KR20140130821A - 통합된 관로에 의해 슬러지의 내부반송 및 외부반송이 진행되는 하수처리장치 및 이를 이용한 하수처리방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가압식 분리막에 의해 고액분리된 슬러지는 반송하여 하수처리에 재활용함으로써 슬러지를 감량시키되, 슬러지의 내부반송과 외부반송이 하나의 통합된 관로에 의해 이루어지도록 함과 동시에, 내부반송 및 외부반송 시의 슬러지 반송 량을 하수처리 상황에 맞추어서 최적의 상태로 분배하여 조절함으로써, 종래의 기술에 비하여 월등하게 향상된 슬러지 감량 효과를 얻을 뿐만 아니라, 내부반송과 외부반송을 위하여 필요한 펌프의 수, 관로의 규모 등을 축소시킴으로써 하수처리 비용을 크게 절감할 수 있게 구성한 "통합된 관로에 의해 내부반송 및 외부반송이 진행되는 하수처리장치 및 이를 이용한 하수처리방법"에 관한 것이다.

Description

통합된 관로에 의해 슬러지의 내부반송 및 외부반송이 진행되는 하수처리장치 및 이를 이용한 하수처리방법{Wastewater treatment method and system with integrated pipeline for carrying internal and external sludge}
본 발명은 슬러지 감량형 하수처리장치 및 이를 이용한 하수처리방법에 관한 것으로, 더 구체적으로는 가압식 분리막에 의해 고액분리된 슬러지는 반송하여 하수처리에 재활용함으로써 슬러지를 감량시키되, 슬러지의 내부반송과 외부반송이 하나의 통합된 관로에 의해 이루어지도록 함과 동시에, 내부반송 및 외부반송 시의 슬러지 반송 량을 하수처리 상황에 맞추어서 최적의 상태로 분배하여 조절함으로써, 종래의 기술에 비하여 월등하게 향상된 슬러지 감량 효과를 얻을 뿐만 아니라, 내부반송과 외부반송을 위하여 필요한 펌프의 수, 관로의 규모 등을 축소시킴으로써 하수처리 비용을 크게 절감할 수 있게 구성한 "통합된 관로에 의해 내부반송 및 외부반송이 진행되는 하수처리장치 및 이를 이용한 하수처리방법"에 관한 것이다.
일반적으로 하수처리기술은 미생물을 이용한 활성슬러지 처리공정의 개발과 함께 급격히 발전하였으며, 주로 유기물 및 부유고형물 제거를 목적으로 하수처리장치가 운용되고 있다. 특히, 현재는 이러한 하수처리기술이 질소와 인의 제거가 가능한 고도처리 공정으로 발전되면서 다양한 변형 방법들이 개발되고 있다. 종래의 생물학적 하수고도처리 공정의 원리를 살펴보면, 질소 제거는 질산화 미생물에 의해 NH4 +을 NO2 - 또는 NO3 -로 전환시키는 질산화 과정 후, 탈질 과정을 거쳐 N2 가스로 배출시킴으로써 이루어지고 있다. 인의 제거는 혐기성 조건 하에서 용출된 인을 호기성 조건에서 미생물에 의해 인을 과잉 섭취시킨 다음, 슬러지를 제거함으로써 이루어진다. 이러한 원리를 이용하여 질소, 인을 제거하는 공법으로는 A2/O, 수정 바텐포(Bardenpho), VIP(Virginia Initiative Plant) 및 UCT(University of Cape Town)공정 등이 있다.
도 1 및 도 2에는 각각 종래의 하수처리장치의 개략적인 구성도가 도시되어 있는데, 종래의 하수처리장치는 혐기조(10), 무산소조(20) 및 호기조(30)를 가지고 있다. 호기조(30)로부터의 방출수는 도 1의 경우처럼 최종침전지(50)를 거칠 수도 있고, 도 2에 도시된 것처럼 가압식 막 분리장치(40)를 거칠 수도 있다.
이러한 종래의 하수처리장치에서, 하수 원수는 혐기조(Anaerobic)(10)로 유입되는데, 혐기조(10)에서는 하수 원수가 가지고 있는 유기물을 탄소원으로 이용하여 혐기상태에서 인 방출이 일어난다. 하수 원수는 혐기조(10)를 거친 후 후속하여 무산소조(Anoxic)(20)를 거치게 되는데, 무산소조(20)에서는 질산성 질소를 질소 가스로 탈질시켜서 질소를 제거하는 공정이 진행된다. 무산소조(20) 이후에는 호기조(Oxic)(30)를 거치게 되는데 호기조(30)에서는 미생물이 본래의 인 저장량보다 더 많은 양의 인을 흡수하는 인의 과잉흡수(Luxury uptake)가 일어난다. 또한 호기조(30)에서는 질소가 질산성 질소로 질산화되는 공정이 진행된다. 앞서 언급한 것처럼 무산소조(20)에서 질산성 질소를 질소 가스로 탈질시키는 공정이 원활하게 수행될 수 있게 하기 위하여 슬러지가 무산소조(20)로 공급된다. 이와 같이 슬러지를 무산소조(20)로 다시 공급하는 것은 "내부반송(Internal Recycle)"이라고 한다.
호기조(30)에서 질소가 질산성 질소로 질산화되는 공정이 진행되므로, 도 1에 도시된 종래의 하수처리장치의 경우에는 호기조(30)에서 발생된 슬러지를 무산소조(20)로 반송함으로써 내부반송이 이루어진다. 도 2에 도시된 종래기술처럼 가압식 막 분리장치(40)가 구비된 경우에는, 가압식 막 분리장치(40)에서의 막분리를 통해 걸러진 슬러지가 호기조(30)로 반송된 후, 호기조(30)에서 다시 무산소조(20)로 슬러지가 반송되어 내부반송이 이루어질 수도 있지만, 슬러지가 가압식 막 분리장치(40)에서부터 무산소조(20)로 직접 반송됨으로써 내부반송이 이루어질 수도 있다.
한편, 하수처리 과정에서 발생하는 슬러지는, 처리공정 중 유기물 등 오염물질 제거에 주된 역할을 한 미생물의 증식체이다. 혐기조(10)에서 슬러지를 내생호흡 상태로 만들어서 다시 하수 처리 공정에 투입하게 되면 슬러지 발생을 줄일 수 있게 된다. 이를 위해서 잉여 슬러지를 혐기조(10)로도 공급하게 되는데, 이와 같이 혐기조(10)로 잉여 슬러지를 공급하는 것을 "외부반송(External Recycle)"이라고 한다. 도 1에 도시된 하수처리장치의 경우에는 최종침전지(50)로부터 잉여 슬러지가 혐기조(10)로 공급됨으로써 외부반송이 이루어지고, 도 2에 도시된 것과 같이 가압식 막 분리장치(40)를 구비한 경우, 가압식 막 분리장치(40)에서의 막분리를 통해 걸러진 슬러지가 일단 가압식 막 분리장치(40)에서 호기조(30)로 슬러지가 공급된 후 호기조(30)에서 다시 혐기조(10)로 잉여 슬러지가 공급됨으로써 외부반송이 이루어질 수 있으며, 도 2에는 도시되지 않았지만 잉여 슬러지가 가압식 막 분리장치(40)에서부터 혐기조(10)로 직접 반송됨으로써 외부반송이 이루어질 수도 있다. 이러한 외부반송에 의해 호기조(30) 또는 가압식 막 분리장치(40)로부터의 잉여 슬러지가 혐기조(10)에 유입되거나 또는 최종침전지(50)로부터 잉여 슬러지가 혐기조(10)로 유입되고, 소정 시간 동안 혐기조(10)에 머무르게 되면 슬러지에 포함된 미생물의 내생호흡 상태(기아(飢餓))에 있게 된다. 이와 같이 미생물의 활성이 억제된 내생호흡 상태에 있던 미생물이 슬러지와 함께 하수처리 공정으로 재사용되면 미생물에게 공급된 에너지는 미생물의 증식이 아닌 물질 대사에 대부분 이용되고, 결과적으로 하수처리 효율은 계속 유지하면서도 미생물의 증식으로 인한 슬러지의 발생 자체가 줄어들게 되는 효과를 발휘하게 된다. 이와 같이 미생물의 내생호흡을 유도하는데 매우 효과적인 대표기술로는 대한민국 등록특허 제10-1081668호가 있다.
그런데 종래 기술의 경우, 슬러지의 내부반송을 위한 관로와, 외부반송을 위한 관로가 각각 별개로 존재하였다. 내부반송용 관로와 외부반송용 관로가 각각 별개로 존재하게 되면, 각각의 관로에서의 슬러지 이송을 위해서 펌프 역시 별개로 필요하게 되며, 그에 따라 펌프의 설치비용 및 운용비용이 많이 소요되는 문제가 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1081668호(2011. 11. 09. 공고) 참조.
본 발명은 연속 유입식 하수처리 과정에서 가압식 분리막에 의해 고액분리된 슬러지는 반송하여 하수처리에 재활용함으로써 슬러지를 감량시키되, 슬러지의 내부반송과 외부반송이 하나의 통합된 관로에 의해 이루어지도록 함으로써, 내부반송과 외부반송을 위하여 필요한 펌프의 수, 관로의 규모 등을 축소시킴으로써 하수처리 비용을 절감하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 이와 같이 통합된 하나의 관로에 의해 내부반송과 외부반송을 수행함에 있어서, 내부반송 및 외부반송 시의 슬러지 반송 량을 하수처리 상황에 맞추어서 최적의 상태로 분배하여 조절할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 외부로부터 유입되는 원수를 저류하여 미생물에서 수중으로 인을 방출시키는 혐기조, 상기 혐기조로부터 유입된 원수 내의 질소를 제거하는 무산소조, 상기 무산소조로부터 유입된 원수 내의 유기물 산화와 질산화가 수행되며 슬러지가 과잉의 인을 흡수하는 호기조, 및 분리막을 구비하고 있어서 상기 호기조로부터 유입된 원수를 상기 분리막에 의해 고액 분리하여 처리수는 방류하는 가압식 막 분리장치를 포함하며; 상기 가압식 막 분리장치의 분리막에 의해 농축된 슬러지는 하나의 통합 반송 관로에 의해 가압식 막 분리장치로부터 반송되어, 상기 통합 반송 관로로부터 혐기조로 연통되도록 분기된 혐기조용 제1분기관과, 상기 통합 반송 관로로부터 무산소조로 연통되도록 분기된 무산소조용 제2분기관과, 상기 통합 반송 관로로부터 호기조로 연통되도록 분기된 호기조용 제3분기관을 통해서 각각 혐기조, 무산소조 및 호기조로 공급됨으로써 슬러지의 내부반송과 외부반송이 하나의 관에 의해 이루어지는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 하수처리장치가 제공된다.
한편, 본 발명에서는 상기한 목적을 달성하기 위하여, 유기물이 포함된 원수를 혐기조에 유입하고, 상기 유기물을 탄소원으로 이용하여 미생물에서 수중으로 인을 방출하는 인 방출 단계; 상기 혐기조로부터 상기 인이 방출된 원수를 무산소조에 유입하고, 질산성 질소를 질소 가스로 탈질하는 탈질 단계; 상기 탈질 과정을 거친 원수를 호기조에 유입하고, 유기물 산화와 질산화를 수행하며, 슬러지는 과잉의 인을 흡수하는 인 흡수 단계; 및 상기 호기조로부터 인 흡수 과정을 거친 원수를 가압식 막 분리장치로 유입하고, 분리막에 의한 고액 분리 후 처리수는 방류하는 처리수 방류 단계를 포함하며; 상기 처리수 방류 단계에서 발생한 슬러지는 상기 가압식 막 분리장치와 연결되고 하나의 통합 반송 관로에 의해 반송되어, 상기 통합 반송 관로로부터 혐기조로 연통되도록 분기된 혐기조용 제1분기관을 통해 슬러지의 일부가 상기 무산소조로 반송되어 공급되는 내부반송이 진행되고; 상기 통합 반송 관로로부터 호기조로 연통되도록 분기된 호기조용 제3분기관을 통해서 슬러지의 일부가 상기 혐기조로 반송되어 공급되는 외부반송이 진행되며, 상기 통합 반송 관로를 통해 반송되는 슬러지의 나머지는 상기 통합 반송 관로로부터 호기조로 연통되도록 분기된 호기조용 제3분기관을 통해서 호기조로 반송되는 것을 특징으로 하는 하수처리방법이 제공된다.
위와 같은 본 발명의 하수처리장치 및 하수처리방법에 있어서, 상기 무산소조용 제2분기관을 통해서 상기 무산소조로 슬러지가 공급되는 내부반송은, 무산소조를 거친 방류수의 암모니아성 질소의 농도가 사전 설정된 기준보다 높을 경우에는 상기 무산소조용 제2분기관을 통해서 상기 무산소조로 공급되는 슬러지 유량이 감소되고, 무산소조를 거친 방류수의 질산성 질소의 농도가 사전 설정된 기준보다 높을 경우에는 상기 무산소조용 제2분기관을 통해서 상기 무산소조로 공급되는 슬러지 유량이 증가되며, 무산소조를 거친 방류수의 암모니아성 질소 농도 및 질산성 질소 농도가 모두 사전 설정된 기준에 적합한 경우에는 상기 무산소조용 제2분기관을 통해서 상기 무산소조로 슬러지가 공급되는 슬러지 유량을 계속 유지하는 방식으로 이루어질 수 있다.
또한 위와 같은 본 발명의 하수처리장치 및 하수처리방법에 있어서, 상기 혐기조용 제1분기관을 통해서 상기 혐기조로 슬러지가 공급되는 외부반송은, 상기 혐기조 내에서의 부유고형물 농도가 사전 설정된 기준보다 높을 경우에는 상기 혐기조용 제1분기관을 통해서 상기 혐기조로 공급되는 슬러지 유량이 감소되고, 상기 혐기조 내에서의 부유고형물 농도가 사전 설정된 기준보다 낮을 경우에는 상기 혐기조용 제1분기관을 통해서 상기 혐기조로 공급되는 슬러지 유량이 증가되며, 상기 혐기조 내에서의 부유고형물 농도가 사전 설정된 기준에 적합한 경우에는 상기 혐기조용 제1분기관을 통해서 상기 혐기조로 공급되는 슬러지 유량을 계속 유지하는 방식으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 의하면, 하수처리장치에서 슬러지의 내부반송과 외부반송이 하나의 통합된 관로에 의해 진행되므로, 이를 위해서는 통합 반송 관로에서의 이송을 위한 펌프만이 필요하게 되고, 그에 따라 개별적인 관로에 의해 진행되던 종래 기술에 비하여, 슬러지의 반송에 필요한 펌프의 수를 줄일 수 있으며, 따라서 펌프의 설치비용 및 운용비용을 종래 기술에 비해 크게 절감할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.
또한 본 발명에서는 내부반송 량의 조절과 외부반송 량의 조절이 상호 영향을 주지 않은 상태로 진행되므로 효율적인 하수처리가 이루어지게 되는 장점이 발휘된다.
도 1은 최종침전지를 구비한 종래의 하수처리장치에 대한 개략적인 구성도이다.
도 2는 가압식 막 분리장치를 구비한 종래의 하수처리장치에 대한 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 가압식 막 분리 하수처리장치의 개략적인 구성도이다.
도 4 및 도 5는 각각 본 발명에서 내부반송시의 슬러지 유량 분배 과정을 보여주는 개략적인 흐름도이다.
도 6은 본 발명에서 외부반송시의 슬러지 유량 분배 과정을 보여주는 개략적인 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다. 본 발명에서 하수 원수는 유기물 및 각종 오염 물질을 오ㅇ폐수를 포괄하는 개념이다.
본 발명에 따른 하수처리장치는, 외부로부터 유입되는 원수를 저류하여 미생물에서 수중으로 인을 방출시키는 혐기조(10), 상기 혐기조(10)로부터 유입된 원수 내의 질소를 제거하는 무산소조(20), 상기 무산소조(20)로부터 유입된 원수 내의 유기물 산화와 질산화가 수행되며 슬러지가 과잉의 인을 흡수하는 호기조(30), 및 분리막을 구비하고 있어서 상기 호기조(30)로부터 유입된 원수를 상기 분리막에 의해 고액 분리하여 처리수는 방류하는 가압식 막 분리장치(40)를 포함한다.
본 발명에서는 하수처리장치에서 진행되는 상기한 "내부반송" 및 "외부반송"이 하나의 관로에 의해 이루어진다. 즉, 본 발명에 따른 하수처리장치는, 가압식 막 분리장치(40)에서 발생된 슬러지가 가압식 막 분리장치(40)로부터 하나의 관로에 의해 반송되면서 후술하는 분배방법에 따라 필요한 양으로 각각 호기조(30), 무산소조(20) 및 혐기조(10)로 반송되는 구성을 가지는 것이다.
도 3에는 본 발명에 따라 내부반송과 외부반송을 통합하여 진행하는 "통합 반송 관로"를 가지는 가압식 막 분리 하수처리장치의 개략적인 구성도가 도시되어 있다. 참고로 도 3에서 도 2에 도시된 구성과 중복된 것에 대해서는 동일한 도면부호를 기재하였다.
도 3에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 하수처리장치는, 상기 가압식 막 분리장치(40)에 슬러지의 반송을 위한 하나의 통합 반송 관로(1)가 연결되어 있고, 상기 통합 반송 관로(1)에는 혐기조용 제1분기관(11), 무산소조용 제2분기관(12) 및 호기조용 제3분기관(13)이 구비되어 있다.
상기 가압식 막 분리장치(40)의 분리막에 의해 농축된 슬러지는 가압식 막 분리장치(40)로부터 하나의 통합 반송 관로(1)에 의해 반송되는데, 상기 혐기조용 제1분기관(11)은 상기 통합 반송 관로(1)로부터 혐기조(10)로 연통되도록 분기되어 있으므로, 통합 반송 관로(1)를 통해서 가압식 막 분리장치(40)로부터 반송되는 슬러지의 일부가 통합 반송 관로(1)라는 하나의 배관을 통해서 슬러지가 가압식 막 분리장치(40)로부터 배출되어 이송되면서, 그 중 일부 슬러지가 후술하는 바와 같은 본 발명의 슬러지 유량분배 방법에 따라 정해진 유량으로 상기 혐기조용 제1분기관(11)을 통해서 혐기조(10)로 공급되어 슬러지의 외부반송이 이루어진다.
한편, 반송되는 슬러지의 일부가 무산소조(20)로 공급되는 내부반송은, 무산소조용 제2분기관(12)에 의해 이루어진다. 즉, 통합 반송 관로(1)라는 하나의 배관을 통해서 슬러지가 가압식 막 분리장치(40)로부터 배출되어 이송되면서, 그 중 일부 슬러지가 후술하는 바와 같은 본 발명의 슬러지 유량분배 방법에 따라 정해진 유량으로 상기 산소조용 제2분기관(12)을 통해서 무산소조(20)로 공급되어 슬러지의 내부반송이 이루어지는 것이다.
한편, 가압식 막 분리장치(40)로부터 배출되어 이송되면서 상기한 내부반송과 외부반송되는 양 이외의 나머지 슬러지는 상기 통합 반송 관로(1)로부터 호기조(30)로 연통되도록 분기된 호기조용 제3분기관(13)을 통해서 호기조(30)로 공급된다(호기조로의 슬러지 반송). 이 때, 내부반송, 외부반송, 및 호기조로의 슬러지 반송시의 슬러지 양을 조절하기 위하여 상기 제1분기관(11), 제2분기관(12) 및 제3분기관(13)에는 개폐밸브가 구비되는데, 상기 개폐밸브는 전동밸브로 구성될 수 있으며, 이러한 전동밸브는 인버터에 의해 그 개폐의 온/오프 및 개폐정도가 제어될 수 있다.
종래에는 내부반송과 외부반송이 각각 별개의 개별적인 관로에 의해 이루어지므로, 각각의 관로에서 슬러지를 이송하기 위한 펌프가 별개로 구비되어야 했으며, 그에 따라 펌프의 사용개수 증가, 설치비용 증가 및 운용비용 증가의 문제점이 있었다. 그러나 본 발명에서는 이와 같이 슬러지의 내부반송과 외부반송이 하나의 통합된 관로에 의해 진행되고 이를 위해서는 통합 반송 관로(1)에서의 이송을 위한 펌프만이 필요하므로, 개별적인 관로에 의해 진행되던 종래 기술에 비하여, 펌프의 수를 줄일 수 있으며, 따라서 펌프의 설치비용 및 운용비용을 종래 기술에 비해 크게 절감할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.
한편, 이와 같이 하나의 배관으로 이루어진 통합 반송 관로(1)를 이용하여 슬러지를 가압식 막 분리장치(40)로부터 각각 혐기조(10) 및 무산소조(20)로 공급하여 내부반송 및 외부반송이 진행되도록 함에 있어서, 반송되는 슬러지의 유량 분배는 다음과 같은 과정에 의해 이루어진다.
우선 도 4에는 내부반송시의 슬러지 유량 분배 과정을 보여주는 개략적인 흐름도가 도시되어 있다. 앞서 언급한 것처럼 무산소조(20)에서는 질산성 질소를 질소 가스로 탈질시켜 질소를 제거하는 공정이 진행되고, 호기조(30)에서 질소가 질산성 질소로 질산화되는 공정이 진행된다. 내부반송은 무산소조(20)에서의 탈질 과정을 위하여 호기조(30)에서 발생된 슬러지의 일부를 무산소조(20)로 반송하는 것이므로 궁극적으로 내부반송은 무산소조(20)에서의 질소제거를 위한 것이다. 따라서 내부반송을 위한 슬러지의 유량은 무산소조(20)를 거친 유출수의 암모니아성 질소(NH3-N)의 농도에 따라 정해진다.
구체적으로 내부반송시의 슬러지 유량 분배를 위해서는 도 4에 도시된 것처럼, 현재의 내부반송의 유량 상태에서, 무산소조(20)를 거친 방류수의 암모니아성 질소(NH3-N)의 농도와 질산성 질소(NO3 --N)의 농도를 측정한다(단계 S1-1). 후속하여 측정된 암모니아성 질소의 농도 또는 질산성 질소의 농도를 사전에 설정된 유출수의 기준과 비교한다(단계 S1-2).
측정된 방류수의 암모니아성 질소(NH3-N)의 농도가 사전에 설정된 방류수의 기준보다 높은 경우에는, 질산화에 필요한 호기조(30)에서의 체류시간을 늘리기 위하여 내부반송을 위한 슬러지 유량을 줄인다(단계 S1-3). 즉, 상기 제2분기관(12)을 위한 밸브를 조절함으로써, 무산소조용 제2분기관(12)을 통해 통합 반송 관로(1)로부터 무산소조(20)로 공급되는 슬러지의 내부반송 량을 줄여서 호기조(30)에 슬러지가 더 오래 체류하도록 하는 것이다.
한편, 현재의 내부반송의 유량 상태에서 무산소조(20)를 거친 방류수의 질산성 질소(NO3 --N)의 농도를 측정한 결과, 사전에 설정된 방류수의 기준보다 높은 경우에는, 탈질에 필요한 슬러지의 무산소조 체류시간을 늘리기 위해서 내부반송을 위한 슬러지 유량을 증가시킨다(단계 S1-4). 즉, 상기 제2분기관(12)을 위한 밸브를 조절함으로써, 무산소조용 제2분기관(12)을 통해 통합 반송 관로(1)로부터 무산소조(20)로 공급되는 슬러지의 내부반송 량을 증가시켜서 슬러지가 무산소조(20)에서 더 오래 체류하도록 하는 것이다.
그러나 비교 단계 S1-2에서 방류수의 암모니아성 질소(NH3-N) 농도 및 질산성 질소(NO3 --N) 농도가 모두 방류수에 대한 사전 설정 기준에 적합한 경우에는 현재의 내부반송 유량을 변동시키지 않고 계속하여 유지한 상태로 하수처리장치를 운전하게 된다(단계 S1-5).
도 5에는 내부반송시의 슬러지 유량 분배 과정의 또다른 실시예를 보여주는 개략적인 흐름도가 도시되어 있다. 도 4에서는 비교 단계 S1-2에서 암모니아성 질소(NH3-N) 농도의 기준 비교를 먼저 수행하고 질산성 질소(NO3 --N) 농도의 기준 비교를 나중에 수행하는 것처럼 도시되어 있으나, 도 5에 도시된 것처럼 질산성 질소(NO3 --N) 농도의 기준 비교를 먼저 수행하고 암모니아성 질소(NH3-N) 농도의 기준 비교를 나중에 수행할 수도 있다. 따라서 비교 단계 S1-2에 있어서 방류수의 암모니아성 질소(NH3-N) 농도 및 질산성 질소(NO3 --N) 농도의 기준 비교는 어느 것을 먼저 수행하여도 무방하다.
한편, 위와 같이 내부반송 량을 증감시킴에 있어서, 외부반송 량이 영향을 받지 않도록 하기 위하여, 내부반송 량의 증감에 반비례하여 호기조(30)로 반송되는 슬러지의 양을 조절한다. 즉, 위의 단계 S1-3의 경우처럼 무산소조용 제2분기관(12)을 통해 무산소조(20)로 공급되는 슬러지의 내부반송 량을 줄이는 경우, 이에 반비례하여 호기조용 제3분기관(13)을 통해 호기조(30)로 반송되는 슬러지 량을 증가시키고, 위의 단계 S1-4의 경우처럼 무산소조용 제2분기관(12)을 통해 무산소조(20)로 공급되는 슬러지의 내부반송 량을 증가시키는 경우, 이에 반비례하여 호기조용 제3분기관(13)을 통해 호기조(30)로 공급되는 슬러지 량을 감소시켜서, 내부반송 량의 증감이 후술하는 외부반송 량에 영향을 주지 않도록 한다.
한편, 본 발명에서 외부반송시의 슬러지 유량 분배 과정은 다음과 같다. 도 6에는 외부반송시의 슬러지 유량 분배 과정을 보여주는 개략적인 흐름도가 도시되어 있다. 앞서 언급한 것처럼 슬러지가 혐기조(10)에 유입되어 소정 시간 동안 머무르면서 슬러지에 포함된 미생물을 내생호흡 상태(기아(飢餓))로 유도함과 동시에 전체 공정에서의 미생물 농도를 일정하게 유지하기 위하여 외부반송을 수행하는 것이다. 따라서 외부반송을 위한 슬러지의 유량은 혐기조(10) 내에서의 부유고형물 농도에 따라 정해진다. 즉, 미생물을 포함하여 혐기조(10) 내에 존재하는 반응조 내 부유고형물(Mixed Liquid Suspended Solid/ "MLSS"라고 약칭함)의 농도에 따라 정해지는 것이다.
구체적으로 도 6에 도시된 것처럼, 혐기조(10) 내의 MLSS의 농도를 측정한다(단계 S2-1). 후속하여 측정된 MLSS의 농도를 사전에 설정된 기준과 비교한다(단계 S2-2). 측정된 MLSS의 농도가 사전에 설정된 기준보다 높은 경우에는, 외부반송을 위한 슬러지 유량을 줄이고(단계 S2-3), 측정된 MLSS의 농도가 사전에 설정된 기준보다 낮은 경우에는, 외부반송을 위한 슬러지 유량을 증가시킨다(단계 S2-4). 즉, 상기 제1분기관(11)을 위한 밸브를 조절함으로써, 혐기조용 제1분기관(11)을 통해 통합 반송 관로(1)로부터 혐기조(10)로 공급되는 슬러지의 외부반송 량을 증감시키는 것이다. 비교 단계 S2-2에서 방류수의 MLSS 농도가 사전 설정 기준에 적합한 경우에는 현재의 외부반송 유량을 변동시키지 않고 계속하여 유지한 상태로 하수처리장치를 운전하게 된다(단계 S2-5).
그런데 이와 같이 혐기조용 제1분기관(11)을 통해 혐기조(10)로 공급되는 슬러지의 외부반송 량을 증감시키는 경우, 이에 반비례하여 호기조용 제3분기관(13)을 통해 호기조(30)로 공급되는 슬러지 량도 변화시킨다. 즉, 위의 단계 S2-3처럼 혐기조용 제1분기관(11)을 통해 혐기조(10)로 공급되는 슬러지의 외부반송 량을 감소시키는 경우, 이에 반비례하여 호기조용 제3분기관(13)을 통해 호기조(30)로 공급되는 슬러지 량을 증가시키고, 위의 단계 S2-4의 경우처럼 혐기조용 제1분기관(11)을 통해 혐기조(10)로 공급되는 슬러지의 외부반송 량을 증가시키는 경우, 이에 반비례하여 호기조용 제3분기관(13)을 통해 호기조(30)로 공급되는 슬러지 량을 감소시켜서, 외부반송 량의 증감에 의해 내부반송 량이 영향을 받지 않도록 하는 것이다.
이와 같이, 본 발명에서는 하나의 배관으로 이루어진 통합 반송 관로(1)를 이용하여 슬러지를 가압식 막 분리장치(40)로부터 각각 혐기조(10) 및 무산소조(20)로 공급하여 내부반송 및 외부반송이 진행되도록 하되, 혐기조(10)와 무산소조(20) 각각에서의 처리에 적합하도록 그리고 내부반송 량의 조절과 외부반송 량의 조절이 상호 영향을 주지 않은 상태가 되도록 하는 고유한 구성을 가지는 상기한 본 발명의 방법을 통하여 내부반송 량 및 외부반송 량을 결정하여 슬러지를 반송시켜 공급하게 되며, 그에 따라 효율적인 하수처리가 이루어지게 되는 장점이 발휘된다.
10 : 혐기조 20 : 무산소조
30 : 호기조 40 : 가압식 막 분리장치

Claims (6)

  1. 외부로부터 유입되는 원수를 저류하여 미생물에서 수중으로 인을 방출시키는 혐기조(10);
    상기 혐기조(10)로부터 유입된 원수 내의 질소를 제거하는 무산소조(20);
    상기 무산소조(20)로부터 유입된 원수 내의 유기물 산화와 질산화가 수행되며, 슬러지가 과잉의 인을 흡수하는 호기조(30); 및
    분리막을 구비하고 있어서, 상기 호기조로부터 유입된 원수를 상기 분리막에 의해 고액 분리하여 처리수는 방류하는 가압식 막 분리장치(40)를 포함하며;
    상기 가압식 막 분리장치(40)의 분리막에 의해 농축된 슬러지는 가압식 막 분리장치(40)로부터 하나의 통합 반송 관로(1)에 의해 반송되어, 상기 통합 반송 관로(1)로부터 혐기조(10)로 연통되도록 분기된 혐기조용 제1분기관(11)과, 상기 통합 반송 관로(1)로부터 무산소조(20)로 연통되도록 분기된 무산소조용 제2분기관(12)과, 상기 통합 반송 관로(1)로부터 호기조(30)로 연통되도록 분기된 호기조용 제3분기관(13)을 통해서 각각 혐기조(10), 무산소조(20) 및 호기조(30)로 공급되는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 하수처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무산소조용 제2분기관(12)을 통해서 상기 무산소조(20)로 슬러지가 공급되는 내부반송은,
    무산소조(20)를 거친 방류수의 암모니아성 질소(NH3-N)의 농도가 사전 설정된 기준보다 높을 경우에는 상기 무산소조용 제2분기관(12)을 통해서 상기 무산소조(20)로 공급되는 슬러지 유량이 감소되고,
    무산소조(20)를 거친 방류수의 질산성 질소(NO3 --N)의 농도가 사전 설정된 기준보다 높을 경우에는 상기 무산소조용 제2분기관(12)을 통해서 상기 무산소조(20)로 공급되는 슬러지 유량이 증가되며,
    무산소조(20)를 거친 방류수의 암모니아성 질소(NH3-N) 농도 및 질산성 질소(NO3 --N) 농도가 모두 사전 설정된 기준에 적합한 경우에는 상기 무산소조용 제2분기관(12)을 통해서 상기 무산소조(20)로 슬러지가 공급되는 슬러지 유량이 계속 유지되는 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하수처리장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 혐기조용 제1분기관(11)을 통해서 상기 혐기조(10)로 슬러지가 공급되는 외부반송은,
    상기 혐기조(10) 내에서의 부유고형물 농도가 사전 설정된 기준보다 높을 경우에는 상기 혐기조용 제1분기관(11)을 통해서 상기 혐기조(10)로 공급되는 슬러지 유량이 감소되고,
    상기 혐기조(10) 내에서의 부유고형물 농도가 사전 설정된 기준보다 낮을 경우에는 상기 혐기조용 제1분기관(11)을 통해서 상기 혐기조(10)로 공급되는 슬러지 유량이 증가되며,
    상기 혐기조(10) 내에서의 부유고형물 농도가 사전 설정된 기준에 적합한 경우에는 상기 혐기조용 제1분기관(11)을 통해서 상기 혐기조(10)로 공급되는 슬러지 유량이 계속 유지되는 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하수처리장치.
  4. 유기물이 포함된 원수를 혐기조(10)에 유입되고, 상기 유기물을 탄소원으로 이용하여 미생물에서 수중으로 인을 방출하는 인 방출 단계;
    상기 혐기조(10)로부터 상기 인이 방출된 원수가 무산소조(20)에 유입되고, 질산성 질소를 질소 가스로 탈질하는 탈질 단계;
    상기 탈질 과정을 거친 원수가 호기조(30)에 유입되어, 유기물 산화와 질산화가 진행되며, 슬러지는 과잉의 인을 흡수하게 되는 인 흡수 단계; 및
    상기 호기조(30)로부터 인 흡수 과정을 거친 원수가 가압식 막 분리장치(40)로 유입되고, 분리막에 의한 고액분리된 후 처리수는 방류되는 처리수 방류 단계를 포함하며;
    상기 처리수 방류 단계에서 발생한 슬러지는 상기 가압식 막 분리장치(40)와 연결되고 하나의 통합 반송 관로(1)에 의해 반송되어, 상기 통합 반송 관로(1)로부터 혐기조(10)로 연통되도록 분기된 혐기조용 제1분기관(11)을 통해 슬러지의 일부가 상기 무산소조(20)로 반송되어 공급되는 내부반송이 진행되고;
    상기 통합 반송 관로(1)로부터 호기조(30)로 연통되도록 분기된 호기조용 제3분기관(13)을 통해서 슬러지의 일부가 상기 혐기조(10)로 반송되어 공급되는 외부반송이 진행되며,
    상기 통합 반송 관로(1)를 통해 반송되는 슬러지의 나머지는 상기 통합 반송 관로(1)로부터 호기조(30)로 연통되도록 분기된 호기조용 제3분기관(13)을 통해서 호기조(30)로 반송되는 것을 특징으로 하는 하수처리방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 무산소조용 제2분기관(12)을 통해서 상기 무산소조(20)로 슬러지를 공급하는 내부반송은,
    무산소조(20)를 거친 방류수의 암모니아성 질소(NH3-N)의 농도와 질산성 질소(NO3 --N)의 농도를 측정하는 단계;
    측정된 암모니아성 질소(NH3-N)의 농도가 사전 설정된 기준보다 높을 경우에는 상기 무산소조용 제2분기관(12)을 통해서 상기 무산소조(20)로 공급되는 슬러지 유량을 감소시키고, 측정된 질산성 질소(NO3 --N)의 농도가 사전 설정된 기준보다 높을 경우에는 상기 무산소조용 제2분기관(12)을 통해서 상기 무산소조(20)로 공급되는 슬러지 유량을 증가시키는 단계; 및
    무산소조(20)를 거친 방류수의 암모니아성 질소(NH3-N) 농도 및 질산성 질소(NO3 --N) 농도가 모두 사전 설정된 기준에 적합한 경우에는 상기 무산소조용 제2분기관(12)을 통해서 상기 무산소조(20)로 슬러지가 공급되는 슬러지 유량을 계속 유지하는 단계를 포함하는 과정에 의해 진행되는 것을 특징으로 하는 하수처리방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 혐기조용 제1분기관(11)을 통해서 상기 혐기조(10)로 슬러지가 공급되는 외부반송은,
    상기 혐기조(10) 내에서의 부유고형물 농도를 측정하는 단계;
    측정된 기조(10) 내에서의 부유고형물 농도가 사전 설정된 기준보다 높을 경우에는 상기 혐기조용 제1분기관(11)을 통해서 상기 혐기조(10)로 공급되는 슬러지 유량을 감소시키고, 상기 혐기조(10) 내에서의 부유고형물 농도가 사전 설정된 기준보다 낮을 경우에는 상기 혐기조용 제1분기관(11)을 통해서 상기 혐기조(10)로 공급되는 슬러지 유량을 증가시키는 단계; 및
    상기 혐기조(10) 내에서의 부유고형물 농도가 사전 설정된 기준에 적합한 경우에는 상기 혐기조용 제1분기관(11)을 통해서 상기 혐기조(10)로 공급되는 슬러지 유량을 계속 유지하는 단계를 포함하는 과정에 의해 진행되는 것을 특징으로 하는 하수처리방법.
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