KR101485500B1 - 연속회분식과 막분리를 결합한 하폐수처리의 재이용 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속회분식과 막분리를 결합한 하폐수처리의 재이용 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외압식 전량 여과 방식으로 여과하는 분리막 방식과 내부 반송에 따른 재순환으로 분리막 유니트 오염현상을 최소화할 수 있는 연속회분식과 막분리를 결합한 하폐수처리의 재이용 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 유량 조정조와, 회분식 반응조, 및 막분리조를 포함하는 연속회분식과 막분리를 결합한 하폐수처리의 재이용 장치에 있어서,
오수가 유입되는 유량 조정조; 유입된 오수에 대한 반응, 교반이 수행되는 회분식 반응조; 상기 유량 조정조에 유입된 오수의 량을 소정 레벨로 구분하여 측정한 레벨 측정 정보를 제어부에 전송하는 수위계; 유입된 오수량에 따라 일정한 비율로 회분식 반응조로 이송하도록 제어하는 제어부; 상기 수중 교반 장치와 연장된 선상의 일정 위치에 또는 상기 회분식 반응조 벽면 중 어느 두면에 설치되는 와류 발생 장치; 상기 회분식 반응조 내에 미생물 서식을 용이하게 하는 접촉여재; 상기 회분식 반응조의 유입배관 전단에 설치되는 분배관; 상기 회분식 반응조와 연결되어 고액 분리하여 처리수를 생산하거나 내부 반송하는 막분리조; 상기 막분리조에 침지되고, 막분리조 외부에 존재하는 흡인펌프의 가동으로 발생하는 흡인압에 의해 분리막 유니트 외부의 혼합물이 분리막 유니트 공극을 통해 분리막 유니트 내부로 유입되면서 고액분리되는 복수개 분리막유니트; 상기 막분리조 외부에 설치되어 흡인력을 생성하는 흡인펌프; 상기 흡인펌프 사이에 설치되며, 분리막유니트의 투과압력을 감지하는 차압계와 처리수의 유입을 단속하는 흡입밸브가 설치된 복수 개의 분리막 흡인라인; 상기 흡인펌프에 의해 흡입된 처리수를 공급받아 외부로 방류시키는 방류조; 상기 막분리조 외부에 설치되어, 상기 분리막 유니트 표면에 발생하는 폐색 지연, 가동 시간 연장을 위해, 상기 회분식 반응조에 각각 공기를 공급하는 송풍기; 상기 송풍기와 에어라인을 통해 연결되어, 상기 송풍기로 부터 공기를 공급받아, 상기 막분리 호기조 내부에 공급하는 산기 장치를 포함하여 구성되어, 유기물 및 영양염류를 제거하기 위한 생물학적 질소-인 제거공정과 활성슬러지의 최종처리수 내 유출을 방지하기 위한 막여과 공정과 내부 유입 방법을 조합하여, MBR공정에서 대두될 수 있는 분리막 유니트 오염현상을 최소화할 수 있다.

Description

연속회분식과 막분리를 결합한 하폐수처리의 재이용 장치 및 방법{Device and method by the membrane separator activated advanced oxidation process}

본 발명은 연속회분식과 막분리를 결합한 하폐수처리의 재이용 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외압식 전량 여과 방식으로 여과하는 분리막 방식과 내부 반송에 따른 재순환으로 분리막 유니트 오염현상을 최소화할 수 있는 연속회분식과 막분리를 결합한 하폐수처리의 재이용 장치 및 방법에 관한 것이다.

종래의 하폐수의 고도처리 공정으로서 생물학적 처리 공정으로는, 반응조의 구성과 운영방식에 따라 여러 가지 방식으로 구분 할 수 있는데; A/O(anaerobic/Oxic), A2/O(anaerobic/anoxic/oxic), UCT(University of Capetown), Bardenpho와 같이 혐기, 무산소, 호기조등이 직렬로 연결되는 메인 스트림(main stream) 공정과 Phostrip, PL- 등과 같이 혐기성 탈인조가 병렬로 연결되는 사이드 스트림(side stream)공정으로 분류된다.

또한 반응조의 Phase가 고정되어 있는 공간배치형과 반응조의 상(phase)이 시간에 따라 변화되는 시간 배치형 공정으로 구분할 수 있다.

상기 다양한 공정들은, 기온이나 운전조건 등의 변화로 후속 중력침전조에서 슬러지 팽화, 미세플록, 슬러지부상 등의 문제가 종종 발생하여 생물학적처리 공정을 최적화 하였음에도 불구하고, 처리수질이 악화되는 문제점이 드러나곤 한다. 또한 상기한 종래의 공정에서 사용하는 중력침전방식은 반응조내 미생물의 농도를 일정수준 이상으로 유지하는 것이 곤란하므로, 고부하에 대한 대처능력이 떨어지며, 수리학적 체류시간을 상대적으로 길게 유지해야하는 한계가 있다. 이에 기존 중력침전에 의한 고액분리(solid/liquid separation)를 대신하여 분리막 유니트를 이용해 안정적으로 고액분리를 달성할 수 있는 막여과 방식을 접목한 막결합형 생물처리공법이 등장하게 되었다.

한편, 한국등록특허 제1022403호 고도처리용 막분리장치의 폐색 방지장치는 미생물에 의해 탈질화가 일어나 원수와 반응조내의 기존 액체와의 혼합액내 질산성 질소를 질소가스로 전환하여 제거하는 무산소조, 상기 무산조로부터 유입된 혼합액내의 질소와 아질산성 질소를 질산화하고, 인과 인성분은 제거하는 호기조, 상기 호기조내에 설치되어 하수와 폐수를 입자크기에 따라 선택적으로 여과시키는 분리막유니트로 구성되는 데, 호기조내에 설치되는 분리막유니트로 인해 분리막 유니트 오염현상이 심각해지고, 유량조정조와 무산소조와 호기조와 같은 기존 조들의 연속적인 연결에 따른 소유부지 면적의 증대 문제가 발생한다.

특히, 도 1에 도시된 바와 같이, 한국등록특허 제1395188호는 분리막모듈이 구비된 오폐수 처리장치는 일측에 구비된 유입관(10')을 통해 유입된 오폐수 중의 협잡물 또는 부유물질을 걸러내는 스크린조(100'), 상기 스크린조(100')에 연결되어 스크린조(100')에서 처리되어 이송된 처리수의 인을 제거하기 위한 것으로 수중교반기(900')가 구비된 혐기조(200'), 상기 혐기조(200')에 연결되어 혐기조(200')에서 이송된 처리수의 탈질화를 위한 것으로 수중교반기(900')가 구비된 무산소조(300'), 상기 무산소조(300')에 연결되어 무산소조(300')에서 유입된 처리수의 잔류 유기물을 제거하고 물과 슬러지를 고액분리시키는 분리막모듈(700')이 구비된 MBR조(400'), 상기 MBR조(400')에 연결되어 MBR조(400')에서 유입된 처리수의 황탈질반응을 하기 위한 SDR조(500'), 및 상기 SDR조(500')에서 여과된 처리수를 배출하는 배출관(20')을 포함하여 구성된다.

즉, 스크린조(100'), 혐기조(200'), 무산소조(300'), MBR조(400'), SDR조(500') 등 다수개의 처리조들이 연속적으로 연결되어 있어 많은 부지를 차지하여 효용성이 매우 떨어지는 문제점이 있었다.

따라서 분리막 유니트 오염현상을 최소화하고, 기존 조들의 연속적인 연결에 따른 소유부지 면적의 증대를 최소화할 수 있는 새로운 시스템의 개발이 필요하게 되었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 유량 조정조와 회분식 반응조와 막분리조의 단순화된 3단 구성으로 부하를 적게 받아 MBR공정에서 대두될 수 있는 분리막 유니트 오염현상을 최소화하는 외압식 막여과방식으로 여과하고, 다시 인제거를 위해 내부 반송에 따른 회분식 반응조로 재순환 시켜 유기물 및 영양염류의 처리를 극대화함으로써, 잉여슬러지를 최소화하여 분리막 유니트의 교체 주기가 길어지므로 상기 분리막 유니트의 수명을 연장하는 데 목적이 있다.

또한 본발명의 목적은, 오수가 유입되는 유량 조정조와, 유입된 오수에 대한 반응, 교반이 수행되는 회분식 반응조 및 막분리조를 포함하는 3개의 조로 구성된 단순한 형태로, 하수, 오수 및 폐수의 고도처리를 위해 기존 MBR 공정대비 구분 격실을 줄여 소유 부지 면적을 최소화하는 데 목적이 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 연속회분식과 막분리를 결합한 하폐수처리의 재이용 장치에 있어서, 오수가 유입되는 유량 조정조; 유입된 오수에 대한 반응, 교반이 수행되는 회분식 반응조; 상기 유량 조정조에 유입된 오수의 량을 소정 레벨로 구분하여 측정한 레벨 측정 정보를 제어부에 전송하는 수위계; 유입된 오수량에 따라 일정한 비율로 회분식 반응조로 이송하도록 제어하는 제어부; 수중 교반 장치와 연장된 선상의 일정 위치에 또는 상기 회분식 반응조 벽면 중 어느 두면에 대각선으로 설치되는 와류 발생 장치; 상기 회분식 반응조 내에 미생물 서식을 용이하게 하는 접촉여재; 상기 회분식 반응조의 유입배관 전단에 설치되는 분배관; 상기 회분식 반응조와 연결되어 고액 분리하여 처리수를 생산하거나 잉여슬러지를 반송하는 막분리조; 상기 막분리조에 침지되고, 막분리조 외부에 존재하는 흡인펌프의 가동으로 발생하는 흡인압에 의해 분리막 유니트 외부의 혼합물이 분리막 유니트 공극을 통해 분리막 유니트 내부로 유입되면서 고액분리되는 복수개 분리막유니트; 상기 막분리조 외부에 설치되어 흡인력을 생성하는 흡인펌프; 상기 흡인펌프 사이에 설치되며, 분리막유니트의 투과압력을 감지하는 차압계와 처리수의 유입을 단속하는 흡입밸브가 설치된 복수 개의 분리막 흡인라인; 상기 흡인펌프에 의해 흡입된 처리수를 공급받아 외부로 방류시키는 방류조; 상기 막분리조 외부에 설치되어, 상기 분리막 유니트 표면에 발생하는 폐색 지연, 가동 시간 연장을 위해, 상기 회분식 반응조에 각각 공기를 공급하는 송풍기; 및 상기 송풍기와 에어라인을 통해 연결되어, 상기 송풍기로 부터 공기를 공급받아, 상기 막분리 유니트 내부에 공급하는 산기 장치;를 포함한다.

또한, 본 발명은 상기 유량 조정조가 상기 레벨 측정 정보에 따라 유입 오수량이 적어 회분식 반응조가 정상 공정을 진행할 수 없는 것으로 판단된 경우, 상기 제1 및 제2 송풍기를 일정 시간만 가동하는 간헐적 가동하는 저부하 모드가 가동되며, 상기 레벨 측정 정보에 따라 오수 유입량의 과다 유입에 따른 유량 조정조 고수위에서는 고부하 모드가 가동되어 제1 및 제2 유입 예비 펌프를 가동시켜 유입 시간을 단축시키고, 제1 및 제2송풍기를 동시 가동시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 회분식 반응조가 유입수 이송 배관을 회분식 반응조의 수중 교반 장치 전단으로 분배하여 초기 교반률을 높이고, 유입 원수의 유기탄소원을 활용하여 2차 탈질을 유도하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 분리막 유니트가 공칭공경이 0.001㎛~0.4㎛를 갖는 침지형 또는 외압형 분리막 유니트이고, 막의 형태는 중공사(hollow fibular), 관(tublar) 또는 평(flat)막 형태 중 하나의 형태인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 분배관이 회분식 반응조로 오수가 유입되는 부분에 설치되며, 낙차에 의해 기포가 발생되면 산소가 유입되어 초기 탈질 처리 효율이 감소되는 것을 방지하기 위하여 "ㄱ" 형상으로 꺽여 반응조의 하부로 향하게 하여 낙차를 줄이도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 유량 조정조및 회분식 반응조와 막분리조로 구성되는 연속회분식과 막분리를 결합한 하폐수처리의 재이용 방법에 있어서, 유량 조정조에서 유입된 오수의 량을 소정 레벨로 구분하여 측정한 레벨 측정 정보에 따라 유입 예비 펌프를 작동시켜 오수를 처리하는 회분식 반응조로 유입시키는 유입 단계; 상기 회분식 반응조 내에 오수의 농도가 일정치 이상일 경우 반응 시간을 늘리기 위해 제1 송풍기와 제2 송풍기를 가동시키고, 산기 장치를 통해 오수의 농도에 따라서 포기량을 조절하는 반응 단계; 상기 회분식 반응조 내의 수중 교반 장치와 벽면의 와류 발생 장치와, 유입배관 전단에 설치되는 분배관에 의해 오수를 교반시키는 교반 단계; 생물학적 처리 공정을 거친 미생물 혼합액을 호기적 처리를 위해, 막분리조로 이송하여 분리막 유니트를 통해 고액 분리하여 처리수를 생산하는 단계; 상기 분리막 유니트에 의해 유출되지 않은 질산화된 활성슬러지를 내부 반송으로 상기 회반식 반응조로 재순환시키는 단계; 및 상기 고액 분리단계에서 분리된 상등수를 처리 수조로 배출하는 배출 단계;를 포함한다.

또한, 본 발명은 상기 유입 단계에서, 상기 레벨 측정 정보에 따라 유입 오수량이 적어 회분식 반응조가 정상 공정을 진행할 수 없는 것으로 판단된 경우, 상기 제1 및 제2 송풍기를 일정 시간 만 가동하는 간헐적 가동하는 저부하 모드 단계; 및 상기 레벨 측정 정보에 따라 오수 유입량의 과다 유입에 따른 유량 조정조 고수위에서는 제1 및 제2 유입 예비 펌프를 가동시켜 유입 시간을 단축시키고, 제1 및 제2송풍기를 동시 가동시키는 고부하 모드 단계를 더 포함한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 분리막 공정 전단에 회분식 반응조 공정을 도입함으로써 막여과 공정으로 유입되는 혼합미생물의 미생물 농도(MLSS)를 최소화시키고, 회분식 반응조는 호기조건과 무산소 단계에서 생물학적 질소-인 제거 공정을 수행하며, 유기물 및 영양염류의 처리를 극대화함으로써, MBR공정에서 대두될 수 있는 분리막 유니트 오염현상을 최소화함으로써, 분리막 유니트의 수명을 연장하여 교체 주기를 길게할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 오수가 유입되는 유량 조정조와, 유입된 오수에 대한 반응, 교반이 수행되는 회분식 반응조 및 막분리조를 포함하는 3개의 조로 구성된 단순한 형태로, 하수, 오수 및 폐수의 고도처리를 위해 기존 MBR 공정대비 구분 격실을 줄여 소유부지 면적을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 회분식 활성 슬러지 공법의 고도 처리 장치를 실시함으로써, 오수의 유입량에 따라 자동으로 회분식 반응조의 운전 모드가 제어되며, 오수 유입량의 변동 부하에도 회분식 반응조 제어시스템에 따라 안정된 처리효율을 유지할 수 있도록 한다.

도 1은 종래 발명에 따른 막분리 고도처리 장치를 개념화하여 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 연속회분식과 막분리를 결합한 하폐수처리의 재이용 장치의 개념을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 연속회분식과 막분리를 결합한 하폐수처리의 재이용 장치를 상세하게 보여주는 도면이다.
도 4는 도 3의 분배관 등을 상세하게 보여주는 도면이다.

이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면을 참고하여 자세히 설명한다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 연속회분식과 막분리를 결합한 하폐수처리의 재이용 장치의 개념을 도시한 도면이다.

도 2에 되시된 바와 같이, 본 발명은 오수가 유입되는 유량 조정조(100)와, 유입된 오수에 대한 반응, 교반이 수행되는 회분식 반응조(200) 및 막분리조(300)를 포함하는 3개의 조로 구성된 단순한 형태로, 안정적인 고도 처리와 분리막조의 잉여슬러지를 회분식 반응조(200)로 반송에 따른 재순환으로 인 등을 재처리하여 분리막 유니트(301) 오염현상을 최소화할 수 있다.

상기 유량 조정조(100)는 회분식 반응조(200)로 오수가 공급되는 시간을 단축하는 유입 예비 펌프(101,102)를 포함하고, 원수의 유입량을 측정할 수 있는 수위계가 설치되어 있다.

구체적으로 살펴보면, 상기 유량 조정조(100)는 유입단계에서 유입량을 측정하여 회분식 반응조(200)의 유입량에 따른 처리 효율 향상을 위해 자동 제어되는 장치로서, 원수의 유입량을 측정할 수 있는 수위계(A,B,C)가 설치되어, 오수의 유입량에 따라 저수위(C 수위계 위치), 중수위(B 수위계 위치), 고수위(A 수위계 위치)로 구분 될 수 있다.

여기에서, 유량 조정조(100)의 오수량이 저수위(C)로 측정될 때에는 회분식 반응조(200)로의 유입은 없으며, 회분식 반응조의 송풍기(203,204)는 미생물의 자산화 및 부패방지를 위해 자동 간헐적으로 운전을 한다. 반면 중수위(B)에서는 정상 부하 모드가 가동되어 회분식 반응조(200)의 중간레벨까지 오수를 채워 정상 처리가 수행되며, 고수위(A)로 측정될 때에는 유입 시간 단축을 위해 유입 예비 펌프(101, 102)가 동시 가동되며, 회분식 반응조의 처리 효율 증대를 위해 예비 송풍기가 작동하여 유입량에 따른 부하변동에 안정적으로 정상적인 처리수를 배출 할 수 있다. 이러한 모든 과정은 자동 제어시스템에 의해 이루어진다.

상기 회분식 반응조(200)는 반응조 펌프(201,202), 제1 및 제2송풍기(203, 204), 수중 교반 장치(205,206), 산기 장치(207), 분배관(227), 와류 발생 장치(228), 제어부(미도시) 등을 포함하여, 초기 교반 효과를 극대화할 수 있고, 유입 원수의 유기탄소원을 활용 2차 탈질을 유도함으로써, 질소 제거를 효율적으로 수행할 수 있다.

상기 회분식 반응조(200)는 유량 조정조(100)에 오수가 고수위(A)로 유입되면, 고부하 모드로 운전하게 된다. 즉 유입 단계로서, 유량 조정조(100)로부터 회분식 반응조(200)로 오수가 공급되는 시간을 단축하고자 유입 예비 펌프(101,102)가 가동됨과 동시에 수중 교반 장치(205,206)가 동작하게 된다. 이때의 유입 예비 펌프(101,102)의 가동 시간은 제어부(미도시)를 통해 기본 모드에서 유입 예비 펌프(101,102)의 가동시간 보다 짧게 가동되도록 제어된다.

또한, 회분식 반응조(200)는 유량 조정조(100)의 오수 유입량이 적은 경우, 저부하 모드에서는 제1 및 제2송풍기(203, 204)를 간헐적으로 동작시켜 반응조의 산기 장치(207)를 통해 회분식 반응조(200)에 공기를 간헐적으로 공급하게 된다. 이는 실질적인 수처리가 수행되지 않는다 할지라도, 회분식 반응조(200)의 미생물이 자산화(Auto-Oxidation) 되는 것을 방지하게 된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 수중 교반 장치(205,206)는 상기 회분식 반응조(200)의 내측에서 대각선 방향으로 설치되어 있고, 상기 와류 발생 장치(228)는 수중 교반 장치(205,206)와 연장된 선상의 일정 위치에 또는 회분식 반응조(200) 벽면 중 어느 두면에 설치되어, 처리 공정 중 오수 유입 단계 및 교반 단계에서 순차적으로 가동하게 된다.

교반 단계에서는 수중 교반 장치(205, 206)가 사용되며, 상기 수중 교반 장치(205, 206)는 회분식 반응조(200)의 내부에서 대각선 방향으로 설치될 수 있어서

가동될 때 단시간에 회분식 반응조 내의 오수가 뒤섞이도록 할 수 있고, 시스템 제어부(미도시)에 의해서 일정 프로그램에 따라서 동작하도록 할 수 있는데, 복수의 수중 교반 장치(205,206)가 동시에 가동하도록 하거나 각각 가동하도록 프로그램으로 처리 효율을 더욱 증가시킬 수 있다.

또한 상기 수중 교반 장치(205,206)의 가동은 주변에 추가 설치된 일정 경사도를 갖는 경사판(미도시)의 영향을 받아 보다 활발히 유입 원수와 회분식 반응조(200)내 미생물이 상호 접촉할 수 있도록 한다.

또한, 상기 수중 교반 장치(205,206)의 동작에 의해서 오수가 이동 및 회전하게 되고 이 회전은 벽면의 와류 발생 장치(228)와 연동되어 교반 능력이 향상됨을 알 수 있다.

즉, 상기 회분식 반응조(200) 내부 대각선 방향으로 설치된 수중 교반 장치(205,206) 및 벽면 와류 발생 장치(228)는 오수의 유입과 동시 가동되어 회분식 반응조(200) 내 질소화합물을 유입 원수의 유기 탄소원을 이용하여, 초기 1단계 탈질화 반응 후 교반 단계에서 2단계의 탈질화 과정을 수행하는 데, 상기 와류 발생 장치(228)는 벽면에 설치되는 직사각형 형상 또는 유선형 형상을 가지며, 직사각형 또는 유선형 형상의 외부면 또는 곡선면을 타고 직선형 공기 줄기가 와류형 공기 줄기로 변하도록 하여 초기 교반 효과를 극대화할 수 있고, 유입 원수의 유기탄소원을 활용 2차 탈질을 유도함으로써, 질소 제거를 효율적으로 수행할 수 있다.

반응조의 산기 장치(207)는 제1송풍기(203) 및 제2송풍기(204)와 연결되어 회분식 반응조 내에 공기를 불어 넣게 된다.

상기 산기 장치(201)를 통해서 회분식 반응조(200) 내에 공기를 공급하는 포기 구간을 설정할 수 있는데, 오수의 농도에 따라서 포기량을 조절할 수 있다.

즉, 오수의 농도가 높을 때에는 포기 구간을 더 길게 그리고 자주 설정하여 포기량을 증가시킬 수 있다. 이 때, 공기 공급이 중지되는 비포기 구간에서는 수중 교반 장치(205, 206)를 가동시켜서 슬러지의 침전을 방지할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 분배관(227)은 회분식 반응조(200)로 오수가 유입되는 부분에 설치되어 유입되는 오수의 낙차에 의해서 발생되는 기포를 미연에 방지하게 된다. 낙차에 의해서 기포가 발생되면 산소가 유입되어 초기 탈질 처리 효율이 감소될 수 있는데, 이를 방지하기 위해서 회분식 반응조(200)로 오수가 유입되는 부분에 분배관(227)을 "ㄱ" 형상으로 꺽여 반응조의 바닥면으로 향하게 하여 낙차를 줄이도록 설치한다. 이는 기포 발생 억제뿐만 아니라 초기 교반에도 효과적이다. 여기에서 "ㄱ" 형상의 꺽이는 부분을 일정 지름을 갖는 원호 형상으로 꺽이게 하여 더욱 기포 발생을 억제시킬 수도 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 회분식 반응조(200)에서 활성미생물에 의해 유기물, 질소 및 인 성분 물질이 제거되면 막분리조(300) 내에, 부유물질(SS)과 MLSS와 같은 입자성 물질만이 존재하게 되는데, 회분식 반응조(200)와 분리되어 막분리조(300)가 하나의 개별적인 조로서 기능을 하면, 3개의 조 구성만으로도 막분리조(300)에 의해 안정적인 고도 처리로 분리막 유니트(301) 오염현상을 최소화할 수 있으므로, 분리막 유니트(301)의 교체 주기를 길게 할 수 있다.

상기 막분리조(300)에 포함되는 분리막 유니트(301)의 막은 막분리조 내부에 침지되어 있으며, 막분리조 외부에 존재하는 흡인펌프에 의한 막 내부의 부압을 발생시켜 이것을 구동압력으로 해서 분리막 유니트(301) 외부의 혼합물이 분리막 유니트(301) 공극의 크기에 따라 선택적으로 분리막 유니트(301) 내부로 유입되면서 고액분리되는 복수개 유니트로 구성된다.

상기 분리막 유니트(301)는 분리막 여과 공정에 사용되기 위해, 공칭공경이 0.001㎛~0.4㎛를 갖는 침지형 또는 외압형 분리막 유니트(301)가 사용된다. 막의 형태에 있어서는 중공사(hollow fibular), 관(tublar) 또는 평(flat)막 형태의 분리막 유니트(301)를 갖는 침지형 분리막 프레임이 있을 수 있으며, 바람직하게는 평막 형태의 분리막 유니트(301)가 좋다. 따라서, 3개의 조 구성만으로도 막분리조(300)에서 잔류되어 있는 고형물을 처리수와 분리하여 안정적인 처리수를 배출하게 된다.

만일 상술한 처리에 의해 분리막 유니트(301)에 의해 유출되지 않은 질산화된 활성슬러지도 반응조 펌프(201, 202)를 통해 내부 반송으로 회반식 반응조(200)로 재순환시키며, 이에 의해 생물처리공정 내의 활성슬러지 농도를 유지시킴과 동시에 탈질반응을 통해 질소가 제거된다.

흡인펌프(304, 305) 사이에 설치된 분리막 흡인라인은 분리막 유니트(301)의 투과압력을 감지하는 차압계와 처리수의 유입을 단속하는 흡입밸브가 설치된 복수 개의 흡인 라인이다.

방류조(미도시)는 상기 흡인펌프(304, 305)에 연결되어, 흡입된 처리수를 공급받아 외부로 방류시킨다.

송풍기(302, 303)는 에어라인을 통해 상기 막분리조에 침지된 분리막 유니트(301)의 하부에 배치되어 있는 분리막조의 산기장치(306)에 공기를 공급한다.

본 발명의 작동관계를 구체적으로 살펴보면, 유량조정조(100)의 오수 유입량이 회분식 반응조(200)에 한번의 공정을 수행할 수 있는 설계 유입량을 만족할 경우 회분식 반응조(200)로 오수 유입이 이루어지고 이때 반응조 내의 교반기(205,206)가 동시 작동되어, 초기 무산소 상태에서의 반응조 내의 탈질작용을 유발하게 된다. 이후 회분식 반응조(200)는 호기상태의 생물학적 반응 단계로 넘어가게 된다.

반응 단계에서는 송풍기(203,204)를 가동시켜 반응조의 산기 장치가(207) 회분식 반응조(200) 내에 공기를 불어 넣게 되며, 이러한 반응 단계는 180~220분 정도 진행되며, 반응시간은 유입 오수의 농도 및 반응조 미생물 상태에 따라 운전자가 쉽게 설정 할 수 있다.

이어서 회분식 반응조(200)는 2차 교반 단계를 수행하게 되는데, 호기 과정에서 질산화 된 물질을 소량의 유입원수 공급으로 탈질 과정을 수반하게 된다. 교반 단계에서 수중 교반 장치(206,206)를 가동하는 시간은 약20분 정도로 설정할 수 있으며, 이는 탈질 정도에 따라 조정이 가능하다.

이러한 생물학적 처리 공정을 거친 미생물 혼합액은 호기침지조의 막분리조(300)로 이송하게 된다.

상기 회분식 반응조(200)에서 활성미생물에 의해 유기물, 질소 및 인 성분 물질이 제거되면 막분리조 내에 부유물질(SS)과 MLSS와 같은 입자성 물질만이 존재하게 되는데, 이는 분리막 유니트(301)에 의해 고액 분리된다.

상기 분리막 유니트(301)는 공지의 분리막 프레임 장치에 결합된 상태에서 고액분리 수행이 가능한데, 이 분리막 프레임 장치는 막분리조(300) 외부에 존재하는 흡인펌프(304,305)와 흡인라인으로 연결되어 있다.

상기 흡인펌프(304,305)의 가동으로 발생되는 흡입압에 의해 분리막 외부의 혼합물이 분리막 공극을 통해 분리막 내부로 유입되면서 고액분리가 발생, 안정된 처리수가 흡인펌프(304,305)에 의해 방류조에 유출되게 된다.

여기에서, 상기 분리막 표면에 발생하는 폐색을 지연, 가동 시간을 연장하기 위해, 분리막 유니트(301) 장치 하단에 분리막조의 산기장치(306)를 설치한다. 산기 장치는 막분리 유니트 외부에 설치된 송풍기(302,303)와 에어라인을 통해 연결되어 있고, 송풍기(302,303)의 가동을 통해 공기를 막분리 유니트 내부에 공급하게 된다.

따라서 분리막 유니트(301) 장치내 수류가 형성되어, 분리막 표면의 폐색이 지연됨으로서, 침지식 분리막의 처리 효율의 증대 및 분리막의 수명을 연장시켜 교체시기를 연장 할 수 있다.

또한, 본 발명은 오수가 유입되는 유량 조정조(100)와, 유입된 오수에 대한 반응, 교반이 수행되는 회분식 반응조(200) 및 막분리조(300)로 구성되는 3개 조의 단순한 형태로, 하수, 오수 및 폐수의 고도처리를 위해 기존 MBR 공정대비 구분 격실을 줄임으로써, 소유부지 면적을 최소화할 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 연속회분식과 막분리를 결합한 하폐수처리의 재이용 장치는 예시일 뿐이고, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다.

그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

100 : 유량 조정조
101,102 : 유입 예비 펌프
A,B,C : 수위계
200 : 회분식 반응조
201,202 : 반응조 펌프
203,204 : 반응조 송풍기
205,206 : 교반 장치
207 : 반응조의 산기장치
227 : 분배관
228 : 와류 발생 장치
300: 막분리조
301: 분리막 유니트
302,303: 송풍기
304, 305 : 흡인펌프
306: 분리막조의 산기장치

Claims (7)

1. 연속회분식과 막분리를 결합한 하폐수처리의 재이용 장치에 있어서,
   오수가 유입되는 유량 조정조;
   유입된 오수에 대한 반응, 교반이 수행되는 회분식 반응조;
   상기 유량 조정조에 유입된 오수의 량을 소정 레벨로 구분하여 측정한 레벨 측정 정보를 제어부에 전송하는 수위계;
   유입된 오수량에 따라 일정한 비율로 회분식 반응조로 이송하도록 제어하는 제어부;
   수중 교반 장치와 연장된 선상의 일정 위치에 또는 상기 회분식 반응조 벽면 중 어느 두면에 대각선으로 설치되는 와류 발생 장치;
   상기 회분식 반응조 내에 미생물 서식을 용이하게 하는 접촉여재;
   상기 회분식 반응조의 유입배관 전단에 설치되는 분배관;
   상기 회분식 반응조와 연결되어 고액 분리하여 처리수를 생산하거나 잉여슬러지를 반송하는 막분리조;
   상기 막분리조에 침지되고, 막분리조 외부에 존재하는 흡인펌프의 가동으로 발생하는 흡인압에 의해 분리막 유니트 외부의 혼합물이 분리막 유니트 공극을 통해 분리막 유니트 내부로 유입되면서 고액분리되는 복수개 분리막유니트;
   상기 막분리조 외부에 설치되어 흡인력을 생성하는 흡인펌프;
   상기 흡인펌프 사이에 설치되며, 분리막유니트의 투과압력을 감지하는 차압계와 처리수의 유입을 단속하는 흡입밸브가 설치된 복수 개의 분리막 흡인라인;
   상기 흡인펌프에 의해 흡입된 처리수를 공급받아 외부로 방류시키는 방류조;
   상기 막분리조 외부에 설치되어, 상기 분리막 유니트 표면에 발생하는 폐색 지연, 가동 시간 연장을 위해, 상기 회분식 반응조에 각각 공기를 공급하는 송풍기; 및
   상기 송풍기와 에어라인을 통해 연결되어, 상기 송풍기로 부터 공기를 공급받아, 상기 막분리 유니트 내부에 공급하는 산기 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속회분식과 막분리를 결합한 하폐수처리의 재이용 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 유량 조정조는, 상기 레벨 측정 정보에 따라 유입 오수량이 적어 회분식 반응조가 정상 공정을 진행할 수 없는 것으로 판단된 경우, 상기 제1 및 제2 송풍기를 일정 시간만 가동하는 간헐적 가동하는 저부하 모드가 가동되며, 상기 레벨 측정 정보에 따라 오수 유입량의 과다 유입에 따른 유량 조정조 고수위에서는 고부하 모드가 가동되어 제1 및 제2 유입 예비 펌프를 가동시켜 유입 시간을 단축시키고, 제1 및 제2송풍기를 동시 가동시키는 것을 특징으로 하는 연속회분식과 막분리를 결합한 하폐수처리의 재이용 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 회분식 반응조는 유입수 이송 배관을 회분식 반응조의 수중 교반 장치 전단으로 분배하여 초기 교반률을 높이고, 유입 원수의 유기탄소원을 활용하여 2차 탈질을 유도하는 것을 특징으로 하는 연속회분식과 막분리를 결합한 하폐수처리의 재이용 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 분리막 유니트는 공칭공경이 0.001㎛~0.4㎛를 갖는 침지형 또는 외압형 분리막 유니트이고, 막의 형태는 중공사(hollow fibular), 관(tublar) 또는 평(flat)막 형태 중 하나의 형태인 것을 특징으로 하는 연속회분식과 막분리를 결합한 하폐수처리의 재이용 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 분배관은 회분식 반응조로 오수가 유입되는 부분에 설치되며, 낙차에 의해 기포가 발생되면 산소가 유입되어 초기 탈질 처리 효율이 감소되는 것을 방지하기 위하여 "ㄱ" 형상으로 꺽여 반응조의 하부로 향하게 하여 낙차를 줄이도록 설치되는 것을 특징으로 하는 연속회분식과 막분리를 결합한 하폐수처리의 재이용 장치.
6. 유량 조정조및 회분식 반응조와 막분리조로 구성되는 연속회분식과 막분리를 결합한 하폐수처리의 재이용 방법에 있어서,
   유량 조정조에서 유입된 오수의 량을 소정 레벨로 구분하여 측정한 레벨 측정 정보에 따라 유입 예비 펌프를 작동시켜 오수를 처리하는 회분식 반응조로 유입시키는 유입 단계;
   상기 회분식 반응조 내에 오수의 농도가 일정치 이상일 경우 반응 시간을 늘리기 위해 제1 송풍기와 제2 송풍기를 가동시키고, 산기 장치를 통해 오수의 농도에 따라서 포기량을 조절하는 반응 단계;
   상기 회분식 반응조 내의 수중 교반 장치와 벽면의 와류 발생 장치와, 유입배관 전단에 설치되는 분배관에 의해 오수를 교반시키는 교반 단계;
   생물학적 처리 공정을 거친 미생물 혼합액을 호기적 처리를 위해, 막분리조로 이송하여 분리막 유니트를 통해 고액 분리하여 처리수를 생산하는 단계;
   상기 분리막 유니트에 의해 유출되지 않은 질산화된 활성슬러지를 내부 반송으로 상기 회분식 반응조로 재순환시키는 단계; 및
   상기 고액 분리단계에서 분리된 상등수를 처리 수조로 배출하는 배출 단계;를 포함하는 연속회분식과 막분리를 결합한 하폐수처리의 재이용 방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 유입 단계는, 상기 레벨 측정 정보에 따라 유입 오수량이 적어 회분식 반응조가 정상 공정을 진행할 수 없는 것으로 판단된 경우, 상기 제1 및 제2 송풍기를 일정 시간 만 가동하는 간헐적 가동하는 저부하 모드 단계; 및
   상기 레벨 측정 정보에 따라 오수 유입량의 과다 유입에 따른 유량 조정조 고수위에서는 제1 및 제2 유입 예비 펌프를 가동시켜 유입 시간을 단축시키고, 제1 및 제2송풍기를 동시 가동시키는 고부하 모드 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속회분식과 막분리를 결합한 하폐수처리의 재이용 방법.
   
   

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