KR20130096629A - 침지형 막 모듈 유닛 및, 막 분리 활성 오니 처리 장치 - Google Patents

Abstract

침지형 막 모듈 유닛은, 막 분리 활성 오니(汚泥) 여과용의 침지형 막 모듈(2)과, 막 모듈 하단부로부터 연장되어, 막 모듈(2) 하방의 공간을 둘러싸는 연장벽(27)과, 상기 공간 내하부 또는 상기 공간 하방 부근에 배치되어, 평면적으로 배열된 복수의 산기 구멍을 갖는 막 폭기용 산기 장치(8)를 구비하고, 막 모듈(2)의 분리막 사이에, 연장벽(27)에 의해 각 산기 구멍으로부터의 기포를 안내한다.

Description

침지형 막 모듈 유닛 및, 막 분리 활성 오니 처리 장치{IMMERSION TYPE MEMBRANE MODULE UNIT AND MEMBRANE BIOREACTOR DEVICE}

본 발명은, 막 분리 활성 오니(汚泥; sludge) 여과용의 침지형 막 모듈 유닛 및, 당해 모듈 유닛에 의해 막 세정용 폭기(曝氣; aeration)함과 함께 생물 폭기(bioaeration)를 별도 행하는 막 분리 활성 오니 처리 장치에 관한 것이다.

종래부터 막 분리 활성 오니법에 의한 수 처리 장치(water treatment equipment)가 제안되어, 정화조, 농업 집락 배수 처리, 산업 배수 처리, 도시 하수 처리 등의 용도로 일부 실용화되어 있다. 당해 막 분리 활성 오니법은, 막에 의한 정밀한 분리에 의해, 양질의 처리수가 얻어질 뿐만 아니라, 활성 오니를 고농도로 할 수 있고, 활성 오니조(槽)의 용적당 유기물 분해 처리 능력이 커져 활성 오니조가 작아져, 설치 면적이나 토목 비용의 저감으로 이어지는 등의 메리트가 있기 때문에, 향후 이 기술이 널리 보급될 것으로 보여지고 있다.

이 고농도의 활성 오니를 이용한 막 분리에 있어서는, 고점도인 활성 오니 플록(floc)의 막으로의 부착, 오염에 의한 처리 능력의 저하가 현저하고, 이를 막기 위해 막 모듈의 하방으로부터, 상시 폭기를 행하고, 그에 따라 발생하는 막의 진동, 혹은 기포 상승에 의한 오니의 밀도차에 의해 막 모듈 부근에 발생하는 선회류(swirling stream)로, 막면에 퇴적하는 활성 오니를 박리시키고 있다(이하, 막 세정용 폭기 또는 막 폭기). 즉 이러한 기포에 의한 물리적 세정 처리가 상시 필요시 되어 행해지고 있는 것이 실상이다. 한편, 종래의 표준 활성 오니 처리와 동일하게, 활성 오니에 의한 용존 유기물 등의 분해 처리 능력을 유지하기 위해, 활성 오니에 산소를 부여하는 수단으로서도 폭기가 행해지고 있다(이하, 생물 폭기). 이와 같이 막 분리 활성 오니법으로는 막 세정용 폭기와 생물 폭기의 두 가지가 필요해지고, 종래의 표준 활성 오니보다도 막 세정용 폭기분이 필요한 만큼, 많은 에너지가 필요해져, 그의 저감이 과제가 되고 있다.

침지형 막 분리 활성 오니법에는, 비특허문헌 1에 기재된 바와 같이, 크게 나누어 두가지의 방식이 있다. 종래의 기본형은 생물 처리조 내에, 즉 동일조 내에 막 모듈을 삽입함으로써 콤팩트성 등을 메리트로 한 조 일체형이다. 또 하나는 막 모듈의 여과 방식이나 약품 세정 등의 융통성을 중시한 조 분리형, 즉, 생물 처리조와 막 분리조를 따로 두어 2개의 조를 활성 오니가 순환하는 방식이 보급되어 있다.

야마모토 가즈오 감수 「MBR(막 분리 활성 오니법)에 의한 물활용 기술」, 사이언스 테크놀로지사, 2010년 2월 19일 발행

그러나, 각각에 과제가 있었다. 우선 조 일체형에 대해서는, 그 대부분이 생물 처리용의 폭기 장치를 활용하여, 막 폭기 세정도 행하고, 일인이역을 하고 있기 때문에, 폭기한 기포가 막 모듈에 대하여 반드시 유효하게 투입되지는 않고, 공급한 풍량이 유효하게 사용되지 않는다. 그 때문에 막 모듈의 막면의 세정 효과를 충분히 내기 위해 많은 폭기 풍량이 필요해진다. 결과적으로 표준 활성 오니법에 비해 토털의 폭기 에너지는 매우 큰 것으로 되어 있다.

조 분리형에 대해서는, 2개의 조를 별개로 제작하기 때문에, 각각의 조를 제작하기 위해 본래의 막 분리 활성 오니 처리법의 메리트인 콤팩트성을 발휘하지 못하고, 또한 2개의 조 내를 순환시키는 펌프 등이 필요해져 에너지 비용의 저감에 역행하는 디메리트가 있었다.

본 발명은 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 막 분리 활성 오니법의 메리트인 콤팩트성을 유지한 채, 폭기 에너지를 저감 가능하게 하는 막 분리 활성 오니용의 침지형 막 모듈 유닛을 제공하고, 또한 이를 이용한 새로운 막 분리 활성 오니 처리 장치를 제공하는 것을 과제로 하고 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 막 분리 활성 오니 여과용의 침지형 막 모듈과, 막 모듈 하단부로부터 연장되어, 당해 막 모듈 하방의 공간을 둘러싸는 연장벽과, 그 공간 내 하부 또는 공간 하방 부근에 배치되어, 평면적으로 배열된 복수의 산기 구멍(air diffusion hole)을 갖는 막 폭기용 산기 장치를 구비하고, 막 모듈의 분리막 사이에, 연장벽에 의해 각 산기 구멍으로부터의 기포를 안내하는 침지형 모듈 유닛을 제공한다.

본 발명의 막 모듈 유닛에 의하면, 산기 장치로부터 분출되는 기포가 막 모듈 전역에 균일하게 공급되고, 또한 막 모듈의 하방 공간으로부터 외측으로의 기포의 발산을 억제함으로써 막 모듈에 충분한 기포를 공급할 수 있다. 이 때문에, 공급 공기량의 저감에 의한 막 세정용 폭기 에너지의 저감을 도모할 수 있다.

이 막 모듈 유닛에 있어서, 산기 장치가, 막 모듈의 투영 면적을 커버하는 상면을 갖고, 그 상면에 복수의 산기 구멍을 배치하도록 할 수 있다. 막 모듈의 투영 면적을 커버하는 상면의 산기 구멍으로부터 막 모듈의 전역에 균일하게 기포가 공급된다. 산기 구멍의 지름은, 막 세정에 적합한 조대(coarse) 기포를 발생시키기 위해, 예를 들면 1∼8㎜로 할 수 있고, 3∼6㎜가 바람직하다. 이에 따라, 그 기포 상승 유속, 에너지의 크기로부터, 막 세정에 효과적인 진동이나 선회류를 발생시킨다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서, 복수의 산기 구멍은, 분리막의 사이에 맞춰 균일하게 배치할 수 있다. 그에 따라, 분리막의 세정을 균등, 또한 적절하게 행하는 것이 가능해진다. 분리막 모듈에서는, 예를 들면 상단부에서는 분리막의 간격을 두고 병렬하도록 봉지재를 이용하여 상호 고정한다. 한편, 하단부에서는, 봉지재를 마련하지 않고, 지지봉 등을 개재하여 분리막을 되접는 등 하여 고정하여 분리막 사이에 공극(空隙)을 열어둔 채로 하거나, 혹은 동일한 지지봉 등에 분리막 하단의 일부만을 고정하는 등 하여 반자유단(half-free end)으로서 용이하게 흔들리도록 할 수 있다.

산기 구멍으로부터 분리막 모듈의 하단 간에서의 거리, 즉, 연장벽의 길이를 크게 하면, 산기 구멍으로부터 분출하는 기포가 연장벽 내를 상승하는 사이에 당해 기포가 증대하여 보다 거칠고 큰 기포가 되고, 분리막 모듈의 분리막 면에 더욱 큰 기포를 접촉시켜 분리막을 효과적으로 흔들 수 있다.

또한 상단과 동일하게 분리막의 사이에 봉지재를 충전하여 고정하기는 하지만, 분리막이 존재하지 않는 부분에 관통공 등을 형성하여 원수(raw water)의 공급이나 기포의 도입공으로 하는 등 해도 좋다. 이 하단에 형성된 분리막 사이의 공극 혹은 봉지층의 관통공에 산기 구멍을 대향 배치하여, 공극을 통하여 기포가 막 모듈의 막 간에 투입, 상승하도록 설정하는 것이 바람직하다. 분리막 모듈의 하단의 외주 틀은, 예를 들면 분리막 모듈의 상단측의 고정 틀과 연결 틀을 개재하여 부착한다.

분리막 모듈에는, 중공사막 모듈 또는 평막 모듈을 이용할 수 있다. 분리막 모듈의 분리막은, 막 재질에 의하지 않지만, 기포의 상승에 의한 에너지로 진동하는 유연한 소재가 바람직하다. 유기 소재, 그 중에서도 특히 사불화 에틸렌 수지제(이하, PTFE제라고 칭함)의 막으로 하는 것이 바람직하다. 이 PTFE제의 분리막은 강도를 갖는 것이기 때문에, 분리막의 표면에 계속적으로 산기해도 분리막의 손상이나 접힘을 부여하지 않고 내구성을 보존유지(保持)할 수 있다. 또한, PTFE제 막은 그 기공률을 타소재보다도 높일 수 있기 때문에, 결과적으로 경량이 되고, 또한 유연한 소재인 점에서 진동하기 쉽다.

또한 PTFE막은 고강도이고, 내(耐)약품성, 화학 안정성, 내후성이 우수한 특성을 구비하고, 특히, 배수 성분이나 활성 오니에 의해 더러워진 막 표면을 고농도 알칼리액이나 산화제, 산성액을 세정액으로서 이용할 수 있다.

분리막 모듈은, PTFE제의 중공사막을 집속(集束)하여 형성할 수 있다. 당해 PTFE제의 중공사막으로서, 스미토모덴코 파인폴리머 주식회사제 「포어프론(POREFLON)(등록상표)」시리즈를 적합하게 이용할 수 있다.

이와 같이, 막 분리 활성 오니 처리 장치에 있어서, 플록이 부착하는 분리막을 PTFE제의 중공사막으로 이루어지는 분리막 모듈로 함으로써, 운전 기간 중은 연속하여 산기해도 내구성을 보존유지할 수 있다. 그리고, 중공사막의 표면에 플록이나 난용해성 성분이 축적되어도 고농도 알칼리액이나 산화제, 산성액을 세정액으로서 이용할 수 있어, 장기간 안정되게 높은 투과 유속을 유지하여 수처리할 수 있다.

상기 PTFE제의 중공사막은 연신 PTFE 다공질막으로 이루어지는 단층 또는 복층으로 하고 있다. 복층의 중공사로 하는 경우에는, 참조하여 인용하는 일본특허 제3851864호 공보에 기재된 다공질 복층 중공사 등이 적합하게 이용되고, 또한 중공사를 집속한 분리막 모듈로서는, 참조하여 인용하는 일본특허 제3077260호 공보 및 상기 일본특허 제3851864호 공보에 기재된 중공사막 모듈이 적합하게 이용된다.

상기와 같이 연신 PTFE제의 중공사막을 이용하면, 강도, 내구성, 내식성이 우수하고, 고탁도 배수 처리에 있어서 매우 유용성을 발휘할 수 있다. 또한, 연신 PTFE 다공질막은 압출 및 연신 공정을 거쳐 제조되기 때문에, 고도의 분자 배향에 의해 미세공을 고(高)기공률로 할 수 있다. 따라서, 투과 수량이 많은 고성능의 여과막으로 하면서, 산기 처리에서 흔들림을 발생시켜도, 분리막에 균열이 생기거나, 파단하거나 하지 않고, 우수한 내구성을 갖는다.

상기 연신 PTFE 다공질막으로 이루어지는 중공사막은, 예를 들면, 여과면의 평균 공경(pore diameter)이 0.01㎛ 이상, 평균 막 두께가 0.1∼10㎜, 기공률이 40∼90％, JIS K 7113에 규정의 인장 강도가 10N/㎟ 이상으로 하고 있는 것이 바람직하다.

특히 상기 평균 공경은 0.01㎛ 이상 5.0㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 0.1㎛ 이상 0.45㎛ 이하인 것이 바람직하다. 당해 평균 공경은 PMI사제 펌포로미터(PERM POROMETER)(제품번호 CFP-1200A)에 의해 측정할 수 있다.

상기 평균 막 두께는 다이얼 게이지에 의해 측정하고 있다. 상기 기공률은 ASTM D792에 기재된 방법으로 측정하고 있다.

상기 연신 다공질 PTFE란, PTFE가 기공률 60％ 이상인 것을 나타내고, 더욱 바람직하게는 80％ 이상이다.

본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 생물 처리와 막 분리 처리를 동일조 내에서 행하는 조 일체형의 막 분리 활성 오니 처리 장치로서, 활성 오니조 내에, 전술의 침지형 막 모듈 유닛과, 그 막 모듈 유닛의 하방에, 활성 오니로의 산소 공급을 위한 상기 산기 장치와는 독립된 생물 폭기용 산기 장치를 구비하는 막 분리 활성 오니 처리 장치를 제공한다.

이 막 분리 활성 오니 처리 장치에 의하면, 필요 충분한 공급 공기량으로, 막 세정용 폭기를 막 모듈 전역에 균일하게 행할 수 있고, 동일조 내에 있어서 그것과는 독립하여 생물 폭기를 행하기 때문에, 장치 사이즈의 비대화를 피하면서, 전체적으로의 폭기 에너지를 저감하는 것이 가능하다.

이 막 분리 활성 오니 처리 장치에 있어서, 침지형 막 모듈 유닛의 산기 장치로부터 막 세정용 폭기를 위한 조대 기포를 분리막 모듈에 공급하고, 생물 폭기용 산기 장치로부터 미세 기포를 공급할 수 있다. 전술한 바와 같이 조대 기포로 함으로써, 막 세정에 효과적인 진동이나 선회류를 얻을 수 있다.

생물 폭기용 산기 장치의 구멍 지름은, 예를 들면 0.1∼1㎜, 기포경은 0.2∼2㎜ 정도로 할 수 있다. 활성 오니의 양호한 처리 능력을 확보하려면 적절한 용존 산소 농도가 필요하다. 그 산소 농도는 1∼3㎎/l이지만, 본 발명에서는 상기 막 세정용 폭기에 의해 활성 오니로의 산소 용해가 이루어지기는 하지만, 그 산소 용해량은 활성 오니가 필요로 하는 산소 용해량을 충족하지 않는 경우가 있어, 보조적으로 생물 처리 폭기 수단을 형성한다. 그 경우, 상기 막 모듈 유닛의 하방에 미세 기포를 발생할 수 있는 생물 폭기용 산기 장치를 설치함으로써, 활성 오니조의 설치 면적을 크게 늘리는 일 없이 필요한 용존 산소를 공급할 수 있다. 생물 폭기용 산기 장치는, 기포경이 작기 때문에 용존 효율이 오르고, 결과적으로 산소 공급량을 저감하여, 폭기 에너지의 삭감을 실현할 수 있다. 1개의 당해 생물 폭기용 산기 장치가, 1개 또는 복수의 중공사막 모듈의 하부에 위치할 수 있다.

또한 특히, 당해 생물 폭기용 산기 장치를 막 모듈 유닛이 존재하는 에어리어 내 하부에 배치함으로써 생물 폭기의 기포 상승도 막 세정용 폭기와 동일한 방향으로 흐르고, 결과적으로 막 세정용 폭기와 생물 처리 폭기 쌍방에서 발생한 동일한 방향의 선회류를 서로 증폭시켜 보다 세정 효과를 높일 수 있다.

생물 폭기용과 막 폭기용은, 다른 계통의 공기 공급관에서 접속할 수 있다. 예를 들면 활성 오니조의 측벽을 따르는 각각의 배관의 하단을 수평 방향으로 굴절하여 생물 폭기용 산기 장치와 막 폭기용 산기 장치에 각각 접속하고, 생물 폭기용 산기 장치는 조의 저벽과 평행 배치하여, 막 폭기용 산기 장치의 상면에 형성한 복수의 미세 산기 구멍으로부터 공기를 분출시키는 한편, 막 폭기용 산기 장치는 분리막 모듈의 하단 외주틀에 연결한 연장벽을 개재하여 부착하고, 당해 산기 장치의 상면에 형성한 복수의 산기 구멍으로부터 분리 모듈의 투영 에어리어 전역을 향하여 공기를 분출시키는 구성으로 할 수 있다.

생물 폭기용 산기 장치에서는 조의 저면을 따라서 배관한 공기 공급관의 상면에 미세한 산기 구멍을 형성할 수 있고, 혹은 배관 도중에 미세 기포를 발생시키는 관 형상 산기 장치를 설치해도 좋다.

막 분리 활성 오니 처리 장치에 있어서, 막 폭기용 산기 장치와 생물 폭기용 산기 장치를 독립적으로 제어하는 제어 장치를 추가로 구비할 수 있다.

구체적으로는, 생물 폭기용 공기 공급관과 막 폭기용 공기 공급관에 각각 자동 개폐 밸브를 설치하고, 당해 자동 개폐 밸브의 개폐 제어를 제어 장치로 제어하여, 공기 공급 유량이나 시기(산기 시기, 폭기 시기), 원수 공급 유량, 시기, 막 처리액의 흡인 투과 유량 등을, 예를 들면 용존 산소계나 막의 막힘 정도를 나타내는 막 간 차압 등을 모니터링함으로써, 그 신호로부터 막의 막힘이나 용존 산소의 과부족을 방지하기 위해, 각각의 폭기량을 종합적으로 제어하여, 수 처리 장치의 전체를 효율 좋게 가동시킬 수 있다. 또한, 상기 자동 개폐 밸브는 전자 밸브로 구성하고, 당해 전자 밸브는 수동 조작도 가능하게 하고 있는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 막 분리 활성 오니법의 메리트인 콤팩트성을 유지한 채, 시스템 전체적으로의 폭기 에너지를 저감 가능하게 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 막 분리 활성 오니 처리 장치의 평면도이다.
도 2는 도 1의 A-A선 단면도이다.
도 3은 도 1의 B-B선 단면도이다.
도 4는 자동 제어의 회로를 나타내는 도면이다.
도 5는 중공사막 모듈을 나타내고, 5(A)는 사시도, 5(B)는 요부(要部) 단면도이다.
도 6은 산기 박스를 나타내고, 6(A)는 평면도, 6(B)는 정면도, 6(C)는 측면도이다.
도 7(A)는 중공사막 모듈의 하단에 산기 박스를 부착한 상태를 나타내는 정면도, 7(B)는 부착부의 확대 단면도이다.
도 8은 제1 실시 형태의 변형예의 요부 단면도이다.
도 9는 제2 실시 형태의 요부를 나타내는 도면이다.
도 10은 제3 실시 형태에 있어서의 중공사막 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 11은 실험예의 처리 장치를 나타내고, 11(A)는 실시예의 개략도, 11(B)는 비교예의 개략도이다.
도 12(A)∼도 12(D)는 실시예와 비교예의 측정 결과를 나타내는 표이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다.

본 실시 형태의 막 분리 활성 오니 처리 장치(이하, 처리 장치로 생략함)는, 하수나 공장 배수 등을 정화 처리하는 것으로서, 동일조 내에 고농도의 미생물을 투입하여 생물 처리를 행함과 함께 분리막 모듈을 적설(吊設)한 조 내형의 처리 장치로 하고 있다.

도 1 내지 도 7에 나타내는 제1 실시 형태에서는, 조(1)에 복수(4개)의 중공사 분리막 모듈(2)을 늘어뜨리고 있다. 또한, 각 중공사막 모듈에 막 폭기용 산기 장치 및 그의 공기 공급관을 배치하고 있다. 또한 중공사막 모듈(2), 막 폭기용 산기 장치(8)를 포함하는 막 유닛의 하부 에어리어에 생물 폭기용 산기 장치(6)를 배치하고 있다.

생물 폭기용 공기 공급관(5)과 막 폭기용 공기 공급관(7)은 공기 공급원(블로워)(9)에 접속하고, 조(1)의 상부로부터 측벽(1a)을 따르게 하여 삽입하여 하강시켜, 저벽(1b)에 근접한 위치에서 하단을 굴절하여 수평으로 배관하고, 저벽(1b)에 지지재(11)를 개재하여 설치한 생물 폭기용 산기 장치(6)와, 막 폭기용 산기 장치(8)에 접속하고 있다.

생물 폭기용 산기 장치(6)의 상면에 간격을 두고 다수의 산기 구멍(A1)을 형성한 산기판(10)을 배치하고, 생물 폭기용 산기 장치(6) 내에 도입된 공기를 막 모듈 배치 에어리어 전역을 향하여 분출하도록 하고 있다. 당해 산기 구멍(A1)은 공경 0.5㎜ 등의 비교적 소경으로 하고, 직경 1㎜ 정도의 미세한 기포를 분출하도록 하고 있다.

조(1) 내에는 생물 처리에 필요한 용존 산소를 계측하기 위해 용존 산소계를 설치하고 있다(도시하지 않음). 용존 산소량에 따라서, 후술하는 제어 장치(50)에서 생물 폭기용 공기 공급관(5)으로의 공기 공급량 등을 자동 제어하고, 생물 폭기용 공기 공급관(5), 생물 폭기용 산기 장치(6)로부터 조(1) 내에 필요 최소한의 미세 기포를 간헐적으로 공급하고 있다.

조(1) 내에 늘어뜨리는 중공사막 모듈(2)은, 그의 상단의 고정재(15)에 막 투과액 배관(집수관)(16)을 고정하고, 당해 막 투과액 배관(16)을 조(1)의 덮개판(13)에 형성한 부착 구멍에 관통시켜, 당해 막 투과액 배관(16)에 고정한 플랜지(16a)를 덮개판(13)에 고정하고 있다. 당해 막 투과액 배관(16)에 전자 밸브로 이루어지는 개폐 밸브(17)를 개설하여, 또한 그의 하류에 흡인 펌프(19)를 개설하고 있다.

또한, 상기 조(1)로 원수를 공급하는 원수 공급관(4)을 덮개판(13)에 형성한 배관 구멍을 통하여, 각 조(1) 내에 원수(Q)를 공급하고 있다. 배관에는 전자 밸브로 이루어지는 개폐 밸브(18)를 설치하여, 원수 공급로를 개폐하고 있다.

상기 중공사막 모듈(2)은, 도 5(A)에 나타내는 바와 같이, 다수개의 연신 PTFE제의 중공사막(20)을 수평 단면 직사각형 형상(또는 원형)으로 집속하고 있다. 각 중공사막(20)은 각각 U형상으로 2개로 접어 극간을 두어 병설하고, 이들 중공사막(20)의 상단을 봉지 고정재(21)로 연결 고정하고 있다. 당해 봉지 고정재(21)에는, 도 5(B)에 나타내는 바와 같이, 각 중공사막(20)의 중공부와 연통(communication)하는 집수부(21a)를 설치하고, 당해 집수부(21a)에 집수 헤더(22)를 외감(externally) 고정하여, 당해 집수 헤더(22)를 상기 막 투과액 배관(16)과 접속하고 있다.

한편, 각 중공사막(20)의 하단의 만곡부에는 지지봉(26)을 통과시켜 U자 형상을 보유지지(保持)하고 있다. 중공사 분리막 모듈(2)에서는, 중공사막(20)을 지지봉을 개재하여 되접고, 또한 이것을 간격을 두고 배치함으로써, 중공사막(20)의 공극(S)에 산기 기포나 원수를 통과시키기 쉽게 하고 있다. 지지봉(26)은 중공사막 모듈(2)의 하단 외주틀이 되는 보유지지재(27)로 보유지지하고 있고, 그 보유지지재(27)는 더욱 하방으로 연장하여, 중공사막(20)의 하방의 공간을 둘러싸는 직방체 형상의 스커트(skirt)(또는 연장벽)를 형성하고 있다.

상기 직방체 스커트의 하단에, 얕은 바닥인 직방체 형상의 막 폭기용 산기 장치(8)를 배치한다. 그 상면은 중공사 분리막 모듈(2)의 전체 투영 면적에 상당하는 크기로 하고, 당해 상면에 다수의 소경(small diameter)의 공기 분출구가 되는 산기 구멍(A2)을 전후 좌우에 간격을 두고 형성하고 있다. 이들 산기 구멍(A2)은 상기 중공사막(20) 간의 전체 공극(S)에 대응시키고 있다.

산기 구멍(A2)을 형성한 막 폭기용 산기 장치(8)의 상면에서 중공사막(20)까지의 거리는 막 모듈에 고정되어 있는 보유지지재(27)의 길이에 따라 임의로 설정할 수 있다. 길이를 크게 할수록 산기 구멍(A2)으로부터 분출되는 기포를 급속히 증대시켜 중공사막(20)에 접촉하는 기포를 조대 기포로 할 수 있다.

막 폭기용 산기 장치(8)의 측면에 막 폭기용 공기 공급관(7)의 접속구(8b)를 형성하고 있다.

이와 같이, 중공사막 모듈(2)의 하단에 보유지지재(27)을 개재하여 막 폭기용 산기 장치(8)를 부착하고, 당해 산기 장치(8)의 산기 구멍(A2)으로부터는 중공사막(20) 간의 전체 공극(S)에 공기가 국부적으로 직접 취입되도록 하고 있다. 혹은, 보유지지재(27)의 하단으로부터 적절한 거리, 구체적으로는 5∼50㎜, 바람직하게는 10∼30㎜를 두고 막 폭기용 산기 장치를 부착해도 좋다. 이 경우는, 산기 장치 표면상에 잔류하는 고형분의 퇴적을 경감할 수 있다. 이에 대하여, 막 폭기용 산기 장치(8)의 하방에 배치하는 생물 폭기용 산기 장치(6)는, 막 모듈 유닛 에어리어 전체를 향하여 폭기하고 있다.

상기 중공사막 모듈(2)의 중공사막(20)은, 본 실시 형태에서는 다공질 복층 중공사막을 이용하고 있다. 당해 복층의 중공사막은 지지층이 되는 다공질 연신 PTFE 튜브의 외주면에 여과층이 되는 다공질 연신 PTFE 시트를 밀착시켜 휘감아서 복층으로 하여, 강도를 높이고 있다.

상기 여과막을 형성하는 연신 PTFE 다공질 시트는, 1축 연신, 2축 연신으로 얻어진 것이라도 좋지만, PTFE 미소결 분말과 액상 윤활제의 페이스트 압출에 의해 얻어지는 성형체를 2축 연신하여 얻어진 다공질 시트를 소결하여 얻어진 것이 바람직하다. 2축 연신함으로써, 공공(空孔; void)을 둘러싸는 섬유 형상 골격의 강도를 높일 수 있다.

또한, 여과막과 지지막과는 미소결 상태의 PTFE 다공질막을 소결 일체화함으로써, 용이하게 적층체를 형성할 수 있다.

또한, 중공사막(20)은 상기 복층 중공사막에 한정되지 않고, 단층이라도 좋다.

중공사막(20)은 여과면의 평균 공경이 0.01㎛ 이상 5㎛ 이하, 평균 막두께(복층에서는 여과층과 지지층을 더한 두께)가 0.1∼10㎜, 기공률이 40∼90％, 내경이 0.3∼10㎜, IPA 버블 포인트를 10∼600㎪의 범위로 하고 있다.

또한, 중공사막(20)은 JIS K 7113에 규정된 인장 강도가 10N/㎟ 이상으로 하고 있다.

상기 생물 폭기용 산기 장치(6)와 접속한 생물 폭기용 공기 공급관(5), 막 폭기용 산기 장치(8)와 접속한 막 폭기용 공기 공급관(7)은 덮개판(13)에 형성한 배관 구멍을 통과하여 배관하고, 각각 유량 조절 밸브와 개폐 밸브(45와 46, 47과 48)를 개설하여 공기 공급원(9)과 접속하고 있다.

상기 유량 조절 밸브 및 개폐 밸브는 전자 밸브로서 제어 장치(50)로 개폐 제어 및 유량 제어를 행하고 있다. 또한, 상기 막 투과액 배관(16)에 개설한 개폐 밸브(17), 처리액 공급관(4a)에 개설한 개폐 밸브(18), 또한, 흡인 펌프(19)의 구동을 상기 제어 장치(50)로 제어하고 있다. 흡인 펌프(19)는 구동 개시 후에 타이머에 의해 정지 시간을 설정하고 있다. 또한, 상기 개폐 밸브는 수동 조작에서도 개폐 가능하게 되어 있다.

상기 제어 장치(50)에서는, 여과 운전시에 흡인 펌프(19)를 가동시키고, 여과 정지시에는 정지시킨다. 한편, 막 폭기용의 개폐 밸브(46)는 여과 운전 정지시도 포함하여 상시 개변(開弁)하여 산기 기포를 중공사막 모듈(2)로 공급하고 있다. 또한, 통상 처리수 유량을 일정하게 제어하여 운전하고, 이 유량을 유지하기 위한 흡인 펌프 출력으로 흡인 여과하고 있지만, 중공사막(20)의 막힌 상황을, 중공사막을 개재하여 여과할 때의 흡인 압력의 검출기를 설치하여, 그의 검출값이 문턱값에 도달하면 막 폭기량을 상승시켜 막힘을 저감시키고, 일정한 차압까지 저하하면 막 폭기량을 저감하고 있다. 또한 이들 폭기량의 변량에 수반하여, 용존 산소가 증감한 경우에는 생물 폭기량에 피드백하여 그 양을 컨트롤하고 있다.

상기 막 폭기용 공기 공급관에 공급하는 공기의 압력은 10∼70㎪의 범위, 보다 바람직하게는 20∼50㎪의 가압 공기가 적합하게 이용된다. 가압 공기의 공기 공급원(9)은 블로어로 해도 좋고, 콤프레서라도 좋지만, 콤프레서는 공기 압력이 너무 강해짐과 함께, 비용적으로도 블로어가 유리하기 때문에, 블로어가 적합하게 이용된다.

본 발명에 의해, 막 분리 활성 오니 처리법에 있어서 안정된 여과 처리량을 얻기 위해 필요한 공기량은 크게 저감할 수 있다. 공기 유량/여과수 처리량을 송기배율(air feeding ratio)로 정의하면, 종래의 막 분리 활성 오니 방식에 대하여 크게 개선된다. PTFE제의 중공사막 모듈(2)의 송기 배율은 종래 20％ 이상 개선되었다. 예를 들면, 처리수량 100L/hr에 대하여 막 폭기량은 0.5∼1.5N㎥/hr, 바람직하게는 0.7∼1.0N㎥/hr의 범위에서, 활성 오니수의 성상 등에 따라서 적절히 설정된다.

양호한 운전 공기 도입 에너지, 즉, 블로어의 운전에 소비하는 전력, 즉, 런닝 비용의 면에서 적을수록 좋지만, 상기 구성으로 이루어지는 막 분리 활성 오니 처리 장치에서는, 조(1) 내에 투입되는 하수 혹은 공장 배수는, 적량의 산소의 존재하에서 미생물에 의해 분해된다.

당해 조(1) 내에서 생물 처리된 처리액은 중공사막 모듈(2)의 각 중공사막(20) 내에 흡인 펌프(19)의 작용에 의해 흡인되고, 막 투과액은 막 투과액 배관(16)을 통과하여 집수되는 한편, 활성 오니수에 포함되는 미생물 플록이나 무기물 등은 중공사막(20)의 표면에서 포착되어 부착된다.

중공사막 모듈(2)의 중공사막(20) 간의 극간에는 막 폭기용 산기 장치(8)의 산기 구멍(A2)으로부터 직접 조대 기포가 되는 공기가 분출되어 산기된다. 분출되는 기포는 조대 기포로 하고 있기 때문에 중공사막(20)을 흔드는 에너지를 갖고 있다. 한편 평면 형상으로 균일하게 빈 각 구멍으로부터 모듈 각 부에 균일하게 기포가 공급되고, 또한 스커트에 의해 기포의 산일(scattering)이 방지되는 점에서, 산기하는 공기가 유효하게 사용되어 중공사막을 효율적으로 흔들고, 결과적으로 분출하는 공기량을 저감할 수 있다.

또한, 중공사막 모듈(2)의 각 중공사막(20)의 하부는 공극(S)을 두고 지지하고 있기 때문에, 각 중공사의 공극(S)을 통과하는 공기를 중공사막(20)의 막 면에 부하할 수 있어, 막 면을 확실하게 흔들고, 또한 표면의 액체의 흐름에 의해, 막 표면 또는 막 간에 퇴적한 현탁 성분을 효율 좋고 확실하게 박리 제거할 수 있다. 또한, 중공사를 집속한 중공사막 모듈 전체에 충분한 기포가 널리 퍼질 수 있기 때문에, 중공사막 모듈 하부에 고형분의 퇴적을 방지하고, 안정된 여과 기능을 확보할 수 있다.

특히, 중공사막 모듈(2)은 고강도를 갖는 PTFE제의 중공사막(20)으로 형성하고 있기 때문에, 여과 운전 기간시에 연속하여 산기를 행해도, 중공사의 손상이나 접힘을 발생시키지 않는 이점이 있다.

또한, 막 폭기용 산기 장치(8)의 하방의 생물 폭기용 산기 장치(6)로부터 공기가 분출될 때에는, 중공사막 모듈(2)의 외주 부분에서 기포가 상승하기 때문에, 당해 기포에 의해서도, 중공사의 진동이나 선회류를 강화하는 유리한 작용을 초래한다.

생물 폭기용 산기 장치(6)의 산기 구멍(A1)으로부터는, 통상 여과의 휴지시도 포함하여 상시 폭기된다. 그 때, 산기 구멍(A1)으로부터 분출하는 공기의 기포는 미소로 하고 있기 때문에 용해하기 쉬워, 공급 공기량을 저감할 수 있다.

또한, 생물 폭기용 공기 공급관에 설치한 개폐 밸브와, 막 폭기용 공기 공급관에 설치한 개폐 밸브를 개별적으로 자동 제어하고 있기 때문에, 조(1)에는 미생물에 있어서 적정한 용존 산소 농도를 유지하기 위한 폭기를 공급할 수 있는 한편, 중공사막 모듈(2)에는 상시 공기를 공급하여 산기하여, 막힘 발생을 저감할 수 있다.

도 8에 제1 실시 형태의 변형예를 나타낸다.

상기 제1 실시 형태에서는, 중공사 분리막 모듈(2)의 각 중공사막(20)을 U형상으로서 하단에서 턴시키고 있지만, 지지봉을 이용하지 않고, 그 하단을 단면 U자 형상의 지지 부재(65)의 내측에 끼워넣어 고정할 수 있다. 복수의 지지 부재(65)가 적절히 공극(S)을 두고 하단 외주틀(27) 내에 배치된다.

하단 외주틀(27)에 스커트재를 개재하여 막 폭기용 산기 장치를 연결하고 있는 구성은 제1 실시 형태와 동일함과 함께, 다른 구성도 동일하고, 동일한 작용 효과를 발생시키기 때문에, 설명을 생략한다.

도 9에 제2 실시 형태를 나타낸다.

제2 실시 형태에서는 분리막 모듈(50)을 평막(51)을 병설한 평막형 분리막 모듈로 하고 있다. 이 병설한 평막(51)을 제1 실시 형태와 동일하게 하단 외주틀(53) 내에 요동 자유롭게 수용하고 있다. 이 하단 외주틀(53)에 보유지지재(31)를 개재하여 막 폭기용 산기 장치(8)를 부착하고 있는 구성은 제1 실시 형태와 동일하다. 또한, 다른 구성도 제1 실시 형태와 동일하고 동일한 작용 효과를 갖기 때문에 설명을 생략한다.

도 10에 제3 실시 형태를 나타낸다. 막 폭기 장치가, 보유지지재(27)의 하단으로부터 적절한 거리(X), 구체적으로는 5∼50㎜, 바람직하게는 10∼30㎜를 두고 막 폭기용 산기 장치(8)를 부착하고 있다. 다른 구성도 동일하며, 동일한 효과를 발생시키기 때문에, 설명을 생략하지만, 덧붙여 이 경우는, 산기 장치 표면 상에 잔류하는 고형분의 퇴적을 경감할 수 있다.

「실험예」

도 11(A)에 나타내는 본 발명의 국부 폭기를 행하는 막 폭기용 공기 공급 수단과 생물 폭기용 공기 공급 수단을 병설한 상기 제1 실시예와, 조 내에 전체면 폭기를 행하는 폭기용 공기 공급 수단만을 설치한 비교예로, 분리막 모듈의 분리막의 전체 여과 저항을 측정했다.

설정 플럭스(단위 막 면적당 유량)를 함께 0.8m/day로 하고, 실시예에서는 국부 폭기만으로 하고, 비교예는 전체면 폭기만으로 하고, 실시예와 비교예의 폭기량(공기 공급량)은 동량으로 했다.

상기 폭기량을 1500l/h, 2000l/h, 2500L/h, 3000l/h로 변화시키고, 각각 2주간씩 운전을 계속했다.

그 결과를, 도 12 (A)∼도 12(D)의 그래프에 나타낸다. 각 그래프에 있어서 「◆」 표시가 실시예의 국부 폭기, 「■」 표시가 비교예의 전체면 폭기를 나타낸다.

도 12의 그래프로부터 분명한 바와 같이, 국부 폭기를 행한 실시예의 전체 여과 저항이 작고, 전체면 폭기의 비교예보다 분리막 모듈의 중공사막 표면의 세정 효과가 높은 것을 확인할 수 있었다.

본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 초과하지 않는 범위에서 여러 가지 형태로 할 수 있다. 예를 들면, 상기 실시 형태에서는, 분리막 모듈의 하부로부터 연장되는 연장벽의 하단부에 막 폭기용 산기 장치가 부착되어 있었지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 연장벽으로부터 떨어져 연장벽(내의 공간)의 하방 부근에 막 폭기용 산기 장치를 배치하도록 해도 좋다. 막 폭기용 산기 장치로부터 분출된 기포의 대부분이 연장벽에 의해 분리막 모듈에 안내되면 좋다. 또한, 막 폭기용 산기 장치 또는 연장벽에, 생물 폭기용의 미세 기포나 원수를 연장벽 내의 공간으로 유도하기 위한 도입공을 형성하도록 해도 좋다.

1 : 조
2 : 중공사막 모듈
5 : 생물 폭기용 공기 공급관
6 : 생물 폭기용 산기 장치
7 : 막 폭기용 공기 공급관
8 : 막 폭기용 산기 장치
20 : 중공사막
27 : 보유지지재
50 : 제어 장치
A1, A2 : 산기 구멍

Claims (10)

1. 막 분리 활성 오니(sludge) 여과용의 침지형 막 모듈과,
   상기 막 모듈 하단부로부터 연장되어, 상기 막 모듈 하방의 공간을 둘러싸는 연장벽과,
   상기 공간 내 하부 또는 상기 공간 하방 부근에 배치되어, 평면적으로 배열된 복수의 산기 구멍을 갖는 막 폭기용 산기 장치를 구비하고,
   상기 막 모듈의 분리막 사이에, 상기 연장벽에 의해 각 산기 구멍으로부터의 기포를 안내하는 침지형 막 모듈 유닛.
2. 제1항에 있어서,
   상기 산기 장치가, 상기 막 모듈의 투영 면적을 커버하는 상면을 갖고,
   상기 복수의 산기 구멍이, 상기 상면에 배치된 침지형 막 모듈 유닛.
3. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 산기 구멍이, 상기 분리막의 사이에 맞춰 균일하게 배치된 침지형 막 모듈 유닛.
4. 제1항에 있어서,
   상기 막 모듈이 중공사막 모듈 또는 평막 모듈인 침지형 막 모듈 유닛.
5. 제1항에 있어서,
   상기 분리막이 PTFE제인 침지형 막 모듈 유닛.
6. 제5항에 있어서,
   상기 막 모듈은 PTFE제의 중공사막을 집속하여 형성한 침지형 막 모듈 유닛.
7. 제6항에 있어서,
   상기 막 모듈의 중공사막은, 평균 공경이 0.01㎛ 이상, 평균 막 두께가 10㎛ 이상, JIS K 7113에 규정된 인장 강도가 10N/㎟ 이상인 침지형 막 모듈 유닛.
8. 생물 처리와 막 분리 처리를 동일조 내에서 행하는 조 일체형의 막 분리 활성 오니 처리 장치로서,
   활성 오니조 내에,
   제1항에 기재된 침지형 막 모듈 유닛과,
   상기 막 모듈 유닛의 하방에, 활성 오니로의 산소 공급을 위한 상기 산기 장치와는 독립된 생물 폭기용 산기 장치를 구비하는 막 분리 활성 오니 처리 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 침지형 막 모듈 유닛의 산기 장치로부터 막 세정용 폭기를 위한 조대 기포를 상기 분리막 모듈에 공급하고, 상기 생물 폭기용 산기 장치로부터 미세 기포를 공급하는 막 분리 활성 오니 처리 장치.
10. 제8항에 있어서,
    상기 산기 장치와 상기 생물 폭기용 산기 장치를 독립적으로 제어하는 제어 장치를 추가로 구비하는 막 분리 활성 오니 처리 장치.

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