KR101997143B1 - Ss와 svi 측정값을 이용한 가중응집제 실시간 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 생물 반응조 내 원수의 SS 및 SVI, 방류수의 SS값으로부터 가중응집제의 종류 및 투여량을 결정함으로써 최적화된 가중응집제 투여가 가능하고, 기 투여된 가중응집제를 재활용 가능하므로 유지비가 절감되는 SS와 SVI 측정값을 이용한 가중응집제 실시간 제어 시스템에 관한 것으로서, 생물 반응조에 구비되어 상기 생물 반응조 내 원수의 SS를 측정하는 제 1 SS 측정 장치; 상기 생물 반응조에 구비되어 상기 생물 반응조 내 원수의 SVI를 측정하는 SVI 측정 장치; 상기 생물 반응조로부터 원수를 공급받아 슬러지를 침전시키는 침전지; 상기 침전지로부터 방류되는 상징수의 SS를 측정하는 제 2 SS 측정 장치; 상기 생물 반응조와 상기 침전지의 원수 유입로상에 구비되어 원수에 가중응집제를 공급하여 혼합시키는 가중응집제 투여 장치; 상기 제 1 SS 측정 장치, 상기 제 2 SS 측정 장치 및 상기 SVI 측정 장치로부터 측정값을 실시간으로 입력받아 상기 가중응집제의 종류 및 투여량을 결정하는 제어부;를 포함한다.

Description

SS와 SVI 측정값을 이용한 가중응집제 실시간 제어 시스템{Real-time control system of weighted coagulation additives using measured value of SS and SVI}

본 발명은, SS와 SVI 측정값을 이용한 가중응집제 실시간 제어 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 생물 반응조 내 원수의 SS 및 SVI, 방류수의 SS값으로부터 가중응집제의 종류 및 투여량을 결정함으로써 최적화된 가중응집제 투여가 가능하고, 기 투여된 가중응집제를 재활용 가능하므로 유지비가 절감되는 SS와 SVI 측정값을 이용한 가중응집제 실시간 제어 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 플록(Floc)이란 물에 응집제를 혼합시켰을 때 형성되는 응집물로, 액체 중에 고체 입자가 분산되고 있는 상태를 현탁액 또는 서스펜셜이라고 하는데, 이 상태의 고체 입자가 응집제에 의하여 모여, 접착(응집)되어 육안으로 볼 수 있는 보다 큰 고형물을 이루게 되는 것을 플록이라 한다.

따라서 상수도 공급을 위한 표준정수공정(Conventional water treatment process)에서는 혼화지(Rapidmixing tank)에서 응집제(Coagulant)를 투여하여 콜로이드성 미세입자, 미생물, 용존성 유기 및 무기물질 등을 미세 플록화 한 후, 플록형성지(Flocculation basin)에서 중력에 의한 침전(Sedimentation)이나 용존공기부상(Dissolved air flotation)으로 제거하기 쉽도록 플록(Floc)을 크게 성장시키게 된다.

또한 하폐수 처리공정에서는 부유입자물질(Suspended Solid, SS)을 일차 침전 제거하여 후속 생물학적 처리를 원활하게 하거나 생물학적 처리 후의 고농도 미생물 플록을 최종적으로 침전 제거한다. 하폐수 중의 인(Phosphorus)을 초저농도까지 낮추기 위해서는 표준정수공정에서와 같이 응집제를 투여하여 용존성 인을 침전물로 입자화 한 후 침전(Sedimentation) 제거하거나 여과를 수행한다. 또한, 하폐수 처리수의 재이용(Reuse)을 위한 고도처리공정에서는 생물학적으로 처리된 하폐수 방류수를 추가로 여과하거나 응집제를 투여하고 플록형성, 침전, 여과 과정을 거쳐 처리 목표수질을 달성한다.

이와 같이 상수처리나 하폐수 고도처리는 침전(Sedimentation) 효율을 극대화하기 위하여 처리대상수에 함유된 미세입자에 가중응집제를 통해 큰 플록(Floc)으로 형성시키는 것이 중요하다.

그러나, 종래의 시스템들은 원수 내에 가중응집제를 얼마만큼 어느 입자 크기로 투여해야 하는지를 결정하기가 어려웠고, 또한, 이러한 과정이 실시간으로 제어되지 못하는 문제가 있었다.

KR 10-1773470 (등록번호) 2017.08.31.

본 발명은, 생물 반응조 내 원수의 SS 및 SVI, 방류수의 SS값으로부터 실시간으로 가중응집제의 종류 및 투여량을 결정함으로써 최적화된 가중응집제 투여가 가능한 SS와 SVI 측정값을 이용한 가중응집제 실시간 제어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은, 가중응집제 회수 장치가 구비되어 기 투여된 가중응집제를 재활용 가능하므로 유지비가 절감되는 SS와 SVI 측정값을 이용한 가중응집제 실시간 제어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은, 생물 반응조에 구비되어 상기 생물 반응조 내 원수의 SS를 측정하는 제 1 SS 측정 장치; 상기 생물 반응조에 구비되어 상기 생물 반응조 내 원수의 SVI를 측정하는 SVI 측정 장치; 상기 생물 반응조로부터 원수를 공급받아 슬러지를 침전시키는 침전지; 상기 침전지로부터 방류되는 상징수의 SS를 측정하는 제 2 SS 측정 장치; 상기 생물 반응조와 상기 침전지의 원수 유입로상에 구비되어 원수에 가중응집제를 공급하여 혼합시키는 가중응집제 투여 장치; 상기 제 1 SS 측정 장치, 상기 제 2 SS 측정 장치 및 상기 SVI 측정 장치로부터 측정값을 실시간으로 입력받아 상기 가중응집제의 종류 및 투여량을 결정하는 제어부;를 포함한다.

또한, 본 발명의 상기 제어부는, 설정 구간별 SS값에 따른 가중응집제 투여량이 저장되고, 상기 제 1 SS 측정 장치의 측정값이 속한 설정 구간에 대응되는 양의 가중응집제가 상기 가중응집제 투여 장치로부터 공급될 수 있도록 상기 가중응집제 투여 장치를 제어한다.

또한, 본 발명의 상기 제어부는, 상기 SVI 측정 장치의 측정값이 제 1 SVI 설정값 이하이고, 상기 제 2 SS 측정 장치의 측정값이 설정값 미만이면 제 2 가중응집제가 상기 가중응집제 투여 장치로부터 공급될 수 있도록 상기 가중응집제 투여 장치를 제어하고, 상기 SVI 측정 장치의 측정값이 제 2 SVI 설정값 이상이고, 상기 제 2 SS 측정 장치의 측정값이 설정값 이상이면 제 1 가중응집제가 상기 가중응집제 투여 장치로부터 공급될 수 있도록 상기 가중응집제 투여 장치를 제어하되, 상기 제 1 SVI 설정값은 상기 제 2 SVI 설정값보다 큰 수치를 가지며, 상기 제 2 가중응집제는 상기 제 1 가중응집제보다 큰 크기를 갖는다.

또한, 본 발명의 상기 제어부는, 상기 SVI 측정 장치의 측정값이 제 1 SVI 설정값을 초과하고, 상기 제 2 SS 측정 장치의 측정값이 설정값 이상이면 고분자 응집제가 상기 가중응집제 투여 장치로부터 공급될 수 있도록 상기 가중응집제 투여 장치를 제어한다.

또한, 본 발명은, 상기 침전지의 바닥에 침전된 가중응집제에 의해 응집되는 슬러지와 원수가 혼합된 유입수가 반출되는 반출 라인; 상기 반출 라인과 연통되어 상기 유입수가 유입되는 유입수 공급 통로가 형성된 외측 경통부와, 상기 외측 경통부의 하단부에 연통되어 설치되며 상부측에서 하부측으로 갈수록 직경이 작아지는 중공의 외측콘 형상부 및 상기 외측콘 형상부의 하단부에 연통 설치되어 가중응집제가 배출되는 하부 토출관으로 구성되는 외통부; 상기 외측 경통부와 대향되어 그 내부에 설치되는 중공의 내측 경통부와, 상기 내측 경통부의 하단부에 연통되어 설치되고 상부측에서 하부측으로 갈수록 직경이 작아지면서 콘형상의 중공으로 되며 슬러지와 원수가 유입되는 다수의 유체 통공이 형성되는 천공 스크린부로 구성되는 내통부; 상기 하부 토출관으로부터 배출되는 가중응집제를 상기 가중응집제 투여 장치로 공급하는 가중응집제 반송 라인;을 포함하여 구성되는 가중응집제 회수 장치를 포함한다.

또한, 본 발명의 상기 가중응집제 투여 장치는, 가중응집제가 저장되는 가중응집제 저장 탱크와, 상기 가중응집제 저장 탱크 및 상기 가중응집제 회수 장치로부터 가중응집제를 공급받아 원수와 혼합하는 가중응집제 혼화 장치를 포함하며, 상기 제어부는, 결정된 가중응집제의 투여량에서 상기 가중응집제 회수 장치로부터 회수된 가중응집제의 양을 제한 양만큼의 가중응집제가 상기 가중응집제 저장 탱크로부터 공급되도록 상기 가중응집제 투여 장치를 제어한다.

또한, 본 발명의 상기 가중응집제 회수 장치는, 상기 외측 경통부의 내벽면에 랜덤하게 다수개의 내측 돌기가 돌출 형성되고, 상기 내측 경통부의 외벽면에 랜덤하게 다수개의 외측 돌기가 돌출 형성된다.

또한, 본 발명의 상기 가중응집제 회수 장치는, 상기 천공 스크린부의 몸체부에 유입수의 흐름 방향을 따라 상기 유체 통공의 전방으로부터 돌출되어 상기 유체 통공의 후방을 향하여 경사지게 형성된 편향 돌기를 포함한다.

또한, 본 발명의 상기 가중응집제 회수 장치는, 상기 편향 돌기의 끝단과 상기 천공 스크린부의 몸체부와의 이격 거리가 가중응집제의 입자의 크기보다 작게 형성된다.

본 발명은, 생물 반응조 내 원수의 SS 및 SVI, 방류수의 SS값으로부터 실시간으로 가중응집제의 종류 및 투여량을 결정함으로써 최적화된 가중응집제 투여가 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 생물 반응조 내 원수의 SS값으로서 가중응집제 투여량을 결정함으로써 최적화된 가중응집제 투여가 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 생물 반응조 내 원수의 SVI값과 방류수의 SS값으로서 가중응집제의 종류를 결정함으로써 원수의 상태에 최적화된 가중응집제 투여가 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 가중응집제 회수 장치가 구비되어 기 투여된 가중응집제를 재활용 가능하므로 유지비가 절감되는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 SS와 SVI 측정값을 이용한 가중응집제 실시간 제어 시스템의 개념도.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 SS와 SVI 측정값을 이용한 가중응집제 실시간 제어 시스템의 가중응집제 재질별 침강특성을 나타낸 그래프.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 SS와 SVI 측정값을 이용한 가중응집제 실시간 제어 시스템의 SS 농도 및 가중응집제 종류에 따른 침강효과를 나타낸 그래프.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 SS와 SVI 측정값을 이용한 가중응집제 실시간 제어 시스템의 SS 구간에 따른 가중응집제 투여량 예시 그래프.
도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 SS와 SVI 측정값을 이용한 가중응집제 실시간 제어 시스템의 가중응집제 회수 장치의 투영 사시도.
도 6 은 본 발명의 실시예에 따른 SS와 SVI 측정값을 이용한 가중응집제 실시간 제어 시스템의 가중응집제 회수 장치의 분리 사시도.
도 7 은 본 발명의 실시예에 따른 SS와 SVI 측정값을 이용한 가중응집제 실시간 제어 시스템의 요부 분리 사시도.
도 8 은 본 발명의 실시예에 따른 SS와 SVI 측정값을 이용한 가중응집제 실시간 제어 시스템의 편향 천공 스크린에 구비된 요부의 확대도.

이하에서, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 설명에 앞서 하수의 처리 과정을 간략히 살펴보면, 하수관 등으로 유입된 하수는 최초 침전지(1)에서 흙, 모래 등의 이물질을 침강시켜 배출하고, 고액인 원수를 생물 반응조(2)로 이동시킨다. 생물 반응조(2)로 이동된 원수는 혐기, 무산소, 호기 반응 등을 거친 후 침전지(3)로 이동된다.

침전지(3)에서는 부유입자물질을 일차 침전 제거하여 후속 생물학적 처리를 원활하게 하거나 생물학적 처리 후의 고농도 미생물 플록을 최종적으로 침전 제거한다. 그리고, 침전지(3)의 맑은 상징수(上澄水)는 SS가 설정값 미만인 경우 외부로 방류된다.

이때, 침전지(3)에는 가중응집제를 투여하여 큰 플록(Floc)을 형성함으로써 침전 효율을 극대화하는 것이 중요한데, 가중응집제는 침전지(3)에 유입되는 원수 내의 SS 농도와 SVI값에 따라 그 종류와 투여량이 조절되어야 한다.

이를 위하여 본 발명은, 생물 반응조(2)에 구비되어 생물 반응조(2) 내 원수의 SS를 측정하는 제 1 SS 측정 장치(10)와, 생물 반응조(2)에 구비되어 생물 반응조(2) 내 원수의 SVI를 측정하는 SVI 측정 장치(30)와, 생물 반응조(2)로부터 원수를 공급받아 슬러지를 침전시키는 침전지(3)와, 침전지(3)로부터 방류되는 상징수의 SS를 측정하는 제 2 SS 측정 장치(20)와, 생물 반응조(2)와 침전지(3)의 원수 유입로상에 구비되어 원수에 가중응집제를 공급하여 혼합시키는 가중응집제 투여 장치(200)와, 제 1 SS 측정 장치(10), 제 2 SS 측정 장치(20) 및 SVI 측정 장치(30)로부터 측정값을 입력받아 가중응집제의 종류 및 투여량을 결정하는 제어부를 포함하여 구성된다.

제 1 SS 측정 장치(10)는, 생물 반응조(2) 내 원수의 SS(Suspended Solid)를 측정하는 역할을 하며, 이를 위하여 생물 반응조(2)에 구비된다.

이러한 제 1 SS 측정 장치(10)의 SS 측정값은 제어부에 전송되어 제어부로 하여금 가중응집제의 투여량을 결정하는 파라메터로서 활용된다. 제어부는 투여량의 기준이 되는 SS값을 복수개의 구간으로 설정하는데, 높은 SS값을 갖는 구간일수록 가중응집제의 투여량이 더 많도록 설정된다. 예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이, SS값의 구간이 3개인 경우, SS값의 설정 구간은 1000<SS≤2500의 제 1 구간, 2500<SS≤4000의 제 2 구간, 4000<SS≤6000의 제 3 구간으로 설정되고, 제 1 구간에는 1단위의 가중응집제 투여량이 대응되고, 제 2 구간에는 2단위의 가중응집제 투여량이, 그리고 제 3 구간에는 3단위의 가중응집제 투여량이 대응되도록 설정되는 것이다.

이때, 제 1 SS 측정 장치(10)의 SS 측정값은 그 자체로도 투여될 가중응집제의 종류를 판별하는 파라메터로서 활용될 수 있는데, 도면에 도시된 바와 같이, 실험 결과 SS가 4500mg/L 이하에서는 MI이 침강 효과가 높은 것으로 나타났고, SS가 4500mg/L인 경우에는 MII가 침강 효과가 높은 것으로 나타났다.

그러나, 더욱 바람직하게는 SVI값과 침전지(3)로부터 방류되는 상징수의 SS값을 함께 고려하여야 효율을 극대화하면서 동시에 방류수의 피드백 제어를 할 수 있으며, 이를 위하여 본 발명에서는 생물 반응조(2) 내 원수의 SVI를 측정하는 SVI 측정 장치(30)와, 방류수의 SS값을 측정하는 제 2 SS 측정 장치(20)가 더 구비된다.

SVI 측정 장치(30)는, 생물 반응조(2) 내 원수의 SVI(Sludge Volume Index)를 측정하는 역할을 하며, 이를 위하여 생물 반응조(2)에 구비된다.

이러한 SVI 측정 장치(30)의 측정값은 제어부에 전송되어 제어부로 하여금 가중응집제의 종류를 결정하는 파라메터로서 활용된다. 이때, SVI값은 단독으로 활용되지 않고 방류수의 SS값과 복합적으로 활용되는 것이 바람직하다. 그리고, 이를 위하여 침전지(3)로부터 방류되는 상징수의 SS를 측정하는 제 2 SS 측정 장치(20)가 침전지(3)의 상단 또는 방류 라인상에 구비된다.

예를 들어, SVI값은 200미만, 200 내지 300, 300 초과의 3단계로 구분될 수 있고, 슬러지의 침전성이 양호한 단계, 주의 단계, 위험 단계를 의미하는 것으로 해석될 수 있다.

이러한 SVI값은 미생물의 활동성 및 크기에 영향을 받는데, 주로 SVI값이 높을 때에는 미생물의 크기가 작고 활발히 활동하며, SVI값이 낮을 때에는 미생물의 크기가 크고 활동성이 떨어지게 된다. 이에 대응하여 투여되는 가중응집제의 크기가 결정되어야 하는데, 가중응집제의 종류 예시는 다음과 같다.

Items	Unit	Sludge Activated Carbon
		MI (125~250um)	MII (250~425um)
Abrasion number Hardness Particle size Uniformity coefficient Specific surface area Ash Density	% % mm - M^2/g % g/ml	91.3 91.2 0.14 1.36 17.7 - 0.51	62.7 86.0 0.26 1.5 15.0 - 0.51

이때, SVI값이 200 미만인 경우에는 슬러지의 침전이 잘 이루어지고 있는 상태로서 비교적 직경이 큰 MII 가중응집제가 투여되어도 된다. 이때에는 방류되는 상징수의 SS값 역시 낮은 것이 자명하며, 방류수의 SS값은 10미만인 것이 바람직하다.

한편, SVI값이 200이상 300이하인 경우에는 슬러지의 침전이 위험 상태까지는 아니어도 주의를 요하는 단계로서, 이때에는 상징수의 SS값을 기준으로 가중응집제의 종류가 결정되어야 한다. 예를 들어, SVI값이 200이상 300이하이며, 제 2 SS 측정 장치(20)로부터 측정된 상징수의 SS값이 10 미만이면 슬러지의 침전이 잘 이루어져 상징수가 깨끗하게 형성되는 것으로 보아 MII 가중응집제가 투여되어도 되지만, SVI값이 200이상 300이하이면서 상징수의 SS값이 10 이상인 경우에는 침전조 내의 미생물이 아직 활발히 활동하고 있어 침전이 잘 이루어지고 있지 않은 것으로 보아 MI 가중응집제가 투여되어야 하는 것이다.

즉, 크기가 작고 활발히 활동하는 미생물을 강제로 포집하여 침전시키기 위하여 직경이 작은 MI 가중응집제가 투여되어야 하는 것이다. 만일 이런 상황에서 MII 가중응집제가 투여되면 크기가 작은 미생물이 MII 가중응집제에 의해 용이하게 포집되지 못하고 상당수가 원수 내를 계속 부유하게 된다.

한편, SVI값이 300을 초과하는 경우에는 슬러지의 침전이 잘 이루어지고 있지 않은 것은 물론이고 슬러지 팽화(Bulking)의 위험도 있으며, 상징수의 SS값 역시 높은 것이 자명하다. 이때에는, MI 가중응집제를 투여하여도 가중응집제만으로 플록을 형성시키지 못하는 상태이므로, 본 발명에서는 이때에 고분자 응집제와 같은 화학 약품이 추가되도록 제어된다.

이를 조건식으로 표현해보면,

Condition I : if SVI<a and SS<c than MII

Condition II : if a≤SVI≤b and SS<c than MII

Condition III : if a≤SVI≤b and c≤SS than MI

Condition IV : if b<SVI and c≤SS than MI'

(ex: a=200, b=300, c=10, MI'은 화학약품 추가조건)

한편, 본 발명의 가중응집제는 하수슬러지 활성탄을 그 대상으로 하며, 하수슬러지 활성탄은 열가수분해 탈수케익 또는 마그네타이트와 대비하여 가격 대비 침강 특성이 우수하며, 자연 침강 대비 최대 42%의 침강 효율을 나타내고 있다.

가중응집제 투여 장치(200)는, 침전지(3)에 유입되는 원수에 가중응집제를 공급하여 혼합시키는 역할을 하며, 이를 위하여 생물 반응조(2)와 침전지(3) 사이의 원수 유입로상에 구비된다.

가중응집제 투여 장치(200)는 가중응집제가 저장되는 가중응집제 저장 탱크와, 가중응집제 저장 탱크 및 하술할 가중응집제 회수 장치(100)로부터 가중응집제를 공급받아 원수와 혼합하는 가중응집제 혼화 장치를 포함하여 구성된다. 이때, 가중응집제 회수 장치(100)로부터 공급받는 가중응집제는 컨베이어 벨트 형태의 이송로를 따라 가중응집제 혼화 장치로 직접 공급될수도 있으나, 별도의 저장 탱크로 이송된 후 제어부의 제어에 의해 적정량이 선택적으로 공급되도록 구성될수도 있다.

가중응집제 저장 탱크는 단독으로 구성되지 않고 MI 가중응집제와 MII 가중응집제를 각각 저장하는 복수의 가중응집제 저장 탱크로 구성되는 것이 바람직하며, 가중응집제 회수 장치(100)로부터 회수되는 가중응집제 역시 회수되는 가중응집제의 종류에 따라 각각 별도의 저장 탱크로 이송될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

가중응집제 저장 탱크는 제어부의 제어에 의해 투여될 가중응집제의 종류와 투여량이 결정되며, 또한, 가중응집제 회수 장치(100)로부터 회수되는 가중응집제의 양을 제한 양만큼의 가중응집제가 가중응집제 저장 탱크로부터 공급되도록 제어된다. 예를 들어, 100만큼의 가중응집제가 투여되어야 할 때 가중응집제 회수 장치(100)로부터 회수되는 가중응집제의 양이 95라면, 가중응집제 저장 탱크로부터는 5만큼의 가중응집제가 공급되도록 제어되는 것이다.

따라서, 가중응집제 투여 장치(200)에 의해 가중응집제가 혼합된 원수는 침전지(3)로 유입되어 빠르게 침전이 가능해지게 된다.

제어부는, 제 1 SS 측정 장치(10), 제 2 SS 측정 장치(20) 및 SVI 측정 장치(30)로부터 측정값을 입력받아 가중응집제의 종류 및 투여량을 결정하여 가중응집제 투여 장치(200)를 제어하는 역할을 한다.

제어부에는 설정 구간별 SS값에 따른 가중응집제 투여량이 저장되고, 제 1 SS 측정 장치(10)의 측정값이 속한 설정 구간에 대응되는 양의 가중응집제가 가중응집제 투여 장치(200)로부터 공급될 수 있도록 가중응집제 투여 장치(200)를 제어하게 된다.

제어부는 투여량의 기준이 되는 SS값을 복수개의 구간으로 설정하는데, 높은 SS값을 갖는 구간일수록 가중응집제의 투여량이 더 많도록 설정된다. 예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이, SS값의 구간이 3개인 경우, SS값의 설정 구간은 1000<SS≤2500의 제 1 구간, 2500<SS≤4000의 제 2 구간, 4000<SS≤6000의 제 3 구간으로 설정되고, 제 1 구간에는 1단위의 가중응집제 투여량이 대응되고, 제 2 구간에는 2단위의 가중응집제 투여량이, 그리고 제 3 구간에는 3단위의 가중응집제 투여량이 대응되도록 설정되는 것이다.

또한, 제어부는 SVI 측정 장치(30)의 측정값과 제 2 SS 측정 장치(20)의 측정값을 토대로 투여될 가중응집제의 종류를 결정한다. 이는 상기에서 설명하였지만 다시 요약해보면, SVI 측정 장치(30)의 측정값이 제 1 SVI 설정값 이하이면서 제 2 SS 측정 장치(20)의 측정값이 설정값 미만이면 제 2 가중응집제가 공급되도록 가중응집제 투여 장치(200)를 제어하고, SVI 측정 장치(30)의 측정값이 제 2 설정값 이상이면서 제 2 SS 측정 장치(20)의 측정값이 설정값 이상이면 제 1 가중응집제가 공급되도록 가중응집제 투여 장치(200)를 제어하되, 제 1 SVI 설정값은 제 2 SVI 설정값보다 큰 수치를 가지며, 제 2 가중응집제는 제 1 가중응집제보다 큰 크기를 갖도록 구성되는 것이다. 이때, 바람직하게는 제 1 SVI 설정값은 300, 제 2 SVI 설정값은 200, 그리고 제 2 SS 측정 장치(20)의 측정값에 대한 설정값은 10으로 설정된다.

한편, 제어부는 SVI 측정 장치(30)의 측정값이 제 1 설정값 이상이면서 제 2 SS 측정 장치(20)의 측정값이 설정값 이상이면 침전지(3)의 슬러지가 침전되지 않거나 슬러지 팽화가 일어난 것으로 판단하여 고분자 응집제 등의 화학 약품을 추가로 투여할 수 있도록 가중응집제 투여 장치(200)를 구동시킨다.

한편, 침전조의 하부에 침전되는 슬러지는 정확하게는 가중응집제에 의해 플록화된 슬러지, 즉, 원수, 슬러지, 가중응집제가 혼합된 형태의 물질로서, 이 물질로부터 가중응집제를 분리하여 원수와 슬러지를 생물 반응조(2)로 회귀시키고, 가중응집제를 가중응집제 투여 장치(200)로 반송시켜 재사용할 수 있게 함으로써, 하수처리 비용을 저감시키는 것이 바람직하다.

이를 위하여 본 발명은, 침전조의 하부에 침전된 가중응집제에 의해 응집되는 슬러지와 원수를 유입하여 가중응집제와 슬러지 및 원수를 분리하여 가중응집제를 회수하는 가중응집제 회수 장치(100)가 구비된다.

가중응집제 회수 장치(100)는, 침전지(3)의 바닥에 침전된 가중응집제에 의해 응집되는 슬러지와 원수가 혼합된 유입수가 반출되는 반출 라인(101a)과, 반출 라인(101a)을 통해 반출되는 유입수가 인입되는 외통부(110)와, 외통부의 내측에 구비되어 원수와 슬러지는 통과시키고 가중응집제는 통과시키지 않음으로써 가중응집제가 외통부의 하방으로 배출될 수 있도록 구성되는 내통부(120)와, 외통부의 하방으로 배출되는 가중응집제를 가중응집제 투여 장치(200)로 공급하는 가중응집제 반송 라인(130)을 포함하여 구성된다.

반출 라인(101a)은, 침전조 하부에 침전된 물질을 반출하는 역할을 하며 이를 위하여 침전조의 바닥면 또는 측면 하단에 연통되도록 구비된다. 반출 라인(101a)을 통해 반출되는 물질은 가중응집제, 슬러지, 원수가 혼합된 물질로서, 본 발명에서는 이를 유입수로 명명하도록 한다.

외통부(110)는, 가중응집제에 의해 응집되는 슬러지(미생물)와 원수(유입수)가 혼합된 유입수가 회전 유입되도록 가중응집제 반송 라인(130)과 연통된 원수공급통로부(101)가 원주 방향을 따라 연통되어 설치되는 중공의 외측경통부(111)와, 외측경통부(111)의 하단부에 연통되어 설치되며 상부측에서 하부측으로 갈수록 직경이 작아지는 중공의 외측콘형상부(112), 및 외측콘형상부(112)의 하단부에 연통 설치되어 가중응집제가 배출되는 하부토출관(113)으로 구성된다.

내통부(120)는, 외측경통부(111)와 대향되어 그 내부에 설치되는 중공의 내측경통부(121)와, 내측경통부(121)의 상부면에 연통 설치되어 물이나 미생물이 배출되는 상부토출관(122), 및 내측경통부(121)의 하단부에 연통되어 설치되고 상부측에서 하부측으로 갈수록 직경이 작아지면서 콘형상의 중공으로 되며 유체가 출입하는 다수의 유체통공(123h)이 형성되는 천공스크린부(123)로 구성된다.

천공스크린부(123)는 그 상부면이 내측경통부(121)과 연통되어 결합되고 하단면은 폐쇄부를 이루면서 뾰족한 첨두부로 형성된다.

상기와 같이, 유입수가 원수공급통로부(101)를 통해 외측경통부(111)의 원주방향을 따라 내부로 유입된 후 외측경통부(111)의 내부를 회전하면서 하강하며, 비중이 작은 물이나 슬러지(미생물)은 유체통공(123h)을 통해 천공스크린부(123)의 내부를 거쳐 상승하여 상부토출관을 통해 배출 처리된다. 동시에 외측경통부(111)의 내부로 유입된 가중응집제는 큰 비중으로서 외측경통부(111) 및 외측콘형상부(112)의 내부 외측면을 따라 회전하면서 하강한 후 하부토출관(113)을 따라 토출되어 그 하방에 구비되는 가중응집제 반송 라인(130)으로 보내진다. 따라서, 상기와 같은 절차를 통해 원수에 함유된 순수한 물과 슬러지를 신속하고 용이하게 분리 처리된다.

하폐수는 활성탄 등 다양한 가중응집제를 첨가하여 응집시켜 슬러지를 침강시킨다. 따라서 침강된 슬러지에는 가중응집제가 단단하게 결합되어 있으며, 일반적인 사이클론을 통과하더라도 슬러지와 가중응집제가 분리되지 않아, 사이클론을 통과시켜 물을 제거한 후에도 슬러지에 가중응집제가 대부분 남아있다. 따라서 이러한 슬러지를 그대로 폐기 처리하게 되면 새로운 가중응집제를 계속해서 투입하게 되므로 운용 비용이 많이 소요된다.

따라서, 본 발명은 사이클론으로 형성된 고액분리장치를 새롭게 구성하여 원수와 같이 유입된 슬러지에서 가중응집제를 강제로 분리시킬 수 있도록 하여, 슬러지에 견고하게 결합된 가중응집제를 분리함으로써 다시 활용(재활용)하도록 하여 가중응집제의 효율을 획기적으로 상승시켰다.

이를 위해, 본 발명의 외측경통부(111)의 내벽면에는 랜덤하게 다수개의 내측돌기(111a)를 돌출 형성하고, 내측경통부(121)의 외벽면에도 랜덤하게 다수개의 외측돌기(121a)를 돌출 형성하였다. 내외측 돌기(111a, 121a)는 경통부에서 원통형, 다각형 등에 관계없이 매끄럽지 않으면 충분하다.

따라서 가중응집제에 의해 응집된 슬러지(미생물)와 원수가 혼화(유입수)되어 원수공급통로부(101)를 통해 유입되면, 유입수는 외측경통부(111)와 내측경통부(121)의 사이를 회전하면서 내측돌기(111a)와 외측돌기(121a)를 강하게 충돌한다. 이때 유입수에 함유된 슬러지가 내측돌기(111a)와 외측돌기(121a)를 무작위로 강하게 충돌하면서 그 충격력에 의하여 가중응집제와 슬러지가 분리된다.

이와 같이 외측경통부(111)와 내측경통부(121)의 사이를 회전하면서 내측돌기(111a)와 외측돌기(121a)에 충돌하여 슬러지와 가중응집제가 분리된 다음 이들은 계속해서 외측콘형상부(112)와 천공스크린부(123)를 따라 하강하게 된다. 이어 비중이 작은 물과 슬러지(미생물)은 천공스크린부(123) 주변을 회전하면서 천공스크린부(123)에 형성된 유체통공(123h)를 통해 유입 상승하여 내측경통부(121)를 지나 상부토출관(122)를 거쳐 미생물 반송 라인(131)을 통해 생물 반응조(2)로 재공급 처리되고 슬러지가 분리된 가중응집제는 계속 하강하면서 하부토출관(113)을 따라 토출되어 가중응집제 반송 라인(130)으로 보내진다. 이는 유체를 회전하도록 몸체 내부로 유입시키고 몸체는 콘형상으로 구성하는 사이클론의 원리에 의해 이루어진다.

이러한 과정에서 외측경통부(111)와 내측경통부(121)의 사이에서 분리된 가중응집제의 입자가 천공스크린부(123)에 형성된 유체통공(123h)을 막아 슬러지와 물의 유입을 억제할 수 있다.

이에 본 발명에서는 유체통공(123h)의 막힘 현상을 막아줄 수 있도록 구성하였다. 천공스크린부(123)의 몸체부(123a)에는 유체통공(123h)이 유입수(원수)에 직접 노출되지 않도록 원수의 흐름방향을 따라 유체 통공(123h)의 전방으로부터 돌출되어 유체 통공(123h)의 후방을 향하여 경사지게 돌출되는 편향돌기(124)가 형성 구비되어 있다.

편향돌기(124)는 천공스크린부(123)의 몸체부(123a)에서 끝단부로 갈수록 몸체부(123a)와의 이격 거리(d)가 점점 멀어지도록 형성되고, 유체통공(123h)은 흐르는 원수에 직접 노출되지 않고, 가중응집제가 이동되는 방향에 따라 회전하면서 편향돌기(124)를 통과한 후, 반대방향으로 변경되어야 유체통공으로 유입될 수 있다. 이와 같이 편향돌기(124)는 천공스크린부(123)에서 단순히 돌출되는 것이 아니라, 상부가 유체의 흐름 방향으로 편향되어 돌출되고, 원수가 유입되는 유체통공(123h)이 편향돌기(124)의 후단에 위치하므로 가중응집제가 유체통공(123h)으로 들어가 물과 같이 상부토출관(122)으로 이동하기 위해서는 이동하는 방향에 따라 편향돌기(124)를 지나친 후 갑자기 이동 방향이 변경되어야만 한다. 원수공급통로부(101)로 유입된 원수는 그 이동속도가 매우 빠르기 때문에 편향돌기(124)를 통과한 후 갑작스럽게 방향이 변경될 가능성이 낮다.

따라서, 회전되는 가중응집제는 편향돌기(124)를 지난 후 방향을 변경하여 유체통공(123h)으로 들어갈 가능성이 적으므로 상부토출관(122)으로는 크기가 매우 작은 물과 슬러지(미생물)만 유입된다.

이와 같은 구성을 통해 천공스크린부(123)의 몸체부(123a)를 따라 빠르게 회전되는 물과 슬러지는 유체통공(123h)을 통해 그 내부로 유입된 후 상승되나, 슬러지가 분리된 가중응집제는 유체통공으로 유입되지 못하고 계속 회전하다가 하부로 내려가게 된다.

또한, 본 발명은 유체통공(123h) 간격(a)이 가중응집제의 입자(P)의 직경(b)보다 작게 형성 구비된다. 따라서 슬러지에서 분리되어 나온 가중응집제의 입자가 편향돌기(124)와 편향돌기(124) 사이로 들어가 유체통공(123h)를 막는 것을 방지할 수 있다. 가중응집제의 입자가 편향돌기(124)의 단부와 연속된 다른 편향돌기의 중간에 걸리게 되어 고정되더라도 연이어 뒤에서 유입하는 후발 가중응집제의 입자가 충돌하면서 고정된 가중응집제 입자를 제거하게 된다.

또는, 본 발명은 편향돌기(124)의 끝단과 천공 스크린부(123)의 몸체부(123a)와의 이격 거리가 가중응집제의 입자의 크기보다 작게 형성되도록 구성될 수 있다. 따라서, 가중응집제가 유체통공(123h)을 막기 위해서는 편향돌기(124)의 끝단과 몸체부(123a)의 사이를 비집고 들어와야 하는데, 편향돌기(124)와 몸체부(123a)의 이격 거리는 가장 먼 곳조차 가중응집제의 입자 크기보다 작으므로, 가중응집제가 유체통공(123h)으로 진입할 수 없게 된다.

이로 인해 가중응집제의 입자에 의해 천공스크린부(123)에 형성된 유체통공(123h)이 막히는 것을 방지할 수 있고 물과 미생물만을 분리시킬 수 있어, 가중응집제가 상부토출관(122)으로 배출되는 확률이 매우 적게 된다. 가중응집제는 종류에 따라 입자의 직경이 다르기 때문에 편향돌기(124) 사이의 간격은 사용되는 가중응집제의 종류에 따라 결정된다.

또한, 편향돌기(124)의 외형은 원수와 가중응집제와 충돌하는 외측 끝단이 라운드되게 하여 유체의 흐름이 용이하도록 형성한다.

다음으로, 천공스크린부(123)는 가중응집제와 물 및 슬러지의 분리를 보다 완벽하게 하기 위하여 뾰족한 첨두부를 형성하여 폐쇄시켰다. 기존의 모든 사이클론은 이용한 유입성분의 분리시에 하단부가 개방되어 비중이 작은 성분의 이동 통로가 된다. 이러한 개방된 하단부는 혼합된 상태에서 완벽한 분리가 되지 않고 비중이 큰 성분이 같이 빠져나갈 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 분리된 물이 유입되는 천공스크린부(123)의 하단부를 뾰족한 첨두부로 하고 또한 첨두부를 개방시키지 않고 폐쇄시켰다.

본 발명은 회전에 의하여 비중이 작은 물과 슬러지가 상승될 때에 가중응집제가 같이 이동되지 못하도록 천공스크린부(123)의 끝단을 뾰족하게 하였으며, 그 마지막 첨단부를 막아 가중응집제 등 비중이 큰 물질이 유입될 유입로가 없다.

본 발명은 오로지 천공스크린부(123)의 시계방향으로 경사진 편향통공의 후면에 위치한 유체통공(123h)를 통해서만 상부토출관(122)으로 배출된다. 본 발명에 따르면 상기와 같은 실험으로 90% 이상의 가중응집제 회수 효율을 나타내었다.

한편, 본 발명의 내통부(120) 하단부에 구비되는 천공스크린부(123)에는 유체통공(123h)이 막히는 것을 방지하는 초음파장치(140)가 연결 설치되어 있다.

본 발명은 유체통공(123h)의 간격이 가중응집제의 입자 직경보다 작기 때문에 유체통공(123h)이 막힐 가능성이 거의 없으나, 편향돌기(124)와 연접한 편향돌기(124) 사이에 가중응집제가 고정될 수 있다. 이러한 경우에 후속으로 유입되는 가중응집제에 의하여도 고정된 가중응집제가 분리되지 않는 경우가 있을 수 있으며, 이러한 경우에는 초음파장치(140)를 통한 진동을 제공하여 가중응집제가 분리되도록 한다.

따라서 천공스크린부(123)에 초음파를 가해 유체통공(123h)이 막히는 것을 추가적으로 막아 분리 효율을 더욱 향상시킬 수 있도록 한다.

미설명 부호 150은 상기 천공스크린부(123)를 내부에서 지지하여 그 설치가 용이하도록 하는 지지구이다.

가중응집제 반송 라인(130)은, 외통부(110)의 하방으로 배출되는 가중응집제를 가중응집제 투여 장치(200)로 이송하는 역할을 한다. 이를 위하여 가중응집제 반송 라인(130)은 컨베이어벨트 형태로 구성될 수 있으며, 이송되는 도중 부피 또는 무게가 측정되어 얼마만큼의 가중응집제가 반송되고 있는지의 정보가 제어부에 전송될 수 있다. 또한, 가중응집제 반송 라인(130)을 통해 이송된 가중응집제는 가중응집제 투여 장치(200)로 바로 공급될수도 있으나, 별도의 저장 탱크에 이송된 후 제어부의 제어에 의해 투입량이 조절되도록 구성될수도 있다.

상술한 구성으로 이루어진 본 발명은, 생물 반응조(2) 내 원수의 SS 및 SVI, 방류수의 SS값으로부터 실시간으로 가중응집제의 종류 및 투여량을 결정함으로써 최적화된 가중응집제 투여가 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 생물 반응조(2) 내 원수의 SS값으로서 가중응집제 투여량을 결정함으로써 최적화된 가중응집제 투여가 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 생물 반응조(2) 내 원수의 SVI값과 방류수의 SS값으로서 가중응집제의 종류를 결정함으로써 원수의 상태에 최적화된 가중응집제 투여가 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 가중응집제 회수 장치(100)가 구비되어 기 투여된 가중응집제를 재활용 가능하므로 유지비가 절감되는 효과가 있다.

1 : 최초 침전지 2 : 생물 반응조
3 : 최종 침전지 10 : 제 1 SS 측정 장치
20 : 제 2 SS 측정 장치 30 : SVI 측정 장치
100 : 가중응집제 회수 장치 101 : 원수공급통로부
110 : 외통부 111 : 외측경통부
111a : 내측돌기 112 : 외측콘형상부
113 : 하부토출관 120 : 내통부
121 : 내측경통부 121a : 외측돌기
122 : 상부토출관 123 : 천공스크린부
123a : 몸체부 123h : 유체통공
124 : 편향돌기 130 : 가중응집제 반송 라인
131 : 미생물 반송 라인 140 : 초음파장치
150 : 지지구 200 : 가중응집제 투여 장치

Claims (9)

1. 생물 반응조에 구비되어 상기 생물 반응조 내 원수의 SS를 측정하는 제 1 SS 측정 장치;
   상기 생물 반응조에 구비되어 상기 생물 반응조 내 원수의 SVI를 측정하는 SVI 측정 장치;
   상기 생물 반응조로부터 원수를 공급받아 슬러지를 침전시키는 침전지;
   상기 침전지로부터 방류되는 상징수의 SS를 측정하는 제 2 SS 측정 장치;
   상기 생물 반응조와 상기 침전지의 원수 유입로상에 구비되어 원수에 가중응집제를 공급하여 혼합시키는 가중응집제 투여 장치;
   상기 제 1 SS 측정 장치, 상기 제 2 SS 측정 장치 및 상기 SVI 측정 장치로부터 측정값을 실시간으로 입력받아 상기 가중응집제의 종류 및 투여량을 결정하는 제어부;
   를 포함하되,
   상기 제어부는,
   설정 구간별 SS값에 따른 가중응집제 투여량이 저장되고, 상기 제 1 SS 측정 장치의 측정값이 속한 설정 구간에 대응되는 양의 가중응집제가 상기 가중응집제 투여 장치로부터 공급될 수 있도록 상기 가중응집제 투여 장치를 제어하며,
   상기 SVI 측정 장치의 측정값이 제 1 SVI 설정값 이하이고, 상기 제 2 SS 측정 장치의 측정값이 설정값 미만이면 제 2 가중응집제가 상기 가중응집제 투여 장치로부터 공급될 수 있도록 상기 가중응집제 투여 장치를 제어하며,
   상기 SVI 측정 장치의 측정값이 제 2 SVI 설정값 이상이고, 상기 제 2 SS 측정 장치의 측정값이 설정값 이상이면 제 1 가중응집제가 상기 가중응집제 투여 장치로부터 공급될 수 있도록 상기 가중응집제 투여 장치를 제어하되,
   상기 제 1 SVI 설정값은 상기 제 2 SVI 설정값보다 큰 수치를 가지며, 상기 제 2 가중응집제는 상기 제 1 가중응집제보다 큰 크기를 갖는 SS와 SVI 측정값을 이용한 가중응집제 실시간 제어 시스템.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 SVI 측정 장치의 측정값이 제 1 SVI 설정값을 초과하고, 상기 제 2 SS 측정 장치의 측정값이 설정값 이상이면 고분자 응집제가 상기 가중응집제 투여 장치로부터 공급될 수 있도록 상기 가중응집제 투여 장치를 제어하는 SS와 SVI 측정값을 이용한 가중응집제 실시간 제어 시스템.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 침전지의 바닥에 침전된 가중응집제에 의해 응집되는 슬러지와 원수가 혼합된 유입수가 반출되는 반출 라인;
   상기 반출 라인과 연통되어 상기 유입수가 유입되는 유입수 공급 통로가 형성된 외측 경통부와, 상기 외측 경통부의 하단부에 연통되어 설치되며 상부측에서 하부측으로 갈수록 직경이 작아지는 중공의 외측콘 형상부 및 상기 외측콘 형상부의 하단부에 연통 설치되어 가중응집제가 배출되는 하부 토출관으로 구성되는 외통부;
   상기 외측 경통부와 대향되어 그 내부에 설치되는 중공의 내측 경통부와, 상기 내측 경통부의 하단부에 연통되어 설치되고 상부측에서 하부측으로 갈수록 직경이 작아지면서 콘형상의 중공으로 되며 슬러지와 원수가 유입되는 다수의 유체 통공이 형성되는 천공 스크린부로 구성되는 내통부;
   상기 하부 토출관으로부터 배출되는 가중응집제를 상기 가중응집제 투여 장치로 공급하는 가중응집제 반송 라인;
   을 포함하는 가중응집제 회수 장치를 포함하는 SS와 SVI 측정값을 이용한 가중응집제 실시간 제어 시스템.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 가중응집제 투여 장치는, 가중응집제가 저장되는 가중응집제 저장 탱크와, 상기 가중응집제 저장 탱크 및 상기 가중응집제 회수 장치로부터 가중응집제를 공급받아 원수와 혼합하는 가중응집제 혼화 장치를 포함하며,
   상기 제어부는, 결정된 가중응집제의 투여량에서 상기 가중응집제 회수 장치로부터 회수된 가중응집제의 양을 제한 양만큼의 가중응집제가 상기 가중응집제 저장 탱크로부터 공급되도록 상기 가중응집제 투여 장치를 제어하는 SS와 SVI 측정값을 이용한 가중응집제 실시간 제어 시스템.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 가중응집제 회수 장치는, 상기 외측 경통부의 내벽면에 랜덤하게 다수개의 내측 돌기가 돌출 형성되고, 상기 내측 경통부의 외벽면에 랜덤하게 다수개의 외측 돌기가 돌출 형성되는 SS와 SVI 측정값을 이용한 가중응집제 실시간 제어 시스템.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 가중응집제 회수 장치는, 상기 천공 스크린부의 몸체부에 유입수의 흐름 방향을 따라 상기 유체 통공의 전방으로부터 돌출되어 상기 유체 통공의 후방을 향하여 경사지게 형성된 편향 돌기를 포함하는 SS와 SVI 측정값을 이용한 가중응집제 실시간 제어 시스템.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 가중응집제 회수 장치는, 상기 편향 돌기의 끝단과 상기 천공 스크린부의 몸체부와의 이격 거리가 가중응집제의 입자의 크기보다 작게 형성되는 SS와 SVI 측정값을 이용한 가중응집제 실시간 제어 시스템.
   

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