KR101297639B1 - 공기 및 물 배출구를 구비한 생물여과용 산기시스템 및 제어방법 - Google Patents

공기 및 물 배출구를 구비한 생물여과용 산기시스템 및 제어방법 Download PDF

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Abstract

생물여과지에 공기를 공급하는 산기시스템은 송풍기, 송풍기에 의해 공기가 공급되는 공급배관, 포기용 산기장치, 및 역세용 산기장치를 구비한다. 포기용 산기장치와 역세용 산기장치에는 송풍기에 의한 공기 공급 방향을 따라 공기조절밸브와 공기유량계가 순차 배치되고, 포기용 산기장치와 역세용 산기장치의 말단부에는 공기 및 물을 배출하기 위한 배출밸브가 설치된다. 배출밸브는 송풍기에 의한 공기 공급 초기 시점에 소정의 시간동안 개방된다. 이에 따르면, 밸브의 마모가 최소화되고 보다 정확한 공기량을 공급할 수 있다. 또한 생물여과지의 표면적 또는 공기공급면적이 커지더라도 포기용 및 역세용 산기장치 내의 물을 신속하게 여과지 밖으로 배출시켜 여재층 전면에 짧은 시간 내에 균일한 공기를 공급할 수 있다.

Description

공기 및 물 배출구를 구비한 생물여과용 산기시스템 및 제어방법 {Air diffusing system for biological aerated filtration with air and water discharging ports, and control method thereof}
본 발명은 생물여과지 내에 충진된 미생물의 서식처인 여재층에 포기용 공기를 주입하기 위한 수단과 여재층에 누적되어 미생물 및 고형물로 인한 손실수두를 저감시키기 위해 여재층에 역세용 공기를 주입하기 위한 수단으로, 공기 및 물 배출구를 구비한 포기 및 역세용 산기장치를 이용하여 짧은 시간 내에 여과지 내 여재층 전면에 공기를 균일하게 공급시키기 위한 생물여과용 산기장치 및 제어방법에 관한 것이다.
근래의 하수처리기술은 오·폐수처리장 수질기준이 강화됨으로써 짧은 시간 내에 안정된 수질확보가 가능한 고도의 오폐수처리기술을 요구하고 있으며, 이러한 고도의 수처리기술 중 MBR, 생물여과 등이 주목받고 있다. 하지만 유지관리비 및 공사비 절감과 동시에 처리장 부지의 집약화가 가능한 기술을 요구하고 있어 이러한 문제점을 다소 해결할 수 있는 생물여과기술(Biological Aerated Filter)이 각광받고 있다.
생물여과공정은 유입 오·폐수의 흐름방향에 따라 상향류 또는 하향류의 흐름을 가지며, 여과지 내에 유입 오·폐수의 성상에 따라 다양한 크기의 부상식 또는 침지식 여재를 선택적으로 충진하여 여과지 내에서의 필요 유무에 따라 포기용 또는 역세용 산기장치를 설치하여 공정운전 및 역세척에 필요한 공기를 공급하여 유입 오폐수를 짧은 체류시간 내에 처리하는 고도처리기술이다.
또한 생물여과공정은 유입 오·폐수의 성상 및 제거목적에 따라 모듈화된 Compact한 설계가 가능하여 공정변경 및 증설이 매우 용이하며, 부상식 여재를 사용하는 상향류식 생물여과지의 경우 여재 교체가 없고 무동력 자연유하의 설계가 가능하여 처리수질이 우수하고 경제적으로 매우 유리하다는 평을 받고 있다.
이러한 장점을 갖는 생물여과공정은 생물여과지 내에 오·폐수의 균등한 유입분배, 포기 및 역세척시 산기장치를 이용한 균등한 공기공급여부, 역세척시 여재층에 부착된 미생물과 여재층에 억류된 고형물의 균등한 배출 등이 처리효율을 결정짓는 중요한 인자들이다.
제시된 생물여과지의 운전인자 중 짧은 시간 내에 여재층 전면에 균등한 공기 공급 여부는 운전 및 제어방법에 있어서 역세척 효과 및 안정된 수질을 확보하기 위한 처리효율을 결정짓는 가장 중요한 인자이며, 이는 제시된 생물여과지의 특성에 맞는 산기시스템과 운전 및 제어방법에 달려 있다.
생물여과지에 이용되는 산기장치는 도 1 및 도 2 에 각각 도시된 바와 같이 미생물에 공기를 공급하는 데에 사용되는 포기용 산기장치와 여재층에 부착된 미생물과 여재층에 억류된 고형물 세척을 위해 사용되는 역세용 산기장치로 분류된다.
포기 및 역세용에 사용되는 산기장치는 파이프에 산기공을 타공하여 공기를 분사시키는 오리피스(orifice)형 산기장치이며, 도 3 및 도 4 와 같이 공기공급 배관 하부에 포기 및 역세척 여부에 따라 1.0~3.0mm 의 산기공을 타공하여 제작하는데, 산기공의 위치는 산기관 파이프를 중심으로 각각의 산기 파이프에 등간격으로 도 3 과 같이 산기관의 중심축과 각각 45°, 산기공과 산기공의 사이각이 90°가 되도록 타공하여 각각의 파이프를 일정 간격으로 설치하여 여재층 전면에 공기가 공급되도록 한다.
종래의 생물여과지에 사용되는 산기시스템은 도 2 와 같이 공기조절이 가능한 송풍기(1), 공기 공급배관(2), 공기유량계(3), 공기조절밸브(4), 포기용 산기장치(5), 역세용 산기장치(6)로 이루어진다.
이러한 산기시스템의 운전은 평상시 공기조절이 가능한 송풍기에 의해 공기공급배관을 거쳐 공기량을 측정하기 위한 공기유량계와 공기량을 조절하기 위한 컨트롤 밸브가 PID(Proportional Integral and Derivative control) 제어에 의해 다수의 생물여과지 각각의 여과지에 필요한 공기를 균등하게 제어하여 포기용 산기장치를 통해 생물여과지 내 여재층에 공기를 공급시키며, 역세척시에는 포기용 산기장치로 유입되는 밸브를 닫고 역세용 산기장치로 공기공급배관을 거쳐 공기유량계와 컨트롤 밸브가 PID 제어에 의해 역세척에 필요한 공기량을 여재층에 공급시키도록 운전되었다.
포기용 또는 역세용 산기장치에 공기를 공급시킬 때에는 도 6 과 같이 순차적으로 송풍기, 공기 유량계, 공기조절밸브가 위치하며, 공기조절밸브에 의한 공기량 제어에 있어서 먼저 공기유량계를 통해 공기 유량값을 읽고 후단에 밸브에 의한 공기조절이 진행되기 때문에 공기 유량값이 정확하지 않은 현상이 발생되며, 이로 인해 공기조절밸브는 계속해서 변화되는 공기 유량값에 따라 밸브의 개도를 맞추기 위해 밸브의 무한적 미세작동을 발생시켜 수명을 단축시키는 단점을 가지고 있었다.
또한 역세척 단계시 역세용 산기장치를 이용하여 여재층의 세척을 위해 역세용 공기를 공급하는데, 이때 짧은 시간 내에 여재층 전면적에 공기를 공급하여 여재층에 편향되게 공급되는 현상이 발생되지 않도록 운전하는 것이 매우 중요하다. 만약 역세용 공기를 주입할 때 역세용 산기장치를 통해 불균등한 공기가 공급되어 여재층의 급격한 교란, 편향 역세공기 공급현상, 역전현상이 발생된다면, 여재층에 포함되어 있는 미생물층 및 고형물이 상하 역전되어 처리수의 수질 악화를 가져오는 현상이 발생하기 때문이다.
이러한 문제점은 처리용량이 커짐으로써 생물여과지의 산기 표면적이 커질수록 더욱 확대되며, 그 이유는 생물여과지 운전 중 포기 및 역세용 산기장치의 반복적인 교대 운전으로 인해 산기 정지상태에 있을 경우 도 5 와 같이 산기장치 내로 물이 유입되어 산기공을 막는 현상이 발생하기 때문이다.
산기장치는 생물여과지 내 물속에 잠겨있으므로 공기가 공급되더라도 산기장치 내에 물이 모두 빠져나간 후에야 균등한 공기공급이 이루어지기 때문에 공기를 공급하더라도 공기가 공급되는 시점부터 산기장치 끝부분까지의 거리가 멀 경우 산기관 내의 물이 완전히 빠질 때까지 공기공급의 균형은 깨지게 된다. 이는 생물여과 공정의 운전에 있어서 여과지 내에 설치되는 포기 및 역세용 산기장치의 설계 및 공기를 공급하는 운전 및 제어방법이 얼마나 중요한지를 보여준다.
결정적으로 포기 운전시 생물여과지 내 불균등한 공기분배는 여과지 내 일부 지역의 혐기성화를 유발시켜 처리효율 저하를 가져오며, 역세척 운전시 불균등한 공기분배는 여재층의 역전현상을 초래하게 되므로 생물여과공정의 처리수질이 악화되는 결과를 초래한다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은, 생물여과지에 공급되는 포기 및 역세용 공기를 조절함에 있어서 송풍기, 공기유량계와 공기조절 컨트롤 밸브의 설치위치 및 제어방법 등을 이용하여 밸브의 마모를 최소화하고, 보다 정확한 공기량을 공급하도록 하는 방안과 생물여과지의 표면적 또는 공기공급면적이 커지더라도 포기용 및 역세용 산기장치내에 물을 신속하게 여과지 밖으로 배출시켜 여재층 전면에 짧은 시간 내에 균일한 공기를 공급하도록 하여 위에 제시된 문제점을 해결하고 항시 안정된 처리수질을 확보하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 산기시스템은, 송풍기, 송풍기에 의해 공기가 공급되는 공급배관, 포기용 산기장치, 및 역세용 산기장치를 구비하며, 상기 포기용 산기장치와 상기 역세용 산기장치 중 적어도 어느 하나에는 상기 송풍기에 의한 공기 공급 방향을 따라 공기조절밸브와 공기유량계가 순차 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 포기용 산기장치와 상기 역세용 산기장치 중 적어도 어느 하나의 말단부에는 공기 및 물을 배출하기 위한 배출밸브가 설치되는 것이 바람직하다.
상기 배출밸브는 상기 송풍기에 의한 공기 공급 초기 시점에 소정의 시간동안 개방된다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기한 바와 같은 구성의 산기시스템을 구비한 생물여과지가 제공된다.
본 발명에 따르면, 밸브의 마모가 최소화되고 보다 정확한 공기량을 공급할 수 있다. 또한 생물여과지의 표면적 또는 공기공급면적이 커지더라도 포기용 및 역세용 산기장치 내의 물을 신속하게 여과지 밖으로 배출시켜 여재층 전면에 짧은 시간 내에 균일한 공기를 공급할 수 있다.
도 1 은 종래의 생물여과지의 포기용 및 역세용 산기장치를 보여주는 도면
도 2 는 종래의 생물여과 산기시스템을 개략적으로 도시한 도면
도 3 은 도 2 의 산기관의 산기공 위치를 도시한 도면
도 4 는 도 3 의 배관 하면도
도 5 는 도 3 의 산기관으로 유입된 물로 인해 산기공의 흐름이 저해된 상태를 도시한 도면
도 6 은 종래의 산기시스템에서 공기유량계와 공기조절밸브의 PID 제어 배치 순서 도면
도 7 은 본 발명에 따른 산기시스템에서 공기조절밸브와 공기유량계의 PID제어 배치 상태를 도시한 도면
도 8 은 본 발명에 따른 공기 및 물 배출구를 구비한 생물여과 산기시스템을 도시한 도면.
도 9 는 본 발명의 산기시스템과 종래 기술에 따른 산기시스템에 의한 각각의 수처리 상태를 보여주는 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
(1) 송풍기
(2) 공기공급배관
(3) 공기유량계
(4) 공기조절밸브
(5) 공기 및 물 배출구를 구비한 포기용 산기장치
(6) 공기 및 물 배출구를 구비한 역세용 산기장치
(7) 공기 및 물 배출밸브
(8) 배출배관
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 더욱 상세히 설명한다.
도 7 은 본 발명에 따른 산기시스템에서 공기조절밸브와 공기유량계의 PID제어 배치 상태를 도시한 도면이고, 도 8 은 본 발명에 따른 공기 및 물 배출구를 구비한 생물여과 산기시스템을 도시한 도면이다.
본 실시예에 대한 설명에서 도 2 에 도시된 바와 같이 종래의 생물여과지에 사용되는 산기시스템과 동일한 부분에 대해서는 중복 설명을 생략하고 본 발명의 특징적인 구성을 위주로 기술하나, 종래 기술에 대한 설명에서 본 발명과 동일한 부분에 대해서는 본 발명에서 그대로 포함한다. 또한 도 2 에 도시된 각 구성부분과 동일한 구성부분에 대해서는 설명의 편의상 동일한 참조부호를 부여한다.
본 발명에서 제시하고자 하는 산기시스템 중 산기장치 내 배관에 설치되는 산기공 및 타공방법은 도 3 및 도 4 에 제시된 바와 같이 종래의 설치방법과 동일하나, 물 및 공기 배출구를 구비한 생물여과용 산기시스템은 공기공급 시점으로부터 도 7 및 도 8 과 같이 송풍기(1), 공기 공급배관(2), 공기조절밸브(4), 공기유량계(3), 포기용 산기장치(5)와 역세용 산기장치(6), 공기 및 물 배출밸브(7), 공기 및 물 배출 배관(8)이 순차적으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명의 산기시스템은 생물여과지에 채용되는 것으로서, 송풍기(1), 송풍기(1)에 의해 공기가 공급되는 공급배관(2), 포기용 산기장치(5), 및 역세용 산기장치(6)를 구비하되, 포기용 산기장치(5)와 역세용 산기장치(6) 중 적어도 어느 하나에는 송풍기(1)에 의한 공기 공급 방향을 따라 공기조절밸브(4)와 공기유량계(3)가 순차 배치되어 있다. 또한, 포기용 산기장치(5)와 역세용 산기장치(6) 중 적어도 어느 하나의 말단부에는 공기 및 물을 배출하기 위한 배출밸브(7) 및 배출배관(8)이 설치되어 있다.
공기량 조절이 용이하도록 하기 위한 방법으로는 도 7 과 같이 공기공급(송풍기)으로부터 공기조절밸브(4)가 공기유량계(3)보다 우선순위로 배치하여 밸브에 의한 공기조절 이후에 공기 유량값을 인식하게 함으로써 밸브의 개도조절이 보다 명확해질 수 있으며, 불필요한 밸브의 미세조절을 저감시키게 되어 밸브의 마모를 줄이고 보다 정확한 공기량 조절이 가능해진다.
또한 도 8 과 같이 산기장치에 물 및 공기를 배출할 수 있는 배출배관(8) 및 밸브(7)를 구성하여 포기 및 역세용 공기를 공급하는 최초 시점에 공기를 공급하면서 약 5~10초 정도 물 및 공기배출밸브를 열게 될 경우 송풍기의 압력 및 공기량에 의해 산기장치 내에 유입된 물은 여과지 밖으로 신속히 배출되며, 이후에 물 및 공기배출밸브를 닫을 경우 짧은 시간 내에 여재층 전면에 균등한 공기공급이 가능해진다.
도 9 는 본 발명의 산기시스템을 사용한 경우 종래 기술에 따른 산기시스템에 비해 개선된 수처리 상태를 보여주고 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 생물여과지에 공기를 공급하는 산기시스템으로서,
    송풍기, 송풍기에 의해 공기가 공급되는 공급배관, 포기용 산기장치, 및 역세용 산기장치를 구비하며,
    상기 포기용 산기장치와 상기 역세용 산기장치 중 적어도 어느 하나에는 상기 송풍기에 의한 공기 공급 방향을 따라 공기조절밸브와 공기유량계가 순차 배치되며,
    상기 포기용 산기장치와 상기 역세용 산기장치 중 적어도 어느 하나의 말단부에는 공기 및 물을 배출하기 위한 배출밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 산기시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 배출밸브는 상기 송풍기에 의한 공기 공급 초기 시점에 소정의 시간동안 개방되는 것을 특징으로 하는 산기시스템.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 기재된 바와 같은 구성의 산기시스템을 구비한 생물여과지.
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