KR100352740B1 - 가압부상조 및 연속식 정밀여과기를 이용한 하·폐수재이용 시스템의 전처리 방법 - Google Patents

가압부상조 및 연속식 정밀여과기를 이용한 하·폐수재이용 시스템의 전처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하·폐수처리장 방류수를 순수 수준의 중수로 처리하는 재이용 시스템 전처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가압부상조 및 연속식 정밀여과기를 이용함으로써, 하·폐수 방류수 중의 유기물, 박테리아, 세포외고분자물질(Extracelluar Polymeric Substance), 탁도 및 색도 유발물질, 부유성 물질 등을 효과적으로 처리하여 주공정인 역삼투막설비 등의 안정성을 향상시키는, 가압부상조 및 연속식 정밀여과기를 이용한 하·폐수 재이용 시스템의 전처리 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 가압부상조 및 연속식 정밀여과기를 이용한 하·폐수 재이용 시스템의 전처리 방법은, 하·폐수를 재이용하는 시스템의 전처리 방법으로서, 하·폐수처리장으로부터 방류수를 방류수조에 압송한 후, 무기응집제인 황산알루미늄 또는 폴리염화알루미늄을 투입하여 오염유발 입자를 응집시키는 단계(a); 상기 단계(a)의 응집형성 후 가압부상조로 유입시켜 막의 오염을 유발하는 각종 유기물, 미생물 또는 미생물에 의해 형성된 세포외고분자물질을 제거하는 단계(b); 및 상기 단계(b)의 처리수를 중간조를 거쳐 연속식 정밀여과기로 공급시켜, 처리수의 미세물질을 제거하는 단계(c)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

가압부상조 및 연속식 정밀여과기를 이용한 하·폐수 재이용 시스템의 전처리 방법{Pretreatment Method of Water Reuse System using Air Flotation and Continuous Microfilter}
본 발명은 하·폐수처리장 방류수를 순수 수준의 중수로 처리하는 재이용 시스템 전처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가압부상조 및 연속식 정밀여과기를 이용함으로써, 하·폐수 방류수 중의 유기물, 박테리아, 세포외고분자물질(Extracelluar Polymeric Substance), 탁도 및 색도 유발물질, 부유성 물질 등을 효과적으로 처리하여 주공정인 역삼투막설비 등의 안정성을 향상시키는, 가압부상조 및 연속식 정밀여과기를 이용한 전처리 방법에 관한 것이다.
종래에는 역삼투막의 전처리 공정으로서 모래여과, 활성탄 흡착, 카트리지형 정밀여과를 이용하였다. 그러나, 모래여과는 유기물, 세포외고분자물질 및 탁도성분의 제거효과가 낮아 침니농도지수(Silt Density Index)를 5 이하로 유지하기가 어렵고, 활성탄 흡착은 여재의 기공구조로 인하여 미생물의 성장이 활발하여 처리수가 미생물에 의해 오염됨으로써 역삼투막을 오염시키는 문제점이 있다. 한편, 카트리지형 정밀여과를 단독으로 사용하게 될 경우에는 미세입자 및 탁도 성분이 필터를 오염시킴으로써 필터의 교체주기를 단축시켜 경제적으로 불리한 단점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 가압부상조 및 연속식 정밀여과기를 이용함으로써, 역삼투막설비, 막생물반응기의 막 모듈 또는 정밀여과기의 필터를 오염시키는 각종 유기물,부유물질, 탁도물질, 미생물 또는 미생물에 의해 형성된 세포외고분자물질을 전처리 공정 중에 제거하여 막오염을 방지함과 아울러 오염물질의 분리효율을 증가시키고, 필터의 수명 및 교체주기를 향상시킬 수 있는, 가압부상조 및 연속식 정밀여과기를 이용한 하·폐수 재이용 시스템의 전처리 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 가압부상조 및 연속식 정밀여과기를 이용한 전처리 방법을 적용하여 하·폐수 방류수를 재이용하는 역삼투막 시스템을 개략적으로 나타낸 처리계통도이다.
**도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명**
10: 방류수조 20:가압부상조
30: 중간조 40: 이송펌프
50: 연속식 정밀여과기 60: 여과수조
70: 저압펌프 80: 미세여과기
90: 고압펌프 100: 역삼투막설비
110: 처리수조 120: 세정수조
130: 세정펌프 140: 농축수조
150: 역세펌프
도 2는 본 발명에 따른 가압부상조 및 연속식 정밀여과기를 이용한 전처리 방법을 역삼투막 설비에 적용한 실시결과를 나타낸 그래프이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 가압부상조 및 연속식 정밀여과기를 이용한 하·폐수 재이용 시스템의 전처리 방법은, 하·폐수를 재이용하는 시스템의 전처리 방법으로서, 하·폐수처리장으로부터 방류수를 방류수조에 압송한 후, 무기응집제인 황산알루미늄 또는 폴리염화알루미늄을 투입하여 오염유발 입자를 응집시키는 단계(a); 상기 단계(a)의 응집형성 후 가압부상조로 유입시켜 막의 오염을 유발하는 각종 유기물, 미생물 또는 미생물에 의해 형성된 세포외고분자물질을 제거하는 단계(b); 및 상기 단계(b)의 처리수를 중간조를 거쳐 연속식 정밀여과기로 공급시켜, 처리수의 미세물질을 제거하는 단계(c)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 구체적으로, 상기 단계(b)의 처리수는 중간조(30)에서 이송펌프(40)를 이용하여 연속식 정밀여과기(50)에 공급된다.
본 발명에 의한 가압부상조 및 연속식 정밀여과기를 이용한 하·폐수 재이용 시스템의 전처리 방법에 있어서, 상기 단계(a)는 무기응집제인 황산알루미늄 또는 폴리염화알루미늄을 원수의 성상에 따라 5~20 mg/L로 주입시켜 입자를 혼화응집시킨 후 가압부상조에서 제거하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 가압부상조 및 연속식 정밀여과기를 이용한 하·폐수 재이용시스템의 전처리 방법에 있어서, 상기 단계(b)의 가압부상조는 용존공기부상조, 공동공기부상조, 일반폭기, 또는 가압부상과 모래여과를 단일기기에서 운전하는 장치인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 가압부상조 및 연속식 정밀여과기를 이용한 하·폐수 재이용 시스템의 전처리 방법에 있어서, 상기 단계(c)의 연속식 정밀여과기는 여과막이 0.01~0.8㎛ 정도의 미세기공을 가진 폴리프로필렌재질의 중공사막인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 가압부상조 및 연속식 정밀여과기를 이용한 하·폐수 재이용 시스템의 전처리 방법에 있어서, 상기 단계(c)의 연속식 정밀여과기는 여과막 필터의 기공이 오염물질에 의해 막히어 운전차압이 상승한 경우, 공기 또는 물을 이용하여 역세척이 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 가압부상조 및 연속식 정밀여과기를 이용한 하·폐수 재이용 시스템의 전처리 방법에 있어서, 상기 하·폐수를 재이용 시스템은 역삼투막설비, 막생물반응기, 한외여과설비 또는 나노여과설비를 주공정으로 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 사용되는 가압부상조는, 원수에 포함되어 있는 각종 유기물, 미생물 또는 미생물에 의해 형성된 세포외고분자물질등이 소수성 물질임을 이용하여 소수성인 공기방울에 흡착시키므로써 효과적으로 오염물질을 제거하여 후처리공정인 연속식 정밀여과기, 미세여과기 및 역삼투막여과기를 안정적으로 운전하게 할 수 있다.
본 발명에서는 황산알루미늄 또는 폴리염화알루미늄을 주입시켜 입자를 혼화 응집시키고, 이러한 응집에 의하여 생긴 플럭을 가압부상조(20)에서 용존공기와 혼합시킨 후, 스컴의 형태로 가압부상조(20)의 표면으로 부상된 플럭과 공기방울의 혼합물을 스컴스키머로 수거한다. 이 과정을 통하여 0.5~1.0㎛ 크기를 가진 콜로이드 물질, 예컨데 각종 유기물, 탁도 및 색도 유발물질, 부유물질, 미생물 또는 미생물에 의해 형성된 세포외고분자물질이 제거된다.
본 발명에서 사용되는 연속식 정밀여과기는 여재기공크기 보다 큰 오염물질은 배제시키고, 기공크기보다 작은 물질만을 통과시키는 물리적인 처리 장치이다.
연속식 정밀여과기의 운전중 필터의 기공이 오염물질에 의해 막히어 운전차압이 상승할 경우에는 공기 또는 물을 이용하여 자동 역세척함으로써 연속적인 운전이 가능하다. 즉, 연속식 정밀여과기에서 필터가 오염물질에 의해 운전차압이 증가하였을 때, 자동적으로 6kg/㎠의 압력을 가진 공기 또는 물을 주입하여 각 필터의 모듈별로 역세를 실시함으로써 연속적으로 운전이 가능하다. 이러한 역세는 고압에 의한 역세이므로 효율이 우수하여 후처리공정인 미세여과기 및 역삼투막여과기의 폐색을 최대한 방지할 수 있다.
본 발명에 의한 가압부상조 및 연속식 정밀여과기를 이용한 하·폐수 재이용 시스템의 전처리 방법에 있어서, 연속식 정밀여과기(50)의 누적된 오염물질을 제거하기 위하여 세정수조(120)로부터 유기세척제로서 가성소다를 사용하여 월 1회 정도 세정하며, 무기세척제로서 염산(HCl) 또는 구연산를 사용하여 격월로 세정한다.
이하, 도면 및 실시예를 들어 본 발명의 구성 및 발명효과를 보다 상세하게설명한다. 하기의 도면 및 실시예는 본 발명의 내용을 설명하나, 본 발명의 내용이 여기에 한정되지는 않는다.
본 발명에 의한 가압부상조 및 연속식 정밀여과기를 이용한 역삼투막설비의 전처리 방법은 도 1에서 보는 바와 같이, 방류수조(10), 가압부상조(20), 중간조(30), 연속식 정밀여과기(50), 여과수조(60), 세정수조(120), 세정펌프(130), 농축수조(140) 및 역세펌프(150)로 이루어져 있다.
일반적으로 전처리 여과장치에는 카트리지식 정밀여과장치, 모래여과장치, 활성탄 흡착장치, 제철·제망간장치 등이 있다. 이들 대부분은 압력식 여과장치로서 장치 전단에 펌프나 일정 이상의 압력을 가하여 깨끗한 물을 처리하는 장치이나, 소요부지가 많이 필요하고 처리효율의 안정성이 낮다.
본 발명의 하·폐수 재이용 시스템의 전처리 방법에서 사용되는 장치는 가압부상조와 연속식 정밀여과기다. 가압부상조는 각종 부유물 및 유기물, 미생물 또는 미생물에 의해 형성된 세포외고분자물질을 제거하기 위한 것으로 가압부상조의 처리수 유량의 20~40%를 5 kg/㎠ 압력의 공기탱크에 유입시켜 공기를 용해시킨 뒤, 원수와 혼합시켜 대기압하의 가압부상조에 분사하면, 원수 중의 각종 오염물질이 미세한 공기 기포와 혼합되어 수면으로 부상하게 되므로 스컴스키머를 이용하여 오염물질을 제거함으로써 1차 전처리를 수행한다. 특히, 하·폐수처리에 있어서 생물학적방법에 의하여 처리하는 경우에는, 미생물에 의한 세포외고분자물질이 원수에 포함되어 각종 필터 및 막의 주요 폐색인자로 작용하므로 반드시 제거되어야 하는데 가압부상의 원리를 이용하면 소수성인 미세공기에 소수성인 세포외고분자물질이쉽게 흡착되므로 아주 쉽게 제거된다.
2차 전처리 방법인 연속식 정밀여과기는 전량여과방식이며, 0.01~0.8㎛ 정도의 미세기공을 가진 폴리프로필렌 재질의 중공사막인 것을 특징으로 한다. 연속식 정밀여과기의 통과유속은 50-65L/㎡/hr이다. 공기를 이용한 역세척은 농축수조로부터 보통 차압이 1.0-1.2kg/㎠ 정도로 상승할 경우 실시하나, 처리수량이 충분치 않을 경우에도 실시하고, 역세기간은 15-30분에 1회 실시한다.
상기와 같은 전처리 공정후에는, 미생물의 성장을 억제시키기 위해 차아염소산나트륨을 투입한 후 여과수조(60)로 저장하는 일련의 공정으로 이어진다.
<실시예1>
본 발명에 따른 가압부상조 및 연속식 정밀여과기를 이용한 전처리 방법을 폐수처리장의 방류수 60L/hr(1.44㎥/일)에 적용하여 처리하였다. 이 때, 콜로이드 물질을 제거하기 위하여 무기응집제를 5~20mg/L 주입한 후 전처리 설비인 가압부상조와 연속식 정밀여과기를 적용하였다.
<비교예 1>
상기 실시예 1과 비교하기 위하여 종래의 전처리 방법 가운데 모래여과기를 이용하여 방류수를 처리하였다.
역삼투막의 막오염을 유발시키는 물질은 매우 다양하고 오염성분의 오염도도 각각 측정하기 어렵다. 따라서, 역삼투막의 운전차압을 이용하여 각 전처리 방법의 막오염물질 제거효율을 판단할 수 있는데, 실시예 1 및 비교예 1 각각에 대한 역삼투막 설비의 운전차압을 도 2에 나타내었다.
도 2에서 보는 바와 같이, 모래여과기를 이용하여 전처리를 한 경우(비교예 1)에는 역삼투막설비의 세정주기가 5~8일 정도이었으나, 가압부상조에서 용존공기의 부상으로 각종 부유물 및 유기물 미생물 또는 미생물에 의해 발생한 세포외고분자물질을 1차 제거하고, 후속 전처리 과정인 연속식 정밀여과기에서 잔여 오염물질을 2차 제거한 경우(실시예 1)에는 세정주기가 18일로 증가되어 전처리 효과가 약 2.25~3.6배 정도 향상됨을 알 수 있다.
한편, 모래여과를 전처리로 이용한 경우에 대하여 역삼투막설비의 세정 후 운전차압의 변화를 살펴 본 결과, 첫번째 운전초기의 차압이 2.4kg/㎠, 두번째 운전초기 차압이 3.0kg/㎠, 세번째 운전초기 차압이 3.6kg/㎠로 점점 증가되었다. 따라서. 비교예 1의 경우, 역삼투막에 오염물질이 비가역적으로 부착되어 운전주기를 짧게 하고 막의 성능을 급속도로 저하시킴을 알 수 있다. 이에 반하여, 본 발명에 따라 가압부상조와 연속식 정밀여과기를 동시에 전처리로 사용하였을 경우에는 역삼투막설비의 첫번째 운전초기 차압이 2.6kg/㎠, 두번째 운전초기 차압이 2.6kg/㎠로 일정하여 막오염물질이 역삼투막에 부착되더라도 가역적으로 제거됨을 알 수 있다. 즉, 역삼투막의 오염에 치명적인 역할을 하는 비가역적 흡착물질들이 가압부상조와 연속식 정밀여과를 통하여 완벽하게 제거됨을 알 수 있다.
본 발명에 따른 가압부상조 및 연속식 정밀여과기를 이용한 하·폐수 재이용 시스템의 전처리 방법은, 역삼투막 설비의 오염물질인 비가역흡착물질을 완벽하게제거함으로써 역삼투막설비의 세정주기를 증가시키고, 막오염물질의 제거 효율을 향상시킨다.
또한, 본 발명에 따른 가압부상조 및 연속식 정밀여과기를 이용한 하·폐수 재이용 시스템의 전처리 방법은 막의 수명 및 교체주기의 증가와 함께 낮은 운전압력으로 인한 전력비 절감으로 경제적인 효과를 얻을 수 있다.

Claims (6)

  1. 하·폐수를 재이용하는 시스템의 전처리 방법으로서,
    하·폐수처리장으로부터 방류수를 방류수조에 압송한 후, 무기응집제인 황산알루미늄 또는 폴리염화알루미늄을 투입하여 오염유발 입자를 응집시키는 단계(a);
    상기 단계(a)의 응집형성 후 가압부상조로 유입시켜 막의 오염을 유발하는 각종 유기물, 미생물 또는 미생물에 의해 형성된 세포외고분자물질을 제거하는 단계(b); 및
    상기 단계(b)의 처리수를 중간조를 거쳐 연속식 정밀여과기로 공급시켜, 처리수의 미세물질을 제거하는 단계(c)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가압부상조 및 연속식 정밀여과기를 이용한 하·폐수 재이용 시스템의 전처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계(a)는 무기응집제인 황산알루미늄 또는 폴리염화알루미늄을 원수의 성상에 따라 5~20 mg/L로 주입시켜 입자를 혼화응집시킨 후 가압부상조에서 제거하는 것을 특징으로 하는 가압부상조 및 연속식 정밀여과기를 이용한 하·폐수 재이용 시스템의 전처리 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단계(b)의 가압부상조는 용존공기부상조, 공동공기부상조, 일반폭기,또는 가압부상과 모래여과를 단일기기에서 운전하는 장치인 것을 특징으로 하는 가압부상조 및 연속식 정밀여과기를 이용한 하·폐수 재이용 시스템의 전처리 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단계(c)의 연속식 정밀여과기는 여과막이 0.01~0.8㎛ 정도의 미세기공을 가진 폴리프로필렌재질의 중공사막인 것을 특징으로 하는 가압부상조 및 연속식 정밀여과기를 이용한 하·폐수 재이용 시스템의 전처리 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단계(c)의 연속식 정밀여과기는 여과막 필터의 기공이 오염물질에 의해 막히어 운전차압이 상승한 경우, 공기 또는 물을 이용하여 역세척이 가능한 것을 특징으로 하는 가압부상조 및 연속식 정밀여과기를 이용한 하·폐수 재이용 시스템의 전처리 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하·폐수 재이용 시스템은 역삼투막설비, 막생물반응기, 한외여과설비 또는 나노여과설비를 주공정으로 하는 것을 특징으로 하는 가압부상조 및 연속식 정밀여과기를 이용한 하·폐수 재이용 시스템의 전처리 방법.
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