KR20130047301A - 산화응집을 이용한 순차적 인 제거장치 및 제거방법 - Google Patents
산화응집을 이용한 순차적 인 제거장치 및 제거방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 하천, 호소 및 인근해역 등에서 부영양화를 유발하는 영양염류 중 하나인 인산이온중 유기인을 산화해 무기인화하고 무기응집제와의 순차적 화학응집 반응의해 하폐수로부터 제거하기 위한 산화응집을 이용한 순차적 인 제거장치 및 제거방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 순차적 인 제거장치 및 제거방법은 하폐수에 포함된 인산이온을 고형화 및 이를 제거하여 방류 처리하며, 순차적으로 마련되는 침사조, 초침조, 포기조, 종침조, 산화조, 여과조, 방류조로 구성되는 수처리 장치에 있어서 하폐수의 인산이온을 처리하기 위하여 투입되는 응집제의 양을 실시간으로 자동조절하며, 유기인을 무기인으로 변환시키는 산화조를 투입하여, 포기조의 미생물 활동성 저하에 따른 유기인의 비율상승을 방지하고 응집제 소모량을 효과적으로 낮출 수 있으며, 유기인 처리에 대한 환경적 영향을 최소화시키는 순차적 인산이온 제거 하폐수 처리장치를 제공한다.
Description
본 발명은 산화응집을 이용한 순차적 인 제거장치 및 방법에 관한 것으로, 하천, 호소 및 인근해역 등에서 부영양화를 유발하는 영양염류 중 하나인 인을 산화 및 무기응집제와의 순차적 화학응집 반응에 의해 하폐수로부터 제거하기 위한 수처리 장치 및 이의 방법에 관한 것이다.
산업이 고도로 발달함에 따라 환경오염의 심각성은 날로 대두되고 있다. 특히, 가정이나 공장, 혹은 축사 등에서 방출되는 오폐수, 공장 폐수, 축산 폐수 등(이하, 이들을 통틀어 '무기성폐수'라 함)은 지하수 및 하천으로 흘러 결국에는 바다를 오염시키게 된다.
이처럼 무기성폐수를 처리하여 정화하지 않고 그대로 방류하면 각종 무기물, 미생물 및 질소(N), 인(P) 등으로 인해 하천 등의 부영양화 현상을 초래하며 이로 인해 수중 생태계가 파괴될 뿐만 아니라 토양의 오염을 유발하여 생활환경이나 생태계의 먹이사슬까지 파괴함으로써 인간의 생존권을 위협할 수밖에 없다.
한편, 조류가 과다 번식하는 이유는 수계에 이들 번식에 반드시 필요로 하는 영양염류인 질소 및 인이 풍부해지기 때문이며, 질소 혹은 인 둘 중에 하나만 부족하여도 이들 조류의 번식을 막을 수 있다.
물론, 이와 같은 피해를 줄이기 위해서는 근본적으로 무기성폐수의 배출을 줄이는 것이 가장 바람직하겠지만 산업이 발달함에 따라 각종 무기성폐수의 배출은 불가피한 실정이다. 이에, 이러한 무기성폐수를 적절하게 처리할 수 있는 방법의 개발이 필요한바, 근자에 들어서는 각계 각층에서는 무기성폐수를 처리할 수 있도록 한 무기성폐수 처리방법에 대해 수많은 연구개발과 투자가 이루어지고 있는 실정이다.
이에 통상적으로 이루어지는 종래의 인산(이온)의 제거방법을 살펴보면, 하폐수에 포함된 영양염류 중 무기질 형태인 인산이온은 무기응집제와의 화학 반응을 통해 고형화되어 슬러지 형태로 수계에서 제거할 수 있다. 수계에서 무기응집제와의 화학반응을 통한 인산염의 제거방법은 교과서적인 방법으로 그 기작이 매우 잘 알려져 있어 기존에도 최종 방류수에 포함된 인 제거를 위해 초침조 전단, 종침조 전단 및 여과조 전단에 적당량의 무기응집제를 주입하여 초침조, 종침조 및 여과조에서 슬러지로 제거하는 방법이 통상 사용되어져 왔다.
그러나, 상기 각 응집제 투입 장소별 기술적 문제에 대해서 살펴보면, 응집제를 종침조 전단에 주입하는 방법은, 포기조 내 활성오니 농도 유지를 위해 종침조의 슬러지를 반송하여 활성오니를 재사용하여야 하는데, 상기 반송되는 슬러지(반송 슬러지) 내에 종침조에서 투입된 무기응집제의 주성분인 알루미늄 혹은 철이온 농도가 높아져 포기조에서의 미생물 활성에 악영향을 줄 수 있는 문제점이 있다.
따라서, 종래 종침조 전단에 응집제를 투입하는 방법은 통상 연속 운전에 있어서 유효 함양이 17%인 무기응집제를 약 5 ppm 이하로만 주입하고 있는데, 이러한 경우에도 종침조 전단에 무기응집제를 투입하지 않은 경우와 비교하면 미생물의 활성이 낮은 상태이다.
상기 초침조 전단에서의 무기응집제 주입은 하폐수처리장에 유입되는 원수에 포함된 인산이온 농도가 실시간 변하기 때문에 과다 미반응 무기응집제의 포기조 유입에 따른 포기조 운전 불량 위험성이 높다.
이는 상기한 바와 같이 현재의 기술로는 인산이온 농도의 실시간 측정이 불가능하므로 초침조 전단에 투입시키는 무기응집제의 양을 일정 한계 수준으로 맞추고 이를 일괄적으로 적용시키기 때문인데, 상기 일정 한계 수준은 충분한 반응을 위하여 인산의 양이 많을 때를 기준으로 무기 응집제를 좀 더 넉넉히 넣는 수준이어서, 기후나 기온 등의 외부 환경에 의하여 유입되는 인산의 양이 적을 때는 미반응 무기 응집제의 양이 더 많이 남기 때문이며, 이와 같은 방법은 필요 이상의 고농도 무기응집제 주입에 따른 화학응집 반응 효율 저하 위험성이 높은 방법이기도 하였다.
상기 여과조 전단에 무기응집제를 주입하는 방법은 여과기 종류에 따라 고농도의 무기응집제 주입은 가능하나, 이 경우 여과기의 공극막힘 현상이 일어나게 되어 여과지속 시간이 급격히 짧아짐에 따라 역세농축수 발생량의 급속한 증가와 잦은 역세에 따른 여과조 동력 소모량이 무기응집제를 사용하지 않은 경우에 비해 4배 이상 많아지는 문제점이 있다.
한편, 응집제 투입 방법에 대해 더 자세히 살펴보면 최종 방류수의 인산이온 농도를 빈영양화 수준인 0.03mg/l 이하로 낮추기 위해 유효 함양이 17%인 무기응집제를 50 ppm 이상 주입하여야 하는데, 종래 응집제 투입 방법은 기후와 시간에 따라 실시간 변화하는 인산 농도에 대응하여 무기응집제를 각 단계별 최적 주입할 수 없는 가장 기초적인 문제점을 안고 있다.
이는 현재의 기술로는 인산 농도를 순시적으로 확인할 수 없기 때문에 순시적인 인산 농도에 대한 최적 반응 응집제 투입량을 산출할 수 없기 때문이다.
즉, 종래 기술방식에서는 하루에 1~4회 정도 시료 채취에 의해 Off-line에서 시행되는 최종 방류수의 인산이온 농도 분석 결과에 의존한 하폐수처리장 운전자의 판단에 의해 무기응집제가 주입되는데, 이때 주입되는 무기응집제의 양은 수분석 또는 계측된 인의 농도에 따라 일률적으로 투입하는 형태로서, 최종 방류수의 안정적인 목표 수질 유지를 위해 하폐수의 유입수량, 응집조 유입 인농도, 폭기조 반송오니량, 잉여오니 배출량 등의 변화를 고려하지 못하고 항상 과량의 무기응집제가 주입될 수 밖에 없어 고가의 약품인 무기응집제가 낭비되고 있으며, 약품투입량의 과부족에 따른 처리수질의 불균일이나 발생 역세수량 증가 등의 문제점이 발생하고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 하폐수에 포함된 인산이온을 고형화 및 이를 제거하여 방류 처리하는 수처리 장치에 있어서 하폐수의 인을 처리하기 위하여 투입되는 응집제의 양을 실시간으로 자동 조절함으로써, 포기조의 미생물 활성에 악영향을 방지하고 응집제 소모량을 효과적으로 낮출 수 있으며, 미생물 활성저하에 따른 유기인의 비율이 높은 동절기에는 산화에 의해 유기인을 무기인화 하여 무기응집제에 의한 무기인 제거를 가능케하는 산화응집을 이용한 순차적 인 제거장치 및 제거방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은 순차적으로 구비되는 침사조, 초침조, 포기조, 종침조, 산화조 및 여과조와; 상기 처리조들의 전단 또는 후단에 설치되어 유출수 또는 유입수의 유량, 무기인 농도, 총인 농도를 측정하는 측정장치들과; 상기 침사조 유출수 또는 포기조 유출수 또는 산화조 유출수에 연결되며 제어신호에 의하여 무기응집제를 투입시키는 응집제 투입장치와; 상기 측정장치들에서의 감지신호를 보고받아 투입되는 응집제의 양을 조절하는 연산장치를 포함하는 산화응집을 이용한 순차적 인 제거장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 구현예에 따른 상기 순차적 인 제거장치에서, 상기 산화조는 상기 종침조와 여과조 사이에 연결되며 제어신호에 의하여 제어되는 오존발생장치가 내장되어 상기 오존발생장치에서 발생되는 오존으로 유기인을 무기인으로 변환시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 상기 순차적 인 제거장치에서, 상기 측정장치들은 상기 침사조 전단에서 침사조에 유입되는 유량을 측정하는 유량측정장치, 총 인 농도를 측정하는 초기측정장치 및 침사조 유출수에 연결되어 무기인 농도를 측정하는 제 1 PO4-P농도측정장치와; 상기 포기조의 유출수에 연결되어 포기조 유출수에 포함된 무기인 농도를 측정하는 제 2 PO4-P농도측정장치 및 총인 농도를 측정하는 제 1 TP농도측정장치와; 상기 종침조의 유출수에 연결되어 종침조 유출수에 포함된 무기인 농도를 측정하는 제 3 PO4-P농도측정장치와, 상기 여과조의 유출수에 연결되어 여과조 유출수에 포함된 무기인 농도를 측정하는 제 4 PO4-P농도측정장치 및 총인 농도를 측정하는 제 2 TP농도측정장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 상기 순차적 인 제거장치에서, 상기 연산장치는 상기 유량측정장치와 초기농도측정장치의 감지신호를 보고받아 상기 초침조와 포기조까지의 무기인 처리 용량을 결정하여 상기 침사조 유출수에 투입할 응집제의 투입양 제어신호를 상기 응집제투입장치로 출력하고, 상기 제 1 PO4-P농도측정장치의 감지신호를 보고받아 상기 초침조와 포기조에서 제거할 무기인의 양을 연산하여, 상기 침사조 유출수에 투입되는 응집제의 양을 조절하는 피드백신호를 출력하며; 상기 제 2 PO4-P농도측정장치의 감지신호를 보고받아 상기 포기조 배출수에 투입할 응집제의 투입양 제어신호를 상기 응집제투입장치로 출력하고, 상기 제 1 TP농도측정장치의 감지신호를 보고받아 산화조에서 전환할 유기인의 양을 연산하여 상기 산화조의 상기 오존 발생장치에 대한 운전신호를 발생시키며, 상기 제 1 TP농도측정장치의 감지신호와 상기 제 3 PO4-P농도측정장치의 감지신호를 보고받아 산화조 유출수에 투입되는 응집제의 양을 조절하는 피드백신호를 출력하며; 상기 제 2 TP농도측정장치의 감지신호와 상기 제 4 PO4-P농도측정장치의 감지신호를 보고받아 여과조에서 배출되는 물의 유기인과 무기인의 함유량을 연산하여 상기 산화조의 운전 적합성을 판단하여 조절하는 피드백 신호와 상기 응집제의 투입양 및 상기 오존 발생장치를 조절하는 피드백 신호를 출력시키는 것을 특징으로 한다.
상기와 갇은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상은, 순차적으로 마련되는 침사조, 초침조, 포기조, 종침조, 산화조, 여과조로 구성되는 수처리 장치의 수처리 공정에 있어서, 하폐수 원수를 침사조에 집수하여 침사 처리하는 제 1공정; 상기 침사조에서 유입되는 유입수의 유량과 총인의 농도를 측정하는 제 2공정; 상기 침사조에서 배출되는 배출수에 포함된 인을 입자화시키는 무기응집제를 설정된 양에 따라 투입하는 제 3공정; 제 3공정에서 배출되는 응집수를 초침조를 거쳐 포기조에 집수시켜 무기인과 유기인을 응집제와 미생물로 제거하는 제 4공정; 제 4공정 배출수의 총 인 및 무기성 인농도를 측정하고, 무기응집제를 추가 투입하여, 상기 배출수에 포함된 인을 입자화시켜 종침조에 침전시키는 제 5공정; 제5공정의 종침조에서 배출수의 무기성 인농도를 측정하고, 배출수내 유기인을 산화하여 무기인화시키는 오존발생장치가 포함된 산화조에 유입시키며, 상기 산화조의 오존발생장치는 상기 제5공정의 측정 총인과 무기인에 의해 연산된 유기인농도로 상기 포기조의 가동상태를 검사한 후, 운전 유무와 운전량이 결정되는 제 6공정; 제 6공정의 산화조에서 배출되는 배출수에 무기응집제를 투입처리하여, 상기 배출수에 포함된 무기인을 입자화하는 제 7공정; 제 7공정에서 배출되는 응집수를 여과조에서 여과하고 여과수는 방류하는 제8공정; 및 제8공정에 의해 방류되는 여과수의 총인 및 무기성 인농도를 측정하는 제 9공정;을 포함하여 이루어지며, 상기 제 3공정 및 제 5공정 및 제 8공정 각각에 투입되는 무기응집제의 농도와 7공정의 오존발생농도를 유입 유량과 처리 환경에 따라 유동적으로 결정하는 산화응집을 이용한 순차적 인 제거방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 산화응집을 이용한 순차적 인 제거장치 및 처리방법은, 통상적으로 하폐수처리장의 최종방류수의 인산이온 농도를 수계에 부영양화를 일으키지 않는 수준(빈영양화 상태)인 0.03 mg/l까지 낮추기 위해 유효 함양이 17%인 무기응집제를 50ppm 이상 주입하여야 하는 상황에서, 포기조 미생물 대사에 영향을 주지 않아 전체적인 하폐수 처리공정의 운전 안정성을 유지하는 동시에 여과조에 주입되는 무기응집제의 양을 최소화하여 역세농축수 발생량 감소 및 운전동력비 절감을 가져올 수 있다.
또한, 본 발명은 단계별로 나누어 응집반응을 시행함으로써 전체 하폐수처리 공정에서의 상대적으로 고가인 무기응집제 소모량을 최소화하여 운전비 절감이 제공되는 이점이 있다.
또한, 계절과 기온에 따른 포기조의 가동 상태를 감시하여 유기인을 무기인으로 전환시키는 자동제어 공정을 추가함으로써, 유기인 처리에 있어서 환경에 의한 지배적 요소가 제거되어 언제나 일정 목표치를 달성할 수 있는 수처리 장치와 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 산화응집을 이용한 순차적 인 제거장치의 대략적인 구성을 보여주는 구성 개념도이다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시예 및 첨부 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 산화응집을 이용한 순차적 인 제거장치는, 순차적으로 구비되는 침사조, 초침조, 포기조, 종침조, 산화조 및 여과조와, 상기 처리조들의 전단 또는 후단에 설치되어 유출수 또는 유입수의 유량, 무기인 농도, 총인 농도를 측정하는 측정장치들과, 상기 침사조 유출수 또는 포기조 유출수 또는 산화조 유출수에 연결되며 제어신호에 의하여 무기응집제를 투입시키는 응집제 투입장치와; 상기 측정장치들에서의 감지신호를 보고받아 투입되는 응집제의 양을 조절하는 연산장치를 포함하는 이루어진다.
도 1은 본 발명에 따른 순차적 인 제거장치의 대략적인 구성을 보여주는 흐름도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 순차적 인 제거장치는 침사조(10), 초침조(20), 포기조(30), 종침조(40), 산화조(50), 여과조(60)를 각각 포함한다.
상기의 각 처리조들을 간단히 살펴보면, 상기 침사조(10)는 하수처리 과정에서 비중이 커서 물속에 가라앉는 돌, 모래 등이나 비중이 작아 물 위에 뜨는 플라스틱병 등을 걸러내는 하수의 1차적인 처리조이다. 그리고 초침조(20)와 종침조(40) 각각은 최초 침천지와 최종 침전지를 나타내며, 하수 처리 과정에서 하수를 오랜 시간 머물게 하면서 하수 속의 미립자나 미생물을 침전시키고 부유물을 제거하기 위해 만들어 놓은 처리조이다.
보통 하수 처리 과정에서는 침사조의 다음 단계에 최초 침전지인 초침조를 형성시키고, 포기조 다음 단계에 최종 침전지인 종침조를 설치한다. 상기 포기조(30)는 폭기조로도 불리는 활성오니법을 이용한 폐수처리 반응조로서 물속에 공기를 불어넣거나 공중에 물을 살포하여 물과 공기를 충분히 접촉시키는 조작을 통하여 산화작용과 호기성 세균에 의한 소화작용을 촉진하여 폐수속의 유기성 인을 제거시킨다.
상기 산화조(50)는 오존발생장치가 내장되어 상기 오존발생장치에서 발생되는 오존으로 유기인을 무기인으로 변환시키는 처리조이다.
상기 응집제투입장치(100)는 상기 침사조(10) 유출수와 포기조(30) 유출수와 산화조(50) 유출수에 각각 연결된다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따른 상기 순차적 인 제거장치는, 상기 침사조 (10)전단에서 침사조(10)에 유입되는 유량을 측정하는 유량측정장치(200), 총 인 농도를 측정하는 초기측정장치(미도시) 및 침사조(10) 유출수에 연결되어 무기인 농도를 측정하는 제 1 PO4-P농도측정장치(310)와; 상기 포기조(30)의 유출수에 연결되어 포기조(30) 유출수에 포함된 무기인 농도를 측정하는 제 2 PO4-P농도측정장치(320) 및 총인 농도를 측정하는 제 1 TP농도측정장치(410)와; 상기 종침조(40)의 유출수에 연결되어 종침조(40) 유출수에 포함된 무기인 농도를 측정하는 제 3 PO4-P농도측정장치(330)와, 상기 여과조(60)의 유출수에 연결되어 여과조(60) 유출수에 포함된 무기인 농도를 측정하는 제 4 PO4-P농도측정장치(340) 및 총인 농도를 측정하는 제 2 TP농도측정장치(420)를 포함한다.
상기 초침조(20)는, 상기 응집제투입장치(100)에 의해 투입되는 무기응집제에 의해 인산이온을 고형화시키고 이를 제거하는 기능을 수행한다.
일반적으로 유기인은 응집제에 반응되지 않으므로 상기 초침조(20)에서 응집제에 반응하지 않은 유기인은 포기조(30)에서 미생물에 의하여 처리한다. 상기 포기조(30)에서는 유기인을 먹이로 하는 미생물을 활성화시켜 유기인을 제거시키는데, 이와 같이 미생물을 활성화시키기 위하여 수조내에 산소를 공급한다.
이와 같이 원수는 본 발명에서 침사조(10)와 초침조(20), 포기조(30)를 거치면서 비중이 크거나, 작은 물체를 물리적으로 걸려내고, 이에 의하여 제거되지 않는 유기인과 무기인은 생화학적 방법에 의해 1차적으로 제거된다.
본 발명의 제 2 PO4-P농도측정장치(320) 및 제 1 TP농도측정장치(410)는 이러한 1차적인 총인의 제거 성적을 검사하는 장치로서, 투입된 응집제의 투입효과를 검증한다.
본 발명의 연산장치(500)는, 상기 유량측정장치(200)와 초기농도측정장치(미도시)의 감지신호를 보고받아 상기 초침조(20)와 포기조(30)까지의 무기인 처리 용량을 결정하여 상기 침사조(10) 유출수에 투입할 응집제의 투입양 제어신호를 상기 응집제투입장치(100)로 출력하고, 상기 제 1 PO4-P농도측정장치(310)의 감지신호를 보고받아 상기 초침조(20)와 포기조(30)에서 제거할 무기인의 양을 연산하여, 상기 침사조(10) 유출수에 투입되는 응집제의 양을 조절하는 피드백신호를 출력한다.
또한 상기 제 2 PO4-P농도측정장치(320)의 감지신호를 보고받아 상기 포기조(30) 배출수에 투입할 응집제의 투입양 제어신호를 상기 응집제투입장치(100)로 출력하고, 상기 제 1 TP농도측정장치(410)의 감지신호를 보고받아 산화조(50)에서 전환할 유기인의 양을 연산하여 상기 산화조(50)의 상기 오존 발생장치에 대한 운전신호를 발생시키며, 상기 제 1 TP농도측정장치(410)의 감지신호와 상기 제 3 PO4-P농도측정장치(330)의 감지신호를 보고받아 산화조 유출수에 투입되는 응집제의 양을 조절하는 피드백신호를 출력한다.
또한, 상기 제 2 TP농도측정장치(420)의 감지신호와 상기 제 4 PO4-P농도측정장치(340)의 감지신호를 보고받아 여과조(60)에서 배출되는 물의 유기인과 무기인의 함유량을 연산하여 상기 산화조(50)의 운전 적합성을 판단하여 조절하는 피드백 신호와 상기 응집제의 투입양 및 상기 오존 발생장치를 조절하는 피드백 신호를 출력시킨다.
이에 따라 상기 무기응집제 투입장치(100)는 상기 침사조(10) 유출수에 투입되는 응집제의 양을 조절하여, 처리 환경에 따른 투입량이 즉시 보정되도록 함으로써, 상기 포기조(30) 유출수에서의 무기인 함유량이 설정된 목표치에서 정상상태 출력을 나타내도록 한다.
상기 포기조(30) 유출수에 투입된 응집제는 종침조(40)에서 무기인과 반응하여 무기인을 제거시킨다.
그런데, 상기 포기조(30)에서 유기인을 처리하는 미생물은 살아있는 생물이어서 수온과 같은 환경에 의한 지배를 받으므로, 겨울철과 같이 수온이 낮은 때에는 아무리 산소를 공급하여도 활성화되기가 어려워 유기인의 처리가 극히 곤란하다.
본 발명은 미생물에 의한 유기인의 처리가 이와 같이 환경에 지배받는 문제점을 해소하기 위하여 상기 산화조(50)를 이용하여 유기인을 무기인으로 변환시키고, 상기 무기인을 응집제로 제거시키는 특징을 가진다.
이는 종래의 산화조가 수중 미생물을 사멸, 살균시키기 위한 공정과 대비되는 것으로서, 본 발명의 산화조는 그 처리 대상이 미생물이 아닌 유기인이며, 처리 결과는 무기인의 생성인 점에서 크게 대비된다.
본 발명의 산화조는 오존발생장치가 내장되어져 있으며, 상기 오존발생장치는 제어신호의 제어에 따라 필요한 목적 범위하에 구동되는데, 상기 오존에 의한 유기인의 무기인으로의 전환은 다음과 같다.
[표 1]
즉, 상기 유기인은 공급되는 오존의 양에 따라 무기인으로 전환되며, 전환된 무기인은 유기인으로서의 특성이 완전히 사라져 응집제로 처리된다.
본 발명의 산화조(50)는 상기한 바와 같이 상기 포기조가 환경의 영향으로 효율을 발휘하지 못할 때, 이를 보충하기 위하여 구동된다.
즉, 겨울철과 같이 포기조(30)의 미생물을 활성화시키기 어려운 때에는 상기 포기조(30)의 유출수에는 많은 유기인이 포함되어져 있을 것이므로, 상기 포기조(30) 유출수에서 유기인의 농도를 검출하여 상기 산화조(50)를 구동시킨다. 상기 산화조(50)의 구동은 상기 제 2 PO4-P농도측정장치(320) 및 제 1 TP농도측정장치(410)에서 측정된 정보를 통하여 상기 연산장치에서 연산한 유기인의 농도로서 결정한다.
상기 연산장치(500)는 측정된 유기인의 농도에 의하여 포기조(30)의 활성 상태를 판단하고, 상기 포기조(30)가 유기인의 처리에 부족한 효과를 보일 때, 상기 산화조(50)를 가동하여 잔존 유기인을 무기인화시킨다.
상기 산화조(50)가 구동되면, 상기 산화조(50)의 유출수에는 많은 무기인이 포함되게 되므로, 상기 연산장치(500)는 상기 산화조(50)의 유출수에 무기인을 응집 제거시키는 응집제를 투여하는 제어신호를 상기 무기응집제투입장치(100)에 출력한다. 상기 산화조(50) 유출수로 투입된 응집제는 무기인을 입자화시켜 상기 여과조(60)를 거치면서 걸러지게 한다.
이때 상기 산화조(50) 유출수에 투입되는 응집제의 투입량은 상기 산화조(50)의 운전량에 비례제어될 것이나, 수조의 특성상 산화조(50)의 운전량이 반드시 유기인이 무기인으로 변환되는 양과 선형적 비례관계를 가지는 것을 보장하지 못한다.
따라서 본 발명은 상기 여과조(60)에서 방류되는 방류수에 제 4 PO4-P농도측정장치(340) 및 제 2 TP농도측정장치(420)를 형성시켜 전체 여과성적이 검사되도록 한다.
상기 제 4 PO4-P농도측정장치(340) 및 제 2 TP농도측정장치(420)에서 총인과 무기인의 농도를 측정하여 상기 연산장치(500)로 보고하고 상기 연산장치(500)는 상기 인의 농도에 의하여 산화조(50)의 운전량과 산화조(50) 유출수에 투입할 응집제의 양을 피드백시킨다.
본 발명의 이와 같은 구동에 의하면 각 처리조에 투입되는 응집제의 양을 최적 제어할 수 있으며, 처리 환경과 결과에 따라 연동되는 공정 제어가 가능하며, 특히, 종래에 개입할 수 없었던 계절적 요인과 기후적 요인에 의한 영향에 대하여 제어 가능한 개입이 실시되므로 최적 오폐수 처리 공정이 실행될 수 있게 되는 이점이 있다.
상기 침사조(10) 유출수에 투입된 응집제는 상기 초침조(20)와 포기조(30)를 거치면서 시간에 따른 반응을 보이며, 투입된 양에 따라 상기 포기조(30) 유출수에 포함된 총인의 농도는 달라질 것이다. 즉, 계절, 유속, 기온, 기후 등의 조건에 따라 상기 초침조를 지나 포기조로 유출되는 처리수의 시간은 달라지게 되며, 이때는 동일 농도의 총인에 대하여 동일 응집제가 투입된다고 하더라도 그 처리 결과는 달라지게 된다.
본 발명에서는 상기 환경에 따른 응집제의 처리 결과를 상기 침사조(10) 유출수에 투입되는 응집제 투여량에 피드백시켜, 당해 환경에서 최적의 응집제 처리 결과가 형성될 수 있도록 한다.
본 발명의 또 다른 양상은 산화 후 응집여과에 의한 하폐수에 포함된 유기인을 제거하여 방류함을 목적으로 하며, 순차적으로 마련되는 침사조(10), 초침조(20), 포기조(30), 종침조(40), 산화조(50), 여과조(60)로 구성되는 산화응집을 이용한 순차적 인 제거방법에 관한 것이다.
본 발명의 제1 공정은 하폐수 원수를 침사조(10)에 집수하여 침사 처리하는 공정이다. 이는 비중이 크거나 작아서 물리적 제거가 가능한 물질을 침사조에서 처리하는 공정이다.
본 발명의 제2 공정은 상기 침사조(10)에서 유입되는 유입수의 유량과 총인의 농도를 측정하는 공정이다. 제2 공정은 상기 본 발명의 이 제거장치에서 설명된 유량측정장치(100)와 초기농도측정장치(미도시)에 의한다.
본 발명의 제3 공정은 상기 침사조(10)에서 배출되는 배출수에 포함된 인을 입자화시키는 무기응집제를 설정된 양에 따라 투입하는 공정이다. 제3공정에서는 제2공정에서 검출된 무기인의 농도와 유량, 유속에 따라 응집제의 투입시간과 투입량을 결정하여 상기 침사조(10) 배출수에 투입시키는 공정이다.
본 발명의 제4공정은 제 3공정에서 배출되는 응집수를 초침조(20)를 거쳐 포기조(30)에 집수시켜 무기인과 유기인이 응집제와 미생물로 제거하는 공정이다. 상기 제3공정에서 투입된 응집제는 초침조(20)에서 시간의 경과에 따라 무기인을 응집 제거시키며, 상기 응집제에 의하여 제거되지 않는 유기인은 상기 포기조(30)에서 시간의 경과에 따라 미생물에 포식되어 제거된다.
본 발명의 제5공정은 제 4공정에서 배출되는 응집수의 총인 및 무기성 인농도를 측정하고, 무기응집제를 추가 투입하여, 상기 배출수에 포함된 인을 입자화시켜 종침조(40)에 침전시키는 공정이다. 상기 제5공정은 상기 제4공정까지의 유기인과 무기인의 제거 상태를 감시하여, 그 제거 상태의 여하에 따라 무기 응집제를 추가 투입시킨다. 상기 제 5공정에서 투입되는 응집제의 투입량은, 제 5공정에서 측정된 인산이온 농도에 따라 사전에 미리 설정된 양을 투입하며, 이 경우 상기 설정된 양은 최종 방류수의 인산이온 농도가 목표치 이하가 되도록 설정하면 충분하다.
본 발명의 제6공정은 상기 제5공정의 종침조(40)에서 배출되는 배출수의 잔존 유기인을 산화하여 무기인화시키는 공정이다. 이를 위하여 상기 제6공정에서 상기 종침조(40) 배출수는 오존발생장치가 포함된 산화조(50)에 유입시킨다.
상기 산화조(50)의 오존발생장치는 상기 제5공정의 측정 총인과 무기인에 의해 연산된 유기인 농도로 상기 포기조(30)의 가동상태를 검사한 후, 운전 유무와 운전량이 결정되는 장치이다. 상기 표 1에서 보여지는 바와 같이 수중 유기인은 오존에 의하여 무기인(사인산염)으로 변환되므로, 상기 산화조(50)의 오존발생장치를 가동하면 산화조(50) 내의 잔존 유기인은 무기인으로 변환된다.
한편, 상기 제5공정에서 측정되는 유기인의 양에 따라 상기 포기조(50)의 운전 상태를 유추할 수 있는데, 상기 포기조(30)는 유기인을 포식하는 미생물이 계절과 기온의 영향을 받으므로 계절과 기온에 따라 유기인의 제거 상태가 큰 차이를 보이게 되는데, 기온이 낮은 겨울철에는 산소의 공급량과 무관하게 유기인 제거효과가 거의 없다.
본 발명에서는 이와 같이 계절과 기온적 요인에 의하여 유기인의 제거 효과가 미진할 경우에 유기인을 무기인으로 변환시켜 응집제로 처리하는 방법적 특징을 가진다. 즉, 상기 제5공정에서 감지된 유기인의 농도를 제어신호로 하여 유기인의 농도가 높아 포기조의 효용성이 낮다고 판단될 때는 상기 산화조(50)를 가동시켜 유기인을 무기인으로 변환시킨다. 상기 오존발생장치는 유기인의 농도에 따라서 능동제어가 가능하므로 계절과 기온에 따라 매 순간 최적 제어가 되도록 하여 에너지가 절약되도록 한다.
본 발명의 제7공정은 상기 제 6공정의 산화조(50)에서 배출되는 배출수에 무기응집제를 투입처리하여, 상기 산화조(50)에서 생성된 무기인을 입자화시키는 공정이다.
본 발명의 제8공정은 상기 제 7공정에서 배출되는 응집수를 여과조(60)에서 여과하고 여과수는 방류하는 공정이며, 본 발명의 제9공정은 상기 제8공정에 의해 방류되는 여과수의 총인 및 무기성 인농도를 측정하여 상기 제7공정에 투입되는 응집제의 양이 피드백 제어되도록 하는 공정이다.
제8공정에서는 이에 더하여 최종방류수의 인산이온 농도가 목표치 이상인 경우 비상 신호 발령과 함께 최종 방류수 전량을 여과조 전단에 위치한 하폐수처리장 처리조 중 수위조가 낮은 처리조로 되돌리는 명령을 내려 비상조치가 될 수 있도록 함이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명에 의하여 각 해당 공정에 투입되는 무기응집제의 농도와 오존발생농도를 유입 유량과 처리 환경에 따라 유동적으로 결정하며 잔존 유기인을 무기인으로 산화시켜 응집여과로 제거시키는 특징을 가지는 인 제거방법이 제공된다.
본 발명의 인 제거방법에 있어서, 최적 수처리 실시예를 살펴보면 다음과 같다.
[실시예 1]
상기 제 2공정에서 측정되는
인산이온의
측정값이 4
mg
/l 초과인 경우
상기 제 3공정에서 투입되는 무기응집제의 주입량은, 상기 초심수의 배출수에 포함된 미반응 무기응집제의 농도가 유효함양이 17%인 무기응집제 기준 2ppm이 넘지 않는 양으로 그 주입량을 설정하며; 상기 제 5공정에서 투입되는 무기응집제의 주입량은, 상기 종침조의 배출수에 포함된 미반응 무기응집제의 농도가 유효함양이 17%인 무기응집제 기준 5ppm이 넘지 않는 양으로 그 주입량을 설정한다.
[실시예 2]
상기 제 2공정에서 측정되는
인산이온의
측정값이 1 내지 4
mg
/l 인 경우
상기 제 3공정에서 투입되는 무기응집제의 주입량은, 상기 초심수의 배출수에 포함된 미반응 무기응집제의 농도가 유효함양이 17%인 무기응집제 기준 2ppm이 넘지 않는 양으로 그 주입량을 설정하며; 상기 제 5공정에서 투입되는 무기응집제를 배제한다.
[실시예 3]
상기 제 2공정에서 측정되는
인산이온의
측정값이 1
mg
/l 미만인 경우
상기 제 3공정 및 제 5공정에서 각각 투입되는 무기응집제를 배제한다.
일반적으로 인산이온을 화학적으로 제거하기 위해 주입되는 무기응집제 사용은 단 한 번의 고농도로 반응시키는 것보다는 이를 가능하면 많이 나누어서 주입하여 인산이온과 반응하는 것이 반응효율이 훨씬 높다.
이에 본 발명은 부영양화 방지 기준인 방류수 인산이온 농도 0.03 ppm 이하를 안정적으로 유지하기 위해 유입되는 하폐수 원수에 포함된 인산이온 농도의 높고 낮음에 따라 세 단계의 인산이온 제거공정을 조합하고, 각 단계에서 필요로 하는 무기응집제 주입양을 유입 유량 및 인산이온 농도의 실시간 측정을 통해 자동제어함으로써 기존 기술로는 해결하기 어려웠던 부분인 과다한 미반응 무기응집제 혹은 너무 낮은 인산이온의 포기조 유입에 따른 미생물 활성 저하에 의한 포기조 운전 불안정성을 방지하고, 여과조 전단에 무기응집제의 주입을 최소화함으로써 고농도의 무기응집제 주입에 따른 운전비의 급격한 증가를 최소화시킨다.
또한, 계절과 기온에 따른 포기조의 가동 상태를 감시하여 유기인을 무기인으로 전환시키는 공정을 추가함으로써, 유기인 처리에 있어서 환경에 의한 지배적 요소가 제거되어 언제나 일정 목표치를 달성할 수 있는 수처리 장치와 방법이 제공된다.
상기에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 위주로 상술하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 각 구성요소는 동일한 목적 및 효과의 달성을 위하여 본 발명의 기술적 범위 내에서 변경 또는 수정될 수 있을 것이다.
10 : 침사조 20 : 초침조
30 : 포기조 40 : 종침조
50 : 여과조 60 : 방류조
100 : 응집제투입장치 200 : 유량측정장치
310 : 제 1 PO4-P측정장치 320 : 제 2 PO4-P측정장치
330 : 제 3 PO4-P측정장치 340 : 제 4 PO4-P측정장치
410 : 제 1 TP측정장치 420 : 제 2 TP측정장치
500 : 오존발생장치 600 : 연산장치
30 : 포기조 40 : 종침조
50 : 여과조 60 : 방류조
100 : 응집제투입장치 200 : 유량측정장치
310 : 제 1 PO4-P측정장치 320 : 제 2 PO4-P측정장치
330 : 제 3 PO4-P측정장치 340 : 제 4 PO4-P측정장치
410 : 제 1 TP측정장치 420 : 제 2 TP측정장치
500 : 오존발생장치 600 : 연산장치
Claims (8)
- 순차적으로 구비되는 침사조, 초침조, 포기조, 종침조, 산화조 및 여과조와;
상기 처리조들의 전단 또는 후단에 설치되어 유출수 또는 유입수의 유량, 무기인 농도, 총인 농도를 측정하는 측정장치들과;
상기 침사조 유출수 또는 포기조 유출수 또는 산화조 유출수에 연결되며 제어신호에 의하여 무기응집제를 투입시키는 응집제 투입장치와;
상기 측정장치들에서의 감지신호를 보고받아 투입되는 응집제의 양을 조절하는 연산장치를 포함하는 산화응집을 이용한 순차적 인 제거장치. - 제1항에 있어서, 상기 산화조는 상기 종침조와 여과조 사이에 연결되며 제어신호에 의하여 제어되는 오존발생장치가 내장되어 상기 오존발생장치에서 발생되는 오존으로 유기인을 무기인으로 변환시키는 것을 특징으로 하는 산화응집을 이용한 순차적 인 제거장치.
- 제1항에 있어서, 상기 측정장치들은 상기 침사조 전단에서 침사조에 유입되는 유량을 측정하는 유량측정장치, 총 인 농도를 측정하는 초기측정장치 및 침사조 유출수에 연결되어 무기인 농도를 측정하는 제 1 PO4-P농도측정장치와;
상기 포기조의 유출수에 연결되어 포기조 유출수에 포함된 무기인 농도를 측정하는 제 2 PO4-P농도측정장치 및 총인 농도를 측정하는 제 1 TP농도측정장치와;
상기 종침조의 유출수에 연결되어 종침조 유출수에 포함된 무기인 농도를 측정하는 제 3 PO4-P농도측정장치와, 상기 여과조의 유출수에 연결되어 여과조 유출수에 포함된 무기인 농도를 측정하는 제 4 PO4-P농도측정장치 및 총인 농도를 측정하는 제 2 TP농도측정장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화응집을 이용한 순차적 인 제거장치. - 제1항에 있어서, 상기 연산장치는 상기 유량측정장치와 초기농도측정장치의 감지신호를 보고받아 상기 초침조와 포기조까지의 무기인 처리 용량을 결정하여 상기 침사조 유출수에 투입할 응집제의 투입양 제어신호를 상기 응집제투입장치로 출력하고, 상기 제 1 PO4-P농도측정장치의 감지신호를 보고받아 상기 초침조와 포기조에서 제거할 무기인의 양을 연산하여, 상기 침사조 유출수에 투입되는 응집제의 양을 조절하는 피드백신호를 출력하며;
상기 제 2 PO4-P농도측정장치의 감지신호를 보고받아 상기 포기조 배출수에 투입할 응집제의 투입양 제어신호를 상기 응집제투입장치로 출력하고, 상기 제 1 TP농도측정장치의 감지신호를 보고받아 산화조에서 전환할 유기인의 양을 연산하여 상기 산화조의 상기 오존 발생장치에 대한 운전신호를 발생시키며, 상기 제 1 TP농도측정장치의 감지신호와 상기 제 3 PO4-P농도측정장치의 감지신호를 보고받아 산화조 유출수에 투입되는 응집제의 양을 조절하는 피드백신호를 출력하며;
상기 제 2 TP농도측정장치의 감지신호와 상기 제 4 PO4-P농도측정장치의 감지신호를 보고받아 여과조에서 배출되는 물의 유기인과 무기인의 함유량을 연산하여 상기 산화조의 운전 적합성을 판단하여 조절하는 피드백 신호와 상기 응집제의 투입양 및 상기 오존 발생장치를 조절하는 피드백 신호를 출력시키는 것을 특징으로 하는 산화응집을 이용한 순차적 인 제거장치. - 순차적으로 마련되는 침사조, 초침조, 포기조, 종침조, 산화조, 여과조로 구성되는 수처리 장치의 수처리 공정에 있어서,
하폐수 원수를 침사조에 집수하여 침사 처리하는 제 1공정;
상기 침사조에서 유입되는 유입수의 유량과 총인의 농도를 측정하는 제 2공정;
상기 침사조에서 배출되는 배출수에 포함된 인을 입자화시키는 무기응집제를 설정된 양에 따라 투입하는 제 3공정;
제 3공정에서 배출되는 응집수를 초침조를 거쳐 포기조에 집수시켜 무기인과 유기인을 응집제와 미생물로 제거하는 제 4공정;
제 4공정 배출수의 총 인 및 무기성 인농도를 측정하고, 무기응집제를 추가 투입하여, 상기 배출수에 포함된 인을 입자화시켜 종침조에 침전시키는 제 5공정;
제5공정의 종침조에서 배출수의 무기성 인농도를 측정하고, 배출수내 유기인을 산화하여 무기인화시키는 오존발생장치가 포함된 산화조에 유입시키며, 상기 산화조의 오존발생장치는 상기 제5공정의 측정 총인과 무기인에 의해 연산된 유기인농도로 상기 포기조의 가동상태를 검사한 후, 운전 유무와 운전량이 결정되는 제 6공정;
제 6공정의 산화조에서 배출되는 배출수에 무기응집제를 투입처리하여, 상기 배출수에 포함된 무기인을 입자화하는 제 7공정;
제 7공정에서 배출되는 응집수를 여과조에서 여과하고 여과수는 방류하는 제8공정; 및
제8공정에 의해 방류되는 여과수의 총인 및 무기성 인농도를 측정하는 제 9공정;을 포함하여 이루어지며, 상기 제 3공정 및 제 5공정 및 제 8공정 각각에 투입되는 무기응집제의 농도와 7공정의 오존발생농도를 유입 유량과 처리 환경에 따라 유동적으로 결정하는 것을 특징으로 하는 산화응집을 이용한 순차적 인 제거방법. - 제5항에 있어서, 상기 제 2공정에서 측정되는 PO4-P의 측정값이 4mg/l 초과인 경우,
상기 제 3공정에서 투입되는 무기응집제의 주입량은, 상기 초심수의 배출수에 포함된 미반응 무기응집제의 농도가 유효함양이 17%인 무기응집제 기준 2ppm이 넘지 않는 양으로 그 주입량을 설정하며;
상기 제 5공정에서 투입되는 무기응집제의 주입량은, 상기 종침조의 배출수에 포함된 미반응 무기응집제의 농도가 유효함양이 17%인 무기응집제 기준 5ppm이 넘지 않는 양으로 그 주입량을 설정하는 것을 특징으로 하는 산화응집을 이용한 순차적 인 제거방법. - 제5항에 있어서, 상기 제 2공정에서 측정되는 PO4-P의 측정값이 1 내지 4mg/l 인 경우,
상기 제 3공정에서 투입되는 무기응집제의 주입량은, 상기 초심수의 배출수에 포함된 미반응 무기응집제의 농도가 유효함양이 17%인 무기응집제 기준 2ppm이 넘지 않는 양으로 그 주입량을 설정하며;
상기 제 5공정에서 투입되는 무기응집제를 배제하는 것을 특징으로 하는 산화응집을 이용한 순차적 인 제거방법. - 제 5항에 있어서, 상기 제 2공정에서 측정되는 인산이온의 측정값이 1 mg/l 미만인 경우,
상기 제 3공정 및 제 5공정에서 각각 투입되는 무기응집제를 배제하는 것을 특징으로 하는 산화응집을 이용한 순차적 인 제거방법.
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR101317949B1 (ko) * | 2013-08-30 | 2013-10-16 | 주식회사 가나엔텍 | 탈색제를 포함하는 공장폐수 및 공공하수용 폐수처리장치 |
| KR101714446B1 (ko) * | 2016-02-02 | 2017-03-22 | 강영현 | 생물여과 및 가중응집침전을 이용한 초고도 수처리 장치 |
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| KR102477928B1 (ko) * | 2022-09-30 | 2022-12-15 | (주)청수 | 개량된 고도 처리구조를 갖는 하·폐수 복합 처리시스템 |
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2011
- 2011-10-31 KR KR1020110112237A patent/KR20130047301A/ko not_active Application Discontinuation
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