KR101286044B1 - 하폐수 고도처리장치 및 이를 이용한 하폐수 고도처리방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하폐수 고도 처리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 침사지를 거쳐 흘러들어 오는 유입수를 1차적으로 침전 처리하는 1차 침전조의 후단에 설치되며, 상기 1차 침전조로부터 처리된 1차 처리수가 유입되는 유입수측, 삼투압차에 의한 정삼투 현상으로 상기 1차 처리수 중 물만 통과시키는 분리막 및 상기 분리막을 경계로 삼투압차를 유발하는 유도용액이 유입되는 유도용액측으로 이루어진 정삼투 모듈; 상기 정삼투 모듈의 유도용액측으로부터 유출되는 묽어진 유도용액으로부터 유도용액과 물을 분리하고, 분리된 유도용액은 다시 상기 정삼투 모듈의 유도용액측에 공급하고, 분리된 물은 외부로 배출하는 유도용액 분리장치; 및 상기 정삼투 모듈의 유입수측으로부터 유출되는 농축된 1차 처리수로부터 암모니아를 제거하기 위한 암모니아 제거장치를 포함하는 하폐수 고도처리장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 하폐수를 저에너지 공정으로 처리하는 고도처리장치 기술에 관한 것이다.
현재 우리나라에서 활용되고 있는 활성슬러지 고도처리공정은 우리나라의 경우 계절별 수질변동이 심하고 질소 및 인 제거에 필요한 유기물의 비인 C/N 비가 낮아 개발공법의 효율적 운영에 다소 어려움이 있으며 중소규모 시설이 많다. 특히, 외국에서 개발된 기술을 국내에 도입하여 적용하는 경우, 설계인자의 변경 등 기술적인 검토가 사전에 충분히 이루어져야 하는 문제점이 있다.
이러한 이유에서 하폐수를 정화하거나 해수를 담수화하는 수처리 공정에 있어서, 최근 막 여과를 이용한 막분리 공정이 주목을 받고 있다. 막분리 공정은 물리적 기작에 의해 오염원수(Feed) 속의 오염물질과 순수한 물(Purified Water)을 분리하는 방법이다. 이러한 물리적 기작을 통해 기존 하수고도처리 방식의 문제를 해결하고자 중력침전에 의한 고액분리를 막분리로 치환하는 연구가 진행되어 왔는데, 이러한 방식들을 활성슬러지 막분리공정 또는 막결합형 활성슬러지 공정 이라고도 하며, 또한 활성슬러지법에 국한되지 않고 일반적인 생물반응조와 막분리공정을 결합시킨 것을 총칭하여 분리막 생물반응기(MBR: membrane bio-reactor)라 부른다.
MBR 공정에 적용할 수 있는 막분리 기술은 분리할 미립자나 분자의 크기에 따라, 여과, 정밀여과(microfiltration), 한외여과(ultrafiltration), 나노여과(nanofiltration), 역삼투여과(reverse osmosis)로 크게 나뉘어진다. 이러한 막분리 공정의 경우, 공정 운용시 각각의 막에 최적화된 압력을 가하여 운용이 이루어지게 된다.
MBR 공정은 여과방식에 따라 교차 흐름방식(Cross-flow) MBR 공정과 침지형(Submerged) MBR 공정으로 나뉘어지는데, 이러한 MBR 공법들은 기존 활성슬러지 공정에 비해 많은 장점을 지니고 있다. 기존 활성슬러지법에 비해 미생물 농도를 3 ~ 4배 높게 유지하는 것이 가능하므로 폭기조의 용량이 감소하고 유기물 분해에 효과적이며, 부유고형물을 100% 제거할 수 있어 슬러지의 침강성에 관계없이 안정적인 처리가 가능하다. 또한 슬러지 체류시간(SRT)의 극대화가 가능하여 질산화를 유도할 수 있으며, 잉여슬러지 발생량이 적어진다. 침전조가 필요 없고, 농축조 부피 또한 감소하므로 공정 규모 축소가 가능하며, 세균이나 바이러스의 제거가 가능하다.
반면, 상기의 MBR 공정은 여러 가지 단점들도 존재하는데, 교차흐름(Cross-flow)MBR 공정의 경우, 적용하는 시스템이 매우 복잡하며 고압으로 운전하기에 동력비 소모가 매우 크다. 고압으로 운전하기 때문에 막 표면에서의 오염강도가 상대적으로 크며, 이는 막세정이나 교환 등 유지관리비가 높아지는 원인이 된다. 침지형(Submerged) MBR 공정의 경우 고농도의 슬러지 운전이 어렵고, 머리카락 등 협잡물에 의한 막 엉킴 현상이 발생하게 되며, 중공사형(Hollow-fiber) 형태의 공정으로 운용할 경우, 분리막 및 모듈의 손상을 발생시킬 수 있다.
한편, 최근 물부족 현상, 에너지 소모에 따른 온실가스 증가 등에 따른 문제를 해결하기 위해 하수 재이용에 대한 연구가 활성화되어 있다. 하수 재이용이란 하수처리장에 유입되는 하수를 다양한 공법을 이용하여 처리한 후, 생활용수나 공업용수로 다시 사용하는 것을 말한다. 또한, 하수 처리에 발생하는 에너지를 저감하기 위하여 하수처리공정 중 하나인 혐기성 소화처리에서 발생하는 부산물인 바이오가스를 적극적으로 회수하여 사용할 수 있다. 하지만 우리나라의 경우, 계절별 수질 변동이 뚜렷하고, 유입농도가 낮은 우리나라의 특성상 기존의 처리 공정으로는 효율성이 낮으며, 혐기성 소화시 높은 질소의 농도에 의해 혐기성 미생물의 성장이 제한을 받아서 바이오가스의 수율이 낮은 문제가 있다.
본 발명은 기존의 하폐수 고도처리공정으로 사용되는 활성슬러지 처리 공정과 MBR 공정의 문제점을 해결하기 위해 도출한 것으로서, 오염원수(Feed)와 순수한 물(Purified Water)의 분리에 있어서 에너지 소모를 최소화할 수 있으며, 오염원수(Feed)에 의해 발생하는 막 오염 현상을 최소화할 수 있는 하폐수 고도처리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 하폐수 에너지의 재이용 측면에서, 혐기성 소화조의 효율을 높여 바이오가스의 회수율을 향상시키는데 그 목적이 있다.
본 발명은 하폐수 고도 처리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 침사지를 거쳐 흘러들어 오는 유입수를 1차적으로 침전 처리하는 1차 침전조의 후단에 설치되며, 상기 1차 침전조로부터 처리된 1차 처리수가 유입되는 유입수측, 삼투압차에 의한 정삼투 현상으로 상기 1차 처리수 중 물만 통과시키는 분리막 및 상기 분리막을 경계로 삼투압차를 유발하는 유도용액이 유입되는 유도용액측으로 이루어진 정삼투 모듈; 상기 정삼투 모듈의 유도용액측으로부터 유출되는 묽어진 유도용액으로부터 유도용액과 물을 분리하고, 분리된 유도용액은 다시 상기 정삼투 모듈의 유도용액측에 공급하고, 분리된 물은 외부로 배출하는 유도용액 분리장치; 및 상기 정삼투 모듈의 유입수측으로부터 유출되는 농축된 1차 처리수로부터 암모니아를 제거하기 위한 암모니아 제거장치를 포함하는 하폐수 고도처리장치에 관한 것이다.
본 발명에서 상기 정삼투 모듈의 유도용액측에 유입되는 유도용액은 특별히 종류가 제한되는 것은 아니며, 유입수측에 유입되는 1차 처리수 보다 높은 삼투압을 유발할 수 있는 것이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다. 예를 들면, 자성입자를 유도용질로 포함하는 유도용액일 수 있으며, 염화나트륨(NaCl), 질산나트륨(NaNO3), 질산칼륨(KNO3), 염화마그네슘(MgCl2), 염화칼슘(CaCl2), 탄산수소암모늄((NH4)HCO3), 이산화황(SO2), 지방족 알콜(aliphatic alcohols), 황산알루미늄(Al2(SO4)3), 글루코스(glucose) 및 프록토스(fructose)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 유도용질로 포함하는 유도용액일 수 있다.
본 발명에서 상기 유도용액 분리장치는 상기 정삼투 모듈의 유도용액측으로부터 유출되는 묽어진 유도용액으로부터 유도용액과 물을 분리할 수 있는 장치라면 어떠한 것이라도 가능하다. 예를 들면, 상기 정삼투 모듈의 유도용액이 자성입자를 유도용질로 포함하는 경우에는 유도용액 분리장치로 자성을 유발하여 자성입자를 분리할 수 있는 자성분리장치를 사용할 수 있으며, 상기 정삼투 모듈의 유도용액이 염화나트륨(NaCl), 질산나트륨(NaNO3), 질산칼륨(KNO3), 염화마그네슘(MgCl2), 염화칼슘(CaCl2), 탄산수소암모늄((NH4)HCO3), 이산화황(SO2), 지방족 알콜(aliphatic alcohols), 황산알루미늄(Al2(SO4)3), 글루코스(glucose) 및 프록토스(fructose)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 유도용질로 포함하는 경우에는 유도용액 분리장치로 역삼투여과 장치(reverse osmosis), 막증류 장치(membrane distillation), 나노여과 장치(nanofiltration) 또는 한외여과 장치(ultrafiltration) 등을 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 암모니아 제거장치는 상기 정삼투 모듈의 유입수측으로부터 유출되는 농축된 1차 처리수로부터 암모니아를 제거할 수 있는 장치라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하며, 예를 들면 제올라이트(zeolite), 활성탄(active carbon) 등과 같은 흡착제를 사용하여 수중의 암모니아를 흡착 제거하는 장치일 수 있다.
본 발명에 따른 하폐수 고도처리장치에서 상기 암모니아 제거장치의 후단에는 순차적으로 농축조 및 혐기성 소화조를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 침사지를 거쳐 흘러들어 오는 유입수를 1차 침전조에 의해 1차적으로 침전 처리하는 단계; 상기 1차 침전조로부터 처리된 1차 처리수를 상기 1차 침전조의 후단에 설치된 정삼투 모듈을 통한 정삼투 현상에 의해 1차 처리수에 포함된 BOD(생물학적 산소 요구량, Biological Oxygen Demand), SS(부유 고형물, Suspended Solid), 질소(N), 인(P), 대장균 및 용존성 오염물질을 처리하는 단계; 유도용액 분리장치에 의해 상기 정삼투 모듈의 유도용액측으로부터 유출되는 묽어진 유도용액으로부터 유도용액과 물을 분리한 후 분리된 유도용액은 다시 상기 정삼투 모듈의 유도용액측에 공급하고, 분리된 물은 외부로 배출하는 단계; 상기 정삼투 모듈의 유입수측으로부터 유출되는 농축된 1차 처리수를 암모니아 제거장치에 의해 암모니아를 제거한 후 농축조로 이송하는 단계; 및 상기 농축조를 통해 농축된 슬러지를 혐기성 소화조로 공급하여 바이오 가스를 발생시키고, 잔류 슬러지를 탈수기에 이송하여 탈수 처리하는 단계를 포함하는 하폐수 고도처리방법에 관한 것이다.
본 발명의 정삼투압 막 분리 공정을 이용한 하폐수 고도처리장치에 의하면, 자연적으로 발생하는 삼투압을 이용하므로 기존의 막 분리 공정을 이용한 하폐수 고도처리장치와는 달리 분리시에 사용되는 막에 압력을 가할 필요가 없으며, 막에 압력을 가하지 않기 때문에 공정에 소모되는 에너지를 현저히 줄일 수 있다. 또한, 유입되는 오염원수에 의해 발생하는 막 오염 정도가 심하지 않아, 막 엉킴 현상도 발생하지 않으므로, 막 오염 제어가 용이한 장점이 있다. 또한, 기존의 막 분리 공정을 이용한 하폐수 고도처리장치와는 달리 인위적인 압력을 가하지 않기 때문에 공정에 사용되는 막(Membrane)과 막 모듈(Module)에 적용되는 부하도 매우 적어서 막이나 모듈의 손상에 대한 염려도 현저히 줄어드는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 하폐수 고도처리장치는 암모니아 제거장치를 통해 혐기성 소화조에 공급되는 슬러지의 암모니아 함량을 최소화할 수 있으며, 이에 의해 암모니아에 취약한 혐기성 미생물의 활성을 최대화할 수 있어, 혐기성 소화조의 소화 효율을 극대화할 수 있고, 결과적으로 재생 에너지 활용 측면에서 메탄(CH4)과 같은 바이오 가스의 회수율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하폐수 고도처리장치의 구성도를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 하폐수 고도 처리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 침사지를 거쳐 흘러들어 오는 유입수를 1차적으로 침전 처리하는 1차 침전조의 후단에 설치되며, 상기 1차 침전조로부터 처리된 1차 처리수가 유입되는 유입수측, 삼투압차에 의한 정삼투 현상으로 상기 1차 처리수 중 물만 통과시키는 분리막 및 상기 분리막을 경계로 삼투압차를 유발하는 유도용액이 유입되는 유도용액측으로 이루어진 정삼투 모듈; 상기 정삼투 모듈의 유도용액측으로부터 유출되는 묽어진 유도용액으로부터 유도용액과 물을 분리하고, 분리된 유도용액은 다시 상기 정삼투 모듈의 유도용액측에 공급하고, 분리된 물은 외부로 배출하는 유도용액 분리장치; 및 상기 정삼투 모듈의 유입수측으로부터 유출되는 농축된 1차 처리수로부터 암모니아를 제거하기 위한 암모니아 제거장치를 포함하는 하폐수 고도처리장치에 관한 것이다.
본 발명에 상기 정삼투 모듈은 유입수측, 분리막 및 유도용액측으로 구성되어 있으며, 상기 유입수측은 1차 침전조를 거친 1차 처리수가 정삼투 모듈로 유입되는 공간에 해당하며, 상기 유도용액측은 삼투압을 유발하기 위한 유도용액이 상기 정삼투 모듈로 유입되는 공간에 해당하고, 상기 분리막은 정삼투식 수처리 시스템에 사용되는 막(membrane)으로서, 정삼투식 수처리 시스템에 있어서 분리막은 막을 통해 유입수측으로부터 유도용액측으로 물의 유입이 잘 되게 할 필요가 있으므로, 상기 분리막은 삼투방향으로의 높은 수투과성을 가지는 친수성 막을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 일반적으로 정삼투 모듈에 사용되는 분리막은 CA(cellulose acetate)막과 PA(Polyamide)막 또는 TFC(thin film composite) 재질로 이루어져 있으며, 염(salt)을 배제하는 활성층 막과 활성층 막을 지지하는 지지층으로 구성된다. 정삼투 모듈에 사용되는 분리막으로 현재 상용화되어 사용되고 있는 것으로는 미국의 Hydration Technology Inc. (HTI)에 의해 개발된 CTA(cellulose triacetate) 재질의 분리막이 있다.
본 발명에서 상기 정삼투 모듈의 유도용액측에 유입되는 유도용액은 특별히 종류가 제한되는 것은 아니며, 유입수측에 유입되는 1차 처리수 보다 높은 삼투압을 유발할 수 있는 것이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다. 예를 들면, 자성입자를 유도용질로 포함하는 유도용액일 수 있으며, 염화나트륨(NaCl), 질산나트륨(NaNO3), 질산칼륨(KNO3), 염화마그네슘(MgCl2), 염화칼슘(CaCl2), 탄산수소암모늄((NH4)HCO3), 이산화황(SO2), 지방족 알콜(aliphatic alcohols), 황산알루미늄(Al2(SO4)3), 글루코스(glucose) 및 프록토스(fructose)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 유도용질로 포함하는 유도용액일 수 있다. 상기 자성입자는 강자성을 띠는 입자로서, 일반적으로 산화철(Fe2O3, Fe3O4), Ferrite(Fe3O4에서 Fe 하나가 다른 자성관련 원자로 바뀐 형태, ex: CoFe2O4, MnFe2O4)), 합금(자성원자들로 인해 나타나는 산화문제, 전도성 및 안정성을 높이기 위해 귀금속과 합금 시킨것, ex: FePt, CoPt 등), 자성입자의 분산성 및 친수성을 향상시키기 위해 산화철 입자에 친수성 물질을 코팅한 코어-쉘(core-shell) 구조의 자성입자(ex: Fe3O4에 Citrate를 코팅한 코어-쉘 구조의 자성 입자) 등이 있으며, 본 발명에서는 자성입자의 종류가 특별히 한정되지 않으며, 어떠한 자성입자라도 무방하다. 또한, 본 발명에서 상기 자성입자는 특별히 입자 크기가 한정되는 것은 아니며, 자성나노입자(magnetic nano particle)와 같이 나노 사이즈이거나 마이크로 사이즈의 입자 등 어떠한 크기의 자성입자라도 무방하다.
본 발명에서 상기 유도용액 분리장치는 상기 정삼투 모듈의 유도용액측으로부터 유출되는 묽어진 유도용액으로부터 유도용액과 물을 분리할 수 있는 장치라면 어떠한 것이라도 가능하다. 예를 들면, 상기 정삼투 모듈의 유도용액이 자성입자를 유도용질로 포함하는 경우에는 유도용액 분리장치로 자성을 유발하여 자성입자를 분리할 수 있는 자성분리장치를 사용할 수 있으며, 상기 정삼투 모듈의 유도용액이 염화나트륨(NaCl), 질산나트륨(NaNO3), 질산칼륨(KNO3), 염화마그네슘(MgCl2), 염화칼슘(CaCl2), 탄산수소암모늄((NH4)HCO3), 이산화황(SO2), 지방족 알콜(aliphatic alcohols), 황산알루미늄(Al2(SO4)3), 글루코스(glucose) 및 프록토스(fructose)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 유도용질로 포함하는 경우에는 유도용액 분리장치로 역삼투여과 장치(reverse osmosis), 막증류 장치(membrane distillation), 나노여과 장치(nanofiltration) 또는 한외여과 장치(ultrafiltration) 등을 사용할 수 있다.
종래의 활성슬러지 막 분리 공정 또는 분리막 생물반응기(MBR)를 이용하는 하폐수 고도처리장치는 분리 시에 일정한 압력을 가하기 때문에 분리를 위해 과다한 에너지 소모가 발생하나, 본 발명의 정삼투압 막 분리 공정을 이용한 하폐수 고도처리장치의 경우, 자연적으로 발생하는 삼투압을 이용하므로 기존의 막 분리 공정을 이용한 하폐수 고도처리장치와는 달리 분리시에 사용되는 막에 압력을 가할 필요가 없으며, 막에 압력을 가하지 않기 때문에 공정에 소모되는 에너지를 현저히 줄일 수 있다. 또한, 유입되는 오염원수(1차 처리수)에 의해 발생하는 막 오염 정도가 심하지 않아, 막 엉킴 현상도 발생하지 않으므로, 막 오염 제어가 용이한 장점이 있다. 또한, 기존의 막 분리 공정을 이용한 하폐수 고도처리장치와는 달리 인위적인 압력을 가하지 않기 때문에 공정에 사용되는 막(Membrane)과 막 모듈(Module)에 적용되는 부하도 매우 적어서 막이나 모듈의 손상에 대한 염려도 현저히 줄어든다. 또한, 유도용액(Draw Solution)의 종류와 농도를 선택적으로 적용하여 고농도 슬러지에서도 순수한 물(Purified water)을 분리해 낼 수 있다.
본 발명에서 상기 암모니아 제거장치는 상기 정삼투 모듈의 유입수측으로부터 유출되는 농축된 1차 처리수로부터 암모니아를 제거할 수 있는 장치라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하며, 예를 들면 제올라이트(zeolite), 활성탄(active carbon) 등과 같은 흡착제를 사용하여 수중의 암모니아를 흡착 제거하는 장치일 수 있다. 본 발명에서는 상기의 암모니아 제거장치를 통해 혐기성 소화조에 공급되는 슬러지의 암모니아 함량을 최소화할 수 있으며, 이에 의해 암모니아에 취약한 혐기성 미생물의 활성을 최대화할 수 있어, 혐기성 소화조의 소화 효율을 극대화할 수 있다.
본 발명에 따른 하폐수 고도처리장치에서 상기 암모니아 제거장치의 후단에는 순차적으로 농축조 및 혐기성 소화조를 더 포함할 수 있다. 상기 농축조는 상기 암모니아 제거장치를 거친 농축된 1차 처리수를 후단에 위치한 혐기성 소화조에 보내기에 앞서 혐기성 소화조의 소화 효율을 향상시키기 위해 한층 더 농축하여 농축 슬러지를 형성하는 장치로서, 통상적으로 하폐수 고도처리에 사용되는 농축조라면 어떠한 것이라도 무방하다. 본 발명에서 농축조를 이용하여 슬러지를 농축시킬 경우, 혐기성 미생물의 양분이 되는 유기물의 농도가 높아져, 혐기성 소화조에서의 소화 효율을 향상 시킬 수 있고, 소화 과정이 안정적으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 혐기성 소화조는 상기 농축조를 거쳐 유입되는 농축 슬러지에 대해 혐기성 미생물을 이용하여 슬러지 내 유기물을 메탄(CH4)과 이산화탄소(CO2)로 분해하는 장치로서, 통상적으로 하폐수 고도처리에 사용되는 혐기성 소화조라면 어떠한 것이라도 무방하다. 특히, 본 발명의 경우, 상기한 바와 같이 농축 슬러지의 암모니아를 최소화할 수 있기 때문에, 혐기성 미생물의 활성을 높일 수 있어 혐기성 소화조의 소화 효율을 향상시킬 수 있다.
상기의 혐기성 소화조를 통해 농축 슬러지를 처리하는 과정에서 발생하는 바이오 가스인 메탄(CH4)은 별도의 회수 장치에 의해 회수하여 본 발명의 하폐수 고도처리 장치의 에너지원으로 재활용하는 등 재생 에너지로서 활용할 수 있다. 특히, 본 발명은 농축 슬러지 내 암모니아를 최소화할 수 있기 때문에, 혐기성 소화조 내에서의 소화 효율을 향상시킬 수 있으며, 이에 의해 바이오 가스인 메탄(CH4)의 회수율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 하폐수 고도처리방법은 침사지를 거쳐 흘러들어 오는 유입수를 1차 침전조에 의해 1차적으로 침전 처리하는 단계; 상기 1차 침전조로부터 처리된 1차 처리수를 상기 1차 침전조의 후단에 설치된 정삼투 모듈을 통한 정삼투 현상에 의해 1차 처리수에 포함된 BOD(생물학적 산소 요구량, Biological Oxygen Demand), SS(부유 고형물, Suspended Solid), 질소(N), 인(P), 대장균 및 용존성 오염물질을 처리하는 단계; 유도용액 분리장치에 의해 상기 정삼투 모듈의 유도용액측으로부터 유출되는 묽어진 유도용액으로부터 유도용액과 물을 분리한 후 분리된 유도용액은 다시 상기 정삼투 모듈의 유도용액측에 공급하고, 분리된 물은 외부로 배출하는 단계; 상기 정삼투 모듈의 유입수측으로부터 유출되는 농축된 1차 처리수를 암모니아 제거장치에 의해 암모니아를 제거한 후 농축조로 이송하는 단계; 및 상기 농축조를 통해 농축된 슬러지를 혐기성 소화조로 공급하여 바이오 가스를 발생시키고, 잔류 슬러지를 탈수기에 이송하여 탈수 처리하는 단계를 포함한다.
이하에서는 도면을 통해 본 발명의 실시예를 설명하도록 한다.
하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 일 예에 지나지 않으며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하폐수 고도처리장치의 구성도를 나타낸 것이다. 도 1에 의하면, 본 발명의 하폐수 고도처리장치는 침사지(100), 1차 침전조(200), 정삼투모듈(300), 유도용액 분리장치(400), 암모니아 흡착 제거장치(500), 농축조(600), 혐기성 소화조(700) 및 탈수기(800)로 구성되어 있다.
도 1에 의하면, 유입되는 하폐수는 최초로 침사지(100)를 통과하는데, 상기 침사지(100)에서는 유입되는 하폐수 중 비중이 커 물 속에 가라앉은 돌, 모래 등이나 비중이 작아 물 위에 뜨는 플라스틱 병 등 비교적 부피가 큰 무질을 최초로 걸러내게 된다.
상기 침사지(100)를 거친 하폐수는 1차 침전조(200)로 이송되며, 1차 침전조(200)에서는 침전에 의해 유입된 하폐수 중 물 보다 비중이 무거운 물질(슬러지)층과 가벼운 물질(부유물질)이 제거된다.
상기 1차 침전조(200)를 통과한 1차 처리수는 정삼투 모듈(300)의 유입수측(310)으로 이송되며, 상기 유입수측(310)으로 이송된 1차 처리수는 유도용액측(330)에 유입된 고농도의 유도용액에 의해 유발되는 분리막(320) 간의 삼투압차에 의해 별도의 외부 압력 없이 유입수측(310)의 1차 처리수 내의 물이 분리막(320)을 통해 이동하게 된다. 상기 유입수측(310)으로부터 물이 분리막(320)을 통과하여 유도용액측(330)으로 이동하게 되면, 유도용액측(330)의 유도용액은 유입된 물에 의해 묽어지게 되고, 묽어진 유도용액은 유도용액 분리장치(400)로 이송되게 된다. 유도용액 분리장치(400)로 유입된 상기 묽어진 유도용액은 유도용액 분리장치(400)에 의해 유도용질를 회수하게 되고, 회수된 유도용질은 다시 농축된 유도용액 상태로 정삼투 모듈(300)의 유도용액측(330)으로 공급되고, 나머지 깨끗한 물은 외부로 최종적으로 배출되게 된다.
한편, 상기 정삼투 모듈(300)의 유입수측(310)으로부터 배출되는 농축된 1차 처리수는 암모니아 흡착 제거장치(500)로 이송되어, 수중에 포함된 암모니아(NH3)를 최대한으로 제거하게 된다. 상기의 농축된 1차 처리수 내의 암모니아를 충분히 제거함으로써 암모니아에 취약한 혐기성 미생물의 활성을 향상시킬 수 있어 혐기성 소화조(700)의 소화 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 암모니아 흡착 제거장치(500)를 통해 처리된 농축 1차 처리수는 혐기성 소화조(700)에 바로 이송되기에 앞서 농축조(600)에 이송되어 혐기성 소화조(700)의 소화 효율을 향상시키기 위해 농축 슬러리를 형성하게 되며, 농축조(600)를 거친 농축 슬러리는 혐기성 소화조(700)로 이송되어, 혐기성 미생물에 의해 농축 슬러지 내 유기물이 메탄(CH4)과 이산화탄소(CO2)로 분해되고, 이때 발생한 메탄(CH4)은 별도의 회수장치(도 1에는 미도시)에 의해 회수하여 재생 에너지로서 활용할 수 있다. 혐기성 소화조(700)를 거쳐 잔류하게 되는 잔류물은 탈수기(800)로 이송되어 탈수된 후 최종적으로 폐기 처분된다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 상기의 상세한 설명보다는 후술할 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 침사지 200 : 1차 침전조
300 : 정삼투 모듈 310 : 유입수측
320 : 분리막 330 : 유도용액측
400 : 유도용액 분리장치 500 : 암모니아 흡착 제거장치
600 : 농축조 700 : 혐기성 소화조
800 : 탈수기
300 : 정삼투 모듈 310 : 유입수측
320 : 분리막 330 : 유도용액측
400 : 유도용액 분리장치 500 : 암모니아 흡착 제거장치
600 : 농축조 700 : 혐기성 소화조
800 : 탈수기
Claims (8)
- 하폐수 고도 처리 장치에 있어서,
침사지를 거쳐 흘러들어 오는 유입수를 1차적으로 침전 처리하는 1차 침전조의 후단에 설치되며, 상기 1차 침전조로부터 처리된 1차 처리수가 유입되는 유입수측, 삼투압차에 의한 정삼투 현상으로 상기 1차 처리수 중 물만 통과시키는 분리막 및 상기 분리막을 경계로 삼투압차를 유발하는 유도용액이 유입되는 유도용액측으로 이루어진 정삼투 모듈;
상기 정삼투 모듈의 유도용액측으로부터 유출되는 묽어진 유도용액으로부터 유도용액과 물을 분리하고, 분리된 유도용액은 다시 상기 정삼투 모듈의 유도용액측에 공급하고, 분리된 물은 외부로 배출하는 유도용액 분리장치; 및
상기 정삼투 모듈의 유입수측으로부터 유출되는 농축된 1차 처리수로부터 암모니아를 제거하기 위한 암모니아 제거장치를 포함하는 하폐수 고도처리장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 정삼투 모듈의 유도용액측에 유입되는 유도용액은 자성입자를 유도용질로 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수 고도처리장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 정삼투 모듈의 유도용액측에 유입되는 유도용액은 염화나트륨(NaCl), 질산나트륨(NaNO3), 질산칼륨(KNO3), 염화마그네슘(MgCl2), 염화칼슘(CaCl2), 탄산수소암모늄((NH4)HCO3), 이산화황(SO2), 지방족 알콜(aliphatic alcohols), 황산알루미늄(Al2(SO4)3), 글루코스(glucose) 및 프록토스(fructose)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 유도용질로 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수 고도처리장치.
- 제 2항에 있어서,
상기 유도용액 분리장치는 자성분리장치인 것을 특징으로 하는 하폐수 고도처리장치.
- 제 3항에 있어서,
상기 유도용액 분리장치는 역삼투여과 장치(reverse osmosis), 막증류 장치(membrane distillation), 나노여과 장치(nanofiltration) 및 한외여과 장치(ultrafiltration)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 하폐수 고도처리장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 암모니아 제거장치는 암모니아 흡착 제거장치인 것을 특징으로 하는 하폐수 고도처리장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 암모니아 제거장치의 후단에 순차적으로 농축조 및 혐기성 소화조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수 고도처리장치.
- 침사지를 거쳐 흘러들어 오는 유입수를 1차 침전조에 의해 1차적으로 침전 처리하는 단계;
상기 1차 침전조로부터 처리된 1차 처리수를 상기 1차 침전조의 후단에 설치된 정삼투 모듈을 통한 정삼투 현상에 의해 1차 처리수에 포함된 BOD(생물학적 산소 요구량, Biological Oxygen Demand), SS(부유 고형물, Suspended Solid), 질소(N), 인(P), 대장균 및 용존성 오염물질을 처리하는 단계;
유도용액 분리장치에 의해 상기 정삼투 모듈의 유도용액측으로부터 유출되는 묽어진 유도용액으로부터 유도용액과 물을 분리한 후 분리된 유도용액은 다시 상기 정삼투 모듈의 유도용액측에 공급하고, 분리된 물은 외부로 배출하는 단계;
상기 정삼투 모듈의 유입수측으로부터 유출되는 농축된 1차 처리수를 암모니아 제거장치에 의해 암모니아를 제거한 후 농축조로 이송하는 단계; 및
상기 농축조를 통해 농축된 슬러지를 혐기성 소화조로 공급하여 바이오 가스를 발생시키고, 잔류 슬러지를 탈수기에 이송하여 탈수 처리하는 단계를 포함하는 하폐수 고도처리방법.
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