KR101904985B1

KR101904985B1 - 생물반응조 종합관리 자동제어 시스템을 이용하여 질소 제거 효율을 향상시킨 하수 고도처리장치 및 처리방법

Info

Publication number: KR101904985B1
Application number: KR1020170102947A
Authority: KR
Inventors: 최성필; 최경인; 김은정
Original assignee: 주식회사 엠지워터; 김은정
Priority date: 2017-08-14
Filing date: 2017-08-14
Publication date: 2018-11-28

Abstract

본 발명은 생물반응조 종합관리 자동제어 시스템을 이용하여 질소 제거 효율을 향상시킨 하수 고도처리장치 및 처리방법에 관한 것이다.
이에 본 발명의 기술적 요지는 하수처리장, 폐수처리장, 공장 폐수처리장 및 개별 오수정화시설에 유입되는 오수, 폐수 등에 함유되어 있는 유기물질, 부유물질, 영양염류 등 각종 오염물질을 생물학적인 처리방법으로 고도 처리하여 제거하기 위한 하수 고도처리장치 및 처리방법에 관한 것으로, 이는 피에이치(pH), NH₄-N, MLSS, 용존산소(DO) 센서와 연산제어장치가 구비된 'ICT를 활용한 생물반응조 종합관리 시스템'을 구축하여 질소, 인을 제거하는 생물반응조에 대하여 운전 상태를 계절별, 시간대별 하수유입량과 유입수의 피에이치(pH) 및 용존산소(DO)농도를 실시간으로 감지하고, 호기조의 공기공급량, 질산화액 내부순환량 등을 자동으로 조절/관리할 수 있도록 하는 바, 시설 설치비 절감과 소요부지 면적 절감 및 생물반응조의 송풍 전력비 절감 등을 통한 경제성을 도모하는 것을 특징으로 하는 생물반응조 종합관리 자동제어 시스템을 이용하여 질소 제거 효율을 향상시킨 하수 고도처리장치 및 처리방법에 관한 것이다.

Description

생물반응조 종합관리 자동제어 시스템을 이용하여 질소 제거 효율을 향상시킨 하수 고도처리장치 및 처리방법{A water-purifying treatment device with renewable energy generation plant and using waste glass and artificial filter medium Manufactured by Method}

본 발명은 하수처리장, 폐수처리장, 공장 폐수처리장 및 개별 오수정화시설에 유입되는 오수, 폐수 등에 함유되어 있는 유기물질, 부유물질, 영양염류 등 각종 오염물질을 생물학적인 처리방법으로 고도 처리하여 제거하기 위한 하수 고도처리장치 및 처리방법에 관한 것이다.

이에 본 발명은 피에이치(pH), NH₄-N, MLSS, 용존산소(DO) 센서와 연산제어장치가 구비된 'ICT를 활용한 생물반응조 종합관리 시스템'을 구축하여 질소, 인을 제거하는 생물반응조에 대하여 운전 상태를 계절별, 시간대별 하수유입량과 유입수의 피에이치(pH) 및 용존산소(DO) 농도를 실시간으로 감지하고, 호기조의 공기공급량, 질산화액 내부순환량 등을 자동으로 조절/관리할 수 있도록 하는 바, 이는 시설 설치비 절감과 소요부지 면적 절감 및 생물반응조의 송풍 전력비 절감 등을 통한 경제성을 도모하는 것을 특징으로 한다.

일반적으로 하수, 폐수 및 우수에는 유기물질, 부유물질, 질소, 인 등 다양한 오염물질을 함유하고 있어 이를 적정하게 처리하지 않고 방류할 경우에 방류수역의 수질오염 및 부영양화를 유발시켜 수서생태계에 악영향을 미치게 된다.

이러한 문제를 해소하기 위하여 이들 오염물질은 통상적으로 공공처리시설에서 미생물에 의한 생물학적 처리방법으로 처리하고 있다.

한편, 위 종래의 생물학적 처리방법으로 질소, 인 오염물질을 처리할 경우 생물반응조의 미생물 생육에 필요한 공기를 공급하여 주는데 필요한 에너지가 전체 처리장에 소요되는 에너지의 약 40% 정도를 차지하게 된다.

그러나, 기존 생물반응조는 질산화 및 탈질 등에 대한 처리 과정시 그 상태를 수중에서 실시간으로 파악하여 할 수 없어(공기공급량과 질산화액 순환량을 자동제어할 수 있는 시스템이 미비함) 시간대별 유입유량과 수질 변화에 적정하게 대응하지 못하게 되고, 이는 처리효율이 불안정하게 확보될 수 밖에 없으며, 결국 방류수 수질기준을 초과할 우려가 있어 기존 생물반응조의 설계시에는 위와 같은 안전성의 문제를 고려하여 시설규모를 실제 필요한 용량보다 다소 과도하게 설계하게 된다.

다시 말해, 하수처리장 운영에 소요되는 에너지비용 중 생물반응조의 미생물에 공기를 공급하기 위한 송풍동력비가 전체 동력비의 약 40% 이상을 차지하고 있어 생물반응조에 공급되는 공기공급량 최적화로 에너지 비용을 절감할 수 있는 기술 개발의 필요성이 높아지고 있으며, 최근에는 운전관리 자동화와 처리수질의 한층 더 안정화를 가능하게 하는 기술도 요구되는 실정이다.

1. 대한민국 공개특허 제10-2013-0007714호(2013년 01월 21일 공개)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 기술적 요지는 하수 고도처리장치의 개발에 있어서 새로운 고도처리시설을 신설할 수 있을 뿐만 아니라 표준활성오니법으로 설치되어 가동 중인 기존시설에 본원 하수 고도처리장치를 도입할 경우에 시설용량적으로 표준활성오니법 정도의 수준에 적합한 규모로 고도처리시설을 전환할 수 있도록 함으로써, 효율적인 기술 도입과 시설 개선비용 및 유지관리비 절감에 기여할 수 있는 것을 제공함에 그 목적이 있다.

이에 본 발명은 하수처리장에 'ICT를 활용한 생물반응조 종합관리 시스템'을 도입하여 기존 혐기, 무산소, 호기법보다 처리성능 및 처리특성이 우수한 기술을 개발함으로서 시설 설치비 절감, 에너지 절감, 시설면적 절감을 통한 하수 고도처리의 선진화에 기여할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 하수 고도처리장치는 하수처리장의 스크린조와 침사지를 거쳐 침사물과 협잡물이 제거된 유입 하수에 대하여 미세 유기성 입자를 제거하여 후속 공정시 오염물질의 여과 부하를 감소시키도록 하는 중력침전방식 구조의 1차 침전지(100)와; 1차 침전지의 유출수와 2차 침전지로부터 회수된 반송슬러지 내 인산염이 활성슬러지 미생물에 의해 혐기 상태에서 분해되어 인이 방출되도록 혐기조(210)가 구비되고, 혐기조의 유출수와 호기조에서 순환되는 질산화액에 대하여 질산성질소(NO₃-N)를 질소(N₂)로 환원시켜 탈질화시키도록 무산소조(220)가 구비되며, 혐기조와 무산소조에서 미처리된 잔류 유기물질을 제거하도록 하되, 다단으로 이루어진 각 조의 말단 및/또는 어느 일측단에는 피에이치(pH) 센서, 암모니아성질소(NH₄-N) 센서, 질산성질소(NO₃-N) 센서, 엠엘에스에스(MLSS) 센서, 용존산소(DO센서) 센서가 구비되어 잔류 질소량을 파악하도록 형성되고, 각 조 중 말단 측에는 별도의 순환설비(233)가 구비되어 암모니아성질소(NH₄-N)을 질산성질소(NO₃-N)로 산화시킨 질산화액이 무산소조로 순환(질소제거 효율을 향상 목적 선택적 실시)되면서 미생물에 공기를 공급하도록 호기조(230)가 구비되는 생물반응조(200)와; 상기 호기조에서 생성된 플록을 중력방식으로 침전시켜 제거하고 슬러지를 반송시키거나 인발시키도록 형성되는 2차 침전지(300)와; 호기조의 피에이치(pH) 센서, 암모니아성질소(NH₄-N) 센서, 질산성질소(NO₃-N) 센서, 엠엘에스에스(MLSS) 센서, 용존산소(DO) 센서로부터 수집된 정보에 의해 생물반응조의 전체 운전 상태를 감지하도록 연산제어장치(410)가 구비되도록 하되, 상기 연산제어장치(410)는 생물반응조의 계절별, 시간대별 하수유입량과 유입수 내 피에이치(pH) 그리고 용존산소(DO) 농도를 실시간으로 감지하도록 형성되고, 각 조의 공기공급량과 질산화액 내부순환량을 자동으로 조절/관리할 수 있도록 정보통신기술(ICT)이 적용되도록 하는 생물반응조 종합관리 시스템(400)이; 구성되어 이루어진다.

이에, 상기 혐기조(210)는 2차 침전지에서 유입된 반송슬러지가 침전되는 것을 방지하도록 다수개의 블레이드를 갖는 샤프트가 구동모터에 의해 회전하도록 하는 교반기 또는 수중교반기(211)와; 내부에 유기물이 부족하다고 판단될 경우 유입수가 1차 침전지를 거치지 않고 직접 유입되도록 하는 우회 수로(212)와; 필요시 1차 침전지로부터 슬러지를 공급받도록 일련의 공급라인이 형성되는 슬러지 공급배관(213)이; 구성되어 이루어진다.

이때, 상기 무산소조(220)는 호기조 말단에서 질산화액이 유입되도록 하는 유입구(221)와; 호기조에서 유입된 질산화액의 침전을 방지하면서 그로인한 부패를 방지하도록 다수개의 블레이드를 갖는 샤프트가 구동모터에 의해 회전하도록 하는 교반장치 또는 수중교반기(222)와; 교반장치 일측에 형성되어 질산화액의 침전과 그에 따른 부패를 방지하도록 하는 폭기장치(223)와; 내부에 메탄올을 포함한 외부 탄소원을 공급하도록 하는 탄소공급장치(224)가; 구성되어 이루어진다.

또한, 상기 호기조(230)는 미생물 처리에 의한 하수의 질산화 및 탈질이 동시에 이루어지는 공정으로서 최소 3조 이상으로 구성하도록 하되, 각 분할 구획된 호기조 내의 피에이치(pH), 용존산소(DO) 농도를 피에이치(pH) 센서, 용존산소(DO센서) 센서로 하여금 감지한 후 설정값을 기준으로 질산화와 탈질 영역에 맞는 송풍량을 판단하고 공기량을 증감하여 부하변동에 따른 피에이치(pH)와 용존산소(DO) 농도를 제어하도록 하는 송풍기(231)와; 분할 구획된 호기조의 말단에 구비되어 엠엘에스에스(MLSS) 센서값을 토대로 고형물 체류시간을 감지한 뒤 연산제어장치(410)에 의해 펌프를 구동시켜 슬러지의 순환을 도모하도록 하는 고형물 체류시간 관리장치(232)가; 더 구성되어 이루어진다.

이에, 상기 호기조(230)의 송풍기(231)는 미생물에 공기를 공급하기 위한 것으로 산소의 전달효율을 향상시키고 에너지 절감효과를 높일 수 있도록 미세기포 또는 초미세기포 분사가 가능한 산기배관(231-1)과 산기장치(231-2)가 더 구비되도록 형성된다.

이때, 상기 2차 침전지(300)는 침전된 슬러지를 중앙으로 수집하도록 하는 슬러지 피트(310)와; 슬러지 피트 일측에 형성되어 수집된 슬러지를 혐기조 전단부로 반송하도록 하는 슬러지 반송장치(320)와; MLSS농도를 측정하도록 하는 MLSS농도계(330)와; SS농도를 실시간 파악한 뒤 질산화에 필요한 고형물 체류시간의 최적성과 인 제거 조건을 고려하여 필요한 잉여슬러지량을 슬러지 농축조로 이송하기 위한 잉여슬러지 반출장치(340)가; 구비되어 이루어진다.

또한, 상기 2차 침전지(300)는 처리수 중 미처리 유기물질, 부유물질, 인을 포함한 오염물질에 대하여 고도 여과처리하여 하천 유지용수나 기타 목적으로 재사용할 수 있도록 하는 여과장치(350)와; 여과장치의 처리수 중 대장균군을 포함한 세균성 균에 대하여 소독을 수행하도록 하되, 처리수의 수질상태를 자동으로 감시 관리하도록 하는 소독 및 방류조(360)와; 1차 침전지와 2차 침전지에서 발생되는 슬러지를 고액분리하여 농축시키도록 하는 슬러지 농축조(370)와; 슬러지 농축조에서 이송된 슬러지에 대하여 수분함량을 줄이고 탈수 후 외부 반출을 도모하도록 하는 슬러지 저류 및 탈수장치(380)가; 더 구성되어 이루어진다.

이때, 상기 여과장치(350)는 처리수에 약품을 투입하여 응집반응시켜 플록을 형성하는 응집반응조(351)와; 여과조는 하향류식 여과방식으로서 자갈, 모래, 스트레이너가 구비된 하부지지체로 구성되고, 사용여재는 규사(SiO₂) 원료에 발포제를 혼합하여 고온에서 발포 소성하도록 하되, 입자 크기는 0.3mm~50mm 이고, 건조시 밀도가 0.3g/㎤~0.9g/㎤ 이며, 수분포화시 밀도가 1.0g/㎤~1.8g/㎤ 이고, 공극률이 65%~85% 이며, 압축강도가 10kg/㎠~30kg/㎠ 로 형성되는 샌드여재(352)와; 상기 샌드여재에 대하여 여과기능을 회복시키도록 공기와 물을 이용하여 역세척을 수행하도록 하는 역세척장치(353)가; 구성되어 이루어진다.

또한, 상기 소독 및 방류조(360)는 여과장치로부터 유출된 처리수에 대하여 대장균을 포함한 각종 세균을 소독할 수 있도록 하는 소독장치(361)와; 처리수의 방류수 수질기준에 따라 규정된 설정값(pH, BOD, COD, SS, T-N, T-P 및 대장균군 준수값)을 감지할 수 있도록 하는 수질측정장치(362)와; 수질 측정이 완료된 처리수의 방류 유량을 측정할 수 있도록 하는 방류유량계(363)가; 구성되어 이루어진다.

한편, 본 발명은 상술한 하수 고도처리장치를 이용하여 하수 고도처리방법을 수행할 수 있는 것으로, 상술한 1차 침전지(100), 생물반응조(200), 2차 침전지(300) 및 생물반응조 종합관리 시스템(400)이; 구성된 하수 고도처리장치가 구비되도록 하되, 호기조 내의 NH₄-N, MLSS, 피에이치(pH), 용존산소(DO) 농도를 기본으로 질산화와 탈질영역에 맞는 풍량을 판단하고, 상기 호기조 내에 공급하는 공기량을 증감시켜 하수처리를 하는 방식으로서, 측정된 상기 NH₄-N, NO₃-N, MLSS, 피에이치(pH), 용존산소(DO) 농도가 각각 일정범위의 설정값에 의해 상기 공기량을 증감하여 부하변동에 따른 상기 공기공급량 및 상기 피에이치(pH) 설정치가 자동 변환되면서 처리되도록 형성된다.

이에, 상기 생물반응조 종합관리 시스템(400)은 송풍기(공기공급장치)가 풀 가동하여 40분에서 1시간 이내에 피에이치(pH) 설정값을 유지할 경우에 DO설정값에 의한 송풍기의 운전이 대응하는 방식으로서, 계절별 하수의 유입부하 변동에 따른 송풍기의 송풍량 최적값을 확보하도록 계절별 하수의 유입부하 변동의 데이터를 감지 저장하고, 이에 계절별 최적의 피에이치(pH) 설정값을 설정하여 자동 운영되도록 형성된다.

또한, 상기 생물반응조 종합관리 시스템(400)은 호기조의 유입 상류측 수질을 피에이치(pH) 메타로 하여 수질 지표로 정할 수 있거나 유기물, T-N, NO₃-N을 기준으로 정할 수도 있고, 산화환원전위 및 NH₄-N로 수질 지표를 적용시킬 수도 있으며, 유입 상류측 호기조에 설치된 피에이치(pH) 메타, 유기물, T-N, NH₄-N농도의 측정값이 목표값을 상회 할 경우에는 송풍기의 공기량을 증대시켜 유입 부하에 적합한 값으로 대응시키며 질산화를 유도하고, 유입 상류측 호기조에 설치된 피에이치(pH) 메타, 유기물, T-N, NH₄-N농도의 측정값이 목표값보다 적을 경우에는 송풍기의 공기량을 감소시켜 탈질을 유도하며, 유입 상류측 호기조에 설치된 산화환원전위 및 NO₃-N농도의 측정값이 목표값을 상회 할 경우에는 송풍기의 송풍량을 감소시켜 탈질을 유도시키고, 유입 상류측 호기조에 설치된 산화환원전위 및 NO₃-N농도의 측정값이 목표값보다 적을 경우에는 송풍기의 공기량을 증대시켜 유입 부하에 적합한 값으로 대응시키며 질산화를 유도하도록 형성된다.

아울러, 상기 생물반응조 종합관리 시스템(400)은 호기조 내 하수 중의 용존산소(DO) 농도를 질산화하기 위해 필요한 DO농도 설정값을 0.5~2.0mg/L 범위로 한 상태에서 호기조 내의 하수 용존산소(DO) 농도, 피에이치(pH) 농도센서가 호기조의 실시간 피에이치(pH) 농도값의 변화량에 감지하면서 생물반응조에 공급하는 공기량을 제어하도록 하되, DO농도<DO농도 설정값 0.5mg/L 이면서 피에이치(pH) 농도 > 피에이치(pH) 농도 설정값 6.5의 경우에는 질산화 진행으로 판단하여 송풍기의 송풍량을 증가시키고, 용존산소(DO) 농도 > 용존산소(DO) 농도 설정값 0.5mg/L 이면서 피에이치(pH) 농도 < 피에이치(pH) 농도 설정값 6.5의 경우에는 탈질화 진행으로 판단하여 탈질화에 필요한 최소한의 송풍량을 공급하도록 형성된다.

이와 같이, 본 발명은 화장실, 주방, 목욕실 등으로부터 배출되는 가정오수와 각종 생산 활동에 기인하여 발생되는 산업 폐수를 적정하게 처리하기 위한 하/폐수처리장 등에서 질소, 인을 제거하는 생물반응조의 운전상태를 피에이치(pH), NH₄-N, MLSS, 용존산소(DO) 센서와 연산제어장치가 구비된 'ICT를 활용한 생물반응조 종합관리 시스템'을 이용하여 계절별, 시간대별 하수유입량과 유입수의 피에이치(pH) 및 용존산소(DO) 농도를 실시간으로 감지하여 호기조의 공기공급량, 질산화액 내부순환량 등을 자동으로 조절/관리함으로서 시설설치비 절감, 소요부지 면적 절감 및 생물반응조의 송풍전력비 절감 등을 통한 질소 제거 효율 향상과 경제성이 크게 향상되어 국내 수 처리기술의 수준을 향상시키고 관련 기술의 대외경쟁력 확보로 해외수출을 주도하는데 크게 기여할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 하수처리장 전체 처리계통을 나타낸 계통도,
도 2는 본 발명에 따른 'ICT를 활용한 생물반응조 종합관리 시스템'의 제어 흐름도,
도 3은 본 발명에 따른 혐기조에 대한 개략적인 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 무산소조에 대한 개략적인 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 호기조에 대한 개략적인 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 2차 침전조에 대한 개략적인 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 2차 침전조의 여과장치에 대한 개략적인 단면도,
도 8은 본 발명에 따른 공기공급장치에 대한 개략적인 단면도,
도 9는 본 발명에 따른 2차 침전조의 소독 및 방류조에 대한 개략적인 단면도,
도 10은 본 발명에 따른 생물반응조 종합관리 시스템의 연산제어장치에 대한 개략적인 예시도,
도 11은 도 2에 따른 호기조의 피에이치(pH) 값과 용존산소(DO) 값에 의한 송풍량 제어도,
도 12는 도 2에 따른 호기조의 질산화 및 탈질화단계 표시판 예시도이다.

다음은 첨부된 도면을 참조하며 본 발명을 보다 상세히 설명하겠다.

먼저, 도 1에서 보는 바와 같이 본 발명의 하수 고도처리장치는 하수 차집관거를 통하여 하수가 하수처리장으로 유입되면 스크린조, 침사지, 유량조정조, 1차침전지, 혐기조, 무산소, 호기조, 2차침전지, 여과장치, 소독 및 방류조를 통과하는 수 처리계통과 수 처리과정에서 발생하는 하수슬러지를 처리하기 위한 농축조, 슬러지 저류조 및 탈수공정으로 구성되어 진다.

이에, 상기 1차 침전지(100)는 도 2에서 보는 바와 같이 하수처리장의 스크린조와 침사지(미도시)를 거쳐 침사물과 협잡물이 제거된 유입 하수에 대하여 미세 유기성 입자를 제거하여 후속 공정시 오염물질의 여과 부하를 감소시키도록 하는 중력 침전방식 구조로 형성된다.

이때, 상기 하수처리장의 스크린조는 하수에 혼입된 대형 부유물질과 협잡물들을 제거하기 위하여 대형 협잡물을 제거하는 조목 스크린과 작은 협잡물을 제거하는 세목 스크린으로 구성된다.

또한, 상기 하수처리장의 침사지는 하수 중의 모래 등 비중이 무겁고 무기성 입자를 가라앉혀 제거해주는 침사 설비로 구성된다.

이에, 상기 생물반응조(200)는 혐기조(210), 무산소조(220) 및 호기조(230)로 크게 구성된다.

이때, 상기 혐기조(210)는 도 2 또는 도 3에 도시된 바와 같이 인 제거를 위한 혐기조의 개략적인 단면도로서, 1차 침전지의 유출수와 2차 침전지로부터 회수된 반송슬러지 내 인산염이 활성슬러지 미생물에 의해 혐기 상태에서 분해되어 인이 방출되도록 형성된다.

다시 말해, 상기 혐기조는 1차 침전지의 유출수와 2차 침전지의 슬러지가 반송펌프 및 배관을 통하여 혐기조로 유입되면 공기가 완전히 없는 혐기 상태에서 활성슬러지 미생물의 체내에 인산염 인이 방출된다.

이를 위하여 혐기조의 체류시간은 1시간 내지 2시간으로 하며 반송슬러지의 침전을 방지하기 위하여 교반기가 구비되고, 유입수 중의 유기물은 인 방출 및 탈질반응에 수소 공여체로 이용되기 때문에 유입수의 유기물 농도가 낮아 유기물이 부족하다고 판단될 경우에는 유입수를 1차침전지를 거치지 않고 혐기조로 직유입시키는 우회 수로, 1차침전지 슬러지를 공급받기 위한 배관 등이 구비되어진다.

또한, 상기 무산소조(220)는 도 2 또는 도 4에서 보는 바와 같이 질소를 탈질하기 위한 무산소조의 개략적인 단면도로서, 혐기조의 유출수와 호기조에서 순환되는 질산화액에 대하여 질산성질소(NO₃-N)를 질소(N₂)로 환원시켜 탈질화시키도록 형성된다.

이에, 상기 무산소조(220)는 크게 유입구(221), 교반장치 또는 수중교반기(222)와 폭기장치(223) 및 탄소공급장치(224)로 구성된다.

이때, 상기 유입구(221)은 호기조 말단에서 질산화액이 유입되도록 형성된다.

또한, 상기 교반장치 또는 수중교반기(222)는 호기조에서 유입된 질산화액의 침전을 방지하면서 그로인한 부패를 방지하도록 다수개의 블레이드를 갖는 샤프트가 구동모터에 의해 회전하도록 형성된다.

이때, 상기 폭기장치(223)는 교반장치 일측에 형성되어 질산화액의 침전과 그에 따른 부패를 방지하도록 형성된다.

이에, 상기 탄소공급장치(224)는내부에 메탄올을 포함한 외부 탄소원을 공급하도록 형성된다.

다시 말해, 상기 무산소조는 혐기조의 유출수와 호기조 말단에서 내부 순환설비에 의하여 질산화액이 무산소조로 유입되면 탈질 미생물이 유기물을 이용하여 질소가스로 탈질하는 과정을 수행하게 되는데 DO가 없지만 질산염과 아질산염 형태의 화학적으로 결합된 산소가 호기조로부터 질산화액으로 내부 순환되고, 이것이 상기 탈질 미생물에 의해 질소 가스(N₂)화되는 탈질반응으로 질소가 제거되도록 형성된다.

이러한 무산소 조건에서 상기 반송된 질산화액에 포함되어 있는 질산성 질소(NO₃ ^-)가 질소 가스(N₂)화 되는 탈질반응은 아래와 같다.

* 탈질 반응 : 2NO₃ ^- + 2(H₂) 2NO₂ ^- + 2H₂O

2NO₂ ^- + 3(H₂) N₂ + 2OH^- + 2H₂O

무산소조의 체류시간은 상기 호기조에서 질산화 및 탈질을 수행한 후 탈질 부족분을 보완해주는 본 발명의 특징을 감안하여 기존 혐기, 무산소, 호기법과 비교하여 절반 정도로 짧은 1시간 내지 1.5시간 정도이고 질산화액 내부 순환율도 40~100% 로 적어서 무산소조의 용량을 기존 공법보다 최대 1/4수준으로 축소할 수 있다.

또한, 상기 무산소조에는 폭기장치 또는 교반장치가 구비되어 공기를 이용한 포기나 교반기를 이용한 교반이 이루어질 수 있도록 형성되어 무산소조 내에서 슬러지의 침전으로 인한 부패를 방지하는 장치와 메탄올 등 외부 탄소원을 공급하기 위한 장치가 형성된다.

이때, 상기 호기조(230)는 도 2 또는 도 4에 도시된 바와 같이 질소를 질산화 및 탈질화하기 위한 호기조의 개략적인 단면도로서, 혐기조와 무산소조에서 미처리된 잔류 유기물질을 제거하도록 형성된다.

이러한 호기조는 다단으로 이루어진 각 조의 말단 및/또는 어느 일측단에 피에이치(pH) 센서, 암모니아성질소(NH₄-N) 센서, 질산성질소(NO₃-N) 센서, 엠엘에스에스(MLSS) 센서, 용존산소(DO센서) 센서가 구비되어 잔류 질소량을 파악하도록 형성되고, 각 조 중 말단 측에는 별도의 순환설비(233)가 구비되어 암모니아성질소(NH₄-N)을 질산성질소(NO₃-N)로 산화시킨 질산화액이 무산소조로 순환(질소제거 효율을 향상 목적 선택적 실시)되면서 미생물에 공기를 공급하도록 형성된다.

이에, 상기 호기조(230)는 송풍기(231)와 고형물 체류시간 관리장치(232)가 더 구비되도록 형성된다.

즉, 상기 송풍기(231)는 미생물 처리에 의한 하수의 질산화 및 탈질이 동시에 이루어지는 공정으로서 최소 3조 이상으로 구성하도록 하되, 각 분할 구획된 호기조 내의 피에이치(pH), 용존산소(DO) 농도를 피에이치(pH) 센서, 용존산소(DO센서) 센서로 하여금 감지한 후 설정값을 기준으로 질산화와 탈질 영역에 맞는 송풍량을 판단하고 공기량을 증감하여 부하변동에 따른 피에이치(pH)와 용존산소(DO) 농도를 제어하도록 형성된다.

이때, 상기 고형물 체류시간 관리장치(232)는 분할 구획된 호기조의 말단에 구비되어 엠엘에스에스(MLSS) 센서값을 토대로 고형물 체류시간을 감지한 뒤 연산제어장치(410)에 의해 펌프를 구동시켜 슬러지의 순환을 도모하도록 형성된다.

이에, 상기 호기조(230)의 송풍기(231)는 미생물에 공기를 공급하기 위한 것으로 산소의 전달효율을 향상시키고 에너지 절감효과를 높일 수 있도록 미세기포 또는 초미세기포 분사가 가능한 산기배관(231-1)과 산기장치(231-2)가 더 구비되는 것이 바람직하다.

다시 말해, 상기 호기조는 상기 혐기조 및 무산소조를 통과한 1차침전지 유출수에 함유된 질소를 'ICT를 활용한 생물반응조 종합관리 시스템'에 보유된 질산화균에 의하여 질산성 질소로 산화된다.

또한, 질산성 질소는 호기조에서 유입하수 중의 유기물이나 슬러지에 흡착된 유기물을 수소 공여체로서 활성슬러지 중의 혐기성 세균에 의하여 환원되고 질소가스로 제거된다.

또한 순환식 탈질법이나 혐기, 무산소, 호기법과 같은 호기조 말단에서 산화된 질소를 포함한 혼합액의 일부(질산화액 순환율은 약 40% 내지 100%정도)가 무산소조에 순환되어 탈질된다. 또한 2차침전지의 반송슬러지에 포함된 질산성 질소도 혐기조에서 일부 탈질된다.

이때, 상기 호기조는 호기성 조건에서 암모니아성 질소(NH₄ ⁺)가 질산성질소(NO₃ ^-)로 질산화 될 수 있도록 하는 바, 그 반응은 다음과 같다.

* 질산화 반응 : NH₄ ⁺+ 3/2O₂ NO₂ ^-+ 2H⁺+ H₂O

NO₂ ^-+ 1/2O₂ NO₃ ^-

상기 호기조는 'ICT를 활용한 생물반응조 종합관리 시스템'에 의하여 질산화 및 탈질을 동시에 발생시키므로 질산화 및 탈질의 효율적인 진행을 위하여 호기조의 단위 조는 최소 3조 이상으로 구성하며 호기조의 체류시간은 7시간 내지 8시간으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 호기조의 운전상태 종합관리를 위한 NH₄-N, MLSS, 피에이치(pH), 용존산소(DO) 센서 등과 연산제어장치가 포함된 'ICT를 활용한 생물반응조 종합관리 시스템'과 상기 호기조의 미생물의 생육에 필요한 공기를 공급하기 위하여 송풍장치 및 산기장치 등 공기공급장치를 구비하도록 구성되어진다.

이에, 도 5는 호기조에 공기를 공급하기 위한 송풍기(231)에 대한 개략적인 단면도로서, 상기 송풍기(231)는 하수처리장 전체 사용에너지의 약 40%를 차지하는 호기조의 에너지 절감을 위하여 산기장치에서 공급되는 공기의 산소전달효율을 향상시키는 대책 강구가 시급한 실정이다.

이를 위하여 송풍기에서 공급되는 공기의 입자 크기를 미세기포 또는 초미세기포 형태로 형성시켜 산기시킴으로서 공기와 물과의 접촉면적을 높여 산기전달효율을 높일 수 있는 산기배관(231-1) 및 산기장치(231-2) 등을 포함한 송풍기로 구성되어진다.

이때, 상기 2차 침전지(300)는 도 2 또는 도 6 내지 도 9에서 보는 바와 같이 호기조에서 생성된 플록을 중력방식으로 침전시켜 제거하고 슬러지를 반송시키거나 인발시키도록 형성된다.

또한, 상기 2차 침전지(300)는 침전된 슬러지를 중앙으로 수집하도록 하는 슬러지 피트(310)가 형성된다.

그리고, 상기 2차 침전지(300)는 슬러지 피트 일측에 슬러지 반송장치(320)가 형성되어 수집된 슬러지를 혐기조 전단부로 반송하도록 형성된다.

이때, 상기 2차 침전지는 MLSS농도를 측정하도록 MLSS농도계(330)가 더 구비되고, SS농도를 실시간 파악한 뒤 질산화에 필요한 고형물 체류시간의 최적성과 인 제거 조건을 고려하여 필요한 잉여슬러지량을 슬러지 농축조로 이송하기 위한 잉여슬러지 반출장치(340)가; 더 구비되도록 형성된다.

이에, 상기 2차 침전지(300)는 도 7에 도시된 바와 같이 처리수 중 미처리 유기물질, 부유물질, 인을 포함한 오염물질에 대하여 고도 여과처리하여 하천 유지용수나 기타 목적으로 재사용할 수 있도록 하는 여과장치(350)가 더 구비되도록 형성된다.

즉, 상기 여과장치는 한정된 수자원을 하천 유지용수, 농업용수, 조경용수, 공업용수, 도로용수 및 수세식 화장실 용수 등으로 효율적으로 재이용하기 위하여 2차 침전지의 처리수에 함유된 유기물질, 부유물질 및 인 등을 약품의 응집반응에 의하여 플록을 형성한 후 재이용목적에 적합한 수질로 고도 여과처리하도록 형성된다.

이때, 상기 여과장치(350)는 처리수에 약품을 투입하여 응집반응시켜 플록을 형성하는 응집반응조(351)와; 여과조는 하향류식 여과방식으로서 자갈, 모래, 스트레이너가 구비된 하부지지체를 구성하고, 사용여재는 규사(SiO₂) 원료에 발포제를 혼합하여 고온에서 발포 소성하도록 하되, 입자 크기는 0.3mm~50mm 이고, 건조시 밀도가 0.3g/㎤~0.9g/㎤ 이며, 수분포화시 밀도가 1.0g/㎤~1.8g/㎤ 이고, 공극률이 65%~85% 이며, 압축강도가 10kg/㎠~30kg/㎠ 로 형성되는 샌드여재(352)와; 상기 샌드여재에 대하여 여과기능을 회복시키도록 공기와 물을 이용하여 역세척을 수행하도록 하는 역세척장치(353)가; 더 구성되어 이루어진다.

이때, 상기 역세척장치(353)는 도 8에 도시된 바와 같이 공기발생장치 일측에 에어공급배관이 형성되고, 상기 에어공급배관 일측에는 스트레이너 지지체가 구비되도록 하되, 상기 스트레이너 지지체(353-1)는 다수개의 결합공(353-2)이 형성된 플레이트 패널(353-3)이 구비되도록 하되, 상기 결합공(353-2)에는 스트레이너 부재(353-4)가 조립되도록 형성되고, 상기 스트레이너 부재(353-4)는 결합공(353-2)을 관통하여 양단부가 플레이트 패널(353-3) 상하면 외측으로 분기되는 중공관(353-5)이 형성되고, 상기 중공관(353-5)은 외주면에 나사산이 형성되어 상측 그릴 콘(353-6)과 하측 조임너트(353-7)가 결합되도록 하되, 상기 그릴 콘(353-6)과 조임너트(353-7) 사이에는 배기홈(353-8)을 갖는 공기배출판(353-9)이 형성되어 역세척시 고압 에어가 유입되면 스트레이너 부재(353-4) 내에서 잔류하지 않고 배기홈(353-8)으로 하여금 상시 배출되도록 형성되어 차순 역세척시 공기 버블을 유발하지 않음으로써 친환경 다기능성 샌드 여재의 유실을 방지하도록 형성된다.

이를 보다 자세히 설명하면 종전에는 여과기의 여재에 포집된 부유물을 탈리시키기 위하여 공기로 역세척한 후 스트레이너 부재 하부에 잔류하는 공기로 인하여 여재 과다 유실 초래되었다.

즉, 역세척수를 배출하는 과정에서 하부의 잔류공기가 여재와 함께 상부로 유출되는 문제가 발생되었고, 스트레이너 부재의 눈목이 넓고(W=1.5mm) 기초여재가 자갈(5~10mm)과 왕사(2.5~5mm)로 구성되어 있어 일부 미세한 여재가 하부지지층을 통하여 유실되는 문제가 야기되었다.

이는 샌드 여재의 입경이 0.4~1.4mm로 미세하여 왕사, 자갈층 및 스트레이너를 통하여 하부로 일부 유실되기 때문이다.

따라서, 종전 방식의 스트레이너 부재는 여재를 공기로 역세한 후 하부에서 상부로 역세수를 유입시켜 여재를 부상시킨 후 여재 안정화 과정에서 부유물질이 여재 하부로 유입되어 역세완료후 여과 진행시 하부에 유입된 부유물질이 일정시간(5분) 유출되므로 수질이 악화되는 현상이 발생되고 있는 실정이다.

본 발명은 이를 개선하기 위한 것으로, 역세척 과정에서 스트레이너 하부에 잔존하는 잔류공기 배출이 가능한 구조인 배기홈이 형성되어 잔류공기에 의한 여재유실을 방지하도록 형성된다.

이를 위해 본 발명의 스트레이너 부재는 기존에 설치되어있는 스트레이너 부재는 눈목이 1.5mm이므로 미라클샌드의 입경이 0.4~1.4mm인 관계로 여재가 스트레나 하부로 유출되는 경우가 발생하므로 스트레나 눈목을 0.5~0.8mm로 교체하면서 상술한 배기홈을 형성하여 역세척시 하부로 여재가 유실되는 것을 방지하도록 형성된다.

또한, 상기 여과장치 후단에는 도 9에 도시된 바와 같이 여과장치를 거친 처리수 중 대장균군을 포함한 세균성 균에 대하여 소독을 수행하도록 하되, 처리수의 수질상태를 자동으로 감시 관리하도록 하는 소독 및 방류조(360)가 더 구비된다.

이때, 상기 소독 및 방류조(360)는 여과장치로부터 유출된 처리수에 대하여 대장균을 포함한 각종 세균을 소독할 수 있도록 하는 소독장치(361)와; 처리수의 방류수 수질기준에 따라 규정된 설정값(pH, BOD, COD, SS, T-N, T-P 및 대장균군 준수값)을 감지할 수 있도록 하는 수질측정장치(362)와; 수질 측정이 완료된 처리수의 방류 유량을 측정할 수 있도록 하는 방류유량계(363)가; 더 구성되어 이루어진다.

또한, 1차 침전지와 2차 침전지에서 발생되는 슬러지를 고액분리하여 농축시키도록 하는 슬러지 농축조(370)가 형성되며, 슬러지 농축조에서 이송된 슬러지에 대하여 수분함량을 줄이고 탈수 후 외부 반출을 도모하도록 하는 슬러지 저류 및 탈수장치(380)가 더 구성되어 이루어진다.

한편, 상기 생물반응조 종합관리 시스템(400)은 도 2 또는 도 10에 도시된 바와 같이 호기조의 피에이치(pH) 센서, 암모니아성질소(NH₄-N) 센서, 질산성질소(NO₃-N) 센서, 엠엘에스에스(MLSS) 센서, 용존산소(DO) 센서로부터 수집된 정보에 의해 생물반응조의 전체 운전 상태를 감지하도록 연산제어장치(410)가 구비되도록 형성된다.

이때, 상기 연산제어장치(410)는 생물반응조의 계절별, 시간대별 하수유입량과 유입수 내 피에이치(pH) 그리고 용존산소(DO) 농도를 실시간으로 감지하도록 형성되고, 각 조의 공기공급량과 질산화액 내부순환량을 자동으로 조절/관리할 수 있도록 정보통신기술(ICT)이 적용되도록 구성되어 이루어진다.

이에, 상기 연산제어장치(410)는 도 10에 도시된 바와 같이, CPU연산부(411)와 지시부(412), 전원공급장치(413), 입력부(414), 출력부(415) 및 주변장치(416)로 크게 구성된다.

이때, 상기 CPU연산부(411)는 메모리에 저장된 프로그램을 해독하거나 처리내용을 실행하도록 형성된다.

또한, 상기 지시부(412)는 연산된 피에이치(pH) 값, 용존산소(DO) 농도, NH₄-N, NO₃-N, MLSS, 송풍량, 밸브각도 및 운전 상태값과 질산화단계, 탈질화 단계를 표시하기 위하여 전면에 디스플레이가 형성되도록 한다.

그리고, 상기 전원공급장치(413)는 회로 전반에 전원을 공급해주도록 형성된다.

이에, 상기 입력부(414)는 외부기기의 상태를 검출하거나 조작 판넬을 통해 외부장치의 움직임을 지시하는 부분으로서 외부기기와 전기적 규격이 일치하며 외부기기와 접촉이 용이하고 외부기기로부터 노이즈가 CPU연산부에 전달되지 않도록 형성된다.

또한, 상기 출력부(415)는 외부에 접속된 전자 접촉기나 솔레노이드에 전달하여 외부기기를 움직이거나 상태를 표시하는 부분으로서 접점의 개폐가 빈번한 경우를 감안하여 직류전원 전용인 트랜지스터 출력을 사용하도록 형성된다.

그리고, 상기 주변장치(416)는 CPU연산부의 메모리에 대하여 프로그램의 읽고 쓰기가 가능하도록 형성된다.

한편, 본 발명은 상술한 하수 고도처리장치를 이용하여 하수 고도처리방법을 수행할 수 있는 것으로, 위에서 설명한 하수 고도처리장치인 1차 침전지(100), 생물반응조(200), 2차 침전지(300) 및 생물반응조 종합관리 시스템(400)이 구성된 하수 고도처리장치가 구비되도록 하되, 호기조 내의 NH₄-N, MLSS, 피에이치(pH), 용존산소(DO) 농도를 기본으로 질산화와 탈질영역에 맞는 풍량을 판단하고, 상기 호기조 내에 공급하는 공기량을 증감시켜 하수처리를 하는 방식으로서, 측정된 상기 NH₄-N, NO₃-N, MLSS, 피에이치(pH), 용존산소(DO) 농도가 각각 일정범위의 설정값에 의해 상기 공기량을 증감하여 부하변동에 따른 상기 공기공급량 및 상기 피에이치(pH) 설정치가 자동 변환되면서 처리하도록 형성된다.

이에, 상기 하수 고도처리방법의 생물반응조 종합관리 시스템(400)은 송풍기(공기공급장치)가 풀 가동하여 40분에서 1시간 이내에 피에이치(pH) 설정값을 유지할 경우에 DO설정값에 의한 송풍기의 운전이 대응하는 방식으로서, 계절별 하수의 유입부하 변동에 따른 송풍기의 송풍량 최적값을 확보하도록 계절별 하수의 유입부하 변동의 데이터를 감지 저장하고, 이에 계절별 최적의 피에이치(pH) 설정값을 설정하여 자동 운영되도록 형성된다.

또한, 상기 하수 고도처리방법의 생물반응조 종합관리 시스템(400)은 호기조의 유입 상류측 수질을 피에이치(pH) 메타로 하여 수질 지표로 정할 수 있거나 유기물, T-N, NO₃-N을 기준으로 정할 수도 있고, 산화환원전위 및 NH₄-N로 수질 지표를 적용시킬 수도 있으며, 유입 상류측 호기조에 설치된 피에이치(pH) 메타, 유기물, T-N, NH₄-N농도의 측정값이 목표값을 상회 할 경우에는 송풍기의 공기량을 증대시켜 유입 부하에 적합한 값으로 대응시키며 질산화를 유도한다.

이에, 유입 상류측 호기조에 설치된 피에이치(pH) 메타, 유기물, T-N, NH₄-N농도의 측정값이 목표값보다 적을 경우에는 송풍기의 공기량을 감소시켜 탈질을 유도하며, 유입 상류측 호기조에 설치된 산화환원전위 및 NO₃-N농도의 측정값이 목표값을 상회 할 경우에는 송풍기의 송풍량을 감소시켜 탈질을 유도시킨다.

또한, 유입 상류측 호기조에 설치된 산화환원전위 및 NO₃-N농도의 측정값이 목표값보다 적을 경우에는 송풍기의 공기량을 증대시켜 유입 부하에 적합한 값으로 대응시키며 질산화를 유도하도록 형성된다.

아울러, 상기 하수 고도처리방법의 생물반응조 종합관리 시스템(400)은 호기조 내 하수 중의 용존산소(DO) 농도를 질산화하기 위해 필요한 DO농도 설정값을 0.5~2.0mg/L 범위로 한 상태에서 호기조 내의 하수 용존산소(DO)농도, 피에이치(pH) 농도센서가 호기조의 실시간 피에이치(pH) 농도값의 변화량에 감지하면서 생물반응조에 공급하는 공기량을 제어하도록 형성된다.

이때, DO농도<DO농도 설정값 0.5mg/L 이면서 피에이치(pH) 농도 > 피에이치(pH) 농도 설정값 6.5의 경우에는 질산화 진행으로 판단하여 송풍기의 송풍량을 증가시키고, 용존산소(DO) 농도 > 용존산소(DO) 농도 설정값 0.5mg/L 이면서 피에이치(pH) 농도 < 피에이치(pH) 농도 설정값 6.5의 경우에는 탈질화 진행으로 판단하여 탈질화에 필요한 최소한의 송풍량을 공급하도록 형성된다.

다음은 도 2에서 보는 바와 같이 본 발명의 기술요지인 'ICT를 활용한 생물반응조 종합관리 시스템'의 제어 계통을 설명한다.

먼저, 호기조에는 NH₄-N, 피에이치(pH), 용존산소(DO) 센서를 2차침전지의 슬러지 피트에는 MLSS센서를 설치하였다.

각 센서에 의한 계측결과를 이용, 연산제어장치에서 호기조의 현황과 ASRT의 종합관리를 통하여 공기배관에 설치된 각각의 공기량 조절밸브에 의한 송풍량 조정과 질산화탈질 상황에 맞는 공기량 공급을 실행하여 호기조에서 질산화탈질 반응을 동시에 실행시킨다.

또한, 'ICT를 활용한 생물반응조 종합관리 시스템'에 의한 질산화에 필요한 질산화균 관리를 위하여 NH₄-N, DO센서는 호기조 중간 정도와 NH₄-N, 피에이치(pH), MLSS, DO센서는 호기조 말단에 각각 수직관으로 구분된 산기영역에 설치된다.

또한, 수직관으로 구분된 산기영역에는 적절한 공기량 증감장치의 공기량 조절밸브가 설치되며 수직관에 설치된 송풍량 조절밸브의 각도 조절을 실행하여 송풍기의 대수와 출력제어를 실행한다.

상기 호기조 말단에 설치된 피에이치(pH)센서는 호기조에서의 질산화탈질을 실행하는 운전의 지표로 사용되며 호기조에서 질산화 반응이 진행되면 알칼리도가 소비되어 피에이치(pH)가 저하된다.

상기 'ICT를 활용한 생물반응조 종합관리 시스템'에서는 피에이치(pH) 값이 설정값에 도달하기 전까지 질산화 반응이 일어나며 피에이치(pH) 값이 설정값 이상으로 도달하면 탈질반응이 진행되도록 구성되어진다.

한편, 도 10은 'ICT를 활용한 생물반응조 종합관리 시스템'의 연산제어장치에 대한 개략적인 예시도이다.

상기 'ICT를 활용한 생물반응조 종합관리 시스템'에서 연산제어장치의 구성은 외함, 내함, CPU연산부, 지시부, 전원공급장치, 입력부 및 출력부 그리고 주변장치로 크게 구성된다.

이에, 상기 외함은 각종 부품을 내장하고 보호하면서 습기로 말미암아 내부 부품의 기능이 저해되지 않도록 방호한다.

이때, 상기 내함은 상기 연산제어장치에 CPU연산부, 지시부, 입력부, 출력부 및 주변장치 등을 설치하도록 형성된다.

또한, 상기 CPU연산부는 상기 연산제어장치의 메모리에 저장되어 있는 프로그램을 해독하거나 처리내용을 실행하도록 형성된다.

이때, 상기 지시부는 상기 연산제어장치에 의하여 연산된 NH₄-N, MLSS, 피에이치(pH)값, 용존산소(DO) 농도, 송풍량, 밸브각도 등 운전상태값과 질산화단계, 탈질화단계 등을 표시하기 위하여 전면에 문자와 알림 등으로 형성된다.

이에, 상기 전원공급장치는 상기 연산제어장치의 각 부품에 전원을 공급해주도록 형성된다.

이때, 상기 입력부는 상기 연산제어장치에 외부기기의 상태를 검출하거나 조작 판넬을 통해 외부장치의 움직임을 지시하는 부분으로서 외부기기와 전기적 규격이 일치하며 외부기기와 접촉이 용이하고 외부기기로부터 노이즈가 CPU쪽에 전달되지 않도록 형성된다.

또한, 상기 출력부는 상기 연산제어장치의 외부에 접속된 전자 접촉기나 솔레노이드에 전달하여 외부기기를 움직이거나 상태를 표시하는 부분으로서 접점의 개폐가 빈번한 경우를 감안하여 직류전원 전용인 트랜지스터 출력을 사용하도록 형성된다.

이에, 상기 주변장치는 상기 연산제어장치의 메모리에 프로그램을 기록하도록 형성된다.

이에, 도 11은 호기조의 피에이치(pH) 값과 용존산소(DO) 값에 대한 송풍량 제어 순서도를 나타낸 것으로, 상기 호기조의 피에이치(pH) 값이 설정값 이하이면 송풍기 가동을 정지시키고 탈질운전을 실시하며, 설정값이면 송풍기의 가동상태를 현재 수준으로 유지하면서 탈질운전을 실시하고, 피에이치(pH) 값이 설정값 이상이면 송풍기를 가동시켜 질산화 운전을 실시한다.

또한, 상기 호기조의 용존산소(DO) 값이 설정치의 하한값 이하이면 송풍기의 가동을 증가시켜 운전하고, 설정값이면 송풍기의 가동상태를 현재 수준으로 유지하고, 용존산소(DO) 값이 설정값 이상이면 질산화 운전을 위하여 공기공급량을 감소시킨 후 운전한다.

이에, 도 12는 호기조의 질산화 및 탈질화 단계의 제어판 예시도로서, 상기 호기조의 피에이치(pH) 값이 설정값 이상으로 이동시 질산화 탈질 알림 등의 질산화 진행 지시에 의한 송풍기의 밸브각도는 100%로 열리고, 용존산소(DO) 실측값은 용존산소(DO) 설정영역의 송풍량 유지 영역을 목표로 1단계 출력 100%(송풍량 100%), 2단계 출력 98%(송풍량 90%), 3단계 출력 96%(송풍량 80%), 4단계 출력 94%(송풍량 70%), 5단계 출력 92%(송풍량 60%)로 송풍량을 1~5단계로 단계적으로 증감시킨다.

또한, 피에이치(pH) 값이 설정값 이하로 이동시 질산화 탈질 알림등의 탈질화 진행 지시에 의한 송풍기의 밸브각도는 20%로 닫힌다.

이때, 송풍량은 용존산소(DO) 실측값과 관계없이 송풍기 정지 및 탈질에 필요한 최소한의 송풍량을 공급한다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

100 ... 1차 침전지
200 ... 생물반응조 210 ... 혐기조
211 ... 교반기 또는 수중교반기 212 ... 우회 수로
213 ... 슬러지 공급배관 220 ... 무산소조
221 ... 유입구 222 ... 교반장치 또는 수중교반기
223 ... 폭기장치 224 ... 탄소공급장치
230 ... 호기조 231 ... 송풍기
231-1 ... 산기배관 231-2 ... 산기장치
232 ... 고형물 체류시간 관리장치
300 ... 2차 침전지 310 ... 슬러지 피트
320 ... 슬러지 반송장치 330 ... MLSS농도계
340 ... 잉여슬러지 반출장치 350 ... 여과장치
351 ... 응집반응조 352 ... 샌드여재
353 ... 역세척장치 360 ... 소독 및 방류조
361 ... 소독장치 362 ... 수질측정장치
363 ... 방류유량계 370 ... 슬러지 농축조
380 ... 슬러지 저류 및 탈수장치
400 ... 생물반응조 종합관리 시스템
410 ... 연산제어장치 411 ... CPU연산부
412 ... 지시부 413 ... 전원공급장치
414 ... 입력부 415 ... 출력부
416 ... 주변장치

Claims

하수처리장의 스크린조와 침사지를 거쳐 침사물과 협잡물이 제거된 유입 하수에 대하여 미세 유기성 입자를 제거하여 후속 공정시 오염물질의 여과 부하를 감소시키도록 하는 중력침전방식 구조의 1차 침전지(100)와; 1차 침전지의 유출수와 2차 침전지로부터 회수된 반송슬러지 내 인산염이 활성슬러지 미생물에 의해 혐기 상태에서 분해되어 인이 방출되도록 혐기조(210)가 구비되고, 혐기조의 유출수와 호기조에서 순환되는 질산화액에 대하여 질산성질소(NO₃-N)를 질소(N₂)로 환원시켜 탈질화시키도록 무산소조(220)가 구비되며, 혐기조와 무산소조에서 미처리된 잔류 유기물질을 제거하도록 하되, 다단으로 이루어진 각 조의 말단 및/또는 어느 일측단에는 피에이치(pH) 센서, 암모니아성질소(NH₄-N) 센서, 질산성질소(NO₃-N) 센서, 엠엘에스에스(MLSS) 센서, 용존산소(DO센서) 센서가 구비되어 잔류 질소량을 파악하도록 형성되고, 각 조 중 말단 측에는 별도의 순환설비(233)가 구비되어 암모니아성질소(NH₄-N)을 질산성질소(NO₃-N)로 산화시킨 질산화액이 무산소조로 순환되면서 미생물에 공기를 공급하도록 호기조(230)가 구비되는 생물반응조(200)와; 상기 호기조(230)에서 생성된 플록을 중력방식으로 침전시켜 제거하고 슬러지를 반송시키거나 인발시키도록 형성되는 2차 침전지(300)와; 호기조의 피에이치(pH) 센서, 암모니아성질소(NH₄-N) 센서, 질산성질소(NO₃-N) 센서, 엠엘에스에스(MLSS) 센서, 용존산소(DO) 센서로부터 수집된 정보에 의해 생물반응조의 전체 운전 상태를 감지하도록 연산제어장치(410)가 구비되도록 하되, 상기 연산제어장치(410)는 생물반응조의 계절별, 시간대별 하수유입량과 유입수 내 피에이치(pH) 그리고 용존산소(DO) 농도를 실시간으로 감지하도록 형성되고, 호기조의 각 조의 공기공급량과 질산화액 내부순환량을 자동으로 조절 및 관리할 수 있도록 정보통신기술(ICT)이 적용되도록 하는 생물반응조 종합관리 시스템(400)이; 구성되도록 하되, 상기 2차 침전지(300)는 처리수 중 미처리 유기물질, 부유물질, 인을 포함한 오염물질에 대하여 고도 여과처리하여 하천 유지용수나 기타 목적으로 재사용할 수 있도록 하는 여과장치(350)와; 여과장치의 처리수 중 대장균군을 포함한 세균성 균에 대하여 소독을 수행하도록 하되, 처리수의 수질상태를 자동으로 감시 관리하도록 하는 소독 및 방류조(360)와; 1차 침전지와 2차 침전지에서 발생되는 슬러지를 고액분리하여 농축시키도록 하는 슬러지 농축조(370)와; 슬러지 농축조에서 이송된 슬러지에 대하여 수분함량을 줄이고 탈수 후 외부 반출을 도모하도록 하는 슬러지 저류 및 탈수장치(380)가; 더 구성되며, 상기 여과장치(350)는 처리수에 약품을 투입하여 응집반응시켜 플록을 형성하는 응집반응조(351)와; 여과조는 하향류식 여과방식으로서 자갈, 모래, 스트레이너로 구성된 하부지지체와 사용여재는 규사(SiO₂)에 발포제를 혼합하여 고온에서 발포 소성하도록 하되, 입자 크기는 0.3mm~50mm 이고, 건조시 밀도가 0.3g/㎤~0.9g/㎤ 이며, 수분포화시 밀도가 1.0g/㎤~1.8g/㎤ 이고, 공극률이 65%~85% 이며, 압축강도가 10kg/㎠~30kg/㎠ 로 형성되는 샌드여재(352)와; 상기 샌드여재에 대하여 여과기능을 회복시키도록 공기와 물을 이용하여 역세척을 수행하도록 하는 역세척장치(353)가; 구성되어 이루어지며, 상기 연산제어장치(410)는 메모리에 저장된 프로그램을 해독하거나 처리내용을 실행하기 위한 CPU연산부(411)와; 연산된 pH값, DO농도, NH₄-N, NO₃-N, MLSS, 송풍량, 밸브각도 및 운전 상태값과 질산화단계, 탈질화 단계를 표시하기 위하여 전면에 디스플레이가 형성되는 지시부(412)와; 회로 전반에 전원을 공급해주는 전원공급장치(413)와; 외부기기의 상태를 검출하거나 조작 판넬을 통해 외부장치의 움직임을 지시하는 부분으로서 외부기기와 전기적 규격이 일치하며 외부기기와 접촉이 용이하고 외부기기로부터 노이즈가 CPU연산부에 전달되지 않도록 하는 입력부(414)와; 외부에 접속된 전자 접촉기나 솔레노이드에 전달하여 외부기기를 움직이거나 상태를 표시하는 부분으로서 접점의 개폐가 빈번한 경우를 감안하여 직류전원 전용인 트랜지스터 출력을 사용하는 출력부(415)와; CPU연산부의 메모리에 대하여 프로그램의 읽고 쓰기가 가능한 주변장치(416)가; 구성되어 이루어지되, 상기 호기조(230)는 미생물 처리에 의한 하수의 질산화 및 탈질이 동시에 이루어지는 공정으로서 최소 3조 이상으로 구성하도록 하되, 각 분할 구획된 호기조 내의 피에이치(pH), 용존산소(DO) 농도를 피에이치(pH) 센서, 용존산소(DO센서) 센서로 하여금 감지한 후 설정값을 기준으로 질산화와 탈질 영역에 맞는 송풍량을 판단하고 공기량을 증감하여 부하변동에 따른 피에이치(pH)와 용존산소(DO) 농도를 제어하도록 하는 송풍기(231)와; 분할 구획된 호기조의 말단에 구비되어 엠엘에스에스(MLSS) 센서값을 토대로 고형물 체류시간을 감지한 뒤 연산제어장치(410)에 의해 펌프를 구동시켜 슬러지의 순환을 도모하도록 하는 고형물 체류시간 관리장치(232)가; 더 구성되며, 호기조 내의 피에이치(pH), 용존산소(DO) 농도를 기본으로 질산화와 탈질 영역에 맞는 송풍량을 판단하고, 상기 호기조 내의 공기량을 증감하도록 하되, 측정된 피에이치(pH)가 일정범위의 설정값에 의해 공기량을 증감하여 부하변동에 따른 용존산소(DO) 농도를 변화시키도록 형성되며, 호기조 말단에 설치된 NH₄-N, NO₃-N센서값에 의한 잔류 질소량을 파악하여 질산화액 순환 여부를 판단하고 질산화액을 순환시킬 경우 상기 호기조의 상류측의 무산소조에 상기 호기조에서 질산화시킨 하수(질산화액)를 최대 100%까지 내부반송율로 내부순환시키는 순환설비가 형성되며, 상기 호기조 내의 MLSS센서값을 토대로 고형물 체류시간을 관리하도록 하되, 호기조의 운전상태 종합관리를 위한 NH₄-N, NO₃-N, MLSS, 용존산소(DO), 용존산소(DO) 센서 및 연산제어장치와 연동되도록 형성되고, 호기조의 피에이치(pH) 값이 설정값 이하이면 송풍기 가동을 정지시키고 탈질운전을 실시하며, 설정값이면 송풍기의 가동상태를 현상유지 수준으로 유지하면서 탈질운전을 실시하고, 피에이치(pH) 값이 설정값 이상이면 송풍기를 가동시켜 질산화 운전을 실시하며, 상기 호기조의 용존산소(DO) 값이 설정치의 하한값 이하이면 송풍기의 가동을 증가시켜 운전하고, 설정값이면 송풍기의 가동상태를 현상유지 수준으로 유지하며, 용존산소(DO) 값이 설정값 이상이면 질산화 운전을 위하여 공기공급량을 감소시킨 후 운전하며, 상기 호기조의 피에이치(pH) 값이 설정값 이상으로 이동시 질산화 탈질 알림에 의한 질산화 진행 지시에는 송풍기(231)의 밸브각도가 100%로 열리고, 용존산소(DO) 실측값은 용존산소(DO) 설정영역의 송풍량 유지 영역을 목표로 1단계 출력 100%(송풍량 100%), 2단계 출력 98%(송풍량 90%), 3단계 출력 96%(송풍량 80%), 4단계 출력 94%(송풍량 70%), 5단계 출력 92%(송풍량 60%)로 송풍량을 1~5단계로 단계적으로 증감시키고, 피에이치(pH) 값이 설정값 이하로 이동시에는 질산화 탈질 알림에 의한 탈질화 진행 지시 송풍기(231)의 밸브각도는 20%로 닫히도록 하는 것을 특징으로 하는 하수 고도처리장치에 있어서,
상기 역세척장치(353)는 공기발생장치 일측에 에어공급배관이 형성되고, 상기 에어공급배관 일측에는 스트레이너 지지체가 구비되도록 하되, 상기 스트레이너 지지체(353-1)는 다수개의 결합공(353-2)이 형성된 플레이트 패널(353-3)이 구비되도록 하되, 상기 결합공(353-2)에는 스트레이너 부재(353-4)가 조립되도록 형성되고, 상기 스트레이너 부재(353-4)는 결합공(353-2)을 관통하여 양단부가 플레이트 패널(353-3) 상하면 외측으로 분기되는 중공관(353-5)이 형성되고, 상기 중공관(353-5)은 외주면에 나사산이 형성되어 상측 그릴 콘(353-6)과 하측 조임너트(353-7)가 결합되도록 하되, 상기 그릴 콘(353-6)과 조임너트(353-7) 사이에는 배기홈(353-8)을 갖는 공기배출판(353-9)이 형성되어 역세척시 고압 에어가 유입되면 스트레이너 부재(353-4) 내에서 잔류하지 않고 배기홈(353-8)으로 하여금 상시 배출되도록 형성되어 차순 역세척시 공기 버블을 유발하지 않음으로써 샌드 여재의 유실을 방지하도록 하는 것을 특징으로 하는 생물반응조 종합관리 자동제어 시스템을 이용하여 질소 제거 효율을 향상시킨 하수 고도처리장치.
제 1항에 있어서, 상기 혐기조(210)는
2차 침전지에서 유입된 반송슬러지가 침전되는 것을 방지하도록 다수개의 블레이드를 갖는 샤프트가 구동모터에 의해 회전하도록 하는 교반기 또는 수중교반기(211)와;
내부에 유기물이 부족하다고 판단될 경우 유입수가 1차 침전지를 거치지 않고 직접 유입되도록 하는 우회 수로(212)와;
필요시 1차 침전지로부터 슬러지를 공급받도록 일련의 공급라인이 형성되는 슬러지 공급배관(213)이;
구성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 생물반응조 종합관리 자동제어 시스템을 이용하여 질소 제거 효율을 향상시킨 하수 고도처리장치.
제 1항에 있어서, 상기 무산소조(220)는
호기조 말단에서 질산화액이 유입되도록 하는 유입구(221)와;
호기조에서 유입된 질산화액의 침전을 방지하면서 그로인한 부패를 방지하도록 다수개의 블레이드를 갖는 샤프트가 구동모터에 의해 회전하도록 하는 교반장치 또는 수중교반기(222)와;
교반장치 일측에 형성되어 질산화액의 침전과 그에 따른 부패를 방지하도록 하는 폭기장치(223)와;
내부에 메탄올을 포함한 외부 탄소원을 공급하도록 하는 탄소공급장치(224)가;
구성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 생물반응조 종합관리 자동제어 시스템을 이용하여 질소 제거 효율을 향상시킨 하수 고도처리장치.
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제 1항에 있어서, 상기 호기조(230)의 송풍기(231)는 미생물에 공기를 공급하기 위한 것으로 산소의 전달효율을 향상시키고 에너지 절감효과를 높일 수 있도록 미세기포 또는 초미세기포 분사가 가능한 산기배관(231-1)과 산기장치(231-2)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 생물반응조 종합관리 자동제어 시스템을 이용하여 질소 제거 효율을 향상시킨 하수 고도처리장치.
제 1항에 있어서, 상기 2차 침전지(300)는
침전된 슬러지를 중앙으로 수집하도록 하는 슬러지 피트(310)와;
슬러지 피트 일측에 형성되어 수집된 슬러지를 혐기조 전단부로 반송하도록 하는 슬러지 반송장치(320)와;
MLSS농도를 측정하도록 하는 MLSS농도계(330)와;
SS농도를 실시간 파악한 뒤 질산화에 필요한 고형물 체류시간의 최적성과 인 제거 조건을 고려하여 필요한 잉여슬러지량을 슬러지 농축조로 이송하기 위한 잉여슬러지 반출장치(340)가;
구비되는 것을 특징으로 하는 생물반응조 종합관리 자동제어 시스템을 이용하여 질소 제거 효율을 향상시킨 하수 고도처리장치.
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제 1항에 있어서, 상기 소독 및 방류조(360)는
여과장치로부터 유출된 처리수에 대하여 대장균을 포함한 각종 세균을 소독할 수 있도록 하는 소독장치(361)와;
처리수의 방류수 수질기준에 따라 규정된 설정값인 pH, BOD, COD, SS, T-N, T-P 및 대장균군 준수값을 감지할 수 있도록 하는 수질측정장치(362)와;
수질 측정이 완료된 처리수의 방류 유량을 측정할 수 있도록 하는 방류유량계(363)가;
구성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 생물반응조 종합관리 자동제어 시스템을 이용하여 질소 제거 효율을 향상시킨 하수 고도처리장치.
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