KR101002787B1 - 반송슬러지를 활용한 인의 농축 제거 공정이 포함된 하폐수 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수질기준 강화에 발마추어 일반적인 하수 처리공정에서 탈인조를 추가적으로 도입하여 인처리 효율을 강화와 운영관리 편의성 및 약품사용량을 획기적으로 줄인 하폐수 처리장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 반송슬러지를 활용한 인의 농축 제거 공정이 포함된 하폐수 처리장치는 생물반응조; 상기 생물반응조와 연결된 침전지; 상기 침전지에서 반송되는 슬러지의 일부를 공급받는 탈인조; 상기 탈인조의 상징수를 공급받는 화학처리조; 상기 화학처리조에 응집제를 공급하는 응집제 공급수단; 상기 침전지와 상기 생물반응조 및 상기 탈인조를 각각 잇는 제1 및 제2 슬러지 반송라인; 및 상기 탈인조와 상기 생물반응조를 있는 제3슬러지 반송라인;을 포함하여 이루어진다.

Description

반송슬러지를 활용한 인의 농축 제거 공정이 포함된 하폐수 처리장치{WATER TREATMENT APPARATUS FOR REMOVAL OF PHOSPHORUS}

본 발명은 수질기준 강화에 발마추어 일반적인 하수 처리공정에서 탈인조를 추가적으로 도입하여 인처리 효율을 강화와 운영관리 편의성 및 약품사용량을 획기적으로 줄인 하폐수 처리장치에 관한 것으로,

보다 상세하게는 하수처리공정에서 침전지에서 반송되는 슬러지의 일부를 사이드스트림 방식으로 탈인조로 유입시켜 혐기조건에서 인을 용출하게 한 다음 슬러지는 호기조로 반송하고,

인농도가 높은 상징수는 하수처리공정 중 발생하는 인농도가 비교적 높은 반류수와 혼합하여 화학처리조로 유입시켜 무기 또는 유기 응집제를 혼합하여 인을 부유물질과 함께 고형화한 다음

인 농축기에 유입 농축시키고 최종적으로 슬러지처리계통을 통하여 탈수 케익으로 반출처리하도록 한 하폐수 처리장치에 관한 것이다.

하천에 유입되는 영양염류(질소, 인)의 과잉으로 인해 조류의 발생 및 부영양화가 진행되어 하천수계를 오염시키고 물의 이용을 저해하며 정수처리 비용증가 등 악영향을 미치고 있다.

현재의 하수처리기술은 고도처리공법의 개발 및 도입에 따라 인방출 및 과잉흡수가 가능하여 수질기준인 방류수 중 인의 함유량 2.0㎎/ℓ 수준을 안정적으로 유지하고 있다.

이와 관련된 종래기술로는 본 발명의 출원인이 통상실시권자로 등록된 한국건설기술연구원 등의 특허 제0231084호(1999년08월26일) [포스트립 공법을 개조한 생물학적 인 및 질소 동시 제거 장치 및 방법]이 있다.

상기 특허는 인의 제거만을 목적으로 수행되는 기존 포스트립공법을 개조하여 인뿐만 아니라 질소제거도 동시에 이루기 위하여 폭기조 앞에는 탈질조만을 두고, 폭기조에서 질산화된 질산성 질소를 탈질조로 반송시켜 탈질조에서는 유입하수의 유기물을 전량사용하므로써 시스템전체의 질소제거율을 높일 뿐만 아니라, 시스템전체의 질소제거율을 높임으로써 종래의 포스트립 공법보다 인의 제거율을 더욱 높일 수 있는 포스트립 공법을 개조한 생물학적 인 및 질소 동시 제거 공법을 제공하고자 한 것이다.

그러나 상기 특허를 비롯한 종래의 기술로는 강화된 수질기준의 방류수 중 인 함유량을 0.2 또는 0.5㎎/ℓ미만을 유지하기 어렵다.

점차 강화되는 수질기준에 따라 기존 운영중인 하수처리공정에 대하여 인처리 기능의 강화를 위한 공정의 도입이 필요할 뿐만 아니라 신규로 계획하는 하수처리시설도 인처리 기능이 강화된 처리공정의 적용이 필요한 실정이다.

이러한 목적을 제공하기 위하여 본 발명의 출원인은 특허 제0951710호(2010년03월31일) [인 제거 기능이 강화된 하폐수 처리시스템]을 제시한 바 있다.

상기 특허는 무기 또는 유기, 또는 이들 유무기 응집제를 혼합하여 처리수의 방류 전에 다시 한 번 더 인을 확실하게 제거하고, 특히 철이온이 함유된 응집제를 이용하여 인산이온 응집체(floc)를 강화하여 여과기에서의 여과에 문제가 없도록 하고, 또 이와 함께 생물반응조에 무기응집제를 투입하여 잉여슬러지를 통해 인이 최대한 외부로 반출되도록 하는 운전이 가능한 하폐수 처리장치에 관한 것이다.

상기 특허 제0951710호는 특허 제0231084호를 비롯한 종래 인처리 기술에 대하여 인처리 기능 강화 기술로 도입된 것이다.

특허 제0951710호와 달리 종래 응집제를 이용한 인처리 방식에서는 무기응집제를 투입하여 응집처리 후 여과 또는 급속침전(가압부상)을 통하여 처리되는 공정을 활용하고 있다.

그러나 여기서 여과 또는 침전 제거된 슬러지는 인의 함량이 대단히 높은데 대부분 유량조정조 및 생물반응조로 반송함으로써 일시적으로 인의 방류수질은 낮게 할 수는 있으나 생물학적 처리 공정 내에서 인이 점차 농축되면 점차 방류농도가 높아지는 한계를 가진다.

또한 하수처리시설의 방류수 전체를 대상으로 응집 및 여과, 침전, 부상분리 등의 기술이 적용되므로 시설의 규모가 대형화되고 기존시설들과의 시설 및 설비의 중복으로 인한 비용의 과잉투입 및 시설부지확보, 공정개선을 위한 시설운영의 일시중지 등의 문제를 가진다.

따라서 인 방출 기준과 관련하여 대한민국에서는 2012년부터 인의 방류수 함량이 0.2~0.5㎎/ℓ로 강화된 기준이 적용될 예정이고, 향후 더 강화되는 수질 강화기준까지 충족하기 위해서는 더 낮은 방류수 중 인 함량(예: 0.03㎎/ℓ) 달성이 가능한 기술개발이 필요하다.

이에 본 발명은 영양염류 중 특히 인의 방류수 중 함량을 획기적으로 낮출 수 있는 기술을 제시하기 위하여 제안된 것으로,

먼저 본 발명은 하수처리시설에 유입된 인을 농축시켜 슬러지화한 다음 하수처리공정 밖으로 배출하기 위한 방법으로 기존처리공정에 적용이 용이하며 기존처리공정을 최대한 활용하고 시설의 규모가 크지 않고 적은 부지면적으로 인 제거 기능을 강화한 하폐수 처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또 본 발명은 반송슬러지중의 인을 용출시켜 인함량이 적은 반송슬러지가 호기성 반응조로 반송되어 유입하수중의 인을 과잉섭취할 수 있도록 하며 인의 용출이 용이하도록 혐기성조건을 가지는 반응조(탈인조) 시설 및 용출된 인의 응집시설(화학처리조), 응집된 인을 농축하는 농축시설(인농축설비), 이에 따른 약품투입설비 등 부대설비가 도입된 하폐수 처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

나아가 본 발명은 핵심 중 하나인 탈인조에는 탈인의 과정은 슬러지층에서 발생되는데 슬러지의 압밀성으로 용출된 인이 상징수로 부상하지 못하고 슬러지층에 용존상태로 잔류하여 탈인조 반송슬러지를 통해 호기성조로 유입되므로 탈인효율 향상을 저해하는 문제를 해결하기 위하여 적절한 교반수단을 도입하고, 아울러 세정수를 공급하여 용출된 인이 쉽게 부상하여 상징수로 유출되도록 한 하폐수 처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또 본 발명은 부유성 슬러지를 파쇄하여 침강시킬 수 있는 방안을 세정수 분배수단을 통하여 강구하고, 추가적으로 탈인조 상부의 상징수 월류부에 부유성 슬러지의 무단 월류 방출을 방지하는 배플플레이트를 도입하고 이 배플플레이트에 상징수 월류를 위한 위어(weir) 기능을 겸할 수 있도록 한 하폐수 처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또 본 발명은 탈인조 등에 공급되는 슬러지를 위한 반송(공급)라인에 있어 각 반송라인 마다 펌프를 설치하지 않고 침전지에 최종 침전지에서 분기되는 메인 반송라인에만 펌프를 설치하고, 각 반송라인에는 전동밸브와 유량계를 설치하여 밸브와 유량계를 연동 운영하여 각각의 슬러지를 이송할 수 있도록 한 하폐수 처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반송슬러지를 활용한 인의 농축 제거 공정이 포함된 하폐수 처리장치는

생물반응조;

상기 생물반응조와 연결된 침전지;

상기 침전지에서 반송되는 슬러지의 일부를 공급받는 탈인조;

상기 탈인조의 상징수를 공급받는 화학처리조;

상기 화학처리조에 응집제를 공급하는 응집제 공급수단;

상기 침전지와 상기 생물반응조 및 상기 탈인조를 각각 잇는 제1 및 제2 슬러지 반송라인; 및

상기 탈인조와 상기 생물반응조를 있는 제3슬러지 반송라인;

을 포함하여 이루어진다.

또 본 발명에 따른 반송슬러지를 활용한 인의 농축 제거 공정이 포함된 하폐수 처리장치에서

상기 탈인조는 슬러지층을 유동시켜 고도로 압밀되지 못하도록 하기 위하여 내부에 회전모터, 상기 회전모터와 연결된 회전축, 상기 회전축에 구비된 상부 서포트 프레임, 그리고 상기 회전축에 구비된 하부 메인프레임을 포함하는 교반수단이 내장되어 있어, 슬러지층의 유동성을 확보할 수 있고,

나아가 상기 탈인조는 용출된 인을 상부로 부상시키기 위하여 세정수공급관이 구비되어 있으며,

상기 탈인조는 상기 회전축 중앙 상부에 고정되고, 바닥면에 세정수공급관을 위한 연결부를 갖는 본체와, 상기 본체 상단과 틈새를 형성하는 날개부가 테두리에 구비된 커버를 포함하는 세정수분배수단을 구비하고 있어 틈새를 통하여 세정수가 분출하여 부유성 슬러지를 파쇄 침강시키는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 하폐수처리시스템은 하수처리시설에 유입된 인을 농축시켜 슬러지화한 다음 하수처리공정 밖으로 배출하기 위한 방법으로 기존처리공정에 적용이 용이하며 기존처리공정을 최대한 활용하고 시설의 규모가 크지 않고 적은 부지면적으로 인 제거 기능을 강화할 수 있고, 또 반송슬러지중의 인을 용출시켜 인함량이 적은 반송슬러지가 호기성 반응조로 반송되어 유입하수중의 인을 과잉섭취할 수 있도록 하며 인의 용출이 용이하도록 혐기성조건을 가지는 반응조(탈인조) 시설 및 용출된 인의 응집시설(화학처리조), 응집된 인을 농축하는 농축시설(인농축설비), 이에 따른 약품투입설비 등 부대설비가 도입할 수 있고, 나아가 탈인조에는 탈인의 과정은 슬러지층에서 발생되는데 슬러지의 압밀성으로 용출된 인이 상징수로 부상하지 못하고 슬러지층에 용존상태로 잔류하여 탈인조 반송슬러지를 통해 호기성조로 유입되므로 탈인효율 향상을 저해하는 문제를 해결하기 위하여 적절한 교반수단을 도입하고, 아울러 세정수를 공급하여 용출된 인이 쉽게 부상하여 상징수로 유출되도록 하고, 또 부유성 슬러지를 파쇄하여 침강시킬 수 있는 방안을 세정수 분배수단을 통하여 강구하고, 추가적으로 탈인조 상부의 상징수 월류부에 부유성 슬러지의 무단 월류 방출을 방지하는 배플플레이트를 도입하고 이 배플플레이트에 상징수 월류를 위한 위어(weir) 기능을 겸할 수 있도록 한 하폐수 처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또 본 발명은 탈인조 등에 공급되는 슬러지를 위한 반송(공급)라인에 있어 각 반송라인 마다 펌프를 설치하지 않고 최종 침전지에서 분기되는 메인 반송라인에만 펌프를 설치하고, 각 개별 반송라인에는 전동밸브와 유량계를 설치하여 밸브와 유량계를 연동 운영하여 각각의 슬러지를 이송하게 된다.

결국 본 발명에 따른 하폐수 처리장치는 생물반응조의 반송슬러지를 탈인하여 탈인된 슬러지가 생물학적 처리공정에서 인을 과잉섭취하게 하여 인처리기능을 강화할 뿐만 아니라 탈인과정에서 분리된 고농도의 인을 함유한 상징수 및 인함량이 높은 반류수(탈수여액, 농축여액, 소화조상징액, 여과기 역세수 등)를 화학처리조에서 응집시키고 인농축기에서 농축하여 슬러지처리계통을 통하여 계 외부로 배출하므로 반류수에 의한 생물반응조의 인처리부하를 저감되며,

또한 일반처리공정의 경우 잉여슬러지를 통하여 인을 제거하기 위한 슬러지인발 및 폐기할 경우 반응조의 미생물이 과도하게 폐기되어 유기물 및 질소처리효율을 악화시키는 경우가 발생하는데 비해 본 발명의 개념을 적용한 현실공정에서는 탈인조를 통하여 탈인된 슬러지는 반송되고 고농도 인이 함유된 상징수가 별도로 처리되므로 인 처리로 인한 생물반응조의 미생물 농도에 영향을 주지 않고 안정적인 수질을 얻을 수 있으며, 인농도가 비교적 높은 구내 반류수와 혼합하여 화학처리하므로 반류수중의 응집제성분을 이용할 수 있어 응집효율이 우수하고 응집제 사용량을 저감할 수 있고 반류수로 인한 생물반응조 및 처리계통의 인 및 무기물의 농축현상을 방지할 수 있다.

최종적으로 본 발명은 영양염류 중 특히 인의 방류수 중 함량을 획기적으로 낮출 수 있는 기술을 제시하여 대한민국에서 2012년부터 적용되는 인의 방류수 함량 0.2~0.5㎎/ℓ 기준 충족은 물론, 이를 뛰어넘어 더 낮은 방류수 중 인 함량(예: 0.1㎎/ℓ이하) 달성이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 하폐수 처리장치의 공정도.
도 2는 본 발명에 따른 하폐수 처리장치에서 탈인조에 대한 도면.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다(다만 도 1과 도 2 이하의 도면에서 도면참조부호는 상호 무관하다).

또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~, ~제3~ 등은 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.

본 명세서에서 '처리수'는 하수, 오수, 폐수 등 수질개선을 위하여 수처리 시스템으로 유입되는 원수 및 수처리 공정 중에 있는 물을 포괄적으로 지칭하는 의미이며,

이에 비하여 '방류수'는 통상적인 후단 수처리 공정에서 최종침전지에서 방류되는 물을 의미한다.

본 발명에 따른 하폐수 처리장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 유입되는 하폐수가 하수유입부(D1)를 거쳐 침사지(10), 최초침전지(20), 생물반응조(30)), 최종침전지(40), 탈인조(50), 화학처리조(60), 여과기(70), 농축조(80), 소화조(90)를 거처 최종 방류되고, 슬러지는 탈수케익 등으로 처리된다.

본 발명의 핵심인 생물반응조(30)), 최종침전지(40), 탈인조(50), 화학처리조(60) 외에는 적절한 구성요소를 첨가하거나 빼는 등 하폐수 처리장 현장 환경에 맞게 변형 적용될 수 있다.

도 1에서, 하수유입부(D1)로 유입되는 하폐수는 급작스럽고 많은 비가 온느 경우 등에는 필요에 따라 비상방류부(D1a)를 통하여 방류될 수 있으나, 하수도 관련법에 의하여 금지된 사항이다.

유입된 처리수는 먼저 침사지(10)로 유입되는데,

상기 침사지는 하수 또는 오수 관거 등과 직결될 수 있으며, 유입된 처리수는 협잡물 분리를 위하여 세목스크린을 거친다.

특히 세목스크린은 눈 크기가 상대적으로 큰 제1세목스크린(11A)과, 눈 크기가 상대적으로 작은 제2세목스크린(11B)으로 이루어지고,

무엇보다도 컨베어벨트 타입으로 구성된 망체를 구비한 각 세목스크린(11A)(11B)에서 걸러진 협잡물은 상부로 이송된 후 자유 낙하하여 별도의 건조장치를 거칠 수 있다. 최종적으로 협잡물은 소각장 이송을 위하여 일반 쓰레기 차량 등의 적재함(11a)(11b)으로 수거된다.

또 상기 침사지(10)의 세목스크린(11A)(11B)을 거친 치리수는 유량조정조(13)로 유입된다.

상기 유량조정조(13)에는 처리수를 이후의 생물반응조로 이송하기 전에 미리 구비된 산기관을 통하여 체류부에서 용존산소량을 높인 상태로 공급하여 처리효율을 극대화시킬 수 있도록 산기관(13A) 및 에어레이터(13a)가 구비되어 있으며, 교반 효율을 높이기 위하여 별도의 교반기(13B)가 구비되어 있다.

한편, 도 1에서 실선은 처리수 및 공기의 흐름을 나타내며, 일점쇄선은 슬러지의 흐름을 나타내고, 점선은 역세수의 공급을 나타내고, 반복 절곡선(~~~~~~~~~)은 응집제 공급 흐름을 나타낸다.

이어 처리수는 유량분배조(15)를 거쳐 최초침전지(20)로 유입되는데, 이 최초첨진지에는 중앙에 원통형상의 센터월(21)이 구비되어 있어 유입되는 처리수가 배관을 통하여 센터월까지 유도되어, 이 센터월 내에서 배출됨으로써 침전물의 안정성을 해하지 않도록 하고 있다.

또 최초침전지(20) 내에는 필요에 따라 고속 또는 완속 교반을 통하여 침전효율을 높일 수 있도록 교반기(23)가 구비되어 있다.

이 최초침전지(20)에서 발생되는 슬러지는 최종침전지(40)에서의 슬러지 처리계통과 마찬가지로 탈수 케익으로 반출 처리하도록 슬러지공급라인(R0b)을 통하여 후단의 농축조(80) 및 소화조(90), 탈수기(D3)를 거치도록 농축조로 공급된다.

다음으로 최초침전지(20)를 거친 처리수는 생물반응조(30)를 거치는데, 호기조건을 위한 다양한 종류의 산기관(31)과 에어레이터(31a)가 구비되어 있다.

또 상기 생물반응조를 거친 처리수는 최종침전지(40)를 거쳐 상징수는 방류부(D2)를 통하여 방류되며, 원활한 슬리지 형성을 위하여 역시 센터월(41)과 교반기(43)가 구비되어 있다.

하폐수 처리 현장 환경에 따라 '최초' 침전지지가 생략될 수 있으므로, 최초 침전지에 대한 상대적인 표현인 '최종' 침전지(40)는 최초 침전지(또는 전단의 다른 침전시설)가 없는 경우에는 단순히 '침전지'이며, 이러한 개념의 연장선상에서 청구범위의 청구항 1의 '침전지'라는 표현은 생물반응조 및 탈인조 사이에 구비된 임의의 침전시설을 의미하는 것이다.

상기 최종 침전지(40)의 슬러지는 최종 침전지와 연결된 메인 반송(공급)라인(R0a)을 거친 다음 분기되는데

일부는 침전지, 특히 최종 침전지(40)와 상기 생물반응조(30)를 잇는 제1슬러지 반송라인(R1)을 통하여 생물반응조로 유입되고,

다른 일부는 최종 침전지(40)와 탈인조(50)를 잇는 제2슬러지 반송(공급)라인(R2)을 통하여 탈인조로 유입되며,

마지막 나머지는 제4슬러지 반송(공급)라인(R4)을 거쳐 농축조(80), 소화조(90), 그리고 탈수기(D3)를 통과하여 탈수 케익으로 반출 처리된다.

슬러지 '반송'라인 또는 슬러지 '공급'라인이라는 용어와 관련하여

제1 및 제3 라인(R1)(R3)이 슬러지 반송을 위한 것이고, 제2 및 제4 라인(R2)(R4)은 슬러지 공급을 위한 것이나, 본 명세서에서는 엄격하게 구분하지 않고 혼용하여 사용한다.

또 본 발명에서는 각 반송(공급)라인(R1)(R2)(R4) 마다 펌프를 설치하지 않고,

최종 침전지(40)에서 분기되는 메인 반송라인(R0a)에만 통합 펌프(P)를 설치하고, 각 개별 반송라인(R1)(R2)(R4)에는 각각 전동밸브(V)와 유량계(G)를 설치하여 밸브와 유량계를 연동 운영하여 각각의 슬러지를 이송하도록 하여 구성하여 각각의 라인마다 설치하는 경우 펌프설치 및 운영에 따른 설치면적, 유지관리의 복잡 등 낭비요소가 없도록 하였다.

그러나 제3슬러지 반송라인(R3)에는 별도의 펌프(P)가 설치된다.

본 발명의 핵심 중 하나인 탈인조(50)는 최종 침전지(40)에서 반송되는 슬러지의 일부를 사이드스트림 방식으로 공급받아 혐기조건에서 인을 용출하게 한 다음 슬러지는 제3반송라인(R3)을 통하여 호기조, 즉 호기조건 상태의 생물반응조(30)로 반송하고,

인농도가 높은 상징수는 하수처리 시스템 중 발생하는 인농도가 비교적 높은, 농축조(80) 및 소화조(90)와 각각 연결된 반류 처리수 라인(S1)(S2)을 통하여 공급되는 반류수와 혼합하여 화학처리조(60)로 유입시켜 무기 또는 유기 응집제를 혼합하여 인을 부유물질과 함께 고형화한 다음

다시 인 농축조(80)(또는 공지의 농축기)에 유입 농축시키고 최종적으로 슬러지 처리계통을 통하여 탈수 케익으로 반출처리하게 된다.

종래 고도처리공법을 이용한 수처리시설은 인농도가 비교적 높은 반류수(여과기 역세수, 농축여액, 탈수여액, 소화조 상징액 등)를 대부분 생물학적 반응조로 반송하여 처리하는데,

이 경우 반응조 내에서 인이 계속 농축되어 점차 방류수의 인 농도가 높아지게 되고,

이를 방지하기 위해 슬러지저류조로 이송할 경우 슬러지농도가 낮아 저류조 및 슬러지 탈수설비의 부하를 가중시키는 결과를 초래할 수밖에 없다.

이에 반하여 본 발명에 따른 하폐수 처리장치에서는 반류수를 화학처리 한 다음 인 농축조(80)를 통하여 고액 분리 후 고농도 인을 함유한 슬러지를 슬러지 처리시설로 이송하므로 슬러지처리시설의 과부하를 유발하지 않고 인이 제거된 반류수를 처리계통으로 반류하므로 생물반응조의 인 및 무기물의 농축을 방지할 수 있게 될 뿐만 아니라

농축조(또는 농축기기) 처리수의 수질이 비교적 양호하므로 탈수기 세정수, 소포수 등 사용량이 비교적 많은 공정용수로 재활용할 수 있어 기존의 방류수를 재활용하고 생불반응조로 폐기하는 경우에 비하여 하수처리시설의 처리용량을 확보할 수 있는 장점을 가진다.

보다 구체적으로는 인 농축조(80)에서 고액분리하여 얻어진 처리수는 단순 폐기보다는 공정용수(탈수기 세정수, 소포수, 약품용해용수 등)로 활용하는 것이 바람직하고.

일반적으로 방류수를 재이용하여 공정용수로 이용하고 유량조정조 또는 생물반응조로 폐기하는데 이렇게 재활용되고 폐기되는 유량이 하수처리시설 전체용량의 5~15% 수준이 되는데,

하수처리용량의 5~15%는 유입하수를 처리하는데 쓰는 것이 아니라 공정용수를 처리하는 것이어서

인농축기의 처리수 수질이 비교적 양호하므로 공정용수로의 활용이 가능하며 부족분만 방류수를 이용하면 하수처리시설의 증설 없이 용량을 5~10% 추가확보 하는 것과 같은 효과를 볼 수 있다.

다음으로 탈인조(50)를 거친 처리수는 집수정(50A)(필요에 따라 도입)을 거쳐 화학처리조(60)로 유입되는데,

최상의 인 처리를 위해서는 공지의 고도처리공정에서 도입된 인방출 및 과잉흡수과정을 최적으로 운영하여 잉여슬러지를 통해 인이 최대한 외부로 반출되도록 하여야 하는 것이어서,

상기 화학처리조(60)를 통하여 그 기능을 보다 완벽하게 달성할 수 있는데,

다양한 응집제 공급수단(C)으로부터 공급라인(C1)을 통하여 다양한 무기응집제(알륨(aluminium sulfate), PAC, 소석회 등) 또는 유기 응집제, 또는 이들의 혼합 응집제를 공급받게 되며,

응집제의 원활한 반응을 위하여 상기 화학처리조(60)에는 교반기(61)가 구비되어 있다.

한편, 응집제 공급수단(C)에서는 응집제를 공급라인(C2)을 통하여 필요시 생물반응조(30) 후단으로 공급할 수 있다.

다음으로 화학반응조(60)를 거친 처리수는 여과기(70)로 유입되어 인산이온 응집체가 여과 처리한다.

상기 여과기(70)에는 특히 공지의 충적된 섬유상 필터와 함께 기계식 가압수단을 도입하는 것이 바람직한데, 가압수단을 통하여 필터를 압착하여 공극을 축소함으로써 여과가 이루어지고, 다시 압착을 해제함과 동시에 역세척수 및 교반용 공기를 공급하여 슬러지플록을 탈리시키는 방식으로 작동될 수 있다.

여과기(60)를 거친 처리수는 전단 공정, 특히 최초침전조(20) 전단으로 공급되어 순환(또는 공정용수로 재활용)되고,

상기 여과기의 역세척수는 필요에 따라 농축조(80) 및 소화조(90)에 유입시켜 처리하거나 탈수기(D3)로 직행할 수 있다. 역세수 공급라인인 점선으로 표시된 여과기(70)및 농축조(80) 연결라인(W1)과 여과기(70) 및 탈수기(D3) 연결라인(W1) 외에,

슬러지가 포함된 일점쇄선 공급라인인 농축조(80) 및 소화조(90) 연결라인(W3)과 소화조(90) 및 탈수기(D3) 연결라인(W4)도 편의상 같은 참조부호 'W'를 사용하였다.

필요에 따라 화학처리조(60) 및 농축조(80)는 다른 하수처리공정의 인처리효율 강화를 위하여, 예를 들어 여과기(70)의 역세수 및 농축조(80)와 소화조(90) 등에서의 반류수 계통에도 적용할 수 있다.

다음으로 도 2 및 도 1을 참조하여 본 발명의 핵심을 이루는 탈인조(50)를 보다 상세하게 설명하도록 한다.

하수처리공정에서 인의 처리는 통상적으로 반응조의 운전조건에 따라 혐기조건에서 인방출, 호기조건에서 인의 과잉흡수를 유도하여 인을 과잉 흡수한 슬러지를 탈수 처리하여 시스템 외부로 반출 처리한다.

일반적인 공정에서는 호기성 반응조 전단에 혐기조를 설치하고 유입하수와 반송슬러지를 혼합하여 일정 시간 체류하면서 혐기조건을 유지하고 유입하수 슬러지와 반송슬러지에 포함된 인을 방출하여 용존상태가 되도록 하고 호기성조건에서 과잉 섭취하도록 한다. 따라서 슬러지의 인에 대한 섭취량은 혐기조에서 자신이 방출했던 인과 유입하수중의 인을 섭취하므로 유입하수중의 인 섭취량이 제한된다.

이에 비하여 본 발명에 따른 하폐수 처리장치에서는 최종침전지에서 반송되는 슬러지의 일부를 사이드스트림 방식으로 공급받는 탈인조는 반송슬러지를 일정 시간 체류시켜 완전한 혐기조건을 유지하므로 탈인 효율이 우수하며 인이 제거된 슬러지가 호기조건으로 반송되므로 호기조건에서의 인 섭취량 전량이 유입 부하에서 기인된 인을 섭취한다.

본 발명의 탈인조(50)에서 방출된 인은 화학처리조(60)로 유입되어 무기(또는 유기, 또는 유무기) 응집제에 의한 응집 플럭을 형성하고 응집된 플럭은 인 농축조(80)에서 농축되어 소화조 및 탈수조(또는 슬러지저류조)를 거쳐 폐기된다.

이와 같은 본 발명의 탈인조(50)에서는 반송 슬러지를 유입하여 6~8시간 체류하는데 슬러지의 침강성에 따라 상부에 상징수층과 탈인조 하부의 고농도의 압밀 슬러지층이 현성된다.

탈인의 과정은 슬러지층에서 발생되는데 슬러지의 압밀성으로 용출된 인이 상징수로 부상하지 못하고 슬러지층에 용존상태로 잔류하여 탈인조 반송슬러지를 통해 호기성조로 유입되므로 탈인효율이 저해된다.

따라서 슬러지층 내부에 탈인된 인이 상징수로 유출 되도록하기 위하여 슬러지층을 유동시켜 고도로 압밀되지 못하도록 하기 위하여

하단의 슬러지수집기(55)를 도입하고

(이 슬러지수집기에서 수집된 슬러지는 펌프(P)에 의하여 펌핑되어 반송라인(R3)을 거쳐 생물반응조(30)와 연결된 제1반송라인(R1)과 합류한다)

회전모터(M)에 의하여 회전되는 회전축(50s)에 구비된 상하 2단의 교반수단,

즉 상부 서포트 프레임(F3) 및 하부 메인프레임(F1)을 통하여 슬러지층의 유동성을 확보한다.

보다 상세하게는 각 프레임은 STS 형강 또는 파이프로 구성된 트러스 구조인 것이 바람직하며,

상부 서포트 프레임(F3)은 직선을 이루고, 하부 메인프레임(F1)은 슬러지가 슬러지수집기(55)로 집결되도록 경사진 하면부를 갖는 탈인조(50)의 형상에 맞게 경사진 구조를 갖는다.

도 2 중앙의 정면도 개념과 하부 우측의 평면도 개념의 도면에서

상부 서포트 프레임(F3)과 하부 메인프레임(F1)은 편의상 서로 다르게 도시되어 있다

(도 2 중앙의 정면도에서는 상부 서포트 프레임(F3)과 하부 메인프레임(F1)이 동일 수직 평면상에 위치하나,

도 2 하부 우측의 평면도에서는 상부 서포트 프레임(F3)과 하부 메인프레임(F1)이 서로 90도 엇갈린 배열을 갖는데,

이는 이해의 편의를 위한 것이며 필요에 따라 다양한 변형 구조를 가질 수 있다).

보다 구체적으로 하부 메인프레임(F1)은 상부 서포트 프레임(F3)과 와이어(F4)를 통하여 긴장된 상태로 연결되어 있으며,

원활한 교반성능 보장을 위하여 하부 메인프레임(F1)은 복수(도면에서는 8개)의 사이드프레임(F2)을 갖는다.

슬러지층은 1.5~2m를 유지하는데 유동성 확보를 위해 하부에서 1~1.5m 정도 위치에 상부 서포트 프레임(F3)과 하부 메인프레임(F1)을 포함하는 교반수단을 도입함과 아울러

탈인조 최 하부에는 슬러지 반송이 원활하도록 탈인된 슬러지를 중심부로 모아주기 위한 슬러지수집기(55)가 설치된다.

한편 탈인조(50) 내에서 슬러지층 하부에 세정수를 공급하여 용출된 인이 쉽게 부상하여 상징수로 유출되도록 하는 것이 바람직하므로,

용출된 인을 보다 원활하게 상부로 부상시키기 위하여 세정수가 공급되는데

세정수는 주축(회전축)(50s) 상부에 설치된 세정수 분배수단(L)과 연결되어

수직으로 설치된 세정수공급관(P1)(도면에서는 4개) 및 슬러지수집기(55)를 중심에 두고 하향 경사진 탈인조 하면부를 따라 배열된 세정수분배관(P2)으로 구성된다.

세정수분배관(P2)은 예를 들어 직경 15mm 내외의 분배구가 300mm 간격으로 배열되며 분출방향은 상향으로 45도 방향으로 분출되도록 설치하는 것이 바람직한데,

이를 위하여 상기 메인프레임(F1)을 따라 포설된다.

공급되는 세정수는 청수 또는 시스템 내 재활세정수, 또는 탈인조(50) 상부에 형성되는 상징수를 재순환하여 이용할 수 있다.

상부에 설치된 세정수분배수단(L)은 탈인조 내에서 교반되는 처리수의 흐름을 방해하지 않도록 구비된 센터월(51) 내에 설치되는데

(도 2 중앙의 정단면 개념의 도면에서 제2슬러지 반송라인(R2)의 단부 배출구(R2a)는 센터월(51) 내에 구비되어 있다),

상기 회전축(50s) 중앙 상부에 고정되고, 바닥면에 세정수공급관(P1)을 위한 연결부(L2)(도 2의 좌측 상단 평면 개념 도면 참조)를 갖는 본체(51A)와,

상기 본체, 특히 원통형 본체(51A) 상단과 틈새(51g)를 형성하는 날개부(51w)가 테두리에 구비된 커버(51B)를 포함하여 이루어져서,

상단 세정수 유입부(L1)에서 세정수가 공급되어 본체(51A) 내부 공간(51s)을 채우고 틈새(51g)로 분출하여 센터월(51) 벽체 및 탈인조(50) 상부에 위치하는 부유성 슬러지를 파쇄 침강시키는 역할을 할 수 있다.

상기 세정수분배수단(L)의 본체(51A)는 도면에서 원통형으로 주축(50s)을 따라 회전하며 하부에 수직으로 설치되는 세정수공급관(P1)과 연결부(L2)에서 연결되고

상부의 커버(51B)는 세정수공급 펌프와 연결된 배관에 해당하는 유입부(L1)와 연결되고 필요에 따라 탈인조 상단 구조물에 보다 확고히 고정된다.

한편, 탈인조(50) 상부의 상징수 월류부(53)는 부유성 슬러지의 월류를 방지하는 제1배플플레이트(53a)는 상징수가 월류되는 위어(weir)의 기능을 통합한 것으로 서포트(53c) 상부에 설치되고,

또 제2배플플레이트(53b)는 월류부(53) 주변 벽체, 특히 서포트(53c) 직하부에 설치되어 탈인조 벽면을 따라 상승하는 상승류 중의 부유성 슬러지가 충돌 후 다시 하강하도록 유도하여 슬러지의 무단 유출을 방지하게 된다.

도 2에서 참조부호 '53d'는 상징수 월류 배수구를 의미하고, '53e'는 배수관을 나타낸다.

이상의 설명에서 각 반응조 설비 종류 및 기능, 탈인조의 원리 및 종류, 응집제의 종류 및 특성, 농축기의 원리 및 종류 등에 대한 구체 설명은 생략되어 있으나, 당업자라면 용이하게 이를 추측 및 추론하고 재현할 수 있다.

또 이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구성을 갖는 하폐수 처리장치를 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

10: 침사지 13: 유량분배조
15: 유량분배조 20: 최초 침전지
30: 생물반응조 40: 최종 침전지
50: 탈인조 60: 화학처리조
70: 여과기 80: 농축조
90: 소화조

Claims (5)

1. 생물반응조;
   상기 생물반응조와 연결된 침전지;
   상기 침전지에서 반송되는 슬러지의 일부를 공급받는 탈인조;
   상기 탈인조의 상징수를 공급받는 화학처리조;
   상기 화학처리조에 응집제를 공급하는 응집제 공급수단;
   상기 침전지와 상기 생물반응조 및 상기 탈인조를 각각 잇는 제1 및 제2 슬러지 반송라인; 및
   상기 탈인조와 상기 생물반응조를 있는 제3슬러지 반송라인;
   을 포함하여 이루어지되,
   
   상기 탈인조(50)는 슬러지층을 유동시켜 고도로 압밀되지 못하도록 하기 위하여 내부에 회전모터(M), 상기 회전모터와 연결된 회전축(50s), 상기 회전축에 구비된 교반수단이 내장되어 있어, 슬러지층의 유동성을 확보가 가능하며,
   상기 교반수단은 회전축(50s)에 구비된 상부 서포트 프레임(F3) 및 하부 메인프레임(F1)을 포함하고,
   
   상기 탈인조(50)에는 용출된 인을 상부로 부상시키기 위하여 세정수공급관(P1)이 구비되어 있고,
   상기 제2슬러지 반송라인(R2)의 단부 배출구(R2a)가 내장된 센터월(51)이 구비되어 있고,
   세정수는 상기 회전축(50s) 상부에 설치된 세정수분배수단(L)을 통하여 세정수공급관(P1)으로 유입되며,
   상기 세정수분배수단(L)은 탈인조 내에서 교반되는 처리수의 흐름을 방해하지 않도록 구비된 센터월(51) 내에 설치되고,
   상기 센터월(51)은 상기 회전축(50s) 중앙 상부에 고정되고, 바닥면에 세정수공급관(P1)을 위한 연결부(L2)를 갖는 본체(51A)와, 상기 본체(51A) 상단과 틈새(51g)를 형성하는 날개부(51w)가 테두리에 구비된 커버(51B)를 포함하여 이루어져서 상기 틈새(51g)를 통하여 세정수가 분출하여 부유성 슬러지를 파쇄 침강시키고,
   
   수직으로 설치된 상기 세정수공급관(P1)은 탈인조 하면부를 따라 배열된 세정수분배관(P2)으로 연결되고, 세정수가 분출되는 분배구를 갖는 세정수분배관(P2)은 상기 메인프레임(F1)을 따라 포설되어 있는 것을 특징으로 하는 반송슬러지를 활용한 인의 농축 제거 공정이 포함된 하폐수 처리장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 탈인조(50)는 최하부에는 슬러지 반송이 원활하도록 탈인된 슬러지를 중심부로 모아주기 위한 슬러지수집기(55)가 구비되어 있으며,
   수집된 슬러지는 펌프(P)에 의하여 펌핑되어 상기 제3슬러지 반송라인(R3)을 거쳐 생물반응조(30)와 연결된 제1반송라인(R1)과 합류하는 것을 특징으로 하는 반송슬러지를 활용한 인의 농축 제거 공정이 포함된 하폐수 처리장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 교반수단의 하부 메인프레임(F1)은 슬러지가 상기 슬러지수집기(55)로 집결되도록 경사진 하면부를 갖는 탈인조(50)의 형상에 맞게 경사진 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 반송슬러지를 활용한 인의 농축 제거 공정이 포함된 하폐수 처리장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 탈인조(50) 상부에는 상징수 월류 배수구(53d) 및 이와 연결된 배수관(53e)가 구비된 상징수 월류부(53)를 갖고,
   상기 상징수 월류부(53)는 탈인조 내벽에 설치된 서포트(53c) 상부에 설치되어 부유성 슬러지의 월류를 방지하고 상징수가 월류되는 위어(weir)의 기능을 통합한 제1배플플레이트(53a)와,
   상기 서포트(53c) 직하부에 설치되어 탈인조 벽면을 따라 상승하는 상승류 중의 부유성 슬러지가 충돌 후 다시 하강하도록 유도하여 슬러지의 무단 유출을 방지하는 제2배플플레이트(53b)를 구비한 것을 특징으로 하는 반송슬러지를 활용한 인의 농축 제거 공정이 포함된 하폐수 처리장치.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 침전지(40)에서 분기되는 메인 반송라인(R0a)을 더 포함하고,
   상기 메인 반송라인(R0a)에는 통합 펌프(P)를 구비되며,
   상기 메인 반송라인(R0a)에서 분기된 상기 제1 및 제2 슬러지 반송라인(R1)(R2)에는 각각 전동밸브(V)와 유량계(G)를 설치하여
   각 전동밸브(V)와 유량계(G)를 연동 운영하여 각각의 슬러지를 이송하도록 구성된 것을 특징으로 하는 반송슬러지를 활용한 인의 농축 제거 공정이 포함된 하폐수 처리장치.

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