KR20160009241A

KR20160009241A - 축전식 탈염 공정을 질산염 농축공정으로 이용하는 하수고도처리시스템 및 그 방법

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Publication number: KR20160009241A
Application number: KR1020140089459A
Authority: KR
Inventors: 박승국; 신경숙; 차재환; 임윤대; 김지연; 김홍석; 김연권; 최한나; 장훈; 신정훈
Original assignee: 주식회사 한화건설; 한국수자원공사; 주식회사 태영건설
Priority date: 2014-07-16
Filing date: 2014-07-16
Publication date: 2016-01-26
Anticipated expiration: 2034-07-16
Also published as: KR101734112B1

Abstract

본 발명은 영양염류를 제거하기 위한 하폐수 고도처리기술에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 무산소조-막분리 호기조로 구성된 하수고도처리공정 후단에 축전식탈염조(CDI장치)를 설치해 질산화된 질소를 전기적으로 흡착하여 처리수를 생산하고, 농축된 질산성 질소를 무산소조로 반송시켜 처리하도록 구성된 하수고도처리시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명은 무산소조(100), 막분리호기조(200), 축전식탈염조(300)를 포함하는 하수고도처리시스템을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 무산소조(100)는 담체를 포함하여 구성되어 있고,
막분리호기조(200)는 호기조(210), 막분리조(220)를 포함하여 구성되어 있는 것에 특징이 있는 하수고도처리시스템을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 축전식탈염조(300)는 반송장치를 구비하여 무산소조(100)에 CDI 농축수를 반송하는 것에 특징이 있는 하수고도처리시스템을 제공한다.
또한 본 발명은 유입수가 무산소조(100)로 유입되어 무산소조로 처리되는 공정(제1공정),
상기 무산소조를 거친 처리수가 막분리호기조(200)로 유입되어 처리되는 공정(제2공정),
상기 막분리호기조(200)를 거친 처리수가 축전식탈염조(300)로 유입되어 축전식 탈염공정(제3공정)을 포함하는 하수고도처리방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 무산소조로 처리되는 공정은 담체가 포함되는 무산소조로 처리되는 공정이고,
상기 막분리호기조(200)의 처리공정은 호기조 공정 및 막분리조 공정이 포함되고,
상기 축전식 탈염공정(제3공정)은 무산소조(100)에 CDI 농축수를 반송하는 공정이 포함된 것을 특징으로 하는 하수고도처리방법을 제공한다.

Description

축전식 탈염 공정을 질산염 농축공정으로 이용하는 하수고도처리시스템 및 그 방법{a system for advanced wastewater treatment using capacitive deionization process as a nitrate concentrating process and the advanced wastewater treatment method}

본 발명은 영양염류를 제거하기 위한 하폐수 고도처리기술에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 무산소조-막분리 호기조로 구성된 하수고도처리공정 후단에 축전식탈염조(CDI장치)를 설치해 질산화된 질소를 전기적으로 흡착하여 처리수를 생산하고, 농축된 질산성 질소를 무산소조로 반송시켜 처리하도록 구성된 하수고도처리시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

영양염류를 제거하기 위한 하폐수 고도처리기술은 많은 기술자들(환경공학자)에 의하여 개발되고 있다.

질소 성분 및 인산 성분을 제거하기 위한 하폐수 고도처리기술은 다양한 방식으로 개발되고 있으며 특히 최근에는 CDI(축전식탈염장치, capacitive deionization)를 이용한 하폐수 고도처리기술이 개발되고 있다.

등록특허 10-0953085호(축전 탈이온화 방식을 이용한 하, 폐수 처리 시스템, 이하 선행기술 1)은 "전혐기조 및 SBR 반응조로부터 처리된 처리수 내의 고형물질 제거시키는 막분리조와 상기 막분리조와 연통하여 이온성분이 용존된 분리막 처리수의 이온성분을 흡착시키는 CDI 반응조 및 상기 CDI 반응조와 연통하고 산화제를 생성하여 이를 상기 CDI 반응조로 공급하여 축전 탈이온화 스택의 전극에 흡착된 유기물을 제거시키는 산화제생성부를 포함하는 하폐수처리시스템"을 제시한 바 있다.

또한 본 출원인의 등록특허 10-1273445호(축전식 탈염기술을 이용한 에너지저감형 물 재생기술, 이하 선행기술 2)은 "하폐수 처리 유입부로부터 유기물 분해를 위한 호기성 막분리 활성슬러지조, 상기 막분리 활성슬러지조의 후단에 영양염류 및 용존염류를 흡착 제거하기 위한 CDI 처리조 및 전원공급장치를 포함한 물 재생 시스템"을 제시한 바 있다.

본 발명은 상기한 본 출원인의 선행기술을 더욱 개량한 하수고도처리시스템이다.

상기한 선행기술들은 영양염류를 제거하는 하폐수 고도처리시스템으로서 진일보한 면을 보이고 있다.

하지만 상기한 선행기술을 포함한 종래의 무산소-호기조 기반의 부유상 BNR공정의 경우, 질산화조에서 무산소조로 2Q~5Q의 내부반송이 필수적으로 필요하여, 내부반송 펌프 구동에 많은 동력비가 소모되는 단점이 있었다.

또한 종래 기술의 경우 호기조 반송수의 높은 용존산소(DO)가 무산소조로 유입됨에 따라 유기물 손실 및 무산소조 탈질효율이 저하되어 공정전체 질소제거효율을 높이는데 한계가 있는 문제점이 있었는바 본 발명은 이를 해결하고자 한다.

또한 종래의 하수고도처리시스템에서 축전식탈염조를 사용하는 경우 CDI농축수의 발생에 따른 처리수의 회수율 감소(CDI 기준 90%) 문제점 및 CDI농축수를 처리하기 위한 별도의 처리공정이 소요되는 문제점이 있었는바 본 발명은 이를 해결하고자 한다.

또한 상기한 선행기술을 포함한 종래의 기술은 하수처리수의 재이용을 위해 R/O, CDI, 이온교환수지 등의 탈염공정을 연계할 경우 질소이온을 포함한 용존염의 효과적인 제거는 가능하나, 다량 발생하는 농축수에 대한 적절한 처리 대안이 없었다는 문제점이 있었는바 본 발명은 이를 해결하고자 한다.

또한 종래의 공정은 처리되는 최종 처리수의 TN(total nitrogen) 농도를 10mg/l이하로 낮출 수 없는 문제점이 있었는바 본 발명은 이를 해결하는 하수고도처리시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 상기한 문제점 및 요구를 해결하기 위하여,

무산소조(100), 막분리호기조(200), 축전식탈염조(300)를 포함하는 하수고도처리시스템을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 무산소조(100)는 부유상 담체를 포함하여 구성되어 있고,

막분리호기조(200)는 호기조(210), 막분리조(220)를 포함하여 구성되어 있는 것에 특징이 있는 하수고도처리시스템을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 축전식탈염조(300)는 반송장치를 구비하여 무산소조(100)에 CDI 농축수를 반송하는 것에 특징이 있는 하수고도처리시스템을 제공한다.

또한 본 발명은 유입수가 무산소조(100)로 유입되어 무산소조로 처리되는 공정(제1공정),

상기 무산소조를 거친 처리수가 막분리호기조(200)로 유입되어 처리되는 공정(제2공정),

상기 막분리호기조(200)를 거친 처리수가 축전식탈염조(300)로 유입되어 축전식 탈염공정(제3공정)을 포함하는 하수고도처리방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 무산소조로 처리되는 공정은 부유상 담체가 포함되는 무산소조로 처리되는 공정이고,

상기 막분리호기조(200)의 처리공정은 호기조 공정 및 막분리조 공정이 포함되고,

상기 축전식 탈염공정(제3공정)은 무산소조(100)에 CDI 농축수를 반송하는 공정이 포함된 것을 특징으로 하는 하수고도처리방법을 제공한다.

본 발명은 상기한 해결하고자 하는 과제의 문제점을 모두 해결하는 효과가 나타난다.

구체적으로 본 발명에 따른 하수고도처리시스템 및 그 방법은 축전식탈염조(CDI)를 막분리조에서 처리되어 나오는 처리수의 NO3-N 필터로 활용하는 효과가 나타나며, 특히 CDI 농축수를 전량 무산소조로 반송처리하게 됨에 따라 CDI 농축수를 처리하기 위한 별도의 공정이 불필요한 효과가 창출된다.

또한, 종래 공정의 반송유량(호기조 반송수)은 2~3Q 인데 반해, 본 발명에 따른 하수고도처리시스템 및 그 방법은 0.1~0.2Q(기존대비 5%이하)에 불과하여 동력소모가 많은 문제점이 해결하는 효과가 나타난다.

또한 종래 공정의 호기조 반송수의 높은 용존산소(DO)에 의한 유기물 소모 및 무산소조 탈질효율이 저하되는 문제점이 있었는바 본 발명은 이와 같은 반송수의 DO 영향을 최소화하여 무산소조의 유기물을 최대한 탈질에 활용할 수 있는 현저한 효과가 창출되며, 특히 이와 같은 효과는 낮은 C/N비를 갖는 국내하수에 매우 적합하다.

또한 본 발명에 따른 하수고도처리시스템 및 그 방법은 무산소조의 부유성 담체공정(MBBR)을 할 수 있어 탈질 미생물을 선택적으로 배양할 수 있는 기능 및 슬러지 발생량을 저감하는 효과가 창출된다.

또한 본 발명에 따른 하수고도처리시스템 및 그 방법은 종래의 공정이 처리되는 최종 처리수의 TN(total nitrogen) 농도를 10mg/l이하로 낮출 수 없는 문제점이 있는 반면 최종 처리수의 TN(total nitrogen) 농도를 10mg/l이하로 낮출 수 있는 효과가 나타난다.

즉, 종래의 생물학적 하수처리공정은 유출수의 TN 농도를 10 mg/L 이하로 낮추기가 매우 어려우며 그에 따라 다량의 외부탄소원을 무산소조에 주입해야만 TN 농도를 10 mg/L 이하로 낮출 수 있는 반면에, 본 발명은 무산소조에 별도의 외부탄소원을 주입하지 않거나 혹은 최소한의 양만 주입하여도 TN 농도를 10 mg/L로 낮출 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 하수고도처리시스템의 개념도.
도 1b는 본 발명에 따른 하수고도처리시스템의 축전식탈염조가 2개 구성된 경우의 일 실시 개념도.
도 1c는 본 발명에 따른 하수고도처리시스템에서 구분형 막분리호기조를 구성한 일 실시 개념도.
도 2는 종래의 하수고도처리시스템의 개념도.
도 3은 본 발명에 따른 하수고도처리시스템 및 그 방법에서 공정 내의 NO3-N의 농도 변화를 보여주는 도면.

이하 본 발명을 도면을 참고하여 상세히 설명하고자 한다.

본 발명은 무산소조(100), 막분리호기조(200), 축전식탈염조(300)를 포함하는 하수고도처리시스템 및 그 방법을 제공한다.

본 발명의 상기한 무산소조(100)는 탈질화(denitrification)반응을 주로 하게 하는 반응조를 의미한다.

따라서 무산소조에는 산소의 공급을 차단하고, 질산성 질소(NO₃ ^-)를 질소로 전환시켜 공기 중으로 날아가게 하는 것을 주목적으로 하고 있다.

이와 같이 본 발명은 유입수가 무산소조로 유입되어 무산소조로 처리되는 공정이 수행된다.(제1공정)

도 1에서 보는 것처럼 상기한 무산소조에 유입수가 유입되며, 질산성 질소, 암모니아성 질소 및 TDS(total dissolved solids) 등이 포함되고 이렇게 포함된 질산성 질소, 암모니아성 질소 및 TDS 등이 무산소조에서 처리된다.

본 발명은 바람직하게는 상기한 무산소조에 담체(110)를 포함하는 무산소조로 구성할 수 있다.

따라서 상기한 무산소조로 처리되는 공정은 담체가 포함되는 무산소조로 처리되는 공정으로 수행될 수 있다.(제1공정-1)

상기한 담체는 무산소조의 탈질화 미생물의 활성을 더욱 높이는 작용을 하게 된다.

상기의 담체는 그 재질로 세라믹, 고분자 화합물질(PVA, PE, PU 등)을 사용할 수 있으며 미생물이 성장할 수 있도록 그 형상과 모양은 다양하게 채용될 수 있다.

그 하나의 실시 예로 본 발명에서는 PVA gel 형태의 직경 3~6mm의 담체를 사용할 수 있음을 들 수 있다.

상기한 담체는 유동상(Moving bed, 또는 부유상) 담체 또는 고정상(Fixed bed) 담체 형태 모두 가능하다.

이와 같이 본 발명은 상기한 무산소조에서 유입된 유입수의 질소를 제거하는 공정이 수행된다.

본 발명은 상기 무산소조를 거친 처리수가 막분리호기조(200)로 유입되어 처리되는 공정이 수행된다.(제2공정)

상기한 막분리호기조(200)는 호기성 미생물을 이용하여 유입수의 암모니아성 질소를 질산화하고, 유기물을 분해하는 작용을 하는 호기성조 및 막을 이용하여 부유물질을 제거하는 막분리조가 겸비된 반응조 또는 장치를 의미한다.

도 1에서 보는 바와 같이 막분리호기조(200)는 호기조(210), 막분리조(220)를 포함하여 구성되어 있다.

도 1에서 보는 것처럼 본 발명은 상기한 호기조(210)와 막분리조(220)가 동일한 반응조에서 구성된 것을 볼 수 있으며 이와 같은 형태를 통합형 막분리 호기조라고 한다.

따라서 통합형 막분리 호기조는 막분리조로서 기능하게 하는 막여과장치가 동일한 반응조내에 설치되어 있는 형태로 구성할 수 있다.

도 1c에서 보는 것처럼 상기한 호기조(210)와 막분리조(220)가 구분되어 있는 형태를 볼 수 있으며 이와 같은 형을 구분형 막분리 호기조라고 한다.

따라서 상기한 구분형 막분리 호기조는 호기조(210)와 막분리조(220)를 구분하는 구분수단(230)이 구비되어 있어 호기조를 거친 처리수를 막분리조로 이송하여 처리한다.

상기한 구분수단(230)은 호기조와 막분리조를 단위 공정으로 구분하는 막, 판, 벽 등을 의미한다.

상기한 무산소조에 유동상 담체를 사용하는 경우 막분리호기조에 처리수를 유입하기 위해서는 담체스크린(media screen) 등의 장치를 구비하여 유동상 담체가 막분리호기조에 유입되지 않도록 하게 한다.

본 발명은 상기한 막분리호기조(200)의 호기조(210)에서는 산소를 공급받아 호기성 미생물이 질산화과정 및 유기물을 분해하는 호기성 분해 공정을 수행한다.(제2공정-1)

상기한 막분리호기조의 호기조는 탱크 또는 반응조 등을 의미하는 것으로서 이와 같은 호기조에서는 폭기(aeration)장치 등과 같은 공기(산소) 공급 수단이 구비될 수 있다.

본 발명의 상기한 호기조는 담체가 포함되는 담체 공정 형태 또는 일반적인 활성슬러지 공정과 같이 담체 없이 미생물이 부유성장(suspended growth)하는 공정 형태가 모두 포함되는 개념이다.

본 발명은 상기한 호기조를 거친 처리수는 호기조에서 형성된 미생물 플록(floc) 및 유기물을 제거하는 과정을 수행하는 막분리조(220) 공정을 수행하게 된다.(제2공정-2)

상기한 막분리조는 막을 이용한 막여과장치가 장착된 반응조를 의미한다.

본 발명의 막분리조에서 사용하는 막의 종류는 다양할 수 있으며, 정밀여과막(MF)이나 중공사형 한외여과막(UF)을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 막 세정을 위해 공기세정이 가능하도록 산기관이 일체화된 모듈형태로 설치하는 것이 좋다.

이와 같이 본 발명에 사용되는 막분리조는 통상의 막분리조에 사용하는 막여과장치를 사용할 수 있다.

따라서 본 발명의 막분리조에 사용되는 여과막은 유기막 또는 무기막을 사용할 수 있다.

유기막은 통상적으로 사용하는 유기막을 사용할 수 있으며 셀룰로오스계(초산 cellulose 등) 및 합성수지계(polysulfone, polyethylene, polypropylene, polyacrylonitryl, PVDF(PVDF(polyvinylidene fluoride) 등) 등을 중공사 형태로 사용할 수 있다.

상기한 막분리조는 막의 자체 파울링(fouling)을 방지하기 위하여, 공기세정(air scouring), 역세정(backwashing or backpulse), 유지세정(maintenance cleaning)의 세 가지 방법을 이용할 수 있으며, 막오염이 진행되어 정상적인 여과공정을 수행할 수 없게 된 경우 회복세정(recovery cleaning)을 실시할 수 있다.

상기한 공기세정은 막여과부에 블로어(미도시)가 설치되어 있어 이를 이용하여 여과 및 역세 모드가 지속적으로 수행된다. 막모듈이 조합된 카세트(cassette)

의 하부에는 블로어에 의해 공급된 공기를 방출하기 위한 배관 및 산기구멍이 설치되어 있고 공급된 공기는 막모듈 하부에서 상부로 상향류 형태로 흐르게 되며 이때 생성되는 전단력을 이용하여 중공사 막의 외부에 쌓인 고형물을 털어내도록 한다.

본 발명은 상기한 막분리호기조에 침지된 잉여슬러지를 제거하기 위하여, 잉여슬러지 배출장치(221)를 구비하여 응여슬러지를 배출하는 공정을 수행하게 된다.(제2공정-3)

잉여슬러지 배출장치(221)는 통상의 흡입 펌프 및 배출관 등으로 구성되어 있다.

상기한 잉여슬러지 배출 공정은 상기한 호기조 공정 또는/및 막분리조 공정과 동시에 또는 순차적으로 또는 서로 다른 시간에 수행될 수 있다.

본 발명은 기술적 특징은 상기한 막분리호기조(200)를 거친 처리수가 직접 축전식탈염조(300)로 유입되어 축전식 탈염공정이 수행되는 것이다.(제3공정)

상기한 축전식탈염조는 축전식 탈염 기술(capacitive deionization, CDI)을 이용하는 축전식 탈염 장치(310)가 구비된 수처리조를 의미한다.

본 발명의 축전식 탈염장치는 양극이 인가되는 양전극과, 음극이 인가되는 음전극과 처리수가 유통될 수 있도록 상기 양전극 및 음전극 사이에 구비되는 스페이서를 포함하여 적층되는 CDI의 스택, 상기 CDI의 스택에 전력을 공급하는 전원공급부 및 제어부를 포함하여 형성될 수 있다.

상기 축전식 탈염 장치의 CDI의 스택은 지지판, 전류공급판, 전극, 가스켓, 전극분리막으로 구성되어 있다. 전류공급판은 전원공급부로부터 전류를 받아 전류공급판과 붙어있는 전극에 양극 또는 음극을 띄게 하고 음이온과 양이온들은 전기적 인력에 따라 각 전극에 흡착하게 된다.

본 발명의 축전식 탈염조의 공정은 이온 흡착 과정과 이온 탈착 과정이 교대로 가동되게 된다.

상기한 축전식 탈염장치의 이온 흡착 과정의 경우 (A)전극에 (+)전위를 인가하고 (B)전극에 (-)전위를 인가하는 경우 상기 (A)전극에는 음이온들이 부착되는 것인바 주로 질산성 질소(NO₃ ^-) 및 음이온을 띠는 물질 등이 부착되고, 또한 상기의 (B)전극에서는 양이온인 암모니아성 질소(NH₄ ⁺), Mg, Ca, Na 등의 양이온 및 양전하를 띠는 TDS 등이 부착되게 된다.

따라서 음이온과 양이온이 제거되게 되어 깨끗한 물이 처리되어 생산되는바 이와 같은 공정을 축전식 탈염장치의 정수과정이라고도 한다.

이와 같이 본 발명은 상기한 축전식 탈염장치를 이온 흡착 공정에서는 유입수의 음이온과 양이온이 축전식 탈염장치에 부착하게 된다.

그리고 상기한 축전식 탈염장치의 이온 탈착 공정(재생공정)은 다음과 같이 수행한다.

위의 축전식 탈염장치를 일시적으로 전위를 끊어서 상기의 전극과 이온간의 전기적 흡착력을 제거하여 이온을 탈리시키며, 그 다음에는 상기의 이온 흡착 공정과 반대로 (A)전극에 (-)전위를 인가하고 (B)전극에 (+)전위를 인가하여 정수 과정 때 부착된 이온들이 한꺼번에 탈착되게 하여 농축수 형태로 배출되게 한다.

이와 같은 축전식 탈염장치의 (A)전극 및 (B)전극에 부착된 질산성 질소(NO₃ ^-), 암모니아성 질소(NH₄ ⁺), Mg, Ca, Na 등의 양이온 및 양전하를 띠는 이온 등이 탈리되어 CDI 농축수를 형성하게 된다.

따라서 상기한 이온 흡착 과정(정수과정) 및 이온 탈착 과정(재생공정)을 통하여 CDI 농축수를 형성하는 공정을 축전식 탈염조의 CDI 농축수 형성 공정이라 한다.(제3공정-1)

이와 같이 형성된 CDI 농축수는 하기의 실험예에서 초기에 무산소조로 유입된 질산성 질소(NO₃ ^-) 0.2(mg/l)와 TDS 370.7(mg/l)인 경우 질산성 질소(NO₃ ^-) 98.3(mg/l)와 TDS 1723.3(mg/l) 정도로 현저히 높은 농축액이 된다.

본 발명은 이와 같이 축전식 탈염장치를 가동하여 CDI 농축수를 형성하는 공정으로 수행하며, CDI 농축수를 형성하는 방법으로 축전식 탈염장치를 가동시키거나 가동하지 않은 공정을 수행할 수 있다.

하나의 실시 예로 축전식 탈염장치에서 1~5분간의 이온흡착공정(정수과정) 및 1~5분간의 이온 탈착 공정(재생과정)의 방법을 통하여 CDI 농축수를 생성할 수 있다.

도 1b에서 보는 것처럼 본 발명은 축전식 탈염조가 2개 이상 구비되는 것이 바람직하며 한쪽은 정수공정 다른 한쪽은 재생 공정을 서로 번갈아 하게 하는 것이상기한 CDI 농축수 형성 공정을 용이하게 할 수 있다.

축전식 탈염조가 2개 이상 구비되는 경우 제어기능을 구비한 통상의 유입수 분배 장치(311)에 의하여 사용자의 요구에 따라 축전식 탈염조의 공정 시간을 조절할 수 있다.

상기한 축전신 탈염조의 탈염 공정이 수행되는 상태의 처리수는 상기한 암모니아성 질소, 질산성 질소 및 TDS 등이 거의 완전히 제거된 CDI 처리수가 CDI처리수배출라인(312)으로 배출되게 된다.

이와 같이 본 발명은 상기한 CDI 처리수의 T-N 농도를 5mg/l이하로 낮출 수 있는 효과가 창출된다.

본 발명의 기술적 특징은 상기한 축전식 탈염조에서 생성된 CDI 농축수를 상기한 무산소조(100)로 반송하는 공정이 부가된 점이다.(제3공정-2)

상기한 반송 공정은 통상의 펌프 및 관 등과 같은 반송장치(320)로 구성할 수 있다.

본 발명은 상기한 반송장치(320)를 CDI 농축수 반송장치라고 하며 통상의 펌프 및 관 등으로 구성되어 있다.

상기한 무산소조로 CDI 농축수를 반송하는 공정에서 반송되는 량은 무산소조로 들어가는 유입수의 량을 Q라고 할 경우 0.1Q~0.2Q 정도로 소량으로 유입되게 된다.

이와 같이 본 발명은 무산소조로 반송하는 CDI 농축수 유량이 0.1Q~0.2Q 정도로 소량으로 유입되게 됨에 따라 종래의 공정에서 무산소조로 반송되는 호기조의 처리수 유량이 2Q~3Q인 점에 비하여 무산소조로 운영하는데 현저하게 유리한 장점이 있다.

도 2는 종래의 무산소조, 호기조, 막분리조, 축전식 탈염조로 구성된 고도처리 시스템 및 고도 처리 공정(이하 "종래 공정")을 보여 준다.

도 2에서 보는 바와 같이 호기조(210)에서 무산소조(100)로 유입되는 반송유량은 2Q~3Q 정도로 많은 처리수가 내부반송라인(211)을 통하여 반송된다.

이와 같은 많은 처리수의 반송은 무산소조의 공정을 나쁘게 하는 원인이 된다.

특히, 상기한 호기조는 물속에 많은 량의 산소가 용존되어 포함되어 있다. 그런데 무산소조는 산소가 없어야 잘 유지되는 공정인 것으로서 무산소조로 유입되는 유입수의 2~3배의 반송수가 많은 산소를 함유하고 있으면 공정을 나쁘게 할 수밖에 없는 원인이 되는 것이다.

또한 종래 공정은 유입수의 2~3배 량의 반송수를 무산소조로 유입하게 되는 구성으로서 반송하는 펌프의 동력 소모가 과다하게 되어 매우 비경제적이다.

그리고 도 2에서 보는 것처럼 종래 공정은 막분리조(220)에서 호기조(210)로 처리수를 내부순환라인(222)을 통하여 반송하는 공정이 부가되어 구성되어 있어 이 또한 동력 소모가 많은 문제점을 유발하고 공정의 복잡성을 일으키는 문제점이 있었다.

더불어 종래 공정의 축전식 탈염조는 CDI 농축수를 CDI 농축수 배출라인(321)을 통하여 배출하게 되어, CDI 농축수에 대한 부차적인 처리 문제가 발생하게 된다.

이와 같이 본 발명은 상기한 종래 공정의 문제점을 모두 해결한 것으로, 상기한 바처럼 축전식 탈염조에서 생성된 CDI 농축수를 상기한 무산소조(100)로 직접 반송하는 공정을 통하여 해결하게 된다.

이와 같은 본 발명은 축전식 탈염 공정을 질산염 농축공정으로 이용하여 질소를 제거하는 하수고도처리시스템 및 그 방법을 제공하게 되는 것이다.

상기한 바처럼 CDI 농축수에는 유입수의 질산성 질소(NO₃ ^-)에 비하여 농축도가 400~500(98.3/0.2)배 정도로 높아져 이와 같이 높아진 질산성 질소(NO₃ ^-)가 무산소조에 유입(반송)되어 무산소조에 질산성 질소의 농도가 높아져서 탈질 효율을 현저히 높이는 작용을 하게 되는 것이다.

또한 종래에는 무산소조 유입량의 2~3배가 높은 유량의 호기조 반송수가 유입되고, 더불어 산소가 많이 용존되어 산소 농도가 높아진 호기조 반송수가 유입되어 무산소조의 효율이 떨어진 반면, 상기한 반송되는 CDI 농축수는 무산소조 유입량의 0.1~0.2배 정도로 유입되므로 유입되는 산소 전체량이 적어 무산소조의 효율을 높일 수 있게 되는 것이다.

이와 더불어 반송수가 종래 공정의 경우보다 1/20~1/30로 적게 되어 반송하는 펌프 동력의 소모를 현저히 줄이는 경제적인 효과가 현저히 나타나게 된다.

본 발명에 따른 축전식 탈염 공정을 질산염 농축공정으로 이용하는 하수고도처리시스템 및 그 방법에 의한 COD, 암모니아성 질소, 질산성 질소 및 TDS의 물질 수지의 실험 결과는 다음과 같이 나타난다.

본 발명의 무산소조로 유입하게 되는 유입수(또는 원수)에 포함된 오염물질의 농도는 다음의 [표 1]과 같다.

유입수
COD((mg/l)	125.7
NH4-N(mg/l)	29.4
NO3-N(mg/l)	0.2
TDS(mg/l)	370.7

그리고, 무산소조에서의 오염물질의 농도는 다음의 [표 2]와 같이 나타난다.

무산소조
COD((mg/l)	45.3
NH4-N(mg/l)	22.7
NO3-N(mg/l)	0.2
TDS(mg/l)	623.0

막분리호기조에서의 오염물질의 농도는 다음의 [표 3]와 같이 나타난다.

막분리호기조
COD((mg/l)	15.0
NH4-N(mg/l)	0.9
NO3-N(mg/l)	26.9
TDS(mg/l)	605.0

축전식 탈염조에서의 CDI 농축수와 CDI 처리수는 다음의 [표 4] 및 [표 5]와 같이 나타난다.

CDI 농축수
COD((mg/l)	27.0
NH4-N(mg/l)	2.5
NO3-N(mg/l)	98.3
TDS(mg/l)	1723.3

CDI 처리수
COD((mg/l)	15.0
NH4-N(mg/l)	0.4
NO3-N(mg/l)	7.5
TDS(mg/l)	273.0

상기한 실험의 암모니아성 질소, 질산성 질소 및 TDS의 물질 수지에서 보는 바와 같이 최종적으로 방류되는 CDI 처리수의 최종 T-N은 10mg/l 이하로 처리되는 효과가 나타나게 된다.

또한 도 3은 본 발명의 축전식 탈염 공정을 질산염 농축공정으로 이용하는 하수고도처리시스템 및 그 방법에 따른 공정 내의 NO3-N의 농도 변화를 보여 주고 있는바 CDI 처리수의 농도가 일정하게 10 mg/l이하로 나타나게 됨을 보여주고 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 축전식 탈염 공정을 질산염 농축공정으로 이용하는 하수고도처리시스템 및 그 방법은 질소 제거에 탁월한 효과를 나타낸다.

본 발명은 수처리 특히 하 폐수의 고도처리를 하는 산업에 매우 유용한 발명이다.

또한 본 발명은 수처리 특히 하폐수 처리시설 또는 하폐수 고도처리시설을 설치, 시공, 관리, 운영하는 산업에 획기적인 발명이다.

또한 본 발명은 수처리를 위한 약품을 생산, 제조, 가공, 판매, 유통, 사용하는 산업과 밀접한 관련이 있다.

100 : 무산소조 110 : 담체
200 : 막분리호기조 210 : 호기조
211 : 내부반송라인 222 : 내부순환라인
220 : 막분리조 221 : 잉여슬러지 배출장치
230 : 구분수단
300 : 축전식탈염조 301 : 축전식탈염조(제2의)
310 : 축전식 탈염 장치 311 : 유입수 분배 장치
312 : CDI처리수 배출라인 320 : CDI 농축수 반송장치
321 : CDI농축수 배출라인

Claims

무산소조(100), 막분리호기조(200), 축전식탈염조(300)를 포함하는 하수고도처리시스템.
제1항에 있어서,
상기 무산소조(100)는 담체를 포함하여 구성되어 있고,
막분리호기조(200)는 호기조(210), 막분리조(220)를 포함하여 구성되어 있는 것에 특징이 있는 하수고도처리시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 축전식탈염조(300)는 반송장치를 구비하여 무산소조(100)에 CDI 농축수를 반송하는 것에 특징이 있는 하수고도처리시스템.
유입수가 무산소조(100)로 유입되어 무산소조로 처리되는 공정(제1공정),
상기 무산소조를 거친 처리수가 막분리호기조(200)로 유입되어 처리되는 공정(제2공정),
상기 막분리호기조(200)를 거친 처리수가 축전식탈염조(300)로 유입되어 축전식 탈염공정(제3공정)을 포함하는 하수고도처리방법.
제4항에 있어서,
상기 무산소조로 처리되는 공정은 담체가 포함되는 무산소조로 처리되는 공정이고,
상기 막분리호기조(200)의 처리공정은 호기조 공정 및 막분리조 공정이 포함되고,
상기 축전식 탈염공정(제3공정)은 무산소조(100)에 CDI 농축수를 반송하는 공정이 포함된 것을 특징으로 하는 하수고도처리방법.