(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃水が流入される嫌気槽；
前記嫌気槽を経た廃水が流入される無酸素槽；
前記無酸素槽を通過した廃水が流入される好気槽；
廃水中の汚染粒子をろ過するために前記好気槽内に設けられる分離膜モジュール；
前記分離膜モジュールに吸入力を提供するために前記分離膜モジュールに連結された膜ろ過水移送管に設けられる吸入ポンプ；
前記分離膜モジュールを通過して前記膜ろ過水移送管を通じて流動する膜ろ過水が流入される混和槽；
前記混和槽を通過した膜ろ過水が流入される凝集槽；
前記凝集槽を通過した膜ろ過水が流入される浮上槽；
前記浮上槽内に設けられた微細気泡装置を通じて前記浮上槽内の膜ろ過水にオゾンを供給するためのオゾン供給装置；
前記浮上槽を通過した処理水が流入される処理水槽；及び
前記浮上槽で処理された処理水を前記処理水槽に移送させるために前記浮上槽と前記処理水槽とを連結するように設けられ、処理水の流入のための多数の流入口を有する集水管；を含むことを特徴とする廃水処理装置。
【請求項２】
前記分離膜モジュールに付着した汚染物質を除去するために前記オゾン供給装置で生成されたオゾンの一部がオゾン供給管を通じて前記分離膜モジュールに供給されることを特徴とする請求項１に記載の廃水処理装置。
【請求項３】
前記オゾン供給装置は、オゾンガスを発生させるオゾン発生器と、前記処理水槽に保存された処理水と、前記オゾン発生器で発生したオゾンガスの供給を受けてオゾンガスを処理水に溶解させることでオゾン水を生成するオゾン溶解装置を含み、
前記オゾン供給管は、前記オゾン溶解装置と、前記膜ろ過水移送管との間に前記オゾン溶解装置と前記膜ろ過水移送管とを連結するように設けられ、
前記オゾン溶解装置で生成されたオゾン水が前記オゾン供給管の中に設けられた洗浄ポンプによって前記オゾン供給管及び前記膜ろ過水移送管を通じて前記分離膜モジュールの内部に押送されることを特徴とする請求項２に記載の廃水処理装置。
【請求項４】
前記オゾン供給装置は、オゾンガスを発生させるオゾン発生器を含み、
前記オゾン供給管は、前記オゾン発生器と前記膜ろ過水移送管との間に前記オゾン発生器と前記膜ろ過水移送管とを連結するように設けられ、
前記オゾン発生器で生成されたオゾンガスが前記オゾン供給管の中に設けられた洗浄ポンプによって前記オゾン供給管及び前記膜ろ過水移送管を通じて前記分離膜モジュールの内部に押送されることを特徴とする請求項２に記載の廃水処理装置。
【請求項５】
前記オゾン供給装置は、オゾンガスを発生させるオゾン発生器を含み、
前記オゾン供給管は、前記オゾン発生器と前記好気槽の前記分離膜モジュールの下部に設けられた散気管との間に前記オゾン発生器と前記散気管とを連結するように設けられ、
前記オゾン発生器で生成されたオゾンガスが前記オゾン供給管及び前記散気管を通じて気泡状で前記分離膜モジュールの表面に供給されることを特徴とする請求項２に記載の廃水処理装置。
【請求項６】
前記浮上槽及び前記好気槽で発生する排オゾンを収集するための排オゾン収集器；
前記排オゾン収集器に収集された排オゾンを処理して外部に放出する排オゾン処理器；及び、
前記排オゾン収集器に収集された排オゾンを前記オゾン供給装置に供給するための排オゾン供給管；をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の廃水処理装置。
【請求項７】
前記排オゾン収集器に収集された排オゾンの濃度を検出するための濃度検出器；及び
前記排オゾン供給管に通じる前記排オゾン収集器で前記オゾン供給装置への排オゾンの流動を防止するために前記排オゾン回収管に設けられるバルブ；をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の廃水処理装置。
【請求項８】
前記分離膜モジュールは、一対の液体透過性分離膜との間に流体を流動させることができる内部流路が設けられたスペーサーが介在されてサンドイッチ構造を有する複数の分離膜組立体と、前記分離膜組立体の中間に形成された挿入孔に挿入され、前記複数の分離膜組立体を相互平行に支持し、前記分離膜組立体の挿入孔と連結される複数の吸入孔と、前記複数の吸入孔と連結される吸入流路を有する吸入管と、前記吸入管のまわりに前記複数の分離膜組立体の間に介在されるように設けられる複数のシーリング部材を備える分離膜ユニットを含み、
前記膜ろ過水移送管は前記吸入管と連結され、
前記好気槽内の廃水が前記一対の分離膜を通過しつつろ過された後、前記スペーサーの内部流路に沿って流動し、前記吸入管の吸入孔及び吸入流路を順に経て前記膜ろ過水移送管を通じて前記混和槽へ流入されることを特徴とする請求項１に記載の廃水処理装置。
【請求項９】
前記分離膜ユニットは、前記複数の分離膜組立体の中で一方の最外側に配置される分離膜組立体と向き合うように配置される第１の補強板と、前記複数の分離膜組立体の中で他方の最外側に配置される分離膜組立体と向き合うように配置される第２の補強板を含み、
前記吸入管は、前記第１の補強板を貫通して前記膜ろ過水移送管と連結されることを特徴とする請求項８に記載の廃水処理装置
【請求項１０】
前記吸入管の一端には、前記第１の補強板の外面に接して前記第１の補強板を前記第２の補強板側へ加圧するヘッドが設けられ、前記吸入管の他端には、前記第２の補強板の外面に接して前記第２の補強板を前記第１の補強板側へ加圧するヘッドが設けられた固定部材が前記第２の補強板を貫通して結合されることで、前記第１の補強板及び前記第２の補強板が前記複数の分離膜組立体の両方の最外側に固定されることを特徴とする請求項９に記載の廃水処理装置。
【請求項１１】
前記分離膜モジュールは、前記分離膜ユニットを支持するためのフレームをさらに含み、
前記分離膜ユニットは、複数が上下方向に配置されるように前記フレームに結合されることを特徴とする請求項９に記載の廃水処理装置。
【請求項１２】
前記分離膜モジュールは、前記分離膜ユニットより下部に配置され、前記複数の分離膜ユニット側に気泡を放出するために前記フレームに結合される散気管をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の廃水処理装置。
【請求項１３】
前記オゾン供給装置は、オゾンガスを発生させるオゾン発生器を含み、
前記オゾン発生器で発生するオゾンガスの一部が前記オゾン発生器と前記散気管とを連結するオゾン供給管に沿って移送され、前記散気管を通じて気泡状で前記分離膜モジュールの表面に供給されることで、前記分離膜モジュールの表面に付着した汚染物質を除去することを特徴とする請求項１２に記載の廃水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃水処理装置に関するものであって、より詳しくは、既存の生物学的高度処理工程だけで水質環境基準に適合しにくく、浮遊物質の除去効率が低下する短所を克服するために、生物学的活性汚泥法と分離膜技術及び溶存オゾン浮上技術の長所を極大化して処理効率を高め、運転中の分離膜モジュールの膜汚染問題を減らすことができる廃水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃水処理は、工場、都市などから出る廃水中に含有された有毒物質や有害物質を浄化したり回収して所定の許容限界水質(水質汚染防止法)で処理することをいう。
【０００３】
公共水域の水質保全のために工場とか事業所などから排出される廃水は、環境政策基本法、水質環境保全法、汚水・糞尿及び畜産廃水の処理に関する法律などに規定した基準に到達するまで浄化して排水しなければならない。このために廃水の種類や内容に従って固体・液体分離、物理化学的処理、生物学的処理などの方法が用いられる。
【０００４】
固体・液体分離法は、廃水中の浮遊物を分離回収するためのものであって、処理費用が安く運転管理も易しい。重力による沈降分離方式が最も広く用いられるが、重力沈降とは反対に浮上し易い浮上物を水面に自然に集めるようにする方法や、吹き入れるとか減圧によって発生させた水中の微細気泡の上昇力を用いた強制浮上分離方式も用いられる。
【０００５】
物理化学的処理には、中和・pH調整、酸化・還元、抽出、吸着などの方法がある。中和・pH調整は、廃水に酸やアルカリを注入して溶解されているガスを放出させるとか金属塩を凝集沈降させ、引き続く処理のために一番適当なpHで調整することである。酸化・還元には、薬剤を用いた酸化や還元外に電気分解による処理、オゾンや紫外線を用いた酸化分解なども行われる。抽出は、廃水中に存在する有用物質を、溶媒を用いて回収することであり、吸着は、活性炭やゼオライトのような吸着材で廃水中の各種遺棄物質とアンモニアなどを処理する方法である。その以外に、イオン交換、電気透析、逆浸透膜による処理なども物理化学的処理法の一種である。
【０００６】
生物学的処理法は、微生物を用いて廃水を処理する方法である。微生物と廃水とが接触する形態に従って浮遊懸濁法と固着法に分類される。浮遊懸濁法において微生物と廃水が混合して微生物が浮遊懸濁した状態で処理水と微生物に分離した後、微生物は再び廃水処理に戻される。固着法は、散水ろ床法・回転円盤法・浸漬ろ床法・流動床法などがあるが、これらはすべて微生物を付着させる固定支持体があって廃水のみ固着微生物の周囲を通過するようになる。
【０００７】
このような廃水処理技術は、既存の物理化学的及び生物学的工程より水質改善の効果に優れ、薬品使用が排除された環境親和的な分離膜（membrane）ろ過工程に進化している。特に、廃水処理において、生物学的活性汚泥法と分離膜技術との長所を結合した膜分離活性汚泥法（membrane bio-reactor：ＭＢＲ）が注目されている。分離膜は、液体または気体環境の混合物質に対し、目的とする粒子などに対してのみ選択的な透過及び分離をする製品であって、一般的に分離性能に従い、ＭＦ（microfiltration、精密ろ過膜）、ＵＦ（ultrafiltration、限外ろ過膜）、ＮＦ（nanofiltrarion、ナノろ過膜）、ＲＯ（reverse osmosis、逆浸透膜）などに分類される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
分離膜ろ過工程は、既存の設備と簡単に結合して分離と濃縮を自動的、連続的に行うことが可能であり清浄技術分野に簡単に応用できるという長所を有しているが、使用時間に従って除去される溶質による膜汚染の現象で膜分離の遂行が難しいという短所がある。膜汚染の現象は、分離膜表面におけるgel layer形成、膜空隙における溶質吸着、空隙づまりなどによって発生し、これにより高い圧力損失を誘発してろ過速度及び処理効率が低下し、エネルギー損失及び処理費用が増加するから、周期的に分離膜で汚染物質を除去しなければならない。
【０００９】
最近、水質環境基準が高くなることによって廃水処理の効率を向上させようとする多様な研究開発が行われており、これとともに分離膜の膜汚染を低減するためのさまざまな方法が提案されている。
【００１０】
本発明は、このような点を勘案して案出されたものであって、本発明の目的は、既存の生物学的高度処理工程だけでは水質環境基準に適合しにくく、浮遊物質の除去効率が低下する短所を克服するために生物学的活性汚泥法と分離膜技術及び溶存オゾン浮上技術の長所を極大化して処理効率を高め、運転中に、分離膜の膜汚染問題を減らすことができる廃水処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するための本発明に係る廃水処理装置は、廃水が流入される嫌気槽と、前記嫌気槽を経た廃水が流入される無酸素槽と、前記無酸素槽を通過した廃水が流入される好気槽と、廃水中の汚染粒子をろ過するために前記好気槽内に設けられる分離膜モジュールと、前記分離膜モジュールに吸入力を提供するために前記分離膜モジュールに連結された膜ろ過水移送管に設けられる吸入ポンプと、前記分離膜モジュールを通過して前記膜ろ過水移送管を通じて流動する膜ろ過水が流入される混和槽と、前記混和槽を通過した膜ろ過水が流入される凝集槽と、前記凝集槽を通過した膜ろ過水が流入される浮上槽と、前記浮上槽内に設けられた微細気泡装置を通じて前記浮上槽内の膜ろ過水にオゾンを供給するためのオゾン供給装置と、前記浮上槽を通過した処理水が流入される処理水槽と、前記浮上槽で処理された処理水を前記処理水槽に移送させるために前記浮上槽と前記処理水槽とを連結するように設けられ、処理水の流入のための多数の流入口を有する集水管を含む。
【００１２】
前記分離膜モジュールに付着した汚染物質を除去するために前記オゾン供給装置で生成されたオゾンの一部がオゾン供給管を通じて前記分離膜モジュールに供給されることができる。
【００１３】
前記オゾン供給装置は、オゾンガスを発生させるオゾン発生器と、前記処理水槽に保存された処理水と前記オゾン発生器で発生したオゾンガスの供給を受けてオゾンガスを処理水に溶解させることでオゾン水を生成するオゾン溶解装置を含み、前記オゾン供給管は、前記オゾン溶解装置と前記膜ろ過水移送管との間に前記オゾン溶解装置と前記膜ろ過水移送管とを連結するように設けられ、前記オゾン溶解装置で生成されたオゾン水が前記オゾン供給管の中に設けられた洗浄ポンプによって前記オゾン供給管及び前記膜ろ過水移送管を通じて前記分離膜モジュールの内部に押送されることができる。
【００１４】
前記オゾン供給装置は、オゾンガスを発生させるオゾン発生器を含み、前記オゾン供給管は、前記オゾン発生器と前記膜ろ過水移送管との間に前記オゾン発生器と前記膜ろ過水移送管とを連結するように設けられ、前記オゾン発生器で生成されたオゾンガスが前記オゾン供給管の中に設けられた洗浄ポンプによって前記オゾン供給管及び前記膜ろ過水移送管を通じて前記分離膜モジュールの内部に押送されることができる。
【００１５】
前記オゾン供給装置は、オゾンガスを発生させるオゾン発生器を含み、前記オゾン供給管は、前記オゾン発生器と前記好気槽の前記分離膜モジュールの下部に設けられた散気管との間に前記オゾン発生器と前記散気管とを連結するように設けられ、前記オゾン発生器で生成されたオゾンガスが前記オゾン供給管及び前記散気管を通じて気泡状で前記分離膜モジュールの表面に供給されることができる。
【００１６】
本発明に係る廃水処理装置は、前記浮上槽及び前記好気槽で発生する排オゾンを収集するための排オゾン収集器と、前記排オゾン収集器に収集された排オゾンを処理して外部に放出する排オゾン処理器と、前記排オゾン収集器に収集された排オゾンを前記オゾン供給装置に供給するための排オゾン供給管をさらに含むことができる。
【００１７】
本発明に係る廃水処理装置は、前記排オゾン収集器に収集された排オゾンの濃度を検出するための濃度検出器と、前記排オゾン供給管に通じる前記排オゾン収集器で前記オゾン供給装置への排オゾンの流動を防止するために前記排オゾン回収管に設けられるバルブをさらに含むことができる。
【００１８】
前記分離膜モジュールは、一対の液体透過性分離膜の間に流体を流動させることができる内部流路が設けられたスペーサーが介在されてサンドイッチ構造を有する複数の分離膜組立体と、前記分離膜組立体の中間に形成された挿入孔に挿入され、前記複数の分離膜組立体を相互平行に支持し、前記分離膜組立体の挿入孔と連結される複数の吸入孔と、前記複数の吸入孔と連結される吸入流路を有する吸入管と、前記吸入管のまわりに前記複数の分離膜組立体の間に介在されるように設けられる複数のシーリング部材を備える分離膜ユニットを含み、前記膜ろ過水移送管は前記吸入管と連結され、前記好気槽内の廃水が前記一対の分離膜を通過しつつろ過した後、前記スペーサーの内部流路に沿って流動し、前記吸入管の吸入孔及び吸入流路を順に経て前記膜ろ過水移送管を通じて前記混和槽に流入されることができる。
【００１９】
前記分離膜ユニットは、前記複数の分離膜組立の中で一方の最外側に配置される分離膜組立体と向き合うように配置される第１の補強板と、前記複数の分離膜組立体の中で他方の最外側に配置される分離膜組立体と向き合うように配置される第２の補強板を含み、前記吸入管は、前記第１の補強板を貫通して前記膜ろ過水移送管と連結されることができる。
【００２０】
前記吸入管の一端には、前記第１の補強板の外面に接して前記第１の補強板を前記第２の補強板側へ加圧するヘッドが設けられ、前記吸入管の他端には、前記第２の補強板の外面に接して前記第２の補強板を前記第１の補強板側へ加圧するヘッドが設けられた固定部材が前記第２の補強板を貫通して結合されることで、前記第１の補強板及び前記第２の補強板が前記複数の分離膜組立体の両方の最外側に固定されることができる。
【００２１】
前記分離膜モジュールは、前記分離膜ユニットを支持するためのフレームをさらに含み、前記分離膜ユニットは、複数が上下方向に配置されるように前記フレームに結合されることができる。
【００２２】
前記分離膜モジュールは、前記分離膜ユニットより下部に配置され、前記複数の分離膜ユニット側に気泡を放出するために前記フレームに結合される散気管をさらに含むことができる。
【００２３】
前記オゾン供給装置は、オゾンガスを発生させるオゾン発生器を含み、前記オゾン発生器で発生するオゾンガスの一部が前記オゾン発生器と前記散気管とを連結するオゾン供給管に沿って移送され、前記散気管を通じて気泡状で前記分離膜モジュールの表面に供給されることで、前記分離膜モジュールの表面に付着した汚染物質を除去することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る廃水処理装置は、生物学的活性汚泥法と分離膜技術及び溶存オゾン浮上技術の長所を極大化することで、廃水処理の効率に優れ、既存の生物学的高度処理工程だけでは水質環境基準に適合しにくく浮遊物質の除去効率が低下する短所を克服することができる。
【００２５】
また、本発明に係る廃水処理装置は、溶存オゾン浮上処理に用いられるオゾンの一部を分離膜モジュールに供給し、酸化力が強いオゾンを分離膜モジュールに付着する汚染物質除去に用いることで、分離膜モジュールの膜汚染を効果的に低減させることができる。そして、溶存オゾン浮上処理と分離膜モジュールとの洗浄に用いられてから捨てられる排オゾンを回収し再使用することで、排オゾン処理費用やオゾン生成費用を減らすことができる。
【００２６】
また、本発明に係る廃水処理装置の分離膜モジュールは、厚さが薄い複数の分離膜組立体が吸入管に順に結合した構造からなることで、大きさをコンパクトにしつつ膜ろ過の面積が大きく、膜ろ過の効率に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施例に係る廃水処理装置を示す構成図である。
【図２】図１の分離膜モジュールを示す斜視図である。
【図３】図１の分離膜モジュールを示す縦断面図である。
【図４】図１の分離膜モジュールの分離膜組立体を示す分解斜視図である。
【図５】図１の分離膜モジュールを示す横断面図である。
【図６】図１の分離膜モジュールの横断面の一部分を拡大して示すものである。
【図７】本発明の第２の実施例に係る廃水処理装置を示す構成図である。
【図８】本発明の第３の実施例に係る廃水処理装置を示す構成図である。
【図９】図８の分離膜モジュールを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明に係る廃水処理装置について、添付図面に従って詳しく説明する。
【００２９】
本発明を説明することにおいて、図面に示す構成要素の大きさや形状などは、説明の明瞭性と便宜のために誇張または単純化されて示すことができる。また、本発明の構成及び作用を考慮して特別に定義した用語は、使用者、運用者の意図または慣例に従って変えることができる。このような用語は、本明細書の全般に亘る内容に基づいて本発明の技術的思想に符合する意味と概念に解釈されなければならない。
【００３０】
図１は、本発明の第１の実施例に係る廃水処理装置を示す構成図である。
【００３１】
図１に示すように、本発明の第１の実施例に係る廃水処理装置１０は、嫌気槽１１と、無酸素槽１２と、好気槽１３と、混和槽１４と、凝集槽１５、１６と、浮上槽１７と、処理水槽１８を含み、嫌気槽１１へ流入された廃水が無酸素槽１２と、好気槽１３と、混和槽１４と、凝集槽１５、１６、及び浮上槽１７を順に通過して浄化された後、処理水槽１８へ流入されてから外部に放出される。ここで、凝集槽１５、１６は、急速凝集槽１５と、緩速凝集槽１６に区分される。好気槽１３には、廃水中に酸素を供給するための複数の散気管１９と、廃水中の汚染粒子をろ過するための複数の分離膜モジュール２０が設けられる。そして、浮上槽１７には、オゾン供給装置２１で生成されたオゾン水を浮上槽１７内へ供給するための微細気泡装置２２が設けられる。このような本発明に係る廃水処理装置１０は、膜分離活性汚泥法(membrane bio-reactor:ＭＢＲ)と溶存オゾン浮上(dissolved ozone flotation:ＤＯＦ)技術との長所を極大化して処理効率を高めたものである。
【００３２】
膜分離活性汚泥法による廃水処理工程は、嫌気槽１１と、無酸素槽１２及び好気槽１３からなる。処理対象になる廃水は、嫌気槽１１へ流入された後、嫌気槽１１から無酸素槽１２へ流入されてから、無酸素槽１２から好気槽１３へ流入される。嫌気槽１１と無酸素槽１２には廃水を一斉に撹拌するための撹拌機２３がそれぞれ設けられる。好気槽１３に設けられた複数の散気管１９は、送風機４７を通じて外部空気の供給を受けて好気槽１３内の廃水に空気を気泡状で供給する。好気槽１３内で処理された廃水中の一部は、内部返送管２４及びここに設けられた返送ポンプ２５によって無酸素槽１２へ返送され、好気槽１３内のスラッジ中の一部は、スラッジ返送管２６及びここに設けられた返送ポンプ２７によって嫌気槽１１へ返送される
【００３３】
従来の標準活性スラッジ方式の生物学的反応槽は、活性スラッジの曝気槽のみで構成され、曝気槽で処理された下廃水が沈澱槽で沈澱されてから放流される方式で、窒素と燐の除去効率が低いという短所があるが、本発明に係る廃水処理装置１０は、好気槽１３の上流に嫌気槽１１と無酸素槽１２とを配置することで、そのような問題点を解決することができる。すなわち、好気槽１３で処理された廃水を無酸素槽１２へ再返送して硝酸性窒素を除去し、好気槽１３で沈澱された活性スラッジ中の一部を嫌気槽１１へ返送することで、反応槽全体の微生物濃度を一定に維持することができる。また、微生物が嫌気状態で燐を放出させて後続好気槽１３で過剰の燐を取ることで、スラッジの状態で燐を除去することができる。
【００３４】
好気槽１３内で廃水は複数の分離膜モジュール２０内部に吸入され、このとき、廃水中の汚染粒子が分離しつつ廃水がろ過される。そして、分離膜モジュール２０を通過した膜ろ過水は、膜ろ過水移送管２８を通じて混和槽１４へ流入される。膜ろ過水移送管２８には吸入ポンプ２９が設けられて分離膜モジュール２０に吸入力を提供し、これによって分離膜モジュール２０周囲の廃水が分離膜モジュール２０の内部へ吸入される。このような分離膜モジュール２０の膜ろ過工程が進行しながら分離膜モジュール２０の外面には異物が付着するものの、分離膜モジュール２０の下部に設けられている散気管１９で噴出される気泡が分離膜モジュール２０に付着した汚染物質を脱離させることで、分離膜モジュール２０の運転中に分離膜モジュール２０の膜汚染を低減させる。
【００３５】
分離膜モジュール２０によってろ過された膜ろ過水は、好気槽１３の下流に配置された混和槽１４、急速凝集槽１５、緩速凝集槽１６及び浮上槽１７を順に通過するが、混和槽１４、急速凝集槽１５、緩速凝集槽１６及び浮上槽１７において溶存オゾン浮上工程が行われる。混和槽１４、急速凝集槽１５及び緩速凝集槽１６には、流入された膜ろ過水を一斉に撹拌するための撹拌機３０がそれぞれ設けられ、急速凝集槽１５には、膜ろ過水内の汚染物質を凝集させるための凝集剤や膜ろ過水のｐH濃度を調節するための中和剤などの薬品が供給される。緩速凝集槽１６を通過した膜ろ過水は浮上槽１７へ流入されるが、浮上槽１７内にはオゾン供給装置２１と連結された微細気泡装置２２を通じてオゾン水が投入される。
【００３６】
オゾン供給装置２１は、オゾン水を生成するオゾン溶解装置３１と、オゾンガスを生成してこれをオゾン溶解装置３１に供給するオゾン発生器３２と、オゾン溶解装置３１に空気を供給する空気供給器３３と、処理水槽１８に保存された処理水をオゾン溶解装置３１に供給するための処理水供給ポンプ３４を含む。オゾン溶解装置３１は、オゾン発生器３２、空気供給器３３及び処理水供給ポンプ３４を通じてオゾンガス、空気及び処理水の提供を受けてオゾンガスを高圧で処理水に溶解させることでオゾン水を生成し、これをオゾン水供給管３５を通じて微細気泡装置２２に供給する。そして、微細気泡装置２２は浮上槽１７内にオゾン水を微細気泡状で供給する。
【００３７】
このような溶存オゾン浮上工程は、オゾンガスを処理水に高圧で溶解してこれを浮上槽１７内のろ過水内へ流入させることで、汚染物質の浮上とオゾン処理とを併行させる高度処理工程である。すなわち、オゾンを加圧した後(４気圧以上)大気圧で露出させるときに生ずるオゾンの微細気泡によって浮遊物質と、凝集過程で凝集に参加した燐を浮上させて浮上槽１７の上部に設けられた汚染物質除去機でともに除去し、微細なオゾン気泡によって色度とCOD、微生物を同時に除去することができる。このような溶存オゾン浮上工程は、微細オゾン気泡を用いることで別途のオゾン接触槽なくして浮上とオゾン処理とを併行させ、オゾン接触効率を９６％以上で極大化して排オゾン量を最小化することができる。
【００３８】
そして、浮上槽１７で最終処理された処理水は、多数の流入口３７が形成された集水管３６を通じて処理水槽１８へ流入される。浮上槽１７の処理水は、集水管３６の流入口３７を通じて集水管３６の内部へ流入されて処理水槽１８側に流動するが、流入口３７の大きさが小さいので浮遊物質がろ過された処理水のみ集水管３６に沿って処理水槽１８へ流入させることができる。処理水槽１８に流入された処理水は、処理水槽１８に一時保存されてから外部に放出されるが、一部はオゾン溶解装置３１に供給されてオゾン水の生成に用いられる。
【００３９】
一方、オゾン溶解装置３１で生成されるオゾン水中の一部は、オゾン供給管３８を通じて膜ろ過水移送管２８に連結された洗浄ポンプ３９に供給される。洗浄ポンプ３９は、オゾン供給管３８を通じて供給されるオゾン水を膜ろ過水移送管２８を通じて分離膜モジュール２０の内部へろ過水の移送方向と反対方向に供給する。このように酸化力が強いオゾン水を分離膜モジュール２０に供給すると、従来の洗浄水を用いた逆洗浄方法に比べて分離膜モジュール２０に付着する汚染物質の除去効率を高めることができる。
【００４０】
このように、本発明に係る廃水処理装置１０は、溶存オゾン浮上工程に用いるためにオゾン溶解装置３１で生成されたオゾン水の一部を分離膜モジュール２０に供給して分離膜モジュール２０の洗浄に用いることで、オゾン水の活用度を高めることができ、分離膜モジュール２０の洗浄効率を向上させることができる。
【００４１】
オゾン水の供給によって浮上槽１７と好気槽１３、浮上槽１７で処理された処理水が流入される処理水槽１８には排オゾンガスが生ずるものの、このような排オゾンガスは、そのまま外部に放出すると環境を汚染させるようになる。このような理由で、好気槽１３、浮上槽１７及び処理水槽１８には排オゾンガスを回収するための排オゾン回収管４０、４１、４２が連結され、排オゾン回収管４０、４１、４２を通じて回収される排オゾンは排オゾン収集器４３に保存されてから排オゾン処理器４４によって処理された後、外部に放出される。
【００４２】
排オゾン収集器４３に保存されたオゾンガス中の一部は、排オゾン供給管４９を通じてオゾン溶解装置３１に供給される。このように処理した後、外部に排出されなければならない排オゾンガスの一部をオゾン溶解装置３１に供給してオゾン水を生成するためにリサイクルすると、排オゾン処理費用及びオゾンガス生成費用を減らすことができる。排オゾン供給管４９にはバルブ４５が設けられ、バルブ４５は排オゾン収集器４３に設けられた濃度検出器４６が検出する排オゾン濃度によって制御される。例えば、排オゾン収集器４３内の排オゾン濃度が一定の水準以上に高い場合にのみバルブ４５を開いて、排オゾン濃度が一定の水準に及ばないときにはバルブ４５を閉めることで、一定の濃度以上の排オゾンガスのみオゾン溶解装置３１に供給することができる。
【００４３】
以下、本発明の第１の実施例に係る廃水処理装置１０の分離膜モジュール２０について詳しく説明する。
【００４４】
図２は、図１の分離膜モジュールを示す斜視図であり、図３は、図１の分離膜モジュールを示す縦断面図であり、図４は、図１の分離膜モジュールの分離膜組立体を示す分解斜視図であり、図５は、図１の分離膜モジュールを示す横断面図であり、図６は、図１の分離膜モジュールの横断面の一部分を拡大して示すものである。
【００４５】
図２及び図３に示すように、分離膜モジュール２０は、複数の分離膜ユニット５０と、複数の分離膜ユニット５０を支持するフレーム６９を含む。複数の分離膜ユニット５０は、フレーム６９に支持されて上下方向に相互に離隔するように配置される。一つの分離膜ユニット５０は、廃水を膜ろ過するための複数の分離膜組立体５１と、複数の分離膜組立体５１を相互に平行に支持しつつ複数の分離膜組立体５１に吸入力を伝達する複数の吸入管５６と、複数の分離膜組立体５１との間に介在される複数のシーリング部材６０（図５参照）と、一対の補強板６１、６３を含む。第１の補強板６１は、複数の分離膜組立体５１の中で一方の最外側に配置される分離膜組立体５１と向き合うように配置され、第２の補強板６３は、分離膜組立体５１の中で他方の最外側に配置される分離膜組立体５１と向き合うように配置されることで、複数の分離膜組立体５１を前後で保護する。
【００４６】
図４に示すように、一つの分離膜組立体５１は、一対の液体透過性分離膜５２の間に流体が流動することができる内部流路が設けられたスペーサー５３が介在されたサンドイッチ構造からなる。分離膜５２は、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜またはその以外に排水中の汚染物質をろ過することができる多様な種類のものが用いられる。スペーサー５３は、分離膜５２を通過しつつ汚染物質がろ過されたろ過水を流動させることができる内部流路を有するものの、分離膜５２の破損時、一定の水準の汚染物質をろ過することができる網構造、または多孔質構造などからなることができる。これら一対の分離膜５２とスペーサー５３は、超音波融着などの多様な方法で堅固に結合させることができる。
【００４７】
分離膜５２の中間には複数の挿入孔５４が設けられ、スペーサー５３の中間にも分離膜５２の挿入孔５４に対応する複数の挿入孔５５が設けられる。これら挿入孔５４、５５は、吸入管５６の結合のためのもので、吸入管５６の結合時、分離膜組立体５１を通過したろ過水が、この挿入孔５４、５５から吸入管５６内部へ流入される。
【００４８】
図３、図５及び図６に示すように、吸入管５６は複数の分離膜組立体５１を支持しつつ吸入ポンプ２９の吸入力を分離膜組立体５１に伝達するためのもので、分離膜組立体５１の挿入孔５４、５５と連結される複数の吸入孔５７と、複数の吸入孔５７と連結される吸入流路５８を有する。複数の吸入孔５７は、吸入管５６の外周面に相互離隔するように配置され、吸入流路５８は、吸入管５６の中央に吸入管５６の長さ方向に設けられる。このような吸入管５６は、第１の補強板６１に設けられた貫通孔６２に挿入されて第１の補強板６１と結合されるが、吸入管５６の一端には貫通孔６２より大きいヘッド５９が設けられて吸入管５６が第１の補強板６１に結合するとき、ヘッド５９が第１の補強板６１の外面に接するようになる。
【００４９】
第１の補強板６１と結合した吸入管５６の外周面に複数の分離膜組立体５１と複数のシーリング部材６０を二つの分離膜組立体５１との間に一つのシーリング部材６０が介在されるように順に結合することで、複数の分離膜組立体５１を相互平行した状態で離隔するように配置することができる。そして、第２の補強板６３を複数の分離膜組立体５１の中で最外側に配置された分離膜組立体５１と向き合うように配置し、固定部材６５を第２の補強板６３を貫通して吸入管５６の末端に結合することで分離膜ユニット５０を組み立てることができる。固定部材６５は、第２の補強板６３に形成された貫通孔６４に挿入されて吸入管５６の末端にねじ結合する結合軸６６と、第２の補強板６３の貫通孔６４より大きいヘッド６７を有する。
【００５０】
固定部材６５の結合軸６６を吸入管５６の末端にねじ結合してから締めると、吸入管５６のヘッド５９が第１の補強板６１を第２の補強板６３側に加圧し、固定部材６５のヘッド６７が第２の補強板６３を第１の補強板６１側に加圧することで、分離膜組立体５１、シーリング部材６０、吸入管５６及び補強板６１、６３を堅く結合させることができる。そして、第１の補強板６１と第２の補強板６３とが相互に近くなる方向に加圧力を受けると、分離膜組立体５１との間に介在されたシーリング部材６０が圧縮されながら分離膜組立体ドル５１との間の隙間を堅固に阻むようになる。
【００５１】
図６に示すように、膜ろ過水移送管２８の末端は、吸入管５６のヘッド５９に形成された貫通孔６８を通じて吸入管５６内部の吸入流路５８に連結される。したがって、膜ろ過水移送管２８に設けられた吸入ポンプ２９が作動すると、膜ろ過水移送管２８及び吸入管５６に吸入力が発生し、分離膜組立体５１のまわりの廃水が分離膜組立体５１を通過して吸入管５６内部へ流入される。すなわち、分離膜組立体５１のまわりの廃水は、分離膜組立体５１の二つの分離膜５２を通過してスペーサー５３の内部流路に沿って流動して吸入管５６の吸入孔５７を通じて吸入流路５８へ流入される。このとき、分離膜組立体５１との間はシーリング部材６０でシーリングされているので、廃水は分離膜組立体５１を通じてのみ吸入管５６へ吸入されることができる。廃水が分離膜５２を通過するとき、廃水中の汚染物質は分離膜５２にろ過されるので、吸入管５６の内部には汚染物質がろ過されたろ過水だけ流入される。そして、吸入流路５８へ流入される膜ろ過水は、膜ろ過水移送管２８を通じて混和槽１４に移送される。
【００５２】
分離膜ユニット５０の第１の補強板６１及び第２の補強板６３は、複数の固定部材７０によってフレーム６９と結合される。複数の分離膜モジュール２０は、相互に離隔するようにフレーム６９に順に結合されることで上下方向に配置される。
【００５３】
このような分離膜モジュール２０は、その下部に設けられた散気管１９から放出される気泡が分離膜組立体５１の表面を打撃することで、分離膜組立体５１の表面に付着した汚染物質が脱離されることができる。そして、洗浄ポンプ３９が作動するとき、膜ろ過水移送管２８に沿って押送されるオゾン水が吸入管５６を通じて分離膜組立体５１のスペーサー５３から分離膜５２側へ流動することで、分離膜組立体５１の表面に付着した汚染物質を除去することができる。
【００５４】
また、本発明に係る分離膜モジュール２０は、厚さが薄い複数の分離膜組立体５１が吸入管５６に順に結合した構造からなることで、大きさをコンパクトにしつつ膜ろ過の面積が大きく、膜ろ過の効率に優れる。
【００５５】
本発明において、分離膜組立体５１と吸入管５６の具体的な構造、分離膜組立体５１と吸入管５６の結合構造などの分離膜ユニット５０の具体的な構成や、分離膜モジュール２０の具体的な構成は、示されるものに限定せず多様に変更することができる。
【００５６】
本発明の第１の実施例に係る廃水処理装置１０において、未説明の符号４８は、処理対象廃水（膜ろ過水、処理水）の移動のための移動路である。
【００５７】
一方、図７は、本発明の第２の実施例に係る廃水処理装置を示す構成図である。
【００５８】
本発明の第２の実施例に係る廃水処理装置７５は、大抵の構成が前述した第１の実施例に係る廃水処理装置１０のようなものであり、複数の分離膜モジュール２０を洗浄するための洗浄ポンプ３９がオゾン供給管３８を通じてオゾン発生器３２に連結される点、好気槽１３に設けられた散気管１９がもう一つのオゾン供給管７６を通じてオゾン発生器３２と連結される点において差異があるものである。すなわち、分離膜モジュール２０の洗浄のとき、オゾン発生器３２で発生するオゾンガスが膜ろ過水移送管２８を通じて分離膜モジュール２０の内部に供給されることで、分離膜モジュール２０に付着した汚染物質が除去されるようになる。また、分離膜モジュール２０の下部に設けられた散気管１９を通じて送風機４７から供給される空気や、オゾン発生器３２で発生するオゾンガスが選択的に噴出されて分離膜モジュール２０の表面を打撃することで、分離膜モジュール２０の洗浄効率を向上させることができる。
【００５９】
一方、図８は、本発明の第３の実施例に係る廃水処理装置を示す構成図であり、図９は、図８の分離膜モジュールを示す斜視図である。
【００６０】
本発明の第３の実施例に係る廃水処理装置８０は、大抵の構成が前述した第１の実施例に係る廃水処理装置１０のようなものであるが、分離膜モジュール８１の具体的な構成と、分離膜モジュール８１を洗浄するための洗浄手段の具体的な構成が一部変更されたものである。すなわち、分離膜モジュール８１は、分離膜モジュール８１の洗浄のための散気管８２を備え、洗浄ポンプ３９は、処理水槽１８に連結された処理水供給管８５と連結されて処理水槽１８の処理水を分離膜モジュール８１の洗浄に用いる。
【００６１】
図９に示すように、分離膜モジュール８１は、上下方向に配置される複数の分離膜ユニット５０と、複数の分離膜モジュール８１より下部に配置されるようにフレーム６９に結合する散気管８２を含む。散気管８２は、オゾン供給管８４を通じてオゾン発生器３２で生成されるオゾンガスの供給を受け、オゾンガスを分離膜ユニット５０側に吐出するための複数の吐出孔８３を有する。散気管８２は、分離膜ユニット５０に設けられた複数の分離膜組立体５１に均一にオゾン気泡が提供できるように曲げられている管状からなる。
【００６２】
このような本発明の第３の実施例に係る廃水処理装置８０は、分離膜モジュール８１自体が散気管８２を備えるので、好気槽１３に設けられた散気管１９の位置にかかわらず、複数の分離膜モジュール８１に安定的にオゾン気泡を提供することで、分離膜モジュール８１の表面に付着した汚染物質をさらに効果的に除去することができる。
【００６３】
本発明に係る廃水処理装置は、生物学的活性汚泥法と分離膜技術及び溶存オゾン浮上技術の長所を極大化することで、廃水処理効率に優れ、既存の生物学的高度処理工程だけでは水質環境基準に適合しにくく浮遊物質の除去効率が低下する短所を克服することができる。
【００６４】
また、本発明に係る廃水処理装置は、溶存オゾン浮上処理に用いられるオゾンの一部を分離膜モジュールに供給し、酸化力が強いオゾンを、分離膜モジュールに付着する汚染物質除去に用いることで、分離膜モジュールの膜汚染を効果的に低減させることができる。そして、溶存オゾン浮上処理と分離膜モジュールの洗浄に用いられてから捨てられる排オゾンを回収して再使用することで、排オゾン処理費用やオゾン生成費用を減らすことができる。
【００６５】
前述とともに図面に示した本発明の実施例は、本発明の技術的思想を限定するものと解釈されるものではない。本発明の保護範囲は、特許請求の範囲の記載事項によってのみ制限され、本発明の技術分野において通常の知識を有する者は、本発明の技術的思想を多様な形態で改良及び変更することが可能である。したがって、このような改良及び変更は、当該技術分野において通常の知識を有する者に自明なことである限り本発明の保護範囲に属するようになる。
【符号の説明】
【００６６】
１０、７５、８０  廃水処理装置        １１  嫌気槽
１２  無酸素槽                        １３  好気槽
１４  混和槽                          １５  急速凝集槽
１６  緩速凝集槽                      １７  浮上槽
１８  処理水槽                        １９、８２  散気管
２１  オゾン供給装置                  ２２  微細気泡装置
２２、３０  撹拌機                    ２５、２７  返送ポンプ
２８  膜ろ過水移送管                  ２９  吸入ポンプ
３１  オゾン溶解装置                  ３２  オゾン発生器
３３  空気供給器                      ３４  処理水供給ポンプ
３５  オゾン水供給管                  ３６  集水管
３８、７６、８４  オゾン供給管        ３９  洗浄ポンプ
４０、４１、４２  排オゾン回収管      ４３  排オゾン収集器
４４  排オゾン処理器                  ４５  バルブ
４６  濃度検出器                      ４７  送風機
５０  分離膜ユニット                  ５１  分離膜組立体
５２  分離膜                          ５３  スペーサー
５４、５５  挿入孔                    ５６  吸入管
５７  吸入孔                          ５８  吸入流路
５９、６７  ヘッド                    ６０  シーリング部材
６１、６３  第１、２の補強板          ６５、７０  固定部材
６９  フレーム
【要約】
本発明に係る廃水処理装置は、廃水が流入される嫌気槽と、嫌気槽を経た廃水が流入される無酸素槽と、無酸素槽を通過した廃水が流入される好気槽と、廃水中の汚染粒子をろ過するために好気槽内に設けられる分離膜モジュールと、分離膜モジュールに吸入力を提供するために分離膜モジュールに連結された膜ろ過水移送管に設けられる吸入ポンプと、分離膜モジュールを通過して膜ろ過水移送管を通じて流動する膜ろ過水が流入される混和槽と、混和槽を通過した膜ろ過水が流入される凝集槽と、凝集槽を通過した膜ろ過水が流入される浮上槽と、浮上槽内に設けられた微細気泡装置を通じて浮上槽内の膜ろ過水にオゾンを供給するためのオゾン供給装置と、浮上槽を通過した処理水が流入される処理水槽と、浮上槽で処理された処理水を処理水槽に移送させるために浮上槽と処理水槽とを連結するように設けられて処理水の流入のための多数の流入口を有する集水管を含む。本発明に係る廃水処理装置は、生物学的活性汚泥法と、分離膜技術及び溶存オゾン浮上技術との長所を最大化することで、廃水処理の効率が優れる。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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