KR20090037236A - 재이용수 생산 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 개선된 농축수 처리 수단을 채용하는 재이용수 생산 시스템 및 농축수 처리 유닛을 제공한다. 본 발명의 재이용수 생산 시스템은, 유입 하수의 질소성분 및 유기물을 제거하여 1차 처리수를 생산하는, MBR(membrane bio-reator)을 채용한 전처리 유닛; 상기 1차 처리수를 재이용수와 농축수로 분리하는, 나노막 또는 역삼투막을 채용한 재이용수 생산 유닛; 및 상기 농축수의 인성분을 제거하는 농축수 처리 유닛;을 포함한다. 본 발명의 농축수 처리 유닛은, 농축수에 인-함유 물질용 응집제를 투입하여, 농축수 중의 인-함유 물질을 응집시키므로써, 농축수 중에 인-함유 물질 응집체를 형성시키는 응집조; 및 상기 응집조로부터 유입된 농축수 중의 인-함유 물질 응집체를 여과하는 필터가 설치된 여과조;를 포함한다.

재이용수, 농축수

Description

재이용수 생산 시스템 {System for producing reusable water from waste water}

본 발명은 "수처리 시스템 (water treatment system)"에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 "재이용수 생산 시스템 (System for producing reusable water from waste water)"에 관한 것이다.

잘 알려져 있는 바와 같이, 재이용수(reusable water from waste water)는 하수를 처리하여 얻은 생활용수 또는 산업용수를 의미하며, 재이용수 생산 시스템은 하수로부터 생활용수 또는 산업용수를 얻기 위한 하수처리 시스템을 의미한다.

과거에는, 하수처리장에서 배출되는 하수처리수를 하천에 방류하는 것이 일반적이었다. 그러나, 수자원 개발에 대한 부하를 경감시켜야 될 필요성이 대두됨에 따라, 하수처리수 재이용의 중요성이 점점 증가되고 있다. 그에 따라, 하수처리수의 재이용이 의무화되고 있으며, 재이용수에 대한 수질권고기준이 마련되고 있다.

재이용수 생산 시스템은, 재이용수가 그 사용목적에 적합한 수질을 가질 수 있도록, 하수처리수에 함유되어 있는 오염물질을 적절하게 제거할 수 있는 다양한 수처리 공정에 기초하여 구성될 수 있다. 예를 들면, 고액분리 공정 및 소독 공정 으로 이루어진 저급 수질의 재이용수 생산에 적합한 간단한 시스템에서부터, 물리, 화학, 생물학적 처리공정이 결합된 고급 수질의 재이용수 생산에 적합한 복잡한 시스템까지, 다양한 재이용수 생산 시스템이 제안되고 있다. 특히, 냉각용수 또는 보일러용수와 같은 고순도의 용수를 얻기 위한 재이용수 생산 시스템의 경우, 나노막 또는 역삼투막을 이용한 여과공정에 기반을 두는 사례가 증가하고 있다.

주목할 점은, 예를 들어 나노막 또는 역삼투막과 같은 분리막을 이용한 여과공정에 기초한 재이용수 생산 시스템의 경우, 농축수의 처리가 새로운 문제점으로 대두되고 있다는 것이다.

농축수는 재이용수에 포함되지 못한 물로서, 용질 및 현탁물질과 같은 오염물질이 농축되어 있는 물이다. 재이용수 생산 시스템에 공급된 하수처리수는 재이용수와 농축수로 분리된다. 재이용수는 분리막을 투과한 물이고, 농축수는 분리막을 투과하지 못한 물이다. 따라서, 농축수에는 분리막을 투과하지 못한 오염물질이 농축되어 있다. 또한, 재이용수 회수율을 증가시킬 수록, 농축수의 수질은 더욱 악화된다.

이러한 농축수는, 예를 들어, 먼 바다에 방류하는 것과 같은, 고비용의 폐기물 처리 절차에 의하여 폐기되어야 한다. 농축수의 발생량은 유입 하수처리수 수량 대비 약 50% 정도에 육박하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 농축수의 폐기 비용은 심각한 경제적 부담이 될 수 있으며, 그에 따라, 재이용수 생산 시스템의 경제적 효율성을 심각하게 저하시킬 수 있다.

고비용의 폐기물 처리 절차에 의하지 않고 농축수를 폐기하기 위해서는, 농 축수에 농축되어 있는 오염물질을 제거하는 별도의 공정을 부가하므로써, 농축수의 수질을 하천에 방류가능한 수질로 향상시키는 것이 바람직하다.

이러한 농축수 처리를 위한 부가 공정의 예가 대한민국 등록특허공보 제 10-0550976 호에 개시되어 있다. 상기 특허문헌에서는, 농축수 중의 오염물질을 제거하기 위하여 활성탄 흡착 설비를 사용하고 있다. 그러나, 활성탄 흡착 설비를 통과한 농축수 중에는 여전히 고농도의 염이 함유되어 있어, 결국, 처리된 농축수는 바다에 방류되는 것이 바람직한 것으로 알려져 있다.

따라서, 농축수의 수질을, 예를 들어, 하천에 방류가능한 정도로 까지 향상시킬 수 있는 개선된 농축수 처리 수단이 절실히 요구되고 있다.

본 발명에서는 개선된 농축수 처리 수단을 채용하는 재이용수 생산 시스템 및 농축수 처리 유닛을 제공하고자 한다.

본 발명의 재이용수 생산 시스템은,

유입 하수의 질소성분 및 유기물을 제거하여 1차 처리수를 생산하는, MBR(membrane bio-reator)을 채용한 전처리 유닛;

상기 1차 처리수를 재이용수와 농축수로 분리하는, 나노막 또는 역삼투막을 채용한 재이용수 생산 유닛; 및

상기 농축수의 인성분을 제거하는 농축수 처리 유닛;

을 포함한다.

본 발명의 농축수 처리 유닛은,

농축수에 인-함유 물질용 응집제를 투입하여, 농축수 중의 인-함유 물질을 응집시키므로써, 농축수 중에 인-함유 물질 응집체를 형성시키는 응집조; 및

상기 응집조로부터 유입된 농축수 중의 인-함유 물질 응집체를 여과하는 필터가 설치된 여과조;를 포함한다.

본 발명에서는, 일반 하, 폐수를 생물학적 처리 공정(MBR)과 나노/역삼투막을 이용한 막분리를 조합한 방법으로 재이용수를 생산하고 처리, 처분의 부담이 크 고 곤란했던 농축수를 방류수 처리기준에 만족할 수준으로 방류 가능하게 하는 기술을 접목시켜 친환경적이고 경제적인 통합형 재이용수 생산시스템을 제공하였다.

이에 각종 하, 폐수를 냉각수, 보일러용수, 염색용수 등과 같은 공업용수 이상의 품질을 갖는 재이용수로 생산 가능하게 되어 각종 공업단지에 매우 안정적이고 고품질의 대체 수자원을 보급할 수 있게 되었다.

또한 지금까지 나노/역삼투막의 적용, 특히 하, 폐수를 대상으로 한 재이용수 생산에 있어 중, 대 규모의 시설 마련이 어려웠던 것 가운데 하나인 농축수의 처리, 처분 문제를 기존의 위탁처리(해양투기, 증발 건조 및 기타)의 개념이 아닌 현장에서 적정한 처리를 통한 방류로 해결할 수 있게 되었다.

이하에서는, 본 발명의 재이용수 생산 시스템을 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 재이용수 생산 시스템은 전처리 유닛, 재이용수 생산 유닛 및 농축수 처리 유닛을 포함한다.

전처리 유닛은, 유입 하수 중의 질소성분 및 기타 유기물을 제거하여, 재이용수 생산 유닛에 공급되는 1차 처리수를 생산한다. 전처리 유닛은 MBR(membrane bio-reator) 공정을 채용하고 있다. 이러한 전처리 유닛에서는, 생물분해 및 여과 공정을 통하여, 유입 하수 중의 질소성분 및 유기물을, 예를 들면 약 90 중량% 까지, 제거할 수 있다. 특히, 유입 하수 중의 질소-함유물은, 예를 들면, MBR 공정에서의 미생물에 의한 질산화 반응 및/또는 탈질 반응에 의하여 효과적으로 제거될 수 있다. 추후, 재이용수 생산 유닛에서 발생되는 농축수 및 재이용수는, 이러한 1차 처리수로부터 유래하므로, 매우 낮은 질소 함량을 가질 수 있게 된다.

전처리 유닛의 MBR 공정에서는, 질소 성분의 제거 뿐만아니라, 인 성분의 제거도 가능하다. 그러나, 질소 성분과 인 성분의 동시제거를 의도하게 되면, 공정조건에 따라서, 질소 성분 및 인 성분 각각에 대한 제거 효율의 극대화가 용이하지 않을 수도 있다. 특히, 질소 및 인의 제거와 관련된 생물학적 공정의 특성과, MBR 공정에서의 슬러지 폐기량이 적다는 특성으로 인하여, MBR 공정의 인 제거 능력이 다소 떨어지는 경향이 있다고 알려져 있다. 또한, 본 발명의 재이용수 생산 시스템에서는, 농축수 처리 유닛에서 인-함유물을 전격적으로 제거할 수 있다. 따라서, 전처리 유닛의 MBR 공정은, 질소 성분과 인 성분의 동시제거 보다는, 질소 성분의 제거에 적합하도록 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 전처리 유닛의 MBR 공정을 통하여, 유입 하수 중의 질소성분을 약 90 중량% 이상 제거하는 것이 더욱 바람직하다. 물론, 질소 성분과 인 성분의 동시제거가 용이한 경우에는, 양자 모두의 효과적 동시 제거 가능성을 반드시 배제할 필요는 없다. 만약, MBR 공정에서의 인 제거 부하를 증가시켜야 될 필요가 있는 경우에는, 예를 들면, 혐기조와 같은 생물학적 인-제거 공정을 MBR 공정에 더 부가시킬 수도 있다.

질소 제거에 적합한 MBR 공정으로서는, 예를 들면, 무산소조; 호기조; 및 호기조에 침지된 분리막;을 포함하는 MBR이 사용될 수 있다. 유입 하수는, 먼저 무산소조로 공급된 다음, 호기조로 이송된다. 호기조에는, 용존산소에 의한 산화환경이 구축되어 있다. 따라서, 호기조에서는, 질산화 미생물(예를 들어, nitrosomonas, nitrobactor 등)에 의한 질소-함유물의 질산화 반응이 진행된다. 호기조의 하수를 다시 무산소조로 반송시키면, 무산소조에서는, 탈질 미생물 (예를 들어, bacillus, pseudomonas, micrococcus 등)에 의해, 질산화된 질소-함유물로부터의 탈질 반응이 일어난다. 이러한 과정을 통하여, 유입 하수 중의 질소 성분이 효과적으로 제거될 수 있다. 이러한 MBR 공정의 경우, 호기조에 침지된 분리막을 통하여 인출된 하수가 바로 1차 처리수이다. 따라서, 호기조에 침지된 분리막을 통하여 인출되는 1차 처리수는 매우 낮은 TN(총질소 함량) 값을 갖게 된다. 호기조로부터 무산소조로의 하수 반송량의 비율이 클 수록, 질산화-탈질 반응에 의한 질소 성분의 제거율이 증가하게 되고, 그에 따라, 1차 처리수 중의 총질소 함량은 더욱 낮아지게 된다. 또한, 무산소조에서의 하수체류시간(조 용량에 비례함)을 크게 할수록, 탈질반응의 진행 정도가 증가하므로, 질소 성분의 제거율이 증가하게 된다.

전처리 유닛의 MBR 공정에 공급되는 유입 하수는, 침전지 및/또는 스크린을 통하여 조대 고형물이 배제된 하수인 것이 더욱 바람직하다. 조대 고형물에 의한, MBR 공정 내의 분리막의 폐색 현상이 가속화되는 것을 방지할 수 있기 때문이다.

MBR 공정은, 침전지가 있는 일반하수처리공정(CAS: conventional activated sludge process)에 비해, MLSS(mixed liquor suspended solid: 혼합액부유고형물) 농도를, 예를 들면, 약 5,000 내지 약 15,000 mg/l 까지, 훨씬 더 높게 유지할 수 있기 때문에, 각 반응조의 용적을 줄일 수 있을 뿐만아니라, 전처리 유닛에서 발생되는 슬러지의 인출/폐기량을 크게 저감시킬 수 있다. 따라서, MBR 공정을 채용한 본 발명의 재이용수 생산 시스템은, 매우 높은 재이용수 생산 효율성을 확보할 수 있다.

재이용수 생산 유닛은, 나노막 또는 역삼투막을 이용하여, 전처리 유닛으로부터 공급받은 1차 처리수를 재이용수와 농축수로 분리한다. 나노막 또는 역삼투막을 투과한 1차 처리수는 오염물질이 배제된 재이용수가 되어, 재이용수 생산 시스템으로부터 배출된다. 나노막 또는 역삼투막을 투과하지 못한 1차 처리수는 농축된 오염물질을 갖는 농축수가 되어, 농축수 처리 유닛으로 공급된다.

재이용수 생산 유닛의 나노막 또는 역삼투막은, 예를 들면, 약 90% 이상의, 높은 염배제율을 가질 수 있다. 따라서, 재이용수 생산 유닛에서 생산된 재이용수는, 예를 들면, 공업용수로 사용가능한 수질과 같은, 고급의 수질을 가질 수 있다.

재이용수 생산 유닛에 있어서, 회수율(즉, 1차 처리수의 유입유량 대비 재이용수 생산유량의 비율)은 특별히 제한되지 않으나, 통상적인 예를 들면, 나노막 또는 역삼투막의 안정적인 운전을 고려하여, 약 50 내지 약 75 % 정도로 유지할 수 있다. 다만, 회수율을 너무 과도하게 높이면, 재이용수의 수질 및 농축수의 수질을 모두 악화시킬 수 있다. 특히, 농축수 중의 용질 농도가 급격하게 상승하여, 농축수 처리 유닛의 원활한 운전이 저해될 수도 있다. 따라서, 회수율이 약 80 % 를 초과하는 것은 바람직하지 않을 수 있다. 물론, 이러한 수치는 예일 뿐이며, 특정 시스템에 따라, 그 수치는 변경될 수 있다.

농축수 처리 유닛은, 재이용수 생산 유닛에서 발생된 농축수가, 예를 들면, 하천방류가 가능한 정도의 수질을 가질 수 있도록, 농축수 중에 농축되어 있는 오염물질, 특히, 인-함유물을 제거하는 역할을 한다. 그에 따라, 농축수 처리 유닛으로부터 배출되는 "처리된 농축수"는, 질소 성분이 제거된 1차 처리수로부터 유래하므로, 매우 낮은 인-함량 및 질소-함량을 갖게 된다.

예를 들면, 농축수 처리 유닛은, 농축수에 인-함유 물질용 응집제를 투입하여, 농축수 중의 인-함유 물질을 응집시키므로써, 농축수 중에 인-함유 물질 응집체를 형성시키는 응집조; 및, 상기 응집조로부터 유입된 농축수 중의 인-함유 물질 응집체를 여과하는 필터가 설치된 여과조;를 포함할 수 있다.

이 경우, 응집조로부터 유입된 농축수 중의 인-함유 물질 응집체는, 여과조의 필터를 통과하지 못하게 되고, 필터를 통과한 여과액은 매우 낮은 인 함유량을 갖게 된다. 또한, 기타 오염물질 역시 필터에 걸리게 된다. 그리고, 이미, "처리된 농축수"는, 질소 성분이 제거된 1차 처리수로부터 유래된 것이므로, 매우 낮은 질소-함량을 갖게 된다. 그리하여, 여과액(즉, 처리된 농축수)의 수질은, 예를 들면, 하천에 방류가능한 수질까지, 현저히 향상될 수 있다. 필터에 걸린 인-함유 응집체 및 기타 오염물질은, 예를 들면, 필터의 수명이 다한 후에, 필터와 함께 여과조로부터 제거될 수 있다. 따라서, 농축수 전체를 고비용의 폐기물 폐기 절차에 의하여 폐기하는 것에 비하여 매우 저렴한 비용으로, 농축수의 오염물질을 처리할 수 있게 된다.

본 발명의 재이용수 생산 시스템의 또 다른 구현예는, 상기 1차 처리수 중에 함유되어 있는 막오염 유발성 물질을 제거하기 위하여, 상기 1차 처리수를 추가 전처리한 후 상기 재이용수 생산 유닛에 공급하기 위한 추가 전처리 유닛을 더 포함할 수 있다. 추가 전처리 유닛은, 예를 들면, 자외선 살균 공정; 고도 산화 공정; 분산제 주입 공정; 스케일 억제제 주입 공정; 및, 활성탄 흡착 공정; 중에서 선택되는 적어도 하나의 공정을 포함할 수 있다.

막오염 유발성 물질은, 1차 처리수를 공급받는 재이용수 생산 유닛의 나노막 또는 역삼투막에 "기공 막힘에 의한 여과능 저하 현상"을 유발시킬 수 있는 물질로서, 예를 들면, 미생물 플록 또는 배관 내벽에 형성된 고형물이 탈리된 것과 같은 불용성 고형물; 예를 들면, 미생물 대사과정 또는 유입하수 원수로서 사용되는 생활하수 분해과정에서 미처리된 난분해성 용존 유기물질(예를 들어, 휴믹, 펄빅산, 등)과 같은 용존성 유기물질; 예를 들면, 다가 양이온과 같은 경도유발물질 또는 실리카와 같은 용존성 무기물질; 역삼투막 표면에서 성장하여 미생물막(슬라임)을 형성할 수 있는 미생물; 등일 수 있다. 이러한 막오염 유발성 물질은, 자외선 살균 공정; 고도 산화 공정; 분산제 주입 공정; 스케일 억제제 주입 공정; 활성탄 흡착 공정; 및, 정밀 여과막 공정; 중에서 선택되는 적어도 하나의 공정에 의하여 제거될 수 있다. 추가 전처리 유닛으로 추가 전처리된 1차 처리수가 재이용수 생산 시스템에 공급되면, 나노막 또는 역삼투막의 파울링(fouling) 현상이 현저하게 저감될 수 있다.

이하에서는, 본 발명에서 제공하는 농축수 처리 유닛을 더욱 상세하게 설명 한다. 본 발명의 농축수 처리 유닛은, 농축수에 인-함유 물질용 응집제를 투입하여, 농축수 중의 인-함유 물질을 응집시키므로써, 농축수 중에 인-함유 물질 응집체를 형성시키는 응집조; 및, 상기 응집조로부터 유입된 농축수 중의 인-함유 물질 응집체를 여과하는 필터가 설치된 여과조;를 포함한다.

응집조는, 응집조에 유입되는 농축수에 인-함유 물질용 응집제를 투입하여, 농축수 중의 인-함유 물질을 응집시키므로써, 농축수 중에 인-함유 물질 응집체를 형성시키는 역할을 한다.

농축수에 포함되어 있는 오염물질 중, 농축수가 하천방류가능한 수질을 갖는데 가장 걸림돌이 되는 성분 중의 하나가, 총인(TP) 성분으로 분석되는 인-함유 오염물질이다. 이러한 인-함유 오염물질은, 농축수 중에, 용존 상태, 미세 액적 상태, 또는, 미세 고형입자 상태로 존재한다. 본 발명에서 착안한 바는, 이러한 인-함유 오염물질을 불용성 염으로 응집시켜 조대입자의 형태로 전환시키면, 인-함유 오염물질의 제거가 매우 효율적으로 이루어질 수 있다는 것이다. 이를 위하여, 응집조에서는, 응집조에 유입되는 농축수에 인-함유 물질용 응집제를 투입한다.

인-함유 물질용 응집제로서는, 응결(coagulation) 또는 응집(flocculation) 작용을 통하여, "용존성 인성분을 불용화시키거나", 인-함유 물질을 조대입자의 응집체로 전환시킬 수 있는 무기 및 유기 계열의 화합물이, 단독으로 또는 조합으로, 사용될 수 있다. 인-함유 물질용 응집제로는, 구체적인 예를 들면, 황산 제2철, 염화 제2철, 황산알루미늄(alum), PAC(poly aluminium chloride), 또는 이들의 조합 이 사용될 수 있다.

인-함유 물질용 응집제의 투입은, 예를 들면, 응집조와 유체연결되어 있는 응집제 저장용기로부터, 간헐적으로 또는 연속적으로, 응집제를 응집조 내로 정량 주입하므로써, 이루어질 수 있다. 응집제 주입의 용이성 및 응집제와 농축수의 신속한 혼합을 고려할 때, 응집제를 물과 같은 용매에 용해 또는 분산시켜 얻은 액상의 형태로 주입하는 것이 바람직하다.

인-함유 물질용 응집제의 투입량은, 농축수 중에 함유된 인-함유 물질의 제거를 기준으로 한다. 예를 들면, 인-함유 물질용 응집제의 투입량은, 최종적으로 농축수에 잔류하게 되는 인 함량이 하천방류를 위한 수질기준을 만족시킬 수 있을 정도로, 농축수 중의 인-함유 물질을 응집시킬 수 있는 양일 수 있다. 이러한 투입량은, 응집조에 유입되는 농축수 중의 인-함유 물질의 함량에 따라, 당업자에 의하여 용이하게 결정될 수 있다. 통상적인 예를 들면, 인-함유 물질용 응집제의 투입량은, 응집조에 유입되는 농축수의 총인(TP) 1 mg을 기준으로, 알루미늄 계열의 응집제의 경우 약 0.8 내지 약 1.6 mg Al, 산화철 계열의 응집제의 경우 약 2.0 내지 약 4.0 mg Fe 가 되도록 조절될 수 있다. 그에 따라, 응집-여과된 처리수의 총인(TP) 농도를 약 1.0 mg/L 이하로 낮게 유지할 수 있다.

또한, 응집조에서는, 인-함유 물질용 응집제와 더불어 응집보조제를 더 투입할 수도 있다. 응집보조제는 응집제의 응집효율을 향상시키기 위한 첨가제이다. 응집보조제로서는, 예를 들면, 산, 알카리, 활성규사, 점토, 기타 유, 무기 계열의 각종 응집보조제가 사용될 수 있다. 응집보조제의 투입량 역시 특별히 제한되지 않 으며, 상기 응집조에 유입되는 농축수 수질 및 사용된 응집제에 따라, 당업자에 의하여 적절히 선택될 수 있다.

또한, 응집조에서는, 인-함유 물질용 응집제에 의하여, 인-함유 물질 이외의 기타 오염물질의 응집이 진행될 수도 있다. 이러한 기타 오염물질의 응집체 역시 여과조에서 매우 효율적으로 제거될 수 있다.

응집조는, 회분 반응기 형태 또는 연속 반응기 형태일 수 있다. 재이용수 생산 시스템에서 연속적으로 발생되는 농축수를 연속적으로 처리하기 위해서는, 응집조는 CSTR(continuous stirred tank reactor) 형태인 것이 바람직하다.

응집조에서 처리된 농축수에 있어서는, 인-함유 오염물질이 조대입자 형태의 응집체로서 존재하게 된다. 따라서, 응집조에서 처리된 농축수는, 인-함유 물질 응집체를 함유한 채, 여과조로 유입된다. 이때, 인-함유 물질 응집체는, 통상적인 예를 들면, 약 0.2 내지 약 100 ㎛ 정도의 입자크기를 가질 수 있다.

여과조는, 필터를 사용하여, 응집조로부터 유입된 농축수 중의 인-함유 물질 응집체를 여과하는 역할을 한다. 인-함유 물질 응집체는 필터를 통과하지 못하게 되어, 필터를 통과한 여과액은 매우 낮은 인 함유량을 갖게 된다. 또한, 기타 오염물질의 응집체 역시 필터에 걸리게 된다. 그리하여, 여과액(즉, 여과된 농축수)의 수질은, 예를 들면, 하천에 방류가능한 수질까지, 현저히 향상될 수 있다. 필터에 걸린 인-함유 응집체 및 기타 오염물질은, 예를 들면, 약 90 내지 약 95 % 수준의 회수율로 여과조로부터 매 주기마다 일정량 제거하여 폐기할 수 있다. 그에 따라, 여과조 내 필터에 걸린 인-함유 물질 응집체 및 기타 오염물질 농도가 적정 수준으로 유지될 수 있다. 또한, 농축수 전체를 고비용의 폐기물 폐기 절차에 의하여 폐기하는 것에 비하여 매우 저렴한 비용으로, 농축수의 오염물질을 처리할 수 있게 된다.

필터로서는 인-함유 물질 응집체의 투과를 차단할 수 있는 정도의 기공크기를 갖는 임의의 필터가 사용될 수 있다. 필터의 기공 크기는, 예를 들면, 약 0.1 내지 약 0.4 ㎛ 일 수 있다. 통상적으로, 인-함유 물질 응집체의 입자크기가 약 0.2 내지 약 100 ㎛ 인 것을 고려할 때, 이러한 기공크기를 갖는 필터를 사용하므로써, 인-함유 물질 응집체 및 기타 오염물질 입자의 투과를 실질적으로 차단할 수 있다. 매우 바람직한 예를 들면, 필터로서는 정밀여과막이 사용될 수 있다. 더욱 바람직한 예를 들면, 필터로서는 정밀여과막 등급의 침지형 중공사막 모듈이 사용될 수 있다. 중공사막으로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌계 중공사막, 폴리술폰계 중공사막, 폴리비닐리덴 플루오라이드계 중공사막, 또는, 이들에 친수성 처리를 하여 얻은 중공사막이 사용될 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 또 다른 측면을 설명한다.

유입 하수 중의 인성분을 제거한다는 동일 목적하에서, 인-함유 물질용 응집제를 농축수 처리 유닛에 투입하는 조작 대신에, 1차처리수를 생산하는 전처리 유닛인 MBR 유닛에 인-함유 물질용 응집제를 투입하는 조작을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 농축수 처리 유닛의 운전에 문제가 발생할 경우, 농축수 처리유닛의 가동 을 중지시키고 농축수 처리 유닛에 투입하는 양 만큼의 인-함유 물질용 응집제를 MBR 유닛에 투입하면, 결국, 재이용수 생산 유닛인 나노막 또는 역삼투막 유닛에서 발생되는 농축수의 인농도를 하수 방류수 기준치 이하로 유지할 수 있다.

본 발명의 이러한 측면에 근거하여, 본 발명에서는 또한,

유입 하수의 질소성분 및 유기물을 제거하여 1차 처리수를 생산하는, MBR(membrane bio-reator)을 채용한 전처리 유닛; 및 상기 1차 처리수를 재이용수와 농축수로 분리하는, 나노막 또는 역삼투막을 채용한 재이용수 생산 유닛;을 포함하는 재이용수 생산 시스템의 운전방법에 있어서,

상기 전처리 유닛에 인-함유 물질용 응집제를 투입하는 것을 특징으로 하는 재이용수 생산 시스템 운전방법을 제공한다.

또한, 본 발명에서는,

유입 하수의 질소성분 및 유기물을 제거하여 1차 처리수를 생산하는, MBR(membrane bio-reator)을 채용한 전처리 유닛; 상기 1차 처리수를 재이용수와 농축수로 분리하는, 나노막 또는 역삼투막을 채용한 재이용수 생산 유닛; 및 상기 농축수의 인성분을 제거하는 농축수 처리 유닛;을 포함하는 재이용수 생산 시스템의 운전방법에 있어서,

상기 전처리 유닛에 인-함유 물질용 응집제를 추가적으로 투입하는 것을 특징으로 하는 재이용수 생산 시스템 운전방법을 제공한다.

본 발명의 이러한 측면은, 앞에서 또는 뒤에서 상세히 설명한 본 발명의 재이용수 생산 시스템 관련 내용으로부터 용이하게 실시될 수 있으므로, 더 이상의 자세한 설명은 생략한다.

이하에서는, 도 1을 참조하여 본 발명의 재이용수 생산 시스템 및 농축수 처리 유닛을 더욱 구체적으로 설명한다. 도 1은, 본 발명의 재이용수 생산 시스템의 일 구현예를 도식적으로 나타내는 공정도이다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 도 1의 구현예로 제한되는 것은 아니다.

MBR 유닛(1)은, 무산소조(5), 호기조(6) 및 호기조(6)에 침지된 분리막모듈(8)을 포함하고 있다. 침전지를 거친 하수(또는, 폐수)(W)는, 미세 스크린 등에 의해 체거름으로 조대 고형물이 배제된 후, MBR 유닛(1)의 무산소조(5)로 유입된다. 자연유하에 의해 호기조(6)로 월류된 하수 중의 질소-함유물은, 호기조(6)의 산화환경 하에서의 질산화 반응에 의하여 질산화물로 전환된다. 호기조(6)에서 질산화 반응을 겪은 하수의 일부는, 반송펌프(미도시) 및 반송라인(7)을 통해, 무산소조(5)로 반송된다. 반송된 하수 중의 질산화물은, 무산소조(5)의 무산소 조건과 유입되는 하수(W)의 기질에 의해, 질소 기체로 탈질되어 제거된다. 그리하여, 호기조(6)에 침지된 분리막모듈(8)을 통하여 흡인펌프(P1)에 의해 인출되는 1차 처리수(W1)는 매우 낮은 질소 농도를 갖게 된다.

MBR 유닛(1)을 거친 1차 처리수(W1)는, 1차 처리수 집수조(9)에 집수된다. 1 차 처리수 집수조(9)는, 이후 연계된 재이용수 생산 유닛(3)에 대한 1차 처리수의 공급이 안정적으로 유지될 수 있도록 하는 버퍼의 역할을 할 수 있다. 또한, 1차 처리수 집수조(9)에 레벨센서를 설치하여, 전처리 유닛(1)으로부터의 1차 처리수의 공급이 부족하여 1차 처리수 집수조(9) 수위가 일정수위 이하로 낮아지면, 재이용수 생산 유닛(3)의 흡인여과운전을 중단시키고, 반대로, 1차 처리수의 공급이 과다하여 1차 처리수 집수조(9)가 범람하게 되면, 바이패스(10)를 통하여, 오버플로우되는 1차 처리수를 배출시킬 수도 있다. 바이패스(10)를 통하여 배출된 1차 처리수는, 예를 들면, 전처리 유닛(1)의 호기조(6)로 반송시킬 수 있다.

집수조(9)에 집수된 1차 처리수는, 이송펌프(P2)에 의해, 추가 전처리 유닛(2)으로 공급된다. 도 1에서는, 추가 전처리 공정(2)으로서 UV 살균 공정이 채택되어 있다. UV 살균 공정에 의하여, 나노/역삼투막 표면에 미생물 증식에 의한 슬라임(slime) 형성으로 발생하는 생물막 형성에 의한 막오염(Bio-fouling)을 저감시킬 수 있다. 물론, 앞에서 설명한 바와 같이, 최초 원수인 하수(W)와 나노/역삼투막 유닛(3)의 원수인 1차 처리수(W1)의 수질의 분석결과에 따라, 다양한 공정을 선택하여 조합시킬 수 있다.

추가 전처리 공정인 UV 살균 유닛(11)과 정밀여과막 필터(12)를 거친 1차 처리수(W2)를, 고압의 이송펌프(P3)를 사용하여, 회수율 이상의 재이용수가 분리막을 투과해 생산될 수 있는 정도까지 가압하여, 나노/역삼투막 유닛(13)으로 공급한다.

나노/역삼투막 유닛(14)으로부터는, 재이용수(W3)와 농축수(W4)가 배출된다. 재이용수 생산량 및 재이용수 회수율은 분리막의 플럭스와 관련된 것으로서, 분리 막 입구, 재이용수 배출라인 및 농축수 배출라인에 설치된 유량조절 밸브(미도시)를 이용하여 조절할 수 있다.

나노/역삼투막 유닛(13)으로부터 배출된 농축수(W4)는 농축수 처리 유닛(4)의 응집조(15)로 공급된다. 응집제(W5)는 농축수와의 신속한 반응을 위해 액상으로 응집제 주입탱크(14)에서 응집조(15)로 주입(W5)된다. 농축수와 응집제는 응집조(15) 내에서 충분히 교반 및 혼합된 후, 정밀여과막(17)이 침지된 여과조(16)로 자연 유하된다. 응집에 의해 생성된 인-함유물 응집체 및 기타 고형물이 여과조(16)에서 배제되고, 여과액(W6)이 방류펌프(P5)의 흡인에 의해 방류된다. 이 과정에서 농축수(W4)의 유기물질과 인성분이 응집, 여과에 의해 상당량 제거되므로, 여과액(W6)은 방류수 수질기준 이하로 처리가 가능하다.

한편, 도 1의 재이용수 생산 시스템에 있어서, 장기간 운전 후의 나노/역삼투막 유닛(13)의 세정은 다음과 같이 이루어질 수 있다. MBR 공정 처리수(W1) 혹은 농축수 처리수(W6)의 일부를 세정탱크(18)에 저수하여 구연산 및 수산화나트륨 등과 같은 약품을 용해시키는 방법으로 세정액(W7)을 마련한다. 나노/역삼투막(13) 모듈의 세정모드에서는 정상적인 생산수 여과 과정이 중단되고 세정탱크(18)에 저류된 세정액(W7)이 이송펌프(P2)에 의해 나노/역삼투막 모듈 내로 유입된 다음 생산수라인(W3)과 농축수라인(W4)으로 배출되고 다시 세정탱크(18)로 유입되는 순환 과정이 주로 진행된다. 일정시간 세정액을 순환시킨 후 세정액을 완전히 배출시키기 위해 농축수라인을 세정탱크쪽이 아닌 시스템 외부로 배출하는 쪽으로 유로를 변경시키고 세정탱크 내 세정액을 농축수라인을 통해 배출시킨 다음 세정액 공급라 인(W7)을 차단하고 정상적인 MBR 공정 처리수(W1)를 유입시켜 배관에 잔류하는 세정액을 모두 배출시키는 순서로 마무리 한다. 이때, 이송펌프(P2)는, 나노/역삼투막(13)의 세정 용도로 MBR 처리수(W1) 및 생산수(W3)와 나노/역삼투막 농축수 처리수(W6)를 집수한 세정조(18)로부터 세정액(W7)을 나노/역삼투막(13)으로 공급할 수 있는 동력을 제공한다. 이러한 세정 과정을 통하여, 나노/역삼투막(13) 모듈의 파울링을 제거할 수 있다.

<실시예>

표 1에 나타낸 공정조건 하에서, 도 1의 구현예의 재이용수 생산 시스템을 운전하였다.

	MBR 유닛(1)	나노/역삼투막유닛(14)	농축수 처리 유닛(4)
유량(m3/day)	50	30	20
플럭스(L m-2h-1)	12.5	13.2	25
HRT(hr)	6.6(호기 : 4.1, 무산소 : 2.5)	-	0.92(응집 : 0.46 여과 : 0.46)
SRT(day)	50	-	-
MLSS(mg/l)	5,700~9,270	-	-
내부반송율(Q)	2~3	-	-
흡인/휴지	10분/2분	연속	-
회수율(%)	-	60	95
-이하 분리막 사양-
재질	PE(PVDF coating)	MPD based polyamide TFC	PE
염배제율	-	99.5%(NaCl)	-
형태	Hollow fiber	Spiral-wound	Hollow fiber
공칭 기공크기	0.4㎛	-	0.4㎛
-이하 응집제 사양-
응집제	-	-	FeCl3
사용량	-	-	1.8 mol-Fe/mol-P

표 1의 공정조건 하에서, 4 개월 동안의 운전을 실시하여 얻은 각 스트림의 수질분석 결과를 표 2에 요약하였다. 총대장균은 3회, TBOD5는 15회, 기타 항목은 30회 측정하였다. 표 2에 있어서, 각 수질분석항목은 최소치 및 최대치로 표기되어 있으며, 괄호안에 평균치를 표시하였다.

수질항목	유입하수 (W)	1차 처리수 (W1)	재이용수 (W3)	농축수 (W4)	농축수 여과액 (W6)	하수종말처리시설 방류수 수질기준
						특정지역	기타지역
pH	7.3 ~ 8.3 (7.8)	6.8~7.5 (7.1)	6.4~7.3 (6.8)	-	6.4~7.8 (6.8)	-	-
TSS (mg/L)	58.8~131.1 (80.6)	0.1~0.8 (0.33)	미검출	0.5~1.8 (1.2)	0.8~3.3 (1.7)	10 이하	20 이하
TBOD5 (mg/L)	92.6~177.8 (122.6)	1.9~5.0 (2.9)	0.5~2.1 (1.0)	5.1~12.8 (7.6)	5.0~11.5 (7.2)	10 이하	20 이하
TCODcr (mg/L)	158.1~280.6 (191.4)	10.0~22.3 (16.2)	0.4~2.5 (1.2)	30.9~49.7 (40.4)	26.1~36.2 (31.7)	40 이하	40 이하
TCODmn (mg/L)	56.2~95.5 (71.4)	6.9~15.3 (9.8)	0.2~0.9 (0.5)	23.5~36.1 (29.5)	16.7~25.4 (21.1)
TN (mg/L)	19.2~33.5 (27.9)	6.5~15.2 (10.6)	1.0~3.8 (1.9)	17.1~35.4 (24.3)	16.5~31.7 (23.5)	20 이하	60 이하
TP (mg/L)	2.8~6.5 (4.1)	1.2~3.3 (2.2)	0~0.3 (0.05)	3.5~8.1 (5.7)	0.3~1.2 (0.8)	2 이하	8 이하
NH4-N (mg/L)	14.6~26.2 (22.1)	0.1~4.3 (1.1)	0~0.2 (0.02)	0.2~11.3 (2.8)	0.1~10.3 (2.3)	-	-
NO2-N (mg/L)	0~0.08 (0.02)	0~0.3 (0.06)	미검출	0~0.2 (0.03)	0~0.1 (0.007)	-	-
NO3-N (mg/L)	0.1~5.0 (1.4)	5.1~11.7 (8.3)	0.5~3.1 (1.7)	10.1~30.6 (19.4)	9.1~29.5 (19.2)	-	-
PO4-P (mg/L)	1.5~2.6 (2.0)	1.1~3.1 (2.0)	0~0.05 (0.006)	3.3~7.8 (4.8)	0.1~0.8 (0.4)	-	-
총대장균군 (MPN/100ml)	22,000 ~ 42,000 (31,000)	미검출	미검출	-	-	3000 이하	1000 이하

표 2에 나타나 있는 바와 같이, 농축수 여과액(W6)의 수질이, 농축수(W4)의 수질에 비하여 전반적으로 개선되어 있다. 특히 주목할 점은, 농축수 여과액(W6)의 총인함량(TP)이 0.8 mg/L 로서, 농축수(W4)의 총인함량(TP) 5.7 mg/L 에 비하여, 전격적으로 감소되어 있다는 것이다.

농축수(W4)의 경우, 3.5 내지 8.1 mg/L 범위의 총인함량(TP)을 보이고 있는데, 이러한 수치는 특정지역 수질기준(2 이하)을 만족시키지 못함은 물론이고, 일반지역 수질기준(8 이하)을 만족시키지 못하는 경우도 발생시킨다. 따라서, 농축수(W4)를 그대로 하천에 방류할 수는 없는 것이다.

그러나, 농축수 여과액(W6)의 경우에는, 0.3 내지 1.2 mg/L 범위의 총인함량(TP)을 보이고 있으며, 이러한 수치는 일반지역 수질기준(8 이하)은 물론이고, 특정지역 수질기준(2 이하) 까지 만족시키고 있다. 또한, 농축수 여과액(W6)은 기타 수질항목에 대해서도 수질기준을 충분히 만족시키고 있다. 따라서, 농축수 여과액(W6)은 그대로 하천에 방류할 수 있는 것이다.

이와 같이, 본 발명의 재이용수 생산 시스템을 이용하므로써, 농축수 여과액(W6)을 하천방류할 수 있게 되고, 그에 따라, 농축수 전체(W4)를 고비용의 폐기물 폐기 절차에 의하여 폐기하지 않아도 되므로, 농축수(W4) 폐기 문제가 효과적으로 해결될 수 있다.

도 1은, 본 발명의 재이용수 생산 시스템의 일 구현예를 도식적으로 나타내는 공정도이다.

Claims (9)

1. 유입 하수의 질소성분 및 유기물을 제거하여 1차 처리수를 생산하는, MBR(membrane bio-reator)을 채용한 전처리 유닛;

   상기 1차 처리수를 재이용수와 농축수로 분리하는, 나노막 또는 역삼투막을 채용한 재이용수 생산 유닛; 및

   상기 농축수의 인성분을 제거하는 농축수 처리 유닛;

   을 포함하는 재이용수 생산 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전처리 유닛이 무산소조; 호기조; 및 호기조에 침지된 분리막;을 포함하는 MBR 유닛인 것을 특징으로 하는 재이용수 생산 시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 전처리 유닛이 생물학적 인-제거 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 재이용수 생산 시스템.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 1차 처리수 중에 함유되어 있는 막오염 유발성 물질을 제거하기 위하여, 상기 1차 처리수를 추가 전처리한 후 상기 재이용수 생산 유닛에 공급하기 위한 추가 전처리 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 재이용수 생산 시스템.
5. 농축수에 인-함유 물질용 응집제를 투입하여, 농축수 중의 인-함유 물질을 응집시키므로써, 농축수 중에 인-함유 물질 응집체를 형성시키는 응집조; 및,

   상기 응집조로부터 유입된 농축수 중의 인-함유 물질 응집체를 여과하는 필터가 설치된 여과조;

   를 포함하는 농축수 처리 유닛.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 인-함유 물질용 응집제가, 황산 제2철, 염화 제2철, 황산알루미늄(alum), PAC(poly aluminium chloride), 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 농축수 처리 유닛.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 필터가 정밀여과막 등급의 침지형 중공사막 모듈인 것을 특징으로 하는 농축수 처리 유닛.
8. 유입 하수의 질소성분 및 유기물을 제거하여 1차 처리수를 생산하는, MBR(membrane bio-reator)을 채용한 전처리 유닛; 및 상기 1차 처리수를 재이용수와 농축수로 분리하는, 나노막 또는 역삼투막을 채용한 재이용수 생산 유닛;을 포함하는 재이용수 생산 시스템의 운전방법에 있어서,

   상기 전처리 유닛에 인-함유 물질용 응집제를 투입하는 것을 특징으로 하는 재이용수 생산 시스템 운전방법.
9. 유입 하수의 질소성분 및 유기물을 제거하여 1차 처리수를 생산하는, MBR(membrane bio-reator)을 채용한 전처리 유닛; 상기 1차 처리수를 재이용수와 농축수로 분리하는, 나노막 또는 역삼투막을 채용한 재이용수 생산 유닛; 및 상기 농축수의 인성분을 제거하는 농축수 처리 유닛;을 포함하는 재이용수 생산 시스템의 운전방법에 있어서,

   상기 전처리 유닛에 인-함유 물질용 응집제를 추가적으로 투입하는 것을 특징으로 하는 재이용수 생산 시스템 운전방법.

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