KR100344848B1 - 침지형막을이용한오염제거장치및침지형막세척방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유입수를 받아들이는 제1반응조와; 중공사막 또는 평막의 막모듈이 침지되어 있는 제2반응조와; 상기 제1반응조와 제2반응조를 분리하며, 또한 상기 제1, 2반응조를 연결하는 유체이동통로가 설치된 격막과; 상기 중공사막 또는 평막의 막모듈 일측에 연결된 펌프와; 상기 펌프 및 상기 중공사막 또는 평막의 막모듈의 타측에 연결된 서로 중화되는 특성을 갖는 제1, 2세척액이 담긴 제1, 2세척조를 구비한 침지형막을 이용한 오염제거장치를 제공하고 있다. 또한, (A) 침지된 중공사막 또는 평막의 막모듈이 설치된 반응조와 다른 조를 분리하는 격막상에 위치한 유체이동통로를 차단하는 단계와; (B) 상기 막모듈이 설치된 반응조내의 유체를 다른 쪽 조로 모두 이동시키는 단계와; (C) 상기 막모듈의 한쪽 끝에서 다른쪽 끝으로 염기성 혹은 산성 세척액을 흘려서, 상기 세척액이 중공사막 또는 평막의 안쪽에서 바깥쪽으로 흘러나오도록 압력을 가하는 단계와; (D) 상기 (C)단계의 염기성 혹은 산성 세척액이 중화되도록 산성 혹은 염기성 세척액을 막모듈의 한쪽 끝에서 다른쪽 끝으로 흘려주면서, 세척액이 중공사막 또는 평막의 안쪽에서 바깥쪽으로 흘러나오도록 압력을 가하는 단계 및; (E) 상기 (C) 및 (D)단계에서 충분한 세척을 마친 후, 격막상에 위치한 유체이동통로를 열어, 이동되어졌던 유체를 다시 침지된 막모듈이 설치된 반응조로 돌아오게 하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 침지형막의 세척방법을 제공하고 있다. 이와 같은 침지형막을 이용한 오염제거장치 및 침지형막의 세척방법은 막모듈의 세척을 용이하게 하고 막세척중에도 오염제거장치의 가동이 가능하게 할뿐만이 아니라 산성 세척액과 염기성 세척액을 교대로 사용함으로서 세척 효율을 높이면서도 상기 산성 및 염기성 세척액이 중화되도록 함으로서 폐액 발생을 적게 하고 미생물에는 아무런 영향을 미치지 않게 하는 효과를 갖는다.
Description
본 발명은 침지형막 분리시스템에 관한 것으로서, 특히 막세척을 용이하게 하고, 폐액발생을 최소화하며, 생물반응조의 경우 생물반응조의 가동을 중단하지 않아도 되는, 침지형막을 이용한 오염제거장치 및 침지형막 세척방법에 관한 것이다.
오염제거장치중에서도 특히, 최근 폐수처리문제는 도시하수와 같은 저농도의 유기폐수에서부터 공장 혹은 축산업에서 발생하는 고농도의 유기폐수에 이르기까지 그 문제가 심각하여 좀더 효율이 향상된 폐수처리조를 비롯한 오염제거장치의 제작이 업계에 큰 현안이 되고 있다.
폐수처리라 함은 폐수에 인공적으로 물리학, 화학, 생물학 등의 원리를 응용하여 어느 정도까지 폐수를 정화하는 것을 의미하며, 이러한 폐수처리장치의 종류에는 중공사막 또는 평막을 처리조안에 침지시킨 막구조를 이용한 오염제거장치나 미생물을 이용하여 수중의 유기물을 정화시키는 생물반응조(bioreactor)등이 있으며, 생물반응조중에서도 산소가 요구되는가의 여부에 따라 호기성 생물반응조와 혐기성 생물반응조로 나뉘어진다.
종래 미생물을 이용한 생물반응조의 경우, 미생물이 정화된 물과 함께 배출될 수 있어 문제점으로 지적되었는 바, 근래에는 결합된 오염제거장치의 형태가 나타났는 데, 즉 호기성 단독 처리조 또는 혐기성/호기성 병합처리조에 중공사막 또는 평막을 침지시킨 막결합형 생물반응조의 형태가 그것이다.
상기 막결합형 생물반응조는 미생물이 통과할 수 없을 정도의 작은 크기의 막세공을 갖는 중공사막 또는 평막의 막모듈을 반응조에 침지시켜, 슬러지중 입자가 제거된 액체만을 흡입하여 배출하게 됨에 따라, 종래 생물반응조의 미생물 손실이라는 문제점을 해결하였다. 그러나 이와 같은 막결합형 생물반응조는 또다른 문제점을 가지고 있는 바, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
상기의 막결합형 생물반응조를 이용한 폐수처리장치를 비롯한 오염제거장치의 개략도가 도 1 및 도 2에 도시되어 있다. 도 1은 반응조가 하나일때의 오염제거장치이며, 도 2는 반응조가 여러개일때의 오염제거장치를 나타내고 있다.
이 오염제거장치의 가동중에는, 상기 중공사막 또는 평막의 내부에 부압(negative pressure)을 걸어줌으로써 중공사막 또는 평막이 침지된 생물반응조의 슬러지가 정화되는 과정을 거쳐 입자가 제거된 정화된 액체만이 흡입(sunction)된다.
이때, 흡입되지 않은 슬러지의 입자와 미생물 덩어리인 유기물질들은 중공사막 또는 평막의 막세공에 침착되게 되므로 막세공을 막는 원인으로 작용하게 된다. 따라서, 상기 중공사막 또는 평막이 침지된 오염제거장치가 계속적으로 일정 속도를 유지하며 액체를 흡입하기 위해서는 막세공에 침착된 입자들의 저항을 이겨낼 수 있는 부압이 요구되며, 이와 같이 요구되는 부압은 막에 생기는 저항의 증가에 따라 계속적으로 증가될 것이다. 따라서, 흡입하기 위해 필요되어지는 압력인 부압이 일정한 수준까지 증가하게 되면, 원활한 액체 흡입을 위하여 막세공에 침착된 입자들을 제거함을 통해 부압을 낮추어야 한다. 이때, 막세공에 침착된 입자들을제거하여 부압을 낮추기위한 세척용 약품으로 여러 가지 화학약품이 사용된다. 사용되는 일반적인 화학약품으로는, NaCl, HCl, HNO3, NaOCl, H2O2, O3등을 들 수 있다.
그러나, 이러한 화학약품들을 막이 침지된 생물반응조에서 사용할 경우 생물반응조 내부의 미생물에게 치명적인 영향을 주므로, 화학약품을 사용한 막의 세척시에는 중공사막 또는 평막 등의 막모듈을 생물반응조와 분리시킨 상태에서 막을 세척하여야 한다. 즉, 생물반응조내에 침지된 막을 분해하여 꺼낸 후, 위에서 열거한 세척용 약품 혹은 특수하게 제조된 약품을 용해시킨 세척용액에 담구어 세척을 수행하게 된다.
이와 같이, 종래의 결합형 오염제거장치인 막생물반응조(Membrane Biological Reactor;MBR)는 막의 세척을 위해서 막생물반응조의 가동을 중단하여야 하며, 분리된 막을 분해해 밖으로 꺼내어 세척조에 담가야 하는 번거로움이 있다.
용량이 큰 생물반응조가 결합된 오염제거장치의 경우, 분리된 막모듈 세트의 높이는 2미터이상이 될 수 있는 데, 이처럼 부피가 큰 막모듈은 세척조안에서 분해하여 세척하기가 매우 어려워서, 현재로서는 도르래 등의 장치를 이용하여 막모듈을 생물반응조로부터 꺼내어 세척하고 있다.
한편, 막세척을 위하여 막모듈을 담그기 위해서는 모듈 1개당 최소 20L이상의 세척액이 필요하게 되어, 다량의 세척약품 구입을 위한 비용문제가 제기될 수 있다.
그리고, 일반적으로 세척시 효율을 증가시키기 위하여 세척액의 온도를 약 40℃정도로 가열하게 되는 데, 이처럼 많은 용량의 세척액을 40℃정도로 가열하기 위하여 많은 에너지 비용이 필요하게 되며, 이 비용은 겨울철에 특히 증가한다.
또한, 막모듈을 세척액에 담구어 두기 때문에, 막에 침착된 유기물들이 충분히 분해되어 제거되기까지는 약 10시간 내지 약 24시간이 소요되므로, 장시간동안 막생물반응조(MBR)의 운전을 중단할 수 밖에 없게 된다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 막세척이 용이하며, 막세척중에도 생물반응조를 계속 가동시킬 수 있는 침지형막을 이용한 오염제거장치 및 침지형막 세척방법을 제공하는 데에 있다.
도 1은 종래의 오염제거장치를 개략적으로 도시한 것으로서, 단일반응조를 갖는 폐수처리장치이며,
도 2는 종래의 오염제거장치를 개략적으로 도시한 것으로서, 다중반응조를 갖는 폐수처리장치이며,
도 3은 본 발명에 따른 침지형막을 이용한 오염제거장치로서, 가동중일때의 개략도이며,
도 4는 본 발명에 따른 침지형막을 이용한 오염제거장치로서, 세척중일때의 개략도이며,
도 5는 본 발명에 따른 침지형막의 세척 시스템을 도시한 개략도이다.
도면의 주요부분에 대한 부호설명
31, 32: 반응조 33: 중공사막 또는 평막
34: 격막 35: 펌프
51: 제1, 2세척액조
상기 목적을 달성하기 위하여, 유입수를 받아들이는 제1반응조와; 중공사막 또는 평막의 막모듈이 침지되어 있는 제2반응조와; 상기 제1반응조와 제2반응조를 분리하며, 또한 상기 제1, 2반응조를 연결하는 유체이동통로가 설치된 격막과; 상기 중공사막 또는 평막의 막모듈 일측에 연결된 펌프와; 상기 펌프 및 상기 중공사막 또는 평막의 막모듈의 타측에 연결된 서로 중화되는 특성을 갖는 제1, 2세척액이 담긴 제1, 2세척조 구비한 침지형막을 이용한 오염제거장치를 제공한다. 이에 대해서 도 3을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같으며, 본 명세서에서 오염제거장치라 함은 폐수처리장치, 정수장치 및 기타 오염원을 제거하는 장치를 의미한다.
도 3의 오염제거장치는 유입수를 받아들이는 제1반응조와(31)와; 중공사막 또는 평막의 막모듈(33)이 침지되어 있는 제2반응조(32)와; 상기 제1반응조(31)와 제2반응조(32)를 분리하며, 또한 상기 제1, 2반응조(31, 32)를 연결하는 유체이동통로(도시되어 있지 않음)가 설치된 격막(34)과; 상기 중공사막 또는 평막의 막모듈(33) 일측에 연결된 펌프(35)와; 상기 펌프(35) 및 상기 중공사막 또는 평막의 막모듈(33)의 타측에 연결된 서로 중화되는 특성을 갖는 제1, 2세척액이 담긴 제1, 2세척조(51)(하나의 세척조로만 도시되어 있음)를 구비하고 있다.
이때, 상기 제1반응조 및 제2반응조는 미생물을 이용한 생물반응조일 수 있으며, 또는 이 중 하나의 반응조만 생물반응조이거나, 모두 생물반응조가 아닐 수도 있다. 또한, 유입수를 받아들이는 제1반응조가 제2반응조와 마찬가지로 막이 침지되어 있을 수 있다.
상기 각 반응조는 반응조의 성능 향상을 위하여 추가될 수 있는 데, 따라서 상기 제1반응조와 제2반응조는 각각 1개이상 설치될 수 있다.
그리고, 제1반응조와 제2반응조를 분리하는 상기 격막상에는 두 반응조사이에서 유체가 자유롭게 이동할 수 있도록 하는 크기의 유체이동통로가 있으며, 각 반응조의 수가 1개이상 설치될 수 있음에 따라 격막의 수도 1개이상으로 늘어날 수 있다. 이때, 상기 유체이동통로의 크기는 조절이 가능할 수 있다.
막침지조인 상기 제2반응조의 크기는, 바람직하게는, 전체 조 크기의 약 10% 내지 약 60%를 차지할 수 있다.
본 발명에 따른 침지형막을 이용한 오염제거장치가 가동되어 여과를 수행할때, 상기 중공사막 또는 평막의 막모듈이 설치된 반응조내의 유체를 상하방향으로 이동시켜주는 장치(도시되지 않음)를 더욱 포함시킬 수 있는 데, 이와 같이 유체를 상하방향으로 이동시켜주는 장치를 통하여, 반응조내의 유체의 상하간 이동이 발생하게 되고 이로 인해 중공사막 또는 평막의 표면에 입자가 침착되는 것을 어느 정도 제어할 수 있게 된다. 동시에, 상하로 이동하는 유체는 두 반응조사이의 유체이동통로를 통하여 자유롭게 이동함으로써 두 반응조사이의 입자농도의 차이가 거의 발생하지 않게 한다. 상기 유체를 상하방향으로 이동시켜주는 장치로서, 바람직하게는 막모듈의 아래부분에 포기(aeration)장치 또는 교반장치를 설치할 수 있다.
상기와 같은 침지형막을 이용한 오염제거장치를 통하여 여과과정을 계속적으로 수행할 경우, 시간이 흐름에 따라 중공사막 또는 평막의 오염이 발생하게 되는 데, 즉 부압이 걸린 중공사막 또는 평막의 막세공에 슬러지안에 포함된 입자와 유기물질이 침착된다. 따라서, 결과적으로 막의 저항이 증가하여 일정한 속도로 유체을 흡입하기 위한 부압이 증가하게 되므로, 중공사막 또는 평막을 세척할 필요가 있음은 종래 기술에서 언급한 바와 같다.
본 발명은 상기 중공사막 또는 평막을 이용한 생물반응조의 막세척에 있어 보다 용이하고 경제적인 침지형막의 세척방법을 제공한다.
본 발명에 따른 침지형막의 세척방법은 종래 막모듈을 해체하여 반응조밖으로 꺼내어 세척하던 방법에서 벗어나, 유체이동통로를 통하여 막침지조내의 유체를 다른 반응조로 이동시킨 후 펌프 등을 이용하여 세척조내의 세척액을 막침지조의중공사막 또는 평막안으로 이동시켜, 중공사막 또는 평막에 약간의 압력을 가하여 중공사막 또는 평막안쪽으로 흘러들어간 세척액이 중공사막 또는 평막의 바깥쪽으로 흘러나오게 함을 특징으로 한다. 이에 대하여 도 4 및 도 5를 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
우선, 침지된 중공사막 또는 평막의 막모듈이 설치된 반응조, 즉 막침지조와 다른 조사이에 설치되어 있는 격막상에 위치한 유체이동통로를 차단한다.
그리고, 상기 막침지조내의 유체를 다른 쪽 조에 모두 옮기게 되는 데, 도 4 는 막침지조내의 유체가 모두 옮겨진 상태의 오염제거장치를 도시하고 있다.
이때 유체를 옮기는 수단으로 바람직하게는 중공사막 또는 평막에 연결된 펌프(35)가 이용될 수 있다.
그 다음으로, 막침지조내의 상기 막모듈의 한쪽 끝에서 다른쪽 끝으로 세척액을 흘려주게 되는데, 이는 도 5에 도시된 바와 같이 펌프(35)를 이용하여 제1, 2세척액조(51)에서 중공사막 또는 평막의 막모듈(33)쪽으로 세척액을 이동시킴에 의하여 달성될 수 있다. 이때, 세척액이 중공사막 또는 평막의 막모듈(33) 안쪽에서 바깥쪽으로 흘러나오도록 중공사막 또는 평막에 약간의 압력을 가해서, 중공사막 또는 평막의 바깥쪽으로 흘러나온 세척액은 막침지조의 바닥으로 세척액의 일부가 떨어지게 된다. 이후 막모듈 내부를 통과한 나머지 세척액은 막모듈의 다른 관로를 통하여 해당 세척액의 세척조로 회수되게 된다. 이와 같이, 세척액이 중공사막 또는 평막을 통과하여 흐르는 과정은 여러 번 반복될 수 있는 데, 이때 사용되어지는 세척액으로 여러 가지 종류의 화학약품이 사용될 수 있다.
상기 세척액통과과정을 통하여 충분히 중공사막 또는 평막이 세척되어지면, 격막상에 위치한 유체이동통로를 다시 열어, 막침지조의 반대쪽 조로 이동되어졌던 유체는 막침지조로 다시 돌아오게 되어 세척전의 상태로 유지될 수 있다.
이때, 세척액이 중공사막 또는 평막을 통과할 때 세척액의 온도를 약 20℃ 내지 약 60℃로 올려주면 세척효율을 크게 증가시킬 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 막세척방법은, 중공사막 또는 평막의 막모듈을 반응조에서 꺼내어 세척액에 담구어 두었던 종래의 막세척방법보다 세척액과 중공사막 또는 평막의 접촉이 원활히 유지될 수 있어 세척시간을 단축시킬 수 있다.
상기 중공사막 또는 평막의 세척방법에서 사용되는 세척액으로는 일반적으로 사용되는 세척용 약품을 사용할 수 있으며, 사용된 세척액은 막을 역투과하면서 막침지조의 바닥에 떨어져 모이게 된다. 이때, 사용되는 세척액은 세척과정을 마친 후 미생물이 포함된 유체가 다시 막침지조안으로 돌아올 때, 결과적으로 미생물에 해로운 영향을 끼지치 않는 것이어야 한다. 바람직하게는, 산성의 세척액과 염기성의 세척액을 번갈아 반복적으로 사용할 수 있는 데, 상기의 경우 막침지조의 바닥에 떨어진 세척액들은 서로 반응하여 중화작용을 일으킨다.
따라서, 다시 막침지조내로 유체가 유입될 때, 막침지조안에 남아있는 세척액들이 유체에 포함되어 있는 미생물에 아무런 영향을 미치지 않게 되므로, 막세척후 막결합형 생물반응조를 정상적으로 가동시킬 수 있게 되는 것이다.
상기와 같은 막세척과정이 충분히 진행된 후, 격막상에 위치한 유체이동통로를 열어줌으로서 막침지조의 반대쪽 조에 보내졌던 유체는 다시 막침지조로 돌아오게 되며 반응조는 세척전과 같은 상태가 된다.
이상에서와 같이, 본 발명은 생물반응조의 형태가 결합된 침지형막 오염제거장치의 경우 막세척중에도 생물반응조를 계속 가동시킬 수 있는 침지형막을 이용한 오염제거장치를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 침지형막 세척방법을 사용함에 의하여 막세척시 중공사막 또는 평막의 막모듈을 해체할 필요가 없고, 세척약품이 중공사막 또는 평막의 내부를 통과하게 되므로 약품소모량이 적고, 적은 세척액을 사용함에 따라 적정온도를 위한 가열에너지 비용이 저렴한 이점을 얻을 수 있다. 동시에, 본 발명에 따른 침지형막 세척방법은 중공사막 또는 평막에 역세척압력을 가하는 강제 세정형식을 취함에 따라 막세척에 소요되는 시간이 단축되게 된다. 또한, 산성 용액과 염기성 용액을 반복적으로 사용함으로서 막모듈에 침지된 슬러지 및 미생물을 분해시킴으로서 막모듈의 세척 효과는 매우 뛰어나며 막침지조내로 떨어지 상기 산성 용액과 염기성 용액은 서로 중화되므로 폐액발생을 극소화시킬 수 있다. 따라서, 제1반응조로 옮겼던 유입수를 제2반응조로 다시 유입시키더라도 미생물에는 아무런 해를 끼지지 않는 장점도 갖게 된다.
Claims (10)
- 유입수를 받아들이는 제1반응조와;중공사막 또는 평막의 막모듈이 침지되어 있는 제2반응조와;상기 제1반응조와 제2반응조를 분리하며, 또한 상기 제1, 2반응조를 연결하는 유체이동통로가 설치된 격막과;상기 중공사막 또는 평막의 막모듈 일측에 연결된 펌프와;상기 펌프 및 상기 중공사막 또는 평막의 막모듈의 타측에 연결된 서로 중화되는 특성을 갖는 제1, 2세척액이 각각 담긴 제1, 2세척조를 구비한 침지형막을 이용한 오염제거장치.
- 제1항에 있어서, 상기 각 반응조의 수 및 상기 유체이동통로가 있는 격막의 수가 1개이상임을 특징으로 하는 침지형막을 이용한 오염제거장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 각 반응조가 생물반응조임을 특징으로 하는 침지형막을 이용한 오염제거장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유체이동통로의 크기가 조절가능함을 특징으로 하는 침지형막을 이용한 오염제거장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2반응조가 전체 조 크기의 약 10% 내지 약 60%를 차지함을 특징으로 하는 침지형막을 이용한 오염제거장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2반응조내의 유체를 상하방향으로 이동시켜주는 장치를 더욱 포함함을 특징으로 하는 침지형막을 이용한 오염제거장치.
- 제 6항에 있어서, 상기 유체를 상하방향으로 이동시켜주는 장치가 포기(aeration)장치 또는 교반장치임을 특징으로 하는 침지형막을 이용한 오염제거장치.
- (A) 침지된 중공사막 또는 평막의 막모듈이 설치된 반응조와 다른 조를 분리하는 격막상에 위치한 유체이동통로를 차단하는 단계와;(B) 상기 막모듈이 설치된 반응조내의 유체를 다른 쪽 조로 모두 이동시키는 단계와;(C) 상기 막모듈의 한쪽 끝에서 다른쪽 끝으로 염기성 혹은 산성 세척액을 흘려서, 상기 세척액이 중공사막 또는 평막의 안쪽에서 바깥쪽으로 흘러나오도록 압력을 가하는 단계와;(D) 상기 (C)단계의 염기성 혹은 산성 세척액이 중화되도록 산성 혹은 염기성 세척액을 막모듈의 한쪽 끝에서 다른쪽 끝으로 흘려주면서, 세척액이 중공사막 또는 평막의 안쪽에서 바깥쪽으로 흘러나오도록 압력을 가하는 단계 및;(E) 상기 (C) 및 (D)단계에서 충분한 세척을 마친 후, 격막상에 위치한 유체이동통로를 열어, 이동되어졌던 유체를 다시 침지된 막모듈이 설치된 반응조로 돌아오게 하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 침지형막의 세척방법.
- 제8항에 있어서, 상기 (C) 및 (D)단계에서 세척액의 온도가 약 20℃ 내지 약 60℃임을 특징으로 하는 침지형막의 세척방법.
- 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 (C) 및 (D)단계가 여러번 반복됨을 특징으로 하는 침지형막의 세척방법.
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