KR100443423B1 - 자연압을 이용하는 한외여과 중수도 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 한외여과막을 이용한 중수도 시스템에 관한 것으로서, 유량조정 기능과 생물학적 전처리를 위한 폭기 기능 및 한외여과에 의한 고도처리 기능을 하나로 통합한 유량조정폭기한외여과조를 이용한 중수도 시스템에 관한 것이다.

구체적으로, 본 발명은 이물질을 침전시켜 제거하는 침사조(31), 침사조의 유출수에 포함된 중 대형 협잡물을 스크리닝하여 제거하는 스크린조(32), 오염물 부하변동을 완화하고 과도한 원수 발생시에도 처리되는 오수량을 일정하게 유지시키는 유량조정조로서의 기능과 미생물에 의한 산화, 분해작용을 이용하여 오수중 유기물을 제거하는 폭기조로서의 기능 및 폭기에 의해 용존성 BOD가 제거된 처리수 중의 부유성 및 콜로이드성 오염물을 조내에 자연적으로 발생하는 수압을 구동력으로 하여 여과 제거하는 여과막으로서의 기능을 함께 가지는 유량조정폭기한외여과조(33), 유량조정폭기한외여과조(33)에서 처리된 처리수를 저장하고 소독조(35)로 유입되는 유량을 일정하게 조정하며 한외여과막(UF) 역세척시 역세척수를 제공하는 처리수조(34) 및 최종 중수를 획득하기 위하여 처리수의 멸균을 수행하는 소독조(35)로 구성되는 중수도 시스템에 관한 것이다.

Description

자연압을 이용하는 한외여과 중수도 시스템 {Ultra Filtration Wastewater Reusing System Using Hydraulic Pressure}

본 발명은 한외여과막을 이용한 중수도 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는, 유량조정조와 생물학적 전처리부인 폭기조 및 한외여과막의 역할을 일체로 수행하는 유량조정폭기한외여과조를 구성함으로써, 전체적인 공정이 간단하고 효율적이 될 수 있도록 한, 한외여과막을 이용한 중수도 시스템에 관한 것이다.

최근 들어 급속한 산업화와 도시화로 인해 물 수요가 급속히 증가하고 있는 반면, 수자원 고갈과 일부지역의 극심한 수질오염 등으로 인한 용수부족 사태는 갈수록 심화되고 있다. 또한, 수질오염에 대한 국민 의식의 향상에 부응하여 정부는 배출허용기준을 단계적으로 강화함은 물론, 일부 수계에 대해서는 수질총량규제를 시행하는 등 공공수역의 오염 부하량을 저감하기 위한 많은 노력을 기울이고 있다. 그러나, 극심한 수질오염으로 인한 상수 정수비용의 증가는 수도세 인상의 원인이 되고 있으며, 이에 따라 정부는 쓰고 버린 물을 재사용하는 중수도의 보급을 위하여 세제 지원, 수도세 감면 등의 혜택을 부여하고 있는 실정이다.

이와 같이 수질개선과 더불어 수량 확보에도 많은 노력과 투자가 이루어지고 있는 것에 즈음하여, 용수의 절감과 재이용을 극대화할 수 있도록 한 본 발명의 중수도 시스템(Water Reclamation & Reusing System)이 제안된 것으로, 이를 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

중수도 시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, 현재 상수도를 통하여 공급되고 있는 여러 용도의 용수 중에서, 음용수와 같은 정도의 높은 청정도를 필요로 하지않는 청소, 조경, 화장실의 대/소변기 등의 용수에 대하여, 쓰고 버린 물을 시스템 자체에서 정화하여 재이용하는 시스템으로서, 이와 같은 중수도 시스템은 음용이 불가능한 수세식 화장실 용수, 냉각용수, 청소용수, 소방용수, 조경용수 및 세차용수 등과 같이 높은 청정도를 필요로 하지 않는 용수가 양적인 면에서는 전체 수돗물의 상당 부분을 차지하고 있는 현재의 물소비 행태에 근거를 두고 있다고 할 수 있다.

일반적인 중수도 시스템은, 도 2에 도시된 바와 같이, 모래 등의 이물질을 침전시켜 제거하는 침사조(1)와, 상기 침사조(1)의 유출수에 함유된 중 대형 협잡물을 스크리닝하여 제거하는 스크린조(2), 상기 스크린조(2)를 통과한 오수의 효과적인 생물학적 처리를 위해 오염물 부하변동을 완화하고, 과도한 원수 발생시에도 처리되는 오수량을 일정하게 유지시키기 위해 오수를 저류(低流)시키는 유량조정조(3), 상기 유량조정조(3)에서 유출되는 오수의 오염물을 미생물에 의한 산화, 분해작용을 이용하여 제거하는 폭기조(4), 상기 폭기조(4)에서 유출되는 처리수의 유기물이 분해되면서 증식된 미생물군인 오니를 침강시켜 깨끗해진 상등수는 다음 공정으로 이송하고, 하부에 침전된 오니는 생물학적 처리의 활성을 위하여 상기 폭기조(4)로 반송하며, 그 나머지는 분리, 농축 및 탈수하여 처분하게 되는 침전조(5), 침전조(5)에서 분리된 처리수를 다음 공정인 여과공정의 수행을 위해 집수하는 완충수조(6), 완충수조(6)를 통과한 처리수의 부유물질을 여과하여 제거하는 여과조(7), 여과조(7)를 통과함으로써 여과된 물의 미분해 유기물, 색도, 냄새 등을 흡착시켜 제거하는 활성탄 흡착조(8), 활성탄 흡착조(8)에서 미분해 유기물, 색도, 냄새 등이 제거된 물중 상기 여과조(7)와 활성탄 흡착조(8)의 역세정을 위해 일정량을 저장하는 역세수조(9), 및 역세수조(9)에서 오버-플로우(overflow)된 처리수를 염소화합물로 소독하여 유해세균, 대장균군 등의 유해균을 멸균하는 소독조(10)로 구성되는 것으로, 이를 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

상기 유량조정조(3)에는 저류된 오수를 후처리공정으로 이송하기 위한 펌프(P)가 설치됨과 아울러, 부유물질의 침전 및 오수의 부패 방지를 위해 폭기가 실시되는데, 폭기시 송기량은 통상 상기 유량조정조(3)의 용량 1㎥당 1㎥공기/시간 정도이다.

또한, 상기 폭기조(4)에서는 폭기에 의해 미생물과 오염물이 지속적으로 혼합되는 동시에 미생물 증식에 필요한 산소가 공급되는데, 수중의 유기 오염물은 미생물의 산화, 흡착, 동화 등의 작용에 의해 분해되어 일부는 에너지로 소모되고 나머지 일부는 미생물의 자기증식에 이용된다. 이와 같은 폭기조(4)의 처리효율은 유기물의 부하량, 폭기시간, 공기량 등의 설계조작 조건과 수온, pH 등 생육환경상의 조건에 의해 영향을 받게 된다. 폭기조(4) 내에는 오염물과 미생물이 혼탁하게 혼합된 활성오니(activated sludge)가 배양되는데, 활성오니가 양호한 상태로 배양될 경우, 미생물이 유기물을 분해시켜 미립 분자화하면서 산화력과 침강분리성이 뛰어난 플록(floc)을 형성시키게 된다.

여과조(7)에서는 여과재를 이용하여 부유물을 걸러주게 되며, 압력 또는 시간에 따라 주기적(1일 1회∼2회)으로 역세정이 실시된다. 이때, 역세정은 여과된 처리수를 이용하며, 역세정에 의해 세척된 여과재는 다시 여과 기능을 수행하게 된다.

활성탄 흡착조(8)는 다공성 세공을 가지고 있어서 특유의 흡착기능을 지니는 활성탄(Activated Carbon)을 이용하여 수중의 미분해 유기물, 색도, 냄새 등을 흡착시켜 제거한다. 활성탄 흡착조(8)도 여과조(7)와 마찬가지로 역세정이 실시되는데, 이것은 물 흐름상의 기능 회복을 위한 것으로, 상기 여과조(7)와는 다른 의미를 가진다. 즉, 여과조(7)가 역세정에 의한 세척을 통하여 반영구적으로 사용되는 반면, 활성탄은 역세정을 실시한다 하더라도 흡착의 역가가 점점 떨어지기 때문에 주기적(6개월∼1년)으로 교체하여야 한다.

한편, 상기 소독조(10)에서 소독되어 방류되는 유출수의 잔류염소는 0.5㎎/L 이상, 접촉시간은 15분 이상이 되도록 한다.

이상과 같은 중수도 시스템은 한번 사용한 물을 어떠한 형태로든 여러 번 반복하여 재사용할 수 있도록 함으로써, 공단, 공장 등의 시설확장시, 필요한 용수를 확보하기 위해 원거리 수원에서부터 새로운 수도관을 매설하는 경우 소요될 시설비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 용수 수요량을 감소시키는 효과를 가져올 수 있으며, 배출되는 하수량을 감소시켜 오염물질에 의한 환경오염도 줄일 수 있게 된다.

상기와 같은 중수도 시스템을 설치하여 필요로 하는 상수의 수요량을 줄일 수 있게 되면, 물을 많이 사용하는 대형 건축물과 대단위 시설물이 증가하면서 발생되는 용수 공급량의 한계를 극복할 수 있게 됨은 물론, 그 잉여 이익을 깨끗한 수돗물 생산을 위한 시설투자 비용에 투입할 수 있게 됨과 아울러, 갈수시의 물부족 상황에 효과적으로 대처할 수 있게 된다.

이와 같은 목적을 위하여, 이미 대한민국 특허공개 제 1997-65438호에는 하수처리수를 중수처리 원수로 하고, Floc 형성지, 침전지, 안정화조 등을 일련으로 하여 구성되는 중수도 시스템을 개시한 바 있으며, 대한민국 특허등록 제 164580호에는 접촉산화조와 한외여과막을 이용한 중수도 시스템이 개시된 바 있고, 대한민국 특허공개 제 1999-83743호에는 모세관과 사이펀관의 원리를 이용한 중수도용 여과장치가 개시된 바도 있다.

그러나, 상기와 같이 구성된 종래의 중수도 시스템들은 생물학적 처리 후에 여과 또는 흡착 등을 수행하는 방식으로서, 주처리 공정인 생물학적 처리부의 처리상태에 따라 처리 수질이 달라지게 되므로, 안정적인 처리수질을 기대할 수 없을 뿐만 아니라, 클로이드성 물질이 잘 제거되지 않게 되어 미제거된 부유물 및 콜로이드성 물질들이 활성탄 흡착조의 흡착공정을 방해하게 됨으로써 활성탄의 역가가 급격히 떨어지는 문제점을 가지고 있다.

따라서, 상기와 같은 일반적인 중수도 시스템의 문제점을 해결하기 위하여, 생물학적 처리 후 부유물질 및 콜로이드성 물질을 별도로 제거함으로써, 안정적인 처리수질을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 미생물 유출 방지로 인한 생물학적 처리부의 효율 상승도 가져올 수 있는, 한외여과막(ultra filtration: UF)을 이용한 중수도 시스템이 제안되어 사용되고 있는데, 이를 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

한외여과막을 이용한 중수도 시스템은, 도 3에 도시된 바와 같이, 유입수에 함유된 협잡물과 모래를 제거하는 침사조(11) 및 스크린조(12), 침사조(11)와 스크린조(12)를 차례로 통과한 오수 생물학적 처리의 효율을 위해 오염물 부하변동을완화하고 과도한 원수 발생시에도 처리하는 오수량을 일정하게 유지하기 위해 오수를 저류(低流)시키는 유량조정조(13), 유량조정조(13)에서 유출되는 오수의 오염물을 미생물의 산화, 분해작용을 이용하여 제거하는 폭기조(14), 폭기조(14)에서 유출되는 처리수중 유기물이 분해되면서 증식된 미생물군인 오니를 침강시켜 깨끗해진 상등수는 다음 공정으로 이송하고 하부에 침전된 오니의 일부는 폭기조의 활성을 위하여 폭기조로 반송하며 그 나머지는 분리, 농축 및 탈수함으로써 처분하는 침전조(15), 침전조(15)에서 분리된 처리수를 다음 공정인 여과공정을 위해 집수하는 완충수조(16), 완충수조(16)의 유출수에 포함된 부유물질을 제거하기 위한 20∼50㎛ 정도의 카트리지 형태로 구성된 마이크로 필터(17), 마이크로 필터(17)에서 부유물이 제거된 유출수중 용존성 유기물을 제외한 콜로이드성 물질 이상의 오염물을 모두 제거하는 한외여과부(18), 한외여과부(18)의 역세정을 위해 일정량의 처리수를 저장하는 역세수조(19), 및 역세수조(19)에서 오버-플로우(overflow)된 처리수를 염소화합물로 소독함으로써 유해세균, 대장균군 등의 유해균을 멸균하는 소독조(20)로 구성되는 것으로, 이를 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

상기 폭기조(14)에서는 폭기에 의해 미생물과 오염물이 지속적으로 혼합되는 동시에 미생물의 증식에 필요한 산소가 공급되는데, 수중의 유기 오염물은 미생물의 산화, 흡착, 동화 등의 작용으로 분해되어 일부는 에너지로 소모되고 나머지 일부는 미생물의 자기증식에 이용되게 된다. 이와 같은 폭기조(14)의 처리효율은 유기물의 부하량, 폭기시간, 공기량 등의 설계조작 조건과 수온, pH 등 생육환경상의 조건에 의해 영향을 받게 된다. 폭기조(14) 내에는 오염물과 미생물이 혼탁하게 혼합된 활성오니(activated sludge)가 배양되는데, 활성오니가 양호한 상태로 배양될 경우, 미생물이 유기물을 분해시켜 미립 분자화하면서 산화력과 침강분리성이 뛰어난 플록(floc)을 형성시키게 된다.

상기 침전조(15)는 폭기조(14)에서 유출되는 처리수중 유기물이 분해되면서 증식된 미생물군인 오니를 침강시킴으로써 깨끗해진 상등수와 침전물을 분리한 후 상등수는 다음 공정으로 이송하고 하부에 침전된 오니중 일부를 폭기조의 활성을 위하여 폭기조로 반송하며 그 나머지는 분리, 농축 및 탈수함으로써 처분하는 역할을 한다.

상기 완충수조(16)는 생물학적 처리수의 한외여과막 여과를 위한 중간 집수조로서, 여기에는 레벨 센서가 내장되어 있어서 원수 유입량에 따라 한외여과막장치(한외여과기)를 제어하게 된다.

마이크로 필터(17)는 한외여과 공정의 원활한 운전과 UF막의 보호를 위해 부유물질을 제거하는 장치로, 오염 정도에 따라 주기적(오수처리의 경우 1∼2주에 1회)으로 교체하게 된다.

상기 한외여과부(18)는 매우 정밀하여 용존성 유기물을 제외한 콜로이드성 물질 이상의 오염물을 모두 제거하게 되며, 나선형, 중공사형, 판틀형 또는 관형 모듈을 이용할 수 있는데, 이를 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

나선형(spiral wound) 모듈은 사각형 평막을 소정간격 이격되게, 또한 막의 활성층 표면이 서로 반대가 되게 샌드위치 식으로 쌓은 후 감는 것으로, 실제 공정에서는 보통 2개에서 6개까지의 모듈을 한 개의 압력용기 내에 직렬로 연결하여 압력용기(pressure vessel) 내에 넣어 사용하게 된다.

중공사형(hollow fiber) 모듈은 원통형의 압력용기 내부에 수천에서 수만 개의 중공사를 배열시킨 형태로서, 가압된 원수는 중앙의 튜브를 통해 공급되어 중공사의 법선 방향으로 흐르고 투과수만이 중공사 내부에서 외부로 여과되어 빠져나간다. 상기 나선형 모듈과의 가장 큰 차이점은 단일 용기 내에 중공사 모듈을 연속해서 연결할 수 없다는 점이다. 중공사 모듈은 높은 충진밀도로 인해 단위 부피당 막표면적이 가장 넓다는 장점이 있으나, 다른 모듈에 비해 오염되기 쉬우므로 더 엄격한 전처리 과정을 요한다.

상기 판틀형(plate & frame) 모듈은 평막 두 장의 비활성층 부분을 소정간격 이격시켜 서로 마주보게 한 후 끝을 접착하여 만들어진 원형 또는 일정한 형태의 막을 기계적 지지체 역할을 하는 판 위아래에 놓고 샌드위치 식으로 쌓은 후 틀에 장착시킨 형태이다. 이러한 판틀형 모듈은 고농도의 용액 처리에 적합하며 구조가 간단하여 조립, 분해가 용이하고 평막 자체만 교체할 수 있는 장점이 있는 반면. 유효 막면적이 작아 시스템의 부피가 커지게 된다.

관형(tubular) 모듈은 원통형으로 성형된 30개 까지의 관형막들을 각각 스테인레스 금속 튜브 내에 장착하여 상호 연결한 장치로서, 단순한 전처리로도 운전이 가능하고, 유속이 커지므로 막표면에 스케일의 형성이 적은 반면, 막면적에 비해 많은 공간을 필요로 하고 에너지 소모가 많다. 관형 모듈은 시스템의 세척과 소독이 용이하기 때문에 식품공업 분야에서 많이 이용되고 있다.

상기와 같은 중수도 시스템에서 한외여과부(18)를 그냥 투과할 수 있는 용존성 유기물은 생물학적 처리부인 폭기조(14)에서 먼저 제거되고, 비교적 입자가 큰 부유물질은 마이크로 필터(17)에 의해 제거되며, 그 외의 오염물질은 한외여과부(18)에 의해서 제거되는 것이다.

상기 한외여과부(18)는 박테리아 등의 미생물들도 투과시키지 않기 때문에 처리수와 함께 미생물이 유출되는 것을 방지함으로써 생물학적 처리부의 효율도 더욱 상승시키게 된다. 또한, 한외여과막을 이용한 중수도 시스템은 전 단계인 생물학적 처리부의 효율 변화에 큰 영향없이 양호한 처리수질을 얻을 수 있게 된다. 따라서, 한외여과막을 이용한 중수도 시스템은 안정적인 처리수질을 얻을 수 있으며 생물학적 처리부의 효율을 상승시키는 장점을 가진다고 할 수 있다.

그러나, 상기와 같이 구성된 종래의 한외여과막을 이용한 중수도 시스템은 중수 원수의 특성에 대한 고려 없이 생물학적 처리와 한외여과막을 단순히 조합하여 구성함으로써, 시스템이 복잡함은 물론 점유면적이 크게 요구되어 시설비가 상승하는 문제점을 가지고 있었다. 또한, 종래의 한외여과막을 이용한 중수도 시스템은 부유물질을 제거하기 위한 마이크로 필터를 주기적으로 교체해 주어야 함으로써 유지 및 관리비용이 높다는 문제점도 가지고 있었다.

이와 같은 단점들을 극복하기 위하여, 중수 원수의 면밀한 분석을 통하여 생물학적 처리부와 한외여과장치를 효과적으로 구성하여 중수도 시스템을 간략화한 공정이 본 출원인에 의해 출원된 바 있는데(대한민국 특허등록 제 247380호), 그 공정을 간략하게 설명하면 다음과 같다.

여기에서는, 도 4에 도시된 바와 같이, 협잡물과 모래를 제거하기 위해 침사조(21) 및 스크린조(22)를 통과한 원수를 유량조정폭기조(23)에 모으는데, 이 유량조정폭기조(23)에서는 후처리 공정에서 일정량의 물을 연속적으로 처리 할 수 있도록 오수를 저류시키는 동시에 미생물 접촉여재(230)를 충진하여 용존성 유기물을 미생물 작용에 의해 산화 분해시키게 된다. 이렇게 용존성 유기물이 분해된 물은 조, 대형 부유물질을 제거하여 한외여과막을 보호하기 위해 펌프를 통하여 일정량씩 전처리 여과장치(24)를 통과한 후, 중간집수조(25)에 모이게 된다. 중간집수조의 물은 한외여과장치(26)를 통과하면서 부유 및 콜로이드상 물질이 완벽하게 제거되며, 그 처리수는 한외여과막의 분리능 회복을 위한 역세 공정을 수행하기 위해 일부 역세수조(27)에 저장되고, 나머지는 월류되어 소독조(28)로 이송된 후 염소화합물에 의해 유해세균, 대장균 등을 사멸시키고 중수로써 재이용 되는 것이다. 상기 한외여과막 중수도 시스템은 종래의 한외여과막을 이용한 중수도 시스템에 비하여 비교적 시스템이 단순화되어 간단하게 구성되어 있다.

그러나, 이러한 Compact형 중수도 시스템 역시, 유량조정폭기조와 한외여과막이 분리되어 있음으로 인해, 한외여과막 처리를 위한 전처리 시스템으로서 전처리 여과시스템(24)을 필요로 하고 한외여과막에 유입되는 유입수의 유량을 일정하게 유지하기 위한 중간집수조(25)를 필요로 하며, 이에 따라, 여전히 그 구조가 복잡하고 점유면적이 크며 대규모의 시설을 요구하고, 초기 투자 및 유지 비용이 크다는 단점을 가지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 그 목적은 안정적인 처리수질을 확보할 수 있고, 시설규모가 대폭 감소되어 운전 및 관리가 용이해지고 비용이 대폭 절감될 뿐만 아니라, 전체적인 공정이 간단해 짐으로써 무인자동 운전 가능성을 높인 중수도 시스템을 제공하기 위한 것이다.

이를 위한 본 발명은 이물질을 침전시켜 제거하는 침사조(31), 침사조의 유출수에 포함된 중 대형 협잡물을 스크리닝하여 제거하는 스크린조(32), 오염물 부하변동을 완화하고 과도한 원수 발생시에도 처리되는 오수량을 일정하게 유지시키는 유량조정조로서의 기능과 미생물에 의한 산화, 분해작용을 이용하여 오수중 유기물을 제거하는 폭기조로서의 기능 및 폭기에 의해 용존성 BOD가 제거된 처리수 중의 부유성 및 콜로이드성 오염물을 조내에 자연적으로 발생하는 수압을 구동력으로 하여 여과 제거하는 여과막으로서의 기능을 함께 가지는 유량조정폭기한외여과조(33), 유량조정폭기한외여과조(33)에서 처리된 처리수를 저장하고 소독조(35)로 유입되는 유량을 일정하게 조정하는 처리수조(34) 및 최종 중수를 획득하기 위하여 처리수의 멸균을 수행하는 소독조(35)로 구성되는 중수도 시스템을 제공하는 것으로 이루어진다.

도 1은 일반적인 중수도 시스템의 적용을 보인 예시도.

도 2는 일반적인 중수도 시스템의 구성을 보인 계통도.

도 3은 종래 한외여과막을 이용한 중수도 시스템 구성을 보인 계통도.

도 4는 본사에서 기 개발된 Compact형 한외여과막 이용 중수도 시스템의 구성을 보인 계통도.

도 5는 본 발명이 적용된 중수도 시스템의 공정 순서도.

도 6은 본 발명이 적용된 중수도 시스템의 구성을 보인 계통도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

31: 침사조 32: 스크린조

33: 유량조정폭기한외여과조 34: 처리수조

35: 소독조

이하, 기술적 사상에 따른 도면을 참고로 하여 본 발명 한외여과막을 이용한 중수도 시스템을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명이 적용된 중수도 시스템의 공정 순서도이고, 도 6은 본 발명이 적용된 중수도 시스템의 구성을 보인 계통도이다.

본 발명의 한외여과막을 이용한 중수도 시스템의 오수처리 공정은, 도 5에 도시된 바와 같이, 원수에 함유된 이물질이나 협잡물을 침전 및 스크리닝으로 제거하는 침사스크리닝 단계(ST100)와, 상기 침사스크리닝 단계(ST100)에서 이물질이 제거된 원수의 유입부하를 완화함과 아울러 미생물 접촉여재 및 미생물 대사에 필요한 공기를 공급하여 미생물을 증식시킴으로써 유기물을 제거하는 동시에 한외여과막을 설치하여 조내에 자연적으로 발생하는 수압을 구동력으로 처리수의 한외여과를 실시하는 유량조정폭기한외여과 단계(ST200), 유량조정폭기한외여과 단계(ST200)에서 유출된 처리수를 저장하는 처리수 저장단계(ST300), 처리수저장단계(ST300)로부터 유출된 처리수에 함유된 유해세균을 염소화합물로 멸균시키는 소독단계(ST400) 및 저장된 처리수를 이용하여 한외여과막(UF)을 역류`세척하는 역세척단계(ST500)로 이루어진다.

이와 같이 이루어지는 단계별 공정을 수행하는 본 발명의 중수도 시스템은, 도 6에 도시된 바와 같이, 이물질을 침전시켜 제거하는 침사조(31), 침사조의 유출수에 포함된 중 대형 협잡물을 스크리닝하여 제거하는 스크린조(32), 오염물 부하변동을 완화하고 과도한 원수 발생시에도 처리되는 오수량을 일정하게 유지시키는 유량조정조로서의 기능과 미생물에 의한 산화, 분해작용을 이용하여 오수중 유기물을 제거하는 폭기조로서의 기능 및 폭기에 의해 용존성 BOD가 제거된 처리수 중의 부유성 및 콜로이드성 오염물을 조내에 자연적으로 발생하는 수압을 구동력으로 하여 여과 제거하는 여과막으로서의 기능을 함께 가지는유량조정폭기한외여과조(33), 유량조정폭기한외여과조(33)에서 처리된 처리수를 저장하고 소독조(35)로 유입되는 유량을 일정하게 조정하며 한외여과막(UF) 역세척시 역세척수를 제공하는 처리수조(34) 및 최종 중수를 획득하기 위하여 처리수의 멸균을 수행하는 소독조(35)가 일련 되게 구성되는 간단한 구조를 가진다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 대해 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 이들 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 국한되지 않는다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이다.

본 발명에서 침사조(31) 및 스크린조(32)는 오수 원수에 포함된 협잡물과 모래를 제거하는 역할을 하고 유량조정폭기한외여과조(33)는 유입되는 원수의 부하를 완충시키는 유량조정조로서의 기능과 유기물을 생물학적으로 처리하는 미생물 반응조로서의 기능 및 조내에 자연적으로 발생하는 수압을 구동력으로 하여 한외여과를 수행하는 한외여과장치로서의 역할을 한꺼번에 수행하며, 상기 처리수조(34)는 유량조정폭기한외여과조(33)에서 처리된 처리수를 저장하고 다음의 소독조로의 유량조절기능을 수행함과 동시에 한외여과막(UF) 역세척시 역세척수를 제공하는 역할을 하고, 소독조(35)는 처리수의 2차 오염방지를 위한 유해세균, 대장균 등의 멸균을 수행하는 역할을 하게 된다.

상기 유량조정폭기한외여과조(33)에는 용존성 BOD를 빠른 시간에 생물학적으로 제거하기 위하여, 폭기장치(A)가 구비되어 미생물 대사작용에 필요한 공기를 폭기한다.

이때, 상기 유량조정폭기한외여과조(33)의 1/2 이상 상부측은 유량조정 역할을 수행하게 되는데, 불특정적으로 발생하는 원수를 가변적인 수위변동을 통하여 완충하고 불특정적으로 발생하는 농도변화를 완화하여 이후 공정에서는 일정량씩 처리할 수 있도록 해준다.

반면, 1/2 이하 하부측은 생물학적 산화 분해조인 폭기조의 역할을 수행하게 되며, 이때 유량조정폭기한외여과조(33) 내에서 폭기장치(A)에 의해 공급되는 공기는 원수의 교반 역할과 미생물의 산소공급 역할을 함과 동시에 한외여과막(UF)의 표면에 난류를 형성함으로써 막의 표면이 막히는 것을 방지하는 한외여과막(UF) 표면 세척 기능을 동시에 수행하게 된다.

한편, 이와 같은 유량조정폭기한외여과조(33)는 조의 중간지점을 수직으로 가로지르는 간벽(W)에 의해 두 개의 조로 분리되는데, 간벽(W)은 물질이 통과할 수 없는 재질로 이루어지는 경우 그 상단이 수면보다 낮고 하단이 조의 바닥보다 높게 구성되거나 스크린으로 구성됨으로써 두 개의 조는 서로 통하도록 되어 있다.

상기 두 개의 조중 후단부 조의 하부 일측에는 유효수심 3/4 이하에 한외여과막(UF)이 설치되는데, 이 한외여과막 표면에서는 폭기되는 공기가 난류를 형성하게 되어 막 표면 오염현상을 막아주게 되며, 유량조정폭기한외여과조(33)의 처리수는 이 한외여과막(UF)의 내부로부터 처리수조(34)로 유출된다.

본 발명의 중요한 하나의 특징으로서, 상기 한외여과막(UF)은 유량조정폭기한외여과조(33) 내에서 자연적으로 발생하는 수압을 한외여과를 위한 구동력으로 사용할 수 있게 됨으로써, 펌프 등 일반적으로 한외여과시 필요로 하던 별도의 동력시설이 필요없어 지고, 이에 따른 설치 및 운전비용을 절감할 수 있게 되었다.

본 발명에서, 상기 유량조정폭기한외여과조(33)에는 미생물이 부착 증식하여 유기물을 산화 분해시킬 수 있는 미생물 접촉여재가 사용될 수도 있는데, 이 경우 상기 간벽은 상단이 수면보다 낮고 하단이 조의 바닥보다 높아야 한다는 조건에 관계 없이 스크린으로 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 유량조정폭기한외여과조(33)에서 한외여과막(UF)으로는 기공 사이즈 0.005-0.4㎛ 정도의 것이 사용되는데, 이와 같은 한외여과막(UF)의 유형으로는 나선형, 중공사형, 판틀형 또는 관형 UF가 있으며, 이를 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

나선형(spiral wound) UF는 사각형 평막을 소정간격 이격되게, 또한 막의 활성층 표면이 서로 반대가 되게 샌드위치 식으로 쌓은 후 감는 것으로, 실제 공정에서는 보통 2개에서 6개까지의 모듈을 한 개의 압력용기 내에 직렬로 연결하여 압력용기(pressure vessel) 내에 넣어 사용하게 된다.

중공사형(hollow fiber) UF는 원통형의 압력용기 내부에 수천에서 수만 개의 중공사를 배열시킨 형태로서, 가압된 원수는 중앙의 튜브를 통해 공급되어 중공사의 법선 방향으로 흐르고 투과수만이 중공사 내부에서 외부로 여과되어 빠져나간다. 상기 나선형 모듈과의 가장 큰 차이점은 단일 용기 내에 중공사 모듈을 연속해서 연결할 수 없다는 점이다. 중공사 모듈은 높은 충진밀도로 인해 단위 부피당 막표면적이 가장 넓다는 장점이 있으나, 다른 모듈에 비해 오염되기 쉬우므로 더 엄격한 전처리 과정을 요한다.

상기 판틀형(plate & frame) UF는 평막 두 장의 비활성층 부분을 소정간격 이격시켜 서로 마주보게 한 후 끝을 접착하여 만들어진 원형 또는 일정한 형태의 막을 기계적 지지체 역할을 하는 판 위아래에 놓고 샌드위치 식으로 쌓은 후 틀에 장착시킨 형태이다. 이러한 판틀형 모듈은 고농도의 용액 처리에 적합하며 구조가 간단하여 조립, 분해가 용이하고 평막 자체만 교체할 수 있는 장점이 있는 반면. 유효 막면적이 작아 시스템의 부피가 커지게 된다.

관형(tubular) UF는 원통형으로 성형된 30개 까지의 관형막들을 각각 스테인레스 금속 튜브 내에 장착하여 상호 연결한 장치로서, 단순한 전처리로도 운전이 가능하고, 유속이 커지므로 막표면에 스케일의 형성이 적은 반면, 막면적에 비해 많은 공간을 필요로 하고 에너지 소모가 많다. 관형 모듈은 시스템의 세척과 소독이 용이하기 때문에 식품공업 분야에서 많이 이용되고 있다.

본 발명의 시스템에서 처리수조(34)는 유량조정폭기한외여과조(33)에서 처리된 처리수를 저장하고 다음의 소독조(35)로 유입되는 유량을 일정하게 유지해주는 유량조절기능을 수행하는 역할과 함께 저장하고 있는 처리수중 일정량을 펌프를 통하여 한외여과막(UF)으로 역류시킴으로써 역세척에 이용하게 하는 역할도 수행한다.

본 발명의 시스템의 소독조(35)는 상기 처리수조(34)에서 유입된 처리수에 액체, 분말 또는 정제로 된 염소화합물을 투여하여 유해세균, 대장균군 등을 멸균시키게 되는데, 이때 소독조(35)에서의 접촉시간은 15분 이상 되도록 하여야 하며, 소독이 수행된 후 방류되는 방류수의 잔류염소는 0.5mg/L 이상이어야 한다.

이상과 같은 본 발명의 중수도 시스템을 전체적으로 살펴보면, 용존성 BOD는 유량조정폭기한외여과조(33)의 폭기 기능에 의해서, 단백질, 다당류 및 콜로이드성 부유물질은 유량조정폭기한외여과조(33)의 한외여과 기능에 의해서 제거되고, 그 외의 잔류하는 유해세균 등은 소독조(35)에서의 소독기능에 의해 제거되는 것으로 정리할 수 있다.

본 발명의 처리수는 중수도로서 매우 적합한 것으로, 이와 같은 본 발명이 종래의 중수도 시스템과 비교하여 시설비 및 유지관리비용도 현저하게 감소시킬 수 있는데, 그 이유는 하기와 같다.

첫째, 고도처리에 사용하는 한외여과막을 중수 획득에 사용함으로써 안정적인 처리수의 수질을 확보할 수 있게 되었다.

둘째, 종래 중수도 시스템의 생물학적 처리부인 유량조정조(3) 및 폭기조(4) 뿐만 아니라 콜로이드성 부유물질을 제거하는 한외여과막까지 하나의 반응조인 유량조정폭기한외여과조(33)로 함축시켜 유량조정조, 침전조, 전처리여과조, 약품응집조 등의 시설을 생략할 수 있게 됨으로써 시설규모가 대폭 감소되고, 이에 따라 운전 및 관리가 용이해지고 비용이 대폭 절감될 수 있게 되었다.

셋째, 유량조정폭기한외여과조(33) 내에서 자연적으로 발생하는 수압을 한외여과를 위한 구동력으로 사용할 수 있게 됨으로써 펌프 등 일반적으로 한외여과시 필요로 하던 별도의 동력시설이 필요없어 지고, 이에 따른 설치 및 운전비용을 절감할 수 있게 되었다.

넷째, 유량조정조(3), 폭기조(4) 및 한외여과막을 하나의 반응조인 유량조정폭기한외여과조(33)로 함축시켜 시설이 대폭 간소화됨으로써 중수도 시스템의 무인 자동운전의 가능성을 열었다.

다섯째, 종래의 일반적인 중수도 시스템에서는 유량조정조(3)에 교반용으로 공기를 공급하고, 폭기조(4)에서도 미생물 처리용으로 별도의 공기를 공급하는데 반해, 본 발명은 한 공정, 즉 유량조정폭기한외여과조에서의 폭기로 부하량 균일화를 위한 교반과 미생물 분해를 위한 폭기를 한번에 수행함으로써 공기공급 펌프인 송풍기의 용량이 반으로 감소하게 되며, 이에 따라 초기 투자비 및 유지관리비가 절감된다.

여섯째, 한외여과막(34) 고유의 분리특성에 따라 침전조가 없을 뿐만 아니라, 약품응집조 등의 더 이상의 고도처리를 위한 시설 및 비용을 필요로하지 않게 된다.

이상과 같이 본 발명이 완성됨으로써, 중수도 시스템을 구성함에 있어, 종래의 기술이 지니는 공정의 복잡성, 유지관리의 난해함, 높은 중수 생산비용 등의 문제점들을 해결함과 동시에, 전술한 종래 중수도 시스템 또는 Compact형 한외여과막 방식 중수도 시스템의 높은 초기 투자비, 넓은 점유면적 및 높은 운전비용 등의 문제점들을 해결함으로써, 공정 구성이 간단하여 무인 자동운전 가능성을 열고, 초기 투자비용이 저렴한 동시에 투자회수 기간이 짧고 유지관리가 간편하며, 그 비용 또한 저렴한 경제적인 중수도 시스템이 제공될 수 있게 되었다.

Claims (6)

1. 중수도 시스템에 있어서,

   오수중 이물질을 침전시켜 제거하는 침사조(31);

   침사조의 유출수에 포함된 중 대형 협잡물을 스크리닝하여 제거하는 스크린조(32);

   간벽(W), 폭기장치(A) 및 한외여과막(UF)을 구비하고 있으며, 오염물 부하변동을 완화하고 과도한 원수 발생시에도 처리되는 오수량을 일정하게 유지시키는 유량조정조로서의 기능과 미생물에 의한 산화, 분해작용을 이용하여 오수중 유기물을 제거하는 폭기조로서의 기능 및 폭기에 의해 용존성 BOD가 제거된 처리수 중의 부유성 및 콜로이드성 오염물을 여과 제거하는 한외여과막으로서의 기능을 함께 가지는 유량조정폭기한외여과조(33);

   유량조정폭기한외여과조(33)에서 처리된 처리수를 저장하고 소독조(35)로 유입되는 유량을 일정하게 조정함과 동시에 한외여과막(UF) 역세척시 역세척수를 제공하는 처리수조(34); 및

   최종 중수를 획득하기 위하여 처리수의 멸균을 수행하는 소독조(35)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는,

   중수도 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   간벽(W)은 상단이 수면보다 낮고 하단이 조의 바닥보다 높게 유량조정폭기한외여과조(33)를 수직으로 가로질러 구성됨을 특징으로 하는,

   중수도 시스템.
3. 제 1항에 있어서,

   한외여과막(UF)은 유량조정폭기한외여과조(33) 후단부의 유효수심 3/4 이하에 구성됨을 특징으로 하는,

   중수도 시스템.
4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,

   한외여과막(UF)은 유량조정폭기한외여과조(33)내에 자연적으로 발생하는 수압을 구동력으로 하여 여과기능을 수행함을 특징으로 하는,

   중수도 시스템.
5. 제 1항 또는 3항에 있어서,

   한외여과막(UF)의 기공 크기는 0.005-0.4㎛ 임을 특징으로 하는,

   중수도 시스템.
6. 제 1항에 있어서,

   유량조정폭기한외여과조(33)에는 미생물이 부착, 증식할 수 있는 미생물 접촉여재가 충진됨을 특징으로 하는,

   중수도 시스템.