KR101018636B1 - 하·폐수의 인 제거 시스템 및 인 제거 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하수나 폐수에 포함된 인을 제거하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 일반적으로 유량조정조, 무산소조, 혐기조, 폭기고, 침전조, 방류조로 이루어지는 하·폐수의 생물학적 처리공정을 그대로 이용하면서 확실하게 인을 제거할 수 있는 하·폐수의 인 제거 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 침전조에서 슬러지를 인발하는 인발과정에서 인발 라인에 약품을 투입하여 침전조 슬러지에 포함되어 있는 고농도의 인을 약품과 반응시켜 다시 슬러지화하게 된다. 침전조에서 인발되는 슬러지는 1차로 약품과 반응하여 농축조로 이송되며, 이때 약품과의 반응을 촉진하기 위해서 라인 믹서를 사용하며, 상기 라인 믹서에 에어를 주입시켜 와류를 통해 슬러지와 약품의 반응을 촉진시키게 된다. 약품과 반응된 슬러지는 농축조로 모이게 되며, 상기 농축조에서 슬러지는 다시 압축침전이 일어나게 되고 침전된 슬러지에는 인이 모두 포함되어 침전되고 나머지 상등수에는 인이 완벽히 제거된 상태로 무산소조로 리턴되어 다시 생물학적 처리를 거친 후 방류되는 것을 특징으로 한다.

Description

하·폐수의 인 제거 시스템 및 인 제거 방법{Sewage and wastewater phosphorus removal system and method}
본 발명은 하수나 폐수에 포함된 인을 제거하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 일반적으로 유량조정조, 무산소조, 혐기조, 폭기조, 침전조, 방류조로 이루어지는 하·폐수의 생물학적 처리공정을 그대로 이용하면서 확실하게 인을 제거할 수 있는 하·폐수의 인 제거 시스템 및 인 제거 방법에 관한 것이다.
본 발명은 침전조에서 슬러지를 인발하는 인발과정에서 인발 라인에 약품을 투입하여 침전조 슬러지에 포함되어 있는 고농도의 인을 약품과 반응시켜 다시 슬러지화하게 된다. 침전조에서 인발되는 슬러지는 1차로 약품과 반응하여 농축조로 이송되며, 이때 약품과의 반응을 촉진하기 위해서 라인 믹서를 사용하며, 상기 라인 믹서에 에어를 주입시켜 와류를 통해 슬러지와 약품의 반응을 촉진시키게 된다. 약품과 반응된 슬러지는 농축조로 모이게 되며, 상기 농축조에서 슬러지는 다시 압축침전이 일어나게 되고 침전된 슬러지에는 인이 모두 포함되어 침전되고 나머지 상등수에는 인이 완벽히 제거된 상태로 무산소조로 리턴되어 다시 생물학적 처리를 거친 후 방류되는 것을 특징으로 한다.
수질오염에 대한 관심과 우려가 높아지면서 하천오염을 방지하기 위하여 질소, 인 등을 처리하는 고도처리공법이 중요시되고 있다. 특히 부영양화의 주범으로 꼽히는 인의 하수종말처리시설 방류기준이 기존 2ppm 에서 0.2ppm이하로 강화되었다. 기존의 하수처리시설에의 인 제거는 미생물을 이용하여 처리하는 방법이 일반적으로 적용되고 있으나, 이러한 방법으로는 강화된 방류기준까지 낮추어서 방류하는데 어려움이 발생한다.
하수처리시설 내의 일반적인 하수처리 공정은 하수 유입, 반응(폭기, 교반 등), 침전, 배출 등의 공정을 포함할 수 있고 상기 공정 동안 혐기성 상태, 호기성 상태, 무산소 상태를 거치면서 하수 중의 미생물을 이용하여 하수에 포함된 유기물, 질소, 인 등이 생물학적으로 분해 또는 제거될 수 있는데, 상술한 바와 같은 각 하수처리반응은 하나의 반응조 또는 개별 반응조에서 이루어질 수 있다.
일반적으로 하수의 처리 방법은 크게 물리적 방법, 화학적 방법 및 생물학적 방법으로 구분할 수 있으며, 각 방법은 처리된 유출수의 용도, 폐수의 특성, 처리방법의 적합성, 오염물의 처리방법 및 경제성 등에 의하여 선택된다.
물리적 하수 처리 방법으로는 공기 제거에 의한 암모니아 제거, 여과, 증류, 부상, 거품 분비법, 냉각, 기체층을 이용한 분리, 지면 산포법, 역삼투법 및 흡수 등의 방법이 이용되며, 화학적인 하수 처리 방법으로는 활성탄 흡착법, 응집, 생물학적인 처리과정에서의 침전, 이온 교환법, 전기 화학적 처리, 전기 투석, 산화 및 환원 등이 있으며, 생물학적 처리 방법으로는 박테리아 동화 작용법, 조류 채취법 및 질산화-탈질소화 방법 또는 탈질소-질산화방법 등이 있다.
종래에는 하수를 단순히 침전조, 폭기조, 여과조 및 소독조 등으로 구성된 정화 시스템 내에서 유입된 하수를 침전조에서 침전시켜 고형물을 일차 침전제거하고 다음에 폭기조로 유입시켜 하수를 폭기 교반한 후, 침전 여과 및 소독하여 상등수는 방류하고 침전된 슬러지는 제거하는 방법이나 미생물을 이용한 2차 처리방법을 통하여 하수를 정화시켰다.
그러나 상기와 같은 방법은 부영양화를 유발하는 하·폐수 중의 인을 완전히 제거할 수 없다는 치명적인 문제점이 있다. 즉, 하수 중에 포함된 유기물, 질소, 인 성분이 미처리된 채로 하천, 호수 및 연안수역 등에 방류될 경우 부영양화를 발생시켜 수중에 서식하는 조류가 과다증식하게 되어 수중 생태계를 파괴하는 부영양화 현상이 발생하게 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 하수 내의 인을 제거하는 화학적, 생물학적 방법들이 많이 개발되었다. 하지만 화학적 방법의 경우 유지비가 많이 들며, 생물학적 방법으로는 인의 안정적인 제거효율을 얻기가 힘들다는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 하수의 화학적 처리 방법의 장점을 활용하면서 타 방법보다 비용을 절감하여 효과적으로 하·폐수에 포함된 인을 제거할 수 있는 하·폐수의 인 제거 시스템 및 인 제거 방법을 제공함을 목적으로 한다.
기존의 하수처리시설을 이용한 하·폐수의 인 제거 장치에 있어서, 침전조의 슬러지를 인발하는 이송펌프, 상기 이송펌프와 연결되는 라인응집장치, 인발되는 슬러지에 약품을 투입하기 위한 약품주입장치, 상기 라인응집장치에 공기를 주입시키기 위한 에어주입장치로 구성되는 하·폐수의 인 제거 시스템을 제공한다.
상기 라인응집장치는 슬러지가 인발되는 이송펌프와 연결되어 슬러지가 굴곡부 및 레듀사를 거침으로서 약품과 잘 응집되도록 하는 것을 특징으로 하는 하·폐수의 인 제거 시스템을 제공한다.
상기 약품주입장치는 인발되는 슬러지에 포함된 인을 응집하기 위한 알룸을 투입하는 것을 특징으로 하는 하·폐수의 인 제거 시스템을 제공한다.
상기 에어주입장치는 라인응집장치의 전단에서 에어를 강제주입하여 약품과 슬러지의 반응을 촉진시키는 것을 특징으로 하는 하·폐수의 인 제거 시스템을 제공한다.
기존의 하수처리시설을 이용한 하·폐수의 인 제거 방법에 있어서, 침전조로부터 슬러지를 인발하는 슬러지 인발단계, 인발된 슬러지를 라인응집장치로 이송하는 슬러지 이송단계, 상기 슬러지에 약품을 주입하는 약품주입단계, 약품주입 후, 라인응집장치에 에어를 주입하는 에어주입단계, 슬러지를 압축침전시키는 슬러지 탈수단계를 포함하는 하·폐수의 인 제거 방법을 제공한다.
상기 에어주입단계는 라인응집장치에 에어를 주입하여 약품과 슬러지를 빠르게 혼합하여 반응을 촉진시키는 것을 특징으로 하는 하·폐수의 인 제거 방법을 제공한다.
상기 에어주입단계 이후에는 약품과 반응한 슬러지를 농축조로 이송하여 압축침전하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하·폐수의 인 제거 방법을 제공한다.
상기 슬러지 탈수단계 이후에는 인이 제거된 상등수는 무산소조로 이송되어 생물학적 처리를 거쳐 방류되고, 침전된 슬러지는 배출되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하·폐수의 인 제거 방법을 제공한다.
본 발명은 하수처리 과정에 있어서, 침전조에서 슬러지를 인발하여 라인응집장치로 이송하며, 상기 슬러지를 인발하는 인발라인에 알룸을 투입하여 슬러지에 포함되어 있는 고농도의 인을 약품과 반응시켜 다시 슬러지화하여 고형화시키는 것으로, 물과의 분리가 확실하게 되어 인을 제거할 수 있는 효과가 있으며, 하수의 전량을 화학적으로 처리하는 것이 아니라 일부 인발되는 고농축 슬러지에 약품을 투입하여 제거함으로써 약품을 직접 방류수 전체에 투입하는 것보다 약품 사용량을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 슬러지에 약품을 투입할 때 슬러지 인발라인에 라인응집장치를 설치하여 약품을 직접 인발배관에 설치함으로써 기타 응집 반응조가 필요없어 설치부지가 적게 소요되며, 약품이 투입되는 라인응집장치에 에어를 주입하여 와류를 발생시켜 약품과 슬러지를 혼합하여 반응을 촉진시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 하·폐수의 인 제거 시스템의 전체 흐름도.
도 2는 본 발명의 하·폐수의 인 제거 시스템의 공정도.
도 3은 본 발명의 약품주입장치의 평면도.
도 4는 본 발명의 약품주입장치의 정면도.
도 5는 본 발명의 라인응집장치의 정면도.
도 6은 본 발명의 라인응집장치 내의 약품과 슬러지의 반응상태를 개략적으로 나타낸 단면도.
도 7은 본 발명의 하·폐수 고도 인 제거 방법의 흐름도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 하·폐수의 인 제거 장치 및 방법을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 하·폐수의 인 제거 시스템의 전체 흐름도, 도 2는 본 발명의 하·폐수의 인 제거 시스템의 공정도, 도 3은 본 발명의 약품주입장치의 평면도, 도 4는 본 발명의 약품주입장치의 정면도, 도 5는 본 발명의 라인응집장치의 정면도, 도 6은 본 발명의 라인응집장치 내의 약품과 슬러지의 반응상태를 개략적으로 나타낸 단면도, 도 7은 본 발명의 하·폐수 고도 인 제거 방법의 흐름도이다.
도 1은 본 발명의 하·폐수의 인 제거 시스템의 전체 흐름도로, 도 2는 전체 공정도로,
본 발명은 집수조(10), 무산소조(20), 혐기조(30), 폭기조(40), 침전조(50)로 구성되는 일반적인 하수처리구조에 있어서, 침전조(50)의 슬러지를 인발한 후 약품을 투입하여 슬러지에 포함되어 있는 고농도의 인을 약품과 반응시켜 다시 슬러지화 시키며, 인이 제거된 상등수는 다시 무산소조(20)로 리턴되어 처리되고, 농축조(70)에서 탈수된 슬러지는 배출되는 것으로 구성된다.
상기 침전조(50)의 슬러지를 이송펌프(60)를 이용하여 인발하며, 이송된 슬러지는 라인응집장치(90)로 이송된다.
상기 라인응집장치(90)로 이송된 슬러지는 약품주입장치(80)에 의해 투입된 약품과 반응을 하게 된다.
상기 라인응집장치(90)는 굴곡부(92)와 레듀샤(94)로 구성된 배관으로 굴곡부(92)와 레듀샤(94)를 거침으로써 약품과 더욱 효과적으로 응집되는 것으로 구성된다.
상기 에어주입장치(100)는 라인응집장치(90)의 전단에 설치되어 배관안에 에어를 강제 주입하여 약품과 슬러지의 반응을 촉진시키는 것으로 구성된다.
상기 약품과 반응한 슬러지는 농축조(70)로 모이게 되고 농축조(70)에서 다시 슬러지는 압축침전이 일어나게 되어 슬러지에는 인이 모두 포함되어 침전되고 나머지 상등수는 인이 제거된 상태로 무산소조로 리턴되어 생물학적 처리를 거친 후 방류되게 된다.
도 3은 본 발명의 약품주입장치의 평면도, 도 4는 본 발명의 약품주입장치의 정면도로,
상기 약품주입장치(80)는 약품을 저장하는 약품탱크(82), 상기 약품탱크(82)에 저장된 약품을 이송하는 약품주입라인(88), 상기 약품주입라인(88)으로부터 이송된 약품을 라인응집장치(90)에 주입하는 약품주입펌프(84)(86)로 구성된다.
상기 약품탱크(82)의 약품은 알룸(Alum, 명반)(110)을 사용하는 것을 특징으로 하며, PAC(폴리염화알루미늄), 염철 등 기타 응집제를 사용하는 것도 가능하다.
상기 약품의 주입량은 전체 하수처리 설비의 크기에 따라 달라지며, 주입시간은 타이머를 장착하여 PLC에 의해 제어되는 구성이다.
도 5는 본 발명의 라인응집장치의 정면도로,
침전조(50)에서 인발된 슬러지는 라인응집장치(90)를 거쳐 약품과 반응을 하게 된다.
상기 라인응집장치(90)의 전단에 설치된 약품투입장에 의해 투입된 약품과 침전조(50)로부터 인발된 슬러지는 도 6에 도시한 바와 같이 알룸(110)과 슬러지가 반응하여 플록(120)을 형성하여 다시 슬러지화가 되는 구성이다.
또한, 상기 라인응집장치(90)는 굴곡부(92)와 레듀샤(94)가 구성되어 약품과 슬러지의 반응을 효과적으로 응집될 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 약품과 슬러지의 화학반응식은 아래에 설명한다.
AI2(SO4)3·16H2O + 2PO4 3 - → 2AIPO4(↓) + 3SO4 2 - + 16H2O
상기 라인응집장치(90)의 굴곡부(92)와 레듀샤(94)를 거치면서 약품과 슬러지가 반응하여 빠르게 플록(2AIPO4)(120)을 형성시키는 것으로 구성된다.
또한, 상기 라인응집장치(90)의 전단으로부터 라인응집장치(90)안으로 에어를 강제주입하는 에어주입장치(100)가 설치되어 약품과 슬러지를 와류시켜 반응을 촉진시키는 것을 특징으로 한다.
도 7은 본 발명의 하·폐수 고도 인 제거 방법의 흐름도로,
침전조(50)의 슬러지를 이송펌프(60)를 이용하여 인발하고(S10), 상기 슬러지를 라인응집장치(90)로 이송한 후(S20), 상기 라인응집장치(90)의 전단에 설치된 약품주입장치(80)에 의해 알룸(110)을 주입하여 슬러지에 포함된 인과 반응을 시키고(S30) 에어주입장치(100)를 이용하여 라인응집장치(90)에 에어를 강제 주입하여 알룸(110)과 슬러지의 반응을 촉진시키는 것으로 구성된다.(S40)
알룸(110)과 반응한 슬러지는 인을 포함하여 다시 슬러지화가 되어 농축조(70)로 이송되어 탈수되며(S50), 인이 제거된 상등수는 다시 무산소조로 이송되어 생물학적 처리를 거쳐 방류되고(S60), 탈수되어 침전된 슬러지는 외부로 배출되는 것으로 이루어진다.(S70)
본 발명은 기존의 하수처리시설을 이용한 하·폐수의 인 제거 장치에 있어서, 침전조(50)의 슬러지를 인발하는 이송펌프(60), 상기 이송펌프(60)와 연결되는 라인응집장치(90), 인발되는 슬러지에 약품을 투입하기 위한 약품주입장치(80), 상기 라인응집장치(90)에 공기를 주입시키기 위한 에어주입장치(100)로 구성되는 하·폐수의 인 제거 시스템을 제공한다.
또한, 상기 라인응집장치(90)는 슬러지가 인발되는 이송펌프(60)와 연결되어 슬러지가 굴곡부(92) 및 레듀샤(84)를 거침으로서 약품과 잘 응집되도록 하는 것을 특징으로 하는 하·폐수의 인 제거 시스템을 제공한다.
또한, 상기 약품주입장치(80)는 인발되는 슬러지에 포함된 인을 응집하기 위한 알룸(110)을 투입하는 것을 특징으로 하는 하·폐수의 인 제거 시스템을 제공한다.
또한, 상기 에어주입장치(100)는 라인응집장치(90)의 전단에서 에어를 강제주입하여 약품과 슬러지의 반응을 촉진시키는 것을 특징으로 하는 하·폐수의 인 제거 시스템을 제공한다.
기존의 하수처리시설을 이용한 하·폐수의 인 제거 방법에 있어서, 침전조(50)로부터 슬러지를 인발하는 슬러지 인발단계, 인발된 슬러지를 라인응집장치(90)로 이송하는 슬러지 이송단계, 상기 슬러지에 약품을 주입하는 약품주입단계, 약품주입 후, 라인응집장치(90)에 에어를 주입하는 에어주입단계, 슬러지를 압축침전시키는 슬러지 탈수단계를 포함하는 하·폐수의 인 제거 방법을 제공한다.
또한, 상기 에어주입단계는 라인응집장치(90)에 에어를 주입하여 약품과 슬러지를 빠르게 혼합하여 반응을 촉진시키는 것을 특징으로 하는 하·폐수의 인 제거 방법을 제공한다.
또한, 상기 에어주입단계 이후에는 약품과 반응한 슬러지를 농축조(70)로 이송하여 압축침전하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하·폐수의 인 제거 방법을 제공한다.
또한, 상기 슬러지 탈수단계 이후에는 인이 제거된 상등수는 무산소조(20)로 이송되어 생물학적 처리를 거쳐 방류되고, 침전된 슬러지는 배출되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하·폐수의 인 제거 방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 하수처리 과정에 있어서, 침전조에서 슬러지를 인발하여 라인응집장치로 이송하며, 상기 슬러지를 인발하는 인발라인에 알룸(110)을 투입하여 슬러지에 포함되어 있는 고농도의 인을 약품과 반응시켜 다시 슬러지화하여 고형화 시켜서 물과 분리되므로 확실하게 인을 제거할 수 있는 효과가 있으며, 하수의 전량을 화학적 처리하는 것이 아니라 일부 인발되는 고농축 슬러지에 약품을 투입하여 제거함으로써 약품을 직접 방류수 전체에 투입하는 것보다 약품 사용량을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 슬러지에 약품을 투입할 때 슬러지 인발라인에 라인응집장치를 설치하여 약품을 직접 인발배관에 설치함으로써 기타 응집 반응조가 필요없어 설치부지가 적게 소요되며. 약품이 투입되는 라인응집장치에 에어를 주입하여 와류를 발생시켜 약품과 슬러지를 혼합하여 반응을 촉진시키는 효과가 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어 단일형으로 설명되어 있는 각 구성요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성요소들도 결합 된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 고안의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 집수조 20 : 무산소조
30 : 혐기조 40 : 폭기조
50 :침전조 60 : 이송펌프
70 : 농축조 80 : 약품주입장치
82 : 약품탱크 84, 86 : 약품주입펌프
88 : 약품주입라인 90 : 라인응집장치
92 : 굴곡부 94 : 레듀샤
100 : 에어주입장치 110 : 알룸
120 : 플록

Claims (8)

  1. 집수조(10), 무산소조(20), 혐기조(30), 폭기조(40), 침전조(50)로 구성된 기존의 하수처리시설을 이용한 하·폐수의 인 제거 시스템에 있어서,
    침전조(50)의 슬러지를 인발하는 이송펌프(60);
    상기 이송펌프(60)와 연결되는 라인응집장치(90);
    인발되는 슬러지에 약품을 투입하기 위한 약품주입장치(80);
    상기 라인응집장치(90)에 공기를 주입시키기 위한 에어주입장치(100)로 구성되는 하·폐수의 인 제거 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 라인응집장치(90)는 슬러지가 인발되는 이송펌프(60)와 연결되어 슬러지가 굴곡부(92)와 레듀샤(94)를 거쳐가는 것을 특징으로 하는 하·폐수의 인 제거 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 약품주입장치(80)는 인발되는 슬러지에 알룸(110)을 투입하는 것을 특징으로 하는 하·폐수의 인 제거 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 에어주입장치(100)는 라인응집장치(90)의 전단에서 에어를 강제주입하여 약품과 슬러지를 와류시키는 것을 특징으로 하는 하·폐수의 인 제거 시스템.
  5. 집수조(10), 무산소조(20), 혐기조(30), 폭기조(40), 침전조(50)로 구성된 기존의 하수처리시설을 이용한 하·폐수의 인 제거 방법에 있어서,
    침전조(50)로부터 슬러지를 인발하는 슬러지 인발단계;
    인발된 슬러지를 라인응집장치(90)로 이송하는 슬러지 이송단계;
    상기 슬러지에 약품을 주입하는 약품주입단계;
    약품주입 후, 라인응집장치(90)에 에어를 주입하는 에어주입단계;
    슬러지를 압축침전시키는 슬러지 탈수단계;를 포함하는 하·폐수의 인 제거 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 에어주입단계는 라인응집장치(90)에 에어를 주입하여 약품과 슬러지를 빠르게 혼합하여 반응을 촉진시키는 것을 특징으로 하는 하·폐수의 인 제거 방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 에어주입단계 이후에는 약품과 반응한 슬러지를 농축조(70)로 이송하여 압축침전하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하·폐수의 인 제거 방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 슬러지 탈수단계 이후에는 인이 제거된 상등수는 무산소조(20)로 이송되어 생물학적 처리를 거쳐 방류되고, 침전된 슬러지는 배출되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하·폐수의 인 제거 방법.
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