KR101342689B1 - 세라믹 막여과공정의 고압 역세정 장치 및 방법 - Google Patents

세라믹 막여과공정의 고압 역세정 장치 및 방법 Download PDF

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장성식
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Abstract

본 발명은 세라믹 막여과공정에서 세라믹 여과막을 고압으로 세정하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 세라믹 막을 포함한 세라믹 막여과부; 상기 세라믹 막여과부를 통과한 정수를 저류시키는 역세 탱크; 상기 역세 탱크에서 오버플로우된 정수를 저장하는 정수 탱크; 상기 정수 탱크에 저장된 정수를 상기 세라믹 막여과부에 공급하는 역세 펌프; 및 상기 역세 탱크에 압축공기를 공급하는 압축공기 공급부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 막여과공정의 고압 역세정 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

세라믹 막여과공정의 고압 역세정 장치 및 방법{A assembly and method of high pressurized water back flushing in ceramic membrane filtration process}
본 발명은 세라믹 막여과공정에서 세라믹 막 (ceramic membrane) 을 고압 (high pressure) 으로 세척하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 구체적으로 여과 공정 (filtration mode) 의 역 (반대) 방향으로 여과 공정에서 여과된 정수 또는 이에 준하는 수질을 갖는 처리수를 공급하여 세라믹 여과막을 세척하는데 있어서 역세 펌프를 이용하여 정수 탱크에 저장된 정수를 세라믹 막여과부에 공급함과 동시에 역세 탱크에 저장된 정수에 고압의 압축공기를 가하여 정수를 세라믹 막여과부에 공급하여 막에 쌓인 오염물질을 제거하는 것에 관한 발명이다.
종래부터 수처리 분야에서 여과막 (membrane) 을 이용한 수처리 장치가 사용되고 있다. 최근 이러한 여과막 중에 내열성, 내화학성, 내오염성이 우수한 세라믹 막이 수처리 분야에 많이 이용되고 있다.
세라믹 막은 무기소재 (inorganic material)를 소결하여 만든 막을 말하며, 산화알루미늄(알루미나)이나 산화지르코늄(질코니아)의 세라믹 막이 실용화되고 있다. 세라믹 막은 미세한 세라믹 입자를 소결하여 만들었기 때문에 입자의 크기로 세공의 크기가 결정되며, 작은 세공 (pore size) 을 가진 UF막에서, 큰 세공을 가진 MF막까지 시판되고 있다.
종래의 수처리 여과막 기술로서, 일반적인 주류를 이루고 있는 고분자 막 (polymer membrane) 을 이용하여 막여과공정 (membrane filtration process) 을 구현할 경우, 낮은 플럭스, 막오염 (membrane fouling) 에 따른 막 세척의 빈번함, 막 교체 빈도의 상승, 압력 상승에 따른 막 내구성의 위험 등이 상존한다.
이에 비해 세라믹 막을 이용하여 막여과공정을 구현할 경우, 막 교체 없이 최소 20년 이상의 영구적인 안정적인 막 성능 보증에 따른 안정적인 플럭스의 생산이 가능하고 (고분자막 3 ~ 10번 교체 대비), 막오염이 발생한다고 하더라도 화학세척 이후 확실한 초기 상태로의 플럭스의 회복이 가능하다. 또한, 고플럭스, 고회수율, 저에너지 운전이 가능하고, 내열성, 내화학성, 내부식성, 미생물 등에 대한 내오염성 등에 강해 유지관리가 용이하기 때문에 인력비, 화학약품비, 막교체비 등 운영비를 절감할 수 있다.
다만, 주류인 고분자 막에 비해 상용화 실적이 상대적으로 부족한 세라믹 막은 가격이 고가이고, 깨지기 쉬운 취성이 높은 구조를 가지고 있으며, 세라믹 막과 막모듈 및 하우징 배관과의 이질적인 재료로 인해 실링 (sealing) 등 균열 발생할 수 있는 단점들을 갖고 있다.
또한, 장시간의 운영에 의하여 막오염이 발생하여 세라믹 막의 본연의 성능이 저하되기 때문에 고분자 막과 마찬가지로 소정 시간의 여과 처리 후에 세라믹 막을 수 역세척 (water back washing, water back flushing), 공기 세척 (air washing, air flushing) 등 물리 세척할 필요가 있다. 그렇지만, 세라믹 막의 물리 세척을 실시해도 막오염은 점차적으로 진행되어 최종적으로 여과막에 대해서 화학약품 세척 (CIP, chemical in place) 을 실시하게 된다.
한편, 최종적인 화학약품 세척 전, 세라믹 막에 대한 종래의 2가지 방법의 물리 세척 방법이 개시된다.
도 1를 참조하여 설명한다.
종래의 일반적인 세라믹 막 세척 방법 중 하나로서, 먼저 세정을 위해 밸브(V6)의 폐쇄에 의해서 원수조(60)에서의 원수가 원수 펌프(70)에 의해 세라믹 막여과부(10)로 공급되는 것은 차단되고, 밸브(V7) 역시 차단되어 세라믹 막여과부(10)에서 원수조(60)로 여과되지 않은 농축수가 순환되지 않는다.
수 역세척 (water back flushing) 은 밸브(V4)가 개방되어 압축공기 공급부(50)에서 압축공기가 역세 탱크(20)로 가해지며, 가해진 압축공기에 의해 역세 탱크(20)에 저류된 정수가 여과 공정 역방향으로 세라믹 막여과부(10)로 공급된다. 이때 정수 탱크(30)에 연결된 밸브(V2)는 폐쇄되어 압축공기가 정수 탱크(30)에 유입되지 않는다.
역세 탱크(20)에서 세라믹 막여과부(10)로 여과 공정의 역방향으로 역세 탱크(20)에 저류중인 정수가 공급됨으로써 세라믹 막 내 원수 채널 (channel) 에 쌓인 농축된 오염물질이 정수와 함께 폐수를 이루며, 이는 세라믹 막여과부(10)의 원수 유입구로 배출되어 개방된 밸브(V1)를 통하여 폐수 탱크(80)에 저장된다.
이후, 잔류된 막오염 물질의 제거를 위해 이와 순차적으로 즉시 연동하여 밸브(V4)가 폐쇄되고, 백펄스(51)를 통하여 세라믹 막여과부(10)의 수평방향으로 직접 압축공기를 공급하는 추가적 에어 플러싱 (air flushing) 이 실행될 수 있다.
여기서, 에어 플러싱은 세라믹 막 내 원수 채널 (channel)에서 폐수 탱크(80) 으로 배출되는 정 (forward) 방향 또는 처리수 채널에서 원수 채널로의 역 (reverse) 방향 모두 적용 가능하다.
이러한 종래 기술은 세라믹 막의 막오염 물질을 효율적으로 제거하기에 충분한 압력을 가하지 못하는 바, 역세척 기간이 길어지고 역세척 비용이 증가하게 된다.
도 2를 참조하여 설명한다.
상술한 도 1에 개시된 종래 기술과의 차이점에 대해서 설명한다.
수 역세척 (water back flushing) 은 정수 탱크(30)에 저장된 정수가 역세 펌프(40)에 의하여 개방된 밸브(V3)를 통하여 여과 공정의 역방향으로 세라믹 막여과부(10)로 공급된다. 이때 밸브(V2)가 폐쇄되어 역세를 위해 공급되는 정수가 다시 순환되어 정수 탱크(30)에 유입되지 않는다.
이후, 정수 공급으로 역세척한 후 잔류된 막오염 물질의 제거를 위해 이와 순차적으로 즉시 연동하여 백펄스(51)를 통하여 세라믹 막여과부(10)의 수평방향으로 공기를 공급하여 에어 플러싱을 실행한다.
여기서, 에어 플러싱은 세라믹 막 내 원수 채널에서 폐수 탱크(80) 으로 배출되는 정방향 또는 처리수 채널에서 원수 채널로의 역방향 모두 적용 가능하다.
이에 따라, 도 1 또는 도 2에 개시된 종래 기술들은 단독으로 세라믹 막 역세척에 사용되는 바, 세라믹 막에 쌓인 막오염 물질을 제거하기에 충분한 압력을 가하지 못하는 단점이 있다.
(특허문헌 1) KR2003-0001776 A
(특허문헌 2) KR10-1117647 B
(특허문헌 3) KR10-2008-0022198 A
(특허문헌 4) KR10-1068579 B
상기와 같은 문제점을 해결하고자 종래 기술과 다른 효과적인 물리 세척방법을 통해 세라믹 막에 쌓인 막오염 물질을 세척할 수 있는 고압 역세척 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 세라믹 막(120)을 포함한 세라믹 막여과부(100); 상기 세라믹 막여과부(100)를 통과하여 여과된 정수를 저류시키는 역세 탱크(200); 상기 역세 탱크(200)에서 오버플로우(over flow)된 정수를 저장하는 정수 탱크(300); 상기 정수 탱크(300)에 저장된 정수를 상기 세라믹 막여과부(100)에 공급하여 역세정하는 역세 펌프(400); 및 상기 역세 탱크(200)에 압축공기를 공급하는 압축공기 공급부(500);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 압축공기 공급부(500)가 상기 역세 탱크(200)에 3bar 내지 10bar의 압축공기를 공급하는 경우, 상기 역세 탱크(200)에 저류된 정수가 여과 공정의 역방향으로 상기 세라믹 막여과부(100)에 공급되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 역세 펌프(200)는 여과 공정의 역방향으로 상기 세라믹 막여과부(100)에 상기 정수 탱크(300)에 저장된 정수를 공급하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 역세 펌프(400)와 상기 압축공기 공급부(500)는 동시에 작동하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 역세 펌프(400)에 의해 상기 정수 탱크(300)로부터 공급되는 정수와, 상기 압축공기 공급부(500)에 의해 상기 역세 탱크(200)에서 공급되는 정수가 합류되어, 상기 세라믹 막여과부(100)에 공급됨으로써 역세정이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 압축공기 공급부(500)는 상기 세라믹 막여과부(100)에 압축공기를 직접 더 공급하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 세라믹 막여과부(100)에 직접 공급되는 1bar 내지 5bar의 압축공기는 상기 세라믹 막여과부(100)에 구비된 다수의 원수 채널(122)의 상부면으로 공급되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 역세정에 의해 상기 세라믹 막여과부(100)에서 여과 공정의 역방향으로 배출된 폐수를 저장하는 폐수 탱크(800)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 압축공기 공급부(500)가 상기 역세 탱크(200)에 압축공기를 공급하는 경우, 상기 역세 탱크(200)에 0.5mg/L 내지 1,000mg/L의 차아염소산나트륨 또는 염소가 주입되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 장치에서 세라믹 막여과공정의 고압 역세정 방법은, (a) 압축공기가 상기 압축공기 공급부(500)에서 상기 역세 탱크(200)로 공급되어 상기 역세 탱크(200)에 저류된 정수가 여과 공정의 역방향으로 상기 세라믹 막여과부(100)에 공급되는 단계; 및 (b) 상기 역세 펌프(400)에 의해 여과 공정의 역방향으로 상기 정수 탱크(300)에 저장된 정수를 상기 세라믹 막여과부(100)에 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 방법은, (c) 상기 압축공기 공급부(500)에서 상기 세라믹 막여과부(100)에 압축공기를 더 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 방법은, 상기 (a) 단계 이전에, 상기 압축공기 공급부(500)에서 상기 세라믹 막여과부(100)에 1bar 내지 5bar의 압축공기를 먼저 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 고압 역세척 장치 및 방법은 압축공기와 역세 펌프를 이용하여 세라믹 막에 쌓인 막오염 물질들을 빠르고 효과적으로 제거함으로써 세라믹 막을 이용한 막여과공정에서의 운전성능 및 유지관리 성능을 높일 수 있다.
또한, 세라믹 막여과부에 여과 공정 역방향으로 압축공기와 역세 펌프를 이용하여 높은 압력의 고플럭스(high flux)의 전단유속으로 수 역세척 되게 함과 동시에 순차적으로 높은 압력의 압축공기로 에어 플러싱 함으로써 원수 채널의 막오염을 제거한 후 여과 공정을 주기적으로 반복하여 여과 공정에서의 최종 처리수인 정수 생산량을 안정적으로 극대화 할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 세라믹 막에 적용되는 역세정 공정에 대한 일 실시예를 도시한 개략도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 세라믹 막에 적용되는 역세정 공정에 대한 다른 실시예를 도시한 개략도이다.
도 3는 본 발명에 따른 세라믹 막에 적용되는 여과 공정을 도시한 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 세라믹 막에 적용되는 역세정 공정을 도시한 개략도이다.
도 5a는 본 발명에 따른 여과 공정 중 세라믹 막에서 원수 및 정수의 흐름을 도시한 상태도이다.
도 5b는 본 발명에 따른 역세정 공정 중 세라믹 막에서 수 역세척 (water back flushing) 시의 정수 및 폐수의 흐름을 도시한 상태도이다.
도 5c는 본 발명에 따른 역세척 공정 중 세라믹 막에서 에어 플러싱 (air flushing) 시의 압축공기 및 폐수의 흐름을 도시한 상태도이다.
도 6은 일정 적용 조건에 따라 실험한 종래 기술과 본 발명의 역세정 효과를 비교하여 도시한 실험값이다.
도 7는 종래기술과 본 발명의 역세정 효과를 비교하여 도시한 그래프이다.
도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
1. 여과공정 설명
도 3 및 도 5a를 참조하여 본 발명에 따른 세라믹 막여과공정의 여과 공정을 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이 원수조(600)에 저장된 원수가 원수 펌프(700)에 의해서 개방된 밸브(V6)를 통하여 세라믹 막여과부(100)에 유입된다. 세라믹 막여과부(100)를 통과하여 여과된 정수는 역세 탱크(200)에 저류된다. 역세 탱크(200)에서 오버플로우된 정수는 개방된 밸브(V2)를 통하여 정수 탱크(300)에 저장된다. 세라믹 막여과부(100)를 통과하여 여과되지 않은 농축수는 개방된 밸브(V7)를 통해 다시 원수조(600)로 순환될 수도 있다(cross flow mode).
원수를 여과하는 여과 공정에서는 밸브(V1), 밸브(V3), 밸브(V4), 및 밸브(V5)는 폐쇄된다.
도 5a를 참조하여 세라믹 막 여과부(100) 내에 구비된 세라믹 막(120)에서의 여과 공정을 설명한다.
원수가 세라믹 막(120) 일측에서 유입되어 다수의 원수 채널(122)을 통과하면서 정수는 여과되고, 원수 중에 여과되지 못한 물질은 세라믹 막(120)에 남게 되어 세라믹 막(120)의 막오염 물질이 된다.
2. 역세정 공정 설명
도 4, 도 5b, 및 도 5c를 참조하여 본 발명에 따른 세라믹 막여과공정의 역세정 공정을 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 역세정 공정에서는 밸브(V6)가 폐쇄되어 원수조(600)의 원수는 세라믹 막여과부(100)로 공급되지 않는다. 마찬가지로 밸브(V7)가 폐쇄되어 여과되지 않은 농축수가 순환되지 않는다.
또한, 밸브(V2)는 폐쇄된 상태이므로 정수 탱크(300)에 정수 또는 압축공기 공급부(500)로부터의 압축공기가 유입되지 않는다.
수 역세척 (water back flushing) 시, 정수 탱크(300)에 저장된 정수는 역세 펌프(400)에 의해 개방된 밸브(V3)를 통하여 세라믹 막여과부(100)에 공급된다. 이때, 역세 펌프(400)에 의해 공급되는 정수는 여과 공정의 역방향으로 하여 세라믹 막여과부(100)에 공급되며, 소정의 압력을 갖는다.
이와 동시에 압축공기 공급부(500)는 개방된 밸브(V4)를 통해 압축공기를 역세 탱크(200)에 공급한다. 압축공기를 공급할 때에 순간적인 3bar 내지 10bar의 고압의 압축공기를 공급하기 위해 압력을 높인 상태에서 정해진 순간에 밸브(V4)를 개방하게 된다.
가해진 압축공기의 압력에 의해 역세 탱크(200)에 저류된 정수는 세라믹 막여과부(100)로 여과 공정의 역방향으로 공급된다.
압축공기 공급부(500)가 역세 탱크(200)에 압축공기를 공급할 경우, 역세 탱크(200)에 0.5mg/L 내지 1,000mg/L의 치아염소산나트륨 또는 염소가 주입될 수 있다.
이로 인하여 역세정 공정시에 역세정 뿐만 아니라, 세라믹 막(120) 내에 원수 채널의 막표면에 부착된 유기물 산화 촉진 및 미생물 성장 방지할 수 있다.
본 발명에 따라 수 역세척(water back flushing) 시, 세라믹 막(120)의 막오염 물질을 효과적으로 제거하기 위해 역세 펌프(400)와 압축공기 공급부(500)는 동시에 작동한다. 즉, 역세 펌프(400)에 의한 정수 공급과 압축공기 공급부(500)에서 공급된 3bar 내지 10bar의 고압의 압축공기에 의해 역세 탱크(200)에 저류된 정수의 공급이 동시에 이루어짐으로써, 여과 공정의 역방향으로 세라믹 막여과부(100)에 높은 압력을 가할 수 있다.
나아가, 역세 펌프(400)에 의해 정수 탱크(300)로부터 공급되는 정수와 압축공기 공급부(500)에 의해 역세 탱크(200)에서 공급되는 정수는 합류되어 세라믹 막여과부에 공급될 수 있다. 즉, 세라믹 막여과부(100)에 유입되기 전에 역세 펌프(400)에 의해 공급되는 정수와 역세 탱크(200)에서 공급되는 정수가 합류됨에 따라 각각의 압력보다 합쳐진 압력으로 더 높은 압력의 정수가 세라믹 막여과부(100)에 공급되어 세라믹 막(120)의 막오염 물질이 제거된다. 이에 따라, 동일 출력의 컴프레서 또는 펌프를 사용하여도 세라믹 막여과부(100)에 더 높은 압력이 가해져 역세정 효과가 증대되며 세정 시간이 감소된다.
여과 공정의 역방향으로 정수를 공급하여 세라믹 막(120)의 막오염 물질을 제거한 후에도 세라믹 막(120) 내의 다수의 원수 채널(122) 내부에는 미세한 막오염 물질이 남는다. 이를 제거하기 위해 추가적인 에어 플러싱(air flushing)이 실행된다. 즉, 압축공기 공급부(500)는 개방된 밸브(V5)를 통해 세라믹 막여과부(100)에 1bar 내지 5bar의 압축공기를 직접 더 공급할 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 상술한 역세정 공정시 수 역세척 (water back flushing)에 따라 발생하는 폐수 또는 에어 플러싱(air flushing)에 따라 발생한 폐수를 저장하는 폐수 탱크(800)을 더 포함할 수 있다. 즉, 수 역세정 또는 에어 플러싱으로 발생된 폐수는 개방된 밸브(V1)를 통해 폐수 탱크(800)에 저장된다.
도 5b를 참조하여 세라믹 막(120)에서의 역세정 공정 중, 수 역세척을 보다 상세히 설명한다.
수 역세정하기 위해 여과 공정의 역방향으로 정수가 세라믹 막(120)에 3bar 내지 10bar의 고압으로 공급됨으로써, 세라믹 막(120)에 쌓여 있는 막오염 물질을 제거한다. 이에 따라, 여과 공정의 역방향으로 공급된 정수와 함께 막오염 물질이 여과 공정에서 원수가 유입되는 유입구로 배출된다.
도 5c를 참조하여 세라믹 막(120)에서의 에어 플러싱을 보다 상세히 설명한다.
정수에 의한 수 역세정 후에 세라믹 막여과부(100)로 에어 플러싱이 실행되어 미세한 막오염 물질을 추가로 제거한다. 이러한 에어 플러싱은 세라믹 막(120) 내의 다수의 원수 채널(122) 상부면으로 공급되어 실행될 수 있다. 세라믹 막(120) 내에 형성된 다수의 원수 채널(122)의 상부면에 1bar 내지 5bar의 압축공기를 공급하여 수 역세척 후에 남은 미세한 막오염 물질까지 제거할 수 있다.
도 6를 참조하여 본 발명에 따른 효과를 자세히 설명한다.
도 6는 역세 펌프(400)만을 이용하여 세라믹 막여과부(100)에 여과 공정의 역방향으로 정수를 공급한 경우와 본 발명에 따른 효과에 대한 실험값이다.
도 6에서 도시된 역세정수란 역세 탱크(200)에서 또는 역세 펌프(400)에 의해 세라믹 막여과부(100)로 여과 공정의 역방향으로 공급된 정수를 말한다.
도 6에 도시된 역 막간차압 (Reverse TMP, reverse trans membrane pressure) 이란 수 역세척 시, 세라믹 막(120) 처리수 채널 기준에서 처리수 채널과 다수의 원수 채널(122) 사이의 압력의 차이를 말하며, 여과 공정의 역방향으로 정수가 공급되므로 세라믹 막(120) 처리수 채널의 압력이 세라믹 막(120) 내의 다수의 원수 채널(122) 내의 압력보다 높다. 이러한 역 막간차압 (reverse TMP) 이 클수록 세라믹 막(120)에 가해지는 압력이 크다는 것을 의미하며, 이에 따라 동일한 시간동안 플럭스와 전단유속이 증가하므로 역세척 효과가 증대된다.
여과 공정 시간, 수 역세척수 압력, 수 역세척수 유량, 에어 플러싱 압력 및 에어 플러싱 시간의 적용 조건은 동일하게 주어졌다.
역세 펌프(400)만을 이용하여 역세척하는 경우의 수 역세척 시간이 (15 sec) 압축공기와 역세 펌프(400)를 동시에 이용하여 역세척하는 경우의 수 역세척 시간 (10 sec) 보다 5초 정도 더 길다.
이에 대한 결과 값으로, 역세 펌프(400)만을 이용하여 수 역세척하는 경우에는 역 막간차압(reverse TMP)이 0.8 내지 1.0 bar에 해당되지만, 압축공기와 역세 펌프(400)를 동시에 이용하여 수 역세척하는 경우에는 1.7 내지 1.9 bar에 해당된다. 거의 1.0 bar 정도의 차이의 예상치 못한 역 막간차압 (reverse TMP) 이 발생하는 바, 역세척 효과도 그만큼 증대된다.
도 7를 참조하여 본 발명에 다른 효과를 자세히 설명한다.
도 7에 도시된 정유량으로 제어하는 막여과공정의 막오염을 모니터링 하는 수단으로서 막간차압 (TMP, transmembrane pressure) 이란 세라믹 막여과공정에서 여과 공정 중 다수의 원수 채널 기준에서 다수의 원수 채널(122) 에서 처리수 채널 사이의 압력의 차이를 말하며, 여과 공정에서는 원수가 세라믹 막(120)의 다수의 원수 채널(122)로 유입되며, 유입된 원수 중 정수만이 세라믹 막(120)을 통과하여 유출되기 때문에 세라믹 막(120) 다수의 원수 채널(122) 내의 압력이 처리수 채널 내의 압력보다 높다.
막오염 현상이 커질수록 이러한 막간차압 (TMP) 이 커지고, 막간차압이 크다는 것은 막표면의 여과저항이 크다는 것을 의미하며 즉, 정압 제어시 원수에서 정수를 생산하는 생산량이 적어진다는 것을 의미한다.
도 7에서는 역세 펌프(400)만 이용하여 역세척 한 경우와 압축공기와 역세 펌프(400)를 이용하여 역세척 한 경우의 세라믹 막여과공정의 막간차압 (TMP) 을 도시하고 있다.
X축은 세라믹 막여과공정 가동시간 (detected time) 을 나타내며, Y축은 여과저항 정도를 파악할 수 있는 막간차압 (TMP) 을 나타낸다.
역세척 주기 (cycle) 는 장시간의 여과 공정 (2hr) 후에 여과 효율을 증대시키기 위해 짧은 시간 (약 1 min) 의 역세척 공정이 실행된다. 주기적으로 역세척 공정 후에 다시 여과 공정이 반복 실행된다.
역세척 공정만으로 세라믹 막(120) 내의 막오염 물질를 완전히 제거하는 것은 불가능한 바, 세라믹 막여과공정 가동시간이 경과할수록 막간차압 (TMP) 은 지속적으로 증가하게 된다.
이러한 방식으로 여과 공정과 역세척 공정이 반복되어 실행되다가 막간차압이 일정 한계치가 될 경우에는 물리적 세척방법은 더 이상 효과적이지 못하게 된다. 막간차압이 1.5bar 내지 3bar 한계치에 다다르면 화학약품 세정 (CIP, cleaning in place) 으로 세라믹 막(120)을 초기 상태로 회복시킨다.
역세 펌프(400)만을 이용하여 역세척 한 경우를 살펴보면, 상술한 여과 공정과 역세척 공정의 주기적인 반복 수행에 따른 막간차압 (TMP) 은 막여과공정 가동시간이 길수록 기울기가 더 커지는 것을 볼 수 있고, 따라서 짧은 가동시간 내에 1.5bar 내지 3bar 의 막간차압 한계치에 도달할 것이다. 즉, 역세척의 효과가 증대되지 않는다는 것을 의미한다.
반면, 압축공기와 역세 펌프(400)를 이용하여 역세척 한 경우를 살펴보면, 역세 펌프(400)을 이용한 경우보다 기울기가 더 작은 것을 볼 수 있고, 1.5bar 내지 3bar 의 막간차압의 한계치에 대해서도 역세 펌프(400)만을 이용한 경우보다 여유를 가지고 있다.
즉, 역세 펌프(400)만을 이용한 경우보다 본 발명에서의 압축공기과 역세 펌프(400)을 이용한 경우 역세척 효과가 매우 안정적이고 크다는 것을 나타낸다.
3. 역세척 공정 흐름 설명
압축공기 공급부(500)에서 역세 탱크(200)로 3bar 내지 10bar의 고압의 압축공기가 공급된다. 역세 탱크(200)에 공급된 압축공기에 의해 역세 탱크(200)에 저장된 정수가 여과 공정의 역방향으로 세라믹 막여과부(100)에 공급된다.
압축공기 공급부(500)에서 역세 탱크(200)로 압축공기를 공급함과 동시에 역세 펌프(400)가 작동하여 역세 펌프(400)에 의해 여과 공정의 역방향으로 세라믹 막여과부(100)로 정수가 공급된다.
역세척 후에 압축공기 공급부(500)에서 세라믹 막여과부(100)에 1bar 내지 5bar의 압축공기를 공급하여 에어 플러싱을 실행한다.
더 나아가, 본 발명에 따른 방법은 역세척 공정 이전에 압축공기 공기부(500)에서 압축공기를 세라믹 막여과부(100)에 직접 더 공급하는 에어 플러싱을 실행할 수 있다. 미리 에어 플러싱을 실행하여 역세척과 역세척 후의 에어 플러싱에 대한 효과를 증대시킬 수 있다.
역세척 공정시 수 역세척 또는 에어 플러싱 실행에 따라 발생하는 폐수는 세라믹 막여과부(100)의 원수 유입구로 배출되며, 배출된 폐수는 폐수 탱크(800)에 저장된다.
100: 세라믹 막여과부
120: 세라믹 막
122: 다수의 원수 채널
200: 역세 탱크
300: 정수 탱크
400: 역세 펌프
500: 압축공기 공급부
600: 원수조
700: 원수 펌프
800: 폐수 탱크
Vn: 밸브(V1~V7)

Claims (12)

  1. 세라믹 막(120)을 포함한 세라믹 막여과부(100);
    상기 세라믹 막여과부(100)를 통과하여 여과된 정수를 저류시키는 역세 탱크(200);
    상기 역세 탱크(200)에서 오버플로우(over flow)된 정수를 저장하는 정수 탱크(300);
    상기 정수 탱크(300)에 저장된 정수를 상기 세라믹 막여과부(100)에 공급하여 역세정하는 역세 펌프(400); 및
    상기 역세 탱크(200)에 압축공기를 공급하는 압축공기 공급부(500);를 포함하며,
    상기 압축공기 공급부(500)가 상기 역세 탱크(200)에 압축공기를 공급하는 경우, 상기 역세 탱크(200)에 저류된 정수가 상기 세라믹 막여과부(100)에 공급되며,
    상기 역세 펌프(400)와 상기 압축공기 공급부(500)는 동시에 작동하는 것을 특징으로 하는,
    세라믹 막여과공정의 고압 역세정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 역세 탱크(200)에 저류된 정수가 여과 공정의 역방향으로 상기 세라믹 막여과부(100)에 공급되는 것을 특징으로 하는,
    세라믹 막여과공정의 고압 역세정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 역세 펌프(400)는 여과 공정의 역방향으로 상기 세라믹 막여과부(100)에 상기 정수 탱크(300)에 저장된 정수를 공급하는 것을 특징으로 하는,
    세라믹 막여과공정의 고압 역세정 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 역세 펌프(400)에 의해 상기 정수 탱크(300)로부터 공급되는 정수와, 상기 압축공기 공급부(500)에 의해 상기 역세 탱크(200)에서 공급되는 정수가 합류되어, 상기 세라믹 막여과부(100)에 공급됨으로써 역세정이 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    세라믹 막여과공정의 고압 역세정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축공기 공급부(500)는 상기 세라믹 막여과부(100)에 압축공기를 직접 더 공급하는 것을 특징으로 하는,
    세라믹 막여과공정의 고압 역세정 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 세라믹 막여과부(100)에 직접 공급되는 1bar 내지 5bar의 압축공기는 상기 세라믹 막여과부(100)에 구비된 다수의 원수 채널(122)의 상부면으로 공급되는 것을 특징으로 하는,
    세라믹 막여과공정의 고압 역세정 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    역세정에 의해 상기 세라믹 막여과부(100)에서 여과 공정의 역방향으로 배출된 폐수를 저장하는 폐수 탱크(800)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    세라믹 막여과공정의 고압 역세정 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축공기 공급부(500)가 상기 역세 탱크(200)에 압축공기를 공급하는 경우, 상기 역세 탱크(200)에 0.5mg/L 내지 1,000mg/L의 차아염소산나트륨 또는 염소가 주입되는 것을 특징으로 하는,
    세라믹 막여과공정의 고압 역세정 장치.
  10. 제 1 항에 따른 장치에서 세라믹 막여과공정의 고압 역세정 방법으로,
    (a) 압축공기가 상기 압축공기 공급부(500)에서 상기 역세 탱크(200)로 공급되어 상기 역세 탱크(200)에 저류된 정수가 여과 공정의 역방향으로 상기 세라믹 막여과부(100)에 공급되는 단계; 및
    (b) 상기 역세 펌프(400)에 의해 여과 공정의 역방향으로 상기 정수 탱크(300)에 저장된 정수를 상기 세라믹 막여과부(100)에 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    세라믹 막여과공정의 고압 역세정 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 방법은,
    (c) 상기 압축공기 공급부(500)에서 상기 세라믹 막여과부(100)에 압축공기를 더 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    세라믹 막여과공정의 고압 역세정 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 (a) 단계 이전에, 상기 압축공기 공급부(500)에서 상기 세라믹 막여과부(100)에 1bar 내지 5bar의 압축공기를 먼저 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    세라믹 막여과공정의 고압 역세정 방법.
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