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KR20150144682A - 침지형분리막을 이용한 하·폐수 고도처리장치 - Google Patents

침지형분리막을 이용한 하·폐수 고도처리장치 Download PDF

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KR20150144682A
KR20150144682A KR1020140184991A KR20140184991A KR20150144682A KR 20150144682 A KR20150144682 A KR 20150144682A KR 1020140184991 A KR1020140184991 A KR 1020140184991A KR 20140184991 A KR20140184991 A KR 20140184991A KR 20150144682 A KR20150144682 A KR 20150144682A
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KR
South Korea
Prior art keywords
tank
membrane
mlss
membrane separation
oxic
Prior art date
Application number
KR1020140184991A
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English (en)
Inventor
유상철
양성호
석진국
전재훈
강석기
Original Assignee
주식회사 워터스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 주식회사 워터스 filed Critical 주식회사 워터스
Priority to KR1020140184991A priority Critical patent/KR20150144682A/ko
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Abstract

본 발명은 하·폐수를 생물학적으로 처리하고 별도의 침전시설이 없이 침지형분리막을 이용하여 처리수를 고액분리하는 침지형분리막을 이용한 하·폐수 고도처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무산소조, 혐기조, 호기조 및 막분리조로 구성된 하·폐수 고도처리장치에 관한 것이다.
유량조정조에서 유입된 원수수질의 충격부하에 대한 완충작용과 호기조 질산화액의 반송을 통해 탈질기작에 의한 질소 제거 기능을 수행하고 MLSS 농도조절장치를 구비한 무산소조에서는 F/M비를 자유롭게 조절함으로써, 유입원수의 충격부하 및 동절기 저수온에 대비하고, 혐기조에서의 인방출 및 호기조의 인 과잉섭취를 통해 인을 제거하고 최종적으로는 침지형분리막이 구비된 막분리조에서 부유물질과 박테리아를 분리한 처리수를 생산하게 된다.
미세기포공급장치를 포함하는 호기조에서는 미세기포공급장치를 통한 산소용해율 증가와 막분리조의 과급공기로 인한 높은 용존산소를 포함한 슬러지 반송액을 순환함으로써 동력소모가 큰 송풍기의 가동을 최소화하여 원수의 부하변동에 자동으로 대응이 가능하고 에너지 소모를 최소화하는 침지형분리막을 이용한 하·폐수 고도처리장치에 관한 발명이다.

Description

침지형분리막을 이용한 하·폐수 고도처리장치{Apparatus for wastewater treatment with submerged membrane}
본 발명은 인간의 생활 및 산업활동에 의해 발생되는 하·폐수를 생물학적으로 처리하기 위한 침지형분리막을 이용한 하·폐수를 고도처리를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 무산소조, 혐기조, 호기조 및 막분리조를 순차적으로 배열하고 상기 무산소조는 F/M비(Food/Microorganism Ratio)를 자유롭게 조절 가능하여 유입수의 부하변동에 대처가 가능하도록 구성한 것이다.
또한 상기 막분리조에 존재하는 과급공기에 의한 높은 용존산소를 포함한 슬러지를 미세기포 산기장치를 포함하는 호기조에 반송함으로써 호기조에 필요한 용존산소의 공급과 슬러지 반송을 동시에 수행하여 호기조에 공급해야 할 공기량을 줄여 송풍 동력을 절감할 수 있으며, 상기 막분리조는 호기조와 분리하여 호기조로 유입되는 피처리수가 분리막 여과작용에 의해 즉시 처리수로 배출되는 것을 차단하고, 상기 막분리조의 유효수심을 낮춤으로써, MBR(Membrane bioreactor) 공법에 최대 단점이었던 송풍기 동력을 절감시키는 방식으로 운영되는 하·폐수 고도처리장치에 관한 것이다.
본 발명은 무산소조, 혐기조, 호기조 및 막분리조로 구성된 하·폐수 고도처리장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 하·폐수중의 영양염류 및 유기물을 생물학적으로 제거하고 침지형 분리막을 이용하여 오니와 처리수를 분리 배출하는 MBR을 이용한 하·폐수 고도처리장치에 관한 것이다.
기존 MBR을 이용한 하·폐수 고도처리장치는 잉여 슬러지양이 적고, 부지면적이 작게 소요되고 중력침강에 의한 고액분리 침전조 방식에 비해 처리수질이 우수하다는 장점이 있다. 따라서 고도처리방법의 대표적인 A2O공법과 분리막을 결합한 다양한 처리방법이 많이 이용되고 있으며 처리수질이 매우 우수하여 최근 물재이용 정책에 맞추어 처리수의 재이용이나 중수시설에서도 다양하게 적용되고 있다.
그러나 고도처리과정에서 유입수의 부하변동이 크고 국내 하수의 특성상 C/N비가 낮은 경우 질소처리효율이 낮아지게 되고 더불어 인(P)제거 효율도 낮아지는 문제점이 발생된다. 하·폐수를 생물학적으로 처리함에 있어 유입수중의 유기물, 질소 및 인의 농도는 매우 유기적인 상관관계에 의해 처리과정을 거치게 된다. 따라서 별도의 탄소원 공급 없이 유입수중의 유기물을 최대한 활용하는 처리방법이 요구되고 있다.
또한 최근 하·폐수를 처리함에 있어서 요구되는 몇 가지 과제가 있다.
첫째, 자기감응형 자동화시스템이다. 이는 생물반응조내의 수질을 정확하게 계측하여 이에 맞는 운전조건을 맞추어 제어하는 기술이다. 예컨대, 생물반응조 내에 용존산소농도, MLSS 농도를 정확히 맞추어 유입수의 수질에 맞게 운전조건의 최적화가 가능화가 필요한데, 이는 처리의 효율성과 경제성 측면에서 중요한 인자로 알려져 있기 때문이다. 그러나 대부분의 하·폐수처리장의 수질측정(DO, MLSS 등) 방식은 단순 모니터링이나 하루 1 내지 2회 측정하여 수동으로 운전조건을 변경하는 방식이므로 생물반응조 내의 급변하는 유입원수 상태나 생물반응조내의 미생물 상태를 측정하여 대응하기에는 불가능하다.
둘째, 에너지 절감형 하·폐수 처리방법이 반드시 필요하다. 특히, MBR을 이용한 하·폐수 고도처리 방법에 있어서 가장 많이 소요되는 동력은, 막분리조 또는 호기조에 설치되는 분리막을 세정하기 위하여 반드시 필요한 세정공기에 따른 것이다. 침지형분리막의 여과 과정 중에 있어서 분리막 표면에 부착되는 고형물질을 물리적으로 제거하기 위해 분리막 하부에서는 지속적으로 세정용 공기를 외부에서 공급해 주어야만 한다. 이때 공급되는 송풍기의 동력은 전체 하·폐수 처리과정에서 요구되는 동력비의 약 42% 정도가 소요되고 있는 실정이다. 일반적으로 호기조에서 질산화 또는 유기물 분해를 위해 필요한 용존산소 농도는 1 내지 1.5 mg/L 정도가 필요하다. 그러나 대부분의 MBR 공정에서는 4 내지 6 mg/L의 용존산소 농도까지 관측되고 있다. 이는 분리막의 파울링(Fouling)을 방지하기 위해 지속적으로 공급되는 세정공기 때문이다.
호기조 또는 막분리조의 과폭기로 인해 플록의 해체 현상이 발생되고 특히 무산소조로 반송되는 반송슬러지 내에 고농도의 용존산소를 함유하고 있어 0.1 mg/L 이하의 용존산소를 요구하는 무산소조(Anoxic)에서의 탈질효율이 급격히 낮아지는 문제점이 발생한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 예컨대 탈기조, 안정화조, 용존산소저감조 등의 격실을 구성하여 반송슬러지중의 용존산소 농도를 저감하여 무산소조의 탈질효율을 극대화 하고자 하였다. 그러나 기존의 용존산소 저감을 위한 격실은 안정적인 DO(용존산소) 저감을 위한 수리학적 체류시간이 부족하여 반송수중의 DO농도가 높아져 안정적인 탈질과정에 방해가 되거나 수리학적 체류시간이 너무 길어질 경우 MBR공정의 장점인 부지면적 축소가 어려워지거나 긴 수리학적 체류 시간에 의한 인의 재용출 등의 문제가 있다.
따라서 분리막을 이용한 하·폐수고도처리 공정에 있어서 상기 유입수의 부하변동에 대응이 가능하고 분리막 파울링(Fouling) 방지를 위한 과폭기에 따른 질소제거율 감소 및 운전동력 절감이 가능한 에너지 절약형 고도처리 공정이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술에 따른 문제점들을 개선하고자 안출된 기술로서, 기존 MBR 공정과는 차별화된 공정구성을 도입함으로써 원수의 부하변동에 대한 대응성이 우수하고 질소 및 인 제거에 대한 공정구성을 보강하여 수질의 안정성 확보 및 고도처리의 효율을 극대화하였으며, 호기조와 막분리조를 분리하여 호기조를 간헐폭기 등의 시간제어방식이나 또는 용존산소 측정기(DO meter)의 농도제어방식으로의 공정구성을 통하여 필요한 양 만큼의 산소공급이 가능하고 폭기조 내에 용존산소 용해율이 우수한 미세기포발생장치를 구성하고 더불어 막분리조의 과급공기로 인한 과포화된 용존산소를 포함한 반송슬러지를 호기조로 반송함으로써 호기조내 공급되는 공기량을 줄임으로서 에너지 소비를 대폭 저감하는 하·폐수 고도처리장치를 제공하는 것을 주된 목적으로 하는 것이다.
상기의 과제를 해결하고자 본 발명은, 처리 대상수인 원수가 유입되는 무산소조, 상기 무산소조로부터 배출된 유출수가 월류되어 유입되는 혐기조, 상기 혐기조로부터 배출되는 유출수가 유입되는 호기조, 및 상기 호기조로부터 배출된 유출수가 유입되는 막분리조가 순차적으로 설치되는 침지형분리막을 이용한 하·폐수 고도처리장치에 있어서, 상기 무산소조는 상기 무산소조의 MLSS 농도를 조절하는 MLSS 농도조절장치를 포함하고, 상기 MLSS 농도조절장치는 상기 무산소조의 후단에 설치되며, 상기 MLSS 농도조절장치의 하부에 장착된 농도조절장치교반기의 회전속도에 따라 슬러지의 침강 또는 부상을 조절하여 상기 MLSS 농도조절장치의 상부인 월류부에서의 상기 혐기조로의 MLSS 월류량을 조절하여 상기 무산소조의 MLSS 농도를 제어하되, 상기 농도조절장치교반기는 인버터에 의한 속도조절이 가능하고, 상기 무산소조에 설치된, ORP 메타 및 MLSS 메타의 신호를 받아 교반속도를 조절하여, 상기 무산소조 내의 MLSS 농도를 증감시켜 원수의 유입부하에 대응하고 질소 제거 효율을 증대시키는 것을 특징으로 하는 침지형분리막을 이용한 하·폐수 고도처리장치를 개시한다.
본 발명은 상기 막분리조 혼합액의 상기 호기조로의 반송과 상기 호기조에 설치되는 미세기포공급장치에 의해 산소용해도를 유지하여 폭기용 송풍기의 가동시간을 줄여 동력에너지를 절감하되, 상기 미세기포공급장치는 상기 호기조 유입단에 설치되고, 상기 호기조에 유입된 원수는 상기 미세기포공급장치 내에서 호기조의 미생물과 외부의 공기가 혼합된 미세기포 혼합액과 접촉하여 산소를 공급받은 후 상기 호기조로 순환되어 유기물의 산화 및 분해, 인과잉 섭취 및 질산화가 촉진되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 상기 미세기포공급장치는 폭기장치로부터 발생되는 미세기포와, 상기 혐기조로부터 유입되는 원수 및 상기 막분리조로부터 반송되는 과급공기를 혼합함으로써, 송풍기에 의한 상기 호기조로의 공기공급을 최소화하여 송풍기 동력을 절감하는 것을 특징할 수 있다.
본 발명은 침지형분리막을 포함하는 상기 막분리조 내의 분리막 오염방지를 위한 세정공기가 공급되어지고, 과급공기로 인한 과산화를 방지하기 위하여 상기 호기조와 상기 막분리조가 별도로 분리된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 막분리조는 유효수심을 2 내지 2.5m로 하되, 호기조의 수심보다 낮게 유지하여 분리막 오염방지를 위한 공기공급 시 송풍기의 풍압을 낮게 하여 세정용 송풍기의 동력을 낮추어 운전하는 것을 특징할 수 있다.
본 발명은 상기 막분리조로부터 상기 호기조로 반송시키는 라인을 구비하여 높은 용존산소 농도를 포함하는 혼합액 중의 산소를 상기 호기조에서 이용하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같이 제시된 본 발명에 의한 침지형분리막을 이용한 하·폐수 고도처리장치에 의하면 MLSS 농도조절장치를 구비한 무산소조 내의 F/M비를 조절함으로써 유입원수의 부하변동에 대응이 가능하고, 호기조와 막분리조를 별도로 분리하고 처리수의 고액분리를 위한 분리막의 유지세정을 위해 공급되는 과급공기에 의한 막분리조 내의 높은 용존산소를 포함한 혼합액을 호기조로 순환함으로써 호기조에 공급되는 폭기량을 줄여, 최근 하·폐수처리공정에서 요구되는 자기감응 및 에너지 절감형 하·폐수 처리공정을 제공함으로써 부하변동이 심한 하·폐수 처리에 효과적이면서 에너지 절감형 하·폐수 처리가 요구되는 시설에 매우 유용한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 수질의 안정성 확보, 고도처리 효율 극대화, 에너지 저감의 효과를 극대화하기 위한 침지형분리막을 이용한 하·폐수 고도처리장치를 도시한 도면이다.
도 2는 무산소조 후단에 설치된 MLSS 농도조절장치를 도시한 도면이다.
도 3은 호기조에 설치된 미세기포공급장치를 도시한 도면이다.
이하 본 발명을 도시한 도면 1 내지 3을 참고하여 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 수질의 안정성 확보, 고도처리 효율 극대화 및 에너지 저감의 효과를 극대화하기 위한 분리막을 이용한 하·폐수 고도처리장치를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이 하·폐수 처리장치는 유량조정조(1), 무산소조(2), 혐기조(3), 호기조(4) 및 막분리조(5)를 포함한다. 유량조정조(1) 원수는 스크린(20)에 의해 조대 협잡물이 제거된 후 무산소조(2)로 공급되고, 호기조(4)에서 질산화가 완료된 내부반송액은 슬러지반송라인을 통해 무산소조(2)로 반송된다. 이때, 원수와 내부반송액은 상기 무산소조(2)에 설치된 배플(baffle, 9)에서 혼합이 이루어지고 교반기(7)에 의해 무산소 상태에서 탈질이 일어난다.
혐기조(3)에서는 탈인미생물에 의해 혐기성 상태에서 인의 방출이 일어나고 호기조(4)에서는 잔여유기물 제거와 질산화가 진행되며 혼합액은 상기 무산소조(2)로 내부반송된다.
또한, 침지형분리막(24)이 구비된 막분리조(5)에서는 0.06 내지 0.4㎛ 기공을 갖는 침지형분리막(24)에 의해 처리수를 생산하게 되며, 상기 막분리조(5) 내에 존재하는 과급공기에 의한 높은 용존산소 농도를 갖는 미생물 혼합액은 미세기포공급장치(12)를 포함하는 호기조(4)로 반송되어 슬러지 반송과 용존산소를 보충함으로써 송풍량을 절감하는 에너지 절약형 하·폐수 처리장치를 구성할 수 있다.
이하, 본 발명의 하·폐수처리 장치를 각각의 공정별로 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
1. 유량조정조(1)
유입원수의 수질균등화 및 유량균등분배 기능을 수행한다. 그리고 원수의 부패 및 수질균등화를 위하여 수중교반기(6)가 설치되어 있다. 또한, 유량조정조(1) 후단에 스크린(20)을 설치하여 원수의 협잡물 제거를 통해 펌프 및 분리막 등 후단 설비를 보호할 수 있다.
2. 무산소조(2)
유량조정조(1)로부터 유입된 원수는 배플(9)을 통해 무산소조(2)의 하부로 유입되어 슬러지와 혼합된다. 또한, 호기조(4)의 내부반송펌프(14)를 이용하여 일부의 슬러지가 슬러지반송라인을 통해 무산소조(2)의 하부로 유입된다. 무산소조(2)의 주요 기능은 원수수질의 충격부하에 대한 완충작용과 호기조(4) 질산화액의 반송을 통해 탄소원인 원수공급의 탈질기작에 의한 질소처리가 목적이다. 즉, 탈질 작용은 미생물에 의해 질산성 질소가 질소가스(N2)로 환원되는 작용을 지칭한다. 탈질 작용은 미생물이 산소가 부족하면 질산성질소(NO3-N)에 포함되어 있는 산소를 이용함으로써 질산성질소는 산소를 잃고, 질소가스(N2)로 환원되어 대기 중으로 방출되는 것이다. 그리고 무산소조(2) 내 교반이 될 수 있도록 교반기(7)를 설치한다.
무산소조 내에서의 탈질 기작은 아래와 같다.
NO3 - + 1.08CH3OH + H+ →
0.065C5H7O2N + 0.47N2 + 0.76H2O + 2.44H2O
즉, 질산화된 질산성질소(NO3 -)가 질소(N2) 가스로 환원되는 과정이다..
도 1내지 2에 도시된 바와 같이 무산소조(2) 후단에 수면적 부하를 고려하여 슬러지의 침강 및 부유를 유도하도록 설계한 MLSS 농도조절장치(11)를 설치한다. 상기 MLSS 농도조절장치(11)의 하부에 슬러지의 침강 또는 부상을 유도할 수 있도록 농도조절장치교반기(11a)가 설치되며 상기 농도조절장치교반기(11a)의 회전속도 조절에 따라서 슬러지의 침강 또는 부상을 유도할 수 있다. 이로써 상기 무산소조(2) 내의 MLSS 농도를 필요에 따라 조절하게 된다.
이때, 상기 농도조절장치교반기(11a)의 교반속도는 45 내지 560RPM 범위에서 조절하게 되고, 상기 농도조절장치교반기(11a)가 작동하지 않을 경우 상기 MLSS 농도조절장치(11) 상부의 월류부(11b)에서의 수면적부하는 70㎥/㎡.day로 최소한의 MLSS만이 상기 혐기조(3)로 월류되어짐에 따라 상기 무산소조(2) 내의 F/M비를 낮추어 고부하 시 미생물 충격부하에 대응이 가능한 것이 기존 공정과의 차이점이라고 할 수 있다.
이때 상기 무산소조(2) 내에 ORP 메타(21) 및/또는 MLSS 메타(22)가 설치되어 유입수의 충격부하에 따라 탈질효율이 저하됨을 인식하고 적정 MLSS 농도를 유지하기 위해 상기 농도조절장치교반기(11a)의 인버터 제어를 통해 교반기 회전속도를 제어하여 최적의 운전조건 수행이 가능하므로, 유입수의 충격부하에 즉각 대응하고 특히, 동절기 저수온 시 질소처리효율 저하를 방지하게 된다. 상기 기술한 내용은 표 1과 같다.
MLSS 농도조절장치 운전방법 및 농도조절 방법
구 분 무산소조 호기조(생물반응조)
MLSS 농도조절장치 슬러지 반송 슬러지 인발
유입수질 저농도 가동(고속) 감소 증가
고농도 비가동 (저속) 증가 감소
3. 혐기조(3)
상기 무산소조(2)로부터 배출된 유출수는 배플(10)을 통해 혐기조(3)의 하부로 유입되어 슬러지와 혼합된다. 그리고 혐기성 미생물과 분해대상 기질의 접촉효율을 높여주기 위하여 교반기(8)를 설치한다.
유입원수는 상기 무산소조(2)와 혐기조(3)에 7:3 또는 8:2의 비율로 분할 유입할 수 있다.
생물학적인 인제거 공정은 혐기조건과 호기조건을 번갈아가며 노출되면서 이루어지며 혐기조건에서는 미생물 체내에 있는 인을 방출(Release)하고, 호기조건하에서는 방출한 인의 양보다 많은 양의 인을 과잉섭취(Luxury uptake)함으로써, 미생물 체내에 과잉으로 인을 축적시켜 계외로 배출하여 인이 제거된다.
혐기조(3)내에서의 기작은 PAO(Polyphosphate Accumulating Organism)라 불리는 미생물이 혐기성 조건하에서 유입원수 중의 유기물이 VFAs(Volatile fatty acids) 형태로 변환되고 이를 흡수하여 PHAs(Poly hydroxy alkanoates) 형태로 미생물 체내에 저장하게 된다. 이러한 대사과정에서 PAO는 미생물 체내에 있는 Polyphosphate가 분해되면서 나온 Ortho-phosphate를 미생물 외부로 배출함으로써 인 방출이 이루어진다. 이때 혐기조(3) 내부의 인농도는 증가하게 된다.
4. 호기조(4)
혐기조(3)로부터 유입된 유출수는 호기조(4) 내로 유입되어 슬러지와 혼합된다. 그리고 호기조(4)는 내부반송펌프(14), 호기조 송풍기(18), 호기조 산기관(19) 및 미세기포공급장치(12)를 포함한다.
상기 호기조(4)에서 일어나는 기작은 아래와 같다.
첫째, 호기조(4)의 주요기능은 유입된 원수중의 암모니아성 질소를 질산화미생물을 통해 질산성질소로 산화과정을 거치게 된다.
호기조(4)에서의 질산화 기작은 아래와 같다.
NH4 + + 1.682O2 + 0.182CO2 + 0.0455HCO3 - →
0.0455C2H7O2N + 0.955NO3 - + 0.909H2O + 1.909H+
즉 유입수중의 암모니아(NH4 +)가 질산성질소(NO3 -)로 산화되는 과정이다. 이때 질산화과정에서는 알칼리도를 소모하게 된다.
질산화가 완료된 혼합액은 내부반송펌프(14)를 통해 무산소조(2)로 이송되어 상기 무산소조의 탈질 기작에 의해 질소가 제거된다.
둘째, 상기 무산소조(2) 및 혐기조(3)에서 탄소원으로 사용되어지고 남은 잔여유기물을 호기성 조건하에서 미생물의 생장과정에서 제거하게 된다.
셋째, 혐기조(3)의 PAO미생물에 의해 방출된 인을 호기성 조건하에서 혐기조건에서 저장해 두었던 PHAs를 사용하여 생장 및 생존을 하게 되고 그와 동시에 혐기조건에서 소모했던 Polyphosphate를 재합성하기 위해 외부로부터 인을 흡수하게 된다. 이때 호기조건에서 흡수하는 인의 양이 혐기조건에서 방출했던 인의 양보다 많은 양을 흡수하게 되어 호기조(4)에서의 인 농도는 미생물 체내에 과잉섭취되므로 외부의 인 농도는 급격하게 줄어들게 되고 이때 미생물을 외부로 배출(잉여슬러지 폐기)함으로써 인이 제거된다.
상기의 과정에서 호기성 조건을 유지하기 위해 하부에 호기조 송풍기(18), 호기조 산기관(19) 및 산소용해율을 높여 폭기량을 최소화하고 에너지를 절감하기 위한 미세기포공급장치(12)가 구성된다.
상기 호기조(4)의 유입단에 설치되는 미세기포공급장치(12)는 호소 및 연못 등의 수질정화에 상용되는 폭기장치로 소요 동력이 낮고 산소용해도가 높은 것이 특징이다.
본 발명에서는 이를 이용하여 혐기조(3)로부터 유입되는 원수, 막분리조(5)로부터 반송되는 과급공기 및 폭기장치로부터 발생되는 미세기포를 혼합시켜 다시 호기조(4)로 순환시키는 방식의 구성을 제공한다. 이때, 미세기포와, 막분리조(5)로부터 반송되는 과급공기를 포함한 혼합액을 공급함으로 인해 추가적으로 용존산소를 보충할 수 있다. 상기 호기조(4) 내의 용존산소농도를 1 내지 1.5 mg/L로 유지시킴으로써 외부에서 공급되어져야 하는 호기조 송풍기(18)에 의한 송풍량을 최소화할 수 있다. 따라서 하·폐수 처리과정에서 가장 많은 동력에너지를 사용하는 송풍기의 사용량 및 사용시간을 줄여 에너지를 절감할 수 있다.
호기조 송풍기(18)는 상기 호기조(4)에 구비되는 DO 메타(23)를 이용하여 적정 용존산소를 제어하게 된다.
미세기포공급장치(12)는 순환펌프 토출배관에 공기를 공급함으로써 와류현상에 의해 커다란 공기방울은 미세기포로 바뀌어 용해율을 증가시켜 원수와의 혼합액에 산소전달 효율을 상승시키는 효과가 있다.
따라서 산소용해율 및 용해지속 시간이 증가하는 효과가 발생하고 산소용해율에 따라 간헐포기방식으로 운전 및 미세기포 공기용해율 40% 이상 수행으로 에너지 저감의 효과가 있다.
5. 막분리조(5)
호기조(4)로부터 배출된 혼합액은 막분리조(5)로 유입되고 막분리조(5)는 침지형분리막(24), 분리막 흡입펌프(16), 분리막 송풍기(17) 및 슬러지순환펌프(15)를 포함한다.
막분리조(5)는 잔여유기물 및 슬러지혼합액의 고액분리 기능을 수행한다. 막분리조(5)를 운영함에 있어 분리막의 오염을 저감하기 위하여 분리막 송풍기(17)를 이용하여 공기세정을 실시하게 되고 이는 침지형분리막의 하부에서 상부로 공기를 불어넣어 분리막 표면의 오염물질을 제거하게 된다. 막분리조(5)의 송풍기는 분리막의 세정을 위해 포기량을 지속적으로 유지하기 때문에 막분리조(5)의 용존산소량은 항시 높게 지속되는 경향성을 보인다.
따라서 본 발명에서는 막분리조(5)와 호기조(4)를 구분 운영하여 막분리조(5)의 과급공기를 슬러지순환펌프(15)를 통해 호기조(4)로 공급하는 공정으로 구성되어 있다. 또한, 막분리조(5)의 유효수심을 2.0 내지 2.5m로 하여 막분리조(5)에 필요한 송풍기는 기존 4 내지 5m의 수심을 갖는 막분리조에 비해 저동력 송풍기의 사용으로 동력비 저감의 효과가 있다. 표 2는 동력비 절감 효과를 나타낸 것이다.
일반적인 MBR 공정과 본발명에 따른 공정의 동력비 절감 비교
구 분 기존 MBR 본 발명 MBR
생물학적 처리 필요공기량 3.5 ㎥/min
(연속포기, 24hr 운전)		 1.2 ㎥/min
(간헐포기, 12hr 운전)
분리막 세정
필요공기량		 4.0 ㎥/min
(연속포기, 24hr 운전)		 4.0 ㎥/min
(연속포기, 24hr 운전)
총 필요공기량 7.5 ㎥/min 4.6 ㎥/min
송풍기 선정 11kW (4,000 mmAq) 호기조용 : 2.2kW (Root's) (4,000 mmAq)
분리막용 : 2.2kW (Ring)
(2,000 mmAq)
전력비용(년간) 4,671.53 천원 1,401.46 천원
저감비용 3,270.07 천원
(약 70%의 비용저감 효과)
주1) 200톤/일 용량기준으로 비교
주2) 산소전달효율: 기존 MBR (8%), 본 발명 MBR (40%)
상기 표에서 보는 바와 같이 본 발명에서 기대할 수 있는 동력비 저감효과는 송풍기 동력으로 볼 때 70% 정도의 전력비용 저감효과를 기대할 수 있다. 실제 학계 및 타 미세기포 발생장치 기술업체의 자료에 의하면 미세기포의 산소전달효율은 60 내지 70% 정도이며, 용해지속시간도 기존 산기관에 비해 장시간 용해가 가능하며 전체 수처리 시스템에서 송풍기가 차지하는 동력비 부분이 40 내지 50%인 점을 감안하면 본 발명의 동력비 저감효과는 더 클 것으로 보인다.
1 : 유량조정조
2 : 무산소조
3 : 혐기조
4 : 호기조
5 : 막분리조
6, 7, 8 : 교반기
9, 10 : 배플
11 : MLSS 농도조절장치
11a: 농도조절장치교반기
11b: 월류부
12 : 미세기포공급장치
13 : 원수펌프
14 : 내부반송펌프
15 : 슬러지순환펌프
16 : 분리막 흡입펌프
17 : 분리막 송풍기
18 : 호기조 송풍기
19 : 호기조 산기관
20 : 스크린
21 : ORP 메타
22 : MLSS 메타
23 : DO 메타
24 : 침지형분리막

Claims (6)

  1. 침지형분리막을 이용한 하·폐수 고도처리장치에 적용되는 MLSS 농도를 조절하는 MLSS 농도조절장치로서,
    상기 MLSS 농도조절장치는 무산소조의 후단에 설치되며, 상기 MLSS 농도조절장치의 하부에 장착된 농도조절장치교반기의 회전속도에 따라 슬러지의 침강 또는 부상을 조절하여 상기 MLSS 농도조절장치의 상부인 월류부에서의 상기 혐기조로의 MLSS 월류량을 조절하여 상기 무산소조의 MLSS 농도를 제어하여,
    상기 무산소조 내의 MLSS 농도를 증감시켜 원수의 유입부하에 대응하고 질소 제거 효율을 증대시키는 것을 특징으로 하는
    MLSS 농도조절장치
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 농도조절장치교반기는 인버터에 의한 속도조절이 가능하고, 상기 무산소조에 설치된, ORP 메타 및/또는 MLSS 메타의 신호를 받아 교반속도를 조절하는 것을 특징으로 하는
    MLSS 농도조절장치
  3. 막분리조의 혼합액의 호기조로의 반송과 상기 호기조에 설치되는 미세기포공급장치로서,
    상기 미세기포공급장치에 의해 산소용해도를 유지하여 폭기용 송풍기의 가동시간을 줄여 동력에너지를 절감하되,
    상기 미세기포공급장치는 상기 호기조 유입단에 설치되고,
    상기 호기조에 유입된 원수는 상기 미세기포공급장치 내에서 상기 호기조의 미생물과 외부의 공기가 혼합된 미세기포 혼합액과 접촉하여 산소를 공급받은 후 상기 호기조로 순환되어 유기물의 산화 및 분해, 인과잉 섭취 및 질산화가 촉진되며,
    상기 미세기포공급장치는
    폭기장치로부터 발생되는 미세기포와,
    상기 혐기조로부터 유입되는 원수 및
    상기 막분리조로부터 반송되는 과급공기를 혼합함으로써,
    송풍기에 의한 상기 호기조로의 공기공급을 최소화하여 송풍기 동력을 절감하는 것을 특징으로 하는
    미세기포공급장치
  4. 제3 항에 있어서,
    침지형분리막을 포함하는 상기 막분리조에는 분리막 오염방지를 위한 세정공기가 공급되어지고,
    과급공기로 인한 과산화를 방지하기 위하여 상기 호기조와 상기 막분리조가 별도로 분리된 것을 특징으로 하는
    미세기포공급장치
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 막분리조는 유효수심을 2 내지 2.5m로 하되, 호기조의 수심보다 낮게 유지하여 분리막 오염방지를 위한 공기공급 시 송풍기의 풍압을 낮게 하여 세정용 송풍기의 동력을 낮추어 운전하는 것을 특징으로 하는
    미세기포공급장치
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 막분리조로부터 상기 호기조로 반송시키는 라인을 구비하여 용존산소를 포함하는 혼합액 중의 산소를 상기 호기조에서 이용하는 것을 특징으로 하는
    미세기포공급장치
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