KR100415165B1 - 공기 주입식 한외여과막을 이용한 하폐수 재이용 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 관형 한외여과막에 공기를 주입하여 유입 원수 중에 다수의 공기 또는 미세 공기 방울이 포함되도록 함으로써 분리 막내에 농도분극이 형성되거나 고분자 물질이 막 면에 축적되는 것을 방지하여 투과유속을 양호하게 하고 세정 횟수를 줄임으로써 분리 막의 수명을 연장시키고 유지관리비를 절약하며 무인 자동운전이 가능하도록 한 공기 주입식 한외여과막을 이용한 하폐수 재이용 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 스크린조, 유량조정조 및 생물반응조 등을 포함하여 구성된 활성슬러지공정과 상기 활성슬러지공정에서 유출된 원수를 한외여과막을 이용하여 고액분리하는 한외여과막장치를 포함하여 구성된 하폐수 재이용 시스템에 있어서, 상기 한외여과막장치는 원통형 하우징 내에 다수의 관형 한외여과막이 장착된 한외여과모듈과, 상기 한외여과모듈에 원수를 공급할 수 있도록 연통되게 설치된 원수 이송펌프와, 상기 원수 이송펌프에 의해 이송되는 원수에 공기를 주입할 수 있도록 상기 한외여과모듈의 원수 유입구에 연통되게 설치된 공기 주입수단을 포함하여 구성된 공기 주입식 한외여과막을 이용한 하폐수 재이용 시스템에 의해 달성된다.

Description

공기 주입식 한외여과막을 이용한 하폐수 재이용 시스템{Wastewater treatment system using air injection type tubular membrane}

본 발명은 한외여과막을 이용한 하폐수 재이용 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 관형 한외여과막에 공기를 주입시켜 농도분극과 막 오염(fouling)에 의해 투과유속이 저하되는 것을 방지하기 위한 공기 주입식 한외여과막을 이용한 하폐수 재이용 시스템에 관한 것이다.

또한 본 발명은 관형 한외여과막에 공기를 주입하여 여과되는 원수 중에 다수의 공기 방울이 포함되도록 함으로써 농도분극이 형성되거나 고분자 물질이 막면에 축적되는 것을 방지하여 투과유속을 양호하게 하고 세정 횟수를 줄임으로써 분리막의 수명을 연장시키고 유지관리비를 절약하며 무인 자동운전이 가능하도록 한 공기 주입식 한외여과막을 이용한 하폐수 재이용 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 하폐수 처리는 하폐수 속에 포함된 오염 물질을 물리, 화학 및 생물학적 처리를 통해 분리하는 것으로서 종래의 활성슬러지법은 하폐수에 포함된유기물을 미생물 플록으로 전환하는 생물반응조와 이 생물반응조로부터 유입된 미생물 플록을 중력 침강시켜 상등수와 슬러지로 분리하는 침전조를 중심으로 구성된 것이 특징이다. 그러나 이러한 활성슬러지법은 생물반응조의 운전조건에 따라 활성 미생물의 농도가 변하거나 미생물 플록의 침강성이 변화되어 침전조에서의 고액분리가 제대로 이루어지지 못해 처리수의 수질이 저하되어 시스템을 안정적으로 운용할 수 없는 어려움이 있었다.

특히, 하폐수를 처리하여 수세식 화장실, 냉각수, 청소용수, 소방용수 등으로 사용하는 하폐수 재이용 시스템 (또는 중수도 시스템)에서는 음용수 수준의 수질이 요구되는 것은 아니지만 적어도 그 사용 목적에 적합한 정도의 균일한 수질이 요구되므로 시스템의 안정성이 필수적이다. 따라서 종래의 활성슬러지법을 이용한 하폐수 재이용 시스템은 균일한 처리수질을 보장하기 위해 반드시 전문 관리자가 관리하여야 하기 때문에 중소형 하폐수 재이용 시스템에 적용하는 데는 경제적성이 떨어져 널리 사용되지 못하고 있다.

이에 따라 최근에는 중력식 침전조를 설치하지 않는 대신에 생물반응공정 다음에 한외여과막을 설치하거나 생물반응조의 내부에 한외여과막을 침지시켜 양질의 투과수를 생산하는 생물반응조-한외여과막(hybrid process)을 이용한 시스템이 개발되고 있다. 이 생물반응조-한외여과막을 이용한 하폐수 재이용 시스템은 분리 막을 통해 고액분리하기 때문에 생물반응조 내의 미생물 농도를 높게 유지할 수 있고 미생물 플록의 침강성에 관계없이 고액분리할 수 있어 시스템의 안정성이 크게 향상되는 장점이 있다. 또한 생물반응조와 농축조의 크기를 줄일 수 있어 시스템의소형화가 가능하고, 잉여 슬러지의 발생량이 적으며, 대부분의 세균이나 바이러스의 제거되므로 중소형 하폐수 재이용 시스템에 적합한 것으로 알려져 있다.

특히, 한외여과막은 용액(또는 유입 원수) 내의 물질을 입자의 크기에 따라 분리하는 막으로서, 0.001-0.05㎛ 범위의 세공이 형성된 활성층과 이를 지지하는 지지층으로 이루어져 분자량 3,000~500,000 정도의 세균, 콜로이드, 에멀션, 고분자 단백질 등을 선택적으로 배제시켜 고액 분리할 수 있어 하폐수 재이용 시스템에 적합하다. 예를 들어, 세공의 크기가 한외여과막 보다 큰 정밀여과막(MF막)은 투과유량이 크나 투과수질이 떨어지고, 바이러스 등의 병원균이 제거되지 않아 하페수 재이용 시스템에 적용할 수 없고, 한외여과막 보다 세공의 크기가 작은 역삼투막(RO막)은 투과유량이 매우 적어 시스템의 경제성이 떨어지고, 여과된 농축수에 고농도의 무기성 이온이나 저분자 유기물질이 포함되어 생물반응조의 활성 미생물에 악영향을 줄 수 있기 때문에 적용하기 어렵다.

이와 같이 시스템의 경제성 및 투과수질을 고려할 때 한외여과막을 이용한 하폐수 재이용 시스템이 가장 바람직하나 실제적으로 이러한 시스템이 중소형 하폐수 재이용 시스템에 실용화되기 위해서는 막의 안정성과 경제성이 보다 더 개선되어야 한다. 여기서 막의 안정성은 고액분리성능과 관련되고 경제성은 투과유속 또는 투과유량(flux)과 관련된다. 일반적으로 한외여과막의 투과유속은 투과압력차에 비례하고 유체의 점도에 반비례한다. 그리고 유체의 점도는 용액의 온도 및 농도와 관련된다. 따라서 순수한 물의 경우 온도를 높이거나 압력을 증가시키면 투과유속도 선형적으로 증가하게 된다. 그러나 콜로이드나 단백질과 같이 거대분자가 포함된 하폐수를 막 분리할 때는 투과압력과 투과유속 사이에는 선형관계가 성립하지 않고 일정한 투과압력 이상에서는 압력을 증가시켜도 투과유속이 증가되지 않는 한계유속에 도달하게 된다.

이는 주로 막 면에 형성되는 농도분극과 막 오염에 의한 것으로서, 농도분극은 콜로이드나 고분자 물질이 배제되어 물과 저분자 물질이 막을 투과하기 때문에 막 면 부근에서 콜로이드나 고분자 물질이 축적되는 현상이다. 그리고 막 오염(fouling)은 원수 중에 포함된 현탁 물질, 용해성 고분자 물질, 난용해성 물질, 흡착성 물질 등이 막 면에 축적, 농축, 석출되어나 흡착되어 막의 세공을 전부 또는 부분적으로 막음으로써 투과유속이 떨어지는 현상이다.

따라서 한외여과막을 사용하는 시스템은 운전 시간이 경과됨에 따라 농도분극과 막 오염이 심화되어 점차 투과유속이 떨어지기 때문에 이를 방지하기 위해 원수를 전처리하거나 운전조건을 조정하여 신중히 운전할 필요가 있다. 또한 막 면에 축적된 오염물을 주기적으로 제거하는 세정 작업이 필요한 데, 이러한 세정으로는 크게 물리적 세정과 화학적 세정이 있으며, 물리적 세정은 물이나 공기 등과 같은 유체를 저압 고속으로 주입하거나 또는 스폰지 볼(sponge ball)과 같은 고체의 물리적 힘으로 막 면의 오염물질을 제거하는 방법이고, 화학적 세정은 물리적 세정에 의해 제거가 곤란한 오염물질을 분해시키거나 쉽게 탈리되도록 화학약품과 접촉 반응시키는 것이다.

그러나 이러한 세정 공정을 수행하기 위해서는 시스템의 가동을 전부 또는 부분적으로 중지시켜야 한다. 예를 들어, 물리적 세정은 적정 투과유속을 유지하기위해서 적어도 10-120분에 1회씩, 화학적 세정은 2-3개월에 1회 정도씩 주기적으로 실시하여야 한다. 따라서 주기적으로 실시되는 세정 작업에 의해 시스템의 경제성이 떨어지고 산, 염기, 계면활성제 등의 약액에 의해 막 재료가 노화되며 환경 오염물질을 발생하게 되는 문제가 있다. 뿐만 아니라 약품비와 유지관리비가 증대되고 막의 수명이 단축되는 문제가 있다.

아울러 중소형 하폐수 재이용 시스템과 같이 전문 관리자가 상주하지 않는 경우에는 제때에 세정 공정을 실시하지 못함으로써 투과유속이 크게 떨어져 시스템 전체의 안정성이 저하되는 경우도 발생하게 된다. 이에 따라 세정 공정을 자동화하는 방안도 연구되고 있으나 시스템의 구조가 복잡해지고 제조 단가가 상승하는 문제가 있다.

이러한 점을 고려하여 본 발명자는 관형 한외여과막에 공기를 주입하여 막 내에 지속적인 난류가 형성되도록 함으로써 농도분극과 막 오염을 억제하는 새로운 한외여과막장치 및 이를 이용한 하폐수 재이용 시스템을 발명하게 되었다. 종래에도 한외여과막이나 중공사막의 외부에 부착되어 있는 오염물질을 세정하기 위해 압축공기를 분사시키는 방법이 사용되었으나, 종래의 방법은 단순히 막 표면의 오염물질을 제거하기 위해 압축공기를 사용한 것으로서 여과 공정 중에 막 내부에 형성되는 농도분극과 막 오염을 방지하기 위해 막 내에 지속적으로 공기를 주입하는 본 발명의 기술 사상과는 매우 다른 것이다.

본 발명의 주된 목적은 관형 한외여과막에 연속적으로 공기를 주입하여 막내에 지속적으로 난류가 형성되도록 유도함으로써 막 내에 농도분극이 형성되는 것과 막 오염이 일어나는 것을 최대한 억제시킨 한외여과막을 제공하는 것이다.

본 발명은 또한 관형 한외여과막으로 공급되는 원수에 다수의 미세 공기방울이 포함되도록 압축공기 또는 가압수를 주입함으로써 막 내에 지속적으로 난류가 형성될 뿐만 아니라 미세 공기 방울에 의해 농도분극과 막 오염이 억제되는 한외여과막을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 공기 또는 미세 공기방울에 의해 농도분극과 막 오염이 억제되는 공기 주입식 한외여과막장치를 이용하여 무인 자동화가 가능한 하폐수 재이용 시스템을 제공하는 것이다.

또한 본 발명은 고액분리 성능을 향상시키고, 세정 주기와 약품의 사용량을 줄여 막 수명을 연장하고 유지관리비를 절감하여 시스템 전체의 경제성이 향상되도록 함으로써 중소형 하폐수 재이용 시스템에 적합한 공기 주입식 한외여과막을 이용한 하폐수 재이용 시스템을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 공기 주입식 한외여과막을 이용한 하폐수 재이용 시스템을 보여주는 개략적인 공정도,

도 2는 본 발명에 적용되는 한외여과모듈의 일예를 보여주는 부분단면도,

도 3은 본 발명에 적용되는 관형 한외여과막의 일예를 보여주는 부분단면도,

도 4는 본 발명에 따른 공기 주입수단의 일례를 보여주는 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 공기 주입수단의 다른 실시예를 보여주는 구성도,

도 6은 본 발명에 따른 공기 주입수단의 또 다른 실시예를 보여주는 구성도,

도 7은 본 발명에 따른 공기 주입수단에 의해 난류가 형성된 관형 한외여과막을 보여주는 개략적인 설명도,

도 8은 본 발명에 따른 공기 주입식 한외여과장치를 보여주는 구성도,

도 9는 종래 기술에 따라 농도분극과 막 오염이 형성된 한외여과막을 보여주는 개략적인 설명도이다.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

10 : 한외여과장치 11 : 미세 스크린

13 : 유량조정조 15 : 원수 이송펌프

20 : 이젝터 21 : 조절 캡

23 : 노즐 30 : 한외여과모듈

35, 47 : 콤프레셔 45 : 가압탱크

70 : 공기 주입수단 80 : 원통형 하우징

90 : 관형 한외여과막 115 : 세정액 저장조

125 : 역세수 저장조

상술한 본 발명의 목적은 스크린조, 유량조정조 및 생물반응조 등을 포함하여 구성된 활성슬러지 공정과 상기 활성슬러지 공정에서 유출된 원수를 한외여과막을 이용하여 고액분리하는 한외여과막장치를 포함하여 구성된 하폐수 재이용 시스템에 있어서, 상기 한외여과막장치는 원통형 하우징 내에 다수의 관형 한외여과막이 장착된 한외여과모듈과; 상기 한외여과모듈에 원수를 공급할 수 있도록 연통되게 설치된 원수 이송펌프와; 상기 원수 이송펌프에 의해 이송되는 원수에 공기를주입할 수 있도록 상기 한외여과모듈의 원수 유입구에 연통되게 설치된 공기 주입수단을 포함하여 구성된 공기 주입식 한외여과막을 이용한 하폐수 재이용 시스템에 의해 달성된다.

또한 본 발명에 따른 시스템은 상기 한외여과모듈에 세정액을 공급할 수 있도록 연통되게 설치된 세정액 이송펌프와, 상기 세정액 이송펌프에 의해 가압된 세정액에 공기를 주입할 수 있도록 상기 한외여과모듈의 원수 유입구에 연통되게 설치된 공기 주입수단을 더 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 시스템은 또한 상기 한외여과모듈에 역세수를 공급할 수 있도록 연통되게 설치된 역세수 이송펌프와, 상기 역세수 이송펌프에 의해 가압된 역세수에 공기를 주입할 수 있도록 상기 한외여과모듈의 투과수 배출구에 연통되게 설치된 공기 주입수단을 더 포함하여 구성된다.

이어, 본 발명에 따른 상기 공기 주입수단은 원수 이송펌프(세정수 이송펌프 또는 역세수 이송펌프)에 의해 가압된 원수(세정액 또는 역세수)에 외기의 공기가 주입될 수 있도록 원수 이송관(세정액 이송관 또는 역세수 이송관)에 설치된 이젝터를 포함하여 구성된다.

그리고 상기 이젝터는 대기에 노출되는 일측에는 공기 량을 조절하는 조절 캡(또는 조절 밸브)이 설치되고, 원수 이송관 내에 설치되는 타측에는 원수의 하류 방향으로 절곡된 노즐이 형성된 벤투리-이젝터인 것을 특징으로 한다. 또한 상기 이젝터의 일측에는 공기를 가압하기 위한 콤프레셔가 연통되게 설치되어 압축공기를 주입하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 이젝터의 일측에는 가압수를 생성할 수 있도록 가압탱크, 콤프레셔 및 가압수 이송펌프 등을 포함하여 구성된 가압수 공급장치가 연통되게 설치되어 원수 중에 가압수를 주입하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 상기 한외여과막장치는 양 측단에 각각 원수 유입구와 농축수 배출구가 형성되고 일측 외주면에는 투과수 배출구가 형성된 원통형 하우징과 상기 하우징 내에 길이방향으로 배열되어 장착되며 원수 및 농축수가 투과수와 혼합되지 않도록 밀봉부재가 양 단부에 밀봉된 다수의 관형 한외여과막을 포함하여 구성된 한외여과모듈과; 상기 한외여과모듈에 공급되는 원수에 포함된 협잡물을 제거하기 위한 미세 스크린과; 상기 미세 스크린을 통과한 원수를 일시 저장하여 유량을 조절하는 유량조정조와; 상기 유량조정조의 원수를 상기 한외여과모듈에 공급하기 위한 원수 이송펌프와; 상기 원수 이송펌프에 의해 가압된 원수에 공기를 주입하기 위한 공기 주입수단을 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 상기 한외여과막장치는 상기 한외여과모듈에 연통되게 설치된 세정액 이송펌프와, 상기 세정액 이송펌프에 의해 가압된 세정액에 공기를 주입할 수 있도록 상기 한외여과막모듈의 원수 유입구에 연통되게 설치된 공기 주입수단을 더 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 상기 한외여과막장치는 또한 상기 한외여과모듈에 역세수를 공급할 수 있도록 연통되게 설치된 역세수 이송펌프와, 상기 역세수 이송펌프에 의해 가압된 역세수에 공기를 주입할 수 있도록 상기 한외여과모듈의 투과수 배출구에 연통되게 설치된 공기 주입수단을 더 포함하여 구성된다.

이어, 본 발명에 따른 상기 한외여과막장치의 공기 주입수단은 원수 이송펌프(세정액 이송펌프 또는 역세수 이송펌프)에 의해 가압된 원수(세정액 또는 역세수)에 외기가 흡입될 수 있도록 상기 원수 이송관(세정액 이송관 또는 역세수 이송관)에 설치된 이젝터인 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 공기 주입식 한외여과막을 이용한 하폐수 재이용 시스템 및 공기 주입식 한외여과막장치의 구체적인 실시예를 설명한다.

먼저 도1은 본 발명에 따른 공기 주입식 한외여과막을 이용한 하폐수 재이용 시스템의 개략적인 공정도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 하폐수 재이용 시스템은 크게 종래의 활성슬러지 공정과 한외여과장치(10)로 구성된다. 즉, 상기 활성슬러지 공정은 모래 등의 이물질을 제거하는 침전조(51), 부유성 협잡물을 제거하는 스크린조(53), 하폐수를 일시 저장하는 유량조정조(55) 그리고 상기 유량조정조(55)에서 유입되는 하폐수에 포함된 유기물질을 미생물 플록으로 전환하는 생물반응조(57)로 구성되어 있다. 그리고 상기 생물반응조(57)는 폭기조나 접촉산화조이며 본 명세서에서는 폭기조를 예를 들어 설명한다.

그리고 상기 한외여과장치(10)는 생물반응조(57)에서 유출된 원수를 고액분리하는 것으로서, 원수에 포함된 이물질을 제거하는 미세 스크린(11), 원수를 일시 저장하는 원수 유량조정조(13), 유량조정조의 원수를 가압하여 한외여과막으로 공급하는 원수 이송펌프(15), 다수의 한외여과모듈(30) 그리고 이후에 상세히 설명될 공기 주입수단(70)을 포함하여 구성된다.

그리고 상기 한외여과모듈(30)은 도2에서 보는 바와 같이, 양 단에 각각 원수 유입구(81)와 농축수 배출구(83)가 형성되고 그 외주에는 투과수 배출구(85)가 형성된 원통형 하우징(80)과 상기 하우징(80) 내에 길이방향으로 배열되게 장착되며 원수 및 농축수가 투과수와 혼합되지 않도록 양 단부에 밀봉부재(95)가 설치된 다수의 관형 한외여과막(90)을 포함하여 구성된다.

따라서 상기 생물반응조(57)에서 유출된 원수는 미세 스크린(11)을 거쳐 유량조정조(13)로 유입된다. 이어 상기 원수 이송펌프(15)는 한외여과막(90)의 투과압력이 1.5~10㎏/㎠ 범위를 유지할 수 있도록 원수를 가압하여 한외여과모듈(30)에 주입한다.

그러면 도3에 도시된 바와 같이, 주입된 원수는 관형 한외여과막(90)의 길이 방향을 따라 흐르고, 원수에 포함된 용매 즉, 순수한 물과 저분자 물질은 원수의 흐름방향에 대하여 수직하게 투과되어 외부로 배출되며, 투과하지 못한 용질 즉, 콜로이드 및 고분자 물질은 막에 의해 배제되어 원수를 따라 흐르면서 점차 농축되게 된다. 이어 콜로이드나 고분자 물질을 포함하는 농축수는 생물반응조로 반송되거나 도시되지 않은 농축조로 보내어진다.

한편, 본 발명에 따른 한외여과막을 이용한 하폐수 재이용 시스템은 도1에서 보는 바와 같이, 원수 이송펌프(15)와 한외여과모듈(30) 사이에 공기 주입수단(70)을 더 설치하여 원수에 다량의 공기를 주입하게 된다. 이러한 공기 주입수단(70)의 일실시예가 도4에 도시되어 있다. 도면에서 보는 바와 같이, 본 실시예에 따른 공기 주입수단은 대경부와 소경부의 압력차에 의해 외기의 공기가 흡입될 수 있도록 설치된 이젝터(20)이다. 상기 이젝터(20)는 원수 이송관에 설치되는 원통형 관으로서, 일측에 형성된 공기구멍(25)을 통해 흡입되는 공기량을 조절할 수 있도록 조절 캡(21)이 일측단에 나사 결합되어 있고, 다른 측은 원수 이송관 내에 위치되며 원수의 하류방향으로 절곡된 노즐(23)이 일체로 형성되어 있다. 그리고 상기 노즐(23) 주위에 소경부를 형성하여 소경부와 대경부 사이의 압력차를 이용하여 외기가 흡입되도록 한다.

본 발명에 따른 공기 주입수단의 다른 실시예는 도5에 도시되어 있는 바와 같이, 이젝터(20)의 일측에 연통되게 설치된 공기 이송관(33)에 설치된 에어 콤프레셔(35)를 더 포함한다. 따라서 상기 에어 콤프레셔(35)에 의해 압축된 압축공기를 원수에 직접 주입할 수 있게 된다. 그리고 에어 콤프레셔(35)가 설치되는 경우에는 이젝터(20)의 노즐(23)과 벤튜리 관(소경부)이 생략되는 것이 가능하다.

한편, 본 발명에 따른 공기 주입수단의 또 다른 실시예는 이젝터(20)를 통해 공기가 포화된 가압수를 공급하는 것으로서, 도6에 도시된 바와 같이 이젝터(20)의 일측에 가압수 이송관(43)을 연통되게 설치하고 상기 가압수 이송관(43)에 가압탱크(45), 에어 콤프레셔(47) 가압수 이송펌프(49)를 포함하는 가압수 공급장치를 설치한다. 따라서 순환수 이송관(48)을 통해 가압탱크(45) 내로 유입된 순환수에 압축공기를 주입하면 공기가 포화된 가압수를 생산한다. 이어 생산된 가압수는 가압수 이송펌프(49)와 이젝터(20)를 통해 유입 원수에 주입된다.

따라서 본 발명에 따라 공기, 압축공기 및 가압수가 주입된 원수는 도4 내지 6에 도시된 바와 같이, 한외여과막을 통과하는 동안 지속적으로 난류 상태를 유지한다. 즉, 이젝터(20)를 통해 주입되는 공기, 압축공기 및 가압수는 원수와 유속이 다르기 때문에 이들이 혼합될 때 난류가 형성된다. 따라서 도7에서 보는 바와 같이, 유입 원수가 한외여과막을 통과하는 동안에도 지속적으로 난류가 형성된다. 이때 한외여과막 내에 지속적인 난류가 형성되도록 하기 위해 이젝터(20)의 설치위치, 설치개수, 주입 공기압 등을 적정하게 조절하는 것이 필요하다. 또한 난류의 형성을 촉진시키기 위해서 이젝터(20)에 도시되지 않은 진동 구동수단을 설치하여 공기의 주입방향을 연속적으로 바꿔주는 것이 바람직하다.

이와 같이, 한외여과막을 통과하는 원수에 공기, 압축공기 및 가압수를 주입함으로써 콜로이드나 고분자 물질이 막 면에 축적되거나 부착되는 것을 방지한다. 즉, 종래의 한외여과막은 도9에 도시된 바와 같이, 용매의 투과에 따라 막 면 부근의 용질의 농도가 높아지는 농도분극 현상이 발생하고 이러한 농도분극이 심화되어 고분자 물질이 축적되어 막의 세공이 폐쇄되는 막 오염이 일어나게 되는데, 본 발명에 따라 공기가 주입된 원수는 한외여과막 내에 지속적으로 난류가 형성될 뿐만 아니라 다수의 미세 공기방울에 의해 고분자 물질이 분산되기 때문에 막 면에 농도분극과 막 오염이 일어나는 것을 방지하게 된다.

한편, 본 발명에 따른 공기 주입수단은 원수뿐만 아니라 세정액과 역세수에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 공기 주입식 한외여과장치의 바람직한 실시예는 도8에 도시되어 있는 바와 같이, 세정액 이송펌프(113)와 세정액 저장조(115)로 이루어진 세정액 공급장치에 공기 주입수단(70)을 더 설치함으로써 한외여과막에 주입되는 세정액에 공기나 압축공기가 포함되도록 함으로써 세정 효과를 증대시킨다.

또한 본 발명에 따른 다른 실시예는 역세수 이송펌프(123)와 역세수 저장조(125)로 이루어진 역세수 공급장치에 공기 주입수단(70)을 더 설치함으로써 한외여과막의 외부에 주입되는 역세수에 공기나 압축공기가 포함되도록 함으로써 세정 효과를 증대시킨다.

한편, 본 발명에 따른 한외여과장치는 미세 스크린, 유량조정조, 이송펌프, 한외여과모듈 및 세정탱크 등을 스키드 마운트식 일체형으로 조립함으로써 운반, 설치 및 운전 등이 용이하고 밀폐 구조로 되어 위생적이며 외부에 악취를 발산하지 않는 장점이 있다.

상술한 본 발명에 따른 공기 주입식 한외여과막을 이용한 하폐수 재이용 시스템은 용존성 유기물을 생물학적 처리부인 폭기조에서 처리하고, 비교적 입자가 큰 고분자 물질은 한외여과막에서 여과함으로써, 침전조가 필요 없고, 전 단계인 생물학적 처리부의 효율 변화에 영향 없이 양호한 처리수질을 얻을 수 있고, 고부하 처리가 가능하며, 슬러지 체류시간을 길게 유지하여 잉여 슬러지로 인한 2차 공해문제를 해결할 수 있고, 폭기조와 농축조의 크기를 줄일 수 있어 공정설비에 소요되는 부지의 절감이 가능하며, 박테리아 등 미생물이 여과되므로 치아염소산나트륨의 사용량을 줄일 수 있어 시스템의 안정성과 경제성이 모두 향상된다.

본 발명에 따른 공기 주입식 한외여과막을 이용한 하폐수 재이용 시스템은 여과 공정 중의 분리 막 내에 공기, 압축공기 및 가압수 등을 주입함으로써 흡입공기 및 미세 공기방울에 의해 지속적인 난류가 형성되어 막 내에 형성되는 농도분극과 막 오염을 방지함으로써 처리용량을 극대화할 수 있다.

본 발명에 따른 공지 주입식 한외여과막을 이용한 하폐수 재이용 시스템은 세정 공정 횟수를 줄임으로써 시스템의 경제성을 높이며 무인 자동운전이 가능한 중소형 하폐수 재이용 시스템을 제공한다.

본 발명에 따른 공기 주입식 한외여과막을 이용한 하폐수 재이용 시스템은 막 수명이 연장되고 세정액의 사용량이 줄어들어 관리 및 유지비가 절감되는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 공기 주입식 한외여과막을 이용한 하폐수 재이용 시스템은 세정액 또는 역세수 중에 공기 또는 압축공기를 주입함으로써 세정 효율을 높이는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 스크린조, 유량조정조 및 생물반응조 등을 포함하여 구성된 활성슬러지 공정과 상기 활성슬러지 공정에서 유출된 원수를 한외여과막을 이용하여 고액분리하는 한외여과막장치를 포함하여 구성된 하폐수 재이용 시스템에 있어서,

   상기 한외여과막장치는 원통형 하우징 내에 관형 한외여과막이 길이방향으로 다수 개 장착되고, 상기 원통형 하우징의 일측에는 다수의 관형 한외여과막의 내부로 원수를 주입하기 위한 원수 유입구가 설치되며, 타측에는 상기 관형 한외여과막 내부를 길이방향을 따라 흐르는 농축수가 배출되는 농축수 배출구가 설치되고, 상기 원통형 하우징의 외주에는 관형 한외여과막의 길이방향에 대해 수직하게 투과된 투과수가 배출되는 투과수 배출구가 형성된 한외여과모듈과;

   상기 다수의 한외여과막 내부에 원수를 공급할 수 있도록 상기 원수 유입구에 연통되게 설치된 원수 이송펌프와;

   상기 원수 이송펌프에 의해 이송되는 원수에 연속적으로 공기를 주입할 수 있도록 상기 한외여과모듈의 원수 유입구에 연통되게 설치된 공기 주입수단을 포함하여 구성되어,

   상기 원수 주입구를 통해 상기 관형 한외여과막의 내부로 원수와 함께 연속적으로 주입되는 공기방울에 의해 관형 한외여과막 내부에 농도분극이 형성되거나 고분자 물질이 내부 막면에 축적되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 공기 주입식 한외여과막을 이용한 하폐수 재이용 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 한외여과막 내부에 세정액을 공급할 수 있도록 상기 한외여과막모듈의 원수 유입구에 연통되게 설치된 세정액 이송펌프와, 상기 세정액 이송펌프에 의해 가압된 세정액에 공기를 주입할 수 있도록 상기 한외여과모듈의 원수 유입구에 연통되게 설치된 공기 주입수단을 더 포함하여 구성된 공기 주입식 한외여과막을 이용한 하폐수 재이용 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 한외여과막 내부에 역세수를 공급할 수 있도록 연통되게 설치된 역세수 이송펌프와, 상기 역세수 이송펌프에 의해 가압된 역세수에 공기를 주입할 수 있도록 상기 한외여과모듈의 투과수 배출구에 연통되게 설치된 공기 주입수단을 더 포함하여 구성된 공기 주입식 한외여과막을 이용한 하폐수 재이용 시스템.
4. 제1 내지 3항에 있어서, 상기 공기 주입수단은 원수 이송펌프(세정수 이송펌프 또는 역세수 이송펌프)에 의해 가압된 원수(세정액 또는 역세수)에 외기의 공기가 주입될 수 있도록 원수 이송관(세정액 이송관 또는 역세수 이송관)에 설치된 이젝터인 것을 특징으로 하는 공기 주입식 한외여과막을 이용한 하폐수 재이용 시스템.
5. 제4항에 있어서, 상기 이젝터는 원통형 관(pipe)으로서 대기에 노출되는 일측에는 공기 량을 조절하는 조절 캡(또는 조절 밸브)이 설치되고, 이송관 속에 위치되는 타측에는 하류 방향으로 절곡되어 노즐이 형성된 것을 특징으로 하는 공기 주입식 한외여과막을 이용한 하폐수 재이용 시스템.
6. 제4항에 있어서, 상기 이젝터의 일측에 공기를 가압하기 위한 콤프레셔가 연통되게 설치되어 압축공기를 주입하는 것을 특징으로 하는 공기 주입식 한외여과막을 이용한 하폐수 재이용 시스템.
7. 제4항에 있어서, 상기 이젝터의 일측에 가압수를 생성할 수 있도록 가압탱크, 콤프레셔 및 가압수 이송펌프 등을 포함하여 구성된 가압수 공급장치가 연통되게 설치되어 원수 중에 가압수를 주입하는 것을 특징으로 하는 공기 주입식 한외여과막을 이용한 하폐수 재이용 시스템.
8. 양 측단에 각각 원수 유입구와 농축수 배출구가 형성되고 일측 외주면에는 투과수 배출구가 형성된 원통형 하우징과, 상기 하우징 내에 길이방향으로 장착되며 원수 및 농축수가 투과수와 혼합되지 않도록 양 단부에 밀봉부재로 밀봉된 다수의 관형 한외여과막을 포함하여 구성된 한외여과모듈과;

   상기 한외여과모듈에 공급되는 원수에 포함된 협잡물을 제거하는 미세 스크린과;

   상기 미세 스크린을 통과한 원수를 상기 다수의 한외여과막 내부로 주입하기 위해 상기 한외여과막모듈의 원수 유입구에 연통되게 설치된 원수 이송펌프와;

   상기 원수 이송펌프에 의해 이송되는 원수에 연속적으로 공기를 주입할 수 있도록 상기 한외여과모듈의 원수 유입구에 연통되게 설치된 공기 주입수단을 포함하여 구성되어,

   상기 원수 주입구를 통해 상기 관형 한외여과막의 내부로 원수와 함께 연속적으로 주입되는 공기방울에 의해 관형 한외여과막 내부에 농도분극이 형성되거나 고분자 물질이 내부 막면에 축적되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 공기 주입식 한외여과막장치.