KR20220076927A - 보조반응조를 활용한 하수 처리 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하수 처리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 메인반응조의 상부에 보조반응조를 설치하고, 하수 및 슬러지를 메인반응조와 보조반응조 사이를 순환시켜 처리함에 따라 하수 처리 시간을 단축하고 일 처리용량을 증대시킬 수 있는 하수 처리 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

Description

보조반응조를 활용한 하수 처리 시스템 및 그 방법{Sewege treatment system using auxiliary reaction tank and the method thereby}

본 발명은 하수 처리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 메인반응조의 상부에 보조반응조를 설치하고, 하수 및 슬러지를 메인반응조와 보조반응조 사이를 순환시켜 처리함에 따라 하수 처리 시간을 단축하고 일 처리용량을 증대시킬 수 있는 하수 처리 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 하수 고도 처리 시스템에는 SBR(SEQUENCING BATCH REACTOR) 공법이 많이 사용된다. SBR 공법은 하나의 반응조 내에서 폭기, 반응, 침전 및 배출을 수행함으로써 질소와 인 등 오염물질을 처리하여 정화하는 공법이다. 구체적으로, SBR 공법에서는 반응조에 하수가 유입된 후 폭기를 통하여 유기물 제거 질산화가 수행되고, 반응(정지) 단계에서 무산소 상태로 탈질이 수해되며, 침전 단계에서 고액이 분리된 후 데칸터로 상등수가 배출되고 잉여 슬러지가 제거됨에 따라 하수의 정화 처리가 수행된다. 그런데, 이러한 SBR 공법의 경우 하나의 반응조만을 사용하기 때문에 처리 시간이 비교적 오래 걸려 일 처리용량이 상대적으로 적다는 단점이 존재한다.

대한민국 등록특허 제10-2095468호 대한민국 등록특허 제10-2095470호

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 SBR 공법 하수 처리 방법의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 보조반응조를 활용하여 처리 시간을 단축하여 일 처리용량을 늘려서 처리 효율성을 극대화할 수 있는 하수 처리 시스템 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하수 처리 시스템은, 하수의 폭기 및 침전 반응이 수행되는 탱크로서, 내부에 폭기장치와 처리된 상등수를 외부로 배출하기 위한 데칸터가 구비된 메인반응조와; 상기 메인반응조의 상부 일측에 배치되고, 상기 메인반응조의 하부에 침전된 슬러지를 반송받아 원수와 혼합 교반하여 혐기 반응을 수행하고 메인반응조로 배출되도록, 하부 일측에 혼합수를 메인반응조로 배출하기 위한 유출관이 구비된 보조반응조와; 상기 보조반응조에 구비된 유출관에 설치되어 혼합수의 유출을 단속하기 위한 유출제어밸브와; 처리 대상이 되는 원수를 상기 메인반응조로 이송 공급하기 위한 원수유입관과; 상기 원수유입관으로부터 분기 연결되어 상기 보조반응조로 원수를 공급하기 위한 분기유입관과; 상기 원수유입관과 분기유입관이 교차하는 부분에 설치되어 원수를 원수유입관 또는 분기유입관으로 선택적으로 공급하도록 제어하기 위한 유입제어밸브와; 상기 메인반응조 내부에 침전된 슬러지를 상기 보조반응조로 반송하기 위한 반송라인과; 상기 반송라인을 통하여 슬러지를 가압 이송하기 위한 반송펌프와; 상기 반송라인을 단속하기 위한 반송제어밸브와; 전체 작동을 제어하는 제어부를 포함한다.

여기서, 상기 제어부는 메인반응조에 원수 유입후 일정 시간 경과후, 상기 반송제어밸브를 개방함과 아울러 반송펌프를 가동시켜 메인반응조의 하부에 침전된 슬러지가 반송라인을 통해 보조반응조로 반송되도록 하고, 상기 유입제어밸브를 제어하여 분기유입관을 통해 보조반응조로 원수가 유입되도록 하여 반송된 슬러지와 원수가 혼합되어 혐기반응이 일어나도록 제어한다.

그리고, 상기 제어부는 상기 보조반응조에서 일정 시간 동안 혐기 반응 수행시 상기 데칸터를 제어하여 메인반응조에서 처리된 상등수가 외부로 배출되도록 제어한다.

또한, 상기 제어부는 상등수 배출후 유출제어밸브를 개방하여 보조반응조에서 생성된 혼합수가 메인반응조로 유입되도록 하고, 메인반응조 내부에 구비된 폭기장치를 가동시켜 메인반응조의 원수와 보조반응조로부터 유입된 혼합수가 함께 폭기되도록 하며, 상기 반송제어밸브를 개방하고 반송펌프를 가동시켜 메인반응조 내부에서 폭기된 혼합수가 반송라인을 통해 다시 보조반응조로 반송되도록 제어한다.

그 다음, 상기 제어부는 유입제어밸브를 개방상태로 유지하고 반송제어밸브를 폐쇄함과 동시에 반송펌프의 작동을 정지시켜, 보조반응조 내부의 혼합수가 전부 배출되어 메인반응조로 유입되도록 하고, 반송라인으로의 혼합수 반송이 중단되어, 메인반응조 내부에서 일정 시간 동안 침전 공정이 수행되도록 제어한다.

본 발명에 따른 하수 처리 방법은, 메인반응조에 원수가 유입되는 단계와; 메인반응조에서 일정 시간 동안 침전 반응후 발생된 슬러지가 메인반응조의 상부 일측에 구비된 보조반응조로 반송되고, 보조반응조에 원수가 유입되는 단계와; 메인반응조의 상등수가 외부로 배출되고, 보조반응조에서는 교반이 수행되는 단계와; 보조반응조의 혼합수가 메인반응조로 유입되고, 메인반응조에서는 폭기가 수행되고 메인반응조의 혼합수가 보조반응조로 반송되는 단계와; 보조반응조 내부의 혼합수가 메인반응조로 완전 배출되고, 메인반응조에서는 침전공정이 시작되는 단계를 포함한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 메인반응조에서의 침전이 완료되는 동안 일부 고농축된 슬러지를 보조반응조로 반송하여 혐기반응을 유도함으로써 인 제거 효율을 향상시킬 수 있으며, 침전 완료시까지 기다리지 않고 침전 60분 경과후부터 보조반응조에 의한 혐기반응이 수행되므로 하수의 처리 시간을 단축하여 일 처리 용량을 증가시킬 수 있다. 또한, 메인반응조는 지속적인 폭기로 질산화율을 향상시키고 보조반응조는 무산소조로 작용하여 DO농도 균형을 맞추고 탈질 효율이 증대된다. 그리고, 침전시 하부 슬러지를 인발하여 반송하기 때문에 슬러지 부상을 방지할 수 있으며, 설치면적이 작아 소규모 처리시설에 적용이 가능하며 유지관리 비용을 절감할 수 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 하수 처리 시스템의 전체 구성도,
도 2 는 본 발명에 따른 하수 처리 방법의 공정 순서도,
도 3 내지 도 7 은 본 발명에 따른 하수 처리 시스템에 의한 하수 처리 방법의 순차적인 공정 상태도이다.

이하, 본 발명에 따른 보조반응조를 활용한 하수 처리 시스템 및 그 방법의 구성 및 작용을 첨부된 도면과 바람직한 실시예를 참조로 상세히 설명한다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 보조반응조(20)를 활용한 하수 처리 시스템은 메인반응조(10), 보조반응조(20), 원수유입관(30), 반송라인(40) 및 제어부(50)를 포함한다.

메인반응조(10)는 하수의 폭기 및 침전 반응이 수행되는 탱크로서, 도시된 바와 같이 상부는 개구되고 하부 중앙에 호퍼(12)가 구비된다. 메인반응조(10)의 내부에는 폭기 반응을 위한 폭기장치(18)와, 처리된 상등수를 외부의 처리수조(16)로 배출하기 위한 데칸터(14)가 구비된다. 상기 데칸터(14)는 펌프와 부유구를 구비하여 부력에 의해 부유하면서 메인반등조의 상등수를 배출하는 것으로 이러한 데칸터(14)는 이미 공지된 것으로 구체적인 구성의 설명은 생략한다.

보조반응조(20)는 상기 메인반응조(10)의 상부 일측에 배치되고, 후술하는 바와 같이 메인반응조(10)로부터 반송된 슬러지와 원수(하수)를 혼합하여 혐기 반응을 수행하고 이를 다시 메인반응조(10)로 배출하는 탱크이다. 상기 보조반응조(20)의 내부에는 슬러지와 원수를 혼합하기 위한 교반기(22)가 구비되고, 하부 일측에는 혼합수를 메인반응조(10)로 배출하기 위한 유출관(24)이 구비된다. 그리고, 상기 유출관(24)에는 혼합수의 유출을 단속하기 위한 유출제어밸브(26)가 구비된다. 여기서, 상기 유출제어밸브(26)는 수동밸브 또는 자동밸브로 구성될 수 있다.

원수유입관(30)은 처리 대상이 되는 하수 원수를 메인반응조(10)로 이송 공급하기 위한 배관으로, 도시된 바와 같이 단부가 상기 메인반응조(10)의 상부 개구를 향하도록 배치된다. 상기 원수유입관(30)에는 보조반응조(20)에 원수를 공급하기 위한 분기유입관(32)이 분기 형성되며, 상기 원수유입관(30)과 분기유입관(32)이 교차하는 부분에는 원수를 원수유입관(30) 또는 분기유입관(32)으로 선택적으로 공급하도록 제어하기 위한 유입제어밸브(34)가 구비된다. 상기 유입제어밸브(34)는 삼방솔레노이드밸브로 구성되는 것이 바람직하다.

반송라인(40)은 상기 메인반응조(10) 내부에 침전된 슬러지를 상기 보조반응조(20)로 반송하기 위한 배관으로, 도시된 바와 같이 상기 메인반응조(10)의 하부 중앙에 형성된 호퍼(12)와 보조반응조(20)의 하부 일측을 연결하도록 구성된다. 아울러, 상기 반송라인(40)에는 반송라인(40)을 통하여 슬러지를 가압 이송하기 위한 반송펌프(42; 슬러지 펌프)와 상기 반송라인(40)은 단속하는 반송제어밸브(44)가 구비된다. 여기서 상기 반송제어밸브(44)는 솔레노이드밸브로 구성되는 것이 바람직하다. 한편, 상기 반송라인(40)에는 하수 처리후 잉여 슬러지를 외부의 슬러지저류조(46)로 배출하기 위한 슬러지배출관이 분기 연결될 수 있다.

제어부(50)는 본 발명에 따른 하수 처리 시스템의 전체 작동을 제어하는 부분으로, 보다 구체적으로 상기 유입제어밸브(34)와 유출제어밸브(26), 반송제어밸브(44)의 절환을 제어하고, 데칸터(14)와 반송펌프(42)의 구동 및 폭기장치(18)와 교반기(22)의 작동을 제어하여 하수 처리 시스템이 미리 정해진 절차에 따라 작동되도록 제어한다.

지금까지 본 발명에 따른 보조반응조(20)를 활용한 하수 처리 시스템의 구성을 설명하였는바, 이하에서는 도 2 내지 도 7 을 참조로 본 발명에 따른 보조반응조(20)를 활용한 하수 처리 방법을 순차적으로 설명한다.

도 2 에는 본 발명에 따른 하수 처리 시스템에 의한 하수 처리 공정 순서도가 도시된다. 도시된 바와 같이, 하수 처리 작업이 개시되면 먼저 제1단계로서 메인반응조(10)에 원수(하수)가 유입된다. 보다 구체적으로 도 3 을 참조하면, 제어부(50)는 상기 원수유입관(30)에 구비된 유입제어밸브(34)를 제어하여 메인반응조(10)로 원수가 공급되도록 한다. 이때, 보조반응조(20)로는 원수가 유입되지 않아 보조반응조(20)는 비어있는 상태이다.

그 다음, 도 2 에 도시된 바와 같이 제2단계로서 메인반응조(10)에서 일정 시간 동안 침전 반응후 발생된 슬러지가 보조반응조(20)로 반송되고, 보조반응조(20)에 원수가 유입된다. 일반적인 SBR 공법 시스템에서의 침전 반응 시간은 통상 약 2시간 정도로 설정되는데, 고중량의 플록(FLOC)은 약 60분 경과후 메인반응조(10)의 하부에 침전 완료된다. 이에 따라, 본 발명에서는 침전 반응이 완료되는 2시간 동안 기다리지 않고, 침전 반응후 일정 시간, 즉, 60분 경과후 고중량의 플록이 침전되어 슬러지가 발생하는 경우 이를 보조반응조(20)로 바로 반송하고, 보조반응조(20)로 원수를 유입한다. 보다 구체적으로 도 4 를 참조하면, 제어부(50)는 메인반응조(10)로 원수가 유입되고 60분이 경과하는 경우, 상기 반송라인(40)에 구비된 반송제어밸브(44)를 개방하고, 상기 반송펌프(42)를 구동시켜 메인반응조(10)의 하부에 침전된 슬러지를 보조반응조(20)로 반송한다. 그리고, 제어부(50)는 슬러지가 보조반응조(20)로 반송됨과 동시에 상기 유입제어밸브(34)를 제어하여 원수유입관(30)으로부터 분기된 분기유입관(32)을 통해 보조반응조(20)로 원수가 유입되도록 한다. 상기 보조반응조(20)는 폭기가 수행되지 않는 무산소조로서 반송된 슬러지와 원수가 혐기화 반응을 일으키고, 이러한 혐기화에 의해 인 성분이 방출된다.

그 다음, 도 2 에 도시된 바와 같이 제3단계로서 메인반응조(10)의 상등수가 배출되고 보조반응조(20)에서는 교반이 수행된다. 보다 구체적으로 도 5 를 참조하면, 제어부(50)는 메인반응조(10)에 구비된 데칸터(14)의 펌프를 구동하여 상등수(처리수)를 외부의 처리수조(16)로 배출하고, 보조반응조(20)에 구비된 교반기(22)를 제어하여 슬러지와 원수를 혼합 교반하여 혼합수가 형성되면서 혐기 반응이 수행된다. 이때, 상기 반송펌프(42)는 정지되고 반송제어밸브(44)는 폐쇄된 상태로 반송은 중지된 상태이며, 유입제어밸브(34)도 폐쇄되어 메인반응조(10) 및 보조반응조(20)로의 원수 유입 또한 중지된 상태이다.

그 다음, 도 2 에 도시된 바와 같이 제4단계로서, 보조반응조(20)의 혼합수가 메인반응조(10)로 유입되고, 메인반응조(10)에서는 폭기가 수행되고 메인반응조(10)의 혼합수가 보조반응조(20)로 반송된다. 보다 구체적으로 도 6 을 참조하면, 제어부(50)는 유출제어밸브(26)를 개방하여 보조반응조(20)에서 생성된 혼합수가 메인반응조(10)로 유입되도록 하고, 메인반응조(10) 내부에 구비된 폭기장치(18)를 가동시켜 메인반응조(10)의 원수와 보조반응조(20)로부터 유입된 혼합수가 함께 폭기되도록 한다. 이와 동시에, 상기 제어부(50)는 반송제어밸브(44)를 개방하고 반송펌프(42)를 가동시켜 메인반응조(10) 내부에서 폭기된 혼합수를 반송라인(40)을 통해 다시 보조반응조(20)로 반송한다. 이와 같은 동작이 일정 시간 동안 지속적으로 반복된다. 이와 같이 메인반응조(10)에서는 지속적인 폭기로 인해 질산화율이 향상되고 보조반응조(20)는 무산소조로 활용되어 DO 농도 균형을 맞추고 탈질효율이 증대된다.

그 다음, 도 2 에 도시된 바와 같이 제5단계로서, 보조반응조(20) 내부의 혼합수가 메인반응조(10)로 완전 배출되고, 메인반응조(10)에서는 침전공정이 시작된다. 보다 구체적으로 도 7 을 참조하면, 제어부(50)는 유입제어밸브(34)를 개방상태로 유지하고 반송제어밸브(44)를 폐쇄함과 동시에 반송펌프(42)의 작동을 정지시켜, 보조반응조(20) 내부의 혼합수가 전부 배출되어 메인반응조(10)로 유입되도록 하고, 반송라인(40)으로의 혼합수 반송이 중단되어, 메인반응조(10) 내부에서 일정 시간 동안 침전 공정이 수행되도록 한다. 그 다음, 다시 도 4 와 같은 1단계가 다시 시행되고 위에서 설명한 공정들이 계속 반복됨에 따라 지속적인 하수의 고도 처리가 이루어진다.

이와 같이, 본 발명에 따르면 메인반응조(10)에서의 침전이 완료되는 동안 일부 고농축된 슬러지를 보조반응조(20)로 반송하여 혐기반응을 유도함으로써 인 제거 효율을 향상시킬 수 있으며, 침전 완료시까지 기다리지 않고 침전 60분 경과후부터 보조반응조(20)에 의한 혐기반응이 수행되므로 하수의 처리 시간을 단축하여 일 처리 용량을 증가시킬 수 있다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다. 따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

10 : 메인반응조 14 : 데칸터
18 : 폭기장치 20 : 보조반응조
26 : 유출제어밸브 30 : 원수유입관
32 : 분기유입관 34 : 유입제어밸브
40 : 반송라인 42 : 반송펌프
44 : 반송제어밸브 50 : 제어부

Claims (6)

1. 하수의 폭기 및 침전 반응이 수행되는 탱크로서, 내부에 폭기장치(18)와 처리된 상등수를 외부로 배출하기 위한 데칸터(14)가 구비된 메인반응조(10)와;
   상기 메인반응조(10)의 상부 일측에 배치되고, 상기 메인반응조(10)의 하부에 침전된 슬러지를 반송받아 원수와 혼합 교반하여 혐기 반응을 수행하고 메인반응조(10)로 배출되도록, 하부 일측에 혼합수를 메인반응조(10)로 배출하기 위한 유출관(24)이 구비된 보조반응조(20)와;
   상기 보조반응조(20)에 구비된 유출관(24)에 설치되어 혼합수의 유출을 단속하기 위한 유출제어밸브(26)와;
   처리 대상이 되는 원수를 상기 메인반응조(10)로 이송 공급하기 위한 원수유입관(30)과;
   상기 원수유입관(30)으로부터 분기 연결되어 상기 보조반응조(20)로 원수를 공급하기 위한 분기유입관(32)과;
   상기 원수유입관(30)과 분기유입관(32)이 교차하는 부분에 설치되어 원수를 원수유입관(30) 또는 분기유입관(32)으로 선택적으로 공급하도록 제어하기 위한 유입제어밸브(34)와;
   상기 메인반응조(10) 내부에 침전된 슬러지를 상기 보조반응조(20)로 반송하기 위한 반송라인(40)과;
   상기 반송라인(40)을 통하여 슬러지를 가압 이송하기 위한 반송펌프(42)와;
   상기 반송라인(40)을 단속하기 위한 반송제어밸브(44)와;
   전체 작동을 제어하는 제어부(50)를 포함하는 하수 처리 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어부(50)는 메인반응조(10)에 원수 유입후 일정 시간 경과후, 상기 반송제어밸브(44)를 개방함과 아울러 반송펌프(42)를 가동시켜 메인반응조(10)의 하부에 침전된 슬러지가 반송라인(40)을 통해 보조반응조(20)로 반송되도록 하고, 상기 유입제어밸브(34)를 제어하여 분기유입관(32)을 통해 보조반응조(20)로 원수가 유입되도록 하여 반송된 슬러지와 원수가 혼합되어 혐기반응이 일어나도록 제어하는 것을 특징으로 하는 하수 처리 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제어부(50)는 상기 보조반응조(20)에서 일정 시간 동안 혐기 반응 수행시 상기 데칸터(14)를 제어하여 메인반응조(10)에서 처리된 상등수가 외부로 배출되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 하수 처리 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제어부(50)는 상등수 배출후 유출제어밸브(26)를 개방하여 보조반응조(20)에서 생성된 혼합수가 메인반응조(10)로 유입되도록 하고, 메인반응조(10) 내부에 구비된 폭기장치(18)를 가동시켜 메인반응조(10)의 원수와 보조반응조(20)로부터 유입된 혼합수가 함께 폭기되도록 하며, 상기 반송제어밸브(44)를 개방하고 반송펌프(42)를 가동시켜 메인반응조(10) 내부에서 폭기된 혼합수가 반송라인(40)을 통해 다시 보조반응조(20)로 반송되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 하수 처리 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제어부(50)는 제어부(50)는 유입제어밸브(34)를 개방상태로 유지하고 반송제어밸브(44)를 폐쇄함과 동시에 반송펌프(42)의 작동을 정지시켜, 보조반응조(20) 내부의 혼합수가 전부 배출되어 메인반응조(10)로 유입되도록 하고, 반송라인(40)으로의 혼합수 반송이 중단되어, 메인반응조(10) 내부에서 일정 시간 동안 침전 공정이 수행되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 하수 처리 시스템.
6. 메인반응조(10)에 원수가 유입되는 단계와;
   메인반응조(10)에서 일정 시간 동안 침전 반응후 발생된 슬러지가 메인반응조(10)의 상부 일측에 구비된 보조반응조(20)로 반송되고, 보조반응조(20)에 원수가 유입되는 단계와;
   메인반응조(10)의 상등수가 외부로 배출되고, 보조반응조(20)에서는 교반이 수행되는 단계와;
   보조반응조(20)의 혼합수가 메인반응조(10)로 유입되고, 메인반응조(10)에서는 폭기가 수행되고 메인반응조(10)의 혼합수가 보조반응조(20)로 반송되는 단계와;
   보조반응조(20) 내부의 혼합수가 메인반응조(10)로 완전 배출되고, 메인반응조(10)에서는 침전공정이 시작되는 단계를 포함하는 하수 처리 방법.

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