KR20100102634A

KR20100102634A - 조 외부 설치형 막분리 활성 오니법

Info

Publication number: KR20100102634A
Application number: KR1020107014901A
Authority: KR
Inventors: 시게히로 스즈키; 모토하루 노구치; 고이치로 간도
Original assignee: 메타워터 가부시키가이샤
Priority date: 2008-01-15
Filing date: 2008-01-15
Publication date: 2010-09-24
Also published as: AU2008347921A1; EP2230210A1; AU2008347921B2; EP2230210A4; US7875179B2; WO2009090725A1; CN101918325A; CN101918325B; EP2230210B1; US20100264081A1; JPWO2009090725A1; JP5208136B2

Abstract

본 발명은, 생물 반응조 내의 MLSS 농도를 과도하게 저하시키지 않고, 역세척 배수를 위한 별도의 배수 처리 설비를 필요로 하지 않으며, 아울러, 분리막의 막여과 성능의 안정성을 확보할 수 있는 조 외부 설치형 막분리 활성 오니법을 제공하는 것이다. 이를 위해, 본 발명에서는, 조 외부 설치형 막분리 활성 오니법으로서, 분리막(2)을 역세척함으로써 생긴 막면 폐색 물질을 포함하는 역세척 배수를 역세척 배수 탱크(7)에 모아 오존 처리하고, 생물 반응조(1)로 반송한다. 이에 따라, 분리막의 막 구멍 직경 부근의 막면 폐색 물질은 미세화되거나, 생물 반응조 내의 활성 오니 플록에 함유되기 쉬워지기 때문에, 생물 반응조(1)로 반송하여도 분리막의 막여과 성능을 악화시키는 일이 없다. 또한, 이 반송 오니에 의해 생물 반응조 내의 MLSS 농도를 유지할 수 있다.

Description

조 외부 설치형 막분리 활성 오니법{MEMBRANE-SEPARATION ACTIVE SLUDGE SYSTEM TO BE LOCATED OUTSIDE TANK}

본 발명은, 하수, 반류수(returned water), 공장 배수, 쓰레기 침출수, 분뇨, 농업 폐수, 축산 배수, 양식 배수 등의 각종 유기성 배수의 처리에 이용되는 조(槽) 외부 설치형 막분리 활성 오니법에 관한 것으로서, 특히, 조 외부 설치형 분리막을 역세척했을 때에 발생하는 역세척 배수의 취급에 관한 것이다.

상기와 같은 유기성 배수의 처리법으로서는, 생물 처리조 내에서 미생물에 의한 유기물의 분해 처리를 행하게 하는 활성 오니법이 일반적이다. 생물 처리조 내부의 물은 최종 침전지로 보내져 중력 침강에 의한 고액(固液) 분리가 행해지고, 상징수(上澄水)가 처리수로서 빼내어진다. 그러나, 이 방법은, 중력 침강에 장시간이 필요하기 때문에 넓은 최종 침전지를 설치해야만 한다. 따라서, 특히 넓은 부지 면적을 확보하기 어려운 하수 처리장을 중심으로 하여 최종 침전지를 분리막으로 대체한 막분리 활성 오니법(membrane bioreactor process)이 보급되고 있다.

이 막분리 활성 오니법은, 조 내부에 분리막을 침지시켜 조 내부의 물을 직접 여과시키는 조 내부 설치형 막분리 활성 오니법과, 조 외부에 분리막을 설치하고, 순환 펌프에 의해 조 내부의 물을 분리막에 순환시키면서 여과하는 조 외부 설치형 막분리 활성 오니법으로 대별된다. 이 중, 조 내부 설치형 막분리 활성 오니법에서는, 분리막이 생물 반응조 내에 침지되어 있기 때문에, 막면에 포착된 막 구멍 직경 근방 크기의 입자(막면 폐색 물질)를 생물 반응조로부터 조 외부로 제거할 수 없다. 이 때문에, 막여과 성능의 안정성을 확보하는 것이 곤란하다고 하는 문제가 있었다.

한편, 조 외부 설치형 막분리 활성 오니법에서는, 분리막에 막면 폐색 물질이 퇴적되었을 때에 역세척을 행함으로써 이들 폐색 물질을 막면으로부터 제거할 수 있지만, 이 역세척 배수는 조 내부의 물의 순환 경로를 통해 생물 반응조로 반송하여 재처리하는 것이 보통이었다. 역세척 배수 속의 막면 폐색 물질은 팰릿 형상으로 되어 있는 경우가 있지만, 생물 반응조로 반송되면 폭기 교반에 의해 해체되어 원래의 입자로 되돌아가게 된다.

또한, 생물 반응조로 반송된 막면 폐색 물질의 일부는 활성 오니 플록(floc)에 함유되지만, 오니 활성이 저하되는 동절기에는 활성 오니 플록에 함유되는 막면 폐색 물질의 양이 감소하기 때문에, 생물 반응조 내의 막면 폐색 물질량이 증가한다. 이들 이유에 의해 역세척 배수를 생물 반응조로 반송하면, 조 내부 설치형 막분리 활성 오니법과 마찬가지로 막여과 성능의 안정성을 확보하는 것이 곤란해진다.

이에 따라 특허문헌 1인 일본 특허 공개 제2004-249235호 공보에 나타낸 바와 같이, 조 외부에 설치된 분리막의 역세척 배수를 외부로 배출하는 것도 제안되어 있지만, 이 방법에서는, 생물 반응조 내의 MLSS 농도가 지나치게 저하되어 생물 반응조의 생물 활성이 저하될 우려가 있는 데다가, 외부로 배출된 역세척 배수를 처리하기 위해서 별도의 배수 처리 설비가 필요하게 되어 실용성이 부족하다고 하는 문제가 있었다.

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2004-249235호 공보

따라서, 본 발명의 목적은, 상기한 종래의 문제점을 해결하고, 생물 반응조 내의 MLSS 농도를 과도하게 저하시키지 않고, 또한 역세척 배수를 위한 별도의 배수 처리 설비를 필요로 하지 않으며, 아울러 분리막의 막여과 성능의 안정성을 확보할 수 있는 조 외부 설치형 막분리 활성 오니법을 제공하는 것이다.

상기한 과제를 해결하기 위해서 이루어진 본 발명은, 생물 반응조 내부의 물을 조 외부에 설치한 분리막에 순환시켜 여과수를 빼내는 조 외부 설치형 막분리 활성 오니법에 있어서, 분리막을 역세척함으로써 생긴 막면 폐색 물질을 포함하는 역세척 배수를 오존 처리하고, 막면 폐색 물질을 미세화하거나, 활성 오니 플록에 함유되기 쉬운 상태로 한 뒤에 생물 반응조로 반송하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 있어서는, 오존 처리에 의해 막면 폐색 물질을 분리막의 막 구멍 직경보다도 미세화하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 있어서는, 오존 처리에 있어서의 오존 공급량을, 역세척 배수량당 20∼100 ㎎O₃/ℓ로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서는, 분리막으로서 세라믹제 모노리스막을 이용할 수 있고, 이 경우에는, 분리막이 단면 원형 또는 다각형의 1차측 유로를 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서는, 역세척 배수를 오존 처리한 뒤에 생물 반응조로 반송함으로써, 생물 반응조 내부의 물의 MLSS를 5000∼20000 ㎎/ℓ로 유지하는 것이 바람직하고, 역세척 빈도는 10분∼3시간에 1번 정도로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 역세척 배수를 오존 처리하고, 막면 폐색 물질을 미세화하기 때문에, 생물 반응조로 반송된 막면 폐색 물질은 막면을 폐색하지 않는 미립자가 되어 다시 막면을 폐색하는 일은 없다. 따라서, 종래와 같이 생물 반응조 내의 막면 폐색 물질량이 증가하지 않기 때문에, 분리막의 막여과 성능의 안정성을 확보할 수 있다. 또한, 역세척 배수는 전량을 생물 반응조로 반송할 수 있기 때문에, 역세척 배수를 위한 별도의 배수 처리 설비를 필요로 하지 않고, 또한, 역세척 배수를 외부로 배출하지 않기 때문에, 생물 반응조 내의 MLSS 농도를 과도하게 저하시키는 일이 없고, 5000∼20000 ㎎/ℓ의 범위로 유지하여 생물 반응조의 생물 활성을 유지시킬 수 있다. 또한, 생물 반응조에, 혐기(嫌氣) 무산소 호기법 등과 같은 생물학적 탈인을 포함하는 처리 공정을 선정한 경우에는, 오존 처리한 배수를 혐기조로 반송함으로써, 생물학적 탈인에 필요한 유기물을 공급할 수 있어 생물학적 탈인의 안정화도 가능해진다.

도 1은 본 발명의 실시형태를 나타낸 설명도이다.

이하에 본 발명의 바람직한 실시형태를 나타낸다.

도 1에 있어서 도면 부호 1은 생물 반응조이고, 종래와 같이 유기성 배수인 원수(原水), 예컨대 하수가 호기성 미생물에 의해 활성 오니 처리되고 있다. 도면 부호 2는 생물 반응조(1)의 외부에 설치된 분리막으로서, 그 1차측에 생물 반응조(1) 내부의 물이 순환 펌프(3)에 의해 연속적으로 공급되어 막여과된다. 이 실시형태에서는 크로스 플로우 방식의 여과가 행해지고 있으며, 막면을 2차측으로 투과한 막여과수는 처리수로서 처리수 탱크(4)로 빼내어지고, 농축수는 1차측의 단부로부터 반류 관로(5)를 통해 생물 반응조(1)로 반송된다.

분리막(2)의 종류는 MF막 또는 UF막으로서, 그 재질은 세라믹, 고분자 중 어느 것이라도 좋다. 또한, 막 형상은 모노리스막, 튜블러막, 평막, 중공사막 중 어느 것이라도 좋고, 가압 방식은 내압식, 외압식 중 어느 것이라도 좋다. 모노리스막이나 튜블러막의 경우에는, 1차측의 유로는 단면이 원형이거나 사각형 이상의 다각형인 것이 바람직하다. 이 실시형태에서는, 분리막(2)으로서 니폰 가이시 주식회사에서 제조한 세라믹제 모노리스막을 이용하고 있다. 이 막은, 세라믹 다공체의 내부에 단면이 원형인 유로를 다수 형성하고, 각 유로의 둘레면을 막 구멍 직경이 0.1 ㎛인 막면으로 한 MF막이다.

이러한 조 외부 설치형 분리막(2)을 이용하면 생물 반응조(1) 내부의 물의 고액 분리를 용이하게 행할 수 있어 종래의 최종 침전지에 비하여 장치 전체의 소형화를 도모할 수 있다. 그러나, 활성 오니 및 조 내부의 물 속의 고형분은 분리막(2)의 막면에 퇴적되기 때문에, 정기적으로, 혹은 막 차압이 상승했을 때에 순환 펌프(3)를 정지시키고, 역세척 펌프(6)에 의해 처리수 탱크(4)로부터 처리수를 분리막(2)의 2차측으로 주입하여 막면의 역세척을 행한다. 이 역세척의 빈도는 원수의 성상(性狀)에 따라 크게 상이하지만, 원수의 오탁도가 높은 경우에는 10분에 1번 정도, 낮은 경우에는 3시간에 1번 정도로 하는 것이 바람직하다. 역세척 빈도가 너무 높으면 막여과 운전 시간이 감소하여 가동률이 저하하고, 반대로 역세척 빈도가 너무 낮으면 막 차압이 지나치게 상승하여 역세척을 행하여도 회복되기 어렵게 된다.

이 역세척에 의해 생긴 역세척 배수는, 역세척 배수 탱크(7)로 배출된다. 이 역세척 배수 속에는 막면으로부터 박리된 활성 오니 및 막면 폐색 물질이 포함되어 있다. 종래에는 이 역세척 배수를 그대로 생물 반응조(1)로 되돌리고 있었지만, 본 발명에서는 오존 공급 장치(8)로부터 역세척 배수 속에 오존을 공급하여 오존 처리를 행한다.

오존은 강한 산화력을 갖는 기체로서, 유기물을 파괴·분해하는 작용을 지닌다. 이 때문에 역세척 배수 속의 막면 폐색 물질을 미세화하여 분리막(2)의 막 구멍 직경보다도 작은 미립자로 할 수 있다. 이러한 목적을 위한 오존 처리에는, 살균이나 오니 감량을 목적으로 하는 오존 처리에 비하여 소량의 오존을 공급하면 되어 운전 비용은 염가이다. 구체적으로는 오존의 공급량은 역세척 배수량당 20∼100 ㎎O₃/ℓ 정도로 하는 것이 바람직하다. 오존의 공급량이 이 범위보다도 적으면 유기물을 파괴·분해하는 작용이 부족하여 본 발명의 효과를 충분히 얻을 수 없으며, 오존의 공급량이 과잉이 되면 오존 제조의 전력 비용이 낭비될 뿐만 아니라, 잉여 오존의 분해 처리가 필요하게 되어 비용이 상승된다. 또한, 이 실시형태에서는 역세척 배수 탱크(7)에 직접 오존을 공급하였지만, 별도로 오존 처리 수단을 설치해도 되는 것은 물론이다.

오존 처리된 역세척 배수는, 반송용 펌프(9)에 의해 생물 반응조(1)로 반송된다. 오존 처리에 의해 막 구멍 직경 근방의 막면 폐색 물질은, 막 구멍 직경보다도 작은 미립자가 되거나, 표면 개질에 의해 활성 오니 플록에 함유되기 쉬운 물질로 되어 있기 때문에, 이 반송에 의해 생물 반응조(1) 내의 막 구멍 직경 근방의 입자로 이루어진 막면 폐색 물질량이 증가하는 일은 없다. 따라서, 본 발명에 따르면 분리막(2)의 막여과 성능은 급속히 저하되지 않으므로, 장기간에 걸쳐 안정된 여과가 가능하다.

게다가, 본 발명에 따르면, 역세척 배수를 계 밖으로 배출하지 않고 생물 반응조(1)로 반송하기 때문에, 생물 반응조(1)의 MLSS 농도가 저하하지 않고, 생물 반응조(1)의 생물 활성을 안정되게 유지할 수 있다. 본 발명에 따르면 생물 반응조 내부의 물의 MLSS를 5000∼20000 ㎎/ℓ로 유지할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 역세척 배수를 계 밖으로 배출하지 않고 생물 반응조(1)로 반송하기 때문에, 역세척 배수를 처리하기 위한 별도의 처리 장치를 설치할 필요도 없다. 이하에 본 발명의 실시예를 나타낸다.

실시예 1

도 1에 도시된 처리 장치를 이용하여 하수의 활성 오니 처리를 행하였다. 생물 반응조의 MLSS 농도는 10,000 ㎎/ℓ로 하였다. 분리막은 출원인 회사에서 제조한 모노리스형 세라믹막으로서, 막 구멍 직경은 0.1 ㎛이다. 생물 반응조 내부의 물을 순환시켜 크로스 플로우 여과를 행하여 막여과수를 처리수로서 빼내었다.

분리막은 1시간마다 여과 운전을 정지하여 역세척을 행하였다. 막면 폐색 물질을 포함하는 역세척 배수를 역세척 배수 탱크에 모으고, 오존을 불어넣어 오존 처리를 행하였다. 오존 공급량은 역세척 배수량당 100 ㎎O₃/ℓ이다. 오존 처리된 역세척 배수는 전량을 생물 반응조로 반송하였다.

오존 처리를 행하지 않는 경우(종래예)와 오존 처리를 행한 경우(실시예)를 비교하면, 처리수의 성상은 모두 동일하지만, 종래예에서는 분리막의 막여과 유속(流束)이 2.0 m/1일이었던 것에 반하여, 실시예에서는 2.4 m/1일이며, 오존 처리에 의해 막여과 성능이 대폭 개선된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 생물 반응조의 MLSS 농도는 10000 ㎎/ℓ인 채로 감소하지 않았다.

실시예 2

다음에 역세척 배수에 대한 오존 공급량을 실시예 1의 1/5로까지 감소시키고, 분리막의 막여과 유속에 미치는 영향을 조사하였다. 오존 공급량은 역세척 배수량당 20 ㎎O₃/ℓ이다. 오존 처리된 역세척 배수는 전량을 생물 반응조로 반송하였다. 종래예에서는 분리막의 막여과 유속이 2.0 m/1일이었던 것에 반하여, 실시예에서는 2.4 m/1일이며, 오존 처리에 의해 막여과 성능이 대폭 개선된 것을 확인할 수 있었다. 상기한 바와 같이, 미량의 오존에 의해서도 막여과 성능의 개선을 도모할 수 있는 것을 확인하였다.

1 : 생물 반응조
2 : 분리막
3 : 순환 펌프
4 : 처리수 탱크
5 : 반류 관로
6 : 역세척 펌프
7 : 역세척 배수 탱크
8 : 오존 공급 장치

Claims

생물 반응조 내부의 물을 조 외부에 설치한 분리막에 순환시켜 여과수를 빼내는 조 외부 설치형 막분리 활성 오니법으로서,
분리막을 역세척함으로써 생긴 막면 폐색 물질을 포함하는 역세척 배수를 오존 처리한 뒤에 생물 반응조로 반송(返送)하는 것을 특징으로 하는 조 외부 설치형 막분리 활성 오니법.
제1항에 있어서, 오존 처리에 의해 막면 폐색 물질을 분리막의 막 구멍 직경보다도 미세화하는 것을 특징으로 하는 조 외부 설치형 막분리 활성 오니법.
제1항에 있어서, 오존 처리에 있어서의 오존 공급량을, 역세척 배수량당 20∼100 ㎎O₃/ℓ로 하는 것을 특징으로 하는 조 외부 설치형 막분리 활성 오니법.
제1항에 있어서, 분리막이 세라믹제 모노리스막인 것을 특징으로 하는 조 외부 설치형 막분리 활성 오니법.
제4항에 있어서, 분리막이 단면 원형 또는 다각형의 1차측 유로를 갖춘 것을 특징으로 하는 조 외부 설치형 막분리 활성 오니법.
제1항에 있어서, 역세척 배수를 오존 처리한 뒤에 생물 반응조로 반송함으로써, 생물 반응조 내부의 물의 MLSS를 5000∼20000 ㎎/ℓ로 유지하는 것을 특징으로 하는 조 외부 설치형 막분리 활성 오니법.
제1항에 있어서, 역세척 빈도를 10분∼3시간에 1번 정도로 하는 것을 특징으로 하는 조 외부 설치형 막분리 활성 오니법.