KR19990002774A

KR19990002774A - 질소·인 제거를 위한 하폐수처리시설 및 방법

Info

Publication number: KR19990002774A
Application number: KR1019970026481A
Authority: KR
Inventors: 한상배
Original assignee: 한상배
Priority date: 1997-06-23
Filing date: 1997-06-23
Publication date: 1999-01-15
Also published as: CN1203197A; KR100225971B1; CN1092608C; US6030528A

Abstract

본 발명은 하수 또는 폐수를 처리함에 있어서 유기물을 분해함은 물론 질소와 인을 효과적으로 제거하기 위하여 산화구에 의한 하수처리시설 또는 침전지내장형산화구를 2기 이상 조합하고 유로변경방식과 간헐폭기운전방식으로 운전할 수 있는 하폐수처리시설을 구성하고 유로변경 및 간헐폭기운전방식을 조합하여 단계별로 운전하는 방식을 채택하여 건설비와 운전비면에서 경제적이며 질소인제거효율과 토지이용면에서 효율적인 질소인제거를 위한 하폐수처리시설 및 방법에 관한 것이다.

Description

질소·인제거를 위한 하폐수처리시설 및 방법 (Waster Treatment Plants Methods for Nitrogen Phosphorous Removal)

본 발명은 하폐수처리장에 있어서 질소와 인의 제거방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 침전지를 산화구에 내장시켜 구성한 유니트시스템(Unit System)인 침전지내장형산화구(Intra Clarifier Oxidation Ditch)를 2기 이상 조합하여 구성한 처리시설을 간헐폭기 및 유로(流路) 변경방법을 조합하여 운영하는 방법에 의하여 하·폐수중의 유기물을 제거하고 동시에 질소와 인을 제거할 수 있는 방법 및 장치에 관한것이다.

하수중의 오염물질에는 생물화학적 산소요구량(BOD)으로 표시되는 유기물과 영양염류인 질소와 인으로 대별된다. 지금까지 하수처리장에서는 유기물을 주된 처리대상으로 하였으며 영양염류인 질소와 인의 상당부분은 제거되지 못하고 그대로 하천과 호소 또는 해양등의 수계로 방류되었다.

만일 하수중에 질소와 인이 포함된 채 방류되면 하천과 호소등의 수계에 부영양화 현상을 초래하고, 해양에 유입될 경우 적조발생의 원인이 된다. 부영양화가 심해지면 악취가 나고 수질오염이 가중될 뿐만 아니라 식수와 용수로의 사용도 제한을 받게 된다. 따라서 위와 같은 수계의 부영양화를 방지하기 위해서 하수처리장에서 영양염류인 질소화합물이나 인산염을 가급적 충분히 제거시켜야 한다.

하수처리장에서 사용되어온 질소 및 인은 생물학적 제거공정은 유리산소를 공급하지 않는 무산소성(Anoxic)반응공정, 혐기성(Anaerobic)반응공정과 산소를 공급하는 호기성(Aerobic)반응공정을 거치는 공정으로 구성된다. 호기성반응조에서는 유기질소 또는 암모니아성질소를 질산성질소로 산화시키고, 무산소반응조에서는 질산성질소를 질소가스로 환원하여 대기중으로 방출시키는 탈질반응이 이루어지며 혐기성반응조에서는 활성슬러지로부터 인의 방출을 유도한다. 이렇게 방출된 인성분은 다시 호기성 반응조에서 미생물에게 과잉섭취되며, 인을 과잉섭취한 미생물을 잉여활성슬러지를 통하여 제거함으로써 최종적으로 질소와 인이 제거된 처리수를 얻게 되는 것이다.

종래의 질소와 인의 제거공법은 혐기성조, 무산소조 및 호기성조 등이 별도로 분리되고 일정용량으로 고정설치되므로 유입수질 및 유입수량의 변화에 탄력적으로 대처할 수 있는 능력이 없었다. 또한 탈질반응을 위하여 메탄올을 전자공여체로 주입하거나 하수중의 유기물을 이용하기 위하여 질산화조의 물을 앞 단계의 탈질조로 내부 순환시켜야 하였다. 메탄올을 주입할 경우 약품비용이 크게 소요되며 하수 중의 유기물을 이용하여 탈질반응을 시키기 위해서는 처리유량의 약 4배가 되는 내부순환유량이 소요되어 펌프시 설비와 동력비 및 유지관리비가 많이 소요되는 문제점이 상존하였다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 하나 또는 두개 이상의 반응조에서 무산소, 호기성 또는 혐기성 조건을 반복하기 위해 간헐적으로 공기를 공급하는 간헐폭기법, 원수가 반응기로 유입되는 유입방향 및 반응기내에서의 흐름방향이 변경되는 유로변경방법이 사용되고 있다. 간헐폭기법이란 동일한 반응조에서 설정된 시간간격을 두고 산소를 공급하는 호기성상태와 산소가 없는 혐기성 상태를 반복시키는데, 동일한 반응조에서 이러한 혐기/호기 상태를 반복하기 위해 폭기조에 공기를 불어 넣었다가 공기를 차단하는 과정을 반복하는 것이다.

상기한 간헐폭기법 및 유로변경방법을 적용하면 종래의 처리공정에 비해 반응조의 수를 감소시켜 기계공사비, 동력비, 운영비를 감소시킬 수 있으며 특히 혐기성조와 호기성조 등 반응조의 용량이 고정된 종래의 공법과 달리 간헐폭기시간과 유로의 구성 및 유로 변경시간을 조정함으로써, 종래 공법에서의 반응조 용량을 변경시킨 것과 같은 효과를 얻을 수 있게 되어 유입조건의 변화에 탄력적으로 대처할 수 있는 장점이 있다.

상기한 많은 장점을 보유하고 있는 간헐폭기법 및 유로변경방법을 채택한 대표적이고 우수한 종래의 기술로서는 덴마크(Denmark)의 크루거(Kr ger)사에서 개발하여 보급되고 있는 바이오 데니포(Bio Denipho)공법으로, 미주지역에서는 PID(Phased Isolation Ditch)로 불리고 있으며 유럽과 미주지역에서는 다수의 하수처리장 및 축산폐수처리장에 이 공법이 채택되어 성공적으로 운전되고 있다. 또한 국내에서도 경기도 광주군 경안하수처리시설에서도 하수도 선진화 사업의 일환으로 도입되도록 결정된바 있다.

PID공법은 간헐폭기법 및 유로변경에 따른 많은 장점을 보유하고 있으나 처리장치 및 처리방법에 따른 다음과 같은 점은 수정 또는 보완이 요구되고 있다.

제5도는 PID공법에 관한 것으로 처리공정과 각 Phase(A∼D)에서의 폭기 또는 비폭기 상태와 유입 및 유출방향의 변경 즉 유로변경상태가 나타나 있다.

먼저 처리공정은 유입수의 흐름방향으로 보아 선택조(201a)와 혐기성조(201b), 폭기장치와 교반기가 구비된 2개조 이상의 산화구(202, 203), 슬러지 수집장치(206)가 구비된 침전지(204)순으로 구성되어 있으며 침전지(204)로부터 선택조(201a)로 슬러지를 반송시킬 수 있는 슬러지반송펌프(205)와 슬러지 반송배관(208)으로 구성되어 있다.

혐기성공정(201)의 기능은 원수가 유입되면 침전지(204)에서 펌프(205)에 의하여 반송된 반송슬러지와 혼합되어 혐기성상태가 유지되면서 슬러지로부터 인이 용출되도록 하는 것이다. 질산성질소(NO₃) 또는 아질산성질소(NO₂)와 같은 화학적으로 결합된 산소가 존재하게 되면 슬러지로부터 인이 잘 용출되지 못하므로 혐기성공정(201)은 상세하게는 반송슬러지 중에 함유된 질산성질소를 제거하는 탈질반응이 이루어지는 선택조(201a)와 단락을 예방하기 위하여 3개조 이상의 구분된 혐기성조(201b)의 조합으로 구성되고 각각의 반응조에는 교반장치(301)가 설치되는 구조이다. 침전지(204)는 산화구(202, 203)의 외부에 독립하여 설치되는 침전지(External Clarifier)형태이며 슬러지 수집장치(206)와 슬러지반송펌프(205)와 반송배관(208)이 부대시설로 설치된 구조이고 슬러지반송유량은 유입원수량의 100%이상이 요구되는 구조이다.

상기한 바와 같이 PID공법은 시설 및 유지관리 측면에서보아 혐기성공정(201) 및 침전지(204)의 장치구성과 부대시설인 교반기(301), 슬러지수집기(206) 및 슬러지 반송펌프(205)등의 설치와 운전에 따른 설치비, 동력비, 시설관리비가 크게 소요되는 문제점이 있다.

또한 처리효율의 측면에서 보면 PID공법은 단계(Phase)의 전환이 신속하고 명확하게 이루어지지 않아 처리효율이 저하될 우려도 없지 않다. 혐기성상태에서 인이 용출(Bleed Back)되어 인함량이 낮아진 활성슬러지는 호기성상태로 전환되어 미생물이 활발하게 활성화될 때에 다시 인을 과잉섭취(Luxury Uptake)하게 된다. 그러나 PID공법에서는 혐기성단계(201)에서 탈인반응을 거친 슬러지가 Phase A, Phase C에서는 호기성상태로 유입되지 못하고 무산소상태로 유입되므로 미생물의 활동이 충분히 활성화되지 못하여 인의 섭취효율이 저하될 수도 있다.

또한 전술한 바와 같이 혐기성공정(201)은 인의 용출효율을 높이기 위하여 슬러지에서 탈질을 위한 선택조(201a)가 포함되어 있으며 산화구(202, 203)는 다시 유입하수로부터 탈질을 위한 탈질공정 즉 Phase A에서의 제1산화구(202), Phase C에서의 제2산화구에서 재차 탈질공정이 추가되어 선택조(201a)에서 슬러지로부터의 탈질과 산화구에서 하수로부터의 탈질이 분리되어 2중으로 진행되므로 시설과 유지관리 또는 처리효율면에서 불합리한 요인을 내포하고 있다.

탈질공정에서는 질소산화물을 환원하기 위하여 가급적 충분한 전자공여체 즉 유기물이 필요하게 된다. 그러나 PID에서는 무산소상태에서 탈질반응이 이루어지는 산화구로부터 유기물이 다량흡착된 슬러지가 계속 유출되어 다음의 질산화 반응이 진행되는 산화구로 유입되므로 탈질반응에 좀 더 긴 시간이 요구되기도 하며 탈질효율이 저하되기도 한다.

암모니아 등을 질산화시키는 질산화공정에서는 가급적 유기물의 유입량이 높지 않은 것이 유리한 데 이는 유기물의 농도가 높을 경우 제한된 용존산소가 활성미생물들의 유기물 대사과정에 우선적으로 소모되므로 질화반응을 위한 질화미생물(Nitrosomonas, Nitrobactor)들이 용존산소를 사용할 수 있는 기회가 그만큼 감소되기 때문에 질산화공정에서는 유기물의 유입량이 많은 것은 매우 불리하다.

PID의 Phase A를 예를 들어 상세하게 설명하면 탈질반응이 이루어지는 제1산화구(202)로부터 유입유량과 동일한 유량의 슬러지가 계속 유출되어 질산화반응이 이루어지는 제2산화구(203)로 유입되므로 슬러지에 흡착된 유기물이 슬러지와 함께 제1산화구(202)에서 유실되어 제2산화구(203)로 유입되게 된다.

이러한 현상은 유로가 변경되고 제2산화구(203)에서 탈질반응이 이루어지는 Phase C의 탈질공정에서도 동일하게 발생된다.

이와같이 PID공법에서는 슬러지에 흡착된 유기물이 무산소상태의 산화구로부터 유출되어 질산화가 이루어지는 호기성상태의 산화구로 유입되게 되므로 무산소상태의 산화구[Phase A의 제1산화구(202), Phase C의 제2산화구(203)]에서는 전자공여체인 유기물이 유출되어 탈질효율의 저하되고 반면에 호기성상태의 산화구[Phase A의 제2산화구(203), Phase C의 제1산화구(202)]에서는 무산소상태의 산화구에서 유실된 유기물이 유입되어 질산화효율이 저하되기도 한다.

이에 본 발명은 상술한 제문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 시설비와 유지관리비를 절감할 수 있고, 하수중의 질소와 인을 효과적으로 제거하는 공법인 간헐폭기법과 유로변경방법을 효율적으로 적용할 수 있는 하수처리시설과 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

종래의 기술중에서 질소와 인의 제거효율이 우수하고 시설의 건설과 운전관리측면에서도 경제적인 것으로 평가되는 PID에서는 2조이상의 산화구와 1조의 침전지로 구성되어 반응이 상이한 산화구와 산화구사이에서도 슬러지가 이동되는 구조이다. 이에 따라 전술한 바와 같이 처리효율이 저하되고 여러가지 시설 또는 단위공정이 추가되는 어려움이 있었다.

종래 기술의 이러한 문제점을 해소하고자 본 발명에서는 무산소(Anoxic)상태 또는 혐기성(Anaerobic)상태를 요구하는 단계의 산화구에는 주로 유기물 분해와 질산화가 진행되는 호기성상태에 있는 산화구로부터 유리산소 또는 질소산화물이 유입되지 않고 유기물도 유실되지 않도록 개선하여 탈질효율을 향상시켰다. 또한 질산화가 진행되는 호기성 상태의 산화구에는 무산소 또는 혐기성상태의 산화구로부터 유기물의 유입을 방지하여 질산화효율이 향상되도록 반응의 종류가 상이한 산화구간에는 서로 슬러지가 이동하지 못하도록 개선하였다. 즉, 본 발명에서는 1조의 산화구에 1조의 침전지 또는 1계열의 산화구에 1계열의 침전지로 구성된 종래에는 유기물처리를 위하여 사용되어온 하수처리시설을 한 계열의 유니트시스템(Unit System)으로 하고, 이 유니트시스템(Unit System)을 2계열이상 조합하여 유기물의 분해는 물론 질소와 인까지도 제거할 수 있는 완성된 시스템 즉, 질소인제거를 위한 하수처리시설을 구성한 것이다.

이에 따라 본 발명에 의한 질소인제거를 위한 하수처리시설에서는 침전지에서 반송된 슬러지는 상기 반송슬러지가 인출된 침전지가 포함되는 유니트시스템을 구성하는 산화구에로만 유입되며 인접하는 유니트시스템을 구성하는 산화구로는 유입되지 않는 구조로 개선된것이다. 또한 하폐수가 흐르는 방향이 다양하게 변경되어 구성되도록 유로를 구성하고 간헐폭기식운전을 조합하여 구성되는 질산화, 탈질, 탈인반응에 요구되는 여러단계의 운전방법을 충족시키기 위하여 유로와 유로제어수단을 고안하여 구성하였다.

종래기술에서는 슬러지반송라인에 슬러지로부터 인을 용출시키기 위하여 선택조, 혐기성조, 교반장치를 설치하여 건설비와 운영비면에서 비경제적이었으며 탈인효율도 높지 못한 문제점이 있었다. 본 발명에서는 탈질반응이 이루어지는 산화구에서 탈질반응이 종료된 후에도 비폭기시간을 연장하여 산화구내부를 완전 혐기성 상태로 일정시간 유지시키도록 운전하는 방식을 채택하였다. 혐기성상태의 산화구에서는 슬러지로부터 인이 충분히 용출되고 이어서 무부하상태에서 폭기를 개시하면 신속하게 호기성상태로 전환되게하므로써 슬러지가 인을 과잉섭취하도록 운전방법을 개선하였으며 이와같이 산화구는 완전혐기성상태로 운전하는 것이 가능한 것도 서로 상이한 반응이 이루어지는 산화구 사이에는 슬러지가 이동하지 않는 본 발명에 따른 처리시설의 구성에 기인하는 것이다. 따라서 종래 방법에서는 필수적인 혐기성조 및 교반장치를 본 발명에서는 생략할 수 있게 되어 시설의 건설과 운영면에서 경제적일 뿐만아니라 인의 제거효율도 향상되었다.

본 발명에서는 종래의 기술에서보다 선택조와 혐기성조 및 교반장치를 생략할 수 있게 되어 경제적이다. 그러나, 침전지의 설치수는 증가되므로 침전지의 건설비와 운전비의 측면에서 보면 상기한 경제적 이점이 감쇄되는 문제점이 있다. 따라서 이의 보완을 위하여 본 발명에서는 질소인제거를 위한 하폐수처리시설을 구성하는 유니트시스템을 침전지내장형산화구(Intra Clarifier Oxidation Ditch)로 대체하여 구성하므로써 별도의 외장형침전지, 슬러지수집장치, 슬러지반송펌프시설을 생략할 수 있게 되어 종래의 기술에서보다 시설비와 운전관리비면에서 매우 경제적인 시설을 제공할 수 있게 개선하였다. 상기 침전지내장형산화구는 미국의 번스 엔 맥도널(Burns McDonell)사에서 개발한 BMTS(Burns McDonell Treatment System) 또는 미국의 유나이티드 인더스트리(United Industries)사에서 개발한 Boat Clarifier System 또는 본인이 발명하여 특허를 등록하고(특허 제112614호) 개발한 GTS(Green Treatment System)이 있으며 이와같은 침전지내장형산화구를 선택 및 조합하여 본 발명에 따른 질소인제거를 위한 하폐수처리시설을 구성하므로써 시설의 건설비와 운전관리비의 경제성을 제고시킬 수 있게 되었다.

또한 본 발명에서는 유로 변경시설과 방법은 4방향수로와 회전수문을 고안하여 사용하므로써 유로의 변경이 용이하고 신뢰성이 높게 되었다.

제1도는 본 발명에 따른 질소·인의 제거 방법 및 장치의 공정도

제2도는 본 발명에 따른 질소·인의 제거 방법 및 장치의 다른 실시예의 공정도

제3도는 본 발명에 따른 유로변경방법 및 장치의 개략도

제4도는 본 발명에 따른 제2실시예의 유로변경방법 및 장치의 개략도

제5도는 종래의 산화구의 조합에 의한 질소·인의 제거방법 및 장치의 공정도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 제1침전지내장형산화구, 2 : 제2침전지내장형산화구, 11 : 제1침전지외장형산화구, 12 : 제2침전지외장형산화구, 3 : 제1산화구, 3a : 제2산화구, 4 : 제1침전지, 4a : 제2침전지, 5, 5a : 슬러지 수집장치, 6, 6a : 슬러지 반송펌프, 21 : 1차 4방향수로, 22 : 2차 4방향수로, 31 : 1차 수문, 32 : 2차 수문, 41, 41a : 원수유입유로조절밸브, 42, 42a, 43, 43a : 단위공정간 유로조절밸브, 45, 45a : 처리수유출유로조절밸브, aa´, bb´ : 수문의 조정방향, 51 : 원수유입수로, 52 : 처리수유출수로, 53 : 제1산화구유입수로, 53a : 제2산화구유입수로, 54 : 제1침전지유출수로, 54a : 제2침전지유출수로, 55 : 바이패스 수로

이하 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하였다.

(제1도의 실시예에 관한 설명)

제1도는 본 발명에 따른 폭기수단과 교반수단[도면미표기]이 구비된 산화구(3, 3a)에 침전지(4, 4a)가 내장되어 구성된 유니트시스템(Unit System)인 침전지내장형산화구(1, 2)를 2기 이상 조합하여 구성시킨 하폐수처리시설을 나타낸 것이며 아울러 유로변경 및 간헐폭기에 의한 질소·인제거방법을 나타낸 것이다.

(제1도의 (가)단계)

제1도의 (가)단계에서는 탈질반응과 유기물분해 및 질산화반응이 복합된 공정으로 제1침전지내장형산화구(1)에서는 탈질반응이 일어나며 제2침전지내장형산화구(2)에서는 질산화반응이 일어나는 단계이다. 유로의 구성을 보면 먼저 유입수가 제1침전지내장형산화구(1)로 유입되고 제1침전지내장형산화구(1)의 유출수는 다시 제2침전지내장형산화구(2)를 거쳐서 처리수로써 유출되는 경로이다.

이때 제1침전지내장형산화구(1)를 구성하는 단위공정(Unit Precess)인 제1산화구(3)에 서는 폭기시설의 가동이 중단되고 교반시설만이 가동되는 무산소(Anoxic)단계에서 운전되면서 유입수에 함유된 유기물에 의하여 질소산화물이 질소가스 즉 유리질소로 환원되는 탈질(Denitrification)반응이 일어나게 된다. 동시에 제2침전지내장형산화구(2)를 구성하는 단위공정인 제2산화구(3a)에서는 폭기시설이 가동되어 호기성상태를 유지하면서 유기물 분해와 함께 질산화(Nitrification)반응이 일어나게 된다.

상기 (가)단계는 종래의 PID공법에서는 Phase A에 해당하는 공정이며 PID에서는 제1산호구(202)에서 슬러지가 함유된 혼합액이 월류하여 제2산화구(203)로 유입되게 된다. 그러나, 본 발명에서는 제1침전지내장형산화구(1)로부터 유출되는 유출수는 내장형침전지인 제1침전지(4)에서 슬러지가 침강분리된 상징수이므로 제1침전지(4)에서 제2산화구(3a)로 유입되는 유입수에는 슬러지가 포함되지 않게 된다. 따라서 제1산화구(3)에서는 전자공여체인 유기물이 유실되지 않게 되므로 슬러지를 통하여 유기물이 유출되는 PID의 Phase A의 제1산화구(202)에서보다 본 발명에서의 탈질공정에서는 탈질에 필요한 전자공여체 즉, 유기물이 풍부한 상태에서 탈질반응이 효과적으로 진행되게 되는 것이다.

이에 따라 질산화반응이 진행되는 제2침전지내장형산화구(2)에서도 제1침전지내장형산화구(1)로부터 슬러지가 분리된 상징수만 유입되므로 슬러지를 통하여 유기물이 유입되는 PID의 Phase A의 제2산화구(203)에서보다 슬러지에 흡착된 유기물이 유입되지 않게되어 질산화효율이 증대되게 된다.

따라서 본 발명의 상기 (가)단계에서는 종래의 PID공법의 Phase A단계에서보다 질산화 및 탈질 효율이 향상되고 반응에 소요되는 시간이 단축될 수 있게 되는 것이다.

(제1도의 (가-1)단계)

제1도의 (가-1)단계에서는 슬러지로부터 인이 용출되는 탈인공정이 주된 공정으로 유로 및 폭기장치의 가동형태는 상기 (가)단계와 동일하므로 외관상으로 상기 (가)단계와 구분되지 않으며 실제반응의 내용으로 상기(가)단계와 구분되는 단계이다. 즉, 상기 (가)단계의 제1산화구(3)에서는 질소산화물이 환원되어 탈질반응이 (가-1)단계의 제1산화구(3)에서는 슬러지로부터 인이 용출되는 탈인반응이 일어나지만 (가)와 (가-1)단계에서 유로 및 기계의 조작방법에는 차이가 없다. (가-1)단계의 제1산화구(3)에서 효과적인 인의 용출을 위하여 제1침전지내장형산화구(1)에서 질소산화물과 같은 산화물형태의 결합산소도 존재하지 않는 완전 혐기성(Anaerobic)상태가 요구되며 이러한 질소산화물의 제거는 선행단계인 상기(가)단계의 제1산화구(3)에서 충족된다.

(가-1)단계에서는 유입 및 유츌수가 흐르는 방향과 폭기 또는 비폭기 상태등은 상기 (가)단계와 동일하며 단지 무산소상태에서 질소산화물이 제거된 상기 (가)단계의 제1침전지내장형산화구(1)에는 질소산화물도 없는 완전 혐기성조건에서의 가동시간을 연장하여 슬러지로부터 인이 용출되도록 하는 단계이다. 따라서 본 발명에서는 별도의 탈인(Dephosphorous)시설을 설치하지 않고서도 상기 (가)단계에 의한 가동시간을 연장시킨 (가-1)단계만으로도 종래의 PID공법에서의 혐기성공정(201)의 기능을 대체할 수 있으므로 상기(가-1)단계는 PID의 혐기성공정(201)에 소요되는 시설을 생략할 수 있게 하는 매우 중요한 단계이다.

즉, PID에서는 호기성상태에서 질산화반응이 형성되는 Phase A의 제2산화구(203)에서 유리산소와 질소산화물을 함유하는 슬러지가 침전지를 경유하여 무산소반응이 이루어지는 제1산화구(202)로 유입되므로 앞단계에서 혐기성공정(201)이 없이는 제1산화구(202)에서 탈인을 위한 완전 혐기성상태의 유지는 불가능하다. 그러나 본 발명에서는 침전지(4, 4a)가 산화구(3, 3a)에 내장된 침전지내장형산화구(1, 2)를 채택하므로 2개 이상의 산화구와 1계열의 외부침전지(External Clarifier)를 조합하여 구성한 PID공법에서와 달리 제1산화구(3)에 제1침전지(4)가 내장되어 구비된 제1침전지내장형산화구(1)에서는 슬러지가 제1침전지내장형산화구(1)내부에서 순환되므로 호기성상태인 제2침전지내장형산화구(2)로 부터 유리산소와 질소산화물이 함유된 슬러지가 유입되지 않게 된다. 따라서 PID에서와는 달리 본 발명에서는 슬러지 유입라인에 혐기성공정(201)시설을 거치지 않고서도 제1산화구(1)내부는 완전 혐기성 상태를 유지할 수 있게 된다. 유리산소 또는 결합산소를 함유한 반송슬러지가 호기성 반응조 즉, 제2산화구(3a)로부터 유입되지 않는 상기 (가)단계의 제1침전지내장형산화구(1)에서는 비폭기상태에서 유입원수에 함유된 유기물에 의하여 질소산화물까지도 완전히 고갈되게 된다.

본 발명에 의하면 PID공법에서와는 달리 외부에 별도로 설치되는 탈질조 즉 선택조(201a)와 수개의 개별 혐기성조(201b)로 구성된 별개의 독립된 공정인 혐기성공정(201)시설이 불필요하고 (가)단계의 체류시간만을 연장시킨 (가-1)단계만으로도 효과적인 인의 용출이 가능하게 되므로 혐기성조(201)에 소요되었던 구조물과 교반장치등의 기계시설을 생략할 수 있게되어 시설비와 동력비 측면에서 경제적이고 탈질 및 탈인효율도 증대될 수 있게 된다.

상기 (가-1)단계에서는 혐기성상태에서 제1침전지내장형산화구(1)에서는 슬러지를 구성하는 미생물로부터 인이 용출되게 되며 용출된 인은 하수중에 함유된 철염과 칼슘이온등과 결합하여 불용성화합물로 제거되기도 한다. 또한, 필요시 혐기성상태에서 약간의 철염등의 응집제를 주입하여 인을 불용성으로 고형화시켜 잉여슬러지와 함께 인출하여 폐기시킬 수도 있다. (가-1)단계의 제1침전지내장형산화구(1)에서 슬러지로부터 인이 용출되는 동안에도 제2침전지내장형산화구(2)는 호기성상태로 운전되면서 유기물의 분해와 질산화 반응이 계속 진행되게 된다.

(제1도의 (나)단계)

제1도의 (나)단계에서는 상기 (가-1)단계에서 혐기성상태로 가동되던 제1침전지내장형산화구(1)는 호기성상태로 전환되고 동시에 유로가 변경되어 유입수가 유입되지 않는 무부하상태에서 가동되므로 슬러지의 자산화에 필요한 산소만 소모되므로 산소소모량은 매우 적다. 따라서, 이 단계에서는 제1침전지내장형산화구(1) 내부는 신속하게 호기성으로 전환되게 되고 혐기성상태에서 인이 용출되었던 슬러지는 다시 용출전의 상태에서보다 더 많은 양의 인을 과잉섭취(Luxury Uptake)하게 되어 수체중의 인을 제거하게 되는 공정이다.

앞 단계이었던 상기 (가-1)단계에서 제1산화구(3)에 금속이온등의 응집제를 주입하여 용출된 인의 일부를 불용성으로 전환시켰을 경우에는 수체중 인농도는 과잉섭취소요량에 미달하는 제한된 양이 용존하게 된다. 이어서 후속되는 상기 (나)단계에서 제1침전지내장형산화구(1)가 다시 호기성상태로 전환되게 되면 슬러지를 구성하는 미생물이 용존된 잔여량의 인을 과잉섭취하게 되므로 상기 (나)단계에서의 제1침전지내장형산화구(1)에서의 인농도는 빈영양상태에 이르게되어 소기의 탈인 목적을 달성하게 되며 잉여 슬러지는 주로 이 단계의 제1침전지내장형산화구(1)에서 인출하여 폐기하게된다.

(나)단계에서는 상기 (가), (가-1)단계의 유로가 변경되어 유입원수는 제1침전지내장형산화구(1)를 거치지 않고 제2침전지내장형산화구(2) 즉, 제2산화구(3a)로 유입되어 제2침전지(4a)를 거쳐서 곧바로 처리수로 유출되고 제2산화구(3a)는 호기성상태로 계속 유지되면서 유기물을 분해하고 질산화반응도 계속 진행된다.

이상 설명한 제1도의 상기 (가), (가-1), (나)단계의 제1침전지내장형산화구(1)와 제2침전지내장형산화구(2)의 반응내용과 유로의 흐름 및 앞으로 설명할 (다), (다-1), (라)단계에 관하여 정리하면 다음 (표-1)에서와 같다.

(표-1) 각 단계별 반응내용과 유로의 구성도 [제1도 참조]

(제1도의 (다)단계)

상기 제1도의 (다)단계에서는 탈질과 질산화가 이루어지는 공정으로 제1 및 제2침전지내장형산화구(1, 2)의 역할과 유로가 변경된것외에는 반응의 형태는 (가)단계에서와 동일하다. 즉, (다)단계에서는 (라), (가), (가-1), (나)단계에서 계속 호기성상태로 가동되어 질소산화물이 축적된 상기 제2침전지내장형산화구(2)에 원수가 유입되도록 유로를 변경하고 설치된 폭기장치의 가동을 중지하고 무산소상태로 운전하여 탈질반응이 이루어지게 된다. 동시에 제1침전지내장형산화구(1)는 폭기장치가 가동되어 호기성상태로 전환되어 유기물분해와 질산화반응이 계속 이루어지게 된다.

상기 (표-1) 및 제1도에 나타난 바와 같이 (가)단계에서의 유로의 구성은 원수유입→제1침전지내장형산화구(1)[→제1산화구(3)→제1침전지(4)]→제2침전지내장형산화구(2)[→제2산화구(3a)→제2침전지(4a)]→처리수유출이다. (다)단계에서는 상기 (가)단계의 유로를 변경하여 원수유입→제2침전지내장형산화구(2)[→제2산화구(3a)→제2침전지(4a)]→제1침전지내장형산화구(1)[→제1산화구(3)→제1침전지(4)]→처리수유출로 변경한 것이다. 상기 (표-1)에서와 같이 상기 (가)단계의 제1침전지내장형산화구(1)에서 이루어진 탈질반응이 (다)단계에서는 제2침전지내장형산화구(2)에서 이루어지고, 상기 (가)단계의 제2침전지내장형산화구(2)에서 이루어진 질산화반응이 (다)단계에서는 제1침전지내장형산화구(1)에서 이루어지도록 교체되었을 뿐이며 (다)단계의 반응의 내용은 (가)단계의 반응내용과 일치한다. 따라서, (다)단계의 반응내용은 상기 제1도의 (가)단계의 반응을 참조하면 되므로 여기에서는 상기 (다)단계의 반응내용에 관한 상세한 설명은 생략하였다. 즉, (다)단계의 제1침전지내장형산화구(1)의 반응내용은 상기 (가)단계의 제2침전지내장형산화구(2)의 반응내용을, (다)단계의 제2침전지내장형산화구(2)의 반응내용은 상기 (가)단계의 제1침전지내장형산화구(1)의 반응내용을 참조하면 된다.

(제1도의 (다-1)단계)

제1도의 (다-1)단계에서는 슬러지로부터 인이 용출되는 혐기성반응과 질산화 및 유기물 분해반응이 이루어지는 공정으로 유로와 폭기 및 비폭기상태는 상기 (다)단계에서와 동일하며 반응의 내용은 상기 (가-1)단계와 동일하다. 즉, 제1침전지내장형산화구(1)에서는 계속 유기물분해와 질산화반응이 유지되는 상태에서 (다)단계에서 무산소상태로 운전되어 탈질반응이 종료된 제2침전지내장형산화구(2)는 (다-1)단계에서는 질소산화물이 존재하지 않는 완전혐기성상태로 전환되어 슬러지로부터 인이 용출되게 된다. 유출입 유로와 제1 및 제2침전지내장형산화구(1, 2)의 기능이 변경된것 외에는 상기(가-1)단계에서와 동일한 처리과정을 거치는 단계이다.

상기 (표-1) 및 제1도에 나타난 바와 같이 (다-1)단계도 유로는 상기 (다)단계와 동일하며 반응의 내용은 각 침전지내장형산화구(1, 2)의 반응내용이 상기 (가-1)단계의 반응내용과 서로 교체된 것외에는 동일하므로 여기에서는 (다-1)공정의 반응내용에 대한 상세한 설명은 생략하였다. 즉, (다-1)단계의 제1침전지내장형산화구(1)의 반응내용은 상기 (가-1)단계의 제2침전지내장형산화구(2)의 반응내용을, (다-1)단계의 제2침전지내장형산화구(2)의 반응내용은 상기 (가-1)단계의 제1침전지내장형산화구(1)의 내용을 참조하면 된다.

(제1도의 (라)단계)

제1도의 (라)단계에서도 유로와 제1산화구(3)와 제2산화구(3a)의 반응내용이 교체된 것외에는 상기 제1도의 (나)단계의 반응내용과 동일하다. 즉, 제1침전지 내장형산화구(1)는 호기성상태로 운전되면서 유입 및 유출이 발생되고 제2침전지내장형산화구(2)는 유량 및 유기물부하가 주어지지 않고 호기성상태에서 무부하 운전을 하게되는 단계이다.

상기 (표-1) 및 제1도에 나타난 바와 같이 (다)단계에서의 유로흐름은 원수유입→제2침전지내장형산화구(2)[→제2산화구(3a)→제2침전지(4a)]→처리수유출 인 것을 (라)공정에서는 유로를 변경하여 원수유입→제1침전지내장형산화구(1)[→제1산화구(3)→제2침전지(4)]→처리수유출로 유로가 변경된것이다. 상기 (라)공정에서의 반응의 내용은 상기 (표-1)에서와 같이 제1,2침전지내장형산화구(1,2)의 반응내용이 (가)공정과 서로 교체된 것 외에는 동일한 내용이므로 상기 제1도의 (가)공정의 반응내용을 참조하면 되므로 여기에서는 상기 (라)공정의 반응내용에 관한 상세한 설명은 생략하였다. 즉, (라)단계의 제1침전지내장형산화구(1)의 반응내용은 상기 (나)단계의 제2침전지내장형산화구(2)의 반응내용을, (라)단계의 제2침전지내장형산화구(2)의 반응내용은 상기 (나)단계의 제1침전지내장형산화구(1)의 반응내용을 참조하면 된다.

상기 (가)∼(다)단계에서 호기성, 무산소성, 혐기성상태 또는 질산화 및 탈질반응의 정도는 감지기(Sensor)를 산화구(3, 3a)에 설치하여 산화환원전위(DO), 수소이온농도(pH), 용존상소농도(DO) 또는 반응에 경과된 시간을 측정하여 예측할 수 있다. 즉, 질산화가 진행되어 질소산화물이 축적되면 산화구(3, 3a)의 pH는 낮아지고 탈질반응이 진행되면 유리질소로 환원되어 pH는 높아지는 경향이 있다. 호기성상태, 무산소상태, 혐기성상태로 단계가 변함에 따라 산화구(3, 3a)의 용존산소농도(DO), 산화환원전위(ORP)가 변하게 된다. 또한 처리시설의 가동상태가 안정되면 이러한 단계의 변화는 비교적 일정한 시간간격을 두고 반복하여 진행되게 되므로 반응단계의 전환과 시간의 경과는 밀접한 관계를 갖게 된다. 따라서, 단계의 전환에 필요한 수문과 밸브 또는 폭기장치를 시간조절장치(Timer), 산화환원전위제어기(ORP Controller), 수소이온농도제어기(pH Controller) 또는 용존산소농도제어기(DO Controller)에 연동하여 작동시키므로써 공정의 자동 전환과 용이한 처리장운영을 가능하게 할 수 있다.

(제2도의 실시예에 관한 설명)

제2도는 본 발명에 따른 유로변경 및 간헐폭기에 의한 질소·인제거 방법 및 장치에 관한 다른 실시예이다. 제1도에서는 침전지내장형산화구(1, 2)를 2기 이상 조합하여 처리시설을 구성하였으나, 본 실시예에서는 종래에 일반적으로 사용하여온 산화구법 하수처리시설 즉 산화구, 외장형침전지(External Clarifier), 슬러지반송시설을 갖춘 침전지외장형산화구(11, 12)를 2계열이상 조합하여 처리시설을 구성하고 유로변경 및 간헐폭기방법을 채택한 것이다. 본 실시예에서는 침전지(4, 4a)가 외장된 산화구(3 3a)를 사용하고 각각의 산화구(3, 3a)에 침전지(4, 4a)가 구분되어 설치되며 슬러지가 반송되는 점외에는 (가)∼(다)까지의 각 단계에서의 유로의 구성과 반응내용이 제1도의 실시예에서와 동일한 실시예이다.

(제2도의 (가)∼(다)단계)

상기 제2도의 상기 (가)단계는 유로 및 각 산화구의 반응내용은 앞에서 설명한 상기 제1도의 (가)단계와 완전히 일치된다. 유입원수는 제1침전지외장형산화구(11)를 구성하는 제1산화구(3)로 유입되어 비폭기상태에서 탈질반응이 이루어지며 고액분리공정인 제1침전지(4)에서 슬러지가 침전되게 된다. 상기 제1침전지(4)에서 슬러지가 침전된 상징수는 다시 제2침전지외장형산화구(12)의 제2산화구(3a)로 유입되어 호기성상태에서 유기물의 분해와 질산화반응이 이루어지며 제2침전지(3a)를 거쳐서 상징수는 처리수로써 유출되게 된다.

상기 제2도는 (가)단계에서의 유로 및 반응내용을 약술하였으나 처리기능 및 처리효율에 미치는 영향등에 대한 상세내용은 상기 제1도의 (가)단계에 대한 설명과 동일하므로 본 실시예에서는 상세한 설명을 생략하였다. 또한 본 실시예에서는 외장형침전지를 사용하고 별도의 슬러지반송펌프를 구비한 것외에는 각 단계별 유로와 반응내용이 제1도의 실시예와 완전히 일치하므로 (가-1)∼(라)단계에 관한 설명도 상기 제1도의 실시예에서의 해당 단계별 반응내용과 동일하므로 본 실시예에서는 중복설명을 생략하였다.

본 실시예에서는 침전지외장형산화구(11, 12)를 채택하므로 별도의 독립된 침전지(4, 4a)의 설치는 물론 각 침전지에서는 슬러지수집장치(5, 5a)와 슬러지반송펌프(6, 6a) 그리고 슬러지반송관이 설치되어야 한다. 따라서 침전지내장형산화구(1, 2)를 채택하는 상기 제1도의 실시예에서보다 소요부지, 시설비, 동력비, 유지관리비 측면에서 불리할 수밖에 없게 된다. 그러나 제2도의 실시예는 주로 유기물제거용으로 이미 시설이 완료되거나 가동중인 종래의 침전지외장형산화구(11, 12)에 유로변경시설과 간헐폭기시설을 추가로 설치하여 비교적 용이하게 질소와 인을 제거할 수 있는 시설로 개수할 수 있다는 점에 의미가 크다.

제2도에서 보여준 본 실시예는 종래의 활성슬러지처리공정을 2계열이상 조합하여 구성할 수도 있다. 즉, 침전지(4, 4a)와 산화구(3, 3a)가 서로 구분된 침전지외장형산화구(11, 12)에서 각각의 산화구(3, 3a)를 활성슬러지반응조로 대체하여 구성하면 종래의 활성슬러지처리공정을 2계열이상 조합하여 제2도의 실시예에서와 동일한 유로변경 및 간헐폭기방법으로 운전할 수 있게 되며 이렇게 구성한 하·폐수처리시설 및 운영방법도 본 발명의 범위에 포함되는 것이다.

(제3도의 실시예에 관한 설명)

제3도는 본 발명에 따른 간헐폭기 및 유로변경방법에 의한 질소·인제거 장치에 있어서 제1도 및 제2도의 각 단계에서 요구하는 유로를 실질적으로 구성하여 유로구성조건을 충족시키기 위한 유로구성수단을 제공하는 실시예이다. 구체적으로 원수유입유로, 처리수유출유로와 산화구(3, 3a)와 침전지(3, 3a) 등의 단위공정들 사이의 유로를 관수로(管水路)로 연결하고 그리고 유로변경방법은 밸브(41∼45a)로 구성한 실시예이다.

시설의 구성을 보면 먼저 유입원수는 제1침전지내장형산화구(1)의 제1산화구(3)와 제2침전지내장형산화구(2)의 제2산화구(3a)로 각각 유입될 수 있도록 관로를 구성하고 각각의 관로에는 원수유입유로조절밸브(41, 41a)를 설치한 구조이다.

단위공정간의 유로는 제1산화구(3)와 제2산화구(3a), 제1침전지(4)와 제2침전지(4a)를 서로 연결하는 관로를 설치하고 각각의 관로에는 단위공정간 유로조절밸브(42, 42a, 43, 43a)를 2개씩 설치하고 다시 2개의 산화구(3, 3a)를 연결하는 관로에 설치된 밸브(42, 42a)사이와 2개의 침전지(3, 3a)를 연결하는 관로에 설치된 밸브(43, 43a)사이를 관로로 연결하여 바이패스(By Pass)관을 구성한 것이다.

제1침전지(4) 및 제2침전지(4a)의 유출구와 침전지측 단위공정간 유로조절밸브(43, 43a)사이에서 각각 관로를 연장하여 각각의 관로에는 처리수유출유로조절밸브(45, 45a)를 설치하여 처리수유출관로를 구성한다. 처리수유출관로는 시설비의 절감을 위하여 처리수유출유로조절밸브(45, 45a)이후부터는 한 개의 관로로 통합하는 것이 유리하다.

본 실시예에서의 유로변경장치는 상기한 내용과 같으며 유로변경방법을 설명하면 다음과 같다.

(제3도의 (가), (가-1)단계)

제1산화구(1)가 무산소 또는 혐기성 상태로 운전되는 (가)단계와 (가-1)단계 유로의 유로구성은 서로 일치하므로 본 항에서 함께 설명하면 다음과 같다.

원수를 유입시키기 위하여 제1산화구(3)로 향하는 관로에 설치된 원수유입유로조절밸브(41)는 개방하고 제2산화구(3a)로 향하는 관로에 설치된 원수유입유로조절밸브(41a)는 닫힌 상태에서 원수를 유입시키면 원수는 제1산화구(3)로 유입된다.

동시에 일부 단위공정간유로조절밸브(42a, 43)는 개방되며 나머지 단위공정간 유로조절밸브(42, 43a)는 닫혀서 제1침전지(4)의 유출수는 제2산화구(3a)로 유입되는 구조이다. 이때 제1침전지(4)의 유출수는 처리수가 유출되는 관로로 유출되지 않도록 제1침전지(4)측에 설치된 처리수유출유로조절밸브(45)는 닫혀지고 제2침전지(4a)에서 유출되는 상징수는 제2침전지(4a)측에 설치된 처리수유출유로조절밸브(45a)가 개방되어 처리수로서 유출되게 된다.

(제3도의 (나)단계)

(나)단계에서는 상기 (가) 및 (가-1)단계에서 개방되었던 제1산화구(3)로 유입되는 관로의 원수유입유로조절밸브(41)는 패쇄되고 제2산화구(3a)의 원수유입유로조절밸브(41a)가 개방되어 유입원수는 제2산화구(2)로 유입되도록 유로가 변경된다.

제1산화구(3)와 제2산화구(3)를 구성하는 단위공정들 사이를 연결하는 단위공정간 유로조절밸브(42, 42a, 43, 43a)는 모두 패쇄하여 단위 공정들 사이에는 유출입이 발생되지 않도록 유로가 차단되어 제1산화구(3)는 무부하상태로 운전되게 된다.

유입원수는 제2산화구(3a)에서 호기성상태로 처리되어 처리수로써 유출되게 되며 이때의 밸브조작은 제1침전지(4)측의 처리수유출유로조절밸브(45)는 닫히고 제2침전지(4a) 상징수는 처리수로서 유출되도록 제2침전지(4a)측의 처리수유출유로조절밸브(45a)는 개방하여 운전한다.

(제3도의 (다), (다-1)단계)

제2산화구(3a)가 무산소 또는 혐기성 상태로 운전되는 (다)단계와 (다-1)단계의 유로구성은 서로 일치하므로 본 항에서 함께 설명하면 다음과 같다. 원수를 유입시키기 위하여 제2산화구(3a)로 향하는 관로에 설치된 원수유입유로조절밸브(41a)는 개방하고 제1산화구(3)로 향하는 관로에 설치된 원수유입유로조절밸브(41)는 닫힌 상태에서 원수를 유입시키면 원수는 제2산화구(3a)로 유입되게 된다.

동시에 일부 단위공정간 유로조절밸브(42, 43a)는 개방되며 나머지 단위공정간 유로조절밸브(42a, 43)는 닫혀서 제2침전지(4a)의 유출수는 제1산화구(3)로 유입되는 구조이다. 이때 제2침전지(4a)의 유출수는 처리수가 유출되는 관로로 유출되지 않도록 제2침전지(4a)측에 설치된 처리수유출유로조절밸브(45a)는 닫혀지고 제1침전지(4)에서 유출되는 상징수는 제1침전지(4)측에 설치된 처리수유출유로조절밸브(45)가 개방되어 처리수로서 유출되게 된다.

(제3도의 (라)단계)

(라)단계에서는 상기 (다) 및 (다-1)단계에서 개방되었던 제2산화구(3a)로 유입되는 관로의 원수유입유로조절밸브(41a)는 폐쇄하고 제1산화구(3)의 원수유입유로조절밸브(41)가 개방되어 유입원수는 제1산화구(3)로 유입되도록 유로가 변경된다.

제2산화구(3a)와 제1산화구(3)를 구성하는 단위공정들 사이를 연결하는 단위공정간 유로조절밸브(42, 42a, 43, 43a)는 모두 폐쇄하여 단위 공정들 사이에는 유출입이 발생되지 않도록 유로는 차단되어 제2산화구(3a)는 무부하상태로 운전되게 된다.

유입원수는 제1침전지내장형산화구(1)에서 호기성상태로 처리되어 처리수로써 유출되게 되며 이때의 밸브조작은 제2침전지(4a)측의 처리수유출유로저절밸브(45a)는 닫히고 제1침전지(4) 상징수는 처리수로서 유출되도록 제1침전지(4)측에 설치된 처리수유출유로조절밸브(45)는 개방하여 운전한다.

상기 제3도에서의 상기 (가)∼(다)단계간의 공정전환을 위하여 유로를 변경하는데 필요한 밸브류의 조작방법을 정리하면 다음 (표-2)의 내용과 같게 된다.

또한 본 실시예에서는 유로를 관수로(管水路)와 밸브로 구성한 것을 예로 들었으나 다양한 형태의 개수로(開水路)와 수문(Gate)등으로 유로를 구성할 수 있으며 이 또한 본 발명의 범위에 포함되는 것이다.

(표-2) 각 단계별 유로구성을 위한 밸브조작 방법 [제3도 참조]

(제4도의 실시예에 관한 설명)

제4도는 본 발명에 따른 간헐폭기 및 유로변경방법에 의한 질소·인 제거장치에 있어서 제1도 및 제2도의 각 단계에서 요구하는 유로를 실질적으로 구성하여 유로구성조건을 충족시키기 위한 유로구성수단을 제공하는 실시예이다. 구체적으로는 유입유출유로 및 침전지(4, 4a), 산화구(3, 3a)등의 단위공정 사이의 유로를 개수로(開水路)로 연결하고 그리고 유로변경장치는 1차 및 2차의 4방향수로(21, 22)와 각각의 4방향수로(21, 22)에는 수문(31, 32)이 구성된 실시예에 관한 것이다.

1차 4방향수로(21)의 구성은 제4도에서와 같이 어느 일방수로를 원수가 최초로 유입되는 원수유입수로(51)로 구성하고 원수유입수로(51)의 양측에 있는 마주보는 2개의 수로는 각각 제1산화구(3)와 제2산화구(3a) 유입구와 연결되는 제1산화구유입수로(53)와 제2산화구유입수로(53a)로 구성하고 나머지 수로는 2차 4방향수로(22)와 연결하여 바이패스수로(55)를 구성한다.

2차 4방향수로(22)도 1차 4방향수로와 연결된 바이패스수로(55) 양측의 마주보는 2개의 수로는 각각 제1침전지(4) 유출구 및 제2침전지(4a) 유출구와 연결하여 제1침전지유출수로(54)와 제2침전지유출수로(54a)를 구성하고 2차 4방향수로(22)의 나머지 한 개의 수로는 처리수가 유출되는 처리수 유출수로(52)를 구성하는 구조이다. 또한 상기 1차 및 2차 4방향수로에는 수문(31, 32)을 구성하되 수로의 중앙에 회전축을 둔 수문이 90˚회전하면서 유로를 변경할 수 있도록 구성한 구조이다.

본 실시예에서 수문에 의한 유로 변경장치는 상기한 내용과 같으며 유로변경방법을 설명하면 다음과 같다.

(제4도의 (가), (가-1) 단계)

제1침전지내장형산화구(1)가 무산소 또는 혐기성상태로 운전되는 (가)단계와 (가-1)단계의 유로구성은 서로 일치하므로 본 항에서 함께 설명하면 다음과 같다. 먼저 (가), (가-1)단계에서 요구되는 유로를 구성하기 위하여 제4도에서와 같이 먼저 1차 4방향수로의 수문(31)은 aa´방향으로 조작하여 원수는 원수유입수로(51), 1차 4방향수로, 제1산화구유입수로(45)를 통하여 제1산화구(3)로 유입되도록 한다.

동시에 2차 4방향수로(32)의 수문(32)도 aa´방향으로 조작하여 제1침전지(4) 유출수는 제1침전지유출수로(54), 2차 4방향수로, 바이패스수로(55), 1차 4방향수로와 제2산화구유입수로(53a)를 통하여 제2산화구(3a)로 유입되도록 한다.

2차 4방향수로(22)의 수문(32)이 aa´방향으로 조작되어 있으므로 처리수인 제2침전지(4a) 유출수는 별도로 수문을 조작하지 않아도 자연적으로 제2침전지유출수로(54a)와 2차 4방향수로(22)를 거쳐서 처리수유출수로(52)를 따라 유출되게 된다.

(제4도의 (나)단계)

제1산화구(3)는 유출입이 없는 무부하상태에서 호기성으로 가동되고 제2산화구(3a)에서만 유입 및 유출이 발생되는 (나)단계로 운전을 전환하기 위한 유로의 조작은 제4도에서와 같이 상기 (가), (가-1)단계의 유로에서 1차 수문(31)을 aa´방향에서 bb´방향으로 90˚회전시키면 용이하게 완료된다.

원수는 원수유입수로(51)를 따라 유입되어 1차 4방향수로(21), 제2산화구유입수로(53a)를 경유하여 제2산화구(3a)로 유입된다.

2차수문(32)을 상기 (가), (가-1)단계에서와 같이 aa´방향으로 두고 별도로 수문조작을 변경하지 않아도 제2침전지(4a)유출수는 2차 4방향수로(22)와 처리수유출수로(52)를 거쳐서 처리수로써 유출되게 된다.

제1산화구(3)는 1, 2차수문(31, 32)에 의하여 제1산화구유입수로(53)와 제1침전지유출수로(54)가 차단된 상태에서 유출입이 발생되지 않고 무부하상태로 운전되게 된다.

(제4도의 (다), (다-1)단계)

다음 제2침전지내장형산화구(2)가 무산소 또는 혐기성상태로 운전되는 (다)단계와 (다-1)단계의 유로구성은 서로 일치하므로 본 항에서 함께 설명하면 다음과 같다. 먼저 (다), (다-1)단계에서 요구되는 유로를 구성하기 위하여 제4도에서와 같이 1차 4방향수로의 수문(31)은 bb´방향으로 조작하여 원수는 원수유입수로(51), 1차 4방향수로, 제2산화구유입수로(3a)를 거쳐서 제2산화구(3a)로 유입되도록 한다.

동시에 2차 4방향수로(22)의 수문(31)도 bb´방향으로 조작하여 제2침전지(4a)의 유출수는 제2침전지유출수로(54) 2차 4방향수로(22), 바이패스수로(55), 제1차 4방향수로(21)와 제1산화구유입수로(53)를 거쳐서 제1산화구(3)로 유입되도록 한다.

2차 4방향수로(22)의 수문(32)이 bb´방향으로 조작되어 있으므로 처리수인 제1침전지(4) 유출수는 별도로 수문을 조작하지 않아도 자연적으로 제1침전지유출수로(54), 2차 4방향수로(22)와 처리수유출수로(52)를 거쳐서 처리수로써 유출되게 된다.

(제4도의 (라)단계)

제2산화구(3a)는 유출입이 없는 무부하상태에서 호기성으로 가동되고 제1산화구(3)에서만 유입 및 유출이 발생되는 (라)단계로 운전을 전환하기 위한 유로의 조작은 제4도에서와 같이 상기 (다), (다-1)단계의 유로에서 1차수문(31)을 bb´방향에서 aa´방향으로 90˚회전시키면 유로의 변경은 용이하게 완료되게 된다.

원수는 원수유입수로(51)를 따라 유입되어 1차 4방향수로(21)와 제1산화구유입수로(53)를 거쳐서 제1산화구(3)로 유입된다.

2차수문(32)을 상기 (다), (다-1)단계에서와 같이 bb´방향으로 두고 별도로 수문조작을 하지 않아도 제1침전지(4)의 유출수는 제1침전지유출수로(54), 2차 4방향수로(22), 처리수유출수로(52)를 거쳐서 처리수로써 유출되게 된다. 제2산화구(3a)는 1, 2차수문(31, 32)에 의하여 제2산화구유입수로(53a)와 제2침전지유출수로(54a)가 차단된 상태에서 유출입이 발생되지 않고 무부하상태로 운전하게 된다.

상기 제4도에서의 (가)∼(다)단계간의 전환을 위하여 유로를 변경하는데 필요로하는 수문의 조작방법을 정리하면 다음 (표-3)의 내용과 같다.

(표-3) 각 단계별 유로 구성을 위한 수문조작 방법 [제5도 참조]

상기 제4도 및 (표-3)에서 나타난 바와 같이 2개의 4방향수로(21, 22) 및 수문(31, 32)에 의한 유로변경방법은 상기 제3도 및 (표-2)에서와 같이 8개의 밸브(41∼45a)를 조작하는 방법에서보다 시설과 조작방법이 간단하고 조작의 신뢰도가 높은 방법이다.

본 실시예에서는 유로를 개수로(開水路)와 수문(Gate)으로 구성한 것을 예로 들었으나 관수로나 밸브 등으로 유로를 구성할 수 있으며 이 또한 본 발명의 범위에 포함되는 것이다.

상기한 제3도 및 제4도에서 예시한 밸브와 수문에 의한 유로의 변경장치 및 방법은 단지 침전지내장형산화구(1, 2)에 의한 처리시설에 적용이 국한되지 않으며 당연히 침전지외장형산화구(11, 12) 또는 활성슬러지공정에서도 적용될 수 있다.

상기한 밸브(41∼45a)들은 전동밸브 또는 공압밸브(Pneumatic Valve)등과 같은 자동밸브로 구성하거나 또는 수문(31, 32)을 동력에 의하여 회전되는 자동수문으로 구성하여 산화구(3, 4) 또는 활성슬러지 반응조 폭기수단들과 함께 시간조절장치(Timer), 산화환원전위제어기(ORP Controller), 수소이온농도제어기(pH controller) 또는 용존산소농도제어기(DO Controller)에 연동하여 작동시키므로써 자동으로 유로가 변경되거나 폭기 또는 비폭기상태로 자동전환되게 하여 자동운전이 가능하게 할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 질소인제거를 위한 하폐수처리시설 및 방법을 이용하게 되면, 질소와 인의 제거효율이 향상되고 안정되어 국내외적으로 심각한 하천과 호소의 부영양화 현상을 줄일 수 있게 되며, 처리시설 건설에 따른 토지이용효율이 증대되고 건설비용 및 운전비용이 절감되어 경제적이며 효율이 높은 질소인제거시설을 제공할 수 있게 된다.

Claims

수중에 용존산소를 공급하는 폭기수단과 수체를 혼합하는 교반수단이 구비된 산화구(3, 3a) 각각에 침전지(4, 4a)를 내장시켜 구성한 침전지내장형산화구(1, 2)를 2기 이상 조합하여 하폐수처리시설을 구성하고,

원수유입 및 처리수유출유로와 산화구(3, 3a) 및 침전지(4, 4a)등 단위공정간에 수체가 이동될 수 있는 단위공정간 유로를 구성하되 유로를 조작하여 하폐수의 흐르는 방향을 변경할 수 있도록 유로를 구성하고,

폭기수단은 간헐폭기식으로 가동될 수 있도록 구성하는 것을 특징으로 하는 질소인제거를 위한 하폐수처리시설
수중에 용존산소를 공급하는 폭기수단과 수체를 혼합하는 교반수단이 구비된 산화구(3, 3a)와 슬러지수집장치(5, 5a) 및 슬러지반송펌프시설(6, 6a)이 구비된 침전지(4, 4a)를 상기 각각의 산화구(3, 3a)마다 구비하여 구성한 침전지외장형산화구(11, 12)를 2기 이상 조합하여 하폐수처리시설을 구성하고,

원수유입 및 처리수유출유로와 산화구(3, 3a) 및 침전지(4, 4a)등 단위공정간에 수체가 이동될 수 있는 단위공정간 유로를 구성하되 유로를 조작하여 하폐수의 흐르는 방향을 변경할 수 있도록 유로를 구성하고,

폭기수단은 간헐폭기식으로 가동될 수 있도록 구성하며 상기 산화구(3, 3a)는 활성슬러지폭기조형태로 구성하는 것을 특징으로 하는 질소인제거를 위한 하폐수처리시설
제1항 또는 제2항에 있어서, 질소와 인의 제거를 위하여 상기 하폐수처리시설을 간헐폭기방식과 유로변경방식을 조합하여 운영하되,

하폐수의 흐름은 유입원수→제1산화구(3)→제1침전지(4)→제2산화구(3a)→제2침전지(4a)→처리수유출의 순서로 흐르도록 유로를 구성하고, 제2산화구(3a)에서는 폭기수단이 가동되어 유기물 분해와 질산화반응을 위한 호기성상태로, 제1산화구(3)에서는 폭기수단의 가동은 중지되어 질소산화물이 유리질소로 환원되는 탈질반응을 위한 무산소(Anoxic)상태로 운영하는 (가)단계;

하폐수의 흐름은 유입원수→제1산화구(3)→제1침전지(4)→제2산화구(3a)→제2침전지(4a)→처리수유출의 순서로 흐르도록 유로를 구성하고, 제2산화구(3a)에서는 폭기수단은 가동되어 유기물 분해와 질산화반응을 위한 호기성상태로, 제1산화구(3)에서는 폭기수단의 가동은 중지되어 슬러지로부터 인이 용출되도록 하는 혐기성(Anaerobic)상태로 운영하는 (가-1)단계;

하폐수의 흐름은 유입원수→→제2산화구(3a)→제2침전지(4a)→처리수유출의 순서로 흐르도록 유로를 구성하고, 제1산화구(3)와 제2산화구(3a)에는 모두 폭기수단이 가동되어 호기성상태로 운영하되 제1산화구(3) 및 제1침전지(4)에는 외부로부터 유출유입수가 발생되지 않는 무부하호기성상태로 운영하여 슬러지에 인이 과잉섭취되도록하는 (나)단계;

하폐수의 흐름은 유입원수→제2산화구(3a)→제2침전지(4a)→제1산화구(3)→제1침전지(4)→처리수유출의 순서로 흐르도록 유로를 구성하고, 제1산화구(3)에서는 폭기수단이 가동되어 유기물 분해와 질산화반응을 위한 호기성상태로, 제2산화구(3a)에서는 폭기수단의 가동은 중지되어 질소산화물이 유리질소로 환원되는 탈질반응을 위한 무산소(Anoxic)상태로 운영하는 (다)단계;

하폐수의 흐름은 유입원수→제2산화구(3a)→제2침전지(4a)→제1산화구(3)→제1침전지(4)→처리수유출의 순서로 흐르도록 유로를 구성하고, 제1산화구(3)에서는 폭기수단이 가동되어 유기물 분해와 질산화반응을 위한 호기성상태로, 제2산화구(3a)에서는 폭기수단의 가동은 중지되어 슬러지로부터 인이 용출되도록 하는 혐기성(Anaerobic)상태로 운영하는 (다-1)단계;

하폐수의 흐름은 유입원수→제1산화구(3)→제1침전지(4a)→처리수유출의 순서로 흐르도록 유로를 구성하고, 제1산화구(3)와 제2산화구(3a)에는 모두 폭기수단이 가동되어 호기성상태로 운영하되 4제2산화구(3a) 및 제2침전지(4a)에는 외부로부터 유출유입수가 발생되지 않는 무부하호기성상태로 운영하여 슬러지에 인이 과잉섭취되도록 하는 (라)단계로 구분하여 간헐폭기방식 및 유로변경방식으로 운영하는 것을 특징으로 하는 질소인제거를 위한 하폐수처리방법
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제3항의 (가)단계에서부터 (라)단계까지 단계에 따라 요구되는 유로를 구성할 수 있는 유로변경시설을 제공하기 위하여 유로를 관로와 8개의 밸브(41∼46)로 구성하되,

유입원수는 제1산화구(3)와 제2산화구(3a)로 각각 유입돌 수 있도될 관로와 원수유입유로조절밸브(41, 41a)를 구성하고,

단위공정간의 관로는 제1산화구(3)와 제2산화구(3a), 제1침전지(4)와 제2침전지(4a)를 서로 연결하는 각각의 관로에는 단위공정간유로조절밸브(42, 42a, 43, 43a)를 2개씩 설치하되, 다시 2개의 산화구(3, 3a)를 연결하는 관로에 설치된 밸브(42, 42a)사이와 2개의 침전지(3, 3a)를 연결하는 관로에 설치된 밸브(42, 42a)사이와 2개의 침전지(3,3a)를 연결하는 관로에 설치된 밸브(43, 43a)사이를 연결하여 바이패스(By Pass)관로를 구성하고,

제1침전지(4) 및 제2침전지(4a)의 유출구와 침전지측 단위공정간유로조절밸브(43, 43a)사이에서 각각 관로를 연장하여 처리수유출관로를 구성하고 처리수유출관로에는 각각 처리수유출유로조절밸브(45, 45a)가 설치되는 것을 특징으로 하는 질소인제거를 위한 하폐수처리시설
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제3항의 (가)단계에서부터 (라)단계까지 단계에 따라 요구되는 유로를 구성할 수 있는 유로변경시설을 제공하기 위하여 유로를 수로와 2개의 4방향수로(21, 22) 및 수문(31, 32)로 구성하되,

1차 4방향수로(21)의 구성은 어느 일방향수로를 원수가 최초로 유입되는 원수유입수로(51)의 양측에 있는 마주보는 2개의 수로는 각각 제1산화구(3)와 제2산화구(3a)유입구와 연결되는 제1산화구유입수로(53)와 제2산화구유입수로(53a), 나머지 수로는 2차 4방향수로(22)와 연결하여 바이패스수로(55)로 구성하고,

2차 4방향수로(22)의 구성은 어느 일방향수로는 1차 4방향수로(21)와 연결된 바이패스수로(55)로, 바이패스수로(55)의 양측에 마주보는 2개의 수로는 각각 제1침전지(4) 유출구 및 제2침전지(4a) 유출구와 연결하여 제1침전지유출유로(52)로 구성하고,

상기 1차 및 2차 4방향수로에는 수문(31, 32)을 구성하되 수로의 중앙에 수직회전축을 두어 수문이 90˚회전하여 유로를 변경할 수 있도록 구성하는 것을 특징으로 하는 질소인제거를 위한 하폐수처리시설
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 산화구(3, 3a)내에 설치되는 폭기수단은 타이머(Timer)에 연동하여 가동되도록 구성하거나 또는 산화구(3, 3a)에 감지기(Sensor)가 설치된 수소이온농도제어기(pH controller), 용존산소농도제어기(DO Controller), 산화환원전위제어기(ORP Controller)에 연동하여 간헐적으로 가동되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 질소인제거를 위한 하폐수처리시설
상기 제3항의 (가)단계에서부터 (라)단계까지 단계에 따라 상이한 구성이 요구되는 유로를 제공하기 위하여 상기 제4항에서 제공된 유로변경시설을 조작하되,

상기 (가)단계와 (가-1)단계에서 요구되는 유로를 제공하기 위하여 원수유입유로조절밸브(41, 41a)중에서는 41밸브를 개방하고 41a밸브를 폐쇄하며, 단위공정간 유로조절밸브(42, 42a, 43, 43a)중에서는 42a 및 43밸브는 개방하고 42 및 43a밸브를 폐쇄하며, 처리수유출유로조절밸브(45, 45a)중에서는 45a밸브는 개방하고 45밸브를 폐쇄토록 밸브를 조작하고,

상기 (나)단계에서 요구되는 유로를 제공하기 위하여 원수유입유로조절밸브(41, 41a)중에서는 41a밸브는 개방하고 41밸브는 폐쇄하며, 단위공정간 유로조절밸브(42, 42a, 43, 43a)는 모두 폐쇄하며, 처리수유출유로조절밸브(45, 45a)중에서는 45a밸브는 개방하고 45밸브를 폐쇄토록 밸브를 조작하고

상기 (다)단계와 (다-1)단계에서 요구되는 유로를 제공하기 위하여 원수유입유로조절밸브(41, 41a)중에서는 41a밸브를 개방하고 41밸브를 폐쇄하며, 단위공정간 유로조절밸브(42, 42a, 43, 43a)중에서는 42 및 43a밸브는 개방하고 42a 및 43밸브를 폐쇄하며, 처리수유출유로조절밸브(45, 45a)중에서는 45밸브는 개방하고 45a밸브를 폐쇄토록 밸브를 조작하고,

상기 (라)단계에서 요구되는 유로를 제공하기 위하여 원수유입유로조절밸브(41, 41a)중에서는 41밸브는 개방하고 41a밸브는 폐쇄하며, 단위공정간 유로조절밸브(42, 42a, 43, 43a)는 모두 폐쇄하며, 처리수유출유로조절밸브(45, 45a)중에서는 45밸브는 개방하고 45a밸브를 폐쇄토록 밸브를 조작하여 운영하는 것을 특징으로 하는 질소인제거를 위한 하폐수처리시설
상기 제3항의 (가)단계에서부터 (라)단계까지 단계에 따라 상이한 구성이 요구되는 유로를 제공하기 위하여 상기 제5항에서 제공된 유로변경시설을 조작하되,

상기 (가)단계와 (가-1)단계에서 요구되는 유로를 제공하기 위하여 1차 4방향수로(21)에서 1차수문(31)의 위치는 aa´방향으로 2차 4방향수로(22)에서 2차수문(32)의 위치도 aa´방향으로 조작하고

상기 (나)단계에서 요구되는 유로를 제공하기 위하여 1차 4방향수로(21)에서 1차수문(31)의 위치는 bb´방향으로 2차 4방향수로(22)에서 2차수문(32)의 위치도 aa´방향으로 조작하고

상기 (다)단계와 (다-1)단계에서 요구되는 유로를 제공하기 위하여 1차 4방향수로(21)에서 1차수문(31)의 위치는 bb´방향으로 2차 4방향수로(22)에서 2차수문(32)의 위치도 bb´방향으로 조작하고

상기 (라)단계에서 요구되는 유로를 제공하기 위하여 1차 4방향수로(21)에서 1차수문(31)의 위치는 aa´방향으로 2차 4방향수로(22)에서 2차수문(32)의 위치도 bb´방향으로 조작하여 운영하는 것을 특징으로 하는 질소인제거를 위한 하폐수처리방법
제4항에 있어서, 상기 관수로와 밸브(41∼46)는 개수로 또는 수문으로 구성하는 것을 특징으로 하는 질소인제거를 위한 하폐수처리시설
제4항, 제5항, 제9항에 있어서, 상기 밸브(41∼46), 회전수문(31, 32) 또는 수문등은 전동 또는 공기압력 또는 유압에 의하여 자동으로 개폐되는 자동밸브, 자동수문으로 구성하는 것을 특징으로 하는 질소인제거를 위한 하폐수처리시설
제10항에 있어서, 상기 자동밸브와 자동수문은 타이머(Timer)에 연동하여 자동을 개폐되도록 구성하거나 또는 상기 산화구(3, 3a)에 감지기(Sensor)가 설치된 수소이온농도제어기(pH controller), 용존산소농도제어기(DO Controller), 산화환원전위제어기(ORP Controller)에 연동하여 자동으로 개폐되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 질소인제거를 위한 하폐수처리시설
상기 제1산화구(3)에서 발생되는 잉여슬러지의 인출은 (나)단계에서 인출하고,

상기 제2산화구(3a)에서 발생되는 잉여활성슬러지는 (라)단계에서 인출하는 것을 특징으로 하는 질소인제거를 위한 하폐수처리방법