KR102087622B1 - 회분식 반응조 및 그의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본원발명은 하기와 같은 구성을 가진다.
하·폐수를 유입시켜 처리하는 회분식 반응조에 있어서;
상기 회분식반응조에서 간헐유입공정, 반응공정, 침전공정 및 배출공정을 갖되,
상기 배출공정에서는 슬러지 유출을 방지기 위하여 공정시간을 조절하는 타이머;
상기 회분식반응조의 수위에 따라 이동하는 부유식디캔터;
상기 부유식디캔터를 이동하게 하는 둘 이상의 지지대;
상기 지지대의 하부에 상기 부유식디캔터를 더 이상 이동하지 못하도록 구성한 하부스토퍼;
상기 회분식반응조의 수위를 측정하는 수위계;
상기 부유식디캔터의 이동에 따라 이동하는 부유물질측정기;
상기 부유식디캔터의 부력을 조절하는 부력조절용부유체;
상징수를 처리수조로 인발하는 처리수인발펌프;로 구성한 것을 특징으로 하는 회분식반응조에 관한 것이다.

Description

회분식 반응조 및 그의 제어방법{Batch reactor and control method thereof}

본 발명은 회분식 활성슬러지법를 이용한 하폐수 처리방법 및 처리장치에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 원수 유입유량에 따른 공정조건과 부유식디캔터(decantar)를 통하여 상징수를 인발하는 것과 관련한 회분식 활성슬러지법를 이용한 하폐수 처리방법 및 처리장치에 관한 것이다.

본발명의 배경이 되는 기술을 살피면 하기와 같다.

또한, 본 발명의 배경이 되는 기술로는 구체적인 하폐수 처리장치의 일례를 설명하면, 원수에 포함된 협잡물을 제거하는 스크린이 내부에 구비된 원수조,

상기 원수조에 연결되며, 포기장치가 구비된 활성슬러지를 이용한 오폐수 처리용 회분식 반응조, 상기 반응조에 연결되며, 상기 반응조로부터 배출된 잉여 슬러지를 농축하는 슬러지 농축저류조, 및 상기 반응조에 연결되며, 상기 반응조의 포기액과 배양물질을 혼합하여 배양 활성슬러지를 제조하여 상기 반응조에 공급하는 활성슬러지 배양기, 상기 원수조, 반응조, 생물여과기, 슬러지 농축저류조, 및 활성슬러지 배양기를 제어 작동시키기 위한 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 기설정된 설계유량을 기준으로 원수의 유입유량을 측정하여 상기 유입공정, 포기공정, 침전공정 및 배출공정의 수행시간과 수행횟수를 제어하며, 기설정된 반응조내의 MLSS 값을 기준으로 배양 활성 슬러지의 배양조건, 및 반응조 주입조건을 제어하는 것을 포함하는 하폐수 처리장치에 관한 것이다.

종래의 기술에 따른 배양된 활성 슬러지를 제조하기 위한 미생물 배양기의 통상의 미생물 배양기를 사용할 수 있으며 특별히 제한되지 않는다. 상기 미생물 배양기의 예로는 한국공개특허공보 20002-0094245호 등에 기재되어 있으며, 미생물 배양기의 일예를 설명하면, 미생물의 배양이 이루어지는 배양조과; 상기 배양조 상부로 연결설치되는 공급관과, 공급관 상에 설치되어 배양액을 배양조로 공급하기 위한 펌프를 포함하여 배양조 내에 배양시키고자 하는 용액 및 유,무기 배지를 공급하기 위한 공급부; 에어공급용 송풍기로부터 공기를 공급받아 배양조 내의 배양액에 공기를 분사하고 배양액을 교반시키기 위한 교반부; 배양조 내부로 설치되는 히터, 히터를 제어작동시키기 위한 제어수단을 포함하여 배양액의 온도유지 및 살균을 수행하기 위한 온도제어부를 포함할 수 있다.

상기 미생물 배양기의 교반부는 송풍기에 연결되어 배양통의 측면을 따라 수직으로 세워져 설치는 에어공급호스와, 에어공급호스에서 배양통 측면을 통해 내부로 연장된 두 개의 분기라인, 각 분기라인 끝단에 연결설치되는 환형의 분사파이프, 상부 분사파이프의 외주면을 따라 배열되어 분사파이프의 외측방향에서 하부방향의 범위 내를 향하도록 설치되는 분사노즐, 하부 분사파이프의 외주면을 따라 배열되어 분사파이프의 내측방향에서 상부방향의 범위 내를 향하도록 설치되는 분사노즐을 포함할 수 있다. 또한, 상기 온도제어부는 60℃ 이하로 가열되어 배양조건을 충족시키기 위한 저온히터, 60℃ 이상으로 가열되어 배양액을 살균하기 위한 고온히터를 포함할 수 있다.

기존 특허 제0870963호, 제0870964호에서 디캔터의 부상체가 상하로 움직이는 과정에서 신축 자바라을 이용하도록 하였으나 신축 자바라는 장시간 사용 시 흡입펌프 압력에 의해 변형되어(흡입구가 좁아지는 문제 발생) 원활한 흡입양정 및 유량을 배출할 수 없으며, 자바라 파열(찢어짐)로 폭기공정 중 슬러지유입 등의 문제가 발생한다. 또한 신축 자바라 및 상징수(상등액) 이송라인의 공기가 유입될 경우 흡입펌프가 구동하여도 배출이 되지 않는 문제가 있다.

도7a 및 도7b에 의하면 하기와 같다.

상징수 이송라인이 스프링지지형 체크밸브 우(좌)측에 설치됨에 따라 흡입펌프 가동 시 부상체가 우(좌)로 기울어 가이드(지지대)를 자연스럽게 이동할 수 없는 문제가 있다. 또한 단순 수위계에 의해 디캔터가 구동될 경우 슬러지계면층 높이를 알 수 없어 배출시 슬러지가 유출되는 문제가 발생한다.

부상체의 부력을 조절할 수 없는 구조로 흡입구가 수면 내 매우 깊은 위치(기존 특허의 경우 수면에서 흡입구 까지 약 500mm이상 필요)에 위치함에 따라 SBR 반응조 운전 시 배출물량이 부족하거나 슬러지 계면층에 가깝게 부유체가 내려가 슬러지유출을 유발할 수 있다.

SBR반응조 내 디캔터는 중력침전에 의해 미생물(활성슬러지)과 상징액이 분리된 후 양질의 처리수(상등액)을 배출하기 위한 중요한 장치로 SBR 반응조 내 처리수 수질을 모니터링 하여 하부의 미생물 및 미처리된 부유물질이 유출되지 않도록 하여야 하나 기존 특허장치는 상등액의 SS(고형물)농도를 알 수 없어 슬러지 유출의 문제가 종종 발생하는 문제가 있다.

기존 부상체는 흡입구가 깊이 위치해 있기 때문에 상등수를 흡입함에 따라 SBR 반응조 싸이클당 1회 배출량이 부족하거나 슬러지 계면층에 가깝게 운전되어 고농도 하수 유입 시 미생물농도(고농도 하수로 인해 미생물 증식이 활발해져 슬러지 층이 높게 유지됨)를 높게 운전하기 어렵다.

따라서 디캔터 흡입구는 아래에서 위로 빨아들이는 형상으로 수면보다 약 100mm 이상으로 깊게 위치하면 흡입구 위쪽 물은 빨아들일 수 없기 때문에 상대적으로 처리수 배출량이 적어진다.

또한 고농도의 하수를 처리하기 위해서는 미생물의 농도가 높아야 하는데 흡입구가 깊어진 만큼 슬러지 층에 도달하는 시간도 빨라지기 때문에 미생물을 농도를 높게 유지하기 어려운 단점이 있다.

그러나 상징수를 인발할 때에 오염원인 슬러지가 인발되지 않도록 하는 기술이 없을 뿐만아니라 인발시 흡입압력손실에 대한 문제와 결상회로에 대한 문제들을 해결하는 것이 필요하였다.

본 발명은 이와 같은 배경하에서 문제를 해결하기 위하여 발명하게 된 것이다.

대한민국등록특허공보 10-0504150(2005.07.27) 대한민국등록특허공보 10-1097144(2011.12.21) 공개특허공보 공개번호 10-2016-0093575(2016.08.08) 등록특허공보 등록번호10-0942053(2010.02.04)

첫번째 과제로는 본원발명의 배출공정에는 타이머, 하부스토퍼, 수위계, 부유물질측정기와 연동한 4중 안전장치를 구성하여 배출장치에서 슬러지 유출을 방지할 수 있는 것이다.

두번째 과제로는 흡입압력손실을 방지한 써징탱크(마중물탱크)를 두어 부유식 디캔터에 의한 효과적인 배출장치를 구현한다.

세번째 과제로는 조작전원결상회로를 설치하여 한상의 조작전원 연결 후 사용할 때 연결된 동일한 한상이 결상 시 조작전원이 차단되어 기기류가 가동되지 않음으로써 나머지 두상 중 한상이 결상될 경우 회로가 차단되어 기계의 소손(파손)을 방지하여 어떤상의 결상되어도 회로를 차단할 수 있어 기계의 소손(파손)을 100% 방지하도록 하여 과제를 해결하는 것이다.

네번째 과제로는 일정한 정도로 부유체가 부상할 수 있도록 부력조절용 보조부력체 2개 이상 및 물주입 밸브를 포함한 부력조절용부유체에 물을 적당량을 공급하여 하부에 수면으로부터 100mm 전후한 수면하부에서 흡입구를 위치하여 상부 스컴 등의 유입을 방지하도록 하여 과제를 해결하는 것이다.

다섯번째 과제로는 상징수를 배출하면 부력조절용부유체가 하강하게 되는데 회분식반응조 하부에 구성된 부유물질측정기는 흡입구 보다 200∼400mm 하부에 위치하며 부유체와 함께 하강하도록 하여 슬러지 계면층에 슬러지유출을 방지하도록 하여 과제를 해결하는 것이다.

여섯번째 과제로는 부유물질측정기는 슬러지의 층을 감지함과 동시에 슬러지의 농도를 측정할 수 있으므로 반응조의 슬러지 농도가 설정 값(ex 3,000mg/L)보다 높아졌을 시에는 슬러지인발펌프를 통해 슬러지를 인발을 반복수행하여 슬러지의 농도를 설정 값 이하 낮추는 효과를 갖는 것으로 슬러지농도에 대한 과제를 해결하는 것이다.

일곱번째 과제로는 혐기/무산소조건을 유지하기 위해서는 공기공급을 중단하고 교반기를 이용하여 미생물과 하수를 반응시킨되,ORP는 호기조건과 무산소조건을 판별하는 지표로 호기조건 시 ORP는 +mV 값을 갖으며, 혐기/무산소 -mV 값을 갖는 것으로 간단한 지표로 호기조건과 무산조조건을 판별하는 과제를 해결하는 것이다.

여덟번째 과제로는 디캔터이동장치를 개선하여 디캔터가 언제나 수면과 평행하게 유지하면서 수직으로 이동을 반복하도록 구성하여 수면으로부터 일정한 깊이의 상징수를 인발할 수 있도록 함으로 스컴과 함께 인발되도록 하는 과제를 해결하는 것이다.

본 발명의 과제를 해결하기 위하여 하기와 같은 구성을 둔다.

하·폐수를 유입시켜 처리하는 회분식 반응조에 있어서;

상기 회분식반응조에서 간헐유입공정, 반응공정, 침전공정 및 배출공정을 갖되,

상기 배출공정에서는 슬러지 유출을 방지기 위하여 공정시간을 조절하는 타이머;

상기 회분식반응조의 수위에 따라 이동하는 부유식디캔터;

상기 부유식디캔터를 이동하게 하는 둘 이상의 지지대;

상기 지지대의 하부에 상기 부유식디캔터를 더 이상 이동하지 못하도록 구성한 하부스토퍼;

상기 회분식반응조의 수위를 측정하는 수위계;

상기 부유식디캔터의 이동에 따라 이동하는 부유물질측정기;

상기 부유식디캔터의 부력을 조절하는 부력조절용부유체;

상징수를 처리수조로 인발하는 상징수인발펌프;로 구성하는 회분식반응조를 제공하는 것이다.

여기서 상기 처리수인발펌프와 상기 부유식디캔터사이에 흡입압력손실을 방지하게 하는 써징탱크를 더 구성하는 것이 바람직하다.

여기서 상기 써징탱크의 전단에 체크밸브를 구성하여 상기 상징수인발펌프가 구동을 정지했을 때 써징탱크의 물빠짐 현상을 방지할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

여기서 상기 반응공정은 호기 및 무산소 조건의 과정을 3회이상 반복하도록 구성하는 것이 바람직하다.

여기서 상기 부력조절용부유체는 부력조절용 보조부력체를 2개 이상 더 구성하는 것이 바람직하다.

여기서 상기 부력조절용부유체는 물주입 밸브를 구성하여 상부 스컴 등의 유입을 방지하기 위하여 상기 부력조절용부유체의 하부에 구성한 흡입구의 단부가 수면에서 100mm 전후한 위치에 구성하도록 상기 부력조절용부유체내에 물을 주입하는 양을 결정하도록 구성하는 것이 바람직하다.

즉,부력조절용부유체 내 흡입구는 수위에서 약 100mm이내 위치할 수 있도록 조절 가능한 보조부체 및 수위조절용 물주입밸브를 포함한다.

여기서 상기 부력조절용부유체의 하부에 2개 이상의 상기 흡입구를 두어 상징수 이송배관이 상기 부력조절용부유체의 중심부에 위치할 수 있어 상기 부유식디캔터가 상하운동 시 지지대에서 기울어지지 않고 자연스럽게 이동할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

여기서 상기 부유물질측정기는 상기 부력조절용부유체의 하부에 구성한 상기 흡입구의 단부보다 200∼400mm 하부에 위치하도록 하되 상기 부력조절용부유체와 함께 하강하도록 구성하는 것이 바람직하다.

여기서 상기 흡입구를 상기 부력조절용부유체 내에 위피하도록 하면 상기 흡입구에 제2의 체크밸브를 구성하는 것이 바람직하다.

여기서 상기 부유식디캔터가 부력에 의해 상하로 이동하는데 기울어짐이나 끼임을 방지할 수 있는 롤러 형태의 디캔터이동장치를 상기 부력조절용부유체와 지지대 사이에 구성하는 것이 바람직하다.

여기서 상기 디캔터이동장치는 상기 지지대를 원기둥 형으로 구성하고 상기 원기둥을 사이에 두고 두개의 롤러를 좌우에 배치구성하고 상기 롤러의 지지체를 통하여 두개의 상기 롤러와 상기 부유식디캔터를 결착하고 상기 부력조절용부유체에 지지체결속부를 구성하는 것이 바람직하다.

전술한 회분식 반응조의 상기 부유물질측정기의 측정값이 설정값이하이면 상징수인발펌프를 가동하도록 제어하도록 하는 회분식반응조의 제어방법을 제공하는 것이다.

여기서 회분식반응조의 상기 부유물질측정기의 측정값이 설정값 이상이면 상징수배출을 중지하고 상기 부유물질측정기의 측정값이 슬러지 농도설정값이상이면 슬러지 배출을 위한 인발펌프가 가동되도록 제어하도록 제어방법을 제공하는 것이 바람직하다.

여기서 일정한 시간동안 침전공정을 거친후에도 상기 부유물질측정기의 측정값이 설정값 이상이면 약품주입설비에서 침강제인 약품투입을 가동하도록 제어하도록 제어방법을 제공하는 것이 바람직하다.

여기서 일정시간동안 혐기조건이 지속될 때 블로워를 가동하여 호기조건으로 변환하도록 제어하고 일정시간동안 호기조건이 지속될 때에 상기 블로워의 가동을 중지하여 혐기조건으로 변환하도록 제어하며,이로 인한 반응지표를 ORP로 하되 +mV이면 호기조건으로 -mV이면 혐기조건으로 구별하여 운전을 제어하도록 제어방법을 제공하는 것이 바람직하다.

여기서 상기 회분식반응조를 제어하는 제어전원 결상 회로를 구성하되 결상으로 인한 기계류 소손을 방지하기 위하여 조작전원결상회로를 구성하여 한상의 조작전원을 연결 후 사용할 때 연결된 동일한 한상이 결상 시 조작전원이 차단되어 기기류가 가동되지 않음으로 나머지 두상 중 한상이 결상될 경우 회로가 차단되어 기계의 소손(파손)을 방지하도록 제어방법을 제공하는 것이 바람직하다.

첫번째 효과로는 본원발명의 배출공정에는 타이머, 하부스토퍼, 수위계, 부유물질측정기와 연동한 4중 안전장치를 구성하여 배출장치에서 슬러지 유출을 방지할 수 있는 것이다.

두번째 효과로는 흡입압력손실을 방지한 써징탱크(마중물탱크)를 두어 부유식 디캔터에 의한 효과적인 배출장치를 구현한다.

세번째 효과로는 조작전원결상회로를 설치하여 한상의 조작전원 연결 후 사용할 때 연결된 동일한 한상이 결상 시 조작전원이 차단되어 기기류가 가동되지 않음으로써 나머지 두상 중 한상이 결상될 경우 회로가 차단되어 기계의 소손(파손)을 방지하여 어떤상의 결상되어도 회로를 차단할 수 있어 기계의 소손(파손)을 100% 방지하는 효과가 있는 것이다.

네번째 효과로는 일정한 정도로 부유체가 부상할 수 있도록 부력조절용 보조부력체 2개 이상 및 물주입 밸브를 포함한 부력조절용부유체에 물을 적당량을 공급하여 하부에 수면으로부터 100mm 전후한 수면하부에서 흡입구를 위치하여 상부 스컴 등의 유입을 방지하는 효과가 있는 것이다.

다섯번째 효과로는 상징수를 배출하면 부력조절용부유체가 하강하게 되는데 회분식반응조 하부에 구성된 부유물질측정기는 흡입구 보다 200∼400mm 하부에 위치하며 부유체와 함께 하강하도록 하여 슬러지 계면층에 슬러지유출을 방지하는 효과가 있는 것이다.

여섯번째 효과로는 부유물질측정기는 슬러지의 층을 감지함과 동시에 슬러지의 농도를 측정할 수 있으므로 반응조의 슬러지 농도가 설정 값(ex 3,000mg/L)보다 높아졌을 시에는 슬러지인발펌프를 통해 슬러지를 인발을 반복수행하여 슬러지의 농도를 설정 값 이하 낮추는 효과를 가지는 것이다.

일곱번째 효과로는 혐기/무산소조건을 유지하기 위해서는 공기공급을 중단하고 교반기를 이용하여 미생물과 하수를 반응시킨되,ORP는 호기조건과 무산소조건을 판별하는 지표로 호기조건 시 ORP는 +mV 값을 갖으며, 혐기/무산소 -mV 값을 갖는 것으로 간단한 지표로 호기조건과 무산조조건을 판별하는 효과가 있는 것이다.

여덟번째 효과로는 디캔터이동장치를 개선하여 디캔터가 언제나 수면과 평행하게 유지하면서 수직으로 이동을 반복하도록 구성하여 수면으로부터 일정한 깊이의 상징수를 인발할 수 있도록 함으로 스컴과 함께 인발되는 것을 방지하는 효과가 있는 것이다.

제1도는 회분식반응조의 전체구성도를 보이는 도이다.
제2도는 제1도를 상부에서 바라본 구성도를 보이는 도이다.
제3도는 부유식디캔터가 반응조수면이 상부에까지 있을 경우를 보이는 도이다.
제4도는 부유식디캔터가 반응조수면이 하부에 구성된 스토퍼까지 하강하였을 경우를 보이는 도이다.
제5도는 부유식디캔터의 롤러지지체와 롤러의 결합상태를 상세하게 보이는 도이다.
제6a도는 종래의 기술회로를 보이는 도이다.
제6b도는 조작전원결상회로를 설치한 본 기술의 회로를 보이는 도이다.
제6c도는 조작전원결상회로를 보이는 도이다.
제7a 및 7b도는 종래의 디캔터의 이동장치를 보이는 도이다.

본 발명은 하·폐수를 처리함에 있어 SBR 공정에서 공정도를 표현한 터치스크린을 포함한 PLC 공법제어반을 이용하여 하·폐수를 SBR 반응조에서 간헐유입(혐기 및 무산소 조건), 반응(호기 및 무산소 조건 3회이상 반복), 침전(무산소 조건), 배출하는 고도처리방법이다.

특히 배출공정에는 슬러지 유출을 방지할 수 있는 타이머, 하부스토퍼, 수위계, 부유물질측정기와 연동한 4중 안전장치와 흡입압력손실을 방지한 마중물탱크(써징탱크)를 구성한 부유식 디캔터(DECANTER)에 의한 배출장치를 구현한다.

SBR 반응조를 이용한 하 폐수 고도처리 방법은 유기물질 및 무기물질 처리에 필요한 송풍기, 교반기, 수중펌프 등의 기계를 포함하며, 이는 공정도를 표현한 터치스크린을 포함한 PLC 공정제어반에서 프로그램에 의한 자동운전이 가능하도록 한다.

PLC 공정제어반은 220V 또는 380V의 전기를 수전하여 SBR 공정 운전에 필요한 기계류(송풍기, 교반기, 펌프 등) 및 계측기(유량계, 수위계, ORP, DO, MLSS측정기 등)와 연동하여 운전된다.

PLC 공정제어반은 터치스크린을 포함하고 있으며 터치스크린에는 하.폐수 처리 공정도가 표현되고, 공정도에는 및 기계류 동작표기, 고장알림, 자동/수동 변환기능, 시간설정 기능, 유량측정값 표시 기능 등 다양한 기능을 터치방식으로 확인 및 조작이 가능하도록 한다.

하.폐수 고도처리를 위한 운전은 유량조정조 수위계에 의해 유량을 확인하여 간헐유입모드, 표준운전모드, 비상운전모드로 나누어 자동운전이 된다.

SBR공정은 1회 운전 시 유입, 반응, 침전, 배출 4단계로 진행되며, 간헐유입모드에서는 6∼12시간 이상이 소요되며, 표준운전모드에서는 6시간, 비상운전모드에서는 6∼4.5시간이 소요된다.

특히 1회 운전 시 유입시간은 30∼100min, 반응시간은 180∼300min, 침전시간은 30∼100min, 배출시간 30∼60min으로 운전되며, 유입시간에는 반응조교반기를 가동하여 혐기/무산소 조건을 형성하고, 유입되는 하수에는 용존산소가 거의 없으므로 별도로 폭기시키지 않으면 혐기/무산소 조건이 형성되고, 하수처리에서는 이 혐기/무산소 조건을 이용하기 위하여 블로워가 아닌 교반기를 이용하여 미생물과 하수를 반응시킨다.

반응시간에는 폭기 20∼60min, 정지 0∼30min, 교반 10∼30min의 순서로 최소 3회 이상 반복하여 질산화 및 탈질, 인 과잉섭취을 유도하고 이에 따른 고도처리를 구현한다.

표1은 PLC 공정제어반 운전모드로 표로 기재하면 하기와 같다.

침전공정에는 폭기 및 교반을 중단하고 무산소조건을 유지하며, 배출공정에는 부유식디캔터를 이용해 고액분리 된 상부의 처리수를 배출하며, 하부의 잉여슬러지를 슬러지저류조(미도시)로 반출한다.

본 발명에서는 기존의 부유식 디캔터의 신축 자바라 내구성 및 흡입 시 변형문제와 이송배관 내 기포 유입 시 처리수 배출이 안되는 문제를 해결하기 위해 이송배관은 철심이 사용된 고압호스를 사용한다.

처리수 인발펌프 전단에는 마중물탱크(써징탱크)를 펌프 앞에 두어 기존의 자흡식 흡입펌프가 아닌 인발 볼류트펌프를 사용할 수 있고 만약 기포 등의 에어가 배관 내 잔류할 경우에도 딜레이 없이 순간적으로 필요한 유량을 상징수를 인발할 수 있다. 또한 마중물탱크 전단에 체크밸브를 설치하여 처리수인발펌프가 정지했을 때 사이폰에 의한 마중물탱크 물빠짐 현상을 방지할 수 있도록 하였다. 이는 디캔터 흡입구에 이물질이 걸렸을 시에도 사이폰에 의한 마중물탱크 즉 써징탱크(200) 물빠짐 현상을 방지할 수 있다. 회분식반응조의 물수위가 처리수 인발펌프의 수위보다 낮기 때문에, 배출공정이 끝남에 따라 처리수 인발펌프가 중지하면 펌프내부와 마중물탱크에 충만 되어있던 물이 수두차(게이트와 같은 취수장치에서 유입구와 유출구의 개폐에 의하여 확보되는 취수장치의 상,하류의 수위차. 수두란 물의 머리란 뜻. 수두차는 물의 높이 차이를 의미함.)에 의해 역류하여 디캔터가 처리수를 토해내는 현상이 발생한다.

여기서 고압호스의 굽힘각도를 고려하여 상징수 배출높이의 5배 이상의 호스배관 길이를 확보하며 특히 마중물탱크는 고압호스(상징수이송관)의 단면적(㎡)과 호스길이를 곱한 값보다 큰 부피를 갖도록 한다.(ex 호스규격 50A × 호스길이 10m 일 때, 호스단면적 0.00196m² × 호스길이 10m = 호스용량 0.0196㎥ = 마중물탱크 19.6L이상으로 정한다.) 호수규격과 단면적 이송관 길이에 다른 마중물 탱크의 용량과의 관계를 표2에서 정리하면 하기와 같다.

호스규격	호스단면적 (㎡)	배출수위차 (m)	이송관길이 (m)	호스용량 (㎥)	마중물탱크 (L)	비고
50A	0.00196	1.0	5.0	0.0098	9.8
	0.00196	1.5	7.5	0.0147	14.7
	0.00196	2.0	10.0	0.0196	19.6
75A	0.00442	1.0	5.0	0.0221	22.1
	0.00442	1.5	7.5	0.0332	33.2
	0.00442	2.0	10.0	0.0442	44.2
100A	0.00785	1.0	5.0	0.0392	39.2
	0.00785	1.5	7.5	0.0589	58.9
	0.00785	2.0	10.0	0.0785	78.5
125A	0.01227	1.0	5.0	0.0614	61.4
	0.01227	1.5	7.5	0.0920	92.0
	0.01227	2.0	10.0	0.1227	122.7
150A	0.01766	1.0	5.0	0.0883	88.3
	0.01766	1.5	7.5	0.1324	132.4
	0.01766	2.0	10.0	0.1766	176.6
200A	0.03140	1.0	5.0	0.1570	157.0
	0.03140	1.5	7.5	0.2355	235.5
	0.03140	2.0	10.0	0.3140	314.0

이를 방지하기 위하여 마중물탱크 전단에 체크밸브(210)를 설치하는 것이다.

기존기술에서는 체크밸브(210)를 부유식디캔터(100) 흡입구(110,120)측에 설치하여 역류를 방지하였으나, 부유식디캔터(100) 흡입구(110,120)에 이물질이 걸렸을 시 그 틈으로 역류가 발생되므로 이를 방지하기 위하여 이중 안전장치로 마중물탱크 전단에 체크밸브(210)를 설치하는 것이다.

도면 제1 도 및 제5도에 의하여 자세히 설명하면 하기와 같다.

이하 구체적인 구성을 기재하면 하기와 같다.

하·폐수를 유입시켜 처리하는 회분식 반응조(600)에 있어서;

상기 회분식반응조(600)에서 간헐유입공정, 반응공정, 침전공정 및 배출공정을 갖되,

상기 배출공정에서는 슬러지 유출을 방지기 위하여 공정시간을 조절하는 타이머를 둘 수 있다.(미도시)

상기 회분식반응조(600)의 수위에 따라 이동하는 부유식디캔터(100)

상기 부유식디캔터(100)를 이동하게 하는 둘 이상의 지지대(150)

상기 지지대(150)의 하부에 상기 부유식디캔터(100)를 더 이상 이동하지 못하도록 구성한 하부스토퍼(155)

상기 회분식반응조(600)의 수위를 측정하는 수위계(540)

상기 부유식디캔터(100)의 이동에 따라 이동하는 부유물질측정기(510)

상기 부유식디캔터(100)의 부력을 조절하는 부력조절용부유체(140)

상징수를 처리수조(700)로 인발하는 상징수인발펌프(400);로 구성하여 회분식반응조(600)를 구성한다.

상기 상징수인발펌프(400)와 상기 부유식디캔터(100)사이에 흡입압력손실을 방지하게 하는 써징탱크(200)를 더 구성하는 것으로 마중물 탱크라고도 칭한다.

펌프로 물을 끌어 올리려면 펌프 내부가 진공상태가 되어야 하는데 공기만 차있다면 진공상태가 되지 못하므로, 펌프 내부가 항시 물로 충만 된 상태가 유지될 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다.

여기서 상기 써징탱크(200)의 전단에 체크밸브(210)를 구성하여 상기 상징수인발펌프(400)가 구동을 정지했을 때 써징탱크(200)의 물빠짐 현상을 방지할 수 있도록 구성한다.

여기서 상기 반응공정은 호기 및 무산소 조건의 과정을 3회이상 반복하도록 구성한다.

상기 부력조절용부유체(140)는 부력조절용부체(145,146,147)를 2개 이상 더 구성한다.

상기 부력조절용부유체(140)는 물주입 밸브를 구성하여 상부 스컴 등의 유입을 방지하기 위하여 상기 부력조절용부유체(140)의 하부에 구성한 흡입구(1110,120)의 단부가 수면에서 100mm 전후한 위치에 구성하도록 상기 부력조절용부유체(140)내에 물을 주입하는 양을 결정하는 것이다.

일정 수면위 부력조절용부유체(140)가 부상할 수 있도록 부력조절용 보조부력체 2개 이상 및 물주입 밸브를 포함한 부유체에 수면에서 100mm 전후한 수면하부에서 흡입구를 위치하여 상부 스컴 등의 유입을 방지한다.

회분식 반응조(SBR)공법은 단일반응조에서 유입, 반응, 침전, 배출이 일어나는데, 배출공정 시 디캔터를 이용하여 침전으로 고액분리된 상징수를 배출시킨다. 이때 최대한 위쪽에서 상등수를 인발하여야 침전된 고형물이 재부상하지 않고 깨끗한 상징수를 얻을 수 있는 것이다.

한편 침전 시에도 가라않지 않고 수면위에 떠 있는‘스컴’이라는 형태의 슬러지가 생성될 수 있는데, 스컴이 배출되지 않도록 100mm 전후한 수면하부에서 흡입구를 통해 처리수를 인발하는 것이다.

이때 100mm 전후한 수면높이를 조절할 수 있도록 하는 것은 물주입밸브로 물을 주입하는 양에 따라 부력조절용부유체가 물에 잠기는 높이를 정할 수 있는 것이다.

원리는 PLC공법제어반에서 안전장치(타이머, 수위계, 부유물질측정기)의 신호를 받아 펌프에 배출명령신호를 주면 펌프가 구동하며, 마중물탱크에 물이 흡입되고 이에 따라 흡입구 체크밸브가 열리며, 수면에서 100mm 하부 처리수를 인발한다.

상기 부유물질측정기(510)는 상기 부력조절용부유체(140)의 하부에 구성한 상기 흡입구의 단부보다 200∼400mm 하부에 위치하도록 하되 상기 부력조절용부유체(140)와 함께 하강하도록 구성한다.

SBR 반응조 하부 슬러지 계면층에 슬러지유출을 방지하기 위해 부유물질측정기는 흡입구 보다 200∼400mm 하부에 위치하며 부유체와 함께 하강한다.

부유물질측정기(510)에 설정 값(0∼5,000mg/L)에 의해 측정 수치(ex 10mg/L이상)가 감지될 경우 PLC 공정제어반에서 자동으로 배출을 중지하고 슬러지 계면층이 낮아 질 때까지 대기한다. 부유물질측정기의 (510)설정 값(10mg/L이상) 이하로 내려갈 경우 자동배출이 진행된다.

만약 침전대기 설정시간이 경과 후 부유물질이 설정 값 이하로 측정되지 않을 경우 약품주입설비에서 자동으로 침강제 등의 약품을 투입할 수 있도록 공법제어반에 프로그램 되어 완벽히 처리된 상등수만 인발한다.

상기 부력조절용부유체(140)의 하부에 2개 이상의 상기 흡입구(110,120)를 두어 상징수 이송배관이 상기 부력조절용부유체(140)의 중심부에 위치할 수 있어 상기 부유식디캔터(100)가 상하운동 시 지지대에서 기울어지지 않고 자연스럽게 이동할 수 있도록 구성한다.

한편, 2개 이상의 흡입구를 두어 상징수 이송배관이 부력조절용부유체(140)에 중심부에 위치할 수 있어 부상체가 상하운동 시 지지대에서 기울어지지 않고 자연스럽게 이동할 수 있다. 특히 부력조절용부유체(140)와 지지대에 탈착되어 부력에 의해 상하로 이동하는데 기울어짐이나 끼임을 방지할 수 있는 롤러 형태의 디캔터 이동장치를 장착하였다.

특히 흡입구(110,120)는 기존 부상체에 부착하는 방식이 아닌 부력조절용부유체 내에 위치하도록 하며, 흡입구에 체크밸브(미도시)가 포함되어 있어 흡입공정이 끝나면 밸브가 닫혀 이물질이 들어가지 않도록 한다.

부유식디캔터(100)는 삼각형 또는 직사각형의 부력조절용부유체(140)와 체크밸브를 내장한 흡입구(110,120) 2개이상, 고압호스, 마중물탱크(써징탱크), 펌프로 구성된다.

상기 흡입구를 상기 부력조절용부유체(140)내에 위치하도록 하면 상기 흡입구에 제2의 체크밸브를 구성한다.

상기 부유식디캔터(100)가 부력에 의해 상하로 이동하는데 기울어짐이나 끼임을 방지할 수 있는 롤러 형태의 디캔터이동장치(130)를 상기 부력조절용부유체(140)와 지지대(150) 사이에 구성한다.

상기 디캔터이동장치(130)는 상기 지지대(150)를 원기둥 형으로 구성하고 상기 원기둥을 사이에 두고 두개의 롤러(132,134)를 좌우에 배치구성하고 상기 롤러지지체(136)를 통하여 두개의 상기 롤러와 상기 부유식디캔터(130)를 결착하고 상기 부력조절용부유체(140)에 지지체결속부(138)를 구성한다.

상술한 회분식 반응조(600)의 상기 부유물질측정기의 측정값이 설정값이하이면 상징수인발펌프를 가동하도록 제어하는 것이다.

전술한 회분식반응조(600)의 상기 부유물질측정기(510)의 측정값이 설정값 이상이면 상징수배출을 중지하고 상기 부유물질측정기(510)의 측정값이 슬러지 농도 설정값 이상이면 슬러지 배출을 위한 인발펌프가 가동되도록 제어하는 회분식반응조의 제어방법을 가진다.

또한 SBR반응조의 잉여슬러지 배출을 위해 부유물질측정기(510)에 의해 설정 값(1,000∼5,000mg/L)사이의 결정한 후 슬러지인발펌프와 연동하여 배출공정 직후 슬러지인발펌프를 공법제어반에서 자동운전 한다. 반응조 슬러지농도가 설정 값(ex 3,000mg/L)보다 높아질 경우 슬러지인발 펌프가동을 설정시간 대비 1회 반복수행하도록 하며, 설정 값보다 낮을 경우 슬러지인발 펌프가동을 하지 않도록 PLC 공정제어반에 프로그램 한다. 펌프가동을 설정시간 대비 1회 반복수행하도록 한다.

하수처리를 수행함에 따라 반응조의 슬러지는 증가하게 되는데, 이를 일정하게 유지시 킬 수 있도록 슬러지인발펌프를 이용하여 일정주기로 반응조의 슬러지를 슬러지저류조(농축조)로 이송시킨다.

배출공정 시 디캔터가 상징수를 인발함에 따라 수위가 낮아져 하강하게 되는데, 부유식디캔터(100)보다 200∼400mm 하부에 위치한 부유물질측정기(510)에 슬러지 층이 감지되면 상징수 인발을 중지한다.

이때 부유물질측정기(510)는 슬러지의 층을 감지함과 동시에 슬러지의 농도를 측정할 수 있으므로 반응조의 슬러지 농도가 설정 값(ex 3,000mg/L) 보다 높아졌을 시에는 슬러지인발펌프를 통해 슬러지를 인발을 반복수행하여 슬러지의 농도를 설정 값 이하로 낮춘다.

일정한 시간동안 침전공정을 거친후에도 상기 부유물질측정기(510)의 측정값이 설정값 이상이면 약품주입설비에서 침강제인 약품투입을 가동하도록 제어하도록 회분식반응조의 제어방법을 가지고 운영한다.

일정시간동안 혐기조건이 지속될 때 블로워를 가동하여 호기조건으로 변환하도록 제어하고 일정시간동안 호기조건이 지속될 때에 상기 블로워의 가동을 중지하여 혐기조건으로 변환하도록 제어하며,이로 인한 반응지표를 ORP로 하되 +mV이면 호기조건으로 -mV이면 혐기조건으로 구별하여 운전을 제어하는 것이다.

즉, SBR 반응조 혐기/무산소/호기조건 변화를 위해 DO(용존산소) 또는 ORP(산화환원전위)계측기와 연동하여 송풍기를 가동할 수 있도록 PLC 공정제어반에 프로그램한다.

혐기조건은 DO농도 0.5mg/L 이하 또는 ORP -mV이하로 정한다.

무산소조건은 DO 0.5∼1.0mg/L 또는 ORP 0mV으로 정한다.

호기조건은 DO 1.0∼5.0mg/L 또는 ORP +mV이상의 조건에서 운전되도록 PLC 공정제어반으로 프로그램 하여 자동운전이 가능하도록 제어한다.

SBR 하수처리공법은 1개의 반응조에 하수가 유입되어 미생물과 반응한 후 침전시켜 배출하는 공법이다. 이때 미생물과 하수를 혐기/무산소/호기조건에서 반복해가며 반응시키는데, 이 과정에서 미생물이 용존산소를 소비하며 하수 내 오염물질을 산화, 환원, 분해, 섭취하여 제거한다.

DO는 호기조건을 유지하기 위한 지표로 위해 블로워를 통해 공기를 공급 시 상승하며, .혐기/무산소조건을 유지하기 위해서는 공기공급을 중단하고 교반기를 이용하여 미생물과 하수를 반응시킨다.

ORP는 호기조건과 무산소조건을 판별하는 지표로 호기조건 시 ORP는 +mV 값을 갖으며, 혐기/무산소 시에는 -mV 값을 갖는다. 혐기/무산소조건을 유지하기 위해서는 공기공급을 중단하고 교반기를 이용하여 미생물과 하수를 반응시킨다.

제6a도 내지 제 6c도에 의하여 설명하면 하기와 같다.

제6a도는 메인차단기에서 각각 기계별 차단기 → 마그네트 → 기계로 전원공급을 할 때 기계 전원공급 / 미공급 결정을 PLC 프로그램에 의해 수행되며, 이때 조작 전원 차단기를 설치하는 것이 일반적 회로이다.

제6b 도 및 제6c도는 조작전원차단기에 조작전원결상회로를 결상하는 것에 대하여 보이는 도이다.

본 기술은 조작전원을 차단/공급할 때 마그네트 스위치(MCX)가 추가된 조작전원 결상 회로를 구성하여 기계의 소손을 방지한다.

상기 회분식반응조(600)를 제어하는 제어전원 결상 회로를 구성하되 결상으로 인한 기계류 소손을 방지하기 위하여 조작전원결상회로를 구성하여 한상의 조작전원을 연결 후 사용할 때 연결된 동일한 한상이 결상 시 조작전원이 차단되어 기기류가 가동되지 않음으로 나머지 두상 중 한상이 결상될 경우 회로가 차단되어 기계의 소손(파손)을 방지하도록 제어방법을 구현한다.

또한 제어전원 결상 회로를 설치하여 결상으로 인한 기계류 소손을 방지한다.(통상 한상의 조작전원 연결 후 사용하며 연결된 동일한 한상이 결상 시 조작전원이 차단되어 기기류가 가동되지 않음. 이때 나머지 두상 중 한상이 결상될 경우 회로가 정상가동되어 기계가 소손(파손) 되는 것이다.

그러나 조작전원결상회로를 설치할 경우 한상의 조작전원 연결 후 사용할 때 연결된 동일한 한상이 결상 시 조작전원이 차단되어 기기류가 가동되지 않음. 이때 나머지 두상 중 한상이 결상될 경우 회로가 차단되어 기계의 소손(파손)을 방지하는 것이다.

따라서 조작전원결상회로를 설치할 경우 어떤상의 결상되어도 회로를 차단할 수 있어 기계의 소손(파손)을 100%로 방지하는 것이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 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.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

100:부유식디캔터 110,120:흡입구 130:디캔터이동장치
132,134:롤러 136:롤러지지체 138:지지체결속부
140:부력조절용부유체 142:물주입밸브
145,146,147:부력조절용부체
150:지지대 155:하부스토퍼 160:상징수이송배관
200:써징탱크 210:체크밸브
300:공정제어반 310:터치스크린
400:상징수인발펌프
500:계측장치 510:부유물질측정기 520:DO미터
530:ORP미터 540:수위계
600:회분식반응조 610:반응조수면
700:처리수조 710:처리수수면

Claims (16)

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11. 하·폐수를 유입시켜 처리하는 회분식 반응조에 있어서;
    상기 회분식반응조에서 간헐유입공정, 반응공정, 침전공정 및 배출공정을 갖되,
    상기 반응공정은 호기 및 무산소 조건의 과정을 복수회 반복하도록 하고,
    상기 배출공정에는 PLC공법제어반에서 안전장치인 슬러지 유출을 방지할 수 있는 타이머, 수위계 및 부유물질측정기들의 신호를 수신하여,
    처리수인발펌프에 배출명령신호를 주면 상기 처리수인발펌프가 구동하며, 흡입압력손실을 방지한 써징탱크에 물이 흡입되고 이에 따라 흡입구의 체크밸브가 열리며, 하부 처리수를 인발하도록 구성하되,
    상기 배출공정에서는 슬러지 유출을 방지기 위하여 상기 회분식반응조의 수위에 따라 이동하는 부유식디캔터;
    상기 부유식디캔터가 부력에 의해 상하로 이동하는데 기울어짐이나 끼임을 방지할 수 있는 롤러 형태의 디캔터이동장치를 부력조절용부유체와 지지대 사이에 구성하되,
    상기 디캔터이동장치는 상기 지지대를 원기둥형으로 구성하고 상기 원기둥을 사이에 두고 두개의 롤러를 좌우에 배치구성하며,
    상기 롤러의 지지체를 통하여 두개의 상기 롤러와 상기 부유식디캔터를 결착하고 상기 부력조절용부유체에 지지체결속부를 구성하며,
    상기 부유식디캔터를 이동하게 하는 둘 이상의 지지대를 구성하고,
    상기 지지대의 하부에 상기 부유식디캔터를 더 이상 이동하지 못하도록 구성한 하부스토퍼;
    상기 회분식반응조의 수위를 측정하는 상기 수위계;
    상기 부유식디캔터의 이동에 따라 이동하는 상기 부유물질측정기;
    상기 회분식반응조 하부 슬러지 계면층에 슬러지유출을 방지하기 위해 상기 부유물질측정기는 상기 부력조절용부유체의 하부에 구성한 상기 흡입구의 단부보다 200∼400mm 하부에 위치하도록 하되 상기 부력조절용부유체와 함께 하강하도록 구성하며,
    상기 부유식디캔터의 부력을 조절하는 상기 부력조절용부유체를 구성하되,
    상기 부력조절용부유체를 2개 이상 복수개를 구성하되,
    상기 부력조절용부유체는 물주입 밸브를 구성하여 상부 스컴 등의 유입을 방지하기 위하여 상기 부력조절용부유체의 하부에 구성한 상기 흡입구의 단부가 수면에서 100mm 전후한 위치에 구성하도록 상기 부력조절용부유체내에 물을 주입하는 양을 결정하고,
    상기 부력조절용부유체의 하부에 2개 이상의 상기 흡입구를 두어 상징수 이송배관이 상기 부력조절용부유체의 중심부에 위치할 수 있어 상기 부유식디캔터가 상하운동 시 상기 지지대에서 기울어지지 않고 이동할 수 있도록 구성하며,
    상기 흡입구를 상기 부력조절용부유체 내에 위치하도록 하고 상기 흡입구에 제2의 체크밸브를 구성하며,
    상징수를 처리수조로 인발하는 상기 처리수인발펌프를 구성하되,
    상기 써징탱크의 전단에 체크밸브를 구성하여 상기 처리수인발펌프가 구동을 정지했을 때 상기 써징탱크의 물빠짐 현상을 방지할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 회분식반응조.
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 하·폐수를 유입시켜 처리하는 회분식 반응조는 간헐유입공정, 반응공정, 침전공정 및 배출공정을 갖되,
    상기 회분식반응조의 수위를 측정하는 수위계에 의해 유량을 확인하여 간헐유입모드, 표준운전모드, 비상운전모드로 나누어 자동운전하며,
    상기 반응공정에서 일정시간동안 혐기조건이 지속될 때 블로워를 가동하여 호기조건으로 변환하도록 제어하고 일정시간동안 호기조건이 지속될 때에 상기 블로워의 가동을 중지하여 혐기조건으로 변환하도록 제어하며,이로 인한 반응지표를 ORP로 하되 +mV이면 호기조건으로 -mV이면 혐기조건으로 구별하여 운전을 제어하며,
    상기 침전공정을 일정한 시간동안 거친후에도 부유물질측정기의 측정값이 설정값 이상이면 약품주입설비에서 침강제인 약품투입을 가동하도록 제어하고,
    상기 배출공정에는 PLC공법제어반에서 안전장치인 슬러지 유출을 방지할 수 있는 타이머, 상기 수위계, 상기 부유물질측정기의 신호를 수신하여,
    처리수인발펌프에 배출명령신호를 주면 상기 처리수인발펌프가 구동하며, 흡입압력손실을 방지한 써징탱크에 물이 흡입되고 이에 따라 흡입구에 구성된 체크밸브가 열리며, 하부 처리수를 인발하되,
    상기 회분식반응조 하부 슬러지 계면층에 슬러지유출을 방지하기 위해 상기 부유물질측정기는 부력조절용부유체의 하부에 구성한 상기 흡입구의 단부보다 200∼400mm 하부에 위치하도록 하되 상기 부력조절용부유체와 함께 하강하도록 구성하고,
    상기 배출공정에서는 슬러지 유출을 방지기 위하여 상기 회분식반응조의 수위에 따라 이동하는 부유식디캔터와
    상기 부유식디캔터를 이동하게 하는 둘 이상의 지지대;
    상기 지지대의 하부에 상기 부유식디캔터를 더 이상 이동하지 못하도록 구성한 하부스토퍼;
    상기 부유식디캔터의 이동에 따라 이동하는 상기 부유물질측정기;
    상기 부유식디캔터의 부력을 조절하는 상기 부력조절용부유체;
    상징수를 처리수조로 인발하는 상기 처리수인발펌프;로 구성하는 회분식반응조의 상기 부유물질측정기의 측정값이 설정값 이하이면 상기 처리수인발펌프를 가동하도록 제어하고,
    상기 회분식반응조의 상기 부유물질측정기의 측정값이 설정값 이상이면 상징수배출을 중지하고 상기 부유물질측정기의 측정값이 슬러지 농도설정값이상이면 슬러지 배출을 위한 상기 처리수인발펌프가 가동되도록 PLC 공법제어반에서 제어하는 것을 특징으로 하는 회분식반응조의 제어방법.
16. 제15항에 있어서 상기 회분식반응조를 제어하는 제어전원 결상 회로를 구성하되 결상으로 인한 기계류 소손을 방지하기 위하여 조작전원결상회로를 구성하여 한상의 조작전원을 연결 후 사용할 때 연결된 동일한 한상이 결상 시 조작전원이 차단되어 기기류가 가동되지 않음으로 나머지 두상 중 한상이 결상될 경우 회로가 차단되어 기계의 소손(파손)을 방지하는 것을 특징으로 하는 회분식반응조의 제어방법.
    
    
    
    
    
    

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