KR20160121666A

KR20160121666A - 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치

Info

Publication number: KR20160121666A
Application number: KR1020150050372A
Authority: KR
Inventors: 김수한
Original assignee: 부경대학교 산학협력단
Priority date: 2015-04-09
Filing date: 2015-04-09
Publication date: 2016-10-20

Abstract

본 발명은 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치는, 활성슬러지를 이용하여 원수(原水)를 수처리하는 반응조; 상기 반응조 내부에 설치되며, 유도용액과 상기 원수 간의 삼투압을 이용하여 상기 원수를 수처리하는 정삼투 모듈; 및 상기 반응조 외부에 설치되며, 상기 반응조로부터 1차 처리된 원수를 제공받아, 상기 1차 처리된 원수 내에 포함되는 이온을 배출하며, 슬러지 중 일부는 반송슬러지로서 상기 반응조로 공급하며 나머지는 잉여슬러지로 배출시키는 외부 처리조;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 외부 처리조를 이용하여 고농축/고플럭스 운전이 가능한 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치가 제공된다.

Description

정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치{WATER TREATMENT APPARATUS USING FORWARD OSMOSIS MEMBRANE BIOREACTOR AND REVERSE OSMOSIS PROCESS}

본 발명은 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 외부 처리조를 이용하여 고농축/고플럭스 운전이 가능한 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치에 관한 것이다.

전 세계적인 인구증가와 산업의 발달로 인한 오염의 확산으로 2025년이 되면 거의 모든 국가들이 용수 부족을 겪게 되며, 그 중 절반의 국가들은 수자원 확보에 있어서 심각한 위기를 맞을 것으로 예상된다. 용수의 수요량이 증가하고 수자원도 한정되어 있는 상황에서 하·폐수의 재이용에 대한 관심이 높아지고 있다.

지금까지의 하수처리공정은 하·폐수중의 유기물과 영양염류를 호기조에서 미생물의 분해, 섭취를 통하여 제거하고, 침전조를 두어 활성미생물과 처리수를 침강분리시켜 처리하는 표준활성슬러지법에 기초하였다. 그러나, 종래의 생물학적 처리 공정들은 운전상태의 변동에 따라 빈번히 발생되는 슬러지 팽화에 따른 침전성 저하와 슬러지 유실과 같은 문제로 수질관리에 어려움이 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 기존의 생물학적 처리의 중력침전에 의한 슬러지의 분리를 분리막으로 대체하여 활성슬러지 공정과 분리막 기술의 장점을 결합한 생물막 반응조(MBR : Membrane Bioreactor)가 제시되었다.

생물막 반응조는 생물반응기와 분리막의 결합으로 기존의 2차 침전지 대신 분리막을 사용해 고액분리를 함으로써, 슬러지의 침강성을 고려 할 필요가 없고 부유물질(Suspended Solid ; SS)이 거의 완벽하게 저지되어 처리수질이 높은 장점이 있다. 또 침강성을 고려하지 않음으로써 운전상의 여러 제약 조건이 줄어들어 수리학적 체류시간(Hydraulic Retention Time ; HRT)과 독립적으로 긴 고형물체류시간(Solid Retention Time ; SRT)에서 운전이 가능하다. 긴 고형물체류시간은 미반응조 내의 MLSS(Mixed liquor Suspended Solid)의 농도를 높여 낮은 F/M비로 유지시키고, 슬러지 일령의 증가로 자산화율을 높임으로써 슬러지 감량에도 효과가 있다.

생물막 반응조는 분리막으로 정밀여과막(MF : microfiltration) 또는 한외여과막(UF : ultrafiltration)을 사용한다. 정밀여과막은 약 0.1~10㎛의 입자를 분리하며, 한외여과막은 약 10~1000Å의 입자를 분리한다.

그러나, 기존의 분리막 반응조에서 보다 더 작은 입자의 분리가 요구되었으며, 이에 따라, 생물막 반응조와 정삼투막이 결합된 정삼투 생물막 반응조(FOMBR or OsMBR : Forward Osmosis Membrane Bioreactor)가 제시되었다.

그러나, 정삼투 생물막 반응조는 이온도 분리하므로 반응조 내의 이온의 농도가 높아지며, 이에 따라 미생물의 활동이 낮아지는 문제점이 있다. 즉, 생물막 반응조는 미생물의 농축이 요구되나, 이온의 농도 증가에 의하여 미생물의 활동이 낮아진다. 또한, 유도용액의 반응조로의 확산 등에 의하여 낮은 플럭스의 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 외부 처리조를 이용하여 고농축/고플럭스 운전이 가능한 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치를 제공함에 있다.

또한, 역삼투 모듈을 이용하여 생산수를 생산하되, 에너지 회수장치에 의하여 유도용액에 포함된 압력에너지를 재이용함으로써 보다 효율적인 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치를 제공함에 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 활성슬러지를 이용하여 원수(原水)를 수처리하는 반응조; 상기 반응조 내부에 설치되며, 유도용액과 상기 원수 간의 삼투압을 이용하여 상기 원수를 수처리하는 정삼투 모듈; 및 상기 반응조 외부에 설치되며, 상기 반응조로부터 1차 처리된 원수를 제공받아, 상기 1차 처리된 원수 내에 포함되는 이온을 배출하며, 슬러지 중 일부는 반송슬러지로서 상기 반응조로 공급하며 나머지는 잉여슬러지로 배출시키는 외부 처리조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 외부 처리조는, 이온은 배출시키고 슬러지는 농축시키는 고액(固液)분리부를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 고액분리부는, 정밀여과(MF : microfiltration)막, 한외여과(UF : ultrafiltration)막, 섬유상(纖維狀) 여과기 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 이온은 하수처리방류수(Wastewater Treatment Plant Effluent)로서 배출되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 반응조에는 공기를 공급하는 산기관이 설치되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 정삼투 모듈에 연결되며, 역삼투 공정을 이용하여 희석된 유도용액으로부터 생산수를 생산하는 역삼투 모듈을 더 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 역삼투 모듈은 상기 생산수가 여과된 유도용액을 상기 정삼투 모듈로 재공급하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 역삼투 모듈은, 상기 희석된 유도용액으로부터 상기 생산수를 생산 시 배출되는 에너지를 회수하여 역삼투 공정에 재이용하는 에너지 회수장치를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 외부 처리조를 이용하여 수질이 개선되며 전체적인 효율이 개선되는 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치가 제공된다.

또한, 반응조에서 농축된 이온을 외부 처리조에서 방류하여, 반응조와 유도용액 간의 높은 삼투압 차를 유지하여 정삼투 플럭스를 높이고, 생물학적 처리에 필수적인 활성슬러지는 외부 처리조에서 농축하여 반응조로 공급함으로써 고농축/고플럭스 운전이 가능한 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치가 제공된다.

또한, 활성 슬러지에 의한 원수의 처리, 정삼투 모듈에 의한 원수의 처리 및 역삼투 모듈에 의한 원수의 처리를 통하여 원수를 3차적으로 정화시킬 수 있는 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치가 제공된다.

또한, 에너지 회수장치에 의하여 유도용액에 포함된 압력에너지를 재이용함으로써 보다 효율적인 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치가 제공된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치의 개략적인 장치도이며,
도 2는 도 1의 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치의 생물막 반응조를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 3은 정삼투 공정과 역삼투 공정을 상호 비교하여 도시한 도면이며,
도 4는 도 1의 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치의 정삼투 모듈에서의 여과과정을 개략적으로 도시한 도면이며,
도 5는 도 1의 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치의 외부 처리조를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 6은 도 1의 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치의 역삼투 모듈을 개략적으로 도시한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치의 개략적인 장치도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치(100)는, 반응조(110)와, 반응조(110) 내부에 설치되는 정삼투 모듈(120)과, 반응조(110) 외부에 설치되는 외부 처리조(130) 및 정삼투 모듈(120)과 연결되는 역삼투 모듈(140)을 포함한다.

도 2는 도 1의 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치의 생물막 반응조를 개략적으로 도시한 도면이다.

반응조(110)는 원수(原水,raw water)를 수처리하며, 원수의 생물학적 처리공간을 제공하는 구성이다. 반응조(110)는 활성 슬러지를 통하여 원수를 정화시키며, 정화된 원수를 멤브레인 모듈에 통과시킴으로써, 슬러지와 고형물을 걸러내어 2차적으로 정화가 일어나도록 한다. 여기서, 원수(原水)는 하수·폐수 등을 예로 들 수 있으며, 본 발명에서 멤브레인 모듈은 정삼투 모듈(120)이다.

반응조(110) 내부에는 활성슬러지 즉, 미생물이 적절한 농도를 이루며 수용되며, 공기를 공급하는 산기관(111)이 설치된다. 산기관(111)은 반응조(110)의 하부에 설치될 수 있다.

활성 슬러지의 활동을 유지하기 위하여 산소가 필요하며, 반응조(110) 내부에 원수가 공급되면, 공기주입펌프(미도시)로부터 공급되는 산소가 산기관(111)을 통하여 분출된다. 산소에 의하여 활성 슬러지의 부유성 유지 및 활성 슬러지와 유기물과의 접촉기회를 갖게 되며, 활성 슬러지는 산소를 이용하여 원수 내의 유기물을 흡착, 섭취 분해함으로써 원수를 1차 정화한다.

도 3은 정삼투 공정과 역삼투 공정을 상호 비교하여 도시한 도면이다. 도 3의 (a)를 참조하면, 정삼투(Foward Osmosis) 공정은 반투막을 사이에 두고 고농도의 유도용액(Draw Solution)을 저농도 용액과 접하게 하여 저농도 용액의 순수한 물을 유도용액으로 흡수시킨 후 유도용액으로부터 다시 순수한 물을 분리시키는 방법이다. 도 3의 (b)를 참조하면, 역삼투(Reverse Osmosis) 공정은 유체의 평형 상태에서 반투막을 사이에 두고 고농도 용액 측에 삼투압 이상의 압력을 가하게 되면 정삼투 현상과는 반대로 고농도의 용액에서 순수한 물이 저농도 용액 측으로 흘러가는 것을 이용하는 방법이다.

도 4는 도 1의 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치의 정삼투 모듈에서의 여과과정을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 정삼투 모듈(120)은 반응조(110)에서 멤브레인 모듈의 역할을 하는 것으로서, 기존의 생물막 반응조(MBR)와는 달리 정삼투막을 사용한다.

정삼투 모듈(120)은 이온 및 분자크기가 10Å 이내의 용질을 분리하는 분리막이라면, 중공사 모듈, 평막 모듈 등 다양하게 마련될 수 있다. 한편, 본 발명에서 정삼투 모듈(120)은 반응조(110) 내부에 수용된다. 즉, 본 발명에 따른 생물막 반응조는 침지형 생물막 반응조이다.

정삼투 모듈(120) 내부에는 유도용액(DS)이 유입되며, 활성 슬러지에 의하여 1차 정화된 원수가 유도용액(DS)과의 농도차에 따른 삼투압에 의하여 정삼투 모듈(120) 내부로 유입된다. 예를 들어, 정삼투 모듈(120)이 중공사막으로 마련되는 경우, 중공사막 내부에는 유도용액(DS)이 공급되며, 중공사막 외부의 1차 정화된 원수가 삼투압에 의하여 중공사막 내부로 유입되고, 원수에 의하여 유도용액은 희석된 유도용액(Diluted Draw Solution)(DDS)이 된다.

한편, 유도용액(DS)은 높은 삼투압을 낼 수 있도록 물에 대한 용해도가 높아야하며, 저에너지를 이용하여 물과 유도용액(DS)을 분리할 수 있으며, 분리물질의 회수율이 높은 것이 바람직하다. 유도용액(DS)은 그 종류가 제한되지 않으며, NaCl을 비롯하여 다양한 용질을 이용할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 생물막 반응조는 산기관(111)으로부터 공급되는 산소에 의하여 반응조(110) 내부의 미생물이 원수의 유기물을 분해함으로써 원수가 1차 정화되며, 이 후 정삼투 모듈(120)에 의하여 여과됨으로써 2차 정화된다.

도 5는 도 1의 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치의 외부 처리조를 개략적으로 도시한 도면이다.

외부 처리조(130)는 반응조(110) 내부에서 농축된 이온을 배출하여 반응조(110)와 유도용액(DS) 간의 삼투압 차를 높여, 정삼투 모듈(120)을 통과하는 유량을 증가시키고, 생물학적 처리에 유용한 활성슬러지를 농축시키기 위한 구성이다. 즉, 외부 처리조(130)는 반응조(110) 내부의 고농축/고플럭스를 유지하기 위한 구성이며, 반응조(110) 외부에 배치된다.

정삼투 모듈(120)은 이온 및 분자크기가 10Å 이내의 용질을 분리하는 분리막으로 마련되므로, 정삼투 모듈(120) 내부로 순수한 물만 유입되며, 이온을 포함한 다른 물질들은 여과된다. 즉, 반응조(110) 내부에는 활성 슬러지와 유기물이 반응하여 생성된 슬러지(S)와 이온(I) 등이 여과되어 남게 된다.

정삼투 모듈(120)에 의하여 순수한 물만 여과할 수 있다는 장점이 있으나, 활성 슬러지의 활성에 영향을 받으며, 정삼투 모듈(120)을 통과하는 유량이 작아지는 저플럭스 문제가 생긴다. 구체적으로, 활성 슬러지의 생물학적 처리는 긴 고형물 체류시간(Solid Retention Time : SRT)이 요구된다. 그러나, 정삼투 모듈(120)에 의하여 이온(I)이 여과되므로, 이온(I)에 의하여 활성 슬러지의 생물학적 활성에 영향을 받게 된다. 또한, 정삼투 모듈(120) 내부에는 순수한 물이 유입되어 유도용액(DS)이 희석되나 정삼투 모듈(120) 외부에는 분리막에 의하여 이온이 여과되어 축적되므로, 정삼투 모듈(120) 내외부 간의 농도차가 작아지게 된다. 나아가, 정삼투 모듈(120) 내부의 유도용액(DS)이 정삼투 모듈(120) 외부로 확산되는 역확산이 일어나는 경우 농도차는 더 작아질 수 있다.

즉, 정삼투 모듈(120)에 의하여 순수한 물만 여과할 수 있다는 장점이 있으나, 저농축/저플럭스의 문제점이 있다.

외부 처리조(130)는 반응조(110) 내부의 고농축/고플럭스를 유지하기 위한 구성으로서, 반응조(110) 외부에 설치되어 반응조(110) 내부의 1차 정화된 원수를 공급받는다. 1차 정화된 원수에는 슬러지(S)와 이온(I), 물 등이 포함된다.

외부 처리조(130)는 1차 정화된 원수 중 물과 이온(I)을 하수처리방류수(Wastewater Treatment Plant Effluent)로서 배출한다. 구체적으로, 외부 처리조(130)는, 이온을 배출시키고 슬러지는 농축시킬 수 있는 고액(固液)분리부(131)를 포함한다. 고액분리부(131)는 정밀여과(MF : microfiltration)막, 한외여과(UF : ultrafiltration)막, 섬유상(纖維狀) 여과기 중 적어도 하나 이상으로 마련될 수 있다.

정밀 여과막은 용질의 크기가 0.1 내지 10㎛ 정도인 입자를 분리하는 막으로서 공경은 대략 0.05~10㎛이며, 공극율이 전체 부피의 70% 이상을 차지하는 다공질 막이다. 정밀여과막에 의하여 박테리아, 라텍스 또는 콜로이드 입자 등이 분리된다. 한외여과막은 분자크기가 수천 내지 수십만 돌턴에 달하는 콜로이드 입자나 거대분자를 분리하기 위한 것으로서, 미생물, 바이러스 등의 분리에 적용된다. 섬유상 여과기는 공경 1~10㎛의 섬유 소재로 된 여과기를 의미하며, 정밀여과막이나 한와여과막보다 분리기능은 떨어지나 활성슬러지의 대부분을 차지하는 미생물 농축 및 분리에는 적합하며, 상대적으로 작은 에너지로 구동되는 장점이 있다. 즉, 외부 처리조(130)는 정밀 여과막, 한외여과막, 섬유상 여과기 중 적어도 하나 이상을 통하여, 1차 처리된 원수로부터 물과 이온(I)을 분리하여 하수처리방류수(Wastewater Treatment Plant Effluent)로서 배출한다. 다만, 본 실시예에서 외부 처리조(130)는 이온(I)을 분리하여 배출하기 위하여 정밀여과막, 한외여과막, 섬유상 여과기 등을 이용하는 것으로 하였으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 다양한 방법으로 이온을 분리하여 배출할 수 있음은 물론이다.

외부 처리조(130)로 공급된 1차 정화된 원수 중 슬러지(S)는 농축되어 반송 슬러지로서 반응조(110)로 재공급되며, 일부는 잉여슬러지로 배출된다. 반송 슬러지는 반응조(110) 내부가 적절한 MLSS(Mixed Liquer Suspended Solid)를 유지되는 양으로 공급되는 것이 바람직하다.

정리하면, 반응조(110) 내부의 1차 정화된 원수가 외부 처리조(130)로 배출됨으로써, 이온(I)이 배출되어 정삼투 모듈(120) 내외부 간의 농도차가 낮아지는 현상을 방지할 수 있다. 또한, 배출된 슬러지(S)는 외부 처리조(130)에 의해 농축되어 반응조(110) 내부에 공급함으로써 적절한 MLSS(Mixed Liquer Suspended Solid)가 유지된다. 따라서, 반응조(110) 내부의 고농축/고플럭스가 되어 효율이 매우 증대된다.

도 6은 도 1의 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치의 역삼투 모듈을 개략적으로 도시한 도면이다.

역삼투 모듈(140)은 정삼투 모듈(120)에서 희석된 유도용액(DDS)로부터 생산수를 생산하기 위한 구성이다. 도 6을 참조하면, 역삼투 모듈(140)은 펌프(141)와, 역삼투 분리막(142) 및 에너지 회수장치(143)를 포함한다.

상술한 바와 같이, 역삼투 공정은 유체의 평형 상태에서 반투막을 사이에 두고 고농도 용액 측에 삼투압 이상의 압력을 가하게 되면 정삼투 현상과는 반대로 고농도의 용액에서 순수한 물이 저농도 용액 측으로 흘러가는 현상이다. 본 실시예에서 정삼투 모듈(120)에서 물의 유입으로 인하여 유도용액(DS)은 희석되며, 희석된 유도용액(DDS)은 펌프(141)에 의하여 가압되며, 희석된 유도용액(DDS) 내의 순수한 물은 역삼투 분리막(142)을 통과한다.

에너지 회수장치(143)는 역삼투 공정에서 배출 손실되는 고압의 에너지를 회수하여 재사용하는 에너지 저감장치이다. 역삼투 공정에서 막을 통과하지 않고 배출되는 유도용액(DS)은 펌프(141)에 의해 제공된 에너지를 그대로 갖고 있다. 에너지 회수장치(143)는 펌프(141)에 의하여 고압으로 가압된 희석된 유도용액(DDS)에서 일부 손실된 후 버려지는 압력 에너지를 회수하여 희석된 유도용액(DDS)을 가압하는 에너지로 사용하는 장치이다. 에너지 회수장치(143)는 예를 들어, 고압의 유도용액(DS)을 이용해 터빈을 회전시켜 이를 펌프(141)의 임펠러에 연결하여 에너지를 회수하는 방식으로 이용될 수 있다.

즉, 정삼투 모듈(120)에서 유입된 물에 의하여 유도용액(DS)이 희석되며, 희석된 유도용액(DDS)은 역삼투 모듈(140) 측으로 공급된다. 이 후, 펌프(141)는 희석된 유도용액(DDS)을 고압으로 가압하며, 희석된 유도용액(DDS)에 포함된 순수한 물은 역삼투 분리막(142)을 통과하여 생산수가 된다. 한편, 순수한 물이 배출된 희석된 유도용액(DDS)은 다시 고농도의 유도용액(DS)이 되어 정삼투 모듈(120)로 재공급되며, 유도용액(DS)의 고압의 압력에너지는 에너지 회수장치(143)에 의하여 회수되어 펌프(141)를 작동하는데 이용된다.

한편, 정삼투 모듈(120)에서 많은 물질들이 여과되므로 역삼투 모듈(140)은 막 표면에 남은 물질들로 인해 막이 오염되는 파울링 현상이 발생되지 않는다.

지금부터는 상술한 본 발명의 일실시예에 따른 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치의 작동에 대하여 설명한다.

먼저, 원수(原水, raw water)가 반응조(110) 내부로 공급된다. 반응조(110) 내부에는 활성 슬러지인 미생물이 다량으로 존재하며, 반응조(110) 내부에는 산기관(111)으로부터 산소가 공급된다.

활성 슬러지는 공급된 산소를 이용하여 원수 내의 유기물을 흡착, 섭취 분해 함으로써 원수를 1차 정화한다.

한편, 정삼투 모듈(120) 내부에는 고농도의 유도용액(DS)이 공급된다. 1차 정화된 원수와 유도용액(DS)과의 농도차에 따른 삼투압에 의하여 원수의 순수한 물은 정삼투 모듈(120) 내부로 공급되며, 유도용액(DS)은 순수한 물과 혼합되어 희석된 유도용액(DDS)이 된다.

정삼투 모듈(120)에 의하여 슬러지(S), 이온(I) 등의 물질이 여과되며, 반응조(110) 내부의 슬러지(S), 이온(I) 등의 물질을 포함한 1차 정화된 원수는 외부 처리조(130)로 배출된다.

외부 처리조(130)로 유입된 2차 정화된 원수 중 이온(I)은 고액분리부(131)인 정밀여과막, 한외여과막, 섬유상 여과기 등에 의하여 분리되어 하수처리방류수로서 배출되며, 슬러지 중 일부는 반송 슬러지로서 반응조(110)로 재공급되어 반응조(110) 내부가 적절한 MLSS를 유지하도록 한다.

한편, 정삼투 모듈(120)에서 희석된 유도용액(DDS)은 역삼투 모듈(140) 측으로 공급된다. 이 후, 펌프(141)는 희석된 유도용액(DDS)을 고압으로 가압하며, 희석된 유도용액(DDS)에 포함된 순수한 물은 역삼투 분리막(142)을 통과하여 생산수가 된다. 한편, 순수한 물이 배출된 희석된 유도용액(DDS)은 다시 고농도의 유도용액(DS)이 되어 정삼투 모듈(120)로 재공급되며, 유도용액(DS)의 고압의 압력에너지는 에너지 회수장치(143)에 의하여 회수되어 펌프(141)를 작동하는데 이용된다.

따라서, 본 발명에 의하면, 외부 처리조를 이용하여 고농축/고플럭스 운전이 가능한 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치가 제공된다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

100 : 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치
110 : 반응조 120 : 정삼투 모듈
130 : 외부 처리조 140 : 역삼투 모듈

Claims

활성슬러지를 이용하여 원수(原水)를 수처리하는 반응조;
상기 반응조 내부에 설치되며, 유도용액과 상기 원수 간의 삼투압을 이용하여 상기 원수를 수처리하는 정삼투 모듈; 및
상기 반응조 외부에 설치되며, 상기 반응조로부터 1차 처리된 원수를 제공받아, 상기 1차 처리된 원수 내에 포함되는 이온을 배출하며, 슬러지 중 일부는 반송슬러지로서 상기 반응조로 공급하며 나머지는 잉여슬러지로 배출시키는 외부 처리조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 외부 처리조는, 이온은 배출시키고 슬러지는 농축시키는 고액(固液)분리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치.
제2항에 있어서,
상기 고액분리부는, 정밀여과(MF : microfiltration)막, 한외여과(UF : ultrafiltration)막, 섬유상(纖維狀) 여과기 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 이온은 하수처리방류수(Wastewater Treatment Plant Effluent)로서 배출되는 것을 특징으로 하는 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 반응조에는 공기를 공급하는 산기관이 설치되는 것을 특징으로 하는 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 정삼투 모듈에 연결되며, 역삼투 공정을 이용하여 희석된 유도용액으로부터 생산수를 생산하는 역삼투 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치.
제6항에 있어서,
상기 역삼투 모듈은 상기 생산수가 여과된 유도용액을 상기 정삼투 모듈로 재공급하는 것을 특징으로 하는 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치.
제5항에 있어서,
상기 역삼투 모듈은, 상기 희석된 유도용액으로부터 상기 생산수를 생산 시 배출되는 에너지를 회수하여 역삼투 공정에 재이용하는 에너지 회수장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치.