KR101193902B1 - 정수 생산을 위한 막여과 정수 처리 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 정수 생산을 위한 막여과 정수 처리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 가압형 정밀여과막모듈, 나노여과막모듈 및 침지형 정밀여과막모듈을 배치하고, 원수중 맛?냄새 유발물질을 비롯한, 미량유기물, 중금속, 이온성 물질 및 독성물질을 제거하고 여과 효율 및 회수율이 동시에 향상된 막여과 정수 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

정수 생산을 위한 막여과 정수 처리 시스템 및 방법{Water-purifying System and Method Using Membrane Filtration for Manufacturing Purified Water}
본 발명은 여과효율 및 회수율이 동시에 향상된 정수생산을 위한 막여과 정수 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
하천이나 호소수 등의 지표수를 여러 수단을 통해 처리한 것으로, 음용수, 공업용수 등으로 활용하기 위하여 일부 국가에서는 심각한 물부족 문제의 발생과 함께 상수 원수에 대한 심각한 오염 문제가 대두되고 있다.
최근에 분석기법의 발전에 따라 기존에는 검출하지 못하였던 유해한 미량 유해유기물질의 발현이 보고되고 있고, 기후이상과 가뭄사태에 이르러 상수원수 수질이 크게 악화되고 있다. 또한, 기존 정수시설을 통한 공공 상수에서 맛?냄새 등의 이취감에 대한 불만이 제기되고 있다. 이러한 상수원수의 수질적 악화문제, 미량유기물질의 발현 및 맛?냄새에 대한 문제를 해결하고자 고도정수처리 공정의 도입이 활발하게 진행되고 있다.
고도정수처리 공정으로 도입되고 있는 기술들은 흡착 및 산화공정으로 대표적으로는 활성탄, 오존 및 오존과 과산화수소 또는 자외선 등을 결합한 고도산화공정(AOP, Advanced Oxidation Process)이 도입되고 있다. 그러나 오존 처리 경우 발암물질인 브롬산(Bromate)의 발생 및 암모니아성 질소의 잔류 등 새로운 문제가 발생하고 있다.
기존 정수 처리는 응집, 침전, 모래여과, 소독 등과 같은 물리화학적 공정이 주로 이용되고 있다. 그러나 이러한 공정은 상수원 수질악화, 유해물질 출현, 분석기술의 발달 및 생활수준의 향상으로 수질에 대한 큰 기대로 인한 한계에 봉착하였다.
이에 최근에는 특정 크기의 물질을 분리할 수 있는 미세공을 가진 분리막을 이용해 오염물질을 제거하는 막 분리 공정의 도입이 활발하게 진행되고 있다.
막 분리 공정은 처리수질이 안정적이고, 자동화가 가능해 유지관리가 용이하다는 장점이 있으며, 이때 분리막은 기공 크기에 따라 정밀여과(MF)막, 한외여과(UF)막, 나노여과(NF)막, 역삼투(RO)막 등 다양하게 사용하고 있다.
대한민국 특허등록 제10-0954426호는 막오염 저감을 위한 가압식 막여과 정수처리 장치 및 이의 운전 방법에 관한 것으로, 막의 오염을 방지함으로써 막의 오염 저하를 통한 펌프 운영비 절감을 통한 유지관리비의 절감을 달성할 수 있고, 막의 운전이 안정하게 이루어질 수 있음으로 운영자에게 운영 편의성을 제공할 수 있다고 제시하고 있다. 그러나 상기 특허에서 제시하는 방법은 단시간에 처리하는 방법이 가능하나 막여과 처리 이후 발생하는 농축수를 재사용하지 않고 응집제 처리 후 방류하여 전체 공정의 회수율이 낮은 문제가 있어, 취수된 원수의 활용도가 낮은 문제를 내포하고 있다. 특히, 정밀여과막을 사용함으로써 입자성 물질 및 탁질 물질에 대한 제거성능은 보장할 수 있으나, 맛?냄새 유발 물질 및 미량유해유기물질, 이온성 독성 물질에 대한 제거효율을 기대할 수 없다.
이에 높은 여과 효율을 갖는 나노여과막을 이용한 방법이 제시되었다.
대한민국 특허공개 제2006-9128호는 역삼투 여과 및 나노여과를 이용한 공업용수를 처리하여 각종 양이온, 음이온을 선택적으로 제거하고, 대한민국 특허출원 제2007-0050687호는 원수를 나노막을 이용하여 여과할 때에 배출되는 배출수 전량을 나노막여과 시스템 내로 연속적으로 순환시키는 나노막여과 공정 후, 역삼투막을 이용하여 여과시키는 역삼투막여과 공정을 수행하여 천연 미네랄수를 제조하고 있다.
그러나 상기 두 특허에서 제시하는 공정은 나노여과처리로 미량 유해유기물질이나 이온성 물질에 대한 제거효율을 확보할 수 있으나, 공정 처리 속도나 회수율이 낮은 문제가 발생한다.
회수율은 공급수량에 대한 투과수량의 비로, 막여과법에 있어서 양적인 처리효율을 보여주는 지표로서, 막여과 공정에서 회수율은 막오염 정도에 큰 영향을 미치며, 막오염은 원수수질, 막여과유속 (투과 Flux), 세척 정도 등에 따라 달라진다. 나노여과막을 이용한 회수율이 최대 약 75% 수준으로, 상기 두 특허에서도 막여과 처리 이후 발생하는 처리수를 방류하여 회수율 또한 높은 수준을 유지하지 못한다.
대한민국 특허등록 제10-0954426호 대한민국 특허공개 제2006-9128호 대한민국 특허출원 제2007-50687호
이에 본 발명의 목적은 맛 냄새 유발물질 및 미량유해유기물질에 대한 안전성을 확보하는 정수 생산을 위한 막여과 정수처리시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은
원수를 1차 여과하기 위한 가압형 정밀여과막모듈;
상기 가압형 정밀여과막모듈과 연결되어 생산수를 2차 여과하기 위한 나노여과막모듈; 및
상기 가압형 정밀여과막모듈의 처리를 통해 발생하는 농축수를 여과하기 위한 침지형 정밀여과막모듈, 이때 상기 침지형 정밀여과막모듈은 이로부터 처리된 생산수를 이송할 수 있도록 가압형 정밀여과막모듈 또는 나노여과막모듈과 연결되는;
정수 생산을 위한 막여과 정수처리시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은
a) 원수를 가압형 정밀여과막모듈로 처리하여 상기 막모듈을 투과하는 1차 생산수와 투과하지 못하는 1차 농축수로 분리하는 단계;
b) 상기 1차 농축수를 침지형 정밀여과막모듈로 처리하여 막모듈을 투과하는 3차 생산수와 투과하지 못하는 3차 농축수로 분리하는 단계;
c) 상기 3차 생산수를 나노여과막모듈 또는 가압형 정밀여과막모듈로 이송하여 처리하고, 3차 농축수는 배출하는 단계;
d) 상기 1차 생산수 또는 1차 생산수와 3차 생산수를 나노여과막모듈로 처리하여 상기 막모듈을 투과하는 2차 생산수와 투과하지 못하는 2차 농축수로 분리하는 단계; 및
e) 상기 2차 생산수를 정수로 생산하는 단계를 포함하는 정수 생산을 위한 막여과 정수처리 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 시스템 및 방법은 원수 처리를 위해 3가지 다른 특성 및 기능을 가지는 여과막모듈을 선정하고 배치할 위치를 조절함으로써 높은 여과 효율로 처리가 가능하며, 최종적으로 원수 회수율이 85~95% 수준으로 통상적으로 여과막 처리에 비해 높은 회수율을 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 정수처리장치 시스템을 도시한 모식도이다.
도 2는 도 1의 구현예에 따른 정수 생산 방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 다른 구현예에 따른 정수처리시스템을 도시한 모식도이다.
도 4는 도 3의 구현예에 따른 정수처리방법을 도시한 순서도이다.
도 5는 가압형 정밀여과막모듈에서의 회수율을 보여주는 그래프이다.
도 6은 침지형 정밀여과막모듈에서의 회수율을 보여주는 그래프이다.
도 7은 나노여과막모듈에서의 회수율을 보여주는 그래프이다.
도 8은 본 실시예에서의 정수처리 효율을 보여주는 물수지 모식도이다.
이하 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 정수 생산을 위한 막여과 정수처리 시스템을 도시한 모식도이다.
도 1을 참조하면, 상기 시스템은 원수를 1차 정수 처리하기 위해 가압형 정밀여과막모듈(2), 2차 정수처리하기 위한 나노여과막모듈(4), 및 농축수를 정수 처리하기 위한 침지형 정밀여과막모듈(6)로 구성된다.
이들 가압형 정밀여과막모듈(2), 나노여과막모듈(4), 및 침지형 정밀여과막모듈(6)은 서로 이송관을 통해 연결되어 있으며, 각각의 생산과 이송을 위한 펌프를 구비할 수 있다.
추가로 상기 시스템은 원수를 저장하기 위한 원수탱크(미도시)를 가압형 정밀여과막모듈(2) 전에 배치하여, 상기 모듈(2)과 이송관을 통해 연결되어 원수를 효과적으로 공급할 수 있다.
또한, 정수 처리된 생산수를 저장하기 위한 정수탱크(미도시)가 나노여과막모듈(4) 이후에 배치되며, 상기 모듈(4)과 이송관을 통해 연결되어 생산수를 가정이나 산업 현장 등에 효과적으로 공급할 수 있다.
상기 원수 탱크 및 정수 탱크는 도 1에서는 도시하지 않았으나, 당업자에 의해 추가로 선택 가능한 장치로서, 공지된 바의 여러 장치가 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 정수 생산을 위한 시스템에 사용하는 여과막모듈은 도 1에 나타낸 바와 같이, 가압형 정밀여과막모듈(2), 나노여과막모듈(4), 및 침지형 정밀여과막모듈(6)로 구성하며, 이들은 서로 생산수, 및 농축수, 배출수가 이송하도록 이송관으로 연결된 구조를 갖는다.
이때 "생산수" 및 "처리수"의 용어는 유입수 중 여과막을 투과하는 부분을 가리킨다.
또한, "농축수"의 용어는 유입수 중 여과막을 투과하지 못하고 배제되는 부분을 가리킨다.
그리고 "배출수"의 용어는 농축수 중 시스템 밖으로 최종적으로 버려지는 농축수를 의미한다.
가압형 정밀여과막모듈(2)은 원수 중 입자성 물질과 탁질 물질을 제거할 목적으로 사용하는 것으로, 분리막이 압력케이스에 장착된 형태를 가지며, 원수 또는 응집, 침전 등의 전처리가 수행된 전처리수를 분리막에 압송시켜 여과하는 방식에 적용하기 위한 장치이다.
상기 가압형 정밀여과막모듈(2)을 통해 이를 투과하는 1차 생산수와 투과하지 못하는 1차 농축수로 분리한다. 이러한 가압형 정밀여과막모듈(2)은 공지된 바의 여러 장치를 구비할 수 있으며, 일례로 상기 모듈(2) 내에 원수가 유입될 수 있는 유입관, 상기 모듈(2)로부터 발생한 1차 생산수를 배출하기 위한 유출관, 상기 모듈(2)로부터 발생하는 1차 농축수를 배출하기 위한 배출관을 구비한다.
또한, 가압형 정밀여과막모듈(2)은 원수 탱크를 구비할 경우 유입관과 연결되는 이송관을 통해 상기 원수 탱크와 연결되며, 나노여과막모듈(4)의 유입관과 연결되는 이송관을 통해 나노여과막모듈(4)과 연결되고, 배출관과 연결되는 이송관을 통해 침지형 정밀여과막모듈(6)과 연결된다.
나노여과막모듈(4)은 가압형 정밀여과막모듈(2)로부터 생산되는 1차 생산수 또는 1차 생산수와 후속의 침지형 정밀여과막모듈(6)로부터 생산되는 3차 생산수를 정수처리하는 장치로서, 상기 1차 및 3차 생산수 내 포함된 맛?냄새 유발 물질, 이온성 물질, 특히 2가 이온 물질과 더불어 바이러스, 유기물, 중금속, 및 의약물질, 환경호르몬 물질과 같이 미량유기물질도 함께 분리 여과할 수 있으며, 정밀여과나 한외여과와는 달리 분리원리가 공극 크기 차에 의한 체 거름(sieve) 효과 외에도 막의 표면 전하와 원수의 이온 전하와의 상호 반응이 함께 일어나 높은 여과 효율을 갖는다.
상기 나노여과막모듈(4)을 통해 이를 투과하는 2차 생산수와 투과하지 못하는 2차 농축수로 분리한다. 이러한 나노여과막모듈(4)은 공지된 바의 여러 장치를 구비할 수 있으며, 일례로 상기 모듈(4) 내에 1차 생산수 또는 1차 생산수와 3차 생산수가 유입될 수 있는 유입관, 상기 모듈(4)로부터 발생한 2차 생산수를 배출하기 위한 유출관, 상기 모듈(4)로부터 발생한 2차 농축수를 배출하기 위한 배출관을 구비한다.
상기 나노여과막모듈(4)로 1차 및 3차 생산수가 유입되는 유입관은 각각의 생산수가 유입될 수 있도록 이송관을 개별적으로 구비하거나, 하나의 유입관이 2-way 밸브를 통해 2개의 이송관을 통해 상기 모듈(4)로 이송될 수 있다. 그리고 생산된 2차 생산수는 정수로서 사용될 수 있고, 선택적으로 저장 탱크를 구비할 경우 상기 2차 생산수는 유출관과 연결되는 이송관을 통해 저장 탱크로 유입될 수 있다. 또한, 나노여과막모듈(4)에서 발생한 2차 농축수는 배출관과 연결되는 이송관을 통해 침지형 정밀여과막모듈(6)과 연결되며, 선택적으로 2차 농축수 중 일부를 이송관을 통해 원수로 피드백하거나(또는 원수 탱크에 주입), 추가 배출관을 통해 외부로 방류한다.
또한, 나노여과막모듈(4)은 여과막의 오염 방지 및 수명 증가를 위해 상기 모듈(4)에 공급되는 생산수는 pH를 일정 수준으로 조절하여 주입한다.
이에 상기 나노여과막모듈(4) 내 또는 이와 연결된 이송관 내 생산수의 pH를 측정할 수 있는 pH 프로브를 장착하여 pH를 측정하고, 필요한 경우 산, 염기를 주입할 수 있도록 pH 조절제를 수용하는 pH 조절제 저장소(8)를 연결한다. 적용되는 pH는 6.0~7.5, 바람직하기로 6.5 수준을 만족하도록 산, 또는 염기의 화학약품을 첨가하여 조절할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 정수 생산을 위한 시스템은 원수 회수율을 효과적으로 높이기 위해, 상기 가압형 정밀여과막모듈(2) 및 나노여과막모듈(4)에서 발생하는 1차 및 2차 농축수들을 외부로 방류하지 않고 다시 한번 여과하는 공정을 수행한다. 이에 상기 가압형 정밀여과막모듈(2) 및 나노여과막모듈(4)과 연결된 침지형 정밀여과막모듈(6)을 구비한다.
침지형 정밀여과막모듈(6)은 여기에 유입되는 1차 및 2차 농축수 내 포함되어 있는 입자성 물질과 탁질 물질을 제거하는 역할을 하며, 가압형 또는 나노여과막모듈(4, 6)의 여과 처리 속도나 여과 효율에 직접적인 영향을 주지 않는다.
상기 침지형 정밀여과막모듈(6)을 통해 이를 투과하는 3차 생산수와 투과하지 못하는 3차 농축수로 분리한다. 이러한 침지형 정밀여과막모듈(6)은 공지된 바의 여러 장치를 구비할 수 있으며, 일례로 상기 모듈(6) 내에 1차 농축수 및 2차 농축수가 유입될 수 있는 유입관, 상기 모듈(6)로부터 발생한 3차 생산수를 배출하기 위한 유출관, 상기 모듈(3)로부터 발생한 3차 농축수를 배출하기 위한 배출관을 구비한다.
상기 침지형 정밀여과막모듈(6)의 유입관과 연결되는 각각의 이송관을 통해 가압형 정밀여과막모듈(2)에서 생산된 1차 농축수와, 나노여과막모듈(4)에서 생산된 2차 농축수가 유입된다. 그리고 상기 모듈(6)에서 분리된 3차 생산수는 유출관과 연결되는 이송관을 통해 다시 나노여과막모듈(4), 또는 가압형 정밀여과막모듈(2)로 이송하며, 이때 상기 이송관은 각각의 모듈(2, 4)에서 별개로 연결되거나, 2-way 밸브를 통해 서로 연결될 수 있다. 도 1 내지 4에서는 편의상 후자의 경우를 도시하였으나, 당업자에 의해 다양하게 변형 변경이 가능하다. 또한, 침지형 정밀여과막모듈(6)에서 발생한 3차 농축수는 추가 배출관을 통해 외부로 배출한다.
추가로, 본 발명에 따른 정수 생산을 위한 시스템은 나노여과막모듈(4)로부터 생산되는 2차 생산수를 저장하기 위한 저장 탱크(미도시)를 더욱 구비한다. 이러한 저장 탱크는 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 일 예로 배수지가 될 수 있다. 상기 저장 탱크 내에서 후염소를 통한 살균 처리 등 음용을 위한 후처리가 수행될 수 있도록 각 처리에 적합한 장치 또는 장비들이 더욱 구비될 수 있다.
본 발명에서는 도 1에 도시한 바와 같이 가압형 정밀여과막모듈(2)을 원수 처리 공정의 선행 위치에 배치하여 빠른 공정 처리 속도를 확보하고, 나노여과막모듈(4)을 마지막 처리 공정을 수행하도록 후행에 배치하여 높은 여과효율을 확보하고 가압형 및 침지형 정밀여과막모듈(2, 6)로 처리된 처리수 중 포함된 맛 냄새 유발 물질, 미량의 유기 물질뿐만 아니라 이온성, 중금속 물질과 함께 독성 물질을 효과적으로 제거할 수 있다.
이때 상기 가압형 정밀여과막모듈(2)과 나노여과막모듈(4)의 공정 회수율을 함께 높이기 위해, 상기 가압형 정밀여과막모듈(2)에서 처리되어 나오는 농축수를 침지형 정밀여과막모듈(6)로 처리하고, 이 침지형 정밀여과막모듈(6)로 처리한 생산수를 다시 가압형 정밀여과막모듈(2) 또는 나노여과막모듈(4)로 처리하도록 함으로써 여과수의 회수율을 높일 수 있다.
본 발명에서 사용하는 가압형 정밀여과막모듈, 침지형 정밀여과막모듈 및 나노여과막모듈의 재질, 형태 및 구성 등은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 통상적으로 알려진 바의 것이 사용할 수 있다.
바람직하기로, 가압형 및 침지형 정밀여과막모듈의 여과막은 정밀여과(MF, Micro Filtration) 또는 한외여과(UF, Ultra Filtration)에 사용하는 여과막이 가능하다. 상기 정밀 여과막의 경우 공경의 크기가 0.01㎛ 이상의 입자 제거 가능하고, 한외 여과막의 경우 분자량 100,000 Dalton 이하의 불순물 완전 제거 가능하다. 또한, 나노여과막모듈에 사용하는 나노여과(NF, Nanofiltration) 막의 경우 0.01~100nm의 입자 제거가 가능하다.
이들의 재질은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 공지된 바의 모든 무기막 및 유기막 재질이 사용가능하다. 대표적으로 세라믹, 및 금속막을 포함하는 무기막; 폴리프로필렌(PP), 폴리아마이드(PA), 폴리에틸렌(PE), 폴리비닐리덴 디플루오라이드(PVDF), 폴리슐폰(PS), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리테트라 플루오르에틸렌(PTFE), 셀룰로오스 아세테이트, 폴리술포네이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 유기막; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하다.
또한, 그 형태는 관형막(tubular type membrane), 평판형막(plate and frame membrane), 와권형막(spiral wound membrane), 또는 중공사형막(hollow fiber type membrane) 등의 다양한 형태가 사용될 수 있다.
이때, 가압형 및 침지식 정밀여과막모듈은 1개 또는 복수개가 사용된 군집(카세트, 랙)을 병렬로 배열하여 사용할 수 있다.
상기 시스템을 이용한 정수의 생산방법은 하기와 같으며, 도 2에 나타내었다.
먼저, 지표수, 호소수 및 지하수를 포함하는 원수를 가압형 정밀여과막모듈에 공급한다.
상기 원수는 정수 생산을 위한 원수는 막 처리를 통해 음용 가능한 물을 생산할 수 있는 지표수, 호소수, 지하수 등이 가능하다. 또한, 선택적으로 취수조에 모은 다음, 비교적 크기가 큰 불순물을 가려내는 스크린 등의 체에 통과시켜 자갈과 모래 또는 기타 협잡물을 여과한 후, 공급 펌프(미도시)를 이용하여 이송관을 통해 원수 탱크에 저장한다. 상기 원수 탱크의 구체적인 구성은 공지된 바의 탱크가 사용될 수 있으며, 필요한 경우 상기 원수 탱크에 소독 물질을 첨가한 후 이후의 여과 공정을 수행할 수 있다.
다음으로, 가압형 정밀여과막모듈에 공급된 원수는 상기 모듈을 투과하는 1차 생산수와 투과하지 못하는 1차 농축수로 분리된다.
다음으로, 상기 가압형 정밀여과막모듈로부터 발생한 1차 농축수를 침지형 정밀여과막모듈로 이송하여 상기 침지형 정밀여과막모듈을 투과하는 3차 생산수와 투과하지 못하는 3차 농축수로 분리한다.
다음으로, 상기 3차 생산수를 나노여과막모듈 또는 가압형 정밀여과막모듈로 이송하고, 3차 농축수는 배출수로서 외부로 방류한다.
다음으로, 가압형 정밀여과막모듈로부터 생산된 1차 생산수 또는 1차 생산수와 침지형 정밀여과막모듈로부터 생산된 3차 생산수를 나노여과막모듈로 처리하여 2차 생산수와 2차 농축수로 분리한다. 이때 나노여과막모듈로 이송된 생산수는 pH를 측정하여 나노여과막모듈에 유입하기 전에, pH 조절제를 첨가하는 pH가 조절된 상태로 나노여과막모듈에 주입한 후 활용 가능한 정수로서 생산된다. 그 결과, 나노여과막모듈에 주입되는 생산수는 일정 수준의 pH가 만족된 상태로 주입된다.
다음으로, 상기 나노여과막모듈에서 처리된 2차 생산수는 정수로서 생산된다. 선택적으로, 상기 2차 생산수는 저장 탱크로 이송하여 후염소 처리, 살균 처리 등 정수를 위한 후처리를 수행하여 가정 및 각종 산업 현장에 공급된다.
또한, 2차 농축수는 침지형 정밀여과막모듈로 이송하여 처리하거나, 피드백하여 원수로 재사용하거나 외부로 배출한다.
도 3은 본 발명의 다른 구현예에 따른 정수 생산 장치 시스템을 도시한 모식도이다.
도 3을 참조하면, 상기 시스템은 가압형 정밀여과막모듈(12), 나노여과막모듈(14), 침지형 정밀여과막모듈(16) 및 pH 저장조(18)를 구비하고, 상기 가압형 정밀여과막모듈(12) 앞에 전처리 장치(22)를 배치한다. 또한, 설명을 위해 상기 전처리 장치(22) 앞에 원수 탱크(20)를, 나노여과막모듈(14) 이후에 저장 탱크(24)를 도시하였다.
전처리 장치(22)는 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 자연 침강으로 인한 고액 분리가 가능한 침전/여과 장치가 사용될 수 있다.
이러한 전처리 장치(22)는 원수 탱크(20)로부터 원수를 유입하기 위한 유입관, 상기 전처리 장치(22)로부터 생산한 처리수를 배출하기 위한 유출관과, 이때 발생한 농축수를 배출하기 위한 배출관을 구비한다. 전처리 장치(22)를 통해 처리된 처리수는 유출관과 연결되는 이송관을 통해 가압형 정밀여과막모듈(12)과 연결되고, 이때 발생하는 농축수는 배출관과 연결되는 이송관을 통해 침지형 정밀여과막모듈(16)로 이송하거나 일부는 외부로 배출한다.
도 3의 전처리 장치를 구비한 막여과 시스템을 이용한 정수의 생산 방법은 도 4에 도시하였으며, 전처리 공정을 제외하고 상기 도 2의 방법을 설명하는 방법과 동일 또는 유사하게 수행한다.
구체적으로, 원수를 원수 탱크에 저장한 다음, 전처리 장치에 상기 원수를 공급한다.
다음으로, 전처리 장치를 통해 처리수와 농축수로 분리하고, 상기 처리수는 가압형 정밀여과막모듈로 공급하고, 농축수는 침지형 정밀여과막모듈로 공급하고, 농축수 중 일부는 배출수로 방류한다.
다음으로, 상기 가압형 정밀여과막모듈에 공급된 처리수는 상기 모듈을 투과하는 1차 생산수와 투과하지 못하는 1차 농축수로 분리한다.
다음으로, 상기 가압형 정밀여과막모듈로부터 발생한 1차 농축수를 침지형 정밀여과막모듈로 이송하여 상기 침지형 정밀여과막모듈을 투과하는 3차 생산수와 투과하지 못하는 3차 농축수로 분리한다.
다음으로, 상기 3차 생산수를 나노여과막모듈 또는 가압형 정밀여과막모듈로 이송하여 처리하고, 3차 농축수는 배출수로서 외부로 방출한다.
다음으로, 상기 1차 생산수 또는 1차 생산수와 3차 생산수는 pH가 조절된 채로 나노여과막모듈에 공급되어 처리하고, 이는 다시 상기 나노여과막모듈을 투과하는 2차 생산수와 투과하지 못하는 2차 농축수로 분리한다. 이때 2차 농축수는 침지형 정밀여과막모듈로 이송하여 처리하거나, 피드백하여 원수로 재사용하거나 외부로 배출한다.
다음으로, 상기 2차 생산수를 정수로 생산한다.
상기한 도 1 내지 도 4로 나타낸 본 발명에 따른 시스템 및 방법은 원수 처리를 위해 3가지 다른 특성 및 기능을 가지는 여과막모듈을 선정하고 배치할 위치를 조절함으로써 원수의 여과 효율을 90% 이상까지 향상시킴과 동시에 처리 시간을 단축시킨다. 특히, 원수의 회수율이 85~95% 수준으로 통상적으로 여과막 처리에 비해 높은 회수율을 달성할 수 있으며, 상기 공정 구성을 통해 맛?냄새 유발물질, 미량유기물질, 중금속 및 독성물질 제거성능이 탁월하여 정수의 안전성 확보가 가능해진다.
"막여과 회수율”이란 막여과 공정의 막공급 원수량에 대하여 여과수량 중에서 막모듈의 세척에 사용되는 여과수량을 제외하여 백분율(%)로 나타낸 값을 의미하며, 막여과법에 있어서 양적인 처리효율을 보여주는 지표가 된다.
본 발명에 따른 시스템은 가압 여과막모듈에 의해 원수의 90% 이상 수준의 회수율을 얻도록 설계하고, 가압 정밀여과막모듈에 의해 미처리된 원수의 10% 미만 수준의 농축수는 침지형 정밀여과막모듈에 의해 처리되어 원수의 90% 수준의 회수율을 처리하여 가압 정밀여과막모듈 및 침지형 정밀여과막모듈 사용에 의해 99% 수준의 회수율로 처리가 가능하다. 또한, 상기 나노여과막모듈에 의한 단위 공정의 회수율을 90-95% 수준으로 끌어올림에 따라 최종적으로 원수 회수율이 85~95% 수준으로 통상적인 나노여과막 처리에 비해 10% 이상의 높은 회수율을 달성할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
팔당댐 호소수로부터 수돗물을 공급할 목적으로 본 발명의 막여과 정수 처리 시스템을 이용하여 7일 동안 정수처리를 수행하였다.
도 1의 시스템을 구성하고, 유입수(유량 335 m3/day)를 가압형 정밀여과막모듈, 침지형 정밀여과막모듈 및 나노여과막모듈 처리를 수행하였다. 이때 가압형 정밀여과막모듈은 0.02㎛의 기공 크기를 갖는 중공사막형의 PVDF 재질의 정밀 여과막(MF)을 이용하였으며, 침지형 정밀여과막모듈은 0.02㎛의 기공 크기를 갖는 중공사막형의 PVDF 정밀 여과막(MF)을 이용하였으며, 나노여과막은 NaCl 배제율이 90% 이상인 와권형의 PA 재질의 나노여과막을 이용하였다.
도 5는 가압형 정밀여과막모듈에서의 회수율을 보여주는 그래프이고, 도 6은 침지형 정밀여과막모듈에서의 회수율을, 도 7은 나노여과막모듈에서의 회수율을 보여주는 그래프이다.
도 5 내지 7을 참조하면, 각 여과막모듈에서의 회수율을 측정한 결과, 가압형 정밀여과막모듈은 95%, 침지형 정밀여과막모듈은 90%, 나노여과막모듈에서는 90%의 회수율로 측정되었다.
도 8은 본 실시예에서의 정수 처리 효율을 보여주는 모식도로서, 유입수(유량 335 m3/day)를 처리하여 생산수(유량 300 m3/day)를 생산한 결과, 원수에 대한 회수율이 89% 수준을 유지함을 확인하였다.
본 발명에 따른 막여과 정수 처리 시스템 및 방법은 정수 생산에 적용 가능하다.
2, 12: 가압형 정밀여과막모듈 4, 14: 나노여과막모듈
6, 16: 침지형 정밀여과막모듈 8, 18: pH 조절제 저장소
20: 원수 탱크 22: 전처리 장치
24: 저장 탱크

Claims (18)

  1. 원수를 1차 여과하기 위한 가압형 정밀여과막모듈;
    상기 가압형 정밀여과막모듈과 연결되어 원수를 2차 여과하기 위한 나노여과막모듈; 및
    상기 가압형 정밀여과막모듈로부터 발생하는 농축수를 여과하기 위한 침지형 정밀여과막모듈, 이때 상기 침지형 정밀여과막모듈은 이로부터 처리된 생산수를 이송할 수 있도록 가압형 정밀여과막모듈 또는 나노여과막모듈과 연결되고,
    상기 나노여과막모듈은 이로부터 발생하는 농축수를 침지형 정밀여과막모듈로 이송하기 위한 이송관, 원수로 피드백하기 위한 이송관 또는 상기 농축수를 외부로 방류하기 위한 배출관을 구비하는 것인 정수 생산을 위한 막여과 정수처리시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가압형 정밀여과막모듈은 이로부터 처리된 생산수를 나노여과막모듈로 이송하기 위한 이송관과, 이로부터 발생하는 농축수를 침지형 정밀여과막모듈로 이송하기 위한 이송관을 구비하는 것인 정수 생산을 위한 막여과 정수처리시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 침지형 정밀여과막모듈은 이로부터 처리된 생산수를 가압형 정밀여과막모듈 또는 나노여과막모듈로 이송하기 위한 이송관과, 이로부터 발생하는 농축수를 외부로 배출하기 위한 배출관을 구비하는 것인 정수 생산을 위한 막여과 정수처리시스템.
  5. 제1항에 있어서, 추가로 상기 시스템은 원수 탱크와 가압형 정밀여과막모듈 사이에 원수의 전처리를 위한 전처리 장치를 배치하는 것인 정수 생산을 위한 막여과 정수처리시스템.
  6. 제1항에 있어서, 추가로 상기 시스템은 pH 조절을 위한 pH 조절제가 저장된 저장소가 나노여과막모듈 전단에 구비되어 나노여과막 오염을 저감시키는 막여과 정수처리시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 가압형 정밀여과막모듈은 정밀여과막 또는 한외여과막인 것인 정수 생산을 위한 막여과 정수처리시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 침지형 정밀여과막모듈의 여과막은 정밀여과막 또는 한외여과막인 것인 정수 생산을 위한 막여과 정수 처리 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 가압형 정밀여과막모듈, 침지형 정밀여과막모듈 및 나노여과막모듈의 여과막 재질은 서로 같거나 다르며,
    세라믹, 및 금속막을 포함하는 무기막;
    폴리프로필렌(PP), 폴리아마이드(PA), 폴리에틸렌(PE), 폴리비닐리덴 디플루오라이드(PVDF), 폴리슐폰(PS), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 셀룰로오스 아세테이트, 폴리술포네이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 유기막; 및
    이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 재질을 포함하는 것인 정수 생산을 위한 막여과 정수처리시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 가압형 정밀여과막모듈, 침지형 정밀여과막모듈 및 나노여과막모듈의 여과막 형태는 서로 같거나 다르며, 관형막(tubular type membrane), 평판형막(plate and frame membrane), 나권형막(spiral wound membrane), 또는 중공사형막(hollow fiber type membrane)인 것인 정수 생산을 위한 막여과정수 처리시스템.
  11. a) 원수를 가압형 정밀여과막모듈로 처리하여 상기 모듈을 투과하는 1차 생산수와 투과하지 못하는 1차 농축수로 분리하는 단계;
    b) 상기 1차 농축수를 침지형 정밀여과막모듈로 처리하여 상기 모듈을 투과하는 3차 생산수와 투과하지 못하는 3차 농축수로 분리하는 단계;
    c) 상기 3차 생산수를 나노여과막모듈 또는 가압형 정밀여과막모듈로 이송하여 처리하고, 3차 농축수는 배출하는 단계;
    d) 상기 1차 생산수 또는 1차 생산수와 3차 생산수를 나노여과막모듈로 처리하여 상기 모듈을 투과하는 2차 생산수와 투과하지 못하는 2차 농축수로 분리하는 단계; 및
    e) 상기 2차 생산수를 정수로 생산하는 단계를 포함하고,
    이때 상기 2차 농축수는 나노여과막모듈의 이송관을 통해 침지형 정밀여과막모듈로 이송하거나, 나노여과막모듈의 이송관을 통해 원수로 재사용하거나, 또는 배출관을 통해 외부로 방류하는 것인 정수 생산을 위한 막여과 정수처리방법.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서, 상기 원수는 지표수, 호소수, 지하수 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종을 포함하는 것인 정수 생산을 위한 막여과 정수처리방법.
  14. 제11항에 있어서, 추가로 상기 원수는 가압형 정밀여과막모듈에 공급하기 전 전처리 장치로 처리하는 단계를 포함하는 정수 생산을 위한 막여과 정수처리 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 전처리 장치로 처리한 처리수는 가압형 정밀여과막모듈로 이송되고, 이때 발생한 농축수는 이송관을 통해 침지형 정밀여과막모듈로 이송하거나, 배출관을 통해 외부로 배출하는 단계를 포함하는 정수 생산을 위한 막여과 정수처리 방법.
  16. 제11항에 있어서, 상기 1차 생산수 및 3차 생산수는 pH는 6.0~7.5를 조절한 상태로 나노여과막모듈에 공급하는 것인 정수 생산을 위한 막여과 정수 처리 방법.
  17. 제16항에 있어서, pH 조절은 산 또는 염기를 포함하는 pH 조절제를 투입하여 수행하는 것인 정수 생산을 위한 막여과 정수처리 방법.
  18. 제11항에 있어서, 상기 2차 생산수는 후염소 처리, 탈기 처리, 또는 살균 처리를 수행한 후 정수 생산을 수행하는 것인 막여과 정수처리 방법.
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