KR100600567B1

KR100600567B1 - 섬유여과기 내에 침지식 분리막 모듈을 일체화한 수처리장치

Info

Publication number: KR100600567B1
Application number: KR1020060024251A
Authority: KR
Inventors: 김규태; 서규태; 권지향
Original assignee: (주)성신엔지니어링
Priority date: 2006-03-16
Filing date: 2006-03-16
Publication date: 2006-07-13
Also published as: WO2007105851A1

Abstract

본 발명은 섬유여과기와 침지식 분리막 모듈을 결합함으로써, 처리수 수질에 있어 종래의 모래여과지에 비해 훨씬 우수한 막여과 기능을 유지하는 상태에서, 종래의 분리막을 사용할 때 운전비를 획기적으로 절감할 수 있을 뿐만 아니라 전체공정의 크기를 소형화하고 제작비용을 절감할 수 있는 수처리 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 수처리 장치는, 처리 대상수가 유입되는 일체형 수처리 장치 내에 배치되어, 처리 대상수를 1차적으로 여과하는 섬유여과기; 상기 섬유여과기 내에 배치되어, 상기 섬유여과기에서 1차 여과된 처리 대상수를 2차적으로 여과하는 침지식 분리막 모듈; 및 상기 일체형 수처리 장치 및 상기 침지식 분리막 모듈의 하부에 각각 설치되어, 상기 섬유여과기 및 상기 침지식 분리막 모듈의 역세정시에 공기를 공급하기 위한 산기관을 포함한다.

수처리 장치, 섬유여과기, 침지식 분리막 모듈, 역세정, 중공사막

Description

섬유여과기 내에 침지식 분리막 모듈을 일체화한 수처리 장치{Water-treatment apparatus using membrane module submerged at inside of fiber filter}

도 1은 본 발명에 따른 수처리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 따른 수처리 장치에서 사용되는 섬유여과기를 도시한 사시도.

도 3은 도 2에 도시된 섬유여과기 내에 장착되는 침지식 분리막을 도시한 사시도.

도 4는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 수처리 장치의 구조를 도시한 개략 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 수처리 장치에서 물을 여과할 때 물의 흐름을 도시한 도면.

도 6은 본 발명에 따른 수처리 장치에서 침지식 분리막의 역세정시의 물을 흐름을 도시한 도면.

도 7은 본 발명에 따른 수처리 장치에서 섬유여과기의 역세정시의 물의 흐름을 도시한 도면.

도 8은 도 1에 도시된 본 발명에 따른 수처리 장치를 이용한 정수 처리 시스 템을 개략적으로 도시한 도면.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

1 : 일체형 수처리 장치 2 : 섬유여과기

3 : 분리막 모듈 4 : 섬유 여재

5a, 5b : 여재 걸대 6 : 실린더

7 : 피스톤 8 : 스트레이너

8a : 스트레이너 관통공 9 : 분리막 모듈 물 유입공

10 : 분리막 모듈 가이드 11 : 분리막

12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 : 라인 19a, 19b : 공기 배출관

20a : 분리막 펌프 20b : 섬유여과기 역세정 펌프

21 : 원수 집수조 22 : 섬유여과기 농축수 배출조

23 : 섬유여과기 처리수조 24 : 막 농축수 배출조

25 : 분리막 처리수조 26 : 블로워

27a,27b : 산기관 31,32,33,34,35,36,37,38 : 밸브

41 : 1mm 스크린 42 : 응집숙성 및 원수 조정조

43 : 원수 공급 펌프

본 발명은 물에 포함된 부유고형물 및 콜로이드 등의 탁도 유발물질과 색ㆍ 냄새ㆍ이취미 등을 유발하는 일부 용존물질 및 조류ㆍ원생동물ㆍ박테리아ㆍ바이러스 등과 같은 미생물 등의 불순물을 제거하기 위해 섬유여과기 및 막여과 기술을 이용하는 수처리 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 물에 포함된 부유물질 및 콜로이드 등의 탁도 유발물질과 색ㆍ냄새ㆍ이취미 등을 유발하는 일부 용존물질 및 조류ㆍ원생동물ㆍ박테리아ㆍ바이러스 등과 같은 미생물 등의 불순물을 제거하기 위한 기술은, 화학응집침전 후 모래여과처리 기술, 화학응집침전 후 기계적 여과처리 기술, 화학응집 후 침전조 생략에 의한 직접 기계적 여과처리 기술, 및 화학응집 후 직렬 2단계의 기계적 여과처리 기술이 있다.

먼저, 화학응집침전 후 모래여과처리 기술에 대하여 설명하면, 전염소 처리 혹은 미처리된 원수를 화학응집제를 사용하여, 상기된 바와 같은 불순물을 플럭화한 후 침전조로 유입하여, 이들 플럭을 침전조에서 1차 제거한 상징수를 후단의 모래여과기에 유입하여, 잔존한 불순물을 제거하는 가장 일반적인 기술이다. 통상 토목구조물로 되어 있는 이 기술의 장점은 불순물 제거 메커니즘이 단순하여 전체 공정 건설비 및 운전비가 가장 저렴하다. 그러나 처리용량 대비 그 크기가 대단히 크기 때문에 부지를 많이 차지하여 적절한 규모의 경우, 상기된 바와 같은 불순물 제거 효율이 떨어지는 단점을 가지고 있을 뿐 아니라, 처리된 물의 수질에도 그 한계가 있다.

화학응집침전 후 기계적 여과처리 기술은 원수로부터 화학응집 및 침전과정은 상기된 화학응집침전 후 모래여과처리 기술과 동일하다.

그러나, 모래여과 대신 역세척이 가능한 기계적 필터를 사용하여 그 크기를 감소시키고 처리수질 및 그 안정성이 상기된 화학응집침전 후 모래여과처리 기술과 비교하여 높다. 이 기술의 특징은 사용되는 기계적 필터에 따라서, 처리수질, 장치 크기, 운전비 등이 크게 달라진다.

즉, 공통된 것은 모래여과에 비해 그 크기가 약 1/5 이하로 줄어드는 반면 기계적 역세척이 수반되어야 하기 때문에, 장치의 복잡성이 증가하고 동력비 또한 증가한다. 예를 들어, 정밀여과막 또는 한외여과막을 이용한 침지식 막여과 기술을 사용할 경우에, 통상 상기 불순물은 거의 완벽하게 제거되어 기존의 모래여과에 비해 수질은 약 10배 정도 개선되고 처리 필요 부지 또한 약 1/5 이하로 감소될 수 있다. 그러나, 일종의 소모품인 고가의 막을 주기적으로 교환하여야 하며 주기적인 역세정, 유지세정, 화학세정 등을 수반하여야 하기 때문에 이를 조절하기 위한 자동조절장치가 구비되어야 한다. 즉, 처리 수질 및 그 안정성이 개선되고 필요 소요 부지도 줄어드는 장점이 있는 반면 장치 제작비 및 운전비가 많이 드는 단점이 있다.

세 번째로, 화학응집 후 침전조 생략에 의한 직접 기계적 여과처리 기술에 대해 설명하면, 이 기술은 원수로부터 화학응집까지는 상기된 화학응집침전 후 기계적 여과처리 기술과 동일하다.

화학응집 후 침전조 생략에 의한 직접 기계적 여과처리 기술은 침전조를 거치지 않고 필터류를 이용하여 직접 기계적 여과기술을 적용하여 상기 기술된 오염물을 제거한다. 이 기술은 침전조를 생략하고 모래여과 대신 기계적 여과를 하는 기술인 고로 장치의 필요 부지면적을 극적으로 줄이고 장치비를 절감할 수 있는 장점을 가진다.

그러나, 화학응집 후 침전조 생략에 의한 직접 기계적 여과처리 기술은 처리하여야 할 오염된 대상수가 직접 필터에 접촉하기 때문에, 필터의 오염도가 대단히 높다. 따라서, 이 기술을 사용할 경우 필터의 오염도를 줄이기 위한 방안이 필요하다. 예를 들어, 침지식 정밀분리막 이나 한외분리막을 필터로 사용할 경우에 막분리조 내의 막의 충진율을 낮추고 여과 시 상시 혹은 간혈적(약 10초 간격) 공기세정 즉, 많은 양의 공기를 막분리조 내에 공급하여 처리 대상수에 포함된 오염물이 막 표면에 퇴적되는 현상인 막오염이 저감되도록 운전해야 할 뿐 아니라 오염물에 의해 손상된 막을 회복하는 역세정주기도 빨라져야 한다.

즉, 이 기술은 침전조를 생략하는 만큼 운전이 단순해지고 부지와 장치비도 절감되는 반면 막오염을 저감하기 위한 직접 운전비가 높고 계속되는 공기세정과 짧아진 역세정 주기에 견디기 위해 막의 기계적 강도가 대단히 높아야만 한다. 이는 막의 기계적 강도를 높여야 되는 만큼 소모품인 막의 단위 면적 당 가격이 높아지고 막오염을 줄이기 위해 많은 양의 공기를 사용하기 때문에 다른 장치에 비해 운전비가 2배 이상 많이 소모되는 단점이 있다. 또한, 분리막의 충진율이 낮다는 것은 막분리조의 크기가 커지는 것을 의미하므로, 침전조 생략에 의한 부지 절감효과를 반감 시키는 결과를 초래하게 된다. 따라서 이 기술 절대적 장점은 단순한 공정구성에 따른 운전 단순화에 있다. 즉, 운전의 안정성이 이 기술의 큰 장점이다.

끝으로, 화학응집 후 직렬 2단계의 기계적 여과처리 기술에 대해 설명하면, 상기된 바와 같은 화학응집 후 침전조 생략에 의한 직접 기계적 여과처리 기술의 단점인 운전비 상승을 보완하기 위해 침전조를 1차 거친 필터로 대체함으로써, 부유물질이 사전에 최소 85% 정도 제거되어 오염도가 낮아진 대상수를 2차 정밀필터인 분리막으로 처리하는 기술로서 현재 개발 중인 기술이다.

이 기술을 화학응집 후 침전조 생략에 의한 직접 기계적 여과처리 기술과 비교하면, 2개의 필터를 직렬 연결함에 따른 장치비 상승과 운전의 복잡성이 더 해지는 단점은 있으나, 상기된 바와 같은 첫 번째 및 두 번째 기술에 비해 필요 부지가 대폭 축소되고, 막의 충진율도 높일 수 있어 전체적인 장치 크기가 세 번째 기술이 필요로 하는 크기와 비슷해 질 뿐 아니라 공기 공급량의 90% 이상을 줄이고 고가의 막을 사용하지 않아도 될 뿐 아니라 역세정주기가 길어 세 번째 기술의 결정적 단점인 직접 운전비를 첫 번째 또는 두 번째 기술 정도까지 줄일 수 있는 장점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 섬유여과기와 침지식 분리막 모듈을 결합함으로써, 처리수 수질에 있어 종래의 모래여과지에 비해 훨씬 우수한 막여과 기능을 유지하는 상태에서, 종래의 분리막을 사용할 때 운전비를 획기적으로 절감할 수 있을 뿐만 아니라 전체공정의 크기를 소형화하고 제작비용을 절감할 수 있는 수처리 장치를 제공하는데 있다.

상기된 바와 같은 목적은, 처리 대상수가 유입되는 일체형 수처리 장치 내에 배치되어, 처리 대상수를 1차적으로 여과하는 섬유여과기; 상기 섬유여과기 내에 배치되어, 상기 섬유여과기에서 1차 여과된 처리 대상수를 2차적으로 여과하는 침지식 분리막 모듈; 및 상기 일체형 수처리 장치 및 상기 침지식 분리막 모듈의 하부에 각각 설치되어, 상기 섬유여과기 및 상기 침지식 분리막 모듈의 역세정시에 공기를 공급하기 위한 산기관을 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 수처리 장치에 의해 달성될 수 있다.

상기에서, 상기 섬유여과기는 지지체로서 미세공들이 조밀하게 형성되어 있는 지지체인 박스 형상의 스트레이너, 상기 스트레이너의 외부에 위치되며 미세 유연사 다발로 이루어지고, 상기 일체형 수처리 장치의 상부 및 하부에 각각 제공되는 여재 걸대에 연결되는 섬유 여재, 및 처리 대상수를 여과할 때 상기 섬유 여재의 상부에 위치된 상기 상부 여재 걸대를 당기고 역세정시에 상기 섬유 여재를 느슨하게 하기 위한 실린더를 포함한다.

아울러, 상기 침지식 분리막 모듈은, 상기 섬유여과기로부터 1차 처리된 처리 대상수가 유입되도록 다수의 물 유입공들이 형성되고 상기 섬유여과기 내에 배치되는 분리막 모듈 가이드, 상기 분리막 모듈 가이드 내에 설치되어 상기 섬유여과기에 의해 1차 처리된 물을 여과 처리하기 위한 분리막, 및 외부의 펌프에 의한 음압을 상기 분리막에 적용하기 위하여 상기 분리막에 연결되는 라인을 포함한다.

상기 침지식 분리막 모듈은 상기 라인을 통하여 공급된 막 처리수로부터 역세정되고, 역세정된 역세정수는 상기 침지식 분리막 모듈의 분리막 모듈 가이드 내로 연장하는 막 농축수 배출조로 배출된다.

상기 섬유여과기의 역세정은 상기 분리막 모듈 가이드 내로 연결되는 섬유여과기 처리수조로부터 공급되는 섬유여과기 처리수에 의해 이루어진다.

상기 섬유여과기 역세정 동안 상기 섬유여과기의 섬유 여재는 5~10초 간격으로 이완과 수축을 반복하며, 상기 침지식 분리막 모듈은 상기 섬유여과기의 역세정 동안 정상적인 여과가 일어나게 운전할 수 있다.

상기 섬유여과기의 섬유 여재의 공경은 바람직하게 10㎛ 이하이고, 상기 침지형 분리막 모듈의 분리막의 공경은 0.1㎛이하이다.

상기 침지식 분리막 모듈의 역세정은 30~60분의 시간주기로 수행된다.

대안적으로, 상기된 바와 같은 목적은, 스크린에 의해 이물질이 걸러진 원수를 집수하는 원수 집수조; 상기 원수 집수조로부터 펌핑에 의해 공급된 원수에 분말활성탄 및 화학응집제를 투입하는 한편 원수를 교반하여, 원수 상태를 조정하는 응집 숙성 및 원수 조정조; 상기 응집 숙성 및 원수 조정조로부터 조정된 원수를 1차적으로 여과하는 섬유여과기, 상기 섬유여과기 내에 배치되어, 상기 섬유여과기에서 1차 여과된 원수를 2차적으로 여과하는 침지식 분리막 모듈, 및 상기 섬유여과기 및 상기 침지식 분리막 모듈의 역세정시에 공기를 공급하기 위하여, 상기 섬유여과기 및 상기 침지식 분리막 모듈의 하부에 각각 설치되는 산기관을 구비하는 수처리 장치; 상기 침지식 분리막 모듈의 역세정수를 배출하기 위해 분리막 모듈 가이드와 연결되어 있는 막 농축수 배출조; 상기 섬유 여과기의 역세정 시 역세정수를 공급하기 위하여 상기 침지식 분리막 모듈 가이드와 연결되는 섬유여과기 처리수조; 및 상기 수처리 여과기에 의해 여과된 처리수를 저장하는 한편, 상기 침지 식 분리막 모듈의 역세정을 위한 역세정수를 공급하는 막 처리수조를 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 정수 처리 시스템에 의해 달성될 수도 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 수처리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 수처리 장치의 구조를 도시한 개략 단면도이다. 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수처리 장치는 일체형 수처리 장치(1) 내에 분리막 모듈(3)이 섬유여과기(2)에 일체화된 여과 모듈을 포함한다. 일체형 수처리 장치(1)는 일체형 수처리 장치(1) 내로 원수를 공급하기 위한 원수 집수조(21) 및 섬유여과기(2)를 역세정한 역세정수를 저장하기 위한 섬유여과기 농축수 배출조(22)와 연결된다. 한편, 분리막 모듈(3)은 섬유여과기(2)에 의해 처리된 섬유여과기 처리수조(23)와 분리막 모듈(3)을 역세정할 때 발생되는 막 농축수를 저장하기 위한 막 농축수 배출조(24) 및, 분리막 모듈에 의해 처리된 처리수를 저장하기 위한 막 처리수조(25)와 연결된다.

처리수조(25)는 분리막 모듈(3)에 의해 처리된 처리수의 일부분을 저장하여 분리막 모듈(3)을 역세정할 때 분리막 모듈(3)을 세정하기 위한 세정수를 공급하고, 섬유여과기 처리수조(23)는 본 발명의 수처리 장치에서 1차 처리 장치인 섬유여과기(2)에서 처리된 전처리수를 일부 저장하거나 원수의 일부분을 저장하여, 섬유여과기(2)의 역세정에 사용하는 역세정수를 공급한다. 한편, 일체형 수처리 장치(1) 및 분리막 모듈(3)의 하부에는 섬유여과기(2)와 분리막 모듈(3)을 역세정할 때 일체형 수처리 장치(1)와 분리막 모듈(3)에 공기를 공급할 수 있도록 블로워(26)로부터 공급된 공기를 작은 기포로 전환하기 위한 산기관(27a, 27b)이 제공된다.

섬유여과기(2)는 도 2에 도시된 바와 같이 미세 유연사 다발로 이루어진 섬유 여재(4)가 일체형 수처리 장치(1)의 상부 및 하부에 각각 제공되는 여재 걸대(5a, 5b)에 연결된다. 이러한 섬유여과기(2)는 원수 집수조(21)로부터 공급된 원수를 여과할 때는 실린더(6)의 피스톤(7)을 후퇴시키는 것에 의하여 여재(4)의 상부에 위치된 여재 걸대(5a)를 당기거나, 또는 상부 및 하부의 여재 걸대(5a, 5b)를 비틀어서 섬유 여재(4) 사이의 간격을 좁히게 되며, 원수가 좁혀진 간격의 섬유 여재(4) 사이로 흐르는 동안 원수 내의 이물질들이 효율적으로 여과된다.

섬유 여재(4)는 미세공들이 조밀하게 형성되어 있는 지지체인 박스 형상의 스트레이너(8)의 외부에 위치되어, 섬유여재(4)를 통해서 여과된 처리수가 스트레이너(8)의 내부로 이동한다.

섬유여과기(2)는 처리 대상수가 섬유 여재(4)를 통과하기 위해 사용되는 동력에 따라 압력식 또는 중력식 섬유여과기가 사용될 수 있다. 압력식 섬유여과기는 펌프를 이용하여 처리 대상수에 직접 압력을 가함으로서 섬유여재(4)를 통과시키는 방법이고, 중력식 섬유여과기는 처리 대상수의 유입구와 처리수의 유출구의 높이 차인 수두 차를 이용하여 중력에 의해 여과되는 방식이다. 부유물질의 농도가 낮은 저 오염 원수의 경우 여과에 필요한 압력이 낮기 때문에 여과동력이 거의 필요 없는 중력식 섬유여과기가 운전비용 및 제작비용 측면에서 저렴한 장점이 있는 반면 압력식 섬유여과기는 여과 시 어느 정도의 동력이 필요한 고농도로 오염된 원수에 보다 바람직하다.

상기된 바와 같이, 본 발명에 따른 수처리 장치의 1차 여과기인 섬유여과기(2)를 통과하는 동안, 원수 중의 85% 이상의 부유물질이 제거될 수 있다. 부유 물질이 1차 처리된 1차 처리수는 섬유여과기(2)의 스트레이너(8)에 형성된 다수의 관통공(8a)들을 통과하여, 스트레이너(8)의 내부에 제공되어 2차 여과기로서 작용하는 침지식 분리막 모듈(3)을 통과한다.

침지식 분리막 모듈(3)은 도 3에 도시된 바와 같이 하부에 다수의 물 유입공(9)들이 형성되는 분리막 모듈 가이드(10), 분리막 모듈 가이드(10) 내에 설치되어 1차 처리된 물을 여과 처리하기 위한 중공사막 형태의 분리막(11), 및 외부의 펌프(20a)에 의한 음압을 분리막(11)에 적용하기 위하여 분리막(11)에 연결되는 라인(12)을 포함한다. 라인(12)을 통하여 분리막(11)에 작용하는 펌프(20a)에 의한 음압에 의하여 분리막 모듈 가이드(10) 내로 유입된 1차 처리수가 분리막(11) 내로 흡입되어, 침지식 분리막 모듈(3)에서의 2차 여과는 중공사막 분리막(11)의 외부에서 내부로 막 공경을 통해 이루어진다. 한편, 침지식 분리막 모듈(3)에 의한 처리 물량의 정량적 제어는 펌프(20a)의 회전수를 조절하는 인버터에 의해 자동으로 이루어질 수 있다. 중공사막형 침지식 분리막 모듈(3)은 판형, 관형 또는 나권형 분리막에 비해 부피 대비 표면적이 넓어 장치의 소형화가 가능할 뿐만 아니라, 역세정할 때 역세정수의 양이 적고 동력비가 저렴하다는 장점을 가진다.

침지식 분리막 모듈(3)은 본 발명에 따라서 섬유여과기(2)의 스트레이너(8)의 내측에 위치된다. 따라서, 본 발명에 따른 수처리 장치로 유입되는 처리 대상수 (원수)의 흐름이 횡류식이므로, 모래 여과지와 같이 기존의 종류식인 여과기에 비해 여과면적이 대폭 증가될 수 있으며, 이로 인하여 작은 부피의 여과 장치로도 큰 여과면적이 제공될 수 있어서, 소형의 여과장치로도 높은 불순물 제거효율과 높은 여과속도를 유지할 수 있다.

상기된 바와 같은 구조를 가지는 본 발명에 따른 수처리 장치는 도 5에 도시된 바와 같이 원수 집수조(21)와 일체형 수처리 장치(1)를 연결하는 라인(13) 상에 제공되는 밸브(31)는 개방되고, 일체형 수처리 장치(1)와 섬유여과기 농축수 배출조(22)를 연결하는 라인(14) 상에 제공되는 밸브(32)가 폐쇄되는 것에 의하여, 처리될 원수가 원수 집수조(21)로부터 일체형 수처리 장치(1) 내로 공급된다. 원수 집수조(21)로부터 일체형 수처리 장치(1)로의 원수 공급은 섬유여과기(2)와 분리막 모듈(3)의 수위차를 이용하는 중력식 또는 펌프에 의한 압력식으로 공급될 수 있다. 원수 집수조(21)로부터 일체형 수처리 장치(1)로 공급된 원수는 상기된 바와 같이 섬유여과기(2)의 섬유여재(4)를 통과하는 동안 1차적으로 여과되고, 스트레이너(8)에 형성된 다수의 관통공(8a)들을 통하여 스트레이너(8) 내로 유입된다.

섬유여과기(2)의 스트레이너(8) 내로 유입된 1차 처리수는 스트레이너(8)의 내부에 위치한 침지식 분리막 모듈(3)의 중공사막형 분리막(11)에 작용하는 흡입력에 의하여 분리막(11)을 통과하는 동안 2차 여과되는 한편, 침지식 분리막 모듈(3)과 섬유여과기 처리수조(23)를 연결하는 라인(17)을 통하여 섬유여과기 처리수조(23)로 유입된다. 이 때, 침지식 분리막 모듈(3)과 섬유여과기 처리수조(23)를 연결하는 라인(17)에 제공되는 밸브(34)는 개방되는 한편, 침지식 분리막 모듈(3)과 막 농축수 배출조(24)를 연결하는 라인(16) 상에 설치된 밸브(33)는 폐쇄된 상태를 유지한다. 라인(16)은 분리막 모듈 가이드(10) 내로 연장한다. 침지식 분리막 모듈(3)에 의해 여과된 처리수는 펌프(20a)의 구동에 의하여 라인(12)을 따라서 막 처리수조(25)로 보내진다. 막 처리수조(25)는 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이 2개의 라인(12, 18)에 의하여 침지식 분리막 모듈(3)에 연결되고, 라인(12, 18)들 각각에는 밸브(35, 36)가 제공된다. 그러므로, 침지식 분리막 모듈(3)에 의해 처리된 막 처리수가 막 처리수조(25)로 공급될 때, 라인(12)에 설치된 밸브(35)는 개방되는 한편, 라인(18)에 설치된 밸브(36)는 폐쇄된 상태를 유지한다.

한편, 섬유여과기(2)에서의 누적 처리양이 늘어남에 따라서, 섬유여과기(2) 의 내부 오염이 진전되고, 이에 따라서 그 통수량이 점차적으로 줄어들게 되어서, 2차 여과기인 침지식 막분리 모듈(3)로 공급되는 섬유여과기(2)의 처리수량이 줄어드는 반면, 펌프(20a)에 의한 침지식 분리막 모듈(3)로부터 본 발명에 의한 여과장치 외부로 유출되는 막분리 처리수의 양은 일정하기 때문에, 침지식 분리막 모듈(3) 내의 수위가 낮아지게 된다. 그러므로 분리막 모듈(3) 내의 수위가 일정 수위 이하로 되면, 섬유여과기(2)의 역세정 시점이 된다. 분리막 모듈(3) 내에 수위 감지 센서가 설치되는 것에 의하여 섬유여과기(2)의 역세정 시점을 정확히 할 수 있다.

섬유여과기(2)와 침지식 분리막 모듈(3)의 역세정 주기는 각각 다르고 역세정 조건 및 방법도 다르므로 독립적으로 이루어져야 한다.

침지식 분리막 모듈(3)의 역세정 운전은 30~60분 사이에 주기적으로 역세정 하는 것이 바람직하며, 정상적인 여과흐름과 반대 방향의 흐름으로 이루어진다. 즉, 침지식 분리막 모듈(3)에 의해 이미 처리된 물, 즉 막 처리수조(25)에 저장된 막 역세정수는 도 6에 도시된 바와 같이 밸브(35)가 폐쇄되는 한편 밸브(36)가 개방되어 펌프(20a)에 의하여 라인(12, 18)들을 통해 중공사막 분리막(11)으로 공급된다. 중공사막형인 분리막(11)으로 공급된 막 세정수는 중공사막의 공경을 통해 역류하여 중공사막을 통과함으로써, 중공사막의 공경을 막고 있는 퇴적된 오염물질이 주로 세정 된다.

이때, 밸브(37)의 개방으로 침지식 분리막 모듈(3)의 분리막 모듈 가이드(10) 하단에 제공되는 산기관(27b)으로부터 공기가 공급됨으로써, 중공사막의 공경으로부터 제거된 오염 물질과 막 표면에 퇴적되어 있던 오염물질이 중공사막 분리막(11)의 표면으로부터 분리된다. 침지식 분리막 모듈(3)의 역세정 동안에는 섬유여과기(2)의 섬유여재(4)가 스트레이너(8)에 압착되어 있어야만 한다.

한편, 중력식의 경우 중공사막 분리막(11)를 통하여 막 역세정수가 분리막 모듈(3) 내로 유입되기 때문에, 분리막 모듈(3) 내의 수위가 높아져 섬유여과기(2) 수위와의 수위차이가 없게 된다. 따라서 섬유여과기(2)에 의한 1차 여과는 유체역학적으로 자동 중지된다. 그러나, 펌프를 이용하는 압력식의 경우에, 섬유여과기(2)로 원수를 유입하기 위한 유입 펌프의 작동이 중지되어야 한다. 따라서, 도 7에 도시된 바와 같이 일체형 수처리 장치(1)로 원수를 공급하기 위하여 개방되는 밸브(31) 또한 밸브(32)와 마찬가지로 폐쇄된다.

상기된 바와 같이 침지식 분리막 모듈(3)을 역세정한 역세정수는 밸브(34)가 폐쇄되는 한편 밸브(33)가 개방되는 것에 의하여 라인(16)을 통하여 막 농축수 저장조(24)로 배출된다.

섬유여과기(2)의 역세정 운전의 경우에, 도 2에 도시된 바와 같이 섬유여재(4)를 이완시키도록 실린더(6)의 피스톤(7)이 전진되어, 섬유여재(4)들 사이의 간격 즉, 공극을 크게 하는 한편, 도 7에 도시된 바와 같이 밸브(38)의 개방에 의하여 일체형 수처리 장치(1)의 하부에 제공되는 산기관(27a)으로부터 세정용 공기가 공급된다. 이 때, 원수 집수조(21)로부터 원수를 공급하기 위한 라인(13)에 설치된 밸브(31)는 폐쇄되는 한편, 섬유여과기 농축수 배출조(22)와 일체형 수처리 장치(1)를 연결하는 라인(14)에 설치된 밸브(32)는 개방된다. 또한, 막 농축수 저장조(24)와 침지식 분리막 모듈(3)을 연결하는 라인(16)에 설치된 밸브(33)는 폐쇄되는 한편, 섬유여과기 처리수조(23)와 침지식 분리막 모듈(3)을 연결하는 라인(17)에 설치된 밸브(34)는 개방되며 펌프(20b)가 가동된다. 따라서, 섬유여과기 처리수조(23)로부터 섬유여과기 역세정을 위한 역세정수가 침지식 분리막 모듈(3)로 공급될 수 있다.

한편, 섬유여과기(2)의 역세정에 사용되는 역세정수는 비교적 오염도가 낮은 원수나 별도의 처리수조(23)에 일시 저장되어 있는 섬유여과기 처리수를 이용하며, 여과기 전체의 역세정 효율을 높이기 위하여, 이 역세정수를 침지식 분리막 모듈(3)의 내부로 유입하여, 역세정수보다 비교적 오염도가 높은 분리막 모듈(3) 내부의 물과 1차 치환을 한 후, 스트레이너(8)를 통해 섬유여재(4)를 통과하는 동안, 섬유여재(4)에 포집되어 있는 부유물질이 섬유로부터 탈리된 후 밸브(32) 개방과 라인(14)를 통해 섬유여과기 농축수 배출조(22)로 배출된다. 섬유여과기(2)의 역세운전 중에는 역세정 효율을 높이기 위해, 피스톤(7)의 작동에 의하여 섬유여과기(2)의 이완과 수축이 5~10초 간격으로 계속하는 것이 바람직하며, 이 때, 침지식 분리막 모듈(3)에 의한 2차 여과는 정지 없이 계속적으로 수행될 수 있다. 한편, 산기관(27a, 27b)들로부터 공급된 공기는 일체형 수처리 장치(1)와 분리막 모듈 가이드(10)에 각각 연결되는 공기 배출관(19a, 19b)들을 통하여 외부로 배출된다.

본 발명에 따른 침지식 분리막 모듈(3)은 여과 면적 대비 부피를 줄이기 위해 유기 고분자 화합물로 제조된 중공사막을 사용하는 것이 바람직하며, 그 재질로는 한정할 필요는 없으나, 셀룰로오스아세테이트(CA), 폴리아미드(PA), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리술폰(PSF), 폴리에테르술폰(PES), 폴리테트라플르오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC), 폴리프로필렌(PP), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리페닐렌설파이드(PPS) 등의 고분자물질과 이들을 친수화 처리한 고분자물질로부터 선택하여 사용할 수 있다.

본 발명에 사용되는 섬유 여재(4)가 스트레이너(8)에 압착되었을 때, 스트레이터(8)에 압착된 섬유여재(4)가 만들어 내는 공경의 크기는 1~10㎛인 것이 바람직하다. 섬유여재(4)의 공경이 1㎛ 미만일 경우 부유물질 제거 효율은 높아져 처리수질은 좋아질 수 있으나, 미세 공경으로 인해 여과 유량이 떨어져 경제적이지 못하다는 문제점이 발생할 수 있다. 역으로, 섬유여재(4)의 공경이 10㎛를 초과할 경우에,여과 유량은 증가되어 긍정적이나 부유물질의 제거 효율이 저하되어, 침지식 분리막 모듈(3)의 막오염도가 증가하는 부정적 결과를 초래하기 때문이다.

본 발명에 사용되는 침지식 분리막 모듈(3)의 중공사막 분리막(11)의 공경은 한외여과 혹은 정밀여과 수준인 0.005~0.5㎛인 것이 바람직하다. 분리막(11)의 공경이 0.005㎛ 미만일 경우에는 미세 공경으로 오염물 제거 효율은 좋아질 수 있으나, 공경이 너무 작아 여과 유량이 적어 경제적이지 못하고, 공경이 0.5㎛를 초과할 경우에는 세균, 바이러스 등을 효과적으로 여과하지 못하여 처리 수질이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.

도 8은 도 1에 도시된 본 발명에 따른 수처리 장치를 이용한 정수 처리 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 여과장치를 정수처리에 적용한 100 m³/일 처리규모의 파일럿(pilot) 실험 결과를 기초로 3,000 m³/일 규모의 정수 처리 시스템을 만들었다.

도 5에 적용한 본 발명에 따른 수처리 장치의 크기는 17.1㎥이며, 적용된 섬유여과기(2)는 중력식으로서, 개별 섬유의 직경이 40㎛이고 여재층의 두께가 약 20~30㎜인 섬유여재(4)를 가진다. 섬유여과기(2) 만의 공간은 6.39 ㎥이고, 분리막 모듈(3)은 침지형으로서, 개별 중공사막 분리막(11)의 외경과 내경이 각각 0.65㎜, 0.14 ㎜이고, 평균 막 공극은 0.1㎛인 친수화된 폴리에틸렌이다. 이 중공사막 분리막(11)가 위치되는 분리막 모듈 가이드(10, 막분리조)이 차지하는 부피는 10.7㎥이다.

파일럿 실험에서 정수처리를 위해 사용된 원수는 강물이었으며 그 수질은 부 유물질 농도가 약 5㎎/L이였고, 탁도는 약 10NTU이며, 일반세균은 약 40 CFU/㎖이었다.

본 발명에 따른 파일럿 실험에서 중력식 섬유여과기의 여과속도는 80~120 ㎥/㎡·일 이었고, 중력식 섬유여과기(2)와 침지식 분리막 모듈(3) 내의 수위 차이에 연동되어 자동으로 제어되는 역세정주기는 약 5시간이었으며, 역세정시간은 3~5분으로 유입수 대비 처리수 회수율은 약 97% 정도였다. 한편 침지형 막분리 모듈(3)의 운전조건은 펌프(20)의 음압이 30~70㎪일 때, 막여과 속도는 0.5~1.0m/일 이었고, 역세정 주기는 30~60분으로서, 역세정시간은 30초~1분으로 운전하여 침지식 막분리 모듈(3)의 회수율은 95% 이었다.

본 발명의 수처리 장치에 유입되는 처리 대상수는 1㎜ 스크린(41)에 의해 이물질이 걸러져, 원수 집수조(21)에 집수된 후에, 펌프(43)에 의해 응집 숙성 및 원수 조정조(42)로 보내진다. 응집 숙성 및 원수 조정조(42)는 분말활성탄 및 화학응집제가 투입되는 한편 원수를 교반하여 원수 상태를 조정한다. 한편, 분말활성탄 및 화학응집제의 투입 여부에 따라 원수를 직접 본 발명의 여과장치로 처리하거나 또는 상기된 바와 같은 화학약품으로 전처리한 후 처리하는 것이 가능하다.

응집 숙성 및 원수 조정조(42)에서, 화학응집제 사용 목적은 조류, 병원성 미생물, 고분자량 물질 등을 포함하는 부유물질 및 콜로이드 형태의 탁도 유발물질의 크기를 크게 하는 플럭화와 플럭 흡착에 의해 본 발명의 수처리 장치에 의하여 여과될 때, 상기된 바와 같은 불순물의 대부분을 용이하게 제거하기 위한 것이다. 한편, 분말활성탄 사용은 침지식 분리막 모듈(3)에서 거의 제거가 되지 않는 수용 해성 저분자 유기물질인 이취미, 소독부산물(Disinfection By Products, DBPs) 및 그 전구물질 등을 사전 제거하는데 그 목적이 있으며, 비록 그 양은 대단히 적을지라도, 장시간 동안의 막 여과장치 연속적인 사용에 의하여, 이러한 불순물의 일부가 막 표면 및 기공에 비가역적 흡착에 의한 누적이 발생할 수도 있다. 이러한 것에 의하여, 섬유여재(4) 및 중공사막 분리막(11)의 기공 폐색이 유발됨으로써, 화학세정 주기를 단축하고 막의 물리적 특성을 부정적으로 변화시켜, 막 수명 감축 등의 부정적 효과를 유발할 수 있기 때문에, 이를 미연 방지하는 데 그 목적이 있다.

그러나, 이러한 화학적 처리 특히, 분말활성탄 사용은 약품비 및 슬러지 발생량 증가에 따른 직접운전비 상승을 가중시키는 것으로 원수의 수질에 따라 그 사용 여부 및 사용량을 조절하는 것이 원칙이다.

부유물질과 화학응집제에 의해 그 크기가 커진 콜로이드 입자 및 분말활성탄의 평균 크기는 평균공경이 약 10㎛인 섬유여과기(2)보다 큰 50㎛ 이상이어서, 90 % 이상이 섬유여과기(2)의 물리적 여과에 의해 제거되고, 섬유여과기(2)를 통과한 약 10 %의 부유물질이 침지식 분리막 모듈(3)에 의해 여과된다. 평균 기공이 0.1 ㎛ 이하인 중공사막 분리막(11)에서 이 부유물질의 99% 이상이 제거되는 2차 여과가 진행된다. 즉, 정수 원수에 포함된 부유물질의 농도 5㎎/L인 경우에, 1차 여과기인 중력식 섬유여과기(2)에 의해 처리된 처리수의 수질은 부유물질 농도가 약 0.5 ㎎/L 정도이며, 2차 여과인 분리막을 거친 처리수의 부유물질의 농도는 불검출 수준인 거의 0㎎/L에 근접하여, 실험적으로 부유물질의 농도를 측정하는 것이 무의 미 할 정도가 된다.

한편 응용수의 수질로서 완벽하게 제거되어야 할 가장 중요한 요소인 염소제에 내성이 있는 지아디아, 크립토스포리디움 등과 같은 병원성 미생물인 원생동물과 일반세균 제거율은 99.99% 이상으로 거의 완벽하며, 탁도 제거율은 탁도의 성분에 따라 그 차이는 있으나 약 95% 이상 제거된다.

본 발명에 따른 수처리 장치에 의한 여과가 진행되는 동안, 수처리 장치의 내부에 누적되어 있는 오염물을 수처리 장치의 외부로 배출하기 위하여 중력식 섬유여과기(2)의 역세정과 침지식 분리막 모듈(3)의 역세정이 상기된 바와 같이 주기적으로 시행된다. 원수 사용량 대비 처리수의 회수율을 향상시키기 위하여, 중력식 섬유여과기(2)의 역세정과 침지식 분리막 모듈(3)의 역세정을 통하여 배출되는 농축수를 회수하여 사용할 수도 있다.

중력식 섬유여과기(2)의 역세정을 통해 배출되는 농축수의 부유물질 농도는 약 200㎎/L로서, 이를 회수하기 위해서는 섬유여과기 또는 침지형 분리막 여과기와 같은 별도의 여과장치를 독립적으로 사용하여야 하며, 분리막 모듈의 역세정을 통해 배출되는 농축수의 부유물질 농도는 10~20㎎/L 정도이므로, 원수 집수조(21)로 직접 회수할 수 있다.

침지식 분리막 모듈(3) 및 중력식 섬유여과기(2)의 농축수를 회수할 경우 처리수로의 전체적인 회수율은 99.7%까지 이르게 된다.

상기된 바와 같은 3,000㎥/일의 정수처리 실시예에 기준하여 본 발명에 따른 수처리 장치의 효과를 이미 상용화된 침지형 막분리 모듈만 단독으로 사용한 경우 와, 이의 단점인 과도한 동력비를 줄이기 위해 중력식 섬유여과기를 별도로 침지형 막분리 장치 전에 설치하여 단순 직렬 연결한 경우와 비교한 결과, 수처리 장치의 건설 소요부지는 이미 상용화된 침지형 막분리 여과 모듈을 기준으로 비교할 때 중력식 섬유여과기와의 단순 직렬연결의 경우 약 53.8%의 추가 부지가 필요하나, 본 발명에 따른 수처리 장치의 경우 약 23.8%의 추가 부지가 필요하다. 즉, 이미 상용화된 침지형 분리막 여과장치의 동력비를 약 45% 절감하기 위해 중력식 섬유여과기를 1차 여과 장치로서 사용할 경우에, 이를 단순 직렬 연결하는 하는 것에 비해 일체형으로 제작하는 것이 약 20%의 소요 부지를 절감할 수 있다.

또한, 기존의 침지형 막분리 여과 모듈에 대한 1차 여과장치로 중력식 섬유여과기를 사용함으로써, 막분리조의 처리수 회수율이 95% 일 때 막분리조의 부유물질의 농도가 기존의 약 100㎎/L에서 약 10~20㎎/L로 5~10배 가량 감소되고, 이에 의해 여과 중 세정공기 사용을 생략할 수 있었을 뿐만 아니라, 역세정 주기도 기존의 15분에서 30분 이상으로 증가되었다. 즉, 여과 중 세정공기 사용 중단과 역세정 주기 증가에 따른 동력비를 감소시킬 뿐만 아니라 막 세정용 공기방울에 의해 침지형 중공사막에 가해지는 기계적 손상이 감소되어 막의 사용수명이 증가될 것으로 예상된다.

상기된 바와 같은 구조를 가지는 본 발명에 따른 수처리 장치에 의하면, 섬유여과기와 침지식 분리막 모듈을 결합함으로써, 처리수 수질에 있어 종래의 모래여과지에 비해 훨씬 우수한 막여과 기능을 유지하는 상태에서, 종래의 분리막을 사 용할 때 운전비를 획기적으로 절감할 수 있을 뿐만 아니라 전체공정의 크기를 소형화하고 제작비용을 절감할 수 있다.

Claims

처리 대상수가 유입되는 일체형 수처리 장치 내에 배치되어, 처리 대상수를 1차적으로 여과하는 섬유여과기;

상기 섬유여과기 내에 배치되어, 상기 섬유여과기에서 1차 여과된 처리 대상수를 2차적으로 여과하는 침지식 분리막 모듈; 및

상기 일체형 수처리 장치 및 상기 침지식 분리막 모듈의 하부에 각각 설치되어, 상기 섬유여과기 및 상기 침지식 분리막 모듈의 역세정시에 공기를 공급하기 위한 산기관을 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 섬유여과기는 지지체로서 미세공들이 조밀하게 형성되어 있는 지지체인 박스 형상의 스트레이너, 상기 스트레이너의 외부에 위치되며 미세 유연사 다발로 이루어지고, 상기 일체형 수처리 장치의 상부 및 하부에 각각 제공되는 여재 걸대에 연결되는 섬유 여재, 및 처리 대상수를 여과할 때 상기 섬유 여재의 상부에 위치된 상기 상부 여재 걸대를 당기고 역세정시에 상기 섬유 여재를 느슨하게 하기 위한 실린더를 포함하는 것을 수처리 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 침지식 분리막 모듈은, 상기 섬유여과기로부터 1차 처리된 처리 대상수가 유입되도록 다수의 물 유입공들이 형성되고 상기 섬유여과기 내에 배치되는 분리막 모듈 가이드, 상기 분리막 모듈 가이드 내에 설치되어 상기 섬유여과기에 의해 1차 처리된 물을 여과 처리하기 위한 분리막, 및 외부의 펌프에 의한 음압을 상기 분리막에 적용하기 위하여 상기 분리막에 연결되는 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 침지식 분리막 모듈은 상기 라인을 통하여 공급된 막 처리수로부터 역세정되고, 역세정된 역세정수는 상기 침지식 분리막 모듈 내로 연장하는 막 농축수 배출조로 배출되는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 섬유여과기의 역세정은 상기 침지식 분리막 모듈에 연결되는 섬유여과기 처리수조로부터 공급되는 섬유여과기 처리수에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 침지식 분리막 모듈은 상기 섬유여과기의 역세정 동안 막 여과하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 섬유여과기의 섬유 여재의 공경은 10㎛ 이하이고, 상기 침지형 분리막 모듈의 분리막의 공경은 0.1㎛이하인 것을 특징으로 하는 수 처리 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 섬유여과기 역세정 동안 상기 섬유여과기의 섬유 여 재는 5~10초 간격으로 이완과 수축을 반복하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 침지식 분리막 모듈의 역세정은 30~60분의 시간주기로 수행되는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
스크린에 의해 이물질이 걸러진 원수를 집수하는 원수 집수조;

상기 원수 집수조로부터 펌핑에 의해 공급된 원수에 분말활성탄 및 화학응집제를 투입하는 한편 원수를 교반하여, 원수 상태를 조정하는 응집 숙성 및 원수 조정조;

상기 응집 숙성 및 원수 조정조로부터 조정된 원수를 1차적으로 여과하는 섬유여과기, 상기 섬유여과기 내에 배치되어, 상기 섬유여과기에서 1차 여과된 원수를 2차적으로 여과하는 침지식 분리막 모듈, 및 상기 섬유여과기 및 상기 침지식 분리막 모듈의 역세정시에 공기를 공급하기 위하여, 상기 섬유여과기 및 상기 침지식 분리막 모듈의 하부에 각각 설치되는 산기관을 구비하는 수처리 장치;

상기 침지식 분리막 모듈의 역세정수를 배출하기 위해 분리막 모듈 가이드와 연결되어 있는 막 농축수 배출조;

상기 섬유 분리기의 역세정 시 역세정수를 공급하기 위하여 상기 침지식 분리막 모듈 가이드와 연결되는 섬유여과기 처리수조; 및

상기 수처리 여과기에 의해 여과된 처리수를 저장하는 한편, 상기 침지식 분리막 모듈의 역세정을 위한 역세정수를 공급하는 막 처리수조를 포함하는 것을 특 징으로 하는 정수 처리 시스템.