KR101050375B1

KR101050375B1 - 부하변동에 대응이 용이한 침지식 막 생물 반응장치 및 이를 이용한 하수처리 방법

Info

Publication number: KR101050375B1
Application number: KR20100089834A
Authority: KR
Inventors: 엄태경
Original assignee: 엄태경
Priority date: 2010-09-14
Filing date: 2010-09-14
Publication date: 2011-07-19
Also published as: WO2012036408A2; WO2012036408A3

Abstract

본 발명은 막 여과기를 이용한 하수나 폐수의 고도처리 공정에 관한 것으로서, 특히 부하변동에 대응이 용이한 침지식 막 생물반응장치 및 이를 이용한 하수처리 방법에 관한 것이다.
본 발명의 과제는 부하 변동 특히 저부하 시에 대응이 용이한 침지식 막 생물반응장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 과제를 달성하기 위하여, 막 세정을 한 공기(가스)의 일부를 재순환하여 이용함으로써, 막 세정 기능은 유지하면서, 용존산소 농도를 용이하게 조절할 수 있는 침지식 막 여과기를 이용하여, 하수 및 폐수의 고도처리를 효과적으로 할 수 있도록 부하변동에 대응이 용이한 침지식 막 생물반응장치 및 이를 이용한 하수처리 방법을 구성하였다.
본 발명은 부하변동 특히 저부하 시에 대응이 용이하게 함으로써, 초기 시운전 및 운영단계에서 저 부하인 경우가 많은 우리나라의 하수 및 폐수처리를 효과적이고 안정적으로 할 수 있고, 수질을 개선하는 효과 및 침지식 막 여과를 이용한 처리장치의 사용을 촉진하는 효과가 있다.

Description

부하변동에 대응이 용이한 침지식 막 생물 반응장치 및 이를 이용한 하수처리 방법{A submerged membrane bio reactor easilly respond to load regulation and method of wastewater treatment using the same}

본 발명은 하수 또는 폐수처리에 사용하는 막(membrane)생물 반응장치에 관한 기술로서 더욱 상세하게는 부하변동에 대응이 용이한 침지식 막 생물반응장치 및 이를 이용한 하수처리 방법에 관한 것이다.

하수 또는 폐수처리에 있어서, 방류수질기준의 강화와 수질 환경보호를 위하여, 더욱 깨끗한 방류수질에 대한 수요는 계속 증가하고 있다.

과거 주로 생물학적 방법과 중력식 침전을 위주로 한 하수 또는 폐수 처리방법에서는 방류수 내의 SS(부유물질), 세균 , 바이러스, 유해한 원생동물 등을 효과적으로 제거하기가 곤란하였다.

특히 일부 유해한 원생동물 예를 들면 지아디아(giardia cysts)나 크립토스포리디움(cyptosporidium)같이 장관내에 병변을 유발하는 원생동물들은 방류수질 기준에는 포함되어 있지 않으나, 염소소독으로도 제거하기 어렵기 때문에 이것들을 제거할 필요성이 증가하고 있다.

막 생물반응장치는 기존의 생물반응장치에서 침전기능을 막(membrane)으로 대치한 것으로서, 일반적 용도로서는 정밀여과 막(microfiltration membrane; MF), 한외여과 막(ultrafiltration membrane)이 널리 사용되고 있으며, 부유물질과 세균, 원생동물의 제거에 매우 효과적이기 때문에 널리 사용되고 있다.

막의 설치면적 절약 및 막 세척 기능 향상을 위하여 막(membrane)을 생물 반응조의 호기조 내부에 침지(물속에 잠기게 설치)한 침지식 막 생물 반응장치가 널리 사용되고 있다.

침지식 막 생물반응장치는 상기와 같이 커다란 장점이 있는 반면, 막의 공극이 작아서 막이 쉽게 막히는 것을 방지하기 위하여 연속적으로 막(membrane)을 세정하여야 하고, 세정하는데 다량의 공기를 필요로 한다.

막 세정에 필요한 공기량은 막의 바닥면적에 대하여100∼150㎥/㎡.hr로서, 하수의 부하량에 관계없이 막 이 작동하는 시간에는 계속적으로 공급하여 세척을 해야 하기 때문에, 유입부하량이 적을 경우, 막 세정에 필요한 공기량이 호기조에서 생물학적으로 처리하는데 필요한 공기량보다 훨씬 큰 경우가 발생하고, 호기조의 용존산소 농도를 과도하게 높이기 때문에, 호기조의 용존산소 농도를 적정한 값으로 조정하지 못하게 되는 커다란 문제가 있다.

상기와 같이 막 세정에 필요한 세정 공기량은 그 양이 많고, 변동(감소)시킬 수 없는 것이기 때문에 침지막 생물반응장치로 유입하는 하수의 부하량이 적을 때는 호기조에 과도한 산소가 공급되어 용존산소 농도가 높아지고, 호기조에서 반송 수를 받는 처리 공정인 무산소조 및 혐기조의 용존산소 농도가 높아져서, 무산소 조및 혐기조가 호기성으로 변하여, 혐기성 상태에서만 일어나는 미생물의 인 방출이나 탈질 작용이 일어나지 않음으로써, 총 질소 및 총 인의 제거율이 극히 낮아지거나 제거가 안 되는 문제가 야기된다.

상기에서 설명한 여과 막의 세정공기량은, 유입 하수 BOD농도 100mg/L의 하수처리에 필요한 공기량에 상당하기 때문에, 이보다 낮은 BOD농도를 가진 하수의 고도처리시에 상기와 같은 문제가 발생하게 된다.

상기 예는 정밀여과 막(MF)의 경우를 예시한 것이지만, 막 세정 공기량은 비슷하면서 막 투과량이 정밀여과 막에 비하여 훨씬 더 작은 한외 여과(UF) 막을 생물반응조에 적용한 고도처리 공정의 경우에는 ,상기에서 설명한 것과 같이 세정에 필요한 공기량이 더욱 과도하게 되어, 고도처리 공정에 미치는 영향이 절대적이라서 적용에 더욱 큰 제한을 받게 된다.

삭제

호기조의 설계 용존산소 농도: 2.0mg/L

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시운전시 부하량일 때의 호기조 용존산소 농도 : 6.2mg/L ＞＞ 설계 용존산소 농도 (2.0mg/L)

무산소조 용존산소 농도: 0.35mg/L(호기상태)

혐기조 용존산소 농도 : 0.4mg/L(호기상태)

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상기 예에서 알 수 있는 것처럼 호기조의 용존산소 농도가 높아서 질산화는 100％이루어 지지만, 과도한 용존산소 농도 때문에 반송수의 용존산소 농도가 높아져서 그 영향으로 무산소조 및 혐기조가 호기 상태가 되어서, 총 질소 및 총 인의 제거가 잘 안 되는 것을 알 수 있다.

본 발명은 상기와 같이 침지식 막 생물반응장치 및 이를 이용한 하수처리방법에서 저부하 시에 발생하는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것이다.

하수 또는 폐수 처리에 있어서, 유입부하가 저부하 시에도, 막 세정능력을 유지하고, 호기조의 용존산소 농도를 용이하게 조절하여 부하변동에 대응이 용이하도록 하고, 항상 정상적인 처리 능력을 유지하는 침지식 막 생물 반응장치 및 이를 이용한 하수처리방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 해결하려는 과제의 목적을 달성하기 위하여,

하수 중의 모래 및 협잡물을 제거하는 전처리 단계;

유입 하수를 일정시간 저류하고, 후속 공정으로 하수를 균등하게 이송하는 유량 조정단계;

유입 하수와 탈기조에서 반송한 반송수를 혼합하여, 혐기조에서 일정시간 체류하면서, 슬러지 중의 미생물이 흡수하고 있던 인을 방출하는 혐기 처리 단계;

혐기 처리 단계를 통과한 하수와 탈기조에서 반송한 반송수를 혼합하여, 무산소조에서 일정시간 체류하면서, 탈질 세균의 탈질 작용으로 질소를 제거하는 무산소 처리 단계;

무산소 처리 단계를 통과한 하수에 공기를 공급하여, 호기조에서 일정시간 체류하면서, 호기성 조건에서 유기물을 산화하고 질산화를 일으키는 호기 처리 단계;

막 여과조 내에 위치한 침지식 막 여과기의 하부에 설치한 산기장치에 막 세정 송풍기에서 이송한 공기를 분사하고, 부상하는 공기의 세정작용을 이용하여 침지식 막 여과기의 막 표면을 세정하고, 세정한 후에 상승하는 공기(가스)의 일부 또는 전부를 막 세정 송풍기의 입구로 순환시키면서 막 여과기를 세정하고, 순환가스량과 공기량의 비율을 조절하여 막 여과조의 용존산소 농도를 조절하고, 침지식 막 여과기를 이용하여, 하수에서 상등수를 분리하는 막 여과 처리 단계;

막 여과 처리 단계를 통과한 하수에 공기공급을 중단하고 일정시간 체류시켜서 하수 중의 용존산소 농도를 낮추는 탈기 처리 단계; 및

탈기 처리단계의 하수를 무산소 처리 단계와 혐기 처리 단계로 반송하도록 구성한 것을 특징으로 하는 부하변동에 대응이 용이한 침지막 생물 반응장치를 이용한 하수처리 방법을 제공한다.

본 발명의 침지식 막 생물 반응장치는 막 세정에 필요한 공기를 별도의 송풍기를 사용하여, 세정을 하고 수면 위로 상승하는 공기의 일부 또는 전부를 재순환하여 세정을 계속함으로써, 세정기능을 유지하고, 재순환하는 가스량과 공기량의 비율을 조정하여 막 여과조의 용존산소 농도를 적정하게 유지할 수 있고, 호기조에는 산기장와 호기조 송풍기를 설치하여 별도로 공기량을 조절하여 적정한 용존산소 농도를 유지할 수 있기 때문에 저부하 시 또는 부하 변동이 심한 경우에도 용이하게 대응을 할 수 있어 항상 하수를 최상의 상태로 처리할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 막 여과조를 이용한 A₂/O공정의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 막 여과 호기조를 이용한 A₂/O공정의 예시도이다.
도 3은 본 발명의 막 여과조를 이용한 호기 탈질 공정의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 혐기조의 구성 예시도이다.
도 5는 본 발명의 호기 탈질조의 구성 예시도이다.
도 6은 본 발명의 막 여과조의 구성 예시도이다.
도 7은 본 발명의 호기조의 구성 예시도이다.
도 8은 본 발명의 호기조의 자동제어를 도시한 예시도이다.
도 9는 본 발명의 소규모 하수처리시설에서 사용되는 호기조의 일 실시예이다.

막 여과기는 막(membrane)을 지지체(frame)에 고정하여 하나의 유니트를 구성하고, 이런 유니트를 여러 개 조합하여 하나의 막 여과기를 구성한다.

멤브레인에는 눈 목 크기(pore size)에 따라 정밀여과 막(MF), 한외 여과 막(UF), 나노 막(NF), 역 삼투 막(RO)의 구분이 있으며, 하수나 폐수 등의 고도처리에는 정밀여과 막과 한외여과 막이 주로 사용된다.

또한 막의 구조에 따라 평 막, 나선형 막, 원통형 막, 중공사막 등이 있으며, 적은 체적에서 많은 통수면적을 확보할 수 있고 기계적으로 안정적 구조를 가진 중공사막이 많이 사용되고 있다.

상기와 같은 막은 정밀 여과 막은 눈 크기 (pore size)가 0.1 ∼ 0.4 ㎛범위로서, 통상적으로 세균, 대장균, 원생동물과 미세한 부유물질(SS)을 제거할 수 있다.

한외여과 막은 눈 크기(pore size)가 0.001 ∼ 0.05㎛ 범위로서, 통상적으로 세균, 대장균, 원생동물과 바이러스 및 미세한 부유물질(SS)을 제거할 수 있다.

상기와 같은 특성으로 인하여, 막 여과를 한 물은 매우 깨끗하기 때문에 그 이용이 늘어나는 추세에 있다.

그러나 막 여과기는 상기와 같이 물 처리에 있어서 매우 훌륭한 성능이 있는 반면에 눈 크기가 매우 작아서 막히기 쉬운 결함이 있다.

상기와 같은 결점을 해결하는 수단으로서, 막 여과기를 커다란 미생물 플럭이 존재하는 호기조의 수중에 침지식으로 설치하고, 막 여과기의 하부에 막 세정용 산기장치를 설치하여, 막 세정용 산기장치에 공기를 송풍하여, 산기장치에서 분출되는 공기방울의 세정력을 이용하여 막 여과기의 외부표면이 막히는 것을 방지하고 있다.

막 여과기 세정용 공기량은 일반적으로 막 여과기의 바닥면적에 대하여100∼150㎥/㎡.hr의 공기를 필요로 하고, 공기량이 많을수록 세정효과가 좋아진다.

또한 주기적으로 중공사막의 내부에서 차 아 염소산 용액을 역류시켜서, 막에 부착한 오염물질을 세정한다.

그런데 막 여과기를 세정하는 공기량은 고정된 값으로서, 하수의 유입부하와는 관계없이 항상 일정한 값을 유지해야 한다.

하수의 유입량이 적거나 오염농도가 낮아서 유입부하량이 작아지면, 호기조에서 필요한 공기량이 작아지는데, 우리나라 하수처리장의 경우 시운전 단계나 초기년도 운전단계에서 하수의 유입부하량은 통상적으로 30∼50％정도인 곳이 많기 때문에, 호기조에 필요한 공기량도 설계시 산정한 공기량의 30∼50％정도만 공급되어야 한다.

그러나 막 여과기에 필요한 공기량은 통상적으로 총 필요 공기량의 70％대 이기 때문에, 호기조가 과도하게 높은 용존산소 농도가 되고, 이로 인하여 혐기조 , 무산소조도 호기 상태가 되어서 질소 인의 제거효율이 극히 낮아지는 문제가 발생하고, 막 여과기를 사용하는 처리 공법에서는 상기와 같은 이유로 초기 저부하 시의 운전에 문제가 야기된다.

공기 중에는 질소가 78％, 산소가 21％의 비율로 존재하는데, 질소와 산소가 물에 용해되는 농도는 각각의 헨리 정수에 의하여 정해진다.

질소의 헨리 정수 E는 30℃의 물에 대하여, 9.24 (E×10^-4), 산소의 헨리 정수는 4.75 (E×10^-4)이며, 헨리 정수가 클수록 물에 잘 용해되지 않는다.

따라서 질소는 산소보다 약 1/2 배정도 물에 덜 용해되며,대기압하의 물속에는 무기 질소가 공기 중 질소가스의 분압에 평형이 되는 정도로 낮은 용해도로 녹아 있으며, 하수처리시 무기 질소는 미생물 등에 의하여 소비되지 않으므로, 공기나 질소 가스를 하수 속에 계속 공급하여 포기하더라도 질소는 추가로 더 용해되지 않는다.

공기를 막 여과조에 공급하여, 막 여과기를 세정하는 경우 공급된 공기 중의 산소는 하수 중에 용해되지만, 질소는 용해되지 않는다.

막 여과기의 세정에 사용되고 난 후의 공기 중에는 산소가스 비율은 용해된 만큼 줄어들어 있지만, 질소 가스는 처음에 공급된 상태대로 그대로 남아 있으며, 세정에 사용된 공기를 수집하여, 막 세정 송풍기(620)의 입구로 이송하고, 계속 재순환 시키면, 그 순환공기(이하 "순환 가스"라 칭한다)중에는 산소가스비율은 점점 더 낮아져서, 물속의 용존산소 농도에 평형 되는 분압까지 감소하며, 만약에 막 세정 송풍기에 외부공기를 공급하지 않으면, 순환가스 중에 있던 산소는 전부 소비되어 산소 분압이 0이 되고, 막 여과조의 용존산소 농도는 0이 되어 혐기 상태가 될 것이다.

공기 중에는 산소가 21％, 질소가 78％존재하므로, 막 세정 송풍기에 재순환되는 순환가스의 산소가스가 소비되면, 그 부피만큼 순환가스의 부피가 줄어들게 되지만 소량의 공기를 외부에서 계속 공급하면 순환가스의 부피는 처음의 공기부피만큼 회복이 되고, 순환가스 중에는 질소가 대부분을 차지하고 산소는 극히 적게 존재하게 된다.

따라서 막 세정 송풍기의 입구에 순환가스를 공급하고, 일부분만 외부공기를 공급하면서 순환가스량과 외부 공기량의 비율을 조정하면, 예를 들어서 하수의 유입부하량이 적을 때는 외부 공기 공급량을 적게 하고, 하수의 유입부하량이 증가할 때는 외부 공기 공급량을 늘리면서, 순환가스를 순환시킴으로써, 막 세정에 필요한 가스량을 유지하여, 막 여과기를 효과적으로 세척하면서도 막 여과조 내의 용존산소 농도를 원하는 수준으로 용이하게 조절할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 원리를 이용하여 막 여과 처리 단계를 구성하였으며, 막 여과 처리 단계의 막 여과조에 대한 구성을 도 6에 표시하였다.

막 여과조(610)의 수중에 막 여과기(630)을 설치하고, 막 여과기의 하부에 막 세정용 산기장치(640)를 설치하고, 막 세정 송풍기(620)의 출구에서 막 세정용 산기장치(640)의 입구까지 공기배관을 연결하였다.

또한 막 여과조(610)의 상부를 밀폐할 수 있도록 차단 덮개(650)를 설치하여, 막 여과기를 세정한 공기(=순환가스)가 막 여과조의 상부에 포집할 수 있게 하였고, 차단 덮개에는 통기 배관(670)을 설치하여, 남는 가스의 배기를 통하여, 차단 덮개로 밀폐한 공간에 부압이나 정압이 작용하지 않도록 하였다.

막 여과조의 상부 공간에 포집된 순환가스는 차단 덮개(660)의 상부에서 막 세정 송풍기(620)의 입구 쪽 배관에 연결한 가스 순환관(660)을 통하여 막 세정 송풍기(620)의 입구로 순환하도록 하였고, 순환가스량의 조절을 위하여 순환가스량 조절밸브(680)를 설치하였다.

막 세정 송풍기(620)의 입구 쪽에는 외부 공기를 흡입하기 위하여 흡입배관을 설치하고, 흡입배관에는 흡입공기량을 조절하기 위하여 공기량 조절밸브(690)를 설치하였다.

상기와 같이 구성하고, 유입 하수의 부하량에 따라서, 막 세정 송풍기에 순환가스와 외부 공기를 공급하는 비율을 조절하여, 막 세정에 필요한 공기량(가스량)을 유지하면서도, 막 여과조(610) 내의 용존산소 농도를 원하는 농도로 용이하게 조절할 수 있게 하였다.

도 1은 상기에서 설명한 막 여과조를 이용하여, A₂/O공정을 구성한 예시 도이다.

A₂/O공정은 하수처리의 고도처리 공법의 하나로서, 하수 중에 포함된 유기물은 물론 질소와 인을 동시에 생물학적 처리방법으로 제거하는 공법이며, 전 세계적으로 가장 널리 사용되고, 좋은 처리결과를 보이고 있다.

도 1은 본 발명의 표준적인 A₂/O공정을 예시한 것이며, 공정순서를 바꾸거나 일부 생략한 것 등의 수많은 변형은 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 간주하여야 한다.

도 1의 공정의 구성내용을 설명하면 다음과 같다.

전처리 단계(100)에서 유입된 하수 중에 포함된 협잡물과 모래를 제거한다.

제거된 협잡물과 모래는 일시 저장하였다가 외부로 반출처분한다.

협잡물과 모래가 제거된 하수는 유량 조정단계에서 유량 조정조에 유입되어 일정시간 체류하면서 유량 변동률이 적어지게 되고, 하수는 유입펌프에 의하여 다음 공정인 혐기 처리 단계(300)로 이송된다.

혐기 처리 단계에서는 탈기 처리 단계(700)에서 반송된 반송수 1(860)과 하수를 혐기조에서 균등하게 혼합하고, 일정시간 동안 혐기 상태로 체류시키면서 하수 중의 미생물이 생체내의 인을 방출하게 한다.

도 4는 혐기조의 구성을 예시한 것이며, 혐기조(310)에 하수와 반송수가 유입되고, 혐기조 교반기(320)의 작용에 의하여 하수와 반송수가 균등하게 혼합된다.

혐기조는 인 방출을 촉진하기 위하여 ORP(산화 환원 전위)값은 -300∼400mV로 유지되어야 하며 용존산소 농도는 0.1mg/L이하로 유지되어야 한다.

혐기 단계를 통과한 하수는 무산소 처리 단계(400)로 이송된다.

무산소 처리 단계에서는 무산소조(410)에 하수와 반송수 2(850)가 유입하여, 무산소조 교반기(320)의 작용에 의하여 균등하게 혼합된다.

무산소 처리 단계에서는 무산소 상태에서 탈질 세균의 탈질 작용으로 질산성 질소가 무기 질소로 전환되어 대기 중에 방출함으로써, 하수 중의 질소를 제거한다.

상기 혐기조와 무산소조는 상부를 밀폐하거나 덮개를 덮어서, 산소 또는 공기와의 접촉을 방지하는 것이 필요하다.

무산소 처리 단계를 통과한 하수는 호기 처리 단계(500)로 이송된다.

호기 처리 단계에서는 하수 중의 유기물을 분해하고, 암모니아성 질소를 질산성 질소로 전환하는 질산화를 일으키고, 상기 혐기 처리 단계(300)에서 인을 방출하였던 인 처리 미생물이 정상적인 인 흡수량보다 약 2∼6배의 더 많은 양의 인을 흡수하는 인 과량 흡수작용을 일으키며, 인을 과량으로 흡수한 미생물을 후속 단계인 탈기 처리 단계에서 잉여 슬러지로 배출함으로써, 하수 중의 인을 제거하게 된다.

호기 처리 단계는 질소와 인의 제거를 위한 고도처리 공정의 경우에 용존산소 농도를 2.0∼4.0mg/L로 유지하지만, 하수 중의 유기물 농도가 낮은 경우에는 질산화에 지장이 없는 한 낮게 유지해야하며, 1.5∼2.0mg/L 유지하는 것이 바람직하다.

호기 처리 단계에서 특히 유입 하수의 부하량이 적어서 산기장치에서 용존산소 농도를 유지하기 위한 공기량을 공급할 때 슬러지가 첨전되던지 완전 혼합조건이 되지 않는 경우에는, 제 5도와 같이 공기를 공급하기 위한 산기장치(530) 이외에도, 선택적으로 교반을 위한 호기조 교반기(520)를 설치할 수 있다.

호기 처리 단계를 통과한 하수는 막 여과 처리 단계(600)로 이송되어서, 도 6과 같이, 막 여과기(630)에서 상등수를 분리하고, 남은 하수는 탈기 처리 단계(700)로 이송한다.

막 여과 처리 단계에서는 상등수의 분리와 관련하여, 막 여과기의 세정이 중요한 사항이며, 세정 공기로 인하여 막 여과조(610) 내의 용존산소 농도가 적정치(1.5∼2.0mg/L)보다 높아지지 않도록 하여야 한다.

본 발명은 상기에서 전술한 것처럼, 막 세정 송풍기(620)에 순환가스와 외부 공기를 공급하는 비율을 조절하여 막 여과기를 효과적으로 세정하고, 막 여과조(610) 내의 용존산소 농도도 적정범위로 유지할 수 있게 하였다.(도 6 참조)

막 여과 처리 단계(600)에서 상등수를 분리하고 남은 하수는, 탈기 처리 단계(700)에서 일정시간 동안 공기 공급을 중단한 상태로 체류시켜서, 하수 중의 용존산소 농도를 0.5mg/L 이하로 낮추어서, 혐기 처리 단계(300)로 일부를 반송하고(860), 일부는 무산소 처리단계(400)로 반송한다(850).(반송은 하수와 활성 슬러지가 포함된 혼합액을 혐기 처리 단계 또는 무산소 처리 단계로 이송하는 것을 말하며, 반송된 하수는 "반송수"라 한다)

탈기 처리 단계에서, 처리 공정에서 필요로 하는 슬러지의 양보다 더 많아서 남는 슬러지는 잉여 슬러지로, 공정 외로 배출하여서 처분하여, 잉여 슬러지의 처분으로 인하여 하수 중의 인이 제거되는 것이다.

도시하지는 않았지만 탈기 처리 단계에서 슬러지의 침강을 방지하기 위한 교반기를 설치하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 과정을 반복하면서 하수를 처리한다.

도 2는 본 발명의 막 여과 호기조를 이용한 A₂/O공정의 예시도로서, 상기 도 1에서 예시한 공정에서 호기 처리 단계와 막 여과 처리 단계를 하나의 단계로 통합하여 막 여과 호기 처리 단계를 구성한 것이다.

본 공정의 협잡물 처리 단계(100) 및 유량 조절단계(200)는 상기에서 이미 설명한 것과 같으므로 설명을 생략한다.

혐기 처리 단계(300)에서는 탈기 처리 단계(700)에서 반송된 반송수 2(860)와 하수가 혐기조에서, 교반기의 작용으로 균등하게 혼합되면서, 일정시간 혐기 상태로 체류하면, 인 제거 미생물이 생체 내에 축적하였던 인을 방출한다.

혐기 처리 단계를 통과한 하수는 무산소 처리 단계(400)에서 혐기 처리 단계를 통과한 하수와 반송수 1(850)이 무산소조에서, 교반기의 작용으로 균등하게 혼합되면서, 일정시간 무산소 상태로 체류하면, 탈질 세균의 작용으로 하수 중의 질산성 질소가 무기 질소가스로 전환되어 대기중으로 방출되면서 질소가 제거된다.

무산소 처리 단계를 통과한 하수는 막 여과 호기 처리 단계(500B)로 이송된다.

도 7은 본 발명의 막 여과 호기 처리 단계(500B)의 호기조의 구성에 대한 예시도이다.

호기조(510)의 내부 물 속에 막 여과기(630)를 설치하고, 막 여과기의 하부에 막을 세정하기 위한 막 세정용 산기장치(640)를 설치하고 막 세정용 산기장치와 막 여과 호기조 송풍기(550)의 토출구 사이는 공기배관으로 연결하였다.

또한 호기조(510) 내의 하부 바닥 부근에는, 호기조에 공기를 공급하기 위한 산기장치(530)를 설치하고, 역시 막 여과 호기조 송풍기(550)의 토출구에 공기배관으로 연결하였다.

호기조(510)의 상부는 차단 덮개(650)를 설치하여, 호기조의 상부 공간을 대기와 차단하여 밀폐하였고, 상기 차단 덮개에는 통기 배관(670)을 설치하여, 대기와 통하게 하였다.

통기 배관은 호기조 상부의 공간에 부압 (-압력)이나 정압(+압력)이 발생하는 것을 방지하고, 포기 후에 남는 공기(순환가스)를 배기하기 위한 것이다.

차단 덮개(650)의 상부에서 막 여과 호기조 송풍기(550)의 흡입구까지는 가스 순환관(660)으로 연결하였고, 가스 순환관에는 순환 가스량 조절밸브(560)를 설치하였다.

막 여과 호기조 송풍기(550)를 가동하여 호기조에 공기를 공급하면, 공기는 산기장치(530)와 막 세정용 산기장치(640)에 공급되어서, 호기조 내부의 하수에 공기를 공급하여 용존산소 농도를 유지하고, 공기의 부상시 발생하는 세정작용을 이용하여 막 여과기의 막을 세정한다.

하수에 공기를 공급하고, 막 세정을 하고 난 후의 공기는 호기조의 상부 공간에 모이고, 이 공기 중에는 질소가 상대적으로 많고 산소가 상대적으로 적은 가스가 되는데, 이 가스의 일부를 가스 순환관(660)을 통하여, 막 여과 호기조 송풍기(550)로 순환시킨다.

막 여과 호기조 송풍기의 흡입구 쪽에는 대기중의 공기를 흡입하기 위한 공기 흡입배관을 설치하고, 흡입하는 공기량을 조절하기 위한 공기량 조절밸브를 설치하였다.

호기조 내의 용존산소 농도를 원하는 값으로 유지하기 위해서는 막 여과 호기조 송풍기(550)의 입구에 설치한 공기량 조절밸브(570)와 순환가스량 조절밸브(560)의 개도를 조절하여, 외부에서 흡입되는 공기량과 순환가스량의 비율을 조절하여, 원하는 용존산소 농도가 되도록 조절한다.

흡입되는 공기량과 순환가스량은 밸브의 개도를 조절하는데 따라 변화하지만, 막 여과 호기조 송풍기(550)에서 토출하는 공기량(공기와 순환가스의 혼합공기)은 일정하기 때문에, 하수의 유입부하가 적어서, 용존산소 농도를 적정하게 유지하는데 필요한 공기량이 감소하여, 외부에서 공급하는 공기량을 줄이더라도, 막 여과기를 세정하는 세정작용은 일정하게 유지된다.

제8도는 본 발명의 막 여과 호기 처리 단계에서, 호기조(510)의 물 속에 용존산소 농도계(10)와 자동 제어기(30) 및 순환가스량 자동 조절밸브(560a)와 공기량 자동 조절밸브(570a)를 설치하여, 호기조 내의 용존산소 농도를 설정한 값으로 유지하도록 자동적으로 제어하는 예를 표시한 것이다.

용존산소 농도계(10)에서 측정한 호기조 내의 용존산소 농도가 설정한 값보다 작으면, 자동제어기(30)는 공기량 조절밸브(570a)의 개도를 증가하여, 외부에서 흡입하는 공기량을 증가시키고, 호기조 내의 용존산소 농도가 설정한 값보다 크면, 자동제어기는 순환가스량 자동 조절밸브(560a)의 개도를 증가하고 공기량 자동 조절밸브(570a)의 개도를 감소시켜서 호기조 내의 용존산소 농도를 설정한 값으로 일정하게 유지한다.

제9도는 본 발명을 소규모 하수처리시설에 적용되는 호기조의 일 실시예이다.

소규모 하수처리시설이나 마을 하수도 같이 막 여과기(630)의 숫자가 1개 내지 2∼3개 정도로 작을 경우에는 호기조의 상부를 차단 덮개로 밀폐하는 것보다, 각각의 막 여과기(630)의 상부에 개별적으로 차단 덮개(650)를 설치하는 것이 더 경제적인 경우가 많다.

상기와 같은 경우에, 호기조(510)의 물속에 막 여과기(630)를 설치하고, 막 여과기의 하부에 막 세정용 산기장치(640)를 설치하고, 막 세정용 산기장치와 막 세정 송풍기(620)의 토출구 사이는 공기배관으로 연결하였다.

막 여과기마다 개별적으로 설치한 차단 덮개(650)의 상부에서, 막 세정 송풍기(620)의 입구 쪽까지는 가스 순환관(660)으로 연결하였고, 가스 순환관에는 순환가스량 조절밸브(680)를 설치하였고, 막 세정 송풍기(620)의 입구 쪽에는 대기중의 공기를 흡입하기 위한 흡입배관을 설치하고, 흡입공기량을 조절하기 위한 공기량 조절밸브(690)를 설치하였다.

또한 호기조(510)의 내부 바닥 부근에는 호기조의 포기를 위한 산기장치(530)을 설치하고, 산기장치와 막 여과 호기조 송풍기(550)의 토출구 사이는 공기배관으로 연결하였다.

용존산소 농도를 조절하기 위하여, 산기장치에 공급하는 공기량의 조절은 소음 방풍기(590)에서 일부 토출공기를 대기 중으로 방출하여서 조절하는 방법과 송풍기의 회전수를 제어하여 조절하는 방법을 사용할 수 있다.

막 여과기(630)를 세정하고, 용존산소 농도를 조절하기 위하여 순환가스량과 흡입공기량의 비율을 조절하는 방법은 상기에서 여러번 설명한 것과 같다.

도 3은 본 발명의 막 여과조를 이용한 하수 처리 공정의 예시 도로서 하기와 같이 구성하였다.

유입된 하수 중의 협잡물과 모래를 제거하는 전처리 단계(100);

하수를 일정시간 체류시키는 유량 조정단계(200);

하수와 반송수를 혼합하여, 혐기 상태에서 미생물 내의 인을 방출시키는 혐기 처리 단계(300);

낮은 용존산소 농도와 특정한 산화환원 전위 값으로 유지하여,하수 중의 유기물을 분해하고, 질소를 탈질하고, 미생물이 인을 과량흡수하게 하는 호기 탈질 처리 단계(500A);

하수의 용존산소 농도를 1∼2.0mg/L로 높게 유지하여, 미생물을 활성화 하고 일부 미처리된 암모니아성 질소를 질산성 질소로 전환하고, 상등수를 분리하는 막 여과 처리 단계(600);

하수 중의 용존산소 농도를 낮추기 위한 탈기 처리 단계(700);

반송펌프(800) 및 반송수(900)로 구성한 것을 특징으로 하는 부하변동에 대응이 용이한 침지식 막 생물 반응장치를 이용한 하수처리 방법을 제공한다.

전처리 단계(100) 및 유량 조정단계(200)는 상기에서 전술한 바와 같으며, 혐기 처리 단계(300)에서는 도 4와 같이 혐기조(310)에서 반송수(900)와 하수가 혼합되고 혐기 상태로 일정시간 체류하면서, 미생물 내부에 포함되었던 인을 방출하게 되고, 탈질 세균의 작용으로 반송수 중에 미량 포함되어 있는 질산성 질소가 질소 가스로 전환되어 탈질이 된다.

삭제

호기 탈질 처리 단계(500A)에서는 도 5와 같이 호기 탈질조(510a)의 내부 바닥 부근에 산기장치(530)를 설치하고, 호기 탈질용 교반기(520a)를 설치하였다.

산기장치와 호기용 송풍기(540)의 토출구는 공기배관으로 연결하였다.

호기 탈질조(510a)의 용존산소 농도는 호기용 송풍기의 공기공급량을 조절하여 0.3∼0.5mg/L로 비교적 낮게 유지하고, 산화환원 전위(ORP) 값은 수소 전극 기준으로 +330mV로 유지하면, 호기 탈질 세균의 작용으로 하수 중의 암모니아성 질소가 질산성 질소로 산화되면서, 동시에 질소가스로 전환되어 탈질이 일어난다.

또한 혐기 처리 단계에서 인을 방출하였던 미생물은 호기 상태에서 인을 과량으로 흡수하고, 호기 상태에서 유기물도 분해되어 처리된다.

막 여과 처리 단계(600)의 막 여과조는 도 6과 같이 구성하였고, 이 구성과 작용은 전술한 바와 같으나, 막 여과조(610)내의 용존산소 농도를 1.0∼2.0mg/L로 높게 유지하면서 일정시간 처리하여, 미생물의 활성도를 높이고, 질산화 세균의 작용으로 호기 탈질조(510a)에서 일부 질산화가 되지 않을 수도 있는 암모니아성 질소를 질산성 질소로 산화한다.

또한 막 여과 처리 단계에서, 막 여과기(630)에서 하수와 상등수를 분리한다.

호기 탈질의 장점은 소요 공기량이 적고, 이론적으로는 pH, ORP, HRT등의 운전조건을 이상적으로 유지하면 100％의 탈질이 가능한 것이다.

탈기 처리 단계(700)에서는 하수를 일정시간 동안 공기공급을 중단하여, 하수의 용존산소 농도를 0.5mg/L이하로 낮게 유지하여 연결 공정인 혐기 처리 단계의 처리 효과를 높인다.

탈기 처리 단계에서 잉여 슬러지를 제거함으로써, 하수 중의 인을 제거하게 된다.

10: 용존산소 농도계
30: 자동제어기
40: 제어신호선
100: 전처리 단계
200: 유량 조정 단계
300: 혐기 처리 단계
310: 혐기조
320: 혐기조 교반기
400: 무산소 처리 단계
410: 무산소조
420: 무산소조 교반기
500: 호기 처리 단계
510: 호기조
510a: 호기 탈질조
520: 호기조 교반기
530: 산기장치
540: 호기용 송풍기
550: 막 여과 호기조 송풍기
560: 순환가스량 조절밸브
560a: 순환가스량 자동 조절밸브
570: 공기량 조절밸브
570a: 공기량 자동 조절밸브
590: 소음 방풍기
500A: 호기 탈질 처리 단계
500B: 막 여과 호기 처리 단계
600: 막 여과단계
610: 막 여과조
620: 막 세정 송풍기
630: 막 여과기
640: 막 세정용 산기장치
650: 차단 덮개
660: 가스 순환관
670: 통기 배관
680: 순환가스량 조절밸브
690: 공기량 조절밸브
700: 탈기조
800: 반송펌프
850: 반송수 2
860: 반송수 1
900: 반송수

Claims

삭제
하수처리공정에 있어서 호기조(510) 또는 막 여과조(610)에 침지식으로 설치하여 상등수를 분리하는 막 여과기(630)와; 막 여과기의 하부에 설치하여 막 여과기의 막을 세정하기 위한 막 세정용 산기장치(640)와 세정 후의 공기(가스)를 수집하기 위해 각각의 막 여과기(630)의 상부에 설치되는 차단 덮개(650)와; 차단 덮개와 막 세정 송풍기(620)의 입구를 연결하는 가스 순환관(660)과 막 세정용 산기장치와 막 세정 송풍기의 토출구를 연결하는 공기배관과 순환 가스량 조절밸브(680)와 공기량 조절밸브(690)를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하 변동에 대응이 용이한 침지식 막 생물 반응장치.
하수 중의 모래 및 협잡물을 제거하는 전처리 단계(100);
유입 하수를 일정시간 저류하고, 후속 공정으로 하수를 균등하게 이송하는 유량 조정단계(200);
유입 하수와 탈기조에서 반송한 반송수를 혼합하여, 혐기조에서 일정시간 체류하면서, 슬러지 중의 미생물이 흡수하고 있던 인을 방출하는 혐기 처리 단계(300);
혐기 처리 단계를 통과한 하수와 탈기조에서 반송한 반송수를 혼합하여, 무산소조에서 일정시간 체류하면서, 탈질 세균의 탈질 작용으로 질소를 제거하는 무산소 처리 단계(400);
무산소 처리 단계를 통과한 하수에 공기를 공급하여, 호기조에서 일정시간 체류하면서, 호기성 조건에서 유기물을 산화하고 질산화를 일으키는 호기 처리 단계(500);
막 여과조(610) 내에 위치한 침지식 막 여과기(630)의 하부에 설치한 막 세정용 산기장치(640)에 막 세정 송풍기(620)에서 이송한 공기를 분사하고, 부상하는 공기의 세정작용을 이용하여 침지식 막 여과기의 막 표면을 세정하고, 막 여과조(610)의 상부에 설치한 차단 덮개(650)에서, 세정한 후에 상승하는 공기(가스)를 포집하여, 이 가스의 일부 또는 전부를 막 세정 송풍기의 입구로 순환시키면서 막 여과기를 세정하고, 순환가스량과 공기량의 비율을 조절하여, 막 여과조의 용존산소 농도도 조절하고, 침지식 막 여과기를 이용하여, 호기 처리 단계를 통과한 하수에서 상등수를 분리하는 막 여과 처리 단계(600);
막 여과 처리 단계를 통과한 하수에 공기공급을 중단하고 일정시간 체류시켜서 하수 중의 용존산소 농도를 낮추고, 잉여 슬러지를 배출하는 탈기 처리 단계(700); 및
탈기 처리 단계의 하수를 혐기 처리 단계와 무산소 처리 단계로 반송하도록 구성한 것을 특징으로 하는, 부하변동에 대응이 용이한 침지식 막 생물 반응장치를 이용한 하수처리 방법.
하수 중의 모래 및 협잡물을 제거하는 전처리 단계(100);
유입 하수를 일정시간 저류하고, 후속 공정으로 하수를 균등하게 이송하는 유량 조정단계(200);
유입 하수와 탈기조에서 반송한 반송수를 혼합하여, 혐기조에서 일정시간 체류하면서, 슬러지 중의 미생물이 흡수하고 있던 인을 방출하는 혐기 처리 단계(300);
혐기 처리 단계를 통과한 하수와 탈기조에서 반송한 반송수를 혼합하여, 무산소조에서 일정시간 체류하면서, 탈질 세균의 탈질 작용으로 질소를 제거하는 무산소 처리 단계(400);
상부에 차단 덮개(650)를 설치한 호기조(510)의 내부에 침지식 막 여과기(630)를 설치하고, 막 여과기의 하부에 설치한 막 세정용 산기장치(640)서 막 여과 호기조 송풍기(550)에서 이송한 공기를 분사하고, 부상하는 공기의 세정작용을 이용하여 침지식 막 여과기의 막 표면을 세정하고, 세정한 후에 상승하는 공기(가스)의 일부 또는 전부를 막 여과 호기조 송풍기의 입구로 순환시키면서 막 여과기를 세정하고, 호기조의 하부 바닥 부근에 설치한 산기장치(530)에서, 막 여과 호기조 송풍기에서 이송한 공기를 분사하고, 막 여과 호기조 송풍기로 유입하는 순환가스량과 공기량의 비율을 조절하여, 막 여과조의 용존산소 농도를 조절하고, 침지식 막 여과기를 이용하여, 호기 처리 한 하수에서 상등수를 분리하는 막 여과 호기 처리 단계(500B);
막 여과 호기 처리 단계를 통과한 하수에 공기공급을 중단하고 일정시간 체류시켜서 하수 중의 용존산소 농도를 낮추고, 잉여 슬러지를 배출하는 탈기 처리 단계(700); 및
탈기 처리 단계의 하수를 혐기 처리 단계와 무산소 처리 단계로 반송하도록 구성한 것을 특징으로 하는, 부하변동에 대응이 용이한 침지식 막 생물 반응장치를 이용한 하수처리 방법.
유입된 하수 중의 협잡물과 모래를 제거하는 전처리 단계(100);
하수를 일정시간 체류시키는 유량 조정 단계(200);
하수와 반송수를 혼합하여, 혐기 상태에서 미생물 내의 인을 방출시키는 혐기 처리 단계(300);
낮은 용존산소 농도와 특정한 산화환원 전위 값으로 유지하여,하수 중의 유기물을 분해하고, 질소를 탈질 하고, 미생물이 인을 과량흡수하게 하는 호기 탈질 처리 단계(500A);
막 여과조(610) 내에 위치한 침지식 막 여과기(630)의 하부에 설치한 막 세정용 산기장치(640)에 막 세정 송풍기(620)에서 이송한 공기를 분사하고, 부상하는 공기의 세정작용을 이용하여 침지식 막 여과기의 막 표면을 세정하고, 막 여과조(610)의 상부에 설치한 차단 덮개(650)에서, 세정한 후에 상승하는 공기(가스)를 포집하여, 이 가스의 일부 또는 전부를 막 세정 송풍기의 입구로 순환시키면서 막 여과기를 세정하고, 순환가스량과 공기량의 비율을 조절하여, 막 여과조의 용존산소 농도를 조절하되, 하수의 용존산소 농도를 1∼2.0mg/L로 높게 유지하여, 미생물의 활성을 높이고 일부 미처리된 암모니아성 질소를 질산성 질소로 전환하고, 침지식 막 여과기를 이용하여, 하수에서 상등수를 분리하는 막 여과 처리 단계(600);
하수 중의 용존산소 농도를 낮추고, 잉여 슬러지를 배출하기 위한 탈기 처리 단계(700);
혐기 처리 단계로 반송수(900)를 이송하기 위한 반송펌프(800)로 구성한 것을 특징으로 하는 부하변동에 대응이 용이한 침지식 막 생물 반응장치를 이용한 하수처리 방법.
청구항 4항에 있어서, 호기조 내에 용존산소 농도계(10)를 설치하고, 용존산소 농도를 수신하여, 용존산소 농도가 설정한 용존 농도값과 일치하도록 순환가스량 자동조절밸브와 공기량 자동 조절밸브를 제어하는 자동 제어기(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하변동에 대응이 용이한 침지식 막 생물 반응장치를 이용한 하수처리 방법.
청구항 3항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 차단 덮개(650)를 각각의 막 여과기(630)의 상부에 설치한 것을 특징으로 하는 부하변동에 대응이 용이한 침지식 막 생물 반응장치를 이용한 하수처리 방법.