KR101811010B1 - 생물막여재층과 여과막이 설치된 하수처리장치 - Google Patents

생물막여재층과 여과막이 설치된 하수처리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 생물막여재층과 여과막이 설치된 하수처리장치는 하수가 혐기조로 먼저 유입되어 혐기 상태에서 인 제거가 먼저 시작되어 탈질 미생물의 방해를 줄여주므로 인 제거 효율이 높으며, 질소 및 부유물질이 제거되는 반응조에서 생물막여재층을 통해 상부의 호기 영역과 하부의 무산소 영역으로 구분되므로 적극적인 탈질과정을 거치게 되어 질소처리 효율을 높이는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 생물막여재층과 여과막이 설치된 하수처리장치는 질소나 인이 제거된 처리수를 여과막을 통해 한번 더 여과한 후 외부로 배출시킴으로서 처리수의 수질을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 생물막여재층과 여과막이 설치된 하수처리장치는 반응조교반기가 모서리 측에서 대각선상으로 마주하는 모서리 방향으로 수평하게 설치되어 있어 교반 범위가 넓으며, 반응조 교반기에서 분출된 하수가 분산되는 마주하는 모서리 측에 분산유도부가 설치되어 있어 하수의 상승이 유도되므로 교반 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.

Description

생물막여재층과 여과막이 설치된 하수처리장치{Device for Treating Waste Water Using Sequencing Batch Reactor with biofilm and filter film}
본 발명은 생물막여재층과 여과막이 설치된 하수처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 질소와 인의 제거효율을 높이기 위해 호기 영역과 무산소 영역으로 구획하는 생물막여재층과, 질소와 인이 제거된 처리수를 여과하는 여과막이 설치된 하수처리장치에 관한 것이다.
지속되는 산업화와 도시화로 환경오염은 날로 심각해지고 있으며, 배출되는 하수,폐수,오수의 형상 또한 매우 다양해지고 있어, 이의 처리를 위한 시설 역시 고도화되고 처리비용도 증가되고 있는 실정이다. 하지만, 완전히 처리되지 않은 하폐수 중의 수질오염물질이 하천이나 호수를 비롯한 기타 상수원에 유입됨에 따라 효율적인 수질관리에 많은 문제점을 발생시키고 있다.
일반적으로 생물학적 하·폐수 처리방법에서 질소 및 인은 미생물의 활동 및 증식을 위한 단백질과 핵산합성의 필수영양소로 작용한다. 그러나 수중에 질소와 인 등의 영양염류가 다량 함유된 경우에는 조류 등의 자가영양미생물(Autotrophic Organism)의 급격한 번식으로 인한 부영양화(Eutrophication)현상으로 수중의 식물성 플랑크톤인 조류(Alage)의 성장을 촉진시켜 수질오염을 유발시키게 된다. 이에 따라 하수처리에는 질소 및 인을 효율적으로 제거할 수 있는 생물학적 고도처리공정이 도입되고 있다.
하수, 폐수를 처리하기 위해 적용되는 방법에는 생물학적인 방법, 화학적인 방법, 물리적인 방법 등이 있는데, 이들 중 질소와 인을 동시에 제거하는 대표적인 방법으로는 A2O(Anaerobic/Anoxic/Oxic)계열의 A2O,UCT,VIP,DNR등과, SBR(연속 회 분식 활성슬러지법)계열의 SBR,Omniflo-SBR, ICEAS, CASS 등이 있다.
A2O계열의 공법은 질소를 제거하는 A/O공법을 개량한 방법으로, 탈질반응에필요한 무산소조(Anoxic tank), 인의 방출을 위한 혐기조(Anerobic tank) 및 질산화와 인의 흡수, 유기물의 분해를 위한 호기조(Aerobic tank)로 구성되며, 질산성질소를 제거하기 위한 내부반송과 침전지 슬러지 반송으로 구성되어 있다. SBR공정은 단일 반응조에서 하수의 유입 및 처리수의 유출이 일어나는 공정으로, 유입, 반응, 침전, 배출, 휴지공정의 순으로 반응이 진행된다. 환경적인 측면과 설치 공간 및 유지, 보수비용 등의 이유로 회분식(SBR)공법이 주로 적용되고 있다.
상기에 언급된 공법들은 각 하수유입방식이나 기계장치에 있어서 차이점이 있으나 질소와 인의 제거공정은 유사하다.
일반적인 생물학적 질소 제거공정은 호기성 상태에서 하,폐수 중에 존재하는 유기질소나 암모니아성 질소를 질산화반응을 통해 질산성 질소로 전환시키고, 이렇게 생산된 질산성 질소를 무산소 상태에서 질소가스로 전환시키는 탈질반응을 수행하도록 이루어진다. 탈질반응에는 수소공여체를 첨가하는 생합성형 탈질환 방식과 탈질화 미생물의 내생호흡작용을 이용하는 내생호흡형 탈질화 방식이 사용되고 있다. 생합성형 탈질화 방식은 수소공여체로서 하수나 폐수 중의 유기물을 이용하는 방법과, 메탄올, 초산 등의 약품을 첨가하는 방법으로 나뉜다.
또한, 생물학적 인 제거공정은 활성슬러지 내에 포함되어 인을 과잉섭취 할 수 있는 Acinetobacter종이 주류를 이루는 Poly-P 미생물의 인 과다섭취(Luxury Uptake)현상을 이용한 것이다. Poly-P 미생물은 인, 제거 반응조 내의 환경이 혐기 상태와 호기상태가 반복되면서 활동이 평소에 비해 상대적으로 활발해지고 이에 따라 인의 섭취량이 증가하게 된다. 즉, 생물학적인 인 제거공정은 인 함량이 높아진 미생물을 슬러지로 제거함으로써 인 제거 효율을 높이는 것이다. 참고로 활성 슬러지내 의 일반미생물의 인함유 비는 2~3%이나 Poly-P 미생물은 이보다 높은 5~10%이
다.
한편, 앞에서 언급된 여러 종류의 공법들은 BOD, COD, SS는 효과적으로 제거시키나 질소와 인을 동시 제거가 어려운 실정이다.
일반적으로 질산성질소(NOX_N)가 질소(N2)가스로 방출(탈질)될 때뿐만 아니라 인 축적 미생물이 폴리-β-히드록시부틸산(PHB)의 형태로 축적되고 인을 방출시킬 때에도 유기물이 필요하게 된다. 이처럼 하수 내에 포함된 질소와 인의 제거시 유기물이 중요 인자로 작용하게 되며, 제한된 유기물을 탈질화 미생물과 인축적 미생물에게 적절하게 분배 되도록 하는것이 중요하다.
그러나, 인축적 미생물과 탈질 미생물이 경쟁관계에 있을 때에는 탈질 미생물이 상대적으로 인축적 미생물에 비해 먼저 유기물을 섭취하게 되어 우점종이 된다. 그러므로 인축적 미생물에게 제한된 유기물을 최대한 먼저 공급하도록 하여 질산성 질소의 독성유발물질의 방해를 줄여주어야 탈질 미생물에 비해 상대적으로 약한 인축적 미생물의 활동을 활성화시킴으로서 질소와 인의 동시 처리가 일어날 수 있게 된다.
현재 우리나라의 하수 및 오·폐수(이하 '하수'라함.) 특성상, 질소와 인을 제거하는데 필요한 유기물 농도가 낮아 영양소 제거 측면에서 불리한 성상을 지니고 있고, 질소와 인 동시제거에 필요한 미생물을 우점적으로 증식할 수 있는 시스템이 부족하여 중/소규모 하수 처리 시스템으로 적합하지 않은 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허공보 특2001-011907 : 생물막 여과 오·폐수 처리공정
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안한 것으로서, 하수의 유입후 인의 방출이 먼저 이루어지도록 하고 생물막여재층을 이용하여 질산화반응과 탈질반응이 반응조에서 구획되어 이루어지도록 하여 질소와 인의 제거가 효율적으로 이루어질 수 있는 생물막여재층과 여과막이 설치된 하수처리장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 질소와 인이 제거되어 생성된 처리수를 한번 더 여과할 수 있는 생물막여재층과 여과막이 설치된 하수처리장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 여과막 폐색 시, 반응조 내에서 하수를 호기 영역과 무산소 영역으로 순환 반복시킨 후, 생성된 처리수를 외부로 배출하며, 하수의 순환효율을 높일 수 있는 생물막여재층과 여과막이 설치된 하수처리장치를 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 해결하기 위하여 본 발명의 생물막여재층과 여과막이 설치된 하수처리장치는 내부로 유입된 하수에 탈인 반응이 유도되는 혐기조와, 상호 나란하게 설치된 생물막여재층과 상부가 폐쇄된 여과막에 의해 내부공간이 상하방향으로 호기 영역과 무산소 영역으로 구획되어, 상기 혐기조에서 상기 호기영역으로 유입되어 질산화 반응 유도된 상기 하수가 상기 무산소 영역으로 이동되면서 탈질반응이 유도되며, 상기 호기 영역에서 상기 무산소 영역으로 연장되어 상기 호기 영역의 상기 하수를 상기 무산소 영역으로 순환시켜 탈인반응과 탈질반응의 반복을 유도하는 내부순환유닛이 설치되는 반응조와, 상기 혐기조의 상기 하수를 상기 호기영역과 상기 무산소영역으로 분배하는 하수분배유닛과, 탈질 반응에 의해 생성된 처리수를 여과하는 상기 여과막과 연결되어 상기 처리수를 외부로 방류하는 제1처리수배출유닛과, 상기 여과막 폐색시, 설정된 시간 동안 상기 하수가 상기 반응조 내에서 상하방향으로 순환되어 인 제거 및 질소제거가 반복되게 상기 내부순환유닛의 구동 및 상기 혐기조로 상기 하수의 유입을 제어하는 제어부와, 상기 제어부와 연결되어 상기 설정된 시간 이후 인 제거와 질소 제거가 반복된 상기 처리수를 외부로 방류하는 제2처리수배출유닛을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 생물막여재층과 여과막이 설치된 하수처리장치는 상기 무산소 영역으로 유입된 상기 하수를 사각형상으로 형성된 상기 반응조의 수평방향의 상호 마주하는 모서리를 연결하는 가상선 방향으로 분출하여 상기 가상선을 중심으로 양측에 상기 하수의 교반을 위한 순환 흐름이 발생되도록 상기 가상선에 나란하게 상기 반응조의 모서리 측에 설치되는 반응조교반기를 구비하며, 상기 내부순환유닛는 상기 호기영역에 위치되어 상기 생물막여재층방향으로 연장되며 상부에 내부로 하수를 유입시켜 하부로 이송시키기 위한 하수이송장치가 장착되는 상부관과, 상기 상부관과 연결되어 상기 상부관 내로 유입된 하수가 상기 무산소영역으로 이송될 수 있도록 상기 무산소영역으로 연장되되 상기 순환흐름에 의해 상기 하수 내의 슬러지 또는 협착물이 한 곳에 집중되지 않도록 상기 반응조교반기에서 분출되는 상기 하수를 마주하는 모서리 측으로 연장되는 하부관과, 상기 하부관의 하부에서 방사방향으로 각각 연장되되 일정간격마다 상방으로 상기 호기영역에서 유입된 상기 하수를 분출하는 수직분사노즐이 장착된 다수의 분산유도관을 구비하는 분산유도부를 구비한다.
상기 상부관은 상기 호기영역의 상기 하수의 수위에 따라 상기 하부관에 대해 승강되게 상기 하부관과 분리 구조를 갖는 것이 바림직하다.
상기 분산유도부는 상기 분산유도관의 길이방향의 단부 측에 상기 반응조교반기에 대향되는 수평방향으로 하수를 분사하는 수평분사노즐과, 상기 분산유도관의 길이방향으로 연장되며 내측으로 상기 분산유도관이 수용될 수 있도록 하방으로 개방되되 상부에서 하방으로 갈수로 폭이 넓어지게 형성되는 본체부와, 상기 본체부와 상기 분산유도관 사이에 상기 분산유도관 하부로 유입되는 상기 하수가 유입될 수 있는 유입공간이 형성되게 상기 본체부의 내주면 상단에서 상기 분산유도관 방향으로 연장되어 상기 본체부를 상기 분산유도관에 대해 이격되게 지지하는 이격지지리브와, 상기 분사노즐에 대응되는 상기 본체부에 상방으로 연장되되 상기 분사노즐에서 상방으로 분사되는 상기 하수를 간섭하지 않도록 내측에 관통공이 형성되며, 상기 관통공으로 상기 분사노즐에서 분사된 상기 하수 분출시 상기 분산유도관 하부에 있는 상기 하수가 상기 유입공간을 통해 상기 관통공으로 유도되어 상승 될 수 있도록 상방으로 갈수록 상기 분사노즐과의 이격폭이 좁아지게 형성되는 하수상승분출부를 구비하는 저부하수상승유도부재;를 더 구비한다.
상기 내부순환유닛은 상기 하부관의 하단에 분사되는 상기 하수에 의해 회전 가능하게 장착되어 상기 내부순환유닛의 하부 측에 와류 형성을 유도하는 회전노즐을 더 구비하고, 다수의 상기 분산유도관은 각 길이방향의 대응되는 좌우측에 하향경사지게 각각 연장되어 연장방향으로 상기 하수를 분사하되 인접하는 분산유도관의 대응되는 위치게 각각 형성되어 분사되는 상기 하수가 서로 부딪히면서 상기 무산소영역의 저면의 상기 하수의 상승을 유도하는 상승유도노즐을 각각 구비한다.
본 발명의 생물막여재층과 여과막이 설치된 하수처리장치는 하수가 혐기조로 먼저 유입되어 혐기 상태에서 인 제거가 먼저 시작되어 탈질 미생물의 방해를 줄여주므로 인 제거 효율이 높으며, 질소 및 부유물질이 제거되는 반응조에서 생물막여재층을 통해 상부의 호기 영역과 하부의 무산소 영역으로 구분되므로 적극적인 탈질과정을 거치게 되어 질소처리 효율을 높이는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 생물막여재층과 여과막이 설치된 하수처리장치는 질소나 인이 제거된 처리수를 여과막을 통해 한번 더 여과한 후 외부로 배출시킴으로서 처리수의 수질을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 생물막여재층과 여과막이 설치된 하수처리장치는 반응조교반기가 모서리 측에서 대각선상으로 마주하는 모서리 방향으로 수평하게 설치되어 있어 교반 범위가 넓으며, 반응조 교반기에서 분출된 하수가 분산되는 마주하는 모서리 측에 분산유도부가 설치되어 있어 하수의 상승이 유도되므로 교반 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 생물막여재층과 여과막이 설치된 하수처리장치에 대한 도면이고,
도 2는 도 1의 혐기조와 반응조에 대한 확대도이고,
도 3은 도 1의 하수처리장치의 하수처리과정에 대한 개략적인 블록도이고,
도 4는 도 1의 하수처리장치의 여과막 폐색시 하수처리과정에 대한 개략적인 블록도이고,
도 5는 도 1의 반응조의 무산소영역에서 교반기를 통해 하수가 순환되는 상태를 도시한 평면단면도이고,
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 내부순환유닛에 대한 일부 사시도이고,
도 7은 도 6의 저부하수상승유도부재를 통해 분산유도관의 하방에 있는 하수가 상승되는 상태를 도시한 저부하수상승유도부재 및 분산유도관에 대한 단면도이고,
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 내부순환유닛에 대한 일부 분리 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 다른 생물막여재층과 여과막이 설치된 하수처리장치를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 생물막여재층과 여과막이 설치된 하수처리장치가 도시되어 있다.
생물막여재층과 여과막이 설치된 하수처리장치는 유량조정조(10), 혐기조(20), 반응조(30), 슬러지저류조(40), 폭기유닛(50), 여과막(61), 제1처리수배출유닛(64), 제2처리수배출유닛(70), 슬러지배출유닛(80), 하수분배유닛(90), 내부순환유닛(100), 을 구비한다.
하수처리장치는 혐기조(10)에서 제한된 미생물을 인축적 미생물에게 최대한 먼저공급토록 함으로써 질산성질소(NOX_N)의 독성유발물질의 방해를 줄여 탈질 미생물에 비해 상대적으로 약한 인축적 미생물의 활동을 활성화시키고, 또한 생물막여재층(32)에 고정된 부착미생물에 의해 높은 부유물질농도(MLSS)를 유지케 하여 질소와 인의 동시 처리가 손쉽게 일어날 수 있도록 구성된다.
유량조정조(10)는 초기 하수가 유입되어 저장되는 부분이다. 유량조정조의 하수가 저장되는 유량조정조 내부공간(12)에는 하수를 교반하는 제1교반기(11)가 장착되어 있으며, 유량조정조 내부공간에 설치된 제1레벨센서(LS)의 신호를 감지하는 제어부(미도시)의 제어에 따라 혐기조(20)로 하수를 일정량 연속적으로 이송시키는 정량이송펌프(15)가 설치된다. 그리고, 유량조정조(10)와 혐기조(20) 사이에는 일측이 정량이송펌프(15)와 연결되고 타측이 혐기조(20)로 연장형성되어 유량조정조(10)에서 혐기조(20)로 하수가 유입되는 유로가 형성되는 혐기조연결관(17)이 설치된다. 혐기조연결관(17)에는 하수의 이송을 제어하는 개폐밸브와 방향을 제어하는 체크밸브가 설치된다. 정량이송펌프(15)와 혐기조연결관(17)은 하수 유입 및 공급량을 고려하여 설치되면 되는 것으로 개수에 한정되지 않는다.
혐기조(20)는 혐기조연결관(17)을 통해 유입된 하수를 저장할 수 있는 혐기조내부공간(21)이 형성된다. 혐기조내부공간(21)에는 혐기조로 유입된 하수를 교반할 수 있는 제2교반기(23)가 설치되어 있으며, 후술되는 무산소영역(33)에서 배출된 슬러지가 유입될 수 있도록 슬러지반송관(85)이 혐기조내부공간(21)으로 연장형성되어 있다.
반응조(30)는 혐기조(20)에서 유입된 하수가 저장되는 내부공간이 형성되며, 내부공간에 생물막여재층(35)과, 내부순환유닛(100), 제1 및 제2처리수배출유닛(64,70), 여과막(61), 반응조교반기(39)가 설치된다.
반응조(30)는 도 1을 참조하면, 좌우방향으로 상호 나란하게 설치된 생물막여재층(35)과, 여과막(61)에 의해 내부공간이 상하방향으로 호기 영역(32)과 무산소 영역(33)으로 구획된다. 즉, 혐기조(20)에서 호기 영역(32)으로 유입되어 질산화 반응 유도된 하수가 무산소 영역(33)에서 탈질반응에 의해 질소가 제거된 처리수로 생성된다.
한편, 혐기조(20)와 반응조(30)는 도 1에 도시된 바와 같이 일체로 형성되어 있으나, 격벽(29)을 통해 구획되어 있다. 그리고, 하수분배유닛(90)은 혐기조(20)와 반응조(30) 사이에 설치되어 혐기조(20)에 저장된 하수를 후술되는 호기영역(32)과 무산소 영역(33)으로 분배시킨다.
하수분배유닛(90)은 격벽(29)에 혐기조(20)에서 반응조(30) 방향으로 관통하는 제1파이프(92)의 혐기조(20) 측에 설치되어 혐기조(20)에 저장된 하수를 반응조(30) 측으로 펌핑하는 하수분배펌프(91)와, 하수분배펌프(91)를 통해 반응조(30) 측으로 유입된 하수가 호기 영역과 무산소 영역 방향으로 분배될 수 있도록 격벽(29)에 대해 소정거리 이격되며 호기 영역에 대응되는 상부와 무산소 영역에 대응되는 하부가 관통 형성되는 유로형성격벽(93)을 구비한다. 하수분배펌프(91)는 회전축 방향으로 힘이 작용하는 프로펠러가 장착된 것이 적용될 수도 있으며, 회전하는 축에 직각 방향으로 힘이 작용하는 임펠러가 적용된 것일 수 있음은 물론이다.
하지만, 하수분배유닛(90)은 도시된 예와 다르게, 유로형성격벽(93) 대신 제1파이프(92)에서 분기되어 호기 영역(32) 방향으로 연장된 제2파이프(미도시)와, 무산소 영역(33)으로 연장된 제3파이프(미도시)가 적용될 수 도 있다.
생물막여재층(35)은 여과막(36)과 함께 반응조(30)의 내부공간이 산소공급이 원활환 호기영역(32)과 무산소영역(33)으로 구획되게 반응조(30)의 내부공간의 바닥면에 대해 상방으로 소정간격 이격되어 설치된다.
생물막여재층(35)은 호기 영역(32)의 하수가 생물막여재층(35)을 지나면서 하수에 포함된 부유물질(SS)의 함유량을 낮추며 BOD와 COD도 함께 떨어뜨리는 역할을 한다.
생물막여재층(35)은 구체적으로 도시되지는 않았지만, 폴리우레탄 재질의 스폰지 여재가 충진된 구조일 수 있고, 미생물의 탈착과 부착이 용이한 재질로서 클레이가 사용될 수 있으며, 석탄회가 사용될 수도 있다. 또한, 생물막여재층은 도시되지는 않았지만, HBC(Hanging Bio Contactor)링상 여재가 여재틀 유니트에 고정되어 장착되어 있으며, 여재는 용수철 형태로서 보통은 상부 여재걸이판과 하부 여재걸이판 및 4개의 포스트로 구성된 여재틀 유니트에 매달아진 형태가 적용될 수 있다. HBC링이 장착되는 본 여재걸이 유니트는 출원인이 출원등록(실용신안등록 제0154905호)한 여재걸이 유니트구조에 상세히 기재되어 있으므로 자세한 설명은 생략하기로 한다. 여기서 여재의 재질은 폴리프로필렌(Polypropylene)이고, 여재틀 유니트는 폴리프로필렌(Polypropylene)과 폴리에틸렌(Polyethylene)의 혼합물질로 이루어진 것이 적용될 수 있다.
그리고, 반응조(30)는 무산소 영역(33) 내의 하수와 슬러지가 교반 및 순환되면서 반응이 적극적으로 유도될 수 있는 반응조교반기(39)와, 반응조(30)의 내부공간에 하수의 수위를 측정할 수 있는 제2레벨센서(LS)가 설치된다.
반응조교반기(39)는 사각형상으로 형성된 반응조(30)의 모서리 측에 설치되되 수평방향에서 대각선으로 마주하는 모서리 측으로 하수를 분출할 수 있도록 반응조의 바닥면에 대해 수평하게 설치된다.
반응조교반기(39)는 도 5을 참조하면, 사각형상으로 형성된 반응조(30)의 수평방향의 상호 마주하는 모서리를 연결하는 가상선(a) 방향으로 분출하여 가상선(a)을 중심으로 양측에 하수의 교반을 위한 순환 흐름이 발생되도록 가상선(a)에 나란하게 반응조(30)의 모서리 측에 설치된다.
내부순환유닛(100)은 여과막 폐색 시, 호기 영역(32)에서 무산소 영역(33)으로 연장되어 호기 영역(32)의 하수를 무산소 영역(33)으로 순환시켜 탈인, 질산화 및 탈질 반응의 반복을 유도한다.
내부순환유닛(100)은 반응조(30)의 상단에 장착된 윈치(winch)(131)에 의해 호기영역에서 승강가능하게 지지되며 생물막여재층 방향인 하방으로 연장되고 상부에 하수이송장치(135)가 설치되는 상부관(110)과, 상부관(110)과 분리되는 구조로 상부관(110)의 하부가 수용되게 상부관(110) 보다 큰 직경을 갖도록 형성되며 무산소 영역(33)으로 연장되되, 순환 흐름에 의해 하수 내의 슬러지 또는 협착물이 반응기교반기(39)에 마주하는 모서리 측에 집중되지 않도록 반응조교반기(39)를 마주하는 모서리 측으로 연장되는 하부관(120)과, 하부관(120)의 하부에서 방사 방향으로 각각 연장되되 일정간격마다 상방으로 호기 영역(32)에서 유입된 하수를 분출하는 수직분사노즐(155)이 장착된 다수의 분산유도관(151)을 구비하는 분산유도부(150)를 구비한다.
하수이송장치(135)는 상부관(110)의 상부에 장착되어 호기영역(32) 내의 하수를 상부관(110) 내로 유입시켜 상부관(110)의 하부를 지나 하부관(120)으로 이송되게 한다. 하수이송장치(135)는 제어부에 의해 회전이 제어되어 하부관(120) 하부로 하수를 이송시킬 수 있는 것으로서, 일반적인 수중펌프가 상부관(110) 상단에 별도로 장착된 것일 수도 있으며, 회전축 길이 방향으로 힘이 작용하는 프로펠러나 회전하는 축에 직각 방향으로 힘이 작용하는 임펠러가 상부관(110) 내부에 길이방향으로 형성된 제1중공(미도시)에 장착된 것일 수 있다. 하수이송장치(135)는 상부관(110)의 상부에 장착되어 제1중공을 통해 상부관(110) 하부로 하수를 이송시킬 수 있는 구조이면 한정되지 않는다.
상부관(110)은 윈치(131)에 의해 승강 가능한 것으로 도시되어 있으나, 상부에 하수에 부유 가능한 부력체(미도시)가 장착되어, 호기 영역 내의 하수 수위에 따라 승강되게 적용될 수도 있다.
하수이송장치(135)는 상부관이 호기 영역(32) 내의 수위에 따라 승강 가능하므로 호기 영역(32) 내의 하수 수위가 낮더라도 반응조(30) 내의 상하방향의 순환흐름이 유지되게 호기 영역(32) 내의 하수를 무산소 영역으로 이송시킬 수 있다.
하부관(120)은 도시되지는 않았지만, 내측에 상부관(110)의 제1중공과 연통되며 상하방향으로 연장된 제2중공이 형성되며, 상부관(110)의 승강에 대해 움직이지 않도록 반응조(30)의 내벽에 고정 설치된다.
다수의 분산유도관(151)은 하부관(120) 하부에서 하부관(120)의 길이방향에 직교하게 각각 연장되되, 반응조(30)의 상호 직교하는 각 내벽에 나란하게 연장되어 상호 직교하는 제1 및 제3분산유도관(151a,151c)과, 하부관(120)에서 마주하는 반응조교반기(39)방향으로 연장된 제2분산유도관(151b)로 구분된다.
슬러지저류조(40)는 반응조의 무산소영역의 하부로 침하하는 슬러지가 이송되어 저장되는 부분이다. 슬러지저류조(40)는 슬러지배출유닛(80)에 의해 반응조(30)의 무산소영역(33)과 연결된다.
폭기유닛(50)은 적어도 하나의 블로워(51)를 통해 유입되는 공기를 반응조(30)와 슬러지저류조(40)에 공급한다.
폭기유닛(50)은 블로워(51)와, 블로워(51)에서 공급되는 공기를 호기영역(32)으로 공급하여 호기 영역(32) 내의 하수가 질산화 반응되고, BOD 및 COD가 제거되는 것을 유도하는 호기영역폭기부(52)와, 블로워(51)에서 통해 공급되는 공기를 생물막여재층(35)에 공급하여 생물막여재층(35)이 막히는 것을 방지할 수 있도록 무산소 영역(33)의 상부에 설치되어 생물막여재층(35)으로 공기를 공급하는 생물막여재막힘방지폭기부(55)와, 블로워(51)를 통해 공급되는 공기를 후술되는 여과막(36)에 공급하여 여과막(36)이 슬러지나 부유물질에 의해 막히는 것을 방지하는 여과막폭기부(58)와, 블로워(51)에서 공급되는 공기를 슬러지저류조(40)로 공급하는 슬러지저류조폭기부(59)를 구비한다.
호기영역폭기부(52)는 일측이 블로워(51)에 연결되고 타측이 반응조(30)의 호기 영역(32)으로 연장되는 호기영역공기공급관(53)과, 호기영역공기공급관(53)의 일측에 설치되어 제어부(미도시)의 제어에 따라 호기영역공기공급관(53)을 개폐하는 호기영역공기공급밸브가 설치된다. 호기영역공기공급관(53)은 호기 영역(32) 하부에서 산소를 공급할 수 있도록 연장된다. 또한, 호기영역공기공급관(53)에는 호기영역공기공급관(53)으로 공급된 산소가 호기 영역(32)으로 분사될 수 있도록 소정간격으로 이격되는 다수의 제1분사노즐(54)이 설치된다.
생물막여재막힘방지폭기부(55)는 일측이 블로워(51)에 연결되고 타측이 생물막여재층(35)과 무산소 영역(33)사이로 연장형성되는 생물막여재공기공급관(56)과, 생물막여재공기공급관(56)의 일측에 설치되어 제어부의 제어에 따라 생물막여재공기공급관(56)을 개폐하는 생물막여재공기공급밸브가 설치된다. 그리고,생물막여재공기공급관(56)에는 생물막여재공기공급관(53)으로 공급된 산소가 생물막여재층으로 분사될 수 있도록 소정간격으로 이격되는 다수의 제2분사노즐(57)이 설치된다.
여과막폭기부(58)는 일측이 블로원에 연결되고 타측이 여과막(61)에 연결되어 여과막의 단위필터로 공기를 공급하는 여과막공기공급관(58a)과, 여과막공기공급관(58a)의 일측에 설치되는 여과막공기공급밸브를 구비한다.
슬러지저류조폭기부(59)는 일측이 블로워에 연결되고 타측이 슬러지저류조의 내부공간을 연장형성되는 슬러지저류조공기공급관(59a)과, 슬러지저류조공기공급관(59a)의 일측에 설치되어 슬러지저류조공기공급관(59a)을 개폐하는 슬러지저류조공기공급밸브를 구비한다. 그리고, 슬러지저류조공기공급관의 단부에는 적어도 하나의 제3분사노즐(59b)이설치된다.
슬러지배출유닛(80)은 무산소영역(33)에 위치된 슬러지를 슬러지저류조(40)로 이송하거나 혐기조(20)로 반송한다. 슬러지배출유닛(80)은 반응조(30)와 슬러지저류조(40)를 연결하는 슬러지배출관(81)과, 슬러지배출관(81)에 설치되어 슬러지(미도시)를 슬러지저류조(40)로 이송하는 슬러지이송펌프(83)와, 슬러지배출관(81)에서 분기되어 혐기조(20)로 연장되는 슬러지반송관(85)과, 슬러지반송관(85)에 설치되어 슬러지를 혐기조(20)로 반송하는 슬러지반송펌프(87)를 구비한다.
슬러지이송펌프(83)와 슬러지반송펌프(87)는 제어부의 제어를 받아 슬러지저류조(40)와 혐기조(20)로 슬러지를 펌핑한다. 또한, 슬러지배출관(81)과, 슬러지반송관(85)의 각 일측에는 각각 제어부에 의해 제어되어 슬러지배출관(81)과 슬러지반송관(85)의 개폐를 조절하는 밸브(86,88)들이 각각 설치된다. 그리고 슬러지배출관(81)에는 슬러지가 슬러지저류조(40) 방향으로 흐르도록 체크밸브가 설치된다.
여과막(61)은 생물막여재층(35)과 함께 반응조(30)의 내부공간을 호기영역(32)과 무산소영역(33)으로 구획할 수 있도록 생물막여재층(35)과 나란하게 설치되어 처리수를 여과한다.
여과막(61)은 무산소영역(33)에서 질소가 제거된 처리수를 여과하는 적어도 하나의 단위필터(62)와, 단위필터(62)에서 여과된 처리수를 포집하는 메니폴더(63)와, 메니폴더(63)의 상단에 설치되어 호기영역(32) 내의 하수가 생물막여재층(35)을 거치지 않고 단위필터(61)로 유입되거나, 처리수가 호기영역(32)으로 이동되는 것을 방지하는 차단판(64)을 구비한다.
다수의 단위필터(62)는 상호 일정간격 이격되어 나란하게 설치되며 각 상부는 메니폴더(63)에 연결된다. 도시되지는 않았지만 여과막산소공급관(58a)은 단위폴더(62)에 산소가 공급될 수 있도록 연결된다.
단위필터(62)는 도시되지는 않았지만, 일반적인 섬유 필터가 적용되어 처리수가 메니폴더로 유입될 수 있게 설치될 수 있다. 또한, 메니폴더 내부에는 단위필터를 거쳐 메니폴더로 유입된 처리수를 최종적으로 여과할 수 있는 필터(미도시)가 추가로 설치될 수도 있다. 이때, 필터의 소재는 한정되지 않는다.
제1처리수배출유닛(64)은 여과막(61)과 연결되며 반응조(30)의 외측으로 연장되어 여과막(61)을 통과한 처리수가 외부로 유출될 수 있는 배출유로를 형성하는 제1처리수배출관(65)과, 제1처리수배출관(65)의 일측에 설치되어 제어부의 제어에 따라 여과막(61)을 통과한 처리수를 외부로 방류되게 펌핑하는 제1처리수방류펌프(67)를 구비한다.
제2처리수배출유닛(70)은 여과막이 폐색되어 처리수를 여과할 수 없으며 제1처리수배출유닛(60)을 통해 외부로 배출할 수 없을 때, 제어부에 제어에 의해 설정된 시간 동안 호기영역과 무산소영역으로 순환된 하수 및 처리수를 제어부의 제어에 의해 외부로 배출한다.
제2처리수배출유닛(70)은 호기영역(32) 내에서 반응조(30)의 외부로 연장되게 여과막(61)의 상방의 반응조(31)의 내벽에서 반응조(31)의 외측으로 관통설치되어 설정된 시간 동안 호기영역(32)과 무산소 영역을 순환하여 탈인, 질산화 및 탈질 반응이 반복된 처리수를 외부로 배출될 수 있는 유로를 형성하는 제2처리수배출관(71)과, 반응조(30)의 외측에 위치되게 반응조(30)의 외측으로 연장된 제2처리수배출관(71) 일측에 설치되어 호기영역(32) 내의 하수를 제2배출관(71)을 통해 외부로 이동되게 펌핑하는 제2처리수방류펌프(73)와, 제어부의 제어에 따라 제2배출관(71)을 개폐하는 제2배출관개폐밸브(75)를 구비한다.
제2처리수배출유닛(70)은 반응조 내의 상등수 부터 배출할 수 있도록 부구가 마련되며 내벽에 힌지 결합되며 제2처리수배출관(71)과 연결되는 디켄터(78)가 적용되는 것이 바람직하다.
제2처리수배출유닛(70)은 도 1 및 도 2에 도시된 것과 다르게 무산소영역(33)으로 설치되게 적용될 수도 있다.
제어부는 도시되지는 않았지만, 유량조정조에 설치된 제1레벨선서(LS)와 반응조에 설치된 제2레벨센서(LS)의 신호를 받아 정량이송펌프(15)를 제어하여 혐기조(20)로 하수 유입량을 조절하며, 폭기유닛(50)에 설치된 밸브들의 개폐를 제어하여 혐기조(20)와 호기영역(32), 생물막여재층(35), 여과막(61), 슬러지저류조(40)에 공기공급량을 제어한다.
또한, 여과막(61) 폐색 시, 반응조(30) 내의 수위가 높아지게 되거나 여과막 내의 처리수 흐름이 멈추게 되므로, 제어부는 제2레벨센서(LS)와, 여과막(61) 또는 제1처리수배출관(65)에 설치되는 유량센서(미도시)를 통해 이를 감지하여 내부순환유닛(100)을 구동시키고, 설정된 시간 이후 제2처리수배출유닛(70)을 통해 처리수가 배출되게 제2배출관개폐밸브(75)를 개방하고, 제2처리수방류펌프(73)를 작동시킨다.
한편, 혐기조(20), 반응조(30), 슬러지저류조(40), 유량조정조(10)는 FRP(Fiber Reinforced plastics) 또는 콘크리트 구조물로 구성될 수 있으며 하수가 저장될 수 있으면 한정되지 않는다.
이제, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 생물막여재층과 여과막이 설치된 하수처리장치의 작용에 대하여 설명한다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 유량조정조에서 저장된 하수를 혐기 상태의 혐기조로 유입시킨다. 혐기조로 유입된 하수가 혐기 상태에서 제2교반기에 의해 교반됨에 따라, 인 축적 미생물은 BOD를 체내에 저장하고 체내에 있던 인을 방출한다. 혐기조에서 인을 방출시키는 것은 인 축적 미생물이 호기 영역에서는 혐기조에서 방출한 인의 3~5배 정도를 과잉섭취하게 되기 때문이다.
유량조정조에서 하수가 혐기조로 유입이 계속됨에 따라 인축적미생물에서 인이 방출된 상태의 하수가 하수분배유닛(90)을 통해 호기 영역(32)과 무산소 영역(32)으로 분배된다.
하수가 호기 영역(32)으로 넘어오면서 인 축적 미생물이 인 과잉섭취, 질산화 반응, BOD,COD,SS 감소가 일어난다.
호기영역폭기부(52)를 통해 호기 영역(32) 내에 공기가 공급되면서 호기성 미생물들이 활발히 활동하게 됨에 따라 호기성 미생물들이 유기물을 이용하고 증식하면서 활성슬러지를 형성하게 된다. 하수 내의 유기물들이 활성슬러지에 흡착되어 산화 및 동화작용이 일어난다.
호기영역산소공급관(53)에 설치된 제1분사노즐(54)을 통해 공기가 공급되는 호기영역(32)에서 인 축적 미생물은 체내에 저장된 인을 산화시키면서 다시 인을 섭취하는데 과잉섭취가 일어난다.
호기영역에서 호기성 미생물에 의해 유기물이 활발이 분해되어 에너지를 얻고 세포합성을 하여 하수 내의 유기물은 미생물의 세로은 세포(C5H7O2N), CO2 등으로 전환되어 제거된다. 이때 1kg의 C5H7O2N을 합성하기 위해서는 0.12kg의 질소와 0.025kg의 인이 소비된다. 이것을 식으로 나타내면 다음과 같다.
CHON(유기물) + O2 + 영양소 → C5H7O2N + CO2 + NH3 + 기타 생성물
또한, 호기영역에서 질산화 반응이 활발히 일어난다. 하수 내의 유기질소(Organic Nitrogen) 및 암모니아성 질소(NH3-N)가 질산화 미생물(니트로소모나스(Nitrosomonas)와 니트로백터(Nitrobacter)등, 호기성 독립 영양 미생물(Aerobic Autotrophic Bacteria))의 분해 작용에 의해 NH3-N 로 전환된다. NH3-N은 이를 산화시키는 미생물에 의해 아질산성 질소(NO2-N)를 거쳐 질산성 질소(NO3-N)로 된다. 이러한 미생물은 산소로 암모니아를 산화시키며 생장한다. 수중에서 암모니아 이온(NH4+) 형태로 존재하는 암모니아의 질산화 과정을 식으로 나타내면 다음과 같다.
22NH4 + + 37O2 + 4CO2 + HCO3 - → C5H7O2N + 21NO3 - + 20H2O + 42H+
이렇게 호기영역(32) 내에서 질산화 반응, 인 과잉섭취, 활성슬러지가 형성되면서 하수의 BOD,COD,SS가 낮아진다. 호기영역(32) 내의 하수는 생물막여재층(35)을 통과하여 무산소영역(33)으로 이동되면서 생물막여재층(35)에서 부유물질(SS)이 제거되면서 BOD,COD는 더욱 낮아진다.
호기 영역(32)의 하수는 일반적으로 생물막여재층(35)을 통과한 후 무산소 영역으로 이동되나, 여과막(61)이 폐색되는 경우에는 내부순환유닛(100)을 통해 무산소 영역으로 이동된다. 여과막(61)이 폐색되는 경우의 하수 처리공정은 후술하기로 한다.
무산소영역으로 하수가 이동되면서 질산화 반응에 의해 생성된 NO3-N은 다시 이를 환원시키는 미생물에 의해 무해한 질소가스(N2)로 환원되어 대기 중으로 방출된다. 질소가스(N2)는 도시되지는 않았지만 반응조(30)의 상단에 설치된 배기구조를 통해 대기중으로 배출된다.
탈질 미생물은 전술한 질산화 반응의 경우와는 달리 임의성 종속영양 미생물(facultativeheterotrophic bacteria)이다. 용존산소가 충분한 경우에는 호기성 독립영양 미생물(질산화 미생물, 아질산화 미생물 등)이 산소를 전자수용체(electron acceptor)로 에너지를 얻는 활동이 우세해지는 반면, 산소와 질산염을 영양원으로 에너지를 얻는 탈질 미생물의 활동이 억제되므로 탈질작용을 활성화시키기 위해서는 산소공급이 없는 무산소(anoxic) 환경과 충분한 유기물의 공급이 절대적으로 필요하다. 대표적인 탈질 미생물로는 마이크로코쿠스(Micrococcus), 슈도모나스(Pseudomonas), 아코모박터(Archomobacter) 및 바실러스(Bacillus) 등이 있다. 탈질화 반응식의 예는 다음과 같다.
NO3 - + 1.08CH3OH + H+ → 0.065C5H7O2N + 0.47N2 + 0.76C02 + 2.44H2O
탈질화 반응에서 필요한 유기물은 하수분배유닛(90)을 통해 무산소 영역(33)으로 공급된 하수에서 공급된다. 그리고, 무산소 영역 내의 탈질반응 효율을 높이기 위해 하수분배유닛(90)을 통해 유입된 하수와 생물막여재층을 통해 유입된 하수를 교반시키기 위해 반응조교반기(39)가 작동된다.
상기와 같은 과정을 거치면서 무산소영역(33)에서 질소가 제거된 처리수가 발생된다. 무산소영역에서 생성된 처리수는 여과막(61)을 통과하면서 한번 여과된 후 제1처리수배출관(65)을 통해 외부로 방류된다. 그리고, 무산소영역 내의 인을 과잉섭취된 인축적미생물이 포함된 활성슬러지는 슬러지저류조(40)로 이송되거나 혐기조(20)로 반송된다. 혐기조(20)로 반송된 활성슬러지는 유량조정조(10)에서 유입된 하수와 혼합되어 혐기조(20),호기영역(32),무산소영역(33)을 거치게 된다.
반응조(30)에서 배출된 활성 슬러지 중 일부가 슬러지반송관(85)을 통해 혐기조(20)로 반송되어 에서 소정 시간동안 체류하게 되면, 활성 슬러지에 포함되어 있는 미생물은 생장, 활동 및 증식이 억제되어 기초 대사만 하는 상태 즉, 내생호흡 상태(기아(飢餓) 상태)에 있게 된다. 이와 같이 미생물의 활성이 억제된 내생호흡 상태에 있던 미생물이 활성 슬러지와 함께 하수 처리 공정으로 재투입되면, 미생물에게 공급된 에너지는 미생물의 증식이 아닌 물질 대사에 대부분 이용되고, 결과적으로 하수처리 효율은 계속 유지하면서도 미생물의 증식으로 인한 잉여 슬러지의 발생 자체가 줄어들게 되어, 활성 슬러지를 감량시키는 효과가 발휘하게 된다.
한편, 여과막 폐색 시, 하수처리장치(1)는 여과막(61)을 통해 이차 여과를 할 수 없으므로, 설정된 시간 동안 반응조(30) 내의 하수를 호기 영역(32)과 무산소 영역(33)으로 반복 순환시켜 인 제거 및 질소 제거를 반복한 후 제2처리수배출유닛(70)을 통해 처리수를 외부로 배출한다.
여과막 폐색 시, 제어부는 내부순환유닛(100)을 구동시키며, 정량이송펌프(15)제어하여 혐기조로 하수의 유입을 제한한다. 내부순환유닛(100)에 의해 호기 영역(32)의 하수가 무산소 영역(33)의 하부로 유입되면서, 무산소 영역(33) 내의 하수는 생물막여재층(35) 및 호기 영역(32)으로 상승되는 순환이 발생된다. 그리고, 제어부는 설정된 시간 이후, 처리수가 제2처리수배출유닛을 통해 외부로 배출되게 제2처리수배출유닛을 제어한다. 여과막 폐색 시 하수를 순환시키는 설정된 시간은 6시간이 바람직하나, 하수의 양에 따라 달리 적용될 수 있을 것이다.
슬러지 이송 및 반송은 설정된 시간 중에 제어부의 제어에 의해 연속적으로 이루어지는 것이 바람직하나, 설정된 시간 이후 일괄 이송 및 배송되게 적용될 수 도 있을 것이다.
하수처리장치(1)는 도 5를 참조하면, 반응조(30) 내의 하수를 상하방향으로 순환시키기 위해 호기영역(32)에서 질산화 반응된 하수를 제어부에 의해 내부순환유닛(100)의 하수이송장치(135)를 가동시켜 상부관(110), 하부관(120) 및 분산유도관(150)을 통해 무산소 영역(33)으로 이송시킨다.
제어부는 제2레벨센서(LS)의 신호를 전달받아 수위를 감지하여 윈치(131)를 제어하여 상부관(110)의 높이를 조절한다.
도 5를 참조하면, 반응조교반기(39)를 통해 반응조(30)의 대각선 방향으로 분출되는 하수는 분산유도관(151)의 수직분사노즐(155)에서 분사되는 하수와 부딪히면서 상승이 유도된다.
본 발명에 따른 생물막여재층과 여과막이 설치된 하수처리장치는 하수가 혐기조로 먼저 유입되어 혐기상태에서 인 제거가 먼저 시작되어 탈질 미생물의 방해를 줄여주므로 인 제거 효율이 높으며, 질소 및 부유물질이 제거되는 반응조에서 생물막여재층을 통해 상부의 호기 영역과 하부의 무산소 영역으로 구분되므로 적극적인 탈질과정을 거치게 되어 질소처리 효율을 극대화하는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 생물막여재층과 여과막이 설치된 하수처리장치는 질소나 인이 제거된 처리수를 여과막을 통해 한번 더 여과한 후 외부로 배출시킴으로서 여과효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 생물막여재층과 여과막이 설치된 하수처리장치는 반응조교반기가 수평방향으로 설치되어 있어 교반범위가 넓으며, 내부순환유닛의 분산유도부를 통해 상승이 유도되므로 교반효율을 높일 수 있는 이점이 있다.
한편, 도 6 및 도 7에는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 생물막여재층과 여과막이 설치된 하수처리장치가 도시되어 있다. 앞서 도시된 도면에서와 동일 기능을 하는 구성요소는 동일부호로 표기한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 생물막여재층과 여과막이 설치된 하수처리장치는 본 발명의 일 실시 예에 따른 생물막여재층과 여과막이 설치된 하수처리장치에 저부하수상승유도부재(160)를 더 구비한다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 하수처리장치의 분산유도부(150)는 분산유도관(151)의 길이방향의 단부 측에 길이방향 즉 수평방항으로 하수를 분사할 수 있는 수평분사노즐(156)이 더 설치된다.
제1 및 제3분산유도관(151a,151c)의 수평분사노즐(156)에서 분사되는 하수는 반응조(30)의 내벽을 타고 순환되는 하수를 순환 방향으로 밀어주는 역할을 하며, 제2분산유도관(151b)의 수평분사노즐(156)에서 분사되는 하수는 반응조교반기에서 분출되는 하수와 부딪히면서 하수의 상승을 유도한다.
저부하수상승유도부재(160)는 본체부(161)와, 다수의 이격지지리브(164)와, 다수의 하수상승분출부(167)를 구비한다.
본체부(161)는 분산유도관(151)의 길이방향으로 연장되며 내측으로 분산유도관(151)이 수용될 수 있도록 하방으로 개방되되 상부에서 하방으로 갈수로 폭이 넓어지게 형성되어 분산유도관(151)이 수용된다.
다수의 이격지지리브(164)는 분산유도관(151) 하부로 유입되는 하수가 분산유도관(151)과 본체부(161) 사이로 유입될 수 있는 유입공간(s)이 형성되게 본체부(161)의 내주면 상단에서 분산유도관(151) 방향으로 연장되어 본체부(161)를 분산유도관(151)에 대해 이격되게 지지한다. 이격지지리브(164)는 인접하는 수직분사노즐(155)들 사이에 형성된다.
하수상승분출부(167)는 분사노즐(155)에 대응되는 본체부(161)에 상방으로 연장되되 수평분사노즐(155)에서 상방으로 분사되는 하수를 간섭하지 않도록 내측에 관통공(168)이 형성되며, 관통공(168)으로 분사노즐(155)에서 분사된 하수 분출 시 분산유도관(155) 하부에 있는 하수가 유입공간(s)을 통해 관통공(168)으로 유도되어 상승 될 수 있도록 상방으로 갈수록 수평분사노즐(155)과의 이격폭이 좁아지게 형성된 원뿔형상인 것이 바람직하다..
상술한 바와 같은 구조를 갖는 저부하수상승유도부재(160)는 도 7을 참고하면, 수직분사노즐(155)에서 하수가 상방으로 관통공(168)을 통해 분출시 분출되는 힘에 의해 유격공간(s)의 수직분사노즐(155) 주변의 하수가 관통공(168)으로 함께 분출되는 흡입력이 발생된다. 이에 따라, 유격공간(s) 상부의 하수가 관통공(168)으로 배출되면서 유격공간(s) 내의 분산유도관(151) 측부의 하수가 상승되고 분산유도관(151) 하부 또는 하방 측의 하수를 유격공간으로 유도하게 된다.
또한, 저부하수상승유도부재(160)는 본체부(161)의 측단부에서 반응기교반조(39) 방향으로 연장형성된 것으로, 수평분사노즐(156)이 설치되는 분산유도관(151)의 단부측에 반응조교반기(39)로 갈수록 외경이 좁아지며 내부에 분산유도관(151)의 단부 및 수평분사노즐(156)을 수용할 수 있는 공간이 형성되되 수평분사노즐(156)과 이격되어 유격공간을 형성하는 하수수평분출부(169)를 구비할 수 있다.
하수수평분출부(169)는 수평분사노즐(156)에서 분사되는 하수가 배출되게 분사되는 방향으로 내측이 관통 형성되어 반응기교반조(39)에서 분출되는 하수에 대향되는 방향으로 분산유도관(151)의 하부의 하수의 분출을 유도한다. 하수수평분출부(169)는 수평분사노즐(156)에서 하수가 수평방향으로 관통공(168)을 통해 분출시 유격공간의 수평분사노즐 주변의 하수가 하수수직분출부로 배출 유도되게 하므로 분산유도관 단부측 하부 또는 하방의 하수를 유동시킨다.
저부하수상승유도부재(160)는 분산유도관과 분리가능하게 분산유도관에 안착되되 하수의 순환 흐름에 유동하지 않는 중량을 갖는 것이 바람직하나, 도시되지는 않았지만 이격지지리브(164)의 단부를 통해 분산유도관과 나사결합될 수 도 있을 것이다.
이에 따라, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 하수처리장치는 저부하수상승유도부재(160)에 의해 내부순환유닛(100)의 하부에 집중될 수 있는 슬러지나 이물질을 상승유도하여 순환효율을 높일 수 있는 이점이 있다.
한편, 도 8에는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 생물막여재층과 여과막이 설치된 하수처리장치가 도시되어 있다. 앞서 도시된 도면에서와 동일 기능을 하는 구성요소는 동일부호로 표기한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 생물막여재층과 여과막이 설치된 하수처리장치는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 하수처리장치에 하부관(120)의 하단에 분사되는 상기 하수에 의해 회전 가능하게 장착되어 내부순환유닛(100)의 하부 측에 와류 형성을 유도하는 회전부재(170)와, 분산유도관(151)의 길이방향에 대응되는 분산유도관(151)의 좌우측 하부에 하향 경사지게 각각 연장되어 연장방향으로 하수를 분사하는 제1 및 제2상승유도노즐(158,159)을 더 구비한다.
회전부재(170)는 하부관의 하단에서 하방으로 연장되고 회전가능하게 장착되며 하부관의 내부공간과 연통되게 상방이 개방된 하수유입공간(미도시)이 형성된 회전축(173)과, 회전축(173)의 외주면에 방사상으로 연장되되 일방향으로 절곡형성되며 하수유입공간과 연통되는 중공(미도시)이 형성된 다수의 절곡노즐(171)을 구비한다. 인접하는 절곡노즐(171)들은 도 8을 참조하면, 회전축(173)을 중심으로 상호 직교되게 회전축(173)에서 멀어지게 각각 연장되어 있으며, 분출되는 하수에 의해 회전축이 회전될 수 있도록 회전축(173)이 회전되려는 방향에 반대방향으로 절곡 형성되어 있다.
회전부재(170)는 하수이송장치(135)의 구동에 의해 하부관(120)의 하단으로 이송된 하수가 하수유입공간과 절곡노즐(171)의 중공을 지나 하수가 외부로 분출되면서 발생되는 회전력에 의해 하부관(120)에 대해 회전된다.
회전부재(170)의 회전속도는 하수이송장치(135)가 하수를 이송하는 압력에 따라 달라질 수 있으나, 느린 속도로 회전되더라도 하수의 유동이 유도되므로 저부하수상승유도부재(160)의 하수의 상승효율을 높일 수 있다.
제1 및 제2상승유도노즐(158,159)은 도 8을 참고하면, 상호 대응되는 위치에 형성되어 인접하는 분산유도관(151)의 제1 또는 제2상승유도조노즐(158,159)과 마주하게 형성된다. 이에 따라, 제1상승유도노즐(158)과 인접하는 제2상승유도노즐(159)에서 분사되는 하수가 서로 부딪히면서 무산소영역(33)의 저면의 하수가 상승 유도된다. 도시되지는 않았지만, 제1분산유도관(151a)의 제1상승유도노즐(158)과, 제3분산유도관(151c)의 제2상승유도노즐(159)은 반응조의 내벽 방향으로 하수를 분사하여 반응조(30) 내벽측으로 유입되는 하수의 상승을 유도한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 하수처리장치는 회전부재(170)와 제1 및 제2상승유도노즐(158,159)에 의해 분산유도관(151) 하방의 슬러지나 이물질의 상승이 유도하므로 하수의 순환효율을 더욱 높일 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 생물막여채층과 여과막이 설치된 하수처리장치는 도면의 일 예를 참조로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호의 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.
10 : 유량조정조 20 : 혐기조
30 : 반응조 32 : 호기영역
33 : 무산소영역 35 : 생물막여재층
40 : 슬러지저류조 50 : 폭기유닛
61 : 여과막 64 : 제1처리수배출유닛
65 : 제1처리수배출관 67 : 제1처리수배출펌프
70 : 제2처리수배출유닛 80 : 슬러지배출유닛
90 : 하수분배유닛 100 : 내부순환유닛
110 : 상부관 120 : 하부관
150 : 분산유도부 151 : 분산유도관
155 : 수직분사노즐

Claims (5)

  1. 내부로 유입된 하수에 탈인 반응이 유도되는 혐기조와,
    상호 나란하게 설치된 생물막여재층과 상부가 폐쇄된 여과막에 의해 내부공간이 상하방향으로 호기 영역과 무산소 영역으로 구획되어, 상기 혐기조에서 상기 호기영역으로 유입되어 질산화 반응 유도된 상기 하수가 상기 무산소 영역으로 이동되면서 탈질반응이 유도되며, 상기 호기 영역에서 상기 무산소 영역으로 연장되어 상기 호기 영역의 상기 하수를 상기 무산소 영역으로 순환시켜 탈인반응과 탈질반응의 반복을 유도하는 내부순환유닛이 설치되는 반응조와,
    상기 혐기조의 상기 하수를 상기 호기영역과 상기 무산소영역으로 분배하는 하수분배유닛과,
    탈질 반응에 의해 생성된 처리수를 여과하는 상기 여과막과 연결되어 상기 처리수를 외부로 방류하는 제1처리수배출유닛과,
    상기 여과막 폐색시, 설정된 시간 동안 상기 하수가 상기 반응조 내에서 상하방향으로 순환되어 인 제거 및 질소제거가 반복되게 상기 내부순환유닛의 구동 및 상기 혐기조로 상기 하수의 유입을 제어하는 제어부와,
    상기 제어부와 연결되어 상기 설정된 시간 이후 인 제거와 질소 제거가 반복된 상기 처리수를 외부로 방류하는 제2처리수배출유닛과,
    상기 무산소 영역으로 유입된 상기 하수를 사각형상으로 형성된 상기 반응조의 수평방향의 상호 마주하는 모서리를 연결하는 가상선 방향으로 분출하여 상기 가상선을 중심으로 양측에 상기 하수의 교반을 위한 순환 흐름이 발생되도록 상기 가상선에 나란하게 상기 반응조의 모서리 측에 설치되는 반응조교반기를 구비하며,
    상기 내부순환유닛는
    상기 호기영역에 위치되어 상기 생물막여재층방향으로 연장되되 상부에 내부로 하수를 유입시켜 하부로 이송시키기 위한 하수이송장치가 장착되는 상부관과,
    상기 상부관과 연결되어 상기 상부관 내로 유입된 하수가 상기 무산소영역으로 이송될 수 있도록 상기 무산소영역으로 연장되되 상기 순환흐름에 의해 상기 하수 내의 슬러지 또는 협착물이 한 곳에 집중되지 않도록 상기 반응조교반기에서 분출되는 상기 하수를 마주하는 모서리 측으로 연장되는 하부관과,
    상기 하부관의 하부에서 방사방향으로 각각 연장되되 일정간격마다 상방으로 상기 호기영역에서 유입된 상기 하수를 분출하는 수직분사노즐이 장착된 다수의 분산유도관을 구비하는 분산유도부를 구비하고,
    상기 분산유도부는
    상기 분산유도관의 길이방향의 단부 측에 상기 반응조교반기에 대향되는 수평방향으로 하수를 분사하는 수평분사노즐과,
    상기 분산유도관의 길이방향으로 연장되며 내측으로 상기 분산유도관이 수용될 수 있도록 하방으로 개방되되 상부에서 하방으로 갈수로 폭이 넓어지게 형성되는 본체부와, 상기 본체부와 상기 분산유도관 사이에 상기 분산유도관 하부로 유입되는 상기 하수가 유입될 수 있는 유입공간이 형성되게 상기 본체부의 내주면 상단에서 상기 분산유도관 방향으로 연장되어 상기 본체부를 상기 분산유도관에 대해 이격되게 지지하는 이격지지리브와, 상기 수직분사노즐에 대응되는 상기 본체부에 상방으로 연장되되 상기 수직분사노즐에서 상방으로 분사되는 상기 하수를 간섭하지 않도록 내측에 관통공이 형성되며, 상기 관통공으로 상기 수직분사노즐에서 분사된 상기 하수 분출시 상기 분산유도관 하부에 있는 상기 하수가 상기 유입공간을 통해 상기 관통공으로 유도되어 상승 될 수 있도록 상방으로 갈수록 상기 수직분사노즐과의 이격폭이 좁아지게 형성되는 하수상승분출부를 구비하는 저부하수상승유도부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 생물막여재층과 여과막이 설치된 하수처리장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 상부관은
    상기 호기영역의 상기 하수의 수위에 따라 상기 하부관에 대해 승강되게 상기 하부관과 분리 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 생물막여재층과 여과막이 설치된 하수처리장치.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서, 상기 내부순환유닛은
    상기 하부관의 하단에 분사되는 상기 하수에 의해 회전 가능하게 장착되어 상기 내부순환유닛의 하부 측에 와류 형성을 유도하는 회전노즐을 더 구비하고,
    다수의 상기 분산유도관은
    각 길이방향의 대응되는 좌우측에 하향경사지게 각각 연장되어 연장방향으로 상기 하수를 분사하되 인접하는 분산유도관의 대응되는 위치게 각각 형성되어 분사되는 상기 하수가 서로 부딪히면서 상기 무산소영역의 저면의 상기 하수의 상승을 유도하는 상승유도노즐을 각각 구비하는 것을 특징으로 하는 생물막여재층과 여과막이 설치된 하수처리장치.
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