KR101503887B1

KR101503887B1 - 막분리조를 이용한 에너지 절감형 하폐수 고도처리 시스템

Info

Publication number: KR101503887B1
Application number: KR20140094765A
Authority: KR
Inventors: 박경숙; 홍순명
Original assignee: 박경숙
Priority date: 2014-07-25
Filing date: 2014-07-25
Publication date: 2015-03-20

Abstract

본 발명은 하,폐수의 집수조로부터 이송펌프를 거쳐 슬러지 성분이 포함된 상태로 공급된 오수를 폭기조에서 1차 처리한 다음 이를 중공사막모듈이 침지된 막분리조로 유입시키고, 상기 중공사막모듈과 연결된 흡입펌프를 이용하여 중공사막을 거친 최종 처리수를 처리수조로 공급시키며, 막분리조의 바닥부로 침강된 슬러지 성분은 슬러지저류조로 보내어 수거토록 한 하폐수 처리시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상기 막분리조의 바닥부로 침강된 슬러지 성분을 수압과 자중에 의한 자연낙차식 이송방식을 통하여 슬러지저류조로 이송시키고, 막분리조의 상부측에는 집수조로 연장되는 오버플로우관을 설치하는 한편, 상기 막분리조에는 중공사막모듈의 높이에 해당하는 위치에 수위조절관을 연결 설치하고, 상기 수위조절관이 집수조와 연결되도록 함으로서, 펌프의 사용개수를 최소화하여 에너지와 운전비용을 절감시키고, 막분리조로부터 슬러지 성분과 여액 성분을 슬러지저류조와 집수조로 각각 분리 공급하여 슬러지의 처리부하와 처리시간을 최대한으로 줄이도록 하며, 중공사막모듈의 세척 또는 교체작업시 막분리조의 수위를 중공사막모듈의 높이에 해당하는 위치까지 정확하게 하강시켜 세정약품이나 세정액의 낭비를 방지하는 동시에 중공사막모듈의 세척 및 교체작업은 보다 신속하고 용이하게 수행되도록 한 막분리조를 이용한 에너지 절감형 하폐수 고도처리 시스템에 관한 것이다.

Description

막분리조를 이용한 에너지 절감형 하폐수 고도처리 시스템{High degree and energy reduction type process system of wasted water using membrane tank}

본 발명은 하,폐수의 집수조로부터 이송펌프를 거쳐 슬러지 성분이 포함된 상태로 공급된 오수를 폭기조에서 1차 처리한 다음 이를 중공사막모듈이 침지된 막분리조로 유입시키고, 상기 중공사막모듈과 연결된 흡입펌프를 이용하여 중공사막을 거친 최종 처리수를 처리수조로 공급시키며, 막분리조의 바닥부로 침강된 슬러지 성분은 슬러지저류조로 보내어 수거토록 한 막분리조를 이용한 하폐수 고도처리 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 가정이나 공장 등지에서 배출되는 하수와 폐수에는 다량의 유기물과 함께 각종 유해성분이 포함되어 있으며, 이를 별도의 처리없이 하천이나 연안해역으로 방류할 경우 심각한 환경오염을 유발시키게 되므로, 각 지자체별로 대규모의 처리시설을 두어 하수와 폐수를 처리하고 있으며, 보다 엄격한 환경규제의 적용에 따라 기준치 이상의 하수와 폐수를 배출하는 공장이나 사업장은 소규모의 처리시설을 별도로 두어 운용토록 하고 있다.

상기와 같이 하수와 폐수중에 포함된 유기물과 유해성분을 제거하는 방식은 크게 물리적 처리방법과 화학적 처리방법 및 생물학적 처리방법으로 대별될 수 있으며, 이중에서 물리적 처리방법은 다수의 필터를 사용함에 따라 시스템의 부피가 커지고 장비가 고가인 단점이 있으며, 화학적 처리방법은 고가의 화학약품이 대량으로 요구되어 경제적인 측면에서 바람직하지 못할 뿐만 아니라, 화학약품의 사용에 따른 2차 오염물질이 발생하는 단점이 있다.

이와는 달리, 생물학적 처리방법의 경우는 다른 방법에 비하여 경제적인 측면에서 유리할 뿐만 아니라, 시스템의 운전이 용이하고 2차 오염물질이 발생하지 아니하는 장점을 가지고 있으므로, 최근에 들어서는 활성슬러지를 이용하는 생물학적 처리방법에 중공사막(中空絲膜: Hollow fiber membran)을 이용하는 물리적 여과처리를 병행시켜 유기물과 질소 및 인 성분의 효율적인 제거가 가능토록 한 하폐수 고도처리 시스템이 널리 사용되고 있다.

종래의 하폐수 고도처리 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 유입관(2a)을 통하여 하,폐수가 유입되는 집수조(2)와, 상기 집수조(2)의 내부에 설치되는 이송펌프(8)와, 상기 이송펌프(8)의 이송관(8a)을 거쳐 슬러지 성분이 포함된 상태의 오수가 공급되는 폭기조(3)와, 상기 폭기조(3)에서 처리된 1차 처리수가 유입되는 막분리조(4)와, 상기 막분리조(4)의 내부에 설치되는 이송펌프(8) 및 중공사막모듈(5)과, 상기 중공사막모듈(5)로부터 흡입펌프(10)를 거쳐 최종 처리수가 유입되는 처리수조(6)와, 상기 막분리조(4)의 이송펌프(8)로부터 이송관(8a)을 거쳐 배출되는 슬러지 성분의 저장 및 수거를 위한 슬러지저류조(7)를 포함하여서 이루어진다.

또한, 상기 집수조(2)와 폭기조(3)의 내부에는 기포분산기(9b)가 설치되고, 상기 각각의 기포분산기(9b)와 중공사막모듈(5)은 에어주입라인(9a)에 의하여 블로워(9)와 연결 설치되며, 상기 폭기조(3)와 막분리조(4)의 바닥부에는 밸브기구(V)를 구비하는 상태로 집수조(2)까지 연장되는 드레인배관(3b)(4b)이 연결 설치되고, 상기 슬러지저류조(7)의 상측부에도 집수조(2)까지 연장되는 리턴배관(7b)이 연결 설치되어 있다.

한편, 각각의 이송관(8a)에는 역류방지용 체크밸브(CV)와 배관개폐용 밸브기구(V)가 설치되어 있으며, 상기 블로워(9)는 도면상 2대로 하여 하나의 블로워(9)는 집수조(2) 단독으로 사용하고, 나머지 하나의 블로워(9)는 폭기조(3)의 폭기작업과 중공사막모듈(5)의 세척작업에 모두 사용토록 하였으며, 집수조(2)용 에어주입라인(9a)에는 체크밸브(CV)가 설치되고, 폭기조(3)용 에어주입라인(9a)과 중공사막모듈(5) 세척용 에어주입라인(9a)은 해당 블로워(9)로부터 체크밸브(CV)를 구비하는 상태로 연장되는 하나의 에어주입라인(9a)이 밸브기구(V)를 각각 구비하는 2개의 라인으로 분기된 것이다.

이와 더불어, 상기 흡입펌프(10)는 밸브기구(V)를 구비하는 흡입관(10a)과 완충용 연결호스(11)에 의하여 중공사막모듈(5)과 연결 설치되고, 흡입펌프(10)의 배출관(10b)은 밸브기구(V)와 유량측정기(10c)를 구비하는 상태로 처리수조(6)까지 연장 설치되며, 상기 폭기조(3)와 막분리조(4)의 사이에는 각각의 수조공간을 구획하는 칸막이벽(4a)이 설치되고, 상기 칸막이벽(4a)의 상단측에 오버플로우통로(3a)가 제공되며, 상기 처리수조(6)에는 최종 처리수의 방류관(6a)이 연결 설치되고, 상기 슬러지저류조(7)의 하단측에는 잉여 슬러지 성분의 수거를 위하여 밸브기구(V)를 구비하는 슬러지배출관(7a)이 연결 설치되어 있다.

상기와 같은 종래의 하폐수 고도처리 시스템(1)은, 호기(好氣) 조건이 부여된 집수조(2)와 폭기조(3)에서 유량조정과 더불어 호기성 미생물에 의한 질산화 반응과 인의 방출 및 유기물 분해를 유도하고, 혐기(嫌氣) 조건이 부여된 막분리조(4)의 내부에서 탈질반응을 유도하는 동시에, 중공사막모듈(5)을 통하여 슬러지와 처리수를 고액분리시키는 과정을 통하여 하,폐수의 고도처리가 가능하게 된다.

주) 질산화 반응: 호기성 질산화 미생물인 니트로소모나스(Nitrosomonas)와 니트로박터(Nitrobacter) 등을 이용하여 독성이 강한 암모니아성 질소를 아질산을 거쳐 질산으로 산화시키는 것이며, 그 반응식은 세포합성 과정을 무시하면 (1),(2)식과 같다.

(1) NH₄ ⁺ + 1.5O₂ → NO₂ ^- + H₂O + H⁺ + energy

(2) NO₂ ^- + 0.5O₂ → NO₃ ^- + energy

상기 (1),(2)식을 정리하면 (3)식과 같은 반응식이 되며, 각각의 반응에서 생성된 에너지는 호기성 미생물의 세포합성 및 유지에 사용된다.

NH₄ ⁺ + 2O₂ → NO₃ ^- + 2H⁺ + H₂O + energy ---------------------- (3)

주) 탈질반응: 미생물이 유기물이나 유기잔사체 등을 분해할 때, 산소 대신 질산성 질소를 사용하면서 질산성 질소를 질소가스로 환원시키는 것이며, 그 반응식은 아래의 (5),(6)식과 같다.

(5) 6NO₃ ^- + 5CH₃OH → 3N₂ + 5CO₂ + 7H₂O + 6OH^-

(6) NO₂ ^- + 1.08CH₃OH + 0.24H₂CO₃ → 0.056C₅H₉NO₂ + 0.47N₂+ 1.68H₂O + HCO₃ ^-

뿐만 아니라, 막분리조(4)의 내부에서 슬러지의 중력침전성이 불량해지더라도 미생물 자체가 중공사막을 통과할 수 없기 때문에 일정한 처리수질을 확보할 수 있고, 미생물의 농도를 고농도로 유지하여 유입되는 수질의 다양한 성상변화에도 불구하고 안정적인 처리가 가능함은 물론, 중공사막의 세척작업 역시 기포에 의한 스크러빙(Scrubbing) 방식으로 용이하게 수행할 수 있으며, 이러한 각각의 잇점들로 인하여 공장이나 사업장마다 개별적으로 설치 및 운용되는 소규모 처리시설에 보다 널리 적용되고 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 하폐수 고도처리 시스템(1)은 막분리조(4)의 바닥측으로 침강된 잉여 슬러지를 이송펌프(8)에 의한 강제이송방식으로 슬러지저류조(7)로 공급시킴에 따라, 집수조(2)의 이송펌프(8)와 흡입펌프(10)를 포함하여 총 3대의 펌프가 가동됨으로서, 불필요한 에너지의 낭비와 운전비용의 상승을 초래하는 문제점이 있었으며, 막분리조(4)로부터 펌핑된 슬러지 성분이 여액과 함께 슬러지저류조(7)를 통하여 높은 압력으로 유입됨에 따라, 슬러지저류조(7)의 바닥측에 침강되어 있던 슬러지 성분을 교란시켜 슬러지의 처리부하와 처리시간을 증대시키는 요인이 되었다.

또한, 중공사막의 세척을 위한 스크러빙 작업시 막분리조(4)의 내부로 다량의 기포가 유입됨에 따라 용존산소가 증가하게 된 경우, 혐기성 조건하에서 탈질반응을 수행하는 막분리조(4)의 기능을 유지시킬 수 있도록, 막분리조(4)에 저장된 여액의 일부를 호기성 조건하의 집수조(2)로 배출시키고, 집수조(2)와 폭기조(3)의 내부에서 질산화 반응을 거친 처리수를 막분리조(4)로 유입시키는 것이 바람직하지만, 종래의 경우에는 이러한 여액의 합리적인 배분작업을 수행할 수 없는 문제점이 있었다.

물론, 막분리조(4)에 설치된 이송펌프(8)와 드레인배관(4b)을 이용하여 여액의 일부를 슬러지저류조(7)와 집수조(2)로 공급시킬 수는 있으나, 이송펌프(8)와 드레인배관(4b)은 잉여 슬러지의 배출에 주로 사용되고 이를 통한 여액의 배출량은 상대적으로 매우 적은 량이 됨으로서, 막분리조(4)에 저장된 여액을 비교적 많은 량으로 하여 집수조(2)로 보내는 작업에는 적합하지 못하며, 오히려 미생물의 배양토대를 제공하는 슬러지 성분이 불필요하게 배출되는 상황을 유발시킨다.

다른 한편으로, 막분리조(4)의 내부에 많은 량의 처리수가 저장된 상태에서 중공사막의 세척을 위한 스크러빙 작업이 수행됨에 따라, 블로워(9)의 가동에도 많은 전력이 소비되어 운전비용을 추가로 상승시키는 요인이 되었고, 중공사막의 세척성능을 향상시킬 수 있도록 막분리조(4)의 내부로 세정약품을 투입시키거나 세정액을 공급하는 경우에도, 세척작업에 필요한 농도조건을 맞추기 위하여 다량의 세정약품이나 세정액이 투입되어야 하는 문제점이 있었으며, 중공사막모듈(5)의 교체작업시에도 처리수의 수면보다 아래에 위치한 중공사막모듈(5)을 크레인 등과 연결시키는 작업 역시 매우 까다로운 문제점이 있었다.

앞에서 언급되어진 바와 같이 이송펌프(8) 또는 드레인배관(4b)을 이용하여 막분리조(4)의 수위를 낮추어 줄 수도 있으나, 이송펌프(8) 또는 드레인배관(4b)에 의해서는 중공사막의 세척작업 및 중공사막모듈(5)의 교체작업에 가장 적당한 수위, 다시 말해서 중공사막모듈(5)의 최상단측 높이에 해당하는 수위를 신속하고 정확하게 맞추는 작업이 어렵게 됨은 물론이고, 미생물의 배양토대가 되는 슬러지 성분이 불필요하게 대량 배출되는 문제점 역시 동일하게 유발되는 것이었다.

대한민국 공개특허 제 10-1999-0037581호 대한민국 공개특허 제 10-2002-0065963호

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 막분리조의 바닥부로 침강된 슬러지 성분을 수압과 자중에 의한 자연낙차식 이송방식을 통하여 슬러지저류조로 이송시키고, 막분리조의 상부측에는 집수조로 연장되는 오버플로우관을 설치함으로서, 펌프의 사용개수를 최소화하여 에너지와 운전비용을 절감시키며, 막분리조로부터 잉여 슬러지 성분과 여액의 초과분이 저압조건하에서 슬러지저류조와 집수조로 각각 분리 공급되도록 하여, 슬러지의 처리부하와 처리시간을 최대한으로 줄이도록 하는 것을 제 1의 기술적 과제로 한다.

이와 더불어, 중공사막모듈의 높이에 해당하는 위치에 맞추어 막분리조상에 수위조절관을 연결 설치하고, 상기 수위조절관이 집수조와 연결되도록 함으로서, 중공사막모듈의 세척작업이나 교체작업시 막분리조의 수위를 중공사막모듈의 높이에 해당하는 위치까지 정확하게 하강시켜 세정약품이나 세정액의 낭비를 방지하는 동시에, 중공사막모듈의 세척 및 교체작업은 보다 신속하고 용이하게 수행토록 하며, 상기 오버플로우관과 수위조절관을 이용하여 막분리조에 저장된 여액의 용존산소 증가시 집수조를 통한 여액의 배분작업이 가능토록 하는 것을 제 2의 기술적 과제로 한다.

다른 한편으로, 중공사막모듈의 세척작업을 위하여 막분리조의 수위가 요구하는 수위에 도달하게 되면, 센서기구가 이를 감지하여 수위조절관의 밸브기구를 폐쇄시키는 작동 및 중공사막모듈의 세척에 필요한 세정액과 에어를 공급시키는 작동을 자동적으로 수행할 수 있도록 하는 것을 제 3의 기술적 과제로 하며, 궁극적으로는 공장이나 사업장마다 개별적으로 설치 및 운용되는 소규모 처리시설에 최적으로 적용이 가능한 경제적이고 합리적인 방식의 에너지 절감형 하폐수 고도처리 시스템을 제공하는 것이 그 주된 기술적 과제이다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서의 본 발명은, 하,폐수가 유입되는 집수조와, 상기 집수조의 내부에 설치된 이송펌프를 거쳐 슬러지 성분이 포함된 상태의 오수가 공급되는 폭기조와, 상기 폭기조에서 처리된 1차 처리수가 유입되는 막분리조와, 상기 막분리조의 내부에 침지식으로 삽입 설치되는 중공사막모듈과, 상기 중공사막모듈로부터 흡입펌프를 거쳐 최종 처리수가 유입되는 처리수조와, 상기 막분리조에서 배출되는 슬러지 성분의 저장 및 수거를 위한 슬러지저류조를 포함하여서 이루어지며, 상기 폭기조 또는 집수조와 폭기조의 내부에는 기포분산기가 설치되고, 상기 기포분산기와 중공사막모듈은 에어주입라인에 의하여 블로워와 연결 설치되며, 상기 막분리조의 상측부에는 집수조까지 연장되는 오버플로우관이 연결 설치되고, 상기 폭기조와 막분리조의 바닥부에는 밸브기구를 구비하는 상태로 집수조까지 연장되는 드레인배관이 연결 설치되며, 상기 슬러지저류조의 상측부에는 집수조까지 연장되는 리턴배관이 연결 설치된 하폐수 고도처리 시스템에 있어서, 상기 슬러지저류조는 막분리조보다 낮은 위치에 배치되는 한편, 상기 막분리조의 바닥부에는 침강된 슬러지 성분을 수압과 자중에 의하여 슬러지저류조로 이송시키는 슬러지이송관이 연결 설치되고, 상기 슬러지이송관에는 밸브기구가 설치되며, 상기 막분리조에는 중공사막모듈의 높이에 해당하는 위치에 맞추어 밸브기구를 구비하는 수위조절관이 연결 설치되고, 상기 수위조절관은 오버플로우관과 연결 설치되거나 또는 수위조절관 자체가 집수조까지 연장 설치되며, 상기 흡입펌프는 양방향 구동이 가능한 흡입 및 세정펌프가 되고, 상기 흡입펌프의 흡입관이 밸브기구를 구비하는 상태로 중공사막모듈과 연결 설치되는 한편, 흡입펌프의 배출관이 밸브기구를 구비하는 상태로 처리수조까지 연장 설치되며, 상기 흡입관 또는 배출관에는 밸브기구의 이전 위치에서 세정액탱크의 세정액공급관이 연결 설치되고, 상기 세정액공급관에는 밸브기구가 설치되는 것을 특징으로 한다.

이와 더불어, 상기 수위조절관과 세정액공급관에 설치되는 밸브기구는 전자밸브가 되고, 상기 각 전자밸브의 개폐작동과 흡입펌프의 가동과 블로워에 의한 중공사막모듈로의 에어공급은 수위조절관에 설치되는 유량계 또는 막분리조의 내부에 설치되는 수위레벨센서에 의하여 제어되도록 이루어지는 것을 특징으로 하며, 상기 막분리조의 바닥측에는 깔때기 형상의 슬러지수집부가 형성되고, 상기 슬러지이송관은 슬러지수집부의 하단 꼭지점 부분과 연결 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 막분리조의 바닥측으로 침강된 잉여 슬러지 성분은 자연적인 낙차방식에 의하여 슬러지저류조로 공급시키고, 막분리조에 저장된 여액의 초과분은 집수조측으로 오버플로우시킴으로서, 펌프의 사용개수를 최소화하여 에너지와 운전비용을 절감시키는 효과를 제공하며, 막분리조로부터 슬러지저류조를 통하여 잉여 슬러지 성분만이 낮은 압력으로 배출되도록 함에 따라, 슬러지저류조의 바닥측에 침강되어 있던 슬러지 성분을 교란시키지 않는 상태에서 슬러지저류조에서의 슬러지 처리부하와 처리시간을 최대한으로 줄일 수 있는 효과를 제공한다.

이와 더불어, 중공사막모듈의 세척작업시 수위조절관을 개방시켜 막분리조에 저장된 여액의 수위를 중공사막모듈의 높이까지 신속하고 정확하게 낮추어 줌으로서, 기포 스크러빙을 위한 블로워의 가동에 소비되는 전력 또한 최소화시켜 에너지와 운전비용의 절감 측면에 한층 더 기여하는 효과를 제공함은 물론이고, 막분리조의 내부로 적은 량의 세정약품이나 세정액을 투입시키더라도 세척작업에 필요한 농도조건을 맞출 수 있으므로, 세정약품이나 세정액의 낭비를 방지하면서 세척작업은 보다 신속하고 용이하게 수행할 수 있는 효과를 제공하며, 중공사막모듈의 상단측이 여액의 수면과 동일선상에 놓이도록 함으로서, 중공사막모듈을 크레인 등과 연결시켜 중공사막모듈을 교체하는 작업 역시 한층 더 신속하고 용이하게 수행할 수 있는 효과를 제공한다.

뿐만 아니라, 중공사막모듈의 세척을 위한 스크러빙 과정에서 다량의 기포가 유입됨에 따라 여액중의 용존산소가 증가된 경우에는, 오버플로우관이나 수위조절관을 이용하여 막분리조의 여액 일부를 집수조로 배출시키고, 집수조와 폭기조에서 질산화 반응을 거친 처리수를 막분리조로 유입시키는 방식의 합리적인 여액 배분이 가능한 효과를 제공하며, 이로 인하여 혐기성 조건하에서 탈질반응을 수행하는 막분리조의 기능을 유지시키는 동시에, 호기성 조건하의 집수조와 폭기조에서는 막분리조로부터 공급된 여액중의 용존산소에 의한 질산화 반응을 유도하여 한층 더 안정적이고 효율적인 오,폐수 처리가 가능한 효과를 제공한다.

추가적인 사항으로서, 중공사막모듈의 세척작업을 위하여 막분리조의 수위가 요구하는 수위에 도달하는 즉시, 수위조절관의 유량계 또는 막분리조 내부의 수위레벨센서가 이를 감지하여 수위조절관의 전자밸브를 폐쇄시키고 세정액공급관의 전자밸브를 개방시키는 동시에, 흡입펌프의 역방향 가동에 의한 중공사막모듈로의 세정액 공급과 블로워에 의한 중공사막모듈로의 에어공급을 수행토록 함으로서, 중공사막모듈의 세척작업을 자동적으로 수행할 수 있는 효과를 제공하며, 이러한 각각의 유용한 잇점들로 인하여 공장이나 사업장마다 개별적으로 설치 및 운용되는 소규모 처리시설에 최적으로 적용이 가능한 경제적이고 합리적인 방식의 에너지 절감형 하폐수 고도처리 시스템을 제공할 수 있는 것이다.

도 1은 종래의 막분리조를 이용한 하폐수 고도처리 시스템을 나타내는 배관도.
도 2는 본 발명에 따른 막분리조를 이용한 에너지 절감형 하폐수 고도처리 시스템을 나타내는 배관도.
도 3은 본 발명에 사용되는 중공사막모듈의 측면도.
도 4는 도 3의 정단면도.

이하, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 막분리조를 이용한 에너지 절감형 하폐수 고도처리 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 유입관(2a)을 통하여 하,폐수가 유입되는 집수조(2)와, 상기 집수조(2)의 내부에 설치되는 이송펌프(8)와, 상기 이송펌프(8)의 이송관(8a)을 거쳐 슬러지 성분이 포함된 상태의 오수가 공급되는 폭기조(3)와, 상기 폭기조(3)에서 처리된 1차 처리수가 유입되는 막분리조(4)와, 상기 막분리조(4)의 내부에 침지(沈漬)식으로 삽입 설치되는 중공사막모듈(5)과, 상기 중공사막모듈(5)로부터 흡입펌프(10)를 거쳐 최종 처리수가 유입되는 처리수조(6)와, 상기 막분리조(4)로부터 배출되는 잉여 슬러지 성분의 저장 및 수거를 위한 슬러지저류조(7)를 포함하여서 이루어지며, 이러한 필수적인 구성요소는 종래의 시스템과 일맥 상통하는 것이다.

또한, 상기 집수조(2)와 폭기조(3)의 내부에는 기포분산기(9b)가 설치되고, 상기 각각의 기포분산기(9b)와 중공사막모듈(5)은 에어주입라인(9a)에 의하여 블로워(9)와 연결 설치되며, 상기 폭기조(3)와 막분리조(4)의 바닥부에는 밸브기구(V)를 구비하는 상태로 집수조(2)까지 연장되는 드레인배관(3b)(4b)이 연결 설치되고, 상기 이송펌프(8)의 이송관(8a)에는 역류차단용 체크밸브(CV)와 배관개폐용 밸브기구(V)가 각각 설치되어 있다.

본 발명의 제 1요부에 해당하는 구성요소로서는, 상기 슬러지저류조(7)를 막분리조(4)보다 낮은 위치에 배치시킨 상태에서, 상기 막분리조(4)의 바닥부에는 침강된 슬러지 성분을 수압과 자중에 의하여 슬러지저류조(7)로 이송시키는 슬러지이송관(12)을 연결 설치하고, 막분리조(4)의 상측부에는 집수조(2)까지 연장되는 오버플로우관(13)을 연결 설치한 것이며, 상기 슬러지이송관(12)에는 밸브기구(V)가 설치되고, 상기 슬러지저류조(7)의 상측부에도 집수조(2)까지 연장되는 오버플로우 방식의 리턴배관(7b)이 연결 설치된다.

따라서, 집수조(2)의 위치가 가장 낮게 되는 한편, 집수조(2)보다 높은 위치에 슬러지저류조(7)가 배치되고, 슬러지저류조(7)보다 높은 위치에 폭기조(3) 및 막분리조(4)가 배치되는 것이며, 상기 막분리조(4)의 바닥측에 깔때기 형상의 슬러지수집부(12a)를 형성시키고, 상기 슬러지이송관(12)을 슬러지수집부(12a)의 하단 꼭지점 부분과 연결시키는 것이 수압과 자중에 의한 슬러지의 자연낙차식(自然落差式) 이송방식 측면에서 보다 더 바람직하다고 볼 수 있다.

또한, 상기 오버플로우관(13)과 폭기조(3)의 드레인배관(3b)과 막분리조(4)의 드레인배관(4b)을 개별적인 배관라인으로 구축하여 집수조(2)측으로 연장시키는 방식도 가능하지만, 도 2에서와 같이 오버플로우관(13)과 각각의 드레인배관(3b) (4b)을 하나의 배관라인으로 최종 통합시킨 다음, 이를 집수조(2)측으로 연장시키는 것이 배관설비의 간소화 측면에서 유리하다.

상기와 같은 방식으로 슬러지이송관(12)과 오버플로우관(13)을 적용시키게 되면, 막분리조(4)의 바닥측으로 침강된 잉여 슬러지 성분은 자연적인 낙차방식에 의하여 슬러지저류조(7)로 공급시키고, 막분리조(4)에 저장된 여액의 초과분은 집수조(2)측으로 오버플로우시킴으로서, 펌프의 사용개수를 최소화하여 에너지와 운전비용을 절감시킬 수 있으며, 막분리조(4)로부터 슬러지저류조(7)를 통하여 잉여 슬러지 성분만이 낮은 압력으로 배출되도록 함에 따라, 슬러지저류조(7)의 바닥측에 침강되어 있던 슬러지 성분을 교란시키지 않는 상태에서 슬러지저류조(7)에서의 슬러지 처리부하와 처리시간을 최대한으로 줄일 수 있다.

본 발명의 제 2요부에 해당하는 구성요소로서는, 중공사막모듈(5)의 높이에 해당하는 위치에 맞추어 밸브기구(V)를 구비하는 수위조절관(14)을 막분리조(4)상에 연결 설치한 것이며, 상기 수위조절관(14)은 오버플로우관(13)과 연결 설치될 수도 있고, 수위조절관(14) 자체가 집수조(2)까지 연장되는 배관라인을 이루도록 할 수도 있다.

상기와 같은 방식으로 수위조절관(14)을 설치하게 되면, 중공사막모듈(5)의 세척작업이나 교체작업시 수위조절관(14)을 개방시킴으로서, 미생물의 배양토대를 제공하는 슬러지의 불필요한 배출없이 막분리조(4)에 저장된 여액의 수위를 도 2에서 가상선으로 도시된 중공사막모듈(5)의 높이까지 신속하고 정확하게 낮추어 줄 수 있으며, 이로 인하여 기포 스크러빙에 의한 중공사막모듈(5)의 세척작업을 종래의 경우보다 훨씬 낮은 수압조건하에서 수행할 수 있음에 따라, 블로워(9)의 가동에 소비되는 전력 또한 최소화시켜 에너지와 운전비용의 절감 측면에 한층 더 기여할 수 있다.

뿐만 아니라, 막분리조(4)의 내부로 적은 량의 세정약품이나 세정액을 투입시키더라도 세척작업에 필요한 농도조건을 맞출 수 있으므로, 세정약품이나 세정액의 낭비를 방지할 수 있고 중공사막모듈(5)의 세척작업은 보다 신속하고 용이하게 수행할 수 있으며, 중공사막모듈(5)의 상단측이 여액의 수면과 동일선상에 놓이도록 함으로서, 중공사막모듈(5)을 크레인 등과 연결시켜 중공사막모듈(5)을 교체하는 작업 역시 한층 더 신속하고 용이하게 수행할 수 있다.

특히, 중공사막모듈(5)의 세척을 위한 스크러빙 과정에서 다량의 기포가 유입됨에 따라 막분리조(4)에 저장된 여액중의 용존산소가 증가된 경우에는, 오버플로우관(13)이나 수위조절관(14)을 이용하여 막분리조(4)의 여액 일부를 집수조(2)로 배출시키고, 집수조(2)와 폭기조(3)에서 질산화 반응을 거친 처리수를 막분리조(4)로 유입시키는 방식의 합리적인 여액 배분이 가능하게 된다.

이로 인하여, 혐기성 조건하에서 탈질반응을 주로 수행하는 막분리조(4)의 기능을 충분히 유지시킬 수 있는 동시에, 호기성 조건하의 집수조(2)와 폭기조(3)에서는 막분리조(4)로부터 공급된 여액중의 용존산소를 이용하여 질산화 반응을 유도할 수 있으므로, 종래의 경우보다 한층 더 안정적이고 효율적인 오,폐수 처리가 가능하게 되는 것이다.

본 발명의 제 3요부에 해당하는 구성요소로서는, 상기 흡입펌프(10)를 양방향 구동이 가능한 펌프로 설치함으로서, 중공사막모듈(5)을 거친 최종 처리수의 배출 뿐만 아니라 중공사막모듈(5)로의 세정액(15a) 공급이 가능토록 하고, 상기 흡입펌프(10)의 흡입관(10a) 또는 배출관(10b)에는 밸브기구(V)의 이전 위치에 세정액탱크(15)의 세정액공급관(16)을 연결시킨 것이며, 도면상 상기 세정액공급관(16)은 밸브기구(V)를 구비하는 상태로 흡입펌프(10)의 흡입관(10a)에 연결 설치되어 있고, 흡입펌프(10)의 배출관(10b)에 설치된 밸브기구(V)의 전방측에는 역류방지용 체크밸브(CV)가 적용되어 있다.

상기와 같이 흡입펌프(10)에 의한 중공사막모듈(5)로의 세정액(15a) 공급이 가능하도록 본 발명의 시스템을 구축할 경우, 수위조절관(14)과 세정액공급관(16)에 설치되는 밸브기구(V)의 개폐작동과, 흡입펌프(10)의 가동에 따른 중공사막모듈(5)로의 세정액 공급과, 블로워(9)에 의한 중공사막모듈(5)로의 에어공급이 요구하는 시점, 즉 중공사막모듈(5)의 세척작업이 시작되는 시점에 맞추어 자동적으로 수행되도록 하는 것이 시스템의 효율적인 운용 측면에서 보다 더 바람직하다.

이를 위하여, 도 2에서와 같이 수위조절관(14)과 세정액공급관(16)에 설치되는 밸브기구(V)를 전자밸브(SV)로 하고, 해당 수위조절관(14)에 여액의 배출여부를 감지하는 유량계(14a)를 추가로 설치하거나, 막분리조(4)의 내부에 수위레벨센서(14b)를 설치한 다음, 상기 유량계(14a) 또는 수위레벨센서(14b)가 제어케이블(17)에 의하여 미도시된 컨트롤러와 접속되도록 하는 한편, 해당 컨트롤러가 제어케이블(17)에 의하여 각각의 전자밸브(SV) 및 흡입펌프(10)와 접속되도록 하는 것이다.

물론, 상기 수위조절관(14)에 설치되는 밸브기구(V)만을 전자밸브(SV)로 하고, 해당 전자밸브(SV)가 수위조절관(14)의 유량계(14a) 또는 막분리조(4)의 수위레벨센서(14b)에 의하여 제어되도록 함으로서, 막분리조(4)에 저장된 여액의 수위조절 작업만을 자동화시키는 것도 가능하지만, 제어시스템을 추가로 구축하는 조건이라면 중공사막모듈(5)의 세척작업에 필요한 모든 과정을 자동화시키는 측면이 보다 더 경제적이다.

상기와 같이 중공사막모듈(5)의 세척작업에 필요한 모든 과정을 자동화시키기 위해서는 블로워(9)에 의한 중공사막모듈(5)로의 에어공급 역시 컨트롤러로 제어되어야 하는 바, 도면상 집수조(2) 단독으로 사용되는 블로워(9)와 폭기조(3) 및 중공사막모듈(5) 공용으로 사용되는 블로워(9)를 포함하여 총 2개의 블로워(9)가 설치되었으므로, 상기 공용 블로워(9)를 중공사막모듈(5)과 연결하는 에어주입라인(9a)의 밸브기구(V)를 전자밸브(SV)로 하고, 해당 전자밸브(SV)와 공용 블로워(9)를 컨트롤러용 제어케이블(17)과 접속시킨 것이며, 별도의 블로워(9)를 중공사막모듈(5) 전용으로 설치한 경우는 해당 블로워(9) 자체를 제어토록 하면 된다.

상기와 같은 제어시스템을 구축하게 되면, 중공사막모듈(5)의 세척작업을 위하여 막분리조(4)의 수위가 요구하는 수위에 도달하는 즉시, 수위조절관(14)의 유량계(14a) 또는 막분리조(4) 내부의 수위레벨센서(14b)가 이를 감지하여 수위조절관(14)의 전자밸브(SV)를 폐쇄시키고 세정액공급관(16)의 전자밸브(SV)를 개방시키는 동시에, 흡입펌프(10)의 역방향 가동에 의한 중공사막모듈(5)로의 세정액(15a) 공급과 블로워(9)에 의한 중공사막모듈(5)로의 에어공급을 수행토록 함으로서, 중공사막모듈(5)의 세척작업을 자동적으로 수행할 수 있는 것이다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 사용되는 중공사막모듈(5)을 나타낸 것으로서, 사각형 파이프 프레임을 이용하여 육면체 골조 형태로 조립된 프레임케이스(18)의 상측부와 하측부에 일정한 간격을 두고 원통파이프 형태의 홀딩튜브(Holding tube)(21)가 가로지게 연결 설치되어 있으며, 상부측 홀딩튜브(21)와 하부측 홀딩튜브(21)의 사이에는 각각의 홀딩튜브(21)마다 제공된 연결부(21a)를 따라 촘촘한 간격을 두고 중공사(20a)가 연결 설치됨으로서 중공사막(20)을 이루게 된다.

상기 연결부(21a)는 각각의 중공사(20a)를 홀딩튜브(21)와 견고하게 연결시키는 한편, 각각의 중공사(20a)를 홀딩튜브(21)의 내부공간과 연통시키는 기능을 수행하며, 각각의 홀딩튜브(21) 양측에는 프레임케이스(18)를 이루는 사각형 파이프의 내부공간을 홀딩튜브(21)의 내부공간과 연통시키기 위한 접속관부(21b)가 설치되어 있고, 흡입펌프(10)의 흡입관(10a)으로부터 연장되는 연결호스(11)는 도입관(19)을 거쳐 각각의 홀딩튜브(21)와 동시에 연결 설치된다.

상기와 같이 흡입펌프(10)용 도입관(19)을 각각의 홀딩튜브(21)와 동시에 연결시키는 방식은 다양하게 적용될 수 있으나, 대표적인 예를 들자면 도 4에서 각각의 홀딩튜브(21)를 수평 방향으로 연결하는 상부측 파이프 프레임과 하부측 파이프 프레임의 중앙부에 미도시된 수직 방향의 파이프 프레임을 연결시킨 다음, 이 수직 방향의 파이프 프레임 중앙부에 도입관(19)을 연결시키는 것이며, 상기 프레임케이스(18)의 상단측에는 중공사막모듈(5)의 운반을 위한 운반고리(18b)가 설치되어 있다.

이와 더불어, 상기 프레임케이스(18)의 바닥측에는 한 쌍의 분사파이프(22)가 클램프(22a)에 의하여 고정 설치되고, 상기 분사파이프(22)를 따라서는 일정한 간격을 두고 분사공(22b)이 형성되며, 각각의 분사파이프(22)는 연결관(23)에 의하여 에어공급관(19a)과 연결 설치되고, 상기 에어공급관(19a)이 블로워(9)로부터 연장되는 에어주입라인(9a)과 연결 설치됨으로서, 블로워(9)로부터 공급된 에어를 기포 형태로 부상시켜 중공사막(20)의 세척(스크러빙) 작업을 수행할 수 있게 된다.

도 3 및 도 4에 도시된 중공사막모듈(5)은 본 발명에 적용될 수 있는 하나의 대표적인 일례에 불과한 것으로서, 본 발명에 사용되는 중공사막모듈(5)이 도 3 및 도 4에 도시된 형태로 한정되는 것을 의미하지는 아니하며, 최근에 들어 슬러지와 처리수의 고액분리를 수행할 수 있는 다양한 종류의 중공사막모듈이 제작 및 시판되고 있는 바, 이중에서 본 발명의 시스템에 필요한 제품을 얼마든지 선택하여 적용시킬 수 있음을 밝혀두는 바이다.

1 : 하폐수 고도처리 시스템 2 : 집수조
2a : 유입관 3 : 폭기조 3a : 오버플로우통로
3b,4b : 드레인배관 4 : 막분리조 4a : 칸막이벽
5 : 중공사막모듈 6 : 처리수조 6a : 방류관
7 : 슬러지저류조 7a : 슬러지배출관 7b : 리턴배관
8 : 이송펌프 8a : 이송관 9 : 블로워
9a : 에어주입라인 9b : 기포분산기 10 : 흡입펌프
10a : 흡입관 10b : 배출관 10c : 유량측정기
11 : 연결호스 12 : 슬러지이송관 12a : 슬러지수집부
13 : 오버플로우관 14 : 수위조절관 14a : 유량계
14b : 수위레벨센서 15 : 세정액탱크 15a : 세정액
16 : 세정액공급관 17 : 제어케이블 18 : 프레임케이스
18a : 보강프레임 18b : 운반고리 19 : 도입관
19a : 에어공급관 20 : 중공사막 20a : 중공사
21 : 홀딩튜브 21a : 연결부 21b : 접속관부
22 : 분사파이프 22a : 클램프 22b : 분사공
23 : 연결관 V : 밸브기구 CV : 체크밸브
SV : 전자밸브

Claims

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하,폐수가 유입되는 집수조(2)와, 상기 집수조(2)의 내부에 설치된 이송펌프(8)를 거쳐 슬러지 성분이 포함된 상태의 오수가 공급되는 폭기조(3)와, 상기 폭기조(3)에서 처리된 1차 처리수가 유입되는 막분리조(4)와, 상기 막분리조(4)의 내부에 침지식으로 삽입 설치되는 중공사막모듈(5)과, 상기 중공사막모듈(5)로부터 흡입펌프(10)를 거쳐 최종 처리수가 유입되는 처리수조(6)와, 상기 막분리조(4)에서 배출되는 슬러지 성분의 저장 및 수거를 위한 슬러지저류조(7)를 포함하여서 이루어지며, 상기 폭기조(3) 또는 집수조(2)와 폭기조(3)의 내부에는 기포분산기(9b)가 설치되고, 상기 기포분산기(9b)와 중공사막모듈(5)은 에어주입라인(9a)에 의하여 블로워(9)와 연결 설치되며, 상기 막분리조(4)의 상측부에는 집수조(2)까지 연장되는 오버플로우관(13)이 연결 설치되고, 상기 폭기조(3)와 막분리조(4)의 바닥부에는 밸브기구(V)를 구비하는 상태로 집수조(2)까지 연장되는 드레인배관(3b) (4b)이 연결 설치되며, 상기 슬러지저류조(7)의 상측부에는 집수조(2)까지 연장되는 리턴배관(7b)이 연결 설치된 하폐수 고도처리 시스템(1)에 있어서,
상기 슬러지저류조(7)는 막분리조(4)보다 낮은 위치에 배치되는 한편, 상기 막분리조(4)의 바닥부에는 침강된 슬러지 성분을 수압과 자중에 의하여 슬러지저류조(7)로 이송시키는 슬러지이송관(12)이 연결 설치되고, 상기 슬러지이송관(12)에는 밸브기구(V)가 설치되며,
상기 막분리조(4)에는 중공사막모듈(5)의 높이에 해당하는 위치에 맞추어 밸브기구(V)를 구비하는 수위조절관(14)이 연결 설치되고, 상기 수위조절관(14)은 오버플로우관(13)과 연결 설치되거나 또는 수위조절관(14) 자체가 집수조(2)까지 연장 설치되며,
상기 흡입펌프(10)는 양방향 구동이 가능한 흡입 및 세정펌프가 되고, 상기 흡입펌프(10)의 흡입관(10a)이 밸브기구(V)를 구비하는 상태로 중공사막모듈(5)과 연결 설치되는 한편, 흡입펌프(10)의 배출관(10b)이 밸브기구(V)를 구비하는 상태로 처리수조(6)까지 연장 설치되며,
상기 흡입관(10a) 또는 배출관(10b)에는 밸브기구(V)의 이전 위치에서 세정액탱크(15)의 세정액공급관(16)이 연결 설치되고, 상기 세정액공급관(16)에는 밸브기구(V)가 설치되는 것을 특징으로 하는 막분리조를 이용한 에너지 절감형 하폐수 고도처리 시스템.
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제 3항에 있어서, 상기 수위조절관(14)과 세정액공급관(16)에 설치되는 밸브기구(V)는 전자밸브(SV)가 되고, 상기 각 전자밸브(SV)의 개폐작동과 흡입펌프(10)의 가동과 블로워(9)에 의한 중공사막모듈(5)로의 에어공급은 수위조절관(14)에 설치되는 유량계(14a) 또는 막분리조(4)의 내부에 설치되는 수위레벨센서(14b)에 의하여 제어되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 막분리조를 이용한 에너지 절감형 하폐수 고도처리 시스템.
제 3항 또는 제 5항에 있어서, 상기 막분리조(4)의 바닥측에는 깔때기 형상의 슬러지수집부(12a)가 형성되고, 상기 슬러지이송관(12)은 슬러지수집부(12a)의 하단 꼭지점 부분과 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 막분리조를 이용한 에너지 절감형 하폐수 고도처리 시스템.