KR100935916B1 - 2단 반응조를 갖는 고도처리장치의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오수나 폐수 중에 포함된 영양물질을 제거하는 고도처리장치의 제어방법에 관한 것으로;

침사인양기와 최초침전지를 포함한 예비처리공정을 통과하는 하수의 유입량 및 수질을 다수개의 측정센서(50)를 이용하여 측정하는 측정단계와; 상기 측정센서(50)의 측정값에 따라 무산소-준혐기-혐기-호기공정의 시간이 제어되는 제1반응조(10)와 제2반응조(20) 중 어느 하나를 선택하거나 또는 병렬로 연결하여 상기 하수를 폭기 및 교반하는 처리단계; 상기 제1반응조(10)와 제2반응조(20) 중 적어도 어느 하나에 의해 배출되는 처리수를 최종침전지(30)로 방류하는 배출단계 및; 상기 최종침전지(30)에 의해 처리된 잉여슬러지 또는 처리수를 상기 제1반응조(10) 또는 상기 제2반응조(20)로 내부반송하는 반송단계로 이루어져;

상기 고도처리장치의 제어에 따른 작업과정이 하수의 수질에 따라 자동으로 조절되므로, 유입수량이나 계절적인 또는 시간적인 환경요건에 구애받지 않고 처리수의 수질을 일정하게 유지되도록 한 것이다.

고도처리장치, 제1,2반응조, 최종침전지, 측정센서, 제어부

Description

2단 반응조를 갖는 고도처리장치의 제어방법 {Advanced method for controlling the wastewater treatment apparatus with two stage reactor}

본 발명은 오수나 폐수 중에 포함된 영양물질을 제거하는 고도처리장치에 관한 것으로, 특히 고도처리장치의 제어시스템을 자동화하여 작업하중 및 운용비용을 절감함은 물론 영양물질의 제거효율을 극대화하도록 한 2단 반응조를 갖는 고도처리장치의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 하수나 오폐수(이하, 하수라 통칭함) 중에 포함된 각종 오염물질은 활성슬러지법에 의해 처리되어 왔으나, 현대에는 환경규제의 심화로 인하여 하수나 오폐수 중에 포함된 질소나 인 등과 같은 각종 영양물질이나 중금속도 함께 제거하는 고도처리공법으로 변화되고 있다.

그리고, 고도처리공법은 산업화로 인한 정보처리기술이나 공정자동화의 발달로 인하여 사람이 직접 감시하고 제어하던 방식에서 제어시스템의 지능화를 통한 무인제어시스템을 개발하여 사용하고 있다.

예컨대, 도 1에서와 같이, 제어시스템은, 영양물질이 포함된 하수를 반응조(100)로 유입하는 단계와; 상기 반응조(100)에 수용된 하수를 작업자에 의해 교반 및 폭기공정을 수행하는 단계 및; 상기 반응조(100)에 의해 처리된 하수를 내부반송처리하여 최종침전지(200)로 방류하는 단계;로 구성된다.

이때, 상기 최종침전지(200)에 의해 배출되는 잉여슬러지(300)의 경우 반송관(400)을 통해 상기 반응조(100)의 유입라인으로 반송된다.

따라서, 반응조(100)에 유입되는 하수를 작업자의 조작에 따라 작동하는 교반기와 폭기기에 의해 인과 질소를 포함한 영양물질을 제거한 후, 최종침전지(200)로 방류되어 재활용되는 것이다.

그런데, 종래 제어시스템은 작업자의 판단에 의하여 반응조(100)에 수용된 하수의 교반 및 폭기공정을 수행하므로, 유입수량(3Q) 및 계절적인 또는 시간적인 환경요건에 적합하지 못하여, 인적낭비나 전력낭비가 발생할 뿐만 아니라 감시 및 제어작업의 효율성이 저하되는 문제점이 있었다.

그리고, 제어시스템에 의해 질소나 인 등과 같은 영양물질을 동시에 제거하려는 경우 혐기-무산소-호기-무산소조 등과 같은 다단의 생물반응조를 순차적으로 작동해야하므로 처리장치의 전용면적이 증대하여 설비비가 증대될 뿐만 아니라 운전비용이나 유지보수비가 증대되는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고도처리장치의 제어시스템을 자동화하여 작업하중 및 운용비용을 절감함은 물론 영양물질의 제거효율을 극대화하도록 한 2단 반응조를 갖는 고도처리장치의 제어방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은; 침사인양기와 최초침전지를 포함한 예비처리공정을 통과하는 하수의 유입량 및 수질을 측정센서를 이용하여 측정하는 측정단계와; 상기 측정센서의 측정값에 따라 무산소-준혐기-혐기-호기공정의 시간이 제어되는 제1반응조와 제2반응조 중 어느 하나를 선택하거나 또는 병렬로 연결하여 상기 하수를 폭기 및 교반하는 처리단계; 상기 제1반응조(10)와 제2반응조(20) 중 적어도 어느 하나에 의해 배출되는 처리수를 최종침전지(30)로 방류하는 배출단계 및; 상기 최종침전지에 의해 처리된 잉여슬러지 또는 처리수를 상기 제1반응조 또는 상기 제2반응조로 내부반송하는 반송단계로 이루어진다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 2단 반응조를 갖는 고도 처리장치의 제어시스템에 의하면, 고도처리장치의 제어에 따른 작업과정이 하수의 수질에 따라 자동으로 조절되므로, 유입수량이나 계절적인 또는 시간적인 환경요건에 구애받지 않고 처리수의 수질을 일정하게 유지하는 효과가 있다.

그리고, 제어시스템에 단지 2단의 반응조를 구비하여 질소나 인을 포함한 영양물질을 동시에 제거하므로, 고도처리장치의 구성에 따른 반응조의 전용면적이 줄어들어 설비비나 유지보수비가 절감되는 효과가 있다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 고도처리장치의 제어시스템을 도시한 제1공정도와 제2공정도와 제3공정도이며, 도 5는 본 발명에 따른 고도처리장치의 제어시스템을 도시한 흐름도이다.

침사인양기와 최초침전지를 포함한 예비처리공정을 통과하는 하수의 유입량 및 수질을 측정센서(50)를 이용하여 측정하는 측정단계와; 상기 측정센서(50)의 측정값에 따라 무산소-준혐기-혐기-호기공정의 시간이 제어되는 제1반응조(10)와 제2반응조(20) 중 어느 하나를 선택하거나 또는 병렬로 연결하여 상기 하수를 폭기 및 교반하는 처리단계; 상기 제1반응조(10)와 제2반응조(20) 중 적어도 어느 하나에 의해 배출되는 처리수를 최종침전지(30)로 방류하는 배출단계 및; 상기 최종침전지(30)에 의해 처리된 잉여슬러지 또는 처리수를 상기 제1반응조(10) 또는 상기 제2반응조(20)로 내부반송하는 반송단계로 이루어진다.

먼저, 본 발명은 고도처리장치에 작동라인에 제1반응조(10)와 제2반응조(20)를 구비한 것으로서, 특히 제1,2반응조(10,20)의 제어과정을 자동화하여 제어과정에 필요한 작업공정수 및 운용비용을 절감하는 데에 특징이 있다.

그리고, 본 발명은 하수의 유입량이 세팅값 보다 많은 경우 제1반응조(10)와 제2반응조(20)를 동시에 작동하는 제1공정과, 하수의 유입량이 세팅값 보다 적은 경우 제1반응조(10)와 제2반응조(20) 중 어느 하나를 선택하여 개별로 작동하는 제2공정으로 이루어진 것임을 첨언한다.

그리고, 측정단계는, 침사인양기와 최초침전지를 포함한 예비처리공정을 통과하는 하수의 유입량 및 하수의 수질상태를 다수개의 측정센서(50)를 이용하여 측정하는 단계로서, 상기 측정센서(50)의 측정값에 따라 폭기공정과 교반공정과 약품투여공정을 수행하는 단계이다.

그리고, 처리단계는, 측정단계에 의해 예비처리되는 하수를 수용하여 재처리하는 단계로서, 제1반응조와 제2반응조를 병렬로 연결하여 하수를 연속적으로 처리하는 제1공정, 제1반응조와 제2반응조를 연결하여 하수를 연속 처리하는 제2공정 및, 제1반응조와 제2반응조 중 어느 하나를 선택하여 하수를 처리하는 제3공정으로 구분할 수 있다.

그리고, 배출단계는 상기 제1반응조와 제2반응조 중 적어도 어느 하나에 의해 처리되는 처리수를 최종침전조(30)로 배출하는 단계이며, 반송단계는 최종침전지(30)에 의해 재처리된 처리수 및 잉여슬러지를 제1반응기 또는 제2반응기로 내부반송하는 공정이다.

한편, 제1공정의 경우, 제1반응조(10)가 무산소-준혐기-혐기-호기의 공정을 진행하면 제2반응조(20)는 침전 및 상등수 배출이 이루어지는 반면, 제2반응조(20)가 무산소-준혐기-혐기-호기의 과정을 진행하면 제1반응조(10)는 원수 유입 후 무 산소-준혐기-혐기-호기의 공정을 진행한다.

또한, 제2공정의 경우, 제1반응조(10) 또는 제2반응조(20)가 모두 무산소-준혐기-혐기-호기의 공정을 진행하여 질소나 인의 처리에 따른 고도처리공정을 진행한다. 또한, 제3공정의 경우, 원수 유입이 제1반응조 또는 제2반응조 한 곳으로만 유입이 되어 무산소-준혐기-혐기-호기의 공정을 진행하게 된다.

이때, 제1,2반응조(10,20)에 장착되어 폭기 및 교반작용을 수행하는 장치에 관한 설명은 생략하기로 한다.

그리고, 유입수의 유입경로에, 유입수량을 감지하는 유입량감지센서 및 유입수의 수질을 측정하는 산화환원전위차센서(ORP), 수소이온농도센서(pH), 산소센서(DO), 온도센서, 부유고형물센서(MLSS)를 포함한 다수개의 측정센서(50)를 설치함으로써, 측정센서(50)의 신호에 따라 제1,2반응조(10,20)를 개별로 작동하거나 또는 병렬로 연결하여 동시에 작동시킨다.

또한, 본 발명은 하수유입량을 3Q로 세팅하여 그 이상인 경우 제1,2반응조(10,20)를 동시에 순차적으로 작동시키고 그 이하인 경우 제1,2반응조(10,20)를 선택적으로 작동시키며, 특히 하수유입량을 계절적인 또는 시간적인 외부요인을 감안하여 필요에 따라 조절할 수 있다.

또한, 측정센서(50)는 하수의 수질을 측정하여 방류가능한 적정 수질에 도달할 때까지 운전시간 및 속도를 조절하여 교반 및 폭기공정을 수행할 수 있도록 세팅함이 바람직하고, 특히 측정센서(50)의 측정정보를 데이터베이스에 저장함으로써 다음 사이클에서 수질측정의 항목과 비교 처리한다.

또한, 하수유입량을 3Q로 세팅한 이유는 아침과 저녁, 여름과 겨울 등과 같이 시기적인 또는 계절적인 환경요인에 따라 달리지는 하수량에 따라 장치의 작동시간 및 처리량을 조절하기 위한 것이다.

그리고, 제1반응조(10)는 최초침전지로부터 유입되는 하수의 암모니아성 질소 성상에 따른 혐기/무산소/호기상태의 간헐폭기조의 산소공급시간 및 제1반응조와 제2반응조의 내부반송 슬러지 반송량을 유동적으로 변화시킨다.

또한, 제1반응조(10)는 무산소와 교반 및 폭기를 이용하여 준혐기상태로 운전하며, 특히 측정센서(50)에 의해 출력된 신호를 입력받는 제어부를 이용하여 모니터링 및 데이터베이스화함이 바람직하다.

또한, 제1반응조(10)에는 제어부의 신호에 따라 교반이나 폭기의 운전시간 및 강도가 조절되며, 제2반응조(20)나 최종침전지(30)의 내부반송을 통해 리턴하는 하수에 의해 수질을 조절함이 바람직하다.

따라서, 제1반응조(10)와 제2반응조(20)의 사이에 유량계를 달아 펌프에 의해 공급되는 반송슬러지를 적정량 이송하는 연결관(13)을 구성함이 바람직하며, 상기 최종침전지(30)와 제1반응조(10)의 사이에 상기 최종침전지(30)의 잉여슬러지가 리턴하는 반송관(11)을 구성함이 바람직하다.

또한, 상기 최종침전지(30)와 제2반응조(20)의 사이에도 역시 상기 최종침전지(30)의 잉여슬러지가 리턴하는 반송관(11)을 구성함이 바람직하다.

또한, 상기 제1반응조(20)의 제2반응조(20)의 사이에 상기 제2반응조에 의해 질화된 하수를 리턴하는 내부반송관(12)을 구성함이 바람직하다.

한편, 제어부를 데이터화함에 따라, 상기 제1반응조(10)의 교반공정은 상기 수소이온농도센서(pH)의 측정값이 기준치 이상이거나 상기 온도센서의 측정값이 기준치 이하인 경우 수행되도록 세팅함이 바람직하다.

또한, 상기 제1반응조(10)의 폭기공정은 상기 산화환원전위차계(ORP)의 측정값이 기준치 이하이거나 온도센서의 측정값이 기준치 이하인 경우 수행되도록 세팅함이 바람직하다.

또한, 제2반응조(20)는, 호기 및 준호기로 운전하며, 특히 측정센서(50)에 의해 출력된 신호를 입력받아 작동하는 제어부를 구성하여 모니터링 및 데이터베이스화함이 바람직하다.

또한, 상기 제2반응조(20)의 교반공정은 상기 수소이온농도센서(pH)의 측정값이 기준치 이상이거나 상기 온도센서의 측정값이 기준치 이하인 경우 수행되도록 세팅함이 바람직하며, 상기 제2반응조(20)의 폭기공정은 상기 온도센서의 측정값이 기준치 이하인 경우 수행되도록 세팅함이 바람직하다.

그리고, 최종침전지(30)는, 제1반응조(10) 또는 제2반응조(20)에 의해 처리되어 배출되는 하수를 최종적으로 처리하게 된다, 제1공정의 경우 제1반응조(10) 또는 제2반응조(20)에 의해 간헐 처리된 유입수를 임시 저장하며, 제2공정의 경우 제1반응조(10) 또는 제2반응조(20)로부터 순차적으로 처리된 유입수를 최종적으로 처리하고, 제3공정의 경우 유입동으로부터 유입된 원수가 최초침전지, 제1반응조(10), 제2반응조(20), 최종침전지(30), 인제거필터(40)를 거쳐 방류되는 직결형의 공정으로 처리되는 공정이다.

물론, 최종침전지(30)는, 제2공정의 경우 제1반응조(10) 또는 제2반응조(20)로부터 처리된 유입수를 상기 제1반응조(10) 또는 제2반응조(20)에 내부 반송을 통해 방류 기준에 적합한 방출수를 처리하는 공정이다.

그리고, 인제거필터(40)는 고도처리장치의 후단에 설치하여 총 인을 제거하는 여과 및 흡착하여 제거하는 것으로서, SS성분을 여과함과 동시에 인을 흡착할 수 있도록 여과 및 흡착기능을 갖는 소재를 선택함이 바람직하다.

이때, 인제거필터(40)의 구성은, 섬유상 또는 폴리우레탄을 포함한 합성수지를 충진하여 상기 방류수중에 포함된 SS성분을 여과하고 인성분을 흡착하는 전여과재 및, 하이탈사이트계 또는 지르코늄계를 포함한 흡착제를 충진하여 인성분을 흡착하는 주여과재로 구성함이 바람직하다.

또한, 최종침전지(30)의 배출관로에 게이트밸브나 전동밸브 등과 같은 개폐밸브(47)를 장착함이 바람직하며, 상기 개폐수단은 상기 방류수 중에 포함된 인농도를 감지하는 인농도센서(45)의 신호에 따라 작동한다.

따라서, 본 발명에 의한 고도처리장치는 최종침전지(30)의 배출관로에 장착되어 방류수 중에 포함된 인의 농도를 감지하는 인농도센서(45)가 실시간으로 T-N, T-P를 모니터링하여 T-P의 제거가 일시적으로 불안할 경우 즉시 개폐밸브(47)을 개방함으로써, 최종침전지(30)의 방류수를 인제거필터(40)의 방향으로 전환하여 항시 방류수의 수질을 최상으로 유지하도록 한다.

이하, 본 발명에 따른 제1공정의 제어과정을 도 4를 기초로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 따른 고도처리장치를 작동하는 경우, 도 4에서와 같이, 예비처리공정을 거쳐 공급되는 하수의 수질 및 유입량이 측정센서(50)에 의해 지속적으로 모니터링되고 있는 상태이다.

만일, 측정센서(50)에 의한 산화환원전위차센서(ORP)의 측정값이 기준치 이하인 경우 폭기공정이 수행되지만, 산화환원전위차센서(ORP)의 측정값이 기준치 이상인 경우 다음 단계로 진행한다.

이때, 측정센서(50)에 의한 유입량감지센서의 측정값이 기준치 이상인 경우 계속 제1공정 또는 제3공정이 진행되지만, 유입량감지센서의 측정값이 기준치 이하인 경우 제2공정이 진행된다.

특히, 제2공정이 진행되는 경우 제어부에 의해 제1반응조(10) 또는 제2반응조(20) 중 어느 하나가 선택됨은 당연하다.

이어서, 측정센서(50)에 의한 수소이온농도센서(pH)의 측정값이 기준치 이하인 경우 약품처리(메탄올)의 공정이 진행되지만, 수소이온농도센서(pH)의 측정값이 기준치 이상인 경우 다음 단계로 진행한다.

이때, 제1반응조(10)의 유입관로에에는 상기 제2반응조(20)로부터 내부반송을 통해 하수가 반송되거나 또는 상기 최종침전지(30)로부터 내부반송을 통해 잉여슬러지가 반송되고 있는 상태이다.

이어서, 측정센서(50)에 의한 수소이온농도센서(pH)의 측정값이 기준치 이상인 경우 교반공정이 수행되지만, 수소이온농도센서(pH)의 측정값이 기준치 이하인 경우에는 다음 단계로 진행하는 것이다.

즉, 예비처리공정을 거쳐 공급되는 하수의 수질상태 특히, 산화환원전위차센서(ORP)와 수소이온농도센서(pH)의 세팅값에 만족하는 경우, 유입수가 제1반응조(10)로 공급되어 재처리되는 것이다.

이어서, 측정센서(50)에 의한 부유고형물센서(MLSS)의 측정값이 기준치 이상인 경우 최종침전지(30)로 배출하지만, 부유고형물센서(MLSS)의 측정값이 기준치 이하인 경우 제2반응조(20)로 배출하는 것이다.

이어서, 제2반응조(20)에 수용된 배출수의 경우 침전 및 상등수의 배출만이 이루어져 최종침전지(30)로 배출되므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

만일, 최종침전지(30)에 의해 배출되는 배출수의 경우 인농도센서(45)를 통해 지속적으로 수질이 측정되고 있는 상태로서, 만일 인농도센서(45)의 측정값이 기준치 이상인 경우 최종침전지(30)의 배출관로가 개방된다.

이에 의해, 최종침전지(30)의 배출수에 포함된 인의 함량이 규정치 이상인 것으로 측정되는 경우 인제거필터(40)를 경유하면서 여과되므로, 방류수의 수질을 최상으로 유지할 수 있는 것이다.

한편, 유입량감지센서의 측정값에 따라 제2공정이 진행되는 경우, 제1반응기(10) 또는 제2반응기(20) 중 어느 하나에 의해 무산소-준혐기-혐기-호기의 공정이 연속적으로 진행됨은 당연하다.

또한, 제3공정 또한 제1반응조와 제2반응조의 연동 직렬방식으로 연결되어 제1반응조, 제2반응조의 무산소-준혐기-혐기-호기의 공정과, 최종침전지, 인제거필터 방류의 연속적인 공정이 진행된다.

따라서, 고도처리장치에 의해 제1공정을 수행한 결과, 질소나 인이 적어도 70～80％가 제거되었으며, 이로 인해 하수 중에 포함된 각종 영양물질의 대부분 제거되어 수영용수로의 사용이 가능함을 알 수 있었다.

도 1은 일반적인 기술에 따른 고도처리장치의 제어시스템을 도시한 블럭도,

도 2는 본 발명에 따른 고도처리장치의 제어시스템을 도시한 제1공정도,

도 3은 본 발명에 따른 고도처리장치의 제어시스템을 도시한 제2공정도,

도 4은 본 발명에 따른 고도처리장치의 제어시스템을 도시한 제3공정도,

도 5는 본 발명에 따른 고도처리장치의 제어시스템을 도시한 흐름도이다.

* 도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 제1반응조 20 : 제2반응조

30 : 최종침전지 40 : 인제거필터

45 : 인농도센서 50 : 측정센서

Claims (16)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 침사인양기와 최초침전지를 포함한 예비처리공정을 통과하는 하수의 유입량 및 수질을 다수개의 측정센서(50)를 이용하여 측정하는 측정단계;

    상기 측정센서(50)의 측정값에 따라 무산소-준혐기-혐기-호기공정의 시간이 제어되는 제1반응조(10)와 제2반응조(20)를 직렬로 연결하여 상기 하수를 폭기 및 교반하는 처리단계;

    상기 제2반응조(20)에서 배출되는 배출되는 처리수를 최종침전지(30)로 방류하는 배출단계 및;

    상기 최종침전지(30)에 의해 처리된 잉여슬러지 또는 처리수를 상기 제1반응조(10) 또는 상기 제2반응조(20)로 내부반송하는 반송단계;

    로 이루어진 것을 특징으로 하는 2단 반응조를 갖는 고도처리장치의 제어방법.
12. 제 11항에 있어서, 상기 제1,2반응조(10,20)의 폭기공정은,

    상기 측정센서(50) 중 산소센서의 측정값에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 2단 반응조를 갖는 고도처리장치의 제어방법.
13. 제 11항에 있어서, 상기 최종침전지(30)는,

    그 배출관로에 상기 하수 중에 포함된 인성분을 걸러주는 인제거필터(40)가 장착된 것을 특징으로 하는 2단 반응조를 갖는 고도처리장치의 제어방법.
14. 제 11항에 있어서, 상기 최종침전지(30)는,

    그 배출관로에 상기 하수 중에 포함된 인농도를 감지하는 인농도센서(45)가 장착된 것을 특징으로 하는 2단 반응조를 갖는 고도처리장치의 제어방법.
15. 제 11항 또는 제 14항에 있어서, 상기 최종침전지(30)는,

    그 배출관로에 상기 인농도센서(45)의 신호에 따라 작동하는 개폐밸브(47)가 장착된 것을 특징으로 하는 2단 반응조를 갖는 고도처리장치의 제어방법.
16. 제 11항에 있어서, 상기 제1반응조(10)와 제2반응조(20)는,

    상기 제2반응조(20) 또는 상기 최종친점지(30)에 의해 질화된 하수를 리턴하는 내부반송관(12)을 통해 연결된 것을 특징으로 하는 2단 반응조를 갖는 고도처리장치의 제어방법.

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