WO2012176974A1 - 부상식 필터모듈과 이를 이용한 수처리 장치 및 방법 - Google Patents

부상식 필터모듈과 이를 이용한 수처리 장치 및 방법 Download PDF

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wastewater
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김연길
김완중
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Definitions

  • the present invention relates to a floating filter module installed in a water treatment device such as a public water treatment plant, a village water treatment facility, a public sewage treatment plant, a wastewater treatment plant, a village sewage treatment plant, and more specifically, to remove fine contaminant particles.
  • a floating filter module disposed at an upper side of sewage water and separating and filtering only supernatant water having a relatively low concentration of suspended solids, and a water treatment apparatus and method using the same.
  • the current water treatment technology for sewage treatment is to remove various contaminants by physicochemical methods such as filtration facilities, chemical aggregation, precipitation, and oxidation treatment, and by maximizing the metabolic process of microorganisms in a bioreactor in which activated sludge is stored.
  • Biological treatment methods are known. Among them, biological treatment methods are mainly used for wastewater treatment.
  • Separation and filtration of micro-polluted particles in physicochemical water treatment methods can be installed and used additionally without major changes in existing treatment facilities, and it is stable and highly efficient for removing not only micro-polluted particles but also total phosphorus (TP). This has the advantage of being effective.
  • Examples of the separation and filtration apparatus and method for finely contaminated particles include the following examples.
  • Republic of Korea Patent Publication No. 0558510 (registered on Feb. 28, 2006) relates to an advanced sewage treatment apparatus using an immersion separation membrane (MBR), in which a sedimentation membrane tank is used instead of a sedimentation tank in a conventional sewage treatment apparatus.
  • MLR immersion separation membrane
  • SS suspended solids
  • Escherichia coli Escherichia coli
  • Republic of Korea Patent Publication No. 0843656 (registered on June 27, 2008) is an invention related to a water treatment device in which two submerged membrane separation tanks are installed.
  • the membrane filter tank communicates with an immersion membrane (MBR), a membrane and a storage tank.
  • MLR immersion membrane
  • Suction pump to forcibly suck raw water from the raw water and transfer it to the storage tank, and the first membrane filtration tank and immersion type membrane installed with an acid pipe for supplying air to the separation membrane to remove the adsorption floatation of the separation membrane, and the separation membrane and the storage tank.
  • a water purification apparatus including a suction pump for forcibly suctioning and transporting to a storage tank, and a second membrane filtration tank having an acid pipe for removing suspended matter adsorbed on the separation membrane.
  • Republic of Korea Patent Publication No. 0875733 (registered Dec. 17, 2008) properly supplies the return sludge to the reactor according to the influent load fluctuations to remove nutrients such as nitrogen and phosphorus contained in the influent and at the same time the sludge according to the concentration of phosphorus Disclosed is a technique using an immersion membrane (MBR) that can control the amount of water and improve the quality of treated water.
  • MLR immersion membrane
  • Republic of Korea Patent Publication No. 0718791 (2007. 05. 09 registration) relates to the immersion-type filtration device used in various water treatment devices, when a large amount of foreign matter deposited on the surface of the immersion filter to filter the foreign matter contained in the water, A technique for forcibly removing foreign matter deposited on the immersion filter surface by instantaneously injecting strong compressed air into the filter is disclosed.
  • Republic of Korea Patent Publication No. 1000742 (registered Dec. 07, 2010) relates to a water treatment method for improving the removal efficiency of the phosphorus component that acts as a major source of eutrophication, it is easy to separate the micro-polluted particles from sewage water Disclosed is a fine particle separation means that can be.
  • Republic of Korea Patent Publication No. 0489328 (registered on May 03, 2005) relates to an advanced wastewater treatment system for treating organic matter, nitrogen, and phosphorus contained in the wastewater, and decomposes the organic matter using aerobic microorganisms
  • the present invention discloses an immersion type membrane separation tank that accumulates ammonia nitrogen and accumulates sludge and sewage through solid membrane modules.
  • the immersion separation membrane is disposed in the middle or the bottom of the treatment tank where the concentration of the suspended solids (SS or MLSS) is relatively high, the micropores of the immersion separation membrane are occluded within a short filtration time. There exists a problem that the separation and filtration efficiency of particle
  • the prior art does not provide an efficient cleaning method for the submerged membrane in which micropores are occluded.
  • the Republic of Korea Patent Publication No. 0718791 proposes a method of cleaning the immersion type membrane with compressed air, but since the air is filled in the immersion type membrane after cleaning, the phenomenon of cavitation of the suction pump during the resuction process of the immersion type membrane There is a problem that occurs.
  • the Republic of Korea Patent Publication No. 1000742 or the Republic of Korea Patent Publication No. 0489328 discloses a method for cleaning the immersion type membrane is a microporous occluded membrane by back conveying the waste water, the cleaning method through the back conveying of the waste water is a cleaning time There is a problem.
  • the present invention is to solve the problems of the prior art, an object of the present invention is to lift and filter the filtration rate and the duration of filtration by separating and filtering only the supernatant water having a relatively low suspended solids concentration in the water treatment tank. To provide a module and a water treatment apparatus and method using the same.
  • Another object of the present invention is to reduce the amount of adhesion of the micro-contaminant particles during separation and filtration process, and to remove the attached micro-contaminant particles quickly and efficiently when the filtration rate decreases due to the attachment of the micro-contaminant particles, and using the same. It is to provide a water treatment apparatus and method.
  • the hollow sintering having a plurality of fine pores disposed in the waste water in the water treatment tank to separate and filter the micro-polluted particles from the waste water introduced into the water treatment tank
  • a floating body coupled to the filter and the sintering filter and floating on the surface of the wastewater in the water treatment tank to position the sintering filter on the upper side of the wastewater in the water treatment tank, a main pipe connected to an internal space of the sintering filter, and coupled to the main pipe.
  • Compressed air supply pipe and air compressor coupled to the compressed air supply pipe Provided and includes a compressed air supply desorbing the fine contaminant particles which closes the micropores of the sintered filter by supplying compressed air to the interior space of the sintered filter from the sintered filter.
  • Floating filter module may further include a vibration generating device for vibrating the sintered filter in order to detach the micro-contamination particles blocking the fine pores of the sintered filter from the sintered filter.
  • the floating filter module according to the present invention may further include a supplemental water supply device connected to the main pipe to supply supplemental water to the internal space of the sintered filter filled with air by the compressed air supply device.
  • the sintered filter is preferably made of a stainless metal or synthetic resin material.
  • the suction device may include a suction pump coupled to the main pipe to generate a suction force, and a differential pressure detector for detecting a pressure difference in front and rear of the suction pump to detect a degree of blockage of the sintering filter.
  • the compressed air supply device may further include an actuator disposed between the sintering filter and the air compressor to convert compressed air continuously supplied from the air compressor to the sintering filter into a pulse form.
  • the water treatment apparatus for achieving the above object is a water treatment tank into which wastewater is introduced, a floating filter module installed in the water treatment tank to separate and filter fine contaminant particles from the wastewater introduced into the water treatment tank, And a control device for controlling the operation of the common-sense filter module, wherein the floating filter module is disposed in the wastewater in the water treatment tank and is a hollow sintered filter having a plurality of micropores.
  • Floating body that floats to the wastewater level in the tank and locates the sintered filter on the upper side of the wastewater in the water treatment tank, a main pipe connected to the inner space of the sintered filter, and coupled to the main pipe to draw suction force to the sintered filter through the main pipe.
  • a suction device for sucking into an inner space of the air, a compressed air supply pipe connected to the inner space of the sintering filter through the main pipe, and an air compressor coupled to the compressed air supply pipe, and compressed air into the inner space of the sintering filter.
  • a compressed air supply device for supplying and removing micro-polluting particles from the sintering filter to block the micropores of the sintering filter.
  • the water treatment method according to the present invention for achieving the above object, the step of (a) arranging the hollow sintered filter having a plurality of micropores on the upper side of the waste water in the water treatment tank using a floating body that can rise to the surface (b) separating and filtering the microcontaminant particles from the wastewater by providing suction to the sintered filter and sucking the wastewater in the water treatment tank into the inner space of the sintered filter through a plurality of micropores provided in the sintered filter.
  • Floating filter module uses a semi-permanent sintered filter with almost no deformation of micropores, so there is little risk of damage during operation and long life.
  • the floating filter module according to the present invention is a floating floating type disposed on the upper side of the water treatment tank to separate and filter the supernatant water having a relatively low concentration of suspended solids, and thus, the filtration rate and the filtration duration are superior to those of the prior art.
  • the floating filter module according to the present invention can quickly and effectively remove the micro-contaminant particles attached to the sintered filter through the filtered water conveyance and the compressed air when the sintered filter is blocked.
  • the floating filter module according to the present invention can efficiently clean the sintered filter without introducing a chemical as in the prior art when the blockage of the sintered filter occurs, so that the active degradation of the active microorganism due to the chemical input does not occur.
  • the floating filter module according to the present invention vibrates the sintering filter by using a vibration generating device so that the micro-contaminant particles are not easily attached to the sintering filter, thereby reducing the frequency of the cleaning process and enabling efficient operation.
  • FIG. 1 is a wastewater treatment flow diagram of a water treatment device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a part of the configuration of the water treatment apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a side view schematically showing the filtration tank of the water treatment device according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a side view showing a floating filter module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a plan view taken along the line I-I of the floating filter module shown in FIG.
  • Figure 6 is a side cross-sectional view showing a sintered filter of the floating filter module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a manufacturing process diagram of the sintered filter provided in the floating filter module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a wastewater treatment flow diagram of a water treatment device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a plan view schematically showing a water treatment device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a side view schematically showing an aeration tank of a water treatment device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a wastewater treatment flow diagram of a water treatment device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a plan view schematically showing a water treatment device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a side view schematically showing a batch reactor of a water treatment device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a wastewater treatment flow diagram of a water treatment device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a plan view schematically showing a water treatment device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • Fig. 16 shows the initial state (a) of installation of the sintered filter installed in the batch reactor, the state (b) after the suction filtration process, and the state (c) after cleaning with compressed air, respectively.
  • 17 is a graph showing the filtration characteristics according to the operation of the floating filter module installed in a batch reactor.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a wastewater treatment system of a water treatment apparatus according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a block diagram showing a partial configuration of the water treatment apparatus according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. It is a side view which shows schematically the filtration tank of a water treatment apparatus.
  • the water treatment apparatus is an A 2 / O (Anaerobic / Anoxic / Oxic) type of water treatment apparatus anaerobic (115), anoxic tank (anoxic, 120) and aerobic (125) three stage biological reactors and a plurality of process tanks disposed upstream and downstream of these biological reactors.
  • Process tanks other than the three-stage biological reaction tanks include a flow rate adjusting tank 110 disposed upstream of the anaerobic tank 115, a filtration tank 130 sequentially disposed downstream of the aeration tank 125, a treatment tank 170, and a sludge concentration tank 175. ), And a floating filter module 140 for separating and filtering the wastewater is installed in the filtration tank 130.
  • the water treatment apparatus is a water level detector 131 for detecting the water level in the filtration tank 130, a stirring device 132 for stirring the wastewater in the filtration tank 130, floating filter Bubble generator 133 for supplying bubbles to the module 140, monitoring device 180 for providing the user the status of the water treatment process, control device 185 for controlling various devices, water treatment process to the remote manager It further includes a remote management device 190 and a communication device 195 for communication between the control device 185 and the remote management device 190 to provide information on the status and to allow the administrator to remotely control the water treatment process. do.
  • the bubble generator 133 is an air supply device for supplying air to the plurality of diffusers 134 through a plurality of diffusers 134 and air supply pipes 135 disposed under the floating filter module 140 ( 136, an air control valve 137 installed in the air supply pipe 135 to open and close an air flow path in the air supply pipe 135.
  • the air supply 136 and the air control valve 137 are controlled by the controller 185.
  • the bubble generator 133 generates a plurality of bubbles through the plurality of diffusers 134 to provide bubbles to the sintered filter 141 of the floating filter module 140, thereby adhering to the sintered filter 141. Decontamination of the contaminated particles and serves to prevent the micro-contamination particles easily attached to the sintered filter (141).
  • the plurality of diffusers 134 are coupled to the floating filter module 140 through a separate coupling device so as not to interfere with the floating filter module 140 rising and falling in accordance with the level of the sewage water. With the lifting and lowering, it may be installed on the bottom side of the filtration tank 130.
  • the communication device 195 connects the control device 185 and the remote management device 190 of the water treatment device through a wired or wireless communication line, so that the remote manager can control the progress of the water treatment process or the water treatment device through the remote management device 190.
  • the status of the system can be checked in real time, and the manager can remotely control the water treatment process.
  • This A 2 / O type water treatment device is the most basic biological advanced treatment for efficiently removing total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) nutrients in addition to biochemical oxygen demand (BOD) and suspended solids in sewage water.
  • Conventional standard activated sludge biological reaction tank is composed of only aeration tank of activated sludge and discharged after sewage treated in the aeration tank is precipitated in the sedimentation tank.
  • the wastewater treatment process of the A 2 / O system consisting of the anaerobic tank 115, the anaerobic tank 120, and the aeration tank 125 can solve this conventional problem.
  • the anaerobic tank 115 and the anaerobic tank 120 are installed upstream of the aeration tank 125 and the wastewater treated in the aeration tank 125 is returned to the anaerobic tank 120 again.
  • nitrate nitrogen (NO 3 -N) By removing nitrate nitrogen (NO 3 -N), and by returning some of the activated sludge precipitated in the filtration tank 130 to the anaerobic tank 115 upstream of the sludge concentration tank 175 can maintain a constant microbial concentration of the entire reaction tank. have.
  • the phosphorus is drawn out in the sludge state to be removed.
  • the water treatment process of the water treatment apparatus includes an internal recycle (nitrification recycle) to remove the nitrate nitrogen and the sludge external conveyance from the filtration tank 130 for phosphorus removal.
  • Nitrogen nitrate in the internal transport water from the aeration tank 125 is denitrated and reduced to nitrogen gas to remove nitrogen from the wastewater.
  • the treatment efficiency of the A 2 / O wastewater treatment process is known to be 90% or more of biochemical oxygen demand (BOD) removal rate, 90% or more of suspended solids removal rate, 40 to 70% of total nitrogen removal rate, and 60% of total phosphorus removal rate.
  • BOD biochemical oxygen demand
  • HRT hydraulic retention time
  • SRT sludge retention time
  • RAS external sludge conveyance rate
  • RAS internal conveyance rate
  • the water treatment apparatus additionally separates and filters the micro-contaminant particles using the filtration tank 130 in which the floating filter module 140 is installed as compared to the conventional A 2 / O sewage treatment process.
  • the treatment efficiency of the suspended solids is higher than that of the prior art. That is, by adopting the conventional pressure segregation and filtration process instead of gravity sedimentation using the floating filter module 140, it is possible to process the suspended suspended solids stably and efficiently.
  • the immersion membrane tank is disposed downstream of the biological reactor and the wastewater is discharged using the immersion membrane (MBR) installed therein.
  • MLR immersion membrane
  • the suspended solids are relatively high because they are always fixed to the lower side of the immersion membrane tank. Is exposed to. Therefore, the initial filtration efficiency is excellent, but as the operation time passes, clogging of fine pores due to adhesion of fine contaminant particles or microorganisms, that is, blockage of micropores occurs within a short period of time, thereby rapidly reducing the filtration efficiency.
  • the hollow fiber membrane used in the immersion membrane of the conventional water treatment device is easy to reduce the filtration efficiency due to the occurrence of its own defects in addition to the micropore blocking.
  • one element of the hollow fiber membrane is composed of about 160 strands of about 2 mm outer diameter, 0.8 mm inner diameter, 0.6 mm thickness, 1.5 m length, and 0.1 micrometer pore size.
  • Hollow fiber membrane is difficult to maintain stable processing efficiency because the hollow fibers constituting it during the use is likely to break or break.
  • the hollow fiber membrane used in the conventional immersion separation membrane is impossible to clean using compressed air due to the film thickness and material reasons, the cleaning method is limited.
  • the present invention can solve the problems of the prior art as described above by using the floating filter module 140 including the sintered filter (141). That is, as shown in Figures 2 to 4, the floating filter module 140 according to an embodiment of the present invention is floated on the upper side of the water in the filtration tank 130, so the supernatant of the relatively low suspended solids concentration Only the bay is separated and filtered. Therefore, not only excellent initial filtration efficiency but also stable processing efficiency can be exhibited over time. In addition, even if micropores are blocked due to the attachment of micro-polluted particles or microorganisms, rapid cleaning is possible by spraying compressed air and back conveying the treated water.
  • the floating filter module 140 installed in the filtration tank 130 may include a plurality of sintered filters 141 and a plurality of sintered filters immersed in the wastewater in the plurality of filtration tanks 130. Suction force is applied to the main pipe 142 connected to the 141, a plurality of floating body 143, a plurality of sintered filter 141, which floats on the water surface by the buoyancy in the water and places the plurality of sintered filters 141 on the upper side of the wastewater.
  • the sintering filter 141 is connected to the plurality of sintering filter 141 through the main pipe 142 to provide The compressed air supply device 152, the supplementary water supply device 160 for supplying supplementary water to the interior space of the sintered filter 141 filled with air after cleaning the sintering filter 141, a plurality of sintered filter 141 Vibration generating device for removing fine contaminants attached to the sintered filter 141 by vibrating 166.
  • the floating air filter module 140 is shown with the compressed air supply device 152 and the supplemental water supply device 160 omitted for simplification of the drawing.
  • a plurality of sintered filters 141 having a separation and filtration function are disposed on the upper side of the wastewater in the filtration tank 130 by buoyancy of the floating body 143 to change the water level. Therefore, only the supernatant water having a relatively low suspended solids concentration is separated and filtered. Therefore, the filtration rate, filtration rate and the like of the filtration rate, filtration flux, and the duration of the filtration are much better than those of the conventional immersion type membranes disposed on the lower side or the middle side of the wastewater.
  • the sintered filter 141 is connected to the main pipe 142 through the filter coupling member 144 having an internal flow path, and the main pipe 142 is connected to the floating body 143 through the flexible connection member 145.
  • an impact that may occur between the floating body 143 and the plurality of sintered filters 141 may be caused by the flexible connection member 145.
  • the compressed air supply device 152 and the supplemental water supply device 160 are connected to the plurality of sintered filters 141 through the main pipe 142 like the suction device 147.
  • the sintering filter 141 is made of a sintering method using a stainless metal powder or a synthetic resin fine powder as a raw material, and has a hollow shape with a hollow hole with a micropore size of 0.01 to 10 ⁇ m.
  • the sintered filter 141 manufactured by the sintering method has a uniform micropore size and high porosity, and has a durability in which the shape and size of the micropores are not easily deformed even when high-pressure compressed air or backwash water is supplied.
  • the sintered filter 141 may be manufactured in a hollow type having a hollow center, in terms of filtration efficiency and cleaning through spraying compressed air.
  • the manufacturing process of the sintered filter 141 is a raw powder supply step.
  • -Mixing step-compression step-sintering step refers to a high-precision tool having a pressure of about 3 to 7 ton / cm 2 after thoroughly mixing high purity and highly compressible powders of a particle size distribution with a precision machine. It is a molding method using the phenomenon that the press-molded molded bodies in the designed shape are tightly adhered to each other and solidified when heated to the vicinity of the melting point.
  • the sintered filter 141 according to the present invention is molded into a design shape by putting a fine powder of stainless steel or synthetic resin of a micron ( ⁇ m) particle size into a mold and pressing it at a high pressure with a press.
  • Such fine powder can be produced by heating to a temperature near its melting point.
  • diffusion bonding may be performed at a contact portion between the fine powders, or a portion thereof may be deposited to be connected to each other to form a solid porous sintered filter.
  • the manufacture of the sintered filter 141 by controlling the particle size of the fine powder used as the raw material of the sintered filter 141, it is possible to vary the size of the fine pores of the final sintered filter 141.
  • the sintered filter 141 In the manufacture of the sintered filter 141, by using a powder of stainless metal as a raw material it can be produced a porous metal sintered filter excellent in corrosion resistance, heat resistance and durability. In addition, when the synthetic resin powder is used as a raw material, a porous resin sintered filter having low cost and excellent chemical resistance can be manufactured.
  • the porous sintered filter 141 manufactured by the sintering method has various advantages compared to the conventional immersion type separation membrane. That is, the micropore size can be easily determined up to 0.01 to 100 ⁇ m by controlling the particle size of the powder used as a raw material in manufacturing, and when using a powder having a uniform particle size, the porosity (better than the conventional product produced by simple pressing) porosity) and can be manufactured in various shapes. In addition, it is excellent in durability such that the shape of the micropores is not easily deformed even when used for a long time, it is possible to quickly and efficiently cleaning through the injection of compressed air at a high pressure (for example, 0.2 ⁇ 0.7MPa). In addition, the sintered filter 141 constituting the floating filter module 140 according to the present invention has a higher porosity than that of a conventional hollow fiber membrane, so that the throughput per filtration time, that is, the filtration rate is excellent.
  • the floating body 143 may be made of various materials that can float on the surface of the water.
  • the floating body 143 may be set in various ways depending on the total weight of the floating filter module 140 so that the buoyancy index can always be located on the surface of the wastewater.
  • the sintered filter 141 is made of a stainless metal material or the total weight of the floating filter module 140 is increased due to an additional frame or the like, the floating body 143 filled with gas such as air or helium (He) therein. May be used.
  • the suction device 147 is installed in the main pipe 142, the suction pump 148 for generating a suction force, disposed upstream of the suction pump 148 of the main pipe 142 through the main pipe 142
  • a treated water control valve 149 and a differential pressure detector 150 for controlling the flow of the treated water are included.
  • the suction pump 148 provides suction power to the plurality of sintered filters 141 to allow the wastewater to flow into the sintered filter 141, and pumps the filtered water introduced into the sintered filter 141 to the treatment tank 170. Let's do it.
  • various pumps such as a self-priming or vacuum ferromagnetic pump may be used in which cavitation does not occur even if a certain amount of air is introduced.
  • the differential pressure detector 150 detects a pressure loss in the front and rear of the suction pump 148 and provides it to the controller 185.
  • the controller 185 receives the detection signal of the differential pressure detector 150 to determine the degree of occlusion of the sintered filter 141, and when the degree of occlusion of the sintered filter 141 reaches a set value, the separation and filtration processes are stopped and sintered. The cleaning process for the filter 141 is performed.
  • the pressure loss value serving as a criterion for determining the degree of occlusion of the sintered filter 141 is set in advance according to the type of the sintered filter 141, the type of the suction pump 148, and the like.
  • Compressed air supply device 152 is a compressed air supply pipe 153, compressed air supply pipe 153 is connected to the main pipe 142 to supply compressed air to the plurality of sintered filter 141 through the main pipe 142. It includes an air compressor 154, a pressure regulator 155, a compressed air control valve 156 and an actuator 157 installed in the.
  • the dust filter 158 is installed at the suction part of the air compressor 154.
  • the air compressor 154, the pressure regulator 155, the compressed air control valve 156, and the actuator 157 are controlled by the controller 185.
  • the control unit 185 opens the compressed air control valve 156 and operates the air compressor 154 and the pressure regulator 155 to compress the plurality of sintered filters 141 through the main pipe 142. Inject air.
  • the cleaning process of the sintered filter 141 through the injection of compressed air may be performed for a time set automatically by the control device 185, and by supplying compressed air in the form of a pulse through the actuator 157. Effective cleaning is possible.
  • the inside of the sintered filter 141 is filled with compressed air.
  • the suction device 147 when the suction device 147 is restarted, air in the sintering filter 141 and the main pipe 142 flows into the suction pump 148 to cause cavitation of the suction pump 148.
  • the replenishment water supply device 160 operates before the reactivation of the suction device 147 to supply replenishment water to the sintering filter 141 and the main pipe 142.
  • the supplementary water supply device 160 may include a supplemental water supply pipe 161 connected to the main pipe 142, a supplemental water tank 162 for storing supplemental water, and a supplemental water control valve installed in the supplemental water supply pipe 161. 163).
  • the replenishment water tank 162 may be omitted.
  • the replenishment water supply pipe 161 may be directly connected to the water pipe to use the water of the water pipe as the replenishment water, and the filtered water filtered through the sintering filter 141 may be used. It can also be used as make-up water.
  • the supplemental water supply pipe 161 may be provided with a pump for pumping supplemental water.
  • the supplementary water supply pipe 161 is provided with an exhaust valve 164 for discharging the air filled in the sintered filter 141 and the main pipe 142 so that the supplementary water can be effectively filled in the sintered filter 141 and the main pipe 142. do.
  • the vibration generator 166 vibrates the plurality of sintered filters 141 through the main pipe 142.
  • the vibration generating device 166 may be of various kinds that may generate vibrations of a predetermined size (for example, 1 to 200 Hz).
  • the vibration generating device 166 may vibrate a plurality of sintered filters 141 during a cleaning process or during a separation and filtration process. The micro contaminants attached to the sinter filter 141 are removed and the amount of micro contaminants attached to the sinter filter 141 is reduced.
  • Wastewater such as sewage or wastewater
  • Wastewater first flows into the flow adjustment tank 110, and then flows into the filtration tank 130 through the anaerobic tank 115, the anaerobic tank 120, and the aeration tank 125.
  • the aeration tank 125 some wastewater is returned to the anoxic tank 120, and in the anoxic tank 120, nitrogen in the wastewater is removed by denitrifying and reducing the nitrogen nitrate in the wastewater to nitrogen gas.
  • Filtrate water from which the micro-contaminant is removed by the floating filter module 140 from the filtration tank 130 is discharged to the outside through the treatment tank 170, and the sludge pit (sludge pit, 138) provided in the lower portion of the filtration tank 130 Gathered and drawn to the sludge concentration tank 175.
  • Some of the sludge drawn out from the filtration tank 130 is returned to the anaerobic tank 115. This is not only to maintain a constant concentration of microorganisms in the entire reaction tank, but also to release phosphorus in the anaerobic state and to increase the total phosphorus removal rate by increasing the total phosphorus content in the sludge by ingesting excess phosphorus in the subsequent aeration tank 125.
  • the sewage water is sucked into the plurality of sintered filter 141 and the micro-contaminant particles contained therein are separated and filtered, and then, to the treatment tank 170 through the main pipe 142. Flow. While the separation and filtration process through the sintering filter 141 is performed, the stirring device 132 stirs the wastewater to prevent sludge in the wastewater from being deposited and anaerobic, and the bubble generator 133 is the sintering filter 141. By supplying a plurality of bubbles to the sintered filter 141, it is possible to reduce the extent to which the micro-polluted particles or microorganisms adhere. In addition, the vibration generating device 166 also operates during the separation and filtration process to vibrate the sintering filter 141, thereby preventing micro-contamination particles or microorganisms from easily attaching to the sintering filter 141.
  • the separation and filtration process through the floating filter module 140 is performed when the sewage water level in the filtration tank 130 is within a set range. That is, the control device 185 operates the suction device 147, the stirring device 132, and the bubble generator 133 when the water level in the filtration tank 130 is within the set range through the water level detection device 131, and the wastewater is discharged. When the water level is below the set low level, the separation and filtration processes are not carried out.
  • the floating filter module 140 is operated when the sewage water level is lower than the set low water level, since the sewage water having a high suspended suspended solids concentration passes through the sintered filter 141, the sintered filter 141 may be rapidly blocked, thereby making it impossible to operate efficiently. .
  • the controller 185 checks the degree of blockage of the sintered filter 141 through the differential pressure detector 150, and when the degree of blockage of the sintered filter 141 reaches a set value, the separation and filtration processes are stopped and sintered.
  • the cleaning process for the filter 141 is performed. Specific steps of the cleaning process are as follows.
  • the controller 185 closes the treated water control valve 149 and stops the suction pump 148. Thereafter, the control device 185 opens the compressed air control valve 156 and operates the air compressor 154, the pressure regulator 155, and the actuator 157 to supply a predetermined pressure (for example, 0.2 to 0.7 MPa) compressed air.
  • a predetermined pressure for example, 0.2 to 0.7 MPa
  • the sintered filter 141 is supplied.
  • compressed air starts to be supplied to the sintering filter 141, the filtrate that has filled the inside of the sintering filter 141 is pushed strongly by the compressed air and is pushed out of the sintering filter 141 through the fine pores of the sintering filter 141. suddenly exit.
  • the filtrate flowing out temporarily exerts a backwash function to remove the micro-contaminant particles attached to the sintered filter 141.
  • the compressed air supplied into the sintering filter 141 passes through the micropores of the sintering filter 141 and is discharged to the outside of the sintering filter 141 to remove the micro-contaminant particles attached to the sintering filter 141.
  • Compressed air may be supplied in pulse form by the actuator 157 or may be continuously supplied without the operation of the actuator 157.
  • the cleaning process by the back conveyance of the filtered water and the injection of compressed air proceeds for a time set by the controller 185.
  • the control device 185 closes the compressed air control valve 156, stops the compressed air supply device 152, and operates the supplemental water supply device 160.
  • the make-up water control valve 163 and the exhaust valve 164 are opened, the make-up water stored in the make-up water tank 162 is filled in the main pipe 142 and the plurality of sintered filters 141 through the make-up water supply pipe 161. After the separation and filtration process, the cavitation of the suction pump 148 may be prevented.
  • Information about the separation, filtration process, cleaning process, and defects of the device through the floating filter module 140 may be provided to an administrator through the monitoring device 180 or the remote management device 190 and the communication device 195. have. And the manager can remotely control the separation, filtration process and cleaning process in the home or office through the remote management device 190.
  • FIG. 8 is a wastewater treatment system diagram of a water treatment apparatus according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a plan view schematically showing the water treatment apparatus shown in FIG. 8.
  • the water treatment apparatus according to the second embodiment of the present invention is a small-sized wastewater treatment apparatus, which simultaneously performs the functions of the anaerobic tank and the anaerobic tank of the water treatment tank 110 and the water treatment apparatus according to the first embodiment of the present invention, and the dissolved oxygen concentration. Dissolved in the treatment liquid returned to the dephosphorization tank 210, the aeration tank 215 provided with the floating filter module 140, and the dephosphorization tank 210, which are maintained at a predetermined level or less (eg, 0.2 mg / L or less).
  • a predetermined level or less eg, 0.2 mg / L or less.
  • Dissolved oxygen reduction tank 225 to reduce oxygen to improve dephosphorization efficiency, treatment tank 170 into which treated water has passed through aeration tank 215, and sludge concentration tank 175 into which sludge discharged from aeration tank 215 is introduced. ).
  • the dephosphorization tank 210 is partitioned into an anaerobic region 212 and an anaerobic region 213 by a separation wall 211, and these anaerobic regions 212 and an anaerobic region 213 pass through the flow path 214. Connected.
  • the water treatment apparatus according to the second embodiment of the present invention is designed to meet the small and medium-sized water treatment capacity of 10,000 tons / day or less.
  • the water treatment apparatus includes a water level detection device 216 for detecting the water level in the aeration tank 215, and an agitation device 217 for stirring the wastewater in the aeration tank 215.
  • the aeration device 218 for supplying air to the wastewater in the aeration tank 215 further includes.
  • the aeration device 218 is an air supply device for supplying air to the diffuser 219 through the air supply pipe 220 connected to the diffuser 219 and the diffuser 219 disposed in the wastewater in the aeration tank 215. 221, an air control valve 222 installed in the air supply pipe 220.
  • the aeration tank 215 is provided with a floating filter module 140 for separating and filtering the micro-contaminant particles of the wastewater, and a sludge pit 223 for collecting the sludge is provided under the aeration tank 215.
  • the floating filter module 140 is shown with the compressed air supply device 152 and the supplemental water supply device 160 omitted for simplification of the drawing. It is the same as that described in the water treatment apparatus according to the first embodiment.
  • the water treatment apparatus according to the second embodiment of the present invention like the water treatment apparatus according to the first embodiment of the present invention, provides a monitoring apparatus for providing a user with the state of the water treatment process, and control of various devices. It may further include a control device, a remote management device and a communication device for.
  • sewage water such as sewage or waste water is introduced into the anaerobic region 212 of the dephosphorization tank 210 through the flow adjusting tank 110.
  • some of the sludge discharged from the aeration tank 215 to the sludge concentration tank 175 flows into the anaerobic region 212 to cause a P-release mechanism in the anaerobic region 212, and subsequent aeration tank 215.
  • the microbial intake increases the phosphorus removal rate by increasing the total phosphorus content in the sludge.
  • the nitrified liquid nitrified in the aerobic aeration tank 215 is returned to the anoxic region 213 of the dephosphorization tank 210 to be denitrified and removed to remove nitrogen components in the water.
  • the treatment liquid returned from the aeration tank 215 to the dephosphorization tank 210 is reduced in dissolved oxygen while passing through the dissolved oxygen reduction tank 225, whereby the dephosphorization efficiency in the dephosphorization tank 210 can be improved. have.
  • the wastewater passing through the dephosphorization tank 210 flows into the aeration tank 215.
  • aeration tank 215 microbial mechanisms such as organic decomposition, nitrification and phosphorus ingestion occur, and at the same time, the micro-contaminated particles are separated and filtered by the floating filter module 140. Separation and filtration process by the floating filter module 140 is as described above.
  • the floating filter module 140 is disposed above the aeration device 218, the sintered filter provided in the floating filter module 140 by utilizing the bubbles supplied into the water from the aeration device 218 ( It is possible to reduce the degree of adhesion of the micro-contamination particles or microorganisms of 141).
  • the sintered filter 141 filters the supernatant water having a relatively low concentration of the suspended solids. Effective separation and filtration are possible.
  • the floating filter module 140 of the water treatment device according to the second embodiment of the present invention is preferably set to have a narrow width of the operating water range between the high and low water levels, which is separated and filtered by the sintered filter 141. This is to minimize the fluctuations in suspended suspended solids concentrations in sewage water.
  • FIG. 11 is a schematic diagram of a wastewater treatment system of a water treatment apparatus according to a third embodiment of the present invention
  • FIG. 12 is a plan view schematically illustrating a water treatment apparatus according to a third embodiment of the present invention
  • FIG. It is a side view which shows schematically the batch reactor of the water treatment apparatus by 3 Example.
  • the water treatment apparatus is a batch wastewater treatment apparatus using a sequencing batch reactor (SBR, 310) in which a series of inflow-microbial reaction-sedimentation-discharge processes are performed.
  • SBR sequencing batch reactor
  • Denitrification tank 210 Denitrification tank 210, batch reaction tank 310, sludge feed tank 325, treated water tank 170 and sludge concentration tank 175.
  • the dephosphorization tank 210 is partitioned into the anaerobic region 212 and the anoxic region 213 by the separation wall 211 so that the dephosphorization reaction and the denitrification reaction do not interfere with each other.
  • These anaerobic regions 212 and anoxic regions 213 are connected through a flow path 214.
  • a water treatment apparatus includes a water level detection device 311 for detecting the water level in the batch reactor 310, and an agitation device for stirring the wastewater in the batch reactor 310 ( 312), the aeration device 313 for supplying air to the wastewater in the batch reactor (310) further.
  • the aeration device 313 supplies air to the diffuser 314 through the air supply pipe 315 connected to the diffuser 314 and the diffuser 314 disposed in the wastewater in the batch reactor 310.
  • Apparatus 316 and air control valve 317 is installed in the air supply pipe 315.
  • a flotation filter module 140 for separating and filtering the microcontaminant particles of the wastewater is installed, and a sludge pit 318 for collecting the sludge is provided under the batch reactor 310.
  • the floating air filter module 140 is shown with the compressed air supply device 152 and the supplemental water supply device 160 omitted for simplification of the drawing. It is the same as that described in the water treatment apparatus according to the first embodiment.
  • the water treatment apparatus according to the third embodiment of the present invention like the water treatment apparatus according to the first embodiment of the present invention, provides a monitoring device for providing a user with the state of the water treatment process, and control of various devices. It may further include a control device, a remote management device and a communication device for.
  • the sewage waste water such as sewage or waste water is temporarily stored in the flow adjusting tank 110 and then dephosphorization tank 210 by the method of intermittent inflow or continuous inflow.
  • the release rate of phosphorus (PO 4 -P) of the microorganism is increased, and wastewater having P-release in the anaerobic region 212 flows to the anaerobic region 213.
  • nitrogen and phosphorus removal efficiency is reduced while nitrogen nitrate (NO 3 -N) and nitrite nitrogen (NO 2 -N) are reduced to nitrogen gas (N 2 ) by the mechanism of aerobic anaerobic denitrification. Is improved.
  • the wastewater in the anaerobic region 213 is transferred to a batch reactor 310.
  • the wastewater passing through the dephosphorization tank 210 is dispersed and introduced under the batch reactor 310 through the guide tube 319 and the injection tube 320 connected thereto.
  • the wastewater in the batch reactor 310 is subjected to the aeration process for a predetermined time by the bubbles supplied from the aeration device 313 by being stirred by the stirring device 312.
  • the sludge contained in the sewage water is collected in the sludge pit 318 and transported to the sludge concentration tank 175, and the supernatant water is separated and filtered by the floating filter module 140 and discharged to the treated water tank 170.
  • the sludge introduced into the sludge concentration tank 175 is dehydrated when the set sludge residence time (SRT) elapses, and the treated water transferred to the treatment tank 170 is temporarily held and discharged to the outside.
  • SRT set sludge residence time
  • Some of the sludge drawn out in the batch reactor 310 (about 30% or less) is returned to the anaerobic region 212 of the denitrification tank 210. This facilitates the dephosphorization reaction and can maintain the suspended solids concentration in the dephosphorization tank 210 at a predetermined level (eg, 3,000 to 20,000 mg / L) even in an emergency.
  • a predetermined level eg, 3,000 to 20,000 mg / L
  • the batch reactor 310 is connected to the sludge feed tank 325 through a flow path 321 in which the vortex prevention mechanism 322 is installed.
  • Activated sludge and nitrate nitrogen (NO 3 -N) are introduced into the sludge feed tank 325 through the flow passage 321 to the anoxic zone 213 of the dephosphorization tank 210. do.
  • the suspended solids concentration in the anoxic region 213 can be maintained at a predetermined level (for example, 3,000 to 20,000 mg / L), and the returned nitrate nitrogen (NO 3 -N) is nitrogen gas (N). 2 ) can be reduced.
  • the sludge feed tank 325 reduces the dissolved oxygen of the activated sludge and the nitride liquid transferred from the batch reactor 310 and buffers the oxygen to the anoxic region 213 to further promote denitrification by the anaerobic microorganisms. .
  • the floating filter module 140 installed in the batch reactor 310 separates and filters fine contaminant particles of the supernatant water and transfers them to the treatment tank 170.
  • the specific structure and operation of the floating filter module 140 is as described above, the operation of the floating filter module 140 is made when the level of the sewage water is within the set range between the high and low water level.
  • the floating filter module 140 and the dephosphorization tank 210 are introduced into a batch sewage treatment process, the conventional batch sewage treatment process can be easily upgraded to an advanced facility for water treatment efficiency. Can greatly improve.
  • FIG. 14 is a schematic diagram of a wastewater treatment system of a water treatment apparatus according to a fourth embodiment of the present invention
  • FIG. 15 is a plan view schematically illustrating a water treatment apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
  • a semi-batch to semi-continuous type using an alternating batch reactor 410 having two batch reactors 411 and 412 in a main reaction process is provided.
  • -continuous) sewage treatment system includes a flow adjusting tank 110, a dephosphorization denitrification tank 210, an alternating batch reaction tank 410, two sludge feed tanks 415, 416, and a treatment tank 170. And a sludge concentration tank 175.
  • the water treatment apparatus according to the fourth embodiment of the present invention is different from the water treatment apparatus according to the third embodiment in that two batch reactors 412 and 413 and sludge feed tanks 415 and 416 are provided. Most of the rest of the configuration is the same as that of the water treatment apparatus according to the third embodiment.
  • the first batch reactor 411 is connected to the first sludge feed tank 415 through the flow path 418
  • the second batch reactor 412 is connected to the second sludge feed tank 416 through the flow path 419. do.
  • the first batch reactor 411 and the second batch reactor 412 are each equipped with a floating filter module 140 for filtering the supernatant of the wastewater. Specific structure and operation of the floating filter module 140 is as described above.
  • the two floating filter modules 140 installed in the first batch reactor 411 and the second batch reactor 412 may operate alternately, and in some cases, the suction device 147 and the compressed air supply device 152. ) And the supplemental water supply device 160 may be shared.
  • Figure 16 shows the initial state (a) of the installation of the sintered filter provided in the floating filter module in the batch reactor, the state (b) after the suction filtration process and the state (c) after cleaning by compressed air, respectively, 17 is a graph showing the filtration characteristics according to the operation of the floating filter module installed in the batch reactor.
  • the sintered filter is made of a synthetic resin material
  • the suspended solids concentration in the batch reactor is 60mg / L
  • the cleaning process is carried out the back water treatment and compressed air injection as described above for 5 minutes.
  • the surface state (b) after the suction filtration process of the sintered filter is totally contaminated by adhesion of micro-polluted particles and microorganisms compared to the initial state (a).
  • looking at the state (c) after the cleaning process it can be seen that most of the micro-polluted particles and microorganisms are removed from the surface of the sintered filter.
  • the filtration rate of the sintered filter was excellent initially and gradually decreased due to adhesion of micro-contaminant particles and microorganisms as the operating time passed. can confirm.
  • the filtration rate of the sintered filter was found to recover the initial state.
  • the average filtration rate was 248.2 m 3 / m 2 ⁇ day, which is 20 to 50 m 3 / m, which is the average filtration rate in the hollow fiber used in the conventional immersion membrane (MBR). 2 , day better than. This can be interpreted to be due to the high porosity of the sintered filter and the firmness of the micropores so that the cleaning process can be carried out by back water treatment and compressed air injection.
  • the floating filter module 140 uses a semi-permanent sintered filter 141 with almost no deformation of micropores, and the entire filter module 140 is a floating type on the upper side of the water treatment tank.
  • the separation and filtration of the supernatant water having a relatively low concentration of suspended solids, the use of bubbles or vibrations as a means of reducing the blockage of the sintered filter 141, the back water of the filtered water when the blockage of the sintered filter 141 occurs, and the compressed air It has a number of advantages over the conventional immersion type separation membrane in that it can quickly remove the micro-contamination particles attached to the sintered filter 141 through spraying.
  • Table 1 The characteristics that are differentiated from the conventional immersion separator are as shown in Table 1 below.
  • Table 1 Difference item Conventional Immersion Separator Floating Filter Module Separation and filtration means Hollow fiber membrane, flat membrane Sintered Filter Filter Module Installation Type Immersion Fixed Type Floating type Separation and Filtration Area High concentration suspended solids Low concentration supernatant Filter Material Synthetic resin Stainless steel, synthetic resin Pore size ( ⁇ m) 0.01 to 1.0 0.01 to 10 Porosity middle height Obstruction Reduction Measures Coarse Bubble Coarse Bubbles and Vibration How to clean the filter Return of treated water Filtrate backfeed and compressed air injection Cleaning chemicals use unused Filtration means durability High risk of disconnection and damage Semi-permanent Filtration rate middle height
  • Floating filter module 140 is installed in a variety of water treatment tanks, including the filtration tank 140, aeration tank 215, batch reactor 310, alternating batch reactor 410 as described above, thereby providing a variety of water treatment apparatus It can be effectively upgraded to advanced facilities and can simplify complex water treatment systems.

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Abstract

본 발명은 공공정수처리장, 마을상수시설, 공공하수처리장, 폐수종말처리장, 마을하수처리장 등의 수처리 장치에 설치되어 미세오염입자를 제거하는 부상식 필터모듈에 관한 것이다. 본 발명에 의한 부상식 필터모듈은, 수처리조 내로 유입된 하폐수로부터 미세오염입자를 분리·여과하기 위해 수처리조 내의 하폐수 중에 배치되고 다수의 미세공을 갖는 중공형의 소결필터, 소결필터와 결합되고 수처리조 내의 하폐수 수면으로 부상하여 소결필터를 수처리조 내의 하폐수 상부측에 위치시키는 부상체, 소결필터의 내부 공간과 연결되는 주배관, 주배관에 결합되어 주배관을 통해 소결필터에 흡인력을 제공함으로써 수처리조 내의 하폐수를 다수의 미세공을 통해 소결필터의 내부 공간으로 흡인시키는 흡입장치, 주배관을 통해 소결필터의 내부 공간과 연결되는 압축공기 공급배관과 압축공기 공급배관에 결합되는 공기압축기를 구비하고 소결필터의 내부 공간으로 압축공기를 공급하여 소결필터의 미세공을 폐색하는 미세오염입자를 상기 소결필터로부터 탈리시키는 압축공기 공급장치를 포함한다.

Description

부상식 필터모듈과 이를 이용한 수처리 장치 및 방법
본 발명은 공공정수처리장, 마을상수시설, 공공하수처리장, 폐수종말처리장, 마을하수처리장 등의 수처리 장치에 설치되어 미세오염입자를 제거하는 부상식 필터모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 처리수조 내 하폐수 중의 상부측에 배치되어 현탁부유물의 농도가 상대적으로 낮은 상등수만을 분리·여과하는 부상식 필터모듈과 이를 이용한 수처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
지속되는 산업화와 도시화로 환경오염은 날로 심각해지고 있고, 배출되는 하수, 폐수, 오수(이하 '하폐수'라 한다)의 형태 또한 매우 다양해지고 있으며, 이의 처리를 위한 시설 역시 고도화되고 처리비용도 증가되고 있는 실정이다. 또한 완전히 처리되지 않은 하폐수 중의 수질 오염물질이 하천이나 호소(湖沼)를 비롯한 기타 상수원에 유입됨에 따라 효율적인 수질관리에 많은 문제점이 발생되고 있다.
현재 하폐수 처리 정수 처리를 위한 수처리 기술로는 여과설비, 약품응집, 침전, 산화처리 등의 물리화학적인 방법과, 활성슬러지가 저류된 생물반응조 내에서 미생물의 대사과정을 극대화하여 각종 오염물질을 제거하는 생물학적 처리방법이 알려져 있다. 이 중에서 생물학적 처리방법이 하폐수 처리에 주로 이용되고 있다.
물리화학적인 수처리 방법 중 미세오염입자의 분리·여과 방법은 기존 처리시설에 큰 변화를 주지 않고 부가적으로 설치하여 사용할 수 있으며, 미세오염입자 뿐만 아니라 총인(T-P) 제거에도 안정적이고 높은 효율의 처리효과를 얻을 수 있는 장점이 있다. 미세오염입자의 분리·여과 장치 및 방법으로 다음과 같은 예를 들 수 있다.
대한민국 등록특허공보 제0558510호(2006. 02. 28 등록)는 침지식 분리막(MBR)을 이용한 하폐수 고도처리장치에 관한 것으로, 기존의 미생물반응에 의한 하폐수처리장치에 있어서 침전조 대신 침지식 분리막조를 사용하여 하폐수의 부유물(SS)과 대장균을 제거하는 기술을 개시하고 있다.
대한민국 등록특허공보 제0843656호(2008. 06. 27 등록)는 침지식 막분리조를 2단으로 설치한 정수처리장치에 관한 발명으로, 침지식 분리막(MBR), 분리막과 저장조를 연통시키고 막여과조의 원수를 강제로 흡입하여 저장조로 이송시키는 흡입펌프, 분리막에 공기를 공급하여 분리막의 흡착부유물을 탈리시키는 산기관이 설치된 제1막여과조 및 침지식 분리막, 분리막과 저장조를 연통시키고 막여과조의 원수를 강제로 흡입하여 저장조로 이송시키는 흡입펌프, 분리막에 흡착된 부유물질을 제거하기 위한 산기관이 설치된 제2막여과조를 포함하는 정수처리장치를 개시하고 있다.
대한민국 등록특허공보 제0875733호(2008. 12. 17 등록)는 유입수 부하변동에 따라 반송 슬러지를 반응조에 적절히 공급하여 유입수 내에 포함되어 있는 질소 및 인 등의 영양염류를 제거함과 동시에 인의 농도에 따라 슬러지의 양을 제어하고 처리수 수질을 개선할 수 있는 침지식 분리막(MBR)을 이용한 기술이 개시되어 있다.
대한민국 등록특허공보 제0718791호(2007. 05. 09 등록)는 각종 수처리 장치에 사용되는 침지형 여과장치에 관한 것으로서, 물속에 함유된 이물질을 걸러주는 침지식 필터 표면에 다량의 이물질이 침적될 경우, 필터의 내부로 강한 압축 공기를 순간적으로 주입시켜 침지식 필터 표면에 침적된 이물질을 강제로 제거하는 기술이 개시되어 있다.
대한민국 등록특허공보 제1000742호(2010. 12. 07 등록)는 부영양화의 주된 원인물질로 작용하고 있는 인 성분의 제거효율을 향상시키기 위한 수처리 방법에 관한 것으로, 하폐수로부터 미세오염입자들을 용이하게 분리할 수 있는 미세입자 분리수단을 개시하고 있다.
대한민국 등록특허공보 제0489328호(2005. 05. 03 등록)는 하폐수에 포함된 유기물질, 질소 및 인을 처리하기 위한 하폐수 고도처리장치에 관한 것으로, 호기성 미생물을 이용하여 유기물질을 분해시키고 인을 축적하며 암모니아성 질소를 질산화시킴과 아울러 분리막 모듈을 통해 슬러지와 하폐수를 고액분리시키는 침지식 막분리조를 개시하고 있다.
그런데 상술한 것과 같은 종래 기술은 침지식 분리막이 현탁부유물(SS 또는 MLSS)의 농도가 상대적으로 높은 처리조 수중의 중간이나 하부에 배치되므로, 짧은 여과시간 내에 침지식 분리막의 미세공이 폐색되어 미세오염입자의 분리·여과 효율이 급격히 저하되는 문제점이 있다.
또한 종래 기술은 미세공이 폐색된 침지식 분리막에 대한 효율적인 클리닝 방법을 제공하지 못하고 있다. 예컨대, 대한민국 등록특허공보 제0718791호의 경우 압축 공기로 침지식 분리막을 클리닝하는 방법을 제시하고 있으나, 클리닝 후 침지식 분리막의 내부에 공기가 채워지므로 침지식 분리막의 재흡입 공정 시 흡입펌프의 공동화 현상이 발생하는 문제가 있다. 그리고 대한민국 등록특허공보 제1000742호나 대한민국 등록특허공보 제0489328호는 하폐수를 역반송시켜 미세공이 폐색된 침지식 분리막을 클리닝하는 방법을 개시하고 있으나, 이러한 하폐수의 역반송을 통한 클리닝 방법은 클리닝 시간이 길어지는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 수처리조 내에서 현탁부유물의 농도가 상대적으로 낮은 상등수 만을 분리·여과함으로써 여과율 및 여과지속 시간을 향상시킬 수 있는 부상식 필터모듈과 이를 이용한 수처리 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 분리·여과 공정 시 미세오염입자의 부착량을 줄이고 미세오염입자의 부착으로 여과율이 저하되는 경우 부착된 미세오염입자를 신속하고 효율적으로 제거할 수 있는 부상식 필터모듈과 이를 이용한 수처리 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 부상식 필터모듈은, 수처리조 내로 유입된 하폐수로부터 미세오염입자를 분리·여과하기 위해 상기 수처리조 내의 하폐수 중에 배치되고 다수의 미세공을 갖는 중공형의 소결필터, 상기 소결필터와 결합되고 상기 수처리조 내의 하폐수 수면으로 부상하여 상기 소결필터를 상기 수처리조 내의 하폐수 상부측에 위치시키는 부상체, 상기 소결필터의 내부 공간과 연결되는 주배관, 상기 주배관에 결합되어 상기 주배관을 통해 상기 소결필터에 흡인력을 제공함으로써 상기 수처리조 내의 하폐수를 상기 다수의 미세공을 통해 상기 소결필터의 내부 공간으로 흡인시키는 흡입장치, 상기 주배관을 통해 상기 소결필터의 내부 공간과 연결되는 압축공기 공급배관과 상기 압축공기 공급배관에 결합되는 공기압축기를 구비하고 상기 소결필터의 내부 공간으로 압축공기를 공급하여 상기 소결필터의 미세공을 폐색하는 미세오염입자를 상기 소결필터로부터 탈리시키는 압축공기 공급장치를 포함한다.
본 발명에 의한 부상식 필터모듈은 상기 소결필터의 미세공을 폐색하는 미세오염입자를 상기 소결필터로부터 탈리시키기 위해 상기 소결필터를 진동시키는 진동발생장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 부상식 필터모듈은 상기 압축공기 공급장치에 의해 공기로 채워진 상기 소결필터의 내부 공간에 보충수를 공급하기 위해 상기 주배관에 연결되는 보충수 공급장치를 더 포함할 수 있다.
상기 소결필터는 스테인레스 금속 또는 합성수지 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 흡입장치는 상기 주배관에 결합되어 흡인력을 발생하는 흡입펌프 및 상기 소결필터의 폐색 정도를 검출하기 위해 상기 흡입펌프 전후방의 압력차를 검출하는 차압검출기를 포함할 수 있다.
상기 압축공기 공급장치는 상기 소결필터와 상기 공기압축기 사이에 배치되어 상기 공기압축기에서 상기 소결필터로 연속적으로 공급되는 압축공기를 펄스(pulse) 형태로 변환시키는 액츄에이터를 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 수처리 장치는, 하폐수가 유입되는 수처리조, 상기 수처리조 내로 유입된 하폐수로부터 미세오염입자를 분리·여과하기 위해 상기 수처리조에 설치되는 부상식 필터모듈, 상기 부상식 필터모듈의 동작을 제어하기 위한 제어장치를 포함하고, 상기 부상식 필터모듈은, 상기 수처리조 내의 하폐수 중에 배치되고 다수의 미세공을 갖는 중공형의 소결필터, 상기 소결필터와 결합되고 상기 수처리조 내의 하폐수 수면으로 부상하여 상기 소결필터를 상기 수처리조 내의 하폐수 상부측에 위치시키는 부상체, 상기 소결필터의 내부 공간과 연결되는 주배관, 상기 주배관에 결합되어 상기 주배관을 통해 상기 소결필터에 흡인력을 제공함으로써 상기 수처리조 내의 하폐수를 상기 다수의 미세공을 통해 상기 소결필터의 내부 공간으로 흡인시키는 흡입장치, 상기 주배관을 통해 상기 소결필터의 내부 공간과 연결되는 압축공기 공급배관과 상기 압축공기 공급배관에 결합되는 공기압축기를 구비하고 상기 소결필터의 내부 공간으로 압축공기를 공급하여 상기 소결필터의 미세공을 폐색하는 미세오염입자를 상기 소결필터로부터 탈리시키는 압축공기 공급장치를 구비한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 수처리 방법은, (a) 다수의 미세공을 갖는 중공형의 소결필터를 수면으로 부상할 수 있는 부상체를 이용하여 수처리조 내의 하폐수 상부측에 배치하는 단계, (b) 상기 소결필터에 흡인력을 제공하여 상기 수처리조 내의 하폐수를 상기 소결필터에 구비된 다수의 미세공을 통해 상기 소결필터의 내부 공간으로 흡인시킴으로써 하폐수로부터 미세오염입자를 분리·여과하는 단계, (c) 상기 소결필터의 폐색 정도를 검출하는 단계, (d) 상기 소결필터의 폐색 정도가 설정된 값에 도달한 경우 상기 소결필터에 흡인력을 제공하는 흡입장치를 정지시키고, 상기 소결필터의 내부 공간으로 일정 시간 동안 압축공기를 공급함으로써 상기 소결필터 내부 공간의 여과수 역반송 및 압축공기 분사를 통해 상기 소결필터를 클리닝하는 단계, (e) 상기 소결필터에 대한 클리닝 공정이 종료되면, 상기 소결필터에 압축공기를 공급하는 압축공기 공급장치를 정지시키고, 상기 흡입장치를 재작동시키는 단계를 포함한다.
본 발명에 의한 부상식 필터모듈은 미세공의 변형이 거의 없는 반영구적인 소결필터를 이용하므로 운전 중 파손의 위험이 적고 수명이 길다.
또한 본 발명에 의한 부상식 필터모듈은 부상식 유동형으로 수처리조의 상부측에 배치되어 현탁부유물의 농도가 상대적으로 낮은 상등수를 분리·여과하므로, 종래에 비해 여과율 및 여과 지속시간이 우수하다.
또한 본 발명에 의한 부상식 필터모듈은 소결필터의 폐색 발생시 여과수 반송 및 압축공기 분사를 통해 소결필터에 부착된 미세오염입자를 신속하고 효과적으로 제거할 수 있다.
또한 본 발명에 의한 부상식 필터모듈은 소결필터의 폐색 발생시 종래와 같이 화학약품을 투입하지 않고 소결필터를 효율적으로 클리닝할 수 있으므로, 화학약품 투입에 따른 활성 미생물의 활성저하 현상이 발생하지 않는다.
또한 본 발명에 의한 부상식 필터모듈은 진동발생장치를 이용하여 소결필터를 진동시켜 미세오염입자가 소결필터에 쉽게 부착되지 못하게 함으로써, 클리닝 공정의 빈도를 줄일 수 있고, 효율적인 운전이 가능하다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 수처리 장치의 하폐수 처리 계통도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 수처리 장치의 일부 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 수처리 장치의 여과조를 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 부상식 필터모듈을 나타낸 측면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 부상식 필터모듈의 Ⅰ-Ⅰ선을 따라 취한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 부상식 필터모듈의 소결필터를 나타낸 측단면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 부상식 필터모듈에 구비된 소결필터의 제조 공정도이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 수처리 장치의 하폐수 처리 계통도이다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 수처리 장치를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 수처리 장치의 폭기조를 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 수처리 장치의 하폐수 처리 계통도이다.
도 12는 본 발명의 제 3 실시예에 의한 수처리 장치를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 13은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 수처리 장치의 회분식 반응조를 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 14는 본 발명의 제 4 실시예에 의한 수처리 장치의 하폐수 처리 계통도이다.
도 15는 본 발명의 제 4 실시예에 의한 수처리 장치를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 16은 회분식 반응조에 설치된 소결필터의 설치 초기 상태(a), 흡입여과공정 후의 상태(b) 및 압축공기에 의한 클리닝 후의 상태(c)를 각각 나타낸 것이다.
도 17은 회분식 반응조에 설치된 부상식 필터모듈의 운전에 따른 여과 특성을 나타낸 그래프이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 부상식 필터모듈과 이를 이용한 수처리 장치 및 방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다. 또한 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 수처리 장치의 하폐수 처리 계통도이고, 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 수처리 장치의 일부 구성을 나타낸 블록도이며, 도 3은 도 1에 나타낸 수처리 장치의 여과조를 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 것과 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 의한 수처리 장치는 A2/O(Anaerobic/Anoxic/Oxic) 방식의 수처리 장치로 혐기조(anaerobic, 115), 무산소조(anoxic, 120) 및 폭기조(aerobic, 125) 3단의 생물학적 반응조와 이들 생물학적 반응조의 상하류에 배치되는 복수의 공정조를 포함한다. 3단의 생물학적 반응조 이외의 공정조로는 혐기조(115)의 상류에 배치되는 유량조정조(110), 폭기조(125)의 하류에 차례로 배치되는 여과조(130), 처리수조(170) 및 슬러지농축조(175)가 있으며, 여과조(130) 내에는 하폐수를 분리·여과하기 위한 부상식 필터모듈(140)이 설치된다.
이 밖에 본 발명의 제 1 실시예에 의한 수처리 장치는 여과조(130) 내의 수위를 검출하기 위한 수위 검출장치(131), 여과조(130) 내의 하폐수를 교반하기 위한 교반장치(132), 부상식 필터모듈(140)에 기포를 제공하기 위한 기포 발생장치(133), 수처리 공정 상태를 사용자에게 제공하기 위한 모니터링 장치(180), 각종 장치의 제어를 위한 제어장치(185), 원거리의 관리자에게 수처리 공정 상태에 대한 정보를 제공하고 관리자가 수처리 공정을 원격 제어할 수 있도록 하는 원격 관리장치(190)와 제어장치(185)와 원격 관리장치(190) 사이의 통신을 위한 통신장치(195)를 더 포함한다.
기포 발생장치(133)는 부상식 필터모듈(140)의 하부에 배치되는 복수의 산기관(134), 공기 공급관(135)을 통해 복수의 산기관(134)에 공기를 공급하는 공기 공급장치(136), 공기 공급관(135)에 설치되어 공기 공급관(135) 내의 공기 유로를 개폐하는 공기 제어밸브(137)를 포함한다. 공기 공급장치(136)와 공기 제어밸브(137)는 제어장치(185)에 의해 제어된다. 기포 발생장치(133)는 복수의 산기관(134)을 통해 다수의 기포를 발생시켜 기포를 부상식 필터모듈(140)의 소결필터(141)에 제공함으로써, 소결필터(141)에 부착되는 미세오염입자를 탈리해주고 소결필터(141)에 미세오염입자가 쉽게 부착되지 못하게 하는 역할을 한다. 복수의 산기관(134)은 하폐수의 수위에 따라 승하강하는 부상식 필터모듈(140)과 간섭되지 않도록 별도의 결합장치를 통해 부상식 필터모듈(140)에 결합되어 부상식 필터모듈(140)과 함께 승하강하거나, 여과조(130)의 바닥면 쪽에 설치될 수 있다.
통신장치(195)는 유무선 통신라인을 통해 수처리 장치의 제어장치(185)와 원격 관리장치(190)를 연결함으로써, 원거리의 관리자가 원격 관리장치(190)를 통해 수처리 공정의 진행 상태나 수처리 장치의 상태를 실시간으로 확인할 수 있도록 하고, 관리자가 원격으로 수처리 공정을 제어할 수 있도록 한다.
이러한 A2/O 방식의 수처리 장치는 하폐수에 있어서 생화학적 산소요구량(BOD)과 현탁부유물 외에도 총질소(T-N) 및 총인(T-P) 영양염류를 효율적으로 제거하기 위한 가장 기본이 되는 생물학적인 고도처리장치이다. 종래의 표준활성슬러지방식의 생물학적 반응조는 활성슬러지의 폭기조만으로 구성되어 폭기조에서 처리된 하폐수가 침전조에서 침전된 후 방류되는 방식으로 질소와 인의 제거효율이 낮아 하천에 방류시 부영양화의 주된 요인이 되었으나, 생물학적 반응조를 혐기조(115), 무산소조(120) 및 폭기조(125)로 구성하는 A2/O 방식의 하폐수 처리공정은 이러한 종래의 문제점을 해결할 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예에 의한 수처리 장치의 수처리 공정은 폭기조(125)의 상류에 혐기조(115)와 무산소조(120)를 설치하고 폭기조(125)에서 처리된 하폐수를 무산소조(120)로 다시 반송하여 질산성 질소(NO3-N)를 제거하며, 여과조(130)에서 침전된 활성슬러지 중의 일부를 슬러지농축조(175) 상류에서 혐기조(115)로 반송함으로써 반응조 전체의 미생물 농도를 일정하게 유지할 수 있다. 또한 혐기상태에서 인을 방출시키고 후속 폭기조(125)에서 과잉의 인을 섭취하게 함으로써 슬러지 상태로 인을 인발하여 제거하게 된다.
구체적으로, 본 발명의 제 1 실시예에 의한 수처리 장치의 수처리 공정은 질산성 질소를 제거하기 위한 내부반송(nitrification recycle)과 인 제거를 위한 여과조(130)로부터의 슬러지 외부반송을 포함한다. 이를 통해 혐기조(115)에서 인을 방출시키고 호기성인 폭기조(125)에서 미생물이 인을 과잉섭취할 수 있도록 하여 활성슬러지 내 총인의 함량비를 높임으로써 하폐수 중의 총인 제거율을 높이며, 무산소조(120)에서는 폭기조(125)조로부터의 내부반송수 내 질산성질소(nitrate)를 탈질시켜 질소 가스로 환원시킴으로써 하폐수 중의 질소를 제거하게 된다.
A2/O 방식의 하폐수 처리공정의 처리 효율은 일반적으로 생화학적 산소요구량(BOD) 제거율 90％ 이상, 현탁부유물 제거율 90％ 이상, 총질소 제거율은 40∼70％, 총인 제거율은 60％ 정도로 알려져 있다. 또한 수리학적 체류시간(HRT)은 5∼8시간(혐기성조: 0.5∼1.0시간, 무산소조: 0.5∼1.0시간, 폭기조: 3.5∼6.0시간) 정도로 운전되며, 슬러지체류시간(SRT)는 4∼27일, 외부슬러지반송율(RAS)은 25∼50％, 내부반송율은 유입수량(Q)의 100∼200％ 정도이다.
본 발명의 제 1 실시예에 의한 수처리 장치는 종래의 A2/O 방식의 하폐수 처리공정에 비해 부상식 필터모듈(140)이 설치된 여과조(130)를 이용한 미세오염입자의 분리·여과 기능을 추가적으로 갖춤으로써 종래에 비해 현탁부유물의 처리 효율이 높다. 즉 부상식 필터모듈(140)을 이용하여 종래의 중력 침강이 아닌 강제 압력식 분리·여과 공정을 채택하므로 현탁부유물에 대한 안정적이고 고효율의 처리가 가능하다.
종래의 침지식 분리막조를 갖는 수처리 장치의 경우, 생물학적 반응조의 하류에 침지식 분리막조를 배치하고 이에 설치된 침지식 분리막(MBR)을 이용하여 하폐수를 배출한다. 종래 침지식 분리막(MBR)을 구성하는 0.01∼1.0μm급의 중공사막(hollow fiber membrane) 내지 평막(plate type membrane)의 경우, 항상 침지식 분리막조의 하부측에 고정되므로 상대적으로 농도가 높은 현탁부유물에 노출된다. 따라서 초기 여과효율은 우수하나 운전 시간이 지남에 따라 미세오염입자나 미생물의 부착에 의한 미세공(fine pore)의 막힘현상, 즉 미세공 폐색(blockage)이 단기간 내에 발생되어 여과 효율이 급격하게 저감될 될 수 있다.
또한 종래의 수처리 장치는 침지식 분리막에 미세공 폐색 현상이 발생하면 일반적으로 세척용 화학약품을 투입하면서 고압의 처리수 역반송을 통해 역세척(back-washing)을 하게 된다. 그러나 이러한 침지식 분리막의 클리닝 방법은 화학약품 투입에 의한 활성 미생물의 활성저하, 처리수의 역반송에 의한 전체 여과 처리량 저감, 화학약품 투입시설 및 역세척 펌프 설치에 따른 초기 투자비, 전력비, 유지관리비 증가 등 많은 문제점을 안고 있다.
또한 종래 수처리 장치의 침지식 분리막에 사용되는 중공사막은 미세공 폐색 이외에 자체적인 결함 발생으로 여과 효율이 저감되기 쉽다. 종래의 중공사막 일예의 경우, 중공사막 하나의 엘리먼트(element)가 외경 2mm, 내경 0.8mm, 두께 0.6mm, 길이 1.5m, 기공크기 0.1μm의 중공사 160개 내외의 가닥수로 구성되는데, 이러한 중공사막은 사용 중에 이를 구성하는 중공사가 끊어지거나 파손되기 쉬어 안정적인 처리 효율을 유지하기 어렵다. 또한 종래 침지식 분리막에 사용되는 중공사막은 막두께 및 재질상의 이유로 압축공기를 이용한 클리닝이 불가능하여 클리닝 방법이 제한된다.
본 발명은 소결필터(141)를 포함하는 부상식 필터모듈(140)을 이용함으로써 상술한 것과 같은 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있다. 즉 도 2 내지 도 4에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 부상식 필터모듈(140)은 여과조(130) 수중의 상부측에 부상되어 배치되므로, 상대적으로 낮은 현탁부유물 농도의 상등수만을 분리·여과하게 된다. 따라서 우수한 초기 여과효율 뿐만 아니라 운전시간이 지남에 따라서도 안정적인 처리효율을 나타낼 수 있다. 또한 미세오염입자나 미생물의 부착에 의한 미세공 폐색이 발생되더라도, 압축공기 분사 및 처리수 역반송으로 신속한 클리닝이 가능하다.
도 3 내지 도 5에 도시된 것과 같이, 여과조(130)에 설치되는 부상식 필터모듈(140)은 복수의 여과조(130) 내의 하폐수 중으로 침지되는 복수의 소결필터(141), 복수의 소결필터(141)와 연결되는 주배관(142), 수중 부력에 의해 수면 위에 부상하여 복수의 소결필터(141)를 하폐수 상부측에 위치시키는 복수의 부상체(143), 복수의 소결필터(141)에 흡입력을 제공하기 위해 주배관(142)을 통해 복수의 소결필터(141)와 연결되는 흡입장치(147), 소결필터(141)에 부착된 미세오염입자를 제거하기 위해 소결필터(141)에 압축공기를 공급하는 압축공기 공급장치(152), 소결필터(141)의 클리닝 후 공기로 채워진 소결필터(141) 내부 공간에 보충수를 공급하기 위한 보충수 공급장치(160), 복수의 소결필터(141)를 진동시켜 소결필터(141)에 부착되는 미세오염물질을 제거하는 진동발생장치(166)를 포함한다. 도 3에서는 도면의 간소화를 위해 부상식 필터모듈(140)을 압축공기 공급장치(152)와 보충수 공급장치(160)를 생략한 채로 나타냈다.
이러한 본 발명에 의한 부상식 필터모듈(140)은 분리·여과 기능을 갖는 복수의 소결필터(141)가 부상체(143)의 부력에 의해 여과조(130) 내의 하폐수 상부측에 배치되어 수위 변화에 따라 승하강되므로 현탁부유물 농도가 상대적으로 낮은 상등수만을 분리·여과하게 된다. 따라서 하폐수의 하부측이나 중간측에 배치되는 종래 침지식 분리막에 비해 여과속도, 여과플럭스(flux) 등의 여과율(filtration rate) 및 여과지속 시간이 월등히 우수하다.
소결필터(141)는 내부 유로를 갖는 필터 결합부재(144)를 통해 주배관(142)에 연결되고, 주배관(142)은 플렉시블 연결부재(145)를 통해 부상체(143)와 연결된다. 여과조(130) 내의 수위 변화로 부상체(143)와 복수의 소결필터(141)가 승하강할 때 부상체(143)와 복수의 소결필터(141) 사이에서 발생할 수 있는 충격은 플렉시블 연결부재(145)에 의해 완충될 수 있다. 압축공기 공급장치(152)와 보충수 공급장치(160)는 흡입장치(147)와 같이 주배관(142)을 통해 복수의 소결필터(141)와 연결된다.
소결필터(141)는 스테인레스 금속분말이나 합성수지 미세분말을 원료로 소결방법으로 제조되며, 미세공 크기가 0.01∼10μm으로 중앙이 비어있는 중공형으로 이루어진다. 소결방법으로 제조되는 소결필터(141)는 균일한 미세공 크기와 높은 공극률(porosity)을 지니며, 고압의 압축공기나 역세수가 공급되더라도 미세공의 형태와 크기가 쉽게 변형되지 않는 내구성을 갖는다. 도 6에 도시된 것과 같이, 소결필터(141)는 중앙이 비어있는 중공형(hollow type)으로 제조되는 것이 여과처리 효율 측면이나 압축공기 분사 등을 통한 클리닝 측면에서 유리하다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 부상식 필터모듈(140)의 핵심 부품인 소결필터(141)의 제조 공정도로, 도 7을 참조하면 소결필터(141)의 제조 공정은 원료분말 공급 단계-혼합 단계-압축성형 단계-소결 단계를 포함한다. 여기에서, 소결(sintering)이란 일정 입도(particle size distribution)의 고순도·고압축성 분말체(powder)를 정밀기계로 완전 혼합한 후, 대략 3∼7ton/cm2의 압력을 가진 고정밀공구를 사용하여 설계된 형상으로 가압 성형한 성형체를 용융점(melting point) 부근까지 가열하면 서로 단단히 밀착/고결되는 현상을 이용한 성형방법이다.
본 발명에 의한 소결필터(141)는 마이크론(μm) 입경의 스테인레스 금속(stainless steel) 내지 합성수지(synthetic resin)의 미세 분말을 틀(mold) 속에 넣고 프레스로 고압으로 눌러 설계형상으로 성형한 다음, 이러한 미세 분말체를 그 용융점 부근의 온도로 가열함으로써 제조될 수 있다. 미세 분말체를 그 용융점 부근의 온도로 가열하면 미세 분말체 사이의 접촉부에서 확산접합이 이루어지거나 일부가 증착되어 서로 연결되면서 하나의 견고한 다공성 소결필터(porous sintered filter)를 형성할 수 있다. 소결필터(141)의 제조에 있어서, 소결필터(141)의 원료로 사용되는 미세 분말의 입도를 조절하면 최종 소결필터(141)의 미세공 크기를 다양화할 수 있다.
소결필터(141)의 제조에 있어서, 스테인레스 금속재질의 분말체를 원료로 사용하게 되면 내식성, 내열성 및 내구성이 우수한 다공성 금속소결필터를 생산할 수 있다. 그리고 합성수지 분말체를 원료로 이용하면 값이 싸고 내화학성이 우수한 다공성 수지소결필터를 제조할 수 있다.
이러한 소결법에 의해 제조된 다공성 소결필터(141)는 종래 침지식 분리막에 비해 다양한 장점을 갖는다. 즉 제조 시 원료로 사용되는 분말체의 입도 조절을 통해 미세공 크기가 0.01∼100μm까지 용이하게 결정될 수 있고, 균일한 입도를 갖는 분말체를 사용할 경우 단순압착에 의해 생산된 종래 제품보다 우수한 공극률(porosity)을 갖으며, 다양한 형상으로 제작될 수 있다. 또한 장시간 사용하더라도 미세공의 형상이 쉽게 변형되지 않는 등 내구성이 우수하며, 고압(예컨대, 0.2∼0.7MPa)의 압축공기 분사를 통한 신속하고 효율적인 클리닝이 가능하다. 또한 본 발명에 의한 부상식 필터모듈(140)을 구성하는 소결필터(141)는 공극률이 종래의 중공사막보다 우수하여 여과 시간당 처리량, 즉 여과율이 우수하다.
부상체(143)는 수면 위로 부상할 수 있는 다양한 소재의 것이 이용될 수 있다. 부상체(143)는 항상 하폐수의 수면에 위치할 수 있도록 그 부력지수(buoyancy index)가 부상식 필터모듈(140)의 총중량에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 소결필터(141)가 스테인레스 금속 소재로 이루어지거나 기타 프레임 등의 추가로 부상식 필터모듈(140) 전체 총중량이 증가하는 경우, 내부에 공기나 헬륨(He) 등 기체가 충전된 부상체(143)가 이용될 수도 있다.
다시 도 4를 참조하면, 흡입장치(147)는 주배관(142)에 설치되어 흡입력을 발생시키는 흡입펌프(148), 주배관(142)의 흡입펌프(148) 상류에 배치되어 주배관(142)을 통한 처리수의 유동을 제어하는 처리수 제어밸브(149) 및 차압검출기(150)를 포함한다. 흡입펌프(148)는 복수의 소결필터(141)에 흡입력을 제공하여 하폐수가 소결필터(141)의 내부로 유입되도록 하고, 소결필터(141) 내부로 유입된 여과수를 처리수조(170)로 펌핑시킨다. 소결필터(141)에 여과 구동력을 부여하는 흡입펌프(148)로는 어느 정도의 공기가 유입되어도 공동화현상(cavitation)이 발생되지 않는 자흡식 또는 진공강자흡식 펌프 등 다양한 펌프가 사용될 수 있다.
차압검출기(150)는 흡입펌프(148) 전후방에서의 압력손실(pressure loss)을 검출하고 이를 제어장치(185)에 제공한다. 제어장치(185)는 차압검출기(150)의 검출 신호를 제공받아 소결필터(141)의 폐색 정도를 판단하고, 소결필터(141)의 폐색 정도가 설정된 값에 이르면 분리·여과 공정을 중지하고 소결필터(141)에 대한 클리닝 공정을 진행시킨다. 여기에서, 소결필터(141)의 폐색 정도의 판단 기준이 되는 압력손실 값은 소결필터(141)의 종류나 흡입펌프(148)의 종류 등에 따라 미리 설정된다.
압축공기 공급장치(152)는 주배관(142)을 통해 복수의 소결필터(141)에 압축공기를 공급하기 위해 주배관(142)에 연결되는 압축공기 공급배관(153), 압축공기 공급배관(153)에 설치되는 공기압축기(154), 압력조절기(155), 압축공기 제어밸브(156) 및 액츄에이터(157)를 포함한다. 공기압축기(154)의 흡입부에는 먼지필터(158)가 설치된다. 공기압축기(154), 압력조절기(155), 압축공기 제어밸브(156) 및 액츄에이터(157)는 제어장치(185)에 의해 제어된다.
클리닝 공정이 시작되면 제어장치(185)는 압축공기 제어밸브(156)를 개방하고 공기압축기(154) 및 압력조절기(155)를 작동시켜 주배관(142)을 통해 복수의 소결필터(141)에 압축공기를 분사한다. 이러한 압축공기 분사를 통한 소결필터(141)의 클리닝 공정은 제어장치(185)에 의해 자동으로 설정된 시간동안 수행될 수 있으며, 액츄에이터(157)를 통해 압축공기를 펄스(pulse) 형태로 공급함으로써 보다 효과적인 클리닝이 가능하다.
압축공기 분사를 통한 소결필터(141)의 클리닝 공정 후 소결필터(141)의 내부는 압축공기로 채워진다. 이 상태에서 흡입장치(147)가 재가동되면 소결필터(141) 및 주배관(142)에 있던 공기가 흡입펌프(148)로 유입되어 흡입펌프(148)의 공동화현상이 발생할 수 있다. 이러한 흡입펌프(148)의 공동화현상을 방지하기 위해 흡입장치(147)의 재가동 전에 보충수 공급장치(160)가 작동하여 소결필터(141) 및 주배관(142)에 보충수를 공급한다.
보충수 공급장치(160)는 주배관(142)에 연결되는 보충수 공급배관(161), 보충수를 저장하는 보충수 탱크(162) 및 보충수 공급배관(161)에 설치되는 보충수 제어밸브(163)를 포함한다. 보충수 탱크(162)는 생략될 수도 있는데, 이 경우 보충수 공급배관(161)을 수도관에 직접 연결하여 수도관의 물을 보충수로 사용할 수도 있고, 소결필터(141)를 통과하여 여과된 여과수를 보충수로 사용할 수도 있다. 보충수 공급배관(161)에는 보충수를 압송하기 위한 펌프가 설치될 수도 있다. 보충수가 소결필터(141)와 주배관(142)에 효과적으로 채워질 수 있도록 보충수 공급배관(161)에는 소결필터(141)와 주배관(142)에 채워진 공기를 배출시킬 수 있는 배기 밸브(164)가 설치된다.
도 4 및 도 5에 도시된 것과 같이, 진동발생장치(166)는 주배관(142)을 통해 복수의 소결필터(141)를 진동시킨다. 진동발생장치(166)는 소정 크기의 진동(예컨대, 1∼200 Hz)을 발생할 수 있는 다양한 종류의 것이 이용될 수 있으며, 클리닝 공정 중이나 분리·여과 공정 중에 복수의 소결필터(141)를 진동시킴으로써 소결필터(141)에 부착된 미세오염물질을 제거하고 소결필터(141)의 미세오염물질 부착량을 저감시킨다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 의한 수처리 장치의 작용에 대하여 설명한다.
하수나 폐수 등의 하폐수는 먼저 유량조정조(110)로 유입된 후, 혐기조(115), 무산소조(120) 및 폭기조(125)를 차례로 거쳐 여과조(130)로 유입된다. 폭기조(125)에서 일부 하폐수는 무산소조(120)로 반송되며, 무산소조(120)에서는 하폐수 내 질산성질소(nitrate)를 탈질시켜 질소 가스로 환원시킴으로써 하폐수 중의 질소를 제거하게 된다. 여과조(130)에서 부상식 필터모듈(140)에 의해 미세오염물질이 제거된 여과수는 처리수조(170)를 거쳐 외부로 방류되고, 슬러지는 여과조(130) 하부에 마련된 슬러지 피트(sludge pit, 138)에 모여져 슬러지농축조(175) 쪽으로 인발된다. 여과조(130)에서 인발되는 슬리지 중 일부는 혐기조(115)로 반송된다. 이것은 반응조 전체의 미생물 농도를 일정하게 유지할 뿐만 아니라, 혐기상태에서 인을 방출시키고 후속 폭기조(125)에서 미생물이 과잉의 인을 섭취하여 슬러지 내 총인의 함량을 높임으로써 총인의 제거율을 높이기 위한 것이다.
여과조(130)에서의 수처리 과정을 보다 상세히 살펴보면, 하폐수는 복수의 소결필터(141) 내부로 흡입되면서 이에 함유된 미세오염입자가 분리·여과된 후 주배관(142)을 통해 처리수조(170)로 유동한다. 소결필터(141)를 통한 분리·여과 공정이 이루어지는 동안, 교반장치(132)가 하폐수를 교반하여 하폐수 내의 슬러지가 침적되어 혐기화되는 것을 방지하고, 기포 발생장치(133)가 소결필터(141)에 다수의 기포를 공급함으로써 소결필터(141)에 미세오염입자나 미생물이 부착되는 정도를 경감시켜준다. 또한 진동발생장치(166)도 분리·여과 공정 중에 작동하여 소결필터(141)를 진동시킴으로써 소결필터(141)에 미세오염입자나 미생물이 쉽게 부착되지 못하게 한다.
이러한 부유식 필터모듈(140)을 통한 분리·여과 공정은 여과조(130) 내의 하폐수 수위가 설정된 범위 내에 있을 때 이루어진다. 즉 제어장치(185)는 수위 검출장치(131)를 통해 여과조(130) 내의 수위가 설정된 범위 내에 있을 때 흡입장치(147), 교반장치(132) 및 기포 발생장치(133)를 작동시키고, 하폐수 수위가 설정된 저수위 이하일 때는 분리·여과 공정을 진행하지 않는다. 하폐수 수위가 설정된 저수위 이하일 때 부유식 필터모듈(140)을 작동시키면 현탁부유물 농도가 높은 하폐수가 소결필터(141)를 통과하여 소결필터(141)가 급격하게 폐색될 수 있으므로 효율적인 운전이 불가능하게 된다.
한편, 제어장치(185)는 차압검출기(150)를 통해 소결필터(141)의 폐색 정도를 확인하고 소결필터(141)의 폐색 정도가 설정된 값에 도달한 경우, 분리·여과 공정을 중지시키고 소결필터(141)에 대한 클리닝 공정을 진행시킨다. 클리닝 공정의 구체적인 단계는 다음과 같다.
소결필터(141)의 폐색 정도가 설정된 값에 도달한 경우, 제어장치(185)는 처리수 제어밸브(149)를 닫고 흡입펌프(148)를 정지시킨다. 이후, 제어장치(185)는 압축공기 제어밸브(156)를 개방하고 공기압축기(154), 압력조절기(155) 및 액츄에이터(157)를 작동시켜 소정 압력(예컨대, 0.2∼0.7 MPa) 압축공기를 소결필터(141)에 공급한다. 압축공기가 소결필터(141)에 공급되기 시작하면 소결필터(141)의 내부를 채우고 있던 여과액은 압축공기에 의해 강하게 밀리면서 소결필터(141)의 미세공을 통해 소결필터(141) 외부로 급격하게 빠져나가게 된다.
이때 순간적으로 빠져나가는 여과액이 역세수 기능을 발휘하여 소결필터(141)에 부착된 미세오염입자를 제거하게 된다. 계속해서 소결필터(141) 내부로 공급되는 압축공기는 소결필터(141)의 미세공을 통과하여 소결필터(141) 외부로 배출되면서 소결필터(141)에 부착된 미세오염입자를 제거하게 된다. 압축공기는 액츄에이터(157)에 의해 펄스 형태로 공급되거나 액츄에이터(157)의 작동없이 연속적으로 공급될 수 있다.
이러한 여과수의 역반송 및 압축공기 분사에 의한 클리닝 공정은 제어장치(185)에 의해 설정된 시간동안 진행된다. 클리닝 공정이 종료되면 제어장치(185)는 압축공기 제어밸브(156)를 닫고 압축공기 공급장치(152)를 정지시킨 후, 보충수 공급장치(160)를 작동시킨다. 보충수 제어밸브(163) 및 배기 밸브(164)가 개방되면 보충수 탱크(162)에 저장된 보충수가 보충수 공급배관(161)을 통해 주배관(142) 및 복수의 소결필터(141) 내부에 채워져 이후의 분리·여과 공정 진행 시 흡입펌프(148)의 공동화현상이 방지될 수 있다.
이러한 부상식 필터모듈(140)을 통한 분리·여과 공정이나 클리닝 공정, 장치의 결함 등에 대한 정보는 모니터링 장치(180)나 원격 관리장치(190)와 통신장치(195)를 통해 관리자에게 제공될 수 있다. 그리고 관리자는 원격 관리장치(190)를 통해 가정이나 사무실에서 분리·여과 공정과 클리닝 공정을 원격으로 제어할 수 있다.
한편, 도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 수처리 장치의 하폐수 처리 계통도이고, 도 9는 도 8에 나타낸 수처리 장치를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
본 발명의 제 2 실시예에 의한 수처리 장치는 중소규모의 하폐수 처리장치로, 유량조정조(110), 본 발명의 제 1 실시예에 의한 수처리 장치의 혐기조와 무산소조의 기능을 동시에 수행하고 용존산소농도가 일정 수준 이하(예컨대, 0.2 mg/L 이하)로 유지되는 탈인탈질조(210), 부상식 필터모듈(140)이 설치된 폭기조(215), 탈인탈질조(210)로 반송되는 처리액 중의 용존산소를 저감시켜 탈인탈질 효율을 향상시키기 위한 용존산소저감조(225), 폭기조(215)를 거친 처리수가 유입되는 처리수조(170), 폭기조(215)에서 배출되는 슬러지가 유입되는 슬러지농축조(175)를 포함한다. 탈인탈질조(210)는 분리벽(211)에 의해 혐기성 영역(212)과 무산소성 영역(213)으로 구획되고, 이들 혐기성 영역(212)과 무산소성 영역(213)은 유로(214)를 통해 연결된다. 이러한 본 발명의 제 2 실시예에 의한 수처리 장치는 10,000톤/일 이하의 중소규모 수처리 용량에 부합되도록 설계된 것이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 의한 수처리 장치는 폭기조(215) 내의 수위를 검출하기 위한 수위 검출장치(216), 폭기조(215) 내의 하폐수를 교반하기 위한 교반장치(217), 폭기조(215) 내의 하폐수에 공기를 공급하기 위한 폭기장치(218)를 더 포함한다. 폭기장치(218)는 폭기조(215) 내의 하폐수 내에 배치되는 복수의 산기관(219), 산기관(219)에 연결된 공기공급관(220)을 통해 산기관(219)에 공기를 공급하는 공기공급장치(221), 공기공급관(220)에 설치되는 공기제어밸브(222)를 포함한다. 폭기조(215)에는 하폐수의 미세오염입자를 분리·여과하기 위한 부상식 필터모듈(140)이 설치되고, 폭기조(215)의 하부에는 슬러지를 모아주는 슬러지 피트(223)가 구비된다. 도 10에서 도면의 간소화를 위해 부상식 필터모듈(140)을 압축공기 공급장치(152)와 보충수 공급장치(160)를 생략한 채로 나타냈으나, 부상식 필터모듈(140)은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 수처리 장치에서 설명한 것과 같은 것이다.
이 밖에 도면에 나타내지는 않았으나, 본 발명의 제 2 실시예에 의한 수처리 장치는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 수처리 장치와 같이 수처리 공정 상태를 사용자에게 제공하기 위한 모니터링 장치, 각종 장치의 제어를 위한 제어장치, 원격 관리장치 및 통신장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 의한 수처리 장치에 의한 수처리 공정을 살펴 보면, 먼저 하수나 폐수 등의 하폐수는 유량조정조(110)를 거쳐 탈인탈질조(210)의 혐기성 영역(212)으로 유입된다. 혐기성 영역(212)으로는 하폐수 이외에 폭기조(215)에서 슬러지농축조(175)로 배출되는 슬러지 중 일부가 유입되어 혐기성 영역(212)에서 인방출(P-release) 기작이 일어나며, 후속 폭기조(215)에서 미생물이 과잉의 인을 섭취하여 슬러지 내 총인의 함량을 높임으로써 총인의 제거율이 향상된다. 호기성인 폭기조(215)에서 질산화된 질화액은 탈인탈질조(210)의 무산소성 영역(213)으로 반송되어 탈질환원되어 수중 질소성분이 제거된다. 폭기조(215)에서 탈인탈질조(210)로 반송되는 처리액은 용존산소저감조(225)를 거치면서 용존산소가 저감되며, 이에 의해 탈인탈질조(210) 내에서 탈인탈질 효율이 향상될 수 있다.
도 10에 도시된 것과 같이, 탈인탈질조(210)를 통과한 하폐수는 폭기조(215)로 유입된다. 폭기조(215)에서는 유기물분해, 질산화반응 및 인과잉섭취 등의 미생물 기작이 일어나며, 이와 동시에 부상식 필터모듈(140)에 의해 미세오염입자의 분리·여과 공정이 이루어진다. 부상식 필터모듈(140)에 의한 분리·여과 공정은 상술한 것과 같다. 도시된 것과 같이, 부상식 필터모듈(140)을 폭기장치(218)의 상부에 배치하면 폭기장치(218)에서 수중으로 공급되는 기포를 활용하여 부상식 필터모듈(140)에 구비된 소결필터(141)의 미세오염입자 또는 미생물 부착 정도를 경감시킬 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 의한 수처리 장치의 부상식 필터모듈(140) 운전에 있어서, 폭기 휴지기에 분리·여과 공정을 수행하면 소결필터(141)가 현탁부유물의 농도가 상대적으로 낮은 상등수를 여과하게 되어 효과적인 분리·여과가 가능하다. 또한 본 발명의 제 2 실시예에 의한 수처리 장치의 부상식 필터모듈(140)은 고수위와 저수위 사이의 운전가능 수위범위 폭이 좁게 설정되는 것이 바람직한데, 이는 소결필터(141)가 분리·여과하는 하폐수의 현탁부유물 농도 변동을 최소화하기 위한 것이다.
한편, 도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 수처리 장치의 하폐수 처리 계통도이고, 도 12는 본 발명의 제 3 실시예에 의한 수처리 장치를 개략적으로 나타낸 평면도이며, 도 13은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 수처리 장치의 회분식 반응조를 개략적으로 나타낸 측면도이다.
본 발명의 제 3 실시예에 의한 수처리 장치는 유입-미생물반응-침전-배출의 일련의 공정이 이루어지는 회분식 반응조(sequencing batch reactor;SBR, 310)를 이용하는 회분식 하폐수 처리장치로, 유량조정조(110), 탈인탈질조(210), 회분식 반응조(310), 오니이송조(325), 처리수조(170) 및 슬러지농축조(175)를 포함한다. 탈인탈질조(210)는 분리벽(211)에 의해 혐기성 영역(212)과 무산소성 영역(213)으로 구획되어 탈인반응과 탈질반응이 상호 간섭되지 않는다. 이들 혐기성 영역(212)과 무산소성 영역(213)은 유로(214)를 통해 연결된다.
회분식 반응조(310)를 주반응 공정에 이용하는 종래 회분식 하폐수 처리방법은 하폐수의 유입-미생물반응-침전-배출이 회분식 반응조(310) 내에서 모두 이루어지고, 질소·인 영양염류의 제거 기작이 회분식 반응조(310)에서만 이루어지기 때문에 질소·인 영양염류의 제거효율이 상대적으로 낮을 수 있다. 본 발명은 회분식 반응조(310)의 상류에 혐기성 영역(212)과 무산소성 영역(213)이 구비된 탈인탈질조(210)를 배치함으로써, 종래 회분식 하폐수 처리방법에 비해 질소·인 영양염류의 제거 효율을 우수하다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 의한 수처리 장치는 회분식 반응조(310) 내의 수위를 검출하기 위한 수위 검출장치(311), 회분식 반응조(310) 내의 하폐수를 교반하기 위한 교반장치(312), 회분식 반응조(310) 내의 하폐수에 공기를 공급하기 위한 폭기장치(313)를 더 포함한다. 폭기장치(313)는 회분식 반응조(310) 내의 하폐수 내에 배치되는 복수의 산기관(314), 산기관(314)에 연결된 공기공급관(315)을 통해 산기관(314)에 공기를 공급하는 공기공급장치(316), 공기공급관(315)에 설치되는 공기제어밸브(317)를 포함한다.
회분식 반응조(310)에는 하폐수의 미세오염입자를 분리·여과하기 위한 부상식 필터모듈(140)이 설치되고, 회분식 반응조(310)의 하부에는 슬러지를 모아주는 슬러지 피트(318)가 구비된다. 도 13에서 도면의 간소화를 위해 부상식 필터모듈(140)을 압축공기 공급장치(152)와 보충수 공급장치(160)를 생략한 채로 나타냈으나, 부상식 필터모듈(140)은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 수처리 장치에서 설명한 것과 같은 것이다.
이 밖에 도면에 나타내지는 않았으나, 본 발명의 제 3 실시예에 의한 수처리 장치는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 수처리 장치와 같이 수처리 공정 상태를 사용자에게 제공하기 위한 모니터링 장치, 각종 장치의 제어를 위한 제어장치, 원격 관리장치 및 통신장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제 3 실시예에 의한 수처리 장치에 의한 수처리 공정을 살펴 보면, 먼저 하수나 폐수 등의 하폐수는 유량조정조(110)에 일시 저장되었다가 간헐유입이나 연속유입의 방법으로 탈인탈질조(210)의 혐기성 영역(212)으로 유입된다. 혐기성 영역(212)에서는 미생물의 인(PO4-P) 방출 속도가 증가되고, 혐기성 영역(212)에서 인방출(P-release)이 이루어진 하폐수는 무산소성 영역(213)으로 유동한다. 무산소성 영역(213)에서는 통성혐기성 탈질미생물의 기작에 의해 질산성 질소(NO3-N) 및 아질산성 질소(NO2-N)가 질소가스(N2)로 환원되면서 질소 및 인 제거 효율이 향상된다. 무산소성 영역(213)의 하폐수는 회분식 반응조(310)로 이송된다.
도 12 및 도 13에 도시된 것과 같이, 탈인탈질조(210)를 통과한 하폐수는 안내관(319) 및 이에 연결된 분사관(320)을 통해 회분식 반응조(310) 하부로 분산 유입된다. 회분식 반응조(310) 내에서 하폐수는 교반장치(312)에 의해 교반되고 폭기장치(313)로부터 공급되는 기포에 의해 일정시간 동안 폭기공정을 거친다. 하폐수에 함유된 슬러지는 슬러지 피트(318)에 모아져 슬러지농축조(175)로 이송되고, 상등수는 부상식 필터모듈(140)에 의해 분리·여과되어 처리수조(170)로 배출된다. 슬러지농축조(175)로 유입된 슬러지는 설정된 슬러지체류시간(SRT)이 경과되면 탈수처리되고, 처리수조(170)로 이송된 처리수는 일시 체류되었다가 외부로 방류된다.
회분식 반응조(310)에서 인발되는 슬러지 중 일부(대략 30％ 이하)는 탈인탈질조(210)의 혐기성 영역(212)으로 반송된다. 이를 통해 탈인반응을 촉진시키게 되고, 탈인탈질조(210) 내에서 현탁부유물 농도를 비상시에도 일정 수준(예컨대, 3,000∼20,000mg/L) 범위로 유지시킬 수 있다.
회분식 반응조(310)는 와류방지기구(322)가 설치된 유로(321)를 통해 오니이송조(325)와 연결된다. 유로(321)를 통해 회분식 반응조(310)로부터 활성오니 및 질산성 질소(NO3-N)가 오니이송조(325)로 유입되었다가 탈인탈질조(210)의 무산소성 영역(213)으로 반송된다. 이를 통해 무산소성 영역(213) 내에서의 현탁부유물 농도를 일정 수준(예컨대, 3,000∼20,000mg/L) 범위로 유지시킬 수 있고, 반송된 질산성 질소(NO3-N)를 질소가스(N2)로 환원시킬 수 있다. 오니이송조(325)는 회분식 반응조(310)로부터 이송된 활성오니 및 질화액의 용존산소를 저감시켜 무산소성 영역(213)으로 완충적으로 반송시킴으로써, 통성혐기성 미생물에 의한 탈질반응을 더욱 촉진시킨다.
회분식 반응조(310)에 설치된 부상식 필터모듈(140)은 상등수의 미세오염입자를 분리·여과하여 이를 처리수조(170)로 이송시킨다. 이러한 부상식 필터모듈(140)의 구체적인 구조 및 작용은 상술한 것과 같으며, 부상식 필터모듈(140)의 운전은 하폐수의 수위가 고수위와 저수위 사이의 설정된 범위 내에 있을 때 이루어진다.
본 발명의 제 3 실시예에 의한 수처리 장치와 같이 부상식 필터모듈(140)과 탈인탈질조(210)를 회분식 하폐수 처리공정에 도입하면, 종래 회분식 하폐수 처리공정을 간편하게 고도화시설로 업그레이드함으로써 수처리 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
한편, 도 14는 본 발명의 제 4 실시예에 의한 수처리 장치의 하폐수 처리 계통도이고, 도 15는 본 발명의 제 4 실시예에 의한 수처리 장치를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
본 발명의 제 4 실시예에 의한 수처리 장치는 두 개의 회분식 반응조(411)(412)가 구비된 교번 회분식 반응조(410)를 주반응 공정에 이용하는 준회분식(semi-batch) 내지 반연속식(semi-continuous) 하폐수 처리장치이다. 이러한 본 발명의 제 4 실시예에 의한 수처리 장치는 유량조정조(110), 탈인탈질조(210), 교번 회분식 반응조(410), 두 개의 오니이송조(415)(416), 처리수조(170) 및 슬러지농축조(175)를 포함한다.
본 발명의 제 4 실시예에 의한 수처리 장치는 제 3 실시예에 의한 수처리 장치와 비교하여 회분식 반응조(412)(413)와 오니이송조(415)(416)가 두 개씩 구비되는 점에서 차이가 있고, 나머지 대부분의 구성은 제 3 실시예에 의한 수처리 장치와 같은 것이다. 제 1 회분식 반응조(411)는 유로(418)를 통해 제 1 오니이송조(415)와 연결되고, 제 2 회분식 반응조(412)는 유로(419)를 통해 제 2 오니이송조(416)와 연결된다.
제 1 회분식 반응조(411) 및 제 2 회분식 반응조(412)에는 하폐수의 상등수를 여과 처리하기 위한 부상식 필터모듈(140)이 각각 설치된다. 부상식 필터모듈(140)의 구체적인 구조 및 작용은 앞서 설명한 것과 같다. 제 1 회분식 반응조(411) 및 제 2 회분식 반응조(412)에 설치된 두 개의 부상식 필터모듈(140)은 교번적으로 작동할 수 있으며, 경우에 따라 흡입장치(147), 압축공기 공급장치(152) 및 보충수 공급장치(160)를 공유하여 사용할 수 있다.
도면에는 회분식 반응조(412)(413)와 오니이송조(415)(416)가 두 개씩 구비된 것으로 나타냈으나, 회분식 반응조(412)(413)와 오니이송조(415)(416)의 개수는 다양하게 변경될 수 있다. 그리고 회분식 반응조(412)(413)의 개수에 따라 부상식 필터모듈(140)의 설치 개수도 변경된다.
한편, 도 16은 회분식 반응조에서 부상식 필터모듈에 구비된 소결필터의 설치 초기 상태(a), 흡입여과공정 후의 상태(b) 및 압축공기에 의한 클리닝 후의 상태(c)를 각각 나타낸 것이고, 도 17은 회분식 반응조에 설치된 부상식 필터모듈의 운전에 따른 여과 특성을 나타낸 그래프이다.
여기에서, 소결필터는 합성수지 재질로 이루어진 것이고, 회분식 반응조에서의 현탁부유물 농도는 60mg/L이며, 클리닝 공정은 앞서 설명한 것과 같은 처리수 역반송 및 압축공기 분사를 5분 동안 실행한 것이다.
도 16을 참조하면, 소결필터의 흡입여과공정 후의 표면 상태(b)는 초기 상태(a)에 비해 미세오염입자 및 미생물의 부착으로 전체적으로 오염되어 있음을 확인할 수 있다. 또한 클리닝 공정 후의 상태(c)를 살펴보면 대부분의 미세오염입자 및 미생물이 소결필터의 표면에서 제거되었음을 확인할 수 있다.
도 17을 참조하면, 소결필터를 1시간 주기로 클리닝하면서 운전하여 그 여과 특성을 살펴본 결과, 소결필터의 여과율은 초기에는 우수하였다가 운전 시간이 지남에 따라 미세오염입자 및 미생물이 부착으로 점차 감소함을 확인할 수 있다. 그러나 5분의 클리링 공정 후 소결필터의 여과율은 초기 상태를 회복하는 것으로 나타났다. 소결필터를 4주기에 걸쳐 운전한 결과 평균여과율은 248.2 m3/m2·day 로 나타났는데, 이는 종래 침지식 분리막(MBR)에 사용되는 중공사에서의 평균여과율인 20∼50 m3/m2·day 보다 우수한 것이다. 이것은 소결필터의 공극률이 높고, 미세공이 견고하여 처리수 역반송 및 압축공기 분사를 통한 클리닝이 가능하기 때문인 것으로 해석할 수 있다.
상술한 것과 같이 본 발명에 의한 부상식 필터모듈(140)은 미세공의 변형이 거의 없는 반영구적인 소결필터(141)를 이용하는 점, 필터모듈(140) 전체가 부상식 유동형으로 수처리조의 상부측에 배치되어 상대적으로 현탁부유물의 농도가 낮은 상등수를 분리·여과하는 점, 소결필터(141)의 폐색 경감수단으로 기포나 진동을 사용하는 점, 소결필터(141)의 폐색 발생시 여과수 역반송 및 압축공기 분사를 통해 소결필터(141)에 부착된 미세오염입자를 신속하게 제거할 수 있는 점 등에서 종래 침지식 분리막을 사용하는 것에 비해 여러가지 장점을 갖는다. 이러한 종래 침지식 분리막과 차별화되는 특징은 아래의 표 1에 나타낸 것과 같다.
표 1
차 별 항 목 종래 침지식 분리막 부상식 필터모듈
분리·여과수단 중공사막, 평막 소결필터
필터모듈 설치형태 침지식 고정형 부상식 유동형
분리·여과 대상영역 고농도 현탁부유물 영역 저농도 상등수
여과수단 재질 합성수지 스테인레스 금속,합성수지
세공크기(㎛) 0.01 ~ 1.0 0.01 ~ 10
공극률 중간 높음
폐색 경감수단 조대기포 조대기포 및 진동
여과수단 클리닝 방법 처리수 역반송 여과수 역반송 및 압축공기 분사
클리닝 시 화학약품 사용 미사용
여과수단 내구성 단절·파손 위험 높음 반영구적
여과율 중간 높음
본 발명에 의한 부상식 필터모듈(140)은 앞서 설명한 것과 같은 여과조(140), 폭기조(215), 회분식 반응조(310), 교번 회분식 반응조(410)를 비롯한 다양한 수처리조에 설치됨으로써, 다양한 수처리 장치를 고도화 시설로 효과적으로 업그레이드 할 수 있고, 복잡한 수처리 장치를 간소화시킬 수 있다.
앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

Claims (24)

  1. 수처리조 내로 유입된 하폐수로부터 미세오염입자를 분리·여과하기 위해 상기 수처리조 내의 하폐수 중에 배치되고, 다수의 미세공을 갖는 중공형의 소결필터;
    상기 소결필터와 결합되고, 상기 수처리조 내의 하폐수 수면으로 부상하여 상기 소결필터를 상기 수처리조 내의 하폐수 상부측에 위치시키는 부상체;
    상기 소결필터의 내부 공간과 연결되는 주배관;
    상기 주배관에 결합되어 상기 주배관을 통해 상기 소결필터에 흡인력을 제공함으로써 상기 수처리조 내의 하폐수를 상기 다수의 미세공을 통해 상기 소결필터의 내부 공간으로 흡인시키는 흡입장치; 및
    상기 주배관을 통해 상기 소결필터의 내부 공간과 연결되는 압축공기 공급배관과 상기 압축공기 공급배관에 결합되는 공기압축기를 구비하고, 상기 소결필터의 내부 공간으로 압축공기를 공급하여 상기 소결필터의 미세공을 폐색하는 미세오염입자를 상기 소결필터로부터 탈리시키는 압축공기 공급장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 부상식 필터모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 소결필터의 미세공을 폐색하는 미세오염입자를 상기 소결필터로부터 탈리시키기 위해 상기 소결필터를 진동시키는 진동발생장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부상식 필터모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축공기 공급장치에 의해 공기로 채워진 상기 소결필터의 내부 공간에 보충수를 공급하기 위해 상기 주배관에 연결되는 보충수 공급장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부상식 필터모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 소결필터는 스테인레스 금속 또는 합성수지 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부상식 필터모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡입장치는 상기 주배관에 결합되어 흡인력을 발생하는 흡입펌프 및 상기 소결필터의 폐색 정도를 검출하기 위해 상기 흡입펌프 전후방의 압력차를 검출하는 차압검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 부상식 필터모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축공기 공급장치는 상기 소결필터와 상기 공기압축기 사이에 배치되어 상기 공기압축기에서 상기 소결필터로 연속적으로 공급되는 압축공기를 펄스(pulse) 형태로 변환시키는 액츄에이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부상식 필터모듈.
  7. 하폐수가 유입되는 수처리조;
    상기 수처리조 내로 유입된 하폐수로부터 미세오염입자를 분리·여과하기 위해 상기 수처리조에 설치되는 부상식 필터모듈; 및
    상기 부상식 필터모듈의 동작을 제어하기 위한 제어장치;를 포함하고,
    상기 부상식 필터모듈은,
    상기 수처리조 내의 하폐수 중에 배치되고 다수의 미세공을 갖는 중공형의 소결필터,
    상기 소결필터와 결합되고 상기 수처리조 내의 하폐수 수면으로 부상하여 상기 소결필터를 상기 수처리조 내의 하폐수 상부측에 위치시키는 부상체,
    상기 소결필터의 내부 공간과 연결되는 주배관,
    상기 주배관에 결합되어 상기 주배관을 통해 상기 소결필터에 흡인력을 제공함으로써 상기 수처리조 내의 하폐수를 상기 다수의 미세공을 통해 상기 소결필터의 내부 공간으로 흡인시키는 흡입장치, 및
    상기 주배관을 통해 상기 소결필터의 내부 공간과 연결되는 압축공기 공급배관과 상기 압축공기 공급배관에 결합되는 공기압축기를 구비하고 상기 소결필터의 내부 공간으로 압축공기를 공급하여 상기 소결필터의 미세공을 폐색하는 미세오염입자를 상기 소결필터로부터 탈리시키는 압축공기 공급장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 수처리조 내의 하폐수 중에 배치된 상기 소결필터에 기포를 공급하여 상기 소결필터에 부착되는 미세오염입자를 탈리시키는 기포 발생장치를 더 포함하고,
    상기 기포 발생장치는 상기 수처리조 내의 하폐수 중에 상기 소결필터보다 하부에 배치되는 산기관 및 상기 상기관에 연결된 공기 공급관을 통해 상기 상기관에 공기를 공급하는 공기 공급장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 수처리조 내의 하폐수 수위를 검출하여 그 검출 신호를 상기 제어장치에 제공하는 수위 검출장치를 더 포함하고,
    상기 제어장치는 상기 수처리조 내의 하폐수 수위가 설정된 범위 내에 있을 때 상기 부상식 필터모듈을 작동시키는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    관리자에게 수처리 공정 상태에 대한 정보를 제공하고 관리자가 수처리 공정을 원격 제어할 수 있도록 하는 원격 관리장치; 및
    상기 제어장치와 상기 원격 관리장치 사이의 통신을 위한 통신장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  11. 제 7 항에 있어서,
    하폐수에 함유된 인을 방출시키기 위한 혐기조(anaerobic), 하폐수 중의 질소를 제거하기 위한 무산소조(anoxic) 및 하폐수 중의 미생물이 인을 과잉섭취할 수 있도록 하폐수 중에 공기를 공급하는 폭기조(aerobic)를 더 포함하고,
    상기 혐기조, 상기 무산소조 및 상기 폭기조는 상기 처리수조의 상류에 차례로 배치되며, 상기 수처리조에서 배출되는 슬러지 중 일부가 상기 혐기조로 반송되는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 수처리조의 상류에 배치되고, 하폐수에 함유된 인을 방출시키기 위한 혐기성 영역과 하폐수 중의 질소를 제거하기 위한 무산소성 영역이 분리벽으로 구획되도록 마련된 탈인탈질조를 더 포함하고,
    상기 혐기성 영역으로 유입된 하폐수는 상기 분리벽에 마련된 유로를 통해 상기 무산소성 영역으로 유입되었다가 상기 수처리조로 유동하고, 상기 수처리조에서 배출되는 슬러지 중 일부는 상기 혐기성 영역으로 반송되는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 수처리조는 하폐수 중에 공기를 공급하기 위한 폭기장치를 구비하고 하폐수의 유입-미생물반응-침전-배출이 동일 공간에서 이루어져 질소·인 영양염류의 제거 기작이 일어나는 회분식 반응조(SBR)인 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 회분식 반응조의 상류에 배치되고, 하폐수에 함유된 인을 방출시키기 위한 혐기성 영역과 하폐수 중의 질소를 제거하기 위한 무산소성 영역이 분리벽으로 구획되도록 마련된 탈인탈질조를 더 포함하고,
    상기 혐기성 영역으로 유입된 하폐수는 상기 분리벽에 마련된 유로를 통해 상기 무산소성 영역으로 유입되었다가 상기 회분식 반응조로 유동하고, 상기 회분식 반응조에서 배출되는 슬러지 중 일부는 상기 혐기성 영역으로 반송되는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 탈인탈질조와 상기 회분식 반응조 사이에 배치되어 상기 회분식 반응조에서 배출되는 활성오니 및 질화액을 용존산소의 저감 후 상기 탈인탈질조의 무산소성 영역으로 반송시키는 오니이송조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  16. 제 7 항에 있어서,
    상기 수처리조는 하폐수 중에 공기를 공급하기 위한 폭기장치를 구비하고 하폐수의 유입-미생물반응-침전-배출이 동일 공간에서 이루어져 질소·인 영양염류의 제거 기작이 일어나는 복수의 회분식 반응조(SBR)를 구비하는 교번 회분식 반응조이고,
    상기 제어장치는 상기 복수의 회분식 반응조 각각에 설치된 상기 복수의 부상식 필터모듈을 교번적으로 작동시키는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 교번 회분식 반응조의 상류에 배치되고, 하폐수에 함유된 인을 방출시키기 위한 혐기성 영역과 하폐수 중의 질소를 제거하기 위한 무산소성 영역이 분리벽으로 구획되도록 마련된 탈인탈질조를 더 포함하고,
    상기 혐기성 영역으로 유입된 하폐수는 상기 분리벽에 마련된 유로를 통해 상기 무산소성 영역으로 유입되었다가 상기 복수의 회분식 반응조로 유동하고, 상기 복수의 회분식 반응조에서 배출되는 슬러지 중 일부는 상기 혐기성 영역으로 반송되는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 탈인탈질조와 상기 복수의 회분식 반응조 사이에 배치되어 상기 복수의 회분식 반응조에서 배출되는 활성오니 및 질화액을 용존산소의 저감 후 상기 탈인탈질조의 무산소성 영역으로 반송시키는 하나 이상의 오니이송조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  19. (a) 다수의 미세공을 갖는 중공형의 소결필터를 수면으로 부상할 수 있는 부상체를 이용하여 수처리조 내의 하폐수 상부측에 배치하는 단계;
    (b) 상기 소결필터에 흡인력을 제공하여 상기 수처리조 내의 하폐수를 상기 소결필터에 구비된 다수의 미세공을 통해 상기 소결필터의 내부 공간으로 흡인시킴으로써 하폐수로부터 미세오염입자를 분리·여과하는 단계;
    (c) 상기 소결필터의 폐색 정도를 검출하는 단계; 및
    (d) 상기 소결필터의 폐색 정도가 설정된 값에 도달한 경우 상기 소결필터에 흡인력을 제공하는 흡입장치를 정지시키고, 상기 소결필터의 내부 공간으로 일정 시간 동안 압축공기를 공급함으로써 상기 소결필터 내부 공간의 여과수 역반송 및 압축공기 분사를 통해 상기 소결필터를 클리닝하는 단계; 및
    (e) 상기 소결필터에 대한 클리닝 공정이 종료되면, 상기 소결필터에 압축공기를 공급하는 압축공기 공급장치를 정지시키고, 상기 흡입장치를 재작동시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 상기 수처리조 내의 하폐수 중에 상기 소결필터보다 하부에 배치되는 산기관을 통해 상기 소결필터에 기포를 공급함으로써 상기 소결필터에 부착되는 미세오염입자를 탈리시키는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 (b) 단계나 상기 (d) 단계에서 상기 소결필터를 진동시켜 상기 소결필터의 미세공을 폐색하는 미세오염입자를 상기 소결필터로부터 탈리시키는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 (d) 단계 이후 상기 (e) 단계 이전에 압축공기로 채워진 상기 소결필터에 보충수를 공급하여 상기 소결필터의 내부 공간을 보충수로 채우는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 (a) 단계 이후, 상기 수처리조 내의 하폐수 수위를 검출하는 단계를 더 포함하고,
    상기 수처리조 내의 하폐수 수위가 설정된 범위 내에 있을 때만 상기 (b) 단계 이후의 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
  24. 제 19 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는 상기 소결필터에 흡인력을 제공하는 흡입펌프 전후방에서의 압력손실을 검출함으로써 상기 소결필터의 폐색 정도를 검출하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
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