KR101002203B1

KR101002203B1 - 막여과 수처리 장치 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR101002203B1
Application number: KR1020100097272A
Authority: KR
Inventors: 이동호; 조성정
Original assignee: 효림산업주식회사
Priority date: 2010-10-06
Filing date: 2010-10-06
Publication date: 2010-12-20

Abstract

막여과기를 이용하는 수처리 장치에 있어서 역세척 공정 시 염소 투입량을 효과적으로 조절하여 수처리 장치의 운전 및 관리를 안정적으로 할 수 있는 막여과기를 이용하는 수처리 장치 및 그 제어방법이 제공된다. 본 발명에 따른 막여과 수처리 장치 및 그 제어방법은 오염물질 포함되어 있는 원수를 저류하는 원수조와, 원수의 오염물질을 제거하기 위한 막여과기와, 막여과기에서 오염물질이 제거된 원수를 집수하는 처리수조와, 막여과기를 역세척하기 위한 염소를 공급하는 차염발생기를 포함하는 차염 탱크와, 역세척된 후의 역세처리수를 수집하며 잔류염소 감지부와 pH 감지부가 마련되는 역세처리수 탱크와, 원수 막여과 공정과 역세척 공정을 제어하기 위한 제어부를 포함하며, 제어부는 역세처리수의 잔류염소 감지부와 pH 감지부에서 측정되는 잔류염소 농도와 pH를 이용하여 차염 탱크의 염소 투입량을 조절함으로써 역세척에 필요한 적정량의 염소 투입량을 탄력적으로 적용할 수 있기 때문에, 수처리 과정에서 불필요한 에너지의 낭비를 최소화함으로써 에너지 효율을 극대화 할 수 있다.

Description

막여과 수처리 장치 및 그 제어 방법{Apparatus for treating water using membrane filter and cotrol method thereof}

본 발명은 수처리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 막여과(Membrane Filter)와 역세(back washing) 기술을 이용한 수처리 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

최근 수자원(水資源)에 대한 중요도가 높아짐에 따라 수질 관리에 많은 관심이 집중되고 있으며, 특히 하수와 오폐수를 정수하는 고도정수처리에 대한 수요도 증대되고 있다. 하지만 기존의 수처리 시설을 보완하거나 새로운 고도정수처리시설을 도입하기 위해서는 부지확보를 포함한 많은 환경적, 경제적 어려움이 뒤따르기 때문에, 최근 안정된 수질을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 콤팩트하고 운전 및 유지관리가 용이한 막여과기를 이용한 수처리 장치가 널리 사용되고 있다.

막여과기를 이용한 수처리 장치는 탁도 및 병원성 미생물의 완벽한 제거가 가능하며, 공정의 콤팩트화와 모듈화에 의한 용지면적의 감소를 기대할 수 있고, 공정의 단순화로 무인화 및 자동 운전이 가능하며, 유지관리가 용이하여 시스템의 안정성이 높고 원격 감시가 가능하다는 장점을 가지고 있으나, 반대로 용존 유기물 농도 및 무기이온물질 등에 의한 막 표면 스케일의 형성과 막 공경의 패색으로 인한 투과성능의 감소 등이 발생하기 때문에 막이용 수처리 장치의 가장 큰 문제점으로 알려져 있다.

이러한 막 오염에 의한 투과성능의 감소 현상을 줄이기 위하여 수처리 장치는 정기적으로 막여과 공정의 중간에 막 역세척 공정을 실시하고 있으며, 역세척 효과를 향상시키기 위해 차아염소산나트륨(NaOCl), 차아염소산칼슘, 염소 가스 등의 염소 약품을 역세척수에 첨가하고 있다. 역세척에 염소 약품이 주로 사용되는 것은 염소가 수중에 존재하는 다양한 병원성 미생물을 불활성화시킬 수 있으며, 잔류효과로 인하여 미생물 재성장을 막아 이차 오염을 방지할 수 있고, 가격도 다른 소독제에 비하여 경쟁력을 가지기 때문이다.

염소는 화학적으로 안정된 화합물이기 때문에 주로 시판 중인 제품을 사용한다. 하지만 농도, 저장온도, 불순물, 빛 등에 민감하게 반응하기 때문에 그 품질을 일정하기 유지 관리하기는 쉽지 않다는 단점이 있었다.

일례로, 아래 표 1은 산업용으로 생산되는 10~16%의 차아염소나트륨의 시간과 온도에 따른 농도 변화량을 나타낸 것이다.

Time (Weeks)	Chlorine content(% w/w)at solution temperatures
Time (Weeks)	10	15	20	25	30
1	14.43	14.39	14.08	13.57	12.41
2	14.39	14.08	13.57	12.41	10.88
4	14.17	13.58	12.41	10.52	8.70
26	11.72	9.54	7.00	4.50	2.59

표 1에 나타낸 바와 같이 염소가 시간과 온도에 장기간 노출될 경우 농도 변화가 급격하게 이루어짐을 알 수 있다.

또한, 종래에는 역세척수에 포함되는 염소 산화제의 양을 관리자가 경험에 의거하여 투입량을 결정하였기 때문에 이를 안정적으로 운전 제어하는 것이 용이하지 않았다. 예컨대, 염소 산화제의 투입량은 원수의 오염도, 잔류 염소 등에 따라 적절히 조절해야 하는데, 만일 막여과기의 역세척이 부실하게 이루어지면 후속 공정에서 불필요한 압력 상승이 발생하여 운전비를 증가시키며, 또한 빈번한 화학 세척은 막여과기의 수명을 단축시켜 건설비를 상승시키게 된다.

본 발명은 상술한 종래 기술에 착안한 것으로서, 본 발명의 목적은 막여과기를 이용하는 수처리 장치에 있어서 역세척 공정 시 염소 투입량을 효과적으로 조절하여 수처리 장치의 운전 및 관리를 안정적으로 할 수 있는 막여과기를 이용하는 수처리 장치 및 그 제어방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 막여과 수처리 장치는 오염물질 포함되어 있는 원수를 저류하는 원수조와, 원수의 오염물질을 제거하기 위한 막여과기와, 막여과기에서 오염물질이 제거된 원수를 집수하는 처리수조와, 막여과기를 역세척하기 위한 염소를 공급하는 차염발생기를 포함하는 차염 탱크와, 역세척된 후의 역세처리수를 수집하기 위한 역세처리수 탱크와, 원수 막여과 공정과 역세척 공정을 제어하기 위한 제어부를 포함한다.

또한 본 발명에 따른 막여과 수처리 장치의 상기 역세처리수 탱크에는 잔류염소 감지부와 pH 감지부가 마련되고, 상기 제어부는 상기 잔류염소 감지부와 pH 감지부를 이용하여 잔류염소의 농도와 pH를 측정하여 차염 탱크의 염소 투입량을 조절한다.

또한 본 발명에 따른 막여과 수처리 장치의 상기 잔류염소 농도는 0.2ppm 이상이며, pH는 8 이하이다.

또한 본 발명에 따른 막여과 수처리 장치의 상기 원수조는 pH 감지부와 온도계가 마련된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면 오염물질 포함되어 있는 원수를 저류하는 원수조와, 원수의 오염물질을 제거하기 위한 막여과기와, 막여과기에서 오염물질이 제거된 원수를 집수하는 처리수조와, 막여과기를 역세척하기 위한 염소를 공급하는 차염발생기를 포함하는 차염 탱크와, 역세척된 후의 역세처리수를 수집하며 잔류염소 감지부와 pH 감지부가 마련되는 역세처리수 탱크와, 원수 막여과 공정과 역세척 공정을 제어하기 위한 제어부를 포함하여, 제어부는 상기 잔류염소 감지부와 pH 감지부에서 측정되는 잔류염소 농도와 pH를 이용하여 상기 차염 탱크의 염소 투입량을 조절하는 막여과 수처리 장치의 제어 방법이 제공된다.

또한 본 발명에 따른 막여과 수처리 장치 제어방법에 있어서, 상기 제어부는 잔류염소 농도는 0.2ppm 이상, pH는 8 이하로 제어한다.

또한 본 발명에 따른 막여과 수처리 장치 제어방법에 있어서, 상기 원수조에는 pH 감지부가 마련되고, 상기 제어부는 원수조의 pH를 6 이하로 제어한다.

본 발명에 따른 막여과 수처리 장치는 역세척시 투입되는 염소를 차염발생기를 사용함으로써 염소의 농도를 일정하게 유지할 수 있어 수처리 장치의 관리 및 운전이 용이하다.

또한, 본 발명에 따른 막여과 수처리 장치는 역세처리수의 잔류염소 농도와 pH를 측정하고, 이를 근거로 적정량의 염소 투입량을 탄력적으로 적용할 수 있기 때문에, 수처리 과정에서 불필요한 에너지의 낭비를 최소화함으로써 에너지 효율을 극대화 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 장치의 공정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 장치의 처리 흐름도를 개략적으로 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 막여과 수처리 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 본 실시예의 수처리 장치는 하수, 오수, 폐수 등의 오염물질이 포함되어 있는 원수가 외부로부터 공급되어 저장되는 원수조(10)와, 원수에 포함되어 있는 오염물질을 제거하기 위한 막여과기(20)와, 오염물질이 제거된 원수를 집수하여 저장하는 처리수조(30)와, 막여과기(20)의 역세척에 필요한 염소를 공급하기 위한 차염 탱크(40)와, 역세척 후 사용된 물을 처리하기 위한 역세처리수 탱크(50)와, 이들을 제어하기 위한 제어부(60)를 포함한다.

원수에는 부유고형물 및 콜로이드 등과 같은 탁도 유발물질과, 냄새나 이취미 등을 유발하는 일부 용존물질과, 조류, 원생동물, 박테리아, 바이러스 등과 같은 미생물 및 용존 무기염류 등이 포함되어 있다. 이와 같이 각종 오염물질이 포함된 원수는 원수조(10)에 저류되어 있다가 막여과기(20)를 거치면서 오염물질이 제거되며, 정화된 원수는 처리수조(30)에 집수된 후 후처리 공정으로 배출된다(막여과 공정).

막여과가 효과적으로 이루어질 수 있도록 통상적으로 원수는 원수조(10)에 공급되기 전 흡착, 혼화, 응집, 침전 등의 전처리를 통해 입자 물질, 악취 물질, 화확 물질 등이 1차적으로 제거되며, 막여과기(20)를 통과하면서 각종 오염물질, 유해 미생물, 바이러스 등이 2차적으로 제거된다. 막여과기(20)는 내부에 멤브레인 필터가 마련되어 있는 시판 중의 것을 사용할 수 있다.

한편, 막여과 수처리 장치는 상술한 오염물질 제거 공정 외에 막여과기(20)에 부착된 오염물질들을 제거하여 투과 성능을 복귀시키기 위한 역세척 공정도 포함하고 있다.

역세척 공정을 위해 막여과 수처리 장치는 차염 탱크(40)와 역세처리수 탱크(50)를 구비한다. 역세척에 필요한 물은 외부로부터 공급되거나 또는 막여과기(20)에서 필터링된 후의 원수(이하 '정화수'라 함)를 사용할 수도 있다. 본 실시예에서는 처리수조(30)의 정화수를 사용한다.

차염 탱크(40)는 역세척을 위한 염소를 공급하기 위한 장치이다. 본 실시예에서는 차염발생기(42)를 설치하여 염소의 품질을 관리자가 별도로 신경 쓸 필요없도록 한다. 차염발생기(42)는 일반적으로 소금물을 전기분해하여 저농도의 안전한 염소(차염소산나트륨 용액)을 생성시키는 것으로, 관리자가 소금물 공급만 관리하면 염소 농도를 일정하게 유지할 수 있다. 차염소산나트륨(NaOCl)은 염소 가스와 달리 처리수 주입후 부산물로 생성되는 수산화이온(OH-)의 영향으로 수중 알카리도 및 pH를 적정히 유지하여 설비 및 관로 부식을 억제하는 효과도 가진다.

차염소산나트륨의 발생원리는 다음과 같다.

NaCl + H₂0 + 2e^- -> NaOCl + H₂↑

역세처리수 탱크(50)에는 pH 감지부(52)와, 잔류염소 감지부(54)가 마련되어 있다. 이 감지부(52,54) 들의 동작에 대해서는 후술한다.

그러면, 상기와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 막여과 수처리 장치의 제어 방법을 도 2를 참조하여 살펴보기로 한다.

먼저 원수조(10) 내의 수위가 설정된 수위에 도달하면, 제어부(60)는 이를 감지하여 원수조(10) 내의 원수를 유입관(P1)을 통해 막여과기(20) 내로 유입시킨다. 그러면, 막여과기(20)는 원수에 포함된 오염물질들을 미세한 공극으로 이루어지는 멤브레인필터(미도시)를 이용하여 필터링하며, 멤브레인필터를 통과한 원수는 오염물질이 제거된 정화수가 되어 유출관(P2)을 통해 처리수조(30)로 배출된다(이상 막여과 공정(S10).

한편, 원수를 일정 시간 정화하면 오염물질이 막여과기(20)의 멤브레인필터 공극을 폐색시켜 원수가 멤브레인필터를 통과하기 어려워지며, 이는 멤브레인필터의 압력을 높인다. 이를 방지하기 위하여 제어부(60)는 막여과기(20)에 마련되는 복수의 압력계(22)를 이용하여 차압이 설정압력 이상으로 높아지면(S20), 이를 감지하여 처리수조(30)로 연결되는 유출관(P2)의 밸브 폐쇄하고, 역세처리수용 밸브(미도시)를 개방하여 역세척 공정을 실시한다(S30).

즉, 역세척수는 역세수관(P2-1)을 통하여 막여과기(20)의 멤브레인필터로 유입된다. 역세척수는 멤브레인필터의 외측에서 내측으로 유출되므로 멤브레인필터의 내벽에 붙은 오염물질이 멤브레인의 내벽에서 분리된다. 분리된 오염물질은 역세처리수관(P3)을 통하여 역세처리수 탱크(50)로 이송된다. 본 실시예에서 역세척 공정은 1회당 약 3분정도가 가동되며 24시간 가동될 경우에는 1일 4~12회의 범위에서 수행된다. 역세처리수의 일부는 역세처리수관(P3-1)을 통해 원수에 재취합되어 오염물질을 재차 제거할 수도 있다.

한편, 제어부(60)는 역세척 공정 시 지속적으로 역세처리수 탱크(50)의 pH와 잔류염소 농도를 감지하여 차염 탱크(40)에서 주입하는 염소 투입량을 조절한다.

예컨대, 제어부(60)는 역세처리수 탱크(50)의 잔류염소 감지부(54)에서 검출되는 잔류염소의 농도를 0.2ppm 이상이 유지될 수 있도록 제어한다. 만일 계측되는 잔류염도가 0.2ppm 미만일 경우에는 오염물질이 막여과기(20)에 상당량 잔류하고 있는 것으로 판단하여(S40), 제어부(60)는 차염 탱크(40) 내의 염소 공급량을 증가시킨다(S50). 염소는 통상적으로 2 ~ 10ppm이 공급되므로, 이 범위 안에서 염소 공급량을 적절히 조절한다.

또한, 제어부(60)는 잔류염소 감지와 함께 pH를 감지한다(S60). 이는 잔류염도가 0.2ppm 이상이더라도 pH가 8을 넘을 경우에는 금속 이온 등이 용출됨으로 인해 염소의 소독 능력이 급격히 저하될 우려가 있기 때문이다. pH가 8을 넘을 경우에는 수처리 장치의 동작을 일시 정지시킨다(S70).

한편, 본 실시예에 따른 막여과 수처리 장치의 운전 효율을 높이기 위해 원수조(10)에는 pH 감지부(12)와 온도계(14)가 설치된다. 염소의 성분 중 소독능을 가지고 있는 것을 유리잔류염소(Free Chlorine Residual)라 하며 HOCl, OCl-(Hypochlorite Ion, 차아염소산 이온)를 합한 것을 가리킨다. HOCl과 OCl-의 소독능은 HOCl이 OCl-에 비하여 약 100배 정도 높다. pH 6이하에서는 HOCl의 이온화도가 낮아 염소는 주로 HOCl으로 존재하며, pH 6 이후부터는 HOCl이 급격히 이온화하여 pH 8.5가 되면 대부분의 염소는 OCl-의 형태로 존재하며, pH 9 이상에서는 OCl-만이 존재하게 된다. 온도의 경우는 20℃의 경우는 약 pH 7.5이상, 0℃의 경우는 pH 7.8이상부터 OCl-이 주로 존재한다. 일반적인 원수의 pH 영역을 6∼9정도로 본다면 pH가 높은 경우 소독능이 약한 OCl-의 비율이 커지므로 소독 효과는 떨어지게 된다. 따라서, 이러한 염소의 특성을 고려하여 원수조(10)의 pH와 온도를 관리할 경우 막여과기(20)의 투과 성능을 효과적으로 높일 수 있다.

10..원수조 20..막여과기
30..처리수조 40..차염 탱크
50..역세처리수 탱크

Claims

오염물질 포함되어 있는 원수를 저류하는 원수조와, 원수의 오염물질을 제거하기 위한 막여과기와, 막여과기에서 오염물질이 제거된 원수를 집수하는 처리수조와, 막여과기를 역세척하기 위한 염소를 공급하는 차염발생기를 포함하는 차염 탱크와, 역세척된 후의 역세처리수를 수집하기 위한 역세처리수 탱크와, 원수 막여과 공정과 역세척 공정을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 막여과 수처리 장치.
제 1항에 있어서,
상기 역세처리수 탱크에는 잔류염소 감지부와 pH 감지부가 마련되고,
상기 제어부는 상기 잔류염소 감지부와 pH 감지부를 이용하여 잔류염소의 농도와 pH를 측정하여 차염 탱크의 염소 투입량을 조절하는 것을 특징으로 하는 막여과 수처리 장치.
제 2항에 있어서,
상기 잔류염소 농도는 0.2ppm 이상인 것을 특징으로 하는 막여과 수처리 장치.
제 3항에 있어서,
상기 pH는 8 이하인 것을 특징으로 하는 막여과 수처리 장치.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원수조는 pH 감지부와 온도계가 마련되는 것을 특징으로 하는 막여과 수처리 장치.
오염물질 포함되어 있는 원수를 저류하는 원수조와, 원수의 오염물질을 제거하기 위한 막여과기와, 막여과기에서 오염물질이 제거된 원수를 집수하는 처리수조와, 막여과기를 역세척하기 위한 염소를 공급하는 차염발생기를 포함하는 차염 탱크와, 역세척된 후의 역세처리수를 수집하며 잔류염소 감지부와 pH 감지부가 마련되는 역세처리수 탱크와, 원수 막여과 공정과 역세척 공정을 제어하기 위한 제어부를 포함하여,
상기 제어부는 상기 잔류염소 감지부와 pH 감지부에서 측정되는 잔류염소 농도와 pH를 이용하여 상기 차염 탱크의 염소 투입량을 조절하는 것을 특징으로 하는 막여과 수처리 장치의 제어 방법.
제 6항에 있어서,
상기 제어부는 잔류염소 농도를 0.2ppm 이상으로 제어하는 것을 특징으로 하는 막여과 수처리 장치의 제어 방법.
제 7항에 있어서,
상기 제어부는 상기 pH를 8 이하로 제어하는 것을 특징으로 하는 막여과 수처리 장치의 제어 방법.
제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원수조에는 pH 감지부가 마련되고,
상기 제어부는 원수조의 pH를 6 이하로 제어하는 것을 것을 특징으로 하는 막여과 수처리 장치의 제어 방법.