KR20210061827A - 이온 고정을 이용한 고농도 농축수 처리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 호기중심의 생물공정과 전기흡착공정을 융합 운용하여 기존 혐기/호기반응과 질산화반응을 개별 운용함에 있어 요구되는 다양한 설비들을 필요하지 않으면서도 반응조의 용량과 부지 및 추가 공정 등을 최소화할 수 있으며, 특히 전기흡착공정의 반복에 의해 발생하는 고농도 농축수와 생물공정 시 슬러지의 농도를 일정하게 유지하기 위해 주기적으로 인발되는 잉여슬러지를 이온고정조에서 함께 반응시켜 고농도 미생물에 의한 생흡착(Bio-sorption)을 유도한 후 슬러지로 최종 폐기시킴으로써 전기흡착 공정에서 발생되는 고농도 농축수의 처리가 용이해질 수 있도록 하는 이온 고정을 이용한 고농도 농축수 처리 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 유입된 하, 폐수를 생물학적으로 처리하여 유기물을 제거하는 생물반응조 및 상기 생물반응조에서 처리되는 처리수가 유입되고 처리수에 포함된 이온성 무기 오염물질을 흡착 처리하는 CDI처리조를 포함하는 시스템에 있어서, 상기 생물반응조에서 배출되는 잉여 슬러지와 상기 CDI처리조에서 배출되는 CDI농축수가 각각 유입되며, 상기 CDI농축수의 이온성 무기 오염물질이 잉여 슬러지와 흡착 반응이 이루어지도록 하는 이온고정조;를 더 포함하는 것이 특징이다.

Description

이온 고정을 이용한 고농도 농축수 처리 시스템{Concentrated water treatment system using ion fixation}

본 발명은 호기중심의 생물공정과 전기흡착공정을 융합 운용하여 기존 혐기/호기반응과 질산화반응을 개별 운용함에 있어 요구되는 다양한 설비들을 필요하지 않으면서도 반응조의 용량과 부지 및 추가 공정 등을 최소화할 수 있으며, 특히 전기흡착공정의 반복에 의해 발생하는 고농도 농축수와 생물공정 시 슬러지의 농도를 일정하게 유지하기 위해 주기적으로 인발되는 잉여슬러지를 이온고정조에서 함께 반응시켜 고농도 미생물에 의한 생흡착(Bio-sorption)을 유도한 후 슬러지로 최종 폐기시킴으로써 전기흡착 공정에서 발생되는 고농도 농축수의 처리가 용이해질 수 있도록 하는 이온 고정을 이용한 고농도 농축수 처리 시스템에 관한 것이다.

산업화와 도시화로 물 오염이 가중되고 물 수요량은 급격히 증가하여 사용 가능한 물이 부족해지고 있으며 기후변화로 인한 가뭄 및 수질오염으로 인해 향후 물 부족 문제가 더욱 심화될 수 있다.

이러한 물 부족 상황에 대응하기 위해 정부는 수자원의 지속 가능한 이용을 도모하기 위하여 물의 재이용 촉진 및 지원에 관한 법률을 제정하고 다양한 수자원 확보 노력을 하고 있으며 하수처리수 재이용이 현실적인 대안으로 제시되고있다.

먼저 하수고도처리에서 주요 처리대상인자는 하수에 포함되어 있는 유기물 및 무기물 성분이라 할 수 있으며, 가장 보편적인 처리 방법으로는 혐기반응조(무산소조)와 호기반응조를 구분하여 구성하면서 혐기/호기산화 반응을 교대로 운영함으로써 반응조내에 존재하는 미생물의 대사과정 중 유기물의 산화와 유입 암모니아성 질소의 질산화 및 탈질 그리고 인의 흡착을 통해 오염물질을 제거 및 처리하였다.

그러나 상술한 종래 하수고도처리 방법의 경우, 현행 공공하수처리시설 방류수 수질기준 중 유기물(BOD: 5~10 mg/L, COD: 20~40 mg/L) 및 총질소(20 mg/L) 농도는 기존의 생물공정으로도 해결이 가능하지만, 동절기와 같이 수온의 저하가 발생하게 되면 활성도가 크게 낮아지게 되어 그에 따른 질산화 효율이 감소하게 되며, 생물학적 인 제거의 경우에도 1 mg/L 이하로는 제거되기 어렵다고 알려져 있기 때문에 이로 인해 인의 방류수 수질 기준이 강화된 이후 응집제를 이용한 화학적 인 제거가 후속 공정에 추가되어야 하는 문제가 있으며, 향후 총질소(T-N) 규제농도의 강화 및 규제농도에 암모니아(NH4)가 추가될 경우 기존 생물공정 기반 공법으로는 처리에 한계를 가지고 있다.

뿐만 아니라 총인(T-P) 농도 규제강화에 따라 일반적으로 적용되고 있는 응집제의 경우 Al 이온이 수계로 다량 유입됨에 따라 이는 또 다른 형태의 환경 문제를 유발할 우려가 제기되고 있다.

한편, 하수처리수 재이용은 비교적 처리방법이 간단하며 공공수역으로 배출되는 오염부하량을 저감시킬 수 있지만 재이용수에 대한 심리적 거부감이나 난분해성 유기물이나 중금속 등 무기물의 발생여부에 대한 우려도 공존하고 있다.

일반적으로 하수처리수를 재이용하기 위하여 재처리할 경우 수요처가 요구하는 목표수질에 따라 물리화학적 처리 또는 생물학적 처리 또는 이들을 융합시킨 복합 처리 등 다양한 공정을 적용하여 재처리를 실시하고 있으나, 이러한 수처리 과정에서는 염분, 질소, 이온성 물질 등이 고농도로 함유된 농축수가 필연적으로 발생하게 된다.

이와 같은 농축수는 하수처리장 전단으로 반송하여 재처리시키고 있으나, 고농도의 농축수가 하수처리장에 연계처리되는 경우 하수처리에 추가 부하로 작용되어 안정적인 생물학적 하수처리에 많은 문제를 유발하게 되고, 특히 높은 염분 농도는 미생물내 원형질 분리를 일으켜 세포내 기능저하를 유발하고 세포 파괴로 이어지며, 결국, SVI(sludge volume index) 상승과 플럭해체 등으로 방류수질에 직접적인 악영향을 미치게 되는 문제점이 있다.

이러한 문제점이 있음에도 불구하고 농축수가 생물학적 하,폐수처리시스템에 미치는 영향에 관한 연구결과는 미비한 실정이고 또한 적정처리를 위한 대안선정이나 공정설계에 어려움이 있는 것으로 보고되고 있어 이를 해결할 수 있는 기술의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

대한민국 공개특허 제10-2015-0085983호(2015.07.27.) 대한민국 등록특허 제10-1734112호(2017.05.02)

이처럼 종래 기술에 의하면 축전식 탈염조에서 형성된 질산성 질소(NO3-)와 TDS가 농축된 CDI 농축수를 무산소조로 반송하여 무산소조의 탈질효율을 높이는 공정을 제시하고 있으나, 동절기 시 수온 저하로 인해 질산화율이 낮아질 경우 CDI 농축수에는 질산성 질소 뿐만 아니라, 암모니아성 질소도 상당량 포함되어 무산소조로 반송된다 하더라도 무산소조에 의한 탈질 효율의 향상 효과를 기대하기에 무리가 있을 뿐 아니라, 무산소조에서 질산성 질소가 일부 탈질된다 하더라도 농축수에 포함되어 있는 고농도의 TDS 성분(Ca2+, Mg2+, Cl- 등)이 생물반응조로 유입될 경우 생물반응조의 활성에 좋지 않은 영향을 준다는 것은 널리 알려져 있는 사실이다. 이로 인해 생물반응조로 반송되는 CDI농축수의 TDS농도를 저감시켜 생물반응조의 효율을 안정적으로 유지시킬 필요가 있다.

따라서 본 발명의 목적은, 호기중심의 생물공정과 전기흡착공정을 융합 운용하여 기존 혐기/호기반응과 질산화반응을 개별 운용함에 있어 요구되는 다양한 설비들을 필요하지 않으면서도 반응조의 용량과 부지 및 추가 공정 등을 최소화할 수 있으며, 특히 전기흡착공정의 반복에 의해 발생하는 고농도 농축수와 생물공정 시 슬러지의 농도를 일정하게 유지하기 위해 주기적으로 인발되는 잉여슬러지를 이온고정조에서 함께 반응시켜 고농도 미생물에 의한 생흡착(Bio-sorption)을 유도한 후 슬러지로 최종 폐기시킴으로써 전기흡착 공정에서 발생되는 고농도 농축수의 처리가 용이해질 수 있는 이온 고정을 이용한 고농도 농축수 처리 시스템을 제공하고자 한다.

상기 목적을 이루기 위한 수단으로서 본 발명의 이온 고정을 이용한 고농도 농축수 처리 시스템(이하 '본 발명의 농축수 처리 시스템'이라 칭함)은, 유입된 하, 폐수를 생물학적으로 처리하여 유기물을 제거하는 생물반응조 및 상기 생물반응조에서 처리되는 처리수가 유입되고 처리수에 포함된 이온성 무기 오염물질을 흡착 처리하는 CDI처리조를 포함하는 시스템에 있어서, 상기 생물반응조에서 배출되는 잉여 슬러지와 상기 CDI처리조에서 배출되는 CDI농축수가 각각 유입되며, 상기 CDI농축수의 이온성 무기 오염물질이 잉여 슬러지와 흡착 반응이 이루어지도록 하는 이온고정조;를 더 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 CDI처리조와 이온고정조 사이에 개재되며, 상기 CDI처리조에서 배출되는 CDI농축수가 유입되고, 유입된 CDI농축수를 전기투석(Electro Dialysis) 방식으로 처리한 ED농축수를 배출하며, 배출된 상기 ED농축수가 상기 이온고정조로 유입되도록 하는 ED처리조;를 더 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 CDI처리조와 상기 ED처리조는 순환 라인을 통해 상호 연결되며, 상기 ED처리조에서 배출되는 ED농축수는 상기 CDI처리조와 상기 ED처리조 간에서 순환 과정을 거친 ED 재농축수이며, 배출된 ED 재농축수가 상기 이온고정조에 유입되도록 하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 이온고정조는 침전 과정을 통해 침전된 잉여 슬러지가 분리 배출되고, 상등수가 상기 생물반응조로 반송되도록 하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 이온고정조의 후단에 설치되어 상기 이온고정조의 침전 과정을 통해 배출되는 상등수가 유입되고, 유입된 상등수의 이온성 무기 오염물질에 반응하여 스트루바이트(Struvite ; NH4MgPO4·6H2O) 결정화를 유도하며 이를 통해 이온성 물질의 농도가 저감된 처리수를 배출하고, 배출된 처리수가 상기 생물반응조로 반송되도록 하는 Struvite생성조;를 더 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 이온고정조는, 상기 잉여슬러지에 의한 흡착 반응을 촉진시키기 위하여 응집제, 양이온성 성분, 음이온성 성분 중 하나 이상을 포함하는 흡착촉진약품이 첨가되는 것이 특징이다.

이와 같이 본 발명의 농축수 처리 시스템은, 생물 공정과 전기흡착(CDI) 공정을 융합하여 동절기 수온의 영향없이 안정적인 질소와 인의 처리가 가능하고, 호기 중심의 생물공정 반응조 운영을 통해 반응조의 용량과 부지 및 추가 공정 등을 최소화할 수 있으며, 기존 혐기/호기 반응과 질산화 반응 등을 위해 요구되는 액이송 펌프, 공기공급장치 등의 설비가 필요치 않아 유지관리비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.

특히 전기흡착 공정의 반복에 의해 발생하는 고농도 이온 농축수와 생물 공정 시 배출되는 잉여슬러지를 이온고정조에 함께 저류시켜 고농도 미생물에 의한 생흡착(Bio-sorption) 반응을 유도하면서 슬러지로 최종 폐기시킴으로써 고농도 농축수의 이온성 물질 저감과 그 처리가 용이해질 수 있고 결과적으로 하수처리수를 효율적으로 재이용할 수 있게 되는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 농축수 처리 시스템의 구성을 나타내는 개략도.
도 2는 도 1에 있어 ED처리조가 개재되는 예를 나타내는 개략도.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 Struvite생성조의 구성 예를 나타내는 개략도.

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 농축수 처리 시스템은 기본적으로 생물반응조(10)와 CDI처리조(20)를 포함한다.

상기 생물반응조(10)는 유입된 하, 폐수로부터 유기물을 제거하고 처리 과정에서 발생하는 유기물을 포함한 잉여 슬러지가 배출될 수 있도록 한다.

상기 생물반응조(10)에서 배출되는 잉여 슬러지는 간헐적 또는 연속적으로 슬러지이송라인을 통해 이하에서 설명하는 이온고정조(30)로 이송될 수 있으며, 이온고정조(30)로 유입되는 CDI처리조(20)의 CDI농축수와 반응하여 생물 흡착이 이루어질 수 있도록 한다.

일 예로 상기 잉여 슬러지는 상기 생물반응조(10)에서 슬러지의 농도를 일정하게 유지하기 위하여 주기적으로 인발되는 슬러지일 수 있다.

이와 같은 생물반응조(10)는 하, 폐수로부터 생물학적 반응을 유도할 수 있는 환경을 조성하여 유기물이 분리 및 제거되는 것으로, 공지 기술을 통해 다양하게 구현될 수 있다.

일 예로, 상기 생물반응조(10)는 호기 공정을 통한 미생물 대사에 의해 유입 하수 중 유기물 성분을 제거하게 되는 호기반응조일 수 있다.

이와 같은 호기반응조는 활성슬러지를 활용하여 유입 하수 중 유기물 성분을 제거한 처리수를 이하에서 설명하는 CDI처리조(20)로 전달하고, CDI처리조(20)에서 유기물 성분이 제거된 처리수에 존재하는 이온성 암모니아성 질소 및 부분 질산화된 질산성 질소 성분과 PO₄-P 형태의 인 등이 전기흡착을 통해 제거될 수 있도록 한다.

이때 상기 호기반응조는 입자성 유기물의 보다 효율적인 제거를 위하여 도면에 도시된 바 없으나 분리막 구조의 멤브레인이 마련될 수 있다.

상기 CDI처리조(20)는 상기 생물반응조(10)와 연결되어 생물반응조(10)에서 처리되는 처리수가 유입되고, 유입된 처리수에 포함된 이온성 무기 오염물질을 흡착 처리한다.

즉 상기 CDI처리조(20)는 유입수에 존재하는 TDS(Total Dissolved Solid) 및 이온성 무기 오염물질을 전기장 원리를 이용하여 전기 흡착 방식으로 제거하는 탈염 처리조이다.

상기 CDI처리조(20)는 도면에 도시된 바 없으나 복수의 양전극과 음전극이 일정 간격을 두고 적층 구성되는 하나 이상의 CDI모듈과 상기 CDI모듈로 전원을 공급하는 전원공급모듈이 포함될 수 있다.

그리고 상기 CDI처리조(20)는 상기 양전극과 음전극 사이를 유동하는 유입수(생물반응조(10)의 처리수)에 존재하는 이온성 오염물질을 흡착한 후 배출하는 흡착 과정 및 상기 양전극과 음전극에 흡착된 이온성 오염물질을 탈착하는 재생 과정을 적어도 2회 이상 반복 수행할 수 있으며, 이러한 과정에서 이온성 오염물질이 농축된 CDI농축수를 선택적으로 배출할 수 있다.

이와 같이 본 발명에서는 생물공정 융합 전기흡착(CDI)공정을 통해 동절기 수온의 영향없는 안정적인 질소성분 및 인의 처리가 가능하고, 호기 중심의 생물반응조(10)의 운영을 통해 반응조 용량 및 부지의 절감, 혐기/호기 반응조간의 액이송을 위한 펌프 설비, 기존 질산화과정을 위한 공기소모량의 절감을 통한 장치 및 유지관리비의 절감효과를 기대할 수 있게 된다.

그러나, 전기흡착을 수행하게 되는 상기 CDI처리조(20)에서는 이온성 오염물질의 흡착과 탈착을 수회 반복하게 되면서 고농도의 이온 농축수가 발생하게 되는 바, 이에 대한 처리가 반드시 요구된다.

이에 따라 본 발명에서는 상기 CDI처리조(20)에서 발생되는 고농도 이온 농축수와 상기 생물반응조(10)의 미생물 농도를 일정하게 유지하기 위해 배출되는 잉여슬러지를 함께 반응시킴으로써, 잉여슬러지의 고농도 미생물에 의한 생흡착(Bio-sorption)이 유도되게 한 후 슬러지로 폐기될 수 있도록 하는 이온고정조(30)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로 상기 이온고정조(30)는 상기 생물반응조(10)에서 배출되는 잉여 슬러지와 상기 CDI처리조(20)에서 배출되는 CDI농축수가 각각 유입되며 이들이 반응할 수 있도록 한다.

그리고 상기 이온고정조(30)는 상기 CDI농축수의 이온성 무기 오염물질이 잉여 슬러지에 포함된 유기물이나 무기물의 표면이나 내부에 흡착되게 반응을 유도함으로써 저류된 CDI농축수의 이온 농도를 저감시킬 수 있도록 하며, 이온성분이 흡착된 잉여 슬러지는 저류조에서 침전 처리되어 추후 슬러지이송차량 등을 통해 분리 배출될 수 있도록 한다.

생물학적 처리를 통해 분리된 유기물에 있어 미생물의 체외고분자물질은 특정 이온 성질을 띠게 되어 이온성 물질을 흡착할 수 있는 흡착 성능을 갖는 것으로 연구되었는 바, NH₄ ⁺-N, NO3^--N, PO₄ ^3--P 등의 이온성 영양염류를 포함하는 상기 CDI농축수는 상기 이온고정조(30)의 저류 과정에서 상기 잉여 슬러지의 유기물 표면에 생물 흡착이 이루어질 수 있게 되는 것이다.

이때 상기 이온고정조(30)의 운전 조건, 예를 들면 생물반응조(10)에서 인발된 잉여슬러지 및 CDI농축수의 유입 유량과 시기, pH 조건, 이온 고정 효율을 높일 수 있도록 하는 응집제와 같은 첨가 약품 등은 최적의 생물 흡착 성능이 도출될 수 있도록 과거 누적된 이온성 영양염류의 제거특성 결과에 따라 선택적으로 설정하는 것이 바람직하다.

또한 상기 이온고정조(30)는 침전 과정을 통해 침전된 잉여 슬러지를 분리 배출함과 더불어 이온고정조(30)의 상등수를 상기 생물반응조(10)로 반송되도록 함으로써, 상기 생물반응조(10)의 운전 부하를 저감시킬 수 있도록 한다.

여기서 상기 이온고정조(30)는 도면에 도시된 바 없으나, 생흡착 반응의 효율을 높일 수 있도록 조정조, 반응조, 침전조 등 복수의 처리조가 구비될 수 있으며, 이들 복수의 처리조가 분리 운영될 수 있음은 당연하다.

이처럼 본 발명의 농추수 처리 시스템에서는 고농도 CDI농축수를 처리함에 있어 복합적인 처리 과정과 그에 따른 고비용을 요구하지 않으면서도 잉여 슬러지에 이온성 영양염류만이 생물 흡착된 상태로 함께 폐기되게 함으로써, 고농도 농축수를 용이하게 처리할 수 있게 되는 효과가 있다.

한편 본 발명의 농축수 처리 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 CDI처리조(20)와 이온고정조(30) 사이에 개재되며, 상기 CDI처리조(20)에서 배출되는 CDI농축수가 유입되고, 유입된 CDI농축수를 전기투석(Electro Dialysis) 방식으로 처리한 ED농축수를 배출하며, 배출된 상기 ED농축수가 이온고정조(30)로 유입되도록 하는 ED처리조(40)를 더 포함한다.

즉 본 발명의 농축수 처리 시스템에서는 상기 ED처리조(40)를 구비하여 CDI농축수의 이온 농도를 더욱 농축시킨 ED농축수를 상기 이온고정조(30)로 유입되게 함으로써 결과적으로 유입 농축수의 량을 저감시켜 상기 이온고정조(30)의 용적 다시 말해 이온고정조(30)의 단위 면적을 최소화할 수 있도록 하는 것이다.

구체적으로 상기 ED처리조(40)는 상기 CDI처리부(20)에서 이온을 탈착하여 전극을 재생하는 재생 과정 중 배출되는 CDI농축수를 회수하고, 전기투석(Electro Dialysis) 방식을 통해 회수한 CDI농축수로부터 이온을 분리하며, 이온이 분리 처리된 ED처리수와 이 과정에서 이온성 무기 오염물질이 더욱 농축된 ED농축수를 각각 분리 배출하도록 한다.

이때 상기 ED처리조(40)는 이온이 분리 처리된 상기 ED처리수를 상기 CDI처리부(10)에 공급하여 CDI모듈의 재생 과정에서 재생수로 활용될 수 있도록 구성되거나, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 CDI처리부(10)로부터 처리되는 처리수에 합류되어 방류될 수 있도록 할 수 있다.

이러한 ED처리조(40)는 도면에 도시된 바 없으나, CDI농축수가 유입되고 CDI농축수 중 이온이 제거되는 희석실과 이온이 분리 수집되는 농축실을 각각 하나 이상 구비하고, 상기 희석실의 ED처리수와 상기 농축실의 ED농축수를 각각 분리 배출하되, 상기 농축실의 ED농축수는 상기 이온고정조(30)로 유입되도록 구성된 것이다.

특히 상기 CDI처리조(20)와 상기 ED처리조(40)는 순환 라인을 통해 상호 연결되어 적어도 2회 이상 순환과 탈염 처리 과정을 거치도록 하며, 상기 이온고정조(30)로 유입되는 ED농축수의 경우, 상기 CDI처리조(20)와 상기 ED처리조(40) 간에서 반복적인 순환 과정을 통해 더욱 더 이온 농도가 농축된 ED재농축수로 배출되어 이러한 ED재농축수가 상기 이온고정조(30)에 유입되게 한다.

즉 상기 ED처리조(40)로부터 배출되는 ED재농축수는 ED처리조(40)에 유입되는 CDI농축수의 농도에 따라 50 내지 90%까지 재농축하여 CDI처리조(20)에서 발생되는 CDI농축수와 대비하여 최종적으로 이온고정조(30)로 유입되는 농축수의 부피가 더욱 더 저감된 상태로 상기 이온고정조(30)로 유입되는 것이다.

이와 같이 본 발명에서는 상기 이온고정조(30)로 유입되는 농축수의 부피와 유입량이 최소화됨으로써 이온고정조(30)의 용적 역시 최소화될 수 있을 뿐 아니라, 더욱 농축된 농축수로 인하여 이온고정조(30)의 생흡착 반응이 더욱 활성 및 촉진될 수 있으며 특히 이온고정조(30)에 수용된 잉여 슬러지의 밀도 변화가 최소화될 수 있도록 한다.

한편 본 발명의 농축수 처리 시스템은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기 이온고정조(30)의 후단에 설치되어 상기 이온고정조(30)의 침전 과정을 통해 배출되는 상등수가 유입되고, 유입된 상등수의 이온성 무기 오염물질에 반응하여 스트루바이트(Struvite ; NH4MgPO4·6H2O) 결정화를 유도하며 이를 통해 이온성 물질의 농도가 저감된 처리수를 배출하고, 배출된 처리수가 상기 생물반응조(10)로 반송되도록 하는 Struvite생성조(50)를 더 포함할 수 있다.

도 4의 경우 ED처리조(40)가 구비된 상태에서 Struvite생성조(50)가 구성된 예를 도시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되지 않으며 도 3에서와 같이 ED처리조(40)의 유무와 상관없이 이온고정조(30)의 후단에 설치될 수 있다.

일반적으로 하, 폐수를 처리함에 있어 질소나 인 성분은 물 내부의 심각한 부영영화의 원인이 되고 특히 암모니아는 용존산소 고갈을 유발하므로 질소, 인의 회수가 수처리에 있어 주요 사안이 되는 바, 본 발명에서는 상기 Struvite생성조(50)를 통해 상등수에 포함될 수 있는 잔여 질소, 인 성분의 회수는 물론 회수된 질소, 인 성분을 자원화할 수 있도록 함으로써 자원 보전과 함께 환경 보호에 기여할 수 있도록 한다.

상기 Struvite생성조(50)는 상등수에 포함될 수 있는 잔여 인, 질소성 이온과 반응하여 스트루바이트를 생성하고 이를 분리 배출하는 것으로, 스트루바이트의 결정화에 주요 인자가 되는 결정화 환경이 조성되도록 운전한다.

상기 스트루바이트의 생성을 위한 반응식은 아래와 같다.

Mg²⁺ + NH₄ ⁺ + PO₄ ^3- + 6H₂O → MgNH₄PO₄6H₂O

즉 상기 Struvite생성조(50)에서는 스트루바이트의 생성을 위한 주요 조성(NH₄ ⁺, PO₄ ^3-, 6H₂O)을 상기 상등수로부터 얻을 수 있게 되며, 상기 상등수의 성분을 사전 조사한 결과에 따라 적정한 몰비로 마그네슘(Mg²⁺) 등을 첨가함으로써 스트루바이트의 생성을 위한 상기 반응식이 만족될 수 있도록 한다.

여기서, 상기 Struvite생성조(50)에 의한 스트루바이트의 결정화 방법 및 운전 조건 등은 공지의 다양한 방법 중 적합한 하나를 선택하여 적용할 수 있다.

다만 스트루바이트의 결정화 생성은 pH 8~10의 약 알칼리 조건에서 빠르게 진행된다는 연구 결과가 있는 바, 상기 반응식을 위한 조성외에도 스트루바이트의 결정화에서는 수산화나트륨 등과 같은 알칼리제가 선택적으로 첨가될 수 있음은 당연하다.

이와 같이 특정 이온성 무기 오염물질이 스트루바이트의 결정화로 제거 및 분리된 상태의 처리수는 앞서 언급한 바와 같이 상기 Struvite생성조(50)에서 상기 생물반응조(10)로 반송된다.

이처럼 본 발명의 농축수 처리 시스템에서는 상등수로서 반송될 수 있는 잔여 인 및 질소성 이온 등을 다양한 생물학적 방법과 물리화학적 방법을 이용하지 않고서도 Struvite생성조(50)를 통해 회수가 가능하여 처리 비용을 절감할 수 있게 되며, 결정화된 스트루바이트를 별도로 비료 등의 적용 가능한 자원으로 재이용할 수 있게 된다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.

10 : 생물반응조 20 : CDI처리조
30 : 이온고정조 40 : ED처리조
50 : Struvite생성조

Claims (6)

1. 유입된 하, 폐수를 생물학적으로 처리하여 유기물을 제거하는 생물반응조 및 상기 생물반응조에서 처리되는 처리수가 유입되고 처리수에 포함된 이온성 무기 오염물질을 흡착 처리하는 CDI처리조를 포함하는 시스템에 있어서,
   상기 생물반응조에서 배출되는 잉여 슬러지와 상기 CDI처리조에서 배출되는 CDI농축수가 각각 유입되며, 상기 CDI농축수의 이온성 무기 오염물질이 잉여 슬러지와 흡착 반응이 이루어지도록 하는 이온고정조;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 고정을 이용한 고농도 농축수 처리 시스템.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 CDI처리조와 이온고정조 사이에 개재되며, 상기 CDI처리조에서 배출되는 CDI농축수가 유입되고, 유입된 CDI농축수를 전기투석(Electro Dialysis) 방식으로 처리한 ED농축수를 배출하며, 배출된 상기 ED농축수가 상기 이온고정조로 유입되도록 하는 ED처리조;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 고정을 이용한 고농도 농축수 처리 시스템.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 CDI처리조와 상기 ED처리조는 순환 라인을 통해 상호 연결되며, 상기 ED처리조에서 배출되는 ED농축수는 상기 CDI처리조와 상기 ED처리조 간에서 순환 과정을 거친 ED 재농축수이며, 배출된 ED 재농축수가 상기 이온고정조에 유입되도록 하는 것을 특징으로 하는 이온 고정을 이용한 고농도 농축수 처리 시스템.
   
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 이온고정조는 침전 과정을 통해 침전된 잉여 슬러지가 분리 배출되고, 상등수가 상기 생물반응조로 반송되도록 하는 것을 특징으로 하는 이온 고정을 이용한 고농도 농축수 처리 시스템.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 이온고정조의 후단에 설치되어 상기 이온고정조의 침전 과정을 통해 배출되는 상등수가 유입되고, 유입된 상등수의 이온성 무기 오염물질에 반응하여 스트루바이트(Struvite ; NH4MgPO4·6H2O) 결정화를 유도하며 이를 통해 이온성 물질의 농도가 저감된 처리수를 배출하고, 배출된 처리수가 상기 생물반응조로 반송되도록 하는 Struvite생성조;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 고정을 이용한 고농도 농축수 처리 시스템.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 이온고정조는,
   상기 잉여슬러지에 의한 흡착 반응을 촉진시키기 위하여 응집제, 양이온성 성분, 음이온성 성분 중 하나 이상을 포함하는 흡착촉진약품이 첨가되는 것을 특징으로 하는 이온 고정을 이용한 고농도 농축수 처리 시스템.

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