KR19990033044A - 유량조정폭기조와 한외여과막방식 중수도 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유량조정폭기조와 한외여과막방식(ultra flitration) 중수도 시스템에 관한 것으로, 특히 유량조정조, 폭기조, 침전조를 하나의 유량조정폭기공정으로 단일화 하고, 상기 유량조정폭기공정을 통과한 원수에 함유된 부유물질을 반영구적으로 사용할 수 있는 전처리 필터(pre filter)를 이용하여 사전에 제거하고, 이러한 전처리 필터를 통과한 원수를 사전 집수탱크에 집수시켜 원수의 유입량에 따라 전처리 필터 및 U/F막여과공정을 상호 조절하도록 함으로서, 시스템의 구조를 간소화 함과 아울러 시스템의 소요면적을 줄일 수 있으며, 반영구적인 전처리 필터를 사용함에 따라 시스템의 유지관리비용을 절감하고, 처리수질을 안정적으로 얻을 수 있으며, 생물학적 처리의 효율 변화에도 영향을 받지 않고 U/F막여과가 최종적으로 수행되도록 함으로서 무인 자동운전을 실현할 수 있게 하는 것이다.

Description

유량조정폭기조와 한외여과막방식 중수도 시스템

본 발명은 중수도 시스템에 관한 것으로, 특히 한외여과막 방식(U/F: ultra flitration)을 이용한 중수도 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 중수도는, 한번 사용한 물을 어떠한 형태로든 여러번 반복하여 재사용할 수 있도록 하는 물의 재이1용시설로서, 이러한 중수도를 여러 용도로 다량의 물을 이용하고 있는 빌딩에 설치 운영한다는 것은 도시 한 가운데 작은 댐을 만드는 것과 같은 효과가 있다. 또한 공단 및 공장의 시설확장에 필요한 용수를 확보하기 위해 원거리 수원에서부터 새로운 수도관을 매설하기 위해서는 많은 시설비가 소요됨에 따라 이를 해결할 수 있는 방안으로 중수도를 설치 운영하는 것이다.

그리고 중수도는 여러 형태의 물사용 용도중에 음용수와 같은 정도의 청정도를 필요로 하지 않는 용도에 대하여 각각의 용도에 알맞는 물을 공급하는 시설로서, 장래의 물부족에 대처하기 위해서는 물을 아껴쓰는 것은 물론이며, 쓰고 버린 물을 재이용하는 중수도 설치가 절실히 요구되고 있는 실정이다. 특히 물을 많이 사용하는 대형 건축물과 대단위 시설물이 증가하면서 공급량을 늘려가는 것은 한계가 있어 중수도를 설치하게 되면 수돗물 공급량을 줄일 수 있으므로 수도시설을 늘리는 대신 그 투자 예산을 깨끗한 수돗물 생산에 투입할 수 있게 되고, 또한 갈수시 특히 수요량이 많은 대도시의 물부족 상황에 효과적으로 대처할 수 있게 된다.

이러한 중수도의 용도는 음용이 불가능한 것을 원칙으로 하고 보통 수세식 화장실, 냉각용수, 청소 및 하천수, 지하수 및 우수 등을 이용할 수 있을 뿐만 아니라 물을 절약할 수 있는 곳이면 어떠한 형태라도 이용이 가능하다.

중수도 설치의 일 실시예는 도 1에서 오수 및 중수처리시설 계통도로 도시된 바와 같다.

이러한 중수처리시설에 있어 종래 일반적인 중수처리 공정은 도 2에 도시된 바와 같은 공정으로 이루어지는 것으로, 이를 좀더 구체적으로 설명한다.

침사조(1)에서 모래 등의 이물질을 침전시켜 제거하고, 스크린(2)을 통하여 중 대형 협잡물을 제거하는 침사 스크린공정을 통과한다.

침사 스크린공정을 통과한 오수는 유량조정조(3)로 유입되어 생물학적 처리를 수행할 때 부하변동을 줄이기 위한 저류조로서 유입수량의 시간변동을 완화하고, 생물학적 처리의 효과를 향상시키기 위하여 과도한 원수 발생시 유입되는 오수량을 시간적으로 저류(低流)한다. 이러한 유량조정조(3)에서는 수량을 후처리공정으로 이송하기 위한 펌프(P)가 설치되고, 유량조정조(3)에는 부유물질의 침전 및 오수의 부패를 방지하기 위하여 폭기를 실시하는데, 통상 유량조정조(3)의 용량 1㎥당 1㎥Air/hr 정도로 송기한다.

유량조정조(3)를 통과한 물은 수중의 오염물을 산화, 분해 작용을 통하여 제거하도록 하는 반응조인 폭기조(4)로 유입되고, 이러한 폭기조(4)에서는 미생물과 오염물을 지속적으로 혼합하면서 증식에 필요한 산소가 공급되고, 수중의 유기 오염물은 미생물의 산화, 흡착, 동화 등의 작용으로 분해되어 일부는 에너지로 소모되며, 일부는 자기증식에 이용된다. 그리고 이러한 폭기조(4)의 처리효율은 유기물량의 부하량, 폭기시간, 공기량 등의 설계조작 조건과 수온, pH 등의 생육환경상의 조건에 따라 영향을 받게 된다. 폭기조 내에는 오염물과 미생물이 혼탁하게 혼합된 활성오니(activated sludge)가 배양된다. 이 활성오니가 양호하게 배양되었을 경우 미생물은 유기물을 분해시켜 미립 분자화하며 산화력과 침강분리성이 뛰어난 무리(floc)를 형성시킨다.

이와같이 폭기조(4)를 거친 물은 침전조(5)로 유입되어 폭기조(4)에서 유기물이 분해되면서 증식된 미생물군인 오니를 침강시켜 깨끗해진 상등수는 다음 공정으로 이송되며, 하부에 침전된 오니는 분리되어 일부는 폭기조의 활성을 위하여 폭기조로 반송되고 나머지는 분리, 농축, 탈수시켜 처분된다.

침전조(5)에서 분리된 처리수를 다음 공정인 여과공정을 수행하기 위한 중간 집수탱크인 여과수조(6)로 이송된다. 이때 물의 이송은 자연유하로 이루어진다.

상기 여과수조(6)를 통과한 물은 여과재로 모래가 충진된 여과조(7)로 유입되어 생물학적 처리된 처리수의 부유물질을 걸러 여과시킨다. 이러한 여과조(7)는 여과재에 의해 부유물을 걸러주고 압력 또는 시간에 따라 주기적(1일 1회∼2회)으로 역세가 실시된다. 역세는 여과된 처리수를 이용하며 역세에 의해 세척된 여과재는 다시 여과 기능을 수행하게 된다.

상기 여과조(7)를 통해 여과된 물은 매우 큰 내부 표면적을 가지며 다공성 세공으로 특유의 흡착기능을 지닌 활성탄(Activated Carbon)이 충진된 A/C흡착조(8)로 유입되어 수중의 미분해 유기물, 색도, 냄새 등을 흡착시켜 제거한다. 이 A/C흡착조(8)도 상기 여과조(7)와 마찬가지로 역세가 실시되는데, 이것은 물 흐름상의 기능 회복을 위한 것이지 여과조(7)와는 다른 의미를 가진다. 여과조(7)가 역세에 의한 세척을 통하여 반영구적으로 사용되는 반면 활성탄은 흡착의 역가가 점점 떨어지기 때문에 주기적(6개월∼1년)으로 교체하여야 한다.

상기 A/C흡착조(8)에서 미분해 유기물, 색도, 냄새 등이 제거된 물은 여과조(7) 및 A/C흡착조(8)의 역세를 위해 일정량의 처리수를 저장하는 역세수조(9)에 담수된 후 오버-플로우어(over-flow)에 의해 다음 단계로 이송된다.

이와 같이 역세수조(9)에서 오버-플로우어된 물은 일반적인 수처리의 마지막 공정인 소독조(10)로 이송되어 염소화합물에 의해 유해세균, 대장균군 등이 멸균된다. 이렇게 소독된 방수류의 잔류염소는 0.5㎎/L 이상되도록 하며, 접촉시간은 15분 이상이 되도록 한다.

그런데 상기와 같은 종래 일반적인 중수도처리 시스템은, 장치가 크고 복잡하여 처리장의 소요면적이 크게 확보되어야 하고, 설치비용이 많이 소요되는 비경제적인 문제점이 있었다. 또한 생물학적 처리 후 여과, 흡착 방식으로 주처리 공정인 생물학적 처리부의 처리상태에 따라 처리수질이 크게 좌우되며, 부하변동, 조건변동 등의 충격부하시 안정적인 처리수질을 기대할 수 없고, 클로이드성 물질이 잘 제거되지 않으며, 미제거된 부유물 및 콜로이드성 물질이 A/C흡착조의 흡착공정을 방해하여 A/C의 역가가 급격히 저하되는 결함이 있다.

이러한 종래 일반적인 중수도 시스템의 문제점을 해결하기 위하여 근래와서는 생물학적 처리 후 부유물질 및 클로이트성 물질의 완벽한 제거로 안정적인 처리수질을 얻을 수 있고, 미생물 유출 방지로 생물학적 처리부의 효율을 상승시킬 수 있는 한외여과막방식(ultra flitration) 중수도 시스템이 제안되어 사용되고 있다.

이 U/F 중수도 시스템은, 도 3에 도시된 바와 같이 침사조(11)와 스크린(12)을 통해 유입수 중의 협잡물과 모래를 제거한다.

또한 유량조정조(13)를 통하여 생물학적 처리를 수행할 때 부하변동을 줄이기 위한 저류조로서 유입수량의 시간변동을 완화하고, 생물학적 처리의 효과를 향상시키기 위하여 과도한 원수 발생시 유입되는 오수량은 시간적으로 저류(低流)한다.

이어서 수중의 오염물을 산화, 분해 작용을 통하여 제거하도록 하는 반응조인 폭기조(14)로 유입되어 미생물과 오염물을 지속적으로 혼합하면서 증식에 필요한 산소가 공급되고, 수중의 유기 오염물은 미생물의 산화, 흡착, 동화 등의 작용으로 분해되어 일부는 에너지로 소모되며, 일부는 자기증식에 이용되고, 오염물과 미생물이 혼탁하게 혼합된 활성오니(activated sludge)가 배양되고, 이 활성오니가 양호하게 배양되었을 경우 미생물은 유기물을 분해시켜 미립 분자화하며 산화력과 침강분리성이 뛰어난 무리(floc)를 형성시킨다.

이와같이 폭기조(14)를 통과한 물은 침전조(15)로 유입되어 폭기조(14)에서 유기물이 분해되면서 증식된 미생물군인 오니를 침강시켜 깨끗해진 상등수는 다음 공정으로 이송되고 하부에 침전된 오니는 분리되어 일부는 폭기조(14)의 활성을 위하여 폭기조(14)로 반송되고 나머지는 분리, 농축, 탈수시켜 처분된다.

이러한 침사 스크린공정→유량조정공정→폭기공정→침전공정은 종래 일반적인 중수도처리 공정과 동일하다.

상기 침전조(15)를 통한 침전공정이 종료되면 버퍼탱크(buffer tank)(16)로 이송된다. 이 사전 집수탱크(16)는 생물학적 처리수의 U/F막 여과를 수행하기 위한 중간 집수 탱크로서 종래 일반적인 중수도처리 시스템의 여과수조와 유사한 개념이며, 버퍼탱크(16) 내에는 레벨 센서가 설치되어 원수유입량에 따른 U/F장치를 콘트롤 한다.

상기 버퍼탱크(16)를 통과한 물은 20∼50㎛ 정도의 카트리지 형태로 구성된 마이크로 필터(17)를 통과한다. 이 마이크로 필터(17)는 U/F막 여과공정의 원할한 운전과 U/F막의 보호를 위한 전처리 공정이며, 이 마이크로 필터(17)는 소모성 필터로서 오염정도에 따라 주기적(오수처리의 경우 1∼2주에 1회)으로 교체한다.

이렇게 마이크로 필터(17)를 통과한 물은 기공 사이즈(pore size) 0.005㎛ 이하의 아주 정밀한 막으로 이루어진 U/F막여과부(18)로 유입되어 수중의 용존성 유기물을 제외한 콜로이드성 물질 이상의 오염물은 모두 제거된다. 이렇게 U/F막여과부(18)를 투과하는 용존성 유기물은 비교적 분해가 용이하여 U/F 전단계인 생물학적 처리부에서 제거되고, 비교적 입자가 큰 부유물질은 상기 마이크로 필터(17)에 의해 제거되며, 그 외의 오염물질이 U/F에 의해서 완벽하게 제거된다. 이러한 U/F는 박테리아 등의 미생물도 투과할 수 없기 때문에 처리수로의 미생물이 유출되는 것을 방지하며, 생물학적 처리부의 효율을 더욱 상승시키는 역할을 수행하게 되고, U/F를 이용한 중수도 시스템은 전단계인 생물학적 처리의 효율 변화에도 불구하고 매우 양호한 처리수질을 얻을 수 있다.

이와 같이 U/F막여과부(18)를 통과한 물은 역세수조(19)를 경유하여 수처리의 마지막 공정인 소독조(20)로 이송되어 염소화합물에 의해 유해세균, 대장균군 등이 멸균된다.

그런데 상기와 같은 U/F 중수도 시스템은 안정적인 처리수질을 얻을 수 있고, 생물학적 처리부의 효율을 상승시키는 효과는 얻을 수 있으나 생물학적 처리수와 U/F의 상호 보완적인 효과가 고려되지 않은 단순한 조합으로 구성되어 시스템이 복잡하고 처리장의 소요면적이 크게 확보되어야 함으로서 시설비가 많이 소요되고, 마이크로 휠터의 잦은 교체로 유지관리비용이 많이 소요되는 결함이 있었다.

이에 본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 제반 결함을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 시스템의 구조를 간소화 하고, 유지관리비용을 절감하며, 처리수질을 안정적으로 얻을 수 있게 함과 아울러 무인 자동운전을 실현할 수 있는 한외여과막방식(ultra filtration) 중수도 시스템을 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 유입수 중의 협잡물, 모래를 제거하는 침사 스크린과; 유량조정조, 폭기조, 침전조를 하나의 공정으로 단일화 하여 1/2이상 상등부는 유량조정의 역할을 수행하고, 1/2이하 하등부는 폭기조 역할을 수행하며, 하부에는 HBC 접촉여재를 충진하여 미생물이 접촉여재에 부착되어 증식되도록 하는 유량조정폭기조와; 압력식 여과기를 주기적으로 자동 역세되도록 구성하여 부유물질을 사전에 제거하는 전처리 필터(pre filter)와; 원수의 유입량에 따라 전처리 필터 및 U/F막여과 공정을 상호 조절하는 버퍼 탱크(buffer tank)와; 상기 버퍼 탱크에 사전 집수된 후 유입되는 수중의 이물질을 기공 사이즈 0.005㎛ 이하의 정밀한 막을 이용하여 여과하는 U/F막여과부와; U/F막여과부를 통해 여과된 수중의 유해세균, 대장균군 등을 멸균하는 소독조가 구성됨을 특징으로 하는 것이다.

도 1은 본 발명이 적용되는 오수 및 중수처리시설 계통도

도 2는 종래 일반적인 중수처리 시스템 구성도

도 3은 종래 U/F 중수처리 시스템 구성도

도 4는 본 발명이 적용된 U/F 중수처리 공정도

도 5는 본 발명이 적용된 U/F 중수처리 시스템 구성도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

21: 침사조 22: 스크린

23: 유량조정폭기조 24: 전처리 필터

25: 버퍼탱크 26: U/F막여과부

28: 소독조

이하 첨부된 도면에 의거하여 본 발명 일 실시예를 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명이 적용된 U/F 중수처리 공정도이고, 도 5는 본 발명이 적용된 U/F 중수처리 시스템 구성도이다.

본 발명은 도 4에 도시된 바와 같이 침사 스크린공정(A) → 유량조정폭기공정(B) → 전처리 여과공정(C) → 사전 집수공정(D) → U/F막 여과공정(E) → 소독공정(F)으로 이루어지는 것으로, 이를 좀더 구체적으로 설명한다.

상기 침사 스크린공정(A)은, 후공정의 배관, 펌프 등의 기계장치를 보호하는 전처리 공정으로서 침사조(21)에서는 모래와 같은 이물질을 침전시켜 제거하고, 스크린(22)을 통하여 중 대형 협잡물을 제거한다.

상기 유량조정폭기공정(B)은, 일반적인 생물학적 처리에 있어서 생물학적 처리부의 부하 변동을 줄이기 위해 생물학적 처리부 전 단계에 설치되는 공정으로서, 불 특정적으로 발생되는 원수를 모아 일정량씩 생물학적 처리부로 보내는 완충탱크라 할 수 있는 유량조정조와, 이 유량조정조에서 공급되는 원수를 미생물 대사작용에 의해 일부는 에너지로 소비되고 일부는 미생물 체내로 흡수되어 증식시키는 폭기조와, 미생물로 변환된 오염물을 침전시켜 제거하고 상등수만을 다음 공정으로 이송시키는 침전조를 하나의 공정으로 단일화 한 유량조정폭기조(23)로 구성한다.

이 유량조정폭기조(23)의 유효수심 1/2 이하 지점에 미생물 접촉여재(231,232,233)를 충진하고, 미생물 대사작용에 필요한 공기를 공급해준다. 또한 유량조정폭기조(23)의 1/2이상 상등부는 유량조정의 역할을 수행하고, 1/2이하 하등부는 폭기조 역할을 수행토록 하는 것이며, 하부에는 HBC 접촉여재를 충진하여 미생물이 접촉여재에 부착되어 증식되도록 하여 침전조의 필요성을 배재한다.

상기 전처리 여과공정(C)은, 유출 찌꺼기의 분리와 U/F막여과공정(E)의 원할한 운전을 위하여 부유물질을 사전에 제거하는 것으로, 압력식 여과기를 이용한 전처리 필터(24)가 사용된다. 이 압력식 여과기의 여과재로는 원수에 따라 고운모래, 안스라사이트, 실리카겔 등이 사용되며, 이는 주기적으로 자동 역세되도록 구성하여 반영구적으로 사용이 가능토록 한다.

상기 사전 집수공정(D)은, U/F막여과공정(E)을 수행하기 위해 사전에 집수시키는 버퍼탱크(25)에 레벨 센서를 구비하여 원수의 유입량에 따라 전처리 여과공정(C) 및 U/F막여과공정(E)을 상호 조절할 수 있도록 구성한다.

상기 U/F막여과공정(E)은, 반투막을 이용하여 물 및 저분자 물질과 단백질, 다당류(polysaccharide) 등의 고분자 물질이나 콜로이드 물질을 분리하는 한외여과법으로서, 이는 기공 사이즈(pore size)가 0.005㎛ 이하인 한외여과막(U/F, ultra flitration)에 의해 여과되도록 하여 이물질을 제거하는 것이다.

이러한 U/F막여과부(26)를 투과하는 용존성 유기물은 비교적 분해가 용이하여 U/F 전단계인 생물학적 처리부에서 제거되고, 비교적 입자가 큰 부유물질은 전처리 필터(24)에 의해 제거되며, 그 외의 오염물질이 U/F막여과부(26)에 의해서 완벽하게 제거된다. 이러한 U/F막여과부(26)는 박테리아 등의 미생물도 투과할 수 없기 때문에 처리수로의 미생물이 유출되는 것을 방지하며, 생물학적 처리부의 효율을 더욱 상승시키는 역할을 수행하게 되고, U/F막여과부(26)를 이용한 중수도 시스템은 최종 단계에서 U/F막으로 처리함으로서 매우 양호한 처리수질을 얻을 수 있다.

이와 같이 U/F막여과부(26)를 통과한 물은 역세수조(27)를 경유하여 일반적인 수처리의 마지막 공정인 소독조(28)로 이송되어 액체, 분말 또는 정제로 된 염소화합물에 의해 유해세균, 대장균군 등이 멸균된다. 이러한 소독조(28)에 의한 소독 후 방류수의 잔류염소는 0.5㎎/L 이상이 되고, 접촉시간은 일반적으로 15분 이상이 되도록 한다.

이상에서와 같이 본 발명은 유량조정조, 폭기조, 침전조를 하나의 유량조정폭기공정으로 단일화 하고, 상기 유량조정폭기공정을 통과한 원수에 함유된 부유물질을 반영구적으로 사용할 수 있는 전처리 필터(pre filter)를 이용하여 사전에 제거하고, 이러한 전처리 필터를 통과한 원수를 사전 집수탱크에 집수시켜 원수의 유입량에 따라 전처리 필터 및 U/F막여과공정을 상호 조절하도록 함으로서, 시스템의 구조를 간소화 함과 아울러 시스템의 소요면적을 줄일 수 있으며, 반영구적인 전처리 필터를 사용함에 따라 시스템의 유지관리비용을 절감하고, UF에 의해 생물학적 처리부의 효율이 향상되어 처리수질을 안정적으로 얻을 수 있으며, U/F막 여과가 최종적으로 수행되도록 함으로서 생물학적 처리 효율의 변화에도 영향을 받지않고 무인 자동운전을 실현할 수 있게 되는 것이다.

Claims (1)

1. 유량조정폭기조와 한외여과막방식(ultra flitration) 중수도 시스템에 있어서,

   침사조(21)에서 모래와 같은 이물질을 침전시켜 제거하고, 스크린(22)을 통하여 중 대형 협잡물을 제거하는 침사 스크린공정(A)과;

   유량조정폭기조(23)의 유효수심 1/2 이하 지점에 미생물 접촉여재를 충진하고, 미생물 대사작용에 필요한 공기를 공급하며, 유량조정폭기조(23)의 1/2이상 상등부는 유량조정의 역할을 수행하고, 1/2이하 하등부는 폭기조 역할을 수행토록 하며, 하부에는 HBC 접촉여재를 충진하여 미생물이 접촉여재에 부착되어 증식되도록 하는 유량조정폭기공정(B)과;

   상기 유량조정폭기공정을 통해 유입된 원수의 찌꺼기의 분리와 U/F막여과공정의 원할한 운전을 위하여 부유물질을 사전에 제거하도록 주기적으로 자동 역세되는 압력식 여과기를 이용한 전처리 필터(24)가 사용되는 전처리 여과공정(C)과;

   버퍼탱크(25)에 레벨 센서를 부착하여 원수의 유입량에 따라 전처리 여과공정(C) 및 U/F막여과공정(E)을 상호 조절하는 사전 집수공정(D)과;

   상기 집수공정을 통과한 원수를 기공 사이즈(pore size)가 0.005㎛ 이하인 U/F여과막부(26)에 의해 여과되도록 하여 이물질을 제거하는 U/F막여과공정(E)과;

   상기 U/F막여과공정(E)을 통과하여 소독조(28)로 유입된 원수에 함유된 유해세균, 대장균군을 염소화합물에 의해 멸균시키는 소독공정(F)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 한외여과막방식(ultra flitration) 중수도 시스템.