KR100814523B1

KR100814523B1 - 유지관리비를 절감하는 하·폐수처리장의 개선된 활성슬러지 운전방법

Info

Publication number: KR100814523B1
Application number: KR20070079344A
Authority: KR
Inventors: 김순영; 이복춘
Original assignee: 자연엔지니어링 주식회사
Priority date: 2007-08-08
Filing date: 2007-08-08
Publication date: 2008-03-17

Abstract

본 발명은 활성슬러지 처리방식을 채택하는 하수 또는 폐수처리시설의 유지관리비를 절감하기 위해 여러 과정을 취합하였다. 이제 하(폐)수의 처리에서 처리효율만을 고집하는 시대는 지났으며, ASM(Activated Sludge Model)의 도입에 의해 오염성분을 분획하고, 반응속도개념을 도입하여 유입조건과 처리조건에 따른 처리수질의 예측도 가능하고, 이러한 예측은 현장의 데이터에서 그대로 증명되고 있다.

통상 활성슬러지 처리시설에서 유지관리비에 영향을 주는 인자로는 폭기조의 DO농도와 미생물농도를 들고 있지만 처리효율의 저하를 우려하여 적정한 조건을 적용하지 못하고 있는 실정이다.

첫째로 유지리관리비를 절감하는 방법은 계외(1차침전지)로 배출되는 잉여슬러지를 이용하여 폭기조로 유입되는 수질의 오염부하를 절감시키는 방안으로 세계물학회(International Water Association)의 ASM3으로부터 종속영양미생물의 기질흡착이론으로 해석이 가능하다. 실제로 하(폐)수처리에 작용되고 있는 미생물은 영양원을 흡착시키기 위한 흡착제와 흡착된 영양원을 분해, 소화시키기 위한 가수분해제를 배출하고 있고, 이러한 배출량은 생활환경이 열약해지면 더욱 증가한다.

둘째로 폭기조에 적용하는 적정 DO농도를 특정수치로 운영하고 일정한 기간의 운영에 의해 DO농도를 보정한다. ASM2d 모델을 사용하여 폭기조 DO농도를 자동으로 조절하는 사례가 있지만, 국내 실정을 감안하여 DO농도는 송풍기(Blower)의 회전수에 의해 조정된다. ASM2d 모델에서도 예측되었지만, 실제로 운전한 결과에서 폭기조의 DO농도를 특정농도 이상으로 높여도, 하(폐)수의 처리효율에는 별다른 영향을 미치지 못한다.

셋째로 하(폐)수의 발생량 또는 유입량의 차이가 큰 처리시설에서 유입량으로 2종류로 구분하여 유입량이 많은 쪽은 용존산소를 높여서 운전하고 적은 쪽은 용존산소를 낮추어서 운전한다. 유입량 변도에 따른 DO농도의 변경도 ASM2d의 예측모델과 실제 운전데이터에서 확인되었으며, 국내 실정에 맞게 조정하였다.

기질흡착, 용존산소농도조정, 유입량구분

Description

유지관리비를 절감하는 하·폐수처리장의 개선된 활성슬러지 운전방법{OPERATING MOTHED OF ACTIVITED SLUDGE FOR CUT DOWN ON EXPENSES}

본 발명은 활성슬러지 처리방식을 채택하는 하수 또는 폐수처리시설의 유지관리비를 절감하기 위해 일부 시설을 보완하여 취합한 유지관리비를 절감하는 하·폐수처리장의 개선된 활성슬러지 운전방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 첫째 잉여슬러지를 1차침전지의 내통에 투입하여 폭기조에 유입되는 오염부하(COD 또는 BOD 부하)를 경감하고, 둘째로 폭기조에서 관리하는 적정 DO수준을 최저수준으로 하며, 셋째로 폭기조의 유입량 변동이 심하면 유입량에 따라 2종류의 DO 설정치를 별도로 관리하여 활성슬러지 유지관리비를 절감하는 하·폐수처리장의 개선된 활성슬러지 운전방법에 관한 것이다.

세계적으로 유기성 하(폐)수의 성분을 분획하여 운전조건에 따른 처리효율을 예측하기 위한 모델로 ASM(Activated Sludge Model)이 개발되었고, 미진한 부분이 개선되고 있다. 일부 선진국에서는 ASM을 도입하여 폭기조의 DO(용존산소)농도를 낮추는 등 유지관리비 절감을 위해 다양한 방법을 사용하고 있는 현실에서, 국내에서는 일부 대학에서 ASM의 연구가 시작되는 단계이므로 인버터를 이용하여 동일하 게 DO농도를 낮추고자 한다.

이론적으로 규명되지 않았던 미생물이 생흡착이론을 잉여슬러지에 적용하여 유입수의 오염부하를 절감하여 유지관리비를 절감하려고 한다.

그러나, 유입수질의 오염농도가 낮아서 BOD 용적부하가 O.2kg·BOD/m³·day 이거나, F/M비가 0.05kg·BOD/kg·MLSS 이하로 영양분이 지나치게 부족하면 적용하기 어렵다.

국내에서는 활성슬러지 시설의 유지관리와 관련하여 적정한 DO농도 개념을 갖지 못하고, 폭기조의 DO농도를 낮추면 막연하게 처리효율의 저하를 예상하였으며, 그리고 DO농도를 낮추기 위해 DOIC로 송풍기를 가동하거나 중단하면 기동전류에 의한 전력증가 및 장치수명의 단축이 우려되어 계획을 중단한 사례가 허다하였다.

즉, 종래의 하·폐수가 유입조를 통해 1차침전조를 거치고 다시 폭기조를 통해 2차침전지를 거치며 다시 농축조를 통해 탈수기로 이루어지는 하·폐수처리장은 잉여슬러지를 농축조 또는 탈수시설과 폭기조의 유입부로 보내기 때문에 1차침전지에서 생흡착에 의한 BOD의 변화가 없으므로 만약, 유입원수의 BOD가 200ppm 일 때, 침전지를 통과한 하수의 BOD는 당초와 같이 200ppm으로 유지되어서 폭기조에서의 송풍량을 살펴보면 유입원수 1m³당 송풍량은 12m³가 필요하여 이로 인한 유지관리비용이 많이 소요되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 잉여슬러지의 생흡착능력, 적정 DO농도 및 유입수량 변동에 따른 차별적인 DO농도를 도입하여 활성슬러지 처리시설의 유지관리비를 크게 절감할 수 있는 유지관리비를 절감하는 하·폐수처리장의 개선된 활성슬러지 운전방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명에서는 폭기조의 DO농도를 하·폐수의 유입량이 많은 경우나 일률적으로 운전하는 경우에는 1.6mg/ℓ로 설정하고, 적정한 송풍기 운전에 의해 DO농도를 낮추어 가다 1.3mg/ℓ이하로 유지하는 것은 위험하다. 또한 유입량이 적은 경우는 1,1mg/ℓ로 설정하고, 송풍기의 적정한 운전에 의해 DO농도를 낮추어가나 0.8mg/ℓ이하로 유지하는 것은 위험하다.

활성슬러지 시설에서 유지관리의 대부분은 폭기조에서 사용되는 송풍기의 전력으로 이러한 전력에 영향을 미치는 인자로 폭기조의 유입수질, DO농도 및 미생물 농도로서 본 발명에서는 미생물농도가 1500~3000mg/ℓ 이내로 유지되는 기준으로 검토되었으므로, 미생물농도가 이 범위를 벗어나면 DO 설정치를 변경시켜야 한다. 또한 폭기조의 형상이 통상의 폭기조와 크게 다르면 교반용 공기 때문에 DO설정치를 변경하여야 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하·폐수가 유입조를 통해 1차침전조를 거치고 다시 폭기조를 통해 2차침전지를 거치며 다시 농축조를 통해 탈 수기로 이루어지는 하·폐수처리장의 활성슬러지 운전방법에 있어서;

첫째로 상기 농축조에서 탈수기로 가는 잉여슬러지의 일부를 상기 유입조 유입부에 투입하여 유입수의 오염부하를 삭감하고;

둘째로 상기 폭기조 내의 DO농도를 0.8~1.6mg/ℓ 중 최소치로 낮게 설정하고, DOIC와 인버터에 의해 송풍기의 회전수를 조절하며;

셋째로 하·폐수의 유입량 변동에 따라 DO농도를 다르게 설정하고, DOIC와 인버터에 의해 송풍기를 조절하여서 이루어지는 특징이 있다.

상기 농축조의 잉여슬러지는, 상기 1차침전조 유입부에 투입하거나, 상기 유입조 유입부에 70~80% 투입하고 상기 폭기조 유입부에 20~30%를 투입할 수도 있으며, 상기 1차침전지 유입부에 70~80% 투입하고 상기 폭기조 유입부에 20~30%를 투입할 수도 있고, 상기 유입조 유입부와 상기 1차침전조 유입부에 70~80% 투입하고 상기 폭기조 유입부에 20~30%를 투입함으로써 유입수의 오염부하를 삭감시킬 수도 있다.

이와 같이, 본 발명은 잉여슬러지의 생흡착능력, 적정 DO농도 및 유입수량 변동에 따른 차별적인 DO농도를 도입하여 활성슬러지 처리시설의 유지관리비를 크게 절감할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의해 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시 예인 개선된 활성슬러지 운전의 각 단계를 취합한 대표적인 실시 예를 나타낸 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예로서 1차침전조에 투입되는 잉여슬러지를 계량하는 과정을 나타낸 순서도이며, 도 3은 본 발명의 실시 예로서 폭기조 내에서 최적의 DO농도를 찾아내고, 이러한 DO농도를 유지하기 위한 과정 및 방법을 나타낸 순서도이고, 도 4는 본 발명 실시 예로서 유입량 변동에 따른 최적의 DO농도를 별도로 찾아내고, 이러한 DO농도를 유지하기 위한 과정 및 방법을 나타낸 순서도이며, 도 5는 본 발명의 실시 예로서 인버터에 의해 송풍기의 회전수를 조절하는 과정을 나타낸 도면이다.

참고로 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단될 경우에는 그 상세한 설명을 생략하였다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운영자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.

그러므로, 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것임은 물론이다.

본 발명의 유지관리비를 절감하는 하·폐수처리장의 개선된 활성슬러지 운전방법은, 하·폐수가 유입조(도시않음)를 통해 1차침전조(101)를 거치고 다시 폭기 조(102)를 통해 2차침전지(103)를 거치며 다시 농축조(도시않음)를 통해 탈수기(도시않음)로 이루어지는 하·폐수처리장의 활성슬러지 운전방법에 있어서, 첫째로 상기 농축조에서 탈수기로 가는 잉여슬러지의 일부를 상기 유입조 유입부와 상기 1차침전조(101) 유입부에 70~80% 투입하고 상기 폭기조(102) 유입부에 20~30%를 투입하여 유입수의 오염부하를 삭감하고, 둘째로 상기 폭기조(102) 내의 DO농도를 0.8~1.6mg/ℓ 중 최소치로 낮게 설정하고, DOIC(503)와 인버터(502)에 의해 송풍기(501)의 회전수를 조절하며, 셋째로 하·폐수의 유입량 변동에 따라 DO농도를 다르게 설정하고, DOIC(503)와 인버터(502)에 의해 송풍기(501)를 조절하여서 이루어진다.

이런 본 발명은, 종래에 유입원수의 BOD가 200ppm 일 때, 침전지를 통과한 하수의 BOD는 당초와 같이 200ppm으로 유지되어서 폭기조에서의 송풍량을 살펴보면 유입원수 1m³당 송풍량은 12m³가 필요하였다면, 본 발명에서는 잉여슬러지를 1차침전지(101)의 유입부에 공급하면 잉여슬러지의 생흡착 효과에 의해 1차침전지(101)에서 폭기조(102)로 들어가는 하수의 BOD가 150ppm 정도로 저감되므로 당연히 폭기조(102)의 BOD용적부하도 저감되고, 유입원수 기준 유입원수 1m³당 필요한 송풍기(501)의 송풍량이 대략 9m³정도로 나타나서, 약 1/4 정도의 풍량도 감소시킬 수 있어 하·폐수처리장의 유지관리비를 획기적으로 절감시킬 수 있는 것이다.

이때, 통상 BOD 1kg당 40~90m³의 공기가 필요하지만, 미국 10개주에서 권장 하고 있는 BOD 1kg당 60m³ 의 공기가 소요되는 것으로 가정하였다.(1차침전지에서 자연 침전으로 인한 BOD제거는 무시하였다.)

폭기조의 DO농도변화에 따른 송풍량의 비율 및 처리수질 예상표

폭기조 후단DO 농도(mg/ℓ)	송풍량 비	폭기조 출구 T-N농도(mg/ℓ)	폭기조 출구 T-P농도(mg/ℓ)
4.3	1	16.3	0.32
3.5	0.82	16.3	0.29
2.5	0.67	16.2	0.26

출처: 용수와 폐수(일본2004)의 "Tokyo도 하수도국의 활성오니모델 및

그 활용"

참고로 외국의 사례를 보아 하수처리장의 경우에 유입량이 적은 시간대는 3~18시, 유입량이 많은 시간대는 18~3시 사이지만 하수처리장에 유입되는 관로의 길이에 따라 시간대가 변동할 수 있으므로 유입량 조사에서 결정되어야 한다.

그리고, DO농도는 외기온도 및 수온에 크게 영향을 받으므로 1개월간에 검토된 대상 송풍기(501) 또는 DO농도는 1년간에 걸쳐 점검되어야 하고, 무시할 수 없는 수질의 변동이나 유입수량의 변동이 있으면 재검토되어야 함은 물론이다.

도 1은 본 발명의 실시 예인 개선된 활성슬러지 운전의 각 단계를 취합한 대표적인 실시 예를 나타낸 순서도,

도 2는 본 발명의 실시 예로서 1차침전조에 투입되는 잉여슬러지를 계량하는 과정을 나타낸 순서도,

도 3은 본 발명의 실시 예로서 폭기조 내에서 최적의 DO농도를 찾아내고, 이러한 DO농도를 유지하기 위한 과정 및 방법을 나타낸 순서도,

도 4는 본 발명 실시 예로서 유입량 변동에 따른 최적의 DO농도를 별도로 찾아내고, 이러한 DO농도를 유지하기 위한 과정 및 방법을 나타낸 순서도,

도 5는 본 발명의 실시 예로서 인버터에 의해 송풍기의 회전수를 조절하는 과정을 나타낸 도면이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

101 : 1차침전조 102 : 폭기조

103 : 2차침전조 501 : 송풍기

502 : 인버터 503 : DOIC(용존산소농도 지시조절계기)

Claims

하·폐수가 유입조를 통해 1차침전조를 거치고 다시 폭기조를 통해 2차침전지를 거치며 다시 농축조를 통해 탈수기로 이루어지는 하·폐수처리장의 활성슬러지 운전방법에 있어서;

첫째로 상기 농축조에서 탈수기로 가는 잉여슬러지의 일부를 상기 유입조 유입부에 투입하여 유입수의 오염부하를 삭감하고;

둘째로 상기 폭기조 내의 DO농도를 0.8~1.6mg/ℓ 중 최소치로 낮게 설정하고, DOIC와 인버터에 의해 송풍기의 회전수를 조절하며;

셋째로 하·폐수의 유입량 변동에 따라 DO농도를 다르게 설정하고, DOIC와 인버터에 의해 송풍기를 조절하여서 이루어지는 유지관리비를 절감하는 하·폐수처리장의 개선된 활성슬러지 운전방법.
하·폐수가 유입조를 통해 1차침전조를 거치고 다시 폭기조를 통해 2차침전지를 거치며 다시 농축조를 통해 탈수기로 이루어지는 하·폐수처리장의 활성슬러지 운전방법에 있어서;

첫째로 상기 농축조에서 탈수기로 가는 잉여슬러지의 일부를 상기 1차침전조 유입부에 투입하여 유입수의 오염부하를 삭감하고;

둘째로 상기 폭기조 내의 DO농도를 0.8~1.6mg/ℓ 중 최소치로 낮게 설정하고, DOIC와 인버터에 의해 송풍기의 회전수를 조절하며;

셋째로 하·폐수의 유입량 변동에 따라 DO농도를 다르게 설정하고, DOIC와 인버터에 의해 송풍기를 조절하여서 이루어지는 유지관리비를 절감하는 하·폐수처리장의 개선된 활성슬러지 운전방법.
하·폐수가 유입조를 통해 1차침전조를 거치고 다시 폭기조를 통해 2차침전지를 거치며 다시 농축조를 통해 탈수기로 이루어지는 하·폐수처리장의 활성슬러지 운전방법에 있어서;

첫째로 상기 농축조에서 탈수기로 가는 잉여슬러지의 일부를 상기 유입조 유입부에 70~80% 투입하고 상기 폭기조 유입부에 20~30%를 투입하여 유입수의 오염부하를 삭감하고;

둘째로 상기 폭기조 내의 DO농도를 0.8~1.6mg/ℓ 중 최소치로 낮게 설정하고, DOIC와 인버터에 의해 송풍기의 회전수를 조절하며;

셋째로 하·폐수의 유입량 변동에 따라 DO농도를 다르게 설정하고, DOIC와 인버터에 의해 송풍기를 조절하여서 이루어지는 유지관리비를 절감하는 하·폐수처리장의 개선된 활성슬러지 운전방법.
하·폐수가 유입조를 통해 1차침전조를 거치고 다시 폭기조를 통해 2차침전지를 거치며 다시 농축조를 통해 탈수기로 이루어지는 하·폐수처리장의 활성슬러지 운전방법에 있어서;

첫째로 상기 농축조에서 탈수기로 가는 잉여슬러지의 일부를 상기 1차침전지 유입부에 70~80% 투입하고 상기 폭기조 유입부에 20~30%를 투입하여 유입수의 오염부하를 삭감하고;

둘째로 상기 폭기조 내의 DO농도를 0.8~1.6mg/ℓ 중 최소치로 낮게 설정하고, DOIC와 인버터에 의해 송풍기의 회전수를 조절하며;

셋째로 하·폐수의 유입량 변동에 따라 DO농도를 다르게 설정하고, DOIC와 인버터에 의해 송풍기를 조절하여서 이루어지는 유지관리비를 절감하는 하·폐수처리장의 개선된 활성슬러지 운전방법.
하·폐수가 유입조를 통해 1차침전조를 거치고 다시 폭기조를 통해 2차침전지를 거치며 다시 농축조를 통해 탈수기로 이루어지는 하·폐수처리장의 활성슬러지 운전방법에 있어서;

첫째로 상기 농축조에서 탈수기로 가는 잉여슬러지의 일부를 상기 유입조 유입부와 상기 1차침전조 유입부에 70~80% 투입하고 상기 폭기조 유입부에 20~30%를 투입하여 유입수의 오염부하를 삭감하고;

둘째로 상기 폭기조 내의 DO농도를 0.8~1.6mg/ℓ 중 최소치로 낮게 설정하고, DOIC와 인버터에 의해 송풍기의 회전수를 조절하며;

셋째로 하·폐수의 유입량 변동에 따라 DO농도를 다르게 설정하고, DOIC와 인버터에 의해 송풍기를 조절하여서 이루어지는 유지관리비를 절감하는 하·폐수처리장의 개선된 활성슬러지 운전방법.