KR100416709B1 - 정수 방법 및 그 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정수 방법 및 그 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 정수 방법은 원수의 유기물, 잔류염소 등을 활성탄을 사용하여 흡착 제거하고; 정밀 여과막을 사용하여 오염물질을 1차 여과한 다음; 미생물 및 용존하지 않은 오염물질을 한외여과막으로 2차 여과하여 정수하고; 상기 한외여과막의 이물질을 진동과 공기압으로 제거한 후; 정제수로 역세하여 재생시키는 단계를 포함하고, 모든 제어는 하나의 전원선 통신을 이용하여 원격제어되는 것을 특징으로 한다.

Description

정수 방법 및 그 시스템{Water Purifying Method and System thereof}

본 발명은 정수 방법 및 정수 시스템에 관한 것으로, 특히 한외여과막을 진동 및 공기 세척을 통해 완벽하게 재생하여 효율을 증대시킨 정수 방법 및 시스템에 관한 것이다.

기존의 아파트 정수 시스템은 이온교환수지, 활성탄, 자외선 필터, 오존살균장치 등을 사용하여 이온교환, 흡착, 살균 등의 방법으로 경수의 연수화, 유기물질, 미생물 제거를 주 목적으로 하고 있다. 그러나, 이들 정수장치는 장치의 설치 비용이 많이 소요되며, 국내 수질을 고려하지 않고 과도한 정수를 하게 되는 단점이 있었다. 즉, 아파트 정수 시스템의 경우 지하수나 수돗물을 여과하는 방법만으로도 충분히 좋은 수질을 얻을 수가 있다. 따라서 이들 시스템은 정수효과의 신뢰도가 낮으며, 사용되는 정수소재의 유지관리에도 어려움이 많았다. 특히 정수처리된 물은 각 가정의 수도꼭지로 운반되는 도중에 수도관 내부에서 미생물이 재번식하거나 부식된 수도관으로 부터 부식된 물질이 탈락되어 2차 오염물을 유발하는 경우가 많다. 이에 따라 정수된 물에도 미생물이 발생하거나 앙금이 발생하는 등 정수기능을 충분히 발휘하지 못하였다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 최근 막을 이용한 정수장치가 개발되고 있는 데 현재 사용되고 있는 막의 종류로는 역삼투막, 한외여과막, 정밀여과막이 주종을 이루고 있다. 그러나 역삼투막은 정수되는 물의 양이 적어 많은 모듈을 사용함에 따라 비용이 많이 소요된다. 또한 한외여과막과 정밀여과막은 수도직결식 가정용 정수기에 많이 사용되고 있는데, 정밀여과막은 여과성능이 다른 막에 비해 낮아 주로 전처리에 사용되고 있는 실정이다. 한외여과막은 미생물 제거와 용존되지 않은 이물질 제거에 탁월한 기능을 갖고 있어 중앙 정수 시스템에 사용하는 것이 바람직하거나, 투과수량이 적어 사용되는 모듈이 증가함에 따라 장치가 커지고 비용도 비싸지는 단점이 있었다. 최근에는 고투수성 한외여과막 장치를 사용하여 장치의 부피 및 비용을 절감하는 경향이 있으나, 이 또한, 정수가 반복됨에 따라 이물질이 막성능에 영향을 주어 정수 처리 효율이 시간이 지남에 따라 저하되는 단점이 있었다.

또, 기존의 정수 시스템은 각 자동밸브, 펌프 등의 각각의 라인이 통합 제어부에 연결되어 있어 자동으로 운행되고 있는데, 이러한 경우 시스템이 복잡해지고 제작비용이 높아지는 문제가 있다.

따라서 본 발명의 목적은 한외여과막을 진동 및 공기 세척을 통해 완벽하게 재생하여 효율을 증대시킨 정수 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 하나의 기존 전원선에 모든 제어 라인이 연결되어 경제적이며 제어가 용이하고 간섭현상이 없는 정수 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 정수 시스템에서 실시되는 정수공정의 예를 나타내는 도면.

도 2는 본 발명의 정수 시스템에서 한외여과막 장치를 역세공정을 나타내는 도면.

도 3은 종래 정수 시스템 제어방법의 개략도

도 4는 본 발명의 정수 시스템 제어방법의 개략도

도 5는 종래 정수 시스템과 본 발명의 정수 시스템의 투과수량

* 주요부분에 대한 부호의 설명*

1∼7 : 게이트 밸브 11∼20 : 유량 조절 밸브(글로브밸드)

21∼23 : 체크밸브 31∼33 : 볼 밸브

41 : 온도지시계(Temperature Indicator)

50 : 에어 콤프레셔(Air Compressor)

51 : 유량 조절 지시계(Flow Indicating Controller)

61∼65 : 압력 지시계

71 : 고압 스위치(High Pressure Switch)

100 : 지하저수조 101∼106 : 자동밸브(솔레노이드 밸브)

110 : 순환펌프 120 : 활성탄 필터

130 : 정밀여과막 장치 140 : 한외여과막 모듈

141, 142, 143 : 한외여과막 144 : 한외여과막 모듈 유입구

145 : 농축수 배출구 146, 147 : 유출구

148 : 한외여과막 모듈 149 : 한외여과막 유입구

150 : 정수 저장 탱크 160 : 공급 펌프

170 : 자외선 필터 180 : 공용 음수대

201, 202 : 수위조절기(LIC)

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 정수 방법은 원수의 유기물, 잔류염소 등을 활성탄을 사용하여 흡착 제거하고; 정밀 여과막을 사용하여 오염물질을 1차 여과한 다음; 미생물 및 용존하지 않은 오염물질을 한외여과막으로 2차 여과하여 정수하고; 상기 한외여과막의 이물질을 진동과 공기압으로 제거한 후, 정수로 역세하여 재생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 정수 시스템은 원수의 유기물, 잔류염소 등을 흡작 제거하는 활성탄 필터; 상기 활성탄 필터에 직결되어, 오염물질을 1차 여과하는 정밀여과막 장치; 상기 정밀여과막 장치에 연결되어 미생물 및 용존하지 않은 오염물질을 2차 여과하는 한외여과막 장치; 및 상기 한외여과막 장치의 이물질을 진동과 공기압으로 제거하기 위한 에어 콤프레셔를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.

일반적으로 아파트에 공급되는 물은 수돗물이거나, 지하수로써 물에 존재하는 오염물질은 주로 송, 배수관에서 발생하는 철 산화물, 잔류염소와 결합한 트리할로메탄, 정수장에서 사용되는 응집제에 의한 잔류 알루미늄, 아파트 저수조, 옥내 배관에서 발생하는 미생물, 앙금, 이물질 등이다. 또한 지하수는 미생물과 질산성질소, 경도 등이 수질기준을 초과하는 경우가 많다. 이들 오염물질이 물 중에 존재함으로써 심미적이고 위생학적으로 좋지 않은 결과를 야기하게 된다. 또한 수질이 나쁜 수돗물을 정수하는 아파트의 정수장치는 이물질과 미생물 이외에 나쁜 맛과 냄새를 유발하는 잔류염소의 제거가 필수적으로 필요하며, 필요한 경우 이온교환수지나 역삼투압장치를 이용하여 경도를 낮추어야 한다. 또한 수도꼭지로 급수되는 과정에서 오염물질의 발생이 우려되므로 최종적인 살균과정이 필요하다.

이러한 개념으로, 본 발명은 지하저수조에 활성탄 필터, 정밀여과막 장치 및 고투수성 한외여과막을 이용한 정수 시스템을 설치하고, 외부에 설치된 공용 음수대로 공급되기 직전에 자외선 필터를 설치하여, 수돗물에 포함된 잔류염소를 활성탄 필터에서 흡착 제거하도록 하고, 활성탄 필터에서 생존 가능성이 있는 미생물은 한외여과막에서 제거하며, 저장 및 이송 과정에서 발생할 수 있는 미생물을 최종적으로 자외선 필터에서 사멸시켜 제거하도록 설계한 것이다. 이에 따라 최종적으로 처리된 처리수는 앙금이나 미생물이 존재하지 않으며, 잔류염소로 인한 나쁜 맛과 냄새도 없게 된다. 또한, 정수로 인해 이물질이 끼어 효율이 떨어지지 않도록 한외여과막은 정수에 의한 역세 과정 전에 에어 콤프레셔를 사용하여 진동과 공기주입에 의해 이물질을 제거하도록 한다. 뿐만 아니라, 하나의 전원선에 모든 제어라인이 연결시켜 제어가 용이하고 간섭현상이 없도록 설계하였다.

본 발명의 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. 도 1에는 본 발명의 정수 시스템이 도시되어 있다. 시스템 내로 원수를 일정한 유량으로 공급시켜 주는 원수공급부는 자동밸브(101)와 글로브밸브(11) 및 순환펌프(110)로 구성된다. 순환펌프(110)에 의해 공급된 원수는 활성탄 필터(120)로 이송된다.

활성탄 필터(120)는 5∼150Å 크기의 많은 미세한 기공이 형성되어 표면적이 극대화된 활성탄을 이용하여 필터로서, 물 중의 각종 유기물, 맛, 냄새, 잔류염소, 트리할로메탄, 농약류 등을 흡착 제거한다. 또한 활성탄 필터는 자동역세기능을 갖추도록 한다. 활성탄 필터(120)에서 처리된 물은 다시 정밀여과막 장치(130)로 보내진다.

정밀여과막은 α-셀룰로즈 재질로써 다공질의 분말을 성형하여 고온에서 소성시켜 만든 것이다. 정밀 여과막은 필터의 크기에 따라 물 속의 부유물질을 미크론 단위까지 제거해 준다. 정밀여과막(130)장치에서 1차 여과된 물은 한외여과막 장치(140)로 보내져 2차 여과된다.

고투수성 한외여과막 장치(140)는 공극이 미세하여, 0.01㎛ 이상의 큰 분자인 박테리아와 바이러스, 그리고 정밀여과막을 통과한 탁도유발물질과 미세 부유물까지 제거하며 인체에 필요한 미네랄 성분을 통과시키는 것으로서, 유기물질 제거에 적당한 막 장치이다. 본 발명의 한외여과막 장치는 내열성, 내화학성, 내염소성, 내약품성, 내구성 및 내용제성이 우수한 폴리설폰을 소재로 하여 제조된 것으로, 0.008∼0.05㎛, 바람직하게는 0.01㎛의 미세기공이 무수히 존재하는 고투수성 다발식 특수 중공사로 구성된 모듈을 포함하고 있다. 막의 크기는 내경이0.35∼0.45㎜, 외경이 0.5∼0.6㎜인 것이 바람직하고 비대칭구조로 형성되어 있다.

종래의 한외여과막은 막 표면에 존재하는 활성층에 의한 특수성 저하와 같은 문제점이 있었고, 경제성이 낮으며 막 표면이 너무 조밀하여 오염이 많이 진행된 경우 약품 세정을 하지 않으면 급속히 투과수량이 저하되고 역세효과가 저하되는 단점이 있었다.

따라서, 본 발명의 정수 시스템에서는 고투수성 한외여과막을 사용하고 정수로 역세척을 하기 전에, 역세척 관을 통해 에어 콤프레셔(50)를 사용하여 진동을 줌과 동시에 공기를 주입하여 중공사가 진동하여 표면의 이물질을 분리시키도록 한다. 에어 콤프레셔(5)에는 압력지시계(도시하지 않음)와 공기밸브(도시하지 않음)가 연결되어 있어 공기의 양과 유통여부를 조절하게 된다. 그 다음, 막 표면의 잔류물질과 이탈된 물질을 정수된 물로 세정하여 제거함으로써, 효율적 역세정이 가능하고, 장기 운전에도 막이 심하게 오염되는 일이 없어 별도의 세정공정이 필요없게 되었다. 한외여과막 장치(140)에서 여과된 물은 정수 저장 탱크(150)로 보내져 저장되고, 정수 저장 탱크(150)로부터 공급될 때는 공급 펌프(160)를 거쳐 자외선 필터(170)에 의해, 최종적으로 재발생할 수 있는 미생물이 제거된다. 최종 처리된 물은 공용 음수대(180)를 통하여 음용하게 된다.

본 발명의 시스템은 전자동으로 운전된다. 즉, 장치에 부착된 제어부(panel)의 PLC(Program Logic Control)프로그램에 의해 모든 자동밸브(101, 102, 103, 104, 105, 106)와 지하저수조 및 정수 저장 탱크에 설치된 LIC(Level Indicator Control), 펌프 등이 연동하여 전과정이 자동화되며 주어진 시간에 따라정수, 역세 과정이 반복되므로 항상 막 표면을 청결하게 유지시켜 준다. 예를 들어 1일 10시간의 정수과정을 운전하면 3시간마다 1∼2분간 자동 역세가 이루어지도록 설계되는 것 등이다. 순환펌프(110)는 자동/수동 조작이 가능하도록 하며 자동운전의 경우 정수 저장 탱크에 설치된 LIC(202)에 의거하여 ON, OFF 제어되고, 역세시에는 역세용수 확보 및 역세시간이 설정된 타이머에 의해 ON, OFF가 제어되도록 한다. 자동밸브는 원수유입부(101)와 막 전단(102), 투과수라인(103), 배수라인(106), 역세수라인(104,105)에 각각 설치되어, 제어부의 프로그램에 따라 개폐되면서 시스템의 자동화가 가능하도록 해준다.

본 발명의 정수 시스템에서는 각 정수단계의 자동 밸브 개폐의 제어부가 하나의 전원선에 연결되도록 하여 장치 비용이 적게 소요되며, 송수신의 왕래에 의한 제어가 용이하고, 노이즈(간섭현상)이 없이 제어가 확실한 특성이 있다.

전원선을 이용한 원격제어 시스템은 송신측과 수신측으로 나누어진다.

송신측은 정수시스템의 밸브, 펌프 등의 정수기능 제어부인 입출력제어장치에 감진된 결과를 전송하며, 전송된 신호를 대역확단코드(PN Code)로 변조하며, 신호를 고주파로 변경하여 필터(filter) 및 전원 커플러(Power Coupler)를 통해서 기존 전원선으로 전송한다.

또한, 수신측은 컴퓨터 단말기에서 원격제어하는 부분으로 송신측의 신호를 수신하고 필터(filter) 및 증폭하여 대역확단코드(PN Code)로 복조하여 송신측에 보낸 신호를 재생한다. 또한 전원선의 노이즈(Noise)에 의한 에러(Error) 제어 신호를 없애 입력전 정보의 질을 높이는 처리과정을 수행한다.

운전압력과 유량은 정수 저장 탱크 앞의 FIC(51)와 글로브 밸브(11∼18)로써 조정한다. 압력계(PI)는 모듈의 전단(63)과 배수라인(64), 투과라인(65)에 설치되고, 정밀여과막 장치(62), 활성탄 필터 전단(61)에 설치하며 고압 스위치(71)를 활성탄 필터 전단에 설치하여 과도한 운전압력의 상승으로 인한 막 모듈의 손상을 방지하도록 한다. 또한 유량계는 자동밸브(103)를 거쳐 정수 저장 탱크(150)로 유입되기 직전에 FIC를 설치하여 디지털식으로 판독하도록 하였다.

그리고, 펌프의 공회전으로 인한 고장을 방지하기 위해 각 저장 탱크에 수위조절기(201, 202)를 설치하여 설정치에 따라 시스템이 개폐되도록 하였다. 또한 한외여과막 장치는 예를 들면, 예비용을 포함하여 2조를 병렬로 설치하도록 하였다.

운전공정은 정수, 역세척으로 분류되며, 프로그램 입력으로 자동 운전되고 제어판상의 정수/역세척 버튼을 이용하여 수동으로 공정을 선택할 수 있다. 또한 정수 및 역세 운전 시간을 임의로 선택할 수 있다. 장치를 정지시킨 후에 다시 운전할 때에는 투과수에 의한 역세→정수의 순서로 운전된다.

자동모드로 설정하였을 경우 역세→정수 과정으로 설정된 시간에 따라 자동으로 자동밸브가 개폐되면서 실시된다. 이때 수동밸브의 개폐를 반드시 확인하여야 한다. 수동으로 운전할 경우에는 밸브를 토글 스위치로 자동밸브를 열어 운전을 한다. 본 발명은 전량 여과를 위주로 하며 각 운전과정은 다음과 같다.

1)정수

순환펌프에 의해 유입되는 원수의 유량은 순환펌프 전단의 글로브밸브(11)와펌프의 도피배관에 설치된 글로브밸브(12), 활성탄 필터 전단의 글로브밸브(13), 한외여과막 전단의 글로브밸브(14)에 의해 조절된다.

정수과정이 시작되면 자동밸브(101, 102, 103)가 열리고, 순환펌프(110)가 가동되어 막으로 유입되는 물을 정수하게 되며, 정수과정에서 볼 밸브(31, 32)가 열린다. 정수된 물은 정수 저장 탱크(150)에 집수된다. 막에 걸리는 압력은 막의 전단과 투과라인에 설치되어 있는 압력계(PI)를 이용하여 조절한다. 정수공정은 전량여과를 위주로 하나, 십자류 여과 등을 행할 경우에는 농축수를 자동밸브(106)를 거쳐 배수되도록 하였다.

2) 역세

여과시간이 경과하여 한외여과막의 회수율이 떨어지면 회수율을 회복하기 위한 물리적인 조작이 필요하다. 이러한 조작중의 하나가 처리수에 의한 막의 역세척이다.

이 공정은 도 2에 도시되어 있다. 역세척은 정수과정의 반대방향을 가는 것으로 정수가 막 모듈의 Out→In이면 역세척은 In→Out이 되고 정수가 In→Out이면 역세척은 Out→In이 된다.

정제수에 의해 역세를 하기 전, 우선 에어 콤프레셔(50)에 의한 진도과 공기세척이 선행된다. 그 다음, 정수 저장 탱크(150)로부터 자동밸브(104)를 거쳐 공급된 정수는 순환펌프(110)와 자동밸브(105), 활성탄 필터(120), 정밀여과막(130) 및 자동밸브(105)를 거쳐 한외여과막 장치(140)로 공급되어 한외여과막을 역세척하게 된다. 역세척에 사용된 물은 자동밸브(106)를 통하여 배수된다. 이때 역세압및 유량 조절은 게이트 밸브(10, 6, 5) 및 글로브밸브(17, 16)에 의해 조절하게 된다. 역세용수 확보를 위한 타이머는 설정된 시간동안 순환펌프를 가동시켜 역세에 필요한 용수를 정수 저장 탱크(150)에 저장키 위한 역할을 수행하며, 설정된 시간전이라도 정수 저장 탱크(150)의 수위가 LIC의 High상태에 도달하면 펌프는 자동으로 멈출 수 있도록 설계되었다. 역세용수 확보용 타이머가 가동 중일때는 정수공정과 마찬가지로 순환펌프가 ON상태일 때 자동밸브(101, 102, 103)은 열리고 자동밸브(104, 105, 106)은 닫힌다. 또한 역세시간 지정용 타이머가 가동 중일때는 자동밸브(101, 102, 103)은 닫히고 자동밸브(104, 105, 106)은 열린다. 역세를 위한 타이머는 설정된 시간 동안 역세용수 확보를 위한 타이머에 설정된 시간이 종료된 직후 순환펌프를 가동시켜 역세 역할을 수행토록 한다.

종래의 정수 시스템에서는 화학약품을 위용하여 한외여과막을 세척하여야 하고 다시 수세하여야 하는 번거로움이 있었으나, 본 발명의 정수 시스템에서는 물리적인 진동과 공기압에 의한 역세를 행함으로써 한외여과막을 재생시킬 수 있게 되었다. 하루 100톤의 물을 처리하는 것을 기준으로 하는 경우 본 발명의 정수 시스템에 한외여과막 설치 직후, 그리고 6개월 후의 정수처리 전후의 결과를 하기 표1에 게시하였다.

표1.

검사항목	원수	한외여과막 설치 직후 정제수	6개월 사용후 정제수
일반세균(CFU/㎖)	4.440	0	0
대장균(CFU/50㎖)	4.440	0	0
탁도(NTU)	3.10	0.10	0.10
잔류염소(㎎/ℓ)	1.0	0	0
경도(㎎/ℓ)	408	8	11
트리할로메탄(㎎/ℓ)	0.704	0	0
페놀(㎎/ℓ)	0.035	0	0
트리클로로에탄(㎎/ℓ)	0.624	0	0
테트라글로로에틸렌(㎎/ℓ)	0.203	0	0
트리글로로에틸렌(㎎/ℓ)	0.638	0	0
디클로로메탄(㎎/ℓ)	0.382	0	0
벤젠(㎎/ℓ)	0.189	0	0
톨루엔(㎎/ℓ)	3.198	0	0
에틸벤젠(㎎/ℓ)	2.133	0	0
크실렌(㎎/ℓ)	2.997	0	0
사염화탄소(㎎/ℓ)	0.019	0	0
말라티온(㎎/ℓ)	0.8182	0	0
파라티온(㎎/ℓ)	0.1379	0	0
다이아지논(㎎/ℓ)	0.0905	0	0
페니트로티온(㎎/ℓ)	0.1490	0	0
카바릴(㎎/ℓ)	0.1992	0	0
납(㎎/ℓ)	0.6994	0.0422	0.0419
비소(㎎/ℓ)	0.2034	0.0123	0.0124

물리적 역세와 정제수에 의한 역세 후 정수 시스템의 정수능은 6개월동안 한외여과막을 최초에 사용할 때와 비교할 때 오차범위내에서 동일하였다. 원수에 함유되었던 대장균, 염소, 트리할로메탄, 페놀, 트리글로로에탄, 테트라글로로에틸렌, 트리클로로에틸렌, 디클로로메탄, 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 크실렌, 사염화탄소, 말라티온, 파라티온, 페니트로티온, 카바릴이 전혀 함유되지 않았으며, 납과 비소 양도 현저하게 감소하였다.

또한, 종래 방법에 의한 투과수량과 본 발명의 방법에 의한 투과수량을 측정한 결과를 도 5에 도시하였다. 도 5에 나타난 바와 같이, 종래 방법에 의한 투과수량보다 회복율이 빠르고 투과수량의 감소율이 적었다.

본 발명의 정수 시스템을 사용함으로 인해 고가의 한외여과막의 수명이 길어지고 정수 시스템의 효율이 높아지는 장점이 생긴다. 또한, 하나의 전원선에 의해 각 자동밸브, 펌프 등이 제어되므로 제어가 용이하며, 노이즈가 없이 확실한 제어가 이루어질 뿐만 아니라 비용이 기존 방식에 비해 1/3 정도로 저렴해지는 장점이 있다.

Claims (4)

1. 원수의 유기물, 잔류염소 등을 활성탄을 사용하여 흡착 제거하고; 정밀 여과막을 사용하여 오염물질을 1차 여과한 다음; 미생물 및 용존하지 않은 오염물질을 한외여과막으로 2차 여과하여 정수하고; 상기 한외여과막의 이물질을 진동과 공기압으로 제거한 후; 정제수로 역세하여 재생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정수 방법.
2. 원수의 유기물, 잔류염소 등을 흡착 제거하는 활성탄 필터; 상기 활성탄 필터에 직결되어, 오염물질을 1차 여과하는 정밀여과막 장치; 상기 정밀여과막 장치에 연결되어 미생물 및 용존하지 않은 오염물질을 2차 여과하는 한외여과막 장치; 및 상기 한외여과막 장치의 이물질을 진동과 공기압으로 제거하기 위한 에어 콤프레셔를 포함하는 것을 특징으로 하는 정수 시스템.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 각 활성탄 필터, 정밀여과막 장치 및 한외여과막 장치에는 자동밸브가 부착되어 있고, 상기 정수 시스템은 각 자동밸브 및 상기 에어 콤프레셔를 자동 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 정수 시스템.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 각 자동밸브 및 에어 콤프레셔는 하나의 전원선에 의해 제어부에 하나로 연결되어 제어되는 것을 특징으로 하는 정수 시스템.