KR102114756B1 - 폐수 자동 처리 시스템 - Google Patents

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KR102114756B1
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강동구
원철희
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동성엔지니어링 주식회사
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Abstract

본 발명은 폐수 자동 처리 시스템에 관한 것으로, 그 시스템은 처리 대상 원수인 도시 폐수에서 질소를 제거하는 도시 폐수 처리 장치; 처리 대상 원수인 축산 폐수에서 질소를 제거하는 축산 폐수 처리 장치; 및 사용자 단말로부터 도시 폐수 처리 시간대 정보 및 축산 폐수 처리 시간대 정보를 미리 입력받아 저장하고 도시 폐수 처리 시간대 정보 및 축산 폐수 처리 시간대 정보를 근거로 도시 폐수 처리 및 축산 폐수 처리 중에서 어느 하나가 행해져야 할 것인지를 판단하고 도시 폐수 처리가 행해져야 할 경우라고 판단한 경우에는 도시 폐수 처리 장치에게로 도시 폐수 처리 명령을 전송하고 축산 폐수 처리가 행해져야 할 경우라고 판단한 경우에는 축산 폐수 처리 장치에게로 축산 폐수 처리 명령을 전송하는 중앙 관리 장치;를 포함한다.

Description

폐수 자동 처리 시스템{System for automatic treatment of wastewater}
본 발명은 폐수 자동 처리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도시 폐수와 축산 폐수를 자동으로 처리할 수 있는 시스템에 관한 것이다.
하천이나 연안바다, 호수 등의 수역에 있어서, 질소나 인 등의 영양염류가 증가하면 부영양화 현상이 발생한다.
부영양화 현상은 영양염류를 영양소로 하는 생물의 생산을 활성화시켜서 자연의 생태계를 변화시키게 되고, 해역에서는 적조 발생의 한 원인이 되며, 호수에서는 조류 등의 이상 증식을 초래하게 된다.
이러한 과정은 자연계에 있어서는 원만하게 진행되지만, 생활 하수 및 공장 배수 등의 도시 폐수, 축산 폐수가 대량으로 유입되면 영양염이 지나치게 증가하게 되고, 이에 따라 조류의 대량 번식으로 수자원으로서의 가치가 없어지게 된다. 그리고, 부영양화 현상이 급속히 진행되고, 심하면 부패물에 의해 악취가 나며 수질 오염이 촉진된다. 따라서, 폐수의 이러한 영양염류는 호수나 하천 등으로 유입되기 전에 제거되어야 하며, 이를 효율적으로 제거하기 위한 많은 연구가 이루어지고 있다.
현재 하수 및 폐수 처리 시스템의 보급에 의하여 공공 수역에 배출되는 하수 및 폐수의 수질은 해마다 개선되고 있으나, 아직도 질소나 인 등 영양염류의 농도는 상승하고 있다. 이로 인해 적조 및 부영양화가 발생하고 있으며, 이는 사회적으로 큰 문제가 되고 있는 실정이다. 이에 따라, 수처리에서 중심이 되어오던 유기물의 처리뿐만 아니라 질소나 인과 같은 영양염류의 처리 기술이 주목받고 있으며 좀 더 효율적이고 경제적인 고도의 수처리기술이 요구되고 있는 실정이다.
선행기술 1 : 대한민국 등록특허 제10-1236693호(폐하수 처리장치)
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 사용자가 기설정해 둔 시간대 정보에 따라 도시 폐수 처리 경로 및 축산 폐수 처리 경로중에서 어느 하나를 자동으로 선택하여 그에 상응하는 폐수 처리를 행하도록 하는 폐수 자동 처리 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 폐수 자동 처리 시스템은, 중앙 관리 장치의 명령에 따라 처리 대상 도시 폐수에서 질소를 제거하는 도시 폐수 처리 장치; 상기 중앙 관리 장치의 명령에 따라 처리 대상 축산 폐수에서 질소를 제거하는 축산 폐수 처리 장치; 및 사용자의 휴대용 단말기로부터 도시 폐수 처리 시간대 정보 및 축산 폐수 처리 시간대 정보를 미리 입력받아 내부에 룩업 테이블 형태로 저장하고, 상기 도시 폐수 처리 시간대 정보 및 상기 축산 폐수 처리 시간대 정보를 근거로 도시 폐수 처리 및 축산 폐수 처리 중에서 어느 하나가 행해져야 할 것인지를 판단하고, 상기 도시 폐수 처리가 행해져야 할 경우라고 판단한 경우에는 상기 도시 폐수 처리 장치에게로 도시 폐수 처리 명령을 전송하고, 상기 축산 폐수 처리가 행해져야 할 경우라고 판단한 경우에는 상기 축산 폐수 처리 장치에게로 축산 폐수 처리 명령을 전송하는 상기 중앙 관리 장치;를 포함한다.
상기 도시 폐수 처리 장치는, 처리 대상 원수로부터 유입되는 도시 폐수의 유기물을 연속회분식 반응조(Sequencing Batch Reactor, SBR) 방식으로 유기성 질소 제거 처리하여, 암모늄을 포함하는 제1 처리수를 제1 유출 밸브를 통해 유출하는 제1 반응조; 상기 처리 대상 원수에 대응하여 상기 제1 반응조와 상호 병렬로 연결되며, 유입되는 상기 도시 폐수를 연속회분식 반응조(SBR) 방식으로 아질산화 처리하여, 아질산염을 포함하는 제2 처리수를 제2 유출 밸브를 통해 유출하는 제 2 반응조; 상기 제1 반응조에서 유출되는 상기 제1 처리수를 저장하는 제1 중간 탱크; 상기 제2 반응조에서 유출되는 상기 제2 처리수를 저장하는 제2 중간 탱크; 제1 유입관을 통해 상기 제1 중간 탱크와 연결되고, 제2 유입관을 통해 상기 제2 중간 탱크와 연결되어, 상기 제1 유입관을 통해 상기 제1 처리수가 유입됨과 함께, 상기 제2 유입관을 통해 상기 제2 처리수가 유입되면, 상기 제1 처리수와 상기 제2 처리수의 혼합물에 대해 그래뉼 슬러지 베드(Granular Sludge Bed, GSB) 방식을 이용한 혐기성 암모늄 산화 반응 및 질산성 질소에 대한 탈질소화 처리를 수행하여 질소 가스가 제거된 폐수를 유출하며, 빛으로부터 아나목스 입상을 보호하기 위해 검은 천으로 싸여 있는 제3 반응조; 및 상기 제1, 2, 3 반응조들의 동작을 제어하는 제어부;를 포함한다.
상기 제어부는 상기 중앙 관리 장치의 상기 도시 폐수 처리 명령에 따라, 상기 제1 중간 탱크 및 상기 제1 유입관과, 상기 제2 중간 탱크 및 상기 제2 유입관을 제어하고, 상기 제1, 2 및 제3 반응조들 각각의 반응 온도, 체류 시간, 유출 밸브, 폭기(aeration) 시간 중 적어도 하나를 제어하며, 상기 제2 반응조의 폭기 시간은 상기 제2 반응조에 유입되어 처리 중인 도시 폐수에 대해 측정되는 PH 농도에 따라 가변되도록 제어된다.
상기 도시 폐수 처리 장치의 상기 제3 반응조는, 상기 제1 유입관 및 상기 제2 유입관으로부터 유입되는 제1 처리수 및 제2 처리수가 미리 설정된 일정 비율로 혼합되도록 하는 전단 혼합부; 및 최하단에서 중앙부까지의 직경이 상기 중앙부보다 높은 상부의 직경보다 작도록 축소 형성된 오리피스 형태의 후단 반응조;를 포함한다.
상기 중앙 관리 장치는 TV 대역 가용주파수 대역을 이용하는 TVWS 무선 통신을 이용해 상기 도시 폐수 처리 장치 및 상기 축산 폐수 처리 장치와 무선으로 통신한다.
그를 위해, 상기 중앙 관리 장치는 서버에 접속하여 사용 가능한 TVWS 채널 목록을 수신하며, 상기 도시 폐수 처리 장치와 상기 축산 폐수 처리 장치를 포함하는 주변 장치들을 복수의 그룹들로 분류하며, 상기 TVWS 채널 목록에 포함된 TVWS 채널들을 상기 그룹별로 할당하고, 상기 그룹별로 할당된 TVWS 채널 각각에 대해 정보 전송량에 따라 트래픽 초과가 발생하지 않는 범위에서 부채널 개수를 설정하며, 상기 설정된 부채널 개수에 따라 상기 그룹별로 할당된 TVWS 채널을 복수의 TVWS 부채널들로 나누어 해당 그룹에 포함된 상기 도시 폐수 처리 장치 또는 상기 축산 폐수 처리 장치에 할당하고, 상기 도시 폐수 처리 장치 또는 상기 축산 폐수 처리 장치에 할당된 TVWS 부채널을 통해 상기 도시 폐수 처리 명령 또는 상기 축산 폐수 처리 명령을 전송한다.
이러한 구성의 본 발명에 따르면, 사용자가 도시 폐수 처리 시간대 및 축산 폐수 처리 시간대를 미리 설정해 둠으로써 해당 시간대가 도래하게 되면 도시 폐수 처리 경로 및 축산 폐수 처리 경로중에서 그에 상응하는 처리 경로가 자동으로 선택되어 해당하는 폐수 처리를 행하게 되므로, 간편하게 도시 폐수 및 축산 폐수를 시기적절하게 처리할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 폐수 자동 처리 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 도시 폐수 처리 장치의 개략도이다.
도 3은 도 1에 도시된 도시 폐수 처리 장치의 세부 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 폐수 자동 처리 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 5는 도 4에 도시된 도시 폐수 처리 과정을 보다 구체적으로 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 6은 무선 통신을 이용하는 폐수 자동 처리 시스템의 구성에 대한 일실시예를 나타내는 블록도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 폐수 자동 처리 시스템의 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 폐수 자동 처리 시스템은, 사용자 단말(100), 도시 폐수 처리 장치(200), 축산 폐수 처리 장치(300), 및 중앙 관리 장치(400)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 폐수 자동 처리 시스템은 도시 폐수 및 축산 폐수를 유입받을 수 있는 장소에 설치됨이 바람직하다.
사용자 단말(100)은 도시 폐수 처리 시간대 및 축산 폐수 처리 시간대를 입력할 수 있다. 여기서, 도시 폐수 처리 시간대 및 축산 폐수 처리 시간대는 서로 다른 시간대로 설정됨이 바람직하다. 예를 들어, 도시 폐수 처리 시간대는 금일 09시 00분 ~ 금일 20시 00분으로 입력될 수 있고, 축산 폐수 처리 시간대는 금일 20시 01분 ~ 익일 08시 59분으로 입력될 수 있다. 상기 예로 든 도시 폐수 처리 시간대 및 축산 폐수 처리 시간대는 하나의 예시일 뿐 이에 국한되는 것은 아니다.
즉, 사용자 단말(100)은 도시 폐수 처리 시간대를 입력함과 더불어 해당 시간대에는 도시 폐수 처리가 행해져야 함을 의미하는 정보를 입력할 수 있고, 축산 폐수 처리 시간대를 입력함과 더불어 해당 시간대에는 축산 폐수 처리가 행해져야 함을 의미하는 정보를 입력할 수 있다.
사용자 단말(100)은 휴대용 단말기 또는 휴대용 컴퓨터로 구현될 수 있다. 여기서, 휴대용 단말기는 휴대성과 이동성이 보장되는 무선 통신 장치로서, PCS(Personal Communication System), GSM(Global System for Mobile communications), PDC(Personal Digital Cellular), PHS(Personal Handyphone System), PDA(Personal Digital Assistant), IMT(International Mobile Telecommunication)-2000, CDMA(Code Division Multiple Access)-2000, W-CDMA(W-Code Division Multiple Access), Wibro(Wireless Broadband Internet) 단말 등과 같은 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치를 포함할 수 있다. 휴대용 컴퓨터는 노트북, 랩톱(laptop) 등을 포함할 수 있다.
또한, 사용자 단말(100)은 스마트폰, 스마트 노트, 태블릿 PC, 웨어러블(wearable) 컴퓨터 등의 각종 스마트 기기일 수도 있다.
한편, 필요에 따라서 사용자 단말(100)은 도시 폐수 처리 시간대 및 축산 폐수 처리 시간대 이외로 대기 시간대를 추가로 입력할 수 있다. 여기서, 대기 시간대는 도시 폐수 및 축산 폐수를 처리하는 동작이 수행되지 않고 대기 상태를 유지하는 시간대라고 볼 수 있다.
도시 폐수 처리 장치(200)는 중앙 관리 장치(400)로부터의 도시 폐수 처리 명령에 근거하여 처리 대상 원수인 도시 폐수에서 질소를 제거할 수 있다.
축산 폐수 처리 장치(300)는 중앙 관리 장치(400)로부터의 축산 폐수 처리 명령에 근거하여 처리 대상 원수인 축산 폐수에서 질소를 제거할 수 있다.
중앙 관리 장치(400)는 유선 네트워크(도시 생략) 또는 무선 네트워크(도시 생략)를 통한 사용자 단말(100)로부터의 도시 폐수 처리 시간대 정보 및 축산 폐수 처리 시간대 정보를 입력받아 내부에 룩업 테이블 형태로 저장한다. 여기서, 도시 폐수 처리 시간대 정보는 지정된 도시 폐수 처리 시간대 및 도시 폐수 처리가 행해져야 함을 의미하는 정보를 포함한다. 축산 폐수 처리 시간대 정보는 지정된 축산 폐수 처리 시간대 및 축산 폐수 처리가 행해져야 함을 의미하는 정보를 포함한다.
상술한 도시 폐수 처리 시간대 정보 및 축산 폐수 처리 시간대 정보는 사용자의 희망에 의해 언제든지 조정가능하다.
그리고, 중앙 관리 장치(400)는 도시 폐수 처리 시간대 정보 및 축산 폐수 처리 시간대 정보를 근거로 해당 시간대의 도래 여부를 판단하고, 도시 폐수 처리 시간대 및 축산 폐수 처리 시간대중에서 도래한 시간대의 폐수 처리를 명령할 수 있다. 즉, 중앙 관리 장치(400)는 도시 폐수 처리 시간대가 도래하였을 경우에는 도시 폐수 처리 장치(200)에게로 도시 폐수 처리 명령을 전송하고, 축산 폐수 처리 시간대가 도래하였을 경우에는 축산 폐수 처리 장치(300)에게로 축산 폐수 처리 명령을 전송한다. 여기서, 도시 폐수 처리 명령은 도시 폐수 처리를 의미하는 정보 및 도시 폐수 처리를 수행해야 할 시간대를 포함하고, 축산 폐수 처리 명령은 축산 폐수 처리를 의미하는 정보 및 축산 폐수 처리를 수행해야 할 시간대를 포함한다. 도시 폐수 처리를 수행해야 할 시간대와 축산 폐수 처리를 수행해야 할 시간대는 서로 다른 시간대이다. 예를 들어, 도시 폐수 처리를 수행해야 할 시간대는 앞서 예시한 금일 09시 00분 ~ 금일 20시 00분인 도시 폐수 처리 시간대일 수 있고, 축산 폐수 처리를 수행해야 할 시간대는 앞서 예시한 금일 20시 01분 ~ 익일 08시 59분일 수 있다.
그에 따라, 도시 폐수 처리 장치(200)는 도시 폐수 처리 명령을 수신하게 되면 해당 시간대 동안만 도시 폐수 처리 동작을 수행하고, 축산 폐수 처리 장치(300)는 축산 폐수 처리 명령을 수신하게 되면 해당 시간대 동안만 축산 폐수 처리 동작을 수행한다.
이에 의해, 도시 폐수 처리 장치(200)가 도시 폐수 처리 동작을 수행하는 중에는 축산 폐수 처리 장치(300)는 축산 폐수 처리 동작을 수행할 수 없게 될 것이다. 반대로, 축산 폐수 처리 장치(300)가 축산 폐수 처리 동작을 수행하는 중에는 도시 폐수 처리 장치(200)는 도시 폐수 처리 동작을 수행할 수 없게 될 것이다.
필요에 따라, 사용자 단말(100)에서 대기 시간대를 추가로 입력한 경우라면 중앙 관리 장치(400)는 대기 시간대 동안에는 도시 폐수 및 축산 폐수를 처리하는 동작이 수행되지 않고 대기 상태를 유지하도록 도시 폐수 처리 장치(200) 및 축산 폐수 처리 장치(300)를 관리한다. 여기서, 대기 시간대는 도시 폐수 처리 시간대 및 축산 폐수 처리 시간대와는 다른 시간대일 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 도시 폐수 처리 장치(200)의 개략도이다.
도시 폐수 처리 장치(200)는, 기본적으로 제 1 반응조(10), 제 2 반응조(20), 제어부(30), 및 제 3 반응조(40)를 포함한다.
본 발명의 실시 예에서, 제1 반응조(10)는 유입되는 도시 폐수의 유기물을 연속회분식 반응조(Sequencing Batch Reactor, SBR) 방식으로 유기성 질소 제거 처리하여, 암모늄을 포함하는 제1 처리수를 유출한다.
그리고, 제2 반응조(20)는 상기 제1 반응조와 병렬 연결되며, 유입되는 도시 폐수에 대해 연속회분식 반응조(Sequencing Batch Reactor, SBR) 방식으로 아질산화 처리를 행하여, 아질산염을 포함하는 제2 처리수를 유출한다.
그리고, 제3 반응조(30)는 상기 제 1 반응조에서 유출되는 제1 처리수를 저장하는 제 1 중간 탱크와, 상기 제 2 반응조에서 유출되는 제2 처리수를 저장하는 제 2 중간 탱크로부터, 각각 제1 유입관 및 제2 유입관에 의해 연결되고, 상기 제 1 유입관으로부터 상기 암모늄이 포함된 제1 처리수가 유입되고 상기 제2 유입관으로부터 상기 아질산염을 포함하는 제2 처리수가 유입되면, 상기 제1 처리수와 상기 제2 처리수의 혼합물에 대해 그래뉼 슬러지 베드(Granular Sludge Bed, GSB) 방식을 이용한 혐기성 암모늄 산화 반응 및 탈질소화 처리를 순차적으로 수행하여 질소 가스가 제거된 폐수를 유출한다.
그리고, 제어부(30)는 상기 제1, 2 반응조들 각각의 폭기(aeration) 시간을 제어하되, 상기 제1 반응조의 폭기 시간은 미리 설정된 일정 시간으로 고정되며, 상기 제2 반응조의 폭기 시간은 상기 제2 반응조에 유입되어 처리 중인 도시 폐수에 대해 측정되는 PH 농도에 따라 가변되도록 제어하고, 상기 제어부(30)는 상기 측정되는 PH 농도에 따라 상기 제2 반응조에 유입되어 처리 중인 도시 폐수의 암모늄 농도가 최소치에 도달한 것으로 판단되는 시점에서, 상기 제2 반응조의 폭기가 중지되도록 제어할 수 있다.
보다 구체적으로, 제 1 반응조(10)는 유입되는 처리 대상 원수(도시 폐수)에서 유기물(organic matter)을 제거할 수 있다. 예를 들어, 처리 대상 원수(도시 폐수)는 일반 주거 지역의 정화조 등을 통해 얻을 수 있다. 제 1 반응조(10)는 혐기성 모드, 호기성 모드로 운영될 수 있다.
다시 말해서, 제 1 반응조(10)는 연속회분식 반응조(Sequencing Batch Reactor; SBR) 공법을 활용하여 유입되는 처리 대상 원수(도시 폐수)(즉, 암모니아성 질소가 포함됨)에서 유기물(organic matter)을 제거할 수 있다. 즉, 제 1 반응조(10)는 유입된 처리 대상 원수(도시 폐수)에서 유기물(즉, 유기성 질소(organic-N))을 제거하여 암모늄(NH4 +)(즉, 암모니아성 질소; NH3 +-N)을 다량으로 포함한 처리수를 유출할 수 있다. 유기성 질소(organic-N)는 박테리아의 분해로 인해 암모니아성 질소 형태가 된다.
여기서, 연속회분식 반응조 공법은 단일 반응조에서 폐수의 유입 및 처리수의 유출이 일어나는 공법으로서, 유입(fill)-> 반응(react) -> 침전(settle) -> 방류(decant) -> 휴지(idle)의 단계를 순차적으로 행한다. 유입 단계는 원수(도시 폐수)를 반응조에 주입하는 단계로서 수중의 교반기에 의한 교반이 실시될 수 있다. 반응 단계는 폭기를 실시하고 호기성 미생물에 의한 유기물 분해, 및 주입된 유입수를 처리한다. 침전 단계는 상등수와 슬러지를 분해한다. 방류 단계는 침전 시간에 고액분리된 상등수를 배출한다. 휴지 단계는 반응조에 주입할 물량이 발생되는 시점까지 대기한다. 동종업계에 종사하는 자라면 주지의 기술을 통해 연속회분식 반응조 공법에 대한 보다 구체적인 내용을 충분히 파악할 수 있을 것이다.
제1 처리수(즉, 제1 반응조(10)의 유출수)의 원활한 배출을 위하여, 제 1 반응조(10)의 1/3 지점에 해당하는 높이에서부터 중간 높이까지 중에서 어느 일부분에 제1 유출 밸브(10a)를 설치 수 있다. 보다 바람직하게는, 제 1 반응조(10)의 제1 유출 밸브(10a)는 해당 반응조의 중간 높이보다 낮고 1/3 지점에 해당하는 높이보다는 높은 제1 위치에 설치됨이 바람직하다. 제 1 반응조(10)에서의 유기물 제거 과정에서 해당 반응조의 하부에는 슬러지가 침전된다. 이와 같이 침전된 슬러지는 처리수와 함께 유출될 필요가 없으므로 제 1 반응조(10)의 1/3 지점에 해당하는 높이에서부터 중간 높이 사이의 하부 위치에 슬러지용 유출 밸브가 설치될 수도 있다.
그리고, 제1 유출 밸브(10a)는 제1 유입관과 연결되어, 제3 반응조(30)로 상기 제1 처리수를 배출하게 된다.
제 1 반응조(10)의 폭기 시간 및 반응 온도는 제어부(30)에서 제어될 수 있으며, 유입된 도시 폐수내의 암모니아의 질산화를 피하고 유기 물질을 바이오매스(Biomass)로 효율적으로 전환시키기 위해, 짧은 폭기 시간(대략 30 ~ 60분 정도) 및 슬러지 체류 시간(SRT : 대략 2 ~ 5일 정도)을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 이러한 제1 반응조(10)의 폭기 시간은 제어부(30)에 의해 미리 설정된 일정 시간으로 고정될 수 있다.
또한, 유기물 제거는 온도의 영향을 덜 받기 때문에, 제 1 반응조(10)는 주변 온도에서 작동되도록 제어되는 것이 바람직하다.
*제 1 반응조(10)의 유효 용적은 대략 5리터 정도이다.
제 1 반응조(10)에 접종될 종자 활성화 슬러지(seed activated sludge)는 파일럿 규모의 아질산화-탈질 SBR(예컨대, 체적 8.8m3를 갖는 pilot-scale nitritation-denitrification SBR)을 통해 얻을 수 있다.
한편, 제 2 반응조(20)는 유입되는 처리 대상 원수(도시 폐수)에 대하여 아질산화(nitritation) 처리를 행하고, 제2 처리수를 배출할 수 있다. 예를 들어, 처리 대상 원수(도시 폐수)는 일반 주거 지역의 정화조 등을 통해 얻을 수 있다.
다시 말해서, 제 2 반응조(20)는 연속회분식 반응조(Sequencing Batch Reactor; SBR) 공법을 활용하여 유입되는 처리 대상 원수(도시 폐수)에 대하여 아질산화 처리를 행할 수 있다. 즉, 제 2 반응조(20)는 유입된 처리 대상 원수(도시 폐수)에 대하여 아질산화 처리를 행하여 아질산염(nitrite, NO2 -)(즉, 아질산성 질소; NO2 --N)을 다량으로 포함한 처리수를 유출할 수 있다. 이와 같이, 제 2 반응조(20)는 암모니아성 질소가 포함된 처리대상 원수(도시 폐수)를 유입받게 되면 해당 원수의 암모니아성 질소를 아질산화처리에 의해 아질산성 질소로 전환시킨다. 이때, 암모니아성 질소를 아질산성 질소로 전화시키기 위해 니트로소모나스(Nitrosomonas)와 같은 미생물이 사용될 수 있다.
제2 처리수(즉, 제2 반응조(20)의 유출수)의 원활한 배출을 위하여, 제 2 반응조(20)의 1/3 지점에 해당하는 높이에서부터 중간 높이까지 중에서 어느 일부분인 제2 위치에 유출 밸브(20a)를 설치할 수 있다. 보다 바람직하게는, 제 2 반응조(20)의 유출 밸브(20a)는 해당 반응조의 중간 높이보다 낮고 1/3 지점에 해당하는 높이보다는 높은 제2 위치에 설치됨이 바람직하다. 제 2 반응조(20)에서의 아질산화 처리 과정에서 해당 반응조의 하부에는 슬러지가 침전된다. 이와 같이 침전된 슬러지는 처리수와 함께 유출될 필요가 없으므로 제 2 반응조(20)의 1/3 지점에 해당하는 높이에서부터 중간 높이 사이에 슬러지용 유출 밸브가 설치될 수 있다.
그리고, 제2 유출 밸브(20a)는 제2 유입관과 연결되어, 제3 반응조(30)로 상기 제2 처리수를 배출하게 된다.
제 2 반응조(10)의 폭기 시간, 용존 산소, PH 농도 및 반응 온도는 제어부(30)에서 모니터링 또는 제어될 수 있으며, 제 2 반응조(20)는 대략 0.5 ~ 1.5mg/L 정도의 용존 산소(DO)를 유지하는 것이 바람직하고, 유효 슬러지 체류 시간은 대략 10 ~ 15일 정도이다.
특히, 제 2 반응조(20)의 폭기 지속 시간은 실시간으로 동작하는 제어부(30)에 기초하여 가변적으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 제어부(30)는 상기 제2 반응조(20)에 유입되어 처리 중인 도시 폐수에 대해 측정되는 PH 농도에 따라 상기 폭기 시간이 가변되도록 제어할 수 있다. 특히, 제어부(30)는 완전한 아질산화를 달성하기 위해, 상기 측정되는 PH 농도에 따라 상기 제2 반응조에 유입되어 처리 중인 도시 폐수의 암모늄 농도가 최소치에 도달한 것으로 판단되는 시점에서, 상기 제2 반응조의 폭기가 중지되도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(30)는 PH 농도 측정 그래프를 획득하고, 측정 그래프에서 암모늄 농도가 최소치에 도달하여 완전한 아질산화임을 나타내는 특징 변곡점(일명 "암모늄 밸리(ammonium valley)"라고 함)을 나타내는 경우, 폭기(aeration)를 중지시킬 수 있다.
제 2 반응조(20)의 교환비는 제 3 반응조(40)에서의 아나목스(anammox) 공정을 위해 가능한한 많은 아질산염(nitrite, NO2 -)을 제공할 수 있도록 대략 0.7로 설정된다.
또한, 제 2 반응조(20)는 대략 23 ~ 25℃의 온도에서 작동되도록 조절됨이 바람직하다.
제 2 반응조(20)의 유효 용적은 대략 10리터 정도이다.
제 2 반응조(20)에 접종될 종자 활성화 슬러지(seed activated sludge)는 파일럿 규모의 아질산화-탈질 SBR(예컨대, 체적 8.8m3 pilot-scale nitritation-denitrification SBR)을 통해 얻을 수 있다.
제어부(30)는 제 2 반응조(20)에서의 용존 산소(DO)의 농도 및 유효 슬러지 체류 시간을 실시간으로 조절할 수 있다. 제어부(30)는 제 2 반응조(20)에서의 용존 산소(DO)의 농도, PH 농도 등을 실시간으로 모니터링할 수 있다. 제어부(30)는 제 2 반응조(20)에서의 용존 산소 농도 및 PH 농도의 조절을 제어할 수 있다.
제 3 반응조(40)는 제 1 반응조(10) 및 제 2 반응조(20)의 처리수를 유입받아 아나목스(anammox) 처리를 행할 수 있다. 아나목스(anammox)(ANaerobic AMMonium OXidation)는 혐기성 조건에서 암모니아성 질소를 전자공여체로 하고, 아질산성 질소를 전자수용체로 이용하여 도시 폐수내의 질소를 제거하는 혐기성 암모늄 산화 공정이다.
이와 함께, 제 3 반응조(40)는 질산성 질소에 대한 탈질소화 처리를 위해, 제 2 반응조(20)로부터의 처리수에 포함된 아질산염(즉, 아질산성 질소)으로 제 1 반응조(10)로부터의 처리수에 포함된 암모늄(즉, 암모니아성 질소)을 산화시켜 질산성 질소(NO3 --N)로 만들고, 질산성 질소에 대해 탈질소화를 행하여 질소 가스(N2)가 제거된 폐수를 유출할 수 있다. 질산성 질소를 만들기 위해 니트로박터(Nitrobacter)와 같은 미생물이 사용될 수 있다. 탈질소화(Denitrification)란 미생물이 분자상의 산소가 없는 상태에서 호흡을 하기 위하여 질산성질소를 최종전자 수용체로써 이용하는 반응을 말한다. 탈질소화의 경우 Pseudomonas, Micrococcus, Bacillus 등의 미생물중에서 어느 하나가 사용될 수 있다.
제 3 반응조(40)는 EGSB(Expanded Granular Sludge Bed; 확장형 그래뉼 슬러지 베드) 공법을 활용하는 반응조로서, 상향류식의 반응조이다. 이를 위해, 제 3 반응조(40)의 소정 높이까지는 빠른 유속을 유도할 수 있도록 오리피스 형태로 제작된다. 예를 들어, 제 3 반응조(40)의 최하단에서 중앙부(즉, 최하단에서 대략 2/3 높이의 위치)까지의 직경은 중앙부보다 높은 상부의 직경보다 작도록 축소된다. 제 3 반응조(40)에서 오리피스 형태로 제작된 직경이 작은 부분(하단부)이 후단 반응조가 될 수 있고, 오리피스 형태로 제작된 직경이 작은 부분(하단부)보다 상부에 위치한 부분(상단부)이 전단 혼합부가 될 수 있다.
여기서, EGSB 공법은 익히 알려진 공법으로서, 동종업계에 종사하는 자라면 주지의 기술을 통해 EGSB 공법에 대한 보다 구체적인 내용을 충분히 파악할 수 있을 것이다.
제 1 반응조(10) 및 제 2 반응조(20)에서 전처리된 폐수는 제 3 반응조(40)에서 연속적으로 펌핑되고, 양호한 유동화 조건을 유지하기 위해 재순환 비를 조절하여 상향류를 대략 150 ml/분으로 조절한다.
또한, 제 3 반응조(40)는 대략 29 ~ 30℃의 온도에서 작동되도록 조절됨이 바람직하다.
제 3 반응조(40)의 유효 용적은 대략 1리터 정도이고, 직경은 50mm 정도이다.
제 3 반응조(40)는 빛으로부터 아나목스 입상(anammox granular)을 보호하기 위해 검은 천으로 싸여있다.
제 3 반응조(40)에서 사용되는 아나목스 입상(과립) 슬러지는 높은 질소 제거율(예컨대, 5.17 kg N/(m3·d))을 달성하기 위해, 저 강도의 암모니아 폐수를 모의한 합성 폐수(NO2 --N : 20 mg/L, NH4 +-N : 30 mg/L)를 사용한 것이다.
제 3 반응조(40)에서 사용되는 아나목스 입상(과립) 슬러지는 제 3 반응조(40)와 같은 GSB(Granular Sludge Bed; 확장형 그래뉼 슬러지 베드) 공법을 활용하는 반응조에서 배양될 수 있다.
상술한 구성의 도 1에 따르면, 두 개의 병렬 접속된 제 1 반응조(10) 및 제 2 반응조(20)는 유기물 제거 및 완전 질산화를 수행하고, 제 3 반응조(30)는 제 1 및 제 2 반응조(10, 20)의 유출물을 혼합하여 아나목스 처리를 행한다.
통상적으로, 생물학적 질산화는 암모니아성 질소(NH3 +-N)를 아질산성 질소(NO2 --N)의 중간형태를 거쳐 질산성 질소(NO3 --N)로 만든다. 이후, 질산성 질소는 무산소나 혐기성 조건에서 탈질반응을 통해 질소가스로 환원되어 제거된다.
그런데, 본 발명은 순차적인 처리 방식이 아니라, 제 1 반응조(10) 및 제 2 반응조(20)를 상호 병렬로 설치시켜서 암모니아성 질소(NH3 +-N) 및 아질산성 질소(NO2 --N)가 거의 동시에 함께 생성되도록 하였다. 그리고, 이들은 혼합되어 제 3 반응조(40)에서의 질산화 반응에 의해 질산성 질소(NO3 --N)의 형태로 변화된 후에 탈질 반응을 통해 질소가스로 환원되어 제거된다.
도 3은 도 1에 도시된 도시 폐수 처리 장치(200)의 세부 구성도이다.
도 3에 도시된 도시 폐수 처리 장치(200)는, 원수 저장 탱크(1), 제 1 중간 탱크(3), 제 2 중간 탱크(5), 제 1 펌프(7), 제 2 펌프(9), 제 3 펌프(11), 제 4 펌프(13), 제 1 반응조(10), 제 2 반응조(20), 제어부(30), 및 제 3 반응조(40)를 포함한다.
상술한 제 1 반응조(10)와 제 2 반응조(20)와 제어부(30) 및 제 3 반응조(40)는 도 2의 제 1 반응조(10)와 제 2 반응조(20)와 제어부(30) 및 제 3 반응조(40)와 동일하므로, 그에 대한 설명은 생략한다.
원수 저장 탱크(1)는 처리 대상 원수(도시 폐수)를 저장한다.
원수 저장 탱크(1)에 저장된 처리 대상 원수(도시 폐수)는 제 1 펌프(7)를 통해 제 1 반응조(10)에게로 유입됨과 더불어 제 2 펌프(9)를 통해 제 2 반응조(20)에게로 유입된다. 이때, 제 1 펌프(7) 및 제 2 펌프(9)의 동작은 제어부(30)에 의해 제어될 수 있다. 즉, 제어부(30)는 원수 저장 탱크(1)의 수위를 감지하고, 감지 결과에 따라 제 1 펌프(7) 및 제 2 펌프(9)의 동작을 제어할 수 있다.
제 1 반응조(10)는 처리 대상 원수(도시 폐수)가 유입되면 폭기 및 교반을 행하고, 호기성 미생물에 의해 유기물을 제거한다. 이때, 제 1 반응조(10)는 유입된 도시 폐수내의 암모니아의 질산화를 피하고 유기 물질을 바이오매스(Biomass)로 효율적으로 전환시키기 위해 폭기 시간을 대략 30 ~ 60분 정도로 함이 바람직하다. 유기물을 제거한 후에는 제 1 반응조(10)는 암모늄(NH4 +)(즉, 암모니아성 질소)을 다량으로 함유한 처리수를 유출 밸브(10a)를 통해 유출시킨다. 도 2에서, 참조부호 15는 교반기이고, 참조부호 17은 미생물(예컨대, 호기성 미생물)이 부착될 수 있는 담체이다.
제 1 반응조(10)에서 유출되는 제1 처리수는 제 1 중간 탱크(3)에 저장된다.
제 2 반응조(20)는 원수(도시 폐수)가 유입되면 폭기 및 교반을 행하고, 아질산화 처리를 행한다. 이때, 제어부(30)는 완전히 아질산화를 달성하기 위해 PH값의 특징 변곡점(일명 "암모늄 밸리(ammonium valley)"라고 함)이 나타나면 폭기(aeration)를 중지시킨다. 아질산화 처리를 종료하면 제 2 반응조(20)는 아질산염(nitrite, NO2 -)(즉, 아질산성 질소)을 다량으로 함유한 처리수를 유출 밸브(20a)를 통해 유출시킨다. 도 2에서, 참조부호 19는 교반기이고, 참조부호 21은 미생물이 부착될 수 있는 담체이다.
제 2 반응조(20)에서 유출되는 제2 처리수는 제 2 중간 탱크(5)에 저장된다.
제 1 중간 탱크(3)에 저장된 처리수는 제 3 펌프(11) 및 제1 유입관을 통해 제 3 반응조(40)에게로 유입되고, 제 2 중간 탱크(5)에 저장된 처리수는 제 4 펌프(13) 및 제2 유입관을 통해 제 3 반응조(40)에게로 유입된다. 이때, 제 1 중간 탱크(3)에 저장된 처리수 및 제 2 중간 탱크(5)에 저장된 처리수는 제 3 반응조(40)의 유입측의 전단 혼합부에서 혼합된 후에 유입될 수 있으며, 상기 혼합시의 혼합 비율은 제어부(30)의 펌프 제어에 의해 제어될 수 있다.
따라서, 제 3 펌프(11) 및 제 4 펌프(13)의 동작은 제어부(30)에 의해 제어될 수 있다. 즉, 제어부(30)는 제 1 중간 탱크(3) 및 제 2 중간 탱크(5)의 수위를 감지하고, 감지 결과에 따라 제 3 펌프(11) 및 제 4 펌프(13)의 동작을 제어할 수 있다.
제 3 반응조(40)는 제 2 반응조(20)로부터의 처리수에 함유된 아질산염으로 제 1 반응조(10)로부터의 처리수에 함유된 암모늄을 산화시켜 질산성 질소로 만들고, 질산성 질소에 대해 탈질소화를 행하여 질소 가스가 제거된 폐수를 유출시킨다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 폐수 자동 처리 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
먼저, 사용자는 자신의 단말(100)을 조작하여 도시 폐수 처리 시간대 정보(즉, 희망하는 도시 폐수 처리 시간대 및 해당 시간대에서 도시 폐수 처리가 행해져야 함을 의미하는 정보), 축산 폐수 처리 시간대 정보(즉, 희망하는 축산 폐수 처리 시간대 및 해당 시간대에서 축산 폐수 처리가 행해져야 함을 의미하는 정보)를 키입력한다. 이때, 도시 폐수 처리 시간대 및 축산 폐수 처리 시간대는 서로 다른 시간대로 설정된다고 봄이 바람직하다.
그에 따라, 중앙 관리 장치(400)는 사용자 단말(100)로부터의 도시 폐수 처리 시간대 정보 및 축산 폐수 처리 시간대 정보를 입력받는다(S100).
그리고, 중앙 관리 장치(400)는 입력받은 도시 폐수 처리 시간대 정보 및 축산 폐수 처리 시간대 정보를 룩업 테이블 형태로 내부 메모리(도시 생략)에 저장한다(S200).
그리고 나서, 중앙 관리 장치(400)는 도시 폐수 처리 시간대가 도래하였는지 아니면 축산 폐수 처리 시간대가 도래하였는지를 판단한다.
만약, 도시 폐수 처리 시간대가 도래하였다면(S300에서 "Yes") 중앙 관리 장치(400)는 도시 폐수 처리 장치(200)에게로 도시 폐수 처리 명령을 전송한다. 여기서, 도시 폐수 처리 명령은 도시 폐수 처리를 의미하는 정보 및 도시 폐수 처리를 수행해야 할 시간대를 포함한다.
그에 따라, 도시 폐수 처리 장치(200)는 도시 폐수 처리 명령내의 시간대 동안만 도시 폐수 처리 동작을 수행한다(S500).
반대로, 축산 폐수 처리 시간대가 도래하였다면(S400에서 "Yes") 중앙 관리 장치(400)는 축산 폐수 처리 장치(300)에게로 축산 폐수 처리 명령을 전송한다. 여기서, 축산 폐수 처리 명령은 축산 폐수 처리를 의미하는 정보 및 축산 폐수 처리를 수행해야 할 시간대를 포함한다.
그에 따라, 축산 폐수 처리 장치(300)는 축산 폐수 처리 명령내의 시간대 동안만 축산 폐수 처리 동작을 수행한다(S600).
상술한 설명에서는 도시 폐수 처리 시간대의 도래 여부 및 축산 폐수 처리 시간대의 도래 여부를 판단하는 것으로 하였으나, 대기 시간대의 도래 여부를 판단하는 것을 추가하였다면 중앙 관리 장치(400)는 대기 시간대가 도래하였을 경우 대기 시간대 동안에는 도시 폐수 및 축산 폐수를 처리하는 동작이 수행되지 않고 대기 상태를 유지하도록 도시 폐수 처리 장치(200) 및 축산 폐수 처리 장치(300)를 관리할 것이다. 여기서, 대기 시간대는 도시 폐수 처리 시간대 및 축산 폐수 처리 시간대와는 다른 시간대일 것이다.
도 5는 도 4에 도시된 도시 폐수 처리 과정(S500)을 보다 구체적으로 설명하기 위한 플로우차트이다.
도시 폐수 처리 장치(200)의 제어부(30)가 중앙 관리 장치(400)로부터 도시 폐수 처리 명령을 수신하게 되면(S510), 해당 도시 폐수 처리 장치(200)에서의 도시 폐수 처리 동작이 행해지도록 제어한다.
그에 따라, 상호 병렬로 설치된 제 1 반응조(10) 및 제 2 반응조(20)가 처리 대상 원수(도시 폐수)를 유입받는다(S520). 즉, 원수 저장 탱크(1)에 저장된 처리 대상 원수(도시 폐수)가 제 1 펌프(7)를 통해 제 1 반응조(10)에게로 유입됨과 더불어 제 2 펌프(9)를 통해 제 2 반응조(20)에게로 유입된다.
이어, 제 1 반응조(10)는 유입수에서 유기물을 제거하고, 이와 함께 제 2 반응조(20)는 유입수에 대해 완전 아질산화 처리를 행한다(S530).
즉, 제 1 반응조(10)는 연속회분식 반응조(Sequencing Batch Reactor; SBR) 공법을 활용하여 유입되는 처리 대상 원수(도시 폐수)에서 유기물(organic matter)을 제거한다. 즉, 제 1 반응조(10)(유효 용적 ; 대략 5리터)는 원수(도시 폐수)가 유입되면 폭기 및 교반을 행하고, 호기성 미생물에 의해 유기물을 제거하여 암모늄(NH4 +)(즉, 암모니아성 질소)을 다량으로 함유한 처리수를 유출한다. 이때, 제 1 반응조(10)는 유입된 도시 폐수내의 암모니아의 질산화를 피하고 유기 물질을 바이오매스(Biomass)로 효율적으로 전환시키기 위해, 짧은 폭기 시간(대략 30 ~ 60분 정도) 및 슬러지 체류 시간(SRT : 대략 2 ~ 5일 정도)을 갖는 것이 바람직하다. 그리고, 유기물 제거는 온도의 영향을 덜 받기 때문에 제 1 반응조(10)는 주위 온도에서 작동되는 것으로 한다.
한편, 제 2 반응조(20)는 연속회분식 반응조(Sequencing Batch Reactor; SBR) 공법을 활용하여 유입되는 처리 대상 원수(도시 폐수)에 대하여 아질산화 처리를 행한다. 즉, 제 2 반응조(20)(유효 용적 ; 대략 10리터)는 처리 대상 원수(도시 폐수)가 유입되면 폭기 및 교반을 행하고, 유입된 원수(도시 폐수)에 대하여 아질산화 처리를 행하여 아질산염(nitrite, NO2 -)(즉, 아질산성 질소)을 다량으로 함유한 처리수를 유출한다. 이때, 제 2 반응조(20)의 폭기 지속 시간은 실시간으로 동작하는 제어부(30)에 기초하여 제어되는데, 완전히 아질산화를 달성하기 위해 PH값의 특징 변곡점(일명 "암모늄 밸리(ammonium valley)"라고 함)이 나타나면 폭기(aeration)가 중지된다. 그리고, 제 2 반응조(20)에서의 아질산화 처리 과정에서 제 2 반응조(20)는 대략 0.5 ~ 1.5mg/L 정도의 용존 산소(DO)를 유지하는 것이 좋고, 유효 슬러지 체류 시간은 대략 10 ~ 15일 정도로 한다. 제 2 반응조(20)의 교환비는 제 3 반응조(40)에서의 아나목스(anammox) 공정을 위해 가능한한 많은 아질산염(nitrite)을 제공할 수 있도록 대략 0.7로 설정된다. 또한, 제 2 반응조(20)는 대략 23 ~ 25℃의 온도에서 작동되도록 조절된다.
이후, 제 1 반응조(10)에서 유출되는 처리수는 제 1 중간 탱크(3)에 저장되고, 제 2 반응조(20)에서 유출되는 처리수는 제 2 중간 탱크(5)에 저장된다.
그리고 나서, 제 1 중간 탱크(3)에 저장된 처리수는 제 3 펌프(11)를 통해 제 3 반응조(40)에게로 유입되고, 제 2 중간 탱크(5)에 저장된 처리수는 제 4 펌프(13)를 통해 제 3 반응조(40)에게로 유입된다. 이때, 제 1 중간 탱크(3)에 저장된 처리수 및 제 2 중간 탱크(5)에 저장된 처리수는 제 3 반응조(40)의 유입측의 전단에서 혼합된 후에 유입된다(S540).
마지막으로, 제 3 반응조(40)가 질산화 및 탈질을 행하여 질소가스가 제거된 폐수를 유출한다(S550).
즉, 제 3 반응조(40)(유효 용적; 대략 1리터, 직경; 50mm)는 제 1 반응조(10) 및 제 2 반응조(20)의 처리수를 유입받아 아나목스(anammox) 처리를 행하게 되는데, 제 2 반응조(20)로부터의 처리수에 함유된 아질산염으로 제 1 반응조(10)로부터의 처리수에 함유된 암모늄을 산화시켜 질산성 질소(NO3 --N)로 만들고, 질산성 질소에 대해 탈질소화를 행하여 질소 가스(N2)가 제거된 폐수를 유출한다. 예를 들어, 제 1 반응조(10) 및 제 2 반응조(20)에서 전처리된 폐수는 제 3 반응조(40)에서 연속적으로 펌핑되고, 양호한 유동화 조건을 유지하기 위해 재순환 비를 조절하여 상향류를 대략 150 ml/분으로 조절한다. 또한, 제 3 반응조(40)는 대략 29 ~ 30℃의 온도에서 작동되도록 조절됨이 바람직하다. 제 3 반응조(40)에서 사용되는 아나목스 입상(과립) 슬러지는 높은 질소 제거율(예컨대, 5.17 kg N/(m3·d))을 달성하기 위해, 저 강도의 암모니아 폐수를 모의한 합성 폐수(NO- 2 -N : 20 mg/L, NH+ 4 -N : 30 mg/L)를 사용할 수 있다.
상술한 바와 같은 도시 폐수 처리 장치(200)의 동작에 의해, 암모니아 및 TIN(총 무기 질소) 제거 효율이 향상된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 중앙 관리 장치(400)는 TV 대역 가용주파수(TV White Space, TVWS) 대역을 이용하는 TVWS 무선 통신을 이용해 도시 폐수 처리 장치(200) 및 축산 폐수 처리 장치(300)와 무선으로 통신할 수 있다.
TV 대역 가용주파수(TVWS))는 TV 방송대역 중에서 지역적으로 할당 되지 않아 사용하지 않고 비어있는 채널의 대역을 의미하며, TVWS 기반의 무선 통신은 470~698MHz 대역을 사용하여 1GHz 이상의 주파수 대역을 사용하는 통신 방식에 비해 전파특성이 우수하며, 낮은 주파수 대역을 사용하기 때문에 넓은 커버리지를 제공할 수 있다.
그에 따라, 동일한 규모의 폐수 처리 시설이라면 TVWS 기반의 무선 통신을 사용하면 일반적인 무선 통신을 사용하는 것보다 적은 수의 무선 설비를 설치함으로써 네트워크의 설치 및 구성 비용을 감소시킬 수 있다.
또한, TVWS 기반의 무선 통신은 계속적으로 비용이 발생하지 않으며, 통신망이 도달하지 않는 외지에서도 적용할 수 있으며, TVWS 채널을 복수 개의 부채널로 나누어 사용하면 제한된 TVWS 채널의 주파수 이용률을 높일 수 있는 장점이 있다.
예를 들어, 중앙 관리 장치(400)는 서버에 접속하여 사용 가능한 TVWS 채널 목록을 수신하며, 도시 폐수 처리 장치(200)와 축산 폐수 처리 장치(300)를 포함하는 주변 장치들을 복수의 그룹들로 분류하며, 서버로 수신된 TVWS 채널 목록에 포함되어 있는 복수의 TVWS 채널들을 분류된 그룹별로 할당할 수 있다.
또한, 중앙 관리 장치(400)는 그룹별로 할당된 TVWS 채널 각각에 대해 정보 전송량에 따라 트래픽 초과가 발생하지 않는 범위에서 부채널 개수를 설정하며, 설정된 부채널 개수에 따라 그룹별로 할당된 TVWS 채널을 복수의 TVWS 부채널들로 나누어 해당 그룹에 포함된 도시 폐수 처리 장치(200) 또는 축산 폐수 처리 장치(300)에 할당할 수 있다.
그 후, 중앙 관리 장치(400)는 도시 폐수 처리 장치(200)에 할당된 TVWS 부채널을 통해 도시 폐수 처리 명령을 전송하여, 도시 폐수 처리 장치(200)가 상기한 바와 같이 도시 폐수에서 질소를 제거하는 처리를 하도록 할 수 있다.
그리고 중앙 관리 장치(400)는 축산 폐수 처리 장치(300)에 할당된 또 다른 TVWS 부채널을 통해 축산 폐수 처리 명령을 전송하여, 축산 폐수 처리 장치(300)가 상기한 바와 같이 축산 폐수에서 질소를 제거하는 처리를 하도록 할 수 있다.
도 6은 무선 통신을 이용하는 폐수 자동 처리 시스템의 구성에 대한 일실시예를 블록도로 도시한 것으로, 도시된 시스템의 구성들 중 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 것과 동일한 것에 대한 설명은 이하 생략하기로 한다.
도 6을 참조하면, 중앙 관리 장치(400)는 다양한 형태의 통신이 가능하고, 저장 공간이 존재하며, 소정의 연산이 가능한 하드웨어 형태로 구현될 수 있으며, 도시 폐수 처리 장치(200) 및 축산 폐수 처리 장치(300)와 TVWS 통신이 가능한 거리 내의 폐수 처리 시설 내부 또는 외부에 설치되거나 이동식으로 구현될 수 있다.
한편, 도시 폐수 처리 장치(200)와 축산 폐수 처리 장치(300)는 각각 TVWS 통신을 가능하게 하는 TVWS 통신 모듈을 구비할 수 있으며, TVWS 통신 영역 확장을 위해 다른 장치들의 신호를 중계하는 중계기 역할을 수행할 수 있다
서버(500)는 TVWS 채널을 효율적으로 사용할 수 있도록 TVWS 채널을 관리하는 역할을 하며, 예를 들어 일정한 구역 별로 사용 가능한 TVWS 채널 정보 및 각 TVWS 채널의 허용 가능한 전송 전력을 산출하거나 저장하고, 중앙 관리 장치(400)로부터 TVWS 채널 요청을 수신하면 폐수 처리 시설에서 사용 가능한 TVWS 채널들에 대한 정보를 제공할 수 있다.
즉, 서버(400)는 중앙 관리 장치(400)로부터 폐수 처리 시설 내부 또는 외부에 배치된 하나 이상의 도시 폐수 처리 장치(200), 하나 이상의 축산 폐수 처리 장치(300), 중앙 관리 장치(400) 및 그 외 TVWS 무선 통신이 가능한 장치들의 위치 정보를 수신한 후, 470~698MHz의 37채널 중 해당 위치에서 사용 가능한 TVWS 채널 목록을 중앙 관리 장치(400)로 전송할 수 있다.
이 경우, 중앙 관리 장치(400)는 서버(500)로부터 수신한 TVWS 채널 목록 중 하나 이상의 도시 폐수 처리 장치(200), 하나 이상의 축산 폐수 처리 장치(300), 중앙 관리 장치(400) 및 그 외 TVWS 무선 통신이 가능한 장치들 각각에 할당하기에 가장 적합한 TVWS 채널을 선택하고, 선택한 TVWS 채널을 각각의 장치에 할당하여 TVWS 기반의 무선 통신이 가능하도록 링크 연결을 수행할 수 있다.
상기한 바와 같이 연결된 TVWS 채널을 통해, 도시 폐수 처리 장치(200)와 축산 폐수 처리 장치(300)는 각각 현재 상태 정보(예를 들어, 현재 작동 상태, 고장 여부, 각 반응조의 처리수 상태 등)를 중앙 관리 장치(400)로 전송할 수 있으며, 중앙 관리 장치(400)는 상기한 바와 같은 도시 폐수 처리 명령, 축산 폐수 처리 명령 또는 대기 명령 등의 제어 신호를 도시 폐수 처리 장치(200) 또는 축산 폐수 처리 장치(300)로 전송할 수 있다.
또한, 중앙 관리 장치(400)는 서버(500)로부터 사용 가능한 TVWS 채널 목록과 함께, 각 TVWS 채널의 허용 가능한 전송 전력에 대한 정보를 수신할 수 있다.
한편, 중앙 관리 장치(400)는 서버(500)로부터 수신한 사용 가능한 TVWS 채널 목록에서 커버리지, 전송 전력 및 주변 간섭 정도 중 적어도 하나에 따라 TVWS 채널을 선택하여 폐수 처리 시설 내부 또는 외부에 설치된 장치들(즉, 하나 이상의 도시 폐수 처리 장치(200), 하나 이상의 축산 폐수 처리 장치(300), 중앙 관리 장치(400) 및 그 외 TVWS 무선 통신이 가능한 장치들)에 할당할 수 있다.
즉, 중앙 관리 장치(400)는 서버(500)로부터 수신한 TVWS 채널 목록에 포함된 TVWS 채널들 중에서, 도시 폐수 처리 장치(200), 축산 폐수 처리 장치(300) 및 중앙 관리 장치(400)의 커버리지가 가능한 TVWS 채널을 선택하거나, 전송 전력 할당이 가장 큰 TVWS 채널을 선택하거나, 간섭을 가장 적게 받는 TVWS 채널을 선택하여 각 장치에 할당할 수 있다.
이때, 중앙 관리 장치(400)는 서버(500)로부터 수신한 채널 목록에서 폐수 처리 시설 내부 또는 외부에 설치된 모든 장치들의 커버리지가 가능한 하나의 TVWS 채널을 선택하여 전체적으로 할당하고, 시간 분할 통신 방식이나 코드 분할 통신 방식 등과 같은 여러가지 분할 통신 방식을 적용하여 하나의 TVWS 채널을 통해 도시 폐수 처리 장치(200), 축산 폐수 처리 장치(300) 및 중앙 관리 장치(400) 사이의 무선 통신이 수행되도록 할 수 있다.
그와 달리, 중앙 관리 장치(400)는 폐수 처리 시설 내부 또는 외부의 인접한 구역에 설치된 하나 이상의 도시 폐수 처리 장치(200), 하나 이상의 축산 폐수 처리 장치(300), 중앙 관리 장치(400) 및 그 외 TVWS 무선 통신이 가능한 장치들을 복수의 그룹들로 분류하여 그룹핑하고, 그룹 별로 TVWS 채널을 할당한 후, 멀티홉 방식을 적용하여 중앙 관리 장치(400)와 도시 폐수 처리 장치(200) 및 축산 폐수 처리 장치(300)를 링크 연결하고, 시간 분할 통신 방식이나 코드 분할 통신 방식 등과 같은 여러가지 분할 통신 방식을 적용하여 각 TVWS 채널을 통해 서로 무선 통신을 수행할 수 있다.
한편, 중앙 관리 장치(400)는 서버(500)로부터 수신한 TVWS 채널 목록에서 선택한 TVWS 채널을 복수의 부채널들로 나누고, 하나 이상의 도시 폐수 처리 장치(200), 하나 이상의 축산 폐수 처리 장치(300), 중앙 관리 장치(400) 및 그 외 TVWS 무선 통신이 가능한 장치들에 각각 적어도 하나의 TVWS 부채널을 할당하여 중앙 관리 장치(400)가 도시 폐수 처리 장치(200) 및 축산 폐수 처리 장치(300)와 무선 통신하도록 할 수 있다.
똔즌, 중앙 관리 장치(400)는 TVWS 부채널을 하나 이상의 도시 폐수 처리 장치(200), 하나 이상의 축산 폐수 처리 장치(300), 중앙 관리 장치(400) 및 그 외 TVWS 무선 통신이 가능한 장치들에 그룹핑하여 할당하고, 시간 분할 통신 방식이나 코드 분할 통신 방식 등과 같은 여러가지 분할 통신 방식을 적용하여 적어도 하나의 TVWS 부채널을 통해 서로 무선 통신하도록 할 수 있다.
이 경우, 중앙 관리 장치(400)는, 각 부채널을 통해 전송할 수 있는 정보 전송량을 고려하여 트래픽 초과가 발생하지 않도록, TVWS 채널 각각에 대한 부채널의 개수를 설정할 수 있다.
상기한 바와 같이 할당된 TVWS 부채널을 통해, 도시 폐수 처리 장치(200)와 축산 폐수 처리 장치(300)는 각각 현재 상태 정보(예를 들어, 현재 작동 상태, 고장 여부, 각 반응조의 처리수 상태 등)를 중앙 관리 장치(400)로 전송할 수 있으며, 중앙 관리 장치(400)는 상기한 바와 같은 도시 폐수 처리 명령, 축산 폐수 처리 명령 또는 대기 명령 등의 제어 신호를 도시 폐수 처리 장치(200) 또는 축산 폐수 처리 장치(300)로 전송할 수 있다.
상기한 바와 같은, TVWS 기반의 폐수 처리 시설 내 통신 방법은 애플리케이션으로 구현되거나 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1 : 원수 저장 탱크 3 : 제 1 중간 탱크
5 : 제 2 중간 탱크 7 : 제 1 펌프
9 : 제 2 펌프 10 : 제 1 반응조
11 : 제 3 펌프 13 : 제 4 펌프
20 : 제 2 반응조 30 : 제어부
40 : 제 3 반응조 100 : 사용자 단말
200 : 도시 폐수 처리 장치 300 : 축산 폐수 처리 장치
400 : 중앙 관리 장치 500 : 서버

Claims (2)

  1. 중앙 관리 장치의 명령에 따라 처리 대상 도시 폐수에서 질소를 제거하는 도시 폐수 처리 장치;
    상기 중앙 관리 장치의 명령에 따라 처리 대상 축산 폐수에서 질소를 제거하는 축산 폐수 처리 장치; 및
    사용자의 휴대용 단말기로부터 도시 폐수 처리 시간대 정보 및 축산 폐수 처리 시간대 정보를 미리 입력받아 내부에 룩업 테이블 형태로 저장하고, 상기 도시 폐수 처리 시간대 정보 및 상기 축산 폐수 처리 시간대 정보를 근거로 도시 폐수 처리 및 축산 폐수 처리 중에서 어느 하나가 행해져야 할 것인지를 판단하고, 상기 도시 폐수 처리가 행해져야 할 경우라고 판단한 경우에는 상기 도시 폐수 처리 장치에게로 도시 폐수 처리 명령을 전송하고, 상기 축산 폐수 처리가 행해져야 할 경우라고 판단한 경우에는 상기 축산 폐수 처리 장치에게로 축산 폐수 처리 명령을 전송하는 상기 중앙 관리 장치;를 포함하고,
    상기 도시 폐수 처리 장치는,
    처리 대상 원수로부터 유입되는 도시 폐수의 유기물을 연속회분식 반응조(Sequencing Batch Reactor, SBR) 방식으로 유기성 질소 제거 처리하여, 암모늄을 포함하는 제1 처리수를 제1 유출 밸브를 통해 유출하는 제1 반응조;
    상기 처리 대상 원수에 대응하여 상기 제1 반응조와 상호 병렬로 연결되며, 유입되는 상기 도시 폐수를 연속회분식 반응조(SBR) 방식으로 아질산화 처리하여, 아질산염을 포함하는 제2 처리수를 제2 유출 밸브를 통해 유출하는 제 2 반응조;
    상기 제1 반응조에서 유출되는 상기 제1 처리수를 저장하는 제1 중간 탱크;
    상기 제2 반응조에서 유출되는 상기 제2 처리수를 저장하는 제2 중간 탱크;
    제1 유입관을 통해 상기 제1 중간 탱크와 연결되고, 제2 유입관을 통해 상기 제2 중간 탱크와 연결되어, 상기 제1 유입관을 통해 상기 제1 처리수가 유입됨과 함께, 상기 제2 유입관을 통해 상기 제2 처리수가 유입되면, 상기 제1 처리수와 상기 제2 처리수의 혼합물에 대해 그래뉼 슬러지 베드(Granular Sludge Bed, GSB) 방식을 이용한 혐기성 암모늄 산화 반응 및 질산성 질소에 대한 탈질소화 처리를 수행하여 질소 가스가 제거된 폐수를 유출하며, 빛으로부터 아나목스 입상을 보호하기 위해 검은 천으로 싸여 있는 제3 반응조; 및
    상기 제1, 2, 3 반응조들의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 중앙 관리 장치의 상기 도시 폐수 처리 명령에 따라, 상기 제1 중간 탱크 및 상기 제1 유입관과, 상기 제2 중간 탱크 및 상기 제2 유입관을 제어하고, 상기 제1, 2 및 제3 반응조들 각각의 반응 온도, 체류 시간, 유출 밸브, 폭기(aeration) 시간 중 적어도 하나를 제어하며, 상기 제2 반응조의 폭기 시간은 상기 제2 반응조에 유입되어 처리 중인 도시 폐수에 대해 측정되는 PH 농도에 따라 가변되도록 제어되고,
    상기 도시 폐수 처리 장치의 상기 제3 반응조는,
    상기 제1 유입관 및 상기 제2 유입관으로부터 유입되는 제1 처리수 및 제2 처리수가 미리 설정된 일정 비율로 혼합되도록 하는 전단 혼합부; 및
    최하단에서 중앙부까지의 직경이 상기 중앙부보다 높은 상부의 직경보다 작도록 축소 형성된 오리피스 형태의 후단 반응조;를 포함하며,
    상기 중앙 관리 장치는 TV 대역 가용주파수 대역을 이용하는 TVWS 무선 통신을 이용해 상기 도시 폐수 처리 장치 및 상기 축산 폐수 처리 장치와 무선으로 통신하고,
    상기 중앙 관리 장치는 서버에 접속하여 사용 가능한 TVWS 채널 목록을 수신하며, 상기 도시 폐수 처리 장치와 상기 축산 폐수 처리 장치를 포함하는 주변 장치들을 복수의 그룹들로 분류하며, 상기 TVWS 채널 목록에 포함된 TVWS 채널들을 상기 그룹별로 할당하고, 상기 그룹별로 할당된 TVWS 채널 각각에 대해 정보 전송량에 따라 트래픽 초과가 발생하지 않는 범위에서 부채널 개수를 설정하며, 상기 설정된 부채널 개수에 따라 상기 그룹별로 할당된 TVWS 채널을 복수의 TVWS 부채널들로 나누어 해당 그룹에 포함된 상기 도시 폐수 처리 장치 또는 상기 축산 폐수 처리 장치에 할당하고, 상기 도시 폐수 처리 장치 또는 상기 축산 폐수 처리 장치에 할당된 TVWS 부채널을 통해 상기 도시 폐수 처리 명령 또는 상기 축산 폐수 처리 명령을 전송하는 폐수 자동 처리 시스템.
  2. 삭제
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