KR101050374B1 - 소규모 하수처리시설의 자동 운전장치 - Google Patents

소규모 하수처리시설의 자동 운전장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 침지식 막 여과기를 이용한 하수나 폐수의 고도처리를 하는 소규모 하수처리시설의 자동 운전장치에 관한 것이다.
본 발명의 과제는 하루 중 간헐적으로 하수가 발생하는 소규모 하수처리시설에서 동력낭비를 방지하고, 처리공정을 적정상태로 유지하며, 주기적인 일상적 유지관리만으로도 하수의 고도처리가 효과적으로 이루어질 수 있는 소규모 하수처리시설 자동 운전장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 과제를 달성하기 위하여 유입 유량계와 유량 조정조의 수위에 연동하여 처리시설을 자동적으로 운전하고 정지하도록 하였으며, 용존산소 농도계에 연동하여 호기조의 용존산소 농도를 제어하고, 유입 유량과 설계유량의 비율에 따라 잉여 슬러지를 자동배출하도록 하였다.
본 발명은 최소의 계측기만을 사용하여 하수처리시설을 자동운전을 하고, 관리자가 조작할 내용을 자동연산하여 표시하기 때문에, 고도의 기술을 가지지 않은 관리자라도 통상적이고 주기적인 유지관리만으로도 하수처리시설을 적정하게 운전 관리 할 수 있는 효과가 있다.

Description

소규모 하수처리시설의 자동 운전장치{An operating apparatus of small sewage water treatment plant}
본 발명은 마을하수도와 같은 소규모 하수처리시설의 운전에 관한 기술로서, 특히 침지식 막(membrane)생물 반응장치를 이용한 소규모 하수처리시설의 자동 운전장치에 관한 기술이다
하수 또는 폐수처리에 있어서, 방류수질기준의 강화와 수질 환경보호를 위하여, 더욱 깨끗한 방류수질에 대한 수요는 계속 증가하고 있다.
과거 주로 생물학적 방법과 중력식 침전을 위주로 하는 하수 또는 폐수 처리방법의 방류수 내의 SS(부유물질), 세균, 바이러스, 유해한 원생동물 등을 효과적으로 제거하기가 곤란하였다.
특히 일부 유해한 원생동물의 예를 들면 지아디아(giardia cysts)나 크립토스포리디움(cyptosporidium)과 같이 장관내에 병변을 유발하는 원생동물들은 방류수질 기준에는 포함되어 있지 않으나, 염소 소독으로도 제거하기 어렵기 때문에 이것들을 제거할 필요성이 증가하고 있다.
막 생물반응장치는 기존의 생물반응장치에서 침전기능을 막(membrane)으로 대치한 것으로서, 일반적 용도로서는 정밀여과 막(microfiltration membrane; MF), 한외여과 막(ultrafiltration membrane)이 널리 사용되고 있으며, 부유물질과 세균, 원생동물의 제거에 매우 효과적이기 때문에 널리 사용되고 있다.
막의 설치면적 절약 및 막 세척 기능의 향상을 위하여 막(membrane)을 생물 반응조의 호기조 내부에 침지(물속에 잠기게 설치)한 침지식 막 생물 반응장치가 널리 사용되고 있다.
침지식 막 생물반응장치는 상기와 같이 커다란 장점이 있는 반면에, 막의 공극이 작아서 막이 쉽게 막히기 때문에, 이를 방지하기 위하여 연속적으로 막(membrane)을 세정하여야 하고, 세정하는데 다량의 공기를 필요로 한다.
막 세정에 필요한 공기량은 막의 바닥면적에 대하여100∼150㎥/㎡.hr로서, 하수의 부하량에 관계없이 막이 작동하는 시간에는 계속 공급하여 세척을 해야하기 때문에, 유입부하량이 적을 경우 막 세정에 필요한 공기량이 호기조에서 생물학적으로 처리하는데 필요한 공기량보다 훨씬 큰 경우가 발생하고, 호기조의 용존산소 농도를 과도하게 높이기 때문에, 호기조의 용존산소 농도를 적정한 값으로 조정하지 못하게 되어 하수 고도처리 효율이 저하하는 커다란 문제가 있다.
상기와 같은 문제는 본 발명자의 출원번호 제10-2010-0089834호(2010.09.14) 부하변동에 대응이 용이한 침지식 막 생물반응장치로 해결하였다.
그러나 전술한 바와 같이 막 세정에 다량의 공기를 필요로 하기 때문에, 하수처리시설에 하수가 유입되지 않는 시간에도 막 세정을 계속하는 것은 동력의 낭비가 크고, 비록 적정한 용존산소 농도가 유지되도록 조정된 막 여과기라도 하수 유입이 중단된 상태에서 계속 운전하면, 막 여과 호기조나 막 여과지의 용존산소 농도를 과도하게 높게 하므로 처리공정에 나쁜 영향을 준다.
그러나 마을 하수도 등 소규모 하수처리시설에는 상주하여 시설을 관리하는 인력이 없기 때문에 상황에 따라서 하수처리시설의 가동과 정지를 할 수 없었다.
타이머 설정을 통하여 이러한 문제를 해결하려는 시도가 있지만, 일별로 변화하는 하수처리 상황 때문에 적합하게 하수처리시설을 가동하거나 정지하지 못하고 있다.
이론적으로는 각종 감시제어용 계측기를 설치하여 완전 무인 자동운전의 실현도 가능하지만, 감시제어용 계측기의 가격이 비싸고, 그 계측기들의 세척이나 교정 등의 유지관리가 매우 어렵고, 부속품교체비용이 비싸기 때문에, 전문인력이 부족하고 재정이 열악한 소규모 하수처리시설에는 비현실적이다.
따라서, 간헐적으로 하수가 발생하고, 전문 관리 인력도 부족한 소규모 하수처리시설의 적정한 가동시간 및 조건을 자동적으로 결정하는 운전장치가 필요하게 되었다.
하루 중 간헐적으로 하수가 발생하는 소규모 하수처리시설에서, 하수처리시설의 적정한 가동 시간을 자동적으로 결정하여 결정한 시간 동안만 처리공정을 운전하고, 나머지 시간대에는 처리공정의 운전을 정지하게 하고, 유입 하수량과 유입 하수의 BOD값을 입력하여 적정한 MLSS농도를 연산하고, MLSS농도를 적정범위로 유지하도록 잉여 슬러지 폐기량을 자동적으로 계산하여 배출함으로써, 동력낭비를 방지하고 처리공정을 적정상태로 유지하며, 주기적인 일상적 유지관리만으로도 하수의 고도처리가 효과적으로 이루어질 수 있도록 한 소규모 하수처리시설의 자동 운전장치을 제공하는 것이다.
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유량 조정조 펌프(2000), 혐기조 교반기(300), 무산소조 교반기(400), 호기조 송풍기(500) 및 막 세정 송풍기(600), 막 여과 펌프(700), 반송 슬러지 펌프(850), 소독장치(950)를 1개조의 처리장치로 구성되는 하수처리시설에 있어서,
하수의 유입량을 측정하는 유입 유량계;
상기 유입 유량계(10)의 유량 신호가 Q ＞ 0 이면 1, Q=0 이면 0의 신호를 발생하는 유량 신호 변환기;
상기 유량 신호 변환기의 발생신호가 1일 때는 전처리 설비의 운전 명령, 0인 경우는 정지 명령을 발생하는 전처리 설비 운전명령회로;
유량 조정조의 수위를 측정하는 수위 측정기(20);
상기 유량 조정조의 수위 신호가 WL=L이면 0, WL=H 이면 1의 신호를 발생하는 수위 신호 변환기; 및
상기 유량 조정조 수위 신호 변환기의 신호가 1일 때는 상기 처리장치의 운전 명령, 0일 때는 정지 명령을 발생하는 처리장치 운전명령회로; 를 포함하여 구성되되,
상기 처리장치 운전 명령 회로의 명령에 따라 상기 처리장치들이 자동적으로 운전 또는 정지가 되도록 제어하고, 잉여 슬러지 펌프(900)는 유입 하수량과 유입 BOD농도를 기준으로 잉여 슬러지의 배출량을 계산, 자동 배출하도록 하고, 유입 BOD농도를 기준으로 최적의 MLSS농도를 표기하여, 운전자가 주기적으로 공정을 점검, 조정할 수 있게 하고, 1개조의 각각의 처리장치를 일정한 지연 시차를 갖도록 기동하여, 기동 전류 집중에 의한 전원측 과부하를 방지한 자동운전제어회로;
호기조에 설치한 용존산소 농도계(30)의 용존산소 농도가 설정치를 유지하도록 호기조 송풍기(500)의 송풍량을 제어하고, 막 세정 송풍기(600)의 흡입공기량/순환가스량 비율을 제어하는 용존산소 제어회로;
용존산소 농도계(30)가 고장이 발생하였을 경우에는 고장 경보를 발생하고, 전일 또는 최근 5일간의 분당 송풍량 또는 흡입공기량/순환가스량 비율을 평균한 운전상태로 호기조 송풍기(500) 및 막 세정 송풍기(600)를 자동 운전하는 비상제어회로; 및
상기 모든 신호, 명령, 운전의 상태를 중앙 감시제어실로 전송하고, 중앙감시제어실에서 상기 처리장치의 원격감시 및 제어를 할 수 있도록 한 정보통신장치를 포함하는 자동운전제어반(1000); 으로 구성한 것을 특징으로 하는 소규모 하수처리시설의 자동 운전장치를 제공한다.
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본 발명의 소규모 하수처리시설의 자동 운전장치는 하수가 유입되는 시간 및 유량 조정조의 수위에 따라, 유량 조정조 펌프를 사용하여 설계용량의 하수를 자동적으로 하수처리시설에 이송하고, 하수처리시설은 그 시간 동안만 가동하기 때문에 동력이 절감되고, 하수 유입량 및 유입 수질에 따라 잉여 슬러지를 자동 배출하여 반응조의 MLSS농도를 적정상태로 유지하고, 저부하 시에도 용존산소 농도를 적정치로 유지하고, 막 세정작용도 효과적으로 유지하기 때문에, 주기적인 일상적 유지관리만으로 적정한 하수의 고도처리 효율을 유지하는 효과가 있다.
제1도는 본 발명의 막 여과조를 이용한 A2/O공정의 운전장치의 예시도.
제2도는 본 발명의 막 여과 호기조를 이용한 A2/O공정의 운전장치의 예시도.
제3도는 본 발명의 막 여과 호기조를 이용한 호기 탈질 공정의 운전장치의 예시도.
막 여과기는 막(membrane)을 지지체(frame)에 고정하여 하나의 유니트를 구성하고, 이런 유니트를 여러 개 조합하여 하나의 막 여과기를 구성한다.
멤브레인에는 눈 목 크기(pore size)에 따라 정밀여과 막(MF), 한외 여과막(UF), 나노 막(NF), 역삼투 막(RO)의 구분이 있으며, 하수나 폐수 등의 고도처리에는 정밀여과 막과 한외여과 막이 주로 사용된다.
또한 막의 구조에 따라 평막, 나선형 막, 원통형 막, 중공사막 등이 있으며, 적은 체적에서 많은 통수면적을 확보할 수 있고 기계적으로 안정적 구조를 가진 중공사막이 많이 사용되고 있다.
상기 정밀 여과 막은 눈 크기 (pore size)가 0.1 ∼ 0.4 ㎛범위로서, 통상적으로 세균, 대장균, 원생동물과 미세한 부유물질(SS)을 제거할 수 있다.
한외여과 막은 눈 크기(pore size)가 0.001 ∼ 0.05㎛범위로서, 통상적으로 세균, 대장균, 원생동물과 바이러스 및 미세한 부유물질(SS)을 제거할 수 있다.
상기와 같은 특성으로 인하여, 막 여과를 한 물은 매우 깨끗하기 때문에 그 이용이 늘어나는 추세에 있다.
그러나 막 여과기는 상기와 같이 물 처리에 있어서 매우 훌륭한 성능이 있는 반면에 눈 크기가 매우 작아서 막히기 쉬운 결함이 있다.
상기와 같은 결점을 해결하는 수단으로서, 막 여과기를 커다란 미생물 플럭이 존재하는 호기조의 수중에 침지식으로 설치하고, 막 여과기의 하부에 막 세정용 산기장치를 설치하여, 막 세정용 산기장치에 공기를 송풍하여, 산기장치에서 분출되는 공기방울의 세정력을 이용하여 막 여과기의 외부표면이 막히는 것을 방지하고 있다.
막 여과기 세정용 공기량은 일반적으로 막 여과기의 바닥면적에 대하여 100∼150㎥/㎡.hr의 공기를 필요로 하고, 공기량이 많을수록 세정효과가 좋아진다.
또한 주기적으로 중공사막의 내부에서 차아 염소산 용액을 역류시켜서, 막에 부착한 오염물질을 세정한다.
그런데 막 여과기를 세정하는 공기량은 고정된 값으로서, 하수의 유입부하와는 관계없이 항상 일정한 값을 유지해야 한다.
하수의 유입량이 적거나 오염농도가 낮아서 유입부하량이 작아지면, 호기조에서 필요한 공기량이 작아지는데, 우리나라 하수처리장의 경우 시운전 단계나 초기년도 운전단계에서 하수의 유입부하량은 통상적으로 30∼50％정도인 곳이 많기 때문에, 호기조에 필요한 공기량도 설계시 산정한 공기량의 30∼50％정도만 공급되어야한다.
그러나 막 여과기에 필요한 공기량은 통상적으로 총 필요 공기량의 70％대 이기 때문에, 호기조가 과도하게 높은 용존산소 농도가 되고, 이로 인하여 혐기조 와 무산소조도 호기 상태가 되어서 질소, 인의 제거효율이 극히 낮아지는 문제가 발생하고, 막 여과기를 사용하는 처리 공법에서는 상기와 같은 이유로 초기 저 부하 시의 운전에 문제가 야기된다.
공기 중에는 질소가 78％, 산소가 21％의 비율로 존재하는데, 질소와 산소가 물에 용해되는 농도는 각각의 헨리 정수에 의하여 정해진다.
질소의 헨리 정수 E는 30℃의 물에 대하여, 9.24 (E×10-4), 산소의 헨리 정수는 4.75 (E×10-4)이며, 헨리 정수가 클수록 물에 잘 용해되지 않는다.
따라서 질소는 산소보다 약 1/2 배정도 물에 덜 용해되며, 대기압 하의 물 속에는 무기 질소가 공기 중 질소가스의 분압에 평형이 되는 정도로 낮은 용해도로 녹아 있으며, 하수처리시 무기 질소는 미생물 등에 의하여 소비되지 않으므로, 공기나 질소가스를 하수 속에 계속 공급하여 포기하더라도 질소는 추가로 더 용해되지 않는다.
공기를 막 여과조에 공급하여, 막 여과기를 세정하는 경우 공급된 공기 중의 산소는 하수 중에 용해되지만, 질소는 용해되지 않는다.
막 여과기의 세정에 사용되고 난 후의 공기 중에는 산소가스 비율은 용해된 만큼 줄어들어 있지만, 질소가스는 처음에 공급된 상태대로 그대로 남아 있으며, 세정에 사용된 공기를 수집하여, 막 세정 송풍기(600)의 입구로 이송하고, 계속 재순환 시키면, 그 순환공기(이하 "순환 가스"라 칭한다)중 산소가스비율은 점점 더 낮아져서, 물 속의 용존산소 농도에 평형이 되는 분압까지 감소하며, 만약에 막 세정 송풍기에 외부공기를 공급하지 않으면, 순환가스 중에 있던 산소는 전부 소비되어 산소 분압이 0이 되고, 막 여과조의 용존산소 농도는 0이 되어 혐기 상태가 될 것이다.
공기 중에는 산소가 21％, 질소가 78％존재하므로, 막 세정 송풍기에 재순환 되는 순환가스의 산소가스가 소비되면, 그 부피만큼 순환가스의 부피가 줄어들게 되지만 소량의 공기를 외부에서 계속 공급하면, 순환가스의 부피는 처음의 공기부피만큼 회복이 되고, 순환가스 중에는 질소가 대부분을 차지하고 산소는 극히 적게 존재하게 된다.
따라서 막 세정 송풍기의 입구에 순환가스를 공급하고, 일부분만 외부공기를 공급하면서 순환가스량과 외부 공기량의 비율을 조정하면, 예를 들어서 하수의 유입부하량이 적을 때는 외부 공기 공급량을 적게 하고, 하수의 유입부하량이 증가할 때는 외부 공기 공급량을 늘리면서, 순환가스를 순화시킴으로써, 막 세정에 필요한 가스량을 유지하여, 막 여과기를 효과적으로 세척하면서도, 막 여과조 내의 용존산소 농도를 원하는 수준으로 용이하게 조절할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 원리를 이용하여, 막 여과조 또는 막 여과 호기조의 설비를 구성하였으며, 도 1 내지 도 3에 상기와 관련된 여러 가지 운전징치를 표시하였다.
도 1은 막 여과조를 가진 본 발명의 자동 운전장치를 표시한 것이다.
하수처리장의 감시제어실에는 하기 유입 유량계(10), 유량 조정조 수위 측정기(20), 용존산소 농도계(30)로부터 계측신호를 받고, 이 신호에 따라, 유입 유량계의 유량 신호가 Q ＞ 0 이면 1, Q=0 이면 0의 신호를 발생하는 유량 신호 변환기와, 상기 유량 조정조의 수위 신호가 WL=L 이면 0, WL=H 이면 1의 신호를 발생하는 수위 신호 변환기와 상기 유량 신호 변환기의 발생신호가 1일 때는 전처리 설비의 운전 명령, 0인 경우는 정지 명령을 발생하는 전처리 설비 운전명령회로와 상기 유량 조정조 수위 신호 변환기의 신호가 1일 때는 하기 1개조로 구성한 처리장치의 운전 명령, 0일 때는 정지 명령을 발생하는 처리장치 운전명령회로를 포함한 자동 운전제어반(1000)을 설치하고, 자동 운전제어반의 정보를 중앙 감시제어실로 송신하고, 중앙 감시제어실의 명령정보를 수신하는 정보통신장치(1100)을 설치하여 중앙 감시제어실과는 전용선(1200)으로 연결하였다.
하수처리장에 유입되는 하수는 유입 유량계(10)에서 유량이 측정되고, 전처리 설비(100)로 유입되어 하수 중의 협잡물 및 모래가 제거된다.
막 여과기(650)의 막힘을 방지하기 위하여, 하수 중의 협잡물은 0.5∼1.0mm이하의 것까지 제거한다.
전처리 설비(100)는 자동운전 제어반(1000)의 명령신호에 따라 유입 유량계의 유량 신호가 0보다 크면 자동적으로 운전하고, 0이면 정지한다.
전처리 설비에서 처리된 하수는 유량 조정조(가)에 유입되고, 유량 조정조에는 수위 측정기(20)가 설치되고, 수중에 유량 조정조 펌프(2000)가 설치된다.
유량 조정조의 하수는 유량 조정조 펌프(200)를 이용하여 혐기조(나)로 이송되고, 혐기조에 설치한 혐기조 교반기(300)이 작용하여, 하수와 반송슬러지 펌프(850)에 의하여 탈기조에서 반송된 반송수의 일부가 균등하게 혼합되고, 혐기상태로 유지되면서, 인 제거와 관련된 미생물로부터 인 방출이 일어난다.
혐기조를 통과한 하수는 무산소조(다)로 유입되어 무산소조 교반기(400)의 작용으로, 하수와 반송슬러지 펌프(850)에 의하여 탈기조에서 반송된 반송수의 일부가 균등하게 혼합되고, 무산소 상태로 유지되면서, 탈질미생물의 작용으로 탈질이 일어난다.
무산소조를 통과한 하수는 호기조(라)로 유입되고, 호기조에 설치한 용존산소 농도계(30)로 용존산소 농도를 측정하고, 호기조 송풍기(500)에서 공기를 압축하여 호기조의 하부에 설치한 산기관(550)을 통하여 하수 중에 공기를 공급함으로써, 호기조를 적정한 용존산소 농도(통상 2.0mg/L)로 유지하면서, 유기물을 제거하고 암모니아성 질소를 질산성 질소로 산화하고, 인제거 미생물이 인을 과량으로 흡수하도록 한다.
호기조의 용존산소 농도는 용존산소 농도계(30)의 신호를 받은 자동 운전제어반(1000)에서, 용존산소 농도가 설정치(통상 2.0mg/L)로 일정하게 유지되도록 호기조 송풍기(500)의 회전수 또는 개도를 자동제어한다.
호기조를 통과한 하수는 막 여과조(마)로 유입된다.
막 여과조의 수중에는 막 여과기(630)을 설치하고, 막 여과기의 하부에 막 세정용 산기장치(620)를 설치하고, 막 세정 송풍기(600)의 출구에서 막 세정용 산기장치(620)의 입구까지 공기배관을 연결하였다.
또한 막 여과조의 상부를 밀폐할 수 있도록 차단 덮개(650)를 설치하여, 막 여과기를 세정한 공기(=순환가스)가 막 여과조의 상부에 포집할 수 있게 하였다.
막 여과조의 상부 공간에 포집된 순환가스는 차단 덮개(650)의 상부에서 막 세정 송풍기(600)의 입구쪽 배관에 연결한 가스 순환관(640)을 통하여 막 세정 송풍기(600)의 입구로 순환하도록 하였고, 순환가스량의 조절을 위하여 순환가스량 조절 밸브(610)를 설치하였다.
막 세정 송풍기(600)의 입구쪽에는 외부 공기를 흡입하기 위하여 흡입배관을 설치하고, 흡입배관에는 흡입공기량을 조절하기 위하여 공기량 조절 밸브(610)를 설치하였다.
상기와 같이 구성하고, 유입 하수의 부하량에 따라서, 막 세정 송풍기에 순환가스와 외부공기를 공급하는 비율을 조절하여, 막 세정에 필요한 공기량(가스량)을 유지하면서도 막 여과조(610) 내의 용존산소 농도를 원하는 농도로 용이하게 조절할 수 있게 하였다.
막 여과조를 통과한 하수는 탈기조(바)에서 일정시간 동안 공기공급이 차단된 상태로 체류하면서, 용존산소 농도를 0.5mg/L이하로 낮추는 작용을 하며, 탈기조 교반기(800)는 슬러지가 침전하지 않도록하여, 균등한 농도의 잉여 슬러지를 배출하게 하고, 반송수의 슬러지 농도를 균등하게 유지하는 작용을 한다.
잉여 슬러지는 잉여 슬러지 펌프(900)을 이용하여 잉여 슬러지 저류조로 이송하여 일정기간 동안 체류시킨 후 외부에 있는 슬러지 처리시설로 반출하여 처분한다.
막 여과조의 하수는 막 여과기(630)에서 여과되어 상등수로 분리되며, 상등수는 막 여과 펌프(700)를 이용하여 소독조(사)로 이송하고, 소독조에서는 소독장치(950)의 작용으로 대장균 등의 유해세균을 사멸시킨 다음 방류한다.
상기 혐기조 교반기와 그 이후의 처리시설은 1개조로 구성하여, 자동 운전제어반의 제어신호에 따라, 유량 조정조의 수위가 H면 가동시작, L이면 가동을 정지한다.
유량 조정조의 수위가 H와 L사이일 때에는 운전 중 일 때는 운전상태를, 정지 중 일 때는 정지상태를 유지한다.
잉여 슬러지 펌프의 가동시간은 자동운전제어반에서 다음과 같이 제어한다.
본 발명의 하수처리시설은 유량 조정조 펌프가 일정한 유량으로 하수처리시설에 하수를 이송할 때만 작용하므로, 유입되는 하수에 대하여 적정한 MLSS를 유지하고 있으므로, 잉여 슬러지 발생량은 유입 하수의 BOD농도에 관계없이, 설계 잉여 슬러지량에 유입 하수량과 설계하수량의 비율에 수정계수를 곱한 것으로 결정된다.
따라서, 잉여 슬러지 펌프의 1일 중 가동시간 Tep 는
설계 잉여 슬러지량 : Wes (㎥/일)
설계유량 : Qd (㎥/일)
실제 유입 유량 : Qt(㎥/일)
잉여 슬러지 펌프 정격 토출량 :Qp(㎥/분)
수정계수 : a 라 하면 수학식 1과 같다.
수학식 1
Figure 112011044603980-pat00008
삭제
여기서, a 는 0.1∼1.0의 수로서 변수로 수동 입력한다.
자동제어반에는 설계 잉여 슬러지량과 설계유량, 잉여펌프 정격 토출량은 DB로 입력되고, 실제 유입 유량(Qt)은, 특정한 시간을 기준으로(예를 들어 오후 8시같이 하루 중 특정시간을 정한다) 유입 유량계의 하루 유입 유량 적산 값을 수신하여, 수학식 1에 의한 자동연산을 하여, 잉여 슬러지 펌프 가동시간을 자동적으로 결정한다.
또한 본 발명의 하수처리장은 MLSS계가 없으므로, MLSS는 시설관리자가 1주일마다 한번씩 주기적으로 휴대용MLSS 측정기를 사용하여, 호기조의 MLSS농도를 측정하여 적정 여부를 판단하고 필요하다면 조정을 한다.
BODd : 유입 하수의 설계 BOD농도 (mg/L)
BODt : 유입 하수의 실제 BOD 농도 (mg/L)
MLSSd : 설계 MLSS농도 (mg/L)
MLSSt : 적정 운전 MLSS농도(mg/L)
b : 0.5∼1.5 사이의 계수 라 하면, 적정한 운전 MLSS농도는 수학식 2와 같다.
수학식 2
Figure 112011044603980-pat00009
삭제
MLSSd, BODd는 상기 자동운전제어반에 DB로 입력되고, BODt는 수질 분석일지로부터 구한 값으로, b는 수동 입력변수로 상기 수학식 2에 변수로 입력하면 적정한 MLSSt를 표시하게 하였다.
시설관리자는 상기 MLSSt값을 보고, 실제 휴대용 측정기로 측정한 MLSS농도와 비교하여, ± 10％이내이면 적정한 것으로 판단하고, 부족할 때는 잉여 슬러지 펌프를 수동으로 가동하여 잉여 슬러지를 인발하거나, 또는 수학식 1의 수정계수를 조정한다.
상기 수학식 1 및 수학식 2의 과정은 수동 입력 과정 이외에는 자동운전제어반(1000)에서 전부 자동적으로 연산제어하게 하였다.
도 2는 도 1의 구성 예에서, 호기조와 막 여과조를 하나로 통합하여, 호기막 여과조로 구성한 예로서, 호기막 여과조 송풍기(600A)의 막 여과기와 산기관에 공기를 공급하고, 용존산소 농도는 막 여과조 송풍기의 입구측에서 외부 공기와 순환가스의 순환비율을 조정함으로서 용존산소 농도를 조정하게 하는 것이다.
외부 공기와 순환가스 비율의 조정도 자동운전제어반에서 자동적으로 이루어지게 하였다.
도 3은 도 2의 구성 예에서, 막 여과 송풍기와 호기조 송풍기를 분리한 것으로서, 작용 원리는 상기에서 설명한 것과 같다.
본 발명의 다른 실시 예는 다음과 같다.
도 1의 호기조 송풍기(500)와 막 세정 송풍기(600) 또는 도 2의 막 여과 호기조 송풍기(600A) 또는 도 3의 호기조 송풍기와 막 세정 송풍기(600)만을 별도로 구분하여, 유량 조정조의 수위가 "H"이면 호기조(라) 및 막 여과조(마) 또는 막 여과 호기조(라A)의 용존산소 농도를 설정치 1(예를 들면 2.0mg/L)로 유지하도록 송풍기의 풍량을 조절하거나 순환가스와 공기량의 비율을 자동적으로 조절하고, 유량 조정조의 수위가 "L"이면 용존산소 농도를 설정치 2(예를 들면 0.5mg/L)로 유지하도록 송풍기의 풍량을 조절하거나 순환가스와 공기량의 비율을 자동조절하도록 한다.
상기와 같이 운전하면 하수가 유입되지 않는 시간이 길어지더라도, 호기조 또는 막 여과조 또는 막 여과 호기조의 용존산소 농도가 너무 낮아져서 혐기성이 되어 인이 재방출되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예는 다음과 같다.
도 1의 호기조 송풍기(500)와 막 세정 송풍기(600) 또는 도 2의 막 여과 호기조 송풍기(600A) 또는 도 3의 호기조 송풍기와 막 세정 송풍기(600)만을 별도로 구분하여, 유량 조정조의 수위가 "H"이면 호기조(라) 및 막 여과조(마) 또는 막 여과 호기조(라A)의 용존산소 농도를 설정치(예를 들면 2.0mg/L)로 유지하도록 송풍기의 풍량을 조절하거나 순환가스와 공기량의 비율을 자동적으로 조절하고, 유량 조정조의 수위가 "L"이면 호기조 송풍기와 막 세정 송풍기 또는 막 여과조 송풍기를 주기적으로 간헐운전한다.
예를 들면 3시간 주기에 1주기마다 10분간 송풍기를 가동하는 간헐 폭기를 한다.
조절하거나 순환가스와 공기량의 비율을 자동조절하도록 한다.
상기와 같이 운전하면 하수가 유입되지 않는 시간이 길어지더라도, 호기조 또는 막 여과조 또는 막 여과 호기조의 용존산소 농도가 너무 낮아져서 혐기성이 되어 인이 재방출되는 것을 방지할 수 있다.
10: 유입 유량계
20: 수위 측정기
30: 용존산소 농도계
100: 전처리시설
200: 유량 조정 펌프
300: 혐기조 교반기
400: 무산소조 교반기
500: 호기조 송풍기
550: 호기조 산기관
600: 막 세정 송풍기
600A: 막여과 호기조 송풍기
610: 공기량 조절밸브
620: 막 세정 산기관
630: 막 여과기
640: 가스순환배관
650: 호기용 산기관
660: 차단덮개
700: 상등수 펌프
800: 탈기조 교반기
850: 반송수 펌프
900: 잉여 슬러지 펌프
950: 소독장치
가: 유량 조정조
나: 혐기조
다: 무산소조
라: 호기조
라A: 막 여과 호기조
마: 막 여과조
바: 탈기조
사: 소독조

Claims (5)

  1. 유량 조정조 펌프(2000), 혐기조 교반기(300), 무산소조 교반기(400), 호기조 송풍기(500) 및 막 세정 송풍기(600), 막 여과 펌프(700), 반송 슬러지 펌프(850), 소독장치(950)를 1개조의 처리장치로 구성되는 하수처리시설에 있어서,
    하수의 유입량을 측정하는 유입 유량계(10);
    상기 유입 유량계(10)의 유량 신호가 Q ＞ 0 이면 1, Q=0 이면 0의 신호를 발생하는 유량 신호 변환기;
    상기 유량 신호 변환기의 발생신호가 1일 때는 전처리 설비의 운전 명령, 0인 경우는 정지 명령을 발생하는 전처리 설비 운전명령회로;
    유량 조정조의 수위를 측정하는 수위 측정기(20);
    상기 유량 조정조의 수위 신호가 WL=L이면 0, WL=H 이면 1의 신호를 발생하는 수위 신호 변환기; 및
    상기 유량 조정조 수위 신호 변환기의 신호가 1일 때는 상기 처리장치의 운전 명령, 0일 때는 정지 명령을 발생하는 처리장치 운전명령회로; 를 포함하여 구성되되,
    상기 처리장치 운전명령회로의 명령에 따라 상기 처리장치들이 자동적으로 운전 또는 정지가 되도록 제어하고, 잉여 슬러지 펌프(900)는 유입 하수량과 유입 BOD농도를 기준으로 잉여 슬러지의 배출량을 계산, 자동 배출하도록 하고, 유입 BOD농도를 기준으로 최적의 MLSS농도를 표기하여, 운전자가 주기적으로 공정을 점검, 조정할 수 있게 하고, 1개조의 각각의 처리장치를 일정한 지연 시차를 갖도록 기동하여, 기동 전류 집중에 의한 전원측 과부하를 방지한 자동운전제어회로;
    호기조에 설치한 용존산소 농도계(30)의 용존산소 농도가 설정치를 유지하도록 호기조 송풍기(500)의 송풍량을 제어하고, 막 세정 송풍기(600)의 흡입공기량/순환가스량 비율을 제어하는 용존산소 제어회로;
    용존산소 농도계(30)가 고장이 발생하였을 경우에는 고장 경보를 발생하고, 전일 또는 최근 5일간의 분당 송풍량 또는 흡입공기량/순환가스량 비율을 평균한 운전상태로 호기조 송풍기(500) 및 막 세정 송풍기(600)를 자동 운전하는 비상제어회로; 및
    상기 모든 신호, 명령, 운전의 상태를 중앙 감시제어실로 전송하고, 중앙감시제어실에서 상기 처리장치의 원격감시 및 제어를 할 수 있도록 한 정보통신장치를 포함하는 자동운전제어반(1000); 으로 구성한 것을 특징으로 하는 소규모 하수처리시설의 자동 운전장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 호기조 송풍기(500) 와 막 세정 송풍기(600) 또는 막 여과 호기조 송풍기(600A)를 별도로 구분하여, 유량 조정조의 수위가 "H"이면 호기조(라) 및 막 여과조(마) 또는 막 여과 호기조(라A)의 용존산소 농도를 설정치 1(2.0mg/L)로 유지하고, "L"이면 용존산소 농도를 설정치 2(0.5mg/L)로 낮게 유지하도록 자동조절하는 것을 특징으로 하는 소규모 하수처리시설의 자동 운전장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 호기조 송풍기(500)와 막 세정 송풍기(600) 또는 막 여과 호기조 송풍기(600A)를 별도로 구분하여, 유량 조정조의 수위가 "H"이면 호기조(라) 및 막 여과조(마) 또는 막 여과 호기조(라A)의 용존산소 농도를 설정치 1(2.0mg/L)로 유지하고, "L"이면 송풍기의 운전시간을 주기적으로 간헐포기하도록 자동조절하는 것을 특징으로 하는 소규모 하수처리시설의 자동 운전장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 잉여 슬러지 펌프(900)의 1일간 운전시간은 하기식에 따라 자동운전제어반에서 자동연산하여 결정하는 것을 특징으로 하는 소규모 하수처리시설의 자동 운전장치.
    Figure 112011044603980-pat00010

    (여기서, Tep 는 잉여 슬러지 펌프의 1일 중 가동시간(분/일),
    Wes 는 설계 잉여 슬러지량 (㎥/일)
    Qd는 설계유량 (㎥/일)
    Qt는 실제 유입 유량 (㎥/일)(유량계의 하루 적산유량으로 입력한다)
    Qp는 잉여 슬러지 펌프 정격 토출량 (㎥/분)
    a 는 수정계수(0.1∼1.0 범위의 수로 입력한다).)
  5. 청구항 1 에 있어서, 호기조 또는 막 여과 호기조의 적정한 MLSS농도는 하기식에 따라서 자동운전제어반에서 자동연산하여 표기하는 것을 특징으로 하는 소규모 하수처리시설의 자동 운전장치.
    Figure 112011044603980-pat00011

    ( 여기서,BOD d 는 유입 하수의 설계 BOD농도 (mg/L),
    BODt는 유입 하수의 실제 BOD 농도 (mg/L),
    MLSSd는 설계 MLSS농도 (mg/L),
    MLSSt는 적정 운전 MLSS농도(mg/L),
    b는 0.5∼1.5 사이의 수정계수이다)).
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