KR20050095571A

KR20050095571A - 연속유입 간헐배출식 연속회분식반응조 및 이를 통한하수처리방법

Info

Publication number: KR20050095571A
Application number: KR1020050084388A
Authority: KR
Inventors: 기문봉; 신동현; 허종오
Original assignee: 세림제지주식회사
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2005-09-09
Publication date: 2005-09-29

Abstract

본 발명은 하수고도처리시설의 일종인 연속회분식반응조(SBR;Sequencing Batch Reactor)에 있어서, 반응조와 별도의 혐기조를 구성하고 이 혐기조를 거친 하수를 반응조에서 처리함으로써 탈인효율을 획기적으로 향상시킬 뿐 아니라, 별도의 저류시설 없이도 하수의 연속유입이 가능하도록 한 것이다.

본 발명을 통하여 연속회분식반응조 방식 하수처리시설의 소요부지를 절감할 수 있을 뿐 아니라 유입유량의 변동에도 탄력적으로 대응할 수 있으며, 탈인효율을 제고함으로써 방류수질을 안정적으로 확보하여 수질오염을 저감하는 효과를 얻을 수 있다.

Description

연속유입 간헐배출식 연속회분식반응조 및 이를 통한 하수처리방법{Continuous inflow and intermittent outflow type sequencing batch reactor and wastewater treatment method using the same}

하수의 고도처리란 유기오염물 뿐 아니라 질소(N)와 인(P)과 같은 영양염류도 제거하는 하수처리방법으로서, 통상 미생물에 의한 생물학적 처리과정을 통하여 탈질 및 탈인반응을 유도함으로써 이루어지게 된다.

이러한 하수고도처리방법의 일종인 연속회분식반응조(SBR;Sequencing Batch Reactor)공법은, 도 1에서와 같이, 하나의 반응조를 간헐적으로 폭기하는 방식으로 운영함으로써, 하나의 반응조가 혐기조, 폭기조, 무산소조 및 침전조의 역할을 모두 수행할 수 있도록 한 것으로, 소요부지면적이 적고 하수의 오염유형에 따라 탄력적인 운영이 가능한 등의 장점이 있으나, 연속적인 하수유입이 불가능하고 한번 저류된 하수의 처리가 끝난 후 다음 하수를 수용하여야 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 반응조의 작동중에 처리대상 하수가 반응조로 직접 유입되지 않고 혐기조에 일단 저류되었다가 반응조로 유입되도록 함으로써, 반응조의 안정적인 작동을 확보함과 동시에 하수의 연속적인 유입 또한 가능하도록 하였으며, 하수의 혐기조 체류시간동안 반응조로부터 반송된 미생물에 의한 인(P)용출을 유도하고, 이후 반응조로 공급함으로써 단일 반응조에 비하여 탈인효율을 획기적으로 향상시킨 것이다.

본 발명의 상세한 구성 및 작동원리를 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.

우선 도 2는 본 발명의 일 실시예로서, 통상의 연속회분식반응조(200)에, 교반장치(110)가 설치된 혐기조(100)가 병설된 형태를 도시하고 있으며, 동 도면과 도 3을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 반응조(200)와 혐기조(100)는 하단부에 통수구(191)가 형성된 분리벽(190)에 의하여 분할되고, 반응조(200)의 바닥에 형성된 호퍼(151)와 혐기조(100)를 연결하는 반송관(150)이 구성되어 반응조(200)내 처리수의 일부를 혐기조(100)로 반송하게 된다.

또한, 반응조(200)의 바닥에는 폭기를 위한 산기구(223)가 형성되고, 방류구(222)와 연결된 집수기(221)가 설치되어, 정화처리된 상등수를 선택취수하여 배출하게 된다.

이러한 구성을 가진 본 발명은 유기물 분해는 물론 탈질 및 탈인이 가능한 하수고도처리장치로서, 그 처리과정이 탈질 및 탈인과정을 중심으로 도 4 및 도 6에 도시되어 있으며, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

우선 처리대상 하수는 혐기조(100)에 형성된 유입구(211)를 통하여 유입되어 소정시간동안 혐기조(100)에 체류하면서 산소가 공급되지 않는 혐기상태에서 교반장치(110)에 의하여 교반되며, 이때 하수내 혐기성 미생물이 인(P)을 용출하게 된다.

이후, 처리수는 분리벽(190) 하부의 통수구(191)를 통하여 반응조(200)로 유입되고, 반응조(200)에서는 산기구(223)에 의한 폭기가 개시되어 호기성상태가 되는데, 혐기조(100)에서 인을 용출한 미생물이 호기성상태의 반응조(200)에서 하수내 인을 과잉섭취하면서 증식하게되며, 추후 슬러지 형태로 침전되면서 탈인(脫燐)이 이루어지게 된다.

반응조(200)로 유입되어 호기성상태가 된 하수에서는 암모니아가 산화되어 질산염이 되고, 이후 산기구(223)의 작동이 중단되어 무산소상태가 되면 미생물에 의하여 질산염의 산소가 포집되면서 질산염이 질소로 기화(氣化)되어 탈질(脫窒)이 이루어지게 된다.

이후, 산기구(223)를 가동하여 산소를 공급하는 호기성상태와 산기구(223) 가동을 중단하는 무산소상태가 반응조(200)내에서 소정시간동안 반복되는데, 이러한 산기구(223)의 반복적인 작동과 정지 즉, 간헐폭기를 통하여 반응조(200)내에서 탈질과 탈인이 반복적으로 수행되도록 함으로써 처리효율을 극대화하게된다.

한편, 전술한 하수처리과정에 있어서, 반응조(200)내 처리수의 일부가 반송관(150)을 통하여 혐기조(100)로 반송되로록 함으로써, 혐기조(100)내 미생물 농도를 소기의 수준으로 유지함과 동시에 혐기조(100)내 인(P)용출작용을 촉진하는 역할을 수행하게 된다.

이러한 과정을 거쳐 탈질 및 탈인작용이 소기의 수준으로 완료되면, 반응조(200)를 정온(靜穩)상태로 유지하여 처리수내 고형물을 침전시킴으로써 고액분리를 하게 되고, 이 과정에서 정화처리된 상등수가 반응조(200) 상부에 형성되며, 집수기(221)에 의하여 상등수만이 선택취수되어 방류구(222)를 통하여 외부로 방류된다.

반응조(200) 바닥에 침전된 고형물 즉, 슬러지는 호퍼(hopper)(151)로 수집되어 폐기되는데, 이러한 슬러지의 준설 및 폐기는 본 발명과 같은 하수고도처리시설에 있어서 일반적으로 적용되는 사항이므로 이에 대한 청구범위의 구체적인 한정은 하지 않는다.

이러한, 일련의 처리공정은 타이머나 PLC등을 통한 주기적인 제어에 의하여 수행될 수 있으며, 각 공정별 운전주기는 유입수의 특성이나 계절적 요인 등을 고려하여 최적화 될 수 있다.

도 5는 본 발명을, 변형 연속회분식반응조(200) 공법으로서 반응조(200)가 격벽에 의하여 분할된 간헐주기장기폭기법(ICEAS;Intermittent Cycle Extended Aeration System)에 적용한 것으로, 종래 간헐주기장기폭기법의 연속유입특성 및 탈인효율을 더욱 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

또한, 도 5에서는 혐기조(100)와 반응조(200)를 연결함에 있어서 분리벽(190) 하부의 통수구(191) 대신 수중펌프(193)와 연결된 압송관(192)을 사용함으로써, 양 수조간의 불요 자연유동을 원천적으로 방지하였으며, 혐기조(100) 뿐 아니라 반응조(200)에도 교반장치(110)를 설치하여 처리수와 미생물이 원활하게 혼합될 수 있도록 하였고, 부유식 집수기(221)와 이동식 슬러지수집기(152)를 적용하여 상등수배출과 슬러지수집 및 배출을 더욱 원활하게 할 수 있도록 한 것이다.

한편, 본 발명에서는 평상시와 유입유량이 크고 오염물의 농도는 낮은 강우시의 각 단계별 운전시간을 가변적으로 적용할 수 있는데, 도 7에서와 같이, 폭기단계(S30) 및 무산소단계(S40)를 3회 반복하고 폭기단계(S30)를 1회 실시한 후 침전단계(S50) 및 방류단계(S60) 실시하되, 평상시에는 폭기단계(S30), 무산소단계(S40), 침전단계(S50) 및 방류단계(S60)의 운전시간을 각각 24분, 24분, 60분 및 60분으로 하여 4.8시간을 1주기로 수행하며, 강우시에는 상기 운전시간을 각각 18분, 18분, 45분 및 45분으로 하여 3.6시간을 1주기로 수행함으로써, 유입되는 원수의 특성에 따른 최적의 처리장치 운영이 가능하게 된다.

또한, 처리대상 원수의 유입에 있어서는 도시되지는 않았지만 반응조(200)에 별도의 유입수단을 형성하여, 혐기조(100) 및 반응조(200)에 원수를 분할유입함으로써, 반응조(200)의 탈질 및 탈인작용에 있어서의 에너지원인 탄소원으로서 원수내 유기물이 사용될 수 있도록 하였으며, 이때 분할유입되는 원수의 유량비는 혐기조 50% 내지 80% 및 반응조 20% 내지 50%로 설정하여 반응조(200)에 혐기상태를 거치지 않는 원수가 지나치게 많이 유입되지 않도록 하였다.

최종 처리단계인 방류단계(S60)에서는 집수기(221)를 작동함에 있어서 반응조(200)의 수위가 하강함에 따라 집수기(221)의 하강속도를 점차 감속함으로써, 부유물의 유입을 최소화하게 된다.

즉, 도 8에서와 같이, 집수기(221)의 측벽을 따라 상등수가 월류(越流)됨에 있어서, 집수되는 유량은 월류부의 접근유속(V)에의하여 결정되고, 이 접근유속(V)은 월류수심(H)에 의하여 결정되는 바, 집수기(221)의 하강속도가 높을 경우 상기 월류수심(H)이 깊게 유지되어 접근유속(V) 또한 높아지므로, 반응조(200)의 수위가 높고 상대적으로 부유물이 적은 방류초기에는 집수기(221)의 하강속도를 높게 설정하여 신속한 방류를 유도하고, 반응조(200)의 수위가 낮고 상대적으로 수면에 부유물이 많은 방류말기에는 집수기(221)의 하강속도를 낮게 설정하여 접근유속(V)을 낮춤으로써 부유물의 유입을 최소화하는 것이다.

결국 본 발명의 기술요지는 연속회분식반응조(SBR;Sequencing Batch Reactor)에 있어서, 반응조(200)와 분리벽(190)으로 구분되고 내부에 교반장치(110)가 설치된 혐기조(100)가 구성되고, 반응조(200)에서 최수된 처리수 중 일부가 상기 혐기조(100)로 반송되는 반송관(150)이 설치되어, 처리대상 하수가 일단 혐기조(100)로 유입되어 소정시간 체류한 후, 반응조(200)로 유입됨을 특징으로 하는 연속유입 간헐배출식 연속회분식반응조이자, 이를 통한 하수처리방법에 있어서, 혐기조(100)로 유입된 처리대상 하수가 교반장치(110)에 의하여 교반되면서 미생물이 인(P)을 용출하는 혐기조단계(S10)와, 혐기조단계(S10)를 거친 하수가 반응조(200)로 유입되는 반응조유입단계(S20)와, 반응조(200)에서 산기구(223)에 의한 폭기가 개시되어 혐기조(100)에서 인을 용출한 미생물이 하수내 인을 과잉섭취하면서 증식하고, 하수내 암모니아가 산화되어 질산염이 되는 폭기단계(S30)와 반응조(200)에서 산기구(223)의 작동이 중단되고 질산염이 질소로 기화(氣化)되는, 무산소단계(S40)와, 반응조가 정온(靜穩)상태로 유지되어 처리수내 고형물이 침전되고 상등수가 형성되는 침전단계(S50)와, 집수기(221)에 의하여 상등수만이 선택취수되어 방류되는 방류단계(S60)로 이루어짐을 특징으로 하는 연속유입 간헐배출식 연속회분식반응조를 통한 하수처리방법이며, 반응조(200)내 처리수 일부가 취수되어 반송관(150)을 통하여 혐기조(100)로 공급됨을 특징으로 하는 연속유입 간헐배출식 연속회분식반응조를 통한 하수처리방법이고, 상기 폭기단계(S30) 및 무산소단계(S40)를 3회 반복하고 폭기단계(S30)를 1회 실시한 후 침전단계(S50) 및 방류단계(S60) 실시하되, 평상시에는 폭기단계(S30), 무산소단계(S40), 침전단계(S50) 및 방류단계(S60)의 운전시간을 각각 24분, 24분, 60분 및 60분으로 하여 4.8시간을 1주기로 수행하며, 강우시에는 상기 운전시간을 각각 18분, 18분, 45분 및 45분으로 하여 3.6시간을 1주기로 수행하고, 처리대상 원수를 혐기조(100) 및 반응조(200)로 분할유입하되, 그 유량비를 혐기조 50% 내지 80% 및 반응조 20% 내지 50%로 하며, 방류단계(S60)시 집수기(221)의 하강속도를 점차 감속함을 특징으로 하는 연속유입 간헐배출식 연속회분식반응조를 통한 하수처리방법이다.

도 1은 종래의 연속회분식반응조 예시도

도 2는 본 발명의 일 실시예 부분절단 사시도

도 3은 본 발명의 작동상태 설명도

도 4는 본 발명의 처리단계 모식도

도 5는 본 발명의 변형된 실시예 부분절단 사시도

도 6은 본 발명을 통한 하수처리 흐름도

도 7은 본 발명의 처리주기 설명도

도 8은 본 발명의 집수기 작동상태 모식도

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

100 : 혐기조

110 : 교반장치

150 : 반송관

151 : 호퍼(hopper)

152 : 슬러지수집기

153 : 슬러지배출관

190 : 분리벽

191 : 통수구

192 : 압송관

193 : 수중펌프

200 : 반응조

211 : 유입구

221 : 집수기

222 : 방류구

223 : 산기구

S10 : 혐기조단계

S20 : 반응조유입단계

S30 : 폭기단계

S40 : 무산소단계

S50 : 침전단계

S60 : 방류단계

Claims

연속회분식반응조(SBR;Sequencing Batch Reactor)에 있어서,

반응조(200)와 분리벽(190)으로 구분되고 내부에 교반장치(110)가 설치된 혐기조(100)가 구성되고;

반응조(200)에서 취수된 처리수 중 일부가 상기 혐기조(100)로 반송되는 반송관(150)이 설치되어;

처리대상 하수가 일단 혐기조(100)로 유입되어 소정시간 체류한 후, 반응조(200)로 유입됨을 특징으로 하는 연속유입 간헐배출식 연속회분식반응조.
제1항의 연속유입 간헐배출식 연속회분식반응조를 통한 하수처리방법에 있어서,

혐기조(100)로 유입된 처리대상 하수가 교반장치(110)에 의하여 교반되면서 미생물이 인(P)을 용출하는 혐기조단계(S10)와;

혐기조단계(S10)를 거친 하수가 반응조(200)로 유입되는 반응조유입단계(S20)와;

반응조(200)에서 산기구(223)에 의한 폭기가 개시되어 혐기조(100)에서 인을 용출한 미생물이 하수내 인을 과잉섭취하면서 증식하고, 하수내 암모니아가 산화되어 질산염이 되는 폭기단계(S30)와;

반응조(200)에서 산기구(223)의 작동이 중단되고 질산염이 질소로 기화(氣化)되는 무산소단계(S40)와;

반응조가 정온(靜穩)상태로 유지되어 처리수내 고형물이 침전되고 상등수가 형성되는 침전단계(S50)와;

집수기(221)에 의하여 상등수만이 선택취수되어 방류되는 방류단계(S60)로 이루어짐을 특징으로 하는 연속유입 간헐배출식 연속회분식반응조를 통한 하수처리방법
제2항에 있어서, 반응조(200)내 처리수 일부가 취수되어 반송관(150)을 통하여 혐기조(100)로 공급됨을 특징으로 하는 연속유입 간헐배출식 연속회분식반응조를 통한 하수처리방법
제2항 또는 제3항에 있어서, 폭기단계(S30) 및 무산소단계(S40)를 3회 반복하고 폭기단계(S30)를 1회 실시한 후 침전단계(S50) 및 방류단계(S60) 실시하되;

평상시에는 폭기단계(S30), 무산소단계(S40), 침전단계(S50) 및 방류단계(S60)의 운전시간을 각각 24분, 24분, 60분 및 60분으로 하여 4.8시간을 1주기로 수행하며, 강우시에는 상기 운전시간을 각각 18분, 18분, 45분 및 45분으로 하여 3.6시간을 1주기로 수행함을 특징으로 하는 연속유입 간헐배출식 연속회분식반응조를 통한 하수처리방법
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 처리대상 원수를 혐기조(100) 및 반응조(200)로 분할유입하되, 그 유량비를 혐기조 50% 내지 80% 및 반응조 20% 내지 50%로 함을 특징으로 하는 연속유입 간헐배출식 연속회분식반응조를 통한 하수처리방법
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 방류단계(S60)시 집수기(221)의 하강속도를 점차 감속함을 특징으로 하는 연속유입 간헐배출식 연속회분식반응조를 통한 하수처리방법