KR101539290B1

KR101539290B1 - 공기공급·교반용 에어레이터, 이를 이용하는 하수, 폐수, 하천, 호소의 고도처리장치 및 고도처리방법

Info

Publication number: KR101539290B1
Application number: KR1020150005965A
Authority: KR
Inventors: 이길준
Original assignee: 아태수기엔지니어링(주)
Priority date: 2015-01-13
Filing date: 2015-01-13
Publication date: 2015-07-24

Abstract

본 발명은 하수, 폐수, 하천, 호소의 고도처리에 효율적인 포기와 혼합으로 산소전달 효과를 극대화시킬 수 있는 에어레이터(Aerator)를 포함하여 이루어지는 고도처리장치 및 이를 이용한 고도처리방법에 관한 것이다.

Description

공기공급·교반용 에어레이터, 이를 이용하는 하수, 폐수, 하천, 호소의 고도처리장치 및 고도처리방법{AN AERATOR FOR AIR SUPPLY AND STIRRING, NITROGEN-REMOVING APPARATUS USING AN AERATOR FROM WASTEWATER, SEWAGE, RIVER, LAKE AND NITROGEN-REMOVING PROCESS BY USING THE APPARATUS}

본 발명은 효율적인 포기와 혼합으로 산소전달 효과를 극대화시킬 수 있는 에어레이터(Aerator)와, 상기 에어레이터를 포함하여 이루어진 고도처리장치 및 고도처리방법에 관한 것이다.

본 발명은 상기 에어레이터의 장점인, 강, 호소 또는 정수, 하·폐수처리장 등에서 유량조정조, 생물반응조 등을 포함한 다양한 구조물의 형상에 관계없이 설치할 수 있다는 점과,

미세공기에 의한 심층포기와 교반에 의한 완벽혼합을 이룰 수 있어 고도처리장치의 호기성산화구 내에서의 유기물 분해기능을 극대화시킬 수 있다는 점을 통해 하수, 폐수, 하천, 호소 내의 총인, 총질소의 처리효율을 높일 수 있다는 장점을 갖는다.

현재까지 선진국 및 국내 하수처리장에서 사용중이거나 연구 중에 있는 생물학적 질소·인 제거공정은 무산소, 혐기성, 호기성의 단위반응조들이 조합을 이루고, 단위반응조들 사이에서 혼합액을 순환시켜서 유기물 및 영양염류의 제거를 도모하는 다단 완전혼합·내부순환형 생물학적 영양염류제거 하수처리시스템이 대부분이다.

일반적으로 하수처리는 유기물질(BOD)을 처리하는데 주안점을 두고 설계되어 있으나, 현재 산업발달과 인구증가, 다양한 오염물질의 배출 그리고 하천과 호수의 주오염원인 영양염류의 질소 및 인의 유입량이 증가하면서 하천과 호수의 오염이 심각한 실정에 있으며, 이에 따라 상기 영양염류의 질소 및 인을 규제하는 개정법이 시행되고 있으며, 질소 및 인을 보다 효율적으로 처리할 수 있는 고도의 하수 처리기술이 요구된다.

그러나 이와 같은 생물학적 처리방법은 호기성 상태에서 처리하기 때문에 질소 및 인의 처리가 원활하게 이루어지지 않는 문제가 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 본 출원인은 2003년 10월 09일자에 실용신안 20-2003-0030524호(등록일자 2004년 01월 08일) '산화구 하수 고도처리장치'를 통해 약품사용 없이 보다 안정적으로 고효율의 질소 및 인의 제거 및 처리가 이루어지는 산화구 하수 고도처리장치의 기술을 제공한 바 있다.

본 출원인은 상기 산화구 하수 고도처리장치의 질소 및 인의 제거효율 향상과 종래의 산소공급방식인 표면폭기방식에 의한 높은 동력비, 포기중 물입자의 비산에 의한 전염성 세균의 공기 중 전파, 악취, 동결과 함께 고장이나 보수시 처리시설을 가동할 수 없는 문제점 등을 해결하기 위한 지속적인 연구 결과, 상기 호기성산화구 내부에 설치하는 공기공급장치에 따라 유기물 분해효율의 차이가 발생하며, 또한 결과적으로 질소 및 인의 제거효율에 영향을 미친다는 것을 확인하였으며, 호기성산화구 내부에서의 유기물분해 효율을 극대화시키기 위해 다수의 공기흡입식 에어레이터를 설치하여 미세공기에 의한 심층포기와 동시에 교반에 의한 미처리 수와의 완벽혼합을 통해 유기물분해 효율 증대시켜, 질소 및 인의 제거효율을 높이며 상기의 표면폭기방식에 의한 문제를 해결할 수 있음을 확인하였다.

대한민국 등록특허 10-0415831호(등록일자 2004.01.08)

본 발명은 본 출원인의 등록특허 10-0415831호(등록일자 2004.01.08)의 '산화구 하수 고도처리장치'를 통해 제공된 기술로부터 유기물분해 기능을 더욱 강화하고, 최종적으로 질소 및 인의 제거효율을 극대화시키고 표면폭기방식에 의한 문제를 함께 해결하기 위하여, 공기공급·교반용 에어레이터(Aerator), 이를 이용하는 하수, 폐수, 하천, 호소의 고도처리장치 및 고도처리방법을 제공하고자하는 것을 발명의 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여,

본 발명은 에어레이터를 고정하기 위한 메인프레임(Main Frame)과,

상기 메인프레임에 인접 고정되어, 프로펠러에 회전동력을 공급하는 전기모터(Electric Motor)와,

상기 전기모터 하부에 형성되어, 상기 전기모터를 고정하는 베이스 플레이트(Base Plate)와,

상부는 베이스 플레이트와 결합되고, 하부는 상기 메인프레임에 고정되어, 전기모터의 진동을 완화하는 진동프레임(Vibration Frame)과,

상기 전기모터에 전원을 공급하는 전기연결케이블(Electric Connection Cable)과,

일측은 상기 전기모터와 결합되고, 타측은 중공주축과 결합을 이루어, 대기 중의 공기를 중공주축을 통해 수중으로 공급하는 공기흡입구(Air Entry)와,

상기 공기흡입구와 결합하여 상기 전기모터의 회전력을 프로펠러로 전달하는 역할을 하는 중공주축(Hollow Shaft)과,

상기 중공주축을 보호하기 위해 형성되는 보호하우징(Protecting Housing)과,

상기 중공주축의 말단에 연결되어 유체를 교반하는 역할을 하는 프로펠러(Propeller)와,

상기 보호하우징의 외면에 인접형성되어 에어레이터에서 발생하는 진동을 완화시키기 위한 흡진기(Vibration Absorber)를 포함하여 이루어지며, 하수, 폐수, 하천, 호소의 공기공급 및 교반에 사용되는 에어레이터를 제공한다.

그리고, 하수유입관을 통해 유입되는 하수와, 후단의 최종침전조로부터 반송되는 미생물 슬러지를 믹서기로 혼합하여 혐기성 상태를 유지하는 혐기성조;와,

일측은 상기 혐기성조와 관으로 연결되고, 타측은 하수처리관에 의해 최종침전조와 연결되며, 내부는 중간 구획벽에 의해 구획되되, 2계열을 1조 하여 4계열 2개의 조로 구성된 산화구;와,

상기 산화구에서 탈질, 유기물분해과정을 마친 1차 처리수를 상기 하수처리관을 통해 공급받아 고액분리하여, 상등액은 방류하고, 침전된 슬러지는 슬러지배출관을 통해 배출하되, 일부는 슬러지반송관을 통해 혐기성조로 반송하고, 나머지 잉여슬러지는 잉여슬러지이송관을 통해 배출되도록 하는 최종침전조;와,

상기 산화구 내에 설치되는 산소공급 혼합장치의 회전속도를 제어하기 위한 제어부;를 포함하여 이루어지되,

상기 산화구는 상기 중간 구획벽을 기준으로 무산소산화구와 호기성산화구의 2개의 조로 구분되고,

상기 중간 구획벽에는 상기 무산소산화구에서 탈질된 하수가 상기 호기성산화구로 유입되는 것을 보다 용이하게 하기 위하여 유입수로 바플이 형성되며,

상기 호기성산화구의 전·후방에는 산소공급 혼합장치로서 상기 에어레이터가 다수 설치되는 고도처리장치를 제공한다.

또한, 상기 고도처리장치를 통한 고도처리방법으로서,

혐기성조 내에서 유입하수와 반송된 미생물슬러지를 혼합하여 혐기성 상태를 유지하는 단계와,

상기 혐기성조로부터 이송된 혐기성 상태의 하수를 무산소산화구에서 탈질처리하는 단계와,

상기 무산소산화구로 이송된 탈질처리된 하수를 호기성산화구로 이송한 후, 상기 호기성산화구 내에 다수 설치되어 있는 에어레이터에서 분사되는 미세공기에 의한 심층포기와 교반을 통한 하수와의 혼합을 통해 유기물을 분해처리하는 단계와,

상기 호기성산화구로부터 이송된 처리수를 최종침전조에서 고액분리를 통해 상등액은 방류하고, 침전된 슬러지 중 일부는 상기 혐기성조로 반송하고, 나머지 잉여슬러지는 배출처리하는 단계를 포함하여 이루어지는 고도처리방법을 제공한다.

본 발명에 따른 에어레이터(Aerator)는 산소공급 포기 혼합장치인 공기흡기식 에어레이터(Aerator)로서, 에어레이터를 통해 발생하는 미세공기에 의한 심층포기와 동시에 교반이 일어나 에 의해 미처리 수와의 완벽혼합을 이룰 수 있어 유기물분해 효율을 증대시킬 수 있으며, 이로 인해 고도처리장치를 통한 하수, 폐수, 하천, 호소의 질소 및 인의 제거효율을 높일 수 있다.

그리고 산소공급효율 증대효과와 DO 부족시 추가설치가 편리하다는 장점을 갖는다. 이외에 산기배관이 필요 없고, 산화구, SBR 등 여러 하수처리 시설에 설치할 수 있다는 장점을 갖는다.

또한 본 발명의 에어레이터는 프로펠러 회전축이 기존 에어레이터와 달리 베어링부나 씰링부가 없는 구조이며, 리본타입의 프로펠러를 적용함으로써, 프로펠러에 이물질이 끼지 않고 작은 에너지로도 큰 용적의 교반이 가능하여 높은 효율성과 수처리 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 공기흡기식 에어레이터의 구성을 보인 도면.
도 2는 도 1의 공기흡입식 에어레이터의 주요부를 나타낸 분해사시도.
도 3은 종래 공기흡입식 에어레이터를 보인 도면.((a) 조립된 상태 (b) 분해된 상태)
도 4는 본 발명에 따른 고도처리장치의 전체 구성을 보인 도면.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 공기흡기식 에어레이터(23)는 에어레이터를 고정하기 위한 메인프레임(Main Frame;23a)과,

상기 메인프레임(23a)에 인접 고정되어, 프로펠러에 회전동력을 공급하는 전기모터(Electric Motor;23b)와,

상기 전기모터(23b) 하부에 형성되어, 상기 전기모터(23b)를 고정하는 베이스 플레이트(Base Plate;23c)와,

상부는 베이스 플레이트(23c)와 결합되고, 하부는 상기 메인프레임(23a)에 고정되어, 전기모터(23b)의 진동을 완화하는 진동프레임(Vibration Frame;23d)과,

상기 전기모터(23b)에 전원을 공급하는 전기연결케이블(Electric Connection Cable;23e)과,

일측은 상기 전기모터(23b)와 결합되고, 타측은 중공주축과 결합을 이루어, 대기 중의 공기를 중공주축을 통해 수중으로 공급하는 공기흡입구(Air Entry;23f)와,

상기 공기흡입구(23f)와 결합하여 상기 전기모터의 회전력을 프로펠러로 전달하는 역할을 하는 중공주축(Hollow Shaft;23g)과,

상기 중공주축(23g)을 보호하기 위해 형성되는 보호하우징(Protecting Housing;23h)과,

상기 중공주축(23g)의 말단에 연결되어 유체를 교반하는 역할을 하는 프로펠러(Propeller;23i)와,

상기 보호하우징(23h)의 외면에 인접형성되어 에어레이터(23)에서 발생하는 진동을 완화시키기 위한 흡진기(Vibration Absorber;23j)를 포함하여 이루어지며, 하수, 폐수, 하천, 호소의 공기공급 및 교반에 사용된다.

상기 산소공급과 교반에 이용되는 에어레이터(23)는 효율적인 산소전달, 높은 효율의 혼합과 순환, 물보라 없는 잔잔한 수면을 유지하며, 연무가 발생하지 않고, 소음발생이 아주 적으며, 산기 Air배관이 필요 없다. 또한 DO증가로 산소 부족시 간단히 설치가능하고, 유지관리가 아주 편리하며, 모든 조의 형상에 구분없이 설치 가능하다는 장점을 갖는다.

이와 같은 에어레이터(23)는 하수, 오수처리시 포기 및 혼합; 산업 폐수처리시 포기 및 혼합; 탈질 및 질소처리 교반; 라군, 호소, 댐, 강 포기; 저류조, 조정조 교반; 반응조, 중화조 교반; 축산, 분뇨처리, 액상부식조 포기, 혼합; 침출수 폭기 및 혼합; 슬러지 교반 및 포기; ATAD process(Autothermal Thermophilic Aerobic Digestion); ATAD AIC™ (Advanced Integrated concept) 호기성소화 슬러지 감량화 처리를 포함하여 다양한 목적 및 용도에 따라 설치 사용할 수 있다.

도 3에 도시하고 있는 바와 같이, 종래의 에어레이터는 수중에서 고속으로 회전하는 프로펠러의 교반에 의한 진동을 감소시키기 위하여 모터와 주축을 유니버셜조인트로 연결하는 방식을 취한다.

고속회전시 발생하는 진동에 의한 모터베어링의 잦은 고장, 수중에 침수된 부분이 중공축과 프로펠러가 베어링과 슬리브, 씰링제로 조립된 형태로 수중의 머리카락, 털, 끈, 섬유조각 등의 이물질이 프로펠러와 베어링부에 엉겨 붙거나 씰링부의 누수로 인하여 베어링이 파손된다.

이와 같은 문제를 해결한 본 발명에 따른 에어레이터(23)는 유니버셜조인트나 별도의 감속장치가 없기 때문에 경량이며, 모터와 프로펠러는 별도의 베어링과 슬리브, 씰링제가 없이 일체형 중공축으로 결합된 에어레이터이기 때문에, 고장부위가 없고 철거시 2인이 운반할 수 있을 정도의 무게를 갖는다. 또한 리본형식의 프로펠러로 작은 에너지로도 큰 용적의 교반이 가능하며 높은 진공도를 성하여 공기의 흡입량이 매우 큰 특징이 있다.

그리고 종래의 표면포기기나 수중폭기기에 비하여 시설의 가동중단이 없이 설치, 점검 및 보수가 가능하여 표면포기기 운전 중 비산되는 물 입자에 의한 주변오염, 악취, 병원균의 의한 문제점과 동절기 표면포기기와 주변의 결빙현상도 발생하지 않는다.

상기 에어레이터의 설치형태를 살펴보면, 라군, 호소, 강 등에는 부유장치를 이용한 설치가 가능하고, 혐기조, 무산소조, 유량조정조, 폭기조 등에는 고정식 장치를 이용한 설치가 가능하다. 따라서 현장에 맞춰 적합한 설치형태를 선택하여 설치하면 된다.

상기 에어레이터(23)는 하폐수처리장, 하천, 호소, 라군, 슬러지처리 등에서 포기 및 교반에 의해 부식발생가능성이 높기 때문에 부식발생을 최소화할 수 있는 재질을 이용하여 제작하는 것이 바람직하다.

상기 에어레이터(23)의 중공주축(23g), 보호하우징(23h), 프로펠러(23i)는 초 내식성 오스테나이트 스테인리스강을 기본으로 하여 여기에 질소의 함량을 변화시킨 합금을 이용하여 제작한다.

더욱 구체적으로는, Fe-18Cr-5Ni-Mn-0.35N의 스테인리스강 99.7~99.9wt%에 질소(N) 0.1~0.3wt%를 첨가하여 조성된 초 내식성 오스테나이트 스테인리스강을 사용한다.

상기 Fe-18Cr-5Ni-Mn-0.35N의 기본조성을 갖는 스테인리스강에 질소(N)를 첨가하여 내부식 특성을 강화하고자 하는 것으로서, 이때 상기 질소(N)의 첨가량이 0.1wt% 미만인 경우에는 내부식 특성이 떨어질 수 있고, 0.3wt%를 초과하게 되는 경우에는 내부식 특성이 크게 향상되지 않아 무의미하므로, 상기 질소(N)의 첨가량은 0.1~0.3wt%의 범위를 유지하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 상기 질소(N)를 0.145wt%를 첨가함으로써 높은 내부식 특성과 함께 리본형식의 프로펠러는 별도의 베어링과 슬리브, 씰링제가 없이 모터와 일체형 중공축으로 결합된 특징을 갖는다.

본 발명에 따른 고도처리장치(1)는 도 4에 도시된 바와 같이, 하수유입관(100)을 통해 유입되는 하수와, 후단의 최종침전조(30)로부터 반송되는 미생물 슬러지를 믹서기(101)로 혼합하여 혐기성 상태를 유지하는 혐기성조(10);와,

일측은 상기 혐기성조(10)와 관으로 연결되고, 타측은 하수처리관(200)에 의해 최종침전조(30)와 연결되며, 내부는 중간 구획벽(21)에 의해 구획되되, 2계열을 1조 하여 4계열(21a, 21b, 21c, 21d) 2개의 조로 구성된 산화구(20);와,

상기 산화구(20)에서 탈질, 유기물분해과정을 마친 1차 처리수를 상기 하수처리관(200)을 통해 공급받아 고액분리하여, 상등액은 방류하고, 침전된 슬러지는 슬러지배출관(300)을 통해 배출하되, 일부는 슬러지반송관(301)을 통해 혐기성조(10)로 반송하고, 나머지 잉여슬러지는 잉여슬러지이송관(302)을 통해 배출되도록 하는 최종침전조(30);와,

상기 산화구(20) 내에 설치되는 산소공급 혼합장치의 회전속도를 제어하기 위한 제어부(40);를 포함하여 이루어지되,

상기 산화구(20)는 상기 중간 구획벽(21)을 기준으로 무산소산화구(20A)와 호기성산화구(20B)의 2개의 조로 구분되고,

상기 중간 구획벽(21)에는 상기 무산소산화구(20A)에서 탈질된 하수가 상기 호기성산화구(20B)로 유입되는 것을 보다 용이하게 하기 위하여 유입수로 바플(22)이 형성되며,

상기 호기성산화구(20B)의 전·후방에는 산소공급 혼합장치로서 다수의 에어레이터(23)가 설치됨을 특징으로 한다.

상기 에어레이터(23)는 로터, 브로워, 산기관, 표면포기기, 수중포기기와 같은 산소공급과 혼합기능을 갖는 장치로서, 상기 하·폐수 고도처리장치(1)의 호기성산화구(20B) 내에 상기 로터, 브로워, 산기관, 표면포기기, 수중포기기 중 하나를 선택하여 설치하는 것도 가능하나, 본 발명에서는 에어레이터(23)를 설치하여 미세공기에 의한 심층포기와 교반에 의한 완벽혼합을 이루어 상기 호기성산화구(20B) 내에서의 유기물 분해기능을 극대화시킬 수 있도록 하여, 최종적으로 질소 및 인의 제거효율을 극대화시키도록 함에 기술적 특징이 있다.

본 발명에 따른 고도처리방법은 도 4에 도시된 고도처리장치(1)를 통해 이루어진다.

혐기성조(10) 내에서 유입하수와 반송된 미생물슬러지를 혼합하여 혐기성 상태를 유지하는 단계와,

상기 혐기성조(10)로부터 이송된 혐기성 상태의 하수를 무산소산화구(20A)에서 탈질처리하는 단계와,

상기 무산소산화구(20A)로 이송된 탈질처리된 하수를 호기성산화구(20B)로 이송한 후, 상기 호기성산화구(20B) 내에 다수 설치되어 있는 청구항 1의 에어레이터(23)에서 분사되는 미세공기에 의한 심층포기와 교반을 통한 하수와의 혼합을 통해 유기물을 분해처리하는 단계와,

상기 호기성산화구(20B)로부터 이송된 처리수를 최종침전조(30)에서 고액분리를 통해 상등액인 최종처리수는 외부로 방류되고, 침전된 슬러지 중 일부는 상기 혐기성조(10)로 반송하고, 나머지 잉여슬러지는 배출처리하는 단계를 포함하여 이루어진다.

상기 배출되는 슬러지 중 일부, 구체적인 예로서 하수량의 60~100%, 는 슬러지반송관(301)을 통해 상기 혐기성조(10)로 반송처리하고, 나머지는 잉여슬러지이송관(302)을 통해 외부로 배출된다.

상기 혐기성조(10) 내부에는 믹서기(101)가 설치되어 있어, 10~1,200rpm의 회전속도로 회전하면서 산소 공급 없이 유입하수와 미생물 반송 슬러지의 혼합이 원활하게 이루어질 수 있도록 한다.

이때 상기 혐기성조(10)로 반송된 미생물 슬러지는 유입원수와 혼합되어 혐기성 상태의 유지가 이루어지게 되는 것이며, 이로 인해 미생물 슬러지에 존재하는 POLY-P 미생물이 혐기성 상태에서 인을 토해내게 됨은 물론 유입하수의 유기탄소원을 조기에 흡착시키게 되고, 또한 사상균 발생을 억제하게 된다.

그리고 다음단계인 무산소산화구(20A)에서 탈질처리가 보다 효과적으로 진행될 수 있도록 한다.

상기 혐기성조(10) 내에서 미생물 슬러지와 충분히 혼합된 유입하수는 후단에 설치된 무산소산화구(20A)로 이송된다.

상기 무산소산화구(20A) 내에서는 무산소 상태에서 탈질 반응이 일어나며, 이때 탈질을 유도하기 위하여, 무산소산화구(20A) 내부에 다수의 믹서기(201)가 설치함으로써, 공기 공급 없이 혼합을 이루면서 탈질 반응을 유도하게 된다.

상기 산화구(20)는 무산소산화구(20A)와 호기성산화구(20B)가 중간 구획벽(21)를 사이에 두어 일체를 이룬다.

상기 무산소산화구(20A)는 서로 연속적으로 통하는 2계열(21a)(21b)을 1조로 하여 구성된다. 내부의 전·후방측에는 다수의 믹서기(201)가 배치 구성된다.

상기 호기성산화구(20B) 또한 2계열(21c)(21d) 1조로 하여 내부의 전·후방측에 다수의 에어레이터(23)가 설치된다.

상기 무산소산화구(20A)와 호기성산화구(20B) 사이의 중간 구획벽(21)에는 유입수로 바플(22)이 형성된다. 상기 유입수로 바플(22)은 탈질된 하수가 호기성산화구(20B)로 보다 용이하게 유입되도록 하며, 또한 호기성산화구(20B)에서 무산소산화구(20A)로 하수가 월류되는 현상을 막아 효율의 극대화를 도모한다.

상기 호기성산화구(20B)에는 상기 유입수로 바플(22)의 근접위치에 내부반송펌프(24)가 배치 구성된다.

상기 무산소산화구(20A)의 슬러지(MLSS) 농도는 3,500㎎/ℓ~ 5,000㎎/ℓ로 유지되어야 하고, DO(용존산소량) 농도는 0.5㎎/ℓ이어야 하고, 무산소산화구(20A)로 이송된 하수는 무산소산화구(20A)를 통과하는 동안 하수에 잔존하는 질산성질소(NO₃-N)을 탈질시키게 된다.

탈질이 이루어진 하수는 유입수로 바플(22)을 통해 호기성산화구(20B)로 유입되고, 이 유입된 하수는 호기성산화구(20B) 내부에 설치된 에어레이터(23)의 구동에 의해 미세공기에 의한 심층포기와 교반에 의한 하수와의 완벽혼합을 통해 호기성 상태를 유지하게 된다.

이때, DO 농도는 3~5 ㎎/ℓ로 자동 유지되는 것으로서, 이는 DO 메타의 설치에 의해 DO 농도가 자동으로 이루어지게 되는 것이며, 보다 구체적으로는 상기 DO 메타 내부의 센서 감지에 따른 신호전송으로 제어부(40)에서 DO 수치를 읽어 상기 제어부(40)의 PLC에서 에어레이터(23)의 운전조건을 자동제어함으로써 대기중의 공기와 하수의 접촉이 조절되어 이루어지게 되고, 상시 공기접촉에 따른 호기성 상태의 유지로 인해 하수에 포함된 암모니아성 질소를 아질산성 질소 및 질산성 질소로 산화시키면서 유기물을 분해시키게 된다.

그리고 호기성산화구(20B) 측으로 유입된 하수는 다시 내부반송펌프(24)의 구동에 의해 유입수로 바플(22)을 통해 무산소산화구(20A)로 반송되는데, 이때 반송량은 유입하수량의 2Q~3Q로 하고, 호기성산화구(20B)의 슬러지(MLSS) 농도는 3,500㎎/ℓ~6,000㎎/ℓ로 유지하는 것이 바람직하다. 이는 호기성산화구(20B)에 유입된 하수에 잔존할 수 있는 잔류 질소(NO₃-N) 및 유기물을 보다 효과적으로 처리하고, 탈질시 필요한 유기탄소원을 추가 공급하기 위함이다.

상기 호기성산화구(20B)에서 충분한 질산화 및 미생물의 활성화, 미생물 보유량의 극대화를 이룬 하수는 최종침전조(30)로 송출된다. 송출된 하수는 상기 최종침전조(30)에서 상등수와 슬러지의 고액분리가 이루어지게 된다.

상기 상등수는 방류되고 슬러지는 반송펌프(301a)에 의해 슬러지반송관(301)을 통해 혐기성조(10)로 반송되며, 잉여슬러지는 잉여슬러지 펌프(302a)에 의해 잉여슬러지이송관(302)을 통해 외부로 배출된다. 일반적으로 농축조로 이송되어 탈수처리된다.

본 발명에 따른 하폐수 고도처리장치 및 고도처리방법은 호기성 산화구 내부에 다수의 에어레이터를 구성함으로써, 미세공기가 하수와 충분히 접촉되도록 유도할 수 있어 호기성 산화구 내에서 유기물 분해효율을 높일 수 있고 전체적으로 총질소, 총인 처리효율을 높일 수 있어 산업상 이용가능성이 크다.

1 : 고도처리장치
10 : 혐기성조
20 : 산화구
20A: 무산소산화구
20B: 호기성산화구
21 : 중간 구획벽
22 : 바플
23 : 에어레이터
30 : 최종침전조
40 : 제어부
100: 하수유입관
101: 믹서기
200: 하수처리관
300: 슬러지배출관
301: 슬러지반송관
302: 잉여슬러지이송관

Claims

에어레이터(23)를 고정하기 위한 메인프레임(Main Frame;23a)과,
상기 메인프레임(23a)에 인접 고정되어, 프로펠러에 회전동력을 공급하는 전기모터(Electric Motor;23b)와,
상기 전기모터(23b) 하부에 형성되어, 상기 전기모터(23b)를 고정하는 베이스 플레이트(Base Plate;23c)와,
상부는 베이스 플레이트(23c)와 결합되고, 하부는 상기 메인프레임(23a)에 고정되어, 전기모터(23b)의 진동을 완화하는 진동프레임(Vibration Frame;23d)과,
상기 전기모터(23b)에 전원을 공급하는 전기연결케이블(Electric Connection Cable;23e)과,
일측은 상기 전기모터(23b)와 결합되고, 타측은 중공주축과 결합을 이루어, 대기 중의 공기를 중공주축을 통해 수중으로 공급하는 공기흡입구(Air Entry;23f)와,
상기 공기흡입구(23f)와 결합하여 상기 전기모터의 회전력을 프로펠러로 전달하는 역할을 하는 중공주축(Hollow Shaft;23g)과,
상기 중공주축(23g)을 보호하기 위해 형성되는 보호하우징(Protecting Housing;23h)과,
상기 중공주축(23g)의 말단에 연결되어 유체를 교반하는 역할을 하는 프로펠러(Propeller;23i)와,
상기 보호하우징(23h)의 외면에 인접형성되어 에어레이터(23)에서 발생하는 진동을 완화시키기 위한 흡진기(Vibration Absorber;23j)를 포함하여 이루어지며, 하수, 폐수, 하천, 호소의 공기공급 및 교반에 사용되는 것임을 특징으로 하는 공기공급·교반용 에어레이터.
청구항 1에 있어서,
에어레이터(23)의 중공주축(23g), 보호하우징(23h), 프로펠러(23i)는 Fe-18Cr-5Ni-Mn-0.35N의 스테인리스강 99.7~99.9wt%에 질소(N) 0.1~0.3wt%를 첨가하여 조성된 초 내식성 오스테나이트 스테인리스강으로 이루어지는 것임을 특징으로 공기공급·교반용 에어레이터.
하수유입관(100)을 통해 유입되는 하수와, 후단의 최종침전조(30)로부터 반송되는 미생물 슬러지를 믹서기(101)로 혼합하여 혐기성 상태를 유지하는 혐기성조(10);와,
일측은 상기 혐기성조(10)와 관으로 연결되고, 타측은 하수처리관(200)에 의해 최종침전조(30)와 연결되며, 내부는 중간 구획벽(21)에 의해 구획되되, 2계열을 1조 하여 4계열(21a, 21b, 21c, 21d) 2개의 조로 구성된 산화구(20);와,
상기 산화구(20)에서 탈질, 유기물분해과정을 마친 1차 처리수를 상기 하수처리관(200)을 통해 공급받아 고액분리하여, 상등액은 방류하고, 침전된 슬러지는 슬러지배출관(300)을 통해 배출하되, 일부는 슬러지반송관(301)을 통해 혐기성조(10)로 반송하고, 나머지 잉여슬러지는 잉여슬러지이송관(302)을 통해 배출되도록 하는 최종침전조(30);와,
상기 산화구(20) 내에 설치되는 에어레이터를 제어하기 위한 제어부(40);를 포함하여 이루어지되,
상기 산화구(20)는 상기 중간 구획벽(21)을 기준으로 무산소산화구(20A)와 호기성산화구(20B)의 2개의 조로 구분되고,
상기 중간 구획벽(21)에는 상기 무산소산화구(20A)에서 탈질된 하수가 상기 호기성산화구(20B)로 유입되는 것을 보다 용이하게 하기 위하여 유입수로 바플(22)이 형성되며,
상기 호기성산화구(20B)의 전·후방에는 산소공급 혼합장치로서 청구항 1의 공기공급·교반용 에어레이터가 다수 설치되는 것임을 특징으로 하는 하수, 폐수, 하천, 호소의 고도처리장치.
혐기성조(10) 내에서 유입하수와 반송된 미생물슬러지를 혼합하여 혐기성 상태를 유지하는 단계와,
상기 혐기성조(10)로부터 이송된 혐기성 상태의 하수를 무산소산화구(20A)에서 탈질처리하는 단계와,
상기 무산소산화구(20A)로 이송된 탈질처리된 하수를 호기성산화구(20B)로 이송한 후, 상기 호기성산화구(20B) 내에 다수 설치되어 있는 청구항 1의 공기공급·교반용 에어레이터에서 분사되는 미세공기에 의한 심층포기와 교반을 통한 하수와의 혼합을 통해 유기물을 분해처리하는 단계와,
상기 호기성산화구(20B)로부터 이송된 처리수를 최종침전조(30)에서 고액분리를 통해 상등액은 방류하고, 침전된 슬러지 중 일부는 상기 혐기성조(10)로 반송하고, 나머지 잉여슬러지는 배출처리하는 단계를 포함하여 이루어지는 것임을 특징으로 하는 하수, 폐수, 하천, 호소의 고도처리방법.