KR101366867B1 - 하이브리드 공간분리기능과 콤팩트형 접촉여재를 이용한 산화구 개선시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기 설치된 산화구의 개선을 통해 질소 및 인을 제거하는 하수처리방법으로서, 기존 재래식 산화구를 하이브리드 격벽을 이용하여 혐기조, 무산소조, 호기조로 공간을 분리하여 유입하수를 혐기조에 유입시킴으로써 탈질 및 탈인을 유도할 수 있으며, 미생물 성장 및 흡착에 유리한 콤팩트형 접촉여재를 호기조에 넣어 생물학적 반응을 극대화시켜 처리효율이 향상되고 기 설치된 산화구를 그대로 사용함으로써 기존 시설물의 변형없이 사용할 수 있는 산화구 개선시스템에 관한 것이다.

Description

하이브리드 공간분리기능과 콤팩트형 접촉여재를 이용한 산화구 개선시스템{OXIDATION DITCH RETROFITTING PROCESS FOR BIOLOGICAL NUTRIENT REMOVAL USING HYBRID SEPARATION FUNCTION AND COMPACT TYPE CONTACT MEDIA}

본 발명은 기 설치된 산화구에 하이브리드 공간분리기능과 콤팩트형 접촉여재를 추가하여 유입하수의 질소 및 인의 처리효율을 개선하는 시스템에 관한 것으로, 하이브리드 공간분리기능을 사용함으로써 기존 산화구를 혐기조, 무산소조, 호기조로 구분하고, 호기조에 콤팩트형 접촉여재를 이용하여 미생물반응과 흡착을 더욱 활성화 시켜줌으로서 질소 및 인 처리효율의 향상을 가져오는 것을 특징으로 하는 기 설치된 산화구를 개선하는 하수처리공법에 관한 것이다.

1950년대 유럽에서 시작된 산화구는 그 처리의 안정성과 운영의 편리성을 이유로 널리 사용되었으나 부지면적이 많이 소요되며, 처리시간이 길게 소요되는 단점이 있으나, 근래에도 그 시설의 구조가 간단하며 포기장치인 로터(13) 하나만 가동되면 운전이 가능하므로 운전의 용이성 및 수 처리 성능이 안정적이어서 중소규모의 하수 처리장에 널리 사용되어 지고 있다.

산화구의 개발 초기에는 깊이가 1m정도로 낮고 길이가 매우 길어 산화구내에 일부는 용존 산소농도가 높아 호기화 되고 일부는 용존산소가 부족한 혐기화가 되어 하나의 산화구에서 호기화된 구역에서는 질산화가 일어나고 혐기화된 구역에서는 탈질이 일어나는 현상을 통해 질소제거가 가능하여 고도처리가 일부 가능하였다.

그러나 근래에는 산화구(12)의 폭은 넓어지고 깊이는 4~5m로 크게 늘어나면서 산화구의 길이가 상대적으로 작아졌으며 로터(13)를 이용한 표면폭기방식을 이용하면서 산화구내의 호기화된 구역과 혐기화된 구역의 구분이 불분명하게 되었다.

따라서 일부 가능했던 고도처리가 불가능해지면서 산화구를 이용한 하수처리장은 체류시간이 긴 장기 포기법과 다름이 없어졌다. A₂O공정은 혐기조와 무산소조 및 호기성조를 갖춘 하수의 고도처리공법으로서 종래 고도처리가 불가능했던 하수처리시설의 건설시 많이 이용되어지는 공법이며, 체류시간을 단축시킬 수 있고, 처리효율을 향상시킬 수 있다. 또한, A₂O공정에 혐기성조와 호기조로 하여금 인의 방출과 과잉섭취를 통한 인제거 및 탈질화에 의한 질소제거를 수행함과 동시에 탈질화에 의하여 혐기성조로 가해지는 반송슬러지의 질산염부하를 감소시키기 위해 혐기성 반응조 다음에 무산소조를 구성해 완전혼합형 반응조로 설치하는 공정이다.

상기와 같이 기 설치된 산화구는 부영양화의 원인인 질소, 인제거와 같은 고도처리가 전혀 이루어지지 못하고, 하수유입부터 배출까지 처리시간이 길게 소요된다. 하지만, 재래식 산화구를 개선하기위해 시설을 철거하고 처리효율이 좋은 시설로의 개선시 비용이 과다하게 소요되는 등 비경제적이다.

이러한 산화구의 개선을 위해 종래기술과 관련된 특허로는 하이브리드형 하폐수 고도처리 장치(대한민국 특허등록 10-0974928), 생물반응조의 수온에 따라 질산화/탈질시간과 MLSS를 자동조절하는 고도처리방법 및 장치(대한민국 특허등록 10-0977507), 산화구를 이용한 하수의 고도처리장치(대한민국 특허등록 10-0582988), 산화구법에 의한 하수 처리 장치(대한민국 특허등록 10-0607719) 등이 있다.

또한, 기 설치된 산화구의 처리효율을 향상시키기 위해 덴마크의 크루거(Kruger)사가 개발한 바이오데니포(Bio-denipho) 및 바이오데니트로(Bio-denitro)등이 있다. 그러나 기존에 개발된 산화구는 아래와 같은 문제점을 가지고 있다.

1) 산화구의 고도처리공정은 하수내의 영양염류 제거를 위해 질산화와 탈질 및 탈인을 위해 2지의 산화구를 연결하여 하나의 시스템으로 운전되는 구조로서, 하나의 산화구에 문제가 발생되거나 정기점검을 위해 1지의 운전을 중단할 경우 고도처리시스템이 중단될 수 밖에 없는 구조이다.

2) 기존 산화구의 고도처리를 위한 시스템을 구성하기 위해 2지의 산화구를 연결하기 위해서는 기존의 토목구조물에 손상을 주지 않을 수 없고, 특히 인의 제거를 위해서는 전단에 혐기조를 별도로 설치해야 되는 문제점을 가지고 있다.

3) 기존 산화구 2지를 연결하여 운전할 경우, 대부분의 산화구에 기설치된 표면폭기기(Surface aerator)에 유로변경시 부하가 가해져 운전이 중단되거나 폭기가 중단될 수 있는 큰 위험성을 가지고 있다. 이를 극복하기 위해서는 기 설치된 표면폭기기를 제거하고 공기공급장치를 신설해야 되는데 이는 기존 시설물의 활용이 떨어지게 된다.

본 발명은 상기에 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기존 산화구에 별도의 부지나 시설을 추가하지 않고, 하이브리드 공간분리기능을 이용하여 기존 산화구 반응조를 조분리함으로써 유입하수의 유기물과 질소, 인을 제거할 수 있고, 호기조에 콤팩트형 접촉여재를 사용함으로써 처리효율의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 조분리를 통해 각 반응조의 질소, 인 제거 메카니즘을 이용할 수 있어 기 설치된 산화구의 반응조 체류시간을 단축하여 처리 가능용량을 확대하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

하이브리드 공간분리기능으로 혐기조, 무산소조, 호기조로 구분된 산화구 반응조;

상기 하이브리드 공간분리기능이 있는 조분리 격벽;

상기 산화구 반응조의 유입 및 유출부를 구분하기 위한 분리벽;

상기 산화구 반응조의 공간분리기능을 할 수 있는 무브먼트 레일;

상기 산화구 반응조의 탈인기능을 향상시킬수 있도록 침전조에서 혐기조로 슬러지를 외부반송시킬수 있는 펌프;

상기 산화구 반응조의 탈질기능을 향상시킬수 있도록 호기조에서 무산호조로 슬러지를 내부반송시킬수 있는 펌프;

상기 혐기조, 무산소조의 유동 및 슬러지 침전현상을 방지할 수 있는 이젝터;

상기 호기조에 용존산소농도를 높여 조를 호기상태로 조성하기 위한 공기를 공급하는 산기장치;

상기 호기조에 미생물 활성 및 접촉을 유도할 수 있도록 설치되는 컴팩트형 접촉여재;를 포함하며

본 발명에 있어서, 기존 산화구의 유입하수의 제거효율을 향상시키는 것을 특징으로 하는 상기 산화구시스템의 하수처리방법 및 그 장치이다.

본 발명에 산화구개선시스템에 따르면, 기 설치되어 운영중인 산화구의 기존시설물을 최대한 이용하여 질소, 인 처리효율을 향상시킬 수 있으므로, 다음과 같은 효과를 나타낼 수 있다.

1) 기 설치된 산화구에 하이브리드 격벽을 이용하여, 혐기조, 무산소조, 호기조로 공간분리함으로써 미생물의 질산화, 탈질, 탈인 환경을 제공하여 유기물 및 질소, 인의 제거효율을 향상시켜 기존의 재래식 산화구를 고도처리시스템으로 개선할 수 있다.

2) 호기조에 콤팩트형 접촉여재를 설치하여 접촉 면적과 미생물 활성이 증가함으로써, 유기물 및 질소, 인의 제거효율을 향상시킬 수 있다.

3) 하이브리드 격벽을 이용함으로써 기 설치된 산화구의 토목구조물에 영향을 주지 않으므로 기존시설물의 재활용도가 높아 공사비가 크게 절감된다.

4) 기존 재래식 산화구는 기본으로 2지로 설치되어 있어 각 산화구 반응조별로 산화구 개선시스템 의적용이 가능하므로 1지의 고장 및 정기점검 시에도 연속적으로 하수의 질소, 인 제거가 가능하다.

5) 기존 재래식 산화구는 24-48시간의 체류시간으로 설계되어 있으나, 산화구 개선시스템을 적용함으로써 체류시간을 8-16시간으로 단축할 수 있으므로, 추가적인 시설의 증설없이 처리 가능용량을 증가시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 공간분리기능과 콤팩트형 접촉여재를 이용한 산화구개선시스템을 보여주는 모식도이다.
도 2는 기존 기술인 재래식 산화구를 보여주는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 개선된 산화구시스템의 하수처리방법에 따라 간략하게 나타낸 공정도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 공간분리기능을 설치한 산화구의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 콤팩트형 접촉여재를 호기조에 설치한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 호기조에 설치되는 콤팩트형 접촉여재의 상세도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 공간분리를 위한 무브먼트 레일의 사시도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 산화구 개선 시스템의 구조를 나타내는 평면도이고, 도 2는 기존 재래식 산화구를 나타내는 평면도이며, 도 3은 개선된 산화구를 이용한 하수처리 시스템을 보여주는 흐름도, 도 4는 혐기조, 무산소조, 호기조의 역할을 나눠주는 이동가능한 하이브리드 공간분리형태를 보여주는 사시도이며, 도 5의 경우 호기조내에 설치된 콤팩트형 접촉여재의 구성을 보여주는 사시도이고, 도 6은 콤팩트형 접촉여재의 내부모습을 나타낸 개략도이다.

본 발명의 산화구는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 도 2의 재래식 산화구를 이용하여 개선하는 방법으로서, 각각 반응조의 용량은 1:1:3.5의 비율로 구분된 혐기조(17), 무산소조(18), 호기조(19)로 구성되어 있으며, 각 반응조의 비율은 하이브리드 격벽으로 공간분리가 가능하다.

상기 도 1에 도식되어 있는 바와 같이 혐기조(17)의 내부에는 유입부와 탈인기능을 향상시킬 수 있도록 침전조(20)에서 슬러지를 보충해주는 외부반송시설(11) 및 유동 및 슬러지 침전현상을 방지할 수 있는 이젝터(6)가 구성되어 있으며, 이어진 하단 무산소조(18) 내부에도 혐기조와 동일한 이젝터(6)가 구성되어 있다.

상기 무산소조(18) 하단에는 공간분리된 반응조 중 가장 큰 비율을 차지하는 호기조(19)가 연결되어 있으며, 내부에는 용존산소농도(DO)를 높여 호기상태로 조성하기 위한 공기를 공급하는 산기장치(7)와 브로워(9), 미생물 활성 및 접촉을 유도할 수 있도록 하는 콤팩트형 접촉여재(8) 및 탈질기능을 향상시킬 수 있도록 호기조(19)에서 무산소조(18)로 슬러지를 보내는 내부반송펌프(10)와 유출구가 구성되어 있다.

특히 상기 산화구 각각 반응조 사이 연결부에는 공간분리기능을 할 수 있는 무브먼트 레일(23)이 구성되어 있으며 이는 각 반응조의 비율을 1:1:3.5로 분리되어 있는 반응조 용량을 운전조건에 따라 비율을 달리하여 운전을 가능하도록 해주며, 유입 및 유출부를 구분하기 위한 분리벽(5)이 구성되어 있다.

본 발명에 있어서, 장기폭기법으로 설계되어 운전중인 기존의 산화구(도 2) 내부에 하이브리드 격벽(4)을 설치하여 조를 분리함으로써(도 1) 질소제거를 위한 질산화 및 탈질반응이 일어날 수 있도록 하고, 인의 제거를 위한 미생물의 인 방출(Release)과 과잉섭취(Luxury uptake)반응이 일어날 수 있는 환경을 제공한다. 또한 하이브리드 격벽(4)을 통한 공간분리는 기존 재래식 산화구(도 2)의 체류시간을 효율적으로 단축시킬 수 있다.

도 3과 같이 침사지(14)와 유량조정조(15)을 거친 유입수는 유입분배조(16)을 통해 혐기조(17)내의 미생물은 유입수의 유기물을 이용하여 인제거 기작 중의 인의 방출을 수행한 후, 무산소조(18)로 유입되게 된다. 무산소조(18)에서는 유입수내의 유기물을 이용하여 호기조(19)에서 유입되는 질산성질소를 탈질시켜 질소를 제거한다. 탈질반응을 수행한 후 호기조(19)로 유입된 유입수는 잔존하고 있는 유기물을 산화시키며 유기성질소와 암모니아성 질소를 질산성질소로 전환시키고 하수내의 인을 과잉섭취함으로써 제거하게 되어 유입수내의 유기물, 질소 및 인을 비롯한 오염물질을 제거하게 된다.

호기조(19)에서 질산화된 질산성질소를 탈질하기 위해서 탄소원이 필요하는데 외부탄소원을 이용하지 않고 하수내의 유기물을 탄소원으로 이용하기 위해서는 질산성질소의 내부반송이 필요하다. 따라서, 산화구내의 호기조(19)에서 무산소조(18)로 슬러지를 내부반송함으로 질소제거를 달성할 수 있다.

본 발명에 따른 산화구의 개선장치 중 콤팩트형 접촉여재(8)의 설치위치도 및 상세도를 도 5와 도 6에 나타내었다. 유입수내의 오염물질을 제거함에 있어 충분한 미생물의 확보는 오염물질 제거효율을 높여주므로 공간분리된 호기조(19)내벽 양쪽에 고정된 거치대를 설치하고 도 6과 같은 콤팩트 BOX(24)내에 PP소재(폴리프로필렌)의 접촉여재(26)를 사용하여 설치한다. 상기 콤팩트형 접촉여재(8)는 대상하수의 처리여건에 맞게 여재의 투입여부 및 투입량을 조절할 수 있다.

도 6의 콤팩트형 접촉여재(8)는 호기조(19)내 비표면적이 큰 끈상 접촉여재로 구성하여 접촉여재에 미생물막을 형성시킴으로써 오염된 하수를 부착된 미생물에 의해 분해/제거토록 유도한다. 이는 접촉여재(26) 표면의 호기부분에서 유기물의 분해가 되고, 내부의 무산소 부분에서는 탈질과 내생호흡을 유도하여, 흡착산화분해의 정화작용이 원활히 이루어지도록 한다.

한편, 본 명세서와 도면에 제시된 본 발명의 실시 예는 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 제시된 실시예외에도 본 발명의 기술적 사상에 벗어나지 않는 범위 내에서는 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 혐기조 2 : 무산소조
3 : 호기조 4 : 하이브리드 격벽
5 : 분리벽 6 : 이젝터
7 : 산기장치 8 : 콤팩트 접촉여재
9 : 브로워 10 : 내부반송펌프
11 : 외부반송펌프 12 : 기존 재래식 산화구
13 : 로터 14 : 침사지
15 : 유량조정조 16 : 유입분배조
17 : 혐기조 18 : 무산소조
19 : 호기조 20 : 침전조
21 : 소독시설 22 : 슬러지처리시설
23 : 무브먼트 레일 24 : 콤팩트 박스
25 : 거치대 26 : 접촉여재
27 : 고정장치 28 : 조분리 간격홀

Claims (3)

1. 혐기조(1), 무산소조(2) 및 호기조(3)로 조분리된 산화구;
   상기 호기조(3) 내부의 미생물의 활성과 흡착을 높여주는 콤팩트형 접촉여재(8);
   상기 호기조(3) 내부에 공기를 공급하는 산기장치(9);
   상기 산화구로의 하수의 유입과 상기 산화구로부터의 하수의 유출을 분리하는 분리벽(5);
   유입하수의 유기물, 질소 및 인을 제거하기 위한 슬러지반송펌프(10, 11);
   상기 혐기조(1), 상기 무산소조(2) 및 상기 호기조(3)를 공간분리하는 하이브리드 격벽(4); 및
   상기 하이브리드 격벽(4)에 직접 연결되고, 운전조건에 따라 상기 하이브리드 격벽(4)의 위치를 조절하여 상기 혐기조(1), 상기 무산소조(2) 및 상기 호기조(3)의 공간비율을 조절하는 무브먼트 레일(23)을
   포함하는
   산화구 개선시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 산화구로부터 유입된 하수의 부유물을 침전시키는 침전조(20)를 더 포함하고,
   상기 슬러지반송펌프(10, 11)는,
   상기 침전조(20)로부터 상기 혐기조(1)로 슬러지를 반송시키는 외부반송펌프(11) 및 상기 호기조(3)로부터 상기 무산소조(2)로 슬러지를 반송시키는 내부반송펌프(12)를
   포함하는,
   산화구 개선시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 혐기조(1)와 상기 무산소조(2)의 유동 및 슬러지 침전현상을 방지하는 이젝터(6)를 더 포함하는,
   산화구 개선시스템.

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