KR101999329B1

KR101999329B1 - 하폐수 처리공정의 슬러지 농축 및 탈수 시스템 및 이의 성능유지관리 방법

Info

Publication number: KR101999329B1
Application number: KR1020170056977A
Authority: KR
Inventors: 김지훈
Original assignee: 인워터솔루션 주식회사
Priority date: 2017-05-04
Filing date: 2017-05-04
Publication date: 2019-10-01
Anticipated expiration: 2036-04-11
Also published as: KR20170116592A

Abstract

본 발명은 하폐수 처리공정에서 발생하는 슬러지를 보다 효과적으로 안정화시키며 농축 및 탈수하여 처리할 수 있는 하폐수 처리공정의 슬러지 농축 및 탈수 시스템 및 이의 성능 유지관리 방법에 관한 것이다.

Description

하폐수 처리공정의 슬러지 농축 및 탈수 시스템 및 이의 성능유지관리 방법{sludge concentrating and dehydrating system in Wastewater treatment process and and method of maintaining performance the same}

본 발명은 하폐수 처리 분야에 관한 것으로, 상세하게는 하폐수 처리공정에서 발생하는 슬러지를 보다 효과적으로 안정화시키며 농축 및 탈수하여 처리할 수 있는 하폐수 처리공정의 슬러지 농축 및 탈수 시스템 및 이의 성능 유지관리 방법에 관한 것이다.

하폐수를 처리 없이 그대로 방류할 경우 하천 또는 해양 생태계를 파괴하거나 인간 건강에 해를 끼칠 수 있는바, 방류 전 다양한 처리 공정을 거쳐 하폐수로부터 슬러지가 분리되어 별도 관리되고, 수계의 위생을 악화시키지 않는 적절한 수질 기준에 부합하는 처리수만이 하천이나 해양에 방류된다.

하폐수의 처리 공정을 단위 공정별로 살펴보면, 스크리닝, 부상, 여과, 침전 당의 물리적 처리와, 중화, 산화, 환원, 응집, 이온교환 등의 화학적 처리와, 호기성처리 또는 혐기성처리 등의 생물학적 처리로 구분될 수 있다.

이러한 단위 공정이 연결되어 전체의 하폐수 처리공정을 구성하는데, 도 1은 일반적 하폐수 처리공정을 도시한다.

유입수로서 유입된 하폐수는 침사지(grit chamber)(미도시)에서 모래 또는 자갈 등이 침전 제거된 이후 1차 침전조(20)로 유입된다.

1차 침전조(primary sedimentation tank)(20)에서는 폐수 내의 침전 가능한 고형물 입자(SS, suspended solid)가 침전 제거되며, 이와 함께 유기물(BOD, biochemical oxygen demand)도 함께 제거된다. 즉, BOD와 SS가 함께 제거되는 공정이다.

분리된 슬러지는 1차 슬러지로서 별도로 배출되거나 후술하는 농축부(50)로 유입된다. 슬러지가 분리된 유입수는 반응조(10)로 유입되어 생물학적 처리가 이루어진다.

반응조(10)에는 이와 연결된 컴프레셔(15) 등의 공기공급수단이 구비되어, 1차 침전조(20)에서 제거되지 않은 유기물질이 반응조(10) 내 미생물의 대사활동과정에서 에너지원과 세포로 합성되어 플럭(floc)을 형성한다.

반응조(10)에서 처리된 유입수는 2차 침전조(secondary sedimentation tank)(30)로 유입된다. 2차 침전조(30)에서는 플럭을 침전시켜 고액분리함으로써 처리수를 공정상단으로 배출하고, 2차 슬러지는 이와 연결된 농축부(50)로 반출된다.

농축부(50)에는 분리된 슬러지들이 유입되어 수 시간(예를 들어, 8~20시간) 동안 정치됨으로써 중력침강에 의하여 고액 분리되고, 상등수를 빼어낼 경우 슬러지의 농도가 높아지며 농축된다.

농축된 슬러지는 탈수기(70)로 이송된다. 탈수기(70)는, 농축된 슬러지를 진공여과기, 필터프레스, 벨트프레스 등 다양하게 구성될 수 있어서 이를 통하여 슬러지는 부피가 감소되어 외부로 반출되며, 이 과정에서 생성된 탈리액은 반류수는 공정 상단으로 이송된다.

탈수기(70)에는 탈수 효율 상승을 위한 응집제 등의 약품이 공급되는 약품 공급부(75)가 구비될 수도 있다.

여기서, 탈수기(70)의 탈수 작동시 동력이나 약품 등의 많은 자원이 필요하기에, 효율을 상승시키고자 하는 요구가 있으며, 이에 따라 현재 운용 중인 대부분의 하폐수 처리공정에서 탈수기(70)는 하루 약 8시간 정도만 운용되는 실정이다.

다시 말해, 현재의 하폐수 처리공정에서는, 하폐수는 24시간 연속적으로 생성되어 하폐수 처리공정으로 유입되기에 농축부(50)의 수용 용량을 탈수기(70)의 처리 용량보다 약 3배 정도를 수용할 수 있도록 설정하고, 탈수기(70)는 하루 약 8시간 정도만 가동되는 것이다.

즉, 농축부(50) 측면에서는, 탈수기(70)가 가동되는 하루 약 8시간 정도는 농축부(50)에서 밸브(V)를 개방하고 펌프(P)를 작동시켜 농축된 슬러지를 탈수기(70)로 이송시키고, 탈수기(70)가 가동되지 않는 하루 약 16시간 정도는 밸브(V)를 폐쇄시키고 펌프(P)를 중지시켜서 2차 침전조(30)로부터 유입되는 슬러지를 계속 저류시키기만 하는 실정이다.

한편, 이와 관련하여 특허문헌 1 내지 4에는 슬러지의 퇴비화를 위한 장치 내지 방법들이 개시되어 있으나, 이들도 배출된 슬러지의 효율적인 발효를 위한 장치 내지 방법이 제시되어 있을 뿐 하폐수 처리공정에 발생하는 슬러지를 추가적인 설비를 통하여 재이용 할 수밖에 없다는 문제를 여전히 안고 있다.

2015-0085494 A 2013-0010952 A 2012-0105628 A 2007-0047893 A

이에, 본 발명은 상기한 종래의 문제점에 착안하여 이를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 하폐수 처리공정 내의 슬러지가 농축되며 퇴비 등의 재이용이 가능한 상태가 되어 배출될 수 있고, 탈수기가 가동하지 않는 동안 농축부가 단순히 슬러지를 저류하기만 하는 것이 아니라, 별도의 작동이 이루어져서, 슬러지 자산화가 가능하도록 하여 외부로 반출되는 슬러지의 양을 감소시키고, 슬러지의 악취를 저감시키며, 탈수 효율을 상승시키고, 탈수 과정에 포함되는 약품의 양을 감소시킬 수 있는 신규한 하폐수 처리공정의 슬러지 농축 및 탈수 시스템 및 이의 성능유지관리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

유입된 하수에 포함된 부유물질이 1차 슬러지로 침전되는 1차 침전조(200), 상기 1차 침전조(200) 내의 유입수가 수용되어 미생물에 의해 처리되는 반응조(100) 및 상기 반응조(100)에서 처리된 유입수가 처리수 및 2차 슬러지로 분리되는 2차 침전조(300)를 포함하는 하폐수 처리공정에 있어서, 상기 2차 침전조(300)에서 침전된 상기 2차 슬러지가 유입되는 슬러지 농축조(500B); 상기 슬러지 농축조(500B)에서 농축된 2차 슬러지가 유입되어 탈수되는 탈수기(700); 상기 미세기포 공급부(400)와 연결되는 세정조(800); 상기 슬러지 농축조(500B)에서 상기 탈수기(700)로 상기 2차 슬러지가 유입되는 탈수 라인에 각각 구비되는 펌프(P)와 그 후단의 슬러지 밸브(V2); 상기 탈수 라인에서 분기되는 라인으로서 상기 펌프(P)에 의한 상기 슬러지 농축조(500B)로의 재순환 라인에 구비되는 공기 밸브(V1); 및 상기 공기밸브(V1)의 후단에 구비되어, 상기 슬러지 농축조에 저류된 상기 2차 슬러지를 유입시켜 미세기포를 혼입하는 미세기포 공급부(400);를 포함하며, 기설정된 제 1 시간 동안에는 상기 공기 밸브(V1)는 개방되고 상기 슬러지 밸브(V2)는 폐쇄됨으로써, 상기 탈수기(700)의 전단인 상기 슬러지 농축조(500B)에 저류된 상기 2차 슬러지가 상기 미세기포 공급부(400)를 통과하며 혼입된 미세기포와 함께 상기 슬러지 농축조(500B)로 다시 공급됨으로써, 상기 탈수(700)에 유입될 준비가 이루어지고, 기설정된 제 2 시간 동안에는 상기 공기 밸브(V1)는 폐쇄되고 상기 슬러지 밸브(V2)는 개방됨으로써, 상기 슬러지 농축조(500B)에 저류되어 미세기포가 혼입된 2차 슬러지가 상기 탈수기(700)로 유입되어 탈수가 이루어진 후 배출되며, 상기 탈수기(700)는 상기 기설정된 제 2 시간 동안에 작동하여 상기 미세기포가 공급된 2차 슬러지를 탈수한 후 외부로 배출하되, 상기 슬러지 농축조(500B)에 저류된 상기 2차 슬러지의 농도가 기 설정된 농도보다 높은 경우 상기 탈수기(700)에서의 탈리액이 상기 슬러지 농축조(500B)에 주입되어 상기 탈수기(700)의 부하가 감소되고, 상기 제 1 시간과 상기 제 2 시간은 연속적이면서 교번적으로 진행되되, 상기 미세기포 공급부(400)는 상기 제 1 시간 동안에만 계속 작동하고 상기 탈수기(700)는 상기 제 2 시간 동안에만 계속 작동하는 하수 처리공정의 슬러지 농축 및 탈수 시스템을 제공한다.

상기 미세기포 공급부(400)는, 일측에 구비되어 상기 슬러지 농축조(500B)로부터 상기 2차 슬러지 또는 상기 세정조(800)로부터 세정액이 유입되는 유입구(410); 상기 유입구(410)로부터 연장되는 혼합부(420); 상기 혼합부(420) 일측에 구비되며, 상기 공기가 유입되는 공기 유입구(430); 상기 공기 유입구(430)로부터 다수 개가 분기되어 상기 혼합부(420)에 연통되는 공기 분배부(440); 및 상기 혼합부(420)로부터 연장되는 유출구(450);를 포함하며, 상기 유입구(410)로 유입되는 상기 2차 슬러지와 상기 공기 유입구(430) 및 상기 공기 분배부(440)를 통하여 분배된 공기가 상기 혼합부(420)에서 혼합되며 선회류가 생성되어 상기 유출구(450)를 통하여 상기 슬러지 농축조(500B)로 공급되는 것이 바람직하다.

유입되는 상기 유입수의 수질 및 유량 또는 상기 슬러지 농축조(500B)로 유입되는 2차 슬러지의 수질 및 유량이 기설정된 범위를 초과하거나 미만이면, 상기 미세기포 공급부(400)에서 상기 슬러지 농축조(500B)로의 공기 공급을 중단하고, 상기 세정조(800)로부터 상기 미세기포 공급부(400)로 세정액이 공급되되, 상기 미세기포 공급부(400)에서 상기 슬러지 농축조(500B)로의 미세기포 공급의 중단 및 상기 세정조(800)로부터 상기 미세기포 공급부(400)로의 세정액의 공급은 상기 2차 슬러지의 탈수시에 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 미세기포 공급부(400)로 공급되는 상기 세정액은 중력에 의해 공급되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 하수 처리공정의 슬러지 농축 및 탈수 시스템의 성능유지관리 방법으로서, (a) 상기 1차 침전조(200)로 유입된 하수에 포함된 부유물질이 상기 1차 슬러지로 침전되고, 상기 1차 침전조(200)에서 1차 슬러지가 침전되어 분리된 하수가 상기 반응조(100)로 유입되어 미생물에 의해 처리되고, 처리수 및 상기 2차 슬러지로 분리되는 단계(S100); (b) 침전된 상기 2차 슬러지가 상기 슬러지 농축조(500B)로 유입되어 저류되는 단계(S200); (c) 상기 기설정된 제 1 시간 동안, 상기 공기 밸브(V1)는 개방되고 상기 슬러지 밸브(V2)는 폐쇄됨으로써, 저류된 상기 2차 슬러지가 상기 미세기포 공급부(400)로 유입되고 미세기포가 혼입되어 상기 슬러지 농축조(500B)로 다시 공급되어 저류되는 단계(S300); (d) 기설정된 제 2 시간 동안, 상기 공기 밸브(V1)는 폐쇄되고 상기 슬러지 밸브(V2)는 개방됨으로써, 상기 미세기포가 혼입되어 상기 슬러지 농축조(500B)에 저류된 상기 2차 슬러지가 상기 탈수기(700)로 유입되고 탈수되어 외부로 배출되는 단계(S400); 및 (e) 유입되는 상기 유입수의 수질 및 유량 또는 상기 슬러지 농축조(500B)로 유입되는 2차 슬러지의 수질 및 유량이 기설정된 범위를 초과하거나 미만인지 여부가 판단되는 단계(S500); (f) 유입되는 상기 유입수의 수질 및 유량 또는 상기 슬러지 농축조(500B)로 유입되는 2차 슬러지의 수질 및 유량이 기설정된 범위를 초과하거나 미만이면, 상기 미세기포 공급부(400)에서 상기 슬러지 농축조(500B)로의 공기 공급이 중단되고, 상기 세정조(800)로부터 상기 미세기포 공급부(400)로 세정액이 공급되는 단계(S600);를 포함하는 하수 처리공정의 슬러지 농축 및 탈수 시스템의 성능유지관리 방법을 제공한다.

상기 (e) 단계 및 (f) 단계 대신에, (e') 기설정된 주기마다 상기 미세기포 공급부(400)에서 상기 2차 슬러지로의 공기 혼입을 중단하고, 상기 미세기포 공급부(400)로 상기 세정조(800)로부터 상기 미세기포 공급부(400)로 세정액이 공급되는 단계(S600);를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 미세기포 공급부(400)에서 상기 2차 슬러지로의 공기 혼입의 중단 및 상기 미세기포 공급부(400)로 상기 세정조(800)로부터 상기 미세기포 공급부(400)로의 세정액의 공급은 상기 (d) 단계의 수행 중에 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 (c)단계는, (c') 기설정된 제 1 시간 동안, 상기 슬러지 농축조(500B)에서 저류된 2차 슬러지가 상기 미세기포 공급부(400)로 유입되고 미세기포가 혼입되어 상기 슬러지 농축조(500B)로 다시 공급되어 저류되는 단계(S300');이고, 상기 (d)단계는, (d) 상기 기설정된 제 1 시간 이후, 기설정된 제 2 시간 동안 저류된 상기 2차 슬러지가 상기 탈수기(700)로 유입되어 탈수되는 동안, 상기 슬러지 농축조(500B)에 저류된 상기 2차 슬러지가 상기 미세기포 공급부(400) 유입되고 상기 미세기포가 혼입되어 상기 슬러지 농축조(500B)에 계속 공급되는 단계(S400);인 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 농축부에 유입되어 수용된 2차 슬러지에 미세기포를 공급하여 폭기시킴으로써 2차 슬러지에 포함된 질소의 안정화에 따른 악취감소 및 이후 탈수기에서의 부하가 감소되어 탈수 효율 및 응집제 사용량이 감소됨은 물론, 배출되는 슬러지에 안정화된 질소가 포함되기에 이를 별도의 후처리 없이 퇴비 등의 상업적 이용이 용이하다는 장점이 있다.

또한, 이의 성능유지관리 방법을 통하여, 미세공기를 공급하는 미세기포 공급부의 성능을 장기간 유지하여 사용 가능케 함으로써 전체 시스템의 장기간의 안정적인 운전이 보장된다.

도 1은 종래 하폐수 처리공정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 하폐수 처리공정의 슬러지 농축 및 탈수 시스템을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 하폐수 처리공정의 슬러지 농축 및 탈수 시스템을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 하폐수 처리공정의 슬러지 농축 및 탈수 시스템을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 미세기포 공급장치의 세부 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 하폐수 처리공정의 슬러지 농축 및 탈수 시스템의 성능유지관리 방법의 순서도이다.

본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 기술되어야 할 것이다.

또한, 기술되는 실시예는 발명의 설명을 위해 예시적으로 제공되는 것이며, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.

본 발명에 따른 하폐수 처리공정의 슬러지 농축 및 탈수 시스템을 이루는 각 구성요소들은 필요에 따라 일체형으로 사용되거나 각각 분리되어 사용될 수 있다. 또한, 사용 형태에 따라 일부 구성요소를 생략하여 사용이 가능하다.

이하, 첨부된 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 하폐수 처리공정의 슬러지 농축 및 탈수 시스템(이하, 단순히 '시스템'이라 칭한다)을 설명한다.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 시스템을 도시하고, 도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 시스템을 도시하고, 도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 시스템을 도시한다.

이하, 설명할 제 1 실시예와 제 2 실시예에서, 농축부(500)는 슬러지 저류조(500A)이다. 즉, 슬러지가 고액 분리되지 않고 혼재되어 있는 경우이다. 제 3 실시예에서, 농축부(500)는 슬러지 농축조(500B)이다. 즉, 슬러지가 고액 분리되는 경우이다. 이하에서, 농축부(500)는 도 2 내지 도 4에 직접 도시되지 않으나, 슬러지 저류조(500A)와 슬러지 농축조(500B)를 모두 아우르는 명칭임을 밝혀둔다.

먼저, 도 2, 도 5를 참조하여, 제 1 실시예에 따른 시스템을 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 시스템은, 반응조(100), 1차 침전조(200), 2차 침전조(300), 농축부(500)로서의 슬러지 저류조(500A), 탈수기(700) 및 미세기포 공급부(400) 및 세정조(800)를 포함할 수 있다.

1차 침전조(200)는 유입수의 유입부와 반응조(100) 사이에 위치하며, 유입된 유입수에 포함된 오염물질 중 침전 가능한 부유물질을 1차적으로 침전시키고 침전된 슬러지를 1차 슬러지로서 배출하여 처리한다.

1차 침전조(200)를 통과한 처리수가 반응조(100)에 유입되면, 유입수 내 유기오염물질 중 일부는 반응조(100) 내의 호기성 미생물에 의해 분해 섭취되어 처리되며, 나머지 일부는 미생물 세포로 합성되어 유출된다.

반응조(100)에 연결된 컴프레셔(150)가 구비되어 반응조(100)에 공기를 공급함으로써, 반응조(100) 내 호기성 미생물의 활동을 돕는다.

2차 침전조(300)는 반응조(100) 후단에 연결되며, 2차 슬러지를 침전시킨 후 처리수를 배출한다.

슬러지 저류조(500A)는 2차 침전조(300)와 연결되어 2차 침전조(300)에서 침전된 2차 슬러지가 유입되어 저류된다.

도시하지 않았으나, 2차 침전조(300)에서 배출되는 2차 슬러지 중 일부는 반응조(100) 내의 F/M비(Food-to-Microorganism ratio)를 유지하기 위하여, 침전된 2차 슬러지 중 일부는 반송슬러지로서 반응조(100)로 반송되고, 다른 일부가 슬러지 저류조(500A)로 유입되어 농축될 수도 있다.

미세기포 공급부(400)는 슬러지 저류조(500A)와 연결되며, 미세기포를 생성하여 슬러지 저류조(500A)로 공기를 공급한다.

슬러지 저류조(500A)에서 농축되는 2차 슬러지에 공기를 공급하여 폭기시킴으로써, 2차 슬러지에 포함된 NH4가 NO3로 전환되며 안정화 된다.

또한, 슬러지 저류조(500A)에서 농축되는 2차 슬러지 일부를 미세기포 공급부(400)로 유입되도록 하여 공기를 혼합하여 슬러지 저류조(500A) 내로 공급되도록 할 수 있다.

도 5를 참조하여, 미세기포 공급부(400)의 구성을 보다 구체적으로 상세히 설명하면, 미세기포 공급부(400)는, 유입구(410), 혼합부(420), 공기 유입구(430), 공기 분배부(440) 및 유출구(450)를 포함한다.

유입구(410)는 미세기포 공급부(400) 일측에 위치하며, 농축부(500)와 연결되어, 밸브(V1)가 개방됨에 따라 농축부(500)로부터 2차 슬러지가 펌프(P)를 통해 고속으로 유입될 수 있다.

혼합부(420)는 유입구(410)로부터 연장형성되며, 유입구(410)를 통하여 유입된 2차 슬러지가 유동한다.

공기 유입구(430)는 상기 혼합부(420) 일측에 구비되며, 공기 유입구(430)를 통하여 농축부(500)로 공급되기 위한 공기가 유입되며, 이때 유입되는 공기는 상기한 바와 같이 고속으로 유입되는 2차 슬러지에 의해 혼합부(420) 내부에 생성되는 부압에 의해 자연적으로 흡기될 수 있다.

또는, 공기 유입구(430)로 공기를 공급하는 컴프레셔(미도시)가 별도로 구비되거나, 반응조(100)와 연결된 상기 컴프레셔(150)로부터 공기가 공급될 수 있다.

공기 분배부(440)는 그 일측이 공기 유입구(430)로부터 다수 개가 분기되어 연결되고, 분기된 타측이 혼합부(420)와 연통되어, 공기 유입구(430)로 유입된 공기가 분배되어 혼합부(420)로 유동하고, 혼합부(420)로 유동된 공기는 혼합부(420)를 통과하는 2차 슬러지와 혼합되며 폭기되어 미세기포가 생성되며, 생성된 미세기포는 혼합부(420)와 연통된 유출구(450)를 통하여 선회류를 이루며 농축부(500)로 공급된다.

선회류란 유체가 원통형 관의 접선방향으로 유입될 때 축을 중심으로 한 축 방향의 유동과 원주방향으로의 흐름에 의해 발생하는 흐름으로, 유입구(410)를 통하여 일축방향으로 유입된 2차 슬러지와 공기 유입구(430) 및 공기 분배부(440)를 통하여 원주방향으로 유입된 공기가 혼합부(420)에서 혼합되며 선회류를 이루며 공기가 미세하게 분리되어 미세기포가 생성되어 농축부(500)로 공급된다.

선회류를 이루는 미세기포를 농축부(500)로 공급함에 따라, 공기와 2차 슬러지와의 접촉 표면적이 커지고, 따라서 2차 슬러지에 포함된 NH4의 안정화 효율이 높아진다.

또한, 상기한 바와 같이, 혼합부(420)를 통과하는 2차 슬러지에 의해 공기 유입구(430)를 통하여 공기가 자연 흡기될 수 있어, 공기를 공급하기 위한 별도의 동력이 필요 없게 되므로, 농축부(500)에 공기를 공급하기 위한 에너지 소모가 없어 경제적인 시스템의 유지가 가능하다.

다시, 도 2를 참조하면, 탈수기(700)는 슬러지 저류조(500A)와 연결되어 슬러지 저류조(500A)에서 농축된 2차 슬러지(또는, 미세기포가 포함된 2차 슬러지)가 탈수기(700)로 유입되고, 유입된 2차 슬러지에 포함된 수분이 탈리액이 되어 공정 상단으로 공정 상단으로 반송된다.

탈수기(700) 내 2차 슬러지의 탈수 및 응집이 원활하게 이루어지도록 탈수기(700)에 폴리머 등의 응집제를 공급하는 약품 공급부(750)가 연결될 수 있다.

탈수기(700)에서 탈수된 2차 슬러지는 고형의 케이크(cake) 형태로 배출되어 폐기되거나, 퇴비 등으로 이용될 수 있다.

세 정조(800)는 미세기포 공급부(400), 구체적으로는 미세기포 공급부(400)위 유입구(410)와 연결되어 미세기포 공급부(400)의 세정을 위한 세정액을 공급하며, 이와 같은 세정액의 공급은 별도의 펌프 등을 이용하지 않고, 중력에 의해 공급되도록 할 수 있다.

이하, 첨부된 도 6을 더 참조하여 본 발명 각 실시예에 따른 하폐수 처리공정의 슬러지 농축 및 탈수 시스템의 성능유지관리 방법을 상세히 설명한다.

먼저, 1차 침전조(200)로 유입된 유입수에 포함된 부유물질이 1차 슬러지로 침전되고, 1차 침전조(200)에서 1차 슬러지가 침전되어 분리된 처리수가 반응조(100)로 유입되어 미생물에 의해 처리되며, 반응조(100)에서 처리된 처리수에 포함된 부유물질이 2차 슬러지로 침전된다(S100).

즉, 2차 침전조(300)에 유입된 유입수는 2차 슬러지 및 처리수로 분리된다.

다음, 침전된 상기 2차 슬러지가 농축부(500)로 유입되어 농축된다(S200).

슬러지 저류조(500A) 내의 2차 슬러지는 도 2에 도시된 바와 같이 밸브(V1, V2)의 작동에 의하여 분기되는데, 설명하는 제 1 실시예에서는 탈수기(700)의 작동 여부에 따라 분기된다.

기설정된 제 1 시간 동안, 저류된 상기 2차 슬러지에 미세기포가 공급된다(S300).

탈수기(700)가 작동하지 않는 기 설정된 제 1 시간 동안(예를 들어, 종래 기술에서 설명한 바와 같이, 탈수기(700)가 하루 8시간 동안만 작동한다면 나머지 16시간 동안)에는 미세기포가 공급된다.

즉, 종래 기술에 따르면, 탈수기(70)가 작동하지 않는 시간 동안에는 2차 슬러지가 농축부(50)에 저류되기만 하였으나(도 1 참조), 본 발명에서는 그 시간 동안 미세기포를 공급하는 것이다.

구체적으로, 기설정된 제 1 시간 동안에는, 밸브(V2)를 폐쇄하고, 밸브(V1)를 개방하고, 펌프(P)를 계속 구동하여, 슬러지 저류조(500A)에 수용된 2차 슬러지 중 일부를 미세기포 공급부(400)로 유입시킨다. 유입된 2차 슬러지는 공기가 혼합되고, 혼합된 2차 슬러지 및 공기가 슬러지 저류조(500A)로 공급되어, 2차 슬러지가 폭기된다.

여기서, 미세기포를 주입하는 동력을 제공하는 펌프(P)는 2차 슬러지를 탈수기(700)로 이송시키는 기존의 펌프이다. 도 1을 참조할 경우, 기존의 설비에는 2차 슬러지를 탈수기(70)로 이송시키는 펌프가 모두 구비되는데, 별도 설비 추가 없이 이를 그대로 사용하는 것이다.

또한, 펌프(P)는, 후술하겠지만 2차 슬러지를 탈수기(700)로 이송시키는 제 2 시간 동안에도 작동되는바, 연속적으로 계속 작동 중이다. 종래 기술에 따르면 탈수기(70)가 작동되는 제 2 시간 동안에만 펌프(P)가 작동하기에, 작동 시간에 차이가 있다.

또한, 미세기포 공급부(400)에서의 2차 슬러지와 공기의 혼합량은 농축부(500)로 유입되는 상기 2차 슬러지의 유량, 온도 또는 DO 값에 따라 변동하며, 이를 감지하기 위한 센서가 2차 침전조(300)와 슬러지 저류조(500A)를 연결하는 라인 상에 구비될 수 있다.

다음, 상기 기설정된 제 1 시간이 경과하면, 기설정된 제 2 시간 동안 2차 슬러지가 탈수된다(S400).

구체적으로, 기설정된 제 2 시간 동안에는, 밸브(V1)를 폐쇄하고, 밸브(V2)를 개방하고, 펌프(P)를 계속 구동하여 슬러지 저류조(500A)에서 저류됨과 동시에 미세기포에 의하여 폭기된 2차 슬러지가 탈수기(700)로 유입되며, 농축된 2차 슬러지에 포함된 수분이 탈수된다. 이때 약품 공급부(750)에서 탈수기(700)로 응집제가 공급될 수 있다.

여기서, S300 및 S400 단계는 상기한 바와 같이 각 기설정된 시간 동안, 구체적으로 제 1 시간과 제 2 시간 동안 교번적으로 이루어질 수 있다.

일반적으로 하폐수 처리 시스템은 일 단위의 운전이 이루어지는데, 이러한 일 단위의 운전 시간 중 약 16시간은 제 1 시간으로서 해당 시간 동안 슬러지 저류조(500A)로 미세 기포가 공급되며, 나머지 약 8시간은 제 2 시간으로서 해당 시간 동안 탈수기(700)로 2차 슬러지를 유입시켜 탈수가 이루어지도록 하며, 이는 상기한 각 밸브 및 펌프를 제어함으로써 이루어질 수 있다.

도 3 내지 도 4를 참조하여 상기 S300 및 S400 단계에 있어서의 다른 실시예를 설명한다.

도 3을 참조하여 제 2 실시예를 제 1 실시예에서와의 차이점을 중심으로 설명한다.

제 2 실시예에서도 농축부(500)로서 슬러지 저류조(500A)가 사용된다. 제 1 실시예에서와 달리, 2차 슬러지가 미세기포 공급부(400)로 공급되는 것이 아니라, 미세기포 공급부(400)가 직접 슬러지 저류조(500A)에 미세기포를 공급함을 특징으로 한다. 이 경우, 별도의 펌프(Pa)가 필요하다.

제 1 실시예에서와 달리 고가의 펌프(Pa)가 필요하기에 초기 설치 비용 측면에서는 단점이나, 탈수기(700)가 작동되는 동안에도 연속적으로 미세기포를 공급할 수 있다는 장점이 있다.

즉, 제 1 실시예에서는 탈수기(700)가 작동하지 않는 제 1 시간 동안에만 미세기포가 공급되었고 탈수기(700)가 작동되는 제 2 시간 동안에는 미세기포가 공급될 수 없었으나, 제 2 실시예에 따르면 탈수기(700)가 작동되는 동안에도 펌프(Pa)를 작동시켜 슬러지 저류조(500A)에 미세기포를 공급할 수 있다.

다음, 도 4를 참조하여 본 발명의 제 3 실시예를 설명한다.

제 1 실시예 및 제 2 실시예와 달리, 농축부(500)는 슬러지 저류조(500A)가 아닌 슬러지 농축조(500B)이며, 여기에서 2차 슬러지의 고액 분리가 이루어진다. 고액 분리된 상등수(즉, 슬러지 농축조(500B)에서 고액 분리된 상등수)는 공정 상단으로 반송될 수 있다(도 4에서 2차 침전조(300)로 반송되는 것으로 화살표 도시). 이 경우, 탈수기(700)에 유입되는 슬러지의 수분 함량이 낮아지므로(즉, 농도가 낮아지므로) 탈수기(700)의 부하가 낮아진다는 장점이 있다.

한편, 제 1 실시예 및 제 2 실시예와 같이, 제 2 시간 동안에는 고액 분리된 슬러지(즉, 슬러지 농축조(500B)에서 고액 분리된 슬러지)만이 탈수기(700)로 유입된다(도 4에서 슬러지 농축조(500B)에서 탈수기(700)로 연결된 라인 참조). 탈수기(700)가 작동되면 외부 반출되는 슬러지와 별도로 탈수된 수분인 탈리액이 생성되는데, 제 1 실시예 및 제 2 실시예에서는 공정 상단으로 반송되었으나, 제 3 실시예에서는 밸브(V3)를 작동시켜 슬러지 농축조(500B)에서 회수할 수 있다. 슬러지 농축조(500B)에 탈리액이 회수되는 경우는, 2차 슬러지의 농도가 너무 높아서 슬러지 농축조(500B)의 고액 분리가 어렵고 슬러지 농축조(500B)에서 탈수기(700)로 슬러지 전달이 원활하지 않은 특수한 경우일 것이다.

다음, 유입되는 상기 유입수의 수질 및 유량 또는 상기 농축부(500)로 유입되는 2차 슬러지의 수질 및 유량이 기설정된 범위를 초과하거나 미만인지의 여부가 판단된다(S500). 본 단계부터는 상기 실시예에 모두 적용될 수 있다.

유입부 및 2차 침전조(300)와 농축부(500)를 연결하는 라인 상에 구비된 센서(미도시)를 통하여 유입되는 유입수 및 농축부(500)로 유입되는 슬러지의 수질 및 유량이 감지된다.

다음, 유입되는 상기 유입수의 수질 및 유량 또는 상기 농축부(500)로 유입되는 2차 슬러지의 수질 및 유량이 기설정된 범위를 초과하거나 미만이면, 상기 미세기포 공급부(400)에서 상기 농축부(500)로의 공기 공급이 중단되고, 상기 세정조(800)로부터 상기 미세기포 공급부(400)로 세정액이 공급된다(S600).

공급되는 세정액에 의하여 미세기포 공급부(400)의 세정이 이루어지게 되며, 이때, 세정액만을 미세기포 공급부(400)에 공급하여 세정할 수 있고, 세정수와 상기 컴프레셔로부터 공급되는 공기를 혼합하여 미세기포 공급부(400)를 플러싱(flushing)하거나, 또는 공기와 상기 탈수기(700)에서 발생하는 탈리액를 혼합하여 미세기포 공급부(400)의 린싱(rinsing)이 이루어지도록 할 수 있다.

또한, 상기한 미세공기 공급부의 세정은, 유입수 및 2차 슬러지의 수질 및 유량에 따라 이루어지지 않고, 기 설정된 주기마다 이루어지도록 할 수 있다.

일반적으로 하폐수 처리 시스템은 일 단위의 운전이 이루어지는데, 이러한 일 단위의 운전 시간 중 약 16시간은 제 1 시간으로서 해당 시간 동안 농축부(500)로 미세 기포가 공급되며, 나머지 약 8시간은 제 2 시간으로서 해당 시간 동안 탈수기(700)로 2차 슬러지를 유입시켜 탈수가 이루어지도록 하며, 이는 상기한 각 밸브 및 펌프를 제어함으로써 이루어질 수 있다.

즉, S300 및 S400 단계는 각 기설정된 시간 동안 교번적으로 이루어질 수 있다., 또한, 상기한 S600 단계에서의 미세기포 공급부(400)의 세정은, S400 단계인 2차 슬러지의 탈수과정에서 이루어짐으로써, 공정을 효율적으로 운전할 수 있다(제 1 및 제 3 실시예).

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 하폐수 처리공정의 슬러지 농축 및 탈수 시스템에 의하면, 농축부(500)에 유입되어 수용된 2차 슬러지에 미세기포를 공급하여 폭기시킴으로써 2차 슬러지에 포함된 질소의 안정화에 따른 악취감소 및 이후 탈수기(700)에서의 부하가 감소되어 탈수 효율 및 응집제 사용량이 감소됨은 물론, 배출되는 슬러지에 안정화된 질소가 포함되기에 이를 별도의 후처리 없이 퇴비 등의 상업적 이용이 용이하다는 장점이 있다.

또한, 이의 성능유지관리 방법을 통하여, 미세공기를 공급하는 미세기포 공급부(400)의 성능을 장기간 유지하여 사용 가능케 함으로써 전체 시스템의 장기간의 안정적인 운전이 보장된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

100: 반응조
200: 1차 침전조
300: 2차 침전조
400: 미세기포 공급부
500: 농축부
700: 탈수기
800: 세정조

Claims

일 단위로 운전하는 하폐수 처리 시스템에서의 슬러지 농축 및 탈수 시스템의 성능유지관리 방법으로서,
(a) 유입수가 1차 침전조(200)에 유입되어 1차 슬러지와 처리수가 분리되는 단계;
(b) 상기 분리된 처리수가 반응조(100)에 유입되어 생물학적 처리가 이루어지는 단계;
(c) 상기 생물학적 처리가 이루어진 처리수가 2차 침전조(300)에 유입되어 2차 슬러지와 처리수가 분리되는 단계;
(d) 상기 2차 슬러지가 슬러지 농축조(500B)에 유입되고 정치되어 중력침강에 의해 고액분리되는 단계;
(e) 기 설정된 제 1 시간 동안, 탈수기(700)의 전단에 구비된 펌프(P)가 작동하고 밸브(V2)가 폐쇄되어, 상기 슬러지 농축조(500B)에 유입된 2차 슬러지에 미세기포 공급부(400)를 통한 미세기포가 공급되는 단계; -상기 슬러지 농축조(500B)와 상기 탈수기(700)를 연결하는 유로가 분기되어 상기 미세기포 공급부(400)에 연결되며, 상기 펌프(P)는 분기 부분의 전단에 위치하며 상기 밸브(V2)는 분기 부분과 상기 탈수기(700) 사이에 위치함-
(f) 상기 기 설정된 제 1 시간이 경과하고, 기 설정된 제 2 시간 동안, 상기 탈수기(700)의 전단에 구비된 펌프(P)가 계속 작동하고 상기 밸브(V2)가 개방되어, 상기 미세기포를 공급받은 2차 슬러지가 상기 탈수기(700)에 유입되어 탈수되는 단계;
(g) 상기 (f) 단계와 동시에, 상기 기 설정된 제 2 시간 동안, 상기 탈수기(700)에서 탈수된 2차 슬러지가 외부로 반출되고 탈리액이 생성되는 단계; 및
(h) 상기 (f) 단계와 동시에, 상기 기 설정된 제 2 시간 동안, 상기 슬러지 농축조(500B)에 유입된 2차 슬러지의 농도가 기 설정된 농도보다 높은 경우에만, 상기 탈수기(700)의 부하를 낮추도록, 상기 탈수기(700)에서 생성된 탈리액이 상기 슬러지 농축조(500B)에 유입되는 단계를 포함하며,
상기 기 설정된 제 1 시간은 16시간이고, 상기 기 설정된 제 2 시간은 8시간이어서, 일 단위 운전시 제 1 시간과 제 2 시간이 연속적으로 진행되어, 상기 기 설정된 제 2 시간이 경과하면 상기 (e) 단계로 회귀함으로써, 상기 (e) 단계와 상기 (f) 내지 (h) 단계가 교번적이고 연속적으로 수행됨과 동시에 상기 탈수기(700)의 전단에 위치한 상기 슬러지 농축조(500B)가 연속적으로 사용되고, 상기 펌프(P)는 24시간 정지하지 않고 연속적으로 사용되기에, 상기 제 1 시간 동안에는 상기 슬러지 농축조(500B)에 미세기포를 공급하기 위한 동력을 제공하며, 상기 제 2 시간 동안에는 상기 슬러지 농축조(500B) 내의 상기 2차 슬러지를 상기 탈수기(700)에 이송시키기 위한 동력을 제공하는 것이며,
상기 (e) 단계는, 상기 슬러지 농축조(500B)에서 상기 2차 슬러지가 정치되어 고액분리됨으로써 생성된 상등수가 상기 2차 침전조(300) 내의 상기 2차 슬러지에 반송됨으로써 상기 탈수기(700)의 부하를 낮추는 단계를 더 포함함으로써,
상기 슬러지 농축조(500B) 내의 2차 슬러지 농도가 상기 기 설정된 농도보다 높은 경우에만 탈리액이 상기 슬러지 농축조(500B)에 유입되되, 그렇지 않은 경우에는 상기 슬러지 농축조(500B)에서 고액분리된 상등수만이 상기 2차 침전조(300)로 반송되어, 상기 슬러지 농축조(500B) 내의 2차 슬러지의 농도가 소정의 범위 내에서 유지되며,
(i) 상기 미세기포 공급부(400)가 상기 슬러지 농축조(500B)로의 미세기포 공급을 중단하고, 상기 미세기포 공급부(400)에 세정조(800)로부터 세정액이 공급되어 상기 미세기포 공급부(400)의 세정이 이루어지는 단계를 더 포함하고,
상기 (i) 단계 이후, 상기 (e) 단계로 회귀하는,
하폐수 처리공정의 슬러지 농축 및 탈수 시스템의 성능유지관리 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 (i) 단계는,
상기 미세기포 공급부(400)에 상기 세정조(800)로부터 세정액이 공급되되, 컴프레셔로부터 공기와 혼합되어 공급됨으로써, 상기 미세기포 공급부(400)의 플러싱이 이루어지는 단계; 및
상기 미세기포 공급부(400)에 상기 컴프레셔로부터의 공기가 상기 (g) 단계에서 생성된 탈리액과 혼합되어 공급됨으로써, 상기 미세기포 공급부(400)의 린싱이 이루어지는 단계를 포함하는,
상기 (a) 단계에서 유입된
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제 2 항에 있어서,
상기 (i) 단계는,
상기 (a) 단계에서 상기 1차 침전조(200)에 유입되는 유입수의 수질 및 유량, 또는 상기 (d) 단계에서 상기 슬러지 농축조(500B)에 유입되는 2차 슬러지의 수질 및 유량이 기 설정된 범위를 초과하거나 미만인 경우에만 수행되는,
하폐수 처리공정의 슬러지 농축 및 탈수 시스템의 성능유지관리 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 (f) 단계는,
상기 기 설정된 제 2 시간 동안, 상기 슬러지 농축조(500B)에 유입된 2차 슬러지에 상기 미세기포 공급부(400)를 통한 미세기포가 계속 공급되는 단계를 포함하는,
하폐수 처리공정의 슬러지 농축 및 탈수 시스템의 성능유지관리 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 미세기포 공급부(400)에서 상기 슬러지 농축조(500B)에 미세기포를 공급하는 유로에 다른 펌프(Pa)가 구비되어 있으며,
상기 제 1 시간 동안 공급되는 미세기포는 상기 펌프(P)에 의해 공급되는 것이며,
상기 제 2 시간 동안 공급되는 미세기포는 상기 다른 펌프(Pa)에 의해 공급되는 것인,
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제 1 항에 있어서,
상기 (e) 단계에서 공급되는 미세기포는, 상기 2차 슬러지에 공기가 유입됨으로써 생성되는 미세기포인,
하폐수 처리공정의 슬러지 농축 및 탈수 시스템의 성능유지관리 방법.
제 1, 2, 3, 4, 5, 8 항 중 어느 한 항에 따른 방법이 이루어지는,
하폐수 처리공정의 슬러지 농축 및 탈수 시스템.