KR100594594B1

KR100594594B1 - 침전지내장형 반응조에 의한 페케이지형 수처리장치

Info

Publication number: KR100594594B1
Application number: KR1020040039873A
Authority: KR
Inventors: 한상배
Original assignee: 한상배
Priority date: 2004-06-02
Filing date: 2004-06-02
Publication date: 2006-06-30
Also published as: CN100337937C; KR20050114820A; CN1704351A

Abstract

본 발명은 침전지가 반응조의 내부에 설치되어 하나의 구조물내에서 반응과 고액분리가 이루어지는 페케이지형 수처리장치에 관한 것으로, 반응조의 내부에 침전지가 설치되어 장치의 구성이 단순하고, 슬러지블랭킷이 안정적으로 유지되어 고액분리가 원활하게 이루어질 수 있도록 상기 침전지의 반응액 유입부에는 난류상태인 고형물 현탁혼합액이 정류되어 침전지로 유입되고 침전슬러지가 원활하게 반응조로 유출되도록 하는 정류수단이 구비되며, 침전지 내부 상기 정류수단의 상부에는 다수개의 슬러지블랭킷월을 설치하므로서 침전효율이 안정될 수 있고 슬러지수집기와 슬러지반송시설이 생략되어 경제적이고 부지이용도가 높은 수처리장치를 제공할 수 있다.

침전지내장형 반응조, 페케이지, 수처리, 슬러지블랭킷월, 정류수단

Description

침전지내장형 반응조에 의한 페케이지형 수처리장치 {Packaged Water Treatment Equipments with using Intraclarifier Reactor}

도 1은 종래의 표준활성슬러지공정의 개략구성도,

도 2는 본 발명에 따른 페케이지형 수처리장치 제1실시예의 평면 도,

도 2a는 도 2의 "A-A"선을 따라 절단하여 도시한 단면도,

도 2b는 도 2의 "B-B"선을 따라 절단하여 도시한 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 페케이지형 수처리장치 제2실시예의 평면도,

도 3a는 도 3의 A-A선을 따라 절단하여 도시한 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 페케이지형 수처리장치 제3실시예의 평면도,

도 4a는 도 4의 "A-A"선을 따라 절단하여 도시한 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 내장형 침전지 하부에 설치되는 정류수단의 사시도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

1 : 반응조 2 : 내장형 침전지

3 : 슬러지순환수단 21 : 슬러지블랭킷월

22 : 침전블록 23 : 상징수 집수수단

24 : 상징수 유출수로 25 : 슬러지블랭킷

26, 25a∼26d : 정류수단 27 : 바이오필터층

31 : 교반기 32 : 이젝터

33 : 산기관 34 : 펌프

35 : 공기조절밸브 36 : 송풍기

본 발명은 하폐수처리장치에 관한 것으로, 침전지를 반응조의 내부에 설치하여 슬러지수집기와 반송펌프를 사용하지 않고서도 슬러지가 반응조에 반송되도록 구성하고, 특히 슬러지블랭킷이 원활하게 형성될 수 있도록 상기 침전지의 내부에는 다수개의 슬러지블랭킷월과 정류수단이 구비되는 페케이지형 수처리장치에 관한 것이다.

한정된 재원으로 하수도 보급율을 높히기 위해서는 경제적이며 효율적인 하폐수처리장치를 개발하는 것이 절실하게 필요하다. 그러나 지금까지 사용되어온 활성슬러지공정은 부지의 활용도가 낮고, 시설비와 운전비 소요가 크며, 유지관리가 어려운 문제점이 있었다.

종래의 활성슬러지공정을 예로 들어 설명하면, 도1에서와 같이 생물학적 반응조(101)와 침전지(102) 및 슬러지 반송시설(103, 104)이 필요하였다.

침전지(102)는 고형물과 청정한 처리수를 분리하는 고액분리공정으로 슬러지수집기(105)와 구동장치(106)가 구비되며, 슬러지 반송시설은 침전지(102)로부터 슬러지를 반응조(101)로 반송시키며 반송펌프(103)와 반송배관(104)으로 구성된다. 또한 반응조(101)에는 반응액을 교반 및 포기시킬 수 있는 산기관(107) 및 송풍기(108) 또는 수중포기기 및 송풍기와 같은 포기겸 교반수단이 설치되어야 한다.

이와 같이 종래의 반응조와 침전지가 별도로 분리 구성된 하폐수처리공정 또는 물리화학적인 응집침전공정에서는 많은 부대시설이 소요되므로 시설비와 이의 가동에 따른 동력비 소요가 크고 반응조 구조물과 침전지 구조물이 분리 설치되므로 부지활용도가 낮은 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해소하고자 다양한 형태의 내장형 침전지들이 개발되었으나미국의 유나이티드 인더스트리(United Industries)에서 개발한 보우트형 침전지(Boat Clarifier), 출원인이 발명하여 특허 등록한 하폐수처리장치의 포기조에 내장된 침전지(특허 제112614호)와 침전지 내장형 산화구(특허 제244328호) 및 경사판침전지 내장형 산화구(특허 제225972호), 미국의 번스 앤 맥도널(Burns & McDonell)에서 개발한 BMTS(Burns & McDonell Treatment System)등이 있으나, 이러한 내장형 침전지들은 순환수류를 형성하는 산화구에 그 적용이 제한된다.

산화구(Oxidation Ditch)는 원형이거나, 또는 폭에 비교하여 길이가 긴 타원형이고 수류가 계속 순환하면서 수평으로 흐르도록 구성된 순환수류형 반응조이다. 내부흐름은 유속 0.3m/sec 전후로 비교적 정류상태(整流狀態)이고 반응기 형태는 플러그 흐름 반응기(Plug Flow Reactor)에 근접하므로 완전혼합형 반응기에 비교하여 부하변동과 독성물질에 취약하다. 따라서 이와 같은 산화구형태의 반응기는 체류시간이 길고 반응조 용량과 부지면적이 크게 소요되는 문제점이 있다.

부하변동 및 독성물질에 내성이 크고 완전혼합이 이루어지는 비순환수로형의 반응조에 슬러지반송시설 및 이의 작동을 위한 동력이 생략되어 경제적이고, 부지이용 효율을 증대시킬 수 있으며, 반응조는 완전혼합조건에서도 침전지 내부는 정류상태에서 침전효율이 정상적으로 유지될 수 있는 완전혼합형태의 비순환수로형 반응조에 침전지가 내장된 페케이지형 수처리장치의 개발과 보급이 요구되는 실정이다.

본 발명은 상술한 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 침전효율이 안정되고 우수하며 슬러지수집기와 슬러지반송시설이 생략되고 부하변동과 독성물질에 내성이 크고 처리효율이 우수한 완전혼합형 반응기에 침전지가 내장된 페케이지형 수처리장치를 제공하고자 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 그 적용이 산화구로 제한되었던 내장형 침전지를 비순환수로형이며 완전혼합반응기 형태의 반응조의 내부에 설치하되, 내장형 침전지 유입부에는 슬러지의 유출입이 원활하고 침전구간이 반응조의 포기 및 교반에 의하여 발생되는 난류의 영향을 감소시키는 정류수단을 구비 하였으며, 침전지에서 슬러지블랭킷이 안정될 수 있도록 침전지 내부를 다수개의 격자형 블록으로 분할하는 슬러지블랭킷월을 구비하고, 슬러지가 원활하게 순환되고 반응액이 교반될 수 있도록 반응조에는 슬러지 순환수단을 설치하였다.

침전지 하부의 반응조 바닥에 슬러지 퇴적을 방지하기 위하여 침전지 평면적이 클 경우에는 침전지를 다수개의 소규모 침전지로 분할하여 설치하므로써, 침전지와 침전지사이, 침전지와 반응조의 벽체사이 및 침전지 하부와 반응조 바닥사이에는 슬러지의 순환과 수류의 유통이 원활하게 이루어지고 침전지의 하부바닥 중앙부분에도 교반력이 작용하여 슬러지 퇴적이 방지되도록 하였다. 여기서 침전지 하부에는 포기에 의한 기포와 강한 난류가 직접 유입되지 않도록 상기 슬러지 순환수단이 배치되어야 한다.

반응조에서 침전지로 반응액이 유입되고 침전슬러지가 반응조로 원활하게 유출되도록 하는 한편, 반응조의 와류 및 침전지로 유입되는 수류에 의하여 슬러지블랭킷에 미치는 영향을 감소시키기 위한 목적으로 상기 침전지 하부에 설치되는 정류수단은 경사진 평판재, 삼각형의 보, ∧형태로 절곡된 판재, 그 꼭지점 부분에는 다수개의 구멍이 형성된 ∧형 판재, 다수개의 단관이 중첩되어 수평의 슬라브형태로 구성할 수 있다.

또한 상기 정류수단은 상승수류에 의한 슬러지블랭킷의 상승 및 출렁임을 방지하고 슬러지가 응집되어 슬러지블랭킷의 형성 및 침전에 유리하도록 침전지로 상승하는 반응액에 포함된 고형물이 서로 충돌하여 응집이 이루어지도록 하는 다수개의 스테이틱 믹서를 일정간격으로 설치하여 구성할 수 있다.

특히, 본 발명에서는 침전지가 수면적이 넓은 한 개의 수조로 구성되는 경우 슬러지블랭킷이 안정되지 못하고 출렁거리거나 일부분이 부풀어서 파열되고 고형물이 슬러지블랭킷에서 이탈되어 처리수질이 악화되는 등 침전지에서 발생되는 문제점을 개선하기 위하여, 침전지의 상징수 유출부와 하부 정류수단 사이에 해당되는 슬러지블랭킷이 형성되는 공간에는 다수개의 격자형 수직벽체로 구성된 슬러지블랭킷 월을 설치하여 슬러지블랭킷이 형성되는 공간을 2개 이상 다수개의 격자형 공간인 침전블록으로 분할시킨 것이다.

따라서 수류에 의한 와동이 슬러지블랭킷 월에 의하여 약화되므로 수리적으로 안정되며 침전지 내부에 수로(Channeling)현상이 방지될 뿐아니라, 각개 침전블록 내부의 좁은 공간에서 슬러지블랭킷이 형성되므로 슬러지블랭킷이 출렁거리고 일부분이 부풀어서 파열되거나 상승되는 문제가 감소되고 슬러지블랭킷이 안정될 수 있으므로 입자들의 포집효율이 개선될 수 있다.

침전지의 평면적이 클 경우 침전지 하부 중심부분의 반응조 바닥에는 순환수류의 유입 및 교반력이 작용될 수 없으므로 슬러지가 퇴적되어 부패되거나 침전지 내부 수면으로 부상하여 처리효율을 저하시키게 된다.

따라서 본 발명에서는 이러한 문제점을 해소하기 위하여 침전지의 평면적이 클 경우에는 침전지를 다수개의 폭이 좁은 소규모 침전지로 분할하고 침전지와 침전지사이 및 침전지와 반응조 벽체사이에는 적절한 교반력과 상승수류 또는 적절한 교반력과 수평수류가 형성되도록 하고 침전지 하부 반응조 바닥에 슬러지 퇴적을 방지할 수 있는 슬러지 순환수단들을 구비하였다.

상기 슬러지 순환수단은 상승수류형성과 반응조에 공기공급을 병행할 수 있는 산기관 또는 산기관과 교반기의 조합장치, 수평수류형성 및 공기공급을 병행할 수 있는 펌프이젝터, 수중포기기와 송풍기의 조합장치들을 이용할 수 있다.

생물학적 처리공정의 중력식 침전지의 상징수를 통하여 유출되는 용존성 유기물과 미세플록을 제거하기 위하여 종래에는 침전지 후단에 여과기 또는 생물막여과기(Bio Filter)를 추가 설치하였다. 시설비와 동력비 및 부지가 추가 소요되는 종래 방식의 생물막 여과기의 문제를 해소하기 위하여 본 발명에서는 상기 침전지의 상부 상징수 집수수단과 상기 침전지의 내부에 슬러지블랭킷이 형성되는 사이의 공간에는 세라믹, 모래, 입상합성수지, 활성탄과 같은 입상여재, 현수섬유 또는 다수의 섬모가 형성된 직포, 부직포와 같은 섬유상, SARAN LOCK등과 같은 생물막여재가 충전되어 침전지 상징수를 통하여 유출되는 용존성 유기물과 핀플록 등이 상기 생물막여재와 여재에 부착 증식되는 미생물에 의하여 흡착, 여과, 분해되도록 하는 바이어필터층이 구비되도록 하였다.

또한, 상기 침전지가 내장된 페케이지형 수처리장치에는 송풍기와 수중믹서 및 자동밸브의 조합장치, 공기조절용 자동밸브가 구비된 펌프이젝터, 또는 산기관과 믹서의 조합장치등과 같은 공지된 기술에 의한 간헐포기수단을 구비하고 포기와 비포기조건이 교차 반복되는 간헐포기방식으로 운영하여 비포기 교반시에는 혐기 또는 무산소조건에서 인 방출반응과 탈질반응이 이루어지며, 포기상태에서는 호기성조건에서 유기물의 분해와 질산화반응 및 인 과잉섭취 반응이 이루어지도록 하므로써 하나의 반응조에 의하여 유기물 분해와 질소, 인 제거 및 침전이 병행되도록 할 수 있다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2, 도 2a 및 도 2b는 침전지를 반응조에 내장시킨 페케이지형 수처리장치 제1실시예의 평면도와 단면도이다.

도 2에서는 반응조(1)에 내장된 내장형 침전지(2)의 수류 흐름을 균등화시키고 슬러지블랭킷이 안정되어 고형물 포집효율이 증대되도록 하기 위하여 상기 내장형 침전지를 다수개의 격자형 침전블록(22)으로 분할시키는 슬러지블랭킷월(21)이 구비되어 있다. 또한 침전지의 수면적이 클 경우에는 소규모의 침전지가 다수개 설치되는 구성이며 슬러지순환수단은 수평류형 교반기(31)에 의한 실시예를 나타낸 것이다.

도 2a는 본 발명의 도1의 A-A 단면도이다.

이 실시예에 따른 수평류형 교반기(31)로 구성된 슬러지 순환수단은 침전지(2)의 측면에 침전지와 침전지사이의 공간 및 침전지와 반응조 벽체 사이의 공간에 설치하되, 교반기에 의한 수류가 침전지 하부의 정류수단에 직접적이고 강한 영향을 주지 않도록 침전지 바닥의 정류수단보다 약간 높은 위치에 설치한 것이다.

상기 교반기가 작동함에 따라 형성되는 교반력과 수평수류에 의하여 반응조의 바닥부분에는 침전지 반대측의 반응조 벽체를 향하여 반응액이 이동하게 되고, 그 과정에서 침전지 하부에도 혼합력이 영향을 주어 바닥의 슬러지가 인출되는 수류가 형성되며, 바닥측의 수평수류는 맞은편 측의 반응조 벽체에 의하여 상승수류 로 전환되고, 다시 반응조 상부에서 침전지의 상부측으로 향하는 수평수류가 형성되며, 침전지측의 반응조 벽체 부근에서 하강하는 하향수류가 형성되면서 반응조 전체가 교반될 수 있음을 예시하고 있다.

이와 같이 반응조 전체를 회전하는 회전수류 및 교반력에 의하여 반응조가 교반되고 침전지 하부에서 슬러지가 인출 및 혼합되며 반응조를 완전혼합반응기 형태로 유지 가동할 수 있게 된다. 상기 교반기는 상향으로 수류를 형성하도록 설치되거나, 또는 원심형의 교반기도 이용될 수 있다. 또한, 저속으로 회전하는 교반기는 침전지 하부에 설치하여도 내장형 침전지에서 침전효율은 무리없이 유지될 수 있다.

응집침전과 같은 화학적인 처리가 이루어지는 반응조 또는 혐기성의 생물학적 반응조에서는 상기 교반기(31)에 의한 슬러지 순환수단으로 반응의 목적이 달성될 수 있다. 그러나 공기공급이 필요한 호기성의 생물학적 반응조인 경우에는 산기관(32)과 송풍기(36)를 상기 교반기와 함께 설치하거나, 송풍기와 수중포기기등과 같은 공지된 수단들을 설치하여 반응조를 호기성으로 유지할 수 있게 된다.

도 2b는 도1의 B-B 단면도이다.

침전지(2)의 상부에는 유공관 또는 V홈 월류웨어로 구성되는 상징수 집수수단(23)이 구비되며, 다수개의 집수수단에서 유출되는 유출수는 상징수 유출유로(24)를 통하여 유출되고, 침전지의 하부에는 반응조에서 난류상태인 고형물현탁혼합액이 침전에 유리한 정류상태로 전환되어 유입되도록 하는 반응액 유입구와 침전슬러지 유출구의 기능을 병행할 수 있는 ∧형 판재가 일정간격으로 설치 되는 구성의 정류수단(26)이 구비되며, 상기 상징수 집수수단과 상기 반응액 유입구의 사이에는 하나 이상의 슬러지블랭킷월(21)이 수직으로 설치되어 침전지 내부에서 슬러지블랭킷(25)이 형성되는 평면을 2개 이상 다수개의 침전 블록(22)으로 분할되도록 구성한 내장형 침전지를 예시하고 있다.

상기 침전지의 상부 상징수 집수수단과 상기 침전지의 내부에 슬러지블랭킷이 형성되는 사이의 공간에는 세라믹, 모래, 활성탄과 같은 입상여재, 비중이 물보다 작아 침전지에서 부유 가능한 입상의 합성수지, 현수섬유 또는 다수의 섬모가 형성된 직포, 부직포와 같은 섬유상, SARAN LOCK등과 같은 생물막여재가 충전되어 침전지 상징수를 통하여 유출되는 용존성 유기물과 핀플록 등이 상기 생물막여재와 여재에 부착 증식되는 미생물에 의하여 흡착, 여과, 분해되도록 하는 바이어필터층(27)이 구비되도록 하였다.

세라믹, 모래, 활성탄과 같은 비중이 물보다 큰 침강성 여재를 적층할 경우에는 하부에 다공판등과 같은 여재지지층이 설치되어야 한다. 반면에 비중이 물보다 작은 합성수지 입상의 여재는 상부에 여재의 유실을 방지하는 다공판등과 같은 유실방지층이 구비되어야 하며, 섬유상, SARAN LOCK 등의 여재는 지지대가 구비되어야 한다. 이러한 여재에 미생물과 고형물이 과다하게 부착될 경우에는 여재로부터 고형물을 탈리시키는 역세가 필요하며 역세방법은 진동, 초음파를 가하거나, 역세척수를 살수하는 등의 공지된 방법을 이용할 수 있다.

도 3과 도 3a는 침전지를 반응조에 내장시킨 페케이지형 수처리장치 제2실시예의 평면도와 단면도에 관한 것이다.

이 실시예에서는 슬러지 순환수단을 펌프(34)에서 압송되는 수류에 의하여 공기를 자흡할 수 있는 이젝터(32)로 구성한 것으로 하나의 펌프에 의하여 침전지(2)와 침전지(2)사이 및 침전지와 반응조 벽체사이에 설치된 다수개의 이젝터를 작동할 수 있는 장점이 있다.

또한 이젝터의 공기흡입관에 공기조절밸브(35)를 설치하여 개폐작동하므로써 포기와 비포기교반을 교차 반복하는 간헐포기를 용이하게 실현할 수 있다.

도 4와 도 4a는 침전지를 반응조에 내장시킨 페케이지형 수처리장치 제3실시예의 평면도와 단면도에 관한 것이다.

이 실시예에서는 슬러지순환수단을 송풍기에 의하여 수중에서 기포를 발생시키는 산기관(32)으로 구성한 것이다. 상기 산기관에서 기포가 발생되면 상승하는 기포에 의하여 침전지 주변에 형성되는 교반력과 상향류 수류에 의하여 반응액이 교반 및 상승하게 되고, 반응조 상부에 도달한 수류는 맞은 편의 반응조 벽체로 향하는 수평수류로 전환되어 반응액이 교반 및 이동하고, 맞은편 벽체 부근에서 하강하고, 하부에서 침전지 측으로 향하는 수평수류로 전환되어 산기관 측으로 순환됨에 따라 전체 반응조에서 반응액이 순환 및 교반될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 내장형 침전지의 하부에 설치되는 정류수단의 실시예에 관한 사시도이다.

정류수단의 실시예로는 다수개의 삼각형 단면의 보(26a), 경사지도록 설치된 다수개의 평판재(26b), 상부 꼭지점 부근에 다수개의 구멍이 형성된 ∧형 단면의 판재(26c)를 이용하거나, 또는 침전지로 유입되는 반응액에 포함된 고형물이 서로 충돌하여 응집이 이루어지도록 교반할 수 있는 다수개의 스테이틱 믹서(26d)를 예시하고 있다.

본 발명에 의하면, 기존의 침전지 내장형 산화구의 문제점이 보완되어 처리효율이 향상되고 안정성이 개선되고, 반응조와 침전조가 일체형이므로 부지활용도가 높고 구조물 공사비가 절감될 수 있으며, 슬러지 수집장치 및 반송슬러지 펌프등의 설치가 생략되므로 기계공사와 부수되는 전기계장공사등 시설비와 유지관리비면에서 경제적이다.

Claims

반응조와,

상기 반응조의 내부에 하나 이상 구비되고, 하나 이상의 슬러지블랭킷월에 의해 복수개의 침전블록으로 분할구획된 내장형 침전지와,

상기 침전지의 상부에 구비되어 상징수를 집수하여 반응조 외부로 배출시키기 위한 상징수 집수수단과,

상기 반응조의 난류상태인 고형물 현탁혼합액을 정류하여 상기 침전지로 유입시키고, 상기 침전지에서 침전된 슬러지를 반응조에서 유출시키기 위한 정류수단을 구비한 페케이지형 수처리장치에 있어서,

상기 반응조는 완전혼합형의 비순환로식 반응조로 이루어지고,

상기 반응조의 내부 바닥에 슬러지 퇴적을 방지하고 아울러 반응액과 슬러지가 원활하게 혼합되도록 하는 슬러지 순환수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 침전지내장형 반응기에 의한 페케이지형 수처리장치.
삭제
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제1항에 있어서, 상기 슬러지 순환수단은 공기 또는 반응액을 흡입하여 반응액을 혼합 또는 포기시킬 수 있는 펌프이젝터인 것을 특징으로 하는 침전지내장형 반응기에 의한 페케이지형 수처리장치.
제1항에 있어서, 상기 슬러지 순환수단은 송풍기에 의하여 수중에서 기포를 발생시키며 상승하는 기포에 의하여 상향류의 수류를 형성할 수 있는 산기관이거나, 또는 산기관과 수중교반기의 조합 장치인 것을 특징으로 하는 침전지내장형 반응기에 의한 페케이지형 수처리장치.
제1항에 있어서, 상기 슬러지순환수단은 교반기 또는 수중교반기와 송풍기의 조합장치중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 침전지내장형 반응기에 의한 페케이지형 수처리장치.
제1항에 있어서, 상기 침전지의 상부 상징수 집수수단과 상기 침전지의 슬러지블랭킷이 형성되는 사이의 공간에는 입상, 섬모상, 수세미상과 같은 생물막여재가 충전되어 상징수중에 포함된 유기물과 핀플록을, 상기 생물막여재와 상기 생물막여재에 부착 증식하는 미생물에 의하여 흡착, 여과, 분해하는 바이어필터층이 설치되는 것을 특징으로 하는 침전지내장형 반응기에 의한 페케이지형 수처리장치.