KR100445982B1 - 중공사막 수처리 장치 및 이를 이용한 수처리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중공사막 수처리 장치 및 이를 이용한 수처리 시스템에 관한 것으로, 특히, 방사상으로 배치된 다수개의 중공사막 모듈을 채용하여 대용량의 수처리가 가능하고, 세정 효과가 우수한 중공사막 수처리 장치 및 이를 이용한 수처리 시스템에 관한 것인 바, 본 발명에 따른 수처리 장치는 여과액 출구와 공기 배출구가 형성된 덮개부, 원수 공급부와 농축액 출구가 형성된 본체, 및 격판과 압축공기 주입구가 형성된 지지부를 갖는 실린더 형상의 하우징; 상기 하우징의 본체 내부에 삽탈가능하게 설치되어 원수 공급부로 유입되는 원수를 여과하는 중공사막 카트리지; 및 상기 하우징 지지부의 격판상에 설치되어 중공사막 카트리지의 하부 중심을 고정하는 압축공기 분출기;를 포함한다.

Description

중공사막 수처리 장치 및 이를 이용한 수처리 시스템{SYSTEM AND APPARATUS FOR FILTERING WATER USING HOLLOW FIBER MEMBRANE}

본 발명은 중공사막 수처리 장치 및 이를 이용한 수처리 시스템에 관한 것으로, 특히, 방사상으로 배치된 다수개의 중공사막 모듈을 채용하여 대용량의 수처리가 가능하고, 세정 효과가 우수한 중공사막 수처리 장치 및 이를 이용한 수처리 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 중공사막을 이용한 수처리 장치에서는 중공사막의 투수율을 높이기 위해 크로스 플로우 여과법, 역세정법 및/또는 공기세정법을 이용하여 중공사막에 부착된 불순물을 일정한 시간주기로 제거하게 된다.

예를 들어, 상기 크로스 플로우 여과법, 역세정법 및/또는 공기세정법을 채용한 수처리 장치가 본 출원인이 연구개발한 대한민국 특허 제241588호, 대한민국 공개특허 제2000-25870호 및 제2001-28598호에 개시되어 있다.

상기 특허 제241588호는 중공사막의 외부에 오염물질이 부착되는 것을 억제하기 위해 중공사막 카트리지의 저부에 교반날개를 설치한 크로스 플로우 여과법을 채용한 수처리 장치를 개시하고 있다.

상기 공개특허 제2000-25870호는 중공사막다발의 내부중앙에 다공성 튜브를 설치하고 에어주입관을 통해 고압의 공기를 상기 튜브에 주입하여 중공사막에 부착된 오염물질을 제거하는 공기세정법을 채용한 수처리 장치를 개시하고 있다.

또한, 상기 공개특허 제2001-28598호는 다수개의 밸브장치를 적절히 제어함으로써 중공사막에 부착된 오염물질을 공기와 물로 세정하는 역세정법과 공기세정법을 채용한 수처리 장치를 개시하고 있다.

그러나, 전술한 크로스 플로우 여과법, 역세정법 또는 공기세정법을 채용한 종래의 수처리 장치는 오염도가 낮은 소량의 오폐수(원수)를 여과시키기에는 만족스럽지만, 산업용 대용량의 오폐수를 여과시키는데 있어서는 중공사막으로부터 오염물질을 효과적으로 제거하지 못하는 단점이 있다.

특히, 종래의 크로스 플로우 여과법을 채용한 수처리 장치는 순간 회수율이 높을 경우 중공사막 표면의 오염이 가속화되기 때문에, 최대 90%, 최소 10%까지 순환시켜야 하며, 이에 따라 펌프유량이 커지게 되어 투자비용과 에너지 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.

또한, 중공사막 내부로 오수가 순환되기 때문에 필수적으로 전처리 공정이 요구되며, 이러한 전처리 공정은 추가비용이 소요될 뿐만 아니라, 중공사막 카트리지 교체시 수처리 장치를 정지 또는 중단시켜야 하며, 미생물 번식의 원인이 되는 문제점이 있다.

또한, 중공사막이 오염되었을 경우, 역세정은 가능하지만 세정효율이 떨어지고, 화학세정시 장시간이 소요되며, 세정후 복원이 곤란한 문제점이 있다.

또한, 다수개의 중공사막 카트리지를 매니폴드로 연결하는 경우, 안전한 제어를 위해서는 각각의 카트리지에 밸브를 설치해야 하기 때문에, 설치비용이 증대되는 문제점이 있다.

또한, 종래의 역세정법을 채용한 수처리 장치는 역세정법을 단독으로 채용할 경우, 수처리 장치가 작동하여 시간이 흐를수록 중공사막이 급속하게 오염(clogging)됨으로써, 안정적인 통수량을 얻을 수 없고 중공사막의 성능회복이불가능하며, 입자가 제거된 순수한 상태의 원수만이 사용가능하므로, 일반 공업용수, 하천수, 해수 등의 대용량 용수처리에는 부적합하다는 문제점이 있다.

또한, 종래의 공기세정법을 채용한 수처리 장치는 중공사막이 오염된 후 공기 플러싱(flushing)을 할 경우, 중공사막 번들의 외부에 대한 세정효과는 있으나, 내부의 세정효과는 미미하고, 수처리 장치의 하우징 내에서 공기 세정을 할 경우, 초기에는 효과가 있으나, 세정과정중 공기가 하우징으로부터 배출될 때, 하우징내의 물도 함께 배출되기 때문에 중공사막 세정매체인 물이 고갈되어 효율이 크게 저감된다. 특히, 하우징 삽입형은 전술한 크로스 플로우 여과법의 문제점을 상당부분 개선할 수 있으나, 중공사막 카트리지를 대형으로 제작할 경우 막모듈의 제조가 곤란하고 플러싱 효과가 저감되기 때문에, 대용량 처리를 위해서는 통상적으로 1 내지 5인치 직경의 카트리지를 제작하여 하우징에 복수로 설치하게 된다. 이 경우, 카트리지를 하우징에 다수 부착하기 위하여 다수의 연결구 및 연결부속을 제작하여야 하므로 하우징의 제작에는 많은 비용이 소요되며, 특히 카트리지가 견고하게 고정되지 않으면 카트리지와 하우징 고정부 사이에서 누수가 발생할 위험이 있고, 카트리지 탈부착에 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다. 또한, 상기 공개특허 제2000-25870호에 개시된 바와 같이, 중공사막 카트리지의 하부를 하우징에 고정하는 경우, 하우징의 고정부와 카트리지의 중심이 편심되지 않도록 설치 운전에 많은 주의를 기울여야 한다. 또한, 카트리지와 공기 주입부는 주로 O링을 개재시켜 연결되므로 중심이 일치하지 않으면 연결이 곤란한 경우도 발생할 수 있다. 특히, 압축공기를 공급하기 위해서는 각각의 카트리지에 공기 주입구를 연결해야만 하며, 카트리지 제조시, 중공사막 번들과 어댑터를 용착 또는 접착시킬 때 오차가 발생하는 경우, 어댑터를 하우징에 연결할 때 일부 어댑터가 수직구조를 형성하지 못함으로써, 조립이 곤란하고, 하부 연결부와 압축공기 주입구가 연결된 부위에 응력이 발생하여 장시간 운전시 누수될 위험이 있다.

특히, 압축공기로 세정할 때, 압축공기가 하우징내에서 고속으로 상승하기 때문에, 소량의 공기만이 막세정에 실질적으로 이용되고 대다수의 압축공기가 소실되며, 따라서, 과잉의 압축공기를 제공해야 하는 문제점이 있다. 또한, 기포의 크기가 커서 중공사막 표면의 오염물을 긁어내는 효과는 적고, 오직 중공사막을 진동하게 하는 효과만 나타나는 문제점이 있다. 또한, 종래의 중공사막 카트리지는 중공사막이 단사되거나 핀홀이 생성되었을 때 전체를 모두 교환해야하는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 대형 대용량으로 제작이 가능하여 가격경쟁력이 있고, 중공사막 카트리지의 탈부착이 용이한 수처리 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 중공사막 카트리지를 안정적으로 지지할 수 있는 구조를 갖는 수처리 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 물과 공기가 혼합된 미세기포를 공급하여 중공사막을 원할하게 세정할 수 있는 수처리 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 중공사막중 일부가 단사되거나 핀홀이 생성된 경우, 그 일부만 교체할 수 있는 수처리 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 수처리 장치는 여과액 출구와 공기 배출구가 형성된 덮개부, 원수 공급부와 농축액 출구가 형성된 본체, 및 격판과 압축공기 주입구가 형성된 지지부를 갖는 실린더 형상의 하우징; 상기 하우징의 본체 내부에 삽탈가능하게 설치되어 원수 공급부로 유입되는 원수를 여과하는 중공사막 카트리지; 및 상기 하우징 지지부의 격판상에 설치되어 중공사막 카트리지의 하부 중심을 고정하는 압축공기 분출기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 수처리 시스템은 전술한 중공사막 수처리 장치를 포함하되, 상기 중공사막 수처리 장치의 원수 공급부까지 원수급원으로부터 원수를 공급하기 위한 원수공급펌프; 상기 중공사막 수처리 장치의 여과액 출구에 연결되어 여과처리된 여과액을 저장하기 위한 여과액 보관탱크; 상기 여과액 보관탱크로부터 여과액중 일부를 중공사막 수처리 장치의 여과액 출구로 역류시켜 중공사막을 내부에서 외부로 역세정하기 위한 역세정 펌프; 상기 여과액 보관탱크로부터 여과액중 일부를 공기와 혼합하여 중공사막 수처리 장치의 압축공기 주입구에 제공하기 위한 물/공기 혼합공급수단; 상기 물/공기 혼합공급수단과 압축공기 주입구 사이에 설치되며, 물/공기 혼합공급수단으로부터 압송되는 공기가 혼합된 물을 가압하여 임시저장하기 위한 수용기; 및 상기 중공사막 수처리 장치의 농축액 출구에 연결되며, 중공사막 수처리 장치에서 발생된 오염물질을 외부로 배출시키기 위한 농축액 배출라인;을 포함한다.

도 1은 본 발명에 따른 수처리 장치의 종단면도이고,

도 2는 본 발명에 따른 수처리 장치의 하우징을 도시한 종단면도이며,

도 3은 본 발명에 따른 수처리 장치의 중공사막 카트리지를 도시한 종단면도이고,

도 4a는 도 3의 A-A선을 따라 취한 횡단면도이며,

도 4b는 도 3의 B-B선을 따라 취한 횡단면도이고,

도 4c는 도 3의 C-C선을 따라 취한 횡단면도이며,

도 4d는 도 3의 D-D선을 따라 취한 횡단면도이고,

도 5는 본 발명에 따른 중공사막 모듈의 사시도이며,

도 6은 본 발명에 따른 압축공기 분출기를 도시한 정면도이고,

도 7은 본 발명에 따른 수처리 시스템의 공정도이고,

도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 통수량을 나타낸 그래프이며,

도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 통수량을 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 수처리 장치(100)의 구성을 보다 상세하게 설명한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수처리 장치는 하우징(1), 중공사막 카트리지(2) 및 압출공기 분출기(3)를 포함한다.

먼저, 상기 하우징(1)은 전체적으로 실린더 형상으로서, 그 내부에 중공사막 카트리지(2)와 압출공기 분출기(3)가 수용된다.

보다 상세하게 설명하면, 상기 하우징(1)은 3부분, 즉 덮개부(11), 본체(12) 및 지지부(13)로 구성된다.

상기 하우징(1)의 덮개부(11)는 외주에 플랜지가 형성된 반구형상이며, 바람직하게, 당해 수처리 장치에서 여과처리된 여과액을 배출하기 위한 여과액 출구(14)가 상단 중앙에 형성된다. 또한, 상기 여과액 출구(14)에 이웃하게 공기 배출구(15)가 형성되며, 여과 및 역세정시 공기 배출구(15)를 통해 수처리 장치의 내부 공기가 외부로 배출된다. 상기 공기 배출구(15)는 초기 여과시 하기된 캡 부분에서 생성되는 공기를 배출시킴으로써 여과액에 공기가 혼입되지 않도록 한다. 바람직하게, 상기 공기 배출구(15)는 수처리 장치 내부의 공기압이 소정 압력 이상일 경우, 공기만을 선택적으로 배출할 수 있는 밸브구조(미도시)를 포함한다.

하우징(1)의 본체(12)는 전술한 중공사막 카트리지가 수용되어 실질적인 여과가 이루어지는 내부공간을 포함하며, 원수 공급부(16)와 농축액 출구(17)를 갖는다. 상기 원수 공급부(16)를 통해 원수가 본체 내부로 유입되며, 농축액 출구(17)를 통해 여과된 원수로부터 발생된 슬러지 등의 오염물질이 배출된다. 장치의 운전시 후술하는 압축공기 분출기(3)로부터 분출된 기포에 의해 슬러지 등의 오염물질이 하우징 본체(12)의 상단측으로 부유하기 때문에, 바람직하게, 원수 공급부(16)는 하우징 본체의 하단측에 설치되고, 농축액 출구(17)는 하우징 본체의 상단측에 설치된다.

상기 하우징(1)의 지지부(13)는 지면에 고정되어 당해 장치의 하중을 지지하는 하우징 다리(18), 물과 혼합된 압축공기를 제공하기 위한 압축공기 주입구(19), 압축공기 분출기(3)가 상면에 설치된 격판(20)을 포함한다. 또한, 상기 지지부(13)는 압축공기 주입구(19)로부터 유입된 공기가 혼합된 물을 임시저장하는 내부공간을 갖는다.

상기 여과액 출구(14), 압축공기 분출기(3) 및 압축공기 주입구(19)는 하우징(1)의 중심선(X)을 따라 동심으로 배치됨이 바람직하다.

상기 덮개부(11)의 외주연, 본체(12)의 상하단 외주연 및 지지부(13)의 격판(20) 외주연에는 각각 다수개의 볼트공이 등간격으로 천공된 플랜지가 형성되며, 플랜지의 볼트공에 볼트를 삽입하여 체결함으로써 하우징의 각부분이 분해가능하게 결합된다. 이 때, 결합부에서 발생할 수 있는 액체의 누설을 방지하기 위하여, O링이 개입될 수 있는 홈을 상기 플랜지에 형성함이 바람직하며, 도 2에 도시된 바와 같이 본체(12)의 상단과 지지부 격판(13)의 플랜지에서 볼트공의 내측에 홈을 형성하는 것이 가장 바람직하다.

도 1, 도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 하우징(1)의 본체(12) 내부에는 원수 공급부(16)로 유입되는 원수를 여과하기 위한 중공사막 카트리지(2)가 삽탈가능하게 설치된다.

상기 중공사막 카트리지(2)는 지지체(21), 중공사막 모듈(22), 상부캡(23), 고정판(24), 하부캡(25) 및 외통(26)을 포함한다.

상기 지지체(21)는 대략 원통형이며 중공사막 카트리지(2)의 종축(Y)과 동심으로 설치되고, 그 하단에 압축공기 분출기(3)가 삽입 고정된다. 상기 지지체(21)는 압축공기 분출기(3)로부터 분출된 공기와 혼합된 물을 그 내부로부터 외부로 배출할 수 있는 다수개의 통공을 갖는 망형상의 부재이다.

상기 지지체(21)를 중심으로 다수개의 중공사막 모듈(22)이 방사상으로 배설된다. 도 5를 참조하면, 각각의 중공사막 모듈(22)은 다수개의 중공사막이 집속된 중공사막 번들(22a)을 포함한다. 중공사막이 조밀하게 집속되거나 번들(22a)의 직경이 클 경우, 투수량이 저하되고, 막접착에 많은 비용이 소모되며, 내부오염 및 불량발생이 급증하기 때문에, 중공사막 번들(22a)은 1 내지 3인치의 직경을 갖는 것이 바람직하다. 상기 중공사막 번들(22a)은 상부 어댑터(22b), 하부 어댑터(22c) 및 지지바(22d)에 의해 고정된다. 도시된 바와 같이, 상부 어댑터(22b)는 중공사막 번들(22a)의 상단을 결속하며, 하부 어댑터(22c)는 중공사막 번들(22a)의 하단을 결속한다. 또한, 상부 어댑터(22b)와 하부 어댑터(22c) 사이에 연장설치되는 탄성 지지바(22d)는 중공사막 번들(22a)의 중심에 위치된다. 바람직하게, 상기 상하부 어댑터(22b)(22c)의 외주에는 바람직하지 않은 액체의 누설을 억제하기 위한 적어도 1개 이상의 O링(22e)이 각각 설치된다. 상기 탄성 지지바(22d)는 중공사막이 일정한 유격을 유지하며 진동할 수 있도록 함으로써 중공사막의 단사를 방지하는 기능을 갖으며, 아울러, 탄성이 있는 소재를 채용함으로써 휘어질 수 있기 때문에 사용자가 중공사막 모듈(22)을 카트리지(2)에 용이하게 설치할 수 있도록 한다.

다시 도 3을 참조하면, 상기 중공사막 카트리지(2)의 상부캡(23)은 중공사막 모듈(22)의 상단, 즉 상부 어댑터(22b)를 삽탈가능하게 고정하는 다수개의 홀(23a)이 천공되고, 그 저면이 지지체(21)의 상단을 압착하는 부재이다. 상부캡(23)의 상단 저면에는 누설을 방지하기 위한 O링이 삽입설치되는 홈(23b)이 형성된다.

상기 중공사막 카트리지(2)의 고정판(24)은 중공사막 모듈(22)의 하단을 지지하기 위한 부재로서, 그 내부에 중공사막 모듈의 하부캡(22c)이 삽입된다.

상기 중공사막 카트리지(2)의 하부캡(25)은 상기 지지체(21)의 하단에 내삽되는 환형의 내벽(25a)과, 그 내벽(25a)과 함께 상기 중공사막 모듈(22)의 하단, 즉 하부 어댑터(22c)가 삽입된 고정판(24)을 삽탈가능하게 고정하는 환형의 외벽(25b)을 갖는 부재이다.

또한, 중공사막 카트리지(2)의 외통(26)은 망형상의 부재로서, 상기 상부캡(23)과 하부캡(25)에 의해 상하단이 탈착가능하게 지지되며, 지지체(21)와 중공사막 모듈(22)을 내부에 수용한다.

도 3에 도시된 중공사막 카트리지의 횡단면구조가 도 4a 내지 도 4d에 도시되어 있다. 도 4a는 도 3의 A-A선을 따라 취한 횡단면도이며, 도 4b는 도 3의 B-B선을 따라 취한 횡단면도이고, 도 4c는 도 3의 C-C선을 따라 취한 횡단면도이며, 도 4d는 도 3의 D-D선을 따라 취한 횡단면도이다.

도 4a를 참조하면, 중공사막 카트리지의 상부캡(23)에는 그 종축을 중심으로방사상으로 6개의 홀(23a)이 등간격으로 형성된다. 상부캡(23)의 저면에는 O링(23c)이 설치되며, 가상선은 중공사막 카트리지의 외통(26)을 나타낸다.

도 4b를 참조하면, 중공사막 카트리지의 종축과 동심으로 망형 지지체(21)가 설치되며, 상부캡(23)의 홀 내부에 지지체(21)를 중심으로 방사상으로 배치된 6개의 중공사막 모듈의 상부 어댑터(22b)가 도시되어 있다. 또한, 상부캡(23)보다 직경이 더 작은 중공사막 카트리지의 망형 외통(26)이 도시되어 있다.

도 4c를 참조하면, 전술한 중공사막 카트리지의 지지체(21)를 중심으로 방사상으로 배치된 6개의 중공사막 모듈(22)이 도시되어 있으며, 각각의 중공사막 모듈(22)의 중앙에는 탄성 지지바(22d)가 위치된다. 또한, 카트리지의 외통(26)이 지지체(21)와 중공사막 모듈(22)을 둘러싸며 설치된다.

도 4d를 참조하면, 중공사막 카트리지의 하부캡(25)의 내벽(25a)은 지지체(21)의 하단에 내삽되며, 하부캡의 외벽(25b)은 그 내벽(25a)과 함께 상기 중공사막 모듈의 하단, 즉 하부캡(22c)을 지지하는 고정판(24)을 삽탈가능하게 고정함으로써 하게 된다.

한편, 도면에는 본 발명에 따른 중공사막 카트리지가 6개의 중공사막 모듈을 갖는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 필요에 따라 그 수를 증감할 수 있다.

전술한 바와 같이, 상기 중공사막 카트리지(2)의 지지체(21)에는 도 5에 도시된 바와 같은 압축공기 분출기(3)가 내삽된다. 상기 압축공기 분출기(3)는 쐐기형 첨단부(31)를 갖고, 길이방향을 따라 상부로 갈수록 폭이 좁아지는 다수개의 압축공기 토출구(32)가 형성되며, 그 외주연에 적어도 1개 이상의 O링(33)이 설치된다. 상기 압축공기 분출기(3)는 하우징 지지부의 격판(20)상에 설치되며, 중공사막 카트리지의 하단을 견고하게 고정하게 된다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 수처리 장치의 조립과정을 요약하면 다음과 같다.

도 3을 참조하여 중공사막 카트리지(2)의 조립과정을 설명하면, 중공사막 모듈(22)의 상부 어댑터(22b)를 상부캡(23)의 해당 홀(23a)에 삽입하고, 지지체(21)와 외통(26)의 상단을 상부캡(23)의 저부에 고정한 다음, 중공사막 모듈의 하부 어댑터(22c)를 고정판(24)으로 지지하여 상기 하부캡(25)의 내벽(25a)을 지지체(21)에 내삽하되, 하부캡(25)의 내벽(25a)과 외벽(25b) 사이에 상기 고정판(24)이 긴밀하게 위치되도록 함으로써, 중공사막 카트리지의 조립이 완성된다.

한편, 도 2를 참조하여 하우징의 조립과정을 설명하면, 본 발명에 따른 수처리 장치를 설치하고자하는 적당한 장소를 선정하여 그 지면에 지지부(13)의 다리(18)를 볼트 등으로 견고하게 고정한 다음, 지지부 격판(20)의 플랜지와 하우징 본체(12)의 하단 플랜지를 볼트로 결합한다. 지지부(13)와 본체(12)를 결합하기 전에, 전술한 고압공기 분출기(3)를 지지부의 격판(20)상에 설치하여야 함을 당업자는 알 수 있을 것이다.

이와 같이 하우징의 본체(12)와 지지부(13)가 결합되면, 조립된 중공사막 카트리지(2)를 하우징 본체 내부에 설치하게 된다. 이 때, 중공사막 카트리지(2)의 지지체(21)에 상기 고압공기 분출기(3)의 첨단부(31)가 내삽됨으로써, 중공사막 카트리지의 하단이 견고하게 고정된다. 또한, 중공사막 카트리지의 상부캡(23)은 하우징 본체(2) 상단에 형성된 단턱에 안착되며, 이 때, 상부캡(23)의 저부에 삽입설치된 O링이 하우징 본체 상단면 사이에 개재된다. 그 후, 하우징 덮개부(11)의 플랜지와 본체(12)의 플랜지를 볼트로 결합하면 모든 조립이 완성된다.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 수처리 장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.

전술한 원수 공급부(16)를 통해 원수(오폐수)가 하우징 본체(12) 내부로 유입된다. 하우징 본체 내부로 유입된 원수는 중공사막 카트리지(2)의 중공사막 모듈(22)에 의해 여과되어 중공사막 내부를 따라 상승하여 여과액 출구(14)를 통해 당해 수처리 장치의 외부로 배출되며, 분리된 슬러지 등의 오염물질은 농축액 출구(17)를 통해 외부로 배출된다. 이 과정에서, 하우징 지지부(13)에 형성된 압축공기 주입구(19)를 통해 공기가 혼합된 물이 공급되며, 이와 같이 공급된 공기가 혼합된 물은 압축공기 분출기(3)를 통해 기포형태로 일정한 시간주기로 분출된다. 상기 압축공기 분출기(3)를 통해 분출된 기포는 중공사막 카트리지(2)의 지지체(21)를 통과하여 중공사막 모듈(22)사이로 침투하며, 중공사막 모듈(22)을 따라 상승하게 된다. 이와 같은 기포의 상승은 중공사막 번들의 진동을 유발하게 되고, 중공사막 번들의 진동과 기포의 스커링(scouring) 작용에 의해 중공사막의 외표면에 부착된 오염물질이 박리된다. 중공사막 외표면으로부터 박리된 오염물질은 상기 농축액 출구(17)를 통해 외부로 배출되며, 기포는 하우징 덮개부(11)의 공기 배출부(15)를 통해 외부로 배출된다.

한편, 전술한 공기세정과 동시에 중공사막에 대한 역세정이 실시될 수 있다. 역세정은 전술한 바와 같이 당해 장치에서 여과되어 외부로 배출된 여과액을 여과액 출구(14)를 통해 중공사막 카트리지(2)로 유입시킴으로써 이루어진다. 여과액 출구(14)로 재유입된 여과액은 중공사막 카트리지의 상부캡(23)에 형성된 홀(23a)을 통과하여 중공사막 내부에서 하방향으로 흐르게 된다. 이 때, 중공사막 내부로부터 외부로 고압이 전달됨으로써, 중공사막 외표면에 부착된 오염물질이 박리되며, 박리된 오염물질은 전술한 바와 같이 농축액 출구(17)를 통해 외부로 배출된다.

이하, 도 1 및 도 7을 참조하여 전술한 수처리 장치를 포함하는 본 발명의 수처리 시스템의 구성을 설명한다.

본 발명에 따른 수처리 시스템은 중공사막 수처리 장치(100), 원수공급펌프(101), 여과액 보관탱크(102), 역세정 펌프(103), 물/공기 혼합공급수단(104), 수용기(105) 및 농축액 배출라인(106)을 포함한다.

상기 중공사막 수처리 장치(100)는 전술한 바와 동일한 구조이기 때문에, 반복되는 상세한 설명은 생략한다.

상기 원수공급펌프(101)는 중공사막 수처리 장치(100)의 원수 공급부(16)까지 원수급원으로부터 스크린 필터를 통과한 원수를 공급하기 위한 펌프이며, 여과액 보관탱크(102)는 수처리 장치의 여과액 출구(14)에 연결되어 여과처리된 여과액을 저장하기 위한 보관탱크이다.

상기 역세정 펌프(103)는 여과액 보관탱크(102)로부터 여과액중 일부를 중공사막 수처리 장치의 여과액 출구(14)로 역류시켜 중공사막의 내부에서 외부로 물을 여과시킴으로써 역세정하여 중공사막의 외부표면을 세정하기 위한 펌프이다.

상기 물/공기 혼합공급수단(104)은 여과액 보관탱크(102)로부터 여과액중 일부를 공기와 혼합하여 수처리 장치(100)의 압축공기 주입구(19)에 제공하기 위한 수단으로서, 밸브 개방에 의해 제공된 고압공기를 물과 혼합할 수 있는 터빈에어믹스 펌프인 것이 바람직하다. 또한, 터빈에어믹스 펌프를 사용하지 않는 경우에는 공기와 물이 섞여서 혼합될 수 있도록 하는 상용화된 에어믹스 장치를 도시된 펌프의 후단에 설치할 수도 있다.

상기 수용기(105)는 물/공기 혼합공급수단(104)과 압축공기 주입구(19) 사이에 설치되며, 물/공기 혼합공급수단(104)으로부터 압송되는 공기가 혼합된 물을 가압하여 임시저장하기 위한 용기이며, 이는 공기가 혼합된 물을 고압으로 보관하고 공기세정시 감압되면서 순간적으로 미세한 기포를 제공하게 된다.

바람직하게, 본 발명은 상기 물/공기 혼합공급수단(104)으로부터 압송되는 공기가 혼합된 물을 교반하여 미세한 기포를 발생시키기 위한 정적혼합기(static mixer)(107)를 수용기 후단에 더 포함할 수 있다. 상기 정적혼합기(107)는 압축공기와 물을 더 미세하게 교반시킴으로써 공기세정시 기포의 스커링 효과를 극대화시킬 수 있다.

상기 농축액 배출라인(106)은 수처리 장치의 농축액 출구(17)에 연결되며, 중공사막 수처리 장치(100)에서 발생된 오염물질을 외부로 배출시키는 도관이다.

본 발명에 따른 수처리 장치는 필요한 경우, 장치로부터 카트리지를 탈거하여 화학세정할 수 있음을 당업자는 알 수 있을 것이다.

이하, 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 수처리 시스템의 작용을 설명한다.

상기 원수공급펌프(101)가 작동하여 원수급원으로부터 수처리 장치(100)의 원수 공급부(16)로 원수가 공급되며, 공급된 원수를 전술한 바와 같이 수처리 장치가 여과시킨다. 여과처리된 여과액은 수처리 장치(100)의 여과액 출구(14)를 통해 여과액 보관탱크(102)로 배출되어 보관된다.

상기 수처리 장치가 작동함에 따라 중공사막 외표면에 오염물질이 부착됨으로써 투수량이 저하되는 것을 방지하기 위해, 일정한 시간 주기로 역세정 펌프(103), 및 물/공기 혼합공급수단(104), 즉 터빈에어믹스펌프를 작동시키게 된다.

상기 역세정 펌프(103)가 작동하여 여과액 보관탱크(102)로부터 여과액중 일부를 수처리 장치(100)의 여과액 출구(14)로 역류시킴으로써, 중공사막을 내부에서 외부로 역세정하게 된다.

또한, 상기 터빈에어믹스 펌프(104)가 작동하여 여과액 보관탱크(102)로부터 여과액중 일부를 공기와 혼합하여 수처리 장치의 압축공기 주입구(19)에 제공하되, 터빈에어믹스 펌프(104)와 압축공기 주입구(19) 사이에 설치된 수용기(105)와 정적혼합기(107)의 작용에 의해 더욱 미세한 기포를 형성하여 제공하게 된다.

상기 압축공기 주입구(19)로 유입된 기포는 전술한 바와 같이 압축공기 분출기(3)를 통해 분출됨으로써, 중공사막의 외표면에 부착된 오염물질을 공기세정하게 된다.

상기 수처리 장치의 작동, 역세정 및 공기세정에 의해 발생된 오염물질은 농축액 출구(17)를 통해 농축액 배출라인(106)으로 배출된다.

전술한 바와 같은 본 발명의 여타 특장점은 후술되는 수처리 시스템의 실시예로부터 보다 명백하게 될 것이다.

실시예 1

길이가 1m이고, 가닥수가 400개이며, 분획분자량(MWCO)이 50,000 Dalton이고, 막의 내외경 크기가 0.8/1.1㎜이며, 외부기준 막면적이 1.2㎡/개인 PAN(폴리아크릴로니트릴)소재의 중공사막을 가진 중공사막 번들을 채용한 도 1의 수처리 장치에서 통수량의 변화와 처리효율을 실험하고, 그 결과를 표 1 및 도 8의 그래프로 표시하였다. 중공사막 번들당 초기 여과수량은 140L/Hr/개(20톤/d, 6개/unit)였다. 수처리 시스템의 운전조건은 원수공급압력이 1.2㎏/㎠이고, 역세압력이 1.5㎏/㎠이며, 공기압은 2㎏/㎠이고, 공기세정 주기는 30sec/2hr이며, 주입 공기유량은 60L/min이었다.

	단위	원수	여과액
PH		7.3	7.2
SS	㎎/ℓ	29.0	0.5
CODcr	㎎/ℓ	19.0	16.3
BOD5	㎎/ℓ	28.6	18.6
탁도	NTu	4.57	0.2

실시예 2

길이가 0.87m이며, 분획분자량(MWCO)이 100,000 Dalton이고, 막의 내외경 크기가 0.5/0.8㎜인 폴리설폰소재의 중공사막을 포함하는 직경이 60㎜인 6개의 중공사막 번들을 채용한 도 1의 수처리 장치에서 통수량을 실험하고, 그 결과를 도 9의 그래프로 표시하였다. 수처리 시스템의 운전조건은 원수공급압력이 1.2㎏/㎠이고, 역세압력이 1.5㎏/㎠이며, 공기압은 2㎏/㎠이고, 공기세정 주기는 20sec/1hr이며, 주입 공기유량은 60L/min이고, 탁도가 4NTU인 원수를 사용하였다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 중공사막 수처리 장치와 이를 이용한 수처리 시스템은 중공사막 카트리지로부터 중공사막 모듈을 용이하게 탈부착할 수 있으며, 중공사막 모듈이 카트리지 내부에 종축을 중심으로 등간격으로 장착되기 때문에 기포에 의한 진동 및 스커링 효과가 우수하고, 긴밀하게 장착되는 상하부캡에 의해 누설의 위험이 크게 저감되며, 하우징에 대한 카트리지의 삽탈이 용이하고, 역세펌프를 채용하여 역세정이 가능하며, 효율이 떨어지는 브로우어 또는 고가의 오일리스 에어 콤퓨레샤를 사용하는 대신 터빈에어믹스 펌프, 수용기, 정적혼합기를 채용하여 미세한 기포를 발생시킴으로써 공기세정효과가 우수하고, 중공사막 카트리지의 지지체에 내삽되는 압축공기 분출기에 의해 카트리지의 견고한 고정이 가능하며, 중공사막 모듈에 탄성 지지바를 채용하여 중공사막의 단사를 방지함과 아울러 소정 각도로 휘어짐으로써 카트리지에 대한 탈부착이 용이하다.

Claims (8)

1. 여과액 출구와 공기 배출구가 형성된 덮개부, 원수 공급부와 농축액 출구가 형성된 본체, 및 격판과 압축공기 주입구가 형성된 지지부를 갖는 실린더 형상의 하우징;

   상기 하우징의 본체 내부에 삽탈가능하게 설치되어 원수 공급부로 유입되는 원수를 여과하는 중공사막 카트리지; 및

   상기 하우징 지지부의 격판상에 설치되어 중공사막 카트리지의 하부 중심을 고정하는 압축공기 분출기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 중공사막 수처리 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 중공사막 카트리지는 그 종축과 동심으로 설치된 망(網)형 지지체; 상기 지지체를 중심으로 방사상으로 배설된 다수개의 중공사막 모듈; 상기 중공사막 모듈의 상단을 삽탈가능하게 고정하는 다수개의 홀이 천공되고, 그 저면이 지지체의 상단을 압착하는 상부캡; 상기 중공사막 모듈의 하단을 지지하는 고정판; 상기 지지체의 하단에 내삽되는 환형의 내벽과, 그 내벽과 함께 상기 중공사막 모듈의 하단을 삽탈가능하게 고정하는 환형의 외벽을 갖는 하부캡; 및 상기 상부캡과 하부캡에 의해 상하단이 지지되며, 상기 지지체와 중공사막 모듈을 내부에 수용하는 탈착가능한 망형 외통;을 포함하는 것을 특징으로 하는 중공사막 수처리 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 중공사막 모듈은 다수개의 중공사막이 집속된 중공사막 번들; 상기 중공사막 번들의 상단을 결속하며, 상기 상부캡의 홀에 삽입 고정되는 상부 어댑터; 상기 중공사막 번들의 하단을 결속하며, 상기 하부캡의 내벽과 외벽 사이에 삽입 고정되는 하부 어댑터; 및 상기 상하부 어댑터 사이에 설치되며, 중공사막 번들의 중심에 위치되는 탄성 지지바;를 포함하는 것을 특징으로 하는 중공사막 수처리 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 상하부 어댑터의 외주에 적어도 1개 이상의 O링이 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 중공사막 수처리 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 압축공기 분출기는 중공사막 카트리지의 지지체에 내삽되는 쐐기형 첨단부를 갖고, 길이방향을 따라 상부로 갈수록 폭이 좁아지는 다수개의 압축공기 토출구가 형성되며, 그 외주연에 적어도 2개 이상의 O링이 설치되는 것을 특징으로 하는 중공사막 수처리 장치.
6. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 따른 중공사막 수처리 장치를 포함하되,

   상기 중공사막 수처리 장치의 원수 공급부까지 원수급원으로부터 원수를 공급하기 위한 원수공급펌프;

   상기 중공사막 수처리 장치의 여과액 출구에 연결되어 여과처리된 여과액을저장하기 위한 여과액 보관탱크;

   상기 여과액 보관탱크로부터 여과액중 일부를 중공사막 수처리 장치의 여과액 출구로 역류시켜 중공사막을 내부에서 외부로 역세정하기 위한 역세정 펌프;

   상기 여과액 보관탱크로부터 여과액중 일부를 공기와 혼합하여 중공사막 수처리 장치의 압축공기 주입구에 제공하기 위한 물/공기 혼합공급수단;

   상기 물/공기 혼합공급수단과 압축공기 주입구 사이에 설치되며, 물/공기 혼합공급수단으로부터 압송되는 공기가 혼합된 물을 가압하여 임시저장하기 위한 수용기; 및

   상기 중공사막 수처리 장치의 농축액 출구에 연결되며, 중공사막 수처리 장치에서 발생된 오염물질을 외부로 배출시키기 위한 농축액 배출라인;을 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 시스템.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 물/공기 혼합공급수단은 터빈에어믹스 펌프인 것을 특징으로 하는 수처리 시스템.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 물/공기 혼합공급수단으로부터 압송되는 공기가 혼합된 물을 교반하여 미세한 기포를 발생시키기 위한 정적혼합기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 시스템.