KR102651173B1 - 수질측정센서 오염저감수단이 구비된 연속회분식 수처리장치의 고효율 운전방법 - Google Patents

수질측정센서 오염저감수단이 구비된 연속회분식 수처리장치의 고효율 운전방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수질측정센서 오염저감수단이 구비된 연속회분식 수처리장치의 고효율 운전방법에 관한 것으로, 오염수에서 이물질을 제거하는 측정준비수조(20) 및 수질측정센서(50)를 세정하는 측정진행수조(30)을 구비한 외부측정장치(10)를 사용하고; 상기 외부측정장치(10)에 설치된 수질측정센서(50)에 의해 원수, 반응액, 원수와 반응액의 혼합액 및 처리수의 수질을 각 측정할 때는 상기 각 용액의 일부를 측정준비수조(20)를 거쳐 측정진행수조(3)로 공급하며; 상기 수질측정센서(50)에 의해 원수의 암모니아성 질소농도를 측정하고 원수를 반응조(2)로 유입시키는 제1단계와, 상기 수질측정센서(50)에 의해 원수와 반응액의 혼합액의 암모니아성 질소농도를 측정하는 제2단계와, 측정된 암모니아성 질소농도에 따라 반응조(2) 내에서 질산화공정을 수행하는 제3단계와, 상기 수질측정센서(50)에 의해 반응액의 질산성 질소농도를 측정하는 제4단계와, 측정된 암모니아성 질소농도에 따라 반응조(2) 내에서 탈질공정을 수행하는 제5단계와, 상기 수질측정센서(50)에 의해 반응조(2)에서 배출된 처리수의 질소농도를 측정하는 제6단계 및 측정된 처리수의 질소농도에 따라 반응조(2) 내에서의 반응시간을 조절하는 제7단계로 구성됨으로써, 원수, 반응액 및 처리수 내의 암모니아성 또는 질산성 질소농도를 실시간으로 측정하고 그 결과를 바탕으로 질산화공정 또는 탈질공정의 계속 유무를 선택할 수 있는 효과를 가지고, 수질측정센서의 세정이 용이하고 그에 따라 오염도 측정의 정확도를 높일 수 있는 효과를 가진다.

Description

수질측정센서 오염저감수단이 구비된 연속회분식 수처리장치의 고효율 운전방법{HIGH-EFFICIENCY OPERATION METHOD OF CONTINYOUS BATCH WATER TREATMENT DEVICE EQUIPPED WITH WATER QUALITY MEASURENENT SENSOR POLLUTION REDUCTION MEANS}
본 발명은 외부측정장치에 암모이나성 질소 센서와 질산성 질소 센서를 설치하여 실시간으로 질소농도를 측정하고 그 결과를 즉시 수처리장치의 작동에 반영하여 반응조의 질소 제거효율을 향상시킬 수 있는 수질측정센서 오염저감수단이 구비된 연속회분식 수처리장치의 고효율 운전방법에 관한 것이다.
오염된 하폐수의 경우 농업용 비료, 사람이나 가축의 분뇨, 합성세제로부터 발생되는 질소나 인이 물로 유입되면 부영양화, 적조현상, 어류독소, 용존산소 결핍 등을 야기하게 된다. 따라서, 하폐수 내의 질소 및 인의 함유량, 물의 탁도, PH 등을 일정 수준으로 처리할 것이 요구된다.
하폐수 고도처리 시스템 중에서 BNR(Biological Nutrient Removal, 생물학적 영양염류 제거를 위한 고도 처리)는 총질소(T-N), 총인(T-P) 제거처리에 기본 목표로 두고 미생물을 이용하여 생물학적으로 오염된 하폐수 속 오염물질인 유기물(COD, BOD)과 부유물질(SS), 악취물질 외에 영양염류, 미량유해물질(ECs) 등 수질오염물질을 처리하는 기술로서, 크게 구분하여 침전조를 배치하는 연속류식방법(continuous flow)과 침전조를 별도로 설치하지 않고 반응조 내에서 침전시간을 할당하는 연속회분식방법(SBR, Sequencing Batch Reactor)이 있다.
BNR 공정의 경우 유기물(BOD) 제거 공정과 T-N 제거처리를 위한 질산화공정/탈질 및 T-P 제거처리 공정을 포함하는데, 이 중 질산화 처리공정이 가장 중요하며, 유기물 및 T-P 제거처리는 질산화 공정에 따라 좌우된다.
근래 많이 이용되는 SBR(연속회분식)공법의 경우 질소 제거 효율이 상대적으로 낮은 문제점이 있다. 질소 제거 과정이 질산화와 탈질화라는 연속 반응을 통해 이루어지며 시간적 배열을 원리로 하는 공법 특성상 질소 제거 효율은 반응기 용량 대비 유입수 주입 비율에 따라 결정된다. 유입 용량을 반응기 대비 10%로 산정할 경우 질소 제거 효율은 90% 이상의 높은 질소 제거 효율을 달성할 수 있지만 수처리 용량이 감소하여 반응기 용량을 증대시켜야 하는 단점이 있다. 반면에 유입 용량을 반응기 대비 40%로 산정할 경우 수처리 용량은 증가하여 필요 반응기 용량은 감소하지만, 질소 제거 효율은 약 60%로 감소하여 유출수의 방류수 기준을 만족시키기가 어렵다.
이처럼 정해진 시간과 부피를 이용하여 처리하는 기존 SBR공법의 경우 하폐수 유입원수의 부하 변동에 따라 처리 효율에 심한 편차가 발생하고 효율이 저하되며, 이로 인해 배출되는 처리수 방류 농도가 일정하지 않아 보증 수질을 지킬 수 없는 문제점이 있다.
한편, 종래 SBR공법에서는 질산화와 탈질화라는 연속 반응을 통해 질소제거 과정을 제어하고 그 효율을 높이게 되는데, 암모니아성 질소(NH4 +-N) 센서만으로는 질산화장치의 제어는 가능하였으나 탈질정도를 직접 판단할 수 없었기 때문에 탈질장치의 적정 제어가 힘들었고, 우리 나라와 같이 유입탄소원이 적어서 하폐수에 C/N비가 불균형한 경우가 자주 발생하는 현장에서는 수처리 시 외부 탄소원을 주입하게 되는데, 이때 외부탄소원의 적정 주입량 산정 시 통상적으로 유입 BOD를 분석해서 계산하게 되지만 BOD 분석이 짧게도 5일 이상 소요되어 실시간 대응이 어려운 문제점이 있다.
한편, 반응조 중심의 SBR공법에서는 반응조 내에 각종 수질측정센서가 설치되는데, 반응조에 수질측정센서를 장착한 상태에서 주기적으로 압축공기로 자동세척하는 경우 오염수 침전이나 처리수 방류 시간에 자동세척이 시작되면 침전되었던 미생물 및 부유물(MLSS)이 부상하여 최종 수질에 약영향이 발생한다. 또한 반응조는 대부분 지하에 설치되고 규모가 크며 수질측정센서의 설치 및 취급에는 작업자의 상당한 노력이 소요되기 때문에 기본적으로 그 청소를 소홀히 하기 쉬우며, 수처리시설의 운영자로서도 자동세척기능에만 의존하고 수동세척을 소홀히 하는 경향이 있어서, 결국 수질측정센서의 오염이 심각해지고 정확한 값을 측정하는 데 어려움이 생기는 문제점이 있다.
등록특허공보 제10-1679174호(2016. 11. 24. 공고, '연속회분식 반응시스템') 등록특허공보 제10-1162257호(2012. 7. 3. 공고, '생태독성감지장치의 측정 셀 구조체') 등록특허공보 제10-2089214호(2020. 3. 16. 공고, '하수처리장 용존산소 측정센서의 세척장치')
본 발명은 갈수록 강화되고 있는 질소의 방류수 수질기준을 만족시킬 수 있도록 유입 원수 수질에 능동적으로 대처하여 높은 질소 제거율을 달성할 수 있는 연속회분식 반응기의 고효율 운전방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 반응조의 탈질공정에서 탈질정도를 직접 판단하여 질소제거 효율을 높일 수 있는 연속회분식 반응기의 고효율 운전방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 수질측정센서의 세척을 용이하게 하고 수처리과정에서 수질측정센서의 오염을 줄임으로써 수질측정센서를 항상 깨끗한 상태로 유지할 수 있는 수질측정센서 오염저감수단이 구비된 연속회분식 수처리장치의 고효율 운전방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적에 따른 본 발명의 오염저감수단이 구비된 연속회분식 수처리장치의 고효율 운전방법은, 연속회분식 수처리시설의 유량조정조, 반응조 및 처리수조와 별도로 설치되어 있고, 오염수유입구로 유입되는 오염수의 이물질은 하부로 침전되도록 하고 상부의 상등수는 상등수유동관으로 유출되도록 하여 오염수에서 이물질을 제거하는 수단을 가진 측정준비수조, 및 상기 측정준비수조에서 유입되는 상등수의 수질데이터를 계측하는 수질측정센서가 설치되고 상기 수질측정센서에 대한 세정수단을 가진 측정진행수조를 구비하며, 상기 측정준비수조의 오염수에서 이물질을 제거하는 수단은, 오염수유입구를 통해 유입된 오염수가 부딪힘에 따라 오염수에 와류가 발생되는 것을 방지함으로써 정체된 오염수로부터 이물질이 하부에 잘 침전되도록 하는 수류조절판과, 넓은 표면적을 갖도록 물결형상의 골이 형성되어 있고 상하 중첩하여 경사지게 설치되어 있어 오염수의 슬러지가 침전되어 흘러내리도록 하는 경사침전판과, 오염수의 슬러지가 상기 경사침전판에 침전되는 과정에서 상부의 상등수를 유출시키는 상등수유동관을 포함하여 구성되어, 수질측정센서의 오염이 저감된 상태에서 수질을 계측하는 외부측정장치를 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기의 목적에 따른 본 발명의 오염저감수단이 구비된 연속회분식 수처리장치의 고효율 운전방법은, 유량조정조로부터 반응조에 원수를 공급하는 한편으로 오염수에서 이물질을 제거하는 상기 측정준비수조 및 암모니아성 질소농도와 질산성 질소농도를 측정할 수 있는 수질측정센서가 구비된 측정진행수조에 원수, 반응액, 원수와 반응액의 혼합액 및 처리수의 일부를 공급하는 구성을 포함하며; 상기 수질측정센서에 의해 원수의 암모니아성 질소농도를 측정하고 원수를 반응조로 유입시키는 제1단계와, 외부측정장치에 설치된 수질측정센서에 의해 반응조 반응액과 원수의 혼합액의 암모니아성 질소농도를 측정하는 제2단계와, 측정된 암모니아성 질소농도에 따라 반응조 내에서 질산화공정을 수행하는 제3단계와, 외부측정장치에 설치된 수질측정센서에 의해 반응조 내의 반응액의 질산성 질소농도를 측정하는 제4단계와, 측정된 질산성 질소농도에 따라 반응조 내에서 탈질공정을 수행하는 제5단계와, 외부측정장치에 설치된 수질측정센서에 의해 반응조에서 배출된 처리수의 질소농도를 측정하는 제6단계 및 측정된 처리수의 질소농도에 따라 반응조 내에서의 반응시간을 조절하는 제7단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 연속회분식 반응기의 운전방법에 따르면, 연속회분식 반응조의 암모니아성 질소(NH4 +-N)의 농도 및 질산성 질소(NO3 --N)의 농도를 실시간으로 측정하고 그 결과를 활용하여 반응조로 공급되는 원수량을 제어함으로써 종래의 연속회분식 반응시스템보다 질소의 제거효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명의 연속회분식 반응기의 운전방법에 따르면, 질산성 질소(NO3 --N)의 농도를 측정하여 수처리공정에서 탈질정도를 직접 판단하고 다음 회 반응조의 반응시간을 조절함으로써 질소제거 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 사용되는 수질측정센서의 오염이 저감된 상태에서 수질을 계측하는 외부측정장치는, 연속회분식 수처리시설의 유량조정조, 반응조 및 처리수조에 설치되는 오염도 수질측정센서를 별도의 외부측정장치에 설치하여 오염도를 측정하므로, 수질측정센서의 세정이 용이하고 그에 따라 오염도 측정의 정확도를 높일 수 있으며 수질측정센서의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연속회분식 반응기의 고효율 운전방법의 수행을 위한 수처리시스템의 설비구성을 설명하는 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연속회분식 반응기의 고효율 운전방법의 각 단계(제1단계 내지 제7단계)별 기술내용을 설명하는 흐름도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수질데이터 외부측정장치(10)의 외부 사시도,
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 수질데이터 외부측정장치(10)의 평면도,
도 6b는 도 7a의 A-A' 선 단면도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 측정준비수조(20) 및 측정진행수조(30)의 작동 관계를 나타내는 내부 측면도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 측정진행수조(30)에 설치되는 수질측정센서(50)의 사시도이다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명의 출원 시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형예들이 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연속회분식 반응기의 고효율 운전방법의 수행을 위한 수처리시스템의 설비구성을 설명하는 도면이고, 도 4는 상기 운전방법의 각 단계(제1단계 내지 제7단계)별 기술내용을 설명하는 흐름도이다.
본 발명의 수질측정센서 오염저감수단이 구비된 연속회분식 수처리장치의 고효율 운전방법은, 오염수에서 이물질을 제거하는 측정준비수조(20) 및 수질측정센서(50)를 세정하는 측정진행수조(30)을 구비한 외부측정장치(10)를 사용하여 수행된다.
또한 본 발명은 상기 외부측정장치(10)에 설치된 수질측정센서(50)에 의해 원수, 반응액, 원수와 반응액의 혼합액 및 처리수의 수질을 각 측정할 때는 상기 각 용액의 일부를 측정준비수조(20)를 거쳐 측정진행수조(3)로 공급한다.
또한 본 발명은 상기 수질측정센서(50)에 의해 원수의 암모니아성 질소농도를 측정하고 원수를 반응조(2)로 유입시키는 제1단계와, 상기 수질측정센서(50)에 의해 원수와 반응액의 혼합액의 암모니아성 질소농도를 측정하는 제2단계와, 측정된 암모니아성 질소농도에 따라 반응조(2) 내에서 질산화공정을 수행하는 제3단계와, 상기 수질측정센서(50)에 의해 반응조(2) 반응액의 질산성 질소농도를 측정하는 제4단계와, 측정된 질산성 질소농도에 따라 반응조(2) 내에서 탈질공정을 수행하는 제5단계와, 상기 수질측정센서(50)에 의해 반응조(2)에서 배출된 처리수의 질소농도를 측정하는 제6단계 및 측정된 처리수의 질소농도에 따라 반응조(2) 내에서의 반응시간을 조절하는 제7단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명은 위와 같이 외부측정장치(10)를 사용하고 제1단계 내지 제7단계를 거침으로써 하폐수 원수, 반응액 및 처리수 내의 암모니아성 또는 질산성 질소농도를 실시간으로 측정하고 그 결과를 바탕으로 질산화공정 또는 탈질공정의 계속 유무를 선택할 수 있는 효과를 가지며, 수질측정센서의 세정이 용이하고 그에 따라 오염도 측정의 정확도를 높일 수 있는 효과를 가진다.
구체적으로, 본 발명의 제1단계를 설명한다.
본 발명에서는 스크린조를 거쳐 유량조정조(1)에 계류 중인 원수가 반응조(2)로 유입되는 과정에서 그 원수의 일부를 외부에 별도로 설치된 외부측정장치(10)에 공급하여 원수의 암모니아성 질소농도를 측정하게 된다.
연속회분식 반응조(2)로 유입되는 원수의 양은 한번에 유입될 수 있지만, 유입 원수의 수질에 따라 한 번 이상 분할되어 반응조(2)로 유입될 수 있다. 통상적으로 유량조정조(1)의 암모니아성 질소농도를 기준으로 저농도, 계획농도, 고농도의 3단계로 분류하고 그에 따라 최소 한 번 최대 세 번 분할하여 처리사이클당 유입원수의 유입 횟수를 최소 2회 최대 4회로 결정한다. 이렇게 원수를 분할 유입하여 처리함으로써 질소제거효율을 향상시킬 수 있다.
일반적으로 연속회분식 반응시스템에서는, 유입 원수에 충분한 알칼리도와 유기물이 존재하여 완전 질산화 및 탈질화 반응이 일어난다고 가정할 경우, 최종 배출수의 질소농도와 질소의 제거 효율을 결정하는 것은 유입단계이다.
즉, 총 질소 제거 효율은 원수가 공급된 반응조(2) 내의 암모니아성 질소가 질산염으로 산화되며 산화된 질산염이 탈질과정을 통해 질소가스로 휘산 제거된 후 최종적으로 배출되는 효율이기 때문이다
종래에는 질소농도를 측정하기 위한 수질측정센서(50)가 반응조(2) 내에 설치되어 있어 수질측정센서(50)의 세척이 어렵고 그에 따라 측정 정확도가 떨어지는 것이었으며, 특히 침전이나 방류시간에 압축 공기등에 의한 자동세척이 이루어지면 침전되어 있던 미생물 및 부유물이 부상하여 처리수의 수질에 악영향이 미칠 수 있어 정확한 측정값을 구하기 어려워지는 문제가 있었다.
또한, 유입 원수의 암모니아성 질소농도는 고려하지 않고 반응조(2)의 부피 만을 고려하여 반응조(2)의 유효 부피에 해당되는 원수를 한 번에 주입하였고, 따라서 원수의 암모니아성 질소농도가 높은 경우 반응시간을 길게 하거나 배출 단계에서의 최종 배출량을 소량으로 하지 않으면 총 질소 제거율을 높일 수 없었다
이를 해결하기 위해 본 발명에서는 반응조(2)와 별도로 외부측정장치(10)를 설치하고 암모니아성 질소농도와 질산성 질소농도 모두의 측정을 위한 수질측정센서(50)를 외부측정장치(10)에 설치함으로써, 수질측정센서(50)의 세척이 용이하도록 하여 측정 정확도를 높이면서, 질산화공정의 진행을 확인하기 위한 암모니아성 질소농도의 측정과 탈질공정의 진행을 확인하기 위한 질산성 질소농도의 측정이 모두 가능하게 되어, 효율적으로 질소제거가 이루어질 수 있게 되었다.
또한, 유입 원수의 질소농도를 측정하고 처리되어 유출된 처리수의 질소농도를 측정하여 이를 통해 반응조(2)로 유입되는 원수의 유입량과 유입횟수를 설정하도록 한다. 처리수의 질소농도가 배출 목표농도의 하한치에 근접하게 되면 질소제거가 효율적으로 이루어지는 것임에 따라 유입되는 원수의 유입량과 유입횟수를 증가시키게 되고, 배출 목표농도의 상한치에 근접하게 되면 질소가 많이 포함된 원수임에 따라 그 유입량과 유입횟수를 줄이도록 제어하게 된다.
다음으로 본 발명의 제2단계를 설명한다.
외부측정장치(10)에 설치되는 수질측정센서(50)는 1개의 센서에 의해 암모니아성 질소 또는 질산성 질소의 다양한 질소농도를 측정할 수 있으며, 우선 제2단계에서는 반응액과 원수의 혼합액의 암모니아성 질소농도를 측정하게 된다.
이때 측정된 암모니아성 질소농도가 설정치 이하가 되면 원수가 계속 공급되며, 설정치를 초과하는 경우에는 반응조(2)에서 질산화공정이 수행되도록 제어하게 된다.
일 예로서, 반응조(2) 내의 암모니아성 질소농도를 5㎎/ℓ로 설정한 경우, 질산화와 탈질화를 통하여 암모니아성 질소농도가 낮아진 반응조(2) 내의 반응액과 고농도의 암모니아성 질소를 함유한 원수가 혼합되며, 이들 혼합액의 암모니아성 질소농도를 측정한 결과 반응조(2) 내의 암모니아성 질소가 5㎎/ℓ가 되면 원수의 공급을 중단하고 질산화 공정을 수행하게 된다.
다음으로 본 발명의 제3단계를 설명한다.
반응조(2)로 원수가 공급된 후 질산화공정에서는 암모니아성 질소를 생물학적 산화를 통해 질산화된 질소(NO2-N 또는 NO3-N)의 형태로 변화시켜 주게 되는 것이며, 이를 위해 반응조(2) 내에 산소를 공급하여 질산화공정이 이루어지도록 한다.
여기에서, 산소의 공급방법은 특별히 제한하지 않는다. 즉 반응조(2) 내의반응액을 교반시켜 대기 중에 포함된 산소를 공급할 수 있으며, 반응조(2) 내에 산기 장치를 구비시켜 압축 공기를 공급할 수 있고, 또 압축공기를 대신하여 산소를 공급할 수도 있다.
질산화 공정에서 용존산소 농도는 1.0mg/ℓ ~ 5.0mg/ℓ 범위로 조절하는 것이 바람직하다. 용존산소 농도가 1.0㎎/ℓ미만이면 질산화반응이 잘 진행되지 않고, 5.0㎎/ℓ를 초과하게 되면 과량의 산소 주입으로 인하여 후속 단계인 정치단계에서 슬러지의 침강성이 나빠지게 되므로 용존산소는 상기 범위인 것이 바람직하다.
한편, 질산화공정이 진행되는 과정에서 반응조(2)의 반응액의 일부가 외부측정장치(10)로 공급되도록 하여 실시간으로 반응조(2) 내의 암모니아성 질소를 측정함으로써 질산화공정을 종료하거나 계속 수행할 수 있도록 결정할 수 있다.
반응조(2) 내의 반응액에 함유된 암모니아성 질소농도를 실시간으로 측정한 결과, 소정 농도를 초과하게 되면 추가적인 질산화공정이 필요하다고 판단하여 질산화공정을 계속하고, 소정 농도 미만이면 질산화공정이 종료할 수 있다.
종래 연속회분식 반응시스템에서는 원수 유입, 탈질, 질산화 등 모든 제어는 고정된 시간을 통하여 제어하였고, 따라서 반응조(2) 내의 암모니아성 질소가 완전히 질산화된 경우에도 계속적으로 산소를 공급하게 되어 탈질반응에 기여하는 미생물의 활성을 떨어뜨려 전체적인 공정의 안정성을 저하시키는 경우가 빈번하였다. 그러나 본 발명에서는 상기와 같이 반응액에 함유된 암모니아성 질소농도를 실시간으로 측정한 결과를 바탕으로 질산화공정의 종료 유무를 결정하기 때문에 고효율 운전이 가능하다.
질산화공정을 수행하는 과정에서 암모니아성 질소농도는 특별히 한정하지 않지만 2㎎/ℓ, 바람직하게는 1㎎/ℓ, 보다 바람직하게는 0.5㎎/ℓ이하인 것이 바람직하다. 즉, 질산화 공정 단계에서 암모니아성 질소의 완전 질산화를 유도하기 위하여 소정 농도를 0㎎/ℓ로 설정하는 것이 바람직하지만, 측정 센서의 오차 범위와 측정 농도의 한계를 고려하여 암모니아성 질소농도는 가급적 낮게 설정하는 것이 바람직하다.
다음으로 본 발명의 제4단계를 설명한다.
질산과공정이 수행된 후에는 외부측정장치(10)로 반응조(2) 반응액의 일부를 공급하여 수질측정센서(50)에 의해 질산성 질소농도를 측정하게 된다.
이때, 측정된 질산성 질소농도가 설정치 이하가 되면 원수가 반응조(2)로 공급되며, 설정치를 초과하는 경우에는 반응조(2)에서 탈질공정이 수행되도록 제어하게 된다.
반응조(2)로 원수가 공급된 후 질산화된 질산성 질소는 유기물(탄소원)이 있는 환경에서 미생물들이 필요한 산소가 이용되어 질소가스(N2)가 대기중으로 비산됨으로써 탈질공정이 이루어진다.
탈질공정에서는 질산, 아질산을 질소가스로 환원하는 반응이 일어나고, 탈질세균은 그 산소로 유기물을 산화분해하며 그때 생성되는 에너지를 사용하여 증식한다. 이와 같이 탈질과정에 관여하는 탈질세균은 종속영양세균으로서 탄소원을 분해하므로, 탄소원이 부족하여 C/N비가 낮아지면 탈질세균의 증식이 어렵고 그에 따라 탈질세균에 의한 탈질작용이 저조하게 되므로 결국 수처리가 진행되는 오염수에 질산성 질소(NO3 --N)가 증가하게 된다.
즉, 오염수(반응액)의 질산성 질소 함량은 탈질 정도를 직접 판단할 수 있는 파라미터가 될 수 있는 한편으로 C/N비가 불균형한 처리 대상 오염수에 주입해야 할 외부 탄소원의 양을 산정할 수 있는 파라미터가 될 수 있다.
다음으로 본 발명의 제5단계를 설명한다.
탈질공정에서는 반응조(2) 내의 교반기에 의해 반응액의 교반이 이루어지도록 하며, 반응조(2) 내의 질산성 질소를 측정함으로써 탈질공정을 종료하거나 계속 수행할 수 있도록 결정할 수 있다.
이때, 유입탄소원이 적어 C/N비가 불균형한 경우에는 외부탄소원(유기물)을 공급하게 되는데, 적정 외부탄소원 투입량 산정 시 실시간으로 측정된 질산성 질소농도를 통해 투입량을 가감할 수 있게 된다.
탈질공정이 이루어지는 과정에서 반응조(2) 내의 반응액의 일부를 외부측정장치(10)로 공급하여 반응조(2) 내의 반응액에 함유된 질산성 질소농도를 실시간으로 측정한 결과, 소정 농도를 초과하게 되면 추가적인 탈질공정이 필요하다고 판단하여 탈질공정을 계속하고, 소정 농도 미만이면 탈질공정이 종료할 수 있다.
일 예로서, 측정된 질산성 질소농도가 설정치 이상인 경우 반응조(2) 내의 교반기를 작동시켜 탈질공정이 이루어지도록 하고, 설정치 미만인 경우에는 교반기 작동을 정지시켜 교반시간을 제어하게 된다.
탈질공정을 수행하는 과정에서 질산성 질소농도의 설정치는 특별히 한정하지 않지만 2㎎/ℓ, 바람직하게는 1㎎/ℓ, 보다 바람직하게는 0.5㎎/ℓ이하인 것이 바람직하다. 즉, 탈질공정 단계에서 질산성 질소의 완전 탈질화를 유도하기 위하여 소정 농도를 0㎎/ℓ로 설정하는 것이 바람직하지만, 수질측정센서(50)의 오차 범위와 측정 농도의 한계를 고려하여 질산성 질소농도는 가급적 낮게 설정하는 것이 바람직하다.
상기 반응액의 질소농도가 설정치 미만에 해당되어 탈질공정을 종료할 경우, 반응조(2) 내에서 반응액이 차지하는 부피에 따라 소정시간 정치하는 단계 또는 반응조(2)로 원수를 공급하는 단계를 수행할 수 있다.
다음으로 본 발명의 제6단계 및 제7단계를 설명한다.
질산화공정과 탈질공정이 수행된 반응조(2) 내의 반응액은 질소가 제거된 상태이며, 질소가 제거된 처리수는 처리조(70)로 이송되고 여과기를 거쳐 최종 방류수로 배출된다.
처리조(70)로 배출되는 처리수는 외부측정장치(10)로 일부 공급되도록 하여 질소농도를 측정하게 되며, 측정되는 질소농도에 따라 다음회 반응조(2) 내에서의 반응시간을 조절함으로써 유입 원수의 질소농도에 따른 질소제거효율을 높일 수 있도록 한다.
즉, 처리수의 질소농도가 설정치인 0~20㎎/ℓ의 하한값에 근접하게 되면 질소제거가 효율적으로 이루어진 것임에 따라 현재 진행중인 반응시간을 유지하도록 하고, 처리수의 질소농도가 설정치의 상한값에 근접하게 되면 원수의 질소농도가 높은 것임에 따라 반응시간을 늘려 질소제거효율을 높이도록 관리하게 된다.
한편, 처리수의 배출과정에서 많은 강우로 인해 불분명한 원수의 유입으로 인해 유량조정조(1)의 수위가 지속적으로 일정수위 이상 유지되는 경우에는 고유량 상황임을 인식하고 방류수의 목표농도를 법정수질 이내에서 자동 상향시켜 배출되도록 한다.
즉, 강우에 의해 유입되는 원수에는 질소성분이 적은 반면 정상적인 운전시간으로는 유입되는 많은 유량을 감당하기 어렵게 됨에 따라 반응시간을 조절하여 질산화 및 탈질공정을 짧게 경과시켜 빠른 처리가 이루어지도록 제어하는 것이다.
이하에서는 도 5 내지 도 8을 참조하여 외부측정장치(10)를 설명한다.
도 5 내지 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 외부측정장치(10)의 상세구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 외부측정장치(10)는 연속회분식 하폐수의 수처리시설의 유량조정조, 반응조, 처리수조 등과 별도로 그 외부에 설치되어 오염수유입구(10)를 통해 유입되는 오염수의 이물질은 하부에 슬러지로 침전되어 배출관(36)을 통해 배출되도록 하고 상부의 상등수는 상등수유동관(25)을 통해 하기의 측정진행수조(30)로 유출되도록 하는 측정준비수조(20)와, 상기 측정준비수조(20)에서 이물질이 침전된 후 유입되는 상등수의 수질데이터를 측정하는 측정진행수조(30)로 구성된다.
상기 측정준비수조(20)의 구성을 보면, 유량조정조, 반응조, 처리수조 등으로부터 오염수가 유입되도록 하는 오염수유입구(21)와, 유입되는 오염수의 수류를 막고 분산시켜 오염수에 와류가 발생됨이 없이 정체되도록 함으로써 유입된 오염수에 포함된 이물질이 하부에 효율적으로 침전되게 하는 수류조절판(22)과, 다수의 작은 통공(28)이 형성되어 있어 수류조절판(22)을 월류한 오염수에 포함된 이물질 중에서 통공(28)의 크기보다 큰 이물질은 통과되지 못하도록 하는 타공판(23)과, 넓은 표면적을 갖도록 물결형상으로 굴곡되어 있고 여러 장이 중첩되어 타공판(23)을 통과한 오염수에 경사지게 담겨짐으로써 오염수의 슬러지가 침전되어 하부로 흘러내리도록 하는 경사침전판(24) 및 오염수의 슬러지가 경사침전판(24)에 침전되어 흘러내리는 과정에서 분리된 상부의 상등수가 측정진행수조(30)로 유출되도록 하는 상등수유동관(25)으로 구성된다.
정리하면, 오염수유입구(21)를 통해 측정준비수조(20)로 유입되는 오염수는 수류조절판(22)에 부딪혀 와류가 발생되는 것이 방지되고 정체됨으로써, 이물질이 측정준비수조(20)의 하부로 효율적으로 침전된다.
측정준비수조(20)에 유입된 오염수는 수류조절판(22)에 의해 정체된 후 수류조절판(22)을 월류하여 타공판(23)을 통과하게 되며, 타공판(23)에는 다수의 작은 통공(28)이 형성되어 있어 수류조절판(22)을 넘어온 큰 이물질이 경사침전판(24) 쪽으로 유입되는 것을 방지하게 된다. 즉, 통공(28)의 지름보다 큰 이물질은 통과하지 못하도록 차단하는 것이다.
타공판(23)을 통과한 오염수에 슬러지와 같은 작은 이물질이 다량 포함되어 있음에 따라 슬러지는 하부로 침전되고 상부로는 상등수가 분리되도록 하며, 이를 위해 표면적이 넓은 물결 형상의 경사침전판(24) 다수가 측정준비수조(20) 내에 설치된다.
도 6a에서와 같이, 오염수의 슬러지와 이물질이 경사침전판(24)과 측정준비수조(20)의 하부에 침전되면서 측정준비수조(20)의 상부로는 상등수가 배출되며, 상등수는 다수의 오염수유입구멍(26)이 형성된 상등수유동관(25)을 통해 배출되도록 구성된다.
상기 상등수유동관(25)은, 상등수가 측정준비수조(20)의 특정 위치에서만 유입되어 측정진행수조(30) 쪽으로 유출되는 것이 아니라 다수 위치에 설치된 상등수유입구멍(26)을 통해 유입되고 유출되도록 구성됨으로써, 상등수의 유동이 효과적으로 이루어질 수 있게 된다.
또한 상기 상등수유동관(25)은, 상하 중첩 설치된 경사침전판(24)의 경사면 앞부분 공간의 상부와 측정진행수조(30) 쪽 공간의 상부에 "L" 자 형태로 설치됨으로써, 공간이용율을 제고함과 동시에 상등수 배출을 고르고 효율적으로 할 수 있게 된다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 측정준비수조 및 측정진행수조의 작동 관계를 나타내는 내부 측면도이다,
측정준비수조(20)의 상등수유동관(25)을 통해 유출되는 상등수는 측정진행수조(30)로 공급되며, 측정진행수조(30)에는 상등수유동관(25)을 통해 유입되는 상등수의 수질데이터를 측정하는 수질측정센서(50)가 설치되어 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 오염수유입구(21)를 통해 유입된 오염수는 수류조절판(22)과 타공판(23)을 거치게 되고, 경사침전판(24)에 의해 슬러지와 같은 이물질이 하부로 침전되며, 이때 분리된 상부의 상등수는 상등수유동관(25)을 통해 측정진행수조(30)로 이동되어 수질측정센서(50)에 의해 수질데이터를 측정하게 되고, 수질데이터가 측정된 상등수는 배출관(36)을 통해 배출되는 것이다.
이때, 상등수는 앞선 과정을 통해 이물질과 같은 슬러지가 일부 침전처리되어 있으나 여전히 이물질이 포함된 오염수이며, 수질측정센서(50)에 의해 오랜시간 수질데이터 측정이 이루어지게 되면 결국 수질측정센서(50)에 이물질이 부착됨으로써 수질측정센서(50)의 계측정확도가 떨어지는 문제가 있다.
이를 해결하기 위해 본 발명에서는 수질측정센서(50)를 오염수가 직접 유입되어 오염도가 높은 측정준비수조(20)의 내부가 아니라 그 측면 후단에 분리하여 설치된 측정진행수조(30) 내부에 설치함으로써, 이물질의 대부분이 제거된 상등수를 대상으로 독립적으로 수질측정을 진행할 수 있게 되었다.
도 7을 참고하여 측정진행수조(30)로 이동된 상등수의 수질데이터를 측정하는 수질측정센서(50)가 자동 세정되는 구성을 설명한다.
측정진행수조(30)는, 상등수유동관(25)을 통해 유입되는 상등수의 수질데이터를 측정하기 위한 수질측정센서(50)와, 상기 수질측정센서(50)의 하부에서 회전하며 수질측정센서(50)를 자동으로 세정하기 위한 세정브러시(35)와, 측정진행수조(30)로 이동된 상등수가 월류홈(32)을 통해 월류하여 이동되도록 하는 월류판(31)과, 상기 월류판(31)을 통해 월류되는 상등수의 낙차 하중에 의해 회전되면서 회전축(34)에 설치된 세정브러시(35)가 함께 회전되도록 하는 수력회전체(33)로 구성되어 수질측정센서(50)를 주기적이고 자동적으로 세정시키게 되는 것이다.
여기에서 상기 월류판(31)에 구비된 월류홈(32)은, 도 6a에 도시된 바와 같이, 월류판(31)의 길이방향 중심에서 좌우 어느 일측으로 조금 편향되게 설치됨으로써 상등수의 낙차 하중에 의한 세정부러시(35)의 물레방아 기능이 발휘될 수 있게 된다.
일반적인 수질측정센서(50)의 구조를 보면, 도 8에서와 같이, 수질측정센서(50)의 하부에는 가이드가 테두리를 따라 돌출형성되어 내부의 각종 센서(온도센서, 질소센서, 알칼리센서, pH센서, 탁도센서 등)를 보호하는 형태로 설치되어 있어 센서에 부착된 이물질이 쉽게 청소되기 어려운 구조이다.
이에 본 발명에서는 세정브러시(35)의 긴 브러시 가닥을 통해 센서가 설치된 내부 청소가 용이해짐에 따라 수질측정센서(50)의 오염도 측정의 정확도를 높일 수 있는 효과가 있으며 또한 수질측정센서(50)의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있게 된다.
상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위 및 그와 균등한 것에 의해 정해져야 한다.
(1)-- 유량조정조 (2)-- 반응조
(3)-- 처리수조 (4)-- 방류조
(10)-- 외부측정장치
(20)-- 측정준비수조 (21)-- 오염수유입구
(22)-- 수류조절판 (23)-- 타공판
(24)-- 경사침전판 (25)-- 상등수유동관
(26)-- 상등수유입구멍 (27)-- 드레인관
(28)-- 통공
(30)-- 측정진행수조 (31)-- 월류판
(32)-- 월류홈 (33)-- 수력회전체
(34)-- 회전축 (35)-- 세정브러시
(36)-- 배출관
(40)-- 지지프레임
(50)-- 수질측정센서 (51)-- 지지대

Claims (5)

  1. 수처리시설에 구비된 연속회분식 반응기의 고효율 운전방법에 있어서,
    연속회분식 수처리시설의 유량조정조(1), 반응조(2) 및 처리수조(3)와 별도로 설치되어 있고, 오염수유입구(21)로 유입되는 오염수의 이물질은 하부로 침전되도록 하고 상부의 상등수는 상등수유동관(25)으로 유출되도록 하여 오염수에서 이물질을 제거하는 수단을 가진 측정준비수조(20), 및 상기 측정준비수조(20)에서 유입되는 상등수의 수질데이터를 계측하는 수질측정센서(50)가 설치되고 상기 수질측정센서(50)에 대한 세정수단을 가진 측정진행수조(30)를 구비하며, 상기 측정준비수조(20)의 오염수에서 이물질을 제거하는 수단은, 오염수유입구(21)를 통해 유입된 오염수가 부딪힘에 따라 오염수에 와류가 발생되는 것을 방지함으로써 정체된 오염수로부터 이물질이 하부에 잘 침전되도록 하는 수류조절판(22)과, 넓은 표면적을 갖도록 물결형상의 골이 형성되어 있고 상하 중첩하여 경사지게 설치되어 있어 오염수의 슬러지가 침전되어 흘러내리도록 하는 경사침전판(24)과, 오염수의 슬러지가 상기 경사침전판(24)에 침전되는 과정에서 상부의 상등수를 유출시키는 상등수유동관(25)을 포함하여 구성되어, 수질측정센서(50)의 오염이 저감된 상태에서 수질을 계측하는 외부측정장치(10)를 사용하고;
    상기 외부측정장치(10)에 설치된 수질측정센서(50)에 의해 원수, 반응액, 원수와 반응액의 혼합액 및 처리수의 수질을 각 측정할 때는 상기 각 용액의 일부를 측정준비수조(20)를 거쳐 측정진행수조(3)로 공급하며;
    상기 수질측정센서(50)에 의해 원수의 암모니아성 질소농도를 측정하고 원수를 반응조(2)로 유입시키는 제1단계와, 상기 수질측정센서(50)에 의해 원수와 반응액의 혼합액의 암모니아성 질소농도를 측정하는 제2단계와, 측정된 질산성 질소농도에 따라 반응조(2) 내에서 질산화공정을 수행하는 제3단계와, 상기 수질측정센서(50)에 의해 반응조(2) 반응액의 질산성 질소농도를 측정하는 제4단계와, 측정된 질산성 질소농도에 따라 반응조(2) 내에서 탈질공정을 수행하는 제5단계와, 상기 수질측정센서(50)에 의해 반응조(2)에서 배출된 처리수의 질소농도를 측정하는 제6단계 및 측정된 처리수의 질소농도에 따라 반응조(2) 내에서의 반응시간을 조절하는 제7단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수질측정센서 오염저감수단이 구비된 연속회분식 수처리장치의 고효율 운전방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제4단계는,
    측정된 반응액의 질산성 질소농도가 설정치 이하이면 원수가 반응조(2)로 공급되고, 설정치를 초과하면 반응조(2)에서 탈질공정이 수행되도록 하는 것을 특징으로 하는 수질측정센서 오염저감수단이 구비된 연속회분식 수처리장치의 고효율 운전방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제5단계는,
    탈질공정이 이루어지는 과정에서 상기 수질측정센서(50)에 의해 반응액에 함유된 질산성 질소농도를 실시간으로 측정한 결과, 설정된 농도를 초과하면 탈질공정이 계속되도록 하고, 설정된 농도 미만이면 탈질공정이 종료되도록 하는 것을 특징으로 하는 수질측정센서 오염저감수단이 구비된 연속회분식 수처리장치의 고효율 운전방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수질측정센서(50)에 의해 반응조(2)로 유입되는 원수의 질소농도를 측정하고 질소가 제거된 처리수의 잔여 질소농도를 측정하여 반응조(2)에 유입되는 원수의 유입량과 유입 횟수를 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수질측정센서 오염저감수단이 구비된 연속회분식 수처리장치의 고효율 운전방법.
  5. 제1항에 있어서,
    많은 강우에 따른 불분명한 원수의 유입으로 유량조정조(1)의 수위가 지속적으로 일정 한도 이상 유지되는 경우에는 고유량 상황으로 판단하여 처리수의 질소제거 목표농도를 법정수질 내에서 자동 상향시켜 배출되게 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수질측정센서 오염저감수단이 구비된 연속회분식 수처리장치의 고효율 운전방법.
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