KR101133330B1 - 반류수의 인성분과 막폐색 물질 제거를 이용한 막분리 고도수처리 시스템 - Google Patents

반류수의 인성분과 막폐색 물질 제거를 이용한 막분리 고도수처리 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반류수의 인성분과 막폐색 물질 제거를 이용한 막분리 고도수처리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 안정화조에서 반송되는 반류수를 무기 응집반응단계, pH 반응단계, 고분자 응집반응단계를 지나면서 인을 포함한 슬러지가 거대 덩어리로 플록(Floc)을 형성하도록 한번 더 고도처리하고, 여기에서 응집된 인을 포함한 반류수가 진공식 고액분리장치를 통과하면서 슬러지가 제거된 여액이 원수와 함께 미세여과장치를 통과시켜, 여액 속에 남아있는 고분자 응집제와 원수 내의 미세 협작물을 제거하여 막의 통수능력을 향상시키고, 인을 효과적으로 제거할 수 있도록 발명된 것이다.
본 발명의 구성은 스크린조(10)에서 여과된 하,폐수를 공급받는 유량조정조(1)와;
유량조정조(1)에 유입되어 있는 원수가 소정 레벨이상일 경우에, 상기 유량조정조(1)의 원수를, 상기 유량조정조(1) 내에 침지되어 있는 원수펌프에 의해 미세여과장치(11)를 경유하여 V-NOTCH(13a)를 거쳐 유입관에 설치된 유입밸브를 통해 적정비율로 공급받는 탈인조(2) 및 제1탈질조(3)와;
상기 제1탈질조(3)에 유입된 원수가 소정 레벨이상일 경우에, 상기 제1탈질조(3)의 원수를 공급받는 제2탈질조(4)로서, 제2탈질조(4) 내의 혼합액을 상기 제2탈질조에 침지되어 있는 내부반송펌프(16)에 의해 상기 탈인조(2)에 공급하는 제2탈질조(4)와;
상기 제2탈질조(4)에 저장된 혼합액이 소정 레벨 이상일 경우에, 상기 제2탈질조(4)의 혼합액을 공급받는 폭기조(5)와;
상기 폭기조(5)에 저장된 혼합액이 소정 레벨 이상일 경우에, 상기 폭기조(5)의 혼합액을 공급받는 막분리호기조(6)와;
상기 막분리호기조(6)에 저장된 혼합액이 소정 레벨 이상일 경우에, 상기 폭기조(5)의 혼합액을 공급받는 안정화조(7)로서, 안정화조(7) 내의 혼합액을 상기 안정화조에 침지되어 있는 반송펌프(15)에 의해 V-NOTCH(13b)를 거쳐 유입관에 설치된 유입밸브를 통해 적정비율로 오니저류조(8) 또는 상기 제1탈질조(3)로 공급하는 안정화조(7)와;
상기 막분리호기조(6) 내부에 침지되어 있으며, 막분리호기조(6) 외부에 존재하는 흡인펌프(14)의 가동으로 발생하는 흡인압에 의해 분리막 외부의 혼합물이 분리막 공극을 통해 분리막 내부로 유입되면서 고액분리하는 복수개의 분리막유니트(18)와;
인 성분을 응집시켜 제거하기 위한 응집제를 저장하였다가, 그 저장된 응집제를 이송펌프(17)에 의해 상기 폭기조(5)에 공급하는 응집제 저장탱크(19)와;
안정화조(7)에 남은 질산성질 소성분 및 슬러지를 함유한 잔존물이 소정 레벨 이상일 경우에, 상기 안정화조(7)의 잔존물을 공급받고, 상기 막분리호기조(6) 내의 MLSS 농도가 높을 시에, 상기 막분리호기조(6) 내의 슬러지를 공급받는 오니저류조(8)로서, 오니저류조 내의 슬러지를 에어리프트펌프를 이용하여 소정 레벨일 경우 상기 유량조정조(1)로 공급하는 오니저류조(8)와;
상기 복수개의 분리막유니트(18)와 흡인펌프(14) 사이에 설치되며, 분리막유니트(18)의 투과압력을 감지하는 차압계와 처리수의 유입을 단속하는 흡입밸브가 설치된 복수 개의 분리막 흡인라인(21)과;
상기 흡인펌프(14)에 의해 흡입된 처리수를 공급받아 방류펌프에 의해 외부로 방류시키는 방류조(9)와;
에어라인(22)을 통해 상기 막분리호기조(6)에 침지된 분리막유니트(18)의 하부에 배치되어 있는 산기장치에 공기를 공급하고, 상기 유량조정조(1), 폭기조(5), 오니저류조(8)에 각각 공기를 공급하는 블로어(12)와;
상기 안정화조(7)에서 반송되는 반류수의 일부를 총인 및 막오염 저감장치(40)로 공급해 인을 포함한 슬러지를 제거한 후 이 여액은 다시 유입되는 원수와 함께 미세여과 장치(11)를 통과시켜 여액 속에 남아있는 고분자 응집제 성분을 제거하고 또한 원수 안에 포함된 미세 협잡물을 제거하여 막의 통수능력을 향상시키고 인을 제거하여 탈인조(2) 및 제1탈질조(3)로 운송되어 달성한다.
또, 상기 총인 및 막오염 저감장치(40)는, 상기 안정화조(7)에서 반송되는 반류수의 일부를 무기 응집반응단계(23), pH 반응단계(24), 고분자 응집반응단계(25)를 지나면서 인을 포함한 슬러지가 거대 덩어리로 플록(Floc)을 형성하여 응집되고 응집된 인을 포함한 반류수는 진공식 고액분리장치(26)를 통과하여 케이크상으로 제거되도록 구성된다.\

Description

반류수의 인성분과 막폐색 물질 제거를 이용한 막분리 고도수처리 시스템{Advanced wastwater treatment system for membrane water through Eliminating Phosphorus and membrane fouling materials of sidestream}
본 발명은 반류수의 인성분과 막폐색 물질 제거를 이용한 막분리 고도수처리시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 안정화조에서 반송되는 반류수를 무기 응집반응단계, pH 반응단계, 고분자 응집반응단계를 지나면서 인을 포함한 슬러지가 거대 덩어리로 플록(Floc)을 형성하도록 한번 더 고도처리하고, 여기에서 응집된 인을 포함한 반류수가 진공식 고액분리장치를 통과하면서 슬러지가 제거된 여액이 원수와 함께 미세여과장치를 통과시켜, 여액 속에 남아있는 고분자 응집제와 원수 내의 미세 협작물을 제거하여 막의 통수능력을 향상시키고, 인을 효과적으로 제거할 수 있도록 발명된 것이다.
기존의 활성슬러지 공정과 분리막(Membrane) 기술의 장점을 결합하여, 기존 활성슬러지 공정의 단점을 해결하고자 중력침전에 의한 고액분리를 막분리로 치환하는 연구가 진행되어 왔는데, 이러한 방식들을 활성슬러지 막분리 공정 또는 막결합형 활성슬러지 공정이라고도 한다.
또한, 활성슬러지법에 국한되지 않고 일반적인 생물반응조와 막분리 공정을 결합시킨 것을 총칭하여 분리막 생물반응기(MBR, Membrane Bio Reactor)이라 한다.
상기 MBR 공정은, 분리막의 세공크기(수㎜～수십㎛)와 막표면 전하에 따라 원수 및 하,폐수 중에 존재하는 처리대상물질(유기, 무기 오염물질 및 미생물 등)을 거의 완벽하게 분리, 제거할 수 있는 고도의 분리공정이다.
특히, 국내에서는 방류수 수질기준의 강화에 따라 하수고도처리 공정인 BNR(Biological Nutrient Removal)공정과, MBR 공정을 결합하는 연구가 활발히 진행되고 있다.
상기 MBR 공정의 특징은, 침전조가 필요 없고 활성슬러지법에 비해 미생물 농도를 3～4배 높게 유지하는 것이 가능하여, 보다 작은 호기조 용량에서 유기물을 효과적으로 분해가 가능하며, 슬러지체류시간(SRT)의 극대화가 가능하여 질산화를 유도할 수 있으며, 잉여슬러지 발생량이 적어 농축조 부피 또한 감소되므로 콤팩트한 공정이 가능하다.
또 MBR 공정의 장점은, 부유고형물을 100% 제거가 가능하므로, 슬러지 침강성에 관계없이 처리수를 매우 안정적(BOD 및 SS를 5㎎/L이하로 처리가능)으로 처리가 가능하며, 막 공경보다 큰 세균이나 바이러스도 제거가 가능하여 처리수를 중수로 이용할 수 있다.
또한, 기존 활성슬러지 공정이 적용된 처리장에서 폭기조 내에 막 유니트를 추가로 설치하여, 시공이 간단하고 경제적이면서 안정적인 수질을 얻을 수 있으므로 기존 활성슬러지공법에서 막분리 공정으로 전환이 활발히 증가하고 있다.
상기 MBR 공정은, 기존 활성슬러지공정보다 분리막에 의한 완벽한 고,액 분리가 가능하며, 반응조 내에 높은 MLSS농도(5,000～15,000㎎/L)를 유지할 수가 있다.
이와 같은 높은 미생물 농도는, 질산화의 효율을 증가시키고 슬러지 체류시간(SRT)이 증가하며, 이로 인해 슬러지 자산화가 증가하여 슬러지 발생량이 줄어드는 효과를 가져 온다.
이는, 슬러지 처리에 소요되는 비용이 전체 하, 페수처리 비용에서 차지하는 부분이 크기 때문에 MBR 공정의 장점이 부각될 수 있다.
또한, 침전지 대신 분리막을 사용함으로 침전지에 소요되는 비용 및 부지를 절감할 수 있다.
상기, MBR 공정의 장점 중에서 무엇보다도 중요한 사항은 안정적인 운전이 가능하다는 것이다.
즉, 2차 침전지에서 발생되는 슬러지 팽화(Sludge Bulking), Foaming, pin floc 현상 등을 전혀 우려할 필요가 없는데 이는 슬러지 팽화가 발생하면 침전지의 원활한 고액 분리가 수행할 수 없으므로 전체적인 하, 폐수처리 효율을 저하시키는 원인이 된다.
그러나 MBR에서는, 분리막으로 팽화된 슬러지를 모두 분리하기 때문에 안정적인 하, 폐수처리가 가능하다.
기존의 MBR 공정은, 유기물을 이용하여 질산성 질소를 탈질화하는 탈질조와, 암모니아성 질소를 질산성 질소로 변환시키는 호기조로 구성되며, 상기 호기조 내에서 멤브레인 모듈을 통과하여 유기물을 제거한 처리수는 저장탱크로 이송되고, 상기 호기조로부터 슬러지가 혼합된 물은 상기 탈질조로 반송된다.
상기와 같이, 생물학적으로 질소를 제거하기 위하여 대부분의 공정에서는 탈질조, 호기조 순으로 반응조를 배치하고, 호기조에서 발생되는 질산성 질소를 내부 반송펌프 및 배관을 이용하여 탈질조로 이송한다.
또, 하,폐수 내의 유기물량은 제한적이므로, 유입되는 유량의 3-4배 이내만 추가적인 탈질처리를 위하여 내부 반송되고, 나머지는 처리수로 배출되는 것이 일반적이다.
또한, 질소제거율은 반응조의 수온, 미생물의 농도, 유입수의 성상, 시간, 계절 등에 의해서 크게 영향 받으므로, 처리수의 질소 농도를 규제치 이하로 제어하는 것은 매우 어려우며, 따라서 구제치를 상회하는 경우는 1차적으로 탈질조에 외부 탄소원을 추가로 투입하여 탈질효율을 향상시키고 호기조 내에서 내부반송량을 조절하여 제한적으로 질소를 제거한다.
그러나, 근본적으로 호기조 내에서 내부 반송되고 남은 질산성 질소는 처리수로 유출되기 때문에 질소제거에 있어 그 한계성을 내포하고 있다.
따라서 유입수의 C/N비가 매우 낮거나 질소,인을 보다 엄격한 기준으로 요구되는 경우, 기존의 공법만으로는 처리가 어렵고 추가적인 공정이 필요하다.
또, MBR 공정은, 분리막 유니트의 모듈 내부의 폐색을 지연시키고 막 오염을 경감시켜, 궁극적으로 침지약품 세정주기 및 막 수명을 연장시키기 위해 기존 활성슬러지공법에 비해 DO 농도를 고농도로 공급하기 때문에, 탈질조로 내부 반송되는 혼합액에는 과량의 DO(2～4ppm)가 공급되어 탈질조내에서 탈질반응을 방해한다.
또한, MBR 공정은 높은 MLSS에 의한 슬러지 체류시간(SRT)이 증가하면 수리학적 체류시간(HRT)이 짧아져서 부지면적이 줄어들 수 있는 장점이 있으나, 슬러지의 활동성(Activity)과 고도처리와 연계시의 인 제거에 커다란 문제점을 일으킬 수 있다.
즉, 긴 SRT는 미생물의 활동성을 저하시켜 처리수질이 악화될 우려가 있으며, 질산화 측면에서는 SRT를 길게 운영하는 것이 유리하지만 짧은 SRT를 요구하는 인 제거 관점에서는 불리하다.
따라서, MBR 공정은 높은 미생물에 의한 긴 SRT로 질산화 효율이 좋고 슬러지 자산화로 인한 슬러지 발생량이 줄어드는 효과도 있지만, 미생물의 활동성의 저하와 인 제거에 대한 문제가 발생할 수 있다.
결국 MBR 공정은 SRT에 따라 처리수질 및 슬러지 발생량이 결정되며 질산화, 슬러지 발생량, 인 제거를 모두 만족 할 수 있는 운전 SRT를 찾기에는 국내에서는 운전경험이 부족하여 어려운 점이 있었다.
이러한 문제점을 해소하기 위해 본원 출원인이 선출원하여 한국 등록 특허 10-1018587호에서와 같이 유입수의 C/N비가 낮아도 질소를 효율적으로 제거하며, MBR 공정의 단점으로 지적된 긴 SRT로 인한 인제거의 어려움과, 막분리 호기조의 과폭기로 인한 탈질조의 탈질반응의 어려움을 극복하여, MBR공정의 장점을 극대화하고 보다 효과적인 질소, 인을 처리할 수 있도록 한 장치가 제안된 바 있었다.
그러나 점차 인의 방류수 수질기준이 강화되면서 기존의 생물 반응조만을 가지고는 강화되는 수질기준을 만족하기 어려운 실정이다.
강화되는 수질 기준을 만족하기 위해서는 생물 반응조 후단에 인을 별도로 제거하기 위한 화학적 처리 공정을 설치하여 응집제 투여를 통해 방류수 수질기준을 만족할 수 있었다.
그 예로 응집반응조를 통과한 후 가압부상기(DAF), 자흡식 부상장치(CAF)를 통해 인을 제거하거나 공극제어 섬유여과기(PCF), 디스크 필터 또는 특수 필터등을 이용하여 인을 제거할 수 있다.
또한, 상기 인을 제거하기 위한 단독공정으로 탈인탑을 이용하여 인을 제거하는 공정들이 공지되어 있으며, 강화되는 인 기준을 만족하기 위해서 이를 개량하거나 변형한 특허들이 출원되고 있다.
1. 특허등록 10-1018587호 (2011.02.22) "질소, 인 제거 막분리 고도처리장치" 2. 특허등록 10-0902816호 (2009.06.12) "오폐수 처리용 자동 바 스크린 장치"
본 발명의 목적은, 본원 출원인의 선출원 한국 등록 특허 10-1018587호의 안정화조에서 반송되는 반류수의 일부를 화학응집반응단계를 거쳐 인이 활성슬러지와 응집되고 진공식 고액분리장치를 통해 인이 포함된 활성슬러지를 제거한 후 유입 원수와 함께 미세여과장치를 거쳐 탈인조 및 제1탈질조로 유입하게 하여, 생물 반응조 후단에 별도의 화학처리 공정을 추가하지 않으면서도, 생물반응조 내에서 강화되는 인의 방류수 수질기준을 만족시킬 수 있도록 하는 반류수의 인성분과 막폐색 물질 제거를 이용한 막분리 고도수처리시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 생물 반응조 후단에 별도의 화확처리 공정을 추가하지 않고 생물반응조 내에서 강화되는 인을 제거해 방류수 수질기준을 만족시켜 화학처리 및 여과공정의 설치비용 및 부지를 절감할 수 있으면서 유지관리가 용이한 반류수의 인성분과 막폐색 물질 제거를 이용한 막분리 고도수처리 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 종래 공지기술에서 인제거를 위해 화학적 응집반응 이후에 자흡식 부상장치(CAF), 가압부상조(DAF)를 통과하면서 SS가 유출될 수 있으며 또한 공극제어 섬유여과기(PCF), 디스크 필터는 SS에 의한 공극이 막히게 되어 자주 세정해야 하는 번거로움과 교체 비용들이 발생되는 단점을 제거해 화학적 처리공정이 없이 단일 생물반응조를 통해 인을 효율적으로 제거하기 위한 반류수의 인성분과 막폐색 물질 제거를 이용한 막분리 고도수처리 시스템을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 스크린조(10)에서 여과된 하,폐수를 공급받는 유량조정조(1)와;
유량조정조(1)에 유입되어 있는 원수가 소정 레벨이상일 경우에, 상기 유량조정조(1)의 원수를, 상기 유량조정조(1) 내에 침지되어 있는 원수펌프에 의해 미세여과장치(11)를 경유하여 V-NOTCH(13a)를 거쳐 유입관에 설치된 유입밸브를 통해 적정비율로 공급받는 탈인조(2) 및 제1탈질조(3)와;
상기 제1탈질조(3)에 유입된 원수가 소정 레벨이상일 경우에, 상기 제1탈질조(3)의 원수를 공급받는 제2탈질조(4)로서, 제2탈질조(4) 내의 혼합액을 상기 제2탈질조에 침지되어 있는 내부반송펌프(16)에 의해 상기 탈인조(2)에 공급하는 제2탈질조(4)와;
상기 제2탈질조(4)에 저장된 혼합액이 소정 레벨 이상일 경우에, 상기 제2탈질조(4)의 혼합액을 공급받는 폭기조(5)와;
상기 폭기조(5)에 저장된 혼합액이 소정 레벨 이상일 경우에, 상기 폭기조(5)의 혼합액을 공급받는 막분리호기조(6)와;
상기 막분리호기조(6)에 저장된 혼합액이 소정 레벨 이상일 경우에, 상기 폭기조(5)의 혼합액을 공급받는 안정화조(7)로서, 안정화조(7) 내의 혼합액을 상기 안정화조에 침지되어 있는 반송펌프(15)에 의해 V-NOTCH(13b)를 거쳐 유입관에 설치된 유입밸브를 통해 적정비율로 오니저류조(8) 또는 상기 제1탈질조(3)로 공급하는 안정화조(7)와;
상기 막분리호기조(6) 내부에 침지되어 있으며, 막분리호기조(6) 외부에 존재하는 흡인펌프(14)의 가동으로 발생하는 흡인압에 의해 분리막 외부의 혼합물이 분리막 공극을 통해 분리막 내부로 유입되면서 고액분리하는 복수개의 분리막유니트(18)와;
인 성분을 응집시켜 제거하기 위한 응집제를 저장하였다가, 그 저장된 응집제를 이송펌프(17)에 의해 상기 폭기조(5)에 공급하는 응집제 저장탱크(19)와;
안정화조(7)에 남은 질산성질 소성분 및 슬러지를 함유한 잔존물이 소정 레벨 이상일 경우에, 상기 안정화조(7)의 잔존물을 공급받고, 상기 막분리호기조(6) 내의 MLSS 농도가 높을 시에, 상기 막분리호기조(6) 내의 슬러지를 공급받는 오니저류조(8)로서, 오니저류조 내의 슬러지를 에어리프트펌프를 이용하여 소정 레벨일 경우 상기 유량조정조(1)로 공급하는 오니저류조(8)와;
상기 복수개의 분리막유니트(18)와 흡인펌프(14) 사이에 설치되며, 분리막유니트(18)의 투과압력을 감지하는 차압계와 처리수의 유입을 단속하는 흡입밸브가 설치된 복수 개의 분리막 흡인라인(21)과;
상기 흡인펌프(14)에 의해 흡입된 처리수를 공급받아 방류펌프에 의해 외부로 방류시키는 방류조(9)와;
에어라인(22)을 통해 상기 막분리호기조(6)에 침지된 분리막유니트(18)의 하부에 배치되어 있는 산기장치에 공기를 공급하고, 상기 유량조정조(1), 폭기조(5), 오니저류조(8)에 각각 공기를 공급하는 블로어(12)와;
상기 안정화조(7)에서 반송되는 반류수의 일부를 총인 및 막오염 저감장치(40)로 공급해 인을 포함한 슬러지를 제거한 후 이 여액은 다시 유입되는 원수와 함께 미세여과장치(11)를 통과시켜 여액 속에 남아있는 고분자 응집제 성분을 제거하고 또한 원수 안에 포함된 미세 협잡물을 제거하여 막의 통수능력을 향상시키고 인을 제거하여 탈인조(2) 및 제1탈질조(3)로 운송되어 달성한다.
또, 상기 총인 및 막오염 저감장치(40)는, 상기 안정화조(7)에서 반송되는 반류수의 일부를 무기 응집반응단계(23), pH 반응단계(24), 고분자 응집반응단계(25)를 지나면서 인을 포함한 슬러지가 거대 덩어리로 플록(Floc)을 형성하여 응집되고 응집된 인을 포함한 반류수는 진공식 고액분리장치(26)를 통과하여 케이크상으로 제거되도록 구성된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 반류수의 인성분과 막폐색 물질 제거를 이용한 막분리 고도수처리 시스템에 의하면, 탈질조는 2개의 조로 구성되어 있으며, 제1탈질조는 안정화조로부터 DO 및 질산성 질소성분을 포함하고 있는 슬러지를 공급받아 DO에 대한 완충작용을 하고, 소정의 레벨이상일 경우 제2탈질조에 혼합액을 공급하는 구성으로, DO가 저감된 상태로 공급되어 탈질의 효율을 극대화할 수 있는 장점이 있다.
또, 유량조정조에서 미세여과장치를 경유하여 유입된 원수는 후단의 탈인조나 탈질조의 단일 조로 바로 유입하지 않고 V-NOTCH를 통과하여 유입되어 유량이 측정 가능하도록 하며, 설치된 유입밸브를 통해 적정비율(예> 탈인조:탈질조=3:7)로 탈인조에서 인 방출에 필요한 유기물의 양과, 제1탈질조에서 탈질에 필요한 유기물의 양을 조절하여 유입할 수 있도록 구성하여, 질소와 인의 제거 효율을 극대화할 수 있는 장점이 있다.
또한, 막분리 호기조 전단에 폭기조를 구성하여, 유기물의 농도를 감소시켜 막분리 호기조의 BOD 부하를 줄여 분리막 폐색에 대한 영향을 최소화하고, 하,폐수 처리장의 유지관리를 보다 용이하게 할 수 있다.
한편, 안정화조에서 반송되는 반류수의 일부를 화학응집반응단계를 거쳐 인이 활성슬러지와 응집되고 진공식 고액분리장치를 통해 인이 포함된 활성슬러지를 제거한 후 유입 원수와 함께 미세여과장치를 거쳐 탈인조 및 제1탈질조로 유입되게 함으로써, 공지된 생물반응조 후단에 별도로 설치하여 인을 제거하는 화학적 처리공정과 달리 화학처리 및 여과공정의 설치비용 및 부지를 절감할 수 있으며 유지관리면에서도 훨씬 수월하다.
또, 생물반응조 후단에 화학적 처리공정을 설치하는 기존의 공지기술들과 달리 공극이 막혀 자주 세정해야 하는 번거로움과 교체 비용을 절감시켜 사용상의 편의성 및 상품성을 향상시킬 수 있다.
따라서 강화되는 인의 방류수 수질기준을 만족하기 위해서 기존의 생물반응조 후단에 화학적 처리공정을 별도로 설치할 필요 없이 생물반응조 내에서 강화되는 수질기준을 만족할 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 막분리 고도수처리 시스템의 공정도.
도 2는 본 발명에 따른 막분리 고도수 처리 시스템의 블록도.
도 3은 본 발명의 총인 및 막오염 저감장치의 공정도.
도 4는 본 발명인 고액분리장치의 평면도.
도 5는 본 발명인 고액분리장치의 정면도.
도 6은 미세여과장치의 구성을 보인 정면 사시도.
도 7은 미세여과장치의 구성을 보인 배면 사시도.
도 8은 미세여과장치의 구성을 보인 정면도.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 반류수의 인성분과 막폐색 물질 제거를 이용한 막분리 고도수처리 시스템의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
우선 본 발명은, 도 1에 도시된 바와 같이 전체적으로 스크린조(10), 유량조정조(1), 탈인조(2), 제1탈질조(3), 제2탈질조(4), 폭기조(5), 막분리 호기조(6), 안정화조(7), 오니저류조(8), 방류조(9), 미세여과장치(11), 블로어(12), 산기장치 하부에 구비한 분리막 유니트(18), 응집제 저장탱크(19), 응집제 이송펌프(17), V-NOTCH(13a,13b), 진공식 고액분리장치(26), 무기 응집반응단계(23), pH 반응단계(24), 고분자 응집반응단계(25)를 포함하고 있다.
상기 스크린조(10)는, 피처리수로서 하, 폐수인 원수가 유입되어 하, 폐수 중의 협잡물을 제거함으로서, 후속공정에서 펌프의 막힘 현상과 기계고장을 예방하고 유기물의 부하를 감소시킨다.
또, 상기 유량조정조(1)는, 상기 스크린조(10)보다 낮은 레벨에 위치되어 상기 스크린조에서 여과된 원수를 자연낙하에 의해 공급받는다.
상기 탈인조(2)는 상기 유량조정조(1)에 유입된 원수가 소정 레벨 이상일 경우에, 상기 유량조정조(1)의 원수를 상기 유량조정조 내에 침지되어 있는 원수펌프에 의해 미세여과장치(11)를 경유하고, 이를 V-NOTCH(13a)를 거쳐 유입수의 C/N비 또는 질소, 인 제거 운전 조건에 따라 유입관에 설치된 유입밸브를 통해 적정비율로 원수를 공급받게 된다.
또, 탈인조(2)에는, 제2탈질조(4)내의 혼합액이 제2탈질조에 침지되어 있는 내부반송펌프(16)에 의해 공급받도록 한다.
상기 제1탈질조(3)는, 상기 탈인조(2)에 유입된 원수가 소정 레벨 이상일 경우에, 상기 탈인조의 원수를 자연적으로 공급받게 되며, 상기 유량조정조(1)에서 미세여과장치(11)를 경유하고 V-NOTCH(13a)를 거쳐 유입수의 C/N비 또는 질소, 인 제거 운전 조건에 따라 유입관에 설치된 유입밸브를 통해 적정비율로 원수를 공급받는다.
상기의 제2탈질조(4)는, 제1탈질조(3)에 유입된 혼합액이 소정 레벨 이상일 경우에 상기 제1탈질조의 혼합액을 자연적으로 공급받고, 제2탈질조(4)내의 혼합액을, 제2탈질조에 침지되어 있는 내부반송펌프(16)에 의해 상기 탈인조(2)에 공급할 수 있다.
상기 폭기조(5)는, 상기 제2탈질조(4)에 유입된 원수가 소정 레벨 이상일 경우에, 상기 제2탈질조의 원수를 자연적으로 공급받는다.
또, 상기 막분리 호기조(6)는, 상기 폭기조(5)에 저장된 혼합액이 소정 레벨이상일 경우에, 상기 폭기조의 혼합액을 자연적으로 공급받는다.
상기 안정화조(7)는 상기 막분리호기조(6)에 저장된 혼합액이 소정 레벨이상일 경우에, 막분리호기조(6)의 혼합액을 자연적으로 공급받는다.
상기 안정화조(7)는, 막분리호기조(6)에 침지된 분리막 유니트(18)에 의해 고액분리되어, 남은 질산성질 소성분 및 슬러지를 함유한 잔존물이 소정 레벨 이상일 경우에, 안정화조(7) 내에 침지되어 있는 반송펌프(15)에 V-NOTCH(13b)를 거쳐 현장 운전조건에 따라 유입관에 설치된 유입밸브를 통해 일정비율을 오니저류조(8) 또는 상기 제1탈질조(3)로 공급한다.
상기 오니저류조(8)는, 안정화조(6)에서 유입된 슬러지가 소정 레벨이상일 경우에, 오니저류조(8) 내의 슬러지를 에어리프트펌프를 이용하여 상기 유량조정조(1)로 공급한다.
그리고, 응집제 저장탱크(19)는, 상기 폭기조(5)에 미처리된 인 성분을 제거하기 위해, 인 성분을 응집시켜 제거하기 위한 응집제를 저장하였다가, 그 저장된 응집제를 이송펌프(17)에 의해 상기 폭기조(5)에 공급한다.
여기에서, 상기 스크린조(10)내에는, 조대협잡물을 제거하기 위해, 고정 바아 스크린과 자동 바아 스크린을 순차적으로 배치되어 구비할 수 있다.
또한, 탈인조(2), 제1탈질조(3), 제2탈질조(4) 각각에는 수류 교반기(20)가 각각 배치되어 있다.
상기 탈인조(2) 및 제1탈질조(3), 제2탈질조(4) 각각에 구비된 수류 교반기(20)는, 유입 원수와 반송수를 적절히 혼합, 탈질화를 원활히 일으키기 위함이다.
그리고, 상기 블로어(12)는, 에어라인(22)을 통해 상기 막분리 호기조(6)에 침지된 분리막 유니트(18)의 하부에 배치되어 있는 산기장치에 공기를 공급하고, 상기 유량조정조(1), 폭기조(5), 오니저류조(8)에 각각 공기를 공급한다.
그리고, 상기 안정화조(7)에서 반송되는 반송액의 일부를 미세여과장치(11)에 통과시켜 막의 공극을 폐색시키는 슬러지내의 미세 협잡물을 제거하여 막의 통수능력을 향상시키고 폭기조(5)내에서 화학적으로 응집된 인함유 슬러지의 일부를 미세여과장치에 의해 제거하여 탈인조(2) 및 제1탈질조(3)로 운송되도록 한다.
그리고, 상기 안정화조(7)에서 반송되는 반류수의 일부를 무기 응집반응단계(23), pH 반응단계(24), 고분자 응집반응단계(25)를 지나면서 인을 포함한 슬러지가 거대 덩어리로 플록(Floc)을 형성하여 응집되고, 이 응집된 인을 포함한 반류수가 진공식 고액분리장치(26)를 통과하여 케이크상으로 제거된 후 여액은 다시 유입되는 원수와 함께 미세여과 장치(11)를 통과시켜 여액 속에 남아있는 고분자 응집제 성분을 제거하고 또한 원수 안에 포함된 미세 협잡물을 제거하여 막의 통수능력을 향상시키고 인을 제거하여 탈인조(2) 및 제1탈질조(3)로 운송되도록 구성된다.
이하에서는, 상기와 같이 구성된 본 발명의 반류수의 인성분과 막폐색 물질 제거를 이용한 막분리 고도수처리시스템에 대해서 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 공법에 유입되는 오폐수인 원수는, 스크린조(10)의 고정 바아 스크린과 자동 바아 스크린을 거쳐 조대협 잡물이 제거되고, 유량조정조(1)로 유입된다.
상기 유량조정조(1)는, 일정량의 원수를 탈인조(2)와 제1탈질조(3)로 분할 공급하는데, 각각의 공급관에는 주입되는 하, 폐수의 유량을 조절하는 유입밸브가 설치되어 분할 공급하게 된다.
이때, 유량조정조(1)의 원수는, 탈인조(2)와 제1탈질조(3)로 이송되기 전에, 미세여과장치(11)에 의해 원수가 다시 한번 여과처리 된다.
상기 미세여과 장치(11)는, 미세한 메시 스크린을 원통형으로 만든 것으로서, 모터의 구동에 의해 회전됨으로써 미세협잡물을 제거한다.
그리고, 상기 탈인조(2)로 이송된 원수는, MLSS(mixed liquor suspended solids: 미생물, 5000 내지 12000㎎/L) 농도를 유지하도록, 하류측에 인접한 제2탈질조(4)에서 내부반송펌프(16)에 의해 반송되는 반송수와 혼합되고, 그 혼합물은 상기 탈인조(2)에 침지된 수류 교반기(20)에 의해 교반되어, 미생물과 원활하게 접촉하게 되므로, 원수와 반송수에 존재하는 인 성분이 용출, 방출되고 유기물질이 일부 제거된다.
또, 상기 탈인조(2)에서 원수가 일정 레벨 이상이면 하류의 상기 제1탈질조(3)에 자연적으로 방류된다.
상기 제1탈질조(3)에서는, 유량조정조(1)에서 분할 주입된 원수가 상기 탈인조(2)에서 유입된 혼합물 또한, 안정화조(7)에서 반송펌프(15)에 의해 반송되는 반송수와 혼합되고, 탈질반응에 의해 상기 탈인조(2)의 원수와 반송수에 함유된 질산성 질소성분이 제거된다.
또한, 제1탈질조(3)에서 미처 제거되지 못한 질산성 질소성분은 제2탈질조(4)를 거치면서 순차적 제거되도록 한다.
이는 하류의 안정화조(7)에서 반송펌프(15)에 의해 반송되는 반송수에는, 질산화 미생물에 의해 질산성 질소로 변형된 질소성분 뿐만 아니라 DO성분도 다량 포함되어 있어, 탈질 미생물이 DO가 존재 시 탈질 반응이 제대로 되지 않는 미반응된 질산성 질소를 제1탈질조(3), 하류에 제2탈질조(4)를 따로 두어 DO가 존재하지 않은 환경에서 탈질미생물이 탈질반응을 원활히 일으켜 질소제거 효과를 극대화하기 위함이다.
이때, 탈질 미생물이 활동하는데 필요한 유기탄소원은 분할 주입을 통해 유입 원수내의 유기물질로 충당하게 되는데, 탈인조(2) 내의 인제거 미생물과 제1탈질조(3)내의 탈질미생물의 생물대사과정에서 필요한 유기물을 적절히 분할 주입(예> 탈인조:탈질조=3:7)하여 인과 질소의 제거 효과를 동시에 극대화하기 위함이다.
상기와 같이, 탈인조(2), 제1탈질조(3), 제2탈질조(4)에는 각각의 혼합액을 적절히 혼합하여 인방출, 탈질화를 원활히 일으키기 위해서, 탈인조(2), 제1탈질조(3), 제2탈질조(4) 내에 각각 수류 교반기(20)를 설치하여 원수와 반송수를 혼합시킨다.
상기 제2탈질조(4)에서 탈질화된 혼합물은 일정 레벨 이상이면, 폭기조(5)에 자연적으로 유입되게 된다.
상기 폭기조(5)에 유입된 혼합물에는, 유기오염물질과 인성분 물질, 부유물질, 암모니아성질소(NH3-N), 아질산성질소(NO2-N) 성분이 존재한다.
상기의 탈질 작용은, 미생물에 의해 질산성 질소가 질소가스(N2)로 환원되는 작용을 지칭한 것으로, 미생물이 산소가 부족하면 질산(NO3)에 포함되어 있는 산소를 빼내 이용하므로, 질산은 산소를 잃고, 질소가스(N2)로 환원되어 대기 중으로 방출되는 것이다.
이와 같은, 탈질 작용에 관여하는 미생물은 많은 종류가 있으나, 대표적인 미생물로는 Pseudomonas 와 Bacillus가 있다.
한편, 탈질 미생물들은, 종속 영양균에 속하므로 성장을 위해 외부로부터 영양분(탄소)을 공급받아야 하는데, 외부 탄소원으로 사용 가능한 물질들은 메탄올, 아세트산, 메탄, 하수등 유기물이 있다.
메탄올 사용시 화학 반응식
5CH3OH + 6NO3 - → 3N2 + 5CO2 + 7H2O + 6OH-
아세트산 사용시 화학 반응식
5CH3COOH + 8NO3 - → 4N2 + 10CO2 + 6H2O + 8OH-
메탄 사용시 화학 반응식
5CH4 + 8 NO3 - → 4N2 + 5CO2 + 6H2O + 8OH-
하수 사용시 화학 반응식
C10H19O3N + 10NO3 - → 5N2 + 10CO2 + 3H2O + NH3 + 10OH-
그리고, 폭기조(5) 내에는, 운전조건에 맞는 농도의 MLSS(mixed liquor suspended solids: 미생물, 5000 내지 12000㎎/L)가 존재하는데, 유기오염물질이 MLSS의 기질(substrate)로서 소비 제거가 되어 막분리조의 BOD부하를 줄여주고, 분리막 공극 폐색을 감소시켜 분리막의 세정주기 및 분리막의 수명을 연장시킬 수 있다.
또한, 폭기조(5)에 유입된 혼합물에 함유된 암모니아성질소(NH3-N), 아질산성질소(NO2-N) 성분은, 폭기조(5) 내에 호기성 상태에서 질산화 과정을 거쳐 질산성질소(NO3-N) 성분으로 전환되고, 인 성분 물질은, 폭기조(5) 내 미생물에 의해 과량 흡수, 제거된다.
상기 폭기조(5)에서 질산화된 혼합물은 일정 레벨 이상이면, 막분리호기조(6)에 자연적으로 유입되게 된다.
상기 막분리호기조(6)에 유입된 혼합물에는, 폭기조(5)에서 미처 제거되지 못한 유기오염물질과 인성분물질, 부유물질, 암모니아성질소(NH3-N), 아질산성질소(NO2-N) 성분이 존재한다.
그리고, 막분리호기조(6) 내에는, 운전조건에 맞는 농도의 MLSS(mixed liquor suspended solids: 미생물, 5000 내지 12000㎎/L)가 존재하는데, 유기오염물질이 MLSS의 기질(substrate)로서 소비 제거된다.
또한, 막분리호기조(6)에 유입된 혼합물에 함유된 암모니아성질소(NH3-N), 아질산성질소(NO2-N) 성분은, 막분리호기조(6) 내에 호기성 상태에서 질산화 과정을 거쳐 질산성질소(NO3-N) 성분으로 전환되게 한다.
이러한, 질산화(Nitrification) 작용은 질산화박테리아에 의해 호기조건에서 암모니아성 질소(NH3)가 아질산성 질소(NO2), 혹은 질산성 질소(NO3)로 변환되는 작용이다.
상기 질산화 박테리아 중 암모니아를 아질산성 질소로 변환시키는 종류는, 주로 Nitrosomonas이고, 질산성 질소로 변화 시키는 종류는 Nitrobacter이다.
암모니아가 질산으로 변화되는 과정을 화학식으로 나타내면 다음과 같다.
Nitrosomonas
NH4 + + 1.5O2 → NO2 - + H2O + 2H+
Nitrobacter
NO2 - + 0.5O2 → NO3 -
상기 암모니아성 질소와 아질산성 질소가 질산성 질소로 산화되면서 발생되는 에너지는, 질산화박테리아의 성장을 위한 세포합성을 위해 사용된다.
이러한, Nitrosomonas와 Nitrobacter에 의한 세포 합성 반응식은 다음과 같다.
NH4 + + HCO3 - + 4CO2 + H2O → C5H7O2N + 5O2
질산화 박테리아의 세포합성을 포함하는 총괄식은 다음과 같다.
NH4 + + 1.83O2 +1.98HCO3 - → 0.021C5H7O2N + 0.98NO3 - + 1.041H2O + 1.88H2CO3
그리고, 생물학적 인제거는 혐기상태(anaerobic condition)에서 PAOs는 미생물 세포내의 폴리인산(Poly-P)이 가수분해되어 정인산(PO4-P)으로 혼합액에 방출되며. 동시에 하, 폐수내 유기물은 글리코겐 및 PHB(poly hydrixybeta Butyrate)를 주체로 한 PHA 등의 기질로 세포 내에 저장된다.
이때, 인의 방출속도는 일반적으로 혼합액 중의 유기물 농도가 높을수록 크며, 보통 유입 PO4-P농도의 3-5배 정도까지 방출된다.
상기와 같이 호기상태에서는, 이렇게 세포 내에 저장된 기질이 산화, 분해되어 감소한다.
PAOs 미생물은, 이때 발생되는 에너지를 이용하여 혐기상태에서 방출된 정인산을 미생물의 생성에 필요한 량 이상으로 과잉섭취(luxury uptake)하여 폴리인산으로 재합성한다.
인 방출 탈인조건 Poly -P + VFA → PHB + PO4 3-
인 섭취 호기조건 PHB + PO4 3- → Poly -P + H2O + CO2
따라서, 미생물에 의해 인 성분 물질이 제거되면 막분리호기조(6) 내에, 부유물질(SS)과 MLSS와 같은 입자성 물질만이 존재하게 되는데, 이는 분리막 유니트(18)에 의해 고액분리 된다.
상기 분리막 유니트(18)는, 분리막 프레임 장치에 결합된 상태에서 고액분리 수행이 가능한데, 이 분리막 프레임 장치는 막분리호기조(6) 외부에 존재하는 흡인펌프(14)와 흡인라인(21)으로 연결되어 있다.
이 흡인펌프(14)의 가동으로 발생되는 흡입압에 의해 분리막 외부의 혼합물이 분리막 공극을 통해 분리막 내부로 유입되면서 고액분리가 발생, 결국 깨끗한 처리수가 흡인펌프(14)에 의해 상기 방류조(9)에 유출되게 된다.
상기 분리막 표면에 발생하는 폐색을 지연, 가동 시간을 연장하기 위해, 분리막 프레임 장치 하단에 산기장치(공지되어 있어 도시 생략됨)를 설치한다.
이 산기장치는 막분리호기조(6) 외부에 존재하는 블로어(12)와 에어라인(22)을 통해 연결되어 있고, 블로어(12)의 가동을 통해 공기를 막분리호기조(6) 내부에 공급하게 된다.
따라서, 블로어(12)를 통해 공급되는 공기에 의해 막분리호기조(6) 내 수류가 형성되어, 분리막 표면의 폐색이 지연됨으로써 침지식 막분리 고도처리시설이 장기간 원활히 가동되게 된다.
그리고, 침지식 막분리 고도처리시설을 장기간 운영하는 동안 상기 막분리 호기조(6) 내의 MLSS 농도와 SS, 인성분 물질이 계속적으로 증가하게 된다.
상기 막분리 호기조(6) 내 적절한 MLSS 농도를 유지하고 SS와 인 성분 물질을 제거하기 위해, 상기 막분리 호기조(6)에서 막분리 유니트(18)에 의해 고액분리되고 남은 혼합물은 일정 레벨 이상이 되면, 상기 안정화조(7)로 이송되어 안정화조 내의 반송펌프(15)에 의해 V-NOTCH(13b)를 거친후 유입관의 유입밸브를 통해 제1탈질조(3), 오니저류조(8)로 분할 주입하게 된다.
그리고, 상기 응집제 저장탱크(19)는, 미처리된 인 성분을 제거하기 위해, 인 성분을 응집시켜 제거하기 위한 응집제를 저장하였다가 그 저장된 응집제를 이송펌프(17)에 의해 상기 폭기조(5)에 공급한다.
오니저류조(8) 내에는 슬러지의 고착화를 방지하기 위해 블로어(12)와 연결된 에어라인(22)을 설치한다.
상기 막분리 호기조(6)내에 침지된 분리막유니트(18)를 통하여 고액분리된 처리수는, 흡인펌프(14)에 의해 흡인되어 상기 방류조(9)로 공급하고, 방류조 내에 침지되어 있는 방류펌프에 의해 외부로 방류 또는 중수로 재이용 된다.
한편, 본 발명은 상기 안정화조(7)에서 반송되는 반류수의 일부를 무기 응집반응단계(23), pH 반응단계(24), 고분자 응집반응단계(25)를 지나면서 인을 포함한 슬러지가 거대 덩어리로 Floc을 형성하여 응집되고 응집된 인을 포함한 반류수는 진공식 고액분리장치(26)를 통과하여 케이크상으로 제거된 후 여액은 다시 유입되는 원수와 함께 미세여과 장치(11)을 통과시켜 여액 속에 남아있는 고분자 응집제 성분을 제거하고 또한 원수 안에 포함된 미세 협잡물을 제거하여 막의 통수능력을 향상시키고 인을 제거하여 탈인조(2) 및 제1탈질조(3)로 운송되도록 하는 미세여과장치(11)가 포함되는 것이 중요한 구성상의 특징이다.
즉, 도 1 내지 도 3에서 도시한 본 발명의 실시 예와 같이 유량조정조(1)와 탈인조(2) 및 제1탈질조(3), 제2탈질조(4), 막분리호기조(6)와 안정화조(7)의 순서로 이루어지는 오폐수 처리장치에 있어서 안정화조(9)에서 반송되는 반류수의 일부를 화학응집반응단계를 거쳐 인이 활성슬러지와 응집되고 진공식 고액분리장치(26)를 통해 인이 포함된 활성슬러지를 제거한 후 유입 원수와 함께 미세여과장치(11)를 거쳐 탈인조(2) 및 제1탈질조(3)로 운송되도록 구성된다.
여기서 안정화조(7)에서 반송되는 양은 약 5-10% 사이를 유지하게 되고 나머지 대부분은 무기 응집반응단계(23), pH 반응단계(24), 고분자 응집반응단계(25), 진공식 고액분리장치(20) 및 미세여과장치(11)를 거치지 않고 제1탈질조(3)로 반송한다.
상기 화학응집반응단계는 도 3에서와 같이 무기 응집반응단계(23), pH 반응단계(24), 고분자 응집반응단계(25)로 구성된다.
상기의 무기 응집반응단계(23)는 응집제로서 PAC(Poly Aluminum Chloride), Alum, 염화제2철(FeCl3)등을 사용할 수 있으며, 각각 응집제를 가지고 Jar-Test를 하였을 때 인 제거율은 아래의 표와 같다.
구 분 1ppm 2ppm 3ppm 4ppm 5ppm
PAC(17%) 68% 제거 77% 제거 81% 제거 99% 제거 100% 제거
Alum(7%) 68% 제거 70% 제거 84% 제거 99% 제거 100% 제거
FeCl3(43%) 68% 제거 69% 제거 89% 제거 93% 제거 100% 제거
상기의 표에 사용된 응집제는 국내 E사의 제품을 사용하였으며, 실험결과 초기의 인의 농도는 평균 10ppm 정도였으며, 200rpm 교반속도에서 2분간 반응시킨 후 상기의 모든 응집제의 농도 5ppm 이하에서 인이 모두 제거가 되는 것을 확인할 수 있었다.
상기의 무기 응집반응단계(23)를 통과한 반류수은 pH 반응단계(24)로 유입되어 pH를 중성으로 조절하여 후단의 고분자 응집반응단계(25)에서 응집의 효율을 높힐 수 있도록 구성하였다.
pH 조절제는 1%로 희석한 NaOH를 사용하였으며, pH를 6.5～7.5 사이로 조절하여 고분자 응집반응단계(25)로 유입되도록 하였으며 200rpm에서 5분간 반응하도록 구성하였다.
산성영역에서는 수중의 수소이온이 양이온의 형태로 과량 존재하므로 음이온성 고분자 응집제와 현탁물질간의 정전기적 결합을 방해하게 되고 알칼리영역에서는 수산화이온이 음이온의 형태로 존재하므로 양이온 고분자 응집제의 거동을 방해하게 되므로 pH를 중성으로 조절하여 양이온 응집제를 주입해야 응집의 효과를 볼 수 있다.
상기의 pH 반응단계(24)를 통과하여 pH가 중성으로 조절된 반류수는 고분자 응집반응단계(25)를 통과하게 된다.
이때, 상기의 반류수는 양이온 폴리머(polymer)와 결합하여 거대한 덩어리를 갖는 플록(Floc)을 형성하게 된다.
상기 고분자 응집제는 미국의 N사의 고분자 응집제를 사용하였으며, 양이온 폴리머(polymer) 0.1%를 1～8ppm으로 주입하는 것이 적당하다.
따라서, 상기의 플록(Floc)은 다량의 인이 포함된 반류수에 PAC 등과 같은 응집제를 주입하여 인과 응집제가 응집되어 슬러지와 결합하게 되고, pH 반응단계(24)를 거쳐 고분자 응집반응단계(25)에서 고분자 응집제와 가교 결합을 통하여 거대 덩어리로 플록(Floc)를 형성하게 된다.
상기의 거대한 플록(Floc)은 진공식 고액분리장치(26)를 통과하여 케이크상으로 제거되고 여액은 미세여과장치(11)으로 유입하게 된다.
상기의 진공식 고액분리장치(26)는 원통형 필터(50)의 표면에 상기의 거대한 플록(Floc)을 포함한 반류수를 공급하고 필터 내측을 진공으로 하여 여액을 흡입 여과하고, 고형분은 필터 표면에 균일한 케이크층으로 형성시켜 연속적으로 제거하는 방식을 포함한다.
상기의 진공식 고액분리장치(26)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 5～50㎛ 공극의 원통형 필터(50)를 포함하며 수용부내로 여과액을 유입하는 인입구(51)와 필터 내측으로 여액을 배출하는 배출구(52)와, 형성된 케이크를 원통형 필터에서 분리하는 칼날(53)과, 상기 원통형 필터를 구동시키는 구동기어(54)와 맞물리는 작동기어(55)와 이 작동기어에 벨트 또는 체인으로 연결되는 구동모터(56)로 구성된 구동부와 상기 칼날(53)에 의해 제거된 케이크 제거부(57), 진공식 고액분리장치의 작동을 제어하는 제어부(58)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
따라서, 인입구(51)를 통해 반류수가 유입되면, 구동모터(56)의 동작으로 작동기어(55)와 구동기(54)에 맞물린 원통형 필터(50)가 가 회전하면서, 이 원통형 필터(50)의 외면에 여과된 고형분이 두께를 갖게 형성되므로, 제거부(57)의 칼날(53)로 원통형 필터(50) 외면에 부착되는 고형분을 제거하도록 한다.
한편 미세여과장치는 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 스크린판(120)이 끊어지지 않은 무한궤도 형태의 대략 타원형 틀체 구조로 배치되어 레이크(140)가 무한궤도 형태로 순환 회동할 때, 스크린판(120) 간극을 벗어나는 일 없이 지정된 간극 사이를 연속적으로 순환 회동 가능하기 때문에 스크린판(120)의 간극을 레이크(140)의 두께에 맞춰 최대한 미세하게 0.5㎜까지도 구성이 가능하게 되는 것이다.
이 미세여과장치의 스크린판(120) 간극은 0.5㎜~5㎜ 이내로 구성할 수 있다.
이처럼, 상기 스크린판(120)의 간극이 0.5㎜까지 미세하게 되면, 그만큼 하수 및 폐수에 포함된 미세한 협잡물까지 걸러낼 수 있어 초기 수처리 효율을 높일 수 있게 된다.
한편, 상기 스크린판(120)을 따라 순환 회동하는 레이크(140)는 구동모터(80)의 동력을 전달받아 구동하게 되는 것으로, 상기 레이크(140)의 순환 회동을 위한 동력전달 과정을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 상기 레이크(140)가 무한궤도 방식으로 스크린판(120) 내부에서 스크린판(120)을 따라 순환 회동하도록 안내하기 위해서 복수개의 가이드레일(150)이 스크린판(120)의 내부 좌우 양쪽에 구비된다.
복수개의 레이크(140)가 가이드레일(150)에 일정간격을 두고 고정 설치되고, 상기 가이드레일(150)은 체인 형태를 가지면서 구동스프로킷(190)에 의해 일정한 속도로 회전할 수 있게 된다.
이때, 상기 체인 형태의 가이드레일(150)을 회동시키기 위한 구동스프로킷(190)은 구동스프로킷축(191) 상에 일정 간격을 두고 상기 가이드레일(150)과 일대일 대응 방식으로 가이드레일(150) 내측면에 위치하게 된다.
이 구동스프로킷축(191)은 구동스프로킷(190)과 가이드레일(150)이 상호 접촉하도록 구비되어 있는 것이다.
그리고, 상기 가이드레일(150)의 내측에는 가이드레일(150)의 처짐을 방지하면서 가이드레일(150)이 일정한 순환궤도(혹은 무한궤도)를 유지한 체 순환 회동할 수 있도록 안내하는 가이드레일지지봉(151)이 일정 간격을 두고 다수개 구비됨으로써, 가이드레일(150)에 설치된 레이크(140)가 스크린판(120)의 지정된 간극 사이에서 벗어나지 않고 동일 라인을 연속적으로 순환할 수 있게 된다.
또한, 구동스프로킷축(191)의 일단은 본체프레임(110)의 전면에서 약간 돌출된 형태로, 그 끝단에 연결풀리(192)가 구비되어 있고, 이 연결풀리(192)에 구동모터(180)의 구동축(81)에 연결된 구동체인(130)이 연결되어 있다.
여기서, 상기 구동체인(130)은 소정의 길이를 갖는 동력전달수단으로써, 상기 구동체인(130)은 도 6에 도시된 바와 같이 본체프레임(110)의 전면에서 구동스프로킷축(191)과 구동모터(180)의 구동축(1181) 사이를 연결하여 구동모터(180)로부터 일련의 구동력을 전달하게 되는 것이다.
이때, 상기 구동모터(180)는 본체프레임(110)의 상단면에 배치되고, 상기 구동스프로킷축(191)은 본체프레임(110)의 중간 부위에 위치하여 상기 구동체인(113)에 의해 연결됨으로써, 구동력이 전달되도록 되어 있다.
한편, 상기 스크린판(120)의 상단부 바깥쪽에는 압력수를 분사할 수 있는 세정노즐(160)이 구비되어 있다.
압력수를 분사할 수 있는 세정노즐(160)은 레이크(140)에 의해 수거된 협잡물을 스크린판(120)으로부터 탈거시키는 역할을 하는 것으로써, 상기 스크린판(120)에 걸러진 협잡물은 스크린판(120)의 여과면을 따라서 순환 회동하는 레이크(140)에 의해 스크레이핑 작업되어 물 위로 이송되게 된다.
이렇게 상기 레이크(140)에 의해 수거된 협잡물은 물 위쪽으로 이송되어 스크린판(120)의 상단부 바깥쪽에 설치된 세정노즐(160)로부터 분사되는 압력수에 의해서 스크린판(120)으로부터 탈거되게 되는 것이다.
그리고, 이렇게 세정노즐(160)의 압력수에 의해 탈거된 협잡물의 배수는 세정노즐(160) 및 상단 스크린판(120) 여과면 아래쪽에 설치된 반출수단(170)에 의해서 모아진 다음, 스크류 이송 과정에서 탈수되어 본체프레임(110) 외부로 반출되게 된다.
따라서, 상기 구동스프로킷축(191)은 구동모터(180)의 구동력을 받아 회전하는 것임으로, 상기 스크류축의 회전력도 구동모터(180)의 구동력으로부터 나오는 것이다.
이러한 미세여과 장치에서 간이 탈수 기능을 갖는 스크류 컨베이어 방식의 반출수단(170)을 갖춤으로써, 장치 하나로 제진 및 탈수가 가능하여 초기 수처리 효율을 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.
즉, 본체프레임(110) 내에 설치된 무한궤도형 스크린판(120)의 여과면을 수로의 흐름에 평행이 되도록 설치하고, 협잡물이 포함된 물을 본체프레임(110)의 전면유입구(113)를 통해서 스크린판(120)의 여과면 안쪽으로 들어와서 좌우 및 바닥의 스크린판(120) 여과면에 나뉘어 통과시켜 측면 토출구(114)로 토출시키게 된다.
이때, 하수 및 폐수에 포함된 협잡물은 자연스럽게 스크린판(120)의 여과면을 지나가게 되면서 다수개의 웨지바 결합으로 이루어진 스크린판(120)에 걸러지게 되는 것이다.
따라서, 상기와 같은 흐름작용에 의해 스크린판(120)에 협잡물이 걸리게 되면, 구동모터(180)와 구동체인(130)에 의한 견인력이 구동스프로킷축(191)에 전달되고, 이 구동스프로킷축(191)에 구비된 구동스프로킷(190)이 무한궤도 형태의 가이드레일(150)을 순환 회동시킴에 따라 가이드레일(150)에 설치된 레이크(140)가 무한궤도와 같은 작동원리로 회동작용을 행하게 되는 것이다.
이와 같은 회동작용에 의해 레이크(140)는 스크린판(1120)에 걸려 있는 협잡물을 스크레이핑 작용에 의해 본체프레임(110)의 상부측으로 인양하게 되고, 그 인양된 협잡물은 스크린판(120)의 상부 바깥쪽에 위치한 세정노즐(160)로부터 압력수가 분사됨에 따라 스크린판(120)으로부터 탈거되어 그 아래쪽에 위치한 반출수단(170)의 배수받이판에 모아지게 된다.
그리고, 이렇게 안정적으로 모아진 협잡물은 스크류 컨베이어 방식으로 구동되는 스크류축에 의해 이송되면서 탈수되어 본체프레임(110) 외부로 반출되는 것이다.
한편, 스크린판의 간극을 0.5㎜까지도 최대한 세밀하게 구성할 수 있게 됨으로써, 하수 및 폐수에 포함된 미세한 협잡물까지 걸러낼 수 있어 초기 수처리 효율을 더 높일 수 있는 것이다.
1 - 유량조정조 2 - 탈인조
3 - 제1탈질조 4 - 제2탈질조
5 - 폭기조 6 - 막분리호기조
7 - 안정화조 8 - 오니저류조
9 - 방류조 10 - 스크린조
11 - 미세여과장치 12 - 블로어
13a, 13b - V-NOTCH 14 - 흡인펌프
15 - 반송펌프 16 - 내부반송펌프
17 - 이송펌프 18 - 분리막 유니트
19 - 응집제 주입펌프 20 - 수류교반기
21 - 흡인헤더 22 - 에어라인
23 - 무기응집반응단계 24 - pH 반응단계
25 - 고분자응집 반응단계 26 - 진공식 고액분리장치
40 - 총인 및 막오염 저감장치
50 - 원통형 필터 51 - 인입구
52 - 배출구 53 - 칼날
54 - 구동기어 55 - 작동기어
56 - 구동모터 57 - 케이크 제거부
120 - 스크린판 140 - 레이크

Claims (7)

  1. 스크린조(10)에서 여과된 하,폐수를 공급받는 유량조정조(1)와;
    유량조정조(1)에 유입되어 있는 원수가 소정 레벨이상일 경우에, 상기 유량조정조(1)의 원수를, 상기 유량조정조(1) 내에 침지되어 있는 원수펌프에 의해 미세여과장치(11)를 경유하여 V-NOTCH(13a)를 거쳐 유입관에 설치된 유입밸브를 통해 적정비율로 공급받는 탈인조(2) 및 제1탈질조(3)와;
    상기 제1탈질조(3)에 유입된 원수가 소정 레벨이상일 경우에, 상기 제1탈질조(3)의 원수를 공급받는 제2탈질조(4)로서, 제2탈질조(4) 내의 혼합액을 상기 제2탈질조에 침지되어 있는 내부반송펌프(16)에 의해 상기 탈인조(2)에 공급하는 제2탈질조(4)와;
    상기 제2탈질조(4)에 저장된 혼합액이 소정 레벨 이상일 경우에, 상기 제2탈질조(4)의 혼합액을 공급받는 폭기조(5)와;
    상기 폭기조(5)에 저장된 혼합액이 소정 레벨 이상일 경우에, 상기 폭기조(5)의 혼합액을 공급받는 막분리호기조(6)와;
    상기 막분리호기조(6)에 저장된 혼합액이 소정 레벨 이상일 경우에, 상기 폭기조(5)의 혼합액을 공급받는 안정화조(7)로서, 안정화조(7) 내의 혼합액을 상기 안정화조에 침지되어 있는 반송펌프(15)에 의해 V-NOTCH(13b)를 거쳐 유입관에 설치된 유입밸브를 통해 적정비율로 오니저류조(8) 또는 상기 제1탈질조(3)로 공급하는 안정화조(7)와;
    상기 막분리호기조(6) 내부에 침지되어 있으며, 막분리호기조(6) 외부에 존재하는 흡인펌프(14)의 가동으로 발생하는 흡인압에 의해 분리막 외부의 혼합물이 분리막 공극을 통해 분리막 내부로 유입되면서 고액분리하는 복수개의 분리막유니트(18)와;
    인 성분을 응집시켜 제거하기 위한 응집제를 저장하였다가, 그 저장된 응집제를 이송펌프(17)에 의해 상기 폭기조(5)에 공급하는 응집제 저장탱크(19)와;
    안정화조(7)에 남은 질산성질 소성분 및 슬러지를 함유한 잔존물이 소정 레벨 이상일 경우에, 상기 안정화조(7)의 잔존물을 공급받고, 상기 막분리호기조(6) 내의 MLSS 농도가 높을 시에, 상기 막분리호기조(6) 내의 슬러지를 공급받는 오니저류조(8)로서, 오니저류조 내의 슬러지를 에어리프트펌프를 이용하여 소정 레벨일 경우 상기 유량조정조(1)로 공급하는 오니저류조(8)와;
    상기 복수개의 분리막유니트(18)와 흡인펌프(14) 사이에 설치되며, 분리막유니트(18)의 투과압력을 감지하는 차압계와 처리수의 유입을 단속하는 흡입밸브가 설치된 복수 개의 분리막 흡인라인(21)과;
    상기 흡인펌프(14)에 의해 흡입된 처리수를 공급받아 방류펌프에 의해 외부로 방류시키는 방류조(9)와;
    에어라인(22)을 통해 상기 막분리호기조(6)에 침지된 분리막유니트(18)의 하부에 배치되어 있는 산기장치에 공기를 공급하고, 상기 유량조정조(1), 폭기조(5), 오니저류조(8)에 각각 공기를 공급하는 블로어(12)와;
    상기 안정화조(7)에서 반송되는 반류수의 일부를 총인 및 막오염 저감장치(40)로 공급해 인을 포함한 슬러지를 제거한 후 이 여액은 다시 유입되는 원수와 함께 미세여과장치(11)에 통과시켜 여액 속에 남아있는 고분자 응집제 성분을 제거하고 또한 원수 안에 포함된 미세 협잡물을 제거하여 막의 통수능력을 향상시키고 인을 제거하여 탈인조(2) 및 제1탈질조(3)로 운송되는 것을 특징으로 하는 반류수의 인성분과 막폐색 물질 제거를 이용한 막분리 고도수처리 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 반류수는 막분리호기조(6) 내에 MLSS가 고농도일 경우 안정화조(7) 하부에 농축된 MLSS의 일부를 상기 총인 및 막오염 저감장치(40)로 공급하게 되고, 막분리호기조(6) 내에 MLSS가 저부하일 경우 안정화조(7) 상부의 상징수의 일부를 상기 총인 및 막오염 저감장치(40)로 공급하는 것을 특징으로 하는 반류수의 인성분과 막폐색 물질 제거를 이용한 막분리 고도수처리 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 반류수를 상기 총인 막오염 저감장치(40)로 공급하는 수단으로 수중펌프 또는 에어리프트를 이용하는 것을 특징으로 하는 반류수의 인성분과 막폐색 물질 제거를 이용한 막분리 고도수처리 시스템.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3중 어느 한 항에 있어서, 상기 총인 및 막오염 저감장치(40)는, 상기 안정화조(7)에서 반송되는 반류수의 일부를 무기 응집반응단계(23), pH 반응단계(24), 고분자 응집반응단계(25)를 지나면서 인을 포함한 슬러지가 거대 덩어리로 플록(Floc)을 형성하여 응집되고 응집된 인을 포함한 반류수는 진공식 고액분리장치(26)를 통과하여 케이크상으로 제거되도록 구성한 것을 특징으로 하는 반류수의 인성분과 막폐색 물질 제거를 이용한 막분리 고도수처리 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 진공식 고액분리장치(26)는 5～50㎛ 공극의 원통형 필터(50)를 포함하며 수용부내로 여과액을 유입하는 인입구(51)와 필터 내측으로 여액을 배출하는 배출구(52)와, 형성된 케이크를 원통형 필터에서 분리하는 칼날(53)과, 상기 원통형 필터를 구동시키는 구동기어(54)와 맞물리는 작동기어(55)와 이 작동기어에 벨트 또는 체인으로 연결되는 구동모터(56)로 구성된 구동부와 상기 칼날(53)에 의해 제거된 케이크 제거부(57), 진공식 고액분리장치의 작동을 제어하는 제어부(58)로 구성된 것을 특징으로 하는 반류수의 인성분과 막폐색 물질 제거를 이용한 막분리 고도수처리시스템.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 미세여과장치는 외관을 형성하는 본체프레임(110)과, 상기 본체프레임(110) 내부에 스크린판(120)의 여과면이 수로의 흐름에 평행이 되도록 설치되어 협잡물이 포함된 물을 상기 본체프레임(110) 전면에 구비된 전면유입구(113)를 통해 여과면 안쪽으로 들어와서 좌우 및 바닥의 여과면으로 나뉘어 통과되도록 마련된 무한궤도 형태를 갖는 스크린판(120)과, 상기 스크린판(120)에 의해 걸러진 협잡물을 끌어 올려 제거하기 위하여 갈퀴 구조를 갖는 복수개의 레이크(140)와, 상기 레이크(140)에 의해 수거되어 인양된 협잡물을 스크린판(120)으로부터 탈거시키는 역할을 하도록 압력수를 분사할 수 있는 세정노즐(160)과, 상기 세정노즐(160)의 압력수에 의해 탈거된 협잡물을 받아서 본체프레임(110) 외부로 반출시킬 수 있도록 설치된 반출수단(170)을 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막의 통수능력과 인 제거 효율을 향상시킨 반류수의 인성분과 막폐색 물질 제거를 이용한 막분리 고도수처리 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 스크린판(120)은 역삼각형 단면을 갖으면서 0.5㎜까지도 간극 구성이 가능한 웨지바를 규칙적이고 반복적으로 배열한 다수의 플레이트로 연결 구성하여 상기 본체프레임(110) 내부에 수직하게 전면 및 후면 테두리 부위가 고정 설치되고, 상기 레이크(140)는 상기 스크린판(120)의 내측에 배치되어 스크린판(120)을 따라 스크린판(120)의 간극에서 이탈하지 않은 채 지속적으로 스크린판(120) 간극사이에서 순환 회동하면서 스크레이핑 작업을 수행하되며, 상기 레이크(140)가 스크린판(120) 내부에서 스크린판(120)의 여과면을 따라 순환 회동하도록 안내하기 위해서 스크린판(120)의 내부 좌우 양쪽에 구비된 체인 구조를 갖는 복수개의 가이드레일(150)과, 상기 가이드레일(150)을 회동시키기 위해 상기 가이드레일(150)의 내측면에서 일대일 대응 방식으로 상호 접촉할 수 있게 일정 간격을 두고 설치된 복수개의 구동스프로킷(190) 및 구동스프로킷축(191)과, 상기 본체프레임(110)의 상단면에 배치되어 구동체인(130)을 매개로 연결된 상기 구동스프로킷축(191)에 구동력을 제공하는 구동모터(180)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막의 통수능력과 인 제거 효율을 향상시킨 반류수의 인성분과 막폐색 물질 제거를 이용한 막분리 고도수처리 시스템.
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