KR20150072475A - 자동 제어식 하·폐수 처리 장치 - Google Patents

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안세영
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(주)수엔지니어링 & 컨설팅
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Abstract

자동 제어식 하·폐수 처리 장치가 개시된다. 본 발명은, 외부로부터 폐수가 유입되며, 미생물에 의한 인 방출이 실행되는 혐기조, 탈질화 처리가 실행되는 제1 무산소조, 탈질화 처리가 연속적으로 실행되는 제2 무산소조, 질산화 처리가 실행되는 제1 호기조, 탈질화 처리가 실행되는 제3 무산소조,질산화 처리가 실행되는 제2 호기조, 제2 호기조의 pH 농도를 측정하는 계측기를 구비한다. 본 발명에 따르면, 자동제어에 의한 운영으로 질소·인 처리효율을 극대화 할 수 있으며 전력비용 및 약품비용 등 운영에 소요되는 비용을 최소화 할 수 있는 자동 제어식 하·폐수 처리 장치가 제공된다.

Description

자동 제어식 하·폐수 처리 장치{Automatic-Controlled System for Treating WasteWater}
본 발명은 자동 제어식 하·폐수 처리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동제어에 의한 운영으로 질소·인 처리효율을 극대화할 수 있으며, 전력비용 및 약품비용 등 운영에 소요되는 비용을 최소화 할 수 있을 뿐만 아니라, 운전 자동화로 유지관리 편리성, 수질 안정성, 운영 최적화를 구현할 수 있는 자동 제어식 하·폐수 처리 장치에 관한 것이다.
기존의 하수 고도 처리(Membrane Bio-Reactor: MBR)의 제어 방식은 용존 산소(Dissolved Oxygen: DO) 계측기에 의해 송풍량을 제어하여 호기조 DO 농도를 일정하게 유지하는 방식을 사용하여 왔다.
DO 제어 방식에 의하면, 호기조 DO 측정계를 설치하여 DO 농도 수치 범위를 설정하고, 유입부하량이 증가하여 호기조 DO 농도가 떨어지면 송풍량을 증가시켜 설정된 범위 이내로 유지하고, 반대로 유입부하량이 감소하여 호기조 DO 농도가 증가하면 송풍량을 떨어뜨려 설정된 호기조 DO 농도 범위 이내로 운영하게 된다.
그러나, 종래 기술에 따른 DO 제어 방식에 의하면, 호기조에서의 용존 산소량만을 조절할 수 있다는 기술적 한계가 있으며, 하수 고도 처리 시스템의 질소·인 처리효율의 최적화를 자동적으로 관리하는 기술에 대한 수요를 충족시키지 못한다는 한계가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 자동제어에 의한 운영으로 질소·인 처리효율을 극대화 할 수 있으며, 전력비용 및 약품비용 등 운영에 소요되는 비용을 최소화 할 수 있을 뿐만 아니라, 운전 자동화로 유지관리 편리성, 수질 안정성, 운영 최적화를 구현할 수 있는 자동 제어식 하·폐수 처리 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동 제어식 하·폐수 처리 장치는, 외부로부터 폐수가 유입되며, 미생물에 의한 인 방출이 실행되는 혐기조(110); 상기 혐기조(110)로부터 폐수가 유입되며, 상기 폐수에 대한 탈질화 처리가 실행되는 제1 무산소조(120); 상기 제1 무산소조(120)로부터 폐수가 유입되며, 상기 폐수에 대한 탈질화 처리가 연속적으로 실행되는 제2 무산소조(130); 상기 제2 무산소조(130)로부터 폐수가 유입되며, 상기 폐수에 대한 질산화 처리가 실행되는 제1 호기조(140); 상기 호기조로부터 폐수가 유입되며, 상기 폐수에 대한 탈질화 처리가 실행되는 제3 무산소조(150); 상기 제3 무산소조(150)로부터 폐수가 유입되며, 상기 폐수에 대한 질산화 처리가 실행되는 제2 호기조(160); 및 상기 제2 호기조(160)의 pH 농도를 측정하는 계측기를 포함한다.
바람직하게는, 상기 제2 호기조(160)의 암모니아성 질소의 농도를 측정하는 계측기를 더 포함한다.
또한, 상기 제1 호기조(140)의 산소 농도를 측정하는 계측기를 더 포함한다.
또한, 상기 제2 호기조(160)의 부유 물질의 농도를 측정하는 계측기를 더 포함한다.
또한, 상기 제2 무산소조(130)의 질산성 질소의 농도를 측정하는 계측기를 더 포함한다.
또한, 상기 제2 호기조(160)의 인산염 인의 농도를 측정하는 계측기를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 자동제어에 의한 운영으로 질소·인 처리효율을 극대화 할 수 있으며 전력비용 및 약품비용 등 운영에 소요되는 비용을 최소화 할 수 있는 자동 제어식 하·폐수 처리 장치가 제공된다.
아울러, 본 발명에 따르면, 운전 자동화로 유지관리 편리성, 수질 안정성, 운영 최적화를 구현한 자동 제어식 하·폐수 처리 장치가 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 제어식 하·폐수 처리 장치의 구조도, 및
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 제어식 하·폐수 처리 장치의 구동 원리를 설명하는 절차 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 제어식 하·폐수 처리 장치의 구조도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 제어식 하·폐수 처리 장치는 혐기조(110), 제1 무산소조(120), 제2 무산소조(130), 제1 호기조(140), 제3 무산소조(150), 제2 호기조(160), 분리막조(170), 및 용존 산소 저감조(180)를 포함한다.
먼저, 혐기조(110)는 외부로부터 폐수와 제2 무산소조(130)에서 반송되는 혼합액이 유입되며, 미생물에 의한 인 방출이 실행되며, 제1 무산소조(120)는 혐기조(110)에서 처리된 폐수와 용존산소저감조(180)로부터 질산화된 폐수가 유입되며, 유입된 폐수에 대한 1차 탈질화 처리를 실행한다.
한편, 제2 무산소조(130)는 제1 무산소조(120)에 의해 1차 탈질화 처리된 폐수와 용존산소저감조(180)로부터 질산화된 폐수가 유입되며, 2차 탈질화 처리를 연속적으로 실행한다. 이와 같이 본 발명에서는 제1 무산소조(120)와 제2 무산소조(130)가 분리 설치됨으로써, 생물 반응조 내 인 축적 미생물인 Phosphorus Accumulation Organisms(PAOs)의 농도를 높일 수 있다.
제1 호기조(140)는 제2 무산소조(130)에 의해 2차 탈질화 처리된 폐수가 유입되며, 유입된 폐수에 대한 1차 질산화 처리를 실행한다.
한편, 제3 무산소조(150)는 제1 호기조(140)에 의해 질신화 처리된 폐수가 유입되며, 유입된 폐수에 대한 3차 탈질화 처리를 실행한다. 이와 같이 본 발명에서는 제1 호기조(140)의 후단에 추가의 제3 무산소조(150)를 설치함으로써, 질소 제거의 효율을 극대화시킬 수 있게 된다.
한편, 제2 호기조(160)는 제3 무산소조(150)로부터 유입된 폐수에 대한 2차 질산화 처리를 실행한다.
제2 호기조(160)를 통과한 폐수는 분리막조(170)를 거치며 폐슬러지를 외부로 배출시키게 된다. 즉, 생물 반응조에서 일정한 미생물 성장 속도를 유지시키기 위해서 분리막조(170)를 통해 폐슬러지를 일정량 방출시키게 된다.
분리막조(170) 폐수는 용존 산소 저감조(180)로 유입되며, 용존 산소 저감조(180)는 반송 펌프를 통해 제1 무산소조(120)와 제2 무산소조(130)로 각각 혼합액을 반송하게 된다.
즉, 혐기조(110)로 유입되는 유입 폐수의 양을 'Q'라고 하면 각 반응조 내부에서의 혼합 부유 물질(Mixed Liquor Suspended Solids:MLSS)의 농도를 유지하기 위하여 용존산소 저감조(180)에서 제1 무산소조(120)와 제2 무산소조(130)로 각각 50%씩 MLSS를 반송하게 된다.
이때 제2 호기조(160)에서 질산화 반응에 의해 생성된 NO3-N이 MLSS의 반송에 의해 제1 무산소조(120)와 제2 무산소조(130)로 분리 반송되어 처리된다.
한편, 제2 무산소조(130)에서는 혐기조(110)로 MLSS를 펌프를 통해 역이송함으로써, 혐기조(110)의 MLSS 농도를 유지시킬 수 있게 된다. 즉, 제2 무산소조(130)는 50%의 MLSS를 반송받은 상태에서 이를 혐기조(110)로 이송하는 것이므로, 혐기조(110)로 반송되는 질산성 질소(NO3-N)의 양을 최소화할 수 있게 된다.
즉, 혐기조(110)에서 PAOs가 세포 내부의 인 물질을 방출하면서 그 에너지로 미생물 성장에 필요한 유기산 흡수하는 것인데, 혐기조(110)로 반송되는 질산성 질소(NO3-N)의 양을 최소화함으로써, 혐기조(110)에서의 PAOs의 인 방출 반응 조건을 최적화시킬 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명에 따른 혐기조(110)에서는 인 방출 효율이 향상됨으로써, PAOs가 호기조에서 인을 과흡수 할 수 있는 조건을 조성할 수 있게 되고, 결과적으로 생물학적인 제거 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 자동 제어식 하·폐수 처리 장치에는 상기와 같은 폐수 처리를 실행하는 반응조들 이외에도 추가의 측정 시스템을 구비하고 있다.
즉, 본 발명에 따른 자동 제어식 하·폐수 처리 장치는 제1 계측기(210), 제2 계측기(220), 제3 계측기(230), 제4 계측기(240), 제5 계측기(250), 제6 계측기(260), 및 제7 계측기(270)를 구비한다.
구체적으로, 제1 계측기(210)는 제2 무산소조(130)의 질산성 질소(NO3-N)의 농도를 측정하는 계측기로서, 탈질반응 효율을 예측하기 위하여 NO3-N의 농도를 측정하고 측정된 자료를 분석하여 용존 산소 저감조(180)에서 제1 무산소조(120) 및 제2 무산소조(130)로 혼합액을 이송하는 내부반송펌프(320) 및 메탄올 주입 펌프(130)를 제어한다.
제2 계측기(220)는 제2 호기조(160)의 암모니아성 질소의 농도를 측정하는 계측기로서, 질산화 반응 효율을 예측하기 위하여 암모니아성 질소(NH3-N)를 측정하고 분석된 자료를 이용하여 슬러지 배출 펌프(360)와 질산화 미생물 주입 펌프(340)를 제어한다.
제3 계측기(230)는 제2 호기조(160)의 인산염 인(PO4-P)의 농도를 측정하는 계측기로서, 제2 호기조(160)의 PO4-P의 농도를 측정하여 제2 무산소조(130)에서 혐기조(110)로 혼합액을 이송하는 내부반송 펌프(330)의 출력을 조절한다.
제4 계측기(240)는 제1 호기조(140)의 산소 농도를 측정하는 계측기로서, 제1 호기조(140)와 제2 호기조(160)의 산소 농도를 측정하고, 질산화 반응에 필요한 최소한의 산소량을 공급하기 위하여 송풍기(350)의 출력을 조절한다.
제5 계측기(250)는 제2 호기조(160)의 pH 농도를 측정하는 계측기로서, 제2 호기조(160)의 pH 값을 측정하여 미생물의 성장 조건을 분석하는 기능을 수행한다.
한편, 제6 계측기(260)는 제2 호기조(160)의 온도를 측정하는 계측기이고, 제7 계측기(270)는 제2 호기조(160)의 MLSS의 농도를 측정하는 계측기이다.
한편, 본 발명에 따른 자동 제어식 하·폐수 처리 장치에는 각종 펌프(310,320,330,340,360), 송풍기(350) 등이 자동 제어식 하·폐수 처리 장치의 운영 시스템으로 구비되어 있으며, 제1 계측기(210) 내지 제7 계측기(270)는 각각의 측정값에 기초해서, 자동 제어식 하·폐수 처리 장치의 운영 시스템을 제어하게 된다.
한편, 본 발명을 실시함에 있어서는, 제1 계측기(210) 내지 제7 계측기(270)로부터의 측정값을 수신하고 이에 기초해서 자동 제어식 하·폐수 처리 장치의 운영 시스템을 제어하는 제어부를 별도로 구비할 수도 있을 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 제어식 하·폐수 처리 장치의 구동 원리를 설명하는 절차 흐름도이다. 도 1 내지 도 2에 기초하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 제어식 하·폐수 처리 장치의 구동 원리를 설명하면, 먼저, 제5 계측기(250)는 미생물의 성장 조건을 판단하기 위해, 제2 호기조(160)의 pH 농도를 측정하며(S400), 측정된 pH값이 6.0 mg/L보다 작은 경우에는 미생물의 성장 조건이 부적절한 것으로 판단하고, 알람 신호가 발생하도록 경보기(미도시)를 제어한다(S405).
한편, 측정된 pH값이 6.0 mg/L 이상인 경우에는 제5 계측기(250)는 제2 계측기(220)가 제2 호기조(160)의 암모니아성 질소의 농도를 측정하도록 제어 명령을 송신한다. 이에 제2 계측기(230)는 질산화 성능을 점검하기 위해, 제2 호기조(160)의 암모니아성 질소의 농도를 측정한다(S410).
제2 계측기(230)는 측정된 농도값이 2 mg/L를 초과하는 경우에는 질산화 성능에 문제가 있는 것으로 판단하고, 문제의 원인을 용존 산소 농도와 MLSS 농도인 것으로 1차적으로 판단한다.
그에 따라, 제2 계측기(230)는 제4 계측기(240)가 제1 호기조(140)에서의 용존 산소 농도를 측정하도록 제어 명령을 송신한다(S415).
이에 제4 계측기(240)는 제1 호기조(140)에서의 용존 산소 농도를 측정하며(S420), 측정된 산소 농도가 1 mg/L보다 작은 경우에는 질산화 성능 감소의 문제가 산소 농도에 있었던 것이므로, 제4 계측기(240)는 제1 호기조(140)로의 산소 공급이 이루어지도록, 송풍기(350)를 제어하여 송풍량을 증가시키게 된다(S425).
한편, 제4 계측기(240)는, 측정된 산소 농도가 1 mg/L 이상인 경우에는 질산화 성능 감소의 문제가 산소 농도에 있었던 것은 아닌 것으로 판단하게 된다.
그에 따라, 제4 계측기(240)는 질산화 미생물의 적정량 유지 여부를 확인하기 위해서, 제7 계측기(270)가 제2 호기조(160)의 MLSS 농도를 측정하도록 제어명령을 송신한다(S430).
제7 계측기(270)가 제2 호기조(160)의 MLSS 농도를 측정한 결과(S440), 측정된 MLSS 농도가 3000 mg/L을 기준으로 ± 500mg/L 이내에 있으면 질산화 미생물의 공급을 위하여 미생물 주입 펌프인 Micro-CAT XNL 펌프(340)를 가동시키게 된다(S455).
500mg/L 이상을 초과하면 슬러지 배출 펌프(360)에서의 배출량이 증가되도록 슬러지 배출 펌프를 제어함으로써(S450), MLSS의 농도가 적정 범위 내에 있도록 조절하고, Micro-CAT XNL 펌프(340)를 가동시키게 된다(S455).
한편, 측정된 MLSS 농도가 3000 mg/L을 기준으로 500mg/L 이상으로 미달되는 경우에 슬러지 배출 펌프(360)에서의 배출량이 감소되도록 슬러지 배출 펌프를 제어함으로써(S445), MLSS의 농도가 적정 범위 내에 있도록 조절한다.
한편, 전술한 S410 단계에서, 제3 계측기(230)가 제2 호기조(160)의 암모니아성 질소의 농도를 측정한 결과, 측정된 농도값이 2 mg/L 이하인 경우(질산화 효율이 정상인 경우)에는 제3 계측기(230)는 제1 무산소조(120)로 메탄올을 공급하는 메탄올 펌프(310)의 동작을 중지시킨다(S460).
그 다음, 제3 계측기(230)는 제1 계측기(210)가 제2 무산소조(130)의 질산성 질소의 농도를 측정함으로써, 탈질화 반응을 점검할 수 있도록 제어 명령을 송신하며(S465), 이에 따라 제1 계측기(210)는 제2 무산소조(130)의 질산성 질소의 농도를 측정한다(S470).
측정된 질산성 질소의 농도가 0.5 mg/L 이하인 경우에는 제1 무산소조(120)로 메탄올을 공급하는 메탄올 펌프(310)의 동작을 중지시키고(S471), 제1 계측기(210)는 제3 계측기(230)가 제2 호기조(160)의 인산염 인의 농도를 측정하도록 제어 명령을 송신하며(S473), 이에 따라 제3 계측기(230)는 제2 호기조(160)의 인산염 인의 농도를 측정한다(S480).
측정된 인산염 인의 농도가 1 mg/L를 초과하는 경우에, 제3 계측기(230)는 제2 무산소조(130)의 슬러지를 혐기조(110)로 반송시키는 펌프(330)의 펌핑량이 증가되도록 펌프(330)를 제어한다.
한편, 제3 계측기(230)는 펌프(330)의 펌핑량을 측정하며(S490), 펌프(330)의 펌핑량이 감소된 결과 해당 펌프(330)의 펌핑량이 기준값인 2Q(Q=유입수량)에서 100을 뺀 값 미만이 되는 경우에는 제3 계측기(230)는 알람 신호가 발생하도록 경보기(미도시)를 제어한다(S405). 한편, 해당 펌프(330)의 펌핑량이 기준값인 2Q(Q=유입수량)에서 100을 뺀 값 이상인 경우에는 전술한 S475 단계 내지 490 단계의 실행이 반복된다.
한편, 전술한 S470 단계에서, 측정된 질산성 질소의 농도가 0.5 mg/L를 초과하는 경우에는 제1 계측기(210)는 용존 산소 저감조(180)의 슬러지를 제1 무산소조(120)와 제2 무산소조(130)로 반송시키는 펌프(320)의 펌핑량이 감소되도록 펌프(320)를 제어한다(S491).
한편, 제1 계측기(210)는 펌프(320)의 펌핑량을 측정하며(S493), 펌프(320)의 펌핑량이 감소된 결과 펌핑량이 기준값인 G에서 100을 더한 값 이하인 경우에는 해당 펌프(320)의 펌핑량이 유지되도록 제어하고, 제1 무산소조(120)에 메탄올 탱크(310)로부터 메탄올을 공급하는 메탄올 펌프(310)를 가동시킨다.
한편, 전술한 S493 단계에서, 제1 계측기(210)가 펌프(320)의 펌핑량을 측정한 결과, 펌프(320)의 펌핑량이 기준값인 2Q(Q=유입수량)에서 100을 더한 값을 초과하는 경우에는 전술한 S460 단계에서와 같이 메탄올 펌프(310)가 중지되도록 메탄올 펌프를 제어하며, 전술한 S460 단계에서부터의 전술한 실행이 반복되게 된다.
한편, 본 발명을 실시함에 있어서는, 제어부(미도시)를 자동 제어식 하·폐수 처리 장치의 내부 또는 외부에 별도로 구비함으로써, 제1 계측기(210) 내지 제7 계측기(270)가 측정한 측정값을 유선 또는 무선으로 수신하고, 이에 기초하여 도 2에서의 각 단계의 실행에 필요한 각 측정값의 정상 범위 여부 판단, 그에 따른 각종 펌프(310,320,330,340,360), 송풍기(350) 등에 대한 유선 또는 무선 제어를 제어부를 통해 실행할 수도 있을 것이다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 응용예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
또한, 본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
110: 혐기조, 120: 제1 무산소조,
130: 제2 무산소조, 140: 제1 호기조,
150: 제3 무산소조, 160: 제2 호기조,
170: 분리막조, 180: 용존 산소 저감조,
210: 제2 계측기, 220: 제2 계측기,
230: 제3 계측기, 240: 제4 계측기,
250: 제5 계측기, 260: 제6 계측기,
270: 제7 계측기, 310,320,330,340,360: 펌프,
350: 송풍기.

Claims (6)

  1. 외부로부터 폐수가 유입되며, 미생물에 의한 인 방출이 실행되는 혐기조(110);
    상기 혐기조(110)로부터 폐수가 유입되며, 상기 폐수에 대한 탈질화 처리가 실행되는 제1 무산소조(120);
    상기 제1 무산소조(120)로부터 폐수가 유입되며, 상기 폐수에 대한 탈질화 처리가 연속적으로 실행되는 제2 무산소조(130);
    상기 제2 무산소조(130)로부터 폐수가 유입되며, 상기 폐수에 대한 질산화 처리가 실행되는 제1 호기조(140);
    상기 호기조로부터 폐수가 유입되며, 상기 폐수에 대한 탈질화 처리가 실행되는 제3 무산소조(150);
    상기 제3 무산소조(150)로부터 폐수가 유입되며, 상기 폐수에 대한 질산화 처리가 실행되는 제2 호기조(160); 및
    상기 제2 호기조(160)의 pH 농도를 측정하는 계측기
    를 포함하는 자동 제어식 하·폐수 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 호기조(160)의 암모니아성 질소의 농도를 측정하는 계측기를 더 포함하는 자동 제어식 하·폐수 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 호기조(140)의 산소 농도를 측정하는 계측기를 더 포함하는 자동 제어식 하·폐수 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 호기조(160)의 MLSS(Mixed Liquor Suspended Solids)의 농도를 측정하는 계측기를 더 포함하는 자동 제어식 하·폐수 처리 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2 무산소조(130)의 질산성 질소의 농도를 측정하는 계측기를 더 포함하는 자동 제어식 하·폐수 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 호기조(160)의 인산염 인의 농도를 측정하는 계측기를 더 포함하는 자동 제어식 하·폐수 처리 장치.
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KR20190063615A (ko) * 2017-11-30 2019-06-10 최성필 생물반응조 종합관리 자동제어 시스템과 신재생 발전기능을 구비하여 하수 처리 및 에너지 효율을 향상시킨 하수 고도처리장치 및 하수 고도처리방법

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