KR200417756Y1 - 간헐포기 및 잉여 슬러지의 직접 탈수에 의한 산화구하·폐수 고도처리장치 - Google Patents

간헐포기 및 잉여 슬러지의 직접 탈수에 의한 산화구하·폐수 고도처리장치 Download PDF

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이병호
윤용식
김만수
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Abstract

본 고안은 하·폐수가 유입되는 산화구 반응조(2), 상기 산화구 반응조(2)가 호기성 또는 무산소성 상태를 갖도록 하는 포기 및 비포기 교반수단(4, 6, 8, 10, 12), 상기 포기 및 비포기 교반수단(4, 6, 8, 10, 12)의 작동을 제어하는 제어수단, 상기 산화구 반응조(2)의 일측에 연결설치되어 하·폐수를 유입시키는 유입수 배관(14), 상기 산화구 반응조(2)의 일측에 설치되어 처리수를 배출시키는 유출수 배관(16), 상기 유출수 배관(20)으로부터 배출되는 활성슬러지 혼합액을 침전시키는 침전조(18), 상기 침전조(18)에 침전된 슬러지가 산화구 반응조(2)로 반송될 수 있도록 경로를 제공하는 반송슬러지 배관(22), 상기 산화구 반응조(2)로부터 활성슬러지 혼합액을 직접 인발하여 이송하는 잉여슬러지 배관(24), 상기 잉여슬러지 배관(24)을 통해 이송된 슬러지를 탈수하는 탈수기(26) 등을 포함하는 산화구 하·폐수 고도처리장치를 제공한다.
본 고안에 따르면, 하·폐수의 수온 및 유입부하 변동에 따라 산화구 반응조에 설치된 상기 포기 및 비포기 교반수단을 이용하여 호기성 및 무산소성 조건을 조절하고, 상기 스크류형 탈수기를 이용하여 상기 산화구 반응조에서 활성슬러지를 직접 인발하여 탈수 처리함으로써 호기성 조건 하에서의 고형물체류시간(Aerobic Solids Retention Time; ASRT)을 용이하게 제어하여 하·폐수 중의 유기물 및 질소·인을 제거할 수 있는 효과가 있다.
하·폐수 고도처리장치, 산화구, 간헐포기, 포기 및 비포기 교반수단, 스크류형 탈수기, 잉여 슬러지

Description

간헐포기 및 잉여 슬러지의 직접 탈수에 의한 산화구 하·폐수 고도처리장치 {An Apparatus for Advanced Wastewater Treatment Using the Intermittent Aeration and Direct Dehydration of Excess Sludge in Oxidation-Ditch}
도 1은 종래의 횡축회전식 포기 교반수단을 이용한 산화구 하·폐수 처리장치를 나타내는 구성도,
도 2는 본 고안에 따른 횡축회전식 포기 교반수단과 수중교반식 비포기 교반수단을 이용한 산화구 하·폐수 고도처리장치를 나타내는 구성도,
도 3은 본 고안에 따른 산기식 포기 교반수단과 수중교반식 비포기 교반수단을 이용한 산화구 하·폐수 고도처리장치를 나타내는 구성도,
도 4는 본 고안에 따른 사축회전식 포기 및 비포기 교반수단을 이용한 산화구 하·폐수 고도처리장치를 나타내는 구성도,
도 5는 본 고안에 따른 종축회전식 포기 및 비포기 교반수단을 이용한 산화구 하·폐수 고도처리장치를 나타내는 구성도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
2 : 산화구 반응조
4 : 횡축회전식 포기 교반수단
6 : 산기식 포기 교반수단
8 : 수중교반식 비포기 교반수단
10 : 사축회전식 포기 또는 비포기 교반수단
12 : 종축회전식 포기 또는 비포기 교반수단
14 : 유입수 배관
16 : 유출수 배관
18 : 침전조
20 : 방류수 배관
22 : 반송슬러지 배관
24 : 잉여슬러지 배관
26 : 스크류형 탈수기
28 : 밸트프레스형 탈수기
본 고안은 하·폐수 중의 유기물 및 질소·인을 제거하기 위한 하·폐수 고 도처리장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유입수의 수온 및 부하 변동에 따라 산화구 반응조에 설치된 포기 및 비포기 교반수단에 의해 호기성 상태 또는 무산소성 상태를 조절하고, 산화구 반응조에서 활성 슬러지액을 직접 인발하여 탈수시킴으로써 호기성 고형물 체류시간(Aerobic Solid Retention Time; ASRT)을 용이하게 조절하여 하·폐수 중에 포함되어 있는 유기물 및 질소·인을 제거하는 하·폐수 고도처리장치에 관한 것이다.
최근 들어 정부에서는 호소나 폐쇄성 해역의 부영양화 및 적조현상을 방지하고 하천의 수질보전을 위하여 순차적으로 지역별 또는 수계별로 하·폐수종말처리장의 방류수 수질기준을 강화하고 있다.
현재 우리나라에서 설치되어 가동 중인 하·폐수 처리장의 대부분은 유기물질(BOD, COD)과 부유물질(SS) 제거를 목적으로 설치된 2차 처리시설로서 영양염류(nutrient)인 질소(N)와 인(P)의 상당부분은 제거되지 못한 상태로 하천 등의 수계로 방류되고 있는 실정이므로 영양염류를 제거할 수 있는 하·폐수 처리방법에 대한 관심이 높아지고 있다.
영양염류의 대표적인 제거방법은 다수개의 혐기성조, 무산소조 및 호기성조 등을 순차적으로 배열하고 유입수를 일정시간 동안 체류하도록 하는 방법이다. 이와 같은 영양염류 제거방법은 유입유량 및 유입수질의 변화에 탄력적으로 대처할 수 있는 능력이 부족하다.
또한, 탈질반응에 필요한 전자공여체로 하·폐수 중의 유기물을 이용하기 위해서는 호기성조의 활성슬러지 혼합액을 호기성조 전 단계의 무산소성조로 처리유 량의 약 3 내지 4배를 내부 순환시켜야 하므로 동력비가 많이 소요되고 전자공여체로 메탄올을 주입할 경우 약품비용이 증가하는 등의 문제점이 있다.
하·폐수 중의 영양염류를 제거하는 또 다른 처리방법으로 회분식 단일 반응조에서 호기성 및 무산소성 조건을 반복하기 위해 간헐적으로 공기를 공급하는 간헐포기방법이 사용될 수 있는 바, 이러한 간헐포기방법은 동일한 반응조에서 시간간격을 두고 공기를 공급하며 교반하다가 공기공급을 중지하고 교반하는 과정을 반복적으로 수행하게 되며, 침전공정 후 처리수를 배출하는 처리방법으로 운전방법이 복잡하고 대규모 처리시설에 적용하기에는 부적합한 것으로 알려져 있다.
한편, 전술한 질소 및 인 등의 영양염류를 제거하는 방법 중 또 다른 방법으로서 산화구(OD, Oxidation Ditch)법이 있는데, 상기 산화구법은 마을단위의 낙농에서 발생하는 배수를 포함한 하·폐수 중의 유기물질 및 고형물질을 제거하기 위한 목적으로 네덜란드에서 개발된 하·폐수 처리방법으로서, 시설구조가 간단하고, 건설비가 저렴하며 유입수량 및 수질의 시간적 변동이 발생한다 하여도 안정적으로 처리수질을 유지할 수 있고, 시설의 유지관리가 용이하다는 장점이 있지만, 수리학적 체류시간(HRT, Hydraulic Retention Time)이 길기 때문에 넓은 부지면적을 필요로 하는 단점이 있다.
도 1은 기존 횡축회전식 포기 교반수단을 이용한 산화구 하·폐수 처리장치를 나타내는 구성도로서, 이를 통하여 종래의 산화구법을 설명하면 다음과 같다.
종래의 산화구법은 긴 수로형의 구조를 갖은 장기 활성슬러지법의 변형으로 대부분 횡축식 포기 교반수단(횡축식 회전로터)이 설치되어 있으며, 상기 횡축식 회전로터의 설치위치 및 회전수에 따라 산화구 반응조가 호기성 구역(aerobic zone)과 무산소성 구역(anoxic zone)이 형성되어, 호기성 지역에서는 유기물 산화 및 질산화 반응이 이루어지고, 무산소성 지역에서 탈질반응과 함께 유기물이 제거되도록 설계되어 있으나, 유입 수질 및 수량의 변화에 따라 산화구 반응조를 호기성 지역과 무산소성 지역의 상태를 확보하기 곤란하다는 문제점이 있다.
따라서 최근 산화구법에서는 유기물 및 질소의 안정한 처리성능을 확보하기 위하여, 상기 산화구 반응조의 시설물 일부를 개조하거나 운전방법을 변형하여 호기성 구역과 무산소성 구역을 설치하거나 간헐적으로 폭기하는 운전방식을 채택하고 있다.
일반적으로 산화구법의 유기물 및 질소·인의 제거효율은 수리학적 포기 및 비포기 체류시간(hydraulic aerobic and anoxic retention time; HRT), 유입 부하량, 생물반응조 내의 미생물량(MLSS), 반송슬러지량, 잉여슬러지 발생량 등 다양한 인자에 의하여 영향을 받는다. 특히, 상기 인자 중 유입 부하량과 생물반응조내 미생물량의 비(F/M)는 유입 하·폐수의 수질 및 수량 변동에 따라 크게 영향을 받으므로 생물반응조 내의 잉여슬러지 배출량을 적절히 조절하여 F/M비를 일정하게 유지하는 것이 필요하다.
산화구법은 고형물 체류시간(Solid Retention Time; SRT)이 긴 활성슬러지법의 변형으로서 안정적인 처리수질을 확보하기 위한 적정 F/M비는 0.02Kg-BOD/Kg-MLSS/d 내지 0.05Kg-BOD/Kg-MLSS/d 범위인 바, 이는 표준 활성슬러지법의 적정 F/M비인 0.2Kg-BOD/Kg-MLSS/d 내지 0.4Kg-BOD/Kg-MLSS/d 에 비하여 낮은 수준이다.
이와 같이 상기 산화구법의 F/M비가 표준 활성슬러지법의 F/M비 보다 낮은 이유는 산화구 반응조내의 MLSS 농도가 3,000mg/L 내지 4,000mg/L의 범위이지만, 표준 활성슬러지법에서는 1,000mg/L 내지 2,000mg/L의 범위에서 유지관리되고 있기 때문이다.
또한, 일반적인 슬러지 탈수처리에서 슬러지 혼합액의 농도가 낮으면 슬러지 탈수성능이 크게 저하되기 때문에, 생슬러지와 잉여슬러지 혼합액을 농축조, 슬러지 저류조 또는 기계식 슬러지 농축기를 이용하여 2 내지 3% 정도로 농축하여 탈수처리하기 때문에 건설비용 등의 초기 투자비가 증가한다는 문제점이 있다.
또한, 농축조와 저류조를 이용한 경우에는, 장시간 산소가 결핍된 상태로 되기 때문에 활성슬러지가 부패하여 악취를 발생하며, 활성슬러지 중에 흡수된 인이 다시 방출해 인 제거율이 저하되는 문제점이 발생하고 한다.
이에, 본 고안자들은 전술한 기존 산화구법의 문제점을 극복하기 위하여 포기 및 비포기 교반수단을 이용하여 반응조의 조건을 호기성 및 무산소성으로 조절하고, 스크류형 탈수기를 이용하여 산화구 반응조에서 활성슬러지를 직접 탈수하여 호기성 조건의 고형물 체류시간(ASRT)을 용이하게 제어하여 하·폐수 중의 유기물 및 질소·인을 안정적으로 처리할 수 있다는 점을 착안하여 본 고안을 완성하기에 이르렀다.
본 고안은 전술한 종래 산화구법의 문제점을 극복하기 위하여 도출된 것으로서, 유입 하·폐수의 수온 및 부하 변동에 따라 포기 및 비포기 시간을 조절하고, 잉여슬러지로서 산화구 반응조에서 활성슬러지 혼합액을 직접 인발하여 호기성 조건하에서 고형물 체류시간(ASRT)을 일정하게 제어함으로써 하·폐수 중의 유기물 및 질소·인을 제거하는 하·폐수 고도처리장치를 제공하는 것에 기술적 과제가 있다.
한가지 관점에서, 본 고안은 하·폐수가 유입되는 산화구 반응조, 상기 산화구 반응조가 호기성 또는 무산소성 상태를 갖도록 하는 포기 및 비포기 교반수단, 상기 포기 및 비포기 교반수단의 작동을 제어하는 제어수단, 상기 산화구 반응조의 일측에 연결설치되어 하·폐수를 유입시키는 유입수 배관, 상기 산화구 반응조의 일측에 설치되어 처리수를 배출시키는 유출수 배관, 상기 유출수 배관으로부터 배출되는 활성슬러지 혼합액을 침전시키는 침전조, 상기 침전조에 침전된 슬러지가 산화구 반응조로 반송될 수 있도록 경로를 제공하는 반송슬러지 배관, 상기 산화구 반응조로부터 활성슬러지 혼합액을 직접 인발하여 이송하는 잉여슬러지 배관, 상기 잉여슬러지 배관을 통해 이송된 슬러지를 탈수하는 탈수기 등을 포함하는 산화구 하·폐수 고도처리장치를 제공한다.
본 고안에 따른 하·폐수 고도처리장치는 생물반응조인 산화구 반응조내의 잉여 슬러지인 슬러지를 직접 인발하여 탈수시킴으로써 활성슬러지량(MLSS)의 조절과 함께 호기성 및 무산소성 조건의 시간비를 조절하여 호기성 고형물 체류시간을 일정하게 제어한다. 여기서, 상기 하·폐수 고도처리장치로 유입되는 하·폐수의 부하가 상승함에 따라 SRT를 낮추고, 상기 하·폐수의 부하가 감소함에 따라 SRT를 증가시키도록 산화구의 활성 슬러지 인발량을 증가 또는 감소시킨다.
본 고안에 따른 산화구 반응조는 호기성 또는 무산소성 조건에서 유입된 하·폐수를 처리하는 장소를 제공하는 것으로서, 통상적으로 사용되는 산화구 반응조라면 어떠한 형태로 이루어져 있어도 무방하지만, 바람직하게는 장방형의 긴 수로 형태를 갖는 것이 좋다. 여기서, 상기 산화구 반응조는 통상적으로 미생물을 이용하여 하·폐수를 처리하는 반응조를 의미하는 것으로서, 통상적으로 사용되는 생물반응조로 이해할 수 있다.
본 고안에 따른 포기 및 비포기 교반수단은 상기 산화구 반응조의 내부 일측에 설치되어 상기 산화구 반응조에 간헐적으로 포기하는 것으로서, 상기 포기수단의 간헐포기에 의하여 상기 산화구 반응조가 호기조건 또는 무산소조건을 갖게 되는 바, 상기 포기수단을 작동시켜 상기 산화구 반응조에 공기를 공급할 경우 상기 산화구 반응조는 호기조건이 되고, 공기를 공급하지 않을 경우 무산소조건이 된다.
상기 포기 및 비포기 교반수단은 산화구 반응조에 공기를 공급할 수 있는 장치라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 종래의 산화구법에 설치된 횡축회전식 포기 교반수단을 병용하여 사용하는 것이 좋고, 더욱 바람직하게는 산기식 포기 및 수중교반식 비포기 교반수단, 사축회전식 포기 및 비포기 교반수단, 종축회전식 포기 및 비포기 교반수단을 사용하는 것이 좋다.
여기서, 상기 포기 및 비포기 교반수단은 그 일측에 상기 포기 및 비포기 교반수단의 작동을 제어하는 제어수단이 연결설치되어 있는 바, 이는 외부의 입력신호에 따라 상기 포기수단을 자동적으로 제어하거나, 관리자의 선택에 따라 수동으로 제어할 수 있다.
필요에 따라 본 고안에 따른 포기 및 비포기 교반수단은 기존의 횡축회전식 포기 교반수단과 함께 사용되어 산화구 반응조를 호기성 조건으로 유지시킬 수 있다. 이때, 상기 산기식 포기 교반수단은 상기 산화구 반응조의 하단 바닥면에 설치되어 상기 산화구 반응조에 공기를 공급하게 된다.
한편, 본 고안에 따른 탈수기는 상기 산화구 반응조의 일측에 연결설치되어 상기 산화구 반응조로부터 활성 슬러지액을 인발하여 탈수하는 것으로서, 상기 활성 슬러지액을 인발하여 탈수할 수 있는 것이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 스크류형 탈수기, 더욱 바람직하게는 다중원판식 스크류형 탈수기를 사용하는 것이 좋다.
본 고안에 따른 침전조는 상기 산화구 반응조로부터 배출되는 처리수에 존재하는 슬러지를 침전시키는 것으로서, 통상적으로 사용되는 침전조라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.
본 고안에 따른 산화구법에 있어서, 하·폐수에 존재하는 유기물 및 질소를 안정적으로 제거하기 위해서는 하·폐수의 질산화 및 탈질 반응이 수행되어야 하는 바, 상기 질산화 반응에 사용되는 독립영양미생물 예를 들면, 질산화 세균(Nitrobacter, Nitrosomonas)은 유기물을 제거하는 종속영양미생물 보다 느린 성장속도를 갖기 때문에 긴 SRT가 요구된다. 따라서, 안정적으로 하·폐수를 처리하기 위해서는 처리장치내로 유입되는 하·폐수의 부하변동에 따라 호기성 고형물 체류시간을 제어하여야 한다.
본 고안에 따른 호기성 고형물 체류시간은 호기성 조건하에서 질산화 미생물을 산화구 반응조 내에 유지하기 위해 필요한 고형물 체류시간을 위한 것으로서, 하기 수학식 1에 의하여 계산된다.
Figure 112006019714439-utm00001
여기서, ASRT는 호기성 고형물 체류시간,
ta는 1일 동안의 호기시간,
XA는 생물반응조 내의 MLSS 농도(mg/L),
VA는 생물반응조 용량(m3),
XW는 잉영슬러지의 SS농도(mg/L)
QW는 1일당 잉여슬러지 인발량,
XE는 처리수 중의 SS농도(mg/L),
Q는 유입수량(m3/일) 이다.
한편, 양호한 하·폐수 처리조건에서 처리수 중의 SS농도는 무시할 수 있을 정도로 낮기 때문에 상기 XE를 무시하면, 상기 수학식 1은 하기 수학식 2와 같다.
Figure 112006019714439-utm00002
아울러, 생물반응기로 유입되는 하·폐수 중 SS농도가 거의 일정하다고 가정할 경우, 산화구 반응조 내 MLSS 농도를 일정하게 유지하기 위해 상기 하·폐수의 유입수량에 비례하여 호기시간과 인발 고형물량을 증감시켜 ASRT를 일정하게 제어할 수 있는 바, 이때 상기 잉여슬러지의 배출을 생물반응조에서 직접 실시할 경우, 상기 XA는 XW와 동일하므로 상기 수학식 2는 하기 수학식 3으로 표현된다.
Figure 112006019714439-utm00003
그러므로 잉여슬러지를 생물반응조인 산화구로부터 직접 인발하여 탈수할 수 있다면, 상기 ASRT는 1일당 호기시간 및 잉여슬러지의 인발량만의 함수로 표현되어 제어가 용이하게 된다.
따라서, 상기 하·폐수 중의 암모니아성 질소농도를 1mg/L 이하로 유지하기 위해 필요한 ASRT는 유입되는 하·폐수량의 일간 변동비율(시간최대유입량/일평균유입량)에 따라 유입수량의 일간변동율이 2.7 이상의 조건하에서 하기 조건식 1을 사용하고, 유입되는 하·폐수량이 일간변동비율이 2.7 미만으로 비교적 낮은 경우의 조건에서는 하기 조건식 2를 사용하여 계산할 수 있다.
조건식 1 :
ASRT ≥ 40.7exp(-0.102T)
조건식 2 :
ASRT ≥ 29.7exp(-0.102T)
이하 본 고안의 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
그러나 하기의 설명은 오로지 본 고안을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 하기 설명에 의해 본 고안의 범위를 한정하는 것은 아니다.
도 2는 본 고안에 따른 횡축회전식 포기 교반수단과 수중교반식 비포기 교반수단을 이용한 산화구 하·폐수 고도처리장치를 나타내는 구성도, 도 3은 본 고안 에 따른 산기식 포기 교반수단과 수중교반식 비포기 교반수단을 이용한 산화구 하·폐수 고도처리장치를 나타내는 구성도, 도 4는 본 고안에 따른 사축회전식 포기 및 비포기 교반수단을 이용한 산화구 하·폐수 고도처리장치를 나타내는 구성도, 도 5는 본 고안에 따른 종축회전식 포기 및 비포기 교반수단을 이용한 산화구 하·폐수 고도처리장치를 나타내는 구성도로서 함께 설명한다.
도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 하·폐수 처리장치는 소정 공간으로 형성되고 그 내부에 하·폐수가 채워져 있는 산화구 반응조(2), 상기 산화구 반응조(2)에 설치되어 산화구 반응조(2)를 호기 또는 무산소 조건을 갖도록 하는 포기 및 비포기 교반수단(4, 6, 8, 10, 12), 상기 포기 및 비포기 교반수단(6, 8, 10, 12)에 연결설치되어 상기 포기수단(4, 6, 8, 10, 12)의 작동을 제어하는 제어수단(미도시), 상기 산화구 반응조(2)의 일측에 연결설치되어 상기 산화구 반응조(2)로부터 활성 슬러지액을 인발하여 탈수하는 탈수기(26), 상기 산화구 반응조(2)의 일측에 설치되어 유입 하·폐수의 이동경로를 제공하는 유입수 배관(14), 상기 산화구 반응조(2)의 일측에 설치되어 산화구 반응조내 활성슬러지 혼합액의 이동경로를 제공하는 유출수 배관(16), 상기 유출수 배관(16)으로부터 배출되는 활성슬러지 혼합액을 침전시키는 침전조(18), 상기 침전조(18)의 일측에 설치되어 처리된 처리수의 이동경로를 제공하는 방류수 배관(20), 상기 침전조(18)에 침전된 슬러지가 산화구 반응조(2)로 반송될 수 있도록 이동경로를 제공하는 반송슬러지 배관(22), 상기 산화구 반응조(2)로부터 활성슬러지 혼합액을 직접 인발하 여 이송하는 잉여슬러지 배관(24), 상기 잉여슬러지 배관(24)을 통해 이송된 슬러지를 탈수하는 스크류형 탈수기(26)로 구성되어 있다.
여기서, 본 고안에 따른 하·폐수 처리장치는 필요에 따라 횡축회전식 포기 교반수단이 구비된 종래의 산화구 반응조(2) 하단에 공기를 공급하는 산기식 포기 교반수단(6)을 더 구비할 수 있다.
본 고안에 따른 산화구 반응조(2)는 유입된 하·폐수를 호기성 및 무산소성 상태로 처리하는 장소를 제공하는 것으로서, 통상적으로 사용되는 산화구 반응조(2)라면 어떠한 형태로 이루어져 있어도 무방하지만, 바람직하게는 타원형의 긴 수로 형태인 것이 좋다.
본 고안에 따른 포기 및 비포기 교반수단(4, 6, 8, 10, 12)은 상기 산화구 반응조(2)의 내부 일측에 설치되어 상기 산화구 반응조(2)를 간헐포기하는 것으로서, 상기 포기 및 비포기 교반수단(4, 6, 8, 10, 12)의 작동에 따라 상기 산화구 반응조(2)는 호기성 조건 또는 무산소성 조건이 된다.
이와 같은 포기 및 비포기 교반수단(4, 6, 8, 10, 12)은 상기 산화구 반응조(2)를 포기할 수 있는 장치라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 산기식 포기(6) 및 수중교반식 비포기 교반수단(8) 또는 횡축회전식 포기 교반수단(4)과 및 수중교반식 비포기 교반수단(8)을 사용하는 것이 좋고, 더욱 바람직하게는 사축회전식 포기 및 비포기 교반수단(10), 종축회전식 포기 및 비포기 교반수단(12)을 사용하는 것이 좋다.
특정 양태로서, 본 고안에 따른 횡축회전식 포기 교반수단(4)은 상기 산화구 반응조(2)의 수면에 설치되어 상기 산화구 반응조(2)를 포기시키는 것으로서, 상기 횡축회전식 포기 및 비포기 교반수단(4)을 이용하여 상기 산화구 반응조(2)를 호기성 조건으로 유지시킬 경우에는 별도로 상기 산화구 반응조(2)의 바닥면에 산기식 포기 교반수단(6)을 설치하여 상기 산화구 반응조(2)에 공기를 공급하는 것이 좋다.
이때, 상기 산기식 포기 교반수단(6)은 산화구 반응조(2)에 공기를 공급할 수 있도록 구성된 것이라면 어떠한 구성으로 이루어져 있어도 무방하지만, 통상적으로 공기펌프(미도시) 등에 연결·설치되어 상기 공기펌프로 흡입된 공기가 상기 산기식 포기 교반수단(6)을 통하여 산화구 반응조(2)로 공급된다. 여기서, 상기 산화구 반응조(2)의 내부에 필요에 따라 수중교반식 비포기 교반수단(8)을 더 구비시켜 상기 산화구 반응조(2)의 하·폐수를 교반시킬 수 있다.
다른 특정 양태로서, 본 고안에 따른 사축회전식 포기 및 비포기 교반수단(10)은 산화구 반응조(2)의 수평면에 대하여 약 45ㅀ각도로 비스듬히 설치되며, 그 내부에 외부로 공기가 배출되는 공기 배출구(미도시)가 구비되어 상기 공기배출구와 연결설치된 공기 흡입밸브의 개/폐에 의해 상기 산화구 반응조(2)를 간헐포기하게 된다.
또 다른 특정 양태로서, 본 고안에 따른 종축사축회전식 포기 및 비포기 교반수단(12)은 상기 산화구 반응조(2)의 수면에 설치되고, 그 내부에 구비된 적어도 하나 이상의 블레이드(미도시)의 회전에 의해 상기 산화구 반응조(2)를 간헐포기하는 바, 이는 상기 블레이드는 시계방향 또는 반시계방향의 회전에 따라 상기 산화 구 반응조(2)의 하·폐수를 포기 또는 비포기하게 된다.
한편, 상기 포기 및 비포기 교반수단(4, 6, 8, 10, 12)은 그 일측에 상기 포기수단의 작동을 제어하는 제어수단(미도시)이 연결설치되어 있는 바, 이는 상기 외부의 입력신호에 따라 상기 포기 및 비포기 교반수단(4, 6, 8, 10, 12)을 자동적으로 제어하거나, 관리자의 선택에 따라 수동으로 제어할 수 있다.
본 고안에 따른 탈수기(26)는 상기 산화구 반응조(2)의 일측에 연결설치되어 상기 산화구 반응조(2)로부터 활성 슬러지액을 인발하여 탈수하는 것으로서, 상기 활성 슬러지액을 인발하여 탈수할 수 있는 것이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 스크류형 탈수기, 더욱 바람직하게는 다중원판식 스크류형 탈수기를 사용하는 것이 좋다.
특정양태로서, 본 고안에 따른 스크류형 탈수기(26)는 그 일측이 수중펌프(미도시)에 연결설치되어 있고, 상기 수중펌프는 상기 산화구 반응조(2)의 일측에 연결설치된 잉여슬러지 배관(24)에 연결설치되어 상기 펌프의 작동에 의해 산화구 반응조(2)로부터 활성 슬러지액을 인발하도록 할 수 있다.
본 고안에 따른 침전조(18)는 상기 산화구 반응조(2)로부터 배출되는 처리수에 존재하는 슬러지를 침전시키는 것으로서, 통상적으로 사용되는 침전조(18)라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.
전술한 구성을 갖는 본 고안에 따른 하·폐수 처리장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
먼저 오염원으로부터 발생된 하·폐수를 유입수 배관(14)로 통과시켜 산화구 반응조(2)로 유입시키고, 상기 산화구 반응조(2)로 유입된 하·폐수는 상기 산화구 반응조(2)에 설치된 포기 및 비포기 교반수단(4, 6, 8, 10, 12)의 작동 또는 비작동에 따라 간헐적으로 포기되어 호기성 조건과 무산소성 조건을 반복적으로 수행함으로써 하·폐수를 처리한다. 또한, 상기 산화구 반응조(2)의 ASRT를 조절하기 위하여 상기 산화구 반응조(2)내의 활성슬러지 혼합액을 직접 인발하여 산화구 반응조(2)의 일측에 연결설치된 잉여슬러지 배관(24)을 통과시켜 스크류형 탈수기(26)에 의해 탈수시키고, 그 여액은 상기 산화구 반응조(2)로 회수되도록 한다.
한편, 상기 활성슬러지를 인발하여 탈수시키는 양 및 상기 회전식 포기 교반수단(4, 8, 10, 12) 및/또는 산기식 포기 교반수단(6)의 작동시켜 상기 산화구 반응조(2)를 호기조건으로 형성시키는 시간은 수학식 1 내지 수학식 3에 의하여 결정한다.
그 다음, 상기 호기성 조건 및 무산소성 조건이 반복 형성되며 처리된 처리수는 상기 산화구 반응조(2)의 일측에 연결설치된 유출수 배관(16)을 통과하여 침전조(18)로 유입되고, 상기 침전조(18)로 유입된 처리수에 존재하는 슬러지는 상기 침전조(18)의 바닥면으로 침전된 후 상기 침전조(18)의 하단에 연결설치된 반송슬러지 배관(22)을 통과하여 산화구 반응조(2)로 반송되며, 상기 슬러지가 침전된 처리수는 상기 침전조(18)의 일측에 형성되어 있는 방류수 배관(20)를 통하여 외부로 배출된다.
이하, 포기 및 비포기 교반수단의 실시예를 통하여 본 고안을 구체적으로 설 명하기로 한다. 그러나 하기 실시예는 오로지 본 고안을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 이들 실시예에 의해 본 고안의 범위를 한정하는 것은 아니다.
<실시예 1>
도 2에 도시된 바와 같이, 산화구 반응조(2)에 호기성 상태 및 무산소성 상태를 선택적으로 수행하는 산기식 포기 교반수단[ROOTS BLOWER(RB-101), KOREA FLUID MACHINERY CO., LTD, KOREA]과 수중교반식 비포기 교반수단 [SUBMERSIBLE MIXER(APM-2308), SIGMA, CZECH REPUBLIC]과 스크류형 탈수기[SCREW DEHYDRATOR(DS-101), KEON JIN INDUSTRIAL CO., LTD, KOREA]를 설치한 후 상기 산화구 반응조(2)에 하·폐수를 유입시켜 고도처리하였다.
상기 유입되는 하·폐수의 성상 및 수질분석 결과를 표 1로 나타냈다.
<실시예 2>
도 3에 도시된 바와 같이, 산화구 반응조(2)에 포기 교반 및 비포기 교반을 선택적으로 수행하는 사축식회전 포기 및 비포기 교반수단인 [SPAROTOR ACE, HITACHI KIDEN, JAPAN]스크류형 탈수기[SCREW DEHYDRATOR(DS-101), KEON JIN INDUSTRIAL CO. LTD, KOREA]를 설치한 후 상기 산화구 반응조(2)에 하·폐수를 유입시켜 고도처리 하였다.
상기 유입되는 하·폐수의 성상 및 수질분석 결과를 표 1로 나타냈다.
<실시예 3>
도 4에 도시된 바와 같이, 산화구 반응조(2)에 포기 교반 및 비포기 교반을 선택적으로 수행하는 사축식회전 포기 및 비포기 교반수단인 [VERTIROTOR, HITACHI KIDEN, JAPAN]과 스크류형 탈수기[SCREW DEHYDRATOR(DS-101), KEON JIN INDUSTRIAL CO., KOREA]를 설치한 후 상기 산화구 반응조(2)에 하·폐수를 유입시켜 고도처리 하였다.
상기 유입되는 하·폐수의 성상 및 수질분석 결과를 표 1로 나타냈다.
<실시예 4>
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 횡축식 포기 교반수단[BRUSH AERATOR, HYO RIM CO., LTD, KOREA]이 설치된 기존 산화구 반응조내에 수중교반식 비포기 교반수단[UBMERSIBLE MIXER(APM-2308), SIGMA, CZECH REPUBLIC]을 추가로 구비하고, 스크류형 탈수기[SCREW DEHYDRATOR(DS-101), KEON JIN INDUSTRIAL CO., KOREA]를 설치한 후 상기 산화구 반응조(2)에 하·폐수를 유입시켜 고도처리 하였다.
상기 유입되는 하·폐수의 성상 및 수질분석 결과를 표 1로 나타냈다.
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
유입수량(㎥/일) 2,500 1,000 130 2,500
일일 유입수량변동비(-) 3 3 3 3
산화구 반응조 용량(㎥) 3,000 1,500 130.6 3,000
HRT(hr) 28.8 36 27.6 28.8
평균 MLSS 농도(mg/L) 3,000 2,000 2,500 3,000
간헐포기시간 (hr/d) 호기성 8~12 6~12 8~12 8~12
무산소성 12~16 12~18 12~16 12~16
ASRT(일) 19.8 18.5 20.1 19.8
BOD 유입수(mg/L) 105.8 42.4 201.2 102.9
처리수(mg/L) 7.6 5.2 18.5 8.4
처리효율(%) 93.0 87.7 90.8 91.8
COD 유입수(mg/L) 92.4 43.0 163.4 91.7
처리수(mg/L) 13.7 6.4 25.0 14.5
처리효율(%) 85.2 85.1 84.7 84.2
SS 유입수(mg/L) 112.4 52.9 198.5 109.8
처리수(mg/L) 6.9 5.4 9.9 7.6
처리효율(%) 93.9 89.8 95.0 93.1
T-N 유입수(mg/L) 38.7 20.6 42.3 40.9
처리수(mg/L) 10.4 6.9 10.9 12.6
처리효율(%) 73.1 66.6 74.2 69.2
T-P 유입수(mg/L) 3.75 2.8 2.94 3.47
처리수(mg/L) 1.02 1.3 1.07 1.23
처리효율(%) 72.8 53.6 63.5 64.6
표 1에 나타낸 바와 같이, 상기 실시예 1 내지 실시예 4의 수리학적 체류시간(HRT)을 24 내지 36시간(hr)으로, 산화구 반응조내의 평균 MLSS 농도는 2,000 내지 3,000mg/L으로, 호기성 및 무산소성의 간헐포기시간은 8 내지 12hr/d으로, ASRT는 18 내지 21일로 6개월 이상 실증시설을 이용하여 운전한 결과, 방류수 수질농도는 「하수도법 시행규칙(2001. 10)」 개정에 따라 강화된 하수종말처리장의 방류수 수질기준인 BOD 10mg/L, COD 40mg/L, SS 10mg/L, T-N 20mg/L, T-P 2mg/L을 모두 만족하였고, 오염물질의 처리효율은 BOD의 경우 87.7 내지 93.0%, COD는 87.7 내지 93.0%, SS는 89.8 내지 95.0%, T-N은 66.6 내지 74.2%, T-P는 63.5 내지 72.8%로 기존 산화구법의 T-N 및 T-P 처리효율인 20 내지 30%에 비하여 약 30 내지 50% 정도 향상되었음을 알 수 있었다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안이 속하는 기술분야의 당업자는 본 고안이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예 들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 고안의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 실용신안등록청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 고안의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 고안은 하·폐수의 유입부하 변동에 따라 질산화 및 탈질반응에 필요한 호기성 및 무산소성 상태의 시간비를 조절할 수 있고, 산화구 반응조에서 잉여슬러지를 직접 인발하여 탈수 처리함으로써 ASRT를 용이하게 제어할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 고안은 산화구 반응조로부터 직접 잉여슬러지를 인발하여 탈수처리 하므로 종래의 슬러지처리에 사용되는 농축조, 저류조, 소화조 등의 부대시설을 필요로 하지 않는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 하·폐수가 유입되는 산화구 반응조, 상기 산화구 반응조가 호기성 또는 무산소성 상태를 갖도록 하는 포기 및 비포기 교반수단, 상기 포기 및 비포기 교반수단의 작동을 제어하는 제어수단, 상기 산화구 반응조의 일측에 연결설치되어 하·폐수를 유입시키는 유입수 배관, 상기 산화구 반응조의 일측에 설치되어 처리수를 배출시키는 유출수 배관, 상기 유출수 배관으로부터 배출되는 활성슬러지 혼합액을 침전시키는 침전조, 상기 침전조에 침전된 슬러지가 산화구 반응조로 반송될 수 있도록 경로를 제공하는 반송슬러지 배관, 상기 산화구 반응조로부터 활성슬러지 혼합액을 직접 인발하여 이송하는 잉여슬러지 배관, 상기 잉여슬러지 배관을 통해 이송된 슬러지를 탈수하는 탈수기 등을 포함하는 산화구 하·폐수 고도처리장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    횡축회전식 포기 교반수단을 이용한 기존 산화구 반응조내에 수중교반식 비포기 교반수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 하·폐수 고도처리장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 포기 및 비포기 교반수단이 횡축회전식 포기 교반수단, 산기식 포기 교반수단, 수중교반식 비포기 교반수단, 사축회전식 포기 또는 비포기 교반수단, 종축회전식 포기 또는 비포기 교반수단 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으 로 하는 하·폐수 고도처리장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 탈수기가 스크류형 탈수기인 것을 특징으로 하는 하·폐수 고도처리장치.
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