KR20110091226A - 플라즈마 방전조를 구비한 하폐수 고도처리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오수 또는 하·폐수 등을 처리하는 고도처리 시스템에 대한 것으로, 특히 막 결합형 하·폐수 고도처리 시스템에서 발생하는 슬러지의 감량화 및 막오염 제어를 위한 시스템에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 플라즈마를 이용해서 슬러지를 가용화한 후 파괴되는 슬러지의 세포 부산물을 다시 외부 탄소원의 공급원으로 활용할 수 있고, 플라즈마에 의해 생성되는 각종 라디칼 및 오존 등으로 막에 형성된 케이크층을 제거할 수 있는 시스템에 대한 것이다.

Description

플라즈마 방전조를 구비한 하폐수 고도처리 시스템{Advanced treatment system of wastewater having a plasma discharging tank}

본 발명은 오수 또는 하·폐수 등을 처리하는 고도처리 시스템에 대한 것으로, 특히 막 결합형 하·폐수 고도처리 시스템에서 발생하는 슬러지의 감량화 및 막오염 제어를 위한 시스템에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 플라즈마를 이용해서 슬러지를 가용화한 후 파괴되는 슬러지의 세포 부산물을 다시 외부 탄소원의 공급원으로 활용할 수 있고, 플라즈마에 의해 생성되는 각종 라디칼 및 오존 등으로 막에 형성된 케이크층을 제거할 수 있는 시스템에 대한 것이다.

현재 일반적인 하·폐수 처리장에서 발생한 슬러지는 물리화학적 처리를 거친 후에 해양투기, 매립, 소각, 퇴비화 과정을 거쳐 최종적으로 소멸된다. 국내에서는 매립장 및 소각장의 신규건설이 님비(NIMBY)현상에 의해 제한받고 있어 발생 슬러지의 최종처분은 상당부분 해양투기에 의존하고 있다. 하지만 해양투기는 런던협약‘96의정서’발효에 의하여 2012년부터 금지되어 효율적인 슬러지 처분 또는 감량화 기술이 필요하다.

또한, 기존의 고도처리공정에 막이 결합된 막 결합형 생물반응기(MBR. Membrane Bioreactor)가 상용화 되면서, 생물반응기를 포함하는 고도처리공정이 하·폐수 처리 분야의 핵심기술로 자리 잡았다. 그러나, 이러한 막 결합형 생물반응기는 분리막 표면에 형성되는 케이크층에 의한 고질적인 막오염이 문제로 대두되었다. 막오염은 막의 투과도를 저해하기 때문에 안정적인 수질 정화에 큰 걸림돌로 작용한다.

도 1은 종래의 막 결합형 하·폐수 고도처리 시스템을 나타낸 모식도이다. 여기에 도시된 것처럼, 종래의 막 결합형 하·폐수 고도처리 시스템은 기본적으로 하·폐수가 혐기조(10)와 무산소조(20) 및 분리막(90)이 침지된 호기조(30)를 연속적으로 거쳐서, 고도처리된 정화수가 최종 유출되고, 이와 함께 발생되는 슬러지의 일부는 혐기조(10)로 반송되며, 나머지 슬러지는 밖으로 배출되어 폐기 처분된다.

종래의 막 결합형 하·폐수 고도처리 시스템에서 배출된 슬러지는 대부분 해양투기, 소각, 매립 등을 통하여 처리되어져 왔다. 이러한 처리 방법은 사후처리기술에 기반을 둔 방법으로써 2차오염물질을 동반하기 때문에, 슬러지 저감을 위한 근본적인 해결방법이 될 수 없다는 문제점이 있다.

한편, 생물반응기(MBR)를 이용한 고도처리의 경우, 일정한 주기로 막 표면에 쌓인 케이크층을 제거하기 위하여 상기 막을 세정해야 하는데, 종래에는 주로 화학약품을 이용하여 세정하였다. 그러나, 화학약품을 이용하는 경우 이로 인한 2차 오염물질이 발생된다는 단점이 있다. 또한, 조대폭기를 통하여 막 표면에 형성된 케이크층에 전단력을 주어 제어하는 방법이 있지만, 폭기를 위해 사용되는 에너지가 전체 하수처리장의 60% 이상을 차지하는 고에너지를 필요로 하는 단점이 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 슬러지를 가용화한 후 파괴되는 슬러지의 세포 부산물을 다시 외부 탄소원의 공급원으로 활용할 수 있는 고도처리 시스템을 제공하는 것이 목적이다.

이와 함께, 본 발명은 생물반응기(MBR)의 막에 형성된 케이크층을 제거할 수 있는 고도처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.

나아가, 본 발명은 기존의 막 결합형 하·폐수 고도처리 시스템을 전부 변경할 필요 없이, 기존 고도처리 시스템에 간단하고 용이하게 적용시킬 수 있어서 높은 활용도를 제공하고자 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 혐기조, 무산소조 및 호기조를 포함하는 하폐수 고도처리 시스템에 있어서, 상기 호기조에 연속적으로 배열된 플라즈마 방전조와, 상기 호기조에서 배출된 슬러지를 상기 플라즈마 방전조로 이송하는 폐슬러지 반송관과, 상기 플라즈마 방전조에서 방전 처리된 슬러지 부산물을 상기 무산소조로 이송하는 슬러지 반송관을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 방전조를 구비한 하폐수 고도처리 시스템이다.

여기서, 상기 호기조는 생물반응기(MBR. Membrane Bioreactor)의 침지형 분리막을 포함하는 것이 가능하다.

그리고, 상기 호기조 및 플라즈마 방전조는 각각 그 내부에 침지형 분리막의 착탈을 가능하게하는 수단을 포함하는 것일 수 있다.

이러한 본 발명에 있어서, 상기 플라즈마 방전조는 상기 호기조 내부에 장착되어 있던 침지형 분리막를 그 내부에 포함하는 것일 수 있다.

또한, 상기 호기조 내부에 침지형 분리막이 장착된 상태에서 상기 플라즈마 방전조를 작동시키는 슬러지 방전모드와, 상기 플라즈마 방전조 내부에 상기 침지형 분리막이 장착된 상태에서 플라즈마 방전조를 작동시키는 침지형 분리막 세정모드를 선택적으로 운영할 수 있는 수단을 포함하는 것이 바람직하다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

상기한 본 발명은 기본적으로 플라즈마를 이용해서 슬러지를 가용화한 후 파괴되는 슬러지의 세포 부산물을 다시 외부 탄소원의 공급원으로 활용할 수 있는 고도처리 시스템을 제공할 수 있다. 즉, 플라즈마를 수중방전시켜서 산화력이 높은 라디칼 및 오존을 생성하고, 이것들을 기존의 고도처리 시스템에 의해 만들어진 슬러지에 대하여 강력한 산화제로 작용하게 하여 슬러지를 가용화시키며, 이를 통해 슬러지의 감량화를 달성할 수 있는 것이다.

일반적으로 국내 하·폐수는 낮은 C/N비를 가지고 있기 때문에, 고도처리 과정의 혐기조 등에서는 메탄올과 같은 외부탄소원을 별도로 공급해 주어야 하는데, 본 발명은 상기 가용화된 슬러지를 무산소조에 반송하여 재활용할 수 있기 때문에, 슬러지 폐기비용 및 시스템 운영비용의 절감 효과가 기대된다.

이와 함께, 본 발명은 플라즈마에 의해 생성되는 각종 라디칼 및 오존 등으로 막에 형성된 케이크층을 제거할 수 있는 고도처리 시스템을 제공할 수 있다. 즉, 호기조 안에 구비된 생물막반응기를 플라즈마 반응조로 이동시켜서, 방전된 플라즈마에 의해 발생하는 산화력 높은 각종 라디칼과 오존 등으로, 상기 생물막반응기의 막 표면에 형성되어 있는 케이크층을 산화시킴으로써, 막의 오염을 제어할 수 있는 효과가 있다.

나아가, 이러한 본 발명은 기존의 막 결합형 하·폐수 고도처리 시스템을 전부 변경할 필요 없이, 플라즈마 반응조만을 추가로 결합시키고, 여기에 생물막반응기를 착탈 가능하게 하면 되는 것이기 때문에, 기존 고도처리 시스템에 간단하고 용이하게 적용시킬 수 있어서 높은 활용도를 가진다.

도 1은 종래의 막 결합형 하·폐수 고도처리 시스템을 나타내는 모식도이고,
도 2는 본 발명에 따라 플라즈마 방전조가 도입된 막 결합형 하·폐수 고도처리 시스템의 운전모드(슬러지 방전모드) 일례를 설명하기 위한 모식도이고,
도 3은 본 발명에 따라 플라즈마 방전조가 도입된 막 결합형 하·폐수 고도처리 시스템의 세정모드(침지형 분리막 세정모드) 일례를 설명하기 위한 모식도이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 하나의 실시형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해 될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

도 2는 본 발명에 따라 플라즈마 방전조가 도입된 막 결합형 하·폐수 고도처리 시스템의 운전모드(슬러지 방전모드) 일례를 설명하기 위한 모식도이다.

여기에 도시된 바와 같이, 본 발명은 기본적으로 혐기조(10)와 무산소조(20) 및 분리막(90)이 침지된 호기조(30)가 연속적으로 배치된 고도처리 시스템에 대한 것이다. 상기 분리막(90)은 생물반응기(MBR. Membrane Bioreactor)에 결합된 침지형 분리막일 수 있다.

이를 통하여, 오수나 생활하수 또는 하·폐수 등은 상기 혐기조(10), 무산소조(20) 및 호기조(30)를 연속적으로 거쳐서, 고도처리된 정화수가 최종적으로 유출되고, 이와 함께 발생되는 슬러지의 일부는 외부반송에 의해 혐기조(10)로 반송되며, 내부반송에 의해 무산소조(20)로 반송되는 것이 가능하다. 이러한 하폐수 고도처리 시스템은 이 기술분야에 알려진 모든 고도처리 시스템을 포함한다.

본 발명은 상기한 바와 같은 하폐수 고도처리 시스템에 있어서, 플라즈마 방전조(100)와, 폐슬러지 반송관(110)과, 슬러지 반송관(120)을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 방전조를 구비한 하폐수 고도처리 시스템이다. 즉, 본 발명은 슬러지 감량화 및 막오염 제어를 위하여 플라즈마를 활용하는 것이고, 이를 위하여 본 발명은 혐기조(10), 무산소조(20) 및 호기조(30)를 포함하는 종래의 고도처리 시스템에 플라즈마 반응조(100)가 추가로 결합된 것을 특징으로 한다.

상기 플라즈마 방전조(100)는 플라즈마를 방전시킬 수 있는 탱크로서, 플라즈마를 방전시키는 방법이나 종류 및 탱크의 형상은 특별히 제한되지 않는다. 본 발명은 호기조(30)의 침지형 분리막(90)을 통하여 배출된 슬러지에 대하여 플라즈마 방전 처리를 하는 것을 특징으로 하는바, 상기 호기조(30)에서 배출된 슬러지를 상기 플라즈마 방전조(100)로 이송하는 슬러지 배출관(110)을 가지는 것이 바람직하고, 상기 플라즈마 방전조(100)는 호기조(30)에 연속적으로 배열되는 것이 더욱 바람직하다. 배열되는 방향이나 결합되는 수단은 특별히 제한되지 않는다.

그래서, 본 발명은 상기 폐슬러지 반송관(110)을 통해 플라즈마 방전조(100)로 이송되어 온 슬러지에 대하여 플라즈마 방전 처리를 하는 것이 특징이다. 플라즈마 방전시 발생하는 하이드록실 라디칼(hydroxyl radical)은 산화력이 높기 때문에 슬러지의 분해를 촉진할 수 있어 슬러지 가용화를 도모할 수 있다. 즉, 기존의 물리화학적인 방법으로는 파괴하기 어려운 잉여 슬러지의 세포벽에 플라즈마를 인가시켜서 세포벽을 쉽게 파괴시킴으로써, 슬러지를 미생물들이 이용하기에 용이한 유기원의 상태, 이를 테면 저분자의 지방산으로 변환시킬 수 있는 것이다.

이와 같이 플라즈마 방전 처리에 의해 변환된 슬러지 부산물은 외부탄소원의 공급원으로써 활용이 가능하다. 이를 위하여, 본 발명은 상기 플라즈마 방전조(100)에서 방전 처리된 슬러지 부산물을 상기 무산소조(20)로 이송하는 가용화 슬러지 내부 반송관(120)을 포함한다. 본 발명은 이를 통하여 종래에 호기조(30)에서 바로 외부로 배출되어 폐기되었던 슬러지를 플라즈마에 의해 가용화 처리하여 폐기하는 슬러지 없이 다시 무산소조(20)로 반송시켜 탄소원으로 활용할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따라 플라즈마 방전조가 도입된 막 결합형 하·폐수 고도처리 시스템의 세정모드(침지형 분리막 세정모드) 일례를 설명하기 위한 모식도이다.

여기에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 방전조(100)는 상기 호기조(30) 내부에 장착되어 있던 침지형 분리막(90)을 그 내부에 포함하는 것일 수 있다.

상술한 고도처리 시스템의 운전모드(슬러지 방전모드, 도 2 참조)에서는 일정한 시간이 지나면 호기조(30)에 침지된 분리막(90)에 케이크층이 형성되는데, 본 발명은 이것을 플라즈마 방전조(100)를 통하여 제거할 수 있다. 즉, 상기 플라즈마 방전조(100)를 통하여 그 내부에 구비된 침지형 분리막(90)의 오염을 제거하는 것이다.

본 발명은 플라즈마에 의해 발생되는 산화력이 높은 각종 라디칼과 오존 등에 의하여 분리막(90) 표면 위에 형성된 케이크층을 산화시켜서, 막 세정 처리를 함으로써 막오염을 제어할 수 있다. 이러한 본 발명은 막 표면 위에 형성된 케이크층으로 인하여 플럭스가 감소하고 막간차압의 증가로 인하여 떨어진 막의 효율을 개선할 수 있기 때문에, 안정적인 수질 확보를 가능하게 하는 효과가 있다.

이를 위하여, 본 발명에 따른 상기 호기조(30) 및 플라즈마 방전조(100)는 각각 그 내부에 침지형 분리막(90)의 착탈을 가능하게하는 수단(도시하지 않음)을 포함함으로써, 상기 침지형 분리막(90)을 필요에 따라 호기조(30) 및 플라즈마 방전조(100) 중 어느 하나에 선택으로 창작하는 것이 가능하다.

한편, 상기한 바에 따르면 본 발명의 플라즈마 반응조(100)는 운전모드(슬러지 방전모드)와 세정모드(침지형 분리막 세정모드) 중 어느 하나의 운행 방식을 선택적으로 수행 가능하다.

여기서, 상기 운전모드는 호기조(30) 내부에 침지형 분리막(90)이 장착된 상태에서 상기 플라즈마 방전조(100)를 작동시키는 슬러지 방전모드이고, 상기 세정모드는 상기 호기조(30) 내부에 장착되어 있던 침지형 분리막(90)이 플라즈마 방전조(100) 내부로 옮겨져 장착된 상태에서 플라즈마 방전조(100)를 작동시키는 침지형 분리막 세정모드이다.

이를 위하여, 본 발명은 상기 슬러지 방전모드와 침지형 분리막 세정모드를 선택적으로 운영할 수 있는 수단을 포함하는 것이 바람직하다.

그래서, 상기 슬러지 방전모드에서는 호기조(30)로부터 이송된 슬러지를 플라즈마 방전조(100)의 방전 처리에 의해 슬러지의 세포막을 파괴시켜 가용화 시키는 것이 가능하다. 이와 함께 상기 침지형 분리막 세정모드에서는 호기조(30)에서 오염된 침지형 분리막(90)을 플라즈마 반응조(100)로 이동시킨 후, 방전된 플라즈마에 의해 막 표면에 형성되어 있는 케이크층을 산화시켜 막의 오염을 제거하는 것이 가능하다.

한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 특징이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.

본 발명에 따라 플라즈마를 이용한 수중 방전을 통한 슬러지 감량화 및 막오염 제어는 종래에 2차 오염물질을 발생시키거나 고에너지를 요구하는 공정과 달리 저에너지·친환경적인 처리 방법이다.

10 : 혐기조 20 : 무산소조
30 : 호기조 40 : 펌프
50 : 모터 60 : 교반기
70 : 송풍기 80 : 폭기기
90 : 침지형 분리막 100 : 플라즈마 방전조
110 : 폐슬러지 반송관 120 : 슬러지 반송관

Claims (5)

1. 혐기조, 무산소조 및 호기조를 포함하는 하폐수 고도처리 시스템에 있어서,
   상기 호기조에 연속적으로 배열된 플라즈마 방전조와,
   상기 호기조에서 배출된 슬러지를 상기 플라즈마 방전조로 이송하는 폐슬러지 반송관과,
   상기 플라즈마 방전조에서 방전 처리된 슬러지 부산물을 상기 무산소조로 이송하는 슬러지 반송관을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 방전조를 구비한 하폐수 고도처리 시스템.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 호기조는 생물반응기(MBR. Membrane Bioreactor)의 침지형 분리막을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 방전조를 구비한 하폐수 고도처리 시스템.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 호기조 및 플라즈마 방전조는 각각 그 내부에 침지형 분리막의 착탈을 가능하게하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 방전조를 구비한 하폐수 고도처리 시스템.
   
4. 제3항에 있어서, 상기 플라즈마 방전조는 상기 호기조 내부에 장착되어 있던 침지형 분리막을 그 내부에 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 방전조를 구비한 하폐수 고도처리 시스템.
   
5. 제3항에 있어서, 상기 호기조 내부에 침지형 분리막이 장착된 상태에서 상기 플라즈마 방전조를 작동시키는 슬러지 방전모드와, 상기 플라즈마 방전조 내부에 상기 침지형 분리막이 장착된 상태에서 플라즈마 방전조를 작동시키는 침지형 분리막 세정모드를 선택적으로 운영할 수 있는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 방전조를 구비한 하폐수 고도처리 시스템.
   
   
   

Images