KR101385999B1 - 효율적 유량 분배를 위한 유량 분배 장치 - Google Patents

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Abstract

하폐수 처리 시스템의 효율을 극대화 및 최적화할 수 있는 유량 분배 장치가 개시된다.
본 발명의 유량 분배 장치는 유량 분배조로부터 유입되는 하폐수를 저장하는 제1유량 분배조; 제1유량 분배조에 유입된 하폐수를 일정한 유량으로 이송하는 정량 이송 펌프; 및 정량 이송 펌프에 의해 이송된 하폐수를 적어도 하나의 생물반응조에 분배하는 제2유량 분배조를 포함한다.
본 발명에 따른 유량 분배 장치는 하폐수를 바이패스가 설치된 제1유량 분배조로 이송하고, 정량 이송 펌프에 의해 제1유량 저장조로부터 이송된 하폐수를 격벽 구조의 제2유량 분배조를 통하여 생물반응조로 분배하도록 하는 2단계의 유량 분배 구조를 취함으로써 생물반응조에 분배되는 하폐수의 유량 및 유속을 실질적으로 균일하게 유지하도록 힌다.

Description

효율적 유량 분배를 위한 유량 분배 장치{FLUX DISTRIBUTING APPARATUS FOR EFFECTIVE DISTRIBUTION OF FLUX}
본 발명은 유량 분배 장치에 관한 것으로서, 특히 하폐수 처리 시스템의 효율을 극대화 및 최적화할 수 있는 유량 분배 장치에 관한 것이다.
일반적으로 하폐수 처리 시스템은 일반적으로 물리화학척 처리 시스템과 생물학적 처리 시스템으로 구분된다. 생물학적 처리시스템은 주로 미생물을 이용하여 하폐수 내의 오염물질을 분해 및 분리시키는 시스템으로서, 생활하수의 2차 처리, 유기물을 함유하는 공장폐수 및 이로부터 생성되는 슬러지의 처리에 주로 사용되며 비교적 저렴한 경비와 다양한 공정 등의 잇점으로 인해 세계적으로 널리 사용되고 있다.
이러한 생물학적 하폐수 처리 시스템은 미생물을 이용하여 하폐수를 처리하는 생물반응조 및 생물반응조로 유입되는 하폐수의 유량을 조절하기 위한 유량 분배 장치를 구비한다.
생물반응조에 의한 하폐수 처리 효율을 극대화 및 최적화하기 위해서는 유량 분배 장치로부터 생물반응조로 유입되는 하폐수의 유량 및 유속을 일정하게 유지하여야 할 필요가 있다.
종래의 유량 분배 장치는 단순한 이송 펌프 및 분배 배관을 구비한다. 이러한 유량 분배 장치는 하폐수 유입량의 변화, 하폐수의 급격한 유입 등에 의해 이송 펌프의 양정이 변화함에 따라 발생되는 유량 및 유속의 변화에 대해 적절하게 대응할 수가 없어서, 일정한 유량과 유속으로 생물반응조에 하폐수를 유입시키지 못한다. 즉, 종래의 유량 분배 장치는 시간대별 급격한 유량의 변동에 적절하게 대응하지 못하기 때문에 하폐수 처리 시스템의 효율을 극대화 및 최적화를 달성하기 어렵다는 문제점이 있다.
유량의 급격한 변화에 의한 양정변화에 따른 이송 펌프의 유량변화는 아래의 식 1을 통하여 알 수 있다.
Figure 112010027524432-pat00001
여기서, LW(PS]; 펌프의 수동력(펌프의 이론동력)
Q ; 유량(m3/hr)
H ; 전양정(m)
r ; 액체의 비중량(kg/m3) 이다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 하폐수 처리 시스템의 효율을 극대화 및 최적화할 수 있게 하는 개선된 유량 분배 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 하폐수의 일시적이고 급격한 유입에 대해서도 실질적으로 균일한 유량 및 유속으로 분배할 수 있는 유량 분배 장치를 제공하는 것에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하폐수 처리 시스템의 유량 분배 장치는 유량 분배조에 유입된 하폐수를 생물반응조에 분배하기 위한 생물학적 하폐수 처리 시스템의 유량 분배 장치에 있어서,
상기 유량 조정조로부터 유입되는 하폐수를 저장하는 제1유량 분배조;
상기 제1유량 분배조에 유입된 하폐수를 일정한 유량으로 이송하는 정량 이송 펌프; 및
상기 정량 이송 펌프에 의해 이송된 하폐수를 적어도 하나의 생물반응조에 분배하는 제2유량 분배조를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하폐수 처리 시스템의 유량 분배 장치는
하폐수 처리 시스템의 유량 분배 장치에 있어서,
하폐수를 유입하는 유입실; 상기 유입실을 통하여 유입되는 하폐수를 이송하기 위한 분배수로; 그리고 상기 분배수로를 통하여 이송되는 하폐수를 분배하기 위한 적어도 하나의 분배실을 가지며,
여기서, 상기 유입실, 상기 분배수로 그리고 상기 분배실은 격벽에 의해 서로 분리되며, 상기 유입실과 상기 분배수로를 차단하는 격벽의 하단에 설치되는 제1슬릿 및 상기 분배수로와 상기 분배실을 차단하는 격벽의 상단에 설치되는 제2슬릿을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유량 분배 장치는 하폐수를 바이패스가 설치된 제1유량 분배조로 이송하고, 정량 이송 펌프에 의해 제1유량 저장조로부터 이송된 하폐수를 격벽 구조의 제2유량 분배조를 통하여 생물반응조로 분배하도록 하는 2단계의 유량 분배 구조를 취함으로써 단순한 이송 펌프 및 분배 배관을 이용하는 종래의 유량 분배 장치에 비해 생물반응조에 분배되는 하폐수의 유량 및 유속을 실질적으로 균일하게 유지하도록 힌다. 이에 따라, 하폐수 처리 시스템의 효율을 극대화 및 최적화할 수 있게 하는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 생물학적 하폐수 처리 시스템의 구성을 도시하며,
도 2는 도 1에 도시된, 유량조정조, 제1유량 분배조 그리고 제2유량 분배조의 개략적인 구성을 도시하며, 그리고
도 3은 도 2에 도시된 제2유량 분배조의 상세한 구성을 도시한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 유량 조정 장치의 구성 및 동작을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 생물학적 하폐수 처리 시스템의 구성을 도시한다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 생물학적 하폐수 처리 시스템은 유입장치(110), 전처리조(120), 유량조정조(130), 제1유량 분배조(132), 정량 이송 펌프(134), 제2유량 분배조(136), 생물반응조(140), 슬러지인발조(150), 농축저류조(160), 소독방류조(170) 그리고 유출장치(180)을 구비한다.
유입장치(110)를 통하여 유입된 하폐수에 포함된 부유물, 침전물 등은 전처리조(120)에서 제거된다. 전처리조(120)는 충분한 교반을 통해 하부에 침전되는 고형물의 부패를 방지하고 악취를 제거한다. 전처리조(120)를 거친 하폐수는 유량조정조 내지 제2유량 분배조(130 ~136)를 통하여 생물반응조(140)로 유입된다. 생물반응조(140)에서 미생물에 의해 오염물질이 분해 및 분리된 하폐수는 소독방류조(170)에서 소독되고 유출 장치(180)를 통해 유출된다.
한편, 생물반응조(140)에서 생성된 슬러지는 슬러지인발조(150)로 이송된다. 슬러지인발조(150)에 장칙된 슬러지 배출 펌프(미도시)는 슬러지를 농축저류조(160)로 이송시킨다.
도 2는 도 1에 도시된, 유량조정조(130), 제1유량 분배조(132) 그리고 제2유량 분배조(136)의 개략적인 구성을 도시한다. 여기서, 제1유량 분배조(132), 바이패스(138), 정량 이송 펌프(134) 그리고 제2유량 분배조는 본 발명의 유량 분배 장치(100)를 구성한다.
유량조정조(130)에는 수위센서(미도시) 및 단순한 이송 펌프(128)가 구비된다. 수위 센서에 의해 유량조정조(130)에 일정 수위 이상의 하폐수가 유입된 것으로 판단되면, 이송 펌프(128)에 의해 유량조정조(130)로부터 제1유량 분배조(132)로 하폐수가 이송된다.
생물반응조(140)로 하폐수를 일정한 유량 및 유속으로 분배하기 위하여 유량 분배조는 2단으로 구성한다.
여기서, 제1유량 분배조(132)는 바이패스(138)를 구비한다. 바이패스(138)는 제1유량 분배조(132)에 일정 수위 이상의 하폐수가 유입될 경우 초과 유입량을 유량조정조(130)로 되돌리는 기능을 수행한다.
정량 이송 펌프(134)는 제1유량 분배조(132)에 유입된 하폐수를 일정한 유량으로 제2유량 분배조(136)로 이송시킨다. 여기서, 제1유량 분배조(132)의 취수 배관은 제1유량 분배조(132)의 하측에 위치한다. 이것은 제2유량 분배조(136)로 분배되는 하폐수의 량을 최대한 확보하기 위함이다. 이와 같이, 제1유량 분배조(132)의 취수 배관을 하측에 위치시킴으로써 하폐수 유입량의 변동에 대해 최대한 유량조정조(130) 및 제1유량 분배조(132)의 용량만큼의 여유를 확보할 수 있게 된다.
정량 이송 펌프(134)는 육상에 설치되며, 양정, 손실수두, 유량 등을 고려하여 설계된다.
제2유량 분배조(136)는 생물반응조(140)의 개수만큼의 분배실을 가지며, 이를 통하여 정량 이송 펌프(134)에 의해 이송되는 하폐수를 일정한 유량 및 유속으로 각 생물반응조(140)로 분배한다.
도 1에는 하나의 생물반응조(140)만이 도시되어 있지만 실제로는 복수의 생물반응조들이 구비된다. 생물반응조(140)의 개수는 생물학적 처리 시스템으로 유입되는 하폐수의 부하량 및 미생물의 처리 능력 등을 고려하여 적절한 것으로 설계된다.
도 3은 도 1에 도시된 제2유량 분배조의 상세한 구성을 도시한다.
도 3을 참조하면, 제2유량 분배조(136)는 격벽 구조를 가지며, 적어도 하나의 유입실(136-1), 적어도 하나의 분배수로(136-2) 및 생물반응조(140) 개수만큼의 분배실(136-3)을 구비한다.
도 3에 도시된 실시예는 5개의 생물반응조(140)를 가지는 생물학적 하폐수 처리 시스템에 적용된 예를 보인다.
도 3에 도시된 제2유량 분배조(136)의 구성을 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 먼저, 유입실(136-1)과 분배실(136-3)은 분배수로(136-2)에 의해 분리되며, 유입실(136-1), 분배수로(136-2) 그리고 분배실(136-3)은 격벽에 의해 차단되어 있다. 도 3에 도시되지는 않았지만, 각 분배실(136-3)은 그에 상응하는 각각의 생물반응조(140)와 연결되어있어서 분배실(136-3)을 통하여 하폐수가 생물반응조(140)로 유입된다.
유입실(136-1)과 분배수로(136-2)는 그것들을 차단하는 격벽의 하부에 설치되는 제1슬릿(136-4)를 통하여 연통된다. 즉, 분배 배관(136-5)을 통하여 유입실(136-1)에 유입된 하폐수는 제1슬릿(136-4)를 통하여 분배수로(136-2)로 유입된다.
한편, 분배수로(136-2)와 분배실(136-3)은 격벽에 의해 차단되어 있다. 분배수로(136-2)와 분배실(136-3)은 그것들을 차단하는 격벽의 상부에 설치되는 제2슬릿(136-6)을 통하여 연통된다. 이때, 제2슬릿(136-6)은 분배수로(136-2)와 분배실(136-3)을 차단하는 격벽의 상부에 설치되기 때문에 분배수로(136-2)에 제2슬릿(136-6)의 하단보다 높게 하폐수가 유입되어야만 각 분배실(136-3)로 하폐수가 분배되게 된다.
제2슬릿(136-6)의 작용에 의해 유입실(136-1)에 가까운 분배실(136-3)로 하폐수가 우선적으로 유입되는 것을 방지하게 된다.
도 2에서 굵은 화살표로 도시되는 바와 같이, 분배 배관(136-5)을 통하여 유입실(136-1)로 유입된 하폐수는 유입실(136-1)의 하단에 설치된 제1슬릿(136-4)를 통하여 분배 수로(136-2)로 유입된다. 분배 수로(136-2)에 하폐수가 어느 정도 채워지게 되면 제2슬릿(136-6)를 통하여 각각의 분배실(136-3)로 분배된다. 분배 수로(136-2)의 하단으로 유입되는 하폐수가 분배 수로(136-2)에 어느 정도 채워진 후에야 제2슬릿(136-6)을 넘어 각각의 분배실(136-3)들로 고르게 분배되게 되므로, 일시적이고 급격한 하폐수의 유입에 대해서 유입실(136)에 가까이 위치한 분배실(136-6)로 우선적으로 하폐수가 유입되는 것이 방지된다.
따라서, 본 발명에 따른 유량 분배 장치는 생물반응조에 하폐수가 일정한 유량으로 유입될 수 있도록 하며, 또한 여러 개의 생물반응조로 하폐수를 분배하여야 할 경우에도 각각의 생물반응조가 균일한 유입 부하를 받을 수 있도록 함으로써 생물반응조가 항상 최적의 상태를 유지할 수 있도록 한다.
[실시예 1]
본 발명의 실시예에 따른 유량분배장치(100)의 성능 평가를 위하여, T시의 국가산업단지 내의 하폐수 종말처리시설의 유량조정조(130) 다음에 제1유량 분배조(132)와 제1유량 분배조(132)의 약 1/3 규모의 6개의 생물반응조(140)로 이송이 가능한 제2유량 분배조(136)를 설치하여 하폐수의 분배량을 측정하였다. 또한, 비교를 위하여 단순한 이송 펌프에 의해 하폐수를 유량조정조(130)에서 곧바로 생물반응조(140)로 분배시키는 종래의 하폐수 처리시스템에서의 이송량을 측정하였다.
먼저, 본 발명의 유량분배장치(100)에서의 하폐수 분배량을 측정하기 위하여 하폐수를 유량조정조(130)에서 바이패스(138)가 설치된 제1유량 분배조(132)로 이송시켰다.
그 다음 제1유량 분배조(132)에 이송된 하폐수를 정량 이송 펌프(134)를 이용하여 제2유량 분배조(136)에 정량 이송시켰다.
그리고 제2유량 분배조(136) 및 생물반응조(140)에서 필요한 유량 이외에는 바이패스(138)에 의해 유량조정조(130)로 회귀시켰다.
제2유량 분배조(136)로 정량 이송된 하폐수는 동일 규모의 6개의 분배실(136-3)로 분배되었으며, 6개의 분배실(136-3)로 분배된 하폐수의 양은 각각의 분배실에서 메스실린더를 이용하여 측정되었으며, 전체 10회에 걸쳐 각각의 분배실에서 측정한 결과는 표1과 같았다.
표1에서 보여지는 바와 같이, 본 발명의 유량분배장치(100)에 의하여 분배하였을 때, 6개의 생물반응조(140)에서의 유량의 최저 평균은 2,691 ㎤/sec 이며, 최대 평균은 2,698 ㎤/sec로, 초당 7 ㎤/sec의 유량 차이를 보여 주었다.
한편, 일반적으로 사용되고 있는 종래의 하폐수 처리장치에서 동일한 이송 펌프로 6개의 배관을 통해 6개의 생물반응조로 하폐수를 이송하였을 경우의 하폐수 분배량을 각각의 생물반응조(140)에서 메스실린더를 이용하여 측정하였으며, 전체 10회에 걸쳐 각각의 생물반응조에서 측정한 결과는 표2와 같았다.
표 2에서 보여주는 바와 같이, 하폐수 분배량의 최저 평균은 2,781 ㎤/sec이고, 최대 평균은 2,902 ㎤/sec이며, 초당 121 ㎤/sec의 유량 차이를 보였다.
상기 측정 결과를 살펴보면, 1일을 기준으로 보았을 때, 본 발명의 유량분배장치(100)는 0.6 ㎥/일의 유량 차이를 보여주었으며, 상기 종래의 유량 분배 장치에서는 약 10.5㎥/일 차이를 보여주었다.
따라서, 본 발명의 유량분배장치(100)에서의 유량 차이가 상기 종래의 하폐수 처리 시스템에서의 유량 분배 장치에서의 그것에 비해 약 1/18 정도에 불과함을 알 수 있었다.
본 발명의 유량분배장치에 의한 유량 분배량
계열
횟수		 1 2 3 4 5 6
1 2,689 2,676 2,682 2,694 2,709 2,714
2 2,675 2,717 2,710 2,702 2,694 2,697
3 2,706 2,697 2,688 2,679 2,670 2,661
4 2,688 2,689 2,691 2,692 2,694 2,695
5 2,668 2,671 2,674 2,677 2,680 2,683
6 2,692 2,681 2,670 2,699 2,702 2,705
7 2,727 2,689 2,688 2,683 2,682 2,682
8 2,693 2,699 2,691 2,702 2,689 2,695
9 2,711 2,703 2,695 2,686 2,690 2,693
10 2,679 2,685 2,694 2,703 2,709 2,682
평균 2,693 2,691 2,694 2,697 2,698 2,696
최소 2,668 2,671 2,674 2,677 2,675 2,666
최대 2,727 2,717 2,711 2,741 2,744 2,747
종래의 유량분배장치에 의한 유량 분배량
계열
횟수		 1 2 3 4 5 6
1 2,719 2,959 2,470 2,517 2,887 3,185
2 2,511 2,904 2,918 2,707 2,698 2,702
3 2,809 3,024 3,206 3,195 3,185 3,174
4 2,783 2,811 2,831 2,837 2,865 2,923
5 2,935 2,965 2,767 2,511 2,939 2,735
6 2,799 2,788 2,818 2,850 2,853 2,612
7 2,750 3,296 2,604 3,205 2,813 2,813
8 2,641 2,699 2,691 2,702 2,689 2,695
9 2,897 2,888 2,699 2,691 2,694 2,697
10 2,963 2,685 3,009 2,881 3,178 2,896
평균 2,781 2,902 2,801 2,810 2,880 2,843
최소 2,511 2,685 2,470 2,511 2,689 2,612
최대 2,963 3,296 3,206 3,205 3,185 3,185

Claims (4)

  1. 유량 조정조에 유입된 하폐수를 생물반응조에 분배하기 위한 생물학적 하폐수 처리 시스템의 유량 분배 장치에 있어서,
    상기 유량 조정조로부터 유입되는 하폐수를 저장하는 제1유량 분배조;
    상기 제1유량 분배조에 유입된 하폐수를 일정한 유량으로 이송하는 정량 이송 펌프; 및
    상기 정량 이송 펌프에 의해 이송된 하폐수를 적어도 하나의 생물 반응조에 분배하는 제2유량 분배조를 포함하며,
    여기서, 상기 제2유량 분배조는
    상기 정량 이송 펌프에 의해 이송되는 하폐수를 유입하는 유입실, 상기 유입실을 통하여 유입되는 하폐수를 이송하기 위한 분배수로, 그리고 상기 분배수로를 통하여 이송되는 하폐수를 분배하기 위한 적어도 하나의 분배실을 가지며, 상기 유입실, 상기 분배수로 그리고 상기 분배실은 격벽에 의해 서로 분리되며, 상기 유입실과 상기 분배수로를 차단하는 격벽의 하단에 설치되는 제1슬릿 및 상기 분배수로와 상기 분배실을 차단하는 격벽의 상단에 설치되는 제2슬릿을 가지는 것을 특징으로 하는 생물학적 하폐수 처리 시스템의 유량 분배 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1유량 분배조는
    그에 유입되는 유량이 소정의 수위를 넘을 경우 초과 유입량을 상기 유량 조정조로 되돌리는 바이패스를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 생물학적 하폐수 처리 시스템의 유량 분배 장치
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