KR100969220B1 - 내부 여과 스크린을 포함하는 하수고도처리시스템 - Google Patents

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김성수
김보경
정인호
주재영
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Abstract

본 발명의 하수고도처리시스템은, 유입되는 원수를 생물학적으로 처리하기 위한 생물학적 반응조 및 부유물 또는 침전물을 필터링하는 여과망과 상기 여과망을 세척하기 위한 역세부를 포함하는 적어도 하나의 여과 스크린 장치를 포함하고, 상기 역세부로 공급되는 역세수는 상기 생물학적 반응조에 의해 처리된 처리수가 되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 여과 스크린 장치는, 높은 투과플럭스를 가지며 투과수질이 우수한 침지형 분리막의 공극 폐색 가능성을 낮출 수 있으며, 상대적으로 높은 미생물 농도를 갖는 반송수를 여과함으로써 발생할 수 있는 여과 스크린 장치의 역세 노즐 폐색, 여과망의 폐색 및 표면 손상의 가능성을 낮출 수 있고, 단시간의 역세척만으로도 고효율의 여과를 가능하게 하는 효과를 갖는다.

Description

내부 여과 스크린을 포함하는 하수고도처리시스템 {A advanced waste-water treatment system comprising a internal filtering screen device}
본 발명은 하수고도처리시스템에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 침지형 분리막을 구비한 생물학적 반응조(Membrane Bio-Reactor, MBR) 및 내부 여과 스크린 장치를 포함하는 하수고도처리시스템에 관한 것이다.
일반적으로 상, 하수 및 폐수 등의 처리를 위해서 일반적으로 생물학적 처리 공법이 사용되고 있다. 이러한 처리 공법은 공정이 안정되어 있고, 비용이 상대적으로 저렴하며 환경친화적이라는 장점을 갖는다.
생물학적 처리 공법은 미생물의 대사 작용에 의해 오염물질을 제거하는 것을 주요한 원리로 한다. 한편, 하수고도처리란 하수 내 부유물은 물론 총질소 및 총인 성분도 제거할 수 있는 처리 기술을 의미한다.
기본적으로 이러한 생물학적 하수고도처리 과정은 스크린 단계, 생물학적 반응단계, 침전(침사)단계로 구성된다.
상기 침전 내지는 침사단계는 최종적으로 처리수와 미생물의 분리를 별도의 침전조에서 중력에 의한 자연침강 방식으로 고액분리함으로써 이루어지는 것이 일반적이었다.
그러나 이러한 자연침강 방식은 최종적으로 처리수와 미생물의 분리를 침전조에서 중력에 의한 자연침강 방식으로 고액분리함으로써 처리효율이 저하되는 문제점과 미생물이 처리수로부터 완전히 분리되지 못하여 처리수와 함께 유출되는 문제점이 발생하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 자연침전 방식의 종래 침전지 혹은 침사지를 대체할 수 있는 침지형 분리막을 이용한 하수고도처리시스템을 제공함을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 침지형 분리막을 활용한 하수고도처리시스템에서 발생할 수 있는 반응조내 잉여 슬러지 및 미세 부유물의 농축현상을 해결하기 위한 내부 여과 스크린 장치를 제공함을 목적으로 한다.
전술한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 하수고도처리시스템은 유입되는 원수를 생물학적으로 처리하기 위한 생물학적 반응조 및 부유물 또는 침전물을 필터링하는 여과망과 상기 여과망을 세척하기 위한 역세부를 포함하는 적어도 하나의 여과 스크린 장치를 포함하고, 상기 생물학적 반응조에 의해 처리된 처리수가 상기 역세부로 공급되어 상기 여과망을 세척하는 것일 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나의 여과 스크린 장치는 외부로부터 상기 생물학적 반응조로 유입되는 원수를 여과하는 사전 여과 스크린 장치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 생물학적 반응조는 반송라인을 포함하고, 상기 적어도 하나의 여과 스크린 장치는 상기 반송라인에 의해 반송되는 반송수를 여과하는 내부 여과 스크린 장치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 역세부는 상기 여과망에 역세수를 분사하기 위한 역세 노즐 및 역세 노즐에 역세수를 공급하기 위한 역세수 공급부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 생물학적 반응조는 호기조 및 상기 호기조에 침지된 분리막을 더 포함하고, 상기 역세수는 상기 분리막에 의해 호기조에서 분리된 처리수가 될 수 있다.
또한, 상기 생물학적 반응조는 무산소조, 혐기조 및 완충조를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 생물학적 반응조는 분리막이 침지되어 있는 막분리조를 포함하고, 상기 역세수는 상기 분리막에 의해 막분리조에서 분리된 처리수가 될 수 있다.
또한, 상기 생물학적 반응조는 무산소조, 혐기조, 호기조 및 완충조를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 여과망은 드럼형태이며 회전가능하다.
한편, 본 발명에 따른 하수고도처리시스템은 반송라인을 포함하는 생물학적 반응조, 상기 생물학적 반응조로 유입되는 원수를 여과하는 사전 여과 스크린 장치 및 상기 반송라인에 의해 반송되는 반송수를 여과하는 내부 여과 스크린 장치를 포함하고, 상기 사전 여과 스크린 장치와 상기 내부 여과 스크린 장치는 각각 여과망과 여과망을 세척하기 위한 역세부를 포함하며, 상기 사전 여과 스크린 장치 또는 상기 내부 여과 스크린 장치 중에서 적어도 하나에는 상기 생물학적 반응조에 의해서 처리된 처리수가 상기 역세부에 공급되는 것일 수 있다.
또한, 상기 사전 여과 스크린 장치와 상기 내부 여과 스크린 장치의 역세수로서 상기 생물학적 반응조에 의해서 처리된 처리수가 공급될 수 있다.
또한, 상기 내부 여과 스크린 장치와 상기 내부 여과 스크린 장치에 공급되는 역세수는 동일한 가압 펌프에 의해서 가압되어 공급될 수 있다.
또한, 상기 생물학적 반응조는 호기조 및 상기 호기조에 침지된 분리막을 포함하고, 상기 역세수는 상기 분리막에 의해 호기조에서 분리된 처리수가 될 수 있다.
또한, 상기 생물학적 반응조는 무산소조, 혐기조를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 생물학적 반응조는 분리막이 침지되어 있는 막분리조를 포함하고, 상기 역세수는 상기 분리막에 의해 막분리조에서 분리된 처리수가 될 수 있다.
또한, 상기 생물학적 반응조는 무산소조, 혐기조, 호기조를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 사전 여과 스크린 장치와 상기 내부 여과 스크린 장치의 여과망의 조밀도는 동일할 수 있다.
또한, 상기 사전 여과 스크린 장치의 여과망의 조밀도가 상기 내부 여과 스크린 장치의 여과망의 조밀도가 더 클 수 있다.
또한, 상기 역세부는 상기 여과망에 역세수를 분사하기 위한 역세 노즐 및 역세 노즐에 역세수를 공급하기 위한 역세수 공급부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 여과망은 드럼형태이며 회전가능하다.
본 발명에 따른 여과 스크린 장치는, 높은 투과플럭스를 가지며 투과수질이 우수한 침지형 분리막의 공극 폐색 가능성을 낮출 수 있으며, 상대적으로 높은 미생물 농도를 갖는 반송수를 여과함으로써 여과 스크린 장치의 역세 노즐 폐색, 여과망의 폐색 및 표면 손상의 가능성을 낮출 수 있고, 단시간의 역세척만으로도 고효율의 여과를 가능하게 하는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 침지형 분리막 및 내부 여과 스크린 장치를 적용한 하수고도처리시스템의 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 여과 스크린 장치를 도시하는 정면도.
도 3은 본 발명에 따른 여과 스크린 장치를 도시하는 측면도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 침지형 분리막을 포함하는 하수고도처리장치에 있어서 역세수로서 최종 처리수가 내부 여과 스크린 장치에 공급되는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명에 다른 실시예에 따라 침지형 분리막을 포함하는 하수고도처리장치에 있어서 역세수로서 최종 처리수가 내부 여과 스크린 장치뿐만 아니라 사전 여과 스크린 장치 모두에 공급되는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 6, 7은 본 발명에 따라 역세수로서 최종 처리수가 내부 여과 스크린 장치에 공급되는 경우에 내부 여과 스크린 장치에 의해서 여과된 부유물의 양 및 농도를 측정한 결과를 도시한 도면.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 여과 스크린 장치의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 침지형 분리막 및 내부 여과 스크린 장치를 적용한 하수고도처리시스템의 개념도이다.
도 1에는 유입되는 원수에 포함된 오염물질을 생물학적으로 처리하기 위한 반응조(103) 및 부유물 또는 침전물을 필터링하는 여과망과 상기 여과망을 세척하기 위한 역세부를 포함하는 적어도 하나의 여과 스크린 장치(102, 107)를 포함하고, 상기 반응조(103)는 무산소조(103-1), 혐기조(103-2), 호기조(103-3, 침지형 분리막 포함) 및 완충조(104)를 포함하는 하수고도처리시스템(100)이 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 하수고도처리시스템(100)에 유입되는 원수는 굵은 실선으로 표시된 과정을 거쳐 처리가 이루어진다. 굵은 점선으로 표시된 과정은 생물학적 반응조의 내부 반송라인이며, 1점 쇄선은 방류조로부터 내부 여과 스크린 장치에 여과수가 공급되는 라인을 나타낸다.
상세히 살펴보면, 외부로부터 공급되는 유입수(이하 원수라 함)는 반응조(103)에 유입되기 전에 유량조정조(101)를 거친다. 시스템(100)이 처리할 수 있는 유량이 제한적이기 때문에 유량조정조(101)를 거쳐 시스템(100)에 일정한 양의 원수가 공급된다.
공급된 원수는 사전 처리단계로서 사전 여과 스크린 장치(102)를 거친다.
사전 여과 스크린 장치(102)에서는 원수에 포함된 흙이나 모래등과 같은 침전물, 섬유, 씨앗등과 같은 일정 크기 이상의 부유물에 대한 필터링이 이루어진다. 이러한 침전물 및 부유물들은 하수처리 시스템 내에서 생물학적, 화학적으로 분해되지 않기 때문에 이러한 침전물, 부유물을 사전에 필터링하는 단계가 반드시 필요하다. 이와 같은 여과 스크린 장치에 대해서는 도 2와 도 3을 참조하여 후술한다.
상기 사전 여과 스크린 장치(102)에서 필터링된 원수는 생물학적 반응조(103)로 유입된다. 반응조(103)에서는 원수에 함유된 질소, 인 성분을 제거하는 공정(탈질, 탈인) 및 원수에 함유된 유기물을 제거하는 공정이 수행된다.
생물학적 반응조(103)는 무산소조(103-1), 혐기조(103-2), 호기조(103-3, 막분리조 혹은 침지형 분리막 포함)로 세분화할 수 있다. 여기에 침지형 분리막과 방류조(104) 사이에 탈인조(110)가 추가로 구비될 수 있다. 다만, 본 발명에 따르는 생물학적 하수고도처리시스템(100)은 이와 같은 생물학적 반응조(103) 및 탈인조(110)를 포함하는 구성에 한정되는 것은 아니며 여러 다양한 형태로 변형될 수 있다.
상기 무산소조(103-1), 혐기조(103-2), 호기조(103-3, 막분리조 포함) 및 완충조(104)를 포함하는 생물학적 반응조의 수처리 작용 및 탈인조(110)의 기능을 간단히 살펴보면 다음과 같다.
본 발명에 따른 생물학적 하수고도처리 과정은 미생물의 대사작용(하폐수 중의 오염물질이 미생물의 에너지원이나 세포증식에 사용)에 의해 오염물질을 제거하는 하고 각종 부유물은 물론 총질소 및 인 성분도 제거하는 생물학적인 처리과정을 포함한다.
특히 하수에 포함되어 있는 질소 및 인은 영양염류에 속하며, 이를 제대로 제거하지 못하고 방류될 경우에는 부영양화의 주요 원인이 되어, 폐쇄성수역에서 조류의 이상 번식을 일으켜 상수원 및 공업용수 등을 오염시키는 문제점을 유발하게 되므로, 하수에 포함되어 있는 질소 및 인을 효과적으로 제거할 필요성이 있다.
이와 같은 생물학적 질소 및 인 제거를 위해서 원수가 무산소조(103-1) 및 혐기조(103-2)에 유입되면 혐기조(103-2) 내의 미생물의 발효에 의하여 저분자 유기물이 생성되며, 이들 유기물을 이용하여 인 제거 미생물은 혐기조에서 세포내 저장물질인 폴리하이드로부틸레이트(PHB)를 합성하면서 인산을 방출하게 된다.
반대로 인 제거 미생물이 호기조(103-3)에서는 폴리하이드로부틸레이트(PHB)를 분해하면서 혐기조(103-2) 및 무산소조(103-1)에서 방출한 인산의 포화량 이상으로 인산을 과량으로 섭취하게 되며, 인을 과잉으로 섭취한 미생물은 잉여 슬러지 형태로 제거된다.
한편, 질소의 처리과정은 하수내 유기 질소가 암모니아로 전환되고, 암모니아는 호기조(103-3)에서 질산화 미생물에 의하여 질산형태로 전환되고, 질산은 다시 내부 반송라인(106)에 의해서 무산소조(103-1)로 반송되어 무산소조(103-1)에서 탈질 미생물 균에 의하여 질소 가스로 전환되는 공정을 거쳐 공기중으로 배출시킴으로써 하수내의 질소 함량이 감소된다.
자세히는 질소의 처리과정은 두 단계에 걸쳐 이루어질 수 있다. 첫 번째 단계는 암모니아성 질소가 질산성 질소로 산화되는 질산화(Nitrification)반응이며, 두 번째 단계는 전자수용체로 질산성 질소를 이용하여 질소가스로 방출시키는 탈질산화(Denitrification)반응이다.
질산화 반응은 chemoautotrophic bacteria에 의해 일어나며, 1단계인 암모니아성 질소가 아질산성 질소로 바뀌는 반응에는 질산화 미생물인 Nitrosomonas(N.europaea, N monocella)와 Nitrosococcus 속의 대사에 의해서 이루어지며, 토양 속에서 분리되어진 Nitrosobulus muliformis, Nitrosospirabriensis 등도 작용한다. 이 반응의 화학식은 다음과 같다.
Figure 112010034770983-pat00001
2단계는 아질산성 질소가 질산성 질소로 바뀌는 과정이며, 주로 질산화 미생물인 Nitrobactor와 Nitrosocystis 등의 활동에 의해 이루어진다. 이 반응의 화학식은 다음과 같다.
Figure 112010034770983-pat00002
따라서, 질산화 과정의 총괄 반응식은 다음과 같다.
Figure 112010034770983-pat00003
또한, 세포합성반응은 다음의 식과 같다.
Figure 112010034770983-pat00004
암모니아 1mol을 질산화시키기 위해서는 약 66-84Kcal의 에너지가 필요하며, 아질산성 질소를 질산화시키기 위해서는 약 17.5kcal가 필요하다. 암모니아성 질소 1g을 질산성 질소로 완전히 질산화시키는데 4.57g/g-N의 산소가 필요하다. 이때 암모니아에서 아질산성 질소로는 3.43g/g-N의 산소가 필요하며, 아질산성 질소에서 질산성 질소로 전화되는데 1.44g/g-N의 산소가 필요하다.
한편, 생물학적 질산화반응에 의해 생성된 질산성 질소(nitrate)는 두 가지 방법에 의해서 감소하게 된다. 즉, 동화작용과 이화작용이다. 동화작용에 의한 질산성 질소의 감소는 세포합성을 위해서 암모니아로 전환된다. 반면, 이화작용에 의한 질산성 질소의 감소는 탈질반응이며 질소처리의 주 기작이다. 탈질반응에서 질산성 질소는 전자수용체로 이용되며 다음과 같은 경로를 통하여 N2가스로 전환된다.
Figure 112010034770983-pat00005
탈질반응은 용존산소가 존재하지 않는 무산소(anoxic) 상태에서 이루어지며 효과적인 탈질반응을 위해서는 메탄올을 비롯한 생물학적으로 분해하기 쉬운 유기물을 필요로 한다. 메탄올을 유기물로 이용할 때, 세포합성을 고려한 반응식은 다음과 같다.
Figure 112010034770983-pat00006
하수를 탄소원으로 이용하고 암모니아를 질소원으로 이용할 때, 세포합성을 고려한 반응식은 다음과 같다.
Figure 112010034770983-pat00007
탈질반응을 일으키는 미생물은 종속영양 미생물(heterotrophic bacteria)과 자가영양 미생물(autotrophic bacteria)로 구성되어 있으며, Payne은 탈질산화 반응을 일으키는 타가영양 미생물을 다음과 같이 나타냈다. Achromobacter, Acmetobacter, Agrobacterium, Alcaligenes, Arthrobacter Bacllus, Chromobacterm, Corynebacterum , Flavobacterum, Moraxella, Paracoccus, Propionbacterium, Pseudomonas, Rhizobrum, Spirillum, Rhodopseudomonas 및 Vibrio 등이다. Pseudomonas 종류는 탈질반응을 일으키는 가장 잘 알려져 있는 종이며, 이들 중 몇몇은 탈질 반응시 질산성 질소를 이용하는 대신에 아질산성 질소를 이용한다. 반대로 Bacillus 종류는 질산성 질소를 이용하지만 아질산성 질소는 이용하지 않는다. Paracoccus는 탈질반응을 위한 탄소원으로 메탄올뿐만 아니라 복잡한 유기물질도 이용한다.
NH4+ 함유수는 호기조로 유입되며, 독립영양세균인 질산화미생물에 의해 다음의 과정을 거쳐 NO3 -로 전환된다.
Figure 112010034770983-pat00008
이 과정에서 1g의 NH4 +을 전환시키는데 4.2g의 O2와 7.07g의 알칼리도(as CaCO3)가 소비되고, 0.16g의 세포가 합성되며, 0.08g의 무기탄소가 세포합성에 이용된다. 호기조에서 처리된 처리수는 후술할 막분리조를 거쳐 후단의 인제거 설비로 유입되고, 반응조의 NO3 -은 무산소조로 내부 반송라인에 의해서 반송되어 공정의 탈질 효율증진을 유도한다.
한편, 상기 생물학적 반응조(103)에서 제거되지 않고 잔류하는 인을 충분히 제거하기 위한 공정으로서 탈인조(110)가 추가된다. 생물학적 반응조(103)에서 처리된 처리수는 현행 하수종말 처리장 방류수 수질 기준에 합당하는 수질기준을 가질 수 있다. 다음 표는 현행 하수종말 처리장 수질기준을 나타낸다.

구분
BOD
(mg/L)
COD
(mg/L)
SS
(mg/L)
T-N
(mg/L)
T-P
(mg/L)
대장균
(개/mL)

특정지역
10
40
10
20
2
3000

기타지역
20
40
20
60
8
3000
즉, 본 발명에 따른 생물학적 반응조(103)를 통과한 처리수의 T-P수준은 2mg/L로 유지될 수 있다. 다만, 본 발명에 따른 하수고도처리시스템에 의해서 처리된 처리수가 바로 공업용수 또는 생활용수로 재이용가능한 정도가 되도록 T-P수준을 낮추기 위해서 탈인조(110)가 추가되는 것이다. 이 경우 탈인조(110)에서는 화학적 침전탈인법을 이용한다.
화학적 침전탈인법에 의한 인 제거는 화학약품을 사용하여 폐수 중에 용해되어 있는 인성분을 용해도가 낮은 화합물로 만들어 제거하는 것이며 흔히 이용되는 것은 Al, Fe의 금속염과 석회등이다. 석회를 이용한 화학반응에 의하여 용액 중의 인이 제거되는 과정의 기본적인 반응식은 다음과 같으며, Ca2 +와 OH-이 폐수 중에 용해되어 존재하는 Po4 3 -와 반응하여 하이드록시아파타이트(Hydroxyapatite)라고 하는 Ca2(Po4)3(OH) 결정을 형성한다.
이러한 화학반응을 이용하여 생물학적 반응조(103)에서 처리된 처리수가 탈인조(110)로 유입되면, 처리수와 응집제를 혼합하여 응집시키는 단계, 다음으로 처리수를 교반하는 단계, 난용성의 인산염 화합물을 침전시키는 단계, 침전물이 제거된 처리수를 가압하는 단계, 가압된 처리수를 여과하는 단계를 거쳐 최종적으로 방류된다. 다만, 본 발명에 따른 하수고도처리시스템(100)은 이와 같은 탈인과정에 한정되는 것은 아니며 다른 형태의 탈인공정도 적용가능하다.
한편, 본 발명에 따른 생물학적 하수고도처리시스템(100)에는 상기 호기조(103-3) 내에 구비되는 침지형 분리막(미도시)이 포함된다. 다만, 이에 한정될 것은 아니고 분리막이 별도의 반응조를 이루는 구성(막분리조)에도 적용될 수 있다.
상기 무산소조(103-1), 혐기조(103-2), 호기조(103-3)를 거쳐 처리된 처리수 내에 존재하는 미생물 및 기타 미세 부유물질을 처리수로부터 분리하기 위한 장치가 필요하게 되며, 기존에는 응집 침전 및 모래 여과 방식이 사용되었다.
본 발명에 따른 침지형 분리막은 기존 하수처리시스템에서 사용되던 응집침전 및 모래여과(침사지 불필요)가 불필요하고 좁은 부지면적이 요구되며, 유지관리가 용이한 장점을 가지고 있다.
이러한 침지형 분리막은 정밀여과(micro-filtration: MF)를 위해, 0.01 내지 0.2㎛ 정도, 바람직하게는 0.1㎛ 정도의 공극을 가지고 있어 다른 막분리 공정보다 높은 투과플럭스를 가지며, 기존의 응집, 침전 여과에 비하여 투과수질이 우수하다.
상기 침지형 분리막에 사용하는 분리막의 형태로는 중공사형과 평판형이 있는데, 중공사형 분리막은 호기조(103-3) 내부 환경에 의해서 영향을 받기 때문에 안정적이지 못하다. 반면 평판형 분리막은 호기조(103-3) 내부 환경에 영향을 받는 일이 거의 없어 안정적이다. 따라서 본 발명에서는 평판형 분리막을 사용하는 것이 바람직하다.
다만, 이러한 침지형 분리막은 다른 분리막에 비해 공극이 비교적 크기 때문에 공극 안으로 미세 부유물이 유입되어 내부 폐색을 일으킬 우려가 매우 높다.
이러한 분리막의 공극 폐색을 방지하기 위한 방안으로서 상기 반송라인(106)에 의해 무산소조(103-1)로 반송되는 반송수에 포함된 난분해성 미세 부유물 및 슬러지를 여과하기 위한 내부 여과 스크린 장치(107)가 추가로 구비될 수 있다.
상기 내부 여과 스크린 장치(107)는 반송수 내에 존재하는 미세 부유물 및 슬러지들을 여과하기 위한 목적을 갖기 때문에 사전 여과 스크린 장치(102)의 여과망보다는 더 조밀한 여과망을 구비할 수 있다.
사전 여과 스크린 장치(102)의 경우와 마찬가지로 내부 여과 스크린 장치(107)의 경우에도 여과망 내부 표면에 침전물 및 부유물들이 고착되는 현상이 발생할 수 있다, 이렇게 스크린 내면에 침전물, 부유물들이 고착되면, 스크린의 여과 성능은 현저히 떨어지기 때문에 외부에서 여과망을 향해서 일정한 수압을 가진 세척수를 노즐을 통해 분사하는 과정이 수행되어야 한다.
그러나 내부 반송라인(106)의 반송수는 높은 미생물 농도를 갖기 때문에 내부 여과 스크린 장치(107)는 자신의 여과망을 통과한 여과수를 역세수로 사용하는 경우에는 세척노즐의 막힘 현상, 여과망의 폐색 현상이 발생할 가능성이 매우 높다.
따라서, 본 발명에 따른 내부 여과 스크린 장치(107)는 역세수로서 생물학적 반응조(103)에 의해서 처리된, 특히 전술한 분리막에 의해서 분리된 최종 처리수를, 바람직하게는 탈인조(410)에 의해서 탈인 처리된 처리수를 역세수로서 사용한다. 여과 스크린 장치의 상세한 구성에 관해서는 도 2 및 3을 참조하여 후술한다
도 2 및 3은 본 발명에 따른 드럼형 여과 스크린 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2와 3을 참조하면, 본 발명에 따른 드럼형 여과 스크린 장치(200)는 원수가 유입되는 헤더(201, header), 드럼형 여과망(202), 구동 모터(203), 역세부(204, 205) 및 여과수 배출부(206)를 포함한다. 또한, 상기 역세부는 역세수 공급부(204) 및 역세수 노즐(205)을 포함한다. 한편, 역세수 공급부(204)에 역세수를 공급하기 위한 가압 펌프(미도시)가 여과 스크린 장치(200) 내에 구비되거나 여과 스크린 장치(200) 외부에 구비될 수 있다.
이러한 드럼형 여과 스크린 장치(200)의 작동을 살펴보면, 여과되어야할 원수는 여과 스크린 장치(200)의 헤더(201)로 유입된다. 헤더(201)로 유입된 원수는 드럼형 여과망(202)의 내부로 공급된다. 드럼형 여과망(202)에는 일정한 크기의 공극이 형성된다. 공극의 조밀도에 따라 여과 스크린 장치의 여과 능력이 결정되며, 바람직하게는 사전 여과 스크린 장치의 경우에는 30 mesh(1inch 당 30개의 여과 라인 포함)의 조밀도를 갖도록, 내부 여과 스크린 장치의 경우에는 사전 여과 스크린 장치와 동일하거나 더 조밀한 정도의 조밀도를 갖는 여과망이 구비될 수 있다.
여과망 자체는 구동 모터(203)로부터 회전력을 전달받아 도 3에 표시된 방향으로 회전된다.
공급된 원수중에서 여과망(202)의 공극을 통과한 여과수는 중력에 의해서 드럼 스크린의 하부로 침강되어 수집되고 여과수 배출부(206)를 통과하여 다음 처리단계로 이동된다.
한편, 여과망(202)의 공극을 통과하지 못한 침전물 및 부유물들(207)은 여과망(202)이 회전하면서 도면에 표시된 방향으로 이동되며, 최종적으로 드럼 스크린 장치 외부의 수집조(미도시)에서 수집된다.
상기와 같이 원수에 포함된 침전물 및 부유물들을 여과하는 기능을 수행하는 여과 스크린 장치는 여과망(202) 내부 표면에 침전물 및 부유물들이 고착되는 현상이 발생하게 된다. 이렇게 스크린 내면에 침전물, 부유물들이 고착되면, 스크린의 여과 성능은 현저히 떨어지게 되고, 심지어는 스크린의 공극의 폐색 및 손상을 가져올 위험이 있다.
따라서 전술한 바와 같이 이러한 공극 폐색 및 손상을 방지하기 위해서 도면에 표시된 바와 같이 외부에서 여과망(202)을 향해서 일정한 수압을 가진 세척수(이하 역세수라 함) 노즐(205)을 통해 분사하는 과정(역세과정)이 수행되어야 한다.
이러한 역세수는 상기 여과망(202)을 통과한 여과수를 여과 스크린 장치 자체에 설치된 가압 펌프(미도시)에 의해서 가압된 세척수를 역세수 공급부(204)에 역으로 공급하여 수행하는 것이 일반적이다. 다만, 전술한 바와 같이 내부 여과 스크린 장치의 경우에는 자체 여과망을 통과한 여과수를 역세수로서 사용하는 것보다는 생물학적 반응조에 의해 처리된 처리수를 여과수로 사용하는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 침지형 분리막을 포함하는 하수고도처리장치에 있어서 역세수로서 최종 처리수가 내부 여과 스크린 장치에 공급되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 완충조(404)로부터 무산소조(403-1)로 이어지는 내부 반송라인(406)이 존재하게 된다. 이러한 내부 반송라인(406)은 상기와 같이 호기조(403-3)에서 생성된 질산을 무산소조(403-1)로 반송하는 역할뿐만 아니라 상기 무산소조(403-1), 혐기조(403-2) 및 호기조(403-4)를 거쳐 시스템 내에 농축되는 잉여 슬러지 및 미생물들을 반송 혹은 외부로 배출하는 역할도 한다.
도 4에 점선(R)으로 표시된 방향으로 내부 반송라인(406)을 따라 반송수의 일부는 슬러지 농축저류조로 보내지고 일부는 무산소조(403-1)로 반송된다. 한편, 밸브 개폐에 의해서 반송수의 전부가 외부 방출을 위해 슬러지농축저류조로 보내지거나, 반송수의 전부가 무산소조(403-1)로 반송될 수 있다.
다만, 호기조(403-3) 내에는 사전 여과 스크린 장치(407)에 의해서 여과되지 않은 미세 부유물 및 반응조에서 발생한 잉여 슬러지가 포함되어 있다, 이러한 미세 부유물 및 잉여 슬러지는 분리막 흡입 펌프(403-5)의 작용에 의해 원수로부터 처리수가 분리됨에 따라 계속해서 호기조(403-3) 내부에서 농축이 일어나게 된다. 이렇게 농축된 미세 부유물 및 잉여 슬러지는 전술한 바와 같이 분리막(403-4)의 막간 폐색 및 분리막 표면 손상을 발생시키는 주요한 원인이 된다.
따라서 생물학적 반응조 내에 미세 부유물 및 잉여 슬러지를 처리수로부터 분리시키기 위한 여과 장치로서 내부 여과 스크린 장치(407)가 내부 반송라인(406)에 별도로 구비될 수 있다.
상기 내부 여과 스크린 장치(407)는 내부 반송라인(406)의 밸브 작용에 따라 반송수 전부 혹은 일부를 여과할 수 있도록 구성된다. 내부 여과 스크린(407)을 통과한 여과수는 무산소조(403-1)로 배출된다.
다만, 전술한 바와 같이 내부 여과 스크린 장치(407)는 생물학적 반응조(403) 내의 미세 부유물 및 잉여 슬러지를 여과하기 위한 역할을 하기 때문에 사전 여과 스크린 장치(402)보다는 더욱 조밀한 여과망을 사용할 수 있다.
바람직하게는 내부 여과 스크린 장치(407)의 여과망은 60mesh 이상의 여과능력을 가질 수 있다.
내부 여과 스크린 장치(407)도 전술한 바와 같이 사전 여과 스크린 장치(402)와 마찬가지로 여과망 폐색 및 손상을 방지하기 위해서 드럼형 스크린 외부에서 여과망을 향해서 일정한 수압을 가진 세척수를 노즐을 통해 분사하는 과정(역세과정)이 수행되어야 한다.
다만, 내부 여과 스크린 장치(407)의 경우에는 같이 생물학적 반응조의 반송수를 여과하기 위해 설치되는 것으로서 반송라인(406)에 의해서 반송되는 반송수는 상기 난분해성 미세 부유물 및 미생물의 축적 농도가 높다. 따라서, 내부 여과 스크린 장치의 역세수로서 자신의 여과수를 사용하는 경우에는 역세 노즐 폐색, 여과망의 폐색 및 표면 손상이 발생할 가능성이 높다.
따라서 본 발명에 따른 내부 여과 스크린 장치(407)는 생물학적 반응조로부터 최종 처리되어 하천에 방류가능한 상태의 처리수를 역세수로서 사용한다.
상세하게는 분리막(403-4)으로부터 분리된 처리수는 최종적으로 방류조(405)로, 바람직하게는 탈인조(410)로 배출되고, 탈인조(410)에서 탈인되어 최종적으로 방류조(405)로부터 하천에 방류되거나 공업용수 혹은 농업용수로 재이용된다. 방류조에 별도로 역세수 공급라인(409)을 설치하고, 역세수 가압 펌프(408)에 의해서 가압된 역세수가 내부 여과 스크린 장치(407)의 역세수 공급부에 공급되며, 역세 노즐을 통과한 역세수에 의해서 여과 스크린 장치에 대한 역세가 이루어 지게 된다. 이 경우에 내부 여과 스크린 장치(407)는 그 내부에 별도의 역세수 공급 펌프가 불필요하게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 실시예에 따라 침지형 분리막을 포함하는 하수고도처리장치에 있어서 역세수로서 최종 처리수가 내부 여과 스크린 장치뿐만 아니라 사전 여과 스크린 장치 모두에 공급되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참고하면 역세수 공급라인(509)은 공통의 역세수 가압 펌프(508)에 연결되고, 가압된 역세수는 내부 여과 스크린 장치(507)뿐만 아니라 사전 여과 스크린(502)의 역세수 공급부에 공통으로 공급된다. 이 경우에 사전 여과 스크린 및 내부 여과 스크린 장치에는 별도의 역세수 가압 펌프가 불필요하게 된다.
도 6은 본 발명에 따라 침지형 분리막을 포함하는 하수고도처리장치에 있어서 역세수로서 최종 처리수가 내부 여과 스크린 공급되는 경우에 사전 여과 스크린과 동일한 여과 능력을 갖는 내부 여과 스크린에 의해서 여과된 부유물의 양 및 농도를 측정한 실험 결과를 도시하는 도면이다.
<제 1 실험예 >
제 1 실험예에서는 사전 여과 스크린 장치와 동일한 조밀도를 갖는 여과망이 적용되었으며, 사용 실험조건은 사전 여과 스크린 장치와 내부 여과 스크린 장치 모두 30mesh의 여과 능력을 갖는 여과망이 사용되었으며, 내부 여과 스크린 장치가 설치되기 전에 3개월가량 시스템이 가동되어 시스템에 부유물 및 슬러지가 농축되었다.
처리될 원수는 일일 유입량이 100톤이며, 한편, 내부 반송라인에 설치된 반송펌프 가동유량은 시간당 7.8m3이다. 이때 반송라인에 의해서 반송되는 반송수는 전체가 내부 여과 스크린 장치로 유입되는 것으로 하였다.
도 6의 그래프를 참조하면, 세로축은 내부 여과 스크린 장치의 가동시간을 나타내고, 우측 세로축은 내부 여과 스크린 장치에 의해서 여과된 부유물 및 슬러지의 시간당 무게(Kg/hr)를 나타내고, 좌측 세로축은 여과된 부유물 및 슬러지의 농도(ppm)를 나타낸다. 한편, 그래프 상에서 실선으로 표시된 부분은 여과된 부유물 및 슬러지의 무게를 표시하며, 점선으로 표시된 부분은 여과된 부유물 및 슬러지의 예측 농도를 표시한다.
실험결과를 분석하면, 역세수로서 생물학적 반응조로부터 최종 처리된 처리수를 사용하여 미세 여과 스크린 장치를 여과하는 경우에, 가동 시작 시점부터 30시간이 지난 시점까지는 단위 시간당 걸러지는 여과물의 무게는 약 1.3kg정도였으나, 약 30시간이 지난 시점에서는 급격하게 줄어드는 것을 알 수 있다. 이는 생물학적 반응조 내에 농축되어 있는 미세 부유물 및 잉여 슬러지의 절대적인 양이 줄어들기 때문인 것으로 판단된다. 이를 농도로 환산하여 표시한 점선 부분의 경우에도 유사한 양상을 나타낸다.
<제 2 실험예 >
제 2 실험예에서는 사전 여과 스크린 장치보다 더 큰 조밀도를 갖는 여과망, 즉 60mesh 여과망이 적용되었다. 제 1 실험예와 마찬가지로 처리될 원수는 일일 유입량이 100톤이며, 반송라인에 의해서 반송되는 반송수는 전체가 내부 여과 스크린 장치로 유입되는 것으로 하였다. 다만, 제 1 실험예와는 달리 내부 반송라인에 설치된 반송펌프 가동유량은 시간당 3.42m3 내지 3,6m3이다.
도 6과 마찬기지로, 도 7의 경우에도 세로축은 내부 여과 스크린 장치의 가동시간을 나타내고, 우측 세로축은 내부 여과 스크린 장치에 의해서 여과된 부유물 및 슬러지의 시간당 무게(Kg/hr)를 나타내고, 좌측 세로축은 여과된 부유물 및 슬러지의 농도(ppm)를 나타낸다.
도 7의 실험 결과를 보면, 60mesh 여과망을 사용하는 내부 여과 스크린 장치의 경우에 30mesh 여과망을 사용하는 경우(제 1 실험예)에 비해서 초기 여과물의 무게는 3배 가까이 증가한 것을 알 수 있다. 또한, 제 1 실험예와는 다르게 가동 초기에 시간당 3.65kg정도였던 여과물의 양이 가동 직후부터 급격하게 하강하는 것을 알 수 있다. 한편, 약 40시간이 경과한 시점에서는 약 0.15kg의 일정한 수준으로 유지되는 것을 알 수 있다. 이는 제 1 실험결과와 마찬가지로 이 정도 수준의 농도는 사전 여과 스크린 장치를 통과한 유입 원수와 거의 차이가 없는 정도의 미세 부유물 및 슬러지의 양으로 볼 수 있다.
이상의 결과에 따라 사전 여과 스크린 장치와 동일한 여과 능력을 갖는 내부 여과 스크린 장치를 사용하는 경우에도 역세수를 최종 처리수로 사용하는 경우에 호기조 내에 농축된 부유물 및 슬러지의 농도는 유입원수와 큰 차이를 보이지 않는 것으로 나타났다. 다시 말하면, 내부 여과 스크린 장치의 역세수 로서 최종 처리된 처리수를 소량 사용하는 것만으로도 역세 노즐 폐색, 여과망의 폐색 및 표면 손상이 발생할 가능성을 낮출 수 있고, 충분한 여과망 세척효과를 가지게 되어 높은 미생물 농도를 갖는 반송수의 여과를 가능하게 한다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
하수고도처리시스템: 100
반응조: 103, 403
여과 스크린: 102, 402, 502, 602
내부 여과 스크린: 407, 507, 607
드럼형 여과 스크린: 200
내부 반송라인: 106, 406, 506, 606

Claims (20)

  1. 유입되는 원수를 생물학적으로 처리하기 위한 생물학적 반응조; 및
    부유물 또는 침전물을 필터링하는 여과망과 상기 여과망을 세척하기 위한 역세부를 포함하는 적어도 하나의 여과 스크린 장치
    를 포함하고,
    상기 생물학적 반응조에 의해 처리된 처리수가 상기 역세부로 공급되어 상기 여과망을 세척하는 것을 특징으로 하는 하수고도처리시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 여과 스크린 장치는 외부로부터 상기 생물학적 반응조로 유입되는 원수를 여과하는 사전 여과 스크린 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 하수고도처리시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 생물학적 반응조는 반송라인을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 여과 스크린 장치는 상기 반송라인에 의해 반송되는 반송수를 여과하는 내부 여과 스크린 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 하수고도처리시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 역세부는
    상기 여과망에 역세수를 분사하기 위한 역세 노즐; 및
    역세 노즐에 역세수를 공급하기 위한 역세수 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하수고도처리시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 생물학적 반응조는 호기조 및 상기 호기조에 침지된 분리막을 더 포함하고,
    상기 역세수는 상기 분리막에 의해 호기조에서 분리된 처리수가 되는 것을 특징으로 하는 하수고도처리시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 생물학적 반응조는 무산소조, 혐기조 및 완충조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하수고도처리시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 생물학적 반응조는 분리막이 침지되어 있는 막분리조를 포함하고,
    상기 역세수는 상기 분리막에 의해 막분리조에서 분리된 처리수가 되는 것을 특징으로 하는 하수고도처리시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 생물학적 반응조는 무산소조, 혐기조, 호기조 및 완충조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하수고도처리시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 여과망은 드럼형태이며 회전가능한 것을 특징으로 하는 하수고도처리시스템.
  10. 반송라인을 포함하는 생물학적 반응조;
    상기 생물학적 반응조로 유입되는 원수를 여과하는 사전 여과 스크린 장치; 및
    상기 반송라인에 의해 반송되는 반송수를 여과하는 내부 여과 스크린 장치
    를 포함하고,
    상기 사전 여과 스크린 장치와 상기 내부 여과 스크린 장치는 각각 여과망과 여과망을 세척하기 위한 역세부를 포함하며,
    상기 사전 여과 스크린 장치 또는 상기 내부 여과 스크린 장치 중에서 적어도 하나에는 상기 생물학적 반응조에 의해서 처리된 처리수가 상기 역세부에 공급되는 것을 특징으로 하는 하수고도처리시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 사전 여과 스크린 장치와 상기 내부 여과 스크린 장치의 역세수로서 상기 생물학적 반응조에 의해서 처리된 처리수가 공급되는 것을 특징으로 하는 하수고도처리시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 내부 여과 스크린 장치와 상기 내부 여과 스크린 장치에 공급되는 역세수는 동일한 가압 펌프에 의해서 가압되어 공급되는 것을 특징으로 하는 하수고도처리시스템.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 생물학적 반응조는 호기조 및 상기 호기조에 침지된 분리막을 포함하고,
    상기 역세수는 상기 분리막에 의해 호기조에서 분리된 처리수가 되는 것을 특징으로 하는 하수고도처리시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 생물학적 반응조는 무산소조, 혐기조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하수고도처리시스템.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 생물학적 반응조는 분리막이 침지되어 있는 막분리조를 포함하고,
    상기 역세수는 상기 분리막에 의해 막분리조에서 분리된 처리수가 되는 것을 특징으로 하는 하수고도처리시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 생물학적 반응조는 무산소조, 혐기조, 호기조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하수고도처리시스템.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 사전 여과 스크린 장치와 상기 내부 여과 스크린 장치의 여과망의 조밀도는 동일한 것을 특징으로 하는 하수고도처리시스템.
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 사전 여과 스크린 장치의 여과망의 조밀도가 상기 내부 여과 스크린 장치의 여과망의 조밀도가 더 큰 것을 특징으로 하는 하수고도처리시스템.
  19. 제 10 항에 있어서,
    상기 역세부는
    상기 여과망에 역세수를 분사하기 위한 역세 노즐; 및
    역세 노즐에 역세수를 공급하기 위한 역세수 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하수고도처리시스템.
  20. 제 10 항에 있어서,
    상기 여과망은 드럼형태이며 회전가능한 것을 특징으로 하는 하수고도처리시스템.
KR1020100050915A 2010-05-31 2010-05-31 내부 여과 스크린을 포함하는 하수고도처리시스템 KR100969220B1 (ko)

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