KR100233308B1 - 중공사 정밀여과막을 이용한 정수처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중공사 정밀여과막을 이용한 정수처리방법에 관한 것으로서, 특히 L-타입 중공사막을 사용하여 흡입식 전여과방식으로 운전될 때, 각각의 운전 조건을 제시한 것이다. 본 발명에 따른 L-타입 중공사 정밀여과막을 이용한 정수처리방법은, 흡입식 전여과방식으로 운전될 때 여과, 정지, 충수, 세정, 정지를 반복적으로 수행하고, 회수율은 85% 이상으로 유지하고, 투과 플럭스는 0.03 내지 0.04㎥/㎡h로 하되, 상기 여과 과정의 시간은 약 10분으로 하고, 상기 정지, 충수, 세정, 정지 과정의 시간은 약 2분으로 하는 것임을 특징으로 한다.

Description

중공사 정밀여과막을 이용한 정수처리방법

본 발명은 중공사 정밀여과막을 이용한 정수처리방법에 관한 것으로서, 특히 L-타입 중공사막을 사용하여 흡입식 전여과방식으로 운전될 때, 각각의 운전 조건을 제시한 것이다.

중공사막은 빨대와 같이 중간에 구멍이 있고 표면에는 미세한 구멍이 형성되어있는 실을 의미하며, 정수처리 시스템에서 오염물질을 여과하여 제거하는데 사용된다. 중공사막을 사용하는 정수처리 시스템에서는 처리 용량에 따른 정수처리 효율을 높이는 문제와 사용되는 중공사막의 수명을 늘이는 문제가 처리 시스템의 결정하는 중요한 요인들이다.

종래에 중공사막을 이용하는 정수처리 방법들이 알려져 있고, 막여과의 운전방식으로 가압식 전여과방식, 크로스플로우(cross-flow)방식 및 흡입식 전여과방식 등이 있다.

전여과방식은 원수를 중공사막 모듈을 통과시키고 원수 중에 포함된 오염물질이 중공사막에 걸려지게 하는 방식이다. 전여과방식에서는 중공사막에 축적되는 오염물질이 문제가 되고 이를 해결하기 위하여, 공기 세정을 하거나 처리수를 이용한 역세정을 한다.

가압식 전여과방식의 경우, 중공사막으로 유입되는 원수에 인위적인 압력을 주어서 원수가 중공사막을 통과하게 하여 오염물질을 거르는 방식이고, 흡입식 전여과방식은 중공사막 후단을 진공에 가깝게 만들어서 중공사막이 담그어진 수조에 유입되는 원수가 압력 차이에 의하여 중공사막으로 빨려 들어가서 오염물질이 걸러지는 방식이다.

크로스-플로우방식은 물을 계속적으로 순환시켜서 중공사막에 오염물질에 축적되는 것을 방지하고자 하는 것이다. 크로스-플로우방식은 순환수의 유속을 높일 경우에, 중공사막에 오염물질이 축적되는 속도를 줄여서 막의 수명을 늘리는 효과가 있으나, 순환되는 물의 유속을 유지하기 위하여 정수처리 장치에 의하여 처리되는 물의 양 보다 훨씬 많은 양의 물을 순화시켜야 하므로 소모되는 에너지가 많은 단점이 있다.

본 발명은 흡입식 전여과방식으로 운전되는 중공사 정밀여과막을 이용한 정수처리방법을 관한 것이다. 흡입식 전여과방식에서는 크로스-플로우 방식과는 달리, 불필요한 물의 흐름이 없어서 처리 효율이 높은 장점이 있다.

본 발명에서는 특히 L-타입 중공사막을 사용하여 흡입식 전여과방식으로 운전되는 정수처리방법에 있어서, 처리 효율을 높일 수 있는 각각의 운전 조건을 제공하고자 한다.

제1도는 흡입식 전여과방식으로 운전되는 정밀여과막을 이용한 본 발명에 의한 정수처리방법을 설명하는 도면.

제2도 내지 제5도는 실시예 1, 비교예 1, 비교예 2, 비교예 3에서 시간에 따른 막간 차압의 변화 도표.

제6도는 실시예 2에서의 실험 결과로서 1단 연결관 2단 직렬 연결의 경우 대하여, 각각 파일롯 플랜트에서 시간에 따른 막간 차압의 도표.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 흡입식 전여과방식으로 운전될 때 여과, 정지, 충수, 세정, 정지를 반복적으로 수행하고, 회수율을 85% 이상으로 유지하고, 투과 플럭스는 0.03 내지 0.04㎥/㎡/h으로 하되, 상기 여과 과정의 시간은 약 10분으로 하고, 상기 정지, 충수, 세정, 정지 과정의 시간은 약 2분으로 하는 것임을 특징으로 하는 흡입식 전여과방식으로 운전되는 중공사 정밀여과막을 이용한 정수처리방법을 제시한다.

또한, 상기한 본 발명에 의한 흡입식 전여과방식으로 운전되는 중공사 정밀여과막을 이용한 정수처리방법에서는 두 개의 중공사막을 직렬로 연결한 2단의 중공사막을 사용하는 것임을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명한다.

제1도는 흡입식 전여과방식으로 운전되는 정밀여과막을 이용한 본 발명에 의한 정수처리방법을 설명하는 도면이다.

정밀여과막은 0.03~0.5㎛ 정도 범위의 세공을 가지며, 콜로이드, 미소유기물질, 부유물질은 물론 미세물도 제거시킬 수 있으며, 철과 망간도 불용성으로 되면 제거할 수 있다. 따라서, 상수처리용 막분리 시스템에서 현탁물질의 완벽한 제거와 동시에 투과플럭스를 높여서 가능한 많은 투과수를 얻을 수 있기 위하여 정밀여과막을 이용하는 것일 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 중공사 정밀여과막은 L-타입으로서, 재질은 폴리에틸렌이고 구멍의 크기(pore Size)는 0.1㎛이다.

제1도에 도시된 바와 같이, 흡입식 전여과방식으로 운전되는 중공사 정밀여과막을 이용한 정수처리방법에서는 원수를 중공사 정밀여과막이 담그어진 수조로 직접 유입하고, 중공사 막모듈의 후단의 펌프에 의하여 중공사 막모듈의 후단의 압력을 낮게 설정하여 압력차에 의하여 원수가 중공사막으로 빨려 들어가도록 하고, 오염물질은 중공사막에 걸러지도록 하는 것이다.

흡입식 전여과방식으로 운전되는 중공사 정밀여과막을 이용한 정수처리방법의 공정은 상기한 바와 같이, 압력차에 의하여 원수가 중공사막을 통과함에 의하여 수행되는 여과 과정과, 여과 과정을 정지하고, 원수를 중공사막이 담그어진 수조로 채우는 충수 과정, 공기 버블링 등에 의하여 중공사막을 세정하는 세정 과정 및 상기한 여과, 충수, 세정 과정을 일체 수행하지 않고 그대로 두는 정지 과정으로 구성된다. 상기한 여과 과정과 정지, 충수, 세정, 정지 과정에 소요하는 시간에 따라서 처리 효율이 달라진다. 본 발명에 의한 수처리방법에서는 상기한 여과 과정을 약 10분, 상기한 정지, 충수 세정, 정지의 세 과정 전체에 대하여 약 2분 수행한다.

한편, 2분 동안 진행되는 정지, 충수, 세정, 정지 과정을 더욱 상세하게 설명하면, 정지는 여과 과정을 정지시키는 것으로서, 중공사막의 후단의 압력을 낮추는 펌프의 작동을 정지시키는 것이므로 특별히 시간이 소요되지 않고, 충수 과정 역시 원서를 채우는 과정이므로 시간이 거의 소요되지 않는다. 공기 버블링에 의한 세정을 약 30초 정도 수행하고, 나머지 약 1분 30초 동안 그대로 두는 정지 과정을 수행한다.

회수율은 85% 이상으로 유지하고, 투과 플럭스는 0.03 내지 0.04㎥/㎡/h로 수행한다.

다음은 본 발명에 의한 중공사 정밀여과막을 이용한 정수처리방법에 관한 실시예와 비교실시예들이다.

[실험방법]

현탁물질의 제거를 목적으로 하는 막분리 시스템의 운전 인자를 검토하기 위하여, 다음과 같은 운전 조건으로 실험을 하였다.

운전방식은 전여과방실의 흡입조거능로 여과시간과 투과플럭스를 변화시키면서 최적의 운전조건을 구하였다. 각각의 운전조건은 다음의 표 1에서 보이는 바와 같다.

실시예 1과 비교예 1은 동일한 플럭스에 대하여 여과시간만을 달리한 경우이고, 실시예 1과 비교예 3은 플럭스만을 달리한 경우이다. 한편, 실시예 1과 비교예 2는 투과플럭스와 여과시간을 모두 달리한 경우로서, 총투과량이 같은 경우에는 적은 양을 장시간 투과시키는 경우와 많은 양을 단시간 투과시키는 경우를 비교하기 위한 것이다.

[실험결과]

막분리 시스템에서 추진력이 되는 것은 분리막의 유입부와 유출부 사이의 막간 차압(이하에서‘차압’이라 함)이다. 투과플럭스는 차압에 비례하며, 만일 투과플럭스를 일정하게 고정시킨 경우에는 차압의 상승은 여과저항의 상승을 의미한다.

차압이 -60㎪ 정도가 되면 투과플럭스가 고정되어 있는 양 이하로 현저히 떠어지며 물속의 용존 가스가 발생하는 현상이 일어나 흡입펌프를 비롯한 시스템에 악영향을 끼칠 수 있기 때문에 본 실험들에서는 차압이 -60㎪을 넘으면 막의 수명이 다한 것으로 보고 운전을 정지시켰다.

실제 운전중에는 여과저항을 직접 측정할 수 없고, 본 실험들에서는 투과플럭스를 고정시킨 상태에서 운전하기 때문에 차압의 변화를 측정하여 막의 수명을 결정하였다.

각 실험들의 결과를 제2도 내지 제5도에 나타내었다.

제2도 내지 제5도는 실시예 1, 비교예 1, 비교예 3에서 시간에 따른 막간 차압의 변화 도표이다.

제2도에서 보이는 바와 같이, 실시예 1의 경우 장시간 안정되게 운전되었고, 다만 공기 세정을 이용한 압축 공기 주입 장치의 불안정으로 인하여 여과저항이 갑작스런 상승을 보였으나, 문제를 보완한 후 73일째부터 안정되었다. 이는 압축공기 장치의 보완 후 하루만에 급격하게 차압이 떨어진 것으로 볼 때, 공기 주입 장치의 불안정으로 인하여 케익층과 여과 저항이 누적되어 급격하게 차압이 상승한 것으로 보인다.

그러나, 그 후 20여일만에 여과저항의 급격한 상승이 나타나기 시작했는데 이것은 공기 세정 장치의 불안정으로 인한 영향이 완전히 회복되지 못하였기 때문인 것으로 사료된다. 따라서, 모든 장치가 안정되게 운전되었다면 더 장시간 운전이 가능하였으리라 사료된다.

실시예 1(제2도)과 비교예 3(제5도)은 동일한 여과 시간에 대하여 저음압 운전과 고음압 운전을 비교한 것으로, 고음압 운전의 경우 차압 상승이 급격히 일어나 12일만에 막의 수명이 다 되어서 중지하였다. 특히, 다른 운전 조건에 비하여 운전 초기에 급격히 차압이 상승하는 경향이 보였다. 이로부터 저음압 운전이 고음압 운전보다 유리한 것을 알 수 있다. 여기에서는 흡입 방법으로 운정하기 때문에 음압이라는 표현을 사용하였고, 고음압인 경우에는 저음압인 경우보다 투과플럭스를 높게 유지시킨 경우이다.

비교예 2는 비교예 3의 운전결과가 막오염에 의한 영향(케익층)으로 급격히 차압이 상승한 것으로 가정하여 고음압 운전으로 하되 세정 빈도를 높이고 하루처리 수량을 저음압 운전과 동일하게 하였다. 비교예 3의 경우보다 여과저항의 상승이 낮았고 운전 기간도 길었으나 실시예 1의 경우보다는 운전기간이 짧았다.

비교예 1의 운전조건은 고음압 운전이 막분리 시스템으로 적절하지 못한 조건으로 판명되어 저음압으로 운전하되 여과시간을 오래하여 처리수의 생산량을 증기시킬 경우를 검토하였다. 그러나, 결과적으로 비교예 2의 조건보다 좋지 않은 운전 결과를 보였다. 이것은 긴 여과시간으로 인해서 비교예 2보다 세정 빈도가 상대적으로 적어서 나타난 결과로 생각된다.

본 발명에 의한 흡입식 전여과방식으로 운전되는 중공사 정밀여과막을 이용한 정수처리방법에서는 중공사 정밀여과막을 2단 또는 3단으로 할 수 있다. 중공사 정밀여과막을 2단으로 하는 경우에는 두개 중공사 정밀여과막을 직렬로 연결하여 2단으로 하고, 2단을 구성하는 두 개의 중공사 정밀여과막 중 하나의 중공사 정밀여과막의 집수부에 펌프를 연결하면 비교적 작은 용량의 펌프를 사용하여 2단의 중공사 정밀여과막을 운전할 수 있다. 중공사 정밀여과막을 3단으로 하는 경우, 그 구성은 세 개의 중공사 정밀여과막을 직렬로 연결하여 3단으로 하는 것을 세정하고, 상기한 2단으로 구성된 경우와 그 방법이 동일하다.

[실시예 2]

중공사 정밀여과막의 2단 연결이 실규모 플랜트에 적용가능한 것인지를 실험한 것이다. 동일한 부피의 공간에 막의 충진 밀도가 높은 동시에 처리수의 확보가 가능하다면, 부지의 감소 등으로 인한 상대적인 이익을 얻을 수 있다. 따라서 동일 면적에 막의 충진밀도를 높이기 위하여 막을 직렬로 연결하는 것이 유리하므로 직렬 2단 연결의 적용 가능성을 실험한 것이다.

제6도는 실시예 2에서의 실험 결과로서 1단 연결과 2단 연결의 경우에 대하여, 각각 파일롯 플랜트에서의 시간에 따른 막간 차압의 도표이다.

최적 운전 인자 조건을 위한 실험의 실험 결과에서 보이는 바와 같이, 막의 여과 기능이 저하되는 원인은 막의 표면이나 내부에서 오염이 발생하면서 막의 기능은 저하되지만, 운전 중 오염 유발 물질을 하나 하나 관찰, 측정하는 것은 불가능하다. 따라서, 원수측과 처리수측에 압력계를 설치하여 이 수지를 기록함으로써 막의 기능 저하를 예측할 수 있다. 막의 수명은 음압으로 60㎪이 되었을 경우에 막이 오염되었다고 판단하여 운전을 정지하는 것을 원칙으로 하였다. 운전 결과, 운전 기간은 157일로서 실험실 규모 실험보다는 운전 기간이 약 30일 가량 연장되었으며, 1단 연결뿐만 아니라, 2단 연결도 거의 같은 기간동안 운전되었으므로 직렬 2단 연결방식으로 실규모 플랜트에 적용이 가능하다고 생각된다.

특히, 운전 경과 후 120일 정도까지는 2단 연결의 차압 상승폭이 낮아 적용 가능성은 더욱 크다고 생각된다. 한편 막의 운전 기간의 마지막 부분에 있어서 1단 연결의 경우보다 2단 연결의 경우에서 차압 상스의 폭이 큰 것으로 나타났다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 L-타입의 중공사 정밀여과막을 사용하고, 흡입식 전여과방식으로 운전되는 중공사 정밀여과막을 이용한 정수처리방법에서 효율적으로 수처리를 위한 여과, 정지, 충수, 세정, 정지 과정에 소요되는 시간을 제시하였다. 또한, 본 발명에 의하면 비교적 적은 용량의 펌프를 사용하여 2단의 중공사 정밀여과막을 운전할 수 있다.

Claims (2)

1. L-타입 중공사 정밀여과막을 이용한 정수처리방법에 있어서, 흡입식 전여과방식으로 운전될 때 여과, 정지, 충수, 세정, 정지를 반복적으로 수행하고, 회수율은 85% 이상으로 유지하고, 투과 플럭스는 0.03 내지 0.04㎥/㎡h로 하되, 상기 여과 과정의 시간은 약 10분으로 하고, 상기 정지, 충수, 세정, 정지 과정의 시간은 약 2분으로 하는 것임을 특징으로 하는 흡입식 전여과방식으로 운전되는 L-타입 중공사 정밀여과막을 이용한 정수처리방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 정수처리방법은 두 개의 중공사막을 직렬로 연결한 2단 또는 3단의 중공사막을 사용하는 것을 특징으로 하는 흡입식 전여과방식으로 운전되는 L-타입 중공사 정밀여과막을 이용한 정수처리방법.

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