KR101272273B1 - 슬러지 계면 관리 수처리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하수가 침사지, 최초 침전지, 포기조, 최종 침전지를 순차적으로 거쳐 방류수가 방류 펌프장으로 배출되는 슬러지 계면 관리 수처리 시스템에 있어서, 상기 최종 침전지에 배치되어 슬러지의 계면 높이를 측정하는 계면측정기와, 상기 최종 침전지의 슬러지를 배출하는 인발 펌프, 및 상기 계면측정기에서 측정된 슬러지 계면값을 수신하여 미리 저장된 설정 계면값으로 유지되도록 상기 인발 펌프를 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 설정 계면값은 상기 최종 침전지의 슬러지가 혐기화되는 슬러지 계면보다 낮은 계면값으로 설정되는 슬러지 계면 관리 수처리 시스템을 개시한다.

Description

슬러지 계면 관리 수처리 시스템{WATER PURIFING SYSTEM FOR MANAGEMENT OF SLUDGE BLANKET LEVEL}

본 발명은 슬러지 계면 관리 수처리 시스템에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 방류수의 총인(TP) 농도를 낮추어 일정하게 유지할 수 있는 슬러지 계면 관리 수처리 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 각종 하수는 많은 오염 물질이 함유되어 있어 이를 제거하는 방법이 요구되고 있다. 최근에는 하수종말처리장에서 최종적으로 배출되는 방류수의 인 또는 질소의 배출기준이 더욱 엄격해져 가는 실정이다.

따라서, 각 하수종말처리장에는 최종 방류수에 포함된 인을 제거하기 위한 총인처리시설(고도처리)이 설치되어 방류수의 인을 제거하고 있으나, 이러한 총인처리시설은 설치 비용 및 설치 부지를 많이 차지하며 방류수의 인을 제거하기 위하여 막대한 응집약품비용이 소모되는 문제가 있다.

더욱이, 방류수의 총인(TP) 농도는 항상 일정한 것이 아니라 하수의 유입량, 유입 총인(TP) 농도 등과 같은 다양한 변수에 따라 항상 변화하기 때문에, 응집약품의 사용량을 정확하게 조절할 수가 없어 응집약품비용이 더욱 증가하는 문제가 있다.

최근에는 응집약품비용을 절감하기 위하여 한국공개특허 제2001-0067850호에서 다공성 세라믹 흡착제를 사용한 발명을 개시하고 있으나, 이러한 기술은 방류수의 총인(TP) 농도를 일정하게 유지할 수 없어 근본적인 해결책이 될 수 없다.

현재로서는 방류수의 총인(TP)농도를 낮추어 일정하게 유지하여 응집약품의 사용량을 획기적으로 감소시킬만한 기술이 개시되어 있지 않다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 최종 침전지의 슬러지 계면을 일정하게 유지함으로써 방류수의 총인(TP) 농도를 낮추어 일정하게 유지할 수 있는 슬러지 계면 관리 수처리 시스템을 제공한다.

본 발명의 일 특징에 따른 슬러지 계면 관리 수처리 시스템은, 하수가 침사지, 최초 침전지, 포기조, 최종 침전지를 순차적으로 거쳐 방류수가 방류 펌프장으로 배출되는 슬러지 계면 관리 수처리 시스템에 있어서, 상기 최종 침전지에 배치되어 슬러지의 계면 높이를 측정하는 계면측정기; 상기 최종 침전지의 슬러지를 배출하는 인발 펌프; 및 상기 계면측정기에서 측정된 슬러지 계면값을 수신하여 미리 저장된 설정 계면값으로 유지되도록 상기 인발 펌프를 제어하는 제어부;를 포함한다.

이때, 상기 설정 계면값은 상기 최종 침전지의 슬러지가 혐기화되는 슬러지 계면보다 낮은 계면값으로 설정될 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 특징에 따른 슬러지 계면 관리 수처리 시스템은, 상기 침사지와 최초 침전지 사이에 배치되어 하수의 유입량을 측정하는 하수량 측정기를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 하수량 측정기로부터 수신된 하수 유입량이 증가 또는 감소된 경우에도 상기 계면측정기로부터 수신된 슬러지 계면값이 소정 기간 동안 변화가 없는 경우 오작동으로 판단한다.

본 발명에 따르면, 최종 침전지의 슬러지 계면이 최적으로 조절되어 방류수의 총인(TP) 농도를 낮추고 일정하게 유지할 수 있다.

또한, 방류수의 총인(TP) 농도가 일정하게 유지되므로 안정적인 약품주입이 가능하고, 응집약품투입에 따라 소모되는 알카리 약품비용까지 절감되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하수처리 장치의 구성도이고,
도 2는 최종 침전지의 슬러지량에 따른 방류수의 총인(TP) 농도를 측정한 그래프이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 슬러지 계면을 관리하기 위한 구성의 블록도이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 계면측정기가 최종 침전지에 배치된 상태를 보여주는 개략도이고,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 계면측정기의 부분분해 사시도이고,
도 6은 본 발명의 실싱예에 따른 계면측정기의 부분 단면도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한 본 발명에서 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다.

이제 본 발명에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명하고, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 수처리 시스템에 대해 개략적으로 설명한다. 각 가정에서 배출되는 생활하수, 각종 찌꺼기와 공장에서 배출되는 산업 폐수 및 빗물, 빗물과 함께 이송되는 흙, 모래, 자갈 등이 하수구를 통하여 하수종말처리장의 침사지(10)로 유입된다.

이후 침전물과 고형물이 제거된 하수는 유입펌프(30)를 통해 최초 침전지(40)로 펌핑된다. 이때 최초침전지에서 침전된 침전물을 생슬러지라고 하며, 상기 생슬러지는 혼합저류조에서 농축된 잉여슬러지와 혼합되어 소화된다.

포기조(50)는 최초 침전지(40)에서 유입된 하수에 공기를 공급하여 호기성 미생물을 빠르게 증식시키고, 증식된 미생물의 대사작용에 의해 하수에 포함된 유기물질을 산화, 분해시켜 미세한 오염물질 및 악취가 제거되도록 구성된다.

최종 침전지(60)는 포기조(50)에서 형성된 슬러지 덩어리(포기조 혼합액)가 유입되어 중력침전을 통해 2차 침전 처리된다. 이때, 최종 침전지(60)에서 침전된 슬러지 중에서 일부는 잉여슬러지라고 하여 슬러지 처리공정으로 이송되어 처리되고, 일부는 포기조(50) 전단으로 반송되어 포기조(50) 내의 미생물량을 보충한다.

그리고, 최종 침전지(60)의 2차 처리수는 여과시설(도시되지 않음)을 거치거나 그대로 방류펌프장(90)으로 이동하여 방류된다.(이하 "방류수"라 함)

이때, 도 2와 같이 약품 투입한 포기조액에 30분 침전하고 슬러지량 조건 설정으로 4시간 경과한 뒤에 방류수의 총인(TP)를 측정하여 실험한 결과, 슬러지량이 200㎖이하인 경우에는 총인(TP)값에 큰 차이가 없다가 슬러지량이 300㎖을 초과하면서부터 총인(TP)값이 크게 증가하는 것을 알 수 있다.

이러한 결과는, 최종 침전지(60)의 슬러지 계면값이 일정 높이 이상으로 높아지거나 슬러지의 체류 시간이 증가하는 경우, 호기성균에 의한 급격한 산소 소비로 슬러지가 혐기화되어 인(P)방출이 촉진되기 때문에 방류 펌프장(90)으로 이동하는 방류수의 총인(Total Phosphorus, 이하 "TP"라 함)의 농도값이 증가하는 것으로 판단되며, 따라서 슬러지의 인(P)방출이 촉진되는 경우에는 방류수의 TP값이 큰 폭으로 변화하게 됨을 알 수 있다.

이러한 결과로부터, 최종 침전지(60)의 슬러지가 혐기화되어 인(P)을 방출하기 전에 잉여 슬러지로 인발하여 슬러지 계면을 낮추면 방류수의 TP 농도를 일정하게 유지하면서도 TP 농도를 감소시킬 수 있음을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 도 3과 같이, 최종 침전지(60)에 배치되어 슬러지 높이를 측정하는 계면측정기(70)와, 최종 침전지(60)의 슬러지를 배출하는 인발 펌프(61), 및 계면측정기(70)에서 측정된 슬러지 계면값을 수신하여 미리 저장된 설정 계면값을 유지하도록 인발 펌프(61)를 제어하는 제어부(100)를 포함하여 최종 침전지(60)의 슬러지 계면값을 일정하게 조절한다.

계면측정기(70)는 최종 침전지(60)의 내부에 배치되어 슬러지의 계면값을 실시간으로 측정하는 장치로서, 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.

제어부(100)는 계면측정기(70)로부터 최종 침전지(60)의 슬러지 계면값 정보를 수신하여 미리 저장된 설정 계면값과 일치되도록 인발 펌프(61)를 제어한다.

예를 들면, 설정 계면값이 1m이고 계면측정기(70)에 의해 측정된 계면값이 1.2m인 경우에 제어부(100)는 인발 펌프(61)의 가동률을 증가시켜 최종 침전지(60)에서 슬러지를 신속하게 배출시킴으로써 슬러지 계면값을 설정 계면값으로 유지시키는 것이다.

이러한 구성에 의하여, 최종 침전지(60)의 슬러지가 인(P) 방출이 촉진되기 전에 인발되고 일정한 두께로 유지되므로 방류수의 TP값은 일정하게 유지된다.

이때, 설정 계면값은 최총 침전지의 슬러지가 혐기화되어 급격하게 인(P)을 방출하기 시작하는 슬러지 계면 두께로 정해질 수 있다. 예를 들면, 최종 침전지(60)의 슬러지 계면값이 1m를 초과하는 시점부터 슬러지가 급격하게 혐기화되는 경우에는 설정 계면값을 1m로 설정할 수 있는 것이다.

슬러지가 급격하게 혐기화되는 슬러지 계면 두께는 인방출확인 실험을 통해 확인할 수 있다. 따라서, 설정 계면값은 각 하수종말처리장의 최종 침전지 용적, 하수 유입량 등을 고려해질 수 있다.

그러나, 슬러지 계면값은 반드시 이러한 조건에 의해 정해지는 것은 아니고 수온, MLSS 농도 등 하수처리 장치의 가동 조건을 고려하여 정해질 수도 있다. 예를 들면, 동절기에 질산화 유도 목적으로 고농도의 MLSS(포기조 내의 미생물량)를 유지하는 경우 슬러지의 침전량이 증가하므로, 최종 침전지(60)의 담수량을 높이기 위해 설정 계면값을 더 낮게 설정하여 인발량을 증가시킬 수도 있는 것이다. 이때 MLSS의 농도를 측정하기 위하여 MLSS 측정기(41)를 더 구비할 수 있다.

또한, 제어부(100)는 침사지(10)와 최초 침전지(40) 사이에 배치된 하수량 측정기(20)로부터 유입되는 하수량 정보를 실시간으로 수신하고 그에 따라 계면측정기(70)의 오작동 여부를 판단할 수 있다.

슬러지는 점성이 높은 이물질이 다수 포함되어 있기 때문에, 계면측정기(70)의 측정센서에 이물질이 부착된 경우 정확한 계면측정값이 센싱되지 않으므로 계면측정기의 오작동 여부를 정확히 판단하는 것이 중요하다.

구체적으로는, 하수량 측정기(20)로부터 수신된 하수 유입량이 증가 또는 감소된 경우에 상기 계면측정기(70)로부터 수신된 슬러지 계면값이 소정 기간 동안 변화가 없는 경우 계면측정기(70)가 오작동하는 것으로 판단한다.

일반적으로 하수 유입량이 증가하면 상대적으로 최종 침전지(60)의 슬러지양은 증가하게 되므로, 계면측정기(70)의 측정값에 일정 기간 이상 변화가 없다면 계면측정기(70)가 오작동을 일으킨 것으로 판단할 수 있다.

예를 들면, 유입된 하수량은 계속 증가하고 있는데 계면측정기(70)에서 측정된 계면값의 24시간 변화폭이 5%이하의 소폭으로 변동하고 있거나, 반대로 전시간대의 변화폭이 30%이상의 큰 폭으로 변화하는 경우에는 계면측정기(70)의 오작동으로 판단할 수 있다.

다만, 하수량 측정기(20)는 최종 침전지(60) 전단에서 측정되므로 유입된 하수가 실제 최종 침전지(60)까지 유입되는데 까지는 소정 시간이 소요하므로 그 시간을 고려하여 오작동 여부를 판단한다.

계면측정기(70)의 오작동을 감지한 경우, 제어부(100)는 계면측정기(70)의 오작동 경고문구를 디스플레이(도시되지 않음)하고, 하수 평균 유입량을 기준으로 인발 펌프(61)를 제어한다.

일반적으로 하수종말처리장으로 유입되는 하수는 시간대별로 하수의 사용량이 증감하므로, 이 중 하수 평균 유입량보다 하수가 많이 유입되는 시간대에는 그에 비례하여 인발 펌프(61)의 가동률을 높임으로써 전체적인 슬러지 계면값을 일정하게 유지할 수 있다. 하수 평균 유입량은 각 하수종말처리장의 하수 유입량 누적 데이터의 평균값으로 정할 수 있다.

또한, 제어부(100)는 최종 침전지(60)와 방류 펌프장(90) 사이에 배치된 수질 TMS-TP 계측기(80)로부터 방류수의 TP값을 소정 간격으로 수신한다. 측정된 방류수의 TP값이 설정 TP값의 80%를 초과하는 경우에는 인발 펌프(61)의 가동률을 더욱 높임으로써 방류수의 TP값을 설정된 TP값의 80% 이하로 낮추도록 제어한다. 이때, 본 발명에서는 예시적으로 설정 TP값의 80%로 설명하였으나, 이는 처리장의 기준에 맞게 조절될 수 있다.

일반적으로 하수종말처리장은 방류수의 수질기준이 정해져 있고, 그 중에서 TP 허용치에 대한 기준이 엄격하게 정해져 있으므로 설정 TP값은 각 하수종말처리장의 방류수 TP 허용치로 정해질 수 있다.

이와 같이, 긴급 상황시 제어부(100)가 하수 유입량과 방류수의 TP값에 의해 최종 침전지(60)의 슬러지 계면을 조절하므로, 계면계측기가 오작동을 일으킨 경우에도 최종 침전지(60)의 슬러지 계면을 상대적으로 일정하게 유지할 수 있고, 방류수의 TP값이 허용치를 넘지 않도록 조절할 수 있다.

이후, 계면측정기(70)의 점검에 의해 오작동이 해소된 경우 다시 계면측정기(70)에 의해 최종 침전지(60)의 슬러지 계면을 조절할 수 있다.

도 4를 참조할 때, 본 발명에 따른 계면측정기(70)는 소정 길이로 형성되어 최종 침전지(60)에 배치되는 제1지지체(72)와 제2지지체(71)가 형성되고, 제1지지체(72)에는 최종 침전지(60)의 슬러지(S)의 계면을 측정하는 센서(74)가 길이방향(슬러지의 두께 방향)을 따라 복수 개 배치되고, 제2지지체(71)에는 각각의 센서(74)와 대응되는 위치에 초음파 진동자(73)가 부착된다.

제1지지체(72)의 길이방향을 따라 배치된 복수 개의 센서(74)에 현재 최종 침전지(60)의 슬러지 계면을 측정하고 측정된 계면값을 제어부(100)에 소정 간격으로 송신한다.

이러한 센서(74)는 도 5와 같이, 발광 센서(74a)와 발출된 광을 수신하는 수광 센서(74b)로 구성되고 서로 마주보도록 배치되어 광의 투과 정도를 검출하여 슬러지의 계면을 측정할 수 있다.

제2지지체(71)에 부착된 초음파 진동자(73)는 센서(74a)(74b)를 향해 초음파를 발생시켜 센서(74a)(74b)의 주위에 부착된 이물질을 진동에 의해 제거하는 역할을 수행한다.

도 6을 참조할 때, 제1지지체(72)는 "Σ" 형상으로 형성되어 초음파 진동자(73)로부터 부여된 진동이 반사되어 발광센서(74)와 수광센서(74)에 각각 초음파가 부여될 수 있도록 구성될 수 있다.

20: 하수량 측정기 60: 최종 침전지
61: 인발 펌프 70: 계면측정기
80: TP 계측기 100: 제어부

Claims (6)

1. 하수가 침사지, 최초 침전지, 포기조, 최종 침전지를 순차적으로 거쳐 방류수가 방류 펌프장으로 배출되는 슬러지 계면 관리 수처리 시스템에 있어서,
   상기 최종 침전지에 배치되어 슬러지의 계면 높이를 측정하는 계면측정기;
   상기 최종 침전지의 슬러지를 배출하는 인발 펌프;
   상기 계면측정기에서 측정된 슬러지 계면값을 수신하여 미리 저장된 설정 계면값으로 유지되도록 상기 인발 펌프를 제어하는 제어부; 및
   상기 침사지와 최초 침전지 사이에 배치되어 하수의 유입량을 측정하는 하수량 측정기를 포함하되,
   상기 설정 계면값은 상기 최종 침전지의 슬러지가 혐기화되는 슬러지 계면보다 낮은 계면값으로 설정되고,
   상기 제어부는 상기 하수량 측정기로부터 수신된 하수 유입량이 증가 또는 감소된 경우에도 상기 계면측정기로부터 수신된 슬러지 계면값이 소정 기간 동안 변화가 없는 경우 오작동으로 판단하고, 상기 하수량 측정기로부터 수신된 하수 유입량을 미리 설정된 하수 평균 유입량과 비교하여 초과된 하수 유입량에 비례하여 인발 펌프를 제어하며,
   상기 계면측정기는 발광 센서와 수광 센서가 서로 마주보고 복수 개 부착된 제1지지체와, 상기 제1지지체를 향해 초음파를 발생시켜 이물질을 제거하는 초음파 진동자가 부착된 제2지지체를 포함하고,
   상기 제1지지체는 "Σ" 형상으로 형성되어 상기 초음파 진동자로부터 생성된 초음파 진동이 상기 발광 센서와 수광 센서에 각각 부여되어 상기 발광 센서와 수광 센서에 부착된 이물질이 제거되는 슬러지 계면 관리 수처리 시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 최종 침전지와 방류 펌프장 사이에 상기 방류수의 TP를 측정하는 TP 계측기를 더 포함하는 슬러지 계면 관리 수처리 시스템.
5. 제4항에 있어서, 상기 제어부는 상기 TP 계측기에 의해 수신된 방류수의 TP값이 미리 저장된 설정 TP값의 80%를 초과하는 경우, 상기 인발 펌프의 가동률을 증가시켜 방류수의 TP값을 미리 저장된 설정 TP값의 80%로 유지시키는 슬러지 계면 관리 수처리 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 설정 계면값은 최종 침전지의 면적, 수온, 유입량, MLSS 농도 중 어느 하나 이상의 인자에 따라 결정되는 슬러지 계면 관리 수처리 시스템.

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