KR100540764B1 - 반응조 연동식 유량조정조를 이용한 하수고도처리방법 - Google Patents

반응조 연동식 유량조정조를 이용한 하수고도처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하수고도처리 공법에 있어서, 유량조정조와 반응조를 펌프로 연결하고, 유량조정조의 수위를 측정하는 수위계 및 유량조정조의 수위와 반응조의 상태에 따라 펌프를 제어하는 제어장치를 설치하여, 반응조의 처리단계에 따라 원수공급량을 조절함으로써 처리효율을 극대화한 것이다.
본 발명을 통하여 하수의 유입유량이 일정하지 않은 조건하에서도 효과적인 하수고도처리가 가능하게 되었으며, 특히 획기적으로 향상된 탈질(脫窒)효과를 얻을 수 있어, 하수고도처리시설의 운영효율을 제고하고, 나아가 하수처리비용 절감과 환경오염 방지효과 또한 얻을 수 있다.
하수고도처리, 유량조정조, 반응조, 펌프, 탄소원

Description

반응조 연동식 유량조정조를 이용한 하수고도처리방법{Advanced wastewater treatment method using reactor-regulated raw water storage tank}
도 1은 종래의 하수고도처리용 반응조 및 유량조정조 모식도
도 2는 종래의 생물학적 하수고도처리과정 설명도
도 3은 종래의 생물학적 하수고도처리과정 흐름도
도 4는 본 발명에서의 반응조 및 유량조정조 모식도
도 5는 본 발명의 하수고도처리과정 흐름도
도 6은 본 발명의 하수고도처리과정 단계별 수조 상태도
도 7은 폭기조단계가 반복되는 본 발명의 일 실시예 흐름도
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
10 : 유량조정조
11 : 수위계
12 : 제어장치
13 : 펌프
14 : 흡입관
20 : 반응조
21 : 공급관
S09 : 원수공급단계
S10 : 혐기조단계
S20 : 폭기조단계
S29 : 탄소원공급단계
S30 : 무산소조단계
S40 : 침전조단계
본 발명은 하수고도처리 공법에 있어서, 유량조정조와 반응조를 펌프로 연결하고, 유량조정조의 수위를 측정하는 수위계 및 유량조정조의 수위와 반응조의 상태에 따라 펌프를 제어하는 제어장치를 설치하여, 반응조의 처리단계에 따라 원수공급량을 조절함으로써 처리효율을 극대화한 것이다.
하수고도처리란 하수내 유기오염물 뿐 아니라 질소(N)나 인(P) 등의 영양염류까지 처리하는 하수처리를 지칭하는 것으로서, 통상 하수내의 산소 상태를 조절하여 미생물이 이에 따라 반응하도록 함으로써 탈질 및 탈인반응을 유도하는 방식으로 이루어지게 된다.
하수의 발생량은 계절적 또는 시간적 요인에 따라 변화하게 되므로, 하수처리시설로의 하수유입량 자체를 일정하게 유지하는 것은 불가능하며, 따라서 첨부된 도 1에서와 같이, 본격적인 하수고도처리 반응이 이루어지는 반응조(20) 이전에, 유입된 하수를 일차적으로 저류하는 유량조정조(10)를 설치하게 된다.
유량조정조(10)를 통하여 반응조(20)로 유입된 원수(原水)는 기본적으로 첨부된 도 2 및 도 3과 같은 과정을 통하여, 질소(N) 및 인(P)이 제거되게 되며, 최종 정화처리된 상등수(上等水)는 하천이나 바다로 방류되고, 침전된 슬러지(Sludge)는 폐기되거나 재활용되게 된다.
이러한, 도 2의 생물학적 하수고도처리과정을 간략하게 설명하면 다음과 같다.
우선 인(P)의 제거과정을 살펴보면, 하수가 반응조(20)내로 최초 유입되고 폭기가 이루어지지 않는 상태로 유지되는 혐기조단계(S10)를 거치게 되는데, 이때 반응조(20) 내 미생물은 인(P)을 용출하게 되며, 이 상태의 하수를 폭기시키는 폭기조단계(S20)에서는 미생물이 활성화되면서 하수내 인을 과잉섭취하며 증식하게되어, 인을 과잉섭취한 미생물이 슬러지형태로 침전되고 결과적으로 인(P)이 제거된다.
질소(N)의 제거과정을 살펴보면, 하수가 폭기조단계(S20)에서 호기성 상태가 되면 암모니아(NH4)가 산화되어 질산염(NO3 -)이 되고, 이 상태에서 폭기를 중단하는 무산소조단계(S30)에서는 미생물에의하여 질산염의 산소가 포집되면서 질산염이 질 소(N2)로 기화(氣化)되어 탈질(脫窒)이 이루어지게 되며, 이후 침전조단계(S40)에서 물리적인 침전작용을 통하여 슬러지를 제거하게 된다.
이렇듯, 생물학적 하수고도처리과정은 혐기조단계(S10), 폭기조단계(S20), 무산소조단계(S30) 및 침전조단계(S40)를 기본 단계로 하여, 이들 각 단계를 반복하거나, 조합함으로써 오염부하나 오염원의 종류에 대처하게 되며, 각 처리단계를 수행함에 있어서 처리단계별 반응조(20)를 별도로 구성하거나, 하나의 반응조(20)를 간헐적으로 폭기함으로써 각 단계별 반응조건을 충족하게 된다.
특히, 반응조(20)를 주기적으로 폭기 또는 혐기상태로 운영하여, 하나의 반응조(20)로 생물학적 하수고도처리의 전 과정을 수행할 수 있도록 함으로써 하수처리시설의 소요부지를 절감할 수 있도록 한 연속회분식반응조(SBR;Sequencing Batch Reactor)공법이 중·소규모 처리시설을 중심으로 널리 사용되고 있다.
이러한, 생물학적 하수고도처리과정에 있어서, 통상 본격적인 처리과정이 이루어지는 반응조(20) 전단계로 유량조정조(10)라는 일종의 임시 저류조를 구성하여, 차집관로로부터 유입되는 불규칙한 유량의 하수 원수를 일시적으로 저류하였다가 하수고도처리시설의 용량 및 처리속도에 맞도록 일정한 유량 또는 총량으로 공급하게 되는데, 유량조정조(10)내 소정 수위 이상의 원수를 자연월류(自然越流)시키거나 인위적으로 압송하여 반응조(20)로 공급하게 된다.
즉, 유량조정조(10)로부터의 원수공급이 생물학적 하수고도처리과정의 첫 단계인 혐기조단계(S10)의 반응조(20)에, 처리대상인 하수로서만 이루어지는 것으로, 이후 단계에서는 반응조(20)에 기 유입된 원수로만 전체 반응이 진행되게 되는 것이다.
따라서, 물리적처리과정을 제외한 영양염류 제거반응의 최종단계라고 할 수 있는 무산소조단계(S30), 즉 탈질단계에 이르러서는 미생물의 에너지원으로서 주요 반응인자의 하나인 탄소원이 대부분 소진될 뿐 아니라, 외부로부터의 추가 공급도 전혀 이루어지지 않으므로, 탄소원이 부족하게 되고, 원활한 탈질반응을 기대할 수 없게 되며, 특히 질소에 비하여 상대적으로 탄소 함량이 낮은 중·소도시 하수의 경우 이러한 현상이 더욱 심각하여, 하수고도처리시설의 운영에 있어서 많은 애로점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 유량조정조와 반응조를 펌프로 연결하고, 유량조정조의 수위를 측정하는 수위계 및 유량조정조의 수위와 반응조의 상태에 따라 펌프를 제어하는 제어장치를 설치하여, 혐기조단계 뿐 아니라, 무산소조단계의 반응조에도 소정량의 원수공급을 통하여 외부의 탄소원을 공급함으로써 탈질반응을 촉진한 것이다.
또한, 유량조정조로부터의 원수공급이 이루어진 무산소조단계 이후에, 반응조를 재차 폭기조단계로 운용하여, 추가 유입된 원수에 포함된 소량의 인(P)을 제거할 수 있도록 함으로써, 전체적인 처리효과의 저하 없이 탈질효율을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.
본 발명의 상세한 구성 및 처리과정을 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.
우선 본 발명을 수행하기 위한 하수고도처리시설은 도 4에서와 같이, 수위계(11)가 설치된 유량조정조(10)와 반응조(20), 유량조정조(10)와 반응조(20)를 연결하는 흡입관(14), 펌프(13) 및 공급관(21), 그리고 수위계(11), 펌프(13) 및 반응조(20)와 연결되어 유량조정조(10)의 수위 및 반응조(20)의 상태에 따라 펌프(13)의 작동을 제어하는 제어장치(12)로 구성된다.
유량조정조(10)에 설치되는 수위계(11)에는 부자식(浮自式)을 비롯하여 초음파식 등 다양한 방식을 적용할 수 있으며, PLC(Programmable Logic Controller)등을 예로 들 수 있는 제어장치(12)는 반응조(20)의 운전상태를 제어하는 반응조(20)용 제어기와 별도로 구성하거나, 통합구성하는 등 다양한 형태를 취할 수 있으나, 이러한 수위계(11)나 제어장치(12)의 종류 및 구성방식은 현장여건이나 시설규모에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 선택 적용할 수 있는 사항이므로 청구범위에 있어서 이에 대한 구체적인 한정은 하지 않는다.
본 발명을 통한 하수고도처리과정을 단계별로 설명하면 다음과 같다.
도 5 및 도 6에서와 같이, 유량조정조(10)의 수위가 소정수위(HWL)인 상태에서 제어장치(12)에 의하여 펌프(13)가 가동되고, 흡입관(14)을 통하여 흡입된 원수가 공급관(21)을 통하여 반응조(20)로 압송되게 된다.
유량조정조(10)의 수위가 소정수위(MWL)에 도달하게 되면,제어장치(12)에 의하여 펌프(13)의 작동이 중단되고, 반응조(20)는 비폭기상태로 유지되게 되며, 이때 미생물의 인(P) 용출이 이루어지게 된다.
이후, 반응조(20)는 폭기상태로 운전되고, 암모니아의 산화로 인한 질산염 생성과 미생물의 인(P) 과잉섭취가 이루어져, 결국 인이 제거되게 된다.
탈인반응이 이루어진 후, 반응조(20)의 폭기를 중단하고 펌프(13)를 다시 가동하여, 유량조정조(10)의 원수를 반응조(20)에 재차 공급하게 되는데, 이때 공급되는 원수는 추후 탈질과정에 있어서 미생물의 탄소원으로서 작용하게 되며, 따라서 외부 탄소원을 공급받은 미생물들이 더욱 활성화되어 탈질효율이 향상되게 된다.
이때, 전술한 펌프(13)의 작동중단 이후 유량조정조(10)로의 추가 원수유입이 이루어질경우, MWL에서의 무조건적인 펌프(13)중단이 이루어지면 유량조정조(10)의 수위가 하강하는 과정에서 MWL에 이르러 펌프(13)의 작동이 재차 중단될 수 있으므로, 펌프(13)의 재작동시에는 MWL을 통과하도록 제어한다.
유량조정조(10)의 수위가 소정수위(LWL)에 도달하게 되면, 펌프(13)의 가동을 중단하고, 반응조(20)를 비폭기상태로 유지하게 되며, 이때 미생물의 질산염내 산소 포집 및 이로 인한 질소의 기화·탈질이 이루어지게 된다.
이후, 반응조(20) 상부의 정화처리된 상등수(上等水)는 취수되어 하천이나 바다로 방류되고, 하부에 침전된 슬러지(Sludge)는 수집되어 폐기 또는 반송관로등을 통한 처리시설 내 반송이 이루어지거나, 건설자재 등으로 재활용 되게 된다.
한편, 본 발명에서는 도 7에서와 같이, 탄소원공급을 위하여 재차 공급된 소량의 원수 내에 포함된 인(P)의 제거를 위하여, 상등수 취수 및 침전 슬러지 제거 이전에 반응조(20)를 재차 폭기상태로 운전할 수 도 있으며, 이로써 인의 제거효과를 비롯한 전체적인 처리효과의 저하 없이 탈질효율을 향상시킬 수 있게 된다.
결국 본 발명의 기술요지는 하수의 생물학적 처리가 이루어지는 반응조(20)와 유입된 하수 원수를 저류하고 이를 반응조(20)에 공급하는 유량조정조(10)가 구성된 하수고도처리시설을 통한 하수고도처리방법에 있어서, 유량조정조(10)에는 저류된 원수의 수위를 측정하는 수위계(11)가 설치되고, 유량조정조(10)는 흡입관(14), 펌프(13) 및 공급관(21)을 통하여 반응조(20)와 연결되며, 수위계(11)와 펌프(13) 및 반응조(20)에는 수위계(11)를 통하여 독취(讀取)된 유량조정조(10)의 수위와 반응조(20)의 상태에 따라 펌프(13)의 작동을 제어하는 제어장치(12)가 연결되어, 제어장치(12)가 펌프(13)를 가동하여 유량조정조(10) 내의 원수를 반응조(20)로 공급하는 원수공급단계(S09)와, 유량조정조(10)의 수위가 소정수위(MWL)에 도달하면 제어장치(12)가 펌프(13) 가동을 중단하고 반응조(20)를 비폭기상태로 유지하는 혐기조단계(S10)와, 반응조(20)가 폭기되는 폭기단계(S20)와, 반응조(20)의 폭기가 중단되고, 제어장치(12)에 의하여 펌프(13)가 가동되는 탄소원공급단계(S29)와, 유량조정조(10)의 수위가 소정수위(LWL)에 도달하면 제어장치(12)가 펌프(13) 가동을 중단하고, 반응조(20)는 비폭기상태로 유지되는 무산소조단계(S30)와, 반응조(20)내 상등수는 방류되고 침전 슬러지는 제거되는 침전조단계(S40)로 이루어짐을 특징으로 하는 반응조 연동식 유량조정조를 이용한 하수고도처리방법, 또는 원수공급단계(S09)와, 혐기조단계(S10)와, 폭기단계(S20)와, 탄소원공급단계(S29)와, 무산소조단계(S30)와, 폭기단계(S20)와, 무산소조단계(S30)와, 침전조단계(S40)로 이루어짐을 특징으로 하는 반응조 연동식 유량조정조를 이용한 하수고도처리방법.
본 발명을 통하여 하수의 유입유량이 일정하지 않은 조건하에서도 효과적인 하수고도처리가 가능하게 되었으며, 특히 획기적으로 향상된 탈질(脫窒)효과를 얻을 수 있어, 하수고도처리시설의 운영효율을 제고하고, 나아가 하수처리비용 절감과 환경오염 방지효과 또한 얻을 수 있다.

Claims (2)

  1. 삭제
  2. 하수의 생물학적 처리가 이루어지는 반응조(20)와 유입된 하수 원수를 저류하고 이를 반응조(20)에 공급하는 유량조정조(10)가 구성된 하수고도처리시설을 통한 하수고도처리방법에 있어서,
    유량조정조(10)에는 저류된 원수의 수위를 측정하는 수위계(11)가 설치되고, 유량조정조(10)는 흡입관(14), 펌프(13) 및 공급관(21)을 통하여 반응조(20)와 연결되며, 수위계(11)와 펌프(13) 및 반응조(20)에는 수위계(11)를 통하여 독취된 유량조정조(10)의 수위와 반응조(20)의 상태에 따라 펌프(13)의 작동을 제어하는 제어장치(12)가 연결되어;
    제어장치(12)가 펌프(13)를 가동하여 유량조정조(10) 내의 원수를 반응조(20)로 공급하는 원수공급단계(S09)와;
    유량조정조(10)의 수위가 소정수위(MWL)에 도달하면 제어장치(12)가 펌프(13) 가동을 중단하고 반응조(20)를 비폭기상태로 유지하는 혐기조단계(S10)와;
    반응조(20)가 폭기되는 폭기단계(S20)와;
    반응조(20)의 폭기가 중단되고, 제어장치(12)에 의하여 펌프(13)가 가동되는 탄소원공급단계(S29)와;
    유량조정조(10)의 수위가 소정수위(LWL)에 도달하면 제어장치(12)가 펌프(13) 가동을 중단하고, 반응조(20)는 비폭기상태로 유지되는 무산소조단계(S30)와;
    반응조(20)가 폭기되는 폭기단계(S20)와;
    반응조(20)가 비폭기상태로 유지되는 무산소조단계(S30)와;
    반응조(20)내 상등수는 방류되고 침전 슬러지는 제거되는 침전조단계(S40)로 이루어짐을 특징으로 하는 반응조 연동식 유량조정조를 이용한 하수고도처리방법.
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