KR200261655Y1 - 막분리법을 이용한 오수 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 오수처리 시설에 관한 것으로써 방류수질을 BOD 10mg/ℓ 이하로 처리하도록 설계된 오수처리시스템에 관한 것이다.

본 고안에 따른 오수처리 시설은 유량조정조(41), 혐기조 또는 무산소조(42), 1차 폭기조(43a), 2차 폭기조(43b), 막분리조(45)로 구성된다. 이와 같은 처리시설은 신규시설하는 경우뿐만 아니라 종래의 활성오니법을 이용한 처리시설을 재활용하는 것이 가능하며, 종래 오수 처리 시설의 침전조(25)를 2차 폭기조(43b)로 개조하고, 2차 폭기조(43b)의 일측 끝에 막분리조(45)를 추가하는 정도의 간단한 개선으로 방류수의 수질을 개선하는 효과가 있다.

Description

막분리법을 이용한 오수 처리 장치{omitted}

본 고안은 강화되는 방류수 수질 기준을 만족시킬 수 있도록 설계된 오수처리 시설에 관한 것이다.

오수·분뇨 및 축산폐수의 처리에 관한 법률의 개정으로 인하여, 방류수 수질기준은 현재 BOD와 SS가 각각 40∼80mg/ℓ에서 2002년1월1일부터 20㎎/ℓ이하, 특히 수변구역 등은 10㎎/ℓ이하로 강화되며 앞으로도 지속적으로 강화될 것으로 예상된다. 이에따라 종전의 방류수 수질 기준에 적합하도록 설치된 오수처리시설은 강화되는 방류수 수질기준에 적합하도록 개선하는 방안이 요구된다. 또한 더불어 질소와 인의 제거가 필요한 고도처리시스템이 요구된다. 본 고안은 그와 같은 요구를 만족시키기 위해 오수처리시설의 설치시 혐기조 또는 무산소조를 결합한 막분리시스템과 기존오수처리시설을 활용하면서 일부공정을 개선, 원하는 방류수 수질을 얻을 수 있도록 한 오수처리 시설에 관한 것이다.

종래의 일반적인 오수처리시설인 호기성 생물처리방식은 활성오니법(Conventional Activated Sludge)을 응용한 방법으로서 장기폭기식, 접촉폭기식, 현수미생물방법, 접촉산화식 등이 있으며 이들 방법은 폭기(Aeration)과정과 침전조가 반드시 구성되어있다.

한편 도1은 종래의 오수처리시설을 도시한 것으로서 유량조정조(11), 혐기조(12), 폭기조(13) 및 침전조(15)로 구성되어 있다. 상기 침전조(15)에서 발생한 침전 오니 중 일부는 잉여오니로서 농축저류조로 이송되고 나머지 대부분의 오니는 반송되어 폭기조나 혐기조 또는 무산소조로 이송된다.

그러나 도1에 도시한 종래의 생물학적 처리방법의 오수처리시설은 폭기공정 이후 발생되는 오니와 처리수를 단순 고형물의 침강성에 의존하여 분리하는 공정인침전과정이 필수적이기 때문에 오니(汚泥,Sludges)발생량이 상대적으로 많다는 문제점이 있다. 또한 폭기조 혼합액 중 부유물질인 MLSS(Mixed Liquor Suspended Solids)가 알맞게 조정되지 못할 경우 MLDO(Mixed Liquid Dissolved Oxygen)의 결핍 등의 현상으로 사상균 발생과 침전지에서의 오니 팽화현상(Bulking) 등으로 오니와 처리수가 분리되지 않는 이상현상이 발생되는 예가 많았다.

또한 도1과 같은 종래의 생물학적 처리방법만으로는 강화되는 방류수 수질기준을 만족시키기 어렵다는 문제가 있다.

도2는 기존의 FRP형태의 오수처리시설로서 일체형으로 되어있다.

도3은 막분리를 이용한 고도 수처리 시설이며, 등록특허 10-0229406(99.8.16)호에 공고되었다. 즉 도3에 도시된 바와 같이 막분리를 이용한 고도 수처리 방법은 처리시설내로 유입된 유입수를 폭기조(33)에서 폭기시킨 후 막분리장치(35)에서 여과막을 이용한 막분리하여 처리수를 방류시키는 방법이다.

막분리장치는 간단하게 설치가 가능하며 폭기조내에 대개 설치된다. 상기 등록특허 제0229406호의 막분리를 이용한 고도 수처리방법인 침지식 막분리(MBR; Membrane Bio Reactor)방법은 박층유로형 여과방식이며 여과막과 지지체를 샌드위치 형상으로 적층시켜 모듈화한 것으로서 모듈은 보통 지지대를 이용하여 여러장의 막을 겹쳐 사용하였다. 상기 침지식 막분리(MBR, Membrane Bio Reactor)는 생물학적 공정(Biological Reaction)과 막분리(Membrane Separation)공정을 결합시킨 시스템으로써 아래와 같은 장점이 있다.

즉 1. 막분리 공정에 의해 미생물 및 현탁물질, 콜로이드 등 막의 특성에 상응하는 일정크기 이상의 불순물을 제거하므로 탁월한 처리수질을 획득할 수 있다. 2. 막분리 공정에 의해 처리수와 미생물의 고액분리 뿐만 아니라 MBR조내에 미생물이 농축되므로 MBR조에 고농도미생물의 유지가 가능하다. 3. 처리시설의 부지면적 감소 및 시설의 소형화가 가능하다. 4. 공정 설계 및 현장시공이 단순하고 자동화가 용이하다. 5. 유입수량의 급격한 변동 등 충격부하시 처리수 수질 영향이 거의 없다. 그러나 상기와 같은 등록특허 제0229406호의 막분리 방법은 다음과 같은 문제점이 있다. 즉 1. 기존에 설치되어 사용중인 FRP재질로 제조된 오수처리시설의 맨홀은 보통 직경이 500-600mm로서 모듈화된 막결합체를 폭기조내에 설치하기가 불가능한 시공상의 문제점이 있고 2. 원통형 오수처리시설내에는 구조상 직육면체의 대형 평판형 막을 사용하기에는 곤란하다. 3. 또한 유기물질과 부유물질(Suspended Solids)의 제거효과는 우수하지만 최근에 문제가 되고 있는 질소와 인의 제거가 미흡하다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 평판막 분리(Plate ＆ Frame)를 이용하여 유기물질과 부유물질뿐만 아니라 질소와 인을 제거하는 고도수처리 방법을 오수처리시설에 적용하며 또한 기존 오수처리방법에 적용한 오수처리시설을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 오수처리시설은 유량조정조, 혐기조 또는 무산소조, 1차 폭기조, 2차 폭기조 및 막분리조를 순차적으로 설치함으로써 구성되어 있다.

상기 본 발명에 따른 오수 처리 시설은 종래의 오수 처리시설을 개조하여 제조한 것으로써 특히 종래의 오수 처리시설에 설치되어 있던 침전조(25)를 2차 폭기조(43b)로 개조하여 제조하였으며, 2차 폭기조(43b)를 사용함으로써 순간적인 최대 산소요구량을 감소시키며 산소의 균등분배 및 미생물의 섭취가 용이하는 효과가 있다. 또한 혐기조 또는 무산소조를 두어 질소와 인의 제거효과도 기대할 수 있다. 상기 본 발명에서 2차 폭기조(43b)에 추가로 설치한 평판형여과막에서 분리된 처리수는 BOD, SS, T-N, T-P가 각각 5, 5, 10, 0.5 mg/L 이하를 유지할 수 있다. 또한 이 처리수는 중수도로 사용할 수 있는 수도법 규정에 의거 화장실 및 잔디 조경수 그리고 연못 등 관상어종을 키우는 시설의 중수로 재활용하게 된다.

도1은 종래 기술의 일예에 따른 하수처리시설의 구성을 나타낸다.

도2는 기존의 FRP형태로 설치된 오수처리시설의 구성을 나타낸다.

도3은 종래 기술의 일예에 따른 막분리를 이용한 고도 수처리 시설의 구성(특허등록 10-0229406(99.8.16)호)을 나타낸다.

도4는 본 고안의 실시예에 따른 오수처리 시설의 구성을 나타낸다.

*** 도면부호의 간단한 설명 ***

11, 21, 31, 41 : 유량조정조

12, 42 : 혐기조 또는 무산소조

13, 23a, 23b, 33, 43a, 43b : 폭기조

15, 25 : 침전조

35 : 막분리장치

45 : 막분리조

본 발명에 따른 오수 처리 시설을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 이하와 같다.

도4는 본 발명에 따른 오수 처리 시설의 개략도이다.

본 발명은 평판막분리(Plate ＆ Frame)를 이용한 고도 수처리 방법을 기존 오수처리방법에 적용하는 방법으로서 침지식 막분리 공정의 최적조건을 제시한다.

즉, 본 발명에 따른 오수처리시설은 도4에 도시한 바와 같이, 유량조정조(41), 혐기조 또는 무산소조(42), 1차 폭기소(43a), 2차 폭기조(43b) 및 막분리조(45)로 구성되어 있다.

여기서 상기 도4의 오수 처리 시설은 도2의 종래 오수처리시설을 개조한 것으로써, 특히 도2의 상기 침전조(25)를 2차 폭기조(43b)로 개조하였으며, 상기 2차 폭기조(43b)의 일측 끝에는 막분리조(45)로서 평판형 여과막을 추가로 설치하였다.

즉, 기존공정중 침전조를 재폭기조로 개조·사용하여 순간적인 최대 산소요구량을 감소시키며 산소의 균등분배 및 미생물의 섭취가 용이하도록 하였다.

상기 본 발명에 따른 오수 처리 시설을 이용하여 오수를 처리하는 방법은 다음과 같다. 먼저 처리 해야할 오수를 혐기조 또는 무산소조에 유입시켜 유입수중의 질소나 인을 분해한다. 혐기조 또는 무산소조에서는 반송오니나 내부순환오니중에 함유되어 있는 poly-P를 ortho-P로 전환하며 이때 방출되는 에너지를 이용하여 세포내 저장물질인 PHB(poly-β-Hydroxy Butylate)를 합성한다.

●유기성질소의 분해 : org-N(단백질 등) → NH₄ ⁺-N

●유기성 인의 분해 : org-P → PO₄ ^3--P

●미생물의 인방출 : poly-P → PO₄ ^3--P(에너지 방출)

●미생물의 PHB합성 : 유기산 → PHB(에너지 저장

● 탈질반응 : 2NO₃ ^-+ 유기산 →N₂(↑)+ CO₂+ H₂O

다음으로 제1폭기조(43a) 및 제2폭기조(43b)에서는 오수중의 유기물질을 산화시키며, 암모니아성 질소는 질산성 질소로 전환시킨다. 그리고 혐기조에서 방출된 인은 미생물이 세포내에 poly -P 형태로 최대한 섭취하며 이때 세포내 저장되었던 PHB는 산화된다.

● 유기물분해 : 유기물 + O₂→ CO₂+ H₂O

●질산화 : NH₄ ⁺- N +2O₂→ NO₃ ^-+ H₂O + 2H⁺

●인과잉섭취 : PO₄ ^3-- P → Poly -P(에너지 저장)

● PHB산화 : PHB +O₂→ CO₂+ H₂O(에너지 방출)

또한 제2폭기조(43b)에서는 잔여 유기물질을 산화하거나 추가적으로 인을 다시 섭취하여 막분리조(45)인 MBR조에서의 분리가 원활히 일어나도록 한다.

제2폭기조(43b)에서 재폭기된 오수를 막분리조(45)로 강제유입시켜 막분리한 후 방류조를 경유하여 방류하거나, 방류수를 중수도로 사용할 수 있는 수도법 규정에 의거 화장실 및 잔디 조경수 그리고 연못 등 관상어종을 키우는 시설의 중수로 재활용 하도록 한다.

한편 막분리조(45)에서 발생되는 오니중의 일부분은 폐기되고 대부분은 혐기조 또는 무산소조(42)로 반송된다.

대개 활성오니나 접촉폭기 등의 일반적인 처리방법에서 MLSS(Mixed Liquor Suspended Solids)는 2,000∼4,000mg/L정도인데 반하여 막을 이용한 본 고안에서는 혐기조 또는 무산소조(42), 폭기조(43a, 43b) 및 막분리조(45)의 MLSS는 약 8,000∼14,000mg/L정도의 고농도로 높게 유지하여 빠른 시간이내에 오염물질을 제거할 수 있다. 고농도의 MLSS를 유지함으로써 오수량의 증감과 오염부하 등의 충격부하에 영향을 많이 받는 기존 오수처리시설의 단점을 보완하면서 완충역할을 하게됨으로 안정적 수질을 항구적으로 기대할 수 있는 효과가 있다.

본 고안의 실시예에서는 폭기조를 제1폭기조(43a)와 제2폭기조(43b)만을 예시하였으나, 제1폭기조(43a)와 막분리조(45)사이에 다수의 폭기조를 추가로 구성해도 좋다. 상기 제1폭기조(43a), 제2폭기조(43b) 및 막분리조(45)에는 산기장치에 의해 공기를 공급하여 MLDO는 1㎎/ℓ정도를 지속적으로 유지시켜 산화반응이 활성화되도록 한다.

본 발명의 다단 폭기식 막분리방법에 따르면 도3의 종래 단폭기식 막분리방법에 비하여 잉여오니의 발생량을 1/2이하인 2∼5%로 감소시킬 수 있었다. 이것은 다음과 같은 자체산화 반응을 원활하게 유도한 결과이다.

(산화반응)

(Cx Hy Oz)n + nNH₃+ n(x+y/4-z/2-5) O₂→

(C₅H₇O₂)n + n(x-5)CO₂+ (n/2)(Y-4)H₂O + 4H

(C₆H₇O₂)n + 5nO₂→5nCO₂+ 2nH₂O + nNH₃-△H

본 발명은 종래 기술인 도1 및 도2의 오수 처리 방법에 비해 보다 엄격한 방류수 수질 기준을 만족시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 도1의 활성오니 방법에 비해 발생되는 오니의 양이 적어지는 효과가 있다. 즉, 도1의 활성오니법에서는 발생오니의 건조 무게(Dryed Solids)가 기준하여 유입BOD부하량의 10∼30%에 해당되었으나 본 발명에서 MLSS를 약 8,000∼12,000mg/ℓ정도의 고농도로 적용한 경우 발생오니는 유입 BOD부하량의5∼10%로 적게 발생하였다.

또한 본 발명은 상기 종래의 기술인 도3의 막분리 방법에 비해, 다단 폭기조를 이용함으로써 최종 막분리조 내의 고형물 체류시간이 짧아지기 때문에 처리시설을 보다 소형화할 수 있는 잇점이 있다. 즉, 도3의 등록특허 제0229406호의 막분리 방법은 폭기조가 하나인 단폭기조를 이용하므로 막분리조에서 막 분리하기 위해 수리학적 체류시간(Hydraulic Retention Time)이 4∼6시간 정도가 필요하다. 그러나 본 발명과 같이 2∼4단계등과 같은 다단재폭기를 이용하는 경우 전체적인 고형물체류시간(Solids Retention Time)은 상대적으로 길어지지만 최종 막분리조(45)의 수리학적 체류시간을 3시간 이내로 유지할 수 있어 지상에 신규로 설치하는 막분리조 시설을 보다 소형화할 수 있다.

또한 도3의 종래의 방법에서는 막분리조에서의 BOD와 SS성분의 제거는 탁월하나 긴 체류시간을 부여함에도 질소와 인을 제거할 수 없는 시스템으로 구성되어 있다.

반면 본 고안에서는 혐기조 또는 무산소조(42)를 추가로 채택함으로써 BOD, SS제거와 함께 질소와 인을 제거할 수 있는 탈질, 탈인 반응을 이루도록 개선하였다.

본 고안의 다단폭기식은 종래 단폭기식 막분리공법에 비하여 유량 및 부하에 보다 안정적으로 대처할 수 있는 효과가 있다.

더불어 본 고안은 도3의 종래 단폭기조의 막분리 방법에 비해 잉여오니의 발생량을 1/2이하인 2∼5%로 감소시킬 수 있기 때문에 년1회 이상 실시하는 내부청소시 비용부담을 경감하는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 유량조정조, 혐기조, 제1폭기조, 제2폭기조 및 막분리조로 구성되는 오수처리 시설.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2폭기조는 기존에 설치되어 있는 생물학적 오수처리 시설의 침전조를 개조하여 제조한 것을 특징으로 하는 막분리법을 이용한 오수처리 장치.
3. 제1항에 있어서 상기 막 분리조는 상기 제2폭기조의 일측 끝에 평판형 여과막을 설치함으로써 구성된 것을 특징으로 하는 오수 처리 시설.
4. 제1항에 있어서, 상기 막분리조의 MLSS(Mixed Liquor Suspended Solids) 농도는 약8,000 내지 12,000mg/L정도의 고농도로 높게 유지되는 것을 특징으로 하는 오수처리 시설.