KR100843656B1 - 2단 침지형 막여과조를 이용한 고도정수처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분리막을 이용한 고도정수처리장치의 처리시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 여과-공기세정 및 역세의 과정을 반복하고 배출하는 공정으로 이루어진 침지형 분리막을 이용한 고도정수처리장치를 제공하는 것이다. 즉, 본 발명은 상수도에 적용하는 고도정수처리장치로서, 상수 도입관의 일부분에 응집제의 투입라인을 제공하고, 이어서 인라인혼화기를 거쳐 응집제와 상수가 혼합되어 응집조로 수송되고, 응집조에서는 pH조절에 의해 응집효율을 증가시킨 후, 제 1단 침지식 막여과조, 제 2단 침지식 막여과조를 통과시켜 여과한 후 처리수를 공급하는 시스템으로서, 상기 막여과조는 연속적으로 여과와 동시에 하부의 산기관을 통하여 공기를 공급하는 동시에 간헐적으로 역세하여 분리막의 효율을 극대화한 침지형 분리막을 세정하는 공정을 제공한다.

정수처리시설, 분리막, 침지형, 여과, 2단 막여과

Description

2단 침지형 막여과조를 이용한 고도정수처리장치{Advanced drinking water treatment system using two-stage submerged membranes}

도1은 본 발명에 따른 분리막을 이용한 정수처리장치를 보여주는 개략적인 구성도이다.

본 발명은 분리막을 이용한 고도정수처리기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 침지식 막여과조에서 여과-공기세정/역세-배출공정으로 이루어진 원수를 정수처리를 함으로써 고도정수의 회수율을 99%이상 안정적으로 분리막을 사용할 수 있는 신규한 처리장치를 제공한다.

일반적으로 소독약을 투입하지 않고 분리막을 이용하여 원수에 포함된 미생물이나 이물질을 걸러내는 막여과조(또는 막분리조)가 적용되고 있는데, 특히, 침지형 분리막은 압력용기 없이 수조 내에 직접 침지시켜 사용하기 때문에, 분리막 시스템에 대한 별도의 공간이 필요 없고, 흡입펌프의 진공압에 의해 처리량만큼만 흡입하는 방식이어서 외부순환식에 비해 부지면적과 동력비가 적게 드는 장점이 있지만, 운전시간이 지속되면 분리막 표면에 부유물질 등이 흡착하여 막오염 현상이 발생하게 되는데, 이를 해결하기 위해 운전중 막분리조내에 공기를 주입하여 오염물질이 분리막 표면에 흡착하는 현상을 줄여줌과 동시에 분리막 표면에 흡착한 오염물이 탈리되도록 하는데, 필요한 경우에는 처리수인 물과 공기를 이용하여 침지형 분리막을 역세척함으로써 막오염현상을 억제시킨다.

그러나 이러한 조작의 경우에도 침지형 막여과조에 과도한 부하가 걸려 장기적으로 사용하지 못하고, 또한 처리된 처리수의 부유물질이 농축되는 경우 운전을 정지하고 농축된 막여과조의 미처리수를 별도로 제거한 후 다시 운전하는 등의 단점이 있어서, 실제 공정상에서는 적용하기가 매우 어려운 단점이 있다.

즉, 종래의 침지형 분리막 정수처리방법은 하나의 막여과조를 설치하여 수행하므로, 분리막의 부하가 많이 걸려 운전시간을 단축할 수밖에 없었고, 더구나 더 이상 운전할 수 없을 정도의 부유물질이 농축될 경우 상기 여과-역세-정지-배출의 사이클의 빈번에 따른 시간이 필요하여 처리수의 회수율이 85%~95%로만 유지되고, 갑작스런 원수의 변화에 대처할 수 없는 문제점이 있었다.

이에 따라 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 부유물질이 분리막을 막거나 또는 분리막의 기능을 저하시키지 않도록 하는 장치를 별도로 설치함으로써 처리수의 회수율을 98%이상, 좋게는 99%이상 올릴 수 있는 장치를 개발하는 것이다.

본 발명에 따른 고도정수처리장치는 2단의 침지형 막여과조와 산기관을 통한 공기의 공급으로 분리막의 장기 사용이 가능하며, 공정상에서 부유물을 효과적으로 제거하여 원수의 99%를 회수할 수 있으며, 간단하고 컴펙트하게 제작하여 적은 스페이스에서도 효과적으로 원수를 회수할 수 있다.

즉, 본 발명은 상기 각각의 침지형 분리막에 연통되게 설치된 흡입펌프에 의하여 분리막의 후단 압력을 낮게 설정하여 그 압력차에 의하여 원수가 분리막으로 빨려 들어가도록 하여 오염물질을 걸러내는 여과공정과; 1단 막여과조와 2단 막여과조의 유입부가 연결되어 미처리된 상수를 이송하는 미처리수 이송단계; 상기 1 및 2 막여과조의 분리막 표면에 오염물질이 과다하게 부착되어 분리막 하부에 설치된 산기관을 통하여 공기를 공급하여 에어스크러빙하는 세정공정과; 상기 1 및 2단 막여과조의 부유물질 농도를 일정하게 하기위해 배출펌프를 상시 가동하는 배출공정을 포함하여 구성된다.

본 발명은 상기의 단점을 개선하고 처리수의 회수율을 98%이상으로 안정적으로 유지하기 위하여 1) 원수의 유입관의 일부분에 투입되는 응집제와 원수를 효과적으로 믹싱하여 부유물질을 더 큰 입자로 응집하는 인라인혼화기를 형성시켜 미세 부유물에 의한 분리막의 막힘현상을 최소화하고, 2) 막여과조를 2단으로 변경하여 제 1막여과조에는 원수를 처리하고, 제 2막여과조는 제1막 여과조로부터 유입되는 미처리된 그러나 부유물질로 어느 정도 농축된 원수를 유입시켜 필터처리를 하는데, 제 1막처리조의 처리유량을 제 2막여과조보다 더 높게 하는 수단을 채택하고, 3) 제2 막여과조의 하단부에 운전중에는 지속적으로 농축된 미처리원수를 배출하는 배출펌프를 운전함으로써 제2 막여과조의 부유물질의 농도의 상승을 최대한 낮추어 고도정수처리장치의 운전시간을 확보함으로써, 본 발명을 완성하였다,

즉, 본 발명의 구성요소를 채택함으로써 막의 막힘현상을 최대한 억제하여 장기 운전이 가능하도록 함으로써 원수의 회수율을 98%이상, 좋게는 99%이상이 되도록 한 것이다.

제1 막여과조와 제2 막여과조의 처리용량은 제 2 막여과조의 용량을 적게 설계하는데, 예를 들면, 좋게는 제 1막여과조의 처리용량을 30~50ℓ/㎡·hr 로하고 제 2 막여과조의 처리유량을 15~25ℓ/㎡·hr의 비율로 하는 것이 장기 운전조건에서 좋다.

또한 본 발명에서 분리막의 막힘현상 또는 막히는 정도 또는 부유물의 농도는 차압에 의해 결정될 수 있는데 차압이 시간에 따라 증가하는 것은 자연스러운 현상이지만 시간에 따른 그 변화폭은 분리막 관리에 있어서 중요한 요소로서 본 발명에 따른 구성을 채택하는 경우 차압의 상승속도가 현저히 늦어지게 되어 분리막의 수명을 연장할 수 있을 뿐만 아니라 세정시간도 절약하여 유지하는데 비용을 저감할 수 있다.

이하는 상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 고도정수처리장치를 도1의 실시예를 이용하여 더욱 상세히 설명한다.

도 1에서는 원수의 유입관을 통하여 원수를 공급하고, 원수유입관의 일정부분에 원수에 포함된 미생물이나 미세한 부유물질을 응집하기 위한 응집제를 투입하는 응집제투입관이 설치되고, 투입된 원수와 응집제는 응집효율을 증가시키기 위하여 인라인혼화기를 통과시켜 미세입자가 큰 입자로 응집되게 한다. 상기 인라인 혼화기는 튜브형 믹서로서 나사선 형태의 관내로 상기 혼합물을 통과시키면서 응집하는 것으로 당 분야에 공지된 것이므로 더 이상 상세히 설명하지 않는다.

인라인 혼화기를 통하여 믹싱 되어 응집된 혼합물은 다시 응집조로 이송되어 교반에 의해 응집되게 한다. 응집조에 의해 응집된 원수는 이어서 이송관 또는 상단부의 분리벽을 넘어 제1 막여과조로 이송된다.

제1 막여과조는 침지식 막여과조로 내부에 복수의 분리막으로 이루어진 침지식 분리막이 침지되어 있고, 분리막은 외부의 흡입펌프에 의해 분리막 후단의 차압에 의해 원수가 분리막을 통과하여 처리되어 처리수로 저장조에 보관되어 소독 또는 일반가정에 공급된다. 이때, 제1 막여과조의 하단부에는 산기관이 설치되어 외부에서 유입되는 고압공기를 산기관을 통하여 공급함으로써, 분리막을 세정하여 분리막에 부유입자가 축적되어 막히는 것을 방지하도록 함과 동시에 필요시에는 역세(별도로 도시하지 않음)에 의해 막의 막힘을 없게 한다.

또한 본 발명은 상기 제 1 막여과조에서 미처리된 부유물질이 일부 농축된 미처리 원수는 유입관을 통하여 제 2 막여과조로 이송되어 처리되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에서 제 2막여과조의 처리량은 제 1 막여과조 처리량보다 적게 함으로써, 장기 운전이 가능하도록 한다. 즉 본 발명에서는 제 1 막여과조의 플럭스를 30~50ℓ/㎡·hr 로하고 제 2 막여과조의 플럭스를 15~25ℓ/㎡·hr의 비율로 하는 것이 장기 운전조건에서 좋다. 이는 제 1 막여과조에서 유입되는 원수의 부유농도 의 충격을 분산함으로써 분리막의 막힘 현상을 최소화해주는 역할을 한다. 제2막 여과조에 유입된 원수는 다시 흡입펌프에 의해 차압에 의해 분리막을 통과하면서 필터링 되어 처리수가 처리되게 된다. 제 2막여과조의 침지형 분리막의 하단부에는 제 1막여과조와 동일하게 운전동안 지속적으로 산기관을 통하여 공기를 불어넣어 줌으로써 분리막에 쌓인 부유물을 탈리시켜 처리수의 효율을 높이도록 한다.

또한 본 발명은 높은 농도의 제 2막여과조의 내부농축수를 배출펌프를 통하여 전체 유입원수의 1~2볼륨%의 범위 내에서 배출함으로써 장치의 운전을 안정적으로 유지할 수 있으며, 대형 정수처리시설 적용시, 폐기물 발생 최소화를 통한 폐기물 처리비용을 저감할 수 있다.

즉, 본 발명은 침지형 막분리조를 2단으로 설치한 정수처리장치로서, 원수유입관 일측에 형성된 응집제투입관 및 원수와 응집제를 혼화하는 인라인혼합기가 형성된 원수 유입관; 상기 인라인혼화기 및 제1막여과조의 사이에 형성된 응집조; 침지형 분리막을 가지고 분리막과 저장조를 연통시키고 막여과조의 원수를 강제로 흡입하여 저장조 이송시키는 흡입펌프와 하단에 분리막에 공기를 공급하여 분리막의 흡착 부유물을 탈리시키는 산기관이 설치된 제 2막처리조; 침지형 분리막을 가지고 분리막과 저장조를 연통시키고 막여과조의 원수를 강제로 흡입하여 저장조 이송시키는 흡입펌프와 제 1막처리조와 연통되어 있는 유입관 및 공기를 불어넣어 분리막에 흡착된 부유물질을 제거하는 산기관을 설치하고 제 1분리막과 인접한 제2막분리조; 및 제2막분리조 하단부에 설치되어 운전중에 지속적으로 농축된 미처리 원수를 일정부분 배출하는 배출관과 연결된 배출펌프;를 가지는 고도정수처리장치를 제공한다. 본 발명에서 산기관을 통한 공기의 공급은 불로어를 이용한 통상적인 방법을 사용하므로 여기서는 더 이상의 설명을 생략한다.

또한 본 발명은 원수를 필터링하는 스크린공정을 응집제와 혼합하는 원수 유입관 전단부에 설치할 수 있다. 그러므로 본 발명의 또 다른 예로는 원수를 스크린하는 단계; 원수를 응집제와 혼합하고 인라인믹서에서 혼합하는 단계; 응집조에서 응집하는 단계; 제1 및 제2막여과조의 침지형 분리막 연통되게 설치된 흡입펌프에 의하여 분리막의 후단 압력을 낮게 설정하여 그 압력차에 의하여 원수가 분리막을 통과시켜 부유물질을 여과하는 여과단계; 상기 분리막 표면에 축적되는 부유물질을 제거하는 산기관을 통한 공기세정단계; 및 제 1막여과조에서 제 2막여과조로 이송하는 이송단계; 와 제2막여과조의 하단부에 형성된 배출펌프에 일정 농축 미처리 원수를 배출하는 배출단계;를 포함하는 고도 정수처리단계를 포함한다.

또한 본 발명에 따른 역세공정을 채택할 수도 있다. 역세공정은 막여과수를 분리막으로 주입하여 분리막 표면의 오염물질을 탈리시키는 막여과수를 이용한 세척공정을 의미한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 1) 제2 막여과조의 하단부에 운전중에는 지속적으로 농축된 미처리원수를 배출하는 배출펌프를 운전함으로써 2단 막여과조의 부유물질의 농도의 상승을 최대한 낮추어 고도정수처리장치의 운전시간을 확보함으로써, 원수의 회수율을 99%이상 유지할 수 있는 효과를 나타내었으며, 본 발명을 대 형 정수처리시설에 적용시, 폐기물 발생 최소화와 이에 따른 처리비용을 저감할 수 있어 정수처리시설의 경제성 상승의 효과를 가진다. 2) 원수의 유입관의 일부분에 투입되는 응집제와 원수를 효과적으로 믹싱하여 부유물질을 더 큰 입자로 응집하는 인라인혼화기를 형성시켜 미세 부유물에 의한 분리막의 막힘현상을 최소화하고, 3) 막여과조를 2단으로 변경하여 제 1막여과조에는 원수를 처리하고, 제 2막여과조는 제1막 여과조로부터 유입되는 미처리된 그러나 부유물질로 어느 정도 농축된 원수를 유입시켜 필터처리를 하는데, 제 1막처리조의 처리유량을 제 2막여과조보다 더 높게 하는 수단을 채택한다.

본 발명은 믹싱효율의 증가에 의한 미세 부유물의 신속한 응집으로 미세물질의 제거와 미세물질의 침지형 분리막의 수명을 극대화하고, 컴팩트한 공간에 대형설비의 설치가 가능하게 함으로써 실재 사용할 수 있는 장치를 제공하였으며, 공정을 단순화시켜 운전을 용이하게 하는 부수적 효과도 얻을 수 있다.

Claims (5)

1. 침지형 막분리조를 2단으로 설치한 정수처리장치로서,

   원수유입관 일측에 형성된 응집제투입관 및 원수와 응집제를 혼화하는 인라인혼합기가 형성된 원수 유입관;

   상기 인라인혼화기 및 제1막여과조의 사이에 형성된 응집조;

   침지형 분리막을 가지고 분리막과 저장조를 연통시키고 막여과조의 원수를 강제로 흡입하여 저장조 이송시키는 흡입펌프와 하단에 분리막에 공기를 공급하여 분리막의 흡착 부유물을 탈리시키는 산기관이 설치된 제 1막여과조;

   침지형 분리막을 가지고 분리막과 저장조를 연통시키고 막여과조의 원수를 강제로 흡입하여 저장조 이송시키는 흡입펌프와 제 1막여과조와 연통되어 있는 유입관 및 공기를 불어넣어 분리막에 흡착된 부유물질을 제거하는 산기관을 설치하고 제 1여과조와 인접한 제2막여과조;

   제 1 및 제 2막여과조와 흡입펌프에 의해 연통된 처리수 저장조;

   및 제2막여과조의 하단부에 설치되어 운전 중에 지속적으로 농축된 미처리 원수를 일정부분 배출관으로 배출하는 배출펌프;

   를 함유하는 고도정수처리장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제 1막여과조의 처리량은 제 2막여과조 처리량보다 많은 것을 특징으로 하는 고도정수처리장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 원수는 응집제 투입관 전에 스크린을 통과하도록 하는 것을 특징으로 하는 고도 정수처리장치.
4. 원수에 응집제를 투입하고 혼합하고 인라인혼합기에서 혼합하는 단계;

   응집조에서 응집하는 단계;

   제1 및 제 2막여과조의 침지형 분리막 연통되게 설치된 흡입펌프에 의하여 분리막의 후단 압력을 낮게 설정하여 그 압력차에 의하여 원수가 분리막을 통과시켜 부유물질을 여과하는 여과단계;

   상기 분리막 표면에 축적되는 부유물질을 제거하는 산기관을 통한 공기세정단계; 및

   제 1막여과조에서 제 2막여과조로 이송하는 이송단계; 및

   제2막여과조의 하단부에 형성된 배출펌프에 일정 농축 미처리 원수를 배출하는 배출단계;를 포함하는 고도 정수처리방법.
5. 제 4항에 있어서,

   원수를 응집제와 혼합하기 전에 원수 유입관 전단부에서 큰 부유입자를 필터링하는 스크린하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고도정수처리방법.

Images