KR20150085983A - 하수 방류수 재이용 시스템에서 배출되는 농축수 처리 시스템 및 그의 처리방법 - Google Patents

Abstract

하수 방류수 재이용 시스템에서 배출되는 농축수 처리 시스템을 개시한다. 개시된 하수 방류수 재이용 시스템에서 배출되는 농축수 처리 시스템은 전처리 유닛과 역삼투 막 모듈을 이용하여 하수 방류수를 처리하여 전처리 배출수, RO 농축수와 재 이용수를 생산하는 하수 방류수 재이용 시스템으로부터 전처리 배출수와 RO 농축수를 공급받아 외부 탄소원에 의해 탈질 처리하는 탈질조; 상기 탈질조에서 처리된 처리수를 수용하여 약품과 함께 급속 교반하는 급속교반조; 상기 급속교반조에서 처리된 처리수를 수용하여 완속 교반하여 플럭 생성을 유도하는 완속교반조; 및 상기 완속교반조에서 처리된 처리수를 수용하여 부상하는 기포를 이용하여 오염물과 생산수를 분리하는 가압부상조를 포함한다.

Description

하수 방류수 재이용 시스템에서 배출되는 농축수 처리 시스템 및 그의 처리방법{SYSTEM AND METHOD FOR CONCENTRATE DISCHARGED FROM WASTE WATER REUSE SYSTEM}

본 발명은 역삼투막(RO)를 이용한 하·폐수 처리장의 방류수 재이용 시스템으로부터 발생하는 농축수 처리방법에 관한 것이다.

우리나라는 물 부족 국가로 분류되고 있으며, 1960년대 이후 급속한 산업화와 도시화로 인구 집중 및 생활수준 향상으로 인하여 생활하수 및 산업폐수 발생량은 급격히 증가하고 있다. 그 결과 지표수 및 지하수의 오염이 심화되고, 기후변화로 인한 홍수, 가뭄, 폭염, 그리고 건조일수 증가에 의한 이용 가능한 수자원 부족 현상이 나타나고 있다.

이러한 부족 현상에 대처하기 위해 대형 댐, 저수지 축조 및 지하수 개발을 통해 수자원을 확보하는 정책을 추진하여 왔으나, 이러한 수자원 확보는 댐 건설 적지의 부족, 환경파괴, 지하수 채취에 따른 지반 침하 등과 같은 문제를 수반하여 점차 안정적인 용수원의 확보가 어려워지고 있다.

이에 최근에는 하수 방류수를 이용하는 방안이 검토되고 있다. 하수종말처리장 방류수는 연중 발생량이 일정하고, 최근 고도처리 공법의 도입으로 수질이 대체로 양호하여 안정적인 대체 수자원으로 대두되고 있다.

이러한 하수 방류수 재이용을 위해 역삼투 시스템을 이용한 공정이 주로 적용된다.

일예로 대한민국 공개특허 제10-2005-0094944호는 하수 방류수에 함유되어 있는 비용해성 이물질을 여과함과 아울러, 미생물 및 유기물을 제거하여 1차 처리수를 생산하는 전처리 유닛; 전처리 유닛에서 여과되지 않은 비용해성 이물질을 여과하여 2차 처리수를 생산하는 역세형 정밀 여과유닛; 역세형 정밀 여과 유닛을 역세하는 막 세척 유닛; 2차 처리수를 처리하여 3차 처리수와 농축수로 분리하는 역삼투 유닛; 및 농축수를 처리하는 농축수 처리 유닛;을 포함하는 하수 방류수 처리 시스템을 개시하고 있다.

이러한 RO공정을 적용하여 하폐수 방류수를 재이용을 할 경우 높은 수준의 안정적인 수질을 확보할 수 있는 장점이 있으나 RO 공정은 필연적으로 오염물질이 제거된 처리수와 오염물질의 농도가 3～5배 높아진 농축수가 발생하게 된다.

일반적으로 RO 농축수는 하수처리장 방류수 수질기준을 상회하므로 추가 처리 없이 방류하는 것은 어려운 실정이다. 다시 농축수를 하수 처리장으로 반송할 경우 하수 처리장의 부하가 증가되어 하수 처리장의 처리효율을 저하시키는 문제가 있다. 이러한 RO 농축수를 증발법을 이용해 수분을 제거한 후 고형물을 처리하는 방법이 있으나 고비용으로 적용이 거의 불가하다. 또한 RO 농축수는 난분해성 유기물과 농축된 T-N, T-P, 고농도의 염분, 독성물질들이 포함되어 있기 때문에 생물학적 처리가 어렵다. RO 농축수에 포함된 용존 유기물 분해를 위해 고도산화(AOP)를 적용할 경우 고농도 이온성 물질이 산화과정에 방해물질로 작용하여 제거효율이 저하되고, RO 농축수는 입자성 물질이 거의 없어 응집제를 넣어도 플럭 형성이 잘 이루어지지 않아 처리에 어려움이 많다.

KR 2005-0094944 A

본 발명의 실시예들은 역삼투막(RO)를 이용한 하·폐수 처리장의 방류수 재이용 시스템으로부터 발생하는 농축수를 직접 방류할 수 있는 수준으로 처리할 수 있도록 한 하수 방류수 재이용 시스템에서 배출되는 농축수 처리 시스템 및 그의 처리 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따른 하수 방류수 재이용 시스템에서 배출되는 농축수 처리 시스템은, 전처리 유닛과 역삼투 막 모듈을 이용하여 하수 방류수를 처리하여 전처리 배출수, RO 농축수와 재 이용수를 생산하는 하수 방류수 재이용 시스템으로부터 전처리 배출수와 RO 농축수를 공급받아 외부 탄소원에 의해 탈질 처리하는 탈질조; 상기 탈질조에서 처리된 처리수를 수용하여 약품과 함께 급속 교반하는 급속교반조; 상기 급속교반조에서 처리된 처리수를 수용하여 완속 교반하여 플럭 생성을 유도하는 완속교반조; 및 상기 완속교반조에서 처리된 처리수를 수용하여 부상하는 기포를 이용하여 오염물과 생산수를 분리하는 가압부상조를 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 하수 방류수 재이용 시스템에서 배출되는 농축수 처리 방법은, 탈질조, 급속교반조, 완속교반조 및 가압부상조를 포함하는 청구항 1의 하수 방류수 재이용 시스템에서 배출되는 농축수 처리 시스템을 제공하는 단계와, 하수 방류수 재이용 시스템으로부터 전처리 배출수와 RO 농축수를 탈질조로 공급하고, 상기 탈질조에서 외부 탄소원에 의해 농축수를 탈질 처리하는 단계와, 상기 탈질조에서 처리된 처리수를 급속교반조로 공급하고, 상기 급속교반조에서 수용하여 약품과 함께 급속 교반하는 단계와, 상기 급속교반조에서 처리된 처리수를 완속교반조로 공급하고, 상기 완속교반조에서 완속교반하여 플럭 생성을 유도하는 단계와, 상기 완속교반조에서 처리된 처리수를 가압부상조로 공급하고, 상기 가압부상조에 부상하는 기포를 이용하여 오염물과 생산수를 분리하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 종래 처리가 어렵고 반송하는 경우 부하가 증가되어 처리가 어려웠던 RO 농축수를 전처리 배출수가 갖는 생물학적 처리능을 이용하여 동시에 처리함으로써 직접 방류할 수 있는 수준으로 처리할 수 있기 때문에 하ㆍ폐수 처리시설 내의 난분해성 물질의 농축을 방지하여 정상적으로 운영될 수 있도록 할 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 하수 방류수 재이용 시스템을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하수 방류수 재이용 시스템에서 배출되는 농축수 처리 시스템을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하수 방류수 재이용 시스템에서 배출되는 농축수 처리 방법을 설명하기 위한 공정도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

이와 같은 도면은 본 발명의 바람직한 실시예와 기술적인 사상 또는 특징 등을 구체적이고 명확하게 설명하기 위한 참고용이므로, 실제 제품 사양과 다를 수도 있음을 미리 밝혀둔다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1은 하수 방류수 재이용 시스템을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.

도 1을 참조하면, 하수 방류수 재이용 시스템(10)은 하ㆍ폐수 처리장의 방류수를 처리하여 농업용수, 공업용수, 건천 유지 용수, 지하수 함양용수 및 간접 음용수를 생산하기 위한 것이다.

이러한 하수 방류수 재이용 시스템(10)은 하ㆍ폐수 처리장의 방류수를 저장하는 방류수 저장조(1), 전처리 유닛(2), 역삼투(RO) 막모듈(3)과 재 이용수 저장조(4)를 포함하고 있다.

이때 하ㆍ폐수 처리장의 방류수는 전처리 유닛(2)을 거치면서 조대 부유물질, 입자성 물질 등이 제거되고, 제거된 물질이 포함된 배출수(W1)가 발생되고, 전처리된 처리수는 역삼투(RO) 막모듈(3)을 통해 전처리 처리수에 포함되어 있는 이온성 물질 및 용존 유기물을 배제시키고, 그 배제된 물질을 약 4~5 배로 농축한 RO 농축수 (W2)를 배출하고, 그 이온성 물질 및 용존 유기물이 제거된 재 이용수를 배출한다.

최종 생성된 재 이용수는 농업용수, 공업용수, 건천 유지 용수, 지하수 함양용수 및 간접 음용수로 활용될 수 있다.

여기서, 상기 전처리 유닛(2)은 마이크로여과막, 한외여과막, 또는 미세여과스크린이나 드럼 스크린으로 구성될 수 있다.

이러한 하수 방류수 재이용 시스템(10)의 전처리 유닛(2), 역삼투(RO) 막모듈(3)의 구체적인 구성은 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술이므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 하수 방류수 재이용 시스템에서 배출되는 농축수 처리 시스템 (100)은 상기한 하수 방류수 재이용 시스템(10)의 역삼투(RO) 막모듈(3)에서 배출되는 RO 농축수(W2)를 방류수 수질기준을 충족하도록 처리하기 위해 전처리 유닛(2)의 배출수(W1)와 혼합하여 동시에 처리할 수 있는 구조로 이루어진다.

이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 하수 방류수 재이용 시스템에서 배출되는 농축수 처리 시스템(100)은 탈질조(20), 급속교반조(30), 완속교반조(40) 및 가압부상조(50)를 포함하고 있다.

상기 전처리 배출수(W1)에는 부유물질(Suspended Solid, SS)이 존재하고, 이러한, 부유물질(SS)는 생물학적 처리에서 발생하는 미생물 플럭으로 생물학적 제거 기능도 가지고 이다. 이에 이러한 전처리 배출수(W1)의 생물학적 제거기능을 활용하여 RO 농축수(W2)를 처리한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 탈질조(20)는 전처리 유닛(2)에서 배출되는 전처리 배출수(W1)과 역삼투 역삼투(RO) 막모듈(3)에서 배출되는 RO 농축수(W2)를 함께 수용하여 질산성 질소(NO₃-N, NO2-N)를 무산소 조건에서 유기탄소에 의해 질소기체(N₂-GAS)로 환원시켜 대기 중으로 날려보내어 질소를 제거한다. 이때 유기탄소를 외부에서 공급할 수 있으며, 이러한 외부 유기 탄소원으로는 메탄올, 소듐 아세테이트, 유기산, 포도당 등 다양한 탄소원을 이용할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 급속교반조(30)은 상기 탈질조(20)로부터 유입된 처리수를 약품과 급속교반하여 혼화하기 위한 것이다.

이때 상기 약품은 탈질조(20)로부터 유입된 처리수 중의 난분해성 유기물과 용존인을 혼화 응집하여 제거하기 위한 응집제로서, 무기 응집제, 유기 응집제, 고분자 응집제 등이 가능하다. 대표적으로, 황산알루미늄, 황산제1철, 황산제2철, 염화제2철, 염화알루미늄, 폴리황산알루미늄, 폴리황산규산알루미늄, 폴리수산화염화규산알루미늄, 폴리염화알루미늄, 암모늄명반, 알루민산나트륨, 염화구리 등이 가능하다.

이때 급속교반조(30)는 압력 Water Jet에 의한 확산 혼화, In-line 기계식 혼화 등의 형태로 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 완속교반조(40)은 상기 급속교반조(30)에서 공급되는 처리수를 체류시켜 완속 교반하여 플럭 생성을 유도하기 위한 것이다.

상기 완속교반조(40)는 상대적으로 저속교반이 이루어지며, 교반으로 플록간에 점착이 이루어져 플록의 크기를 증가시킨다.

본 발명의 실시예에서, 상기 가압부상조(50)은 상기 완속교반조(40)에서 공급되는 처리수를 오염물과 생산수로 분리하는 것으로서, 미세기포발생장치(미도시)가 구비되어 있어 용존 공기가 아주 미세한 기포로 방출되는데, 이때 부유물질은 미세한 기포가 부착되어 위로 부상하게 되므로, 이를 수집 및 제거하여 처리한다.

이와 같이 가압부상조(50)에서 생산된 생산수는 방류수 수질기준을 만족할 수 있으므로 외부로 방류가 가능하다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 하수 방류수 재이용 시스템에서 배출되는 농축수 처리 시스템(100)을 이용한 농축수 처리 방법을 도 3을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하수 방류수 재이용 시스템에서 배출되는 농축수 처리 시스템의 공정을 설명하기 위한 공정도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 우선 본 발명의 실시예에서는 하·폐수 처리장의 방류수를 처리하여 농업용수, 공업용수로 생산하여 재이용하기 위한 하수 방류수 재이용 시스템(10)에서 발생하는 전처리 배출수(W1)과 RO 농축수(W2)를 함께 유입하여 탈질조(20)에서 처리한다.

이에, 상기 탈질조(20)에서는 질산성 질소를 무산조 조건에서 유기탄소에 의해 질소기체로 환원시켜 대기 중으로 날려보내어 질소를 제거한다(S11).

그리고 나서, 본 발명의 실시예에서는 탈질조(20)를 거친 처리수를 급속교반조(30)로 공급한다. 이에 상기 급속교반조(30)에서는 난분해성 유기물과 용존인을 응집하여 제거하기 위한 약품과 처리수가 급속교반된다(S12).

이어서, 본 발명의 실시예에서는 급속교반조(30)에서 교반된 처리수를 완속교반조(40)으로 공급한다. 그러면 상기 완속교반조(40)에서는 처리수를 저속교반하여 플록간에 점착이 이루어지도록 하여 플록의 크기를 증가시키게 된다(S13).

다음으로, 본 발명의 실시예에서는 완속교반조(40)에서 교반된 처리수를 가압부상조(50)로 공급한다. 이에 상기 가압부상조(50)에서는 완속교반조(40)에서 응집된 플럭 등의 오염물과 생산수를 미세한 기포를 이용하여 부상시켜 분리하고, 생산수는 외부로 방류한다(S14).

지금까지 설명한 바와 같은 일련의 과정을 거치며 원수를 처리하는 본 발명의 실시예에 따른 하수 방류수 재이용 시스템에서 배출되는 농축수 처리 시스템(100)에 의하면, 하수 방류수 재이용 시스템에서 배출되는 RO 농축수를 전처리 배출수가 갖는 생물학적 제거능을 활용하여 함께 처리할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 종래 처리가 어렵고 반송하는 경우 부하가 증가되어 처리가 어려웠던 RO 농축수 처리와 전처리 배출수를 동시에 직접 방류할 수 있는 수준으로 처리할 수 있기 때문에 하ㆍ폐수처리시설 내의 난분해성 물질의 농축을 방지하여 정상적으로 운영될 수 있도록 하는 효과를 달성할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.

1… 방류수 저장조 2… 전처리 유닛
3… RO 막모듈 4… 재 이용수 저장조
10… 하수 방류수 재이용 시스템 20… 탈질조
30… 급속교반조 40… 완속교반조
50… 가압부상조조 100… 오존 발생기

Claims (7)

1. 전처리 유닛과 역삼투 막 모듈을 이용하여 하수 방류수를 처리하여 전처리 배출수, RO 농축수와 재 이용수를 생산하는 하수 방류수 재이용 시스템으로부터 전처리 배출수와 RO 농축수를 공급받아 외부 탄소원에 의해 탈질 처리하는 탈질조;
   상기 탈질조에서 처리된 처리수를 수용하여 약품과 함께 급속 교반하는 급속교반조;
   상기 급속교반조에서 처리된 처리수를 수용하여 완속 교반하여 플럭 생성을 유도하는 완속교반조; 및
   상기 완속교반조에서 처리된 처리수를 수용하여 부상하는 기포를 이용하여 오염물과 생산수를 분리하는 가압부상조
   를 포함하는 하수 방류수 재이용 시스템에서 배출되는 농축수 처리 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 전처리 유닛은 마이크로여과막, 한외여과막, 미세여과스크린 또는 드럼스크린으로 구성되는 것을 특징으로 하는 농축수 처리 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 외부 탄소원은 메탄올, 소듐 아세테이트, 유기산, 또는 포도당인 것을 특징으로 하는 농축수 처리 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 약품은 황산알루미늄, 황산제1철, 황산제2철, 염화제2철, 염화알루미늄, 폴리황산알루미늄, 폴리황산규산알루미늄, 폴리수산화염화규산알루미늄, 폴리염화알루미늄, 암모늄명반, 알루민산나트륨 또는 염화구리인 것을 특징으로 하는 농축수 처리 시스템.
5. 탈질조, 급속교반조, 완속교반조 및 가압부상조를 포함하는 청구항 1의 하수 방류수 재이용 시스템에서 배출되는 농축수 처리 시스템을 제공하는 단계와,
   하수 방류수 재이용 시스템으로부터 전처리 배출수와 RO 농축수를 탈질조로 공급하고, 상기 탈질조에서 외부 탄소원에 의해 농축수를 탈질 처리하는 단계와,
   상기 탈질조에서 처리된 처리수를 급속교반조로 공급하고, 상기 급속교반조에서 수용하여 약품과 함께 급속 교반하는 단계와,
   상기 급속교반조에서 처리된 처리수를 완속교반조로 공급하고, 상기 완속교반조에서 완속 교반하여 플럭 생성을 유도하는 단계와,
   상기 완속교반조에서 처리된 처리수를 가압부상조로 공급하고, 상기 가압부상조에 부상하는 기포를 이용하여 오염물과 생산수를 분리하는 단계
   를 포함하는 하수 방류수 재이용 시스템에서 배출되는 농축수 처리 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 외부 탄소원은 메탄올, 소듐 아세테이트, 유기산, 또는 포도당인 것을 특징으로 하는 농축수 처리 방법.
7. 제5항에 있어서, 상기 약품은 황산알루미늄, 황산제1철, 황산제2철, 염화제2철, 염화알루미늄, 폴리황산알루미늄, 폴리황산규산알루미늄, 폴리수산화염화규산알루미늄, 폴리염화알루미늄, 암모늄명반, 알루민산나트륨 또는 염화구리인 것을 특징으로 하는 농축수 처리 방법.

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