KR20090109956A - 탈기장치를 적용한 침지형 막분리 하수 고도 처리 장치 및방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탈기장치를 적용한 침지형 막분리 하수 고도처리 장치 및 방법을 개시한다. 상기 하수 고도처리는 막분리 호기조의 슬러지에 과도하게 공급된 공기를 무산소조로 내부 반송시 초음파 및 감압을 통해 탈기하는 방법으로 탈기과정에서 산소와 질소가스 및 암모니아 가스의 저감을 통해 무산소조에서의 질소 제거 효율을 향상시키는 한편, 반응조의 추가 설치에 따른 건설 및 유지 비용을 절감한 것이다.

침지형 막분리, 하수 고도처리, 탈기장치, 초음파, 감압장치, 막분리 호기조, 슬러지

Description

탈기장치를 적용한 침지형 막분리 하수 고도 처리 장치 및 방법 {advanced wastewater treatment apparatus and method using a submerged type membrane adapted deaerator}

본 발명은 탈기장치를 적용한 침지형 막분리 하수 고도처리기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 막분리 호기조에서 과도하게 공급된 공기를 초음파와 감압으로 이루어진 탈기공정을 통해 저감하여 무산소조로 반송되는 슬러지의 용존산소와 질소가스 농도를 줄이고, 이를 통해 질소 제거 효율을 높이도록 하는 침지형 막분리 하수 고도 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근 방류수수질 강화 및 처리수 재이용에 대한 관심이 높아지면서 종래의 활성 슬러지법의 2차 처리시설에 의한 BOD 등의 유기물 제거 외에 하수 처리과정에서 질소 및 인 등 영양염류의 제거 뿐 아니라 대장균 등의 병원성 미생물의 제거도 요구하고 있는 실정이다. 따라서 최근에 많은 하수 처리장들이 고도처리로 전환을 진행중이거나 계획중에 있으나 이때 추가 공정을 위한 하수 처리장내 여유부지가 충분하지 않은 경우가 많다.

이러한 문제를 극복하고자 침전조를 대신하여 멤브레인을 활성 슬러지 포기 조내에 침지시키고 질소 및 인 제거를 위한 공정을 추가한 침지형 막분리 하수 고도처리공정(MBR)이 제안되었다.

이는 생물학적 하수 고도처리공법의 호기조에 침지형 분리막을 도입하여 침전조를 대신하여 처리수를 생산하는 것으로 침전지가 없어 침전조 부지를 절약할 수 있을 뿐 아니라 침전조의 슬러지 부상에 따른 처리수질 악화문제가 없다는 장점이 있다.

특히 막분리 하수 고도처리공정(MBR)은 기존의 하수 고도처리공정보다 슬러지 농도를 높게 유지하고 막을 통과하여 처리수를 생산하기 때문에 처리수 수질이 좋고 안정적인 처리수 수질이 확보된다는 장점이 있다.

즉, 상기의 하수 고도처리공정은 생물학적 하수 고도처리공법으로 첨부된 도 1에서와 같이, 유량조정조(1), 유기물 및 인처리를 위한 혐기조(2), 탈질을 위한 무산소조(3), 유기물 제거와 질산화, 고액분리를 위한 막분리 호기조(4)로 이루어져 있다.

그러나, 첨부된 도 1의 막분리 호기조(4)에서는 흡입식 침지형막을 통한 고액분리시 막표면에 오염이 형성되므로 막오염 방지를 위하여 막하단에 블러워(B)에 의해 공기주입을 과도하게 공급하게 된다.

이에 따라, 막분리 호기조(4)의 용존산소 농도가 생물학적 반응에 필요한 농도보다 높게 유지되고 높은 용존산소 농도의 슬러지가 반송라인(L1)을 통해 반송되어 무산소조(3)로 유입되면, 상기 무산소조(3)의 탈질과정이 저해되는 단점이 있다.

즉, 침지형막을 통한 처리수 생산과정에서 막오염을 최소화하기 위해 공기를 불어 넣기 때문에 미생물에 필요한 공기량보다 많은 공기량을 요구하고 이로 인해 호기조(4)내 용존산소 농도가 높게 유지될 수 밖에 없는 것이다.

이에 따라, 상기 막분리 호기조(4)의 용존산소 농도가 높은 슬러지가 무산소조(3)로 그대로 반송라인(L1)을 통해 반송되면, 상기 무산소조(3)내 산소농도가 증가하고 이로 인해 질산성 질소의 탈질이 일어나지 않아 질소 제거 효율이 저하되는 것이다.

한편, 종래에는 상기 도 1의 단점을 극복하기 위하여, 막분리 호기조(4)의 슬러지를 무산소조(3)로 반송시키기 전에, 첨부된 도 2, 도 3에서와 같이 용존산소를 저감시키는 탈기조(6) 또는 안정화조(7)를 설치하거나, 분리막조(8)와 호기조(4A)를 따로 운영하는 경우가 있는데, 이러한 경우 침전조를 대신하여 침지형막으로 고액 분리를 실시하는 장점이 상쇄되는 단점이 있다.

또한, 첨부된 도 2, 도 3은 별도로 탈기조(6) 또는 안정화조(7)를 설치하고 분리막조(8)와 호기조(4A)를 따로 분리함에 따라, 건설 및 유지 비용을 증가시키는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 침지형 막분리 호기조에서의 과도한 슬러지내 용존산소 농도를 탈기장치를 통해 감소시켜 무산소조에 유입시키는 방법으로 무산소조에서의 탈질과정을 통한 질소제거 효율을 향상시키려는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 탈기과정에서 질소가스와 암모니아 가스의 저감을 통해 질소제거 효율을 향상시킬 수 있도록 함은 물론, 반응조의 추가설치에 따른 건설 및 유지 비용을 절감하려는데 또 다른 목적이 있다.

상기 목적 달성을 위한 본 발명 침지형 막분리 하수 고도 처리 장치는 원수를 공급하는 유량조정조; 상기 유량조정조에서 공급하는 원수를 이용하여 유기물 및 인처리를 위한 혐기조; 탈질을 위한 무산소조; 유기물 제거와 질산화, 고액분리를 위한 막분리 호기조; 를 포함하고, 상기 막분리 호기조와 무산소조는 내부 슬러지 반송을 위한 제 1 반송라인을 구성하고, 상기 무산소조와 혐기조는 내부 슬러지 반송을 위한 제 2 반송라인을 구성하되, 상기 제 1 반송라인에는 산소, 질소 및 암모니아 가스를 탈기할 수 있는 탈기장치;를 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 탈기장치는 탈기를 돕는 초음파 장치와 진공펌프 및, 상기 진공펌프의 펌핑동작으로부터 일정 감압조건을 유지하는 공기층을 형성하는 분리 조(Separator)를 포함한다.

또한, 상기 분리조내의 공기층에 대한 감압조건은 슬러지가 체류하는 동안 질소 및 인 제거과정에 영향을 미치는 슬러지층의 용존산소, 질소 및 암모니아 가스의 탈기를 촉진시키도록 0.5~0.9bar의 감압상태로 유지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 장치에 의해 구현되는 방법은, 유량조정조를 통해 원수 공급시 혐기조에서 하수에 포함되는 유기물 및 인을 처리한 후 이를 무산소조에 투입하는 제 1 단계; 상기 무산소조에서 유기물 및 질소가 처리되는 하수의 탈질을 진행시킨 후 막분리 호기조에 투입하는 제 2 단계; 상기 막분리 호기조에서 블로워를 통해 공기를 주입하여 유기물 제거와 질산화, 막을 통한 고액분리를 진행하는 제 3 단계; 를 포함하고, 상기 막분리 호기조에서 블로워에 의한 공기 주입량으로부터 용존산소 농도가 증가된 상태의 슬러지를 제 1 반송라인을 통해 분리조로 반송시키는 제 4 단계; 및, 상기 분리조내에 초음파장치로 슬러지를 진동시키고, 진공펌프를 작동시켜, 용존산소 농도가 증가된 슬러지가 체류하는 동안 질소 및 인 제거과정에 영향을 미치는 슬러지층의 용존산소와 질소가스 및 암모니아가스의 탈기를 촉진시킨 후 무산소조로 슬러지를 반송시켜 질산성 질소의 탈질을 촉진하여 질소 제거 효율을 높이는 제 5 단계; 를 더 포함한다.

상기와 같이 본 발명은 침지형 막분리 호기조에서의 과도한 슬러지내 용존산소 농도를 탈기장치를 통해 감소시켜 무산소조에 유입시키는 방법으로 무산소조에서의 탈질과정을 통한 질소제거 효율을 향상시키는 한편, 탈기과정에서 질소가스와 암모니아 가스의 저감을 통해 질소 제거 효율을 향상시키고, 반응조의 추가설치에 따른 건설 및 유지 비용을 절감하는 효과를 얻는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 침지형 막분리 하수 고도처리장치의 개략적인 구성도를 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 침지형 막분리 하수 고도처리장치는 유량조정조(11), 혐기조(12), 무산소조(13), 막분리 호기조(14), 그리고 탈기장치(20)를 포함한다.

상기 유량조정조(11)는 하수 처리에 필요로 하는 원수를 제 1 펌프(11a)의 펌핑동작으로 공급라인(L13)을 통해 상기 혐기조(12)에 공급하도록 구성된다.

상기 혐기조(12)는 상기 유량조정조(11)에서 공급하는 원수를 이용하여 하수에 포함되는 유기물 및 인을 처리하도록 구성되며, 그 내부에는 복수의 교반기(12a)가 구성된다.

상기 무산소조(13)는 상기 혐기조(12)로부터 유기물 및 인 처리가 이루어진 상태의 하수에서 탈질을 진행하여 질소 제거효율을 높이도록 구성되며, 그 내부에도 복수의 교반기(13a)가 구성된다.

여기서, 상기 무산소조(13)와 혐기조(12)는 제 2 펌프(16)가 설치되는 제 2 반송라인(L12)이 연결되고, 상기 제 2 펌프(16)의 펌핑동작으로부터 상기 무산소 조(13)에서의 슬러지가 상기 혐기조(12)로 반송된다.

상기 막분리 호기조(14)는 유기물 제거와 질산화, 그리고 고액분리를 진행하는 것으로, 블러워(32)로부터 일정량의 공기를 주입하여 분리막에 의한 고액 분리시 막 표면의 오염이 방지되도록 구성된다.

여기서, 상기 막분리 호기조(14)에서 막 투과수는 제 3 펌프(42)가 설치된 유출라인(L14)을 통해 외부로 유출된다.

상기 탈기장치(20)는 상기 막분리 호기조(14)에 막분리를 위한 일정량의 공기 주입시 용존산소 농도가 증가하면서 초래되는 문제들을 개선하기 위한 것으로, 상기 증가된 용존산소 농도를 포함하는 슬러지가 제 4 펌프(17)가 설치된 제 1 반송라인(L11)을 통해 무산소조(13)로 바로 반송되지 않도록 하여, 상기 무산소조(13)의 탈질과정을 안정화시키는 것이며, 초음파장치(51) 및 진공펌프(21)와 분리조(22)를 포함한다.

상기 분리조(22)는 상기 제 1 반송라인(L11)에 설치되어 용존산소 농도가 증가된 상태의 슬러지가 체류할 때 질소 및 인 제거과정에 영향을 미치는 슬러지층의 용존산소 및 질소가스, 암모니아가스의 탈기를 촉진시켜, 상기 무산소조(13)의 탈질과정을 안정화시키는 것으로, 초음파에 의한 슬러지 진동이 이루어지고 상기 진공펌프(21)의 펌핑동작으로부터 일정 감압조건(0.5~0.9bar의 감압상태)을 유지하는 공기층을 형성한다.

이와 같이, 본 발명은 첨부된 도 4에서와 같이 유량조정조(11)에서 제 1 펌프(11a)의 펌핑동작으로 원수를 혐기조(12)로 공급하면, 상기 혐기조(12)에서는 하 수에 포함되는 인을 처리한 후 이를 무산소조(13)로 유입시킨다.

그러면, 상기 무산소조(13)는 그 내부의 교반기(13a)를 교반시켜 탈질과정을 진행시키면서 질소를 제거한 후 이를 분리막(14a)을 포함하는 막분리 호기조(14)로 보낸다.

이때, 상기 막분리 호기조(14)에는 블러워(32)를 통해 일정량의 공기가 공급되어 상기 막분리 호기조(14)에서는 하수에서 유기물 제거와 질산화, 그리고 막을 통한 고액분리가 이루어진다.

그러면, 상기 막분리 호기조(14)의 슬러지는 제 1 반송라인(L11)을 통해, 상기 제 1 반송라인(L11)에 설치된 탈기장치(20)에 포함되는 분리조(22)로 반송되는 바, 상기 분리조(22)에서는 반송된 슬러지가 탈기되고, 탈기된 슬러지를 무산소조(13)로 유입시키게 된다.

즉, 상기 분리조(22)는 초음파(51)장치로 슬러지 탈기를 돕고 진공펌프(21)로 인해 일정 감압조건인 0.5~0.9bar의 감압상태를 가지는 공기층을 형성하고 있으므로, 상기 분리조(22)에 용존산소 농도가 증가된 슬러지가 유입될 때, 상기 슬러지층의 용존산소 농도는 상기 분리조(22)내 감압 조건으로부터 감소됨은 물론, 상기 슬러지내의 질소 및 암모니아가스 탈기의 촉진이 이루어진다.

다음으로, 상기 용존산소 및 질소가스 등 탈기된 슬러지가 무산소조(13)로 유입되면, 상기 무산소조(13)에서는 탈질과정이 이루어지고, 이에 따라 상기 무산소조(13)에서의 질소제거가 효율적으로 이루어질 수 있는 것이다.

따라서, 유입원수가 상기와 같은 과정을 통해 유기물, 질소 및 인이 제거되 어, 최종적으로 상기 막분리 호기조(14)에서 정화된 하수는 제 3 펌프(42)의 펌핑동작으로부터 막 투과수가 생산되어 유출라인(L14)을 통해 외부로 배출되는 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

도 1은 종래 침지형 막분리 하수 고도처리장치의 구성도.

도 2는 종래 안정화조를 적용하고 호기조와 막분리조를 분리한 침지형 막분리 하수 고도처리장치의 구성도.

도 3은 종래 탈기조를 적용한 침지형 막분리 하수 고도처리장치의 구성도.

도 4는 본 발명의 실시예로 탈기장치를 적용한 침지형 막분리 하수 고도처리장치의 개략적인 구성도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

11; 유량조정조 11a; 제 1 펌프

12; 혐기조 12a; 교반기

13; 무산소조 13a; 교반기

14; 막분리 호기조 16; 제 2 펌프

17; 제 4 펌프 20; 탈기장치

21; 진공펌프 22; 분리조

32; 블로워 41; 체크밸브

42; 제 3 펌프 51; 초음파장치

Claims (6)

1. 원수를 공급하는 유량조정조; 상기 유량조정조에서 공급하는 원수를 이용하여 유기물 및 인처리를 위한 혐기조; 탈질을 위한 무산소조; 유기물 제거와 질산화, 고액분리를 위한 막분리 호기조; 를 포함하고,

   상기 막분리 호기조와 무산소조는 내부 슬러지 반송을 위한 제 1 반송라인을 구성하고, 상기 무산소조와 혐기조는 내부 슬러지 반송을 위한 제 2 반송라인을 구성하되, 상기 제 1 반송라인에는 상기 무산소조의 탈질과정을 안정화시키도록 감압장치와 초음파 장치를 포함한 탈기장치; 를 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 침지형 막분리 하수 고도처리장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 탈기장치는 초음파장치와 진공펌프 및, 상기 진공펌프의 펌핑동작으로부터 일정 감압조건을 유지하는 공기층을 형성하는 분리조를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 침지형 막분리 하수 고도처리장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 분리조내의 공기층에 대한 감압조건은 슬러지가 체류하는 동안 질소 및 인 제거과정에 영향을 미치는 슬러지층의 용존산소, 질소가스 및 암모니아가스의 탈기를 촉진시키도록 초음파로 슬러지를 진동시키고 진공펌프로 0.5~0.9bar의 감압 상태로 유지하는 것을 특징으로 하는 침지형 막분리 하수 고도처리장치.
4. 유량조정조를 통해 원수 공급시 혐기조에서 하수에 포함되는 유기물 및 인과 질소를 처리한 후 이를 무산소조에 투입하는 제 1 단계;

   상기 무산소조에서 유기물 및 인과 질소가 처리되는 하수의 탈질을 진행시킨 후 막분리 호기조에 투입하는 제 2 단계;

   상기 막분리 호기조에서 블로워를 통해 공기를 주입하여 유기물 제거와 질산화, 고액분리를 진행하는 제 3 단계; 를 포함하고,

   상기 막분리 호기조에서 블로워에 의한 공기 주입량으로부터 용존산소 농도가 증가된 상태의 슬러지를 제 1 반송라인을 통해 분리조로 반송시키는 제 4 단계; 및,

   상기 분리조내에 초음파장치로 슬러지를 진동시키고 공기층을 감압시켜, 용존산소 농도가 증가된 슬러지가 체류하는 동안 질소 및 인 제거과정에 영향을 미치는 슬러지층의 용존산소 농도와 질소가스 및 암모니아가스의 탈기를 촉진시킨 후 무산소조로 슬러지를 반송시켜 질산성 질소의 탈질을 촉진하여 질소 제거 효율을 높이는 제 5 단계; 를 더 포함하여 진행하는 것을 특징으로 하는 침지형 막분리 하수 고도처리방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 제 5 단계의 공기층 감압조건은 0.5~0.9bar의 감압상태인 것을 특징으 로 하는 침지형 막분리 하수 고도처리방법.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 제 5 단계의 초음파장치는 무산소조내의 용존산소 농도의 모니터링을 통해 용존산소 농도에 따라 초음파장치의 작동여부 및 강도를 조절하는 것을 특징으로 하는 침지형 막분리 하수 고도처리방법.

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