KR100753673B1 - 폐수처리 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폐수처리 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 폐수 처리 시스템은 처리대상 폐수를 유입받아 미생물과의 반응에 의해 입상화 슬러지를 생성하는 제1반응조와, 제1반응조 내에 침수되게 설치되어 입상화 슬러지를 제외한 여과액을 유입받아 수용할 수 있는 분리막을 갖는 분리막 유니트와, 분리막 유니트 내로 유입된 여과액을 임시저장조로 송출할 수 있도록 설치된 제1배관과, 임시저장조에 저수된 여과액을 분리막 유니트내로 세정시 공급할 수 있도록 설치된 제2배관과, 제1배관을 통해 분리막 유니트 내로 유입된 여과액을 상기 임시저장조로 송출하는 제1펌프와, 제2배관을 통해 임시저장조에 저수된 여과액을 분리막 유니트내로 공급할 수 있도록 설치된 제2펌프와, 임시저장조를 거친 여과액을 유입받을 수 있도록 설치되며 황산화 탈질미생물의 전자공여체 및 담체로 작용할 수 있는 황을 포함한 반응물질이 충진되어 여과액에 포함된 질소를 제거하는 제2반응조를 구비한다. 이러한 폐수처리시스템 및 방법에 의하면 규모가 적으면서도 고형물 분리 및 영양염류의 제거가 용이한 장점을 제공한다.

Description

폐수처리 시스템 및 방법{system for purifying waste water and method thereof}
도 1은 본 발명에 따른 폐수 처리시스템을 나타내 보인 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
11: 침전조 13: 제1반응조
15: 분리막 유니트 23: 제2반응조
본 발명은 폐수처리 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 영양염류 제거효율을 높인 폐수처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
폐수를 처리하기 위한 방법이 다양하게 시도 되고 있고, 최근에 고형분리용으로 대표적으로 이용되는 방법으로서 막결합형 생물반응조를 이용한 처리방법이 있다.
막결합형 생물반응조를 이용한 처리방법은 생물반응조에 저수된 처리대상 폐수에 함유된 유기물과 영양염류를 생물반응조내의 미생물이 섭취하여 성장하게 하고, 생물반응조 내부 또는 외부에 슬러지를 여과할 수 있는 분리막 유니트를 설치 하여 여과액을 분리하여 유출시키는 방법이다.
이러한 막결합형 생물반응조를 이용한 장치 및 방법은 국내 실용신안 출원 제1999-0022753호, 국내 실용신안출원 제2000-0010796호, 국내 실용신안출원 제2004-0020968호, 국내 특허출원 제2001-0079682호, 국내 특허출원 제 2003-0030323호 등 다양하게 알려져 있다.
그런데, 이러한 막결합형 생물반응조를 이용한 폐수 처리방법은 적은 규모로 고형 분리에 용이한 장점이 있는 반면 질소와 인 등의 영양염류의 제거효율이 높지 않은 단점이 있다.
한편, 영양염류를 제거할 수 있는 방법으로서 종속영양탈질 방법이 있다.
종속영양탈질 방법은 질소제거시 탄소원 공급이 필요하며, 유기물의 농도가 높은 경우 유기물내의 유기탄소를 이용할 수 있는 장점이 있다.
그런데 국내의 하수의 경우 유기물 농도가 질소 농도에 비해 상당히 낮고 질소질 및 인산질 비료제조업, 합판제조업, 농약제조업, 피혁제조업 등에서 배출되는 공장폐수와, 쓰레기 매립지에서 발생하는 침출수의 유기물의 농도가 질소의 농도에 비해 상대적으로 낮기 때문에 종속영양 탈질방법을 적용할 경우 메탄올, 아세테이트와 같은 유기물을 첨가하여 탈질반응을 유도해야하기 때문에 약품투입량이 많아지고, 폐수처리비용이 상승되는 단점이 있다.
특히, 현재 국내의 하천오염은 소규모 마을 하수를 효과적으로 처리할 수 있는 시설 및 처리방법의 부재에 기인함을 고려 할 때 소규모이면서도 폐수처리가 용이한 시설이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 약품투입을 줄이고, 영양염류의 제거효율을 보다 높일 수 있으면서도 소규모가 가능한 폐수 처리 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 폐수처리 시스템은 처리대상 폐수를 유입받아 미생물과의 반응에 의해 입상화 슬러지를 생성하는 제1반응조와; 상기 제1반응조 내에 침수되게 설치되어 상기 입상화 슬러지를 제외한 여과액을 유입받아 수용할 수 있는 분리막을 갖는 분리막 유니트와; 상기 분리막 유니트 내로 유입된 여과액을 임시저장조로 송출할 수 있도록 설치된 제1배관과; 상기 임시저장조에 저수된 여과액을 상기 분리막 유니트내로 세정시 공급할 수 있도록 설치된 제2배관과; 상기 제1배관을 통해 상기 분리막 유니트 내로 유입된 여과액을 상기 임시저장조로 송출하는 제1펌프와; 상기 제2배관을 통해 상기 임시저장조에 저수된 여과액을 상기 분리막 유니트내로 공급할 수 있도록 설치된 제2펌프와; 상기 임시저장조를 거친 여과액을 유입받을 수 있도록 설치되며 황산화 탈질미생물의 전자공여체 및 담체로 작용할 수 있는 황을 포함한 반응물질이 충진되어 상기 여과액에 포함된 질소를 제거하는 제2반응조;를 구비한다.
바람직하게는 상기 제1반응조에 에어를 공급하는 에어공급부;를 더 구비한다.
또한, 상기 제2반응조 내에 투입되는 반응물질은 석회석을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 폐수 처리방법은 가. 처리대상 폐수를 제1반응조 내에 유입시켜 미생물과의 반응에 의해 입상화 슬러지를 생성하면서 상기 제1반응조 내에 침수되게 설치된 분리막 유니트 내에 유입된 여과액을 임시저장조에 송출하는 단계와; 나. 상기 여과액을 황을 포함한 반응물질이 충진된 제2반응조내로 유입하여 황산화 탈질미생물에 의한 탈질반응이 이루어지도록 하여 상기 여과액에 포함된 질소를 제거하는 단계;를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐수처리 시스템 및 방법을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 폐수 처리시스템을 나타내 보인 도면이다.
도면을 참조하면, 폐수처리 시스템(10)은 침전조(11), 제1반응조(13), 분리막 유니트(15), 제1펌프(17), 제2펌프(19), 제1임시저장조(21) 및 제2반응조(23)를 구비한다.
침전조(11)는 유입관(30)을 통해 유입되는 처리대상 폐수를 임시저장하고, 저수된 폐수가 설정된 수위를 초과하면 제1반응조(13)로 유출될 수 있는 오버플로우 형이 적용되었다.
참조부호 12는 침전조(11)에 저수된 폐수중 침전조(11)에 침전된 슬러지를 배출할 수 있는 슬러지 배출관이다.
제1반응조(13)는 침전조(11)로부터 유입된 폐수를 저수할 수 있도록 되어 있고, 내부에 공기 또는 산소를 공급할 수 있는 에어공급부(14a)(14b)와, 분리막 유 니트(15)가 설치되어 있다.
참조부호 14는 제1반응조(13)에 침전된 슬러지를 배출할 수 있는 슬러지 배출관이다.
에어공급부(14a)(14b)는 분리막 유니트(15) 하부의 제1반응조(13)내까지 연장되게 설치되어 공기 또는 산소를 토출하는 에어토출기(14a)와, 에어토출기(14a)에 공기 또는 산소를 공급하는 에어 공급원을 구비하고 도시된 예에서는 에어공급원으로 에어펌프(14b)가 적용되었다.
도시된 예와 다르게 산소를 공급하는 경우 에어공급원으로서 산소공급기(미도시)가 적용될 수 있음은 물론이다.
분리막 유니트(15)는 공지된 것을 적용하면 된다. 즉, 국내실용신안 출원 제1999-0022753호에 개시된 분리막 모듈, 국내 실용신안출원 제 2004-0020968호에 개시된 분리막유니트 등 다양한 것을 적용할 수 있음은 물론이다.
바람직하게는 분리막 유니트(15)는 MF(Microfiltration)급의 분리막을 적용한다.
제1배관(16)은 분리막 유니트(15) 내부에 유입된 여과액을 제1펌프(P)(17)에 의해 흡입하여 임시저장조(21)로 유출할 수 있도록 설치되어 있다.
제2배관(18)은 임시저장조(21)에 저수된 여과액을 제2펌프(P)(19)에 의해 분리막 유니트(15) 내부로 송출할 수 있도록 설치되어 있다.
참조부호 20으로 표기된 부분은 세정액을 투입시 이용할 수 있도록 된 것이다.
여기서 제2펌프(19), 제2배관(18) 및 임시저장조(21)는 분리막유니트(15)의 세정시 이용하기 위한 것이다.
이러한 제1반응조(15) 내의 처리 구조는 통상적인 MBR(Membrance Biological Reactor) 구조에 해당한다.
제2반응조(23)는 임시저장조(21)에 저수된 여과액을 유입받을 수 있게 임시저장조(21)와 연결되어 있다. 도시된 예에서는 제2반응조(23)는 하부에서 임시저장조(21)에 저수된 여과액을 상향류식으로 유입받을 수 있게 임시저장조(21)와 제3펌프(25) 및 제3배관(24)을 통해 연결되어 있다.
제2반응조(23) 내에는 여과액에 포함된 영양염류 즉, 질소를 제거할 수 있는 황화합물 및 석회석이 포함된 반응물질(26)이 충진되어 있다.
바람직하게는 황화합물은 85 내지 95Wt%, 석회석은 5 내지 15Wt%로 혼합한 반응물질(26)을 적용한다.
황화합물은 수밀리미터 직경의 황입자를 적용하면 된다.
도시된 예에서는 제2반응조(23)의 바닥으로부터 일정거리 상방에 이격되게 망사판(27)이 설치되어 있고, 망사판(27) 위에 반응물질(26)이 충진되어 있다.
망사판(27)의 공극은 황화합물 및 석회석 보다 작은 직경을 갖는 것이 적용된다.
참조부호 28은 슬러지 배출관이다.
제2반응조(23) 내에는 황산화 탈질 미생물이 제공된다.
이하에서는 이러한 폐수처리시스템에 의한 폐수처리 과정을 설명한다.
먼저, 침전조(11)로부터 유입되어 제1반응조(13)내에 투입된 폐수는 제1반응조(13)내에서 호기성 미생물에 의해 유기탄소원이 제거되고, 암모니아성 질소는 질산화를 통해 질산성 질소를 산화한다.
제1반응조(13)내에서의 질산화 과정은 아래의 반응식 1 및 2와 같다.
2NH3 + 3O2 --> 2NO2 - + 2H+ + 2H2O
2NO2 - + O2 --> 2NO3 -
또한, 제1반응조(13) 내의 폐수에 함유된 인은 미생물의 대사에 필수 영양공급원으로서 미생물에 흡수되어 제거된다.
한편, 제1반응조(13)내의 분리막 유니트(15) 내로는 여과액만 유입되고 미생물 및 성장된 슬러지는 유입이 배제된다.
한편, 분리막 유니트(15)의 분리막의 폐쇄를 방지하기 위해 제2펌프(19)를 간헐적으로 구동하여 역세를 수행한다. 역세 수행시에는 제1펌프(17)의 구동을 중단한다.
이러한 침전형 막분리 처리공정은 활성슬러지의 침강성과 관계없이 슬러지로부터 여액을 분리하여 배출시킬 수 있으며, 제1반응조(15)내의 미생물을 고농도로 유지할 수 있고, 고형물질 체류시간을 길게 할 수 있어 잉여 슬러지 양이 적어 제1 반응조(13)의 용량을 줄일 수 있는 장점을 제공한다.
이러한 과정을 거쳐 임시저장조(21)로 유입된 여과액은 소량의 유기물과 질산성 질소가 포함된다.
제2반응조(23)에서는 유입된 여과액에 포함된 질산성 질소를 질소 가스로 만드는 탈질과정을 수행한다.
제2반응조내에 있는 황산화 탈질미생물은 여러가지 황화합물(S2 - , S, S2O3 2-, S4O6 2-, SO3 2-)을 황산염이온으로 산화시키면서 탈질을 하는데 그 과정은 다음과 같다.
1.10S + NO3 - + 0.40CO2 + 0.76H2O + 0.08NH4 +
--> 0.5N2 + 1.10SO4 2- + 1.28H+ + 0.08C5H7O2N
0.422H2S + 0.422HS- + NO3 - + 3.347CO2 + 0.0865HCO3 - + 0.0865NH4 +
--> 0.5N2 + 0.844SO4 2- + 0.409H+ + 0.0865C5H7O2N
5S2O3 2- + 8NO3- +H2O --> 4N2 + 10SO4 2- + H+
위의 반응식 3 내지 5에 의한 황탈질은 황산화 탈질 미생물에 의하여 이루어지므로 외부 탄소원 예를 들면 메탄올, 에탄올, 아세테이트 등이 불필요하다.
여기서 황산화 탈질 미생물은 일명 독립영양 미생물이라고도 하며 유기물을 필요로 하지 않고 대사가 이루어질 수 있는 것으로서 티오바실러드 데니트리피칸스(Thiobacillus denitrificans), 티오마이크로스피타 데니트리피칸스(Thiomicrospira denitrificans), 티오바실러드 버스투스(Thiobacillus versutus), 티오바실러스 티아시리스(Thiovacillus thyasiris), 티오스패라 판토트로파(Thiosphaera pantotropha), 파라코커스 데니트리피칸스(Paracocus denitrificans) 등이 있다.
이러한 제2반응조(23) 내에서의 반응에 의해 황과 여과액내 질소가 반응하여 황은 황산염으로 산화되는 동시에 질소는 질소 가스형태로 환원되어 제거된다. 또한 잔류 인은 황산화 탈질 미생물의 영양공급원으로 흡수되어 제거된다.
지금까지 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 폐수처리시스템 및 방법에 의하면 규모가 적으면서도 고형물 분리 및 영양염류의 제거가 용이한 장점을 제공한다.

Claims (6)

  1. 처리대상 폐수를 유입받아 미생물과의 반응에 의해 입상화 슬러지를 생성하는 제1반응조와;
    상기 제1반응조 내에 침수되게 설치되어 상기 입상화 슬러지를 제외한 여과액을 유입받아 수용할 수 있는 분리막을 갖는 분리막 유니트와;
    상기 분리막 유니트 내로 유입된 여과액을 임시저장조로 송출할 수 있도록 설치된 제1배관과;
    상기 임시저장조에 저수된 여과액을 상기 분리막 유니트내로 세정시 공급할 수 있도록 설치된 제2배관과;
    상기 제1배관을 통해 상기 분리막 유니트 내로 유입된 여과액을 상기 임시저장조로 송출하는 제1펌프와;
    상기 제2배관을 통해 상기 임시저장조에 저수된 여과액을 상기 분리막 유니트내로 공급할 수 있도록 설치된 제2펌프와;
    상기 임시저장조를 거친 여과액을 유입받을 수 있도록 설치되며 황산화 탈질미생물의 전자공여체 및 담체로 작용할 수 있는 황화합물과 석회석을 포함한 반응물질이 충진되어 상기 여과액에 포함된 질소를 제거하는 제2반응조와;
    상기 제1반응조에 에어를 공급하는 에어공급부;를 구비하고,
    상기 반응물질은 상기 황화합물이 85 내지 95중량%, 상기 석회석이 5 내지 15중량%의 비율로 혼합된 것을 적용하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 가. 처리대상 폐수를 제1반응조 내에 유입시켜 호기성 미생물과의 반응에 의해 입상화 슬러지를 생성하면서 상기 제1반응조 내에 침수되게 설치된 분리막 유니트 내에 유입된 여과액을 임시저장조에 송출하는 단계와;
    나. 상기 여과액을 황화합물과 석회석을 포함한 반응물질이 충진된 제2반응조내로 유입하여 황산화 탈질미생물에 의한 탈질반응이 이루어지도록 하여 상기 여과액에 포함된 질소를 제거하는 단계;를 포함하고,
    상기 가 단계에서 상기 제1반응조내에 에어를 공급하며,
    상기 나단계에서 적용되는 상기 반응물질은
    상기 나단계에서 상기 반응물질은 상기 황화합물이 85 내지 95중량%, 상기 석회석이 5 내지 15중량%의 비율로 혼합된 것을 적용하는 것을 특징으로 하는 폐수처리방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
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