KR102160939B1 - Uf 공정 및 ro 공정을 이용한 수처리 시스템 - Google Patents

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Abstract

역삼투 농축수의 양을 최소화 및 고농도로 농축함으로써 하폐수의 처리효율을 향상시키고 농축수의 처리비용을 절감할 수 있는 수처리 시스템이 개시된다. 본 발명은 하폐수의 생물학적 처리 공정에서 배출되는 처리수를 3차 처리하는, UF(Ultrafiltration) 공정 및 RO(Reverse Osmosis) 공정을 이용한 수처리 시스템으로서, 상기 생물학적 처리 공정에서 배출되는 처리수 및 상기 UF 공정으로부터 순환되는 순환수를 저장하는 순환수조; 상기 순환수조로부터 공급받은 원수를 처리하여 UF 처리수조로 이송하고, 여과 및 역세 공정이 반복되는 UF SKID; 상기 UF 처리수조로부터 공급받은 처리수 중 70 내지 90 부피%의 1차 처리수를 방류하고, 10 내지 30 부피%의 1차 농축수를 농축수조로 이송하는 1차 RO SKID; 및 상기 농축수조로부터 공급받은 농축수 중 65 내지 80 부피%의 2차 처리수를 방류하고, 20 내지 35 부피%의 2차 농축수를 농축 슬러지 저류조로 이송하는 2차 RO SKID;를 포함하되, 상기 UF SKID의 역세 공정은 상기 1차 농축수가 역세수로 사용하며 최종 방류수는 중수도로 재이용이 가능한 수처리 시스템을 제공한다.

Description

UF 공정 및 RO 공정을 이용한 수처리 시스템{A water treatment system using ultrafiltration process and reverse osmosis process}
본 발명은 역삼투 막 농축수 처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 UF 공정 및 RO 공정을 이용한 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.
이에 대한 종래 기술로서 안정적인 재 이용수 확보를 위한 생물학적 처리 공정으로서 예컨대, 생물학적 처리와 분리막을 결합한 MBR(Membrane Bioreactor)공정은 미생물농도(MLSS: Mixed Liquor Suspended Solid)를 약 5,000 내지 10,000 mg/L까지 높게 유지하는 것이 가능하여 생물학적 질소 제거 성능을 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 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.
그러나 역삼투 공정에서는 이온성 물질 및 용존 유기물을 배제시키고, 그 배제된 물질을 약 4 내지 5 배로 농축하여 배출하는데, 고농도의 역삼투 농축수를 그대로 하천이나 바다에 방류하는 경우 환경오염 및 생태계 파괴를 유발하는 문제점이 있다.
한국 등록특허 제1360019호에서는 역삼투 농축수의 염분 및 오염물질을 제거하기 위하여 역삼투 농축수에 포함된 각 성분별 제거 공정을 순차적으로 배치하는 내용을 기재하고 있으나, 이미 생물화학적 처리를 거친 농축수에 다시 화학적 공정을 적용하여 공정이 중복되고 처리비용이 증가하는 문제점이 있다.
한편, 고도처리시설에서 배출되는 역삼투 농축수에 함유된 난분해성 유기물을 처리하기 위하여 농축수를 가열, 증발시키는 방법이 있으며, 역삼투 농축수의 증발 효율을 높이기 위해 증발기 내부를 진공상태로 만드는 진공증발농축장치가 사용되고 있으나, 진공 증발법의 경우에도 농축수의 처리비용이 매우 높은 문제점이 있다.
본 발명은 역삼투 농축수의 양을 최소화 및 고농도로 농축함으로써 하폐수의 처리효율을 향상시키고 농축수의 처리비용을 절감함과 동시에 최종 방류수는 중수도로 재이용이 가능한 수처리 시스템을 제공하고자 한다.
전술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 하폐수의 생물학적 처리 공정에서 배출되는 처리수를 3차 처리하는, UF(Ultrafiltration) 공정 및 RO(Reverse Osmosis) 공정을 이용한 수처리 시스템으로서, 상기 생물학적 처리 공정에서 배출되는 처리수 및 상기 UF 공정으로부터 순환되는 순환수를 저장하는 순환수조; 상기 순환수조로부터 공급받은 원수를 처리하여 UF 처리수조로 이송하고, 여과 및 역세 공정이 반복되는 UF SKID; 상기 UF 처리수조로부터 공급받은 처리수 중 70 내지 90 부피%의 1차 처리수를 방류하고, 10 내지 30 부피%의 1차 농축수를 농축수조로 이송하는 1차 RO SKID; 및 상기 농축수조로부터 공급받은 농축수 중 65 내지 80 부피%의 2차 처리수를 방류하고, 20 내지 35 부피%의 2차 농축수를 농축 슬러지 저류조로 이송하는 2차 RO SKID;를 포함하되, 상기 UF SKID의 역세 공정은 상기 1차 농축수가 역세수로 사용되는 수처리 시스템을 제공한다.
또한 상기 UF SKID의 분리막은 중공사 막이고, 상기 1차 RO SKID의 분리막은 BW 막이고, 상기 2차 RO SKID의 분리막은 내오염 막인 것을 특징으로 하는 수처리 시스템을 제공한다.
또한 상기 생물학적 처리 공정은 MBR 공정, SBR 공정 및 A2O 공정으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 수처리 시스템을 제공한다.
또한 상기 수처리 시스템은 최종 방류수가 중수도로 재이용되는 것을 특징으로 하는 수처리 시스템을 제공한다.
또한 상기 수처리 시스템은 상기 1차 RO SKID에 염산(HCl) 도징 시스템 및 수산화나트륨(NaOH) 도징 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 시스템을 제공한다.
본 발명에 따르면 UF(Ultrafiltration) 공정 및 RO(Reverse Osmosis) 공정을 이용한 수처리 시스템을 이용하여 역삼투 농축수를 처리함에 있어, 여과 및 역세 공정이 반복되는 UF SKID의 역세 공정에 최종 RO SKID의 유입수인, 1차 RO SKID의 농축수를 반송시켜 역세수로 사용함으로써, 방류수의 수질 저하 없이 역삼투 농축수를 고농도로 농축하면서도 농축수의 양을 최소화하여 하폐수의 처리효율을 향상시키고 농축수의 처리비용을 획기적으로 절감할 수 있는 동시에 최종 방류수는 중수도로 재이용이 가능한 수처리 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 구성된 고도처리시설의 구성을 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성된 고도처리시설의 구성을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 UF/RO 공정을 포함하는 수처리 시스템의 구성을 나타내는 도면.
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.
본 발명은 하폐수의 생물학적 처리 공정에서 배출되는 처리수를 UF 공정 및 RO 공정을 이용하여 3차 처리하는 시스템에서 RO 공정에서 배출되는 역삼투 농축수의 양을 최소화 및 고농도로 농축함과 동시에 최종 방류수는 중수도로 재이용이 가능한 수처리 방법에 관한 것으로, 순환수조, UF SKID, UF 처리수조, 1차 RO SKID, 농축수조, 2차 RO SKID 및 농축 슬러지 저류조를 포함한다.
본 발명에서 상기 생물학적 처리 공정은 박테리아, 균류, 조류, 원생동물 등을 이용하여　하폐수　내의 오염물질을 분해시키는 공정이라면 특별히 한정되는 것은 아니며, 예컨대, MBR(Membrane Biological Reactor) 공정, SBR(Sequencing Batch Reactor) 공정, A2O(anaerobic-anoxic-oxic) 공정 등을 들 수 있으며, 후속 농축 공정에서 농축수의 양을 최소화하면서 하폐수의 처리효율을 향상시키는 관점에서 바람직하게는 MBR 공정을 포함할 수 있다. 이하에서는 본 발명에서 생물학적 처리 공정으로 MBR 공정을 포함하는 것을 전제로 본 발명의 일 실시예에 따라 구성된 고도처리시설에 대해 구체적으로 설명한다.
도 1은 MBR 공정 및 UF/RO 공정을 포함하여 구성된 고도처리시설(10)을 나타내는 도면이고, 도 2는 EMBR 공정 및 UF/RO 공정을 포함하여 구성된 고도처리시설(10)을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에서 사용되는 MBR 공정은 유량조정조(11), 생물반응조(12, 13), 막분리조(14), 안정화반송조(15), 슬러지저류조(16) 및 처리수조(17)로 구성될 수 있다.
상기 유량조정조(11)는 생물반응조(12, 13)에 유입되는 하폐수의 유량을 조절하여 미생물 분해반응의 과부하를 방지하는 기능을 하고, 일측으로 유입되는 하폐수의 협잡물을 걸러내는 스크린을 구비할 수 있다.
상기 생물반응조(12, 13)는 상기 유량조정조로부터 하폐수가 유입되고, 내부의 미생물이 오염물을 분해하며 성장하는 생물학적 탈질반응이 진행된다.
본 발명에서 상기 생물반응조는 혐기조(12), 무산소조(13), 호기조(14)의 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)(12)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 혐기조(12)에서는 인 방출 및 유기물 제거하는 단계로 하수 중에 포함된 유기물이 혐기성 발효되어 유기산 등의 발효물로 전환되고, 이 유기산은 미생물, 예를 들면 PAO(Polyphosphate accumulation organisms)에 흡수되어 PHA(Polyhydroxyalkanoate)로 저장된다. 따라서 혐기조 내의 처리수에는 유기산, PAO에 저장된 PHA, 미발효 유기물이 포함된다. 상기 혐기조를 거친 처리수는 상기 무산소조로 이송된다.
상기 무산소조(Anoxic Tank)(13)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(13)를 거친 처리수는 상기 호기조(14)로 이송된다.
상기 호기조(Aerobic Tank)(14)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(12)로부터 무산소조(13)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 호기조(14)의 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 인축적 미생물(PAOs)의 조내 균질화를 통해 질산화와 인의 과잉섭취를 원활히 할 수 있다.
상기 막분리조(14)는 상기 생물반응조를 거친 처리수에서 고형물과 미생물 슬러지를 분리하는 분리막이 구비된다. 상기 호기조에서 질산화와 인 과잉섭취를 통해 질소, 인이 제거된 처리수는 상기 분리막의 고액분리를 통해 고형물과 미생물 슬러지가 제거된 후 후술하는 UF/RO 공정을 포함하는 수처리 시스템(100)으로 이송된다.
상기 접촉폭기조(18)는 유입된 원수에 잔류하는 유기물과 암모니아성 질소(NH4 +-N)를 미생물에 의해 산화(예, NO3 --N)시키기 위해 미생물이 부착된 접촉여재, 폭기장치인 산기관 등이 구비된다.
상기 안정화반송조(15)는 상기 막분리조(14)에서 분리된 활성슬러지를 상기 생물반응조로 (외부 및 내부)반송하고, 잉여슬러지를 슬러지저류조(16)로 배출한다. 또한 수중믹서 교반을 통해 호기조에서 증가한 DO를 저감시킨 후 반송하여 혐기조, 무산소조의 부하를 경감시킬 수 있다.
상기 처리수조(17)는 상기 막분리조를 거친 처리수를 저장한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 UF/RO 공정을 포함하여 구성된 수처리 시스템을 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 UF/RO 공정을 포함하는 수처리 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에서 UF/RO 공정을 포함하는 수처리 시스템(100)은 RO 농축수를 고농도로 농축하고, RO 농축수의 양을 최소화시킴으로써 결과적으로 RO 농축수 처리비용을 절감할 수 있다.
따라서 본 발명의 일 실시예에 따라 수처리 시스템(100)은 전술한 생물반응조(12, 13)를 거친 처리수를 농축하는 1차 RO SKID(140) 및 상기 1차 RO SKID(140)에서 배출된 1차 농축수를 더욱 농축하는 2차 RO SKID(160)를 포함하되, 상기 1차 RO SKID(140) 및 2차 RO SKID(160)를 구성하는 역삼투 막의 부하 감소를 위한 전처리 공정으로서 UF SKID(120)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 SKID란 개별적인 역삼투 막(RO) 모듈 또는 UF 막 모듈을 한 묶음형태로 만들어 하나의 대형 모듈화시켜 블록 형태로 만들어지고, 묶음 형태의 RO 모듈 또는 UF 모듈의 설치 및 유지관리가 용이하게 설계제작된 역삼투 막 설비 또는 UF 막 설비이다. 이러한 RO 모듈 또는 UF 모듈은 역삼투 막 또는 UF 막으로 형성한 원통형의 유니트(Unit) 또는 베셀(Vessel)의 집합으로 역삼투 필터 또는 UF 필터, 가압펌프 등을 포함한다.
상기 수처리 시스템(100)은 상기 막분리조(14)에서 고액분리된 처리수를 저장하는 순환수조(110); 상기 순환수조(110)로부터 공급받은 원수를 처리하여 UF 처리수조(130)로 이송하고, 여과 및 역세 공정이 반복되는 UF SKID(120); 상기 UF 처리수조(130)로부터 공급받은 처리수 중 70 내지 90 부피%의 1차 처리수를 방류하고, 10 내지 30 부피%의 1차 농축수를 농축수조(150)로 이송하는 1차 RO SKID(140); 및 상기 농축수조(150)로부터 공급받은 농축수 중 65 내지 80 부피%의 2차 처리수를 방류하고, 20 내지 35 부피%의 2차 농축수를 농축 슬러지 저류조(170)로 이송하는 2차 RO SKID(160);로 구성될 수 있다.
바람직하게 상기 수처리 시스템(100)은 상기 막분리조(14)에서 고액분리된 처리수를 저장하는 순환수조(110); 상기 순환수조(110)로부터 공급받은 원수를 처리하여 UF 처리수조(130)로 이송하고, 여과 및 역세 공정이 반복되는 UF SKID(120); 상기 UF 처리수조(130)로부터 공급받은 처리수 중 75 내지 85 부피%의 1차 처리수를 방류하고, 15 내지 25 부피%의 1차 농축수를 농축수조(150)로 이송하는 1차 RO SKID(140); 및 상기 농축수조(150)로부터 공급받은 농축수 중 70 내지 75 부피%의 2차 처리수를 방류하고, 25 내지 30 부피%의 2차 농축수를 농축 슬러지 저류조(170)로 이송하는 2차 RO SKID(160);로 구성될 수 있다.
상기 UF SKID(120)를 구성하는 UF 모듈은 충수-여과-역세-배수 공정이 반복적으로 이루어지며, UF 모듈은 가압식 중공사 막으로 구성되어, 원수에 포함되어 있는 미세한 입자, 탁도, 유기물질 등을 제거하여 후단 RO 모듈의 역삼투 막의 부하를 감소시키는 전처리 역할을 하게 되고, 일정 시간 간격으로 정세와 역세를 반복하게 된다.
여기서, UF SKID(120)의 역세 공정에 사용되는 역세수에 있어, 원수를 처리한 후 UF 처리수조(130)로부터 처리된 원수를 역세수로 사용하는 것을 고려할 수 있으나, 본 발명에서는 1차 RO SKID(140)로부터 1차 농축된 농축수조(150)로부터 1차 농축수를 역세수로 사용한다.
따라서 1차 농축수를 원수로 하는 2차 RO SKID(160)에 대하여, 유입되는 원수를 감소시켜 최종(2차) 농축수의 양을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 2차 RO SKID(160)의 역삼투 막의 부하를 감소시킬 수 있게 된다. 이때, UF SKID(120)의 UF 처리수를 역세수로 사용할 경우 대비 1차 RO SKID(140)로부터 배출되는 방류수의 수질 저하가 우려될 수 있으나, 실제 각 RO SKID(140, 160)의 특정 회수율 범위, 즉, 1차 RO SKID(140) 70 내지 90 부피% 및 2차 RO SKID(160) 65 내지 80 부피%의 회수율 범위에서, UF 처리수를 역세수로 사용할 경우 대비 수질 저하가 나타나지 않은 것으로 확인되었고, 이는 2차 RO SKID(160)에 유입되는 원수 감소에 따라 2차 RO SKID(160)의 역삼투 막의 부하가 감소했기 때문으로도 볼 수 있다.
상기와 같이 구성된 수처리 시스템(100)은 UF SKID(120), 1차 및 2차 RO SKID(140, 160)에 의한 3단계의 여과 및 농축 과정에서 역삼투 막에 가해지는 부담을 줄이면서 고농도의 RO 농축수 즉, 생물학적 처리 공정을 거쳐 유입되는 최초 처리수의 10 부피% 이하, 바람직하게는 7 부피% 이하 수준으로 농축된 RO 농축수를 생성할 수 있다.
또한 상기 2차 RO SKID(160)를 거친 처리수는 방류되고, 고농도 농축수는 농축 슬러지 저류조(170)로 분리 배출될 수 있다.
한편, 상기 각각의 RO SKID(140, 160)는 역삼투공급펌프, 역삼투 필터, 역삼투가압펌프 등으로 구성될 수 있으며, 전처리를 위한 공지된 구성을 더 포함할 수 있다.
상기 역삼투공급펌프는 상기 UF 처리수조(130)의 처리수를 상기 역삼투 필터로 일정 수량을 균일하게 이송하는 역할을 한다.
상기 역삼투 필터는 역삼투 막이 설치되어 처리수와 농축수를 분리하는 것으로 그 전단에 위치한 상기 역삼투가압펌프가 5 ㎏f/㎠ 이상의 고압으로 역삼투 막에 처리수를 통과시켜 T-N, T-P, 색도 유발물질 및 기타 이온성 물질이 제거된 처리수와 용존 유기물, 이온성 물질 및 입자성 물질을 포함하는 농축수로 분리한다. 상기 처리수는 방류수조에서 살균 약품을 투입하거나, pH를 조절하는 등 후처리를 통해 방류되거나 각 사용처에 재이용수인 중수도로 공급될 수 있다.
상기 역삼투 막은 농축수의 농도에 따라 BW(brackish water), SW(sea water) 막을 제한없이 선택하여 사용할 수 있다. 일반적으로 용존 물질의 농도가 높은 경우 SW막을 사용하고, 상대적으로 농도가 낮아 삼투압이 낮은 경우 BW막을 사용한다. SW막의 전단에는 고압 피스톤 펌프가 공급되는 농축수를 승압시키고, BW막의 경우 상대적으로 낮은 작동압력에서 운전된다.
본 발명에서는 상기 1차 RO SKID(140)의 경우 BW 막을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 2차 RO SKID(160)의 경우 내오염 막을 사용하는 것이 바람직하다.
역삼투 막의 일반적인 유형 중 하나는 다공성 지지체 및 상기 다공성 지지체 상에 형성된 폴리아미드 박막으로 이루어진 복합막으로, 상기 폴리아미드 박막은 다관능성 아민과 다관능성 아실할라이드의 계면중합에 의하여 형성되며, 상기 다공성 지지체는 통상적으로 지지부재 상에 소수성 고분자 물질을 도포하여 사용하는 것이 일반적이다.
상기 내오염 막(Fouling Resistant)은 역삼투 막 표면에 오염물질이 흡착되어 투과유량이 감소하는 문제를 해소하기 위해서 막 표면을 다른 물질로 코팅하거나 복합체를 형성한 것이다.
통상적으로 막의 오염은 분리막의 폴리아마이드 막과 걸러지는 용액에 존재하는 용질들간의 소수성-소수성 및/또는 이온 상호작용에 의해 발생된다. 즉시 오염은 분리막에 대한 투과유량의 성능감소를 초래할 뿐만 아니라 투과유량이 감소되는 동안 나타나는 투과유량 변화를 보정하기 위하여 빈번히 운전압력을 바꿔줘야 하는 문제를 유발한다. 따라서 역삼투 막의 오염 방지를 위해서는 빈번한 분리막의 세척이 요구되며, 분리막의 잦은 세척이 막의 사용수명 단축의 원인이 된다.
미국특허 제6,177,011호에서는 분리막의 폴리아마이드 막 표면을 전기적 중성인 유기물질 또는 비이온성 친수성기를 가진 고분자에서 선택된 적어도 하나로 코팅함으로써, 오염을 줄일 수 있다고 보고하고 있다.
미국특허 제6,280,853호에 따르면, 다공성 지지체 및 상기에 그라프트된 폴리알킬렌옥사이드를 함유하는 가교된 폴리아미드 표면으로 이루어진 안티파울링성이 향상된 복합막을 개시하고 있다.
상기 BW(brackish water) 막은 용존 염류농도가 10,000ppm 이하인 감조수 담수화에 이용하는 역삼투 막으로서, 압력 조건이 해수용 보다 낮아도 용질의 분리가 가능하다.
상기 SW(sea water) 막은 용존 염류농도가 30,000ppm 이하인 해수를 담수화하는데 이용하는 역삼투 막으로서, 막의 양면 사이에 큰 압력 차이가 생겨도 파손이나 변형이 일어나지 않을 정도의 강도를 가지고 있어야 하며, 물의 투과계수가 크고 염류의 투과계수가 작고 단위부 피당 표면적이 크고 막의 두께가 얇아야 한다. 또한 장기간 운전해도 역삼 투막이 물리적 및 화학적으로 안정되어야 하며, 해수 중의 미생물 침식에도 강하고 특성이 약화되지 않아야 한다.
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.
또한 상기 각각의 RO SKID(140, 160)는 CIP 시스템과 연동될 수 있다. 각 RO SKID(140, 160)를 통과한 CIP 용수는 CIP 저장조(CIP TANK)로 회수되고, 다시 순환펌프에 의해서 CIP 필터를 거친 후 1차 RO SKID(140) 및 2차 RO SKID로 공급된다.
한편, 상기 수처리 시스템(100)은 전처리를 위해 상기 1차 RO SKID에 염산(HCl)을 주입하는 염산(HCl) 도징 시스템 및 pH 조정을 위해 수산화나트륨(NaOH)을 주입하는 수산화나트륨(NaOH) 도징 시스템을 더 포함할 수 있다.
이하 실험예를 통하여 본 발명에 따른 UF 공정 및 RO 공정을 이용한 수처리 시스템을 설명한다.
실험예
도 1 및 도 3과 같이 구성되는 고도처리시설(모형 시설, pilot plant)에서 하기 조건으로 실험(24시간)을 수행하였다. UF/RO 공정에 유입되는 MBR 처리수, 1차 및 2차 RO SKID를 거친 후 발생한 1차 농축수 및 2차 농축수, UF/RO 공정으로 처리된 처리수(방류수)에 대한 수질오염공정시험기준(국립환경과학원고시 제2017-57호, 2017.12.22)에 따른 오염물질 분석 결과 및 2차 농축수(슬러지)의 양을 하기 표 2에 나타내었다(실시예). 비교를 위해 도 3에서 UF SKID의 역세 공정에 1차 농축수 대신 UF 처리수가 사용되는 경우(도 3에서 점선 표시)에 대한 결과(비교예)도 함께 나타내었다.
[실험 조건]
(1) MBR 처리수
도 1로 구성된 MBR 시스템으로 처리된 하기 표 1의 수질을 갖는 MBR 처리수를 50~55 ㎥/day의 평균 유량으로 UF/RO 공정에 유입시켰다.
(2) UF 모듈
한외여과막(HUF3040, 시노펙스, 한국, 분획분자량 300,000, 섬유 내경/외경 0.8/1.4 mm, 유효면적 6 ㎡, 최대유입압력 5 kgf/㎠, 운전압력 1.5-2.0 bar)사용하였고,　UF 모듈은 1시간 가동하고 1분 역세척을 반복하였다.
(3) 1차 및 2차 RO 모듈
역삼투막(NULP31-4040, 시노펙스, 한국, 염배제율 99.4 %, 유효면적 7.4 ㎡, 운전압력 11 bar)이 장착된 모듈을 사용하였다.
구분 MBR
처리수		 실시예 비교예
방류수 1차농축수 2차농축수 방류수 1차농축수 2차농축수
BOD
(mg/L)		 1.5 0.883 6 20 0.941 6 20
COD(mg/L) 10 2.944 40 133.3 3.135 40 133.3
T-N(mg/L) 13.1 2.892 52.4 174.7 3.080 52.4 174.7
T-P(mg/L) 1.38 0.028 5.52 18.4 0.028 5.52 18.4
SS(mg/L) 1 0.221 4 13.3 0.221 4 13.3
최종방류수량 45.8㎥/일 45.3㎥/일
최종농축수발생량 3.09㎥/일 3.68㎥/일
상기 표 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 UF SKID의 역세 공정에 1차 농축수를 사용할 경우, UF 처리수를 사용할 경우 대비 농축수의 양을 15% 이상 감소시킬 수 있으며, 방류수 수질 저하 없이 처리효율을 향상시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.
한편, 농축된 2차 RO 농축수의 오염물질의 농도가 UF/RO 수처리 시스템에 유입된 MBR 처리수 대비 총질소, 총인 기준 약 13배 수준으로 증가하였으며, 고농축된 오염물질이 UF/RO 수처리 시스템을 통해 효과적으로 제거된 것을 확인할 수 있다.
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.
10 : 고도처리시설 11 : 유량조정조
12 : 혐기조 13 : 무산소조
14 : 막분리조 15 : 안정화 반송조/침전조
16 : 슬러지저류조 17 : 처리수조
18 : 접촉폭기조 100 : 농축 시스템
110 : 순환수조 120 : UF SKID
130 : UF 처리수조 140 : 1차 RO SKID
150 : 농축수조 160 : 2차 RO SKID
170 : 농축 슬러지 저류조

Claims (5)

  1. 하폐수의 생물학적 처리 공정에서 배출되는 처리수를 3차 처리하는, UF(Ultrafiltration) 공정 및 RO(Reverse Osmosis) 공정을 이용한 수처리 시스템으로서,
    상기 생물학적 처리 공정에서 배출되는 처리수 및 상기 UF 공정으로부터 순환되는 순환수를 저장하는 순환수조;
    상기 순환수조로부터 공급받은 원수를 처리하여 UF 처리수조로 이송하고, 여과 및 역세 공정이 반복되는 UF SKID;
    상기 UF 처리수조로부터 공급받은 처리수 중 70 내지 90 부피%의 1차 처리수를 방류하고, 10 내지 30 부피%의 1차 농축수를 농축수조로 이송하는 1차 RO SKID; 및
    상기 농축수조로부터 공급받은 농축수 중 65 내지 80 부피%의 2차 처리수를 방류하고, 20 내지 35 부피%의 2차 농축수를 농축 슬러지 저류조로 이송하는 2차 RO SKID;
    를 포함하되,상기 UF SKID의 역세 공정은 상기 1차 농축수가 역세수로 사용되어, 상기 2차 농축수의 생성량이 상기 생물학적 처리 공정에서 배출되는 처리수의 7 부피% 이하가 되도록 하는 수처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 UF SKID의 분리막은 중공사 막이고, 상기 1차 RO SKID의 분리막은 BW 막이고, 상기 2차 RO SKID의 분리막은 내오염 막인 것을 특징으로 하는 수처리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 생물학적 처리 공정은 MBR 공정, SBR 공정 및 A2O 공정으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 수처리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수처리 시스템은 최종 방류수가 중수도로 재이용되는 것을 특징으로 하는 수처리 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수처리 시스템은 상기 1차 RO SKID에 염산(HCl) 도징 시스템 및 수산화나트륨(NaOH) 도징 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 시스템.
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