KR101036001B1 - 교번분할주입과 분리막을 이용한 하ㆍ폐수처리방법 및 시스템 - Google Patents

교번분할주입과 분리막을 이용한 하ㆍ폐수처리방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

교번분할주입과 분리막을 이용한 하ㆍ폐수처리방법 및 시스템이 개시된다. 개시된 하ㆍ폐수처리방법은, a) 제 1 및 제 2 반응조는 비포기상태로 운영되고 상기 제 1 및 제 2 반응조의 후단에 설치된 막분리조는 포기상태로 운영되며, 유입원수의 70% 내지 90%는 상기 제 2 반응조에 주입되고 상기 유입원수의 나머지 10% 내지 30%는 상기 제 1 반응조에 주입되며, 상기 막분리조로부터 배출된 반송수는 상기 제 2 반응조로만 유입되는 단계; b) 상기 제 2 반응조는 비포기상태로 운영되고 제 1 반응조 및 상기 막분리조는 포기상태로 운영되며, 상기 유입원수의 100%는 상기 제 2 반응조로만 유입되고, 상기 반송수는 상기 제 2 반응조로만 유입되어 상기 제 1 반응조 내의 잔류유기물을 고갈시키는 단계; c) 상기 제 1 및 제 2 반응조는 비포기상태로 운영되고 상기 막분리조는 포기상태이며, 상기 유입원수의 70% 내지 90%는 상기 제 1 반응조에 주입되고 상기 유입원수의 나머지 10% 내지 30%는 상기 제 2 반응조에 주입되며, 상기 반송수는 상기 제 1 반응조로만 유입되는 단계; 및, d) 상기 제 2 반응조 및 상기 막분리조는 포기상태로 운영되고 상기 제 1 반응조는 비포기상태로 운영되며, 상기 유입원수의 100%는 상기 제 1 반응조로만 유입되고, 상기 반송수도 상기 제 1 반응조로만 유입되어 상기 제 2 반응조 내의 잔류유기물을 고갈시키는 단계;를 포함한다.

Description

교번분할주입과 분리막을 이용한 하ㆍ폐수처리방법 및 시스템{Wastwater Treatment method and system using Dynamic Flow and Submerged Membrane}
본 발명은 하ㆍ폐수 처리방법 및 시스템에 대한 것으로서, 하ㆍ폐수중의 유기오염물질을 비롯하여 질소(N), 인(P) 등 영양염류를 동시에 제거하는 고도처리방법 및 시스템에 관한 것이다.
종래의 하수고도처리공정에 있어서 분리막은 침전조 대용으로 활용되어 왔으며, 기본 공정구성은 A2/O 고도처리공법과 유사한 형태가 대부분을 차지하고 있다. 이러한 공정은 내부 및 외부반송이 필수적으로 요구되는 시스템으로, 반응조내 활성미생물 유지를 위한 슬러지반송과 더불어 탈질성능 향상을 위한 높은 내부 반송율은 고도처리공정에 치명적인 악영향을 줄 수 있으며, 특히 탈질화되지 못하고 반송수 중에 포함되어 혐기성조로 이송되는 다량의 NOx는 인 방출(P-release)을 억제하는 주요 원인중 하나로 작용하여 인(P) 제거효율을 저하시키게 된다.
이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 기술로는 VIP(Verginia Initiative Plant), UCT(University of Cape Town), 또는 용존산소를 저감시키기 위한 별도의 반응조를 두는 방법 등이 있으나, 상기 방식은 별도의 반응조 설치가 요구되어 추가적인 건설비 및 유지관리비를 요한다는 문제점이 있으며, 유입부하변동이 심한 경우 종래의 정상상태(Steady-State) 운영방식으로는 안정적인 유출수질을 기대할 수 없었다.
최근에는 기존의 A2/O, MLE(Modified Ludjack Ettinger), Bardenpho, VIP(Virgina Initiative Project), UCT(University of Capetown) 공법 등과 같은 정상상태 운영방식과 더불어 유량변동형 회분식 생물반응조(KM-SBR), 혐기조 및 침전구역이 설치된 SBR하수 고도처리기술(TSBR), ICEAS(Intermittent Cycle Extended Aeration System) 공법 등과 같이 시간적 개념이 도입된 SBR(Sequencing Batch Reactor)이 많이 개발되었다. 이들 방식은 한 반응조에서 반응 및 침전이 동시에 일어나므로 초기투자비가 저렴한 장점은 있으나 대규모처리시설에는 적합하지 못한 단점이 있고, 포기 이후의 용존산소나 NOx에 따른 처리성능저하를 완전히 해결하지는 못하였다. 특히 원수 중 질소함량이 높은 경우에는 이러한 문제가 더욱 심화되는 경향이 있다.
생물학적인 방법으로 질소나 인을 제거하는 방법에 있어서 가장 중요한 영향인자중 하나는 유기물부하량인데, 일반적으로 rbsCOD(Readily Biodegradable Soluble COD) 또는 VFA(Volatile Fatty Acid)로 표현된다. 반송슬러지내 NO2(Nitrite), NO3(Nitrate), 용존산소 등은 유기물 소모를 촉진하여 충분치 않은 rbsCOD의 급격한 고갈을 초래하게 되어 질소(N) 및 인(P) 제거성능을 저하시키므로 rbsCOD(또는 VFA)를 효과적으로 활용할 수 있는 공정, 그리고 국내 현실의 유입수질의 낮은 C/N비(유기물/질소 비율), C/P비(유기물/인 비율)에 대응하여 처리효율을 안정적으로 운영할 수 있는 대안이 요구된다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 유입원수가 함유하고 있는 낮은 농도의 유기물을 효율적으로 활용할 수 있고, 기존의 시간적 개념이 도입된 공정 및 MBR공정의 문제점인 낮은 질소/인 제거효율을 개선하여 처리성능이 향상된 하ㆍ폐수처리방법 및 시스템을 제공하데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 교번분할주입과 분리막을 이용한 하ㆍ폐수처리방법은, 유기오염물질과 질소, 인 등 영양염류를 제거하는 하ㆍ폐수고도처리방법에 있어서, a) 제 1 및 제 2 반응조는 비포기상태로 운영되고 상기 제 1 및 제 2 반응조의 후단에 설치된 막분리조는 포기상태로 운영되며, 유입원수의 70% 내지 90%는 상기 제 2 반응조에 주입되고 상기 유입원수의 나머지 10% 내지 30%는 상기 제 1 반응조에 주입되며, 상기 막분리조로부터 배출된 반송수는 상기 제 2 반응조로만 유입되는 단계와; b) 상기 제 2 반응조는 비포기상태로 운영되고 제 1 반응조 및 상기 막분리조는 포기상태로 운영되며, 상기 유입원수의 100%는 상기 제 2 반응조로만 유입되고, 상기 반송수는 상기 제 2 반응조로만 유입되어 상기 제 1 반응조 내의 잔류유기물을 고갈시키는 단계와; c) 상기 제 1 및 제 2 반응조는 비포기상태로 운영되고 상기 막분리조는 포기상태이며, 상기 유입원수의 70% 내지 90%는 상기 제 1 반응조에 주입되고 상기 유입원수의 나머지 10% 내지 30%는 상기 제 2 반응조에 주입되며, 상기 반송수는 상기 제 1 반응조로만 유입되는 단계; 및, d) 상기 제 2 반응조 및 상기 막분리조는 포기상태로 운영되고 상기 제 1 반응조는 비포기상태로 운영되며, 상기 유입원수의 100%는 상기 제 1 반응조로만 유입되고, 상기 반송수도 상기 제 1 반응조로만 유입되어 상기 제 2 반응조 내의 잔류유기물을 고갈시키는 단계;를 포함한다.
본 발명의 하ㆍ폐수처리방법은, e) 상기 제 1 및 상기 제 2 반응조 유효용적의 5% 내지 15%의 용적에 미생물효소가 함유된 펠릿충진제를 첨가하는 단계:를 더 포함할 수 있다.
상기 각 단계는 a)단계, b)단계, c)단계 및 d)단계 순서로 운영되거나, c)단계, d)단계, a)단계 및 b)단계 순서로 운영되는 것이 바람직하다.
상기 a)단계와 상기 c)단계의 운영시간은 동일하고, 상기 b)단계와 상기 d)단계의 운영시간은 동일하며, a)단계와 b)단계의 운영시간의 비는 1 대 0.5 내지 2의 시간비율로 운영되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 목적은, 유기오염물질과 질소, 인 등 영양염류를 제거하는 하.폐수 처리시스템에 있어서, 혐기조, 포기조 또는 무산소조로 선별적 운영이 가능한 제 1 반응조 및 제 2 반응조; 상기 제 1 및 제 2 반응조의 후단에 설치되며, 분리막모듈 및 초음파세정장치가 설치된 막분리조; 상기 제 1 반응조, 상기 제 2 반응조 및 상기 막분리조 내부에 각각 설치된 복수 개의 노즐유닛과, 상기 복수 개의 노즐유닛에 공기를 공급하는 공기공급펌프 및, 상기 공기공급펌프로부터 상기 복수개의 노즐유닛으로 공급되는 공기를 제어하는 복수개의 산기제어밸브를 구비한 산기장치; 상기 제 1 반응조와 상기 막분리조 사이의 유로 상에 설치되어 상기 제 1 반응조에서 상기 막분리조로 유입되는 유량을 단속하는 제 1 유량제어밸브; 상기 제 2 반응조와 상기 막분리조 사이의 유로 상에 설치되어 상기 제 1 반응조에서 상기 막분리조로 유입되는 유량을 단속하는 제 2 유량제어밸브; 상기 막분리조로부터 상기 제 1 또는 제 2 반응조로의 반송수 이동을 위한 흡입펌프; 및, 상기 산기장치, 상기 제 1 및 제 2 유량제어밸브, 상기 흡입펌프 및, 상기 초음파세정장치를 제어하는 자동제어장치를 포함하는 하ㆍ폐수고도처리시스템에 의해서도 달성될 수 있다.
상기 자동제어장치에 의해 원격 제어되며, 상기 반송수의 상기 제 1 반응조 또는 상기 제 2 반응조로의 이동을 단속하는 제 1 및 제 2 반송제어밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 자동제어장치는, 상기 복수 개의 산기제어밸브를 선택적으로 온/오프하여 상기 복수개의 노즐유닛에 선택적으로 공기가 공급되도록 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 하ㆍ폐수고도처리시스템은, 상기 제 1 및 제 2 반응조에 유입되는 원수의 양을 조절하는 인버터펌프를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 하ㆍ폐수고도처리시스템은, 제 1 및 제 2 반응조에는 미생물의 활성화 효과제로 사용되는 펠릿충진제가 투입되며, 상기 펠릿충진제는, 미생물 효소 촉진제인 통상의 인산이수소카륨 K2HPO4 5~10g, 인산수소이칼륨 K2HPO4 10~30g, 인산수소이나트륨 Na2HPO4ㆍ7H2O 30~60g, 염화암모늄 NH4Cl 1~3g, 황산마그네슘 MgSO4ㆍ7H2O 20~40g 과탄산나트륨 10~100g, 중탄산나트륨 100~300g 및 탄산나트륨 500~1,000g을 물 5L와 혼합한 효소 촉진제수용액 10% 내지 30%와,
피트모스 50~100g, CMC1~2g, 보크사이트 50~100g, 생석회 200~300g, 규조토200~300g, 제오라이트 250~500g, 고분자응집제 0.5~1g, 황산알루미늄 50~150g(alum황산반토), 염화제이철 0.5~5g(Ferric chloride, FeCl3), 염화제일철 0.5~5g(Ferric chloride, FeCl2), 규산알루미늄 50~100g 및, 석고형백시멘트계 30~150g가 혼합된 혼합물 70% 내지 90%를 혼합 교반하여 제조된다.
본 발명은 원수가 교번분할주입되는 두 개의 반응조와 막분리조로 구성되며, 혐기성(Anaerobic)조건에서 반송수 유입을 차단하여 인(P) 방출을 향상시키고, 무산소성(Anoxic)조건에서 원수 및 반송수를 주입하여 탈질효율을 극대화하였다. 이와 함께 막분리조내 분리막에 초음파세정장치를 장착하여 막의 막힘(Fouling)을 억제함과 동시에 초음파조사를 통한 고농도슬러지를 파괴하여 이때 발생되는 유기탄소원을 탈질반응에 활용하며, 다용도 펠릿충진제 투입에 따른 유기탄소원 및 알칼리도 향상원 공급으로 낮은 C/N비에서도 안정적인 수처리공정이 이루어질 수 있도록 하였다.
본 발명은 낮은 C/N비 조건에서 유입수중 rbsCOD 또는 VFA를 효과적이며 효율적으로 활용할 수 있으며, 유기물의 손실을 최대한 방지하고 인(P) 방출 및 탈질화과정에 적극 활용할 수 있으며, 별도의 침전지나 내부반송을 요하지 않으므로 공사비 및 운영비를 절감할 수 있고 운영관리가 용이하다.
또한 막분리조 전단에 다용도 펠릿충진제를 투입하여 활성영양인자공급, 자연분해 유도, 질산화 촉진, 슬러지감량 및 슬러지의 유기탄소원화를 촉진함으로써 처리성능 향상과 더불어 유지관리비를 크게 절감할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 예에 따른 하.폐수고도처리시스템을 도시한 평면 개념도,
도 2는, 제 1 및 제 2 반응조 내 교반이 이루어지고, 원수는 분할주입되며 반송수는 제2반응조로 유입되도록 설정된 본 발명의 일 실시 예에 따른 하.폐수고도처리방법의 a)단계를 도시한 평면 개념도,
도 3은, 제 1 및 제 2 반응조 내 교반이 이루어지되 원수유입은 제 2 반응조로 유입되도록 설정된 본 발명의 일 실시 예에 따른 하.폐수고도처리방법의 b)단계를 도시한 평면 개념도,
도 4는, 제 1 및 제 2 반응조내 교반이 이루어지고, 원수는 각 반응조로 분할주입되며 반송수는 제1반응조로 유입되도록 설정된 본 발명의 일 실시 예에 따른 하.폐수고도처리방법의 c)단계를 도시한 평면 개념도,
도 5는, 제 1 및 제 2 반응조내 교반은 이루어지되 원수유입은 제 1 반응조로 유입되도록 설정된 본 발명의 일 실시 예에 따른 하.폐수고도처리방법의 d)단계를 도시한 평면 개념도이다.
이하 에서는, 본 발명의 일실시 예에 따른 교번분할주입과 분리막을 이용한 하ㆍ폐수처리시스템 및 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하ㆍ폐수처리시스템을 설명하기 위하여 단순하게 도시한 개념적 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하ㆍ폐수처리시스템(10)은, 제 1 반응조(11), 제 2 반응조(12), 막분리조(21), 산기장치(60), 흡입펌프(SP,25) 및 자동제어장치(31)를 포함한다.
도 1을 참조하면, 제 1반응조(11)는 사각형상으로 내부에 유입원수와 활성슬러지를 교반하기 위한 제 1 교반장치(13)를 구비한다. 제 1 반응조(11)로 유입되는 원수의 양은 제 1 인버터펌프(IP, 51)에 의해 조절되며, 제 1 교반장치(13) 및 제 1 인버터펌프(51)는 자동제어장치(31)에 의해 제어된다.
제 2 반응조(12)는, 제 1 반응조(11)의 일 측에 일정간격 이격되어 병렬로 배치되며 제 1 반응조(11)와 동일한 형상이며 제 2 교반장치(13-1)가 설치된다. 제 2 교반장치(13-1)도 활성슬러지와 유입원수를 교반하며, 제 2 반응조(12)에 유입되는 유입원수의 양은 제 2 인버터펌프(52)에 의해 조절된다. 제 2 교반장치(13-1) 및 제 2 인버터펌프(52)는 자동제어장치(31)에 의해 원격 제어된다.
제 1 반응조(11)와 제 2 반응조(12) 사이에는 유입원수가 이동할 수 있는 유로를 슬리브(57)로 형성하였으며, 후술되는 제 1 또는 제 2 유량제어밸브(14, 15)가 닫히고 제 1 반응조(11) 또는 제 2 반응조로 계속해서 유입원수가 유입될 경우, 제 1 또는 제 2 반응조(11,12)로 유입된 유입원수는 슬리브(57)를 통해 제 2 또는 제 1 반응조(12,11)로 오버플로우(overflow)된다.
막분리조(21)는, 제 1 및 제 2 반응조(11,12)의 후단에 설치되며 원수가 이동될 수 있도록 제 1 및 제 2 반응조(11,12)와 제 1 및 제 2 유로(4,5)에 의해 연결되어 있고 각 유로(4,5) 상에는 제 1 및 제 2 유량제어밸브(14,15)가 설치되어 있다. 제 1 및 제 2 반응조(11,12)로부터 막분리조(21)로 이동되는 원수는 제 1 및 제 2 유량제어밸브(14,15)에 의해 선택적으로 온/오프된다. 제 1 및 제 2 유량제어밸브(14,15)도 자동제어장치(31)에 의해 원격 제어된다.
막분리조(21) 내부에는 제 1 및 제 2 분리막모듈(22,23)이 설치된다. 각 분리막모듈(22,23)은 세라믹막 모듈을 침적하여 막분리조(21) 내부에서 슬러지의 고액분리를 효율적으로 처리할 수 있다. 본 실시 예에서는 두 개의 분리막모듈(22,23)을 설치하는 것으로 설명하고 있으나, 분리막모듈의 갯수는 2개 또는 그 이상으로 다양하게 구성될 수 있다. 제 1 및 제 2 분리막모듈(22,23) 사이에는 간벽(35)을 설치하되 상호 통수가 가능한 구조로 구성된다. 상술한 분리막모듈들(22,23)의 구체적인 구성은 공지된 기술이므로 자세한 설명을 생략한다.
제 1 및 제 2 분리막모듈(22,23)에는 제 1 및 제 2 초음파세정장치(41,42)가 부착되어 분리막모듈들(22,23)의 막힘(fouling)을 억제하고 분리막모듈 표면을 세정한다. 초음파세정장치(41,42)도 시판되고 있는 공지기술이므로 이에 대한 자세한 설명을 생략한다. 흡입펌프(SP,25)는 막분리조(21)의 일 측과 배관(6,7)으로 연결되어, 분리막모듈(22,23)을 통과한 처리수를 제 1 또는 제 2 반응조(11,12)로 반송시키거나 방류시킨다. 흡입펌프(25)의 구동은 자동제어장치(31)에 의해 원격제어된다. 초음파세정장치(41,42)에 의한 분리막모듈(22,23)의 초음파세정은 교번적으로 진행되고 초음파세정시 활성슬러지로부터 용출되는 고농도 오염물질이 흡입펌프(25)를 통해 유출되는 현상을 방지하기 위해 초음파세정 대상이 되는 제1분리막모듈(22) 혹은 제2분리막모듈(23)의 흡입량을 줄이거나 혹은 잠시 정지하여 운영하는 것이 바람직하다. 이때 초음파세정대상이 되는 구역은 후술되는 제 3 또는 제 4 산기제어밸브(55,56)를 이용하여 비포기상태로 유지함으로써 기포에 의한 초음파세정 간섭현상을 최소화하고 세정효과를 높일 수 있다.
산기장치(60)는, 도 1을 참조하면, 제 1 및 2 반응조(11,12)와 막분리조(21)에 공기를 주입하는 장치로서, 공기공급펌프(송풍기)(24), 제 1 내지 제 4 노즐유닛(16-1,16-2,16-3,16-4) 및, 제 1 내지 제 4 산기제어밸브(53,54,55,56)를 포함한다. 공기공급펌프(24)는 배관(8,9)에 의해 각 노즐유닛(16-1,16-2,16-3,16-4) 및 각 산기제어밸브(53,54,55,56)와 연결되어 있다. 제 1 노즐유닛(16-1)은 제 1 반응조(11)에, 제 2 노즐유닛(16-2)은 제 2 반응조(12)에, 제 3 및 제 4 노즐유닛(16-3,16-4)은 막분리조(21)에 각각 설치되어 있다. 제 1 산기제어밸브(53)는 공기공급펌프(24)에서 공급되는 공기를 제 1 노즐유닛(16-1)으로 공급 또는 차단되도록 제어한다. 제 2 산기제어밸브(54)는 제 2 노즐유닛(16-2)으로 공급되는 공기를, 제 3 및 제 4 산기제어밸브(55,56)는 제 3 및 제 4 노즐유닛(16-3,16-4)으로 공급되는 공기를 단속한다. 공기공급펌프(24) 및 제 1 내지 제 4 산기제어밸브(53,54,55,56)는 자동제어유닛(31)에 의해 원격 제어된다.
제 1 및 제 2 반송배관(81,83), 제 1 및 제 2 반송제어밸브(71,73), 배출밸브(75)는 막분리조(21)로부터 배출된 처리수를 제 1 또는 제 2 반응조(11,12)로 선택적으로 반송시키거나 외부로 방류시킨다.
자동제어장치(31)는, 제 1 및 제 2 교반장치(13,13-1)의 작동 제어, 제 1 및 제 2 초음파세정장치(41,42)의 작동 제어, 제 1 및 제 2 인버터펌프(51,52)의 제어를 통한 유입원수 조절, 제 1 및 제 2 반송제어밸브(71,73)의 온/오프 제어, 배출제어밸브(75)의 온/오프 제어, 제 1 내지 제 4 산기제어밸브(53,54,55,56)의 온/오프 제어를 통한 반송수 유로를 변경 및, 제 1 및 제 2 유량제어밸브(14,15)의 온/오프 제어를 행한다. 도 1의 점선은 상술한 각 장치들과 자동제어장치(31) 간의 전기적 연결을 나타낸다. 도 1에서 설명되지 않은 참조부호 17은 펠릿충진제이며 후술된다.
이하 첨부된 도 2 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 하ㆍ폐수처리방법을 자세히 설명한다. 도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 하ㆍ폐수처리방법의 각 단계를 설명하기 위한 도면으로서, 각 단계의 원수 및 반송수의 흐름을 화살표로 표시하고, 상술한 각 제어밸브, 펌프들의 작동상태를 닫힌상태(오프상태)를 열린상태(온상태)와 구분되도록 다른 색상으로 표시하였으며, 도 2는 a)단계를, 도 3은 b)단계를, 도 4는 c)단계를, 도 5는 d)단계를 나타낸다.
먼저, 도 2를 참조하면, 제 1 및 제 2 반응조(11,12)에 펠릿충진제(17)가 제 1 및 제 2 반응조(11,12)의 유효용적의 5% 내지 15% 정도의 용적에 충진된다. 펠릿충진제(17)는, 미생물 효소 촉진제인 인산이수소카륨 K2HPO4 5~10g, 인산수소이칼륨 K2HPO4 10~30g, 인산수소이나트륨 Na2HPO4ㆍ7H2O 30~60g, 염화암모늄 NH4Cl 1~3g, 황산마그네슘 MgSO4ㆍ7H2O 20~40g 과탄산나트륨 10~100g, 중탄산나트륨 100~300g 및 탄산나트륨 500~1,000g을 물 5L와 혼합한 알카리도가 높은 효소 촉진제수용액( 1차 생성 혼합물) 10% 내지 30%와,
피트모스 50~100g, CMC1~2g, 보크사이트 50~100g, 생석회 200~300g, 규조토200~300g, 제오라이트 250~500g, 고분자응집제 0.5~1g, 황산알루미늄 50~150g(alum황산반토), 염화제이철 0.5~5g(Ferric chloride, FeCl3), 염화제일철 0.5~5g(Ferric chloride, FeCl2), 규산알루미늄 50~100g 및, 석고형백시멘트계 30~150g(도자기용으로 일반적으로 사용되는 석고 A급,B급,C급)의 분말계가 혼합된 2차 생성 혼합물 70% 내지 90%를 혼합 교반하여 일정한 틀에 경화 및 압축 성형하여서 건초한 것으로 수처리 효과를 극대화하기 위해 사용되는 것이다. 즉, 상기 펠릿충진제(17)는 제 1 및 제 2 반응조에서 미생물의 활성화 효과제로 사용된다. 단, 상기 2차 생성혼합물의 조성물은 그 효과성에 따라 어느 하나 성분 또는 그 이상의 성분을 선택적으로 혼합하여 중량백부로 하여 혼합하여 제조할 수 있다.
그런 다음, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 및 2반응조(11,12)는 비포기상태로, 막분리조(21)는 포기상태로 운영되며(제 1 반응조는 혐기성, 제 2 반응조는 무산소, 막분리조는 호기성조건), 유입원수의 70% 내지 90%는 제2반응조(12)에 주입하고 나머지 10% 내지 30% 원수를 제1반응조(11)에 주입하며, 막분리조(22)에서 배출된 반송수는 제2반응조(12)로만 유입시킨다{이하, 단계 a)라 함}. 이와 같이 운영되는 단계 a) 상태를 약 1시간 정도 지속시킨다.
단계 a)에서는, 도 2를 참조하면, 자동제어장치(31)가 제 1 및 제 2 인버터펌프(51,52)를 제어하여 제 1 반응조(11)로는 유입원수의 10% 내지 30%가 유입되도록 하고 제 2 반응조에는 70% 내지 90%가 유입되도록 한다. 또한 자동제어장치(31)는 제 1 유량제어밸브(14)는 닫고 제 2 유량제어밸브(15)를 열어 제 1 반응조(11)로 계속하여 유입된 원수가 제 2 반응조(12)로 오버플로우되며, 제 2 반응조(12)로 유입된 원수와 반송수의 혼합수는 열린 제 2 유량제어밸브(15)를 통해 포기상태인 막분리조(21)로 순환된다. 이 때 제 1 및 2산기제어밸브(53,54)는 닫힌상태이고 제 3 및 4 산기제어밸브(55,56)는 열린상태이다. 자동제어장치(31)에 의해 제 1 및 제 2 교반장치(13,13-1)도 작동되어 제 1 및 제 2 반응조(11,12) 내 교반이 이루어진다. 또한 자동제어장치(31)는 제 1 반송제어밸브(71) 및 배출밸브(75)를 닫고 제 2 반송제어밸브(73)를 열어 흡입펌프(25)에 의해 막분리조(22)로부터 흡입된 모든 반송수는 제 2 반송배관(83)을 통해 제 2반응조(12)로만 유입된다.
그런 다음, 도 3에 도시된 바와 같이, 막분리조(21)는 포기상태를, 제 2반응조(12)는 비포기상태를 유지시키고 제 1 반응조(11)는 포기상태로 전환되며, 유입원수는 제2반응조(12)로만 유입된다(제 1 반응조 및 막분리조는 호기성, 제 2반응조는 무산소 조건). 상기 반송수는 상기 단계 a)와 동일하게 제2반응조(12)로만 유입되도록 하여 제 1반응조(11) 내 잔류유기물을 고갈시킨다{이하, 단계 b)라 칭함}. 단계 B는 C/P비 및 C/N비의 조건에 따라 약 30분에서 약 2시간 정도까지 탄력적으로 운영될 수 있다.
단계 b)에서, 자동제어장치(31)는 a) 단계에서 닫혀있던 제 1 산기제어밸브(53)를 열어 제 1 반응조(11)를 포기상태로 전환시키고, 제 1 인버터펌프(51)를 오프시키고 제 2 인버터펌프(52)만을 가동시켜 유입원수의 100%가 모두 제 2 반응조(12)로만 유입되도록 한다. 또한 제 1 유량제어밸브(14)를 닫고 제 2 유량제어밸브(15)를 열어 제 2 반응조(12)로 유입된 원수는 모두 막분리조(21)로 유입되도록한다. 단계 b)에서는 제1반응조(11)내 원수유입이 차단되어 제 1 반응조(111)와 제2반응조(12)간의 원수 이동이 없고, 제2반응조(12)와 막분리조(21)간의 순환이 이루어진다.
그런 다음, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 및 2반응조(11,12)는 상기 단계 a)와 동일하게 비포기상태로 운영하며(제 1 반응조는 무산소, 제 2 반응조는 혐기성, 막분리조는 호기성 조건), 유입원수는 제1반응조(11)에 70%-90% 정도를 주입하고 나머지 10% - 30% 원수를 제2반응조(12)에 주입하며, 반송수는 제1반응조(11)로만 유입되는 되도록 한다{이하, 단계 c)라 칭함}. 단계 c)는 약 1시간 정도 지속된다.
단계 c)에서는, 자동제어장치(31)가 단계 b)에서 열려있던 제 1 산기제어밸브(53)를 닫아 제 1 및 제 2 반응조(11,12)를 비포기상태로 전환하며, 단계 a)와 동일하게 제 1 및 제 2 교반장치(13,13-1)가 작동되도록 하나, 제2반응조(12)와 막분리조(21)사이에 설치된 제 2유량제어밸브(15)를 닫고 제 1 유량제어밸브(14)를 열어 제2반응조(12)로 유입된 원수는 제1반응조(11)로 오버플로우되고, 제1반응조내(11) 원수 및 반송수는 막분리조(21)로 유입된다. 또한 자동제어장치(31)는 제 2 반송제어밸브(73)를 닫고 제 1 반송제어밸브(71)를 열어 반송수가 제 1 반송배관(81)을 통해 제 1 반응조(11)로만 유입되어 순환되는 구조를 갖도록 한다.
그런 다음, 도 5에 도시된 바와 같이, 제 2반응조(12)를 포기상태로 전환하고 막분리조(21)는 포기상태를 유지하고 제1반응조(11)는 비포기상태를 유지하며(제 1 반응조는 무산소, 제 2 반응조 및 막분리조는 호기성 조건), 유입원수는 제1반응조(11)로만 유입되고 반송수는 상기 C단계와 동일하게 제 1 반응조(11)로만 유입되도록 하여 제2반응조(12)내 잔류유기물을 고갈시킨다{ 이하, 단계 d)라 칭함}. 단계 d)에서는 제2반응조(12)내 원수유입이 차단되어 제2반응조(12)내 혼합수의 순환은 없으며, 제1반응조(11)와 막분리조(21)간의 순환만 이루어진다. 단계 d)는 C/P비 및 C/N비의 조건에 따라 약 30분부터 내지 약 2시간까지 탄력적으로 운영될 수 있다.
단계 d)에서, 자동제어장치(31)가 제 2 인버터펌프(52)를 오프시키고 제 1 인버터펌프(51)만을 가동시켜 유입원수의 100%를 제 1 반응조로(11)만 유입되도록 하고, 제 2 산기제어밸브(54)를 열어 제 2 반응조(12)를 포기상태로 전환시킨다. 또한 제 1 유량제어밸브(14)를 열고 제 2 유량제어밸브(15)를 닫아 제 2 반응조(12)와 막분리조(21) 간의 순환구조를 만든다. 따라서, 원수가 유입되지 않는 제 2 반응조(12)에서 제 1 반응조(11)로 오버플로우되는 원수는 없고 제 2 반응조(12) 내의 잔류유기물이 고갈된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 하.폐수 처리방법은, 단계 a)→단계 b)→단계 c)→단계 d)의 순서로 반복적으로 운영되어 원수 중의 영양염류 및 오염물질을 제거하게 된다. 다만, 단계 c) -> 단계 d) -> 단계 a) -> 단계 b)의 순서로 반복 실시될 수도 있다. 이때 바람직한 단계 a)와 단계 b) 혹은 단계 c)와 단계 d)의 비율은 1시간 : 0.5시단 내지 2시간이다.
본 발명의 일 실시 예에서는 포기상태로 운영되는 막분리조(21)내 질산화반응을 상승시키기 위하여 막분리조(21) 전단에 포기를 수행{ 단계 b)에서는 제1반응조 또는 단계 d)에서는 제2반응조}하여 잔류유기물을 저감토록 하고, 혐기(Anaerobic)조건에서 인 방출시 반송수내 높은 NOx에 의한 인 방출(P-release) 억제를 방지하기 위하여 원수만을 반송수는 유입시키지 않고 원수의 일부만을 주입하는 단계{ 단계 a)에서는 제1반응조 또는 단계 c)에서는 제2반응조}를 포함하며, 탈질에 요구되는 유기물을 효과적으로 활용하기 위해 비포기가 수행되는 제2반응조{ 단계 a) 및 단계 b)} 또는 제 1 반응조{ 단계 c) 및 단계 d)}로 반송수가 연속유입되는 구조로 운영된다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 하ㆍ폐수처리방법은, 원수유입은 교번분할주입되는 구조로 하여 유입수 특성에 따라 분할주입량을 조절함과 동시에 시간적 개념을 도입함으로써 처리성능을 안정적으로 유지할 수 있다.
유입하수중 인(P) 부하량이 높은 경우 혐기성(Anaeroinc)반응조로 분할주입량을 증가시키거나 혐기상태의 운영시간을 길게 유지하여 인(P) 방출성능을 안정적으로 유지하며, 유입하수중 질소(N) 부하량이 높은 경우에는 무산소성(Anoxic)반응조로 분할주입량을 높게 유지하거나 무산소상태의 운영시간을 길게 유지함으로써 탈질성능을 효과적으로 상승시키는 방식으로 운영한다. 또한 유입원수중 유기물부하량이 극히 낮아 질소 및 인 처리성능에 악영향을 미칠 수 있는 상황에서는 분리막 세정(Cleaning) 및 막힘현상(Fouling)을 방지하기 위해 막분리조에 설치된 초음파세정장치를 가동하며, 이때 미생물의 활성화 효과제로 통상의 미생물 효소와 알카리도 향상물질, 유기물 자연분해물질, 그리고 질소/인 처리물질, 또는 이상의 기능을 하는 물질들이 결합된 다공성 및 무기성고화제를 섞어서 제조한 펠릿충진제와 더불어 막분리조내 초음파세정에 의한 물리ㆍ화학적 분해산물은 무산소성(Anoxic)반응조로 이송되어 탈질에 필요한 유기탄소원으로 제공됨과 동시에 슬러지 감량을 위한 방안으로 운영한다.
생물학적 질소제거는 크게 세포합성과정과 탈질산화과정을 들 수 있으며, 세포합성을 통한 질소제거는 미생물의 화학적 조성식을 통해 한계가 있음을 알 수 있다. 따라서 생물학적 고도처리과정에서 질소제거는 질산화(Nitrification)와 탈질화(Denitrification) 과정을 통해 제거되는 것이 대부분이며, 종속영양미생물에 의해서도 질산화가 일어난다고 보고된 바 있으나 종속영양미생물에 의한 질산화능력은 독립영양미생물에 의한 질산화능력에 비해 현저히 낮으므로 큰 영향을 미치지 못하는 것으로 알려져 있다. 이에 본 발명은 막분리조 전단의 유출입이 차단된 반응조에 호기성조건을 조성하여 유기물의 산화를 촉진함으로써 저부하조건, 즉 낮은 C/N 비율을 사전조성하는 방식으로 운영하여 질산화율을 향상시킨다.
11, 12 : 제1 및 제 2 반응조
13, 13-1 : 제 1 및 제 2 교반기
14, 15 : 제 1 및 제 2 유량제어밸브
17 : 펠릿충진제 21 : 막분리조
22 : 분리막 23 : 초음파세정장치
24 : 공기공급펌프(송풍기) 25 : 흡입펌프
31 : 자동제어장치 51,52:제 1 및 제 2 인버터펌프
60 : 산기장치 71,72:제 1 및 2반송제어밸브
75 : 배출제어밸브 81,83:제 1 및 2 반송배관

Claims (9)

  1. 유기오염물질과 질소, 인 등 영양염류를 제거하는 하ㆍ폐수고도처리방법에 있어서,
    a) 제 1 및 제 2 반응조는 비포기상태로 운영되고 상기 제 1 및 제 2 반응조의 후단에 설치된 막분리조는 포기상태로 운영되며, 유입원수의 70% 내지 90%는 상기 제 2 반응조에 주입되고 상기 유입원수의 나머지 10% 내지 30%는 상기 제 1 반응조에 주입되며, 상기 막분리조로부터 배출된 반송수는 상기 제 2 반응조로만 유입되는 단계;
    b) 상기 제 2 반응조는 비포기상태로 운영되고 제 1 반응조 및 상기 막분리조는 포기상태로 운영되며, 상기 유입원수의 100%는 상기 제 2 반응조로만 유입되고, 상기 반송수는 상기 제 2 반응조로만 유입되어 상기 제 1 반응조 내의 잔류유기물을 고갈시키는 단계;
    c) 상기 제 1 및 제 2 반응조는 비포기상태로 운영되고 상기 막분리조는 포기상태이며, 상기 유입원수의 70% 내지 90%는 상기 제 1 반응조에 주입되고 상기 유입원수의 나머지 10% 내지 30%는 상기 제 2 반응조에 주입되며, 상기 반송수는 상기 제 1 반응조로만 유입되는 단계; 및,
    d) 상기 제 2 반응조 및 상기 막분리조는 포기상태로 운영되고 상기 제 1 반응조는 비포기상태로 운영되며, 상기 유입원수의 100%는 상기 제 1 반응조로만 유입되고, 상기 반송수도 상기 제 1 반응조로만 유입되어 상기 제 2 반응조 내의 잔류유기물을 고갈시키는 단계;를 포함하는 하ㆍ폐수고도처리방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    e) 상기 제 1 및 상기 제 2 반응조 유효용적의 5% 내지 15%의 용적에 미생물효소가 함유된 펠릿충진제를 첨가하는 단계:를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하ㆍ폐수고도처리방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 단계는 a)단계, b)단계, c)단계 및 d)단계 순서로 운영되거나, c)단계, d)단계, a)단계 및 b)단계 순서로 운영되는 것을 특징으로 하는 하ㆍ폐수고도처리방법.
  4. 제 1 항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 a)단계와 상기 c)단계의 운영시간은 동일하고, 상기 b)단계와 상기 d)단계의 운영시간은 동일하며, a)단계와 b)단계의 운영시간의 비는 1 대 0.5 내지 2의 시간비율로 운영되는 것을 특징으로 하는 하ㆍ폐수고도처리방법.
  5. 유기오염물질과 질소, 인 등 영양염류를 제거하는 하.폐수 처리시스템에 있어서,
    혐기조, 포기조 또는 무산소조로 선별적 운영이 가능한 제 1 반응조 및 제 2 반응조;
    상기 제 1 및 제 2 반응조의 후단에 설치되며, 분리막모듈 및 초음파세정장치가 설치된 막분리조;
    상기 제 1 반응조, 상기 제 2 반응조 및 상기 막분리조 내부에 각각 설치된 복수 개의 노즐유닛과, 상기 복수 개의 노즐유닛에 공기를 공급하는 공기공급펌프 및, 상기 공기공급펌프로부터 상기 복수개의 노즐유닛으로 공급되는 공기를 제어하는 복수개의 산기제어밸브를 구비한 산기장치;
    상기 제 1 반응조와 상기 막분리조 사이의 유로 상에 설치되어 상기 제 1 반응조에서 상기 막분리조로 유입되는 유량을 단속하는 제 1 유량제어밸브;
    상기 제 2 반응조와 상기 막분리조 사이의 유로 상에 설치되어 상기 제 1 반응조에서 상기 막분리조로 유입되는 유량을 단속하는 제 2 유량제어밸브;
    상기 막분리조로부터 상기 제 1 또는 제 2 반응조로의 반송수 이동을 위한 흡입펌프; 및,
    상기 산기장치, 상기 제 1 및 제 2 유량제어밸브, 상기 흡입펌프 및, 상기 초음파세정장치를 제어하는 자동제어장치;를 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2 반응조에는 미생물의 활성화 효과제로 사용되는 펠릿충진제가 투입되며, 상기 펠릿충진제는,
    미생물 효소 촉진제인 인산이수소카륨 K2HPO4 5~10g, 인산수소이칼륨 K2HPO4 10~30g, 인산수소이나트륨 Na2HPO4ㆍ7H2O 30~60g, 염화암모늄 NH4Cl 1~3g, 황산마그네슘 MgSO4ㆍ7H2O 20~40g 과탄산나트륨 10~100g, 중탄산나트륨 100~300g 및 탄산나트륨 500~1,000g을 물 5L와 혼합한 효소 촉진제수용액 10% 내지 30%와,
    피트모스 50~100g, CMC1~2g, 보크사이트 50~100g, 생석회 200~300g, 규조토200~300g, 제오라이트 250~500g, 고분자응집제 0.5~1g, 황산알루미늄 50~150g(alum황산반토), 염화제이철 0.5~5g(Ferric chloride, FeCl3), 염화제일철 0.5~5g(Ferric chloride, FeCl2), 규산알루미늄 50~100g 및, 석고형백시멘트계 30~150g가 혼합된 혼합물 70% 내지 90%를 혼합 교반하여 제조되는 것을 특징으로 하는 하ㆍ폐수고도처리시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 자동제어장치에 의해 원격 제어되며, 상기 반송수의 상기 제 1 반응조 또는 상기 제 2 반응조로의 이동을 단속하는 제 1 및 제 2 반송제어밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하ㆍ폐수고도처리시스템.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 자동제어장치는,
    상기 복수 개의 산기제어밸브를 선택적으로 온/오프하여 상기 복수개의 노즐유닛에 선택적으로 공기가 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 하ㆍ폐수고도처리시스템.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 반응조에 유입되는 원수의 양을 조절하는 인버터펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하ㆍ폐수고도처리시스템.
  9. 삭제
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