KR100418420B1

KR100418420B1 - 하폐수 처리 시스템

Info

Publication number: KR100418420B1
Application number: KR10-2001-0056580A
Authority: KR
Inventors: 김경진
Original assignee: 김경진
Priority date: 2001-09-13
Filing date: 2001-09-13
Publication date: 2004-02-11
Also published as: KR20030023400A

Abstract

하폐수가 유입되며 미생물의 탈인을 유도하기 위한 혐기조와; 상기 혐기조로부터 유입된 수체를 혼합 교반하기 위한 제1교반수단과 수체에 용존산소를 공급하기 위한 폭기수단을 구비함으로써 미생물의 질산화, 탈질 및 인 과잉 섭취를 유도하며 순환 유로가 형성된 제2생물학적 반응조를 포함하여 처리수를 배출하기 위한 하폐수 처리 시스템에 있어서: 상기 혐기조(100)는, 수체를 저장하기 위한 제1벽체(101)와, 상기 제1벽체(101) 내부에서 하부가 개방된 통형상의 하방 격벽(112)과, 상기 하방 격벽(112)의 내부에서 외부로 수류가 형성되도록 수체를 혼합 교반하기 위한 원심류형 교반기(103)를 구비한다. 이에 따라, 소요 부지 면적이 축소되고 시설비와 유지 관리비가 절감될 수 있다.

Description

하폐수 처리 시스템{Sewage and wastewater treatment system}

본 발명은 하폐수의 처리 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 생물학적 반응조를 이용한 하폐수 처리 시스템에 관한 것이다.

하폐수 중의 오염물질에는 생물학적 산소 요구량(BOD)로 표시되는 유기물과 질소와 인과 같은 영양염류가 있다. 이러한 유기물과 영양염류를 처리하는 방법으로서 그 처리 방법에 따라 물리적, 화학적, 또는 생물학적 처리 방법이 있다.

생물학적 처리방법은 하폐수로부터 유기물 및 영양염류를 미생물의 대사 작용을 이용하여 제거하는 방법으로서 이에 대하여 설명하면 다음과 같다.

니트로소모너스 (Nitrosomonas)나 니트로벡터 (Nitrobactor) 등과 같은 질산화 미생물은 용존산소(DO)가 있는 호기성 조건에서 무기탄소를 영양원으로 섭취하여 오폐수에 함유된 암모니아성 질소 등을 아질산성 질소(NO2-N) 또는 질산성 질소(NO3-N)로 산화시시키고, 탈질 미생물(예컨데, Pseudomonas, Bacillus, Micrococcus 등)은 용존 산소가 없는 무산소 조건에서 유기성 탄소를 영양원으로 섭취하여 아질산성 질소나 질산성 질소 등을 전자 수용체로 이용하여 질소가스로환원(탈질 반응)시킨다. 이러한 과정에 따라 하폐수에 함유된 질소는 질소 가스 형태로 대기중에 방출됨으로써 제거된다.

그리고, 에시내토벡터(Acinetobacter)와 같은 탈인 미생물은 혐기조건에서 초산 등의 유기산을 체내에 흡수하면서 균체내의 인을 방출하며, 호기조건에서는 흡수된 유기산을 영양원으로 하여 균체내에 정상적으로 갖는 균체 건조 중량의 1-2%에 해당하는 인보다 더 많은 4-7%에 해당하는 인을 과잉 섭취한다. 인을 과잉 섭취하고 있는 인제거 미생물을 함유한 슬러지를 잉여 슬러지로서 외부로 배출하여 폐기함으로써 하폐수에 함유된 인이 제거된다.

이러한 미생물의 대사 작용을 이용하여 생물학적으로 유기물, 질소 및 인을 하폐수로부터 제거하기 위해서, 활성 슬러지라고 하는 미생물 덩어리를 가진 생물학적 반응조와, 슬러지와 상등수를 분리하기 위한 침전조를 필요로 한다.

그런데, 종래의 생물학적 하폐수 처리 시스템에 있어서는, 생물학적 반응조로서 다수의 혐기성조, 무산소조 및 호기성조 등을 별도 분리하여 일정 용량으로 고정 설치하고, 질산성 질소(NO3-N)의 탈질 반응을 위하여 메탄올을 전자 공여체로 공급하거나 하수 중의 유기물을 이용하기 위하여 질산화조의 반응액을 탈질 반응조로 내부 순환시켜야 하였다. 그러나, 반응조가 별도 분리하여 일정 용량으로 고정 설치되기 때문에 유입 수질 및 유입유량의 변화에 탄력적으로 대처할 수 없으며, 메탄올을 주입할 경우 약품 비용이 과다 소요되며, 유입 유기물을 이용하기 위한 내부 순환유량은 처리 유량의 2-4배 소요되어 펌프 시설비와 동력비 및 시설 관리비가 과다 소요되었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 생물학적 반응조에서 혐기 및 호기 조건이 반복되도록 반응조 내부에 공기를 간헐적으로 공급하는 간헐 폭기 방법 또는 유로 변경 방법이 제안되었으며, 그 대표적인 종래의 기술로서 바이오 데니포(Bio Denipho)공정 시스템, PID(Phased Isolation Ditch) 공정 시스템이 있다.

PID공법은, 덴마크의 크뢰어사가 개발한 것으로, 2개 이상의 반응조와 외장형 침전지를 조합하여 유로 변경 및 간헐 폭기법를 이용함으로써 하폐수로부터 생물학적으로 질소와 인을 제거하는 방식이다.

이러한 PID 공법에 사용되는 하폐수 처리 시스템에 의하면, 하폐수가 유입되며 인 방출을 유도하기 위한 4조의 제1반응기와, 2조 이상의 제2반응기와, 슬러지 수집장치가 구비된 외장형 침전지와, 외장형 침전지에서 농축된 슬러지를 제1반응기로 반송하기 위한 슬러지 반송 배관과 슬러지 반송펌프를 구비한다. 여기서, 제1반응기에는 각각 교반기를 구비하고 있으며 반송된 슬러지와 유입 하폐수를 혼합 교반함으로써 탈인을 유도하며, 2개의 제2반응기에서는 유로 변경 및 간헐 폭기에 따른 하폐수를 처리하는 구성을 가진다.

그러나, 이러한 하폐수 처리 시스템에 있어서도 그 시설 및 운전이 복잡하고 시설비와 동력비 및 유지 관리비가 과다하게 소요되며, 또한 국내 중소 규모 하폐수처리 시스템에 적용하기에는 무리가 있다.

특히, 국내 마을 단위 중소 규모 하폐수 처리장의 경우에는, 계절별, 월별 시간에 따라 유기물 부하와 유량변화가 심하고, 이러한 상황하에서 항상 일정한 유량과 부하만 주어지는 실험실이나 파일럿(pilot)실험에서 그 안전을 고려하여 설계상 평균 유량의 1.5배로 설계하여 시공하지만 실재적으로는 최대 부하가 2-3배 이상을 초과하는 것이 일반적이다. 더욱이, 기존의 생물학적 반응조는 주어진 조건(체류시간, 용적 등)이 변하지 않고 고정되어 있기 때문에, 중소 규모 하폐수 처리장 여건상 현장 관리자가 상주하지 않은 경우 특히 여름철이나 주말 등에 유량 변화가 집중되는 경우에는 이를 감당하기에는 역부족이다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 시설비와 유지 관리비를 절감할 수 있는 하폐수 처리 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명의 하폐수의 유량 변화나 충격 부하 등 외부 조건 변화에 적극적이고 능동적으로 대응할 수 있는 하폐수 처리장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 일실시예로서 하폐수 처리 시스템의 개략도이며,

도 2는 도 1의 하폐수 처리 장치에 사용될 수 있는 일예로서 회유식 반응조의 평면도이며,

도 3a와 도 3b는 도 1의 하폐수 처리 장치에 사용될 수 있는 일예로서 교반 수단의 라인헤더를 도시한 것으로, 도 3a는 라인헤더의 정면도이고 도 3b는 도 3a의 Ⅱ-Ⅱ선에 따라 도시한 라인헤더의 단면도이며,

도 4는 도 2의 I-I라인을 따라 침전조와 교반 수단의 개략적인 단면도이며,

도 5는 도 4의 A부분을 확대한 상등수 유출 장치의 단면도이며, 그리고

도 6은 본 발명에 따른 하폐수 처리 장치의 변형예로서, 외장형 침전지를 가지는 하폐수 처리 시스템의 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

100. 혐기조 103. 교반기

112. 원통형 하방 격벽 200, 400. 회유식 반응조

241. 수중 펌프 243. 라인헤더

260, 460. 침강조 268. 상향류형 유입 유로

267a. 슬러지 배출구 267b. 슬러지 반응조 반송관

267c. 슬러지 혐기조 반송관 300. 상등수 유출장치

310. 부유기 321. 나팔관

323. 하부관 340. 주름관

500. 외장형 침전조

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일측면에 따른 일실시예로서, 하폐수가 유입되며 미생물의 탈인을 유도하기 위한 제1생물학적 반응조와; 상기 제1생물학적 반응조로부터 유입된 수체를 혼합 교반하기 위한 제1교반수단과 수체에 용존산소를 공급하기 위한 폭기수단을 구비함으로써 미생물의 질산화, 탈질 및 인 과잉 섭취를 유도하며 순환 유로가 형성된 제2생물학적 반응조;를 포함하여 처리수를 배출하기 위한 하폐수 처리 시스템에 있어서:

상기 제1생물학적 반응조는, 수체를 저장하기 위한 제1벽체와, 상기 제1벽체 내부에서 하부가 개방된 통형상의 하방 격벽과, 상기 하방 격벽의 내부에서 외부로수류가 형성되도록 수체를 혼합 교반하기 위한 제2교반수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 하폐수 처리 시스템을 제공한다.

여기서, 상기 벽체 내면과, 상기 하방 격벽은 원통 형상이며,

상기 제2교반수단은, 상기 하방 격벽의 중앙 하부에 위치한 원심류형 교반기인 것이 바람직하다.

상기 제2생물학적 반응조는, 하부에 순환 수류가 흐를수 있도록 내장된 침강조를 구비하며, 상기 침강조는, 부유기와, 유입 수량의 변동에 따라 부유될 수 있도록 부유기와 연결되며 상등수 유입공이 형성된 제1관과, 상기 상등수 유입공을 통하여 유입된 상등수를 외부로 배출하기 위하여 상기 제1관과 연결된 제2관을 포함하는 상등수 유출장치를 구비하는 하폐수 처리 시스템을 제공한다.

여기서, 상기 제1관은, 상기 부유기가 부착되며 상기 상등수 유입공이 형성된 나팔관과, 상기 나팔관보다 비중이 큰 재질의 하부관으로 이루어진 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1관에는 측방 돌출부가 형성되며, 상기 제2관의 단부에는 상기 측방 돌출부의 이동을 안내하기 위한 가이드부와, 상기 측방 돌출부의 이동을 한정하기 위한 멈춤턱이 형성되는 것이 바람직하다.

나아가, 상기 상등수 유출 장치는, 상기 제1관과 상기 제2관 사이로 침강조의 수체가 유입되는 것을 방지하기 위한 주름관을 더 구비하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 주름관은, 전단 변형에 저항할 수 있도록 원형 또는 코일 형상의 심선이 배치된 방수포로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 제1교반수단은, 수중펌프와, 상기 수중 펌프로부터 압송된 수체를 순환 유로를 따라 분출하기 위하여 다수개의 압송수 유출구가 형성된 라인헤더와, 상기 수중 펌프와 상기 라인헤더를 연결하는 압송수관을 포함한다.

여기서, 상기 압송수관은 수면으로 연장되어 배치되며, 압송수의 유속을 제어하기 위한 압력계와 압송수 제어 밸브를 구비할 수 있다.

그리고, 상기 라인 헤더는, 순환 유로의 폭방향으로 소정 길이 연장된 원통 형상의 챔버로서 상기 제2생물학적 반응조 하부에 배치되는 것이 바람직하다.

나아가, 상기 압송수 유출구는, 수류의 흐름 방향에서 하향 경사진 관통공인 것이 바람직하다.

상기 침강조는, 상향류형 유입 유로가 형성될 수 있는 벽체를 구비하는 것이 바람직하며, 침강된 슬러지를 상기 제2생물학적 반응조 내부로 반송하기 위한 제1슬러지 반송관과, 상기 제1슬러지 반송관을 통과하는 슬러지의 일부가 상기 제1생물학적 반응조로 반송될 수 있도록 상기 제1슬러지 반송관의 중간부에서 분기한 제2슬러지 반송관을 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 다른 변형예로서, 외장형 침전지를 더 구비하며, 상기 침강조의 하부에는 침강된 슬러지가 상기 제2생물학적 반응조 내부로 반송될 수 있는 슬러지 배출구가 형성되며, 상기 제2관은 상기 외장형 침전지로 상등수가 배출될 수 있도록 연결된 것을 특징으로 하는 하폐수 처리 시스템을 제공한다.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 하폐수 처리 시스템을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 일실시예로서 하폐수 처리 시스템의 장치를 개략적으로 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 일예로서 하폐수 처리 시스템은, 하폐수가 유입되며 혐기 조건에서 탈인 미생물의 인(P) 방출을 유도하기 위하여 하나의 혐기조(100)와, 상기 혐기조(100)로부터 유입된 수체에서 유기물 제거와 질산화, 탈질 및 인의 과잉 섭취가 일어날 수 있는 생물학적 반응조로서 하나의 회유식 반응조(200)를 구비한다. 여기서, 도시된 회유식 반응조(200)는 설명 및 이해의 편의를 위하여 반응조(200) 내부의 처리 단계별로 배치되는 구성 단위들을 측단면 상태에서 전개하여 도시한 것으로 그 자세한 설명은 도 2를 참조하여 설명하기로 한다. 그리고, 상기 혐기조(100)와 회유식 반응조(200)는 각각 생물학적 반응조의 일예를 도시한 것이며, 반응조의 수체는 탈인, 탈질 또는 질산화 미생물 등을 함유한 슬러지와 하폐수가 혼합된 고형물 현탁액을 의미한다.

상기 혐기조(100)는, 유입된 하폐수와 후술하는 반송 슬러지가 혼합된 현탁액 즉, 수체를 저장하기 위한 벽체(101)와, 상기 벽체 내부에서 하부가 개방된 격실(110)과, 상기 격실 내부에서 외부로 수류(105)가 형성되도록 수체를 혼합 교반하기 위한 교반 수단을 구비한다.

상기 격실(110)은, 일예로서 하부가 개방된 통, 바람직하게는 원통 형상의 하방 격벽일 수 있으며, 상기 교반 수단은 하방 격벽(112)의 중앙 하부에 위치한 원심류형 교반기(103)인 것이 바람직하다.

여기서, 미설명된 참조부호 "102"는 원심류형 교반기(103)를 구동하기 위한구동 모터를 도시한 것이며, 참조부호 "20"은 격실(110)의 안과 밖으로 외부의 하폐수를 유입하기 위한 유입 배관을 도시한 것이며, 참조부호 "31"과 "32"는 격실(110)안으로 침강조(250)에서 농축된 슬러지가 반송될 수 있도록 연결된 반송펌프와 반송배관을 도시한 것이다.

이러한 혐기조(100)의 구성에 따라, 반송 배관(32)과 유입배관(20)을 통하여 격실(110)내로 유입된 하폐수와 반송 슬러지는 교반기(103)에 의하여 혼합 교반됨과 동시에, 반송 슬러지내에 함유된 인 방출 저해 물질인 NO2 또는 NO3의 결합산소가 슬러지 중의 탈질 미생물에 의하여 격실(110)내에서 완벽히 제거된다. 그리고, 격실(110)내의 수체는 격실(110) 중앙 하부 저면부에 위치한 원심류형 교반기(103)에 의하여 원통형의 하방 격벽(112)의 개방부를 통하여 원활하게 혐기조(100)내의 격실(110) 밖으로 유동(화살표 105 참조)하게 된다. 격실(110) 밖으로 이동된 수체는 인방출 저해 물질 즉, NO2나 NO3의 결합산소가 이미 제거된 상태하에 있으므로, 혐기조(100)내 격실(100) 밖에서 수체에 함유된 탈인 미생물의 인 방출이 효과적으로 이루어질 수 있게 된다. 인 방출된 탈인 미생물을 포함하는 수체는 혐기조(100)의 유출구(122) 및 유출 배관(120)을 통하여 회유식 반응조(200)로 공급된다. 이에 따라, 혐기조(100) 내 격실(110)밖에서 인 방출된 탈인 미생물은 회유식 반응조(200)로 유입되고 후술하는 폭기수단(250)의 폭기에 따른 호기조건하에서 탈인 미생물의 인 초과 섭취를 촉진하고 하폐수로부터 인제거를 용이해 진다.

이와 같이, 하나의 생물학적 반응조 즉, 혐기조(100) 내에 간단히 일체화한 하나의 원통형 하방 격벽(120)으로 이루어진 격실과 그 하부에 원심류형교반기(103)를 구비함으로써, 효과적으로 탈인 미생물의 인 방출이 가능토록 하여 후 공정 즉, 회유식 반응조의 호기조건에 따른 인초과 섭취와 인 제거를 촉진함과 동시에, 기존 시스템보다 간단하고 경제적이면서 컴팩트한 하폐수 처리 시스템을 제공할 수 있게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 하폐수 처리 장치에 사용될 수 있는 일예로서 장방형의 회유식 반응조의 평면상태를 개략적으로 도시한 것이며, 도 3a와 도 3b는 교반수단으로서 라인헤더의 정면도와 단면도를 도시한 것이며, 도 4은 도 2의 I-I라인을 따라 침강조와 교반 수단의 개략적인 단면 상태를 도시한 것이며, 그리고 도 5는 도 4의 A부분을 확대한 것으로 상등수 유출 장치의 단면 상태를 도시한 것이다.

도 1과 도 2를 참조하면, 회유식 반응조(200)는, 혐기조(100)로부터 유입된 수체를 혼합 교반하기 위한 교반수단(240,270)과, 수체에 산소를 공급하기 위한 폭기수단(250)과, 하부에 순환 수류가 흐를 수 있도록 내장된 침강조(260)를 구비한다.

회유식 반응조(200)의 내부에는 유입된 수체가 순환될 수 있도록 일예로서 타원형의 순환유로가 형성된다.

폭기 수단(250)은, 간헐 폭기법 등에 의하여 반응조(200) 내에 산소를 공급하거나 또는 중단함으로써, 반응조(200) 내부 상태를 호기성 또는 무산소 조건 등으로 하여 미생물의 질산화와 인과잉 흡수, 유기물 분해 또는 탈질에 기여하기 위한 것으로, 예컨데, 송풍기(51)와, 공기공급배관(52)과, 산기관(251)을 포함한다.

상기 교반수단(240,270)은 수체의 혼합 교반 및 원활한 순환 수류 형성을 위하여 일예로서 중앙 격벽(210)을 사이에 두고 양측으로 2개가 배치된 상태를 도시하고 있으며, 반응조(200) 저면부에서 수체를 흡입 압송하기 위한 수중 펌프(241)와, 수중 펌프(241)로부터 압송된 수체를 반응조(200)의 저면부에서 순환 유로를 따라 분출하기 위하여 다수개의 압송수 유출구(243b:도 3a, 도 3b 참조)가 형성된 라인 헤더(243)와, 수중 펌프(241)와 라인헤더(243)를 연결하는 압송수관(245)을 포함한다. 여기서, 압송수관(245)은, 반응조(200) 수면 상부로 연장되어 배관되며, 수면 상부의 배관 부위에 압송수의 유속을 제어하기 위한 압력계(247)와 압송수 제어 밸브(249)를 구비하는 것이 바람직하며, 이 경우 관리자는 수중 펌프(241)에 의하여 압송되는 압송수의 유속을 확인하고 수동으로 압송수 제어 밸브(249)를 조작할 수 있게 되는 이점이 있다.

도 3a와 도 3b를 참조하면, 라인헤더(243)는, 소정 길이 연장된 원통 형상의 챔버로서 압송수 유입구(243a)와 압송수 유출구(243b)를 가지며, 반응조(200)의 순환 유로의 폭방향 즉, 중앙 격벽(210)과 내벽(220) 사이에서 압송수 유입구(243a)를 통하여 공급된 압송수가 챔버 내 공간에서 일시 저장된 후 압송수 유출구(243b)를 통하여 반응조(200) 하부로 분출된다.

압송수 유출구(243b)는, 압송수가 균등 배출될 수 있도록 그 형상을 다양하게 할 수 있으나, 그 일예로서 다수개의 슬릿형 개구가 반응조(200) 폭방향에서 소정 간격 이격되어 형성되는 것이 안정적인 순환 수류 확보에 바람직하며, 각각의 압송수 유출구(243b)는 챔버내 압송수가 수류 방향에서 하향 경사(예컨데 45°)져 분출될 수 있는 관통공으로 형성하는 것이 슬러지 현탁에 바람직하다.

이러한 교반수단(240,270)의 구성에 따라, 반응조(200) 저면부에 위치한 수중펌프(241)에 의하여 반응조(200) 저면부의 수체가 흡입되어 끌어 올려지고 다시 반응조 저면부에 위치한 라인 헤더(243)의 압송수 유출구(243b)를 통해 반응조(200) 저면부에서 하향 경사되어 분출됨으로써 슬러지가 반응조(200) 바닥에 침전되지 않고 수중에 효과적으로 현탁될 수 있으며, 중앙 격벽(210)과 반응조 내벽(220) 사이에서 폭방향으로 배치된 라인헤더(243)의 압송수 유출구(243b) 또는 다수개의 슬릿형 개구를 통하여 분출됨에 따라 수체는 회유식 반응조(200)의 순환유로를 따라 일정한 순환 수류를 형성된다. 그리고, 라인 헤더(243)가 바닥에 근접하여 설치되어 있으므로 반응조(200) 바닥에서의 수체의 유속은 상대적으로 크게 되지만 수면 가까이에서의 수체의 유속은 상대적으로 작게 되어 상층과 하층의 심한 교반이 이루어지지 않아 대기중 산소가 녹아 들어가는 것을 최소화시키는 있는 이점이 있다. 또한, 일반 수중모터와 간단한 배관 작업을 이용하여 효율적이고 보다 경제적인 하폐수 처리 시스템을 제공할 수 있다. 더욱이, 반응조 내에서 순환 유로가 급변 하는 부분, 예컨데 도 2를 참조하면 중앙 격벽(210) 양단부에서는 수류 영향으로 슬러지가 침적, 부패하고 악취 발생 및 처리효율을 감소시키는 데드 스페이스(dead space)가 발생하는데, 본 발명에 따른 라인 헤더(243)에 따라 이러한 데드 스페이스에서의 침적 현상이 감소될 수 있다. 여기서, 미설명된 참조 부호 "230"은 곡면부(221)에서의 수류의 불균일 유속 분포를 줄이기 위한 가이드격벽을 도시한 것이며, 이러한 가이드 격벽을 곡면부(221)에 배치하면 라인헤더(243)와 함께 보다 효과적으로 데드 스페이에서의 침적 현상을 감소시킬 수 있다.

도 2와 도 4를 참조하면, 침강조(260)는, 그 내부로 반응조(200)의 수체가 유입될 수 있도록 상향류형 유입유로(268)를 형성하는 벽체(261,265)와, 그 내부에서 슬러지와 상등수가 침강 분리될 수 있도록 공간을 형성하는 벽체(261,262,264)와, 상등수를 외부로 배출하기 위한 상등수 유출장치(300)를 구비한다.

상기 상향류형 유입유로(268)는, 예컨데 침강조 전벽(261)과 침강조 전벽(261)으로부터 소정 간격 이격되어 하부가 개방된 하방 격벽(265)에 의하여 형성될 수 있으며, 이 때 침강조의 전벽(261)과 하방 격벽(265)은 반응조(200)의 중앙 격벽(210)과 내벽(220)에 고정 설치될 수 있다.

이러한 하방격벽에 의하여 침강조(250) 내부로 유입되는 수류의 유속은 감소되고, 반응조(200)의 와동이 침강조 내부로 전파되는 것이 차단되어질 수 있게 되어 침강조(250)에서의 침강 효율이 향상되는 이점이 있다.

침강조의 내부 공간은, 침강조 전벽(261)과, 침강조 전벽(261)에서 소정 간격 이격되어 배치된 침강조 후벽(262)과, 침강조 전벽(261) 및 침강조 후벽(262)의 하단에서 소정 각도 경사져 연장된 슬러지 호퍼(264)에 의하여 형성된다. 여기서, 침강조(260)의 내부에는 침강조의 체적을 최소화하고 침강 효율을 향상시키기 위하여 경사판(263)을 설치할 수도 있다.

슬러지 호퍼(264)는 깔대기 또는 역삼각뿔 형상을 가지며, 그 하부에는 침강된 슬러지가 용이하게 반응조 내부로 배출 및 반송될 수 있도록 슬러지 배출구(267a)가 형성된다. 슬러지 배출구(267a)는 상대적으로 큰 배출면적을 가지고 슬러지 호퍼(264)의 하부가 개방되도록 하며, 이에 따라 침강조(260)내에 침강된 슬러지가 반응조(200)내로 용이하게 반송될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상술된 침강조(260)는 도 6에 도시된 바와 같이 외장형 침전조를 구비한 하폐수 처리 시스템에도 사용될 수 있으며 이에 대하여는 도 6을 참조하여 후술하기로 하며, 도 2와 도 4에 도시된 침강조에 있어서 내장형 침전조로 이용될 수 있음을 설명하기로 한다.

침강조(260)의 슬러지 배출구(267a)는 침강 농축된 슬러지가 혐기조(100)로 반송될 수 있도록 슬러지 반송 배관(32)과 연결된다.

이때, 농축된 슬러지는 혐기조(100)로 반송 또는 잉여 슬러지로서 배출시킴과 동시에 침강된 슬러지는 신속하게 회유식 반응조(200)내로 배출될 수 있도록 하기 위하여, 상기 슬러지 배출구(267a)부에는 수류 방향으로 경사진 슬러지 반응조 반송관(267b)과, 상기 슬러지 반응조 반송관(267b)을 통과하는 슬러지의 일부가 혐기조(100)로 반송될 수 있도록 슬러지 반응조 반송관(267b)의 중간부에서 분기한 슬러지 혐기조 반송관(267c)을 구비하는 것이 바람직하다. 여기서, 슬러지 혐기조반송관(267c)은 혐기조(100)의 격실(112)내부로 슬러지를 반송하기 위한 슬러지 반송배관(32)과 연결된다.

이러한 침강조(260)의 구성에 따라, 상향류형 유입유로(267)를 통하여 유입된 수체는 침강조(260) 내부에서 중력 침강하거나 또는 경사판(263)에의 침적 및 할강되어 슬러지 호퍼(264)로 낙하하게 된다. 낙하하여 농축된 슬러지는 슬러지 배출구와 슬러지 반송관(267b,267c)에 의하여 슬러지가 보다 신속하고 용이하게 반응조(200)내로 배출 및 반송될 수 있기 때문에, 회유식 반응조(200)내의 슬러지 반송효율이 향상됨으로써 슬러지 축적에 따른 슬러지 라이징(rising)과 같은 문제가 없어지며, 침강조(260)에서 농축 슬러지의 체류시간도 짧게 되므로 반응조(200) 내의 상태 즉, 호기성 조건, 무산소 또는 혐기 조건 등에 보다 빨리 적응할 수 있게 되며, 하폐수 처리장으로 유입되는 수류의 유입 조건 변화에도 보다 빨리 대응할 수 있게 된다.

그리고, 수체로부터 슬러지가 침강 처리된 상등수는 침강조 후벽(262)에 인접된 상등수 유출 장치(300)를 통하여 외부로 배출된다.

도 5를 참조하면, 상등수 유출장치(300)는, 부유기(310)와, 유입수량의 변동에 따라 유동하여 부유될 수 있도록 상기 부유기(310)가 외주부에 부착되며 상등수가 유입되어 외부로 배출될 수 있도록 상등수 유입공(321a)이 형성된 제1관(320)과, 상기 상등수 유입공(321a)을 통하여 유입된 상등수를 외부로 배출하기 위하여 상기 제1관(320)과 연결된 제2관(330)과, 상기 제1관(320)과 상기 제2관(330) 사이에서 침강조(260)의 수체가 유입되는 것을 방지하기 위한 주름관(340)을 구비한다.

상기 제1관(320)은, 플라스틱, PP 또는 PE등의 재질의 나팔관(321)과, 상기 나팔관(321)의 하단에 부착된 금속 재질의 하부관(323)으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이에 따라, 부유기(310)의 부력과, 나팔관(321)과 하부관(323)의 비중차에 의하여 제1관(320)은 침전조의 수위 변동에 보다 민감하게 대응할 수 있게 된다. 여기서, 부유기(310)는 충분한 부력을 가지고 나팔관(321)의 상단 외주부에 부착 고정되도록 하며, 상등수 유입공(321a)은 상등수가 균일하게 유출될 수 있도록 수면에 인접된 나팔관(321)의 원주부를 따라 균등하게 이격된 슬릿 형상의 다수개 관통공으로 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제1관(320)의 하부관(323)에는 측방 돌출부(323a)가 형성되며, 상기 제2관(330)의 단부에는 상기 측방 돌출부(323a)의 이동을 안내하기 위한 가이드부(330a)와, 상기 측방 돌출부의 이동을 한정하기 위한 멈춤턱(330b,330c)이 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 제2관(330)은 침강조 후벽(262)에 고정 설치된다.

주름관(340)은 타이 또는 클램프(350) 등에 의하여 일단이 하부관(323)에 부착되고 타단이 제2관(330)에 부착된다. 이러한 주름관(340)은 원형으로 주름진 방수포를 겹친 것일 수 있으며, 상기 방수포에는 수압에 따른 전단 변형을 피하기 위하여 원형 또는 코일 형상의 철심(341)을 배치하는 것이 바람직하다.

이와 같은 상등수 유출 장치(300)를 구비한 회유식 반응조(200)에 의하여, 수체로부터 슬러지가 분리된 상등수는 상등수 유입공(321a)을 통하여 균일하게 외부로 배출될 수 있으며, 비록 유입 수량 및 수위가 변동되더라도 제1관(320)은 수위 변동에 신속하게 대응하여 유동함으로써 수면에 인접한 상등수만을 일정하게 외부로 배출할 수 있다. 따라서, 회유식 반응조(200)에서 유입되는 하폐수의 증감이 있는 경우에도 일정량의 상등수만을 외부로 배출하면서 하폐수를 반응조(200)내의 미생물에 따라 효과적으로 처리하여 방류할 수 있게 된다.

예컨데, 유입 유량이 평균유량(Q)으로 들어오고 이때의 회유식 반응조(200)의 설계 체류 시간을 12시간이라 하면, 이때의 유출량 역시 Q가 되며, 유량이 늘어나 유입 유량이 2Q로 유입될 때에도 상등수 처리장치(300)에 의하여 유량 증가에무관하게 일정하게 Q로 유출되고 유입 유량 중 초과분 Q는 회유식 반응조(200)의 수위를 상승시키게 된다. 따라서 반응조(200)의 체류 시간은 유입 유량이 2배로 늘었음에도 불구하고 12시간으로 일정하게 유지되어 충분한 반응시간이 확보될 수 있다. 이때 유입 유량 증가에 따른 미생물 현탁액 농도는 도 4를 참조하여 설명된 바와 같이 침전 슬러지가 중력 침강에 의해 반응조(200)내부로 신속하게 반송됨으로써 슬러지 농도 감소가 최소화되어 유입유량의 증가에도 불구하고 하폐수 처리는 원활이 이루어질 수 있게 된다.

또한, 회유식 반응조(200)는 유량 변화가 있는 경우에도 면적보다는 깊이에 의한 용량 증가로서 보다 탄력적으로 대응할 수 있으므로 완충 작용을 위한 유량 조정조 용적이 줄어들 수 있으므로 전체적인 하폐수 처리 시스템은 보다 컴팩트해진다.

이상 본 발명은 도 1 내지 도 5를 참조하여 침강조 또는 내장형 침전조를 구비한 회유식 반응조와 이를 구비한 하폐수 처리 시스템을 일예로서 설명하고 있으나, 본 발명에 따른 회유식 반응조는 외장형 침전조를 구비한 하폐수 장치에도 사용될 수도 있다.

즉, 반응조는 수리학적 체류시간에 의하여 결정되는 적정 소요 체적을 필요로 하고, 침전지는 수면적 부하율에 의하여 최소 수면적이 확보되어야 하기 때문에, 내장형 침전조를 구비하는 경우에는 침전조에 의하여 반응조 용량이 잠식되게 된다. 이러한 반응조 용량 잠식을 최소화하기 위하여 유입 유량의 변동에 대응할 수 있는 최소 수면 단면적을 가진 침강조를 반응조 내에 설치하고, 반응조 외부에별도의 외장형 침전지를 설치하여 상등수를 외부로 배출토록 할 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 하폐수 처리 장치의 변형예로서, 외장형 침전지를 가지는 하폐수 처리 시스템을 도시한 것이다. 여기서, 앞서 도시된 참조 부호와 동일한 부호는 동일한 기능을 가지는 동일한 부재를 의미한다.

도 6을 참조하면, 반응조(400) 내의 슬러지 반송은 침강조(460)의 슬러지 호퍼(264) 하부에 수류 방향으로 형성된 슬러지 반응조 반송관(267b)을 통하여 반송되며, 혐기조(100) 등으로 반송되는 슬러지는 침전조(500)에서 고액 분리된 슬러지를 반송펌프(31)와 반송 배관(32)을 통하여 반송된다. 여기서, 외장형 침전조(500)는 원형 침전조 등과 같이 본 기술분야에서 용이하게 입수 할 수 것이면 제한없이 사용될 수 있는 것이며 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.

이와 같은 내장형 침강조와 외장형 침전조를 함께 사용하는 경우, 도 4와 도 5를 참조하여 설명된 바와 같이 회유식 반응조(400) 내부에서 하폐수의 유입 조건의 변화에 대하여 적극적으로 대응할 수 있을 뿐만 아니라, 수체로부터 고액 분리되는 상등수가 양분되기 때문에 회유식 반응조(400)의 외부에 설치되는 외장형 침전조(500) 용량이 상대적으로 줄어들 수 있게 된다. 예컨데, 회유식 반응조(400)내 미생물 농도를 5000mg/L로 유지시키고 내장형 침강지(460)에서 50%인 2500mg/L를 중력 침강시켜 다시 회유식 반응조(400)내로 반송시키면 외부 침전조(500)의 슬러지 부하는 50%로 감소되어 보다 컴팩트한 외장형 침전조(500)를 구성할 수 있게 되며, 이에 따라 내장형 침강조(460)는 미생물 현탁액의 농도를 절반 정도로만 유지할 수 있는 정도의 체류시간이면 족하게 되어 회유식 반응조(400)내 내장형침강조(460)가 차지하는 부피도 줄어들 수 있게 된다.

본 발명에 따른 하폐수 처리 장치에 의하면, 하나의 생물학적 반응조 즉, 혐기조 내 일체화한 하나의 원통형 하방 격벽 또는 유입 조건 변화에 대한 완충 작용을 하는 회유식 반응조 등을 구비함으로써 보다 컴팩트하고 경제적인 하폐수 처리 시스템을 제공하며, 특히 마을 단위 중소 규모 하폐수 처리장에 효율적으로 사용될 수 있다.

Claims

하폐수가 유입되며 미생물의 탈인을 유도하기 위한 제1생물학적 반응조와; 상기 제1생물학적 반응조로부터 유입된 수체를 혼합 교반하기 위한 제1교반수단과 수체에 용존산소를 공급하기 위한 폭기수단을 구비함으로써 미생물의 질산화, 탈질 및 인 과잉 섭취를 유도하며 순환 유로가 형성된 제2생물학적 반응조;를 포함하여 처리수를 배출하기 위한 하폐수 처리 시스템에 있어서:

상기 제1생물학적 반응조는, 수체를 저장하기 위한 제1벽체와, 상기 제1벽체 내부에서 하부가 개방된 통형상의 하방 격벽과, 상기 하방 격벽의 내부에서 외부로 수류가 형성되도록 수체를 혼합 교반하기 위한 제2교반수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 하폐수 처리 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 벽체 내면과, 상기 하방 격벽은 원통 형상이며,

상기 제2교반수단은, 상기 하방 격벽의 중앙 하부에 위치한 원심류형 교반기인 것을 특징으로 하는 하폐수 처리 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 제2생물학적 반응조는; 하부에 순환 수류가 흐를 수 있도록 내장된 침강조를 구비하며,

상기 침강조는; 부유기와, 유입수량의 변동에 따라 부유될 수 있도록 상기 부유기와 연결되며 상등수 유입공이 형성된 제1관과, 상기 상등수 유입공을 통하여 유입된 상등수를 외부로 배출하기 위하여 상기 제1관과 연결된 제2관을 포함하는 상등수 유출장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 하폐수 처리 시스템.
제 3 항에 있어서,

상기 제1관은;

상기 부유기가 부착되며 상기 상등수 유입공이 형성된 나팔관과, 상기 나팔관의 하단에 부착되며 상기 나팔관보다 비중이 큰 재질의 하부관으로 이루어진 것을 특징으로 하는 하폐수 처리 시스템.
제 3 항에 있어서,

상기 제1관에는 측방 돌출부가 형성되며,

상기 제2관의 단부에는 상기 측방 돌출부의 이동을 안내하기 위한 가이드부와, 상기 측방 돌출부의 이동을 한정하기 위한 멈춤턱이 형성된 것을 특징으로 하는 하폐수 처리 시스템.
제 3 항에 있어서,

상기 상등수 유출 장치는,

상기 제1관과 상기 제2관 사이로 침강조의 수체가 유입되는 것을 방지하기위한 주름관을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 하폐수 처리 시스템.
제 6 항에 있어서,

상기 주름관은, 전단 변형에 저항할 수 있도록 원형 또는 코일 형상의 심선이 배치된 방수포로 이루어진 것을 특징으로 하는 하폐수 처리 시스템.
제 3 항에 있어서,

상기 제1교반수단은,

수중펌프와, 상기 수중 펌프로부터 압송된 수체를 순환 유로를 따라 분출하기 위하여 다수개의 압송수 유출구가 형성된 라인헤더와, 상기 수중 펌프와 상기 라인헤더를 연결하는 압송수관을 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수 처리 시스템.
제8항에 있어서,

상기 압송수관은 수면으로 연장되어 배치되며, 압송수의 유속을 제어하기 위하여 압력계와 압송수 제어 밸브를 구비한 것을 특징으로 하는 하폐수 처리 시스템.
제8항에 있어서,

상기 라인 헤더는, 순환 유로의 폭방향으로 소정 길이 연장된 원통 형상의챔버로서 상기 제2생물학적 반응조 하부에 배치되는 것을 특징으로 하는 하폐수 처리 시스템.
제10항에 있어서,

상기 압송수 유출구는, 수류의 흐름 방향에서 하향 경사진 관통공인 것을 특징으로 하는 하폐수 처리 시스템.
제3항에 있어서,

상기 침강조는, 상향류형 유입 유로가 형성될 수 있는 벽체를 구비하는 것을 특징으로 하는 하폐수처리 시스템.
제 3 항 내지 제 12 항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 침강조는, 침강된 슬러지를 상기 제2생물학적 반응조 내부로 반송하기 위한 제1슬러지 반송관과, 상기 제1슬러지 반송관을 통과하는 슬러지의 일부가 상기 제1생물학적 반응조로 반송될 수 있도록 상기 제1슬러지 반송관의 중간부에서 분기한 제2슬러지 반송관을 구비하는 것을 특징으로 하는 하폐수 처리 시스템.
제 3 항 내지 제 12 항 중의 어느 하나의 항에 있어서,

외장형 침전지를 더 구비하며,

상기 침강조의 하부에는 침강된 슬러지가 상기 제2생물학적 반응조 내부로반송될 수 있는 슬러지 배출구가 형성되며,

상기 제2관은 상기 외장형 침전지로 상등수가 배출될 수 있도록 연결된 것을 특징으로 하는 하폐수 처리 시스템.