KR20060084540A

KR20060084540A - 생물막 여과와 막분리를 이용한 고도정수처리 장치

Info

Publication number: KR20060084540A
Application number: KR1020050005227A
Authority: KR
Inventors: 강용태
Original assignee: 강용태
Priority date: 2005-01-20
Filing date: 2005-01-20
Publication date: 2006-07-25
Also published as: KR101023437B1

Abstract

본 발명은 기존 응집-침전-급속모래여과지를 이용한 정수처리시스템이 갖고 있는 약품사용과 침전슬러지의 처리에 따른 비용 문제, 약품주입에 따른 부산물생성 문제, 응집·침전지 사용에 의한 소요부지면적의 문제, 공정의 세균, 바이러스의 유출에 의한 감염 문제, 염소소독에 의한 THMs과 같은 소독부산물의 생성 문제, 소독부산물의 전구물질인 천연유기물질(NOM)의 제거효율 문제점을 개선하기 위하여 생물막 여과 공정과 막분리 공정을 도입한 중대형 규모의 막분리 고도정수처리 장치에 관한 것이다.

본 발명은 생물막여과 공정과 막여과 공정을 이용하여 미량유해물질제거와 이에 따른 소독부산물의 제거, 병원성 미생물의 제거를 가능하게 한다. 또한, 막여과 공정 단독으로 해결하기 힘든 DOC, 암모니아성 질소, 색도, 맛·냄새물질을 생물막여과 공정으로 제거하여 막의 오염부하량을 감소시켜 막수명 연장을 통한 경제적인 정수시스템의 구성과 염소(Cl₂)의 사용으로 인한 소독부산물의 생성 억제 그리고 맛있고 안전한 음용수 생산이라는 환경기술적인 문제 해결을 위한 고도정수처리시스템의 개발을 기대할 수 있게 한 것이다.

생물막여과(Biofilter), 막여과, 고도정수처리시스템

Description

생물막 여과와 막분리를 이용한 고도정수처리 장치{Advanced water treatment process using biofilter and membrane}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 생물막 여과 및 막분리를 이용한 고도정수처리 장치의 시스템 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1; 원수조 2;혼화조 3;응집조 4;침전조 5;생물막여과조 6;막여과조 7;소독조

8;응집약품저장조 9;역세정조 10;송풍기 11,12,13;교반기 14;Bypass관 15;소독약품저장조

본 발명은 상수원수 전처리 및 고도정수처리를 위한 생물막 여과와 막분리 여과장치에 관한 것으로 상수원수(표류수 또는 지하수)의 수질을 생물막 여과공정으로 1,2급수로 개선하여 막의 오염부하량을 감소시켜 막수명 연장을 가능하게 하고, 막분리 여과를 통하여 고도의 정수처리를 함으로써 경제적이며 맛있고 안전한 음용수 생산이라는 환경기술적인 문제점을 해결하려는데 있다.

자연유기물질 NOM은 정수처리공정에서 발생하는 소독부산물(DBP_{S ;}THM_S, HAA_S등)의 전구물질이며, 고도정수처리공정으로 새로이 부각되고 있는 막여과 공정에 있어서는 막오염(fouling)을 유발시키는 주요오염원이기도 하다. D/DBP Rule (EPA, US)의 Phase Ⅱ (2001년부터 시행)에 따르면 THM_S의 경우 현재의 80㎍/L에서 40㎍/L로, HAA_S(HAA5)의 경우 60㎍/L에서 30㎍/L로 더욱 강화 될 전망이다. 또한 기존의 응집·침전+급속모래여과지를 이용한 정수처리시스템은 약품사용과 침전슬러지의 처리에 따른 비용 문제, 약품주입에 따른 부산물생성 문제, 응집·침전지 사용에 의한 소요부지면적의 문제, 공정의 세균, 바이러스의 유출에 의한 감염 문제, 염소소독에 의한 THMs과 같은 소독부산물의 생성 문제, 소독부산물의 전구물질인 NOM의 제거효율 문제 등으로 안전하고 경제적인 정수장 운영이 어려운 실정이다.

막여과 공정의 전처리 공정으로 응집, 응집-침전, 모래여과 등 여러 형태로 막여과 공정의 전처리에 대한 연구가 활발히 진행 중에 있지만 외국의 사례와 비교해 볼 때 생물막여과를 이용한 막여과의 전처리 공정에 대한 국내의 연구 사례는 아직까지 발표되고 있지 않은 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 생물막 여과와 막분리를 이용한 고도정수처리 장치를 발명한 것으로,

첫째, 생물막 여과를 통해 막여과 단독 공정만으로 제거하기 힘든 암모니아성 질소, 색도, 용존성 유기물, 맛·냄새물질을 제거하여 처리효율을 향상키며, 막의 오염부하량을 줄임으로써 막 fouling 현상을 감소시켜 막의 수명연장을 제공하고자 한다.

둘째, 막분리 여과를 통하여 기존의 급속모래여과법에 의한 정수처리에서 얻기 힘들었던 수질인 탁도 0.1NTU이하, 크기 2㎛ 입자수 20개 이하, 맛·냄새 물질(2-MIB, Geosmin)의 원인인 조류의 제거가 가능하여 초고도의 음용수 수질을 제공하고자 한다.

셋째, 생물막 여과와 막분리 여과를 이용한 고도정수처리 장치를 통하여 기존 급속모래여과법에 의한 정수시스템을 간략화 하고, 설치면적 축소, 슬러지발생량 감소, 동력비 감소를 통하여 경제적인 정수기술을 제공하고자 한다.

본 발명은 상수원수조(1)에서 유입원수의 탁도 농도에 따라 저탁도(20NTU이하)의 경우 생물막 여과조(5)-막여과조(6)-소독조(7), 중탁도(20-50NTU, 50-100NTU)의 경우 혼화조(2)-생물막 여과조(5)-막여과조(6)-소독조(7), 혼화조(2)-응집조(3)-생물막 여과조(5)-막여과조(6)-소독조(7), 고탁도(100NTU이상)의 경우 혼화조(2)-응집조(3)-침전조(4)-생물막 여과조(5)-막여과조(6)-소독조(7)로 구성되며, 유입 탁도 변화에 따른 각 공정의 운전 흐름은 bypass관(14)를 통하여 제어된다.

하기 표"1"은 생물막 여과와 막여과의 운전조건 표이다.

[표 1]

		생물막 여과			막여과
여재		·제오카본 ·생물활성탄 공정의 파과된 입상활성탄 ·섬유 Ball	분리막		MF 또는 UF
입경		1-5mm	입경		0.001-1㎛
여과속도		100-300m/day	투과량(Flux)		150-300L/h/m2
여층깊이		100-300cm	투과압(TMP)		10-50 kPa
역세	역세주기	1-7일	역세	역세주기	15-60min
	세정방법	공기+물		세정방법	공기+물

상수원수 전처리 공정인 생물막 여과조(5)에 유입하는 원수는 생물막 여과재료(제오카본, 생물활성탄공정의 파과된 입상활성탄, 섬유 Ball) 표면에 부착된 미생물의 산화, 분해, 억류의 작용으로 오염물질이 제거되고, 탁도 95%이상, 색도 80%이상, 암모니아성 질소 90%이상, DOC 50%이상, 이·취미 85% 이상, 조류 90%이상, KMnO₄ 소비량 50%이상의 제거효율을 나타낸다.

원수의 탁도가 20-50NTU로 생물막 여과조(5)에 유입되면 약품저장조(8)를 통하여 혼화조(2)에 응집약품이 공급되고 교반기(11)를 이용하여 형성된 응집 플록은 bypass관(14)을 통하여 생물막 여과조(5)로 유입되어 막여과조(6)와 소독조(7)를 거쳐 최종 처리된다.

원수의 탁도가 50-100NTU로 생물막 여과조(5)에 유입되면 약품저장조(8)를 통하여 응집약품이 혼화조(2)에 유입되고, 유입수는 교반기(11)를 이용하여 미세플록이 형성되어, 측변의 교반기(12)를 이용하여 조대 플록을 형성시키는 응집조(3)를 거쳐 bypass관(14)을 통하여 생물막 여과조(5)로 유입되고 막여과조(6)와 소독조(7)를 거쳐 최종 처리된다.

원수의 탁도가 100NTU 이상으로 유입되면 약품저장조(8)를 통하여 응집약품이 혼화조(2)에 유입되고, 유입수는 교반기(11)를 이용하여 미세플록이 형성되어 측변의 교반기(12)를 이용하여 조대 플록을 형성시키는 응집조(3)로 유입되고 형성된 조대플록은 측변의 침전조(4)로 유입되어 침강한 후 침전 상등액이 생물막 여과조(5)로 유입되고 막여과조(6)와 소독조(7)를 거쳐 최종 처리된다.

하기 표 "2"는 본 발명의 생물막 여과와 막분리를 이용한 고도정수처리 장치의 처리 특성표이다.

[표 2]

	Unit	원수	생물막여과	막여과	음용수 기준
탁도	NTU	5-400	≤ 1	≤ 0.1	≤ 0.5
색도	도	8-200	≤ 5	≤ 1	≤ 5
암모니아성 질소	mg/L	0.5-1.2	≤ 0.1	≤ 0.1	≤ 0.5
DOC	mg/L	1.5-4.5	≤ 1	≤ 0.5	-
Chl-a	㎍/L	20-140	≤ 5	불검출	-
KMnO4 소비량	mg/L	8-25	≤ 3	≤ 2	≤ 10
THMFP	㎍/L	40-110	≤ 10	≤ 1	-
Mn	mg/L	0.2-1.2	≤ 0.1	≤ 0.05	≤ 0.3
대장균수	/100mL	10,000-20,000	≤ 2 log	불검출	불검출

위와 같이 생물막 여과와 막분리를 이용한 고도정수처리 장치는 탁도 0.03-0.05NTU, 색도 1도 이하, 암모니아성 질소 0.02-0.05, DOC 0.2-0.5mg/L, Chl-a 불검출, KMnO₄ 소비량 0.5-1.3mg/L, THMFP 0.5-1㎍/L, Mn 0.01-0.03mg/L, 대장균 불검출로써 초고도의 음용수 수질을 확보할 수 있었다.

이와같이 된 본 발명은 기존의 급속모래여과법에 의한 정수처리시스템을 생물막 여과와 막여과 공정으로 간략화시켜 정수장 설치 부지 면적이 최소화 될 수 있고, 생물막 여과를 통해 원수수질을 1,2급수 수준으로 개선시킴으로써 기존 정수처리시스템에서 제거가 어려웠던 암모니아성 질소, DOC와 같은 미량 용존물질, 맛·냄새 물질, 중금속의 오염물질이 제거되어 후속되는 막여과 공정의 fouling 원인물질이 저감되므로 막여과로 인한 초고도의 음용수 수질 확보뿐만 아니라 막 사용수명을 연장시키는 경제적인 장점이 있어 물환경개선에 크게 기여할 수 있다.

Claims

유입수(표류수 또는 지하수)를 유입시켜 유입수를 처리하기 위한 생물막 여과와 막분리를 이용한 고도정수처리 장치로서,

원수조(1)의 상수원수가 유입되어, 유입수 내의 탁도, 색도, 암모니아성 질소, 미량 오염물질(DOC), KMnO₄ 소비량, THMFP, Chl-a, 중금속, 대장균인 오염물질을 제거하도록 하는 생물막 여과조(5),

상기 생물막 여과조(5)에서 여과된 여과수가 유입되어, 유입수 중에 잔류탁도, 입자개체수, 세균, THMFP, 중금속인 오염물질을 제거하도록 하는 막 여과조(6),

상기 막 여과조(6)에서 유입된 잔류 세균을 소독·살균할 수 있도록 교반기(13)를 이용하여 교반작용 시키는 소독조(7)를 포함하고,

상기 생물막 여과조(5)는 수중 오염물질을 고효율로 제거시킬 수 있는 여과재료(제오카본, 생물활성탄 여과조의 파과된 입상활성탄, 섬유 Ball, 세라믹)를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물막 여과와 막분리를 이용한 고도정수처리 장치.
제 1항에 있어서,

유입수(표류수 또는 지하수)의 유입탁도 농도 20-50NTU를 생물막 여과조(5)에서 제거할 수 있도록 유입수에 응집약품을 유입시키는 약품저장조(8)와 유입된 원수와 응집약품을 교반기(11)를 이용하여 혼합시켜 미세플록을 형성시키는 혼화조(2), 미세플록이 형성된 유입수를 생물막 여과조(5)로 이송시키는 Bypass관(14)을 포함하는 생물막 여과와 막분리를 이용한 고도정수처리 장치.
제 1항에 있어서,

유입수(표류수 또는 지하수)의 유입탁도 농도 50-100NTU를 생물막 여과조(5)에서 제거할 수 있도록 유입수에 응집약품을 유입시키는 약품저장조(8)와 유입된 원수와 응집약품을 교반기(11)를 이용하여 혼합시켜 미세플록을 형성시키는 혼화조(2), 미세플록이 형성된 유입수를 교반기(12)를 이용하여 조대플록으로 형성시키는 응집조(3), 혼화된 플록을 생물막 여과조(5)로 이송시키는 Bypass관(14)을 포함하는 생물막 여과와 막분리를 이용한 고도정수처리 장치.
제 1항에 있어서,

유입수(표류수 또는 지하수)의 유입탁도 농도 100NTU 이상을 생물막 여과조(5)에서 제거할 수 있도록 유입수에 응집약품을 유입시키는 약품저장조(8)와 유입된 원수와 응집약품을 교반기(11)를 이용하여 혼합시켜 미세플록을 형성시키는 혼화조(2), 미세플록이 형성된 유입수를 교반기(12)를 이용하여 조대플록으로 형성시키는 응집조(3), 혼화된 플록을 침강시켜 그 상등액을 생물막 여과조(5)에서 제거하게 하는 침전조(4)를 포함하는 생물막 여과와 막분리를 이용한 고도정수처리 장치.