KR101233775B1 - 유입 액체를 처리하기 위한 생물반응조 및 분리막 여과 모듈을 포함하는 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체 공간을 갖는 저수조(2)를 포함하는 생물반응조 및 하나 이상의 구비된 분리막들(14), 주입부, 투과부 및 포집부를 갖는 하우징(13)을 포함하는 분리막 여과 모듈(12)을 포함하는 유입 액체를 처리하기 위한 장치에 관한 것이고, 상기 하우징(13)은 저수조(2)의 액체 공간에 연결된 액체 주입관(10)이 연결된 분리막(14)의 주입부에서 연결 챔버(18)를 구비한다. 일측면은 연결 챔버(18)에 연결되고, 다른 측면에서는 액체 공간에서 외부로 배출물을 배출하는 개폐 가능한 세척 배출관(20)이 제공된다. 저수조에서 연결 챔버로 향하는 액체 혼합물 주입관은 개폐 가능하고, 적어도 분리막(14)의 주입부 및 이의 하부에 배치된 연결 챔버(18)의 주기적 세척을 위하여 주기적으로 액체 혼합물 주입관을 차단하고 세척 배출관(20)을 개방하고, 및 이의 반대 작동을 실시하기 위한 조절 유닛(23)이 제공된다.

분리막 여과 모듈, 세척 배출관, 생물반응조, 활성 오니, 드라이 피트 시스템

Description

유입 액체를 처리하기 위한 생물반응조 및 분리막 여과 모듈을 포함하는 장치{Apparatus having a bioreactor and membrane filtration module for treatment of an incoming fluid}

본 발명은 생물반응조 및 분리막 여과 모듈을 포함하는 유입 액체의 처리를 위한 장치, 또한 분리막 생물반응조(MBR)로 언급되는 장치에 관한 것이다.

분리막 생물반응조는 예를 들면 폐수 정화용으로 잘 알려져 있으며, 상기 분리막 생물반응조는 부분적으로 활성 오니가 충진된 저수조를 포함한다. 작동 과정에서, 폐수는 저수로로 유입되어 오니와 혼합된다. 오니 내의 활성 성분들이 폐수를 정화시키는 역할을 한다. 이 과정은 가스, 일반적으로 공기를 하부에서 저수조, 또는 저수조의 일부 방향으로 공급함에 의하여 훨씬 더 가속화된다. 오니 및 폐수의 혼합물은 그 후, 분리막 여과 모듈로 이동되고, 여기서 정화된 물이 투과물로서 배출되고, 잔여 액체, 오염 입자 및 오니 입자들은 포집물로서 저수조로 재주입된다. 분리막 생물반응조는 특히 생물반응조가 침전조와 결합되어 있는 종래 시스템과 비교하여 고농도의 오니 입자들에 대하여 작동할 수 있다. 결과적으로, 배출된 정화수는 고품질일 수 있어, 매우 오염된 하수 및/또는 산업 폐수 흐름을 처리하는 데에도 상기 분리막 생물반응조를 사용할 수 있다.

알려진 분리막 생물반응조는 2가지 종류, 즉 드라이 피트 시스템(dry-pit system) 또는 침수형 시스템으로 구분될 수 있다. 드라이 피트 시스템에서, 분리막 여과 모듈은 생물반응조의 저수조 외부에 위치한다. 침수형 시스템에서, 분리막들은 생물반응조의 저수조 내에 떠있다. 최근에, 두 시스템들은 많은 유사성들을 보이는 방식으로 개발되어왔다. 따라서, 예를 들어, 침수형 시스템의 분리막들은 주입구 및 배출구가 구비된 하우징 내에 점점더 자주 수용되고, 이러한 하우징은 이후 박스와 같은 저수조 내에 떠있게 된다. 또한, 분리막의 성능을 최적화하기 위하여 분리막을 지나는 흐름을 관리하기 위해 의도된 이 박스들 주변에 점점더 많은 시설이 위치되는 방향으로 개발이 이루어진다. 이는 침수형 시스템을 위한 분리막 여과 모듈이 점차적으로 드라이 피트 시스템의 분리막 여과 모듈과 유사해지는 결과를 초래한다.

처리조 내의 평면 분리막 패널을 갖는 침수형 시스템의 예는 EP　0　510　328에 개시되어 있다. 분리막 여과 모듈 내에 설치된 원통형 분리막을 포함하는 드라이 피트 시스템의 예는 US　5,494,577에 개시되어 있다.

두 시스템에 있어서, 분리막 표면이 빠르게 오염될 수 있거나, 분리막 내부 및/또는 분리막 사이 및/또는 분리막 주변의 유로가 작동중에 액체의 흐름 속에서 외부 입자들에 의하여 용이하게 분리막히는 것은 바람직하지 않다. 이러한 오염 및/또는 이러한 막힘은 머리카락, 실 등과 같은 폐수에 포함된 모든 종류의 물질들에 의하여 초래된다. 또한, 오염 및/또는 막힘은 생물학적으로, 물리적으로, 또는 오니와 폐수 간의 반응에 의하여 초래되는 변질된 입자들에 의하여 발생될 수 있다. 또 다른 가능성은 오염이 침전되거나 또는 날리거나 또는 그 반대로 성분들에게 일반적으로 열린 저수조에 처하는 것이다. 유로의 오염 및/또는 막힘의 직접적 결과는 유효 분리막 표면이 감소하는 것이다. 또한, 이에 의하여 유로를 따라 액체의 흐름 분포가 더이상 균일하지 않게 된다. 이러한 비균일 분포에 의하여 유로를 따라 유속이 다양해지고, 이에 따라 터뷸런스(turbulence)가 발생하며, 이에 의하여 분리막 표면을 따라 입자 덩어리가 형성될 수 있다. 결과적으로, 이는 유로의(또는 유로 일부의) 막힘에 대한 위험성을 더 높이게 되고, 액체 분산이 더욱더 균일하지 않게 된다. 결과적으로, 유효 분리막 표면이 감소하고, 점차적으로 유동하기 힘든 유로를 통과하는 흐름을 유지하기 위하여 더욱 많은 양의 에너지가 공급되어야 한다.

유로가 오염 및/또는 분리막히는 것을 방지하기 위하여, 분리막 여과 모듈의 상부에 필터를 사용하여 입자들을 포집하는 방법이 알려졌다. 그러나, 실모양의 입자들은 여전히 필터를 통과할 수 있고, 상기한 문제들을 유발시킨다는 것을 알게 되었다. 더욱이, 분리막 여과 모듈 내의 도포된 입자들은 제거하기가 매우 힘들고, 이들이 분리막 물질을 손상시킬 수 있음을 알게 되었다. 오염이 알려진 시스템에서 관찰되는 경우, 오염된 분리막 여과 모듈은 분리되고 세척 유닛에 연결된 후, 수동으로 또는 반자동으로 세척된다. 이러한 경우, 분리막힌 유로는 세척액으로 정기적으로 세척하는 것이 일반적인 방법이다. 이러한 공정은 일반적으로 분리막 여과 모듈의 작동 시간의 10 내지 20 %가 소요된다. 가능성 및 이의 반복 횟수는 분리막 여과 모듈의 종류에 따라 다르고, 일반적으로 1 내지 60 분의 범위이다. 또한, 분리막 여과 모듈은 화학적 세척액에 의하여 세척될 수 있다. 이러한 모든 공정은 분리막 여과 모듈 당 30 분 내지 수 시간이 소요되며, 분리막 여과 모듈 및 작동에 따라 하루에 1 회 내지 1 주에 1 회, 또는 1 개월에 1 회 내지 1 년에 1 회의 빈도로 수행된다. 필요한 경우, 분리막 여과 모듈은 개방될 수 있고, 분리막힌 분리막은 이로부터 제거되어, 오염 물질은 브러쉬, 물 분사 또는 어떠한 다른 기계적 부수적 수단들에 의하여 제거될 수 있다. 이러한 세척 방법은 더욱 더 많은 공정 시간이 소요되고, 일반적으로 매우 노동 집약적이며, 심각한 오염 및/또는 분리막힌 경우에만 수행된다. 또한, 5 mm보다 작은, 또는 더욱 일반적으로는 3 mm보다 작은, 및 바람직하게는 1 mm보다 작은 개구를 갖는 필터가 분리막 여과 모듈의 상부에 사용되는 경우, 이러한 필터는 매우 주기적으로 세척되어야 한다. 청구항 제1항의 전제부에 따른 장치는 DE 29620426호에 의하여 개시되었다.

본 발명의 목적은 적어도 부분적으로 상기 단점들의 극복 및/또는 사용 가능한 대안을 제공하는데 있다. 특히, 본 발명의 목적은 오염 및/또는 막힘에 대하여 영향을 적게 받는 효율적인 분리막 생물반응조를 제공하는데 있다.

상기 목적은 청구항 제1항에 따른 장치에 의하여 이루어진다. 이 경우의 장치는 드라이 피트 또는 침수형 분리막 여과 모듈을 갖는 생물반응조를 포함하고, 상기 모듈은 액체 공간 외부로 배출하는 배출관을 갖고, 연결 챔버가 깨끗하게 유지되는 주입부에 제공된다. 배출관에는 개폐 가능한 개폐부가 구비되어 제공된다. 저수조의 액체 공간에서 연결 챔버로의 액체 혼합물 주입관 또한 개폐 가능한 개폐부가 구비되어 제공된다. 또한, 조절 유닛은 바람직한 시점에 액체 혼합물 주입관을 차단하고 배출관을 개방하거나, 이와 반대의 작동을 수행하기 위하여 제공된다. 이의 결과로서, 자동적으로 적어도 분리막의 주입부 및 이의 하부에 위치한 연결 챔버를 세척하는 것이 가능하므로 바람직하다. 세척 과정에서, 오염된 및 도포된 입자들은 주입부 및/또는 분리막의 표면으로부터 해리되고 개방된 배출관을 통하여 액체 공간의 외부로 배출된다. 세척이 종료되면, 예를 들어, 설정된 시간이 경과한 후, 다시 배출관을 차단하고 액체 혼합물 주입관을 개방하여 처리 공정이 즉시 재개될 수 있다.

장치의 일반적 작동 기간 이후에 세척이 주기적으로 반복될 경우, 세척 단계는 분리막 여과 모듈의 주입부 압력이 장시간동안 안정적으로 유지되도록 하기 때문에 바람직하다. 이는 세척 단계가 분리막의 유로에 대한 오염 및/또는 막힘을 효과적으로 세척한다는 것과 관련되어 있다. 더욱이, 상기 세척 단계는 유로의 주입부 뿐만 아니라 분리막 표면, 유로를 온전하게 유지시킨다.

액체 처리기간 및 세척기간의 연속을 이 경우에는 여과 사이클이라 한다. 수 회의 여과 사이클 이후, 분리막 성능을 향상시키기 위하여 다른 세척 방법을 사용하는 것이 가능하다. 제공되는 고압 공기, 화학적 세척제를 이용한 모듈의 세척 및/또는 구성 부분들을 각각 세척하기 위하여 분리막 여과 모듈을 분리하는 방법이 고려될 수 있다.

특정 구체예에 따르면, 조절 유닛은 주기적으로 세척 단계를 개시하기 위하여 카운터를 구비한다. 이 경우 상기 카운터는 0.1~1000 시간, 바람직하게는, 0.2~1000 시간, 더욱 바람직하게는 1~24 시간의 값으로 설정될 수 있다. 카운터가 설정된 값에 도달하면 조절 유닛은 액체 혼합물 주입관을 차단하고 배출관을 개방하게 된다.

다른 구체예에서, 조절 유닛은 분리막 여과 모듈의 수행 능력과 관련한 측정값에 따라 세척 공정을 개시하기 위하여 디자인된다. 이는 예를 들어, 분리막 여과 모듈 내의 특정 부분에서 압력을 측정하거나, 또는 분리막의 유로를 통하여 액체를 통과시키기 위하여 요구되는 에너지의 양을 기록하는 방법일 수 있다. 개시 메커니즘들의 조합 또한 가능한 방법이다.

세척 단계를 위하여 요구되는 시간은 관찰되는 유로의 오염 및/또는 막힘에 따라 결정되지만, 고정된 값으로 설정될 수도 있다.

하나의 특정 구체예에서, 개폐 가능한 액체 혼합물 주입관은 분리막 여과 모듈의 연결 챔버로 배출하는 액체 주입관에 의하여 형성된다. 이의 말단에, 액체 주입관은 개폐 가능한 개폐부를 구비하여 제공된다. 본 구체예는 드라이 피트 분리막 여과 모듈과 조합되는 경우 특히 바람직하다. 이의 변형에서, 분리막 여과 모듈은 부 저수조의 액체 공간에 침수된다. 이 경우, 분리막 여과 모듈의 연결 챔버는 하나 이상의 유입구를 구비하여 제공된다. 이 경우, 개폐 가능한 액체 혼합물 주입관은 저수조의 액체 공간과 부 저수조의 액체 공간 사이의 유동 연결부에 의하여 형성될 수 있다. 상기 유동 연결부는 개폐 가능한 개폐부를 구비하여 제공될 수 있다.

바람직한 구체예에서, 분리막 여과 모듈의 투과부 및/또는 포집부 및/또는 연결 챔버 상에 개폐 가능한 세척액 주입관이 제공되는 것이 가능하다. 상기 세척액은 세척 단계에서 오염 및/또는 막힘을 세척 및 액체 공간 외부로 배출시킬 수 있도록 한다. 관찰된 오염 또는 막힘에 따라, 세척액은 처리 과정에서 모듈 내의 액체 압력보다 훨씬 높은 압력으로 제공될 수 있다. 특히, 세척액 압력은 작동 중 액체 압력보다 1~20 배 더 높을 수 있으며, 더욱 특별히는 3~10 배 더 높을 수 있다.

세척액 제공에 부가 또는 변형하여, 분리막 여과 모듈 내에 이미 존재하는 액체가 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 분리막의 유로가 1~6 미터의 길이를 갖고, 상기 유로가 연결 챔버 상에 수직 방향으로 배치되어 있는 경우, 중력의 영향으로 상기 유로 내에 충분한 액체 압력이 제공된다. 상기 액체 압력은 액체 혼합물 주입관이 차단되고 배출관이 개방되는 순간 유로 내의 액체로 유로 및 연결 챔버가 자동적으로 세척되도록 한다.

배출관을 통하여 액체 공간 외부로 배출된 슬러리는 외부 침전조에서 포집되고, 그 후, 선택적으로, 필터에 의하여 이후의 정화가 있은 후 생물반응조의 저수조로 재유입된다. 따라서, 생물반응조 내의 처리 액체의 농도를 바람직한 수준으로 유지하는 것이 가능하게 된다. 특히, 이는 저수조 내의 처리 액체의 전체 양을 주기적으로 세척 또는 교환하는 방식으로 상기 처리 액체의 주기적 세척이 더 이상 필요하지 않도록 만들 것이다. 이는 또한 장치의 미작동 시간을 상당히 줄인다. 또한, 슬러리(또는 이의 일부분)를 외부로 배출시키는 것이 가능하다. 그러나, 이러한 경우 처리 액체는 보상조치로서 저수조로 주기적으로 제공되어야 할 것이다.

바람직한 구체예에서, 분리막 여과 모듈의 연결 챔버로 배출시키는 가스 분산 수단이 제공된다. 액체 처리 과정에서, 상기 가스 분산 수단은 액체가 모듈의 유로를 통하여 전달될 수 있도록 하는 가스 기포를 제공한다. 바람직하게는, 세척 단계에서, 예를 들어, 가스 주입 압력을 증가시킴에 의하여 가스 분산 수단을 세척하는 것 또한 가능하다. 따라서, 가스 분산 수단이 액체 처리 과정 중에 가스를 제공할 수 있도록 점차적인 고압을 요구하는 것을 방지하게 된다. 이러한 가스 분산 수단을 세척함에 있어서의 다른 가능성들은 액체, 예를 들어, 투과물 또는 세척용 화학 물질이 첨가된 액체를 사용하여 세척하는 것이다.

본 발명에 따른 다른 바람직한 구체예들은 종속항들에서 정의된다.

본 발명은 또한 청구항 제 36항에 따른 장치의 사용뿐만 아니라, 청구항 제 28~35항에서 정의된 바와 같은 본 발명에 따른 장치의 분리막 여과 모듈의 분리막 및 주입부를 세척하기 위한 방법에 관한 것이다.

도 1에서, 액체를 처리하기 위한 장치는 참조번호 1로 전체적으로 표시된다. 상기 장치(1)는 바이오매스(biomass), 특히 활성 오니를 포함하는 액체 공간을 갖는 저수조(2)를 구비하는 생물반응조를 포함한다. 액체 주입관(3)은 상기 저수조(2) 안으로 개방되고 상기 액체 주입관(3)을 통해 원폐수가 상기 저수조(2)로 이동된다. 액체 주입관(3) 내에 폐수의 1차 정화가 수행되는 수단으로 필터(4)가 구비된다. 이는 하나의 특정 매쉬 폭 또는 서로 다른 범위의 매쉬 폭을 갖는 필터일 수 있다. 저수조(2) 내에서, 폐수는 활성 오니와 혼합되고, 이의 결과로 액체 혼합물(5)이 형성된다. 제1 가스 분산 수단(7)은 상기 저수조(2) 하부로 배출되고, 이를 통해 가스 분산 수단(7) 가스가 액체 혼합물(5)(의 일부)에 첨가된다. 상기 액체 혼합물(5)에서, 폐수는 추가적인 수단, 그 중에서도 활성 오니 입자와의 호기성 반응에 의하여 정화된다. 저수조(2)의 기하학적 구조에 따라, 가스 분산 수단(7)의 위치, 및 저수조(2) 내 유동 패턴, 다른 반응 구역들이 결정될 수 있다. 상기 액체 혼합물(5)은 액체 주입관(10)을 통해 분리막 여과 모듈(12)에 공급된다. 이전에 회복되지 않았고 및/또는 반응 중 형성된 오염 성분들을 회복하기 위하여 상기 주입관 내에 또 다른 필터를 구비하는 것이 가능하다. 분리막 여과 모듈(12)은 하우징(13)을 포함하며 그 내부에는 분리막 표면(14)이 있다. 분리막(14)의 투과부 상에는 투과물 배출관(15)이 제공된다. 분리막(14)의 포집부 상에 포집물 배출관(16)이 제공된다. 포집물 배출관(16)은 저수조(2) 방향으로 개방된다. 모듈(2)의 주입부 상에, 즉, 액체 주입관(10)이 하우징(13)과 만나는 지점에 연결 챔버(18)가 구비된다. 제2 가스 분산 수단(19)은 연결 챔버(18)의 하부로 배출된다. 이는 가스 처리에 의하여 분리막 표면(14)이 액체 처리 과정 중에 세척된 상태로 유지되도록 하고, 액체 혼합물이 분리막 표면(14)을 따라 및 이를 통하여 전달될 수 있도록 한다.

본 발명에 따르면, 연결 챔버(18)는 배출관(20)을 구비하여 제공된다. 배출관(20)은 개폐 가능한 개폐부(21)를 구비하여 제공된다. 액체 주입관(10) 또한 개폐 가능한 개폐부(22)를 구비하여 제공된다. 조절 유닛(23)은 개폐부들(21 및 22)을 조절하기 위하여 제공된다. 본 발명에 따라 정화된 물은 투과물 배출관(15)을 통하여 배출되고, 보유된 액체는 포집물 배출관(16)을 통하여 저수조(2)로 재주입되는 액체 처리 기간 후에, 각각의 경우에, 조절 유닛(23)을 통한 개폐부들(21 및 22)의 적절한 작동에 의하여 세척 단계가 수행된다. 이러한 경우, 액체 주입관(10)의 개폐부(22)는 차단되고, 배출관(20)의 개폐부(21)는 개방된다. (포집부 상의) 분리막 여과 모듈(12) 내부에 있는 액체는 다음으로 연결 챔버(18)를 통하여 개방된 배출관(20)으로 하부 방향으로 일시에 자유롭게 배출된다. 이와 같은 하부 방향의 급유동은 매우 효과적으로 분리막 표면을 따라 및 연결 챔버(18) 내의 분리막 여과 모듈(12) 내부의 오염 성분들이 모듈(12)의 외부로 배출되도록 한다. 이러한 세척 공정이 완료되면, 즉시 조절 유닛(23)은 배출관(20)의 개폐부(21)를 다시 닫고, 액체 주입관(10)의 개폐부(22)가 다시 개방되도록 한다. 그 후, 다른 액체 처리가 수행될 수 있고, 이후 다른 세척 단계 등이 수행될 수 있다.

배출관(20)은 침전조(25) 위에서 종료된다. 상기 침전조(25)의 내용물은 설정된 시간에 외부 저장조로 배출된다. 침전조(25)의 내용물, 또는 이의 일부를 침전물 배출관(26)을 통하여 저수조(2)로 재주입하는 것 또한 가능하다. 침전물 배출관(26)은 선택적으로 필터(27)을 구비하여 제공될 수 있다.

저수조(2)는 또한 일반적으로 불연속적 방법으로 오니가 배출될 수 있는 드레인 배출관(29)을 구비하여 제공된다.

도 2는 2 개의 침수된 분리막 여과 모듈들을 포함하는 변형을 보여준다. 이 경우, 동일한 구성들은 도 1에서와 동일한 참조번호들로 표시되어 있다. 장치는 주입관(35) 및 배출관(36)을 통하여 저수조(2) 내 액체 공간과 유동 연결되는 액체 공간을 갖는 분리된 부저수조(34)를 포함한다. 2 개의 분리막 여과 모듈들(38)은 부저수조(34)의 액체 공간 내에 침수된다. 각각의 분리막 여과 모듈(38)은 분리막 표면(14)을 포함하는 주변 하우징(40)을 포함한다. 하부면에서, 하우징(40)은 연결 챔버(42)를 형성하고, 상기 연결 챔버는 부저수조(34)의 액체 공간 외부로 배출하는, 개폐 가능한 배출관(20)을 구비하여 제공된다. 액체 주입관의 위치는 드라이 피트 구체예의 경우와 같이 명확히 한정할 수는 없고, 연결 챔버(42)에서 하나 이상의 주입구의 일부를 형성하며, 상기 챔버 내에서 부저수조(34)로부터 액체 혼합물은 가스 분산 수단(19)에 의하여 주입되는 가스와 혼합한다. 다음으로 상기 혼합물은 분리막 표면(14)을 따라 및 분리막 표면(14)을 통해 통과한다. 액체 주입관의 정확한 디자인은 침수된 분리막 여과 모듈(38)의 구체예에 따라 결정된다.

주입관(35)은 개폐 가능한 개폐부(43)를 구비하여 제공된다. 액체 처리의 공정 이후에, 세척 단계가 조절 유닛(23)을 통하여 개폐부들(21 및 43)을 적절히 작동시킴에 의하여 수행될 수 있다. 이러한 경우, 주입관(35)의 개폐부(43)는 닫히고, 배출관(20)의 개폐부(21)는 열린다. 부저수조(34) 내부 및 분리막 여과 모듈(38)의 내부에 있는 액체는 연결 챔버(42)를 통하여 개방된 배출관(20)으로 일시에 하부 방향으로 자유롭게 유동하게 된다. 이 경우, 배출관(20)이 연결 챔버(42)에서 시작되기 때문에 부저수조(34) 내의 액체 혼합물 수위는 연결 챔버(42)의 수위로 떨어질 것이다. 바람직하게는, 배출관은 더 낮은 수위에서 시작될 수 있고 및/또는 더 낮은 수위에서 유입구를 구비하여 제공됨에 의하여 부저수조(34)가 더욱 또는 완전히 비워질 수 있다. 세척 공정이 완료되면 즉시 조절 유닛(23)은 다시 개폐부(21)를 차단하고 개폐부(43)를 개방하도록 한다.

더욱이, 도 2는 분리막 여과 모듈의 내부에 있는 분리막의 유입면을 막힘으로부터 보하기 위하여 부가적인 프리필터(45)가 연결 챔버(42)의 상부에 제공되는 것을 보여준다. 상기 부가적인 프리필터(45)는 또한 세척 단계에서 효율적인 방법으로 깨끗하게 세척될 것이고, 그 이후에 생성 슬러리는 배출관(20)을 통하여 배출된다. 프리필터(45)는 주입관(35) 내의 어떠한 필터의 기능 보충하거나 또는 대체할 수 있다.

세척 단계를 위하여, 도 1 및 2의 구체예들은 분리막 여과 모듈 내의 액체를 사용한다. 도 3에 도시된 변형에서, 개폐 가능한 세척액 주입관(50)이 부가적으로 제공되고, 모듈(12)의 투과부에 연결된다. 세척 단계 중, 세척액 주입관(50)의 개폐부(51)는 일시적으로 조절 유닛에 의하여 개방된다. 이의 결과로서, 분리막 표면(14) 및 연결 챔버(18)를 포함하는 모듈(12) 내부의 공간은 더욱 세척된다. 도 4는 개폐 가능한 세척액 주입관(50)이 모듈(12)의 포집부에 연결된 변형을 도시하고 있다. 도 5는 개폐 가능한 세척액 주입관(50)이 모듈(12)의 연결 챔버(18)에 연결된 변형을 도시하고 있다. 이러한 변형들에서, 세척 단계에 대한 더 많은 향상이 이루어질 수 있다. 또한, 도 3~5에 도시된 세척액 주입관들의 조합을 제공하여 관찰되는 오염 및/또는 막힘에 따라 상기 세척액 주입관들 중 하나 이상이 개방될 수 있다.

도 6은 동일한 구성들이 동일한 참조번호로 표시된 도 1의 변형을 도시하고 있다. 유일한 차이점은 이하에서 간단히 논의될 것이다. 이 경우, 제1 가스 분산 수단은 저수조(2)의 하부에서 확장되고 송풍기(60)에 연결된 복수의 유출구들이 구비하여 제공되는 분산 패널에 의하여 형성된다. 더 큰 힘으로 액체 혼합물을 분리막 여과 모듈(12)을 통하여 유동시킬 수 있도록 하기 위하여, 펌프(62)가 개폐 가능한 액체 주입관(10)에 제공된다. 연결 챔버(18) 내의 제 2 가스 분산 수단(19)에는 송풍기(64)를 통하여 가스가 제공된다. 개폐 가능한 개폐부(65)는 송풍기(64) 및 제2 가스 분산 수단(19) 사이에 제공된다. 모듈(12)은 2개의 분리막 패널들(14) 및 이들의 사이에서 포집부를 형성하며 깨끗하게 유지되는 유로(68)를 구비하여 제공된다. 이의 상부에서, 상기 유로(68)는 포집물 배출관(16)을 통하여 저수조(2) 내의 액체 공간으로 연결된 챔버(69)로 개방되어 있다. 더욱이, 포집물 배출관(16)은 필요한 경우 포집물을 다른 위치로 배출시키기 위한 곁유로(70)를 구비하여 제공된다.

분리막 패널(14)의 외부에 투과물 배출관(15)이 연결된 투과부(72)가 위치한다. 투과물 배출관(15)은 개폐 가능한 개폐부(74)를 구비하여 제공되고, 필요한 경우, 상기 개폐 가능한 개폐부를 통하여 투과물 배출관(15)은 세척 단계 과정 중에 차단될 수 있다. 더욱이, 투과물 배출관(15)은 정화된 액체의 가압된 배출을 위하여 펌프(75)를 포함한다. 그 후, 정화된 액체는 저장조(76) 및/또는 외부 위치(미도시)로 배출될 수 있다. 저장조(76)로부터, 처리된 액체는 세척액으로서 세척 단계에서 세척액 주입관(50)을 통하여 모듈(12)로 공급될 수 있다. 충분한 압력으로 세척액을 공급할 수 있도록 하기 위하여, 펌프(78)가 제공된다.

침전조(25)는 개폐 가능한 침전물 배출관(80)을 구비하여 제공된다. 더욱이, 저수조로 다시 유동시키기 위한 침전물 배출관(26)은 펌프(81)를 구비하여 제공되고, 침전물 배출관(26)은 액체 주입관(3) 내에 제공된 필터(4)로 배출한다. 따라서, 고도로 다기능적 처리 장치가 구성되고, 상기 장치는 효율적인 방법으로 처리된 액체 및 배출된 포집물 또는 슬러리에 대하여 사용된다.

도 7은 분리막 여과 모듈의 변형을 도시하고 있으며, 앞선 도면들에서와 마찬가지로 동일한 구성들은 동일한 참조번호로 표시된다. 이 경우, 분리막들(14)은 평평한 판형인 것을 명확히 알 수 있다. 또한, 연결 챔버(18)의 상부에 제공되는 프리필터(45)가 명확히 보여 질 수 있다.

도 8은 도 7의 변형을 도시하고 있으며, 분리막들(14)은 나란히 열지어서 위치한 복수의 중공섬유들 또는 모세관들을 포함한다.

도 9는 도 7의 변형을 도시하고 있으며, 분리막들(14)은 다발형으로 배치된 복수의 중공섬유들 또는 모세관들을 포함한다.

나란히 배치된 수 개의 중공섬유들 또는 모세관들 또는 튜블릿(tubelet)들이 분리막으로서 사용되는 경우, 특히 다발형에서 이들이 사용되는 경우, 이들 모두는 바람직하게 프리필터를 형성한다. 이는 도 9에서 제공된 프리필터(45) 및/또는 상기한 액체 주입관 내의 가능한 필터의 기능을 불필요하게 만들거나 또는 이들의 기능을 매우 용이하게 할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 더 큰 매쉬 폭이 프리필터(45)를 위하여 선택될 수 있다. 도 10은 복수의 중공섬유들 또는 모세관들 또는 튜블릿들이 프리필터로 사용되는 방법을 도시하고 있다.

많은 변형들이 도시된 구체예들에 부가하여 가능하다. 따라서, 분리막 및/또는 분리막 여과 모듈은 수평으로 및 수직으로 또는 다른 형태로 배치될 수 있다. 침수된 변형에서, 분리막 여과 모듈을 직접 저수조에 위치시키는 것 또한 가능하다. 필요한 경우, 분리벽이 분리막 여과 모듈이 배치되는 부분과 유입 액체가 유입되는 부분 사이의 저수조에 배치될 수 있다.

더욱이, 본 발명은 형태(예를 들어, 평면 또는 모든 가능한 직경을 갖는 원형을 포함하나 이에 한정되지는 않음), 정수면(내측면 또는 외측면) 또는 물질(예를 들어, 고분자 또는 세라믹)과는 독립적으로 모든 종류의 분리막들과 함께 사용될 수 있다.

이에 부가하여, 본 발명은 분리막 생물반응조가 부분을 형성하는 어떠한 분리막 공정과 함께 사용될 수 있다. 현재, 가장 일반적인 공정들은 마이크로필트레이션(microfiltration) 또는 울트라필트레이션(ultrafiltration)으로 언급되는 공정들이지만, 나노필트레이션 및 역삼투/하이퍼필트레이션(hyperfiltration)과 같은 다른 분리막 공정들에서도 가능하다.

따라서, 본 발명에 따르면, 분리막 여과 모듈에 대한 주기적인 세척 특성 및, 필요한 경우, 이와 조합되어 액체 공간 외부로의 배출관을 구비하는 가스 분산 수단의 특성에 의하여 매우 향상된 작동 능력을 갖는 분리막 생물반응조가 제공된다. 세척 단계는 각각 처리 액체의 통합된 세척 및 이의 주기적인 배출과 조합되는 것이 바람직하다.

본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명될 수 있을 것이다.

도 1은 드라이 피트 분리막 여과 모듈을 구비한 본 발명에 따른 장치의 구체예의 개략도이고;

도 2는 침수된 분리막 여과 모듈을 구비하는 도 1의 장치에 상응하는 도면이고;

도 3은 분리막 여과 모듈에 대한 제1 변형 구체예를 나타내는 도 1의 부분도이고;

도 4는 제 2 변형 구체예를 나타내는 도 3의 장치에 상응하는 도면이고;

도 5는 제 3 변형 구체예를 나타내는 도 34의 장치에 상응하는 도면이고;

도 6은 도 1의 변형 구체예를 더욱 상세히 나타낸 도면이고;

도 7은 판형 분리막을 구비하는 분리막 여과 모듈을 나타내는 도면이고;

도 8은 튜브형 분리막들이 나란히 열지어 위치한 도 7의 분리막 여과 모듈에 상응하는 도면이고;

도 9는 다발로 형성된 튜브형 분리막들을 구비하는 도 7의 분리막 여과 모듈에 상응하는 도면이고; 및

도 10은 수 개의 다발로 형성된 튜브형 분리막들을 구비하는 분해된 분리막 여과 모듈의 확대된 배면도이다.

Claims (36)

1. 적어도 부분적으로는 처리 액체로 채워지기 위한 액체 공간을 갖는 저수조(2)를 구비한 생물반응조;

   작동 중, 유입 액체를 처리 액체로 채워진 저수조(2)로 주입하고, 유입 액체를 처리 액체와 혼합하고, 이를 처리 액체로 처리하여 액체 혼합물(5)을 형성하기 위한 저수조(2)로 연결된 액체 주입관(3); 및

   하나 이상의 포함된 분리막(14)들, 주입부, 투과부 및 포집부를 구비하는 하우징(13)을 포함하는 분리막 여과 모듈(12)을 포함하며, 상기 하우징(13)은 저수조(2)의 액체 공간에 연결된 액체 주입관(10)이 연결되는 하우징(13)의 분리막(14) 주입부에서 연결 챔버(18)를 구비하고, 상기 하우징(13)은 투과부에 연결된 투과물 배출관(15) 및 포집부에 연결된 포집물 배출관(16)을 더 포함하고, 개폐 가능하고, 일측부에서 연결 챔버(18)와 연결되고, 타측부에는 액체 공간 외부로 배출물을 배출하기 위한 세척 배출관(20)이 제공되며, 저수조(2)에서 하우징(13) 사이의 액체 혼합물 주입관은 개폐가 가능한 유입 액체를 처리하기 위한 장치이고,

   액체 주입관(10)은 세척 배출관(20)이 연결되어 있는 연결 챔버(18)에 연결되고, 및

   적어도 분리막(14)의 주입부 및 이의 하부에 구비된 연결 챔버(18)의 주기적 세척을 위하여 주기적으로 액체 혼합물 주입관의 차단 및 세척 배출관(20)의 개방, 및 이의 반대 작동을 하도록 제공되는 조절 유닛(23)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유입 액체를 처리하기 위한 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 액체 혼합물 주입관은 개폐부(22)를 구비하여 제공되고, 연결 챔버(18) 방향으로 연결되는 액체 주입관(10)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유입 액체를 처리하기 위한 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 조절 유닛에 의하여 개폐 가능한 세척액 주입관은 분리막 여과 모듈의 투과부에 연결되는 것을 특징으로 하는 유입 액체를 처리하기 위한 장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 조절 유닛에 의하여 개폐 가능한 세척액 주입관은 분리막 여과 모듈의 포집부에 연결되는 것을 특징으로 하는 유입 액체를 처리하기 위한 장치.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 조절 유닛에 의하여 개폐 가능한 외부 세척액 주입관은 개폐 가능한 액체 혼합물 주입관에 연결되는 것을 특징으로 하는 유입 액체를 처리하기 위한 장치.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 세척 배출관은 침전조 방향으로 배출하는 것을 특징으로 하는 유입 액체를 처리하기 위한 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 침전조는 저수조로의 재유입을 위한 침전물 배출관을 구비하여 제공되는 것을 특징으로 하는 유입 액체를 처리하기 위한 장치.
8. 제7항에 있어서, 침전조에서 저수조로 향하는 침전물 배출관은 필터를 지나는 것을 특징으로 하는 유입 액체를 처리하기 위한 장치.
9. 제6항에 있어서, 상기 침전조는 저수조 이외의 외부 시스템에 침전물 배출관이 구비되어 제공되는 것을 특징으로 하는 유입 액체를 처리하기 위한 장치.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 포집물 배출관이 저수조로 되돌아오는 것을 특징으로 하는 유입 액체를 처리하기 위한 장치.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 가스 분산 수단이 저수조의 액체 공간의 하부에서 배출하도록 제공되는 것을 특징으로 하는 유입 액체를 처리하기 위한 장치.
12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제2 가스 분산 수단이 분리막 여과 모듈의 연결 챔버 방향으로 배출하도록 제공되는 것을 특징으로 하는 유입 액체를 처리하기 위한 장치.
13. 제12항에 있어서, 조절 유닛에 의하여 개폐 가능한 세척액 주입관은 가스 분산 수단에 연결되는 것을 특징으로 하는 유입 액체를 처리하기 위한 장치.
14. 처리 액체로 저수조를 채우는 단계;

    저수조 내에 존재하는 처리 액체에 유입 액체를 주입하고, 이를 처리 액체와 혼합 및 처리하여 액체 혼합물을 얻는 단계;

    상기 액체 혼합물을 분리막 여과 모듈에 주입하는 단계;

    분리막에 의하여 필터링된 투과물 및 포집된 포집물을 배출하는 단계; 및

    주기적인 액체 혼합물 주입관의 차단 및 세척 배출관의 개방을 통하여, 적어도 분리막의 주입부 및 이의 하부에 구비된 분리막 여과 모듈의 연결 챔버를 세척하는 단계

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 제1항 또는 제2항에 따른 장치의 분리막 여과 모듈의 분리막 및 주입부를 세척하는 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 방법은 유입 액체로서 폐수를 저수조 내의 처리 액체로 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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