KR101101843B1 - 동절기 총질소 및 총인 제거 위한 생물학적 반응조 및 그 제어 방법 - Google Patents

동절기 총질소 및 총인 제거 위한 생물학적 반응조 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

동절기 총질소 및 총인 제거 위한 생물학적 반응조 및 그 제어 방법이 개시된다.
개시되는 동절기 총질소 및 총인 제거 위한 생물학적 반응조는 하수가 수용된 생물학적 반응조 내부의 담체 내로 탄소 공급원인 혐기성 소화액이 유입되어, 상기 담체 내의 질산화균과 탈질균에 의해 상기 하수와 상기 혐기성 소화액을 이용한 질소 가스 형성이 이루어지고, 상기 질소 가스가 상기 혐기성 소화액과 함께 상기 생물학적 반응조 외부로 유출되며, 상기 생물학적 반응조 외부로 유출된 혐기성 소화액에서 상기 질소 가스가 제거된 다음, 상기 질소 가스가 제거된 혐기성 소화액이 상기 생물학적 반응조로 유입되는 것을 특징으로 한다.
개시되는 동절기 총질소 및 총인 제거 위한 생물학적 반응조 및 그 제어 방법에 의하면, 탄소를 원활하게 공급하면서도 수중의 현탁 물질, 생물학적 산소 요구량 및 화학적 산소 요구량의 증가를 억제할 수 있고, 동절기에도 하수를 처리함에 있어서 저온으로 인해 생물학적 반응이 저하되지 아니할 수 있는 장점이 있다.

Description

동절기 총질소 및 총인 제거 위한 생물학적 반응조 및 그 제어 방법{Biological reactor for removing TN and TP in winter time, and controlling method thereof}
본 발명은 동절기 총질소 및 총인 제거 위한 생물학적 반응조 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 하수의 탈질과 탈인을 위한 생물학적 처리를 위하여, 질산화균에 의하여 암모니아를 포함한 유기물 내의 질소를 질산으로 변화시키고, 다시 탈질균에 의하여 질소로 변환시켜 공기중으로 배출함으로써 하수 중의 질소를 제거하고, 이러한 질산화균과 탈질균이 그 성장의 필수 요소인 인을 섭취케 하여 인 또한 제거하는 생물학적 반응조가 이용되고 있다.
종래에는, 생물학적 반응조 내의 질산화균과 탈질균의 생장을 위하여 필수적인 하수 내의 탄소가 부족한 경우, 그 부족한 탄소를 공급하기 위하여 슬러지를 하수 내로 투입하는 방식에 의하는데, 이러한 슬러지 투입 방식에 의하면 하수 중의 현탁 물질(SS), 생물학적 산소 요구량(BOD) 및 화학적 산소 요구량(COD)이 증가하게 되므로, 탄소원으로서 직접적인 슬러지 투입으로 인해 발생하는 수중의 현탁 물질, 생물학적 산소 요구량 및 화학적 산소 요구량의 증가를 억제할 필요가 있다.
또한, 동절기에는 외부 온도가 저하되어, 질산화균과 탈질균의 생물학적 처리 능력이 저하 또는 불능화될 수 있다. 따라서, 질산화균과 탈질균 등의 미생물이 동절기에도 생장할 수 있는 수온을 유지시킬 필요가 있다.
본 발명은 하수를 생물학적으로 탈질 탈인 처리하기 위해 탄소를 원활하게 공급하면서도 수중의 현탁 물질, 생물학적 산소 요구량 및 화학적 산소 요구량의 증가를 억제할 수 있는 동절기 총질소 및 총인 제거 위한 생물학적 반응조 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 하수를 처리함에 있어서 동절기에 저온으로 인해 생물학적 반응이 저하되지 아니하도록 할 수 있는 동절기 총질소 및 총인 제거 위한 생물학적 반응조 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 동절기 총질소 및 총인 제거 위한 생물학적 반응조의 제어 방법은 하수가 수용된 생물학적 반응조 내에 수용된 담체 내로 탄소 공급원인 혐기성 소화액을 유입시켜, 상기 담체 내의 질산화균과 탈질균이 상기 하수와 상기 혐기성 소화액을 이용하여 질소 가스를 형성하고, 상기 질소 가스를 상기 혐기성 소화액과 함께 상기 생물학적 반응조에서 유출시키는 단계; 상기 생물학적 반응조에서 유출된 상기 질소 가스를 함유한 상기 혐기성 소화액을 탈질 탱크에 수용하여, 상기 질소 가스를 상기 탈질 탱크 외부로 배출시키는 단계; 상기 생물학적 반응조로 공급되기 위한 혐기성 소화액의 pH가 요구되는 pH를 유지하도록, 상기 탈질 탱크를 경유하는 혐기성 소화액의 pH를 감지하여, 감지된 pH에 따라 pH 조절 밸브를 조절하여 상기 탈질 탱크를 경유하는 혐기성 소화액과 혐기성 소화액 공급 부재로부터 새로 공급되는 혐기성 소화액의 혼합을 조절하는 단계; 상기 pH 조절 밸브를 경유하면서 pH가 조절된 혐기성 소화액을 열교환 부재로 경유시켜 승온시키는 단계; 및 상기 승온된 혐기성 소화액을 상기 생물학적 반응조로 유입시키는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따른 동절기 총질소 및 총인 제거 위한 생물학적 반응조는 하수가 수용된 생물학적 반응조 내부의 담체 내로 탄소 공급원인 혐기성 소화액이 유입되어, 상기 담체 내의 질산화균과 탈질균에 의해 상기 하수와 상기 혐기성 소화액을 이용한 질소 가스 형성이 이루어지고, 상기 질소 가스가 상기 혐기성 소화액과 함께 상기 생물학적 반응조 외부로 유출되며, 상기 생물학적 반응조 외부로 유출된 혐기성 소화액에서 상기 질소 가스가 제거된 다음, 상기 질소 가스가 제거된 혐기성 소화액이 상기 생물학적 반응조로 유입되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 동절기 총질소 및 총인 제거 위한 생물학적 반응조는 하수가 수용되고, 내부에 수용된 담체 내로 탄소 공급원인 혐기성 소화액이 유입되어, 상기 담체 내의 질산화균과 탈질균에 의해 상기 하수와 상기 혐기성 소화액을 이용한 질소 가스 형성이 이루어지고, 상기 질소 가스가 상기 혐기성 소화액과 함께 외부로 유출되는 생물학적 반응조; 상기 생물학적 반응조에서 유출된 상기 질소 가스를 함유한 상기 혐기성 소화액이 수용되어, 상기 질소 가스가 외부로 배출되는 탈질 탱크; 상기 탈질 탱크를 경유하는 혐기성 소화액의 pH를 감지하는 pH 감지 부재; 상기 탈질 탱크를 경유하는 혐기성 소화액과 별도의 새로운 혐기성 소화액이 수용되는 혐기성 소화액 공급 부재; 상기 생물학적 반응조로 공급되기 위한 혐기성 소화액의 pH가 요구되는 pH를 유지하도록, 상기 pH 감지 부재에 의해 감지된 pH에 따라 상기 탈질 탱크를 경유하는 혐기성 소화액과 상기 혐기성 소화액 공급 부재로부터 새로 공급되는 혐기성 소화액의 혼합을 조절하는 pH 조절 밸브;를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 동절기 총질소 및 총인 제거 위한 생물학적 반응조의 제어 방법은 하수가 수용된 생물학적 반응조 내에 수용된 담체 내로 탄소 공급원인 혐기성 소화액을 유입시켜, 상기 담체 내의 질산화균과 탈질균이 상기 하수와 상기 혐기성 소화액을 이용하여 질소 가스를 형성하고, 상기 질소 가스를 상기 혐기성 소화액과 함께 상기 생물학적 반응조에서 유출시키는 단계; 및 상기 생물학적 반응조 내에 구비된 워터 재킷을 통해 지열을 이용하여 상기 생물학적 반응조 내부를 승온시키는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따른 동절기 총질소 및 총인 제거 위한 생물학적 반응조 및 그 제어 방법에 의하면, 생물학적 반응조에 수용된 하수를 생물학적으로 탈질 탈인 처리하기 위해 생물학적 반응조 내에 배열된 담체 내로 탄소 공급원으로서 혐기성 소화액을 공급함에 따라, 탄소를 원활하게 공급하면서도 수중의 현탁 물질, 생물학적 산소 요구량 및 화학적 산소 요구량의 증가를 억제할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 동절기 총질소 및 총인 제거 위한 생물학적 반응조 및 그 제어 방법에 의하면, 생물학적 반응조 내에 워터 재킷이 구비되고, 워터 재킷에 지하수가 유동됨으로써, 생물학적 반응조 내의 하수가 지열에 의해 직접 15℃ 정도로 승온될 수 있고, 담체로 공급되는 혐기성 소화액은 보일러, 열교환 부재 등에 의해 가열되어 50 내지 60℃ 정도로 승온되어 담체 내부를 유동하는 혐기성 소화액은 30 내지 40℃ 정도를 유지할 수 있으며, 담체 주변에 질산화균 등 미생물이 생장 및 활동하기에 적합한 열 전도층이 형성됨으로써, 동절기에도 하수를 처리함에 있어서 저온으로 인해 생물학적 반응이 저하되지 아니할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동절기 총질소 및 총인 제거 위한 생물학적 반응조를 보이는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 적용되는 담체를 보이는 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 적용되는 담체의 일 부분에 대한 단면도.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 동절기 총질소 및 총인 제거 위한 생물학적 반응조 및 그 제어 방법에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동절기 총질소 및 총인 제거 위한 생물학적 반응조를 보이는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 적용되는 담체를 보이는 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 적용되는 담체의 일 부분에 대한 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 동절기 총질소 및 총인 제거 위한 생물학적 반응조(100)는 하수가 수용된 생물학적 반응조(110) 내부의 담체(130) 내로 탄소 공급원인 혐기성 소화액이 유입되어, 상기 담체(130) 내의 질산화균과 탈질균에 의해 상기 하수와 상기 혐기성 소화액을 이용한 질소 가스 형성이 이루어지고, 상기 질소 가스가 상기 혐기성 소화액과 함께 상기 생물학적 반응조(110) 외부로 유출되며, 상기 생물학적 반응조(110) 외부로 유출된 혐기성 소화액에서 상기 질소 가스가 제거된 다음, 상기 질소 가스가 제거된 혐기성 소화액이 상기 생물학적 반응조로 유입되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 동절기 총질소 및 총인 제거 위한 생물학적 반응조(100)는 생물학적 반응조(110)와, 워터 재킷(water jacket)(120)과, 담체(130)와, pH 조절 밸브(145)와, pH 감지 부재(146)와, 탈질 탱크(150)와, 혐기성 소화액 공급 부재(160)와, 열교환 부재(170)와, 모래층(190)과, 모래 연결 통로(195)를 포함한다.
도면 번호 10은 지표의 표피층이고, 도면 번호 11은 지중의 암반층이고, 도면 번호 12는 지하 얕은 곳에 위치하는 천층 지하수이다. 이러한 토질 구성은 물론 예시적인 것이다.
상기 생물학적 반응조(110)는 하수(50)가 수용되고, 내부에 수용된 담체(130) 내로 탄소 공급원인 혐기성 소화액이 유입되어, 상기 담체(130) 내의 질산화균과 탈질균에 의해 상기 하수와 상기 혐기성 소화액을 이용한 질소 가스 형성이 이루어지고, 상기 질소 가스가 상기 혐기성 소화액과 함께 외부로 유출되는 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 생물학적 반응조(110)는 상기 표피층(10)에 매설된 형태로 제시될 수 있다.
도면 번호 140은 상기 생물학적 반응조(110) 내의 상기 담체(130)로 탄소 공급원인 혐기성 소화액을 공급하는 혐기성 소화액 공급관이고, 도면 번호 141은 상기 담체(130)를 경유하면서 질소 가스를 머금은 혐기성 소화액을 상기 생물학적 반응조(110) 외부로 유출시키는 혐기성 소화액 유출관이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 담체(130)는 외피(131)와, 내피(133)와, 기공 형성부(136)를 포함한다.
상기 외피(131)는 스테인리스 스틸 등으로 이루어지고, 긴 관 형태를 이루며, 다수 개의 미세한 홀(132)이 형성된다.
상기 내피(133)는 상기 외피(131) 내측으로 이격되어 상기 외피(131)에 삽입되는 것으로, 스테인리스 스틸 등으로 이루어지고, 상기 외피(131)와 동일한 길이이면서 직경이 작은 긴 관 형태를 이루며, 다수 개의 미세한 홀(134)이 형성된다.
상기 기공 형성부(136)는 상기 외피(131)와 상기 내피(133) 사이에 형성되어 상기 질산화균과 상기 탈질균이 부착하여 생장할 수 있는 다수 개의 미세한 기공이 형성된 것이다.
상기 담체(130)는 토기 등의 재료인 진흙을 짚, 톱밥 등과 혼합하여 파이프 형태로 압출한 후 건조시킨 다음, 상기 내피(133)와 상기 외피(131)에 삽입될 수 있도록 각 직경에 맞게 절삭시킨 후, 상기 내피(133)와 상기 외피(131) 사이의 공간으로 삽입하고, 스테인리스 스틸의 물성이 변하지 않도록 400 내지 500℃ 정도의 낮은 온도에서 가열시켜 제조될 수 있다.
상기와 같은 방식으로 제조된 상기 담체(130) 내의 상기 기공 형성부(136)에는 진흙 속에 포함된 짚, 톱밥 등에서 발생된 가스로 의해 다양한 크기의 통기성의 기공이 형성되는데, 이러한 기공들에 상기 질산화균과 상기 탈질균이 부착하여 생장할 수 있다.
상기 외피(131)에 형성된 미세한 홀(132)은 상기 기공 형성부(136) 내의 미생물이 하수와 접촉할 수 있는 통로가 되고, 상기 내피(133)에 형성된 미세한 홀(134)은 상기 내피(133) 내부의 중앙 통로(135)를 지나가는 혐기성 소화액과 접촉할 수 있는 통로가 된다. 따라서, 탄소 공급원인 혐기성 소화액은 하수와 분리된 통로를 지나가게 된다.
상기 담체(130)는 복수 개가 수직 방향으로 세워진 형태로 상기 생물학적 반응조(110) 내에 배열되고, 그 상단이 상기 혐기성 소화액 공급관(140)과 각각 연통되고, 그 하단이 상기 혐기성 소화액 유출관(141)과 각각 연통된다.
상기 담체(130)의 내부로 혐기성 소화액을 탄소 공급원으로 공급하여, 상기 혐기성 소화액과 상기 하수의 접촉을 최대한 회피시키고, 원활한 탈질 탈인이 이루어질 수 있도록, 상기 질산화균은 산소가 용해되어 있는 하수와 직접 접촉될 수 있는 상기 외피(131) 부근에서 생장시키고, 상기 질화균은 상기 내피(133) 부근에서 생장되도록 한다.
상기와 같이 구성되면, 상기 외피(131) 부근에서 상기 질산화균에 의하여 하수 중에 함유된 암모니아를 포함한 유기물 내의 질소가 질산으로 변화되고, 상기 내피(133) 부근에서 상기 탈질균에 의하여 상기 질산이 다시 질소로 변환되어 질소 가스가 형성되고, 상기 질소 가스가 상기 중앙 통로(135)를 따라 유동되는 혐기성 소화액에 함유된 상태로 상기 생물학적 반응조(110) 외부로 배출되게 된다.
또한, 상기 질산화균과 상기 탈질균의 성장에 인이 필수 요소이어서, 상기 질산화균과 상기 탈질균이 성장하면서 상기 하수 중의 인이 제거될 수 있다.
상기 탈질 탱크(150)는 상기 생물학적 반응조(110)에서 상기 혐기성 소화액 유출관(141)을 통해 유출된 상기 질소 가스를 함유한 상기 혐기성 소화액이 내부로 수용되어, 그 상부에 형성된 외부 연통 관(151)을 통해 상기 질소 가스가 외부로 배출되는 것이다. 상기 질소 가스와 함께 상기 탈질 탱크(150)에서는 인도 제거될 수 있다.
상기 pH 감지 부재(146)는 상기 탈질 탱크(150) 내부 등에 배치되어, 상기 탈질 탱크(150)를 경유하는 혐기성 소화액의 pH를 감지하는 것이다.
도면 번호 142는 상기 탈질 탱크(150)를 경유하면서 질소 가스, 인 등이 제거된 혐기성 소화액이 상기 탈질 탱크(150)로부터 유출되는 탈질 탱크 유출관이다.
상기 혐기성 소화액 공급 부재(160)는 상기 생물학적 반응조(110)에서 유출되어 상기 탈질 탱크(150)를 경유하는 혐기성 소화액과 별도의 새로운 혐기성 소화액이 수용되는 것이다.
도면 번호 143은 상기 혐기성 소화액 공급 부재(160)로부터 새로운 혐기성 소화액이 유출되는 혐기성 소화액 공급 부재 유출관이고, 도면 번호 144는 상기 탈질 탱크 유출관(142)과 상기 혐기성 소화액 공급 부재 유출관(143)이 합지되는 합지관이다.
상기 pH 조절 밸브(145)는 예시적으로 상기 탈질 탱크 유출관(142)에 설치되어, 상기 생물학적 반응조(110)로 공급되기 위한 혐기성 소화액의 pH가 요구되는 pH를 유지하도록, 상기 pH 감지 부재(146)에 의해 감지된 pH에 따라 상기 탈질 탱크(150)를 경유하는 혐기성 소화액과 상기 혐기성 소화액 공급 부재(160)로부터 새로 공급되는 혐기성 소화액의 혼합을 조절하는 것이다.
상기 pH 감지 부재(146), 상기 pH 조절 밸브(145) 등에 의해 상기 생물학적 반응조(110)로 공급되는 혐기성 소화액의 pH가 상기 질산화균, 상기 탈질균 등의 생장에 적합하도록 요구되는 pH, 예를 들어 7.5 내지 8.0 범위 내에서 유지될 수 있다.
상기 탈질 탱크(150)를 경유하는 혐기성 소화액의 pH가 7.0이하일 경우, 그러한 혐기성 소화액이 상기 생물학적 반응조(110)로 유입되면, 상기 생물학적 반응조(110)에서 탈질화가 제대로 이루어질 수 없게 되어, 과잉 질산화 현상이 발생될 수 있으므로, 이러한 경우 상기 pH 조절 밸브(145)를 일정 정도 닫아서 상기 탈질 탱크(150)를 경유하는 혐기성 소화액의 반송량을 줄여서 pH를 7.5 내지 8.0 사이로 유지시킬 수 있다.
상기 열교환 부재(170)는 상기 합지관(144)을 따라 유동되는 pH 조절이 이루어진 혐기성 소화액이 경유되면서 승온되는 것이다. 이러한 승온이 가능하도록, 상기 열교환 부재(170)는 자체적으로 발열되는 방식에 의할 수도 있고, 도 1에 도시된 바와 같이, 별도의 보일러(175)에서 데워져서 상기 열교환 부재(170)를 경유하는 순환 관(176, 177)을 따라 순환하는 순환액과 상기 혐기성 소화액이 열교환되도록 하는 방식에 의할 수도 있다.
상기 보일러(175)는 혐기성 소화조에서 나오는 메탄올 등을 연료로 하여 상기 순환액을 가열함으로써, 상기 열교환 부재(170)를 경유하는 혐기성 소화액이 50 내지 60℃ 정도로 승온되도록 한다.
상기와 같이 pH가 조절되고 승온된 혐기성 소화액이 상기 혐기성 소화액 공급관(140)을 통해 상기 생물학적 반응조(110) 내의 상기 담체(130)로 공급된다.
상기와 같이, 상기 생물학적 반응조(110)에 수용된 하수를 생물학적으로 탈질 탈인 처리하기 위해 상기 생물학적 반응조(110) 내에 배열된 상기 담체(130) 내로 탄소 공급원으로서 혐기성 소화액을 공급함에 따라, 탄소를 원활하게 공급하면서도 수중의 현탁 물질, 생물학적 산소 요구량 및 화학적 산소 요구량의 증가를 억제할 수 있다.
상기 워터 재킷(120)은 지열을 이용하여 상기 생물학적 반응조(110) 내부가 승온되도록, 상기 생물학적 반응조(110) 내에 구비되고, 지하수가 유입되는 것이다. 상기 워커 재킷(120)은 상기 생물학적 반응조(110)의 내벽 전체를 덮도록 배치되어, 내부에 지하수가 유동됨으로써, 지하수의 지열에 의해 상기 하수(50)가 승온될 수 있도록 한다.
도면 번호 121은 상기 천층 지하수(12)를 상기 워터 재킷(120)으로 유입시키는 지하수 공급관이고, 도면 번호 122는 상기 지하수 공급관(121)을 따라 지하수가 상승될 수 있도록 하는 지하수 공급 펌프이다.
상기와 같이, 상기 생물학적 반응조(110) 내에 상기 워터 재킷(120)이 구비되고, 상기 워터 재킷(120)에 지하수가 유동됨으로써, 상기 생물학적 반응조(110) 내의 하수가 지열에 의해 직접 15℃ 정도로 승온될 수 있고, 상기 담체(130)로 공급되는 혐기성 소화액은 상기 보일러(175), 상기 열교환 부재(170) 등에 의해 가열되어 50 내지 60℃ 정도로 승온되어 상기 담체(130) 내부를 유동하는 혐기성 소화액은 30 내지 40℃ 정도를 유지할 수 있으며, 상기 담체(130) 주변에 상기 질산화균 등 미생물이 생장 및 활동하기에 적합한 열 전도층이 형성됨으로써, 동절기에도 하수를 처리함에 있어서 저온으로 인해 생물학적 반응이 저하되지 아니할 수 있다.
도면 번호 123은 상기 워터 재킷(120)을 경유하면서 하수와 열교환된 지하수를 유출시키는 지하수 유출관이고, 도면 번호 180은 상기 지하수 유출관(123)을 통해 유출되는 지하수가 저장되는 지하수 저장 탱크이고, 도면 번호 181은 상기 지하수 저장 탱크(180)에 저장된 지하수 이용이 요구되는 경우 지하수가 유출될 수 있는 지하수 외부 공급관이고, 도면 번호 182는 상기 지하수 저장 탱크(180)의 하부를 구성하고 상기 지하수 저장 탱크(180)에 저장된 지하수가 서서히 유출될 수 있도록 하는 자갈 등으로 이루어진 투수 베이스이다.
상기 모래층(190)은 상기 생물학적 반응조(110) 바닥 하측에 형성되는 것으로, 모래를 인공적으로 깔아 놓은 것이다. 상기 모래층(190)에는 상기 워터 재킷(120)을 경유한 지하수가 유입되어 스며들면서 저장된다.
상기 모래 연결 통로(195)는 상기 모래층(190)과 상기 천층 지하수(12)를 연통시키고 내부에 모래가 채워지는 것이다. 상기 모래 연결 통로(195)는 상기 모래층(190)을 깔기 전에 상기 천층 지하수(12)까지 천공된 후 모래가 채워지는 방식에 의해 형성될 수 있다. 상기 모래 연결 통로(195)는 복수 개 형성될 수 있다.
상기 모래층(190)과 상기 모래 연결 통로(195)에는 순수한 모래 외에도 자갈 등이 포함될 수 있다.
상기와 같이, 상기 모래층(190)과 상기 모래 연결 통로(195)가 구비됨에 따라, 상기 워터 재킷(120)을 경유한 지하수가 상기 모래층(190)으로 유입되어 저장된 다음, 상기 모래층(190)에 저장된 지하수가 상기 모래 연결 통로(195)를 통해 상기 천층 지하수(12)로 전달될 수 있어서, 상기 워터 재킷(120)에서 상기 모래층(190)으로의 지하수 유입 속도에 비해 상대적으로 느린 속도로 상기 천층 지하수(12)로 상기 모래층(190)의 지하수가 스며들도록 하여 지하수가 순환되면서 사용되도록 할 수 있다.
일반적으로 상기 동절기 총질소 및 총인 제거 위한 생물학적 반응조(100)가 적용될 수 있는 하수 처리장은 강변 등에 위치하여 사용된 지하수를 강에 방류 시에는, 천층 지하수의 수면이 지속적으로 낮아지게 되어, 하수 처리장의 지반이 부동 침하될 수 있는데, 본 실시예에서는 사용된 지하수를 천층 지하수로 되돌림으로써 그러한 부동 침하를 방지할 수 있다.
도면 번호 202는 상기 생물학적 반응조(110) 내의 용존 산소량을 감지하는 산소 감지 부재이고, 도면 번호 200은 상기 산소 감지 부재(202)에 의해 감지된 용존 산소량이 요구되는 용존 산소량 미만인 경우, 상기 생물학적 반응조(110) 내로 공기를 공급하는 에어 블로워이고, 도면 번호 201은 상기 에어 블로워(200)를 통해 불어오는 공기를 상기 생물학적 반응조(110) 내의 하수(50)로 공급하는 공기 공급관이다.
상기 산소 감지 부재(202)에 의해 감지되는 하수의 용존 산소량이 0.4㎎/L이하이면, 상기 에어 블로워(200)가 가동되고, 용존 산소량이 0.6㎎/L에 도달되면 상기 에어 블로워(200)가 작동 중지되어, 하수 내의 용존 산소량이 0.5㎎/L 정도를 유지할 수 있다. 이 때, 기포가 부상할 수 있는데, 이러한 부상하는 기포는 상기 생물학적 반응조(110)에 형성되는 기포 수집관(미도시)을 통하여 슬러지 분리조(미도시)로 유입되어, 상기 슬러지 분리조에서 물과 슬러지의 분리가 이루어진 다음, 물은 다시 상기 생물학적 반응조(110)로 반송되고, 슬러지는 압착되어 외부로 반출될 수 있다.
이하에서는, 상기 생물학적 반응조(110)를 이용한 생물학적 하수 처리 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 하수가 수용된 상기 생물학적 반응조(110) 내에 수용된 상기 담체(130) 내로 탄소 공급원인 혐기성 소화액을 유입시켜, 상기 담체(130) 내의 질산화균과 탈질균이 상기 하수와 상기 혐기성 소화액을 이용하여 질소 가스를 형성하고, 상기 질소 가스를 상기 혐기성 소화액과 함께 상기 생물학적 반응조(110)에서 유출시키는 단계를 거친다.
그런 다음, 상기 생물학적 반응조(110)에서 유출된 상기 질소 가스를 함유한 상기 혐기성 소화액을 상기 탈질 탱크(150)에 수용하여, 상기 질소 가스를 상기 탈질 탱크(150) 외부로 배출시키는 단계를 거친다.
그 후, 상기 생물학적 반응조(110)로 공급되기 위한 혐기성 소화액의 pH가 요구되는 pH를 유지하도록, 상기 탈질 탱크(150)를 경유하는 혐기성 소화액의 pH를 감지하여, 감지된 pH에 따라 상기 pH 조절 밸브(145)를 조절하여 상기 탈질 탱크(150)를 경유하는 혐기성 소화액과 상기 혐기성 소화액 공급 부재(160)로부터 새로 공급되는 혐기성 소화액의 혼합을 조절하는 단계를 거친다.
그런 다음, 상기 pH 조절 밸브(145)를 경유하면서 pH가 조절된 혐기성 소화액을 상기 열교환 부재(170)로 경유시켜 승온시키는 단계를 거친다.
상기와 같이 승온된 혐기성 소화액을 상기 생물학적 반응조(110)로 유입시키는 단계를 거침으로써, 상기 생물학적 반응조(110)를 이용한 생물학적 하수 처리 방법이 수행될 수 있다.
이하에서는, 상기 동절기 총질소 및 총인 제거 위한 생물학적 반응조(100)의 제어 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 하수가 수용된 상기 생물학적 반응조(110) 내에 수용된 상기 담체(130) 내로 탄소 공급원인 혐기성 소화액을 유입시켜, 상기 담체(130) 내의 질산화균과 탈질균이 상기 하수와 상기 혐기성 소화액을 이용하여 질소 가스를 형성하고, 상기 질소 가스를 상기 혐기성 소화액과 함께 상기 생물학적 반응조에서 유출시키는 단계를 거친다.
이러한 과정 중에, 상기 생물학적 반응조(110) 내에 구비된 상기 워터 재킷(120)을 통해 순환하는 지하수의 지열을 이용하여 상기 생물학적 반응조(110) 내부를 승온시키는 단계를 거침으로써, 상기 동절기 총질소 및 총인 제거 위한 생물학적 반응조(100)의 동절기 운전 방법이 수행될 수 있다.
물론, 상기 동절기 총질소 및 총인 제거 위한 생물학적 반응조(100)의 동절기 운전 방법에는 상기 보일러(175), 상기 열교환 부재(170) 등에 의한 혐기성 소화액의 승온이 포함될 수 있다.
상기에서 본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 알 수 있을 것이다. 그렇지만 이러한 수정 및 변형 구조들은 모두 본 발명의 권리범위 내에 포함되는 것임을 분명하게 밝혀두고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 동절기 총질소 및 총인 제거 위한 생물학적 반응조 및 그 제어 방법에 의하면, 하수를 생물학적으로 탈질 탈인 처리하기 위해 탄소를 원활하게 공급하면서도 수중의 현탁 물질, 생물학적 산소 요구량 및 화학적 산소 요구량의 증가를 억제할 수 있고, 하수를 처리함에 있어서 동절기에 저온으로 인해 생물학적 반응이 저하되지 아니하도록 할 수 있으므로, 그 산업상 이용 가능성이 높다고 하겠다.

Claims (9)

  1. 하수가 수용된 생물학적 반응조 내에 수용된 담체 내로 탄소 공급원인 혐기성 소화액을 유입시켜, 상기 담체 내의 질산화균과 탈질균이 상기 하수와 상기 혐기성 소화액을 이용하여 질소 가스를 형성하고, 상기 질소 가스를 상기 혐기성 소화액과 함께 상기 생물학적 반응조에서 유출시키는 단계;
    상기 생물학적 반응조에서 유출된 상기 질소 가스를 함유한 상기 혐기성 소화액을 탈질 탱크에 수용하여, 상기 질소 가스를 상기 탈질 탱크 외부로 배출시키는 단계;
    상기 생물학적 반응조로 공급되기 위한 혐기성 소화액의 pH가 요구되는 pH를 유지하도록, 상기 탈질 탱크를 경유하는 혐기성 소화액의 pH를 감지하여, 감지된 pH에 따라 pH 조절 밸브를 조절하여 상기 탈질 탱크를 경유하는 혐기성 소화액과 혐기성 소화액 공급 부재로부터 새로 공급되는 혐기성 소화액의 혼합을 조절하는 단계;
    상기 pH 조절 밸브를 경유하면서 pH가 조절된 혐기성 소화액을 열교환 부재로 경유시켜 승온시키는 단계; 및
    상기 승온된 혐기성 소화액을 상기 생물학적 반응조로 유입시키는 단계;를 포함하는 동절기 총질소 및 총인 제거 위한 생물학적 반응조의 제어 방법.
  2. 하수가 수용된 생물학적 반응조 내부의 담체 내로 탄소 공급원인 혐기성 소화액이 유입되어, 상기 담체 내의 질산화균과 탈질균에 의해 상기 하수와 상기 혐기성 소화액을 이용한 질소 가스 형성이 이루어지고, 상기 질소 가스가 상기 혐기성 소화액과 함께 상기 생물학적 반응조 외부로 유출되며, 상기 생물학적 반응조 외부로 유출된 혐기성 소화액에서 상기 질소 가스가 제거된 다음, 상기 질소 가스가 제거된 혐기성 소화액이 상기 생물학적 반응조로 유입되는 것을 특징으로 하는 동절기 총질소 및 총인 제거 위한 생물학적 반응조.
  3. 하수가 수용되고, 내부에 수용된 담체 내로 탄소 공급원인 혐기성 소화액이 유입되어, 상기 담체 내의 질산화균과 탈질균에 의해 상기 하수와 상기 혐기성 소화액을 이용한 질소 가스 형성이 이루어지고, 상기 질소 가스가 상기 혐기성 소화액과 함께 외부로 유출되는 생물학적 반응조;
    상기 생물학적 반응조에서 유출된 상기 질소 가스를 함유한 상기 혐기성 소화액이 수용되어, 상기 질소 가스가 외부로 배출되는 탈질 탱크;
    상기 탈질 탱크를 경유하는 혐기성 소화액의 pH를 감지하는 pH 감지 부재;
    상기 탈질 탱크를 경유하는 혐기성 소화액과 별도의 새로운 혐기성 소화액이 수용되는 혐기성 소화액 공급 부재;
    상기 생물학적 반응조로 공급되기 위한 혐기성 소화액의 pH가 요구되는 pH를 유지하도록, 상기 pH 감지 부재에 의해 감지된 pH에 따라 상기 탈질 탱크를 경유하는 혐기성 소화액과 상기 혐기성 소화액 공급 부재로부터 새로 공급되는 혐기성 소화액의 혼합을 조절하는 pH 조절 밸브;를 포함하는 동절기 총질소 및 총인 제거 위한 생물학적 반응조.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 담체는
    외피와,
    상기 외피 내측으로 이격되어 삽입되는 내피와,
    상기 외피와 상기 내피 사이에 형성되어 상기 질산화균과 상기 탈질균이 생장할 수 있는 미세한 기공을 가지는 기공 형성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 동절기 총질소 및 총인 제거 위한 생물학적 반응조.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 동절기 총질소 및 총인 제거 위한 생물학적 반응조는 상기 pH 조절 밸브를 경유하면서 pH가 조절된 혐기성 소화액이 경유되면서 승온되는 열교환 부재;를 포함하고,
    상기 열교환 부재를 경유하면서 승온된 혐기성 소화액이 상기 생물학적 반응조로 유입되는 것을 특징으로 하는 동절기 총질소 및 총인 제거 위한 생물학적 반응조.
  6. 제 3 항에 있어서,
    지열을 이용하여 상기 생물학적 반응조 내부가 승온되도록, 상기 생물학적 반응조 내에 구비되고, 지하수가 유입되는 워터 재킷(water jacket);을 포함하는 동절기 총질소 및 총인 제거 위한 생물학적 반응조.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 동절기 총질소 및 총인 제거 위한 생물학적 반응조는
    상기 생물학적 반응조 바닥 하측에 형성되는 모래층; 및
    상기 모래층과 천층 지하수를 연통시키고 내부에 모래가 채워지는 모래 연결 통로;를 포함하고,
    상기 워터 재킷을 경유한 지하수가 상기 모래층으로 유입되어 저장된 다음, 상기 모래층에 저장된 지하수가 상기 모래 연결 통로를 통해 상기 워터 재킷에서 상기 모래층으로의 지하수 유입 속도에 비해 상대적으로 느린 속도로 상기 천층 지하수로 스며들도록 하여 지하수를 순환시키는 것을 특징으로 하는 동절기 총질소 및 총인 제거 위한 생물학적 반응조.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 생물학적 반응조 내의 용존 산소량을 감지하는 산소 감지 부재; 및
    상기 산소 감지 부재에 의해 감지된 용존 산소량이 요구되는 용존 산소량 미만인 경우, 상기 생물학적 반응조 내로 공기를 공급하는 에어 블로워;를 포함하는 동절기 총질소 및 총인 제거 위한 생물학적 반응조.
  9. 하수가 수용된 생물학적 반응조 내에 수용된 담체 내로 탄소 공급원인 혐기성 소화액을 유입시켜, 상기 담체 내의 질산화균과 탈질균이 상기 하수와 상기 혐기성 소화액을 이용하여 질소 가스를 형성하고, 상기 질소 가스를 상기 혐기성 소화액과 함께 상기 생물학적 반응조에서 유출시키는 단계; 및
    상기 생물학적 반응조 내에 구비된 워터 재킷을 통해 지열을 이용하여 상기 생물학적 반응조 내부를 승온시키는 단계;를 포함하는 동절기 총질소 및 총인 제거 위한 생물학적 반응조의 제어 방법.
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