KR102031869B1

KR102031869B1 - 고도처리 공정 포기 영역 구분 운전식 하·폐수 처리 시설 및 그 운영 방법

Info

Publication number: KR102031869B1
Application number: KR1020190063556A
Authority: KR
Inventors: 김창희
Original assignee: 주식회사 중앙방재엔지니어링
Priority date: 2019-05-30
Filing date: 2019-05-30
Publication date: 2019-10-15

Abstract

본 발명은 고도처리 공정이 적용되는 하·폐수 처리에 관한 것으로, 하·폐수 처리에 있어서 중요한 운전인자인 용존산소 및 슬러지 반송율의 조절을 통하여 포기조와 무산소조를 물리적으로 분할하는 격벽 없이도 단일 생물반응조(10)내 호기성 영역을 조절함으로써, 하·폐수 처리 시설의 운용 안정성을 유지한 상태에서 처리용량의 조절이 가능하도록 한 것이다.
본 발명을 통하여, 가동형 격벽 구성 등 하·폐수 처리 시설 구조에 대한 대대적인 변동 또는 약품 투입 없이도 생물반응조(10) 운전 방식의 최적화만으로, 질소 제거 효율을 확보할 수 있으며, 획기적인 에너지 절감 역시 가능하다.

Description

고도처리 공정 포기 영역 구분 운전식 하·폐수 처리 시설 및 그 운영 방법{OXIC ZONE CONTROL TYPE ADVANCED TREATMENT PROCESS WASTEWATER TREATMENT FACILITY AND ITS OPERATION METHOD}

본 발명은 고도처리 공정이 적용되는 하·폐수 처리에 관한 것으로, 하·폐수 처리에 있어서 중요한 운전인자인 용존산소 및 슬러지 반송율의 조절을 통하여 포기조와 무산소조를 물리적으로 분할하는 격벽 없이도 단일 생물반응조(10)내 호기성 영역을 조절함으로써, 하·폐수 처리 시설의 운용 안정성을 유지한 상태에서 처리용량의 조절이 가능하도록 한 것이다.

고도처리 공정은 방류수역 부영양화의 원인 물질인 질소를 제거하기 위하여, 질산화(nitrification) 및 탈질(denitrification)에 의한 생물학적 질소제거기술(Biological Nitrogen Removal)을 활용하는 공정이다.

주요한 호기성부유성장식 공정으로는 MLE(Modified Ludzack Ettinger) 공정, 바덴포(Bardenpho) 공정 및 연속회분식(SBR, Sequencing Batch Reactor) 공정 등을 들 수 있으며, 소규모 처리장의 경우 연속회분식 공정이 주로 활용되고 중대규모 처리장의 경우 MLE공정이나 바덴포공정이 주로 활용된다.

생물학적으로 질소를 제거하기 위해서는 일단 암모니아성질소가 호기성(oxic) 조건에서 아질산성질소 및 질산성질소로 전환된 후, 무산소(anoxic) 조건에서의 탈질반응에 의하여 아질산성질소 및 질산성 질소가 질소가스로 환원되는 2 단계의 공정이 필요하다.

전형적인 고도처리 공정 수행 하·폐수 처리 시설을 도시한 도 1에서와 같이, 일반적인 하·폐수 고도처리 시설은 주 반응조로서 완전 격리된 무산소조(18) 및 포기조(19)가 구성되며, 압축공기 또는 순수 산소를 포기조(19)로 공급하는 포기설비(38)와, 처리수로부터 부유성물질(MLSS, Mixed Liquor Suspended Soilds)을 분리하는 2차침전지(22)와, 침전된 MLSS를 수집하여 무산소조로(18) 반송하는 반송관(40) 및 반송펌프(49) 등으로 구성된다.

또한, 무산소조(18)로 유입되는 오폐수내 고형물을 일차 침전, 분리하는 1차침전지(21)와, 포기조(19)내 처리수 및 MLSS 혼합액을 무산소조(18)로 반송하는 내부반송관(60) 및 내부반송펌프(69) 등이 구성되며, 이 밖에도 포기조(19)내 포기설비(38)에 공기를 압송하는 블로워(39) 등이 구성된다.

즉, 종래의 고도처리 공정 하·폐수 처리 시설은 상호 완전 격리된 별개의 반응조인 무산소조(18) 및 포기조(19)와 연관 설비로 구성되는데, 무산소조(18) 유입부 및 포기조(19) 유출부에 각각 1차침전지(21) 및 2차침전지(22)가 구성되고, 2차침전지(22)로부터 슬러지를 수집하여 무산소조(18)의 전단부로 투입하는 반송관(40) 및 반송펌프(49)과, 포기조(19)로부터 슬러지 혼합액을 수집하여 무산소조(18)의 전단부로 투입하는 내부반송관(60) 및 내부반송펌프(69) 등으로 구성되고, 포기조(19)내 설치된 포기설비(38)와 블로워(39)가 연결되어 포기조(19)내 처리수에 대한 포기가 실시되는 것이다.

활성 슬러지를 이용하는 고도처리 공정에서는 처리시설의 운전 조건에 따라 미생물의 성장이 크게 달라지기 때문에 F/M(Food to Microorganism)비, 평균 미생물체류시간(MRT, Mean Cell Residence Time) 또는 용존산소(DO, Dissolved Oxygen) 등의 운전 조건을 최적화하여야 한다.

포기조(19)내 유기물농도가 일정농도이하인 경우 즉, F/M비가 낮은 경우 사상균(絲狀菌)의 성장속도가 플록(flock) 형성균의 성장속도에 비하여 빨라지게 되고 슬러지 벌킹(Bulking)이 발생하게 된다.

공공폐수처리시설 설계지침에 따르면, 포기조(19)의 용존산소농도는 포기조(19)내의 모든 지점에서 1.5mg/L 내지 4.0mg/L의 범위를 유지할 필요가 있고, 가급적 2.0mg/L 내지 4.0mg/L의 범위를 만족하는 것이 바람직하며, 최대부하시에도 0.5mg/L이상이 유지되도록 포기장치의 용량이 설정될 필요가 있다.

그러나, 실제 하·폐수 처리 시설의 운용에 있어서는 계절적 요인 등 다양한 요인에 의하여 유입수의 유량 및 농도가 지속적으로 변화할 뿐 아니라, 온도 등 기타 여건 역시 변동되는 바, 최적의 운전 조건을 유지할 수 있도록 처리수의 유입 환경을 인위적으로 조정하는 것은 사실상 불가능하며, 따라서 일반적인 하·폐수처리시설에서는 소요량 대비 과량의 포기를 하거나 약품을 투입하여 제어하는 운전방법이 적용되고 있다.

이러한 운전 조건 확보 조처 중, 약품 투입은 약품 조달 및 투입 비용 문제는 차치하더라도 부반응을 야기하거나 2차 오염을 유발하는 등의 문제를 초래할 수 있으며, 과량 포기는 막대한 에너지 소모를 야기하게 된다.

포기조(19)에 대한 공기 압송 즉, 포기는 고도처리 공정에서 가장 에너지소비가 높은 단위공정으로서, 이때 소요되는 동력은 전체 소요동력의 50% 내지 90%에 이르는 바, 포기조(19)의 DO농도조절에 따른 효율적 운전이 고도처리 공정에 있어서 경제성확보의 핵심요소라 할 수 있다.

따라서 경제성 확보를 위한 최적 DO농도를 유지하기 위해서 DO대신 산화환원전위(ORP, Oxidation Reduction Potential)을 활용하거나 미생물호흡률 측정기(OUR, Oxygen Uptatke Rate)를 활용하여 실시간 호흡률을 측정하고, 그 측정값을 바탕으로 미생물에 필요한 최적의 DO농도를 유지하는 방안이 모색된 바 있다.

그러나 이같은 측정기에 의한 최적 DO농도 유지방식은 BOD용적부하가 낮은 빈부하 상태 즉 F/M비가 낮은 상태에서는 적용되기 어려우므로 계열화운전 또는 연속회분식 공정 등 포기조(19) 용량의 직접적인 변화가 가능한 방식이 더 효과적인 해결책이 될 수 있다.

연속회분식 공정은 질산화 및 탈질에 의한 질소 등 오염물질 제거 반응과 혼합액의 침전, 상등액의 배수, 침전슬러지의 제거 등의 단위공정을 하나의 연속회분식 반응조(SBR, Sequencing Batch Reactor)에서 반복하여 처리하는 방법으로 각 단위공정은 규정된 시계열 절차에 따라 연속적으로 진행된다.

이러한 연속회분식 반응조는 공정 특성상 시간에 따라 반응조의 용도를 생물반응조 또는 침전조 등으로 변화시킬 수 있으나, 그럼에도 불구하고 유량 조정, 유입 충격 완화, 일부 공정 병행 등을 목적으로 반응조 공간의 물리적 분할 필요성이 제기되었고, 이에 반응조내 가변형 내지 가동형 격벽을 설치한 연속회분식 반응조가 개발되었으며, 관련 종래기술로는 특허 제454362호 등을 들 수 있다.

그러나, 상기와 같은 가변형 내지 가동형 격벽이 구성되는 경우, 반응조의 건설 비용이 증액될 수 밖에 없을 뿐 아니라, 격벽을 구동하기 위한 복잡한 동력 설비가 요구되고, 막대한 운용 및 유지관리 비용의 발생이 불가피하다.

본 발명은 전술한 문제점을 감안하여, 물리적인 격벽을 설치하지 않고도 포기장치의 가동 영역과 반송 슬러지 유입부를 조정함으로써 무산소영역과 포기영역의 용량조절 효과를 얻을 수 있도록 창안된 것으로, 처리수에 대한 포기 및 반송 슬러지의 투입이 실시되는 고도처리 공정 하·폐수 처리 시설에 있어서, 생물반응조(10)의 하부에는 공기를 분출하는 다수의 산기구(35)가 구성되는 포기모듈(30)이 다수 구축되되, 각각의 포기모듈(30)은 개별 구동이 가능하고, 다수의 포기모듈(30)은 생물반응조(10)의 종단상 처리수 이송 방향을 따라 배열되며, 2차침전지(22)에서 수집된 슬러지가 이송되는 반송관(40)이 생물반응조(10)에 설치되되, 반송관(40)에는 상기 포기모듈(30)과 동수(同數)의 투입관(41)이 형성되고 매 투입관(41)에는 반송밸브(42)가 장착되며, 생물반응조(10) 후단부에서 수집된 혼합액이 이송되는 내부반송관(60)이 생물반응조(10)에 설치되되, 내부반송관(60)에는 상기 포기모듈(30)과 동수의 내부투입관(61)이 형성되고 매 내부투입관(61)에는 내부반송밸브(62)가 장착되고, 생물반응조(10)의 유입부에는 유입 처리수의 오염물 농도를 감지하는 부하계측기(55)가 설치되고, 상기 포기모듈(30), 반송밸브(42), 내부반송밸브(62) 및 부하계측기(55)는 콘트롤러(99)에 연결되어, 부하계측기(55)의 측정치에 따라 콘트롤러(99)에 의하여 포기모듈(30)의 가동 여부, 반송밸브(42)의 개폐 여부 및 내부반송밸브(62)의 개폐 여부가 제어됨을 특징으로 하는 고도처리 공정 포기 영역 구분 운전식 하·폐수 처리 시설이다.

또한, 상기 포기모듈(30)의 산기구(35) 중 생물반응조(10)의 유입측 산기구(35)가 생물반응조(10)의 유출측으로 경도(傾倒)되어, 해당 산기구(35)의 공기 분출 방향이 생물반응조(10) 유출측으로 경사를 형성함을 특징으로 하는 고도처리 공정 포기 영역 구분 운전식 하·폐수 처리 시설이다.

또한, 상기의 고도처리 공정 포기 영역 구분 운전식 하·폐수 처리 시설의 운영 방법에 있어서, 부하계측기(55)의 오염부하 측정치가 주기적으로 콘트롤러(99)로 입력되어 콘트롤러(99)의 기억장치에 수록되는 단계와, 콘트롤러(99)의 처리장치가 표본시간내 오염부하 측정치를 기억장치에서 인출하여 평균 오염부하를 산출하는 단계와, 평균 오염부하가 기준치 이상일 경우 콘트롤러(99)가 전체 포기모듈(30)을 가동하고, 평균 오염부하가 기준치 미만일 경우 콘트롤러(99)가 생물반응조(10) 유입측의 포기모듈(30)은 정지하고 유출측의 포기모듈(30)은 가동하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 고도처리 공정 포기 영역 구분 운전식 하·폐수 처리 시설의 운영 방법이다.

본 발명을 통하여, 가동형 격벽 구성 등 하·폐수 처리 시설 구조에 대한 대대적인 변동 또는 약품 투입 없이도 생물반응조(10) 운전 방식의 최적화만으로, 질소 제거 효율을 확보할 수 있으며, 획기적인 에너지 절감 역시 가능하다.

또한, 생물반응조(10)내 포기장치의 영역별 부분 가동과, 포기 영역에 대하여 반송 슬러지를 투입하는 운전 방식을 통하여 F/M비가 낮은 조건하에서도 처리효율을 유지하고 벌킹을 방지하는 등의 효과를 얻을 수 있다.

특히, 생물반응조(10) 가동에 소요되는 에너지를 절감함으로써, 하·폐수 처리 시설의 운용 비용을 절감할 수 있을 뿐 아니라, 가동형 격벽 등이 배제된 간소한 구성이 가능한 바, 하·폐수 처리 시설의 건설 및 유지관리 비용 역시 절감할 수 있다.

도 1은 종래 고도처리 공정의 시설 모식도
도 2는 본 발명의 시설 모식도
도 3은 본 발명의 일 실시예 사시도
도 4는 본 발명의 일 실시예 부분절단 사시도
도 5는 본 발명의 일 실시예 종단면도
도 6은 본 발명의 일 실시예 포기모듈 및 반송관 발췌 사시도
도 7은 본 발명의 운전 방식 설명도
도 8은 본 발명의 세분형 실시예 부분절단 사시도
도 9는 본 발명의 산기구 부분 경도형 실시예 종단면도

도 1은 종래 고도처리 공정의 운전 형태를 도시한 것으로, 도시된 바와 같이, 1차침전지(21)를 경유한 처리수가 무산소조(18)에 저류된 후, 포기조(19)로 공급되되, 포기조(19) 전체에 대하여 동일하게 공기가 공급되고, 무산소조(18) 전단(前端)에 2차침전지(22)에서 생성되는 슬러지 일부 및 포기조(19)에서 생성되는 슬러지 혼합액 일부가 반송, 공급되는 방식이 적용되고 있다.

즉, 1차침전지(21)에서 고형 침강물이 제거된 처리수가 포기조(19)로 유입되되, 포기조(19) 내부에는 단일 포기설비(38)가 설치되어 포기조(19)내 전 영역에 대한 획일적인 포기가 실시되고, 포기조(19)를 거친 처리수는 2차침전지(22)로 공급되며, 포기조(19)와 무산소조(18)는 내부반송관(60)으로 연결되고 내부반송관(60)에는 내부반송펌프(69)가 장착되어, 포기조(19) 내부에서 질산화된 처리수와 슬러지의 혼합액 일부가 내부반송관(60)을 통하여 무산소조(18)로 내부반송되며, 2차침전지(22)와 무산소조(18) 유입부는 반송관(40)으로 연결되고 반송관(40)에는 반송펌프(49)가 장착되어, 2차침전지(22)에서 생성된 슬러지 일부가 포기조(19)로 반송, 공급되는 것이다.

따라서, 포기조(19)로 유입되는 오폐수의 오염부하에 관계 없이 포기조(19) 전체 영역에 대한 획일적인 포기만이 가능하며, 내부반송관(60)으로 이송되는 내부 반송 혼합액 및 반송관(40)으로 이송되는 반송 슬러지의 투입 지점 역시 무산소조(18)의 전단부 내지 유입부로 고정되는 방식의 운전만이 가능하다.

반면, 본 발명에서는 도 2에서와 같이, 생물반응조(10)내 포기 영역이 다수의 단위포기역(單位曝氣域)으로 구획되어, 동일한 생물반응조(10)내 공간이 포기 영역과 무산소 영역으로 구분 운전될 수 있다.

또한, 2차침전지(22)에서 생성되는 슬러지를 생물반응조(10)로 반송, 공급하는 반송관(40)의 말단부를 다수의 분기관으로 구성하고, 생물반응조(10)내 유출측 포기 영역의 슬러지 혼합액을 생물반응조(10) 유입측 영역으로 반송, 공급하는 내부반송관(60)의 말단부 역시 다수의 분기관으로 구성하되, 이들 분기관의 배출구를 상기 단위포기역과 동수(同數)로 구성하여, 전술한 포기 영역의 가변 운용과 더불어 포기 영역의 전단부에 반송 슬러지가 공급될 수 있다.

본 발명에 있어서 생물반응조(10)내 설정되는 단위포기역은 격벽 등 물리적 구획 수단에 의하여 처리수가 격리됨으로써 실현되는 것이 아니라, 독립적으로 구동되는 포기모듈(30)의 구동 양태에 따라 구현되는 것으로, 이러한 본 발명 생물반응조(10)의 구체적인 구성이 도 3 내지 도 6에 예시되어 있다.

우선, 도 3은 본 발명 하·폐수 처리 시설의 외관을 예시한 것으로, 동 도면에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명 하·폐수 처리 시설에는 처리수에 대한 포기 및 반송 슬러지의 투입이 실시되는 생물반응조(10)가 구성되며, 생물반응조(10)의 전단(前端) 및 후단에는 각각 1차침전지(21) 및 2차침전지(22)가 설치되어, 1차침전지(21)에서 고형물이 제거된 처리수가 생물반응조(10)로 공급되고, 생물반응조(10)에서 유출된 처리수는 2차침전지(22)로 공급된다.

또한, 도 4 및 도 5에서와 같이, 생물반응조(10)의 하부에는 상방(上方)으로 공기를 분출하는 다수의 산기구(35)가 조합, 구성되는 포기모듈(30)이 다수 구축되는데, 각각의 포기모듈(30)은 독립적 개별 구동이 가능하며, 이들 다수의 포기모듈(30)은 생물반응조(10)의 종단상 처리수 이송 방향을 따라 배열된다.

즉, 본 발명에 있어서의 포기모듈(30)은 단일 계통의 관로로 구성되어 독립적 개별적으로 구동되는 포기장치로서, 도 6에서와 같이, 단일 송기관(31) 및 송기분기관(32)에 배기관(33)이 연결되고, 배기관(33)에는 최종 공기 방출구인 산기구(35)가 설치되어 구성되며, 도 2에서와 같이, 각각의 포기모듈(30)에는 개별적으로 구동되는 블로워(39) 등의 공기 공급 수단이 연결되는 것이다.

도 4 및 도 5에 도시되지는 않았으나, 포기모듈(30)의 유입단을 형성하는 송기관(31)에는 블로워(39)가 연결되어 공기가 압송되며, 압송된 공기는 송기관(31), 송기분기관(32) 및 배기관(33)을 경유하여 배기관(33)에 장착된 산기구(35)를 통하여 외부로 방출되는 바, 단일 포기모듈(30)을 형성하는 다수의 산기구(35)는 1군의 산기구(35)를 형성하면서 동반 가동된다.

도 2 내지 도 5에 예시된 실시예에서는 생물반응조(10)에 2개의 포기모듈(30)이 구성되어 있는 바, 각각의 포기모듈(30)에 의하여 형성되는 단위포기역(單位曝氣域) 역시 생물반응조(10) 내부 공간을 양분하면서 독립된 2개의 단위포기역을 형성하게 된다.

즉, 본 발명에서는 생물반응조(10) 내부 공간이 격벽 등에 의하여 물리적으로 구획되어 각 구획의 처리수가 물리적으로 격리되지는 않으나, 도 7의 하부 도면에서와 같이, 포기모듈(30)의 선택 가동에 따라 동 도면상 가상선으로 도시된 바와 같은 경계를 기준으로, 생물반응조(10)가 복수의 단위포기역으로 분할되면서 분할된 공간의 혐·호기 상태가 설정되는 것이다.

특히, 본 발명의 생물반응조(10)에는 완전혼합흐름(Completely Mixed Flow)과 대별되는 관형흐름(Plug Flow) 상태가 조성됨으로써, 상기와 같은 포기모듈(30)에 대응되는 단위포기역이 일층 용이하고 분명하게 형성될 수 있는데, 이러한 생물반응조(10)내 관형흐름 상태 조성을 위한 유출입량 균형 유지 및 유입수 균등 분배를 유도하기 위하여, 도 4 및 도 5에서와 같이, 생물반응조(10)의 전, 후단에 각각 전폭(全幅) 월류부를 형성하고, 유입부와 유출부간 적정 수두차를 형성한다.

따라서, 본 발명의 생물반응조(10)내 처리수에는 유입부에서 유출부에 이르는 종단상 전 구간에서 비교적 일정한 유속의 완속류가 형성될 뿐 아니라, 횡단상에서도 전체 단면에 걸쳐 비교적 일정한 유속 분포가 형성되는 바, 유출부측 상황에 따른 유입부측 영향이 제한된다.

즉, 도 6에서와 같이 2조의 포기모듈(30)이 구성된 상태에서, 동 도면상 좌측의 유입측 포기모듈(30)과, 동 도면상 우측의 유출측 포기모듈(30) 중, 유입측 포기모듈(30)은 정지하되 유출측 포기모듈(30)만을 가동하게 되면, 유출측 포기모듈(30)의 산기구(35)에서 왕성하게 공기가 방출되어도 그 영향이 유출측 포기모듈(30) 상부 처리수에 국한되며, 설령 산기구(35)에서 방출된 기포가 측방으로 확산된다 하여도 관형흐름 처리수의 일방(一方) 이송으로 인하여 유입측 확산이 상당 수준 상쇄되는 바, 결국 도 7의 하부 도면에서와 같이, 유출측 단위포기역과 유입측 단위포기역이 도면상 가상선으로 표현된 가상의 경계면을 기준으로 격리될 수 있는 것이다.

따라서, 본 발명 생물반응조(10)의 운용에 있어서, 도 7의 상부 도면에서와 같이 생물반응조(10)내 구성된 전체 포기모듈(30)을 가동하게 되면 전체 생물반응조(10)를 단일 생물반응조(10)이자 전체 포기 상태로 운용할 수 있으며, 도 7의 하부 도면에서와 같이 유출측 포기모듈(30)만을 가동하게 되면 전체 생물반응조(10) 중 유출측 일부만을 포기 상태로 운용하되 나머지 유입측 영역은 무위(無爲) 상태 즉, 일종의 유입조 내지 유량 조절조와 같은 기능을 수행하도록 운용할 수 있게 되어, 생물반응조(10)의 실질 용량을 변경하는 효과를 얻을 수 있으며, 빈부하 상태에서도 과포기 없이 효율적인 처리가 가능하게 된다.

한편, 본 발명에서는 생물반응조(10)내 다수의 포기모듈(30) 및 단위포기역 설정과 함께, 이에 상응하는 반송 슬러지 투입 배관 역시 구축하여 전술한 가상 구획 운용 효과를 배가할 수 있도록 하였다.

즉, 도 4 내지 도 6에서와 같이, 2차침전지(22)에서 수집된 슬러지가 이송되는 반송관(40)이 생물반응조(10)에 설치되되, 반송관(40)에는 상기 포기모듈(30)과 동수(同數)의 투입관(41)이 형성되고 매 투입관(41)에는 반송밸브(42)가 장착되어, 생물반응조(10)의 종단상 반송 슬러지의 투입 지점을 조절할 수 있도록 한 것이다.

이러한 슬러지 반송 배관은 도 6에서와 같이, 반송펌프(49)의 토출구에 연결된 주관(主管)인 반송관(40)과, 반송관(40)에서 분기된 분기관으로서 말단의 배출구가 각 포기모듈(30) 상부에 위치하는 투입관(41) 등으로 구성되며, 각각의 투입관(41)에는 반송밸브(42)가 설치되어 반송밸브(42)가 선택 개폐됨에 따라 반송 슬러지의 투입 지점이 조절된다.

따라서, 도 7의 상부 도면에서와 같이 생물반응조(10)내 구성된 전체 포기모듈(30)을 가동하여 전체 생물반응조(10)를 단일 생물반응조(10)이자 전체 포기 상태로 운전하는 경우, 동 도면에서와 같이 유입측 포기모듈(30) 상부의 반송밸브(42)를 개방하여 반송 슬러지를 생물반응조(10)의 유입부에 투입하게 되고, 도 7의 하부 도면에서와 같이 유출측 포기모듈(30)만을 가동하는 경우 유입측 반송밸브(42)는 폐쇄하고 유출측 포기모듈(30) 상부의 반송밸브(42)를 개방하여 반송 슬러지를 유출측 포기모듈(30)로 투입하게 된다.

또한, 도 4 내지 도 6에서와 같이, 생물반응조(10) 후단부로부터 슬러지 혼합액을 일부 흡출하여 생물반응조(10) 내부로 반송하는 내부반송관(60)이 구축되되, 내부반송관(60) 역시 전술한 반송관(40)의 투입관(41) 및 투입밸브(42)에서와 같이, 다점의 배출구를 선택 개폐할 수 있는 분기관 구조로 구성함으로써, 생물반응조(10)의 종단상 내부 반송수의 투입 지점을 조절할 수 있도록 하였다.

즉, 내부반송관(60)에는 상기 포기모듈(30)과 동수(同數)의 내부투입관(61)이 형성되고 매 내부투입관(61)에는 내부반송밸브(62)가 장착되어, 생물반응조(10)의 종단상 내부 반송수의 투입 지점을 조절할 수 있도록 한 것이다.

이러한 내부반송 배관은 도 6에서와 같이, 내부반송펌프(69)의 토출구에 연결된 주관인 내부반송관(60)과, 내부반송관(60)에서 분기된 분기관으로서 말단의 배출구가 각 포기모듈(30) 상부에 위치하는 내부투입관(61) 등으로 구성되며, 각각의 내부투입관(61)에는 내부반송밸브(62)가 설치되어 내부반송밸브(62)가 선택 개폐됨에 따라 내부 반송수의 투입 지점이 조절된다.

따라서, 도 7의 상부 도면에서와 같이 생물반응조(10)내 구성된 전체 포기모듈(30)을 가동하여 전체 생물반응조(10)를 단일 생물반응조(10)이자 전체 포기 상태로 운전하는 경우, 동 도면에서와 같이 유입측 포기모듈(30) 상부의 내부반송밸브(62)를 개방하여 반송 슬러지 혼합액을 생물반응조(10)의 전단부에 투이하게 되고, 도 7의 하부 도면에서와 같이, 유출측 포기모듈(30)만을 가동하는 경우, 유입측 내부반송밸브(62)는 폐쇄하고 유출측 포기모듈(30) 상부의 내부반송밸브(62)를 개방하여 내부 반송 혼합액을 배출측 포기모듈(30)로 투입하게 된다.

한편, 전술한 본 발명 하·폐수 처리 시설은 생물반응조(10) 유입 처리수의 오염물 농도 측정치에 따라 그 운전 상태가 자동으로 조정되는 방식으로 운용될 수 있는데, 이러한 본 발명 하·폐수 처리 시설의 자동 운영은 생물반응조(10)내 처리수의 상태를 검측하는 계측기와 연결되어 전술한 포기모듈(30), 반송밸브(42) 및 내부반송밸브(62)를 제어하는 제어기기인 콘트롤러(99)에 의하여 수행될 수 있다.

본 발명의 자동 운전시 포기모듈(30), 반송밸브(42) 및 내부반송밸브(62) 제어는 유입 처리수의 오염부하를 기초로 수행되는 바, 이를 위하여, 도 2 및 도 5에서와 같이, 생물반응조(10)의 유입부에는 유입 처리수의 오염물 농도를 감지하는 부하계측기(55)가 설치되고, 상기 포기모듈(30), 반송밸브(42), 내부반송밸브(62) 및 부하계측기(55)는 콘트롤러(99)에 연결되어, 부하계측기(55)의 측정치에 따라 콘트롤러(99)에 의하여 포기모듈(30)의 가동 여부, 반송밸브(42) 및 내부반송밸브(62)의 개폐 여부가 제어된다.

본 발명 생물반응조(10)의 유입부에 설치되는 부하계측기(55)는 처리수의 오염물 농도를 계측하는 기기로서, COD(Chemical Oxygen Demand)측정기, BOD(Biochemical Oxygen Demand)측정기 또는 TOC(Total Organic Carbon)측정기 등이 적용될 수 있으며, 이들 부하계측기(55)는 실시간 계측이 가능한 방식이 적용된다.

또한, 부하계측기(55) 외에도 도 2 및 도 5에서와 같이, DO(Dissolved Oxygen)계측기(56) 등의 처리수 상태 감지 수단이 다수 설치될 수 있는데, 이를 통하여 생물반응조(10) 운전에 따른 처리수의 상태 및 처리 효율 등을 파악할 수 있다.

도 2에서와 같이, 부하계측기(55)와 연결되어 부하계측기(55)에서 송출되는 측정치를 수신하는 콘트롤러(99)에는 포기모듈(30)에 구성된 블로워(39), 반송관(40)에 설치된 반송밸브(42) 및 내부반송관(60)에 설치된 내부반송밸브(62)가 연결되어, 콘트롤러(99)가 상기 블로워(39), 반송밸브(42) 및 내부반송밸브(62)의 가동을 제어하게 되는데, 콘트롤러(99)는 사전 프로그래밍이 가능한 PLC(Programmable Logic Controller) 내지 컴퓨터로서, 자체 처리장치 및 기억장치가 내장되어 부하계측기(55)에서 전송된 정보를 처리하고 연결된 제반 장치의 전원을 단속하는 등의 가능을 수행하게 된다.

즉, 본 발명 하·폐수 처리 시설의 운영 방법은 생물반응조(10)로 유입되는 처리수의 오염부하에 따라 도 7의 상, 하부에 각각 도시된 상태가 변환되는 방식으로 수행되는 것으로, 부하계측기(55)의 오염부하 측정치가 주기적으로 콘트롤러(99)로 입력되고, 입력된 오염부하 측정치가 콘트롤러(99)의 기억장치에 수록되는 단계로 개시된다.

이후, 콘트롤러(99)의 처리장치가 기억장치에 수록된 오염부하 측정치 중 사전 설정된 표본시간 이전 시점(時點) 부터 당 시점에 이르는 시간 동안 측정된 오염부하 측정치를 인출하여 평균 오염부하를 산출하는 단계가 수행되는데, 이는 생물반응조(10) 유입 처리수 오염부하의 일시적인 변동을 검출하여 배제함으로써 과민(過敏)한 운전을 방지하기 위함이다.

콘트롤러(99)가 부하계측기(55)의 측정치에 따라 포기모듈(30)의 가동 상태를 조정함에 있어서 부하계측기(55)에서 송출되는 측정치를 단순 추종하여, 주기적으로 반복 송출되는 측정치가 기준치를 하회 또는 상회하는 즉시 포기모듈(30) 가동 상태를 변경할 경우, 일시적인 오염부하 변동에도 콘트롤러(99)가 반응하는 과민한 대처가 이루어지는 바, 포기모듈(30), 반송밸브(42) 또는 내부반송밸브(62)의 급가동 및 급정지가 빈발하고 그에 따라 처리 효율이 저하됨은 물론, 불필요한 에너지 소모 및 설비 노화가 초래될 수 있다.

이에, 본 발명에서는 소정의 표본시간을 설정하고 당 시점부터 표본시간 이전의 시간동안 측정된 측정치를 평균하는 방식을 적용함으로써, 유의한 오염부하 변동을 수반하지 않는 일시적인 측정치 변동에는 포기모듈(30), 반송밸브(42) 또는 내부반송밸브(62)의 운전 상태를 변경하지 않도록 하였다.

이렇듯, 본 발명에서는 당 시점 직전의 표본시간내 오염부하 측정치의 평균치인 평균 오염부하와 사전 설정된 기준치를 대조하여 포기모듈(30), 반송밸브(42) 또는 내부반송밸브(62)를 운전하게 되는데, 평균 오염부하가 사전 설정된 기준치 이상으로 산출되면 콘트롤러(99)가 전체 포기모듈(30)을 가동하고, 평균 오염부하가 사전 설정된 기준치 미만일 경우 콘트롤러(99)가 생물반응조(10) 유입측의 포기모듈(30)은 정지하고 유출측의 포기모듈(30)은 가동하는 단계 수행되며, 이로써, 설계 오염부하에 부합되는 처리수 조건하에서의 적절한 생물반응조(10) 운전이 가능함은 물론, 계획 오염부하를 상당 수준 하회하는 빈부하 조건에서도 최적화된 생물반응조(10) 운전이 가능할 뿐 아니라, 불필요한 과포기 운전을 배제하고 에너지 절감을 도모할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명 하·폐수 처리 시설의 생물반응조(10)에는 다수의 포기모듈(30)이 설정될 수 있는데, 포기모듈(30)은 생물반응조(10)의 종단상 일렬로 배열되며, 생물반응조(10) 내부 공간을 양분하는 2조의 포기모듈(30)이 구성될 수 있음은 물론, 도 8에서와 같이, 3조 이상의 포기모듈(30)이 구성되는 세분형(細分形) 생물반응조(10)가 구성될 수도 있다.

특히, 이러한 본 발명 포기모듈(30)의 설정은 생물반응조(10)의 최초 건설시 실시될 수 있을 뿐 아니라, 단일 배관의 포기장치가 구성된 기존 설비에서, 송기분기관(32), 송기관(31) 및 블로워(39)를 교체 내지 추가하는 비교적 간단한 조처만으로도 실시될 수 있다.

한편, 도 9는 본 발명의 산기구(35) 부분 경도형 실시예를 도시한 것으로, 이를 통하여 전술한 유출측 단위포기역(單位曝氣域)의 격리 효과를 일층 배가할 수 있다.

즉, 도 9에서와 같이, 포기모듈(30)의 산기구(35) 중 생물반응조(10)의 유입측 산기구(35)가 생물반응조(10)의 유출측으로 경도(傾倒)되어, 해당 산기구(35)의 공기 분출 방향이 생물반응조(10) 유출측으로 경사를 형성한 것으로, 이로써 산기구(35)에서 방출되는 공기의 생물반응조(10) 유입측 확산 작용을 강력하게 억제할 수 있는 것이다.

송기관(31), 송기분기관(32) 및 배기관(33)으로 구성되는 포기모듈(30)의 배관에서는 공기가 압축공기 상태로 압송되며, 최종 방출구인 산기구(35)에 이르러 비로소 기포 형태로 방출되는데, 방출된 기포는 산기구(35)에서의 방출압과 부력(浮力)에 의하여 기본적으로 상방(上方) 이동하게 되며, 이와 동시에 양 측방으로 확산된다.

또한, 일단 산기구(35)에서 이탈된 기포는 상방 이동 및 양 측방 확산과 더불어 처리수의 흐름에 따라 생물반응조(10)의 유입측에서 유출측으로 일방(一方) 이송된다.

따라서, 생물반응조(10)의 종단면상 기포의 분포 상태는 산기구(35)에서 방출된 기포의 정방향 일방 이송(advection)과 정방향 및 역방향 양 측방 확산(diffusion)이 합성되어 조성된다 할 수 있으며, 전술한 바와 같이, 본 발명의 생물반응조(10)에는 관형흐름(Plug Flow) 상태가 조성되는 바, 포기모듈(30) 유입측 경계부에서의 역방향 확산을 억제함으로써 일층 정밀한 단위포기역 설정이 가능하게 된다.

즉, 도 9에서와 같이, 생물반응조(10)의 유입측 및 유출측에 각각 포기모듈(30)이 구성된 경우, 양측 포기모듈(30)의 경계부에서, 유출측 포기모듈(30)로부터 방출된 기포의 역방향 확산을 억제함으로써, 생물반응조(10) 유입측 포기모듈(30)의 정지에도 불구하고 생물반응조(10)의 유출측 포기모듈(30)에서 방출된 기포가 역방향 확산되어 단위포기역간 경계가 와해되는 현상을 방지하는 것으로, 그 구체적인 방식으로는 전술한 바와 같이, 산기구(35)에 경사를 형성하여 역방향 확산을 정방향 이송이 상쇄하도록 하는 것이다.

이렇듯, 산기구(35) 방출 기포의 역방향 확산을 억제함으로써, 도 9에서와 같이, 물리적 격리 수단 없이도 단위포기역이 명확하게 구획될 수 있다.

10 : 생물반응조
18 : 무산소조
19 : 포기조
21 : 1차침전지
22 : 2차침전지
30 : 포기모듈
31 : 송기관
32 : 송기분기관
33 : 배기관
35 : 산기구
38 : 포기설비
39 : 블로워
40 : 반송관
41 : 투입관
42 : 반송밸브
49 : 반송펌프
55 : 부하계측기
56 : DO계측기
60 : 내부반송관
61 : 내부투입관
62 : 내부반송밸브
69 : 내부반송펌프
99 : 콘트롤러

Claims

처리수에 대한 포기 및 반송 슬러지의 투입이 실시되는 고도처리 공정 하·폐수 처리 시설로서, 생물반응조(10)의 하부에는 공기를 분출하는 다수의 산기구(35)가 구성되는 포기모듈(30)이 다수 구축되되, 각각의 포기모듈(30)은 개별 구동이 가능하고, 다수의 포기모듈(30)은 생물반응조(10)의 종단상 처리수 이송 방향을 따라 배열되며, 2차침전지(22)에서 수집된 슬러지가 이송되는 반송관(40)이 생물반응조(10)에 설치되되, 반송관(40)에는 상기 포기모듈(30)과 동수(同數)의 투입관(41)이 형성되고 매 투입관(41)에는 반송밸브(42)가 장착되며, 생물반응조(10) 후단부에서 수집된 혼합액이 이송되는 내부반송관(60)이 생물반응조(10)에 설치되되, 내부반송관(60)에는 상기 포기모듈(30)과 동수의 내부투입관(61)이 형성되고 매 내부투입관(61)에는 내부반송밸브(62)가 장착되고, 생물반응조(10)의 유입부에는 유입 처리수의 오염물 농도를 감지하는 부하계측기(55)가 설치되고, 상기 포기모듈(30), 반송밸브(42), 내부반송밸브(62) 및 부하계측기(55)는 콘트롤러(99)에 연결되어, 부하계측기(55)의 측정치에 따라 콘트롤러(99)에 의하여 포기모듈(30)의 가동 여부, 반송밸브(42)의 개폐 여부 및 내부반송밸브(62)의 개폐 여부가 제어되는 고도처리 공정 포기 영역 구분 운전식 하·폐수 처리 시설에 있어서,
포기모듈(30)의 산기구(35) 중 생물반응조(10)의 유입측 산기구(35)가 생물반응조(10)의 유출측으로 경도(傾倒)되어, 해당 산기구(35)의 공기 분출 방향이 생물반응조(10) 유출측으로 경사를 형성함을 특징으로 하는 고도처리 공정 포기 영역 구분 운전식 하·폐수 처리 시설.
청구항 1의 고도처리 공정 포기 영역 구분 운전식 하·폐수 처리 시설의 운영 방법에 있어서,
부하계측기(55)의 오염부하 측정치가 주기적으로 콘트롤러(99)로 입력되어 콘트롤러(99)의 기억장치에 수록되는 단계와;
콘트롤러(99)의 처리장치가 표본시간내 오염부하 측정치를 기억장치에서 인출하여 평균 오염부하를 산출하는 단계와;
평균 오염부하가 기준치 이상일 경우 콘트롤러(99)가 전체 포기모듈(30)을 가동하고, 평균 오염부하가 기준치 미만일 경우 콘트롤러(99)가 생물반응조(10) 유입측의 포기모듈(30)은 정지하고 유출측의 포기모듈(30)은 가동하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 고도처리 공정 포기 영역 구분 운전식 하·폐수 처리 시설의 운영 방법.
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