KR100436960B1 - 다공성 격막을 이용한 생물학적 고도 수처리 시스템 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은 오폐수에 함유되어 호소의 부영양화를 야기하는 질소·인 등의 오염물질을 효율적으로 처리하기 위한 생물학적 고도 수처리 시스템에 관한 것이다.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

폴리에테르(PE) 재질의 다공성 격막을 생물학적 질소·인 제거 공정의 반응조 격벽으로 이용하는 동시에 미생물의 부착성장을 유도하여, 격벽설치 및 기존시설을 고도처리시설로 개조시 공기와 비용을 절감하고, 오폐수처리 효율과 능력 및 용량을 증대시키고 슬러지 발생을 감소시킬 수 있도록 한 생물학적 고도 수처리 시스템을 제공하도록 한다.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은, 각 반응조(혐기조/무산소조/포기조 등)를 다공성 담체인 격막으로 분획함으로써 설치가 용이하고 처리효율을 증대시키도록 한 다공성 격막과, 상기 다공성 격막 내부에 삽입되어 격막 표면의 미생물 농도 및 막폐색 조절과 공극크기를 조절하는 에어공급배관을 구비하는 것을 특징으로 하여, 격벽설치 및 개조에 따른 공기단축과 운전비용을 절감하고, 오폐수처리 효율과 능력 및 용량을 증대시킬 수 있는 효과를 가진다.

4. 발명의 중요한 용도

오폐수에 함유된 질소·인 등의 오염물질을 처리하기 위한 생물학적 고도 수처리 시스템에 이용된다.

Description

다공성 격막을 이용한 생물학적 고도 수처리 시스템{The Biological Nutrient Removal System Using The Porous Media}

본 발명은 폴리에테르(PE) 재질의 다공성 격막을 이용하여 미생물의 부착성장을 유도하는 생물학적 고도 수처리 시스템에 관한 것이다.

최근 들어 수질환경이 부영양화로 인한 피해가 급속히 증가함에 따라, 차후 유기물의 농도규제는 물론 영양염류에 대한 방출규제가 더욱 강화될 전망이다.

종래의 하수종말처리장은 대부분 표준 활성슬러지법과 장기포기법에 의한 하수처리로, 안정적인 하수처리효율을 기대하기 어렵고, 유기물의 제거에는 효과적이나 질소·인 등의 영양염류의 처리효율이 낮은 문제점이 있었다.

이에, 최근 하수처리 시스템에서는 생물학적 유기물뿐만 아니라 질소· 인을 동시에 제거할 수 있는 처리공법들이 개발· 도입되고 있으며, 대표적인 질소· 인 제거 공법으로는 A²/O공정, Modified Bardenpho 공정, UCT 공정, MUCT 공정, VIP 공정, SBR 공정, 담체이용공법, 특수미생물 이용공법, Side-stream공법 및 복합형 공법 등이 있다.

이처럼 질소· 인 제거를 위한 상기 공법들은 대부분이 생물학적 탈인과 암모니아성 질소를 산화시켜 질소가스로 환원시키기 위해 혐기조, 무산소조 및 포기조가 구분되어 구성되어진다. 따라서, 종래 활성슬러지법으로 포기조에서 유기물을 처리하던 하수 및 오폐수종말처리장에서는 질소· 인의 제거효율을 증가시키기 위해 포기조를 조분할하는 등 개조 및 증설하는 사례가 증가하고 있으며, 개조시 적용되는 조내의 격벽으로는 콘크리트 구조물을 도입하여 사용하고 있다.

그러나, 조내의 격벽으로 콘크리트 구조물을 도입할 경우, 구조체에 의한 완전한 공간구분으로 반응조의 용적과 운전비가 많이 소요되고 각 반응조간의 연계시설이 추가되어지며, 콘크리트 타설 및 양생으로 인해 공기가 길어지고 반응조의 추가 확보 및 증설이 필요하여, 그에 따른 비용이 증가하는 문제점이 발생하게 된다.

상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 다공성 격막을 이용하여 격벽설치 및 개조에 따른 공기와 비용을 절감하고, 오폐수처리 효율과 능력 및 용량을 증대시킬 수 있는 생물학적 고도 수처리 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 처리공정도이다.

도 2는 본 발명에 따른 반응조의 상세도이다.

도 3은 본 발명에 따른 다공성 격막의 기능도이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 다공성 격막의 상부사시도이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 다공성 격막의 하부사시도이다.

도 6은 본 발명에 따른 다공성 격막의 확대단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

20 : 무산소조 30 : 포기조

100 : 제1 다공성 격막 200 : 제2 다공성 격막

300 : 에어공급배관 400 : 계측기

500 : 컨트롤 박스

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 각 반응조(혐기조, 무산소조, 포기조 등)를 다공성 담체인 격막으로 분획함으로써 설치가 용이하고 처리효율을 증대시키도록 한 다공성 격막과, 상기 다공성 격막 내부에 삽입되어 격막 표면의 미생물 농도 및 막폐색 조절과 공극크기를 조절하는 에어공급배관을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 일실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면, 도 1은 본 발명에 따른 처리공정도이고, 도 2는 본 발명에 따른 반응조의 상세도, 도 3은 본 발명에 따른 다공성 격막의 기능도이며, 도 4 및 도 5는 본 발명의 일실시예에의한 다공성 격막의 상 · 하부사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 다공성 격막의 확대단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 무산소조와 포기조의 격벽으로 이용함으로써 생물학적 질산화와 탈질화를 극대화시키는 제1 다공성 격막(100)과, 포기조 후단에 설치되어 최종침전지로 월류되어 유실되는 고형물의 양을 최소화시켜 포기조 내에 고농도의 미생물이 유지되도록 유도하는 제2 다공성 격막(200)과, 상기 다공성 격막 내부에 삽입되어 격막 표면의 미생물 농도조절 및 막폐색을 방지하는 에어공급배관(300)과, 상기 무산소조와 포기조내의 미생물 농도를 계측해주는 MLSS 농도계측기(400)와, 상기 MLSS 농도계측기(400)를 통해 계측된 값에 따라 상기 에어공급배관(300)의 에어량를 조절하는 컨트롤 박스(500)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 다공성 격막(100, 200)의 상세한 구성은 도 6과 같으며, 다공성 격막을 이루는 고정상 담체의 재질은 폴리에테르(Poly Ether)로 평균 0.5mm 정도의 공극 크기(Pore Size)를 가진다. 그러나, 상기 다공성 격막의 상세한 구성은 구체적인 일실시예에 관해 설명한 것으로, 상기와 동일한 기능을 가지는 고정상 담체로서, 담체표면에 여타재질을 부착시키거나 표면처리를 하거나 다공성 세라믹 등의 미생물을 담지할 수 있는 재질로 교체하여 사용가능하고, 격막의 공극 크기 또한 조절 가능하다.

제1 다공성 격막(100)의 상세한 구성은 상기한 바와 같으며, 무산소조(20)와 포기조(30)를 분리하는 격벽으로서의 기능과, 격막에서의 생물학적 반응을 유도하고 각 반응조간 고형물의 통과를 조절하여 유기물 처리효율을 증진시키는 기능을 가진다.

이때, 상기 포기조(30)의 산소공급은 산기관을 이용한 공기 주입방식을 이용하며, 다공성 격막 내부에도 다수의 통공이 뚫린 에어공급배관(300)이 다수 삽지되어 있어, 에어공급기(control blower)(310)를 통하여 격막 내부에 적절히 공기를 불어 넣어주게 됨으로써 미생물 및 고형물에 의하여 발생되는 막폐색 방지와 공극크기를 조절하게 된다.

제2 다공성 격막(200)의 상세한 구성은 상기 제1 다공성 격막과 동일한 구조로 이루어져 있으며, 포기조(30)의 후단에 설치되어 상기 포기조를 포기조Ⅰ, 포기조Ⅱ로 구분하며, 최종침전지(40)로 월류되는 고형물의 양을 최소화시켜 포기조 내에 고농도의 미생물이 유지되도록 유도한다.

또한, 상기 제2 다공성 격막은(200)은 선택적으로 설치가능하며, 포기조를 완전 분리하지 않으면서 다공성 격막에 의한 미생물량의 조절과 유동상 담체의 첨가시에는 담체의 분리(decantor)기능을 구현하게 된다.

이러한 일련의 다공성 격막의 설치는 미생물의 부유 · 부착성장을 유도하여 하수처리 공정내 오염물질과 영양염류에 대한 처리능력을 향상시키고 처리시간을 단축시킨다.

이하, 본 발명의 일실시예에 의한 유기물 및 질소· 인 제거 사이클을 첨부한 도 1 및 도 2를 참조하여 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

본 발명의 일실시예에 의한 유기물 제거 사이클은, 유량조정조(10)에서 무산소조(20)에 유입된 유입원수가 폴리에테르 재질의 제1 다공성 격막(100)을 통과하면서 격막표면에 부착되어 있는 생물막을 통해 유기물을 제거하고 탈질조내에 고농도의 미생물을 유지하도록 하는 제 1 부유성 · 부착성 미생물 반응단계와; 포기조(30) 후단에 설치된 제2 다공성 격막(200)에 의해 포기조내에 고농도의 미생물을 유지하도록 하고, 침전지의 슬러지 부하를 저감시킴으로서 영양염류와 유기물을 효과적으로 제거하는 제 2 부유성 · 부착성 미생물 반응단계;를 가진다.

이때, 유량조정조(10)에 유입되는 유입원수는 하수종말처리장의 스크린과 침사지를 이용하여 협잡물과 침사물을 제거하고 최초침전지(미도시)에서 중력침전으로 1차 처리한 일차처리수를 사용한다.

본 발명의 일실시예에 의한 질소 제거 사이클은, 상기 제1 다공성 격막(100)을 통과한 유입수 중 암모니아성 질소를 질산성 질소로 산화시키는 포기조(30)에서의 질산화단계와; 내부 반송라인을 통하여 상기 포기조(30)에서 질산화된 유입수를 무산소조(20)로 이송하여 유입원수와 미생물 대사에 의하여 질소로 환원하는 탈질단계를; 거쳐 대기 중으로 방출되어 제거된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 의한 인 제거 사이클은, 상기 유량조정조(10)에서 미생물의 혐기조건에 의해 인이 다량 방출된 상태로 포기조(30)로 유입되면, 상기 포기조(30)에서 미생물의 포기조건에 의해 인을 과잉섭취하게 되고, 이때 인을 과잉섭취한 슬러지를 펌프로 인발함으로써 제거된다.

한편, 본 발명의 일실시예에서는 유량조정조(10)를 인방출을 위한 혐기조로 이용하고 있으나, 또다른 일실시예로 상기 무산소조(20)에 상기 다공성격막(100,200)을 설치하여 구획함으로써 독립된 혐기조를 둘 수 있다.

상기의 모든 처리과정을 거친 포기조의 유입수는 최종침전조(40)로 이송되어 상징수 및 미생물슬러지로 분리되며, 상기 상징수는 처리수조(50)를 거쳐 전부 외부로 방류되고, 상기 미생물슬러지는 일부는 상기 무산소조(20) 및 포기조(30)로 반송되며, 나머지는 슬러지저장조(60)에 저장된다.

본 발명의 일실시예에 따른 설치과정은, 단위 규격 2m ×2m ×0.2m인 다수의 고정상 담체들을 철재 프레임에 고정되도록 끼우고, 소정 위치에 에어공급배관(300)을 연결배관하여 다공성 격막을 제작한 후, 상기에 의해 미리 제작된 다공성 격막(100, 200)을 반응조내의 일정 위치에 용접 고정된 찬넬에 삽지하여 설치완료된다.

기존하수처리장을 고도처리시설로 개조할 경우에도, 반응조내의 소정 위치에 찬넬을 용접하여 고정시킨 후 상기와 같은 방법으로 다공성 격막을 삽지하여 격막을 형성함으로써, 기존 반응조의 구조변경과 증설 없이 간단하게 설치할 수 있게 된다.

한편, 상술한 본 발명은 구체적인 일실시예에 관해 설명한 것으로, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되거나 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사항이라고 판단된 경우에는그 상세한 설명을 생략한다.

상기와 같이 본 발명은, 미리 제작된 다공성 격막을 생물학적 고도 수처리 공정에 있어 반응조(혐기조/무산소조/포기조 등)의 격벽과 미생물의 농도제어 및 유동상 담체의 분리기로 이용하는 동시에, 미생물의 부유 · 부착성장을 유도하는 방식을 채택함으로서, 격벽설치 및 개조에 따른 공기와 비용 및 운전비를 절감하고, 하수 및 오폐수 처리효율과 능력 및 용량을 증대시키고 처리시간을 단축시킬 수 있는 효과를 가진다.

Claims (7)

1. 오폐수에 포함된 질소· 인 등의 오염물질을 처리하기 위한 생물학적 고도 수처리 시스템에 있어서,

   각 반응조(혐기조/무산소조/포기조 등)를 다공성 담체인 격막으로 분획함으로써 설치가 용이하고 처리효율을 증대시키도록 한 다공성 격막과,

   상기 다공성 격막 내부에 삽입되어 격막 표면의 미생물 농도 및 막폐색 조절과 공극크기를 조절하는 에어공급배관

   을 구비하는 것을 특징으로 하는 생물학적 고도 수처리 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 무산소조와 포기조내 미생물농도 등 운전조건을 계측해주는 계측기와,

   상기 계측기를 통해 계측된 값에 따라 상기 에어공급배관의 에어량를 조절하는 컨트롤 박스

   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 고도 수처리 시스템.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 다공성 격막은,

   무산소조와 포기조의 격벽으로 이용되고 미생물을 부착시켜 생물학적 질산화와 탈질화를 극대화시키는 제 1 다공성 격막과,

   포기조 후단에 설치되며, 미생물을 담지하고 최종침전지로 월류되어 유실되는 고형물의 양을 최소화시키고 유동상담체 첨가시 분리기능으로 포기조내에 고농도의 부유 및 부착성 미생물이 유지되도록 유도하는 제 2 다공성 격막

   을 구비하는 것을 특징으로 하는 생물학적 고도 수처리 시스템.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 다공성 격막은,

   다수 폴리에테르(Poly Ether) 재질의 단위 다공성의 고정상 담체로

   구성되는 것을 특징으로 하는 생물학적 고도 수처리 시스템.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 다공성 격막은,

   상기 고정상 담체들을 연결고정하며, 반응조내에 용접 고정된 찬넬에 삽지될 수 있도록 짜여진 철재 프레임

   을 구비하는 것을 특징으로 하는 생물학적 고도 수처리 시스템.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 에어공급배관은,

   상기 다공성 격막 내부에 삽지되어 격막 내부에서 담체의 미생물을 조절하기 위하여 지속적인 공기를 불어 넣어 줄 수 있도록 다수의 통공

   을 가지는 것을 특징으로 하는 생물학적 고도 수처리 시스템.
7. 오폐수에 포함된 질소· 인 등의 오염물질을 처리하기 위한 생물학적 고도 수처리 시스템에 있어서,

   1차 처리된 유입원수의 투입량을 조절하여 주는 유량조정조와,

   고정상 격막으로 조분할되며, 혐기조건에 의해 인성분을 방출하는 혐기조와,

   고정상 격막으로 조분할되며, 상기 고정상 격막의 공극크기를 조절하여 미생물량을 제어함으로써 상기 유량조정조에서 이송된 유입원수를 탈질미생물 대사에 의하여 탈질시키는 무산소조와,

   고정상 담체로 조분할되며, 상기 무산소조로부터 상기 다공성 격막을 통하여 여과된 유입수 중 암모니아성 질소를 질산성 질소로 산화시키고, 인흡수가 이루어지는 포기조와,

   상기 포기조에서 이송된 유입수를 상징수와 미생물슬러지로 분리시키는 최종침전조와,

   상기 최종침전조에서 분리된 상징수를 처리하여 방류시키는 처리수조와,

   상기 최종침전조에서 분리된 미생물슬러지 중 상기 무산소조와 포기조로 반송하고 남은 슬러지를 저장하는 슬러지저장조

   로 구성되는 것을 특징으로 하는 생물학적 고도 수처리 시스템.