KR19990076442A - 탈취, 소포, 간헐폭기 및 내부순환 기능이 구비된 하폐수처리장치 및 하폐수처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소포장치와 탈취장치를 겸할 수 있게 한 하폐수처리장치 및 처리방법에 관한 것으로, 반응조(1)에 설치된 펌프(2)와 이 펌프(2)의 유출구(3)를 연장한 유출관(4), 이젝터(5), 공기공급관(6) 및 공기공급주관(7)의 상부 선단에 설치된 공기공급밸브(8)와 소포노즐(15) 및 소포수밸브(16)로 이루어진 하폐수처리장치를 이용하므로써, 질소와 인의 제거효율을 높일 수 있고, 폭기효율을 향상시키며 반응조(1)와 침전지의 수리학적 부하를 감소시키고, 농축조와 탈수기실 등에서 발생되는 악취를 반응조(1)에서 생물학적 탈취를 진행시키므로써 별도의 소포수조, 소포수펌프, 내부순환시설 및 탈취시설이 불필요하게 되어 시설비와 동력비 등 유지관리비도 절감할 수 있게 한 것이다.

Description

탈취, 소포, 간헐폭기 및 내부순환 기능이 구비된 하폐수처리장치 및 하폐수처리방법 (Waste Water Treatment Equipment &Method with the Function of Deodering, Antifoaming, Intermittent Aeration and Intra Circulation)

본 발명은 하폐수처리장치 및 처리방법에 관한 것으로, 특히 하수중의 질소와 인을 동시에 효율적으로 제거할 수 있게 하고, 하수 및 폐수처리장에서 시설비와 유지관리비를 줄일 수 있는 하페수처리장치 및 처리방법에 관한 것이다.

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

만일 하수중에 질소와 인이 포함된채 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 인의 제거공정은 산소를 공급하지 않는 혐기성반응조와 산소를 공급하는 호기성반응조를 분리 배치하는 구조이다. 각 반응조의 특성에 따라 호기성 반응조에서는 유기성질소 또는 암모니아성질소를 질산성질소로 전환시키고, 혐기성반응조에서는 질산성질소를 질소가스로 환원하여 대기중으로 방출시키는 탈질반응과 활성슬러지로부터 인의 방출을 유도한다.

이렇게 방출된 인성분은 다시 호기성 반응조에서 미생물에게 과잉섭취되며, 인을 과잉섭취한 미생물은 잉여활성슬러지를 통하여 제거함으로써 최종적으로 질소와 인이 제거된 처리수를 얻게 되는 것이다.

종래의 질소와 인의 제거공법은 다수의 혐기성조, 무산소조 및 호기성조 등이 별도로 분리되고 일정용량으로 고정설치되므로 유입수질 및 유입수량의 변화에 탄력적으로 대처할 수 있는 능력이 결여되었다. 또한, 탈질반응을 위하여 메탄올을 전자공여체로 주입하거나 하수중의 유기물을 이용하기 위하여 질산화조의 물을 질산화조 앞 단계의 탈질 반응조로 내부 순환시켜야 한다. 메탄올을 주입할 경우 약품비용이 크게 소요되며 하수중의 유기물을 이용하기 위한 내부 순환유량은 처리유량의 약 4배가 소요되는 어려움이 있었다. 예를 들어 설명하면 처리용량 10,000m³/일의 하수처리장의 경우 내부 순환 유량이 40,000m³/일이므로 방대한 펌프시설이 요구되어 펌프시설비와 동력비 및 유지관리비가 많이 소요되는 문제점이 상존하였다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 하나 또는 두 개 이상의 반응조에서 혐기성 및 호기성 조건을 반복하기 위해 간헐적으로 공기를 공급하는 간헐폭기법이 사용될수 있다. 간헐폭기법이란 동일한 반응조에서 시간간격을 두고 산소가 공급되는 호기성상태와 산소가 없는 혐기성 상태를 반복시키는데, 동일한 반응조에서 이러한 혐기/호기 상태를 반복하기 위하여 폭기조에 공기를 불어 넣었다가 중지하는 과정을 설정된 시간간격을 두고 반복하는 것이다.

상기한 간헐폭기법을 적용하면 종래의 처리공정에 비해 반응조의 수를 감소시켜 기계공사비, 동력비, 시설운영비를 감소시킬 수 있으며, 특히 혐기성조와 호기성조등 반응조의 용량이 고정된 종래의 공법과 달리 간헐폭기시간을 조정함으로써, 종래 공법에서의 반응조 용량을 변경시킨 것과 같은 효과를 얻을 수 있게 되어 유입수의 조건이 변하더라도 탄력적으로 대처할 수 있는 장점이 있다.

간헐폭기법은 위와 같은 많은 장점을 가지고 있음에도 불구하고 지금까지 뚜렷한 장치와 방법이 개발되지 못하였으며, 기존의 장치들을 이용하게 되면 폭기장치와 혼합장치를 분리하여 설치하는 것이 불가피하므로 낭비요인이 있었다. 좀더 자세히 설명하면, 종래의 장치를 조합하여 이용하게 되면 도9에서 보인 바와 같이, 폭기조(101)에 공기를 공급하는 송풍장치(102)와 산기관(105)으로 구성되며 송풍기의 가동을 중지시키는 비폭기 단계에서 활성슬러지가 폭기조 바닥에 침전되지 않고 원활하게 현탁 및 유동할 수 있도록 하는 혼합장치인 교반장치(103)를 필요로 하였다. 상기한 장치들을 송풍장치(102)와 교반장치(103)가 별도로 설치하게 되면, 시설비와 동력비 측면에서 비경제적이며 유지관리도 어려움이 따르게 된다.

특히 교반장치(103)를 수류를 일으키는 수중회전체(104)로 구성할 경우, 하수를 처리하는 방법으로 미생물을 부착증식시키는 생물막공법을 적용하기 위하여 유동상 생물막접촉재를 폭기조에 충진하게 되면, 생물막접촉재가 교반장치의 수중 회전체(104)와 충돌하여 파손되므로 유동상 생물막공법의 적용이 불가능하였다.

또한, 하·폐수처리장의 폭기조에서는 공기를 주입하는 폭기과정에서 다량의 거품이 발생된다. 이와 같은 다량의 거품발생은 주로 원수중에 함유된 비누·세제등의 계면활성제 또는 로카디아와 같은 거품을 발생시키는 미생물에 기인하며 거품이 심하게 발생되고 바람이 부는 기상조건에서는 거품들이 처리장의 주변에 비산하여 2차 오염을 일으키곤 한다.

이러한 거품발생에 대한 대책으로는 반응조에서 과다하게 발생되는 거품을 진정시키기 위하여 반응조의 수면위에 노즐을 설치하고 이 노즐을 통하여 물을 강하게 분사시킨다. 그러나 종래에 사용된 거품해소 장치인 소포장치는 처리된 하수를 소포수로 사용하였으므로, 최종침전지 다음 단계에 소포수조와 소포수펌프의 설치가 불가피하여 구조물 및 기계공사비와 동력비 및 유지관리비가 추가 부담되는 비경제성을 초래할 뿐만 아니라 탈취시설도 필요하였음을 종래의 하·폐수처리 계통도인 도10에서 보여주고 있다.

또한 종래의 소포방법 및 장치는 소포수로 사용하기 위하여 다량의 처리된 하수를 반응조에 다시 분사하여 역류시킴으로써, 소포수에 해당하는 유량만큼 수리학적 부하가 증대되고, 침전지의 수면적부하율이 증대되어 침전효율이 저하되는 문제점이 있었다.

하·폐수처리장을 구성하는 단위공정인 슬러지농축조, 소화조, 탈수기에서 냄새가 발생되는 것은 불가피하다. 이러한 악취문제를 해소하기 위하여 기존의 하수처리장에서는 흡착탑, 알카리세정탑 또는 토양탈취상등의 악취제거시설을 설치하였다. 따라서, 초기 시설비가 과다하게 투자됨은 물론 활성탄 교체, 약품첨가에 따른 운전비용이 증가되거나 토양탈취상이 막히는 문제점이 발생되기도 한다.

이에 본 발명은 상술한 제 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 시설비와 유지관리비를 절감 할 수 있고, 하수중의 질소와 인을 제거하는 공법인 간헐폭기법을 효율적으로 적용할 수 있는 간헐폭기장치, 소포장치 및 탈취장치와 그 방법들을 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명은 폐수처리를 위한 반응조에 1대 이상의 펌프가 구비되어 있고 펌프의 유출구에 관으로 연장된 유출관이 설치되어 있으며, 상기 유출관에는 이젝터가 하나 이상 설치되어 있고, 상기 이젝터에는 공기를 공급하는 공기공급관이 연결되어 있으며, 상기 공기공급관은 공기공급주관에 연결되어 있으며, 상기 상기 공기공급관 또는 공기공급주관에는 타이머 또는 산화환원전위기등에 연동하여 자동으로 개폐될 수 있는 공기공급밸브가 설치되어 있고, 또 상기 공기공급주관에는 농축조 또는 탈수기실 등의 악취발생원으로부터 배기되는 악취함유공기를 유입시킬 수 있는 악취공기유입관이 연결되어 상기 펌프와 상기 공기공급밸브로 교반과 아울러 간헐적인 폭기가 이루어지게 되고 동시에 악취가 제거될 수 있게 한 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치로 되어 있다.

상기한 공기공급밸브는 전동식(Solenoid)밸브 또는 공압식(Pneumatic)밸브 등의 자동밸브이며 간헐적으로 일정한 시간동안 열리고 닫히면서 반응조에 공기를 공급하여 호기성상태가 되게 하거나 공기공급을 차단하여 혐기성상태로 전환되게 하는데 공기공급밸브의 개폐는 타이머에 의하거나 용존산소제어기(DO Controller) 또는 산화환원전위제어기(ORP Controller)에 연동하여 작동되도록 한 것이다.

또 본 발명은 수류 교반을 위한 회전차를 구비한 수중폭기기가 설치된 하나 이상의 반응조와, 상기 수중폭기기에 연결되어 공기를 불어넣는 공기공급관과, 상기 공기공급관에 연결된 공기공급주관과, 상기 공기공급관 또는 공기공급주관에 설치되어 있으며 타이머 또는 산화환원 전위기 등에 연동하여 자동으로 개폐될 수 있는 공기공급밸브 및 상기 공기공급주관에 연결된 송풍기를 포함하여 폭기와 교반이 교대로 반복할 수 있게 한 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치로 되어 있다.

본 발명의 다른 목적인 하폐수처리방법은 하폐수 처리용 반응조에 설치된 펌프로 반응조내의 물을 교반시키는 단계; 상기 펌프의 유출수에 의한 음압으로 악취발생원으로부터 배기되는 악취함유 공기를 흡입시켜 폭기와 동시에 악취원을 산화 및 분해시키는 폭기단계; 상기 폭기단계에서 공기의 흡입을 조절하여 간헐적인 폭기가 이루어지게 하는 단계를 포함하는 하폐수처리방법 및 반응조의 수중에 설치된 수중폭기기의 회전차로 수류를 교반시키는 단계; 상기 수중폭기기에 연결된 공기공급관을 통해 송풍기로 공기를 불어넣어 폭기시킴과 아울러 상기 회전차로 공기를 미세한 기포로 분산시키고 수체를 교반시키는 폭기단계; 상기 폭기단계에서 공기의 공급을 조절하여 일정시간 공기공급을 중지하는 단계를 포함하여 수류를 교반시키면서 주기적인 폭기를 가능하게 하는 하폐수처리방법으로 되어 있다.

이러한 구조로 된 본 발명의 하폐수처리장치 및 처리방법의 운용과정을 살펴보면 다음과 같다.

펌프 유출구에 설치된 이젝터에 연결되어 있는 공기공급주관에 설치된 공기공급밸브가 열린 때에는 펌프가 토출하는 수류에 의해 공기공급관으로 공기가 흡입되어 공기와 물이 섞여서 반응조 내부로 분출되므로, 흡입된 공기중의 산소가 반응조에 용해되어 호기성상태가 된다. 특히, 농축조, 슬러지탈수기실등에서 배기되는 악취가 함유된 공기를 공기공급관을 통하여 반응조내부로 공급하게되면 공기중의 산소는 호기성미생물의 호흡에 사용되고, 악취원인물질들은 호기성미생물의 대사작용에 의하여 산화 또는 분해되어 냄새가 제거되므로 종래의 하수처리장과 달리 별도의 탈취시설을 설치하지 않고서도 탈취기능을 수행할 수 있게 된다.

타이머, 용존산소제어기, 산화환원전위제어기 등과 연동되는 공기공급밸브가 닫힌 때에는 반응조에 공기공급이 차단되어 혐기성상태로 전환된다. 이때에도 펌프는 계속 가동되므로 이젝터에서 분출되는 수류에 의하여 반응조 내의 유동상 생물막접촉재의 퇴적과 활성슬러지의 침전이 방지되어 유동 또는 현탁부유상태를 유지시켜주는 교반상태는 계속 유지되게 된다.

상기한 바와 같은 소포장치겸용 간헐폭기장치 및 방법을 사용함으로써 하수중의 질소와 인을 효과적으로 처리할 수 있으며, 폭기효율 및 침전효율의 개선 및 반응조에서 거품발생의 억제는 물론 시설비, 동력비 및 유지관리비 측면에서 경제성을 기할 수 있으며, 생산계수(Yield Coefficient)가 낮아 쉽게 세정되는 질화미생물을 고농도로 유지시킬수 있는 생물막 접촉재도 적용할 수 있게 된다.

도1은 본 발명에 따른 하·폐수처리장치의 제1실시예의 사시도,

도2는 본 발명에 따른 하·폐수처리장치의 제2실시예의 사시도,

도3은 본 발명에 따른 하·폐수처리장치의 제3실시예의 개략도,

도4는 본 발명에 따른 하·폐수처리장치의 제4실시예의 개략도,

도5는 본 발명에 따른 하·폐수처리장치의 제5실시예의 개략도,

도6은 본 발명에 따른 하·폐수처리장치의 제6실시예의 개략도,

도7은 본 발명에 따른 하·폐수처리장치의 제7실시예의 사시도,

도8은 본 발명에 따른 하폐수처리장치를 이용한 하·폐수처리의 계통도,

도9는 종래의 간헐폭기장치의 개략도,

도10은 종래의 소포장치를 포함한 하·폐수처리의 계통도이다.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -

1, 1a, 1f : 반응조 2 : 펌프

3 : 유출구 4 : 유출관

4a : 분기관 4b : 교반조절밸브

5 : 이젝터 6 : 공기공급관

6a : 수류보충관

7 : 공기공급주관 8, 81, 82 : 공기공급밸브

8a : 공기조절밸브 9 : 수류조절관

10 : 수류조절밸브 11 : 유동상 생물막 접촉재

12 : 분리벽 13 : 펌프실

13a : 펌프실덮개 14 : 소포수관

15 : 소포노즐 16 : 소포수밸브

17 : 수중폭기기 18 : 송풍기

19 : 망체 20 : 1차 침전지

21 : 침전지 22 : 슬러지 주입관

23 : 악취공기유입관 24 : 슬러지주입펌프

25 : 반송펌프 26 : 슬러지발효조

25a : 내부순환수단 25b : 내부순환관

27 : 고액분리수단 28 : 교반장치

29, 30 : 호기성 반응조 31 : 회전차

32 : 슬러지반송배관 22a, 22b : 슬러지 주입밸브

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 탈취기능과 소포기능 및 간헐폭기 기능이 구비된 하·폐수처리방법 및 장치의 제1실시예를 구현한 반응조의 사시도로서, 본 발명의 폭기장치는 반응조(1)에 펌프(2)가 설치되어 있고, 이 펌프(2)의 유출구(3)에는 유출관(4)이 연장되어 있으며 유출관(4)에는 물을 분사하거나 물과 공기의 혼합액을 분사시킬 수 있는 이젝터(5)가 다수 연결되어 있다. 각각의 이젝터(5)에는 공기공급관(6)이 연결되어 있는데 공기공급관은 구경이 큰 공기공급주관(7)에 연결되며 공기공급관과 공기공급주관(7)에는 공기조절밸브(8a)와 공기공급밸브(8)가 각각 설치된 구조로 되어 있다.

한편, 상기 유출관(4)에는 수류조절밸브(10)가 구비된 수류조절관(9)이 연결되어 이젝터(5)에서 분출되는 유량을 조절할 수 있게 되어 있으며, 이 수류조절관(9) 또는 유출관(4)에는 소포노즐(15)을 구비한 소포수관(14)이 연결되어 있고, 상기 소포수관(14)에는 소포수의 분사를 중지할 수 있는 소포수밸브(16)가 연결되어 있다. 상기 펌프(2)는 분리벽(12)으로 이루어진 별도의 펌프실(13) 내부에 설치되는 구조로 되어있다.

또한, 본 발명에서는 상기 공기공급밸브(8)로부터 관을 연장하여 악취공기유입관(23)을 구성하고 농축조, 슬러지탈수기, 슬러지발효조 등에서 발생되는 악취 함유공기가 배기되는 배기구와 연결함으로써, 악취함유공기가 앞에서 설명한 공기유입 경로를 통하여 반응조(1)로 유입될 수 있는 구조로 되어 있다.

위와 같이 구성된 본 발명의 탈취기능과 소포기능 및 간헐폭기 기능이 구비된 하·폐수처리장치의 운용방법을 살펴보면 다음과 같다.

먼저 하수중에 함유된 암모니아성질소를 질소산화물로 산화시키고 유기물(BOD)을 분해시키며 인을 과잉섭취시키기 위하여 반응조(1)를 호기성 상태로 운전하는 폭기단계에서는 펌프(2)를 가동하면서 공기공급주관(7)에 연결된 공기공급밸브(8)를 열린상태가 되도록 한다. 펌프(2)로부터 이젝터(5)를 통하여 물이 빠른 속도로 분출되면 이젝터(5) 내부에 설치된 노즐의 주변에 형성되는 음압에 의하여 공기공급밸브(8), 공기공급주관(7), 공기조절밸브(8a), 공기공급관(6)을 순차적으로 거치면서 공기가 이젝터(5)로 흡입되고 미세한 공기방울이 혼합된 수류가 이젝터(5)로부터 반응조(1) 내부로 분출되게 된다. 이때 공기방울의 기액 접촉면에서 산소가 반응조(1) 내부의 수체로 용존되어 반응조는 호기성 상태를 형성하게 된다.

이와같은 폭기상태에서는 이젝터(5)를 통하여 혼입된 공기방울들이 반응조(1)의 수면으로 부상하면서 다량의 거품이 발생된다. 공기공급밸브(8)를 개방하는 폭기상태일 때에는 반응조(1)의 거품발생을 억제시키기 위해서 공기공급밸브(5)의 개방과 동시에 소포수밸브(16)도 개방하여 펌프(2)의 토출 수류가 소포노즐(15)을 통하여 반응조(1)의 수면에 분사되도록 한다. 소포수를 분사하게 되면 거품발생이 억제됨은 물론 미세한 수류가 공기와 접촉하게 되는 소포수는 용존산소가 거의 포화된 상태로 반응조(1)에 도달하게 되므로 폭기효율의 상승효과도 가져오게 된다. 반응조(1)가 이와 같은 호기성 상태일때는 질산화와 유기물의 분해 및 미생물에 의한 인의 흡수가 활발하게 이루어지게 된다.

또한, 본 발명에서는 농축조, 슬러지탈수기등 악취발생원으로부터 발생되는 냄새를 제거하는 탈취방법을 실현하기 위하여 악취발생원으로부터 배기되는 악취 함유공기를 이용하여 반응조(1)를 폭기할수 있도록 상기 공기공급주관(7)에 설치된 공기공급밸브(8)로부터 악취공기유입관(23)을 연장하여 상기 악취발생원의 배기구와 연결되도록 구성하였다. 이젝터에 연결되어 있는 상기 공기공급주관(7)에 설치된 공기공급밸브(8)가 열릴때에는 악취함유공기가 흡입되어 상기 반응조(1)내부로 물과 함께 분출되며 유입된 공기중의 산소는 호기성미생물의 호흡에 사용되고 악취원인물질은 호기성미생물의 대사작용에 의하여 산화 또는 분해되게 된다.

공기공급밸브가 닫히면 일부 반응조에 악취함유 공기의 유입이 중단되더라도 하수처리장은 다수의 반응조로 구성되며 폭기와 비폭기가 교차하여 진행되므로 밸브가 개방되어 호기성 상태로 운전되는 다른 반응조로 악취함유 공기는 계속 유입되므로 탈취기능도 계속 진행되게 된다. 악취원인 물질은 종류에 따라서는 금속을 부식시키기도 하므로 송풍기의 흡입구로 악취함유 공기를 흡입하여 반응조로 송기시킬 경우 고속으로 회전하여 비교적 높은 온도로 운전되고 있는 송풍기의 회전차와 케이스를 부식시키게 된다. 그러나, 본 발명에 의한 하폐수처리장치에서는 공기의 통과경로에는 구동부분이 없고 저온으로 운전되므로 부식문제가 발생되지 않게 된다.

간헐폭기단계중 탈질반응과 인을 방출시키는 비폭기단계 즉, 혐기성단계에서는 공기공급은 중단되더라도 현탁미생물이 퇴적되지 않도록 교반상태는 계속 유지시켜야 한다. 펌프(2)를 계속 가동하는 상태에서 공기공급주관(7)에 연결된 공기공급밸브(8)를 닫아서 공기공급을 차단하게 되면 펌프(2)가 계속 가동되어 이젝터(5)를 통하여 물이 계속 분출되므로 공기공급관(6)의 내부에는 음압이 형성되더라도 공기공급밸브(8)가 닫혀 있기 때문에 반응조(1) 내부에는 이젝터(5)로부터 물만 분출되고 공기는 유입되지 못하게 된다. 따라서 반응조(1) 내부에는 상기 이젝터(5) 분출수류에 의하여 교반상태는 유지되고 공기공급은 중단되므로 미생물의 호흡에 의하여 산소가 고갈되어 혐기성 상태로 전환되게 된다. 이와 같이 혐기성단계에서도 반응조(1) 내부의 미생물 또는 미생물접촉재(11)가 퇴적되지 않도록 계속적인 교반동력은 요구되며 이러한 교반은 이젝터(5)에서 분출되는 수류에 의해서 이루어지게 되는 것이다.

혐기성단계에서는 반응조(1)에 유리산소가 용존하게 되면 미생물로부터 인의 방출이 저조할 뿐만 아니라 탈질에 기여하는 미생물들이 호흡함에 있어서 질소산화물로 결합된 산소보다는 물에 용존되어 있는 유리산소를 더욱 선호하게 되어 탈질이 이루어지지 못하게 된다. 따라서, 혐기성 단계에서도 계속 다량의 산소가 용존되는 소포수를 분사하게 되면 질소와 인의 제거효율이 낮아지게 된다. 또한, 혐기성단계에서는 반응조(1)에 공기가 주입되지 않기 때문에 반응조(1)의 거품 발생량이 적고 따라서 소포노즐(15)로부터 소포수가 분사되지 않도록 소포수밸브(16)도 닫히게 하는 것이 유리하다.

상기 공기공급밸브(8)는 전동밸브 또는 공압밸브 등의 자동밸브로 구성하고 타이머, 산화환원전위제어기 또는 용존산소제어기에 연동하여 개폐되도록 구성하여 자동운전이 가능하게 하는 것이 바람직하다. 공기공급밸브(8)가 열리는 폭기상태 즉 호기성단계에서는 거품이 다량 발생되므로 소포수밸브(16)도 개방하여 소포노즐(15)에서 소포수를 분사하여 거품발생을 억제시킨다. 공기공급밸브(8)가 닫히는 비폭기상태 즉, 혐기성단계에서는 거품 발생량이 작을 뿐아니라 소포수에 용존된 산소가 혼입되어 질소와 인의 처리효율이 저하되므로 소포수밸브(16)를 닫아서 소포수의 분사를 중지시킨다. 이와같이 공기공급주관(7)에 설치된 공기공급밸브(8)의 개폐시기는 소포수관(14)에 설치된 소포수밸브(16)의 개폐시기와 비슷하므로 이 두 밸브를 연동하여 동시에 작동하거나 짧은 시간차를 두어 작동시킴으로써 자동운전이 가능하게 된다.

또한, 동일 반응조(1) 내에 설치된 다수의 이젝터(5)에 연결된 다수의 공기공급관(6) 각각에 자동밸브인 공기공급밸브(8a)를 부착할 수도 있으나 상호 작동시기가 불일치할 경우 혐기성과 호기성상태의 전환이 불분명하므로 설치필요성이 있는 경우 정밀한 작동조절이 요구된다. 따라서, 공기공급관(6)들을 구경이 큰 공기공급주관(7)에 모아서 연결하고 공기공급주관(7)에 공기공급밸브(8)를 설치하면 밸브수를 줄이고 오동작의 가능성을 줄일 수 있어 유리하다.

이젝터(5)로부터 분출되는 수류는 공기를 흡입하기 위한 음압을 형성하는 것 외에도 반응조(1) 내부의 활성슬러지를 부유시키거나, 유동상 생물막접촉재(11)를 유동시키는 교반기능을 하게 된다. 그러나, 운전상황에 따라서는 이젝터(5)로부터의 수류 분출강도가 지나치게 클 경우, 반응조(1) 내부에 강한 전단력이 형성되어 접촉재(11) 표면의 생물막이 탈리(Sloughing)되거나 현탁증식하는 활성슬러지가 분산되어 처리효율이 저하되게 된다. 따라서, 이젝터(5)에서 분출되는 유량이 과다할 경우에는 상기 수류조절밸브(10)를 부분적으로 개방하여 펌프(2)로부터 토출되는 유량중의 일부를 반응조(1) 또는 펌프실(13)의 수면 부근으로 유도하여 이젝터(5)로부터 분출되는 유량을 조정할 수 있게 된다.

즉, 이젝터(5)로부터 분출되는 유량을 감소시키고자 할 때에는 수류조절밸브(10)를 조금씩 개방하여 반응조(1)의 수면근처로 바이패스시킴으로써 분출유량을 조절할 수 있게 되어 반응조(1) 내부의 혼합강도를 조절할 수 있게 되며, 생물막접촉재(11)에 생물막이 과다하게 부착되어 인위적인 탈리(Sloughing)가 요구될 경우에는 수류조절밸브(10)를 완전히 밀폐하여 이젝터(5)로부터의 수류분출강도를 크게 할 수 있는 구조이다.

또한, 펌프는(2)는 수중형 또는 지상형으로 구성할 수도 있다.

공기조절밸브(8a)는 반응조(1) 내부로 공급되는 공기흡입량을 조절하기 위하여 각각의 공기공급관(6)에 구비되는 밸브이다. 상기 공기조절밸브(8a)를 조절함으로써 각각의 이젝터(5)에 흡입되는 공기량을 조정할 수 있게 되어 반응조(1) 내부의 송기량을 조절할 수 있게 되는 것이다. 특히, 반응조(1)가 플러그 흐름 반응기 형태일 경우 반응조(1)의 위치에 따라 산소소요량이 다르기 때문에 각각의 이젝터(5)의 폭기량을 조정함으로써 반응조(1) 전체에 용존산소농도를 고르게 유지할 수 있게 된다.

또한, 수중펌프를 사용할 경우에는 펌프(2)가 반응조(1)에 부설되어 분리벽(12)으로 이루어진 별도의 펌프실(13) 내부에 설치하는 것이 유리하다. 반응조(1) 내부로 협잡물이 혼입되기도하며 이러한 협잡물이 구경이 작은 소포노즐(15)을 폐쇄시킬 수도 있다. 무엇보다도 문제가 될 수 있는 것은 반응조(1)내부에 크기가 작은 유동상 생물막접촉재(11)를 충진하게 되면 펌프(2)의 흡입구로 유입될수 있으며, 특히 수중펌프(2)를 사용할 경우에는 수선하기 위하여 펌프(2)를 인양한 후에 다시 설치하는 작업에서 유동상 생물막접촉재(11)가 장애물이 되게 된다. 즉, 펌프(2)를 수선하기 위하여 인양하게 되면 교반이 중단되므로 반응조(1)의 바닥에 생물막접촉재(11)들이 퇴적하게 되며 인양후 재설치할 때에 바닥에 쌓여 있는 생물막접촉재(11)들이 펌프(2)가 제자리에 안착될 수 없게 방해하는 지장물이 되는 문제점이 있다. 이러한 문제점에 대한 대책으로 수중펌프(2) 주변에 망체나 스크린 등으로 구성된 다공성의 분리벽(12)을 설치하여 펌프실(13)을 구성함으로서, 반응조(1)내의 물은 펌프실(13)로 잘 유입되고 협잡물은 걸러져서 소포노즐(15)의 폐쇄가 방지되며, 무엇보다도 유동상 미생물접촉재(11)들은 펌프실(13)로 들어올수 없게 되어 인양한 펌프(2)를 다시 설치하는 작업에 장애물이 되지 않게 된다. 또한 외부로부터 협잡물이 펌프실(13)내부로 들어오지 못하도록 펌프실 덮개(13a)를 설치하는 것이 바람직하다.

그리고 공기공급이 중단되는 비폭기 상태에서는 이젝터에 음압이 걸려도 공기공급밸브가 닫혀 있어서 물만 분출되므로 교반력이 약화되는 경향이 있다. 이젝터(5)에서의 분출력을 높이기 위해 공기공급주관(7)에서 반응조의 수면아래에 잠기도록 수류보충관(6a)이 설치되어 있다. 이것은 공기공급주관(7)의 공기조절밸브(8a)가 닫혀서 공기공급이 중단된 상태에서 이젝터(5)에 음압이 걸릴 때 반응조 내의 물이 수류보충관(6a)과 공기공급주관(7)을 거쳐 공기공급관(6)을 통해 이젝터(5)로 보충될 수 있게 한 것이다. 이렇게 하면 이젝터(5)에서의 수류 분출력이 높아지게 된다. 이 수류보충관(6a)에도 필요시 여닫을 수 있는 조절밸브(6b)를 설치할 수 있다.

도2는 본 발명에 따른 하·폐수처리장치 및 처리방법에 관한 제2실시예에 관한 개략도이다.

상기한 제1실시예와 다른점은 유출관(4)에서 이젝터(5)에 연결되는 분기관(4a)이 설치되어 있고 이 분기관(4a)에는 교반조절밸브(4b)가 설치되어 이젝터(5) 별로 분출유량을 조절하여 교반강도를 조절할 수 있게 되어 있는 것이다. 이것은 교반을 부분적으로 시킬 필요가 있거나 교반력을 낮출 필요가 있을 때 일부의 이젝터(5)에 펌프에서 공급되는 수류를 조절할 수 있게 한 것이다. 즉, 펌프(2)의 유출구(3)로부터 상기 유출관(4)을 연장하여 설치하고 상기 유출관(4)으로부터 상기 이젝터(5)까지 각각 관로를 연장하고 각각의 관로에는 유량을 조절할 수 있는 밸브를 설치하여 각각의 이젝터(5)에서 분출되는 유량을 직접 조절할 수 있게 한 것이다.

도3은 본 발명에 따른 하·폐수처리장치 및 처리방법에 관한 제3실시예에 관한 개략도이다.

반응조(1a, 1f)에는 물을 교반하거나 또는 외부로부터 압송되는 공기를 미세한 공기방울로 분산시켜서 물과 함께 혼합하여 교반시킬 수 있는 회전차(31)가 구비된 수중폭기기(17)가 설치되어 있다. 상기 공기공급관(6)들은 모아져서(복수의 반응조일 경우) 공기공급주관(7)에 연결되고 상기 공기공급주관(7)의 다른 일방에는 공기를 압송시키는 송풍기(18)에 연결되어 있다. 상기 공기공급관(6)에는 타이머 또는 산화환원전위기등에 연동하여 자동으로 개폐될수 있는 공기공급밸브(81, 82)들이 설치되어 구성되어 있으며 장치의 운용방법은 다음과 같다.

반응조(1a, 1f)를 폭기상태로 유지할때에는 물론 비폭기상태에서도 현탁미생물 또는 생물막접촉재(11)가 퇴적되지 않도록 반응조(1a, 1f)내부는 계속 교반상태가 유지되어야 하므로 다수의 반응조일 경우 각각에 송풍기를 구비하고 해당 반응조에서 폭기상태와 비폭기상태의 교체가 요구될 때마다 송풍기의 가동을 개시 또는 중단하는 간헐폭기방법을 사용할 수도 있다. 그러나, 이러한 경우에는 송풍기의 시설용량이 증대되고 유휴시설이 발생되며 순간 전력부하량이 증대되는 비경제성을 초래하게 된다.

이와 달리 본 발명에서는 폭기/ 비폭기 상태와 관계없이 상기 수중폭기기(17)에 구비된 회전차(31)와 상기 송풍기(18)는 언제나 가동되는 상태에서 상기 공기공급밸브(81, 82)가 개방되는 반응조는 폭기되어 호기성상태로 운전되고 폐쇄되는 반응조는 비폭기 교반상태로 운전되어 혐기성상태로 전환되게 된다.

본 실시예에 의한 운전방법을 보다 상세히 설명하면, 상기 송풍기(18)와 상기 수중폭기기(17)는 계속 가동되는 상태에서 어느 일방의 공기공급밸브(81)를 개방하고 다른 공기공급밸브(82)를 닫으면 공기공급밸브(81)가 개방된 반응조(1a)는 폭기상태로 운전되고 공기공급밸브(82)가 닫힌 반응조(1f)는 비폭기 교반상태로 운전되게 된다. 또한, 상기 공급밸브(81, 82)의 개폐상태를 교체하면 전단계에서 폭기상태로 운전되었던 반응조(1a)는 비폭기상태로 비폭기상태로 운전되었던 반응조(1f)는 폭기상태로 변경되어 운전되므로, 상기 반응조(1a, 1f)들은 폭기/비폭기상태가 교체되는 간헐폭기방법으로 운전되게 된다.

본 실시예에 따라 하폐수처리장치를 구성하여 운영하게 되면, 비교적 작은 송풍기(18) 시설용량으로 가동율을 높힐 수 있게 된다. 예를들어 설명하면, 1시간동안에는 폭기, 1시간동안에는 비폭기 상태로 운전이 요구되는 하수처리의 경우 2계열의 반응조를 구성하되 1계열의 반응조에서 요구되는 용량의 송풍기를 설치하여 계속 가동시키고, 각 계열의 반응조에 교대로 공기를 공급할수 있도록 공기공급밸브를 타이머에 연동하여 1시간 간격으로 개폐 조작을 반복하므로서 송풍기(18)의 가동을 조작하는 방법에서보다 송풍기 시설용량을 1/2로 줄일수 있게 된다.

또 다른 예를들어 설명하면, 2시간동안에는 폭기, 1시간동안에는 비폭기 상태로 운전이 요구되는 하수처리의 경우 3계열의 반응조를 구성하되 2계열의 반응조에서 요구되는 용량의 송풍기를 설치하여 계속 가동시키고, 각 계열의 반응조에 구비된 공기공급밸브를 2시간 개방후 1시간씩 닫히도록 조작하되 타이머에 연동하여 개폐시기를 순차적으로 일치되도록 조작함으로써 송풍기 자체의 가동을 조작하는 방법보다 송풍기 시설용량을 2/3로 줄일 수 있게 된다. 송풍기의 과열을 방지하고 고장에 대비하여 예비시설을 설치하는 경우에도 본 발명에 의한 간헐폭기방법에 의하면 예비시설 용량도 감소하게 된다.

상기 반응조(1a, 1f)내부에 유동상 생물막접촉재(11)를 충진하게 되면 수중폭기기(17)하부의 개구부로 상기 생물막접촉재(11)가 유입되어 회전차(31)와 충돌하여 파손되거나 회전차(31)에 손상을 줄수도 있으므로 상기 수중폭기기(17)하부에는 생물막접촉재(11)의 크기에 따라 격자망이나 스크린 또는 다공판등으로 구성된 망체(19)를 구성하는 것이 바람직하다.

도4는 본 발명에 따른 하·폐수처리장치 및 처리방법의 제4실시예에 관한 개략도이다.

본 실시예에서는 반응조(1a,1f)를 2조 이상 직렬로 연결하여 구성하고, 상기 반응조(1a, 1f)들 중에서 최초 반응조(1a)의 앞단계에는 1차침전지(20)를 구비하고 최종 반응조(1f) 다음에는 침전지(21)를 연결하여, 유입하수는 상기 1차침전지(20), 반응조(1a, 1f), 침전지(21)를 순차적으로 거치면서 처리되도록 한 것이다. 하수가 최초로 유입되는 상기 1차침전지(20)에서 주로 유기성 고형물로 구성된 생슬러지가 침전제거되고 상징수는 최초 반응조(1a)로 유입되어 직렬로 구성된 상기 반응조(1a, 1f)와 침전지(21)를 순차적으로 거쳐서 처리되고 주로 미생물로 구성된 활성슬러지는 상기 침전지(21)에서 침전분리된 후에 상징수가 유출되도록 한 것이다.

또 상기 반응조(1a, 1f)에서 현탁미생물농도가 유지될 수 있도록 상기 침전지(21)에서 침전된 활성슬러지를 인출하여 최초 반응조(1a)로 유입시킬 수 있게 되어 있는데, 슬러지반송펌프(25)와 슬러지반송배관(32)등 슬러지 반송시설을 이용해서 활성슬러지를 반송한다. 상기 반응조(1a, 1f) 내부에 생물막접촉재(11)를 충전하여 미생물을 주로 부착증식시킬 경우에는 상기 슬러지반송시설을 생략할 수도 있다.

본 실시예에서도 상기 반응조(1a, 1f)들은 간헐폭기방법으로 운전하며 폭기 즉, 호기성 상태로 운전할 경우에는 가급적 독립영양계 미생물인 질화미생물에 의하여 유리산소가 이용될 수 있도록 유기물 부하가 작은 것이 유리하다. 따라서, 1차침전지(20)에서 최대한 유기물을 제거하여 반응조(1a, 1f)로 유입되는 하수중의 유기물 농도를 낮게 하여야 한다. 그러나 비폭기상태에서는 반응조(1a, 1f)에 유기물이 풍부하게 존재하여야 호기성 미생물의 대사활동에 의하여 용존된 유리산소가 신속하게 소모되고 질소산화물 형태로 결합된 결합산소를 이용하게 되어 효과적인 탈질반응이 진행되는 무산소상태가 형성되며 나아가서 결합산소가 고갈되어 활성슬러지로부터 인이 효과적으로 방출되는 혐기성상태로 전환될 수 있게 된다. 따라서, 본 실시예에서는 상기 1차침전지(20)에서 침전된 생슬러지를 인출하여 상기 반응조(1a, 1f)의 전부 또는 일부에 주입하는 방법으로서 슬러지주입펌프(24)와 슬러지주입관(22)을 이용한다. 상기 최초침전지(20)에서 인출한 생슬러지를 상기 반응조(1a, 1f)가 비폭기상태일 때에 주입하여 질소산화물의 환원반응에 소요되는 전자공여체로 이용하는 한편 호기성상태에서 혐기성상태로의 신속한 전환을 위하여 유리산소를 고갈시키는 전자공여체로 이용할 수 있게 하였다.

상기 슬러지주입관(22)에 구비된 슬러지주입밸브(22a, 22b)를 자동밸브로 구성하여 폭기시 반응조에 공기를 공급하는 공기공급밸브에 연동하여 개폐되도록 하는 방법을 사용하여 반응조가 폭기 상태에 있을 때는 슬러지의 주입을 피하는 것이 바람직하다. 이에 따라 반응조(1a, 1f)가 비폭기상태일 때에만 생슬러지가 주입될 수 있게 한다. 또한, 상기 슬러지주입펌프(24)의 가동을 상기 공기공급밸브(8, 81, 82)에 연동하여 작동시켜서 생슬러지의 주입을 자동화시킬 수도 있다. 상기 생슬러지에는 전처리시설에서 제거되지 못한 미세한 협잡물이 포함되기도 하므로 망이나 다공성판으로 구성된 세스크린을 거쳐서 협잡물이 제거된 생슬러지를 상기 반응조(1a, 1f)에 주입하는 것이 유리하다.

본 발명에서는 간헐폭기방법에 의한 질소제거에 추가하여 전탈질방법을 병행하여 수행할 수 있도록 후단계 반응조(1f)의 수체를 전단계반응조(1a)의 일부 또는 전부에게 역류하여 순환시킬 수 있는 펌프 등으로 구성되는 내부순환수단(25a)과 내부순환관(25b)이 구비되어 있다.

생물학적 하수처리장에서 하수가 유입되는 최초반응조는 유기물농도가 높고 질소산화물농도는 낮으며 반응조의 단계가 거듭되어 최종반응조로 접근할수록 유기물의 농도는 낮아지고 질소산화물의 농도는 증가하게 된다.

따라서 질소산화물농도가 높은 후단계 반응조의 수체를 유기물농도가 높은 전단계 반응조로 내부순환시켜서 유입하수중에 함유된 유기물을 탈질반응에 필요한 전자공여체로 이용할 수 있다. 이러한 질소제거방법을 전탈질방법이라 하며 지금까지 Bardenpho공법, A/O공법 등 많은 변법들이 사용되고 있다.

간헐폭기방법에 의한 질소제거방법에서도 비폭기상태에서 유기물이 충분히 공급되지 못하거나 체류시간이 부족하면 후단에 설치되는 반응조에는 미처 탈질반응이 이루어지지 못한 질소산화물이 존재하는 경향을 실험에 의하여 확인할 수 있었다. 따라서 질소산화물이 함유된 후단계 반응조의 수체를 하수가 유입되어 비교적 유기물농도가 높은 최초반응조 또는 전단계 반응조로 내부순환시키게 되면 전단계 반응조가 비폭기 교반상태로 운전될 때에 전탈질방법에 의한 질소제거도 병행할 수 있게 되어 질소제거효율을 향상시킬 수 있게 된다.

하수처리장에서 이용가능한 유기물과 질소산화물의 물질수지를 고려하여 필요시에는 최초반응조를 항상 비폭기 교반상태로 운전할 수 있으며 이또한 본 발명의 범위에 포함되는 것이다. 이와 같은 전탈질방법을 이어서 설명하는 제5실시예 또는 제6실시예에서도 이용될 수 있다.

도5는 본 발명에 따른 하·폐수처리장치 및 처리방법의 제5실시예에 관한 개략도이다.

반응조(1a, 1f)를 2조 이상 직렬로 연결하고, 최초 반응조(1a) 앞에 침전공정을 거치도록 1차 침전지(20)를 구비하고 최종 반응조(1f) 뒤에는 침전지(21)를 연결하며, 상기 최초 반응조(1a)와 1차침전지(20) 사이에 호기성 상태의 공정을 거치게 하기 위해 호기성반응조(29)를 설치하여 1차침전지(20)의 상징수는 상기 호기성반응조(29)를 거쳐서 상기 최초 반응조(1a)로 유입되도록 구성하거나, 또는 상기 최종 반응조(1f)와 상기 침전지(21)의 중간에 호기성반응조(30)를 추가로 구성하는 실시예에 관한 것이다.

최초로 유입된 하수는 질소산화물농도가 낮을 뿐만 아니라, 비폭기상태로 운전되기도 하는 상기 최종 반응조(1f)의 유출수는 미생물 플록에 질소가스가 부착되어 침강성이 저하될 수도 있다. 따라서, 본 실시예에서는 최초 유입수를 상시 호기성상태로 가동되는 호기성반응조(29)에 먼저 유입시켜서 질산화율을 높히거나 간헐폭기방법으로 운전되는 상기 최종 반응조(1f)의 유출수를 상기 호기성반응조(30)를 거치게 하여 최종단계에서 침강성을 개선하고 질소가스를 탈기(Air-Stripping)시키기 위하여 간헐폭기방식으로 운전되는 상기 반응조(1a, 1f)의 전단계 또는 후단에 언제나 폭기상태로 운전되는 호기성반응조(29, 30)를 거치게 한 것이다.

앞에서 보여준 도3의 실시예에서는 1차침전지(20)에서 침전된 생슬러지를 비폭기상태의 반응조(1a, 1f)에 주입하여 전자공여체로 이용하였다.

그러나, 상기 생슬러지는 주로 분자량이 큰 고형유기물들의 혼합물이기 때문에 미생물에 의하여 쉽게 이용되거나 분해되지 못하므로 탈질반응속도가 느리고 미분해 고형물이 상기 침전지(21)에서 유기물을 용출시키게 되면 용존성 유기물이 유출되어 처리효율이 저하되기도 한다. 이러한 문제점을 해소하기 위하여 본 실시예에서는 슬러지발효조(26)를 구비하여 상기 1차침전지(20)에서 인출된 생슬러지를 혐기성 발효시켜서 고형유기물을 분자량이 작은 용해성 유기물로 전환시키고 발효된 액상의 유기물을 상기 반응조(1a, 1f)들이 비폭기 상태로 운전되는 동안에 주입하는 장치 및 방법을 도입하였다.

탈질반응이 신속하게 이루어지려면 미생물이 쉽게 이용할 수 있는 유기물이 풍부하게 공급되어야 하며 이러한 유기물로는 분자구조가 간단한 초산염이 가장 유리하고 그다음 부틸염과 알콜류이다. 상기 생슬러지는 발효성 유기물에 의하여 용이하게 유기산으로 발효시킬 수 있으며 발효된 슬러지에는 초산염이 가장 많고 그다음 부틸염과 프로필염 및 알콜류들이다. 이와같은 유기산 발효는 까다로운 메탄발효의 전단계에서 종료시키므로 운전관리가 용이하고 상기 슬러지발효조(26)의 용량도 크게 소요되지 않게 된다.

상기 생슬러지에는 미생물에 의하여 분해되지 못하는 미세한 토사와 같은 광물질이 함유되거나 상기 슬러지발효조(26)에는 미처 발효되지 못한 고형성 유기물이 존재하기도 한다. 슬러지발효조(26)의 유출구에는 침전지 또는 원심분리기 등의 고액분리수단(27)을 거치게하여 슬러지발효조(26)의 유출수중에 함유된 고형물을 제거할 수 있다.

또한, 슬러지 발효액의 고액분리수단으로는 상기 슬러지발효조(26)를 2조 이상 설치하여 슬러지의 흐름을 직렬이 되도록 하고, 2조의 슬러지발효조중에서 1개조는 슬러지의 발효에 나머지 1개조는 발효슬러지를 침전시키는 고액분리수단으로 교대로 사용할 수 있도록 하여 발효슬러지에 함유된 액화되지 못한 고형물 또는 미세토사들을 분리시킨 후에 액상의 유기물만을 상기 반응조(1a, 1f)가 비폭기상태일 때에 주입하도록 구성할 수도 있다. 효과적인 슬러지발효를 위하여 상기 슬러지발효조(26)에는 교반장치(28)에 의해 교반과정을 거치게 하는 것도 바람직하며 Ph조정을 위하여 알카리를 주입할 수도 있다.

도6는 본 발명에 따른 하·폐수처리장치 및 처리방법에 관한 제6실시예에 관한 개략도이다.

본 실시예에서는 반응조(1a, 1f)를 2조 이상 직렬로 연결하고 최종 반응조(1f) 다음에는 침전지(21)를 연결하며, 유입하수는 상기 반응조(1a, 1f)와 침전지(21)를 순차적으로 거치면서 처리되도록 한 것이다.

본 실시예에서는 제3실시예 또는 제4실시예에서 1차침전지(20)와 슬러지 발효조(26)등을 생략하여 구성한 하·폐수처리장치 및 처리방법이다. 앞에서 보여준 제3또는 제4실시예들은 대규모의 하수처리장에서는 처리효율과 경제적인 측면에서 유리한 장점을 보유하고 있다. 그러나, 중소규모의 하수처리장의 경우 1차침전지(20) 또는 슬러지 발효조(26) 등을 설치하는 것은 구조물의 수가 증대되고 장치의 구성이 복잡하게 된다. 따라서, 본 실시예에서와 같이 상기 1차침전지(20)의 설치를 생략하여 장치를 단순하게 구성하여 비폭기 상태에서 탈질반응에 부족되는 전자공여체로 미생물의 자산화에 의한 유기물이 이용될 수 있도록 반응조(1a, 1f)의 용량을 증대시키는 것이 오히려 경제적이고 운전관리도 용이하게 된다.

상기 반응조(1a, 1f)는 폭기와 비폭기 상태가 교대로 반복되는 간헐폭기방식으로 운전하게 되며 최초 반응조(1a)의 앞에 또는 최종 반응조(1f) 다음에는 상시 호기성 상태로 가동되는 호기성 반응조를 추가로 설치할 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 포함되는 것이다.

무산소 또는 혐기성 조건이 요구되는 비폭기 교반상태에서는 대기중의 산소가 반응조의 내부로 용존되는 것은 탈질 및 인의 방출반응에 불리하게 작용한다. 반응조(1a, 1f)의 수면이 비폭기 상태에서도 대기에 노출되면 대기중의 산소가 상기 반응조(1a, 1f)내부로 용해된다. 그러나, 상기 반응조의 수면을 밀폐하면 폭기상태로 운전할 때 폭기된 공기가 원활하게 배기되지 못하는 문제점이 발생된다. 따라서, 내부가 비어 있는 합성수지 볼, 발포 스티로폴 조각등 비중이 작은 물체를 상기 반응조(1a, 1f)의 수면위에 적층되도록 부유시키면 폭기공기가 원활하게 배기될수 있음은 물론, 비폭기 교반상태에서는 대기중의 공기가 상기 반응조(1a, 1f)내부의 수체로 용존되지 못하도록 차단시킬 수 있게 된다. 상기 반응조(1a, 1f)를 밀폐시키고 공기배기밸브(Air Vent)를 설치하는 방법도 물론 본 발명의 범위에 포함된다.

도7은 본발명에 따른 제7실시예로써 탈취기능, 소포기능 및 간헐폭기기능을 갖춘 제1실시예에 내부순환기능이 추가로 구비된 하폐수처리방법 및 장치를 구현한 반응조의 사시도이다. 본 발명의 폭기장치는 반응조가 2조 이상 직렬로 구성되어 있으며 최종 반응조나 중간단계의 반응조 또는 후단계 반응조(1f)에는 1대 이상의 펌프(2)가 구비되어 있고 펌프(2)의 유출구(3)에서 관으로 연장된 유출관(4)이 설치되어 있다. 상기 펌프(2)가 설치된 반응조(1f)의 전단계 반응조(1a)에는 이젝터(5)가 하나 이상 설치되어 있으나 펌프설치는 생략하고 후단계 반응조(1f)에 설치된 펌프(2)의 유출관(4)과 상기 전단계 반응조(1a)의 이젝터(5)는 연결되어 설치되는 구조이다. 공기공급 및 소포장치 등은 제1실시예에서와 동일한 구조이다.

위와 같이 구성된 본 발명의 내부순환기능이 추가로 구비된 하·폐수처리장치의 운용방법을 살펴보면 다음과 같다.

상기 펌프(2)를 가동하면 상기 펌프가 설치된 후단계 반응조(1f)는 폭기 또는 비폭기 교반이 이루어지고 동시에 전단계의 반응조(1a)로 펌프의 토출수가 역류순환되어 상기 전단계 반응조(1a)에 설치된 이젝터(5)에서 분출되므로 상기 전단계 반응조(1a)에서도 후단계 반응조(1f)에 설치된 펌프(2)에 의하여 폭기 또는 비폭기 교반이 이루어짐은 물론 별도의 내부순환수단을 구비하지 않고서도 후단계 반응조(1f)의 물이 전단계 반응조(1a)로 내부순환되게 된다.

본 실시예에 의하면 제5실시예와 같은 별도의 내부순환수단(25a)과 내부순환관(25b)을 설치하지 않고서도 질소산화물이 함유된 후단계 반응조(1f)의 수체를 하수가 유입되어 비교적 유기물농도가 높은 전단계 반응조(1a)로 내부순환시킬 수 있게 되며 이에 따라 전단계 반응조(1a)가 비폭기 교반상태로 운전될 때에는 전탈질방법에 의한 질소제거도 병행할 수 있게 되어 질소제거효율을 향상시킬 수 있게 된다.

간헐폭기 본래의 목적을 실현하기 위해서는 후단계 반응조(1f)에 설치된 펌프(2)를 전단계 반응조(1a)의 폭기 및 교반수단으로 함께 사용하는 본 실시예에서도 공기공급주관(7), 공기공급밸브(8) 등 간헐폭기방법을 실현하는 공기공급수단과 산소용존과 관계되는 소포수밸브(16) 등은 반응조(1a, 1f)마다 각각 독립되어 운영될 수 있도록 구성되어야 한다.

본 실시예에서는 전단계 반응조에는 펌프설치가 생략되므로 시설비면에서 경제적이며 간헐폭기방법, 소포방법 및 탈취방법은 제1실시예에서와 동일하다.

도8은 본 발명에 따른 소포기능과 탈취기능 및 간헐폭기 기능이 구비된 하·폐수처리방법 및 장치를 이용한 하수처리 계통도이다.

본 실시예에서는 제1실시예의 하폐수처리장치 및 방법을 이용하면 소포수조 및 소포펌프, 탈취시설, 송풍기가 생략되므로 종래의 하수처리 계통도인 도10의 처리계통과는 달리 송풍기실 건축물과 소포수조 구조물이 필요없으며 별도의 송풍기 및 소포펌프가 생략됨을 알수 있다. 특히, 제7실시예를 사용할 경우 별도의 내부순환수단을 설치하지 않고서도 간헐폭기장치가 내부순환수단을 구비하고 있으므로 내부순환에 의한 전탈질방법을 병행할 수 있게 되어 질소제거효율이 우수하고 경제적인 장치를 실현할 수 있다. 또한 송풍기와 소포수조에서 생물학적 반응조까지 공기와 소포수를 이송하는 배관이 불필요하게 되어 기계 및 배관시설면에서 매우 경제적임을 보여주고 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 하수처리장치와 방법을 이용하면, 폭기효율과 침전효율이 개선되고 반응조에서 거품발생이 억제되며 접촉재를 충진하는 생물막공법의 채택이 용이하게 된다. 또한, 별도의 송풍기와 이에 따른 송풍기실 건축물을 생략하거나 용량을 줄일 수 있게 되고, 폭기조의 거품발생을 억제한 소포수조 및 소포수펌프와 탈취시설의 설치가 불필요하며 내부순환이 가능하게 되어 기계공사비, 배관공사비, 건축비, 동력비와 유지관리비도 절감할 수 있게 되며 특히, 부영양화의 원인물질인 질소와 인의 제거효율을 효과적으로 높일 수 있다.`

Claims (43)

1. 반응조(1)에 1대 이상의 펌프(2)가 구비되어 있고 펌프(2)의 유출구(3)에 관으로 연장된 유출관(4)이 설치되어 있으며, 상기 유출관(4)에는 이젝터(5)가 하나 이상 설치되어 있고, 상기 이젝터(5)에는 공기를 공급하는 공기공급관(6)이 연결되어 있으며, 상기 공기공급관(6)은 공기공급주관(7)에 연결되어 있고,상기 공기공급주관(7)에는 타이머 또는 산화환원전위기 등에 연동하여 자동으로 개폐될 수 있는 공기공급밸브(8)가 설치되어 있으며, 또 상기 공기공급주관(7)에는 농축조 또는 탈수기실 등의 악취발생원으로부터 배기되는 악취함유공기를 유입시킬 수 있는 악취공기유입관(23)이 연결되어 상기 펌프(2)와 상기 공기공급밸브(8)로 교반과 아울러 간헐적인 폭기가 이루어지게 되고 동시에 악취가 제거될 수 있게 한 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 공기공급주관(7)에 수류보충관(6a)이 반응조의 수면아래 잠기도록 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 유출관(4)에 이젝터(5)가 연결되는 분기관(4a)이 설치되어 있고 상기 분기관(4a)에는 교반조절밸브(4b)가 설치된 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 유출관(4)에는 수류조절밸브(10)를 구비한 수류조절관(9) 또는 소포노즐(15)과 소포수밸브(16)를 구비한 소포수관(14)이 분기되어 연결된 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 반응조(1)의 수면에는 내부가 비어 있는 합성수지볼, 발포스티로폴 등 비중이 작은 물체를 부유시켜서 반응조의 수면과 대기중의 공기가 차단되도록 한 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치.
6. 반응조가 2조 이상 직렬로 구성되어 있고 최종 또는 중간에 설치되는 후단계 반응조(1f)에는 1대 이상의 펌프(2)가 구비되어 있고 펌프(2)의 유출구(3)에서 관으로 연장된 유출관(4)이 설치되어 있으며, 상기 펌프(2)가 설치된 반응조(1f)와 전단계의 반응조(1a)에는 이젝터(5)가 하나 이상 설치되어 있고, 상기 유출관(4)과 상기 이젝터(5)는 연결되어 설치되어 있으며, 상기 이젝터(5)에는 공기를 공급하는 공기공급관(6)이 연결되어 있고, 상기 공기공급관(6)은 공기공급주관(7)에 연결되어 있으며, 상기 공기공급주관(7)에는 타이머 또는 산화환원전위기 등에 연동하여 자동으로 개폐될 수 있는 공기공급밸브(8)가 설치되어 있고, 또 상기 공기공급주관(7)에는 농축조 또는 탈수기실 등의 악취발생원으로부터 배기되는 악취함유공기를 유입시킬 수 있는 악취공기유입관(23)이 연결되어 상기 펌프(2)와 상기 공기공급밸브(8)로 교반과 내부순환 및 간헐적인 폭기가 이루어지게 되고 동시에 악취가 제거될 수 있게 한 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 공기공급주관(7)에 수류보충관(6a)이 반응조의 수면아래 잠기도록 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치.
8. 제6항에 있어서, 상기 유출관(4)에 이젝터(5)가 연결되는 분기관(4a)이 설치되어 있고 상기 분기관(4a)에는 교반조절밸브(4b)가 설치된 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치.
9. 제6항에 있어서, 상기 유출관(4)에는 수류조절밸브(10)를 구비한 수류조절관(9) 또는 소포노즐(15)과 소포수밸브(16)를 구비한 소포수관(14)이 분기되어 연결된 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치.
10. 제6항에 있어서, 상기 공기공급주관(7)은 반응조단위로 구분되어 설치되어 있고 상기 반응조에 설치된 이젝터(5)와 상기 공기공급주관(7)은 공기공급관(6)으로 연결되는 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치.
11. 제6항에 있어서, 상기 반응조의 수면에는 내부가 비어 있는 합성수지볼, 발포스티로폴 등 비중이 작은 물체를 부유시켜서 반응조의 수면과 대기중의 공기가 차단되도록 한 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치.
12. 수류 교반을 위한 회전차(31)를 구비한 수중폭기기(17)가 설치된 하나 이상의 반응조(1)와, 상기 수중폭기기에 연결되어 공기를 불어넣는 공기공급관(6)과, 상기 공기공급관(6)에 연결된 공기공급주관(7)과, 상기 공기공급관(6) 또는 공기공급주관(7)에 설치되어 있으며 타이머 또는 산화환원전위기 등에 연동하여 자동으로 개폐될 수 있는 공기공급밸브(81) 및 상기 공기공급주관(7)에 연결된 송풍기를 포함하여 폭기와 교반이 교대로 반복할 수 있게 한 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 반응조(1)에는 생물막접촉재(11)가 충전되고 상기 수중폭기기(17)의 개구부에는 격자, 스크린, 다공판 등으로 구성된 망체(19)가 구비된 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치
14. 제12항에 있어서, 상기 반응조(1)의 수면에는 내부가 비어 있는 합성수지볼, 발포스티로폴 등 비중이 작은 물체를 부유시켜서 반응조의 수면과 대기중의 공기가 차단되도록 한 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치.
15. 폭기장치와 교반장치가 설치되어 간헐적인 폭기가 이루어질 수 있게된 하나 이상의 하폐수처리용 반응조(1)와 상기 반응조(1)의 앞뒤에는 각각 1차침전지(20)와 침전지(21)가 설치되어 유입하수는 상기 1차침전지(20), 반응조(1), 침전지(21)를 순차적으로 거치면서 처리되도록 되어 있고, 유입하수중에 함유된 생슬러지는 상기 1차침전지(20)에서 침전분리된 후에 상징수가 상기 반응조(1)로 유입되고, 상기 반응조(1)의 유출수에 함유된 활성슬러지는 상기 침전지(21)에서 침전분리된 후에 상징수가 유출되도록 되어 있으며, 상기 1차침전지(20)에서 침전된 생슬러지를 인출하여 상기 반응조(1)의 전부 또는 일부에 주입할 수 있는 슬러지주입펌프(24)와 슬러지주입관(22)이 설치된 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치.
16. 제15항에 있어서, 상기 반응조(1)중, 최초반응조의 앞에 호기성반응조(29)가 설치된 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치.
17. 제15항에 있어서, 상기 반응조(1)중 최종반응조와 상기 침전지(21)의 중간에 호기성반응조(30)가 설치된 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치.
18. 제15항에 있어서, 상기 반응조(1)중 후단계 반응조나 최종반응조에는 내부순환수단(25a)을 구비하여 상기 반응조(1)중 전단계 반응조 또는 최초반응조로 내부순환시키는 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치.
19. 제15항에 있어서, 상기 반응조(1)의 수면에는 내부가 비어 있는 합성수지볼, 발포스티로폴 등 비중이 작은 물체를 부유시켜서 반응조의 수면과 대기중의 공기가 차단되도록 한 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치.
20. 제15항에 있어서, 상기 1차 침전지(20)에는 상기 생슬러지를 발효시키는 발효조(26)를 구비하고, 상기 발효조에서 발효된 슬러지를 인출하여 상기 반응조(1)에 주입하기 위한 슬러지주입펌프(24)와 슬러지주입관(22)이 설치된 것을 특징으로하는 하폐수처리장치.
21. 제17항에 있어서, 상기 호기성반응조(30)에는 내부순환수단(25a)을 구비하여 상기 반응조(1)중 전단계 반응조 또는 최초반응조로 내부순환시키는 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치.
22. 제20항에 있어서, 상기 슬러지발효조(26)의 유출구에 침전지 또는 원심분리기 등의 고액분리수단(27)이 구비되거나 상기 슬러지발효조(26)는 2개조를 직렬로 구성하여 슬러지발효와 발효슬러지 침전을 순차로 또는 교대로 사용할 수 있게 된 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치.
23. 폭기장치와 교반장치가 설치되어 간헐적인 폭기가 이루어질 수 있게 된 하폐수처리용 반응조가 2조 이상 직렬로 구성되어 있고, 최종반응조(1f) 다음에는 침전지(21)가 연결되어 있으며, 유입하수는 상기 반응조를 순차적으로 거치게 되고, 상기 반응조중에서 후단계 반응조 또는 최종반응조(1f)에는 내부순환수단(25a)을 구비하여 전단계 반응조 또는 최초반응조(1a)로 내부순환시키고, 상기 최종반응조(1f)의 유출수에 함유된 활성슬러지는 상기 침전지(21)에서 침전분리된 후에 상징수가 유출되는 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치.
24. 제23항에 있어서, 상기 반응조중 최초반응조(1a)의 앞에 호기성반응조(29)가 설치된 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치.
25. 제23항에 있어서, 상기 반응조중 최종반응조(1f)와 상기 침전지(21)의 중간에 호기성반응조(30)가 설치된 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치.
26. 제23항에 있어서, 상기 반응조중에서 최초반응조(1a)의 앞에는 1차침전지가 설치되고 상기 1차침전지에는 생슬러지를 인출하여 제거할 수 있는 인출펌프가 추가로 설치된 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치.
27. 제23항에 있어서, 상기 반응조의 수면에는 내부가 비어 있는 합성수지볼, 발포스티로폴 등 비중이 작은 물체를 부유시켜서 반응조의 수면과 대기중의 공기가 차단되도록 한 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치.
28. 제25항에 있어서, 상기 호기성반응조(30)에는 내부순환수단(25a)을 구비하여 상기 반응조중 전단계 반응조 또는 최초반응조(1a)로 내부순환시키는 것을 특징으로 하는 하폐수처리장치.
29. 하폐수처리용 반응조에 설치된 펌프로 반응조내의 물을 교반시키는 단계; 상기 펌프의 유출수에 의한 음압으로 악취발생원으로부터 배기되는 악취함유공기를 흡입시켜 폭기와 동시에 악취원인물질을 산화 및 분해시키는 폭기단계; 상기 폭기단계에서 공기의 흡입을 조절하여 간헐적인 폭기가 이루어지게 하는 단계를 포함하는 하폐수처리방법.
30. 반응조의 수중에 설치된 수중폭기기의 회전차로 수류를 교반시키는 단계; 상기 수중폭기기에 연결된 공기공급관을 통해 송풍기로 공기를 불어넣어 폭기시킴과 아울어 상기 회전차로 공기를 미세한 기포로 분산시키고 수체를 교반시키는 폭기단계; 상기 폭기단계에서 공기의 공급을 조정하여 일정시간 공기공급을 중지하는 단계를 포함하여 수류를 교반시키면서 간헐적인 폭기를 가능하게 하는 하폐수처리방법.
31. 유입수의 슬러지를 침전시키는 침전단계; 침전단계를 거친 유입수를 2조 이상으로 구성된 반응조에서 폭기와 비폭기 교반을 반복시키는 간헐폭기단계; 질소산화물의 환원반응에 소요되는 전자공여체로 이용하기 위해 침전된 생슬러지를 인출하여 상기 간헐폭기반응조가 비폭기상태일 때 주입시키는 단계; 반응조에서 나오는 유출수에 함유된 활성슬러지를 침전시키는 활성슬러지 침전단계; 상기 활성슬러지 침전단계를 거친 상징수를 유출시키는 유출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수처리방법.
32. 제31항에 있어서, 2조이상으로 구성된 상기 반응조에서 후단계 반응조 또는 최종반응조의 수체를 전단계 반응조 또는 최초반응조로 내부순환시켜서 전탈질방법과 간헐폭기방법을 병행하는 것을 특징으로 하는 하폐수처리방법.
33. 제31항에 있어서, 상기 반응조의 앞에 최초의 반응조로서 항상 호기성상태로 운전하는 반응조를 두어 호기성 처리단계를 추가하는 것을 특징으로 하는 하폐수처리방법.
34. 제31항에 있어서, 상기 반응조의 뒤에 최종의 반응조로서 항상 호기성상태로 운전하는 반응조를 두어 호기성 처리단계를 추가하는 것을 특징으로 하는 하폐수처리방법.
35. 제31항에 있어서, 상기 생슬러지를 인출하여 간헐폭기반응조에 주입하는 단계는 침전된 생슬러지를 인출하여 혐기성 발효시킨 후 상기 간헐폭기반응조의 일부 또는 전부에 주입시키되 상기 반응조가 비폭기상태일 때에 주입하여 상기 발효슬러지를 질소산화물의 환원반응에 소요되는 전자공여체로 이용하는 것을 특징으로 하는 하폐수처리방법.
36. 제31항에 있어서, 상기 생슬러지를 간헐폭기반응조로 주입시키는 단계는 슬러지의 주입을 폭기를 위한 공기의 공급에 연동시켜, 공기공급이 중단되는 반응조에 주입시키는 것을 특징으로 하는 하폐수처리방법.
37. 제34항에 있어서, 상기 최종의 반응조로서 항상 호기성상태로 운전하는 반응조에서 전단계 반응조 또는 최초반응조로 내부순환시켜서 전탈질방법과 간헐폭기방법을 병행하는 것을 특징으로 하는 하폐수처리방법.
38. 제35항에 있어서, 상기 슬러지를 발효시킨 후 침전지 또는 원심분리기 등의 고액분리수단으로 고형물을 분리하여 액상의 발효슬러지를 상기 반응조가 비폭기상태일 때에 주입하는 것을 특징으로 하는 하폐수처리방법.
39. 제35항에 있어서, 상기 발효슬러지를 간헐폭기반응조로 주입시키는 단계는 슬러지의 주입을 폭기를 위한 공기의 공급에 연동시켜, 공기공급이 중단되는 반응조에 주입시키는 것을 특징으로 하는 하폐수처리방법.
40. 제32항 또는 37항에 있어서, 하수가 유입되는 최초반응조는 항상 비폭기 교반상태로 유지하는 것을 특징으로 하는 하폐수처리방법.
41. 유입수를 2조 이상으로 구성된 반응조에서 폭기 교반과 비폭기 교반을 반복시키는 간헐폭기단계; 상기 반응조중 후단계 반응조 또는 최종반응조에서 최초반응조 또는 전단계 반응조로 역류순환시키는 내부순환 단계; 상기 반응조중 최종반응조에서 나오는 유출수에 함유된 활성슬러지를 침전시키는 활성슬러지침전단계; 상기 활성슬러지침전단계를 거친 상징수를 유출시키는 유출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수처리방법.
42. 제41항에 있어서, 상기 반응조의 앞에 침전지를 두어 침전된 생슬러지를 인출하여 별도로 처리처분하는 것을 특징으로 하는 하폐수처리방법.
43. 제41항에 있어서, 하수가 유입되는 최초반응조는 항상 비폭기 교반상태로 유지하는 것을 특징으로 하는 하폐수처리방법.