KR102267624B1 - 연속회분식 수처리 방법 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연속회분식 수처리 방법 및 시스템에 관한 것으로, 반응조 내의 암모니아성 질소 농도와 질산성 질소 농도를 감지하여 반응조 내에 하·폐수 또는 공기 공급을 제어하여 폭기/비폭기 주기 등의 운전 조건을 자동으로 제어하고, 유기물 및 질소의 제거가 안정적으로 원할하게 이루어지도록 함으로써, 효율적으로 하·폐수를 처리할 수 있다.
Description
본 발명은 반응조 내의 암모니아성 질소 농도와 질산성 질소 농도를 감지하여 반응조 내에 공기 공급을 제어하여 하·폐수 처리를 수행할 수 있는 연속회분식 수처리 방법 및 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 도시 하수, 가축 폐수, 농업 폐수 및 산업 폐수 등을 포함하는 하수, 폐수 등에는 유기물을 비롯하여 질소와 인을 포함하는 영양염류 성분이 존재한다. 이러한 영양염류의 증가는 생태계 균형을 파괴하며, 부영양화 현상을 발생함으로 수질 오염의 문제를 야기한다.
상기 하수, 폐수는 대부분 활성 슬러지 공법에 의해 처리되고 있다. 활성 슬러지 공법 중에 연속회분식 반응조(SBR, Sequencing batch reactor)는 영양염류인 질소나 인을 제거하기 위해 무산소 및 호기 공정을 하나의 단일 반응조에서 순차적으로 수행하는 공법으로 소요부지가 적게 소요되는 장점이 있다.
그러나, 일반적인 SBR 공법은 미리 정해진 설계 및 운전조건이나 공정 운전자의 결정에 따라 임의적으로 운전되므로 급변하는 유입수 및 처리 공정의 상황 변화에는 결국 대처할 수 없게 되고, 하·폐수를 간헐적으로 처리해야 하는 단점이 있다.
최근에는 하·폐수의 유입은 연속으로 하되 폭기조에 대한 공기공급은 간헐적으로 하여 시간에 따라 호기와 무산소 조건을 형성하여 질소를 효과적으로 제거하는 간헐 폭기공정에 대한 연구가 이루어지고 있다. 그러나, 아직까지는 비폭기/폭기 공정에 대한 효과적인 제어 방안이 수립되고 있지 않은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 반응조 내의 암모니아성 질소 농도와 질산성 질소 농도를 감지하여 반응조 내에 하·폐수 또는 공기 공급을 제어하여 처리수질을 안정적으로 유지할 수 있는 연속회분식 수처리 방법 및 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명은 연속회분식 수처리 방법에 관한 것이다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 연속회분식 수처리 방법은 반응조에 하·폐수를 일정 수위까지 유입하되, 반응조 내에 잔존하는 질산성 질소 농도가 기준치 미만으로 도달할 때까지 무산소 조건에서 탈질 반응을 수행하는 1차 유입단계(S1); 반응조 내의 암모니아성 질소 농도가 기준치 미만으로 도달할 때까지 공기를 주입하여 질산화 반응을 수행하는 1차 폭기단계(S2); 반응조에 하·폐수를 추가 유입하고, 반응조 내의 질산성 질소 농도가 기준치 미만으로 도달할 때까지 무산소 조건에서 탈질 반응을 수행하는 2차 유입단계(S3); 반응조 내의 암모니아성 질소 농도가 기준치 미만으로 도달할 때까지 공기를 주입하여 질산화 반응을 수행하는 2차 폭기단계(S4); 슬러지를 침전시키는 슬러지 초기 침전단계(S5); 및 슬러지 초기 침전단계에서 형성된 상등수를 디켄터 장치를 이용하여 배출하되, 슬러지 침전과 동시에 수행되는 상등수 배출단계(S6)를 포함한다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 연속회분식 수처리 방법은 상기 1차 유입단계(S1)에서, 반응조 내에 유입되는 하·폐수의 유입량은 전체 유입량 대비 60 내지 90 부피비 범위로 유입되는 과정을 포함한다.
다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 연속회분식 수처리 방법은 1차 유입단계(S1) 및 2차 유입단계(S3)에서 반응조로 유입되는 하·폐수의 비율(S1:S3)은 75:25~85:15 부피비 범위이다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 연속회분식 수처리 방법은 1차 유입단계(S1), 1차 폭기단계(S2), 2차 유입단계(S3), 2차 폭기단계(S4), 슬러지 초기 침전단계(S5) 및 상등수 배출단계(S6)를 포함하는 사이클(cycle)을 반복 수행한다.
아울러, 본 발명은 연속회분식 수처리 시스템에 관한 것이다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 연속회분식 수처리 시스템은 하·폐수가 유입되어, 상기 하·폐수의 생물학적 처리가 이루어지는 반응조; 반응조 내에 하·폐수를 공급하는 하·폐수 공급장치; 반응조 내에 공기를 공급하는 공기 공급장치; 반응조 내에 포함되어, 상기 반응조에 유입되는 하·폐수의 유입량을 결정하는 수위센서; 반응조 내에 위치하여, 반응조 내의 암모니아성 질소 농도와 질산성 질소 농도를 각각 측정하는 암모니아성 질소 감지 센서 및 질산성 질소 감지 센서; 수위센서, 암모니아성 질소 감지 센서 또는 질산성 질소 감지 센서로부터 정보를 전달받아 상기 하·폐수 공급장치 또는 공기 공급장치의 작동여부를 제어하는 제어장치; 및 반응조 내에 위치하며, 하·폐수를 처리하기 위한 SBR(Sequencing bath reactor) 공법 슬러지 침전 과정에서 형성된 상등수를 배출하는 디켄터 장치를 포함한다.
구체적인 예에서, 상기 반응조 내부에 고형물질을 교반하는 교반장치를 더 포함한다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 연속회분식 수처리 시스템은 상기 반응조에 유입된 하·폐수의 유입량이 기준치 범위에 도달하였을 때, 수위센서는 반응조 내의 하·폐수 유입량 정보를 제어장치로 전달하고, 상기 제어장치는, 하·폐수 공급장치의 작동을 중단시켜, 반응조 내에 하·폐수의 공급을 중단하고, 반응조 내의 질산성 질소가 기준치 미만으로 도달할 때까지 무산소 조건에서 고형물질을 교반하는 과정을 포함한다.
한편, 상기 반응조 내의 질산성 질소가 기준치 미만으로 도달하였을 때, 질산성 질소 센서는, 반응조 내의 질산성 질소 농도를 제어장치로 전달하고, 상기 제어장치는, 공기 공급장치를 작동시켜 반응조 내에 공기를 공급할 수 있다.
다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 연속회분식 수처리 시스템은 상기 반응조 내의 암모니아성 질소 농도가 기준치 미만 범위로 도달하였을 때, 암모니아성 질소 감지 센서는, 반응조 내의 암모니아성 질소 농도를 제어장치로 전달하고, 상기 제어장치는, 공기 공급장치의 작동을 중단시켜, 반응조 내에 공기 공급을 중단하고, 하·폐수 공급장치를 작동시켜 반응조 내에 하·폐수를 공급하거나, 또는 슬러지를 침전시킬 수 있다.
나아가, 상기 디켄터 장치는, 일면은 디켄터 지지 부재에 결합되어 있고, 디켄터 지지 부재와 결합된 면의 반대면은 개방되어 상등수가 유입되는 구조이고, 디켄터 지지 부재를 따라 이동하는 디켄터 바디; 디켄터 바디의 개방 면을 커버하는 형태이고, 커넥트 암에 의해 디켄터 바디와 연결되되, 상기 커넥트 암의 운동에 의해 디켄터 바디의 개방 면을 개방 또는 폐쇄하는 스컴 월; 디켄터 바디와 스컴 월을 구조적으로 연결하되, 스컴 월을 개방 또는 폐쇄하는 커넥트 암; 및 이동축 또는 와이어에 의해 디켄터 바디의 레벨을 수면 레벨과 대응되도록 제어하는 디켄터 지지 부재를 포함하는 구조이다.
본 발명의 연속회분식 수처리 방법 및 시스템에 따르면, 반응조 내의 암모니아성 질소 농도와 질산성 질소 농도를 감지하여 반응조 내에 하폐수 또는 공기 공급을 제어하여 폭기/비폭기 주기 등의 운전 조건을 자동으로 제어하고, 유기물 및 질소의 제거가 안정적으로 원할하게 이루어지도록 함으로써, 효율적으로 하폐수를 처리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 연속회분식 수처리 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 연속회분식 수처리 방법에서 반응조의 수위와 질소 농도를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 연속회분식 수처리 시스템의 각 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 디켄터 장치가 적용된 연속회분식 반응조에서의 하수 처리공정을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 디켄터 장치를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 디켄터 장치를 도시한 것으로, 상부 스토퍼에 의해 커넥터 암이 고정되어 스컴 월이 폐쇄된 상태를 도시한 측면도이다.
도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 디켄터 장치를 도시한 것으로, 하부 스토퍼에 의해 커넥터 암이 제한되어 스컴 월이 개방된 상태를 도시한 측면도이다.
도 8은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 디켄터 바디의 개방면을 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 디켄터 장치의 구동 과정을 도시한 것이다.
도 10 및 도 11은 실시예와 비교예의 연속회분식 수처리 방법에서 반응조의 수위와 질소 농도를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 연속회분식 수처리 방법에서 반응조의 수위와 질소 농도를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 연속회분식 수처리 시스템의 각 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 디켄터 장치가 적용된 연속회분식 반응조에서의 하수 처리공정을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 디켄터 장치를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 디켄터 장치를 도시한 것으로, 상부 스토퍼에 의해 커넥터 암이 고정되어 스컴 월이 폐쇄된 상태를 도시한 측면도이다.
도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 디켄터 장치를 도시한 것으로, 하부 스토퍼에 의해 커넥터 암이 제한되어 스컴 월이 개방된 상태를 도시한 측면도이다.
도 8은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 디켄터 바디의 개방면을 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 디켄터 장치의 구동 과정을 도시한 것이다.
도 10 및 도 11은 실시예와 비교예의 연속회분식 수처리 방법에서 반응조의 수위와 질소 농도를 나타내는 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 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 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
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 발명에서, "포함한다" 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, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 연속회분식 수처리 방법 및 시스템에 관한 것으로, 반응조 내의 암모니아성 질소 농도와 질산성 질소 농도를 감지하여 반응조 내에 공기 공급을 제어하여 하·폐수 처리를 수행할 수 있는 연속회분식 수처리 방법 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 발명자들은 효율적으로 하·폐수를 처리하기 위하여, 반응조 내의 암모니아성 질소 농도와 질산성 질소 농도 및 수위를 감지하여 반응조 내에 하·폐수 또는 공기 공급을 제어하고, 이에 따라 폭기/비폭기 주기 등의 운전 조건을 자동으로 제어함으로써 효율적으로 하·폐수를 처리할 수 있는 연속회분식 수처리 방법 및 시스템을 발명하게 된 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속회분식 수처리 방법을 나타낸 흐름도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연속회분식 수처리 방법에서 반응조의 수위와 질소 농도를 나타내는 그래프이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연속회분식 수처리 방법은 반응조에 하·폐수를 일정 수위까지 유입하되, 반응조 내에 잔존하는 질산성 질소 농도가 기준치 미만으로 도달할 때까지 무산소 조건에서 탈질 반응을 수행하는 1차 유입단계(S1); 반응조 내의 암모니아성 질소 농도가 기준치 미만으로 도달할 때까지 공기를 주입하여 질산화 반응을 수행하는 1차 폭기단계(S2); 반응조에 하·폐수를 추가 유입하고, 반응조 내의 질산성 질소 농도가 기준치 미만으로 도달할 때까지 무산소 조건에서 탈질 반응을 수행하는 2차 유입단계(S3); 반응조 내의 암모니아성 질소 농도가 기준치 미만으로 도달할 때까지 공기를 주입하여 질산화 반응을 수행하는 2차 폭기단계(S4); 슬러지를 침전시키는 슬러지 초기 침전단계(S5); 및 슬러지 초기 침전단계에서 형성된 상등수를 디켄터 장치를 이용하여 배출하되, 슬러지 침전과 동시에 수행되는 상등수 배출단계(S6);를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연속회분식 수처리 방법에서, 반응조로 유입된 하·폐수는 무산소 조건과 호기 조건을 조정할 수 있도록 이루어지며, 무산소 조건에서의 탈질화, 호기 조건에서 유기물제거, 질산화, 인의 흡수가 이루어져 영양염류 및 유기물을 용이하게 제거할 수 있다. 구체적인 예에서, 반응조의 운전순서는 1차 유입-1차 폭기-2차 유입-2차 폭기-침전-배출 및 인발로 이루어져 있다.
특히, 1차 유입단계(S1), 1차 폭기단계(S2), 2차 유입단계(S3), 2차 폭기단계(S4), 슬러지 초기 침전단계(S5) 및 상등수 배출단계(S6)를 포함하는 사이클(cycle)은 반복 수행될 수 있다.
이하, 각 단계별로 상세히 설명한다.
1차 유입단계(S1)
본 발명의 하나의 실시예에 따른 연속회분식 수처리 방법은 반응조에 하·폐수를 일정 수위까지 유입하고, 탈질 반응을 수행하는 1차 유입단계를 포함한다. 하나의 예에서, 상기 1차 유입단계(S1)는 무산소 조건에서 반응조에 하·폐수를 유입 및 교반하는 과정을 포함한다.
구체적인 예에서, 상기 1차 유입단계는 공기가 공급되지 않는 무산소 조건의 반응조에 하·폐수가 유입 및 교반되어 전 Cycle에서 상등수를 배출하고 반응조에 남아 있는 질산성 질소를 제거하는 탈질 반응과 인의 방출 및 유기물 섭취 등이 이루어진다. 이때, 유입되는 하·폐수에 의해 반응조 내의 암모니아성 질소의 농도는 증가하게 되며, 탈질 반응에 의하여, 질산성 질소의 농도는 감소하게 된다.
상기 1차 유입단계에서 반응조 내에 유입되는 하·폐수의 유입량은 전체 유입량 대비 60 내지 90 부피비 범위로 유입될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 1 사이클 당 반응조에 유입되는 하·폐수는 1차 및 2차 유입단계에서 분할되어 유입되며, 1차 유입단계에서는 1사이클 당 반응조에 유입되는 하·폐수의 전체 유입량 대비 60 내지 90 부피비 범위로 유입된다. 만일 1차 유입단계에서 유입되는 하·폐수의 유입량이 전체 유입량 대비 60 부피비 미만인 경우에는 후술하게 되는 2차 유입단계에서 반응조로 유입되는 하·폐수의 유입량이 증가하여 반응조 내에 질소량이 높아져 처리수의 질소농도가 증가할 수 있으며, 1차 유입단계에서 유입되는 하·폐수의 유입량이 전체 유입량 대비 90 부피비를 초과하는 경우, 후술하게 되는 2차 유입단계에서 유입되는 하·폐수의 유입량이 상대적으로 적어, 2차 폭기에 필요한 유기물의 유입량이 적어 수처리 효율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 1차 유입단계에서 반응조 내에 유입되는 하·폐수의 유입량은 상술한 부피비로 유입되는 것이 바람직하다. 예컨대, 1차 유입단계에서 반응조 내에 유입되는 하·폐수의 유입량은 전체 유입량 대비 60 부피비일 수 있으며, 또는 70 부피비일 수 있다.
한편, 상기 하·폐수의 유입량은 반응조 내의 수위센서에 의해서 결정될 수 있다. 나아가, 반응조에 유입되는 하·폐수의 유입량이 기준치에 도달하였을 때, 하·폐수 공급장치의 작동을 중단시켜, 하·폐수의 공급을 중단한다. 그리고, 반응조 내의 질산성 질소 농도를 감지하여 질산성 질소 농도가 기준 값 미만으로 도달한 경우에 공기 공급장치를 작동시켜 반응조 내의 공기를 공급할 수 있다. 만일, 반응조 내 질산성 질소 농도가 기준 값 이상인 경우에는, 반응조 교반장치를 계속 동작시켜 반응조 내 질산성 질소 농도가 기준 값 미만으로 도달할 때까지 무산소 조건을 유지하여 탈질 반응을 수행할 수 있다.
구체적인 예에서, 상기 질산성 질소 농도의 기준치는 평균 0.5 내지 10.0 mg/L 범위일 수 있다. 예를 들어, 1차 유입단계에서 상기 질산성 질소 농도의 기준치를 1 mg/L 로 설정하였다면, 상기 1차 유입단계에서 하·폐수의 유입량이 기준치에 도달한 이후 반응조 내의 질산성 질소의 농도가 1.0 mg/L 미만으로 도달하였을 때, 반응조 교반장치의 작동을 중단하고, 공기 공급장치를 작동시켜 반응조 내에 공기를 공급할 수 있다.
1차 폭기단계(S2)
본 발명의 하나의 실시예에 따른 연속회분식 수처리 방법은 반응조 내에 공기를 주입하는 1차 폭기단계(S2)를 포함한다. 상기 1차 폭기단계는, 1차 유입단계에서 하·폐수 공급이 중단되고, 반응조의 무산소 조건을 유지시켜 질산성 질소 농도가 기준 값 미만으로 도달하게 되었을 때 반응조 내에 공기를 공급하여 수행하게 된다.
구체적인 예에서, 1차 폭기단계는, 하·폐수 유입이 중단된 상태에서 반응조에 공기를 공급하여, 호기성 상태를 유지할 수 있으며, 질산화 반응, 인의 섭취 및 유기물 제거를 수행하게 된다. 이때, 반응조 내에서 암모니아성 질소의 농도는 감소되며, 질산성 질소의 농도는 증가된다
하나의 실시예에서, 1차 폭기단계는 반응조 내의 암모니아성 질소 농도가 기준치 미만으로 도달할 때까지 공기를 주입한다. 구체적인 예에서, 상기 암모니아성 질소 농도의 기준치는 평균 0.1 내지 3.0 mg/L 범위일 수 있다. 예를 들어, 1차 폭기단계에서 반응조 내의 암모니아성 질소 농도의 기준치를 1 mg/L 로 설정하였다면, 상기 1차 폭기단계에서 반응조 내의 질산성 질소의 농도가 1 mg/L 미만으로 도달하였을 때, 상기 반응조 교반장치의 작동을 중단하고, 공기 공급장치를 작동시켜 반응조 내에 공기를 공급할 수 있다.
2차 유입단계(S3)
본 발명의 하나의 실시예에 따른 연속회분식 수처리 방법은 반응조 내에 하·폐수를 유입 및 교반하는 2차 유입단계를 포함한다. 상기 2차 유입단계는, 1차 폭기단계의 공기 공급이 중단되고, 반응조 내에 하·폐수를 공급 및 교반하여 수행하게 된다.
구체적인 예에서, 2차 유입단계는, 공기 공급을 중단한 상태에서 반응조에 하·폐수를 공급 및 교반하는 것으로, 무산소 조건에서 반응조에 하·폐수가 유입된다. 이때, 무산소 조건의 반응조에 하·폐수가 유입되어 1차 폭기단계에서 암모니아성 질소가 질산화 되어 생성된 질산성 질소를 제거하는 탈질 반응과 인의 방출 및 유기물 섭취 등이 이루어진다. 이때, 반응조 내의 암모니아성 질소의 농도는 증가하게 되고, 질산성 질소 농도는 감소하게 된다.
한편, 2차 유입단계(S3) 에서, 반응조 내의 질산성 질소 농도의 기준치는 평균 0.5 내지 10.0 mg/L 범위일 수 있다. 예를 들어, 2차 유입단계에서 상기 질산성 질소 농도의 기준치를 1 mg/L 로 설정하였다면, 상기 2차 유입단계에서 하·폐수의 유입량이 기준치에 도달한 이후 반응조 내의 질산성 질소의 농도가 1.0 mg/L 미만으로 도달하였을 때, 반응조 교반장치의 작동을 중단하고, 공기 공급장치를 작동시켜 반응조 내에 공기를 공급할 수 있다.
나아가, 상기 2차 유입단계에서 반응조 내에 유입되는 하·폐수의 유입량은 전체 유입량 대비 10 내지 40 부피비 범위로 유입될 수 있다. 또는, 2차 유입단계에서는 1사이클 당 반응조에 유입되는 하·폐수의 전체 유입량 대비 10 내지 30 부피비 범위 또는 15 내지 25 부피비 범위일 수 있다. 즉, 1차 유입단계(S1) 및 2차 유입단계(S3)에서 반응조로 유입되는 하·폐수의 비율은 60:40~90:10 부피비 범위 또는 70:30~90:10 부피비 범위, 또는 75:25~85:15 부피비 범위로 유입될 수 있다. 예를 들면, 상기 차 유입단계(S1) 및 2차 유입단계(S3)에서 반응조로 유입되는 하·폐수의 비율(S1:S3)은 80:20 일 수 있다.
만일, 1차 유입단계(S1) 에서 반응조로 유입되는 하·폐수가 60 부피비를 미만이고, 2차 유입단계(S3)에서 반응조로 유입되는 하·폐수가 40 부피비를 초과하는 경우, 반응조 내의 질산성 질소의 농도가 증가하여 처리수의 질소농도가 높아질 수 있으며, 1차 유입단계(S1) 에서 반응조로 유입되는 하·폐수가 90 부피비를 초과하고, 2차 유입단계(S3)에서 반응조로 유입되는 하·폐수가 10 부피비 미만인 경우에는, 2차 무산소 조건에 필요한 유기물의 유입량이 부족할 수 있다. 예를 들면, 1차 유입단계(S1) 및 2차 유입단계(S3)에서 반응조로 유입되는 하·폐수의 비율은 80:20 부피비 일 수 있다.
2차 폭기단계(S4)
본 발명의 하나의 실시예에 따른 연속회분식 수처리 방법은 반응조 내에 공기를 주입하는 2차 폭기단계를 포함한다. 상기 2차 폭기단계는, 2차 유입단계에서 반응조 내 하·폐수 유입량이 기준치에 도달된 이후 질산성 질소의 농도가 기준치에 도달하였을 때 하·폐수 공급 및 교반이 중단되고, 반응조 내에 공기를 공급하여 수행하게 된다.
구체적인 예에서, 2차 폭기단계는, 하·폐수 유입 및 교반이 중단된 상태에서 반응조에 공기를 공급하여, 호기성 상태를 유지할 수 있으며, 질산화 반응, 인의 섭취 및 유기물 제거가 이루어 진다. 이때, 반응조 내에서 암모니아성 질소의 농도는 감소되며, 질산성 질소의 농도는 증가된다.
하나의 실시예에서, 1차 폭기단계는 반응조 내의 암모니아성 질소 농도가 기준치 미만으로 도달할 때까지 공기를 주입한다. 구체적인 예에서, 상기 암모니아성 질소 농도의 기준치는 평균 0.1 내지 3.0 mg/L 범위일 수 있다. 예를 들어, 2차 폭기단계에서 반응조 내의 암모니아성 질소 농도의 기준치를 1 mg/L 로 설정하였다면, 상기 2차 폭기단계에서 반응조 내의 질산성 질소의 농도가 1 mg/L 미만으로 도달하였을 때, 상기 반응조 교반장치의 작동을 중단하고, 공기 공급장치를 작동시켜 반응조 내에 공기를 공급할 수 있다.
슬러지 초기 침전단계(S5)
본 발명의 하나의 실시예에 따른 연속회분식 수처리 방법은 2차 폭기단계를 거친 후 교반과 공기 공급을 중단한 상태에서 성장한 미생물인 활성슬러지를 침전시키는 슬러지 침전단계를 포함한다.
상등수 배출단계(S6)
본 발명의 하나의 실시예에 따른 연속회분식 수처리 방법은 슬러지 침전단계에서 형성된 상등수를 배출하는 상등수 배출단계를 포함한다.
하나의 실시예에서, 상기 상등수 배출단계는, 디켄터 장치를 이용하여 슬러지 침전 과정에서 형성된 상등수를 배출한다. 이때, 상기 상등수 배출단계는 슬러지 침전단계와 동시에 수행될 수 있다.
구체적인 예에서, 슬러지가 반응조 하부에 침전되고, 침전된 슬러지는 반송되거나 배출시켜 농축, 탈수 및 처분하는 별도의 잉여 슬러리 처리 공정을 거치게 된다. 이때, 상등수는 디켄터를 이용하여 반응조와 유체 연결된 처리수조로 배출하게 된다. 특히, 상등수 배출단계는 연속회분식 수처리 방법에서 슬러지 계면 모니터링을 통해 슬러지 침전과 상등수 배출을 동시에 수행하여 침전과 배출 공정시간을 줄일 수 있으며, 단축된 시간을 생물반응시간으로 추가 활용하여 안정적인 수처리 효율을 확보할 수 있다.
본 발명에 따르면, 반응조 내의 질소의 형태와 농도에 따라서 호기 조건과 무산소 조건을 형성하고, 하·폐수 유입을 분할하여 진행함으로써, 반응조 내 총 질소량을 효과적으로 낮출 수 있다.
연속회분식 수처리 시스템
도 3은 본 발명에 따른 연속회분식 수처리 시스템의 각 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 연속회분식 수처리 시스템(1)은, 하·폐수가 유입되어, 상기 하·폐수의 생물학적 처리가 이루어지는 반응조(10), 반응조(10) 내에 하·폐수를 공급하는 하·폐수 공급장치(11); 반응조(10) 내에 공기를 공급하는 공기 공급장치(12), 반응조(10) 내에 포함되어, 상기 반응조(10)에 유입되는 하·폐수의 유입량을 결정하는 수위센서(13), 반응조(10) 내에 위치하여, 반응조(10) 내의 암모니아성 질소 농도와 질산성 질소 농도를 각각 측정하는 암모니아성 질소 감지 센서(14) 및 질산성 질소 감지 센서(15), 상기 수위센서(13), 암모니아성 질소 감지 센서(14) 또는 질산성 질소 감지 센서(15)로부터 정보를 전달받아 상기 하·폐수 공급장치(11) 또는 공기 공급장치(12)의 작동여부를 제어하는 제어장치(16); 및 반응조(10) 내에 위치하며, 하·폐수를 처리하기 위한 SBR(Sequencing bath reactor) 공법 슬러지 침전 과정에서 형성된 상등수를 배출하는 디켄터 장치(100)를 포함한다.
상기 반응조(10)는, 연속회분식 반응조(SBR, Sequencing bath reactor)로, 생물반응 및 슬러지의 침전이 수행되는 공간이다. 보다 구체적으로, 상기 반응조(10) 에서는 하·폐수의 유입, 생물반응, 초기 침전, 침전 및 배출, 공정 순으로 진행되며, 하·폐수는 1차와 2차로 분할되어 유입된다.
한편, 상기 반응조(10)는 반응조 내부에 고형물질을 교반하기 위한 교반장치(미도시)를 더 포함할 수 있다. 구체적인 예에서, 1차 및 2차 유입단계에서는 반응조(10)에 하·폐수를 유입시켜 이전 사이클(Cycle)에서 상등수를 배출하고, 반응조(10) 내에 남아있는 질산성 질소 농도가 기준치 미만으로 도달할 때까지 무산소 조건에서 탈질 반응을 시킨다. 이때, 상기 교반장치는 반응조(10) 내의 고형물질을 균일하게 교반시킬 수 있다.
상기 반응조(10)에 유입된 하·폐수는 소정시간 동안 체류하면서 호기성 미생물에 의해 정화되는 과정을 거친다. 이때, 유기물의 왕성한 분해를 위해서 반응조(10)에서는 충분한 산소를 공급하여 미생물이 하·폐수 중의 유기물을 이용하여 증식하게 하고, 고액분리를 위하여 슬러지를 침전 시킨다. 슬러지가 반응조(10) 하부에 침전되고, 침전된 슬러지는 외부로 배출시켜 농축, 탈수 및 처분하는 별도의 잉여 슬러지 처리 공정을 거치게 된다. 한편, 상등수는 디켄터 장치(100)를 이용하여 처리수조(20)로 배출한다.
아울러, 상기 하·폐수 공급장치(11)는, 유량조정조(30)에 저장되어 있는 하·폐수를 반응조(10) 내로 공급하기 위한 공급장치로, 통상적인 펌프일 수 있다. 하나의 예에서, 상기 반응조(10)는 유량조정조(30)와 유체 연결되는 유로가 형성된 구조일 수 있으며, 상기 유로를 통해서 유량조정조(30)에 저장된 하·폐수를 반응조(10)로 공급할 수 있다. 한편, 상기 하·폐수 공급장치(11)는 수위센서(13)와 연통되며, 상기 수위센서(13)는 반응조(10)에 유입되는 하·폐수의 유입량을 결정할 수 있다. 구체적인 예에서, 수위센서(13)는, 1차 유입단계에서 반응조(10) 내에 유입되는 하·폐수의 유입량은 전체 유입량 대비 70 내지 90 부피비 범위로 유입되도록 결정할 수 있다.
나아가, 상기 공기 공급장치(12)는, 반응조(10) 내에 구비된 공기 공급장치(12)를 통해서 공기를 공급할 수 있다. 상기 공기 공급장치(11)의 공기 공급 여/부에 따라서, 반응조(10)의 내부를 무산소 또는 호기 조건으로 설정할 수 있다.
특히, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 연속회분식 수처리 시스템(1)은 제어장치(16)를 통해서 하·폐수 공급장치(11), 공기 공급장치(12) 또는 교반장치의 작동여부를 제어할 수 있으며, 구체적인 예에서, 제어장치(16)는 수위센서(13), 암모니아성 질소 감지 센서(14) 또는 질산성 질소 감지 센서(15)로부터 감지된 정보를 전달받아 하·폐수 공급장치(11) 또는 공기 공급장치(12)의 작동여부를 제어할 수 있다.
하나의 예에서, 본 발명의 연속회분식 수처리 시스템(1)에 따르면, 반응조(10)에 유입된 하·폐수의 유입량이 기준치 범위에 도달하였을 때, 수위센서(13)는 반응조(10) 내의 하·폐수 유입량 정보를 제어장치(16)로 전달한다. 그리고, 상기 제어장치(16)는 하·폐수 공급장치(11)의 작동을 중단시켜, 반응조(10) 내의 질산성 질소가 기준치 미만으로 도달할 때까지 무산소 조건에서 고형물질을 교반하는 과정을 포함한다. 이때, 상기 제어장치(16)는 교반장치를 작동시킬 수 있다.
한편, 상기 반응조(10) 내의 질산성 질소가 기준치 미만으로 도달하였을 때, 질산성 질소 감지 센서(15)는, 반응조(10) 내의 질산성 질소 농도를 제어장치로 전달하고, 상기 제어장치(16)는, 공기 공급장치(12)를 작동시켜 반응조(10) 내에 공기를 공급할 수 있다. 이때, 상기 제어장치(16)는 교반장치의 작동을 중단시킬 수 있다.
다른 하나의 예에서, 본 발명의 연속회분식 수처리 시스템(1)에 따르면, 반응조(10)에 유입된 하·폐수의 유입량이 기준치 범위에 도달한 상태에서, 질산성 질소의 농도가 기준치 미만으로 도달하지 않았을 때, 상기 질산성 질소 감지 센서(15)는 반응조(10) 내의 질산성 질소 농도 정보를 제어장치(16)로 전달하고, 상기 제어장치(16)는 반응조(10) 내의 질산성 질소 농도가 기준치 범위에 도달할 때까지 교반장치의 작동을 지속시켜, 무산소 조건을 유지한다. 그리고, 그 후에 반응조(10) 내에 공기를 공급할 수 있다.
하나의 예에서, 상기 연속회분식 수처리 시스템(1)은 반응조(10) 내의 암모니아성 질소 농도가 기준치 범위로 도달하였을 때, 암모니아성 질소 감지 센서(14)는, 반응조(10) 내의 암모니아성 질소 농도를 제어장치(16)로 전달하고, 상기 제어장치(16)는, 공기 공급장치(12)의 작동을 중단시켜, 반응조(10) 내에 공기 공급을 중단하고, 하·폐수 공급장치(11)를 작동시켜 반응조(10) 내에 하·폐수를 공급하거나, 또는 슬러지를 침전 시킬 수 있다. 구체적인 예에서, 1차 폭기단계에서 암모니아성 질소 농도가 기준치 범위로 도달하였을 때는 반응조(10) 내에 공기 공급을 중단하고, 하·폐수 공급장치(11)를 작동시켜 반응조(10) 내에 하·폐수를 공급할 수 있다. 또는 2차 폭기단계에서 암모니아성 질소 농도가 기준치 범위로 도달하였을 때는 반응조(10) 내에 공기 공급을 중단하고, 슬러지를 침전시킬 수 있다.
하나의 실시예에서, 본 발명의 연속회분식 수처리 시스템(1)에 따르면, 하·폐수 유입량이 기준치 범위에 도달한 이후 반응조(10) 내의 질산성 질소 농도가 기준치 미만으로 도달하였을 때, 질산성 질소 감지 센서(15)는, 반응조(10) 내의 질산성 질소 농도를 제어장치(16)로 전달하고, 상기 제어장치(16)는 공기 공급장치(12)를 작동시켜 반응조(10) 내에 공기를 공급할 수 있다. 예를 들면, 2차 유입단계에서 하·폐수 유입량이 기준치 범위에 도달한 이후 반응조(10) 내의 질산성 질소 농도가 기준치 미만으로 도달하였을 때, 질산성 질소 감지 센서(15)는 반응조(10) 내의 질산성 질소 농도를 제어장치(16)로 전달하고, 상기 제어장치(16)는 반응조(10) 내에 하·폐수의 공급을 중단하고, 공기 공급장치(12)를 작동시켜 반응조(10) 내에 공기를 공급할 수 있다. 만일 설정된 유입량을 유입시킨 후에 반응조(10) 내의 질산성 질소 농도가 기준치 미만에 도달하지 못했을 경우, 하·폐수 공급장치(11)의 작동을 중단시키고, 무산소 조건을 유지시켜 탈질화를 지속시킬 수 있다. 한편, 상기 암모니아성 질소 농도의 기준치는 평균 0.1 내지 0.3 mg/L 범위이며, 질산성 질소 농도의 기준치는 평균 0.5 내지 10.0 mg/L 이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 디켄터 장치가 적용된 연속회분식 반응조에서의 하수 처리공정을 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 디켄터 장치를 도시한 사시도이다.
도 4 내지 도 5를 참조하면, 상기 연속회분식(SBR) 수처리 시스템(1)은 생물반응 및 슬러지의 침전이 수행되는 생물 반응조(10) 그리고 처리수조(20)로 구분된다. 특히, 반응조(10) 에서는 충분한 산소를 공급하여 미생물이 하수 중의 유기물을 이용하여 증식하게 되고, 고액분리를 위하여 슬러지를 침전시킨다. 이때, 슬러지가 반응조(10) 하부에 침전되고, 침전된 슬러지는 반송되거나 외부로 배출시켜 농축, 탈수 및 처분하는 별도의 잉여 슬러지 처리 공정을 거치게 된다. 한편, 상등수는 디켄터 장치(100)를 이용하여 처리수조(20)로 배출한다. 또한, 처리수조(20)는 생물 반응조(10)의 디켄터 장치(100)를 통해 상등수가 유입되며, 이를 방류하기 위해 집수한다.
하나의 실시예에서, 상기 디켄터 장치(100)는 개방면이 형성된 용기 형상의 디켄터 바디(110); 상기 디켄더 바디(110)의 개방면을 개폐하는 스컴 월(scum wall)(120); 및 상기 디켄터 바디(110)와 스컴 월(120)을 구조적으로 연결하는 커넥트 암(connect arm) (130)을 포함한다.
구체적으로, 상기 디켄터 바디(110)는 중공형 각체 용기 형상으로, 일면은 디켄터 지지 부재(140)에 결합되어 있고, 디켄터 지지 부재(140)와 결합된 면의 반대면은 개방되어 상등수가 유입되는 구조이고, 디켄터 지지 부재(140)를 따라 상하 운동한다. 상기 스컴 월(scum wall)(120)은 디켄터 바디(110)의 개방 면을 커버하는 형태이고, 커넥트 암(130)에 의해 디켄터 바디(110)와 연결되되, 상기 커넥트 암(130)의 운동에 의해 디켄터 바디(110)의 개방 면을 무동력으로 개방 또는 폐쇄하게 된다. 상기 커넥트 암(connect arm)(130)은 디켄터 바디(110)와 스컴 월(120)을 구조적으로 연결하되, 디켄터 바디(110)의 측면에 형성된 고정 핀(133)을 기준으로 스윙 운동하며, 스컴 월(120)의 개방 또는 폐쇄를 제어한다.
이 외에서, 본 발명에 따른 디켄터 장치(100)는 디켄터 바디(110)를 고정하되, 수직 방향 이동을 허용하는 레일이 형성된 디켄터 지지 부재(140); 및 디켄터 바디(110)와 유체 연결되어, 스컴 월(120) 개방 시 디켄터 바디(110)로 유입된 상등수를 처리수조로 배출하는 배관(미도시) 등을 포함한다.
상기 디켄터 바디(110)는 수직 방향 이동을 허용하는 레일(142)이 형성된 디켄터 지지 부재(140)에 고정되어 이동한다. 구체적으로, 디켄터 지지 부재(140)는 디켄터 바디(110)의 높이를 제어하는 이동축(141)을 더 포함하며, 상기 이동축(141)에 의해 디켄터 바디(110)의 레벨(높이)을 수면 레벨과 대응되도록 제어하는 것이 가능하다. 상기 이동축(141)은 외주면에 나사선이 형성된 회전축이고, 디켄더 바디(110)는 상기 이동축(141)이 경유하는 관통 홀을 포함하고, 상기 관통 홀의 내주면에는 이동축(141)의 외주면에 형성된 나사선에 대응되는 나사선이 형성된 구조이다. 구체적으로는, 상기 이동축(141)의 일 방향 또는 반대 방향 회전에 의해 디켄터 바디(110)가 이동축(141)을 따라 상승 또는 하강하게 된다.
한편, 디켄터 바디(110)는 상등수가 유입되는 공간으로, 내부가 중공된 각체 용기 형상이다. 디켄터 바디(110)의 하부는 단면적이 순차적으로 좁아지는 구조이며, 상부 일측면은 일부 개방된 형태이다. 디켄터 바디(110)는 일면은 디켄터 지지 부재(140)와 맞닿아 있고, 다른 일면은 스컴 월(120)과 맞닿아 있는 구조이다. 디켄터 바디(110)의 개방된 면은 상기 스컴 월(120)에 의해 개폐 가능한 구조이다. 상기 스컴 월(120)이 하방으로 이동하게 되면, 디켄터 바디(110)의 개방된 면이 열리면서 아래쪽으로 상등수이 유입된다.
스컴 월(120)은 상기 디켄터 바디(110)의 개방된 면을 커버하는 구조이며, 스컴 월(120)의 하부는 디켄터 바디(110)의 단면적이 좁아지는 하부에 대응되도록 일정한 각도로 절곡된 구조이다.
상기 스컴 월(120)은 스컴 월 정면 커버(121)와 스컴 월 측면 커버(122)를 포함한다. 상기 스컴 월 정면 커버(121)는 디켄터 바디(110)의 개방된 면을 커버하는 형태이다. 상기 스컴 월 측면 커버(122)는 스컴 월 정면 커버(121)의 양 측면에서 연장 및 수직 절곡된 형태이다. 상기 스컴 월 측면 커버(122)는, 스컴 월(120) 개방시 측면에서 스컴 내지 상등수 등이 유입되는 것을 차단한다. 또한, 상기 스컴 월(120)은 홀이 형성된 돌출부를 형성하고, 여기에 파이프(123)를 삽입하여 체결한 구조이다. 상기 파이프(123)는 커넥트 암(130)의 일측 단부와 체결된다.
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 디켄터 장치를 도시한 것으로, 상부 스토퍼에 의해 커넥터 암이 고정되어 스컴 월이 폐쇄된 상태를 도시한 측면도이다. 도 6을 참조하면, 스컴 월(120)의 내부에는 단차부(점선 부분)가 형성될 수 있으며, 이를 통해 스컴 월(120)과 디켄터 바디(110) 사이의 밀착성을 높일 수 있다.
커넥터 암(130)은 디켄터 바디(110)의 측면에 형성된 고정 핀(133)을 중심 축으로 스윙되는 구조이며, 디켄터 바디(110)와 스컴 월(120) 사이를 구조적으로 연결하는 역할을 한다. 구체적으로, 커넥터 암(130)은, 디켄터 바디(110)의 측면에 형성된 고정 핀(133)과 스컴 월(120)의 파이프(123) 사이를 연결하는 연결바(131); 및 상기 연결바의 일단에서 디켄터 지지 부재(140) 방향으로 연장된 연장바(132)를 포함한다. 경우에 따라서는, 스컴 월(120)의 측면에 별도의 고정 핀(미도시)을 형성하고, 상기 연결바(131)를 체결하는 구조도 가능하다.
상기 연장바(132)는 연결바(131)의 길이 방향 연장선으로부터 약 20° 각도로 꺽인 형상이다. 본 발명에서는 커넥트 암(130)을 구성하는 연결바(131)와 연장바(132) 간에 형성된 꺽인 각도에 따라 디켄터 장치(100)의 최대 레벨(최고 상승 지점)과 최소 레벨(최저 하강 지점)을 조절할 수 있다.
상기와 같은 커넥터 암(130)은 디켄터 바디(110)와 스컴 월(120) 사이를 연결한다. 또한, 고정 핀(133)을 축으로 한 커넥터 암(130)의 움직임에 의하여 스컴 월(120)이 상하 방향으로 이동하게 된다. 구체적으로, 커넥터 암(130)이 시계 반대 방향으로 스윙되는 경우, 스컴 월(120)은 디켄터 바디(110)를 기준으로 하강하며, 이 때 스컴 월(120)과 디켄터 바디(110)의 하부 접합 라인이 개방된다. 또한, 커넥터 암(130)이 시계 방향으로 스윙되는 경우, 스컴 월(120)은 디켄터 바디(110)의 높이만큼 상승하며, 이 때 스컴 월(120)과 디켄터 바디(110)의 하부 접합 라인은 폐쇄된다. 이와 같은 스컴 월(120)의 이동을 통해 스컴 월(120)과 디켄터 바디(110) 간의 개방 및 밀폐가 조절되고, 개방된 틈을 따라 상등수가 디켄터 바디(110)로 유입된다.
한편, 본 발명에 따른 디켄터 장치는 커넥터 암(130)의 스윙 범위를 제어하는 상부 스토퍼(143) 및 하부 스토퍼(111)를 포함한다. 구체적으로, 상부 스토퍼(143)는 디켄터 지지 부재(140)에 형성된 돌기 형태이며, 하부 스토퍼(111)는 디켄터 바디(110) 측면에 형성된 돌기 형태이다. 돌기 형태의 상부 및 하부 스토퍼를 통해 커넥터 암(130)의 연결바(131) 및 연장바(132)의 움직임이 제한되고, 그에 따라 스컴 월(120)의 움직임이 제어된다.
구체적으로, 디켄터 바디(110)가 최대 레벨(최고 높이)인 경우에는, 상부 스토퍼(143)에 의해 커넥터 암(130)이 고정된다. 도 3을 참조하면, 커넥터 암(130)의 연장바(132)는 상부 스토퍼(143)에 의해 반 시계 방향으로의 스윙이 저지되어 커넥터 암(130)을 제한한다. 동시에, 스컴 월(120)은 디켄터 바디(110)의 개방면에 밀착되어 폐쇄된 상태를 유지한다.
도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 디켄터 장치를 도시한 것으로, 하부 스토퍼에 의해 커넥터 암이 제한되어 스컴 월이 개방된 상태를 도시한 측면도이다. 도 7을 참조하면, 디켄터 바디(110)가 최소 레벨(최저 높이)인 경우에는 커넥터 암(130)의 연결바(131)는 하부 스토퍼(111)에 의해 반 시계 방향으로의 스윙이 제한되어 커넥터 암(130)을 제한한다. 동시에, 스컴 월(120)과 디켄터 바디(110) 사이에는 개방된 틈이 형성되고, 이를 통해 상등수가 디켄터 장치(100)로 유입된다. 경우에 따라서는, 본 발명에 따른 디켄터 장치(100)는 슬러지 계면센서 및 수중 입자성 물질 계측 센서 중 1종 이상을 더 포함한다.
구체적으로, 상기 슬러지 계면 센서에 의해 측정된 계면 높이가 소정 높이 이하인 경우 디켄터 바디(110)가 하강하여 스컴 월(120)이 개방되고, 개방된 틈을 통해 상등수가 유입된다. 한편, 상기 슬러지 계면 센서에 의해 측정된 슬러지 계면 높이가 소정 높이 이상인 경우 디켄터 바디(110)의 하강이 중지되어 상등수의 유입량을 감소시키며, 최종적으로 디켄터 장치를 최대 레벨로 이동시켜 상등수의 유입을 차단한다. 상기 슬러지 계면 센서는, 예를 들어, 광학 센서 내지 초음파 센서를 적용할 수 있다. 특정 파장의 광 내지 초음파를 조사하고, 그로부터 반사된 광 내지 초음파를 수광함으로써, 슬러지 계면의 레벨을 확인하는 것이 가능하다.
또한, 수중 입자성 물질 계측 센서에 의해 측정된 수중 입자성 물질 농도가 소정 농도 이하인 경우, 디켄터 바디(110)가 하강하여 스컴 월(120)이 개방되고, 개방된 틈을 통해 상등수가 유입된다. 한편, 수중 입자성 물질 계측 센서에 의해 측정된 수중 입자성 물질 농도가 소정 농도 이상인 경우 디켄터 바디의 하강이 중지되어 상등수의 유입량을 감소시키며, 최종적으로 디켄터 장치를 최대 레벨로 이동시켜 상등수의 유입을 차단한다. 상기 수중 입자성 물질 계측 센서는, 예를 들어, 탁도계 등을 적용할 수 있다.
상기 디켄터 장치(100)에서, 커넥터 암(130)이 하부 스토퍼(111)에 의해 제한되어 스컴 월(120) 개방시, 개방된 유입부 높이(H)는 약 25 cm 내지 35 cm 범위이다. 상기 유입부 높이는 스컴 월(120)이 최대 개방된 경우를 기준으로 한 것이다.
도 8은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 디켄터 바디의 개방면을 도시한 것이다. 도 8을 참조하면, 디켄터 바디(110)의 개방된 면의 하단은 브이 노치 웨어(V-notch weir) (160)가 형성된 구조이다. 상기 디켄터 바디(110)가 브이 노치 웨어(160)를 적용한 집수 구조를 가짐으로써, 디켄터 바디(110) 내부로 유입되는 월류 부하(overflow load)를 효과적으로 제어할 수 있다. 상기 브이 노치 웨어(160)는 삼각 노치 웨어라고도 불리며, 브이 노치 웨어(160)는 상등수의 유체 흐름의 직각 방향으로 보와 같은 격벽이 설치된 구조이다.
이하, 본 발명의 디켄터 장치의 구동 방식에 대해 설명한다. 도 9는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 디켄터 장치의 구동 과정을 도시한 것이다.
도 9를 참조하면, 디켄터 장치가 최대 레벨인 상태에서 최대 레벨 이하로 하강하여 최소 레벨에 도달하기 까지의 구동되는 단계를 도시하였다. 도 9에서 수면의 레벨은 점선으로 표시하였다. 구체적으로, 디켄터 장치에서, 커넥터 암은 스컴 월의 무게로 인해 반시계 방향으로 스윙되려고 한다. 그러나 도 9a를 참고하면, 커넥터 암의 연장바는 상부 스토퍼에 의해 운동이 제한되어 스컴 월이 하강하지 않는다. 동시에, 이와 같은 경우는 디켄터 바디가 최대 레벨에 도달한 상태이다.
이후, 슬러지 계면센서 측정시 슬러지 계면이 일정 높이 이하로 낮아지거나, 수중 입자성 물질 계측 센서에 의한 수중 입자성 물질의 농도가 최소 농도 이하로 떨어지면, 디켄터 바디를 하강시킨다. 도 9b 및 9c를 참고하면, 와이어 부재에 의해 디켄터 바디가 하강한다. 이 경우, 상부 스토퍼와 연장바 사이에 이격 거리가 확보됨에 따라 커넥터 암은 시계 방향으로 스윙된다. 동시에 스컴 월이 하강하면서 스컴 월과 디켄터 바디의 하부 접합 라인이 개방된다. 개방된 라인을 통해 상등수가 스컴 월 내부로 유입되고, 스컴 월은 수면 상에 형성된 스컴의 유입을 지속적으로 차단한다. 유입된 상등수는 배관을 통해 처리수조로 배출된다.
디켄터 장치를 이용한 상등수의 배출과 생물반응조 하부에서는 슬러지 침전은 동시에 진행된다. 즉, 종래에는 슬러지 침전이 완료된 이후 상등수를 배출함으로 공정 효율성이 떨어졌으나, 본 발명의 디켄터 장치를 이용함으로 침전이 완료되기 전에도 상등수의 배출과 슬러지 침전을 동시에 진행할 수 있다.
한편, 디켄터 바디의 하강에 의해 스컴 월과 디켄터 바디 사이 개방된 틈이 점차 커져간 이후, 도 9d에서 확인하듯이 스컴 월의 하강은 정지된다. 이는 커넥터 암이 디켄터 바디의 측면에 형성된 하부 스토퍼에 닿아 정지되기 때문이다.
상기와 같은 본 발명의 디켄터 장치(100)는 스컴 월을 통해 수면에 존재하는 스컴의 유입을 차단하면서도 상등수를 효과적으로 배출할 수 있다. 또한, 디켄터 장치의 레벨이 수면의 레벨에 대응되도록 제어할 수 있으며, 이를 통해 슬러지 침전과 상등수 배출을 동시에 진행할 수 있다. 또한, 슬러지 계면센서에 의해 슬러지 계면 높이를 모니터링하게 되고, 동시에 수중 입자성 물질 계측 센서에 의해 수중 입자성 물질의 농도를 모니터링함으로 슬러지의 유입을 최소화할 수 있다. 더불어, 디켄터 장치(100)의 이동에 따라 스컴 월(120)의 개폐가 무동력으로 연동되어 에너지를 절감할 수 있다.
이하에서는 실시예와 도면을 통해 본 발명의 내용을 상술하지만, 하기 실시예 내지 도면은 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
총 질소(T-N)가 45 mg/L 이하인 하·폐수를 사용하여 연속회분식 수처리를 실시하였다.
상기 연속회분식 수처리는 1차 하·폐수 유입단계, 1차 폭기단계, 2차 하·폐수 유입단계, 2차 폭기단계, 슬러지 침전단계 및 상등수 배출단계로 구성하여 운영하였다. 한편, 반응조의 수온은 약 12℃ 로 유지하였으며, 구체적인 수처리 운영 조건은 아래의 표 1에 나타내었다.
| 구분 | S1 | S2 | S3 | S4 | S5-S6 | |
| 유입수 주입 | 주입 | 주입 | ||||
| 반응조 교반 | 교반 | 교반 | ||||
| 공기주입 | 비폭기 (무산소) |
폭기 | 비폭기 (무산소) |
폭기 | 초기 침전 | 침전 및 배출 |
| 운전 시간 | 45분 | 100분 | 70분 | 15분 | 40분 | 20분 |
구체적으로, 무산소 조건에서 반응조에 하·폐수를 유입 및 교반하였다(1차 유입단계). 상기 하·폐수의 유입량은 전체 유입량 대비 70 부피비로 설정하였으며, 반응조에 설정된 유입량으로 하·폐수가 유입되면, 반응조 내에 하·폐수의 공급을 중단하였다. 그리고, 반응조 내의 질산성 질소 농도가 기준치 미만으로 도달할 때까지 반응조를 교반해 무산소 조건을 유지하였다. 구체적으로, 반응조 내의 질산성 질소 농도가 1mg/L 로 도달할 때까지 반응조를 교반하여 무산소 조건을 유지하였다. 반응조 내의 질산성 질소 농도가 1mg/L로 도달하면 반응조 교반기의 작동을 중단하고 공기 공급장치를 작동시켜 반응조 내에 공기를 공급하였다.
그리고, 반응조 내의 암모니아성 질소 농도가 기준치 미만으로 도달할 때까지 공기를 주입하였다(1차 폭기단계). 구체적으로, 암모니아성 질소 농도가 1 mg/L 로 도달할 때까지 공기를 주입하였다. 암모니아성 질소 농도가 1 mg/L 로 도달하면, 공기 공급을 중단하고, 하·폐수를 다시 공급 및 교반하였다(2차 유입단계).
이때, 전체 유입량 대비 30 부피비로 설정하였으며, 반응조에 설정된 유입량으로 하·폐수가 유입되면, 반응조 내에 하·폐수의 공급을 중단하였다. 그리고, 반응조 내의 질산성 질소 농도가 기준치 미만으로 도달할 때까지 반응조를 교반해 무산소 조건을 유지하였다. 구체적으로, 반응조 내의 질산성 질소 농도가 1mg/L 로 도달할 때까지 반응조를 교반하여 무산소 조건을 유지하였다.
한편, 1차 유입단계와 2차 유입단계에서의 하·폐수의 유입량은 수위센서의 감지로 유입량이 결정되었다.
다음으로, 반응조 내의 암모니아성 질소 농도가 기준치 미만으로 도달할 때까지 공기를 주입하였다(2차 폭기단계). 구체적으로, 암모니아성 질소 농도가 1 mg/L 로 도달할 때까지 공기를 주입하였다. 그 후에 슬러지를 약 40분 동안 침전시켰으며, 약 20분동안 슬러지를 침전시킴과 동시에 디켄터 장치를 이용하여 상등수를 배출하였다.
이러한 1개의 사이클을 약 4회/일 반복하였다.
그리고, 그 결과를 도 10에 나타내었다. 도 10은 반응조 수위에 따른 암모니아성 질소와 질산성 질소의 농도를 보여주는 그래프이다.
도 10을 참조하면, 하·폐수의 유입과 공기 공급에 따른 암모니아성 질소와 질산성 질소 농도를 보여준다. 특히, 반응조에 유입되는 하·폐수를 1차와 2차로 분할함으로써, 반응조 내 암모니아성 질소와 질산성 질소 농도가 낮게 거동하는 것을 보여주며, 이는 총 질소(T-N) 량이 효과적으로 제거됨을 보여준다.
<비교예>
총 질소(T-N)가 45 mg/L 이하인 하·폐수를 사용하여 연속회분식 수처리를 실시하였다.
상기 연속회분식 수처리는 하·폐수 유입단계, 폭기단계, 슬러지 침전단계 및 상등수 배출단계로 구성하여 운영하였다.
구체적인 수처리 운영 조건은 아래의 표 1에 나타내었다.
| 1 단계 | 2 단계 | 3 단계 | 4 단계 | |
| 유입수 주입 | 주입 | |||
| 반응조 교반 | 교반 | |||
| 공기주입 | 비폭기 (무산소, 혐기) |
폭기 | 침전 | 배출 |
| 운전시간 | 90 분 | 150분 | 90분 | 30분 |
그리고, 그 결과를 도 11에 나타내었다. 도 11은 반응조 수위에 따른 암모니아성 질소와 질산성 질소의 농도를 보여주는 그래프이다.
도 11을 참조하면, 하·폐수의 유입과 공기 공급에 따른 암모니아성 질소와 질산성 질소 농도를 보여주며, 이러한 1개의 사이클을 약 4회/1일 반복할 수 있음을 보여준다.
나아가, 비교예의 하·폐수 처리는 실시예 대비 시간이 많이 걸렸다. 특히, 반응조 내의 암모니아성 질소와 질산성 질소의 농도가 상기 실시예 대비 높은 것을 보여준다.
구체적으로, 본 발명은 반응조에 유입되는 하·폐수를 1차와 2차로 분할함으로써, 반응조 내 암모니아성 질소와 질소 농도가 낮게 거동할 수 있으며, 총 질소(T-N) 량이 효과적으로 제거됨을 보여준다.
1: 연속회분식 수처리 시스템
10: 반응조
11: 하·폐수 공급장치
12: 공기 공급장치
13: 유량 제어 밸브
14: 암모니아성 질소 감지 센서
15: 질산성 질소 감지 센서
16: 제어장치
20: 처리수조
30: 유량조정조
100: 디켄터 장치
110: 디켄터 바디 111: 하부 스토퍼
120: 스컴 월(scum wall) 121: 스컴 월 정면 커버
122: 스컴 월 측면 커버 123: 파이프
130: 커넥트 암(connect arm) 131: 연결바
132: 연장바 133: 고정 핀
140: 디켄터 지지부재 141: 이동축
142: 레일 143: 상부 스토퍼
150: 배관 160: 브이 노치 웨어
H: 유입부 높이
10: 반응조
11: 하·폐수 공급장치
12: 공기 공급장치
13: 유량 제어 밸브
14: 암모니아성 질소 감지 센서
15: 질산성 질소 감지 센서
16: 제어장치
20: 처리수조
30: 유량조정조
100: 디켄터 장치
110: 디켄터 바디 111: 하부 스토퍼
120: 스컴 월(scum wall) 121: 스컴 월 정면 커버
122: 스컴 월 측면 커버 123: 파이프
130: 커넥트 암(connect arm) 131: 연결바
132: 연장바 133: 고정 핀
140: 디켄터 지지부재 141: 이동축
142: 레일 143: 상부 스토퍼
150: 배관 160: 브이 노치 웨어
H: 유입부 높이
Claims (11)
- 하·폐수가 유입되어, 상기 하·폐수의 생물학적 처리가 이루어지는 반응조;
반응조 내에 하·폐수를 공급하는 하·폐수 공급장치;
반응조 내에 공기를 공급하는 공기 공급장치;
반응조 내에 포함되어, 상기 반응조에 유입되는 하·폐수의 유입량을 결정하는 수위센서;
반응조 내에 위치하여, 반응조 내의 암모니아성 질소 농도와 질산성 질소 농도를 각각 측정하는 암모니아성 질소 감지 센서 및 질산성 질소 감지 센서;
수위센서, 암모니아성 질소 감지 센서 또는 질산성 질소 감지 센서로부터 정보를 전달받아 상기 하·폐수 공급장치 또는 공기 공급장치의 작동여부를 제어하는 제어장치; 및
반응조 내에 위치하며, 하·폐수를 처리하기 위한 SBR(Sequencing bath reactor) 공법 슬러지 침전 과정에서 형성된 상등수를 배출하는 디켄터 장치를 포함하고,
상기 디켄터 장치는,
일면은 디켄터 지지 부재에 결합되어 있고, 디켄터 지지 부재와 결합된 면의 반대면은 개방되어 상등수가 유입되는 구조이고, 디켄터 지지 부재를 따라 이동하는 디켄터 바디;
디켄터 바디의 개방 면을 커버하는 형태이고, 커넥트 암에 의해 디켄터 바디와 연결되되, 상기 커넥트 암의 운동에 의해 디켄터 바디의 개방 면을 개방 또는 폐쇄하는 스컴 월;
디켄터 바디와 스컴 월을 구조적으로 연결하되, 스컴 월을 개방 또는 폐쇄하는 커넥트 암;
이동축 또는 와이어에 의해 디켄터 바디의 레벨을 수면 레벨과 대응되도록 제어하는 디켄터 지지 부재;
디켄터 지지 부재에 형성된 상부 스토퍼; 및
디켄터 바디 측면에 형성된 하부 스토퍼를 포함하며,
상기 커넥트 암은 디켄터 바디의 측면에 형성된 고정핀을 축으로 스윙 운동하는 구조이며,
상기 커넥트 암의 스윙 운동은 상부 및 하부 스토퍼에 의해 제한되는 구조이고,
상기 커넥트 암의 스윙에 의해 스컴 월이 하강하면, 스컴 월과 디켄터 바디의 하부 접합 라인이 개방되면서, 상등수가 유입되는 구조인 연속회분식 수처리 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
디켄터 바디는, 디켄터 지지 부재를 따라 상하 운동하되,
상기 디켄터 바디가 최대 레벨인 경우에는, 상부 스토퍼에 의해 커넥트 암이 고정되어 스컴 월이 폐쇄된 상태를 유지하고,
상기 디켄터 바디가 최대 레벨 이하인 경우에는, 하부 스토퍼에 의해 커넥트 암이 제한되어 스컴 월의 개방 범위를 제어하는 구조인 연속회분식 수처리 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
반응조에 유입된 하·폐수의 유입량이 기준치 범위에 도달하였을 때, 수위센서는 반응조 내의 하·폐수 유입량 정보를 제어장치로 전달하고,
상기 제어장치는, 하·폐수 공급장치의 작동을 중단시켜, 반응조 내에 하·폐수의 공급을 중단하고, 반응조 내의 질산성 질소가 기준치 미만으로 도달할 때까지 무산소 조건에서 고형물질을 교반하는 과정을 포함하는 연속회분식 수처리 시스템.
- 제 3 항에 있어서,
반응조 내의 질산성 질소가 기준치 미만으로 도달하였을 때, 질산성 질소 센서는, 반응조 내의 질산성 질소 농도를 제어장치로 전달하고,
상기 제어장치는, 공기 공급장치를 작동시켜 반응조 내에 공기를 공급하는 것을 특징으로 하는 연속회분식 수처리 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
반응조 내의 암모니아성 질소 농도가 기준치 미만 범위로 도달하였을 때, 암모니아성 질소 감지 센서는, 반응조 내의 암모니아성 질소 농도를 제어장치로 전달하고,
상기 제어장치는, 공기 공급장치의 작동을 중단시켜, 반응조 내에 공기 공급을 중단하고, 하·폐수 공급장치를 작동시켜 반응조 내에 하·폐수를 공급하거나, 또는 슬러지를 침전시키는 것을 특징으로 하는 연속회분식 수처리 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
반응조 내부에 고형 물질을 교반하는 교반장치를 더 포함하는 연속회분식 수처리 시스템.
- 제 1 항에 따른 연속회분식 수처리 시스템을 이용한 연속회분식 수처리 방법에 있어서,
반응조에 하·폐수를 일정 수위까지 유입하되, 반응조 내에 잔존하는 질산성 질소 농도가 기준치 미만으로 도달할 때까지 무산소 조건에서 탈질 반응을 수행하는 1차 유입단계(S1);
반응조 내의 암모니아성 질소 농도가 기준치 미만으로 도달할 때까지 공기를 주입하여 질산화 반응을 수행하는 1차 폭기단계(S2);
반응조에 하·폐수를 추가 유입하고, 반응조 내의 질산성 질소 농도가 기준치 미만으로 도달할 때까지 무산소 조건에서 탈질 반응을 수행하는 2차 유입단계(S3);
반응조 내의 암모니아성 질소 농도가 기준치 미만으로 도달할 때까지 공기를 주입하여 질산화 반응을 수행하는 2차 폭기단계(S4);
슬러지를 침전시키는 슬러지 초기 침전단계(S5); 및
슬러지 초기 침전단계에서 형성된 상등수를 디켄터 장치를 이용하여 배출하되, 슬러지 침전과 동시에 수행되는 상등수 배출단계(S6)를 포함하는 연속회분식 수처리 방법.
- 제 7 항에 있어서,
1차 및 2차 유입단계는,
반응조에 포함되는 수위센서에 의해 하·폐수의 유입량이 결정되되, 반응조 내의 질산성 질소 감지 센서에서 감지된 질산성 질소 농도가 기준치 미만으로 도달할 때까지 탈질 반응을 수행하며,
1차 및 2차 폭기단계는,
반응조 내의 암모니아성 질소 감지 센서에서 감지된 암모니아성 질소 농도가 기준치 미만으로 도달할 때까지 질산화 반응을 수행하는 과정을 포함하는 연속회분식 수처리 방법.
- 제 7 항에 있어서,
1차 유입단계(S1)에서, 반응조 내에 유입되는 하·폐수의 유입량은 전체 유입량 대비 60 내지 90 부피비 범위로 유입되는 과정을 포함하는 연속회분식 수처리 방법.
- 제 7 항에 있어서,
1차 유입단계(S1) 및 2차 유입단계(S3)에서 반응조로 유입되는 하·폐수의 비율(S1:S3)은 75:25~85:15 부피비 범위인 연속회분식 수처리 방법.
- 제 7 항에 있어서,
1차 유입단계(S1), 1차 폭기단계(S2), 2차 유입단계(S3), 2차 폭기단계(S4), 슬러지 초기 침전단계(S5) 및 상등수 배출단계(S6)를 포함하는 사이클(cycle)을 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 연속회분식 수처리 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200074055A KR102267624B1 (ko) | 2020-06-18 | 2020-06-18 | 연속회분식 수처리 방법 및 시스템 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200074055A KR102267624B1 (ko) | 2020-06-18 | 2020-06-18 | 연속회분식 수처리 방법 및 시스템 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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|---|---|---|---|
| KR1020200074055A KR102267624B1 (ko) | 2020-06-18 | 2020-06-18 | 연속회분식 수처리 방법 및 시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102267624B1 (ko) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR102651173B1 (ko) * | 2023-09-08 | 2024-03-26 | 주식회사 한일이엔지 | 수질측정센서 오염저감수단이 구비된 연속회분식 수처리장치의 고효율 운전방법 |
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- 2020-06-18 KR KR1020200074055A patent/KR102267624B1/ko active IP Right Grant
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