KR20160038940A

KR20160038940A - 하·폐수의 고도처리장치

Info

Publication number: KR20160038940A
Application number: KR1020140130883A
Authority: KR
Inventors: 권영호; 김정래; 권동식; 정선기
Original assignee: 주식회사 한라
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2016-04-08

Abstract

하·폐수의 고도처리장치가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 하·폐수의 고도처리장치는 외부로부터 유입된 원수를 활성슬러지공법을 이용하여 생물학적으로 처리하도록 혐기조와, 무산소조와, 호기조를 포함하는 생물학적 처리유닛; 및 상기 생물학적 처리유닛을 거친 원수를 포함하는 슬러지를 가압식 분리막을 이용하여 고액 분리시키되, 고액 분리된 농축 슬러지의 일부는 상기 생물학적 처리유닛으로 반송되고 나머지 일부는 상기 가압식 분리막을 순환하도록 마련된 고액분리유닛;을 포함하도록 구성될 수 있다.

Description

하·폐수의 고도처리장치 {advanced treatment device of wastewater}

본 발명은 하·폐수의 고도처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존의 활성슬러지공법에 가압식 분리막을 적용시켜 오염물질 처리효율 및 슬러지 감량효율 등을 향상시킴으로써 하·폐수처리비용을 줄일 수 있는 하·폐수의 고도처리장치에 관한 것이다.

일반적으로 하·폐수처리는 유기물 제거에 목적을 둔 활성슬러지공법으로 설계, 운전되고 있고, 활성슬러지공법은 BOD, SS 등 유기물은 효과적으로 제거가 가능한 반면, 질소와 인은 미생물에 필요한 영양소로만 제거되어 처리 후 상대적으로 잔량이 많게 된다. 이와 같이 질소와 인이 미처리된 상태로 방류되면, 하천 및 호소에서의 부영양화가 심화되어 상수원 오염으로 정수처리시 비용 증가 뿐만 아니라 보건상의 위해성이 증가하게 된다.

따라서 근래에는 유기물뿐만 아니라 질소와 인의 처리효율을 높이기 위한 하·폐수의 고도처리시설에 대한 필요성이 부각되고 있다.

한국공개특허공보 제10-2003-0118574호는 침지식 분리막을 이용한 하·폐수의 고도처리장치를 제시하고 있다.

그러나 호기조에 설치되는 침지식 분리막을 이용하는 고도처리장치의 경우, 기존 활성슬러지 공법에 비하여 MLSS 농도를 높일 수는 있었으나, 그 농도의 한계로 인해 아직까지도 슬러지 발생량 및 그 처리 비용이 비교적 높다는 문제점이 있었다.

또한 침지식 분리막을 이용하는 하·폐수의 고도처리장치에서는 미생물에 의한 오염으로 인한 분리막의 플럭스 효율 저하를 방지하기 위하여 공기주입장치나 역세장치를 통해 수시로 분리막을 세정하도록 되어 있어 분리막의 수명 감소 및 유지관리에 따른 어려움도 많았다.

따라서 근래에는 생물학적 반응조를 거친 원수를 포함하는 슬러지를 가압식 막 분리장치를 이용하여 고액분리되도록 함으로써, 하·폐수처리 시 발생하는 슬러지를 감량하여 하·폐수처리비용을 저감하고 있다.

한국등록특허공보 제10-1405009호

그러나 종래 가압식 또는 침지식 분리막을 이용한 하·폐수의 고도처리장치의 경우, 호기조를 통과한 원수를 포함하는 슬러지를 분리막으로 일회적으로만 통과시키도록 되어 있고, 파울링 등의 급격한 오염으로 인하여 MLSS 농도를 높이는데 한계가 있어 반응조의 체적뿐만 아니라 잉여 슬러지의 부피를 효율적으로 저감시키는데 한계점이 있어왔다.

본 발명의 실시 예는 가압식 분리막을 채용한 하·폐수의 고도처리장치에 관한 것으로, 회수율 및 반송율 조정을 통하여 슬러지를 고농도로 농축처리함으로써 반응조 체적 및 슬러지의 발생부피를 최소화시킬 수 있도록 마련된 하·폐수의 고도처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 외부로부터 유입된 원수를 활성슬러지공법을 이용하여 생물학적으로 처리하는 혐기조와, 무산소조와, 호기조를 포함하는 생물학적 처리유닛; 및 상기 생물학적 처리유닛을 거친 원수를 포함하는 슬러지를 가압식 분리막을 이용하여 고액 분리시키되, 고액 분리된 농축 슬러지의 일부는 상기 생물학적 처리유닛으로 반송되고 고액 분리된 상기 농축 슬러지의 나머지 일부는 상기 가압식 분리막을 순환하도록 마련된 고액분리유닛;을 포함하는 하·폐수의 고도처리 장치가 제공될 수 있다.

상기 고액분리유닛은 상기 가압식 분리막과, 상기 생물학적 처리유닛을 거친 원수를 포함하는 슬러지를 상기 가압식 분리막으로 안내하는 유입유로와, 처리수를 상기 가압식 분리막으로 가압하도록 마련된 제1펌프와, 상기 가압식 분리막을 통과하면서 고액 분리된 고도 처리수와 농축 슬러지 중 상기 고도 처리수를 외부로 배출시키는 배출유로와, 상기 농축 슬러지의 일부를 상기 생물학적 처리유닛으로 반송시키는 반송유로와, 상기 농축 슬러지의 나머지 일부가 상기 가압식 분리막을 순환하도록 상기 반송유로와 상기 유입유로의 중도 사이를 연결하는 순환유로를 포함하는 고액분리유닛;을 포함할 수 있다.

상기 제1펌프는 상기 유입라인 중도에 마련되고, 상기 고액분리유닛은 상기 순환유로 중도에 마련된 제2펌프를 더 포함할 수 있다.

상기 가압식 분리막은 상기 유입유로와 반송유로 사이에 상호 직렬방식으로 연결된 복수개로 마련될 수 있다.

상기 반송유로를 따라 안내되는 상기 농축 슬러지를 내생탈질 반응을 유도하도록 일시 저장하되, 상기 농축 슬러지의 일부는 상기 무산소조로 전달하고, 상기 농축 슬러지의 나머지 일부는 탈수처리를 위해 외부로 배출하도록 마련된 여과농축조를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 하·폐수의 고도처리장치는 고액분리유닛을 통해 유입된 원수를 포함하는 슬러지로부터 분리된 농축 슬러지의 일부는 생물학적 처리유닛으로 반송되고, 나머지 농축 슬러지는 가압식 분리막을 반복적으로 통과하도록 순환유로를 순환하게 된다.

따라서 상기 하·폐수 고도처리장치는 슬러지의 고농축이 가능하게 됨은 물론 처리해야 할 원수의 상태에 따라 슬러지의 농축정도를 효과적으로 조절할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하·폐수의 고도처리장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하·폐수의 고도처리장치에서 고액분리유닛의 변형 예를 나타낸 것이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에 따른 하·폐수의 고도처리장치(1)는 하·폐수의 고도처리를 위한 것으로, 외부로부터 유입된 원수를 활성슬러지공법을 이용하여 생물학적으로 처리하도록 마련된 생물학적 처리유닛(2)과, 생물학적 처리유닛(2)을 거친 원수를 포함하는 슬러지를 가압식 분리막(40)을 이용하여 고액 분리하도록 마련된 고액분리유닛(3)을 포함한다.

생물학적 처리유닛(2)을 통해 이루어지는 활성슬러지공법은 폭기에 의해 호기성 미생물과 별도의 공기주입 없이 교반으로 혐기성 및 무산소 미생물을 증식시켜 하·폐수 중의 유기물 및 질소, 인을 제거하는 것으로, 생물학적 처리유닛(2)은 혐기조(10)와, 무산소조(20)와, 호기조(30)를 포함할 수 있다.

혐기조(10)는 원수라인(100)을 통해 외부로부터 유입된 원수를 혐기성 상태에서 저류시켜 미생물로부터 수중으로 인이 방출되도록 하고, 원수중의 난분해성 유기물의 안정화 반응이 진행되도록 한다.

무산소조(20)에서는 혐기조(10)에서 유입된 원수중의 안정화된 유기물을 활용하여 호기조(30)로부터 유입되는 질산성 질소의 생물학적 탈질 반응이 진행됨에 따라 원수 내의 질소를 제거한다.

혐기조(10)와 무산소조(20)에는 내부 내용물의 교반을 위한 교반수단(11,21)이 배치될 수 있으며, 무산소조(20) 내에서 질산성 질소가 제거된 슬러지의 일부가 혐기조(10)로 방송될 수 있도록 무산소조(20)와 혐기조(10) 사이에는 제1반송유로(101)가 마련될 수 있다.

호기조(30)에서는 산소가 공급되는 호기성 상태에서 무산소조(20)로부터 유입된 원수를 포함하는 슬러지 내 유기물의 산화 반응 및 질소의 질산화 반응이 수행되며, 혐기조(10)에서 미생물로부터 조내로 방출된 과잉의 인을 미생물로 재 흡수된다.

호기조(30)에는 공기의 공급을 위한 산기관(31)이 하부에 설치될 수 있으며, 호기조(30)에서 질산화된 질산성 질소를 포함하는 원수를 포함하는 슬러지 중 일부를 무산소조(20)로 반송시킬 수 있도록 호기조(30)와 무산소조(20) 사이에는 제2반송유로(102)가 마련될 수 있다.

이와 같이 생물학적 처리유닛(2)을 거치면서 포함된 원수 중의 유기물 및 질소, 인이 제거된 슬러지는 가압식 분리막(40)을 포함하는 고액분리유닛(3)으로 공급되어 고액분리된다.

고액분리유닛은 가압식 분리막(40)과, 생물학적 처리유닛(2)을 거친 원수를 포함하는 슬러지를 가압식 분리막(40)으로 안내하는 유입유로(103)와, 이를 가압식 분리막(40)으로 가압하도록 유입유로(103) 상에 마련된 제1펌프(50)와, 가압식 분리막(40)을 통과하면서 고액 분리된 처리수를 외부로 배출시키는 배출유로(104)와, 농축 슬러지의 일부를 생물학적 처리유닛(2) 쪽으로 반송시키는 제3반송유로(105)와, 농축 슬러지의 나머지 일부가 가압식 분리막(40)을 다시 통과할 수 있게 순환하도록 제3반송유로(105)와 유입유로(103)의 중도 사이를 연결하는 순환유로(106)를 포함하도록 구성될 수 있다.

상기 고액분리유닛(3)을 구비하는 하·폐수의 고도처리장치(1)에서는 처리수가 분리된 농축 슬러지의 일부는 생물학적 처리유닛(2)으로 반송되고, 나머지 농축 슬러지가 가압식 분리막(40)을 반복적으로 통과하도록 순환유로(106)를 순환하면서 슬러지의 고농축이 가능하게 함은 물론 처리해야 할 원수의 상태에 따라 슬러지의 농축정도를 조절할 수 있게 된다.

가압식 분리막(40)은 고농축된 슬러지의 빠른 순환 속도로 인한 파손 및 부식 등의 우려가 없도록 산화알루미늄이나 산화지르코늄과 같은 세라믹재질로 마련될 수 있다.

그리고 순환유로(106)를 따라 순환하는 고농축 슬러지의 순환이 원활하게 이루어지도록 고액분리유닛(3)은 순환유로(106) 중도에 설치되는 제2펌프(60)를 더 구비하도록 마련될 수 있으며, 제1 및 제2펌프(50,60)의 구동은 제어부(70)에 의해 제어될 수 있다.

따라서 고액분리유닛(3)은 제1 및 제2펌프(50,60)의 동작을 제어함으로써, 고액분리하고자 하는 원수를 포함하는 슬러지의 유입 시간대나 처리량 별로 순환유로(106)를 순환하면서 가압식 분리막(40)을 통과하는 농축 슬러지의 순환량를 조절할 수 있게 된다.

예를 들어 제1펌프(50)와 제2펌프(60)가 동시에 구동되는 경우, 순환유로(106)를 따라 가압식 분리막(40)을 통과하는 농축 슬러지의 량이 증가되면서 슬러지의 농축도가 낮아지게 되고, 제2펌프(60)가 구동 중인 상태에서 제1펌프(50)의 구동 시간을 줄이게 되면 상대적으로 순환유로(106)를 따라 순환하는 농축 슬러지의 순환량이 저감되면서 슬러지의 농축도는 높아지게 된다.

유입유로(103)를 따라 가압식 분리막(40)으로 유입되는 원수를 포함하는 슬러지가 순환유로(106)로 유입되는 것을 억제할 수 있도록 제1펌프(50)는 순환유로(106)와 가압식 분리막(40) 사이의 유입유로(103) 상에 설치되도록 하는 것이 바람직하다.

또 전술한 고액분리유닛(3)의 구조에서는 상기 펌프(50,60)에 의해 가압된 상태로 가압식 분리막(40)을 1 ~ 3 m/s 로 순환하는 농축 슬러지에 의해 가압식 분리막(40)의 세정작업이 자체적으로 자연스럽게 이루어지게 되므로, 공기의 주입장치나 역세장치 없이도 가압식 분리막(40)이 오염되는 것을 방지할 수 있게 다.

농축 슬러지의 농축도가 정해진 기준치 이상으로 과도해지는 경우에 한해 선택적으로 가압식 분리막(40)의 세정효율을 높일 수 있도록 순환유로(106)의 중도에는 필요 시 순환유로(106)로 세정약품을 주입하기 위한 약품공급장치(80)가 연결될 수 있다.

과도하게 농축된 슬러지가 순환유로(106)를 통해 가압식 분리막(40)을 연속적으로 통과하거나 일정시간 이상으로 운전되어 가압식 분리막(40)의 내부 압력이 일정 이상으로 상승된 경우 제1펌프(50)를 정지한 상태에서 내부의 슬러지를 제3반송유로(105)를 통하여 배출한 후 약품공급장치(80)를 통하여 세정 약품이 포함된 청수를 유입함으로써 가압식 분리막(40) 표면의 오염물질을 말끔히 제거될 수 있게 된다.

본 실시 예에 따른 고액분리유닛(3)의 변형 예를 도시한 도 2 같이, 고액분리유닛(3´)은 농축 슬러지의 농축 정도를 보다 더 다양하게 조절할 수 있도록 가압식 분리막(40)을 유입유로(103)와, 제3반송유로(105) 사이에 상호 직렬방식으로 연결된 복수개로 구성할 수 있다.

본 변형 예에서는 농축 슬러지의 농도를 10000 ~ 50000 mg/L 범위 내로 조절할 수 있도록 유입유로(103)와 제3반송유로(105) 사이에 한 쌍의 가압식 분리막(40)을 직렬방식으로 연결할 수 있다.

한편, 하·폐수의 고도처리장치(1)는 전술한 생물학적 처리유닛(2) 및 고액분리유닛(3) 외에 잉여슬러지를 더욱 효과적으로 저감시키기 위한 구성으로써, 제3반송유로(105)를 따라 안내되는 농축 슬러지를 내부에 일시 저장하여 내생탈질 반응이 유도되도록 하는 여과농축조(90)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 여과농축조(90)는 장치의 공간활용도와 슬러지 전달의 용이성을 감안하여 생물학적 처리유닛(2)의 호기조(30) 상부 일측에 설치될 수 있다.

잉여슬러지의 반출에 따른 슬러지 저감효율을 높이기 위해 여과농축조(90) 내부에 일시 저장된 농축 슬러지의 일부는 무산소조로 전달되고, 여과농축조(9) 내부 농축 슬러지의 나머지 일부는 슬러지 탈수기(200)를 통해 탈수처리되도록 외부로 배출되어 별도의 별도의 농축설비 없이도 슬러지의 탈수효율을 증대시킬 수 있다. 도면에서 미설명 부호 107은 농축 여과농축조(90)의 농축 슬러지를 무산소조(20)로 공급하기 위한 슬러지 공급라인이며, 또 다른 미설명 부호 108은 여과농축조(90)의 농축 슬러지를 슬러지 탈수기(200)로 공급하기 위한 슬러지 공급라인을 가리킨다.

여과농축조(90)는 용존산소 농도를 0 ~ 0.5mg/L 이하로 안정적으로 유지할 수 있도록 내부에 농축 슬러지가 30분 내외로 저류하도록 마련될 수 있다.

이와 같이 여과농축조(90)에 일정시간 체류된 상태의 농축 슬러지는 무산소조(20)로 공급되어 미생물의 농도를 증가시킴으로써, 무산소조(20)에서의 탈질 반응의 필요 체류시간을 줄일 수 있도록 하며, 제2반송유로(102)를 통해 호기조(30)로부터 무산소조(20)로 반송되는 배출수의 반송량도 저감될 수 있다. 또 이와 같이 호기조(30)뿐만 아니라 무산소조(20)의 미생물 농도까지 높일 수 있도록 한 구조에서는 호기조(30)는 물론 무산소조(20)까지 체적을 작게 설계하더라도 원수의 원활한 처리가 가능하게 되므로, 본 실시 예에 따른 하·폐수의 고도처리장치(1)는 시공을 위한 부지면적의 최소화에도 유리한 이점을 갖게 된다.

제3반송유로(105)는 농축 슬러지를 자유연하에 의해 여과농축조(90)로 전달할 수 있도록 여과농축조(90) 상부에 끝단보다 시작단의 높이가 높게 위치하도록 마련될 수 있으며, 이때 자연유하 방식에 의해 여과농축조(90)로 전달되는 슬러지의 흐름은 제2펌프(60)의 펌핑작용에 의해 보장받을 수 있게 된다.

1: 하·폐수의 고도처리장치 2: 생물학적 처리유닛
3: 고액분리유닛 10: 혐기조
20: 무산소조 30: 호기조
40: 가압식 분리막 50: 제1펌프
60: 제2펌프 70: 제어부
80: 양품공급장치 90: 여과농축조
103: 유입유로 104: 배출유로
105: 제3반송유로 106: 순환유로

Claims

외부로부터 유입된 원수를 활성슬러지공법을 이용하여 생물학적으로 처리하도록 혐기조와, 무산소조와, 호기조를 포함하는 생물학적 처리유닛; 및
상기 생물학적 처리유닛을 거친 원수를 포함하는 슬러지를 가압식 분리막을 이용하여 고액 분리시키되, 고액 분리된 농축 슬러지의 일부는 상기 생물학적 처리유닛으로 반송되고 나머지 일부는 상기 가압식 분리막을 순환하도록 마련된 고액분리유닛;을 포함하는 하·폐수의 고도처리 장치.
제 1항에 있어서,
상기 고액분리유닛은 상기 가압식 분리막과, 상기 생물학적 처리유닛을 거친 원수를 포함하는 슬러지를 상기 가압식 분리막으로 안내하는 유입유로와, 이를 상기 가압식 분리막으로 가압하도록 마련된 제1펌프와, 상기 가압식 분리막을 통과하면서 고액 분리된 고도 처리수와 농축 슬러지 중 상기 고도 처리수를 외부로 배출시키는 배출유로와, 상기 농축 슬러지의 일부를 상기 생물학적 처리유닛으로 반송시키는 반송유로와, 상기 농축 슬러지의 나머지 일부가 상기 가압식 분리막을 순환하도록 상기 반송유로와 상기 유입유로의 중도 사이를 연결하는 순환유로를 포함하는 고액분리유닛;을 포함하는 하·폐수의 고도처리장치.
제 2항에 있어서,
상기 제1펌프는 상기 유입라인 중도에 마련되고,
상기 고액분리유닛은 상기 순환유로 중도에 마련된 제2펌프를 더 포함하는 하·폐수의 고도처리장치.
제 3항에 있어서,
상기 가압식 분리막은 상기 유입유로와 반송유로 사이에 상호 직렬방식으로 연결된 복수개로 마련된 하·폐수의 고도처리장치.
제 2항에 있어서,
상기 반송유로를 따라 안내되는 상기 농축 슬러지를 내생탈질 반응을 유도하도록 내부에 일시 저장하되, 상기 농축 슬러지의 일부는 상기 무산소조로 전달하고, 상기 농축 슬러지의 나머지 일부는 탈수처리를 위해 외부로 배출하도록 마련된 여과농축조를 더 포함하는 하·폐수의 고도처리장치.