본 발명은 침전조(Clarifier 또는 Sedimentation Tank)의 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고농도의 부유물질을 포함한 오염수를 자가적으로 응집을 유도하여 침전효율을 향상시키고 침강된 플록이 침전지 하부로의 밀림현상을 방지하도록 하여 우수한 처리수를 생산할 수 있도록 한 수평류형 침전 시스템에 관한 것이다.

하수처리나 폐수처리에 이용되는 대부분의 수처리장치는 오·폐수가 채워지는 저장조와 상기 저장조에서 오·폐수를 공급받아 생물학적인 방법이나 화학적인 방법으로 정수처리 하는 처리조와 상기 처리조에서 정수처리된 상태로 배출되는 1 차 유입수 내의 슬러지를 응집·침전시키는 침전조로 이루어져 있다.

일반적으로 침전공정은 SS(Suspended Solid : 부유물질, 부유고형물, 혼탁물질)를 함유한 오염수를 침전장치에 유입시켜, 부유물질을 침전시키고 깨끗한 물만 처리수로서 배출시키는 과정이다. 따라서 침전조는 수질에 직접적인 영향을 줄뿐 아니라 SS성분의 제거에도 큰 영향을 미치기 때문에 효율적인 설계가 요구된다.

초기의 침전개념은 스토크의 법칙(Stokes's Law)에 따라 무거운 부유물질이 시간이 지남에 따라 침전지 바닥에 침전이 될 수 있도록 하여 부유물질을 제거하는 단순 중력침강식이었다. 이러한 종래 중력침강식 침전 개념은 독립입자침전, 응집침전, 지역침전 및 농축등 4단계 침전단계를 거쳐 이루어지게 되는데, 이는 부유물질농도가 낮은 단계에서 일어날 수 있는 현상이다. 그러나 현장의 하수와 폐수와 같이 침전지로 유입되는 부유물질농도가 높은 (1000 mg/L 이상) 때는 상기 4단계 현상(독립입자침전, 응집침전, 지역침전, 농축)으로 침전이 일어나기보다 5단계 침전(응집침전, 독립입자침전, 응집침전, 지역침전, 농축)을 거치게 된다. 따라서 유입되는 부유물질농도가 높을수록 침전에 필요한 시간이 길어지게 된다. 또한 장방형침전지의 경우 부유물질이 침전지 바닥에 쌓이게 되는데, 이때 하류로 흐르는 수류가 수온이나 구조의 문제로 인해 편류로 흐르게 되어 침전지 바닥에 축적되어 있는 고형물이 하부로 밀리는 현상이 발생하게 된다. 따라서 침전지에서 유입부유물질 농도가 높을수록 응집에 필요한 시간이 길어지고 또한 침전지 바닥에 쌓인 부유물질 면적의 길이가 길게 되어 침전지하부로 밀리게 되는 부유물질이 많아지게 된다. 그리고 침전지 바닥에 쌓이는 부유물질의 면적이 넓게 또는 길게 진행되면 될 수록 유입수의 호퍼부로 쌓인 부유물질을 이송시켜야 되는데 제때 이송되지 않으면 반송슬러지의 농도를 유지하지 못하여 전단의 생물반응조내의 미생물농도(MLSS)를 유지시키기 어렵다.

도 1에 경사판식 장방형 침전 시스템의 측단면구조를 도시하였다. 상기 중력식 장방형 침전조(100)는, ① 슬러지가 퇴적되는 상류측의 호퍼부와 ② 하류로 갈수록 바닥면과 수면 사이의 수직 거리가 좁아지는 하류측의 바닥경사부로 이루어져 있다. 또한, 상류측의 호퍼부 내에는, 유입수 흐름과 수직으로 만나는 측면에 다수의 유입구(21)가 형성된 수직배플(20)이 설치되어 있다. 이에 반해, 하류측의 경사부에는 모터(M)로 구동되는 스크레퍼 타입의 슬러지수집기(30)가 설치되어 있고, 벽면 상단에는 유출위어(40)가 설치되어 있다. 호퍼부 및 바닥경사부 상류측에는 자연스럽게 침전된 슬러지와 경사부 바닥에서 슬러지수집기(30)로 긁어온 슬러지의 퇴적층, 즉 슬러지층이 형성된다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 침전지 내에서 부유물질을 포함한 오염수가 분리가 잘 될 수 있도록 하기 위해 플록의 크기를 크게 하고, 장방형 침전지에서 단회로 또는 밀도류에 의해 침전지하부의 슬러지가 유출구 방향으로 이동하여 유출수를 악화시키는 현상을 방지하여 부유물질의 제거효율이 향상된 침전시스템을 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 상류측의 호퍼부와, 하류측의 바닥경사부로 이루어져 있고, 상기 호퍼부 내에는, 유입수 도입측면에 형성된 수직배플, 슬러지수집기 및 유출위어를 포함하는 통상의 장방형 침전시스템에 있어서, ① 상기 호퍼부 수평면적의 30~100%에 해당하는 위치에서 또는 통상 전체 체류시간이 3~5시간인 장방형 침전시스템에서 체류시간 3~30분에 해당하는 위치에서, 하부가 바닥으로부터 20cm~수심의 60% 이격되어 있는, 수류의 상부를 차단하는 수직차단판과 ② 유입수가 수직하향으로 층류유동할 수 있도록 다수의 투수공이 형성되어 있고 상기 수직배플과 수직차단판 사이에 위치하는 복수개의 수평배플이 설치된 자가 응집기능의 장방형 침전시스템에 관한 것이다. 이하 설명의 편의를 위해, 상기 수직배플과 호퍼부의 측면 및 수직차단판에 의해 이루어지는 공간을 "응집웰"이라 표현한다. 본 발명은 상기 응집웰에서 처리수가 체류하면서 자가 응집효과가 발생되도록 하는 시스템이다.

응집웰에서, 수직차단판의 위치가 상기 호퍼부 수평면적에 대하여 30% 미만(체류시간 5분 이하)인 경우 처리수가 응집웰에 체류하는 시간이 짧아 슬러지 침전효과가 미미해지고, 100% 초과(또는 30분이상)인 경우 침전효과는 좋아지지만 수직차단판의 외부(하류)의 공간(즉, 응집웰의 출구)이 좁아져 이 부분에서 처리수의 흐름이 교란되어 궁극적으로 슬러지가 부상하게 되는 문제가 있다.

수직차단판의 하부가 바닥으로부터 20cm 미만까지 내려오는 경우 응집웰의 출구에서 처리수의 흐름이 교란되어 슬러지가 부상함으로써 슬러지 응집-침전효과가 오히려 감소하게 되고, 해당위치 수심의 60% 초과까지 올라가는 경우 처리수의 체류시간이 짧아져 슬러지 응집-침전효과가 미미하게 된다.

상기 수평배플은 필요에 따라 한개 또는 복수 개 설치할 수 있다.

또한 본 발명에 의한 침전 시스템에는, 호퍼부에 침전된 잉여슬러지 및 반송슬러지의 배출시 단회로를 방지하기 위하여 상기 수직배플의 하부에 상기 대하여 60~150° 각도로 단회로방지배플이 추가로 설치될 수 있다. 설치각도가 60° 미만이거나 150° 초과인 경우 단회로가 증가하거나 단회로 방지효과가 미미하게 된다.

또한 본 발명에 의한 침전 시스템에는, 호퍼부에 슬러지의 층유지 및 처리수의 균일흐름을 유도하기 위하여 상기 수직차단판의 외측하부에, 상기 수직차단판과 호퍼부 바닥과 이격되어, 수직차단판에 대해 0 - 60° 로 경사배플이 추가로 설치될 수 있다.

또한 본 발명에 의한 침전 시스템에는, 단회로에 의해 침전 슬러지가 하류방향으로 이동하는 현상을 방지하기 위하여 상기 경사부 수평면적의 상류측 50% 이내에, 경사부 바닥으로부터 20~100cm 이격되고 바닥으로부터 수심의 1/2 이하를 차단하는 슬러지이동방지배플이 하나 또는 둘 이상 설치될 수 있다. 이때 최하류에 설치된 슬러지이동방지배플에는 다수의 투수공이 있는 것이 바람직하다.

상기 슬러지이동방지배플의 하부 이격거리는 특별한 기술적 의미가 있는 것은 아니고 슬러지수집기가 이동할 수 있는 공간이다. 바닥으로부터 수심의 1/2를 초과하여 슬러지이동방지배플이 확장되는 경우 배플을 통과하는 처리수의 유속이 증가하여 슬러지가 부상하게 될 수 있다.

또한 본 발명에 의한 침전 시스템에는, 슬러지의 하부이동을 방지하고 상부로 흐르는 수류의 층류화를 유지하기 위하여 하부가 바닥으로부터 20~50cm 이격되어 있고 상부가 수면이상~수심의 40% 이상 이격되어 있으며, 상부가 수면으로부터 20~100cm 이격되어 있으며, 상부측에 복수개의 투수공이 다단으로 형성되어 있는 수평류유지배플이 하나 또는 둘 이상 설치될 수 있다. 상기 슬러지이동방지배플과 함께 설치되는 경우, 수평류유지배플은 슬러지이동방지배플의 최외곽(하류)에 설치된다.

본 발명에 의하면 유입된 오염수가 침전시스템의 응집웰에 체류하면서 부유물질 플록의 크기가 증가하고 나아가 응집-침전효과가 증대된다. 따라서 본 발명에 의한 시스템을 적용하면 슬러지 농도가 높은 유입수의 처리도 가능하며, 반송슬러지의 농도도 증가시킬 수 있다. 또한 침전지 하부에 축적된 슬러지의 침전지 말단으로 이동현상이 방지되므로 침전효율이 향상되고 보다 깨끗한 유출수를 제공할 수 있게 된다.

또한 본 발명에 의한 침전시스템은 기 설치된 장방형 침전지뿐만 아니라 신설 장방형 침전지에 간편하게 적용가능하며, 종래 장방형 침전지에 비해 운전 및 관리가 용이하여 부지면적과 유지·관리 비용을 절감할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 장방형 침전지의 측단면을 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명에 의한 장방형 침전시스템의 측단면을 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명에 의한 장방형 침전시스템의 슬러지이동방지배플과 슬러지수집기를 보여주는 단면도이다.

도 4는 본 발명에 의한 장방형 침전시스템의 슬러지이동방지배플 및 수평류유지배플과 슬러지수집기의 위치를 보여주는 단면도이다.

도 5는 수평류유지배플을 위치와 구조를 보여주는 도면이다.

도 6은 종래의 장방형 침전지에 있어서 슬러지 이동현상을 전산 모사한 것이다.

도 7은 본 발명에 의한 침전시스템에서, 슬러지이동방지배플이 없는 경우의 슬러지 이동현상을 전산 모사한 것이다.

도 8은 본 발명에 의한 침전시스템에서, 슬러지이동방지배플이 설치된 경우의 슬러지 이동현상을 전산 모사한 것이다.

도 9는 종래기술 침전지에 대한 바닥면에서의 슬러지 농도분포를 나타낸 것이다.

도 10은 본 발명기술의 침전지에 대한 바닥면에서의 슬러지 농도분포를 나타낸 것이다.

***** 도면 부호의 설명 *****

10 : 침전지 20 : 수직배플 21 : 유입구

30 : 슬러지 수집기 40 : 유출위어

51 : 수직차단판 52 : 수평 배플 53 : 단회로방지배플

54 : 경사배플 55 : 슬러지이동방지배플 15 : 수평류유지배플