KR20140134082A - 저유량 및 저농도 유입 하수 처리를 위한 막분리공법 제어시스템 - Google Patents

저유량 및 저농도 유입 하수 처리를 위한 막분리공법 제어시스템 Download PDF

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최송휴
정동환
김태영
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씨제이대한통운 (주)
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Abstract

본 발명은 유량조정조, 무산소조, 혐기조, 막분리호기조, 탈기조를 포함하고 유량조정조→무산소조→혐기조→막분리호기조→탈기조 순서로 하폐수의 처리가 이루어지되, 상기 막분리호기조는 미생물의 호흡에 필요한 공기를 공급하는 브로아와 막분리호기조 외부에 설치되고 막분리호기조에 설치된 레벨스위치의 전기적 신호를 받고 작동되는 흡인펌프와 연결되고 무수한 공극이 형성되어 처리수는 유입되고 미생물 등의 고형물은 여과하는 분리막유니트로 이루어진 막분리공법의 제어시스템에 있어서, 일정량 이상의 하폐수가 막분리호기조로 유입될 때는 레벨스위치의 센싱에 따라 고수위 일때는 흡인펌프가 가동되고, 저수위 일때는 흡인펌프가 멈추며, 브로와를 통해서는 흡인펌프가 멈출때까지 지속적으로 공기를 공급하는 정상상태로 운용되다가, 일정량 이하의 하폐수가 막분리호기조로 유입될 때는 하폐수의 유입량에 따라 24시간을 수개의 시간단계로 구분하고 그 중 하나 이상의 특정된 시간단계에서는 설정된 타이머에 따라 브로와를 반복적으로 수분간 가동시켰다가 수분간 정지시키는 간헐폭기시간을 구비하고, 그 간헐폭기시간에는 흡인펌프를 정지시키는 것을 특징으로 하는 저유량 및 저농도 유입 하수 처리를 위한 막분리공법 제어시스템에 관한 것이다.

Description

저유량 및 저농도 유입 하수 처리를 위한 막분리공법 제어시스템{CONTROL SYSTEM OF MEMBRANE SEPARATION SYSTEM FOR LOW FLOW AND LOW CONCENTRATION}
본 발명은 하폐수를 처리할 수 있는 막분리공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 막분리호기조에 공급되는 산소량을 적절히 조절하여 증설하거나 장치의 구조 변경 없이도 처리효율을 크게 높일 수 있는 저유량 및 저농도 유입 하수 처리를 위한 막분리공법 제어시스템에 관한 것이다.
일반적으로 막분리공법은 하폐수내에 존재하는 각종 부유물질 및 유기물질과 더불어 부영화를 일으킬 수 있는 영양물질인 질소와 인을 동시에 높은 처리효율로 제거할 수 있다.
막분리공법은 유량조정조-무산소조-혐기조-막분리호기-혐기조-세정조-방류조로 이루어진다.
상기 막분리호기조 내에는 운전조건에 맞는 농도의 미생물(5000 ~ 12000㎎/ℓ)이 존재하는데 유기오염물질이 미생물의 먹이로서 소비되어 제거된다. 또한 막분리호기조에 유입된 미량의 암모니아성질소(NH3-N)와 아질산성질소(NO2-N) 성분은 막분리호기조내 호기성 상태에서 질산화 과정을 거쳐 질산성질소(NO3-N) 성분으로 전환된다.
인성분물질은 막분리호기조내에 존재하는 미생물에 의해 과잉섭취되어 하폐수로부터 제거된다. 시스템내에 과량의 인성분이 유입될 경우를 대비하여 시스템 외부에 응집제 약품탱크를 설치하여 유사시 응집제를 막분리조내에 투입하여 인성분을 응집시켜 제거할 수 있도록 하였다.
유기오염물질과 인성분물질이 제거되면 막분리호기조내에는 결국 부유물질과 미생물과 같은 고형물만이 존재하게 되는데, 이는 분리막에 의해 처리수와 고형물로 고액 분리되게 된다. 분리막은 분리막프레임장치에 결합된 상태로 고액 분리가 가능한데 분리막프레임장치는 막분리호기조 외부에 존재하는 흡인펌프와 연결되어 있다.
흡인펌프의 가동으로 발생되는 흡인압에 의해 분리막 외부의 처리수가 분리막 공극을 통해 분리막 내부로 유입되면서 고액분리가 발생되어 깨끗한 처리수만 유출되게 된다.
이와 같이, 호기성 미생물들에 의해 막분리호기조에는 지속적인 산소 공급이 필요하지만 유입량이 너무 적어지만 과폭이 됨에 따라 폭기조내 pH가 저감되고 유입부하도 낮아지게 된다. 즉 일정량 이하에서는 지속적인 산소 공급이 처리효율을 떨어 뜨리는 원인이 되기도 한다.
이밖에도 과폭은 공기방울에 의해 미생물 덩어리가 파괴될 수 있고, 미생물이 흩어져 분산되면 분리막의 차압상승이 발생할 수 있다. 게다가 공기가 과하다는 것은 산소도 과하다는 것을 의미하는데, 산소는 산화능력을 가지고 있어 미생물 세포를 산화시킬 수 있다. 가뜩이나 저유량 또는 저농도로 미생물의 농도가 충분하지 않은데 미생물의 산화는 부족한 미생물을 더 떨어 뜨릴 수 있습니다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 일정량 이하의 저유량이 유입될 때 막분리호기조로 공급되는 산소를 특정된 시간동안 간헐적으로 공급하였다가 차단하는 반복 제어 과정을 통하여 과폭을 방지함으로써 동일한 크기나 용량의 시설에서 구조 변경 없이도 처리효율을 크게 높일 수 있는 저유량 및 저농도 유입 하수 처리를 위한 막분리공법 제어시스템을 제공하고자 한다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 유량조정조, 무산소조, 혐기조, 막분리호기조, 탈기조를 포함하고 유량조정조→무산소조→혐기조→막분리호기조→탈기조 순서로 하폐수의 처리가 이루어지되, 상기 막분리호기조는 미생물의 호흡에 필요한 공기를 공급하는 브로아와 막분리호기조 외부에 설치되고 막분리호기조에 설치된 레벨스위치의 전기적 신호를 받고 작동되는 흡인펌프와 연결되고 무수한 공극이 형성되어 처리수는 유입되고 미생물 등의 고형물은 여과하는 분리막유니트로 이루어진 막분리공법 제어시스템에 있어서, 일정량 이상의 하폐수가 막분리호기조로 유입될 때는 레벨스위치의 센싱에 따라 고수위 일때는 흡인펌프가 가동되고, 저수위 일때는 흡인펌프가 멈추며, 브로와를 통해서는 흡인펌프가 멈출때까지 지속적으로 공기를 공급하는 정상상태로 운용되다가,
일정량 이하의 하폐수가 막분리호기조로 유입될 때는 하폐수의 유입량에 따라 24시간을 수개의 시간단계로 구분하고 그 중 하나 이상의 특정된 시간단계에서는 설정된 타이머에 따라 브로와를 반복적으로 수분간 가동시켰다가 수분간 정지시키는 간헐폭기시간을 구비하고, 그 간헐폭기시간에는 흡인펌프를 정지시키는 것을 특징으로 하는 저유량 및 저농도 유입 하수 처리를 위한 막분리공법 제어시스템을 제공한다.
또한, 상기 막분리호기조에 저유량 유입으로 pH가 일정 이하가 될 때는 외부에 설치된 NaOH 주입장치가 작동되어 막분리호기조에 투입되고 동시에 외부에 설치된 유기탄소원 주입장치도 작동되어 유입부하를 높여줄 수 있도록 한다.
본 발명에 따르면, 일정량 이하의 하폐수가 막분리호기조로 유입되더라도 공기를 공급하는 브로아를 조작하여 간헐적으로 공급함으로써 과폭이 방지되 동일 시설의 구조 변경 없이도 처리효율을 크게 높일 수 있고, 필요에 따라서는 간헐폭기시간에 NaOH 를 막분리호기조에 투입하고 동시에 메탄올도 투입하여 유입부하를 높여 줌으로써 과폭을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 막분리공법이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명은 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 막분리공법을 나타낸 것으로, 막분리시설에 유입된 하수,폐수 등의 원수가 침사조, 조대스크린조를 거쳐 유입되는 유량조정조(110)가 구비된다.
유량조정조로 유입된 원수는 유량조정조에서 저류되었다가 일부 유량조정조내에 설치된 원수이송펌프에 의해 드럼스크린을 거쳐 무산소조(120)로 이송된다. 원수이송펌프는 수중펌프로 그 가동 및 정치는 류량조정조내 설치된 레벨스위치에 의해 이루어진다.
유량조정조(110)에 유입된 원수내 함유되어 있는 고형물질이 가라앉아 유량조정조 내에 쌓이는 것을 방지하기 위해 유량조정조내에 수중믹서를 설치하여 원수를 교반한다.
유량조정조(110)에 유입된 원수내 함유되어 있는 고형물질이 가라앉아 유량조정조내에 쌓이는 것을 방지하기 위해 유량조정조내에 수중믹서를 설치하여 원수를 교반한다. 원수이송펌프에 의해 이송되는 원수는 드럼스크린을 거치게 되는데 이것은 원수내 함유된 머리카락이나 휴지조각 등의 미세한 협잡물을 제거할 수 있고 0.1 ~ 1㎛ 크기의 메쉬망을 장착하고 있다. 드럼스크린은 슬러지농축저류조(160) 위에 설치되어 스크린에 걸린 협잡물이 바로 슬러지농축저류조로 떨어지게 할 수 있다. 드럼스크린은 유량조정조(110)내 원수이송펌프가 작동될 때 같이 작동할 수 있도록 연동되어 있다. 드럼스크린의 메쉬망을 통과한 원수는 분배조를 거쳐 무산소조(120)와 혐기조(130)로 분할유입된다. 이 분할유입은 원수의 성상에 따라 분할비가 달라지는데 이때 원수성상에 따라 무산소조(120)로 100% 유입될 수도 있고 일정부분이 후단의 혐기조(130)로 분배될 수도 있으나 100% 혐기조(130)로 전량 유입되지는 않는다.
무산소조(120)에선 미생물에 의해 탈질화가 일어나 원수와 반응조내 기존 액체와의 혼합액내 질산성 질소를 질소가스로 전환하여 제거한다. 무산소조(120)에는 원수와 후단의 탈기조(150)로부터 반송되는 반송액이 혼입되는데 혼합액내에 존재하는 미생물 등의 고형물이 가라앉아 바닥에 쌓이지 않도록 무산소조(120)내에 수중믹서를 설치한다.
무산소조(120)내의 혼합액은 중력에 의해 후단의 혐기조(130)로 자연유하한다. 혐기조(130)에는 원수가 분할유입되는 경우 원수와 전단의 무산소조(120)로부터의 혼합액이 혼입된다. 혐기조(130)내에선 산소가 전혀 존재하지 않고 미생물의 세포로부터 인이 용출되는 현상이 일어난다. 혐기조(130)내에서도 미생물과 같은 고형물이 침전되는 것을 방지하기 위해 수중믹서를 설치한다.
혐기조(130)내 혼합액은 자연유하에 의해 다시 후단의 막분리호기조(140)로 이송된다. 막분리호기조(140)로 이송된 혼합액내 암모니아성 질소와 아질산성 질소는 미생물에 의해 질산성 질소로 질산화되고 혐기조에서 방출된 인과 원수내 인성분은 막분리호기조(140)에서 미생물이 과잉섭취함으로써 제거된다. BOD 성분인 용존유기물질은 전단의 무산소(120)와 혐기조(130)를 거치면서 일부 제거되나 제거되지 않고 막분리호기조(140)로 유입된 용존유기물은 막분리호기조(140)내에서 대부분 제거된다.
용존유기물과 질소와 인이 제거된 처리수는 막분리호기조(140)내 침지되어 있는 분리막유니트(210)를 통해 여과되어 시설 밖으로 배출된다. 분리막유니트(210)는 분리막과 분리막을 고정지지할 수 있는 분리막프레임으로 구성되어 있다. 분리막은 표면에 0.1 ~ 0.4㎛ 크기의 무수한 공극이 형성되어 있는데 이 공극을 통해 분리막 외부의 혼합액중 처리수는 유입되고 미생물 등의 고형물은 여과되게 된다. 분리막유니트(210)는 막분리호기조(140) 외부에 설치되어 있는 흡인펌프(310)와 연결되어 있는데 흡인펌프(310)가 가동하게 되면 이와 연결된 분리막 내부에 진공압이 형성되게 되고 이 진공압이 드라이빙 포스(driving force)가 되어 분리막 외부의 혼합액 중 미생물 등의 고형물을 제외한 처리수가 공극을 통해 분리막 내부로 유입되게 한다.
이때 미생물 등의 고형물이 처리수의 흐름에 따라 분리막 표면으로 같이 이동하여 공극을 막는 폐색현상이 일어날 수 있는데 이를 방지하기 위하여 미생물의 호흡에 필요한 공기를 공급하는데 이용되는 브로아(220)를 분리막유니트(210) 하단의 산기관에 연결하여 공기를 공급함으로써 산기관으로부터 배출되는 공기가 상승하면서 발생하는 공기방울의 교란작용과 수류의 형성으로 고형물이 분리막표면으로 이동하여 부착하려는 것을 방해하도록 한다. 분리막내부로 유입된 처리수는 처리수 라인을 따라 흡인펌프(310)를 거쳐 외부로 배출되게 된다.
흡인펌프(310)는 막분리호기조(140)내 설치된 레벨스위치에 의해 전기적 신호를 받고 작동하게 된다. 막분리호기조(140)내 레벨스위치는 고수위 스위치와 저수위 스위치로 구분되는데 수위가 낮아져 저수위 스위치에 도달하게 되면 저수위 스위치는 이를 감지, 전기판넬에 신호를 보내고 이는 다시 흡인펌프(310)에 전달되어 흡인펌프가 가동되게 된다. 반대로 수위가 높아져 고수위 스위치에 도달하게 되면 흡인펌프는 정지되게 된다.
외부로 배출되지 않고 막분리호기조(140) 내부에 잔류하는 혼합액은 자연유하에 의해 후단의 탈기조(150)로 이송되게 된다. 탈기조(150)내에 유입된 혼합액이 함유하고 있는 유리산소(O2)는 탈기조(150)에서 대기중으로 휘산되게 된다. 탈기조내 혼합액은 유리산소가 제거된 상태에서 질산성 질소(NO3 -)와 미생물이 함유된 채로 탈기조(150)내에 설치된 내부반송펌프에 의해 전단의 무산소조(120)로 반송되게 된다. 반송되는 과정에서 혼합액내 존재하는 머리카락과 같은 미세 협잡물을 제거하기 위해 혼합액은 드럼스크린을 거쳐 무산소조로 유입되게 된다.
장치의 장기간 운영중 발생할 수 있는 분리막의 폐색현상을 방지 또는 해소하기 위해 자동역세가 실시된다.
PLC 판넬에 역세주기를 입력하여 수 일에 1회 이상 자동역세가 실시되도록 세팅한다. 자동역세시 먼저 흡인펌프(310)와 브로아(220)가 가동되는 상태에서 흡인라인의 전동밸브가 닫히고 역세액 공급탱크 라인에 설치된 전동밸브가 열리면서 처리수가 역세액 공급탱크로 이송된다. 역세액 공급탱크내에 일정량의 처리수가 공급이 되면 이를 역세액 공급탱크내 설치된 역세액 공급탱크 교반기가 감지하여 전기신호를 PLC 판넬에 전달하고 이는 다시 흡인펌프(310)로 전달되어 흡인펌프를 중지시킨다. 이후 세정제 이송펌프가 작동하여 세정제 저장탱크내에 담겨 있던 세정제를 역세액 공급탱크로 일정시간 이송시킨다.
역세액 공급탱크내에서 처리수와 세정제를 혼합하여 만든 역세액이 역새액 공급탱크를 통해 분리막유니트(210)로 유입되어 분리막 내부로부터 공극을 거쳐 분리막 외부로 빠져 나가면서 분리막 표면에 침적된 폐색물질이 분리막 표면으로부터 탈착되면서 폐색이 해소된다. 1주일에 1회 이상 실시하는 정기적인 역세와는 별도로 처리수 라인에 설치된 차압계가 분리막의 폐색이 진행됨으로써 증가되는 차압이 미리 설정해 놓은 일정 수준의 차압 이상으로 상승할 때 이를 PLC 판넬에 전기신호를 보내어 상기 전술한 과정과 마찬가지로 역세가 일어나도록 할 수 있다.
원수농도의 변화에 대비하여 인을 완벽하게 제거하기 위해 응집제 주입탱크를 별도로 설치, 응집제를 반응조내에 투입함으로써 인을 응집, 제거할 수 있다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 고도처리용 막분리 장치의 본 발명에 따른 막분리호기조의 특징적인 제어방법의 실시예를 설명하면 다음과 같다.
1단계(200ton/24시간) - 간헐폭기시간 6회 실행 설정
정상운영시간
(24:00~02:00)		 간헐폭기시간
(02:00~04:00)		 정상운영시간
(04:00~06:00)		 간헐폭기시간
(06:00~08:00) 		정상운영시간
(08:00~10:00)		 간헐폭기시간
(10:00~12:00)
정상운영시간
(12:00~14:00)		 간헐폭기시간
(14:00~16:00)		 정상운영시간
(16:00~18:00)		 간헐폭기시간
(18:00~20:00)		 정상운영시간
(20:00~22:00)		 간헐폭기시간
(22:00~24:00)
2단계(300ton/24시간) - 간헐폭기 공정 4회 실행 설정
정상운영시간
(24:00~02:00)		 간헐폭기시간
(02:00~04:00)		 정상운영시간
(04:00~06:00)		 정상운영시간
(06:00~08:00) 		간헐폭기시간
(08:00~10:00)		 정상운영시간
(10:00~12:00)
정상운영시간
(12:00~14:00)		 간헐폭기시간
(14:00~16:00)		 정상운영시간
(16:00~18:00)		 정상운영시간
(18:00~20:00)		 간헐폭기시간
(20:00~22:00)		 정상운영시간
(22:00~24:00)
3단계(400ton/24시간) - 간헐폭기 공정 2회 실행 설정
정상운영시간
(24:00~02:00)		 간헐폭기시간
(02:00~04:00)		 정상운영시간
(04:00~06:00)		 정상운영시간
(06:00~08:00) 		정상운영시간
(08:00~10:00)		 정상운영시간
(10:00~12:00)
정상운영시간
(12:00~14:00)		 간헐폭기시간
(14:00~16:00)		 정상운영시간
(16:00~18:00)		 정상운영시간
(18:00~20:00)		 정상운영시간
(20:00~22:00)		 정상운영시간
(22:00~24:00)
표 1, 표 2, 표 3에 나타난 바와 같이, 하루에 200톤 이하의 하폐수가 유입될 때는 정상운영시간 사이 사이에 간헐폭기시간을 2시간씩 6회 실행하였고, 300톤 이하의 하폐수가 유입될 때에는 2시간씩 4회 실행하였으며, 400톤 이하의 하폐수가 유입될 때에는 2시간씩 2회 실행하였음을 알 수 있다. 이는 막분리호기조에 유입되는 하폐수의 양이 적을수록 과폭이 심해지므로 간헐폭기시간을 늘린것이다. 따라서 유입되는 하폐수의 양에 따라 간헐폭기 공정을 더 세분하여 간헐폭기시간의 횟수를 더 늘릴수도 있고 줄일수도 있으며, 1회 간헐폭기시간도 2시간 보다 더 단축하거나 더 늘릴 수 있다.
간헐폭기시간에는 브로아의 가동이 완전히 정지되는 것이 아니라, 타이머의 설정에 의해 6분간 가동되었다가 2분간 정지되거나 5분간 가동되었다가 3분간 정지되는 등 타이머의 설정에 따라 2시간 내내 가동과 정지가 반복되도록 한다.
상기와 같이 간헐폭기시간에도 막분리조내의 pH가 낮아지면 과폭을 방지하기 위해 pH메터를 통해 감지하여 외부에 설치된 NaOH 주입장치가 작동되어 투입됨으로서 pH를 적정 수준으로 높여 유입부하를 높여줄 수 있도록 하고, 동시에 외부에 설치된 메탄올, 포도당 등 유기탄소원 주입장치도 작동하여 유입부하를 높여 줄 수 있도록 한다. 여기서 막분리호기조에 유입되는 하폐수의 용량이 일정량 이하이면 과폭이 일어난다고 설명하였는데, 이는 고도처리용 막분리 장치의 설계된 처리용량에 따라 달라지므로 장치의 크기나 용량에 따라 일정량 이하의 구체적인 수치범위는 장치 사용자가 특정해야 한다.
110 : 유량조정조 120 : 무산소조
130 : 혐기조 1401 : 막분리호기조
150 : 탈기조 160 : 슬러지농축저류조
210 : 분리막유니트 220 : 브로와
310 : 흡인펌프

Claims (2)

  1. 유량조정조, 무산소조, 혐기조, 막분리호기조, 탈기조를 포함하고 유량조정조→무산소조→혐기조→막분리호기조→탈기조 순서로 하폐수의 처리가 이루어지되, 상기 막분리호기조는 미생물의 호흡에 필요한 공기를 공급하는 브로아와 막분리호기조 외부에 설치되고 막분리호기조에 설치된 레벨스위치의 전기적 신호를 받고 작동되는 흡인펌프와 연결되고 무수한 공극이 형성되어 처리수는 유입되고 미생물 등의 고형물은 여과하는 분리막유니트로 이루어진 막분리공법의 제어시스템에 있어서,
    일정량 이상의 하폐수가 막분리호기조로 유입될 때는 레벨스위치의 센싱에 따라 고수위 일때는 흡인펌프가 가동되고, 저수위 일때는 흡인펌프가 멈추며, 브로와를 통해서는 흡인펌프가 멈출때까지 지속적으로 공기를 공급하는 정상상태로 운용되다가,
    일정량 이하의 하폐수가 막분리호기조로 유입될 때는 하폐수의 유입량에 따라 24시간을 수개의 시간단계로 구분하고 그 중 하나 이상의 특정된 시간단계에서는 설정된 타이머에 따라 브로와를 반복적으로 수분간 가동시켰다가 수분간 정지시키는 간헐폭기시간을 구비하고, 그 간헐폭기시간에는 흡인펌프를 정지시키는 것을 특징으로 하는 저유량 및 저농도 유입 하수 처리를 위한 막분리공법 제어시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 막분리호기조에 저유량 유입으로 pH가 일정 이하가 될 때는 외부에 설치된 NaOH 주입장치가 작동되어 막분리호기조에 투입되고 동시에 외부에 설치된 유기탄소원 주입장치도 작동되어 유입부하를 높여줄 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 저유량 및 저농도 유입 하수 처리를 위한 막분리공법 제어시스템.
KR1020130053776A 2013-05-13 2013-05-13 저유량 및 저농도 유입 하수 처리를 위한 막분리공법 제어시스템 KR20140134082A (ko)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101993680B1 (ko) * 2018-11-24 2019-06-26 주식회사 두현이엔씨 실리카 함유 폐수의 처리장치
KR101993683B1 (ko) * 2018-09-28 2019-06-26 주식회사 두현이엔씨 실리카 함유 폐수의 처리방법
KR20200062011A (ko) * 2019-05-17 2020-06-03 주식회사 두현이엔씨 처리효율이 개선된 실리카 함유 폐수의 처리장치
KR20200062010A (ko) * 2019-05-17 2020-06-03 주식회사 두현이엔씨 질소와 인의 동시처리가 가능한 실리카 함유 폐수의 처리장치
CN111792730A (zh) * 2020-07-27 2020-10-20 浙江工业大学 一种低能耗控制厌氧膜生物反应器膜污染的方法

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