KR101931346B1 - 역삼투막 농축수 처리시설을 구비한 막분리 수처리 시스템 - Google Patents
역삼투막 농축수 처리시설을 구비한 막분리 수처리 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
역삼투 모듈 및 역삼투 농축수 처리 모듈을 구비함으로써, MBR 공정과 역삼투(RO) 공정을 적용하여 하수 처리 효율을 높일 수 있으며, 역삼투 농축수의 난분해성 유기물질 등을 제거하여 공업수로 재이용할 수 있는 역삼투막 농축수 처리시설을 구비한 막분리 수처리 시스템이 개시된다.
Description
본 발명은 막분리 수처리 시스템에 관한 것으로 보다 상세하게는 역삼투막 농축수 처리시설을 구비한 막분리 수처리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 하·폐수 처리 방법은 크게 물리적 방법, 화학적 방법 및 생물학적 방법 등으로 구분할 수 있으며, 각 처리 방법은 유입되는 하수의 특성, 처리된 유출수의 용도, 처리방법의 적합성 및 경제성 등에 의하여 결정된다.
하·폐수에 포함되어 있는 질소 및 인은 영양염류에 속하며, 이를 제대로 제거하지 못하고 방류될 경우에는 부영양화의 주요 원인이 되어, 호소 폐쇄성수역에서 조류의 이상 번식을 일으켜 상수원 및 공업용수 등을 오염시키는 문제점을 유발하게 되므로, 하·폐수에 포함되어 있는 질소 및 인을 효과적으로 제거할 필요성이 있는 것이다.
종래의 생물학적 질소 및 인의 제거 방법으로는 혐기/무산소/호기 공정(A2/O), 바덴포(Bardenpho) 공정 및 UCT공정 등이 있다. 상기 각 공정들은 기본적으로 한 개 이상의 혐기조, 무산소조, 호기조를 갖추고 있으며, 내부반송이나 슬러지 반송 등의 공정에서 변형이 이루어지게 된다.
최근에 들어서는 안정적인 재 이용수 확보를 위해 생물학적 처리와 분리막을 결합한 MBR(Membrane Bioreactor)공정이 각광을 받고 있다. 이러한 MBR 공정은 미생물농도(MLSS: Mixed Liquor Suspended Solid)를 약 5000~1000mg/L까지 높게 유지하는 것이 가능하여 생물학적 질소 제거 성능을 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 종래 기술에서는 상기와 같은 MBR 공정과 함께 역삼투(RO) 막모듈을 적용한 RO 공정을 부가하여 MBR 공정에 의한 생물학적 처리공정의 처리수를 역삼투(RO) 막모듈로 이송하여 그 처리수에 포함되어 있는 용존 유기물 등을 분리하고 있다.
이와 같은 RO 공정에서는 이온성 물질 및 용존 유기물을 배제시키고, 그 배제된 물질을 약 4~5 배로 농축하여 배출하는데, 일반적으로는 이러한 농축수를 증발법을 이용해 수분을 제거한 상태로 고형물을 처리하는 방법을 적용하고 있으나, 고비용으로 인해 적용이 거의 불가능하고, RO 농축수의 용존 유기물이 난분해성 유기물이므로 생물학적 처리가 어려운 실정이다.
한국 공개특허 제2011-0044401호에서는 담체와 분리막을 구비하는 고도하수처리시설을 개시하고 있으나, 역삼투막과 농축수의 처리에 대하여 기재하지 않고 있다.
본 발명은 MBR 공정과 역삼투(RO) 공정을 적용하여 하수 처리 효율을 높일 수 있으며, 역삼투 농축수의 난분해성 유기물질 등을 제거하여 공업수로 재이용할 수 있는 역삼투막 농축수 처리시설을 구비한 막분리 수처리 시스템을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 일측으로 하폐수가 유입되는 유량조정조; 상기 유량조정조의 타측에 연결되고 미생물의 성장 및 오염물의 분해가 발생하는 생물반응조; 상기 생물반응조를 거친 처리수에서 고형물과 미생물 슬러지를 분리하는 막분리조; 상기 막분리조의 활성슬러지를 상기 생물반응조로 반송하고, 잉여슬러지를 슬러지저류조로 배출하는 안정화반송조; 상기 막분리조를 거친 처리수에 차아염소산나트륨(NaOCl)을 첨가하는 처리수조; 상기 처리수조로부터 유입되는 처리수의 용존 유기물, 이온성 물질 및 입자성 물질을 포함하는 농축수를 배출하는 역삼투막 모듈; 및 상기 역삼투막 모듈의 농축수 배출 측에 연결되는 농축수 처리 모듈;을 포함하는 막분리 수처리 시스템을 제공한다.
또한 상기 생물반응조는 혐기조, 무산소조, 호기조의 순서로 구성되어 질소 및 인을 제거하는 것을 특징으로 하는 막분리 수처리 시스템을 제공한다.
또한 상기 역삼투 모듈의 전단에는 상기 역삼투 모듈에 유입되는 처리수에 환원제를 투입하는 SBS 도징 시스템, 경도 물질을 제거하는 안티스캐일런트 도징 시스템(Antiscalant Dosing System) 및 수산화나트륨(NaOH)을 투입하는 수산화나트륨(NaOH) 도징 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 막분리 수처리 시스템을 제공한다.
또한 상기 역삼투막 모듈의 재이용수 회수율이 50~70중량%이고, 상기 농축수 처리 모듈은 상기 슬러지저류조의 잉여슬러지를 상기 농축수와 혼화시키는 생물혼화조, 상기 생물혼화조를 거친 농축수에 유기탄소원을 투입하여 탈질산화 시키는 무산소생물막조, 상기 무산소생물막조를 거친 농축수에 응집제가 투입되어 인을 제거하는 호기생물막조 및 상기 호기생물막조를 거친 농축수를 여과하여 방류하거나 재이용하는 여과기로 구성되어 상기 농축수에 포함되어 있는 T-N을 제거하는 것을 특징으로 하는 막분리 수처리 시스템을 제공한다.
또한 상기 역삼투막 모듈의 재이용수 회수율이 70중량% 이상이고, 상기 농축수 처리 모듈은 상기 농축수를 일정한 수량으로 공급하는 안정화조, 상기 안정화조로부터 저부 유입구를 통해 농축수를 공급받아 상부 배출구를 통하여 배출시키는 탈질조, 상기 탈질조를 거친 농축수에 수산화나트륨(NaOH)을 첨가하는 pH조정조 및 상기 pH조정조를 거친 농축수를 여과하여 방류하거나 재이용하는 여과기로 구성되어 상기 농축수에 포함되어 있는 T-N을 제거하는 것을 특징으로 하는 막분리 수처리 시스템을 제공한다.
또한 상기 처리수조로부터 유입되는 처리수의 총질소 함량이 10mg/L 미만이고, 상기 역삼투막 모듈의 재이용수 회수율이 70중량% 이상이고, 상기 농축수 처리 모듈은 상기 농축수에 응집제를 투입하여 오염물질을 침전시키는 응집반응조, 상기 응집반응조를 거친 농축수가 유입되고, 오염물질을 수면으로 부상시키는 가압부상조, 상기 가압부상조를 거친 농축수로 오존을 주입하는 오존반응조 및 상기 오존반응조를 거친 농축수를 여과하여 방류하거나 재이용하는 여과기로 구성되어 상기 농축수에 포함되어 있는 T-P, NBDCOD 및 색도를 제거하는 것을 특징으로 하는 막분리 수처리 시스템을 제공한다.
본 발명은 역삼투 모듈 및 역삼투 농축수 처리 모듈을 구비함으로써, MBR 공정과 역삼투(RO) 공정을 적용하여 하수 처리 효율을 높일 수 있으며, 역삼투 농축수의 난분해성 유기물질 등을 제거하여 공업수로 재이용할 수 있는 역삼투막 농축수 처리시설을 구비한 막분리 수처리 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 막분리 수처리 시스템의 전체 공정도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 역삼투막 농축수 처리 모듈의 공정도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 역삼투막 농축수 처리 모듈의 공정도,
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 역삼투막 농축수 처리 모듈의 공정도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 역삼투막 농축수 처리 모듈의 공정도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 역삼투막 농축수 처리 모듈의 공정도,
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 역삼투막 농축수 처리 모듈의 공정도.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였고, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였으며, 본 발명의 세부구성 방향은 도면을 기준으로 하여 설명한다. 또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 막분리 수처리 시스템의 전체 공정도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 막분리 수처리 시스템은 유량조정조, 생물반응조, 막분리조, 안정화반송조, 처리수조, 역삼투막 모듈 및 농축수 처리 모듈을 포함한다.
상기 유량조정조는 일측으로 하폐수가 유입되고 수처리 시스템에 유입되는 하폐수의 유량을 조절하여 시스템의 과부하를 방지한다. 따라서 일측에 하폐수의 협잡물을 걸러내기 위한 협잡물 처리기를 구비할 수 있다.
상기 생물반응조는 상기 유량조정조로부터 하폐수가 유입되고, 내부의 미생물이 오염물을 분해하며 성장하는 생물학적 탈질반응이 진행된다.
본 발명에서 상기 생물반응조는 혐기조, 무산소조, 호기조의 순서로 구성되어 질소 및 인을 제거하는 A2O 공법이 바람직하다. A2O공법은 AO공법의 변형공정으로 AO공법이 질산화가 일어날 경우 인 제거 효율이 감소하므로 이를 보완하여 인과 질소를 동시에 제거할 수 있도록 탈질을 위한 무산소조를 구비한다.
즉, AO공법은 혐기조 -> 호기조의 순서로 조가 배치되며, A2O공법의 경우 혐기조 -> 무산소조 -> 호기조의 순서로 조가 배치되고, 무산소조의 적용을 통해 반송슬러지에서 혐기조로 유입되는 질산성 질소의 양을 최소화할 수 있다. 혐기조, 무산소조는 탈질공정, 호기조는 질산화 공정을 하게되며, 유입수와 반송(활성)슬러지(외부순환)를 혐기조에 유입, 호기조 활성슬러지(내부순환)를 무산소조에 순환시킨다.
상기 A2O 공법은 질소와 인 모두를 제거할 수 있으며, 질산화에 필요한 알칼리도를 제공할 수 있으며, 슬러지의 침전성이 양호하고 운전이 상대적으로 간단하다는 장점이 있는 반면 질산성 질소를 포함하는 RAS는 혐기조로 반송되는데 이 때 인 제거능에 영향을 주게되며, 질소 제거는 내부반송비에 의해 제한적이며, AO공법보다 더 높은 BOD/P비가 필요하므로 외부 탄소원을 투입해야 하는 경우가 있다.
상기 혐기조(Anaerobic Tank)는 산소가 없는 상태로 유지되며, 혐기조 내 질소는 암모니아 -> 질산성 -> 아질산성(호기영역) -> 질소(무산소 영역)의 과정으로 처리가 되며, 인은 미생물 내 과잉농축(호기영역) 및 배출(혐기영역)된다. 수중믹서를 사용하여 외부반송된 탄소원과 인 제거 미생물을 균질하게 교반하여 탄소원을 소모하고 원활한 인 방출을 유도한다.
상기 혐기조에서는 인 방출 및 유기물 제거하는 단계로 하수 중에 포함된 유기물이 혐기성 발효되어 유기산 등의 발효물로 전환되고, 이 유기산은 미생물, 예를 들면 PAO에 흡수되어 PHA로 저장된다. 따라서 혐기조 내의 처리수에는 유기산, PAO에 저장된 PHA, 미발효 유기물이 포함된다. 상기 혐기조(121)를 거친 처리수는 상기 무산소조(122)로 이송된다.
상기 무산소조(Anoxic Tank)는 아질산화된 질소의 형태를 N2의 형태로 탈기시키는 탈질공정이 이루어지는 곳으로서 전자 공여체인 유기물이 산화되면서 생성된 전자를 전자 수용체인 질산염으로 전달함으로써 질산염을 탈질산화시키는 반응조이다. 탈질 관여 미생물로 Pseudomonas, Bacillus, Mirococcus, Achromobacter 등이 있고, 상기 혐기조에서 인방출에 소모되고 남은 탄소원을 사용하여 호기조에서 반송된 처리수내 질산성 질소를 탈질시킨다. 상기 무산소조(122)를 거친 처리수는 상기 호기조(123)로 이송된다.
상기 호기조(Aerobic Tank)는 암모니아성 질소 또는 질소화합물을 질산성 질소 -> 아질산성 질소의 형태로 바꾸는 곳으로서 전자 공여체인 유기물이 산화되면서 전자를 전자 수용체인 산소에 전달함으로써 유기물의 산화가 이루어지는 반응조이며, 유기물은 혐기조(121)로부터 무산소조(122)를 거친 처리수 통해 공급된다. 상기 처리수에 존재하는, 체내에 유기물 PHA를 저장하고 있는 PAO는 호기조에서 상기 PHA를 분해하여 세포를 합성하고, 인을 과잉으로 흡수하여 다중-P의 형태로 세포 내에 저장한다.
상기 호기조의 질산화 미생물로 Nitrosomonas, Nitrobacter 등이 있고, 질산화 과정에는 오랜 시간이 필요하여 호기조의 체류시간(HRT)을 약 4 내지 6시간 이상으로 설계한다. 내부 막분리조 하부의 산기관을 통해 호기조내 DO농도를 높게 유지시키고 분리막 외부의 고형물을 탈리시킬 수 있고, 산기관의 수직흐름 교반력을 이용하여 질산화미생물과 인축정미생물(PAOs)의 조내 균질화를 통해 질산화와 인의 과잉섭취를 원활히 할 수 있다.
상기 막분리조는 상기 생물반응조를 거친 처리수에서 고형물과 미생물 슬러지를 분리하는 분리막이 구비된다. 상기 호기조에서 질산화와 인 과잉섭취를 통해 질소, 인이 제거된 처리수는 상기 분리막의 고액분리를 통해 상기 처리수조로 유입된다.
상기 안정화반송조는 상기 막분리조에서 분리된 활성슬러지를 상기 생물반응조로 (외부 및 내부)반송하고, 잉여슬러지를 슬러지저류조로 배출한다. 또한 수중믹서 교반을 통해 호기조에서 증가한 DO를 저감시킨 후 반송하여 혐기조, 무산소조의 부하를 경감시킬 수 있다.
상기 처리수조는 상기 막분리조를 거친 처리수를 저장하고, 차아염소산나트륨(NaOCl)을 첨가하여 미생물 및 세균을 제거한다.
상기 역삼투막 모듈은 상기 처리수조에 저장된 처리수를 고압펌프를 이용하여 역삼투 필터를 통과시켜 T-N, T-P, 색도 유발물질 및 기타 이온성 물질이 제거된 재이용수와 용존 유기물, 이온성 물질, 입자성 물질 등을 포함하는 농축수로 분리한다.
상기 역삼투막 모듈은 역삼투공급펌프, 역삼투 필터, 역삼투가압펌프 등으로 구성될 수 있으며,전처리를 위한 공지된 구성을 더 포함할 수 있다.
상기 역삼투공급펌프 상기 처리수조의 처리수를 상기 역삼투 필터로 일정 수량을 균일하게 이송하는 역할을 한다.
상기 역삼투 필터는 역삼투(Reverse Osmosis) 막이 설치되어 재이용수와 농축수를 분리하는 것으로 그 전단에 위치한 상기 역삼투가압펌프가 10㎏/㎠ 이상의 고압으로 역삼투 막에 처리수를 통과시켜 T-N, T-P, 색도 유발물질 및 기타 이온성 물질이 제거된 재이용수와 용존 유기물, 이온성 물질 및 입자성 물질을 포함하는 농축수로 분리한다. 상기 재이용수는 방류수조에서 살균 약품을 투입하거나, pH를 조절하는 등 후처리를 통해 방류되거나 각 사용처에 공급될 수 있다.
상기 역삼투가압펌프는 전·후단에 설치된 압력스위치의 설정된 수치에 따라 자동 정지되어 펌프의 공회전으로 인한 파손 및 역삼투 막에 이상고압운전으로 인한 손상을 사전에 방지하고, 역삼투 필터의 전·후단에 설치된 측정센서를 통해 압력상승, 유량저하, 운전시간 등 모든 데이터를 축적 분석하여 운전을 안정적이고, 효율적으로 제어할 수 있다.
한편, 상기 역삼투막 모듈의 전단에는 상기 역삼투 모듈에 유입되는 처리수의 전처리를 위해 산화제에 의한 역삼투막의 손상을 방지하는 환원제를 투입하는 SBS 도징 시스템, 경도 물질을 제거하여 역삼투 막의 스케일 부착물(Fouling)을 억제하는 안티스캐일런트 도징 시스템(Antiscalant Dosing System) 및 처리수의 pH 조정을 위해 수산화나트륨(NaOH)을 투입하는 수산화나트륨(NaOH) 도징 시스템을 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 역삼투막 농축수 처리 모듈의 공정도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 농축수 처리 모듈은 상기 역삼투막 모듈의 농축수 배출 측에 연결되며, 생물혼화조, 무산소생물막조, 호기생물막조 및 여과기로 구성된다.
상기 생물혼화조는 상기 슬러지저류조의 잉여슬러지를 상기 역삼투막 모듈로부터 배출된 농축수와 혼화시킨다. 역삼투 모듈에서 배출되는 농축수의 성상은 낮은 부유물질(SS) 농도로 응집침전하거나 가압부상 처리가 곤란하므로 본 발명은 상기 슬러지저류조의 잉여슬러지를 이용하여 농축수에 포함된 NBDCOD 및 난분해성질소를 제거한다.
상기 무산소생물막조 상기 생물혼화조에서 잉여슬러지와 혼화된 농축수에 메탄올(MeOH) 등의 유기탄소원을 투입하여 탄소원을 균질혼화 반응시켜 잉여슬러지의 탈질산화 반응을 일으켜서 난분해성질소를 제거한다.
상기 무산소생물막조에 사용되는 미생물은 탄소원으로 유기탄소를 이용하는 종속영양미생물로서, 메탄생성 세균(예를 들면 메타노사르시나(Methanosarcina)속, 메타노트릭스(Methanothrix)속, 메타노박테리움 (Methanobacterium)속, 메타노브레비박터(Methnobrevibacter)속), 황산환원세균(예를 들면, 디설포비브리오(Desulfovibrio)속, 디설포토마큘럼(Desulfotomaculum)속, 디설포박테리움(Desulfobacterium)속, 디설포박터(Desulfobacter)속, 디설포코커스(Desulfococcus)속), 질산환원세균(예를 들면, 바실러스(Bacillus)속, 락토바실러스(Lactobacillus)속, 에어로모나스(Aeromonas)속, 스트렙토코커스 (Streptococcus)속, 마이크로코커스(Micrococcus)속), 산생성 세균(예를 들면, 클로스트리듐(Clostridium)속, 아세티비브리오(Acetivibrio)속, 바세로이데스 (Baceroides)속, 루미노코커스(Ruminococcu)속), 통성 혐기성 세균(예를 들면, 바실러스(Bacillus)속, 락토바실러스(Lactobacillus)속,에어로모나스(Aeromonas)속, 스트렙토코커스(Streptococcus)속, 마이크로코커스(Micrococcus)속) 등을 들 수 있는데, 특히 바실러스(Bacillus)속, 슈도모나스(Pseudomonas)속, 에어로모나스(Aeromonas)속, 스트렙토코커스(Streprococcus)속, 마이크로코커스 (Micrococcus)속은 산화형태 질소환원활성을 가지기 때문에 무산소조에서 사용에 바람직하다.
또한 상기 무산소생물막조는 상기 생물혼화조로부터 공급받은 농축수의 질산성 질소제어를 위해 폴리프로필렌 부유성 여재(담체)를 구비한 상향류형 또는 부상형 무산소 미생물 반응조일 수 있다.
상기 호기생물막조는 상기 무산소생물막조에서 반응된 혼화슬러지(잉여슬러지+농축수+유기탄소원)에 응집제를 투입하여 슬러지플록을 크게해 침강성을 개선한다. 따라서 상기 무산소생물막조에서 질산성 질소제어가 끝난 농축수를 이송하는 이송펌프와 이송라인이 구비될 수 있다.
상기 무산소생물막조 및 상기 호기생물막조에는 공기와 물을 이용한 역세 또는 기포 형성을 위한 부가설비가 해당 생물막조의 규격 또는 사용 용도에 대응하게 더 부설될 수 있다.
상기 여과기는 상기 호기생물막조에서 반응된 슬러지플록을 고액분리시켜 여과수를 방류하거나 재이용하고 농축된 슬러지는 탈수기로 이송시켜 처리할 수 있다.
상기와 같이 구성된 농축수 처리 모듈은 생물학적 처리공정에서 발생되는 잉여슬러지를 이용하여 농축수를 물리, 생물화학적으로 처리함으로써, 농축수 처리에 요구되는 약품비, 전력비 등 유지관리비를 절감할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 농축수 처리 모듈은 역삼투막 모듈에서 재이용수의 회수율(투입되는 처리수 대비 중량%)이 50~70% 일 때 농축수에 포함된 총 질소제거에 우수한 성능을 나타낼 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 역삼투막 농축수 처리 모듈의 공정도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 역삼투막 농축수 처리 모듈은 상기 역삼투막 모듈의 농축수 배출 측에 연결되며, 안정화조, 탈질조, pH조정조 및 여과기로 구성된다.
상기 안정화조는 일정한 수량을 상기 탈질조로 보내서 효과적으로 탈질,탈인효과를 얻도록 기능하는 것으로, 상기 역삼투막 모듈로부터 배출되는 농축수를 펌프를 이용하여 상기 탈질조에 일정하게 공급한다.
상기 탈질조는 저부 유입구로 농축수를 유입받아 상부 배출구을 통하여 배출시키는 상향류시스템으로 운전된다. 상기 탈질조는 황산화탈질반응이 진행되는 곳으로 탈질조에 사용되는 미생물은 탄소원으로 무기탄소를 이용하는 독립영양미생물로서, Sulfur denitrificans, Thiobacillus denitrificans, Thiomicrospira denitrificans, Thiobacillus thyasiris, Thiosphaera pantotropha, Paracoccus denitrificans 등을 들 수 있다.
독립영양 탈질에는 메탄올과 같은 외부탄소원 없이 황을 이용하여 탈질을 수행하는 일반 황탈질과 황과 알칼리성 물질을 혼합, 용융하여 제조한 SC Pellet을 사용하고 외부탄소원 및 알칼리성물질 보충없이 탈질하는 SOD(Sulfur Oxidation Denitrification) 시스템이 있다. 상기 일반 황탈질의 경우 메탄올을 투여하지 않고 저렴한 황입자를 사용할 수 있는 장점이 있으나, 탈질균의 부착과 보유가 어렵고 알칼리도를 보충하여 적정 pH를 유지해야 하며 탈질시 발생하는 질소가스를 주기적으로 빼주어야 하는 단점이 있다. 상기 SOD의 경우 SC Pellet 사용에 의해 pH 저하를 방지할 수 있고, 탈질균의 초기 적응시간이 단축되는 장점이 있으나, SC Pellet 제조비용이 높은 단점이 있다.
상기 탈질조의 구체적인 구조은 당업계에서 일반적으로 사용되는 구성을 따를 수 있고, 특별히 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 저부에 로스톨이나 STS망을 깔고 50~150 ㎜ 정도크기의 자갈이나 또는 세라믹체를 20~100 ㎜ 두께로 깔고 그 상부에 황담체를 충진하는 구성으로 적용될 수 있고, 황담체는 황과 지오라이트, 소석회(Ca(OH)2) 활성탄이 6±2 : 2±1 : 1±0.5 : 1±0.5 의 비율로 배합되고 150~300℃ 범위로 소결된 황담체를 사용할 수 있으며, 탈질조의 저부에는 에어공급라인과 연결되는 폭기산기관을 갖고 상부에는 에어공급라인과 연결되는 에어분사관을 갖고 필요에 따라 에어를 공급하여 주며 탈질, 탈인효과를 도모하게 된다.
상기 pH조정조는 상기 탈질조를 거친 농축수의 pH 조정을 위해 수산화나트륨(NaOH) 투입한다. 상기 여과기는 상기 pH조정조를 거친 농축수를 고액분리시켜 여과수를 방류하거나 재이용하고 농축된 슬러지는 탈수기로 이송시켜 처리할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 역삼투막 농축수 처리 모듈의 공정도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 역삼투막 농축수 처리 모듈은 상기 역삼투막 모듈의 농축수 배출 측에 연결되며, 응집반응조, 가압부상조, 오존반응조 및 여과기로 구성된다.
상기 응집반응조는 상기 농축수에 응집제를 투입하여 오염물질을 침전시켜 농축수로부터 오염물질을 침강분리하는 역할을 한다. 상기 응집제는 농축수에 혼합, 교반되어 응괴를 형성하고 이에 불순물을 흡착시켜 침전시키는 것으로, 예컨대, 알루미늄이나 철 등을 포함한 금속 계열의 응집제(ex. 폴리염화알루미늄)를 사용할 수 있다.
상기 가압부상조는 상기 응집반응조를 거친 농축수에 포함된 오염물질을 수면으로 부상시켜 부상분리하는 역할을 한다. 상기 부상분리는 농축수에 포함된 오염물질 중 비중이 물보다 작거나 기포가 부착되어 비중이 작아진 물질을 수면으로 부상시켜 제거하는 방식이다. 따라서 상기 가압부상조는 기포를 발생시켜 농축수에 포함된 오염물질을 부상시키는 기포발생기를 포함할 수 있다.
상기 오존반응조는 침전분리 및 부상분리를 거친 농축수에 오존을 주입하여 상기 농축수 중의 난분해성 용존 유기물을 생물학적으로 처리 가능한 유기물로 변환하는 역할을 한다. 따라서 상기 오존반응조에는 농축수에 오존을 주입하기 위한 오존 발생기가 설치될 수 있다.
또한 상기 오존반응조에서 배출되는 미사용 오존을 포함하는 배오존가스에서 오존을 제거하기 위해서 상기 오존반응조의 상부에는 당업계에서 일반적으로 사용되는 배오존처리기(전지적 처리, 화학적 처리 등)를 구비할 수 있다.
상기 여과기는 상기 오존반응조에서 처리된 농축수를 고액분리시켜 여과수를 방류하거나 재이용하고 농축된 슬러지는 탈수기로 이송시켜 처리할 수 있다.
상기와 같이 구성된 농숙추 처리 모듈은 농축수를 화학적으로 처리함으로써, 농축수 처리에 요구되는 약품비, 전력비 등 유지관리비를 절감할 수 있다. 특히, 생물화학적 공정에서 T-N 제거 효율이 높아 농축수에 포함된 총질소 함량이 10mg/L 미만이고, 역삼투막 모듈의 재이용수 회수율(투입되는 처리수 대비 중량%)이 70% 이상일 경우 농축수에 포함된 T-P, NBDCOD, 색도 제거에 우수한 성능을 나타낼 수 있다.
이하 구체적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.
실시예 1-1 내지 1-3
도 2의 농축수 처리 모듈을 포함하는 수처리 설비를 설치하고, 수처리를 수회 반복하여 실시하였다. 각 회차마다 역삼투막 모듈에서 배출되는 재이용수의 회수율(역삼투막 모듈에 투입되는 처리수 대비 배출되는 재이용수의 중량비율)을 측정하여 실시예 1-1(50%이상~60%미만), 실시예 1-2(60%이상~70%미만), 실시예 1-3(70%이상~80%미만)로 구분하였다.
실시예 2-1 내지 2-3
도 3의 농축수 처리 모듈을 포함하는 수처리 설비를 설치하고, 수처리를 수회 반복하여 실시하였다. 각 회차마다 역삼투막 모듈에서 배출되는 재이용수의 회수율(역삼투막 모듈에 투입되는 처리수 대비 배출되는 재이용수의 중량비율)을 측정하여 실시예 2-1(50%이상~60%미만), 실시예 2-2(60%이상~70%미만), 실시예 2-3(70%이상~80%미만)로 구분하였다.
실시예 3-1 내지 3-3
도 4의 농축수 처리 모듈을 포함하는 수처리 설비를 설치하고, 수처리를 수회 반복하여 실시하였다. 각 회차마다 역삼투막 모듈에서 배출되는 재이용수의 회수율(역삼투막 모듈에 투입되는 처리수 대비 배출되는 재이용수의 중량비율)을 측정하여 실시예 3-1(50%이상~60%미만), 실시예 3-2(60%이상~70%미만), 실시예 3-3(70%이상~80%미만)로 구분하였다.
실험예
실시예 1-1 내지 3-3에서 회수율에 따른 총질소, 총인, NBDCOD 제거 효과를 측정하기 위하여, 각 회차마다 초기 농축수(원수)의 총질소, 총인, NBDCOD 함량 및 농축수 처리 모듈을 거친 재이용수(처리수) 총질소, 총인, NBDCOD 함량을 측정하고, 회수율에 따른 총질소 함량의 평균 값을 하기 표 1에 나타내었다.
| 구분 | 회수율(%) | 총질소 함량(mg/L) | 처리효율 | |
| 원수 | 처리수 | |||
| 실시예 1-1 | 50~60%미만 | 15.75~19.12 | 6.77~8.22 | 57 |
| 실시예 2-1 | 15.75~19.12 | 11.97~13.96 | 24 | |
| 실시예 3-1 | 9.25~9.37 | 7.03~7.12 | 24 | |
| 실시예 1-2 | 60~70%미만 | 19.12~24.74 | 8.22~10.64 | 57 |
| 실시예 2-2 | 19.12~24.74 | 13.96~18.06 | 27 | |
| 실시예 3-2 | 9.37~9.58 | 6.84~6.99 | 27 | |
| 실시예 1-3 | 70~80% | 24.74~35.99 | 21.03~30.59 | 15 |
| 실시예 2-3 | 24.74~35.99 | 8.17~11.88 | 67 | |
| 실시예 3-3 | 9.58~9.99 | 5.27~5.50 | 45 | |
| 구분 | 회수율(%) | 총인 함량(mg/L) | 처리효율 | |
| 원수 | 처리수 | |||
| 실시예 1-1 | 50~60%미만 | 1.34~1.66 | 0.27~0.33 | 80 |
| 실시예 2-1 | 1.34~1.66 | 0.94~1.08 | 30 | |
| 실시예 3-1 | 1.34~1.66 | 0.40~0.50 | 70 | |
| 실시예 1-2 | 60~70%미만 | 1.66~2.18 | 0.33~0.44 | 80 |
| 실시예 2-2 | 1.66~2.18 | 1.08~1.42 | 35 | |
| 실시예 3-2 | 1.66~2.18 | 0.50~0.65 | 70 | |
| 실시예 1-3 | 70~80% | 2.18~3.24 | 1.86~2.75 | 15 |
| 실시예 2-3 | 2.18~3.24 | 0.44~0.65 | 80 | |
| 실시예 3-3 | 2.18~3.24 | 0.29~0.43 | 85 | |
| 구분 | 회수율(%) | NBDCOD(mg/L) | 처리효율 | |
| 원수 | 처리수 | |||
| 실시예 1-1 | 50~60%미만 | 27.05~33.08 | 21.64~26.47 | 20 |
| 실시예 2-1 | 27.05~33.08 | 25.70~31.43 | 5 | |
| 실시예 3-1 | 27.05~33.08 | 23.00~28.12 | 15 | |
| 실시예 1-2 | 60~70%미만 | 33.08~43.13 | 26.47~34.51 | 20 |
| 실시예 2-2 | 33.08~43.13 | 30.77~40.11 | 7 | |
| 실시예 3-2 | 33.08~43.13 | 28.12~36.66 | 15 | |
| 실시예 1-3 | 70~80% | 43.13~63.23 | 34.51~50.58 | 20 |
| 실시예 2-3 | 43.13~63.23 | 34.51~50.58 | 20 | |
| 실시예 3-3 | 43.13~63.23 | 12.39~18.15 | 71 | |
상기 표 1을 참조하면, 실시예 1-1 내지 1-3에서 역삼투막 모듈의 재이용수 회수율이 50~60%인 경우(실시예 1-1 참조) 총질소 제거율이 약 57%, 회수율이 60~70%인 경우(실시예 2 참조) 총질소 제거율이 약 57%로 농축수 제거 모듈에 의한 총질소 제거 효과가 뚜렷한 반면, 회수율이 70% 이상인 경우(비교예 1 참조) 총질소 제거율이 약 15%로 농축수 제거 모듈의 효과가 저하된 것을 알 수 있다.
또한 실시예 2-1 내지 2-3에서 역삼투막 모듈의 재이용수 회수율이 50~60%인 경우(실시예 2-1 참조) 총질소 제거율이 약 24%, 회수율이 60~70%인 경우(실시예 2-2 참조) 총질소 제거율이 약 27%로 농축수 제거 모듈에 의한 총질소 제거 효과가 미비한 반면, 회수율이 70% 이상인 경우(실시예 2-3 참조) 총질소 제거율이 약 67%로 농축수 제거 모듈의 효과가 현저히 향상된 것을 알 수 있다.
또한 실시예 3-1 내지 3-3에서 역삼투막 모듈의 재이용수 회수율이 50~60%인 경우(실시예 3-1 참조) 총질소 제거율이 약 24%, 회수율이 60~70%인 경우(실시예 3-2 참조) 총질소 제거율이 약 27%로 농축수 제거 모듈에 의한 총질소 제거 효과가 미비한 반면, 회수율이 70% 이상인 경우(실시예 3-3 참조) 총질소 제거율이 약 45%로 농축수 제거 모듈의 효과가 현저히 향상된 것을 알 수 있다.
또한 실시예 3-1 내지 3-3에서 역삼투막 모듈의 재이용수 회수율이 50~60%인 경우(실시예 3-1 참조) 총인 및 NBDCOD 제거율이 각각 약 70% 및 15%이고, 회수율이 60~70%인 경우(실시예 3-2 참조) 총인 및 NBDCOD 제거율이 각각 약 70% 및 15%로 농축수 제거 모듈에 의한 총인 및 NBDCOD 제거 효과가 미비한 반면, 회수율이 70% 이상인 경우(실시예 3-3 참조) 총인 및 NBDCOD 제거율이 각각 약 85% 및 71%로 농축수 제거 모듈의 효과가 현저히 향상된 것을 알 수 있다.
따라서 도 2의 농축수 처리 모듈은 역삼투막 모듈에서 재이용수의 회수율(투입되는 처리수 대비 중량%)이 50% 이상 70% 미만일 때 농축수에 포함된 총 질소제거에 가장 바람직하다.
따라서 도 3의 농축수 처리 모듈은 역삼투막 모듈에서 재이용수의 회수율(투입되는 처리수 대비 중량%)이 70% 이상일 때 농축수에 포함된 총질소 제거에 가장 바람직하다.
따라서 도 4의 농축수 처리 모듈은 생물화학적 공정에서 T-N 제거 효율이 높아 농축수에 포함된 총질소 함량이 10mg/L 미만이고, 역삼투막 모듈의 재이용수 회수율(투입되는 처리수 대비 중량%)이 70% 이상일 경우 농축수에 포함된 T-P, NBDCOD, 색도 제거에 가장 바람직하다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 범위는 상기 발명의 설명보다는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미, 범위 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (6)
- 일측으로 하폐수가 유입되는 유량조정조;
상기 유량조정조의 타측에 연결되고 미생물의 성장 및 오염물의 분해가 발생하는 생물반응조;
상기 생물반응조를 거친 처리수에서 고형물과 미생물 슬러지를 분리하는 막분리조;
상기 막분리조의 활성슬러지를 상기 생물반응조로 반송하고, 잉여슬러지를 슬러지저류조로 배출하는 안정화반송조;
상기 막분리조를 거친 처리수에 차아염소산나트륨(NaOCl)을 첨가하는 처리수조;
상기 처리수조로부터 유입되는 처리수의 용존 유기물, 이온성 물질 및 입자성 물질을 포함하는 농축수를 배출하는 역삼투막 모듈; 및
상기 역삼투막 모듈의 농축수 배출 측에 연결되는 농축수 처리 모듈;
을 포함하고,
상기 역삼투막 모듈의 재이용수 회수율이 50~70중량%이고,
상기 농축수 처리 모듈은 상기 슬러지저류조의 잉여슬러지를 상기 농축수와 혼화시키는 생물혼화조,
상기 생물혼화조를 거친 농축수에 유기탄소원을 투입하여 탈질산화 시키는 무산소생물막조,
상기 무산소생물막조를 거친 농축수에 응집제가 투입되어 인을 제거하는 호기생물막조 및
상기 호기생물막조를 거친 농축수를 여과하여 방류하거나 재이용하는 여과기
로 구성되어 상기 농축수에 포함되어 있는 T-N을 제거하는 것을 특징으로 하는 막분리 수처리 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 생물반응조는 혐기조, 무산소조, 호기조의 순서로 구성되어 질소 및 인을 제거하는 것을 특징으로 하는 막분리 수처리 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 역삼투막 모듈의 전단에는 상기 역삼투막 모듈에 유입되는 처리수에 환원제를 투입하는 SBS 도징 시스템, 경도 물질을 제거하는 안티스캐일런트 도징 시스템(Antiscalant Dosing System) 및 수산화나트륨(NaOH)을 투입하는 수산화나트륨(NaOH) 도징 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 막분리 수처리 시스템.
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|---|---|---|---|---|
| KR102370890B1 (ko) * | 2021-04-22 | 2022-03-08 | 심재곤 | 무방류 순환수세식 화장실 시스템 |
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| KR100917839B1 (ko) * | 2009-02-05 | 2009-09-18 | 브니엘 워터 주식회사 | 양성반응조 및 분리막조를 이용한 오폐수 고도처리공법 |
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-
2018
- 2018-04-30 KR KR1020180049654A patent/KR101931346B1/ko active IP Right Grant
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