KR19980019270A - 막분리형 고도 합병정화조를 이용한 오.폐수의 처리방법(Treatment method of waste water using separate-type septic tank) - Google Patents

Abstract

본 발명은 막분리형 고도 합병정화조를 이용한 오·폐수의 처리방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 무산소조와 정밀여과막 및 적어도 하나 이상의 알루미늄판이 설치된 폭기조가 하부가 개방된 분리막에 의해 분리되어 일체로 형성된 합병정화조의 무산소조에 오·폐수를 공급하는 단계, 상기 폭기조에서 처리된 오·폐수를 무산조로 공급되는 오·폐수양의 1.5 내지 2배의 양으로 무산소조에 반송시키는 단계 및 상기 폭기조에서 무산소조로 공급되는 공급수와 동일한 양으로 정밀여과막을 통하여 여과시켜 배출시키는 단계로 이루어지는 막분리형 고도 합병성화조를 이용한 오·폐수의 처리방법에 관한 것이다. 상기 방법으로 처리된 처리수의 수질은 재이용이 가능할 정도로 양호한 수질을 얻을 수 있다.

Description

막분리형 고도 합병정화조를 이용한 오·폐수의 처리방법

본 발명은 막분리형 고도 합병정화조를 이용한 오·폐수의 처리방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 고도 합병정화조의 폭기조에 침지형 정밀여과막을 침지시켜 침전조 대신에 여과막을 통하여 고·액분리(Solid/Liquid Separation)를 실시하고, 미생물을 이용한 생물학적 처리와 정밀여과막을 이용한 물리학적 처리를 조합하여 오·폐수를 처리함으로서 폭기조내에 미생물을 고농도로 유지할 수 있고 침전조가 불필요하며, 부유고형물(Suspended Solids)도 완벽하게 처리할 수 있어 우수한 처리수질을 안정적으로 유지할 수 있는 막분리형 고도 합병정화조를 이용한 오·폐수의 처리방법에 관한 것이다.

또한 본 발명은 폭기조로부터 무산소조로 오니를 반송하여 BOD 성분과 질소를 동시에 제거할 수 있으며, 막분리조에는 알루미늄판을 침지시켜 DC 4.5V의 전압을 걸어주어 알루미늄 이온을 석출시켜 오·폐수중에 함유된 인을 응집침전 제거하는 방법으로 구성된 처리공법으로 이루어진 고도 합병정화조를 이용한 오·폐수의 처리방법에 관한 것이다.

현재까지 합병정화조에 적용되어 온 처리방식은 활성슬러지법의 장기폭기법(Extended Aeration), 표준 활성슬러지법(Conventional Activated Sludge). 생물막법 (Biofilter), 접촉폭기방식(Contact Aeration)등이 주종을 이루고 있으나, 생분해도(Biodegradability)가 높은 유기물질을 제외한 영양물질(N, P)의 처리에는 많은 한계를 나타내고 있고, 유지관리가 어려운 정화조의 특수성 때문에 처리효율이 매우 저조한 실정이다. 그리고 처리용량이 증가함에 따라 조(Tank)의 크기도 비례적으로 커지게 되어 운반 및 시공에 많은 제약을 받게되고, 부지면적이 협소한 장소에 설치하기 어려우며, 대량 생산이 불가능하여 시스템 제작 비용이 높은 단점을 가지고 있다. 또한, 질소와 인을 비롯한 영양물질을 처리하기 위하여는 A²/0공정, MB(Modified Bardenpho)공정, UCT(University of Capetown)공정, VIP(Virgin Initiative Plant) 공정, SBR(Sequencing Batch Reactor) 공정과 같은 처리공정을 응용한 방법들이 적용될 수 있지만 이러한 처리공정을 합병정화조에 적용하면 처리공정의 안정성이 매우 낮고 제어계측기기 등도 다수 도입되어야 하기 때문에 유지관리에 고도의 기술력을 필요로 하는 단점이 있다.

이에, 본 발명자들은 상기의 문제점을 해결하고 보다 효율적인 고도 합병정화조를 개발하기 위하여 연구를 거듭한 결과, 합병정화조의 폭기조에 침지형 정밀여과막을 침지시켜 고·액분리를 실시하면 폭기조의 미생물을 고농도로 유지할 수 있어 폭기조용량을 축소가능하여 합병정화조 규모의 소형화를 실현하고, 무산소조를 합병정화조의 전단에 설치하여 질소와 BOD 성분을 동시에 제거할 수 있도록 하며, 폭기조에는 알루미늄 판을 설치하고 전기분해로 알루미늄 이온을 석출시켜 인 성분을 응집침전법으로 제거하면 기존의 질소·인 동시 제거공정에 비하여 안정된 처리수질을 얻을 수 있고, 소요부지 면적을 축소할 수 있는 장점을 얻을 수 있음을 확인하였고, 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 보다 저렴하고 효율적인 처리공정으로 이루어진 고도 합병정화조를 이용하여 오·폐수를 처리하는 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 처리방법은 오·폐수의 처리방법에 있어서, 무산소조와 정밀여과막 및 적어도 하나 이상의 알루미늄판이 설치된 폭기조가 하부가 개방된 분리막에 의해 분리되어 일체로 형성된 합병정화조의 무산소조에 오·폐수를 공급하는 단계, 상기 폭기조에서 처리된 오·폐수를 무산조로 공급되는 오·폐수양의 1.5 내지 2배의 양으로 무산소조에 반송시키는 단계, 상기 폭기조에서 무산소조로 공급되는 공급수와 동일한 양으로 정밀여과막을 통하여 여과시켜 배출시키는 단계로 이루어지며, 상기 무산소조에서는 질소성분을 제거하고, 상기 폭기조는 미생물 농도를 8,000mg/ℓ이상으로 유지되어 내생탈질율을 증대시키고, 저압 흡인펌프를 이용하여 여과하는 제 1공정, 막면에 부착된 막오염물질을 제거하기 위하여 공기를 공급하는 제 2공정 및 생물학적처리에 필요한 최소한의 공기를 공급하여 유기물을 제거하는 제 3공성으로 운전되는 것으로 이루어진다.

도 1은 본 발명에 따른 고도 합병정화조를 이용하여 오·폐수를 처리하는 공정을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 고도 합병정화조에 사용한 침지형 정밀여과막을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 고도 합병정화조의 운전시간에 따른 MLSS(Mixed Liquor Suspended Solids)농도와 처리수의 BOD, 총 질소(T-N), 및 총 인(T-P)의 농도변화를 나타낸 그래프이다.

도 4는 본 발명에 따른 고도 합병정화조 운전기간 동안의 운전압력변화를 나타낸 그래프이다.

* 도면의 중요 부분에 대한 부호 설명

11 : 원수 또는 오·폐수 12 : 스크린13 : 원수공급펌프

14 : 무산소조15 : 폭기조 16 : 정밀여과막(막모듈)

17 : 합병정화조 18 : 반송펌프19 : 압력게이지

20 : 유량계 21 : 흡인펌프 22 : 처리수

23 : 전기분해장치 24 : 공기유량계(대)25 : 공기유량계(소)

26 : 알루미늄판27 : 분리막

이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 좀 더 구제적으로 살펴보면 다음과 같다.

본 발명에 따르면, 고도 합병정화조(17)의 폭기조(15)에 정밀여과막(16)을 침지시키고 저압 흡인펌프(21)를 이용한 OUT-IN 전량여과 흐름상태로 폭기조(15)내에 혼합액(Mixed Liquor)을 흡인하는 여과공정, 정밀여과막(예를 들어, 중공사막(Hollow Fiber), 도 2 참조)의 외부에 공기를 공급하여 막면에 부착된 부착물을 제거하는 세성공정, 혼합액을 간헐폭기조로 이송하여 간헐적으로 폭기시킴으로서 조내의 조건을·혐기·호기조건으로 유도하여 막분리조에서 질산화된 질소싱분을 탈질화시켜 질소를 제거하는 공정, 인을 제거하기 위하여 막분리조에 알루미늄판(26)을 침지시켜 DC 4.5V의 전압을 걸어주어 알루미늄 이온을 석출시켜 수중의 인을 응집 침전 제거하는 공정을 통하여 오·폐수중에 함유된 유기물은 물론 질소, 인을 비롯한 영양물질까지 경제적으로 처리할 수 있는 고도 합병정화조 시스템을 제공한다.

본 발명에 사용된 막은 상업적으로 판매되는 통상적인 정밀여과막으로서 폴리에틸렌(Polyethylene)을 재질로 하여 친수성으로 개질시켜 제조되었기 때문에 활성슬러지 등과 같은 고분자 물질이 막면에 부착되는 것을 현저하게 줄일 수 있고 폭기조(15)의 저부에서 공급되는 폭기용 공기를 막의 세척에 사용하였기 때문에 다른 분리막 시스템에 비하여 동력비를 절감할 수 있는 장점이 있다. 정밀여과막을 합병정화조(17)의 폭기조(15)에 적용하여 고·액분리를 실시하면 폭기조(15)내의 미생물농도를 기존 생물학적 처리방법의 4배까지 유지할 수 있어 폭기조(15)의 용적을 줄일 수 있음은 물론 침전조를 비롯한 기타 조가 불필요하게 되어 합병정화조(17) 크기를 기존의 2/3까지 줄일 수 있다.

본 발명에서는 또한 합병정화조(17)내에 하부가 개방된 분리막(27)을 설치하고, 전단에 무산소조(14)를 설치하여 무산소조건을 인위적으로 형성시켜 공급수(유입유량)의 1.5 내지 2배에 해당하는 혼합액을 폭기조(15)부터 무산소조(14)로 반송하여 탈질화 공정에 의해 질소성분이 제거될 수 있도록 하였다. 특히. 오니반송량을 2Q 정도 보다 낮게 유지하여도 탈질효율은 높게 유지 할 수 있었는데 이러한 원인은 폭기조(15)의 미생물 농도를 8,000mg/ℓ이상(통상의 경우는 6,000mg/ℓ이하)의 고농도로 유지함에 따라 내생탈질되는 질소농도가 기존의 탈질공정에 비하여 높게 나타났기 때문으로 판단되었다. 또한 유입원수를 무산소조(14)로 유입시킴으로 인하여 추가의 기질(종래의 경우 메탄올과 갈은 탄소원을 별도로 공급함)을 공급하지 않아도 되기 때문에 유지관리비용이 현저히 줄어들 수 있다는 장점이다.

한편, 본 발명에서는 폭기조에 정밀여과막을 침지시켜 고/액분리를 실시하므로써 미생물의 침강성을 고려하지 않아도 되기 때문에 미생물의 농도를 고농도로 유지하여도 처리효율에는 영향을 미치지 않을 뿐만 아니라 부가적으로 폭기조 용적도 줄일 수 있다.

생물학적 질소제거방법에는 호기성조건에서 니트로소모나스(Nitrosolnonas) 와 니트로박터(Nitrobactor)에 의해 NH₄ ⁺를 NO₃ ^-로 변환시키는 질산화 공정과 무산소상태에서 슈도모나스(Pseudomonas)와 바실러스(Bacillus)에 의해 NO₃ ^-를 N₂로 변환시키는 탈질화공정으로 구성되어 있다. 일반적으로, 효과적인 질소제거를 위하여는탈질화공정 이전에 질산화가 충분히 일어나야 하고 NO₃ ^-성분의 유출을 방지하기 위하여 많은 양의 혼합액을 재순환시켜야 하는데 실질적으로 유입유량의 3-4배 이상을 재순환시켜야 하기 때문에 많은 동력비가 소요되는데 본 발명에서는 이러한 문제점을 개선하였다.

본 발명에서 인을 제거하기 위하여는, 생물학적 치리방법으로 무산소조건에서 미생물의 인 방출(Release)과 호기조건에서 과잉섭취(Luxury Uptnke)하는 미생물의 특성을 기본적으로 이용하고, 폭기조(15)에 알루미늄 판(26)을 전기분해하여 석출된 ALUM(A1₃ ⁺)을 인 성분과 반응시켜 난용성 염을 만들어 응집시킨 후 여과하는 공정을 채택하였다. 이 경우 알루미늄 판(26)을 전기분해하기 위하여 사용된 전압은 4.5v. 판 사이의 간격은 2.5cm를 유지하였다.

본 발명에서는 또한 동력비를 절감하고 조의 면적을 줄이기 위하여 폭기조(15)를 3단계 공정으로 운전하였는데, 폭기를 시키지 않고 여과하는 공정, 50Nm³/m²·hr의 유량으로 공기를 공급하여 막면을 세성하는 공정, 생물학적처리에 필요한 최소한의 공기를 공급하여 유기물을 분해시키는 공정으로 구성되었다. 이와 갈이 폭기조(15)를 3단계로 운전함에 있어서, 공기의 공급라인을 2개로 구성하여 공기공급량을 변화시켜 상기 공정의 효율성을 높였다. 특히 폭기를 시키지 않는 여과공정 동안에는 알루미늄 이온과 인이 결합하여 형성된 난용성 염이 플록을 형성하여 여과공정을 통하여 효과적으로 제거시킬 수 있었다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

2.5㎥/일 용량의 첨부된 도 1과 갈은 합병성화조(17)에 식당 오·폐수를 공급한 다음, 하기 표 1과 같은 운전조건으로 오·폐수를 치리하였다. 즉, 본 발명에서는 또한 동력비를 절감하고 조의 면직을 줄이기 위하여 폭기조(15)를 3단계 공정으로 운전하였는데, 폭기를 시키지 않고 여과하는 공정(약 3분, 20LMH), 50N㎥/㎡·hr의 유량으로 공기를 공급하여 막면을 세정하는 공정(약 45초), 생물학적처리에 필요한 최소한의 공기를 공급하여 유기물을 분해시키는 공정(약 2분 15초)으로 구성하였다. 특히 폭기를 시키지 않는 여과공정 동안에는 알루미늄판에 DC 4.5V의 전압을 걸어주어 전기분해한 후 알루미늄 이온과 인이 결합하여 형성된 난용성 염을 플록으로 형성시켰다. 정밀여과막은 기공이 0.4㎛인 폴리에틸렌 재질의 중공사막을 사용하였다. 도 2에서 본 실시예에 사용된 침지형 정밀여과막의 외부를 개략적으로 도시하였다.

본 발명에 따른 고도 합병정화조의 운전시간에 따른 MLSS 농도와 처리수의 BOD, COD, 총 질소(T-N), 및 총 인(T-P)의 농도변화를 도 3에 도시하였다.

폭기량	막세기공정	12N㎥/hr
	폭기공정	6N㎥/hr
막투과속도	0.02㎥/㎡·hr
HRT	4hr
막세정시간	45sec
막세정빈도	1회/6분
반송유량	유입량의 약 1.7배

전술한 바와 같이, 정밀여과막(중공사막)을 이용한 막분리형 고도 합병정하조를 이용하여 오·폐수를 처리하면 합병정화조의 크기를 축소할 수 있어 협소한 장소에 설치하기 용이하고, 우수한 치리수질을 안정적으로 유지할 수 있으며, 유지관리가 용이하다는 장점이 있다. 또한, 무산소조를 설치하고 폭기조의 운전최적화를 통하여 최소의 비용으로 질소·인을 동시에 제거할 수 있음을 확인하였다.

Claims (5)

1. 오·페수의 처리방법에 있어서, 무산소조와 정밀여과막 및 적어도 하나 이상의 알루미늄판이 설치된 폭기조가 하부가 개방된 분리막에 의해 분리되어 일체로 형성된 합병정화조의 무산소조에 오·폐수를 공급하는 단계, 상기 폭기조에서 처리된 오·폐수를 무산조로 공급되는 오·폐수양의 1.5 내지 2배의 양으로 무산소조에 반송시키는 단계 및 상기 폭기조에서 무산소조로 공급되는 공급수와 동일한 양으로 정밀여과막을 통하여 여과시켜 배출시키는 단계로 이루어지며, 상기 무산소조에서는 질소성분을 제거하고, 상기 폭기조는 미생물 농도를 8,000mg/ℓ이상으로 유지되어 내생탈질율을 증대시키고, 저압 흡인펌프를 이용하여 여과하는 제 1공정, 막면에 부착된 막오염물질을 제거하기 위하여 공기를 공급하는 제 2공정 및 생물학적처리에 필요한 최소한의 공기를 공급하여 유기물을 제거하는 제 3공정으로 운전되는 것을 특징으로 하는 막분리형 고도 합병정화조를 이용한 오·폐수의 처리방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 알루미늄 판이 2.5cm 간격으로 설치되어 이를 DC 4.5V의 전압을 걸어주어 전기분해한 후 알루미늄이온과 인성분이 난용성염을 형성, 응집시키는 것을 특징으로 하는 막분리형 고도 합병정화조를 이용한 오·폐수의 처리방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 여과공정 동안에 폭기를 실시하지 않음으로서 인위적으로 무산소조건을 형성하여 질소성분을 제거하고, 알루미늄 이온과 인이 결합하여 형성된 난용성 염들이 플록을 형성하여 여과공정을 통하여 효과적으로 분리시키는것을 특징으로 하는 막분리형 고도 합병정화조를 이용한 오·폐수의 처리방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 정밀여과막의 기공이 0.4㎛인 것을 특징으로 하는 막분리형 고도 합병정화조를 이용한 오·폐수의 처리방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 폭기조를 3단계로 운전함에 있어서, 공기의 공급라인을 2개로 구성하여 공기공급량을 변화시키는 것을 특징으로 하는 막분리형 고도 합병정화조를 이용한 오·폐수의 처리방법.