KR20150088496A - Mbr 공정의 슬러지 활성도 유지방법 - Google Patents

Abstract

MBR 공정의 슬러지 활성도 유지방법을 개시한다. 개시된 MBR 공정의 슬러지 활성도 유지방법은 생물반응조의 외부에 별도로 설치되어 관로 또는 격벽으로 호기조와 연결되는 침지식 분리막조가 순차적으로 설치된 MBR 공정을 적용한 하·폐수 처리 시스템에서, 상기 침지식 분리막조의 침지식 중공사막 내부로 약품을 주입하여 침지식 중공사막을 유지 세정 함에 있어서 약품에 노출된 침지식 분리막조 내부의 슬러지 중 일부는 외부로 폐기하고 나머지만 생물반응조로 내부 반송할 수 있다.

Description

MBR 공정의 슬러지 활성도 유지방법{METHOD FOR MAINTAINING ACTIVITY OF SLUDGE IN MBR PROCESS}

본 발명의 실시예는 MBR 공정의 슬러지 활성도 유지방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 MBR 공정을 적용한 하·폐수 처리 시스템에서 분리막의 유지 세정 후 발생하는 미생물 활성 저하를 방지할 수 있는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 하·폐수 처리 방법은 크게 물리적 방법, 화학적 방법 및 생물학적 방법 등으로 구분할 수 있으며, 각 처리 방법은 유입되는 하수의 특성, 처리된 유출수의 용도, 처리방법의 적합성 및 경제성 등에 의하여 결정된다.

물리적 하·폐수 처리 방법은 공기 제거에 의한 암모니아 제거, 여과, 증류, 부상, 거품 분비법, 냉각, 기체층을 이용한 분리, 지면 산포법, 역삼투법 및 흡수 등의 방법이 선택적으로 이용된다.

또한, 화학적 하·폐수 처리 방법은 활성탄 흡착법, 응집, 침전, 이온 교환법, 전기화학적 처리, 전기 투석, 산화 및 환원 등의 방법이 선택적으로 이용된다. 생물학적인 하·폐수 처리 방법은 박테리아 동화 작용법, 조류 채취법 및 질산화-탈질소화 방법 등이 있다.

하·폐수에 포함되어 있는 질소 및 인은 영양염류에 속하며, 이를 제대로 제거하지 못하고 방류될 경우에는 부영양화의 주요 원인이 되어, 호소 폐쇄성수역에서 조류의 이상 번식을 일으켜 상수원 및 공업용수 등을 오염시키는 문제점을 유발하게 되므로, 하·폐수에 포함되어 있는 질소 및 인을 효과적으로 제거할 필요성이 있는 것이다.

종래의 생물학적 질소 및 인의 제거 방법으로는 혐기/무산소/호기 공정(A2/O), 바덴포(Bardenpho) 공정 및 UCT 공정 등이 있다. 상기 각 공정들은 기본적으로 한 개 이상의 혐기조, 무산소조, 호기조를 갖추고 있으며, 내부 반송이나 슬러지 반송 등의 공정에서 변형이 이루어지게 된다.

최근에 들어서는 안정적인 재 이용수 확보를 위해 생물학적 처리와 분리막을 결합한 MBR(Membrane Bioreactor) 공정이 각광을 받고 있다. 이러한 MBR 공정은 미생물농도(MLSS: Mixed Liquor Suspended Solid)를 약 5000~10,000mg/L까지 높게 유지하는 것이 가능하여 생물학적 질소 제거 성능을 높일 수 있는 장점이 있다.

또한 MBR을 이용한 하폐수 고도처리장치는 분리막조 내에 설치한 침지식 중공사막을 통하여 고액 분리가 이루어지므로, 반응조 내 슬러지가 고농도로 유지될 수 있고, 부유물질과 병원성 미생물이 제거된 처리수질을 안정적으로 얻을 수 있는 기술이다.

이러한 침지식 중공사막은 슬러지에서 처리수를 고액 분리하는 과정에서 유기물과 미생물에 의해 오염이 되는 파울링이 발생한다. 파울링이 진행되면 생산수량이 줄어들거나 일정한 생산수량을 확보하기 위해 펌프 가동율이 증가되기 때문에 에너지 소모가 들어난다. 따라서 파울링의 문제를 해결하기 위하여 주기적으로 세정을 실시해야 한다.

이러한 세정 방법으로는 공기방울 세척과 함께 처리수를 이용한 주기적인 역세정, 차아염소산나트륨(NaOCl)을 이용한 유지세정이 있다.

유지세정은 공기세정과 주기적인 역세정에도 발생되는 막 유기물에 의한 막 파울링 문제를 해소하기 위하여 주기적으로 약품을 이용하여 일정시간 동안 침지식 분리막조 내에서 역세정 하는 것을 말한다. 일반적으로 매일 1회 약품 역세를 통한 유지세정이 실시된다. 사용하는 약품은 침지식 중공사막 표면에 증식한 미생물을 제거하기 위하여 주로 차아염소산나트륨을 사용하며, 침지식 분리막조 내에 침지식 중공사막을 침지시킨 상태로 약품을 여과방향과 역으로 주입한다.

유지세정에 사용되는 차아염소산나트륨은 중공사막의 미생물 오염도 제거하지만 슬러지 내 미생물의 활성저하도 가져오는 문제가 있다. 주기적인 유지 세정이 미생물 활성도에 미치는 영향을 파악하기 위한 간접지표로 비산소소비율(SOUR: Specific Oxygen Uptake Rate)를 측정한 결과 특히 동절기 분리막조의 비산소소비율은 유기 세정 후 세정 전보다 84~88% 감소하였다. 독립영양미생물인 질산화 미생물은 종속영양미생물보다 독성에 더 민감하여 유지세정으로 인해 분리막조의 질산화 미생물의 활성도인 비질산화율은 71%까지 저하된다.

이에 따라 유지 세정 약품 노출에 의해 저하된 미생물 활성이 회복될 때까지 1시간 이상 내부 반송을 중단하여왔다.

그러나 미생물 활성 회복될 때 까지는 기온이 높은 하절기 보다 동절기 더 많이 시간이 소요되고, 약품에 노출되어 활성이 저하된 미생물은 오히려 분리막 오염을 일으킬 우려가 높은 문제점이 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 MBR 공정을 적용한 하·폐수 처리 시스템에서 분리막의 유지 세정 후 발생하는 미생물 활성 저하를 방지할 수 있도록 한 MBR 공정의 슬러지 활성도 유지방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따른 MBR 공정의 슬러지 활성도 유지방법은, 생물반응조의 외부에 별도로 설치되어 관로 또는 격벽으로 호기조와 연결되는 침지식 분리막조가 순차적으로 설치된 MBR 공정을 적용한 하·폐수 처리 시스템에서, 상기 침지식 분리막조의 침지식 중공사막 내부로 약품을 주입하여 침지식 중공사막을 유지 세정 함에 있어서 약품에 노출된 침지식 분리막조 내부의 슬러지 중 일부는 외부로 폐기하고 나머지만 생물반응조로 내부 반송한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 MBR 공정의 슬러지 활성도 유지방법에서, 상기 생물반응조는 혐기조, 안정화조, 무산소조, 및 호기조가 순차적으로 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 MBR 공정의 슬러지 활성도 유지방법에서, 상기 내부 반송은 활성 슬러지를 침지식 분리막조로부터 안정화조로 반송할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 MBR 공정의 슬러지 활성도 유지방법에서, 상기 유지 세정이 시작되면 활성 슬러지의 내부 반송을 중단할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 MBR 공정의 슬러지 활성도 유지방법은, 상기 유지 세정이 종료하면 활성 슬러지의 일부를 외부로 폐기하고 나머지만 내부 반송할 수 있다.

본 발명의 실시예는 MBR 공정을 적용한 하·폐수 처리 시스템에서 침지식 분리막의 유지 세정시 약품에 노출된 슬러지의 일부를 외부로 폐기함으로써 분리막조 내 슬러지의 활성도를 높게 유지할 수 있기 때문에, 미생물 활성 저하를 최소화할 수 있고, 활성이 저하된 미생물에 의한 침지식 분리막의 오염을 방지할 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하·폐수 처리 시스템을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하·폐수 처리 시스템의 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

이와 같은 도면은 본 발명의 바람직한 실시예와 기술적인 사상 또는 특징 등을 구체적이고 명확하게 설명하기 위한 참고용이므로, 실제 제품 사양과 다를 수도 있음을 미리 밝혀둔다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 MBR 공정을 적용한 하·폐수 처리 시스템을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 하·폐수 처리 시스템(100)은 음용수, 오/폐수, 산업 폐수 등을 정화 처리하기 위한 수처리 장치에 적용될 수 있다.

예를 들면, 하·폐수 처리 시스템(100)은 기본적으로 정화 처리되지 않은 정화 처리 대상수(이하에서는 편의 상 "원수"라 한다)가 생물학적인 방법인 활성 슬러지법으로 슬러지 내의 미생물군이 혐기성 조건에서 인을 용출하고 호기성 조건하에서 슬러지 내의 유기성 물질을 분해하는 과정을 통하여 인축적 미생물이 인을 과잉섭취하는 현상을 이용하여 소모하고 최종적으로 고농도의 인을 함유한 잉여 슬러지를 폐기함으로써 폐수 내의 인이 제거된다.

이러한 하·폐수 처리 시스템(100)은 혐기조(10), 안정화조(20), 무산소조(30), 호기조(40) 그리고 침지식 분리막조(50)가 순차적으로 설치되는 MBR 유닛(1)을 포함하고 있다.

상기에서 혐기조(10)는 처리 대상이 되는 원수가 유입되어 원수의 유기물이 휘발성 지방산으로 변환되고 인축적 미생물(phophorus storage microorganism)이 유기물을 PHB(poly-β-hydroxybutyrate)로 저장하는 과정에서 세포 내에 있는 폴리포스페이트가 오르토인산염(orthophosphate)으로 변환되어 방출된다. 이에 따라 혐기조(10) 내의 유기물은 감소되고 인산염인(PO4-P)이 증가한다. 이 때 혐기조(10)는 무산소조(30)와 제1 반송라인(R1)을 통해 연결되어 있으며, 그 무산소조(30)로부터 활성 슬러지를 반송받아 처리한다.

무산소조(30)에서는 무산소 조건에서 미생물이 유기물을 분해할 때 자유산소 대신 NO3 분자 내의 결합산소를 최종 전자 수용체로 이용함으로써 질산성 질소를 질소 가스로 환원시켜 폐수로부터 질소를 제거한다.

안정화조(20)는 혐기조(10)와 무산소조(30) 사이에 배치되며, 침지식 분리막조(50)와 제2 반송라인(R2)를 통해 연결되어 있어 침지식 분리막조(50)로부터 반송 슬러지가 유입된다.

안정화조(20)는 반송 슬러지를 균일하게 혼합하고 원수 또는 혐기조(10)로부터 유기물을 공급받아 반송 슬러지 내 용존산소를 효율적으로 감소시킨다. 침지식 분리막조(50)에는 공기 블로잉으로 인해 용존산소가 높아진 상태이므로 반송 슬러지 내 용존산소 함량이 높다. 이에 안정화조(20)를 통해 용존산소 농도를 저감하여 무산소조(30)에서의 용존산소 영향을 차단함으로써 탈질 효율을 안정적으로 유지하는 역할을 한다.

호기조(40)는 무산소조(30)에서 탈질이 된 원수가 유입되어 호기 상태에서 일부 유기물을 제거하고 질산화를 일으키며 미생물 체내에 원수 중의 인을 과다하게 흡수하는 탈인 과정이 일어난다.

침지식 분리막조(50)는 침지식 중공사막(51)을 통해 슬러지 함유 고형물질과 처리수로 고액 분리가 이루어진다. 최종적으로 침지식 분리막조(50)에서 인 함유 잉여 슬러지가 배출됨으로써 인이 제거된다. 또한 각 반응조의 미생물 농도 유지를 위한 안정화조(20)로의 슬러지의 반송도 이루어진다.

상기한 바와 같은 혐기조(10), 안정화조(20), 무산소조(30), 호기조(40), 침지식 분리막조(50)의 각 반응조는 관로 등을 통해 서로 연통될 수 있다.

이와 같이, 침지식 분리막조(50)의 침지식 중공사막(51)에서 연속적으로 고액 분리공정이 수행되면, 오염물질이 중공사막 표면에 부착되어 막 오염이 진행된다. 이와 같은 막 오염이 진행될 수록 투과유량이 저하되고 차압이 증가하게 된다. 이에 침지식 중공사막(51) 여과 공정에서 안정적인 생산량을 유지하기 위해 주기적인 유지 화학 세정을 통해 장기적인 운영을 도모한다.

유지 세정은 약품을 여과 방향과 반대로 침지식 중공사막(51)에 역주입하는 방식으로 수행된다. 일반적으로 유지 세정은 2분 물 역세정, 4분 정치, 30초 약품 역세정, 4분 정치 과정을 10회 반복한다.

이때 유지 세정이 시작되면 침지식 분리막조(50)에서 제2 반송라인(R2)를 통한 슬러지 반송을 중단하여 약품에 노출된 슬러지는 침지식 분리막조(50)에 그대로 머무르게 한다.

이후 유지 세정이 끝나면, 침지식 분리막조(50)에 머물면서 약품에 노출된 슬러지 중 70% 정도는 잉여 슬러지로 배출라인(L1)을 통해 외부로 폐기하고, 30% 정도만 w제2 반송라인(L2)를 통해 안정화조로 반송한다.

통상 MBR의 미생물 체류시간(SRT: sludge retention time)는 약 20일로 아래 표 1에 기재된 바와 같이 100톤/일 기준 전체 반응조 부피를 35 m³로 가정하면, 잉여 슬러지 발생량은 1.75 m³/일이므로, 2.5 m³ 슬러지 중 70%에 해당하는 약품에 노출된 슬러지를 잉여 슬러지로 폐기함으로써 침지식 분리막조(50) 내 슬러지의 활성도를 높게 유지할 수 있다.

100톤/일	혐기조	안정화조	무산소조	호기조	분리막조	Total
HRT	1hr	0.5hr	2.6hr	3.6hr	0.6hr	8.3hr
Volume	4.2㎥	2.1㎥	10.8㎥	15.4㎥	2.5㎥	35㎥
MLSS	4,123	10,000	8,041	8,041	10,000

이와 같이 약품에 노출된 활성 슬러지를 외부로 폐기함으로써 미생물 활성 저하를 최소화할 수 있고, 활성이 저하된 미생물에 의한 침지식 분리막(51)의 오염을 방지할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하·폐수 처리 시스템의 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 침지식 분리막조(50)조는 50A, 50B, 50C, 50D 등으로 다수 개로 분리되어 있다. 따라서 1개조에서 유지 세정이 진행될 때 나머지 조에서는 생산수가 생산되면서 침지식 분리막조(50)의 슬러지는 안정화조(20)로 반송된다.

따라서, 1개조에서 유지 세정이 종료되고 슬러지 중 70%가 잉여 슬러지로 외부로 폐기된다고 하더라도 나머지 조에서는 계속 안정화조(20)로 활성 슬러지 반송이 이루어지고 있어 전체 생물학적 처리에 미치는 영향은 매우 작다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 MBR 공정을 적용한 하·폐수 처리 시스템에서 침지식 분리막의 유지 세정시 약품에 노출된 슬러지의 일부를 외부로 폐기함으로써 분리막조(50) 내 슬러지 활성도를 높게 유지할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.

1… MBR 유닛 10… 혐기조
20… 안정화조 30… 무산소조
40… 호기조 50… 침지식 분리막조
R1… 제1 반송라인 R2… 제2 반송라인
L1… 배출라인

Claims (5)

1. 생물반응조의 외부에 별도로 설치되어 관로 또는 격벽으로 호기조와 연결되는 침지식 분리막조가 순차적으로 설치된 MBR 공정을 적용한 하·폐수 처리 시스템에서,
   상기 침지식 분리막조의 침지식 중공사막 내부로 약품을 주입하여 침지식 중공사막을 유지 세정 함에 있어서 약품에 노출된 침지식 분리막조 내부의 슬러지 중 일부는 외부로 폐기하고 나머지만 생물반응조로 내부 반송하는 MBR 공정의 슬러지 활성도 유지방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 생물반응조는 혐기조, 안정화조, 무산소조, 및 호기조가 순차적으로 설치된 것을 특징으로 하는 MBR 공정의 슬러지 활성도 유지방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 내부 반송은 슬러지를 침지식 분리막조로부터 안정화조로 반송하는 것을 특징으로 하는 MBR 공정의 슬러지 활성도 유지방법.
4. 제1항에서, 상기 유지 세정이 시작되면 슬러지의 내부 반송을 중단하는 것을 특징으로 하는 MBR 공정의 슬러지 활성도 유지방법.
5. 제1하에 있어서, 상기 유지 세정이 종료하면 슬러지의 일부를 외부로 폐기하고 나머지만 내부 반송하는 것을 특징으로 하는 MBR 공정의 슬러지 활성도 유지방법.

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