KR102419779B1 - 하수처리장치 - Google Patents

Abstract

유량조정조-분배조-무산소조-호기조-슬러지저류조-침전조-방류조가 소정의 체적으로 분할된 모듈형의 하수처리장치에 있어서, 상기 호기조는, 한 쌍의 링형 프레임; 상기 한 쌍의 링형 프레임간을 수직으로 연결하는 복수의 수직 프레임; 상기 링형 프레임과 상기 복수의 수직 프레임 사이의 공간을 커버하는 매쉬 부재; 상기 링형 프레임, 상기 복수의 수직 프레임, 상기 매쉬 부재가 형성하는 내부 공간에 복수개로 구비되고, 내부에 인제거를 위한 담체가 구비되는 담체유닛; 및 상기 한 쌍의 링형 프레임의 상하부에 각각 구비되고, 원형의 링형상의 프레임으로 구비되며, 중심축을 지나는 프로펠러 타입의 블레이드를 구비하여 외부 모터의 회전력을 전달받아 수직방향의 물의 흐름을 발생시키는 플로우형성부;를 포함한다.

Description

하수처리장치{Sewage treatment apparatus}

본 발명은 하수처리장치에 관한 것이다.

통상적으로 생활하수 및 공장 오폐수 그리고 음식물쓰레기의 침전수, 가축분뇨, 기타 오염수등은 하천의 주된 오염원으로 작용하고 있는 바, 이러한 생활하수 및 오염수를 각 도시마다 갖추어진 하수처리장에서 정화 처리하여 해당 하천으로 방류시키고 있다.

각 도시마다 시공되는 하수처리장은 해당 도시에서 하루에 배수되는 하수량을 처리할 수 있는 규모로 설계 시공되고 있지만, 인구밀집도가 계속 증가할수록 배수되는 하수량은 증가하기 마련이고, 그에 비례하여 하수처리장의 규모도 대형화로 증축하여야 한다. 이러한 대규모 하수처리장의 증축 및 신축은 건설부지의 선정 그리고 예산 및 보상문제, 운영 및 전문요원의 확보 문제등이 복잡하게 얽혀 여러가지 어려움이 있다.

마찬가지로, 거주인구가 적은 중소규모의 도시에서도 하수처리장을 신축 건설하는데 예산 및 부지선정등 여러가지 어려움에 처해 있다.

이에, 생활하수 및 각종 오염수를 처리하는 하수처리장은 하천 및 지하수의 오염 방지 그리고 하천 생태계의 보호등을 고려한다면 필수적인 설비 시설임이 분명하기 때문에 각 도시에 맞는 하수처리장의 건설은 꼭 이루어져야 한다.

특히, 마을 단위 또는 마을내의 축사 단위 등 소규모 장소에도 하수처리장을 필수적으로 시공하여, 하천 상류 및 지하수의 오염 방지 그리고 하천 생태계의 보호 등을 도모해야 한다.

기존의 하수처리공법은 공통적으로 질소 및 인의 처리 제거에 중점을 두어, 건설비 상승 및 유지관리비의 상승을 초래하고, 유지관리 및 보수가 복잡하고 어려운 문제점을 야기시키고 있다.

특히, 마을 단위 또는 마을내의 축사 단위 등 소규모 장소에 설치하기에는 상기한 기존 하수처리시설은 넓은 부지를 요구하기 때문에 부적절한 단점이 있다.

또한, 상기한 기존의 하수처리시설은 공통적으로 그 시공을 위하여 설치부지를 터파기한 다음, 토목 콘크리트 구조물을 타설하는 공정과, 토목 콘크리트 구조물에 직접 각 시설 장비들을 설치하는 공정 등 여러 공정이 수행되어야 하기 때문에 시공비가 많이 들고, 설치부지의 면적이 크게 소모되는 문제점이 있었으며, 복수의 하수처리장치 모듈이 설치되는 경우 하수처리를 위한 담체 등의 교체주기를 체계적으로 관리하기 어려운 문제가 있었다.

본 발명은 담체유닛의 교체가 용이하고, 담체유닛의 수명의 근사 예측이 용이한 호기조용 담체가 구비된 호기조를 포함하는 하수처리장치를 제공한다.

유량조정조-분배조-무산소조-호기조-슬러지저류조-침전조-방류조가 소정의 체적으로 분할된 모듈형의 하수처리장치에 있어서, 상기 호기조는, 한 쌍의 링형 프레임; 상기 한 쌍의 링형 프레임간을 수직으로 연결하는 복수의 수직 프레임; 상기 링형 프레임과 상기 복수의 수직 프레임 사이의 공간을 커버하는 매쉬 부재; 상기 링형 프레임, 상기 복수의 수직 프레임, 상기 매쉬 부재가 형성하는 내부 공간에 복수개로 구비되고, 내부에 인제거를 위한 담체가 구비되는 담체유닛; 및 상기 한 쌍의 링형 프레임의 상하부에 각각 구비되고, 원형의 링형상의 프레임으로 구비되며, 중심축을 지나는 프로펠러 타입의 블레이드를 구비하여 외부 모터의 회전력을 전달받아 수직방향의 물의 흐름을 발생시키는 플로우형성부;를 포함한다.

또한 상기 플로우형성부는, 중앙측에 가까운 위치에 구비되는 내측 블레이드부와 외측에 가까운 위치에 구비되는 외측 블레이드부를 포함하고, 상기 내측 블레이드와 상기 외측 블레이드는 물의 흐름을 반대로 형성하도록 각각 반대방향으로 경사지도록 형성될 수 있다.

또한 상기 내측 블레이드와 상기 외측 블레이드는 관통구가 형성될 수 있다.

또한 상기 플로우형성부는 상부 및 하부에 형성되는 내측 블레이드와 외측 블레이드의 경사 방향이 일치하도록 구비될 수 있다.

또한 상기 담체유닛은 구형의 망과 상기 구형의 망 내부에 구비되는 복합 담체를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면 담체의 교체가 용이한 모듈형 하수처리장치를 제공할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면 호기조 내의 담체의 수명 근사 예측을 통하여 복수의 모듈형 하수처리장치가 설치된 일정 지역내의 호기조 관리를 용이하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 소규모 하수처리를 위한 모듈화된 하수처리장치를 나타내는 단면도이다.
도 2 및 도 3은 각각 일 실시예에 따른 담체회전기를 나타내는 사시도와 분해사시도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 플로우형성부를 나타내는 사시도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 담체유닛을 나타내는 개략적인 부분절개 사시도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 하수처리 장치의 모니터링 시스템을 나타내는 블록도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 특별한 정의나 언급이 없는 경우에 본 설명에 사용하는 방향을 표시하는 용어는 도면에 표시된 상태를 기준으로 한다. 또한 각 실시예를 통하여 동일한 도면부호는 동일한 부재를 가리킨다. 한편, 도면상에서 표시되는 각 구성은 설명의 편의를 위하여 그 두께나 치수가 과장될 수 있으며, 실제로 해당 치수나 구성간의 비율로 구성되어야 함을 의미하지는 않는다.

도 1을 참조하여 일 실시예에 따른 소규모 하수처리를 위한 하수처리장치를 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 소규모 하수처리를 위한 모듈화된 하수처리장치를 나타내는 단면도이다.

본 발명은 소규모 하수처리를 위한 모듈화된 하수처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유량조정조-분배조-무산소조-호기조-침전조-방류조로 구성되는 하수처리장치를 하나의 몸체(일체)가 되도록 모듈화시켜 제작하는 동시에 무인자동화 운전이 가능하게 제작함으로써, 소규모 하수처리장 또는 마을하수처리장에 간편하게 시공하여 사용할 수 있도록 한 소규모 하수처리를 위한 모듈화된 하수처리장치에 관한 것이다.

도 1에서 보는 바와 같이 마을단위의 소규모 설치부지에 곧바로 시공할 수 있도록 유량조정조(10)-분배조(20)-무산소조(30)-호기조(40)-슬러지저류조(50)-침전조(60)-방류조(70)가 소정의 체적으로 분할된 일체형 하수처리구조체(100)를 구비한다. 본 실시예에 따른 하수처리구조체는 호기조(40)의 구성에 주요 기술적 특징이 있으며, 기타 다른 구성부들은 다양한 방식으로 구성할 수 있다. 일체형 하수처리 구조체에 모듈화로 장착되는 하수처리용 각종 장치에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

유량조정조(10)의 입구에는 협잡물 스크린(12)이 설치되어 유입하수에 포함된 협잡물을 걸러주게 되고, 또한 침사인양장치(13)를 통하여 침사물을 걸러주게 되며, 그 바닥에는 산기관(14) 및 유량조정조 펌프(16)가 나란히 장착된다. 산기관(14)은 유입수의 슬러지 침전 및 부패를 방지하는 역할을 하게 되고, 유량조정조 펌프(16)는 유입수의 수위에 따라 유입수를 다음의 분배조(20)로 펌핑 이송시킨다.

무산소조(30)에는 교반기(32)가 회전 가능하게 설치되어, 유입수의 탈질 반응을 촉진시키게 된다.

도 1 내지 도 5를 참조하여 호기조(40)를 설명한다. 도 2 및 도 3은 각각 일 실시예에 따른 담체회전기를 나타내는 사시도와 분해사시도이고, 도 4는 일 실시예에 따른 플로우형성부를 나타내는 사시도이며, 도 5는 일 실시예에 따른 담체유닛을 나타내는 개략적인 부분절개 사시도이다.

호기조(40)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 플로우형성부(410), 하우징부(420)를 포함한다.

하우징부(420)는 원통형의 내부 공간을 구비하는 구조로 형성된다. 하우징부(420)는 상하부에 구비되는 한 쌍의 링형 프레임과 링형 프레임간을 연결하는 수직프레임(423)을 포함한다. 각 프레임 사이에는 매쉬 부재(425)가 구비되어 내부의 공간을 둘러 싸도록 형성된다.

하우징부(420)의 내측 공간에는 복수의 담체유닛(450)이 구비된다. 담체유닛(450)은 도 5에 도시된 바와 같이 구형의 망 내부에 복합담체가 구비되는 주머니 형식으로 형성되어 있다. 복합담체는 기존의 호기조에 이용되는 담체를 이용할 수 있으며, 예를 들면, 등록특허 제0481973호 "미생물 고정화 유ㆍ무기 복합담체"나 기존에 알려진 기타 담체를 이용할 수 있다.

플로우형성부(410)는 하우징부(420)의 상부 및 하부에 구비된다. 플로우형성부(410)는 원형의 링형상으로 형성되고, 중앙을 가로지르는 블레이드부(417)가 구비된다. 블레이드부(417)의 중앙에는 회전력을 제공하는 기타 구성부와 연결되어 회전축의 기능을 하는 중심축연결부(415)가 구비된다. 중심축연결부(415)는 도 1의 외부 모터(44) 등에 연결되어 회전력을 전달받아 담체회전기(45)가 회전할 때 회전축과 연결된다.

도 4를 참조하여 설명하면, 블레이드부(417)은 중앙측에 가까운 위치에 구비되는 내측 블레이드부(4171)와 외측에 가까운 위치에 구비되는 외측 블레이드부(4173)이 구비된다. 블레이드부(417), 즉 내측 블레이드부(4171)와 외측 블레이드부(4173)에는 각각 관통구가 형성되어 측방향으로의 물의 흐름을 감소시키는 것이 바람직하다.

내측 블레이드부(4171)와 외측 블레이드부(4173)은 각각 다른 방향의 물의 흐름을 형성할 수 있도록 경사 방향이 상이하게 형성된다. 예를 들면, 시계방향의 회전을 가정하면, 내측 블레이드부(4171)는 아래 방향으로 경사지도록 하향 돌출되어 하향 물의 흐름을 형성하고, 외측 블레이드부(4173)는 위 방향으로 경사지도록 상향 돌출되어 상향의 물의 흐름을 형성할 수 있다. 이와 같은 방식으로 하우징부(420)의 중심축 부근과 외측 부근의 물의 흐름을 다르게 형성함으로써 물의 순환과 담체가 균일하게 소모될 수 있도록 하는 효과가 있다.

한편, 상부 및 하부의 플로우형성부(410)들은 동일하게 블레이드의 방향이 형성되도록 함으로써 물의 흐름을 효율적으로 형성할 수 있다.

호기조(40)의 입구에는 MLSS(Mixed Liquor Suspended Solids) 측정기가 설치되고, 그 바닥에는 미생물 성장을 돕는 산기관(14)이 추가적으로 설치될 수 있다.

침전조(60)에는 슬러지를 슬러지저류조(50)로 보내는 중심구동형 슬러지수집기(62)가 설치되고, 처리하수를 방류조(70)로 보낼 수 있도록 침전조(60)의 상부에는 배플 및 웨어(64)가 설치된다.

슬러지저류조(50)에는 내부칸막이가 설치되어, 한쪽에는 슬러지 이송펌프(52), 다른 한쪽에는 잉여슬러지 펌프(54)가 설치되는 바, 슬러지 이송펌프(52)는 분배조(20)로 슬러지를 이송시키고, 잉여슬러지 펌프(54)는 잉여슬러지를 자동으로 타이머에 의해 배출시키며, 이 배출된 잉여슬러지는 스크류프레스 등으로 보내어진다.

이때, 슬러지 이송펌프(52)가 분배조(20)로 슬러지를 이송시키는 바, 호기조(40)에 설치된 MLSS 측정기(48)에 의해 슬러지 이송량이 자동으로 조절된다. 잉여슬러지펌프(54)는 잉여슬러지의 압축 탈수를 위한 스크류프레스 등과 연결되거나 잉여슬러지펌프(54)로부터 슬러지가 직접 슬러지저장조(51)에 저장될 수 있다.

유량조정조(10) 및 분배조(20)로 유입하수가 유입되면, 수위에 따라 유량조정조 펌프(16)에 의하여 유입수가 상기 무산소조(30)로 보내어진다. 이어서, 상기 무산소조(30)에 설치된 교반기(32)의 교반작용으로 유입수의 탈질반응이 발생되어, 질소제거효율이 증대되어진다. 다음으로, 유입수는 무산소조(30)로부터 호기조(40)로 유입되고, 호기조(40)로 유입수가 유입됨과 함께 호기조(40)에 설치된 담체회전기(45)의 내부에 충진된 복합담체에 의하여 유입수의 유기물 분해 및 인의 섭취가 이루어지게 된다. 다음으로, 호기조(40)에서 처리된 유입수는 침전조(60)를 경유하여 방류조(70)로 방류되고, 최종 침전조(60)의 슬러지 일부는 슬러지저류조(50)로부터 분배조(20)로 반송된다.

즉, 슬러지저류조(50)의 슬러지 이송펌프(52)는 분배조(20)로 슬러지를 이송시키고, 잉여슬러지 펌프(54)는 잉여슬러지를 자동으로 타이머에 의해 배출되어 슬러지저장조(51)로 이송 저장될 수 있다.

이와 같이, 유량조정조-분배조-무산소조-호기조-슬러지저류조-침전조-방류조로 구성된 하수처리장치를 하나의 몸체(일체)로 모듈화시켜 제작함과 함께 무인자동화 운전이 가능하게 제작함으로써, 마을단위의 소규모 하수처리장에 간편하게 시공하여 생활하수 및 공장 오폐수 그리고 음식물쓰레기의 침전수, 가축분뇨, 기타 오염수 등의 고도처리를 달성할 수 있게 된다.

본 실시예에 따른 하수처리 장치 모니터링 시스템을 설명한다. 도 6은 일 실시예에 따른 앞서 설명한 하수처리 장치의 모니터링 시스템을 나타내는 블록도이다.

제어서버(900)는 데이터 수신부(910), 교체시기 산출부(920), 모듈운용 제어부(930) 및 환경정보 수집부(940)을 포함한다.

데이터 수신부(910)는 각각의 하수처리장치(1)에 구비된 통신모듈로부터 전송되는 각종 센싱값과 함께 호기조의 담체회전기의 회전각속도 등의 데이터를 전송받는다.

교체시기 산출부(920)는 다음과 같은 수식에 따라 호기조 내의 담체의 수명을 예측하고 교체시기를 산출한다.

먼저 하기 식 1의 t에 대한 적분값에 따라 담체에 의하여 제거된 인의 양을 근사치로 예측한다.

식 1 : P(1-k/t + kb/ωt)

이 때 P는 인의 호기조 내 평균 유지량으로서 인의 평균 농도와 호기조의 용량으로부터 산출하고, k는 담체의 종류에 따라 결정되는 특성계수이며, b는 플로우형성부의 성능에 따른 특성계수이고, ω는 하우징부의 회전각속도를 나타낸다.

여기서 인의 평균 농도 및 후술할 담체의 총 무게량은 센서를 이용하여 실시간으로 측정하는 것도 가능하나, 근사치 또는 예상치를 산출하기 위한 것으로서 정기적 도는 부정기적인 측정된 값들을 후술할 제어서버(900)에서 관리자로부터 입력받은 값을 이용할 수 있다.

담체는 일종의 다공성 흡착제로서, 시간에 따른 담체회전기의 작동에 따른 인제거량의 근사예측치가 일정 기준치 이상인 경우 이를 담체의 교체 시기에 달한 것으로 예측한다. 이 때 기준치는 투입되는 담체의 총 무게량에 비례하도록 결정된다. 즉, 기준치는 단위 기준치를 미리 설정하고, 단위 기준치에 하우징부(420) 내에 투입된 담체의 총 무게를 곱하여 해당 하수처리장치의 호기조 내 담체의 교체시기의 기준값으로 설정한다.

한편, 복수의 모듈형 하수처리장치가 일정 지역에 구비된 경우 이를 제어 및 모니터링하는 방법을 설명한다. 복수의 모듈형 하수처리장치가 구비되는 경우 각각의 하수처리장치의 호기조 내 담체의 교체시기가 제각각 달라지는 경우 관리의 어려움과 관리 비용이 증가하는 문제가 발생할 수 있다.

모듈운용 제어부(930)는 각 하수처리장치(1)의 호기조 내 담체의 교체시기를 관리자에게 알림과 더불어 다음과 같이 하수처리장치의 밸런싱 프로세스를 수행한다.

n개의 모듈형 하수처리장치가 구비된 경우 이들의 교체시기를 최대한 비슷한 시기로 맞추기 위하여 상술한 호기조 내의 담체회전기의 회전속도를 조절한다. 즉, n개의 모듈형 하수처리장치 중 교체까지 남은 잔여 시간들의 평균값에 해당하는 교체시기를 갖는 모듈형 하수처리장치를 기준으로 하여 각 모듈형 하수처리장치들의 담체회전기의 회전속도를 조절하면서 기타 구성부들의 추가제어와 함께 하수처리 속도를 조절한다.

예를 들면, 교체시기가 상대적으로 더 길게 남은 하수처리장치의 담체회전기의 속도를 높이고, 더 짧게 남은 하수처리장치의 담체회전기의 속도를 늦추는 방식으로 밸런싱을 수행한다. 이와 함께 모듈운용 제어부(930)는 하수처리장치의 나머지 구성부들의 제어도 이와 함께 하수처리의 속도를 높이기 위하여 제어한다.

환경정보 수집부(940)는 하수처리 장치 주변의 온도 기타 환경적인 데이터를 외부로부터 수집한다. 이 때 기온이 일정 기준 범위 이외로 벗어나는 경우 벗어나는 값에 반비례하여 식 1의 값이 감소하도록 보정할 수 있다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 상술한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 구체화된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양하게 구현될 수 있다.

45: 담체회전기
410: 플로우 형성부
420: 하우징부
450: 담체유닛
900: 제어서버

Claims (5)

1. 유량조정조, 분배조, 무산소조, 호기조, 침전조 및 방류조를 포함하고, 상기 침전조의 슬러지가 유입되는 슬러지저류조를 포함하고, 상기 유량조정조, 분배조, 무산소조, 호기조, 침전조, 방류조 및 슬러지저류조가 소정의 체적으로 분할된 모듈형의 하수처리장치에 있어서,
   상기 호기조는,
   한 쌍의 링형 프레임;
   상기 한 쌍의 링형 프레임간을 수직으로 연결하는 복수의 수직 프레임;
   상기 링형 프레임과 상기 복수의 수직 프레임 사이의 공간을 커버하는 매쉬 부재;
   상기 링형 프레임, 상기 복수의 수직 프레임, 상기 매쉬 부재가 형성하는 내부 공간에 복수개로 구비되고, 내부에 인제거를 위한 담체가 구비되는 담체유닛;
   상기 한 쌍의 링형 프레임의 상하부에 각각 구비되고, 원형의 링형상의 프레임으로 구비되며, 중심축을 지나는 프로펠러 타입의 블레이드를 구비하여 외부 모터의 회전력을 전달받아 수직방향의 물의 흐름을 발생시키는 플로우형성부;를 포함하고,
   상기 플로우형성부는,
   중앙측에 가까운 위치에 구비되는 내측 블레이드부와 외측에 가까운 위치에 구비되는 외측 블레이드부를 포함하고,
   상기 내측 블레이드와 상기 외측 블레이드는 물의 흐름을 반대로 형성하도록 각각 반대방향으로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 하수처리장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 내측 블레이드와 상기 외측 블레이드는 관통구가 형성되는 하수처리장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 플로우형성부는 상부 및 하부에 형성되는 내측 블레이드와 외측 블레이드의 경사 방향이 일치하도록 구비되는 하수처리장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 담체유닛은 구형의 망과 상기 구형의 망 내부에 구비되는 복합 담체를 포함하는 하수처리장치.

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