KR200484293Y1 - 분리막 여과장치와 이를 이용한 수처리장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 분리막 여과장치와 이를 이용한 수처리장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 호기조에 분리막조를 설치하는 내부 침지형과 달리 호기조의 후단에 별도로 구비되는 분리막조에 분리막조를 설치하는 외부 침지형으로서, 특히 분리막조의 전단에 원수에 포함된 오염물질을 고액분리하는 고액분리장치가 설치되어 오염물질의 고액분리는 고액분리장치와 분리막이 분담함으로써 분리막조에 과부하가 걸리는 것을 방지하고 막 투과유량이 증가하여 분리막의 사용을 줄이고 막 오염을 감소시켜 분리막의 잦은 교체 및 에너지 사용량을 줄일 수 있는 분리막 여과장치와 이를 이용한 수처리장치에 관한 것이다.

Description

분리막 여과장치와 이를 이용한 수처리장치{External-Submersed Membrane Bioreactor and Water Treatment Apparatus Using the Same}

본 고안은 분리막 여과장치와 이를 이용한 수처리장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 호기조에 분리막조를 설치하는 내부 침지형과 달리 호기조의 후단에 별도로 구비되는 분리막조에 분리막조를 설치하는 외부 침지형으로서, 특히 분리막조의 전단에 원수에 포함된 오염물질을 고액분리하는 고액분리장치가 설치되어 오염물질의 고액분리는 고액분리장치와 분리막이 분담함으로써 분리막조에 과부하가 걸리는 것을 방지하고 막 투과유량이 증가하여 분리막의 사용을 줄이고 막 오염을 감소시켜 분리막의 잦은 교체 및 에너지 사용량을 줄일 수 있는 분리막 여과장치와 이를 이용한 수처리장치에 관한 것이다.

일반적으로 수처리장치는 미생물을 이용해서 원수에 포함된 유기물을 생물학적 처리공정으로 분해한다. 또한, 질소와 인의 제거 기능을 갖춘 고도처리공정으로서, A2O 공법과 연속회분식반응조(SBR) 등이 사용되고 있다.

예를 들어, 도 12는 종래기술에 따른 A2O 공법이 적용된 수처리장치의 일 예를 보여준다. 도시된 바와 같이, 큰 입자성 물질을 제거하는 스크린조, 스크린조로 유입되는 오·폐수의 유량을 조정하는 유량조정조, 인 방출이 일어나는 혐기조, 탈질 및 유기물 제거가 일어나는 무산소조, 질산화, 인 축적 및 유기물 제거가 일어나는 호기조 및 중력에 의해 처리수와 슬러지를 고액분리하는 침전조로 구성된다. 그리고 호기조의 질산화액은 무산소조로 내부반송되고, 반응조 내에서 적정 미생물 농도를 유지하기 위해서 침전조의 슬러지가 혐기조로 외부반송된다.

그리고 연속회분식반응조는 하나의 반응조(SBR 반응조) 내에서 오·폐수의 유입과 처리수의 유출 그리고 혐기, 무산소, 호기 및 침전 등의 공정이 정해진 시간의 배열에 따라 연속적으로 일어난다.

그런데 이러한 종래의 수처리장치에서는, 침전조에서 슬러지의 침전성이 불량해짐에 따라 처리수질이 악화 되다. 또한, 침전조에서 슬러지의 침전성이 불량해지면 미생물이 처리수에 혼입되어 처리수의 수질이 떨어진다. 특히, 수온이 떨어지는 겨울철에는 침전성이 불량하여 처리수질이 불안정하기 때문에 유입부하와 수질관리에 전문적인 관리가 요구된다.

이와 같이 슬러지의 침전성이 떨어지는 '벌킹 현상'을 근본적으로 방지할 수 있도록 침전조를 생략하는 대신에 호기조에 분리막을 침지하는 막 분리공정이 도입되었다. 도 13에서 보는 바와 같이, 종래의 막 분리공정은 분리막을 이용하여 하·폐수 중에 포함된 오염물질(유기, 무기, 미생물 등)을 분리하는 것이다. 특히, 이러한 막 분리공정을 생물반응조의 후단에 결합한 것을 '분리막 생물반응기(MBR, Membrane Bio Reactor)'이라 한다.

이러한 분리막 생물반응기(MBR)는, 활성슬러지공정과 분리막(Membrane)의 장점을 결합하여 기존 활성슬러지 공정의 단점을 해결하고자 한 것이다. 즉, 분리막 생물반응기는 침전지에서 발생하는 슬러지 팽화(Sludge Bulking), 파울링(Foaming), 핀블록(pin-point floc) 현상 등을 방지할 수 있는 장점이 있다. 또한, 분리막 생물반응기는 반응조 내에 높은 MLSS농도(5,000~15,000/L)를 유지하여 호기조의 크기를 줄이고 유기물 분해가 효과적이며, 농축조 부피 또한 감소되므로 공정의 콤팩트가 가능하다. 또한, 슬러지 체류시간(SRT)의 극대화가 가능하여 질산화를 유도할 수 있고, 잉여슬러지 발생량이 적어진다. 또한, 막 단독으로 제거할 수 없는 저분자 용존 유기물질을 미생물이 분해 또는 균체성분으로 전환시켜 처리수질이 향상되고 세균이나 바이러스의 제거가 가능하다.

그러나 종래의 분리막 생물반응기는, 분리막조이 반응조 내에 침지하는 내부 침지형으로서, 분리막 운전시 불가피하게 공급되는 과잉 공기에 의해서 혐기 및 무산소 조건이 충족되지 않아 질소 및 인 제거효율이 떨어지는 문제가 있었다. 또한 막 오염 현상을 줄이기 위해 화학약품을 사용하여 세척할 때 반응조 내에서 2차 오염이 발생하는 문제가 있다. 또한, 종래의 분리막 생물반응기는 분리막의 계외 세정을 위해서 주기적인 분리막을 인양하는 작업이 요구되어 인력과 비용이 많이 소요된다. 또한, 운전조작 미숙, 자동 운전모드 오류 등으로 인해 분리막 폐색 시 처리수 배출이 불가능하여 침수될 수 있다. 아울러 기존 재래식 수처리장치에서 내부 침지형 분리막 공정으로 개선할 때 추가 공사 및 시설비가 많이 소요되고 반응조를 비우고 공사를 해야하기 때문에 공사기간이 길어지는 문제점이 있었다.

도 14는 일반적인 침지형 분리막와 외장형 분리막의 구조를 보여주는 설명도이다. 도시된 바와 같이, 분리막조를 반응조의 내부에 침지하고 분리막에 흡입력을 가하여 여과수만을 흡입 여과하는 방식을 '내부 침지형 분리막'이라 한다. 그리고. 도 15에서 보는 바와 같이, 반응조의 후단에 구비된 압력베셀에 분리막을 장착하고 원수를 분리막에 압송시켜서 여과하는 방식을 '외장형 분리막'이라 한다.

상기 '내부 침지형 분리막'을 이용한 막 여과공정은 여러 가지 단점을 가지고 있다. 또한, '외장형 분리막'을 이용한 막 여과공정은 원수를 압송하는 구조이므로 오폐수처리에 적용하기 어려운 문제가 있다. 이에 따라, 최근에는 내부 침지형 분리막과 외장형 분리막의 단점을 해결하기 위해서, 호기조의 후단에 별도의 분리막조를 설치하고 이 분리막조의 내부에 분리막조를 침지시키고 분리막에 흡입력을 가하여 여과수만을 흡입 여과하는 '외부 침지형 분리막'이 개발되었다.

예를 들어, 도 16에는 종래 기술에 따른 외부 침지형 분리막을 이용한 막 여과공정이 도시되어 있다. 즉, 대한민국 등록특허 10-0649251호에 개시된 분리막조는, 호기조의 원수를 별로로 설치된 분리막조로 유입시켜 고액분리하는 형태이다. 그러나 종래기술은 호기조 내의 원수를 분리막조로 유입시켜 처리하기 때문에 분리막조에 과부하가 걸리고 분리막의 막 오염이 심각하게 발생하는 문제를 전혀 해결할 수 없었다.

또한, 대한민국 등록특허 10-0686411호에는 침전조의 상단에 분리막조를 침지시킨 '막 분리 침전조'가 개시되어 있다. 그러나 이러한 종래기술은 침전조가 고농도의 MLSS에서 운전되므로 막 투과유량이 적어 고가의 분리막이 소요되어 초기투자비가 많이 소요된다. 또한 심각한 막 오염 때문에 분리막의 수명이 짧아 교체비가 많이 소요되고, 막 오염을 줄이기 위해 화학약품을 사용하여 세척할 경우 침전조에서 2차 오염이 발생하는 문제가 있었다.

(0001) 대한민국 특허등록 10-0649261(등록일: 2006.11.16) (0002) 대한민국 특허등록 10-0639824(등록일: 2006.10.23) (0003) 대한민국 등록특허 10-0686411(등록일: 2007.02.14)

본 고안은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 고안의 주된 목적은, 별도의 분리막조에 분리막조를 설치하고 이 분리막에 흡입력을 가하여 여과수만을 흡입 여과하는 외부 침지형 분리막으로서, 특히 외부 침지형 분리막의 전단에 원수에 포함된 오염물질을 고액분리하기 위한 고액분리장치와 그 처리수를 저장하는 처리수조를 설치하여 외부 침지형 분리막의 여과 부하를 줄이고 분리막의 잦은 교체와 에너지 사용량을 줄일 수 있는 분리막 여과장치와 이를 이용한 수처리장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 고안은 저농도 MLSS 운전으로 막 투과유량을 늘리고 고가의 분리막의 사용을 최소화하여 초기투자비용과 에너지 사용량을 크게 줄이고 막 오염 현상을 방지하여 분리막의 수명을 늘려서 분리막의 교체비를 절감하며 계외 세정을 생략하여 분리막조의 인력에 필요한 비용을 절감하고 분리막 운전시 반응조에 과잉 공기가 공급되지 않아서 질소 및 인 제거효율이 향상되는 외부 침지형 분리막 여과장치를 이용한 수처리장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 고안은 공장생산이 가능하고 운송이 용이한 분리막조로 이루어지고, 반응조의 외부에 설치되므로 분리막조의 설치시 시설의 가동이 가능하도록 하고 시설용량의 증감에 대한 대응이나 기존 시설에의 적용을 용이하게 하며, 복수의 분리막조로 이루어져 어느 하나의 고장에 대비할 수 있는 분리막 여과장치를 이용한 수처리장치를 제공하는 것이다.

아울러, 본 고안은 기존 재래식 수처리장치를 분리막 생물반응기로 개선할 때 추가 공사 및 시설비가 많이 소요되지 않도록 하고 반응조를 비우지 않고 공사를 실시할 수 있어 공사기간을 단축할 수 있으며 반응조나 침전조의 크기를 최소화하여 전체 부지면적을 절감할 수 있는 분리막 여과장치와 이를 이용한 수처리장치를 제공하는 것이다.

이러한 본 고안의 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 고안에 따른 분리막 여과장치는,

원수에 포함된 오염물질을 고액분리하는 고액분리장치와; 상기 고액분리장치에서 배출되는 처리수를 저장하는 처리수조와; 상기 처리수조에 소독액을 주입하기 위한 소독액탱크와; 상기 처리수조에서 공급되는 원수를 여과하는 분리막조와; 상기 분리막조에서 배출되는 여과수를 저장하는 방류조와; 상기 분리막조에서 배출되는 농축수를 저장하는 농축수저류조와; 상기 분리막조에 세정액을 주입하기 위한 세정액탱크와; 상기 분리막조와 연결되어 여과수를 흡입하는 여과펌프와; 상기 분리막조와 연결되어 공기를 공급하는 송풍기를 포함하되, 상기 분리막조는, 상기 처리수조의 후단에 별도로 설치되는 분리막 케이스와; 상기 분리막 케이스의 내부에 설치되는 분리막 모듈; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 고안에 있어서, 상기 분리막조는 상기 처리수조의 상측부에 설치되고, 상기 처리수조에는 처리수를 상기 분리막조에 공급하기 위한 원수펌프가 설치된다.

상기 분리막 케이스는, 상기 분리막 모듈을 수용할 수 있는 내부 공간을 형성하는 밀폐된 상자 형상으로 이루어지며, 상기 분리막 케이스의 상단부에는 상기 처리수조와 연결되어 처리수가 유입되는 원수유입구가 형성되고, 상기 원수유입구의 상단에는 상기 분리막 케이스 내의 원수가 일정한 수위를 초과할 때 원수를 상기 처리수조로 순환하도록 상기 처리수조와 연결된 원수순환구가 구비되며, 상기 분리막 케이스의 하단부에는 상기 분리막 모듈을 통과하지 못한 농축수를 외부로 배출하기 위한 농축수배출구가 구비된다.

상기 분리막 케이스의 일 측면에는 상기 분리막 모듈이 좌우 측 방향으로 슬라이딩하여 드나들 수 있도록 개방부가 형성된다.

상기 분리막 모듈은 다수의 분리막 유닛과 상기 분리막 유닛을 지지하는 고정프레임으로 이루어지고, 상기 고정프레임의 일 측면에는 상기 개방부를 폐쇄하는 커버판이 구비되어 상기 분리막 모듈을 상기 분리막 케이스에 수납할 때 상기 개방부를 폐쇄한다.

상기 고정프레임은 다수의 분리막 유닛을 지지하는 상부프레임과 하부프레임을 포함하되, 상기 상부프레임은 상기 분리막 유닛을 통과한 여과수가 배출될 수 있도록 중공 관으로 이루어지고 그 하면에는 다수의 분리막 유닛과 결합하는 여과수유입구가 일정 간격으로 형성되며, 상기 하부프레임에는 하나 이상의 산기파이프가 평행하게 설치되고, 그 상면에는 다수의 분리막 유닛의 하단부를 고정하기 위한 유닛 고정수단이 일정 간격으로 구비된다.

상기 커버판의 상단부에는 상기 상부프레임에서 배출되는 여과수를 배출하기 위한 여과수배출구가 형성되고, 상기 커버판의 하단부에는 상기 송풍기에서 공급되는 공기를 산기파이프로 주입하기 위한 공기주입구가 형성된다.

상기 분리막조는 복수 개가 직렬 또는 병렬로 설치된다.

또한, 본 고안에 따른 분리막 여과장치는, 원수에 포함된 오염물질을 고액분리하는 고액분리장치와; 상기 고액분리장치에서 배출되는 처리수를 저장하는 처리수조와; 상기 처리수조에 소독액을 주입하기 위한 소독액탱크와; 상기 처리수조에서 공급되는 원수를 여과하도록 다수의 분리막 유닛을 포함하는 1차 분리막조와; 상기 1차 분리막조의 분리막 유닛을 통과하지 못하여 배출되는 농축수에 포함된 오염물질을 여과하는 2차 분리막조와; 상기 1차 및 2차 분리막조와 각각 연결되고 상기 다수의 분리막 유닛을 통과한 여과수를 흡입하는 여과펌프와; 상기 1차 및 2차 분리막조와 각각 연결되고 상기 다수의 분리막 유닛의 하부로 공기를 공급하는 송풍기와; 상기 1차 및 2차 분리막조와 각각 연결되고 상기 다수의 분리막 유닛의 상부로 세정액을 주입하기 위한 세정액탱크와; 상기 2차 분리막조와 연결되고 상기 2차 분리막조의 분리막 유닛을 통과하지 못하고 상기 2차 분리막조에서 배출되는 농축수를 저장하기 위한 농축수저류조와; 상기 여과펌프에 의해서 배출되는 여과수를 저장하는 방류조; 를 포함하되, 상기 분리막조는, 상기 처리수조의 후단에 별도로 설치되는 분리막 케이스와; 상기 분리막 케이스의 내부에 설치되는 분리막 모듈; 을 포함하여 이루어진다.

한편, 본 고안에 따른 분리막 여과장치를 이용한 수처리장치는, 미생물을 이용하여 원수에 포함된 오염물질을 분해하는 생물반응조를 포함하는 수처리장치에 있어서, 상기 생물반응조의 후단에 설치되고 중력침전을 이용하여 원수를 슬러지와 처리수로 고액분리하는 침전조와; 상기 침전조의 후단에 설치되어 상기 침전조에서 배출되는 처리수를 저장하는 처리수조와; 상기 처리수조에 소독액을 주입하기 위한 소독액탱크와; 상기 처리수조에서 공급되는 처리수에 포함된 오염물질을 여과하도록 다수의 분리막 유닛을 포함하는 1차 분리막조와; 상기 1차 분리막조의 분리막을 통과하지 못하여 배출되는 농축수에 포함된 오염물질을 여과하는 2차 분리막조와; 상기 1차 및 2차 분리막조와 각각 연결되고 상기 다수의 분리막 유닛을 통과한 여과수를 흡입하는 여과펌프와; 상기 1차 및 2차 분리막조와 각각 연결되고 상기 다수의 분리막 유닛의 하부로 공기를 공급하는 송풍기와; 상기 1차 및 2차 분리막 조와 각각 연결되고 상기 다수의 분리막 유닛의 상부로 세정액을 주입하기 위한 세정액탱크와; 상기 여과펌프에 의해서 배출되는 여과수를 저장하는 방류조;와 상기 2차 분리막조와 연결되고 상기 2차 분리막조의 분리막 유닛을 통과하지 못하고 상기 2차 분리막조에서 배출되는 농축수를 저장하기 위한 농축수저류조와; 를 포함하되, 상기 분리막조는, 상기 처리수조의 후단에 별도로 설치되는 분리막 케이스와; 상기 분리막 케이스의 내부에 설치되는 분리막 모듈;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 생물반응조는, 스크린조, 유량조정조, 혐기조, 무산소조, 호기조로 이루어진다.

상기 생물반응조는 오·폐수의 유입과 처리수의 유출 그리고 혐기, 무산소, 호기 및 침전 등의 공정이 정해진 시간의 배열에 따라 연속적으로 일어나는 반응조(SBR 반응조)를 포함하여 이루어진다.

상기 1차 및 2차 분리막조는 상기 처리수조의 상측부에 설치되고, 상기 처리수조에는 처리수를 상기 분리막조에 공급하기 위한 원수펌프가 설치된다.

상기 분리막 케이스는, 상기 분리막 모듈을 수용할 수 있는 내부 공간을 형성하는 밀폐된 상자 형상으로 이루어지며, 상기 분리막 케이스의 상단부에는 상기 처리수조와 연결되어 처리수가 유입되는 원수유입구가 형성되고, 상기 원수유입구의 상단에는 상기 분리막 케이스 내의 원수가 일정한 수위를 초과할 때 원수를 상기 처리수조로 순환하도록 상기 처리수조와 연결된 원수순환구가 구비되며, 상기 분리막 케이스의 하단부에는 상기 분리막 모듈을 통과하지 못한 농축수를 외부로 배출하기 위한 농축수배출구가 구비된다.

상기 분리막 케이스의 일 측면에는 상기 분리막 모듈이 좌우 측 방향으로 슬라이딩하여 드나들 수 있도록 개방부가 형성된다.

상기 분리막 모듈은 다수의 분리막 유닛과 상기 분리막 유닛을 지지하는 고정프레임으로 이루어지고, 상기 고정프레임의 일 측면에는 상기 개방부를 폐쇄하는 커버판이 구비되어 상기 분리막 모듈을 상기 분리막 케이스에 수납할 때 상기 개방부를 폐쇄한다.

상기 고정프레임은 다수의 분리막 유닛을 지지하는 상부프레임과 하부프레임을 포함하되, 상기 상부프레임은 상기 분리막 유닛을 통과한 여과수가 배출될 수 있도록 중공 관으로 이루어지고 그 하면에는 다수의 분리막 유닛과 결합하는 여과수유입구가 일정 간격으로 형성되며, 상기 하부프레임에는 하나 이상의 산기파이프가 평행하게 설치되고, 그 상면에는 다수의 분리막 유닛의 하단부를 고정하기 위한 유닛 고정수단이 일정 간격으로 구비된다.

상기 커버판의 상단부에는 상기 상부프레임에서 배출되는 여과수를 배출하기 위한 여과수배출구가 형성되고, 상기 커버판의 하단부에는 상기 송풍기에서 공급되는 공기를 산기파이프로 주입하기 위한 공기주입구가 형성된다.

상기 1차 분리막조의 공기주입구에는 세척할 때만 공기를 주입하고, 상기 2차 분리막조의 공기주입구에는 막 여과시와 세척시 모두 공기를 주입한다.

상기 1차 및 2차 분리막조는 상기 처리수조의 상측부에 설치되어 상기 막 분리조의 원수순환구에서 배출되는 원수는 자연유하로 상기 처리수조로 순환된다.

본 고안에 따른 분리막 여과장치와 이를 이용한 수처리장치는, 분리막의 전단에 설치된 고액분리장치에서 원수에 포함된 상대적으로 큰 입자의 오염물질을 고액분리하므로 외부 침지형 분리막 여과장치에는 낮은 SS농도의 처리수만 유입되어 막 투과유량을 높게 운전할 수 있기 때문에(일반적으로 1.5~3.0㎥/㎡·일) 고가의 분리막을 많이 사용할 필요가 없고 또 막 오염이 저감되므로 분리막의 수명이 길어져 교체비용을 절감할 수 있으며 에너지 사용을 줄여서 운전비용을 절약할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 고안은 운전조작 미숙, 자동 운전모드 오류 등의 사고시에는 급격한 폐색 현상이 없으므로 분리막 폐색으로 인해 배출이 불가능하여 침수되는 경우를 방지할 수 있고, 주기적으로 자동 역세정 및 약품세척으로 계외 세정을 위한 인양작업이 필요 없으며, 분리막 운전시 생물반응조에 공기가 과잉으로 공급되지 않아 질소 및 인 제거효율에 영향을 미치지 않아 처리수질을 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 고안은 공장생산 가능한 분리막조와 분리막조를 지상에 설치하므로 기존 재래식 오폐수처리공법을 분리막 공정으로 개선할 때 추가 공사 및 시설비가 적게 소요되고, 반응조를 비우지 않고 공사를 진행할 수 있어 공사기간을 단축할 수 있을 뿐만 아니라 침전조의 크기를 최소화하여 부지면적을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 고안에 따른 분리막 여과장치의 바람직한 실시 예를 보여주는 개략적인 구성도,
도 2는 본 고안에 따른 분리막조의 바람직한 실시 예를 보여주는 분리 사시도,
도 3은 도 2에 도시된 분리막조의 평면도,
도 4는 본 고안에 따른 분리막조를 보여주는 사시도,
도 5는 본 고안에 따른 분리막조를 보여주는 정면도,
도 6은 도 5에 도시되어 있는 분리막조의 단면도,
도 7은 도 5에 도시되어 있는 분리막 유닛을 보여주는 정면도,
도 8은 분리막 여과장치를 이용한 수처리장치를 보여주는 개략적이 구성도,
도 9는 통상의 생물반응조에서 배출되는 오염물질의 입도 분포를 보여주는 그래프,
도 10은 A2O 공법의 분리막 여과장치를 이용한 수처리장치를 보여주는 개략적이 구성도,
도 11은 SBR 공법의 분리막 여과장치를 이용한 수처리장치를 보여주는 개략적이 구성도,
도 12는 종래의 AO2 공법의 수처리장치를 보여주는 개략적이 구성도,
도 13은 종래의 MBR 공법의 수처리장치를 보여주는 개략적이 구성도,
도 14는 종래의 내부 침지형 분리막의 구조를 보여주는 구성도,
도 15는 종래의 외장형 분리막의 구조를 보여주는 구성도,.
도 16은 종래의 외부 침지형 분리막 여과장치를 보여주는 구성도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 고안에 따른 분리막 여과장치의 바람직한 실시 예에 대해서 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 분리막 여과장치의 일 실시 예를 보여주는 구성도이다.

도시한 바와 같이, 본 고안의 분리막 여과장치(1)는, 고액분리장치(3)와, 상기 고액분리장치(3)에서 배출되는 처리수를 저장하는 처리수조(4)와, 상기 처리수조(4)에서 공급되는 원수를 여과하는 분리막조(5)와, 상기 분리막조(5)에서 배출되는 여과수를 저장하는 방류조(7)와, 상기 분리막조(5)에서 배출되는 농축수를 저장하는 농축수저류조(8)와, 상기 처리수조(5)에 소독액을 주입하는 소독액탱크(11)와, 상기 분리막조(5)에 세정액을 주입하는 세정액탱크(12) 및 상기 처리수조(5)에 응집제를 주입하는 응집제탱크(13)를 포함한다.

그리고 상기 처리수조(5)의 내부에는 처리수를 상기 분리막조(5)로 공급하기 위한 원수펌프(42)와, 상기 분리막조(5)와 연결되어 여과수를 흡입하는 여과펌프(9), 그리고 상기 분리막조(5)와 연결되어 공기를 공급하는 송풍기(10)를 더 포함하여 이루어진다.

따라서 외부에서 유입되는 원수는 고액분리장치(3)로 유입된다. 그리고 상기 고액분리장치(3)는 원수에 포함된 고형물을 분리한다. 예를 들어, 상기 고액분리장치(3)는 가압부상조나 침전조로 이루어져 원수에 포함된 오염물질을 슬러지와 처리수로 분리한다. 그리고 상기 고액분리장치(3)에서 분리된 처리수는 처리수조(4)로 유입된다.

상기 처리수조(4)는 일정량의 처리수를 저장한다. 그리고 상기 처리수조(4)의 처리수는 상기 원수펌프(42)를 통해서 분리막조(5)로 공급된다. 또한, 상기 처리수조(4)는 소독액탱크(11)에서 주입되는 소독액을 혼합한다. 그리고 상기 처리수조(4)에서 혼합된 소독액은 분리막조(5)로 유입되어 분리막에 생물막이 형성되는 것을 방지한다. 또한, 상기 처리수조(4)는 응집제탱크(13)에서 주입되는 응집제를 혼합한다. 그리고 상기 처리수조(4)에서 혼합된 응집제는 고액분리장치(3)에서 처리하지 못한 인을 응집시켜 상기 분리막조(5)의 분리막에서 분리할 수 있도록 한다.

이를 위해서, 상기 처리수조(4)에는 산기장치(41)와 원수펌프(42)가 구비된다. 상기 산지장치(41)에는 도시되지 않은 송풍기가 연결된다. 상기 산기장치(41)는 처리수조(4) 내로 공기를 주입하여 처리수의 부패를 방지하고 소독액을 혼합시키거나 응집제를 혼합시킨다.

이어, 상기 분리막조(5)는, 도 2에서 보는 바와 같이, 일정량의 처리수를 수용하는 분리막 케이스(50)와, 상기 분리막 케이스(50)의 내부에 설치되는 분리막 모듈(60)로 이루어진다. 이때, 상기 분리막 케이스(50)는 처리수조(4)의 상측부에 설치된다. 예를 들어, 상기 처리수조(4)가 지하에 설치되어 있는 경우라면, 상기 분리막 케이스(50)는 지상에 설치된다.

이어, 상기 분리막 케이스(50)의 내부에는 분리막 모듈(60)이 설치된다. 상기 분리막 모듈(60)은 다수 개의 분리막 유닛(61)과 이를 지지하기 위한 고정프레임(80)으로 이루어진다.

상기 분리막 유닛(61)은 여과펌프(9)의 흡입력에 의해서 여과수만을 분리한다. 즉, 분리막 유닛(61)을 통과한 여과수는 여과펌프(9)를 통해서 방류조(7)로 배출된다. 그리고 상기 분리막 유닛(61)을 통과하지 못한 농축수는 농축수저류조(8)로 배출된다.

그리고 상기 분리막 모듈(60)이 오염되어 세척이 필요한 경우에는 상기 방류조(7)에 저장된 여과수의 일부를 상기 분리막 케이스(50)로 반송할 수 있다. 또한, 상기 분리막 유닛(61)의 막 오염이 심한 경우에는 상기 세정액탱크(12)에서 상기 분리막 케이스(50)의 상부로 세정액을 주입할 수 있다. 또한, 세척을 할 때는 상기 송풍기(10)를 이용하여 분리막 케이스(50)의 하부로 공기를 주입하여 스크러빙이 일어나도록 할 수 있다. 바람직하게 스크러빙은 세척시에만 실시하고 여과시에는 실시하지 않는다. 즉, 상기 분리막 케이스(50)로 유입되는 처리수는 비교적 오염도가 낮기 때문에 여과시 스크러빙이 필요 없다.

이와 같이, 본 고안에 따른 분리막 여과장치(1)는, 분리막조(5)를 호기조나 침전조와 같은 반응조의 내부에 설치하지 않고, 고액분리장치(3)와 처리수조(4)의 후단에 별도로 구비된 분리막 케이스(50)의 내부에 설치하여 상기 분리막 모듈(60)이 처리수에 침지되도록 하는 '외부 침지형 분리막'으로서 아래와 같은 효과가 있다.

첫째, 원수에 포함된 오염물을 고액분리장치와 분리막조가 분담하여 처리하므로 후단에 설치되는 분리막조에 과부하가 걸리지 않는다. 둘째, 분리막조에 과부하가 걸리지 않으므로 막 투과유량이 커서 고가의 분리막을 많이 사용할 필요가 없으며 분리막의 수명이 길어져 분리막의 교체비용을 절감할 수 있다. 셋째, 분리막조가 반응조와 떨어져 별도로 구비되어 있으므로 반응조에 과잉의 공기가 유입되어 질소 및 인 제거효율이 떨어지는 것을 방지할 수 있고, 반응조를 비우지 않고 공사를 할 수 있으며 화학세정시 2차 오염이 일어나지 않으며, 계외 세정을 위해서 인양할 필요가 없으며 유지관리가 용이하다. 넷째, 분리막조이 처리수조 보다 높은 위치에 설치되므로 분리막조의 원수를 처리수조로 순환시키기 위해서 별도의 펌프를 사용하지 않는다. 다섯째, 원수에 포함된 오염물질을 침전조와 분리막조와 분담하여 처리하므로 침전조의 크기를 최소화할 수 있다. 여섯째, 분리막조의 여과 과정에서는 스크러빙을 적용하지 않기 때문에 송풍기에 필요한 에너지를 절감할 수 있다.

이하에서는 본 고안에 따른 분리막조의 구조에 대해서 설명하기로 한다.

도 2는 본 고안에 따른 분리막조를 보여주는 분리 사시도, 도 3은 도 2에 도시된 분리막조의 평면도, 도 4는 본 고안에 따른 분리막조를 보여주는 사시도, 도 5는 본 고안에 따른 분리막조를 보여주는 정면도, 도 6은 도 5에 도시되어 있는 분리막조의 단면도, 도 7은 본 고안에 따른 분리막 유닛을 보여주는 정면도이다.

도시된 바와 같이 본 고안의 분리막조(5)은, 일정한 크기의 내부공간을 갖는 분리막 케이스(50)와, 상기 분리막 케이스(50)의 내부에 설치되는 분리막 모듈(60)로 이루어진다.

상기 분리막 케이스(50)는 일정한 양의 처리수와 분리막 모듈(60)을 수용할 수 있는 내부공간(51)을 갖는 밀폐된 상자이다. 바람직하게, 상기 분리막 케이스(50)는 일정한 크기의 상부판(52)과 하부판(53) 및 4개의 측부판(54)으로 이루어진 사각형의 상자로 이루어진다. 바람직하게 상기 상부판(52)과 하부판(53) 및 측부판(54)은 일정한 크기의 금속 판이나 플라스틱 판으로 이루어진다. 따라서 상기 분리막 케이스(50)는 공장에서 조립할 수 있고 대량생산이 가능하다.

상기 분리막 케이스(50)의 일 측면 상단부에는 상기 처리수조(4)와 연결되는 원수유입구(55)가 형성된다. 따라서 상기 처리수조(4)의 원수펌프(42)에 의해서 공급되는 처리수는 상기 분리막 케이스(50)의 상부로 유입된다.

또한, 상기 원수유입구(55)의 상단에는 상기 처리수조(4)와 연결되는 원수순환구(56)가 형성된다. 따라서 상기 분리막 케이스(50) 내의 원수가 일정한 수위를 초과할 때 상기 처리수조(50)로 순환한다. 이때, 상기 분리막조(5)은 상기 처리수조(50)의 상측부에 설치되므로 원수순환구(56)에서 처리수조(4)로 순환하는 원수는 자연유하하게 된다.

또한, 상기 분리막 케이스(50)의 일 측면 하단부에는 농축수배출구(57)가 형성된다. 따라서 상기 분리막 케이스(50)의 내부에 설치되어 있는 다수의 분리막 유닛(61)을 통과하지 못한 농축수는 상기 농축수배출구(57)를 통해서 외부로 배출된다.

다시, 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 분리막 케이스(50)의 타 측면에는 상기 분리막 모듈(60)이 좌우방향으로 드나들 수 있도록 일정한 크기의 개방부(71)가 형성된다. 바람직하게 상기 개방부(71)는 직사각형으로 이루어지고 그 테두리를 따라 체결구멍이 형성된다. 또한 상기 테두리에는 밀봉 부재가 구비될 수 있다.

이어, 상기 분리막 모듈(60)은, 다수 개의 분리막 유닛(61)과 이를 고정하기 위한 고정프레임(80)으로 이루어진다. 또한 상기 분리막 모듈(60)은 좌우로 슬라이딩하여 상기 분리막 케이스(50)의 개방부(71)를 통해 내부에 수납될 수 있도록 사각 틀 형상으로 이루어진다.

먼저, 상기 분리막 유닛(61)은 도 6 및 도 7에서 보는 바와 같이, 다수 개의 중공사막(621)이 원형의 다발(622)로 이루어진 원통형으로 이루어진다. 상기 중공사막(621)의 기공크기는 입자가 작은 오염물질과 미생물을 완전히 배제할 수 있도록 0.4㎛ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 분리막 투과유량(flux)은 1㎥/4㎡·day(0.25㎥/㎡·day) 이하를 유지하여 분리막의 오염이 최대한 억제될 수 있어야 한다.

바람직하게 상기 분리막 유닛(61)은 다수 개의 중공사막(621)으로 작은 다발로 분할될 수 있다. 그리고 상기 중공사막 다발(622)의 상단에는 원통형의 상부 헤드(623)가 구비되고, 하단에는 원통형의 하부 헤드(623)가 구비된다. 이때, 상기 중공사막(621)의 상단은 열려 있고 하단은 밀봉되어 있다. 그리고 상기 상부 헤드(623)의 상단에는 결합부(625)가 구비되고, 상기 하부 헤드(624)의 하단에는 하방으로 일정 길이 연장되는 스커트(626)가 구비된다.

이어, 상기 고정프레임(80)은 크게 상부프레임(81)과 하부프레임(82) 그리고 수직프레임(83) 및 커버판(85)으로 이루어져 전체적으로 직육면체로 이루어진다. 그리고 그 내부에 다수 개의 분리막 유닛(61)이 설치된다. 바람직하게 상기 상단프레임(81)은 내부가 빈 두 개의 중공 관으로 이루어진다. 상기 상단프레임(81)의 하단에는 다수의 여과수주입구(812)가 일정한 간격으로 돌출되게 형성된다. 상기 여과수주입구(812)에는 분리막 유닛(61)의 결합부(625)가 결합한다. 따라서 상기 분리막 유닛(61)의 중공사막을 통과한 여과수는 상단프레임(81)의 중공을 통해서 외부로 배출될 수 있다.

그리고 상기 하부프레임(91)은 두 개의 관을 평행하게 설치하여 이루어지고, 그 상면에는 다수의 유닛 고정수단(627)이 일정한 간격으로 설치된다. 상기 유닛 고정수단(627)은 일정한 높이의 원통체로 이루어져 상기 분리막 유닛(61)의 하단부가 끼워져 고정될 수 있다. 따라서 상기 유닛 고정수단(672)에 분리막 유닛(61)의 하단부를 끼우고 상기 분리막 유닛(61)의 결합부(625)를 상기 상부프레임(81)의 하단에 형성된 여과수주입구(812)에 결합하면 다수의 분리막 유닛(61)을 고정할 수 있다.

이어, 상기 하부프레임(91)과 평행하게 두 개의 산기파이프(91)가 설치된다. 상기 산기파이프(91)에는 일정한 간격으로 다수 개의 산기 공이 형성된다. 바람직하게 상기 산기 공은 유닛 고정수단(627)에 위치하도록 형성된다. 따라서 상기 산기파이프(91)의 산기 공에서 배출되는 공기는 상기 분리막 유닛(61)의 하단으로 공급되어 스크러빙을 일으키게 된다. 따라서 상기 분리막 유닛(61)의 하단으로 공급되는 공기는 중공사막의 외주면에 부착된 오염물질을 분리시킨다.

그리고 상기 고정프레임(80)의 일 측면에는 상기 분리막 케이스(50)에 형성된 개방부(71)를 폐쇄하는 커버판(85)이 구비된다. 상기 커버판(85)은 개방부(71)보다 약간 큰 크기의 금속 판으로 이루어진다. 상기 커버판(85)은 상기 상부프레임(81)과 하부프레임(91)의 선단에 고정된다. 또한, 상기 커버판(85)은 상기 분리막 케이스(50)의 내부에 수납한 상태에서 나사 체결함으로써 개방부(71)를 폐쇄할 수 있다. 이와 같이, 본 고안의 분리막 모듈(60)은 좌우 방향으로 슬라이딩할 수 있도록 구성되어 상기 분리막 케이스(50)에 분리막 모듈(60)을 설치하거나 교체하기가 용이하다.

그리고 도 4 및 도 6에서 보는 바와 같이, 상기 커버판(85)의 상단부에는 여과수배출구(58)가 형성된다. 상기 여과수배출구(58)는 상기 분리막 유닛(61)을 통과하여 상부프레임(81)으로 배출되는 여과수를 외부로 배출한다. 이때, 상기 커버판(85)의 후면에는 두 개의 상부프레임(81)에서 배출되는 여과수를 수집하기 위한 여과수수집관(813)이 더 구비될 수 있다.

그리고 상기 커버판(85)의 하단부에는 공기주입구(59)가 구비된다. 상기 공기주입구(59)는 상기 산기파이프(91)를 통해서 분리막 유닛(61)의 하단으로 공기를 주입할 수 있다. 상기 커버판(85)의 후면에는 두 개의 산기파이프(91)로 공기를 분배하기 위한 공기분배관(913)이 더 구비될 수 있다.

한편, 역세가 필요한 경우에는, 상기 여과펌프(9)를 이용하여 방류조(7)의 여과수를 상기 분리막 유닛(61)의 상단으로 주입할 수 있다. 이때 역세수는 여과수배출구(58)와 상단프레임(81)을 통해서 분리막 유닛(61)으로 공급된다.

또한, 약품세정이 필요한 경우에는 상기 세정액탱크(12)에서 세정액을 상기 분리막조(5)의 상부로 공급한다. 바람직하게 상기 세정액탱크(12)에서 공급되는 세정액은 세정액라인(L4) 및 원수유입구(55)를 통해서 유입될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 따른 분리막 여과장치(1)는 고액분리장치와 분리막조가 결합 되어 고형물의 제거효율이 우수하므로 하천수나 호소수에 포함된 오염물질을 제거하거나 오폐수처리장치의 하단에 설치되어 생물반응조에서 발생하는 고형물을 분리할 수 있다.

이어, 도 8을 참조하여 본 고안에 따른 분리막 여과장치(1)를 이용한 오폐수수처리장치의 바람직한 실시 예에 대해서 설명한다.

도시한 바와 같이, 본 실시 예의 분리막 여과장치(1)를 이용한 오폐수처리장치(100)(이하 '수처리장치'라 한다)는, 미생물을 이용하여 오염물질을 분해하는 생물반응조(102)와, 상기 생물반응조(102)의 후단에 설치되어 원수를 중력침전으로 고액분리하는 고액분리장치(103)와; 상기 고액분리장치(103)의 후단에 설치되어 상기 고액분리장치(103)에서 배출되는 처리수를 저장하는 처리수조(4)와; 상기 처리수조(4)와 연결되어 상기 처리수조(4)의 내부로 소독액을 주입하는 소독액탱크(11)와; 상기 처리수조(4)와 연결되어 상기 처리수조(40)의 내부로 응집제를 주입하는 응집제탱크(13)와, 상기 처리수조(4)에서 공급되는 처리수에 포함된 오염물질을 막 여과하는 1차 분리막조(5)와; 상기 1차 분리막조(5)의 분리막 유닛(61)을 통과하지 못하고 배출되는 농축수에 포함된 오염물질을 재차 막 여과하는 2차 분리막조(6)과; 상기 1차 및 2차 분리막조(5)(6)과 각각 연결되고 상기 분리막 유닛을 통과한 여과수를 흡입하는 여과펌프(9)와; 상기 1차 및 2차 분리막조(5)(6)과 각각 연결되고 상기 다수의 분리막 유닛의 하부로 공기를 공급하는 송풍기(10)와; 상기 1차 및 2차 분리막조(5)(6)과 각각 연결되어 상기 분리막 유닛의 상부로 세정액을 주입하는 세정액탱크(12)와; 상기 여과펌프에 의해서 상기 1차 및 2차 분리막조(5)(6)에서 배출되는 여과수를 저장하는 방류조(7)와; 상기 2차 분리막조(6)의 분리막 유닛을 통과하지 못하고 배출되는 농축수를 저장하는 농축수저류조(8);를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 1차 분리막조(5)와 2차 분리막조(6)의 일 측에는 상기 분리막 모듈(60)과 연결되어 여과수를 흡입하는 2개의 여과펌프(9)가 구비된다. 상기 여과펌프(9)는 여과수 배출라인(L1)을 통해서 상기 분리막 모듈(60)의 여과수배출구(58)와 연결된다. 그리고 상기 여과펌프(9)는 방류조(7)와도 연결되어 여과수를 방류조(7)로 배출한다.

또한, 상기 1차 분리막조(5)와 2차 분리막조(6)의 하측에는 상기 분리막 모듈(60)과 연결되어 공기를 공급하는 송풍기(10)가 구비된다. 상기 송풍기(10)는 공기공급라인(L7)을 통하여 상기 분리막 모듈(60)의 공기주입구(59)와 연결된다. 이때, 상기 1차 분리막조(5)로 공급되는 공기는 분리막 유닛(61)을 세정할 때만 공급하고, 여과과정에서는 공기를 공급하지 않는다. 반면에 2차 분리막조(6)로 공급되는 공기는 세정할 때뿐만 아니라 여과과정에서도 공급한다. 따라서 본 고안의 분리막 여과장치(1)는 모든 분리막조에 공기를 주입하는 종래의 방법에 비해서 에너지를 절약할 수 있다.

또한, 상기 1차 분리막조(5)와 2차 분리막조(6)의 상측에는 상기 분리막 케이스(50)와 연결되어 세정액을 주입하기 위한 세정액탱크(12)가 구비된다. 상기 세정액탱크(12)는 세정액공급라인(L4) 및 원수유입구(55)를 통해서 상기 분리막 케이스(50)의 상단으로 세정액을 주입한다. 또한, 처리수반송라인(L9)을 이용하여 상기 방류조(7) 내의 처리수의 일부를 상기 분라막 유닛(61)의 상단으로 공급하여 역세수로 사용할 수 있다. 이와 같이, 본 고안은 세정약품을 반응조와 완전히 분리되어 있는 분리막 케이스(50)의 내부로 주입하기 때문에 생물반응조(102)에 공기가 과잉으로 공급되어 질소 및 인 제거효율이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 처리수조(4)의 상부에는 처리수조에 소독액(예, NaOCl 0.2~0.5% + NaOH 1%)를 주입하는 소독액탱크(11)가 구비된다. 따라서 상기 소독액탱크(11)에서 주입되는 소독액은 처리수조(4) 내의 처리수가 부패 되는 것을 방지할 뿐만 아니라 1차 분리막조(5)와 2차 분리막조(6)의 중공사막의 외주면에 생물막이 형성되는 것을 방지하여 막 오염을 줄여준다.

이와 같이, 본 고안의 수처리장치(100)는, 분리막조를 반응조의 내부에 설치하는 종래의 '내부 침지형 분리막'과 달리 분리막조를 처리수조의 후단에 별도로 설치되는 분리막 케이스(50)의 내부에 설치하는 '외부 침지형 분리막'으로 이루어진다. 또한, 본 고안의 두 개의 분리막조(5)(6)를 설치하여 처리수의 수질을 높이고 안정적인 운전이 이루어질 수 있도록 한다.

즉, 종래의 내부 침지형 분리막은 생물반응조(102)에서 발생하는 원수를 호기조나 침전조에 설치된 분리막 유닛을 이용하여 슬러지와 처리수로 분리하는 방식이지만 본 고안의 외부 침지형 분리막은 생물반응조(102)에서 발생한 원수를 고액분리장치(103)에서 슬러지와 처리수로 분리한 후, 처리수에 포함된 오염물질만을 상기 분리막 유닛으로 분리하는 방식이다.

이와 같이, 본 고안은 고액분리장치(103)에서 원수 중에 포함된 비교적 큰 입자의 오염물질을 분리한 후, 그 처리수에 잔존하는 비교적 작은 입자의 오염물질만을 1차 분리막조(5)와 2차 분리막조(6)을 이용하여 분리하기 때문에 분리막의 과부하를 방지하고 막 오염의 현상을 줄일 수 있다.

즉, 도 9는 통상의 생물반응조(102)에서 배출되는 오염물질의 입도 분포를 보여주는 그래프이다. 도시된 바와 같이, 생물반응조(102)에서는 0.1~ 100㎛까지 다양한 크기의 오염물질이 배출되는데, 종래의 내부 침지형 분리막은 발생 되는 모든 크기의 오염물질을 분리막 유닛을 이용하여 여과하기 때문에 분리막에 과부하가 걸리고 큰 입자에 의해서 분리막이 쉽게 오염되는 문제가 있었다. 그러나 본 고안에 따른 막 분리장치(1)는 큰 입자의 오염물질은 침전조나 가압부상조에서 분리하고 상대적으로 작은 입자의 오염물질만을 분리막 유닛을 이용하여 분리하므로 분리막의 과부하와 막 오염을 줄일 수 있다.

이어서, 도 10은 A2O 공법의 분리막 여과장치를 이용한 오폐수처리장치(200)를 보여주는 구성도이고, 도 11은 SBR 공법의 분리막 여과장치를 이용한 오폐수처리장치(300)를 보여주는 개략적이 구성도이다.

도 10에서 보는 바와 같이, A2O 공법의 분리막 여과장치를 이용한 오폐수처리장치(200)는 스크린조(201), 유량조정조(202), 혐기조(203), 무산소조(204), 호기조(205)와 본 고안에 따른 분리막 여과장치(1)를 포함한다.

이어, 도 11에서 보는 바와 같이, SBR 공법의 분리막 여과장치를 이용한 수처리장치(300)는, 스크린조(301), 유량조정조(302), 그리고 오·폐수의 유입과 처리수의 유출 그리고 혐기, 무산소, 호기 및 침전 등의 공정이 정해진 시간의 배열에 따라 연속적으로 일어나는 SBR 반응조(304)와 본 고안에 따른 분리막 여과장치(1)를 포함한다.

이와 같이, 본 고안에 따른 분리막 여과장치(1)는 다양한 종류의 생물반응조의 후단에 설치될 수 있다. 특히, 기존의 생물반응조의 구조를 변경시키지 않고 설치할 수 있어 기존 재래식 오폐수처리공법을 분리막 공정으로 개선할 때 추가 공사 및 시설비가 적게 소요되고, 반응조를 비우지 않고 공사를 진행할 수 있어 공사기간을 단축할 수 있다.

이어서, 도 10에 도시된 분리막 여과장치를 이용한 오폐수처리장치(100)의 작용에 대해서 설명하다.

먼저, 오폐수(원수)는 스크린조(101)을 거쳐 유량조정조(102)로 유입된다. 그리고 유량조정조(102)의 원수는 수중펌프를 통해서 혐기조(103)로 유입된다. 그리고 상기 혐기조(103) 내의 원수는 월류구를 통해서 무산수조(104)로 유입되고, 상기 무산소조(104) 내의 원수는 호기조(105)로 유입된다.

바람직하게 상기 유량조정조(102)에는 원수이송펌프, 원수이송배관 및 밸브가 구비된다. 상기 유량조정조(102)에 혐기조(103)가 연결된다. 그 연결은 오폐수이송배관에 의하는 것이 바람직하다. 혐기조(103)는 유입 오폐수와 침전조(3)에서 반송되는 슬러지의 미생물을 이용하여 인을 유입농도의 3~4배까지 방출시킨다. 상기 혐기조(103)에는 유입 오폐수와 반송슬러지의 충분한 혼합 및 고액분리 방지를 위해 수중교반기를 설치하는 것이 바람직하다.

상기 혐기조(103)에는 무산소조(104)가 연결된다. 상기 무산소조(104)에서는 질산성(NO3-)질소가 탈질균의 질산호홉, 아질산호홉에 의해서 N2O, NO 등의 형태를 거쳐 N2로 환원되어 방출된다. 상기 무산소조(104)에는 유입 오폐수의 충분한 혼합 및 고액분리방지를 위해 수중교반기를 설치하는 것이 바람직하다. 그리고 무산소조(104)의 오폐수중 일부는 내부 반송라인을 통해서 상기 혐기조(103)로 반송된다.

상기 무산소조(104)에 호기조(105)가 연결된다. 이러한 연결은 월류구에 의해 이루어지는 것이 바람직하다. 호기조(105)는 호기성 미생물의 대사에 의하여 탄소화합물을 탄산가스와 물로, 질소화합물을 암모니아와 질산염으로 분해한다. 호기조(105)에서는 공기의 공급이 필요한데, 이는 활성오니 미생물의 동화작용 및 유기물 산화에 필요한 산소공급과 슬러지 혼합액을 교반하여 활성화하기 위함이다. 필요산소량에 있어서 탄소화합물의 산화 및 활성슬러지 미생물의 내생호홉에 필요한 산소량과 함께, 질산화 반응이 진행되는 경우에는 질산화에 필요한 산소량도 고려해야 한다.

상기 호기조(105) 내에는 오폐수를 균등하게 교반함과 동시에 용존산소가 2ppm 이상 유지될 수 있도록 폭기장치가 구비된다. 폭기장치에는 송풍기에서 공기가 공급된다.

상기 호기조(105)는 침전조(3)에 연결된다. 이러한 연결은 월류관에 의해서 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 침전조(3)는 혼입된 처리수를 중력에 의하여 슬러지와 처리수로 고액분리하고, 상등수만 월류시켜 후속설비인 분리막 또는 분리막 유닛(61)의 막힘을 최소화하고 처리효율을 극대화시킨다. 그리고 침전된 슬러지는 외부반송라인을 통하여 혐기조(103)로 반송된다. 그리고 상기 침전조(3)의. 내부에는 침전효율을 높이기 위한 경사판이나 고정 또는 유동성 여재가 더 설치될 수 있다.

상기 침전조(3)는 처리수조(4)에 연결된다. 이러한 연결은 월류구에 의해서 이루어지는 것이 바람직하다. 그리고 상기 처리수조(4)에는 소독액탱크(11)에서 소독액이 공급된다. 또한, 상기 처리수조(4)의 내부에는 공급된 소독액과 처리수는 교반하기 위한 산기장치(41)가 구비된다. 염소성분의 소독액은 분리막의 오염(fouling)이나 폐색(clogging)을 최대한 억제하게 된다. 또한 처리수에 포함된 유해한 일부 사상균을 사멸시켜 수처리 효율을 극대화하게 된다.

상기 처리수조(4)에서 공급되는 처리수는 1차 분리막조(5)로 유입된다. 처리수는 원수펌프(42)와 처리수공급라인(L3)을 통해 공급될 수 있다. 그리고 상기 막 분리조(50) 내로 유입된 처리수는 일정한 수위를 초과하면 상기 원수순환구(56) 및 원수순환라인(L2)을 통해서 다시 처리수조(4)로 반송된다.

이어, 상기 1차 분리막조(5)로 유입된 원수는 상기 분리막 케이스(50)의 내부에 수납된 다수의 분리막 유닛(61)에 의해서 고액분리된다. 즉, 상기 분리막 유닛(61)을 통과한 여과수는 상부프레임(81),여과수배출구(58), 여과수배출라인(L1) 및 여과펌프(9)를 통해서 방류조(7)로 배출된다. 그리고 분리막 유닛(61)을 통과하지 못한 농축수는 막 분리조(50)의 하단에 구비된 농축수배출구(57), 농축수이송펌프 및 농축수배출라인(L6)을 통해서 상기 2차 분리막조(6)로 배출된다.

그리고 상기 1차 분리막조(5)에서 배출되는 농축수는 2차 분리막조(6)로 유입된다. 그리고 상기 분리막 케이스(50) 내로 유입된 농축수가 일정한 수위를 초과하면 원수순환구(56) 및 원수순환라인(L2)을 통해서 다시 처리수조(4)나 상기 1차 분리막조(5)로 반송된다.

이어, 상기 2차 분리막조(6)로 유입된 농축수는 상기 분리막 케이스(50)의 내부에 수납된 다수의 분리막 유닛(61)에 의해서 고액분리된다. 즉, 상기 분리막 유닛(61)을 통과한 여과수는 상부프레임(81), 여과수배출구(58), 여과수배출라인(L1) 및 여과펌프(9)를 통해서 방류조(7)로 배출된다.

상기 방류조(7)는 유입된 처리수의 일부는 분리막 케이스(50)의 분리막 유닛(61)을 세정하기 위한 역세수로서 활용하고 나머지는 방류한다. 역세수는 역세액수공급라인(L9)을 통해서 상기 분리막 유닛(61)의 상단으로 주입된다. 이때, 역세수는 여과수배출구(58)를 통해서 주입될 수 있다. 그리고 분리막 유닛(61)을 통과하지 못한 농축수는 분리막 케이스(50)의 하단에 구비된 농축수배출구(57), 농축수배출라인(L5)을 통해서 농축수저류조(8)로 배출된다. 상기 농축수저류조(8)의 슬러지는 주기적으로 제거된다.

그리고 상기 세정액탱크(12)는 세정액을 상기 1차 분리막조(5)와 2차 분리막조(6)에 공급할 수 있다. 상기 세정액탱크(12)에서 공급되는 세정액은 세정액공급라인(L4)과 원수유입구(55)를 통해서 상기 분리막 케이스(50)의 상부로 공급한다. 그리고 세정액이 공급되는 동안에는 상기 송풍기(10)와 공기주입구(59)를 통해서 상기 분리막 유닛(61)의 하부로 공기를 공급한다.

한편, 본 고안에 따른 1차 분리막조(5)와 2차 분리막조(5)은 아래와 같은 운전모드로 운전될 수 있다.

<1차 분리막조의 운전모드>

구분		여과	역세	배수	충수	비고
막여과	여과펌프	20~30분	1분	5분	5분
	송풍기	정지	가동	정지	정지
약품세정	알칼리 세정	약품농도: NaOCl 0.2~0.5% + NaOH 1% 침지시간: 7~8시간
	산 세정	약품농도: 구연산 2% 침지시간: 2시간

<2차 분리막조의 운전모드>

구분		여과	역세	배수	충수	비고
막여과	여과펌프	7~12분	1분	5분	5분
	송풍기	가동	가동	정지	정지
약품세정	알칼리 세정	약품농도: NaOCl 0.2~0.5% + NaOH 1% 침지시간: 7~8시간
	산 세정	약품농도: 구연산 2% 침지시간: 2시간

표 1 및 표 2에서 보는 바와, 2차 분리막조(6)의 공기주입구에는 막 여과시 및 세척시에 모두 공기를 주입하지만 1차 분리막조(5)의 공기주입구에는 세척할 때만 공기를 주입한다. 따라서 본 고안은 송풍기(10)의 사용에 따른 에너지를 절약할 수 있는 효과가 있다.

전술한 본 고안의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 고안이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 고안의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 고안의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 고안의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1: 분리막 여과장치 3: 고액분리장치
4: 처리수조 5: 1차 분리막조
6: 2차 분리막조 7: 방류조
8: 농축수저류조 9: 여과펌프
10: 송풍기 11: 소독액탱크
12: 세정액탱크 50: 분리막 케이스
55: 원수유입구 56: 원수순환구
57: 농축수배출구 58: 여과수배출구
59: 공기주입구 60: 분리막 모듈
61: 분리막 유닛 80: 분리막프레임
81: 상부프레임 82: 하부프레임
85: 커버판

Claims (4)

1. 스크린조, 유량조정조 또는 생물반응조의 후단에 설치되어 원수에 포함된 오염물질을 고액분리하는 침전조 또는 가압부상조를 포함하는 1차 고액분리장치와;
   상기 1차 고액분리장치에서 배출되는 처리수를 저장하고 내부에 원수 펌프가 구비된 처리수조와;
   상기 처리수조와 별개로 그 상측 지상에 설치되고 상기 처리수조의 원수 펌프에 의해서 공급되는 원수를 일정 수위로 수용하는 분리막 케이스와, 상기 분리막 케이스의 내부에 설치되어 상기 처리수조에서 공급되는 원수에 포함된 오염물질을 2차로 고액분리하는 분리막 모듈을 포함하는 분리막조;와
   상기 처리수조에 연결되어 소독액을 주입하기 위한 소독액탱크와;
   상기 분리막조에서 배출되는 여과수를 저장하는 방류조과;
   상기 분리막조에서 배출되는 농축수를 저장하는 농축수저류조와;
   상기 분리막조에 세정액을 주입하기 위한 세정액탱크와;
   상기 분리막조와 연결되어 여과수를 흡입하는 여과펌프와;
   상기 분리막조와 연결되어 공기를 공급하는 송풍기를 포함하되,
   상기 분리막조는, 상기 처리수조에서 공급되는 원수를 일정 수위 저장할 수 있도록 상자 형태로 이루어진 분리막 케이스와, 상기 분리막 케이스의 내부에 좌우 방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되어 상기 처리수조에서 공급되는 원수에 포함된 오염물질을 고액분리하는 분리막 모듈을 포함하여 이루어지고;
   상기 분리막 케이스는, 상단부에 상기 처리수조와 연결되어 원수가 유입되는 원수유입구가 형성되고, 상기 원수유입구의 상단에는 상기 분리막 케이스 내의 원수가 일정한 수위를 초과할 때 원수가 상기 처리수조로 자연유하하여 순환하도록 상기 처리수조와 연결되는 원수순환구가 구비되며, 상기 분리막 케이스의 하단부에는 상기 분리막 모듈을 통과하지 못한 농축수를 외부로 배출하기 위한 농축수배출구가 구비되고, 상기 분리막 케이스의 일 측면에는 상기 분리막 모듈이 좌우 측 방향으로 슬라이딩하여 외 측으로 드나들 수 있도록 개방부가 형성되며, 상기 개방부에는 상기 분리막 모듈을 상기 분리막 케이스에 수납한 후 상기 개방부를 폐쇄하여 누수가 발생하지 않도록 하는 커버판이 구비되고;
   상기 분리막 모듈은, 다수의 분리막 유닛과 상기 분리막 유닛을 지지하는 고정프레임으로 이루어지고, 상기 고정프레임은 다수의 분리막 유닛을 지지하는 상부프레임과 하부프레임을 포함하되, 상기 상부프레임은 상기 분리막 유닛을 통과한 여과수가 배출될 수 있도록 중공 관으로 이루어지고 그 하면에는 다수의 분리막 유닛과 결합하는 여과수유입구가 일정 간격으로 형성되며, 상기 하부프레임에는 하나 이상의 산기파이프가 평행하게 설치되고, 그 상면에는 다수의 분리막 유닛의 하단부를 고정하기 위한 유닛 고정수단이 일정 간격으로 구비되며, 상기 고정프레임의 일 측면에는 상기 개방부를 폐쇄하여 누수가 생기지 않도록 하는 상기 커버판이 구비되되, 상기 커버판의 상단부에는 상기 상부프레임에서 배출되는 여과수를 배출하기 위한 여과수배출구가 형성되고, 상기 커버판의 하단부에는 상기 송풍기에서 공급되는 공기를 산기파이프로 주입하기 위한 공기주입구가 형성되어서,
   원수에 포함된 큰 입자의 오염물질은 상기 1차 고액분리장치에서 처리되고, 상대적으로 작은 입자의 오염물질은 2차 고액분리장치인 분리막조에서 처리되도록 함으로써 전체적으로 처리효율을 향상시키고 분리막 모듈의 수명을 연장하여 비용을 절감하며 설치 및 교체 작업을 용이하게 하고 인양작업을 생략하여 운영이 편리하도록 한 것을 특징으로 하는 분리막 여과장치.
   
2. 미생물을 이용하여 원수에 포함된 오염물질을 분해하는 생물반응조를 포함하는 수처리장치에 있어서,
   상기 생물반응조의 후단에 설치되고 중력침전을 이용하여 원수를 슬러지와 처리수로 고액분리하는 침전조와; 상기 침전조의 후단에 설치되어 상기 침전조에서 배출되는 처리수를 저장하는 처리수조와; 상기 처리수조에 소독액을 주입하기 위한 소독액탱크와; 상기 처리수조에서 공급되는 처리수에 포함된 오염물질을 여과하도록 다수의 분리막 유닛을 포함하는 1차 분리막조와; 상기 1차 분리막조의 분리막을 통과하지 못하여 배출되는 농축수에 포함된 오염물질을 여과하는 2차 분리막조와; 상기 1차 및 2차 분리막조와 각각 연결되고 상기 다수의 분리막 유닛을 통과한 여과수를 흡입하는 여과펌프와; 상기 1차 및 2차 분리막조와 각각 연결되고 상기 다수의 분리막 유닛의 하부로 공기를 공급하는 송풍기와; 상기 1차 및 2차 분리막 조와 각각 연결되고 상기 다수의 분리막 유닛의 상부로 세정액을 주입하기 위한 세정액탱크와; 상기 여과펌프에 의해서 배출되는 여과수를 저장하는 방류조;와 상기 2차 분리막조와 연결되고 상기 2차 분리막조의 분리막 유닛을 통과하지 못하고 상기 2차 분리막조에서 배출되는 농축수를 저장하기 위한 농축수저류조와; 를 포함하되,
   상기 분리막조는, 상기 처리수조에서 공급되는 원수를 일정 수위 저장할 수 있도록 상자 형태로 이루어진 분리막 케이스와, 상기 분리막 케이스의 내부에 좌우 방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되어 상기 처리수조에서 공급되는 원수에 포함된 오염물질을 고액분리하는 분리막 모듈을 포함하여 이루어지고;
   상기 분리막 케이스는, 상단부에 상기 처리수조와 연결되어 원수가 유입되는 원수유입구가 형성되고, 상기 원수유입구의 상단에는 상기 분리막 케이스 내의 원수가 일정한 수위를 초과할 때 원수가 상기 처리수조로 자연유하하여 순환하도록 상기 처리수조와 연결되는 원수순환구가 구비되며, 상기 분리막 케이스의 하단부에는 상기 분리막 모듈을 통과하지 못한 농축수를 외부로 배출하기 위한 농축수배출구가 구비되고, 상기 분리막 케이스의 일 측면에는 상기 분리막 모듈이 좌우 측 방향으로 슬라이딩하여 외 측으로 드나들 수 있도록 개방부가 형성되며, 상기 개방부에는 상기 분리막 모듈을 상기 분리막 케이스에 수납한 후 상기 개방부를 폐쇄하여 누수가 발생하지 않도록 하는 커버판이 구비되고;
   상기 분리막 모듈은, 다수의 분리막 유닛과 상기 분리막 유닛을 지지하는 고정프레임으로 이루어지고, 상기 고정프레임은 다수의 분리막 유닛을 지지하는 상부프레임과 하부프레임을 포함하되, 상기 상부프레임은 상기 분리막 유닛을 통과한 여과수가 배출될 수 있도록 중공 관으로 이루어지고 그 하면에는 다수의 분리막 유닛과 결합하는 여과수유입구가 일정 간격으로 형성되며, 상기 하부프레임에는 하나 이상의 산기파이프가 평행하게 설치되고, 그 상면에는 다수의 분리막 유닛의 하단부를 고정하기 위한 유닛 고정수단이 일정 간격으로 구비되며, 상기 고정프레임의 일 측면에는 상기 개방부를 폐쇄하여 누수가 생기지 않도록 하는 상기 커버판이 구비되되, 상기 커버판의 상단부에는 상기 상부프레임에서 배출되는 여과수를 배출하기 위한 여과수배출구가 형성되고, 상기 커버판의 하단부에는 상기 송풍기에서 공급되는 공기를 산기파이프로 주입하기 위한 공기주입구가 형성되어서,
   원수에 포함된 큰 입자의 오염물질은 상기 침전조에서 처리되고, 상대적으로 작은 입자의 오염물질은 2차 고액분리장치인 제1 분리막조 및 제2 분리막조에서 처리되도록 함으로써 전체적으로 처리효율을 향상시키고 분리막 모듈의 수명을 연장하여 비용을 절감하며 설치 및 교체 작업을 용이하게 하고 인양작업을 생략하여 운영이 편리하도록 한 것을 특징으로 하는 분리막 여과장치.
   
3. 삭제
4. 제2 항에 있어서,
   상기 1차 분리막조의 공기주입구에는 세척할 때만 공기를 주입하고, 상기 2차 분리막조의 공기주입구에는 막 여과시와 세척시 모두 공기를 주입하는 것을 특징으로 하는 분리막 여과장치.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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