KR20170024654A - 분리막을 이용한 고도 수처리장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 질소, 인 제거를 위해 침지식 분리막을 이용한 고도 수처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 농축조와 안정화조를 생물반응조의 전단에 설치하고, 막분리조에서 농축조와 안정화조로 슬러지를 반송하되, 반송 슬러지에 응집제를 투입하여 농축조에서의 슬러지 농축 및 인 제거 효율을 향상시켜 농축조의 크기를 최소화하고 구조를 단순화하며, 안정화조를 통해서 생물반응조로 유입되는 반송 슬러지 내의 용존산소 농도를 최대한 저감시킨 후, 무산소조로 유입시키고, 무산소조에서 막분리조까지의 유입수와 슬러지의 흐름을 합리적으로 설계하여 용존산소의 농도를 일정하게 하고 각 반응조의 체류시간을 최대화하여 질소 및 인의 처리효율을 높이는 것을 특징으로 하는 분리막을 이용한 고도 수처리장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 질소, 인 제거를 위해 침지식 분리막을 이용하는 분리막을 이용한 고도 수처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 농축조와 안정화조를 생물반응조의 전단에 설치하고, 막분리조에서 농축조와 안정화조로 슬러지를 반송하되, 반송 슬러지에 응집제를 투입하여 농축조에서의 슬러지 농축 및 인 제거 효율을 향상시킴으로써 농축조의 크기를 최소화하고 구조를 단순화하며, 안정화조를 통해서 생물반응조로 유입되는 반송 슬러지 내의 용존산소 농도를 최대한으로 저감시킨 후 무산소조로 유입시키고, 무산소조에서 막분리조까지의 유입수와 슬러지의 흐름을 합리적으로 설계하여 용존산소의 농도를 일정하게 유지하고 각 반응조의 체류시간을 최대화하여 질소 및 인의 처리효율을 높이는 것을 특징으로 하는 분리막을 이용한 고도 수처리장치에 관한 것이다.
최근 방류수수질 강화 및 처리수 재이용에 대한 관심이 높아지면서 종래의 활성 슬러지법의 2차 처리시설에 의한 BOD 등의 유기물 제거 외에 하수 처리과정에서 질소 및 인 등 영양염류의 제거도 요구하고 있는 실정이다.
이에 따라 질소와 인의 제거 기능을 갖춘 고도처리공정으로서, A2O 공법과 연속회분식반응조(SBR) 등이 사용되고 있다.
예를 들어, 종래의 A2O 공법이 적용된 고도 수처리장치는, 스크린, 유량조정조, 인 방출이 일어나는 혐기조, 탈질 및 유기물 제거가 일어나는 무산소조, 질산화, 인 축적 및 유기물 제거가 일어나는 폭기조 및 중력에 의해 처리수와 슬러지를 고액분리하는 침전조로 구성된다. 그리고 폭기조의 질산화액은 무산소조로 내부반송되고, 반응조 내에서 적정 미생물 농도를 유지하기 위해서 침전조의 슬러지가 혐기조로 외부 반송된다. 그리고 SBR은 하나의 반응조(SBR 반응조) 내에서 오폐수의 유입과 처리수의 유출 그리고 혐기, 무산소, 호기 및 침전 등의 공정이 정해진 시간의 배열에 따라 연속적으로 일어난다.
그런데 이러한 종래의 고도 수처리장치는, 침전조에서 슬러지의 침전성이 불량해짐에 따라 처리수질이 악화된다. 또한, 침전조에서 슬러지의 침전성이 불량해지면 미생물이 처리수에 혼입되어 처리수의 수질이 떨어진다. 특히, 수온이 떨어지는 겨울철에는 침전성이 불량하여 처리수질이 불안정하기 때문에 유입부하와 수질관리에 전문적인 관리가 요구된다.
이러한 문제를 극복하고자 침전조를 대신하여 멤브레인을 활성 슬러지 포기조내에 침지시키고 질소 및 인 제거를 위한 공정을 추가한 침지형 막분리 하수 고도처리공정(MBR)이 제안되었다.
이는 생물학적 고도처리공법의 호기조에 침지형 분리막을 도입하여 침전조를 대신하여 처리수를 생산하는 것으로 침전지가 없어 침전조 부지를 절약할 수 있을 뿐 아니라 침전조의 슬러지 부상에 따른 처리수질 악화문제가 없다는 장점이 있다. 특히 막분리 고도처리공정(MBR)은 기존의 고도처리공정보다 슬러지 농도를 높게 유지하고 막을 통과하여 처리수를 생산하기 때문에 처리수의 수질이 좋고 안정적인 수질이 확보된다는 장점이 있다.
즉, 종래의 막분리 고도 수처리장치는, 첨부된 도 3에서와 같이, 유기물 및 인 처리를 위한 혐기조(10), 용존산소 저감을 위한 안정화조(20), 탈질을 위한 무산소조(30), 유기물 제거와 질산화 및 인 과잉섭취를 위한 호기조(40), 유기물 및 인 제거와 고액분리를 위한 막분리조(50)로 이루어진다. 그리고 막분리 호기조(50)의 잉여 슬러지는 반응조 내에서 적정 미생물 농도를 유지하기 위해서 상기 안정화조(20)로 외부 반송된다. 그리고 상기 무산소조(30)의 질산화액은 상기 혐기조(30)로 내부 반송된다.
그러나, 종래의 막분리 호기조(4)에서는 흡입식 침지형 분리막을 통한 고액분리시 막 표면에 오염이 형성되므로 막 오염 방지를 위하여 막 하단에 구비된 블로워(B)에 의해 과도하게 공기가 주입되게 된다. 이에 따라, 막분리 호기조(4)의 용존산소 농도가 생물학적 반응에 필요한 농도보다 높게 유지되고, 이 같은 높은 용존산소 농도의 슬러지가 반송라인(L1)을 통해 반송되어 무산소조(3)로 유입되면, 상기 무산소조(3)의 탈질과정이 저해되는 단점이 있었다.
즉, 침지형 분리막을 통한 처리수 생산과정에서 막 오염을 최소화하기 위해 공기를 많이 불어넣기 때문에 미생물에 필요한 공기량보다 많은 공기량이 공급됨으로써 이로 인해 호기조(4)내 용존산소 농도가 높게 유지될 수밖에 없는 것이다. 이에 따라, 상기 막분리 호기조(4)의 용존산소 농도가 높은 슬러지가 무산소조(3)로 그대로 반송라인(L1)을 통해 반송되면, 상기 무산소조(3)내 산소농도가 증가하고 이로 인해 질산성 질소의 탈질이 일어나지 않아 질소 제거 효율이 저하되고 혐기조에도 미 반응된 질산성 질소 농도에 의해 인을 제거하기 위해 이용되는 PAOs 미생물의 증식을 감소시켜 결과적으로 인의 제거효율도 떨어지게 된다.
또한, 종래의 MBR 공법들은 내부반송을 통해 무산소조로 혼합액을 반송 후 혐기조로 다시 반송하는 복잡한 구조를 갖추고 있는데 그 이유는 기존 MBR 공정에서는 안정화조에서 용존산소를 제대로 제거하기 못했기 때문이다.
한편, 종래에는 이러한 문제를 극복하기 위해서, 막분리 호기조(4)의 슬러지를 무산소조(3)로 반송시키기 전에, 용존산소를 저감시키는 탈기조(6) 또는 안정화조(7)를 설치하거나, 분리막조(8)와 호기조(4)를 따로 운영하는 경우가 있는데, 이러한 경우 침전조를 대신하여 침지형 분리막으로 고액 분리를 실시하는 장점이 상쇄되는 단점이 있다.
또한, 종래에는 분리막조 후단에 안정화조 또는 탈기조를 두고 30분~1시간 정도 체류하여 용존산소 농도를 저감한 후 수중펌프를 이용하여 무산호조로 반송하게 된다. 하지만, 종래와 같이 수중펌프를 이용하여 슬러지를 반송하게 되면 수중펌프의 임펠라에 의해 용존산소가 반송수에 녹아 들어가게 되어 무산소조에서 용존산소 농도가 어느 정도 존재하게 되어 효과적으로 질소가 제거되지 못한다. 또한, 수중펌프의 임펠라에 의해 슬러지가 해체된 상태로 무산소조로 유입되게 되는데 무산소조에는 미생물이 폭기조와 달리 증식속도가 느리고 반응성이 낮기 때문에 반송되는 슬러지의 상태가 양호할수록 질소제거 효율에 큰 영향을 미친다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 주된 목적은, 무산소조와 혐기조로 유입되는 반송액의 용존산소의 농도를 최대한으로 저감시켜 질소 및 인의 처리효율을 높이는 분리막을 이용한 고도 수처리장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 농축조와 안정화조를 생물반응조의 전단에 설치하고, 막분리조에서 농축조와 안정화조로 반송되는 슬러지에 응집제를 투입하여 농축조에서의 슬러지 농축 및 인 제거 효율을 향상시켜서 농축조의 크기를 최소화하고 구조를 단순하게 하는 분리막을 이용한 고도 수처리장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 무산소조에서 막분리조까지의 유입수와 슬러지의 흐름을 합리적으로 설계하여 용존산소의 농도를 일정하게 하여 각 반응조의 미생물 간의 간섭을 방지하며 각 반응조의 체류시간을 최대화하여 질소 및 인의 처리효율을 최대화한 분리막을 이용한 고도 수처리장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 내부반송이 없이 슬러지 반송을 통해 무산소조로 유입 후 혐기조로 자연유하가 될 수 있도록 무산소조 후단에 혐기조를 배열하여 공사비를 절감할 수 있으며 공정이 간단하고 유지관리도 쉬운 분리막을 이용한 고도 수처리장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 각 반응조를 적절히 배치하여 크기를 최소화하여 부지면적을 절감할 수 있는 분리막을 이용한 고도 수처리장치를 제공하는 것이다.
이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 수단으로서 본 발명에 따른 분리막을 이용한 고도 수처리장치는,
무산소조, 혐기조, 폭기조, 막분리조 및 방류조를 포함하는 막분리 고도 수처리장치에 있어서,
상기 무산소조의 선단에 구비되는 농축조 및 안정화조와;
상기 막분리조와 상기 농축조 및 안정화조 사이에 설치되어 슬러지를 반송하는 반송라인;
상기 반송라인에 설치되어 반송 슬러지에 응집제를 투여하는 응집제투여수단과;
상기 반송라인에 설치되어 반송 슬러지를 상기 농축조와 안정화조로 분할 주입하는 분할공급수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서,
상기 응집제투여수단은 상기 반송라인에 설치되는 라인믹서와 상기 라인믹서와 연결되어 응집제를 공급하는 응집제탱크로 이루어진다.
또한, 상기 농축조의 선단에 구비되는 유량조정조와;
상기 유량조정조와 상기 무산소조 및 혐기조 사이에 설치되어 원수를 분할 주입하는 원수공급라인과;
상기 원수공급라인에 설치되어 원수에 포함된 이물질을 제거하는 스크린장치와;
상기 원수공급라인에 설치되어 공급되는 원수를 상기 무산소조 및 혐기조로 분할 주입하는 분할공급수단;을 더 포함하여 이루어진다.
상기 농축조와 안정화조 사이에는 반응조의 상단에 연결통로가 형성되어 상기 농축조의 잉여 슬러지가 일정 레벨 이상이면 상기 안정화조로 유입된다.
상기 안정화조와 무산소조 사이에는 T자형 배관이 설치되어, 상기 안정화조의 하단에 있는 슬러지가 상기 T자형 배관을 따라 반응조의 상단에서 자연유하하여 상기 무산소조로 유입된다.
상기 무산소조에서 막분리조까지의 각 반응조 사이에 형성되는 연결통로는 각 반응조의 상단과 하단에 교대로 설치된다.
상기 무산소조와 혐기조 사이에는 반응조의 하단에 연결통로가 형성되어 상기 무산소조의 혼합액이 상기 혐기조로 유입되고; 상기 혐기조와 폭기조 사이에는 반응조의 상단에 연결통로가 형성되어 상기 혐기조의 혼합액이 일정 레벨 이상이면 상기 폭기조로 유입되며; 상기 폭기조와 막분리조 사이에는 반응조의 하단에 연결통로가 형성되어 상기 폭기조의 혼합액이 상기 막분리조로 유입된다.
상기 막분리조의 내부에는 분리막유니트가 침지되고; 상기 분리막유니트와 연결된 흡인펌프에 의해 상기 분리막유니트를 통과한 여과수는 상기 방류조로 배출되며; 상기 분리막유니트를 통과하지 못한 슬러지는 상기 반송라인을 통해 반송된다.
상기 분리막을 이용한 고도 수처리장치는 사각형상의 반응조를 4개의 격실로 구획하되, 제1 격실에는 농축조와 유량조정조가 배치되고; 제2 격실에는 안정화조, 무산소조 및 혐기조가 배치되며; 제3 격실에는 폭기조가 배치되고; 제4 격실에는 막분리조와 방류조가 배치된다.
상기 무산소조에서 막분리조까지 각 반응조 사이에 형성되는 연결통로는 각 반응조의 대각선 방향으로 설치된다.
본 발명의 분리막을 이용한 고도 수처리장치에 의하면, 농축조와 안정화조를 생물반응조의 전단에 설치함으로써, 농축조의 크기를 줄이고 구조를 단순하게 하며, 무산소조로 유입되는 반송 슬러지 내의 용존산소의 농도를 최대한 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 막분리조와 농축조 및 안정화조 사이에 설치되는 반송라인에 라인믹서를 설치하여 상기 농축조와 안정화조로 유입되는 반송 슬러지에 응집제를 투여함으로써, 응집효율을 높이고 응집제에 의한 분리막 오염도 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 농축조로 유입되는 반송 슬러지에 응집제를 투여함으로써, 반류수의 높은 인의 농도를 효과적으로 제거하여 반류수를 처리하기 위한 별도의 시설이 필요 없게 되므로 상기 농축조의 구조가 단순하게 되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 안정화조를 무산소조의 전단에 설치하고, 안정화조에서 최대한 용존산소를 제거한 후 무산소조로 유입되기 때문에 반송 슬러지의 용존산소 농도를 줄일 수 있고 내부반송 없이 반송 슬러지를 자연유하 방식으로 공급할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 각 반응조의 연결통로를 적절히 설계하여 각 반응조에서의 유입수와 슬러지의 흐름을 원활하게 하고 각 반응조 내에 유입수 및 슬러지의 체류시간을 극대화하며 각 반응조 간의 용존산소의 농도를 일정하게 유지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 분리막을 이용한 고도 수처리장치의 개략적인 단면 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 분리막을 이용한 고도 수처리장치의 개략적인 평면 구성도,
도 3은 종래 기술에 따른 분리막을 이용한 고도 수처리장치의 개략적인 단면 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 분리막을 이용한 고도 수처리장치의 개략적인 평면 구성도,
도 3은 종래 기술에 따른 분리막을 이용한 고도 수처리장치의 개략적인 단면 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 분리막을 이용한 고도 수처리장치의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 분리막을 이용한 고도 수처리장치를 보여주는 개략적인 단면 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 분리막을 이용한 고도 수처리장치의 개략적인 평면 구성도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 분리막을 이용한 고도 수처리장치(1)(이하 '고도 수처리장치'라 한다)는, 크게 유량조정조(2), 농축조(3), 안정화조(4), 무산소조(5), 혐기조(6), 폭기조(7), 막분리조(8) 및 방류조(9)를 포함한다.
상기 유량조정조(2)는 하폐수를 부할 주입하고, 상기 농축조(3)는 잉여 슬러지를 저장하며, 상기 안정화조(4)는 반송 슬러지 내의 용존산소 농도를 저감시킨다.
그리고 상기 무산소조(5)는 탈질작용으로 질소성분을 제거하고, 상기 혐기조(6)는 인을 방출시키고, 상기 폭기조(7)는 질산화, 인 과잉섭취 및 유기물을 제거하며, 상기 막분리조(3)는 혼합액을 슬러지와 여과수를 고액분리하고, 상기 방류조(9)는 여과수를 저장한다.
그리고 상기 막분리조(9)와 농축조(3) 또는 안정화조(4) 사이에는 반송라인(10)이 설치되어, 상기 막분리조(9)의 잉여 슬러지를 상기 농축조(3)와 안정화조(4)로 반송한다.
상기 반송라인(10)에는 분할공급수단(13)이 구비되어 상기 농축조(3)와 안정화조(4)에 일정한 비율로 분할 주입한다.
상기 반송라인(10)에는 응집제를 투여하기 위한 응집제투입장치가 구비된다. 바람직하게 상기 응집제투입장치는 상기 반송라인(10)에 설치되는 라인믹서(11)와, 상기 라인믹서(11)에 응집제를 공급하는 응집제탱크(12)로 이루어진다.
그리고 상기 유량조정조(2)와 무산소조(5) 또는 혐기조(6) 사이에는 원수를 공급하기 위한 원수공급라인(29)이 설치된다.
상기 공급라인(31)에는 협잡물을 제거하기 위한 스크린장치(14)가 설치된다.
또한, 상기 공급라인(31)에는 분할공급수단(16)이 구비되어 상기 무산소조(5) 또는 혐기조(6)에 일정한 비율로 분할 주입한다 .
그밖에, 상기 폭기조(7)와 막분리조(8)에는 도시되지 않은 산기장치가 구비된다. 또한, 상기 유량조정조(2), 무산소조(5) 및 혐기조(6)에는 도시되지 않은 교반기가 구비될 수 있다. 아울러 상기 막분리조(9)에는 분리막유니트(17)와 흡인펌프(19)가 구비된다. 또한, 상기 막분리조(9)에는 슬러지를 반송하기 위한 반송펌프(18)가 구비되고, 상기 유량조정조(2)에는 원수를 공급하기 위한 원수펌프(15)가 구비된다.
이와 같이, 발명은 농축조(3)와 안정화조(4)를 생물반응조의 전단에 설치하는 것을 특징으로 한다.
상기 농축조(3)와 안정화조(4)를 생물반응조의 전단에 설치함으로써, 농축조(3)의 크기를 줄이고 구조를 단순하게 하며, 무산소조(5)로 유입되는 반송 슬러지 내의 용존산소의 농도를 최대한으로 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 막분리조(8)와 농축조(3) 및 안정화조(4) 사이에 설치되는 반송라인(10)에 라인믹서(11)를 설치하여 상기 농축조(3)와 안정화조(4)로 유입되는 반송 슬러지에 응집제를 투여하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라 상기 농축조(3)의 농축효율을 증대시켜서 농축조(3)의 크기를 최소화할 수 있다. 기존 MBR 공법에서는, 응집제를 폭기조 또는 막분리조에 투입하게 되는데, 이러한 방법은 응집제의 효율이 떨어질 뿐만 아니라 응집제의 과잉투입에 의한 분리막의 폐색에도 영향을 줄 수 있다. 그러나 본 발명은 상기 막분리조(8)에서 반송되는 반송라인(10)에 설치된 라인믹서(11)를 통해서 반송수에 응집제를 투입함으로써 응집효율을 높이고 응집제에 의한 분리막 오염도 최소화할 수 있다.
또한, 상기 농축조(3)의 상등수를 '반류수'라 하는데 이러한 반류수에는 농축조(3)의 혐기 조건에 의해서 인의 재방출이 일어나서 유입수 대비 2~4배 이상의 높은 인을 함유하고 있다. 그래서 종래의 MBR 공법에서는 반류수의 인을 제거하기 위해 농축조(3)의 후단에 가압부상조나 응집침전장치를 설치하여 인을 제거한 후 생물반응조로 유입시키는 복잡한 구조로 이루어진다. 그러나 본 발명은 상기 농축조(3)에 응집제가 투입된 잉여 슬러지가 유입되기 때문에 반류수의 높은 인의 농도를 효과적으로 제거할 수 있다. 즉, 상기 라인믹서(11)를 통해서 유입된 응집제가 반류수의 인을 화학적으로 응집시켜 농축조(3)에서 침전시켜 제거한다.
따라서 본 발명은 상기 농축조(3)의 농축효율을 증대할 수 있어 농축조(3)의 크기를 최소화하고 슬러지 처리 비용을 줄일 수 있고, 반류수를 처리하기 위한 별도의 시설이 필요 없게 되므로 상기 농축조(3)의 구조를 단순하게 된다.
또한, 본 발명은 안정화조(4)를 생물반응조의 전단에 설치하고 상기 안정화조(4)에서 최대한 용존산소를 제거한 후 상기 무산소조(5)로 유입되기 때문에 반송 슬러지의 용존산소 농도를 줄일 수 있다. 종래 MBR 공법은 상기 분리막조(8)에서 분리막 세정을 위한 세정 공기량이 유기물 및 질산화에 필요한 공기량보다 과잉으로 공급되기 때문에 분리막조(8)에서 무산소조 또는 혐기조로 반송하는 반송수에 용존산소의 농도가 높아 무산소조(5)에서의 탈질 효율이 떨어지고 혐기조에도 미반응된 질산성 질소 농도에 의해 인을 제거하기 위해 이용되는 PAOs 미생물의 증식을 감소시켜 결과적으로 인의 제거효율도 떨어지게 된다. 그러나 본 발명은 상기 안정화조(4)를 무산소조(5)의 전단에 설치하고, 상기 안정화조(4)에서 용존산소 농도를 저감시킨 후, 상기 무산소조(5)로 자연유하 방식으로 주입함으로써 용존산소 농도를 최대한으로 저감시킬 수 있다.
또한, 기존 MBR 공법에서는 분리막조 후단에 안정화조 또는 탈기조를 두고 일정시간 체류하여 용존산소의 농도를 저감한 후 내부반송을 통해서 안정화조의 슬러지를 무산소조로 반송하는 구조로 이루어진다. 따라서 반송라인을 통해서 이동하는 동안에 용존산소가 반송수에 녹아 들어가게 되어 무산소조에서 용존산소 농도가 어느 정도 존재하게 되어 효과적으로 질소가 제거되지 못한다. 그러나 본 발명은 안정화조(4)를 무산소조(5)의 전단에 설치하여 반송 슬러지가 자연유하 방식으로 유입되도록 함으로써 용존산소의 농도를 최소화하고 구조를 단순하게 할 수 있다.
이에 따라 본 발명은 안정화조(4)의 목적인 반송수의 용존산소 농도를 최대한 저감하고 슬러지를 안정시킬 수 있으며 안정화조(4)의 용량을 최소화할 수 있다.
한편, 본 발명은 각 반응조 사이에 연결통로를 적절히 설치하여 유입수와 슬러지의 흐름을 원활하게 하고 각 반응조 내에 유입수 및 슬러지의 체류시간을 극대화하도록 한다.
이를 위해서, 도 1에서 보는 바와 같이, 상기 농축조(3)와 안정화조(4) 사이에는 반응조의 상단에 연결통로(21)가 설치된다. 따라서 상기 농축조(3) 내의 잉여 슬러지가 일정 레벨 이상이면, 상기 농축조(20의 잉여 슬러지가 상기 안정화조(4)로 유입된다.
그리고 상기 안정화조(4)와 무산소조(5) 사이에는 T자형 배관(22)이 설치된다. 상기 T자형 배관(22)은 상기 안정화조(4) 하단의 슬러지를 반응조의 상부를 통해서 상기 무산소조(5)로 배출할 수 있게 하는 것으로, 상기 안정화조(4)를 최대한 효율적으로 이용하도록 한다.
그리고 상기 무산소조(5)와 분리막조(8) 사이에 설치되는 연결통로는 반응조의 상단과 하단에 교대로 설치되어 유입수와 슬러지의 흐름을 원활하게 하고 각 반응조 내에 유입수 및 슬러지의 체류시간을 극대화하도록 한다.
또한, 각 반응조의 용존산소의 농도에 따라 각 반응조 사이에 설치되는 연결통로를 반응조의 하단과 상단에 교대로 설치함으로써 각 반응조의 용존산소의 농도가 일정하게 유지되도록 하고 반응조 간의 미생물의 간섭을 최소화하도록 한다.
즉, 용존산소의 농도가 낮은 무산소조(5)와 혐기조(6) 사이의 연결통로(23)와 용존산소의 농도가 높은 상기 폭기조(7)와 막분리조(8) 사이의 연결통로(25)는 반응조의 하단에 형성하여 각 반응조 사이에 용존산소의 이동이 가능하도록 한다.
반면에 용존산소의 농도가 낮은 혐기조(6)와 용존산소의 농도가 높은 폭기조(7) 사이의 연결통로(24)는 반응조의 상단에 설치하여 각 반응조 사이에 용존산소가 이동하지 못하도록 하여 각 반응조의 용존산소의 농도가 일정하게 유지되도록 하고 반응조 간의 미생물의 간섭을 최소화하도록 한다.
한편, 도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 막분리 고도 수처리장치(1)는 전체적으로 직사각형의 형태로 이루어지고, 유입 측에서 유출 측으로 4개의 격실이 구획되어 있다.
상기 제1의 격실에는, 농축조(3)와 유량조정조(2)가 배치된다. 상기 유량조정조(2)와 농축조(3) 사이는 하폐수나 슬러지가 이동하지 않는 구조로 이루어진다. 이어, 제2 격실에는, 안정화조(4), 무산소조(5) 및 혐기조(6)가 배치된다. 상기 혐기조(6)의 반려수는 안정화조(6)로 유입된다. 그리고 안정화조(6)의 반송 슬러지는 무산소조(5)로 유입된다. 그리고 무산소조(5)의 혼합물은 혐기조(6)로 유입된다. 이때 각 반응조 사이에 설치된 연결통로(21)(22)(23)(24)는 반응조의 대각선 방향에 설치되어 각 반응조 내에서 유입수 및 슬러지의 체류시간을 최대화할 수 있도록 한다.
그리고 제3 격실에는 폭기조(7)가 배치된다. 상기 혐기조(6)의 혼합물을 상기 폭기조(7)로 유입된다. 또한, 제4 격실에는 막분리조(8)와 방류조(9)가 배치된다. 상기 폭기조(7)의 혼합물은 상기 막분리조(8)로 유입된다. 이때 각 반응조 사이에 설치된 연결통로(25)는 반응조의 대각선 방향에 설치되어 각 반응조 내에서 유입수 및 슬러지의 체류시간을 최대화할 수 있도록 한다.
그리고 상기 막분리조(8)의 분리막유니트(17)에서 여과된 여과수는 흡인펌프(19)를 거쳐서 상기 방류조(9)로 유입된다. 또한, 상기 막분리조(8)에서 분리막유니트(17)을 통과하지 못한 슬러지는 반송라인(10)을 통해서 상기 농축조(3)와 안정화조(4)로 반송된다. 그리고 상기 유량조정조(2)의 하폐수는 상기 무산소조(5)와 혐기조(6)로 분할 주입된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 막분리 고도 수처리장치(1)는 각 반응조를 콤팩트하게 배치하여 부지면적을 최소화하고 각 반응조 내에서 유입수 및 슬러지의 흐름을 원활하하고 체류시간을 극대화하며 각 반응조의 용존산소의 농도를 일정하게 유지할 수 있도록 구성된다.
이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 막분리 고도 수처리장치의 작용에 대해서 설명한다.
먼저, 외부에서 유입되는 하폐수인 원수는 상기 유량조정조(2)로 유입된다.
상기 유량조정조(2)에 유입되는 하폐수는 레벨스위치가 일정수위를 감지하여 원수펌프(15)를 작동시킴으로써 무산소조(5)와 혐기조(6)로 하폐수를 분할공급한다. 분할공급비는 하폐수의 성상에 따라 조절할 수 있다. 즉, 상기 유량조정조(2)와 상기 무산소조(5) 및 혐기조(6) 사이에 구비된 원수공급라인(29)에 구비된 분할공급수단(16)을 통해서 상기 무산소조(5)와 혐기조(6)로 하폐수를 분할공급한다. 이때, 상기 원수공급라인(29)에 설치된 스크린장치(16)는 하폐수에 포함된 미세협잡물을 제거한다.
상기 무산소조(5)로 공급된 하폐수는 안정화조(4)에서 유입되는 반송액과 혼합된다. 상기 무산소조(3)에서는 탈질 반응에 의해 질소성분이 제거된다. 탈질 작용은, 미생물에 의해 질산성 질소가 질소가스(N2)로 환원되는 작용을 지칭한 것으로, 미생물이 산소가 부족하면 질산(NO3)에 포함되어 있는 산소를 빼내 이용하므로, 질산은 산소를 잃고, 질소가스(N2)로 환원되어 대기 중으로 방출되는 것이다.
이는 안정화조(1)에서 공급되는 미생물의 혼합액 내의 다량의 질산성질소와 유랑조정조(1)에서 공급되는 하폐수내에 함유되어 있는 소량의 질산성 질소가, 유리산소가 존재하지 않는 무산소조(5)로 유입되면서 반응조 내 탈질미생물에 의해 결합산소와 분리됨으로써 질소가스(N2)로 전환되어 대기 중으로 방출된다. 이때 탈질미생물이 활동하는데 필요한 유기탄소원은 분할 유입된 하 폐수내 유기물질과 안정화조(4)에서 유입된 미생물의 혼합액내 유기물로부터 충당하게 된다.
이어, 무산소조(5)의 혼합액은 혐기조(6)로 유입되고 상기 유량조정조(2)에서 분할 유입되는 하폐수와 혼합된다. 상기 혐기조(6)에서는 인 방출이 일어난다. 즉, 산소가 없는 조건에서 미생물은 유기물을 Polymer의 중간 형태인 PHB (Poly - Hydroxyl Butyrate)로 세포내 축적하게 되는데 이 과정에서 필요한 energy를 얻기 위하여 세포내 ATP(Adenosine di-phosphate(2인산))를 ADP(Adenosine tri-phosphate(3인산))로 전환시킨 결과로 H2PO4- 를 방출한다.
이어서, 상기 혐기조(6) 내의 혼합액이 일정 레벨 이상이면 상기 폭기조()로 유입된다. 상기 폭기조(7)에 유입된 혼합물에 함유된 암모니아성질소(NH3-N), 아질산성질소(NO2-N) 성분은, 폭기조(7) 내에 호기성 상태에서 질산화 과정을 거쳐 질산성질소(NO3-N) 성분으로 전환되고, 인 성분 물질은, 폭기조(7) 내 미생물에 의해 과량 흡수, 제거된다. 즉, 호기조건에서 인 제거 미생물은 다시 PHB를 전자공여체로 이용하여 체내에 ATP 형태로 인을 저장하게 된다.
그리고 상기 폭기조(7)의 질산화된 혼합물은 상기 막분리조(8)로 유입된다. 상기 막분리조(8)는 유입된 혼합물에 함유된 암모니아성질소(NH3-N), 아질산성질소(NO2-N) 성분은, 막분리조(8) 내에 호기성 상태에서 질산화 과정을 거쳐 질산성질소(NO3-N) 성분으로 전환되게 한다. 그리고 인 성분은 막분리조(8)에 존재하는 미생물에 의해 과잉 섭취된다.
유기오염물질과 인 성분이 과잉 섭취되면 막분리조(8) 내에는 결국 부유물질과 미생물과 같은 고형물만이 존재하게 되는데, 이는 분리막유니트(17)에 의해 처리수와 슬러지로 고액분리된다. 상기 분리막유니트(17)은 막분리조(8) 외부에 존재하는 흡인펌프(19)와 연결되어 있다.
상기 흡인펌프(19)의 가동으로 발생하는 흡입압에 의해 분리막 외부의 혼합물이 분리막 공극을 통해 분리막 내부로 유입되면서 고액분리가 발생, 결국 깨끗한 여과수가 흡인펌프(19)에 의해 상기 방류조(9)에 유출되게 된다.
그리고, 침지식 막분리 고도처리시설을 장기간 운영하는 동안 상기 막분리 조(8) 내의 MLSS 농도와 SS, 인 성분 물질이 계속적으로 증가하게 된다. 상기 막분리조(8) 내 적절한 MLSS 농도를 유지하고 SS와 인 성분 물질을 제거하기 위해서, 상기 막분리조(8)에서 막분리유니트(17)에 의해 고액분리되고 남은 슬러지는 일정 레벨 이상이 되면, 상기 반송라인(10)을 통해서 상기 농축조(3)와 안정화조(4)로 분할 유입된다.
상기 반송라인(10)에는 라인믹서(11)와 분할공급수단(13)이 설치된다. 분할공급수단(13)은 농축조(3)와 안정화조(4)로 분리 반송되는 배관에 밸브를 설치하여 반송량을 조절할 수 있도록 한다.
또한, 상기 라인믹서(11)는 상기 폭기조(7)에 미처리된 인 성분을 제거하기 위해, 인 성분을 응집시켜 제거하기 위한 응집제를 응집제탱크(12)에 저장하였다가 그 저장된 응집제를 이송 펌프에 의해 상기 라인믹서(11)에 공급한다.
상기 농축조(3)는, 상기 반송라인(10)에 설치된 라인믹서(11)에서 주입한 응집제가 포함된 잉여 슬러지가 반송되기 때문에 슬러지와 반류수에 포함된 인 성분을 효과적으로 침전시켜서 제거할 수 있다.
그리고 처리수는 상기 농축조(3)의 상단에 형성된 연결통로(21)를 통해서 상기 유량조정조(4)의 상단으로 공급된다. 안정화조(4)는 반송된 슬러지를 일정기간 체류시켜 슬러지 내의 용존산소를 제거하고 미반응된 인 성분을 응집제거한다.
상기 안정화조(4)의 반응 슬러지는 반응조 내에 설치된 T자형 배관(22)을 통해서 무산소조(5)의 상단으로 유입된다. 상기 T자형 배관(22)은 안정화조(4)의 하단의 슬러지를 무산소조(5)의 상단으로 유입되게 하여 안정화조(4)를 효율적으로 이용할 수 있게 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 막분리 고도 수처리장치(1)는, 농축조(3)와 안정화조(4)를 생물반응조의 전단에 설치하고, 상기 막분리조(8)와 농축조(3) 및 안정화조(4) 사이에 설치되는 반송라인(10)에 라인믹서(11)를 설치하여 상기 농축조(3)와 안정화조(4)로 유입되는 반송 슬러지에 응집제를 투여한다.
이에 따라, 상기 농축조(3)의 농축효율을 증대할 수 있어 농축조(3)의 크기를 최소화하고 슬러지 처리 비용을 줄일 수 있으며, 반류수를 처리하기 위한 별도의 시설이 필요 없게 되므로 상기 농축조(3)의 구조를 단순하게 된다.
또한, 본 발명은 안정화조(4)를 생물반응조의 전단에 설치하고 상기 안정화조(4)에서 최대한 용존산소를 제거한 후 상기 무산소조(5)로 유입되기 때문에 반송 슬러지의 용존산소 농도를 줄일 수 있으며, 상기 안정화조(4)에서 용존산소 농도를 저감시킨 후, 상기 무산소조(5)로 자연유하 방식으로 주입함으로써 용존산소 농도를 최대한으로 저감시킬 수 있다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
1: 막분리 고도 수처리장치 2: 유량조정조
3: 농축조 4: 안정화조
5: 무산소조 6: 혐기조
7: 폭기조 8: 막분리조
9: 방류조 10: 반송라인
11: 라인믹서 13: 분할공급수단
14: 스크린장치 15: 원수펌프
16: 분할공급수단 17: 분리막유니트
18: 흡인펌프 21,23,24,25: 연결통로
22: T자형 배관 29: 원수공급라인
3: 농축조 4: 안정화조
5: 무산소조 6: 혐기조
7: 폭기조 8: 막분리조
9: 방류조 10: 반송라인
11: 라인믹서 13: 분할공급수단
14: 스크린장치 15: 원수펌프
16: 분할공급수단 17: 분리막유니트
18: 흡인펌프 21,23,24,25: 연결통로
22: T자형 배관 29: 원수공급라인
Claims (10)
- 무산소조, 혐기조, 폭기조, 막분리조 및 방류조를 포함하는 분리막을 이용한 고도 수처리장치에 있어서,
상기 무산소조의 선단에 구비되는 농축조 및 안정화조와;
상기 막분리조와 상기 농축조 및 안정화조 사이에 설치되어 슬러지를 반송하는 반송라인;
상기 반송라인에 설치되어 반송 슬러지에 응집제를 투여하는 응집제투여수단과;
상기 반송라인에 설치되어 반송 슬러지를 상기 농축조와 안정화조로 분할 주입하는 분할공급수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 분리막을 이용한 고도 수처리장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 응집제투여수단은 상기 반송라인에 설치되는 라인믹서와 상기 라인믹서와 연결되어 응집제를 공급하는 응집제탱크로 이루어지는 것을 특징으로 하는 분리막을 이용한 고도 수처리장치.
- 제2 항에 있어서,
상기 농축조의 선단에 구비되는 유량조정조와;
상기 유량조정조와 상기 무산소조 및 혐기조 사이에 설치되어 원수를 분할 주입하는 원수공급라인과;
상기 원수공급라인에 설치되어 원수에 포함된 이물질을 제거하는 스크린장치와;
상기 원수공급라인에 설치되어 공급되는 원수를 상기 무산소조 및 혐기조로 분할 주입하는 분할공급수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 분리막을 이용한 고도 수처리장치.
- 제1 항 또는 제3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 농축조와 안정화조 사이에는 반응조의 상단에 연결통로가 형성되어 상기 농축조의 잉여 슬러지가 일정 레벨 이상이면 상기 안정화조로 유입되는 것을 특징으로 하는 분리막을 이용한 고도 수처리장치.
- 제1 항 또는 제3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 안정화조와 무산소조 사이에는 T자형 배관이 설치되어, 상기 안정화조의 하단에 있는 슬러지가 상기 T자형 배관을 따라 반응조의 상단에서 자연유하하여 상기 무산소조로 유입되는 것을 특징으로 하는 분리막을 이용한 고도 수처리장치.
- 제1 항 또는 제3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 무산소조에서 막분리조까지의 각 반응조 사이에 형성되는 연결통로는 각 반응조의 상단과 하단에 교대로 설치되는 것을 특징으로 하는 분리막을 이용한 고도 수처리장치.
- 제5 항에 있어서,
상기 무산소조와 혐기조 사이에는 반응조의 하단에 연결통로가 형성되어 상기 무산소조의 혼합액이 상기 혐기조로 유입되고;
상기 혐기조와 폭기조 사이에는 반응조의 상단에 연결통로가 형성되어 상기 혐기조의 혼합액이 일정 레벨 이상이면 상기 폭기조로 유입되며;
상기 폭기조와 막분리조 사이에는 반응조의 하단에 연결통로가 형성되어 상기 폭기조의 혼합액이 상기 막분리조로 유입되는 것을 특징으로 하는 분리막을 이용한 고도 수처리장치.
- 제1 항 또는 제3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 막분리조의 내부에는 분리막유니트가 침지되고;
상기 분리막유니트와 연결된 흡인펌프에 의해 상기 분리막유니트를 통과한 여과수는 상기 방류조로 배출되며;
상기 분리막유니트를 통과하지 못한 슬러지는 상기 반송라인을 통해 반송되는 것을 특징으로 하는 분리막을 이용한 고도 수처리장치.
- 제1 항 또는 제3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 막분리 고도 수처리장치는 사각형상의 반응조를 4개의 격실로 구획하되,
제1 격실에는 농축조와 유량조정조가 배치되고;
제2 격실에는 안정화조, 무산소조 및 혐기조가 배치되며;
제3 격실에는 폭기조가 배치되고;
제4 격실에는 막분리조와 방류조가 배치되는 것을 특징으로 하는 분리막을 이용한 고도 수처리장치.
- 제9 항에 있어서,
상기 무산소조에서 막분리조까지 각 반응조 사이에 형성되는 연결통로는 각 반응조의 대각선방향으로 설치되는 것을 특징으로 하는 분리막을 이용한 고도 수처리장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150119786A KR20170024654A (ko) | 2015-08-25 | 2015-08-25 | 분리막을 이용한 고도 수처리장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150119786A KR20170024654A (ko) | 2015-08-25 | 2015-08-25 | 분리막을 이용한 고도 수처리장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20170024654A true KR20170024654A (ko) | 2017-03-08 |
Family
ID=58403244
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020150119786A KR20170024654A (ko) | 2015-08-25 | 2015-08-25 | 분리막을 이용한 고도 수처리장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20170024654A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102681884B1 (ko) * | 2023-09-21 | 2024-07-04 | 조원준 | Mbr 방식 하폐수 고도처리 시스템 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100920176B1 (ko) | 2007-07-16 | 2009-10-06 | 대한통운 주식회사 | 침지식 막분리 고도처리 장치 |
| KR101018587B1 (ko) | 2010-11-18 | 2011-03-03 | 김성종 | 질소, 인 제거 막분리 고도처리장치 |
-
2015
- 2015-08-25 KR KR1020150119786A patent/KR20170024654A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR100920176B1 (ko) | 2007-07-16 | 2009-10-06 | 대한통운 주식회사 | 침지식 막분리 고도처리 장치 |
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