KR100862214B1

KR100862214B1 - 침지식 분리막과 막여과조의 세정방법

Info

Publication number: KR100862214B1
Application number: KR1020080046564A
Authority: KR
Inventors: 강대신; 허형우; 연경호; 윤소담; 여인호; 김인홍; 강호정; 김유훈; 박승국
Original assignee: 주식회사 한화건설; 주식회사 태영건설
Priority date: 2008-05-20
Filing date: 2008-05-20
Publication date: 2008-10-09

Abstract

본 발명은 각종 수처리장치의 반응조 내에 설치된 침지식 막여과조 또는 하나 이상의 분리막을 세정하는 방법에 관한 것으로, 막여과조 내에 설치된 분리막을 반응조에서 꺼내어 이동시키지 않고 반응조에 설치된 상태로 세정을 실시하는 방법과 관련된다.

이를 위하여 본 발명은 막여과조 또는 분리막 세정을 위하여 세정액을 막여과 반대 방향으로 내부에 투입하여 오염물질 및 세정액을 분리막 외부로 배출하는 단계와; 세정액을 분리막 내부에 일정 잔류시간 이상 잔류시켜 화학세정의 효과를 높이는 단계와; 막여과조를 비운 후 막여과 반대방향으로 세정액을 주입시켜 분리막 내부를 통과하여 분리막 외부로 유출시켜 막여과조를 채우는 단계와; 각 종 세정공정이 끝난 후, 곧바로 공기압을 이용한 막 완결성 시험을 연계·실시하는 단계와; 원수 농도 및 분리막의 오염정도에 따라 화학 세정액 또는 약품을 직접 막여과조에 투입하고 세정액을 막여과 시킨 후 다시 막여과조로 유입시키는 순환공정단계로 구성된다.

본 발명에 따른 침지식 분리막의 세정방법은 별도의 세정조 없이 세정이 가능하고, 운전상황에 맞게 역세정 또는 화학세정을 조절하여 분리막의 세정 효과를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 막여과조 내부로 세정액 혹은 막여과수 혹은 원수를 주입하면서 막여과조 내에 침적된 오염물질을 외부로 배출하는 단계를 통해 막여과조 내의 침적물을 효율적으로 처리할 수 있다.

역세정, 화학세정, PDT test, 막완결성 시험, 침지식 분리막 세정방법, 약품세정, 막여과조, 침적물 제거

Description

침지식 분리막과 막여과조의 세정방법{Method for cleaning the submerged membranes and membrane filtration tanks}

더욱 상세하게는 침지식 분리막을 막여과조로부터 분리하거나 이동하지 않고, 막여과조 내에 설치된 상태로 막여과 반대방향으로 역세 혹은 화학세정 실시함으로서 별도의 세정시설 및 폐액처리시설을 두지 않고 세정하는 단계와 운영상황에 따른 화학세정효과를 높이는 다양한 방법을 적용하는 단계와 막여과조 내의 침적된 오염물 및 화학세정액 및 분리막 내부에서 기 배출된 오염물질을 배출하는 단계를 포함한다.

막분리 기술이란 용매 속에 분산되어 있는 용질을 분리할 때 적용되는 기술로서, 분리하고자 하는 용질의 크기에 따라 적절한 크기의 구멍이나 여과체와 구동력을 사용하는 분리 기술의 일종이다.

막은 액체나 기체상태에서 용해되지 않는 입자를 분리하는 일반여과(Filteration)뿐만 아니라 액체에 용해된 용존 물질이나 혼합 기체까지도 분리 가능한 특수한 물질을 지칭하는 것으로 이는 막(멤브레인)의 반투과의 성질을 이용한다. 다시 말하면 멤브레인은 반투과의 성질을 이용하여 어떤 물질을 성질이 다른 물질과 분리 혹은 전달하는 것으로 정의될 수 있으며, 단순하게 어떠한 크기 이상을 분리 혹은 전달하는 것 이외에도 전하반발력, 용해도, 확산률 등의 성질을 이용하여 분리 혹은 전달을 강화시키기도 한다.

이러한 분리를 위하여 필요한 추진력(driving force)에는 압력, 농도차, 온도차, 전자기장 등이 있다.

응용분야로는 바닷물로부터 청정수를 만드는 공정(분리), 피부에 부착하여 니코틴을 전달하여 금연을 돕는 약품 (전달), 흐름속에서 산소만을 감지하는 장비 (선택적 전달), 산소만 투과시키는 콘택트렌즈 등을 들 수 있다. 멤브레인은 단순히 분리만을 의미하는 것이 아니라, 선택적 전달 및 상대적인 전달 모두를 의미한다.

막(Membrane)은 막을 구성 하고 있는 물질의 물성, 구조, 막의 응용분야 및 역할 등에 의하여 다음과 같이 분류될 수 있다.

1. 정밀여과(Micro-Filtration)

정밀여과란 용질의 크기가 0.1~10㎛ 정도인 용질을 분리하는 막분리 공정으로, 이때 사용되는 막은 공경의 약 0.01~10㎛ 정도 이다.

정밀여과 공정에서 추진력은 압력차로 표시되고 있고, 분리 효과는 근본적으 로 막(Membrane)의 공경과 분리 대상물질의 크기에 좌우된다. 정밀여과의 가장 큰 문제는 막 표면에서의 콜로이드 물질의 침착 현상을 들 수 있는데, 이것은 콜로이드 물질이 막 표면의 세공을 막음으로 정밀여과의 효과를 상대적으로 저하시키는 현상으로 주기적으로 막을 교체하거나, 재생시켜야만 하는 문제점이 있다.

2. 한외여과법(Ultra filtration)

한외여과란 분자 크기가 10~1000Å Macromolecule이나 콜로이드 입자를 분리하는 막분리 공정을 말한다. 역 삼투(REVERSE OSMOSIS)법과 유사한 분리조작으로 압력차를 추진력으로 사용한다.

막의 분리는 용질 및 공경의 크기에 의해 거의 지배되고, 미세공 입구에서 입체장애(steric hindrance)와 세공내에서 용질과 세공벽간의 마찰저항에 의해 분리 효과가 나타난다.

3.역 삼투(Reverse Osmosis)여과

역 삼투막은 공경이 약 10Å내외이고, 세공이 거의 존재하지 않으므로 일반적으로 비공성막이라할 수 있으며, 이는 유기고분자가 micelle을 형성하고 있는 micelle간의 간격을 통하여 물질투과가 행해진다. 역삼투법에서는 유기고분자의 dielectric 계수가 낮기 때문에 용존염이 이 막에 잘 흡착되지 않을 뿐 아니라, 고압에서는 용매인 물이 유효 압력차가 아닌 삼투압차에 비례하여 투과되므로 물이 용존염에 비하여 상대적으로 잘 투과되기 때문에 분리 효과가 상승된다.

또한 역삼투는 분자 크기에 따른 분리 조작이 아니므로 정밀여과나 한외여과에서와 같은 유기물의 침착현상이 적으며, 결과적으로 막의 수명도 길다.

여기서 언급하는 분리막은 용액과 용질을 분리하는 막으로서, 역삼투막(RO), 한외여과막(UF), 정밀여과막(MF)등이 있으며, 이중 한외여과막은 순수(純水)제조장치, 중수도 시스템등에 사용되고, 정밀여과막은 가정용 정수기, 원자력 발전소의 복수여과, 폐수처리장치, 각종 용수처리장치 등에서 광범위하게 사용되고 있다. 이러한 분리막은 침전이나 가압부상등 다른 고액 분리방식에 비해 소요 면적이 적고 처리효율이 높을 뿐만 아니라 처리시간이 단축되므로 그 적용분야가 점차 확대되고 있다.

이러한 분리막은 일반적으로 ‘분리막 묶음 또는 다발’인 막모듈 형태로 사용되는데, 막모듈은 그 형태에 따라 가압식과 침지식으로 구분된다. 가압식은 다수의 분리막을 압력용기인 가압케이스에 넣어 압력을 가하여 사용하는 방법이고 침지식은 반응조 내부에 설치되어 흡입압력을 이용하여 정여과하는 방법이다. 본 발명은 반응조 내부에 설치되는 침지식 분리막에 관련된다.

침지식 분리막 공정은 직경이 큰 고형물질이 통과될 수 없는 무수히 많은 미세구멍으로 형성된 관 또는 관 형상의 막으로서, 막여과조내에 설치되어 원수로 침지된 분리막을 통해 흡입펌프가 분리막 외부의 원수를 분리막 내부로 흡입하여 분리막의 미세공극에 의해 순수한 물과 오염물질을 분리하는 방법이다.

상기 침지식 분리막 공정은 다른 공정에 비해 상대적으로 Scale-up이 용이하고 공간 이용률이 높고 완벽에 가까운 처리 및 제거 효율을 나타내지만 멤브레인 공정의 막힘 현상(fouling)으로 지금까지 그 사용이 제한되어 왔다. 이러한 막힘 현상의 원인은 유기물, 고분자, 콜로이드 등 입자들이 여과시간이 지속될수록 멤브 레인을 통과하지 못함에 따라 그 표면에 침척되어 농도가 증가되면서 점차 농축되어 젤화(고체화)되는 현상이 나타나기 때문이다.

상기와 같은 현탁 물질에 의한 막힘 이외에도 탄산칼슘 등이 용해도 이상으로 농축되는 것에 의해 스케일의 형성이나 막과 강한 친화성을 가진 물질에 의해 막표면에서의 흡착층이 형성되는 현상 등 화학적인 작용에 의해서도 막힘이 발생된다. 이러한 막 표면의 막힘 현상들은 복합적으로 발생 되는 것이 대부분이다.

막여과 설비를 오랫동안 운전하면 막의 여과성능이 저하된다. 이러한 현상은 막 자체의 변질에 의한 노화, 막 표면에 부착층이 생기거나 막힘 또는 고형물에 의한 유로 폐쇄 등 막의 오염이 발생되기 때문이다. 막의 노화에 따른 성능 저하는 막을 주기적으로 교체하는 것 이외에 별다른 대안이 없으나, 막의 오염에 의한 성능 저하는 막을 세정하여 해결할 수 있다. 그러므로 막 여과에는 반드시 막의 성능을 회복하기 위한 세정 조작이 필요하다.

막을 세정하는 방법에는 물리세정과 약품세정이 있다. 물리세정은 역세수 세정처럼 수온 및 압력을 이용하거나 공기세정(air scrubbing)과 같이 막을 요동시키는 것 등 물리적인 작용에 의해 막에 부착된 물질을 제거하는 조작을 말한다. 상기 물리세정법을 통해 대부분의 오염물질을 제거할 수 있으나, 시간이 지남에 따라 물리세정을 반복해도 제거되지 않는 물질이 막 표면이나 막 내부에 서서히 축적되는데, 이는 약품세정을 통해 세정시킨다.

한편, 약품 세정방법에는 여과라인을 닫고 밸브를 바꾸어서 막 모듈 내의 약액을 순환시키는 온라인 방식과, 막 여과 설비로부터 막 모듈을 떼어내어 세정을 행하는 오프라인 방식이 있다. 오프라인 방식에는 정수장 내에 세정장치를 설치하여 행하는 방법과 외부에서 행하는 방법이 있다. 상기 약품세정은 막 차압이나 막 여과 유속이 소정의 값까지 달한 시점을 기준으로 하며, 약품세정에서는 물리세정에서 제거되지 않고 축적한 부착물을 분해하거나 용해시키는 것에 의해 제거하기 때문에 막의 여과 능력을 초기의 상태까지 회복시킬 수 있다.

막의 세정에 사용하는 약품은 막에 부착된 물질의 성상, 오염된 정도 또는 막 재질이 내약품성 등을 고려하여 선정한다. 사용되는 약품으로서는 가성소다, 황산, 염산 등과 같은 알칼리 또는 산, 차아염소산나트륨 등의 산화제, 수산, 구연산 등의 유기산 및 세제 등을 들 수 있다. 각각의 약품에 의한 제거 가능한 물질은 다음과 같다.

[약품세정에 사용되는 약품과 제거 가능한 물질]

약 품		제거 가능한 물질
약 품		유기물	무기물
알칼리	가성소다	●
무기산	염산		●
무기산	황산		●
산화제	차아 염소산 나트륨	●
유기산	수산		●
유기산	구연산		●
세제	알칼리 세제	●
세제	산 세제		●

상기 침지식 분리막 공정은 장시간 막분리 공정이 진행되면서 막표면 부근에서 콜로이드나 고분자 물질이 축적되는 막오염(fouling)이 발생하는 문제점이 있다. 이런 막오염은 원수 중 응집제와 반응하여 형성된 floc입자, 현탁성 고형물질, 고분자물질, 난분해성물질, 흡착성물질 등이 분리막 표면에 축적 및 흡착되어 분리 막 미세공극을 막아 발생되는 것으로 Flux 감소, TMP 상승 등의 여과 성능을 감소시키게 된다. 따라서 주기적이고 적절한 세정작업을 통해 막표면에 축적된 오염물질을 제거하여 막오염을 따른 막성능 저하를 방지하여야 할 필요성이 있다.

또한 기존의 세정공정에서는 별도의 세정조가 필요하여 이를 설치하기 위해 시간적, 경제적 비용이 상당히 소요되는 문제점이 있었다.

그러므로 본 발명에서는 상기한 문제점을 해결하기 위하여 침지식 분리막 공정을 주기적으로 세정하여 오염물질을 제거할 수 있는 신규한 방법을 제공함으로써 경제적이고 간편하게 작업을 수행하고자 하는 것을 첫번째 과제로 한다.

한편 본 발명에서는 반응조의 운전조건에 따라 세정액 또는 여과수를 적절히 투입하거나 공기 주입방식의 막 완결성 시험과 연계하는 과정을 통해 분리막 내부 혹은 막여과조내의 잔류 침적물을 효율적으로 배출할 수 있고 에너지를 절약할 수 있는 신규한 방법을 제공함을 해결하고자 하는 두번째 과제로 삼는다.

또한 본 발명에서는 반응조의 운전조건에 따라 고압수 또는 세정액이나 여과수를 적절히 투입하여 반응조의 잔류 오염물질을 반응조 외부로 배출시키는 신규한 방법을 제공하는 것을 세번째 과제로 삼는다.

이를 위하여 본 발명은 막여과조 또는 분리막 세정을 위한 세정액을 막여과 반대 방향으로 내부에 투입하여 세정액을 분리막 내부에 일정 잔류시간 이상 잔류 시켜 화학세정의 효과를 높이는 단계와; 막여과조를 비운 후 막여과 반대방향으로 세정액을 주입시켜 분리막 내부를 통과하여 분리막 외부로 유출시키는 단계로 구성된다.

또한 본 발명은 막여과조를 비운 후, 원수 혹은 막여과수와 약품을 직접 막여과조에 투입하고 혼합하여 세정액을 채우는 단계와; 막여과조에 채워진 화학세정액을 막여과시키고 다시 막여과조로 유동시켜 일정 시간 이상 순환시키는 단계와; 화학세정 이후 막여과수 주입 공정 또는 공기주입 방식의 막완결성 시험을 통해 분리막 내부에 잔류되어 있는 화학세정액 및 오염물질을 분리막 외부로 배출하는 단계와; 분리막에서 배출된 막여과조 내의 화학세정액 또는 오염물질 등의 내부용액을 외부로 배출하는 단계와; 원수 혹은 세정수를 막여과조 내로 유입시키면서 동시에 막여과조내 내부용액과 침적물을 배출하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 막여과 방법을 적용하면 별도의 세정조 없이 비교적 간단한 공정에 의해서 이 높은 세정효과를 발생시킬 수 있으며, 화학세정을 운전상황에 맞게 조절할 수 있으며, 막여과조 내의 침적물을 효율적으로 처리할 수 있고,

기존의 침지식 분리막 세정방법에 비하여 세정액에 의하여 원수의 수질저하, 활성 미생물의 감소 등을 방지할 수 있는 효과가 있으며,

공기압축기와 같은 공기공급장치를 추가 설치하여 화학 세정 및 물리적 세정을 동시에 실시할 수 있어 보다 높은 분리막의 세정 효과를 기대할 수 있다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용에 대하여 설명한다.

도 1을 참조하면 본 발명의 세정 공정은 원수유입구, 응집조, 막여과조(여러계열로 분리된 상태), 약품 저장조, 막여과수 저장조, 공기압축기 시설과 원수, 막여과수, 주입공기라인 등으로 구성되어 있다. 상기 여과설비는 후단에 처리수조를 포함하고 있다. 이 처리수조로 막여과 처리수가 유입·저장되어 분리막을 역세정 또는 화학세정하거나 최종 처리수로 외부로 공급된다. 보통 차단밸브를 포함하며 여과할 유출액 측에서 공급하는 수단과 차단 밸브를 포함하며 처리수조를 배출하는 수단이 장착된다.

원수유입은 응집조를 거쳐 막여과조 각계열로 유입되며, 각 계열의 막여과조에는 하나 이상의 분리막 카세트가 있어 여과가 진행된다.

다수개의 막은 모듈에 유기적으로 구성되어 있고, 탱크내에 수직으로 설치된다. 이러한 막들은 내부로 여과 작용하는 유공섬유로 만들어진 정밀여과막으로 구성되어 있다.

또한 여과흡입펌프는 각 계열당 복수개의 분리막들을 동시에 흡입여과 시키며 분리막을 통해 여과된 청정용액을 처리수조로 송출한다.

역세펌프는 처리수조에서 역세가 필요한 막여과조 계열로 청정용액(막여과 처리수)을 막여과 반대방향으로 유입시킨다.

한편 분리막 카세트는 주기적으로 역세 및 화학세정을 하는데, 역세시에는 먼저 막여과 중지시키고, 막여과수 저장조에서 막여과수가 막여과의 반대 방향으로 분리막 내부로 유입되며, 분리막 외부로 유출된다. 화학세정시에는 막여과 중지 후 막여과 반대방향으로 분리막 내부로 막여과수와 약품이 혼합된 화학세정액이 유입되며 화학세정액과 분리막 내부 오염물질이 분리막 외부로 배출된다.

화학세정전 막여과조내 원수는 필요에 따라 외부로 미리 배출시켜 막여과조를 비운 후, 화학세정액을 막여과 반대방향으로 유입시켜 분리막 내부를 통한 후 분리막 외부로 유출시켜 막여과조 내에 화학세정액을 채운다.

다른 방법으로, 막여과조 각 계열을 비우고 원수 또는 막여과수를 채우고 약품을 막여과 계열에 직접 투입하여 세정액의 농도를 조절한 후, 막여과조 내 화학세정액을 채운다.

막여과조 내부에 채워진 화학세정액을 막여과 방향으로 투입하고 다시 막여과조 내로 유동시켜 일정시간 이상 순환시킨다.

상기와 같은 침지식 막여과 플랜트를 운영한 결과를 표로 나타내면 다음과 같다.

표1. 침지식 막여과 플랜트 운영결과

원수시료	기존방법 화학세정 후				화학세정방법 (1) 이 후 (역세방향 세정)				화학세정방법 (2) 이 후 (여과방향 세정)
항목	TMP (kgf/cm²)	화학세정주기 (개월)	탁도 제거율 (%)	생산수량 (m³/hr)	TMP (kgf/cm²)	화학세정주기 (개월)	탁도 제거율 (%)	생산수량 (m³/hr)	TMP (kgf/cm²)	화학세정주기 (개월)	탁도 제거율 (%)	생산수량 (m³/hr)
1	0.14	6	92.2	0.21	0.11	16	96.2	0.21	0.11	12	94.5	0.21
2	0.15	6	93.1	0.21	0.13	16	98.1	0.22	0.13	12	96.1	0.21
평균	0.15	6	92.7	0.21	0.12	16	97.15	0.21	0.12	12	95.30	0.21

표 1은 화학세정 전후의 막간차압(Transmembrane pressure, TMP), 화학세정주기, 탁도제거율, 생산수량 변화 측정값을 나타내고 있다. 화학세정 방법은 다음과 같다.

기존 화학세정방법이란 분리막이 침지된 막여과조에 약품액을 직접투입하고 막여과조에 정량 유입된 처리수와 희석하여 적정농도를 맞춘 후 일정시간동안(2분) 폭기시키는 방법을 말한다.

화학세정방법 (1)은 약품탱크로부터 약품펌프로 인해 정량 흡입된 산 or 알칼리 화학약품은 역세펌프 전단에서 처리수와 혼합되어 적정농도(20ppm)를 맞추도록 송출된 후 역세펌프를 통해 해당 계열의 분리막 내부로 일정시간(2분) 유입되고 일정시간(13분 휴지, 분리막 포기)동안 침적시킨 후, 분리막 외부(막여과조)로 반출시켜 분리막 내부를 통해 막여과조로 유출시키는 방법이다. 이 때 막여과조는 특별히 비우지 않는다. 단, 원수의 탁도가 높거나, 분리막의 오염도가 심할 경우 혹은 다른 필요에 따라 세정액이 분리막에 유입되기 전 해당 막여과 계열을 펌프를 통해 모두 배출시키고 텅 빈 상태에서 막여과 계열을 순수 세정액만 채워 세정효과를 증대 시킬 수 있다.

화학세정방법 (2)는 약품탱크로부터 약액이 정량으로 해당 분리막을 포함하는 막여과조로 직접 투입된다. 이 때 해당 막여과조는 역세펌프로 유입된 청정수(막여과 처리수)로 채워진 상태이며, 약품탱크로부터 유입된 약액으로부터 적정한 농도로 혼합된다 (2분). 이 후 막여과조를 폭기시키고 막여과 흡입펌프로 인해 분리막 내부로 화학세정액이 유입되어 분리막을 세정하고 다시 막여과조로 유입시키는 순환공정(15분) 방법을 통해 세정효과를 향상시키는 방법이다.

역세방향 세정은 막표면에 흡착되거나 부착된 입자 및 고분자 오염물질을 여과방향 세정보다 효과적으로 세정할 수 있는 있는 방법으로 확인되었으며 화학세정 주기를 연장함으로서 정상가동시간을 연장할 수 있으며, 유지관리비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 유지관리가 용이해지는 편이성을 있다. 이 때 적용되는 화학세정 약품으로는 일반적으로 구연산, NaOCl,, SBS, NaOH 등이 있으며, 본 실험에서는 NaOCl(20ppm)이 적용되었다.

상기 두가지 방법에 의하면 기존의 화학세정방법보다 TMP 감소율, 탁도제거율, 생산수량 증가율에서 더 큰 효과를 나타내는 것을 알 수 있다.

또한 기존방법 즉, 화학세정방법 이후 바로 막여과를 시작하고, 이후 공기압을 이용한 막완결성 시험(PDT test)을 24시간 내에 임의로 시작하는 방법과 화학세정방법 즉, 화학세정방법 후 공기압을 이용한 막완결성 테스트(PDT test)를 바로 연계하는 방법에 대한 잔류염소 분석결과 및 에너지 효율성을 비교한 결과는 표2와 같았다.

표2. 침지식막여과 플랜트 운영결과

원수시료	기존방법(화학세정 후 막여과 진행, 이후 PDT 임의시작)	화학세정방법 3)(화학세정 후 PDT 바로 연계방법)
항목	막여과수의 잔류염소 감소율 (%)	막여과수의 잔류염소 감소율 (%)
1	66.4	99.7
2	66.7	99.8
3	65.2	99.7
4	67.2	99.5
평균	66.4	99.7

(* PDT(Pressure Decay Test) : 막의 완전성(integrity)을 감시하기 위한 PDT를 주기적으로 실행 고압의 공기(약 0.30～0.35 kg_f/cm²/2min)를 막 내부로 가압한 후 약 2분간 3회 연속으로 압력손실을 측정함으로써 막의 파손여부를 감시할 수 있는 완전자동 시스템 약 3㎛크기까지의 파손부위도 발견 가능)

비교방법은 다음과 같다. 기존 방법의 경우 15분 동안 막여과 반대방향으로 NaOCl 20ppm을 주입하여 화학세정을 실시하였고, 이후 막여과를 위해 흡입펌프(500m3/일)를 가동하였다. 막여과 시간이 5시간 지난 후 막완결성 시험을 위해 막여과 펌프를 중단하고 공기압을 0.30 kgf/cm²을 주입하여 2분간 PDR(Pressure Decay Rate)이 0.03kg/cm²/min이하임을 확인하였다. 본 Pilot에서는 일1회의 막완결성 시험을 3회 6분간 실시한다. 화학세정방법 3)의 경우 동일한 화학세정 방법이후 막여과 펌프를 가동시키지 않고, 곧바로 막완결성 시험을 시행한다. 막여과수의 잔류염소는 처리수조에서 화학세정이 끝난 막여과수를 채취하여 DPD 방법으로 분석하였다.

기존방법 즉, 화학세정 후 바로 막여과 할 경우, 분리막내부에 세정액(NaOCl 용액) 성분이 남아 있어 막여과수의 잔류염소 농도가 화학세정방법 3) 보다 33% 높게 분석되었다. 이는 화학세정 이후 공기압을 통해 세정액을 분리막 외부로 유출됨으로 인해 처리수조 내 잔류염소 농도가 기존방법보다 낮아지는 것을 의미한다. 실제로 화학세정 이후에 곧바로 막완결성 시험을 연계할 경우 화학세정과 막완결성 시험을 따로하는 기존의 방법보다 기기장비 및 공정운영의 효율성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.화학세정의 효과를 높이고, 공정운영의 효율성을 향상시키기 위해 공기압을 이용한 모든 막완결성 시험을 화학세정 후 바로 연계하여, 분리막 내부의 화학세정액 및 잔류오염물질을 분리막 외부로 유출시킨다.

막여과조를 비우면서, 분리막내부에 잔류하는 화학세정액 및 잔류오염물질을 분리막 외부로 최종 유출시켜 막여과조 외부로 배출시킨다.

이 때 상황에 따라 막여과조 내에 원수 혹은 막여과수를 유입시키면서 막여과조 내의 화학세정액, 분리막 내부로부터 배출된 오염물질, 막여과조 내에 침적된 오염물질을 함께 배출한다. 세정방법으로는 역세정과 화학약품세정이 있는데, 역세정은 여과수를 막여과 반대방향으로 투입시켜 물리력을 이용하여 분리막 내부의 오염물질을 제거하는 방법이고, 화학약품세정은 여과수에 적정 화학약품을 투입하여 혼합 제작된 세정수를 이용하여 분리막 내부 오염물질을 용해시켜 제거하는 방법이다.

화학약품 세정방법으로는 분리막을 막여과조 내의 막분리장치에서 분리시키지 않은 채로 약액을 순환시키거나 침지시키는 방식과 막여과조내 막분리장치에서 분리막을 분리하여 세정하는 방식이 있다.

약품세정에 사용되는 세정액은 알칼리성 약품으로 가성소다, 황산, 염산, 등이 있고 산화제인 차아염소산나트륨, 수산, 구연산등의 유기산 및 세제 등을 포함하고 있다.

일반적으로 침지식 MBR공정에서는 세정액이 원수에 유입될 경우 pH조건을 변화시켜 원수의 수질을 악화시키거나 활성미생물을 사멸시킬 수 있다. 하지만, 정수처리공정에서는 미생물의 영향을 고려할 필요가 없고, 사용된 화학세정액는 모두 별도로 배출시키므로 침지식 막여과조 내부에서 직접 화학약품세정을 해도 무방하다.

도 2는 침지식 분리막 세정 이후 막 완결성 시험을 연계한 공정의 구성도이다.

약품세정이후 막완결성 시험 연계공정은 도 2에 도시된 공정도를 참고하여 설명하면 도 2의 ①번에서 세정수가 각 계열의 분리막 내부로 유입되어 분리막 내부를 세정하고 각 계열 막여과조로 배출된 후 막완결성 시험을 바로 연계하여 실시한다. 이 때 분리막을 포함한 막여과조내 내용수는 외부로 배출되지 않으며 수위는 그대로 유지된다.

세정과정에서 막여과 펌프는 정지된 상태로 있으며, ②번 공기압축기에서 공기가 각 계열내 분리막으로 막여과 반대방향으로 유입된다.

분리막 내부로 유입된 공기는 분리막의 이상유무를 확인하도록 일정분 이상 잔류시킨다. 분리막 Fiber의 파손이 있을 시엔 분리막 내부의 공기가 밖으로 새어 나와 공기압의 변화 혹은 막여과조에서 기포를 육안으로 확인할 수 있으며, 파손된 분리막을 외부로 꺼내여 손상을 복구할 수 있다.

이때 분리막 내부의 잔류 오염물질 및 세정수는 분리막 내부로 유입된 공기에 의해 막여과조로 배출되고 막여과조로 배출된 오염물질 및 세정수는 막완결성 시험이 끝난 후 ③번과 같이 막여과조 외부로 배출된다.

도 1은 본 발명의 침지식 분리막 세정방법이 적용된 장치의 구성도이다.

{도면의 주요부분에 대한 설명}

1. 원수유입구 2. 응집조수문

3. 막여과조 4. 약품저장조

5. 막여과수 저장조 6. 공기압축기

7. 침지식 분리막 8. 여과펌프

Claims

각종 수처리장치의 반응조 내에 설치된 침지식 막여과조 내의 분리막을 세정하는 방법에 있어서,

목표막의 내외부를 세정하기 위해 막여과 흐름을 정지시키고 막여과된 청정수를 막여과 흐름 반대방향으로 주입하여 막내부에 존재하는 청정수와 세정 목표 물질을 막외부로 배출하는 단계와;

청정용액 또는 세정액을 막여과 방향과 반대로 주입하여 막내부의 여과된 청정수, 세정액 및 세정이 요구되는 물질을 막외부로 배출하는 단계와;

막내부에 일정 시간동안 세정액을 주입한 이후에 막여과수를 주입하여 막 내부 잔류 세정액 및 잔류오염물질을 분리막 외부로 배출하는 단계와;

상기 막내부에 일정 시간동안 세정액을 주입한 이후 막여과수 대신 공기를 주입하여 막 내부 잔류 세정액 및 잔류오염물질을 분리막 외부로 배출하는 단계로 구성된 것을 특징으로 한 침지식 막여과조 내의 분리막을 세정하는 방법.
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청구항 1에 있어서,

막내부로 세정액을 추가로 주입시키지 않고 세정액을 일정 시간동안 잔류시키는 단계와;

상기 세정액이 잔류공정 이후에 곧바로 공기압을 이용하여 막완결성 시험을 동시에 진행시키는 단계가 추가되는 것을 특징으로 한 침지식 막여과조 내의 분리막을 세정하는 방법.
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각종 수처리장치의 반응조 내에 설치된 침지식 막여과조 내의 분리막을 세정하는 방법에 있어서,

막여과조를 완전히 비운 후, 세정액 또는 화학약품을 막여과 반대 방향으로 막여과조에 주입하여 채우는 단계와;

원수 또는 여과된 청정수를 막여과조에 직접 주입하는 단계와;

막여과조 내의 세정액을 일정 시간이상 유동시킨 후 다시 막여과조 내로 순환시키는 것을 특징으로 한 침지식 막여과조 또는 하나 이상의 분리막을 세정하는 방법.
막여과조 내부 용액을 막여과조 외부로 배출하는 단계와; 화학세정액을 분리막 또는 막여과조에 주입하여 내부를 세정하는 단계와; 상기 세정 단계가 종료된 후 화학세정액을 막여과조 외부로 배출함과 동시에 원수 또는 세정액 또는 청정용액을 막여과조에 유입시켜 막여과조를 세정하는 단계와; 상기 세정이 종료된 후 막여과조의 내부용액을 배출하는 단계와; 상기 내부용액의 배출이 종료되면 고압수를 이용하여 막여과조 내부의 오염물질을 강제로 배출하는 단계로 구성된 것을 특징으로 한 침지식 막여과조 내의 분리막을 세정하는 방법.