KR20170106246A - 고정형 속도가변식 표면포기장치와 부유식 배출장치를 이용한 sbr공법의 소규모 하 폐수 처리장치 및 공정 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고정형 속도가변식 표면포기장치와 부유식 배출장치가 구비된 소규모 하·폐수 처리장치에 관한 것으로서, 특히 처리대상의 성상에 따라 질산화와 탈질 및 인 방출의 유동적 조절이 가능하며, 속도가변식 표면포기장치로 지속적 교반과 반응조 상부의 산소를 수중에 전달하여 용존산소에 의한 유기물의 분해, 미생물 증식 과정을 반복으로 비증식속도 증가에 따라 분해율이 크게 향상되고, 가지관형 유입분사장치와 플로우부스터의 상호작용으로 국부적 혼합에서 벗어나 전체 유동혼합이 이루어 질수 있어 하·폐수의 유,.입시 반응조 전 구간에서 C/N비(유기탄소와 질소의 비)를 3.5~4.8로 유지가 가능하며, 처리되어 고액분리가 이루어진 처리수를 상부 스컴의 유입없이 일정수심부의 배출이 가능한 부유식 배출장치가 구비된 하 폐수 처리장치 및 하 폐수 처리방법에 관한 것이다.
본 발명은 반응조(100), 고정형 속도가변식 표면포기장치(200), 플로우부스터(250), 부유식 배출장치(300), 유입배관(400), 회전류 방지벽(500), 반응조 제어반을 포함하여 구성된 SBR공법의 소규모 하폐수 처리장치(1000)를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 고정형 속도가변식 표면포기장치(200)는 고정장치(210), 교반장치부(220), 동력발생부(230)를 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 SBR공법의 소규모 하폐수 처리장치(1000)를 제공한다.
또한 본 발명은 상기한 유입배관(400) 내부에 유입분사장치(410)가 구성되어 있어 유입배관 내부에서 하 폐수를 분사하는 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 SBR공법의 소규모 하폐수 처리장치(1000)를 제공한다.
또한 본 발명은 상기한 플로우부스터(250)는 회전축부(240)의 하단에 형성되어 있으며, 하나 이상의 유도날개(251)를 구비하여 반응조의 하부 층으로 유입되는 하폐수를 상승교반하는 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 SBR공법의 소규모 하폐수 처리장치(1000)를 제공한다.
또한 본 발명은 처리하고자 하는 하폐수를 유입받아 다음 공정인 협잡물제거공정으로 하폐수를 이송하는 유입맨홀 공정;
상기 유입맨홀로 부터 이송된 하폐수내에 함유된 미세입자나 비부식성 무기물질 기타 부유협잡물을 제거하는 협잡물 제거공정;
상기 소규모하폐수처리장치를 구비하는 SBR반응 공정;
상기 하폐수 처리장치로부터 방류된 정화된 처리수를 자외선 소독하고 용량을 측정하는 자외선 소독조(UV 소독조) 및 유량측정공정;
상기 하폐수 처리장치로부터 배출된 슬러지를 이송받아 저장하는 슬러지저류조를 포함하여 구성되는 하 폐수 처리시스템을 제공한다.
또한 본 발명은 하폐수를 유입분사장치(410)를 통하여 SBR 반응조(상기한 반응조를 의미함) 하부로 유입하는 과정;
상기 유입분사장치(410)를 통하여 유입된 하폐수내의 유기물을 산화 또는 제거하고 질소산화와 활성슬러지에 의한 인의 과잉섭취가 이루어지도록 SBR 반응조의 속도가변식 표면포기장치(200)를 이용해 용존산소의 농도에 따라 속도를 가변하는 포기과정;
유기물과 활성슬러지간의 접촉면적을 증가시키고 탈질산화를 위한 저속교반으로 단순 혼합하여 산소를 차단하는 과정을 반복 수행하는 반응과정;
상기 표면포기장치를(200) 이용하여 미처리 질소 탈기와 인 재방출 억제를 위한 최적 용존산소 유지 속도가변 포기과정;
상기 SBR 반응조에서 처리된 처리수의 교반을 멈추고 독립침전, 응집침전, 계면침전, 압밀침전 과정를 이용하여 고액분리 하는 침전과정;
상기 침전과정에서 분리된 상등수는 부유식 배출장치(300)를 통하여 일정수심의 상등수를 배출하는 과정을 포함하는 하 폐수 처리방법를 제공한다.
또한 본 발명은 anoxic(또는 anaerobic) 반응 및 oxic의 반응이 연속적인 사이클에 의하여 번갈아 진행되며, oxic 반응에서는 유기물의 산화, 질소산화, 인 과잉섭취가 이루어지며, anoxic(또는 anaerobic) 반응에서는 탈질화 및 유기물의 섭취가 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 하 폐수 처리방법을 제공한다.

Description

고정형 속도가변식 표면포기장치와 부유식 배출장치를 이용한 SBR공법의 소규모 하 폐수 처리장치 및 공정{a small sized wastewater treatment system of SBR method using both fixed and speed changeable floating aerator and a floating discharge device and the wastewater treatment process}

본 발명은 고정형 속도가변식 표면포기장치와 부유식 배출장치가 구비된 소규모 하폐수 처리장치 및 공정에 관한 것으로서, 특히 처리대상의 성상에 따라 질산화와 탈질 및 인 방출의 유동적 조절이 가능하며, 속도가변식 표면포기장치로 지속적 교반과 반응조 상부의 산소를 수중에 전달하여 용존산소에 의한 유기물의 분해, 미생물 증식 과정을 반복으로 비증식속도 증가에 따라 분해율이 크게 향상되고, 특수한 구조의 가지관형 유입분사장치와 플로우부스터의 상호작용으로 국부적 혼합에서 벗어나 전체 유동혼합이 이루어 질수 있어 하폐수의 유입시 반응조 전 구간에서 C/N비(유기탄소와 질소의 비)를 3.5~4.8로 유지가 가능하며, 처리되어 고액분리가 이루어진 처리수를 상부 스컴의 유입없이 일정수심부의 배출이 가능한 부유식 배출장치가 구비된 하 폐수 처리장치 및 공정에 관한 것이다.

본 발명은 간헐 유입 및 배출하는 회분식(SBR, sequential batch reactor)공정의 소규모 하폐수 처리방법에 관한 것이며, 생물반응조에 유입되는 유입부의 특수한 구조로 선회와류의 형성을 유도하고, 유입이 완료된 만수상태에서 속도가변식 표면포기장치의 회전속도를 조절하여 포기 및 교반을 반복하여 하폐수중의 오염물질을 제거처리하는 선회와류식 SBRII의 반응조에 관한 것이다.

하폐수 처리기술은 대략 화학적 응집, 침전, 활성슬러지법을 이용하는 물리화학적, 생물학적 및 전기적 처리방법이 있다.

본 발명은 상기 활성슬러지 공법중 간헐 유입 및 배출하는 회분식공법으로 하나의 반응조에서 유입, 포기, 교반반응, 침전, 배출의 기능을 수행하므로 종래 소규모 하수처리장에 적용되어있는 하폐수처리공법보다 소요부지가 작고 슬러지를 반송하지 않고 유기물 및 질소, 인 제거에도 탁월한 효과를 가진다.

그러나 회분식 활성슬러지 공법은 대부분 송풍기 또는 산기관을 이용하는 포기방법을 가지고 있으며 이와 같은 시설은 시설의 구성이 복잡하고 운전조작이 어려우며 유지관리시 전문적 지식을 필요로 한다는 단점을 가지고 있다. 이같은 소규모 하·폐수처리장은 현장감시가 어렵고 비상시 또는 고장시 전문지식이 필요로 하기 때문에 유지관리 시간 및 높은 비용이 발생한다.

본 출원인은 본 발명과 관련하여 선행기술(등록특허 10-0941949호)을 제공한 바 있다.

상기한 선행기술은 교반장치와 고정식 배출장치를 설비하는데 비용이 많이 소요된다.

특히 소규모 처리장 적용시 교반장치는 부유식 교반장치를 사용하게 됨에 따라 교반장치를 수면에 띄우기 위한 부유장치의 추가로 제작비 및 제작기술의 고도화가 필요하였으며, 표면교반으로 산소공급이 불필요한 공정에서 일부 산소가 공급되어 무산소, 혐기 공정으로의 전환에 부정적인 영향을 미치는 문제점이 발생한다.

또한 고정식 배출장치는 벽에 부착되는 트위스트 링크 구조를 채용하게 됨에 따라 반응조의 하폐수의 수심이 변동하는 소규모 하폐수처리시설의 경우 처리수의 배출에 있어 운전의 편의성이 현저히 떨어지는 문제점이 발생한다.

더불어 상기한 선행기술은 하 폐수의 유량이 적은 소규모 마을하수처리시설로 설치하여 운전하기에는 기술적, 경제적인 한계성을 나타낸다.

본 발명은 상기한 선행기술의 문제점을 해결하는 하 폐수 처리장치 및 공정을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 소규모 하폐수처리에 최적화된 하폐수 처리장치와 운전방법을 제공을 목적으로 하였으며 대부분 무인화 자동운전으로 운영되는 소규모 하폐수처리시설을 운영하는데 있어서 최소화된 유지관리포인트를 갖도록하는데 기준을 두어, 기존 시설보다 설치비 및 유지관리비를 절감할 수 있는 보다 경제적인 간헐 유입 및 배출하는 회분식 소규모 하폐수처리방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 소규모 SBR 하폐수 처리방법에서 질소 및 인 등의 처리효율이 월등하도록 개발된 운전 제어 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명은 상기한 문제점 및 요구를 해결하기 위하여,

반응조(100), 고정형 속도가변식 표면포기장치(200), 플로우부스터(250), 부유식 배출장치(300), 유입배관(400), 회전류 방지벽(500)을 포함하여 구성된 SBR공법의 소규모 하폐수 처리장치(1000)를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 고정형 속도가변식 표면포기장치(200)는 고정장치(210), 교반장치부(220), 동력발생부(230)를 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 SBR공법의 소규모 하폐수 처리장치(1000)를 제공한다.

또한 본 발명은 상기한 유입배관(400)의 말단에 유입분사장치(410)가 구성되어 있어 유입배관에서 하 폐수를 분사할 때 분사력에 의해 선회류를 유발하는 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 SBR공법의 소규모 하폐수 처리장치(1000)를 제공한다.

또한 본 발명은 상기한 플로우부스터(250)는 회전축부(240)의 하단에 형성되어 있으며, 하나 이상의 유도날개(251)를 구비하여 반응조의 하부 층으로 유입되는 하폐수를 상승교반하는 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 SBR공법의 소규모 하폐수 처리장치(1000)를 제공한다.

또한 본 발명은 처리하고자 하는 하폐수를 유입받아 다음 공정인 협잡물 제거공정으로 이송하는 유입맨홀;

상기 유입맨홀로부터 이송된 하폐수내에 함유된 미세입자나 비부식성 무기물질 기타 부유협잡물을 제거하는 협잡물제거 공정;

상기한 선회와류식 SBRII공정에 의한 SBR공법의 소규모 하폐수 처리공정;

상기한 부유식처리수 배출장치를 통한 처리수의 배출공정;

상기 하폐수 처리장치로부터 방류된 정화된 처리수를 자외선 소독하고 용량을 측정하는 자외선 소독조(UV 소독조) 및 유량측정공정;

상기 생물반응조로부터 배출된 슬러지를 받아 저장하는 슬러지저류조를 포함하여 구성되는 하 폐수 처리시스템을 제공한다.

또한 본 발명은 특수한 구조의 유입분사장치(410)를 통하여 SBR 반응조(상기한 반응조를 의미함)의 표면포기장치의 하폐수를 하부로 유입하는 공정;

상기 유입분사장치(410)를 통하여 유입된 하폐수내의 유기물을 산화 또는 제거하고 질소산화공정과 인의 과잉섭취가 이루어지도록 SBR 반응조의 속도가변식 표면포기장치(200)를 이용해 용존산소의 농도에 따라 속도를 가변하는 포기과정과 교반과정을 반복하는 공정;

유기물과 활성슬러지간의 접촉면적을 증가시키고 탈질산화를 위한 저속교반으로 단순 혼합하여 산소를 차단하는 과정을 반복 수행하는 혐기 및 무산소반응공정;

상기 표면포기장치를(200) 이용하여 미처리 질소 탈기와 인 재방출 억제를 위한 최적의 용존산소농도를 유지하기 위한 속도가변 포기공정;

상기 SBR 반응조에서 처리된 처리수의 교반을 멈추고 독립침전, 응집침전, 계면침전, 압밀침전 과정를 이용하여 고액분리 하는 침전공정;

상기 침전과정에서 분리된 상등수는 부유식 배출장치(300)를 통하여 일정수심의 상등수를 배출하는 과정을 포함하는 하 폐수 처리방법을 제공한다.

또한 본 발명은 anoxic(또는 anaerobic) 반응 및 oxic의 반응이 연속적인 사이클에 의하여 번갈아 진행되며, oxic 반응에서는 유기물의 산화, 질소산화, 인 과잉섭취가 이루어지며, anoxic(또는 anaerobic) 반응에서는 탈질화 및 유기물의 섭취가 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 하 폐수 처리방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 하 폐수의 유입단계에 있어서 고정형 속도가변식 표면포기장치를 공기중에서 가동시켜 특정 위치의 맨홀 등에서 유입되는 21%이상의 산소를 포함하는 외부유입공기를 폐쇄공간의 내부공기를 혼합하여 생물반응조 수면과 슬라브 사이공간의 산소농도를 20% 이상으로 유지하도록 송풍혼합기능을 갖는 것을 특징으로 하는 하 폐수 처리방법을 제공한다.

상기한 선행기술은 부유식 교반장치와 고정형 배출장치를 설비함에 따라 비용이 많이 소요되는 반면 본 발명은 설비비가 적게 드는 장점이 있다.

특히, 선행기술의 속도가변형 부유식 표면포기장치는 항상 수면에 위치하여 유입공정에도 교반장치로 활용함으로써 소량의 산소가 물속에 유입되어 혐기 및 무산소조건을 유지하는데 부정적인 영향을 미쳐 하폐수처리의 탈질효과를 저하시키는 결과를 초래한다.

이에 반해 본 발명은 특수한 구조의 유입장치와 블로우부스터만을 이용하여 유입공정의 교반을 완수함으로서 혐기무산소조건의 슬러지와 유입수를 효과적으로 교반시킴으로써 최상의 탈질효율을 기대할 수 있다.

따라서, 본 발명은 속도가변식 표면포기장치(200)의 위치를 고정하고 그 하부에 플로우부스터를 부착하여 표면포기장치의 동력발생부의 구동으로 플로우부스터가 교반력을 일으키고, 더불어 유입관의 말단에 부착된 유입분사장치로부터 발생한 선회류는 생물반응조에 더욱 향상된 선회와류에 의한 교반이 됨으로써 더욱 향상된 혐기무산소 조건에서 탈질반응의 효율을 개선하는 효과가 있다.

또한 본 발명은 선행기술의 고정식 배출장치는 벽에 부착되는 트위스트 링크 구조의 특수베어링을 채용하게 됨에 따라 반응조의 운전수심이 특수베어링에 의해 최저수위의 한계성을 갖음에 따라 다양한 운전수심에도 안정적인 처리수의 배출이 필요한 생물반응조 운전의 편의성이 현저히 떨어지는 문제점이 발생하는데 반하여 고정되는 베어링을 사용하지 않는 부유식 배출장치를 사용하게 됨에 따라 그러한 문제점을 제거하게 된다.

또한 본 발명은 소규모 하폐수수의 유기물의 완변한 산화와 영양염류를 단일 반응조에서 동시제거가 가능하며, 기존 일반적인 활성슬러지공정과 같은 별도의 침전시설이 필요 없으며, 반응조에서의 고정형 속도가변식 표면포기장치를 사용함으로써 송풍기로부터 생물반응조 바닥에 공기를 공급하기 위한 배관과 송풍기, 송풍량 조절 밸브 등의 기계류 등에서 시설구성이 단순하여 초기설치비 및 유지관리포인트가 적고 설치부지면적을 감소할 수 있다.

또한 본 발명은 산간지방 또는 부지면적이 여유롭지 않은 지역, 소규모 하수처리, 부락단의 하수처리, 및 공공시설 등에 적용이 용이하며, 기존 활성슬러지공정에서 발생하는 유지관리시 전문지식 및 수리를 위한 소요시간이 감소되어 부수적 유지관리 비용을 감소 시킬 수 있다.

또한 본 발명에 따른 소규모 하폐수처리시설에 적용이 용이한 '선회와류식 SBR II'공정으로 개발된 운전 제어 방법은 포기공정과 교반공정을 명확히 구분함으로써 하 폐수의 질소 및 인 등의 처리 효율이 현저히 상승된 효과가 나타난다.

도 1은 본 발명에 의한 하 폐수 처리 장치의 개념도.
도 1b는 본 발명에 의한 하 폐수 처리방법의 공정 개략도.
도 1c는 본 발명에 의한 하 폐수 처리방법의 제어도.
도 2는 본 발명에 의한 하 폐수 처리 장치의 고정형 속도가변식 표면포기장치의 개념도.
도 2b는 본 발명에 의한 하 폐수 처리 장치의 고정형 속도가변식 표면포기장치의 세부 개념도.
도 2c는 본 발명에 의한 하 폐수 처리 장치의 고정형 속도가변식 표면포기장치의 흐름유도날개의 예.
도 3은 본 발명에 의한 하 폐수 처리 장치의 상부 평단면도.
도 3b는 본 발명에 의한 하 폐수 처리 장치의 하부 평단면도.
도 4는 본 발명에 사용되는 유입분사장치와 플로우부스터의 원리.
도 4b는 본 발명에 사용되는 유입분사장치의 세부 구조도.
도 5는 본 발명에 사용되는 플로우부스터 상세도.
도 6은 본 발명에 사용되는 부유식 배출장치 개념도.
도 6b는 본 발명에 사용되는 부유식 배출장치 횡단면 개념도.

이하 본 발명을 도면을 참고하여 상세히 설명하고자 한다.

본 발명은 반응조(100), 고정형 속도가변식 표면포기장치(200), 플로우부스터(250), 부유식 배출장치(300), 유입배관(400), 회전류 방지벽(500)을 포함하여 구성된 SBR공법의 소규모 하폐수 처리장치(1000)를 제공한다.

본 발명의 반응조(100)는 하폐수가 유입되어 처리되는 공간을 제공하는 장치 또는 수단을 의미하며 원형 또는 장방형 형태의 탱크 구조로 되어 있다.

본 발명의 반응조는 간헐 유입 및 배출의 회분식(SBR, Sequential Batch Reactor)공정으로 운전될 수 있는 구조로 된 것이 바람직하다.

본 발명의 기술적 특징은 상기한 고정형 속도가변식 표면포기장치(200)로 구성된 점이다.

앞서 설명한 바처럼 본 출원인의 선행기술(등록특허 제10-0941949호)은 부유식 교반장치를 설비하는데 비용이 많이 소요되고, 부유식 표면포기장치를 교반장치로 사용하게 됨에 따라 혐기무산소 조건을 필요로하는 공정에서 일부 산소가 공급되어 혐기무산소 조건의 형성에 부정적인 영향을 미쳐 교반강도를 자유롭게 조절할 수 없어 교반효율이 현저히 떨어지는 문제점과 공급되는 산소에 의해 탈질효율이 더욱 상승되지 못하는 문제점을 가지고 있었다.

따라서 본 발명은 속도가변식 표면포기장치(200)가 고정되어 있는 것으로 반옹조의 수심이 변해도 터빈의 위치가 일정하게 가동하여 교반효율을 현저히 증진시키는 기능을 수행한다.

본 발명은 고정형 속도가변식 표면포기장치(200)는 고정장치(210), 교반장치부(220), 동력발생부(230)를 포함하여 구성되어 있다.

상기한 고정장치(210)는 본 발명의 고정형 속도가변식 표면포기장치를 부유하지 않도록 반응조의 일정한 위치에 고정하게 하는 기능을 수행한다.

본 발명의 교반장치부(220)는 기존의 물순환장치가 갖는 단순한 프로펠러 또는 기포발생장치의 한계와 차별화를 갖는 원통 구조형태의 물순환장치를 본 발명의 핵심적인 기술적 특징으로 하고 있으며, 동력발생부(230)에서 전달받은 회전력에 의해 회전운동을 통해 원심력과 구심력에 의해 반응조의 교반 효율을 극대화하는 장치 또는 수단을 의미한다.

도 2에서 보는 것처럼 본 발명의 교반장치부(220)는 내부가 비어있는 원통 형상의 터블러 형태를 갖추어 원심력과 구심력을 이용하여 상층부로의 살수와 하층부로부터의 상승류를 동시에 발생시키는 특징을 갖으며, 그 구조는 상부몸체(220-1)는 덮개(221)가 있는 원통 형태로서 하부로부터 상승된 수류가 원심력을 받아 살수될 수 있도록 수평이동이 되도록 하는 흐름유도날개와 몸체로 형성되어 있다.

또한 원통 상부에는 하나 이상의 다수의 흐름유도날개(222)가 수류의 흐름을 수직에서 수평방향으로 전환할 수 있도록 형성되어 있어 자연스러운 수체의 흐름을 유도할 수 있는 구조로 몸체에 부착되어 있으며, 하부몸체에서 형성되어 있는 다수의 흐름유도날개와 일대일로 연결되어 이루어져 있다.

또한 상부몸체는 다수의 흐름유도날개의 말단부분에 배출구(223)가 형성되어 있으며, 배출구는 원심력에 의해 살수되는 물의 살수거리를 연장하고, 다량의 산소공급을 위해 끝부분을 상방향으로 사각을 두도록 하는 것이 바람직하다.

상기한 상부몸체의 흐름유도날개(222)는 하기 하부몸체의 흐름유도날개(224)와 연결되는 형태로 이루어져 있으며 유체를 인발할 수 있는 유로를 형성하는 형태인 덮개기능날개(222-1)와 지지기능날개(222-2)로 구성되어 있다

그리고 상기한 상부몸체의 흐름유도날개(222)는 하부몸체의 흐름유도날개(224)와 자연스럽게 연결되면서 흐름유도날개가 전체적으로 흐름의 방향에 위해되지 않은 나선형으로 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

더불어 하부몸체(220-2)는 상부몸체와 연결되어 있되 그 연결된 부분에서 하부몸체 방향으로 완만한 곡선형태로 이루어지며, 하부는 상승류를 용이하게 받아들일 수 있고 상승할수록 상승속도를 높여 살수거리를 연장할 수 있도록 중간에서 하부로 갈수록 그 직경이 확장되는 것이 바람직하다.

상기한 하부몸체의 흐름유도날개(224) 또한 덮개기능날개(224-1)와 지지기능날개(224-2)로 구성되어 있으며 하부몸체 내부에 다수로 형성되어 있다. 바람직하게는 흐름유도날개들이 나선형 형태로 이루어져 있는 것이 좋다.

또한 하부몸체의 흐름유도날개는 하부몸체의 하단부분 즉 상부몸체와 연결되지 아니하는 부분에서부터 덮개기능날개의 폭과 지지기능날개의 높이가 점진적으로 커져가서 상부몸체의 흐름유도날개의 덮개기능날개의 폭과 지지기능날개 높이와 동일한 크기로 형성되게 된다.

또한 하부몸체의 흐름유도날개의 덮개기능날개와 지지기능날개는 서로 연결되어 처음에서 끝으로 곡면형으로 이루어져 있다. 그러나 본 발명의 흐름유도날개는 이에 한정되지 않고 덮개기능날개와 지지기능날개가 합쳐진 전체적인 형태가 둥근 지붕의 형태를 띨 수도 있다.

상기와 같은 구조로 인하여 본 발명의 선회와류식 물순환장치가 처리수의 수면에 부유 또는 침수되어 회전할 때 하부몸체의 흐름유도날개를 통하여 유도된 상승류가 상승할수록 원통의 직경이 좁아지므로 상승유속이 커지고, 상부몸체의 다수의 흐름유도날개를 통하여 강력한 토출력을 갖으며 상부몸체의 토출구에서 분사되는 작용을 한다.

상기한 바와 같이 상승류가 흐름유도날개를 통하여 선형의 와류를 형성하고 분사될 때 단방향이 아닌 회전방향 전체에 대한 분사로 단회류가 아닌 3D교반이 가능하여 교반효율을 크게 향상하게 되며, 지속된 교반장치부의 가동은 수체의 순환류가 순차적으로 확대되어 전체 수체가 순환되는 효과를 얻게 된다.

도 2b에서 보는 것처럼 본 발명의 상기한 교반장치부(220)는 내부에는 흐름유도날개가 부착되어 있는 역원추형의 형태를 갖으며, 하부몸체는 입구로부터 위로 갈수록 좁아지는 형태를 하고, 상부몸체는 원심력에 의해 뿌려지는(살수되는) 물이 멀리 갈 수 있도록 한다.

또한 교반장치부(220)는 하부몸체의 입구가 중심에서 넓어지는 구조로 교반장치부로 유입되는 물을 용이하게 유입되게 하는 작용을 하게 한다.

본 발명은 상기한 고정형 속도가변식 표면포기장치(200)에 플로우부스터(250)를 더 부가하여 반응조로 유입되는 하폐수의 상승 교반을 극대화하여 반응조 전역을 교반하여 국부적 혼합에서 발생하는 충격부하를 감소시키고 C/N(유기탄소대 질소의 비)를 운영인자에 맞도록 유지하게 하는 기능을 수행한다.

본 발명의 상기한 플로우부스터(250)는 반응조 내부로 유입되는 하폐수의 상승류의 향상을 유도하기 위해 사각(斜角)형 프로펠러 형태의 유도날개(251)를 1개 이상 가지면서, 회전시 사각(斜角)형 프로펠러에서 상승류가 추가로 발생할 수 있도록 하여 반응조의 하부 층에서 교반효과를 증진시킬 수 있다.

도 5에서 보는 것처럼 플로우부스터(250)는 회전축부(240)의 하단에 형성되어 있으며, 하나 이상의 유도날개(251)를 구비하여 반응조의 하부 층으로 유입되는 하폐수를 상승교반하는 기능을 수행한다.

본 발명의 상기한 회전축부(240)는 동력발생부(230)에서 발생한 회전동력을 교반장치부(220)와 플로우부스터(250)에 전달하는 기능을 수행한다.

본 발명의 상기한 유입배관(400)은 반응조(100)로 하폐수를 유입하게 하는 기능을 수행하는 장치 또는 수단을 의미한다.

본 발명의 기술적 특징은 상기한 유입배관(400)이 반응조의 하부로 형성되어 있어 하폐수가 반응조의 하부로 유입될때 이송되는 압력에 의해 유입수가 선회류를 형성하는 구조를 갖음으로써 유입수의 교반효율을 증진하게 하는 점이다.

도 4에서 보는 것처럼 본 발명의 상기한 유입배관(400)은 관 형태로 구성되어 있으며 반응조의 바닥에 부착되어 있다.

본 발명은 상기한 유입배관의 말단에 유입분사장치(410)가 구성되어 있어 유입배관 말단에서 하 폐수를 선회류의 형태로 분사하는 기능을 수행하게 된다.

상기한 유입분사장치(410)는 하폐수 유입관(420)과 연결되어 있다.

도 4b에서 보는 것처럼 본 발명의 유입분사장치(410)는 하 폐수가 분사되는 말단에 2개 이상의 가지관(411)이 형성되어 있어 하 폐수가 더욱 강하게 분사되도록 하는 기능을 수행한다.

특히 상기한 가지관(411)은 나선형으로 회전하는 날개 형태로 이루어진 것이 하 폐수의 횡방향 교반력을 증진하며, 바람직하게는 유입배관의 수직선에 대하여 5~15도의 각을 이루고 유입배관의 수평선에 대하여 20~40도의 각을 이루어 회전하는 나선형 형태 구조로 있는 것이 혼합력을 현저히 높이게 된다.

상기한 가지관(411)의 가운데에는 가지본관(411-1)이 직선으로 형성되어 있어 하 폐수를 수직 방향으로 분사시켜 가지관(411)으로 부터 분사되는 회전 방향의 하 폐수와 혼합력을 현저히 증진하게 된다.

본 발명은 이와 같은 유입분사장치(410)로 인하여 반응조로 유입되는 하 폐수의 교반력을 현저히 증진하게 된다.

본 발명의 상기한 회전류 방지벽(500)은 상기한 플로우부스터(250)에 의하여 반응조로 유입되는 하 폐수가 계속 교반을 할 경우 반응조의 하 폐수가 선회류만 형성되고 선회와류가 형성되지 않아 발생하는 소용돌이 현상에 의한 하 폐수의 단락 현상으로 교반 효과가 급속히 떨어지는 것을 방지하기 위하여 장치하는 구조 또는 수단을 의미한다.

도 3 내지 도 3b에서 보는 것처럼, 회전류 방지벽(500)은 하나 또는 둘 이상 구성될 수 있으며 둘 이상의 다수로 형성된 것이 하 폐수의 회전류의 발생을 현저히 방지하게 된다.

도 3b에서 보는 것처럼 본 발명의 회전류 방지벽(500)은 판 형상의 구조 또는 장치로 되어 있으며 유입배관(400)을 사방으로 둘러 쌓는 구조로 설치되는 것이 좋다.

더욱 바람직하게는 본 발명의 회전류 방지벽(500)은 상기한 플로우부스터(250)가 장착되어 있는 높이 이하로 형성되는 것이 유입분사장치로부터 유입되는 하 폐수의 교반 효율을 높이고 회전류 방지를 최대화하게 되는 효과가 나타난다.

도 3b에서 보는 것처럼 본 발명의 회전류 방지벽(500)은 전후 좌우 대칭되도록 형성되는 것이 좋으며 서로 교차하는 형태로 구성되는 것이 회전류 방지의 효과를 극대화할 수 있다.

본 발명은 이와 같이 동력발생부의 저속회전에도 강력한 교반력을 얻기 위하여, 플로우 부스터(250)는 유입분사장치(410)와 직선상에 위치하며, 유입분사장치(410)에 의한 유입시 상승류와 플로우부스터(250)에 의해 발생한 횡방향 교반력을 극대화 함으로써 유입수 중의 유기탄소원과 침전슬러지의 혼합비율을 증가하여 궁극적으로 이용 가능한 C/N를 증가하여 탈질 효율을 극대화시키게 된다.

본 발명은 소규모 하폐수처리시설의 구조물이 작아 고정식 배출장치의 상하좌우스윙의 공간이 매우 제한적인 점을 극복하고, 수위변동에 능동적으로 대철할 수 있는 부유식 배출장치(300)를 채용한 점이 기술적 특징이 있다.

선행 기술의 경우 생물반응조의 측벽에 부착되는 트위스트 링크 구조의 특수한 베어링을 갖는 고정식 배출장치를 채용하게 됨에 따라 처리수를 배출하기 위해 상하좌우의 스윙운동을 하기 위한 충분한 공간이 필요하고, 고정부분보다 월등히 높은 수위를 항시 만족해야 한다는 운전의 한계성에 의한 편의성이 현저히 떨어지는 문제점이 발생한다.

더불어 종래의 선행기술은 하 폐수의 유입량이 적어 소규모의 구조물로 인한 협소한 공간과 수위변동에 능동적으로 대처가 한정적인 소규모하폐수처리시설에 설치하거나 운전하기에는 부적합하다는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기한 부유식 배출장치(300)를 구성하여 종래 고정식 배출장치 기술의 문제점을 해결하게 된다.

본 발명의 부유식 배출장치(300)는 플로트(310), 수중배출펌프(320)를 포함하여 구성되어 있으며, 상기한 플로트(310)는 수중배출펌프를 수면에 띄우는 기능을 수행하는 장치 또는 수단을 의미하고, 반응조 내부에서 플로트(310)가 수중배출펌프(320)를 부유하게 하면서 수중배출펌프(320)는 처리된 하 폐수를 반응조 밖으로 배출하게 하는 기능을 수행한다.

도 6 및 도 6b에서 보는 것처럼 상기한 부유식 배출장치(300)는 상기한 수중배출펌프(320)에 배출흡입구(330)가 구비되어 있다.

또한 부유식 배출장치(300)는 이탈방지레일(340)을 구비하여 부유식 배출장치(300)가 상하로 즉, 수위에 따라 이동하게 하여 일정 수심의 처리수를 배출하게 하고 배출장치가 좌우로 흔들리지 않도록 하게 하는 기능을 수행한다.

이때 침전슬러지의 부상이 없도록 흡입은 수평방향으로 이루어지도록 배출흡입구를 수평으로 유지하게 한다.

본 발명의 이와 같은 부유식 배출장치(300)는 반응조의 하폐수의 수심이 변동하는 경우 처리수의 배출에 있어 운전의 편의성을 현저히 증가하여 소규모 하수 처리장의 운전에 매우 효과적이다.

본 발명의 부유식배출장치(300)은 침전공정 시작후 일정시간이 경과되면 예비운전을 통해 배출장치에 부착된 슬러지를 털어줌으로써 더욱 청정한 처리수를 얻을 수 있고, 배출수량은 슬러지의 계면높이에 따라 하강 높이를 운전제어할 수 있도록 하였다.

본 발명은 상기한 하폐수 처리장치를 포함한 하 폐수 처리 시스템 및 하 폐수 처리 방법을 제공한다.

도 1b에서 보는 것처럼 본 발명은 처리하고자 하는 하·폐수를 유입받아 다음 공정인 협잡물 제거 공정으로 이송하는 유입맨홀;

상기 유입맨홀로 부터 이송된 하·폐수내에 함유된 미세입자나 비부식성 무기물질 기타 부유협잡물을 제거하는 협잡물 종합처리기;

상기한 반응조(100), 고정형 속도가변식 표면포기장치(200), 플로우부스터(250), 부유식 배출장치(300), 유입배관(400), 회전류 방지벽(500)을 포함하여 구성된 SBR공법의 소규모 하폐수 처리장치;

상기 하폐수 처리장치로부터 방류된 정화된 처리수를 자외선 소독하고 용량을 측정하는 자외선 소독조(UV 소독조) 및;

상기 하폐수 처리장치로부터 배출된 슬러지를 이송 받아 저장하는 슬러지저류조를 포함하여 구성되는 하 폐수 처리시스템을 제공한다.

도 1b에서 보는 것처럼 본 발명의 상기한 하 폐수 처리시스템은 슬러지 저류조 후단에 농축탈수기 등이 구비될 수 있다.

또한 본 발명은 상기한 하 폐수 처리장치를 이용한 소규모하폐수처리시설에 최적화된 하 폐수 처리 방법 및 하 폐수 처리 장치를 포함하여 구성된 하 폐수 처리시스템의 운전 제어 방법에 특징이 있는 하 폐수 처리 방법을 제공한다.

본 발명은 상기한 하 폐수 처리장치를 이용하여 하·폐수내의 유기물의 제거와 인의 방출 및 탈질을 위해 하·폐수를 유입분사장치(410)를 통하여 SBR 반응조(상기한 반응조를 의미함) 하부로 유입하는 과정;

상기 유입분사장치(410)를 통하여 유입된 하·폐수내의 유기물을 산화 또는 제거하고 질소산화와 활성슬러지에 의한 인의 과잉섭취가 이루어지도록 SBR 반응조의 속도가변식 표면포기장치(200)를 이용해 용존산소의 농도에 따라 속도를 가변하는 포기과정;

유기물과 활성슬러지간의 접촉면적을 증가시키고 탈질산화를 위한 저속교반으로 단순 혼합하여 산소를 차단하는 과정을 반복 수행하는 반응과정;

상기 표면포기장치를(200) 이용하여 미처리 질소 탈기와 인 재방출 억제를 위한 최적 용존산소 유지 속도가변 포기과정;

상기 SBR 반응조에서 처리된 처리수의 교반을 멈추고 독립침전, 응집침전, 계면침전, 압밀침전 과정를 이용하여 고액분리 하는 침전과정;

상기 침전과정에서 분리된 상등수는 부유식 배출장치(300)를 통하여 일정수심의 상등수를 배출하는 과정을 포함하는 하 폐수 처리방법을 제공한다.

본 발명의 기술적 특징은 상기한 하 폐수 처리방법에서 혐기 처리 및 호기 처리의 운전 제어 방법을 명확히 구분하여 소규모 하수 처리의 인 및 질소의 제거에 탁월한 효과가 나타나게 한 점이다.

본 발명은 상기 하폐수를 유입분사장치(410)를 통하여 SBR 반응조(상기한 반응조를 의미함) 하부로 유입하는 과정에 있어서 속도가변식 표면포기장치를 공기중에서 회전가동시켜 특정위치(통상 생물반응조의 한쪽 구석에 위치함)의 맨홀 등에서 유입되는 고농도의 산소를 포함하는 외부유입 공기와 하폐수의 처리과정에서 산소가 소비되어 산소의 농도가 낮아진 내부공기를 혼합하여 산소농도를 20% 이상으로 유지하여 반응공정에서 산소의 공급이 원활하도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 유입과정은 처리대상의 하폐수가 반응조 내로 유입되는 과정으로 유입전 한 사이클의 처리수가 방류되거나 대기중인 상태로 반응조의 하부에는 침전에 의해 고농도로 농축된 슬러지가 잔존하고 있다.

따라서 협잡물제거 공정을 거친 하폐수는 반응조 내부로 유입분사장치(410)를 통하여 반응조의 하부에서 상부흐름 방향인 상향류로 유입되고 유입된 하폐수는 속도가변식 표면포기장치(200)하단에 부착되어 유입분사장치의 수직방향 상부에 위치하는 플로우부스터(250) 중심으로 유입된다. 유입된 처리대상 하폐수는 유입분사장치와 플로우부스터에 의해 형성된 선회와류에 의해 용이하게 반응조 전역으로 확산되며 적절한 C/N비(유기탄소/질소)로 혼합되어 무산소 상태에서 인의 방출 및 탈질이 이루어지며 이때 유입 유기물질(BOD)은 탈질시 필요한 탄소원으로 60%이상 제거된다.

상기 유입단계는 3개의 구별반응 anoxic(또는 anaerobic) 단계, oxic 단계의 순서로 반응이 진행된다.

anaerobic 단계에서 부유식 배출장치(300)가 가동을 정지하고, 유입수가 유입되면서 표면포기장치의 하부에 부착된 플로우부스터(250)가 회전가동됨에 따라 유입수는 혐기상태의 고농돌로 농축된 슬러지(미생물)과 효과적으로 혼합을 하며 인의 방출 및 탈질이 이루어지게 되고, 속도가변식 표면포기장치(200)가 공기중에서의 회전으로 외부 유입공기와 내부공기를 혼합하는 과정을 동시에 수행하게 된다.

anoxic 단계에서는 속도가변식 표면포기장치(200)와 플로우부스터(250)가 저속으로 동시가동되어 무산소 공급상태에서 약 70～90분간 유입원수의 혼합과정을 수행하고 이때 유기물의 흡착 및 하폐수의 탈질이 이루어진다.

oxic 단계에서는 반응조내 설치된 용존산소측정기에서 DO농도를 전송받아 필요한 산소공급량에 따라 동력발생부로 회전속도에 대한 명령이 전송되어 속도가변식 표면장치(200)가 고속 또는 초고속으로 회전하여 유입수의 포기과정을 약 40～50분간 수행하게 된다.

본 발명은 상기한 유기물과 활성슬러지간의 접촉면적을 증가시키고 탈질산화를 위한 저속교반으로 단순 혼합하여 산소를 차단하는 과정을 반복 수행하는 반응과정;

상기 표면포기장치를(200) 이용하여 미처리 질소 탈기와 인 재방출 억제를 위한 최적 용존산소 유지로 속도가변 포기과정에 아래와 같은 운전 제어 방법을 수행하여 질소와 인을 효율적으로 제거하게 된다.

본 발명은 상기한 반응 과정에서 하 폐수를 반응조에 유입하여 Anoxic 과정 또는 anaerabic 과정을 수행한다.

상기한 Anoxic 과정 또는 anaerabic 과정은 60~70분간 수행하는 것이 효율적이다.

상기한 anaerobic 과정에서는 부유식 배출장치(300)의 가동을 정지하고 표면포기장치의 플로우부스터(250)가 가동됨에 따라 유입수는 혐기상태에서 혼합을 하며 인의 방출 및 탈질이 이루어지게 되고, 속도가변식 표면포기장치(200)가 공기중에서의 회전으로 외부 유입공기와 내부공기를 혼합하는 과정을 동시에 수행하게 된다.

이러한 anaerobic 과정에서는 탈질산화 및 유기물의 방출을 하게 되며 탈질산화의 과정은 질소(N2)를 공기중으로 방출하여 하 폐수의 질소 성분을 제거한다.

상기한 anoxic 과정에서는 속도가변식 표면포기장치(200)와 플로우부스터(250)가 저속으로 동시가동되어 무산소 공급상태에서 유입원수의 혼합과정을 수행하고 이때 유기물의 흡착 및 하·폐수의 탈질이 이루어진다.

본 발명은 상기한 Anoxic 과정 또는 anaerabic 과정 후에 oxic 과정을 과정을 수행한다.

상기한 oxic 과정은 70-90분간 수행하는 것이 효율적이다.

상기한 oxic 과정에서는 반응조내 설치된 용존산소측정기에서 DO농도를 전송받아 필요한 산소공급량에 따라 동력발생부로 회전속도에 따라 명령이 전송되어 속도가변식 표면장치(200)가 고속 또는 초고속으로 회전하여 유입수의 포기 과정을 약 40~50분간 수행하게 된다.

본 발명의 이러한 oxic 과정은 유기물의 산화, 질소산화, 인 과잉섭취가 이루어지게 한다.

본 발명은 다시 Anoxic 과정을 수행한다.

Anoxic 과정은 속도가변식 표면포기장치(200)와 플로우부스터(250)가 저속으로 동시가동되어 무산소 공급상태에서 유입원수의 혼합과정을 수행하며 40~50분간 수행하는 것이 효율적이다.

앞서 설명한 바처럼 anoxic 반응에서는 탈질산화 및 미생물에 의한 유기물의 섭취가 이루어진다.

본 발명은 다시 oxic 과정을 수행한다.

상기한 oxic 과정은 50-70분간 수행하는 것이 효율적이다.

본 발명은 이와 같이 하 폐수 처리장치의 운영 과정에서 anoxic(또는 anaerobic), oxic의 반응이 연속적인 사이클에 의하여 번갈아 진행되며, oxic 반응에서는 유기물의 산화, 질소산화, 인 과잉섭취가 이루어지며, anoxic(또는 anaerobic) 반응에서는 탈질화 및 유기물의 섭취가 이루어진다.

본 발명은 상기한 과정 후에 침전 과정을 수행한다.

상기 반응단계, 최종적으로 산소조건 상태에서 표면 폭기장치가 중단된 상태에서 독립침전, 응집침전, 계면침전, 압밀침전 단계를 거치게 되고 이애 따라 고액의 분리가 이루어진다.

본 발명은 상등수 배출과정을 수행한다.

상기 침전공정으로 고액분리가 완료된 상태에서 부유식 배출장치(300)을 이용해 배출하게 되며 부유식 배출장치가 좌우로 흔들리지 않도록 이탈방지레일(340)를 이용하여 상하로 수위에 따라 이동하게 되고 배출 흡입구(330)를 통하여 일정수심의 처리수를 배출하게 된다. 이때 침전슬러지의 부상이 없도록 흡입은 수평방향으로 이루어진다.

본 발명은 휴지과정 (Idle)을 수행할 수 있다.

상기 휴지과정은 동일한 반응조를 2지 이상의 병렬로 연결하여 구성할시 다른 반응조로 교체할 수 있도록 여유시간을 갖는 과정이기 때문에 단일 반응조로 처리할 경우 생략할 수 있다.

본 발명은 상기한 하 폐수 처리 시스템을 이용하여 하 폐수를 처리하는 방법을 제공한다.

즉, 본 발명은 유입맨홀에서 처리하고자 하는 하 폐수를 유입받아 다음 공정인 협잡물을 제거하는 시설로 이송하는 과정,

협잡물 종합처리기에서 상기의 유입맨홀로부터 이송된 하·폐수내에 함유된 미세입자나 비부식성 무기물질 기타 부유협잡물을 제거하는 과정,

상기 과정을 거친 하 폐수를 상기한 반응조(100), 고정형 속도가변식 표면포기장치(200), 플로우부스터(250), 부유식 배출장치(300), 유입배관(400), 회전류 방지벽(500)을 포함하여 구성된 SBR공법의 소규모 하폐수 처리장치로부터 처리하는 과정,

자외선 소독조(UV소독조)에 의하여 상기 하폐수 처리장치로부터 방류된 정화된 처리수를 자외선 소독하고 용량을 측정하는 자외선 소독 과정,

슬러지 저류조에 의하여 상기 하 폐수 처리장치로부터 배출된 슬러지를 받아 이를 저장하는 슬러지 처리 공정을 포함하여 구성되는 하 폐수 처리 방법을 제공한다.

상기한 상기한 반응조(100), 고정형 속도가변식 표면포기장치(200), 플로우부스터(250), 부유식 배출장치(300), 유입배관(400), 회전류 방지벽(500)을 포함하여 구성된 SBR공법의 소규모 하폐수 처리장치로부터 처리하는 과정은 상기한 바와 같다.

즉, 하·폐수를 유입분사장치(410)를 통하여 SBR 반응조(상기한 반응조를 의미함) 하부로 유입하는 과정;

상기 유입분사장치(410)를 통하여 유입된 하·폐수내의 유기물을 산화 또는 제거하고 질소산화와 활성슬러지에 의한 인의 과잉섭취가 이루어지도록 SBR 반응조의 속도가변식 표면포기장치(200)를 이용해 용존산소의 농도에 따라 속도를 가변하는 포기과정;

유기물과 활성슬러지간의 접촉면적을 증가시키고 탈질산화를 위한 저속교반으로 단순 혼합하여 산소를 차단하는 과정을 반복 수행하는 반응과정;

상기 표면포기장치를(200) 이용하여 미처리 질소 탈기와 인 재방출 억제를 위한 최적 용존산소 유지 속도가변 포기과정;

상기 SBR 반응조에서 처리된 처리수의 교반을 멈추고 독립침전, 응집침전, 계면침전, 압밀침전 과정를 이용하여 고액분리 하는 침전과정;

상기 침전과정에서 분리된 상등수는 부유식 배출장치(300)를 통하여 일정수심의 상등수를 배출하는 과정을 포함하는 개념으로 해석되어 진다.

본 발명은 상기한 구조와 기능으로 이루어진 하 폐수 처리장치, 하 폐수 처리 시스템, 하 폐수 처리방법을 제공한다.

본 발명은 소규모 하폐수처리시설의 설계기술 및 설비의 설치기술을 제공함으로써 무인운전 및 안정적인 처리수질 확보에 어려움을 겪고 있는 소규모하폐수처리장치 또는 시스템을 제조, 판매, 유통, 개발, 시설하는 산업에 매우 유용하다.

100 : 반응조(SBR 반응조)
200: 고정형 속도가변식 표면포기장치
210 : 고정장치 220 : 교반장치부 230 :동력발생부
250 : 플로우부스터
300 : 부유식 배출장치
310 : 플로트
320 : 수중배출펌프
330 : 배출흡입구
340 : 이탈방지레일
400 : 유입배관
410 : 유입분사장치
420 : 하폐수 유입관
500 : 회전류 방지벽

Claims (2)

1. 반응조(100), 고정형 속도가변식 표면포기장치(200), 플로우부스터(250), 부유식 배출장치(300), 유입배관(400), 회전류 방지벽(500), 반응조 제어반을 포함하여 구성된 소규모 하폐수 처리시설에 적합한 SBR공법의 소규모 하폐수 처리장치(1000).
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 고정형 속도가변식 표면포기장치(200)는 고정장치(210), 교반장치부(220), 동력발생부(230)를 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 SBR공법의 소규모 하폐수 처리장치(1000).
   

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