KR101131548B1 - 막 생물 반응기 장치 및 이를 이용한 수처리 방법 - Google Patents

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Abstract

막 생물 반응기 장치 및 이를 이용한 수처리 방법이 개시된다. 상기 막 생물 반응기 장치는, 막 생물 반응기와, 상기 막 생물 반응기에서 멤브레인으로 둘러싸인 공간에 바이어스 전압을 인가하는 바이어스 인가유닛으로 구성된다.
MBR, 분리막, 멤브레인, hollow fiber MBR, 중공사막, 중공평막, 평막, flat sheet MBR, 필터, 음이온, 양이온, 바이어스 전압

Description

막 생물 반응기 장치 및 이를 이용한 수처리 방법{Membrane Bio-Reactor and Water treatment Method using the same}
본 발명은 막 생물 반응기 장치 및 이를 이용한 수처리 방법에 관한 것으로, 특히 바이어스 전원을 이용하여 질소, 인, 중금속, 및 색도 등을 효율적으로 제거할 수 있는 수처리 기술에 관련한다.
일반적으로 유기성 오염물질과 질소, 인을 함유한 오폐수는 수중의 용존산소를 고갈시켜 수중 생태계를 파괴하고 호수와 저수지의 물을 부영양화시켜 수자원의 이용을 저해시키는 요인으로 작용하고 있다. 따라서, 하천의 수질오염을 방지하기 위하여 오폐수 내에 함유된 오염물질 및 유기영양염류 성분이 하천 등의 수역으로 유입되기 전에 제거되어야 한다.
이를 제거하기 위한 오폐수 처리시설의 처리공법으로 경제성 면에서 우수한 생물학적 처리방법이 많이 적용되는데, 생물학적 처리방법 중에서 활성 슬러지법과 고도처리와 같은 미생물을 이용한 유기물의 제거가 이루어지고 있으나, 유기물 제거과정에서 증식된 미생물들이 폐 슬러지로 발생하게 된다.
대표적인 생물학적 처리방법으로 활성 슬러지법은 폐수가 폭기조(aeration tank)로 계속 주입됨에 따라 미생물이 폐수 중의 유기물을 섭취, 분해하여 질산화를 진행하면서 성장하게 되는데, 이렇게 성장된 미생물은 응집되어 종말 침전조에서 침전되어 침전물의 일부는 활성 슬러지의 형태로 다시 폭기조로 반송되고 일부 잉여 슬러지는 폐기됨으로써 폭기조 내의 미생물량이 적절한 수준으로 유지되어 폐수 중의 유기물 분해와 함께 질소, 인 등의 제거가 이루어진다.
이러한 활성 슬러지법은 폐수 중 유기물을 처리하는데 우수한 효과가 있음이 오랫동안 인정되어 왔으나, 고농도의 유기물 및 질소 성분을 함유한 폐수로부터 유기물과 질소를 동시에 효과적으로 제거하기에는 부적합하고 잉여 슬러지의 양도 증가하는 등 많은 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 활성 슬러지법의 이점을 그대로 유지하면서 질소나 인을 효율적으로 제거할 수 있는 막 생물 반응기 장치 및 이를 이용한 수처리 방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적은, 막 생물 반응기와, 상기 막 생물 반응기에서 멤브레인으로 둘러싸인 공간에 바이어스 전압을 인가하는 바이어스 인가유닛으로 구성된 막 생물 반응기 장치에 의해 달성된다.
바람직하게, 상기 막 생물 반응기는 중공사막형 또는 중공평막형일 수 있으며, 상기 막 생물 반응기가 중공사막형인 경우, 상기 바이어스 인가유닛은 상기 막 생물 반응기의 멤브레인 내부에서 길이방향을 따라 연장하는 도선 또는 전극을 포함하고, 상기 막 생물 반응기가 중공평막형인 경우, 상기 바이어스 인가유닛은 상기 막 생물 반응기의 멤브레인 내부에서 길이방향을 따라 연장하도록 나란히 설치된 다수의 도선 또는 전극을 포함한다.
상기 바이어스 인가유닛에는 세기의 조정이 가능한 음(-) 또는 양(+)의 바이어스 전압이 인가될 수 있다.
상기한 구조에 의하면, 질소나 인 등의 이온을 바이어스 전압의 인가에 의해 형성되는 전기장으로 유입 자체를 막을 수 있으므로 종래 활성 슬러지법으로 제거 하지 못했던 질소나 인을 효율적으로 제거할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 막 생물 반응기 장치(1)를 개략적으로 나타낸다.
도시된 바와 같이, 막 생물 반응기 장치(1)는 막 생물 반응기(10; Membrane Bio-Reactor)와, 막 생물 반응기(10)에서 멤브레인(11)으로 둘러싸인 공간에 바이어스 전압을 인가하는 바이어스 인가유닛(20)으로 구성된다.
도 1은 막 생물 반응기(10)가 중공사막형(hollow fiber)인 경우를 예로 든 것이며, 멤브레인(11)의 외벽에 부착된 미생물을 떼어내기 위한 에어레이션(aeration) 유닛이나 멤브레인(11)을 지지하기 위한 프레임 구조는 생략하였다.
바이어스 인가유닛(20)은 다수의 멤브레인(11) 양단으로 나오는 도선을 모아 전기적으로 연결되도록 하는 컬렉터(22, 23)와 멤브레인(11)의 내부에서 길이방향을 따라 연장하는 도선 또는 전극(21)으로 이루어진다.
여기서, 도선이나 전극(21)은 도시된 바와 같이 직선으로 연장되거나 나선형으로 연장될 수 있다.
바이어스 인가유닛(20)에는 음(-) 또는 양(+)의 바이어스 전압이 인가되어 각각 음이온이나 양이온을 띄는 물질이 멤브레인(11) 내부로 유입되는 것을 차단한다. 여기서, 바이어스 인가유닛(20)에 인가되는 음(-) 또는 양(+)의 바이어스 전압의 세기는 조정이 가능하다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 막 생물 반응기 장치(100)를 개략적으로 나타낸다.
이 실시 예에서 막 생물 반응기(110)는 중공평막형(plate sheet)이고, 바이어스 인가유닛(120)은 막 생물 반응기(110)의 멤브레인(112) 내부에서 길이방향을 따라 연장하도록 나란히 설치된 다수의 도선 또는 전극(121)을 포함한다.
상기의 일 실시 예와 같이, 바이어스 인가유닛(120)에는 음(-) 또는 양(+)의 바이어스 전압이 인가되어 각각 음이온이나 양이온을 띄는 물질이 멤브레인(112) 내부로 유입되는 것을 차단한다.
본 발명에 따르면, 집수조, 균등조, 혐기조, 무산소조, 폭기조, 여과탱크를 순차적으로 구비하여 폐수를 수처리하는 수처리 시스템에 있어서, 상기한 막 생물 반응기 장치(1, 100)는 폭기조 또는 여과탱크에 설치된다.
바이어스 인가유닛(20, 120)에는 음(-) 또는 양(+)의 바이어스가 인가되어 각각 음이온이나 양이온을 띄는 물질을 제거한 물이 최종적으로 배출되도록 할 수 있다. 또한, 폭기조를 쌍으로 순차 연결하여 1차 폭기조에 설치한 바이어스 인가유닛(20, 120)에는 음(-)의 바이어스를 인가하고, 2차 폭기조에 설치한 바이어스 인가유닛(20, 120)에는 양(+)의 바이어스를 인가함으로써 음이온 및 양이온을 띄는 물질을 모두 제거한 물이 최종적으로 배출되도록 할 수 있다.
바이어스 인가유닛(20, 120)에 음(-) 또는 양(+)의 바이어스가 인가되면, 멤브레인(11, 112)의 외부 주위에 음 또는 양의 전기장이 형성되기 때문에 음이온이나 양이온을 띄는 물질은 반발력에 의해 멤브레인(11, 112)으로부터 밀려나 대부분 유입되지 못한다.
따라서, 종래 활성 슬러지법으로 제거하지 못하였던 질소나 인 등도 이온 상태에서 유입되지 않도록 하여 효율적으로 제거할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시 예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경을 가할 수 있음은 물론이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 상기한 실시 예에 한정되어 해석될 수 없으며, 이하에 기재되는 특허청구범위에 의해 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 막 생물 반응기 장치(1)를 개략적으로 나타낸다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 막 생물 반응기 장치(100)를 개략적으로 나타낸다.

Claims (6)

  1. 막 생물 반응기와, 상기 막 생물 반응기에서 멤브레인으로 둘러싸인 공간에 바이어스 전압을 인가하는 바이어스 인가유닛으로 구성된 것을 특징으로 하는 막 생물 반응기 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 막 생물 반응기는 중공사막형 또는 중공평막형인 것을 특징으로 하는 막 생물 반응기 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 막 생물 반응기는 중공사막형이고, 상기 바이어스 인가유닛은 상기 막 생물 반응기의 멤브레인 내부에서 길이방향을 따라 연장하는 도선 또는 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 막 생물 반응기 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 막 생물 반응기는 중공평막형이고, 상기 바이어스 인가유닛은 상기 막 생물 반응기의 멤브레인 내부에서 길이방향을 따라 연장하도록 나란히 설치된 다수의 도선 또는 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 막 생물 반응기 장치.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바이어스 인가유닛에는 음(-) 또는 양(+)의 바이어스 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 막 생물 반응기 장치.
  6. 집수조, 균등조, 혐기조, 무산소조, 폭기조, 여과탱크를 순차적으로 구비하여 폐수를 수처리하는 수처리 방법에 있어서,
    청구항 1에 기재된 막 생물 반응기 장치를 상기 폭기조 또는 여과 탱크에 설치하여 상기 바이어스 유닛에 세기의 조정이 가능한 음(-) 또는 양(+)의 바이어스 전압을 인가하여 음이온 또는 양이온을 띄는 물질이 멤브레인 내부로 유입되는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 막 생물 반응기 장치를 적용한 수처리 방법.
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