KR101328008B1 - 막결합형 혐기하폐수처리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하폐수를 혐기처리하여 바이오가스를 생성시킴과 함께 분리막 표면의 오염을 효과적으로 억제할 수 있는 막결합형 혐기하폐수처리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 막결합형 혐기하폐수처리 장치는 하폐수를 혐기성소화함과 함께 하폐수 내의 오염물질을 여과, 제거하는 혐기생물반응조와, 상기 혐기생물반응조의 유출 하폐수를 대상으로, 분리막 모듈에 의한 하폐수 여과 및 하폐수의 혐기성소화 공간을 제공하는 혐기성 막분리조와, 상기 혐기성 막분리조 내에 구비되어 하폐수를 여과하는 침지형 분리막 모듈과, 상기 침지형 분리막 모듈의 양측부에 구비되며, 회전에 의해 하폐수의 난류를 유도하는 회전식 원판; 및 상기 혐기성 막분리조 내에 구비되며, 하폐수의 흐름에 따라 유동되어 분리막 모듈 표면의 오염물질을 탈착시키는 역할을 하는 제 2 유동성 여재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

막결합형 혐기하폐수처리 장치 및 방법{Apparatus and method for anaerobic wastewater treatment with membrane}
본 발명은 막결합형 혐기하폐수처리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하폐수를 혐기처리하여 바이오가스를 생성시킴과 함께 분리막 표면의 오염을 효과적으로 억제하며, 동시에 생물학적 처리와 막분리를 최적의 조건으로 효율적으로 수행할 수 있는 막결합형 혐기하폐수처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, 하수 및 폐수의 처리에 분리막 생물반응기(membrane bioreactor; MBR)가 많이 적용되고 있다. 분리막 생물반응기는 활성슬러지로 대표되는 생물학적 처리공정과 분리막을 결합하여 고효율로 하폐수를 처리하는 공정으로서 슬러지의 침전성에 상관없이 반응조 내의 미생물 농도를 높게 유지할 수 있어 시설이 컴팩트하고 고부하 운전이 가능하며 동시에 극히 우수한 처리수질을 얻을 수 있는 장점이 있다. 특히 컴팩트함과 에너지 효율성의 장점으로 폭기조 내에 직접 분리막을 침지하여 처리수를 흡인해내는 형태의 침지식 분리막 생물반응기가 많이 적용되고 있으며, 이러한 방법은 한국등록특허 제315968호, 한국특허공개 2000-0065883, 2000-0003714, 2002-0089255, 2003-0039038 등에 개시되어 있다.
이러한 침지식 분리막 생물반응기를 적용하는 경우 필연적으로 분리막 표면의 오염에 따른 분리막의 막힘현상이 발생하며, 이를 방지하기 위하여 폭기에 의한 난류 형성을 통하여 분리막의 막힘현상을 방지하게된다. 그러나 이 경우 생물학적 처리에 필요한 공기량보다 훨씬 많은 량의 폭기가 필요하며 그에 따른 과도한 에너지 소비 및 유지관리비가 매우 큰 것이 단점이다.
이러한 단점을 보완하기 위하여 문헌 <K. H. Ahn, K. G. Song, I. T. Yeom, K. Y. Park, (2001). "Performance comparison of direct membrane separation and membrane bioreactor for domestic wastewater treatment and water reuse," Water Science & Technology: Water Supply, 1(5-6), 315-323> 및 한국특허공개 2007-0075947에서는 회전원반 또는 프로펠러가 장착된 분리막 모듈을 이용하여 분리막의 막힘 현상을 억제하고자 하였다. 그러나 이러한 방법에서도 분리막의 막힘 현상을 억제하기 위해서는 효과적인 난류 형성을 위해서는 회전원반 또는 프로펠러의 회전속도를 빨리 해 주어야할 필요가 있으며 따라서 회전원반 또는 프로펠러의 회전을 위한 에너지 소비가 여전히 필요한 단점이 있다.
한편, 하폐수의 생물학적 처리는 일반적으로 산소를 공급하는 호기성처리가 주로 사용되고 있으나, 호기성 처리는 산소의 공급에 상당한 양의 에너지가 소요되는 단점이 있다. 이에 비하여, 혐기성 처리는 산소의 공급이 필요 없을 뿐만 아니라 바이오가스를 생성하여 이용가능한 재생에너지를 생산하는 장점을 가지고 있다. 그러나, 혐기성처리를 위해서는 상대적으로 성장속도가 느린 혐기성 미생물들을 반응조 내에 고농도로 유지하는 것이 중요하며, 이는 혐기성 미생물이 부착, 성장할 수 있는 여재를 공급하고 동시에 분리막 생물반응기를 이용한다면 해결 가능하다. 따라서 한국특허출원 2012-0114781에서는 이러한 혐기성 처리의 장점과 미생물 여재 및 분리막 생물반응기의 장점을 결합한 효율적인 혐기성 분리막 생물반응기를 제시하였다.
이러한 혐기성 분리막 생물반응기의 기본적인 조건은 혐기성 미생물을 이용하기 때문에 절대적인 혐기조건의 유지가 필수적이며 따라서 외부 공기와의 완벽한 차단이 혐기성 처리의 효율을 결정하는 중요한 요인 중 하나이다. 그러나 상기 한국특허출원 2012-0114781에 기재된 혐기성 분리막 생물반응기의 경우는 생물학적 처리를 담당하는 생물반응기와 처리된 물을 분리하는 막분리 장치가 하나의 반응조에 결합된 형태를 띠고 있어 막분리 장치 부분의 교체나 고장으로 인한 수리시 반응조 부분을 열어서 외부공기와 접촉이 가능한 상태에서 막분리 장치를 교체 또는 수리하여야 하기 때문에 혐기성 처리에서 매우 중요한 외부와의 완벽한 차단을 유지할 수 없어 혐기성 처리가 심각한 방해를 받게 되는 단점이 있다. 또한 이 경우 생물학적인 처리와 막분리를 위한 운전조건이 조화를 이루어야하지만 각각을 효율적으로 운전하기 위한 체류시간과 같은 운전조건이 다른 경우에는 생물학적 처리효율이 떨어지거나 막분리 효율이 떨어지는 등의 부조화 상태에 따른 효율적인 운전이 불가능할 수 있는 단점이 있다.
한국등록특허 제315968호 한국특허공개 제2000-0065883호 한국특허공개 제2000-0003714호 한국특허공개 제2002-0089255호 한국특허공개 제2003-0039038호 한국특허공개 제2007-0075947호 한국특허출원 제2012-0114781호
<K. H. Ahn, K. G. Song, I. T. Yeom, K. Y. Park, (2001). "Performance comparison of direct membrane separation and membrane bioreactor for domestic wastewater treatment and water reuse," Water Science & Technology: Water Supply, 1(5-6), 315-323>
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 하폐수를 혐기처리하여 바이오가스를 생성시킴과 함께 분리막 표면의 오염을 효과적으로 억제하며, 동시에 생물학적 처리와 막분리를 최적의 조건으로 효율적으로 수행할 수 있는 막결합형 혐기하폐수처리 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 막결합형 혐기하폐수처리 장치는 하폐수를 혐기성처리함과 함께 메탄가스를 생성하는 혐기생물반응조와, 상기 혐기생물반응조의 유출 하폐수를 대상으로, 분리막 모듈에 의한 하폐수 여과 및 하폐수의 추가적인 혐기성처리 공간을 제공하는 혐기성 막분리조와, 상기 혐기성 막분리조 내에 구비되어 하폐수를 여과하는 침지형 분리막 모듈과, 상기 침지형 분리막 모듈의 양측부에 구비되며, 회전에 의해 하폐수의 난류를 유도하는 회전식 원판 및 상기 혐기성 막분리조 내에 구비되며, 하폐수의 흐름에 따라 유동되어 분리막 모듈 표면의 오염물질을 탈착시키는 역할을 하는 제 2 유동성 여재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 혐기생물반응조 내에 복수의 제 1 유동성 여재가 구비되며, 상기 제 1 유동성 여재와 제 2 유동성 여재의 표면에 혐기성 미생물이 부착된다. 또한, 상기 혐기생물반응조는 하향류로 운전된다. 이와 함께, 상기 혐기생물반응조의 운전시 상기 제 1 유동성 여재의 부피가 20∼30% 팽창되도록 가압하여 하폐수를 공급할 수 있다.
상기 혐기생물반응조 내에 혐기성의 그래뉼형 슬러지 또는 슬러지 블랭킷이 구비되며, 상기 혐기생물반응조는 상향류로 운전될 수 있다. 또한, 상기 혐기생물반응조 내에 혐기성의 현탁성 슬러지가 구비되며, 상기 혐기생물반응조 내에 혼합을 위한 교반장치가 구비될 수 있다.
상기 제 1 유동성 여재 또는 제 2 유동성 여재는 다공성 표면을 갖는 유기성 고분자 소재로 이루어지며, 상기 유동성 여재는 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 중 어느 하나로 이루어지는 육면체 또는 구체이거나, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 중 어느 하나의 섬유사 다발로 뭉쳐진 구체인 것을 사용할 수 있다.
복수의 회전식 원판이 이격되어 구비되며, 회전식 원판들 사이의 공간에 분리막 모듈이 구비되는 구조를 이룰 수 있다.
본 발명에 따른 막결합형 혐기하폐수처리 방법은 혐기성 미생물이 구비된 혐기생물반응조 내에 하폐수가 유입되어, 하폐수의 혐기성처리 및 메탄가스 생성 과정이 진행되는 제 1 단계와, 상기 혐기생물반응조의 유출수가 침지형 분리막 모듈 및 제 2 유동성 여재가 구비된 혐기성 막분리조 내에 공급되는 제 2 단계와, 침지형 분리막 모듈에 의한 하폐수 여과가 진행됨과 함께 혐기성 막분리조 내에서의 추가적인 하폐수 혐기성처리 및 메탄가스 생성이 진행되는 제 3 단계를 포함하여 이루어지며, 상기 침지형 분리막 모듈의 양측부에 구비된 회전식 원판을 회전시켜, 난류 흐름의 하폐수 및 제 2 유동성 여재를 통해 분리막 모듈 표면의 오염물질을 제거하는 <오염물질 제거> 단계를 더 포함하며, 상기 <오염물질 제거> 단계는, 상기 제 3 단계의 진행 중에 적용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 막결합형 혐기하폐수처리 장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
호기조건 기반의 처리에 비하여 에너지 소모를 대폭적으로 줄일 수 있으며, 부가적으로 바이오가스의 생산이 가능하다. 또한, 회전식 원판 및 유동성 여재를 적용함으로써 침지형 분리막 모듈 표면의 오염을 효과적으로 저감시킬 수 있다. 특히, 주로 생물학적인 처리가 이루어지는 혐기생물반응조 부분과 주로 처리수의 여과가 이루어지는 혐기막분리조가 각각 분리되어 있어 분리막의 교체나 고장 수리시 혐기분리조만 개폐할 수 있어서 생물학적 처리가 이루어지는 혐기생물반응조는 절대 혐기조건을 유지할 수 있어 분리막의 교체나 고장 수리시에도 효율적인 혐기성 처리가 가능하며, 각각의 조별로 체류시간과 같은 운전조건을 분리하여 최적으로 관리할 수 있기 때문에 각각의 조별특성에 맞는 운전이 가능하여 전체적인 효율이 최적화 될 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 막결합형 혐기하폐수처리 장치의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기성 막분리조의 측단면도.
도 3은 제 2 유동성 여재의 적용 없이 회전식 원판의 회전속도에 따른 막차압 변화를 나타낸 것.
도 4는 회전식 원판의 회전속도 40 rpm에서 제 2 유동성 여재의 투입량(v/v) 에 따른 막차압 변화를 나타낸 것.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 막결합형 혐기하폐수처리 장치 및 방법을 상세히 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 막결합형 혐기하폐수처리 장치는 혐기생물반응조(110) 및 혐기성 막분리조(210)(anaerobic membrane bio-reactor)를 포함하여 구성된다.
상기 혐기생물반응조(110)는 하폐수를 혐기처리하여 메탄가스 등의 바이오가스를 생성함과 함께 하폐수 내의 오염물질을 처리하는 역할을 한다. 구체적으로, 상기 혐기생물반응조(110)는 원통 형태로 구성되어 혐기 상태로 운전되며, 내부에 복수의 제 1 유동성 여재(120)를 구비한다. 또한, 상기 혐기생물반응조(110)의 상부 및 하부에는 제 1 유동성 여재(120)의 이탈을 방지함과 함께 제 1 유동성 여재(120)의 순환, 팽창을 유도하는 배플(130)이 구비된다. 제 1 유동성 여재(120) 표면에는 혐기성 미생물이 부착되어 있어 하폐수의 혐기처리와 동시에 메탄가스가 생성된다.
상기 혐기생물반응조(110)의 상부 일측에는, 제 1 유동성 여재(120)의 혐기성 미생물에 의해 생성된 메탄가스 등의 바이오가스를 추출하기 위한 바이오가스 배관(도시하지 않음)이 구비되며, 추출된 바이오가스는 바이오가스 배관을 거쳐 제 1 바이오가스 저장탱크(140)에 저장된다. 이와 함께, 혐기생물반응조(110)의 수위를 감지하기 위한 수위감지 센서(150) 혐기생물반응조(110)의 일측에 구비된다.
하폐수는 상기 혐기생물반응조(110)의 상부로 유입되어 하향류로 하강되어 혐기생물조의 하부에서 유출수가 배출되며, 혐기생물반응조(110)의 유출수는 후술하는 혐기성 막분리조(210)로 공급된다. 혐기생물반응조(110)에 유입된 하폐수는 제 1 유동성 여재(120) 표면에 부착, 성장하는 혐기성 미생물에 의해 오염물질이 혐기처리되고 동시에 메탄가스 등의 바이오가스를 생성한다. 혐기생물반응조(110)의 하향류 운전시 일정 압력을 가압하여 제 1 유동성 여재(120)의 부피를 일정 수준으로 팽창시킴으로써 제 1 유동성 여재(120)의 표면적을 확장함과 함께 혐기성 미생물의 활성도를 증가시켜 오염물질의 처리효율 및 메탄가스 생성 효율을 증가시킬 수 있다. 제 1 유동성 여재(120)의 팽창은 최초 부피 대비 20∼30% 증가되도록 압력을 가하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제 1 유동성 여재(120)는 혐기생물반응조(110)의 전체 체적 대비 40∼60%의 제 1 유동성 여재(120)가 충전되도록 설계하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 혐기생물반응조(110)는 다양한 구성으로 실시할 수 있다. 상술한 설명에서, 혐기성 미생물이 부착된 제 1 유동성 여재(120)를 혐기생물반응조(110) 내에 구비시켜 하폐수의 혐기성처리가 가능하도록 구성하였으나, 혐기생물반응조(110) 내에 그래뉼형 슬러지 또는 슬러지 블랭킷을 구비시켜 하폐수를 혐기성처리할 수도 있다. 그래뉼형 슬러지 또는 슬러지 블랭킷을 이용하는 경우, 하폐수는 혐기생물반응조(110) 내에서 상향류로 공급된다. 또한, 혐기생물반응조(110) 내에 혐기성의 현탁성 슬러지를 구비시키는 것도 가능하며, 이 경우 혐기생물반응조(110) 내에 교반장치가 추가적으로 구비된다.
상기 혐기성 막분리조(210)는 분리막 모듈을 이용하여 하폐수를 여과함과 함께 하폐수를 추가적으로 혐기성처리하여 바이오가스의 생성을 유도하는 역할을 한다. 혐기 상태를 유지하기 위해 상기 혐기성 막분리조(210)는 외부 환경과 차단된 형태를 이루며, 산기관 등 기존의 MBR조에 구비되는 공기공급장치는 배제된다.
상기 혐기성 막분리조(210) 내에는 침지형 분리막 모듈(220)이 구비되며, 상기 침지형 분리막 모듈(220)은 하폐수의 총고형물(SS)을 제거하는 역할을 한다. 상기 침지형 분리막 모듈(220)의 양측부에는 회전식 원판(230)이 구비된다. 상기 회전식 원판(230)은 일측에 연결된 모터(271)에 의해 회전되며, 회전식 원판(230)의 회전은 하폐수의 난류를 유도하며 궁극적으로 분리막 모듈 표면에 부착되어 있는 오염물질을 탈착하거나 분리막 모듈 표면에 오염물질이 부착되는 것을 억제한다. 상기 회전식 원판(230)과 분리막 모듈 표면은 일정 거리 이격되어 위치되며, 상기 분리막 모듈 양측부에 구비되는 2개의 회전식 원판(230)은 샤프트(272)를 매개로 상기 모터(271)와 연결되어 상기 모터(271)의 구동에 의해 2개의 회전식 원판(230)이 동시에 회전된다. 다른 실시예로, 각각의 회전식 원판에 모터를 연결하여 각각의 회전식 원판을 독립적으로 구동하는 것도 가능하다. 한편, 회전식 원판(230)은 설치되는 분리막 모듈(220)의 숫자에 맞추어 분리막 모듈(220)을 사이에 두고 샤프트(272)에 연속적으로 설치될 수 있다. 즉, 복수의 회전식 원판(230)이 이격되어 구비되며, 회전식 원판(230)들 사이의 공간에 분리막 모듈(220)이 구비되는 구조를 이룰 수 있다.
상기 회전식 원판(230)의 회전을 통해 분리막 모듈의 오염을 억제할 수 있는데, 제 2 유동성 여재(240)를 부가하여 분리막 모듈의 오염 저감 효과를 보다 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 혐기성 막분리조(210) 내부에 일정한 단위 크기를 갖는 복수의 제 2 유동성 여재(240)를 구비시킨 상태에서, 상기 회전식 원판(230)의 회전에 의해 발생된 난류에 상기 제 2 유동성 여재(240)가 유동되도록 하여 제 2 유동성 여재(240)의 유동에 의한 오염물질의 탈착 및 제 2 유동성 여재(240)의 막 표면과의 접촉을 통한 오염물질 탈착의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 제 2 유동성 여재(240)는 다공성 재질로 이루어지며, 상기 제 2 유동성 여재(240)의 표면 및 공극에는 혐기성 미생물이 부착, 생장하여 혐기성 막분리조(210) 내의 오염물질 처리 및 메탄 등의 바이오가스 생성이 가능하게 된다. 특히, 제 2 유동성 여재(240) 표면 상의 혐기성 미생물에 의해 오염물질이 처리되고 혐기성 미생물의 농도를 고농도로 유지할 수 있음에 따라, 분리막 모듈(220)에 의하여 저지되어야 하는 부유성 물질의 농도가 현저히 낮아져 현탁성 미생물에 의해 처리가 이루어지는 기존의 막분리생물반응조에 대비하여 분리막 모듈(220)의 오염을 현격하게 줄일 수 있다.
이와 함께, 상기 제 2 유동성 여재(240)는 혐기성 미생물의 서식처 역할을 위하여 다공성의 형태이며, 분리막 표면과의 마찰시 분리막을 손상시키지 않는 부드러운 재질인 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 유기성 고분자 소재로 이루어지며, 여재의 직경은 1∼20mm의 육면체 또는 구체를 사용하거나, 상기 소재의 섬유사 다발을 뭉쳐 구체로 만든 것을 사용하는 것을 특징으로 한다. 전술한 제 1 유동성 여재(120) 역시 제 2 유동성 여재(240)와 동일 형상, 동일 재질로 구성할 수 있다.
상기 혐기성 막분리조(210)의 상부에는 상기 제 2 유동성 여재(240)가 분리막 모듈의 상단부 위치를 초과하여 상승되는 것을 방지하기 위한 배플(250)이 구비된다. 또한, 상기 혐기성 막분리조(210)의 상부 일측에는, 혐기성 막분리조(210) 내에서 혐기성 미생물에 의해 생성된 메탄가스 등의 바이오가스를 저장하기 위한 제 2 바이오가스 저장탱크(260)가 구비된다. 이와 함께, 혐기성 막분리조(210)의 수위를 감지하기 위한 수위감지 센서(280)가 혐기성 막분리조(210)의 일측에 구비된다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 막결합형 혐기하폐수처리 장치의 구성에 대해 설명하였다. 다음으로, 상기 막결합형 혐기하폐수처리 장치의 동작에 대해 설명하기로 한다.
하폐수가 혐기생물반응조(110)에 유입되면 하폐수의 혐기성처리 및 메탄생성 과정이 진행된다. 구체적으로, 혐기생물반응조(110)가 혐기 상태로 운전됨에 따라, 하폐수가 일정 시간 혐기생물반응조(110)에 체류하게 되면 제 1 유동성 여재(120) 표면에 부착된 혐기성 미생물은 하폐수와 반응하여 유기물을 분해하고 메탄가스를 생성한다. 혐기생물반응조(110)에서의 혐기성처리 및 메탄생성 과정을 진행함에 있어서, 혐기생물반응조(110)에 유입된 하폐수는 하향류로 이동되며 혐기성처리 및 메탄생성 효율을 극대화하기 위해 제 1 유동성 여재(120)의 부피가 20∼30% 팽창되도록 하폐수를 가압하여 공급한다.
전술한 바와 같이, 상기 혐기생물반응조(110)는 상술한 혐기성 미생물이 부착된 제 1 유동성 여재를 이용하는 방법 이외에, 그래뉼형 슬러지 또는 슬러지 블랭킷을 이용하는 방법, 혐기성의 현탁성 슬러지를 이용하는 방법도 가능하다.
상기 혐기생물반응조(110)의 하부로부터 배출되는 유출수는 상기 혐기성 막분리조(210)로 공급된다. 혐기생물반응조(110)의 유출수가 상기 혐기성 막분리조(210)로 공급되면, 상기 침지형 분리막 모듈(220)에 의한 여과 과정이 진행된다. 하폐수 내의 고형물질은 상기 침지형 분리막 모듈(220)에 의해 여과된다. 상기 여과 과정이 진행됨과 함께 상기 혐기성 막분리조(210) 내에서는 하폐수의 혐기성처리 과정이 진행된다. 전술한 바와 같이 혐기성 막분리조(210)는 공기 공급이 차단된 혐기 상태를 이룸에 따라, 혐기성 막분리조(210) 내에서 하폐수가 일정 시간 동안 체류하며, 제 2 유동성 여재(240) 표면에 부착된 혐기성 미생물과의 반응에 의해 유기물이 분해되고 메탄가스 등의 바이오가스가 생성되며, 생성된 바이오가스는 바이오가스 저장탱크로 이송된다.
상기 여과 과정이 진행되는 상태에서, 분리막 모듈 표면의 오염물질 제거 과정이 진행된다. 제 2 유동성 여재(240)가 혐기성 막분리조(210) 내에 채워진 상태에서, 분리막 모듈의 양측부에 구비된 상기 회전식 원판(230)을 회전시켜 하폐수의 난류를 통해 분리막 모듈 표면의 오염물질을 제거하고 이와 동시에 제 2 유동성 여재(240)를 통해 분리막 모듈 표면의 오염물질을 제거한다. 상기 회전식 원판(230)의 회전은 여과 과정이 진행되는 중에 동작되도록 할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 막결합형 혐기하폐수처리 장치를 동작함에 있어서 회전식 원판의 회전 및 제 2 유동성 여재에 의한 막차압(TMP, transmembrane pressure) 저감 효과를 살펴보기로 한다.
도 3은 제 2 유동성 여재의 적용 없이 회전식 원판의 회전속도에 따른 막차압 변화를 나타낸 것이고, 도 4는 회전식 원판의 회전속도를 40rpm으로 고정한 상태에서 제 2 유동성 여재의 투입량(v/v)을 0∼40%v/v로 조절한 경우의 막차압 변화를 나타낸 것이다.
도 4를 참고하면, 회전식 원판의 회전속도가 40rpm인 조건에서 0%v/v 인 경우, 즉 유동성 여재가 투입되지 않은 경우에 대비하여 10~40%v/v로 유동성 여재의 투입이 이루어진 경우의 막차압이 월등히 낮은 수준으로 유지되는 것을 볼 수 있는데, 이는 유동성 여재의 투입이 분리막 모듈의 오염저하에 중요한 역할을 하고 있음을 보여준다.
110 : 혐기생물반응조 120 : 제 1 유동성 여재
130 : 배플 140 : 제 2 바이오가스 저장탱크
150 : 수위감지 센서
210 : 혐기성 막분리조 220 : 침지형 분리막 모듈
230 : 회전식 원판 240 : 제 2 유동성 여재
250 : 배플 260 : 제 2 바이오가스 저장탱크
271 : 모터 272 : 샤프트
280 : 수위감지 센서

Claims (13)

  1. 하폐수를 혐기성처리함과 함께 메탄가스를 생성하는 혐기생물반응조;
    상기 혐기생물반응조의 유출 하폐수를 대상으로, 분리막 모듈에 의한 하폐수 여과 및 하폐수의 추가적인 혐기성처리 공간을 제공하는 혐기성 막분리조;
    상기 혐기성 막분리조 내에 구비되어 하폐수를 여과하는 침지형 분리막 모듈;
    상기 침지형 분리막 모듈의 양측부에 구비되며, 회전에 의해 하폐수의 난류를 유도하는 회전식 원판; 및
    상기 혐기성 막분리조 내에 구비되며, 하폐수의 흐름에 따라 유동되어 분리막 모듈 표면의 오염물질을 탈착시키는 역할을 하는 제 2 유동성 여재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 막결합형 혐기하폐수처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 혐기생물반응조 내에 복수의 제 1 유동성 여재가 구비되며, 상기 제 1 유동성 여재와 제 2 유동성 여재의 표면에 혐기성 미생물이 부착된 것을 특징으로 하는 막결합형 혐기하폐수처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 혐기생물반응조는 하향류로 운전되는 것을 특징으로 하는 막결합형 혐기하폐수처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 혐기생물반응조의 운전시 상기 제 1 유동성 여재의 부피가 20∼30% 팽창되도록 가압하여 하폐수를 공급하는 것을 특징으로 하는 막결합형 혐기하폐수처리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 혐기생물반응조 내에 혐기성의 그래뉼형 슬러지 또는 슬러지 블랭킷이 구비되며, 상기 혐기생물반응조는 상향류로 운전되는 것을 특징으로 하는 막결합형 혐기하폐수처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 혐기생물반응조 내에 혐기성의 현탁성 슬러지가 구비되며, 상기 혐기생물반응조 내에 혼합을 위한 교반장치가 구비되는 것을 특징으로 하는 막결합형 혐기하폐수처리 장치.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 유동성 여재 또는 제 2 유동성 여재는 다공성 표면을 갖는 유기성 고분자 소재로 이루어지며,
    상기 유동성 여재는 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 중 어느 하나로 이루어지는 육면체 또는 구체이거나, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 중 어느 하나의 섬유사 다발로 뭉쳐진 구체인 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 막결합형 혐기하폐수처리 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 복수의 회전식 원판이 이격되어 구비되며, 회전식 원판들 사이의 공간에 분리막 모듈이 구비되는 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 막결합형 혐기하폐수처리 장치.
  9. 혐기성 미생물이 구비된 혐기생물반응조 내에 하폐수가 유입되어, 하폐수의 혐기성처리 및 메탄가스 생성 과정이 진행되는 제 1 단계;
    상기 혐기생물반응조의 유출수가 침지형 분리막 모듈 및 제 2 유동성 여재가 구비된 혐기성 막분리조 내에 공급되는 제 2 단계;
    침지형 분리막 모듈에 의한 하폐수 여과가 진행됨과 함께 혐기성 막분리조 내에서의 추가적인 하폐수 혐기성처리 및 메탄가스 생성이 진행되는 제 3 단계를 포함하여 이루어지며,
    상기 침지형 분리막 모듈의 양측부에 구비된 회전식 원판을 회전시켜, 난류 흐름의 하폐수 및 제 2 유동성 여재를 통해 분리막 모듈 표면의 오염물질을 제거하는 <오염물질 제거> 단계를 더 포함하며,
    상기 <오염물질 제거> 단계는, 상기 제 3 단계의 진행 중에 적용하는 것을 특징으로 하는 막결합형 혐기하폐수처리 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 혐기생물반응조 내에 제 1 유동성 여재가 구비되고, 하폐수는 상기 혐기생물반응조 내에 하향류로 공급되며, 상기 제 1 유동성 여재의 부피가 20~30% 팽창되도록 가압하여 하폐수를 공급하는 것을 특징으로 하는 막결합형 혐기하폐수처리 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 혐기생물반응조 내에 혐기성의 그래뉼형 슬러지 또는 슬러지 블랭킷이 구비되며, 상기 혐기생물반응조는 상향류로 운전되는 것을 특징으로 하는 막결합형 혐기하폐수처리 방법.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 혐기생물반응조 내에 혐기성의 현탁성 슬러지가 구비되며, 상기 혐기생물반응조 내에 혼합을 위한 교반장치가 구비되어 완전혼합반응기로 운전되는 것을 특징으로 하는 막결합형 혐기하폐수처리 방법.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 제 3 단계에서,
    하폐수의 혐기성처리 및 제 2 유동성 여재 표면의 혐기성 미생물에 의해 생성된 바이오가스는 바이오가스 저장탱크로 추출, 저장되는 것을 특징으로 하는 막결합형 혐기하폐수처리 방법.
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