KR101554224B1 - 하폐수 고도처리장치 - Google Patents

Abstract

하폐수 고도처리장치가 개시된다.
본 발명의 하폐수 고도처리장치는, 무산소조; 및 내부 반응 공간을 갖는 반응 블록을 가지며, 상기 무산소조로부터 하폐수 혼합물을 공급받아 폭기, 침전, 정화수 방류 및 슬러지 방출과 반송 작업을 시간차를 두고 수행하는 연속 회분식 반응조를 포함하되, 상기 연속 회분식 반응조는, 상기 무산소조로부터 공급된 상기 하폐수 혼합물을 무동력으로 자유낙하하되, 바닥면에 기적층된 슬러지층 내부로 상기 하폐수 혼합물을 공급하여 상기 적층된 슬러지층 내부에 와류를 발생시키는 와류 발생 혼합부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

하폐수 고도처리장치{APPARATUS FOR ADVANCED TREATMENT OF SEWAGE AND INDUSTRIAL WASTEWATER}

본 발명은, 하폐수 고도처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 무산소조에서 내부 교반 및 순환을 위한 별도의 동력장치를 사용하지 않으면서도 충분한 질소 및 인 제거가 가능하도록 할 뿐만 아니라, 연속 회분식 반응조 내로 하폐수 혼합물을 유입시킬 때 반응조 바닥에 적층되어 있는 슬러지층과 하폐수 혼합물을 무동력으로 충분히 교반시켜 하폐수를 효율적으로 처리할 수 있는 폐수 고도처리장치에 관한 것이다.

일반적으로, 오·폐수 재활용에 있어서 중요한 점은 재활용되는 오·폐수 내의 질소, 인 및 유기물 등의 함유량과, 물의 탁도, pH 등을 필요한 수준으로 처리하고, 병원성 미생물을 제거하여 환경공학적으로 안정하도록 처리하는 일이다.

주로 농업용 비료, 사람이나 가축의 분뇨, 합성세제로부터 발생되는 질소나 인이 수계로 유입되면, 부영양화, 연안의 적조현상, 암모니아의 어류독소, 수중의 용존산소결핍 등을 야기하게 되며, 상수 중의 암모니아는 염소 요구량을 증가시키고, 질산성 질소가 음용수 중에 높은 농도로 존재하는 경우 청색증와 같은 질병을 유발하여 건강에 영향을 주기도 한다. 또한 질소·인 등의 상수원 유입으로 인한 조류의 과잉성장으로 수돗물의 맛과 냄새 등에서 불쾌감을 일으킬 우려가 있고, 정수공정인 모래 여과지의 막힘 현상을 유발하며, 남조류가 과잉 번식한 경우, 독성 물질을 생성하여 사람의 건강에 장애를 주기도 한다.

이와 같이, 수계로의 질소·인 유입은 정수비용의 증가에 따른 경제적인 손실발생, 공중보건상 안전하고 깨끗한 수자원확보의 어려움 등의 문제를 유발시키며, 따라서 수계로의 영양염류 유입을 차단하는 것이 가장 근원적인 해결책이므로 오·폐수 및 축산폐수에서 유기물의 제거와 더불어 질소·인의 처리가 더욱 강조되고 있는 실정이다.

종래 하폐수 고도처리를 위한 장치의 일 예로, 질소, 인 제거를 위해 별도의 혐기조와 무산소조를 두고 각각에 교반 장치를 설치하여 작동시키는 구조가 개시되어 있다. 그러나, 이러한 종래 구조는 별도의 교반 장치 설치로 인해 교반 장치 구동을 위한 추가적인 동력이 소요되는 단점을 갖고 있다.

한국 등록특허 제10-0477581호 (2005.03.09 등록)

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 무산소조에서 내부 교반 및 순환을 위한 별도의 동력장치를 사용하지 않으면서도 충분한 질소 및 인 등의 제거가 가능하도록 할 뿐만 아니라, 연속 회분식 반응조 내로 하폐수 혼합물을 유입시킬 때 반응조 바닥에 적층되어 있는 슬러지층과 하폐수 혼합물을 무동력으로 충분히 교반시켜 하폐수를 보다 효율적으로 처리할 수 있는 하폐수 고도처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 하폐수와 슬러지의 혼합물인 하폐수 혼합물을 탈질 및 탈인 반응시키는 무산소조; 및 내부 반응 공간을 갖는 반응 블록을 가지며, 상기 무산소조로부터 하폐수 혼합물을 공급받아 폭기, 침전, 정화수 방류 및 슬러지 방출과 반송 작업을 시간차를 두고 수행하는 연속 회분식 반응조를 포함하되, 상기 연속 회분식 반응조는, 상기 무산소조로부터 공급된 상기 하폐수 혼합물을 무동력으로 자유낙하하되, 바닥면에 기적층된 슬러지층 내부로 상기 하폐수 혼합물을 공급하여 상기 적층된 슬러지층 내부에 와류를 발생시키는 와류 발생 혼합부를 포함하는 하폐수 고도처리장치가 제공된다.

상기 와류 발생 혼합부는, 상기 하폐수 혼합물을 상기 반응 블록 바닥 영역으로 공급하는 하폐수 혼합물 공급배관을 따라 자유 낙하하는 하폐수 혼합물과 접촉하여 와류를 발생하는 것으로서, 베이스; 및 상기 베이스의 상부에 마련되어 상기 하폐수 혼합물 공급배관으로부터 낙하하는 하폐수 혼합물과 접촉하도록 라운드진 경사면이 마련되는 와류발생블록을 포함할 수 있다.

상기 와류발생블록은 그 원주 방향을 따라 서로 이격되게 마련된 직선의 경사면을 더 포함하고, 상기 라운드진 경사면과 상기 직선의 경사면은 상기 원주 방향을 따라 서로 교대로 마련될 수 있다.

상기 베이스 및 상기 와류발생블록 중 적어도 하나에는 복수의 와류발생돌기 또는 와류발생홈이 더 마련될 수 있다.

상기 와류 발생 혼합부는 상기 하폐수 혼합물 공급배관의 토출구와 대응하는 상기 하폐수 혼합물 공급배관의 하측 영역에 마련될 수 있다.

상기 와류 발생 혼합부 주변의 상기 반응 블록 바닥 모서리영역에는 와류 발생 효과 증대를 위한 경사면이 더 마련될 수 있다.

상기 경사면에는 복수의 와류발생돌기 또는 와류발생홈이 더 마련될 수 있다.

상기 연속 회분식 반응조는, 내부로 공급된 상기 하폐수 혼합물에 산소를 공급하는 산기부; 상기 정화수 방류 작업시 설정된 수위 영역의 정화수를 외부로 배출하는 디켄터부; 및 상기 슬러지 방출 및 반송작업시 바닥면에 적층된 슬러지를 외부로 방출함과 더불어 상기 무산소조로 반송시키는 슬러지 반송부를 더 포함할 수 있다.

상기 산기부는, 압축공기 탱크와, 상기 압축공기 탱크에 저장된 압축공기를 설정된 시간 또는 간헐적으로 배출하는 복수의 노즐을 포함하고, 상기 슬러지 반송부는, 적층된 슬러지를 흡입하여 외부 방출 및 반송하는 슬러지 반송펌프일 수 있다.

상기 디켄터부는, 상기 반응 블록의 바닥면에 대해 높이 방향으로 고정되는 복수의 고정대; 상기 반응 블록 내의 수위 변동에 따라 상기 복수의 고정대를 따라 승강 가능하게 마련되는 부력체; 상기 부력체에 고정되며 정화된 정화수가 흡입 가능하도록 흡입구가 마련되는 정화수 흡입기; 및 상기 정화수 흡입기에 흡입압을 제공하는 디켄터 펌프를 포함할 수 있다.

상기 정화수 흡입기와 상기 디켄터 펌프는 플렉시블 배관을 통해 연결될 수 있다.

상기 고정대에는 상기 부력체의 하강 정도를 제한하는 스토퍼가 더 마련될 수 있다.

상기 연속 회분식 반응조는, 상기 산기부가 마련된 영역과 상기 슬러지 반송부가 마련된 영역을 일부 구획하는 구획벽을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의할 경우, 내부 교반 및 순환을 위한 별도의 동력장치를 사용하지 않고 무동력으로도 충분하게 질소 및 인 등의 효율적인 제거가 가능하도록 하여 하폐수 처리 효율의 향상 및 동력비 절감 효과를 크게 가져올 수 있다.

구체적으로, 무산소조 및 반응조의 하부 영역에 와류를 발생하고, 라운드진 경사면, 직선의 경사면, 와류발생돌기, 와류발생홈, 저수 블록 바닥 모서리의 경사면 등에 의해 와류 발생 강도를 증가시키고 와류 발생 영역을 최대한 확장하여 데드 스페이스의 발생을 방지할 수 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 하폐수 고도처리장치를 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 하폐수 고도처리장치용 무산소조의 와류 발생부를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2의 다른 예를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 하폐수 고도처리장치용 무산소조 하부 영역의 와류 발생을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 2의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 하폐수 고도처리장치에서 무산소조의 다른 예가 적용된 상태를 나타내는 구성도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 하폐수 고도처리장치에서 무산소조의 또 다른 예가 적용된 상태를 나타내는 구성도이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 하폐수 고도처리장치에서 연속 회분식 반응조를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 하폐수 고도처리장치의 연속 회분식 반응조의 와류 발생 혼합부를 나타내는 사시도이다.
도 11은 도 10의 다른 예를 나타내는 사시도이다.
도 12는 도 10의 또 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 13a 내지 도 13d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 하폐수 고도처리장치에서 연속 회분식 반응조 내에서의 반응과정을 순차적으로 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 하폐수 고도처리장치(이하, '고도처리장치'라 함)는, 내부 교반 및 순환을 위한 별도의 동력장치를 사용하지 않고 무동력으로도 충분하게 질소 및 인 등의 제거가 가능하도록 하여 고도처리 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 반응 블록 내로 하폐수 혼합물(하폐수와 슬러지의 혼합 상태)을 유입시킬 때 이미 반응조 바닥에 적층되어 있는 슬러지층과 하폐수 혼합물을 무동력으로 충분히 교반하여 하폐수를 더욱 효율적으로 처리하도록 마련된다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 고도처리장치는, 무동력으로 작동되며 하폐수(하수,폐수)와 슬러지의 혼합물인 하폐수 혼합물을 탈질 및 탈인 반응시키는 무산소조(100)와, 내부 반응 공간을 갖는 반응 블록(161)을 가지며 무산소조(100)로부터 하폐수 혼합물을 공급받아 폭기, 침전, 정화수 방류 및 슬러지 방출과 반송 작업을 시간차를 두고 수행하는 연속 회분식 반응조(160)(SBR, Sequencing Batch Reactor)를 포함한다.

또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 고도처리장치는, 무산소조(100)의 전방에 마련된 전처리조(150), 집수조(151) 및 유량조정조(152)를 포함하고, 연속 회분식 반응조(160)의 후방에 마련된 방류조(191) 및 슬러지농축저류조(192)를 더 포함할 수 있다.

여기서, 전처리조(150)는 유입 하폐수에 포함된 유분 성분을 제거하고 침사물 및 협잡물을 제거하여 후속 공정의 펌프를 보호하는 역할을 하며, 집수조(151)는 전처리조(150)에서 처리된 하폐수를 일시 저장하고, 유량조정조(152)는 후공정인 무산소조(100)로의 하폐수 공급을 제어하게 된다. 이를 위해 유량조정조(152)에는 유량조정펌프가 마련되어 있다.

또한, 방류조(191)는 연속 회분식 반응조(160)에서 정화된 정화수를 정수조 또는 하천 등으로 배출하게 되고, 슬러지농축저류조(192)는 슬러지를 농축하여 저류 용량을 감소하게 된다.

먼저, 무산소조(100)는, 내부 교반 및 순환을 위한 별도의 동력장치를 사용하지 않고 무동력으로도 충분하게 질소 및 인 제거가 가능하도록 하는 것으로서, 무동력 운행에 따른 동력비 절감 효과를 크게 가져올 수 있는 이점을 갖는다.

본 발명에서 무산소조(100)는 다양한 실시예로 적용 가능하며, 이에 대해 순차적으로 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 예에 따른 무산소조(100)는, 무동력으로 작동되는 하폐수(하수,폐수) 고도처리장치용 무산소조로서, 내부 저수공간을 갖는 저수 블록(110)과, 저수 블록(110)의 상측으로부터 하폐수를 자유 낙하시켜 저수 블록(110) 내부로 이송시키는 하폐수 공급 파이프(120)와, 저수 블록(110)의 내부 바닥면에 마련되어 하폐수 공급 파이프(120)로부터 공급되는 하폐수와 접촉함으로써 저수 블록(110)의 하부 영역에 와류를 발생시키는 와류 발생부(130)와, 저수 블록(110)에 저장되어 탈질 및 탈인 반응을 거친 하폐수를 후공정으로 공급하되 무동력으로 공급하는 하폐수 배출배관(140)을 포함한다.

먼저, 저수 블록(110)은 전체 하폐수 고도처리장치의 일일 하폐수 처리 용량을 기반으로 하여 적절한 내부 수용공간을 갖도록 마련된다.

이러한 저수 블록(110)은 횡방향으로 복수로 마련될 수 있고, 또한 높이 방향(종방향)으로 복수로 마련될 수도 있다. 이와 같이 저수 블록(110)이 복수로 마련되는 경우에 대해서는 후술하기로 한다.

다음, 도 1에 도시한 바와 같이, 하폐수 공급 파이프(120)는 저수 블록(110)의 상측으로부터 하폐수를 자유 낙하시켜 저수 블록(110) 내부로 이송시키는 것으로서, 구체적으로 하폐수는 별도의 이송압을 제공받지 않은 상태로 하폐수 공급 파이프(120)를 따라 무동력으로 자유 낙하하게 된다. 여기서, 하폐수는 하폐수 고도처리장치 중에서 일 예로 무산소조의 전처리 공정에 마련되는 유량조정조(152)로부터 저수 블록(110)으로 공급된다.

본 발명에서, 하폐수 공급 파이프(120)는 전술한 하폐수 이외에도 후공정인 반응조 내에서 생성된 슬러지를 저수 블록(110) 내부로 반송하는 경로로도 사용되며, 이에 대한 구체적인 설명은 후술한다.

이러한 하폐수 공급 파이프(120)는 저수 블록(110)의 바닥면에 대해 경사진 상태, 바람직하게는 도 1에 도시한 바와 같이, 수직 상태로 마련되는 것이 바람직하며, 이에 따라 하폐수 공급 파이프(120)를 따라 수직 낙하한 하폐수는 더욱 강한 유동속도로 저수 블록(110)의 바닥면을 타격하게 된다.

또한, 본 발명에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 하폐수 공급 파이프(120)를 통해 저수 블록(110) 내부로 연속 회분식 반응조(160)에서 생성된 슬러지를 반송시켜 공급하게 된다.

다음, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 와류 발생부(130)는, 저수 블록(110)의 내부 바닥면에 마련되어 하폐수 공급 파이프(120)로부터 공급되는 하폐수와 접촉함으로써 저수 블록(110)의 하부 영역에 와류를 발생시키게 된다. 이러한 와류 발생은 하폐수와 슬러지를 무동력으로 교반시키고, 골고루 혼합시킴으로써 무산소조 내부를 균질화 할 수 있게 된다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 와류 발생부(130)는, 저수 블록(110)의 내부 바닥면에 고정되는 베이스(131)와, 베이스(131)의 상부에 마련되어 하폐수 공급 파이프(120)로부터 낙하하는 하폐수와 접촉하여 하폐수의 이동 방향을 상측으로 역류시키도록 경사면이 마련되는 와류발생블록(132)을 포함한다. 상기 경사면은 한정하는 것은 아니지만 라운드진 형태를 갖는 것이 와류 발생의 효과 측면에서 유리하다.

본 발명에서는, 하폐수 공급 파이프(120)로부터 자유 낙하한 하폐수가 베이스(131) 및 와류발생블록(132)의 라운드진 경사면(133)에 접촉하면서 상측으로 유동 방향이 역전하게 되고 이때 저수 블록(110)의 하부 영역에는 와류가 발생하게 된다. 이때 발생되는 와류를 통해 저수 블록(110) 내부에서 유입되는 하폐수와 스러지가 골고루 혼합되며, 또한 데드 스페이스(dead space)의 발생을 방지할 수 있게 된다.

한편, 저수 블록(110) 내부로 하폐수와 슬러지가 지속적으로 유입되는 동안, 저수 블록(110)의 하부 영역에는 와류 발생상태가 유지되고 수위는 점차 상승하게 된다. 이때, 저수 블록(110)의 하부 영역으로부터 상부 영역으로 이동하는 동안 탈질 및 탈인 반응이 일어나며, 탈질 및 탈인 반응이 완료된 상부 영역에 존재하는 하폐수는 하폐수 배출배관(140)을 통해 후공정으로 공급된다. 이때, 탈질 및 탈인 반응을 거친 하폐수는 별도의 이송압을 제공받지 않은 상태에서 무동력으로 하폐수 배출배관(140)으로 유입된 후 후공정을 위한 반응조로 이송된다.

이하에서는, 본 발명의 특징적인 부분인 무동력으로 와류를 발생시켜 혼합물을 더욱 균질화하기 위한 다양한 구성 및 구조에 대해 설명하기로 한다.

먼저, 일 예로, 도 1에 도시한 바와 같이, 와류 발생부(130)는 하폐수 공급 파이프(120)의 토출구와 대응하는 하폐수 공급 파이프(120)의 하측 영역에 마련되는 것이 바람직하다. 따라서, 하폐수 공급 파이프(120)의 토출구를 통해 배출된 하폐수는 배출 즉시 와류 발생부(130)와 접촉하여 저수 블록(110)의 하부 영역 전체에 걸쳐 최대한 와류를 발생하게 된다.

또한, 추가적인 다른 예로, 도 3에 도시한 바와 같이, 와류발생블록(132)은 전술한 라운드진 경사면(133) 이외에 그 원주 방향을 따라 서로 이격되게 마련된 직선의 경사면(134)을 더 포함한다. 본 발명에서, 하폐수가 라운드진 경사면(133)을 따라서만 유동하는 경우 저수 블록(110)의 하부 영역에 와류가 발생하더라도 그 발생 강도가 약할 수 있다. 그러나, 라운드진 경사면(133) 이외에 직선의 경사면(134)을 추가할 경우 와류 발생 강도는 더욱 커지게 된다. 즉, 하폐수 공급 파이프(120)를 통해 단위 시간당 토출되는 하폐수 중 일부는 라운드진 경사면(133)에 부딪힌 후 라운드진 경사면(133)을 따라 이동하게 되고, 또 나머지 일부는 직선의 경사면(134)에 부딪힌 후 직선의 경사면(134)을 따라 이동하게 된다. 이때 라운드진 경사면(133)과 직선의 경사면(134)에 부딪힌 하폐수의 혼합으로 인해 저수 블록(110)의 하부 영역에는 더욱 강도가 큰 와류가 발생하게 된다. 이러한 와류 발생 강도의 증가는 하폐수와 슬러지의 무동력 교반 효과를 더욱 증대시킬 수 있는 이점이 있다.

한편, 전술한 바와 같은 와류 발생 강도를 더 증가시킴과 더불어 와류 발생 영역을 보다 확대하기 위해서, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 평면에서 바라보았을 때 라운드진 경사면(133)과 직선의 경사면(134)은 원주 방향을 따라 서로 교대로 마련되는 것이 바람직하다. 따라서 와류 발생부(130)의 둘레 방향, 즉 원주 방향을 따른 주변 전체 영역에 걸쳐 와류가 발생하도록 하여 데드 스페이스 없이 저수 블록(110)의 하부 영역 전체에 걸쳐 와류를 발생시킬 수 있을 뿐만 아니라 와류 발생 강도 또한 증가시킬 수 있게 된다.

본 발명에서는, 저수 블록(110) 내에서의 와류 발생 강도 및 와류 발생 영역을 더 증가하기 위한 방법의 추가적인 예로, 도 5에 도시한 바와 같이, 와류 발생부(130) 주변의 저수 블록(110) 바닥 모서리영역에 경사면(111)이 더 마련되는 것이 바람직하다.

따라서, 하폐수 공급 파이프(120)로부터 배출되어 와류발생블록(132)의 라운드진 경사면(133) 및 직선의 경사면(134)을 따라 유동한 하폐수 중 일부는 상기 저수 블록(110)의 모서리 영역에 마련된 경사면(111)에 부딪히게 되며, 이때 경사면(111)에 부딪힌 하폐수는 경사면(111)을 따라 상승 이동하거나 그 중 일부는 하측 영역으로 하강 이동하게 되며 이에 따라 저수 블록(110) 전체 영역에 걸쳐 고르게 와류가 발생하도록 할 수 있게 된다.

본 발명에서는, 와류 발생 강도 및 와류 발생 영역을 더욱 증가하기 위한 추가적인 예로, 도 6에 도시한 바와 같이, 베이스(131) 및 와류발생블록(132) 중 적어도 하나에 복수의 와류발생돌기(135) 또는 와류발생홈(136)이 더 마련된다. 또한, 도면에 도시하지 않았지만, 저수 블록(110)의 바닥 모서리 영역의 경사면(111)에 복수의 와류발생돌기(135) 또는 와류발생홈(136)이 더 마련될 수 있다.

이에 따라, 하폐수 공급 파이프(120)를 통해 배출된 하폐수는, 일 예로 베이스(131), 와류발생블록(132) 및 경사면(111)에 각각 접촉할 때 이와 동시에 와류발생돌기(135) 또는 와류발생홈(136)과도 접촉하게 되므로 와류 발생 강도가 증가하게 되고 강도 증가에 따른 와류 발생 영역의 증가를 가져오게 된다.

이상 하폐수 공급 파이프(120)로부터 배출된 하폐수를 기준으로 와류 발생에 대해 설명하였으나, 와류 발생은 하폐수만 공급되는 경우와 하폐수와 슬러지가 동시에 공급되는 경우 모두에서 발생하게 됨을 밝혀둔다.

이하에서는 본 발명의 일 예에 따른 무산소조의 동작에 대해 설명한다.

먼저, 하폐수 또는 하폐수와 슬러지는 하폐수 공급 파이프(120)를 경유하면서 저수 블록(110) 바닥면으로 자유 낙하하게 된다.

이어서, 하폐수 공급 파이프(120)의 토출구로 배출된 하폐수와 슬러지(이하, '하폐수 혼합물'이라 함)는 와류 발생부(130)와 접촉하게 됨과 더불어 저수 블록(110)의 모서리 영역에 마련된 경사면(111)에 접촉하게 되며 이에 따라 저수 블록(110)의 하부 영역에는 와류가 발생한다.

이러한 와류 발생은, 하폐수 혼합물이 균질화되도록 하게 되며, 이 과정에서 균질하게 탈질 및 탈인 반응이 일어나게 된다.

하폐수 공급 파이프(120)를 통하여 공급되는 하폐수와 슬러지는 저수 블록(110)의 수위를 상승시키며, 저수 블록(110)의 하부 영역에서 상부 영역으로 이동하는 시간 탈질 및 탈인 반응을 거친 하폐수 혼합물은 하폐수 배출배관(140)을 통해 후공정, 예를 들면 연속 회분식 반응조 측으로 공급된다. 구체적으로, 저수 블록(110)의 하부 영역에서 지속적으로 와류가 발생하는 동안 균질화되면서 탈질 및 탈인 반응을 거친 하폐수 혼합물은 상측으로 상승하게 되며 상승된 수위레벨이 적정 레벨을 초과하는 경우 저수 블록(110) 상부 영역의 하폐수 혼합물은 하폐수 배출배관(140)을 통해 무동력 상태로 자유 낙하하여 후공정 측으로 공급된다.

이하, 본 발명의 다른 예에 따른 무산소조를 설명한다.

이하 설명에 앞서, 전술한 일 예와 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하며 동일 구성에 대해서는 200번대로 시작하는 도면번호를 사용하기로 한다.

도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 예에 따른 무산소조는, 저수 블록(210)이 횡방향으로 복수로 마련되고, 와류 발생부(230)는 복수의 저수 블록 바닥면에 각각 마련된 구조로 이루어진다.

또한, 복수의 저수 블록(210) 중 어느 하나의 내부에 저장된 하폐수(즉, 하폐수 혼합물)를 이웃하는 다른 저수 블록(210)으로 공급하기 위한 내부 하폐수 이송 파이프(250)가 마련된다.

본 발명의 다른 예에서, 저수 블록(210)은 2개 이상으로 마련될 수 있으며, 이하 설명의 편의상 2개가 마련되는 경우를 기준으로 설명한다.

이 경우, 좌측의 제1 저수 블록(212)으로 하폐수와 슬러지가 공급되며 제1 저수 블록(212) 내에서의 와류 발생 및 이로 인한 균질화와 탈질/탈인 반응은 전술한 제1 실시예와 동일하다. 제1 저수 블록(212)에서 적정 수준의 탈질/탈인 반응을 거친 하폐수 혼합물은 하폐수 이송 파이프(250)를 통해 우측의 제2 저수 블록(213) 측으로 공급된다. 여기서, 제2 저수 블록(213)에는 별도의 슬러지가 더 공급되지 않으며 다만 제1 저수 블록(212)과 마찬가지로 그 하부 영역에는 와류가 발생하게 된다. 제2 저수 블록(213) 내에서의 하폐수 혼합물의 균질화와 탈질/탈인 반응은 제1 저수 블록(212) 내에서의 과정과 동일하다.

이하, 본 발명의 또 다른 예에 따른 무산소조를 설명한다.

이하 설명에 앞서, 전술한 첫 번째 예와 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하며 동일 구성에 대해서는 300번대로 시작하는 도면번호를 사용하기로 한다.

도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 또 다른 예에 따른 무산소조는, 저수 블록(310)이 높이방향(설치 바닥면에 대한 높이 방향)으로 복수로 마련되고, 와류 발생부(330)는 복수의 저수 블록 바닥면에 각각 마련된 구조로 이루어진다.

또한, 복수의 저수 블록(310) 중 어느 하나의 내부에 저장된 하폐수(즉, 하폐수 혼합물)를 이웃하는 다른 저수 블록(310)으로 공급하기 위한 내부 하폐수 이송 파이프(350)가 마련된다.

본 발명의 또 다른 예에서, 저수 블록(310)은 2개 이상으로 마련될 수 있으며, 이하 설명의 편의상 2개가 마련되는 경우를 기준으로 설명한다.

이 경우, 상측의 제1 저수 블록(312)으로 하폐수와 슬러지가 공급되며 제1 저수 블록(312) 내에서의 와류 발생 및 이로 인한 균질화와 탈질/탈인 반응은 전술한 첫번째 예와 동일하다. 제1 저수 블록(312)에서 적정 수준의 탈질 및 탈인 반응을 거친 하폐수 혼합물은 하폐수 이송 파이프(350)를 통해 하측의 제2 저수 블록(313) 측으로 공급된다. 여기서, 제2 저수 블록(313)에는 별도의 슬러지가 더 공급되지 않으며 다만 제1 저수 블록(312)과 마찬가지로 그 하부 영역에는 와류가 발생하게 된다. 제2 저수 블록(313) 내에서의 하폐수 혼합물의 균질화와 탈질/탈인 반응은 제1 저수 블록(312) 내에서의 과정과 동일하며, 이러한 또 다른 예의 경우 높이 방향으로 저수 블록을 복수로 배치함으로써, 처리 효율을 증대시킴과 더불어 설치 면적을 줄일 수 있게 된다.

다음, 연속 회분식 반응조(160)를 설명한다.

도 1 및 도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 고도처리장치의 연속 회분식 반응조(160)는, 내부 반응 공간을 갖는 반응 블록(161)을 가지며, 무산소조(100)로부터 하폐수 혼합물을 공급받아 폭기, 침전, 정화수 방류 및 슬러지 방출과 반송 작업을 시간차를 두고 수행하게 된다.

이러한 연속 회분식 반응조(160)는, 와류 발생 혼합부(165)와, 산기부(172)와, 디켄터부(174)와, 슬러지 반송부(181)를 포함한다. 여기서, 와류 발생 혼합부(165)와, 산기부(172)와, 디켄터부(174)와, 슬러지 반송부(181)는 무산소조(100)와 인접한 일측으로부터 반대의 타측으로 갈수록 순차적으로 배치될 수 있다.

먼저, 와류 발생 혼합부(165)는, 하폐수 혼합물을 반응 블록(161) 바닥 영역으로 공급하는 하폐수 혼합물 공급배관(164)을 따라 자유 낙하하는 하폐수 혼합물과 접촉하여 와류를 발생하는 것으로서, 베이스(166)와, 베이스(166)의 상부에 마련되어 하폐수 혼합물 공급배관(164)으로부터 낙하하는 하폐수 혼합물과 접촉하도록 라운드진 경사면(168)이 마련되는 와류발생블록(167)을 포함한다. 여기서, 와류 발생 혼합부(165)는 무산소조(100)의 와류 발생부(130)와 대략 유사한 구조로 이루어진다.

또한, 도 10 내지 도 12에 도시한 바와 같이, 와류 발생 혼합부(165)에서, 와류발생블록(167)은 그 원주 방향을 따라 서로 이격되게 마련된 직선의 경사면(169)을 더 포함하고, 라운드진 경사면(168)과 직선의 경사면(169)은 원주 방향을 따라 서로 교대로 마련되며, 베이스(166) 및 와류발생블록(167) 중 적어도 하나에는 복수의 와류발생돌기(170) 또는 와류발생홈(171)이 더 마련되고, 와류 발생 혼합부(165)는 하폐수 혼합물 공급배관(164)의 토출구와 대응하는 하폐수 혼합물 공급배관(164)의 하측 영역에 마련된다는 점, 와류 발생 혼합부(165) 주변의 반응 블록(161) 바닥 모서리영역에는 와류 발생 효과 증대를 위한 경사면(162)이 더 마련되며, 경사면(162)에는 복수의 와류발생돌기(170) 또는 와류발생홈(171)이 더 마련되는데 이러한 특징들은 전술한 무산소조(100)에 마련된 구조와 유사하다. 따라서, 이하 반복 설명은 생략하기로 한다.

그러나, 와류 발생부(130)는 무산소조(100)의 하부 영역에 하폐수와 슬러지의 혼합물에 와류를 발생하여 무동력으로 교반하기 위한 것이지만, 와류 발생 혼합부(165)는 이와는 일부 상이한 효과의 발휘를 위해 마련되며 이에 대해 간략하게 설명하기로 한다.

이하 설명에 앞서, 먼저 무산소조(100)와 연속 회분식 반응조(160)의 반응 흐름에 대해 설명하면, 도 13a 내지 도 13d에 도시한 바와 같이, 무산소조(100)에서 탈질 및 탈인 반응을 거치면서 일정 이상 균질화된 하폐수 혼합물(하폐수와 슬러지의 혼합 상태)은 하폐수 혼합물 공급배관(164)을 통해 반응 블록(161) 내부로 유입된다. 이후, 산기부(172)는 설정 시간 동안 간헐적으로 또는 지속적으로 산소를 공급하는 폭기 작업을 실시하게 된다. 이러한 폭기 작업이 완료되면 반응 블록(161) 내부로의 하폐수 혼합물 유입을 정지시키고 설정 시간 동안 가만히 두어 슬러지가 반응 블록(161) 하부로 침전되도록 한다. 이어서, 반응 블록(161)에 정화수층과 슬러지층이 구분되면 디켄터부(174)는 반응 블록(161) 상측 영역의 정화수만을 따로 배출하게 되며, 이러한 하폐수 혼합물 유입 -> 폭기 -> 슬러지 침전 -> 정화수 배출의 일련의 작업이 고도처리를 위한 하나의 싸이클로 실시된다. 한편, 전술한 정화수 배출 작업이 완료되면 다시 하폐수 혼합물이 유입되고 마찬가지로 새로운 싸이클이 반복 실시된다.

여기서, 전술한 바와 같이 하나의 싸이클이 완료되고 새로운 싸이클이 시작되어 반응 블록(161) 내부로 하폐수 혼합물이 다시 유입될 때 반응 블록(161)의 바닥면에는 이전 싸이클 실시에 따른 슬러지층이 기 형성되어 있다.

새로운 싸이클이 실시되어 이러한 슬러지층 상부로 하폐수 혼합물을 공급할 경우 또는, 간헐 폭기 작업 중 산소 공급 작업이 일시 정지되어 슬러지층이 다시 바닥으로 어느 정도 적층된 상태에서 슬러지층 상부로 하폐수 혼합물을 공급할 경우, 하폐수 혼합물이 단지 적층된 슬러지층 상부로만 공급되면 반응 블록(161) 내에서 하폐수 혼합물과 미생물과의 접촉 반응 효율이 저감하는 문제가 발생한다. 즉, 슬러지층이 반응 블록(161)의 바닥에 적층된 상태를 계속 유지하게 되므로 하폐수 혼합물과의 혼합이 제대로 이루어지기 힘들게 된다.

본 발명에서는, 전술한 바와 같이 반응 블록(161) 내로 공급되는 하폐수 혼합물이 와류 발생 혼합부(165)와의 접촉에 의해 슬러지층 내부에 와류가 발생하도록 함으로써, 기 적층되어 있는 슬러지층과 하폐수 혼합물이 골고루 혼합되도록 할 수 있다. 즉, 와류 발생 혼합부(165)는 기 적층되어 있는 슬러지층 내부로 하폐수 혼합물이 골고루 공급되도록 하는 효과를 발휘한다.

도 9 및 도 13a 내지 도 13d에 도시한 바와 같이, 연속 회분식 반응조(160)는, 내부로 공급된 하폐수 혼합물에 산소를 공급하는 산기부(172)와, 정화수 방류 작업시 설정된 수위 영역의 정화수를 외부로 배출하는 디켄터부(174)와, 슬러지 방출 및 반송작업시 바닥면에 적층된 슬러지를 외부로 방출함과 더불어 무산소조(100)로 반송시키는 슬러지 반송부(181)를 포함한다.

여기서, 산기부(172)는 압축공기 탱크(미도시)와, 압축공기 탱크에 저장된 압축공기를 설정된 시간 또는 간헐적으로 배출하는 복수의 노즐(173)을 포함한다. 노즐(173)과 압축공기 탱크를 연결하는 배관 상에는 솔레노이드 밸브가 마련되며, 제어부(미도시)는 솔레노이드 밸브의 개방을 제어하여 노즐(173)을 통해 공기(산소)가 지속적으로 또는 필요에 따라 간헐적으로 배출되도록 할 수 있다. 이러한 산기부(172)의 구조는 공기를 반응 블록(161) 내부의 필요한 공간으로 연속적 또는 간헐적으로 공급할 수 있다면 어떠한 구조로 적용되어도 무방하다.

다음, 슬러지 반송부(181)는, 반응 블록(161) 하부에 적층된 슬러지를 흡입하여 외부 방출 및 반송하는 슬러지 반송펌프로 적용 가능하며, 구체적으로, 하폐수 고도처리를 위한 싸이클 반복 작업 중 폐수 혼합물 유입시, 간헐 폭기 작업시, 폭기 작업시 작동하여 반응 블록(161) 바닥에 적층되는 슬러지를 무산소조(100)로 반송하거나 슬러지농축저류조(192)로 방출할 수 있다. 이러한 슬러지 반송펌프의 구동 제어 또한 전술한 제어부에 의해 제어되며, 일반적으로 제어부는 고도처리 작업이 진행하는 동안 시간 경과에 따른 타이머 신호를 전달받아 슬러지 반송펌프의 구동을 온오프 제어할 수 있다. 또한, 필요에 따라 제어부는 폐수 혼합물 유입시, 간헐 폭기 작업시 슬러지 반송펌프의 구동을 주기적으로 온오프할 수도 있다.

다음, 디켄터부(174)는 정화수 방류 작업을 위해 반응 블록(161)의 설정된 수위 영역의 정화수(적층된 슬러지층 상부에 저장됨)를 외부로 배출하는 것으로서, 도 13a 내지 도 13d에 도시한 바와 같이, 반응 블록(161)의 바닥면에 대해 높이 방향으로 고정되는 복수의 고정대(175)와, 반응 블록(161) 내의 수위 변동, 즉 하폐수 혼합물 유입 및 정화수 배출에 따라 복수의 고정대(175)를 따라 승강 가능하게 마련되는 부력체(177)와, 부력체(177)에 고정되며 정화된 정화수가 흡입 가능하도록 흡입구가 마련되는 정화수 흡입기(178)와, 정화수 흡입기(178)에 흡입압을 제공하는 디켄터 펌프(179)를 포함한다.

여기서, 고정대(175)와 부력체(177)는 예를 들어 각각 한 쌍으로 마련될 수 있으며, 부력체(177)는 고정대(175)에 삽입된 상태를 승강 가능하도록 링 형상으로 이루어질 수 있다. 부력체(177)는 스티로폼과 같은 부력을 갖는 재질로 이루어지거나 내부에 공기를 주입 가능한 구조로 이루어질 수 있다. 정화수 흡입기(178)는 정화수를 흡입 가능하도록 흡입구와 밸브가 마련되며, 여기서 밸브는 디켄터 펌프(179) 구동시에만 개방 가능한 체크밸브인 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 반응 블록(161) 내로의 하폐수 혼합물 유입, 정화수 배출에 따른 수위 변동에 따라 정화수 흡입기(178)와 부력체(177)가 마찬가지로 승강하게 된다. 한편, 디켄터 펌프(179)는 별도의 지지대에 고정되는데, 정화수 흡입기(178)의 승강시 디켄터 펌프(179)와 정화수 흡입기(178)의 사이 간격은 유동적으로 변하게 된다.

이러한 사이 간격의 유동적인 변화에 대응하도록, 정화수 흡입기(178)와 디켄터 펌프(179)는 플렉시블 배관(180)을 통해 연결되는 것이 바람직하다. 여기서, 플렉시블 배관(180)은 액체에 의해 부식되지 않는 스테인레스 등의 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 정화수 흡입기(178)의 승강에 따라 탄성적으로 형태 변화가 이루어진다.

한편, 정화수 흡입기(178)는 정화수를 배출함에 따라 점차적으로 반응 블록(161)의 바닥면을 향해 하강하게 되는데, 이때 반응 블록(161)의 하부 영역에는 슬러지층이 형성되어 있다. 따라서, 정화수 흡입기(178)의 하강 정도를 제한하지 않는다면 정화수 흡입기(178)는 심하게는 슬러지층까지 하강할 수도 있게 되며, 이 경우 정화수 흡입기(178)의 파손 또는 손상이 발생하게 된다.

본 발명에서는, 이를 방지하기 위해, 도 13a 내지 도 13d에 도시한 바와 같이, 고정대(175)에 부력체(177)의 하강 정도를 제한하는 스토퍼(176)가 더 마련되며, 부력체(177)는 하강하다가 스토퍼(176)에 걸려 더 이상의 하강이 제한되며 따라서 정화수 흡입기(178)의 하강 정도가 제한 가능해진다.

도 9 및 도 13a 내지 도 13d에 도시한 바와 같이, 연속 회분식 반응조(160)는, 산기부(172)가 마련된 영역과 슬러지 반송부(181)가 마련된 영역을 일부 구획하는 구획벽(163)을 더 포함한다.

한편, 반응 블록(161) 내로 하폐수 혼합물이 유입되는 동안 또는 폭기작업이 이루어지는 동안 반응 블록(161) 내부에서 혼합되는 슬러지는 점차 구획벽(163)을 넘어 슬러지 반송펌프(182)가 마련된 쪽으로 모이게 되며, 이에 따라 슬러지 반송 및 슬러지 배출을 보다 원활하게 할 수 있다. 본 발명에서, 구획벽(163)은 전체 반응 블록(161)의 높이에 대해 대략 1/2 정도의 높이로 마련되는 것이 바람직하다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

100: 무산소조 111: 경사면
130: 와류 발생부 132: 와류발생블록
133: 라운드진 경사면 134: 직선의 경사면
135: 와류발생돌기 136: 와류발생홈
160: 연속 회분식 반응조 165: 와류 발생 혼합부
167: 와류발생블록 172: 산기부
174: 디켄터부 176: 스토퍼
177: 부력체 180: 플렉시블 배관
181: 슬러지 반송부

Claims (13)

1. 무산소조; 및
   내부 반응 공간을 갖는 반응 블록을 가지며, 상기 무산소조로부터 하폐수 혼합물을 공급받아 폭기, 침전, 정화수 방류 및 슬러지 방출과 반송 작업을 시간차를 두고 수행하는 연속 회분식 반응조를 포함하되,
   상기 연속 회분식 반응조는, 상기 무산소조로부터 공급된 상기 하폐수 혼합물을 무동력으로 자유낙하하되, 바닥면에 기적층된 슬러지층 내부로 상기 하폐수 혼합물을 공급하여 상기 적층된 슬러지층 내부에 와류를 발생시키는 와류 발생 혼합부를 포함하고,
   상기 와류 발생 혼합부는, 상기 하폐수 혼합물을 상기 반응 블록 바닥 영역으로 공급하는 하폐수 혼합물 공급배관을 따라 자유 낙하하는 하폐수 혼합물과 접촉하여 와류를 발생하는 것으로서, 베이스와, 상기 베이스의 상부에 마련되어 상기 하폐수 혼합물 공급배관으로부터 낙하하는 하폐수 혼합물과 접촉하도록 라운드진 경사면이 마련되는 와류발생블록을 포함하며,
   상기 와류발생블록이 그 원주 방향을 따라 서로 이격되게 마련된 직선의 경사면을 포함하되, 상기 라운드진 경사면과 상기 직선의 경사면은 상기 원주 방향을 따라 서로 교대로 마련되고,
   상기 와류 발생 혼합부 주변의 상기 반응 블록 바닥 모서리영역에는 와류 발생 효과 증대를 위한 경사면이 마련되며,
   상기 반응 블록 바닥 모서리영역의 경사면, 상기 와류 발생 혼합부의 베이스 및 와류발생블록 중 적어도 하나에는 복수의 와류발생돌기 또는 와류발생홈이 마련되는 것을 특징으로 하는 하폐수 고도처리장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 와류 발생 혼합부는 상기 하폐수 혼합물 공급배관의 토출구와 대응하는 상기 하폐수 혼합물 공급배관의 하측 영역에 마련되는 것을 특징으로 하는 하폐수 고도처리장치.
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 연속 회분식 반응조는,
   내부로 공급된 상기 하폐수 혼합물에 산소를 공급하는 산기부;
   상기 정화수 방류 작업시 설정된 수위 영역의 정화수를 외부로 배출하는 디켄터부; 및
   상기 슬러지 방출 및 반송작업시 바닥면에 적층된 슬러지를 외부로 방출함과 더불어 상기 무산소조로 반송시키는 슬러지 반송부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수 고도처리장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 산기부는, 압축공기 탱크와, 상기 압축공기 탱크에 저장된 압축공기를 설정된 시간 또는 간헐적으로 배출하는 복수의 노즐을 포함하고,
   상기 슬러지 반송부는, 적층된 슬러지를 흡입하여 외부 방출 및 반송하는 슬러지 반송펌프인 것을 특징으로 하는 하폐수 고도처리장치.
10. 제8항에 있어서,
    상기 디켄터부는,
    상기 반응 블록의 바닥면에 대해 높이 방향으로 고정되는 복수의 고정대;
    상기 반응 블록 내의 수위 변동에 따라 상기 복수의 고정대를 따라 승강 가능하게 마련되는 부력체;
    상기 부력체에 고정되며 정화된 정화수가 흡입 가능하도록 흡입구가 마련되는 정화수 흡입기; 및
    상기 정화수 흡입기에 흡입압을 제공하는 디켄터 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수 고도처리장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 정화수 흡입기와 상기 디켄터 펌프는 플렉시블 배관을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 하폐수 고도처리장치.
12. 제10항에 있어서,
    상기 고정대에는 상기 부력체의 하강 정도를 제한하는 스토퍼가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 하폐수 고도처리장치.
13. 제8항에 있어서,
    상기 연속 회분식 반응조는,
    상기 산기부가 마련된 영역과 상기 슬러지 반송부가 마련된 영역을 일부 구획하는 구획벽을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수 고도처리장치.

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