KR20180119951A

KR20180119951A - 하수 처리용 컴팩트형 포기조 및 이를 포함하는 하수 처리 시스템

Info

Publication number: KR20180119951A
Application number: KR1020170053720A
Authority: KR
Inventors: 진양오; 조환철; 김성주
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2017-04-26
Filing date: 2017-04-26
Publication date: 2018-11-05

Abstract

본 발명은 하수 처리용 컴팩트형 포기조 및 이를 포함하는 하수 처리 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 하수를 수용하는 수용 공간과, 상기 수용 공간에 하수를 공급하는 유입구와, 상기 수용 공간에 수용된 하수를 외부로 배출하는 배출구를 포함하며, 상기 하수 내에 포함된 유기물이 응집되는 유기물 응집 본체; 및 상기 유기물 응집 본체의 배출구를 통하여 배출된 하수로부터 고액을 분리하는 마이크로 필터를 포함하는, 컴팩트형 포기조에 관한 것이다.
본 발명에서 제공하는 하수 처리용 컴팩트형 포기조는 유기물 응집 본체 내에서 하수 내에 포함된 다량의 유기물을 응집시킨 뒤 마이크로 필터를 이용하여 높은 효율로 고액 분리를 수행함으로써 처리 시간은 단축시키고 슬러지 배출량은 현저히 감소시켜 후속되는 탈수 공정을 생략할 수 있다.

Description

하수 처리용 컴팩트형 포기조 및 이를 포함하는 하수 처리 시스템{Compact type aeration tank for sewage treatment and sewage treatment system comprising the same}

본 발명은 하수 처리용 컴팩트형 포기조 및 이를 포함하는 하수 처리 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 하수, 음식 폐기물 또는 축산 폐기물을 처리함에 있어 사용되는 것으로 구조가 단순하지만 처리 효율은 뛰어난 포기조와 이를 포함하는 하수 처리 시스템에 관한 것이다.

종래의 일반적인 하수처리시설은 표준활성슬러지 공법이나 상기 공법의 추가 또는 변형된 공법을 주로 사용하고 외국에서는 A₂/O 공정, UCT 공정, VIP 공정 등을 사용하며, 상기의 외국에서 사용되는 공정은 국내의 합류식 하수배제 방식에 적용되지 못하고 있는 실정이며, 상기의 A₂/O 공정은 생물학적 처리공정으로 A/O공법을 개량하여 질소 및 인을 제거하기 위한 공법으로 반응조는 혐기성조(Anaerobic Tank), 무산소조(Anoxic Tank), 호기성조(Aerobic Tank)로 구성되며 질산성 질소를 제거하기 위한 내부 반송(Nitrifer Recycle)과 침전지 슬러지 반송으로 구성되고 혐기성조에서는 혐기성조건에서 인을 방출시켜 호기성조에서 미생물이 과잉 섭취할 수 있도록 하며, 무산소조는 호기성조의 내부반송수의 질산염(nitrate)를 탈질시킴으로 질소와 인을 제거한다.

상기의 A₂/O 공정을 통하여 하수의 질소 및 인 제거를 실시하여 하수 내 영양 염류를 줄이지만 하수 내 질소와 인 제거에만 중점을 두고 있고, 최근 문제가 되고 있는 하수 내 인체에 유해한 박테리아와 미생물 제거가 되지 못한다는 문제점이 있다.

상기의 하수처리장은 거의 대부분이 미생물에 의해 오염물이 분해되는 방식을 이용한 생물학적 처리방법으로 운영되고 있다. 생물학적 처리방법은 오랫동안 그 성능이 입증되었고 가장 효과적이고 안전한 방법이지만 잉여 슬러지가 발생하는 것이 문제이다.

잉여 슬러지는 대부분 미생물 덩어리로 유기물이기 때문에 부패하기 쉬워 처리가 문제이다. 지금까지 주로 해양 투기에 의존해 왔고 일부는 매립 또는 소각되고 있었다. 잉여 슬러지의 발생량은 2012년 기준 하루 10,000톤 이상, 연간 365만톤 이상의 슬러지가 발생하고 있으며 앞으로 지속적으로 증가할 것이다.

이러한 잉여 슬러지의 처리에 대해, 2012년부터 해양투기가 금지되어 폐기물 자원화, 에너지화 및 감량화 등 유기성 폐기물의 신재생 에너지화 촉진 정책이 추진되고 있으며 특히 혐기성 소화조를 통한 슬러지 처리를 실시함에 있어서 처리효율을 높이기 위해 가용화 전처리 과정을 실시하고 있으며 상기 전처리 기술로는 고온 호기성 미생물을 이용하는 생물학적 방법, 초음파와 수리동력학적 캐비테이션과 열 가수분해 및 볼밀 파쇄장치를 이용하는 물리적 방법, 오존 처리와 알칼리 약품처리를 이용하는 화학적 방법, 상기의 처리방법을 복수 개 병합하여 처리하는 복합처리 방법, 전기분해를 이용한 전기적 방법을 사용하고 있으나 비용이 고가이거나 감량 효율이 떨어져 실용화에 어려움을 겪는 문제점이 있다.

상기의 혐기성 소화조의 소화 효율 증대를 위한 슬러지 가용화 방법으로 한국등록특허 제10-135458호는 폐수처리과정에서 발생하는 잉여 슬러지를 알칼리 촉매와 메탄올을 처리하여 슬러지 내 생분해 가능한 미생물의 세포막을 연화 또는 파괴시켜 소화조의 혐기성 미생물에 의한 혐기성 소화 효율을 향상시키는 것으로 상기의 운영관리의 어려움과 관리비용이 문제가 되고 있다.

본 발명의 일 목적은 하수 처리용 포기조로서, 구조가 간단하여 부지 면적을 최소화할 수 있으면서도 유기물 응집 후 고액 분리 효율이 우수하여 슬러지 발생량 및 처리 시간을 절감시키는 컴팩트형 포기조를 제공하고자 한다.

본 발명의 다른 목적은 본 발명에서 제공하는 포기조를 포함하여 간단한 구조를 통해 부지 면적은 최소화하면서 부산물의 발생량과 처리 시간을 절감할 수 있는 하수 처리 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.

또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 가정된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

본 발명의 일 구현 예에 따르면, 하수를 수용하는 수용 공간과, 상기 수용 공간에 하수를 공급하는 유입구와, 상기 수용 공간에 수용된 하수를 외부로 배출하는 배출구를 포함하며, 상기 하수 내에 포함된 유기물이 응집되는 유기물 응집 본체; 및

상기 유기물 응집 본체의 배출구를 통하여 배출된 하수로부터 고액을 분리하는 마이크로 필터를 포함하는, 컴팩트형 포기조에 관한 것이다.

본 발명에서 상기 마이크로 필터는 마이크로 시브(microseive)일 수 있다.

본 발명에서 상기 마이크로 필터는 폴리에틸렌(polyethylene) 재질일 수 있다.

본 발명에서 상기 마이크로 필터의 기공 사이즈는 150 내지 800㎛일 수 있다.

본 발명에서 상기 마이크로 필터는 회전 벨트형으로 구비될 수 있다.

본 발명에서 상기 유기물 응집 본체에는 하수 내 유기물을 응집하는 응집제를 공급하는 응집제 저장조를 더 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 응집제는 AOA(Ammonia Oxidizing Archaea), AOB(Ammonia Oxidizing Bateria) 및 NOB(Nitrite Oxidizing Bacteria)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 유기물 응집 본체의 내부에 구비되어 상기 하수와 상기 응집제를 혼화시켜 상기 하수 내에 포함된 유기물을 플럭(floc)으로 성장시키는 1개 이상의 교반기를 더 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 유기물 응집 본체의 내부에 구비되어 하수에 공기를 주입해 상기 본체 내부에 하수를 순환시키는 공기 주입 장치를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 구현 예에 따르면, 하수 내에 포함된 유기물을 응집시키는 본 발명에 따른 컴팩트형 포기조; 상기 포기조에서 응집된 플럭을 잉여 슬러지로 침전시키는 침전조; 상기 침전조에서 발생된 잉여 슬러지를 혐기성 소화시키는 혐기성 소화조; 및 혐기성 암모늄-산화 박테리아(Anammox)를 이용하여 상기 혐기성 소화조에서 발생된 암모늄 함유 폐수를 혐기성 소화시킨 뒤 상기 박테리아만을 분리하는 연속 회분식 반응조를 포함하는 하수 처리 시스템에 관한 것이다.

본 발명에서 상기 포기조 전단에 하수를 고액 분리하는 1차 침전조를 더 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 1차 침전조에서 발생된 생슬러지를 혐기성 소화조로 공급하는 생슬러지 공급 배관을 더 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 혐기성 소화조에서 발생된 바이오 가스를 포집하는 바이오 가스 포집기를 더 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 연속 회분식 반응조는 탈리액이 수용되는 처리조 및 혐기성 암모늄-산화 박테리아(Anammox)가 내부에 담지되며 탈리액의 혐기성 소화 반응이 수행되는 분리막 모듈을 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 연속 회분식 반응조는 상기 처리조 내에 배치되어 상기 분리막 모듈이 장착되는 막지지프레임 및 상기 막지지프레임과 연결되고 상기 막지지프레임을 왕복시키는 왕복수단을 더 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 막지지프레임의 하단에는 상기 처리조에 축적되는 이물질을 부양시키는 이물질 부양부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 분리막 모듈은 다수의 기공을 포함하며, 상기 기공의 직경은 50 내지 150㎛일 수 있다.

본 발명에서 상기 혐기성 암모늄-산화 박테리아는 플랑크토마이세테스(Planctomycetes)일 수 있다.

본 발명에서 제공하는 하수 처리용 컴팩트형 포기조는 유기물 응집 본체 내에서 하수 내에 포함된 다량의 유기물을 응집시킨 뒤 마이크로 필터를 이용하여 높은 효율로 고액 분리를 수행함으로써 처리 시간은 단축시키고 슬러지 배출량은 현저히 감소시켜 후속되는 탈수 공정을 생략할 수 있다. 이에 따라 부지 면적은 최소화하면서 부지 단위 면적 당 하수 처리 효율을 더욱 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컴팩트형 포기조의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하수 처리 시스템의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 회분식 반응조의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

본 발명의 컴팩트형 포기조 및 하수 처리 시스템에 대하여 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컴팩트형 포기조의 구조를 개략적으로 도시한 것으로, 본 발명의 컴팩트형 포기조(100)는 유기물 응집 본체(10) 및 마이크로 필터(30)을 포함할 수 있다.

보다 상세하게, 상기 유기물 응집 본체(10)는 하수(1)를 수용하는 수용 공간(20)과, 상기 수용 공간(20)에 하수(1)를 공급하는 유입구(21)와, 상기 수용 공간(20)에 수용된 하수(1)를 외부로 배출하는 배출구(22)를 포함할 수 있다.

본 발명에서는 상기 유기물 응집 본체(10)의 유입구(21)를 통하여 처리의 대상이 되는 하수(1)를 공급한 뒤, 도면에 도시하지는 않았으나, 상기 유기물 응집 본체(10)에 연결된 응집제 저장조를 통하여 상기 수용 공간(20) 내부로 응집제를 공급함으로써 상기 하수(1) 내에 포함된 유기물을 플럭(floc)으로 성장시키며 하수 내 BOD 및 COD를 낮출 수 있다.

또한, 본 발명에서는 상기 유기물 응집 본체(10)의 수용 공간(20) 내부에 1개 이상의 교반기(40)를 더 포함함으로써, 상기 하수(1)와 상기 응집제의 혼화 공정을 촉진시킬 수 있다.

본 발명에서 상기 교반기(40)의 형상을 특별히 제한하지는 않으나, 날개를 갖는 임펠러(impeller) 타입일 수 있다. 여기서 상기 임펠러 타입의 교반기의 구체적인 형상은 특별히 한정하지는 않으나, 본 발명의 바람직한 한 구현 예에 따르면, 상기 임펠러 타입의 교반기(40)는 외측 날개부가 내측 날개부의 하부 방향을 향하도록 절곡 형성됨으로써 손으로 물을 모아 힘 있게 물을 밀어내듯이 원하는 방향으로 최대한 많은 양의 물을 밀어내어 흐르게 함으로써 교반 효과를 극대화할 수 있다.

본 발명에서 상기 교반기(40)가 복수 개인 경우, 복수 개의 교반기의 날개 직경은 같거나 상이할 수 있으나, 바람직하게는, 날개 직경이 상이한 복수 개의 교반기를 챔버 상부에서 챔버 하부측으로 갈수록 직경이 작아지도록 배치하는 것이 유입수가 챔버의 상부에서 하부로 이동하면서 더욱 빠른 혼화 속도로 인해 플럭 생성 효율을 높일 수 있다.

이때, 상기 교반기(40) 날개의 회전수(G-value)는 특별히 한정하지 않으며, 혼화 및 응집 규모나 챔버의 크기에 따라 적절히 선택할 수 있으나, 바람직하게는 30 ~ 110sec^-1일 수 있다.

본 발명에서는 상기 유기물 응집 본체(10)의 수용 공간(20)의 하단부에 공기 주입 장치(50)를 더 포함함으로써, 상기 수용 공간(20)에 수용되는 하수(1)에 공기를 주입하여 하수(1)가 수용 공간(20) 내부를 순환하여 응집제와의 혼화 공정이 촉진되고 플럭을 더욱 조대화시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 응집제의 종류를 특별히 제한하지 않으며, 화학적 응집제 또는 생물적 응집제를 사용할 수 있으나, 생물적 응집제가 유기물 제거 효율 면에서 바람직하다.

본 발명에서 상기 화학적 응집제로는 피처리수 중에 포함되는 현탁물질(탁질), 콜로이드 성분, 용해성 COD(화학적 산소 요구량) 성분 등을 응결이나 응집 등 하여 플럭(응집물)을 형성할 수 있으면 되고, 예를 들면, 산화알루미늄, 황산제1철, 황산제2철, 염화제2철, 폴리염화알루미늄(PAC) 등의 알루미늄염이나 철염 등의 무기 응집제, 고분자 응집제, MT 아쿠아 폴리머제 양이온 폴리머겔 인 아코젤 C 등의 수중에서 팽윤하고 실질적으로 물에 용해되지 않는 양이온성 폴리머로 이루어지는 입자 등을 들 수 있고, 이것들을 단독 및 병용하여 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 생물적 응집제로는 AOA(Ammonia Oxidizing Archaea), AOB(Ammonia Oxidizing Bateria) 및 NOB(Nitrite Oxidizing Bacteria)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 상기한 응집제와 함께 응집 보조제를 추가로 투입할 수 있는데, 여기서 상기 응집 보조제로는 점토, 수산화칼슘, 양이온 응집제, 음이온 응집제 및 비이온 응집제로 이루어진 군에서 선택된 것을 사용할 수 있다.

본 발명에서는 상기와 같이 유기물 응집 본체(10)에서 하수(1) 내에 포함된 유기물을 플럭으로 성장되면, 상기와 같이 처리된 하수(1)를 유기물 응집 본체(10)에 연결된 마이크로 필터(30)로 공급한다. 상기 하수(1) 내에 포함된 플럭은 상기 마이크로 필터(30)를 통과하지 못하고 고상의 슬러지로 남게 된다. 따라서, 본 발명에서는 상기 마이크로 필터(30)를 통하여 플럭이 포함된 하수를 고상의 슬러지와 액상의 1차 처리수로 분리할 수 있다.

본 발명에서 상기 마이크로 필터(30)는 상기 유기물 응집 본체(10)와 병렬로 연결될 수 있지만, 상기 유기물 응집 본체(10)의 하부, 즉 수직으로 연결되는 경우 별도의 동력 없이 중력에 의하여 플럭을 포함하는 하수를 마이크로 필터(30)로 공급할 수 있어 바람직하다.

본 발명에서 상기 마이크로 필터(30)는 마이크로시브(microseive)인 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 마이크로시브는 다수의 기공을 포함하고 있으며, 이때 그 기공의 직경 크기는 특별히 제한하지는 않으나, 예를 들면 150 내지 800㎛일 수 있고, 바람직하게는 150 내지 350㎛일 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 마이크로시브는 폴리에틸렌(polyethylene) 재질인 것이 고상으로 분리되는 슬러지의 함수율을 저하시킬 수 있어 바람직하다.

또한, 본 발명에서 상기 마이크로시브의 형상을 특별히 제한하지는 않으나, 회전 벨트형(rotating belt sieve)으로 구비되는 것이 여과와 동시에 농축 및 탈수 공정을 동시에 수행할 수 있어 바람직하다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하수 처리 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 것으로, 본 발명의 하수 처리 시스템(1000)은 본 발명에 따른 컴팩트형 포기조(100), 침전조(200), 혐기성 소화조(300) 및 연속 회분식 반응조(400)를 포함할 수 있다.

다만, 본 발명에서 상기 하수(1)의 공급 방향을 기준으로 상기 포기조(100)의 전단에 하수를 고액 분리하는 1차 침전조(500)를 더 포함할 수 있다.

본 발명에서는 상기 1차 침전조(500)에 하수(1)를 공급한 뒤 하수(1)에 포함된 이물질을 생슬러지(501)로 침전시켜 회수할 수 있다. 보다 상세하게 상기 1차 침전조(500)에 하수(1)가 공급되면 물보다 비중이 무거운 물질(생슬러지)층과 물보다 비중이 가벼운 물질(부유 물질)로 분리되는데, 이 과정을 통하여 하수(1) 내에 포함된 오염 물질의 대략 40%를 제거할 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 1차 침전조(500)에서 생슬러지(501)로부터 분리된 액상의 하수(502)는 포기조(100)로 공급될 수 있다. 상기 포기조(100)의 구체적인 구성 및 기능은 앞서 기재한 바와 중복되어 자세한 기재는 생략한다.

본 발명에서 상기 포기조(100)의 유기물 응집 본체(10)에서 하수(502)에 포함된 부유 물질들이 플럭으로 응집 및 성장될 수 있고, 이어서 마이크로 필터(30)에서 상기 하수(502)는 고상의 슬러지(101)와 액상의 1차 처리수(102)로 분리될 수 있다. 이때 상기 1차 처리수(102)는 추가적 소독 과정을 거친 뒤 외부로 배출될 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 마이크로 필터(30)에서 분리된 고상의 슬러지(101)는 침전조(200)로 이송시키기에 앞서 생물학적 반응조(600)로 이송시켜 혐기성 소화 공정에 의해 탈질화 공정을 수행할 수 있다.

본 발명에서는 상기 생물학적 반응조(600)에서 혐기성 소화 공정이 수행된 슬러지(601)는 상기 침전조(200)로 이송될 수 있다. 본 발명에서 상기 침전조(200)에서 고상의 슬러지(601)는 중력에 의하여 잉여 슬러지(201)와 2차 처리수(202)로 고액 분리될 수 있다. 이때 상기 2차 처리수(202) 역시 추가적 소독 과정을 거친 뒤 외부로 배출될 수 있다.

본 발명에서는 상기 포기조(100)의 마이크로 필터(30)에 의하여 하수(501)로부터 함수율이 대략 70 내지 80% 정도에 불과한 고상의 슬러지(101)를 분리할 수 있어, 종전의 하수 처리 시스템과는 달리 2차 침전 공정 이후에 별도의 탈수조를 포함하지 않을 수 있다. 다만, 경우에 따라서는 상기 잉여 슬러지(201)로부터 추가적인 탈수 공정을 수행하기 위하여, 도면에는 도시하지 않았으나 탈수조를 추가로 더 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 침전조(200) 또는 탈수조로부터 배출된 잉여 슬러지(201)는 이후 혐기성 소화조(300)로 공급될 수 있다. 또한, 본 발명에서는 상기 1차 침전조(500)에서 분리된 생슬러지(501) 또한 생슬러지 공급 배관(510)을 통하여 상기 혐기성 소화조(300)로 공급될 수 있다.

본 발명에서 상기 혐기성 소화조(300)에서는 혐기성 미생물을 이용하여 상기 잉여 슬러지(201) 및 생슬러지(501)에 대하여 혐기성 소화 공정을 수행할 수 있다.

여기서, 상기 혐기성 소화 공정은 일명 "메탄 발효"라고도 하며, 상기 잉여 슬러지(201) 내에 포함된 유기물을 여러 혐기성 미생물의 분해 작용에 의하여 메탄으로 전환하는 일련의 프로세스로, 보다 구체적으로 고형상의 유기물을 액상화하고, 가수분해하는 과정, 식초산, 프로피온산, 부틸산을 생성하는 저급지방산(휘발성유기산, VF A)을 생성하는 과정, 이들을 식초산 및 H₂가스로 분해하는 과정, 이들 산물을 이용하여 메탄을 생성하는 과정으로 진행된다.

본 발명에서 상기 혐기성 소화조(300)에서는 농축 슬러지의 처리와 동시에 메탄이라는 바이오 가스로 에너지를 회수할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기 혐기송 소화조(300)에서 발생되는 바이오 가스를 포집하는 바이오 가스 포집기(700)를 더 포함할 수 있고, 필요에 따라서는 상기 바이오 가스 내에 포함된 메탄과 이산화탄소를 분리하는 바이오 가스 분리막을 더 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 혐기성 소화조(300)에서 혐기성 소화 공정이 수행되면 더 이상 재활용이 불가한 소화 슬러지(301) 및 탈리액(302)이 발생한다. 상기 소화 슬러지(301)의 경우 폐기시킬 수 있고, 상기 탈리액(302)은 연속 회분식 반응조(400)로 공급될 수 있다.

종래의 하수 처리 시스템의 경우, 혐기성 소화조에서 농축 슬러지를 이용하여 혐기성 소화 공정을 진행한 이후, 발생하는 탈리액을 다시 1차 침전조로 이송시켜 재처리 하였다. 하지만 그 경우, 혐기성 소화조에서 발생하는 탈리액은 NH⁴⁺ 또는 NO^2-를 포함하여, 연속 공정으로 하수 처리를 진행한다면 질소의 농도가 계속적으로 상승하여 포기조 내에서 C(탄소)/N(질소)의 비가 1을 초과하게 되고, 최종적으로는 혐기성 소화조에서의 에너지 생산 효율이 현저히 떨어지는 문제가 발생하였다.

본 발명에서는 상기한 문제점을 방지하고자, 혐기성 소화조(300)에서 발생한 탈리액(302)을 연속 회분식 반응조(400)로 이송시켜, 혐기성 암모늄-산화 박테리아(Anammox)와 반응시킴으로써, 상기 탈리액(302) 내에 포함된 NH⁴⁺ 및 NO^2-를 N₂로 변환시켜 질소를 제거할 수 있다.

본 발명에서 상기 혐기성 암모늄-산화 박테리아는 플랑크토마이세테스(Planctomycetes)일 수 있다. 일반적으로 포기조(100)에서 응집제로 사용되는 AOB 박테리아는 NH⁴⁺의 50% 정도를 NO^2-로 변환시킬 수 있으나, 본 발명에서 연속 회분식 반응조에서 사용하는 플랑크토마이세테스(Planctomycetes)는 NH⁴⁺ 및 NO^2-를 모두 N₂로 변환시킬 수 있다. 또한, 본 발명에서 상기 플랑크토마이세테스(Planctomycetes)는 주변의 유기물과 흡착되어, 그래뉼(granule)을 형성하게 되는데, 이때 그래뉼의 입자 크기는 AOA, AOB 및 NOB 박테리아와 비교하여, 비교적 큰 입자 크기를 나타낼 수 있어, 후술하는 바와 같이 분리막 모듈(420) 내에서 그 입자 크기에 따라 선택적으로 분리할 수 있다.

본 발명에서는 상기와 같이 연속 회분식 반응조(400)에서 탈리액(302) 내에 포함된 질소를 제거함에 따라 상기 연속 회분식 반응조(400)에서 발생되는 최종 처리수(402)를 1차 침전조로 이송시켜 하수 처리 공정을 수행하여도 포기조(100) 내에서 C(탄소)/N(질소)의 비가 ≤1을 유지할 수 있어, 하수 처리를 위한 연속 공정에서도 에너지 생산 효율을 유지할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 회분식 반응조(400)의 구조를 구체적으로 도시한 것으로, 본 발명의 연속 회분식 반응조(400)는 처리조(410) 및 분리막 모듈(420)을 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 연속 회분식 반응조(400)로 이송된 탈리액(302)은 처리조(410) 내부에 수용될 수 있다. 또한, 본 발명에서 상기 처리조(410) 그 내부에는 다수의 중공사막을 포함하는 분리막 모듈(420)이 구비될 수 있다.

본 발명에서 상기 분리막 모듈(420)의 내부에 혐기성 암모늄-산화 박테리아가 담지되며, 상기 분리막 모듈(420)의 중공사막에 형성된 다수 개의 기공을 통하여 탈리액(302)이 그 내부로 유입되면 상기 혐기성 암모늄-산화 박테리아에 의하여 혐기성 소화 반응이 수행되어 그래뉼이 형성된다.

본 발명에서 상기 분리막 모듈(420)에 포함된 기공의 직경을 50 내지 150㎛로 조절함으로써 상기 그래뉼은 분리막 모듈(420)을 통과하지 못하고 그 내부에 잔존하게 되며, 상기 혐기성 소화 반응에 의해 질소가 제거되어 정화된 탈리액과 그에 포함된 것으로, 포기조(100)에서 응집제로 사용한 AOA, AOB 및 NOB 등의 박테리아는 다시 분리막 모듈(420)의 기공을 통해 처리조(410)로 배출될 수 있다.

또한, 본 발명에서는 상기와 같이 정화된 탈리액(401)과 그에 포함된 AOA, AOB 및 NOB 등의 박테리아는 별도로 회수하여 처리수 재공급 배관(430)을 통하여 1차 침전조(500) 또는 포기조(100)로 재공급할 수 있다.

단, 본 발명에서 상기 연속 회분식 반응조(400)는 상기 처리조(410) 내부, 특히 그 하단에 배치되어 상기 분리막 모듈(420)이 장착되는 막지지프레임(440) 및 상기 막지지프레임(440)과 연결되고 상기 막지지프레임(440)을 왕복시키는 왕복 수단(450)을 더 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 막지지프레임(440)은 상기 처리조(410)의 내부에 배치되고, 상기 막지지프레임(440) 상에는 멤브레인(membrane) 형태의 분리막 모듈(420)이 장착될 수 있다. 이때 상기 분리막 모듈(420)은 상기 막지지프레임(440) 상에 복수 개가 나란하게 설치될 수 있다.

후술할 바와 같이, 상기 막지지프레임(440)에는 왕복 수단(450)이 연결되며, 왕복 수단(450)에 의해 상기 막지지프레임(440)이 분리막 모듈(420)과 함께 일체로 왕복 프레임(460) 상에서 활주 수단(470)에 의하여 왕복 운동을 할 수 있다.

본 발명에서 상기 왕복 수단(450)은 상기 막지지프레임(430)과 연결되고, 상기 막지지프레임(440)에 구비된 활주 수단(470)이 왕복 프레임(460) 상에서 미끄러지듯이 왕복시키도록 제공될 수 있다.

본 발명에서는 이러한 왕복 운동을 통해 분리막 모듈(420)이 혐기성 소화 고정 중에도 계속적으로 유동되도록 함으로써, 관성에 의해 분리막 모듈(420) 상에 적층되는 이물질 등이 떨어져 나가도록 하여 분리막의 세정을 진행할 수 있다. 이는 궁극적으로 막의 폐색을 방지하여 시스템의 효율을 유지할 수 있도록 한다.

또한, 상기와 같이 왕복 수단(450)의 왕복거리를 조절할 수 있으므로, 막간차압(TMP) 측정을 통한 분리막 모듈(420)의 오염 정도에 따라 왕복 거리(진폭)를 효율적으로 조정할 수 있으며, 에너지를 보다 절약할 수 있다.

본 발명에서 상기 막지지프레임(440)의 하단에는 상기 처리조(410)로 공급되는 탈리액(302) 내부 이물질이 상기 처리조(410)의 하단부에 슬러지로 축적되는 것을 방지할 수 있도록 이물질을 부양시키는 이물질 부양부(480)를 더 포함할 수 있다.

이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예

[실시예 1]

도 1에 나타낸 포기조(100)를 사용하여 하수의 포기 처리를 수행하였다. 구체적으로는 포기조(100)의 유기물 응집 본체(10)의 수용 공간(20) 내부로 하수(1)를 공급한 뒤 AOB 및 NOB를 응집제로 상기 유기물 응집 본체(10) 내부로 공급하였다. 상기 유기물 응집 본체(10) 내부에 존재하는 교반기(40)를 이용하여 하수(1)와 응집제를 혼화시키고, 상기 유기물 응집 본체(10)의 하단부에 설치된 공기 주입 장치(50)를 이용하여 하수(1) 내부에 공기를 주입함으로써, 하수(1)에 포함된 부유 물질 및 유기물을 플럭으로 성장시켰다. 이후 하수(1)를 상기 유기물 응집 본체(10)의 하부에 연결된 폴리에틸렌 재질의 마이크로시브(30)를 통과시켜 고상의 슬러지와 액상의 1차 처리수로 분리하였다.

[비교예 2]

상기 실시예 1과 동일하게 도 1에 나타낸 포기조(100)를 사용하여 하수의 포기 처리를 수행하되, 마이크로시브(30)로는 Clarifier사의 폴리설폰(polysulfone) 재질의 것을 사용하였다.

[비교예 3]

상기 실시예 1과 동일하게 도 1에 나타낸 포기조(100)를 사용하여 하수의 포기 처리를 수행하되, 마이크로시브(30)로는 Clarifier사의 폴리에스터(polyester) 재질의 것을 사용하였다.

[비교예 4]

상기 실시예 1과 동일하게 도 1에 나타낸 포기조(100)를 사용하여 하수의 포기 처리를 수행하되, 마이크로시브(30)로는 Clarifier사의 나일론(nylon) 재질의 것을 사용하였다.

[비교예 5]

상기 실시예 1과 동일하게 도 1에 나타낸 포기조(100)를 사용하여 하수의 포기 처리를 수행하되, 고액 분리 본체(20) 대신 Evoqua 사의 Captivator®를 사용하여 하수의 고액 분리를 수행하였다.

[평가예 1] 슬러지의 함수율 측정 평가

상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 4에서 얻어진 마이크로시브를 통과하지 못한 고상의 슬러지를 회수한 뒤 그 함수율을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

구분	함수율(%)
실시예 1	73.5
비교예 1	98.7
비교예 2	95.7
비교예 3	97.2
비교예 4	91.3

상기 표 1에서 보는 바와 같이, 비교예 1 내지 4에서 폴리프로필렌, 폴리설폰, 폴리에스터 또는 나일론 재질의 마이크로시브를 사용한 경우 분리된 슬러지의 함수율은 91.3 내지 98.7% 정도로 매우 높아 추가의 탈수 공정이 반드시 요구되지만, 본 발명에 따라 폴리에틸렌 재질의 마이크로시브를 사용한 경우 분리된 슬러지의 함수율이 73.5%로 현저히 낮아 추가의 탈수 공정이 불필요한 것을 알 수 있었다.

[평가예 2] 처리 효율 측정 평가

상기 실시예 1의 포기조와 및 비교예 5의 포기조의 표면적 부하율과 하수 대비 1차 처리수 내 COD 및 TSS(total suspended solution)의 감소율 측정하고, 분리된 슬러지의 함수율을 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

구분	표면적 부하(m/hr)	COD 제거율(%)	TSS 제거율(%)	함수율(%)
실시예 1	10	70	82	73.5
비교예 5	8.8	55	70	96.8

상기 표 2에서 보는 바와 같이, 비교예 5의 포기조를 사용하는 경우 표면적 부하가 8.8m/hr 정도에 불과하지만, 본 발명의 포기조의 경우 표면적 부하가 10m/hr 정도로으로 부지 면적 대비 하수 처리량이 현저히 높은 것을 알 수 있었다.

또한, 비교예 5의 포기조를 사용한 경우 처리수에서 COD 및 TSS 의 감소율이 각각 55% 및 70%에 불과하였지만, 본 발명의 포기조를 사용한 경우 그 제거율이 각각 70% 및 82%로 유기물 제거 효율이 현저히 높은 것을 확인할 수 있었다.

또한, 비교예 5의 포기조를 사용한 경우 분리된 슬러지의 함수율 역시 96.8%로 매우 높아 추가의 탈수 공정이 반드시 요구되지만, 본 발명의 포기조를 사용한 경우 분리된 슬러지의 함수율이 73.5%로 현저히 낮아 추가의 탈수 공정이 불필요한 것을 알 수 있었다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

1: 하수
10: 유기물 응집 본체 20: 수용 공간 21: 유입구
22: 배출구
30: 마이크로 필터
40: 교반기 50: 공기 주입 장치
100: 포기조 101: 고상의 슬러지 102: 1차 처리수
200: 침전조 201: 잉여 슬러지 202: 2차 처리수
300: 혐기성 소화조 301: 소화 슬러지 302: 탈리액
400: 연속 회분식 반응조 410: 처리조 420: 분리막 모듈
430: 처리수 재공급 배관 440: 막지지프레임 450: 왕복 수단
460: 왕복 프레임 470: 활주 수단 480: 이물질 부양부
500: 1차 침전조 501: 생슬러지
502: 액상의 하수 600: 생물학적 반응조 601: 슬러지
700: 바이오 가스 포집기
1000: 하수 처리 시스템

Claims

하수를 수용하는 수용 공간과, 상기 수용 공간에 하수를 공급하는 유입구와, 상기 수용 공간에 수용된 하수를 외부로 배출하는 배출구를 포함하며, 상기 하수 내에 포함된 유기물이 응집되는 유기물 응집 본체; 및
상기 유기물 응집 본체의 배출구를 통하여 배출된 하수로부터 고액을 분리하는 마이크로 필터를 포함하는, 컴팩트형 포기조.
제1항에 있어서,
상기 마이크로 필터는 마이크로 시브(microseive)인, 컴팩트형 포기조.
제1항에 있어서,
상기 마이크로 필터는 폴리에틸렌(polyethylene) 재질인, 컴팩트형 포기조.
제1항에 있어서,
상기 마이크로 필터의 기공의 직경은 150 내지 800㎛인, 컴팩트형 포기조.
제1항에 있어서,
상기 마이크로 필터는 회전 벨트형으로 구비되는, 컴팩트형 포기조.
제1항에 있어서,
상기 유기물 응집 본체에는 하수 내 유기물을 응집하는 응집제를 공급하는 응집제 저장조를 더 포함하는, 컴팩트형 포기조.
제6항에 있어서,
상기 응집제는 AOA(Ammonia Oxidizing Archaea), AOB(Ammonia Oxidizing Bateria) 및 NOB(Nitrite Oxidizing Bacteria)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 컴팩트형 포기조.
제6항에 있어서,
상기 유기물 응집 본체의 내부에 구비되어 상기 하수와 상기 응집제를 혼화시켜 상기 하수 내에 포함된 유기물을 플럭(floc)으로 성장시키는 1개 이상의 교반기를 더 포함하는, 컴팩트형 포기조.
제1항에 있어서,
상기 유기물 응집 본체의 내부에는 구비되며 하수에 공기를 주입해 상기 본체 내부에 하수를 순환시키는 공기 주입 장치를 더 포함하는, 컴팩트형 포기조.
하수 내에 포함된 유기물을 응집시키는 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 컴팩트형 포기조;
상기 포기조에서 응집된 플럭을 잉여 슬러지로 침전시키는 침전조;
상기 침전조에서 발생된 잉여 슬러지를 혐기성 소화시키는 혐기성 소화조; 및
혐기성 암모늄-산화 박테리아(Anammox)를 이용하여 상기 혐기성 소화조에서 발생된 암모늄 함유 폐수를 혐기성 소화시킨 뒤 상기 박테리아만을 분리하는 연속 회분식 반응조를 포함하는 하수 처리 시스템.
제10항에 있어서,
상기 포기조 전단에 하수를 고액 분리하는 1차 침전조를 더 포함하는, 하수 처리 시스템.
제11항에 있어서,
상기 1차 침전조에서 발생된 생슬러지를 혐기성 소화조로 공급하는 생슬러지 공급 배관을 더 포함하는, 하수 처리 시스템.
제10항에 있어서,
상기 혐기성 소화조에서 발생된 바이오 가스를 포집하는 바이오 가스 포집기를 더 포함하는, 하수 처리 시스템.
제10항에 있어서,
상기 연속 회분식 반응조는 암모늄 함유 폐수가 수용되는 처리조 및 혐기성 암모늄-산화 박테리아(Anammox)가 내부에 담지되며 암모늄 함유 폐수의 혐기성 소화 반응이 수행되는 분리막 모듈을 포함하는, 하수 처리 시스템.
제14항에 있어서,
상기 연속 회분식 반응조는 상기 처리조 내에 배치되어 상기 분리막 모듈이 장착되는 막지지프레임 및 상기 막지지프레임과 연결되고 상기 막지지프레임을 왕복시키는 왕복수단을 더 포함하는, 하수 처리 시스템.
제15항에 있어서,
상기 막지지프레임의 하단에는 상기 처리조에 축적되는 이물질을 부양시키는 이물질 부양부를 더 포함하는, 하수 처리 시스템.
제14항에 있어서,
상기 분리막 모듈은 다수의 기공을 포함하며, 상기 기공의 직경은 50 내지 150㎛인, 하수 처리 시스템.
제10항에 있어서,
상기 혐기성 암모늄-산화 박테리아는 플랑크토마이세테스(Planctomycetes)인, 하수 처리 시스템.