KR100540986B1 - 분리막을 이용한 하폐수고도처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 혐기조, 안정화조, 무산소조, 막분리반응조, 막분리농축조로 구성된 하폐수고도처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 침지식 한외여과(ultra filtration) 분리막을 통해 처리수내 부유물질 및 병원성 미생물을 고액 분리하고, 각 반응조의 부유 미생물 농도는 막분리반응조로부터 안정화조로의 슬러지 반송 및 무산소조에서 혐기조로의 내부 순환을 통해 유지시키며, 배출되는 잉여슬러지를 침지식 한외여과 분리막을 이용하여 고농도로 농축처리함으로써 슬러지발생부피를 효율적으로 줄이는 것을 특징으로 하는 MBR(Membrane Bio-Reactor)를 이용한 하폐수고도처리장치에 관한 발명이다.

막, 하수처리, 생물반응기, 한외여과, 슬러지, 농축

Description

분리막을 이용한 하폐수고도처리장치{WASTEWATER TREATMENT SYSTEM BY MEANS OF MEMBRANE BIO-REACTOR}

도 1은 기존 활성슬러지 공정과 MBR공정의 비교

도 2는 본 발명의 MBR 시스템 공정 흐름도

도 3은 각 반응조의 DO 및 ORP거동을 나타낸 그래프

도 4는 각 반응조의 암모니성질소, 질산성질소, 인산이온의 거동을 나타낸 그래프

도 5는 밸브조작에 의한 여과 및 역세 공정의 제어방법을 나타낸 그래프

도 6은 유지세정(maintenance cleaning) 절차를 나타낸 그래프

도 7은 사이클릭 공기 세정의 모식도

도 8은 침지식 UF분리막을 이용해 잉여슬러지를 고농도로 농축시키는 공정운영절차를 나타낸 그래프

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 스크린 2: 혐기조 3: 안정화조 4 : 무산소조

5 : 막분리반응조 6 : 막분리농축조

본 발명은 혐기조, 안정화조, 무산소조, 막분리반응조, 막분리농축조로 구성된 하폐수고도처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 침지식 한외여과 분리막을 통해 처리수내 부유물질 및 병원성 미생물을 고액 분리하고, 각 반응조의 부유 미생물 농도는 막분리반응로부터의 슬러지 반송 및 무산소조에서 혐기조로의 내부 순환을 통해 유지시키는 방식으로 운영되는 MBR을 이용한 하폐수고도처리장치에 관한 발명이다.

MBR을 이용한 하폐수고도처리장치는 기존의 하수처리법인 활성슬러지법과 비교해 볼 때 설치 소요면적이 작고 자동운전이 용이하다는 점, 또 침전조를 별도로 포함하지 않아 슬러지 벌킹 등의 문제를 원천적으로 해결할 수 있다는 점 등의 장점이 있어, 소규모 하수처리시설에 많이 활용되어 왔다. 특히, 막의 선택에 따라 처리수질을 필요로 하는 만큼 조절할 수 있기 때문에 최근의 물 재이용에 대한 정책적 배려와 발 맞추어 소규모 중수시설에서도 많이 이용하고 있는 추세이다.

MBR을 이용한 하폐수고도처리장치는 잉여 슬러지의 발생량이 기존의 방식보다 훨씬 적고 이것이 MBR 시스템의 장점으로 받아들여지고 있는 점 때문에 인의 제거 측면에서는 불리한 것으로 알려져 있다. 따라서, 이러한 인 제거 측면에서의 약점을 보완하고 고도의 질소 인 동시 제거용 MBR 시스템이 요구되어 왔다.

생물학적 인제거의 기본적인 메카니즘은 미생물이 인을 과잉 섭취하게 유도 한 후 잉여슬러지를 인발하여 제거하는 것으로, 잉여슬러지 인발량과 인제거량이 상관관계에 있다. 본 발명의 MBR을 이용한 하폐수고도처리장치는 질소 및 인을 생물학적으로 제거하기 위하여 혐기조, 안정화조, 무산소조, 막분리 반응조, 막분리농축조로 구성되고, 막분리반응조 내에 설치한 한외여과(UF)막을 통하여 고액 분리가 이루어지므로, 반응조 내 슬러지가 고농도로 유지될 수 있고, 부유물질과 병원성 미생물이 제거된 처리수질을 안정적으로 얻을 수 있는 기술이다.

MBR 공법은 기존 활성슬러지 공법에서 중력 침강에 의한 고액분리 침전조 대신 분리막을 이용하여 고액분리를 달성하는 공법이다.

기존 생물학적 하수처리공정에서는 침전지에서의 고액 분리효율에 따라 처리수질이 크게 영향을 받았다. 전통적인 하수처리의 경우 호기성 생물반응조 내에서하/폐수 중의 유기물과 영양 염류를 섭취해서 성장한 미생물이 침전조에서 슬러지 형태로 침전되어 물과 분리 및 제거되는데, 처리공정의 운전상태에 따라 침전성이 떨어질 경우 유출수의 수질을 유지하기 어렵게 된다.

본 발명의 하폐수고도처리장치는 중력 침전 대신 침지식 한외여과 분리막에 의한 여과 공정을 이용한 것으로, 상기한 생물학적 하수처리 공정의 근본적인 문제를 해결하기 위하여 제공되는 것이다. 도 1은 기존 활성 슬러지 공정과 MBR 공정의 처리 과정을 비교한 그림이다. 도 1의 (A)는 기존 활성 슬러지 공정이고, (B)는 침지식 MBR 공정이며, (C)는 침지식 MBR을 적용한 본 발명의 MBR 시스템의 개략도이다.

상기한 본 발명의 MBR 시스템은 생물학적 공정과 막분리의 조합으로 되어 있 다. 생물학적 공정은 미생물에 의한 유기물 분해 제거와 영양물질 분해제거 기능을 담당하게 되고, 막분리는 고액 분리와 고농도의 MLSS(약 8000 ∼ 15,000 mg/L)를 유지하는 역할을 수행한다. 막분리는 기존 공정에서 고액분리를 담당하던 침전조 및 여과시스템을 대체하고, 미세공극으로 병원성 미생물을 제거함으로써 소독설비의 생략도 가능하다. 즉, MBR공정은 반응조 용량의 축소와 기존 시설의 침전조, 여과 및 소독 설비 등을 생략함으로써 설비의 콤팩트화 및 운전 자동화가 용이하여 분리막에 의해 처리수질을 안정적으로 확보할 수 있는 시스템이다.

MBR공정은 분리막의 파울링(Fouling)을 제어하기 위하여 분리막하단에서 지속적으로 공기를 주입하여 세정하므로, 통상 막분리반응조는 DO농도가 높은 과포기 상태에 있게 된다. 이 경우 반송슬러지내 고농도 용존산소함유로 인해 무산소조에서의 탈질효율이 저하될 가능성이 높다. 본 발명에서는 혐기조후단에 안정화조를 두어 분리막 호기반응조로부터 반송되는 슬러지를 단시간 체류시킴으로써 반송슬러지의 수리학적 균등화 및 안정적인 DO저감을 통해 무산소조에서의 탈질효율을 극대화하여 생물학적 질소, 인 제거의 안정성을 높이고자 하였다.

특히, 본 발명의 MBR시스템에서는 도 1의 (C)와 같이 기존 MBR 공정으로 부터 배출된 잉여슬러지를 분리막을 이용하여 고형물 농도 4%까지 고농도로 농축하는 막분리슬러지농축조를 결합함으로써 액상슬러지의 발생량을 저감하고자 하였다.

농축슬러지 발생량을 1/4이하로 줄임으로써 슬러지의 저류 및 운반에 따른 유지관리성을 개선하며, 호기조건 하에서 분리막을 이용한 인발슬러지의 효율적인 농축으로 기존 중력 농축에서의 장시간의 농축에 따른 인 방출 문제를 방지하고, 농축처리수의 부유물질 농도를 침지식 한외여과 분리막을 통해 효과적으로 감소시킴으로써 최종 처리수와 함께 방류하는 것도 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제이다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하폐폐수고도처리장치는 도 2와 같이 스크린(1), 혐기조(2), 안정화조(3), 무산소조(4), 막분리반응조(5), 막분리 농축조(6)로 구성된다.

스크린(1)은 큰 고형물이나 협잡물을 제거하여 후속공정의 펌프류 및 배관 등의 고장이나 막힘을 방지한다.

혐기조(2)에서는 혐기성 조건에서 원수내의 유기물(SBOD)이 VFAs(volatile fatty acid)로 변환되고 인저장 미생물(phosphorus storage microorganism, Acinetobacter)의 세포내의 PHB로 저장되는 과정에서 세포 내에 있는 polyphosphate가 orthophosphate로 변환 되어 방출된다. 혐기조 내의 유기물은 감소되고 PO₄-P는 증가되나, 질산성 질소가 존재하는 경우에는 인 방출에 방해 작용을 한다.

본 발명에서는 혐기조 및 무산소조 사이에 안정화조(3)를 두어 호기조인 막분리반응조(5)로부터 반송슬러지가 유입되도록 하였다. 상기 안정화조는(3) 다량의 반송슬러지를 균일하게 혼합하고 원수 또는 혐기조로부터 유기물을 공급받아 반송슬러지내 용존산소 농도를 효율적으로 저감하여, 막분리반응조(5)가 과포기 되는 경우에도 무산소조에서의 용존산소 영향을 차단함으로써 탈질 효율을 안정적으로 유지하는 역할을 수행한다.

본 발명에서 상기 안정화조(3)를 설치한 이유는 막분리반응조(5)와 같은 호 기조에서는 유기물의 고갈과 분리막의 세정 목적으로 공급되는 공기로 인하여 용존산소의 농도가 필요 이상으로 높게 유지되는 경우가 있기 때문인데, 원수중의 유기물 농도 변화에 따른 막분리반응조(5)에서의 과포기가 다량의 반송슬러지를 통해 무산소조에 미치는 영향을 최소화하고, 또한 무산소조로 유입되는 고농도의 반송슬러지를 균등화함으로써 시스템의 탈질 및 탈인 반응을 안정화시킬 필요가 있었기 때문이다.

또한, 기존 침전지 대신 호기조인 막분리반응조(5)로부터 슬러지 반송이 이루어지기 때문에, 각 반응조 내에 일정 농도 이상의 미생물을 유지하면서 탈질 효율을 향상시키기 위해서는 다량의 반송량(3∼4Q)이 필요하기 때문에 상기 안정화조를 설치하였다.

무산소조(4)에서는 분자상의 산소(자유산소)가 없는 조건(무산소조건)에서 미생물이 유기물을 분해할 때 자유산소 대신 NO₃ 분자내의 결합산소를 최종 전자 수용체로 이용함으로써 질산성 질소를 질소 가스(N₂)로 환원시켜 폐수로부터 질소를 제거한다.

막분리반응조(5)는 유기물 산화 및 질산화, 인 과잉섭취가 일어나는 공정으로서 오수정화의 주된 작용을 하는 곳이며, 처리수와 미생물의 분리는 침지시킨 한외여과(UF) 분리막을 통해 이루어진다. 침지식 한외여과 분리막으로 여과된 물은 처리수로서 배출되고, 일부는 역세수조(CIP탱크)에 저장하여 역세정에 사용된다. 각반응조의 미생물 농도 유지를 위한 슬러지의 반송 및 잉여슬러지의 배출도 막분리반응조(5)로부터 이루어진다.

막분리슬러지농축조(6)는 MBR 반응조인 막분리반응조(5)로 부터 배출되는 잉여슬러지를 침지식 한외여과 분리막을 이용하여 고농도로 농축하는 공정으로서 고농도 슬러지에 의한 막 폐색 방지를 위해 MBR 공정과 같은 공기 세정 및 역세정 유지세정 설비를 갖추고 있다. 또한, 호기적 조건에서 농축이 이루어지므로 잉여슬러지로 부터 인 용출 등의 문제를 최소화 할 수 있고, 미생물 및 부유물질 농도가 낮은 처리수는 순환재처리 또는 방류가 가능하다.

본 발명의 MBR 시스템에서 질소는 막분리 반응조에서의 질산화 반응과 무산조조에서의 탈질 반응을 통하여 제거되고, 인은 혐기조에서 인 방출과 막분리반응조에서의 인 과잉섭취를 통해 슬러지에 축적되는 과정을 거친 후 최종적으로 막분리반응조로부터 잉여슬러지를 배출함으로써 제거된다.

각 반응조의 미생물 농도는 막분리반응조에서 안정화조 방향, 또는 무산소조에서 혐기조 방향으로의 내부 순환을 통해 유지되며, 혐기조와 무산소조 사이에는 안정화조를 두어 호기조 및 혐기조로부터 유입되는 슬러지를 균등하게 혼합하고 막분리반응조로부터 순환 유입되는 다량의 용존산소를 일정 농도 이하로 감소시킨다.

원수의 일부를 안정화조에 선택적으로 분할 주입함으로써 용존산소 저감을 통해 호기조에서 순환 유입된 질산성 질소의 탈질 반응을 제고할 수 있다. 또한, 지속적인 공기 세정과 주기적 역세정을 통해 막 파울링을 감소시키고, 특히 침지식 막모듈의 하단에 일체화시킨 산기관으로부터 침지식 한외여과 분리막의 절반에 번갈아 가며 세정용 공기가 공급되도록 하는 사이클릭 세정방식을 도입하여 블로어 운전에 따른 동력비 절감 효과를 거두게 된다.

상기한 침지식 한외여과 분리막은 파울링의 문제를 해결하기 위하여 주기적으로 세정을 실시해야 한다. 본 발명의 파울링 제어를 위한 침지식 한외여과 분리막 세정 방법은 공기방울 세척과 함께 처리수를 이용한 주기적인 역세정, 차아염소산나트륨(NaOCl)을 이용한 유지세정으로 이루어진다.

공기방울세척은 분리막 모듈의 아래 부분에 장착된 산기관에서 공기방울을 발생시킴으로서 침지식 한외여과 분리막 표면을 흔들어 세척한다. 이때, 공기방울과 함께 발생한 수류와 그의 전단력으로 슬러지의 순환 및 모듈내 고형물의 퇴적 방지가 이루어져 침지식 한외여과 분리막 표면의 파울링을 예방한다. 또한, 막 세정과 막분리반응조내 용존산소 유지를 위한 공기 공급을 분리하여, 막분리 반응조내 과포기를 방지하고 효율적이고 경제적인 침지식 한외여과 분리막 세정 방식을 채택할 수 있다. 특히, 침지식 한외여과 분리막 세정을 위한 블로어 운전비용이 전체 운전비용에서 차지하는 비중이 크므로, 침지식 한외여과 분리막 모듈의 절반에 번갈아 가며 공기를 공급하는 사이클릭 공기 세정 방식을 채택하여 공기세정에 따른 운전 비용을 크게 절감 할 수 있다.

역세정은 생산된 여과수를 여과의 반대 방향으로 공급하여 막 외표면의 퇴적물을 제거하는 것으로 보통 14분 운전에 한번씩 약 30초간 주기적으로 수행된다. 역세정 유속은 여과유속의 약 1.5배 가량이고 최대 역세압력은 0.5 bar 정도이다. 역세수로는 생산된 여과수의 일부를 역세수조에 자동으로 채워 이용하며, 차아염소산나트륨을 역세정수에 첨가하여 세정 효과를 높이기도 한다.

막 유지세정은 공기세정과 주기적인 역세정에도 발생되는 막 유기물에 의한 막 파울링 문제를 해소하기 위하여 주기적으로 약품을 이용하여 일정시간 동안 막분리 반응조 내에서 역세정하는 것을 말한다. 사용하는 약품은 막분리 표면에 증식한 미생물을 제거하기 위하여 주로 차아염소산나트륨을 사용하며, 막분리 반응조 내에 침지식 한외여과 분리막을 침지시킨 상태로 약품을 여과방향과 역으로 주입한다.

막 회복세정은 더 이상 여과 성능을 유지할 수 없을 만큼 오염이 상당히 진행된 분리막을 고농도의 약품으로 추출 세정하는 것을 말하며, 이 경우 막을 막분리반응조 내부 또는 외부에서 약품 용액에 침지시켜 세척하게 된다. 사용약품은 오염물의 성질에 따라 선택하게 되며, 시행빈도는 원수 수질에 영향을 받을 수 있으나 통상적으로 1년에 1 내지 2회 정도면 충분하다.

분리막반응조외에 막분리농축조에도 침지식 한외여과 분리막이 설치된다. 막분리농축초에서는 응집제의 주입 없이 막분리반응조에서 인출한 잉여슬러지를 막분리를 이용하여 직접 농축하는 방법이다. 농축공정은 농축조에 유입되는 잉여 슬러지를 TS 농도 약 1% 수준에서 2% 수준까지 연속 여과하는 1단계 농축과, 잉여슬러지의 유입을 중단하고 농축 슬러지 인발 수위까지 여과하여 약 4% 수준까지 농축시키는 2 단계 농축의 방식으로 이루어진다.

이와 같이 공정을 두 단계로 나누어 운전함으로써 분리막이 고농도 고형물에 노출되는 시간을 최소화 할 수 있으며, 결과적으로 막폐색을 최소화하면서 잉여 슬러지를 4배까지 효과적으로 농축시킬 수 있다.

침지식 한외여과 분리막 상단의 슬러지 인발수위까지 농축되면 하단 펌프를 통해 농축된 슬러지를 저류조로 이송하고 분리막 농축조에는 처리수 또는 잉여 슬러지를 채워 대기 중에 노출되지 않도록 한다. 침지식 한외여과 분리막을 이용한 잉여슬러지 농축 기술은 기존 중력식 혹은 가압부상식 슬러지 농축방식의 낮은 농축효율, 긴체류시간에 따른 부지소요, 혐기 상태에서의 악취발생 및 인 방출 문제 등을 개선 할 수 있으며, 잉여 슬러지의 부피를 발생량의 1/4까지 획기적으로 줄임으로써 후속 슬러지 처리 설비의 부하를 감소시킬 수 있다.

이하 본 발명을 다음 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예1) 본 발명에 따른 폐수처리 시스템의 구성 및 제작

본 발명의 MBR을 이용한 하폐수고도처리장치는 스크린(1), 혐기조(2), 안정화조(3), 무산소조(4), 막분리 반응조(5), 막분리농축조(6)의 단위 공정으로 구성되었으며, 1일 180톤 처리규모로 수리학적 체류시간은 6시간으로 설계하였다.

이때, 스크린(1)에는 통상적인 하폐수처리공정에서 사용하는 sieve screen을 사용이 사용되었으며 2.0 마력의 유입펌프가 유량계와 함께 장착되었다. 혐기조(2)는 7.7 m³의 용적으로, 1.0마력의 프로펠러식 교반기를 2기 부착되었다. 안정화조(3)는 2.5 m³의 용적이었으며 0.5 마력의 교반기를 1기 부착되었다. 무산소조(4)에는 1.0 마력의 submersible교반기 1기 반송펌프, 유량계가 부착되었다. 막분리반응조(5)는 전체 용적이 22.5 m³이었고, 멤브레인디스크 형식의 산기관, 인버터 방식의 송풍기, 흡입펌프, 침지식 중공사 한외여과(UF)막, 유량계, 압력계, 약 품탱크, 반송펌프로 구성되었다. 막분리농축조(6)는 침지식 중공사 한외여과(UF)막, 흡입펌프, 농축슬러지 이송펌프, 송풍기, 유량계로 구성되었다.

막분리반응조(5)내 침지된 중공사 한외여과막(UF)의 제원은 표 1과 같다.

중공사 한외여과막(UF)의 제원

구 분	제 원
MODEL	ZW500C-22
형태	외압식 중공사막
모듈수	22 Modules
막표면적	440m2/cassette
막 재질	PVDF
공칭공경	0.04㎛
여과방식	침지식 흡입여과
운전압력범위	7~55kPa

(실시예2) 폐수처리 시스템의 운전예

본 발명의 MBR을 이용한 하폐수고도처리장치를 S시 환경사업소내에 설치하여 운전하였다. 유입하수를 1mm간격의 스크린으로 처리한 후 반응조에 유입시켰으며, 유입수 및 유출수의 평균농도 및 처리효율을 표 2에 나타낸 바와 같다.

폐수처리시스템의 오염물질 처리효율

항 목	원 수 농 도	처 리 수 농 도	처리효율(%)
BOD(mg/L)	73.1	1.0	98.6
CODMn(mg/L)	37.8	3.8	89.9
CODCr(mg/L)	224.5	7.8	96.5
SS(mg/L)	103.1	<1.0	>99.0
T-N(mg/L)	24.5	5.9	75.9
T-P(mg/L)	3.1	0.6	80.1
대장균군(개/mL)	-	불검출	-

유입하수의 평균 BOD농도는 73.1mg/L이며, 처리수는 1.0mg/L로 98.6%의 제거효율을 보였으며, COD 크롬법의 경우 처리수농도가 7.8mg/L로 96.5%의 높은 제거효율을 나타내었다. 부유물질(SS)는 공칭공경 0.04㎛의 중공사한외여과막(UF)을 통하여 완벽한 고액분리가 이루어지므로 처리수내 SS농도는 1.0mg/L이하의 청정한 수질을 확보하였다. 영얌염류의 경우 총질소(T-N)은 평균 24.5mg/L로 유입되어 5.9mg/L로 배출되어 75.9%의 처리효율을 나타내었으며, 총 인(T-P)은 유입평균 3.1mg/L이었고, 유출수내에는 고형물이 존재하지 않으므로, 총 인(T-P)농도는 용존성 인(PO₄-P)농도와 일치하였으며, 평균 0.6mg/L로 80.1%의 높은 제거효율을 나타내었다.

한편, 각 반응조의 용존산소(DO)와 산화환원전위(ORP)거동을 도 3에 나타내었다. 용존산소농도는 분리막 반응조에서 평균 3.0mg/L로 유지되었으나, 반송슬러지가 안정화조로 유입되면서 0.5mg/L까지 저감되었다. 이로 인해 무산소조와 혐기조는 용존산소가 거의 존재하지 않아 탈질 및 인 방출에 바람직한 조건이 유지되어 도 4에 나타낸 바와 같이 각 반응조에서 N, P이온들의 뚜렷한 거동을 볼 수 있었다.

(실시예3) 주기적인 자동 역세정

자동 역세정은 도 5와 같이 분리막을 통한 여과수의 일부를 세정용 CIP(cleaning in place)탱크에 저장하여 일정 여과 주기마다 여과 방향과 반대로 역주입하는 방식으로 하였다. 또한, 본 발명에서는 1 주일에 2-4회 역세정수에 주기적으로 차아염소산나트륨 수용액을 첨가하여 세정하는 방식을 병행하여 배관내 미생물 재승식을 방지가혹 약 15분 주기로 행하는 역세정이 효과적으로 이루어지도록 하였다.

상기 역세정은 먼저 14분간의 여과 모드가 종료되면 자동적으로 밸브 1, 3 이 닫히고, 밸브 2, 4가 열려 CIP탱크에 저장된 처리수가 동일 펌프에 의해서 막 여과 방향과 반대로 역주입된다. 따라서, 별도의 역세용 펌프가 필요하지 않고 밸브조작만으로 역세정된다. 역세정 유속은 여과 유속의 약 1.5배이며 역세정 지속 시간은 30초이다.

유지 세정 방식은 역세정 방식과 거의 동일하나 도 6과 같이 차아염소산나트륨 수용액 등의 약품을 CIP 탱크에 주입하여 실시하는 약품세정으로 막표면에서의 미생물 증식과 유기물 등에 기인하는 막 파울링을 억제한다. CIP 탱크 내의 차아염소산나트륨 수용액의 농도는 100 내지 1000mg/L이며, 여과 유속의 1.5배 유속으로 30초 동안 세정하고 4분간 정치하는 것을 10회 반복하였다. 각 제성간 4분간의 정치 시간은 막표면의 오염물질과 약품이 충분히 접촉하도록 유도하기 위함이었고, 유지세정이 끝난 후에는 반응조 내 잔류 가능성이 있는 염소를 탈기 처리하기 위하여 10분간 포기하였다.

(실시예4) 사이클릭 공기세정

사이클릭 공기 세정은 막모듈 하부에 설치된 산기관을 양부분으로 나누어 1대의 송풍기로 부터 공급되는 공기를 10초 정도의 짧은 주기로 번갈아 가며 자동적으로 공급하는 방식으로 하였다.

양 산기관으로 부터의 공기 공급은 도 7과 같이 밸브를 이용하여 자동제어하였으므로, 공급되는 공기량은 막 모듈 한개를 세정하는데 필요한 설계치의 1/2가 되며, 짧은 주기로 번갈아가며 공기를 공급하였기 때문에 막표면에 대한 전단 유속을 거의 동일하게 유지할 수 있었고, 결과적으로 막 전체에 공급하는 방식과 거의 동일한 세정 효과를 거두었다. 또한, 공급 공기량을 절반으로 줄임으로써 유기물이 고갈된 호기 반응조에서의 과포기를 최소할 수 있었다.

(실시예5) 슬러지의 고농축 처리

본 발명의 막분리반응조에서 배출되는 잉여슬러지를 호기조건에서 단시간에 분리막농축함으로써 중력농축시의 혐기화에 따른 인 방출 및 악취발생을 방지하였고, 잉여슬러지를 4배 농축함으로써 액상슬러지의 발생량을 1/4이하로 줄일 수 있었다.

운전방식은 잉여슬러지를 막분리 농축조로 연속유입시키면서 농축을 실시하는 1단계농축과 잉여슬러지의 유입을 중단하고, 농축슬러지 인발수위까지 회분식으로 여과하는 2단계농축으로 이루어진 Semi-Batch방식으로 이루어지며, 도 8에 나타 내었다.

본 발명에 따른 MBR을 이용한 하폐수고도처리장치는 질소/인 처리공정과 UF분리막의 결합으로 저비용으로 강화된 수질기준에 부합하는 양질의 처리수를 생산할 수 있었다. 또한 생물공정에서 발생하는 잉여슬러지를 분리막을 이용해 효과적으로 농축시킴으로써 슬러지 수송비용과 탈수 등 후속 슬러지 처리공정의 부하를 경감시킬 수 있었다. 특히, 농축처리수의 부유물질 농도를 분리막을 통해 효과적으로 감소시킴으로써 최종처리수와 함께 방류할 수 있었다.

또한, 본 발명에서 제시한 막세정 기술(역세와 유지세정)은 분리막 기술의 현장 적용상 가장 큰 장애요인이었던 막폐색(fouling)에 따른 약품 세정 주기(CIP) 단축 및 분리막 수명 감소 등의 문제를 해결하였고, 순환공기공급방식(cycling aeration)은 막 폐색 억제를 위한 송풍 에너지 비용을 절감 할 수 있었다.

이 외에도 본 발명의 하폐수고도처리장치는 인 제거 측면에 있어 하수처리의 규제 기준이 강화되는 시점에서 매우 유리하게 적용될 수 있는 기술이며, 잉여슬러지의 처리문제에 있어서도 본 발명의 막을 이용한 농축 기술은 향후 소규모 처리장에서의 액상 슬러지의 발생을 억제하는 매우 효과적인 수처리 시스템으로 사용될 수 있다.

Claims (7)

1. 큰 고형물이나 협잡물을 제거하는 스크린(1)과, 상기 스크린(1)과 연결되어 유입수의 유기물을 이용해 미생물내의 인을 방출시키는 혐기조(2)와, 상기 혐기조(2)와 연결되어 무산소조(4)로 유입되는 고농도의 반송슬러지를 균등화하여 시스템의 탈질 및 탈인 반응을 안정화시키는 안정화조(3)와, 상기 안정화조(3)와 연결되어 질산성질소를 탈질산화하는 무산소조(4)와, 상기 무산소조에 연결되어 질산화, 및 처리수와 미생물의 분리가 일어나는 막분리반응조(5)와, 상기 막분리반응조(5)로 부터 배출되는 잉여슬러지를 분리막을 이용하여 고농도로 농축하는 막분리슬러지농축조(6)로 구성되는 것에 있어서,

   상기 스크린(1)은 원수를 분기하여 안정화조(3)로 분할주입하고, 침지식 한외여과 분리막이 설치된 막분리반응조(5)은 슬러지를 안정화조(3)로 반송하고, 무산소조(4)는 처리수를 혐기조(2)로 내부순환시키는 특징으로 하는 분리막을 이용한 하폐수고도처리장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 안정화조(3)가 반송슬러지내의 용존산소 농도를 저감하여 무산소조(4)에 미치는 용존산소의 영향을 차단하고, 탈질 효율을 안정적으로 유지하는 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 분리막을 이용한 하폐수고도처리장치.
4. 제1항에 있어서, 침지식 한외여과 분리막은 세정용 탱크에 따로 저장된 여과수를 이용하여 주기적으로 여과 방향과 반대로 역주입하여 역세정하는 것을 특징으로 하는 분리막을 이용한 하폐수고도처리장치.
5. 제4항에 있어서, 역세정은 화학적 세정액을 이용하는 것을 특징으로 하는 분리막을 이용한 하폐수고도처리장치.
6. 제1항에 있어서, 침지식 한외여과 분리막은 2개 이상의 부분으로 나누어진 산기관에 의하여 번갈아 가면서 공기 세정되는 것을 특징으로 하는 분리막을 이용한 하폐수고도처리장치.
7. 제 1항에 있어서, 막분리 농축조(6)에 잉여슬러지를 연속유입시키면서 농축을 실시하는 1단계농축과, 잉여슬러지의 유입을 중단하고 농축슬러지 인발수위까지 회분식으로 여과하는 2단계농축으로 운영되는 것을 특징으로 하는 분리막을 이용한 하폐수고도처리장치.

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