KR101223685B1

KR101223685B1 - 폭기조내 교반지를 이용한 하·폐수 인제거장치

Info

Publication number: KR101223685B1
Application number: KR1020110014537A
Authority: KR
Inventors: 이대희
Original assignee: 이대희
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2011-02-18
Publication date: 2013-01-21
Also published as: KR20120095091A

Abstract

본 발명은 생물학적 처리공간의 일부를 화학적 처리공간으로 변경하여 인처리 효율을 향상시킨 폭기조내 교반지를 이용한 하·폐수 인제거장치에 관한 것이다. 개시발명은 외부로부터 유입되는 원수를 생물학적 처리방법에 의해 처리하는 폭기조를 포함하는 하·폐수 인제거장치에 있어서, 응집제가 주입되어 원수와 응집제를 교반하는 급속 교반지, 및 상기 급속 교반지로부터 응집제가 섞인 원수를 유입하여 응집플록을 생성하는 완속 교반지를 상기 폭기조의 일부구간에 구비함으로써, 화학적 처리방법으로 하·폐수에 포함된 인을 처리하도록 이루어진다. 이와 같은 본 발명에 따른 폭기조내 교반지를 이용한 하·폐수 인제거장치에 의하면 기존 생물학적 2차 처리공간 중 일부를 화학적 처리공간으로 사용함으로써, 추가 공간없이 인처리효율을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 유지비용, 처리비용 및 관리비용 등을 절감시킬 수 있다. 특히, 교반지로 유입된 유체의 유로를 변경하여 유체와 응집제가 충분히 반응하도록 유도함으로써, 응집플록의 침전율을 향상시켜 종래보다 인제거효율을 대폭 향상시킬 수 있다.

Description

폭기조내 교반지를 이용한 하·폐수 인제거장치{APPARATUS FOR TREATING MODIFIED PHOSPHORUS REMOVAL OF WASTEWATER USING MIXING BASIN IN AERATING TANK}

본 발명은 하·폐수 인제거장치에 관한 것으로, 특히 생물학적 처리공간의 일부를 화학적 처리공간으로 변경하여 인처리 효율을 향상시킨 폭기조내 교반지를 이용한 하·폐수 인제거장치에 관한 것이다.

일반적으로 하·폐수에는 고형물질, 유기물질 그리고 질소, 인 등의 오염물질이 포함되어 있다. 이러한 오염물질을 처리하는 공법으로는 처리방식에 따라 1차 처리, 2차 처리, 3차 처리로 분류되고 있는데, 상기 1차 처리는 침전성이 양호한 부유 물질을 물리적으로 제거하는 것이고, 주처리 단계인 2차 처리는 용존성 유기물 및 유기성 고형물을 처리하는 것으로서 주로 생물학적 방법을 이용한다. 3차 처리는 물리, 화학, 생물학적 처리방법을 이용하여 2차 처리에서 제거되지 않은 유기물과 영양염류를 제거하여 양질의 처리수를 유지하는 것이다.

도 1은 종래의 생물학적 2차 처리방법에 의해 하·폐수를 처리하는 수처리 시스템을 나타낸 개략도이다.

일반적으로 수처리 시설은 원수를 취수한 후, 도 1에 도시된 바와 같이 스크린(1)을 통한 여과과정을 거친 후 1차 침전지(2)를 통한 1차 침전과정과, 폭기조(3)를 통한 생물학적 처리과정을 거친다. 이후 2차 침전지(4)를 통한 침전과정을 거치게 된다.

그러나, 정상적으로 운영되는 생물학적 2차 처리방법 역시 오염물질 처리에 한계가 있으므로 양질의 처리수를 유지하기 위해서는 3차 처리가 필요하다.

특히, 현재 질소 및 인의 규제는 하수 종말 처리 시설에서 질소 60㎎/L, 인 8㎎/L 이하로 방류시키게 되어 있으나, 2012년부터는 이러한 기준이 없어지고 인처리기준이 0.2~0.5mg/L 이내로 강화됨으로써, 상기와 같은 구성을 갖는 기존의 인처리시설로는 인제거율에 한계가 있을 수밖에 없다. 따라서, 기존 생물학적 처리시설의 개조가 불가피해졌으며, 상기와 같은 인처리기준을 맞추기 위해서는 3차 처리시설이 확보되어야 하는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 3차 처리시설을 구비할 필요없이 인처리효율을 기준치에 맞게 운용할 수 있는 폭기조내 교반지를 이용한 하·폐수 인제거장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 폭기조내 교반지를 이용한 하·폐수 인제거장치는, 외부로부터 유입되는 원수를 생물학적 처리방법에 의해 처리하는 폭기조를 포함하는 하·폐수 인제거장치에 있어서, 응집제가 주입되어 원수와 응집제를 교반하는 급속 교반지, 및 상기 급속 교반지로부터 응집제가 섞인 원수를 유입하여 응집플록을 생성하는 완속 교반지를 상기 폭기조의 일부구간에 구비함으로써, 화학적 처리방법으로 하·폐수에 포함된 인을 처리하도록 이루어진다.

본 발명은, 상기 완속 교반지에서 생성되는 응집플록을 샘플링하여 응집플록의 성장상태를 측정하는 응집플록 성장측정장치; 상기 급속 교반지로 응집제를 공급하는 응집제 공급기; 상기 급속 교반지에서 응집제의 급속 교반이 이루어지도록 상기 급속 교반지로 희석수를 공급하는 희석수 공급기; 및 상기 응집플록 성장측정장치를 통해 측정된 응집플록의 성장상태를 디지털 분석하여 상기 응집제 공급기를 통한 응집제 공급, 상기 희석수 공급기를 통한 희석수의 공급 및 상기 급속 교반지에 구비되는 급속 교반기의 작동을 제어하는 공정실을 더 포함한다.

본 발명은 상기 급속 교반지의 상부를 통해 유입되는 원수는 하강하여 상기 완속 교반지의 하부로 유입된 후 다시 상승하여 상기 완속 교반지의 상부를 통해 토출되도록 유로변경이 이루어져, 응집제와 원수의 반응성이 증대되도록 이루어진다.

상기 급속 교반지에 설치되는 급속 교반기의 날개부는 원수가 유입되는 상부측에 위치되며, 상기 완속 교반지에 설치되는 완속 교반기의 날개부는 원수가 유입되는 하부측에 위치된다.

이와 같은 본 발명에 따른 폭기조내 교반지를 이용한 하·폐수 인제거장치에 의하면 다음과 같은 효과들을 가진다.

첫째, 기존 생물학적 2차 처리공간 중 일부를 화학적 처리공간으로 사용함으로써, 추가 공간없이 인처리효율을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 유지비용, 처리비용 및 관리비용 등을 절감시킬 수 있다. 특히, 교반지로 유입된 유체의 유로를 변경하여 유체와 응집제가 충분히 반응하도록 유도함으로써, 응집플록의 침전율을 향상시켜 종래보다 인제거효율을 대폭 향상시킬 수 있다.

둘째, 급속 교반지와 완속 교반지의 2단 응집과 응집제의 희석주입으로 응집플록을 성장을 촉진시킬 수 있어 인 제거효율을 극대화시킬 수 있다. 특히, 응집제를 희석주입함으로써 초기 응집제의 분산도를 강화시킬 수 있어 응집제의 사용량을 절감할 수 있다.

결과적으로, 전술한 바와 같이 생물학적 2차 처리공간 내에 화학적 처리공간을 마련하여 인제거효율을 향상시키도록 이루어짐으로써, 3차 처리시설을 구비할 필요가 없다.

도 1은 종래의 생물학적 2차 처리방법에 의해 하·폐수를 처리하는 수처리 시스템을 나타낸 개략도.
도 2는 폭기조 내에 본 발명의 교반지가 구비된 모습을 나타낸 단면도.
도 3, 4는 폭기조 내에 본 발명의 교반지가 구비된 모습을 나타낸 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 폭기조내 교반지를 이용한 하·폐수 인제거장치를 구체적으로 나타낸 구성도.
도 6은 도 5에 도시된 교반지를 개략적으로 나타낸 입체 사시도.
도 7은 교반지 내에서의 유체의 흐름을 나타낸 단면도.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 상세하게 설명한다.

도 2는 폭기조 내에 본 발명의 교반지가 구비된 모습을 나타낸 단면도이고, 도 3, 4는 폭기조 내에 본 발명의 교반지가 구비된 모습을 나타낸 평면도이다.

도시된 바와 같이, 침사지 및 유입펌프장으로 유입된 하·폐수는 일차침전지, 생물 반응조(이하, 폭기조라 한다), 이차침전지 및 UV 소독조를 거친 후 하천으로 방류된다. 그리고, 폭기조의 일부구간에는 화학적 방법으로 하·폐수를 처리하여 인처리효율을 향상시킬 수 있는 후술할 교반지(10)가 구비된다.

도 5는 본 발명에 따른 폭기조내 교반지를 이용한 하·폐수 인제거장치를 구체적으로 나타낸 구성도이고, 도 6은 도 5에 도시된 교반지를 개략적으로 나타낸 입체 사시도이다.

본 발명에 따른 폭기조내 교반지를 이용한 하·폐수 인제거장치는 교반지(10), 응집플록 성장측정장치(20), 응집제 공급기(30), 희석수 공급기(40), 응집제/희석수 토출파이프(50), 공정실(60), 및 알람장치(70)를 포함한다.

상기 교반지(10)는 원수를 유입한 후 응집제를 이용하여 응집플록을 형성하는 화학적 처리조로서, 원수와 응집제가 혼합되는 급속 교반지(11)와, 응집플록이 형성되는 완속 교반지(12)로 구성된다.

상기 급속 교반지(11)는 외부로부터 유입되는 원수와 응집제를 교반하는 곳으로, 원수와 응집제 교반을 위한 급속 교반기(13)가 구비된다. 이 때, 급속 교반기(13)는 공정실(60)의 제어에 의해 속도가 제어된다. 이 때, 외부로부터 유입되는 원수는 급속 교반지(11)의 상부측으로 유입되며, 급속 교반기(13)의 교반날개는 원수와 응집제가 원활히 교반될 수 있도록 원수가 유입되는 위치에 맞게 상부측에 위치된다.

상기 완속 교반지(12)는 급속 교반지(11)로부터 응집제가 섞인 원수를 유입하여 저속으로 교반시키면서 응집플록을 생성하는 곳으로, 혼합수를 저속으로 교반시키는 저속 교반기(14)가 구비된다. 이 때, 완속 교반지(12)는 간벽(15)을 통해 급속 교반지(11)와 구획된다. 상기 간벽(15)은 급속 교반지(11)와 완속 교반지(12) 사이에 전체적으로 설치되지 않고, 급속 교반지(11)의 하부와 완속 교반지(12)의 하부가 서로 소통되도록 급속 교반지(11)의 하부와 완속 교반지(12)의 하부 사이에는 설치되지 않는다. 완속 교반지(12)에서 생성되는 응집플록은 물과 함께 완속 교반지(12)의 상부측을 통해 외부로 배출된다. 한편, 저속 교반기(14)의 교반날개는 급속 교반지(11)로부터 완속 교반지(12)로 유입되는 원수가 응집제와 원활하게 교반되어 응집플록의 성장이 촉진될 수 있도록 완속 교반지(12)의 하부측에 위치된다.

상기 응집플록 성장측정장치(20)는 완속 교반지(12)에서 생성되는 응집플록을 샘플링하여 응집플록의 성장상태를 측정한다. 이러한 응집플록 성장측정장치(20)로는 아이피디에이(iPDA ; intelligent particle dispersion analyzer)가 사용된다.

상기 응집제 공급기(30)는 급속 교반지(11)에 응집제를 공급하는 것으로, 응집제 공급탱크(31)와, 응집제 공급펌프(32)로 구성된다. 응집제 공급펌프(32)는 공정실(60)의 제어에 의해 작동이 제어된다.

상기 희석수 공급기(40)는 급속 교반지(11)로 희석수를 공급하여 응집제 공급기(30)로부터 공급되는 응집제를 희석하는 것으로, 희석수 공급탱크(41)와, 희석수 공급펌프(42)로 구성된다. 희석수 공급펌프(42)는 공정실(60)의 제어에 의해 작동이 제어된다. 희석수 공급펌프(42)로부터 토출되는 희석수의 토출라인은 응집제 공급펌프(32)로부터 토출되는 응집제의 토출라인과 연결된다. 한편, 희석수로는 최종 방류수를 사용하며 가압하여 급속 교반지(11) 내에 다중 포인트로 주입함으로써, 급속 교반지(11)에서의 초기 교반효율을 증가시킬 수 있다.

상기 응집제/희석수 토출파이프(50)는 희석수 토출라인과 연결되어 응집제가 섞인 희석수를 급속 교반지(11) 내에 분사하게 된다. 응집제/희석수 토출파이프(50)에는 응집제가 섞인 희석수가 다중 포인트로 주입될 수 있도록 복수 개의 토출노즐(51)이 형성된다.

상기 공정실(60)은 응집제 공급펌프(32)의 작동, 급속 교반기(13) 작동, 및 희석수 공급펌프(42)의 작동을 제어함으로써, 응집플록이 균일하게 성장하는데 필요한 응집제의 양을 최적화하여 주입되는 응집제의 양을 줄일 수 있으며, 응집플록이 균일하게 성장하도록 최적의 교반강도를 설정하여 처리효율을 향상시킨다. 아울러, 응집플록 성장측정장치(20)에서 측정된 측정값을 전송받아 이를 자동으로 분석함으로써, 기존의 육안분석에서 디지털분석이 가능하도록 하여 인제거효과를 사전예측할 수 있다. 또한, 응집제 미주입시 알람장치(70)를 작동시켜 응집사고를 미연에 방지할 수 있다.

상기 알람장치(70)는 공정실(60)과 연결되어 급속 교반지(11)에 응집제가 미주입될 때 공정실(60)의 제어에 의해 경보를 발함으로써, 응집제 미주입으로 인한 사고를 사전에 방지할 수 있도록 한다.

도 7은 교반지 내에서의 유체의 흐름을 나타낸 단면도이다.

먼저, 교반지(10)로 유입되는 유입수에는 인(P)과 현탁물질 외에도 유기물, 미생물 등이 다량 포함된 상태이다.

급속 교반지(11)에 응집제가 투입되어 교반되면서 응집제와 인, 현탁물질 등이 혼합되어 플록을 형성하고, 완속 교반지(12)에서 이웃하는 플록들이 서로 결합되면서 응집플록으로 성장하게 된다. 이렇게 성장된 응집플록들은 침전지에서 자중에 의해 하강하여 바닥에 침전된 후 여과 과정 등을 거쳐 하천으로 방류된다.

응집제가 급속 교반지(11)로 주입되는 과정에서 응집제의 초기 교반효율을 증대시키기 위해 희석수 공급기(40)로부터 희석수를 공급한다.

한편, 유체의 흐름이 급속 교반지(11)의 상부측 → 급속 교반지(11)와 완속 교반지(12)의 하부측 → 완속 교반지(12)의 상부측의 경로로 흐름에 따라 즉, 유로변경에 의해 응집제와 유체가 반응하는 시간이 충분히 확보됨에 따라 응집플록의 성장이 원활하게 이루어지고 유체에 포함된 인제거효율이 향상된다.

완속 교반지(12)에서 응집플록이 성장하는 과정은 응집플록 성장측정장치(30)에서 계속해서 측정되고, 공정실(60)에서 실시간 분석된다. 공정실(60)를 통해 인제거 효율이 사전 예측 가능하게 되며, 응집제 미주입시 알람장치(70)가 작동하게 되고, 응집제의 최적 주입량이 모니터링된다.

[실시예 1]

본 실시예에서는 본 발명에 따른 폭기조내 교반지를 이용한 하·폐수 인제거장치를 이용한 인처리효율을 구하였다. 급속 교반조에서는 3분, 완속 교반지에서는 15분, 침전지에서는 3시간을 경과하여 하·폐수를 처리하였으며, 그 결과를 아래의 <표-1>에 나타내었다.

아울러, 본 발명에서와 같이 화학적 처리방법을 거치지 않고 생물학적 처리방법만을 거치면서 하·폐수를 처리한 결과(기존시설 방류수 인농도)를 아래의 <표-1>에 나타내었다.

항목	폭기조후단 유입수 평균 인농도	기존시설 방류수 인농도	본 기술에 따른 인농도
1회 평균치(1주일)	2.85	0.95	0.45
2회 평균치(1주일)	2.74	0.83	0.37
3회 평균치(1주일)	3.14	1.14	0.46

* 단위 : mg/L

표-1에서 보는 바와 같이 기존시설을 이용해 방류수의 인농도를 측정한 결과 인농도가 대폭 줄어들었음을 알 수 있으며, 본 발명에 따른 폭기조내 교반지를 이용한 하·폐수 인제거장치를 이용할 경우 기존 시설을 이용할 경우보다 50% 이상 인농도가 줄어들었음을 알 수 있다.

응집제 종류	농도(Al₂O₃)	주입농도 (Al₂O₃ 동일농도기준, ppm)	방류수 TP농도 (mg/l)
Alum	8%	30	0.27
		40	0.26
		50	0.22
PAC	10~17%	30	0.24
		40	0.22
		50	0.17

* 초기 인농도 : 2.53mg/l

표-2에서 보는 바와 같이 Alum과 PAC를 비교해보면 용해성 인농도는 Alum보다는 PAC가 우수하다. 이는 PAC의 응집플록형성능력이 상대적으로 Alum보다 우수하여 인화합물의 흡착이 더 용이하기 때문으로 사료된다. 폭기조의 SS농도가 높으므로 응집효과와 인제거율에 있어서 PAC가 더 유리한 것으로 판단되었다.

희석비율 (물/응집제)	Alum응집제 주입량 (ppm)	T-P (초기)	약품저감율(%)
0	45	0.51	0%
10-30	42	0.41	6.6%
30-50	37	0.25	17.7%
50-70	39	0.27	13.3%

* 초기 용해성 인농도 : 1.32mg/l

응집제를 희석하여 주입하는 경우 물/응집제 희석비율에 따라 약품저감율이 달라짐을 알 수 있다. 본 실험에서는 30~50배 희석시 T-P농도가 가장 낮게 나타났고, 상응하게 약품저감율은 30~50배 희석되었을 때 가장 우수하게 나타났다. 그 이상의 배율에서 오히려 저감하는 이유는 수화반응이 촉진되어 유효 응집제 성분이 낮아졌기 때문으로 사료된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 기초로 설명하였으나, 본 발명은 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 해당분야 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위 내에서 기재된 범주 내에서 변경할 수 있다.

10 : 교반지 11 : 급속 교반지
12 : 완속 교반지 13 : 급속 교반기
14 : 저속 교반기 15 : 간벽
20 : 응집플록 성장측정장치 30 : 응집제 공급기
31 : 응집제 공급탱크 32 : 응집제 공급펌프
40 : 희석수 공급기 41 : 희석수 공급탱크
42 : 희석수 공급펌프 50 : 응집제/희석수 토출파이프
51 : 토출노즐 60 : 공정실
70 : 알람장치

Claims

외부로부터 유입되는 원수를 생물학적 처리방법에 의해 처리하는 폭기조를 포함하는 하·폐수 인제거장치에 있어서,
상기 폭기조 내 일부구간에 구비되며, 응집제가 주입되어 원수와 응집제를 교반하는 급속 교반지;
상기 폭기조 내 일부구간에 구비되며, 상기 급속 교반지로부터 응집제가 섞인 원수를 유입하여 응집플록을 생성하는 완속 교반지;
상기 완속 교반지에서 생성되는 응집플록을 샘플링하여 응집플록의 성장상태를 측정하는 응집플록 성장측정장치;
상기 급속 교반지로 응집제를 공급하는 응집제 공급기;
상기 급속 교반지에서 응집제의 급속 교반이 이루어지도록 상기 급속 교반지로 희석수를 공급하는 희석수 공급기; 및
상기 응집플록 성장측정장치를 통해 측정된 응집플록의 성장상태를 분석하여 상기 응집제 공급기를 통한 응집제 공급, 상기 희석수 공급기를 통한 희석수의 공급 및 상기 급속 교반지에 구비되는 급속 교반기의 작동을 제어하는 공정실;을 포함하여,
화학적 처리방법으로 하·폐수에 포함된 인을 처리하도록 한 폭기조내 교반지를 이용한 하·폐수 인제거장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 급속 교반지의 상부를 통해 유입되는 원수는 하강하여 상기 완속 교반지의 하부로 유입된 후 다시 상승하여 상기 완속 교반지의 상부를 통해 토출되도록 유로변경이 이루어져, 응집제와 원수의 반응성이 증대되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 폭기조내 교반지를 이용한 하·폐수 인제거장치.
제 3 항에 있어서,
상기 급속 교반지에 설치되는 급속 교반기의 날개부는 원수가 유입되는 상부측에 위치되며, 상기 완속 교반지에 설치되는 완속 교반기의 날개부는 원수가 유입되는 하부측에 위치되는 것을 특징으로 하는 폭기조내 교반지를 이용한 하·폐수 인제거장치.