KR100993265B1 - 순환식 분리막을 이용한 하/폐수 고도처리장치 - Google Patents

순환식 분리막을 이용한 하/폐수 고도처리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생활하수나 산업폐수를 고도 처리함에 있어, 생물반응공정에서 사용되어 오던 침전지 대신에 순환식 분리막을 사용하여 처리수의 부유물과 대장균을 완전히 제거할 수 있도록 한 순환식 분리막을 이용한 하/폐수 고도처리장치에 관한 것으로, 그 구성은 생물반응기가 교반기가 구비된 혐기조와, 무산소조, 그리고, 과립 담체가 충전되며 공기가 공급되는 호기조와, 일부의 처리수를 무산소조로 공급하는 내부순환조(6)로 구성되는 하/폐수 고도처리장치 있어서,
상기 생물반응기의 내부 순환조 후단에 순환펌프와 분리막이 설치되고 그 순환펌프와 분리막을 통해서 처리수를 배출하는 순환식 분리막시스템과, 상기 순환식 분리막시스템에서 발생하는 농축수 중의 슬러지를 폐기 및 혐기조로 반송하기 위한 각각의 밸브가 해당라인에 설치되며, 상기 내부순환조내의 처리수를 상기 순환식 분리막시스템 내에 공급하는 가압펌프를 포함하는 구성으로 이루어진다.
생물반응기, 순환식분리막, 튜블라형 정밀 여과막

Description

순환식 분리막을 이용한 하/폐수 고도처리장치{Advanced wastewater treatment apparatus by crossflow membrane}
도 1은 종래 기술에 따른 하/폐수 처리공정도,
도 2는 본 발명의 순환식 분리막을 이용한 하/폐수 고도처리장치의 개략도.
※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※
1 : 원수공급펌프 2 : 교반기
3 : 혐기조 4 : 무산소조
5 : 호기조 6 : 내부순환조
7 : 분리막 8 : 침전조
9 : 가압펌프 10 : 순환펌프
11 : 내부순환펌프 12a, 12b : 밸브
13 : 블로어
본 발명은 순환식 분리막을 이용한 하/폐수 고도처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 생활하수나 산업폐수를 고도 처리함에 있어, 생물반응공정에서 사 용되어 오던 침전지 대신에 순환식 분리막을 사용하여 처리수의 부유물과 대장균을 완전히 제거할 수 있도록 한 순환식 분리막을 이용한 하/폐수 고도처리장치에 관한 것이다
최근 들어 우리나라에서는 수질환경 보전을 위하여 수질규제기준을 단계적으로 강화하고 있는바, 기존의 부유물(SS), 생물학적 산소요구량(BOD), 총질소(T-N) 항목 등은 물론, 특히 미생물에 의한 2차 오염을 저감하기 위해 대장균 군수 항목을 2003년부터 추가하여 관리하고 있다.
다음의 하기 표 1은 하수종말처리장 방류 수 수질기준을 나타낸 것이다.
구분 BOD
(mg/L)		 COD
(mg/L)		 SS
(mg/L)		 T-N
(mg/L)		 T-P
(mg/L)		 대장균
(개/ml)
현행 20 40 20 60 8 -
강화 특정지역 10 40 10 20 2 3,000
기타지역 20 40 20 60 8 3,000
일반적으로 하/폐수의 처리공정에는 생물학적인 처리공법이 채택되고 있는데 이는 처리 공정이 안정되어 있고, 비용이 상대적으로 저렴하며 환경 친화적이라는 것이 주요 이유이다. 상기 생물학적 처리공법이란 미생물의 대사작용(하/폐수 중의 오염물질이 미생물의 에너지원이나 세포증식에 사용)에 의해 오염물질을 제거하는 원리이다. 그리고 고도하수처리란 부유물(SS)과 생물학적 산소요구량(BOD) 등은 물론 적조발생의 주요원인으로 인식되고 있는 총 질소(T-N) 및 인(T-P) 성분도 제거하는 비교적 최신의 향상된 생물학적인 하/폐수 처리기술이다.
현재 국내에 도입되어 있는 고도하수처리공법은 공정구성에 조금씩 차이는 있으나 대체로 A2O 공정을 기본으로 하거나 이의 변법인바, 그 A2O 공법은 혐기조 (Anaerobic), 무산소조(Anoxic), 호기조(Oxic) 등의 생물반응기로 구성되어 있으며, 생물 반응기에서 유기물 및 총질소 등의 오염물질을 제거하고 침전조에서 미생물을 침전시킨 후 상등수만 방류하는 형태이다.
도 1은 종래의 일반적인 생물반응기와 침전지로 구성된 고도하수처리공정을 도시한 개략도로서, 종래의 생물반응기는 혐기조(3), 무산소조(4), 호기조(5), 내부 순환조(6) 및 침전조(8)로 구성되어 있으며, 상기 혐기조(3)와 무산소조(4)내에서는 교반기(2)에 의한 혼합이 이루어지며, 상기 호기조(5) 내에는 블로어(13)에 의해 공기가 계속적으로 주입되도록 구성된다.
상기와 같은 구성에서 원수는 원수공급펌프(1)를 통해 혐기조(3)로 유입되고 혐기조(3) 내에서는 유기물의 혐기성 미생물에 의해 유기물을 메탄가스와 이산화탄소로 분해시켜 제거하고, 인 축적 박테리아는 유기물 저장과 관련하여 인을 방출한다. 그리고, 상기 혐기조(3)를 거친 하수는 무산소조(4)로 공급되는데, 이 무산소조(4)에서는 탈질 미생물에 의해 아질산과 질산이 질소가스로 변환되어 제거된다.
한편, 상기 무산소조(4)를 거친 하수는 과립 담체가 충전되어 있는 호기조(5)로 유입되는데, 이때 유기물은 호기 미생물에 의해 이산화탄소와 물로 분해되고 암모니아성 질소는 질산화미생물에 의해 아질산이나 질산으로 질산화 된다. 또한 인 축적박테리아는 축적된 유기물의 산화분해가 진행되면서 인을 과잉 섭취하여 슬러지 형태로 배출되면서 인이 제거된다.
또, 상기 호기조(5)를 거친 하수는 내부 순환조(6)로 유입되고, 이 내부 순환조(6)에서 높아진 용존 산소 함량을 낮춘 후 일부는 침전조(8)로 유입되고 일부 는 탈질을 위하여 내부 순환펌프(11)에 의해 무산소조(4)로 반송된다.
상기 침전조(8)로 유입된 하수는 이곳에서 중력에 의한 자연침강으로 고액분리가 행해져서 상등수는 방류되고 침전된 슬러지는 생물반응조 내의 미생물 농도를 높게 유지하기 위해 슬러지 반송펌프(12)에 의해 혐기조(3)로 반송된다.
한편, 고도하수처리에 관련된 종래 기술로서는 국내 특허등록번호 제0188878호(명칭: 폐타이어를 이용한 오폐수처리용 과립 담체와 그 제조방법 및 이 과립 담체를 이용한 오/폐수처리장치), 국내 특허등록번호 제0206748호(명칭: 과립 담체를 이용한 고효율 하/폐수처리장치) 등에 개시되어 있는데, 이들의 처리방법은 폐타이어를 이용하여 과립 담체를 만든 후 이를 호기조 내에 투입시켜 미생물을 담체에 부착시키는 것으로 미생물의 농도를 높게 유지함으로써 오염물질의 제거효율을 향상시킨 방법이다. 그러나 최종적으로 처리수와 미생물의 분리를 침전조에서 중력에 의한 자연침강 방식으로 고액 분리함으로써 처리효율이 저하되는 문제점이 있어 왔다.
하/폐수 처리공정에 관여하는 미생물은 유입하수의 온도와, 수소이온농도(pH) 그리고 독성물질 존재유무 등에 따라 플럭이 깨지거나 사상균의 과다번식에 의해 핀플럭(Pin Floc)이 형성된다. 이와 같이 핀플럭이 형성된 경우에는 미생물 플럭의 비중이 낮아져 침전지에서 완전히 침전되지 못하고 미세플럭이 부유된 채로 처리수와 함께 유출되어 처리수질 악화는 물론 미생물에 의한 심각한 2차 오염을 유발하는 문제점이 있어왔다.
본 발명은 중력에 의한 자연침강으로 고액분리를 행함으로써 미생물 플럭의 형상에 따라 처리효율이 변하는 종래의 침전조 사용방식에서 발생되는 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 상기 침전조 대신에 순환식 분리막을 이용하여 미생물과 부유물질을 완전히 제거함으로써 미생물의 형상에 관계없이 오염물질의 제거 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있는 순환식 분리막을 이용한 하/폐수 고도처리장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 순환식 분리막을 이용한 하/폐수 고도처리장치의 특징적인 기술적 구성은, 생물반응기가 교반기(2)가 구비된 혐기조(3)와, 무산소조(4), 그리고, 과립 담체가 충전되며 공기가 공급되는 호기조(5)와, 일부의 처리수를 무산소조(4)로 공급하는 내부순환조(6)로 구성되는 하/폐수 고도처리장치 있어서,
상기 생물반응기의 내부 순환조(6) 후단에 순환펌프(10)와 분리막(7)이 설치되고 그 순환펌프(10)와 분리막(7)을 통해서 처리수를 배출하는 순환식 분리막시스템(A)과, 상기 순환식 분리막시스템(A)에서 발생하는 농축수 중의 슬러지를 폐기 및 혐기조(3)로 반송하기 위한 각각의 밸브(12a,12b)가 해당라인에 설치되며, 상기 내부순환조(6)내의 처리수를 상기 순환식 분리막시스템(A) 내에 공급하는 가압펌프(9)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
그리고, 상기 순환식 분리막시스템 내의 분리막은 세라믹재질의 튜블라(Multichannel tubular)형 정밀 여과막을 사용하고, 상기 튜블라형 정밀 여과막은 0.1㎛의 세공경을 갖는 것을 사용한다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 순환식 분리막을 이용한 하/폐수 고도처리장치를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 순환식 분리막을 이용한 하/폐수 고도처리장치의 실시예를 나타낸 개략도로서, 상기 혐기조(3)와 무산소조(4)내에서는 교반기(2)에 의한 혼합이 이루어지며, 상기 호기조(5) 내에는 블로어(13)에 의해 공기가 계속적으로 주입되도록 구성된다.
그리고 이러한 구성에서 원수는 원수공급펌프(1)를 통해 혐기조(3)로 유입되고 혐기조(3) 내에서는 유기물의 혐기성 미생물에 의해 유기물을 메탄가스와 이산화탄소로 분해시켜 제거하고, 인 축적 박테리아는 유기물 저장과 관련하여 인을 방출한다. 상기 혐기조(3)를 거친 하/폐수는 무산소조(4)로 공급되는데, 이 무산소조(4)에서는 탈질 미생물에 의해 아질산과 질산이 질소가스로 변환되어 제거된다.
그리고, 상기 무산소조(4)를 거친 하수는 과립 담체가 충전되어 있는 호기조(5)로 유입되는데, 이때 유기물은 호기 미생물에 의해 이산화탄소와 물로 분해되고 암모니아성 질소는 질산화미생물에 의해 아 질산이나 질산으로 질산화 된다. 또한, 인 축적박테리아는 축적된 유기물의 산화분해가 진행되면서 인을 과잉 섭취하여 슬러지 형태로 배출되면서 인이 제거된다.
상기 호기조(5)를 거친 하수는 내부 순환조(6)로 유입되고, 여기서 높아진 용존 산소 함량을 낮춘 후 일부는 탈질을 위해 내분순환펌프(11)에 의해 무산소조(4)로 유입되고, 일부는 가압펌프(11)에 의해 순환펌프(10)와 분리막(7)이 설치되 어 처리수를 배출 및 순환시키는 순환식 분리막시스템(A)으로 공급된다.
상기 순환식 분리막시스템(A) 내에서는 0.1㎛의 세공경을 갖는 튜블라형 정밀 여과막(7)이 장착되어 있기 때문에, 분리막 순환펌프(10)의 압력에 의해 분리막을 통해 처리수를 배출하면서 미생물은 물론, 입자성물질이 완벽하게 제거할 수 있게 된다. 이때 순환수 중의 일부는 생물반응기 내의 미생물 농도를 높게 유지하기 위해 슬러지 반송 밸브(12a)를 통해 혐기조(3)로 반송되고, 일부는 슬러지 배출밸브(12b)를 통해 순환식 분리막시스템(A) 외부로 배출된다.
한편, 상기 순환식 분리막시스템(A) 내에 사용하는 분리막의 형태로는 중공사형과 튜블라형이 있는데, 중공사 형태의 막은 직경이 작아 막 오염이 심하게 발생되고 또한 운전 중 외부 충격에 의해 막이 끊어지는 현상이 종종 발생한다. 이 경우 오수는 분리막의 세공을 통과하는 것이 아니라 끊어진 중공사 막 단면을 통해 배출되므로 수질이 급격히 저하될 수 있다. 그러나 튜블라형 분리막은 막의 직경이 크고 물리적으로 강하기 때문에 막 오염 현황이 적고, 또한, 외부 충격에 의해 손상되는 경우는 거의 없어 안정적으로 처리할 수 있다. 따라서 본 발명에서는 튜블라형 분리막을 사용하였다.
이상의 본 발명은 외부 순환식 튜블라형 분리막을 이용하는 하/폐수 고도처리장치의 예를 들어 설명하였으며, 이하에서는 본 발명에 의한 하/폐수 고도 처리공정과 기존 처리공정에서의 오염물질 제거효율을 비교하기 위하여 하수처리장에서 장기간에 걸친 실험을 수행하여 본 결과를 설명한다.
본 발명의 하/폐수 고도처리공정에 의한 실험을 실시예로 하였으며, 종래 처 리공정에 의한 실험을 비교예로 하였다.
(실시예)
본 발명에 의한 순환식 분리막시스템을 이용한 고도 하수처리공정으로 유입 유량은 Q(1.0㎥/hr)이고 내부 순환수량은 1.5Q, 슬러지 반송유량은 0.5Q, 잉여 슬러지 수량은 0.05Q, 순환수량은 170Q, 처리수량은 0.95Q로 유지하였다. 본 발명에 사용한 각 생물 반응기의 규격과 체류시간은 하기 표 2에 나타내었다.
구분 혐기조 무산소조 호기조 내부순환조
체류시간(HR) 1.4 2.0 2.0 0.6
용량(M3) 28 40 40 12
다음 하기 표 3은 본 발명에 의한 운전시간동안 각 오염물질에 대해 원수와 처리수의 농도와 오염물질 제거 율을 나타내었다.
항목 원수 처리수 제거율(%)
pH(-) 7.13 7.45 -
SS(mg/L) 103 0.7 99.3
대장균(개/ml) 1200 48 96.0
COD(mg/L) 55.3 6.1 89.0
BOD(mg/L) 61.0 6.8 88.8
T-P(mg/L) 1.77 0.80 54.8
T-N(mg/L) 24.8 4.9 80.2
(비교예)
종래의 생물 반응기와 침전조에 의한 고도하수처리공정으로 유입 유량은 Q(1.0㎥/hr)이고 내부 순환수량은 1.5Q, 슬러지 반송유량은 0.5Q, 잉여 슬러지 수량은 0.05Q, 처리수량은 0.95Q로 유지하였다. 기존 생물반응기의 규격과 체류시간은 하기 표 4에 나타내었다.
구분 혐기조 무산소조 호기조 내부순환조 침전조
체류시간(hr) 1.4 2.0 2.5 0.6 1.8
용량(㎥) 28 40 50 12 36
하기 표 5는 종래 생물 처리공정에 대해 운전시간동안 원수와 처리수의 오염물질 농도 및 제거율을 나타내었다.
항목 원수 처리수 제거율(%)
pH(-) 7.15 7.40 -
SS(mg/L) 169 8.7 92.9
대장균(개/ml) 6,000 1,980 67.0
COD(mg/L) 58.4 9.1 79.6
BOD(mg/L) 60.0 10.2 83.0
T-P(mg/L) 2.9 0.7 70.0
T-N(mg/L) 28.9 8.5 70.1
이상의 두 처리공정에 대한 오염물질 제거효율을 비교한 결과, 본 발명에서 개발한 처리공정은 종래 생물 반응기에 의한 처리효율보다 우수하였으며, 특히 SS와 대장균 군 수면에 있어서 거의 100% 제거가 가능하여 처리 효율 면에서 획기적으로 향상되었음을 알 수 있었다.
상술한 바와 같은 본 발명의 순환식 분리막을 이용한 하/폐수 고도처리장치는 종래 생물반응기를 이용한 고도하수처리공정에서 침전지 대신에 순환식분리막 시스템을 이용함으로써 미생물 플럭의 형상에 관계없이 부유물(SS)은 물론 대장균도 거의 100% 제거 가능한 효과를 얻을 수 있었다.

Claims (4)

  1. 생물반응기가 교반기(2)가 구비된 혐기조(3)와, 무산소조(4), 그리고, 과립 담체가 충전되며 공기가 공급되는 호기조(5)와, 일부의 처리수를 무산소조(4)로 공급하는 내부순환조(6)로 구성되는 하/폐수 고도처리장치 있어서,
    상기 생물반응기의 내부 순환조(6) 후단에 순환펌프(10)와 분리막(7)이 설치되고 그 순환펌프(10)와 분리막(7)을 통해서 처리수를 배출하는 순환식 분리막시스템(A)과, 상기 순환식 분리막시스템(A)에서 발생하는 농축수 중의 슬러지를 폐기 및 혐기조(3)로 반송하기 위한 각각의 밸브(12a,12b)가 해당라인에 설치되며, 상기 내부순환조(6)내의 처리수를 상기 순환식 분리막시스템(A) 내에 공급하는 가압펌프(9)를 포함하는 구성을 특징으로 하는 순환식 분리막을 이용한 하/폐수 고도처리장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 순환식 분리막시스템 내의 분리막은 튜블라형 정밀 여과막임을 특징을 하는 순환식 분리막을 이용한 하/폐수 고도처리장치.
  3. 삭제
  4. 제 2항에 있어서, 상기 튜블라형 정밀 여과막의 재질은 세라믹임을 특징으로 하는 순환식 분리막을 이용한 하/폐수 고도처리장치.
KR1020040080043A 2004-10-07 2004-10-07 순환식 분리막을 이용한 하/폐수 고도처리장치 KR100993265B1 (ko)

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