KR101344044B1

KR101344044B1 - 수처리장치

Info

Publication number: KR101344044B1
Application number: KR1020110103209A
Authority: KR
Inventors: 권중필; 한억수; 홍진기; 유창현
Original assignee: 주식회사 하이엔텍
Priority date: 2011-10-10
Filing date: 2011-10-10
Publication date: 2013-12-24
Anticipated expiration: 2031-10-10
Also published as: KR20130038709A

Abstract

수처리장치가 개시된다. 하수 중의 질소 및 인을 제거하도록 혐기조, 무산소조 및 호기조를 포함하는 수처리장치로서, 호기조에 설치되어 있으며 하수에서 슬러지를 걸러 분리 여액으로 여과시키는 슬러지 분리막을 구비한 막분리 유닛, 막분리 유닛에 인접하게 배치되어 있으며 슬러지 분리막에서 분리된 슬러지를 상승시키는 기포를 발생시키는 슬러지 부양(浮揚)부를 포함하고, 슬러지 부양부에 의해 상승된 슬러지는 월류하여 무산소조로 이송되는 것을 특징으로 하는 수처리장치는, 호기조의 공기주입장치를 이용하여 슬러지를 월류시켜 무산소조로 반송함으로써, 내부반송 작업에 별도의 동력장치를 생략하여 수처리에 사용되는 에너지 소모를 감소시킬 수 있다.

Description

수처리장치{Apparatus for water treatment}

본 발명은 수처리장치에 관한 것이다.

현재 전국적으로 수자원의 부족과 함께 적정 수준으로 처리되지 않고 배출되는 오폐수로 인하여, 주요 취수원인 하천 등의 수질오염 문제가 심각한 국면에 처하게 되었다.

특히, 상수원 보호지역에 위치한 하천의 수질은 각종 유기성 오염물질뿐만 아니라 질소, 인 등 부영양화 물질에 의하여 심하게 오염되어 있어서 안심하고 마실 수 있는 수돗물의 생산 및 공급을 위협하고 있으며, 수계의 부영양화를 초래하여 각종 수질문제를 야기시키고 있는 실정이다.

질소 및 인과 같은 영양염류는 생물에게 필수 영양소이지만 이를 적절히 처리하지 않고 자연계에 과다하게 배출시킬 경우 부영양화를 초래하여 수질오염을 가중시킨다. 부영양화가 진행된 수역은 상수처리 시 여과지의 폐쇄 및 상수의 맛을 저하시킴은 물론 심한 악취를 발생하므로 상수원으로서의 가치를 저하시킬 뿐만 아니라 산화과정을 거치면서 수중의 용존산소를 소모하여 하천의 자정작용에 악영향을 끼치고, 또한 조류의 과다번식 문제 등으로 인하여 생태계의 파괴 및 용수의 생산에 막대한 지장을 초래한다.

이러한 하수 또는 폐수 중에 함유되어 있는 질소와 인을 제거하기 위한 방법은 크게 물리화학적 방법과 생물학적 방법으로 대별된다.

그런데, 현재 물리화학적 방법들은 모두 비경제적이고 2차 오염물질을 생성하며, 최종처리가 이뤄지지 못하는 등의 단점이 있다. 이와 같은 물리화학적 처리의 문제를 해결하기 위해 2차 오염물질의 발생이 없고 경제적인 생물학적 처리방법들에 대한 관심이 높아지게 되었다.

도 1에 나타난 바와 같이, 종래 기술에 따른 생물학적 처리방법은 혐기조(20)에서 인 방출, 무산소조(10)에서 탈질화, 호기조(30)에서 질산화 및 인 섭취 등의 과정을 통하여 질소와 인을 제거하는 방법이다.

한편, 근래에는 생물학적 처리방법에서 효과를 높이기 위해서, 생물학적 처리방법에 분리막(40)을 이용한 막분리를 결합한 막 결합형 생물반응조(membrane bioreactor, MBR)가 여러 분야에 적용되고 있다.

그런데, 우리나라 하수는 질소성분이 높아서, 생물학적 처리방법을 사용할 때에 고농도 슬러지 보유가 불가능하고 유출수중에서 질소성분의 제거가 어려운 문제가 있다. 이에 따라, 펌프를 이용하여 여과된 슬러지를 다시 무산소조로 반송하는 내부반송의 비율이 높아서 내부반송을 위한 에너지가 많이 소모되게 된다.

본 발명은 펌프와 같은 별도의 동력장치를 이용하지 않고도 여과된 슬러지를 무산소조로 내부반송할 수 있는 수처리장치를 제공하는 것이다.

또한, 무산소조로 반송되는 슬러지 농도 조절이 용이한 수처리장치를 제공하는 것이다.

또한, 분리막의 운전기간을 연장시킬 수 있는 수처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 하수 중의 질소 및 인을 제거하도록 혐기조, 무산소조 및 호기조를 포함하는 수처리장치로서, 상기 호기조에 설치되어 있으며, 상기 하수에서 슬러지를 걸러 분리 여액으로 여과시키는 슬러지 분리막을 구비한 막분리 유닛, 상기 막분리 유닛에 인접하게 배치되어 있으며, 상기 슬러지 분리막에서 분리된 슬러지를 상승시키는 기포를 발생시키는 슬러지 부양부를 포함하고, 상기 슬러지 부양부에 의해 상승된 슬러지는 월류하여 무산소조로 이송되는 것을 특징으로 하는 수처리장치가 제공된다.

상기 슬러지 부양부에 의해 월류된 슬러지를 수용하도록 상기 호기조에 접하게 배치되어 있으며, 상기 월류된 슬러지를 상기 무산소조로 이송하는 반송수로가 형성된 슬러지 수용조를 더 포함할 수 있다.

상기 반송수로는, 상기 무산소조로 향할수록 높이가 높아지는 경사부를 포함할 수 있다.

상기 호기조에 슬러지를 윌류시키는 공간을 구획하도록 상기 호기조의 일측에 설치되어 있으며, 하부에 슬러지 유입되는 개구부가 형성된 간벽을 더 포함하고, 상기 슬러지 부양부는 상기 간벽에 의해 구획된 공간에 설치되어 있어서, 상기 간벽의 개구부에는 슬러지를 유입하는 하수의 흐름이 형성될 수 있다.

상기 슬러지 부양부는, 상기 간벽에 의해 구획된 공간에 상승류가 형성되도록 기포를 발생시키는 산기장치를 포함할 수 있다.

상기 슬러지 분리막에 부착된 슬러지를 세척하는 분리막 세척부 더 포함할 수 있다.

상기 분리막 세척부는, 상기 막분리 유닛에 하부에 배치되어 기포를 발생시키는 산기장치를 포함할 수 있다.

상기 분리막 세척부는, 상기 막분리 유닛의 슬러지 분리막을 둘러싸는 케이싱과, 상기 케이싱에 설치되어 있으며, 상기 슬러지 분리막를 향하여 초음파를 발생시키는 초음파 발생기를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 호기조에서 산기장치를 이용하여 슬러지를 월류시켜 무산소조로 반송함으로써, 내부반송 작업에 별도의 동력장치를 생략하여 수처리에 사용되는 에너지 소모를 감소시킬 수 있다.

또한, 무산소조로 반송되는 과정에서 슬러지의 적당량을 자연적으로 침전시켜서 내부반송되는 슬러지의 농도를 용이하게 조절할 수 있다.

또한, 초음파를 통하여 주기적으로 슬러지 분리막에 형성된 슬러지를 제거함으로써, 막분리 성능을 지속적으로 유지시켜서 분리막의 교체주기도 연장시킬 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 생물학적 처리방법을 이용한 수처리장치를 설명하는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리장치에서 수처리 흐름을 설명하는 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리장치를 나타내는 평면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리장치를 나타내는 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리장치에서 반송수로를 설명하는 도면.

이하에서 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리장치에서 수처리 흐름을 설명하는 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리장치를 나타내는 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리장치를 나타내는 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수처리장치는 하수 중의 질소 및 인을 제거하도록 혐기조(110), 무산소조(120) 및 호기조(130)를 포함하는 수처리장치로서, 막분리 유닛(133), 슬러지 부양부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

혐기조(110)는 미생물에서 인을 방출시키는 부분이다. 혐기조(110)건에서 인축적 미생물(PAO, P Accumulating Organisms)은 유기탄소(Organic Carbon)를 섭취하여 PBH(Polyhydroxybutyrate)로 축적하는데, 이때 에너지원으로 생체 내에 축적된 Poly-P를 이용하기 때문에 미생물의 계외로 인이 방출되게 된다.

무산소조(120)는 유기성질소, 암모니아성질소, 질산성질소 등의 질소산화물로 변화된 질소를 질소가스로 전환시켜 질소를 제거시키는 부분이다. 무산소조(120)에서는 탈질미생물이 유기물을 이용하여 질소산화물을 질소가스로 탈질하는 과정을 수행한다.

호기조(130)는 유기성 질소를 질산화시키며, 미생물에 의한 인의 과잉섭취현상(Luxury Uptake)를 발생시키는 부분이다. 호기조(130)건에서는 인축적미생물은 축적된 PBH를 소비하며, 혐기조(110)건에서 방출한 인의 양보다 과다하게 섭취(Luxury Uptake)한다.

따라서, 하수 중의 인은 혐기조(110) 및 호기조(130)를 차례로 거치며 인축적미생물에 과다하게 축적되고, 인축적 미생물은 슬러지 처리로 제거될 수 있다. 그리고, 하수 중의 질소는 호기조(130)와 무산소조(120)를 차례를 거치며 질소가스 형태로 제거될 수 있다.

특히, 질소성분이 높은 하수의 경우에는, 도 2에 나타난 바와 같이 호기조(130)에서 발생된 슬러지의 일부를 무산소조(120)에 다시 보냄(내부반송)으로써, 호기조(130)와 무산소조(120)를 반복하여 거치게 하여 하수에서 높은 농도의 질소를 제거할 수 있다.

도 3에 나타난 바와 같이, 본 실시예의 수처리장치에서 혐기조(110), 무산소조(120) 및 호기조(130)는 상호 인접하게 배치되며 격벽으로 구획된다. 이 때, 격벽에 형성된 관통홀을 통하여 하수가 이송될 수 있으며, 무산소조(120) 및 혐기조(110)에는 반응을 촉진시키는 교반기가 설치될 수 있다.

한편, 도 4에 나타난 바와 같이, 호기조(130)의 내부에는 호기조(130)의 하수에 공기를 주입하는 공기주입장치(131)가 설치될 수 있으며, 공기주입장치(131)는 공기를 공급하는 송풍기(131a)와 연결될 수 있다.

막분리 유닛(133)은 호기조(130)의 하수에서 슬러지를 걸러 분리 여액으로 여과시키는 부분이다. 이를 위해, 슬러지를 거를 수 있는 슬러지 분리막을 구비한다. 또한, 막분리에 필요한 압력차가 형성될 수 있도록, 막분리 유닛(133)에는 처리수 배출펌프(133a)가 연결될 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 슬러지 분리막에 부착되는 슬러지 및 겔층을 제거할 수 있도록 분리막 세척부(134)가 추가로 설치될 수 있다.

분리막 세척부(134)는 슬러지 분리막에 부착된 슬러지를 세척하는 부분으로, 본 실시예의 분리막 세척부(134)는 막분리 유닛(133)에 하부에 배치되어 기포를 발생시키는 산기장치(134a)를 포함한다. 이에 따라, 슬러지 분리막에는 기포가 지속적으로 충돌하게 되어 슬러지 분리막에 부착된 슬러지 등이 제거됨으로써, 슬러지 분리막의 사용기간이 연장될 수 있다.

또한, 본 실시예의 분리막 세척부(134)는 슬러지 분리막을 향하여 초음파를 발생시키는 초음파 발생기를 더 포함할 수 있다. 초음파 발생기(134b)는 슬러지 분리막에 부착된 슬러지에 초음파로 충격을 가하여 슬러지 및 겔층을 분리시킨다. 막분리 유닛(133)에 하부에 배치된 산기장치(134a)에서 발생된 기포는 상승할수록 속도가 감소되어 모듈의 중단부와 상단부에서는 세척효과가 약해지는 경향이 있다. 따라서, 본 실시예에서는 초음파 세척을 추가하여 세척효과를 더욱 높일 수 있다.

특히, 초음파 세척은 세척력이 강하여 별도의 세척수 없이도 슬러지 분리막을 대부분 세척할 수 있다. 따라서, 세척수를 이용한 슬러지 분리막의 세척주기가 길어짐으로써, 세척수의 사용이 감소되어 세척수로 인한 호기성 미생물에 악영향 등의 2차 오염을 방지할 수 있다. 또한, 종래의 역세척 방식과 달리, 수처리장치의 정상 가동 중에도 초음파 세척이 가능하므로 수처리장치의 운용 효율을 높일 수 있다. 또한, 초음파 세척은 고농도 호기조(130)에 발생할 수 있는 사상균을 사멸시키는 효과도 얻을 수 있다.

이 때, 초음파 세척의 효과를 더욱 높이기 위하여, 분리막 세척부(134)는 발산된 초음파를 다시 슬러지 분리막으로 반사시키는 케이싱(134c)을 추가로 포함할 수 있다. 막분리 유닛(133)이 설치된 호기조(130)는 대형의 하수를 처리하기 위하여 시멘트로 이루어진 건축 구조물일 수 있다. 그런데, 시멘트 재질은 초음파를 흡수하는 성질이 있어서, 슬러지 분리막을 빗나가 발산된 초음파나 슬러지 분리막에 충돌 후 반사되어 발산된 초음파는 그대로 호기조(130)의 벽면에 흡수되어 버릴 수 있다. 본 실시예에서는 발산된 초음파를 다시 모아 초음파 세척에 재사용하도록, 발산된 초음파를 다시 슬러지 분리막으로 반사시키는 케이싱(134c)을 사용한다.

도 4에 나타난 바와 같이, 본 실시예에서는 케이싱(134c)이 막분리 유닛(133)의 슬러지 분리막을 둘러싸는 형태로 설치된다. 그리고, 케이싱(134c)의 내측에는 초음파 발생기(134b)가 막분리 유닛(133)을 향하여 초음파를 발사하도록 설치된다. 이 때, 케이싱(134c)은 초음파를 잘 반사시키며 내식성이 우수한 스테인레스 강(STS)으로 이루어질 수 있다.

슬러지 부양부(136)는 슬러지 분리막에서 분리된 슬러지를 월류시켜 무산소조(120)로 이송시키는 부분으로, 본 실시예의 슬러지 부양부(136)는 호기조(130)에 공기주입을 위하여 설치된 송풍기(131a)를 이용하여 슬러지를 월류시켜 무산소조(120)로 반송함으로써, 내부반송 작업에 별도의 동력장치를 생략하여 수처리에 사용되는 에너지 소모를 감소시킬 수 있다.

도 4에 나타난 바와 같이, 막분리 유닛(133)에서 막분리 작업이 이루어지면 슬러지(10)는 막분리 유닛(133)의 하부에 침전되게 된다. 그런데, 상술한 바와 같이 높은 질소성분을 가지는 하수는 슬러지의 일부를 무산소조(120)로 내부반송시켜야 한다. 이에 따라, 본 실시예에서는 막분리 유닛(133)에 인접한 영역에 슬러지(10)를 상승시키는 기포를 발생시키는 슬러지 부양부(136)를 설치한다.

한편, 슬러지 부양부(136)는 호기조(130)의 수위와 비슷한 높이 벽과 인접하게 설치되어서, 기포에 의해 상승된 슬러지가 쉽게 벽을 넘어 월류되게 한다.

이 때, 슬러지 부양부(136)는 송풍기(131a)와 연결된 산기장치(137)를 포함하여 슬러지 상승에 필요한 기포를 발생시킬 수 있다.

또한, 슬러지의 상승 및 월류가 용이하도록 슬러지를 월류시키는 공간을 구획하는 간벽(136a)이 호기조(130)에 추가로 설치될 수 있다. 이 때, 간벽(136a)의 하부에는 개구부가 형성되어 있어서, 호기조(130) 바닥에 침전된 슬러지가 간벽(136a)을 지나 슬러지 부양부(136)로 유입될 수 있다.

도 4에 나타난 바와 같이, 본 실시예에서 간벽(136a)으로 구획된 공간에는 슬러지 부양부(136)의 산기장치(137)가 설치된다. 이에 따라, 간벽(136a)으로 구획된 공간에는 산기장치(137)의 기포에 의하여 상승류가 발생하게 되고, 상승류와 같이 상승한 슬러지(10)는 후술할 슬러지 수용조(140)로 월류될 수 있다. 또한, 상승류가 빠져나간 자리를 채우기 위하여 간벽(136a)의 개구부에는 슬러지(10)를 유입하는 하수의 흐름이 형성되어서 월류시킬 슬러지가 연속적으로 공급될 수 있다. 한편, 본 실시예에서는 케이싱(134c)의 일부가 간벽(136a)의 기능을 겸하도록 형성될 수 있다.

또한, 월류될 슬러지 이외의 나머지 슬러지는 배출되어 처리될 수 있도록, 막분리 유닛(133)의 하부에 침전된 잉여슬러지를 외부로 배출시키는 잉여슬러지 배출펌프(135)가 추가로 설치될 수 있다.

한편, 본 실시예의 수처리장치는 월류된 슬러지를 모아서 무산소조(120)로 이송하는 슬러지 수용조(140)를 추가로 구비할 수 있다. 특히, 본 실시예의 슬러지 수용조(140)는 월류된 슬러지를 무산소조(120)로 이송하는 반송수로를 포함하고, 반송수로는 내부반송되는 슬러지의 농도를 조절할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리장치에서 반송수로를 설명하는 도면이다.

도 4 및 도 5에 나타난 바와 같이, 본 실시예의 슬러지 수용조(140)는 호기조(130)에서 월류가 이루어지는 부분에 접하게 배치되어서, 월류된 슬러지를 받아서 수용할 수 있다. 또한, 본 실시예의 슬러지 수용조(140)의 내부에는 무산소조(120)로 연결되어 월류된 슬러지를 무산소조(120)로 이송하는 반송수로가 형성되어 있다.

이 때, 도 5에 나타난 바와 같이, 반송수로는 무산소조(120)로 향할수록 높이가 높아지는 경사부(145)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 무산소조(120) 향하는 슬러지의 일부는 자연 침전된다. 따라서, 경사부(145)의 각도 및 길이 등을 조절함으로써, 월류된 슬러지의 농도를 조절하여 무산소조(120)에 공급할 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 슬러지 수용조(140)에 침전된 슬러지를 하수 유입부에 반송하는 슬러지 반송펌프(142)를 추가로 구비하여, 유입되는 하수에 대한 생물학적 처리가 잘 이루어지도록 슬러지의 농도를 조절할 수도 있다.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.

110: 혐기조
120: 무산소조
130: 호기조
133: 막분리 유닛
134: 분리막 세척부
136: 슬러지 부양부
140: 슬러지 수용조
145: 경사부

Claims

하수 중의 질소 및 인을 제거하도록 혐기조, 무산소조 및 호기조를 포함하는 수처리장치로서,
상기 호기조에 설치되어 있으며, 상기 하수에서 슬러지를 걸러 분리 여액으로 여과시키는 슬러지 분리막을 구비한 막분리 유닛; 및
상기 막분리 유닛에 인접하게 배치되어 있으며, 상기 슬러지 분리막에서 분리된 슬러지를 상승시키는 기포를 발생시키는 슬러지 부양(浮揚)부를 포함하고,
상기 슬러지 부양부에 의해 상승된 슬러지는 월류하여 상기 무산소조로 이송되며,
상기 슬러지 부양부에 의해 월류된 슬러지를 수용하도록 상기 호기조에 접하게 배치되어 있으며, 상기 월류된 슬러지를 상기 무산소조로 이송하는 반송수로가 형성된 슬러지 수용조를 더 포함하고,
상기 반송수로는, 상기 슬러지 수용조에서 상기 무산소조로 향할수록 높이가 높아지는 경사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리장치.
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삭제
제1항에 있어서,
상기 호기조에 슬러지를 월류시키는 공간을 구획하도록 상기 호기조의 일측에 설치되어 있으며, 하부에 슬러지 유입되는 개구부가 형성된 간벽을 더 포함하고,
상기 슬러지 부양부는 상기 간벽에 의해 구획된 공간에 설치되어 있어서, 상기 간벽의 개구부에는 슬러지를 유입하는 하수의 흐름이 형성되는 것을 특징으로 하는 수처리장치.
제4항에 있어서,
상기 슬러지 부양부는,
상기 간벽에 의해 구획된 공간에 상승류가 형성되도록 기포를 발생시키는 산기장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리장치.
제1항에 있어서,
상기 슬러지 분리막에 부착된 슬러지를 세척하는 분리막 세척부를 더 포함하는 수처리장치.
제6항에 있어서,
상기 분리막 세척부는,
상기 막분리 유닛에 하부에 배치되어 기포를 발생시키는 산기장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리장치.
제6항에 있어서,
상기 분리막 세척부는,
상기 막분리 유닛의 슬러지 분리막을 둘러싸는 케이싱과,
상기 케이싱에 설치되어 있으며, 상기 슬러지 분리막를 향하여 초음파를 발생시키는 초음파 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리장치.