KR101971057B1 - 부력 조절이 가능한 자연 부상식 처리수 배출장치 및 이를 이용한 연속회분식 하폐수 처리공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부력이 있는 부체를 이용하여 일정한 수면하의 상등수만을 배출시킬 수 있도록 구성되는 배출장치와 이를 이용한 연속회분식 하폐수 처리공법에 관한 것으로, 상세하게는 SBR 반응조의 내부에 설치되어 상등수를 배출하는 배출장치에 있어서, 상기 SBR 반응조의 일측벽을 관통하여 고정 설치되며 상등수의 배출을 제어하기 위한 상등수배출밸브가 구비되는 배출관; 상기 SBR 반응조의 내부에서 상기 배출관과 연통하며, 상기 배출관과 연결되는 일단이 상기 배출관으로부터 회전 가능하도록 결합되는 하나 이상의 메인부력관; 상기 메인부력관에 결합되며 선택적으로 부력이 발생되도록 구성되어 상기 메인부력관의 부력을 조정하는 보조부체; 상기 메인부력관의 타단과 연통하고 상기 SBR 반응조 내부의 상등수가 유입되는 유입관; 상기 유입관에 연결되고 상기 SBR 반응조의 수위에 따라 승강하여 상기 유입관을 수면과 일정한 간격으로 유지시키는 부력유지구; 및 일단이 상기 SBR 반응조의 유효운전수심 범위 내에 연통하고 타단이 상기 배출관과 연통하도록 설치되며, 상등수유입밸브가 구비되어 배출기 초기에 상기 SBR 반응조의 유효운전수심 범위 내에 존재하는 상등수를 상기 메인부력관에 유입되도록하여 상기 메인부력관의 부력을 감소시키는 상등수유입관;을 포함하는 것이 특징이다.

Description

부력 조절이 가능한 자연 부상식 처리수 배출장치 및 이를 이용한 연속회분식 하폐수 처리공법{spontaneous-floating type decanter with a function of adjusting buoyancy and sequencing batch reactor type wastewater treatment method using the same}

본 발명은 부력이 있는 부체를 이용하여 일정한 수면하의 상등수만을 배출시킬 수 있도록 구성되는 배출장치와 이를 이용한 연속회분식 하폐수 처리공법에 관한 것으로, 상세하게는 부체의 부력 조절이 가능하여 요구하는 기울기로 배출 배관을 선택적으로 위치시킬 수 있으며, 배출 배관의 회전 운동을 통해 구조적인 안정성을 도모하면서 회전에 연동하여 배출 유량이 제어될 수 있도록 한 부력 조절이 가능한 자연 부상식 처리수 배출장치 및 이를 이용한 연속회분식 하폐수 처리공법에 관한 것이다.

수처리란 미생물을 이용하는 생물학적 방법 또는 약품 등을 이용하는 화학적 방법을 통하여 수중의 질소, 인, 유기물질 등의 오염물질을 안정화된 물질로 전환시키는 것을 말한다.

일반적으로 생물학적 방법이 처리 후의 부산물 발생 및 처리비용의 측면에서 화학적 방법에 비하여 유리하므로, 현재 사용되고 있는 수처리기술은 생물학적 방법이 그 대부분을 차지하고 있다. 그러나, 생물학적 수처리공정에서는 하·폐수의 유입초기 또는 처리 후의 상등수와 침전슬러지의 분리가 어려워 미생물 또는 스컴 등이 상등수와 함께 배출되게 되어 처리과정이 복잡해지거나 처리효율이 저하되는 문제가 발생하기도 한다.

따라서, 생물학적 수처리공정에서는 중력식 또는 기계식 방법에 의한 침전공정을 거쳐 층분리된 고형물과 상등수를 어떻게 효과적으로 분리하느냐가 처리효율에 있어서 중요한 인자로 작용하게 된다.

상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 미생물 및 부유물, 스컴 기타 발생물질들이 상등수와 함께 배출되는 것을 방지하는 여러 방법들이 사용되고 있다. 즉, 펌프를 이용하여 상등수를 강제로 이송시키는 방법, 사이폰(siphon) 원리에 의한 강제배출방법, 여과막을 이용하는 방법 및 부상식 배출장치를 이용하는 분리방법 등이 그 예이다.

그러나, 펌프를 이용하여 상등수를 강제로 이송시키는 방법은 상등수와 함께 침전슬러지가 동시에 이송되거나 수면의 스컴이 동시에 배출되어 배출수 내 고형물의 농도를 증가시키게 되고, 반응조 내 생물량을 저하시킨다.

사이폰 원리에 의한 강제배출은 고정된 지점에서 상등수의 배출이 이루어지므로 유입유량이나 반응조의 운전상태 및 미생물의 상태에 따라 상등수 배출량을 조절하기 어려워 안정적인 수처리 효율을 얻을 수 없는 문제가 있다.

또한, 여과막을 이용하는 방법은 상등수와 고형물의 분리효과는 탁월하지만, 상등수 및 그 처리수를 펌핑해 주어야 하므로 별도의 동력비가 소모되며, 막모듈 자체의 비용이 과다하다는 문제가 있다.

이에 보편적으로 부상식 배출장치를 이용한 상등수 분리방법을 적용하게 되는데, 이때 부상식 배출장치는 크게 인양식 배출장치를 이용하는 방법과 부유식 배출장치를 이용하는 방법의 두 분류로 나눌 수 있다.

먼저 인양식 배출장치를 이용하는 상등수 분리방법은 유입기, 반응기, 침전기 동안에는 인양장치를 구동하 여 배출장치를 수면 위의 일정 높이로 인양해 두었다가 배출기에 이를 일정 깊이로 하강시켜 자동배출밸브를 열어 상등수를 배출시키는 방법으로, 상등수와 고형물의 분리효율은 높으나 배출장치를 상승·하강시키기 위한 인양장치의 구동수단을 이용하므로 동력비와 설비비가 소요되어 비경제적이며, 상등수의 배출과 함께 인위적으로 외부에서 배출장치를 지속적으로 하강시켜 주어야 하는 문제가 있다.

부유식 배출장치를 이용하는 상등수 분리방법은 상등수 배출장치가 부체의 부력에 의하여 소정의 깊이로 잠겨 부유된 상태로 운전되며, 이 때 상등수 유입구는 항상 수면 아래에 일정깊이를 유지하며 자동배출밸브의 작동으로 상등수의 배출유무가 결정된다. 이러한 상등수 분리 및 배출방법은 동력비가 적게들어 경제적이지만 반응기 동안 배출장치 유입구가 수면 아래에 위치하게 되므로 스컴 등이 부착되거나 방류수 유입구 내로 유입되어 상등수와 함께 배출되는 문제가 발생한다.

특히 종래 부유식 배출장치의 경우 하,폐수 처리장별로 상이한 현장 여건에 따라 배출장치의 설치각도와 반응조의 깊이가 상이하여 규격화된 배출장치의 처리장별 부력 차이가 발생함은 물론 처리장별 운전 상태에 따른 슬러지 농도와 계절의 변화에 따른 부력 차이 때문에 부력의 조절이 요구되었다.

또한 배출장치의 배출 시 배출용 배관을 합성수지관을 이용하여 수위의 변화에 따라 조절되도록 하였으나 배관의 굴곡부분의 지속적인 사용으로 인해 물리적 손상이 발생할 수 있으며 직선운동에 따라 유도관의 이물질 침착에 의한 고장 등이 빈번히 발생하는 문제점이 있다.

뿐만 아니라 종래 부유식 배출장치는 처리조의 수위에 따라 배출되는 유량 및 유속이 변동하게 되어 처리조 내의 슬러지 일렁임이 반복적으로 발생되어 처리수질이 악화되는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허 제10-2004-0042229호(2004.05.20.)

따라서 본 발명의 목적은, 부체의 부력 조절이 가능하며 배출 배관의 회전운동을 통해 관 꺽임 등의 구조적 문제점을 개선하면서 회전운동에 연동하여 상등수의 배출 유량을 제어할 수 있는 회전부상식 처리수 배출장치를 제공하고자 함이다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 부력 조절이 가능한 자연 부상식 처리수 배출장치는, SBR 반응조의 내부에 설치되어 상등수를 배출하는 배출장치에 있어서, 상기 SBR 반응조의 일측벽을 관통하여 고정 설치되며 상등수의 배출을 제어하기 위한 상등수배출밸브가 구비되는 배출관; 상기 SBR 반응조의 내부에서 상기 배출관과 연통하며, 상기 배출관과 연결되는 일단이 상기 배출관으로부터 회전 가능하도록 결합되는 하나 이상의 메인부력관; 상기 메인부력관에 결합되며 선택적으로 부력이 발생되도록 구성되어 상기 메인부력관의 부력을 조정하는 보조부체; 상기 메인부력관의 타단과 연통하고 상기 SBR 반응조 내부의 상등수가 유입되는 유입관; 상기 유입관에 연결되고 상기 SBR 반응조의 수위에 따라 승강하여 상기 유입관을 수면과 일정한 간격으로 유지시키는 부력유지구; 및 일단이 상기 SBR 반응조의 유효운전수심 범위 내에 연통하고 타단이 상기 배출관과 연통하도록 설치되며, 상등수유입밸브가 구비되어 배출기 초기에 상기 SBR 반응조의 유효운전수심 범위 내에 존재하는 상등수를 상기 메인부력관에 유입되도록하여 상기 메인부력관의 부력을 감소시키는 상등수유입관;을 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 유입관은, 상기 메인부력관과 직교하는 방향으로 구성되고 하부에 복수의 유입구가 구성되며 상부에는 하나 이상의 통기관이 구성되는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 부력유지구는, 상기 유입관과 이격된 위치에서 나란히 설치되며 그 양측면이 상기 유입관의 양측면에 각각 힌지 결합되어 상기 유입관을 축으로 회전되는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 부력유지구는, 상기 유입관이 수면과 접촉하기 이전 회전 구동에 따라 수면 상부에 존재하는 스컴이나 부유물질을 일방향으로 밀어내는 블레이드가 외주면을 따라 하나 이상 부착되는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 보조부체는, 내부에 격실이 형성되고 상기 격실로 압축공기를 주입 또는 배출시키기 위한 공기주입배출구가 형성되며 일단이 개방된 케이싱; 상기 케이싱의 타단에 설치되어 상기 격실의 길이방향을 따라 직선 운동하는 피스톤로드; 상기 피스톤로드에 장착되어 피스톤로드의 직선 운동에 연동하며 상기 격실을 두 개의 공간으로 구분하면서 각 공간 사이의 기밀을 유지하는 피스톤헤드; 및 상기 피스톤로드의 작동에 따라 상기 공기주입배출구를 통해 상기 격실로 압축공기를 주입하거나 격실에 수용된 압축공기를 배출시키는 공기주입배출부;를 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 보조부체는, 내부공간이 형성되고 일단에는 높낮이가 서로 다른 한 쌍의 통공이 구비되는 케이싱; 일측이 상대적으로 높은 위치에 있는 통공에 장착되고 타측이 상기 SBR 반응조의 외부로 노출되는 공기주입배출관; 일측이 상대적으로 낮은 위치에 있는 통공을 통과하여 상기 내부공간의 타단에 근접하도록 장착되고 타측이 상기 SBR 반응조의 외부로 노출되는 액체주입배출관; 및 상기 액체주입배출관을 통해 상기 내부공간으로 액체를 주입시키거나 내부공간에 주입된 액체를 외부로 배출시키는 액체주입배출부;를 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 배출관과 메인부력관 사이에서 설치되어 상기 메인부력관이 배출관으로부터 회전되도록 하며 상기 메인부력관의 회전 각도에 따라 상등수의 배출 유량이 제어되도록 구성되는 배출조절부;를 더 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 메인부력관은, 두 개가 한 쌍을 이루면서 상호 나란히 이격 설치되며, 상기 배출조절부는, 'T'자 형상으로 중심부에 상기 배출관이 연결되는 연통구와 양측단에 각 메인부력관이 회전 가능하도록 연결되는 한 쌍의 이음구가 구비되는 외관; 및 상기 외관에 내재되며 상기 외관 내부에서 양단에 각 메인부력관이 연결되어 메인부력관과 함께 회전 연동하며, 중심부에는 유출구가 절개되고 회전 구동에 따라 상기 외관의 연통구와 대면하는 유출구의 면적이 조정되되, 상기 메인부력관의 위치가 상기 배출관의 설치 위치로부터 상부에서 하부로 갈수록 상기 유출구의 면적이 상대적으로 커지도록 구성되는 내관;을 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 상등수배출밸브와 상등수유입밸브의 개폐 작동을 제어하는 제어모듈과, 상기 제어모듈에 전원을 공급하기 위한 전원공급모듈과, 상기 전원공급모듈의 전력 상황을 실시간으로 감시하고 감시결과에 따라 전원공급모듈의 비상 상황을 판단하는 감시모듈과, 상기 감시모듈에서 판단되는 비상 상황에 기반하여 선택적으로 저장된 비상전원이 상기 전원공급모듈로 공급되도록 제어하는 UPS모듈 및 상기 UPS모듈의 작동에 연동하여 상기 상등수배출밸브와 상등수유입밸브가 개방되도록 하는 제어신호를 상기 제어모듈로 송신하는 비상방류모듈을 포함하는 제어반;을 더 포함하는 것이 특징이다.

한편 본 발명의 부력 조절이 가능한 자연 부상식 처리수 배출장치를 이용한 연속회분식 하폐수 처리공법은, 연속회분식 하폐수 처리공법에 있어서, (a) 연속 또는 간헐적으로 원수를 SBR 반응조로 유입시키는 유입단계; (b) 상기 SBR 반응조에 유입된 원수를 교반 또는 폭기하고, 상기 SBR 반응조를 혐기 또는 호기환경으로 운전하는 반응단계; (c) 상기 SBR 반응조의 혐기 또는 호기환경에 의해 처리되는 처리수를 일정 기간 침전시키는 침전단계; (d) 상기 SBR 반응조에 침전 및 분리된 처리수 중 유효운전수심 범위에 위치하는 상등수를 상기 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항의 배출장치를 이용하여 외부로 배출하는 배출단계;를 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 배출단계는, (c-1) 상등수유입밸브를 개방하고 상등수배출밸브를 폐쇄하여 SBR 반응조의 상등수 일부가 메인부력관 내부에 유입되도록 하여 메인부력관의 자체 부력을 점차 감소시키는 단계; (c-2) 상기 메인부력관의 부력 감소에 따라 메인부력관이 하방향으로 회전하고 수면 상부에 위치하는 유입관이 기설정된 유효운전수심 범위에 진입하는 단계; (c-3) 상기 유효운전수심 범위에 진입한 유입관의 유입구를 통해 상등수가 유입되고 상기 메인부력관의 하방향 기울기에 따른 위치 에너지에 의해 유입된 상등수가 배출관으로 이송하는 단계; (c-4) 상기 상등수유입밸브를 폐쇄함과 동시에 배출관의 상등수배출밸브를 개방시켜 배출관으로 이송된 상등수를 외부로 배출하는 단계; 및 (c-5) 상기 상등수가 배출되어 SBR 반응조의 수위가 상기 유효운전수심 범위를 벗어나면 상기 상등수배출밸브를 폐쇄하여 상등수의 배출을 중지시키는 단계;를 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 (c-5) 단계에서, 상기 상등수배출밸브를 폐쇄하기에 앞서 상기 메인부력관에 연결된 보조부체의 부력이 증가되도록 조정하여 상기 메인부력관을 상방향으로 회전시키고, 상기 메인부력관의 위치에너지를 통해 내부에 수용된 잔여 상등수를 배출하는 단계를 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 (c-2) 단계에서, 상기 유입관이 기설정된 유효운전수심 범위에 진입하기에 앞서 상기 유입관에 힌지결합된 부력유지구의 블레이드가 상기 유입관이 진입하는 위치에서 수면에 존재하는 스컴 및 부상 부유물질을 밀어내는 단계를 포함하는 것이 특징이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 부력 조절이 가능한 자연 부상식 처리수 배출장치 및 이를 이용한 연속회분식 하폐수 처리공법은 부체의 부력 조절이 가능하도록 구성되어 SBR 반응조의 유량 증가 및 변동에 유동적으로 대처가 가능하면서 처리장별 적용성을 향상시키며, 기존 자연부상 방식의 수직이동에 따른 배출 방식을 회전운동 방식으로 변경하여 관 꺽임, 이물질 침적 등의 구조적 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 부력 조절이 가능한 자연 부상식 처리수 배출장치 및 이를 이용한 연속회분식 하폐수 처리공법은 배출 배관의 회전운동에 연동하여 상등수의 배출 유량을 제어할 수 있는 배출조절부를 구비함에 따라 상등수의 배출 유량 및 유속을 일정하게 유지함으로써 핀플럭의 유입 등의 수직 악화 요인을 차단하여 SBR 반응조의 안정적인 관리를 도모할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 부력 조절이 가능한 자연 부상식 처리수 배출장치의 구성을 나타내는 측면도.
도 2는 본 발명의 부력 조절이 가능한 자연 부상식 처리수 배출장치의 구성을 나타내는 평면도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 블레이드의 작동 상태를 설명하기 위한 측면도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 보조부체의 구성을 나타내는 측면도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 보조부체의 구성을 나타내는 측면도.
도 6a은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배출조절부의 구성을 나타내는 분해도.
도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배출조절부의 유출구를 나타내는 평면도.
도 6c는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배출조절부의 유출구를 나타내는 평면도.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배출조절부의 작동 상태를 나타내는 측면도.
도 8은 본 발명의 부력 조절이 가능한 자연 부상식 처리수 배출장치를 이용한 연속회분식 하폐수 처리공법을 나타내는 순서도.
도 9a 내지 도 9f는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배출공정 시 배출장치의 작동 상태를 설명하기 위한 도면.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어반의 터치스크린 패널과 운용 방법을 설명하기 위한 도면.

본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1은 본 발명의 부력 조절이 가능한 자연 부상식 처리수 배출장치의 구성을 나타내는 측면도이고, 도 2는 본 발명의 부력 조절이 가능한 자연 부상식 처리수 배출장치의 구성을 나타내는 평면도이다.

본 발명의 부력 조절이 가능한 자연 부상식 처리수 배출장치(이하 '배출장치'라 칭함)는 SBR(Sequencing Batch Reactor) 반응조(1)의 내부에 설치되어 유효운전수심 범위에서 분리된 상등수를 외부로 배출하는 장치에 관한 것이다.

여기서 상기 "유효운전수심 범위"는 상기 SBR 반응조(1)의 일련의 수처리 공정 중 침전 공정을 거쳐 분리된 상등수에 대한 배출 수심 범위로, 본 발명의 배출장치의 구동 범위가 상기 "유효운전수심 범위"에 한정되지는 않음은 당연하다.

먼저 도 1을 참조하면 본 발명의 배출장치는, 배출관(10)과 메인부력관(20)과 보조부체(30)와 유입관(40)과 부력유지구(50) 및 상등수유입관(70)을 포함하여 구성되어 있다.

상기 배출관(10)은 상기 SBR 반응조(1)의 일측벽(2)을 관통하여 고정 설치되어 있으며, 상등수의 배출을 제어하기 위한 상등수배출밸브(100)가 구되어 있다.

이송관(20)을 통해 이송하는 상등수를 외부로 배출시킨다.

그리고 상기 배출관(10)은 상기 SBR 반응조(1) 내부에서 유효운전수심 범위로부터 벗어나지 않는 위치에 설치되는 것이 바람직하며, 상기 메인부력관(20)을 통해 이송되는 상등수를 외부로 배출시킨다.

상기 메인부력관(20)은 상기 SBR 반응조(1)의 내부에서 상기 배출관(10)과 연통되어 있으며, 적어도 하나 이상 구비될 수 있다.

상기 메인부력관(20)이 둘 이상 구비되는 경우에는 상기 배출관(10)과의 연결을 위하여 연결구 등의 부속 자재가 구비될 수 있다.

상기 메인부력관(20)은 상기 배출관(10)과 연결되는 일단이 상기 배출관(10)에 회전 가능하도록 결합되어 있다. 즉 상기 메인부력관(20)은 상기 배출관(10)과의 접속 부위에 베어링 등을 통해 연결되어 고정된 배출관(10)을 축으로 하여 상방향 또는 하방향 중 어느 한 방향으로 회전할 수 있게 되는 것이며, 이러한 회전 구동은 자체 부력의 변동 또는 이하에서 설명하는 보조부체(30)의 부력 조정에 의해 구현될 수 있다.

이에 상기 메인부력관(20)은 내부가 빈 상태일 때에는 자체 부력에 의해 일정한 높이로 부유될 수 있도록 비중이 적은 재료를 이용하여야 함이 바람직하다.

이러한 메인부력관(20)은 연속회분식 반응공정의 배출공정를 제외하고는 유입공정부터 침전공정 동안에는 항상 수면 위에 존재하도록 그 기울기가 조절되어야 함으로 그 내부는 비어있는 상태로 유지된다.

상기 보조부체(30)는 상기 메인부력관(20)에 결합되며 선택적으로 부력이 발생되도록 구성되어 상기 메인부력관(20)의 부력을 증가 또는 감소시켜 어느 일 방향으로 회전 구동될 수 있도록 한다.

즉, 상기 보조부체(30)는 계절 변화 내지 SBR 반응조(1)의 슬러지 농도 등의 요인에 따른 비중 변동으로부터도 상기 메인부력관(20)이 연속회분식 반응공정의 각 공정별 요구되는 위치을 벗어나지 않도록 상기 메인부력관(20)의 부력을 보조적으로 조정하는 것이다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 보조부체의 구성을 나타내는 측면도이고, 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 보조부체의 구성을 나타내는 측면도이다.

상기 보조부체(30)의 부력 조정 구조는 다양한 공지의 기술이 적용될 수 있다.

일 예로 상기 보조부체(30)는 압축 공기가 수용되는 격실의 크기를 조정하여 부력을 조정할 수 있다.

상기 제 1부체(30)는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 격실(301)이 형성되는 케이싱(300)과 상기 격실에서 이동하는 피스톤로드(310)와 상기 피스톤로드(310)에 장착되는 피스톤헤드(320) 및 상기 격실(301)에 수용된 압축공기의 량을 제어하는 공기주입배출부(330)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 케이싱(300)은 상기 격실(301)로 압축공기를 주입 또는 배출시키기 위한 공기주입배출구(302)가 형성되며 일단이 개방되어 있다.

상기 피스톤로드(310)은 상기 케이싱(300)의 타단에 설치되어 상기 격실(301)의 길이방향을 따라 직선 운동한다. 즉 상기 피스톤로드(310)는 격실(301)의 타단으로부터 일단을 향하여 직선 운동한다.

상기 피스톤로드(310)의 직선 운동 방식은 공지기술 등을 통해 다양하게 실시될 수 있으나, 본 발명에서는 피스톤로드(310)가 암나사(311)와 숫나사(312)로 상호 결합된 상태에서 외부로부터 부여되는 회전력에 의해 암나사(311)가 회전 연동하여 숫나사(312)를 인출하거나 인입시켜 직선 운동되도록 하는 예를 제시하고 있다.

상기 피스톤헤드(320)는 케이싱(300)의 개방측을 향하는 상기 피스톤로드(310)의 일단에 장착되어 피스톤로드(320)의 직선 운동에 연동하며, 상기 격실(301)을 두 개의 공간으로 분리하면서 각 공간 사이의 기밀을 유지하도록 실링부재가 장착되어 있다.

상기 피스톤헤드(320)는 상기 피스톤로드(310)의 직선 운동에 따라 격실(301)에 위치가 결정될 수 있다. 이에 따라 분리된 양 격실(301) 중 압축공기가 수용된 하나의 격실(301)의 수용 면적이 결정될 수 있으며, 이때 다른 하나의 격실(301)에는 케이싱(300)의 개방측을 통해 SBR 반응조(1) 내의 처리수가 유동적으로 수용된다.

상기 공기주입배출부(330)는 상기 피스톤로드(310)의 직선 운동에 따라 상기 공기주입배출구(302)를 통해 상기 격실(301)로 압축 공기를 선택적으로 주입한다.

상기 공기주입배출부(330)는 압축 공기를 수용하게 되는 하나의 격실(301)의 크기에 따라 압축 공기를 해당 격실(301)로 주입하거나, 해당 격실(301)에 수용된 압축 공기의 일부를 외부로 배출시킬 수 있다.

본 실시 예에 따른 보조부체(30)는 피스톤 방식을 이용하여 분리된 격실(301) 중 압축 공기가 수용된 하나의 격실(301)에 대한 수용 면적을 선택적으로 조정함으로써 부력이 조절될 수 있다.

즉 도 4b에 도시된 바와 같이 상기 피스톤로드(310)를 케이싱(300)의 일단 방향으로 직선 이동시키게 되면, 압축 공기가 수용되는 하나의 격실(301)의 수용면적은 증가하게 되면서 다른 하나의 격실(301)에는 처리수의 수용량이 감소되므로 부력 발생이 조정될 수 있다.

한편 본 발명의 다른 실시 예에 따르면 상기 보조부제(30)는 중량 조정을 통해 부력 조정을 구현할 수 있다.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 상기 보조부체(30)는 내부공간(341)이 형성된 케이싱(340)과 상기 케이싱(340)의 내부공간(341)에 연통하도록 장착되는 공기주입배출관(350)과 액체주입배출관(360) 및 상기 액체주입배출관(360)을 통해 케이싱(340)의 내부공간(341)으로 액체를 주입 또는 배출시키는 액체주입배출부(370)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 케이싱(340)은 내부공간(341)이 형성되어 있으며 일단에는 높낮이가 서로 다른 한 쌍의 통공(342, 343)이 구비되어 있다.

상기 공기주입배출관(350)은 일측이 상대적으로 높은 위치에 있는 통공(342)에 장착되고 타측이 상기 SBR 반응조(1)의 외부로 노출되어 있다.

상기 액체주입배출관(360)은 일측이 상대적으로 낮은 위치에 있는 통공(343)을 통과하여 상기 케이싱(340)의 내부공간(341)의 타단에 근접하도록 연장되고 타측이 상기 SBR 반응조(1)의 외부로 노출되도록 장착되어 있다.

즉 본 실시 예의 보조부체(30)는 상기 이송관(20)에 장착되어 이송관(20)의 회전 구동에 연동하여 함께 기울어질 수 있는 바, 내부공간(341)에 수용된 액체의 원활한 배출을 위하여 액체주입배출관(360)이 내부공간(341)의 끝단까지 연장되도록 구성됨으로써 유효운전수심 범위내에서 상기 이송관(20)이 상방향으로 최대 회전하여도 충분히 수용된 액체를 배출할 수 있게 되는 것이다.

상기 액체주입배출부(370)는 상기 액체주입배출관(360)을 통해 상기 내부공간(341)으로 액체를 주입시키거나 내부공간(341)에 주입된 액체를 외부로 배출시켜 상기 케이싱(340)의 중량 증감을 제어할 수 있으며, 이러한 중량 증감을 통해 SBR 반응조(1) 내부에서 부력을 조정할 수 있다.

이상의 실시 예들을 통해 설명한 보조부체(30)의 설치 부위는 본 발명에서 구체적으로 한정하고 있지 않으나, 도 1 등에서와 같이 SBR 반응조(1) 내에서 수중 위치를 유지할 수 있도록 메인부력관(20)의 하단에 연결되는 것이 바람직하다.

한편 상기 유입관(40)은 상기 메인부력관(20)의 타단과 연통하도록 결합되어 상기 메인부력관(20)의 회전 구동에 연동한다.

상기 유입관(40)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 상기 메인부력관(20)과 직교하는 방향으로 구성되고 하부에 복수의 유입구(410)가 구성되어 상기 SBR 반응조(1)의 유효운전수심 범위에서 상등수가 유입될 수 있도록 한다.

이러한 유입관(40)은 상기 SBR 반응조(1)의 연속회분식 반응공정 중 배출공정 시 상기 메인부력관(20)의 하방향 회전에 따라 상기 SBR 반응조(1)의 유효운전수심 범위에 위치하여 상등수가 유입될 수 있도록 한다.

그리고 상기 유입관(40)은 상부에 적어도 하나 이상의 통기관(400)이 구성되어 배출공정에서 수위 변동에 따라 공기의 유출입이 일어나도록 하여 상등수의 유입 과정이 원활하게 수행될 수 있게 한다.

즉 상등수의 유입 과정에서 공기가 배출되게 하여 SBR 반응조(1) 하부의 침전된 슬러지층이 교란되어 부상됨으로 인하여 슬러지가 상등수와 함께 배출되는 것을 방지하도록 하는 것이다.

여기서 상기 유입관(40)은 상기 메인부력관(20)의 높이보다 다소 높은 위치에서 메인부력관(20)에 연결되는 것이 바람직하다. 이에 메인부력관(20)이 상방향으로 회전할 시 유입된 상등수가 위치에너지를 이용하여 상기 메인부력관(20) 방향으로 자유 낙하할 수 있도록 한다.

상기 부력유지구(50)는 상기 유입관(40)에 연결되고 상기 SBR 반응조(1)의 수위에 따라 승강한다. 상기 부력유지구(50)는 부력을 갖는 재질로 구성되어 수면 위로 부상할 수 있으며 이를 통해 연결된 유입관(40)의 위치기 일정하게 유지될 수 있도록 한다.

즉 상기 부력유지구(50)는 상기 유입관(40)을 상기 SBR 반응조(1)의 수면과 일정한 간격으로 유지시키는 기능을 수행하는 것이다.

특히 상기 부력유지구(50)는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 유입관(40)과 이격된 위치에서 나란히 설치되어 수위에 따라 승강하며, 그 양측면이 상기 유입관(40)의 양측면에 각각 힌지 결합되어 상기 유입관(40)을 축으로 회전 가능하게 함으로써 수위 변화에 따른 상등수의 일렁임에도 유동적으로 상기 유입관(40)의 위치를 일정하게 유지되도록 하여 요구되는 상등수만이 배출될 수 있도록 한다.

또한 상기 부력유지구(50)는 회전 구동 시 그 회전 각도를 제한시키는 스토퍼(500)가 구비되어 상기 유입관(40)으로부터 설정된 회전 각도를 벗어나지 않도록 할 수 있다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 블레이드의 작동 상태를 설명하기 위한 측면도이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 부력유지구(50)는 수면에 존재하는 스컴이나 기타 부유 고형물질들이 상등수와 함께 배출되는 것을 방지하는 구성을 포함할 수 있다.

상기 부력유지구(50)는 외주면을 따라 하나 이상 부착되는 블레이드(510)를 포함할 수 있다.

상기 블레이드(510)는 상기 부력유지구(50)의 폭 전체 또는 부분에 걸쳐 형성될 수 있으며, 상기 유입관(40)이 수면과 접하기 이전에 선행적으로 수면 상부에 존재하는 스컴이나 기타 부유 고형물질을 일방향으로 밀어낸다.

즉 상기 블레이드(510)는 도 3a에 도시된 바와 같이 상기 부력유지구(50)가 수면 상부에 위치할 경우 수면 방향을 향하고 있다가 부력유지구(50)가 수면에 접하게 되는 시점부터 상기 유입관(40)을 축으로 서서히 회전하면서 수면에 존재하는 스컴이나 기타 부유 고형물질을 일 방향으로 밀어내게 함으로써 부력유지구(50)와 연속으로 수중으로 들어가게 되는 상기 유입관(40)이 스컴 등와 접촉되지 않게 하여 상등수만이 유입 및 배출될 수 있도록 하는 것이다.

상기 상등수유입관(70)은 일단이 상기 SBR 반응조(1)의 유효운전수심 범위 내에 연통하고 타단이 상기 배출관(10)과 연통하도록 설치되어 있다.

그리고 상기 상등수유입관(70)은 상등수의 유입을 제어하기 위한 상등수유입밸브(700)가 구비되어 연속회분식 반응공정 중 배출공정 초기에 상기 SBR 반응조(1)의 유효운전수심 범위 내에 존재하는 상등수의 일부가 상기 메인부력관(20)에 유입되도록하여 상기 메인부력관(20)의 부력이 감소되도록 한다.

상등수의 배출이 이루어지기 위해서는 배출공정 이전에 수면 상부에 위치하고 있던 메인부력관(20)을 하방향 회전시켜 상기 유입관(40)이 SBR 반응조(1)의 유효운전수심 범위로 진입되도록 하여야 하는 바, 배출공정 최초에 상기 상등수유입관(70)을 이용하여 메인부력관(20) 내부에 상등수의 유입을 유도하고 부력이 감소될 수 있도록 한다.

이러한 상등수유입관(70)은 도 1에 도시된 바와 같이 일단이 SBR 반응조(1)의 유효운전수심 위치에 연통하고 타단은 상기 SBR 반응조(1)의 외부에서 상기 배출관(10)과 연통되되 상기 배출관(10)에 구비되는 상등수배출밸브(100)의 설치 위치보다 전단에 연통되도록 한다.

도 6a은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배출조절부의 구성을 나타내는 분해도이고, 도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배출조절부의 유출구를 나타내는 평면도이다. 그리고 도 6c는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배출조절부의 유출구를 나타내는 평면도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배출조절부의 작동 상태를 나타내는 측면도이다.

한편 본 발명의 일 실시 예에 따른 배출장치는 상기 배출관(10)과 메인부력관(20) 사이에서 설치되어 상기 메인부력관(20)이 배출관(10)으로부터 회전되도록 하면서, 상기 메인부력관(20)의 회전 각도에 따라 상등수의 배출 유량이 제어되도록 구성되는 배출조절부(60)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

먼저 본 실시 예에서 상기 메인부력관(20)은 도 2에 도시된 바와 같이 두 개가 한 쌍을 이루면서 상호 나란히 이격 설치되도록 한다.

그리고 상기 배출조절부(60)는 도 6b에 도시된 바와 같이 외관(600)과 내관(610)으로 구성되는 이중관 구조를 가질 수 있다.

상기 외관(600)은 'T'자 형상으로 중심부에 상기 배출관(10)이 연결되는 연통구(601)와, 양측단에 각 메인부력관(20)이 회전 가능하도록 연결되는 한 쌍의 이음구(602)가 구비되어 있다.

상기 외관(600)의 각 이음구(602)에는 베어링(603)이 장착되어 연결된 메인부력관(20)이 자유롭게 회전할 수 있도록 한다.

상기 내관(610)은 상기 외관(600)에 내재되며 상기 외관(600) 내부에서 양단에 각 메인부력관(20)이 연결되어 메인부력관(20)과 함께 회전 연동하며, 중심부에는 일정한 크기를 갖는 유출구(611)가 절개되어 있다.

이러한 내관(610)은 메인부력관(20)의 회전 구동에 따라 외관(600)의 내부에서 함께 회전함으로써 상기 유출구(611)의 위치 역시 변동되는 바, 상기 외관(600)의 연통구(601)와 대면하는 유출구(611)의 면적이 조정되는 것이다.

예를 들면, 상기 내관(610)은 도 7에 도시된 바와 같이 상기 메인부력관(20)의 위치가 상기 배출관(10)의 설치 위치로부터 상부에서 하부로 갈수록 상기 유출구(611)의 면적이 상대적으로 커지도록 구성되어 있다.

즉 상기 SBR 반응조(1)의 수위가 높을 경우 상기 메인부력관(20)은 상방향으로 회전함에 따라 상기 배출관(10)으로부터 상향의 경사구배를 갖는 기울기가 설정되는 바, 배출되는 상등수에 위치에너지가 더해져 배출 초기 기설정된 배출 유량보다 과도한 유출이 발생하여 침전되어 있던 슬러지의 일렁 현상으로 SS 증가를 초래하게 된다.

이에 본 실시 예에서는 상기 메인부력관(20)의 회전에 대응하여 배출관(10)과 대면하게 되는 유출구(611)의 배출 면적이 가변적으로 이루어질 수 있도록 함으로써 상등수의 배출 초기뿐 아니라 이송관(20)에 의한 위치에너지가 과도하게 발생할 경우에도 일정한 유량이 배출될 수 있도록 하며 핀플럭(pin floc)의 유입을 방지할 수 있게 되는 것이다.

상기 유출구(611)는 상술한 실시 예에 따른 구조뿐 아니라, 도 6c에 도시된 바와 같이 사다리꼴 형상으로 어느 일방향으로 갈수록 유출구(611-2)의 폭이 가변되는 구조를 가짐으로써 배출 면적이 조정되게 구현할 수도 있다.

한편 연속회분식 하폐수 처리공법 공법은 통상 자연유하식 배출 방식이 아니므로 정전과 같은 비상 상황에서도 연속적으로 유입되는 물에 의해 SBR 반응조(1)를 포함한 전체 하수처리장의 침수가 초래하는 문제점이 있다.

이러한 문제점에 대처하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에서는 정전과 같은 비상 상황을 인지하고, 비상 상황 시 SBR 반응조(1)의 수위에 따라 처리수를 비상 방류하기 위한 제어반(미도시)의 구성을 더 포함할 수 있다.

구체적으로 상기 제어반은, 상기 상등수배출밸브(100)와 상등수유입밸브(700)의 개폐 작동을 제어하는 제어모듈과, 상기 제어모듈에 전원을 공급하기 위한 전원공급모듈 및 상기 전원공급모듈의 전력 상황을 실시간으로 감시하고 감시결과에 따라 전원공급모듈의 비상 상황을 판단하는 감시모듈을 포함할 수 있다.

상기 비상 상황은 전력의 불안정 공급 또는 정전을 포함한 전원 장애뿐 아니라, 제어반 내부 전력계통의 과부하에 따른 열화 등의 계통 장애를 더 포함할 수 있다.

상기 제어반은 상기 감시모듈에서 판단되는 비상 상황에 기반하여 선택적으로 저장된 비상전원이 상기 전원공급모듈로 공급되도록 제어하는 UPS(Uninterruptible Power Supply)모듈을 더 포함할 수 있다.

상기 UPS모듈은 비상전원이 저정된 저장장치와 상기 전원공급모듈과의 전력 연결을 위한 인터페이스를 포함할 수 있으며, 상기 감시모듈의 감지신호를 입력받아 작동되어 저장장치에 저장된 비상전원을 상기 전원공급모듈로 공급한다.

그리고 상기 제어반은 상기 UPS모듈의 작동에 연동하여 상기 상등수배출밸브(100)와 상등수유입밸브(700)가 개방되도록 하는 제어신호를 상기 제어모듈로 송신하는 비상방류모듈과 상기 SBR 반응조(1)의 수위를 감지하고 그 감지신호를 상기 는 제어모듈로 송신하는 센싱모듈을 포함할 수 있다.

상기 제어모듈은 상기 비상방류모듈의 제어신호와 상기 센싱모듈의 감지신호를 수신하여 상기 상등수배출밸브(100)와 상등수유입밸브(700)의 작동이 활성화될 수 있도록 하면서, 상기 센싱모듈의 감지신호의 방류 조건 즉 수위가 설정된 수위를 초과하는 조건에 응답하여 선택적으로 상기 상등수배출밸브(100) 및 상등수유입밸브(700)의 개방을 결정한다.

즉 상기 제어모듈은 전력의 비상 상황에서 UPS모듈로부터 비상 전원을 공급받아 SBR 반응조(1)의 작동을 활성화시킴과 더불어 SBR 반응조(1)의 침수 조건에서는 상기 상등수배출밸브(100) 및 상등수유입밸브(700)의 개방을 결정하여 SBR 반응조(1)에 수용된 처리수를 비상 방류함으로써 하수처리장의 침수가 발생하지 않도록 보호하는 것이다.

도 8은 본 발명의 부력 조절이 가능한 자연 부상식 처리수 배출장치를 이용한 연속회분식 하폐수 처리공법을 나타내는 순서도이며, 도 9a 내지 도 9f는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배출공정 시 배출장치의 작동 상태를 설명하기 위한 도면이고, 도 10 내지 도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어반의 터치스크린 패널과 운용 방법을 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는 도 8을 참조하여 본 발명의 부력 조절이 가능한 자연 부상식 처리수 배출장치를 이용한 연속회분식 하폐수 처리공법(이하 '하폐수 처리공법'이라 칭함)을 설명한다.

본 발명의 하폐수 처리공법은 연속 또는 간헐적으로 원수를 SBR 반응조(1)로 유입시키는 유입단계(S100)와, 상기 SBR 반응조(1)에 유입된 원수를 교반 또는 폭기하고, 상기 SBR 반응조(1)를 혐기 또는 호기환경으로 운전하는 반응단계(S200)와, 상기 SBR 반응조(1)의 혐기 또는 호기환경에 의해 반응하는 처리수를 일정 기간 침전시키는 침전단계(S300) 및 상기 SBR 반응조(1)에 침전 및 분리된 처리수 중 유효운전수심 범위에 위치하는 상등수를 상술한 배출장치를 이용하여 외부로 배출하는 배출단계(S400)를 포함한다.

상기 유입단계(S100)에서 연속 또는 간헐적으로 유입되는 원수는 SBR 반응조(1)에 수용되고, 상기 반응단계(S200)에서 상기 SBR 반응조(1)의 혐기 또는 호기환경을 반복적으로 조성하여 각 환경에 따라 시간상 일련되게 수용된 원수를 처리함으로써 인 방출의 유도와 유기물 제거 및 하.폐수 내의 질산성 질소를 탈질(NO3 → N2)화 한다.

상기 SBR 반응조(1)가 혐기와 호기 환경을 반복 조성하기 때문에 환경 변화에 따른 미생물의 Stress 증가로 인의 Luxury Uptake가 발생되어 미생물이 일반적으로 필요로 하는 인의 양보다 훨씬 많은 양이 미생물에 흡수 및 제거될 수 있다.

또한, 인의 최종 제거는 인이 흡수되어 있는 미생물을 포함한 슬러지를 외부로 배출시키면서 제거된다. 이는 도면에 도시된 바 없으나 상기 SBR 반응조(1) 하부에 연통되는 슬러지 배출관을 통해 이루어질 수 있다.

뿐만 아니라 본 과정(S200)에서는 각 환경에 따라 처리수를 순환시켜 유기물과 질소 및 인을 제거할 수 있다. 이 과정(S200)에서는 폭기/교반을 수행함과 더불어 인접한 타 반응조와의 액이송/슬러지 반송이 수행될 수 있다.

이를 위해 공지의 장치 중 적합한 하나 이상을 선택할 수 있으며, 관리자가 하.폐수 상태에 따라 교반 또는 폭기 작용과 액이송/슬러지 반송을 선택하여 장치를 동작시키는 수동운전방식과 저장된 하.폐수의 BOD(Biochemical Oxygen Demand)수치, MLSS(Mixed Liquor Suspended Solids)수치 등을 측정하는 측정센서와 자동운전회로를 구성하여 상기 센서의 수집데이터를 기반으로 자동적으로 교반 또는 폭기작용과 액이송/슬러지반송이 행해지도록 구성될 수 있다.

이후 상기 침전단계(S300)에서는 상기 SBR 반응조(1)의 혐기 또는 호기환경에 의해 처리되는 처리수를 일정 기간 침전시킴으로써 비중이 높은 슬러지 등은 SBR 반응조(1)의 하부로 가라앉고 분리된 상등수는 유효운전수심 범위에 존재하게 된다.

상기 배출단계(S400)에서는 상술한 본 발명의 배출장치를 이용하여 분리된 상등수를 외부로 배출한다.

한편 본 발명의 하폐수 처리공법에서는 앞서 설명한 제어반의 제어를 통해 일련의 하,폐수 처리 과정이 수행될 수 있다.

이러한 제어반에 의한 운용은 다양하게 실시될 수 있으나 계절, 날씨 변화를 포함하는 외부 환경 요인에 유동적으로 수행될 수 있도록 구현됨이 바람직하다.

일 예로, 상기 제어반은 수동모드와 자동모드를 지원하며, 각 모드별 사전에 설정된 제어값을 출력함으로써 상기 SBR 반응조(1)를 구성하는 각각의 장치, 밸브, 모터, 펌프, 블로워 등의 설비를 제어하거나 설정할 수 있다.

먼저 상기 제어반은 각각의 설비를 ON/OFF할 수 있는 복수의 스위치를 구비하여 상기 수동모드에 의한 관리자 조작 및 설정을 지원할 수 있다.

여기서 상기 제어반은 도 10에 도시된 바와 같이 터치스크린으로 구성하여 입력과 출력을 하나의 패널을 통해 구현되게 함으로써 관리자 편의를 도모할 수 있으며, 앞서 수동모드에 있어 복수의 스위치 역시 상기 터치스크린으로 조작될 수 있도록 한다.

상기 제어반은 각 설비의 상태정보를 수집하는 수집모듈을 포함하고 있으며, 제어반의 터치스크린 패널에는 도 12에 도시된 바와 같이 상기 수집모듈로부터 수집된 데이터에 기반하여 하,폐수 처리의 일련의 처리 과정과 각 설비별 상태를 표시할 수 있는 운전화면을 지원할 수 있다.

그리고 상기 제어반은 터치스크린 패널에 수동모드와 자동모드를 선택할 수 있는 선택버튼과 운전을 시작 및 종료시키도록 하는 선택버튼이 각각이 표시되어 있으며, 자동모드를 선택한 경우 환경별 최적의 운전 조건에 따라 기설정된 제어값에 의해 상기 SBR 반응조(1)를 가동시킬 수 있다.

이때 상기 최적의 운전 조건에 따른 제어값은 관리자에 의해 선택적으로 설정될 수 있음은 당연하다.

예를 들면 도 11에 도시된 바와 같기 상기 제어반의 터치스크린 패널은 다양한 제어값을 입력하기 위한 설정화면을 제공할 수 있다. 상기 설정화면은 상기 SBR 반응조(1)의 혐기 환경 및 호기 환경의 반복횟수와, 혐기 환경 및 호기 환경의 운전시간을 설정할 수 있으며, 혐기 및 호기 과정이후의 침전과정이나 배출과정의 운전시간을 설정할 수 있다.

이러한 운전시간 설정은 상기 SBR 반응조(1)의 정상운전뿐 아니라 비상운전이나 휴지운전에서도 동일하게 설정 및 입력될 수 있고, 필요에 따라 응집제와 같은 약액 투입 시간도 설정 및 입력될 수 있으며, 상기 제어반은 입력된 조건에 따라 적합한 제어값을 출력하여 상기 SBR 반응조(1)를 구성하는 각 설비가 제어되게 함으로써 일련의 하,폐수 처리과정이 수행될 수 있도록 한다.

이하 [표 1] 내지 [표 3]은 상기 터치스크린 패널을 통해 입력 및 선택된 자동모드 조건에 따라 상기 제어반에서 출력되는 제어값의 예를 나타내는 것으로, [표 1]은 정상운전에 있어 평상시, [표 2]는 동절기, [표 3]은 환절기를 각각 나타낸다.

[표 1] 내지 [표 3]에 도시된 바와 같이 정상운전에서는 혐기, 호기, 침전, 배출 과정에서 미세한 운전시간의 차이는 있으나, 각 설비의 ON/OFF 구동은 동일하게 이루어질 수 있다.

여기서 상기 제어반은 상기 SBR 반응조(1)에 하나 이상의 수위센서를 구비하고, 상기 수위센서의 센싱데이터를 분석하여 상기 SBR 반응조(1)의 수위가 위험 수위라 판단한 경우라면 하폐수 처리 과정 중 언제라도 방류펌프를 가동시켜 수용된 처리수를 방류할 수 있으며, 특정 설비 중 대체 설비가 구비된 경우에는 해당 설비의 고장 유무를 판단하고, 고장시 대체 가동이 가능한 설비를 선택하여 임시 구동시킬 수도 있다.

한편 이하 [표 4]는 상기 제어반의 비상운전시 출력되는 제어값을 나타내는 것이며, [표 5]는 제어반의 휴지운전시 출력되는 제어값을 나타내는 것으로, 각 상황에 적합하게 운용이 가능하도록 제어반에서는 선택적으로 운전 시간과 각 설비에 대한 ON/OFF 구동을 위한 제어값을 출력할 수 있다.

또한 이하 [표 6]은 제어반의 정전운전시 출력되는 제어값을 나타낸다.

앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 제어반은 정전과 같은 비상 상황에서 UPS 시스템과 연계되어 비상전원이 공급되게 운용할 수 있다.

이때 상기 제어반에서는 상기 SRS 반응조(1)의 혐기 운전 및 호기 운전일 경우라면 모든 설비와 밸브 등이 'OFF'되도록 하여 운전이 잠시 중단되도록 하며, 침전이나 배출과정에서의 비상 상황인 경우라면 유출밸브만이 'ON'되도록 제어값을 출력함으로써 SRS 반응조(1)의 비상 방류가 수행되게 할 수 있다.

이하에서는 도 9a 내지 도 9f를 참조하여 상기 배출단계(S400)에서 배출장치의 작동 상태를 설명한다.

본 발명의 배출장치는 앞서 설명한 바와 같이 유입단계(S100), 반응단계(S200), 침전단계(S300) 및 배출단계(S400)를 포함하는 연속회분식 반응공정에 있어 슬러지를 침전 및 분리시키는 침전단계(S300) 이후 상등수만을 배출하는 배출단계(S400)에서 이용될 수 있다.

먼저 도 9a에 도시된 바와 같이 배출단계(S400) 이전에는 상기 메인부력관(20)의 자체 부력에 의해 유입관(40)이 수면 밖으로 부상해 있다가, 배출단계(S400)가 시작되면 상기 유입관(40)이 상기 SBR 반응조(1)의 유효운전수심에 진입하도록 상기 상기 메인부력관(20)을 하방향 회전시킨다.

이 과정은 상기 상등수유입밸브(700)의 개방과 더불어 상기 상등수배출밸브(100)를 폐쇄하여 SBR 반응조(1)의 상등수 일부가 상기 상등수유입관(70)을 통해 메인부력관(20) 내부로 유입되는 과정을 포함한다.

이를 통해 상기 상등수가 배출관(10)을 역류하여 메인부력관(20)으로 유입됨에 따라 상기 메인부력관(20)의 부력 감소를 유발하고 결과적으로 메인부력관(20)이 하방향으로 회전하면서 수면 상부에 위치하는 유입관(40)이 기설정된 유효운전수심 범위로 진입하게 되는 과정을 수행한다.

또한 이 과정에서는 상기 유입관(40)이 기설정된 유효운전수심 범위에 진입하기에 앞서 도 9b에 도시된 바와 같이 상기 유입관(40)에 힌지결합된 부력유지구(50)의 블레이드(510)가 상기 유입관(40)이 진입하는 위치에서 수면에 존재하는 스컴 및 부상 부유물질을 밀어내는 과정을 수행할 수 있다.

상기 유입관(40)이 유효운전수심 범위에 진입한 이후, 상기 상등수유입밸브(700)를 폐쇄함과 동시에 배출관(10)의 상등수배출밸브(100)를 개방시키게 되면, 상기 유입관(40)을 통해 유입되는 상등수가 위치에너지에 의하여 상기 메인부력관(20)을 거쳐 상기 배출관(10)으로 연속적으로 이송되며, 상기 배출관(10)으로 이송된 상등수는 외부로 배출하게 된다.

이 과정에서는 도 9c 및 도 9e에 도시된 바와 같이 상기 상등수의 배출에 따른 수위 변화에 연동하여 상기 메인부력관(20)은 점차 하방향으로 회전하며, 상기 메인부력관(20)의 회전 각도에 연동하는 상기 배출조절부(60)를 통해 상등수의 배출 유량이 일정하게 제어되면서 배출된다.

이후, 상기 상등수가 배출되어 상기 메인부력관(20)이 기울기가 낮아짐에 따라 상기 SBR 반응조(1)의 수위가 유효운전수심 범위를 벗어나면 즉, 상기 메인부력관(20)를 통한 위치 에너지가 저감되어 상등수의 자연 배출이 곤란해지면, 상기 상등수배출밸브(100)를 폐쇄하여 상등수의 배출을 중지시키는 과정을 수행함으로써 상기 배출단계(S400)을 종료한다.

상기 상기 배출단계(S400)가 완료된 이후에는 도 9e에 도시된 바와 같이 상기 메인부력관(20)을 초기 위치 즉 수면 상부에 위치하도록 메인부력관(20)을 회전시킨다.

이과정에서는 상기 상등수배출밸브(100)를 폐쇄하기에 앞서 상기 메인부력관(20)에 연결된 보조부체(30)의 부력이 증가되도록 조정하여 상기 메인부력관(20)을 상방향으로 회전시키고, 상기 메인부력관(20)의 위치에너지를 통해 내부에 수용된 잔여 상등수를 마져 배출하는 과정을 수행할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

1 : SBR 반응조 2 : 측벽
10 : 배출관 20 : 메인부력관
30 : 보조부체 40 : 유입관
50 : 부력유지구 60 : 배출조절부
70 : 상등수유입관 100 : 상등수배출밸브
400 : 통기관 510 : 블레이드
600 : 외관 601 : 연통구
602 : 이음구 610 : 내관
611 : 유출구 700 : 상등수유입밸브

Claims (13)

1. SBR 반응조의 내부에 설치되어 상등수를 배출하는 배출장치에 있어서,
   상기 SBR 반응조의 일측벽을 관통하여 고정 설치되며 상등수의 배출을 제어하기 위한 상등수배출밸브가 구비되는 배출관;
   상기 SBR 반응조의 내부에서 상기 배출관과 연통하며, 상기 배출관과 연결되는 일단이 상기 배출관으로부터 회전 가능하도록 결합되되 두 개가 한 쌍을 이루면서 상호 나란히 이격 설치되는 메인부력관;
   상기 메인부력관에 결합되며 선택적으로 부력이 발생되도록 구성되어 상기 메인부력관의 부력을 조정하는 보조부체;
   상기 메인부력관의 타단과 연통하고 상기 SBR 반응조 내부의 상등수가 유입되는 유입관;
   상기 유입관에 연결되고 상기 SBR 반응조의 수위에 따라 승강하여 상기 유입관을 수면과 일정한 간격으로 유지시키는 부력유지구;
   일단이 상기 SBR 반응조의 유효운전수심 범위 내에 연통하고 타단이 상기 배출관과 연통하도록 설치되며, 상등수유입밸브가 구비되어 배출기 초기에 상기 SBR 반응조의 유효운전수심 범위 내에 존재하는 상등수를 상기 메인부력관에 유입되도록하여 상기 메인부력관의 부력을 감소시키는 상등수유입관; 및
   T'자 형상으로 중심부에 상기 배출관이 연결되는 연통구와 양측단에 각 메인부력관이 회전 가능하도록 연결되는 한 쌍의 이음구가 구비되는 외관 및 상기 외관에 내재되며 상기 외관 내부에서 양단에 각 메인부력관이 연결되어 메인부력관과 함께 회전 연동하며 중심부에는 유출구가 절개되고 회전 구동에 따라 상기 외관의 연통구와 대면하는 유출구의 면적이 조정되되 상기 메인부력관의 위치가 상기 배출관의 설치 위치로부터 상부에서 하부로 갈수록 상기 유출구의 면적이 상대적으로 커지도록 구성되는 내관을 포함하는 배출조절부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 부력 조절이 가능한 자연 부상식 처리수 배출장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 유입관은,
   상기 메인부력관과 직교하는 방향으로 구성되고 하부에 복수의 유입구가 구성되며 상부에는 하나 이상의 통기관이 구성되는 것을 특징으로 하는 부력 조절이 가능한 자연 부상식 처리수 배출장치.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 부력유지구는,
   상기 유입관과 이격된 위치에서 나란히 설치되며 그 양측면이 상기 유입관의 양측면에 각각 힌지 결합되어 상기 유입관을 축으로 회전되는 것을 특징으로 하는 부력 조절이 가능한 자연 부상식 처리수 배출장치.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 부력유지구는,
   상기 유입관이 수면과 접촉하기 이전 회전 구동에 따라 수면 상부에 존재하는 스컴이나 부유물질을 일방향으로 밀어내는 블레이드가 외주면을 따라 하나 이상 부착되는 것을 특징으로 하는 부력 조절이 가능한 자연 부상식 처리수 배출장치.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 보조부체는,
   내부에 격실이 형성되고 상기 격실로 압축공기를 주입 또는 배출시키기 위한 공기주입배출구가 형성되며 일단이 개방된 케이싱;
   상기 케이싱의 타단에 설치되어 상기 격실의 길이방향을 따라 직선 운동하는 피스톤로드;
   상기 피스톤로드에 장착되어 피스톤로드의 직선 운동에 연동하며 상기 격실을 두 개의 공간으로 구분하면서 각 공간 사이의 기밀을 유지하는 피스톤헤드; 및
   상기 피스톤로드의 작동에 따라 상기 공기주입배출구를 통해 상기 격실로 압축공기를 주입하거나 격실에 수용된 압축공기를 배출시키는 공기주입배출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 부력 조절이 가능한 자연 부상식 처리수 배출장치.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 보조부체는,
   내부공간이 형성되고 일단에는 높낮이가 서로 다른 한 쌍의 통공이 구비되는 케이싱;
   일측이 상대적으로 높은 위치에 있는 통공에 장착되고 타측이 상기 SBR 반응조의 외부로 노출되는 공기주입배출관;
   일측이 상대적으로 낮은 위치에 있는 통공을 통과하여 상기 내부공간의 타단에 근접하도록 장착되고 타측이 상기 SBR 반응조의 외부로 노출되는 액체주입배출관; 및
   상기 액체주입배출관을 통해 상기 내부공간으로 액체를 주입시키거나 내부공간에 주입된 액체를 외부로 배출시키는 액체주입배출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 부력 조절이 가능한 자연 부상식 처리수 배출장치.
   
7. 삭제
8. 삭제
9. 제 1항에 있어서,
   상기 상등수배출밸브와 상등수유입밸브의 개폐 작동을 제어하는 제어모듈과, 상기 제어모듈에 전원을 공급하기 위한 전원공급모듈과, 상기 전원공급모듈의 전력 상황을 실시간으로 감시하고 감시결과에 따라 전원공급모듈의 비상 상황을 판단하는 감시모듈과, 상기 감시모듈에서 판단되는 비상 상황에 기반하여 선택적으로 저장된 비상전원이 상기 전원공급모듈로 공급되도록 제어하는 UPS모듈 및 상기 UPS모듈의 작동에 연동하여 상기 상등수배출밸브와 상등수유입밸브가 개방되도록 하는 제어신호를 상기 제어모듈로 송신하는 비상방류모듈을 포함하는 제어반;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부력 조절이 가능한 자연 부상식 처리수 배출장치.
   
10. 연속회분식 하폐수 처리공법에 있어서,
    (a) 연속 또는 간헐적으로 원수를 SBR 반응조로 유입시키는 유입단계와;
    (b) 상기 SBR 반응조에 유입된 원수를 교반 또는 폭기하고, 상기 SBR 반응조를 혐기 또는 호기환경으로 운전하는 반응단계와;
    (c) 상기 SBR 반응조의 혐기 또는 호기환경에 의해 처리되는 처리수를 일정 기간 침전시키는 침전단계;
    (d) 상기 SBR 반응조에 침전 및 분리된 처리수 중 유효운전수심 범위에 위치하는 상등수를 상기 제 1항 내지 제 6항, 제9항 중 어느 한 항의 배출장치를 이용하여 외부로 배출하는 배출단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속회분식 하폐수 처리공법.
    
11. 제 10항에 있어서,
    상기 배출단계는,
    (c-1) 상기 상등수유입밸브를 개방하고 상등수배출밸브를 폐쇄하여 SBR 반응조의 상등수 일부가 메인부력관 내부에 유입되도록 하여 메인부력관의 자체 부력을 점차 감소시키는 단계;
    (c-2) 상기 메인부력관의 부력 감소에 따라 메인부력관이 하방향으로 회전하고 수면 상부에 위치하는 유입관이 기설정된 유효운전수심 범위에 진입하는 단계;
    (c-3) 상기 유효운전수심 범위에 진입한 유입관의 유입구를 통해 상등수가 유입되고 상기 메인부력관의 하방향 기울기에 따른 위치 에너지에 의해 유입된 상등수가 배출관으로 이송하는 단계;
    (c-4) 상기 상등수유입밸브를 폐쇄함과 동시에 배출관의 상등수배출밸브를 개방시켜 배출관으로 이송된 상등수를 외부로 배출하는 단계; 및
    (c-5) 상기 상등수가 배출되어 SBR 반응조의 수위가 상기 유효운전수심 범위를 벗어나면 상기 상등수배출밸브를 폐쇄하여 상등수의 배출을 중지시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속회분식 하폐수 처리공법.
    
12. 제 11항에 있어서,
    상기 (c-5) 단계에서,
    상기 상등수배출밸브를 폐쇄하기에 앞서 상기 메인부력관에 연결된 보조부체의 부력이 증가되도록 조정하여 상기 메인부력관을 상방향으로 회전시키고, 상기 메인부력관의 위치에너지를 통해 내부에 수용된 잔여 상등수를 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속회분식 하폐수 처리공법.
    
13. 제 11항에 있어서,
    상기 (c-2) 단계에서,
    상기 유입관이 기설정된 유효운전수심 범위에 진입하기에 앞서 상기 유입관에 힌지결합된 부력유지구의 블레이드가 상기 유입관이 진입하는 위치에서 수면에 존재하는 스컴 및 부상 부유물질을 밀어내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속회분식 하폐수 처리공법.

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