KR20170116014A - 막 통기화 바이오필름 반응기 - Google Patents

Abstract

본 개시내용은 하부 및 상부 말단 사이에서 연장하는 처리부를 포함하는 중공 섬유막의 다발을 포함하며, 적어도 하나의 기체 확산기를 포함하는 수처리 모듈을 제공하며, 상기 막은 기체 투과성이며 수 불투성이고; 적어도 중공 섬유막의 한 말단에서는 바이오필름 성장-지지 기체(BGSG)의 공급원에 연결되어 있고, 상기 BGSG의 중공 섬유막으로의 유입을 허용하도록 구성되어 있으며; 적어도 하나의 기체 확산기가 다발의 하부 말단에 연합되어 있고, 기포가 섬유들 사이의 처리부를 통해 상승하도록 다발의 경계 내부에서 기포를 배출하기 위해 구성되어 있다. 또한, 본원에서 상기 모듈을 이용하는 장치, 시스템 및 방법이 개시된다.

Description

막 통기화 바이오필름 반응기{MEMBRANE AERATED BIOFILM REACTOR}

본 개시내용은 막 통기화 바이오필름 반응기(MABR) 수처리 기술에 관한 것이다.

본문에 개시된 주제에 대한 배경기술로서 관련된 참고문헌은 하기에 수록한다:

- 국제 특허 출원 공개 WO 2008/130885.

본원에서 상기 참고문헌의 고지가 이들이 현재 개시된 주제의 특허성과 어떠한 방법으로 관련되어 있음을 의미하는 것으로 간주되지 않는다.

배경기술

막 통기화 바이오필름 반응기(MABR) 시스템은 통상적으로 처리될 물에 존재하는 유기 오염물 제거를 위해 미생물을 이용한다. 일부 MABR 시스템에서는, 바이오필름이 바이오필름에 대한 산소 및 가용성 유기 화합물의 공급에 의해 기체 투과막 상에서 성장한다.

WO 2008/130885는 처리될 물을 담은 탱크에 중공 섬유 기체 투과막이 여러 개 있는 막 담지 바이오필름 기기를 기재한다. 막은 약 200 마이크론 이하의 외경을 갖고 있으며, 탱크 부피의 0.5% 내지 4%를 차지하며, 바이오필름이 처리될 것 내부의 막에 담지되어 있다.

본 개시내용은 막 통기화 바이오필름 반응기(MABR) 기술에 관한 것이다. 이러한 기술을 채용하는 수처리 모듈, 반응기, 시스템 및 방법이 제공된다.

MABR 기술을 채용하는 것과 같은 생물학적 수처리 시스템에서는, 특히 물에 현탁되는 고체들로 인해 조작 동안 막의 외부 표면 상에 과량의 바이오필름이 발생하여 폐색되는 경향이 있어, 그 결과 수처리 시스템의 성능 저하가 초래된다. 본 개시내용의 MABR 기술의 유익한 효과들 중 하나는 그러한 폐색 감소이다.

본 개시내용의 MABR은 중공 섬유막 다발, 및 중공 섬유막 다발의 처리부의 경계부를 통해 그 내부에서 나오는 기포를 배출하기 위해 구성되는 기체 확산기를 포함한다.

따라서, 본 개시내용의 한 구현예에서 기체 투과성 및 수 불투성의 중공 섬유막 다발을 포함하는 수처리 모듈이 제공된다. 중공 섬유막 다발은 중공 섬유막 다발의 하부 말단 및 상부 말단 사이에서 연장되는 처리부를 포함하며, 적어도 하나의 기체 확산기를 포함한다. 중공 섬유막 다발은 그들 두 말단의 한쪽 또는 양쪽에서 바이오필름 성장을 지지하는 종류의 기체인 제 1 유형의 기체의 공급원에 연결되어 있으며, 제 1 유형의 기체의 각각의 말단으로의 유입을 허용하도록 구성된다. 상기 기체는 막을 통해 물로 확산시키려는 목적으로 중공 섬유의 관강(lumen)으로 공급됨으로써, 바이오필름 성장을 지지한다. 그러한 기체는 본원에서 "바이오필름 성장-지지 기체(biofilm growth-support gas)" 또는 약어로 "BGSG"로 언급된다.

적어도 하나의 기체 확산기는 다발의 하부 말단에 기능적으로 연합되어(예를 들어, 함께 일체로 형성될 수 있거나, 또는 부근에 위치하게 될 수 있음), 조작시 기포가 섬유 사이의 처리부를 통해 상승하도록 다발의 경계 내부에서 기포들을 배출하기 위해 구성된다. 달리 말하면, 적어도 하나의 확산기로부터 배출되는 기포가, 적어도 그들의 처리부에서 다발의 경계 내부에서 상향 이동하며, 막으로부터의 과량의 바이오필름의 정련제거, 중공 섬유막의 부근에서의 물의 진탕 및 혼합을 유도한다. 적어도 하나의 확산기로 공급되며 그 밖으로 배출되는 기체는 본원에서 "보조 기체" 또는 약어로 "AG"로 언급된다. 또한 하기에서 언급될 것이지만, BGSG 및 AG는 동일할 수 있거나 또는 상이한 기체일 수 있다.

본 개시내용의 또 다른 양태에서 본 개시내용의 하나 이상의 모듈을 포함하는 수처리 반응기가 제공된다.

본 개시내용의 또 다른 양태에서 하나 이상의 수처리 탱크, 각각의 탱크 내부의 하나 이상의 수처리 모듈, 및 하나 이상의 기체 콘딧 배열을 포함하는 수처리 시스템이 제공된다. 각각의 하나 이상의 수처리 모듈 각각은 상기 기재된 것일 수 있으며, 기체 투과성 및 수 불투성인 중공 섬유막의 다발을 포함한다. 상기 시스템에서, 각각의 다발들은 일반적으로 다발의 하부 말단 및 상부 말단 사이에서 연장되는 처리부와 수직인 배향을 갖는다. 적어도 하나의 기체 확산기가 다발의 하부 말단과 기능적으로 연합되어 있으며, 해당 기포가 중공 섬유들 사이의 처리부를 통해 상승하도록 다발의 경계 내부에서 AG의 기포를 배출하도록 구성된다. 하나 이상의 기체 콘딧 배열의 적어도 하나가 섬유의 한 말단으로의 BGSG 공급용으로 구성되어, 중공 섬유들의 관강으로의 기체 유입을 허용하게 된다. 기체 콘딧 배열은 또한 적어도 하나의 확산기로의 AG 공급을 위해 구성된다. 일부 구현예에서, AG의 공급 및 BGSG의 공급을 위한 콘딧 배열은, 심지어 AG 및 BGSG가 동일 기체인 경우에도, 공급 연대가 보통 상이할 수 있기 때문에, 상이할 것이다.

AG를 위한 기체 콘딧 배열은 본원에서 "AG 콘딧 배열"로 지칭될 것이며, BGSG의 경우에는 "BGSG 콘딧 배열"로 지칭될 것이고, 각각의 기체 공급원은 "AG 공급원" 및 "BGSG 공급원"으로 지칭될 것이다). AG 공급원 및 BGSG 공급원은 압축 기체 탱크일 수 있으며, 기체 펌프 또는 그들의 조합일 수 있다. AG 및 BGSG 콘딧 배열은 또한 기체 유동 속도, 압력 및 공급 일정을 필요에 따라 적절히 제어하기 위한 기체 압력 조절기, 밸브, 기타 다른 유동 조절기 등을 포함할 수 있다.

BGSG는 막 위에서 성장될 바이오필름의 유형에 따라 선택되며, 결국 처리될 수중 오염물의 유형에도 좌우된다. 구체적으로, 기체는 공기, 산소 풍부화 공기 또는 메탄 보충 공기, 순수 산소, 순수 메탄 또는 임의의 메탄- 또는 산소-포함 기체일 수 있다. 예를 들어, 처리될 물이 유기물 및/또는 암모늄 화합물을 포함하면, 수처리 기체는 통상적으로 산소가 풍부한 것이다. 처리될 물이 화합물(예를 들어, 질산염)을 포함하는 질소 산화물을 함유한다면, 수처리 기체는 또한 메탄이 풍부한 것일 수 있다.

또 다른 양태에서, 본 개시내용은 물을 막 통기화 바이오필름 반응기에서 처리하는 단계, 및 기포가 반응기의 중공 섬유막 다발의 처리부의 경계를 통해 그 내부에서 상승하도록 기포를 배출하는 단계를 포함하는 수처리 방법을 제공한다.

상기 방법의 한 구현예에 따라, 처리될 물은 본원에 기재된 종류의 하나 이상의 처리 모듈과 접촉시킨다. BGSG는 중공 섬유의 관강에 도입시켜(통상적으로, 한 말단에서 다른 말단으로 통과), AG는 기포가 다발의 경계 내부에서 및 섬유들 사이에서 처리부를 통해 상승하도록 확산기의 외부로 배출된다.

한 구현예에서, 섬유는 다발의 하부 말단 및 상부 말단 중 적어도 하나에서 함께 단단히 유지된다. 그러한 단단한 유지는 다발의 하부 또는 상부 말단 중 하나 또는 양쪽에 끼워지는 포팅(potting) 요소에 의한 것일 수 있다. AG 기체 확산기는 일부 구현예에서 다발의 하부 말단에서 포팅 요소와 일체일 수 있다. 포팅 요소는 캐스트 요소일 수 있으며; 예를 들어 섬유들의 말단 부분들 상에 캐스팅될 수 있다.

한 구현예에서, 적어도 하나의 기체 확산기가 다발의 하부 말단의 경계 내부에 위치된 기체 출구를 포함한다.

다른 구현예에서, 적어도 하나의 기체 확산기가 다발의 하부 말단 부분의 경계 외부에 위치된 기체 출구를 포함한다. 상기 구현예에서의 모듈은 또한 배출된 기포가 다발의 경계로 그리고 이에 의해 다발의 중공 섬유를 통해 유동하도록 지향/촉진하는 채널링 요소를 포함한다. 그러한 채널링 요소는 최소한 다발의 하부 말단 및 대부분의 처리부를 감싸는 슬리브 요소의 형태일 수 있다. 일부 구현예에서, 채널링 요소는 하부 말단 및 중공 섬유 다발의 처리부를 감싼다.

일부 구현예에서는 적어도 하나의 확산기로부터의 기포의 배출이 연속적일 수 있으며, 다른 구현예에서는 간헐적일 수 있다.

본원에 개시되는 대상체를 더 잘 이해하고 실제로 어떻게 실시될 수 있는지 설명하기 위해, 하기와 같은 첨부 도면을 참조로 하며 오직 비제한적 예시로서 구현예가 기재될 것이다:
도 1a, 1b 및 1c는 해당 모듈의 사시도(도 1a), 분해도(도 1b) 및 예시의 목적으로 나타내지 않은 중앙 섬유 일부와 함께 바닥 부분의 횡단면도(도 1c)를 포함하는, 본 개시내용의 구현예에 따른 수처리 모듈의 개략적 예시이다.
도 2a 및 2b는 도 1a 내지 1c에 나타낸 종류의 수처리 모듈의 그룹의 개략적인 사시도(도 2a) 및 스택의 확대 부분 측면도(도 2b)이다.
도 3a, 3b 및 3c는 측면 사시도(도 3a), 바닥 사시도(도 3b) 및 예시의 목적으로 나타내지 않은 중앙 섬유 일부가 함께 있는 세로방향의 사시 횡단면도(도 3c)를 포함하는 본 개시내용의 수처리 모듈의 또 다른 구현예의 개략적 예시이다.
도 4는 본 개시내용의 또 다른 구현예에 따른, 예시의 목적으로 나타내지 않은 중앙 섬유 일부가 함께 있는 모듈의 바닥 부분의 개략적인, 사시 횡단면도이다.
도 5는 도 1a 내지 1c 및 2a 내지 2b에 예시된 종류의 모듈을 포함하는 수처리 탱크의 개략적인 부분 횡단면 예시이다.
도 6a, 6b, 6c 및 6d는 사시도(도 6a), 분해도(도 6b), 예시의 목적으로 나타내지 않은 중앙 섬유 일부와 함께 바닥 부분의 사시 세로방향 횡단면도(도 6c) 및 예시의 목적으로 나타내지 않은 중앙 섬유와 함께 하부 말단 부분의 사시 가로방향 횡단면도(도 6d)를 포함하는 본 개시내용의 구현예에 따른 수처리 모듈의 개략적 예시이다.
도 7은 본 개시내용의 구현예에 따른 수처리 시스템의 개략적 대표예이다.

본 개시내용은 이제 첨부된 도면에서 개략적으로 예시되는 일부 구체적인 구현예를 참조로 하여 상세히 기술될 것이다. 그 중 특히, 도면에서의 구조적 요소들의 치수는 서로 비례하는 것이 아님을 주목하여야 한다.

쉽게 인식될 바와 같이, 예시된 구현예는 본 개시내용의 모듈, 반응기, 시스템 및 방법을 포함하는 일반적 교시의 예시로 의도된 것이다. 또한 인식될 바와 같이, 현 개시내용은 결코 이들 구체적 구현예로 한정되는 것이 아니다.

본 개시내용의 구현예에 따른 막 통기화 바이오필름 반응기(MABR)의 모듈이 도 1a 내지 1c에서 요소(100)로 나타내어져 있다. 그러한 모듈의 그룹이 도 2a 내지 2b에 나타내어져 있다. 도 2b에서, 슬리브(하기 논의됨) 중 하나가 예시의 목적으로 모듈 중 하나로부터 제거되어 있다.

모듈은 본 개시내용의 반응기의 기본적 조작 단위체이다. 본 개시내용의 원리를 채용하는 일부 반응기 및 시스템은 단일 모듈을 포함할 수 있으며; 다른 구현예에서는 복수의 모듈이 반응기 및 시스템에 포함될 수 있다. 모듈은 예를 들어 도 2a 내지 2b 에 예시된 종류의 선형 어레이로 또는 2-차원 어레이로 구성되어 있는 그룹으로 배열될 수 있다. 본 개시내용에 따른 MABR 탱크는 그러한 어레이를 하나 또는 여러 개 포함할 수 있다.

도 1a 내지 1c에 제시되는 모듈(100)은 (예시의 목적으로 나타내지 않은 중앙 섬유 일부와 함께) 중공 섬유막의 다발(102)을 포함한다. 막은 다양한 기체 투과성 및 수 불투성 중합체로 제조될 수 있다. 중합체는, 예를 들어 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리메틸펜텐(PMP), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 및 폴리술폰으로부터 선택될 수 있다. 그러한 중합체의 특별한 예시는, TPX(일본의 Mitsui Chemicals 사에서 판매); PDMS(실리콘 고무)(미국의 Dow Corning 사에서 판매); Kynar(PVDF)(미국의 Arkema사에서 판매)를 포함한다.

중공 섬유의 다발들은, 예를 들어 ZeeWeed^TM(미국의 GE Water사); Puron^ㄾ(미국의 Koch사); MemPulse^ㄾMBR(미국의 Evoqua사)를 포함하는, 시판하여 입수가능한 종류의 모듈일 수 있다.

모듈(100)은 통상적으로 처리될 물에 완전히 잠긴다. 다발(102)은 하부 말단(106) 및 상부 말단(108) 사이에서 연장되는 처리부(104)를 갖는다. 다발(102)의 하부 말단(106) 및 상부 말단(108)은 캐스트 요소(중공 섬유의 말단 부분들 상에 캐스팅됨)로서 예시된 각각의 상부 포팅 요소(112) 및 하부 포팅 요소(110)에 의해 유지된다. 다발(100)에서의 중공 섬유는 그들의 두 말단(106 및 108)에서 각각 포팅 요소(110 및 112)에 의해 함께 단단히 유지되며, 처리부(104)를 통해서는 더 헐겁게 채워진다. 일반적으로 원통형의 형태를 이루는(예를 들어, 본질적으로 원형의 횡단면을 가짐) 다발(100)은, 다른 것들 중에서도 특히 기포의 상향 상승 동안 확산기(하기에 논의됨)에 의해 처리부(104)로 방출되는 기포들을 제한하는 기능을 제공하는 슬리브(114)로 감싸진다. 슬리브(114)는 지지 구조물에 의해, 예를 들어 도 3a 내지 3c의 예시 구현예에 나타낸 바와 같이, 상단 지지 랙으로부터 연장되는 훅 또는 케이블에 의해; 하부 지지 랙 또는 레그에 의해; 또는 BGSB 공급 파이프 상의 휴지에 의해 제자리에서 지지될 수 있다.

하기에 더 예시될 바와 같이, 일반적으로 원통형 횡단면을 가진 모듈(100)은 예시일 뿐이며, 다른 구현예에서는 본원에 개시된 모듈이 원통형 난원형 횡단면을 갖도록 구성될 수 있거나, 또는 예를 들어 하기 기재되는 바와 같이 도 5a 내지 5d에 예시된 종류의 일반적 프리즘형 구조를 가질 수 있다.

포팅 요소(110, 112)는, BGSG 콘딧 배열(나타내지 않음)에 연결되어 있는 각각의 기체 라인(124, 126)에 연결되어 있으며 그로부터 연장되는 각각의 연결관(120, 122)의 말단에 형성되어 있는 각각의 하단 부품(116) 및 상단 부품(118)에 끼워진다. 포팅 요소(110, 112)는 중공 섬유의 내부 또는 외부로 기체를 유입 또는 유출할 수 있도록 그 자체가 공지된 방식으로 구성된다. 따라서, 그러한 배열을 통해서는 중공 섬유들의 관강을 통한 기체 라인(124, 126) 사이의 기체 연통이 있다.

한 구현예에서, BGSG는 라인(124)에 의해 BGSG 공급원(나타내지 않음)으로부터 공급되며, 이어서 과량의 BGSG를 예를 들어 BGSG 공급원으로 되돌려 순환시키거나 또는 그곳에서 대기로 방출될 수 있는 배기구로 보내는 라인(126)에 의해 배출된다. 그러한 유동 방향은 도 2a 내지 2b에서 화살표(A1 및 A2)로 표시된다. 인식될 바와 같이, 이는 물론 예시이며, BGSG 콘딧 배열은 유동의 반대 방향으로 구성될 수 있으며, 그에 따라 라인(124, 126)의 역할을 뒤바꾸게 된다. 일부 구현예에서, BGSG는 또한 양 라인을 통해 제공될 수 있으며, 이어서 오직 막을 통해서만 처리될 물로 배출된다.

BGSG는 중공 섬유로 공급되며, 섬유의 막을 통해 중공 섬유를 둘러싼 물로 투과/확산한다. 그 결과, 바이오필름 성장이 섬유의 외부 표면, 즉 물과 접하고 있는 섬유의 표면을 따라 발생한다.

BGSG는 처리될 물에서의 오염물/공해의 본성에 맞춰 바이오필름 지지성이 되도록 선택된다. BGSG는, 자체로 공지된 바와 같이 산소, 메탄, 공기 등일 수 있다.

모듈(100)은 또한 하부 말단(106)의 주변 부근에 끼운 확산기(130) 및 슬리브(114) 아래 및 슬리브(114)에 의해 한정되는 영역의 경계 내부의 포팅 요소(110)를 포함한다. 각각의 모듈에 대해 그러한 구체적 구현예에서 4 개의 확산기가 있으나, 이는 또한 인식할 수 있는 바와 같이 예시일 뿐, 임의의 합리적인 개수(예를 들어, 2 개, 3 개, 5 개, 6 개)의 확산기가 본 개시내용의 모듈에 포함될 수 있다.

나아가, 본 구현예에서 확산기(130)가 모듈의 하부 말단(106)의 주변 부근에 배열되어 있는 반면, 다른 구현예에서는 하기에 예시될 바와 같이 하나 이상의 확산기가 또한, 도 1a 내지 2b의 구현예에 포함되어 있는 종류의 주변에 위치된 확산기에 추가하여 또는 그에 대한 대안으로, 다발의 하부 말단 내에 포함될 수 있다.

도 1a 내지 1c 및 2a 내지 2b는 AG 콘딧 배열(예시되어 있지 않음)의 일부인 AG 공급 라인(132)을 예시한다. 기체 확산기(130)는 AG 공급 라인(132) 상에 조립되어 있는데, 이는 AG 공급원(나타내지 않음) 유래의 기체를 공급하도록 연결 및 구성되어 있다. 확산기(130)는 모듈(100)의 수량(water volume)에 기포를 배출하기 위해 구성되어 있다. AG는 BGSG와 동일하거나 상이할 수 있다. AG의 구체적 예시는 공기이다.

상대적 위치를 고려하면, 슬리브(114)의 하부 말단은, 확산기(130)에 의한 그들의 배출 후 그들의 상향 상승 동안 다발(102)의 경계 내에 AG 기포를 채널링하기 위한 채널링 요소로서 제공된다. 처리부(104)를 통한 다발의 상대적으로 느슨한 결박은 다발을 통한 AG 기포 분배를 가능케 한다.

섬유의 다발 내부에 배출된 AG 기포의 경계진 상승 경로는 중공 섬유의 막의 외부 표면에서 과량의 바이오필름의 정련제거 뿐 아니라 슬리브 내부로 한정되는 물의 진탕 및 혼합을 초래한다. 그 결과, 중공 섬유들 사이의 폐색(통상적으로 MABR 시스템에서 중공 섬유막의 외부 표면 상의 축적 위의 바이오매스로부터 발생)의 수준이 상대적으로 낮고, 섬유가 일반적으로 모듈의 처리부에서 서로 유리되어 유지된다. 전반적인 폐색 감소 및 그에 따른 유지 노력 경감에 추가하여, 기포에 의한 물의 난류는 또한 물 및 현탁된 고체들의 균질화에 의해 수처리 효율을 개선시킨다.

AG 콘딧 배열은 연속적 또는 간헐적 기체 배출용으로 고안될 수 있다. 예를 들어, 확산기로부터 배출되어 나온 AG는 수 분마다 한 번씩 수 초 동안(예를 들어, 매 5 분 내지 20 분마다 10 초 내지 30 초) 또는 수 시간마다 한 번씩 수 분 동안(1 일 1 회 또는 2 회 1 분 내지 10 분) 등으로 발생하도록 고안될 수 있다. 인식될 수 있는 바와 같이, AG 배출은 혼합을 위해 수 분마다 수 초씩, 그리고 정련제거를 위해 수 시간마다 수 분 동안 발생하도록 고안될 수 있다. 추가로, AG 전달 일정은 필요에 따라 변형하도록 자동으로 또는 수동으로 적합화될 수 있다.

도 2a 내지 2b에 나타낸 바와 같이, 본 구현예에서 모듈(100)은 4 개로 된 1 개의 그룹으로 배열되어 있다. 그러나, 상기 언급한 바와 같이 이것은 단지 예시이고, 그러한 그룹이 다양한 공학적 고려사항을 기반으로 하며, 시스템의 이용가능한 시판 요소를 고려하여 임의의 개수의 모듈을 포함할 수 있다.

도 3a 내지 3c는 도 1a 내지 1c의 변형예인 본 개시내용의 모듈의 또 다른 구현예를 나타낸다. 도 3a 내지 3c에서, 유사한 요소는 100씩 변동된 동일 참조 번호로 표기된다. 따라서, 예를 들어 슬리브(214)는 상기 구현예의 슬리브(114)와 동일 기능을 제공한다. 도 3a 내지 3c의 구현예가 도 1a 내지 1c의 것과 상이한 점은 두 가지 기본적 특징이다. 먼저, 알 수 있는 바와 같이, 슬리브(214)가 BGSG 라인(224)에 얹혀있어 그 위치에서 지지되어 있다. 나아가, 연합된 확산기(230)가 제공된 AG 공급 라인(232)은 라인(224) 아래의 높이에 위치되어 있다. 그 외에도, 상기 요소의 기능은 도 1a 내지 1c의 구현예의 것과 유사하다.

도 4는 또 다른 구현예의 모듈의 하부 말단의 개략적인 사시 횡단면이다. 본 도면에서, 도 1a 내지 2b에 예시된 구현예의 것과 유사한 요소들이 200씩 변동된 유사 참조 번호로 제공된다. 따라서, 예를 들어 연결관(320)은 기재된 구현예의 연결관(120)과 동일한 기능을 제공한다. 독자는 그들 요소의 기능을 이해하기 위해 도 1a 내지 2b의 기술내용을 참조한다.

일반적으로 300번대로 표기되는 상기 구현예의 모듈은 모듈 100번대의 것과 전반적으로 매우 유사한 구조를 갖고, 무엇보다도 처리부 둘레에 슬리브를 포함할 수 있다(도 4에 나타낸 것을 보면 슬리브 없는 구현예이다). 모듈(300) 및 모듈(100) 사이의 차이는 확산기 배열에 있다. 도 3의 구현예에서, 다발의 하부 말단 주변에 위치된 다수의 확산기보다는, 확산기가, 포팅 요소(310) 내부에 일체로 형성되어 있고 섬유 다발의 하부 말단(306) 내부 중심에 위치된 노즐(333)로서 구성되어 있다. 노즐(333)은 포팅 요소(310)의 측면에서 튀어나온 커플링 요소(337)를 통해 AG 공급 라인(332)을 향해 포팅 요소(310) 내부에서 또한 일체로 형성되어 있는 콘딧 또는 관(335)에 의해 연결되어 있다.

다른 구현예에서, 확산기 배열이 포팅 요소 내 형성되는 여러 확산기 노즐을 포함할 수 있다; 예를 들어, 중심에 하나 및 주변 위치의 여러 개.

다발 내부에 기포를 배출하기 위해 구성된 확산기가 또한 포팅 요소 내에서 일체로 형성되지 않은 채 존재할 수 있다. 추가로, 또한 상기 언급한 바와 같이, 일부 구현예에서는 포팅 요소에서 일체로 형성되거나 또는 그렇지 않은, 확산기 배열이 다발 하부 말단 부분 내부에 AG 기포를 배출하도록 구성된 확산기, 및 다발의 하부 말단 부분에 근접하여 기체를 배출하기 위하여 구성된 확산기의 조합, 예를 들어 도 1a 내지 2b 에 나타낸 종류의 것을 포함할 수 있다.

본 개시내용의 구현예에 따라, 부분적인 개략적 횡단면에서의 수처리 탱크(440)가 도 5에 예시되어 있다. 탱크(440)는 처리될 물의 공급원(나타내지 않음)에 연결되어 있는 입수구 442 및 탱크 밖으로, 예를 들어 처리된 물 저장소 또는 2차 정수기(나타내지 않음)로 처리된 물을 배출하는 출수구(444)를 포함한다. 탱크(440)는 도 2a에 예시된 바와 같이 4 개의 모듈의 그룹(446)을 유지하는 것으로 예시되어 있으나, 모듈의 그룹(446)을 복수로 수용할 수 있으며, 이는 본원에 예시한 종류의 것일 수 있다.

일부 구현예에서, 탱크가 개방형 탱크이다. 다른 구현예에서, 탱크가 상단 덮개를 갖고 있다.

탱크(440)는 또한 BGSG 공급 라인(450)을 통해 BGSG 공급원(452)으로 연결되어 있는 BGSG 입구(448); 및 AG 공급 라인(456)을 통해 AG 공급원(458)으로 연결되어 있는 AG 입구(454)를 갖는다. 그룹(446)의 BGSG 라인은 또한 과량의 BGSG를 그룹(446)의 모듈로부터 배출하기 위한 배출구 라인(426)을 가질 수 있다.

상기 언급된 바와 같이, 일반적으로 원통형 횡단면 구성을 가진 MABR 모듈은 예시적인 것이며; 다른 예시적인 구현예에서, 일반적 구성은 프리즘형, 예를 들어 도 6a 내지 6d에 나타낸 종류의 직사각형 프리즘형 구성일 수 있다.

도 6a 내지 6d에 나타낸 모듈(500)은 하부 말단(506) 및 상부 말단(508) 사이에서 연장되는 처리부(504)가 있는 (예시의 목적으로 나타내지 않은 중앙 섬유 일부와 함께) 중공 섬유막의 다발(502)을 포함한다. 바닥 및 상부 말단(506, 508)이 내부에 조립되어 있으며, 각각의 캐스트 포팅 요소(510, 512)에 의해 유지된다. 입방형 슬리브(514) 또는 상이한 형상의 슬리브(예를 들어, 일반적으로는 둥근 모서리를 갖고 있는 입방형, 타원 또는 난원형 횡단면이 있는 것)가 조립되어 있으며, 다발의 처리부(504)를 감싸고 있다. 포팅 요소(510 및 512)는, 일반적으로 직사각형의 횡단면을 갖고 있는데, 각각의 기체 라인(524, 526)을 통해 BGSG 콘딧 배열에 연결되어 있는 상응하는 하부 및 상부 직사각형 부품(516, 518)에 조립되어 있다. 기체 라인(524)은 BGSG 공급원(나타내지 않음)에 연결되어 있다. 기체는 화살표(A3)로 나타낸 일반적인 방향으로 기체 라인(524)에서 유동한 후, 섬유를 통해 그리고 화살표(A4)로 나타내는 방향으로 기체가 유동하는 라인(526)으로 유동한다. 기체 투과성 및 수 불투성인 섬유는 도 1a 내지 2b의 구현예의 설명에서 상기 언급된 중합체들 중 임의의 것으로 제조될 수 있다.

모듈(500)은 다발의 하부 말단(506)을 둘러싼 제 1 AG 공급 라인(532) 상에 형성된 주변 확산기(530)의 셋트 및 다발의 경계 내에서 형성되는 확산기들의 또 다른 셋트가 있는 이중 확산기 배열을 포함하고, 포팅 요소(510) 내에 일체로 형성되며 콘딧(535)을 통해 AG 공급 라인(532A)으로 연결되는 노즐(533)에 의해 구성된다.

따라서, 본 구현예의 모듈에서, 기체는 두 셋트의 확산기 밖(다발 주변 부근의 확산기(530)의 바깥 및 다발의 경계 내부에서의 노즐(533)의 바깥)으로 연속적으로 또는 간헐적으로 유동한다. 주변 확산기(530)에 대해서, 슬리브(514)는 그들의 상향 상승에서 다발(502)의 경계로의 주변 확산기(530)에 의한 AG 기포 배출을 안내하는 채널링 요소로서 제공된다.

슬리브(514)는 상기 기재된 임의의 방식으로 구조적으로 지지될 수 있다. 또한, 도 3a 내지 3c에 나타낸 것과 유사한 방식에서는, 확산기(530)가 BGSG 라인의 것 아래의 높이로 위치될 수 있다.

인식되는 바와 같이, 본원에 개시된 모듈은 다른 구현예에서 중공 섬유막의 다발의 경계 밖에 슬리브(514)와 기능적으로 작동하여 중공 섬유막의 다발의 경계 내에서 배출된 기포가 상승하도록 보장하는 기체 확산기, 예를 들어 도 6d에서의 확산기(530)를 가질 수 있거나; 또는 중공 섬유막의 다발의 경계 내부에 기체 배출 노즐을 가진 기체 확산기, 예를 들어 도 6c에서의 노즐(533)을 가질 수 있거나; 또는 상기 등에 기재된 것과 유사한 조합을 가질 수 있다.

본 개시내용의 임의의 구현예에 따른 시스템은 도 7에 개략적으로 예시되어 있다. 상기 시스템은 AG 확산기(630)를 포함하는 본 개시내용에 따른 하나 또는 복수의 MABR 모듈(600)을 포함하는 하나 이상의 수처리 탱크(640)를 포함한다. 탱크(640)는 처리될 물의 물 공급원(641)에 연결된 물 유입구(642)를 포함한다. 시스템은 또한 BGSG 공급원(652) 및 AG 공급원(658) 뿐만 아니라, 각각 모듈(600) 및 확산기(630)에 연결되어 있는 각각의 BGSG 및 AG 콘딧 배열(650, 656)을 포함한다. BGSG 및 AG는 상기 논의된 바와 같이 동일하거나 상이할 수 있다. 한 구현예에서, BGSG 및 AG는 모두 각각 저압 및 고압에서 제공되는 공기이다.

본 발명의 시스템에서의 수처리는 일부 구현예에서 회분식으로 실행될 수 있거나; 또는 연속 조작 방식으로 실시될 수 있다.

한 구현예에서, 탱크(640)에 뒤따르는 처리된 물 배출물(644)이 2차 정화기(나타내지 않음)를 향한다. 공급원(641) 유래의 처리된 물은 탱크(640)로 공급되기 전에 정화기의 바닥 유래의 활성화된 슬러지와 먼저 혼합될 수 있다.

Claims (20)

1. 하부 및 상부 말단 사이에서 연장되는 처리부를 포함하고, 적어도 하나의 기체 확산기를 포함하는 중공 섬유막의 다발(상기 막은 기체 투과성 및 수 불투성임)
   을 포함하는 수처리 모듈로서,
   중공 섬유막 중 적어도 한 말단에서 바이오필름 성장-지지 기체(biofilm growth-supporting gas; BGSG)의 공급원에 연결되어 있으며, 상기 BGSG의 중공 섬유막으로의 유입을 허용하도록 구성되어 있고;
   적어도 하나의 기체 확산기는 다발의 하부 말단과 연합되어 있으며, 기포가 섬유들 사이의 처리부를 통해 상승하도록 다발의 경계 내에서 기포를 배출하도록 구성되어 있는, 수처리 모듈.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 하부 및 상부 말단 중 적어도 하나에서의 섬유는 함께 단단히 유지되어 있는 것인 수처리 모듈.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 각각 다발의 말단과 연합되어 있는 하나 또는 두 개의 포팅 요소를 포함하는 수처리 모듈.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 기체 확산기는 하부 포팅 요소와 일체인 수처리 모듈.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 포팅 요소는 캐스트 요소인 수처리 모듈.
6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 포팅 요소는 섬유의 말단부 상에 캐스팅되는 것인 수처리 모듈.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기체 확산기는 다발의 하부 말단부의 경계 내에 위치되어 있는 기체 출구를 포함하는 것인 수처리 모듈.
8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기체 확산기는 다발의 하부 말단부의 경계를 벗어나도록 위치된 기체 출구를 포함하는 것인 수처리 모듈.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 배출된 기포를 다발의 경계로 채널링하기 위한 채널링 요소를 포함하는 수처리 모듈.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 채널링 요소는 최소한 다발의 하부 말단부를 감싸는 슬리브 요소인 수처리 모듈.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 처리부의 대부분을 감싸는 슬리브 요소를 포함하는 수처리 모듈.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항의 모듈을 하나 이상 포함하는 수처리 장치.
13. 하나 이상의 수처리 탱크, 각각의 탱크 내부의 하나 이상의 수처리 모듈, 바이오필름 성장-지지 기체(BGSG)를 위한 BGSG 콘딧 배열, 그에 연결된 BGSG 공급원, 보조 기체(AG)를 위한 AG 콘딧 배열 및 그에 연결된 AG 공급원(여기서, AG는 BGSG와 동일하거나 상이한 기체임)
    을 포함하는 수처리 시스템으로서,
    상기 수처리 모듈 중 하나 이상은
    하부 및 상부 말단 사이에서 연장되는 처리부를 포함하는 중공 섬유막의 다발(여기서, 막은 기체 투과성 및 수 불투성임), 및
    하부 말단에 연합되어 있고, 기포가 섬유들 사이의 처리부를 통해 상승하도록 다발의 경계 내부에서 AG 기포를 배출하도록 구성된 기체 확산기;
    를 포함하며,
    BGSG 콘딧 배열은 BGSG를 상기 다발에서 섬유에 공급하도록 구성되어 있으며, AG 콘딧 배열은 AG를 상기 확산기에 공급하도록 구성되어 있는 수처리 시스템.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 수처리 탱크는 복수의 상기 모듈을 포함하는 것인 수처리 시스템.
15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 제 2 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항의 모듈을 하나 이상 포함하는 수처리 시스템.
16. 물을 하나 이상의 처리 모듈과 접촉시키는 단계로서, 각각의 처리 모듈은 중공 섬유막의 다발을 포함하고 있으며, 상기 막은 기체 투과성이며 수 불투성이고, 상기 다발은 하부 말단 및 상부 말단 사이에서 연장되는 처리부가 있는 것인 단계;
    바이오필름 성장-지지 기체(BGSG)를 중공 섬유막에 도입하는 단계; 및
    상기 BGSG와 동일하거나 상이할 수 있는 보조 기체(AG)가, 기체 AG 기포가 다발의 경계 내부의 처리부를 통해 섬유들 사이에서 상승하도록, 기체 AG 기포를 배출하도록 하는 단계
    를 포함하는 수처리 방법.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 AG를 간헐적으로 배출 또는 방출하는 단계를 포함하는 수처리 방법.
18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항의 모듈 또는 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항의 시스템의 사용에 의해 실시되는 방법.
19. 물을 막 통기화 바이오필름 반응기에서 처리하는 단계, 및
    기포가 반응기의 중공 섬유막 다발의 처리부의 경계를 통해 그 내부에서 상승하도록 기포를 배출하는 단계
    를 포함하는 방법.
20. 반응기의 중공 섬유막 다발의 처리부의 경계를 통해 그 내부에서 상승하는 기포를 배출하기 위해 구성된 기체 확산기를 포함하는 막 통기화 바이오필름 반응기.

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