KR102497137B1 - 처리효율이 개선된 부상여과조를 포함하는 하수고도처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유량조정조(1); 유량조정조(1)로부터 유입되는 피처리수 중의 인을 제거하는 혐기조(2); 상기 혐기조(2)로부터 유입되는 피처리수 중의 질산성 질소를 제거하는 무산소조(3); 상기 무산소조(3)로부터 유입되는 피처리수 중으로 공기를 폭기시켜 질소를 질산화시키는 호기조(4); 상기 호기조(4)로부터 유입되는 피처리수를 상등액과 슬러지로 분리시키는 침전조(5); 열교환에 의해 피처리수를 소온살균처리하는 고온살균부(200); 및 부상여과조(100)를 포함하되,
상기 고온살균부(200)는 부상여과조 전단에 설치되며, 피처리수가 이송되는 내관(210), 및 상기 내관(220)을 둘러싸고 내부에 고온의 열매체가 흘러 상기 내관의 피처리수에 고온의 열을 공급하는 외관(220)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 처리효율이 개선된 부상여과조를 포함하는 하수고도처리장치를 제공한다.

Description

처리효율이 개선된 부상여과조를 포함하는 하수고도처리장치{ADVANCED WASTEWATER TREATMENT APPARATUS COMPRISING FLOATING FILTER TANK WITH IMPROVED TREATING EFFICIENCY}

본 발명은 하수고도처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 C/N비가 낮은 폐수의 유기물 및 영양염류(질소 및 인)를 신속하고 효과적으로 처리하여 폐수를 정화시키고, 폐수처리 시설의 설치면적을 줄이고 운전·관리를 손쉽게 할 수 있는 처리효율이 개선된 부상여과조를 포함하는 하수고도처리장치에 관한 것이다.

최근 들어, 도시하수, 마을하수도 및 오ㅇ폐수의 영양염류에 의한 하천이나, 연안바다 및 호소(호수 및 저수지)등의 부영양화가 심각함에 따라 이에 대한 대책으로 영양염류의 처리가 필요하다.

폐수 중 질소 및 인을 제거하기 위한 방법으로는 물리ㅇ화학적 방법 및 생물학적 방법으로 나누어 볼 수 있다. 물리ㅇ화학적 방법은 처리시설 및 화학약품을 이용함으로써 경제적인 비용이 많이 소요된다.

따라서 경제적인 미생물을 이용한 생물학적처리 방법이 많이 개발되었다. 하지만 이런 생물학적처리 방법들은 C/N비가 낮은 국내 폐수처리시 체류시간, 부지면적, 질소ㅇ인 처리효율 및 유입 부하변동에 대처 능력 등을 해결하는데 많은 어려움을 지니고 있다.

이들 문제점을 해결하기 위하여 기존의 질소ㅇ인 처리공정(바덴포, A 2 /O, UCT 및 VIP등)의 변법 및 메디아를 이용한 공정이 개발되고 있다. 메디아를 이용한 질소ㅇ인 처리공정은 메디아에 부착된 고농도의 미생물을 이용함으로써 폐수처리시 체류시간 단축, 설치면적의 축소 및 슬러지 발생량을 감소시킬 수 있다. 특히, 부상여재를 이용한 처리공정은 여재의 단가가 저렴하여 다른 유동상 메디아 및 고정상 메디아보다 큰 장점을 가지고 있으며 생물학적 분해작용과 물리적인 여과작용이 동시에 이루어져 안정적인 처리수질을 이룰 수 있다.

부상여재를 이용한 처리시설의 운영에 있어서 가장 중요한 것은 역세방식이다. 현재 역세방식은 공기, 물 및 프로펠러를 이용한 역세가 이루어진다. 공기를 이용한 역세방식은 브로와 및 컴프레셔에 의해 고압으로 주입하여 줌으로써 동력비가 많이 소요되며 역세시 물에 의한 역세 방식은 물량이 과량으로 소비되는 단점이 있다. 이들 공기 또는 물을 이용한 역세방식은 여재의 팽창으로 인한 하부 공간을 넓게 확보하여야 한다. 또한, 프로펠러에 의한 역세방식은 일반적으로 물과 함께 이용되는데 동력비가 많이 소요된다.

일반적으로, 부상여재를 이용한 처리시설은 유기물 및 부유물질을 제거하기 위한 처리시설이며 질소 및 인은 미생물의 동화작용에 의해 제거되는 수준인 20 ∼ 30%에 불과하다. 따라서 부상여재를 이용한 유기물, 질소 및 인의 처리시설은 아직 미흡한 상태이다. 나아가 부상여재를 포함한 여과조내의 실시간 상태를 확인할 수 없어 제때 적절한 상황별 조치를 강구하기 어려워 처리효율을 저하하는 문제가 대두되고 있다.

본 발명의 목적은 C/N비가 낮은 폐수의 유기물 및 영양염류(질소 및 인)를 신속하고 효과적으로 처리하여 폐수를 정화시키고, 폐수처리 시설의 설치면적을 줄이고 운전ㅇ관리를 손쉽게 할 수 있도록 해주는 처리효율이 개선된 부상여과조를 포함하는 하수고도처리장치를 제공하는 데에 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 기술적 과제는 다음과 같은 수단에 의해 달성되어진다.

(1) 유량조정조; 유량조정조로부터 유입되는 피처리수 중의 인을 제거하는 혐기조; 상기 혐기조로부터 유입되는 피처리수 중의 질산성 질소를 제거하는 무산소조; 상기 무산소조로부터 유입되는 피처리수 중으로 공기를 폭기시켜 질소를 질산화시키는 호기조; 상기 호기조로부터 유입되는 피처리수를 상등액과 슬러지로 분리시키는 침전조; 열교환에 의해 피처리수를 소온살균처리하는 고온살균부; 및 부상여과조를 포함하되,

상기 고온살균부는 부상여과조 전단에 설치되며, 피처리수가 이송되는 내관, 및 상기 내관을 둘러싸고 내부에 고온의 열매체가 흘러 상기 내관의 피처리수에 고온의 열을 공급하는 외관으로 이루어진 것을 특징으로 하는 처리효율이 개선된 부상여과조를 포함하는 하수고도처리장치.

(2) 상기 (1)에서, 부상여과조는,

피처리수가 유입되는 유입부, 피처리수 유입공간에 장착되는 부상여과장치, 및 피처리수가 배출되는 배출부를 포함하되,

상기 부상여과장치는,

저면에 장착된 유입여과망 및 상단 일측에 장착된 배출여과망을 갖고 내부에 부상여재를 수용하여 피처리수를 여과처리하는 여과탱크; 상기 여과탱크내 수용되며 피처리수와 함께 부상하면서 오염물질을 제거하는 부상여재; 여과탱크내 상부 제1측에 장착되어, 반대편인 제2측으로 피처리수를 이동시키는 제1프로펠러; 여과탱크내 하부 제2측에 장착되어, 반대편인 제1측으로 피처리수를 이동시키는 제2프로펠러; 여과탱크내 하부 제1측에 장착되어 상기 제2프로펠러에 의해 이동된 피처리수와 함께 이동되는 부상여재에 초음파를 방사하는 초음파발진기; 및 여과탱크내 제2측 벽면과 이격되어 형성되어, 피처리수와 부상여재를 하방으로 순환시키도록 가이드하는 가이드격벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 처리효율이 개선된 부상여과조를 포함하는 하수고도처리장치.

(3) 상기 (2)에 있어서,

상기 제1프로펠러, 제2프로펠러, 및 초음파발진기는 측벽 내부 수용부에 수납되어지는 것을 특징으로 하는 실시간 모니터링이 가능한 부상여과조를 포함하는 하수고도처리장치.

(4) 상기 (2)에 있어서,

가이드격벽의 내부에 수직방향으로 적어도 1 이상의 산소공급부가 장착되며, 상기 산소공급부는 산소공급관과 산소공급노즐로 구성되어 하강하는 부상여재와 피처리수에 함유된 오염물질을 제거하는 것을 특징으로 하는 하수고도처리장치.

본 발명에 의하면, C/N비가 낮은 폐수의 유기물 및 영양염류(질소 및 인)를 신속하고 효과적으로 처리하여 폐수를 정화시키고, 폐수처리 시설의 설치면적을 줄이고 운전ㅇ관리를 손쉽게 할 수 있도록 해주는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 하수고도처리장치의 전체 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 고온살균부 및 부상여과조의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 부상여과장치의 세부 구성도.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.

몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(comprising 또는 including)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부"의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미한다. 또한, "일(a 또는 an)", "하나(one)", "그(the)" 및 유사 관련어는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서(특히, 이하의 청구항의 문맥에서) 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명의 하수고도처리장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 유량조정조(1)로부터 유입되는 피처리수 중의 인을 제거하는 혐기조(2), 상기 혐기조(2)로부터 유입되는 피처리수 중의 질산성 질소를 제거하는 무산소조(3), 상기 무산소조(3)로부터 유입되는 피처리수 중으로 공기를 폭기시켜 질소를 질산화시키는 호기조(4), 상기 호기조(4)로부터 유입되는 피처리수를 상등액과 슬러지로 분리시키는 침전조(5), 열교환에 의해 상기 상등액을 고온살균처리하는 고온살균부(200) 및 부상여과조(100)를 포함한다.

본 발명에서는 상기 고온살균부(200) 및 부상여과조(100)를 제외한 장치 구성은 공지의 것을 그대로 이용하여도 무방하다. 이하 고온살균부 및 부상여과조를 중점하여 설명하기로 하고, 이외의 구체적인 장치구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 상기 고온살균부(200)는 부상여과조(100) 전단에 설치되며, 피처리수가 이송되는 내관(210), 및 상기 내관(220)을 둘러싸고 내부에 고온의 열매체가 흘러 상기 내관의 피처리수에 고온의 열을 공급하는 외관(220)으로 이루어진다.

상기 열매체는 고온의 스팀일 수 있으며, 외부 스팀공급장치(미도시)를 통해 외관(220)과 내관의 사이공간에 투입되어 흐르게 한다. 내관(210)은 침전조(5)로부터 분리된 상등액이 이송되는 관으로 상기 외관내 흐르는 열매체에 의해 열을 공급받아 각종 유기물의 분해를 촉진함과 동시에 미생물을 살균하는 효과를 제공한다.

본 발명에 따른 하수고도처리장치는 도 2에 도시한 바와 같이 말단에 부상여과조(100)를 포함하고, 상기 부상여과조(100)는 유입부(110), 유입공간부(140) 내 장착된 부상여과장치(120), 및 배출부(130)를 포함한다.

본 발명에서 상기 부상여과장치(120)의 상부에는 카메라부(150)가 설치된다. 상기 카메라부(150)는 부상여과장치(120)의 투명상판(13)의 상면을 촬영하는 것으로 통상적인 감시카메라일 수 있다.

바람직하게는 상기 부상여과장치(120)의 하부에는 미세기포공급부(160,161)가 장착된다. 미세기포공급부는 미세기포 공급관(160)과 미세기포 공급노즐(161)을 포함하며, 도시되지 않았으나 상기 미세기포 공급관(160)은 외부 미세기포발생기와 연결되어 미세기포를 공급받는다.

미세기포가 부상여과장치(120)의 하면을 이루는 유입여과망(11) 위로 미세기포를 공급하면, 상기 미세기포는 피처리수내 함유된 오염물질의 확산을 촉진시켜 부상여재(20)과의 접촉효율을 증진시킨다.

상승하는 미세기포는 투명상판(13)에서 정상적으로 작동할 경우 소정의 패턴을 형성하게 되는데 정상적으로 작동할 수 없는 상황(예로, 부상여재가 서로 응집되거나 이동이 잘 이루어지지 않는 상황)에서는 패턴이 잘 관찰되지 않게 된다. 카메라부(150)는 이러한 패턴을 실시간 감시하고 해당 이미지를 상황분석서버(300)로 전송하여 분석 후 실시간 상황은 관리자(모바일 단말기 등)에게 자동으로 전달된다.

또한, 본 발명에 따른 상기 부상여과장치(120)는 바람직하게는 부상여과조(100) 내부 일측에 장착되며, 피처리수는 유입부(110)를 통해 부상여과조(100) 내부공간인 유입공간부(140)에 유입되고, 일측에 장착된 부상여과장치(120)를 경유하여 배출부(130)를 통해 배출된다.

상기 부상여과장치(120)는 도 3에 도시한 바와 같이, 유입여과망(11) 및 배출여과망(12)이 장착된 여과탱크(10), 부상여재(20), 제1프로펠러(30), 제2프로펠러(40), 초음파발진기(50), 및 가이드격벽(60)을 포함한다.

상기 본 발명의 바람직한 실시예로서 부상여과장치(120)는 여과탱크(10) 내부에 부상여재(20)가 수용되며, 상기 부상여재(20)는 피처리수와 함께 강제 대류 방식에 의해 여과탱크(10) 내부를 순환한다.

상기 본 발명에 따른 상기 여과탱크(10)는 피처리수가 아래에서 위 방향으로 내부로 유입되도록 저면에 유입여과망(11)이 장착된다. 상기 유입여과망(11)은 피처리수는 유입시키되, 내부의 부상여재(20)가 빠져나가지 못하게 막아주는 사이즈의 메쉬구조를 가질 것이 요구된다.

또, 여과탱크(10) 내부에서 처리된 피처리수의 배출을 위해 상단 측벽에 상기 배출부(130)와 연결되는 배출여과망(12)이 장착된다. 상기 배출여과망(12)을 통해 처리수는 배출부(130)로 배출되지만, 부상여재(20)는 배출되지 않도록 하는 사이즈의 메쉬구조를 가질 것이 요구된다.

상기 제1프로펠러(30)는 여과탱크(10) 내부 일측(이하, 「제1측」이라 한다.) 상단에 장착된다.

상기 제1프로펠러(30)는 모터(미도시)에 의해 회전하면서 피처리수(부상여재(20)와 함께)를 수평방향으로 반대편인 타측(이하, 「제2측」이라 한다.)으로 흐름을 일으켜 이송시킨다.

제1프로펠러(30)에 의해 제2측으로 이송된 부상여재(20)를 포함하는 피처리수는 배출여과망(12)에 이르러 일부는 처리수로 배출되고, 부상여재(20)는 하방으로 중력 혹은 강제대류에 의해 침강한다.

상기 제2프로펠러(40)는 여과탱크(10)의 제2측 하단에 장착된다. 상기 제2프로펠러(40)는 모터(미도시)에 의해 구동되어 피처리수와 함께 침강된 부상여재(20)를 반대편인 제1측 방향으로 흐름을 일으켜 순환시킨다.

상기 본 발명에서 초음파발진기(50)는 여과탱크(10)의 제1측 하단에 장착된다. 상기 초음파발진기(50)는 제2프로펠러(40)에 의해 이송된 피처리수와 부상여재(20)를 향하여 초음파를 방사한다. 상기 초음파의 방사는 부상여재(20)에 오염물질이 다량으로 부착되어 케이크를 형성할 경우 여과효율이 떨어지게 되므로 일정 주기, 예를 들어 역세 과정마다 수행될 수 있다. 이 과정에서 초음파 방사를 통해 탈리되는 케이크는 중력에 의해 하방으로 침강되어 부상여과조(100) 저부로부터 제거될 수 있다.

바람직하게는 상기 제1프로펠러(30), 제2프로펠러(40), 및 초음파발진기(50)는 부상여과조의 크기에 따라 복수개 일정간격으로 설치될 수 있으며, 측벽 내부 수용부(31, 41, 51)에 각각 별도 수납되어 보호되고, 그 입구는 여과망(32, 42, 52)에 의해 보호된다.

이와는 달리 상기 초음파 방사는 여과과정 중에도 지속적으로 수행하여도 되는데, 이는 하부로부터 유입되는 피처리수에 와류를 형성하여 오염물질의 부상여재(20)와의 접촉효율을 크게 개선할 수 있다. 이 경우 초음파에 의해 탈리되는 오염물질은 상대적으로 큰 물질인 경우 하방으로 침강되어 제거되거나 미세한 물질은 유입되는 원수와 함께 재부유되고 혼합되어 함께 처리되어진다. 이 과정에 의하면 부상여재(20)에 오염물질이 쉽게 부착되지 않아 오랜 기간 동안 별도의 세정 과정없이 처리하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 여과탱크(10) 내부에는 바람직하게는 제2측의 측벽에 일정 간격으로 이격되어 가이드격벽(60)이 수직방향으로 형성된다. 상기 가이드격벽(60)은 제1프로펠러(30)의 동작에 의해 제2측으로 이송되는 피처리수 및 부상여재(20)가 하방으로 이동하도록 가이드한다.

상기 가이드격벽(60)은 제2측의 측벽과 적어도 1 이상의 지지대(61)에 의해 이격 지지되어질 수 있다.

바람직하게는 상기 가이드격벽(60)의 내부에 수직방향으로 적어도 1 이상의 산소공급부(62)가 장착되어진다. 상기 산소공급부(62)는 가이드격벽 내부에 장착된 산소공급관(62a)과 산소공급노즐(62b)로 구성된다. 상기 산소공급부(62)는 외부 산소공급실린더 내지 콤프레셔와 같은 산소공급장치(70)를 통해 산소를 공급받는다.

따라서, 여과탱크(10) 내에서 피처리수와 함께 부상하는 과정에서 오염물질이 흡착되고, 가이드격벽(60)에 의해 하방으로 가이드되는 과정에서 상기 산소공급부(62)에서 공급되는 산소 미세기포에 의해 흡착된 유기물질 등의 오염물질을 산화시켜 처리할 수 있어 폐수의 처리효율은 추가적으로 개선되어진다.

상기와 같은 본 발명의 구성에 의하면 부상여재(20)가 내부에서 순환하는 방식을 채용하여 기존 부상여과 방식에 비해 많은 양을 수용할 수 있게 되어 처리효율은 크게 개선되어질 수 있다.

상기 제1프로펠러(30) 및 제2프로펠러(40)의 크기 및 최적의 회전속도는 피처리수의 점도, 양, 내지 수용된 부상여재의 함량 등에 따라 달리 설정되어질 수 있음은 물론이다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10: 여과탱크
20: 부상여재
30: 제1프로펠러
40: 제2프로펠러
50: 초음파발진기
60: 가이드격벽
100: 부상여과조
110: 유입부
120: 부상여과장치
130: 배출부
150: 카메라부
200: 고온살균부
300: 상황분석서버

Claims (4)

1. 유량조정조; 유량조정조로부터 유입되는 피처리수 중의 인을 제거하는 혐기조; 상기 혐기조로부터 유입되는 피처리수 중의 질산성 질소를 제거하는 무산소조; 상기 무산소조로부터 유입되는 피처리수 중으로 공기를 폭기시켜 질소를 질산화시키는 호기조; 상기 호기조로부터 유입되는 피처리수를 상등액과 슬러지로 분리시키는 침전조; 열교환에 의해 피처리수를 고온살균처리하는 고온살균부; 및 부상여과조를 포함하되,
   상기 고온살균부는 부상여과조 전단에 설치되며, 피처리수가 이송되는 내관, 및 상기 내관을 둘러싸고 내부에 고온의 열매체가 흘러 상기 내관의 피처리수에 고온의 열을 공급하는 외관으로 이루어지고,
   상기 부상여과조는 피처리수가 유입되는 유입부, 피처리수 유입공간에 장착되는 부상여과장치, 및 피처리수가 배출되는 배출부를 포함하되,
   상기 부상여과장치는,
   저면에 장착된 유입여과망 및 상단 일측에 장착된 배출여과망을 갖고 내부에 부상여재를 수용하여 피처리수를 여과처리하는 여과탱크; 상기 여과탱크내 수용되며 피처리수와 함께 부상하면서 오염물질을 제거하는 부상여재; 여과탱크내 상부 제1측에 장착되어, 반대편인 제2측으로 피처리수를 이동시키는 제1프로펠러; 여과탱크내 하부 제2측에 장착되어, 반대편인 제1측으로 피처리수를 이동시키는 제2프로펠러; 여과탱크내 하부 제1측에 장착되어 상기 제2프로펠러에 의해 이동된 피처리수와 함께 이동되는 부상여재에 초음파를 방사하는 초음파발진기; 및 여과탱크내 제2측 벽면과 이격되어 형성되어, 피처리수와 부상여재를 하방으로 순환시키도록 가이드하는 가이드격벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 처리효율이 개선된 부상여과조를 포함하는 하수고도처리장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 제1프로펠러, 제2프로펠러, 및 초음파발진기는 측벽 내부 수용부에 수납되어지는 것을 특징으로 하는 실시간 모니터링이 가능한 부상여과조를 포함하는 하수고도처리장치.
4. 제 1항에 있어서,
   가이드격벽의 내부에 수직방향으로 적어도 1 이상의 산소공급부가 장착되며, 상기 산소공급부는 산소공급관과 산소공급노즐로 구성되어 하강하는 부상여재와 피처리수에 함유된 오염물질을 제거하는 것을 특징으로 하는 하수고도처리장치.
   

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