(57)【要約】  本発明は、２個以上の気孔を含む気孔グループが少なくとも２個以上形成された散気管を含む散気装置と前記散気装置を含む分離膜生物反応槽に関するものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２個以上の気孔を含む気孔グループが少なくとも２個以上形成された散気管を備えてなる、散気装置。
【請求項２】
前記気孔グループのうち、互いに隣接した気孔グループ間の距離が２５ｍｍ乃至１５０ｍｍである、請求項１に記載の散気装置。
【請求項３】
前記気孔グループのそれぞれに含まれる気孔の最大直径が０．５ｍｍ乃至１０ｍｍである、請求項１に記載の散気装置。
【請求項４】
前記気孔グループが、前記散気管の表面で前記散気管の長さ方向に一列に配列する、請求項１に記載の散気装置。
【請求項５】
前記気孔グループが２個乃至６個の気孔を含む、請求項１に記載の散気装置。
【請求項６】
前記一つの気孔グループに含まれる気孔間の距離が１ｍｍ乃至２０ｍｍである、請求項１に記載の散気装置。
【請求項７】
前記気孔の断面が円、楕円または３個乃至３０個の内角を有する多角形である、請求項１に記載の散気装置。
【請求項８】
前記散気管が１０ｍｍ乃至１００ｍｍの外径および１ｍｍ乃至９０ｍｍの内径を有する配管形態である、請求項１に記載の散気装置。
【請求項９】
前記気孔グループが、前記散気管の長さ方向に４乃至２５等分した位置にそれぞれ形成される、請求項１に記載の散気装置。
【請求項１０】
前記散気管が、前記気孔グループから前記散気管の長さ方向に垂直な断面の全周の１／５乃至１／３に該当する位置に形成される側面気孔をさらに含む、請求項１に記載の散気装置。
【請求項１１】
前記散気管の表面には互いに対向する一対以上の側面気孔が形成される、請求項１０に記載の散気装置。
【請求項１２】
前記側面気孔が、前記散気管の長さ方向に２乃至１０等分した位置にそれぞれ形成される、請求項１０に記載の散気装置。
【請求項１３】
前記側面気孔の最大直径が５ｍｍ乃至２０ｍｍである、請求項１０に記載の散気装置。
【請求項１４】
前記側面気孔の最大直径が前記気孔グループのそれぞれに含まれる気孔の最大直径の１．５倍乃至３倍である、請求項１０に記載の散気装置。
【請求項１５】
前記散気管の材質が熱可塑性プラスチックまたは金属である、請求項１に記載の散気装置。
【請求項１６】
前記散気管と連結され、前記散気管に気体を注入する気体注入部と、
前記気体注入部から注入された気体を前記散気管に分配する気体分配部と、をさらに備えてなる、請求項１に記載の散気装置。
【請求項１７】
生物反応槽と、
前記生物反応槽内に設置された１以上の分離膜モジュールと、
前記分離膜モジュールの下端に設置される請求項１に記載の散気装置と、を備えてなる、分離膜生物反応槽。
【請求項１８】
前記分離膜モジュールが、前記散気装置に含まれる気孔グループ間の上端空間に設置され、
前記分離膜モジュールと前記散気装置間の距離は５ｍｍ乃至４００ｍｍである、請求項１７に記載の分離膜生物反応槽。
【請求項１９】
前記分離膜モジュールが、中空糸膜を含む、請求項１７に記載の分離膜生物反応槽。
【請求項２０】
汚水を前記生物反応槽内部に注入する注入部、
外部空気を生物反応槽に注入する空気注入部、または
前記生物反応槽で処理された処理水を排出する排出部をさらに含む、請求項１７に記載の分離膜生物反応槽。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、散気装置および分離膜生物反応槽に関し、より詳しくは、少ない空気量でも効果的に空気または気泡を放出および分散させることができるため、分離膜生物反応槽などの適用分野で優れた洗浄効果などを実現することができ、使用される空気量と所要電力を低減し、分離膜生物反応槽の可動効率を高めることができる散気装置および前記散気装置を含む分離膜生物反応槽に関する。
【背景技術】
【０００２】
分離膜生物反応槽（MBR、MEMBRANE BIO-REACTOR）工程は、活性汚泥膜分離工程または膜結合型活性汚泥工程と呼ばれ、高濃度の有機物または無機物を含む下水または廃水処理の方法の一つである。
【０００３】
このような分離膜生物反応槽は、以前に知られた標準活性汚泥法または標準活性汚泥法の変法で使用される沈殿による固液分離を分離膜に代替することによって、高濃度の微生物（MLSS:mixed liquor suspended solid）を培養することができ、これによって、使用される装置や全体システム設置に必要な敷地面積を大幅に減少させることができ、処理効率を高めながら安定した水質確保が可能であるという長所がある。
【０００４】
しかし、分離膜生物反応槽は、吸入作用を利用して分離膜で固液分離を進行するため、分離膜の汚染を緩和したり分離膜で汚染物を除去するために反応槽下部に空気注入のための散気装置を設置し、ここで発生する気泡を使用することが一般的であった。
【０００５】
以前には散気装置を駆動する際に生じる圧力分配の問題を解決する方法や散気装置でより均一に気泡を生成するための方法などに対しては知られていたが、より少ない空気量を使用しながらも、より効率的にＭＢＲの分離膜の汚染を緩和したり汚染物を除去するための方法が商用化されていない実情である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、少ない空気量でも効果的に空気または気泡を放出および分散させることができるため、分離膜生物反応槽などの適用分野で優れた洗浄効果などを実現することができ、使用される空気量と所要電力を低減し、分離膜生物反応槽の可動効率を高めることができ、散気管の洗浄および分離膜生物反応槽の汚染制御が可能な散気装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、前記散気装置を含む分離膜生物反応槽を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書では、２個以上の気孔を含む気孔グループが少なくとも２個以上形成された（備えた）散気管を備えてなる散気装置が提供される。
【０００８】
また、本明細書では、生物反応槽と、前記生物反応槽内に設置された１以上の分離膜モジュールと、前記分離膜モジュールの下端に設置される前記散気装置と、を含む分離膜生物反応槽が提供される。
以下、発明の具体的な実施形態に係る散気装置および分離膜生物反応槽についてより詳細に説明する。
【０００９】
発明の一実施形態によれば、２個以上の気孔を含む気孔グループが少なくとも２個以上形成された散気管（Air Diffusing Pipe）を含む散気装置が提供され得る。
【００１０】
以前に知られた散気装置では、空気が排出される気孔が一定の間隔に分布したり不規則的に分布するのが通常的であった。しかし、このような散気装置では、気孔で排出される空気やこれから発生される気泡の形態や流動を調節するのが容易でないだけでなく、前記排出される空気やこれから発生される気泡の流動により適用される装置、例えば分離膜生物反応槽の分離膜などにおける圧力分配が容易でなかった。
【００１１】
そこで、本発明者らは、散気装置に関する研究を進行して、２以上の気孔からなる気孔グループを複数個に散気管上に形成すれば、少ない空気量でも効果的に空気または気泡を放出および分散させることができ、分離膜生物反応槽などの適用分野で優れた洗浄効果などを実現することができ、使用される空気量と所要電力を低減し、分離膜生物反応槽の可動効率を高めることができるという点を実験を通じて確認して発明を完成した。
【００１２】
前記「気孔グループ」は、前記散気装置上に形成された２以上の気孔からなる集団を意味し、一つの気孔グループに含まれる気孔間の距離が他の気孔グループに含まれる気孔までの距離に比べて小さいため、前記散気装置上で一つの集団として区分され得る。
【００１３】
また、２以上の気孔が集まって一つの気孔グループを形成し、このような気孔グループが２以上前記散気管に存在することによって、前記一実施形態の散気装置では前記気孔を通じて放出した空気バブル（air bubble)が合体する(coalescence)ことができ、このように合体した空気バブルが巨大空気バブルを形成するようになり、このような巨大空気バブルが前記散気装置が設置された装置（例えば、分離膜生物反応槽など）内で上昇したり流動するようになる（slug flow)。前記散気装置は、前記巨大バブルを均一な大きさで均等に形成することができるようにする。
前記気孔グループは、２個以上の気孔を含むことができ、具体的に２個乃至６個の気孔、または３個乃至５個の気孔を含むことができる。
【００１４】
前記散気管に形成され、互いに隣接した気孔グループ間の距離は、２５ｍｍ乃至１５０ｍｍ、または３０ｍｍ乃至１２０ｍｍ、または４０ｍｍ乃至１００ｍｍであってもよい。前記互いに隣接した気孔グループ間の距離が過度に小さいと、前記気孔が実質的にグループをなすことができず、前述した気泡合体(bubble coalescence）や巨大空気バブルの流動（slug flow）を実現しにくいため、前述した効果を達成することが容易でない。また、前記互いに隣接した気孔グループ間の距離が過度に大きいと、分離膜全体に均一に巨大空気バブルの流動（slug flow）を形成することができず、これによって、分離膜表面に透過する透過水と垂直な方向に十字流（cross flow）または下方から上方へ形成される上向流（up flow velocity）の形成が円滑でないことがあり、そのため、局部的分離膜汚染が発生するようになり、散気効率が落ちることがある。
【００１５】
前記気孔グループは、前記散気管の表面で前記散気管の長さ方向に一列に配列することができる。前記散気管を含む散気装置は、分離膜生物反応槽に設置されてもよく、前記散気管に形成される気孔グループは前記分離膜生物反応槽に含まれる分離膜モジュールに向かうように形成されてもよい。
【００１６】
具体的に、前記散気管の表面に形成される気孔グループは、これらをすべて通過する仮想の直線上に配列されてもよい。または、前記散気管の幅方向に最も広く分布する気孔２個を含む気孔グループの幅を前記散気管の長さ方向に増やした仮想の線２個内にすべての気孔グループが存在してもよい。
【００１７】
前記気孔グループは、前記散気管の表面で前記散気管の長さ方向に一列に配列することができるが、すべて同一の分布様相を有さなければならないのではなく、前述した一列の配列も完全な直線上の配列だけでなく、前記気孔グループをすべて通過する仮想の直線で一定の誤差、例えば気孔グループ中心の位置誤差が７％未満程度であって、実質的な一列の配列に見える場合を含む。
【００１８】
前記発明の一実施形態の散気装置に含まれる散気管の概略的な形態は、図６に示されているとおりである。ただし、図６は、前記実施形態の散気管の一例を示したものに過ぎず、前記発明の一実施形態の散気装置の具体的な内容がこれに限定されるのではない。
【００１９】
また、図７には、前記発明の一実施形態の散気装置に含まれる散気管の平面図を概略的に示した。ただし、図７は、前記実施形態の散気装置に含まれる散気管の平面図および前記散気管に含まれる気孔に関する内容に関する例を提示したものであり、前記発明の一実施形態の散気装置の具体的な内容がこれに限定されるのではない。
【００２０】
図８に示されているように、以前に知られた散気管、例えば単に散気管上に１個の気孔が一定の間隔に１列または２列に形成されている場合には、前述した気泡合体（bubble coalescence)や巨大空気バブルの流動（slug flow）を実現しにくいため、前述した効果を達成することが容易でない。
【００２１】
前記気孔グループが２個乃至６個、または３個乃至５個の気孔を含むことによって、前記気孔を通じて放出した空気バブル（air bubble）は容易に一つに合体することができ、巨大空気バブルの流動（スラグ流、slug flow）を安定的且つバランスよく形成することができる。
【００２２】
前記巨大空気バブルの流動の形成に関する概略的な内容は、図９に示されているとおりであり、このような前記巨大空気バブルの流動が分離膜生物反応槽内で上昇したり流動するようになる（slug flow）現象に関する模式図は、図１０に示されているとおりである。
【００２３】
前記一つの気孔グループに含まれる気孔間の距離は、１ｍｍ乃至２０ｍｍ、または４ｍｍ乃至１２ｍｍ、または５ｍｍ乃至１０ｍｍであってもよい。前記一つの気孔グループに含まれる気孔間の距離は、それぞれの気孔の中心点とこれと隣接した気孔の中心点間の距離と定義され得る。前記気孔の中心点は、前記気孔の前面が全部含まれる円の中心点であってもよい。
【００２４】
前記一つの気孔グループに含まれる気孔間の距離が前記範囲に特定されることによって、前述のように前記気孔を通じて放出した空気バブル（air bubble）は容易に一つに合体することができ、巨大空気バブルを安定的且つバランスよく形成することができる。
【００２５】
前記気孔の最大直径は、０．５ｍｍ乃至１０ｍｍ、または１ｍｍ乃至５ｍｍであってもよい。前記気孔の大きさが過度に小さいと、気孔を通じて発生する空気にかかる圧力が上昇してエネルギー損失が大きくなり、前記気孔で放出される空気バブルの大きさが過度に小さくなって巨大空気バブルを形成しにくく、形成された巨大バブルが前述した流動（slug flow)することができないこともある。また、前記気孔の大きさが過度に大きいと、散気空気が注入口に近い気孔から急激に発生するため、散気管全体の圧力分配に問題点が発生して不均一な散気となりやすい。また、前記気孔の大きさが過度に大きいと、前記気孔グループの形成による作用や効果が半減するおそれがあり、前述した気泡合体（bubble coalescence）や巨大空気バブルの流動（slug flow）を実現しにくいため、前述した効果を達成することは容易でない。
前記散気管の表面上で前記気孔の断面は、円、楕円または３個乃至３０個の内角を有する多角形であってもよい。
【００２６】
一方、前記散気管の具体的な形態や大きさは、実際適用される装置により変わり得るが、前記散気管は、１０ｍｍ乃至１００ｍｍの外径または１ｍｍ乃至９０ｍｍの内径を有する配管形態であってもよい。
【００２７】
前記散気管の長さ方向に対して垂直な断面の形態が大きく制限されるのではないか、例えば、円、楕円または３個乃至３０個の内角を有する多角形であってもよい。
【００２８】
また、前記散気管の具体的な材質が大きく限定されるのではないか、例えば、ＰＶＣなどが熱可塑性プラスチックや金属を前記散気管の製造に使用することができる。
【００２９】
一方、前記散気管は、前記気孔グループから前記散気管の長さ方向に垂直な断面の全周の１／５乃至１／３に該当する位置に形成される側面気孔をさらに含むことができる。
【００３０】
前記気孔グループと離隔して位置した側面気孔が前記気孔グループから前記散気管の長さ方向に垂直な断面の全周の１／５乃至１／３に該当する位置に形成されると、前記側面気孔で発生する気泡が気孔グループを通じて放出した空気バブル（air bubble）と合体して巨大気泡が形成され、また前記散気管内部に残留する浮遊物やその他屑が前記側面気孔を通じて排出されて散気管の洗浄および分離膜生物反応槽の汚染制御が可能になる。
【００３１】
前述のように、前記側面気孔は、前記散気管の長さ方向に垂直な断面を基準にした時、前記気孔グループから前記散気管の長さ方向に垂直な断面の全周の１／５乃至１／３に該当する位置に形成されてもよい。下記図１４に示されているように、前記気孔グループが見える平面図上では前記側面気孔が散気管平面の最外郭に存在するようになる。
【００３２】
前記側面気孔は、前記散気管で互いに対向するように２個が一対をなして前記散気管表面に形成され、前記散気管表面には側面気孔の対（pair）が２以上形成されてもよい。
前記側面気孔の数字が大きく限定されるのではないが、前記側面気孔は、前記散気管の長さ方向に２乃至１０等分した位置にそれぞれ形成されてもよい。
【００３３】
前記側面気孔の最大直径の大きさが限定されるのではないが、巨大気泡をより容易に形成し、散気管の洗浄および分離膜生物反応槽の汚染制御性能を向上するために前記側面気孔の最大直径は５ｍｍ乃至２０ｍｍであってもよい。
【００３４】
また、前記側面気孔の最大直径は、前記気孔グループのそれぞれに含まれる気孔の最大直径の１．５倍乃至３倍であってもよい。前記側面気孔が前記気孔グループのそれぞれに含まれる気孔に比べてより大きい直径を有してこそ、散気管内部に流動が発生してスラッジなど屑が大きい気孔への流入と流出がより容易であり、前記気孔グループに含まれているそれぞれの気孔へ圧力増加などを通じて付着されたスラッジが散気管の側面気孔へより多量が排出され得る。
前述のように、前記一実施形態の散気装置は、分離膜生物反応槽（MBR、MEMBRANE BIO-REACTOR）に使用されてもよい。
また、前記一実施形態の散気装置は、分離膜生物反応槽に使用されるために、前記散気管以外に通常知られた他の構成部をさらに含むことができる。
【００３５】
例えば、前記一実施形態の散気装置は、前記散気管と連結され、前記散気管に気体を注入する気体注入部をさらに含むことができる。このような気体注入部は、空気注入の安全確保および運転方法の変化を与えるための電動バルブ、間歇的注入またはパルプ注入のためのソレノイドバルブなどの構成を用いることができ、前記分離膜生物反応槽の外部に備えられたり、前記散気装置の内部に備えられてもよい。
また、前記一実施形態の散気装置は、前記気体注入部から注入された気体を前記散気管に分配する気体分配部をさらに含むこともできる。
【００３６】
発明のまた他の実施形態によれば、生物反応槽と、前記生物反応槽内に設置された１以上の分離膜モジュールと、前記分離膜モジュールの下端に設置される前記散気装置と、を含む分離膜生物反応槽が提供され得る。
【００３７】
前述のように、前記一実施形態の散気装置を使用すると、少ない空気量でも効果的に空気または気泡を放出および分散させることができ、分離膜生物反応槽などの適用分野で優れた洗浄効果などを実現することができ、使用される空気量と所要電力を低減し、分離膜生物反応槽の可動効率を高めることができる。
【００３８】
特に、前記一実施形態の散気装置を使用することによって、前記散気装置の気孔を通じて放出した空気バブル（air bubble）が合体する（coalescence）ことができ、このように合体した空気バブルが巨大空気バブルを形成するようになり、このような巨大空気バブルが前記実施形態の分離膜生物反応槽内で上昇したり流動するようになる（slug flow）。前記散気装置は、前記巨大バブルを均一な大きさで均等に形成することができるようにする。
【００３９】
そして、このような巨大空気バブルの周期的な流動によって、より少ない空気量でも前記分離膜生物反応槽の分離膜に生成される汚染物質を容易に除去することができ、分離膜に汚染物質が積もる現象を最小化することができる。
前記散気装置に関する具体的な内容は、前記一実施形態で前述した内容をすべて含む。
【００４０】
前記生物反応槽は、下水または廃水を処理するに際し、微生物を利用して生物学的浄化を行う部分であり、分離膜が浸漬される部分は、生物反応槽の中でも曝気槽または好気槽とし、有機水の分解役割を果たす部分であり、長方形、正方形または円形などの形態を有することができる。このような生物反応槽の大きさが限定されるのではないか、例えば、曝気槽の１個当り平均的に１００ｍ3乃至２０，０００ｍ3の大きさを有することができる。
【００４１】
前記生物反応槽内に設置された１以上の分離膜モジュールは、標準活性汚泥法または標準活性汚泥法の変法などで代表される生物反応槽で曝気槽内あるいは分離膜槽または槽外部でエアーリフト（air lift)形態で設置され、活性汚泥と浄化された水を分離する、いわゆる固液分離の役割を果たす部分であり、分離膜の設置位置と運転方法などにより浸漬型または加圧型の形態を有することができる。また、このような分離膜モジュールは、平膜形態であって、分離膜、エレメント（パネルまたはスペーサーなどを含む）、モジュールおよびモジュールの集合からなるユニットの構成部分からなる。
【００４２】
前記分離膜モジュールは、中空糸膜を含むことができ、前記平膜と中空糸膜の材質は特に制限しないが、代表的に疎水性材質であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を表面処理、親水化、添加剤などを利用して親水性に改質したものを使用することができる。また、ＰＶＤＦ以外に、ポリスルホン（ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ、ＰＳｆ）あるいはポリエーテルスルホン（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｓｕｌｆｏｎｅ、ＰＥＳ）などの芳香族高分子素材とポリアクリロニトリル（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ、ＰＡＮ）、セルロースアセテート（ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ  ａｃｅｔａｔｅ、ＣＡ）またはセルローストリアセテート（ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ  ｔｒｉａｃｅｔａｔｅ、ＣＴＡ）などの線状高分子素材を使用することができる。このような平膜と中空糸膜には５μｍ乃至０．０００５μｍの大きさを有する複数の気孔が形成されてもよい。
【００４３】
前記分離膜モジュールは、前記散気装置に含まれる気孔グループ間の上端空間に設置されてもよい。具体的に、前記分離膜モジュールは、散気装置の散気方向と垂直または水平に空気注入方向とマニホールドの設計方法により多様に形成されてもよい。
【００４４】
一方、前記分離膜モジュールと前記散気装置間の距離は、５ｍｍ乃至４００ｍｍであってもよい。前記分離膜モジュールと散気散気装置間の距離が過度に小さいと、前記散気装置の気孔を通じて放出した空気バブルが合体しにくいか、または気泡合体による気泡成長が分離膜の全体にかけて形成されるほどの空間を提供することができないため、散気装置の設置箇所が増えてエネルギー消費効率が低くなるおそれがある。また、前記分離膜モジュールと散気散気装置間の距離が過度に大きいと、散気装置の気孔を通じて放出した空気バブルが合体することによって形成される巨大空気バブルの安定性が低下したり、前記巨大空気バブルが前記分離膜モジュール内部に侵入するのが容易でないおそれがある。これによって、空気／水の比率を調節して形成する大きくて強い気泡合体の効果を半減させて円滑なスラグ流（slug flow）の形成を阻害するようになる。
【００４５】
一方、前記実施形態の分離膜生物反応槽は、汚水を前記生物反応槽内部に注入する注入部、外部空気を生物反応槽に注入する空気注入部、散気装置の洗浄のために導入する洗浄空気あるいは洗浄液の注入部、または前記生物反応槽で処理された処理水を排出する排出部、前記生物反応槽で搬送を担当する搬送部をさらに含むことができる。
【発明の効果】
【００４６】
本発明によれば、少ない空気量でも効果的に空気または気泡を放出および分散させることができるため、分離膜生物反応槽などの適用分野で優れた洗浄効果などを実現することができ、使用される空気量と所要電力を低減し、分離膜生物反応槽の可動効率を高めることができ、散気管の洗浄および分離膜生物反応槽の汚染制御が可能な散気装置および前記散気装置を含む分離膜生物反応槽が提供され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は、実施例１の分離膜生物反応槽を運転過程を観察した写真に関するものである。
【図２】図２は、実施例２の分離膜生物反応槽を運転過程を観察した写真に関するものである。
【図３】図３は、実施例３乃至６の分離膜生物反応槽を運転過程を観察した写真に関するものである。
【図４】図４は、実施例７乃至１０の分離膜生物反応槽を運転過程を観察した写真に関するものである。
【図５】図５は、比較例１の分離膜生物反応槽を運転過程を観察した写真に関するものである。
【図６】図６は、発明の一実施形態の散気装置に含まれている散気管を概略的に示したものである。
【図７】図７は、発明の一実施形態の散気装置に含まれている散気管の平面図を概略的に示したものである。
【図８】図８は、従来の散気装置の平面図を概略的に示したものである。
【図９】図９は、発明の一実施形態の散気装置に含まれている散気管および従来の散気装置で発生する空気バブルの流動に関する内容を簡略に示す模式図である。
【図１０】図１０は、発明の一実施形態の散気装置に含まれている散気管および従来の散気装置を使用時に分離膜生物反応槽内で空気バブルの流動様相を簡略に示す模式図である。
【図１１】図１１は、実験例２で実施例１１および比較例２の分離膜生物反応槽にそれぞれ２０Ｌ／ｍｉｎの流量を注入させた時、時間により真空ポンプにかかる圧力が変化する様相をグラフで示したものである。
【図１２】図１２は、実験例２で実施例１１および比較例２の分離膜生物反応槽にそれぞれ３０Ｌ／ｍｉｎの流量を注入させた時、時間により真空ポンプにかかる圧力が変化する様相をグラフで示したものである。
【図１３】図１３は、実験例３で測定した上向流速（cross-flow velocity）の測定結果を示すグラフである。
【図１４】図１４は、実施例１２の散気装置に含まれている散気管の平面図を概略的に示したものである。
【図１５】図１５は、前記実施例１２の散気装置に注入する空気の量を異にして運転した過程を観察した写真を示したものである。
【図１６】図１６は、前記実施例１２の散気管でスラッジが排出した写真を示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
発明を下記の実施例でより詳細に説明する。ただし、下記の実施例は、本発明を例示するものに過ぎず、本発明の内容が下記の実施例により限定されるのではない。
【００４９】
＜実施例１乃至１０および比較例１：散気装置および分離膜生物反応槽の運転＞
２００Ｌ体積の生物反応槽内に１５０ｍｍ×３００ｍｍ（横×縦）の大きさの分離膜を８ｍｍ間隔で両面に４枚ずつ総８面を設置し、前記分離膜から所定の距離に散気装置を設置した。
【００５０】
この時、分離膜としては、ポリアクリロニトリル（polyacrylonitrile、PAN）限外濾過膜（気孔の大きさは約０．０７μｍ）を用い、前記散気装置に含まれる散気管の表面に形成されたそれぞれの気孔の最長直径、気孔グループに含まれる気孔数、気孔グループ内で気孔間の距離、気孔グループ間の距離および分離膜モジュールと散気装置間の距離は、下記表１に示したとおりである。
【００５１】
このような分離膜生物反応槽に水道水を満たし、１０Ｌ／ｍｉｎから３０Ｌ／ｍｉｎまで１０Ｌ／ｍｉｎ（単位）の量で空気を注入しながら運転を行い、スラグ流の形成有無と分離膜全体に分散する気泡の挙動を超高速カメラで観察した。
【００５２】
【表１】
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【００５３】
＜実験例１：実施例１乃至１０および比較例１の分離膜生物反応槽の運転観察＞
（１）図１および図２に示されているように、実施例１および実施例２の分離膜生物反応槽を運転を進行することによって、散気装置で発生する空気バブル(air bubble)が合体する現象を観察することができ(coalescence)、このように空気バブルが合体して形成された巨大空気バブルが分離膜モジュールに移動する流動（slug flow）が起こるという点を確認することができた。
図３および図４にも示されているように、前記現象は、実施例３乃至１０の分離膜生物反応槽を運転する過程でも確認された。
【００５４】
（２）これに反し、比較例１（図５の）分離膜生物反応槽を運転する場合、散気装置で発生する空気バブル（air bubble）が合体する現象をほとんど観察しにくく、それぞれの空気バブルが上部に移動しながら分離膜モジュールの間を通過する様子を観察することができた。
【００５５】
＜実施例１１および比較例２＞
２００Ｌ体積の生物反応槽内に１５０ｍｍ×３００ｍｍ（横×縦）の大きさの分離膜を８ｍｍ間隔で両面に４枚ずつ総８面を設置し、前記分離膜から所定の距離に散気装置を設置した。
【００５６】
この時、分離膜としては、ポリアクリロニトリル（polyacrylonitrile、PAN）限外濾過膜（気孔の大きさは約０．０７μｍ）を用い、前記散気装置に形成されたそれぞれの気孔の最長直径、気孔グループに含まれる気孔数、気孔グループ内で気孔間の距離、気孔グループ間の距離および分離膜モジュールと散気装置間の距離は、下記表２に示されているとおりである。
【００５７】
このような分離膜生物反応槽に不溶性有機物、糖、脂質などの人工有機汚染物を含む人工廃水を満たし、３０Ｌ／ｍｉｎの量で空気を注入しながら運転を行い、分離膜に使用される真空ポンプにかかる圧力（膜間差圧、Trans membrane pressure、TMP）を測定した。
［運転条件］
（１）Ｆｌｕｘ：１５．４ＬＭＨ（Ｌ／ｍ2／ｈ）
（２）運転モード：９分可動１分休止
（３）有機物濃度（ｗｔ％）：０．０３５
【００５８】
【表２】
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【００５９】
＜実験例２：実施例１１および比較例２の分離膜生物反応槽の運転観察＞
実施例１１および比較例２の分離膜生物反応槽にそれぞれ２０Ｌ／ｍｉｎおよび３０Ｌ／ｍｉｎの流量を流入させて実験を進行した。
【００６０】
１．２０Ｌ／ｍｉｎの流量注入時
下記図１１に示されているように、比較例２の分離膜生物反応槽に２０Ｌ／ｍｉｎの流量を流入させた時には差圧上昇の速度が相対的に高く、相対的に長時間使用時に差圧が継続して上昇するという点が確認された。
【００６１】
これに反し、実施例１１の分離膜生物反応槽は、差圧上昇の速度が相対的に緩やかであり、１０００分以上の長時間使用以降にも差圧が０．４Ｋｇ／ｃｍ2以下に維持される点が確認された。
【００６２】
２．２０Ｌ／ｍｉｎの流量注入時
下記図１２に示されているように、比較例２の分離膜生物反応槽は、１００，０００ｓｅｃ間進行された実験で継続して膜間差圧（Trans membrane pressure、TMP）が上昇して０．２Ｋｇ／ｃｍ2以上になるという点を確認できる。
【００６３】
これに対し、実施例１１の分離膜生物反応槽は、同一に３０Ｌ／ｍｉｎの流量を流入させて実験を同時に進行しても差圧上昇の速度が緩やかであり、２００分以上運転した以降にも差圧が約０．２Ｋｇ／ｃｍ2内外の範囲に維持され、制限差圧（平均的には約０．５以上である場合）に到達する時間が相対的に長くなるという点が確認された。これによって、前記実施例１１の分離膜を洗浄する周期を大幅に向上させることができ、経済的な分離膜生物反応槽の運転条件を形成することができるという点が確認された。
【００６４】
＜実験例３：散気装置による上向流速（cross-flow velocity）の測定＞
４００ｍｍ×５００ｍｍ×７００ｍｍ（Ｗ×Ｌ×Ｈ）の水槽に清潔な水を満たし、散気装置に１５乃至３０Ｌ／ｍｉｎの空気を実施例１１および比較例２の散気装置にそれぞれ注入した時、散気装置により形成される水／空気の流速を比較して上向流速（cross-flow velocity）を測定した。
【００６５】
具体的に、前記流速の測定は、１５０ｍｍ×３００ｍｍ（横×縦）の大きさの分離膜を８ｍｍ間隔で両面に４枚ずつ総８面を設置し、前記分離膜から所定の距離に散気装置を設置し、散気装置により発生される上向流速をアルギン酸ナトリウムビード（sodium alginate bead）を浮遊させて超高速カメラで毎フレーム当りビードの移動距離を分析して間接的に流速値を測定した。
【００６６】
前記図１３に示されているように、１５乃至３０Ｌ／ｍｉｎの同一の空気量を注入した場合、実施例１１の散気装置を使用した時が、比較例２の散気装置を使用した時に比べて上向流速が約１０％乃至２０％ほど高くなったという点を確認することができた。
【００６７】
これによって、実施例１１の散気装置を使用する場合、比較例２の散気装置を使用する場合に比べて、同一のエネルギーを使用しても上向流速よりも高めることができるため、分離膜汚染制御に必要なエネルギーを節約し、また分離膜の洗浄周期も延長させることができると期待される。
【００６８】
＜実施例１２＞
２００Ｌ体積の生物反応槽内に１５０ｍｍ×３００ｍｍ（横×縦）の大きさの分離膜を８ｍｍ間隔で両面に４枚ずつ総８面を設置し、前記分離膜から所定の距離に散気装置を設置した。
【００６９】
この時、分離膜としては、ポリアクリロニトリル（polyacrylonitrile、PAN）限外濾過膜（気孔の大きさは約０．０７μｍ）を用い、前記散気装置に形成されたそれぞれの気孔の最長直径、気孔グループに含まれる気孔数、気孔グループ内で気孔間の距離、気孔グループ間の距離、分離膜モジュールと散気装置間の距離、側面気孔の最長直径および側面気孔の数と間隔は、下記表３に示されているとおりである。
【００７０】
このような分離膜生物反応槽に不溶性有機物、糖、脂質などの人工有機汚染物を含む人工廃水を満たし、３０Ｌ／ｍｉｎの量で空気を注入しながら運転を行い、分離膜に使用される真空ポンプにかかる圧力（膜間差圧、ＴＭＰ）を測定した。
［運転条件］
（１）Ｆｌｕｘ：１５．４ＬＭＨ（Ｌ／ｍ2／ｈ）
（２）運転モード：９分可動１分休止
（３）有機物濃度（ｗｔ％）：０．０３５
【００７１】
【表３】
2016527081.tif 000005
【００７２】
図１５のａ）乃至ｄ）に示されているように、前記実施例１２の散気装置を含む分離膜生物反応槽を運転した結果、散気装置に注入する空気の量を４乃至５ｍ3／ｈｒにして運転する場合、気孔グループを通じて放出した空気バブル(air bubble)が合体することができ(coalescence)、このように合体した空気バブルが巨大空気バブルが発生して同一のエネルギーを使用しても上向流速（cross-flow velocity)よりも高めることができた。
【００７３】
同時に、前記散気装置に注入する空気の量を約１０ｍ3／ｈｒまで高める場合、前記散気管に形成された側面気孔から気泡が発生して前記巨大空気バブルの生成および作用をより円滑にすることができ、前記散気管内部に残留する浮遊物やその他屑が前記側面気孔を通じて排出された。
【００７４】
具体的に、図１５のｃ）に示されているように、散気装置に注入する空気の量を６ｍ3／ｈｒにすると、前記側面気孔で発生する気泡が気孔グループを通じて放出された空気バブル(air bubble)と合体する現象が確認され、図１５のｄ）に示されているように、散気装置に注入する空気の量を９ｍ3／ｈｒにすると、前記側面気孔で発生する気泡が気孔グループを通じて放出した気泡が合体して巨大気泡が形成されるという点が確認された。
【００７５】
これによって、前記散気装置に注入される空気の量を変更する場合、例えば散気装置に注入する空気の量を４乃至５ｍ3／ｈｒにして運転を維持し、散気装置に注入する空気の量を６乃至１０ｍ3／ｈｒに変更する過程を繰り返す場合、散気管内部に流動が発生してスラッジなど屑が大きい気孔への流入と流出、小さい気孔への圧力増加などを通じて付着されたスラッジが散気管の大きい気孔へ排出され得る。図１６にこのようなスラッジの排出する様子を示した。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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