KR20200121291A - 호기성 생물 처리 장치 및 그 운전 방법 - Google Patents
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Abstract
호기성 생물 처리 장치 (1) 는, 반응조 (조체) (2) 와, 그 반응조 (2) 의 하부에 수평하게 설치된 투수판 (3) 과, 그 투수판 (3) 의 상측에 형성된 대직경 입자층 (4) 과, 그 대직경 입자층 (4) 의 상측에 형성된 소직경 입자층 (5) 과, 그 소직경 입자층 (5) 의 상측에 배치된 산소 용해막 모듈 (6) 과, 상기 투수판 (3) 의 하측에 형성된 수입실 (7) 과, 그 수입실 (7) 내에 원수를 공급하는 원수 산포관 (8) 과, 수입실 (7) 내에 있어서 산기를 실시하도록 설치된 산기관 (9) 등을 갖는다. 유동상 (F) 의 활성탄의 평균 입경을 0.2 ∼ 1.2 ㎜ 로 하고, LV 를 30 m/hr 이하로 한다.
Description
본 발명은, 유기성 배수의 호기성 생물 처리 장치 및 그 운전 방법에 관한 것이다.
호기성 생물 처리 방법은 저렴하기 때문에 유기성 폐수의 처리법으로서 다용되고 있다. 본 방법에서는, 피처리수로의 산소의 용해가 필요하고, 통상적으로는 산기관에 의한 폭기가 실시되고 있다.
산기관에 의한 폭기는 용해 효율이 5 ∼ 20 ％ 정도로 낮다. 또, 산기관이 설치되는 수심에 가해지는 수압 이상의 압력으로 폭기할 것이 필요하고, 고압으로 다량의 공기를 송풍하기 위해, 블로어의 전력 비용이 비싸다. 통상적으로는, 호기성 생물 처리에 있어서의 전력 비용의 2/3 이상이 산소 용해를 위해서 사용되고 있다.
중공사막을 사용한 멤브레인 에어레이션 바이오리엑터 (MABR) 는, 기포의 발생없이 산소 용해할 수 있다. MABR 에서는, 수심에 가해지는 수압보다 낮은 압력의 공기를 통기하면 되기 때문에, 블로어의 필요 압력이 낮고, 또, 산소의 용해 효율이 높다.
본 발명은, 유동상 담체로의 생물 부착량이 많아, 높은 생물 처리 효율을 장기간 유지할 수 있는 호기성 생물 처리 장치 및 그 운전 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 호기성 생물 처리 장치는, 반응조와, 그 반응조 내에 충전된, 평균 입경이 0.2 ∼ 1.2 ㎜ 의 유동상 담체와, 그 반응조 내에 통기 방향이 상하 방향이 되도록 설치된 산소 용해막 모듈과, 그 산소 용해막 모듈에 산소 함유 가스를 공급하는 산소 함유 가스 공급 수단과, 그 반응조에 원수를 상향류 통수하는 통수 수단을 구비하여 이루어진다.
본 발명의 일 양태에서는, 유동상 담체가 활성탄이다.
본 발명의 일 양태에서는, 용해막은 비다공질의 중공사막이다.
본 발명의 호기성 생물 처리 장치를 운전하는 방법으로는, 원수를 LV 7 ∼ 30 m/hr 로 상향류 통수한다.
본 발명에서는, 유동상 담체의 평균 입경을 1.2 ㎜ 이하로 작게 하고 있으므로, 유동상 담체의 비표면적이 크다. 그 때문에, 생물막 면적이 커, 처리 가능 부하량을 많게 할 수 있다. 또, 유동상 담체의 평균 입경을 0.2 ㎜ 이상으로 하고 있기 때문에, 유동상 담체에 의한 산소 용해막의 세정 효과가 높아, 산소 용해막 표면에서의 생물의 부착 번식이 방지된다.
도 1 은, 실시형태에 관련된 생물 처리 장치의 종단면도이다.
도 2(a) 는, 산소 용해막 유닛의 측면도, 도 2(b) 는, 산소 용해막 유닛의 사시도이다.
도 2(a) 는, 산소 용해막 유닛의 측면도, 도 2(b) 는, 산소 용해막 유닛의 사시도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
도 1 은 실시형태에 관련된 호기성 생물 처리 장치 (1) 의 종단면도이다. 이 호기성 생물 처리 장치 (1) 는, 반응조 (조체) (2) 와, 그 반응조 (2) 의 하부에 수평하게 설치된 펀칭 플레이트 등의 다공판이나 평판에 복수의 분산 노즐을 균등하게 형성한 것 등의 투수판 (透水板) (3) 과, 그 투수판 (3) 의 상측에 형성된 대직경 입자층 (4) 과, 그 대직경 입자층 (4) 의 상측에 형성된 소직경 입자층 (5) 과, 소직경 입자층 (5) 의 상측에 분립상 활성탄 등의 생물 부착 유동상 담체에 의해 형성된 유동상 (F) 과, 유동상 (F) 내에 적어도 일부가 배치된 산소 용해막 모듈 (6) 과, 상기 투수판 (3) 의 하측에 형성된 수입실 (受入室) (7) 과, 그 수입실 (7) 내에 원수를 공급하는 원수 산포관 (8) 과, 충전층의 세정시에 역세를 위한 가스 등이 공급되는 세정 배관 (9) 등을 갖는다. 반응조 (2) 의 상부에는, 처리수를 유출시키기 위한 트로프 (10) 및 유출구 (11) 가 형성되어 있다. 트로프 (10) 는 조 내벽을 따라 환상 유로를 형성하고 있다. 유동상 담체로는, 평균 입경 0.2 ∼ 1.2 ㎜ 특히 0.3 ∼ 0.6 ㎜ 의 활성탄이 바람직하다. 담체의 입경은 JIS 메시를 사용하여 측정된 값이다.
도 1 은, 반응조에 유동상 담체를 충전하여, 산소 용해막의 표면으로의 생물막의 부착을 담체의 유동에 의한 전단력에 의해 억제하여 생물막의 대부분이 유동상 담체에 부착되도록 한 것으로, 이 때, 산소 용해막은 산소 공급의 목적으로만 사용된다. 담체의 평균 입경이 0.2 ㎜ 이상이기 때문에, 유동되는 담체에 의해 산소 용해막 표면에 부여되는 전단력이 커져, 생물의 부착 번식이 방지된다. 또, 담체의 평균 입경을 1.2 ㎜ 이하로 한 것에 의해, 담체의 비표면적이 커져, 부착되는 생물막량이 많아져, 충분한 생물 처리가 실시된다.
도 1 에서는, 산소 용해막으로서 비다공질 (논포러스) 의 산소 용해막을 사용하고, 산소 함유 기체를 조외로부터 배관을 통하여 산소 용해막의 1 차측에 통기하고, 배기는 배관을 통하여 조외로 배출하도록 구성하고 있다. 그 때문에, 산소 함유 기체를, 저압으로 산소 용해막에 통기하고, 산소를 산소 분자로서 산소 용해막의 구성 원자의 사이를 통과하여 (막에 용해되어), 산소 분자로서 피처리수와 접촉시킨다. 산소를 물에 직접 용해시키므로 기포가 생기지 않는다. 이 방법은, 농도 구배에 의한 분자 확산의 메커니즘을 사용하고 있고, 종래와 같이 산기관 등에 의한 산기가 불필요해진다.
또 산소 용해막의 소재로서 소수성의 소재를 사용하면 막 중에 침수되기 어렵기 때문에 바람직하다. 소수성의 막이라도 미량의 수증기는 침입한다.
도 2 는, 산소 용해막 모듈 (6) 의 일례를 나타내고 있다. 이 산소 용해막 모듈 (6) 은 산소 용해막으로서 비다공질의 중공사막 (22) 을 사용한 것이다. 이 실시형태에서는, 중공사막 (22) 은 상하 방향으로 배열되어 있고, 각 중공사막 (22) 의 상단은 상부 헤더 (20) 에 이어지고, 하단은 하부 헤더 (21) 에 이어져 있다. 중공사막 (22) 의 내부는, 각각 상부 헤더 (20) 및 하부 헤더 (21) 내에 연통되어 있다. 각 헤더 (20, 21) 는 중공관상이다. 또한, 평막이나 스파이럴막을 사용하는 경우에도, 통기 방향이 상하 방향이 되도록 배열되는 것이 바람직하다.
도 2(b) 와 같이, 1 쌍의 헤더 (20, 21) 와 중공사막 (22) 으로 이루어지는 유닛이 복수 개 평행으로 배열되어 있다. 도 2(a) 와 같이, 각 상부 헤더 (20) 의 상부는 배관을 통하여 상부 매니폴드 (23) 가 연결되고, 각 하부 헤더 (21) 의 하부는 배관을 통하여 하부 매니폴드 (24) 에 연결되어 있는 것이 바람직하다. 산소 용해막 모듈 (6) 의 상부에 산소 함유 가스를 공급하여, 산소 용해막 모듈 (6) 의 하부로부터 배출한다. 공기 등의 산소 함유 가스는 상부 헤더 (20) 로부터 중공사막 (22) 을 통과하여 하부 헤더 (21) 로 흐르고, 이 사이에 산소가 중공사막 (22) 을 투과하여 반응조 (2) 내의 물에 용해된다.
각 헤더 (20, 21) 및 각 매니폴드 (23, 24) 는 유수 구배를 갖도록 형성되어도 된다. 산소 용해막 모듈 (6) 은 상하에 다단으로 설치되어도 된다.
이 산소 용해막 모듈 (6) 에 공기를 공급하기 위해서, 블로어 (26) 와 공기 공급용의 급기 배관 (27) 이 형성되어 있고, 이들에 의해 산소 함유 가스 공급 수단이 구성되어 있다. 그 급기 배관 (27) 이 상부 매니폴드 (23) 에 접속되어 있다. 하부 매니폴드 (24) 에는 배기 가스용의 중계 배관 (28) 이 접속되어 있다. 중계 배관 (28) 에, 배출 배관 (29) 이 접속되어 있다. 배출 배관 (29) 은, 내리막 구배 (연직 하향을 포함한다) 를 갖도록 형성되고, 반응조 (2) 외까지 연장 형성되어 있다. 도 1 에서는 배출 배관 (29) 은 반응조 (2) 의 측방으로 인출 (引出) 되어 있지만, 반응조 (2) 의 바닥부로부터 하방으로 인출되어도 된다.
도 1 과 같이, 산소 용해막에 용해되지 않았던 산소 함유 기체의 잔부가 배출 배관 (29) 을 통하여 조외로 배기된다. 배관 (29) 의 말단은, 산소 용해막 모듈 (6) 의 하단 (모듈 (6) 이 복수일 때에는 각 모듈 하단 중에서 가장 하위의 것) 보다 낮은 위치가 되도록 배치되어 있다. 그 때문에, 배기에 응축수가 포함되는 경우에는 배출 배관 (29) 의 하방의 탱크 (32) 에 응축수가 유출된다. 탱크 (32) 내의 물은, 펌프 (33) 및 배관 (34) 에 의해 반응조 (2) 로 송수되어도 된다.
상기 구성에서는, 배출 배관 (29) 이 배기의 조외 배출과 응축수의 조외 배출을 함께 실시하도록 구성되어 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 조내 또는 조외에 있어서, 배출 배관 (29) 에, 배기를 조외로 배출하는 배기 가스 배관 (30) 을 접속해도 된다. 이 경우, 응축수는 배출 배관 (29) 을 통하여 배출된다. 배기 가스 배관 (30) 의 말단은, 산소 용해막 모듈의 하단보다 높은 위치에 배치되어도 된다. 응축수의 고임이 생기지 않도록 하기 위해서, 배기 가스 배관 (30) 을 내리막 구배를 가지지 않고 오르막 구배 또는 연직 상향만으로 구성하는 것이 바람직하다. 배출 배관 (29) 의 배기 가스 배관 (30) 과의 분기점보다 하류측에 밸브 (도시 생략) 를 형성하고, 밸브를 개방함으로써 응축수가 탱크 (32) 에 유출되도록 구성해도 된다.
밸브는 자동 밸브, 수동 밸브 중 어느 것이어도 된다. 응축수를 배출하기 위한 밸브의 개방은, 연속식이어도 되고 간헐식이어도 된다. 간헐식인 경우에는, 통상적인 운전에서는, 1 일에 1 회 ∼ 30 일에 1 회 (많아도 하루에 1 회 수초, 적으면 한달에 1 회 수십초), 바람직하게는 1 일에 1 회 ∼ 15 일에 1 회, 밸브를 개방함으로써 배수한다.
유동상 담체의 충전량은 반응조의 용적의 30 ∼ 70 ％ 정도, 특히 40 ∼ 60 ％ 정도가 바람직하다. 이 충전량은, 많은 편이 생물량이 많아 활성은 높지만, 지나치게 많으면 담체가 유출될 우려가 있다. 따라서, 유동상이 20 ∼ 50 ％ 정도 전개하는 LV 예를 들어, 7 ∼ 30 m/hr, 특히 8 ∼ 15 m/hr 정도로 통수하는 것이 좋다. 전개율이 20 ％ 보다 낮으면 로딩, 단락의 우려가 있다. 전개율이 50 ％ 보다 높으면 담체의 유출의 우려가 있음과 함께, 펌프 동력 비용이 높아진다.
통상적인 생물 활성탄에서는, 활성탄 유동상의 전개율은 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, 활성탄 등의 유동상 담체는 충분히 유동시키는 것이 필요하고, 전개율은 20 ％ 이상 예를 들어 20 ∼ 50 ％ 정도로 하는 것이 바람직하다.
또한, 평균 입경 0.6 ㎜ 의 활성탄을 LV 15 m/hr 로 유동시키면, 전개율 20 ∼ 30 ％ 의 유동 상태가 된다. 평균 입경 0.3 ㎜ 의 활성탄을 LV 8 ∼ 10 m/hr 로 유동시키면, 전개율은 20 ∼ 30 ％ 가 된다.
본 발명에서는, 유동상 담체로서 활성탄 이외의 겔상 물질, 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. 또한, 활성탄은, 야자껍질탄, 석탄, 목탄 등 특별히 한정되지 않는다. 형상은 구상탄이 바람직하지만, 통상적인 입상탄이나 파쇄탄이어도 된다.
활성탄 등의 담체의 평균 입경은 0.2 ∼ 1.2 ㎜ 특히 0.3 ∼ 0.6 ㎜ 정도가 바람직하다. 평균 입경이 크면 높은 LV 로 하는 것이 가능하고, 처리수의 일부를 반응조에 순환시키는 경우에는 순환량을 늘릴 수 있기 때문에 고부하가 가능해진다. 그러나, 비표면적이 작아지기 때문에, 생물량이 적어진다. 평균 입경이 작으면 낮은 LV 로 유동시킬 수 있기 때문에, 펌프 동력이 저렴해진다. 또한, 비표면적이 크기 때문에, 부착 생물량이 증가한다.
최적 입경은 폐수의 농도에 의해 결정되고, TOC : 50 mg/ℓ 이면 0.2 ∼ 0.4 ㎜ 정도가 바람직하다.
이와 같이 구성된 호기성 생물 처리 장치 (1) 에 있어서, 원수는 산포관 (8) 을 통하여 수입실 (7) 에 도입되고, 투수판 (3) 및 대직경·소직경의 입자층 (4, 5) 을 상향류 통수되어 SS 가 여과되고, 이어서 생물막 부착의 분립상 활성탄의 유동상 (F) 에 있어서, 일과식으로 상향류 통수되어 생물 반응을 실시하고 상부 청징 영역으로부터 트로프 (10) 와 유출구 (11) 를 통하여 처리수로서 취출된다.
급기 배관 (27) 으로부터 공급된 공기 등의 산소 함유 기체는, 산소 용해막 모듈 (6) 을 하향류 통기한 후, 산소 용해 모듈 (6) 의 하단 위치보다 하부 헤더 (21), 하부 매니폴드 (24) 를 통하여 유출되고, 배기 공기는 배출 배관 (29) 으로부터 (또는 배기 가스 배관 (30) 을 형성한 때에는 배기 가스 배관 (30) 으로부터) 대기 중으로 배출된다. 응축수는 배출 배관 (29) 을 통하여 탱크 (32) 로 유출된다. 단, 공기 등의 산소 함유 기체는, 산소 용해막 모듈 (6) 에 상향류로 통기되어도 된다.
또한, 산소 용해막으로서 중공사막을 사용할 때에는 통기부의 단면적이 작기 때문에 통기의 저해가 되기 쉬워 영향이 크기 때문에, 산소 용해막이 중공사막인 호기성 생물 처리 장치에 상기의 응축수의 제거 기구를 보다 바람직하게 사용할 수 있다.
본 발명에서는, 활성탄 등의 생물 담체의 유동상에 비다공성의 산소 용해막을 설치함으로써, 공급 산소량이 많아지기 때문에, 대상으로 하는 원수의 유기성 배수 농도에 상한이 없다.
또, 평균 입경 0.2 ∼ 1.2 ㎜ 의 생물 담체를 LV 7 ∼ 30 m/hr 의 상향류에 의해 유동시켜 형성한 유동상에서 운전하기 때문에, 격렬한 교란에 노출되는 경우가 없다. 따라서, 다량의 생물을 안정적으로 유지할 수 있기 때문에, 부하를 높게 취할 수 있다.
또, 본 발명에서는 산소 용해막을 사용하기 때문에, 프리에어레이션, 직접 폭기와 비교하면, 산소의 용해 동력이 작다. 본 발명에서는, 유동상 담체의 평균 입경을 0.2 ∼ 1.2 ㎜ 로 하고 있으므로, 산소 용해막의 표면이 담체로 문질러져 생물의 부착 번식이 방지되므로, 산소 용해막으로부터 피처리수 중에 산소가 효율적으로 용해된다. 이로써, 산소 용해막으로부터의 산소 공급량과, 유동상 담체 부착 생물막에 의한 유기물 분해 속도의 밸런스가 취해져, 안정적인 생물 처리가 실시된다.
이러한 점에서, 본 발명에 의하면, 저농도부터 고농도까지의 유기성 배수를 고부하로, 또한 안정적으로 처리하는 것이 가능해진다.
＜산소 함유 가스＞
산소 함유 가스는 공기, 산소 부화 공기, 순산소 등, 산소를 포함하는 기체이면 된다. 통기되는 기체는 필터를 통과시켜 미세 입자를 미리 제거하는 것이 바람직하다.
통기량은 생물 반응에 필요한 산소량의 당량으로부터 2 배 정도가 바람직하다. 이것보다 적으면 산소 부족에 의해 처리수 중에 BOD 나 암모니아가 잔존하고, 많으면 통기량이 불필요하게 많아지는 것에 더하여 압력 손실이 높아지기 때문에, 경제성이 저해된다.
통기 압력은 소정의 통기량으로 발생하는 중공실의 압력 손실보다 조금 높은 정도가 바람직하다.
＜블로어＞
블로어는, 토출 풍압이 수심으로부터 오는 수압 이하인 것으로 충분하다. 단, 배관 등의 압손 이상일 것은 필요하다. 통상적으로 배관 저항은 1 ∼ 2 ㎪ 정도이다.
5 m 의 수심인 경우, 통상적으로는 0.55 ㎫ 정도까지의 출력의 범용 블로어가 사용되고, 그 이상의 수심에서는 고압 블로어가 사용되어 오고 있다.
본 발명에서는, 5 m 이상의 수심이라도 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, 또한 막이 수압에 의해 부서지지 않는 것이 조건이 된다. 평막, 스파이럴막은 막의 압손이 수압과 비교하면 무시할 수 있기 때문에, 매우 낮은 압력, 5 ㎪ 정도 이상, 수심 압력 이하, 바람직하게는 20 ㎪ 이하이다.
중공사막의 경우, 내경과 길이에 의해 압력 손실은 변화한다. 통기되는 공기량은 막 1 ㎡ 당 50 ∼ 200 ㎖/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.
＜원수의 전처리 및 생물 처리수의 후처리＞
본 발명에서는, 원수로는, 반도체, 액정 제조 공정 배수, 식품 공장 배수, 자동차 제조 배수, 기계 화공 배수, 화학 석유 플랜트 배수 등이 예시되지만, 이들에 한정되지 않는다. 원수 중의 SS 농도가 높은 경우에는, 전처리하여 SS 를 제거한 후, 생물 처리 장치에 공급하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 생물 처리 장치로부터의 생물 처리수를 추가로 처리해도 된다. 이와 같은 처리로는, 처리수 중의 SS 나 생물 오니를 제거하기 위한 응집 침전 처리 등이 예시된다.
본 발명을 특정한 양태를 사용하여 상세하게 설명했지만, 본 발명의 의도와 범위를 벗어나지 않고 여러 가지 변경이 가능한 것은 당업자에게 분명하다.
본 출원은, 2018년 2월 20일자로 출원된 일본 특허출원 2018-028199호에 기초하고, 그 전체가 인용에 의해 원용된다.
1 : 호기성 생물 처리 장치
2 : 반응조
6 : 산소 용해막 모듈
20, 21 : 헤더
22 : 중공사막
27 : 급기 배관
29 : 배출 배관
30 : 배기 가스 배관
31 : 밸브
32 : 탱크
2 : 반응조
6 : 산소 용해막 모듈
20, 21 : 헤더
22 : 중공사막
27 : 급기 배관
29 : 배출 배관
30 : 배기 가스 배관
31 : 밸브
32 : 탱크
Claims (4)
- 반응조와,
그 반응조 내에 충전된, 평균 입경이 0.2 ∼ 0.6 ㎜ 의 유동상 담체와,
그 반응조 내에 통기 방향이 상하 방향이 되도록 설치된 산소 용해막 모듈과,
그 산소 용해막 모듈에 산소 함유 가스를 공급하는 산소 함유 가스 공급 수단과,
그 반응조에 원수를 상향류 통수하는 통수 수단을 구비하여 이루어지는, 호기성 생물 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 유동상 담체가 활성탄인, 호기성 생물 처리 장치. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 산소 용해막은 중공사막인, 호기성 생물 처리 장치. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항의 호기성 생물 처리 장치의 운전 방법으로서, 원수를 LV 7 ∼ 30 m/hr 로 상향류 통수하는, 호기성 생물 처리 장치의 운전 방법.
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