KR101769508B1

KR101769508B1 - 전응집 기반 이단응집 자동제어기술을 이용한 하폐수 고도처리장치 및 이의 운전방법

Info

Publication number: KR101769508B1
Application number: KR1020170043027A
Authority: KR
Inventors: 박승국; 신경숙; 차재환; 정우정; 신정훈; 이윤규
Original assignee: 주식회사 한화건설; 주식회사 태영건설
Priority date: 2017-04-03
Filing date: 2017-04-03
Publication date: 2017-08-18

Abstract

본 발명은 전응집 기반 이단응집 자동제어기술을 이용한 하폐수 고도처리장치 및 이의 운전방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유입된 하폐수에 제1 응집제를 주입하여 수중의 용존인 일부를 불용화시키는 제1 응집혼화조, 상기 응집혼화조 후단에 위치하여 생물학적 인 제거를 수행하는 혐기조와 호기조를 포함한 생물반응조, 호기조 후단 소정의 위치에서 제2 응집제가 주입 및 혼화되는 제2 응집혼화조, 생물반응조 후단에서 고액분리를 수행하는 분리막조 또는 침전조가 구비되고, 생물반응조 중 호기조의 실시간 인(PO₄-P) 농도를 측정하는 온라인 인 계측기 및 최종 방류수의 실시간 인 농도를 측정하는 수질원격 감시시스템(TMS)을 포함하되, 실시간 호기조 인 농도와 실시간 방류수 인 농도에 기초하여 제1 응집제와 제2 응집제의 최적 주입량을 원격으로 자동제어하는 이단응집 제어부를 포함하여, 시시각각 변화하는 유입 하폐수의 오염부하와 생물학적 인 제거 정도에 능동적으로 대응하면서 응집제 사용량은 현저히 감소시키고 동시에 상시 안정된 처리수 수질을 확보할 수 있는 전응집 기반 이단응집 자동제어기술을 이용한 하폐수 고도처리장치 및 이의 운전방법에 관한 것이다.

Description

전응집 기반 이단응집 자동제어기술을 이용한 하폐수 고도처리장치 및 이의 운전방법 {The advanced wastewater treatment system using two stage coagulation control based on pre-coagulation and its operation method}

본 발명은 전응집 기반 이단 응집 자동제어기술을 이용한 하폐수 고도처리장치 및 이의 운전방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 호기조와 방류수의 인 농도를 연속적으로 측정하고 이들 결과에 근거하여 응집혼화조와 호기조에 주입하는 응집제 주입량을 제어함으로써 안정된 수질확보와 응집제 사용량을 줄일 수 있는 전응집 기반 이단 응집 자동제어기술을 이용한 하폐수 고도처리장치 및 이의 운전방법에 관한 것이다.

공공수역의 유기물 오염도는 과거 BOD 중심의 오염물 규제와 환경기초시설의 투자로 지속적인 개선이 이루어진 반면 부영양화 유발물질인 질소와 인의 농도는 점차 증가하는 추세이며, 결과적으로 하천 등 수계에서 빈번하게 발생하는 녹조와 적조는 사회적으로 큰 이슈로 대두되고 있다. 이에 정부는 유역중심의 수질관리 방법으로 대표적 점오염원인 하수처리장 방류수수질기준을 2012년부터 대폭 강화하였으며, 특히 총인은 수역에 따라 0.2∼0.5 mg/L로 엄격하게 규제하고 있다.

이러한 질소와 인은 주로 생물학적 방법에 의해 제거되고 있으나, 인의 경우 미생물에 흡수되는 양에 한계가 있어 수질기준이 0.5∼1.0 mg/L 미만일 경우 응집에 의한 물리화학적 처리가 필수적으로 병행되어야 한다. 물리화학적 처리방법은 공정의 구성과 시설의 유지관리가 비교적 간단하고 처리효율이 높은 장점이 있는 반면, 유입부하의 변동에 민감하고 약품비용과 슬러지처분비용이 추가적으로 증가하는 단점이 있다.

한편, 2015년 말 고시된 환경부의 공공하수처리시설 운영관리실태 분석결과에 따르면, 국내 하수처리시설 중 총인처리시설이 설치된 곳은 전체 587개소 중 355개소(60%)로, 대부분의 인 처리시설은 2차 처리시설(생물반응조) 후단에 도입되었으며, 총인의 평균 방류수질은 2011년의 0.7 mg/L에서 2014년 0.19 mg/L로 크게 개선되었다. 하지만 총인처리시설 도입으로 인한 응집제 사용량 또한 가파르게 상승하여, 강화된 방류수수질기준 적용 전인 2011년에 21,045톤/년이던 것이 2014년에는 104,200톤/년으로 약 5배 증가하여 막대한 약품비용 증가를 초래하였고, 이 밖에도 찌꺼기 최종처분비, 전력비의 증가 등을 감안하면 전체 운영비용이 크게 상승하였다.

총인처리시설 도입에 의한 가파른 운영비 상승 원인은 여러 가지가 있으나, 방류구에 설치된 수질원격감시체계(TMS : Tele-Monitoring System)에서 안정적인 방류수수질기준을 준수하기 위하여 약품을 적정량 이상으로 과다하게 주입하는 것이 가장 주된 이유이다. 특히 3차 처리시설(총인처리시설)에 대한 처리 의존도가 커지면서 2차 처리시설(생물반응조)이 예전에 비해 방만하게 운영되는 사례가 늘고, 결과적으로 3차 처리시설의 유입부하가 증가하거나 부하변동이 커지면서 더 많은 약품을 주입해야 하는 악순환이 이어지고 있다. 이에 환경부에서는 총인처리시설 효율 개선방안 연구용역을 통해 비용 효과적인 생물학적 인 제거 효율을 최대한으로 유지해야 하고, 자 테스트 등을 통해 적정 응집제 주입비율을 산정해야 하며, 유입 인 농도 및 유량의 변화패턴을 고려하여 응집제 주입량을 조절해야 한다고 제안하고 있다.

본원 출원인은 상기와 같은 질소 및 인을 동시에 제거하면서 운전비용을 절감하기 위하여 등록번호 제10-1269261호의 특허발명을 제시한 바 있다.

상기 본원 출원인의 선행발명은 "유입되는 하폐수를 저류시키는 기능 및 응집제를 혼합하여 응집 반응 기능을 수행하는 전침형 유입분배조, 전침형 유입분배조를 거친 하폐수를 교대반응 1조 및 교대반응 2조에 교대로 공급하는 기능을 수행하는 유입수 흐름 제어수단, 무산소(anoxic)조건인 교대반응 1조 및 절대혐기(anaerobic)조건 상태인 교대반응 2조, 교대반응 1조 또는 교대반응 2조를 거친 하폐수가 유입되는 호기조, 호기조를 거친 하폐수의 미생물 플록(floc)을 제거하는 기능을 수행하는 분리막조를 포함하여 구성한 하폐수 고도처리 시스템"을 제시하였다.

상기한 선행발명은 유입수에 응집제를 주입하여 1차 인 부하를 경감시키는 단계와 인 방출 및 과잉섭취를 통해 생물학적으로 인을 제거하는 주처리 단계 및 잔존 인산염을 공침시키고 분리막을 통해 여과하는 Dual coagulation과 생물공정을 조합한 막분리 활성슬러지공법으로 총인의 효과적인 고도처리가 가능하다는 특징을 가지고 있다.

하지만 상기 선행발명에서는 처리수의 인 농도에만 의존하여 응집제량을 변화시키기 때문에 실시간으로 변하는 유입 인 부하에 대한 선제적 대응이 어렵고, 최종 처리수의 인 농도가 법정 방류수질을 초과하지 않도록 응집제 주입량을 보수적으로 조절해야하기 때문에 과량의 응집제가 주입될 수밖에 없으므로, 응집제 사용량을 최소화할 수 있는 공정 개선이 여전히 필요한 상황이다.

한국등록특허공보 제10-1269261호

상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 본 발명에서는, 하수 등에 포함되어 있는 인과 질소를 안정적으로 처리할 수 있는 장치 및 그 운전방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명에서는, 시시각각 변화하는 유입하수의 오염물 부하와 생물학적 인 제거 수준에 능동적으로 대응할 수 있게 응집제의 주입량을 실시간 제어함으로써 약품 사용량을 최소화하고 이에 따른 운전비용을 절감할 수 있는 장치 및 그 운전방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 전응집 기반 이단 응집 자동제어기술을 이용한 하폐수 고도처리장치는, 유입된 하폐수와 제1 응집제를 교반시켜 플록을 형성시키는 제1 응집혼화조(110) 및 상기 제1 응집혼화조(110) 후단에 위치하는 유입수 흐름분배조(120)를 포함하는 급속혼화형 유입분배조(100); 상기 급속혼화형 유입분배조(100) 후단에 위치하는 산소공급이 되지 않는 무산소(anoxic) 조건 또는 절대혐기(anaerobic) 조건 상태로 운전되는 직렬 배치된 제1 교대 반응조(210)와 제2 교대 반응조(220)를 포함하는 교대 반응조(200); 상기 제2 교대 반응조(220) 후단에 위치하며 제2 응집제가 공급되고, 내부 소정 위치에 인 측정센서(910)가 구비된 호기조(300); 상기 호기조(300) 후단에 위치하는 무산소조(400); 방류수의 수질을 측정 감시하는 수질원격 감시시스템(800); 및 제1 응집제를 상기 제1 응집혼화조(110)로 공급하는 제1 펌프(920), 제2 응집제를 상기 호기조(300)로 공급하는 제2 펌프(930), 및 인 측정센서(910)와 수질원격 감시시스템(800)로부터 전송된 인 농도에 근거하여 상기 제1 펌프(920)와 제2 펌프(930)의 작동여부 및 유량을 제어하는 이단응집 자동제어부(900)을 포함하되, 상기 제1 교대 반응조(210)의 혼합액을 상기 호기조(300)로 직접 유입시키기 위해 상기 제1 교대 반응조(210)와 호기조(300)를 연결하는 상기 제2 교대 반응조(220) 내부 또는 외부에 위치한 반응액 이송수로(221)가 구비된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 전응집 기반 이단 응집 자동제어기술을 이용한 하폐수 고도처리장치는, 유입된 하폐수와 제1 응집제를 교반시켜 플록을 형성시키는 제1 응집혼화조(110) 및 상기 제1 응집혼화조(110) 후단에 위치하는 유입수 흐름분배조(120)를 포함하는 급속혼화형 유입분배조(100); 상기 급속혼화형 유입분배조(100) 후단에 위치하는 산소공급이 되지 않는 무산소(anoxic) 조건 또는 절대혐기(anaerobic) 조건 상태로 운전되는 직렬 배치된 제1 교대 반응조(210)와 제2 교대 반응조(220)를 포함하는 교대 반응조(200); 상기 제2 교대 반응조(220) 후단에 위치하며 내부 소정 위치에 인 측정센서(910)가 구비된 호기조(300); 상기 호기조(300) 후단에 위치하며, 내부 소정 위치에는 제2 응집제가 공급되어 호기조(300) 유출수와 교반되는 제2 응집혼화조(410)가 구비된 무산소조(400); 방류수의 수질을 측정 감시하는 수질원격 감시시스템(800); 및 제1 응집제를 상기 제1 응집혼화조(110)로 공급하는 제1 펌프(920), 제2 응집제를 상기 제2 응집혼화조(410)로 공급하는 제2 펌프(930), 및 인 측정센서(910)와 수질원격 감시시스템(800)로부터 전송된 인 농도에 근거하여 상기 제1 펌프(920)와 제2 펌프(930)의 작동여부 및 유량을 제어하는 이단응집 자동제어부(900)를 포함하되, 상기 제1 교대 반응조(210)의 혼합액을 상기 호기조(300)로 직접 유입시키기 위해 상기 제1 교대 반응조(210)와 호기조(300)를 연결하는 상기 제2 교대 반응조(220) 내부 또는 외부에 위치한 반응액 이송수로(221)가 구비된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 전응집 기반 이단 응집 자동제어기술을 이용한 하폐수 고도처리장치는, 유입된 하폐수와 제1 응집제를 교반시켜 플록을 형성시키는 제1 응집혼화조(110); 상기 제1 응집혼화조(110) 후단에 위치하는 혐기(anaerobic) 조건 상태로 운전되는 혐기조(230); 상기 혐기조(230) 후단에 위치하는 무산소조(400); 상기 무산소조(400) 후단에 위치하며 제2 응집제가 공급되고, 내부 소정 위치에 인 측정센서(910)가 구비된 호기조(300); 방류수의 수질을 측정 감시하는 수질원격 감시시스템(800); 및 제1 응집제를 상기 제1 응집혼화조(110)로 공급하는 제1 펌프(920), 제2 응집제를 상기 호기조(300)로 공급하는 제2 펌프(930), 및 인 측정센서(910)와 수질원격 감시시스템(800)로부터 전송된 인 농도에 근거하여 상기 제1 펌프(920)와 제2 펌프(930)의 작동여부 및 유량을 제어하는 이단응집 제어시스템(900)이 구비된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 전응집 기반 이단 응집 자동제어기술을 이용한 하폐수 고도처리장치는, 유입된 하폐수와 제1 응집제를 교반시켜 플록을 형성시키는 제1 응집혼화조(110); 상기 제1 응집혼화조(110) 후단에 위치하는 혐기(anaerobic) 조건 상태로 운전되는 혐기조(230); 상기 혐기조(230) 후단에 위치하는 무산소조(400); 상기 무산소조(400) 후단에 위치하며 내부 소정 위치에는 인 측정센서(910)가 구비되고, 외부 소정 위치에는 제2 응집제가 공급되어 호기조(300) 유출수와 교반되는 제2 응집혼화조(410)가 구비된 호기조(300); 상기 호기조(300) 후단에 위치하며 제2 응집혼화조(410) 유출수를 공급받아 슬러지를 침강시키는 침전조(700); 방류수의 수질을 측정 감시하는 수질원격 감시시스템(800); 및 제1 응집제를 상기 제1 응집혼화조(110)로 공급하는 제1 펌프(920), 제2 응집제를 상기 제2 응집혼화조(410)로 공급하는 제2 펌프(930), 및 인 측정센서(910)와 수질원격 감시시스템(800)로부터 전송된 인 농도에 근거하여 상기 제1 펌프(920)와 제2 펌프(930)의 작동여부 및 유량을 제어하는 이단응집 제어시스템(900)이 구비된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 혐기조(230), 무산소조(400) 및 호기조(300) 중 어느 하나 이상에는 미생물 담체가 구비될 수 있다.

또한 전술한 전응집 기반 이단 응집 자동제어기술을 이용한 하폐수 고도처리장치의 운전방법은, 사용자가 초기 설정값들을 입력하는 S-100 단계; 실시간으로 측정되는 호기조 인 농도(P_호기조 _-실시간)와 방류수 인 농도(P_방류수 _-실시간)를 업데이트하는 S-200 단계; 실시간 방류수 인 농도(P_방류수 _-실시간)가 설정한 목표 방류수 인 농도(P_방류수 _-목표) 이상인지를 판단하는 S-300 단계; 실시간 방류수 인 농도(P_방류수 _-실시간)가 설정한 목표 방류수 인 농도(P_방류수 _-목표) 미만인 경우, 상기 실시간 호기조 인 농도(P_호기조 _-실시간)가 설정한 호기조 기준농도에 해당되는지 판단하여 제1 응집제 및/또는 제2 응집제의 주입량을 증감시키는 S-400 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 S-300 단계는, 실시간 방류수 인 농도(P_방류수 _-실시간)가 설정한 목표 방류수 인 농도(P_방류수 _-목표)를 초과하면, 경고 신호를 발생하는 S-310 단계, 및 제1 응집제와 제2 응집제의 주입량을 증가시키는 S-320 단계를 더 포함할 수 있다.

또한 상기 S-320 단계는, 직전에 결정된 제1 응집단계에서 제거해야할 목표 인 농도(△P_전응집)가 소정범위(α)만큼 증가될 수 있도록 제1 응집제의 주입량을 증가시키고, 제2 응집제 주입량은 실시간으로 측정한 호기조 인 농도(P_호기조 _-실시간)와 설정한 비상 호기조 인 농도(P_호기조 _-비상) 차이로부터 결정하는 것이 보다 바람직하다.

게다가 상기 S-400 단계는, 실시간 호기조 인 농도(P_호기조 _-실시간)가 설정한 호기조 제1기준(P_호기조 _-제1기준) 미만인 경우에는, 제2 응집제의 주입은 중단하고, 제1 응집제의 주입량은 직전에 결정된 제1 응집단계에서 제거해야할 목표 인 농도(△P_전응집)가 소정범위(α)만큼 감소하도록 주입율을 낮추는 S-410 단계; 실시간 호기조 인 농도(P_호기조 _-실시간)가 설정한 호기조 제1기준(P_호기조 _-제1기준) 이상이고 설정한 호기조 제2 기준(P_{호기조-제2기준}) 미만인 경우에는 제2 응집제의 주입은 중단하고, 제1 응집제의 주입량은 직전에 결정된 제1 응집단계에서 제거해야할 목표 인 농도(△P_전응집)가 소정범위(α)만큼 증가하도록 주입율을 높이는 S-420 단계; 및 실시간 호기조 인 농도(P_호기조 _-실시간)가 설정한 호기조 제2기준(P_호기조 _-제2기준) 이상인 경우에는, 제1 응집제의 주입량은 직전에 결정된 제1 응집단계에서 제거해야할 목표 인 농도(△P_전응집)가 소정범위(α)만큼 증가하도록 주입율을 높이고, 제2 응집제 주입량은 실시간으로 측정한 호기조 인 농도(P_호기조 _-실시간)와 설정한 호기조 제2 기준(P_{호기조-제2기준}) 차이로부터 결정하는 S-430 단계를 포함할 수 있다.

또한 상기 S-300 단계는, 실시간 방류수 인 농도(P_방류수 _-실시간)가 설정한 목표 방류수 인 농도(P_방류수 _-목표)를 초과하면, 경고 신호를 발생하는 S-310 단계; 및 직전에 결정된 제1 응집단계에서 제거해야할 목표 인 농도(△P_전응집)가 소정범위(α)만큼 증가될 수 있도록 제1 응집제의 주입량을 증가시키고, 제2 응집제 주입량은 실시간으로 측정한 호기조 인 농도(P_호기조 _-실시간)와 설정한 비상 호기조 인 농도(P_호기조 _-비상) 차이로부터 결정하여 증가시키는 S-320 단계로 이루어지고, 상기 S-400 단계는, 실시간 호기조 인 농도(P_호기조 _-실시간)가 설정한 호기조 제1기준(P_호기조 _-제1기준) 미만인 경우에는, 제2 응집제의 주입은 중단하고, 제1 응집제의 주입량은 직전에 결정된 제1 응집단계에서 제거해야할 목표 인 농도(△P_전응집)가 소정범위(α)만큼 감소하도록 주입율을 낮추는 S-410 단계; 실시간 호기조 인 농도(P_호기조 _-실시간)가 설정한 호기조 제1기준(P_호기조 _-제1기준) 이상이고 설정한 호기조 제2기준(P_호기조 _-제2기준) 미만인 경우에는, 제2 응집제의 주입은 중단하고, 제1 응집제의 주입량은 직전에 결정된 제1 응집단계에서 제거해야할 목표 인 농도(△P_전응집)가 소정범위(α)만큼 증가하도록 주입율을 높이는 S-420 단계; 및 실시간 호기조 인 농도(P_호기조 _-실시간)가 설정한 호기조 제2 기준(P_{호기조-제2기준}) 이상인 경우에는, 제1 응집제의 주입량은 직전에 결정된 제1 응집단계에서 제거해야할 목표 인 농도(△P_전응집)가 소정범위(α)만큼 증가하도록 주입율을 높이고, 제2 응집제 주입량은 실시간으로 측정한 호기조 인 농도(P_호기조 _-실시간)와 설정한 호기조 제2 기준(P_호기조 _-제2기준) 차이로부터 결정하여 주입율을 증가시키는 S-430 단계를 포함하되, 상기 설정한 비상 호기조 인 농도(P_호기조 _-비상), 호기조 제1기준(P_호기조 _-제1기준) 및 호기조 제2기준(P_호기조 _-제2기준)은, P_호기조 _- _비상 P_호기조 _-제1기준 < P_호기조 _-제2기준 조건을 만족하는 것이 가장 바람직하다.

가장 경제적인 인 처리방법인 생물학적 인 제거량을 극대화하고, 생물학적 제거만으로 처리가 어려운 잔류 인에 대해서만 선택적으로 유입하수 내 용존된 인 일부를 선택적으로 불용화시키는 전응집(제1 응집제 주입) 단계를 도입함으로써 종래의 전침 또는 공침과 같이 과량의 응집제 주입으로 인한 생물반응의 저해가 없이 응집제 사용량을 크게 절감할 수 있는 장점이 있다.

특히, 호기조 내 실시간 인(PO₄-P) 농도 변화에 따라 응집제 주입량을 자동으로 제어하는 방법을 도입함으로써 시시각각 변화하는 유입 인 부하, 전응집 후 유입 인 부하의 경감 정도, 생물학적 인 제거 정도 등에도 유연하게 대처 가능하며, 결과적으로 필요한 최소한의 응집제를 주입하여 응집제 사용량을 추가로 절감시키는 장점이 있다.

또한 전응집에 의한 인 부하 일부의 경감, 생물학적 인 제거가 모두 끝난 지점인 호기조 인 농도가 혹시 최종 처리수의 수질이 법정기준을 초과할 우려가 있다고 판단될 때, 호기조 후단에서 즉각적인 인 제거를 유도하는 공침(제2 응집제 주입) 단계를 도입함으로써 최종 처리수의 안정적인 수질을 상시 유지할 수 있는 장점이 있다.

또한 현재의 인 계측기술 수준을 볼 때, 총인(T-P) 측정에 걸리는 시간이 통상 1시간 내외, 인산염인(PO₄-P) 측정에는 통상 15~30분이 소요되는 바, 본 발명과 같이 인산염인을 판단기준으로 할 경우, 측정시간으로 인한 판단지연 또한 종래의 약품제어 방법에 비해 현저히 줄일 수 있는 장점이 있다.

아울러, 종전의 생물학적 하수처리공정 후단에 별도의 총인처리시설(응집-혼화-고액분리)을 구비하는 경우와 대비하여, 본 발명은 온라인 인 계측기와 이단응집 자동제어부만 생물반응조에 추가하면 되기 때문에 별도의 총인처리시설 설치에 들어가는 시설비 및 부지면적을 생략할 수 있어 컴팩트하고 경제적인 하수 고도처리시설 구현이 가능하다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 하폐수 고도처리 장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 하폐수 고도처리 장치의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 하폐수 고도처리 장치의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른 하폐수 고도처리 장치의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 하폐수 고도처리 장치를 이용한 운전방법에서, 응집제의 주입량 판단 및 결정을 설명하는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 응집제 주입결과이다.
도 7은 종래기술의 전응집 단독 주입방식에 따른 응집제 주입결과이다.
도 8은 종래기술의 공침 단독 주입방식에 따른 응집제 주입결과이다.
도 9는 종래기술의 이단(전응집 및 공침) 주입방식에 따른 응집제 주입결과이다.

본 출원에서 “포함한다”, “가지다” 또는 “구비하다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

또한, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 이단 응집 기반 하폐수 고도처리장치 및 이의 운전방법에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 하폐수 고도처리 장치의 개념도로서, 본 발명에 따른 고도처리 장치는 급속혼화형 유입분배조(100), 교대반응조(200), 호기조(300), 무산소조(400), 분리막조(500), 수질원격 감시시스템(800), 및 이단응집 자동제어부(900)을 포함하여 이루어진다.

상기 급속혼화형 유입분배조(100)는 제1 응집혼화조(110)와 유입수 흐름분배조(120)로 이루어져, 유입되는 하폐수를 저류시키는 기능과 함께 주입된 제1 응집제와 저류된 하폐수를 혼화 교반시켜 플록을 형성시키며, 후술할 제1 교대 반응조(210) 및/또는 제2 교대 반응조(220)에 교대로 하폐수를 제공하는 기능을 갖는다.

좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 급속혼화형 유입분배조(100)는 유입수와 제 1응집제가 혼합되는 제1 응집혼화조(110)와 상기 제1 응집혼화조(110) 후단에 위치하는 유입수 흐름분배조(120)를 포함하고 있다. 상기 제1 응집혼화조(110)에 제1 펌프(920)를 사용하여 응집제를 투입하면, 1차적으로 하폐수에 포함되어 있는 용존된 인의 일부가 응집제와 반응하여 불용화되고 따라서 후단에 위치하는 생물반응조에서 처리해야 할 인 농도의 부하를 일부 경감시켜준다.

즉, 제1 응집혼화조(110)에 알루미늄 계열 응집제를 사용하는 경우, 용존 인(PO₄ ^3-)은 하기 식과 같은 반응을 통하여 불용성 인(AlPO₄)으로 전환된다. 다만, 이는 알루미늄 계열 응집제를 사용한 경우의 일 예시에 불과할 뿐, 일반적으로 알려져 있는 수처리용 응집제를 사용하여 용존 인(PO₄ ^3-)을 불용성 인(PO₄ ^3-)으로 전환시키는 것도 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 것은 당연하다.

종래 분리막을 사용한 하폐수 고도처리 시스템에서 총인 제거를 위해 생물반응조 내에 응집제를 투입하는 경우, 6,000~10,000 mg/L의 고농도 MLSS(부유고형물)로 인해 응집제 소요량이 이론상 필요한 주입율인 2 mol Al/mol P보다 훨씬 높은 4~5 mol Al/ mol P 이상을 주입하게 되고, 이에 따라 다량의 슬러지가 발생할 뿐 아니라, 생물학적 공정에 과량의 응집제가 직접 투입됨으로 인해 질산화가 저해되어 현장적용에 문제가 되어 왔다.

하지만, 본 발명에서는 제1 응집혼화조(110)를 생물반응조 전단에 구비시키고 생물반응조 현탁액에 비해 고형물 농도가 현저히 작은(SS : 200~500 mg/L) 유입하수에 직접 응집제를 투입하는 전응집을 실시함으로써, 용존인(PO₄ ^3-)의 선택적 불용화가 가능하여 응집제 소요량을 1~3 mol Al /mol P로 현저히 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 후단의 생물반응조에 필요한 가용유기물의 손실이나 알칼리도의 감소로 인해 발생할 수 있는 생물반응의 저해(질산화 혹은 탈질)를 최소화할 수 있다.

또한 전응집으로 인 부하 일부를 경감시킨 후에는 생물학적 인 제거를 최대한 유도하고, 상기 과정을 모두 마쳤을 때에도 미쳐 제거되지 못한 잔존 인이 발생할 경우에만 호기조 후단에서 공침을 통해 인을 제거함으로써, 종래 기술에서의 응집제 과다 주입으로 인한 문제점을 해결할 수 있다.

여기서, 상기 제1 응집제 투입수단은 통상의 펌프형 응집제 투입장치 등을 사용할 수 있으며, 응집제 투입량을 수동 또는 자동으로 조절할 수 있고, 이단응집 자동제어부(900)에 의해 응집제 투입량을 제어할 수 있다.

또한 응집혼화조(110)에 주입되는 제1 응집제는 황산알루미늄, 황산제1철, 황산제2철, 염화제2철, 칼륨명반, PAC(폴리알미늄클로라이드), 알루민산나트륨, 암모늄명반, 염화코퍼러스, 페록, 점토, 수산화칼슘, 산화칼슘, 활성규산, 고분자 응집제 등과 같은 철염, 또는 알루미늄 계열 응집제 등 다양하게 사용할 수 있다.

한편, 원수와 응집제를 교반할 목적으로 상기 제1 응집혼화조(110)에 구비되는 교반장치는, 급속혼화에 사용되는 통상적인 교반장치를 사용할 수도 있다.

또한 본 발명의 유입수 흐름분배조(120)에는 상기 제1 응집혼화조(110)에서 응집된 원수와 호기조로부터 반송된 슬러지인 혼합액을 제1 교대 반응조(210) 및 제2 교대 반응조(220)에 교대로 공급하기 위한 밸브와 같은 유입수 흐름 제어수단(미도시)을 구비하고 있다.

한편, 본 발명에서의 제1 교대 반응조(210)와 제2 교대 반응조(220)는 산소공급이 되지 않는 무산소(anoxic)조건 또는 절대혐기(anaerobic) 조건 상태를 유지하는 반응조를 의미하고, 좀 더 구체적으로는 호기조로부터 반송된 슬러지가 사용자가 정한 시간에 따라 각 교대반응조에 번갈아 주입되는데, 이 때 호기조로부터 반송된 슬러지가 유입되는 교대 반응조는 무산소 상태를 유지하여 주로 탈질반응을 유도하는 생물반응조의 기능을 가지고, 반대로 호기조로부터 반송된 슬러지의 유입이 중단된 채 준회분식으로 운전되는 교대반응조는 절대혐기 상태를 유지하여 주로 인 방출반응을 유도하는 생물반응조의 기능을 갖는다.

제1 교대 반응조(210) 및 제2 교대 반응조(220)에는 내부 교반기가 구비되어 완속 교반을 수행할 수 있다. 따라서 급속혼화형 유입분배조(100)에서 유입하수와 응집제의 급속교반이 이루어진 후, 제1 교대 반응조(210) 및 제2 교대 반응조(220)에서 완속 교반이 이루어지므로 용존 인의 응집이 효과적으로 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 제1 교대 반응조(210)와 직렬로 배치된 제2 교대 반응조(220) 내부 또는 외부에는 제1 교대 반응조(210)의 반응액을 호기조(300)로 직접 유도하기 위한 반응액 이송수로(221)가 구비될 수 있다.

제1 교대 반응조(210), 제2 교대 반응조(220) 및 무산소조(400) 내부에 수용되는 반응액은 완전히 혼합되어야 하고 따라서 교반기 등 공지의 교반수단을 필요로 한다. 이 때, 사구역의 발생을 억제시키기 위해서는 상기 교대반응조(200)와 무산소조(400)의 단면을 정사각형에 가깝도록 설계하거나 다수개의 교반수단을 설치하여야 한다.

이에 반해 본 발명에서는 제1 교대 반응조(210)와 제2 교대 반응조(220)을 정사각형에 가까운 형상으로 설계한 후 일렬로 배치하고, 또 제1 교대 반응조(210)와 호기조(300)가 연통될 수 있도록 제2 교대 반응조(220) 내부 또는 외부에 반응액 이송수로(221)를 구비시킴으로써, 전술한 교반수단에 의해서도 잘 교반되지 않는 사구역의 발생을 최대한 억제할 수 있다는 장점이 있다.

상기 호기조(300)는 산소를 공급할 수 있는 수단을 구비한 반응조를 의미하며, 산소를 공급할 수 있는 수단은 다양하며, 교반기, 자유낙차에 의한 산소공급, 송풍기 등 공지의 산소공급수단을 채용할 수 있고, 상기 호기조(300)로부터 인발하여 유입수 흐름분배조(120)로 반송하는 슬러지 반송 수단은 특별히 제한하지 않으며, 통상의 슬러지 펌프 등을 사용할 수 있다.

또한 상기 호기조(300)에는 제2 펌프(930)에 의해 제2 응집제가 공급되고, 게다가 상기 호기조(300) 내부 소정 위치에는 인 측정센서(910)가 더 구비된다. 여기서, 상기 인 측정센서(910)은 호기조(300) 내에 위치하는 측정기에 한정되지 않고, 호기조 반응액의 일정량을 흡입한 후 별도로 구비된 측정기에서 측정할 수도 있다.

종래에는 방류수의 인 농도에만 의존하여 응집제 주입량을 결정하였기 때문에 항상 과량으로 응집제가 주입되었고, 따라서 이로 인한 슬러지 발생량과 응집제 사용량 증가는 운영비 상승으로 연결되었다. 그러나 본 발명에서는 방류수와 함께 호기조(300) 내부의 인 농도를 연속적으로 측정하고, 이들 측정값에 근거하여 제1 응집혼화조(110) 및/또는 호기조(300)에 공급하는 응집제 주입량을 결정하기 때문에, 기존보다 응집제를 적게 주입하면서도 안정적인 수질을 확보할 수 있다는 이점이 있고, 이에 관한 구체적인 주입방법은 후술하기로 한다.

상기 무산소조(400)는 용존 산소는 없고 결합 산소는 존재하면서 탈질 반응을 유도하도록 운영되는 반응조를 의미한다. 상기 무산소조(400)에서 잔여 용존 인의 거의 대부분이 불용성 인으로 전환하게 되며, 아울러 하폐수에 용존되어 있는 질소 성분은 활성슬러지(미생물)가 탈질할 수 있도록 하여 용존 질소 성분도 제거된다.

또한 무산소조(400)는 해당 하수처리장치를 도입하고자 하는 곳의 질소 규제 수준에 따라 필요시에 탈질 미생물의 성장에 필요한 영양소인 탄소(C)원을 추가로 공급할 수 있으며, 상기 탄소원은 생물학적 처리공정에서 통상적으로 사용하는 메탄올(CH₃OH), 아세트산 등을 사용하는 것이 바람직하다.

다음은 무산소조(400) 후단에 구비된 분리막조(500)에 관하여 설명하기로 한다.

상기 분리막조(500)는 표면에 다수의 기공이 형성된 분리막(510) 및 여과를 위한 흡입펌프(미도시)를 포함하여 이루어진다. 상기 분리막조(500)에서는 전단의 무산소조(400)로부터 공급된 혼합액으로부터 혼합미생물(MLSS)과 응집된 플록을 여과하여, 최종적으로는 질소, 인 및 유기물 등이 제거된 처리수를 수득하게 되는 것이다.

여기서, 상기 분리막(500)은 정밀여과막(MF)이나 중공사형 한외여과막(UF)을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 막 세정을 위해 공기세정이 가능한 산기관이 일체화된 모듈형태로 설치하는 것이 바람직하다.

상기 분리막조(500) 내의 활성슬러지 농도(MLSS)는 처리효율 및 안정된 분리막의 운전을 위하여 4,000~12,000mg/L의 범위인 것이 바람직하다. 아울러 분리막의 파울링을 억제시키기 위하여 역세, 진동 및 공기 등을 활용한 다양한 물리적 세정방법을 실시할 수 있으나, 분리막조(500)의 슬러지를 호기조(300)로 반송시키는 것을 고려할 때, 반송 슬러지에 용존 산소를 포화시키는 기능을 수행할 수 있도록 공기를 이용한 폭기방식을 채용하는 것이 가장 바람직하다.

물론, 분리막을 장기간 사용함으로써 물리적 세척에 의해서도 투과성능이 회복되지 않는 경우에는 알칼리성 혹은 산성 용액 등을 이용한 화학세정을 실시할 수 있다.

상기 분리막(500) 여과수, 즉 방류수가 이동하는 수로에는 수질을 측정하고 감시하는 수질원격 감시시스템(800)인 TMS가 구비되고, 상기 수질원격 감시시스템(800)과 호기조(300) 내부에서 측정한 인 농도로부터 제1 응집제와 제2 응집제의 주입여부, 주입량 및 이들 응집제를 주입하는 제1 및 제2 약품주입펌프(920, 930)을 제어하는 이단응집 자동제어부(900)이 더 구비된다.

이상과 같은 본 발명의 이단 응집 기반 하폐수 고도처리장치에서 원수의 흐름을 설명하면, 먼저 원수인 하폐수를 제1 응집혼화조(110)로 공급하면서 제1 응집제를 투여하여 응집혼화를 실시한다. 이후 상기 응집혼화수는 유입수 흐름분배조(120)에서 호기조(300)로부터 반송되는 슬러지와 혼합된 후 사용자가 설정한 시간에 따라 제1 교대 반응조(210) 또는 제2 교대 반응조(220)에 번갈아 유입되며, 무산소 또는 절대혐기 상태로 운전되어, 탈질화(denitrification) 또는 인(PO₄ ^3-) 방출반응이 유도된다.

구체적으로, 가령 유입수 흐름분배조(120)로부터의 혼합액이 제1 교대 반응조(210)로 공급되는 경우에는 하폐수에 포함된 유기물을 탄소원으로 이용하여 호기조(300)로부터 반송된 슬러지 내에 존재하는 질산염(NO₃-N)을 질소가스(N₂)로 전환시키는 탈질화 반응이 제1 교대 반응조(210)에서 주되게 일어나면서 질소가 제거된다.

반면 같은 시간에 유입수 흐름분배조(120)로부터의 혼합액 유입이 중단된 제2 교대 반응조(220)는 회분식(batch) 운전상태가 유지되며, 결합산소인 NO₃-N의 추가유입이 없으므로 짧은 시간 내에 절대혐기 상태를 유지하게 되며, 결과적으로 인 축적미생물(Phosphate Accumulating Organisms)에 의한 인(PO₄ ^3-) 방출이 극대화된다.

이후 다음 교대주기 시간이 도래하였을 때에는 유입수 흐름분배조(120)로부터의 혼합액이 제1 교대 반응조(210)가 아닌 제 2 교대 반응조(220)로 유입이 변경되고, 이때는 상기 설명한 것과 반대로 제1 교대 반응조(210)에서는 준회분식 혐기상태에서 인 방출이 일어나고, 제2 교대 반응조(220)에서는 무산소 상태에서 탈질화가 일어난다. 이때, 제2 교대 반응조(220)에서 직전의 교대주기 시간동안 방출되었던 인은 교대반응조 후단에 위치한 호기조(300)에서 인 축적미생물에 의해 과잉 흡수되면서 최종적으로 생물학적 인 제거가 일어나게 된다.

이와 같이 본 발명에서 제1 교대 반응조(210) 또는 제2 교대 반응조(220)는 유입수 흐름 분배조(120)로부터 하폐수를 공급받아 하폐수에 포함된 유기물을 탄소원으로 하여 무산소(anoxic)조건에서 생물학적인 탈질 반응을 수행하고, 무산소조건이 아닌 제1 교대 반응조(210) 또는 제2 교대 반응조(220)는 하폐수 유입이 단절된 상태에서 회분식으로 운영되는 절대혐기조건이 되는 공정이 병행되어 질소와 인이 효과적으로 제거될 수 있다.

다음으로, 상기 제1 교대 반응조(210)의 혼합액은 별도의 반응액 이송수로(221)를 통하여 호기조로 유입되고, 제2 교대 반응조(220) 혼합액은 인접한 호기조(300)로 유입되고, 상기 호기조(300)에서는 방출 용존된 인(PO₄ ^3-)을 미생물들이 섭취하게 되어 용존성 인(PO₄ ^3-)이 제거된다.

여기서, 호기조(300) 내에는 생물학적 인(PO₄ ^3-) 섭취가 부족하거나 처리목표수질을 만족하지 못할 경우, 인(PO₄ ^3-)의 추가적인 제거를 위하여 제2 응집제를 추가하여 용존성 인(PO₄ ^3-)을 불용성 인(PO₄ ^3-)으로 전환시킬 수 도 있다.

즉, 본 발명에서는 상기 급속혼화형 유입분배조(100)에서 1차적으로 용존 인(PO₄ ^3-)을 응집시키고, 상기 호기조(300)에서 2차적으로 용존 인(PO₄ ^3-)을 응집시키는 이단 응집(Two stage coagulation)을 수행하게 됨에 따라, 전침 또는 공침만으로 인(PO₄ ^3-)을 제거하는 종래의 고도처리 공정보다 응집제 소요량을 획기적으로 줄일 수 있을 뿐만 아니라 인(PO₄ ^3-)의 제거에도 효과적이다.

한편, 호기조(300)를 거치면서 대부분의 용존성 인(PO₄ ^3-)은 제거되지만, 일부 제거되지 못한 잔존의 용존 인(PO₄ ^3-)은 무산소조(400) 및/또는 무산소조(400) 후단의 분리막조(500)에서 제거된다.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 하폐수 고도처리장치의 다양한 변형 실시예를 나타낸 도면들이다. 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.

먼저 도 2를 참조하면서 본 발명의 제2 실시예에 따른 하폐수 고도처리장치에 대하여 설명하면, 호기조(300) 후단에 위치하는 무산소조(400)의 소정 위치에 제2 응집제가 공급되어 호기조(300) 유출수와 교반되는 제2 응집혼화조(410)가 구비하고 있다는 구성이 제1 실시예와 다르다.

상기와 같은 구성을 채용하게 되면, 호기조 전단에 응집제를 주입함으로써 발생할 수 있는 호기조에서의 질산화 반응 억제, 또는 분리막조에 과량의 응집제 투입으로 인한 막 파울링을 피할 수 있다는 이점이 있다.

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 하폐수 고도처리장치에 대한 개념도로서, 제1 응집혼화조(110), 상기 제1 응집혼화조(110) 후단에 위치하는 절대혐기(anaerobic) 조건 상태로 운전되는 혐기조(230), 상기 혐기조(230) 후단에 위치하는 무산소조(400), 상기 무산소조(400) 후단에 위치하며 제2 응집제가 공급되고, 내부 소정 위치에 인 측정센서(910)가 구비된 호기조(300), 상기 호기조(300) 후단의 분리막조(500), 상기 분리막조(500) 후단에 위치하며 분리막조(500)의 혼합액을 상기 무산소조(400)으로 반송하기 전에 분리막 공기세정으로 인해 높아진 혼합액 내 용존산소 농도를 저감시켜 상기 무산소조(400) 내에서의 탈질반응 저해를 최소화시키기 위한 산소저감조(600) 등으로 배치되어 있다.

도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 하폐수 고도처리장치에 대한 개념도로서, 제1 응집혼화조(110), 상기 제1 응집혼화조(110) 후단에 위치하는 절대혐기(anaerobic) 조건 상태로 운전되는 혐기조(230), 상기 혐기조(230) 후단에 위치하는 무산소조(400), 상기 무산소조(400) 후단에 위치하며 내부 소정 위치에는 인 측정센서(910)가 구비되고, 외부 소정 위치에는 제2 응집제가 공급되어 호기조(300) 유출수와 교반되는 제2 응집혼화조(410)가 구비된 호기조(300) 그리고 상기 호기조(300) 후단에 위치하며 제2 응집혼화조(410) 유출수를 공급받아 슬러지를 침강시키는 침전조(700)을 포함하고 있다.

여기서, 상기 혐기조(230), 무산소조(400) 및 호기조(300) 중 어느 하나 이상에는 미생물 담체가 더 구비될 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명의 제1 내지 제4 실시예에 따른 하폐수 고도처리장치는 일반적으로 적용되는 최초침전지를 생략하고, 제1 응집혼화조(110)와 후단에 위치하는 호기조(300) 또는 제2 응집혼화조(410)에 응집제를 투여하는 이단 응집을 기반으로 하고 있다.

이하에서는 본 발명의 핵심 기술에 해당되는 하폐수 고도처리 장치를 이용한 운전방법에서 응집제의 주입량을 판단하고 결정하는 방법에 관하여 도 5를 참조하면서 설명하기로 한다.

호기조의 인 농도와 방류수 인 농도를 실시간으로 측정하고 이에 기초한 본 발명의 응집제 주입량 판단 및 결정방법은, 사용자가 초기 설정값들을 입력하는 S-100 단계, 실시간으로 측정되는 호기조 인 농도(P_{호기조-실시간})와 방류수 인 농도(P_방류수 _-실시간)를 업데이트하는 S-200 단계, 실시간 방류수 인 농도(P_방류수 _-실시간)가 설정한 목표 방류수 인 농도(P_방류수 _-목표) 이상인지를 판단하는 S-300 단계 및 실시간 방류수 인 농도(P_{방류수-실시간})가 설정한 목표 방류수 인 농도(P_방류수 _-목표) 미만인 경우, 상기 실시간 호기조 인 농도(P_호기조 _-실시간)가 설정한 호기조 기준농도에 해당되는지 판단하여 제1 응집제 및/또는 제2 응집제의 주입량을 증감시키는 S-400 단계를 포함한다.

상기 단계들에 관하여 구체적으로 설명하면, 상기 S-100 단계는 하폐수 고도처리장치를 적용하려는 현장 상황, 특성 그리고 해당지역에 적용되는 법정 방류수 수질기준 등에 따라 사용자가 직접 설정값들을 입력하는 단계이다.

즉, 전응집 단계(제1 응집혼화조에 응집제를 주입하는 단계)와 공침단계(호기조 또는 제2 응집혼화조에 응집제를 주입하는 단계)에서 제거해야 할 목표 인 농도의 초기값, 최소값, 최대값, 전응집 및 공침 단계에서 인(P) 1몰 당 필요한 응집제 몰의 비율로 정의되는 주입몰비, 전응집 단계에서 제거해야 할 목표 인 농도의 증감폭(α), 제어루프의 1회 판단주기, 방류수 인 농도(P_방류수 _-목표)의 목표 설정값, 인 농도 경보상황 시 제2 응집제 주입량을 즉각적으로 증가시키기 위한 호기조 인 농도(P_호기조 _-비상)의 비상 설정값, 호기조 인 농도(P_호기조 _-실시간)의 제1기준(P_호기조 _-제1기준) 설정값, 호기조 인 농도(P_호기조 _-실시간)의 제2기준(P_호기조 _-제1기준) 설정값 등이다.

여기서 전응집 단계에서 제거해야 할 목표 인 농도의 최대값은 해당 적용지역의 유입하수 내 인 농도 범위를 감안하여 유입되는 인의 최대값(또는 피크값)을 초과하지 않도록 설정하는 것이 바람직하며, 보다 구체적으로는 전응집 후 하수 내 인 농도가 후단의 생물공정 내 미생물의 대사활동에 필요한 최소한의 인 농도 이상이 되도록 설정하는 것이 더욱 바람직하다. 또한 공침 단계에서 제거해야 할 목표 인 농도의 최대값은 호기조 후단의 질산화 저해를 심각히 야기할 수 있는 농도수준 미만으로 설정하는 것이 바람직하다.

각 응집단계(전응집 단계 및 공침 단계)에서 제거할 인(P) 1몰 당 필요한 응집제 몰의 비율로 정의되는 주입몰비는 문헌자료 또는 실제 적용현장의 하수원수와 호기조 슬러지를 대상으로 자테스트(Jar test)를 통해 얻어진 응집제 주입량과 인 제거량과의 상관관계로부터 설정할 수 있다.

제1 응집단계에서 제거해야 할 목표 인농도의 증감폭(α)은 매 판단주기마다 제1 응집제의 주입농도를 한 번에 얼마나 증가 혹은 감소시킬지의 폭을 결정해주는 인자로, 증감폭이 클 경우 호기조 인 농도에 대한 피드백 제어의 정밀도는 떨어지나 반응성이 빠르고, 증감폭이 작을 경우 호기조 인 농도에 대한 피드백 제어의 정밀도는 높으나 반응성이 늦기 때문에, 0 mg/L < α < 1.0 mg/L, 또는 제1 응집단계에서 제거해야 할 목표 인 농도 최대값의 25% 이내로 설정하는 것이 바람직하다.

게다가 제어루프의 1회 판단주기는 실시간 호기조 인 농도와 실시간 방류수 인 농도에 기초하여 제1 응집제와 제2 응집제의 주입량을 어느 정도 기간 간격으로 판단하고 변경할지를 결정하는 인자로, 적용할 온라인 인(PO₄-P) 계측기의 1회 분석시간과 같거나 짧게 하는 것이 바람직하며, 일예로 5분~30분으로 주기를 설정할 수 있다.

특히, 현재의 인 계측기술 수준을 볼 때, 총인(T-P) 측정에 걸리는 시간은 통상 1시간 가량 소요되고, 인산염인(PO₄-P)은 통상 15분~30분이 소요되는 바, 종래의 총인 측정에 기반한 응집제 제어기술과 대비하여 본 발명은 호기조의 인산염인(PO₄-P)에 기준하여 응집제 주입량을 결정하므로, 측정시간으로 인한 불가피한 제어판단의 지연을 최소화할 수 있는 장점을 가진다.

또한 목표로 하는 방류수 인 농도(P_방류수 _-목표)는 방류수 법정기준(P_방류수 _{-법정기준})을 초과하지 않아야 하고, 제1 응집제 주입량 증감 여부의 판단기준인 호기조 제1기준(P_호기조 _-제1기준), 제2 응집제 주입 여부 및 증감량의 판단기준인 호기조 제2기준(P_호기조 _-제2기준), 인 농도 경보상황 시 제2 응집제 주입량을 즉각적으로 늘릴 때 계산기준인 비상 호기조 인 농도(P_호기조 _-비상)는 하기 식의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.

P_{호기조-비상} < P_{호기조-제1기준} < P_{호기조-제2기준}

상기 S-200 단계는, 상기 인 측정센서(910)로부터 전송된 현재의 호기조 인 농도(P_호기조 _-실시간)를 업데이트하고, 수질원격 감시시스템(800)로부터 전송된 현재 방류수 인 농도(P_방류수 _-실시간)로 업데이트하는 단계이며, 업데이트 하는 주기는 상기 S-100 단계에서 사용자가 입력한 제어루프의 1회 판단주기로 설정한 시간값에 따른다.

상기 S-300 단계는, 실시간 방류수 인 농도(P_방류수 _-실시간)가 설정한 목표 방류수 인 농도(P_방류수 _-목표)를 초과하면, 경고 신호를 발생하는 S-310 단계, 및 제1 응집제와 제2 응집제의 주입량을 증가시키는 S-320 단계를 포함한다.

구체적으로, 상기 S-310 단계에서는 방류수의 인 농도(P_방류수 _-실시간)가 보증하고자 하는 방류수 인 농도(P_{방류수-목표}) 이상인 비상경우에 해당하므로, 감지한 즉시 사용자에게 경고 신호를 발생시켜 처리수의 방류를 제한하거나 추가적인 조치가 필요함을 알리는 단계이다. 여기서, 상기 경고 신호는 경고음, 경고등, 관리자에게 경고 메시지의 발송 등일 수 있으나 이에 제한하지 않는다.

또한 상기 S-320 단계는, 사용자에게 경고를 알린 후 본 발명의 하수처리장치에서 즉각적으로 응집제 주입량을 늘려 대응을 지시하는 단계이다. 보다 구체적으로, 제1 응집단계(전응집)에서 제거해야할 목표 인 농도(△P_전응집)는 직전에 결정된 농도값보다 소정범위(α)만큼 증가시키고, 제2 응집단계(공침)에서 제거해야 할 목표 인 농도(△P_공침)를 현재의 호기조 인 농도(P_호기조 _-실시간)와 비상 호기조 인 농도(P_호기조 _-비상)의 차이로 변경한다.

이는 호기조 인 농도(P_호기조 _-실시간)를 비상 호기조 인 농도(P_호기조 _-비상) 미만으로 낮출 수 있을 정도의 응집제를 호기조 후단 또는 제2 응집혼화조에 즉시 주입함으로써 비상상황에서 빠르게 인 농도를 떨어뜨리는 것을 의미한다.

여기서 비상 호기조 인 농도(P_호기조 _-비상)는 전술한 바와 같이 호기조 제2기준(P_호기조 _-제2기준)보다 작은 값을 가지는 것이 바람직하며, 따라서 상기 S-320단계는 후술할 상기 S-430 단계에 비해 보다 많은 응집제가 일시에 호기조 후단으로 투입되어 최종 방류수 인 농도(P_방류수 _-실시간)를 신속하게 낮추어 방류수 목표수질(P_{방류수-목표})을 만족시키도록 도와 준다.

상기 S-400 단계는, 수질원격 감시시스템(800)로 측정한 방류수의 인 농도(P_방류수 _-실시간)가 목표 방류수 인 농도(P_방류수 _-목표) 미만에 해당되는지를 판단한 후, 제1 응집제 및 제2 응집제의 주입량을 결정하는 단계이다.

특히 상기 S-400 단계는, 방류수의 인 농도(P_방류수 _-실시간)가 목표 방류수 인 농도(P_방류수 _-목표) 미만을 만족하더라도, 응집제 주입량을 최소화하면서 안정적인 수질을 유지할 수 있도록 제1 응집제와 제2 응집제의 주입량을 더욱 구체적으로 조절하는 단계를 포함한다.

구체적으로, S-410 단계는 방류수의 인 농도(P_방류수 _-실시간)가 목표 방류수 인 농도(P_방류수 _-목표) 미만이면서, 측정한 호기조의 인 농도(P_호기조 _-실시간)가 설정한 호기조 제1기준(P_호기조 _-제1기준) 미만에 해당되면, 제2 응집제의 주입은 중단하고 제1 응집단계에서 제거해야 할 목표 인 농도(△P_전응집)를 사용자가 설정한 증감폭(α)만큼 감소시킨다. 요약하면, 제1 응집제의 주입량은 일정량 감소시키는 동시에 제2 응집제의 주입을 중단하여 불필요한 응집제 사용을 최소화하는 단계이다.

S-420 단계는 방류수의 인 농도(P_방류수 _-실시간)가 목표 방류수 인 농도(P_방류수 _-목표) 미만이면서, 측정한 호기조의 인 농도(P_호기조 _-실시간)가 설정한 호기조 제2기준(P_호기조 _-제2기준) 이상이고 설정한 호기조 제2기준(P_호기조 _-제2기준) 미만에 해당되면, 제1 응집단계에서 제거해야 할 목표 인 농도(△P_전응집)를 사용자가 설정한 증감폭(α)만큼 증가시키고, 제2 응집단계에서 제거해야 할 목표 인 농도(△P_공침)는 0으로 처리하는 단계이다. 요약하면, 제1 응집제 주입량은 일정량 증가시키는 동시에 제2 응집제의 주입은 여전히 중단한다. 이는 현재 호기조 인 농도(P_호기조 _-실시간)가 호기조 제1기준(P_호기조 _-제1기준) 이상일 때는 주로 전응집을 통해 유입 인 부하 증가 등에 대응함을 의미한다.

또한 S-430 단계는, 방류수 인 농도(P_방류수 _-실시간)가 목표 방류수 인 농도(P_방류수 _-목표) 미만이면서, 측정한 호기조의 인 농도(P_호기조 _-실시간)가 설정한 호기조 제1기준(P_호기조 _-제1기준) 이상에 해당되면, 제1 응집단계에서 제거해야 할 목표 인 농도(△P_전응집)를 사용자가 설정한 증감폭(α)만큼 증가시키고, 제2 응집단계에서 제거해야 할 목표 인 농도(△P_공침)는 현재 호기조 인 농도(P_호기조 _-실시간)와 호기조 제2기준(P_호기조 _-제2기준)의 차이로 변경하는 단계이다. 구체적으로, 제1 응집제 주입량은 일정량 증가시키는 동시에, 제2 응집제는 현재 호기조 인 농도(P_호기조 _-실시간)를 호기조 제2기준(P_{호기조-제2기준}) 수준으로 낮출 수 있을 정도의 응집제를 호기조 또는 제2 응집혼화조(410)에 즉시 주입함으로써 인 농도를 신속하게 떨어뜨리는 것을 의미한다.

S-500 단계는, 상기 S-300 및 S-400 단계에서 결정된 각 응집단계(전응집 및 공침)에서 제거해야 할 목표 인 농도(△P_전응집 및 △P_공침) 및 각 응집단계(전응집 및 공침)의 주입몰비(R_전응집 및 R_공침) 등으로부터 제1 응집제(전응집)와 제2 응집제(공침) 주입량을 재산출하고 다시 S-200단계로 되돌아간다.

종래에는 방류수의 인 농도(P_방류수)가 허용기준을 만족하는 경우에는 응집제의 주입량을 그대로 유지하기 때문에, 응집제를 과량으로 주입하거나 방류수 허용기준을 초과하는 경우가 발생하였다. 그러나 전술한 바와 같이 본 발명의 응집제 주입량 판단 및 결정방법에서는, 방류수 허용기준을 만족하더라도, 별도로 설정한 기준농도(P_호기조 _-제1기준 또는 P_호기조 _-제2기준)에 근거한 제1 응집제의 주입량 증감과 계단식 피드백 제어를 통해 응집제 주입량의 효율적 관리와 함께 배출수의 신뢰성을 높일 수 있다는 장점이 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.

<실시예 1>

일 60 m³을 처리할 수 있도록 도 1에 도시한 바와 같은 급속혼화형 유입분배조, 교대반응조, 호기조, 무산소조, 분리막조 및 제1, 2 응집제 주입을 위한 펌프가 구비된 pilot-scale 규모의 하수처리 모형시설을 제작하였고, 아울러 도 5의 응집제의 주입량 제어방법으로 제어하면서 운전하였다. 여기서 보증하고자 하는 방류수 수질기준 농도(P_{방류수-목표})는 0.2 mg/L로 설정하였다.

생물반응조의 수리학적 체류시간(HRT)은 교대 반응조 각 1.9시간, 호기조 2.8시간, 무산소조 1.4시간으로 운전하였다. 유입수는 생활하수이며 메쉬타입 드럼스크린(간극 0.75 mm)에 통과시킨 후 사용하였고, 분리막은 공칭공경 0.03 ㎛인 PVDF 재질의 중공사 정밀여과막을 준비하였다.

생물반응조 내의 미생물 유지와 막 세정공기 내 용존산소의 호기반응을 활용하기 위하여 분리막조에서 호기조로 슬러지를 일부 반송하였으며, 각 반응조의 MLSS는 교대반응조 5,000~5,500 mg/L, 호기조 6,000~6,500 mg/L, 무산소조 6,000~7,000 mg/L, 분리막조 7,500~8,500 mg/L로 유지하였다. 분리막은 여과 14.5분, 역세 0.5분을 교번하여 운전하였으며, 분리막 여과 시 막투과유속은 25 LMH, 역세유량은 여과유량의 1.5 배로 일정하게 유지하였다.

상기 실시예 1의 조건으로 운전 제어하면서 얻어진 인(PO₄ ^3-) 농도 결과를 도 6에 나타내었다.

결과에서 알 수 있듯이, 방류수의 대부분은 0.1 mg/L이하로 안정적으로 유지되었고, 일평균 응집제 주입농도는 1차 응집제는 약 2.1 mg/L as Al₂O₃, 2 차 응집제는 약 0.6 mg/L as Al₂O₃인 것으로 조사되었다.

<비교예 1>

실시예 1에서 사용한 동일한 하수처리 모형시설을 대상으로 하였으나, 응집제는 제1 응집제(전응집)만 주입하였다. 이 때, 제1 응집제는 실시간 유입수 인 농도에 기초하여 비례식 피드포워드 제어를 수행하였고, 그 결과를 도 7에 나타내었다.

결과에서 알 수 있듯이, 방류수의 인(PO₄ ^3-) 농도는 0.07~0.17 mg/L의 범위로 변동하였고, 일평균 제1 응집제 주입농도는 3.3 mg/L as Al₂O₃로 나타나 실시예 1에 비해 응집제 사용량이 1.2배 높게 나타났다. 이는 유입수 인 농도에만 의존하여 응집제 주입량을 제어하다보니, 이후 생물반응조에서의 인 제거 정도를 예측할 수 없고, 최종 방류수의 인 농도를 실시예 1과 동일하게 0.2 mg/L(P_방류수 _-목표) 이하로 맞추기 위해서 제1 응집제 주입량 제어를 보수적으로 운영해야 했기 때문에 나타난 결과이다.

<비교예 2>

실시예 1에서 사용한 동일한 하수처리 모형시설을 대상으로 하였으나, 응집제는 제2 응집제(공침)만 주입하였다. 이 때, 제2 응집제는 실시간 유입수 인 농도에 기초하여 비례식 피드포워드 제어를 수행하였고, 그 결과를 도 8에 나타내었다.

결과에서 알 수 있듯이, 방류수의 인(PO₄ ^3-) 농도는 0.04~0.20 mg/L의 범위로 비교적 크게 변동하였고, 일평균 2차 응집제 주입농도는 6.1 mg/Las Al₂O₃로 나타나 실시예 1에 비해 응집제 사용량이 2.3배 높게 나타났다. 이는 방류수 인 농도에만 의존하여 응집제 주입량을 제어하다보니, 최종 방류수의 인 농도를 실시예 1과 동일하게 0.2 mg/L(P_방류수 _-목표) 이하로 맞추기 위해서 제1 응집제 주입량 제어를 보수적으로 운영해야 했기 때문이며, 특히 호기조 후단에 응집제를 주입하는 공침 방식은 유입수에 응집제를 주입하는 전응집 방식에 비해 같은 인을 제거하는데 필요한 응집제 주입몰비가 현저히 높기 때문에 나타난 결과이다.

<비교예 3>

실시예 1에서 사용한 동일한 하수처리 모형시설을 대상으로 하되, 호기조 내의 인(P_호기조 _-실시간) 농도를 측정하지 않고 방류수의 인 농도(P_방류수 _-실시간)만을 측정하고, 1차 응집제 주입량은 계단식 피드백 제어, 2차 응집제 주입량은 비례식 피드백 제어하여 운전하였다.

상기 비교예 3의 조건으로 운전 제어하면서 얻어진 인(PO₄ ^3-) 농도 결과를 도 9에 나타내었다.

결과에서 알 수 있듯이, 방류수의 인(PO₄ ^3-) 농도는 0.02~0.19mg/L의 범위로 비교적 크게 변동하였고, 일평균 응집제 주입량은 1차 응집제는 약 3.5 mg/L, 2차 응집제는 약 0.7 mg/L인 것으로 조사되었다.

특히, 비교예 3으로부터는 전응집과 함께 공침을 실시하더라도, 방류수의 인(PO₄ ^3-) 농도에만 의존하게 되면 응집제 주입량이 증가할 뿐만 아니라 방류수 인(PO₄ ^3-) 농도가 높은 농도로 크게 변동하여 안정적인 수질확보가 어렵다는 것을 재확인할 수 있다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.

100 : 급속혼화형 유입분배조
110 : 제1 응집혼화조 120 : 유입수 흐름분배조
200 : 교대 반응조
210 : 제1 교대 반응조 220 : 제2 교대 반응조
230 : 혐기조
221 : 반응액 이송수로
300 : 호기조
400 : 무산소조
410 : 제2 응집혼화조
500 : 분리막조
510 : 분리막
600 : 산소저감조
700 : 침전조
800 : 수질원격 감시시스템
900 : 이단응집 자동제어부
910 : 인 측정센서 920 : 제1 펌프
930 : 제2 펌프

Claims

유입된 하폐수와 제1 응집제를 교반시켜 플록을 형성시키는 제1 응집혼화조(110) 및 상기 제1 응집혼화조(110) 후단에 위치하는 유입수 흐름분배조(120)를 포함하는 급속혼화형 유입분배조(100);
상기 급속혼화형 유입분배조(100) 후단에 위치하는 산소공급이 되지 않는 무산소(anoxic) 조건 또는 절대혐기(anaerobic) 조건 상태로 운전되는 직렬 배치된 제1 교대 반응조(210)와 제2 교대 반응조(220)를 포함하는 교대 반응조(200);
상기 제2 교대 반응조(220) 후단에 위치하며 제2 응집제가 공급되고, 내부 소정 위치에 인 측정센서(910)가 구비된 호기조(300);
상기 호기조(300) 후단에 위치하는 무산소조(400);
방류수의 수질을 측정 감시하는 수질원격 감시시스템(800); 및
제1 응집제를 상기 제1 응집혼화조(110)로 공급하는 제1 펌프(920), 제2 응집제를 상기 호기조(300)로 공급하는 제2 펌프(930), 및 인 측정센서(910)와 수질원격 감시시스템(800)로부터 전송된 인 농도에 근거하여 상기 제1 펌프(920)와 제2 펌프(930)의 작동여부 및 유량을 제어하는 이단응집 자동제어부(900)을 포함하되,
상기 제1 교대 반응조(210)의 혼합액을 상기 호기조(300)로 직접 유입시키기 위해 상기 제1 교대 반응조(210)와 호기조(300)를 연결하는 상기 제2 교대 반응조(220) 내부 또는 외부에 위치한 반응액 이송수로(221)가 구비된 전응집 기반 이단 응집 자동제어기술을 이용한 하폐수 고도처리장치의 운전방법에 있어서,
사용자가 초기 설정값들을 입력하는 S-100 단계;
실시간으로 측정되는 호기조 인 농도(P_{호기조-실시간})와 방류수 인 농도(P_{방류수-실시간})를 업데이트하는 S-200 단계;
실시간 방류수 인 농도(P_{방류수-실시간})가 설정한 목표 방류수 인 농도(P_{방류수-목표}) 이상인지를 판단하는 S-300 단계;
실시간 방류수 인 농도(P_{방류수-실시간})가 설정한 목표 방류수 인 농도(P_{방류수-목표}) 미만인 경우, 상기 실시간 호기조 인 농도(P_{호기조-실시간})가 설정한 호기조 기준농도에 해당되는지 판단하여 제1 응집제 및/또는 제2 응집제의 주입량을 증감시키는 S-400 단계를 포함하되,
상기 S-300 단계는, 실시간 방류수 인 농도(P_{방류수-실시간})가 설정한 목표 방류수 인 농도(P_{방류수-목표})를 초과하면, 경고 신호를 발생하는 S-310 단계; 및 직전에 결정된 제1 응집단계에서 제거해야할 목표 인 농도(△P_전응집)가 소정범위(α)만큼 증가될 수 있도록 제1 응집제의 주입량을 증가시키고, 제2 응집제 주입량은 실시간으로 측정한 호기조 인 농도(P_{호기조-실시간})와 설정한 비상 호기조 인 농도(P_{호기조-비상}) 차이로부터 결정하여 증가시키는 S-320 단계로 이루어지고,
상기 S-400 단계는, 실시간 호기조 인 농도(P_{호기조-실시간})가 설정한 호기조 제1기준(P_{호기조-제1기준}) 미만인 경우에는, 제2 응집제의 주입은 중단하고, 제1 응집제의 주입량은 직전에 결정된 제1 응집단계에서 제거해야할 목표 인 농도(△P_전응집)가 소정범위(α)만큼 감소하도록 주입율을 낮추는 S-410 단계; 실시간 호기조 인 농도(P_{호기조-실시간})가 설정한 호기조 제1기준(P_{호기조-제1기준}) 이상이고 설정한 호기조 제2기준(P_{호기조-제2기준}) 미만인 경우에는, 제2 응집제의 주입은 중단하고, 제1 응집제의 주입량은 직전에 결정된 제1 응집단계에서 제거해야할 목표 인 농도(△P_전응집)가 소정범위(α)만큼 증가하도록 주입율을 높이는 S-420 단계; 및 실시간 호기조 인 농도(P_{호기조-실시간})가 설정한 호기조 제2 기준(P_{호기조-제2기준}) 이상인 경우에는, 제1 응집제의 주입량은 직전에 결정된 제1 응집단계에서 제거해야할 목표 인 농도(△P_전응집)가 소정범위(α)만큼 증가하도록 주입율을 높이고, 제2 응집제 주입량은 실시간으로 측정한 호기조 인 농도(P_{호기조-실시간})와 설정한 호기조 제2 기준(P_{호기조-제2기준}) 차이로부터 결정하여 주입율을 증가시키는 S-430 단계를 포함하되,
상기 설정한 비상 호기조 인 농도(P_{호기조-비상}), 호기조 제1기준(P_{호기조-제1기준}) 및 호기조 제2기준(P_{호기조-제2기준})은, P_{호기조-비상} < P_{호기조-제1기준} < P_{호기조-제2기준} 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 전응집 기반 이단 응집 자동제어기술을 이용한 하폐수 고도처리장치의 운전방법.
유입된 하폐수와 제1 응집제를 교반시켜 플록을 형성시키는 제1 응집혼화조(110) 및 상기 제1 응집혼화조(110) 후단에 위치하는 유입수 흐름분배조(120)를 포함하는 급속혼화형 유입분배조(100);
상기 급속혼화형 유입분배조(100) 후단에 위치하는 산소공급이 되지 않는 무산소(anoxic) 조건 또는 절대혐기(anaerobic) 조건 상태로 운전되는 직렬 배치된 제1 교대 반응조(210)와 제2 교대 반응조(220)를 포함하는 교대 반응조(200);
상기 제2 교대 반응조(220) 후단에 위치하며 내부 소정 위치에 인 측정센서(910)가 구비된 호기조(300);
상기 호기조(300) 후단에 위치하며, 내부 소정 위치에는 제2 응집제가 공급되어 호기조(300) 유출수와 교반되는 제2 응집혼화조(410)가 구비된 무산소조(400);
방류수의 수질을 측정 감시하는 수질원격 감시시스템(800); 및
제1 응집제를 상기 제1 응집혼화조(110)로 공급하는 제1 펌프(920), 제2 응집제를 상기 제2 응집혼화조(410)로 공급하는 제2 펌프(930), 및 인 측정센서(910)와 수질원격 감시시스템(800)로부터 전송된 인 농도에 근거하여 상기 제1 펌프(920)와 제2 펌프(930)의 작동여부 및 유량을 제어하는 이단응집 자동제어부(900)을 포함하되,
상기 제1 교대 반응조(210)의 혼합액을 상기 호기조(300)로 직접 유입시키기 위해 상기 제1 교대 반응조(210)와 호기조(300)를 연결하는 상기 제2 교대 반응조(220) 내부 또는 외부에 위치한 반응액 이송수로(221)가 구비된 것을 특징으로 하는 전응집 기반 이단 응집 자동제어기술을 이용한 하폐수 고도처리장치의 운전방법에 있어서,
사용자가 초기 설정값들을 입력하는 S-100 단계;
실시간으로 측정되는 호기조 인 농도(P_{호기조-실시간})와 방류수 인 농도(P_{방류수-실시간})를 업데이트하는 S-200 단계;
실시간 방류수 인 농도(P_{방류수-실시간})가 설정한 목표 방류수 인 농도(P_{방류수-목표}) 이상인지를 판단하는 S-300 단계;
실시간 방류수 인 농도(P_{방류수-실시간})가 설정한 목표 방류수 인 농도(P_{방류수-목표}) 미만인 경우, 상기 실시간 호기조 인 농도(P_{호기조-실시간})가 설정한 호기조 기준농도에 해당되는지 판단하여 제1 응집제 및/또는 제2 응집제의 주입량을 증감시키는 S-400 단계를 포함하되,
상기 S-300 단계는, 실시간 방류수 인 농도(P_{방류수-실시간})가 설정한 목표 방류수 인 농도(P_{방류수-목표})를 초과하면, 경고 신호를 발생하는 S-310 단계; 및 직전에 결정된 제1 응집단계에서 제거해야할 목표 인 농도(△P_전응집)가 소정범위(α)만큼 증가될 수 있도록 제1 응집제의 주입량을 증가시키고, 제2 응집제 주입량은 실시간으로 측정한 호기조 인 농도(P_{호기조-실시간})와 설정한 비상 호기조 인 농도(P_{호기조-비상}) 차이로부터 결정하여 증가시키는 S-320 단계로 이루어지고,
상기 S-400 단계는, 실시간 호기조 인 농도(P_{호기조-실시간})가 설정한 호기조 제1기준(P_{호기조-제1기준}) 미만인 경우에는, 제2 응집제의 주입은 중단하고, 제1 응집제의 주입량은 직전에 결정된 제1 응집단계에서 제거해야할 목표 인 농도(△P_전응집)가 소정범위(α)만큼 감소하도록 주입율을 낮추는 S-410 단계; 실시간 호기조 인 농도(P_{호기조-실시간})가 설정한 호기조 제1기준(P_{호기조-제1기준}) 이상이고 설정한 호기조 제2기준(P_{호기조-제2기준}) 미만인 경우에는, 제2 응집제의 주입은 중단하고, 제1 응집제의 주입량은 직전에 결정된 제1 응집단계에서 제거해야할 목표 인 농도(△P_전응집)가 소정범위(α)만큼 증가하도록 주입율을 높이는 S-420 단계; 및 실시간 호기조 인 농도(P_{호기조-실시간})가 설정한 호기조 제2 기준(P_{호기조-제2기준}) 이상인 경우에는, 제1 응집제의 주입량은 직전에 결정된 제1 응집단계에서 제거해야할 목표 인 농도(△P_전응집)가 소정범위(α)만큼 증가하도록 주입율을 높이고, 제2 응집제 주입량은 실시간으로 측정한 호기조 인 농도(P_{호기조-실시간})와 설정한 호기조 제2 기준(P_{호기조-제2기준}) 차이로부터 결정하여 주입율을 증가시키는 S-430 단계를 포함하되,
상기 설정한 비상 호기조 인 농도(P_{호기조-비상}), 호기조 제1기준(P_{호기조-제1기준}) 및 호기조 제2기준(P_{호기조-제2기준})은, P_{호기조-비상} < P_{호기조-제1기준} < P_{호기조-제2기준} 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 전응집 기반 이단 응집 자동제어기술을 이용한 하폐수 고도처리장치의 운전방법.
유입된 하폐수와 제1 응집제를 교반시켜 플록을 형성시키는 제1 응집혼화조(110);
상기 제1 응집혼화조(110) 후단에 위치하는 혐기(anaerobic) 조건 상태로 운전되는 혐기조(230);
상기 혐기조(230) 후단에 위치하는 무산소조(400);
상기 무산소조(400) 후단에 위치하며 제2 응집제가 공급되고, 내부 소정 위치에 인 측정센서(910)가 구비된 호기조(300);
방류수의 수질을 측정 감시하는 수질원격 감시시스템(800); 및
제1 응집제를 상기 제1 응집혼화조(110)로 공급하는 제1 펌프(920), 제2 응집제를 상기 호기조(300)로 공급하는 제2 펌프(930), 및 인 측정센서(910)와 수질원격 감시시스템(800)로부터 전송된 인 농도에 근거하여 상기 제1 펌프(920)와 제2 펌프(930)의 작동여부 및 유량을 제어하는 이단응집 자동제어부(900)이 구비된 것을 특징으로 하는 전응집 기반 이단 응집 자동제어기술을 이용한 하폐수 고도처리장치의 운전방법에 있어서,
사용자가 초기 설정값들을 입력하는 S-100 단계;
실시간으로 측정되는 호기조 인 농도(P_{호기조-실시간})와 방류수 인 농도(P_{방류수-실시간})를 업데이트하는 S-200 단계;
실시간 방류수 인 농도(P_{방류수-실시간})가 설정한 목표 방류수 인 농도(P_{방류수-목표}) 이상인지를 판단하는 S-300 단계;
실시간 방류수 인 농도(P_{방류수-실시간})가 설정한 목표 방류수 인 농도(P_{방류수-목표}) 미만인 경우, 상기 실시간 호기조 인 농도(P_{호기조-실시간})가 설정한 호기조 기준농도에 해당되는지 판단하여 제1 응집제 및/또는 제2 응집제의 주입량을 증감시키는 S-400 단계를 포함하되,
상기 S-300 단계는, 실시간 방류수 인 농도(P_{방류수-실시간})가 설정한 목표 방류수 인 농도(P_{방류수-목표})를 초과하면, 경고 신호를 발생하는 S-310 단계; 및 직전에 결정된 제1 응집단계에서 제거해야할 목표 인 농도(△P_전응집)가 소정범위(α)만큼 증가될 수 있도록 제1 응집제의 주입량을 증가시키고, 제2 응집제 주입량은 실시간으로 측정한 호기조 인 농도(P_{호기조-실시간})와 설정한 비상 호기조 인 농도(P_{호기조-비상}) 차이로부터 결정하여 증가시키는 S-320 단계로 이루어지고,
상기 S-400 단계는, 실시간 호기조 인 농도(P_{호기조-실시간})가 설정한 호기조 제1기준(P_{호기조-제1기준}) 미만인 경우에는, 제2 응집제의 주입은 중단하고, 제1 응집제의 주입량은 직전에 결정된 제1 응집단계에서 제거해야할 목표 인 농도(△P_전응집)가 소정범위(α)만큼 감소하도록 주입율을 낮추는 S-410 단계; 실시간 호기조 인 농도(P_{호기조-실시간})가 설정한 호기조 제1기준(P_{호기조-제1기준}) 이상이고 설정한 호기조 제2기준(P_{호기조-제2기준}) 미만인 경우에는, 제2 응집제의 주입은 중단하고, 제1 응집제의 주입량은 직전에 결정된 제1 응집단계에서 제거해야할 목표 인 농도(△P_전응집)가 소정범위(α)만큼 증가하도록 주입율을 높이는 S-420 단계; 및 실시간 호기조 인 농도(P_{호기조-실시간})가 설정한 호기조 제2 기준(P_{호기조-제2기준}) 이상인 경우에는, 제1 응집제의 주입량은 직전에 결정된 제1 응집단계에서 제거해야할 목표 인 농도(△P_전응집)가 소정범위(α)만큼 증가하도록 주입율을 높이고, 제2 응집제 주입량은 실시간으로 측정한 호기조 인 농도(P_{호기조-실시간})와 설정한 호기조 제2 기준(P_{호기조-제2기준}) 차이로부터 결정하여 주입율을 증가시키는 S-430 단계를 포함하되,
상기 설정한 비상 호기조 인 농도(P_{호기조-비상}), 호기조 제1기준(P_{호기조-제1기준}) 및 호기조 제2기준(P_{호기조-제2기준})은, P_{호기조-비상} < P_{호기조-제1기준} < P_{호기조-제2기준} 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 전응집 기반 이단 응집 자동제어기술을 이용한 하폐수 고도처리장치의 운전방법.
유입된 하폐수와 제1 응집제를 교반시켜 플록을 형성시키는 제1 응집혼화조(110);
상기 제1 응집혼화조(110) 후단에 위치하는 혐기(anaerobic) 조건 상태로 운전되는 혐기조(230);
상기 혐기조(230) 후단에 위치하는 무산소조(400);
상기 무산소조(400) 후단에 위치하며 내부 소정 위치에는 인 측정센서(910)가 구비되고, 외부 소정 위치에는 제2 응집제가 공급되어 호기조(300) 유출수와 교반되는 제2 응집혼화조(410)가 구비된 호기조(300);
상기 호기조(300) 후단에 위치하며 제2 응집혼화조(410) 유출수를 공급받아 슬러지를 침강시키는 침전조(900);
방류수의 수질을 측정 감시하는 수질원격 감시시스템(800); 및
제1 응집제를 상기 제1 응집혼화조(110)로 공급하는 제1 펌프(920), 제2 응집제를 상기 제2 응집혼화조(410)로 공급하는 제2 펌프(930), 및 인 측정센서(910)와 수질원격 감시시스템(800)로부터 전송된 인 농도에 근거하여 상기 제1 펌프(920)와 제2 펌프(930)의 작동여부 및 유량을 제어하는 이단응집 자동제어부(900)이 구비된 것을 특징으로 하는 전응집 기반 이단 응집 자동제어기술을 이용한 하폐수 고도처리장치의 운전방법에 있어서,
사용자가 초기 설정값들을 입력하는 S-100 단계;
실시간으로 측정되는 호기조 인 농도(P_{호기조-실시간})와 방류수 인 농도(P_{방류수-실시간})를 업데이트하는 S-200 단계;
실시간 방류수 인 농도(P_{방류수-실시간})가 설정한 목표 방류수 인 농도(P_{방류수-목표}) 이상인지를 판단하는 S-300 단계;
실시간 방류수 인 농도(P_{방류수-실시간})가 설정한 목표 방류수 인 농도(P_{방류수-목표}) 미만인 경우, 상기 실시간 호기조 인 농도(P_{호기조-실시간})가 설정한 호기조 기준농도에 해당되는지 판단하여 제1 응집제 및/또는 제2 응집제의 주입량을 증감시키는 S-400 단계를 포함하되,
상기 S-300 단계는, 실시간 방류수 인 농도(P_{방류수-실시간})가 설정한 목표 방류수 인 농도(P_{방류수-목표})를 초과하면, 경고 신호를 발생하는 S-310 단계; 및 직전에 결정된 제1 응집단계에서 제거해야할 목표 인 농도(△P_전응집)가 소정범위(α)만큼 증가될 수 있도록 제1 응집제의 주입량을 증가시키고, 제2 응집제 주입량은 실시간으로 측정한 호기조 인 농도(P_{호기조-실시간})와 설정한 비상 호기조 인 농도(P_{호기조-비상}) 차이로부터 결정하여 증가시키는 S-320 단계로 이루어지고,
상기 S-400 단계는, 실시간 호기조 인 농도(P_{호기조-실시간})가 설정한 호기조 제1기준(P_{호기조-제1기준}) 미만인 경우에는, 제2 응집제의 주입은 중단하고, 제1 응집제의 주입량은 직전에 결정된 제1 응집단계에서 제거해야할 목표 인 농도(△P_전응집)가 소정범위(α)만큼 감소하도록 주입율을 낮추는 S-410 단계; 실시간 호기조 인 농도(P_{호기조-실시간})가 설정한 호기조 제1기준(P_{호기조-제1기준}) 이상이고 설정한 호기조 제2기준(P_{호기조-제2기준}) 미만인 경우에는, 제2 응집제의 주입은 중단하고, 제1 응집제의 주입량은 직전에 결정된 제1 응집단계에서 제거해야할 목표 인 농도(△P_전응집)가 소정범위(α)만큼 증가하도록 주입율을 높이는 S-420 단계; 및 실시간 호기조 인 농도(P_{호기조-실시간})가 설정한 호기조 제2 기준(P_{호기조-제2기준}) 이상인 경우에는, 제1 응집제의 주입량은 직전에 결정된 제1 응집단계에서 제거해야할 목표 인 농도(△P_전응집)가 소정범위(α)만큼 증가하도록 주입율을 높이고, 제2 응집제 주입량은 실시간으로 측정한 호기조 인 농도(P_{호기조-실시간})와 설정한 호기조 제2 기준(P_{호기조-제2기준}) 차이로부터 결정하여 주입율을 증가시키는 S-430 단계를 포함하되,
상기 설정한 비상 호기조 인 농도(P_{호기조-비상}), 호기조 제1기준(P_{호기조-제1기준}) 및 호기조 제2기준(P_{호기조-제2기준})은, P_{호기조-비상} < P_{호기조-제1기준} < P_{호기조-제2기준} 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 전응집 기반 이단 응집 자동제어기술을 이용한 하폐수 고도처리장치의 운전방법.
제4항에 있어서,
상기 혐기조(230), 무산소조(400) 및 호기조(300) 중 어느 하나 이상에는 미생물 담체가 구비된 것을 특징으로 하는 전응집 기반 이단 응집 자동제어기술을 이용한 하폐수 고도처리장치의 운전방법.
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