KR20190085916A - 생물 활성탄 처리 장치 - Google Patents

Abstract

반응조 (3) 내에 산소 투과막 모듈 (2a ∼ 2c) 이 다단으로 설치되어 있다. 블로어 (B) 로부터의 산소 함유 가스가 배관 (8, 9, 10) 을 통하여 산소 투과막 모듈 (2a ∼ 2c) 에 순차적으로 유통되어, 배관 (11) 으로부터 배출된다. 복수의 노즐 (5) 로부터 원수가 반응조 (3) 의 저부로 유출되어, 반응조 (3) 내에 활성탄 등의 생물 담체의 유동상 (F) 이 형성된다. 처리수는 트로프 (6) 로부터 유출구 (7) 를 통하여 유출된다.

Description

생물 활성탄 처리 장치

본 발명은 유기성 배수를 호기성 생물 처리하는 생물 활성탄 처리 장치에 관한 것이다.

호기성 생물 처리 방법은 저렴하기 때문에 유기성 폐수의 처리법으로서 다용되고 있다. 본 방법에서는, 피처리수에 대한 산소의 용해가 필요하고, 통상은 산기관 (散氣管) 에 의한 폭기가 행해지고 있다.

산기관에 의한 폭기는 용해 효율이 5-20 ％ 정도로 낮다. 또, 산기관이 설치되는 수심에 가해지는 수압 이상의 압력으로 폭기하는 것이 필요하고, 고압으로 다량의 공기를 송풍하기 때문에, 블로어의 전력비가 문제였다. 통상은 호기성 생물 처리에 있어서의 전력비의 2/3 이상이 산소 용해를 위해서 사용되고 있다.

심층 폭기조는, 장치의 필요 면적을 작게 할 수 있고, 또한 산소의 용해 효율이 높은 점에서 부지 면적이 작은 공장이나 도시 지역의 생물 처리 장치로서 다용되어 왔다. 그러나, 수심이 5 m 이상, 예를 들어 10 m 정도의 생물 처리용 심층 폭기조는, 최저부로부터 폭기될 경우, 고압 블로어가 필요하여 블로어의 효율이 나쁘고, 전력 비용이 높아진다는 결점이 있다. 또, 범용의 중압 블로어를 사용하여 폭기조의 중간부로부터 폭기시켜, 선회류에 의해 조 (槽) 전체를 교반, 혼합하는 경우도 있다. 그러나, 이 방법에서는 전면 폭기에 비해 산소의 용해 효율이 낮아, 보다 전력 비용이 높아진다.

멤브레인 에어레이션 바이오리엑터 (MABR) 는, 기포의 발생없이 산소를 용해시킬 수 있다. MABR 에서는, 수심에 가해지는 수압보다 낮은 압력의 공기를 통기시키면 되기 때문에, 블로어의 필요 압력이 낮고, 또 산소의 용해 효율이 높다.

전자 부품 제조 공정 배수의 생물 활성탄 처리 장치에서는, 활성탄 유동상 (床) 에 빈영양 세균을 부착 증식시켜, 프리 에어레이션에 의해 산소를 공급하여 생물 처리를 실시하고 있었다. 또, 정수 분야, 고도 처리 등에서는, 활성탄 외에 안트라사이트나 미세 모래 입자를 담체에 사용하고, 고정상에서 프리 에어레이션한 원수를 대상으로 처리하고 있는 데에 더하여, 활성탄이나 안트라사이트, 미세 모래 등을 직접 폭기시킴으로써 산소를 공급하는 방법도 채용되고 있다.

그러나, 프리 에어레이션에서는 용존 산소 농도에 8 ∼ 8.5 mg/L 라는 한계가 있기 때문에, 그 이상의 산소를 필요로 하는 고농도의 원수는 처리할 수 없다. 처리수를 반송하여 원수를 희석시키고, 순환량을 늘림으로써 다량의 산소를 공급하고자 하는 시도도 있지만, 다대한 펌프 동력이 필요함에도 불구하고 큰 효과가 얻어지지 않기 때문에, 원수 TOC 농도 10 mg/L 정도 이하의 매우 옅은 폐액에밖에 적용할 수 없다.

생물 담체를 직접 폭기시키는 방식에서는 다량의 산소를 공급할 수 있다. 그러나, 부착되어 있는 생물이 폭기에 의한 격렬한 교란에 의해 박리되어 버려, 충분한 생물량을 유지할 수 없는 점에서, 처리가 불안정해지고, 처리 효율이 낮다는 문제점이 있었다. 그 때문에, 처리 효율은 프리 에어레이션보다 훨씬 낮아, 10 배나 큰 장치가 필요하게 되었다.

일본 공개특허공보 소64-90093호에는, 생물 활성탄 장치에 있어서, 폭기 수단으로서 다공성의 중공사막을 사용하는 것이 개시되어 있고, 폭기량을 대폭 저감시킬 수 있는 취지가 기재되어 있다. 그러나, 이 방법에서도 미세한 기포로서 조 내로 산소를 용해시키기 때문에, 심층이 될수록 블로어 압력이 커지고, 또 용해 효율도 크게 저하된다.

일본 공개특허공보 평11-333481호, 일본 공개특허공보 평11-333487호에는, 가스 투과막을 생물의 담체로서 사용한 생물 처리 장치와 그 후단 (後段) 에 호기성 여과상을 구비한 장치가 개시되어 있지만, 호기성 여과상에 있어서는 산기용 블로어를 사용하여 산기시키고 있어, 산기 비용은 다대해진다.

일본 특허 4907992호에는, 기체 분리막 표면에 생물막을 형성시켜 수처리를 실시하는 MABR 에 있어서, 비다공성의 기체 분리막을 사용하는 것이 개시되어 있지만, 기체 분리막을 고정 담체로서 사용하는 것으로, 저농도 배수의 처리에 있어서는, 통상적인 생물 활성탄 처리와 비교하여 처리 속도가 느리다는 과제가 있다.

일본 공개특허공보 소64-90093호 일본 공개특허공보 평11-333481호 일본 공개특허공보 평11-333487호 일본 특허 4907992호

본 발명은 활성탄에 부착된 생물을 박리시키지 않고, 또한 다량의 산소를 공급함으로써, 고농도의 유기성 배수를 고부하로 처리할 수 있는 생물 활성탄 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 생물 활성탄 처리 장치는, 내부에 생물 담체의 유동상이 형성되어, 유기성 배수의 생물 처리를 실시한다. 그 장치는, 반응조와, 그 반응조 내의 하부에 원수를 공급하는 원수 공급 수단과, 그 반응조 내에 설치된 산소 투과막 모듈과, 그 산소 투과막 모듈에 산소 함유 가스를 공급하는 산소 함유 가스 공급 수단과, 그 반응조의 상부로부터 처리수를 꺼내는 처리수 취출 수단을 구비하고, 산소 투과막 모듈은, 비다공성의 산소 투과막을 구비하고 있다.

본 발명에서는, 산소 투과막은, 공급된 산소 함유 가스 중의 산소를 조 내에 투과시킴과 함께, 조 내에 있어서 기포를 발생시키지 않는 것인 것이 바람직하다.

본 발명의 일 양태의 생물 활성탄 처리 장치에서는, 상기 산소 공급 수단은, 블로어를 구비하고 있고, 그 블로어의 압력은 상기 반응조의 수심에 의해 생기는 수압보다 작다.

본 발명의 일 양태의 생물 활성탄 처리 장치에서는, 상기 생물 담체는 활성탄이다.

본 발명에서는, 활성탄 등의 생물 담체의 유동상에 비다공성의 산소 투과막 (산소 용해막) 을 설치함으로써, 공급 산소량이 많아지기 때문에, 대상으로 하는 원수의 유기성 배수 농도에 상한이 없다.

본 발명에서는, 생물 담체를 유동상에서 운전하기 때문에, 격렬한 교란에 노출되지 않는다. 따라서, 다량의 생물을 안정적으로 유지할 수 있기 때문에, 부하를 높게 취할 수 있다.

본 발명에서는, 산소 용해막을 사용하기 때문에, 프리 에어레이션, 직접 폭기와 비교하면, 산소의 용해 동력이 작다.

이러한 점에서, 본 발명에 의하면, 저농도에서 고농도까지의 유기성 배수를 고부하로, 또한 염가로 처리하는 것이 가능해진다.

도 1 은 실시형태에 관련된 생물 활성탄 처리 장치의 구성도이다.
도 2 는 실시형태에 관련된 생물 활성탄 처리 장치의 종단면도이다.
도 3 은 실시형태에 관련된 생물 활성탄 처리 장치의 종단면도이다.
도 4 는 실시형태에 관련된 생물 활성탄 처리 장치의 종단면도이다.
도 5 는 실시형태에 관련된 생물 활성탄 처리 장치의 종단면도이다.
도 6 은 산소 공급 투과막 모듈의 측면도와, 산소 공급 투과막 모듈의 사시도이다.
도 7 은 중공사막 모듈의 정면도이다.
도 8 은 중공사막의 배열을 설명하는 사시도이다.
도 9 는 중공사막 모듈에 있어서의 중공사막의 배열을 나타내는 정면도와, 그 측면도이다.
도 10 은 중공사막 모듈의 사시도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명의 생물 활성탄 처리 장치는, 하수, 종이 펄프, 화학, 식품, 자동차 제조 공정 등의 유기성 배수를 처리하는 데에 바람직한 호기성 생물 처리 장치로서, 반응조 내에 산소 투과막 모듈을 배치하고 있다. 도 1(a) 는 본 발명의 일례에 관련된 생물 활성탄 처리 장치 (1A) 를 나타내는 종단면도, 도 1(b) 는 그 노즐의 사시도이다. 이 생물 활성탄 처리 장치 (1A) 는, 반응조 (3) 내에 상하 다단으로 배치된 복수 개의 산소 투과막 모듈 (2) 을 구비하고 있다. 이 실시형태에서는, 산소 투과막 모듈 (2) 은 3 단으로 설치되어 있지만, 산소 투과막 모듈 (2) 은 2 ∼ 8 단, 특히 2 ∼ 4 단으로 설치되는 것이 바람직하다.

원수는, 배관 (4) 및 복수의 노즐 (5) 에 의해 반응조 (3) 의 저부로 공급되어, 활성탄의 유동상 (F) 을 형성한다. 유동상 (F) 을 빠져 나간 처리수는, 트로프 (6) 를 월류 (越流) 하여, 유출구 (7) 로부터 유출된다.

산소 투과막 모듈 (2) 은, 비다공질의 산소 투과막을 구비하고 있고, 막을 투과한 산소가 반응조 (3) 내의 피처리수에 용해되므로, 반응조 (3) 내에 있어서 기포가 생기지 않는다.

도 1 에서는, 블로어 (B) 로부터의 공기 등의 산소 함유 가스는, 배관 (8) 에 의해 최하단의 산소 투과막 모듈 (2c) 의 상부로 공급되어, 산소 투과막 모듈 (2c) 의 하부로부터 유출되고, 배관 (9) 을 통하여 위로부터 2 단째의 산소 투과막 모듈 (2b) 의 상부로 공급되어, 산소 투과막 모듈 (2b) 의 하부로부터 유출되고, 배관 (10) 을 통하여 최상단의 산소 투과막 모듈 (2a) 의 상부로 공급된다. 산소 투과막 모듈 (2b) 의 하부로부터 유출된 가스는, 배관 (11) 을 통하여 배출된다.

산소 투과막 모듈 (2) 은, 활성탄 유동상 (F) 의 상하 방향의 대략 전역에 걸쳐 존재하는 것이 바람직하다. 또, 산소 투과막 모듈 (2) 은, 반응조 (3) 의 평면시에 있어서, 반응조 (3) 내의 전역에 편향되지 않고 배치되어 있는 것이 바람직하다.

도 1 에서는 복수의 노즐 (5) 로부터 원수를 반응조 (3) 내의 저부로 유출시키고 있지만, 도 2 와 같이, 반응조 (3) 내의 저부에 펀칭 메탈 등의 투수판 (12) 을 배치하고, 그 투수판 (12) 의 상측에 굵은 자갈 등의 대직경 입자층 (13) 과, 그 상측의 잔 자갈 등의 소직경 입자층 (14) 을 형성해도 된다. 원수는, 배관 (4) 으로부터 노즐 (16) 에 의해 물이 투수판 (12) 의 하측의 수용실 (15) 로 유출되고, 투수판 (12), 대직경 입자층 (13) 및 소직경 입자층 (14) 을 통과하여 반응조 (3) 내에 활성탄의 유동상 (F) 을 형성한다. 또한, 펀칭 메탈 등의 투수판은 없어도 된다.

산소 투과막 모듈 (2) 에 대한 산소 함유 가스의 유통 형태의 다른 예에 대하여 도 3 ∼ 5 를 참조하여 다음에 설명한다.

도 3 의 생물 처리 장치에 있어서는, 블로어 (B) 로부터의 산소 함유 가스는, 배관 (8) 에 의해 최하단의 산소 투과막 모듈 (2c) 의 상부로 공급되어, 그 하부로부터 유출되고, 아래로부터 2 단째의 산소 투과막 모듈 (2b) 의 하부로 공급되어, 그 상부로부터 유출되고, 이어서 최상단의 산소 투과막 모듈 (2a) 의 하부로 공급되어, 그 상부로부터 배관 (11) 을 통하여 배출된다.

도 4 의 생물 처리 장치에 있어서는, 블로어 (B) 로부터의 산소 함유 가스는, 배관 (8) 에 의해 최하단의 산소 투과막 모듈 (2c) 의 하부로 공급되어, 그 상부로부터 유출되고, 아래로부터 2 번째 단의 산소 투과막 모듈 (2b) 의 하부로 공급되어, 그 상부로부터 유출되고, 이어서 최상단의 산소 투과막 모듈 (2a) 의 하부로 공급되어, 그 상부로부터 배관 (11) 을 통하여 배출된다.

도 5 의 생물 처리 장치에 있어서는, 산소 함유 가스는, 각 산소 투과막 모듈 (2a) ∼ (2c) 에 병렬로 흐른다. 즉, 블로어 (B) 로부터의 산소 함유 가스는, 배관 (8) 에 의해 각 산소 투과막 모듈 (2a, 2b, 2c) 의 상부로 공급되어, 각각의 하부로부터 유출되고, 배관 (11) 을 통하여 배출된다.

또한, 도 1 ∼ 3 과 같이, 산소 함유 가스가 최하단의 산소 투과막 모듈 (2c) 의 상부로 공급되어, 그 산소 투과막 모듈 (2c) 의 하부로부터 유출되고, 그 후 상측의 산소 투과막 모듈 (2b, 2a) 에 순차적으로 흐르도록 구성한 생물 처리 장치에 있어서는, 산소 투과막 모듈 (2c) 내의 응축수가 빠져 나가기 쉽다.

도 4 와 같이, 산소 함유 가스가 산소 투과막 모듈 (2a ∼ 2c) 내를 상방향으로 흐르도록 구성했을 경우, 산소 투과막 모듈 내의 응축수가 증발하기 쉬운 것이 된다. 특히, 산소 함유 가스로서 건조도가 높은 가스를 흐르게 함으로써, 응축수가 증발하기 쉬워진다.

도 1 ∼ 4 와 같이, 산소 함유 가스를 최하단의 산소 투과막 모듈 (2c) 로부터 순차적으로 상단측의 산소 투과막 모듈 (2b, 2a) 로 유통시키도록 한 생물 처리 장치에서는, 반응조 (3) 내의 피처리수의 흐름이 상향류이므로, BOD 농도가 높은 원수측의 피처리수일수록 많은 산소가 공급되기 때문에, 부하에 따른 산소 공급량으로 할 수 있다.

도 5 와 같이, 각 산소 투과막 모듈 (2a ∼ 2c) 에 병렬로 산소 함유 가스를 유통시키는 경우, 산소 함유 가스의 압력 손실이 적어, 에너지 절약이 된다. 또한, 도 5 에 있어서, 하단측의 산소 투과막 모듈일수록 산소 함유 가스 유통량을 많게 하도록 함으로써, 부하에 따른 산소 공급량으로 할 수 있다.

도 1 ∼ 5 중 어느 도면에 있어서나, 상단측의 산소 투과막 모듈일수록 막 면적을 작게 하거나, 또는 막의 충전 밀도를 낮게 하도록 해도 된다.

또한, 도 3 ∼ 5 에 있어서도, 도 2 와 같이 투수판 (12), 대직경 입자층 (13) 및 소직경 입자층 (14) 을 가진 저부 구조로 해도 된다.

산소 투과막 모듈 (2) 의 산소 투과막은, 중공사막, 평막, 스파이럴막 중 어느 것이어도 되지만, 중공사막이 바람직하다. 막의 재질은 통상 MABR 에 사용되는, 실리콘, 폴리에틸렌, 폴리이미드, 폴리우레탄 등을 사용할 수 있지만, 실리콘이 바람직하다. 강도가 높은, 논포러스 폴리머로 포러스 중공사를 코팅한 콤퍼짓막을 사용해도 된다.

중공사막은, 바람직하게는 내경 0.05 ∼ 4 ㎜ 특히 0.2 ∼ 1 ㎜, 두께 0.01 ∼ 0.2 ㎜ 특히 0.02 ∼ 0.1 ㎜ 이다. 내경이 이보다 작으면 통기 압력 손실이 크고, 크면 표면적이 작아져 산소의 용해 속도가 저하된다. 두께가 상기 범위보다 작으면 물리적인 강도가 작아져, 파단되기 쉬워진다. 반대로, 두께가 상기 범위보다 크면, 산소 투과 저항이 커져 산소 용해 효율이 저하된다.

중공사막의 길이는 0.5 ∼ 3 m 정도, 특히 1 ∼ 2 m 정도가 바람직하다. 중공사막이 지나치게 길면, 생물막이 다량으로 부착되었을 경우, 파단되거나, 경단상으로 굳어져 표면적이 작아져, 산소 용해 효율이 저하되고, 압력 손실이 커지는 등의 문제가 일어난다. 중공사막이 과도하게 짧으면, 비용이 높아진다. 평막, 스파이럴막의 길이도 동일한 이유로 0.5 ∼ 1.5 m 가 바람직하다.

막의 필요 면적은, 처리에 필요한 산소량을 공급할 수 있는 충분량이다. 예를 들어, 원수가 CODcr 50 mg/L, 체류 시간 30 분인 경우, 실리콘제의 100 ㎛ 두께의 중공사막이면 유동되고 있는 활성탄 부분의 용적 1 ㎥ 당 240 ㎡ 이상이 필요하다.

막의 면적은, 조 용적당 300 ㎡ 이상, 1000 ㎡/㎥ 이하가 바람직하다. 막 면적이 크면, 산소 공급량이 많아져, 고부하가 가능해지지만, 막 비용이 올라간다. 단위 용적당 막 면적이 지나치게 크면, 막이 경단 상태가 되어, 효율이 저하된다. 막은 흐름 방향으로 설치하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 수심 10 m 의 조에서는, 길이 2 m 의 막을 상하로 4 단으로 설치하는 것이 바람직하다.

산소 투과막 모듈의 구조의 일례에 대하여 도 6 ∼ 11 을 참조하여 다음에 설명한다.

도 6 의 산소 투과막 모듈 (20) 은 산소 투과막으로서 중공사막 (17) 을 사용한 것이다. 이 실시형태에서는, 중공사막 (17) 은 상하 방향으로 배열되어 있고, 각 중공사막 (17) 의 상단은 상부 헤더 (18) 에 연결되고, 하단은 하부 헤더 (19) 에 연결되어 있다. 중공사막 (17) 의 내부는, 각각 상부 헤더 (18) 및 하부 헤더 (19) 내로 연통되어 있다. 각 헤더 (18, 19) 는 중공 관상으로, 대략 수평 방향으로 평행하게 복수 개 배열되어 있다. 또한, 평막이나 스파이럴막을 사용하는 경우에도, 상하 방향으로 배열된다.

각 헤더 (18) 의 일단 또는 양단이 매니홀드 (18A) 에 연결되고, 각 헤더 (19) 의 일단 또는 양단이 매니홀드 (19A) 에 연결되어 있는 것이 바람직하다. 산소 투과막 모듈 (20) 의 상부에 산소 함유 가스를 공급하고, 산소 투과막 모듈 (20) 의 하부로부터 배출하는 경우에는, 산소 함유 가스는 상부 헤더 (18) 로부터 중공사막 (17) 을 통과하여 하부 헤더 (19) 로 흐르고, 이 사이에 산소가 중공사막 (17) 을 투과하여 반응조 (3) 내의 물에 용해된다. 반대로, 산소 투과막 모듈 (20) 의 하부에 산소 함유 가스를 공급하고, 상부로부터 배출하는 경우에는, 하부 헤더 (19) 에 산소 함유 가스가 공급되어, 중공사막 (17) 을 통과하여 상부 헤더 (18) 로부터 배출된다.

도 7 은 프레임 (22) 내에 배치된 산소 투과막 모듈 (20) 의 일례를 나타내는 정면도이다. 이 프레임 (22) 은, 4 구석에 각각 수직 형성된 4 개의 기둥 (22a) 과, 각 기둥 (22a) 의 상단끼리간에 가교 형성된 상량 (22b) 과, 각 기둥 (22b) 의 하부끼리간에 가교 형성된 하량 (22c) 과, 각 기둥 (22a) 의 하단면에 장착된 저좌 (底座) 플레이트 (22d) 를 갖는다. 산소 투과막 모듈 (20) 의 매니홀드 (13, 14) 를 프레임 (22) 에 유지시킴으로써, 산소 투과막 모듈 (20) 이 프레임 (22) 내에 설치된다.

이 프레임 (22) 을 구비한 산소 투과막 모듈 (20) 은, 반응조 (3) 내에 상하 다단으로 설치하는 것이 용이하다. 즉, 하측의 산소 투과막 모듈 (20) 의 프레임 (22) 상에, 상측 산소 투과막 모듈 (20) 의 저좌 플레이트 (22d) 를 얹도록 하여 상측 산소 투과막 모듈 (20) 을 배치할 수 있다.

본 발명의 일 양태에서는, 중공사막이 상하 방향으로 배열된 중공사막 모듈을 높이 1 ∼ 2 m 정도의 높이의 낮은 막 모듈로 하고, 이것을 2 단 이상, 바람직하게는 4 단 이상으로 적층한다.

이와 같이 중공사막의 길이를 짧게 하고, 높이를 낮게 한 중공사막 모듈을 다단으로 적층함으로써, 낮은 압력으로 산소를 용해시킬 수 있다.

중공사막에 송풍하는 산소 함유 가스의 압력은, 중공사막의 압력 손실보다 조금 높은 정도, 예를 들어 5 ∼ 20 ％ 정도 높은 압력이 비용면에서 바람직하다.

중공사막에 공급하는 압력은 수심과 무관하게 결정해도 된다. 통상적인 산기 장치는 수심 이상의 압력이 필요한 점에서, 본 발명은 반응조의 수심이 깊을수록 유리하다.

상하 방향의 모듈의 배관 접속에 따라, 막 내의 응축수나 생물조로부터 막 내로 용해되어 오는 탄산 가스의 영향이 상이하다. 그 때문에, 압손, 응축수, 탄산 가스를 고려한 배관 접속 구조로 하는 것이 바람직하다.

상기 실시형태에서는, 도 6, 7 과 같이, 중공사막 (17) 을 상하 방향으로 하고, 원수 (피처리수) 가 중공사막 (17) 을 따라 상하 방향으로 흐르는 것으로 하고 있지만, 적어도 일부의 산소 투과막 모듈로서, 도 8 과 같이 수평인 X 방향의 중공사막 (17b) 과, 상하 방향 (Z 방향) 의 중공사막 (17a) 을 갖는 산소 투과막 모듈을 사용해도 된다. 또한, 도 9 와 같이, 중공사막 (17a, 17b) 을 평직상으로 편조 (編組) 해도 된다.

도 10 은, 이러한 X, Z 방향의 중공사막 (17 (17a, 17b)) 을 구비한 산소 투과막 모듈의 일례를 나타내는 사시도이다. 이 산소 투과막 모듈 (30) 은, Z 방향으로 연장되는 평행한 1 쌍의 헤더 (31, 31) 와, 이것과 직교하는 X 방향으로 연장되는 1 쌍의 헤더 (32, 32) 와, 중공사막 (17) 을 갖는다. X 방향의 중공사막 (17) 은 헤더 (31, 31) 간에 가교 형성되고, Z 방향의 중공사막 (17) 은 헤더 (32, 32) 간에 가교 형성되어 있다.

헤더 (31, 32) 의 단부끼리가 연결됨으로써, 헤더 (31, 32) 는 사각형 프레임상으로 되어 있다. 이 산소 투과막 모듈 (30) 의 일 양태에서는, 헤더 (31, 32) 의 양단 내부에 엔드 플러그 등의 폐색 부재 (도시 생략) 가 형성되어 있으며, 헤더 (31, 32) 내는 차단되어 있다. 산소 함유 가스는 일방의 헤더 (31) 에 공급되고, 중공사막 (17) 을 통과하여 타방의 헤더 (31) 로 유입된다. 또, 산소 함유 가스는 일방의 헤더 (32) 에 공급되고, 중공사막 (17) 을 통과하여 타방의 헤더 (32) 로 유입된다.

이 산소 투과막 모듈 (30) 의 다른 일 양태에서는, 일방의 한 개의 헤더 (31) 와 일방의 한 개의 헤더 (32) 가 연통되어 있다. 또, 타방의 한 개의 헤더 (31) 와 타방의 한 개의 헤더 (32) 가 연통되어 있다. 그 일방의 헤더 (31, 32) 와, 그 타방의 헤더 (31, 32) 의 연결 부분의 내부에는 엔드 플러그 등의 폐색 부재 (도시 생략) 가 형성되어 있고, 그 일방의 헤더 (31, 32) 와, 그 타방의 헤더 (31, 32) 내는 차단되어 있다. 산소 함유 가스는 그 일방의 헤더 (31, 32) 에 공급되고, 중공사막 (17) 을 통과하여 그 타방의 헤더 (31, 32) 로 유입된다.

이들 중공사막은, 도 6 ∼ 도 10 에서는 1 개씩으로 되어 있지만, 몇 개 ∼ 100 개 정도의 다발로 해도 된다.

본 발명에서는, 반응조 내의 하부에 폭기 장치를 설치해도 된다.

다음으로, 본 발명에서 사용하는 생물 담체, 산소 함유 가스, 그 외에 처리 조건의 적합예에 대하여 설명한다.

＜생물 담체＞

생물 담체로는, 활성탄이 바람직하다.

활성탄의 충전량은 반응조의 용적의 40 ∼ 60 ％ 정도, 특히 50 ％ 정도가 바람직하다. 이 충전량은, 많은 편이 생물량이 많고 활성이 높지만, 지나치게 많으면 유출될 우려가 있다. 따라서, 충전량 50 ％ 정도이고 20 ∼ 50 ％ 정도 활성탄상 (相) 이 팽창되는 LV 로 통수시키는 것이 좋다. 통수 LV 는 0.5 ㎜ 활성탄으로 7 ∼ 15 m/hr 정도이다. 또한, 활성탄 이외의 겔상, 다공질재, 비다공질재 등도 동일한 조건으로 사용할 수 있다. 예를 들어, 폴리비닐알코올 겔, 폴리아크릴아미드 겔, 폴리우레탄 폼, 알긴산칼슘 겔, 제올라이트, 플라스틱 등도 사용할 수 있다. 단, 담체로서 활성탄을 사용하면, 활성탄의 흡착 작용과 생물 분해 작용에 의한 상호 작용에 의해, 광범위한 오탁 물질의 제거를 실시하는 것이 가능하다.

활성탄의 평균 입경은 0.2 ∼ 3 ㎜ 정도가 바람직하다. 평균 입경이 크면 고 LV 로 하는 것이 가능하고, 순환량을 늘릴 수 있기 때문에 고부하가 가능해진다. 그러나, 표면적이 작아지기 때문에, 생물량이 적어진다. 평균 입경이 작으면, 저 LV 로 유동시킬 수 있기 때문에, 펌프 동력 비용이 저렴해진다. 또한, 표면적이 크기 때문에, 부착 생물량이 증가한다.

최적 입경은 폐수의 농도에 따라 결정되며, TOC : 50 mg/L 이면 0.2 ∼ 0.4 ㎜ 정도, TOC : 10 mg/L 이면 0.6 ∼ 1.2 ㎜ 정도가 바람직하다.

활성탄의 전개율은, 20 ∼ 50 ％ 정도가 바람직하다. 전개율이 20 ％ 보다 낮으면 로딩, 단락의 우려가 있다. 전개율이 50 ％ 보다 높으면, 유출의 우려가 있음과 함께, 펌프 동력 비용이 높아진다.

통상적인 생물 활성탄에서는, 활성탄 유동상의 팽창률은 10 ∼ 20 ％ 정도이지만 이 경우, 활성탄의 유동 상태가 불균일하여 상하 좌우로 유동된다. 결과적으로 동시에 설치한 막이 활성탄에 의해 문질러져, 닳아서 감소하여 소모되게 된다. 이것을 방지하기 위해, 본 발명에서는, 활성탄은 충분히 유동시키는 것이 필요하고, 팽창률은 20 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 활성탄의 입경은 통상적인 생물 활성탄보다 작은 편이 바람직하다. 또한, 활성탄은, 야자각탄, 석탄, 목탄 등 어떤 것이어도 된다. 형상은 구상탄이 바람직하지만, 통상적인 입상탄이나 파쇄탄이어도 된다.

＜산소 함유 가스＞

산소 함유 가스는 공기, 산소 부화 공기, 순산소 등 산소를 포함하는 기체이면 된다. 통기하는 기체는 필터를 통과시켜 미세 입자를 제거하는 것이 바람직하다.

통기량은 생물 반응에 필요한 산소량의 등량으로부터 2 배 정도가 바람직하다. 이보다 적으면 산소 부족으로 처리수 중에 BOD 나 암모니아가 잔존하고, 많으면 통기량이 불필요하게 많아지는 것에 더하여 압력 손실이 높아지기 때문에, 경제성이 손상된다.

통기 압력은 소정의 통기량으로 발생하는 중공사의 압력 손실보다 약간 높은 정도가 바람직하다.

＜피처리수의 유속＞

피처리수의 유속은 LV10 m/hr 이상으로 하고, 처리수를 순환시키지 않고, 원 패스로 처리하는 것이 바람직하다.

LV 를 높게 하면, 그에 비례하여 산소 용해 속도가 향상된다. LV50 m/hr 에서는 10 m/hr 의 2 배 정도 산소가 용해된다. LV 가 높은 경우에는, 입경이 큰 활성탄을 사용하여, 전개율을 그다지 크게 하지 않게 하는 것이 바람직하다. 생물량, 산소 용해 속도로부터, 최적 LV 범위는 10 ∼ 30 m/hr 정도이다.

＜체류 시간＞

조 부하 1 ∼ 2 ㎏-TOC/㎥/day 가 되도록 체류 시간을 설정하는 것이 바람직하다.

＜블로어＞

블로어는, 토출 풍압이 수심으로부터 오는 수압 이하의 것으로 충분하다. 단, 배관 등의 압손 이상인 것을 필요로 한다. 통상, 배관 저항은 1 ∼ 2 ㎪ 정도이다.

5 m 의 수심인 경우, 통상은 0.55 ㎫ 정도까지의 출력의 범용 블로어가 이용되고, 그 이상의 수심에서는 고압 블로어가 이용되고 있다.

본 발명에서는, 5 m 이상의 수심이어도 0.5 ㎫ 이하의 압력의 범용 블로어를 사용할 수 있고, 0.1 ㎫ 이하의 저압 블로어를 사용하는 것이 바람직하다.

산소 함유 가스의 공급압은, 중공사막의 압력 손실보다 높고, 수심 압력보다 낮을 것, 또한 막이 수압으로 찌부러지지 않을 것이 조건이 된다. 평막, 스파이럴막은 막의 압손이 수압과 비교하면 무시할 수 있기 때문에, 매우 낮은 압력, 5 ㎪ 정도 이상, 수압 이하, 바람직하게는 20 ㎪ 이하이다.

중공사막의 경우, 내경과 길이에 따라 압력 손실은 변화한다. 통기하는 공기량은 막 1 ㎡ 당 20 mL ∼ 100 mL/day 이기 때문에, 막 길이가 2 배가 되면 공기량은 2 배가 되고, 막 직경이 2 배가 되어도 공기량은 2 배밖에 되지 않는다. 따라서, 막의 압력 손실은 막 길이에 정비례하고, 직경에 반비례한다.

압력 손실의 값은, 내경 50 ㎛, 길이 2 m 의 중공사로 3 ∼ 20 ㎪ 정도이다.

본 발명자의 실험에 의하면, 통기 압력을 11 ∼ 140 ㎪, 통기량을 240 ∼ 460 mL/min 변화시킨 결과, 산소 용해 속도는 거의 변화하지 않는 것이 확인되었다.

본 발명에서는, 산소 용해 효율이 30 ∼ 100 ％ 특히 40 ∼ 60 ％ 가 되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명을 특정 양태를 사용하여 상세하게 설명했지만, 본 발명의 의도와 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경이 가능한 것은 당업자에게 분명하다.

본 출원은, 2016년 12월 1일자로 출원된 일본 특허출원 2016-234233 에 기초하고 있으며, 그 전체가 인용에 의해 원용된다.

1A ∼ 1E 생물 처리 장치
2, 20, 30 산소 투과막 모듈
17, 17a, 17b 중공사막
18, 19, 31, 32 헤더
22 프레임

Claims (3)

1. 내부에 생물 담체의 유동상이 형성되는, 유기성 배수의 생물 처리 장치로서,
   반응조와,
   그 반응조 내의 하부에 원수를 공급하는 원수 공급 수단과,
   그 반응조 내에 설치된 산소 투과막 모듈과,
   그 산소 투과막 모듈에 산소 함유 가스를 공급하는 산소 함유 가스 공급 수단과,
   그 반응조의 상부로부터 처리수를 꺼내는 처리수 취출 수단을 구비하고,
   산소 투과막 모듈은, 비다공성의 산소 투과막을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 생물 처리 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 산소 공급 수단은, 블로어를 구비하고 있고, 그 블로어의 압력은 상기 반응조의 수심에 의해 생기는 수압보다 작은 것을 특징으로 하는 생물 처리 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 생물 담체는 활성탄인 생물 처리 장치.
   

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