KR20150084040A - 하부 개방형 다수 채널 전달 디바이스를 이용하여 침지된 멤브레인을 세척하기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

침지된 멤브레인을 공기 세척하는 방법이 이 출원서에 기술된다. 방법은 투과 사이클 동안에, 또는 투과 사이클과 백펄스 또는 완화 사이클 간에, 또는 연이은 사이클들 간에, 하나 이상의 통기 파라미터를 조정하는 단계를 포함한다. 방법은 본 명세서에 기술된 가스 전달 디바이스에서 이용될 수 있고, 여기에서 가스의 공급은 다수의 도관들에 접속된 다수의 포트들을 갖는 매니폴드에 제공된다. 방법은 멤브레인 모듈의 하부 가까이에 또는 그 아래의 탱크 내로 가압된 가스의 흐름을 가져오는 단계를 더 포함할 수 있다. 대략 이 고도에서, 가압된 가스의 흐름은 복수의 가압된 가스의 흐름으로 분열된다. 다수의 가압된 가스의 흐름들 각각은 상이한 횡방향 위치로 이동하고, 그런 다음 기포로서 배출된다.

Description

하부 개방형 다수 채널 전달 디바이스를 이용하여 침지된 멤브레인을 세척하기 위한 방법{METHOD FOR SCOURING IMMERSED MEMBRANES USING A OPEN BOTTOM MULTIPLE CHANNEL DELIVERY DEVICE}
관련 출원에 대한 상호 참조
미국의 경우, 본 출원서는 2012년 11월 14일자에 출원된 미국 가출원 제61/726,092호의 우선권을 주장하며, 상기 가출원은 참조에 의해 본원에 통합된다.
기술분야
본 출원서는, 예를 들어, 침지된 여과 멤브레인(filtering membrane)의 오염을 방지하기 위해 기포를 공급하는데 이용하기 위한 가스 전달 디바이스에 관한 것이다.
발명의 명칭이 "여과 멤브레인을 위한 가스 스파저"인 국제 공개 번호 2011/028341는 연속 가스 흐름이 제공되더라도 기포의 간헐적 흐름을 생성하는 가스 스파저(sparger)를 설명한다. 스파저는 가스 포켓을 수집하기 위한 하우징, 및 그 포켓이 충분한 크기에 도달하면 포켓으로부터 가스의 일부를 배출하기 위한 도관을 갖는다. 큰 스파저는 각각이 도관을 갖는 복수의 유닛들로 분할될 수 있다. 가스 공급관이 유닛 각각에 공기를 전달하기 위해 각각의 유닛과 정렬된 적어도 하나의 구멍을 갖는다. 국제 공개 번호 2011/028341은 참조에 의해 통합된다.
침지된 멤브레인을 공기 세척(air scouring)하는 방법이 이 출원서에 기술된다. 방법은 투과 사이클 동안에, 또는 투과 사이클과 백펄스(back pulse) 또는 완화 사이클(relaxation cycle) 간에, 또는 연이은 사이클들 간에, 하나 이상의 통기 파라미터(aeration parameter)를 조정하는 단계를 포함한다. 방법은 본 명세서에 기술된 가스 전달 디바이스에서 이용될 수 있고, 여기에서 가스의 공급은 다수의 도관들에 접속된 다수의 포트들을 갖는 매니폴드(manifold)에 제공된다. 방법은 멤브레인 모듈의 하부 가까이에 또는 그 아래의 탱크 내로 가압된 가스의 흐름을 가져오는 단계를 더 포함할 수 있다. 대략 이 고도에서, 가압된 가스의 흐름은 복수의 가압된 가스의 흐름으로 분열된다. 다수의 가압된 가스의 흐름들 각각은 상이한 횡방향 위치로 이동하고, 그런 다음 기포로서 배출된다.
도 1은 가스 전달 디바이스의 상면도이다.
도 2는 도 1의 가스 전달 디바이스의 저면도이다.
도 3은 도 1의 가스 전달 디바이스의 측면도이다.
도 4a는 도 1의 가스 전달 디바이스의 하부의 등각도(isometric view)이다.
도 4b는 도 1의 가스 전달 디바이스의 상부의 등각도이다.
도 5는 간할적 가스 스파저와 결합한 도 1의 가스 전달 디바이스의 측면도이다.
도 6은 대안적인 간헐적 가스 스파저의 하부의 등각 횡단면도이다.
도 7은 탱크에 침지된 통기 시스템 및 흡입 구동 멤브레인 모듈을 구비한 탱크의 개략적인 단면도이다.
도 8은 침지된 멤브레인 모듈을 통기시키는 방법을 나타낸다.
도 9 내지 도 13은 침지 모듈을 통기시키는 대안적인 방법을 나타낸다.
국제 공개 번호 2011/028341에 기술된 바와 같은 가스 스파저에서, 큰 류량의 입력 가스를 수신하는 스파저의 유닛은 더 높은 빈도로 기포의 펄스를 생성할 것이다. 멤브레인 카세트를 균일하게 세정하기 위해서, 거의 동일한 빈도로 각각의 유닛을 동작시키는 것이 바람직 할 수 있다. 가스 공급관의 구멍은 스파저의 상이한 유닛들에 흘러드는 구멍들 사이의 가스 유량을 균등하게 하는 것을 돕기 위해 작게 된다. 그러나, 가스 공급관이 대략 500 mm의 길이에 걸쳐 겨우 6 mm만큼 평평치 않게 설치되면, 더 높은 고도에 있는 구멍은 현저하게 큰 가스 유량을 가질 것이다. 게다가, 유지 기간 동안 가스 공급관에 진입하는 고체는 가스 공급이 끊어지는 경우 건조되거나 가스가 다시 들어오는 경우 응집할 수 있다. 때때로, 구멍들 중 하나에 박혀 그 구멍을 제한하거나 차단할 정도로 충분히 크거나 단단한 고체 입자가 가스 공급 튜브에 형성된다. 결국, 부분적으로 또는 완전히 차단된 구멍은 멤브레인에 대한 기체의 열악한 분배로 이어져 고체가 멤브레인에 축적되도록 할 것이다. 추가의 가스 스파저가 있든 없든 이러한 가스 공급관에 대한 대안으로서 이용될 수 있는 가스 전달 디바이스가 아래에 기술될 것이다.
도 1 내지 도 4는 가스 전달 디바이스(10)의 상이한 도면들을 도시한다. 대안적으로, 가스 전달 디바이스(10)는 통풍기(aerator) 또는 스파저(sparger)라고 할 수 있다. 사용 시에, 가스 전달 디바이스(10)는 액체, 통상적으로 물, 예를 들어, 활성 오니(activated sludge)에 침지된다. 가압된 가스가 가스 전달 디바이스의 유입구(12)에 공급되고, 복수의 유출구들(14)에서 기포로서 방출된다. 가스는 통상적으로 공기이지만, 일부 애플리케이션들에서, 다른 가스, 예를 들어, 바이오 가스, 질소, 산소 또는 오존이 이용될 수 있다. 도시된 가스 전달 디바이스(10)는 네 개의 유출구(14)를 갖지만, 대안적으로 더 많거나 적은 유출구(14)가 있을 수 있다.
유입구(12)는 복수의 포트들(16)에 의해 유출구(14)로부터 분리된다. 각각의 유출구(14)는 채널(18)을 통해 포트(16)와 통신한다. 유입구(12)로부터 포트(16)까지의 가스 전달 디바이스(10)의 부분은 유입구(12)를 통해 진입하는 가스를 채널들(18) 간에 분배하기 위해, 대안적으로 플리넘(plenum)으로 언급되는, 매니폴드(15)의 역할을 한다. 유입구(12), 포트(16) 및 유출구(14)는 일반적으로 동일한 고도에 위치하지만, 수평적으로 이격된다. 가스는 일반적으로 채널(18)에서 수평적으로 흐른다.
포트들(16)의 영역은 채널들(18)의 영역보다 작거나, 채널들이 상이한 영역을 가지면, 채널들(18) 중 가장 작은 채널의 영역보다 작다. 예를 들어, 채널(14)은 포트(16)의 단면적보다 세 배 이상 큰 단면적을 가질 수 있다. 포트(16)는 채널(14)로의 가스의 흐름을 제한한다. 포트(16)에 의해 제공된 제한은 총 공기 흐름을 채널들(18) 사이에 거의 동일하게 분배하도록 돕는다. 포트(16)의 영역을 줄이는 것은 채널들(18)에 거의 동일한 흐름을 생성하지만, 포트(16)를 통한 손실 수두(head loss)를 증가시킨다. 포트(16)는 모두 동일한 영역으로 만들어질 수 있다. 포트(16)의 영역은 흐름이 채널들(18) 사이에 적절하게 분배될 때까지 감소될 수 있다. 선택적으로, 채널들(18) 사이에 흐름을 균등하게 하는 것을 돕기 위해서, 길거나 좁은 채널(18)로 개방되는 포트(16)는 짧거나 넓은 채널(18)로 개방되는 포트(16)보다 클 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 채널들(18)을 통한 상대적인 공기 흐름을 의도적으로 증가시키기 위해서, 하나 이상의 포트들(16)이 다른 포트들(16)보다 크게 만들어질 수 있다. 이것은, 예를 들어, 카세트의 중심을 통해 우선적으로 걷히는 물의 경향에 대응하기 위해 더욱 많은 공기를 침지된 멤브레인 카세트의 말단에 제공하도록 수행될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 포트(16)는 수평 방향에서 서로 가까이 위치한다. 이런 식으로, 가스 전달 디바이스(10)가 약간 기울어져 장착되면, 포트들(16) 사이의 고도에 매우 작은 차이가 존재한다. 특히, 두 개의 포트들(16) 사이의 가장 큰 수평 거리는 인접한 유출구들(14) 사이의 평균 수평 거리보다 작거나, 인접한 유출구들(14) 사이의 평균 수평 거리의 절반보다 작다. 포트들(16) 사이의 가장 큰 수평 거리는 또한 포트(16)로부터 유출구(14)까지의 가장 큰 거리의 25 %보다 작거나, 10 %보다 작다. 이것은 가스 전달 디바이스(10)가 평평치 않게 장착되는 경우 구멍을 갖는 튜브의 형태의 보통의 통풍기에 비해 채널들(18) 사이에 가스의 더욱 거의 동일한 분배를 생성하는 것을 돕는다. 포트(16)가 채널들(18) 사이에 흐름을 균등하게 하는데 주요 책임이 있기 때문에, 유출구(18)는, 예를 들어, 채널(18)의 단면적만큼 크게 만들어질 수 있어, 채널(18)에서 축적되는 임의의 고체는 유출구(14)를 차단할 가능성이 낮다.
가스 전달 디바이스(10)는 일반적으로 일렬로 이격된 유출구(14)를 갖는다. 대안적으로, 다른 구성이 이용될 수 있다. 예를 들어, 채널(18)은 라인을 따라 연장되지만, 유입구(12)로부터 양쪽 방향으로 연장될 수 있다. 다른 예에서, 채널(18)은 휠 허브의 스포크처럼, 유입구(12)로부터 방사될 수 있다.
선택적으로, 채널(18)의 상부는 약간 위쪽으로 향하게 될 수 있다. 이런 식으로, 가스 전달 디바이스가 우연히 약간 아래쪽으로 경사져 장착되면, 가스의 공급이 중단되는 경우, 가스는 채널(18)에 트래핑되지 않을 것이다. 약간 위쪽으로 경사는 또한 채널들(18)의 길이 간의 차이를 보상하는 것을 도울 수 있다.
도 7을 참조하면, 가스 전달 디바이스(10)는, 예를 들어, 침지된 멤브레인 모듈(50)을 세척하기 위한 기포를 제공하는데 이용될 수 있다. 멤브레인 모듈(50)은 복수의 초미세여과 또는 정밀여과 멤브레인을 포함한다. 멤브레인의 내부와 통신하는 흡입 펌프에 의해 멤브레인 모듈로부터의 침투가 철회된다. 통상적인 여과 사이클은 대안적으로 백펄싱(backpulsing)이라고 하는, 역세정(backwashing)에 의해 중단되는 여과의 기간, 어떠한 여과도 없는 절차 또는 완화 기간을 포함한다. 일련의 유출구(14)를 갖는 디바이스는 GE Water & Process Technologies에 의해 판매된 ZeeWeed™ 중공 섬유 요소 또는 평판 모듈과 같은 직사각형 요소를 갖는 멤브레인 모듈에 기포를 제공하는데 특히 적합하다.
가스 전달 디바이스(10)는 하나 이상의 멤브레인 모듈(50)을 포함하는 탱크(52)에 침지된다. 가스 전달 디바이스(10)는 탱크(52)에 별도로 장착되거나 멤브레인 모듈(50)에 부착될 수 있다. 라이저 파이프(riser pipe)(54)로부터 탱크 내로 가스를 아래로 가져올 수 있고, 그런 다음, 헤더(header)(56)를 통해 수평으로 확산시킬 수 있다. 헤더(56)에 부착된 새들(saddle)(58)은 헤더로부터 가스를 수신하여 일반적으로 수평면의 헤더(56)에 수직적으로 배향된 일련의 가스 전달 디바이스(10)에 그 가스를 운반한다. 선택적으로, 가스 전달 디바이스(10)는 헤더(56) 또는 라이저 파이프(54)에 직접적으로 접속될 수 있다. 기포(30)의 스트림이 멤브레인 모듈(50)에 대해 다양한 횡방향 위치에서 유출구(14)로부터 방출된다. 각각의 횡방향 위치에 흐르는 가스는 임의의 중간의 횡방향 위치를 바이패스한다. 기포(30)는 이들을 세정하거나 오염을 방지하기 위해 멤브레인에 직접적으로 올라가도록 허용될 수 있다. 대안적으로, 기포가 멤브레인에 도달하기 전에 그 출력을 수정하기 위해 가스 전달 디바이스(10) 위에 변환기가 배치될 수 있다. 예를 들어, 디퓨저가 더욱 넓은 영역에 걸쳐 기포를 분산시키기 위해 유출구 위에 배치될 수 있다.
도 5는, 예를 들어, 국제 공개 번호 2011/028341에 도시된 유형의 간헐적 가스 스파저(20)가 가스 전달 디바이스와 연관되는 다른 변환기 옵션을 나타낸다. 가압된 가스(28)가 네 개의 기포 스트림(30)으로 가스 전달 디바이스에서 분열된다. 각각의 기포 스트림(30)은 간헐적 공기 스파저(20)의 상이한 캐비티(32)에서 일어난다. 도관(18)을 통해 특정 캐비티(32)로 흐르는 가스는 임의의 중간 캐비티(32)를 바이패스한다.
각각의 캐비티(32)는 도 5의 예에서 J형 튜브 형태의 방출 도관(34)을 갖고, 이는 캐비티(32)로부터의 공기의 간헐적 펄스를 방출하기 위해 반전 사이펀(inverted siphon)과 같은 역할을 한다. 가스 전달 디바이스(10)로부터 방출되는 기포는 먼저 캐비티(32)에서 수집하여 캐비티(32)의 상부에 가스 포켓을 형성한다. 가스 포켓이 확장되어 방출 도관(34)의 하위점에 도달할 때까지 어떠한 가스도 캐비티(32)로부터 방출되지 않는다. 그 때, 가스 포켓은 도관(34)을 통해 캐비티(32)의 밖으로 비워지고 이 공정은 반복된다. 이런 식으로, 가스 전달 디바이스(10)로부터의 기포(30)의 연속적인 스트림은 간헐적 가스 스파저(20)로부터의 기포의 간헐적 흐름으로 전환된다.
도 5에서, 가스 전달 디바이스(10)는 간헐적 가스 스파저(20) 아래에 별도로 장착된 것으로 도시된다. 대안적으로, 가스 전달 디바이스(10)는 간헐적 가스 스파저(20)에 장착될 수 있다. 도시된 예에서, 유입구(12)는 간헐적 가스 스파저(20)의 리셉터클(receptacle)(26) 내에 설치될 수 있다. 그런 다음, 파스너(도시되지 않음)가 가스 전달 디바이스(10) 상의 아일릿(eyelet)(22)을 통해 배치되고 간헐적 가스 스파저(20) 상의 접합부(24)에 배치된다. 이것은 간헐적 가스 스파저(20) 내에 부분적으로 위치하는 가스 전달 디바이스(10)를 야기한다. 그러나, 유출구(14)는 도관(34) 아래에 있고, 캐비티(32)의 가스 포켓의 하한 아래로 물을 계속 방출한다.
도 6은 대안적인 간헐적 가스 스파저(40)의 하부의 등각 횡단면도이다. 이 예에서, 멀티 포트 도관(42)은 각각의 멀티 포트 도관(42)의 하위점으로부터 위쪽으로 연장되는 두 개 이상의 유출구 경로를 제공한다. 인접한 멀티 포트 도관들(42) 사이의 분할기(44)는 분할기(44)의 하부에서부터 멀티 포트 도관(42)의 하위점 위로 연장되는 슬롯(46)을 갖는다. 멀티 포트 도관(42)을 갖는 각각의 캐비티는 단일 유출구 도관을 갖는 두 개의 캐비티들을 교체하여, 두 개의 교체된 캐비티들 사이의 가스 공급에 균형을 유지할 필요성을 피한다. 분할기(44)의 슬롯(46)은 캐비티들에 대한 공기 공급을 균등하게 하는 것을 돕는다. 가스는 슬롯(46)을 통해 양 방향으로 흐를 수 있지만, 실흐름(net flow)은 큰 가스 흐름을 수신하는 캐비티로부터 낮은 공기 흐름을 수신하는 캐비티로 있을 것이다.
가스 전달 디바이스(10)는 하부 개방형 구조인 것이 바람직하다. 예를 들어, 채널(18)은 측벽 및 상부에 형성된다. 채널(18)은 하부에서 개방되고, 그 끝에서 개방되는 것이 바람직하다. 유출구(14)는 채널(18)의 개방된 끝에 의해 정의될 수 있다. 유입구(12)와 포트(16) 사이의 매니폴드(15)는 또한 하부에서 개방되는 것이 바람직하다. 포트(16)는 가스 전달 디바이스(10)의 하부에서 또한 개방되는 슬롯인 것이 바람직하다. 이런 식으로, 유입구(12)를 지나 가스 전달 디바이스(10)에서 어딘가에 잡혀있는 고체는 가스 전달 디바이스(10)의 밖으로 떨어지거나 아래쪽으로 배출될 수 있다. 고체가 떠나도록 이와 같이 짧고 간단한 경로를 갖는 것은 가스 전달 디바이스(10)에서의 오염을 막는 것을 돕는다. 고체가 가스 전달 디바이스에서 어떻게든 여전히 축적되는 경우에, 하부 개방형 구조물은, 예를 들어, 가스 전달 디바이스(10)의 하부에 물을 분무함으로써, 고체의 정학환 위치를 찾아 제거하는 것을 용이하게 할 수 있다.
가스 전달 디바이스(10)의 하부 개방형 구성은 또한 입력 가스 유량의 범위를 조절(accommodate)하는 것을 돕는다. 낮은 유량에서, 물이 가스 전달 디바이스(10)에 들어가고, 포트(16) 및 채널(16)의 크기를 감소시킨다. 높은 가스 유량에서, 더 적은 물이 가스 전달 디바이스(10)에 들어가고, 포트(16) 및 채널(16)은 크기가 증가한다. 가스 전달 디바이스(10)는, 예를 들어, 낮은 유량에서부터 낮은 유량의 두 배 이상 큰 높은 유량으로 변하는 공급된 공기 유량에서 공기의 잘 분배된 흐름을 제공하도록 만들어질 수 있다. 가스 전달 디바이스(10)는 또한 하나 이상의 별개의 중간 유량에서 또는 시간에 걸쳐 부드럽게 변하는 유량에서 동작될 수 있다. 이것은 가스 전달 디바이스(10)가 급속하게 오염되거나 모든 유량에서 과도한 배압을 제공하지 않고 수행된다. 비교해서, 일련의 구멍을 갖는 수평 튜브의 형태의 통풍기는 오염될 수 있어 낮은 유량에서의 공기의 열악한 분배 및 높은 유량에서의 과도한 배압을 제공할 수 있다.
도 8은 도 7에 도시된 바와 같은 탱크(50)에 침지된 멤브레인 모듈(50)을 갖는 멤브레인 여과 시스템을 동작시키는 방법을 도시한다. 여과 시스템은 멤브레인 생물반응기(membrane bioreactor; MBR)의 일부일 수 있다. 동작은 투과 기간, 그 다음에 대안적으로 역세정이라 불리는 완화 또는 백펄스 중 어느 하나의 기간으로 구성된다. 투과 기간은 역세정 또는 완화 기간보다 10 내지 50 배 길 수 있다. 멤브레인은 선택적으로 간헐적 가스 스파저(20)와 결합한 가스 전달 디바이스(10)로부터의 기포로 세척된다. 세척은 멤브레인에 고체의 축적을 제어하고 멤브레인 오염을 감소시키기 위해서 투과 및 백펄스/완화 사이클 모두 동안에 이용된다. 도 8은 투과 사이클 내내 그리고 투과 사이클과 완화 사이클 사이에서 공기 유량이 동일하게 유지되는 공기 세척 방법을 나타낸다. 투과 사이클 동안, 막간 차압(transmembrane pressure; TMP)이 멤브레인을 오염시키는 적어도 일부 고체가 멤브레인 모듈(50)로부터 제거되는 백펄스/완화 사이클까지 천천히 형성된다. 다음 투과 사이클이 시작되는 경우, TMP는 감소되지만 더욱 많은 고체가 멤브레인을 오염시키기 때문에 투과 사이클 내내 상승하기 시작한다.
도 9 내지 도 13은 도 7에 도시된 바와 같은 탱크(50)에 침지된 멤브레인 모듈(50)을 갖는 멤브레인 여과 시스템을 동작시키는 대안적인 방법을 도시한다. 가스 전달 디바이스(10)가 단독으로 이용되는 경우, 도 8 내지 도 13의 통기 유량은 가스 전달 디바이스(10)에 입력되는 공기 흐름 및 가스 전달 디바이스(10)의 출력 모두를 나타낸다. 가스 전달 디바이스(10)가 간헐적 가스 스파저(20)와 결합하여 이용되는 경우, 도 8 내지 도 13의 통기 유량은 가스 전달 디바이스(10)에 입력되는 공기 흐름 및 가스 전달 디바이스(10)로부터 출력되는 공기 흐름, 및 간헐적 가스 스파저(20)의 시간 평균 출력을 나타낸다. 그러나, 간헐적 가스 스파저(20)의 출력의 순간적 유량은 입력 유량으로 많이 변경되지 않거나, 전혀 변경되지 않는다. 대신에, 간헐적 가스 스파저(20)로부터의 기포 버스트(burst of bubble)가 배출되는 빈도는 입력 가스 유량으로 증가한다. 따라서, 간헐적 가스 스파저(20)를 갖는 시스템에서, 도 8 내지 도 13에 도시된 통기 유량은 간헐적 가스 스파저(20)로부터 배출되는 기포 버스트의 빈도를 나타내는 것으로서 대안적으로 생각될 수 있다.
적어도 일부 상황에서, 백펄스/완화 사이클 동안의 공기 세척은 투과 사이클 동안의 공기 세척에 비해 고체 축적을 방지하고 멤브레인 오염을 제어하는데 더욱 효과적이다. 도 9에 예시된 한 방법에서, 통기 유량은 투과 사이클 동안의 제 1 통기 유량에서 일정하게 유지된다. 통기 유량은 백펄스/완화 사이클 동안 제 1 통기 유량보다 큰 제 2 통기 유량으로 증가된다. 백펄스/완화 사이클의 완료 이후에 그리고 새로운 투과 사이클의 시작에서, 통기 유량은 제 1 통기 유량으로 줄어든다. 일부 경우에, 멤브레인 여과 시스템에 의해 소모되는 에너지량은 도 8의 방법보다도 도 9의 방법을 이용함으로써 감소될 수 있다.
고체는 투과 사이클 동안 모듈에서 형성된다. 통기 유량은 또한 통기 유량이 사이클의 후반부 동안 높게 되도록 투과 사이클 동안 증가될 수도 있다. 도 10은 투과 사이클의 시작에서의 통기 유량이 고체가 형성됨에 따라 투과 사이클 동안 제 1 통기 유량에서부터 제 2 통기 유량으로 서서히 증가되는 방법을 나타낸다. 대안적으로, 통기 유량은 투과 사이클 내에서 제 1 통기 유량에서부터 제 2 통기 유량으로의 하나 이상의 갑작스런 변화 또는 계단형 변화를 겪을 수 있다. 투과 사이클의 끝에서 그리고 백펄스/완화 사이클의 시작에서, 통기 유량은 제 3 통기 유량으로 증가된다. 백펄스/완화 사이클의 완료 이후에 그리고 새로운 투과 사이클의 시작에서, 통기 유량은 제 1 통기 유량으로 줄어든다.
도 11은 통기 유량이 제 1 통기 유량에서부터 제 2 통기 유량으로 투과 사이클 내에서 한 번 이상 변경되는 방법을 나타낸다. 백펄스/완화 사이클 동안, 제 2 통기 유량 또는 훨씬 높은 제 3 통기 유량이 이용될 수 있다. 예시된 예에서, 통기 유량은 투과 사이클의 시작에서 제 1 통기 유량으로 일정하게 유지된다. 투과 사이클 동안 미리 결정된 시간 기간 이후에, 통기 유량은 미리 결정된 시간 기간 동안 제 1 통기 유량에서 제 2 통기 유량으로 증가된다. 미리 결정된 시간 기간의 완료 이후에, 통기 유량은 제 1 통기 유량으로 감소된다. 투과 사이클의 끝에서 그리고 백펄스/완화 사이클의 시작에서, 통기 유량은 제 3 통기 유량으로 증가되고, 제 3 통기 유량은 제 2 통기 유량보다 크다. 백펄스/완화 사이클의 완료 이후에 그리고 새로운 투과 사이클의 시작에서, 통기 유량은 제 1 통기 유량으로 줄어든다.
도 11은 제 1 유량에서 제 2 유량으로 통기 유량 증가의 두 번의 발생을 나타내지만, 통기 유량 증가의 임의의 수의 발생이 투과 사이클 동안 적용될 수 있다. 도 11에 예시된 제 1 통기 유량은 임의의 유량일 수 있다. 예를 들어, 도 11에 예시된 공기 세척 방법의 제 1 통기 유량은 0일 수 있다.
도 12는 통기가 투과 사이클 동안 별개의 시간 기간에 제공되는 방법을 나타낸다. 통기 유량은 하나의 별개의 시간 기간에서부터 다음 시간 기간으로 증가하고, 그런 다음, 통기 유량은 백펄스/완화 사이클 동안 더욱 증가될 수 있다. 선택적으로, 하위 통기 유량, 또는 비공기 흐름이 별개의 시간 기간들 사이에 제공될 수 있다. 도시된 예에서, 통기 유량은 투과 사이클의 시작에서 제 1 통기 유량으로 일정하게 유지된다. 투과 사이클 동안 미리 결정된 시간 기간 이후에, 통기 유량은 미리 결정된 시간 기간 동안 제 1 통기 유량에서 제 2 통기 유량으로 증가된다. 미리 결정된 시간 기간의 완료 이후에, 통기 유량은 제 1 통기 유량으로 감소된다. 다른 미리 결정된 시간 기간 이후에, 통기 유량은 미리 결정된 시간 기한 동안 제 1 통기 유량에서부터 제 3 통기 유량으로 증가되고, 제 3 통기 유량은 제 2 통기 유량보다 크다. 투과 사이클의 끝에서 그리고 백펄스/완화 사이클의 시작에서, 통기 유량은 제 4 통기 유량으로 증가되고, 제 4 통기 유량은 제 3 통기 유량보다 크다. 백펄스/완화 사이클의 완료 이후에 그리고 새로운 투과 사이클의 시작에서, 통기 유량은 제 1 통기 유량으로 줄어든다.
도 12는 투과 사이클 동안 통기 유량 증가의 두 번의 발생을 나타내지만, 통기 유량 증가의 임의의 수의 발생이 투과 사이클 동안 적용될 수 있다. 도 12에 예시된 제 1 통기 유량은 임의의 유량일 수 있다. 일 실시예에 따라, 도 12에 예시된 공기 세척 방법의 제 1 통기 유량은 0일 수 있다.
도 13은 공기 세척이 백펄스/완화 사이클 동안에만 이용되고, 모든 통기는 투과 사이클 동안 중단되는 방법을 나타낸다. 예시된 바와 같이, 통기 유량 0이 투과 사이클 동안 적용된다. 투과 사이클의 끝에서 그리고 백펄스/완화 사이클의 시작에서, 통기 유량은 제 1 통기 유량으로 증가된다. 백펄스/완화 사이클의 완료 이후에 그리고 새로운 투과 사이클의 시작에서, 통기 유량은 0으로 줄어든다.
상술한 설명에서, 하나 이상의 통기 유량은 역세정/완화 사이클의 시작에서 시작하고 역세정/완화 사이클의 완료로 종료된다고 말할 수 있다. 이것은 대략적인 것으로 의도된다. 언급된 통기 유량은 역세정 또는 완화에 의해 점유되는 시간 기간을 적어도 포함하는 것이 바람직하지만, 역세정 또는 완화 전에 시작할 수도 있고, 역세정 또는 완화 이후에 계속될 수도 있으며, 이들 모두가 가능할 수도 있다.
도 8 내지 도 13은 특정한 시간 척도를 갖지 않는다. 그러나, 투과 사이클은 통상적으로 15 분 또는 그 이상, 때때로, 30 분 또는 그 이상으로 지속한다. 역세정/완화 사이클은 통상적으로 적어도 1 분 길이, 및 때때로, 2 분 이상의 길이이다. 투과 기간 동안 개별 통기 유량 간의 통기 유량의 변화는 적어도 1 분동안 적용되는 것이 바람직하고, 적어도 2 분 또는 5 분동안 적용되는 것이 더욱 바람직하다. 그에 반해서, 간헐적 가스 스파저(20)는 통상적으로 매 4 내지 30 초마다 한번씩 기포 버스트를 배출하고, 더욱 자주 매 4 내지 15 초마다 한번씩 배출한다. 따라서, 도 8 내지 도 13에 도시된 통기 유량의 변화는 간헐적 가스 스파저(20)로부터의 개별적인 기포 버스트를 나타내지 않는다. 대신에, 간헐적 가스 스파저(20)가 이용되면, 이것은 통상적으로 특정 통기 유량을 갖는 것으로 도시된 시간 기간 내에서 복수의 기포 버스트를 배출한다.
통기 유량[또는 간헐적 가스 스파저(20)로부터의 기포 버스트의 빈도]은 또한 멤브레인 모듈(50)을 포함하는 탱크(52) 또는 생물반응기의 공정 탱크의 물 중에서, 급수의 하나 이상의 특성을 고려하거나, 멤브레인 모듈(50)의 성능을 고려하여 제어될 수 있다. 점도, 혼합액 부유물질(mixed liquor suspended solid; MLSS) 농도, 세포외 고분자 (extracellular polymer; ECP) 농도, 가용성 미생물 제품(soluble microbial product; SMP) 농도, 오염 지수, 온도, 및 멤브레인 오염 속도 또는 역세정 이후 플럭스의 회복 속도는 도 8 내지 도 13에 도시된 방법들 중 하나 이상 사이에서 변경되는 때를 결정하기 위해서, 또는 도 9 내지 도 13에 도시된 방법에서 통기 유량들 사이의 변경 시간을 제어하기 위해서, 통기 유량을 제어하는데 이용될 수 있는 특성들 중 일부이다. 예를 들어, 탱크(52)의 여과 시스템에 넣어지는 물의 점성이 증가하거나 그 온도가 감소함에 따라, 높은 통기 유량, 높은 통기 유량에서의 더 많은 시간, 또는 더욱 집중적인 통기 공정으로의 변화가 적용될 수 있다. 다른 예에서, 높은 통기 유량, 높은 통기 유량에서의 더 많은 시간, 또는 더욱 집중적인 통기 공정으로의 변화가 높은 MLSS 농도에서 적용될 수 있다. 다른 예에서, 전기가 낮은 비용으로 획득될 수 있는 경우, 높은 통기 유량, 높은 통기 유량에서의 더 많은 시간, 또는 더욱 집중적인 통기 공정으로의 변화가 적용될 수 있다.
선택적으로, 복수의 가스 전달 디바이스(10)[단독으로 또는 간헐적 가스 스파저(20)와 결합하여]에 가스를 제공하는 송풍기(blower)의 속도 변화의 빈도를 감소시키기 위해서, 밸브 세트가 송풍기와 가스 전달 디바이스(10) 사이에 제공될 수 있다. 밸브 세트는 가스 전달 디바이스에 접속된 공기 전달 시스템의 두 개 이상의 별개의 브랜치들 사이에 송풍기에 의해 제공된 흐름을 분배하여, 하나의 별개의 브랜치의 흐름은 시간 기간에서 변할 수 있고, 이 기간 동안 송풍기 출력은 변하지 않는다. 예를 들어, 하나의 시간 기간에서, 높은 통기 유량이 제 1 별개의 브랜치에 적용되고 낮은 통기 유량이 제 2 별개의 브랜치에 적용되지만, 제 2 시간 기간에서, 높은 통기 유량이 제 2 별개의 브랜치에 적용되고, 낮은 통기 유량이 제 1 별개의 브랜치에 적용된다. 대안적으로 또는 부가적으로, 송풍기는 압력 탱크 또는 다른 어큐물레이터(accumulator)에 일반적으로 일정한 속도로 공기를 제공할 수 있지만, 압력 탱크와 가스 전달 디바이스(10) 간의 밸브는 통기 유량에 필요한 변화를 제공하기 위해 변조된다.
선택적으로, 가스 전달 디바이스(10)는 또한 GE Water & Process Technologies에 의해 판매된 일부 ZeeWeed MBR에서 이용되는 바와 같은 순환 통기 시스템에 접속될 수 있다. 이 경우에, 심지어 간헐적 가스 스파저(20) 없이, 가스 전달 디바이스(10)가 대략 2 내지 60 초의 기간 동안 기포를 만들지 않거나 기포의 흐름을 거의 만들지 않는 기간 뒤에, 가스 전달 디바이스(10)는 대략 2 내지 20 초의 기간 동안 기포의 흐름을 생성하고, 이 기간들은 시간에 걸쳐 반복된 사이클로 교대한다. 예를 들어, 하나의 가스 전달 디바이스(10)는 10 초 동안 기포를 생성하고 그런 다음 10 초 동안 꺼질 수 있지만, 제 2 가스 전달 디바이스는 10 초 동안 꺼지고 그런 다음 10 초 동안 기포를 생성할 수 있다. 이 경우에, 도 8 내지 도 13의 방법에서, 통기 유량은 시간 평균 통기 유량으로서 해석될 수 있다.
이 서면의 설명은 최상의 모드를 포함하는 본 발명을 개시하고, 또한 임의의 디바이스 또는 시스템을 제조 및 이용하고, 임의의 통합된 방법을 수행하는 것을 포함하는 본 발명을 당업자가 실시하는 것을 가능하게 하는 예를 이용한다. 본 발명의 특허 가능 범위는 청구항에 의해 정의되고, 당업자에게 발생하는 다른 예들을 포함할 수 있다. 이러한 다른 예들은 청구항의 문자 언어와 상이하지 않은 구조적 요소를 갖거나, 청구항의 문자 언어에서 실질적으로 상이함을 갖는 등가의 구조적 요소를 포함하면, 청구항의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims (11)

  1. 침지된 멤브레인을 공기 세척(air scouring)하는 방법에 있어서,
    연이은 투과, 백펄스(back pulse) 또는 완화 사이클(relaxation cycle)들 간에; 투과 사이클 동안에; 또는 투과 사이클과 백펄스 또는 완화 사이클 간에 하나 이상의 통기 파라미터(aeration parameter)를 조정하는 단계
    를 포함하는 침지된 멤브레인을 공기 세척하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 통기는 가스 전달 디바이스에 의해 제공되고,
    상기 가스 전달 디바이스는,
    a) 가압된 가스의 소스에 접속되도록 구성된 매니폴드(manifold); 및
    b) 복수의 채널들로서, 상기 복수의 채널들 각각은 별개의 연관된 포트를 통해 상기 매니폴드와 유체 통신하고, 상기 복수의 채널들 각각은 일반적으로 개방된 하부를 갖는 것인, 복수의 채널들
    을 포함하는 것인 침지된 멤브레인을 공기 세척하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 통기는 가스 전달 디바이스에 의해 제공되고,
    상기 가스 전달 디바이스는,
    a) 가압된 가스의 소스에 접속되도록 구성된 분배 플리넘(plenum); 및
    b) 복수의 채널들로서, 상기 복수의 채널들 각각은 별개의 연관된 포트를 통해 상기 분배 플리넘과 유체 통신하고, 상기 복수의 채널들 각각은 가스를 방출하도록 구성된 유출구를 갖는 것인, 복수의 채널들
    을 포함하고,
    상기 포트는 상기 채널보다 작은 영역을 갖고, 상기 포트는 개구부들 사이의 간격에 비해 함께 가까이 위치되는 것인, 침지된 멤브레인을 공기 세척하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    a) 멤브레인 모듈의 하부 가까이에 또는 그 아래의 탱크 내로 가압된 가스의 흐름을 가져오는 단계;
    b) 상기 가압된 가스의 흐름을 다수의 가압된 가스의 흐름들로 분열시키는 단계;
    c) 상기 다수의 가압된 가스의 흐름들 각각을 상이한 횡방향 위치로 이동시키는 단계; 및
    d) 상기 상이한 횡방향 위치로부터 기포를 배출하는 단계
    를 더 포함하는 침지된 멤브레인을 공기 세척하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 통기 유량은 연이은 투과 사이클들 간에 변하는 것인, 침지된 멤브레인을 공기 세척하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 통기 유량은 선행하는 투과 사이클 동안의 통기 유량에 비해, 백펄스 또는 완화 사이클 동안에 증가되는 것인, 침지된 멤브레인을 공기 세척하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 통기 유량은 투과 사이클 내에서 증가되는 것인, 침지된 멤브레인을 공기 세척하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 통기는 투과 사이클 동안에 간헐적으로 제공되는 것인, 침지된 멤브레인을 공기 세척하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 통기는 백펄스 또는 완화 사이클 동안에만 제공되는 것인, 침지된 멤브레인을 공기 세척하는 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 연속적 또는 순간적 통기 유량은 투과 사이클 동안 시간에 걸쳐 일반적으로 선형적으로 증가하는 것인, 침지된 멤브레인을 공기 세척하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 통기 유량은 백펄스 또는 완화 사이클 동안에도 증가하는 것인, 침지된 멤브레인을 공기 세척하는 방법.
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