KR20090007888A

KR20090007888A - 침지식 막분리 고도처리 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20090007888A
Application number: KR1020070071085A
Authority: KR
Inventors: 최송휴; 정동환; 조남운
Original assignee: 대한통운 주식회사
Priority date: 2007-07-16
Filing date: 2007-07-16
Publication date: 2009-01-21
Also published as: KR100920176B1

Abstract

본 발명은 유입된 하·폐수를 저장하여 일정량의 하·폐수를 후단에 공급하는 유량조정조와; 유량조정조로부터 공급되는 하·폐수내 협잡물을 2차 제거하는 드럼스크린과; 상기 유량조정조로 부터 하·폐수를 공급받고, 하·폐수에 존재하는 용존유기물이 호기성 미생물에 의해 분해되며, 동시에 유입 하·폐수내 암모니아성질소 및 아질산성질소의 질산화가 일어나 질소성분이 질산성질소의 형태로 전환되는 호기조와; 상기 호기조와 유량조정조로부터 하·폐수를 공급받고, 하·폐수는 다량의 질산성질소와 하·폐수내 함유되어 있는 소량의 질산성질소가 질소와 결합산소가 분리됨으로써 질소가스로 전환하여 대기중으로 방출되고, 탈질미생물이 활동하는데 필요한 유기탄소원은 유량조정조로부터 대량 그리고 호기조로부터 미량 함유된 하·폐수내 유기물로 충당하는 무산소조와; 상기 무산소조로부터 하·폐수와 미생물의 혼합액을 공급받고, 유기오염물질이 미생물의 먹이로서 소비되어 제거되고, 유입된 암모니아성 질소와 아질산성질소 성분은 호기성상태에서 질산화과정을 거쳐 질산성질소 성분으로 전환되며, 인 성분물질은 미생물에 의해 과잉섭취되어 제거되는 막분리호기조와; 상기 막분리호기조에 분리막프레임장치에 의해 고정된 분리막과; 상기 분리막 프레임장치에 연결되어 흡인압력에 의해 고액분리시켜 외부로 처리수를 방출하는 흡인펌프를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 침지식 막분리 고도처리 시스템에 관한 것이다.

침지식막분리고도처리시스템, 침지식막분리활성슬러지공법, 유량조정조, 호기조, 무산소조, 막분리호기조, 분리막, 슬러지농축저류조, 약품탱크, 흡인펌프, 산기장치, 공기발생기

Description

침지식 막분리 고도처리 시스템{Membrane separation system for the advanced treatment of nitrogen and phosphorus in wastewater}

본 발명은 하·폐수를 처리할 수 있는 침지식 막분리 처리시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하·폐수내에 존재하는 각종 부유물질 및 유기물질과 더불어 부영양화를 일으킬 수 있는 영양물질인 질소와 인을 동시에 높은 처리효율로 제거할 수 있는 침지식 막분리 고도처리 시스템에 관한 것이다.

하·폐수를 처리하는 일반적인 침지식 막분리 활성슬러지공법은 침전조→ 스크린조→ 유량조정조 → 호기조 →막분리호기조 →처리수조의 공정순으로 이루어져 있다. 상기 공법은 오수내의 부유물질과 유기오염물질(BOD,COD)의 제거에는 탁월히 높은 제거율을 나타내고 있다.

그러나 오수의 방류수수질기준이 강화되고 하·폐수내의 질소, 인에 대한 규제가 강화되어감에 따라 질소와 인의 적절한 처리대책이 필요하게 되었다. 그런데 이러한 침지식 막분리 활성슬러지공법으로는 질소, 인의 적절한 제거에 한계가 있다. 이는 질소의 경우 탈질에 의한 질소의 완전제거가 아닌 질산화만을 일으켜 오히려 수중 미생물이 흡수하기 좋은 형태로 변형시키며, 인의 경우는 미생물이 단지 미량만을 흡수하기 때문에 높은 인제거율을 기대할 수 없기 때문이다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 하·폐수내에 존재하는 부유물질과 유기오염물질(BOD, COD) 및 질소와 인을 동시에 높은 효율로 제거하고자 한다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 유입된 하·폐수를 저장하여 일정량 하·폐수를 후단에 공급하는 유량조정조와; 상기 유량조정조로 부터 하·폐수를 공급받고, 하·폐수에 존재하는 용존유기물이 호기성 미생물에 의해 분해되며, 동시에 유입 하·폐수내 암모니아성질소 및 아질산성질소의 질산화가 일어나 질소성분이 질산성질소의 형태로 전환되는 호기조와; 상기 호기조 및 유량조정조로부터 하·폐수를 공급받고, 하·폐수는 다량의 질산성질소와 하·폐수내 함유되어 있는 소량의 질산성질소가 결합산소와 분리됨으로써 질소가스로 전환하여 대기중으로 방출되고, 탈질미생물이 활동하는데 필요한 유기탄소원은 유량조정조로부터 대량, 호기조로부터 미량 유입된 하·폐수내 유기물로 충당하는 무산소조와; 상기 무산소조로부터 하·폐수와 미생물의 혼합액을 공급받고, 유기오염물질이 미생물의 먹이로서 소비되어 제거되고, 미량의 암모니아성 질소와 아질산성질소 성분은 호기성상태에서 질산화과정을 거쳐 질산성질소 성분으로 전환되며, 인성분물질은 미생물에 의해 과잉섭취되어 제거되는 막분리호기조와; 상기 막분리호기조에 분리막프레임장치에 의해 고정된 분리막과; 상기 분리막 프레임장치에 연결되어 흡인압력에 의해 고 액분리시켜 외부로 처리수를 방출하는 흡인펌프를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 침지식 막분리 고도처리 시스템을 제공한다.

기존의 침지식막분리슬러지공법은 1차폭기조와 막분리호기조에서 유기오염물질(BOD,COD)과 부유물질만을 제거할 수 있는 반면에 본 발명에 따른 침지식 막분리 고도처리 시스템은 호기조, 무산소조, 막분리호기조의 순으로 시스템을 구축하여 무산소조내에서 유입수와, 호기조내 혼합액의 질산성질소성분을 탈질화시켜 제거하며 인성분을 용출시켜 후단의 막분리호기조내에서 미생물에 의해 과잉섭취시킴으로써 제거한다. 또한 막분리호기조내에 존재하는 미생물에 의해 유기오염물질(BOD,COD)가 제거되면 최종적으로 분리막에 의해 처리수와 고형물의 고·액 분리가 일어나 깨끗한 처리수를 생성하게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 침지식막분리고도처리시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 유량조정조(50) → 호기조(10) → 무산소조(20) → 막분리호기조(30) → 슬러지농축저류조(40)로 이루어진다.

유량조정조(50)에 유입되는 하,폐수는 일반적인 침지식 막분리 처리시스템과 마찬가지로 유량조 전단의 침사조에서 모래나 그릿 등의 비중이 높은 협잡물이 제거되고, 침사조 후단의 바 스크린과 오토바 스크린을 거쳐 조대협잡물이 제거된다.

유량조정조(50)에는 레벨스위치가 일정수위를 감지하여 펌프를 작동시킴으로 써 호기조(10)로 하·폐수를 공급하고, 필요에 따라 무산소조(20)로도 하·폐수를 분할공급한다. 즉 호기조(10)와 무산소조(20)로 하·폐수를 분할하여 공급할 수 있는 특징이 있다. 분할공급비는 하·폐수의 성상에 따라 조절할 수 있다.

호기조(10)와 무산소조(20)로 하·폐수를 공급하기 전에 하·폐수는 드럼스크린에 의해 다시 한번 걸려지게 된다. 미세여과 스크린은 미세한 메시 스크린을 원통형으로 제작한 것으로, 모터에 의해 회전시킴으로써 미세협잡물을 제거한다.

호기조(10)로 공급된 하·폐수는 후술하는 막분리호기조(30)로부터 반송되는 반송액과 혼합된다. 호기조(10)내의 하·폐수는 무산소조(20)로 자연유하방식으로 이송된다. 또한 호기조(10)내에는 호기조(10)의 외부에 설치된 공기발생기(120)와 연결된 산기장치(60)를 설치하여 공기를 충분히 공급받을 수 있다.

무산소조(20)에서는 탈질반응에 의해 질소성 물질이 제거된다. 이는 호기조(10)로부터 유입되는 하·폐수와 미생물의 혼합액내의 다량의 질산성질소와 하·폐수내에 함유되어 있는 소량의 질산성질소가, 유리산소가 존재하지 않는 무산소조(20)로 유입되면서 무산소조(20)내 탈질미생물에 의해 결합산소와 분리됨으로써 질소가스(N₂)로 전환되어 대기중으로 방출되기 때문이다. 이때 탈질미생물이 활동하는데 필요한 유기탄소원은 분할유입된 하·폐수내 유기물질과 호기조(10)로부터 유입된 하·폐수와 미생물의 혼합액내 유기물로부터 충당하게 된다. 수리학적 체류시간이 연장된 무산소조(20)에서는 탈질반응과 함께 인의 과잉방출이 일어난다.

인제거 미생물은 산소가 없는 조건에서 유기물을 Polymer의 중간 형태인 PHB (Poly - Hydroxyl Butyrate)로 세포내 축적하게 되는데 이 과정에서 필요한 energy를 얻기 위하여 세포내 ATP(Adenosine di-phosphate(2인산))를 ADP(Adenosine tri-phosphate(3인산))로 전환시킨 결과로 H₂PO₄ ^- 를 방출한다.

호기조건에서 인제거 미생물은 다시 PHB를 전자공여체로 이용하여 체내에 ATP 형태로 인을 저장하게 된다. 이때 반응조내에 존재하는 미생물(MLSS)를 폐기함으로써 인을 제거할 수 있다.

본 공정의 무산소조(20) 체류시간은 인의 과잉방출 및 질소의 탈질반응을 유도하기 위하여 일반적인 하??폐수내에 존재하는 질소를 제거하기 위한 체류시간 보다 좀 더 긴 3시간 이상으로 설계되었고, 따라서 일반적인 무산소조 용적보다는 상대적으로 더 크다. 체류시간이 연장된 무산소조(20)에 존재하는 임의성 미생물은 분할 유입되는 하??폐수 중에 포함되어있는 쉽게 분해되는 유기물 SCVFA(Short Chain Volatile Fatty Acid)를 PHB 형태로 세포내에 축척하고 활동에 필요한 energy를 얻기 위하여 인을 과잉방출하게 되며 과잉방출된 인은 호기조에서 인축적 미생물에 의하여 과잉섭취되어 미생물(MLSS)을 폐기함으로써 제거된다.

유량조정조(50)로 부터 유입되는 하·폐수와 호기로조부터 유입되는 하·폐수와 를 적절히 혼합하여 탈질화를 일으키기 위해 무산소조(20)내에 수류교반기(70)를 설치하여, 유량조정조(50)와 호기조(10)로부터 유입된 하·폐수를 혼합시킨다.

무산소조(20)로부터 탈질화된 하·폐수와 미생물의 혼합액은 후단의 막분리 호기조(30)로 이송된다. 막분리호기조(30)로 유입된 혼합액내에는 용존유기물질과 인성분물질, 부유물질과 미량의 암모니아성질소(NH₃-N)와 미량의 아질산성질소(NO₂-N)성분이 존재한다.

막분리호기조(30)내에는 운전조건에 맞는 농도의 미생물(5000 ~ 12000㎎/ℓ) 이 존재하는데 유기오염물질이 미생물의 먹이로서 소비되어 제거된다. 또한 막분리호기조(30)에 유입된 미량의 암모니아성질소(NH₃-N)와 아질산성질소(NO₂-N) 성분은 막분리호기조(30)내 호기성 상태에서 질산화 과정을 거쳐 질산성질소(NO₃-N) 성분으로 전환된다.

인성분물질은 막분리호기조내(30)에 존재하는 미생물에 의해 과잉섭취되어 하·폐수로부터 제거된다. 시스템내에 과량의 인성분이 유입될 경우를 대비하여 시스템 외부에 응집제 약품탱크(130)를 설치하여 유사시 응집제를 막분리조내에 투입하여 인성분을 응집시켜 제거할 수 있도록 하였다.

유기오염물질과 인성분물질이 제거되면 막분리호기조(30)내에는 결국 부유물질과 미생물과 같은 고형물만이 존재하게 되는데, 이는 분리막(80)에 의해 처리수와 고형물로 고·액 분리되게 된다. 분리막(80)은 분리막프레임장치(82)에 결합된 상태로 고·액 분리가 가능한데 분리막프레임장치(82)는 막분리호기조(30) 외부에 존재하는 흡인펌프(90)와 연결되어 있다.

흡인펌프(90)의 가동으로 발생되는 흡인압에 의해 분리막(80) 외부의 처리수가 분리막(80) 공극을 통해 분리막(80) 내부로 유입되면서 고·액분리가 발생되어 깨끗한 처리수만 유출되게 된다.

분리막(80) 표면에 발생되는 폐색을 지연시켜 가동시간을 연장시키기 위해 분리막프레임장치(82) 하단에 산기장치(60)를 설치한다. 이 산기장치(60)는 막분리호기조(30) 외부에 존재하는 공기발생기(120)와 공기 라인을 통해 연결되어 있고 공기발생기의 가동을 통해 공기를 막분리호기조(30) 내부에 공급하게 된다. 이 공기에 의한 에어 스크러빙에 의해 막분리호기조(30)내 수류가 형성되어 분리막(80) 표면의 폐색이 지연됨으로써 시스템이 장기간 원활히 가동되게 된다.

시스템을 장기간 운영하는 동안 막분리호기조(30)내의 미생물과 부유물질 등의 고형물이 계속적으로 증가하게 된다. 막분리호기조(30)내 적절한 미생물 농도를 유지하고 부유물질 등의 고형물질을 제거하기 위해 막분리호기조(30)로부터 호기조(10)로 반송되는 라인에 별도로 슬러지농축저류조(40)로 연결된 배관라인에 설치된 밸브를 조작하여 슬러지(미생물과 부유물질 및 불용성 인성분물질이 합쳐진 물질)를 간헐적으로 슬러지농축저류조(40)로 이송시킨다.

막분리호기조(30)내의 슬러지는 평상시에는 호기조(10)로 반송시키고 막분리호기조(30)내 미생물 농도가 매우 높을 경우엔 슬러지농축저류조(40)로 이송시켜 미생물 농도를 조절한다. 슬러지농축저류조(40)내 상등액은 슬러지농축저류조(40)와 유량조정조(50) 사이의 오픈 슬리브를 통해 유량조정조(50)로 되돌아가게 하고, 슬러지의 고착화를 방지하기 위해 공기발생기(120)와 연결된 에어라인을 설치한다.

분리막(32)으로부터 생성된 처리수는 흡인펌프(90)에 의해 막분리호기조(30) 일측에 설치된 처리수조(도시되지 않음)로 이송된다. 이 처리수를 중수로 재이용하 고자 할 시에는 별도의 중수설비(소독설비, 펌프 등)를 갖추어 재사용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 침지식 막분리 고도처리 시스템을 나타낸 것이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 호기조 20 : 무산소조

30 : 막분리호기조 40 : 슬러지농축저류조

50 : 유량조정조 55 : 드럼스크린

60 : 산기장치 70 : 수류교반기

80 : 분리막 90 : 흡인펌프

120 : 공기발생기 130 : 약품탱크

Claims

유입된 하·폐수로부터 협잡물을 제거하고, 일정량의 하·폐수를 공급하는 유량조정조와;

상기 유량조정조로 부터 하·폐수를 공급받고, 하·폐수에 존재하는 용존유기물이 호기성 미생물에 의해 분해되며, 동시에 유입 하·폐수내 암모니아질소 및 아질산성질소의 질산화가 일어나 질소성분이 질산성질소의 형태로 전환되는 호기조와;

상기 호기조로부터 하·폐수와 미생물의 혼합액을 공급받고, 유입 하·폐수내 다량의 질산성질소와 혼합액내 함유되어 있는 소량의 질산성질소가 결합산소가 제거됨으로써 질소가스로 전환하여 대기중으로 방출되고, 탈질미생물이 활동하는데 필요한 유기탄소원은 호기조 및 유량조정조로부터 유입된 하·폐수내 유기물로 충당하는 무산소조와;

상기 무산소조로부터 하·폐수와 미생물의 혼합액을 공급받고, 유기오염물질이 미생물의 먹이로서 소비되어 제거되고, 미량의 암모니아성 질소와 아질산성질소 성분은 호기성상태에서 질산화과정을 거쳐 질산성질소 성분으로 전환되며, 인성분물질은 미생물에 의해 과잉섭취되어 제거되는 막분리호기조와;

상기 막분리호기조에 분리막프레임장치에 의해 고정된 분리막과;

상기 분리막 프레임장치에 연결되어 흡인압력에 의해 고·액분리시켜 외부로 처리수를 방출하는 흡인펌프를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 침지식 막분 리 고도처리 시스템.
제1항에 있어서,

상기 막분리호기조로부터 호기조로 반송되는 라인에 슬러지 등의 고형물을 제거하기 위해 슬러지농축저류조로 별도의 라인이 연결된 것을 특징으로 하는 침지식 막분리 고도처리 시스템.
제1항에 있어서,

상기 막분리 호기조의 일측에는 과량의 인성분이 유입될 경우 화학약품을 투입하여 인성분을 화학적으로 응집시켜 제거할 수 있는 약품탱크가 설치된 것을 특징으로 하는 침지식 막분리 고도처리 시스템.
제1항에 있어서,

상기 유량조정조는 상기 호기조와 무산소조에 하·폐수를 분할공급하여 무산소조에서 필요한 유기탄소원을 보충할 수 있는 것을 특징으로 하는 침지식 막분리 고도처리 시스템.
제1항에 있어서,

상기 호기조와 막분리호기조 사이에는 막분리호기조의 하·폐수를 호기조로 반송시킬 수 있는 반송배관이 설치된 것을 특징으로 하는 침지식 막분리 고도처리 시스템.
제1항에 있어서,

상기 무산소조에서는 인의 용출을 도모하기 위해 수리학적 체류시간이 3시간 이상인 것을 특징으로 하는 침지식 막분리 고도처리 시스템.
제4항에 있어서,

호기조와 무산소조의 분할공급비를 원수의 성상에 따라 자유롭게 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 침지식 막분리 고도처리 시스템.