KR101757333B1 - 스펀지 여재를 이용한 컴팩트화 한 고도수처리 장치 - Google Patents
스펀지 여재를 이용한 컴팩트화 한 고도수처리 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 부유물질 등을 걸러내는 스크린을 거쳐 유입되는 오염수를 일정 농도로 저장하는 유량조정조와; 상기 유량조정조로 전달되는 오염수를 생물학적으로 처리하는 미생물미디어가 함유된 스폰지여재가 설치되는 호기조와: 상기 호기조에서 질산화된 질산헝질소를 질소가스로 원활한 탈질작용을 위한 적정온도를 유지하기 위한 히팅부재가 구비되고 내부에 미생물미디어가 함유된 스펀지여재가 구비되어 산화된 오염수의 탈질작용을 수행하는 탈질부와; 상기 탈질부를 통과한 처리수는 슬러지와 함께 상향류식으로 유입되어 중력으로 고액분리를 하는 고액분리부와; 상기 고액분리부에서 외부로 유출되는 상등수를 후처리하여 최종방류하는 최종처리부;그리고 상기 고액분리부에서 유출되는 슬러지를 탈인하도록 히팅부재가 구비되고, 슬러지의 일부를 외부탄소원으로 상기 탈질부측으로 반송하는 탈인부;를 포함하여 이루어지는 스펀지 여재를 이용한 컴팩트화 한 고도수처리 장치를 제공하는데 그 기술적 특징이 있다.상기의 구성에 의한 본 발명은,기존시설에 비하여 대폭 축소된 규모에서 많은 오염물질을 처리함으로써 시설 부지의 경감 설치비의 경감 및 운영유지비의 경담 등 많은 경제적 이익이 발생하는 효과가 있다.
Description
본 발명은 고도 수처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전체적인 장치의 변화를 통하여 내부반송이 필요 없으며 외부탄소원 공급이 없는 구조를 달성하여 보다 규모가 작고 설치가 용이하며 운영이 편리하도록 한 스펀지 여재를 이용한 컴팩트화 한 고도 수처리 장치에 관한 것이다.
현재 대부분의 하폐수처리시설의 생물학적 고도수처리시설은 혐기조, 무산소조, 호기조 및 침전조를 갖추고 질소와 인을 제거하기 위하여 여러 가지 공법을 사용하고 있는 실정이다. 가장 기초적인 A2/O공법, UCT공법, 5 stage bardenpo공법, VIP공법 등은 기본적으로 탈질을 위하여 호기조에서 무산소조로 내부반송을 하거나 혹은 내부반송 없이 외부 탄소원을 일정 공급하여 호기조 후단에 탈질시설을 이루고 있다. 또한 침전조 없이 호기조에서 막(membrane)으로 처리수를 배출하는 시설 등 많은 공법들이 있다. 하지만 내부반송과 외부 탄소원 공급 및 막(membrane) 공법 등은 많은 문제점을 내포하고 있다.
즉, 내부반송시설은 에너지가 과다하게 소모되어 전체적인 운영비용을 증가시킬 뿐 아니라 이러한 내부반송에 의한 용량증가로 호기조 및 무산소조가 보다 크게 이루어져야 하는 문제점이 있다. 또한, 외부 탄소원 공급은 비용이 과다하게 소요되고 기존의 시설에서 이용할 수 있는 여분의 유기물을 이용하지 못하는 우를 범할 수 있으며, 막(membrane)은 높은 슬러지(MLSS)로 인하여 공극이 자주 막혀 막(mbrane) 청소 및 교체비용과 처리의 단절 현상이 자주 나타나고 있는 실정이다.
따라서 본 발명은 이러한 문제점을 해소하기 위하여 탈질장치에 높은 MLSS를 이용하고 처리 시스템에 따른 내부반송이 불필요하며, 고액분리장치에 급속침전이 가능한 구조로 구성하고 여분의 질소를 제거 할 수 있는 탈질처리시설을 갖추도록 하여 전체적인 규모가 기존의 시설규모보다 1/3 ～ 1/5정도로 축소된 컴팩트화 환 고도 수처리 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 오염된 하폐수를 물리화학적 및 생물학적으로 처리하는 고도 수처리 장치는, 부유물질 등을 걸러내는 스크린을 거쳐 유입되는 오염수를 일정 농도로 저장하는 유량조정조와; 상기 유량조정조로 전달되는 오염수를 생물학적으로 처리하되, 인처리 미생물의 럭셔리 업테이크(luxury uptake), 암모니아성 질소에서 질산성질소로 질산화 및 함유된 유기물의 일정부분 산화가 이루어지도록 내부가 다수개의 통공이 형성된 격벽에 의해 다단으로 이루어지고 상기 각 격벽상에 미생물미디어가 함유된 스폰지여재가 적층되어 이루어지고, 산기관을 통해 바닥 저부로 부터 상방향으로 산소가 공급되는 호기조와; 상기 호기조 후단에 연결되고 상기 호기조에서 질산화된 질산성질소를 질소가스로 원활한 탈질작용을 위한 적정온도를 유지하기 위한 히팅부재가 구비되고 내부에 미생물미디어가 함유된 스펀지여재가 구비되어 산화된 오염수의 탈질작용을 수행하되, 상기 스펀지여재의 막힘 방지를 위해 하부로 부터 상방향으로 역세수 처리가 이루어지는 역세수분사부재가 구비되고, 청소후 오염물질을 함유하는 처리된 역세수는 상기 호기조로 전달되도록 하는 탈질부와; 상기 탈질부를 통과한 처리수는 슬러지와 함께 상향류식으로 유입되어 중력으로 고액분리를 하며 내벽에 하향 경사지게 다단으로 격벽이 구비되어 중앙 상부측에 형성된 내통과, 내통의 중심을 관통하는 회전하는 중심축의 하부측에는 스크래퍼가 구비되고, 상부측에는 미생물미디어를 내부에 함유하는 다수개의 회전바가 구비된 외통의 2중구조로 이루어지되, 탈질부를 통과한 오염수는 상기 내통의 상방향에서 하방향으로 중력식으로 전달되어 다단 격벽에 의해 유속이 저감된 상태로 상기 외통의 저면으로 전달되어 슬러지가 하부면에 쌓이도록 하고, 분리된 물은 외통저면에서 상방향으로 전달되면서 상기 회전바 내부에 구비된 미생물미디어에 의해 오염수가 처리되고, 처리된 상등수의 일부분이 상기 호기조(300)로 전달되도록 하고 나머지는 일측 외부로 유출하며, 하부에 남는 슬러지를 타측외부로 유출하는 침전식으로 이루어지는 고액분리부와; 상기 고액분리부에서 외부로 유출되는 상등수를 후처리하여 최종방류하는 최종처리부;그리고 상기 고액분리부에서 유출되는 슬러지를 탈인하도록 히팅부재가 구비되고, 슬러지의 일부를 외부탄소원으로 상기 탈질부측으로 반송하는 탈인부;를 포함하여 이루어지는 것을 고도수처리 장치를 제공하는데 그 기술적 특징이 있다.
그리고 바람직 하기로는, 상기 유량조정조와 상기 호기조 사이에는 미세부유물질 등을 제거하기 위한 하이드라시브 스크린(hydrasieve screen)이 더 설치되도록 하고, 상기 탈질부의 히팅부재는 35 내지 45℃의 온도조절이 이루어지도록 한다.
더욱 바람직 하기로는, 상기 최종처리부는, 약품주입으로 인한 화학적 처리가 이루어지는 스펀지여과수조와; 스펀지여재와 활성탄으로 물리적 처리가 이루어지는 스펀지여과부재; 그리고 스펀지여재부재를 청소하도록 물과 공기가 혼합되어 역세로 분사되는 역세수분사부재;로 이루어지도록 한다. 그리고, 상기 스펀지여과부재는 압착된 스펀지부재와 이의 뒷면에 부착되는 활성탄부재로 이루어지고, 상기 역세수분사부재를 통해 분사되어 처리된 역세수를 상기 유량조정조로 반송되도록 하는 반송라인이 더 구비되도록 한다. 상기 탈인부는, 상기 고액분리부에서 전달된 슬러지를 농축하는 농축조와; 상기 농축조를 거쳐온 농축슬러지를 혐기조건하에서 탈인이 이루어지도록 히팅부재가 구비된 혐기성농축부재 이루어지며, 상기 농축조에는 농축후 남는 상등수를 상기 유량조정조로 반송하는 반송라인이 구비되고, 상기 혐기성 농축부재의 히팅부재는 55 내지 65℃로 온도 조절이 이루어지고, 슬러지의 일부를 상기 탈질부로 반송하는 라인이 구비되도록 한다.
그리고 바람직 하기로는, 상기 유량조정조와 상기 호기조 사이에는 미세부유물질 등을 제거하기 위한 하이드라시브 스크린(hydrasieve screen)이 더 설치되도록 하고, 상기 탈질부의 히팅부재는 35 내지 45℃의 온도조절이 이루어지도록 한다.
더욱 바람직 하기로는, 상기 최종처리부는, 약품주입으로 인한 화학적 처리가 이루어지는 스펀지여과수조와; 스펀지여재와 활성탄으로 물리적 처리가 이루어지는 스펀지여과부재; 그리고 스펀지여재부재를 청소하도록 물과 공기가 혼합되어 역세로 분사되는 역세수분사부재;로 이루어지도록 한다. 그리고, 상기 스펀지여과부재는 압착된 스펀지부재와 이의 뒷면에 부착되는 활성탄부재로 이루어지고, 상기 역세수분사부재를 통해 분사되어 처리된 역세수를 상기 유량조정조로 반송되도록 하는 반송라인이 더 구비되도록 한다. 상기 탈인부는, 상기 고액분리부에서 전달된 슬러지를 농축하는 농축조와; 상기 농축조를 거쳐온 농축슬러지를 혐기조건하에서 탈인이 이루어지도록 히팅부재가 구비된 혐기성농축부재 이루어지며, 상기 농축조에는 농축후 남는 상등수를 상기 유량조정조로 반송하는 반송라인이 구비되고, 상기 혐기성 농축부재의 히팅부재는 55 내지 65℃로 온도 조절이 이루어지고, 슬러지의 일부를 상기 탈질부로 반송하는 라인이 구비되도록 한다.
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상기의 구성에 의한 본 발명은,
기존시설에 비하여 대폭 축소된 규모에서 많은 오염물질을 처리함으로써 시설 부지의 경감 설치비의 경감 및 운영유지비의 경담 등 많은 경제적 이익이 발생하는 효과가 있다.
또한, 전체적인 수처리 시스템을 갖춘 시설을 간편하게 제작하여 판매 할 수 있고 전체 시설을 집약하여 조립 할 수 있기 때문에 기존부지에 토목공사, 설계 시공 등이 이루어지는 시설 설치산업이 아니라 공장에서 생산되는 단일 장치로 판매 할 수 있으므로 국,내외의 장소의 구애없이 대량생산에 의한 판매가 가능한 다른 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 컴팩트화 한 고도수처리 장치의 전체 시스템을 나타낸 도.
도 2는 도1에 의한 시스템의 흐름을 보여주는 플로우
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 호기조를 도시한 측면도
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 탈질부를 도시한 측면도
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고액분리부를 도시한 평면도.
도 2는 도1에 의한 시스템의 흐름을 보여주는 플로우
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 호기조를 도시한 측면도
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 탈질부를 도시한 측면도
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고액분리부를 도시한 평면도.
본 발명은 기본적으로 종래 생물학적 처리장치에서 이루어지는 호기조에서 무산소조로 이루어지는 내부반송을 없앰으로써 호기조의 크기를 보다 컴팩트화 할 수 있으며, 또한, 탈질장치에서 필요로 하는 탄소원을 외부 공급원이 아닌 원수 일부 또는 농축슬러지 일부를 이용하는 내부 활용을 통하고 적정온도를 유지하여 탈질효율을 높임으로써 탈질장치의 컴팩트화가 가능하며, 전체적인, 각 조의 배치 및 처리를 보다 단순히 함으로써 전체 장치가 보다 컴팩트화 함으로써 기존 처리시설의 약 1/5의 크기로 축소되되, 처리효율이 보다 향상되도록 하는데 그 주안점이 있음을 알 수있다.
이하에서는 이러한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스펀지 여재를 이용한 컴팩트화 한 고도수처리 장치의 구성을 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도1과 도2를 참조하여 전체적인 장치의 구성 및 플로우를 설명하기로 한다. 도시된 바와 같이, 외부에서 유입되며, 처리되어야 할 폐수(10)는 스크린조(20)를 거쳐 일차적으로 이물질을 걸러내며, 이러한 부분은 종래에서 사용되는 것과 동일하므로 이하 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에서는 종래의 배치와는 달리 크게 유량조정조(100), 하이드라시브 스크린조(200), 호기조(300), 탈질부(400) 고액분리부(500), 최종처리부(600) 및 탈인부(700)의 순서로 이루어지며, 각 구성요소들의 유기적인 연결하에 생물학적 처리가 이루어지도록 한다.
유량조정조(100)는 호기조(300) 및 탈질부(400)에서 원활한 처리를 위하여 투입되는 오염수의 양을 조절하기 위한것이다. 통상적으로 계절 및 환경에 따라 유입되는 폐수의 절대적인 양 및 오염정도는 다르다. 따라서 처리되는 오염수의 양 및 오염정도를 조절되어야 하므로 후술되는 탈인부(700)중 농축조(700a)의 상등수와 최종처리부(600)중 스펀지여재 여과수조(600b)의 역세수를 유량조정조(100)에 연결되도록 한다. 이러한 농축조(700a)와 여과수조(600b)의 역세수는 오염처리된 수 이므로 적정 농도를 가지는 유량조정조(100)를 유지할 수가 있다.
다음, 이러한 유량조정조(100)의 오염수는 하이드라시브 스크린(200)을 거치도록 한다. 이는 후술하는 호기조(300) 및 탈질부(400)은 본 발명에서 컴팩트한 구조를 가지도록 스펀지 여재를 이용하게 되므로 가능하면 부유물질 및 각종 이물질이 스펀지 여재에 막힘이 없도록 제거되어 공급되어야 한다. 따라서 이전의 조목 및 세목 스크린(20)에서 걸러지지 않은 미세한 부유물질 까지 제거하기 위하여 하이드라시브 스크린(200)을 설치하는 것이다.
다음은 도 3을 참조하여 호기조(300)의 구조 및 기능을 설명하기로 한다. 본 발명에서 호기조(300)는 기본적으로 컴팩트한 구조 즉, 종래 사용되는 호기조의 크기보다 절반 이하의 크기로 구성되도록 한다. 이러한 크기로 가능한 기본적인 이유는 종래에서는 호기조에서 무산소조로 내부반송이 이루어지므로 이러한 내부반송을 위한 용량이 필요하나, 본 발명에서는 전체 장치의 구성에서 내부반송이 필요없어지게 된다. 따라서 보다 적은 크기를 가질 수 있으며, 또한, 호기조(300)의 고유의 기능을 보다 충실히 이루어지도록 하기 위하여 구성을 보다 컴팩트화 하게 이루어지도록 한다.
즉, 호기조(300)의 기능은 미생물을 이용하여 오염원인 인(P) 럭서려 업테이크(luxury uptake)를 유도하고 질산화를 유도하며 여분의 유기물질을 산화시키는 역활을 한다. 크기가 컴팩트화 하기 위해서 호기조(300)의 구성은 높은 MLVSS 유지와 낮은 수심에서도 용존산소의 공급이 원활하여야 하며, 많은 미생물이 서식하도록 함으로써 질산화와 유기물의 산화를 신속하게 이루어 지도록 하여야 한다. 이를 위해서 도3에 도시된 바와 같이, 미생물이 서식하는 스펀지(310)를 준비하고, 이를 그물망(320)에 넣어서 다수개의 통공이 구비된 격벽(330) 사이사이에 설치하여 다단으로 고정되도록 한다. 이럴 경우 산기관(미도시)를 통해 저면 바닥에서 공급되는 산소는 스펀지(310)내부에 스며들어 산소가 효율적으로 공급되어 산소의 체류시간이 길어져 충분히 용해되며, 이는 미생물이 충분히 활용가능하고 또한 외부로의 산소유출이 방지되는 효과를 가지므로 적은 양의 산소 공급에도 이를 충분히 활용할 수 있게 되는 잇점이 있다. 따라서 호기조(300)로 공급되는 산소의 손실을 최대한 줄이고 많은 미생물이 서식하여 기존 처리시설보다 질산화와 유기물 산화를 신속하게 이루어 질 뿐만 아니라, 내부반송의 생략으로 에너지절약과 경제적 이익을 초래할 수 있다. 전체적으로 기존의 높이(수심)보다 50%정도로 처리물량대비 30 ～ 50%정도의 크기로도 수처리가 가능함을 실험결과 알 수 있었다.
다음 도시한 도4를 참조하여 탈질부(400)을 설명하기로 한다. 탈질부(400)은 상술한 호기조(300)에서 질산화된 질산성질소를 질소가스로 탈질 역할을 수행하는 것으로서, 컴팩트한 구조를 달성하기 위해서는 다음과 같은 구조를 가지도록 한다. 먼저, 첫째, 종래에서와 달리 내부반송이 없으므로 그 만큼 크기가 적어지며, 둘째, 탈질의 효율을 증대시키기 위하여 수온을 40℃내외로 유지시키는 히팅(heating)부재(410)을 구비하도록 한다. 실험에 따르면, 미생물의 탈질작용은 40℃ 내외가 가장 활발하므로 이를 위해 히팅부재(410)을 구비하도록 한다. 도시된 도면상에서는 하부 일측에 히팅부재(410)가 설치된 것으로 나타나나, 이 이외에도 외통 전체에 히팅선을 구비하는 구조 등 다양하게 이루어질 수 있다. 다만, 여름 및 겨울과 같은 계절변화 또는 유입되는 오염수의 온도에 따라 적정한 40℃의 온도제어가 가능하도록 하면 족할 것이다. 이러한 온도제어 조절은 공지기술이므로 이하 자세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 셋째, 비(specific)탈질율이 높은 상태를 유지시키고 높은 MLVSS를 유지시키도록 스폰지여재(420)를 이용하여 미생물이 서식하도록 함으로써 미생물의 보다 높은 효율성이 이루어지도록 한다. 상기와 같이, 세가지 기본요인으로 탈질장치를 구성시 본 발명자들의 실험 및 테스트에 따르면, 200톤 처리기준으로 종래 탈질시설의 구비는 7×7 ㎡의 시설부지를 필요로 하나, 본 발명에서는 2×2 ㎡의 부지만 필요하므로 매우 컴팩트한 구조를 달성할 수 있다.
또한, 본 발명에서 탈질부(400)에서는 스폰지여재(420)의 막힘현상 등을 제거하기 위하여 역세처리를 위한 구성이 구비된다. 이러한 역세처리는 하부에서 상부측으로 역세처리를 행함으로써 스폰지여재(420)의 청소가 이루어지도록 하며, 이러한 역세처리에 의해 발생한 역세수는 상술한 호기조(300)측으로 전달되도록 한다. 이는 역세처리에 의한 역세수에는 호기조(300)에서 전달되 미생물들이 서식하고 있으므로 호기조에서 높은 MLSS를 유지할 수 있도록 호기조(300)측으로 전달되도록 하는 것이다. 또한 탈질부(400)은 외부 탄소원의 공급이 아니라 자제척은 탄소원을 공급 받을 수 있도록 후술하는 탈인부(700)과 연결되도록 하여 탈인부(700)의 일부를 이루는 혐기성농축부재(720)에서 생성된 유기물질과 일부 원수를 carbon source로 이용하도록 한다. 상기와 같은 시설로 구성하여 기존의 활성슬러지 생물학적처리 시설에서 폭기조 후단에 WWAY 탈질장치를 설치하여 기본 탈질조의 HRT가 최소 2 ～ 3hr인데 반하여 본 탈질부는 HRT 5 ～ 10min 내외로 줄어들어 보다 효과적임을 알 수 있다.
다음, 고액분리부(500)는 슬러지(sludge)와 처리수를 분리시키는 역할을 하는 것으로, 고액분리부의 구성으로 하부는 sludge와 상부는 처리수로 분리되는 과정에서 내통(510)에 격벽(512)이 다단식으로 구성되도록 하고, 외통(520)에는 스크레파(522) 및 회전바(524) 2중 구조로 이루어 지도록 한다. 물의 흐름은 먼저 외부에서 전달되는 오염수는 내통(510)측으로 전달되고, 전달된 물은 다단식 격벽(512)를 통해 유속이 감속되어 천천히 흘러 내리도록 하여 하부에서 고액 분리가 충분히 이루어지도록 한다. 그리고 하부에 슬러지가 쌓이고 분리된 물은 외통의 벽을 타고 상층으로 이동되도록 한다. 이때, 외통의 스크래파(522) 및 회전바(524)가 동시또는 다른 속도로 천천히 움직이도록 구성하는데, 그 이유는 스크래퍼(522)는 천천히 저어면서 슬러지의 고른 분산이 이루어지도록 하고, 회전바(524)는 물속에 잔존한 질소를 제거하도록 하기 위함이다. 즉, 회전바(524) 내부에는 미생물이 충진되어 있어 교반되는 회전바(524)에 물이 접촉되어 질소제거가 이루어 질 수 있게 된다. 따라서 전체적으로 내통(510)의 격벽(512)구조에 의한 슬러지 분산이 이루어지고, 외통(520)측으로 상향식 물의 상승에 의해 하부 및 중층에서 질소가 보다 효과적으로 제거 되어 고액분리가 이루어 질 수 있게 된다. 이러한 구성으로 고액분리가 이루어질 경우 기존시설의 HRT가 3 ～ 4hr인데 반하여 본 발명에서는 HRT가 0.5 ～ 1hr정도로 낮아져 보다 적은 사이즈로 축소하여도 동일한 효과를 달성할 수 있게 된다.
그리고 이러한 고액분리부(500)에 분리된 물중 일부는 다시 호기조(300)로 반송되도록 하여 전체적인 호기조의 MLSS가 유지되도록 하고, 나머지는 최종처리부(600)로 이송되어 후처리를 실시한다.
최종처리부(600)는 여분의 SS, 유기물질, 질소 및 인의 처리를 위한 스펀지 여재를 이용한 하폐수 처리수 여과 장치로 이루어지도록 한다. 이를 위해 먼저 스펀지여과수조(610)에서 화학약품을 이용하여 잔존미생물 및 유기물질의 분해가 이루어지도록 하고, 이후 스펀지 여재로 이루어진 스펀지 여과부재(620)( WWAY)를 거치도록 한다.
스펀지여과부재(WWAY)(620)은 생물학적 및 화학적 처리에서 미처 처리하지 못한 것을 처리하기 위한 최종장치로써, PO4, SS, NH4, Fe, 계면활성제 및 기타 유기물등을 처리하기 위한 고액 분리장치이다. 이의 구성은 스펀지여재가 압축되어 있으며, 이의 후단에는 활성탄이 충진된 구조를 이루고 있다. 따라서 압축된 스펀지여과부재를 통과하면서 고상성분들이 흡착되고, 이후 활성탄을 거치면서 최종적으로 오염물질이 제거되도록 한다. 이러한 오염물질이 최종정리된 물은 환경기준에 적합한 물로 변하므로 외부로 방류하게 된다.
한편, 일정시간이 지나 스펀지여과부재(wway)(620)는 막힘 등의 현상을 방지하기 위해 세척을 할 수 있도록 저면에서 상부방향으로 역세 세척이 이루어지도록 한다. 역세를 통하여 여과장치의 세척은 물론 역세수로 내부 오염물질을 탈리시키고 발생된 오염수 및 잔류수는 그대로 외부로 방출하는 것이 아니라 유량조정조(100) 또는 후술하는 탈인부(700)의 농축조(710)으로 반류되도록 한다.
한편 고액분리부(500)에서 배출된 슬러지는 별도의 탈인부(700)로 전달되어 처리되도록 한다. 이러한 슬러지는 그대로 배출시 환경오염을 야기시키므로 오염원을 제거할 필요가 있으며, 무엇보다도 탈인과정이 필요하다. 이러한 농축장치는 농축조(710)과 혐기성농축부재(720)의 두단계를 거치도록 하며, 농축조(710)은 종래 일반적으로 사용되는 농축조(710)을 이용하면 족할 것이다. 그리고 , 이러한 농축조(710)에서 농축후 상등수는 상술한 유량조정조(100)로 반송되도록 한다.
다음, 농축조(710)에서 농축된 슬러지는 혐기성농축부재(720)으로 전달되며, 빠른 탈산소와 혐기화를 위하여 내부를 55℃ ～ 65℃로 유지시키는 히팅(heating)부재를 구비하도록 하여 혐기작업이 보다 수월하게 이루어지도록 한다. 이러한 히팅부재의 구현으로 인하여 혐기성농축부재(720)의 크기 또한 줄어들 수 있게 된다. 그리고, 혐기화된 슬러지(sludge) 내부에는 많은 유기물질의 분해에 따른 탄소원이 풍부하므로 이러한 슬러지의 일부 및 원수의 일부를 탈질부(400)의 탄소원(carbon sources)으로로 이용하도록 한다. 따라서 상술한 바와 같이 탈질부(400)에서 필요로 하는 탄소원은 외부로 부터 별도 유입이 필요없게 된다.
다음은, 이러한 컴팩트한 구조로 이루어진 고도 수처리 장치를 실지 테스트한 실시예를 설명하기로 한다.
실시예
1. 시설 개요
(1) 시설명 : 하폐수처리시설
(2) 설계용량 : 120㎥/d
(3) 처리방법 : 스펀지여재(WWAY)를 이용한 컴팩트화 한 고도수처리 공법
ㆍ 수질기준(청정지역기준)
2. 설계사양서
(1) 스크린조
① 유효용량
·500W × 1000L × 800H = 0.4㎥
② 부대설비
·조목 스크린, 세목 스크린 : 각 1set
(2) 유량조정조
① 설계용량
V = 7.5㎥
② 유효용량
·1750W × 2200L × 2000He(2300H) = 7.7㎥
③ 용량검토
·설계용량 7.5㎥ < 유효용량 7.7㎥
④ 부대설비
·산기장치 : DISK TYPE 산기관 0.12㎥/min × 4ea (0.48㎥/min)
·유량조정조 펌프 (2set)
120㎥/d ÷ 24hr/d ÷ 60min/hr = 0.083㎥/min ≒ 0.1㎥/min
·사양 :
이므로 34.3A ≒ 40A
= 0.14Kw
여기서, P : 전동기출력(Kw)
γ : 폐수의비중, 1.0
Q : 유량, 0.1
H : 전양정, 5m
η : 펌프의 효율, 0.9
α : 안전율, 1.5
따라서, 펌프의 전동기 출력은 표준 규격인 0.75Kw로 한다.
50A × 0.75Kw × 0.16㎥/min × 10mH(2set)
(3) 호기조
① 설계용량
*F/M비 이용
∴ V = 8.4㎥
② 유효용량
·1000W × 2200L × 2000He(2300H) = 4.4㎥
·1000W × 2200L × 2000He(2300H) = 4.4㎥
③ 용량검토
·설계용량 8.4㎥ < 유효용량 8.8㎥
④ 충진 MEDIA 산출계산
☞ HBC Ring 으로 충진 시
∴ HBC Ring 필요량 : 6000m
< H.B.C. 사용량 산정표 [제조사 발췌] >
⑤ 공기량 산정
a′ : 질산화 분해계수(대표값 0.2)
Nr : 질산화량(㎏)
b : 자산화 계수(0.07d-1)
b′ : 질산화 내생호흡계수(0.05d-1)
Sa : MLVSS량(㎏)
+ 0.2 × 4.57 × 142.5㎎/ℓ × 0.95 × 120㎥/day × 10-3
+ 0.06 × 8.8㎥ × 15000㎎/ℓ × 10-3
= 22.68㎏/day + 14.85㎏/day + 7.92㎏/day
≒ 25.5㎏/day
Air =
(㎏/day) ÷ 0.277(㎏
/㎥)에서
= 25.5㎏/day ÷ 0.277㎏
/㎥ ≒ 92.06㎥/day
산소이용률 5%로 가산하면
92.06㎥/day ÷ 0.05 = 1841.2㎥/day ≒ 1.28㎥/min
산기관개수 : 1.28㎥/min ÷ 0.12㎥/minea = 10.7ea ≒ 11ea
※ 산기관은 DEAD SPACE가 생기지 않기 위해서 호기조는 12개가 적당
∴ 실제 개수 : 12ea
⑥ 부대설비
·산기장치 : DISK TYPE 산기관 0.12㎥/min × 12ea (1.44㎥/min)
·고정식 접촉담체(Media) : 6000m
(4) 탈질부
① 설계 근거
·투입해야 할 CH3OH 량
C/N = 2.47a + 1.53b + 0.87c
(질산화율 95%, 탈질율 55%)
여기서, a : 질산성 질소량
b : 아질산성 질소량
c : 탈질장치 유입 DO 량
C/N = (2.47 × 123.6 ×0.95)+(1.53 × 123.6 × 0.05)+(0.87 × 2.0)
= 290.03㎎/ℓ + 9.46㎎/ℓ + 1.74㎎/ℓ
= 301.23㎎/ℓ × 120㎥/d × 10-3
= 36.15kg/d
→ 290.03㎎/ℓ의 CH3OH가 필요하므로 38.03㎎/ℓ의 CH3OH를 외부에서 공급해야 한다. 외부 탄소원은 혐기성농축장치에서 공급하는 것으로 하고 부족할 경우 원수에서 5~10% 공급하는 것으로 한다.
·탈질부 부피
여기서, NO3i : 유입 질산성 질소(㎎/ℓ)
NO3O : 유출 질산성 질소(㎎/ℓ)
U'= 0.5[메탄]×1.09(40-20)×(1-0.1)
≒ 2.522
∴ HRT = 1.61×10-3day = 2.32min
탈질부의 물량은 (반송 50%고려)
120㎥/d + (120㎥/d×0.5) = 180㎥/d
탈질부의 부피는
180㎥/d × 1.61 ×10-3day = 0.3㎥
② 유효용량
·탈질부는 WWAY-200(V=1.3㎥) 으로 한다.
③ 용량검토
·설계용량 0.3㎥ < 유효용량 1.3㎥
(5) 고액분리부
① 설계용량
·HRT : 30min
V = 180㎥/d ÷ 24hr ÷ 60min × 30min
= 3.75㎥
② 유효용량
·Ø1600 × 2000He(2300H) = 4.02㎥
③ 용량검토
·설계용량 3.75㎥ < 유효용량 4.02㎥
④ 부대설비
·슬러지 반송 펌프(침전조 → 호기조)
: 40A × 0.75Kw × 0.1㎥/min × 8mH(2set)
·슬러지 이송 펌프(침전조 → 농축조)
: 40A × 0.75Kw × 0.1㎥/min × 8mH(2set)
·교반기 : 0.5HP, 1식
·스크래퍼 : 1식
·월류 웨어 : 1식
·내통 1식 : Φ350mm × H700mm
·내통유속 < 0.01m/s
(6) 스펀지 여과수조
① 설계용량
·체류시간(HRT) : 10min
V = 0.83㎥
② 유효용량 : 650W × 700L × 1900He(2300H) = 0.86㎥
③ 용량검토
·설계용량 0.83㎥ < 유효용량 0.86㎥
④ 부대설비
·여과 펌프 : 50A × 1.5Kw × 0.2㎥/min × 12mH(2set)
·산기장치 : DISK TYPE 산기관 0.12㎥/min × 1ea (0.12㎥/min)
·약품정량주입펌프 : 1~360cc/min × 10kg/㎠ × 0.2Kw
·약품탱크와 Agitator : 1set
(7) 스펀지여과부재(WWAY)
① 설계용량
·MODEL : WWAY-200
·처리용량 : 8.3㎥/hr
·규격 : 내통 Ø550 × 1270H/외통 Ø900 × 2136H
② 부대시설
·역세용 Blower : 32A × 4.0㎥/min × 0.3kg/㎠ × 2.2kW
·Compressor : 1.5Kw × 259L/min
·Control Panel(AUTO)
(8) 방류조
① 설계용량
·체류시간(HRT) : 3min
V = 0.42㎥
② 유효용량 : 450W × 500L × 2000He(2300H) = 0.45㎥
③ 용량검토
설계용량 0.42㎥ < 유효용량 0.45㎥
④ 부대설비
·유량계
(9) 농축조
① 설계용량
·체류시간(HRT) : 3.0day
1. 생물학적 처리 sludge 발생량
b : 자산화계수(0.07d-1)
I : SS 제거량(㎏)
- 0.07 × 8.8㎥ × 15000㎎/ℓ × 10-3
+ 120㎥/day × 375㎎/ℓ × 0.48 × 10-3
= (22.68㎏/day - 9.24㎏/day + 21.6㎏/day)
≒ 35.04kg/day
함수율을 99%, 비중을 1.0라고 할 때
2. WWAY 역세수 발생량
·1.0㎥/d × 6회/d = 6㎥/d
총 sludge 및 역세수 발생량 : 9.5㎥/d
∴ V = 9.5㎥/d × 3.0d = 28.5㎥
② 유효용량
·2700W × 2700L × 4000H(4400He) = 29.2㎥
③ 용량검토
·설계용량 28.5㎥ ＜ 유효용량 29.2㎥
④ 부대설비
·산기장치 : DISK TYPE 산기관 0.12㎥/min × 4ea (0.48㎥/min)
·상등수 이송펌프(농축조 → 유량조) : 20A-40A air-lift pump
·sludge 이송펌프(농축조 → 혐기성 농축장치)
: 40A × 0.75Kw × 0.1㎥/min × 8mH(2set)
(9) 혐기성 농축부재
① 설계용량
·체류시간(HRT) : 0.5day
총 sludge 발생량 : 35.04kg/day
함수율을 97%, 비중을 1.0 이라고 할 때
∴V = 1.2㎥/d × 0.5day = 0.6㎥
·탈질장치 탄소원 공급
*탈질부에서 필요한 탄소원은 38.03㎎/ℓ이다.
38.03㎎/ℓ × 120㎥/d = 4.6kg/d
*혐기성 농축부재 슬러지의 COD 농도가 4000㎎/ℓ라고 한다면,
1.2㎥/d × 4000㎎/ℓ = 4.8kg/d
4.8kg/d - 4.6kg/d = 0.2kg/d
(탈질부에서 탄소원이 부족한 경우에는 원수를 탄소원으로 대체한다.)
② 유효용량 : 600W × 600L × 2000He(2300H) = 0.72㎥
③ 용량검토
설계용량 0.6㎥ < 유효용량 0.72㎥
④ 부대설비
·산기장치 : DISK TYPE 산기관 0.12㎥/min × 1ea (0.12㎥/min)
·상등수 이송펌프(혐기성 농축장치 → 유량조) : 20A-40A air-lift pump
·sludge 이송펌프(혐기성 농축장치 → 탈질장치)
: 40A × 0.75Kw × 0.1㎥/min × 8mH(2set)
(10) 브로워
① 브로워 풍압
각 조의 물의 높이
(유량조정조, 호기조, 탈질장치, WWAY여과수조, 혐기성 농축장치)
→ (2000, 2000, 2136, 1900, 2000)mmH 이므로
물의 높이가 가장 높은 것을 선택하면 2136mmH이다.
∴총 풍압 = 2136mm = 2.2mH
② 송풍량: disk type 산기관 0.12㎥/min의 개수에 따른 량 + air lift 펌프 송풍량
·집수조 및 유량조정조 : 4 × 0.12㎥/min
·호기조 : 12 × 0.12㎥/min
·WWAY 여과수조 : 1 × 0.12㎥/min
·농축조 : 4× 0.12㎥/min
·혐기성 농축부재 : 1 × 0.12㎥/min
·air lift pump 20A-40A 필요 공기량 : 2 × 0.38㎥/min
∴ 총 송풍량 = disk type 22 × 0.12㎥/min (2.64㎥/min)
+ air lift 2 × 0.38㎥/min (0.76㎥/min)
= 3.4㎥/min
·사양 : 80 × 2.2Kw × 5㎥/min × 4000mmAq(2set)
상기 실시예와 같이 각각의 용량 및 제반규격을 설계하고 제작한 후, 실지 테스트 한 결과는 아래 표와 같이 나타났다.
(농도:㎎/ℓ, 제거율:%)
상기 처리효율표에서 나타난 바와 같이, 본 발명에서는 보다 컴팩트화 한 장치로서도 최종처리의 결과를 보면, 기존의 대규모 장치시설에서 보다도 높은 효율로 고도수처리가 이루어짐을 알 수 있었다.
상기한 실시예는 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야에 대한 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형된 다른 실시예가 가능하다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위에는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 상기의 실시예뿐만 아니라 다양하게 변형된 다른 실시예가 포함되어야 함을 알 수 있다.
100 : 유량조정조 200 : 하이드라시브 스크린
300 : 호기조 310 : 스펀지
320 : 그물망 330 : 격벽
400 : 탈질부 410 : 히팅부재
420 :스펀지 여재 500 : 고액분리부
510 : 내통 512 : 격벽
520 : 외통 522 :스크래퍼
524 :회전바 600 : 최종처리부
610 : 스펀지여과수조 620 : 스펀지여과부재
700 : 탈인부 710 : 농축조
720 : 혐기성 농축부재
300 : 호기조 310 : 스펀지
320 : 그물망 330 : 격벽
400 : 탈질부 410 : 히팅부재
420 :스펀지 여재 500 : 고액분리부
510 : 내통 512 : 격벽
520 : 외통 522 :스크래퍼
524 :회전바 600 : 최종처리부
610 : 스펀지여과수조 620 : 스펀지여과부재
700 : 탈인부 710 : 농축조
720 : 혐기성 농축부재
Claims (11)
- 오염된 하폐수를 물리화학적 및 생물학적으로 처리하는 고도 수처리 장치에 있어서,
부유물질 등을 걸러내는 스크린을 거쳐 유입되는 오염수를 일정 농도로 저장하는 유량조정조와;
상기 유량조정조로 전달되는 오염수를 생물학적으로 처리하되, 인처리 미생물의 럭셔리 업테이크(luxury uptake), 암모니아성 질소에서 질산성질소로 질산화 및 함유된 유기물의 일정부분 산화가 이루어지도록, 내부가 다수개의 통공이 형성된 격벽에 의해 다단으로 이루어지고 상기 각 격벽상에 미생물미디어가 함유된 스폰지여재가 적층되어 이루어지고, 외부 산기관을 통해 바닥 저부로 부터 상방향으로 산소가 공급되는 호기조와;
상기 호기조 후단에 연결되고 상기 호기조에서 질산화된 질산성질소를 질소가스로 원활한 탈질작용을 위한 적정온도를 유지하기 위한 히팅부재가 구비되고, 내부에 미생물미디어가 함유된 스펀지여재가 구비되어 산화된 오염수의 탈질작용을 수행하되, 상기 스펀지여재의 막힘 방지를 위해 하부로 부터 상방향으로 역세수 처리가 이루어지는 역세수분사부재가 구비되고, 청소후 오염물질을 함유하는 처리된 역세수는 상기 호기조로 전달되도록 하는 탈질부와;
상기 탈질부를 통과한 처리수는 슬러지와 함께 상향류식으로 유입되어 중력으로 고액분리를 하며 내벽에 하향 경사지게 다단으로 격벽이 구비되어 중앙 상부측에 형성된 내통과, 내통의 중심을 관통하여 회전하는 중심축의 하부측에는 스크래퍼가 구비되고, 상부측에는 미생물미디어를 내부에 함유하는 다수개의 회전바가 구비된 외통의 2중구조로 이루어지되,
탈질부를 통과한 오염수는 상기 내통의 상방향에서 하방향으로 중력식으로 전달되어 다단 격벽에 의해 유속이 저감된 상태로 상기 외통의 저면으로 전달되어 슬러지가 하부면에 쌓이도록 하고, 분리된 물은 외통저면에서 상방향으로 전달되면서 상기 회전바 내부에 구비된 미생물미디어에 의해 오염수가 처리되고, 처리된 상등수의 일부분이 상기 호기조로 전달되도록 하고 나머지는 일측 외부로 유출하며, 하부에 남는 슬러지를 타측외부로 유출하는 침전식으로 이루어지는 고액분리부와;
상기 고액분리부에서 일측 외부로 유출되는 상등수를 후처리하여 최종방류하는 최종처리부;그리고
상기 고액분리부에서 유출되는 슬러지를 탈인하도록 히팅부재가 구비되고, 슬러지의 일부를 외부탄소원으로 이용하도록 상기 탈질부측으로 반송하는 반송라인이 구비된 탈인부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 스펀지 여재를 이용한 컴팩트화 한 고도수처리 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 유량조정조와 상기 호기조 사이에는 미세부유물질 등을 제거하기 위한 하이드라시브 스크린(hydrasieve screen)이 더 설치됨을 특징으로 하는 스펀지 여재를 이용한 컴팩트화 한 고도수처리 장치 - 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 탈질부의 히팅부재는 35 내지 45℃의 온도조절이 이루어지는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 스펀지 여재를 이용한 컴팩트화 한 고도수처리 장치 - 삭제
- 삭제
- 제 1항,제2항 또는 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 최종처리부는,
약품주입으로 인한 화학적 처리가 이루어지는 스펀지여과수조와;
스펀지여재와 활성탄으로 물리적 처리가 이루어지는 스펀지여과부재; 그리고
스펀지여재부재를 청소하도록 물과 공기가 혼합되어 역세로 분사되는 역세수분사부재;로 이루어짐을 특징으로 하는 스펀지 여재를 이용한 컴팩트화 한 고도수처리 장치. - 제 7항에 있어서,
상기 스펀지여과부재는 압착된 스펀지부재와 이의 뒷면에 부착되는 활성탄부재로 이루어지고,
상기 역세수분사부재를 통해 분사되어 처리된 역세수를 상기 유량조정조로 반송되도록 하는 반송라인이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 스펀지 여재를 이용한 컴팩트화 한 고도수처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 탈인부는,
상기 고액분리부에서 전달된 슬러지를 농축하는 농축조와;
상기 농축조를 거쳐온 농축슬러지를 혐기조건하에서 탈인이 이루어지도록 히팅부재가 구비된 혐기성농축부재 이루어지는 것을 특징으로 하는 스펀지 여재를 이용한 컴팩트화 한 고도수처리 장치. - 제9항에 있어서,
상기 농축조에는 농축후 남는 상등수를 상기 유량조정조로 반송하는 반송라인이 구비되는 것을 특징으로 하는 스펀지 여재를 이용한 컴팩트화 한 고도수처리 장치. - 제9항에 있어서,
상기 혐기성 농축부재의 히팅부재는 55 내지 65℃로 온도 조절이 이루어지고,
슬러지의 일부를 상기 탈질부로 반송하는 라인이 구비되는 것을 특징으로 하는 스펀지 여재를 이용한 컴팩트화 한 고도수처리 장치.
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| KR1020160096682A KR101757333B1 (ko) | 2016-07-29 | 2016-07-29 | 스펀지 여재를 이용한 컴팩트화 한 고도수처리 장치 |
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| KR20010029182A (ko) * | 1999-09-29 | 2001-04-06 | 진서형 | 다공성 토양질 담체를 이용한 오·폐수 처리 시스템 |
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2017
- 2017-07-27 WO PCT/KR2017/008080 patent/WO2018021840A1/ko active Application Filing
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