KR20050048721A

KR20050048721A - 황 충전 mbr 반응기를 이용한 포기조내 질소제거 장치

Info

Publication number: KR20050048721A
Application number: KR1020030082402A
Authority: KR
Inventors: 변규금; 황용우
Original assignee: 주식회사 화인프로텍; 황용우
Priority date: 2003-11-19
Filing date: 2003-11-19
Publication date: 2005-05-25
Also published as: KR100547463B1

Abstract

본 발명은 황 충전 MBR 반응기를 이용한 포기조내 질소제거 장치에 관한 것으로서, 기존 활성슬러지법등의 포기조(호기조)내를 개선시킨 것으로써 암모니아성 질소를 함유한 처리대상수(10)를 포기조에 유입시켜 질산화한 후, 입상황이 충진된 케이싱(40)에서 독립영양탈질이 일어나고, 입상황 충진 케이싱(40) 내부에 멤버레인(42)이 설치된 상부 집수부(43)를 통해 배출펌프(50)에 의해 처리수를 방류(60)한다. 또한, 배출펌프(50)에 부착된 압력계에 의해 배출한계에 도달하면 역세척펌프(70)가 작동되어 멤버레인(42)과 입상황 충진 케이싱(40)의 부착물질을 탈리시키는 공정으로 구성된다. 상기공정은 고농도의 질산성 질소를 함유한 폐수에 적용이 가능하며, 특히, 도금폐수에도 질소 제거효율이 매우 우수하였고, 표준활성슬러지법이나 이의 변법등의 기존시설에 설치 및 유지관리가 용이하다.

Description

황 충전 MBR 반응기를 이용한 포기조내 질소제거 장치{Nitrogen removal using submerged MBR packed with granular sulfur}

본 발명은 황 충전 MBR 반응기를 이용한 포기조내 질소제거 장치에 관한 것이다. 현재 입상황을 이용한 독립영양탈질에 대해 많은 연구가 진행되고 있으며, 실제 현장공정으로 가동중도 있다.

하수처리공법중 활성슬러지법은 가장 기본적인 수처리 형태로서 처리대상수(1)가 유입되어 무산소조(2), 호기조(3), 침전조(4)를 거쳐 방류(5) 되며, 내부반송(6)에 의해 질산성 질소가 탈질되는 시스템으로 구성되며, 내부반송량의 조절(유기탄소량)에 의해 질소제거량이 결정되며, 질소제거의 한계로 변법이 많이 개발되고 있다.

공개번호 10-2003-8416호의 경우 입상황 반응조와 호기성 반응조에 분리막 침적된 개별 반응조로 수처리가 진행되며, 별도의 관리와 부지가 필요하고, 분리막의 경우 MLSS가 약 5,000 ∼ 12,000ppm으로 매우 높으면 분리막에 미생물이 접촉하므로 분리막의 빈번한 세정주기로 인한 전력비와 교체비용이 증가한다는 단점이 있다. 본 발명의 선행특허인 제30468호 및 제331943호에 입상황을 별도의 반응조에 충진시켜 독립영양탈질에 대해 상세히 기술하였으며, 질소 제거가 필요한 하수처리장 등에 별도의 부지에 건설하고 있다. 또한, 공개번호 10-2002-11355호에서는 포기조내에 입상황이 충진된 케이싱과 섬유망으로 유기물 제거, 질산화 및 탈질을 수행한다고 서술하였다. 상기의 경우 독립영양 탈질이 진행되어 입상황이 충진된 케이싱 내부에 부유물질 등이 입상황 표면에 부착되면 탈리가 어렵다는 단점이 있다. 또한, 입상황 내부로 유입되는 처리대상수의 유입량이 폭기, 교반 등의 케이싱 외부의 흐름에 의해 조절하기에는 한계가 있기 때문에 고속처리가 곤란하였다.

또한, 실용신안 등록제20-299231호의 경우 멤버레인과 황을 이용한 수처리 장치이지만 포기조 내에 멤버레인이 설치되고, 포기조 측면에 별도의 황이 충전된 반응조가 구성되며, 처리형태가 하향류식으로 진행된다. 이 수처리 시스템은 멤버레인 충진부분에 부유물질 등이 직접 접촉되므로 쉽게 막혀 멤버레인의 교체주기가 짧아지고, 기존시설에 적용할 경우 별도의 부지를 필요로 한다. 기존시설의 포기조는 계열별로 구성되므로 포기조의 외부에 황충전 반응조를 설치하기가 곤란하다는 단점을 가지고 있다.

따라서, 본 발명은 기존 활성슬러지법 등의 포기조(호기조)내에 입상황을 충진한 케이싱 내부에 멤버레인이 설치되고 집수된 처리수는 배출펌프로 방류하는 수처리 장치를 구성한다. 포기조에서 암모니아성 질소가 질산성 질소로 산화와 배출펌프 유량조절을 통해 입상황과 질산성 질소의 접촉시간 조절로 독립영양탈질 미생물에 의한 질소 제거효율을 향상시키는 점이 가장 핵심기술이며, 아울러 입상황이 충진된 케이싱 내부에 멤버레인을 설치하고 입상황 충진 층에서 일부 부유물질 등이 축척되어 멤버레인의 막힘현상을 연장시키는 공정관리부분에도 역점을 두었다. 또한, 도금폐수와 같이 빈영양상태에 질소성분을 제거하기 위해 입상황 충전 케이싱 내부에 멤버레인이 설치된 일체형으로 구성되어 분리교체가 용이하고, 용존물질 및 부유물질 등을 제거함으로써 처리수를 재이용하여 상수비용을 절감할 수 있는 장점과 수질규제 강화에 따른 신규시설의 중복투자를 방지하고, 기존 시설의 개조에 따른 경제적 비용을 절감할 수 있는 수처리 장치를 제공하고자 한다.

상기 기술한 목적을 달성하기 위해 도 2와 연계하여 설명하면, 단일반응조에서 질산화와 탈질을 동시에 수행하는 장치로써 암모니아성 질소를 함유한 처리대상수(10)가 포기조(30)로 유입되어 질산성 질소로 산화되고, 질산성 질소는 입상황이 충진된 케이싱(40)에서 독립영양 탈질반응으로 질소가 제거된다. 또한, 입상황 충진 케이싱(40)은 흐름을 원활히 하기 위해 3mm미만의 mesh를 사용하였고, 내부에는 멤버레인(42)이 설치되어 배출펌프(50)에 의해 처리수가 방류(60)된다. 이때 입상황을 이용한 독립영양 탈질은 처리대상수내의 알칼리도를 필요로 하며 알칼리제를 용액상태로 주입하거나 기타방법에 의해 공급한다. 포기조(30)내에 질산화량은 유입펌프(20)와 포기조 유입수면의 레벨 게이지에 의해 조절되며, 탈질율은 배출펌프(50)의 배출량에 의해 조절할 수 있다. 또한, 멤버레인을 사용함에 따라 막힘현상이 발생되며, 이를 해소하기 위해 배출펌프(50)의 압력계가 설정치 이상 도달하였을 때 역세척펌프(70)이 작동되어 멤버레인(42)과 입상황 충진부 내부에 산기장치를 설치하여 이물질을 제거한다.

앞서 언급한 바와 같이 본 발명의 핵심부분을 도 3과 연계하여 설명하면 질산성 질소를 함유한 하폐수가 입상황이 충진된 케이싱(40) 멤버레인 (42) 집수부(43)를 거쳐 최종 방류(60)된다. 멤버레인의 교체 주기는 유입수의 성상에 따라 달라지지만 통상 3∼ 4년 정도이며, 역세척 펌프를 가동하므로써 교체주기를 연장할 수 있다. 입상황의 경우 질소제거량에 비례하여 소멸되며 주기적인 보충만으로 운전이 가능하고, 값이 싸다는 장점과 멤버레인을 사용하여 부유물질을 효과적으로 제거하므로 처리수를 재활용할 수는 두가지의 장점을 가지고 있다. 특히, 본 발명은 도금 폐수와 같이 유기물(BOD)가 거의 없고, 고농도의 질산성 질소가 많은 폐수의 경우에도 황 이용 독립영양 탈질과 막분리법의 결합을 통해 질소와 부유물질(SS)를 제거할 수 있는 수처리 장치이다.

이하 실시예를 통해 본 발명의 효과를 확인하였다.

(실시예 1) 인공폐수의 적용예

본 발명에 사용된 시험장치 개략도는 도 2와 같다. 장방형 반응조 안에 구멍이 있는 원통형 케이스를 설치하고 중앙에 중공사막 모듈, 주변에 3.4∼5.7mm의 입상황을 충진하였다. 중공사막을 통한 여과는 일반적인 정량펌프를 사용하여 흡입

＜표 1＞ 설계조건및 운전조건

하였고, 막의 압력 상승을 확인하기 위해서 중공사막 모듈과 정량펌프 중간에 진공압 게이지를 장착하였다. 중공사막의 재질은 PE , 막 면적은 0.2m² , 평균 Pore size는 0.4㎛였으며 이 외에 실험장치의 설계조건 및 운전조건을 표 1에 나타냈다. 표 2와 같이 인공폐수를 제조하여 유입수의 NO₃ ^--N 농도 변화에 따라 총 4단계로 나누었다. 초기 유입수 농도 100 mg NO₃ ^--N/l를 phase 1이며, 그 다음부터 농도 증가에 따라 phase 2, 3, 4로 구분하였다. 중공사막의 세척은 진공압 20cmHg(26.7kPa)를 전후하여 염산으로 화학세정 하였다. 화학세정시 반응기 장치에서 중공사막 모듈을 분리하였다.

＜표 2＞ 인공폐수의 조성

도 4는 각 단계별 유입수와 유출수의 NO₃ ^--N농도를 나타내었으며, 도 5에 유입부하율과 제거속도를 나타내었다. 그림 2를 보면, Phase 1에서의 유출수 평균 농도는 5.5mg NO₃ ^--N/ℓ으로 약 95%의 제거효율을 보였다. 이후 각 단계에서의 유출수 평균 NO₃ ^--N 농도는 평균 6.4, 10.3, 23.1 mg/ℓ이며, 이에 따른 제거효율은 약 96%, 95%, 92%로 나타났다. 그리고 Phase 4에서부터는 유입부하와 제거부하 사이의 차이가 커지는 것을 확인할 수 있다. 도 6은 NO₃ ^--N 각 Phase 유입부하에 대한 평균 탈질 속도를 나타내었다. 실험기간 중 유입부하는 초기 0.3 kg NO₃ ^--N/m³-day에서부터 0.9 까지 증가시켰으며, 유입부하에 따른 탈질 속도는 0.6 kg NO₃ ^--N/m³-day 까지 100%에 가까운 탈질을 보였다. 0.6 kg NO₃ ^--N/m³-day 이상의 부하에서는 탈질 속도가 부하에 비례하여 증가하지 않고 최대 0.8 kg NO₃ ^--N/m³-day 정도의 탈질 속도를 보였다.

(실시예 2) 도금폐수의 적용예

실시예 1과 동일한 장치를 사용하였으며, 남동공단내의 도금 폐수를 입수하여 장치를 설치한 후 황미생물의 활성을 위해 처리량을 단계적으로 증가하였으며, 7일후 본격적인 실험을 실시하였다. 실험결과는 표 3에 요약하였으며, 질소성분 및 SS(부유물질)의 제거 효율이 우수하여 본 발명의 효율을 확인하였다.

＜표 3＞ 실험결과

본 발명은 포기조내에 입상황과 멤버레인의 일체형을 설치하여 독립영양에 의한 질소제거를 용이하게 하였다. 특히, 일반 하폐수뿐만 아니라 축산폐수 및 도금폐수 등에도 질소제거 효율이 우수하였으며, 질소(T-N) 규제가 강화된 기존 시설에 개보수없이 본 발명을 설치만으로도 원하는 만큼의 질소를 제거할 수 있고, 방류수역 내의 수질환경도 개선시킬 수 있다. 또한, 새로운 설비투자비용, 부지확보 등의 문제를 해결할 수 있고, 유지관리가 쉬우며, 처리수를 재이용할 수 있는 장점을 가지고 있다.

도 1은 종래의 수처리 계통도이다.

도 2는 본 발명에서 사용된 반응조의 수처리 계통도이다.

도 3은 본 발명에서 입상황과 멤버레인의 일체형의 상세도이다.

도 4는 실시예 1에 따른 NO₃ ^--N의 농도 변화에 대한 그래프이다.

도 5는 실시예 1에 따른 NO₃ ^--N의 유입부하율과 제거속도에 대한 그래프이다.

도 6은 실시예 1에 따른 NO₃ ^--N의 유입부하율에 따른 탈질속도에 대한 그래프이다.

《도면의 주요부분에 대한 부호의 설명》

1, 10: 처리 대상수 2: 무산소조 3: 호기조

4: 침전조 5, 60: 방류, 6: 내부반송

20: 유입펌프, 30: 포기조, 40: 입상황 충진 케이싱,

41: 고정망 42: 멤버레인, 43: 집수부

50: 배출펌프, 70: 역세척 펌프

Claims

기존 활성슬러지법 등의 포기조(호기조)내에 암모니아성 질소를 함유한 처리대상수(10)가

ㄱ) 포기조(30)로 유입되어 질산화가 일어나고 포기조 내에 입상황이 충진된 케이싱(40)과 여기 내부에 탈부착이 가능한 멤버레인(42)이 설치되는 공정,

ㄴ) 멤버레인 상부는 밀폐 및 집수(43)되어 배출펌프(50)로 질소제거 효율을 조절하여 방류(60)하는 공정,

ㄷ) 배출펌프(50)의 한계배출압이 도달하였을 때 역세척 펌프(70)가 가동되어 역세척수로 멤버레인 및 입상황 충진층의 부착물질을 탈리시키는 공정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 황 충전 MBR 반응기를 이용한 포기조내 질소제거 장치.
제 1항에 있어서,

멤버레인(42)은 정밀여과막, 한외여과막, 나노여과막, 역삼투여과막인 것을 특징으로 하는 황 충전 MBR 반응기를 이용한 포기조내 질소제거 장치.