KR101190472B1 - 순환교반기를 가진 무 배관 막 여과 생물반응조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하수처리장에서 사용하는 막 여과 생물반응 조에 관한 기술이다.
본 발명의 목적은 막 여과 생물 반응 조에서 순환교반기로 하수의 순환이송과 탈기 조의 교반을 하고, 혐기조와 무산소 조 입구부의 면적 비를 조정하여 혐기조와 무산소 조에 유입하는 하수량을 조절하여, 저에너지 소비로 고도처리가 효과적으로 일어나는 막 여과 생물 반응 조를 개시하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 순환교반기가 설치된 탈기조, 혐기조, 무산소 조, 호기조 및 막 여과조를 서로 인접하여 설치하고, 각 반응 조는 개구부를 통하여 연결되게 하고, 혐기 와 무산소 조 유입구의 면적 비를 조정하여 혐기 조와 무산소 조로 이송되는 하수량을 조절하게 하였다.
본 발명은 간단한 구조, 저에너지 소비, 고도의 질소 제거를 할 수 있어 경제적이고, 방류수질 향상으로 물 재이용률을 높이고, 방류 수역의 수질보전, 수변 문화의 활용도를 증가시키는 효과가 있다.

Description

순환교반기를 가진 무 배관 막 여과 생물반응조{A none piping membrane bioreactor with circulation-agitater}
본 발명은 하수처리장 또는 폐수처리장에 사용하는 막 여과 생물반응 조에 관한 기술이다.
하수처리장 또는 폐수처리장에서, 방류수의 수질 규제 강화, 방류수 재이용 의무화, 수변 문화의 발전에 따른 청정수질의 수요로 인하여, 막(membrane) 여과를 이용한 생물학적 고도처리의 수요는 계속 증가하고 있다.
하수처리에서 막(membrane)은 주로 정밀여과 막(MF)과 한외여과 막(UF)이 사용되고, 재이용의 정도에 따라서는 후단에 역삼투막을 사용하는 경우도 있다.
막을 사용한 하수처리수의 방류수는 SS, BOD등 법으로 규제하는 6개 항목의 수질 청정도가 높고, 법에서 규제하지는 않으나 인체에 접촉시 장관계통의 질환을 야기하지만, 염소소독으로는 제거가 잘 안 되는 지아디아 나 크립토스 폴리디움 같은 원생동물도 거의 다 제거되어서, 방류하천의 수역에서 수영이 가능할 정도로 방류수질이 양호하여 수변 활용도가 높아지고 수역의 생태를 보호한다.
그러나 막 여과 생물반응 조에서 통상의 방법으로 총 질소 제거율을 높이기 위해서는 다량의 반송 수가 필요하고, A2/O 공정의 경우 90%이상 제거하기 위해서는 유입하수량의 10배 이상의 반송 수가 필요하며, 다량의 반송 수를 반송배관으로 이송하는데 다량의 에너지가 필요하게 된다.
또한 생물 반응조에서 총인 및 총 질소를 제거하기 위하여 혐기 조와 무산소 조를 설치하고, 반송수의 용존산소 농도를 낮추기 위하여 탈기 조를 설치하는데, 탈기 조에는 슬러지의 침전을 방지하기 위한 교반기를 설치한다.
따라서 종래의 막 여과 생물 반응 조는 반송 배관과 반송 펌프, 탈기조 교반기를 설치하기 때문에 기계적으로 구조가 복잡하고, 반송을 위하여 다량의 에너지를 소지해야 하는 단점이 있었다.
본 발명의 해결하려는 과제는 탈기조에 순환 교반기를 설치하고, 생물 반응조의 각 각의 처리구조는 서로 연결하되, 개구부로 하수를 통과하게 하고, 무산소조와 혐기조의 입구 개구부 면적의 비율을 공정에서 필요로하는 반송유량 비율로 정하여, 총 질소 및 총 인의 제거율을 높이고, 반송수배관과 반송펌프, 탈기조 교반기의 기능을 1개의 순환교반기에 부여해서, 저에너지 소비 및 구조를 간단하게 한 경제적인 막 여과 생물반응 조를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 유량조정 조를 가진 하수처리시설에서,
탈기 조에 연결하여 설치하고,혐기조 유입구(8)를 통하여 유입된 하수를 혐기 상태로 유지하며, 반송 수 중의 미생물이 인을 방출하게 하는 혐기 조(3);
탈기 조와 혐기 조에 연결되게 설치하고, 무산소 조 유입구(9)와 혐기조 유출구(10)를 통하여 유입된 하수를 무산소 상태를 유지하며 탈질 작용으로 질소를 제거하는 무산소 조(4);
무산소 조와 연결하여 설치하고, 호기 조 유입구( 11)를 통하여 유입된 하수를 호기 상태로 유지하며, 질산화 및 유기물을 분해,제거하는 호기 조(5);
호기조 와 탈기 조에 연결되게 설치하고, 그 내부에 막 여과기를 설치하여 막 여과 조 유입구(12)를 통하여 유입된 하수에서 상등 수를 여과하는 막 여과조(6);
막 여과조에서 이송된 하수와 유입 하수의 일부를 혼합하여 용존 산소농도를 낮추기 위한 순환교반기(7)를 설치한 탈기 조(2);
막 여과조와 탈기 조를 구분하는 벽을 관통하여 설치하고, 탈기 조의 슬러지가 침전되지 않게 교반하고, 동시에 막 여과조의 하수를 탈기 조로 이송하는 순환 교반기(7); 및
상기 혐기 조와 무산소 조의 생물처리 공정에 필요한 반송수량의 비율과 같게 개구부 면적을 정한 혐기조 유입구(8)와 무산소 조 유입구(9)를 포함하는 것을 특징으로 하는 순환교반기를 가진 무 배관 막 여과 생물반응 조를 개시한다.
본 발명은 구조가 간단하고, 반송수 이송에 소비되는 에너지의 양이 작고, 기계장치도 간단하기 때문에 시공과 운전이 용이하고 경제적이며, 반송비율을 높여서 총 질소 제거율을 높일 수 있어서 방류수질을 개선하고, 방류 수역의 보전과 이용가치를 높이는 효과가 있다.
제1도는 본 발명의 순환교반기를 가진 무 배관 막 여과 생물반응 조로 A2/O공정을 구성한 실시 예의 평면도.
제2도는 본 발명의 순환교반기를 가진 무 배관 막 여과 생물반응 조로 A2/O공정을 구성한 실시 예의 기계설치를 나타낸 평면도.
제3도는 본 발명의 순환교반기를 가진 무 배관 막 여과 생물반응 조에서 혐기 조와 무산소 조 및 막 여과 호기 조로 고도처리공정을 구성한 실시 예를 나타낸 평면도.
제4도는 본 발명의 순환교반기를 가진 무 배관 막 여과 생물반응 조에서 혐기조와 호기 조 또는 호기 탈질조, 막 여과조로 고도처리 공정을 구성한 실시 예를 나타내는 평면도.
제5도는 본 발명의 순환교반기를 가진 무 배관 막 여과 생물반응 조에서 혐기조와 호기조 또는 호기 탈질 조 및 막 여과조로 고도처리 공정을 구성한 것을 나타낸 평면도.
제6도는 본 발명의 순환교반기를 가진 무 배관 막 여과 생물반응 조에서 혐기조 와 호기조 또는 호기 탈질 조 및 막 여과조로 고도처리 공정을 구성한 것의 기계설치를 나타낸 평면도.
제7도는 본 발명의 순환교반기를 가진 무 배관 막 여과 생물반응 조에서 혐기조와 막 여과 호기 조로 고도처리 공정을 구성한 것을 나타낸 평면도.
제8도는 본 발명의 순환교반기의 주조 예를 나타낸 구성도.
제1도와 같이 4각 모양의 평면모양을 가지고 일정한 깊이를 가진 용기모양의 반응 조를 설치하되, 제1도와 같이 유입 하수를 일정기간(예를 들면 8~10시간) 저장하고 교반하는 유량조정 조(1)를 설치한다.
유량 조정 조에 저장된 하수는 유량 조정조 펌프(가)로 양수하여 일부는 탈기 조(2)로, 일부는 혐기조 이송한다.
탈기 조에는 막 여과조(5)와의 경계를 이루는 벽을 관통하도록 순환교반기(7)를 설치하여 순환교반기의 작용으로 막 여과조의 하수(슬러지를 포함한 혼합액)를 탈기조로 이송하여, 유량 조정 조에서 이송된 유입 하수와 함께 교반하여서, 균일한 농도가 되게 혼합하고, 미생물의 호흡작용으로 하수 중의 용존 산소를 0~0.5mg/L범위로 낮춘다.
탈기조의 크기는 유입하수량에 대하여 통상 15~30분 용량이 바람직하고, 탈기 조(2)에서 용존 산소 농도가 낮아진 하수는 혐기 조 유입구(8)을 통하여 혐기 조로 이송된다.
동시에 탈기 조의 하수는 무산소 조 유입구(9)를 통하여 무산소 조(4)로 이송된다.
혐기 조와 무산소 조로 이송되는 하수의 양은 총 질소제거율에 의하여 정해지는데 예를 들어 총 질소 제거율을 90%이상으로 설계하였다면, 하수의 반송비율은 다음의 수학식 1과 같이 정한다.
수학식 1
Figure 112010504035440-pat00010
여기서, Nr : 질소 제거율(%)
R : 반송비( 반송유량/ 유입하수량)
상기 수학식 1에 반송비 10을 대입하면 질소 제거율은 10/11이되어서, 90.9%가 되고, 만약 질소 제거율을 더 높이려면 상기 수학식 1에 더 큰 반송비를 대입하여 계산하면 필요한 반송비를 구할 수 있다.
본 발명에서는 위의 예에서와 같이 높은 반송비로 하수를 반송하더라도, 하수가 통과하는 각각의 개구부의 면적을 크게 해서 통과 유속을 줄임으로써, 반송에 필요한 동력을 최소화할 수 있으므로, 경제적으로 높은 질소 제거율을 달성할 수 있다.
상기 예에서 반송비가 10일 때, 혐기조에는 반송비 1의 유량을 이송하고, 무산소 조에는 반송비 9의 유량을 이송하면 되므로, 혐기조 유입구(8)와 무산소 조 유입구(9)의 면적 비는 1:9로 정하면 된다.
혐기 조(3)에서 1~2.0시간 동안 체류하면서 하수 중의 미생물이 혐기 상태에서 미생물 체내의 인을 방출한다.
혐기 조에서 하수 중의 C/P비(유기물/인 비율)는 40 이상이 가장 바람직하다. C/P비가 현저히 낮으면 인 방출량이 저하되어 생물학적으로 인 제거율이 낮아질수 있으므로, 필요한 경우에는 인위적으로 메탄올 등의 유기물을 첨가해야 한다.
혐기 조(3)를 통과한 하수는 무산소 조(4)로 이송되고, 무산소 조에서 탈기 조에 이송된 하수와 혼합되고 2~3시간 체류하면서 무산소 상태에서 탈질 세균의 작용으로 질산(NO3)이 질소가스로 분해되어 탈질 된다.
무산소 조를 통과한 하수는 호기 조(5)로 이송되어, 용존 산소가 충분한 호기 상태에서 4~8시간 체류하면서, 유기물을 분해하여 제거하고, 인 제거 미생물의 과잉인흡수가 일어난다.
호기 조를 통과한 하수는 막 여과조(6)로 이송되어, 막 여과조에 설치한 막 여과기(다)에서 상등 수를 여과하여 흡입펌프(도시하지 않음)를 통하여 소독조(13) 또는 방류 유량계(14)로 이송하여 방류하거나 재이용 시설로 이송한다.
막 여과조를 통과한 하수는 상기 순환교반기(7)의 작용으로 탈기 조(2)로 이송되고, 이런 과정이 반복되면서 하수의 고도처리가 이루어진다.
상기 순환교반기는 제8도와 같이 막 여과조(6)와 탈기 조(2)의 중간 벽을 관통하도록 흡입노즐(7-3)을 수평으로 설치하고, 흡입노즐은 혼합순환 관(7-2)의 내부 중간에 위치하도록 구성한다.
혼합순환 관(7-2)의 입구는 나팔모양으로 하여 하수의 흐름이 원활하게 하고, 한쪽 끝에는 프로펠러 형 펌프(7-1)를 고정할 수 있도록 한다.
프로펠러 형 펌프(7-1)는 탈기 조의 완전혼합조건을 위한 교반 능력과 필요한 반송수를 이송할 수 있도록 용량을 정한다.
혼합순환 관(7-2)은 탈기 조의 하부구조물 바닥에 고정하고, 프로펠러 형 펌프(7-1)은 탈기 조 외부에서 설치와 분리가능한 형식으로 하되, 그 상세한 구조는 이미 공지의 사항이므로 여기서는 자세한 설명과 도시를 생략한다.
제3도는 상기 제1도의 구성에서 호기 조(5)와 막 여과조(6)를 하나로 통합하여 막 여과 호기 조(50)로 대치한 것으로, 작용 및 효과는 상기 제1도의 예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
제5도는 상기 제1도의 구성에서 무산소 조(4)를 생략한 것으로서, 질소 제거율은 양호하지만 인 제거 기능에는 문제가 생길 수 있어, 경우에 따라서는 별도로 응집제를 이용한 화학적인 (P)인 제거시설을 설치할 필요가 있으나 구조물이 간단하여, 유입 하수의 인 농도가 낮은 경우에 사용되는 경우가 있다.
제5도의 다른 용도로는 탈기조, 혐기조, 호기 탈질조(5A)와 막 여과조로 고도처리 공정을 구성하는 것이다.
호기 탈질 조는 호기 조와 형상 구조가 같으나 다만 MLSS농도를 높게 유지하고, 용존 산소 농도를 0.2~0.5mg/L로 낮게 유지하고, ORP 값을 백금전극 사용기준으로 +125mV로 제어를 하면, 하수 중의 질소가 탈질이 된다.
호기탈질에 관여하는 미생물로는 nitrosomonas(아질산균속)와 종속영양세균인 acaligenes 및 thiopharera pantotropha가 알려져 있다.
호기탈질의 반응식은 다음의 반응식 2와 같다.
반응식 2
NH4-N +1.26NO2 +0.1CO2+1.42H = 1.12N2 +0.020C5H7O2N+2.64H2O
호기탈질은 상기 설명한 바와 같이 용존 산소농도가 낮은 범위에서 운전되므로, 저에너지처리가 가능하고, 반응식2에 표시된 것처럼 질소 제거율이 이론적으로는 100% 제거가 가능하고, 실제 시설에서도 95%이상의 효과를 나타내고 있는 효과적인 고도처리 방법이다.
제7도는 제5도의 구성에서 호기 조(5)와 막 여과조(6)를 막 여과 호기 조 하나로 통합한 것으로 상기 제5도의 경우와 작용, 효과가 같으므로 상세한 설명은 생략한다.
1 유량 조정 조
2 탈기 조
3 혐기 조
4 무산소 조
5 호기 조
5A 호기탈질조
6 막 여과조
7 순환교반기
8 혐기 조 유입구
9 무산소 조 유입구
10 혐기 조 유출구
11 호기 조 유 입구
12 막 여과조 유입구
13 소독조
14 방류유량계
15 막 약품 세정 조
50 막 여과 호기 조

Claims (5)

  1. 유량조정 조를 가진 하수처리시설에서,
    탈기 조에 연결하여 설치하고,혐기조 유입구(8)를 통하여 유입된 하수를 혐기 상태로 유지하며, 반송 수 중의 미생물이 인을 방출하게 하는 혐기조(3);
    탈기 조와 혐기 조에 연결되게 설치하고, 무산소 조 유입구(9)와 혐기조 유출구(10)를 통하여 유입된 하수를 무산소 상태를 유지하며 탈질 작용으로 질소를 제거 하는 무산소 조(4);
    무산소 조와 연결하여 설치하고, 호기 조 유입구( 11)를 통하여 유입된 하수를 호기 상태로 유지하며, 질산화 및 유기물을 분해,제거하는 호기 조(5);
    호기조 와 탈기 조에 연결되게 설치하고, 그 내부에 막 여과기를 설치하여 막 여과 조 유입구(12)를 통하여 유입된 하수에서 상등 수를 여과하는 막 여과조(6);
    순환교반기(7)를 설치한 막 여과조에서 이송된 하수와 유입 하수의 일부를 혼합하여 용존 산소농도를 낮추기 위한 탈기 조(2);
    막 여과조와 탈기 조를 구분하는 벽을 관통하여 설치하고, 탈기 조의 슬러지가 침전되지 않게 교반하고, 동시에 막 여과조의 하수를 탈기 조로 이송하는 순환 교반기(7); 및
    상기 혐기 조와 무산소 조의 생물처리 공정에 필요한 반송수량의 비율과 같게 개구부 면적을 정한 혐기 조 유입구(8)와 무산소 조 유입구(9)를 포함하는 것을 특징으로 하는 순환교반기를 가진 무 배관 막 여과 생물반응 조.
  2. 청구항 1에 있어서, 호기 조 와 막 여과조를 하나로 통합한 막 여과 호기 조(50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 순환교반기를 가진 무 배관 막 여과 생물반응 조.
  3. 유량조정 조를 가진 하수처리시설에서,
    탈기 조에 연결하여 설치하고,혐기조 유입구(8)를 통하여 유입된 하수를 혐기 상태로 유지하며, 반송 수 중의 미생물이 인을 방출하게 하고 탈질 작용을 하는 혐기조(3);
    혐기조와 연결하여 설치하고, 호기 조 유입구( 11)를 통하여 유입된 하수를 호기 상태로 유지하며, 질산화 및 유기물을 분해,제거하는 호기 조(5) 또는 용존산소를 낮게 유지하고 ORP를 특정범위로 제어하여 탈질 및 유기물을 분해,제거하는 호기탈질조(5A);
    호기 조 또는 호기탈질 조와 탈기 조에 연결되게 설치하고, 그 내부에 막 여과기를 설치하여 막 여과 조 유입구(12)를 통하여 유입된 하수에서 상등 수를 여과하는 막 여과조(6);
    순환교반기(7)를 설치한 막 여과조에서 이송된 하수와 유입 하수의 일부를 혼합하여 용존 산소농도를 낮추기 위한 탈기 조(2);
    막 여과조와 탈기 조를 구분하는 벽을 관통하여 설치하고, 탈기조의 슬러지가 침전되지 않게 교반하고, 동시에 막 여과조의 하수를 탈기 조로 이송하는 순환교반기(7); 및
    상기 혐기조와 무산소 조의 생물처리 공정에 필요한 반송수량의 비율과 같게 개구부 면적을 정한 혐기조 유입구(8)와 무산소 조 유입구(9)를 포함하는 것을 특징으로 하는 순환교반기를 가진 무 배관 막 여과 생물반응 조.
  4. 청구항 3에 있어서, 호기 조와 막 여과 호기 조를 하나로 통합한 막 여과 호기조를 포함하는 것을 특징으로 하는 순환교반기를 가진 무 배관 막 여과 생물반응 조.
  5. 청구항 1에 있어서, 순환교반기(7)는 막 여과조와 탈기조를 관통하게 설치한 흡입노즐(7-3), 탈기조 내의 하수와 막 여과조의 하수를 이송, 순환시키는 작용을 하는 혼합 순환관(7-2), 하수를 이송하는 프로펠러 형 펌프(7-1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 순환교반기를 가진 무 배관 막 여과 생물반응 조.
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