KR101330079B1 - 막여과 공정에서의 파울링 저감장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 막여과 공정에서의 파울링 저감장치로서, 정수처리해야 할 원수를 저장하는 원수탱크와, 상기 원수탱크에 저장된 원수를 펌프를 통해 상기 원수탱크로부터 공급된 원수를 정수처리한 후 배출하는 세라믹 막 모듈과, 상기 펌프와 세라믹 막 모듈사이의 원수공급라인에 파울링 제거 입자로서 실리카 입자를 공급하는 입자저장탱크를 포함하되, 상기 세라믹 막 모듈에서 TMP가 올라가게 되면, 상기 세라믹 막 모듈에의 원수의 공급과 동시에, 상기 입자저장탱크의 파울링 제거 입자로서의 실리카 입자를 상기 세라믹 막 모듈에 동시 공급하여, 막 모듈내에 오염된 파울링을 물리적으로 제거한다.
본 발명에 의하면, 연속운전 중에 CIP를 행하지 않으면서도 TMP를 줄일 수 있게 되는 효과를 가진다.
본 발명에 의하면, 연속운전 중에 CIP를 행하지 않으면서도 TMP를 줄일 수 있게 되는 효과를 가진다.
Description
본 발명은 막여과공정에서의 파울링 저감장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유입수 후단부에 실리카 입자를 분사하여 세라믹 막내의 파울링을 물리적으로 제거함으로써, 연속운전 중에 CIP를 행하지 않고도 TMP를 줄일 수 있다. 또한 사용한 실리카는 후단에 스크리닝 공정을 추가하여 전부 회수 할 수 있고 실리카를 사용한 물은 다시 원수탱크나 입자저장탱크로 분기하여 재활용 할 수 있는 막여과 공정에서의 파울링 저감장치에 관한 것이다.
일반적인 수처리 방식에는 응집, 침전, 모래여과를 하는 재래적인 방법이 최근까지도 많이 사용되고 있지만, 이러한 방식은 맛, 냄새 물질이나 용존 유기물질을 기술적으로 완벽히 제거하기가 어렵다. 따라서 고도수처리설비의 필요성이 강조되어 후단에 오존, 활성탄 공정이 추가되기도 한다.
하지만 오존 활성탄 공정으로도 미량 유해물질이나 유기물을 완벽히 제거하기는 어렵다. 따라서 전 세계적으로 기존에 사용하는 수처리 방법의 문제점을 해결할 수 있는 막여과 공정의 중요성이 점점 널리 인식되고 있다.
이러한 막여과 공정은 분리막에 유기물의 크기보다 작은 구멍을 만들어 유기물이상 크기를 가지는 오염물질은 막을 통과 하게 하여, 깨끗한 물을 생산할 수가 있으며 이러한 분리막은 크게 유기막과 무기막으로 분류할 수 있다.
유기막의 종류는 마이크로필터(Microfilter), 울트라필터(Ultrafilter), 나노필터(Nanofilter), 역삼투필터(Reverse Osmois Filter)가 있고, 포어(pore)의 크기로 분류할 수 있다.
그 외 무기막에는 세라믹필터가 있지만 일반 유기막에 비해 기계적 강도가 강하며, 화학적 안정석이 뛰어나고, 막열화가 없다. 또한 유기막에 비해 회수율(98% 이상)이 우수하며, 투과수량도 2~3배 이상 많다. 또한 막수명이 15년 이상으로 유기막에 비해 2배 이상이 되며 친수성, 투수성이 높고 사용 후에도 세라믹 원료로 재활용이 가능하다. 이러한 세라믹막은 다양한 장점을 가지고 있어 유기막을 대체할 만한 정수처리 공정으로 활용되어 질 수 있다.
하지만 유기막이나 무기막이라 할지라도 실제 공정에서는 여러 가지 문제점이 발생할 수가 있다. 특히 막표면에서 일어나는 파울링(fouling)현상은 막의 기능을 저하시키며, 투수되는 수질도 안정적으로 보장하지 못하며, 경제적인 비용이 많이 들기 때문에 파울링을 제거하는 노력이 필요하다.
일반적으로, 전열 면에 발생하는 파울링은 제조공정 및 보일러 설비의 효율을 크게 저하시키는 원인 중의 하나로서, 열 매체에 포함되어 있는 물질(실리카, 탄산칼슘, 황산칼슘, 미생물, 탄소 등)이 다른 성분과 반응하거나 열 교환시 온도 변화에 따라 용해조건이 변화함으로써 결정이 생성되어 열 교환기 면에서 퇴적하거나 스케일을 형성하게 되는 현상을 말한다.
이와 같이 형성되는 스케일은 전체 열 저항 중 가장 큰 열 저항으로 작용하여 막대한 에너지 손실을 초래하고, 파이프 등이 교차되는 부분에서는 형성된 스케일에 의해 마찰계수를 증가시키고, 열교환 시스템에 압력손실을 발생시켜 원활한 운영을 방해하므로, 장비의 수명과 에너지 효율에 심각한 악영향을 끼치는 요인이 된다.
한편, 분리막을 이용한 정수처리 공정의 가장 큰 문제점 중 하나는 막 오염(fouling)은 시간이 지나감에 따라 필터의 표면에 유기물이나 미생물 등이 부착되어 증식되는 바이오파울링(Biofouling) 현상이 일어나거나, 수중 무기물이 응집, 침전되어 생기는 무기물파울링(inorganic fouling) 또는 스케일링(scaling)이 일어나게 된다.
이러한 파울링은 막표면에서 저항성을 갖는 인자로 인식되어 막간 차압(Trans-Membrane Pressure, TMP)을 증가시키므로, 여과수 생산량의 감소와 더불어, 정화된 물의 안정성을 보장하지 못하는 문제점이 있다.
또한, 오염물로 인하여 CIP(Cleaning In Place)의 횟수가 증가하게 되어 세정제의 2차적인 오염이나 CIP 운전을 하는데 비용적인 문제점을 초래하기도 한다.
분리막 시스템의 운전 시 발생가능한 막오염에는 결정성 오염(무기물에 의한 스케일링(scaling), 용해산물의 과다에 의한 무기물 침전), 유기물 오염(분해된 휴산, 오일, 그리스의 침전), 입자성 물질, 콜로이드성 오염(클레이, 실트, 입자성 부식물질, 실리카의 침전), 미생물 오염(바이오파울링, 미생물의 부착과 농축, 바이오필름 형성)등이 있다.
결정성 오염, 콜로이드성 오염에 의한 무기성(inorganic) 분리막 오염의 경우에는, 응집 침전 등 물리적 전처리공정에 의해 분리막 오염 현상 제거가 상대적으로 생물막오염 현상 때 보다 제어가 쉬운 현상으로 고려되고 있지만, 미생물에 의한 막오염의 경우, 막오염 조절의 가장 일반적인 방법인 전처리 공정만으로는 생물막오염(biofouling)을 조절하기가 어렵다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위해, 오존을 이용하거나, 자외선을 이용하거나, 염소를 이용하는 등의 다양한 방법이 제시되고 있다.
오존을 이용하는 방법은 오존의 잔류효과가 없어 2차 오염의 가능성이 크고, 처리비용이 많이 들며, 대용량 처리가 어려울 뿐만 아니라, 오존에 의한 탱크 즉 수조하우징의 부식 문제도 있다.
자외선을 이용하는 방법은 미생물을 불활성화 시키거나 유기물의 화학적 결합을 끊어 오염물질을 제거 하기도 하지만, 자외선 역시 오존과 마찬가지고 잔류 효과가 없어 2차오염의 가능성이 크다. 또한 자외선공정은 높은 전력을 필요로 하기 때문에 경제적이지 못하고 분자량이 커다란 유기물질은 분자량이 적은 유기물질로 분해할 경우 분자량이 작은 유기물질이 미생물의 먹이가 되는 역효과가 나타나 좋은 기능을 발휘하기 힘든 단점이 있다.
또한 염소를 이용하는 법은 가장 보편적이고 널이 알려진 소독제이지만, 유기막 전처리에서 사용할 경우 염소자체가 큰 산화력을 가지고 있기 때문에 유기막을 손상시킬 수 있다. 이럴 때는 분리막 전단에 염소를 중화시킬 수 있는 공정을 추가하여 막에 손상이 안가도록 잔류염소를 제거해야만 한다. 또한 수중의 독성 물질과 결합하여 제어가 어려운 독성이 강한 소독 부산물을 만들기 때문에 염소를 사용할 때는 주의해야 할 필요가 있다.
이에 최근에는 플라즈마 펄스를 이용하여 수처리를 행하는 방법이 개발되었지만, 펄스 파워(Pulse Power)를 발생시키기 위한 전원 설비로 인한 비용의 부담이 있으며, 효율적인 면에서 다른 소독 공정과 비교했을 때 사용 가능성이 낮다.
더구나 대부분의 종래기술의 경우, 파울링 억제제 또는 CIP를 실시하여 파울링 저감을 행하고 있지만, 이러한 방법은 운전을 잠시 멈추고 진행하기 때문에 연속적인 운전이 불가능한 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 유입수 후단부에 실리카 입자를 분사하여 막내의 파울링을 제거함으로써, 연속운전 중에 CIP를 행하지 않고도 TMP를 줄일 수 있는 막여과 공정에서의 파울링 저감장치를 제공하며, 파울링 제거목적으로 사용한 실리카는 일회적으로 사용하고 버리는 것이 아니라 후단에 스크리닝 공정을 넣어 사용한 실리카를 전부 회수할 수 있다. 이렇게 회수 함으로써 실리카 사용에 대한 비용을 줄일 수 있고 막여과 공정을 멈추지 않고 연속운전을 하여 운영비용을 줄일 수 있다. 따라서, 이러한 장점들을 이용할 수 있는 파울링 저감장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 막여과 공정에서의 파울링 저감장치로서, 정수처리해야 할 원수를 저장하는 원수탱크와, 상기 원수탱크에 저장된 원수를 펌프를 통해 상기 원수탱크로부터 공급된 원수를 정수처리한 후 배출하는 막 모듈과, 상기 펌프와 막 모듈사이의 원수공급라인에 파울링 제거 입자를 공급하는 입자저장탱크를 포함하되, 상기 막 모듈에서 TMP가 올라가게 되면, 상기 막 모듈에의 원수의 공급과 동시에, 상기 입자저장탱크의 파울링 제거 입자를 상기 막 모듈에 공급하여, 상기 막 모듈내에 오염된 파울링을 제거할 수 있다.
본 발명은 막 모듈에서 사용된 파울링 제거 입자와 파울링 입자들은 스크리닝하여 거르는 스크린부를 더 포함할 수 있다.
스크린부에서 입자성 물질이 제거된 물은 원수탱크와 입자저장탱크로 보내질 수 있다.
이때 스크린부에서 원수탱크로 보내지는 입자성 물질이 제거된 물이 입자저장탱크로 공급되도록 분기되어 입자저장탱크의 수위를 조절할 수 있다.
막 모듈의 막은 세라믹 막이고, 파울링 제거 입자는 실리카 입자인 것을 특징으로 한다.
실리카 입자는 100㎛ 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 의하면, 파울링 제거 입자로서 공급된 실리카 입자에 의해 파울링면이 긁히게 되어 제거되며, 제거된 파울링 단면만큼 차압이 떨어지게 되므로, 연속운전 중에 CIP를 행하지 않으면서도 TMP를 줄일 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 막여과 공정에서의 파울링 저감장치의 구성 및 공정을 나타내는 처리공정도이고,
도 2는 도 1 장치의 파울링 제거 원리를 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1 장치의 파울링 제거 원리를 나타내는 개념도이다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 막여과 공정에서의 파울링 저감장치의 구성 및 공정을 나타내고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 막여과 공정에서의 파울링 저감장치는 정수처리해야 할 원수를 저장하는 원수탱크(10)에 저장된 원수를 펌프(30)를 통해 막 모듈(20)로 공급하여 정수처리한 후, 배출한다.
막 모듈(20)(이하 세라믹막 모듈이라 한다.)의 막은 세라믹 막이 바람직하다. 이는 만약 유기막일 경우 파울링 제거 입자 자체가 막에 손상을 가할 수 있지만, 세라믹 막은 내구성이 뛰어나기 때문에 막 손상이 발생하지 않기 때문이다.
원수탱크(10)와 펌프(30)사이의 원수공급라인(12)에는 밸브(2)가 부착되어 원수의 공급을 제어하며, 펌프(30)와 세라믹 막 모듈(20)사이의 원수공급라인(12), 특히 유입수 후단부에는 파울링 제거입자를 저장하는 입자저장탱크(40)로부터 공급되는 입자공급라인(42)이 접속된다. 입자공급라인(42)에도 밸브(4)가 부착되어 파울링 제거 입자의 공급을 제어한다.
이와 같이 본 발명의 막여과 공정에서의 파울링 저감장치는 파울링 제거 입자로서 실리카 입자를 사용한다. 이와 같이 유입수 후단부에 정육면체형의 100㎛ 이상의 실리카 입자 스파이킹 장치를 도입함으로써, 운전중에 막 모듈(20)의 TMP가 올라가더라도 고속 유량으로 막에 오염된 파울링을 물리적으로 제거할 수 있다.
파울링 제거 입자로서의 실리카 입자를 100㎛ 미만으로 분쇄된 경우에는 입자의 정전기적인력과 반데르발스힘에 의해 실리카 입자들이 뭉쳐지게 되어 콜로이달 파울링(colloidal fouling)을 유발할 수 있으므로, 100㎛ 이상으로 분쇄하여 실리카 입자가 세라믹 막에 부착되어 파울링을 일으키지 않는 것이 중요하다.
또한 파울링 제거 입자로서, 전하(charge)의 유발도 중요한 고려 요소이지만, 파울링 표면과 동일한 전하를 띈 입자를 유입수에 흘림으로써 정전기적 반발력에 의해 실리카 입자는 세라믹 막의 표면에 부착되지 않아 파울링 제거 입자가 다시 파울링을 일으키지는 않는다.
이에 따라 세라믹 막 모듈(20)에서 막간 차압(Trans-Membrane Pressure, TMP)이 올라가게 되면, 파울링 제거 입자를 공급하는 입자공급라인(42)의 밸브(4)를 개방하여 실리카 입자를 세라믹 막 모듈(20)에 공급하여 원수를 유입함과 동시에 파울링을 제거한다.
사용된 실리카 입자와 세라믹 막표면에서 떨어진 파울링 입자들은 세라믹 막 모듈(20)과 원수탱크(10)사이의 스크린라인(52)에 설치된 스크린부(50)로 보내지며, 스크린부(50)에서의 스크린닝을 통해 걸러진다. 세라믹 막 모듈(20)과 스크린부(50)사이의 스크린라인(52)에도 밸브(6)가 부착되어 스크린닝의 양을 제어함과 동시에 실리카를 분사하지 않을 경우 스크린라인으로(52)의 원수의 유입을 제어한다.
한편, 스크린부(50)에서 입자성 물질이 제거된 물은 스크린라인(52)을 통해 다시 원수탱크(10)로 보내진다.
한편 스크린부(50)와 원수탱크(10)사이의 스크린라인(52)에는 입자저장탱크(40)와 연결되는 분기라인(54)이 분기되며, 분기라인(54)에는 밸브(8)가 부착되어 입자저장탱크(40)로 공급되는 물의 양을 제어한다.
입자저장탱크(40)의 수위가 낮을 경우에는 밸브(8)를 개방하여 분기라인(54)을 통해 입자저장탱크(40)로 스크린부(50)에서 입자성 물질이 제거된 물을 분기하여 공급함으로써 입자저장탱크(40)의 수위를 조절한다.
또한 세라믹 막 모듈(20)과 원수탱크(10)의 사이에는 밸브(9)가 부착된 회수라인(62)이 연결되어, 세라믹 막 모듈(20)에서 파울링을 제거하지 않을 경우에는 밸브(9)를 개방하여 원수를 리사이클링하며, 이때 스크린라인(52)의 밸브(6)는 폐쇄한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 막여과 공정에서의 파울링 저감장치에 의해 파울링이 실행된 세라믹 막 모듈(20)의 단면은 도 2에 도시된 바와 같이, 파울링 제거 입자가 저장된 입자저장탱크(40)를 통해 공급된 실리카 입자(24)에 의해 파울링면(22)이 긁히게 되어 제거되며, 이와 같은 파울링 제거단면(26) 만큼 약간 차압이 떨어지게 된다.
이상과 같이 본 발명의 막여과 공정에서의 파울링 저감장치는 연속운전 중에 CIP를 행하지 않으면서도 TMP를 줄일 수 있게 된다.
이상 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 명세서에 개시 된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등 을 적용 분야에 따라 변경할 수 있으며, 개시된 실시형태들을 조합 또는 치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이 외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권 리범위에 포함되는 것은 명백하다.
2,4,6,8,9 : 밸브 10 : 원수탱크
12 : 원수 공급 라인 20 : 세라믹 막 모듈
22 : 파울링면 24 : 실리카 입자
26 : 파울링 제거단면 30 : 펌프
40 : 입자저장탱크 42 : 입자공급라인
50 : 스크린부 52 : 스크린라인
54 : 분기라인 62 : 회수라인
12 : 원수 공급 라인 20 : 세라믹 막 모듈
22 : 파울링면 24 : 실리카 입자
26 : 파울링 제거단면 30 : 펌프
40 : 입자저장탱크 42 : 입자공급라인
50 : 스크린부 52 : 스크린라인
54 : 분기라인 62 : 회수라인
Claims (6)
- 막여과 공정에서의 파울링 저감장치로서,
정수처리해야 할 원수를 저장하는 원수탱크와,
상기 원수탱크에 저장된 원수를 펌프를 통해 상기 원수탱크로부터 공급된 원수를 정수처리한 후 배출하는 막 모듈과,
상기 펌프와 막 모듈사이의 원수공급라인에 결합된 입자공급라인과,
상기 입자공급라인에 파울링 제거 입자를 공급할 수 있도록 상기 입자공급라인에 설치되고, 상기 파울링 제거 입자가 저장되어 있는 입자저장탱크와,
상기 입자공급라인에 결합되어 있고, 상기 막 모듈에서 TMP가 올라가고, 상기 펌프가 상기 원수를 상기 막 모듈에 공급할 때, 상기 파울링 제거 입자가 상기 막 모듈에 공급되어서, 상기 파울링 제거 입자가 상기 막 모듈내에 오염된 파울링을 제거시키도록, 상기 입자공급라인을 개방시키는 밸브, 및
상기 막 모듈에서 사용된 상기 파울링 제거 입자와 상기 오염된 파울링을 스크린닝하는 스크린부를 포함하는
막여과 공정에서의 파울링 저감장치.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 스크린부에서 입자성 물질이 제거된 물은 상기 원수탱크와 입자저장탱크로 보내지는
막여과 공정에서의 파울링 저감장치.
- 제 3 항에 있어서,
상기 스크린부에서 상기 원수탱크로 보내지는 입자성 물질이 제거된 물이 분기되어 상기 입자저장탱크로 공급되어 상기 입자저장탱크의 수위를 조절하는
막여과 공정에서의 파울링 저감장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 막 모듈의 막은 세라믹 막이고, 상기 파울링 제거 입자는 실리카 입자인 것을 특징으로 하는
막여과 공정에서의 파울링 저감장치.
- 제 5 항에 있어서,
상기 실리카 입자는 100㎛ 이상인 것을 특징으로 하는
막여과 공정에서의 파울링 저감장치.
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-
2011
- 2011-12-07 KR KR1020110130282A patent/KR101330079B1/ko active IP Right Grant
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