응조 내의 미생물량을 적정F/M비로 유지시킬 수 있게 되는 것이다. 이에 따라 상기 2차 침전지(120)로 유입되는 부유물(고형물)량이 감소되고, 2차 침전지 고형물 부하율 감소를 통해 2차 침전지의 유기물 및 부유물의 제거효율을 높일 수 있게 되며, 상기 2차 침전지(120)에서 생물반응조(110)로 반송되는 반송슬러지량도 감소되어 2차 침전지 수리부하율을 감소시킬 수 있게 되는 것이다.
다음은, 도10에 도시된 시간분할 또는 상분할 폭기방식의 수로형 고도처리반응설비에 본 발명이 적용된 예의 처리방법에 대하여 설명한다.
기존의 4지를 2지씩 1조로 묶고, 가운데 중앙분리벽(411)의 양단부를 터서 수로형으로 개조한 상기 수로형 고도처리 반응조(401)에서는 1차 침전지(100)로부터 유입수가 유입됨에 따라, 상기 수평류 발생펌프(412)를 가동시키되, 유입수의 유속이 0.1 ∼ 0.3m/sec를 유지하는 수평류가 되도록 하고, 중앙분리벽(411)과 수류안내벽(도시하지 않음)에 의해 나선형 수평방향 순환흐름을 유지하게 된다. 상기 순환 수평류에 의해 순환하는 활성슬러지는 반응조(401)의 유입부에 설치된 내부 침전 분리조(201)에서 침강되고, 밀도차에 의해 상기 생물반응조로 되돌려지도록 한다. 그리고, 상기 내부 침전 분리조(201)에서 슬러지가 일부 제거된 처리수는 전술한 완전혼합형 활성슬러지법에서와 같이 슬러지 유출량 제어장치(301)에 의해 유출 슬러지농도 및 유출량 제어를 행한다.
다음은, 도11에 도시된 바와 같이 공간분할 폭기방식을 수행하는 반응설비에 본 발명이 적용된 예의 처리방법에 대하여 설명한다.
도면에 도시된 바와 같이, 4지를 종방향으로 구획한 반응조(501)에서는 1차침전처리된 유입수가 유입되는 반응조(501) 전단부에서 공간적으로 분할된 각 조마다 차별적으로 폭기와 미폭기를 실시하고, 상기 반응조 전단부의 각 조에 설치된 순환펌프(512)를 가동시켜 반응조(501) 후단부측으로 슬러지를 이송시키고, 상기 반응조(501) 후단부에서는 내부 침전 분리조(201)를 거치도록 하여 슬러지 농도를 제어한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 부유미생물을 이용한 활성슬러지법이나 각종 고도처리 공법에서 반응조 용량과 침전지 용량이 부족하여 처리효율이 저하된 기설 또는 신설의 활성슬러지 처리시설에 소규모 침전시설을 내장하여 수리체류시간이 작은 생물 반응조로도 미생물을 고농도로 다량 배양할 수 있으므로 F/M비를 질소 ·인 고도처리가 가능한 수준으로 유지시킬 수 있고, 반응조 유출 미생물량 제어와 소량의 슬러지 반송만으로 생물반응조내의 미생물량 제어가 가능하므로 유량조정조 없이도 유입부하율 변동이 큰 처리장의 생물 반응조 처리효율을 안정적으로 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 반송유량의 감소에 따른 2차침전지의 수리부하율의 감소와 생물반응조에서 2차침전지로 넘어가는 부유물(고형물)량의 감소에 따라 2차침전지의 BOD 및 SS 제거효율이 향상되어 결국 전체 처리공정의 효율을 향상시킬 수 있으며, 반송슬러지 양을 줄임으로써 전체 수처리공정의 전력비가 현저히 절감되고, 용량이 부족한 기존처리시설로 30%이상의 처리용량 확장이 가능한 다른 효과가 있다.
도1은 일반적인 하수 및 오·폐수처리장치의 처리공정을 나타낸 개요도.
도2는 생물반응조의 유기오염물부하(F/M비)와 BOD제거효율관계를 나타낸 그래프도.
도3은 부유물농도와 피크유량지속시간과의 관계를 나타낸 그래프도.
도4는 유기오염물부하반송량((F/M)r)과 슬러지체류시간(SRT)과의 관계를 나타낸 그래프도.
도5는 2차침전지의 고형물부하율과 부유물(SS)제거효율과의 관계를 나타낸 그래프도.
도6은 본 발명에 의한 생물반응조 유출슬러지량 제어장치가 구비된 하수 및 오·폐수처리시설의 제1실시예 구성을 나타낸 개요도.
도7은 본 발명의 요부인 생물반응조 유출슬러지량 제어장치의 구성을 나타낸 개요도.
도8a 및 도8b는 도6에 도시된 생물반응조 유출슬러지량 제어장치에 적용되는 상,하류 유도용 정류경사판의 일예를 나타낸 부분단면 사시도 및 개요도.
도9a 및 도9b는 도6에 도시된 생물반응조 유출슬러지량 제어장치에 적용되는 상,하류 유도용 정류경사판의 다른 예를 나타낸 부분단면 사시도 및 개요도.
도10은 본 발명에 의한 생물반응조 유출슬러지량 제어장치가 구비된 하수 및 오·폐수처리시설의 제2실시예 구성을 나타낸 개요도.
도11은 본 발명에 의한 생물반응조 유출슬러지량 제어장치가 구비된 하수 및 오·폐수처리시설의 제3실시예 구성을 나타낸 개요도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100: 1차 침전지 110, 401, 501: 생물반응조
120:2차 침전지 201: 내부 침전 분리조
211: 차단벽 212: 월류웨어
213: 유출수로 214: 상,하류 유도용 정류경사판
215: 공기공급장치 221: 하부 침전공간부
222:상부 반응공간부 301: 슬러지 유출량 제어장치
311: 슬러지 농도계 312: 콘트롤러
313: 슬러지 유량 제어밸브
Claims (16)
- 다수의 반응공간을 확보하기 위해 유입수의 흐름방향으로 적어도 하나이상의 구획벽이 설치되어 시간대별로 폭기 및 미폭기를 실시하는 생물반응조;상기 생물 반응조내의 적어도 한 반응공간의 구획벽간을 가로지르도록 설치되어 하부 침전공간을 형성하는 차단벽과, 상기 차단벽에 고정되어 하부 침전공간과 상부 반응공간으로 구획하며 차단벽 하부쪽 수평류의 흐름에너지를 침전공간에 수직방향으로 고루 분산시켜 수직방향의 수류안정성을 확보하면서 침전공간으로의 유입과 침전에 의해 농도가 높아진 침전수를 생물반응조로 되돌리는 기능을 동시에 수행하는 상, 하류 유도형 정류경사판을 구비하며, 미생물 슬러지가 포함된 생물반응조 처리수가 그를 통해 유출되는 과정에서 슬러지 일부가 침전, 제거되어 슬러지 농도가 낮아진 처리수는 월류시켜 유출하고, 제거된 슬러지는 무동력으로 생물반응조로 되돌리는 내부 침전 분리수단;상기 내부 침전 분리수단을 통해 유출되는 처리수에 포함된 미생물 슬러지를 최종적으로 침적시켜 제거하고, 상기 제거된 슬러지 일부를 상기 생물반응조로 반송시키기 위한 수단이 구비된 2차 침전지; 및상기 내부 침전 분리수단에 연결되며, 생물반응조내의 미생물량을 적정 유기물 부하율(F/M비)로 유지시키기 위하여 상기 2차 침전지로 유출되는 처리수에 포함된 슬러지 농도에 따라 슬러지 유출량을 조절하기 위한 슬러지 유출량 제어수단을 포함하는 내·외장 2단 침전지형 활성슬러지법에 의한 하수 및 오·폐수처리장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 생물반응조는그의 구획벽중 대향하는 반응공간 사이의 구획벽 양단부가 터진 중앙분리벽으로 형성하고, 상기 중앙분리벽 일측의 반응공간에 설치되어 유입수에 수평순환류를 발생시키기 위한 수평순환류 발생수단을 구비하여 유입수가 순환되도록 하는 수로형 반응조로 이루어지며,상기 내부 침전 분리수단은 반응조의 유입부측에 설치된 것을 특징으로 하는 내·외장 2단 침전지형 활성슬러지법에 의한 하수 및 오·폐수처리장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 생물반응조는유입수 흐름방향에 직교하는 방향으로 가로지르는 공간분할벽이 설치되고, 상기 유입수가 유입되는 부위의 공간분할벽 일측에 순환펌프를 구비한 공간분할 반응조로 이루어지며,상기 내부 침전 분리수단은 공간분할벽 타측에 위치되도록 한 것을 특징으로 하는 내·외장 2단 침전지형 활성슬러지법에 의한 하수 및 오·폐수처리장치.
- 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,상기 슬러지 유출량 제어수단은내부 침전 분리수단상에 설치되어 유출되는 처리수에 포함된 슬러지 농도를 계측하여 계측데이터를 송출하는 슬러지 농도계;상기 슬러지 농도계에서 계측된 데이터를 입력받으며, 외부 시스템에서 제공되는 고도처리에 적합한 소정 슬러지 농도값과 비교연산하여 제어신호를 송출하는 콘트롤러; 및상기 내부 침전 분리수단에 설치되어 콘트롤러의 제어신호에 의해 개폐동작하여 슬러지 유출량을 제어하는 슬러지 유출량 제어밸브를 포함하는 내·외장 2단 침전지형 활성슬러지법에 의한 하수 및 오·폐수처리장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 내부 침전 분리수단은차단벽의 상부 내측으로 연장되게 구비되어 슬러지 일부가 침전 제거된 상향류의 처리수가 월류하는 것을 방류하는 웨어; 및상기 웨어에 연결되어 그를 통해 방류된 처리수가 상기 2차 침전지로 흐를 수 있도록 안내하는 유출수로를 포함하는 내·외장 2단 침전지형 활성슬러지법에 의한 하수 및 오·폐수처리장치.
- 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,상기 차단벽 하부의 바닥 및 수면중 어느 한 부위에 설치되어 상기 정류경사판에 침전되는 슬러지를 주기적으로 제거할 수 있도록 공기를 공급하기 위한 역세척공기공급수단을 더 포함하는 내·외장 2단 침전지형 활성슬러지법에 의한 하수 및 오·폐수처리장치.
- 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,상기 차단벽은 생물반응조 깊이의 1/3 ∼ 1/2정도의 높이를 가지고 수면부에 설치된 것을 특징으로 하는 내·외장 2단 침전지형 활성슬러지법에 의한 하수 및 오·폐수처리장치.
- 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,상기 슬러지 유출량 제어수단만으로 유기물부하율(F/M비)의 유지가 어려울 만큼 반응조내의 미생물량이 낮을 경우, 생물 반응조로 반송시켜 슬러지 농도를 제어할 수 있도록 상기 생물 반응조의 외부에 설치되어 상기 생물반응조에서 배출된 슬러지를 침전 ·농축시켜 저류하기 위한 침전 ·농축저류조를 더 포함하는 내·외장 2단 침전지형 활성슬러지법에 의한 하수 및 오·폐수처리장치.
- 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,상기 내부 침전 분리수단의 정류경사판은2개조의 웨어 외단에서 하측으로 연장하며, 연장단부가 소정 각도만큼 내측으로 절곡된 연장면을 가지되, 일측 연장면이 타측 연장면보다 짧게 형성되어 상향유출구를 갖는 호퍼형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 내·외장 2단 침전지형 활성슬러지법에 의한 하수 및 오·폐수처리장치.
- 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,상기 내부 침전 분리수단의 정류경사판은양 변의 길이가 다른 역 V자 형상으로 절곡된 형상을 가지고 중첩하는 형태로 연속하여 설치되되, 짧은 변과 긴 변 사이가 터진 상향 유출구가 형성된 절곡판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 내·외장 2단 침전지형 활성슬러지법에 의한 하수 및 오·폐수처리장치.
- 1차 침전지를 거친 유입수를 생물반응조의 다수의 반응공간에 저류시켜 폭기를 실시하는 제1 단계;상기 생물반응조의 각 반응공간에서 생물학적 반응을 통해 얻어진 폭기액을 각 반응공간에 설치된 내부 침전 분리조에 유입하여 고액분리를 행하는 제2 단계;상기 내부 침전 분리조의 하부 침전공간에 침강된 슬러지는 수평류에 의해 생물반응조로 되돌려지고, 정류경사판을 통해 상향류를 형성하는 슬러지가 일부 제거된 처리수는 월류웨어로 유출하여 유출수로로 방류되는 제3 단계;상기 유출수로를 통과하는 처리수에 포함된 슬러지 농도를 슬러지 농도계로 계측하고, 계측된 데이터를 콘트롤러에 입력하는 제4 단계; 및상기 제4 단계 수행후, 콘트롤러는 고도처리에 적절한 슬러지 농도신호를 외부 시스템으로부터 입력받고, 슬러지 농도계에서 계측된 값과 비교 연산하여 외부시스템을 통해 입력된 설정값범위 밖에 계측값이 존재할 경우, 슬러지 유량 제어밸브의 개폐동작을 제어하여 상기 생물반응조내의 미생물량이 적정 F/M비로 유지되도록 유출량을 제어하는 제5 단계를 포함하는 내·외장 2단 침전지형 활성슬러지법에 의한 하수 및 오·폐수처리방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 제1 단계는생물반응조에 구획된 각 반응공간에 시간대별로 나누어 폭기와 미폭기를 반복시킴으로써 혐기조건, 무산소조건 및 호기조건으로 만들어 질소와 인의 제거를 위한 고도처리를 행하는 제6 단계를 포함하는 내·외장 2단 침전지형 활성슬러지법에 의한 하수 및 오·폐수처리방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 제1 단계는생물반응조의 반응공간을 구획하는 중앙 구획벽의 양단부를 터서 수로형 반응공간으로 개조하고, 1차 침전지로부터 유입수가 유입됨에 따라, 상기 수평류 발생펌프를 가동시키는 제7 단계; 및각 수로형 반응공간에 시간대별로 폭기와 미폭기를 실시하여 혐기조건, 무산소조건 및 호기조건으로 만들어 질소와 인의 제거를 위한 고도처리를 행하는 제8 단계를 포함하는 내·외장 2단 침전지형 활성슬러지법에 의한 하수 및 오·폐수처리방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 제1 단계는생물반응조의 반응공간을 종방향으로 구획하여 공간분할 반응조로 개조하고, 공간분할된 반응조에 차별적으로 폭기를 실시하는 제9 단계; 및공간분할된 반응조 전단부에서 순환펌프를 가동시켜 후단부측으로 유입수를 보내어 내부 침전 분리조를 거치도록 하는 제10 단계를 포함하는 내·외장 2단 침전지형 활성슬러지법에 의한 하수 및 오·폐수처리방법.
- 제 11 항 내지 제 14 항중 어느 한 항에 있어서,상기 제5 단계는상기 슬러지 유출량 제어수단만으로는 적정 F/M비를 유지하기 어려울 만큼 반응조내의 미생물 농도가 낮을 경우, 상기 2차침전지의 반송라인을 통해 미생물량을 보충하는 제11 단계를 더 포함하는 내·외장 2단 침전지형 활성슬러지법에 의한 하수 및 오·폐수처리방법.
- 제 11 항 내지 제 14 항중 어느 한 항에 있어서,상기 제5 단계는상기 슬러지 유출량 제어수단만으로는 적정 F/M비를 유지하기 어려울 만큼 반응조내의 미생물 농도가 낮을 경우, 상기 반응조 외부에 설치된 슬러지 침전·농축 저류시설내의 슬러지 반송펌프를 가동시켜 미생물량을 보충하는 제12 단계를 더 포함하는 내·외장 2단 침전지형 활성슬러지법에 의한 하수 및 오·폐수처리방법.
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