침지식 분리막과 황탈질 공정을 이용한 오ㆍ폐수 고도처리장치 및 처리방법
专利汇可以提供침지식 분리막과 황탈질 공정을 이용한 오ㆍ폐수 고도처리장치 및 처리방법专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且A system and a method for advanced wastewater treatment by arranging a screen, a flow equalization tank, a membrane bioreactor and a sulfur denitrification reactor sequentially and compactly are provided to remove organic matters and suspended solids and to obtain high nitrification ratio in the membrane bioreactor process, and remove phosphorous and nitrogen in the sulfur denitrification process. The system for advanced wastewater treatment by a combination of a membrane bioreactor process and a sulfur denitrification process comprises: a screen(50) for screening raw water by flowing raw water therein; a membrane bioreactor(55) of which one side is connected to the screen; a sulfur denitrification reactor(60) of which one side is connected to the membrane bioreactor; and a chemical tank(70) for injecting alkalinity between the membrane bioreactor and the sulfur denitrification reactor. The system further comprises a flow equalization tank(53) installed between the screen and the membrane bioreactor to equalize fluctuations of a flow amount and water quality with the passage of time. The sulfur denitrification reactor comprises backwashing unit(64) for injecting air as well as water into the sulfur denitrification reactor to maintain the activity of sulfur denitrifying bacteria within the sulfur denitrification reactor.，下面是침지식 분리막과 황탈질 공정을 이용한 오ㆍ폐수 고도처리장치 및 처리방법专利的具体信息内容。
침지식 분리막과 황탈질 공정을 이용한 오ㆍ폐수 고도처리 장치 및 처리방법{Advanced wasterwater treatment system by a combination of membrane bio-reactor and sulfur denitrification and method thereof}
도 1은 종래의 황탈질 공정을 이용한 오ㆍ폐수 처리장치의 공정도,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 침지식 분리막과 황탈질 공정을 이용한 오ㆍ폐수 고도처리 장치의 공정도
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 침지식 분리막과 황탈질 공정을 이용한 오ㆍ폐수 고도처리 장치의 공정도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 스크린,
12 : 유량조정조,
14 ; 약품반응조,
16 : 침전조,
18 : 살수조,
20 : 바이오 필터조,
22 : 처리수조,
24 : 황탈질조,
50 : 스크린 장치,
53 : 유량조정조,
55 : 침지식 분리막 반응조(MBR),
60 : 황탈질조,
62 : 역세월류수단,
64 : 역세수단,
65 : 처리수조,
70 : 약품탱크.
본 발명은 침지식 분리막과 황탈질 공정을 이용한 오ㆍ폐수 고도처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스크린, 유량조정조, 침지식 분리막 반응조(Membrane Bio-Reactor) 및 황탈질 반응조(Sulfur Denitrification Reactor)와 같은 공정의 순으로 콤팩트 하게 배열한 오ㆍ폐수 고도처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 급속도로 오염되고 있는 공공수역의 수질 개선 대책으로 수질환경기준이 점차 강화되고 있으며, 최종 방류수역의 수질을 개선하기 위해서는 유기물뿐만 아니라 영양염류(질소ㆍ인)의 제거가 매우 중요한 실정에 있다. 특히 수중의 질소와 인 화합물은 그 자체가 오염물로서 수자원 가치 상실에도 원인이 되지만, 조류 증식에 필요한 영양물질로 이용되어 수질을 더욱 악화시킨다.
우리나라에 적용된 하수처리공법의 대부분이 영양염류보다 유기물 제거에 초점을 두고 있는 표준 활성 슬러지 공법이며, 최근에 질소ㆍ인 동시 제거공법으로 소개되고 있는 대표적인 생물학적 처리공정에는 MLE(Modified Ludzack- Ettinger), A 2 O, UCT(University of Cape Town) 및 VIP(Virginia Initiative Plant) 공정과 같이 혐기조, 무산소조 및 호기조가 직렬로 연결되는 공정이 주류를 이루고 있다.
예를 들어, 도 1은 종래의 황탈질 공정을 이용한 오ㆍ폐수 처리장치의 공정도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 황탈질 공정은 약품반응조(14)에서 화학응집을 통해 부유물질과 인을 제거하고, 바이오필터조(20)에서 유기물 제거와 질산화를 도모하고 황-석회석이 일정비율로 충진된 황탈질조(24)에서 독립영양미생물에 의해 질산성 질소를 질소가스로 탈질시킨다.
이와 같은 종래의 황탈질 공정은 외부탄소원 주입과 내부반송이 없고, 탈질조내에 황과 석회석을 일정비율로 충진하여 알칼리도 공급이 용이하며, 외부탄소원보다 가격이 저렴한 황입자를 사용한다는 장점이 있다. 그러나, 석회석만으로 충분한 알칼리도를 공급하지 못하므로 추가적인 주입설비가 필요하고, 전단에 응집ㆍ침전으로 슬러지 발생량이 많으며, 약품사용량이 증가하고, 처리공정이 복잡할 뿐만 아니라, 응집ㆍ침전공정의 운전미숙에 따른 생물막의 막힘 현상이 발생할 수 있다는 단점이 있다.
따라서 상기와 같은 종래의 방법들은 반응조를 각각 별도로 설치하지 않으면 안되므로 넓은 부지면적이 필요하며, 호기조 용량을 크게 해야만 한다. 또한 하수관거의 정비 미흡으로 인해 유기물의 농도가 탈질에 필요한 유기물농도보다 더 낮게 유입되고 있어, 유기물 부하에 민감하게 연동하는 질소, 인 처리기술들은 질소와 인의 제거효율을 극대화하기 대단히 어렵다. 따라서 강화된 수질기준을 만족하면서 별도의 시설 증대 없이 기존 시설을 최대한 활용할 수 있는 획기적인 공정의 개발이 절실히 요구되고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 제 1 목적은, 침지식 분리막 반응 공정에서 높은 유기물 및 SS(부유물질) 제거와 고율의 질산화를 도모하고, 화학응집을 통해 침전지 없이 후단 황탈질 반응 공정에서 충진된 황 여재의 여과기능에 의해 인(Phosphate)이 제거되고, 동시에 내부반송 및 외부탄소원의 주입없이 황 탈질에 의한 질소를 제거하는 침지식 분리막과 황탈질 공정을 이용한 오ㆍ폐수 고도처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 2 목적은, 침지식 분리막 공정과 황탈질 공정의 순으로 배열하여 황탈질 공정에서 내부반송, 침전지 및 외부탄소원의 주입 없이 인과 질소를 동시에 제거하는 방법으로 안정적이고 탁월한 처리수질은 물론 처리공정의 단순화로 인해 패키지형의 소규모 설비에서 큰 규모의 처리시설까지 손쉽게 적용할 수 있어 뛰어난 현장 적용성과 간편한 운전법 등의 많은 장점을 갖고 있는 침지식 분리막과 황탈질 공정을 이용한 오ㆍ폐수 고도처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부 도면들과 관련되어 설명되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명확해질 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 유입되는 원수를 스크린 하는 200㎛ 메쉬의 스크린 장치(50);
일측이 상기 스크린 장치(50)와 연결된 침지식 분리막 반응조(55);
일측이 상기 침지식 분리막 반응조(55)와 연결된 황탈질 반응조(60); 및
상기 침지식 분리막 반응조(55)와 황탈질 반응조(60) 사이에 알칼리도를 주입하기 위한 약품탱크(70);를 포함하는 것을 특징으로 하는 침지식 분리막과 황탈질 공정을 이용한 오ㆍ폐수 고도처리 장치에 의해 달성될 수 있다.
그리고, 유량과 수질의 시간적 변동을 균등화하기 위하여 스크린 장치(50)와 침지식 분리막 반응조(55) 사이에 유량조정조(53)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
아울러, 침지식 분리막 반응조(55)의 내부에는 고액 분리용 중공사막이 침지되어 있는 것이 더욱 바람직하다.
그리고, 침지식 분리막 반응조(55)의 내부에는 공기를 공급하기 위한 산기관이 더 구비되어 있는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 약품탱크(70)는 인을 제거하기 위해 응집제 주입수단을 더 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
아울러, 응집제 주입수단은 응집제를 일정하게 주입하기 위한 정량펌프를 더 포함하는 것이 가장 바람직하다.
그리고, 황탈질 반응조(60)는 황탈질균의 활성을 조내에서 유지하기 위해 공기와 물을 병행하는 역세수단(64)을 더 포함하는 것이 가장 바람직하다.
또한, 황탈질 반응조(60)의 역세정 월류수를 스크린(50)을 거쳐 유량조정조(53)에 저류시키는 역세월류수단(62)을 더 포함하는 것이 가장 바람직하다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 본 발명의 또 다른 카테고리로서, 유입되는 원수를 스크린 장치(50)를 통해 스크린 하는 단계;
침지식 분리막 반응조(55)를 통해 공기를 공급하면서 분리막을 투과시켜 질산화시키는 단계;
분리막을 투과한 처리수에 대해 약품탱크(70)로부터 알칼리도와 응집제를 주입하는 단계; 및
황탈질 반응조(60)에서 무산소 조건으로 황을 이용한 독립영양탈질에 의해 질소를 제거하는 탈질단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 침지식 분리막과 황탈질 공정을 이용한 오ㆍ폐수 고도처리방법에 의해서도 달성될 수 있다.
그리고, 탈질단계는, 직접 여과를 통해 인을 제거하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 탈질단계는, 황탈질균의 활성을 조내에서 유지하기 위해 공기와 물을 병행하는 역세단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
뿐만 아니라, 탈질단계는 황탈질 반응조(60)의 역세정 월류수를 스크린(50)을 거쳐 유량조정조(53)에 저류시키는 역세월류단계를 더 포함하고, 질산화단계는 연속식 공기 세정단계와 간헐식 흡인 운전단계를 포함하는 것이 가장 바람직하다.
그리고, 응집제는 알럼(Alumn)일 수 있고, 알칼리도는 Na 2 CO 3 또는 NaHCO 3 일 수 있다.
이하에서는 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면과 관련하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에서 침지식 분리막 반응조(55)에서 미생물과 혼합된 상태에서 침지된 분리막으로 여과하기 때문에 높은 유기물과 SS 제거율을 나타낼 수 있다. 그리고, 본 발명의 질소 제거는 침지식 분리막 공정에서 증식율이 낮은 질산화미생물을 다량으로 확보 및 유지하여 높은 질산화율(99%)을 도모하고, 황탈질 반응조(60)에서는 내부반송과 외부탄소원의 주입 없이 높은 탈질 효율에 의해 질소가 제거될 수 있다. 또한 본 발명의 인 제거는 1.0 NTU 이하의 저탁도인 침지식 분리막 반응조 여과수에 소량의 응집제를 주입하여 침전공정 없이 황탈질 공정에서 직접 여과를 통해 안정적으로 인을 제거하는 기술이다.
침지식 분리막 반응조(55)는 유기물 제거와 완벽한 질산화를 도모하기 위해 침전조 대신 흡인여과방식의 침지식 분리막을 기존의 폭기조에 적용하여 유기물 제거와 질산화 효율을 증진시키면서 고액분리를 통해 맑고 깨끗한 처리수를 생산할 수 있다. 또한 연속식 공기 세정방식과 간헐 흡인 운전을 통하여 안정된 막투과 유속을 유지하도록 하였으며, 분리막에 대한 약액 세정을 별도의 세정조를 사용하지 않고 호기조 내에 설치된 상태로 직접 세정하는 기술을 적용하였다.
황탈질 공정은 내부반송과 외부 유기탄소원의 공급 없이 황 입자 표면에 서 식하는 독립영양 탈질균( Thiobacillus denitrificans )에 의해 HCO 3 - 등의 무기탄소를 탄소원으로 이용하고 전자수용체로서 질산성 질소(NO 3 - -N)를 사용하면서 탈질반응이 일어나는 공정으로 슬러지 발생량이 적으며, 짧은 체류시간에 높은 탈질 효율을 얻을 수 있는 장점이 있다.
황탈질 반응조(60)에서 인 제거는 침지식 분리막 반응조과 황탈질 반응조 사이에 약품탱크(70)를 두어, 현저히 낮은 저탁도(1.0 NTU 이하)의 침지식 분리막 여과수에 소량의 응집제를 정량펌프로 주입하여 배관상에 설치된 라인 믹서(미도시)에 의해 혼화되고, 형성된 마이크로-플록들은 침전과정 없이 황탈질 공정에서 여과를 통해 인(P)이 제거된다. 이로 인한 황탈질 공정에서 탈질에 대한 영향은 미미한 정도이며. 여재사이의 공극에 축적된 플록들은 역세척에 의해 유량조정조(53)로 배출된다.
유기물 및 부유물질 제거와 질산화
침지식 분리막 반응조는 미생물과 처리수가 막을 통하여 물리적으로 분리되므로 일반 활성슬러지의 침전조에서 빈번히 발생하는 슬러지 벌킹과 핀-플록에 의한 슬러지 유실 현상을 방지하고 미생물 농도를 고농도로 유지할 수 있어 충격부하에 강하며 처리 수질이 매우 안정적이다.
단일 반응조에 폭기를 제어하여 유기물과 질소를 동시에 제거하는 간헐 폭기 공정을 이용한 막결합형 생물반응조를 실험한 결과에 의하면 분자량이 매우 큰 물 질의 경우 분리막에 의해서 배제되므로 반응조에서의 체류시간이 장기화되어 분해되므로 결국 처리효율의 향상을 유도한다고 주장하였으며, 유기물 부하율이 2 ㎏BOD/㎥ㆍd에서도 일본의 배출수 허용기준보다 훨씬 양호한 결과를 얻어 침지식 분리막 반응조 공정이 일반 활성슬러지 공정보다 반응조 부피가 훨씬 감소하였다고 보고하였다. 또한 침지식 분리막 공정은 낮은 F/M비에서 운전되는데, 일반 도시 하수의 경우 F/M비가 0.1 ㎏BOD/㎏ MLSSㆍd에서 미생물 성장 속도와 사멸 속도가 같아지게 되어 미생물 순성장이 이루어지지 않기 때문에 인발하는 슬러지의 양을 최소화할 수 있다. 또한 비교적 생물학적 분해가 어려운 고분자 물질의 경우 분리막에 의해 저지됨으로써 수질이 향상되며, 긴 SRT(solids retention time)로 인하여 난분해성 고분자물질의 상당부분도 분해 제거된다.
질산화 반응은 암모니아성 질소를 기질로 하여 아질산성 질소를 거쳐 질산성 질소까지 산화되는 것으로 이들 반응은 화학합성 독립영양균(Chemolitho autotrophs)에 속하는 질산화 미생물에 의해 이루어지며 주 반응식은 다음과 같은 2단계 반응으로 알려져 있다.
4
+ + 1.5O
2 ---> NO
2
- + H
2 O + 2H
+
2
- + 0.5O
2 ---> NO
3
-
암모니아성 질소의 산화는 주로 Nitrosomonas 에 의해 진행되며, 아질산성 질소의 산화는 주로 Nitrobacter 에 의하여 영향을 크게 받는다. 이러한 질산화 미생물은 다른 미생물에 비해서 성장이 느리고 산화에너지 기질당 세포의 생성율도 낮다. 세포 생성의 이론식은 다음과 같다.
4
+ + 1.83 O
2 + 1.98 HCO
3
-
---> 0.021 C 5 H 7 NO 2 + 0.04 H 2 O + 0.98 NO 3 - + 1.88 H 2 CO 3
일반적으로 Nitrosomonas 의 성장계수는 0.05 ~ 0.29 mgVSS/mgNH 4 + -N이며, Nitrobacter 의 성장계수는 0.02 ~ 0.08 mgVSS/mgNO 2 - -N이 생성된다. 또한 Nitrobacter 의 비성장계수(Specific Growth Rate)가 Nitrosomonas 의 비성장계수보다 크기 때문에 Nitrite(NO2-N)가 생성되면 바로 Nitrate(NO 3 -N)로 전환된다. 따라서 Nitrosomonas 의 성장속도가 전체 질산화 반응을 좌우한다. 질산화 미생물은 유기물 제거 미생물(0.5 ~ 0.7mgTSS/mgBOD 5 )보다 성장속도가 느리기 때문에 효율적인 질산화 반응을 수행하는데는 긴 SRT가 요구된다. 또한 미생물 성장계수가 낮은 질산화세균과 같은 독립영양세균의 경우 다량으로 유지할 수 있으므로 질산화 공정에 매우 효율적인 것으로 보고되고 있다.
질산화 반응에서 생성되는 에너지는 질산화 미생물이 CO 2 , HCO 3 - , CO 3 2- 등과 같은 알칼리도를 소모하면서 자신에게 필요한 유기물질을 합성하는데 사용한다. 도시하수처리 연구결과 pH 7.5 ~ 8.0에서 1 mg/ℓ의 암모니아성 질소가 질산화 됨에 따라 6 ~ 10 mg/ℓ의 알칼리도가 소모되는 것으로 나타났다.
또한 침지식 분리막 공정에 사용되는 분리막의 경우 분리막의 공극 크기에 따라 대장균 및 병원성 세균을 완전히 배제할 수 있으므로 방류수에 별도의 소독 공정이 필요 없다.
황 탈질반응
본 발명의 황탈질 공정은 탈질반응을 수행하는데 있어 기존 고도처리공정들과 달리 C/N비와 관계없이 외부탄소원이 필요없고 슬러지 발생량이 적어 적용범위가 넓은 장점을 가지고 있다. 황은 자원이 풍부하고 저가로써 저장이 쉽고 취급이 용이하고 물에 쉽게 용해되지 않는다. 황 탈질반응은 무산소 조건에서 Thiobacillus denitrificans 과 같은 독립영양탈질균들이 황을 이용하면서 무기탄소(HCO 3 - 등)를 탄소원으로 하고 최종수용체로서 질산성 질소(NO 3 -N)를 사용하면서 탈질반응을 수행하며, 황 탈질반응의 최종산물로 SO 4 2- 가 생성된다.
3
- + 1.11 S + 0.3 HCO
3 + 0.485 H
2 O
---> 0.5 N 2 + 1.11 SO 4 2- + 0.86 H + + 0.06 C 5 H 7 O 2 N
독립영양상태에서 황탈질로 인해 알칼리도의 양은 일반적으로 3-4 mg CaCO3/mgNO 3 -N(상기 [화학식 4]에서는 4.57 mg CaCO 3 /mg NO 3 -N)이 소모된다. 그리고 1 mg NO 3 -N을 제거하는데 7.54 mg의 SO 4 2- 가 발생되고, 1.28 mmol 수소이온(H + )이 생성된다. Thiobacillus denitrificans 의 성장을 위한 적정 pH는 6.8 ~ 8.2 범위이며, DO 농도는 0.3 mg/ℓ 이하에서 유지하여야 한다.
일반적으로 독립영양 탈질균들은 Maximum Speccific denitrification rate가 0.1 ~ 0.2 gNO 3 -N/g VSSㆍd 정도로 나타난다. 그러나 종속영양탈질균의 기질로 메탄올을 이용한 탈질율은 4.41 gNO 3 -N/gVSSㆍd 이였으며, 독립황탈질균을 순배양하여 실험한 결과에 의하면, 탈질율은 4.23 gNO 3 -N/gVSSㆍd 로 나타났다. 최근 종속영양탈질균과 황탈질균의 탈질율을 비교 실험한 결과에 의하면 각각 1.4 ~ 5.4 mgN/gVSSㆍhr과 2.9 ~ 5.0 mgN/gVSSㆍhr으로 나타나 거의 유사한 것을 알 수 있다.
인의 제거 공정
본 발명은 스크린(50), 유량조정조(53), 침지식 분리막 반응조와 황탈질 반응조로 구성되어 있다. 인 제거를 위해 기존 고도처리공정들의 질소ㆍ인 동시 제거의 어려운 점을 감안하여 본 발명에서는 정수처리의 마이크로-플록 공정을 도입하여 인을 제거하는 방법으로 적용한다. 이 방법은 급속교반조에서 나온 응집수를 여 과지에서 직접 여과하는 것으로 저탁도(10도 이하)의 원수에 적용되며, 침전처리하지 않고 원수에 소량의 응집제를 직접 주입한 후 곧 급속여과를 행하는 것이다. 플록의 형성은 여과지의 여층 내에서 주로 이루어지며, 응집제로 인해 형성이 촉진된 플록은 여층내에 억류되고 탁질 누출현상은 일어나지 않는다.
본 발명에서, 응집제를 주입할 수 있는 시점은 침지식 분리막 공정의 전단과 황탈질 공정의 전단에서 각각 가능하다. 침지식 분리막 공정의 전단에서 응집제를 주입할 경우, 일반적으로 제거하고자 하는 인(P) 이외의 유기물, 부유물질 그리고 기타 오염물질까지 제거되면서 슬러지 발생량과 약품비가 증가하고, Al의 농도에 따라 침지식 분리막 공정에서의 질산화 속도에 영향을 미치게 된다. 따라서 침지식 분리막 공정에서 질산화가 방해되면 후단의 황탈질 공정에서 그 만큼 탈질이 일어나지 않게 된다.
이러한 이유로 침지식 분리막과 황탈질 반응조 사이에 약품탱크(70)를 두어 정량펌프(미도시)에 의해 응집제를 일정하게 주입하여 침지식 분리막 반응조 공정의 유출 배관상에 설치된 라인 믹서(미도시)에 의해 혼화된다. 그리고 형성된 마이크로-플록들은 침전공정 없이 황탈질 반응조의 여재층을 통과하면서 마이크로-플록들이 공극 사이에 억류되면서 인이 제거하게 된다. 이로 인한 황탈질 공정에서 탈질에 대한 영향은 미미한 정도이며. 여재사이의 공극에 축적된 플록들은 역세척에 의해 유량조정조(53)로 배출된다. 또한 황탈질 공정에서 적정 여과속도로 운전한다면 마이크로-플록에 의한 탁질누출은 발생되지 않는다. 그리고 침지식 분리막 여과수는 현저히 낮은 저탁도(1.0 NTU 이하)이므로 대부분의 응집제가 인과 반응하게 되므로 소량의 응집제가 요구된다.
스크린(50)
본 발명의 스크린(50)은 드럼 내측면에 200㎛ 메쉬의 스크린을 탈착식으로 설치하여 드럼이 회전하면서 협잡물은 원통 배출판의 회전에 밀려 유입구 반대편으로 이송, 배출되며 처리 여액은 유량조정조(53)로 유입된다. 이때 메쉬 스크린의 경우 1회/주 정도의 세척을 수행한다.
원수 저류조로부터 1차 침전지를 거치지 않고 바로 유입되는 하수를 200㎛의 메쉬로 여과함으로써 호기조 내에 있는 중공사막에 엉켜 장애를 일으킬 수 있는 섬유성 부유물과 비닐조각, 나뭇가지, 낙엽, 모래 등의 협잡물 유입을 차단하는 것이 주목적이다.
유량조정조(53)
본 발명의 유량조정조(53)는 유입하수의 유량과 수질의 시간적 변동을 흡수해서 균등화함으로서 처리시설의 처리효율을 제고하기 위한 것이다. 황탈질 반응조 공정의 역세정 월류수를 스크린(50)을 거쳐 유량조정조에 저류시켜 원수와 혼합하여 침지식 분리막 공정으로 유입시키는 역할을 수행한다.
그리고, 유량조정조의 조정 유량비를 1.3 ~ 1.5으로 하고 설계 하수량을 일일 최대하수량으로 한다.
침지식 분리막 반응조(55)
본 발명의 침지식 분리막 반응조(55)에는 산기관 일체형인 침지식 분리막을 조내에 함께 설치한다. 고액 분리용 중공사막(Hollow Fiber Membrane)이 침지되어 있으며, 침지된 분리막은 별도의 하우징이 없는 형태로 분리막 충진 면적에 비해 소요 용적이 적다(예를 들어, 호기조 용적의 20 ~ 30% 내외).
그리고, 침지식 분리막 반응조(55)에 산기관을 통하여 일정량(0.5㎥/min)의 공기를 공급하여 호기성 조건하에서 원활한 유기물제거 및 질산화 반응을 유도한다.
산기관을 분리막 프레임 하단에 일체형으로 설치하여 공기에 의한 수류형성으로 분리막 표면에 발생하는 슬러지 침적 및 분리막 엉킴현상을 방지한다. 그리고, 고농도의 미생물을 유지할 수 있어 대부분의 유기물이 제거되므로 호기조의 용적이 일반적인 생물학적 처리보다 상대적으로 작다.
그리고, 슬러지의 침전성과 무관하게 고효율의 고액분리 기능을 갖는다.
또한, 중공사막 모듈이 24개 정도로 한 개의 프레임에 장착되며 프레임 하부에 산기장치가 위치하며 공기와 수류에 의해 분리막 표면에 슬러지 침적을 제어한다. 이로서 침지식 분리막 반응조(55)의 여과수는 현저히 낮은 저탁도(1 NTU 이하)를 갖고, 인을 제거하기 위한 소량의 응집제만으로도 침전지 없이 황탈질 반응조 공정에서 여과를 통해 인을 안정적으로 제거할 수 있다.
또한, 흡인펌프 가동시간은 분리막의 수명연장과 성능향상을 위하여 일정한 시간 간격으로 흡인기와 휴지기로 구분하여 운전하는 것이 바람직하다. 이러한 흡인펌프의 운전은 타이머에 의해 1차 제어를 하고, 비상시에 대비하여 침지식 분리막 반응조(55)에 설치되어 있는 수위 센서(미도시)에 의해서 2차 제어를 한다.
이 때, 타이머에 의한 1차 제어는 12분 가동 3분 휴지의 운전을 반복하고, 수위 센서에 의한 2차 제어는 수위의 상위접점에 이르면 원수 유입펌프(미도시)는 가동을 중단하며, 하위접점에 이르면 흡인펌프(미도시)의 가동이 중단되고 원수유입펌프(미도시)의 가동이 시작된다.
분리막 세정
본 발명의 분리막의 세정은 막의 수명연장과 효율저하를 방지하기 위하여 실시한다. 분리막 약품세정주기는 4개월에 1회 실시하는 것을 기본으로 하며 차압의 급격한 상승이나 분리막의 상태에 따라 물리적세정과 병행하여 실시한다. 세정방법은 차아염소산나트륨(NaOCl)을 사용한다. NaOCl의 농도는 3,000 mg/ℓ용액을 사용하며 분리막 단위 ㎡당 2ℓ의 약품량 투입을 기본으로 한다.
세정약품조는 침지식 분리막 반응조에 상단에 설치하여 자연유하방식에 의한 무동력 약품세정을 실시한다.
약품탱크(70)
황탈질 공정에 있어서 알칼리도가 부족할 경우에는 질소 제거 능력이 떨어지기 때문에 부족한 알칼리도를 공급하기 위해 침지식 분리막 반응조 공정과 황탈질 공정 사이에 알칼리도 공급을 위해 설치하고, 화학 응집에 의해 인을 제거하는 목적으로 응집제 주입설비(즉, 약품탱크(70))를 설치한 것이다.
그리고, 탈질에 소요되는 알칼리도 공급을 위해 Na 2 CO 3 또는 NaHCO 3 를 투여한다.
또한, 인 제거를 위해 응집제를 투입하고, 정량펌프(미도시)로 일정량을 공 급하고 혼합을 위해 배관상에 라인 믹서(미도시)가 설치된다. 응집제는 무기 응집제 또는 고분자 응집제로는 음이온성 고분자 응집제의 하나인 포리아크릴 아마이드 계열을 사용할 수 있고 알럼(Alumn)이 사용될 수도 있다.
Line Mixer(미도시)
침지식 분리막 여과수의 응집효율을 높이기 위하여 20φ×300L 규격의 라인 믹서를 침지식 분리막 여과수 라인에 설치한다.
황탈질 반응조(60)
본 발명의 황탈질 반응조(또는 황탈질조) 공정은 무산소 조건에서 황을 이용한 독립영양탈질에 의해 질소나 산화질소 등의 가스로 환원되어 대기중으로 날아가 최종적으로 질소를 제거하는 공정이다.
유기물의 농도가 낮은 반면 질소성분이 상대적으로 높아 탈질을 위한 적정 C/N비의 확보가 어렵고, 인 농도가 낮은 국내 하수의 특성을 감안하여, C/N비와 관계없이 적용범위가 넓은 공정으로 질소와 인을 중점적으로 제거한다. 침지식 분리막 반응조의 처리수 유입은 황탈질 반응조 유입상부에 정류판(미도시)을 설치하여 유입수의 균등한 분배가 이루어지도록 한다.
황탈질 공정의 역세(64)는 황탈질균의 활성을 조내에서 유지하기 위해 공기와 물을 병행하며 매일 실시한다. 황탈질 공정의 역세수(64)는 드럼 스크린을 이송하여 역세 슬러지를 처리하고 원수와 더불어 침지식 분리막 공정에서 처리한다.
슬러지 인발
침지식 분리막 반응조 내의 슬러지 폐기는 MLSS 농도를 고려하여 조정하며 목표수질 특히 인과 SRT 등의 인자를 고려하여 반응조의 적정 MLSS 농도(4,000 ~ 7,000 mg/ℓ)가 유지되는 범위 내에서 폐기량을 결정한다.
이와 같은 구성과 방법을 이용하여 처리된 물을 법적 방류수 수질기준(특별대책지역, 기타지역)과 각각 대비하면 다음의 [표 1]과 같다.
| BOD(mg/ℓ) | COD(mg/ℓ) | SS(mg/ℓ) | TN(mg/ℓ) | TP(mg/ℓ) | 비고 | |
| 특별대책지역 | 10 이하 | 40 이하 | 10 이하 | 20 이하 | 2 이하 | |
| 기타지역 | 20 이하 | 40 이하 | 20 이하 | 60 이하 | 8 이하 | |
| 본원발명 | 2.6 ~ 5.6 | 5.9 ~ 10.2 | 3.6 ~ 6.8 | 1.0 ~ 8.0 | 0.5 ~ 1.4 | 51회 현장분석 |
상기의 [표 1]로부터 알 수 있는 바와 같이, 본원에 의한 처리수는 특별대책지역이나 기타지역을 막론하고 기준치를 크게 하회하는 것을 알 수 있다. 이는 본원발명에 의해 처리가 매우 효과적일 뿐만 아니라 친환경적임을 나타내는 것이다.
따라서, 상기 설명한 바와 같은 본 발명의 일실시예에 의하면, 기존 고도처리기술과 달리 슬러지 반송, 내부반송 및 침전지 없이 운전이 간편하고, 처리공정을 단순화시킬 수 있는 장점이 있다.
보다 세부적으로, 본원의 질소 제거는 침지식 분리막 공정에서 증식율이 낮은 질산화미생물을 다량으로 확보 및 유지하여 높은 질산화율을 도모하고, 황탈질 공정에서는 C/N비와 관계없이 내부반송과 외부탄소원의 주입없이 무산소 조건에서 탈질반응을 수행하여 질소를 제거하므로 동력비와 약품비를 절감할 수 있는 특징이 있다.
본원 발명의 인 제거는 1.0 NTU 이하의 저탁도인 침지식 분리막 여과수에 소량의 응집제를 주입하여 침전공정 없이 황탈질 반응조에서 직접 여과를 통해 안정적으로 인을 제거할 수 있다.
본 발명의 침지식 분리막 처리수는 유기물질과 부유물질들이 거의 제거되고, 현저히 낮은 저탁도(1 NTU이하)로써 대부분의 응집제가 인과 반응하게 되어 소량의 응집제가 요구되는 장점이 있다.
특히, 본원발명은 분리막의 고액분리 특성상 투과 유량은 제한적일 수 있으나 양질의 처리수질은 상시 안정적으로 유지할 수 있으며, 법적 방류수 수질기준 이내로 만족시킬 수 있다.
그리고, 기존의 생물학적 질소제거공정은 유입하수의 C/N비에 따라 질산화와 탈질효율에 많은 영향을 미치기 때문에 평균 C/N비를 4 이상을 유지하여야 하나 본 공정은 독립영양미생물을 이용한 공정으로 C/N비 조정에 관계없이 평균 질소제거효율을 90% 전후로 유지하는 것이 가능하다.
본원발명에 사용된 유기물 분해 및 질산화(침지식 분리막 공정), 탈질공정(황탈질 공정) 순으로 배열하여 동/하절기 수온변화(유입수 7 ~ 24℃)에도 상대적으로 안정된 처리효율을 유지할 수 있다.
그리고, 질산화(침지식 분리막 반응조)와 탈질(황탈질 반응조)을 분리하여 높은 질산화율과 내부반송, 침전지 및 외부탄소원의 주입 없이 황탈질 공정에서 황탈질균을 이용한 무기탈질로 높은 질소제거율을 갖는다.
또한, 침지식 분리막 공정에서는 기존의 침전지에 의한 고액분리 대신 흡인 여과 방식의 침지식 중공사막을 사용하여 슬러지와 처리수를 분리하여, 높은 유기물 제거와 고효율의 질산화를 도모할 수 있다.
아울러, 응집제 주입으로 형성되는 대부분의 플록들은 황탈질 반응조의 상부층에서 주로 일어나고 이로 인한 탁질 누출은 발생되지 않는 장점이 있다.
본 발명은 기존 하수고도처리보다 침지식 분리막 반응조(질산화)-황탈질 반응조(탈질) 반응조로 구성하여 침전지와 내부 반송 없이 처리공정을 간소화하여 전체 체류시간을 5시간 이내로 처리하는 기술로서 전 공정의 반응조 소요 용적을 기존 고도처리공법보다 15 ~ 40% 이상 절감시킬 수 있는 특징이 있다.
본 발명은 기존 표준활성슬러지공법보다 짧은 체류시간으로 기존 처리장을 고도처리 시설로 개조할 경우 별도의 부지 확보가 불필요하고 용량 증가가 가능하기 때문에 상당한 경제성이 있다.
특히, 본원발명은 유기물과 부유물질 제거가 탁월한 침지식 분리막 공정은 중수도에 적용이 가능하며, 양질의 처리수를 안정적으로 방류함으로써 2차 오염을 막아 환경 친화형 친수 공간 확보가 용이하다.
그리고, 짧은 체류시간과 질소제거율이 우수한 황탈질 공정은 산업폐수와 기존 하수처리시설 등의 질소 고도처리 공정으로 적용하기가 용이하다. 황은 황탈질 공정에서 항시 물속에 잠겨 있어 화재의 위험은 전혀 없으며, 본 기술의 운전평가 결과에 따르면, 1 mg의 질산성 질소가 제거됨에 따라 약 7.8 mg의 황산염(SO 4 2- )이 부산물로 생성된다( NO 3 -: SO 4 2- mole비 = 1 : 1.14). 황산염 이온(SO 4 2- )에 대한 하수의 방류수 수질기준은 아직 없으나, 먹는물 수질기준은 200mg/ℓ이며, 황탈질 공정으로 인한 황산염 방류로 수계에 미치는 영향은 미미하다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로 부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구의 범위에 속함은 자명하다.
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 一种节能高效自动化洗车机 | 2021-02-10 | 1 |
| 一种离子交换膜生物反应器及其应用 | 2020-07-07 | 3 |
| 一种难降解高有机氮化工废水的生物强化处理装置及方法 | 2020-11-11 | 2 |
| 一种新型机械搅拌叶轮微膜曝气生物反应器 | 2021-07-20 | 2 |
| 印染废水处理方法及其复合生物絮凝剂制备方法 | 2021-01-27 | 0 |
| 一种易保存生物羊膜的制备方法 | 2020-06-26 | 1 |
| 厌氧膜生物反应器的实时调控方法及采用其的反应器 | 2020-10-13 | 3 |
| 一种便于清理生物膜的污水处理装置 | 2020-08-05 | 3 |
| 无动力高效分散式生活污水处理成套设备 | 2022-06-30 | 3 |
| 침지식 분리막과 황탈질 공정을 이용한 오ㆍ폐수 고도처리장치 및 처리방법 | 2022-10-14 | 0 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
