KR20120129755A - 개별 제어가 가능한 수처리 장치 - Google Patents

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Abstract

개별제어가 가능하고 파울링을 저감할 수 있는 수처리 장치가 개시된다. 막 생물 반응기로부터 처리된 물을 흡입하는 흡입펌프가 상기 막 생물 반응기마다 대응하여 설치되고, 상기 흡입펌프의 구동을 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는 상기 막 생물 반응기의 분리막의 표면 상태에 따라 상기 흡입펌프의 구동을 개별적으로 제어하며, 상기 흡입펌프의 전단에는 차압계를 설치하여 상기 흡입펌프에 걸리는 압력을 측정하며, 상기 제어부는 상기 측정된 압력이 기준 값 이상인 경우 해당 흡입펌프의 가동을 중지하여 상기 분리막의 파손을 방지한다.

Description

개별 제어가 가능한 수처리 장치{Water Treatment Apparatus capable of controlling separately}
본 발명은 수처리 장치에 관한 것으로, 특히 분리막의 표면 상태에 따라 흡입펌프를 개별 제어하여 분리막의 파손을 방지할 수 있는 수처리 장치에 관련한다.
일반적으로 유기성 오염물질과 질소, 인을 함유한 오폐수는 수중의 용존산소를 고갈시켜 수중 생태계를 파괴하고 호수와 저수지의 물을 부영양화시켜 수자원의 이용을 저해시키는 요인으로 작용하고 있다. 따라서, 하천의 수질오염을 방지하기 위하여 오폐수 내에 함유된 오염물질 및 유기영양염류 성분이 하천 등의 수역으로 유입되기 전에 제거되어야 한다.
이를 제거하기 위한 오폐수 처리시설의 처리공법으로 경제성 면에서 우수한 생물학적 처리방법이 많이 적용되는데, 가령 활성 슬러지법이나 고도처리와 같이 미생물을 이용하여 유기물의 제거가 이루어지고 있다.
활성 슬러지법에 의하면, 폐수가 호기조(aeration tank)로 유입됨에 따라 미생물이 폐수 중의 유기물을 섭취, 분해하여 질산화를 진행하면서 성장하게 되는데, 이렇게 성장된 미생물은 응집되어 종말 침전조에서 침전되고 침전물의 일부는 활성 슬러지의 형태로 다시 호기조로 반송되고 일부 잉여 슬러지는 폐기됨으로써 호기조 내의 미생물량이 적절한 수준으로 유지되어 폐수 중의 유기물 분해와 함께 질소, 인 등의 제거가 이루어진다.
이러한 활성 슬러지법은 막 생물 반응기(Membrane Bio-Reactor)와 결합하여 미생물을 고농도로 유지하여 유기물, 질소 및 인 처리효율을 높이고, 침전지 설치에 따라 발생할 수 있는 슬러지 벌킹 및 침전효율 저하를 미연에 방지하고 있다.
일반적으로, 막 생물 반응기는 호기조 내에 다수 개 설치되거나 호기조 후단에 별도의 막 생물 반응조를 연결하여 이 막 생물 반응조에 다수의 막 생물 반응기를 설치한다. 막 생물 반응기의 침지형 분리막(membrane)은 0.01 ~ 0.2㎛의 미세공을 갖는 정밀 여과막으로 구성되는데, 침지형 분리막을 통해 유기물질 및 부유물질이 처리된다.
유기물질과 부유물질의 처리과정에서 발생하는 슬러지는 분리막의 표면에 붙어 케이크(cake) 층을 형성하여 막 오염(fouling)의 원인이 되기 때문에 산기장치(aeration unit)에서 뿜어져 나오는 강한 공기 방울로 침지형 분리막의 막 오염물질을 효율적으로 제거하여 전체적인 유기물질 함유 폐수처리를 효율적으로 진행할 수 있다.
또한, 선택적으로, 산기장치에 의해 분리막의 표면에 퇴적된 슬러지를 제거하는데에는 한계가 있기 때문에 슬러지에 의해 분리막의 미세공을 막아버리는 현상을 완벽하게 제거하기 위해서 약품이나 여과수를 이용하여 분리막 표면의 미세공을 주기적으로 역세척하고 있다.
한편, 종래의 수처리 장치에 의하면, 처리된 여과수를 배출하는 흡입펌프, 산기장치에 공기를 공급하는 블로워, 그리고 역세척을 위한 역세척 펌프가 하나씩 구비되어 있다. 흡입펌프와 역세척 펌프는 공통 배관을 거쳐 다수의 막 생물 반응기 각각에 분기관을 통하여 연결되고, 블로워는 공기공급관을 거쳐 다수의 막 생물 반응기 각각에 분기관을 통하여 연결된다.
이와 같이, 모든 막 생물 반응기가 블로워, 흡입펌프 및 역세척 펌프 각각에 공통으로 연결되어 있어 각 막 생물 반응기마다 현재 상태를 고려하여 블로워, 흡입펌프 및 역세척 펌프를 개별적으로 제어할 수 없으며, 그 결과 각 막 생물 반응기의 분리막의 표면 상태에 따른 최적의 제어를 하지 못한다는 문제점이 있다.
또한, 각 막 생물 반응기의 분리막의 표면 상태에 따른 최적의 제어를 하지 못하기 때문에, 각 막 생물 반응기마다 최적의 충분한 압력으로 세정공기가 공급되지 못하고, 최적의 여과수 흡입력이나 역세척을 위한 배출력을 제공하지 못함으로써 결과적으로 파울링이 증가하게 된다.
특히, 막 생물 반응기의 분리막 표면에 슬러지가 많이 쌓이는 경우, 막 생물 반응기로부터 처리수를 흡입하는데 있어서 흡입펌프에 큰 압력이 걸려 분리막이 손상되는데, 모든 막 생물 반응기가 하나의 흡입펌프에 연결되는 경우, 각 막 생물 반응기의 분리막 표면 상태에 따라 개별 제어할 수 없어 각 막 생물 반응기의 분리막의 표면 상태에 따라 신속하게 대응하지 못하여 분리막이 파손될 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 분리막의 표면 상태에 따라 흡입펌프의 가동을 중지하여 분리막의 파손을 방지할 수 있는 수처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 다수의 막 생물 반응기의 분리막의 표면 상태에 따른 개별적인 최적의 제어를 하여 막 생물 반응기에서의 파울링을 효율적으로 줄일 수 있는 수처리 장치를 제공하는 것이다.
상기의 목적은, 막 생물 반응기가 호기조 내에 독립적으로 구획되어 설치된 다수의 하우징 각각에 수납되고, 상기 호기조 내의 물을 상기 각 하우징에 각각 공급하는 다수의 처리수 공급펌프를 구비하며, 상기 막 생물 반응기로부터 처리된 물을 흡입하는 흡입펌프가 상기 막 생물 반응기마다 대응하여 설치되고, 상기 흡입펌프의 구동을 제어하는 제어부를 구비하여 상기 제어부는 상기 막 생물 반응기의 분리막의 표면 상태에 따라 상기 흡입펌프의 구동을 개별적으로 제어하며, 상기 흡입펌프의 전단에는 차압계를 설치하여 상기 흡입펌프에 걸리는 압력을 측정하고, 상기 제어부는 상기 측정된 압력이 기준 값 이상인 경우 해당 흡입펌프의 가동을 중지하여 상기 분리막의 파손을 방지하는 수처리 장치에 의해 달성된다.
바람직하게, 상기 흡입펌프의 전단이나 후단에는 리크 센서(leak sensor)가 설치되어 상기 흡입펌프로 유입되거나 상기 흡입펌프로부터 토출되는 처리수에 슬러지가 함유되어 있는지를 체크하고, 슬러지가 함유되어 있는 경우, 상기 제어부는 해당 흡입펌프의 가동을 중지시킨다.
바람직하게, 상기 막 생물 반응기에 세정공기를 공급하는 블로워와, 상기 막 생물 반응기의 세척을 위해 물을 가압하여 공급하는 역세척 펌프 중 적어도 어느 하나는 상기 막 생물 반응기마다 대응하여 설치되고, 상기 제어부는 상기 막 생물 반응기의 분리막의 표면 상태에 따라 상기 블로워 또는 상기 역세척 펌프의 구동을 각각 개별적으로 제어한다.
바람직하게, 상기 기준 값은 400㎜bar 이다.
상기한 구조에 의하면, 각 막 생물 반응기의 분리막의 표면 상태에 따라 흡입펌프의 가동을 개별적으로 중지하여 분리막의 파손을 방지할 수 있다.
또한, 다수의 막 생물 반응기의 분리막의 표면 상태에 따른 개별적인 최적의 제어를 할 수 있어 막 생물 반응기에서의 파울링을 효율적으로 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 수처리 장치를 보여주는 연결도이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 수처리 장치를 보여주는 연결도이다.
도 3은 도 2에 적용되는 MBR조 중의 하나를 나타낸다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다.
제 1 실시 예
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 수처리 장치를 보여주는 연결도이다.
도시한 바와 같이, 호기조(100) 내에는 다수의 막 생물 반응기(300, 302, 304, 306)(이하, MBR이라 함)가 설치된다.
도 1에는 도시의 편의를 위해 4개의 MBR(300, 302, 304, 306)이 설치된 것으로 나타내고 있으나 이에 한정되지 않는다.
각 MBR(300, 302, 304, 306)은 호기조(100)의 바닥에 고정되며, 산기유닛(320, 322, 324, 326)과 그 위에 프레임(미도시)에 고정된 분리막 유닛(310, 312, 314, 316)으로 구성된다. 이는 잘 알려진 구성이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
따라서, 흡입 분기관(220, 222, 224, 226)의 일부는 분리막 유닛(310, 312, 314, 316)의 역세척을 위한 배관으로 사용된다.
각 MBR(300, 302, 304, 306)에는 별도로 제어되는 블로워(510, 512, 514, 516), 흡입펌프(530, 532, 534, 536), 그리고 역세척 펌프(520, 522, 524, 526)가 연결된다.
이 실시 예에서는, 각 MBR(300, 302, 304, 306)마다 블로워(510, 512, 514, 516), 흡입펌프(530, 532, 534, 536), 그리고 역세척 펌프(520, 522, 524, 526)가 별도로 연결되는 것을 설명하고 있으나, 설치비용을 고려하여 다양한 변형이 가능하다. 가령, 흡입펌프(530, 532, 534, 536)와 역세척 펌프(520, 522, 524, 526)는 각 MBR(300, 302, 304, 306)마다 연결하여 설치하지만, 고가의 블로워(510, 512, 514, 516)를 1대로 구성하여 각 MBR(300, 302, 304, 306)에 공통으로 연결할 수 있다.
여기서, 블로워(510, 512, 514, 516), 흡입펌프(530, 532, 534, 536), 및 역세척 펌프(520, 522, 524, 526)는 호기조(100)에 인접하여 설치될 수 있다. 가령, 호기조(100)의 상부 가장자리에 콘크리트 구조물과 같은 인공 구조물을 만들고 그 위에 설치할 수 있다.
각 블로워(510, 512, 514, 516)는 세정공기 공급관(210, 212, 214, 216)을 통하여 MBR(300, 302, 304, 306)의 산기유닛(320, 322, 324, 326)에 연결되고, MBR(300, 302, 304, 306)의 분리막 유닛(310, 312, 314, 316)은 흡입 분기관(220, 222, 224, 226)을 통하여 흡입펌프(530, 532, 534, 536)와 역세척 펌프(520, 522, 524, 526)에 병렬로 연결된다.
흡입펌프(530, 532, 534, 536)의 후단에는 공통의 여과수 배출관(230)이 연결되어 각 MBR(300, 302, 304, 306)에서 처리된 물이 여과수 배출관(230)을 통하여 처리수조(700)로 배출된다. 또한, 역세척 펌프(520, 522, 524, 526)는 약품조(600)와 연결된 케미컬 펌프(540)에 공통으로 연결된다.
한편, 블로워(510, 512, 514, 516), 흡입펌프(530, 532, 534, 536), 그리고 역세척 펌프(520, 522, 524, 526)는 각각 제어라인(11, 12, 13)을 통하여 제어부(10)에 의해 구동이 제어된다. 여기서, 제어부(10)는 수처리 장치를 구성하는 각 구성부품의 동작을 정의한 프로그램이 기록된 마이크로프로세서일 수 있다.
도 1을 참조하면, 바람직하게, 각 흡입 분기관(220, 222, 224, 226)에는 차압계(220a, 222a, 224a, 226a)가 설치된다. 분리막 유닛(310, 312, 314, 316)의 분리막 표면에 슬러지가 많이 쌓이는 경우, 분리막 유닛(310, 312, 314, 316)으로부터 처리수를 흡입하는데 있어서 각 흡입펌프(530, 532, 534, 536)에 큰 압력이 걸려 분리막이 손상될 수 있다. 따라서, 흡입 분기관(220, 222, 224, 226)에 차압계(220a, 222a, 224a, 226a)를 설치하여 각 흡입펌프(530, 532, 534, 536)에 걸리는 압력을 측정하여 기준 값, 가령 400㎜bar 이상인 경우에는 해당 흡입펌프(530, 532, 534, 536)의 가동을 중지할 수 있다.
그 결과, 각 MBR(300, 302, 304, 306)의 분리막 유닛(310, 312, 314, 316)의 분리막의 표면 상태에 따라 각 흡입펌프(530, 532, 534, 536)를 개별적으로 제어함으로써 각 MBR(300, 302, 304, 306)의 분리막 유닛(310, 312, 314, 316)의 분리막의 파손을 개별적으로 신속하게 방지할 수 있다.
특히, MBR(300, 302, 304, 306)이 호기조(100) 내에 독립적으로 구획되어 설치된 다수의 하우징(도 2의 200, 202, 204, 206) 각각에 수납되는 경우에는 각 MBR(300, 302, 304, 306)의 분리막 유닛(310, 312, 314, 316)의 분리막의 표면 상태를 개별적으로 정확히 반영할 수 있어 분리막의 파손 방지를 개별적으로 정확하고 신속하게 수행할 수 있다.
또한, 바람직하게, 흡입펌프(530, 532, 534, 536)의 전단이나 후단(도 1에는 후단에 설치된 것을 예로 들고 있다)에 리크 센서(leak sensor, 530a, 532a, 534a, 536a)가 설치될 수 있다. 리크 센서(530a, 532a, 534a, 536a)는 흡입펌프(530, 532, 534, 536)로부터 토출되는 처리수에 슬러지가 함유되어 있는지를 감지하는데, 함유된 것으로 감지된 경우 분리막 유닛(310, 312, 314, 316)의 분리막이 파손된 것으로 판정하여 해당 흡입펌프(530, 532, 534, 536)의 가동이 중지된다.
도 1과 같이, 차압계(220a, 222a, 224a, 226a)에서 측정된 압력 값과 리크 센서(530a, 532a, 534a, 536a)의 감지신호는 각각 제어라인(14, 15)을 통하여 제어부(10)에 전달되고, 제어부(10)는 이에 기초하여 흡입펌프(530, 532, 534, 536)와 역세척펌프(520, 522, 524, 526)의 구동을 제어한다.
상기의 본 발명의 제 1 실시 예에 의한 수처리 장치에 의하면, 각 MBR(300, 302, 304, 306)에 대응하여 독립적으로 설치된 블로워(510, 512, 514, 516), 흡입펌프(530, 532, 534, 536), 또는 역세척 펌프(520, 522, 524, 526)를 개별적으로 제어할 수 있기 때문에 각 MBR(300, 302, 304, 306)의 분리막 표면의 상태에 따른 최적의 제어를 할 수 있다.
또한, 각 MBR(300, 302, 304, 306)에 대응하여 블로워(510, 512, 514, 516)가 개별적으로 설치되어 각 MBR(300, 302, 304, 306)에 충분한 압력으로 세정공기를 제공함으로써 MBR(300, 302, 304, 306)의 분리막 표면에 붙어 케이크 층을 형성하는 슬러지를 효율적으로 제거할 수 있다.
또한, 각 MBR(300, 302, 304, 306)에 대응하여 흡입펌프(530, 532, 534, 536)가 개별적으로 설치되어 각 MBR(300, 302, 304, 306)로부터 충분한 흡입력으로 물을 끌어당길 수 있어 MBR(300, 302, 304, 306)의 분리막 표면의 미세공에 슬러지가 쌓이지 않게 할 수 있다.
특히, 역세척 펌프(520, 522, 524, 526)도 각 MBR(300, 302, 304, 306)에 대응하여 개별적으로 설치됨으로써 여과수의 충분한 배출력을 제공하여 MBR(300, 302, 304, 306)의 분리막 표면의 미세공을 막고 있는 슬러지를 효과적으로 제거할 수 있다.
이와 같이, 블로워, 흡입펌프, 또는 역세척 펌프를 각 MBR(300, 302, 304, 306)에 대응하여 개별적으로 설치함으로써 파울링을 획기적으로 줄일 수 있다.
제 2 실시 예
도 2는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 수처리 장치를 보여주는 연결도이고, 도 3은 도 2에 적용되는 MBR조 중의 하나를 나타낸다.
제 1 실시 예와 비교하여 호기조(100) 내부에 상부가 개구된 밀폐형 하우징(200, 202, 204, 206)이 배치되고, 각 하우징(200, 202, 204, 206)에 MBR(300, 302, 304, 306)이 수납된다.
하우징(200, 202, 204, 206)은 밀폐형을 이루어 호기조(100)와 분리되는데, 하우징(200, 202, 204, 206)의 수면이 호기조(100)의 수면보다 높게 유지되어 오버플로 출구(130, 132, 134, 136)를 통한 자연적인 순환이 이루어지도록 한다.
각 하우징(200, 202, 204, 206)의 수면 위치와 바닥 위치에 대응하여 측벽에 각각 오버플로 출구(130, 132, 134, 136)와 드레인 출구(240, 242, 244, 246)가 형성된다.
드레인 출구(240, 242, 244, 246)에는 분기관이 연결되고, 분기관은 배수펌프(550, 552, 554, 556)와 연결되며, 배수펌프(550, 552, 554, 556)의 후단은 배수관(250)에 공통으로 연결된다.
또한, 처리수 공급펌프(560, 562, 564, 566)는 호기조(100) 내부의 물을 각 하우징(200, 202, 204, 206) 내부에 공급하며, 넘치는 물은 상기한 바와 같이 오버플로 출구(130, 132, 134, 136)를 통하여 다시 호기조(100)로 환류된다.
바람직하게, 각 하우징(200, 202, 204, 206) 내부에 분리막 유닛(310, 312, 314, 316)의 각 분리막의 표면과 물리적으로 접촉하는 MCP(Mechanical Cleaning Process)용 세척 볼(ball) 또는 유동성 담체(50)를 넣을 수 있어 파울링을 더욱 줄일 수 있다.
도 3에 화살표로 나타낸 것처럼, 산기유닛(320)으로부터 공기가 상승하면 MCP용 세척 볼 또는 유동성 담체(50)가 공기방울에 휩쓸려 산기유닛(320)의 하부로 끌려 들어간 후, 공기방울과 함께 분리막 유닛(310) 내부로 상승하여 MBR(300) 외측으로 크게 대류하면서 하강한다.
또한, 각 하우징(200, 202, 204, 206)별로 약품 세정을 효율적으로 수행할 수 있다. 즉, 역세척 펌프(520, 522, 524, 526)를 이용하여 원하는 하우징에 약품을 주입하여 약품 세척을 한 다음, 배수펌프(550, 552, 554, 556)를 이용하여 약품 세척된 물을 배수한다.
더욱이, 처리수 공급펌프(560, 562, 564, 566)와 오버플로 출구(130, 132, 134, 136)를 이용하여 각 하우징(200, 202, 204, 206) 내부의 물의 순환을 원활하게 할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 중심으로 설명했지만 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 상기의 실시 예에 한정되어 해석되어서는 안 되며 이하에 기재된 특허청구범위에 의해 해석되어야 한다.
100: 호기조
130, 132, 134, 136: 오버플로 출구
200, 202, 204, 206: 하우징
210, 212, 214, 216: 세정공기 공급관
220, 222, 224, 226: 흡입 분기관
220a, 222a, 224a, 226a: 차압계
240, 242, 244, 246: 드레인 출구
300, 302, 304, 306: MBR
310, 312, 314, 316: 분리막 유닛
320, 322, 324, 326: 산기유닛
510, 512, 514, 516: 블로워
520, 522, 524, 526: 역세척 펌프
530, 532, 534, 536: 흡입펌프
530a, 532a, 534a, 536a: 리크 센서
540: 케미컬 펌프
600: 약품조
700: 처리수조

Claims (4)

  1. 막 생물 반응기가 호기조 내에 독립적으로 구획되어 설치된 다수의 하우징 각각에 수납되고, 상기 호기조 내의 물을 상기 각 하우징에 각각 공급하는 다수의 처리수 공급펌프를 구비하며,
    상기 막 생물 반응기로부터 처리된 물을 흡입하는 흡입펌프가 상기 막 생물 반응기마다 대응하여 설치되고, 상기 흡입펌프의 구동을 제어하는 제어부를 구비하여 상기 제어부는 상기 막 생물 반응기의 분리막의 표면 상태에 따라 상기 흡입펌프의 구동을 개별적으로 제어하며,
    상기 흡입펌프의 전단에는 차압계를 설치하여 상기 흡입펌프에 걸리는 압력을 측정하고,
    상기 제어부는 상기 측정된 압력이 기준 값 이상인 경우 해당 흡입펌프의 가동을 중지하여 상기 분리막의 파손을 방지하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 흡입펌프의 전단이나 후단에는 리크 센서(leak sensor)가 설치되어 상기 흡입펌프로 유입되거나 상기 흡입펌프로부터 토출되는 처리수에 슬러지가 함유되어 있는지를 체크하고,
    슬러지가 함유되어 있는 경우, 상기 제어부는 해당 흡입펌프의 가동을 중지시키는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 막 생물 반응기에 세정공기를 공급하는 블로워와, 상기 막 생물 반응기의 세척을 위해 물을 가압하여 공급하는 역세척 펌프 중 적어도 어느 하나는 상기 막 생물 반응기마다 대응하여 설치되고,
    상기 제어부는 상기 막 생물 반응기의 분리막의 표면 상태에 따라 상기 블로워 또는 상기 역세척 펌프의 구동을 각각 개별적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 기준 값은 400㎜bar 인 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
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