WO2019059449A1 - 전오존 처리를 적용한 수처리 장치 및 공법 - Google Patents

전오존 처리를 적용한 수처리 장치 및 공법 Download PDF

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WO2019059449A1
WO2019059449A1 PCT/KR2017/011927 KR2017011927W WO2019059449A1 WO 2019059449 A1 WO2019059449 A1 WO 2019059449A1 KR 2017011927 W KR2017011927 W KR 2017011927W WO 2019059449 A1 WO2019059449 A1 WO 2019059449A1
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water
ozone
treatment
tank
concentrated
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PCT/KR2017/011927
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장원석
최윤수
오문세
박성용
김경민
김형수
김지훈
김건엽
권주희
이현철
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한국지역난방공사
성균관대학교산학협력단
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/008—Control or steering systems not provided for elsewhere in subclass C02F
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    • C02F1/78—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation with ozone
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the embodiment relates to a water treatment apparatus and a method using ozone treatment. More particularly, the present invention relates to a process for producing high-quality treated water, which comprises a pretreatment separation membrane process, a main treatment separation membrane process, and a biological concentrated water treatment process, and reduces power consumption by ozone treatment of raw water before a pretreatment separation membrane process and a main treatment separation membrane process, It improves membrane pollution and permeation performance, produces high quality treated water, and concentrated water containing high concentrations of organic matter, nitrogen, phosphorus, etc. generated in the membrane improves the biological treatment efficiency by pretreatment of ozone treatment, And a biore filtration process which is a high-density biological treatment so that the final treatment water can meet the water quality standard of effluent water.
  • wastewater Since wastewater has the advantages of small fluctuation in quantity, it can be used as an alternative water resource because it has a condition to supply stable water resources.
  • high-quality water using a membrane When producing high-quality water using a membrane, it can be reused as various kinds of water such as agricultural water, heavy water, indirect drinking water, industrial water, boiler water, etc., thereby alleviating the local imbalance in the supply and demand of water and improving the ecosystem recovery and hydrophilic function.
  • the wastewater treated in the wastewater treatment plant is discharged in a state where the substances such as endocrine disruptors, heavy metals, pharmaceuticals, cosmetics, personal care and hygiene products and persistent organic compounds that are not legally regulated are not completely processed .
  • the concentrated water of the RO process generated during the production process for water reuse includes organic matter and nutrients (nitrogen, phosphorus) and total dissolved solid (TDS) at high concentration, And it is difficult to meet the legal discharge water quality standards because the treatment efficiency is low due to the low concentration of organic matter.
  • Patent Document 1 Domestic Patent Publication No. 10-1730978
  • Patent Document No. 2 Domestic Patent Publication No. 10-1360020
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a water treatment apparatus and method using ozone, a separation membrane, and biofiltration.
  • the present invention relates to a method for controlling ozone injection by controlling ozone injection amount by measuring water quality items in real time with respect to variation in raw water load, thereby preventing excessive injection, minimizing power consumption, Another purpose is to provide a water treatment apparatus and method using biofiltration.
  • the present invention improves the biological treatment efficiency by changing the characteristics of the degradable organic material due to the ozone oxidation effect, and by applying the granular activated sludge to treat the target material in a single biological filtration tank,
  • the present invention also provides a water treatment apparatus and method using ozone, separation membrane, and biofiltration for water reuse and separation membrane concentrated water treatment.
  • an air conditioning system comprising: a raw water tank storing raw water; An ozone generator for generating ozone; An ozone reaction tank receiving raw water of the raw water tank through a raw water supply pump and injecting ozone generated from the ozone generator and reacting; An ozone treatment water tank for receiving ozone treatment water discharged from the ozone reaction tank; A pretreatment separation membrane that receives ozone treatment water from the ozone treatment water tank through a first inflow pump, processes the ozone treatment water, and discharges filtered water and concentrated water; A filtration water tank for receiving filtered water filtered from the pretreatment separation membrane; A main treatment separation membrane for receiving and treating filtered water from the filtration water tank through a second inflow pump to discharge water and concentrated water, respectively; A concentrated water tank which is supplied with concentrated water discharged from the main treatment separation membrane and injects ozone discharged from the ozone reaction tank and reacts; And concentrated water discharged from the concentrated water supply pump is supplied and
  • the water quality measuring unit measures water quality of the raw water in real time and transmits the water quality measurement value.
  • a controller for controlling the amount of ozone generated by controlling the output value of the ozone generator according to the water quality measured by the water quality measuring unit.
  • the server may further include a server for receiving the measured water quality value and the output value in real time and collecting data.
  • the ozone of the ozone reaction tank may be injected into at least one of the concentrating water tank, the biological filtration tank, or an injection pipe to be introduced into the biological filtration tank through a concentrated water supply pump.
  • ozone generated in the ozonizer is supplied and reacted
  • the water quality of the raw water in the raw water tank is measured in real time by the water quality measuring unit, and the control unit controls the output value of the ozone generator through the water quality measurement value to control the amount of ozone generated can do.
  • the biological concentrate water treatment step is a step of increasing the efficiency of the concentrated water treatment when the concentrated water in the concentrated water tank is supplied to the biological filtration tank through the concentrated water supply pump, And ozone is injected.
  • membrane fouling can be reduced, and at the same time, the permeation performance can be improved and more raw water can be treated.
  • the output value of the ozone generator can be controlled in real time according to the amount of raw water to minimize the amount of power consumption, to prolong the lifetime of the membrane due to frequent recovery washing prevention, to minimize the amount of secondary treatment to the cleaning waste solution, .
  • the biological treatment efficiency of the granular activated sludge can be improved so that the characteristics of the refractory organic material are changed due to the ozone oxidizing effect to satisfy the discharged water quality standards.
  • FIG. 1 is a block diagram of a water treatment apparatus to which ozone treatment according to an embodiment of the present invention is applied,
  • FIG. 2 is a view showing a process of controlling the amount of ozone generated in the control unit, which is a component of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a process diagram for explaining a water treatment method applying a pre-AM treatment according to another embodiment of the present invention
  • TMP transmembrane pressure
  • FIG. 5 is a graph showing the COD Mn removal efficiency of the granular activated sludge due to the ozone oxidation effect according to the present invention.
  • first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • the second component may be referred to as a first component, and similarly, the first component may also be referred to as a second component.
  • / or < / RTI &gt includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
  • the upper (upper) or lower (lower) or under are all such that two elements are in direct contact with each other or one or more other elements are indirectly formed between the two elements. Also, when expressed as “on or under”, it may include not only an upward direction but also a downward direction with respect to one element.
  • FIG. 1 is a block diagram of a water treatment apparatus to which a total ozone treatment according to an embodiment of the present invention is applied
  • FIG. 2 is a view illustrating a process of controlling the amount of ozone generated in a control unit that is a component of the present invention.
  • a water treatment apparatus 1 to which ozone treatment according to the present invention is applied includes a raw water tank T1, an ozone generator 10, an ozone reaction tank T2, T3, a pretreatment separation membrane 20, a filtration water tank T4, a main treatment separation membrane 30, a concentrated water tank T5, a biological filtration tank T6, a water quality measurement unit 40, and a control unit 50 ).
  • raw water to be treated such as wastewater is stored.
  • the ozone generator 10 controls the output value under the control of the control unit 50 to adjust the amount of generated ozone, and supplies the generated ozone to the ozone reaction tank T2.
  • the ozone reaction tank T2 is supplied with the raw water of the raw water tank T1 through the raw water supply pump P1 and the ozone generated by the ozone generator 10 is injected into the center of the bottom surface, And the ozone-treated water after completion of the reaction is overflowed and discharged
  • the ozone discharged from the ozone reaction tank T2 is supplied to the concentrated water tank T5 and the biological filtration tank T6 for recycling, and the concentrated water of the concentrated water tank T5 is supplied to the biological When it is supplied to the filtration tank T6, it is injected into the pipe.
  • the ozone treatment water tank T3 receives and stores the ozone treatment water discharged from the ozone reaction tank T2. At this time, the ozone treatment water tank T3 is installed at a lower position so as to store ozone treatment water overflowed from the upper part of the ozone reaction tank T2.
  • the pretreatment separation membrane 20 receives the ozone-treated water from the ozone treatment tank T3 through the first inflow pump P2 and performs filtration treatment to discharge the filtered water and the concentrated water.
  • the pretreatment separation membrane 20 is applied with a microfiltration MF or an ultrafiltration UF and the filtration is performed through a reverse cleaning pump P3 and a compressor C Periodically backwashing is performed using filtered water in the water tank T4. At this time, the concentrated water and the backwash water are discharged to the outside.
  • the filtration water T4 is supplied to the upper portion of the filtered water filtered from the pretreatment separation membrane 20, and is discharged to the lower portion.
  • the main treatment separation membrane 30 receives filtrate water from the filtration water tank T4 through the second inflow pump P4 and performs filtration treatment to discharge the water and concentrated water. At this time, it is preferable that a nanofiltration (NF) or a reverse osmosis (RO) is applied to the main treatment separator 30, and the water is discharged to the outside.
  • NF nanofiltration
  • RO reverse osmosis
  • the concentrated water discharged from the main treatment separation membrane 30 is supplied to the upper part, the ozone discharged from the ozone reaction tank T2 is injected into the central part of the bottom surface and reacted, do.
  • the biological filtration tank T6 receives the concentrated water discharged from the concentrated water supply pump P5 and reacts with the biofiltration and the organic carbon source.
  • the ozone discharged from the ozone tank T2 is injected and reacted together, The water is discharged according to the discharged water quality standard.
  • the water quality measurement unit 40 measures water quality of raw water in real time and transmits a water quality measurement value. At this time, turbidity, chromaticity, TOC, DOC, COD, UV254 and the like are measured as water quality factors.
  • control unit 50 controls the output value of the ozone generator 10 according to the measured water quality measured by the water quality measurement unit 40 to control the amount of ozone generated.
  • the control unit 50 sets the respective set values (or concentrations) of turbidity, chromaticity, TOC, DOC, COD and UV254 as the water quality factors measured by the water quality measuring unit 40, The amount of ozone generated in the range is determined.
  • the ozone injection amount may be determined as the output value 2.
  • the amount of ozone injected can be determined at each water quality factor, and the controller 50 compares the measured ozone injection amount at each water quality factor and determines the highest amount of ozone injected.
  • the amount of ozone injected for each water quality factor can vary depending on the user's setting.
  • control unit 50 continuously measures the water quality in the water quality measuring unit 40 when the raw water is introduced. At this time, when the water quality standard of the raw water is changed compared to the raw water that has conventionally been introduced, the amount of ozone injected can be determined using a sample test.
  • the control unit may determine the ozone injection amount at which the desired removal rate is generated by measuring the removal rate according to the ozone injection amount and changing the ozone injection amount.
  • the water treatment apparatus 1 using ozone, separation membrane, and biofiltration for water reuse and separation membrane concentrated water treatment comprises an oxidant storage tank (not shown) for supplying an oxidant to the ozone tank T2 through an oxidant injection pump P6, An organic carbon source chemical tank T8 for supplying an organic carbon source to the biological filtration tank T6 through a chemical injection pump P7 and a server 60 for collecting data by receiving water quality measurement values and output values in real time, .
  • a chlorine-based system such as hypochlorite (HOCl)
  • an oxygen system such as hydrogen peroxide (H2O2)
  • As the organic carbon source sodium acetate (C2H3NaO2), methanol (CH3OH) and the like are used.
  • FIG. 3 is a process diagram for explaining a water treatment method applying a pre-AM treatment according to another embodiment of the present invention.
  • the water treatment method applying the pre-AM treatment includes a total ozone treatment process S10, a pre-treatment separation membrane process S20, a main treatment membrane process S30, And a processing step (S40).
  • the raw water in the raw water tank T1 is supplied to the lower part of the ozone reaction tank T2 through the raw water supply pump P1, and the ozone generated in the ozone generator 10 is supplied to the center of the bottom surface of the ozone reaction tank T2 After the ozone is raised, the ozone-treated water that overflows in the reaction is stored in the ozone-treated water tank T3.
  • the control unit 50 controls the output value of the ozone generator 10 according to the measured water quality measured by the water quality measurement unit 40 to control the amount of generated ozone.
  • the oxidizing agent stored in the oxidizing agent storage tank T7 is supplied to the ozone reaction tank T2 via the oxidant injection pump P6 to increase the ozone oxidation effect.
  • the backwashing is periodically performed using filtered water of the filtration water tank T4 through the backwash pump P3 and the compressor C.
  • the filtered water in the filtration tank T4 is supplied to the main treatment separation membrane 30 through the second inflow pump P4, the filtered water is filtered in the main treatment separation membrane 30 to discharge the water and the concentrated water, respectively, And the water is stored in the concentrated water tank T5.
  • the concentrated water stored in the concentrated water tank T5 is discharged from the ozone reaction tank T2 and reacted with the ozone injected into the central portion of the bottom of the concentrated water tank T5 and the pipe through which the concentrated water flows, To the biological filtration tank T6.
  • the ozone discharged from the ozone reaction tank T2 is simultaneously injected into the biological filtration tank T6 through the concentrated water feed pump P5 of the concentrated water tank T5 to maximize the treatment efficiency .
  • the concentrated water flowing into the biological filtration tank (T6) injects the ozone discharged from the ozone reaction tank (T2) into the central portion of the bottom surface of the biological filtration tank (T6) And then discharged.
  • the organic carbon source stored in the organic carbon source chemical tank T8 is supplied to the biological filtration tank T6 through the chemical injection pump P7.
  • TMP transmembrane pressure
  • FIG. 5 is a graph showing COD Mn removal efficiency of biofiltration due to ozone oxidation effect according to the present invention.
  • the present invention relates to an ozone generator for generating ozone from an ozone-treated water tank, comprising: an ozone generator; , T4: filtration tank, T5: concentrated water tank, T6: biological filtration tank

Abstract

본 발명은 수처리 장치 및 공법에 관한 것으로서, 상세하게는 고품질의 처리수를 생산하기 위해 전처리 분리막 공정, 주처리 분리막 공정 및 생물학적 농축수 처리 공정을 거치고, 전처리 분리막 공정과 주처리 분리막 공정 전에 원수를 오존 처리함으로써 전력사용량을 저감하고, 막오염 저감 및 투과성능을 향상시키며, 고품질의 처리수를 생산하며, 막에서 발생된 고농도의 유기물, 질소, 인 등이 포함된 농축수는 전처리의 배오존처리로 생물학적 처리효율을 더 높여주고, 이를 고밀도 생물학적 처리인 생물여과공정으로 처리하여, 최종처리수가 방류수 수질기준이하를 충족할 수 있도록 하는 전오전 처리를 적용한 수처리 공법에 관한 것이다.

Description

전오존 처리를 적용한 수처리 장치 및 공법
실시예는 전오존 처리를 적용한 수처리 장치 및 공법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 고품질의 처리수를 생산하기 위해 전처리 분리막 공정, 주처리 분리막 공정 및 생물학적 농축수 처리 공정을 거치고, 전처리 분리막 공정과 주처리 분리막 공정 전에 원수를 오존 처리함으로써 전력사용량을 저감하고, 막오염 저감 및 투과성능을 향상시키며, 고품질의 처리수를 생산하며, 막에서 발생된 고농도의 유기물, 질소, 인 등이 포함된 농축수는 전처리의 배오존처리로 생물학적 처리효율을 더 높여주고, 이를 고밀도 생물학적 처리인 생물여과공정으로 처리하여, 최종처리수가 방류수 수질기준이하를 충족할 수 있도록 하는 전오존 처리를 적용한 수처리 장치 및 공법에 관한 것이다.
최근 인구증가, 기후변화, 도시화 및 산업발달로 인해 물 수요량은 점차 증가하고 있으나 물 공급량은 한정되어 있어 지속가능한 수자원확보에 대한 기술개발이 대두되고 있다.
하폐수는 수량의 변동이 적은 장점을 지님으로 인해 안정적인 수자원을 공급할 수 있는 조건을 갖추고 있어 대체수자원으로 활용이 가능하다. 분리막을 사용하여 고품질의 용수를 생산할 경우 농업용수, 중수도용수, 간접음용수, 공업용수, 보일러용수 등 각종 용수로 재이용하여 용수수급에 대한 지역적 불균형을 완화하고, 생태계 회복 및 친수기능 증진을 가져올 수 있다.
그러나 하폐수 처리장에서 처리된 처리수에는 법적으로 규제가 마련되지 않은 내분비계 교란물질, 중금속, 의약품, 화장품, 개인미용 및 위생용품의 성분, 잔류성 유기화합물 등의 물질들이 완벽히 처리되지 못한 상태로 방류되는 것으로 보고되고 있다.
이러한 물질은 인간의 건강을 위협할 수 있는 물질로써 응집, 흡착, 산화 공정 등을 통해 제거하거나 고순도의 처리수 생산이 가능한 분리막 공정으로 처리하여 재이용하여야 한다. 최근 분리막 공정은 투과성 향상, 운영 프로토콜 인자, 물리화학적 세정, 막오염 저감에 대한 기술이 점차 개선됨에 따라 점차 광범위하게 적용되고 있다. 분리막 공정은 기존 공정에 비해 믿을 수 있는 처리수질의 확보가 가능하고, 기존 설비 대비 높은 집적도를 지님으로 인하여 부지면적 축소가 가능하다. 또한 약품사용량 절감이 가능하고, 자동화 구현이 용이하며, 타 공정과의 연계가 가능한 장점을 지닌다.
그러나 분리막 공정기술의 장점에도 불구하고 하폐수 내 막오염 물질로 인하여 투과성능이 감소하게 된다. 막오염은 오염물질이 막표면에 침착하여 오염층을 형성하거나 공극 내 흡착 또는 공극막힘으로 인해 나타나며, 막오염 현상이 심화될 경우 저항상승으로 인해 높은 압력이 요구됨으로 운전비용 증가 및 잦은 세정주기를 가져와 분리막의 수명을 단축시키는 요인이 된다.
막오염 저감 방안으로는 물리화학적 역세정(physical/chemical backwash), 회복세정(cleaning in place, CIP), 유지화학세정(Maintenance chemical cleaning, MCC) 등 다양한 방법을 적용할 수 있으나, 화학약품 사용에 대한 세정폐액처리 등의 2차적인 문제와 분리막공정의 가동률을 낮추는 등 유지관리측면에서 운영효율을 낮추게 된다. 따라서, 분리막 공정에서 이러한 막오염물질 유입을 미연에 방지하여 안정적인 여과가 가능한 수처리 공정이 필요하다.
또한, 물 재이용을 위한 생산과정에서 발생되는 RO 공정의 농축수는 고농도의 유기물질 및 영양염류(질소, 인), 총 용존고형물(total dissolved solid, TDS)이 포함되어 있으며, 생물학적 분해가 가능한 유기물의 농도는 낮고, 대부분 난분해성 유기물로 구성되어 처리효율이 낮음에 따라 법적 방류수질 기준을 충족시키기에 어려운 실정이다.
따라서, 오존산화 공정과 분리막 공정을 결합하여 인체에 유해한 유기물질을 산화시킴과 동시에 막오염물질을 효과적으로 제어하여 초기 설계안대로 안정적인 운영이 가능한 분리막 공정과 생산공정에서 발생한 농축폐수에 대해 효과적으로 처리하여 방류수질기준 충족이 가능한 공정개발이 필요한 실정이다.
이와 관련된 선행기술로는 (특허문헌 1) 국내 등록특허공보 10-1730978호와 (특허문헌 2) 국내 등록특허공보 10-1360020호가 존재한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 대부분 난분해성 유기물질로 구성되어 있는 방류수에 대해 전오존 및 분리막 처리 공정을 적용하여 인체에 유해한 유기물을 제거하도록 하는 물 재이용과 분리막 농축수 처리를 위해 전오존, 분리막 및 생물여과를 적용한 수처리 장치 및 공법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 원수 부하량 변동에 대해 실시간으로 수질항목을 측정하여 오존주입량을 제어함으로써 과도한 주입을 예방하고, 전력사용량을 최소화할 수 있도록 하는 물 재이용과 분리막 농축수 처리를 위해 전오존, 분리막 및 생물여과를 적용한 수처리 장치 및 공법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
또, 본 발명은 오존산화효과로 인한 난분해성 유기물질의 특성을 변화시켜줌으로써 생물학적 처리효율을 높여주며, 입상 활성슬러지를 적용하여 단일 생물여과조 내에서 목표물질을 처리하여 시설의 집적화를 높일 수 있도록 하는 물 재이용과 분리막 농축수 처리를 위해 전오존, 분리막 및 생물여과를 적용한 수처리 장치 및 공법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예는, 원수가 저장되는 원수조; 오존을 발생시키는 오존 발생기; 원수 공급펌프를 통해 상기 원수조의 원수를 공급받고, 상기 오존 발생기로부터 발생된 오존을 주입하여 반응시키는 오존 반응조; 상기 오존 반응조로부터 배출되는 오존 처리수를 공급받는 오존 처리수조; 제 1유입 펌프를 통해 상기 오존 처리수조로부터 오존 처리수를 공급받아 처리하여 여과수 및 농축수를 각각 배출하는 전처리 분리막; 상기 전처리 분리막으로부터 여과된 여과수를 공급받는 여과수조; 제 2유입 펌프를 통해 상기 여과수조로부터 여과수를 공급받아 처리하여 용수와 농축수를 각각 배출하는 주처리 분리막; 상기 주처리 분리막으로부터 배출되는 농축수를 공급받고, 상기 오존 반응조에서 배출되는 배오존을 주입하여 반응시키는 농축수조; 및 농축수 공급펌프로부터 배출되는 농축수를 공급받아 생물여과 및 유기 탄소원과 반응시키되, 상기 오존 반응조에서 배출되는 배오존을 주입하여 함께 반응시킨 후 농축수를 방류수질 기준으로 충족시킨 후 방류하는 생물여과조;를 포함하는 전오존 처리를 적용한 수처리 장치를 제공한다.
바람직하게는, 원수의 수질을 실시간으로 측정하여 수질 측정값을 전송하는 수질 측정부; 및 상기 수질 측정부에서 측정된 수질 측정값에 따라 상기 오존 발생기의 출력 값을 제어하여 오존 발생량을 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 수질 측정값과 출력값을 실시간으로 전송받아 데이터를 수집하는 서버;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 오존 반응조의 배오존은, 상기 농축수조, 생물 여과조 또는 농축수가 농축수 공급펌프를 통해 상기 생물여과조로 주입되는 주입배관 중 적어도 하나에 주입되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예로, 상기 전오존 처리를 적용한 수처리 장치를 이용한 수처리 공법에 있어서, 원수조의 원수를 원수 공급펌프를 통해 오존 반응조로 공급시 오존 발생기에서 발생된 오존을 공급하여 반응시킨 다음, 오존 처리수조에 오존 처리수를 저장하는 전오존 처리 공정과; 상기 오존 처리수조의 오존 처리수를 전처리 분리막으로 처리하여 여과수를 여과수조에 저장하고, 농축수를 배출하는 전처리 분리막 공정과; 상기 여과수조의 여과수를 주처리 분리막으로 처리하여 농축수를 농축수조에 저장하되, 농축수와 상기 오존 반응조에서 배출되는 배오존을 주입하여 반응시키고, 용수를 배출하는 주처리 분리막 공정; 및 상기 농축수조의 농축수를 생물여과조에 저장하고, 생물여과 및 유기 탄소원과 반응시키서 농축수를 방류수질 기준으로 충족시킨 후 방류하는 생물학적 농축수 처리 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 전오존 처리를 적용한 수처리 공법이 제공될 수 있다.
바람직하게는, 상기 전오존 처리 공정은, 상기 원수조의 원수의 수질을 수질 측정부에서 실시간으로 측정하고, 제어부에서 수질 측정값을 통해 상기 오존 발생기의 출력값을 제어하여 오존 발생량을 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 생물학적 농축수 처리 공정은, 상기 농축수조의 농축수가 농축수 공급펌프를 통해 상기 생물여과조로 공급될 시 농축수 처리효율을 높여줌으로써 방류수질 기준을 충족시키도록 상기 오존 반응조의 배오존을 주입하는 것을 특징으로 할 수 있다.
실시예에 따르면, 전오존 처리 공정을 적용하여 막오염을 저감함과 동시에 투과성능을 높여주어 더 많은 원수를 처리할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 원수 부하량에 따라 오존발생기의 출력값을 실시간 제어하여 전력사용량을 최소화하며, 잦은 회복세정 예방에 따른 분리막의 수명연장 및 세정폐액에 대한 2차처리 발생량 최소화, 분리막 공정의 가동률을 높일 수 있다.
또, 본 발명에 따르면 오존산화효과로 인해 난분해성 유기물질의 특성을 변화시켜 방류수질기준 충족이 원활하도록 입상 활성슬러지의 생물학적 처리효율을 높일 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전오존 처리를 적용한 수처리 장치의 블록도이고,
도 2는 도 1의 구성요소인 제어부에서 오존 발생량을 제어하는 과정을 나타내는 도면이고,
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전오전 처리를 적용한 수처리 공법을 설명하기 위한 공정도이고,
도 4는 본 발명에 따른 오존산화효과로 인한 전처리분리막의 막간차압(transmembrane pressure, TMP) 변화를 나타낸 그래프이고,
도 5는 본 발명에 따른 오존산화효과로 인한 입상 활성슬러지의 CODMn 제거 효율을 나타내는 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예를 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명 실시 예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 실시 예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 실시 예의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 2 구성 요소는 제 1 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 1 구성 요소도 제 2 구성 요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명 실시 예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1 내지 도 5는, 본 발명을 개념적으로 명확히 이해하기 위하여, 주요 특징 부분만을 명확히 도시한 것이며, 그 결과 도해의 다양한 변형이 예상되며, 도면에 도시된 특정 형상에 의해 본 발명의 범위가 제한될 필요는 없다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전오존 처리를 적용한 수처리 장치의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 구성요소인 제어부에서 오존 발생량을 제어하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전오존 처리를 적용한 수처리 장치(1)는, 원수조(T1)와, 오존 발생기(10)와, 오존 반응조(T2)와, 오존 처리수조(T3)와, 전처리 분리막(20)과, 여과수조(T4)와, 주처리 분리막(30)과, 농축수조(T5)와, 생물여과조(T6)와, 수질 측정부(40) 및 제어부(50)를 포함한다.
먼저, 원수조(T1)는 하폐수와 같은 처리하고자 하는 원수가 저장된다.
그리고, 오존 발생기(10)는 제어부(50)의 제어에 따라 출력값이 제어되어 오존 발생량이 조절되고, 발생된 오존을 오존 반응조(T2)로 공급한다.
또한, 오존 반응조(T2)는 원수 공급펌프(P1)를 통해 원수조(T1)의 원수를 하부로 공급받고, 오존 발생기(10)로부터 발생된 오존이 저면 중앙부로 주입되어 오존이 상승되면서 원수와 반응되도록 하며, 반응이 완료된 오존 처리수를 오버플로우시켜 배출한다
이때, 오존 반응조(T2)에서 배출되는 배오존을 재활용을 위해 농축수조(T5) 및 생물여과조(T6)로 각각 공급하고, 농축수조(T5)의 농축수가 농축수 공급펌프(P5)를 통해 생물여과조(T6)로 공급될 시 배관 내 주입한다.
이어서, 오존 처리수조(T3)는 오존 반응조(T2)로부터 배출되는 오존 처리수를 공급받아 저장한다. 이때, 오존 처리수조(T3)는 오존 반응조(T2)의 상부에서 오버플로우되어 배출되는 오존 처리수가 저장되도록 이보다 낮은 위치에 설치된다.
계속해서, 전처리 분리막(20)은 제1 유입 펌프(P2)를 통해 오존 처리수조(T3)로부터 오존 처리수를 공급받아 여과 처리해서 여과수 및 농축수를 각각 배출한다.
그리고, 전처리 분리막(20)은 정밀여과막(microfiltration, MF) 또는 한외여과막(ultrafiltration, UF)이 적용되는 것이 바람직하고, 막오염을 제어하기 위해 역세정펌프(P3)와 컴프레셔(C)를 통해 여과수조(T4)의 여과수를 사용하여 주기적으로 역세정을 수행한다. 이때, 농축수 및 역세척수는 외부로 배출된다.
한편, 여과수조(T4)는 전처리 분리막(20)으로부터 여과된 여과수를 상부로 공급받아 저장받고, 하부로 배출한다.
그리고, 주처리 분리막(30)은 제 2유입 펌프(P4)를 통해 여과수조(T4)로부터 여과수를 공급받아 여과 처리하여 용수와 농축수를 각각 배출한다. 이때, 주처리 분리막(30)은 나노여과막(nanofiltration, NF) 또는 역삼투막(reverse osmosis, RO)이 적용되는 것이 바람직하고, 용수는 외부로 배출된다.
또한, 농축수조(T5)는 주처리 분리막(30)으로부터 배출되는 농축수를 상부로 공급받고, 오존 반응조(T2)에서 배출되는 배오존을 저면 중앙부로 주입하여 반응시킨 다음 농축수는 하부로 배출한다.
또, 생물여과조(T6)는 농축수 공급펌프(P5)로부터 배출되는 농축수를 공급받아 생물여과 및 유기 탄소원과 반응시키되, 오존 반응조(T2)에서 배출되는 배오존을 주입하여 함께 반응시킨 후 농축수를 방류수질 기준으로 충족시킨 후 방류한다.
도 2를 참조하면, 수질 측정부(40)는 원수의 수질을 실시간으로 측정하여 수질 측정값을 전송한다. 이때, 수질 인자로서 탁도, 색도, TOC, DOC, COD, UV254 등이 측정된다.
일실시예로, 제어부(50)는 수질 측정부(40)에서 측정된 수질 측정값에 따라 오존 발생기(10)의 출력값을 제어하여 오존 발생량을 제어한다.
제어부(50)는 수질 측정부(40)에서 측정되는 수질 인자로서 탁도, 색도, TOC, DOC, COD, UV254 등의 각각의 설정값(또는 농도) 범위를 설정하고, 각 설정값(또는 농도) 범위에서의 오존 발생량을 결정한다.
예를 들어 도 2를 참조하면, 유입되는 원수에서 측정된 하나의 수질 인자의 측정값이 설정값 2와 설정값 3의 범위에 해당되는 경우, 오존 주입량은 출력값 2로 결정될 수 있다. 이러한 오존 주입량은 각각의 수질 인자에서 결정될 수 있으며, 제어부(50)는 각각의 수질 인자에서 측정된 오존 주입량을 비교하고, 이 중에 가장 높은 오존 주입량으로 결정할 수 있다.
각각의 수질 인자에 대한 오존 주입량은 사용자의 설정에 따라 달라질 수 있다.
또 다른 실시예로, 제어부(50)는 원수가 유입시 수질 측정부(40)에서 지속적으로 수질을 측정하게 된다. 이때, 원수의 수질기준이 종래에 유입되던 원수에 비해 변경되는 경우, 샘플 테스트를 이용하여 오존 주입량을 결정할 수 있다.
샘플 테스트는 오존 주입량을 결정하기 위해 시료를 채취한 후, 오존을 주입하게 된다. 이후, 제어부는 오존 주입량에 따른 제거율을 측정하고 이에 따라 오존 주입량을 변경하면서 원하는 제거율이 생성되는 오존 주입량을 결정할 수 있다.
오존 주입량이 과다한 경우, 전력이 과소비되는 문제가 발생하는 바, 최적의 범위의 오존 주입량을 결정함으로 수처리의 비용 감소 및 효율을 증가시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 물 재이용과 분리막 농축수 처리를 위해 전오존, 분리막 및 생물여과를 적용한 수처리 장치(1)는 산화제 주입펌프(P6)를 통해 오존 반응조(T2)로 산화제를 공급하는 산화제 저장조(T7)와, 약품 주입펌프(P7)를 통해 생물여과조(T6)로 유기 탄소원을 공급하는 유기탄소원 약품조(T8) 및 수질 측정값과 출력값을 실시간으로 전송받아 데이터를 수집하는 서버(60)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 산화제로는 차아염소산염(HOCl)와 같은 염소계, 과산화수소(H2O2)와 같은 산소계가 사용되고, 유기 탄소원으로는 아세트산나트륨(C2H3NaO2), 메탄올(CH3OH) 등이 사용된다.
이하, 본 발명에 따른 전오존 처리를 적용한 수처리 공법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전오전 처리를 적용한 수처리 공법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전오전 처리를 적용한 수처리 공법은 전오존 처리 공정(S10)과, 전처리 분리막 공정(S20)과, 주처리 분리막 공정(S30) 및 농축수 처리 공정(S40)으로 이루어진다.
《전오존 처리 공정-S10》
먼저, 원수조(T1)의 원수를 원수 공급펌프(P1)를 통해 오존 반응조(T2)의 하부로 공급하고, 오존 발생기(10)에서 발생된 오존을 오존 반응조(T2)의 저면 중앙부로 공급하여 오존이 상승되면서 반응되도록 한 다음, 반응이 이루어져 오버플로우되는 오존 처리수를 오존 처리수조(T3)에 저장한다.
그리고, 제어부(50)는 수질 측정부(40)에서 측정된 수질 측정값에 따라 오존 발생기(10)의 출력값을 제어하여 오존 발생량을 제어한다.
또한, 오존 산화 효과를 증대시키도록 산화제 저장조(T7)에 저장된 산화제를 산화제 주입펌프(P6)를 통해 오존 반응조(T2)로 공급한다.
《전처리 분리막 공정-S20》
이어서, 오존 처리수조(T3)에 저장된 오존 처리수가 제 1유입 펌프(P2)를 통해 전처리 분리막(20)으로 공급되면, 전처리 분리막(20)에서 오존 처리수를 여과하여 여과수를 여과수조(T4)에 저장하고, 농축수를 배출한다.
이때, 전처리 분리막(20)의 막오염을 제어하기 위해 역세정펌프(P3)와 컴프레셔(C)를 통해 여과수조(T4)의 여과수를 사용하여 주기적으로 역세정을 수행한다.
《주처리 분리막 공정-S30》
계속해서, 여과수조(T4)의 여과수가 제 2유입 펌프(P4)를 통해 주처리 분리막(30)으로 공급되면, 주처리 분리막(30)에서 여과수를 여과하여 용수와 농축수를 각각 배출해서 농축수를 농축수조(T5)에 저장한다.
그리고, 농축수조(T5)에 저장된 농축수는 오존 반응조(T2)에서 배출되어 농축수조(T5)의 저면 중앙부 및 농축수가 유입되는 배관으로 주입되는 배오존과 반응된 다음 농축수 공급펌프(P5)를 통해 생물여과조(T6)로 배출된다.
이때, 오존 반응조(T2)에서 배출되는 배오존을 농축수조(T5)의 농축수가 농축수 공급펌프(P5)를 통해 생물여과조(T6)로 공급될 시 함께 주입하여 처리 효율을 극대화시키는 것이 바람직하다.
《생물학적 농축수 처리 공정-S40》
그런 다음, 생물여과조(T6)로 유입된 농축수가 생물여과 및 유기 탄소원과 반응시 오존 반응조(T2)에서 배출되는 배오존을 생물여과조(T6)의 저면 중앙부로 주입하여 농축수를 기설정된 방류수질 기준으로 충족시킨 후 방류시킨다. 이때, 유기탄소원 약품조(T8)에 저장된 유기탄소원이 약품 주입펌프(P7)를 통해 생물여과조(T6)로 공급된다.
《실험예》
본 발명에 따른 전오전 처리를 적용한 수처리 공법에 따르면 다음과 같은 실험을 실시하였다.
도 4는 본 발명에 따른 오존산화효과로 인한 전처리분리막의 막간차압(transmembrane pressure, TMP) 변화를 나타낸 그래프이다.
오존산화 효과로 인한 전처리분리막 투과성능을 비교하면, 본 발명에 따른 운전 예로써 오존주입유무에 따른 분리막 공정의 TMP 상승 변화를 나타내었다.
막오염 상승률을 비교하기 위해 여과 및 역세주기는 각각 29.5분, 0.5분으로 설정하여 주기적으로 역세정을 실시한 결과 전오존을 적용하지 않은 경우 약 29.2 kPa/hr 상승한 반면, 전오존 실시 후 1.7 kPa/hr의 상승률을 보이며, 오존산화효과가 막오염 저감에 영향을 미치는 것으로 나타났다.
도 5는 본 발명에 따른 오존산화효과로 인한 생물여과의 CODMn 제거효율을 나타낸 그래프이다.
오존산화 효과로 인한 입상 슬러지의 유기물 제거효율을 비교하면, 본 발명에 따른 운전 예로써 오존주입유무에 따른 농축수 내 유기물(CODMn) 제거효율을 나타내었다.
총 6회에 걸쳐 농축수 내 유기물(CODMn)의 제거효율을 비교한 결과 전오존을 적용하지 않은 경우 평균 약 9.7%의 제거효율을 보인 반면, 전오존 실시 후 약 55.9%의 제거효율을 보이며 오존산화효과로 인해 유기물 제거효율이 높아지는 것으로 나타났다.
이상으로 본 발명의 실시 예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보았다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
[부호의 설명] 10 : 오존 발생기, 20 : 전처리 분리막, 30 : 주처리 분리막, 40 : 수질 측정부, 50 : 제어부, 60 : 서버, T1 : 원수조, T2 : 오존 반응조, T3 : 오존 처리수조, T4 : 여과수조, T5 : 농축수조, T6 : 생물여과조

Claims (7)

  1. 원수가 저장되는 원수조;
    오존을 발생시키는 오존 발생기;
    원수 공급펌프를 통해 상기 원수조의 원수를 공급받고, 상기 오존 발생기로부터 발생된 오존을 주입하여 반응시키는 오존 반응조;
    상기 오존 반응조로부터 배출되는 오존 처리수를 공급받는 오존 처리수조;
    제 1유입 펌프를 통해 상기 오존 처리수조로부터 오존 처리수를 공급받아 처리하여 여과수 및 농축수를 각각 배출하는 전처리 분리막;
    상기 전처리 분리막으로부터 여과된 여과수를 공급받는 여과수조;
    제 2유입 펌프를 통해 상기 여과수조로부터 여과수를 공급받아 처리하여 용수와 농축수를 각각 배출하는 주처리 분리막;
    상기 주처리 분리막으로부터 배출되는 농축수를 공급받고, 상기 오존 반응조에서 배출되는 배오존을 주입하여 반응시키는 농축수조; 및
    농축수 공급펌프로부터 배출되는 농축수를 공급받아 생물여과 및 유기 탄소원과 반응시키되, 상기 오존 반응조에서 배출되는 배오존을 주입하여 함께 반응시킨 후 농축수를 방류수질 기준으로 충족시킨 후 방류하는 생물여과조;
    를 포함하는 전오존 처리를 적용한 수처리 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    원수의 수질을 실시간으로 측정하여 수질 측정값을 전송하는 수질 측정부; 및
    상기 수질 측정부에서 측정된 수질 측정값에 따라 상기 오존 발생기의 출력 값을 제어하여 오존 발생량을 제어하는 제어부;
    를 더 포함하는 전오존 처리를 적용한 수처리 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    수질 측정값과 출력값을 실시간으로 전송받아 데이터를 수집하는 서버;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전오존 처리를 적용한 수처리 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 오존 반응조의 배오존은,
    상기 농축수조, 생물 여과조 또는 농축수가 농축수 공급펌프를 통해 상기 생물여과조로 주입되는 주입배관 중 적어도 하나에 주입되는 것을 특징으로 하는 전오존 처리를 적용한 수처리 장치.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항의 전오존 처리를 적용한 수처리 장치를 이용한 수처리 공법에 있어서,
    원수조의 원수를 원수 공급펌프를 통해 오존 반응조로 공급시 오존 발생기에서 발생된 오존을 공급하여 반응시킨 다음, 오존 처리수조에 오존 처리수를 저장하는 전오존 처리 공정과;
    상기 오존 처리수조의 오존 처리수를 전처리 분리막으로 처리하여 여과수를 여과수조에 저장하고, 농축수를 배출하는 전처리 분리막 공정과;
    상기 여과수조의 여과수를 주처리 분리막으로 처리하여 농축수를 농축수조에 저장하되, 농축수와 상기 오존 반응조에서 배출되는 배오존을 주입하여 반응시키고, 용수를 배출하는 주처리 분리막 공정; 및
    상기 농축수조의 농축수를 생물여과조에 저장하고, 생물여과 및 유기 탄소원과 반응시키서 농축수를 방류수질 기준으로 충족시킨 후 방류하는 생물학적 농축수 처리 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 전오존 처리를 적용한 수처리 공법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 전오존 처리 공정은,
    상기 원수조의 원수의 수질을 수질 측정부에서 실시간으로 측정하고, 제어부에서 수질 측정값을 통해 상기 오존 발생기의 출력값을 제어하여 오존 발생량을 제어하는 것을 특징으로 하는 전오존 처리를 적용한 수처리 공법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 생물학적 농축수 처리 공정은,
    상기 농축수조의 농축수가 농축수 공급펌프를 통해 상기 생물여과조로 공급될 시 농축수 처리효율을 높여줌으로써 방류수질 기준을 충족시키도록 상기 오존 반응조의 배오존을 주입하는 것을 특징으로 하는 전오존 처리를 적용한 수처리 공법.
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