KR101927520B1 - Mcsbr 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템 - Google Patents

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Abstract

하수처리장의 순차적인 처리용량 증대에 대응하기 위해 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템이 개시된다. MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템은 혐기조, 무산소조, 호기조, 2개의 반응침전조, 변동수위조로 구성된다. 혐기조, 무산소조, 호기조 중의 적어도 하나에는 미생물이 부착하여 증식할 수 있는 공간을 제공하는 다수의 미생물집이 충진된다. 미생물집이 충진된 혐기조, 무산소조, 호기조 중의 적어도 하나의 처리수 배출 경로에는 미생물집 차단 구조체가 설치되어 처리수가 배출될 때 미생물집이 배출되지 못하도록 차단한다.

Description

MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템{System for treating sewage and wastewater based on media constant level continuous flow sequencing batch reactor process}
본 발명은 하폐수 처리 시스템에 관한 것으로, 특히 MCSBRTM(media constant level continuous flow sequencing batch reactor) 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 하수나 폐수에 포함되어 있는 오염물질은 크게 유기물과 영양 염류인 질소, 인으로 대별된다. 특히, 영양 염류인 질소와 인이 그대로 하천으로 방류되면 부영양화를 초래하고 해양에서는 적조 발생의 원인이 되기 때문에, 이들을 처리할 수 있는 생물학적 고도처리공정이 도입되고 있다.
예를 들어, 생물학적 고도처리공정의 하나인 질소 제거 공정은 호기성 상태에서 하폐수 중에 존재하는 유기 질소나 암모니아성 질소를 질산성 질소로 전환시키는 질산화 반응과, 질산화 반응에 의하여 생성된 질산성 질소를 무산소 상태에서 질소 가스로 전환시키는 탈질 반응으로 나눠지며, 이 두 공정을 거쳐 하폐수 중의 질소가 제거된다. 이러한 질소 제거 공법으로는 Wuhman process, Ludzack-Ettinger process, Bardenpho process, Packed bed denitrification reactor, 간헐폭기 활성슬러지, SBR(Sequencing Batch Reactor), 산화구법 등이 있다.
그리고 인 제거 공정에서는 호기성 상태에서 유기 인이 인산염의 형태로 세포 내에 축적되고 혐기성 상태에서는 미생물의 체외로 인산염의 형태로 방출된다. 이렇게 방출된 인산염은 호기성 상태에서 미생물에 의해 다시 과잉으로 섭취되어 미생물의 체내에 축적되고, 이와 같이 인을 과잉 섭취한 미생물을 잉여 슬러지로 배출함으로써 하폐수 중의 인이 제거되는 것이다. 이러한 인 제거 공법으로는 A/O, A2/O, UCT, 및 VIP 등이 있다.
한편, 최근에 들어서는 단일 반응조에서 폐수의 유입 및 처리수의 유출이 연속적으로 이루어지는 SBR 공법과 달리, 고정 수위를 구현하는 CSBR(Constant level Sequencing Batch Reactor) 공법을 이용하여 하ㅇ폐수에 포함되어 있는 오염 물질을 제거하고 있다. 이러한 CSBR 공법은 미국등록특허 제5,902,484호에 개시되어 있다. 상기한 생물학적 고도처리공정인 CSBR에서는 기본적으로, 무산소조, 혐기조, 호기조, 및 반응침전조를 이용하여 하폐수 중의 질소와 인을 제거하고 있다.
일반적으로 성장 단계에 있는 도시의 경우, 하수처리장이 건설 완료된 후에 인구 증가에 따라 하수유입량이 증가하고 삶의 질 향상에 따라 처리수질조건이 강화된다. 이러한 추세에 따라 기존의 하수처리장은 처리용량 규모를 확대하고 상향된 처리수질조건을 달성하기 위해 증설되거나 개선되는 것이 일반적이다.
이에, 본 출원인은 처리용량의 2배 증대 및 고품질의 처리수질 확보를 목적으로 종래의 CSBR 공법에 분리막을 적용한 CSBR-MBR(Membrane BioReactor) 공법(또는 CMBRTM 공법으로 지칭됨)을 개발하였으며, 이는 한국등록특허 제10-1472421호에 개시되어 있다.
그러나 처리장 건설 이후 실제로 하수유입량 증가는 서서히 이루어지며, 통상적으로 설계 여유범위로 간주하는 130% 요건에서 하수처리장 증설 계획이 검토되기 시작한다. 따라서 본 출원인의 상기 한국등록특허 제10-1472421호에 개시된 공법은 실제 여건을 감안하면 처리수질 및 시점에서 너무 앞선 측면이 있어 적용이 쉽지 않은 측면이 있다.
본 발명은 이러한 점들을 감안하여 도출된 것으로서, 하수처리장의 순차적인 처리용량 증대에 대응하기 위해 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템은, 외부로부터 유입되는 하폐수 중의 유기물을 기질로 하여 인을 방출하고 유기물을 분해하는 혐기조; 외부로부터 유입되는 하폐수, 상기 혐기조로부터 유입되는 유입수, 변동수위조로부터 유입되는 내부 반송수를 기질로 하여 질소를 제거하는 무산소조; 상기 무산소조로부터 유입되는 유입수 중의 유기물을 산화 제거하고 유기 질소 및 암모니아성 질소를 질산화 처리하는 호기조; 상기 호기조에서 처리된 처리수의 유출 경로에 병렬로 배치되는 2개의 반응침전조로서, 한쪽의 반응침전조에서는 침전, 배출, 유입의 흐름이 이루어지는 침전조 기능을 수행하는 한편, 다른 한쪽의 반응침전조에서는 호기, 무산소, 침전 반응이 이루어지는 반응조 기능을 수행하며, 상기 침전조 기능과 상기 반응조 기능을 일정시간 동안 교대로 수행하면서 연속해서 처리수를 외부로 배출하는 2개의 반응침전조; 상기 반응침전조에서 처리된 슬러지를 포함한 처리수의 일부가 이송되며, 상기 슬러지를 포함한 처리수의 일부를 보관하고 반송 라인을 통해 상기 무산소조로 반송하는 상기 변동수위조; 상기 혐기조, 상기 무산소조, 상기 호기조 중의 적어도 하나에 충진되고, 미생물이 부착하여 증식할 수 있는 공간을 제공하는 다수의 미생물집; 및 상기 미생물집이 충진된 상기 혐기조, 상기 무산소조, 상기 호기조 중의 적어도 하나의 처리수 배출 경로에 설치되고, 상기 처리수가 배출될 때 상기 미생물집이 배출되지 못하도록 차단하는 미생물집 차단 구조체를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템에 있어서, 상기 미생물집은 구조가 전체적으로 원형일 수 있으며, 다수의 동심원 원형 틀들이 방사상의 고정 축들에 의해 결합된 형상을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템에 있어서, 상기 미생물집에 부착된 상기 미생물의 탈리를 방지하기 위하여 상기 미생물집에 기능성 효소가 첨가될 수 있다.
본 발명에 따른 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템에 있어서, 상기 혐기조와 상기 무산소조에는 각각 믹서가 설치될 수 있으며, 상기 믹서는, 상기 혐기조와 상기 무산소조의 상단에 설치되거나 또는 수면에 부유하는 터빈, 상기 터빈에 연결되어 상기 혐기조와 상기 무산소조의 하단 쪽으로 뻗은 회전축, 상기 회전축의 끝에 결합되어 상기 혐기조와 상기 무산소조의 하단 근처에 배치되는 프로펠러를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템에 있어서, 상기 호기조에는 조대기포 산기관이 설치될 수 있으며, 상기 조대기포 산기관은 다수의 배관이 상기 호기조의 하단에 배치되고 하부 서포트에 의해 고정되며 수평이 유지될 수 있다.
본 발명에 따른 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템에 있어서, 상기 반응침전조에는 스컴제거 설비가 설치될 수 있으며, 상기 스컴제거 설비는, 상기 반응침전조의 처리수 배출장치에 인접하여 수면 근처에서 상기 반응침전조를 가로지르도록 설치되며, 상기 처리수 배출장치로 처리수가 배출될 때 스컴이나 거품이 배출되지 못하도록 차단하는 스컴차단 배플, 및 상기 수면에 부유하면서 상기 스컴이나 거품을 수집하여 배출하는 스컴제거 펌프 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템에 있어서, 상기 미생물집 차단 구조체는 고정 프레임, 차단망, 공기 배관, 청소용 플레이트를 포함할 수 있으며, 상기 고정 프레임은 상기 혐기조, 상기 무산소조, 상기 호기조 중의 적어도 하나의 배출단 쪽의 측벽에 체결되는 부분과 경사진 부분으로 이루어지는 하단부, 및 차단망 삽입공간을 형성하는 2개의 프레임으로 이루어지는 중단부를 구비할 수 있고, 상기 차단망은 메쉬 구조 또는 철판 타공 형태의 그물망으로서, 상기 고정 프레임의 상기 하단부 상부에 배치되는 경사진 하부 차단망, 및 상기 고정 프레임의 상기 중단부 삽입공간에 삽입되는 직립하는 상부 차단망을 구비할 수 있고, 상기 공기 배관은 공기 배출구가 상기 차단망의 하부에 위치하도록 배치되고, 상기 하부 차단망 쪽으로 공기를 공급하여 상기 미생물집에 의해 상기 하부 차단망이 막히지 않도록 하며, 상기 청소용 플레이트는 상기 차단망의 청소가 필요할 경우 임시로 상기 상부 차단망 대신에 삽입되어 상기 미생물집의 유실을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템에 있어서, 상기 2개의 반응침전조가 병렬로 배치되고, 상기 2개의 반응침전조 사이에 상기 변동수위조, 상기 혐기조, 상기 무산소조가 직렬로 배치되며, 상기 호기조가 상기 2개의 반응침전조 및 상기 무산소조와 동시에 인접하여 배치되거나, 또는 상기 2개의 반응침전조가 병렬로 배치되고, 상기 2개의 반응침전조 중 한쪽 옆에 상기 변동수위조, 상기 혐기조, 상기 무산소조가 직렬로 배치되며, 상기 호기조가 상기 2개의 반응침전조 및 상기 무산소조와 동시에 인접하여 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템에 있어서, 상기 미생물집, 상기 미생물집 차단 구조체, 상기 기능성 효소가 첨가된 미생물집, 상기 무산소조의 믹서, 상기 호기조의 조대기포 산기관, 상기 반응침전조의 스컴제거 설비 중 어느 하나는 하수처리장의 순차적인 처리용량 증대에 대응하기 위해 무중단 운전 상태에서 처리조의 배수를 하지 않고 시공될 수 있다.
본 발명에 따른 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템에 있어서, 상기 반응침전조의 처리수 배출은 특정 시간 주기로 진행되고, 상기 처리수가 배출되는 동안 상기 미생물집 차단 구조체 쪽으로 쏠려있던 상기 미생물집이 상기 반응침전조의 상기 처리수 배출이 중단될 때 자동으로 낙하하여 상기 미생물집 차단 구조체로부터 떨어질 수 있다.
본 발명의 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템에 따르면, 혐기조, 무산소조, 호기조 중의 적어도 하나에 미생물집을 충진하여 미생물량을 증대시키고 처리효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템에 따르면, 미생물집이 투입된 처리조의 배출 경로에 미생물집 차단 구조체를 설치하여 처리수가 다음 처리조로 배출될 때 미생물집이 배출되지 못하도록 차단할 수 있다.
또한, 본 발명의 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템에 따르면, 미생물집에 기능성 효소를 첨가하여 미생물집에 부착된 미생물의 탈리를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템에 따르면, 혐기조와 무산소조의 하단 근처에 각각 믹서의 프로펠러를 배치하여 높은 믹싱효율을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템에 따르면, 호기조에 파이프홀 조대기포 산기관을 채택함으로써 폭기 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템에 따르면, 반응침전조에 스컴제거 설비로서 스컴차단 배플과 스컴제거 펌프 중 적어도 하나를 설치하여 처리수의 수면에 부유하는 스컴이나 거품 등을 제거하거나 배출을 차단할 수 있다.
또한, 본 발명의 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템에 따르면, 처리조에 투입되는 미생물집, 미생물집 차단 구조체, 기능성 효소가 첨가된 미생물집, 혐기조와 무산소조의 믹서, 호기조의 조대기포 산기관, 반응침전조의 스컴제거 설비는 하수처리장의 순차적인 처리용량 증대에 대응하기 위해 무중단 운전 상태에서 처리조의 배수를 하지 않고 시공될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템에 이용되는 미생물집을 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템의 혐기조 또는 무산소조에 설치된 믹서를 보여주는 평면도 및 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템의 호기조에 설치된 산기관을 보여주는 평면도 및 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템의 반응침전조에 설치된 스컴제거 설비를 보여주는 평면도 및 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템에 설치된 미생물집 차단 구조체의 한 예를 보여주는 평면도 및 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템에 설치된 미생물집 차단 구조체의 다른 예를 보여주는 평면도, 단면도 및 측면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템의 다른 배치 예를 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템의 또 다른 배치 예를 보여주는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
본 발명은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 여기에 개시된 실시예들로 한정하여 해석되지 않아야 할 것이다. 개시된 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 발명의 원리 및 특징들은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 매우 다양한 실시예들에서 적용될 수 있을 것이다.
또한, 실시예들을 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 잘 알려져 있거나 본 발명과 직접 관련이 없는 사항에 대해서는 본 발명의 핵심을 흐리지 않고 명확히 전달하기 위하여 설명을 생략할 수 있다. 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 첨부 도면을 통틀어 동일하거나 대응하는 구성요소에는 동일한 참조번호를 부여한다.
기술 용어들 및 과학 용어들을 비롯하여 여기에 사용된 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 한편, 단수 형태로 기재되더라도, 문맥상 명백히 다르게 지시하지 않는 한, 복수 형태를 포함하는 것이다.
본 발명의 하폐수 처리 시스템은 기존의 SBR(Sequencing Batch Reactor) 공법과 달리, 처리수의 연속 유입, 연속 유출 및 고정 수위를 구현하는 CSBRTM(Constant level Sequencing Batch Reactor) 공법을 기반으로 하며, 특히 CSBR에 미생물집(media)을 추가한 MCSBRTM(media constant level continuous flow sequencing batch reactor) 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템이다.
도 1은 본 발명에 따른 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템의 개념도이다. 그러나 도 1에 도시된 하폐수 처리 시스템의 처리조 배치는 단지 하나의 예이며, 본 발명이 이러한 배치에 한정되지는 않는다. 본 발명의 하폐수 처리 시스템은 도 8 및 도 9에서 후술하는 바와 같이 다양한 배치 형태로 처리조들을 구성할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같은 본 발명의 하폐수 처리 시스템은 혐기조(10), 무산소조(20), 호기조(30), 2개의 반응침전조(40), 변동수위조(50)를 포함하여 구성된다.
혐기조(10)는 외부로부터 유입되는 하폐수 중의 유기물을 기질로 하여 인을 방출하고 유기물을 분해하는 처리조이다.
무산소조(20)는 외부로부터 유입되는 하폐수, 혐기조(10)로부터 유입되는 유입수, 변동수위조(50)로부터 유입되는 내부 반송수를 기질로 하여 질소를 제거하는 처리조이다.
호기조(30)는 무산소조(20)로부터 유입되는 유입수 중의 유기물을 산화 제거하고 유기 질소 및 암모니아성 질소를 질산화 처리하는 처리조이다.
2개의 반응침전조(40)는 호기조(30)에서 처리된 처리수의 유출 경로에 병렬로 배치되는 처리조이다. 2개의 반응침전조(40) 중에서, 한쪽의 반응침전조에서는 침전, 배출, 유입의 흐름이 이루어지는 침전조 기능을 수행하는 한편, 다른 한쪽의 반응침전조에서는 호기, 무산소, 침전 반응이 이루어지는 반응조 기능을 수행한다. 2개의 반응침전조(40)는 이러한 침전조 기능과 반응조 기능을 일정시간 동안 교대로 수행하면서 연속해서 처리수를 외부로 배출한다. 또한, 반응침전조(40)에서 처리된 슬러지를 포함한 처리수의 일부는 변동수위조(50)로 이송되며 반송 라인을 통해 무산소조(20)로 반송된다.
변동수위조(50)는 반응침전조(40)로부터 이송되는 슬러지를 포함한 처리수를 보관하고 이를 무산소조(20)로 공급한다.
이러한 처리조들의 배치 구성에서, 혐기조(10)와 무산소조(20)의 위치는 하폐수의 유기물 특성, 슬러지 순환 방식, 계절적 온도 조건에 따라 변화되는 산소포화도 등에 따라 서로 바뀔 수도 있으며, 변동수위조(50)의 슬러지 반송 라인은 무산소조(20) 또는 혐기조(10)에 연결될 수 있다.
본 발명의 하폐수 처리 시스템에서, 혐기조(10), 무산소조(20), 호기조(30) 중의 적어도 하나에는 미생물집(60)이 충진된다. 미생물집(60)은 미생물량을 증대시켜 처리효율을 향상하기 위한 것으로, 아래에서 도 2를 참조하여 자세히 설명할 것이다.
또한, 본 발명의 하폐수 처리 시스템에서, 미생물집(60)이 투입된 처리조의 배출 경로에는 미생물집 차단 구조체(70)가 설치된다. 미생물집 차단 구조체(70)는 처리수가 다음 처리조로 배출될 때 미생물집(60)도 함께 배출되지 못하도록 차단하는 역할을 한다. 미생물집 차단 구조체(70)는 아래에서 도 6과 도 7을 참조하여 자세히 설명할 것이다.
또한, 본 발명의 하폐수 처리 시스템에서, 무산소조(20)에는 믹서(21)가 설치된다. 믹서(21)는 기계식 교반기로서, 아래에서 도 3을 참조하여 자세히 설명할 것이다.
또한, 본 발명의 하폐수 처리 시스템에서, 호기조(30)에는 산기관(31)이 설치된다. 산기관(31)은 파이프홀 조대기포 산기관으로서, 아래에서 도 4를 참조하여 자세히 설명할 것이다.
또한, 본 발명의 하폐수 처리 시스템에서, 반응침전조(40)에는 스컴제거 설비(41, 42)가 설치된다. 스컴제거 설비는 스컴차단 배플(41)과 스컴제거 펌프(42)를 포함하며, 아래에서 도 5를 통해 자세히 설명할 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템에 이용되는 미생물집을 예시한 도면이다.
전술한 바와 같이, 하수처리장의 최초 건설 이후에 하수유입량이 증가하면서 일반적인 설계 여유율인 130% 선에 이르러 최초 설계범위를 초과할 경우, 증량되는 하폐수 농도별 미생물량에 입각하여 처리조별 증설 계획을 수립하게 된다. 그리고 혐기조(10), 무산소조(20), 호기조(30)에는 각각 투입이 가능한 미생물집(60)의 적정량을 산정하여 투입한다. 이때 산정되는 미생물집(60)의 적정량은 대략 수천 개에서 많게는 수만 개일 수 있다.
미생물집(60)은 처리조 내의 미생물이 부착하여 증식할 수 있는 공간을 제공한다. 따라서 도 2에 도시된 바와 같이, 미생물집(60)은 미생물의 접촉 면적을 최대화할 수 있는 구조를 가지며, 미생물집(60)이 처리조 내에서 유동할 때에도 미생물이 쉽게 분리되거나 이탈되지 않는 구조를 가진다. 또한, 미생물집(60)은 유동에 따른 압력이 가해져도 변형이 잘 일어나지 않거나 변형이 생기더라도 복원력이 우수한 구조를 가진다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 미생물집(60)의 구조는 전체적으로 원형이며, 다수의 동심원 원형 틀들이 방사상의 고정 축들에 의해 결합된 형상을 가진다. 예컨대, 미생물집(60)은 재질이 폴리에틸렌(polyethylene)과 같은 합성수지이며, 실제 크기는 지름이 24∼26mm 정도, 두께가 3∼4mm 정도이다.
한편, 미생물집(60)에는 기능성 효소가 첨가될 수 있다. 기능성 효소는 미생물집(60)에 부착된 미생물의 탈리를 방지하기 위한 것이다. 예를 들어, 미생물집(60)을 형성하는 액상의 폴리에틸렌 물질을 유효 미생물(effective microorganism)의 성장을 촉진하는 유산균, 광합성 세균, 효모, 방선균, 또는 기타 발효 균류의 일부 또는 혼합액 등의 기능성 효소와 혼합하여 미생물집(60) 내에 주입할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템의 혐기조 또는 무산소조에 설치된 믹서를 보여주는 평면도 및 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 혐기조(도 1의 10)와 무산소조(20)에는 각각 믹서(21)가 설치된다. 믹서(21)는 기계식 교반기로서, 터빈(21a)과 회전축(21b)과 프로펠러(21c)를 포함하여 구성된다. 터빈(21a)은 혐기조(10)와 무산소조(20) 각각의 상단에 설치되거나 또는 수면(S)에 부유하도록 설치된다. 회전축(21b)은 터빈(21a)에 연결되어 혐기조(10)와 무산소조(20) 각각의 하단 쪽으로 뻗어 있다. 프로펠러(21c)는 회전축(21b)의 끝에 결합되어 혐기조(10)와 무산소조(20) 각각의 하단 근처에 배치된다.
믹서(21)는 혐기조(10)와 무산소조(20) 각각의 하단 근처에 배치되는 프로펠러(21c)를 통해 높은 믹싱효율을 구현할 수 있으며, 특히 하수처리장의 순차적인 처리용량 증대에 대응하기 위해 무중단 운전 상태에서 처리조의 배수를 하지 않고 시공이 가능한 장점이 있다.
도 4는 본 발명에 따른 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템의 호기조에 설치된 산기관을 보여주는 평면도 및 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 호기조(30)에는 산기관(31)이 설치된다. 산기관(31)은 고정식 파이프홀 조대기포 산기관으로서, 다수의 배관(31a)이 호기조(30)의 하단에 배치되고 하부 서포트(31b)에 의해 고정되며 수평이 유지된다. 배관(31a)은 배관 고정부(31c)에 의해 호기조(30)의 측벽에 고정될 수 있고, 측면 서포트(31d)와 서포트 고정부(31e)에 의해 호기조(30)의 반대쪽 측벽에 고정될 수 있다.
산기관(31)은 파이프홀 조대기포 산기관을 채택함으로써 폭기 및 교반 성능을 향상시킬 수 있으며, 특히 하수처리장의 순차적인 처리용량 증대에 대응하기 위해 무중단 운전 상태에서 처리조의 배수를 하지 않고 시공이 가능한 장점이 있다.
도 5는 본 발명에 따른 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템의 반응침전조에 설치된 스컴제거 설비를 보여주는 평면도 및 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 반응침전조(40)에는 스컴제거 설비로서 스컴차단 배플(41)과 스컴제거 펌프(42)가 설치된다. 스컴제거 설비는 처리수의 수면에 부유하는 스컴이나 거품 등을 제거하거나 배출 차단을 위한 것이다.
스컴차단 배플(41)은 예컨대 그물망으로서, 반응침전조(40)의 처리수 배출장치(43)에 인접하여 수면(S) 근처에서 반응침전조(40)를 가로지르도록 설치되며, 처리수 배출장치(43)로 처리수가 배출될 때 스컴이나 거품이 배출되지 못하도록 차단하는 역할을 한다. 스컴제거 펌프(42)는 수면(S)에 부유하면서 스컴이나 거품 등을 수집하여 슬러지 처리계통으로 배출하거나 변동수위조로 반송함으로써 부유 미생물의 재순환 및 제거 기작을 담당한다.
스컴차단 배플(41)이나 스컴제거 펌프(42)는 하수처리장의 순차적인 처리용량 증대에 대응하기 위해 무중단 운전 상태에서 처리조의 배수를 하지 않고 시공이 가능한 장점이 있다.
도 6은 본 발명에 따른 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템에 설치된 미생물집 차단 구조체의 한 예를 보여주는 평면도 및 단면도이다.
도 1을 참조하여 전술한 바와 같이, 본 발명의 하폐수 처리 시스템에서, 미생물집(60)이 투입된 처리조의 배출 경로에는 미생물집 차단 구조체(70)가 설치된다. 미생물집 차단 구조체(70)는 처리수가 다음 처리조로 배출될 때(예컨대, 처리수가 혐기조(10)에서 무산소조(20)로 월류할 때, 또는 무산소조(20)에서 호기조(30)로 월류할 때, 또는 호기조(30)에서 반응침전조(40)로 월류할 때), 미생물집(60)이 배출되지 못하도록 차단하는 역할을 한다.
도 6은 반응침전조(40)에 인접하여 호기조(30)의 배출단 쪽에 설치된 미생물집 차단 구조체(70)를 보여준다. 이러한 미생물집 차단 구조체(70)는 무산소조(20)와 혐기조(10)에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 6을 참조하면, 미생물집 차단 구조체(70)는 고정 프레임(71), 차단망(72), 공기 배관(73), 청소용 플레이트(74)를 포함하여 구성된다.
고정 프레임(71)은 호기조(30)의 배출단 쪽의 측벽 상단에 체결된다. 고정 프레임(71)은 하단부(71a), 중단부(71b), 상단부(71c)로 이루어진다. 하단부(71a)는 측벽에 체결되는 부분과 경사진 부분으로 이루어진다. 중단부(71b)는 차단망 삽입공간을 형성하는 2개의 프레임으로 이루어진다. 상단부(71c)는 측벽에 체결되는 부분으로 이루어진다.
차단망(72)은 메쉬 구조 또는 철판 타공 형태의 그물망이다. 차단망(72)은 처리수는 배출하되 미생물집은 차단하는 역할을 한다. 차단망(72)은 경사진 하부 차단망(72a)과 직립하는 상부 차단망(72b)으로 이루어진다. 하부 차단망(72a)은 고정 프레임(71)의 하단부(71a) 상부에 배치되고, 상부 차단망(72b)은 고정 프레임(71)의 중단부(71b) 삽입공간에 삽입된다. 상부 차단망(72b)은 삽입 및 인양이 가능하다.
공기 배관(73)은 공기 배출구가 차단망(72)의 하부에 위치하도록 배치된다. 공기 배관(73)은 하부 차단망(72a) 쪽으로 공기를 공급하여 미생물집에 의해 하부 차단망(72a)이 막히지 않도록 한다. 공기 배관(73)이 공급한 공기는 상부 차단망(72b) 쪽으로도 유동하여 미생물집에 의한 막힘을 방지하기도 한다.
청소용 플레이트(74)는 하폐수 처리 시스템의 정상 운전시에는 설치되지 않으며, 차단망(72)의 청소가 필요할 경우 임시로 상부 차단망(72b) 대신에 삽입되어 사용된다. 즉, 상부 차단망(72b)의 청소를 위해 상부 차단망(72b)을 빼낼 경우, 청소용 플레이트(74)를 미리 삽입하여 미생물집의 유실을 방지한다.
이러한 미생물집 차단 구조체(70)는 하수처리장의 순차적인 처리용량 증대에 대응하기 위해 무중단 운전 상태에서 처리조의 배수를 하지 않고 시공이 가능한 장점이 있다.
한편, 본 발명에 따른 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템에서, 반응침전조(40)의 처리수 배출은 특정 시간 주기(예컨대, 2시간)로 진행될 수 있다. 처리수가 배출되는 동안 미생물집 차단 구조체(70) 쪽으로 쏠려있던 미생물집(60)은 반응침전조(40)의 처리수 배출이 중단될 때 자동으로 낙하하여 미생물집 차단 구조체(70)로부터 떨어질 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템에 설치된 미생물집 차단 구조체의 다른 예를 보여주는 평면도, 단면도 및 측면도이다.
도 6에서 설명한 미생물집 차단 구조체(70)가 판형 기반의 구조체라면, 도 7에 도시된 미생물집 차단 구조체(70)는 판형에 관형을 추가한 구조체라 할 수 있다. 도 7의 미생물집 차단 구조체(70)는 미생물집의 충진량이 많아서 통수면적을 넓힐 필요가 있을 경우 유용하다.
도 6의 미생물집 차단 구조체와 비교할 때, 도 7의 미생물집 차단 구조체(70)는 관형 차단망(75)를 더 구비하는 특징이 있다. 관형 차단망(75)은 다수 개 사용될 수 있으며, 고정 프레임(71)의 중단부(71b)에 결합되어 처리조의 내측으로 연장된 형태일 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템의 다른 배치 예를 보여주는 도면이다.
도 8을 참조하면, 2개의 반응침전조(40)가 병렬로 배치되고, 그 사이에 변동수위조(50), 혐기조(10), 무산소조(20)가 직렬로 배치된다. 호기조(30)는 2개의 반응침전조(40) 및 무산소조(20)와 동시에 인접하여 배치된다. 혐기조(10)와 무산소조(20)의 위치는 하폐수의 유기물 특성, 슬러지 순환 방식, 계절적 온도 조건에 따라 변화되는 산소포화도 등에 따라 서로 바뀔 수도 있다.
이러한 처리조 배치 형태는 각각의 반응침전조(40)로부터 변동수위조(50)로의 슬러지 반송 라인을 최소화할 수 있다는 장점이 있다.
도 9는 본 발명에 따른 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템의 또 다른 배치 예를 보여주는 도면이다.
도 9를 참조하면, 2개의 반응침전조(40)가 병렬로 배치되고, 한쪽 옆에 변동수위조(50), 혐기조(10), 무산소조(20)가 직렬로 배치된다. 호기조(30)는 2개의 반응침전조(40) 및 무산소조(20)와 동시에 인접하여 배치된다. 혐기조(10)와 무산소조(20)의 위치는 하폐수의 유기물 특성, 슬러지 순환 방식, 계절적 온도 조건에 따라 변화되는 산소포화도 등에 따라 서로 바뀔 수도 있다.
이러한 처리조 배치 형태는 각각의 반응침전조(40)로부터 처리수 배출 라인을 최소화할 수 있다는 장점이 있다.
이 밖에도 본 발명에 따른 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템은 다양한 처리조 배치 형태를 가질 수 있다.
본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위하여 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
10: 혐기조,
20: 무산소조, 21: 믹서, 21a: 터빈, 21b: 회전축, 21c: 프로펠러,
30: 호기조, 31: 산기관, 31a: 배관, 31b: 하부 서포트, 31c: 배관 고정부, 31d: 측면 서포트, 31e: 서포트 고정부,
40: 반응침전조, 41: 스컴차단 배플, 42: 스컴제거 펌프, 43: 처리수 배출장치,
50: 변동수위조,
60: 미생물집,
70: 미생물집 차단 구조체, 71: 고정 프레임, 71a: 하단부, 71b: 중단부, 71c: 상단부, 72: 차단망, 72a: 하부 차단망, 72b: 상부 차단망, 73: 공기 배관, 74: 청소용 플레이트, 75: 관형 차단망

Claims (10)

  1. 외부로부터 유입되는 하폐수 중의 유기물을 기질로 하여 인을 방출하고 유기물을 분해하는 혐기조;
    외부로부터 유입되는 하폐수, 상기 혐기조로부터 유입되는 유입수, 변동수위조로부터 유입되는 내부 반송수를 기질로 하여 질소를 제거하는 무산소조;
    상기 무산소조로부터 유입되는 유입수 중의 유기물을 산화 제거하고 유기 질소 및 암모니아성 질소를 질산화 처리하는 호기조;
    상기 호기조에서 처리된 처리수의 유출 경로에 병렬로 배치되는 2개의 반응침전조로서, 한쪽의 반응침전조에서는 침전, 배출, 유입의 흐름이 이루어지는 침전조 기능을 수행하는 한편, 다른 한쪽의 반응침전조에서는 호기, 무산소, 침전 반응이 이루어지는 반응조 기능을 수행하며, 상기 침전조 기능과 상기 반응조 기능을 일정시간 동안 교대로 수행하면서 연속해서 처리수를 외부로 배출하는 2개의 반응침전조;
    상기 반응침전조에서 처리된 슬러지를 포함한 처리수의 일부가 이송되며, 상기 슬러지를 포함한 처리수의 일부를 보관하고 반송 라인을 통해 상기 무산소조로 반송하는 상기 변동수위조;
    상기 혐기조, 상기 무산소조, 상기 호기조 중의 적어도 하나에 충진되고, 미생물이 부착하여 증식할 수 있는 공간을 제공하는 다수의 미생물집; 및
    상기 미생물집이 충진된 상기 혐기조, 상기 무산소조, 상기 호기조 중의 적어도 하나의 처리수 배출 경로에 설치되고, 상기 처리수가 배출될 때 상기 미생물집이 배출되지 못하도록 차단하는 미생물집 차단 구조체;를 포함하며,
    상기 미생물집 차단 구조체는 고정 프레임, 차단망, 공기 배관, 청소용 플레이트 및 관형 차단망을 포함하며,
    상기 고정 프레임은 상기 혐기조, 상기 무산소조, 상기 호기조 중의 적어도 하나의 배출단 쪽의 측벽에 체결되는 상단부와, 경사진 부분으로 이루어지는 하단부 및 차단망 삽입공간을 형성하는 2개의 프레임으로 이루어지는 중단부를 구비하고,
    상기 차단망은 메쉬 구조 또는 철판 타공 형태의 그물망으로서, 상기 고정 프레임의 상기 하단부 상부에 배치되는 경사진 하부 차단망, 및 상기 고정 프레임의 상기 중단부의 차단망 삽입공간에 삽입되는 직립하는 상부 차단망을 구비하고,
    상기 공기 배관은 공기 배출구가 상기 차단망의 하부에 위치하도록 배치되고, 상기 하부 차단망 쪽으로 공기를 공급하여 상기 미생물집에 의해 상기 하부 차단망이 막히지 않도록 하며,
    상기 청소용 플레이트는 상기 차단망의 청소가 필요할 경우 임시로 상기 상부 차단망 대신에 삽입되어 상기 미생물집의 유실을 방지하며,
    상기 관형 차단망은 다수 개로 상기 고정 프레임의 중단부에 결합되어 상기 혐기조, 상기 무산소조, 상기 호기조 중 적어도 하나의 내측으로 연장된 형태로 설치되는 것을 특징으로 하는 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 미생물집은 구조가 전체적으로 원형이며, 다수의 동심원 원형 틀들이 방사상의 고정 축들에 의해 결합된 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 미생물집에 부착된 상기 미생물의 탈리를 방지하기 위하여 상기 미생물집에 기능성 효소가 첨가되는 것을 특징으로 하는 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 혐기조와 상기 무산소조에는 각각 믹서가 설치되며,
    상기 믹서는, 상기 혐기조와 상기 무산소조의 상단에 설치되거나 또는 수면에 부유하는 터빈, 상기 터빈에 연결되어 상기 혐기조와 상기 무산소조의 하단 쪽으로 뻗은 회전축, 상기 회전축의 끝에 결합되어 상기 혐기조와 상기 무산소조의 하단 근처에 배치되는 프로펠러를 포함하는 것을 특징으로 하는 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 호기조에는 조대기포 산기관이 설치되며,
    상기 조대기포 산기관은 다수의 배관이 상기 호기조의 하단에 배치되고 하부 서포트에 의해 고정되며 수평이 유지되는 것을 특징으로 하는 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반응침전조에는 스컴제거 설비가 설치되며,
    상기 스컴제거 설비는,
    상기 반응침전조의 처리수 배출장치에 인접하여 수면 근처에서 상기 반응침전조를 가로지르도록 설치되며, 상기 처리수 배출장치로 처리수가 배출될 때 스컴이나 거품이 배출되지 못하도록 차단하는 스컴차단 배플, 및
    상기 수면에 부유하면서 상기 스컴이나 거품을 수집하여 배출하는 스컴제거 펌프
    중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 2개의 반응침전조가 병렬로 배치되고, 상기 2개의 반응침전조 사이에 상기 변동수위조, 상기 혐기조, 상기 무산소조가 직렬로 배치되며, 상기 호기조가 상기 2개의 반응침전조 및 상기 무산소조와 동시에 인접하여 배치되거나, 또는
    상기 2개의 반응침전조가 병렬로 배치되고, 상기 2개의 반응침전조 중 한쪽 옆에 상기 변동수위조, 상기 혐기조, 상기 무산소조가 직렬로 배치되며, 상기 호기조가 상기 2개의 반응침전조 및 상기 무산소조와 동시에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 반응침전조의 처리수 배출은 특정 시간 주기로 진행되고, 상기 처리수가 배출되는 동안 상기 미생물집 차단 구조체 쪽으로 쏠려있던 상기 미생물집이 상기 반응침전조의 상기 처리수 배출이 중단될 때 자동으로 낙하하여 상기 미생물집 차단 구조체로부터 떨어지는 것을 특징으로 하는 MCSBR 공법을 적용한 하폐수 처리 시스템.
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