KR20010032798A

KR20010032798A - 수처리 장치 및 수처리 방법

Info

Publication number: KR20010032798A
Application number: KR1020007006115A
Authority: KR
Inventors: 사또시 미야시따; 겐지 혼죠; 오사미 가또; 히로유끼 오까자끼; 가쯔유끼 야노네; 마스미 고바야시
Original assignee: 나가이 야타로; 미쯔비시 레이온 가부시끼가이샤
Priority date: 1997-12-05
Filing date: 1998-12-07
Publication date: 2001-04-25
Also published as: CA2312735C; EP1043276B1; EP1043276A4; KR100500339B1; DE69823389T2; JP2008229628A; EP1043276A1; CA2312735A1; WO1999029630A1; DE69823389D1; US6511602B1

Abstract

본 발명은, 처리조내에 배치된 산기 장치의 위쪽에 막분리 장치가 배치되어 있고, 산기 장치에 마련된 기체 토출구의 직경이 1 내지 10 ㎜이고, 막분리 장치의 수평 방향의 단면적을 X ㎠, 산기 장치의 기체 토출구의 수를 Y개로 했을 때, 관계식 20〈X/Y〈300을 만족하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치에 관한 것이다. 본 발명의 수처리 장치에 의하면, 현탁물에 의한 분리막 표면 세공의 폐색이 적어 장기간에 걸쳐 안정한 여과가 가능하다.

Description

수처리 장치 및 수처리 방법{Apparatus and Method for Treating Water}

종래부터 정수 처리, 하폐수 처리 또는 산업 폐수 처리 등, 혼탁도가 높은 피처리수의 고액 분리를 하는 방법으로서 모래 여과 또는 중력 침전 등이 이루어지고 있다. 그러나, 이러한 방법에 의한 고액 분리는 얻어지는 처리수의 수질이 불충분해지는 경우가 발생한다는 것과 고액 분리 때문에 광대한 용지가 필요하다는 문제점을 가지고 있다.

이와 같은 문제점을 해결하는 방법으로서 근래 정밀 여과막, 한외 여과막 등의 분리막을 배치한 막모듈을 사용하여 피처리수의 고액 분리를 행하는 방법이 여러 가지로 검토되고 있다. 분리막을 사용하여 피처리수의 여과 처리를 하면, 수질이 높은 처리수를 얻을 수가 있다.

분리막을 사용하여 피처리수의 고액 분리를 행하는 경우, 여과 처리를 계속함에 따라 현탁 물질에 의한 분리막 표면 세공의 눈 막힘이 진행되기 때문에, 여과 유량의 저하 또는 막간 차압의 상승이 발생한다. 이러한 상태를 회복시키기 위하여 막 모듈의 아래쪽에 산기관을 배치하고, 산기관으로부터 공기의 산기를 행하여, 분리막을 접동시킴으로써 막표면의 현탁 물질을 떼어내는 방법이 이루어지고 있다.

그러나, 막모듈을 사용하여 폐수의 여과를 행하는 방식에 있어서도, 운전이 장기간에 걸친 경우, 산기 장치에서 토출되는 기포를 분리막에 균일하게 계속 닿게 하기가 곤란하기 때문에, 현탁 물질이 막표면의 세공을 폐색하여 여과 유량이 저하되기 때문에, 저하된 여과 유량을 회복하기 위한 빈번한 유지보수 작업이 필요해진다는 문제점이 있었다.

이에 대하여, 특개평 9-117647호 공보에는, 산기 장치에 공급하는 공기량의 조정에 의해, 산기공의 눈 막힘이 일어나기 어렵게 하는 방법이 제안되어 있기는 하지만, 산기공 그 자체에 대해서는 전혀 고려되어 있지 않아, 막 모듈의 세정에서의 효과 균일성의 점에서 문제가 있다.

또한, 특개평 9-192662호 공보와 같이, 산기 장치만을 처리조에서 용이하게 제거 가능한 방식이 제안되어 있기는 하지만, 이 방식의 경우도 산기공 그 자체에 대해서는 전혀 고려되어 있지 않아 산기공의 폐색을 허용하여, 폐색 후 세정한다는 빈번한 유지보수 작업을 필요로 하는 문제점이 있었다.

〈발명의 개시〉

본 발명은, 상술한 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 장기간에 걸친 여과를 하여도 산기 장치의 기체 토출구의 폐색이 적고, 그 결과 현탁물에 의한 막면의 세공 폐색이 적어 안정된 여과가 장기간 계속 가능한 수처리 장치의 제공을 목적으로 한다.

즉, 본 발명의 제1 측면은 처리조내에 배치된 산기 장치의 위쪽에 막분리 장치가 배치된 수처리 장치로서, 산기 장치에 설치된 기체 토출구의 직경이 1 내지 1O ㎜이고, 막분리 장치의 수평 방향의 단면적을 X ㎠, 산기 장치의 기체 토출구의 수를 Y 개로 했을 때, 관계식 20〈X/Y〈300을 만족하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치이다.

또한, 본 발명의 제2 측면은 산기 장치에 마련된 기체 토출구의 직경이 1 내지 1O ㎜이고, 막분리 장치의 수평 방향의 단면적을 X ㎠, 산기 장치의 기체 토출구의 수를 Y 개로 하였을 때, 관계식 220〈X/Y〈300을 만족하는 산기 장치의 위쪽에 상기 막분리 장치를 배치하여, 연속적 또는 간헐적으로 산기 장치로부터 산기를 행하면서 막분리 장치에서 피처리수를 여과하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법이다.

〈도면의 간단한 설명〉

도 1은 본 발명의 수처리 장치를 나타내는 모식도.

도 2는 본 발명에 사용되는 막분리 장치의 막배치부에서의 수평 방향의 단면도의 일례.

도 3은 본 발명에 사용되는 막모듈의 일례를 나타낸 도면.

도 4 내지 6은 본 발명의 수처리 장치에 있어서 수두차를 사용하여 여과를 하는 예를 나타내는 모식도.

도 7은 본 발명의 실시예 및 비교예의 여과 시험에 의한 경시적인 막간 차압의 거동을 나타낸 그래프.

〈발명을 실시하기 위한 최량의 형태〉

본 발명의 수처리 장치에서는 도 1에 나타내는 바와 같이 피처리수는 처리조(1)내에서 폭기되면서 생물 처리된다. 처리조(1)내에는, 막분리 장치(2)가 배치된다. 막분리 장치는, 적어도 상하 방향이 개방되어, 대략 직방체의 형상을 이루고 있고, 그 내부에는 통상 여러개의 막모듈이 상하 방향으로 배치되어 있다.

본 발명에 사용되는 막모듈로서는 평막 타입, 중공사막 타입, 관형막 타입, 자루형막 타입 등의 형상의 분리막을 적용할 수가 있다. 또한, 분리막의 재질로서는 셀룰로오스, 폴리올레핀, 폴리술폰, PVDF(폴리비닐리덴 플루오라이드), PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌), 세라믹스 등을 적용할 수가 있다.

또한, 본 발명에 사용되는 분리막의 세공 직경으로서는, 특별히 한정되는 것이 아니라, 일반적으로 한외 여과막이라고 하는 구멍 직경 O.OO1 내지 O.1 ㎛의 것, 또는 일반적으로 정밀 여과막이라고 하는 구멍 직경 O.1 내지 1 ㎛의 것 또는 그 이상의 구멍 직경의 것을 사용하는 것이 가능하며, 고액 분리의 대상이 되는 물질의 입자 지름에 따라 선택된다. 예를 들면 활성 슬러지의 고액 분리에 사용한다면, 0.5 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하며, 정수 여과와 같이, 제균이 필요한 경우는 0.1 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.

막분리 장치의 아래쪽에는, 산기 장치(4)가 배치된다. 산기 장치는, 그 형태는 특별히 한정되지 않지만, 금속, 수지 등으로 이루어지는 관형 배관에 기체 토출구를 개구시킨 산기관를 사용하여, 송풍기(5)에서 공기를 공급하는 것이 제작이 용이하며 저렴하기 때문에 바람직하다.

산기 장치의 기체 토출구로부터 연속적 또는 간헐적으로 산기된 기포는 피처리수 액속을 통과하여 막분리 장치에 도달하고, 다시 막모듈의 막면 근방을 통과하여 수면에서 방출된다. 이 때, 기포는 피처리수 속을 통과하여 수면까지 위쪽으로 이동하기 때문에, 피처리수와 기포로 이루어지는 상향하는 기액(氣液) 혼합류가 발생한다. 이 기액 혼합류가 막모듈의 막면을 스크러빙함으로써 고형분의 막면으로의 부착이 방지되어 막면의 급속한 눈 막힘을 방지할 수가 있다.

본 발명의 수처리 장치는 막분리 장치의 수평 방향의 단면적을 X ㎠, 산기 장치의 기체 토출구의 수를 Y 개로 했을 때, 관계식 20〈X/Y〈300이 만족하도록 기체 토출 구멍이 배치되어 있다. 이와 같이 배치함으로써, 개개의 기체 토출구에서 실질적으로 균일하게 기체가 토출되며, 막모듈 전체에 균일하게 기포를 적용시킬 수가 있고, 게다가 장기간에 걸쳐 기체 토출 구멍의 폐색을 적게할 수 있으므로, 장기간에 걸쳐 막면 세공의 눈 막힘이 적어 높은 유량으로 막분리 장치에 의한 여과를 행할 수가 있다.

X/Y가 300 이상인 경우에는, 산기 장치에 기체 토출구를 개구시켰을 때의 거칠음 유무, 기체 토출구의 미세한 형상의 차이, 산기 장치의 기울기 등에 의해 개개의 기체 토출구에서의 압력 손실에 차이가 발생하므로, 모든 기체 토출구에서 균일하게 기체가 발생하기 어렵다. 그 결과 산기 장치의 기체 토출구 일부에 폐색이 발생하여 막의 세정 효과가 불균일해지므로 적당하지 않다.

한편, X/Y가 20 이하인 경우에는, 막분리 장치에 대하여 기체 토출구가 편재되기 쉬워, 분리막에 대하여 구석구석까지 기체를 공급하기가 곤란하여 부분적으로 기포가 닿지 않은 부분이 생기기 때문에 막의 세정 효과가 저하되어 적당하지 않다.

또한, 본 발명에서의 막분리 장치의 수평 방향의 단면적이란 막분리 장치에 케이싱이 있는 경우에는 그 케이싱내의 수평 방향 단면적을 말한다. 도 2는, 케이싱이 없는 막분리 장치의 막배치부에서의 수평 방향의 모식 단면도를 나타내는 것인데, 케이싱이 없는 경우에는, 본 발명에서 말하는 막분리 장치의 수평 방향의 단면적이란, 배치된 모든 분리막(막모듈 3)을 둘러싸는 최소 체적의 직방체의 수평 방향 단면적(파선으로 둘러싸인 부분)을 말한다.

산기 장치로서 산기관을 사용하는 경우에는, 내부 직경이 5 내지 120 ㎜인 것을 사용하는 것이 바람직하고, 10 내지 80 ㎜인 것을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 산기관이 너무 가늘면 압력 손실 때문에 기체의 토출이 불균일해지기 쉽고, 너무 굵으면 가공성이 나빠지며, 평행하게 인접하는 기체 토출구와의 간격이 너무 넓어져 기체의 토출이 불균일해지기 쉽다.

기체 토출구의 크기는 1 내지 10 ㎜가 바람직하고, 2 내지 5 ㎜가 보다 바람직하다. 기체 토출구가 너무 작으면 기체 토출량의 확보가 곤란해짐과 동시에 압력 손실도 커진다. 또한 너무 크면 산기관 내부에 슬러지가 침입하기 쉬워져, 기체 토출구 사이의 기체 토출량이 불균일해지기 쉽다.

또한, 산기관와 기체 토출구 크기의 관계로서는, 산기관의 내부 단면적이 그 산기관 한 개에 배치된 기체 토출구의 총 면적의 1.25배 이상인 것이 바람직하고, 1.67배 이상인 것이 보다 바람직하다. 산기관에 대한 기체 토출구의 총 면적의 비율이 그 이하가 되었을 경우에는, 압력 밸런스가 무너지기 쉬워, 모든 기체 토출구로부터 균일하게 공기를 토출하기가 곤란해지기 쉽다.

또한, 막분리 장치로서는, 평면형으로 전개하여 배치된 중공사막과, 중공사막의 단부를 개구 상태로 유지하면서 이것을 고정하는 고정 부재와, 고정 부재를 지지 수납하는 구조재를 가진 중공사막 모듈을 포함하며, 중공사막에 의해 형성되는 평면이 거의 수직이 되도록 중공사막 모듈을 배치한 것을 사용하는 것이, 기포 및 기액 혼합류에 의한 세정을 보다 효과적으로 한다는 관점에서 바람직하다.

도 3은 본 발명의 막분리 장치에 사용하기에 적합한 막모듈(3), 즉 평형(平型) 중공사막 모듈(11)의 일례를 나타내는 도면이다. 이 평형 중공사막 모듈(11)은 복수개의 중공사(12)가 평행하게 배치되어, 이들이 도시하지 않은 경사(經絲)와 일체화된 편직물인 통상 1 내지 5장의 복수장의 시트형 집합체(13)(이 도면의 경우는 2장의 편직으로 이루어짐)와 이러한 시트형 집합체(13)의 중공사막(12)의 섬유축 방향 양끝에 설치된 구조재(14)로 이루어진다. 이러한 중공사막 모듈의 경우에는, 중공사막이 슬러지 등에 의해 집속 고착 일체화되기 어려워, 산기 장치에 의한 스크러빙을 효과적으로 실시할 수 있다.

중공사막(12)은, 예를 들면 상기 평막형 모듈(3)의 분리막의 재료로서 예시한 수지로 이루어지는 것으로, 각종 다공질 또는 관형의 것을 사용할 수 있다. 구조재(14)는 그 내부에 내부로(15)가 형성된 통형의 것으로, 그의 한 말단은 밀봉되고, 다른 말단은 도시하지 않는 집수 배관에 접속되어 있다. 또한, 구조재(14)의 측벽에는 그 길이 방향에 따라 슬릿(16)이 형성되어 있다. 그리고, 슬릿(16)에는 시트형 집합체(13)의 단부가 삽입되면서, 고정 부재(17)로 액체 밀봉으로 폐색되고, 시트형 집합체(13)의 양단부가 2개의 구조재(14)로 각각 지지 고정되어 있다. 이 경우, 시트형 집합체(13)의 단부란 중공사막(12)의 섬유축 방향 양단부이고, 각 중공사막(12)의 양단부는 구조재(14)의 내부로(15)내에 그 개구 상태를 유지한 채 고정되어 있다.

중공사막 모듈의 배치는 중공사막에 의해 형성되는 평면이 거의 수직이 되는 것이면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 중공사막의 섬유축 방향이 거의 수평이 되는 배치 방법, 중공사막의 섬유축 방향이 수평면에 대하여 경사각을 갖도록 하는 배치 방법, 중공사막의 섬유축 방향이 거의 수직이 되는 배치 방법을 들 수가 있으며, 처리조의 크기, 형태, 필요 처리량 및 필요 LV 등의 여러가지를 고려하여 적당한 배치를 선택할 수가 있다.

여기서, 중공사막의 섬유축 방향이 거의 수평이 되는 배치로 하는 경우는, 중공사막의 말단부에 고정된 구조재가 수직이 되도록 배치된다. 이러한 배치의 경우, 기포 또는 기액 혼합류가 통과하는 부분에는 거의 수직인 평면으로서 전개된 중공사막만이 존재하기 때문에, 중공사막 모듈의 여과부에서의 막 밀도를 높게 할 수가 있고, 이로 인해 막분리 장치 전체를 컴팩트하게 할 수가 있다는 장점을 갖는다.

또한, 중공사막의 섬유축 방향이 수평면에 대하여 경사각을 갖는 배치로 하는 경우는, 중공사막의 섬유축 방향이 거의 수평이 되는 배치의 경우와 마찬가지로 기포 또는 기액 혼합류가 통과하는 부분에는 거의 수직인 평면으로서 전개된 중공사막만이 존재하기 때문에, 중공사막 모듈의 여과부에서의 막 밀도를 높게 할 수가 있다.

이러한 배치의 경우, 중공사막의 섬유축 방향이 거의 수평이 되는 배치와 비교하여, 중공사막의 길이 방향에 관해서는 보다 컴팩트해지지만, 높이 방향에 대하여는 불리하다. 이 때문에, 이러한 배치는 처리조 설치시에, 한정된 길이로 설치할 필요가 있는데, 높이 방향으로는 여유가 있는 경우에 적합한 배치 방법이다.

또한, 중공사막의 섬유축 방향이 거의 수직이 되는 배치로 하는 경우는, 중공사막의 말단부에 고정된 구조재가 평행해지도록 배치된다. 이러한 배치의 경우, 기포 또는 기액 혼합류가 통과하는 부분에, 구조재가 존재하기 때문에, 인접하는 막모듈끼리를 너무 근접하게 배치하면, 기포 또는 기액 혼합류가 통과하기 어려워져 세정 효과가 저하한다고 하는 문제가 있다. 그 때문에, 어느 정도의 간격을 가지고 모듈을 배치할 필요가 있기는 하지만, 그 경우, 중공사막의 섬유축 방향이 거의 수평이 되는 배치와 비교하여, 수평 방향의 막의 요동이 적어지는 결과, 기체 및 기액 혼합류의 통과에 대한 저항이 적어지고, 이 때문에 특히 기체의 공급량을 증가시켜 갔을 때에 기액 혼합류의 상승 수류의 유속이 상당히 상승되어 세정 효과가 개선되므로 막 면적당 여과 유량 및 LV를 높게 설정할 수가 있다고 하는 장점이 있다.

본 발명에 사용되는 막분리 장치의 막배치부에서의 막 밀도로서는 장치 용적당 처리량을 확보하는 견지에서, 하한치로서는 1OO ㎡/㎥이 바람직하고, 또한, 15O ㎡/㎥으로 하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 상한치로서는 세정시의 기포 및 기액 혼합류의 통과에 대한 막분리 장치의 저항을 고려하면 50O ㎡/㎥으로 하는 것이 바람직하고, 또한, 4OO ㎡/㎥으로 하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 본 발명에서 말하는 막배치부에서의 막 밀도란 배치된 모든 막모듈을 둘러싸는 최소 체적의 직방체의 체적당 막 면적을 말한다.

본 발명의 막분리 장치에 의한 여과(고액 분리) 조작은 예를 들면 하기와 같이 수행한다. 즉, 피처리수 중에 통상 복수의 평형 중공사막 모듈(3)을 침지하여 내부로(15)에 접속된 집수 배관에서 흡인하면, 내부로(15)를 통하여 중공사막(12)내가 부압(負壓)이 되어, 그 외부의 피처리수가 중공사막(12)을 거쳐 여과된다. 여액(처리수)은 중공사막(12)내를 통과하여 내부로(15)에 이송되고, 다시 집수관을 통과하여 회수된다. 평형 중공사막 모듈(3)을 복수 배치하는 경우는 통상 각각의 집수 배관이 일괄해서 펌프 등의 흡인 수단에 접속된다.

본 발명의 막분리 장치에 의한 여과 조작은 또한 수두차를 이용하여 행하는 것도 가능하다. 수두차를 이용하여 여과를 행하는 경우, 흡인 펌프 등의 동력을 필요로 하지 않기 때문에, 에너지 절약의 견지에서 바람직하다. 이 경우, 중공사막 모듈의 피처리수 입구측에 있는 1차측과 처리수 출구측에 있는 2차측 사이에 수두차가 제공되도록 중공사막 모듈의 1차측 및 2차측을 배치하는 것이 필수이다.

도 4는 본 발명에 있어서 수두차를 이용하여 여과를 행할 때의 일례를 나타내는 모식도인데, 중공사막 모듈(3)의 1차측과 액 밀도를 유지한 상태에서, 중공사막 모듈(3)의 2차측 배관(18)을 역 U자관으로 하고, 처리조(1) 밖에서 배관(18)의 출구를 대기에 개방하며, 또한 이 배관(18)의 출구(처리수 출구) 위치를 처리조(1)내의 피처리수의 수위보다 낮은 위치로 하여, 1차측과 2차측 사이에 수두차가 제공된다. 도 4에 있어서의 배관(18)의 도중에는 진공 펌프 등의 탈기 수단(19)을 설치하는 것이 바람직하다.

도 5에 나타내는 예는, 중공사막 모듈(3)의 1차측과 액 밀도를 유지한 상태에서, 중공사막 모듈(3)의 2차측 배관(18)을 처리조(1)밖으로 똑바르게 연장시켜 배관(18)의 출구를 대기에 개방하며, 또한 이 배관(18)의 출구 위치를 처리조(1) 내의 피처리수의 수위보다 낮은 위치로 하여, 1차측과 2차측 사이에 수두차가 제공된다.

또한, 도 6에 나타내는 예는, 중공사막 모듈(3)의 2차측이, 1차측과 액 밀도를 유지한 상태에서 대기에 개방되어 있는 처리조내의 액체 저장부(20)에 배관(18)으로 연통되며, 이 액체 저장부(20)의 수위를 1차측 피처리수의 수위보다 낮은 위치로 하여, 1차측과 2차측 사이에 수두차가 제공된다. 액체 저장부(20)에서의 여과액의 배출은, 수중 펌프, 튜브 펌프, 다이어그램 펌프, 캐스케이드 펌프, 에어리프트 펌프 등과 같은 임의의 배출 수단(21)에 의해 행할 수 있다.

본 발명의 수처리 장치에 있어서, 산기 장치의 기체 토출구에서 토출되는 기포 및 그것에 의하여 발생하는 기액 혼합류가 균일하고 또한 충분한 속도로 막분리 장치까지 도달하기 위해서는 기체 토출구와 막분리 장치 사이의 거리가 어느 정도 필요하다. 기체 토출구에서 막분리 장치까지의 거리의 하한으로서, 20 cm 이상으로 하는 것이 바람직하고, 30 cm 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 상한에 대하여는 특별히 한정되지 않지만, 처리 장치 전체의 용적 효율을 고려하면, 1 m 이하로 하는 것이 바람직하고, 6O cm 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 본 발명의 수처리 장치에 의해 산기를 행할 때의 기체의 토출량으로서는, 막의 세정 효과를 고려하면, 막분리 장치의 수평 방향의 단면당 10 내지 150 N㎥/㎡/hr로 하는 것이 바람직하고, 또한 산소의 용해량 및 경제성까지를 고려하면 20 내지 10O N㎥/㎡/hr로 하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 기체 토출구에 있어서의 기체 토출 속도로서는, 5 내지 100 cm/sec로 산기하는 것이 바람직하고, 10 내지 50 cm/sec로 산기하는 것이 보다 바람직하다. 산기 속도가 상기 범위보다 느리면 산기관내에 슬러지가 침입하기 쉬워지며, 상기 범위보다 빠르면 압력 손실이 높아져 곤란함과 동시에, 분리막에 과대한 응력이 가해질 우려가 있기 때문에 적당하지 않다.

이하, 실시예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명한다.

〈실시예 1〉

평균 세공 직경 0.1 ㎛의 정밀 여과용 폴리에틸렌 중공사막을 스크린형으로 전개 고정한 중공사막 모듈(상품명: 스테라포아 LF, 미츠비시 레이온(주) 제조: 중공사막의 섬유축 방향의 모듈 길이 80 cm; 막 면적 8 ㎡) 5개를, 스크린이 수직 방향을 향하고, 섬유축이 수평을 향하고, 인접하는 모듈끼리의 중심 간격이 6 cm 가 되도록 가로 방향으로 늘어 놓고, 상하를 개방시킨 길이 80 cm, 폭 30 cm 및 높이 50 cm의 케이싱에 수납하여 배치한 막분리 장치를 활성 슬러지조에 침지하였다.

막분리 장치 아래쪽에는 막분리 장치 하단부에서 산기구까지의 거리가 45 cm가 되도록 산기 장치를 마련하고, 산기 장치의 주위에는 상하를 개방시킨 길이 80 cm, 폭 30 cm 및 높이 5O cm의 케이싱을 설치하여 산기 장치를 둘러쌌다. 산기 장치는 내부 직경 2.5 cm(내부 단면적 4.9 ㎠) 및 길이 35 cm의 폴리염화 비닐제 파이프 5개를 그 길이 방향이 중공사막의 길이 방향과 직각을 이루고 파이프의 중심간 간격의 거리가 18 cm이도록 배열하였다. 각각의 파이프에는, 상면에 직경 0.3 cm의 원형 토출구를 5개 만들고, 인접 토출구끼리의 간격은 6 cm로 하였다. 또한, 각각의 파이프는 내부 직경 2.5 cm 및 길이 85 cm의 폴리염화 비닐제 파이프에 접속시켜 연결시켰다. 산기 조건은 송풍기를 사용하여 공기를 케이싱 단면적당 75 ㎥/㎡/hr의 강도로 공급하였다.

여과 조건은 MLSS 농도 8000 내지 12000 mg/L의 활성 슬러지를 막투과 유속 LV= O.3 ㎥/㎡/d로 하여 흡인 펌프를 사용하고, 여과 시간/정지 시간 = 13분/2분의 간헐 운전으로 1년간 계속하여 여과 처리를 실시하였다.

이 실시예의 경우, 케이싱의 수평 방향의 단면적 X는 2400 ㎠, 산기 장치의 기체 토출구의 총수 Y는 25로, X/Y는 2400/25=96이 되어, 본 발명에서 규정하는 관계식을 만족하였다. 또한, 막모듈을 둘러싸는 최소 체적은 0.1044 ㎥, 총막면적은 40 ㎡, 막 밀도는 40/0.1044=383.1로, 본 발명의 바람직한 범위를 만족하였다.

〈실시예 2〉

실시예 1과 동일한 중공사막 모듈 5개를 사용하여, 스크린이 수직 방향을 향하고, 섬유축이 수직 방향을 향하고, 인접하는 모듈끼리의 중심 간격이 8 cm가 되도록 가로 방향으로 늘어 놓고 상하를 개방시킨 길이 45 cm, 폭 40 cm 및 높이 85 cm의 케이싱에 수납하여 배치한 막분리 장치를 활성 슬러지조에 침지하였다.

막분리 장치 아래쪽에는 막분리 장치 하단부에서 산기구까지의 거리가 45 cm가 되도록 산기 장치를 설치하고, 산기 장치의 주위에는 상하를 개방시킨 길이 45 cm, 폭 40 cm 및 높이 5O cm의 케이싱을 설치하여 산기 장치를 둘러쌌다. 산기 장치는 내부 직경 2.5 cm 및 길이 40 cm의 폴리염화 비닐제 파이프 3개를 그 길이 방향이 중공사막의 막 고정부와 직각을 이루고 파이프의 중심간 간격의 거리가 20 cm이도록 배열하였다. 각각의 파이프에는 상면에 직경 0.3 cm의 원형 토출구를 4개 만들고, 인접 토출구끼리의 간격은 10 cm로 하였다. 또한, 각각의 파이프는 내부 직경 2.5 cm 및 길이 45 cm의 폴리염화 비닐제 파이프에 접속시켜 연결시켰다.

이 수처리 장치에 의해, 산기 조건 및 여과 조건을 실시예 1과 동일하게 하여 1년간 계속하여 여과 처리를 실시하였다.

이 실시예의 경우, 케이싱의 수평 방향의 단면적 X는 1800 ㎠, 산기 장치의 기체 토출구의 총수 Y는 12로, X/Y는 1800/12=150가 되어, 본 발명에서 규정하는 관계식을 만족하였다. 또한, 막모듈을 둘러싸는 최소 체적은 0.1332 ㎥, 막면적은 40 ㎡, 막 밀도는 40/0.1332=300.3으로 본 발명이 바람직한 범위를 만족하였다.

〈실시예 3〉

실시예 1과 동일한 중공사막 모듈 3개를 사용하여 스크린이 수직 방향을 향하고, 섬유축이 수평 방향을 향하고, 인접하는 모듈끼리의 중심 간격이 12 cm가 되도록 가로 방향에 늘어 놓고, 상하를 개방시킨 길이 80 cm, 폭 30 cm 및 높이 50 cm의 케이싱에 수납하여 배치한 막분리 장치를 활성 슬러지조에 침지하였다.

막분리 장치 아래쪽에는 막분리 장치 하단부에서 산기구까지의 거리가 45 cm가 되도록 산기 장치를 설치하고, 산기 장치 주위에는 상하를 개방시킨 길이 80 cm, 폭 30 cm 및 높이 50 cm의 케이싱을 설치하여 산기 장치를 둘러쌌다. 산기 장치는 내부 직경 2.5 cm 및 길이 40 cm의 폴리염화 비닐제 파이프 3개를 그 길이 방향이 중공사막의 섬유축 방향과 직각을 이루고 파이프의 중심간의 간격 거리가 35 cm이도록 배열하였다. 각각의 파이프에는, 상면에 직경 0.3 cm의 원형 토출구를 3개 만들고, 인접 토출구끼리의 간격은 12 cm로 하였다. 또한, 각각의 파이프는 내부 직경 2.5 cm 및 길이 85 cm의 폴리염화 비닐제 파이프에 접속시켜 연결시켰다.

이 실시예의 경우, 케이싱의 수평 방향의 단면적 X는 2400 ㎠, 산기 장치의 기체 토출구의 총수 Y는 9로, X/Y는 2400/9=266.7이 되어, 본 발명으로 규정하는 관계식을 만족하였다. 또한, 막모듈을 둘러싸는 최소 체적은 0.1044 ㎥, 총막면적은 24 ㎡, 막 밀도는 24/0.1044=229.8로, 본 발명이 바람직한 범위를 만족하였다.

〈실시예 4〉

실시예 1과 동일한 중공사막 모듈 7개를 사용하여, 스크린이 수직 방향을 향하고, 섬유축이 수평 방향을 향하고, 인접하는 모듈끼리의 중심 간격이 5 cm가 되도록 가로 방향에 늘어 놓고, 상하를 개방시킨 길이 80 cm, 폭 40 cm 및 높이 50 cm의 케이싱에 수납하여 배치한 막분리 장치를 활성 슬러지조에 침지하였다.

막분리 장치 아래쪽에는 막분리 장치 하단부에서 산기구까지의 거리가 45 cm가 되도록 산기 장치를 설치하고, 산기 장치의 주위에는 상하를 개방시킨 길이 80 cm, 폭 40 cm 및 높이 5O cm의 케이싱을 설치하여 산기 장치를 둘러쌌다. 산기 장치는 내부 직경 2.5 cm 및 길이 40 cm의 폴리염화 비닐제 파이프 7개를 그 길이 방향이 중공사막의 섬유축 방향과 직각을 이루고 파이프의 중심간의 간격 거리가 12.5 cm이도록 배열하였다. 각각의 파이프에는 상면에 직경 0.3 cm의 원형 토출구를 8개 만들고, 인접 토출구끼리의 간격은 5 cm로 하였다. 또한, 각각의 파이프는 내부 직경 2.5 cm 및 길이 85 cm의 폴리염화 비닐제 파이프에 접속시켜 연속시켰다.

이 수처리 장치에 의해, 산기 조건 및 여과 조건을 실시예 1과 동일하게 하여 1년간 계속하여 여과 처리를 연결시켰다.

이 실시예의 경우, 케이싱의 수평 방향의 횡단면 X는 3200 ㎠, 산기 장치의 기체 토출구의 총수 Y는 56으로, X/Y는 3200/56=57.1이 되어 본 발명에서 규정하는 관계식을 만족하였다. 또한, 막모듈을 둘러싸는 최소 체적은 0.126 ㎥, 총막면적은 56 ㎡,막 밀도는 56/0.126=444.4로, 본 발명이 바람직한 범위를 만족하였다.

〈비교예 1〉

실시예 1과 동일한 중공사막 모듈을 사용하여 갯수 및 배치 방식은 완전히 동일하게 하고, 하기의 조건만 변경하여 여과 처리를 실시하였다. 즉, 막분리 장치 아래쪽에는 막분리 장치 하단부에서 산기구까지의 거리가 45 cm가 되도록 산기 장치를 설치하고, 산기 장치의 주위에는 상하를 개방시킨 길이 80 cm, 폭 30 cm 및 높이 50 cm의 케이싱을 설치하여 실시예 1과 마찬가지로 산기 장치를 둘러싸는데, 산기 장치는 내부 직경 2.5 cm 및 길이 35 cm의 폴리염화 비닐제 파이프 3개를 그 길이 방향이 중공사막의 길이 방향과 직각을 이루고 파이프의 중심간의 간격 거리가 35 cm이도록 배열하였다. 각각의 파이프에는 상면에 직경 0.3 cm의 원형 토출구를 2개 만들고, 인접 토출구끼리의 간격은 25 cm로 하였다. 또한, 각각의 파이프는 내부 직경 2.5 cm 및 길이 85 cm의 폴리염화 비닐제 파이프에 접속시켜 연결시켰다.

이 비교예의 경우, 케이싱의 수평 방향의 단면적 X는 2400 ㎠, 산기 장치의 기체 토출구의 총수 Y는 6으로, X/Y는 2400/6=400이 되어, 본 발명에서 규정하는 관계식을 만족하지 않았다. 또한, 막모듈을 둘러싸는 최소 체적은 0.1044 ㎥, 총막면적은 40 ㎡, 막 밀도는 40/0.1044=383.1로, 본 발명의 바람직한 범위를 만족하였다.

〈비교예 2〉

실시예 1과 동일한 중공사막 모듈을 사용하고, 하기의 조건만 변경하여 여과 처리를 실시하였다. 즉, 막분리 장치 아래쪽에는 막분리 장치 하단부에서 산기구까지의 거리가 45 cm가 되도록 산기 장치를 설치하고, 산기 장치의 주위에는 상하를 개방시킨 길이 80 cm, 폭 30 cm 및 높이 50 cm의 케이싱을 설치하고 실시예 1과 동일하게 하여 산기 장치를 둘러싸는데, 산기 장치는 내부 직경 2.5 cm 및 길이 35 cm의 폴리염화 비닐제 파이프 15개를 그 길이 방향이 중공사막의 길이 방향과 직각을 이루고 파이프의 중심간의 간격 거리가 5 cm이도록 배열하였다. 각각의 파이프는 상면에 직경 0.3 cm의 원형 토출구를 10개 만들고, 토출구끼리의 간격은 3.5 cm로 하였다. 또한, 각각의 파이프는 내부 직경 2.5 cm 및 길이 85 cm의 폴리염화 비닐제 파이프에 접속시켜 연결시켰다.

이 비교예의 경우, 케이싱의 수평 방향의 단면적 X는 2400 ㎠, 산기 장치의 기체 토출구의 총수 Y는 150으로, X/Y는 2400/150=16이 되어, 본 발명에서 규정하는 관계식을 만족하지 않았다. 또한, 막모듈을 둘러싸는 최소 체적은 0.1044 ㎥, 총단면적은 40 ㎡, 막 밀도는 40/0.1044=383.1로 본 발명의 바람직한 범위를 만족하였다.

이러한 실시예, 비교예에 있어서, 여과 운전시의 시간과 막간 차압(흡인 차압), 즉 흡인 운전시의 막모듈의 1차측과 2차측의 압력차의 관계를 측정한 결과를 도 7에 나타냈다. 이 그래프에서 밝혀진 바와 같이, 본 발명에 관한실시예에서는 경시적인 막간 차압의 상승이 비교예에 비하여 완만하고, 눈 막힘의 진행이 느려 에어 스크러빙에 의한 세정의 효율이 높다는 것을 알 수 있다.

막분리 장치의 수평 방향의 단면적과 산기 장치의 기체 토출구의 수가 소정의 관계식을 만족하는 본 발명의 수처리 장치에 의하면, 장기간에 걸쳐 산기 장치의 기체 토출구가 폐색을 일으키지 않아 에어 스크러빙 세정의 균일성을 유지할 수가 있다. 이것에 의해서, 장기간에 걸쳐 막면 세공의 눈 막힘이 적어 높은 유량으로 혼탁도가 높은 피처리수의 여과를 행할 수 있다.

본 발명은 수처리로 고액(固液) 분리를 하는 장치에 관한 것이다.

Claims

처리조내에 배치된 산기 장치의 위쪽에 막분리 장치가 배치되어 있고, 산기 장치에 설치된 기체 토출구의 직경은 1 내지 1O ㎜이고, 막분리 장치의 수평 방향의 단면적을 X ㎠, 산기 장치의 기체 토출구의 수를 Y 개로 하였을 때, 관계식 20〈X/Y〈300을 만족하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
제1항에 있어서, 산기 장치가 내부 직경이 5 내지 120 ㎜인 산기관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
제2항에 있어서, 산기관의 내부 단면적이 각 산기관에 설치된 기체 토출구의 총면적의 1.25배 이상인 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 막분리 장치가 중공사막 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
제1항에 있어서, 막분리 장치가 평면형으로 전개하여 배치된 중공사막과, 중공사막의 단부를 개구 상태로 유지하면서 중공사막을 고정하는 고정 부재와, 고정 부재를 지지 수납하는 구조재를 가진 중공사막 모듈을 포함하며, 중공사막에 의해 형성되는 평면이 거의 수직이 되도록 중공사막 모듈을 배치한 것을 특징으로 하는 수처리 장치
제5항에 있어서, 막분리 장치가 평면형으로 전개하여 배치된 중공사막과, 중공사막의 단부를 개구 상태로 유지하면서 중공사막을 고정하는 고정 부재와, 고정 부재를 지지 수납하는 구조재를 가진 중공사막 모듈을 포함하며, 중공사막에 의해 형성되는 평면이 거의 수직이 되며 중공사막의 섬유축 방향이 거의 수평이 되도록 중공사막 모듈을 배치한 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
제5항에 있어서, 막분리 장치가 평면형으로 전개하여 배치된 중공사막과, 중공사막의 단부를 개구 상태로 유지하면서 중공사막을 고정하는 고정 부재와, 고정 부재를 지지 수납하는 구조재를 가진 중공사막 모듈을 포함하며, 중공사막에 의해 형성되는 평면이 거의 수직이 되며 중공사막의 섬유축 방향이 수평면에 대하여 경사각을 갖도록 중공사막 모듈을 배치한 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
제5항에 있어서, 막분리 장치가 평면형으로 전개하여 배치된 중공사막과, 중공사막의 단부를 개구 상태로 유지하면서 중공사막을 고정하는 고정 부재와, 고정 부재를 지지 수납하는 구조재를 가진 중공사막 모듈을 포함하며, 중공사막에 의해 형성되는 평면이 거의 수직이 되며 중공사막의 섬유축 방향이 거의 수직이 되도록 중공사막 모듈을 배치한 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
제1항에 있어서, 막분리 장치가 중공사막 모듈을 포함하며, 막배치부에서의 막 밀도가 1OO 내지 5OO ㎡/㎥인 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
제4항에 있어서, 막분리 장치가 중공사막 모듈의 1차측과 2차측 사이에 수두차를 제공하도록 중공사막 모듈의 1차측 및 2차측을 배치하고, 막배치부에서의 막 밀도가 100 내지 500 ㎡/㎥인 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
제4항에 있어서, 막분리 장치가 중공사막 모듈의 2차측이 1차측과 액 밀도를 유지한 상태에서 대기에 개방되어 있는 처리조내의 액체 저장부와 연통되며, 상기 액체 저장부의 수위가 1차측 피처리수의 수위보다 낮은 위치로 되어 있는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
산기 장치의 위쪽에 막 분리 장치가 배치되어 있고, 산기 장치에 설치된 기체 토출구의 직경은 1 내지 10 ㎜이고, 막 분리 장치의 수평 방향의 단면적을 X ㎠, 산기 장치의 기체 토출구의 수를 Y 개로 하였을 때, 관계식 20〈X/Y〈300을 만족하는 산기 장치로부터 연속적 또는 간헐적으로 산기를 행하면서, 막분리 장치에서 피처리수를 여과하는 것을 포함함을 특징으로 하는 수처리 방법.
제12항에 있어서, 기체 토출구에서의 기체 토출 속도가 5 내지 100 cm/sec에서 산기를 행하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.