KR20160121666A - Water treatment apparatus using forward osmosis membrane bioreactor and reverse osmosis process - Google Patents
Water treatment apparatus using forward osmosis membrane bioreactor and reverse osmosis process Download PDFInfo
- Publication number
- KR20160121666A KR20160121666A KR1020150050372A KR20150050372A KR20160121666A KR 20160121666 A KR20160121666 A KR 20160121666A KR 1020150050372 A KR1020150050372 A KR 1020150050372A KR 20150050372 A KR20150050372 A KR 20150050372A KR 20160121666 A KR20160121666 A KR 20160121666A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- reverse osmosis
- water
- reaction tank
- sludge
- water treatment
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F3/02—Aerobic processes
- C02F3/12—Activated sludge processes
- C02F3/1236—Particular type of activated sludge installations
- C02F3/1268—Membrane bioreactor systems
- C02F3/1273—Submerged membrane bioreactors
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
- C02F1/441—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by reverse osmosis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
- C02F1/444—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by ultrafiltration or microfiltration
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
- C02F1/445—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by forward osmosis
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Activated Sludge Processes (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 외부 처리조를 이용하여 고농축/고플럭스 운전이 가능한 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a water treatment apparatus using a positive osmosis biofilm reaction tank and a reverse osmosis process, and more particularly, to a water treatment apparatus using a positive osmosis biofilm reaction tank capable of high concentration / high flux operation using an external treatment tank and a reverse osmosis .
전 세계적인 인구증가와 산업의 발달로 인한 오염의 확산으로 2025년이 되면 거의 모든 국가들이 용수 부족을 겪게 되며, 그 중 절반의 국가들은 수자원 확보에 있어서 심각한 위기를 맞을 것으로 예상된다. 용수의 수요량이 증가하고 수자원도 한정되어 있는 상황에서 하·폐수의 재이용에 대한 관심이 높아지고 있다.With the global population growth and the spread of pollution due to the development of industry, almost all countries will suffer water shortages by 2025, and half of them are expected to face a serious crisis in securing water resources. With increasing demand for water and limited water resources, there is growing interest in the reuse of wastewater.
지금까지의 하수처리공정은 하·폐수중의 유기물과 영양염류를 호기조에서 미생물의 분해, 섭취를 통하여 제거하고, 침전조를 두어 활성미생물과 처리수를 침강분리시켜 처리하는 표준활성슬러지법에 기초하였다. 그러나, 종래의 생물학적 처리 공정들은 운전상태의 변동에 따라 빈번히 발생되는 슬러지 팽화에 따른 침전성 저하와 슬러지 유실과 같은 문제로 수질관리에 어려움이 있었다.The conventional sewage treatment process is based on a standard activated sludge process in which organic matter and nutrients in the wastewater are removed through the decomposition and ingestion of microorganisms in an aerobic tank and sedimentation is carried out to separate active microbes and treated water by sedimentation . However, conventional biological treatment processes have difficulty in water quality management due to problems such as sedimentation deterioration due to sludge expansion frequently occurring due to fluctuation of operating conditions and sludge loss.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 기존의 생물학적 처리의 중력침전에 의한 슬러지의 분리를 분리막으로 대체하여 활성슬러지 공정과 분리막 기술의 장점을 결합한 생물막 반응조(MBR : Membrane Bioreactor)가 제시되었다.In order to solve these problems, a biofilm reactor (MBR), which combines the advantages of the activated sludge process with the membrane technology, has been proposed by replacing the separation of sludge by conventional gravity sedimentation of biological treatment.
생물막 반응조는 생물반응기와 분리막의 결합으로 기존의 2차 침전지 대신 분리막을 사용해 고액분리를 함으로써, 슬러지의 침강성을 고려 할 필요가 없고 부유물질(Suspended Solid ; SS)이 거의 완벽하게 저지되어 처리수질이 높은 장점이 있다. 또 침강성을 고려하지 않음으로써 운전상의 여러 제약 조건이 줄어들어 수리학적 체류시간(Hydraulic Retention Time ; HRT)과 독립적으로 긴 고형물체류시간(Solid Retention Time ; SRT)에서 운전이 가능하다. 긴 고형물체류시간은 미반응조 내의 MLSS(Mixed liquor Suspended Solid)의 농도를 높여 낮은 F/M비로 유지시키고, 슬러지 일령의 증가로 자산화율을 높임으로써 슬러지 감량에도 효과가 있다.The biofilm reaction tank is composed of a bioreactor and a separation membrane, and it is not necessary to consider the sedimentation of the sludge by using solid-liquid separation using a membrane instead of the existing secondary sedimentation tank. Suspended Solid (SS) There is a high advantage. In addition, since the sedimentation is not taken into consideration, various constraints on operation are reduced, and it is possible to operate in a long solid retention time (SRT) independently of the hydraulic retention time (HRT). Long solids retention time is improved by increasing the concentration of MLSS (Mixed Liquor Suspended Solid) in the untreated tank to maintain the low F / M ratio and increasing the asset rate by increasing the sludge age.
생물막 반응조는 분리막으로 정밀여과막(MF : microfiltration) 또는 한외여과막(UF : ultrafiltration)을 사용한다. 정밀여과막은 약 0.1~10㎛의 입자를 분리하며, 한외여과막은 약 10~1000Å의 입자를 분리한다. Biofilm reactors use microfiltration (MF) or ultrafiltration (UF) membranes as separation membranes. The microfiltration membrane separates particles of about 0.1 ~ 10 ㎛, and the ultrafiltration membrane separates particles of about 10 ~ 1000 Å.
그러나, 기존의 분리막 반응조에서 보다 더 작은 입자의 분리가 요구되었으며, 이에 따라, 생물막 반응조와 정삼투막이 결합된 정삼투 생물막 반응조(FOMBR or OsMBR : Forward Osmosis Membrane Bioreactor)가 제시되었다.However, separation of particles smaller than those in existing membrane reactors has been required, and a FOMBR or OsMBR (Forward Osmosis Membrane Bioreactor) combined with a biofilm reactor and a positive osmosis membrane has been proposed.
그러나, 정삼투 생물막 반응조는 이온도 분리하므로 반응조 내의 이온의 농도가 높아지며, 이에 따라 미생물의 활동이 낮아지는 문제점이 있다. 즉, 생물막 반응조는 미생물의 농축이 요구되나, 이온의 농도 증가에 의하여 미생물의 활동이 낮아진다. 또한, 유도용액의 반응조로의 확산 등에 의하여 낮은 플럭스의 문제점이 있다.However, since the positive osmosis biofilm reaction tank separates ions, the concentration of ions in the reaction tank is increased, which lowers the activity of microorganisms. In other words, biofilm reactors are required to concentrate microorganisms, but the activity of microorganisms is lowered by increasing the concentration of ions. Further, there is a problem of low flux due to diffusion of the inducing solution into the reaction tank.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 외부 처리조를 이용하여 고농축/고플럭스 운전이 가능한 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치를 제공함에 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a water treatment apparatus using a reverse osmosis process and a positive osmosis biofilm reaction tank capable of high concentration / high flux operation using an external treatment tank.
또한, 역삼투 모듈을 이용하여 생산수를 생산하되, 에너지 회수장치에 의하여 유도용액에 포함된 압력에너지를 재이용함으로써 보다 효율적인 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치를 제공함에 있다.The present invention also provides a water treatment apparatus using a reverse osmosis process and a more efficient positive osmosis biofilm reaction tank by reusing pressure energy contained in an induction solution by using an energy recovery device to produce water by using a reverse osmosis module.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 활성슬러지를 이용하여 원수(原水)를 수처리하는 반응조; 상기 반응조 내부에 설치되며, 유도용액과 상기 원수 간의 삼투압을 이용하여 상기 원수를 수처리하는 정삼투 모듈; 및 상기 반응조 외부에 설치되며, 상기 반응조로부터 1차 처리된 원수를 제공받아, 상기 1차 처리된 원수 내에 포함되는 이온을 배출하며, 슬러지 중 일부는 반송슬러지로서 상기 반응조로 공급하며 나머지는 잉여슬러지로 배출시키는 외부 처리조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치에 의해 달성된다.According to the present invention, the above objects can be accomplished by providing a reaction tank for water-treating raw water using activated sludge; A forward osmosis module installed inside the reaction tank for water treatment of the raw water using osmotic pressure between the inducing solution and the raw water; And a control unit which is installed outside the reaction tank, receives raw water treated first from the reaction tank, discharges ions contained in the raw water treated first, supplies a part of the sludge as a transportation sludge to the reaction tank, And a water treatment apparatus using a reverse osmosis process.
여기서, 상기 외부 처리조는, 이온은 배출시키고 슬러지는 농축시키는 고액(固液)분리부를 포함하는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the external treatment tank includes a solid-liquid separator for discharging ions and concentrating the sludge.
여기서, 상기 고액분리부는, 정밀여과(MF : microfiltration)막, 한외여과(UF : ultrafiltration)막, 섬유상(纖維狀) 여과기 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.The solid-liquid separator may include at least one of a microfiltration (MF) membrane, an ultrafiltration membrane (UF) membrane, and a fibrous membrane filter.
여기서, 상기 이온은 하수처리방류수(Wastewater Treatment Plant Effluent)로서 배출되는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the ions are discharged as wastewater treatment plant effluent.
여기서, 상기 반응조에는 공기를 공급하는 산기관이 설치되는 것이 바람직하다.Here, the reaction tank is preferably provided with an air diffusing pipe for supplying air.
여기서, 상기 정삼투 모듈에 연결되며, 역삼투 공정을 이용하여 희석된 유도용액으로부터 생산수를 생산하는 역삼투 모듈을 더 포함하는 것이 바람직하다.It is preferred that the reverse osmosis module further includes a reverse osmosis module connected to the forward osmosis module and producing water from the diluted induction solution using a reverse osmosis process.
여기서, 상기 역삼투 모듈은 상기 생산수가 여과된 유도용액을 상기 정삼투 모듈로 재공급하는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the reverse osmosis module re-supplies the induction solution filtered by the produced water to the forward osmosis module.
여기서, 상기 역삼투 모듈은, 상기 희석된 유도용액으로부터 상기 생산수를 생산 시 배출되는 에너지를 회수하여 역삼투 공정에 재이용하는 에너지 회수장치를 포함하는 것이 바람직하다.The reverse osmosis module may further include an energy recovery device for recovering the energy generated during the production of the produced water from the diluted induction solution and reusing it for the reverse osmosis process.
본 발명에 따르면, 외부 처리조를 이용하여 수질이 개선되며 전체적인 효율이 개선되는 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치가 제공된다.According to the present invention, there is provided a water treatment apparatus using a quasi-osmosis biofilm reaction tank and a reverse osmosis process in which water quality is improved using an external treatment tank and the overall efficiency is improved.
또한, 반응조에서 농축된 이온을 외부 처리조에서 방류하여, 반응조와 유도용액 간의 높은 삼투압 차를 유지하여 정삼투 플럭스를 높이고, 생물학적 처리에 필수적인 활성슬러지는 외부 처리조에서 농축하여 반응조로 공급함으로써 고농축/고플럭스 운전이 가능한 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치가 제공된다.In addition, the concentrated ions in the reaction tank are discharged from the external treatment tank to maintain a high osmotic pressure difference between the reaction tank and the induction solution to increase the positive osmosis flux, and the activated sludge essential for biological treatment is concentrated in the external treatment tank and supplied to the reaction tank, / A forward osmosis biofilm reaction vessel capable of high flux operation and a water treatment apparatus using a reverse osmosis process are provided.
또한, 활성 슬러지에 의한 원수의 처리, 정삼투 모듈에 의한 원수의 처리 및 역삼투 모듈에 의한 원수의 처리를 통하여 원수를 3차적으로 정화시킬 수 있는 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치가 제공된다.In addition, there are a biofilm reaction tank that can purify the raw water through the treatment of raw water by activated sludge, raw water by a positive osmosis module and raw water by a reverse osmosis module, and a water treatment device using a reverse osmosis Is provided.
또한, 에너지 회수장치에 의하여 유도용액에 포함된 압력에너지를 재이용함으로써 보다 효율적인 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치가 제공된다.Also, by reusing the pressure energy contained in the induction solution by the energy recovery device, a more efficient water treatment apparatus using the forward osmosis biofilm reaction tank and the reverse osmosis process is provided.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치의 개략적인 장치도이며,
도 2는 도 1의 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치의 생물막 반응조를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 3은 정삼투 공정과 역삼투 공정을 상호 비교하여 도시한 도면이며,
도 4는 도 1의 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치의 정삼투 모듈에서의 여과과정을 개략적으로 도시한 도면이며,
도 5는 도 1의 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치의 외부 처리조를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 6은 도 1의 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치의 역삼투 모듈을 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a schematic view of a water treatment apparatus using a forward osmosis biofilm reaction tank and a reverse osmosis process according to an embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a view schematically showing a biofilm reaction tank of the water treatment apparatus using the positive osmosis biofilm reaction tank and the reverse osmosis process of FIG. 1,
FIG. 3 is a diagram showing a comparison between the forward osmosis process and the reverse osmosis process,
FIG. 4 is a view schematically showing a filtration process in the forward osmosis membrane module of the water treatment apparatus using the forward osmosis membrane reactor and the reverse osmosis membrane reactor of FIG. 1,
FIG. 5 is a view schematically showing the external treatment tank of the water treatment apparatus using the positive osmosis biofilm reaction tank and the reverse osmosis process of FIG. 1,
FIG. 6 is a schematic view showing the reverse osmosis module of the water treatment apparatus using the positive osmosis biofilm reaction tank and the reverse osmosis process of FIG. 1;
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a water treatment apparatus using a positive osmosis biofilm reaction tank and a reverse osmosis process according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치의 개략적인 장치도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치(100)는, 반응조(110)와, 반응조(110) 내부에 설치되는 정삼투 모듈(120)과, 반응조(110) 외부에 설치되는 외부 처리조(130) 및 정삼투 모듈(120)과 연결되는 역삼투 모듈(140)을 포함한다.1 is a schematic view of a water treatment apparatus using a positive osmosis biofilm reaction tank and a reverse osmosis process according to an embodiment of the present invention. 1, a
도 2는 도 1의 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치의 생물막 반응조를 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 2 is a view schematically showing a biofilm reaction tank of the water treatment apparatus using the positive osmosis biofilm reaction tank and the reverse osmosis process of FIG. 1;
반응조(110)는 원수(原水,raw water)를 수처리하며, 원수의 생물학적 처리공간을 제공하는 구성이다. 반응조(110)는 활성 슬러지를 통하여 원수를 정화시키며, 정화된 원수를 멤브레인 모듈에 통과시킴으로써, 슬러지와 고형물을 걸러내어 2차적으로 정화가 일어나도록 한다. 여기서, 원수(原水)는 하수·폐수 등을 예로 들 수 있으며, 본 발명에서 멤브레인 모듈은 정삼투 모듈(120)이다.The
반응조(110) 내부에는 활성슬러지 즉, 미생물이 적절한 농도를 이루며 수용되며, 공기를 공급하는 산기관(111)이 설치된다. 산기관(111)은 반응조(110)의 하부에 설치될 수 있다. In the
활성 슬러지의 활동을 유지하기 위하여 산소가 필요하며, 반응조(110) 내부에 원수가 공급되면, 공기주입펌프(미도시)로부터 공급되는 산소가 산기관(111)을 통하여 분출된다. 산소에 의하여 활성 슬러지의 부유성 유지 및 활성 슬러지와 유기물과의 접촉기회를 갖게 되며, 활성 슬러지는 산소를 이용하여 원수 내의 유기물을 흡착, 섭취 분해함으로써 원수를 1차 정화한다.Oxygen is required to maintain the activity of the activated sludge. When raw water is supplied into the
도 3은 정삼투 공정과 역삼투 공정을 상호 비교하여 도시한 도면이다. 도 3의 (a)를 참조하면, 정삼투(Foward Osmosis) 공정은 반투막을 사이에 두고 고농도의 유도용액(Draw Solution)을 저농도 용액과 접하게 하여 저농도 용액의 순수한 물을 유도용액으로 흡수시킨 후 유도용액으로부터 다시 순수한 물을 분리시키는 방법이다. 도 3의 (b)를 참조하면, 역삼투(Reverse Osmosis) 공정은 유체의 평형 상태에서 반투막을 사이에 두고 고농도 용액 측에 삼투압 이상의 압력을 가하게 되면 정삼투 현상과는 반대로 고농도의 용액에서 순수한 물이 저농도 용액 측으로 흘러가는 것을 이용하는 방법이다.FIG. 3 is a diagram showing a comparison between a forward osmosis process and a reverse osmosis process. Referring to FIG. 3A, in the Foward Osmosis process, pure water of a low concentration solution is absorbed into an induction solution by bringing a high concentration of a draw solution into contact with a low concentration solution through a semipermeable membrane, And then pure water is separated again from the solution. Referring to FIG. 3 (b), reverse osmosis is performed by applying a pressure higher than the osmotic pressure to the high concentration solution side through the semipermeable membrane in the equilibrium state of the fluid. In contrast to the positive osmosis phenomenon, And flows toward the low concentration solution side.
도 4는 도 1의 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치의 정삼투 모듈에서의 여과과정을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 정삼투 모듈(120)은 반응조(110)에서 멤브레인 모듈의 역할을 하는 것으로서, 기존의 생물막 반응조(MBR)와는 달리 정삼투막을 사용한다.FIG. 4 is a view schematically showing the filtration process in the forward osmosis membrane module of the water treatment apparatus using the reverse osmosis process and the forward osmosis biofilm reaction tank of FIG. 1; Referring to FIG. 4, the
정삼투 모듈(120)은 이온 및 분자크기가 10Å 이내의 용질을 분리하는 분리막이라면, 중공사 모듈, 평막 모듈 등 다양하게 마련될 수 있다. 한편, 본 발명에서 정삼투 모듈(120)은 반응조(110) 내부에 수용된다. 즉, 본 발명에 따른 생물막 반응조는 침지형 생물막 반응조이다.The
정삼투 모듈(120) 내부에는 유도용액(DS)이 유입되며, 활성 슬러지에 의하여 1차 정화된 원수가 유도용액(DS)과의 농도차에 따른 삼투압에 의하여 정삼투 모듈(120) 내부로 유입된다. 예를 들어, 정삼투 모듈(120)이 중공사막으로 마련되는 경우, 중공사막 내부에는 유도용액(DS)이 공급되며, 중공사막 외부의 1차 정화된 원수가 삼투압에 의하여 중공사막 내부로 유입되고, 원수에 의하여 유도용액은 희석된 유도용액(Diluted Draw Solution)(DDS)이 된다.The induction solution DS is introduced into the
한편, 유도용액(DS)은 높은 삼투압을 낼 수 있도록 물에 대한 용해도가 높아야하며, 저에너지를 이용하여 물과 유도용액(DS)을 분리할 수 있으며, 분리물질의 회수율이 높은 것이 바람직하다. 유도용액(DS)은 그 종류가 제한되지 않으며, NaCl을 비롯하여 다양한 용질을 이용할 수 있다.On the other hand, the inducing solution (DS) should have high solubility in water in order to achieve a high osmotic pressure, and can separate the water and the inducing solution (DS) by using low energy, and the recovering rate of the separating material is preferably high. The induction solution (DS) is not limited in its kind, and various solutes including NaCl can be used.
즉, 본 발명에 따른 생물막 반응조는 산기관(111)으로부터 공급되는 산소에 의하여 반응조(110) 내부의 미생물이 원수의 유기물을 분해함으로써 원수가 1차 정화되며, 이 후 정삼투 모듈(120)에 의하여 여과됨으로써 2차 정화된다.That is, in the biofilm reaction tank according to the present invention, the raw water is primarily purified by decomposing the organic matter of the raw water by the microorganisms inside the
도 5는 도 1의 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치의 외부 처리조를 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 5 is a view schematically showing the external treatment tank of the water treatment apparatus using the positive osmosis biofilm reaction tank and the reverse osmosis process of FIG. 1;
외부 처리조(130)는 반응조(110) 내부에서 농축된 이온을 배출하여 반응조(110)와 유도용액(DS) 간의 삼투압 차를 높여, 정삼투 모듈(120)을 통과하는 유량을 증가시키고, 생물학적 처리에 유용한 활성슬러지를 농축시키기 위한 구성이다. 즉, 외부 처리조(130)는 반응조(110) 내부의 고농축/고플럭스를 유지하기 위한 구성이며, 반응조(110) 외부에 배치된다.The
정삼투 모듈(120)은 이온 및 분자크기가 10Å 이내의 용질을 분리하는 분리막으로 마련되므로, 정삼투 모듈(120) 내부로 순수한 물만 유입되며, 이온을 포함한 다른 물질들은 여과된다. 즉, 반응조(110) 내부에는 활성 슬러지와 유기물이 반응하여 생성된 슬러지(S)와 이온(I) 등이 여과되어 남게 된다.Since the
정삼투 모듈(120)에 의하여 순수한 물만 여과할 수 있다는 장점이 있으나, 활성 슬러지의 활성에 영향을 받으며, 정삼투 모듈(120)을 통과하는 유량이 작아지는 저플럭스 문제가 생긴다. 구체적으로, 활성 슬러지의 생물학적 처리는 긴 고형물 체류시간(Solid Retention Time : SRT)이 요구된다. 그러나, 정삼투 모듈(120)에 의하여 이온(I)이 여과되므로, 이온(I)에 의하여 활성 슬러지의 생물학적 활성에 영향을 받게 된다. 또한, 정삼투 모듈(120) 내부에는 순수한 물이 유입되어 유도용액(DS)이 희석되나 정삼투 모듈(120) 외부에는 분리막에 의하여 이온이 여과되어 축적되므로, 정삼투 모듈(120) 내외부 간의 농도차가 작아지게 된다. 나아가, 정삼투 모듈(120) 내부의 유도용액(DS)이 정삼투 모듈(120) 외부로 확산되는 역확산이 일어나는 경우 농도차는 더 작아질 수 있다.There is an advantage in that pure water can be filtered by
즉, 정삼투 모듈(120)에 의하여 순수한 물만 여과할 수 있다는 장점이 있으나, 저농축/저플럭스의 문제점이 있다.That is, the
외부 처리조(130)는 반응조(110) 내부의 고농축/고플럭스를 유지하기 위한 구성으로서, 반응조(110) 외부에 설치되어 반응조(110) 내부의 1차 정화된 원수를 공급받는다. 1차 정화된 원수에는 슬러지(S)와 이온(I), 물 등이 포함된다. The
외부 처리조(130)는 1차 정화된 원수 중 물과 이온(I)을 하수처리방류수(Wastewater Treatment Plant Effluent)로서 배출한다. 구체적으로, 외부 처리조(130)는, 이온을 배출시키고 슬러지는 농축시킬 수 있는 고액(固液)분리부(131)를 포함한다. 고액분리부(131)는 정밀여과(MF : microfiltration)막, 한외여과(UF : ultrafiltration)막, 섬유상(纖維狀) 여과기 중 적어도 하나 이상으로 마련될 수 있다. The
정밀 여과막은 용질의 크기가 0.1 내지 10㎛ 정도인 입자를 분리하는 막으로서 공경은 대략 0.05~10㎛이며, 공극율이 전체 부피의 70% 이상을 차지하는 다공질 막이다. 정밀여과막에 의하여 박테리아, 라텍스 또는 콜로이드 입자 등이 분리된다. 한외여과막은 분자크기가 수천 내지 수십만 돌턴에 달하는 콜로이드 입자나 거대분자를 분리하기 위한 것으로서, 미생물, 바이러스 등의 분리에 적용된다. 섬유상 여과기는 공경 1~10㎛의 섬유 소재로 된 여과기를 의미하며, 정밀여과막이나 한와여과막보다 분리기능은 떨어지나 활성슬러지의 대부분을 차지하는 미생물 농축 및 분리에는 적합하며, 상대적으로 작은 에너지로 구동되는 장점이 있다. 즉, 외부 처리조(130)는 정밀 여과막, 한외여과막, 섬유상 여과기 중 적어도 하나 이상을 통하여, 1차 처리된 원수로부터 물과 이온(I)을 분리하여 하수처리방류수(Wastewater Treatment Plant Effluent)로서 배출한다. 다만, 본 실시예에서 외부 처리조(130)는 이온(I)을 분리하여 배출하기 위하여 정밀여과막, 한외여과막, 섬유상 여과기 등을 이용하는 것으로 하였으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 다양한 방법으로 이온을 분리하여 배출할 수 있음은 물론이다.The microfiltration membrane is a membrane separating particles having a solute size of about 0.1 to 10 mu m, and has a pore size of about 0.05 to 10 mu m and a porosity of at least 70% of the total volume. Bacteria, latex or colloidal particles are separated by the microfiltration membrane. Ultrafiltration membranes are used to separate colloidal particles or macromolecules with molecular sizes ranging from several thousand to several hundred thousand daltons, and are applied to the separation of microorganisms, viruses and the like. The fibrous filter means a filter made of a fiber material having a pore diameter of 1 to 10 μm and is suitable for the concentration and separation of microorganisms that occupy most of the activated sludge although the separation function is less than that of a microfiltration membrane or a filtration membrane. . That is, the
외부 처리조(130)로 공급된 1차 정화된 원수 중 슬러지(S)는 농축되어 반송 슬러지로서 반응조(110)로 재공급되며, 일부는 잉여슬러지로 배출된다. 반송 슬러지는 반응조(110) 내부가 적절한 MLSS(Mixed Liquer Suspended Solid)를 유지되는 양으로 공급되는 것이 바람직하다.Among the first purified raw water supplied to the
정리하면, 반응조(110) 내부의 1차 정화된 원수가 외부 처리조(130)로 배출됨으로써, 이온(I)이 배출되어 정삼투 모듈(120) 내외부 간의 농도차가 낮아지는 현상을 방지할 수 있다. 또한, 배출된 슬러지(S)는 외부 처리조(130)에 의해 농축되어 반응조(110) 내부에 공급함으로써 적절한 MLSS(Mixed Liquer Suspended Solid)가 유지된다. 따라서, 반응조(110) 내부의 고농축/고플럭스가 되어 효율이 매우 증대된다.In summary, the primary purified raw water in the
도 6은 도 1의 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치의 역삼투 모듈을 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 6 is a schematic view showing the reverse osmosis module of the water treatment apparatus using the positive osmosis biofilm reaction tank and the reverse osmosis process of FIG. 1;
역삼투 모듈(140)은 정삼투 모듈(120)에서 희석된 유도용액(DDS)로부터 생산수를 생산하기 위한 구성이다. 도 6을 참조하면, 역삼투 모듈(140)은 펌프(141)와, 역삼투 분리막(142) 및 에너지 회수장치(143)를 포함한다.The
상술한 바와 같이, 역삼투 공정은 유체의 평형 상태에서 반투막을 사이에 두고 고농도 용액 측에 삼투압 이상의 압력을 가하게 되면 정삼투 현상과는 반대로 고농도의 용액에서 순수한 물이 저농도 용액 측으로 흘러가는 현상이다. 본 실시예에서 정삼투 모듈(120)에서 물의 유입으로 인하여 유도용액(DS)은 희석되며, 희석된 유도용액(DDS)은 펌프(141)에 의하여 가압되며, 희석된 유도용액(DDS) 내의 순수한 물은 역삼투 분리막(142)을 통과한다.As described above, in the reverse osmosis process, when a pressure higher than the osmotic pressure is applied to the high concentration solution side with the semi-permeable membrane interposed therebetween in the fluid equilibrium state, contrary to the positive osmosis phenomenon, pure water flows from the high concentration solution to the low concentration solution side. In this embodiment, the induction solution DS is diluted due to the inflow of water from the
에너지 회수장치(143)는 역삼투 공정에서 배출 손실되는 고압의 에너지를 회수하여 재사용하는 에너지 저감장치이다. 역삼투 공정에서 막을 통과하지 않고 배출되는 유도용액(DS)은 펌프(141)에 의해 제공된 에너지를 그대로 갖고 있다. 에너지 회수장치(143)는 펌프(141)에 의하여 고압으로 가압된 희석된 유도용액(DDS)에서 일부 손실된 후 버려지는 압력 에너지를 회수하여 희석된 유도용액(DDS)을 가압하는 에너지로 사용하는 장치이다. 에너지 회수장치(143)는 예를 들어, 고압의 유도용액(DS)을 이용해 터빈을 회전시켜 이를 펌프(141)의 임펠러에 연결하여 에너지를 회수하는 방식으로 이용될 수 있다.The
즉, 정삼투 모듈(120)에서 유입된 물에 의하여 유도용액(DS)이 희석되며, 희석된 유도용액(DDS)은 역삼투 모듈(140) 측으로 공급된다. 이 후, 펌프(141)는 희석된 유도용액(DDS)을 고압으로 가압하며, 희석된 유도용액(DDS)에 포함된 순수한 물은 역삼투 분리막(142)을 통과하여 생산수가 된다. 한편, 순수한 물이 배출된 희석된 유도용액(DDS)은 다시 고농도의 유도용액(DS)이 되어 정삼투 모듈(120)로 재공급되며, 유도용액(DS)의 고압의 압력에너지는 에너지 회수장치(143)에 의하여 회수되어 펌프(141)를 작동하는데 이용된다.That is, the induction solution DS is diluted by the water introduced from the
한편, 정삼투 모듈(120)에서 많은 물질들이 여과되므로 역삼투 모듈(140)은 막 표면에 남은 물질들로 인해 막이 오염되는 파울링 현상이 발생되지 않는다.
On the other hand, since many materials are filtered in the
지금부터는 상술한 본 발명의 일실시예에 따른 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치의 작동에 대하여 설명한다.Hereinafter, the operation of the water treatment apparatus using the positive osmosis biofilm reaction tank and the reverse osmosis process according to one embodiment of the present invention will be described.
먼저, 원수(原水, raw water)가 반응조(110) 내부로 공급된다. 반응조(110) 내부에는 활성 슬러지인 미생물이 다량으로 존재하며, 반응조(110) 내부에는 산기관(111)으로부터 산소가 공급된다.First, raw water is supplied into the
활성 슬러지는 공급된 산소를 이용하여 원수 내의 유기물을 흡착, 섭취 분해 함으로써 원수를 1차 정화한다.The activated sludge firstly purifies the raw water by adsorbing, absorbing and decomposing organic substances in the raw water using the supplied oxygen.
한편, 정삼투 모듈(120) 내부에는 고농도의 유도용액(DS)이 공급된다. 1차 정화된 원수와 유도용액(DS)과의 농도차에 따른 삼투압에 의하여 원수의 순수한 물은 정삼투 모듈(120) 내부로 공급되며, 유도용액(DS)은 순수한 물과 혼합되어 희석된 유도용액(DDS)이 된다.Meanwhile, a high concentration of the inductive solution DS is supplied to the inside of the
정삼투 모듈(120)에 의하여 슬러지(S), 이온(I) 등의 물질이 여과되며, 반응조(110) 내부의 슬러지(S), 이온(I) 등의 물질을 포함한 1차 정화된 원수는 외부 처리조(130)로 배출된다.Materials such as sludge S and ions I are filtered by the
외부 처리조(130)로 유입된 2차 정화된 원수 중 이온(I)은 고액분리부(131)인 정밀여과막, 한외여과막, 섬유상 여과기 등에 의하여 분리되어 하수처리방류수로서 배출되며, 슬러지 중 일부는 반송 슬러지로서 반응조(110)로 재공급되어 반응조(110) 내부가 적절한 MLSS를 유지하도록 한다.The ions (I) in the secondary purified raw water flowing into the
한편, 정삼투 모듈(120)에서 희석된 유도용액(DDS)은 역삼투 모듈(140) 측으로 공급된다. 이 후, 펌프(141)는 희석된 유도용액(DDS)을 고압으로 가압하며, 희석된 유도용액(DDS)에 포함된 순수한 물은 역삼투 분리막(142)을 통과하여 생산수가 된다. 한편, 순수한 물이 배출된 희석된 유도용액(DDS)은 다시 고농도의 유도용액(DS)이 되어 정삼투 모듈(120)로 재공급되며, 유도용액(DS)의 고압의 압력에너지는 에너지 회수장치(143)에 의하여 회수되어 펌프(141)를 작동하는데 이용된다.Meanwhile, the induction solution (DDS) diluted in the forward osmosis module (120) is supplied to the reverse osmosis module (140) side. Thereafter, the
따라서, 본 발명에 의하면, 외부 처리조를 이용하여 고농축/고플럭스 운전이 가능한 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치가 제공된다.
Therefore, according to the present invention, there is provided a water treatment apparatus using a forward osmosis biofilm reaction tank and a reverse osmosis process that can perform high concentration / high flux operation using an external treatment tank.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be embodied in various forms of embodiments within the scope of the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims.
100 : 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치
110 : 반응조
120 : 정삼투 모듈
130 : 외부 처리조
140 : 역삼투 모듈100: Water treatment system using reverse osmosis process
110: Reactor 120:
130: External Treatment Unit 140: Reverse Osmosis Module
Claims (8)
상기 반응조 내부에 설치되며, 유도용액과 상기 원수 간의 삼투압을 이용하여 상기 원수를 수처리하는 정삼투 모듈; 및
상기 반응조 외부에 설치되며, 상기 반응조로부터 1차 처리된 원수를 제공받아, 상기 1차 처리된 원수 내에 포함되는 이온을 배출하며, 슬러지 중 일부는 반송슬러지로서 상기 반응조로 공급하며 나머지는 잉여슬러지로 배출시키는 외부 처리조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치.A reaction tank for water-treating raw water using activated sludge;
A forward osmosis module installed inside the reaction tank for water treatment of the raw water using osmotic pressure between the inducing solution and the raw water; And
And the other of the sludge is supplied to the reaction tank as the transfer sludge, and the remaining sludge is supplied to the reaction tank And a water treatment apparatus using the reverse osmosis process.
상기 외부 처리조는, 이온은 배출시키고 슬러지는 농축시키는 고액(固液)분리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치.The method according to claim 1,
Wherein the external treatment tank includes a solid-liquid separator for discharging ions and concentrating the sludge, and a water treatment apparatus using the reverse osmosis process.
상기 고액분리부는, 정밀여과(MF : microfiltration)막, 한외여과(UF : ultrafiltration)막, 섬유상(纖維狀) 여과기 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the solid-liquid separator includes at least one of a microfiltration (MF) membrane, an ultrafiltration (UF) membrane, and a fibrous membrane filter, and a water treatment process using a reverse osmosis Device.
상기 이온은 하수처리방류수(Wastewater Treatment Plant Effluent)로서 배출되는 것을 특징으로 하는 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치.The method according to claim 1,
Wherein the ion is discharged as a wastewater treatment plant effluent, and a water treatment apparatus using a reverse osmosis process.
상기 반응조에는 공기를 공급하는 산기관이 설치되는 것을 특징으로 하는 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치.The method according to claim 1,
Wherein the reaction tank is provided with an air diffuser for supplying air, and the water treatment apparatus using the reverse osmosis process.
상기 정삼투 모듈에 연결되며, 역삼투 공정을 이용하여 희석된 유도용액으로부터 생산수를 생산하는 역삼투 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치.6. The method according to any one of claims 1 to 5,
Further comprising a reverse osmosis module connected to the forward osmosis module and producing a product water from the diluted induction solution by using a reverse osmosis process, and a reverse osmosis module using the reverse osmosis process.
상기 역삼투 모듈은 상기 생산수가 여과된 유도용액을 상기 정삼투 모듈로 재공급하는 것을 특징으로 하는 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치.The method according to claim 6,
Wherein the reverse osmosis module feeds the filtered induction solution to the forward osmosis module and the reverse osmosis module.
상기 역삼투 모듈은, 상기 희석된 유도용액으로부터 상기 생산수를 생산 시 배출되는 에너지를 회수하여 역삼투 공정에 재이용하는 에너지 회수장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 정삼투 생물막 반응조와 역삼투공정을 이용한 수처리 장치.6. The method of claim 5,
Wherein the reverse osmosis module includes an energy recovery device for recovering the energy generated during the production of the produced water from the diluted induction solution and reusing it for the reverse osmosis process. Water treatment device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020150050372A KR20160121666A (en) | 2015-04-09 | 2015-04-09 | Water treatment apparatus using forward osmosis membrane bioreactor and reverse osmosis process |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020150050372A KR20160121666A (en) | 2015-04-09 | 2015-04-09 | Water treatment apparatus using forward osmosis membrane bioreactor and reverse osmosis process |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20160121666A true KR20160121666A (en) | 2016-10-20 |
Family
ID=57251217
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020150050372A KR20160121666A (en) | 2015-04-09 | 2015-04-09 | Water treatment apparatus using forward osmosis membrane bioreactor and reverse osmosis process |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20160121666A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20200057357A (en) | 2018-11-16 | 2020-05-26 | 한국건설기술연구원 | Forward osmosis composting apparatus for collecting phosphors and nitrogen in recycle water of waste water treatment equipment, and method for the same |
KR20200096809A (en) * | 2017-12-07 | 2020-08-13 | 쿠어즈브루잉캄파니 | Method and system for producing ultra-high-gravity alcoholic beverages |
US11802261B2 (en) | 2017-04-24 | 2023-10-31 | Porifera, Inc. | System and method for producing beer/hard cider concentrate |
-
2015
- 2015-04-09 KR KR1020150050372A patent/KR20160121666A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11802261B2 (en) | 2017-04-24 | 2023-10-31 | Porifera, Inc. | System and method for producing beer/hard cider concentrate |
KR20200096809A (en) * | 2017-12-07 | 2020-08-13 | 쿠어즈브루잉캄파니 | Method and system for producing ultra-high-gravity alcoholic beverages |
KR20200057357A (en) | 2018-11-16 | 2020-05-26 | 한국건설기술연구원 | Forward osmosis composting apparatus for collecting phosphors and nitrogen in recycle water of waste water treatment equipment, and method for the same |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2537810B1 (en) | Method for generating fresh water and method for desalinating sea water | |
JP5497962B1 (en) | Waste water treatment equipment | |
KR101286044B1 (en) | Plants for advanced treatment of wastewater and method for treating wastewater using thereof | |
TWI393678B (en) | Desalination system | |
CN105540967A (en) | Processing method for reducing and recycling organic waste water and processing system | |
CN108623105B (en) | Zero discharge treatment method and device for pulping industrial wastewater | |
WO2015156242A1 (en) | Water treatment method and water treatment apparatus each using membrane | |
WO2015104957A1 (en) | Water treatment method and water treatment device | |
JP6194887B2 (en) | Fresh water production method | |
US20130206697A1 (en) | Fresh Water Generating Apparatus and Fresh Water Generating Method | |
CN110540318A (en) | Sewage recovery treatment system and treatment process | |
KR20160121666A (en) | Water treatment apparatus using forward osmosis membrane bioreactor and reverse osmosis process | |
US20220234930A1 (en) | Method for Purifying Contaminated Water | |
CN203360192U (en) | Treatment device for difficultly degradable industrial wastewater | |
Yang | Membrane bioreactor for wastewater treatment | |
WO2011136043A1 (en) | Wastewater treatment device and wastewater treatment method | |
CN109516589B (en) | Process for treating coking wastewater by membrane method | |
CN112624451A (en) | Photocatalytic multistage membrane separation coupling sewage treatment system | |
KR20200000056A (en) | The method and apparatus for treatment of livestock manure, livestock wastewater or livestock washing water using ceramic membrane | |
WO2016136957A1 (en) | Method for treating water containing organic material, and device for treating water containing organic material | |
JP2018118214A (en) | Method and apparatus for treating organic matter-containing wastewater | |
CN209853851U (en) | High COD high-salt sewage treatment terminal water outlet membrane separation recycling system | |
AU2011253905B2 (en) | Generation of fresh water | |
Zgavarogea et al. | Membrane bioreactor (MR) technology-a new and effective treatment of wastewater | |
JP2024088297A (en) | Wastewater treatment/water production system using fo membrane |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |