KR101877918B1 - 하폐수의 고도 수처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하폐수의 고도 수처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 생물학적 공정에 화학적 공정을 결합하여 하ㆍ폐수 중의 유기물, 질소 및 인을 동시에 처리하여 수처리 효율을 향상시킬 수 있는 하폐수의 고도 수처리장치에 관한 것이다.
본 발명의 하폐수의 고도 수처리장치는 유량조정조를 통해 처리대상수가 유입되며 폭기수단 및 교반기가 설치되는 SBR조와, SBR조의 후단에 설치되어 상기 SBR조로부터 처리대상수가 유입되는 약품혼합조와, 약품혼합조에 응집제를 공급하기 위한 응집제공급부와, 약품혼합조 내부에 설치되어 처리대상수와 응집제와의 혼합을 촉진시키는 혼합촉진수단과, 약품혼합조의 후단에 설치되어 상기 약품혼합조로부터 유입되는 처리대상수를 상등액과 슬러지로 분리시키는 침전조와, 침전조에 설치되어 상등액을 외부로 배출시키기 위한 디켄터와, 디켄터를 통해 배출되는 상등액이 유입되는 방류조를 구비한다.

Description

하폐수의 고도 수처리장치{advanced water treating apparatus}
본 발명은 하폐수의 고도 수처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 생물학적 공정에 화학적 공정을 결합하여 하ㆍ폐수 중의 유기물, 질소 및 인을 동시에 처리하여 수처리 효율을 향상시킬 수 있는 하폐수의 고도 수처리장치에 관한 것이다.
고도 수처리라 함은 질소와 인을 함유한 하/폐수에서, 유기물뿐만 아니라 질소와 인 성분도 동시에 제거하는 향상된 수처리방법을 말한다.
질소의 제거는 호기성 분위기하에서 폐수 내의 질소화합물을 질산성 질소로 전환하는 질산화공정 및 무산소 분위기하에서 질산성 질소를 질소 가스로 환원시키는 탈질공정을 통해 이루어지고, 통상 생물학적으로 이루어지는 인의 제거는 혐기성 상태에서 미생물의 대사활동에 의해 인을 방출시키고, 호기성 상태에서 미생물로 하여금 인을 과잉으로 섭취하게 한 후 이를 슬러지로 제거하는 과정을 통해 이루어진다.
최근 도시 하수 처리장의 경우 활성 슬러지 처리공법의 대안으로 SBR 공법이 적용되고 있으며 질소와 인의 동시 제거, 저렴한 비용, 효율적인 설비 및 유지관리, 운전 등으로 여러 SBR 변형공법이 나오는 추세이다.
일반적으로 연속 회분식 반응조(SBR; Sequencing Bath Reactor)공법은 유입되는 오폐수를 저장하는 유량조정조로부터 단일의 반응조로 처리할 양만큼 유입되도록 하여 폭기, 침전 등의 처리과정을 거친 후 유출되도록 한다. 이와 같은 SBR 공법은 폐수 발생이 불균일한 농ㆍ어촌의 소규모 수처리 시설에 주로 적용되었는데, 근래에는 중ㆍ대규모의 수처리 시설에도 적용하기 위한 방안으로 다양한 기술이 제안되고 있다.
SBR 공법은 유입, 반응기의 포기와 혼합에 의해 혐기, 호기, 무산소 조건을 임의로 조절할 수 있으며, 호기성 조건에서 유기물질 제거와 인 섭취 및 질산화 과정이 일어나고, 무산소 조건에서 탈질산화 과정이 그리고 혐기성 조건에서 인을 방출시킴으로써 질소와 인을 동시에 제거할 수 있는 장점을 지니고 있다.
하지만, 종래의 SBR공법(대한민국 등록특허 제10-1218082호 등)은 인의 제거가 생물학적 처리 방법에 의존하고 있으므로, 중/소규모 시설의 경우 운전이 복잡하고 유입부하의 변동이 커서 인의 처리가 안정적으로 이루어지기 힘든 단점이 있다.
대한민국 등록특허 제10-1218082호: 수처리공법 및 이를 이용한 연속유입식 에스비알 장치
본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 단일의 회분식 SBR 조에서 수행되는 SBR공법을 개선하여 생물학적으로 처리하지 못한 오염물을 화학적 응집 반응으로 응집 및 침전시켜 하ㆍ폐수의 유기물 및 질소, 인의 제거효율을 높임으로써 수처리 효율을 향상시킬 수 있는 하폐수의 고도 수처리장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하폐수의 고도 수처리장치는 유량조정조를 통해 처리대상수가 유입되며 폭기수단 및 교반기가 설치되는 SBR조와; 상기 SBR조의 후단에 설치되어 상기 SBR조로부터 처리대상수가 유입되는 약품혼합조와; 상기 약품혼합조에 응집제를 공급하기 위한 응집제공급부와; 상기 약품혼합조 내부에 설치되어 처리대상수와 응집제의 혼합을 촉진시키는 혼합촉진수단과; 상기 약품혼합조의 후단에 설치되어 상기 약품혼합조로부터 유입되는 처리대상수를 상등액과 슬러지로 분리시키는 침전조와; 상기 침전조에 설치되어 상등액을 외부로 배출시키기 위한 디켄터와; 상기 디켄터를 통해 배출되는 상등액이 유입되는 방류조;를 구비하고, 상기 혼합촉진수단은 내부로 유입되는 처리대상수에 난류를 유도하는 난류유도유닛과, 상기 난류유도유닛의 내부에 설치되는 임펠러와, 상기 난류유도유닛의 하부에 결합되어 상기 약품혼합조의 바닥으로부터 이격되게 설치되며 상부는 넓고 하부는 좁은 통로가 형성되어 상기 약품혼합조의 하층에 선회류 형성을 유도하는 선회류유도유닛을 구비한다.
상기 난류유도유닛은 상부와 하부가 개방되며 상기 임펠러가 중앙에 위치하는 원통형의 케이싱과, 상기 케이싱의 내주면에 일정 간격으로 형성된 돌출깃과, 상기 케이싱의 하부에 형성되어 상기 선회류유도유닛과 결합되는 결합립을 구비한다.
상기 돌출깃은 상기 케이싱의 내주면에 상하로 길게 형성되며 상기 케이싱의 중앙을 향해 돌출된 세로플레이트와, 상기 세로플레이트의 단부에서 직각으로 굽어져 형성되되 상기 임펠러의 회전방향과 반대반향으로 굽어진 절곡플레이트를 구비한다.
상기 선회류유도유닛은 상기 약품혼합조의 내측면에 형성된 지지턱에 가장자리가 지지되며 다수의 유통홀이 형성된 링프레임과, 상기 링프레임의 하방에 위치하며 상기 링프레임보다 직경이 더 작은 환형으로 형성된 하부테두리와, 상기 링프레임에 상부가 연결되고 상기 하부테두리에 하부가 연결되며 내부에 상기 통로가 마련된 원추부를 구비하고, 상기 원추부에는 다수의 통수슬릿이 상기 임펠러의 회전방향과 동일한 방향으로 비틀리게 형성된다.
상술한 바와 같이 본 발명은 SBR조 후단에 약품혼합조와 침전조를 설치하여 단일의 회분식 SBR조에서 수행되는 종래의 SBR공법을 개선한 수처리 공법을 제공한다.
본 발명은 생물학적으로 처리하지 못한 오염물을 화학적 응집 반응으로 응집 및 침전시킴으로써 하ㆍ폐수 중의 오염물, 특히 인의 제거효율을 높여 수처리 효율을 향상시킬 수 있다.
그리고 응집제에 의한 인의 제거는 외부의 변화 요소에도 영향을 받지 않는 화학적인 방법에 의해 수행되므로 인의 제거 효율을 일정하게 유지할 수 있는 장점을 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 하폐수의 고도 수처리장치를 개략적으로 나타낸 구성도이고,
도 2는 도 1에 적용된 약품혼합조의 내부를 나타내는 단면도이고,
도 3은 도 2에 적용된 요부를 발췌한 분리 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 하폐수의 고도 수처리장치에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 하폐수의 고도 수처리장치는 유량조정조(5)를 통해 처리대상수가 유입되며 폭기수단 및 교반기가 설치되는 SBR조(10)와, SBR조(10)의 후단에 설치되어 SBR조(10)로부터 처리대상수가 유입되는 약품혼합조(15)와, 약품혼합조(15)에 응집제를 공급하기 위한 응집제공급부(40)와, 약품혼합조(15) 내부에 설치되어 처리대상수와 응집제의 혼합을 촉진시키는 혼합촉진수단(50)과, 약품혼합조(50)의 후단에 설치되어 약품혼합조(50)로부터 유입되는 처리대상수를 상등액과 슬러지로 분리시키는 침전조(20)와, 침전조(20)에 설치되어 상등액을 외부로 배출시키기 위한 디켄터(90)와, 디켄터(90)를 통해 배출되는 상등액이 유입되는 방류조(30)를 구비한다.
처리대상수인 하수 또는 폐수는 전처리 장치 즉 스크린 또는 침사조 등을 거쳐 유량조정조(5)로 유입될 수 있다. 유량조정조(5)는 처리대상수의 유입량 및 오염부하를 균등하게 조절하는 역할을 한다.
SBR조(10)는 유량조정조(5)로부터 유출되는 처리대상수가 유입된다.
SBR조(10)는 연속 회분식 반응조(SBR; Sequencing Bath Reactor)로서, 폭기와 혼합에 의해 혐기, 호기, 무산소 조건을 임의로 조절할 수 있다. 호기성 조건에서 유기물질 제거와 인 섭취 및 질산화 과정이 일어나고, 무산소 조건에서 탈질산화 과정이 그리고 혐기성 조건에서 인을 방출시킴으로써 질소와 인을 동시에 제거하다. 이러한 SBR조(40)는 통상적인 방법으로 운전될 수 있다. SBR조는 미생물의 농도가 2,500~4,000㎎/ℓ로 유지될 수 있다.
SBR조(10)에는 폭기수단과 교반기가 설치된다.
폭기수단은 송풍기(80)와, 송풍기(80)와 연결되어 SBR조(10)로 연장되는 공기공급관(81)과, 공기공급관(81)과 연결되어 SBR조(10)의 내부에 설치되는 산기관(83)을 구비한다.
SBR조(10)의 내부는 폭기 유무에 따라 호기 조건 또는 무산소 조건으로 전환되어 질산화반응과 탈질 반응이 수행된다.
교반기(85)로 통상적인 수중 교반기가 설치될 수 있다.
약품혼합조(15)는 SBR조(10)의 후단에 설치되어 SBR조(10)로부터 처리대상수가 유입된다. 처리대상수는 자연유하 방식으로 SBR조(10)로부터 약품혼합조(15)로 유입될 수 있다.
약품혼합조(15)에서 처리대상수와 응집제가 혼합된다. 응집제공급부(40)는 약품혼합조(15)에 응집제를 공급한다.
응집제 공급부(40)는 응집제 저장탱크(41)와, 응집제 저장탱크(41)와 약품혼합조(15)를 연결하는 응집제공급관(43)으로 이루어진다. 그리고 응집제공급관(43)에는 응집제를 정량 공급하는 정량펌프가 설치될 수 있다. 응집제로 통상적인 무기 고분자 응집제를 이용할 수 있다. 예를 들어 폴리염화알루미늄(Poly Aluminium Chloride)을 이용할 수 있다.
약품혼합조(15)의 내부에는 처리대상수와 응집제의 혼합을 촉진시키는 혼합촉진수단이 설치된다.
혼합촉진수단은 내부로 유입되는 처리대상수에 난류를 유도하는 난류유도유닛(60)과, 난류유도유닛(60)의 내부에 설치되는 임펠러(51)와, 난류유도유닛(60)의 하부에 결합되어 약품혼합조(15)의 하층에 선회류 형성을 유도하는 선회류유도유닛(70)을 구비한다.
난류유도유닛(60)은 케이싱(61)과 돌출깃(62), 결합립(65)을 구비한다.
케이싱(61)은 상부와 하부가 개방된 원통형 구조로 형성된다. 케이싱(61)의 내측 중앙에는 임펠러(51)가 위치한다. 그리고 케이싱(61)의 내부까지 응집제 공급관(43)이 연장된다. 따라서 응집제는 케이싱(61) 내부로 주입된다.
케이싱(61)의 내주면에는 다수의 돌출깃(62)이 일정 간격으로 형성된다.
돌출깃(62)은 케이싱(61)의 내주면에 형성된 세로플레이트(63)와, 세로플레이트(63)의 단부에서 직각으로 굽어져 형성된 절곡플레이트(64)로 이루어진다.
세로플레이트(63)는 상하로 길게 형성된다. 세로플레이트(63)는 일정 간격으로 다수가 설치된다. 세로플레이트(63)는 케이싱(61)의 중앙을 향해 돌출된다.
절곡플레이트(64)는 세로플레이트(63)의 단부에서 직각으로 굽어져 형성된다. 절곡플레이트(64)의 굽어진 방향은 임펠러(51)의 회전방향과 반대이다.
결합립(65)은 케이싱(61)의 하부에 형성된다. 결합립(65)의 외경은 케이싱(61)의 외경보다 더 크게 형성된다. 결합립(65)에는 다수의 삽입홀(67)이 형성된다. 이러한 결합립(65)은 선회류유도유닛(70)의 링프레임(71)과 결합된다.
임펠러(51)는 도시되지 않았지만 약품혼합조(15)의 상부에 설치된 구동모터와 회전축(53)으로 연결되어 회전한다. 임펠러(51)는 처리대상수와 응집제를 혼합할 수 있도록 회전한다.
케이싱(61)의 내부에서 임펠러(51)가 회전하면 처리대상수가 응집제와 혼합되면서 하강하는 흐름이 형성된다. 이때 돌출깃(62)의 내측에서는 강한 난류가 형성되어 응집제와 처리대상수의 혼합을 촉진시킨다.
난류유도유닛(60)의 하부에 결합된 선회류유도유닛(70)은 처리대상수가 선회하면서 하강하도록 하여 응집제의 확산을 촉진시킨다.
선회류유도유닛(70)은 다수의 유통홀(72)이 형성된 링프레임(71)과, 링프레임(71)의 하방에 위치하며 링프레임(71)보다 직경이 더 작은 원형으로 형성된 하부테두리(75)와, 링프레임(71)에 상부가 연결되고 하부테두리(75)에 하부가 연결되는 원추부(7)를 구비한다.
링프레임(71)은 환형으로 형성된다. 링프레임(71)은 약품혼합조(15)의 내측면에 형성된 지지턱(17)에 가장자리가 지지된다. 링프레임(71)의 내측에는 안착턱(73)이 형성된다. 안착턱(73)에는 삽입홀(74)이 다수 형성된다. 안착턱(37)에 결합립(65)이 결합되어 볼트(1)와 너트(3)로 고정된다.
링프레임(71)에는 다수의 유통홀(72)이 형성된다. 약품혼합조(15)의 내주면 주위에서 상승하는 처리대상수는 유통홀(72)을 통과하여 상층에 도달한다.
하부테두리(75)는 환형으로 형성된다. 하부테두리(75)는 링프레임(71)보다 직경이 더 작은 환형으로 형성된다. 하부테두리(75)는 약품혼합조(15)의 바닥으로부터 상방으로 이격되어 위치한다.
원추부(77)는 상부는 넓고 하부는 좁게 형성된다. 따라서 원추부(77)의 내측에는 상부가 넓고 하부는 좁은 통로가 형성된다.
원추부(77)에는 다수의 통수슬릿(79)이 일정 간격으로 다수 형성된다. 각 통수슬릿(79)은 상하로 길게 형성된다. 즉, 통수슬릿(79)은 링프레임(71)에서 하부테두리(75) 방향으로 길게 연장되어 형성된다. 통수슬릿(79)은 상부에서 하부로 갈수록 폭이 점진적으로 넓어지게 형성된다.
바람직하게 통수슬릿(79)은 임펠러(51)의 회전방향과 동일한 방향으로 비틀리게 형성된다. 도시된 예에서는 임펠러(51)가 시계방향으로 회전하는 경우 통수슬릿(79)의 모습을 나타내고 있다. 통수슬릿(79)은 하부로 진행할수록 시계방향으로 비틀리게 형성된다. 이러한 통수슬릿(79) 구조에 의해 원추부(77)로 유입되는 처리대상수는 강한 선회류를 형성하면서 약품혼합조(15)의 바닥 방향으로 배출된다. 약품혼합조(15)의 바닥으로 배출된 처리대상수는 옆으로 확산되어 약품혼합조(15)의 내주면을 따라 하층에서 상층까시 상승한다. 그리고 상승한 처리대상수는 다시 약품혼합조(15)의 중앙으로 이동하여 케이싱(61) 내부로 유입된다. 이와 같이 상층과 하층을 순환하는 흐름을 형성하면서 약품과 처리대상수의 혼합이 촉진되는 것이다.
침전조(20)는 약품혼합조(15)의 후단에 설치되어 약품혼합조(15)로부터 유입되는 처리대상수를 상등액과 슬러지로 분리시킨다. 처리대상수는 자연유하 방식으로 약품혼합조(15)로부터 침전조(20)로 유입될 수 있다.
침전조(20)에서 슬러지는 하부로 가라앉아 상등액과 슬러지가 고액분리된다. 침전조(20)에서 분리된 상등액은 디켄터(90)에 의해 방류조(30)로 유입된다. 그리고 침전조(20) 하부에 가라앉은 슬러지는 외부로 배출된다. 배출되는 슬러지의 일부는 SBR조(10)로 반송되어 미생물 농도를 일정하게 유지하도록 할 수 있다.
침전조(20)의 내부에는 통상적인 디켄터(90)가 설치된다. 디켄터(90)는 침전을 통해 고액분리된 상등액을 방류조(30)로 배출하기 위한 것이다. 도시되지 않았지만 디켄터(90)는 승강수단에 의해 상하로 이동이 가능하도록 설치될 수 있다. 디켄터(90)와 방류조(30)는 연결관(91)으로 연결되고, 연결관(91)에는 펌프(93)가 설치된다.
방류조(30)는 상등액이 유입되어 일정시간 체류한 후 방류관을 통해 외부로 방류된다.
상술한 본 발명은 생물학적으로 처리하지 못한 오염물을 화학적 응집 반응으로 응집 및 침전시킴으로써 하ㆍ폐수 중의 오염물, 특히 인의 제거효율을 높여 수처리 효율을 향상시킬 수 있다. 응집제에 의한 인의 제거는 외부의 변화 요소에도 영향을 받지 않는 화학적인 방법에 의해 수행되므로 인의 제거 효율을 일정하게 유지할 수 있는 장점을 갖는다.
이상, 본 발명은 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
5: 유량조정조 10: SBR조
15: 약품혼합조 20: 침전조
30: 방류조 40: 응집제공급부
50: 혼합촉진수단 90: 디켄터

Claims (4)

  1. 유량조정조를 통해 처리대상수가 유입되며 폭기수단 및 교반기가 설치되는 SBR조와;
    상기 SBR조의 후단에 설치되어 상기 SBR조로부터 처리대상수가 유입되는 약품혼합조와;
    상기 약품혼합조에 응집제를 공급하기 위한 응집제공급부와;
    상기 약품혼합조 내부에 설치되어 처리대상수와 응집제의 혼합을 촉진시키는 혼합촉진수단과;
    상기 약품혼합조의 후단에 설치되어 상기 약품혼합조로부터 유입되는 처리대상수를 상등액과 슬러지로 분리시키는 침전조와;
    상기 침전조에 설치되어 상등액을 외부로 배출시키기 위한 디켄터와;
    상기 디켄터를 통해 배출되는 상등액이 유입되는 방류조;를 구비하고,
    상기 혼합촉진수단은 내부로 유입되는 처리대상수에 난류를 유도하는 난류유도유닛과, 상기 난류유도유닛의 내부에 설치되는 임펠러와, 상기 난류유도유닛의 하부에 결합되어 상기 약품혼합조의 바닥으로부터 이격되게 설치되며 상부는 넓고 하부는 좁은 통로가 형성되어 상기 약품혼합조의 하층에 선회류 형성을 유도하는 선회류유도유닛을 구비하며,
    상기 선회류유도유닛은 상기 약품혼합조의 내측면에 형성된 지지턱에 가장자리가 지지되며 다수의 유통홀이 형성된 링프레임과, 상기 링프레임의 하방에 위치하며 상기 링프레임보다 직경이 더 작은 환형으로 형성된 하부테두리와, 상기 링프레임에 상부가 연결되고 상기 하부테두리에 하부가 연결되며 내부에 상기 통로가 마련된 원추부를 구비하고,
    상기 원추부에는 다수의 통수슬릿이 상기 임펠러의 회전방향과 동일한 방향으로 비틀리게 형성된 것을 특징으로 하는 하폐수의 고도수처리장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 난류유도유닛은 상부와 하부가 개방되며 상기 임펠러가 중앙에 위치하는 원통형의 케이싱과, 상기 케이싱의 내주면에 일정 간격으로 형성된 돌출깃과, 상기 케이싱의 하부에 형성되어 상기 선회류유도유닛과 결합되는 결합립을 구비하는 것을 특징으로 하는 하폐수의 고도수처리장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 돌출깃은 상기 케이싱의 내주면에 상하로 길게 형성되며 상기 케이싱의 중앙을 향해 돌출된 세로플레이트와, 상기 세로플레이트의 단부에서 직각으로 굽어져 형성되되 상기 임펠러의 회전방향과 반대반향으로 굽어진 절곡플레이트를 구비하는 것을 특징으로 하는 하폐수의 고도수처리장치.
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