KR102289941B1 - 하폐수의 수처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하폐수의 수처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폭기조 내에서 폭기효율과 교반효율을 높여 유기물의 처리능력을 향상시킬 수 있는 하폐수의 수처리장치에 관한 것이다.
본 발명의 하폐수의 수처리장치는 유량조정조로부터 유입되는 처리대상수 중의 인을 제거하는 혐기조와, 혐기조의 후단에 설치되며 혐기조로부터 유입되는 처리대상수 중의 질산성 질소를 제거하는 무산소조와, 무산소조의 후단에 설치되며 무산소조로부터 유입되는 처리대상수 중으로 공기를 폭기시켜 질소를 질산화시키는 폭기조와, 폭기조의 내부로 공기를 폭기시키기 위한 폭기수단과, 폭기조의 내부에 설치되며 다수의 유동상 여재가 수용된 유동상여재실과, 폭기조의 후단에 설치되며 폭기조로부터 유입된 처리대상수를 분리막으로 고액분리하는 막분리조와, 분리막을 통해 분리된 처리수가 유입되는 방류조를 구비한다.

Description

하폐수의 수처리장치{water treating apparatus for sewage and wastewater}

본 발명은 하폐수의 수처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폭기조 내에서 폭기효율과 교반효율을 높여 유기물의 처리능력을 향상시킬 수 있는 하폐수의 수처리장치에 관한 것이다.

수처리라 함은 질소와 인을 함유한 하/폐수에서, 유기물뿐만 아니라 질소와 인 성분도 동시에 제거하는 향상된 정수처리방법을 말한다. 질소의 제거는 호기성 분위기하에서 폐수 내의 질소화합물을 질산성 질소로 전환하는 질산화공정 및 무산소 분위기하에서 질산성 질소를 질소 기체로 환원시키는 탈질공정을 통해 이루어지고, 통상 생물학적으로 이루어지는 인의 제거는 혐기성 상태에서 미생물의 대사활동에 의해 인을 방출시키고, 호기성 상태에서 미생물로 하여금 인을 과잉으로 섭취하게 한 후 이를 슬러지로 제거하는 과정을 통해 이루어진다.

최근 급속도로 오염되고 있는 공공수역의 수질개선 대책으로 수질환경 기준이 점차 강화되어가고 있으며, 최종 방류수역의 수질을 개선하기 위해서는 유기물뿐만 아니라 영양염류(질소, 인 등)의 제거가 매우 중요하다.

특히, 수중의 질소와 인 화합물은 그 자체가 오염물질로서 수자원 가치 상실에도 원인이 되지만 조류 증식에 필요한 영양물질로 이용되어 수질을 더욱 악화시키는 원인이 된다.

이와 같이 호소 및 연근해의 부영양화를 유발하는 질소와 인에 대한 적절한 제거가 절실히 필요하나, 중소규모 처리시설의 경우 하수도달시간이 대규모 처리장에 비하여 매우 짧고, 유입 수량의 변동이 일간, 주간 및 계절에 따라 매우 커서 질소 및 인이 함께 제거되는 처리가 어려운 반면, 높은 수준의 방류 수질의 유지가 필요한 경우가 많으나, 종래 중소규모 폐수 처리장의 경우 대부분 유기물질과 부유물질 제거에 초점이 맞추어져 있을 뿐, 질소와 인의 영양염류에 대한 처리가 거의 이루어지지 않고 있다.

고도 수처리 방법 중 분리막 생물반응조(MBR, membrane bioreactor) 공정은 미세한 크기의 기공을 갖는 분리막을 응용하여 하수를 정화하는 기술로써 이 과정에서 마이크로 단위 이하 수준의 입자성 오염물질을 완벽히 걸러낼 수 있으며, 오염정화에 필요한 미생물의 유실을 방지하여 생물학적 처리 능력이 극대화됨으로써 일반 공정에 비해 2.5~3배 정도 처리속도가 빨라진다. 또한, 기존의 생물학적 하수처리공정에 큰 변화를 주지 않고도 적용이 가능하고, 더불어 자동화가 용이하며 운전이 간편한 하폐수 처리 시스템이라 할 수 있다.

하지만, 분리막 생물반응조 공정만으로는 난분해성 유기물 및 무기물 등의 오염물질, 농약성분, 중금속 등의 처리에 한계가 있다는 문제점이 있다.

1. 대한민국 등록특허 제10-0992827호: 막분리를 이용한 폐수처리시스템 2. 대한민국 등록특허 제10-1019092호: 인 제거를 위한 하폐수의 고도 수처리장치 및 방법

본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 폭기조 내에서 폭기효율과 교반효율을 높여 유기물의 처리능력을 향상시킬 수 있는 하폐수의 수처리장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하폐수의 수처리장치는 유량조정조로부터 유입되는 처리대상수 중의 인을 제거하는 혐기조와; 상기 혐기조의 후단에 설치되며 상기 혐기조로부터 유입되는 처리대상수 중의 질산성 질소를 제거하는 무산소조와; 상기 무산소조의 후단에 설치되며 상기 무산소조로부터 유입되는 처리대상수 중으로 공기를 폭기시켜 질소를 질산화시키는 폭기조와; 상기 폭기조의 내부로 공기를 폭기시키기 위한 폭기수단과; 상기 폭기조의 내부에 설치되며 다수의 유동상 여재가 수용된 유동상여재실과; 상기 폭기조의 후단에 설치되며 상기 폭기조로부터 유입된 처리대상수를 분리막으로 고액분리하는 막분리조와; 상기 분리막을 통해 분리된 처리수가 유입되는 방류조;를 구비한다.

상기 유동상여재실은 상기 폭기조를 가로지르도록 설치되며 처리대상수가 통과할 수 있는 하부망과, 상기 하부망과 이격되어 나란하게 설치되어 처리대상수가 통과할 수 있는 상부망을 구비하고, 상기 유동상 여재는 비중이 0.6 내지 0.9이다.

상기 폭기조에서 무산소조로 슬러지를 반송하기 위한 제 1슬러지반송부와, 상기 막분리조에서 상기 혐기조로 슬러지를 반송하기 위한 제 2슬러지반송부를 더 구비한다.

상기 폭기수단은 블로워와, 상기 블로워와 연결되어 상기 폭기조 내부로 연장되는 공기공급관과, 상기 폭기조 내부에 설치되어 상기 공기공급관과 연결되며 상기 유동상여재실의 하부에 위치하는 산기유닛을 구비하고, 상기 산기유닛은 상기 공기공급관이 하부에 연결되어 내부로 공기가 유입되며 전후좌우의 네 측면에 측면홀이 각각 형성된 사각통 구조의 공기챔버와, 상기 공기챔버의 내측면에 부착되며 상기 측면홀과 대응되는 부위에 컷팅라인이 형성된 신축밴드와, 상기 공기챔버를 둘러싸도록 형성되어 상기 컷팅라인을 통해 분출되는 공기와 충돌하는 환형의 충돌링과, 상기 측면홀을 사이에 두고 나란하게 설치되며 일단은 상기 공기챔버의 외측면에 결합되고 타단은 상기 충돌링의 내측면에 결합되며 서로 반대 방향으로 비틀려 형성된 한쌍의 트위스터를 구비한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 폭기조에 미생물이 담지된 유동상여재실을 설치하여 질산화율을 높이고 처리대상수의 체류시간을 단축시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 폭기효율과 교반효율이 높은 산기유닛을 통해 폭기조에 공기를 폭기함으로써 유기물의 처리능력을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 예에 따른 하폐수의 수처리장치의 구성을 나타낸 블록도이고,
도 2는 도 1의 하폐수의 수처리장치의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이고,
도 3은 본 발명의 다른 예에 따른 하폐수의 수처리장치의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이고,
도 4는 도 3의 하폐수의 수처리장치에 적용된 요부를 발췌한 사시도이고,
도 5는 도 4의 평면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 하폐수의 수처리장치에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 하폐수의 수처리장치는 유량조정조(1)로부터 유입되는 처리대상수 중의 인을 제거하는 혐기조(5)와, 혐기조(5)의 후단에 설치되며 혐기조(5)로부터 유입되는 처리대상수 중의 질산성 질소를 제거하는 무산소조(10)와, 무산소조(10)의 후단에 설치되며 무산소조(10)로부터 유입되는 처리대상수 중으로 공기를 폭기시켜 질소를 질산화시키는 폭기조(15)와, 폭기조(15)의 내부로 공기를 폭기시키기 위한 폭기수단과, 폭기조(15)의 내부에 설치되며 다수의 유동상 여재가 수용된 유동상여재실(30)과, 폭기조(15)의 후단에 설치되며 폭기조(30)로부터 유입된 처리대상수를 분리막(23)으로 고액분리하는 막분리조(20)와, 분리막(23)을 통해 분리된 처리수가 유입되는 방류조(25)를 구비한다.

처리대상수인 하수 또는 폐수는 전처리 장치 즉, 스크린 또는 침사조 등을 거쳐 유량조정조(1)로 유입될 수 있다. 유량조정조(1)는 처리대상수의 유입량 및 오염부하를 균등하게 조절하는 역할을 한다.

혐기조(5)는 유량조정조(1)의 후단에 설치되어 유량조정조(1)로부터 유입되는 처리대상수 중의 인을 제거한다.

혐기조(5)는 미생물을 이용하여 유입농도의 3~4배까지 인을 방출시킨다. 도시되지 않았지만 혐기조(5)에는 균등한 분배를 위한 통상적인 교반장치가 설치될 수 있다.

무산소조(10)는 혐기조(5)의 후단에 설치되어 혐기조(5)로부터 유입되는 처리대상수 중의 질산성 질소를 제거한다. 무산소조(10)에는 균등한 분배를 위한 통상적인 교반장치가 설치될 수 있다.

무산소조(10)는 산소농도가 극히 낮은 무산소 조건으로 운영되어 혐기조(5)로부터 유입되는 처리대상수 중의 질산성 질소를 질소가스로 변화시켜 대기중으로 방출시켜 제거한다. 이러한 탈질반응은 슈도모나스, 마이크로코커스, 바실러스 등과 같은 탈질미생물에 의해 이루어질 수 있다.

폭기조(15)는 무산소조(10)의 후단에 설치되며 무산소조(10)로부터 유입되는 처리대상수 중으로 공기를 폭기시켜 질소를 질산화시킨다.

폭기조(15)에 공기를 폭기시키기 위해 폭기수단이 마련된다. 폭기수단은 폭기조(15) 내부에 설치되는 산기관(17)과, 산기관(17)으로 공기를 공급하기 위한 블로워(16)로 이루어질 수 있다.

유동상여재실(30)은 폭기조(15)의 내부에 설치된다.

유동상여재실(30)은 폭기조(15)를 가로지르도록 설치되어 나란하게 배치되는 하부망(33) 및 상부망(35)과, 하부망(33)과 상부망(35) 사이에 수용된 유동상여재들(31)로 이루어진다.

하부망(33)은 망 구조로 이루어진다. 하부망(33)의 눈 크기는 유동상 여재(31)의 크기보다 작다. 따라서 처리대상수는 하부망(33)을 통과할 수 있지만 유동상 여재(31)는 하부망을 통과할 수 없다.

상부망(35) 역시 망 구조로 이루어진다. 상부망(35)은 하부망(33)의 상방에 설치된다. 상부망(35)은 하부망(33)과 이격되어 나란하게 배치된다. 상부망(35)의 눈 크기는 유동상 여재(31)의 크기보다 작다. 따라서 처리대상수는 상부망(35)을 통과할 수 있지만 유동상 여재(31)는 상부망(35)을 통과할 수 없다.

유동상 여재(31)는 표면적이 넓도록 다수의 기공이 형성된 다공체 구조를 갖는다. 이러한 유동상 여재(31)는 합성수지 소재로 형성될 수 있다. 유동상 여재(31)는 다양한 형태로 형성될 수 있다. 가령, 유동상 여재(31)는 구형이나 사각형 또는 관형으로 형성될 있다. 또한, 유동상 여재(31)는 표면적을 향상시키기 위해 표면에 다수의 핀들이 형성된 구조를 가질 수 있다.

유동상 여재(31)는 물보다 비중이 작아 폭기로 발생된 물의 흐름에 의해 상부망(35)과 하부망(33) 사이의 공간에서 유동이 가능하다. 이를 위해 유동상 여재(31)의 비중은 0.6 내지 0.9인 것이 바람직하다.

유동상 여재(31)는 다공체 구조이므로 미생물의 서식처를 제공하여 미생물이 성장 번식하도록 한다. 그리고 유동상 여재(31)에서 번식된 미생물들은 처리대상수 내에 함유된 유기물, 암모니아, 아질산, 질산 및 질소 등의 오염물질을 분해한다.

이와 같이 폭기조(15)에 유동상여재실(30)을 설치하여 질산화율을 높이고 처리대상수의 체류시간을 단축시킬 수 있다.

폭기조(15)에서 무산소조(10)로 슬러지를 반송하기 위해 제 1슬러지반송부가 설치된다. 제 1슬러지반송부에 의한 슬러지 반송을 통해 무산소조(10) 내부의 미생물 농도를 일정하게 유지시킬 수 있다. 제 1슬러지반송부는 폭기조(15)와 무산소조(10)를 연결하는 제 1반송라인(13)과, 폭기조(15)에 설치되어 제 1반송라인(13)으로 슬러지를 펌핑하는 펌프(미도시)로 이루어진다.

막분리조(20)는 폭기조(15)의 후단에 설치되어 폭기조(15)로부터 처리대상수가 유입된다.

막분리조(20)에는 분리막(23)이 설치된다. 분리막(23)은 침지형 평막일 수 있다.

그리고 막분리조(20)의 폭기를 위한 폭기수단은 블로워(21)와, 블로워(21)와 연결되어 분리막(23)의 하방에 설치된 산기관(22)으로 이루어진다. 폭기수단에 의해 막분리조(20)는 폭기조건으로 운영되어 질산화 반응이 수행되고, 산기관(22)에서 발생된 공기방울이 분리막(23)에 부딪히는 전단력에 의해 분리막(23)에 부착되어 있는 슬러지를 분리막(23)으로부터 탈리시키는 기능을 수행할 수 있다.

분리막(23)에 의해 슬러지와 분리된 처리수는 흡입펌프(24)에 의해 방류조(25)로 이동한다. 그리고 막분리조(20)에서 하부로 가라앉은 슬러지는 외부로 배출된다.

배출되는 슬러지의 일부는 제 2슬러지반송부를 통해 혐기조(5)로 반송되어 혐기조(5) 내부의 미생물 농도를 유지할 수 있도록 한다. 제 2슬러지반송부는 막분리조(20)와 혐기조(5)를 연결하는 제 2반송라인(7)과, 막분리조(20)에 설치되어 제 2반송라인(7)으로 슬러지를 펌핑하는 펌프(미도시)로 이루어질 수 있다.

방류조(25)는 분리막(23)을 통해 분리된 처리수가 유입되어 일정시간 체류한 후 방류관을 통해 외부로 방류된다.

한편, 본 발명의 다른 예에 따른 하폐수의 수처리장치를 도 3 내지 도 5에 도시하고 있다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 도시된 하폐수의 수처리장치는 폭기조(15)에 공기를 폭기하기 위한 폭기수단 외의 나머지 구성요소는 도 2와 동일하다. 따라서 이하에서는 폭기조(15)의 폭기수단에 대해서만 설명한다.

폭기조(15)에 공기를 폭기하기 위한 폭기수단은 블로워(41)와, 블로워(41)와 연결되어 폭기조(15) 내부로 연장되는 공기공급관(43)과, 폭기조(15) 내부에 설치되어 공기공급관(43)과 연결되며 유동상여재실(30)의 하부에 위치하는 산기유닛(50)을 구비한다.

블로워(41)는 폭기조(15)의 외부에 설치된다. 공기공급관(43)의 일측은 블로워(41)와 연결되고, 타측은 산기유닛(50)과 연결된다. 블로워(41)에서 공급되는 공기는 공기공급관(43)을 따라 이동하여 산기유닛(50)으로 유입된다.

산기유닛(50)은 공기공급관(43)이 하부에 연결되어 내부로 공기가 유입되는 공기챔버(51)와, 공기챔버(51)의 내측면에 부착되며 측면홀(52)과 대응되는 부위에 컷팅라인(54)이 형성된 신축밴드(53)와, 공기챔버(51)를 둘러싸도록 형성되어 컷팅라인(54)을 통해 분출되는 공기와 충돌하는 환형의 충돌링(55)과, 측면홀(52)을 사이에 두고 나란하게 설치되며 일단은 공기챔버(51)의 외측면에 결합되고 타단은 충돌링(55)의 내측면에 결합되는 한쌍의 트위스터(58)(59)를 구비한다.

공기챔버(51)는 직육면체 형태의 사각통 구조로 이루어진다. 공기챔버(51)의 내부는 비어있다. 공기챔버(51)의 하부는 공기공급관(43)과 연결된다. 따라서 공기공급관(43)을 통해 공기챔버(43)의 내부로 공기가 유입된다. 공기챔버(51)의 좌후좌우의 네측면에는 각각 측면홀(52)이 하나씩 형성된다.

신축밴드(53)는 공기챔버(51)의 내측면에 부착되어 공기챔버의 내측에서 측면홀(52)을 덮는다. 신축밴드(53)는 고무나 실리콘과 같이 신축이 가능한 탄성소재로 형성된다. 신축밴드(53)에는 컷팅라인(54)이 형성된다. 컷팅라인(54)은 신축밴드(53)를 일자 형태로 절개하여 형성할 수 있다. 컷팅라인(54)은 측면홀(51)과 대응되는 부위에 상하로 길게 형성된다.

탄성소재로 이루어진 신축밴드(53)에 형성된 컷팅라인(54)은 공기챔버(51)의 내부 압력에 의해 닫히거나 벌어진다. 가령, 공기챔버(51)의 내부로 공기가 유입되지 않을 경우 컷팅라인(54)은 닫혀 있다. 그리고 공기챔버(51)의 내부로 공기가 유입되어 공기챔버(51) 내부의 압력이 높아지면 컷팅라인(54)이 강제로 벌어지면서 공기가 공기챔버(51)의 외부로 분출된다.

충돌링(55)은 공기챔버(51)의 바깥을 둘러싸는 환형으로 이루어진다. 충돌링(55)의 내주면에는 톱니 형상의 요철(56)이 형성된다.

공기챔버(51)의 각 측면마다 한쌍의 트위스터(58)(59)가 설치된다. 한쌍의 트위스터(58)(59)는 측면홀(52)을 사이에 두고 나란하게 설치된다. 각 트위스터(58)(59)의 일단은 공기챔버(51)의 외측면에 결합되고 타단은 충돌링(55)의 내측면에 결합된다.

한쌍의 트위스터(58)(59)는 서로 반대 방향으로 비틀려 형성된다. 가령, 하느 하나의 트위스터(58)는 반시계방향으로 90 내지 360°비틀려 형성되고, 다른 하나의 트위스터(59)는 시계 방향으로 90 내지 360°비틀려 형성될 수 있다.

공기챔버(51)의 내부로 유입된 공기는 신축밴드(53)의 컷팅라인(54)이 벌어지면서 공기챔버(51)의 외부로 분출된다. 이때 한쌍의 트위스터(58)(59) 사이를 통과하는 공기는 트위스터(58)(59)의 비틀린 형상에 의해 반대 방향의 소용돌이를 형성하면서 공기와 주변 처리대상수간의 급격한 혼합이 발생되고, 다시 충돌링(55)의 내측면에 충돌하면서 기포가 잘게 부서지고 톱니 요철(56)에 의한 미세한 와류들이 발생한다.

이와 같이 공기챔버(51)의 외부로 분출되는 공기와 처리대상수가 접촉하여 혼합되므로 폭기효율과 교반효율이 크게 향상되고, 이에 따라 유기물의 처리능력을 향상시킬 수 있다.

이상, 본 발명은 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

1: 유량조정조 5: 혐기조
10: 무산소조 15: 폭기조
20: 막분리조 25: 방류조
30: 유동상여재실 31: 유동상 여재

Claims (4)

1. 유량조정조로부터 유입되는 처리대상수 중의 인을 제거하는 혐기조와;
   상기 혐기조의 후단에 설치되며 상기 혐기조로부터 유입되는 처리대상수 중의 질산성 질소를 제거하는 무산소조와;
   상기 무산소조의 후단에 설치되며 상기 무산소조로부터 유입되는 처리대상수 중으로 공기를 폭기시켜 질소를 질산화시키는 폭기조와;
   상기 폭기조의 내부로 공기를 폭기시키기 위한 폭기수단과;
   상기 폭기조의 내부에 설치되며 다수의 유동상 여재가 수용된 유동상여재실과;
   상기 폭기조의 후단에 설치되며 상기 폭기조로부터 유입된 처리대상수를 분리막으로 고액분리하는 막분리조와;
   상기 분리막을 통해 분리된 처리수가 유입되는 방류조;를 구비하며,
   상기 폭기수단은 블로워와, 상기 블로워와 연결되어 상기 폭기조 내부로 연장되는 공기공급관과, 상기 폭기조 내부에 설치되어 상기 공기공급관과 연결되며 상기 유동상여재실의 하부에 위치하는 산기유닛을 구비하고,
   상기 산기유닛은 상기 공기공급관이 하부에 연결되어 내부로 공기가 유입되며 전후좌우의 네 측면에 측면홀이 각각 형성된 사각통 구조의 공기챔버와, 상기 공기챔버의 내측면에 부착되며 상기 측면홀과 대응되는 부위에 컷팅라인이 형성된 신축밴드와, 상기 공기챔버를 둘러싸도록 형성되어 상기 컷팅라인을 통해 분출되는 공기와 충돌하는 환형의 충돌링과, 상기 측면홀을 사이에 두고 나란하게 설치되며 일단은 상기 공기챔버의 외측면에 결합되고 타단은 상기 충돌링의 내측면에 결합되며 서로 반대 방향으로 비틀려 형성된 한쌍의 트위스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 하폐수의 수처리장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 유동상여재실은 상기 폭기조를 가로지르도록 설치되며 처리대상수가 통과할 수 있는 하부망과, 상기 하부망과 이격되어 나란하게 설치되어 처리대상수가 통과할 수 있는 상부망을 구비하고,
   상기 유동상 여재는 비중이 0.6 내지 0.9인 것을 특징으로 하는 하폐수의 수처리장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 폭기조에서 무산소조로 슬러지를 반송하기 위한 제 1슬러지반송부와, 상기 막분리조에서 상기 혐기조로 슬러지를 반송하기 위한 제 2슬러지반송부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 하폐수의 수처리장치.
4. 삭제

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