KR102200986B1 - 하수 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하수를 저장하는 유입수 저장조, 상기 유입수 저장조 후단에 배치되는 제 1 침전조, 상기 제 1 침전조 후단에 배치되며, 무산소조 및 호기조를 포함하는 미생물 반응조, 상기 미생물 반응조 후단에 배치되는 제 2 침전조, 상기 호기조에 공기를 공급하는 공기 공급부, 및 상기 공기 공급부의 공기 공급량을 제어하는 제어부, 를 포함하고, 상기 무산소조는 제 1 전기 전도도 센서를 포함하고, 상기 호기조는 제 2 전기 전도도 센서를 포함하고, 상기 유입수 저장조는 제 3 전기 전도도 센서를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제 1 전기 전도도 센서, 상기 제 2 전기 전도도 센서 및 상기 제 3 전기 전도도 센서에서 측정된 전기 전도도 값을 기반으로 상기 공기 공급부의 공기 공급량을 제어하는 하수 처리 장치를 개시한다.

Description

하수 처리 장치{APPARATUS FOR TREATING WASTE WATER}
본 발명은 하수 처리 장치에 관한 것이다.
한정된 재원으로 하수도 보급률을 높이기 위해서는 경제적이며 효율적인 하폐수 처리 장치의 개발이 필요하다. 그러나 지금까지 사용되어온 MLE(Modified Ludzack & Ettinger Process, 이하 "MLE"라 한다), A2O(Anaerobic Anoxic Oxic Process, 이하, "A2O"라 한다), VIP, UCT, Bardenpho, Johannesburg Process 등 전탈질계열의 고도처리공정은 반응액의 내부순환과 슬러지 반송이 함께 소요되므로 시설비와 운전비 소요가 큰 문제점이 있었다.
특히, 하수 처리 과정에서 최대 공기 공급량을 유지하면서 호기조에 공기를 공급함에 따라 필요 이상의 공기를 공급하는데 잉여 비용이 소비되고 있다.
본 발명은 공기 공급량을 자동으로 제어하여, 운전 비용을 절감하는 것이 가능한 하수 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 하수 수질 변화를 감지하여, 신속하게 대응하는 것이 가능한 하수 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하수 처리 장치는 하수를 저장하는 유입수 저장조, 상기 유입수 저장조 후단에 배치되는 제 1 침전조, 상기 제 1 침전조 후단에 배치되며, 무산소조 및 호기조를 포함하는 미생물 반응조, 상기 미생물 반응조 후단에 배치되는 제 2 침전조, 상기 호기조에 공기를 공급하는 공기 공급부, 및 상기 공기 공급부의 공기 공급량을 제어하는 제어부, 를 포함하고, 상기 무산소조는 제 1 전기 전도도 센서를 포함하고, 상기 호기조는 제 2 전기 전도도 센서를 포함하고, 상기 유입수 저장조는 제 3 전기 전도도 센서를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제 1 전기 전도도 센서, 상기 제 2 전기 전도도 센서 및 상기 제 3 전기 전도도 센서에서 측정된 전기 전도도 값을 기반으로 상기 공기 공급부의 공기 공급량을 제어한다.
상기 제어부는 상기 제 1 전기 전도도 센서 값이 제 1 전기 전도도 값보다 크거나, 또는 상기 제 2 전기 전도도 센서에서 측정된 전기 전도도 값이 제 2 전기 전도도 값보다 크면, 상기 공기 공급부의 공기 공급량을 증가시키고, 상기 제 1 전기 전도도 센서 값이 제 1 전기 전도도 값보다 작거나, 또는 상기 제 2 전기 전도도 센서에서 측정된 전기 전도도 값이 제 2 전기 전도도 값보다 작으면, 상기 공기 공급부의 공기 공급량을 감소시킬 수 있다.
상기 제어부는 상기 제 1 전기 전도도 센서와 상기 제 2 전기 전도도 센서에서 측정된 전기 전도도 값의 차이가 기설정된 차이 값보다 크면, 상기 공기 공급부의 공기 공급량을 증가시키고, 상기 제 1 전기 전도도 센서와 상기 제 2 전기 전도도 센서에서 측정된 전기 전도도 값의 차이가 기설정된 차이 값보다 작으면, 상기 공기 공급부의 공기 공급량을 감소시킬 수 있다.
상기 호기조에서 배출되는 하수 일부를 상기 무산소조로 유입하는 내부 반송 라인 및 상기 제 2 침전조에서 배출되는 하수 일부를 상기 무산소조로 유입하는 외부 반송 라인을 더 포함할 수 있다.
상기 무산소조는 제 1 무산소조, 제 2 무산소조 및 제 3 무산소조를 포함하고, 상기 제 1 무산소조는 상기 제 1 침전조에 인접하고, 상기 제 3 무산소조는 상기 호기조에 인접할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제 1 전기 전도도 센서에서 측정된 전기 전도도 값이 제 1 전기 전도도 값보다 크면, 상기 내부 반송 라인 및 상기 외부 반송 라인 중 적어도 하나를 상기 제 1 무산소조에 연결하며, 상기 제 1 전기 전도도 센서에서 측정된 전기 전도도 값이 제 1 전기 전도도 값보다 작으면, 상기 내부 반송 라인 및 상기 외부 반송 라인 적어도 하나를 상기 제 2 무산소조 또는 제 3 무산소조에 연결할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제 1 전기 전도도 센서에서 측정된 전기 전도도 값이 제 1 전기 전도도 값 이상의 값을 제 1 시간 이상 유지하면, 상기 공기 공급부를 제어하여, 상기 제 3 무산소조, 상기 제 2 무산소조 및 상기 제 1 무산소조에 단계적으로 공기를 공급할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제 3 전기 전도도 센서에서 측정된 전기 전도도 값이 제 3 전기 전도도 값보다 작으면, 상기 저장소의 하수 일부를 상기 무산소조로 바이 패스하고, 상기 제 1 침전조에서 배출되는 처리수를 처리수 저장조로 바이 패스할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제 1 전기 전도도 센서에서 측정된 전기 전도도 값이 기설정된 전도도 값보다 크면, 내부 반송 펌프 또는 외부 반송 펌프를 제어하여 내부 반송량 또는 외부 반송량을 감소시키며, 상기 제 1 전기 전도도 센서에서 측정된 전기 전도도 값이 기설정된 전기 전도도 값보다 작으면, 상기 내부 반송 펌프 또는 상기 외부 반송 펌프를 제어하여 내부 반송량 또는 외부 반송량을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 공기 공급량을 자동으로 제어하여, 운전 비용을 절감하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 하수 수질 변화를 감지하여, 신속하게 대응하는 것이 가능하다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하수 처리 장치를 개략적으로 나타낸 블록 구성도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하수 처리 장치와 비교예에서의 질소 제거 효율을 나타낸 그래프이고,
도 3은 비교예에서의 공기 공급량/유입량 비를 나타낸 그래프이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하수 처리 장치에서의 공기 공급량/유입량 비를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 구성은 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하수 처리 장치를 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하수 처리 장치(100)는 유입수 저장조(110), 제 1 침전조(120), 미생물 반응조(B), 제 2 침전조(150), 처리수 저장조(160), 공기 공급부(170) 및 제어부(180)를 포함한다.
유입수 저장조(110)는 처리될 하수가 유입되어 저장될 수 있으며, 유입수 전기 전도도 센서(111)를 포함할 수 있다.
여기서, 유입수 전기 전도도 센서(111)는 제 3 전기 전도도 센서(111)로 혼용될 수 있다.
유입수 전기 전도도 센서(111)는 유입수 저장조(110)에 저장된 하수의 전기 전도도를 측정할 수 있으며, 측정된 전기 전도도 값을 제어부(180)에 유선 또는 무선으로 전송할 수 있다.
유입수 저장조(110)는 설정된 수위까지 하수를 저장할 수 있으며, 설정된 수위에서 펌프 및 밸브를 제어하여 저장된 하수를 배출할 수 있다.
한편, 유입수 전기 전도도 센서(111)에서 측정된 전기 전도도 값이 기설정된 값(제 3 전기 전도도 값) 보다 작으면, 제어부(180)는 유입수 저장조(110)와 미생물 반응조(B)의 무산소조(130)를 연결하는 바이패스 라인(L1)의 밸브(V1)를 개방하여, 바이패스 라인(L1)으로 유입수 저장조(110)의 하수를 직접 무산소조(130)로 유입할 수 있다.
여기서, 유입수 전기 전도도 센서(111)에서 측정된 전기 전도도 값이 기설정된 값(제 3 전기 전도도 값) 보다 작은 경우는, 강우 시일 수 있다.
즉, 강우 시에는 상대적으로 청정한 강우가 하수에 혼합된 상태이며, 하수의 양이 급증하게 되므로, 제어부(180)는 바이패스 라인(L1)의 밸브(V1)를 제어하여, 유입수 저장조(110) 및 제 1 침전조(120)에 유입 부하가 발생되지 않도록 할 수 있다.
또한, 제어부(180)는 강우 시에 바이패스 라인(L2)의 밸브(V2)를 제어하여, 제 1 침전조(120)를 거친 일차 처리수가 미생물 반응조(B)를 거치지 않고 처리수 저장조(160)로 유입될 수 있도록 하여 합류식 하수도에서 평상시보다 많은 양을 일차 처리할 할 수 있다. 이를 통해 미생물 반응조(B)로 유입되는 수질 부하 변동을 감소시켜 무산소조(130)의 질소처리 기능을 유지시킬 수 있다.
또한, 유입수 전기 전도도 센서(111)에서 측정된 전기 전도도 값이 기설정된 값(제 3 전기 전도도 값) 보다 큰 경우는, 유입 부하가 높은 고부하 시일 수 있다. 이때에는 제 1 침전조(120)에서 침전된 일차 슬러지가 인발 밸브(V3) 및 인발 펌프(122)를 통해 배출되는 양을 평소보다 증가시켜 미생물 반응조(B)의 수질 부하 변동을 감소시켜 처리기능을 유지시킬 수 있다.
한편, 다음의 일련의 경험식을 이용하여 유입수 전기 전도도 센서(111)에서 측정된 전기 전도도 값으로 공기공급량을 산정할 수 있고, 공기 공급부(170)에서 수리학적 체류시간을 고려하여 호기조(140)에 공급되는 공기의 양을 조절할 수 있다.
필요산소량(AOR) = OD1 + OD2 + OD3 + OD4
여기서 OD1 = BOD 산화에 필요한 산소량
OD2 = 내생호흡에 필요한 산소량
OD3 = 질산화 반응에 필요한 산소량
OD4 = 용존산소농도의 유지에 필요한 산소량
여기서, OD2와 OD4는 일정한 상수 개념으로 실험실 분석자료를 통해 입력될 수 있다. OD1과 OD3은 필요산소량에 대부분을 차지한다. BOD와 암모니아성질소는 실험실 분석자료를 통해 BOD/암모니아성질소 비를 계산할 수 있다. 이를 통해 필요산소량 다음의 계산식과 같이 간단하게 표기할 수 있다.
OD1 = 0.6 × BOD 부하(kg/d) = 0.6 × A × 암모니아성질소 부하(kg/d)
여기서 A = BOD/암모니아성질소 비
OD3 = 4.57 × 암모니아성질소 부하(kg/d)
필요산소량(AOR) = (0.6 × A + 4.57) × 암모니아성질소 부하 + B
= (0.6 × A + 4.57) × 암모니아성질소 × 유입유량 + B
여기서 B = 내생호흡, 용존산소농도의 유지에 필요한 산소량
전기전도도 = 암모니아성질소 × C
여기서 C = 암모니아성질소/전기전도도 비
필요산소량(AOR) = (0.6 × A + 4.57) × 전기전도도 × 유입유량 × C + B
위 식을 통하여 필요산소량을 전기전도도 측정을 통하여 실시간으로 예측할 수 있게 된다.
Figure 112018042951510-pat00001
여기서 SOR : T1 ℃에서의 청수상태에서의 산소공급량, kgO2/d
AOR : 생물반응조 T2 ℃에서의 필요산소량, kgO2/d
T1 : 포기장치성능의 기준 청수온도(20℃)
T2 : 생물반응조 혼합액의 수온(℃)
Cs1 : 청수 T1 ℃에서의 포화산소농도
Cs2 : 청수 T2 ℃에서의 포화산소농도
CO : 혼합액의 DO 농도
a : KLa의 보정계수(저부하법 0.93, 고부하법 0.83)
b : 산소포화농도 보정계수(저부하법 0.97, 고부하법 0.95)
γ : 산기수심에 의한 Cs의 보정계수
여기서 γ =1/2 × [(10.332 + h)/10.332 + 1]
h : 산기수심(m)
P : 처리장에서 대기압(kPa abs)
각 설계인자를 입력하면 계수화 할 수 있으며 이를 D로 나타내었다.
Figure 112018042951510-pat00002
D : 청수 상태의 성능을 고려한 계수
공기공급량(Gs) = SOR/(EA ×ρ×Qw) × (273+T2)/273 × 100
여기서, EA : 청수 중 산소전달효율(SOTE, %)
ρ : 공기밀도(1.293 kg공기/Nm3)
Qw : 공기중 산소함유중량(0.232 kgO2/kg-공기)
각 설계인자를 입력하면 계수화 할 수 있으며 이를 E로 나타내었다.
공기공급량(Gs) = E ×SOR
E : 산소전달효율, 산소함유량 등을 고려한 계수
공기공급량(Gs) = E ×SOR = E × D × AOR
= E × D × (0.6 × A + 4.57) × 전기전도도 × 유입유량 × C + B
= F × 전기전도도 × 유입유량 + B
F : A, C, D, E를 고려한 계수
여기서, 유입유량은 유입수 저장조(110) 및 제 1 침전조(120)에서 무산소조(130)로 유입되는 라인에서 측정된 유량을 의미할 수 있다.
제 1 침전조(120)는 유입된 하수를 침전 또는 고액분리 등을 통해 하수에서 슬러지를 분리할 수 있다.
여기서, 제 1 침전조(120)에서 분리된 슬러지는 인발 밸브(V3) 및 인발 펌프(122)를 통해 배출되며, 배출된 슬러지는 제 2 침전조(150)에서 배출된 슬러지와 함께 슬러지 저장조(미도시)에 유입될 수 있다.
제 1 침전조(120)에서 슬러지가 분리된 하수는 미생물 반응조(B)의 무산소조(130)에 유입될 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 유입수 전기 전도도 센서(111)에서 측정된 전기 전도도 값이 기설정된 값보다 큰 경우는, 제 1 침전조(120)에서 인발 밸브(V3) 및 인발 펌프(122)를 통해 배출되는 슬러지 양을 증가시키며, 유입수 전기 전도도 센서(111)에서 측정된 전기 전도도 값이 기설정된 값보다 작은 경우는 바이패스 라인(L2)의 밸브(V2) 및 펌프(121)를 제어하여, 제 1 침전조(120)의 일차 처리수를 미생물 반응조(B)를 거치지 않고 처리수 저장조(160)로 바로 유입할 수 있다.
미생물 반응조(B)는 무산소조(130)와 호기조(140)를 포함한다.
무산소조(130)는 탈질산화의 반응조로써, 산소가 없는 무산소 상태에서 질산성 질소가 질소가스 등으로 환원될 수 있다.
무산소조(130)는 무산소조 전기 전도도 센서(131) 및 교반 유닛(132)을 포함할 수 있다.
여기서, 무산소조 전기 전도도 센서(131)는 제 1 전기 전도도 센서(131)로 혼용될 수 있다.
무산소조 전기 전도도 센서(131)는 무산소조(130)에 저장된 하수의 전기 전도도를 측정할 수 있으며, 측정된 전기 전도도 값을 제어부(180)에 유선 또는 무선으로 전송할 수 있다.
한편, 무산소조 전기 전도도 센서(131)에서 측정된 전기 전도도 값이 기설정된 값(제 1 전기 전도도 값) 보다 크면, 제어부(180)는 암모니아성질소의 농도가 높아진 것으로 추정하고, 이를 기반으로 더 많은 공기 공급량이 필요한 것으로 판단하고 공기 공급부(170)를 제어하여 호기조(140)에 공급되는 공기의 양을 증가시킬 수 있으며, 이와 반대로, 무산소조 전기 전도도 센서(131)에서 측정된 전기 전도도 값이 기설정된 값(제 1 전기 전도도 값) 보다 작으면, 제어부(180)는 필요 이상의 공기가 공급되는 것을 방지하기 위해 공기 공급부(170)를 제어하여 호기조(140)에 공급되는 공기의 양을 감소시킬 수 있다.
삭제
무산소조(130)에는 제 1 침전조(120)에서 유입되는 라인, 유입수 저장조(110)에서 바이패스로 유입되는 라인(L1), 호기조(140)에서 유입되는 내부 반송 라인(L3) 및 제 2 침전조(150)에서 유입되는 외부 반송 라인(L4)을 통해 하수 또는 슬러지가 유입될 수 있다.
한편, 무산소조(130)는 격벽을 통해 제 1 무산소조(130a), 제 2 무산소조(130b) 및 제 3 무산소조(130c)를 포함할 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에서는 무산소조(130)가 3개의 무산소조로 구성된 것으로 도시하고 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 본 발명의 일 실시예에서 무산소조(130)의 개수를 한정하는 것은 아니다.
제 1 무산소조(130a)는 상대적으로 제 1 침전조(120)에 인접하게 배치된 것으로 전단 무산소조로 혼용될 수 있다.
제 2 무산소조(130b)는 제 1 무산소조(130a)와 제 3 무산소조(130c) 사이에 배치될 수 있다.
제 3 무산소조(130c)는 상대적으로 호기조(140)에 인접하게 배치된 것으로 후단 무산소조로 혼용될 수 있다.
한편, 제 1 무산소조(130a), 제 2 무산소조(130b) 및 제 3 무산소조(130c) 각각에는 별도의 교반 유닛(132)이 배치될 수 있다.
교반 유닛(132)은 제어부(180)에 유선 또는 무선으로 연결되며, 제어부(180)의 제어에 따라 구동될 수 있다.
또한, 제 1 무산소조(130a), 제 2 무산소조(130b) 및 제 3 무산소조(130c) 각각은 공기 공급부(170)에 연결되어 개별적으로 공기가 공급될 수 있다.
호기조(140)는 질산화의 반응조로써, 공기 공급으로 호기성 미생물에 의해 암모니아성질소 산화가 수행될 수 있다.
호기조(140)는 호기조 전기 전도도 센서(141)를 포함할 수 있다.
호기조 전기 전도도 센서(141)는 호기조(140)에 저장된 하수의 전기 전도도를 측정할 수 있으며, 측정된 전기 전도도 값을 제어부(180)에 유선 또는 무선으로 전송할 수 있다.
여기서, 호기조 전기 전도도 센서(141)는 제 2 전기 전도도 센서(141)로 혼용될 수 있다.
한편, 호기조 전기 전도도 센서(141)에서 측정된 전기 전도도 값이 기설정된 값(제 2 전기 전도도 값) 보다 크면, 제어부(180)는 공기 공급부(170)를 제어하여, 호기조(140)에 공급되는 공기의 양을 증가시킬 수 있다.
반대로, 호기조 전기 전도도 센서(141)에서 측정된 전기 전도도 값이 기설정된 값(제 2 전기 전도도 값) 보다 작으면, 제어부(180)는 공기 공급부(170)를 제어하여, 호기조(140)에 공급되는 공기의 양을 감소시킬 수 있다.
또한, 무산소조 전기 전도도 센서(131)에서 측정된 전기 전도도 값과 호기조 전기 전도도 센서(141)에서 측정된 전기 전도도 값의 차이가 기설정된 차이 값 이상인 경우, 제어부(180)는 상술한 전기 전도도 값의 차이가 기설정된 차이 값을 유지하도록 공기 공급부(170)를 제어하여 호기조(140)에 공급되는 공기의 양을 증가시킬 수 있다.
반대로, 상술한 전기 전도도 값의 차이가 기설정된 차이 값 미만인 경우, 제어부(180)는 상술한 전기 전도도 값의 차이가 기설정된 차이 값을 유지하도록 공기 공급부(170)를 제어하여 호기조(140)에 공급되는 공기의 양을 감소시킬 수 있다.
제 2 침전조(150)는 유입된 하수를 침전 또는 고액분리 등을 통해 하수에서 슬러지를 분리할 수 있다.
제 2 침전조(150)에서 슬러지가 분리된 처리수는 처리수 저장조(160)에 유입될 수 있으며, 분리된 슬러지는 외부 반송 라인(L3)을 통해 무산소조(130)에 유입될 수 있다.
도시하지 않았지만, 상술한 바와 같이 제 2 침전조(150)에서 배출된 슬러지는 제 1 침전조(120)에서 배출된 슬러지와 함께 슬러지 저장조(미도시)에 유입될 수 있다.
처리수 저장조(160)는 하수 처리된 처리수가 유입되어 저장될 수 있다.
처리수 저장조(160)는 설정된 수위까지 하수를 저장할 수 있으며, 설정된 수위에서 펌프 및 밸브를 제어하여 저장된 처리수를 배출할 수 있다.
공기 공급부(170)는 공기 공급 수단(171)과 무산소조(130) 및 호기조(140)에 연결된 라인의 개폐를 각각 담당하는 밸브(V4, V5)를 포함한다.
공기 공급 수단(171)은 펌프 또는 송풍 팬 등으로 구성될 수 있다.
한편, 공기 공급 수단(171)은 산소 발생 유닛에 연결될 수 있으며, 고농도 산소를 공급할 수 있다.
공기 공급 수단(171) 및 밸브(V5, V5) 각각은 제어부(180)에 유선 또는 무선으로 연결되어, 제어부(180)의 제어에 의해 동작될 수 있다.
제어부(180)는 하수 처리 장치(100)를 총괄 제어하며, 상술한 바와 같이 유입수 전기 전도도 센서(111), 무산소조 전기 전도도 센서(131) 및 호기조 전기 전도도 센서(141)의 전기 전도도 측정값에 따라 공기 공급부(170)의 공기 공급 수단(171) 및 밸브(V4, V5) 각각을 제어한다.
제어부(180)는 무산소조 전기 전도도 센서(131) 및 호기조 전기 전도도 센서(141)에서 측정된 전기 전도도 값이 기설정된 값보다 크면, 공기 공급부(170)를 제어하여 호기조(140)에 공급되는 공기의 양을 증가시킬 수 있다.
또한, 제어부(180)는, 무산소조 전기 전도도 센서(131) 및 호기조 전기 전도도 센서(141)에서 측정된 전기 전도도 값이 기설정된 값보다 작으면, 공기 공급부(170)를 제어하여 호기조(140)에 공급되는 공기의 양을 감소시킬 수 있다.
예컨대, 제어부(180)는 다음의 [표 1]과 같이 무산소조(130)의 전기 전도도 값을 기반으로 공기 공급량을 제어할 수 있다.
무산소조 전기전도도
(μS/cm)		 0~
1,300		 1,300~
1,400		 1,400~
1,500		 1,500~
1,600		 1,600~
1,700		 1,700~
1,800		 1,800
이상
공기공급량/유입유량 비
(㎥/㎥)		 25 30 35 40 47 55 63
또한, 제어부(180)는 무산소조 전기 전도도 센서(131)에서 측정된 전기 전도도 값이 제 1 전기 전도도 값을 기설정된 제 1 시간 이상 유지하면, 질산화효율이 저하되는 것으로 판단하여 호기조의 수리학적 체류시간을 늘리기 위해 무산소조(130)에 공기를 공급하여, 무산소조(130)에서 호기조 반응이 수행되도록 할 수 있다.
여기서, 호기조에 포함되는 호기성 생물은 반송 라인(L3, L4)을 통해 호기조(140)에서 무산소조(130)로 유입될 수 있으므로, 무산소조(130)에 공기를 공급하면 무산소조(130)에서 호기조 반응이 수행될 수 있다.
한편, 제어부(180)는 무산소조 전기 전도도 센서(131)에서 측정된 전기 전도도 값 및 지속 시간을 통해 후단에 배치된 제 3 무산소조(130c)에만 선택적으로 공기를 공급할 수 있으며, 보다 수리학적 체류시간을 늘리기 위해서는 제 2 무산소조(130b) 및 제 1 무산소조(130a)에 단계적으로 공기를 공급할 수 있다.
또한, 제어부(180)는 무산소조 전기 전도도 센서(131) 및 호기조 전기 전도도 센서(141)에서 측정된 전기 전도도 값이 기설정된 값보다 크면, 내부 반송 펌프(142) 및/또는 외부 반송 펌프(151)를 제어하여 무산소조(130)에 공급되는 내부 및 외부 반송 양을 각각 또는 동시에 감소 시킬 수 있다.
또한, 제어부(180)는 무산소조 전기 전도도 센서(131) 및 호기조 전기 전도도 센서(141)에서 측정된 전기 전도도 값이 기설정된 값보다 작으면, 내부 반송 펌프(142) 및/또는 외부 반송 펌프(151)를 제어하여 무산소조(130)에 공급되는 내부 및 외부 반송 양을 각각 또는 동시에 증가 시킬 수 있다.
여기서, 내부 반송 펌프(142) 및/또는 외부 반송 펌프(151)를 제어하는 기준이 되는 기설정된 값은 각기 다르게 설정될 수 있다.
또한, 제어부(180)는 무산소조 전기 전도도 센서(131)에서 측정된 전기 전도도 값이 제 1 전기 전도도 값보다 크면, 내부 반송 라인(L3) 및 외부 반송 라인(L4) 중 적어도 하나를 제 1 무산소조(130a)에 연결하여, 무산소조(130)에서의 질소 처리 기능을 강화할 수 있으며, 무산소조(130)에서의 수리학적 체류시간을 늘릴 수 있으며, 무산소조 전기 전도도 센서(131)에서 측정된 전기 전도도 값이 제 1 전기 전도도 값보다 작으면, 내부 반송 라인(L3) 및 외부 반송 라인(L4) 중 적어도 하나를 제 3 무산소조(130c)에 연결하여, 무산소조(130)에서의 수리학적 체류시간을 줄여 무산소조(130)에서의 인 처리 기능을 강화 할 수 있다.
또한, 제어부(180)는 유입수 전기 전도도 센서(111)에서 측정된 전기 전도도 값이 기설정된 값(제 3 전기 전도도 값) 보다 작으면, 제어부(180)는 유입수 저장조(110)와 미생물 반응조(B)의 무산소조(130)를 연결하는 바이패스 라인(L1)의 밸브(V1)를 개방하여, 바이패스 라인(L1)으로 유입수 저장조(110)의 하수를 직접 무산소조(130)로 유입할 수 있다.
여기서, 제어부(180)는 유입수 전기 전도도 센서(111)에서 측정된 전기 전도도 값이 기설정된 값(제 3 전기 전도도 값) 보다 작은 경우는, 강우 시인 것으로 판단할 수 있다.
즉, 강우 시에는 상대적으로 청정한 강우가 하수에 혼합된 상태이며, 하수의 양이 급증하게 되므로, 제어부(180)는 바이패스 라인(L1)의 밸브(V1)를 제어하여, 유입수 저장조(110) 및 제 1 침전조(120)에 유입 부하가 발생되지 않도록 할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하수 처리 장치와 비교예에서의 질소 제거 효율을 나타낸 그래프이고, 도 3은 비교예에서의 공기 공급량/유입량 비를 나타낸 그래프이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하수 처리 장치에서의 공기 공급량/유입량 비를 나타낸 그래프이다.
다음은 도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 하수 처리 장치와 비교예에서의 질소 제거 효율 및 공기 공급량/유입량 비를 비교하여 설명한다.
다음의 [표 2]는 비교예 1 내지 3과 실시예에서의 공기공급량/유입유량 비를 나타낸 것이며, [표 3]은 비교예 1 내지 3과 실시예에서의 질소 제거율을 나타낸 것이다.
[표 2]를 참조하면, 비교예 1 내지 3은 공기공급량 일정하게 유지하는 공정이며, 특히 비교예 3은 최대 공기공급량 유지하는 공정이다.
공기공급량/유입유량 비(㎥/㎥)
비교예 1 36
비교예 2 28
비교예 3 46
실시예 22 ~ 51(평균: 36)
유입수(mg/L) 제거율(%)
암모니아성질소 총질소(이온) 암모니아성질소 총질소(이온)
비교예 1 136.2 144.2 33.5 21.2
비교예 2 151.2 152.4 23.2 9.4
비교예 3 208.5 211.7 62.9 22.4
실시예 158.4 163.6 43.9 30.7
또한, 도 2를 참조하면, 비교예 3은 공기공급량/유입유량 비 46 ㎥/㎥에서 암모니아성질소 제거율 62.9%로 가장 높았으나, 비교예 1 및 2는 총질소(이온) 제거율은 각각 21.2%, 22.4%로 유사하였다. 본 발명의 제 1 실시예에 따른 하수 처리 장치는 질소 제거 효율이 30.7%로 비교예 3에 비해 대략 8% 이상 향상됨을 확인할 수 있다.
특히, 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 하수 처리 장치는 비교예 1 내지 3에 비해 대략 20% 이상의 공기 공급량을 절감할 수 있다. 이를 통해 본 발명의 제 1 실시예에 따른 하수 처리 장치는 공기 공급량을 자동으로 제어하여, 운전 비용을 절감하는 것이 가능함을 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 하수 처리 장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100: 하수 처리 장치
110: 유입수 저장조
120: 제 1 침전조
B: 미생물 반응조
130: 무산소조:
140: 호기조
150: 제 2 침전조
160: 처리수 저장조
170: 공기 공급부
180: 제어부

Claims (9)

  1. 하수를 저장하는 유입수 저장조;
    상기 유입수 저장조 후단에 배치되는 제 1 침전조;
    상기 제 1 침전조 후단에 배치되며, 무산소조 및 호기조를 포함하는 미생물 반응조;
    상기 미생물 반응조 후단에 배치되는 제 2 침전조;
    상기 호기조에 공기를 공급하는 공기 공급부;
    상기 공기 공급부의 공기 공급량을 제어하는 제어부;
    상기 호기조에서 배출되는 하수 일부를 상기 무산소조로 유입하는 내부 반송 라인; 및
    상기 제 2 침전조에서 배출되는 하수 일부를 상기 무산소조로 유입하는 외부 반송 라인을 포함하고,
    상기 무산소조는 제 1 전기 전도도 센서를 포함하고,
    상기 호기조는 제 2 전기 전도도 센서를 포함하고,
    상기 유입수 저장조는 제 3 전기 전도도 센서를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제 1 전기 전도도 센서, 상기 제 2 전기 전도도 센서 및 상기 제 3 전기 전도도 센서에서 측정된 전기 전도도 값을 기반으로 상기 공기 공급부의 공기 공급량을 제어하고,
    상기 제어부는 상기 제 1 전기 전도도 센서에서 측정된 전기 전도도 값이 제 1 전기 전도도 값을 기설정된 제 1 시간 이상 유지하면, 질산화효율이 저하되는 것으로 판단하여 호기조의 수리학적 체류시간을 늘리기 위해 상기 무산소조에 공기를 공급하여 상기 무산소조에서 호기조 반응을 수행하고,
    상기 무산소조는 제 1 무산소조, 제 2 무산소조 및 제 3 무산소조를 포함하고,
    상기 제 1 무산소조는 상기 제 1 침전조에 인접하고, 상기 제 3 무산소조는 상기 호기조에 인접하고,
    상기 제 1 무산소조, 제 2 무산소조 및 제 3 무산소조 각각은 상기 공기 공급부에 연결되어 개별적으로 공기가 공급되고,
    상기 제어부는 상기 제 1 전기 전도도 센서에서 측정된 전기 전도도 값이 제 1 전기 전도도 값 이상의 값이 기설정된 제 1 시간 이상 유지하면, 상기 공기 공급부를 제어하여, 상기 제 3 무산소조, 상기 제 2 무산소조 및 상기 제 1 무산소조에 단계적으로 공기를 공급함으로써 수리학적 체류시간을 늘리고,
    상기 제어부는 하기의 [수식 1]을 통해 상기 제 3 전기 전도도 센서에서 측정된 전기 전도도 값으로 공기공급량을 산정하고, 수리학적 체류시간을 고려하여 상기 호기조에 공급되는 공기의 양을 조절하고,
    상기 제어부는
    상기 제 1 전기 전도도 센서에서 측정된 전기 전도도 값이 제 1 전기 전도도 값보다 크면, 상기 내부 반송 라인 및 상기 외부 반송 라인 중 적어도 하나를 상기 제 1 무산소조에 연결하며,
    상기 제 1 전기 전도도 센서에서 측정된 전기 전도도 값이 제 1 전기 전도도 값보다 작으면, 상기 내부 반송 라인 및 상기 외부 반송 라인 중 적어도 하나를 제 상기 2 무산소조 또는 상기 제 3 무산소조에 연결하는 하수 처리 장치.
    [수식 1]
    공기공급량(Gs) = E ХSOR
    Figure 112021500046754-pat00007

    AOR = (0.6 × A + 4.57) × 전기전도도 × 유입유량 × C + B
    (여기서, SOR : T1 ℃에서의 청수상태에서의 산소공급량(kgO2/d), AOR : 생물반응조 T2 ℃에서의 필요산소량(kgO2/d), T1 : 포기장치성능의 기준 청수온도(20℃), T2 : 생물반응조 혼합액의 수온(℃), Cs1 : 청수 T1 ℃에서의 포화산소농도, Cs2 : 청수 T2 ℃에서의 포화산소농도, CO : 혼합액의 DO 농도, α : KLa의 보정계수(저부하법 0.93, 고부하법 0.83), β : 산소포화농도 보정계수(저부하법 0.97, 고부하법 0.95), γ : 산기수심에 의한 Cs의 보정계수<γ =1/2 Х [(10.332 + h)/10.332 + 1]>, h : 산기수심(m), P : 처리장에서 대기압(kPa abs), A : BOD/암모니아성질소 비, B = 내생호흡, 용존산소농도의 유지에 필요한 산소량, C : 암모니아성질소/전기전도도 비, D : 청수 상태의 성능을 고려한 계수 및 E : 산소전달효율, 산소함유량 등을 고려한 계수를 나타냄)
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제 1 전기 전도도 센서 값이 제 1 전기 전도도 값보다 크거나, 또는 상기 제 2 전기 전도도 센서에서 측정된 전기 전도도 값이 제 2 전기 전도도 값보다 크면, 상기 공기 공급부의 공기 공급량을 증가시키고, 상기 제 1 전기 전도도 센서 값이 제 1 전기 전도도 값보다 작거나, 또는 상기 제 2 전기 전도도 센서에서 측정된 전기 전도도 값이 제 2 전기 전도도 값보다 작으면, 상기 공기 공급부의 공기 공급량을 감소시키는 하수 처리 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제 1 전기 전도도 센서와 상기 제 2 전기 전도도 센서에서 측정된 전기 전도도 값의 차이가 기설정된 차이 값보다 크면, 상기 공기 공급부의 공기 공급량을 증가시키고,
    상기 제 1 전기 전도도 센서와 상기 제 2 전기 전도도 센서에서 측정된 전기 전도도 값의 차이가 기설정된 차이 값보다 작으면, 상기 공기 공급부의 공기 공급량을 감소시키는 하수 처리 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제 3 전기 전도도 센서에서 측정된 전기 전도도 값이 제 3 전기 전도도 값보다 작으면,
    상기 유입수 저장조의 하수 일부를 상기 무산소조로 바이 패스하고,
    상기 제 1 침전조에서 배출되는 처리수를 처리수 저장조로 바이 패스하는 하수 처리 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제 1 전기 전도도 센서에서 측정된 전기 전도도 값이 기설정된 전기 전도도 값보다 크면, 내부 반송 펌프 또는 외부 반송 펌프를 제어하여 내부 반송양 또는 외부 반송양을 감소 시키며,
    상기 제 1 전기 전도도 센서에서 측정된 전기 전도도 값이 기설정된 전도도 값보다 작으면, 상기 내부 반송 펌프 및 상기 외부 반송 펌프 중 적어도 하나를 제어하여 내부 반송양 또는 외부 반송양을 증가 시키는 하수 처리 장치.
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