KR100926268B1

KR100926268B1 - 생물학적 처리와 침지형 분리막여과를 이용한 오,폐수 처리 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR100926268B1
Application number: KR20090002737A
Authority: KR
Inventors: 김훈
Original assignee: 호암엔지니어링 주식회사; 김훈
Priority date: 2009-01-13
Filing date: 2009-01-13
Publication date: 2009-11-12

Abstract

본 발명은 미세 스크린을 통해 전처리된 하수, 오수 혹은 폐수를 혐기 처리조, 전호기 처리조, 후무산소 처리조, 호기침지막조를 차례로 지나게 하며 후무산소 처리조에서 호기침지막조 전단의 유량완충분배탱크로 압송을 한 후 수위차에 의해 유량완충분배탱크에서 직접 혐기처리조로 무동력으로 내부반송하는 라인과 유량완충분배탱크로부터 호기침지막조로 자연유하로 유입된 후 다시 전단의 전호기 처리조로 수위차에 의해 무동력으로 반송하는 라인으로 구분되며, 소정의 비율로 호기침지조에서 질산화를 적정화하기 위해 구획된 전호기 처리조로 자연유하되면서 적정 공기량 분배가 이루어지며 충분하게 질산화된 미생물혼합액은 후단의 후무산소 처리조에서 별도의 유입수중의 유기물을 이용하여 질소를 제거하며 유량완충분배탱크로부터 소정의 비율로 자연유하되어 혐기처리조에 유입된 후 생물학적 인제거를 위한 인방출 공정이 이루어지며 이후 후단의 전호기처리조, 후무산소처리조 및 호기분리막 침지조에서 미생물에 인이 흡수된 후 잉여슬러지와 함께 인이 제거되고, 이러한 생물학적 처리 공정을 거친 미생물혼합액은 호기침지조의 분리막에 의해 고액분리되는 MBR(Membrane BioReactor) 공정에 의해 유기물과 부유물질, 질소, 인을 고효율로 제거하는 하수, 오수 및 폐수 처리 방법 및 장치로서, 이러한 방법 및 장치는 생물반응조 내의 미생물 농도를 비교적 고농도로 유지할 수 있어 필요 반응조의 용량을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 고효율의 유기물 및 부유물질 제거 이외에도 고효율의 질소 및 인 제거가 가능하여 전체적인 처리 효율이 증대되고 슬러지의 생산량도 감소시킬 수 있는 특징이 있다.

생물학적 탈질, 탈인처리, 막분리 여과공정, 전호기처리, 후무산소처리, 무동력 내부반송

Description

생물학적 처리와 침지형 분리막여과를 이용한 오,폐수 처리 방법 및 그 장치{PROCESS AND APPARATUS OF FOUR STAGES BIOLOGICAL TREATMENT INCLUDING COMBINATION OF PRE OXIC AND POST DENITRIFICATION THROUGH NONE DRIVEN INTERNAL RECYCLES AND SUBMERGED MEMBRANE FILTRATION FOR TREATING SEWAGE AND WASTE WATER}

본 발명은 생물학적 처리와 침지형 분리막여과를 이용한 오,폐수 처리 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 미세 스크린을 통해 전처리된 하수, 오수 혹은 폐수를 혐기 처리조, 전호기 처리조, 후무산소 처리조, 호기침지막조를 차례로 지나게 하며 내부반송을 위해 무산소 처리조에서 호기분리막 침지조 전단의 유량완충분배탱크로 압송을 한 후 수위차에 의해 유량완충분배탱크에서 직접 혐기처리조로 무동력으로 내부반송하는 라인과 유량완충분배탱크로부터 호기침지막조로 자연유하로 유입된 후 다시 전호기 처리조로 수위차에 의해 무동력으로 반송하는 생물학적 처리 공정과 이러한 생물학적 처리 공정을 거친 미생물혼합액을 분리막에 의해 고액분리하는 막분리 공정을 결합시킨 MBR (Membrane BioReactor) 공정에 의해 유기물과 부유물질, 질소, 인을 고효율로 제거하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

종래의 하폐수의 고도처리공정으로서 생물학적 처리 공정으로는, 침전지로부터 반송되는 활성슬러지로부터 인방출반응이 이루어지는 혐기 공정, 탈질반응이 일어나는 무산소 공정 및 질산화와 유기물 분해 그리고 인의 초과 섭취가 일어나는 호기 공정으로 이루어진 A2O 공법(Anaerobic Anoxic Oxic Process)이 보편적으로 이용되어 왔었다.

그러나, 이들 공정은 운전시 미생물의 침강성에 관련된 문제가 있으며, 이는 플럭의 침강성이 악화되어 벌킹이나 거품 발생(foaming) 현상이 발생되면 침전조에서의 미생물 유실이 일어나 처리수의 수질이 나빠지게 되며 장기적으로 반응조의 미생물 농도가 감소하게 되어 처리 효율이 떨어지게 되는 문제점이 있었다.

근래에 이르러, 생활수준 향상에 따라 수질 및 환경에 대한 관심과 욕구가 점차 높아 가고 있으며, 방류수 수질기준이 점차 강화되어 가고 있는 최근의 추세를 감안하여 오,폐수의 유입수 수질과 미생물의 특성과 관련하여 안정적인 처리가 가능한 MBR공정과 같은 새로운 기술의 도입이 최근 증가하고 있다.

이 MBR공정의 처리대상 및 성능을 위한 생물처리공정과 관련으로서의 공법의 추이는 3단계로 구분할 수 있는데, 1단계 도입기(1990년 초부터)에서는 질소제거 공정이 없는 일반 활성슬러지법에 단순히 분리막을 결합한 형태였고, 2단계 보급기(1993년 부터)에서는 질소제거를 위한 무산소조를 채택하여 단일 반응조에서 2개 의 반응조로 변한 것이 특징이였으며, 3단계는 생물학적 질소 및 인 제거를 위해 생물반응조 수를 2개에서 3개로 바꾸고 SRT를 25~40일 정도로 낮추는 추세로 변화하고 있다.

결국, 세계적으로 MBR시스템의 효율 및 안정성, 그리고 신뢰성에서 성능을 인정받고 시장을 점유하고 있는 방식을 정리하면, 생물반응조에 분리막을 침지시켜 흡입여과를 하는 침지형 MBR 방식이며 유기물뿐만 아니라 질소와 인까지 제거할 수 있는 다단 반응조 형태로 변화하고 있는 경향에 있다.

그리고 MBR공정은 높은 미생물혼합액을 유지하기 위해서 많은 포기량이 필요하며 이로 인하여 높은 동력비를 발생시키는데 이는 높은 미생물농도에 의해 낮은 혼합조건을 형성하여 결국 불량한 산소전달을 야기하기 때문으로서 MBR공정의 경쟁력 강화를 위해서는 포기방법의 최적화 방안 등이 요구되고 있다.

한편, MBR공정은 특성상 비교적 높은 미생물농도 유지 및 높은 슬러지 일령 등으로 말미암아 생물학적 탈인효율이 높지 않아 이를 위해서 화학적 응집을 통해 이를 극복하고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 하수, 오수 및 폐수의 고도처리를 위해 기존 MBR공정대비 공기량을 효율적으로 이용할 수 있도록 반응조 구성 및 반송방법 등을 변경하여 질산화 및 탈질효율을 향상시킬 뿐만 아니라 동력비의 최적화방안을 위한 생물학적 처리 공정과 분리막 여과(Membrane Filtration)공정이 결합된 MBR 공정으로서 유기물 및 부유물질, 인 제거율 뿐만 아니라 질소 제거율도 상당히 향상시킬 수 있고 경제성면에서도 비용을 저감할 수 있는 하, 오폐수 처리 방법 및 그 장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은,

(A) 미세스크린에 의해 전처리된 하, 오폐수중 상당부분(약 80%)를 혐기처리조로 유입시켜 미생물 혼합액내의 함유된 인을 최대한 방출시키는 단계;

(B) 후단의 호기침지막조에서 자연유하로 내부반송된 미생물혼합액의 질산화를 최적화하기 위해 조를 3~4개로 구분하며 이들 조의 DO 혹은 ORP농도를 연동하여 각조에 적정의 공기량을 공급하도록 하여 호기 조건에서 질산화효율을 향상시키는 단계;

(C) 전처리된 하, 오폐수중 일정부분(약 20%)를 후무산소처리조에 유입시키고 후단의 호기침지조와 전단의 전호기처리조를 거쳐 내부반송된 질산화된 미생물혼합액을 탈질화시키는 단계;

(D) 상기 탈질화 단계를 거친 하, 오폐수를 호기침지막조에서 호기적으로 처리하여 잔류 유기물 분해 및 질산화를 유도한 후 질산화된 미생물혼합액을 소정의 비율로 상기 (B) 단계로 수위차에 의한 자연유하로 내부반송시키는 단계; 및

(E) 상기 (D) 단계를 거친 미생물혼합액을 분리막 모듈에 의해 고액분리하여 처리수를 생산하는 단계;

(F) 전단의 혐기처리조와 전호기처리조, 후무산소처리조, 및 호기침지막조에서 미생물혼합액에 섭취된 인은 전체 처리공정의 미생물혼합액 농도유지를 위해 배출되는 잉여슬러지에 포함되어 호기침지조에서 배출함으로서 인이 제거되는 단계;

(G) 상기 (C)단계를 거친 미생물혼합액을 펌프를 이용하여 소정비율의 유량을 후단의 호기침지조 상부에 위치한 유량완충분배탱크로 이송시키고 소정바율의 유량(유입수량 대비 약 0.5 ~ 1.0 배)이 분배되어 혐기처리조로 자연유하로 반송시키고 또 다른 소정비율의 유량(유입수량 대비 약 2 ~ 4 배)은 호기침지막조에 분배되도록 하는 단계를 포함하는 하, 오폐수 처리 방법을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은,

(A) 미세스크린에 의해 전처리된 하, 오폐수내의 인을 최대한 방출하기 위한 교반기가 구비된 혐기처리조;

(B) 질산화효율 향상과 공기량 조절이 가능하도록 3~4개조로 구분하여 유기물 분해및 질산화를 유도하는 산기시스템이 구비된 전호기처리조;

(C) 유입되는 하, 오폐수를 탈질화시키기 위한 교반기가 구비된 후무산소처리조;

(D) 상기된 후무산소처리조에서 내부반송량과 처리수량을 고려한 호기침지막조로의 펌프 이송설비;

(E) 무산소조에서 이송된 유량의 완충 및 분배를 통해 소정유량은 혐기처리 조로 자연유하 내부반송되며 소정유량은 호기침지막조로 유입되도록 하는 유량완충분배탱크;

(F) 상기 유량완충분배탱크로부터 유입된 하, 오폐수를 호기적으로 처리하여 유기물 분해 및 질산화를 유도하는 호기침지막조;

(G) 상기 호기침지막조에서 미생물혼합액을 고액분리하기 위한 다수의 분리막 모듈을 포함한 분리막 유니트와 여과펌프를 포함한 분리막 장치;

(H) 상기 호기침지막조에서 전체 처리공정의 미생물혼합액 농도 유지와 흡수된 인을 제거하기 위한 잉여슬러지 배출펌프 장치;

(I) 상기 유량완충분배탱크로부터 미생물혼합액의 일부를 상기 혐기처리조로 자연유하로 반송시키는 제 2반송라인 및 호기침지막조에서 처리된 질산화된 미생물혼합액의 일부를 상기 전호기처리조로 자연유하로 반송시키기 위한 제 1 반송라인을 포함하는 하, 오폐수 처리 장치를 특징으로 한다.

이상에서 설명하고 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 하, 오폐수 처리 방법 및 장치는 호기조를 3~4개로 분할하여 각각에 필요한 공기량을 제어하여 최적의 질산화율을 확보할 뿐만아니라 적재적소에 필요한 공기량을 공급함으로서 MBR공정에서의 문제인 호기조내의 불균질한 산소분포 야기를 해소하고 불필요한 공기공급을 줄일 수 있는 효과가 있고, 분리막을 이용하여 처리수를 생산함으로써 반응조 내의 미생물 농도를 고농도로 유지될 수 있어 각 반응조의 용량을 최적화할 수 있어 하, 오폐수 처리시스템의 컴팩트화로 인해 부지가 적게 소요될 뿐만 아니라 고부하 조건에서도 안정적인 처리 효율을 확보할 수 있으며 슬러지의 생산량을 감소시킬 수 있는 효과가 있으며, 또한 혐기처리조, 전호기처리조, 후무산소처리조 및 호기침지막조 구성으로 기존의 일반적인 혐기처리조, 후무산소처리조, 호기처리조와 호기침지막조의 구성보다 호기침지막조에서 호기처리조로 내부반송을 시행함으로써 질산화율을 높일 수 있고 이로 인한 탈질율도 향상될 수 있고, 그리고 후무산소처리조에서 호기침지막조로의 한번의 펌프이송을 한 후에는 혐기처리조와 호기처리조를 통한 무산소조로의 내부반송은 자연유하로 가능하게하여 설비 및 유지비를 절감시킬 수 있는 효과가 있으며, 호기침지막조에 적용한 분리막에 의해 대장균군이 대부분 제거되고 처리 수질이 양호하여 별도의 3차 처리 없이도 처리수의 재이용이 가능한 효과도 있다.

공정 반응조 구성

일반적으로 MBR공정에서는 미생물혼합액이 높은 관계로 호기조내의 혼합이 불량한 경우가 많으며 이로 인한 산소전달율이 낮아져서 필요 용존산소농도 확보가 어려우며 필요이상으로 많은 공기량이 요구된다.

따라서, 본 발명에서는 이를 해소할 수 있는 하, 오폐수의 고도처리공정을 개발하고자 기존의 일반적인 혐기처리조, 무산소처리조, 호기처리조 및 호기침지막조로 구성된 일반적인 고도처리형 MBR공정(도 2)과 이에 대비한 혐기처리조, 전호 기처리조, 후무산소처리조 및 호기침지막조로 구성(도 1)하여 적정 규모의 실험장치를 통하여 연구하였던 바,

실험결과에 의하면, 기존 일반적인 MBR공정(도 2)에서의 호기처리조와 호기침지막조의 질산화율 달성을 조사 실험한 결과, 각각 53.5%와 46.5%로서 나타났다. 이를 토대로 질산화를 위해 공급되는 공기량은 산기관의 효율에 의해 지배되는데, 호기처리조와 호기침지막조의 산기관 효율을 검토해보면, 호기처리조의 산기관은 여러 종류를 다양하게 적용할 수 있으므로 필요공기량을 공급하는데 문제가 없으나 이에 반해 호기침지조의 공기공급은 분리막 유니트 하단에 설치된 산기관에 의존하는데 비교적 낮은 산소전달율을 가지는 구조로 구성되어 필요한 산소전달을 위해서는 많은 공기가 필요함으로서 최적의 공기량 분배가 어려워지게 되고 많은 양의 공기가 부가적으로 공급되어야 할 뿐만 아니라 지나치게 많은 공기량은 분리막 모듈에도 나쁜 영향을 야기할 수 있다.

따라서, 이를 해소하기 위해서 본 발명의 방법인 혐기처리조, 전호기처리조, 후무산소처리조 및 호기침지막조로 구성(도 1)하여 실험을 한 결과, 분할하지 않은 전호기처리조와 호기침지막조의 질산화율은 각각 83.7%와 16.3%로 구분되었다.

이와 같은 실험에 의해 본 발명의 방법이 보다 효과적으로 필요공기량을 공급할 수 있을 뿐만 아니라 분리막모듈에 대한 영향 및 과도한 공기공급을 최소화할 수 있음을 알 수 있다.

전호기처리조에서 소정의 질산화효율을 확보하고 공기량의 적정분배를 위해 본 발명의 공정(도 1)을 대상으로 전호기처리조를 3단계로 동일한 용량으로 분할하여 상기와 같이 동일하게 실험한 결과, 전호기처리조의 각 단계에서의 질산화율 구성은 각각 70.6%, 23.5%, 5.9%로서 처음 2개 분할구역에서 대부분의 질산화가 이루어지는 것을 알 수 있었으며 이를 토대로 전호기처리조의 각 구획별로 필요공기량을 효과적으로 차등 공급할 수 있도록 장치를 구성하도록 한다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면과 함께 다음의 실시예로 설명하는 바, 본 발명이 하기의 실시예와 같지만, 하기의 실시예로 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

1. 실험 장치

본 발명자들은 도 1에 도시된 바와 같이, MBR처리공정에 대하여 전처리설비를 통한 유입수를 원수유입관(10)을 통하여 혐기처리조(20), 전호기처리조(30), 후무산소처리조(40) 및 호기침지막조(50)를 거치며 처리효율 실험을 6개월 동안 실시하였다.

본 실험장치는 원수분배조, 처리공정 MBR조, 처리수조 각 1조와 운전조작반(PLC반), 유량완충분배탱크(60), 제1반송라인(80), 제2반송라인(90), 유량조절밸브(180), 흡입펌프(분리막 여과펌프(150), 슬러지 인발펌프(160), 미생물혼합액 이송펌프(200))를 포함한 유량계(170), 차압계(190), 공기세정용 송풍기(포기용 송풍기(120), 분리막용 송풍기(140)), 유량계(170), 전호기처리조용 산기장치(110), 혐기처리조(20) 및 후무산소처리조(40)의 교반기(100) 및 분리막 유니트(130) 등으로 구성되어 있다.

본 실험에 사용된 원수는 00 하수처리장의 원수를 이용하였고, 처리용량은 200L/일로서 반응조의 총 체류시간은 8.0시간이었으며 혐기처리조(20) 0.7시간, 전호기처리조(30) 2.5시간, 후무산소처리조(40) 3.0시간, 호기침지막조(50) 1.8시간이었으며, 내부반송량은 제1반송라인(80)이 2.5Q이고 제2반송라인(90)이 0.7Q 였다. 호기침지막조내 실험용 평막을 침지하였으며 정량 흡인여과를 실시하였으며 운전주기는 여과 10분, 휴지 2분으로 하였다. 여과플럭스는 25l/.hr정도로 운전하였다.

본 실험에 따른 공정에 이용된 유입된 원수의 평균 성상은 BOD 126.6mg/L, COD_Mn 104.5mg/L, SS 143.0mg/L, T-N 31.9mg/L, T-P 3.5mg/L이었다.

생물반응조의 미생물 농도는 각 반응조별로 약간의 차이는 있으나, 5,467~7,890(평균 6,398)mg/L이고, 수온은 20.1~26.8(평균 22.8)였고, 또한, 평균 슬러지 체류 시간(Sludge Retention Time : SRT)은 약 23일이었다.

2. 평가

1) 생물학적 처리 성능의 평가

상기한 유입원수에 대한 본 발명 MBR 공정의 처리결과는 다음 표 1과 같다.

표 1

본 발명의 생물학적 처리의 성능 평가

항목	유입 하수(mg/L)		본 발명의 공법으로 처리한 결과 (mg/L)	제거효율
	농도범위	평균	평균	(%)
BOD	111.4~146.5	126.6	1.4	98.9
COD_Mn	89.1~113.2	104.5	6.0	94.3
SS	129.5~156.6	143.0	0.2	99.9
T-N	28.5~37.6	31.9	8.1	74.7
T-P	2.5~4.5	3.5	1.1	68.7

상기 표를 통해 알 수 있는 바와 같이, BOD 및 SS 제거율은 각각 98.9와 99.9% 정도로 안정되고 높은 효율을 나타났고, 이러한 제거효율은 일반적인 하수 MBR 공정의 제거효율과 대동소이한 것이나 COD_Mn 제거율은 94.3%로 다소 높게 나타났는데, 이는 분리막에 의한 완전한 고형물제거와 관련이 있다.

T-N의 처리수는 6.2~10.2(평균 8.1)mg/L로서 안정된 처리효율을 나타내고 있는데, 이는 MBR공정을 도입하면서 분리막을 통하여 질산화미생물 및 탈질미생물을 충분히 유지할 수 있는 안정적인 운전 때문인 것으로 추정된다.

T-P 제거율은 약 68.7%로서 다소 높게 운전된 SRT (Sludge Retention Time ; 슬러지 체류 시간)의 영향인 것으로 추정된다.

BOD와 T-N, T-P에 대한 유입수질, 처리수질을 다음 도 4, 도 5 및 도 6에 그래프로 도시한 바와 같이 안정된 처리효율로 높게 나타나고 있다.

2) 막분리 공정의 성능 평가

도 7에 도시된 그래프를 통해 알 수 있듯이, 단위면적당 여과수량인 플럭스 범위는 25L/㎡·내외였으며, 막간차압은 약 0.24bar였고 비교적 안정적인 운전이 이루어졌으며 실험기간동안 분리막 운전에서 우려되는 유지관리상의 문제인 막면오염 현상도 적어 약품세정은 실시하지 않았다.

본 발명공정에서는 호기침지막조(50)로부터의 질산화된 미생물혼합액을 소정의 비율로 전단의 전호기처리조(30)로 제1반송라인(80)을 통하여 내부반송시킨 후 전호기처리조(30)에서 다시 한번 질산화시킨 후 후무산소처리조(40)로 유입되도록 하고, 후무산소처리조(40)에서 충분하게 탈질화된 미생물혼합액을 유량완충분배탱크(60)를 통하여 자연유하로 혐기처리조(20)로 제2반송라인(90)을 통하여 내부반송시키는 단계를 포함한 생물학적 처리 공정과 처리된 생물혼합액을 분리막을 이용하여 고액분리하여 처리수의 수질 향상을 하기 위한 막분리공정을 포함하는 MBR 공정을 도입함으로써, 제반 부하 조건에서도 안전하고 안정적인 처리 효율을 확보할 수 있으며 전호기처리조(30)의 분할 및 필요공기량의 적절한 공급시스템, 최소한의 동력을 이용한 내부반송시스템을 도입하고, 부가적인 탄소원 투입이나 약품 투입 공정이 불필요하여 운전관리가 용이할 뿐만 아니라 유지관리비가 저렴하다.

이하, 본 발명은 첨부된 도 1 및 도 2를 참조하여 각각의 공정별로 상세하게 기술된다.

혐기처리조에서의 인방출 공정

도 1 을 참조하여, 미세스크린(도시되지 않음)에 의해 미세 협잡물이 제거된 유입수중 약 80%정도가 혐기처리조(20)로 유입되며 유입수중에 포함된 인산염 인(PO4-P)을 방출하는 반응이 이루어진다. 이때, 혐기처리조(20) 내부에는 유입수와 후단의 유량완충분배탱크(60)로부터 제2반송라인(90)을 통하여 내부반송되고 혐기처리조(20)의 미생물혼합액이 가라앉지 않도록 하면서 이들간의 접촉 기회를 주기위해 교반기(100)가 설치된다. 혐기처리조(20)에서의 HRT(Hydraulic Retention Time, 수리학적 체류시간)는 1시간 내외이다.

전호기처리조에서의 유기물 분해 및 질산화 공정

도 1 을 참조하여, 전단의 혐기처리조(20)로 부터의 유입수와 후단의 호기침지막조(50)에서 제1반송라인(80)을 통하여 반송된 미생물혼합액내의 유기물 및 질소가 호기처리조 산기장치(110)가 설치된 전호기처리조(30)로 유입되어 유기물 분해 및 질산화 반응이 이루어진다. 이 공정에서의 HRT는 2시간 내지 3시간이다.

유입수와 내부반송된 미생물혼합액의 질산화를 최적화하기 위해 조를 3~4개로 구분하며 이들 각조의 용존산소량(DO) 혹은 산화환원전위(ORP)농도와 연동하여 각조에 적정의 공기량을 공급할 수 있도록 별도의 포기용 송풍기(120) 설비와 유량계(170)를 구비토록 한다.

후무산소처리조에서의 탈질화 공정

도 1 을 참조하여, 전호기처리조(30)에서 유입된 내부반송된 질산화된 미생물혼합액과 전처리된 유입수중 일부(약 20%)내의 유기물을 이용하여 질소산화물을 환원시키는 탈질반응이 이루어진다.

이때, 후무산소처리조(40) 내부에는 유입수와 질산화된 미생물혼합액의 접촉기회를 부여하기 위해 교반기(100)를 설치토록 한다. 후무산소처리조(40)에서의 유입수 HRT(Hydraulic Retention Time, 수리학적 체류시간)는 2시간 내지 3.5시간이다.

미생물혼합액은 혐기처리조(20), 전호기처리조(30)로의 각각의 내부반송량 및 막분리여과에 의한 처리수량을 합한 양을 후단의 호기침지막조(50)로 강제 이송하기 위한 미생물혼합액 이송펌프(200)시설이 구비된다.

호기침지막조에서의 유기물 분해 및 질산화 공정

후무산소처리조(40)를 거친 하, 오폐수는 분리막 유니트(13)하부에 설치된 분리막용 송풍기(140)에 의해 상기된 전호기처리조(30)에서와 같이 잔류 유기물 분해 및 소정부분의 질산화가 일어난다. 이외에도 호기침지막조(50) 전단에는 유량완충분배탱크(60)가 설치되어 후무산소처리조(40)로부터 압송되어 온 미생물혼합액을 완충시키고 혐기처리조(20)로 자연유하로 내부반송 하기위한 제2반송라인과 일정유량을 호기침지막조(50)로 자연유하로 유입되도록 한다.

그리고, 호기침지막조(50)에서 질산화된 미생물혼합액은 소정의 유량분율로 전단의 전호기처리조(30)로 자연유하하는 제1반송라인으로 구성된다.

이때, 내부반송량은 각각 유량계(170)와 유량조절밸브(180) 등을 연동하여 제어되도록 한다.

이때, 제 1 반송라인(80) 및 제 2 반송라인(90)을 경유하여 전호기처리조(30)와 혐기처리조920)로 각각 자연유하로 반송되는 미생물혼합액의 양은 유입수의 양 Q에 대하여 각각 2 ~ 4Q 및 0.5 ~ 1Q가 바람직하다. 이 공정에서의 HRT는 1.5시간 내지 2.5시간 정도이다.

전단의 혐기처리조(20)와 전호기처리조(30), 후무산소처리조(40), 및 호기침지막조(50)에서 미생물내에 섭취된 인은 전체 처리공정의 미생물혼합액 농도 유지를 위해 잉여슬러지를 배출토록 슬러지인발 펌프(160)설비를 구비한다.

호기침지막조에서의 분리막여과 공정

호기침지막조(50)로 미생물혼합액 이송펌프(200)에 의해 강제이송된 미생물혼합액중에서 제1, 2반송라인(80)(90)에 의해 혐기처리조(20)와 전호기처리조(30)로 반송되는 양을 제외한 나머지는 분리막 여과펌프(150)와 분리막유니트(130) 등 의 고액분리 공정을 거치게 된다. 고액분리 공정에 이용되는 분리막 장치에는 처리수를 생산하기 위한 분리막 여과펌프(150), 고액분리를 수행하는 분리막 유니트(130), 주기적 약품세정을 위한 세정조 및 필요시에는 주기적인 물역세 시스템을 포함한 설비로 구성된다.

분리막 유니트(130)를 통한 여과수 생산은 여과수량을 감시하는 유량계(17)와 분리막 여과펌프(150)가 연동하여 소정의 유량을 일정하게 생산할 수 있도록 한다.

분리막 유니트(130)하부에는 분리막의 막힘을 최소화하기 위한 공기세정과 관련한 산기장치가 포함된 분리막용 송풍기(140)가 구비된다.

분리막 유니트(130)는 낱개의 분리막 모듈을 적정 규모로 구성하며 이때, 본 발명의 막분리 공정에 이용되는 분리막으로는 침지형 평막 혹은 침지형 중공사막의 이용이 바람직하며 이외에도 유입수의 성상에 의해 가압형 관형막(tubular membrane)도 이용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 하수, 오수 및 폐수 처리 공정을 개략적으로 도시한 공정도로서, 질산화의 최적효율을 확보하기 위하여 반응조 배열을 재구성하고 내부반송을 무동력으로 하기 위해 유량완충분배탱크를 도입하고 1개의 펌프 이송을 배치한 상태를 나타낸 도면.

도 2는 일반적인 혐기처리조+무산소조+호기조+호기침지막조 구성으로서 일반적인 2단 동력이용 내부반송에 의한 공정을 나타낸 도면.

도 3는 유입수와 본 발명의 공정을 거친 처리수의 BOD 및 이의 제거효율을 보인 그래프.

도 4는 유입수와 본 발명의 공정을 거친 처리수의 T-N 및 이의 제거효율을 보인 그래프.

도 5는 유입수와 본 발명의 공정을 거친 처리수의 T-P 및 이의 제거효율을 보 인 그래프.

도 6은 본 발명의 막분리 공정에서 단위면적당 여과수량인 플럭스 범위와 막간차압의 경시변화를 나타낸 그래프.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명.

10 : 원수 유입 140 : 분리막용 송풍기

20 : 혐기처리조 150 : 분리막 여과펌프

30 : 전호기처리조 160 : 슬러지 인발펌프

40 : 후무산소처리조 170 : 유량계

50 : 호기침지막조 180 : 유량조절밸브

60 : 유량완충분배탱크 190 : 차압계

70 : 처리수 200 : 미생물혼합액 이송펌프

80 : 제1반송라인

90 : 제2반송라인

100 : 교반기

110 : 호기처리조 산기장치

120 : 포기용 송풍기

130 : 분리막 유니트

Claims

하, 오폐수를 처리하는 방법에 있어서,

(A) 미세스크린에 의해 전처리된 하, 오폐수중 상당부분(약 80%)를 혐기처리조로 유입시켜 미생물 혼합액내의 함유된 인을 최대한 방출시키는 단계;

(B) 유입되거나 후단의 호기침지막조에서 자연유하로 내부반송된 미생물혼합액내의 질소성분을 호기 조건에서 질산화시키고 유기물을 분해하는 단계;

(C) 전처리된 하, 오폐수중 일정부분(약 20%)를 후무산소처리조에 유입시키고 후단의 호기침지막조와 전단의 전호기처리조를 거쳐 내부반송된 질산화된 미생물혼합액을 탈질화시키는 단계;

(D) 상기 탈질화 단계를 거친 하, 오폐수를 호기침지막조에서 호기적으로 처리하여 잔류 유기물 분해 및 질산화를 유도한 후 질산화된 미생물혼합액을 소정의 비율로 상기 (B) 단계로 수위차에 의한 자연유하로 내부반송시키는 단계; 및

(E) 상기 (D) 단계를 거친 미생물혼합액을 분리막 유니트에 의해 고액분리하여 처리수를 생산하는 단계;

(F) 전단의 혐기처리조와 전호기처리조, 후무산소처리조, 및 호기침지막조에서 미생물혼합액에 섭취된 인은 전체 처리공정의 미생물혼합액 농도 유지를 위해 배출되는 잉여슬러지에 포함되어 호기침지막조에서 배출함으로서 인이 제거되는 단계를 포함하여 이루어지되,

상기 (C)단계를 거친 미생물혼합액을 이송펌프를 이용하여 소정비율의 유량을 후단의 호기침지막조 상부에 위치한 유량완충분배탱크로 이송시키고 소정비율의 유량으로 분배되어 혐기처리조로 자연유하로 반송시키고, 또 다른 소정비율의 유량은 호기침지막조에 분배되도록 하는 단계를 더 포함하고,

상기 (D) 단계에서, (A) 및 (B) 단계로의 내부 반송이 자연유하로 이루어지며 내부반송량은 유입수의 양 Q에 대하여 각각 (B)단계로는 0.5 내지 1.0Q이고, (C) 단계로의 반송량이 유입수의 양 Q에 대하여 2.0Q에서 4.0Q이며,

상기 (B)단계에서 질산화를 최적화하기 위해 전호기처리조를 3~4개로 구분하며 이들 조의 용존산소량(DO) 혹은 산화환원전위(ORP)농도를 연동하여 각조에 적정의 공기량을 공급하도록 하여 호기 조건에서 질산화효율을 향상시키는 것을 특징으로 하는 생물학적 처리와 침지형 분리막여과를 이용한 오,폐수 처리 방법.
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하, 오폐수를 처리하는 장치에 있어서,

(A) 미세스크린에 의해 전처리된 하, 오폐수내의 인을 최대한 방출하기 위한 교반기가 구비된 혐기처리조;

(B) 질산화효율 향상과 공기량 조절이 가능하도록 3~4개조로 구분하여 유기물 분해및 질산화를 유도하는 산기시스템이 구비된 전호기처리조;

(C) 유입되는 하, 오폐수를 탈질화시키기 위한 교반기가 구비된 후무산소처리조;

(D) 상기된 후무산소처리조에서 내부반송량과 처리수량을 고려한 호기침지막조로의 이송펌프 이송설비;

(E) 후무산소처리조에서 이송된 유량의 완충및 분배를 통해 소정유량은 혐기처리조로 자연유하 내부반송되며 소정유량은 호기침지막조로 유입되도록 하는 유량완충분배탱크;

(F) 상기 유량완충분배탱크로부터 유입된 하, 오폐수를 호기적으로 처리하여 유기물 분해 및 질산화를 유도하는 호기침지막조;

(G) 상기 호기침지막조에서 미생물혼합액을 고액분리하기 위한 다수의 분리막 모듈을 포함한 분리막 유니트와 여과펌프를 포함한 분리막 장치;

(H) 상기 호기침지막조에서 전체 처리공정의 미생물혼합액 농도 유지와 흡수된 인을 제거하기 위한 잉여슬러지 인발펌프;

(I) 상기 유량완충분배탱크로부터 미생물혼합액의 일부를 상기 혐기처리조로 자연유하로 반송시키는 제 2반송라인 및 호기침지막조에서 처리된 질산화된 미생물혼합액의 일부를 상기 전호기처리조로 자연유하로 반송시키기 위한 제 1 반송라인을 포함하여 구성되고,

상기 분리막은 침지형 분리막임을 특징으로 하는 생물학적 처리와 침지형 분리막여과를 이용한 오,폐수 처리 장치.
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