KR20110086532A

KR20110086532A - 부상식필터모듈을 이용한 고효율 회분식 하폐수 고도처리시설 및 방법

Info

Publication number: KR20110086532A
Application number: KR20110061077A
Authority: KR
Inventors: 우광재; 김완중; 김연길; 전재훈; 강석환; 김명관
Original assignee: 대웅이엔에스 (주); 우광재
Priority date: 2011-06-23
Filing date: 2011-06-23
Publication date: 2011-07-28
Also published as: KR101097134B1

Abstract

본 발명은 공공하수처리장, 폐수종말처리장, 마을하수처리장 등 유입-미생물반응-침전-배출공정의 일련의 과정으로 이루어지는 회분식반응조(SBR)를 주반응공정으로 이용하는 하폐수의 처리방법에 있어서, 상기 회분식반응조의 침전공정 후, 미세오염입자를 분리하면서 상등수중 여과된 여과액만을 배출시키는 부상식필터모듈(floatable filter module)이 결합된 고효율 회분식 하폐수 고도처리시설 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 균일한 세공크기와 높은 공극률을 지니게 하기 위하여, 그리고 압축공기 및 초기역세수에 의한 반복되는 고압의 역세공정에도 세공형태와 세공크기가 영구적으로 변형되지 않도록 하기 위하여, 스테인레스 금속분말 내지 합성수지 미세분말을 원료로 하여, 소결방법으로 제조된 중공성인 소결필터부; 및 다수의 상기 소결필터부를 모듈형태로 연결시킨 필터모듈 전체를 상기 회분식반응조 수중의 상부측에 항상 위치하도록 하여 현탁부유물 농도가 상대적으로 낮은 상등수만을 분리/여과하도록 하는, 수중부력에 의해 승하강되도록 설계된 부력기가 제공되는 고도수처리용 부상식필터모듈이 결합된 고효율 회분식 하폐수 고도처리시설 및 그 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은, 상기 회분식반응조(SBR) 전단에 혐기성영역과 무산소성영역의 기능을 모두 갖춘 탈인탈질조를 형성하여 질소/인 제거효율을 향상시킨다.
본 발명에 따른 부상식필터모듈 및 탈인탈질조를 회분식 하폐수 처리공정에 이용하면, 종래 회분식 하폐수 처리공정을 간편하게 고도화시설로 업그레이드하여 수질개선에 있어서 지대한 효과를 획득할 수 있다.
[색인어]
회분식, 교번회분식, SBR, 하폐수처리, 부상식, 필터모듈, 소결필터,부력기, 탈인탈질

Description

부상식필터모듈을 이용한 고효율 회분식 하폐수 고도처리시설 및 방법 {Advanced batch equipment and the method thereof for sewage-wastewater treatment using floatable filter module}

본 발명은 공공하수처리장, 폐수종말처리장, 마을하수처리장 등 유입-미생물반응-침전-배출공정의 일련의 과정으로 이루어지는 회분식반응조(SBR; sequencing batch reactor)를 주반응공정으로 이용하는 하폐수의 처리방법에 있어서, 상기 회분식반응조(SBR)의 침전공정 후, 미세오염입자를 분리하면서 상등수중 여과된 여과액만을 배출시키는 부상식필터모듈(floatable filter module)이 결합된 고효율 회분식 하폐수 고도처리시설 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 균일한 세공크기와 높은 공극률을 지니게 하기 위하여, 그리고 압축공기 및 초기역세수에 의한 반복되는 고압의 역세공정에도 세공형태와 세공크기가 영구적으로 변형되지 않도록 하기 위하여, 스테인레스 금속분말 내지 합성수지 미세분말을 원료로 하여, 소결방법으로 제조된 중공성인 소결필터부; 및 다수의 상기 소결필터부를 모듈형태로 연결시킨 필터모듈 전체를 상기 회분식반응조(SBR) 수중의 상부측에 항상 위치하도록 하여 현탁부유물 농도가 상대적으로 낮은 상등수만을 분리/여과하도록 하는, 수중부력에 의해 승하강되도록 설계된 부력기가 제공되는 고도수처리용 부상식필터모듈이 결합된 고효율 회분식 하폐수 고도처리시설 및 그 방법에 관한 것이다.

특히 본 발명은, 상기 회분식반응조(SBR) 전단에 혐기성영역과 무산소성영역의 기능을 모두 갖춘 탈인탈질조를 제공하여, 혐기성영역에서는 미생물들의 인(PO₄-P) 방출 속도를 증가시키고, 무산소성영역에서는 통성혐기성 탈질미생물들의 기작에 의해 질산성 질소(NO₃-N) 및 아질산성 질소(NO₂-N)를 질소가스(N₂)로 환원시킴으로써, 상기 회분식 반응조(SBR)에서의 질소/인 제거효율을 향상시킬 뿐만 아니라, 상기 회분식반응조 일측에 활성오니 와류흐름 방지수단이 구비된 오니이송조를 제공하여, 상기 회분식반응조로부터 이송된 활성오니 및 질화액을 용존산소를 저감시키면서 상기 탈인탈질조의 무산소성 영역으로 반송시킴으로써, 미생물에 의한 탈질반응을 더욱 촉진시키는 고효율 회분식 하폐수 고도처리시설 및 그 방법에 관한 것이다.

지속되는 산업화와 도시화로 환경오염은 날로 심각해지고 있으며, 배출되는 하수, 폐수, 오수(이하 '하폐수'라 한다)의 형상 또한 매우 다양해지고 있으며, 이의 처리를 위한 시설 역시 고도화되고 처리비용도 증가되고 있는 실정이다. 또한, 완전히 처리되지 않은 하폐수 중의 수질오염물질이 하천이나 호소(湖沼)를 비롯한 기타 상수원에 유입됨에 따라 효율적인 수질관리에 많은 문제점을 발생시키고 있다.

현재 하폐수의 정화처리기술로는 여과설비, 약품응집, 침전, 산화처리 등의 물리 화학적인 방법과, 활성슬러지가 저류된 생물반응조 내에서 미생물의 대사과정을 극대화하여 각종 오염물질을 제거하는 생물학적 처리방법이 있는데, 상기 생물학적 처리방법은 주로 하폐수에 이용되고 있다. 하폐수의 생물학적 처리방법 중, 하폐수의 유입공정-반응공정-침전공정-배출공정이 단일반응조 내에서 일련의 과정으로 이루어지는 연속회분식 활성슬러지법(sequencing batch reactor method)은, 주미생물반응조로 단일반응조를 이용하기 때문에 하폐수처리시설의 부지면적을 줄일 수 있으며; 침전지를 별도로 수용할 필요가 없으며; 자동화 시설에 의한 가동의 편리성을 제공하여 인건비가 절감된다는 장점들로 인하여 현재 중소규모 하폐수처리에 많이 이용되고 있는 생물학적 하폐수 처리방법이다.

물리화학적인 고도수처리공정 중 미세오염입자의 분리/여과방법은 기존 생물학적 처리시설에 큰 변화를 주지 않고 부가적으로 설치하여 사용할 수 있으며, 미세오염입자뿐만 아니라 총인(T-P)제거에도 안정적이고 높은 효율의 처리효과를 얻을 수 있다는 장점이 있기에, 상기 생물학적 처리방법에 추가적으로 연계되어 이용되고 있다.

대한민국 등록특허 10-0912562 및 대한민국 등록특허 10-0942053은 회분식 활성슬러지법(SBR)을 이용한 하폐수 처리방법 및 처리장치에 있어서, 회분식반응조 일측에 미생물배양기를 제공하여, 상기 미생물배양기에서 배양된 활성슬러지가 MLSS 및 MLVSS 농도를 최적화하도록 회분식반응조로 공급되는 원수 유입유량에 따른 공정조건을 조절하는 회분식 활성슬러지법을 개시하고 있는데, 상기 발명의 회분식 하폐수 처리방법 및 처리장치를 사용함으로써 원수의 유입유량 및 유입농도 등 부하변동에 강하며, 슬러지의 플럭이 단단하고 침강성이 개선되어 하폐수 처리효율을 향상시킨다는 발명인데, 상기 회분식반응조의 침전공정 후속인 배출공정은 아무런 미세오염입자의 분리/여과기능이 제공되어 있지 않으므로, 침전공정에 결함이 발생되면 수질오염물질들이 그대로 수원으로 방류될 수 있다는 우려가 있다.

대한민국 등록특허 10-1032068은 회분식 생물 반응조에서의 반응공정에 있어서, 호기-혐기, 호기-무산소, 호기-무산소로 이루어지는 3 단계 반응공정에서 각 단계별 공정 시간을 조절할 수 있도록 하여 설치환경에 탄력적으로 대처할 수 있는 여재나 담체를 사용하지 않고서도 고효율 하폐수 처리가 가능한 고효율 회분식 공정을 이용한 하폐수 처리 장치 및 방법에 관한 발명인데, 상기 발명의 과제를 해결하기 위하여 상기 발명은 수위센서가 내장된 유량조정조 및 감속/분산 장치, 부상식 상등수 배출장치 및 수위센서가 내장된 회분식 생물반응조를 포함하여 이루어지는데, 상기 대한민국 등록특허 10-0912562 및 대한민국 등록특허 10-0942053과 마찬가지로, 상기 대한민국 등록특허 10-1032068은 상기 회분식반응조의 침전공정에 결함이 발생되면 수질오염물질들이 그대로 수원으로 방류된다는 결점이 있다.

반면, 대한민국 등록특허 10-0558510은 침지식분리막(MBR)을 이용한 하폐수 고도처리장치에 관한 것으로, 기존의 미생물반응에 의한 하폐수처리장치에 있어서 침전조 대신 침지식분리막조를 사용하여 처리수의 부유물(SS)과 대장균을 제거하기 위한 것이다. 이를 위하여 상기 발명은 생물반응기가 혐기조, 무산소조, 호기조, 내부순환조로 구성되는 하폐수의 고도처리장치에 있어서, 상기 생물반응기의 내부순환조 후단에 침지식분리막을 통하여 처리수를 배출하는 침지식분리막조와, 상기 침지식분리막조의 슬러지 폐기 및 반송을 위한 슬러지 반송조가 차례로 구성되는, 침전조 대신 침지식분리막조를 사용하는 하폐수 고도처리장치에 관한 발명으로서, 상기와 같이 침전공정에 무관하게 침지식분리막(MBR)에 문제가 발생되지 않는 한 수질오염물질들을 안정적으로 분리/여과하여 처리수를 방류시킬 수 있다.

대한민국 등록특허 10-0875733은 유입수 부하변동에 따라 반송슬러지를 반응조에 적절히 공급하여 유입수 내에 포함되어 있는 질소 및 인 등의 영양염류를 효과적으로 제거함과 동시에 인의 농도에 따라 잉여슬러지의 양을 효과적으로 제어하고 처리수 수질을 개선할 수 있는 침지식막분리(MBR)를 이용한 슬러지 감량과 하수재이용에 대한 장치 및 방법에 관한 발명으로서, 상기 발명에 따른 MBR을 이용한 슬러지 감량 및 하수재이용 장치는 막분리 활성슬러지 장치 및 슬러지 감량용 MBR조의 조합으로 이루어지며, 상기 막분리 활성슬러지 장치는 전탈질조, 제1 혐기-무산소 변형조, 제2 혐기-무산소 변형조 및 MBR조로 구성되어진 발명인데, 상기 발명에 이용되고 있는 침지식분리막은 대상수조의 하부에 항상 고정되어 있기 때문에 상대적으로 높은 현탁부유물의 농도에 의해 쉽게 부하가 걸리게 될 뿐만 아니라 상기 발명에서는 폐색된 세공에 대한 효과적인 역세공정이 제공되어 있지 않다.

대한민국 등록특허 10-0441208은 회분식 폐수처리장치에 있어서, 유기오염물, 부유성 오염물질 외에도 질소/인 영양염류까지 효율적으로 제거하기 위하여 상기 회분식 폐수처리장치에 생물여과기술을 결합한 발명인데, 미생물학적 반응은 상기 회분식 단일반응조에서 모두 이루어지기 때문에, 혐기성 탈인기작, 무산소성 탈질기작 및 호기성 질산화기작 등은 상호 간섭되어 전체적인 수질오염물질의 제거효율은 저하될 수 있다.

대한민국 등록특허 10-0407503은 유입원수 중에 포함된 유기물의 효율적인 이용에 의해 유입원수의 오염물질농도 및 유량변화에도 고효율의 질소/인 제거효율을 얻을 수 있도록 하기 위하여, 유입원수를 연속적으로 수용하여 유량조정조와 혐기조 또는 무산소조로 운전되는 다목적조와; 상기 다목적조의 후단에 위치하고 다목적조의 반응액을 수용하여 시간상 일련되게 처리하는 주반응조와; 상기 다목적조로부터 상기 주반응조로 반응액을 순환시키고 동시에 주반응조의 반응액을 교반시키기 위한 교반 및 액이송장치와; 상기 주반응조 내부에서 반송기가 반송기 인양장치의 운전에 의해 수직이동하며, 하부에 연결되어 주반응조액을 다목적조로 이송시키는 반송배관을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 내부순환형 연속회분식 반응장치에 관한 발명인데, 질소 및 인의 제거가 다목적조 하나의 반응조에서 수행되기 때문에 탈인기작과 탈질기작은 상호 간섭되어 질소/인 처리효율이 저하될 수 있다.

대한민국 등록특허 10-0563449는 연속회분식(SBR) 공법을 적용하여 하수에 포함된 유기물 뿐 아니라 질소 및 인 성분을 제거시키기 위하여, 하수를 호기성 상태로 연속 폭기시키는 폭기조와; 폭기조에 비해 낮은 높이의 측벽을 가지며 폭기조 내부에 설치되며, 월류되는 하수 슬러지를 연속 침전 및 농축시킨 후 펌프로 배출시키는 침지농축조와; 하단부에는 와류방지판이 설치되며, 원수와 침지농축조에서 배출된 슬러지를 상향식 반송받아 혐기성 상태에서 교반시켜 인이 방출된 하수를 웨어(weir)를 통해 연속 월류시키는 탈인조와; 폭기조의 일측부와 연통되도록 일측벽이 개구된 개구부를 구비하며, 길이방향으로 서로 나란히 설치되는 제 1반응조 및 제 2반응조와; 탈인조의 탈인된 하수가 제 1반응조와 제 2반응조에 교대로 유입되면서 교반되도록 교대 운영되는 한 쌍의 교반기; 및 제 1반응조와 제 2반응조에서 교대로 월류되는 정화된 상등수를 교대 배출시키는 월류식 방류기를 구비하는 준회분식 하수처리장치 및 그 방법에 관한 발명인데, 상기 발명에서는 탈인조가 별도 제공되어 인제거효율은 우수할 수 있으나, 통성혐기성 탈질미생물에 의한 질소제거기작이 미비할 수 있을 뿐만 아니라 별도의 미세오염입자의 분리/여과 수단은 제공되어 있지 않다.

따라서 회분식반응조(SBR)를 이용하여 하폐수를 안정적으로 처리하기 위해서는, 유기물 및 질소/인 영양염류의 효율적인 제거 뿐만 아니라 경제적 측면과 기술적인 측면에 있어서 설치운영하기에 효과적인 미세오염입자 고도여과방법이 강구되어야 한다.

대한민국 등록특허 10-0912562 (2009.08.10)

대한민국 등록특허 10-0942053 (2010.02.04)

대한민국 등록특허 10-1032068 (2011.04.22)

대한민국 등록특허 10-0558510 (2006.02.28)

대한민국 등록특허 10-0875733 (2008.12.17)

대한민국 등록특허 10-0441208 (2004.07.12)

대한민국 등록특허 10-0407503 (2003.11.17)

대한민국 등록특허 10-0563449 (2006.03.16)

상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 회분식반응조(SBR)를 주반응공정으로 이용하는 하폐수의 처리방법에 있어서, 상기 회분식반응조(SBR)의 침전공정 후, 미세오염입자를 분리하면서 상등수중 여과된 여과액만을 배출시키는 부상식필터 모듈(floatable filter module)이 결합된 고효율 회분식 하폐수 고도처리시설 및 그 방법을 제공하고자 한다. 본 발명에서는 균일한 세공크기와 높은 공극률을 지니게 하기 위하여, 그리고 압축공기/초기역세수에 의한 반복되는 고압의 역세공정에도 세공형태와 세공크기가 영구적으로 변형되지 않도록 하기 위하여, 스테인레스 금속분말 내지 합성수지 미세분말을 원료로 하여, 소결방법으로 제조된 중앙이 비어있는 형태인 중공성인 소결필터부; 및 다수의 상기 소결필터부를 모듈형태로 연결시킨 필터모듈 전체를 상기 회분식반응조 수중의 상부측에 항상 위치하도록 하여 현탁부유물 농도가 상대적으로 낮은 상등수만을 분리/여과하도록 하는, 수중부력에 의해 승하강되도록 설계된 부력기가 제공되는 고도수처리용 부상식필터모듈이 결합된 고효율 회분식 하폐수 고도처리시설 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 회분식반응조(SBR)를 주반응공정으로 이용하는 종래 하폐수의 처리방법에 있어서, 하폐수의 유입-미생물반응-침전-배출이 회분식반응조 내에서 모두 이루어질 뿐만 아니라 질소/인 영양염류의 제거기작이 회분식 단일반응조에서만 이루어지기 때문에 질소/인 영양염류의 제거효율이 상대적으로 낮을 수 있는데, 본 발명에서는 혐기성영역과 무산소성영역의 기능을 모두 갖춘 탈인탈질조를 제공하여, 종래 회분식반응조에서의 질소/인 영양염류의 제거효율을 월등히 향상시킨 신규한 고효율 회분식 하폐수 고도처리방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 균일한 세공크기와 높은 공극률을 지니게 하기 위하여, 그리고 압축공기/초기역세수에 의한 반복되는 고압의 역세공정에도 세공형태와 세공크기가 영구적으로 변형되지 않도록 하기 위하여, 스테인레스 금속분말 내지 합성수지 미세분말을 원료로 하여, 소결방법으로 제조된 세공크기가 0.01∼10 μm급의 중앙이 비어있는 형태인 중공성인 소결필터부(54); 다수의 상기 소결필터부(54)를 필터부 연결수단(53)을 사용하여 주배관(67)과 모듈형태로 연결고정시킨 필터모듈; 상기 필터모듈 상측에 형성되어, 수중부력에 의해 승하강되면서, 상기 필터모듈을 회분식반응조(SBR) 수중의 상부측에 항상 위치하도록 하는 부력기(51); 상기 부력기(51)와 상기 필터 모듈을 연결 고정시켜주는 플렉시블 플렌지(52); 상기 다수의 소결필터부(54)에 의해 여과된 여과액을 흡입하여, 다음공정으로 강제배출시켜 주는, 차압감지기(57)와 액체용 전동밸브(58)가 구비된 액체흡입펌프(56); 및 상기 필터모듈 일측에 형성되어, 진동을 발생시켜 상기 소결필터부(54)의 흡입여과공정시 부착되는 미세오염입자 및 미생물을 탈리해주는 기능을 부여하는 진동발생기(55)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고도수처리용 부상식필터모듈(50)을 회분식반응조(SBR, 23) 수중의 상부측에 구성하여 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 부상식필터모듈(50)을 구성하고 있는 다수의 상기 소결필터부(54)의 세공에 대한 자동역세공정에 있어서, 0.2∼0.7 MPa 압력의 압축공기 및 초기역세수에 의한 효율적인 자동역세방법; 및 역세공정 후 다음 흡입여과공정에 있어서, 액체흡입펌프(56)에 공동화현상이 발생하지 않도록 하는 효과적인 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 회분식반응조(SBR, 23) 전단에 혐기성영역(22-1)과 무산소성영역(22-2)의 기능을 모두 갖춘 탈인탈질조(22)를 제공하여, 혐기성영역(22-1)에서 미생물들의 인(PO₄-P) 방출속도를 증가시키고, 무산소성영역(22-2)에서는 통성혐기성 탈질미생물들의 기작에 의해 질산성 질소(NO₃-N) 및 아질산성 질소(NO₂-N)를 질소가스(N₂)로 환원시킴으로써, 상기 회분식반응조(SBR, 23)에서의 질소/인 제거효율을 향상시킬 뿐만 아니라, 상기 회분식반응조(23) 일측에 활성오니 와류흐름 방지수단(29)이 구비된 오니이송조(24)를 제공하여, 상기 회분식반응조(23)로부터 이송된 활성오니 및 질화액을 용존산소를 저감시키면서 상기 탈인탈질조(22)의 무산소성영역(22-2)으로 반송시킴으로써, 미생물에 의한 탈질반응을 더욱 촉진시키는 고효율 회분식 하폐수 고도처리시설 및 그 방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 회분식반응조(23, SBR)를 주반응공정으로 이용하는 하폐수의 처리방법에 있어서, 본 발명에 따른 부상식필터모듈(50); 탈인탈질조(22); 및 오니이송조(24)를 제공함으로써 다음과 같은 효과를 획득할 수 있다.

(a) 부상식필터모듈(50)은 회분식반응조(23)에 있어서, 미세오염입자의 분리/여과기능을 강화시킬 수 있다

(b) 부상식필터모듈(50)이 제공된 회분식반응조(23)는 슬러지 유출을 방지함으로써 현탁부유물(SS) 및 총인(T-P) 제거율을 향상시킬 수 있다

(c) 부상식필터모듈(50)은 회분식반응조(23)의 침전공정후 상등수만을 여과하게 되므로, 여과율 및 여과지속시간을 향상시킬 수 있다

(c) 부상식필터모듈(50)이 제공된 회분식반응조(23)의 방류수는 재활용수로 사용될 수 있다

(d) 부상식필터모듈(50)은 회분식반응조(23)에 있어서, 신규설치 및 보수가 용이하다

(e) 부상식필터모듈(50)은 기존 회분식반응조(SBR)의 디켄터(decanter)에 있어서, 추가설치가 용이하여 기존시설을 간편하게 고도화시설로 개선시킬 수 있다

(f) 부상식필터모듈(50)은 압축공기/초기역세수에 의한 단시간 자동역세로 인하여 역세공정에 소요되는 에너지를 절감할 수 있다

(g) 부상식필터모듈(50)의 소결필터부(54)에 있어서, 압축공기에 의한 역세공정후 빈공간에 의해 초래될 수 있는 액체흡입펌프(56)의 공동화현상을 보충수의 자동채움으로 방지할 수 있다

(h) 탈인탈질조(22)는 회분식반응조(23)에 있어서, 총인(T-P) 및 총질소(T-N) 제거율을 동시에 향상시킨다

(i) 탈인탈질조(22) 내부는 혐기성영역(22-1)과 무산소성영역(22-2)이 영역분리벽(22-3)으로 구획화되어 있어서, 혐기성탈인반응과 무산소성탈질반응이 상호 간섭되지 않는다.

(j) 상기 회분식반응조(23) 일측에 제공되는 오니이송조(24)는 상기 회분식반응조(23)로부터 이송된 활성오니 및 질화액을 용존산소를 저감시키면서 상기 탈인탈질조(22)의 무산소성영역(22-2)으로 완충적으로 반송시킴으로써, 통성혐기성 미생물에 의한 탈질반응을 더욱 촉진시킨다

(k) 오니이송조(24)에 구비된 활성오니 와류흐름 방지수단(29)은 월류되는 활성오니흐름의 난류강도를 낮춤으로써, 와류흐름에 따른 용존산소의 증가 및 슬러지부상을 방지 할 수 있다.

도1은 본 발명에 따른 부상식필터모듈을 이용한 회분식 하폐수 처리계통도,
도2는 도1의 일실시예에 따른 평면도,
도3은 본 발명에 따른 부상식필터모듈을 이용한 회분식반응조의 정면구성도,
도4는 본 발명에 따른 소결필터부의 제조공정도,
도5는 본 발명에 따른 부상식필터모듈의 정면구성도,
도6은 도5의 A-A 평면도,
도7은 본 발명에 따른 부상식필터모듈을 이용한 교번회분식 하폐수 처리계통도,
도8은 도7의 일실시예에 따른 평면도,
도9a, 도9b 및 도9c는 각각 본 발명의 일실시예에 따른 소결필터부 초기, 흡입여과공정후 및 압축공기역세후의 소결필터부 형상도,
도10은 도9의 일실시예에 따른 소결필터부의 여과특성을 나타내는 도면이다.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
20 : 부상식필터모듈 결합형 회분식 하폐수 처리시설
21 : 유량조정조 22 : 탈인탈질조
22-1 : 혐기성영역 22-2 : 무산소성영역
22-3 : 영역분리벽 22-4 : 탈인탈질조내 이송유로
23 : 회분식반응조(SBR)
23-1 : 제1교번 회분식반응조 23-2 : 제2교번 회분식반응조
24 : 오니이송조 25 : 처리수조
26 : 슬러지농축조 27 : 수중펌프
28 : 활성오니 이송유로 29 : 활성오니 와류흐름 방지수단
31 : 유체유속 감속/분산관 31-1 : 유체유속 감속/분산유로
32 : 수중교반기 33 : 공기공급수단(blower)
34 : 산기관(diffuser) 35 : 기포
36 : 수위감지기(level sensor) 37 : 슬러지피트(pit)
50 : 부상식필터모듈(floatable filter module)
51 : 부력기(float) 52 : 플렉시블 플렌지(flexible flange)
53 : 필터부 연결수단(connecter) 54 : 소결필터부(sintered filter)
55 : 진동발생기(vibrator) 56 : 액체흡입펌프(suction pump)
57 : 차압감지기(△P sensor) 58 : 액체용 전동밸브
59 : 역세기체용 전동밸브 59-1 : 액츄에이터(actuator)
60 : 공기압축기(compressor) 61 : 타이머(timer)
62 : 미세먼지필터 63 : 압력조절기(regulator)
64 : 보충수공급용 전동밸브 64-1 : 에어벤트(air vent)수단
65 : 보충수공급조 66 : 보충수용 부력기
67 : 주배관 68 : PLC(power line communication)
69 : 모니터링 시스템 80 : 교번회분식 하폐수 처리시설

상술한 바와 같이, 회분식반응조(SBR)를 이용하여 하폐수를 안정적으로 처리하기 위해서는, 유기물 및 질소/인 영양염류의 효율적인 제거 뿐만 아니라 경제적 측면과 기술적인 측면에 있어서 설치운영하기에 효과적인 미세오염입자 고도여과방법이 강구되어야 한다.

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

도1은 본 발명에 따른 부상식필터모듈을 이용한 회분식 하폐수 처리계통도로서, 도1에 개시된 바와 같이, 유량조정조(21)-탈인탈질조(22)-회분식반응조(23)-오니이송조(24)-슬러지농축조(26)-처리수조(25)로 구성되는데, 상기 회분식반응조(23)에 본 발명에 따른 부상식필터모듈(50)이 결합되어 구성되는 것과, 상기 회분식반응조(23) 전후단에 탈인탈질조(22) 및 오니이송조(24)가 연계되어 구성되는 것이 본 발명의 특징이다.

도1을 구성하는 각각의 반응조(reaction tank)에 대한 기능과 처리계통을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도1에 따른 본 발명은, 유입-미생물반응-침전-배출공정의 일련의 과정으로 이루어지는 회분식반응조(23, SBR)를 주반응공정으로 이용하는 하폐수의 처리방법에 있어서,

상기 회분식반응조(23) 전단에 혐기성영역(22-1)과 무산소성영역(22-2)으로 구획된 탈인탈질조(22)를 형성하여, 혐기성영역(22-1)에서는 미생물들의 인(PO₄-P) 방출속도를 증가시키고; 및 무산소성영역(22-2)에서는 통성혐기성 탈질미생물들의 기작에 의해 질산성 질소(NO₃-N) 및 아질산성 질소(NO₂-N)를 질소가스(N₂)로 환원시킴으로써, 질소/인 제거효율을 향상시키며; 상기 탈인탈질조(22) 전단에는 유량조정조(21)를 형성하여, 오염원으로부터 유입되는 하폐수를 일시 저장하였다가, 간헐유입 또는 연속유입 방법 중 어느 한 유입방법을 선택하여 상기 탈인탈질조(22)의 혐기성영역(22-1)으로 하폐수를 유입시키며; 상기 회분식반응조(23) 일측에 활성오니 와류흐름 방지수단(29)이 구비된 오니이송조(24)를 형성하여, 상기 회분식반응조(23)로부터 이송된 활성오니 및 질산성 질소(NO₃-N)를 상기 탈인탈질조(22)의 무산소성영역(22-2)으로 반송시켜, 상기 무산소성영역(22-2) 내에서의 현탁부유물(MLSS) 농도를 3,000∼20,000 mg/L 범위에서 유지시키면서 반송된 질산성 질소(NO₃-N)를 상기 탈인탈질조(22)의 무산소성영역(22-2)에서 질소가스(N₂)로 환원시키게 하며; 상기 회분식반응조(23) 일측에 슬러지농축조(26)를 형성하여, 상기 회분식 반응조(23)로부터 인발된 슬러지 중 0∼30％는 상기 탈인탈질조(22)의 혐기성영역(22-1)으로 반송시켜, 상기 탈인탈질조(22) 내에서의 현탁부유물(MLSS) 농도를 비상시에도 3,000∼20,000 mg/L 범위에서 일정하게 유지시키게 하며; 상기 슬러지농축조(26)에 농축된 잉여슬러지는 지정시간이 지나면 탈수처리하게 하며; 상기 처리계통으로 최종처리된 처리수는 처리수조(25)에 일시 저장하였다가 계외로 방류시키게 하며; 상기 회분식반응조(23)에 있어서 미세오염입자의 분리/여과공정은, 본 발명에 따른 부상식필터모듈(50)을 이용하여, 상기 회분식반응조(23)의 침전공정 후 상기 회분식반응조(23) 수중의 상부측에서 미세오염입자를 분리/여과하면서 상등수중 여과된 여과액만을 처리수조(26)로 배출시키게 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은, 회분식반응조(23, SBR)를 주반응공정으로 이용하는 하폐수의 처리방법에 탈인탈질조(22); 오니이송조(24); 및 부상식필터모듈(50)이 결합된 회분식반응조(23)를 연계한 것을 특징으로 하는, {하폐수 유입공정}-{탈인/탈질공정}-{부상식필터모듈 결합형 회분식 반응공정}으로 구성된 회분식 하폐수 고도처리방법이다.

도2는 도1의 일실시예에 따른 평면도로서, 우선 오염원으로부터 유입된 하폐수는 유량조정조(21)에 일시 체류되었다가 탈인탈질조(22)를 구성하는 혐기성영역(22-1)으로 수중펌프(27)를 통하여 이송되어지고, 탈인탈질조(22)의 혐기성영역(22-1)에서 인방출(P-release)이 이루어진 하폐수는 탈인탈질조(22)의 무산소성영역(22-2)으로 탈인탈질조내 이송유로(22-4)를 통하여 본 발명에 있어서 주반응공정인 부상식필터모듈(50)이 결합된 회분식반응조(23)로 이송되어 유입-교반-폭기-침전-배출공정의 일련의 과정을 거친후, 최종처리된 처리수는 처리수조(25)에 일시 저장되었다가 계외로 방류된다. 이때 상기 탈인탈질조(22)는 영역분리벽(22-3)을 사용하여 혐기성영역(22-1)과 무산소성영역(22-2)으로 구획화하여 탈인반응과 탈질반응이 상호 간섭되지 않도록 하는 것이 바람직하며, 본 발명에 있어서 주반응공정인 회분식반응조(23)에서의 활성오니는 활성오니 와류흐름 방지수단(29)이 구비된 활성오니 이송유로(28)를 통하여 오니이송조(24)로 자연적으로 유하되도록 하며, 오니이송조(24) 내의 활성오니는 탈인탈질조(22)의 무산소성영역(22-2)으로 반송되어져 탈질반응이 이루어지게 한다. 또한, 상기 회분식반응조(23)로부터 인발된 슬러지(sludge) 중 0∼30％는 탈인탈질조(22)의 혐기성영역(22-1)으로 반송시켜 탈인반응을 촉진시키게 한다. 상기와 같이 본 발명에 따른 탈인탈질조(22)는 회분식반응조(23)에 있어서, 총인(T-P) 및 총질소(T-N) 제거율을 동시에 향상시키며, 회분식반응조(23) 일측에 제공되는 오니이송조(24)는 상기 회분식반응조(23)로부터 이송된 활성오니 및 질화액을 용존산소를 저감시키면서 상기 탈인탈질조(22)의 무산소성영역(22-2)으로 완충적으로 반송시킴으로써, 통성혐기성 미생물에 의한 탈질반응을 더욱 촉진시킨다.

도3은 본 발명에 따른 부상식필터모듈(50)을 이용한 회분식반응조(23)의 정면구성도로서, 유입-교반-폭기-침전-배출공정의 일련의 과정으로 이루어지는 회분식반응조(SBR)에 있어서, 상기 회분식반응조(23)에서 침전공정 후, 미세오염입자를 분리하면서 상등수중 여과된 여과액만을 배출시키는 공정이 포함되어 있는 것이 본 발명의 특징이다.

도3에 있어서, 탈인탈질조(22)의 무산소성영역(22-2)으로부터 이송된 하폐수는 유체유속 감속/분산관(31) 및 유체유속 감속/분산유로(31-1)를 통하여 상기 회분식반응조(23) 하부로 분산유입되고, 수중교반기(32)를 이용한 교반공정이 일정시간 이루어진후, 공기공급수단(33) 및 산기관(34)으로부터 발생된 기포(35)에 의한 폭기공정이 일정시간 이루어지고, 후속공정인 침전공정으로부터 침전된 슬러지는 슬러지피트(37)에 모아져 슬러지농축조(26)로 이송되어지고, 상기 침전공정후 상등수는 상기 회분식반응조(23) 수중의 상부에 위치한 본 발명에 따른 부상식필터모듈(50)을 통하여 분리/여과되면서 처리수조(25)로 일정시간 배출된다. 또한 본 발명에 따른 상기 회분식반응조(23)에는 상기 부상식필터모듈(50) 외에도 수중교반기(32); 수위감지기(36); 및 슬러지 피트(37)가 제공되어 구성되는 것을 특징으로 하는데, 수중교반기(32)는 회분식반응조(23)의 교반공정수행 및 슬러지가 침적되어 혐기화되는 것을 방지하며, 수위감지기(36)는 고수위(36-1)와 저수위(36-2)를 설정하여 설정된 수위범위내에서 여과흡입공정이 이루어지게 하며, 슬러지 피트(37, pit)는 슬러지가 모여져 인발될 수 있는 국소지역을 제공한다.

상기와 같이, 본 발명에 따른 부상식필터모듈(50)은 상기 회분식반응조(23) 수중의 상부측에 항상 부상되어 있어서 상대적으로 낮은 현탁부유물(MLSS 내지 SS) 농도의 상등수만을 분리/여과하게 되므로, 우수한 초기여과효율 뿐만 아니라 운전시간이 지남에 따라서도 안정적인 처리효율을 나타낸다. 미세오염입자 내지/및 미생물들의 부착에 의한 세공(fine pore)의 막힘현상, 즉 세공폐색(blockage)이 발생되었다 하더라도, 하기에 상세히 설명할 압축공기 및 초기역세수에 의한 순간역세공정으로 초기상태의 세공형태로 효과적으로 회복시킬 수 있다.

도4는 상기 도3의 회분식반응조(23)에서, 침전공정 후 미세오염입자를 분리하면서 상등수중 여과된 여과액만을 배출시키는 공정을 수행하는 상기 부상식필터모듈(50)의 핵심구성요소인 소결필터부(74)의 제조공정도로, 소결방법으로 제조된다.

'소결(sintering)'이란, 일정 입도(particle size distribution)의 고순도/고압축성 분말체(powder)를 정밀기계로 완전 혼합한 후, 3∼7 ton/cm²의 압력을 가진 고정밀공구를 사용하여 설계된 형상으로 가압 성형한 성형체를 용융점 부근까지 가열하면 서로 단단히 밀착/고결되는 현상을 이용한 성형방법으로, 본 발명에서는 마이크론(μm) 입경의 스테인레스 금속(stainless steel) 내지 합성수지(synthetic resin)의 미세분말들을 틀(mold) 속에 넣고 프레스(press)로 고압으로 눌러 설계형상으로 성형한 다음, 그 물질의 용융점(melting point) 부근의 온도로 가열했을 때 분말체가 서로 접한면에서 확산접합이 이루어지거나 일부가 증착하여 서로 연결되면서 하나의 견고한 다공성 소결필터(porous sintered filter)가 형성되는데, 설계원료로 사용되는 분말체의 입도(particle size distribution)를 조절함으로써 최종 소결필터부(54)의 균일세공크기의 세공(fine pore) 그레이드(grade)를 결정할 수 있다.

소결필터부(54)의 제조에 있어서, 스테인레스 금속재질의 분말체를 원료로 사용하게 되면 내식성, 내열성 및 내구성이 우수한 다공성 금속소결필터 제품을 생산할 수 있으며, 합성수지 분말체를 원료로 이용하면 값이 싸고 내화학성이 우수한 다공성 수지소결필터를 제조할 수 있다.

상기와 같이 소결방법에 의해 제조된 다공성 소결필터부(54)는, 원료로 사용되는 분말체의 입도를 조절하여 최종 소결필터부의 세공을 0.01∼100 μm급 까지 용이하게 결정할 수 있다는 점과, 균일한 입도를 지니는 분말체를 사용할 경우 단순압착에 의해 생산된 종래제품보다 공극률(porosity)이 우수하며, 다양한 형상으로 제작할 수 있을 뿐만 아니라 최종 소결필터부(54)를 오랫동안 반복사용해도 세공형상이 변형되지 않는다는 점과, 두 가지 이상의 입도를 지니는 분말체를 원료로 사용하게 되면 다양한 세공을 갖는 최종 소결필터부를 얻을 수 있다는 점 등 소결방법에 의해 생산된 최종 다공성 소결필터(porous sintered filter)는 많은 상기 장점을 가지고 있다. 상기와 같이 소결필터부(54)에 있어서의 공극률은 종래 중공사막보다 우수하여 여과시간당 처리량, 즉 여과율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 소결필터부(54)를 구성하고 있는 미세세공들은 견고하기 때문에 0.2∼0.7 MPa 압력의 압축공기에 의한 반복역세가 가능하게 된다.

반면, 일반적인 종래 침지식 여과방법인 MBR(Membrane Biological Reactor)에 사용되는 중공사막에 있어서, 일례로 중공사막 하나의 엘리먼트(element)는, 외경 2mm, 내경 0.8mm, 두께 0.6mm, 길이 1.5m, 기공크기 0.1μm, 중공사(hollow fiber) 160개 내외의 가닥수로 구성되는데, 상기 중공사막의 중공사는 쉽게 단절되거나 파손/터지게 되어 안정적인 처리효율에 악영향을 크게 끼치고 있다. 특히 상기 중공사막에서도 본 발명에서와 같이 0.2∼0.7 MPa 압력의 압축공기에 의한 순간역세가 효과적일 수 있으나, 얇은 막 두께 및 재질상의 문제로 인하여 압축공기역세를 도입하기가 불가능한 실정이다.

상기와 같이 제조된 소결필터부(54)에 있어서, 본 발명에서와 같이 고도수처리를 위한 미세오염입자의 분리/여과공정에 사용하기에는, 중앙이 비어있는 중공성(hollow type)인 소결필터를 사용하는 것이 여과처리효율 및 역세측면에서 보다 바람직하다.

도5 및 도6은, 상기 도4의 소결방법에 의해 제조된 다수의 상기 소결필터부(54)로 형성된 본 발명에 따른 부상식필터모듈(50)의 정면구성도 및 도5의 A-A 평면도이다.

도5 및 도6의 본 발명에 따른 부상식필터모듈(50)은, 균일한 세공크기와 높은 공극률을 지니게 하기 위하여; 및 압축공기/초기역세수에 의한 반복되는 고압의 역세공정에도 세공형태와 세공크기가 영구적으로 변형되지 않도록 하기 위하여, 스테인레스 금속분말 내지 합성수지 미세분말을 원료로 하여, 소결방법으로 제조된 세공크기가 0.01∼10 μm급의 중앙이 비어있는 중공성인 소결필터부(54); 다수의 상기 소결필터부(54)를 필터부 연결수단(53)을 사용하여 주배관(67)과 모듈형태로 연결고정시킨 필터모듈; 상기 다수의 소결필터부(54) 상측에 형성되어, 수중부력에 의해 승하강되면서, 상기 필터모듈 전체를 상기 회분식반응조(23) 수중의 상부측에 항상 위치하도록 하는 부력기(51); 상기 부력기(51)와 상기 필터모듈을 연결 공정시켜주는 플렉시블 플렌지(52); 상기 다수의 소결필터부(54)에 의해 여과된 여과액을 흡입하여, 처리수조(25)로 강제이송시켜 주는, 차압감지기(57)와 액체용 전동밸브(58)가 구비된 액체흡입펌프(56); 상기 필터모듈 일측에 형성되어, 진동을 발생시켜 상기 소결필터부(54)의 흡입여과공정시 부착되는 미세오염입자 및 미생물을 탈리해주는 기능을 부여하는 진동발생기(55); 및 모니터링 시스템(69)이 연계된 PLC(68, power line communication)를 포함하여 구성된다.

도5 및 도6에 있어서, 상기 필터모듈 상부측에, 내부에 공기 내지 공기보다 가벼운 기체로 채워진 부력기(51)가 형성되어, 상기 부력기(51)는 수중부력에 의해 회분식반응조(23)의 수면부에서 승하강되면서, 상기 필터모듈 전체를 수중의 상부측에 위치하도록 함으로써, 상기 소결필터부(54)는 항상 회분식반응조(23) 수중의 상부측 저농도 상등수만을 분리/여과하도록 하는 특징이 있다. 따라서 본 발명의 부상식필터모듈(50)은 종래 침지식분리막에서보다 낮은 농도의 현탁부유물(MLSS 내지 SS)을 대상으로 하고 있기 때문에 여과속도, 여과플럭스(flux) 등의 여과율(filtration rate) 및 여과지속시간을 월등히 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라 상기 소결필터부(54) 일측에는 진동발생기(55)가 구비되어 1∼200 Hz 진동을 발생시키게 되는데, 이때 발생된 1∼200 Hz 진동은 흡입여과공정시에 소결필터부(54)의 세공에 대한 미세오염입자 내지/및 미생물들이 부착되는 정도를 경감시켜주는 특징이 있다.

여기서, 본 발명에 따른 부력기(51)의 부력지수(buoyancy index)는 부상식필터모듈(50) 전체 총중량 대비 1:1.5로 유지하여 항상 대상수조의 수면부에 위치할 수 있도록 하는 것이 바람직한데, 스테인레스 금속소결필터를 사용하게 되거나 기타 프레임(frame) 등의 중량에 의해 부상식필터모듈(50) 전체 총중량이 과하게 될 경우에는 부력기(51)의 내부에 공기대신 공기보다 가벼운 기체인 헬륨(He)기체를 충진하는 것도 바람직한 방법이다. 또한 분리/여과공정에 있어서 여과구동력을 부여하는 액체흡입펌프(56, suction pump)는 어느정도의 공기가 유입되어도 공동화현상(cavitation)이 발생되지 않는 자흡식 내지 진공강자흡식 펌프를 사용하면 더욱 효과적이다. 그리고 액체흡입펌프(56) 전후단에 압력손실(pressure loss)을 측정할 수 있는 차압감지기(57)를 설치하여 상기 소결필터부(54)의 세공에 있어서, 세공막힘현상 즉 폐색(blockage)의 정도를 감지할 수 있도록 한다. 폐색의 정도가 차압감지기(57)에 의거 정해진 값에 다다르면 압축공기 및 소결필터부(54) 내부를 채우고 있는 초기역세수를 이용하여 역세공정이 상기 회분식반응조(23)의 수중에서 자동으로 이루어지게 하는 것이 본 발명의 또 다른 특징이다.

상기 부상식필터모듈(50)을 구성하고 있는 다수의 상기 소결필터부(54)에 대한 압축공기 및 초기역세수에 의한 자동역세공정을 단계별로 설명하면 하기와 같다.

(a) 상기 액체흡입펌프(56) 일측에 구비된 차압감지기(57)에 의해, 상기 부상식필터모듈(50)을 구성하고 있는 다수의 소결필터부(54)에 대한 폐색이 감지되는 단계와;

(b) 다수의 소결필터부(54)에 폐색이 감지되었을 경우, 액체용 전동밸브(58)는 자동으로 닫치면서 액체흡입펌프(56)는 정지하는 단계와;

(c) 상기 (b)단계 이후, 역세기체용 전동밸브(59)는 자동으로 열리는 단계와;

(d) 상기 다수의 소결필터부(54)의 폐색된 세공에 대한 역세공정이, 0.2∼0.7 MPa 압력의 압축공기 및 소결필터부(54) 내부를 채우고 있는 초기역세수에 의해 주어진 시간 동안, 연속역세 또는 액츄에이터(59-1, actuator)에 의한 펄스역세 방법 중 어느 한 역세방법을 선택하여, 회분식반응조(23)의 수중에서 이루어지게 하는 단계와;

(e) 상기 (d)단계의 압축공기/초기역세수에 의한 상기 소결필터부(54)에 대한 역세공정이 종료 되었을시, 상기 역세기체용 전동밸브(59)는 자동으로 닫치는 단계와; 및

(f) 상기 (e)단계 이후, 보충수공급용 전동밸브(64)는 자동으로 열리면서 주배관(67) 및 상기 소결필터부(54)의 빈공간을 보충수로 채워주어, 다음 흡입여과공정에 있어서 액체흡입펌프(56)의 공동화현상(cavitation)을 방지해 주는 단계;

상기 일련의 과정으로 이루어지는 상기 소결필터부(54)의 폐색된 세공에 대한 압축공기/초기역세수에 의한 자동역세공정; 상기 일련의 역세공정에 따른 PLC(68); 및 상기 PLC(68)와 연계된 모니터링 시스템(69)을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이 본 발명의 특징이다. 여기서, PLC(68, power line communication)는 가정이나 사업장에서 전기선 및 인터넷선을 꽂으면, 상기 전기선 및 인터넷선을 통하여 음성, 데이터, 인터넷 등을 고속으로 이용할 수 있도록 제공된 서비스로서, 본 발명에서는 PLC(68) 및 모니터링 시스템(69)을 통하여 부상식필터모듈(50)의 운전상태, 역세공정, 결함진단 등을 사무실 내에서 확인할 수 있을 뿐만 아니라 용이하게 제어(control)할 수 있게 한다.

상기 소결필터부(54)의 역세공정에 있어서, 0.2∼0.7 MPa 압력의 압축공기에 의한 역세척은 압축공기의 강력한 주입력에 의해 5분 이내에 폐색된 소결필터부(54)의 세공형태를 초기상태로 회복시킬 수 있는데, 이때 압축공기가 소결필터부(54)의 내부로 주입되기 전 소결필터부(54)의 내부를 채우고 있던 여과액은 압축공기가 주입되면서 압축공기에 의해 강하게 밀리면서 소결필터부(54)의 세공사이로 빠르게 빠져나가게 되는데, 이때 순간적으로 빠져나가는 여과액은 초기역세수 기능을 충분히 발휘하게 된다. 여기서, 역세기체용 전동밸브(59) 후속에 엑츄에이터(59-1, actuator)를 설치하여 펄스(pulse)형태로 압축공기를 주입하게 되면 보다 효과적으로 역세공정을 수행할 수 있다.

또한 상기 소결필터부(54)의 역세공정에 있어서, 압축공기 및 초기역세수에 의한 역세공정이 종료되었을시 주배관(67) 및 상기 소결필터부(54)의 빈공간을 보충수로 채워 주어 다음단계인 흡입여과공정에 있어서 액체흡입펌프(56)의 공동화현상을 방지해 주게 되는데, 이때 보충수는 분리/여과되어 처리된 처리수를 사용할 수 있을 뿐만 아니라 수도관을 직접 연결하여 사용할 수 있으며, 보충수가 빈공간을 효과적으로 채워지도록 에어벤트수단(64-1, air vent)을 구비하면 더욱 바람직하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 부상식필터모듈(50)은, 회분식반응조(23)의 침전공정 후 미세오염입자의 분리/여과수단으로서, 세공변형이 없는 영구적인 소결필터부(54)를 이용한다는 점; 필터모듈은 부상식 유동형으로서 회분식반응조(23)의 상부측 저농도 상등수만을 분리/여과한다는 점; 세공에 대한 폐색경감수단으로 진동발생기(55)가 제공된다는 점; 및 압축공기/초기역세수에 의한 폐색된 세공에 대한 순간역세자동공정 등 종래 회분식반응조에 있어서의 디켄터(decanter)와는 많은 차별점이 있다.

도7은 본 발명에 따른 부상식필터모듈(50-1, 50-2)을 이용한 교번회분식 하폐수 처리계통도로서, 도1의 부상식필터모듈(50)을 이용한 회분식 하폐수 처리공정에 있어서, 주반응공정으로 이용되고 있는 단일의 회분식반응조(23)를, 한쌍의 부상식필터모듈(50-1, 50-2) 및 오니이송조(24-1, 24-2)를 결합하여 한쌍의 교번회분식반응조(23-1, 23-2)로 업그레이드시킨 준회분식(semi-batch) 내지 반연속식(semi-continuous) 하폐수 처리공정이다.

또한, 도8은 도7의 일실시예에 따른 한쌍의 부상식필터모듈(50-1, 50-2)이 각각 결합된 교번회분식 하폐수 처리시설(80)의 평면도로서, 유량조정조(21)-탈인탈질조(22)-교번회분식반응조(23-1, 23-2)-오니이송조(24-1, 24-2)-슬러지농축조(26)-처리수조(25)로 구성되는데, 각각의 기능 및 역할은 도2의 부상식필터모듈(50)을 이용한 회분식 하폐수 처리시설과 동일한데, 다만 부상식필터모듈(50-1, 50-2), 교번회분식반응조(23-1, 23-2) 및 오니이송조(24-1, 24-2)가 한쌍씩 형성되어 반연속식(semi-continuous)으로 운전된다는 것이 큰 차이점이다.

도9a, 도9b 및 도9c는 각각 본 발명의 일실시예에 따른 소결방법으로 제조된 합성수지재질의 소결필터부(54)의 초기, 현탁부유물(suspended solids) 60mg/L 농도의 회분식반응조(23)에서의 흡입여과공정후, 및 압축공기/초기역세수에 의한 5분 역세후의 소결필터부(54) 형상도인데, 도9b 및 도9c에서 나타난 바와 같이 흡입여과공정시 소결필터부(54)에 부착되어진 미세오염입자 및 미생물들은 압축공기/초기역세수에 의한 5분 역세후에 효과적으로 탈리되어짐을 알 수 있다.

도10은 도9의 일실시예에 따른 소결필터부(54)의 1시간씩 4주기에 걸친 여과특성을 나타내는 도면인데, 본 실시예에 사용된 합성수지재질의 소결필터부(54)의 여과율은 초기에는 우수하였다가 운전시간이 지남에 따라 흡입여과공정시 부착되어지는 미세오염입자 및 미생물들에 의해 점차 감소함을 알 수 있는데, 소결필터부(54)의 1시간씩 4주기에 걸친 평균여과율은 248.2 m³/m²·day 으로서, 종래 침지식분리막(MBR)에 사용되는 중공사에서의 평균여과율인 20∼50 m³/m²·day 보다 우수한데, 소결필터부(54)의 높은 공극률 및 견고한 세공으로부터 기인한 역세정도의 월등함으로 해석할 수 있다. 또한, 도10에서 나타난 바와 같이, 소결필터부(54)의 세공에 대한 압축공기/초기역세수에 의한 5분 역세는 본 발명에 따른 소결필터부(54)를 초기상태로 회복시키는데 매우 효과적임을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 부상식필터모듈(50) 및 탈인탈질조(22)를 회분식 하폐수 처리공정에 이용하면, 종래 회분식 하폐수 처리공정을 간편하게 고도화시설로 업그레이드하여 수질개선에 있어서 지대한 효과를 획득할 수 있다.

Claims

회분식반응조(SBR)를 주반응공정으로 이용하는 하폐수의 처리방법에 있어서,
균일한 세공크기와 높은 공극률을 지니게 하기 위하여; 및 압축공기/초기역세수에 의한 반복되는 고압의 역세공정에도 세공형태와 세공크기가 영구적으로 변형되지 않도록 하기 위하여, 스테인레스 금속분말 내지 합성수지 미세분말을 원료로 하여, 소결방법으로 제조된 세공크기가 0.01∼10 μm급의 중앙이 비어있는 중공성인 소결필터부(54);
다수의 상기 소결필터부(54)를 필터부 연결수단(53)을 사용하여 주배관(67)과 모듈형태로 연결고정시킨 필터모듈;
상기 필터모듈 상측에 형성되어, 수중부력에 의해 승하강되면서, 상기 필터모듈을 회분식반응조(23) 수중의 상부측에 항상 위치하도록 하는 부력기(51);
상기 부력기(51)와 상기 필터모듈을 연결 고정시켜주는 플렉시블 플렌지(52);
다수의 상기 소결필터부(54)에 의해 여과된 여과액을 흡입하여, 처리수조(25)로 강제이송시켜 주는, 차압감지기(57)와 액체용 전동밸브(58)가 구비된 액체흡입펌프(56); 및
상기 필터모듈 일측에 형성되어, 진동을 발생시켜 상기 소결필터부(54)의 흡입여과공정시 부착되는 미세오염입자 및 미생물을 탈리해주는 기능을 부여하는 1∼200 Hz의 진동을 발생시키는 진동발생기(55)를 포함하는 것을 특징으로 하는 부상식필터모듈(50)을 이용하여,
상기 회분식반응조(23)의 침전공정 후, 회분식반응조(23) 수중의 상부측에서 미세오염입자를 분리/여과하면서 상등수중 여과된 여과액만을 배출시키는 것을 특징으로 하는 부상식필터모듈(50)이 결합된 회분식반응조(23)를 이용한 회분식 하폐수 고도처리방법.
청구항 1에 있어서,
상기 부상식필터모듈(50)을 구성하고 있는 다수의 소결필터부(54)에 대한 압축공기 및 초기역세수에 의한 자동역세공정은,
(a) 액체흡입펌프(56) 일측에 구비된 차압감지기(57)에 의해, 부상식필터모듈(50)을 구성하고 있는 다수의 소결필터부(54)에 대한 폐색이 감지되는 단계와;
(b) 다수의 소결필터부(54)에 폐색이 감지되었을 경우, 액체용 전동밸브(58)는 자동으로 닫치면서 액체흡입펌프(56)는 정지하는 단계와;
(c) 상기 (b)단계 이후, 역세기체용 전동밸브(59)는 자동으로 열리는 단계와;
(d) 다수의 상기 소결필터부(54)의 폐색된 세공에 대한 역세공정이, 0.2∼0.7 MPa 압력의 압축공기 및 소결필터부(54) 내부를 채우고 있는 초기역세수에 의해 주어진 시간 동안, 연속역세 또는 펄스역세 방법 중 어느 한 역세방법을 선택하여, 회분식반응조(23)의 수중에서 이루어지게 하는 단계와;
(e) 상기 (d)단계의 압축공기/초기역세수에 의한 상기 소결필터부(54)에 대한 역세공정이 종료 되었을시, 역세기체용 전동밸브(59)는 자동으로 닫치는 단계와; 및
(f) 상기 (e)단계 이후, 보충수공급용 전동밸브(54)는 자동으로 열리면서 주배관(67) 및 상기 소결필터부(54)의 빈공간을 보충수로 채워주어, 다음 흡입여과공정에 있어서 액체흡입펌프(56)의 공동화현상을 방지해 주는 단계;
상기 일련의 과정으로 이루어지는 소결필터부(54)의 폐색된 세공에 대한 압축공기/초기역세수에 의한 자동역세공정; 상기 일련의 역세공정에 따른 PLC(68); 및 상기 PLC(68)와 연계된 모니터링 시스템(69)을 포함하는 것을 특징으로 하는 부상식필터모듈(50)이 결합된 회분식반응조(23)를 이용한 회분식 하폐수 고도처리방법.
유입-미생물반응-침전-배출공정의 일련의 과정으로 이루어지는 회분식반응조(SBR)를 주반응공정으로 이용하는 하폐수의 처리방법에 있어서,
상기 회분식반응조 전단에 혐기성영역(22-1)과 무산소성영역(22-2)으로 구획된 탈인탈질조(22)를 형성하여, 혐기성영역(22-1)에서는 미생물들의 인(PO₄-P) 방출속도를 증가시키고; 및 무산소성영역(22-2)에서는 통성혐기성 탈질미생물들의 기작에 의해 질산성 질소(NO₃-N) 및 아질산성 질소(NO₂-N)를 질소가스(N₂)로 환원시킴으로써, 질소/인 제거효율을 향상시키며;
상기 탈인탈질조(22) 전단에는 유량조정조(21)를 형성하여, 오염원으로부터 유입되는 하폐수를 일시 저장하였다가, 간헐유입 또는 연속유입 방법 중 어느 한 유입방법을 선택하여, 상기 탈인탈질조(22)의 혐기성영역(22-1)으로 하폐수를 유입시키며;
상기 회분식반응조 일측에 활성오니 와류흐름 방지수단(29)이 구비된 오니이송조(24)를 형성하여, 상기 회분식반응조(23)로부터 이송된 활성오니 및 질산성 질소(NO₃-N)를 상기 탈인탈질조(22)의 무산소성영역(22-2)으로 반송시켜, 상기 무산소성영역(22-2) 내에서의 현탁부유물(MLSS) 농도를 3,000∼20,000 mg/L 범위에서 유지시키면서 반송된 질산성 질소(NO₃-N)를 상기 탈인탈질조(22)의 무산소성영역(22-2)에서 질소가스(N₂)로 환원시키게 하며;
상기 회분식반응조(23) 일측에 슬러지농축조(26)를 형성하여, 상기 회분식반응조(23)로부터 인발된 슬러지 중 0∼30％는 상기 탈인탈질조(22)의 혐기성영역(22-1)으로 반송시켜, 상기 탈인탈질조(22) 내에서의 현탁부유물(MLSS) 농도를 비상시에도 3,000∼20,000 mg/L 범위에서 일정하게 유지시키게 하며; 및 상기 슬러지농축조(26)에 농축된 잉여슬러지는 지정시간이 지나면 탈수처리하게 하며; 및
상기 회분식반응조(23)의 침전공정 후, 미세오염입자를 분리하면서 상등수중 여과된 여과액만을 배출시키는 공정은,
균일한 세공크기와 높은 공극률을 지니게 하기 위하여; 및 압축공기/초기역세수에 의한 반복되는 고압의 역세공정에도 세공형태와 세공크기가 영구적으로 변형되지 않도록 하기 위하여, 스테인레스 금속분말 내지 합성수지 미세분말을 원료로 하여, 소결방법으로 제조된 세공크기가 0.01∼10 μm급의 중앙이 비어있는 중공성인 소결필터부(54);
다수의 상기 소결필터부(54)를 필터부 연결수단(53)을 사용하여 주배관(67)과 모듈형태로 연결고정시킨 필터모듈;
상기 필터모듈 상측에 형성되어, 수중부력에 의해 승하강되면서, 상기 필터모듈을 회분식반응조(23) 수중의 상부측에 항상 위치하도록 하는 부력기(51);
상기 부력기(51)와 상기 필터모듈을 연결 고정시켜주는 플렉시블 플렌지(52);
다수의 상기 소결필터부(54)에 의해 여과된 여과액을 흡입하여, 처리수조(25)로 강제이송시켜 주는, 차압감지기(57)와 액체용 전동밸브(58)가 구비된 액체흡입펌프(56); 및
상기 필터모듈 일측에 형성되어, 1∼200 Hz의 진동을 발생시켜 상기 소결필터부(54)의 흡입여과공정시 부착되는 미세오염입자 및 미생물을 탈리해주는 기능을 부여하는 진동발생기(55)를 포함하는 것을 특징으로 하는 부상식필터모듈(50)을 이용하여, 상기 회분식반응조(23)의 침전공정 후 상기 회분식반응조(23) 수중의 상부측에서 미세오염입자를 분리/여과하면서 상등수중 여과된 여과액만을 처리수조(25)로 배출시키는 것을 특징으로 하는 부상식필터모듈(50)이 결합된 회분식반응조(23)를 연계한,
{하폐수 유입공정}-{탈인/탈질공정}-{부상식필터모듈 결합형 회분식 반응공정}으로 구성된 회분식 하폐수 고도처리방법.
교번유입-미생물반응-침전-배출공정의 일련의 과정으로 이루어지는 한쌍의 교번회분식반응조(SBRs)를 주반응공정으로 이용하는 하폐수의 처리방법에 있어서,
상기 한쌍의 교번회분식반응조(23-1, 23-2) 전단에 혐기성영역(22-1)과 무산소성영역(22-2)으로 구획된 탈인탈질조(22)를 형성하여, 혐기성영역(22-1)에서는 미생물들의 인(PO₄-P) 방출속도를 증가시키고; 및 무산소성영역(22-2)에서는 통성혐기성 탈질미생물들의 기작에 의해 질산성 질소(NO₃-N) 및 아질산성 질소(NO₂-N)를 질소가스(N₂)로 환원시킴으로써, 질소/인 제거효율을 향상시키며;
상기 탈인탈질조(22) 전단에는 유량조정조(21)를 형성하여, 오염원으로부터 유입되는 하폐수를 일시 저장하였다가, 간헐유입 또는 연속유입 방법 중 어느 한 유입방법을 선택하여 상기 탈인탈질조(22)의 혐기성영역(22-1)으로 하폐수를 유입시키며;
상기 한쌍의 교번회분식반응조(23-1, 23-2) 일측에 활성오니 와류흐름 방지수단(29)이 구비된 한쌍의 오니이송조(24-1, 24-2)를 형성하여, 상기 한쌍의 교번회분식반응조(23-1, 23-2)로부터 이송된 활성오니 및 질산성 질소(NO₃-N)를 상기 탈인탈질조(22)의 무산소성영역(22-2)으로 반송시켜, 상기 무산소성영역(22-2) 내에서의 현탁부유물(MLSS) 농도를 3,000∼20,000 mg/L 범위에서 유지시키면서 반송된 질산성 질소(NO₃-N)를 상기 탈인탈질조(22)의 무산소성영역(22-2)에서 질소가스(N₂)로 환원시키게 하며;
상기 한쌍의 교번회분식반응조(23-1, 23-2) 일측에 슬러지농축조(26)를 구성하여, 상기 한쌍의 교번회분식반응조(23-1, 23-2)로부터 인발된 슬러지 중 0∼30％는 상기 탈인탈질조(22)의 혐기성영역(22-1)으로 반송시켜, 상기 탈인탈질조(22) 내에서의 현탁부유물(MLSS) 농도를 비상시에도 3,000∼20,000 ppm 범위에서 일정하게 유지시키게 하며; 및 상기 슬러지농축조(26)에 농축된 잉여슬러지는 지정시간이 지나면 탈수처리하게 하며; 및
상기 한쌍의 교번회분식반응조(23-1, 23-2)에서 각각의 침전공정 후, 미세오염입자를 분리하면서 상등수중 여과된 여과액만을 배출시키는 공정은,
균일한 세공크기와 높은 공극률을 지니게 하기 위하여; 및 압축공기/초기역세수에 의한 반복되는 고압의 역세공정에도 세공형태와 세공크기가 영구적으로 변형되지 않도록 하기 위하여, 스테인레스 금속분말 내지 합성수지 미세분말을 원료로 하여, 소결방법으로 제조된 세공크기가 0.01∼10 μm급의 중앙이 비어있는 중공성인 소결필터부(54);
다수의 상기 소결필터부(54)를 필터부 연결수단(53)을 사용하여 주배관(67)과 모듈형태로 연결고정시킨 필터모듈;
상기 필터모듈 상측에 형성되어, 수중부력에 의해 승하강되면서, 상기 필터모듈을 교번회분식반응조(23-1, 23-2) 수중의 상부측에 항상 위치하도록 하는 부력기(51);
상기 부력기(51)와 상기 필터모듈을 연결 고정시켜주는 플렉시블 플렌지(52);
다수의 상기 소결필터부(54)에 의해 여과된 여과액을 흡입하여, 처리수조(25)로 강제이송시켜 주는, 차압감지기(57)와 액체용 전동밸브(58)가 구비된 액체흡입펌프(56); 및
상기 필터모듈 일측에 형성되어, 1∼200 Hz의 진동을 발생시켜 상기 소결필터부(54)의 흡입여과공정시 부착되는 미세오염입자 및 미생물을 탈리해주는 기능을 부여하는 진동발생기(55)를 포함하는 것을 특징으로 하는 한쌍의 부상식필터모듈(50-1, 50-2)을 이용하여, 상기 한쌍의 교번회분식반응조(23-1, 23-2)의 각각의 침전공정 후, 상기 한쌍의 교번회분식반응조(23-1, 23-2) 수중의 상부측에서 미세오염입자를 교번으로 분리/여과하면서 상등수중 여과된 여과액만을 처리수조(25)로 배출시키는 것을 특징으로 하는 부상식필터모듈(50-1, 50-2)이 각각 결합된 한쌍의 교번회분식반응조(23-1, 23-2)를 연계한,
{하폐수 유입공정}-{탈인/탈질공정}-{부상식필터모듈 결합형 교번회분식반응공정}으로 구성된 교번회분식 하폐수 고도처리방법.