KR100755486B1 - Anaerobic wastewater treatment process using external pressure type membrane washed vortex flow - Google Patents

Anaerobic wastewater treatment process using external pressure type membrane washed vortex flow Download PDF

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KR100755486B1
KR100755486B1 KR20060084266A KR20060084266A KR100755486B1 KR 100755486 B1 KR100755486 B1 KR 100755486B1 KR 20060084266 A KR20060084266 A KR 20060084266A KR 20060084266 A KR20060084266 A KR 20060084266A KR 100755486 B1 KR100755486 B1 KR 100755486B1
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anaerobic
membrane separation
membrane
treatment process
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김장규
김현철
유대환
윤용준
음영진
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주식회사 부강테크
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Abstract

A multi-purpose anaerobic wastewater treatment process which can recover ammonia nitrogen and phosphorous fertilizer while maintaining microorganisms at a high concentration within a digestion tank is provided. An anaerobic wastewater treatment process comprises: a single or multiple anaerobic digesting steps of digesting raw water flown in under the anoxic state; a vortex flow-generating external pressure type membrane separation step of pressurizing wastewater passing through the anaerobic digesting steps onto a membrane under the vortex flow condition to separate solids and liquid from the wastewater; and an air injection type coagulating-settling step injecting air into wastewater passing through the membrane separation step to coagulate and settle the wastewater. The anaerobic wastewater treatment process further comprises the step of returning a portion or all of concentrated water passing through the membrane separation step to the anaerobic digesting steps. The anaerobic wastewater treatment process further comprises the step of returning a portion of effluent passing through the coagulating-settling step to the anaerobic digesting steps. The anaerobic wastewater treatment process further comprises the step of adding a material selected from the group consisting of magnesium(Mg), a magnesium compound, calcium(Ca), calcium compound, and mixtures thereof in the coagulating-settling step.

Description

와류발생 외압형 분리막을 이용한 혐기성 폐수처리방법 {Anaerobic Wastewater Treatment Process Using External Pressure Type Membrane Washed Vortex Flow} Anaerobic waste water treatment method using an eddy current generated external pressure-type separation membrane {Anaerobic Wastewater Treatment Process Using External Pressure Type Membrane Washed Vortex Flow}

도 1은 종래 1단 혐기성 소화공정에 대한 모식도이다. 1 is a schematic view of a conventional single-stage anaerobic digestion process.

도 2는 종래 2단 혐기성 소화공정에 대한 모식도이다. Figure 2 is a schematic view of a conventional two-stage anaerobic digestion process.

도 3은 종래 혐기성 접촉공정에 대한 모식도이다. 3 is a schematic diagram of a conventional anaerobic contact process.

도 4는 종래 상향류 혐기성 슬러지 블랭킷 (UASB) 공정에 대한 모식도이다. Figure 4 is a schematic view of a conventional upflow anaerobic sludge blanket (UASB) process.

도 5는 종래 막분리 혐기성 소화공정에 대한 모식도이다. 5 is a schematic view of a conventional membrane separation anaerobic digestion process.

도 6은 화학침전물에 의해 내경이 좁아진 배관의 단면을 촬영한 사진이다. Figure 6 is a photograph taking a cross section of the narrower diameter piping by chemical precipitation.

도 7은 분리막 통공에서 발생되는 부압을 나타낸 모식도이다. Figure 7 is a schematic diagram showing a negative pressure generated in the separation membrane through holes.

도 8은 본 발명의 와류발생 외압형 분리막을 이용한 혐기성 폐수처리방법에 대한 모식도이다. Figure 8 is a schematic view of an anaerobic waste water treatment method using an eddy current generated external pressure-type separation membrane according to the present invention.

도 9는 본 발명의 와류발생 막분리장치에 대한 일 실시예의 단면도이다. Figure 9 is a cross-sectional view of one embodiment of the vortex generator the membrane separator of the present invention.

도 10은 본 발명의 와류생성용 로터에 대한 일 실시예의 사시도이다. 10 is a perspective view of one embodiment of the rotor for generating vortex according to the present invention.

도 11은 도 10의 II 선에 따른 단면도이다. Figure 11 is a sectional view taken on the line II of Fig.

도 12는 도 10에 도시된 로터의 동작시에 생성되는 와류를 도시한 도면이다. 12 is a view showing an eddy current generated at the time of operation of the rotor shown in Fig.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ** Description of the drawings ** **

10: 1단 혐기성 소화조 20: 2단 혐기성 소화조 10: one-stage anaerobic digestion tank 20: a two-stage anaerobic digestion

30: 와류발생 외압형 막분리장치 35: 외압형 펌프 30: vortex generating external pressure type membrane separation apparatus 35: external-pressure pump

40: 응집-침전조 40: Coagulation - sedimentation

100: 배럴 110: 원수 유입구 100: barrel 110: raw water inlet

120: 처리수 배출구 130: 농축수 배출구 120: process water outlet 130: concentrated water outlet

200: 와류발생용 로터 210: 제 1 로터 200: vortex generator rotor 210 for: a first rotor

211: 제 1 블레이드 220: 제 2 로터 211: first blade 220: second rotor

221: 제 2 블레이드 300: 필터트레이 221: second blade 300: filter tray

본 발명은 혐기성 소화단계, 와류발생 외압형 막분리단계, 및 공기주입형 응집-침전단계를 포함하는 폐수처리방법에 관한 것으로, 소화조 내 미생물을 고농도로 유지하고 암모니아성 질소 및 인 비료 회수가 가능한 다목적 혐기성 폐수처리방법에 관한 것이다. The present invention is an anaerobic digestion stage, the eddy current generated external pressure type membrane separation step, and an air injection type agglomerated - relates to a waste water treatment method comprising a precipitation stage, the digester in maintaining the microorganisms at a high concentration and the ammonium nitrogen and phosphorus fertilizer recovery is possible multipurpose anaerobic relates to a waste water treatment method.

혐기성 폐수처리공정은 고농도 유기물을 함유한 폐수에 적합한 공정으로 에너지 요구량이 낮고, 폐기처리를 요하는 슬러지 생산량이 적으며, 유용한 자원인 메탄(CH 4 )을 회수할 수 있다는 장점으로 인하여 다양한 공정이 개발되어 왔다. Anaerobic water treatment process has a low energy requirement in an appropriate step to wastewater containing high concentration of organic matter, because the waste treated in the advantage that the sludge was produced is less able to recover the methane (CH 4), available resources that require a variety of processes It has been developed.

상기 혐기성 공정은 1단 혐기성 소화공정(도 1), 2단 혐기성 소화공정(도 2), 혐기성 접촉공정(도 3), 상향류 혐기성 슬러지 블랭킷 (Upflow Anaerobic Sludge Blanket. UASB) 공정(도 4), 막분리 혐기성 소화공정(도 5) 순서로 발전되어 왔다. The anaerobic step is single-stage anaerobic digestion process (Fig. 1), the two-stage anaerobic digestion process (FIG. 2), the anaerobic contact process (FIG. 3), the upflow anaerobic sludge blanket (Upflow Anaerobic Sludge Blanket. UASB) process (Fig. 4) , membrane separation anaerobic digestion process (Fig. 5) has been developed in order. 이 중 막분리 혐기성 소화공정은 다음과 같은 장점으로 인해 미래형 기술로 인정받고 있다. The membrane separation process of anaerobic digestion has been due to the following benefits recognized as a futuristic technology.

- 슬러지 체류시간 (Sludge Retention Time. SRT)를 길게 유지할 수 있다. - it can maintain the longer sludge retention time (Sludge Retention Time SRT.).

- 반응조 내의 미생물을 고농도로 유지할 수 있어 반응조의 부피를 줄일 수 있다. - it is possible to maintain a high concentration of microorganisms in the tank to reduce the volume of the reactor.

- 폐수 내 오염물질의 농도 증감에 따른 부하변동에 강하다. - resistance to load change in accordance with the increase or decrease in the concentration of pollutants in the waste water.

- 소화조 처리수의 침전특성에 영향을 받지 않는다. - do not affect the precipitation properties of the number of digester process.

- 분리막 유출수 내의 고형물이 완전히 제거되어 우수한 처리수질을 얻을 수 있다. - the solids in the separator effluent is completely removed to obtain an excellent quality of the treated water.

위와 같은 장점에도 불구하고 막분리 혐기성 소화공정은 고농도의 고형물로 인한 막의 막힘현상(fouling) 및 이에 따른 플럭스(flux) 저해현상으로 인해 현장적용이 어려운 것으로 알려져 있다. Despite the above advantages, the membrane separation anaerobic digestion process is known to be due to the membrane clogging caused by the high concentration of solids (fouling) and thus the flux (flux) according inhibition phenomenon is difficult to field application. 특히 혐기성 소화조에 고농도로 존재하는 질소 및 인의 화학결합에 따른 침전물 {MgNH 4 PO 4 In particular, deposits of the chemical combination of nitrogen and phosphorus present in high concentration in anaerobic digester {MgNH 4 PO 4 (MAP), Ca 5 (PO 4 )3OH (HAP), CaNH 4 PO 4 (MAP), Ca 5 (PO 4) 3OH (HAP), CaNH 4 PO 4 (CAP)}의 형성에 의해 발생하는 치명적인 막의 막힘현상은 분리막의 여러 가지 장점에도 불구하고 실용화에 큰 걸림돌이 되고 있는 실정이다. Clogging fatal film caused by the formation of (CAP)} is the actual circumstances that despite the many advantages of the separation membrane and is a great obstacle to practical use. 이러한 침전물의 형성은 pH가 높아지면 빠르게 진행되는 것으로 알려져 있다. The formation of such deposits is known that pH becomes high quickly.

혐기성 소화조에서 발생하는 소화가스는 메탄이 50 ~ 70 %, 이산화탄소가 30 ~ 50 %로 이루어지며 그 밖에 황화수소 등으로 구성된다. Digestion gas produced in the anaerobic digestion tank is 50 to 70% methane, carbon dioxide is composed of a 30 to 50% Other consists of hydrogen sulfide and the like. 소화조 내의 pH는 소화가스 내의 이산화탄소와 소화조의 알칼리도에 의해 결정되는데 이산화탄소의 반응은 다음과 같은 화학평형식으로 표현된다. pH in the digester is determined by the carbon dioxide and the alkalinity of the digestion in the digestive reaction of the carbon dioxide gas is expressed by the following chemical equilibrium like.

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3 ↔ HCO 3 - + H + CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3 ↔ HCO 3 - + H +

윗 식에서 알 수 있듯이 이산화탄소의 농도(분압)가 증가하면 용해되는 이산화탄소의 양도 증가하며 최종적으로 수소이온 농도가 증가하여 pH가 감소하게 된다. As can be seen above equation if the concentration (partial pressure) of carbon dioxide increases which increases the amount of dissolved carbon dioxide and is finally increasing the pH value to pH decreases. 헨리의 법칙과 소화가스 내의 이산화탄소 Carbon dioxide in the Henry's Law and digester gas 분압을 고려하면 혐기성 소화조 내의 pH가 7.0을 유지하기 위해서는 약 2,000 mg/ℓ의 알칼리도가 필요한 것으로 알려져 있다. For consideration of the partial pressure of the pH in the anaerobic digestion tank to maintain the 7.0 It is known that the necessary alkalinity of about 2,000 mg / ℓ. 앞의 식에서 알 수 있듯이 용해된 이산화탄소의 농도에 따라 pH의 변화가 발생하게 되는데 이러한 pH의 변화에 따라 앞에서 설명한 화학적 침전물의 형성패턴이 급격히 변화한다. Forming a pattern of chemical precipitates described earlier in accordance with the change in pH as there is a change in pH caused by the concentration of dissolved carbon dioxide, as can be seen in front of the equation is rapidly changing. 현장에서 이러한 화학적 침전현상은 펌프 및 배관에서 자주 발생하는데, 이는 펌프작동에 의한 흡입력에 의해 압력저하가 발생하게 되고 이에 따라 이산화탄소의 용해도가 저하되어 앞의 화학식 1에서 반응이 왼쪽으로 진행되고 결과적으로 pH가 상승됨에 따라 화학적 침전이 급격히 진행되기 때문이다. In this chemical precipitation phenomenon in the field is to occur frequently in the pump and pipe, which becomes the low pressure generated by the suction force due to the pump operation, whereby the solubility of carbon dioxide is reduced in accordance with the procedure proceeds to the reaction in the preceding formula (1) it left as a result because chemical precipitation as the pH is raised is to proceed rapidly. 이러한 압력강하시 pH상승으로 인한 화학침전물로 배관이 막히는 예가 도 6에 나타나 있다. When this pressure drop is shown in Figure 6. An example of the chemical precipitates clogging the piping due to the elevated pH.

근래에 분리막의 장점으로 인하여 폐수처리에 분리막의 도입이 급격히 이루어지고 있는데 호기성 및 혐기성 생물학적 처리공정과 결합된 분리막은 대부분 중 공사막 및 평막 형태로서 흡입을 통하여 처리수를 배출한다. There due to the advantages of the separator in recent years is the introduction of the membrane rapidly, in waste water treatment separation membrane, combined with the aerobic and anaerobic biological treatment processes to discharge the treated water through the intake as Ltd. membrane and a flat membrane form of the most. 이렇게 흡입을 통하여 처리수를 배출할 경우 막 표면에서 압력저하가 발생하게 되고 이산화탄소가 탈기되며 이에 따라 pH가 상승하게 되고 결과적으로 막표면에 침전물이 형성되어 막의 폐색(閉塞)을 급격히 초래한다(도 7). This is the case to discharge the treated water through the intake and the film is pressure drop occurs in the surface carbon dioxide is degassed, and this rapidly results in a pH that is to be as a result the film precipitates on the surface increases the formed film occlusion (閉塞) depending (Fig. 7). 이처럼 막을 막히게 하는 화학침전물은 막의 통공(pore)에 집중적으로 발생하여 단단한 결합을 형성하며 역세 (back washing)를 통하여 제거하는 것이 불가능하다. Such chemical deposits that clog the membrane to form a tight bond to occur intensively in the membrane through hole (pore), and it is not possible to remove via the backwash (back washing). 이러한 이유로 기존의 분리막을 혐기성 공정에 적용하여 정상적으로 운영하는 것이 곤란한 실정이다. For this reason, the situation is difficult to normally operate to apply the conventional separation membrane to the anaerobic process.

일반적인 혐기성 공정의 설계 및 운영에 있어서 고려해야 할 사항은 다음과 같이 요약될 수 있다. Considerations in the design and operation of a typical anaerobic process can be summarized as follows:

- 유입 폐수의 성상 - Characteristics of wastewater

- 유입 유량과 부하변동 - inflow and load variations

- 유입폐수 및 반응조의 온도 - wastewater and the temperature of the reactor

- 유입폐수 및 반응조의 pH와 알칼리도 - pH and alkalinity of the influent waste water and the reactor

- 유입폐수 내의 미량영양물질 함유정도 - degree containing trace amounts of nutrients in the wastewater

- 유입폐수 및 반응조의 질소농도 - nitrogen content of the waste water inlet and the reaction vessel

이 중 암모니아성 질소의 경우 일정 농도 이상에서 유리 암모니아 (Free Ammonia. FA) 및 유리 아질산 (Free Nitrous Acid. FNA)으로 인하여 미생물에게 독성을 나타내게 되는데, 1,500 ~ 3,000 mg/ℓ 범위에서는 중간 정도의 미생물 독성이 발생하고, 3,000 mg/ℓ 이상에서는 생장에 강한 저해현상을 나타내는 것으로 알려져 있다. Of which ammonium nitrogen, if free ammonia above a certain concentration of (Free Ammonia. FA) and there is to exhibit the toxicity to the microorganism due to the glass nitrite (Free Nitrous Acid. FNA), the 1,500 ~ 3,000 mg / ℓ range microbial medium the toxicity occurs and, 3,000 mg / ℓ or more is known to exhibit a strong inhibition on the growth. 분뇨 및 축산폐수의 경우 암모니아성 질소의 농도가 3,000 mg/ℓ 이상 으로, 암모니아 독성에 의한 저해현상이 발생하여 혐기성 처리시 문제를 발생시키는 것으로 알려져 있다. In the case of manure, and livestock waste water ammonia nitrogen concentration of 3,000 mg / ℓ or more of, it is known that by the inhibition by ammonia toxicity caused problems during the anaerobic treatment.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 혐기성 소화단계, 와류발생 외압형 막분리단계, 및 공기주입형 응집-침전단계를 포함하는 폐수처리방법에 관한 것으로, 소화조 내 미생물을 고농도로 유지하고 암모니아성 질소 및 인 비료 회수가 가능한 다목적 혐기성 폐수처리방법을 제공하는 데 그 목적이 있다. The present invention is conceived to solve the problems described above, an anaerobic digestion stage, the eddy current generated external pressure type membrane separation step, and an air injection type agglomerated - relates to a waste water treatment method comprising a precipitation stage, the microbial digestion to maintain a high concentration, and provides a general purpose anaerobic wastewater treatment is ammonium nitrogen and phosphorus fertilizer returnable how it is an object.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명혐기성 폐수처리방법은, The present invention anaerobic waste water treatment method in order to achieve the above object is,

(가) 유입된 원폐수를 무산소 하에서 소화하는 1단 또는 다단의 혐기성 소화단계; (A) Anaerobic digestion stage of the one-stage or multi-stage to digest the incoming wastewater under anaerobic;

(나) 상기 혐기성 소화단계를 거친 처리수를 와류 조건 하의 막에 가압하여 고액분리하는 와류발생 외압형 막분리단계; (B) the eddy current generated external pressure type membrane separation step of the solid-liquid separation by pressurizing the treatment subjected to the anaerobic digestion step to the membrane under vortex conditions; And

(다) 상기 막분리단계를 거친 처리수에 공기를 주입하여 응집, 침전시키는 공기 주입형 응집-침전단계 (C) air injection type coagulation of coagulation, precipitation by injecting air in the treated water passed through the membrane separation step - precipitation stage

를 포함하는 것을 특징으로 한다. In that it comprises the features.

또한, 본 발명은 상기 단계 (나)의 막분리단계를 거친 농축수의 일부 또는 전부를 상기 단계 (가)의 혐기성 소화단계로 반송하는 단계를 추가로 포함하는 것이 바람직하다. In addition, the present invention preferably further comprises the step of conveying all or a part of the concentrated water passed through the membrane separation step of step (b) to the anaerobic digestion step of said step (a).

또한, 본 발명은 상기 단계 (다)의 응집-침전단계를 거친 유출수의 일부 또는 전부를 상기 단계 (가)의 혐기성 소화단계로 반송하는 단계를 추가로 포함하는 것이 바람직하다. The present invention is agglomerated in the step (c) preferably comprises the further step of transporting the part or all of the effluent passed through the precipitation stage to the anaerobic digestion step of said step (a).

또한, 본 발명은 상기 단계 (다)의 응집-침전단계에 마그네슘(Mg), 마그네슘 화합물, 칼슘(Ca), 칼슘 화합물 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 물질을 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 것이 바람직하다. The present invention is agglomerated in the step (c) it further comprises a step of adding a material selected from the group consisting of magnesium (Mg), a magnesium compound, a calcium (Ca), calcium compounds and mixtures thereof to the precipitation stage desirable.

또한, 본 발명은 상기 단계 (나)의 막분리단계가 The present invention is a membrane separation step of step (b)

(A) 원수 유입구, 처리수 배출구, 및 농축수 배출구를 구비한 배럴; (A) the raw water inlet, a treated water outlet, and a barrel having a concentrated water discharge port;

(B) 상기 배럴 내에 설치되며 (B) installed in the barrel

(B-1) 회전축선을 중심으로 반경방향으로 연장형성된 복수의 제 1 블레이드; (B-1) a plurality of first blades extending in a radial direction around the axis of rotation; And

(B-2) 상기 회전축선을 중심으로 상기 반경방향으로 연장되며, 상기 제 1 블레이드에 대하여 상기 회전축선 방향상에서 상이한 위치에 배치된 복수의 제 2 블레이드 (B-2) and extends in the radial direction with respect to the axis of rotation, a plurality of second blades arranged in different positions on the rotation axis direction with respect to the first blade

를 포함하는 것을 특징으로 하는 하나 또는 복수의 와류발생용 로터; One or a plurality of rotors for vortex generation, comprising a step of including; And

(C) 상기 배럴 내에 상기 와류발생용 로터들과 교호적으로 배치된 하나 또는 복수의 필터트레이 (C) one or a plurality of filter tray disposed alternately with the rotors for the eddy current generated in the barrel

를 포함하는 것을 특징으로 하는 막분리장치 Membrane separation device, comprising a step of including

에 의해 이루어지는 것이 바람직하다. A is preferably carried out by.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세 하게 설명한다. Hereinafter will be described in detail preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings.

우선, 혐기성 소화공정 중 1단 소화조는 유입된 원폐수 내에 함유된 유기물을 가수분해한다. First, one of the anaerobic digestion stage digester decomposes the organic matter contained in the incoming wastewater singer. 이 때 혐기성 소화의 결과 메탄이 발생할 수 있다. This may occur when the result of the anaerobic methane digestion. 그러나, 유기물 가수분해를 위한 최적조건과 메탄 생성을 위한 최적조건이 상이할 수 있으므로 혐기성 소화공정은 다단으로 구성하는 것이 더욱 바람직하다. However, the optimum conditions for an optimum condition and methanogenic organisms for the hydrolysis may be different because anaerobic digestion process is more preferably configured in multiple stages.

구체적으로, 혐기성 소화공정 중 1단 소화조(10)는 유기물 가수분해를 위한 최적조건으로 설정하여 가수분해 효율을 최대화하고, 1단 소화조(10)의 유출수를 메탄 생성을 위한 최적조건으로 설정된 2단 소화조(20)에 도입하여 2단 소화조(20)에서의 메탄 생성을 극대화하는 것이 바람직하다. Specifically, the anaerobic digestion process the first stage of the digester 10 is set to the optimum conditions for the organic hydrolysis by maximizing the hydrolysis efficiency, and the second stage is set to the effluent of the first-stage digester 10 in the best conditions for the methane production was introduced into the digester 20, it is desirable to maximize the production of methane in a two-stage digester 20. 특히, 2단 소화조(20) 내에 메탄발효 미생물을 중점적으로 증식시키는 것이 더욱 바람직하다. In particular, it is more desirable to focus on the proliferation of methane fermentation microorganisms in a two-stage digester 20.

이를 통해 에너지 소모가 적고, 폐기처리를 요하는 슬러지 발생을 최소화하며, 유용한 청정에너지인 메탄 생성을 최대화할 수 있다. Less energy consumption over this, minimize sludge requiring disposal, it is possible to maximize the available clean energy in methane production.

1단 또는 다단의 혐기성 소화공정을 거친 유출수는 뒤 이은 와류발생 외압형 막분리공정으로 도입된다. Single-stage or multi-stage process of the effluent subjected to anaerobic digestion, is introduced into the vortex generated external pressure type membrane separation process followed.

와류발생 외압형 막분리공정은 크게 와류발생이라는 특징과 외압형이라는 특징을 구비한다. Includes the characteristics of the eddy current generated external pressure type membrane separation process is largely characterized in that the eddy current generation and the external pressure type. 먼저 와류발생이란 평막 또는 중공사막 형태를 갖는 기존의 침지형 분리막 대신, 분리막의 표면에 와류를 적용하여 통공에 대한 막힘현상을 극복하는 것을 가리킨다. First it indicates that by applying the eddy current on the surface of a conventional immersion type separation membrane, instead, a separator having a vortex generator is a flat membrane or a hollow fiber membrane type which overcomes the clogging of the through holes. 그리고, 외압형이란 종래 분리막의 후단부 (혐기성 소화공정의 반대방향)를 감압하여 분리막을 통과하는 단위시간 당 유량을 증가시키는 방법 대신, 분리막의 전단부 (혐기성 소화공정 방향)를 가압하여 분리막을 통과하는 유량 을 증가시키는 방법을 가리킨다. Then, the external pressure type is the membrane presses the conventional after the membrane end to the (anaerobic direction opposite to the digestion step) decompression method of increasing the flow rate per unit time passing through the membrane instead of, the front end portion (anaerobic digestion process direction) of the membrane It refers to a method of increasing the flow rate through.

이 중 와류발생 막분리공정에 대해서는 미국특허 제 3,437,208 호, 제 4,036,759 호, 제 5,275,725 호, 제 5,415,781 호, 제 5,679,249 호, 제 6,027,656 호, 제 6,165,365 호, 제 6,416,666 호, 스웨덴특허 제 451,429 호, 제 459,475 호, 및 한국특허 제 501,524 호 등에 공지되어 있다. The heading of the U.S. Patent No. 3,437,208 for the vortex generating membrane separation process, the 4036759, 1 - 5275725, 1 - 5415781, 1 - 5679249, 1 - 6027656, 1 - 6165365, 1 - 6,416,666 arc, Swedish Patent No. 451 429, 1 - No. 459 475, and South Korea Patent No. 501 524 it is known the like.

상기 특허들은 분리막이나 이를 포함한 필터트레이가 고정된 상태에서 이에 인접한 다양한 구조의 디스크 내지 로터가 회전하면서 와류를 발생시키는 구조이거나, 반대로 디스크 등이 고정되고 분리막이 회전하는 구조를 갖고 있다. The patents or structure that, while the rotor disk to the various structures rotation adjacent thereto in a fixed state, the filter tray includes a separator or it generates a vortex, on the contrary has a structure for fixing the separation membranes and the like disk rotates. 상기 디스크 내지 로터는 날개, 스포크, 블레이드 등을 구비할 수 있을 뿐만 아니라, 그 자체의 형상 개선을 통해 전단응력 및 난류 발생을 촉진시키는 것을 목적으로 한다. The disc to the rotor is intended to promote the shear and turbulence caused by the shape improvement of not only can be provided with wings, spokes, blades or the like, itself.

이러한 구조에 의해 분리막의 통공에서 일어나는 고형물의 부착을 효과적으로 억제함으로써 유량 감소를 예방하여 운전효율이 증가하는 결과를 가져올 수 있다. With this structure, by effectively inhibiting the adhesion of solid material taking place in the through hole of the separator to prevent flow reduction it can result in an increase in the operating efficiency.

본 발명의 와류발생 외압형 막분리공정은 특히 분리막을 포함한 고정형 필터트레이와 2 개의 블레이드를 구비한 회전형 로터를 포함하는 막분리장치를 통해 이루어지는 것이 바람직하며, 이러한 막분리장치는 한국특허 제 501,524 호로서 공지되어 있다. Vortex generating external pressure type membrane separation process of the present invention is preferably made through a membrane separation device comprising a rotatable rotor having a fixed filter tray and the two blades, including in particular membrane, such membrane separation apparatus Korea Patent No. 501 524 it is known as an arc.

도 9는 상기 한국특허 제 501524 호에 대한 공보의 도 14에 대응되는 것으로 원수 유입구(110), 처리수 배출구(120), 농축수 배출구(130)를 구비한 배럴(100)과 상기 배럴(100) 내에 설치되는 와류발생용 로터(200) 및 필터트레이(300)를 포함하는 본 발명의 막분리장치(30)를 도시한 것이다. Figure 9 is the Korea patent as being the corresponding to the 501 524 publication 14 of the call raw water inlet 110, a process water outlet 120, a barrel 100 and the barrel (100 having a concentrated water discharge port 130 ) shows a membrane separation device 30 of the present invention comprises a vortex generator for the rotor 200, and a filter tray 300 is installed within.

도 10은 상기 막분리장치(30) 중 와류발생용 로터(200)의 일 실시예를 도시한 것으로 제 1 로터(210)와 제 2 로터(220)로 구성되어 있다. 10 is composed of a first rotor 210 and second rotor 220 that illustrates one embodiment of a rotor 200 for generating vortex of said membrane separator (30).

여기서, 제 1 로터(210)는 회전축선을 중심으로 반경방향으로 연장형성된 복수의 제 1 블레이드(211)를 구비하고, 제 2 로터(220)는 상기 회전축선을 중심으로 상기 반경방향으로 연장되며, 상기 제 1 블레이드(211)에 대하여 상기 회전축선 방향상에서 상이한 위치에 배치된 복수의 제 2 블레이드(221)를 구비하고 있다. Here, the first rotor 210 and second rotor 220 having a plurality of first blades 211 extending radially about the axis of rotation extends in the radial direction with respect to the axis of rotation the first and a second plurality of blades 221 disposed at a different position on the rotation axis direction with respect to the blades 211.

도 11은 상기 도 10의 II 선에 따른 단면을 도시한 것으로서, 제 1 블레이드(211)와 제 2 블레이드(221)가 로터(200)의 회전축선을 중심으로 한 원주방향 상으로 상호 상이한 위치에 배치되어, 로터(200) 회전시 도 12에 도시된 바와 같이 복잡한 유형의 난류를 포함한 와류를 발생시키게 된다. As Fig. 11 shows a cross-section corresponding to the II line in FIG. 10, the first blade 211 and second blade 221 is in the one circumferential direction around the axis of rotation of the rotor 200 is mutually different positions is arranged, when the rotor 200 rotates, thereby generating a vortex type of turbulence including the complex as shown in Fig.

본 발명의 와류발생용 로터(200)는 상기 도시된 실시예 외에도, 와류를 발생시키는 형태인 한 다른 변형예를 포함하며, 특히 난류를 포함한 와류를 발생시키는 형태가 더욱 바람직하다. Vortex rotor 200 for generation of the present invention is carried out in addition to the above illustrated example, it includes a different type of modification that generates a vortex, and particularly more preferably in the form of generating a vortex including turbulence.

이렇게 발생된 난류를 포함한 와류는 필터트레이(300)의 분리막에 고착된 오염물질을 효과적으로 제거하여, 막분리공정의 폐수처리 효율이 증가되고, 막분리장치(30)의 동력 손실이 줄어들게 된다. Vortex, including the thus generated turbulence to remove contaminants that adhere to the membrane of the filter tray 300, effectively, the film increases the waste water treatment efficiency of the separation process, it is reduced the power loss in the membrane separation device (30). 또한, 밀도 또는 점도와 같은 특성이 다른 유체, 특히 고농도의 고형물이 유입되는 경우에도 적은 동력으로 적절한 와류 생성이 가능하다는 이점이 있다. In addition, there is an advantage that can be suitable vortex generated with a small power even when the attribute is the other fluid flows, in particular a high concentration of solids, such as density or viscosity.

또한, 본 발명의 막분리공정은 외압형 (external pressure type)으로서 혐기성 소화공정을 거친 처리수를 외부의 펌프(35)에 의해 강한 압력으로 분리막에 유입시킨다. Further, the membrane separation process of the invention is thereby flowing the treated water subjected to the anaerobic digestion process as a type external pressure (external pressure type) to the membrane with a strong pressure by an external pump (35). 그 결과 도 7에서와 같은 압력저하가 발생하지 않아 이산화탄소의 탈기가 일어나지 않고 따라서 pH의 상승 또한 발생하지 않는다. As a result, also the pressure drop does not occur as in the 7 without the degassing of carbon dioxide occur therefore also increase in pH does not occur. 이는 결국 화학적 침전의 발생을 억제하여 분리막 통공의 폐색을 예방하는 효과를 거둘 수 있다. This may eventually suppressing the occurrence of chemical precipitation achieve the effect of preventing clogging of the membrane through holes.

막분리공정에서 분리막을 통과하지 못한, 고농도의 미생물이 포함된 농축수의 일부 또는 전부는 다시 혐기성 소화조로 반송된다. Membrane which does not pass through the separation membrane in the separation process, all or part of the concentrated water that contains a high concentration of microorganisms is again returned to the anaerobic digestion tank. 이를 통해 혐기성 소화조 내의 미생물을 고농도로 유지할 수 있어 다량의 오염물질을 함유한 원수의 고부하나 이러한 부하의 변동에도 안정적인 폐수처리 효율을 달성할 수 있다. This can achieve a stable waste water treatment efficiency, even for High one variation of this load of the raw water contains a large amount of contaminants that can maintain the microorganisms in the anaerobic digestion in a high concentration.

그리고, 막분리공정에서 분리막을 통과한 유출수는 분리막의 고액분리과정을 거친 결과 안정적인 처리수질을 나타낸다. Then, the effluent passing through the separation membrane in a membrane separation process represents a stable processing results subjected to solid-liquid separation of the water separation membrane. 이러한 유출수는 뒤 이은 공기주입형 응집-침전조(40)로 도입되는데, 여기서는 공기를 주입함에 따라 이산화탄소의 탈기가 유도되고 이는 pH를 상승시키는 결과를 낳는다. The effluent air injection type flocculation followed - there is introduced into the sedimentation tank 40, in which a degassing of carbon dioxide is introduced as the injection of air which results in raising the pH. 이로 인해 막분리공정의 유출수 내에 존재하는 암모니아성 질소(N) 및 인(P)이 MgNH 4 PO 4 This causes the (P) ammonium nitrogen (N) and phosphorus present in the effluent of the membrane separation process MgNH 4 PO 4 (MAP), Ca 5 (PO 4 )3OH (HAP), CaNH 4 PO 4 (MAP), Ca 5 (PO 4) 3OH (HAP), CaNH 4 PO 4 (CAP) 등의 염 형태로서 침전된다. (CAP) is precipitated as a salt form, such as. 침전된 질소 및 인 화합물은 불순물이 없는 결합물질로, 비료로서의 가치가 매우 높아 유용한 자원의 회수가 가능하게 된다. The nitrogen and phosphorus compounds precipitated is possible to combine the recovery of useful materials free of impurities, the value of a fertilizer is very high resource. 나아가, 후속공정의 질소부하 또한 경감시킬 수 있다. Further, it is possible to load also nitrogen reduction in a subsequent process. 특히, 응집-침전조(40)의 응집-침전 효율 제고를 위해 마그네슘(Mg), 마그네슘 화합물, 칼슘(Ca), 칼슘 화합물 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 물질을 첨가하는 것 이 바람직하다. In particular, flocculation-coagulation of the settling tank (40) is added to the magnesium (Mg), a magnesium compound, a calcium (Ca), selected from the group consisting of calcium compounds and mixtures thereof to increase precipitation efficiency is preferred.

응집-침전조(40)에서 질소가 제거된 처리수의 일부를 혐기성 소화조, 바람직하게는 1단 혐기성 소화조(10)로 반송하여, 소화조 내 암모니아성 질소의 농도를 희석시킴으로써, 전술한 미생물에의 독성을 방지하여, 분뇨 및 축산폐수와 같은 고농도의 암모니아성 질소를 함유한 폐수도 안정적으로 처리할 수 있다. Coagulation-sedimentation tank 40, the toxicity of the microorganism by the transport to the single-stage anaerobic digestion tank 10 is preferably an anaerobic digestion tank, a portion of the process in which nitrogen is removed, diluted to a concentration of the digester in ammonium nitrogen, described above in by a, it is possible to a stable process with waste water containing a high concentration of ammonium nitrogen, such as sewage and livestock waste water protection.

본 발명의 폐수처리방법은 혐기성 소화공정에 막힘현상을 최소화한 와류발생 분리막을 도입함으로써, 혐기성 공정에 고농도의 미생물을 확보하여 고부하 및 부하변동에 대응이 가능하고 우수한 처리수질을 확보하는 동시에, 메탄 생성 효과까지 거둘 수 있다. Waste water treatment method of the present invention at the same time by introducing the anaerobic digestion process vortex separator with minimal clogging in, ensuring a high concentration of microorganisms in the anaerobic process and can correspond to a high-load and load variation and ensure good quality of the treated water, methane It can achieve up to create the effect. 또한 공기를 주입하여 이산화탄소를 탈기시키고 이에 의해 pH를 상승시킴으로써, 질소 및 인을 침전시켜 유용한 비료성분을 회수할 수 있고, 후속공정의 질소부하 또한 경감시킬 수 있다. Also it can be injected into the air-stripping and carbon dioxide by raising the pH and thereby, by precipitating the nitrogen and phosphorus, and to recover the valuable fertilizer ingredient, reduction of nitrogen load of the subsequent process as well. 그리고, 처리수를 반송하여 혐기성 소화조 내의 질소농도를 희석하여 암모니아 독성에 따른 미생물의 활성저하를 방지할 수 있어 고농도의 질소를 함유한 폐수도 효과적으로 처리할 수 있다. And, it is possible to return the treated water to dilute the nitrogen concentration in the anaerobic digestion tank to prevent the deactivation of the microorganism of the toxic ammonia can also be effectively treated waste water containing a high concentration of nitrogen.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이며, 이러한 변형은 본 발명의 보호범위에 속할 것이다. The] Although illustrated and described a preferred embodiment of the invention, the invention is under the of the present invention by one of ordinary skill in the belonging to the present invention is not limited to the embodiment of the above-described specific technical field spirit It would be possible that various modifications and variations within the equivalent scope of the claims described, this modification is to be in the scope of protection.

Claims (5)

  1. (가) 유입된 원폐수를 무산소 하에서 소화하는 1단 또는 다단의 혐기성 소화단계; (A) Anaerobic digestion stage of the one-stage or multi-stage to digest the incoming wastewater under anaerobic;
    (나) 상기 혐기성 소화단계를 거친 처리수를 와류 조건 하의 막에 가압하여 고액분리하는 와류발생 외압형 막분리단계; (B) the eddy current generated external pressure type membrane separation step of the solid-liquid separation by pressurizing the treatment subjected to the anaerobic digestion step to the membrane under vortex conditions; And
    (다) 상기 막분리단계를 거친 처리수에 공기를 주입하여 응집, 침전시키는 공기 주입형 응집-침전단계 (C) air injection type coagulation of coagulation, precipitation by injecting air in the treated water passed through the membrane separation step - precipitation stage
    를 포함하는 혐기성 폐수처리방법. Anaerobic waste water treatment method comprising a.
  2. 제 1 항에 있어서, According to claim 1,
    상기 단계 (나)의 막분리단계를 거친 농축수의 일부 또는 전부를 상기 단계 (가)의 혐기성 소화단계로 반송하는 단계 The step of conveying all or a part of the concentrated water passed through the membrane separation step of step (b) to the anaerobic digestion step of said step (a)
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 혐기성 폐수처리방법. Additional anaerobic waste water treatment method characterized in that comprises a.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, According to claim 1 or 2,
    상기 단계 (다)의 응집-침전단계를 거친 유출수의 일부를 상기 단계 (가)의 혐기성 소화단계로 반송하는 단계 Flocculation of step (c) comprising the steps of conveying a portion of the effluent passed through the precipitation stage to the anaerobic digestion step of said step (a)
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 혐기성 폐수처리방법. Additional anaerobic waste water treatment method characterized in that comprises a.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, According to claim 1 or 2,
    상기 단계 (다)의 응집-침전단계에 마그네슘(Mg), 마그네슘 화합물, 칼슘(Ca), 칼슘 화합물 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 물질을 첨가하는 단계 Adding a material selected from the precipitation stage a magnesium (Mg), a magnesium compound, a calcium (Ca), the group consisting of calcium compounds and mixtures agglomeration of step (c)
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 혐기성 폐수처리방법. Additional anaerobic waste water treatment method characterized in that comprises a.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 단계 (나)의 막분리단계는 The method of claim 1 or 2, wherein the membrane separation step of step (b) is
    (A) 원수 유입구, 처리수 배출구, 및 농축수 배출구를 구비한 배럴; (A) the raw water inlet, a treated water outlet, and a barrel having a concentrated water discharge port;
    (B) 상기 배럴 내에 설치되며 (B) installed in the barrel
    (B-1) 회전축선을 중심으로 반경방향으로 연장형성된 복수의 제 1 블레이드; (B-1) a plurality of first blades extending in a radial direction around the axis of rotation; And
    (B-2) 상기 회전축선을 중심으로 상기 반경방향으로 연장되며, 상기 제 1 블레이드에 대하여 상기 회전축선 방향상에서 상이한 위치에 배치된 복수의 제 2 블레이드 (B-2) and extends in the radial direction with respect to the axis of rotation, a plurality of second blades arranged in different positions on the rotation axis direction with respect to the first blade
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 하나 또는 복수의 와류발생용 로터; One or a plurality of rotors for vortex generation, comprising a step of including; And
    (C) 상기 배럴 내에 상기 와류발생용 로터들과 교호적으로 배치된 하나 또는 복수의 필터트레이 (C) one or a plurality of filter tray disposed alternately with the rotors for the eddy current generated in the barrel
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 막분리장치 Membrane separation device, comprising a step of including
    에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 혐기성 폐수처리방법. Anaerobic waste water treatment method which comprises by.
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