KR200383763Y1 - 장방형 중력식 2차 침전지 - Google Patents

Abstract

본 고안은 장방형 중력식 2차 침전지에 관한 것으로, 보다 자세하게는 유입수 조건에 관계 없이 2차 침전지의 성능을 향상시킬 수 있는 다중 정류판의 구조에 관한 것이다.

본 고안의 장방형 중력식 2차 침전지는 2차 침전지의 일측에는 유출웨어가 구비되고, 상기 2차 침전지의 내부에는 탈착 가능한 정류판이 복수개로 구비되며, 상기 정류판의 구멍의 위치는 인접 정류판의 구멍의 위치와 수평적으로 일치하지 않도록 구성되고, 상기 2차 침전지 하부에는 슬러지 콜렉터가 구비됨에 기술적 특징이 있다.

따라서, 본 고안의 장방형 중력식 2차 침전지는 유입수량의 갑작스런 증가에 의한 침전 MLSS(Mixed Liquor Suspended Solids)의 침전지 후단으로의 밀림현상이 발생되지 않아 후단에 설치된 유출 웨어로의 부유물질 유입으로 인한 2차 침전지 배출수 부유물질 농도 증가를 방지할 수 있고, 밀려진 MLSS에서의 내생탈질에 의한 침전지 후단에서 슬러지 부상에 의한 배출수 부유물질의 농도상승 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

장방형 중력식 2차 침전지{Rectangular Secondary Clarifier}

본 고안은 장방형 중력식 2차 침전지에 관한 것으로, 보다 자세하게는 유입수 조건에 관계 없이 2차 침전지의 성능을 향상시킬 수 있는 다중 정류판의 구조에 관한 것이다.

정수장이나 하수처리장과 같은 수처리 시설의 물리적 또는 생화학적 처리과정에 있어서, 처리수를 일정시간 동안 저류하거나 저유속으로 흐르게 하여 처리과정중 발생하는 고형 오염물을 침전시키는 과정을 거치게되는데, 이러한 고형 오염물의 침전이 이루어지는 곳을 침전지(沈澱池)라 하며, 고형 오염물로 이루어진 유동성 혼합물을 슬러지(Sludge) 또는 오니(汚泥)라고 한다. 이 때, 처리 대상 고형 오염물에 따라 1차 침전지와 2차 침전지로 구분되며, 1차 침전지는 1차 처리 및 생물학적 처리를 위한 예비처리의 역할을 수행하며, 2차 침전지는 생물학적 처리에 의해 발생되는 슬러지와 처리수를 분리하는 것을 주목적으로 한다.

일반적으로, 도 1에서 보는 바와 같이 2차 침전지에는 생물반응조에서 이송된 MLSS(Mixed Liquor Suspended Solids, 이하 MLSS)가 침전되는데, 침전된 슬러지는 침전지 바닥을 긁어주는 슬러지 콜렉터(Sludge Collector)에 의해 침전지 전단에 설치된 호퍼로 이송되어 침전지로부터 제거된다.

그러나, 유입되는 MLSS 침전 및 제거는 유입수량이 시간대별로 일정한 정상상태에서는 균형을 이루어 침전 슬러지 제거가 효과적으로 이루어지나, 도 2에서 보는 바와 같이 침전지로 유입되는 유입수량이 갑자기 증가하는 경우에는 침전지 전단에 쌓여진 슬러지가 침전지 말단으로 급속히 이송되게 된다. 이와같이 갑작스런 유입 MLSS증가로 침전지 말단으로 이송된 침전된 MLSS의 일부는 침전지 상부로 상승하여 2차 침전지 처리수 부유물질의 농도를 증가시킨다. 그리고 이같이 밀려진 침전 MLSS는 슬러지 콜렉터에 의해 침전지 전단의 호퍼로 이송되는데 많은 시간이 소요하게 된다.

침전지 유입 수량이 증가하는 요인은 크게 두 가지 경우로 구분된다. 하나는 우천시 다량의 우수가 하수처리장에 유입되는 경우이고, 또 다른 하나는 오전 중에 순간적으로 다량의 하수가 유입되는 경우이다.

일반적으로 각 가정에서 배출되는 하수는 시간대별로 그 유량 변동이 크다. 즉, 주중에는 오전 및 이른 저녁 시간대에 다량의 하수가 유입되는데, 특히, 오전 시간대에는 새벽 시간대에 하수유입이 최소로 되어 있는 상태에서 급격히 하수유입량이 증가하는 특성을 가지고 있다. 그러므로 하수처리장에 하수를 균일하게 공급시켜 주는 유량 조정조가 없는 경우에는 오전 시간대의 2차 침전지 유입 수량은 새벽시간대의 유입량의 3배 이상이 되는 경우가 발생한다.

또한, 생물반응조에서 생물학적 질소제거의 전단계인 질산화가 수행되는 경우에는 다량의 질산성 질소가 침전지에 유입된다. 이 같이 침전지에 유입된 질산성 질소는 산소가 없는 무산소 상태와 유기물질이 공급되는 경우에는 탈질화 반응을 걸쳐 질소 가스가 되어 대기 중으로 배출된다. 침전지에 순간적으로 증가된 유입수량에 의해 침전지 말단으로 밀려진 침전 MLSS는 침전지 전단에 설치된 호퍼로 이송되는데 많은 시간이 걸리는 관계로, 이 과정에서 MLSS 자체가 분해되는 자기분해현상이 발생되고, 이 과정에서 유기물이 배출된다. 자기분해 과정에서 배출된 유기물과 침전지에서의 무산소 조건은 침전지로 유입된 질산성 질소의 탈질반응을 야기시켜 2차 침전지에서의 탈질을 초래한다.

이곳에서 발생된 질소 가스는 침전 MLSS에 부착하여 MLSS의 부력을 증가시키고 이로 인해서 침전 MLSS는 부상하게 되는데 이를 슬러지 부상이라 한다. 이 같이 부상된 MLSS는 유출웨어로 흘러들어가서 2차 침전지 배출수 부유물질 농도를 증가시킴과 동시에 생물반응 시스템 전체에 있어서는 반응에 필수적인 MLSS 손실을 야기하여 궁극적으로 시스템 운전의 실패를 초래하는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 도 3의 특허등록 제 379896호 '침전지 정류벽용 통수공유닛'과 같이 정류벽 형태의 다공판을 하나 설치하여 불규칙한 난류의 흐름상태를 보이는 유입수를 균등하게 통수시켜서 그 유입수에 포함되어 있는 MLSS의 침전작용을 상승시켜 주도록하였다.

그러나, 다공판이 하나만 있는 경우에는 다공판에 의해 유입수의 힘이 감소됨에도 불구하고 다공판의 구멍을 따라 MLSS가 밀리는 문제점이 있었다.

따라서, 본 고안은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 2차 침전지 내부에 다중 정류판을 설치하여 유입수량의 갑작스런 증가에 의한 침전 MLSS의 침전지 후단으로의 밀림현상이 발생되지 않아 후단에 설치된 유출웨어로의 부유물질(Suspended Solids) 유입으로 인한 2차 침전지 배출수 부유물질 농도 증가를 방지할 수 있고, 밀려진 MLSS에서의 내생탈질에 의한 침전지 후단에서 슬러지 부상에 의한 배출수 부유물질의 농도상승 현상을 방지할 수 있는 효과가 있으며, 2차 침전지를 침전지 전단의 바이오 응집(Bioflocculation)과 침전 (Settling) 구역으로 나누어 2차 침전지 처리수의 부유물질 농도를 최소화시킬 수 있는 장방형 중력식 2차 침전지를 제공함에 본 고안의 목적이 있다.

본 고안의 상기 목적은 2차 침전지의 일측에는 유출웨어가 구비되고, 상기 2차 침전지의 내부에는 탈착 가능한 정류판이 복수개로 구비되며, 상기 정류판의 구멍의 위치는 인접 정류판의 구멍의 위치와 수평적으로 일치하지 않도록 구성되고, 상기 2차 침전지 하부에는 슬러지 콜렉터가 구비됨을 특징으로 하는 장방형 중력식 2차 침전지에 의해 달성된다.

본 고안의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 고안의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

먼저, 도 5a는 본 고안의 다중 정류판을 이용한 장방형 중력식 2차 침전지를 나타낸 단면도이다. 상기 도 5a에서 보는 바와 같이 2차 침전지의 일측에는 유출웨어(1)가 구비되고, 상기 2차 침전지의 내부에는 탈착 가능한 정류판(2)이 복수개로 구비되며, 상기 2차 침전지 하부에는 슬러지 콜렉터(3)가 구비된다. 상기 정류판으로 단공판 또는 다공판을 사용할 수 있으며, 상기 정류판을 2차 침전지에 설치하는 이유는 침전지에 유입되는 MLSS가 순간적으로 증가하는 경우 정류판이 그 유체 흐름의 힘을 억제하는 역할을 하여 침전된 MLSS가 침전지 말단으로 밀리지 않도록 하기 위해서이다. 그러나 정류판이 하나만 있는 경우에는 정류판에 의해 유체 힘이 감소됨에도 불구하고 정류판의 구멍을 따라 침전 MLSS가 밀리는 현상이 발생된다.

이같은 현상을 방지하기 위해서는 또 다른 하나 이상의 정류판이 후단에 설치되어야 하는데, 이 때 전단에 설치된 정류판의 구멍과 후단의 정류판의 구멍이 수평적으로 일치하지 않도록 설치하는 것이 바람직하다. 이같이 공간이 수평적으로 일치되지 않는 구멍을 갖는 정류판을 교대하면서 설치해야 하는 이유는 2차 침전지 유입 수량이 순간적으로 증가하는 경우 최초 정류판의 구멍 사이로 빠져나온 침전 MLSS가 침전지 말단으로 이송되는 것을 차단하기 위해서이다.

다중 정류판이 침전지 내부에 설치되면 다중 정류판 전단에는 MLSS의 응집을 유도하는 바이오 응집(bioflocculation) 영역을 형성시킬 수 있어 미세 MLSS입자를 서로 뭉쳐지게 하는 기능을 한다. 2차 침전지 배출수 부유물질 성분인 미세 MLSS를 서로 뭉치게 하면, 그 무게에 의해 침전구역에서 침전시킬 수 있어, 바이오 응집 기능이 2차 침전지에 부가되면 배출수 부유물질 농도를 크게 저감시킨다.

다음, 도 5b는 본 고안의 다공판의 예를 나타낸 단면도이다. 다중 정류판의 구성은 상기 도 5b에서 보는 바와 같이 다공판 또는 단공판을 침전지에 2개 이상 설치하는 것이다. 상기 정류판의 구멍은 원형, 다각형, 타원형, 계란형, 말굽형 가운데 어느 하나 이상 사용할 수 있다.

그러나, 정류판의 구멍의 위치는 다공판 설치시 인접 정류판의 구멍의 위치와 수평으로 일치하지 않아야 한다. 즉, 첫 번째 정류판의 구멍을 통과한 유체는 두 번째 설치된 정류판의 구멍을 수평적으로 통과하지 않고 벽면에 부딪혀야 하고, 이 정류판의 구멍을 통과한 유체는 세 번째 정류판의 구멍을 수평적으로 통과하지 않고 벽면에 부딪혀야 한다.

정류판의 너비는 2차 침전지 유효 폭이며, 그 높이는 침전지 유효수심 이하의 어떠한 크기도 가능한데, 상기 슬러지 콜렉터 운전에 지장을 주어서는 안 된다. 또한, 상기 정류판의 구멍과 열린 공간이 수평으로 일치하지 않는 다중 정류판 각각의 설치 위치는 2차 침전지 길이 방향으로 임의의 장소에 설치될 수 있다.

[실시예]

본 고안의 효과를 파악하기 위해서 2차 침전지 유입수량이 변하는 경우 침전 MLSS 농도 변화를 컴퓨터 시뮬레이션을 통해서 파악하였다. 컴퓨터 시뮬레이션은 2차 침전지 내에서의 유속 및 MLSS침전 현상을 그 결과로 나타낼 수 있는데, 도 6a는 2중 다공판이 설치되지 않은 경우 유입수량 증감에 따른 2차 침전지내 유속 및 MLSS 농도 변화 시뮬레이션 결과이고, 도 6b는 2중 다공판이 설치된 경우 유입수량 증감에 따른 이차침전지내 유속 및 MLSS 농도 변화 시뮬레이션 결과이다.

도 6a 및 도 6b에서 보는 바와 같이 2중 다공판이 설치된 경우는 설치되지 않은 경우에 비해서 바닥에 누적된 MLSS량이 적은 것으로 나타났고, 특히, 침전지 말단 부분에는 침전 MLSS가 없는 것으로 나타나, 급속한 유량 증가에 따른 침전 MLSS의 후단으로의 밀림 현상이 상당히 감소된 것으로 나타났다. 그리고 2중 다공판이 설치된 경우에는 2차 침전지 유출수 부유물질 농도가 7.1mg/L로 나타났으나, 설치되지 않는 경우에는 17mg/L로 나타나 그 농도가 2.4배 정도 높은 것으로 나타났다.

2중 다공판이 설치되지 않은 경우와 설치된 경우에 있어서 유량 변동에 따른 2차 침전지 유출수 부유물질 농도 변화는 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이 2중 다공판이 설치되지 않은 경우에는 2차침전지 유입수량 변동에 따라 유출수 부유물질의 농도가 증가하지만, 2중 다공판이 설치된 경우에는 유출수 부유물질 농도 변화가 크지 않은 것으로 나타났다.

본 고안은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 고안의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

따라서, 본 고안의 장방형 중력식 2차 침전지는 침전지 내부에 다중 정류판이 설치되어 유입수량의 갑작스런 증가에 의한 침전 MLSS의 침전지 후단으로의 밀림현상이 발생되지 않아 후단에 설치된 유출 웨어로의 부유물질 유입으로 인한 2차 침전지 배출수 부유물질의 농도 증가를 방지할 수 있고, 밀려진 MLSS에서의 내생탈질에 의한 침전지 후단에서 슬러지 부상에 의한 배출수 부유물질의 농도 상승 현상을 방지할 수 있는 효과가 있으며, 2차 침전지를 침전지 전단의 바이오 응집 구역과 침전지 후단의 침전 구역으로 나누어 2차 침전지 처리수의 부유물질 농도를 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 유입수량이 일정한 경우 정상적인 2차 침전지 운전 상태를 나타낸 단면도.

도 2는 유입수량이 급격히 증가한 경우 2차 침전지 운전 상태를 나타낸 단면도.

도 3은 2차 침전지 침전 MLSS의 부상 현상을 나타낸 사진.

도 4은 종래의 정류벽을 이용한 장방형 중력식 2차 침전지를 나타낸 단면도.

도 5a는 본 고안의 다중 정류판을 이용한 장방형 중력식 2차 침전지를 나타낸 단면도.

도 5b는 본 고안의 다공판의 예를 나타낸 단면도.

도 6a는 2중 다공판이 설치되지 않은 경우 유입수량 증감에 따른 2차 침전지내 유속 및 MLSS 농도 변화 시뮬레이션 결과.

도 6b는 2중 다공판이 설치된 경우 유입수량 증감에 따른 2차 침전지내 유속 및 MLSS 농도 변화 시뮬레이션 결과.

도 7a는 2중 다공판이 설치되지 않은 경우 유입수량 증감에 따른 2차 침전지내 배출수 부유물질 농도 변화 시뮬레이션 결과.

도 7b는 2중 다공판이 설치된 경우 유입수량 증감에 따른 2차 침전지내 배출수 부유물질의 농도 변화 시뮬레이션 결과.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 유출웨어 2 : 정류판

3 : 슬러지 콜렉터

Claims (6)

1. 장방형 중력식 2차 침전지에 있어서,

   2차 침전지의 일측에는 유출웨어가 구비되고, 상기 2차 침전지의 내부에는 탈착 가능한 정류판이 복수개로 구비되며, 상기 정류판의 구멍의 위치는 인접 정류판의 구멍의 위치와 수평적으로 일치하지 않도록 구성되고, 상기 2차 침전지 하부에는 슬러지 콜렉터가 구비됨을 특징으로 하는 장방형 중력식 2차 침전지.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 정류판은 단공판 또는 다공판인 것을 특징으로 하는 장방형 중력식 2차 침전지.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 정류판의 구멍은 원형, 다각형, 타원형, 계란형, 말굽형 가운데 어느 하나 이상 사용하는 것을 특징으로 하는 장방형 중력식 2차 침전지.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 정류판은 상기 2차 침전지 길이 방향으로 임의의 장소에 설치되는 것을 특징으로 하는 장방형 중력식 2차 침전지.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 정류판의 너비는 상기 2차 침전지의 유효 폭으로 하며, 높이는 2차 침전지의 유효수심 이하로 하는 것을 특징으로 하는 장방형 중력식 2차 침전지.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 정류판의 전단부는 바이오 응집(Bioflocculation) 구역으로 하고, 후단부는 침전(Settling) 구역으로 하여 2차 침전지 처리수의 부유 물질 농도를 최소화시키는 것을 특징으로 하는 장방형 중력식 2차 침전지.