KR101392755B1

KR101392755B1 - 관형막을 이용한 수처리시스템

Info

Publication number: KR101392755B1
Application number: KR1020130039792A
Authority: KR
Inventors: 김남두; 임종섭; 김치열
Original assignee: 주식회사 코레드; 주식회사 에코너지
Priority date: 2013-04-11
Filing date: 2013-04-11
Publication date: 2014-05-13

Abstract

본 발명은 원수를 정수하기 위한 수처리부를 관형막으로 구성함으로써, 원수가 여과되어 배출되는 관형막의 내부공간을 공기 또는 물로 이루어진 압력유체가 역방향으로 분출되는 역세척 유로로 이용할 수 있고, 이로서 관형막의 표면에 침적된 오염물은 물론 관형막의 미세기공에 끼어있는 불순물의 미립자까지도 쉽게 제거할 수 있고, 기존의 분리막 공정에 비해 역세설비구성이 매우 간단하고 운전이 용이하며, 약품을 사용하지 않기 때문에 수처리비용을 절감할 수 있고, 관형막 내의 관로를 따라 승강되는 역세추를 설치함으로써, 부분적인 역세집중현상을 방지하고 관형막의 전체구간을 고르게 역세할 수 있으며, 본 발명은 압력유체를 이용한 직접적인 역세가 가능한 관형막을 사용하여 침지식 및 가압식의 각종 수처리 분리막 공정을 달성할 수 있고, 오염물을 포함한 원수가 관형막 외부에서 내부로 여과 처리되는 수처리시스템에 의해 지속적인 여과효율을 달성할 수 있게 된다.

Description

관형막을 이용한 수처리시스템 {Wastewater disposal plant using tubular membrane}

본 발명은 관형막을 이용한 수처리시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원수를 정수하기 위한 수처리부를 관형막으로 구성함으로써, 원수가 여과되어 배출되는 관형막의 내부공간을 공기 또는 물로 이루어진 압력유체가 역방향으로 분출되는 역세척 유로로 이용할 수 있고, 이로서 관형막의 표면에 침적된 오염물은 물론 관형막의 미세기공에 끼어있는 불순물의 미립자까지도 쉽게 제거할 수 있도록 하는 관형막을 이용한 수처리시스템에 관한 것이다.

수자원의 효율적이고 안정적인 이용을 위해 정수처리, 하폐수처리 등 수처리 방법에 대한 기술개발 노력이 계속되고 있으며, 최근 중수 및 빗물 등의 재이용 등 수자원의 추가확보 차원에서도 수처리 기술개발 노력이 활발하게 진행되고 있고, 최근 각종 수처리 분야에서 멤브레인(막)을 이용한 수처리 기술이 각광을 받고 있다.

분리막을 이용한 분리, 정제 및 분획은 산업 전반에 걸쳐 오늘날 광범위하게 이루어지고 있다. 분리막은 용액 또는 혼합물을 적은 에너지로 효과적으로 분리할 수 있으며 분리 후 제 3의 폐기물을 발생시키지 않고 간단한 조작에 의해 쉽게 원하는 목적을 달성할 수 있는 이점을 지닌다.

이러한 분리막 모듈은 그 형태에 따라 크게 판틀형(Plate-and-frame type), 관형(Tubular type), 나권형(Spiral-wound type), 모세관형(Capillary-fiber type), 그리고 실관형(Hollow-fiber type) 막으로 구분된다.

실관형이나 나권형 분리막이 단위면적당 제조 단가가 낮고, 충전밀도가 높아서 많은 연구와 기술적 발전을 이루어왔으나 최근, 분리막 반응기로의 응용, 고농도의 폐수처리, 또는 조대 입자가 비교적 많은 용액의 처리 등에 있어서 매우 유리한 형태인 관경이 비교적 큰 관형 분리막에 대한 연구가 시도되고 있다.

특히 분리막의 수명을 획기적으로 연장시킬 수 있는 저오염형 분리막 공정의 요구시 가장 부합하는 형태로서의 분리막 모듈이 관형 분리막 모듈이다.

관형 분리막 모듈 및 이를 응용한 기술이 미국특허 4,200,531: 관형 분리막 분리장치, 4,231,875: 관형 반투과성 분리막을 이용한 확산장치, 4,255,255: 관형 분리막 공정 및 그 장치, 4,309,287: 역삼투 관형 분리막, 4,198,293: 관형 분리막 공정 및 그 장치, 6,376,116: 관형 고분자 분리막 연료전지 시스템, 6,267,801: 관형 수소투과막 제조 방법, 5,599,383: 관형 고상 분리막 모듈, 5,591,316: 관형 분리막 전극셀로 방호된 전착도장법, 5,352,610: 관형 분리막 어셈블리, 5,227,063: 관형 분리막 모듈, 5,141,640: 분리용 관형 분리막 모듈, 5,100,549: 관형 분리막 모듈, 4,976,866: 이온교환 혹은 흡착 공정에 유용한 동심 관형 분리막 장치 및 공정, 4,747,946: 관형 한외여과 분리막 모듈, 4,707,261: 관형 한외여과 분리막 모듈, 4,704,205: 고정나사 주변 액체 흐름을 유지하는 관형 분리막 모듈, 4,687,522: 관형 분리막 내표면 세척 방법, 4,654,137: 다관셀로 구성된 무한 확장 관형 분리막, 4,461,707: 한외 및 역삼투 관형 분리막 모듈, 4,326,960: 관형 투과 선택성 막 및 방법, 및 한국특허 312,166: 관형 분리막을 이용한 스트립 탈지 세정액의 재처리 장치, 349,317: 자체 회전봉 장착형 프로펠러를 지니는 관형 분리막 모듈, 512,045: 관형 막 여과재 및 이를 이용한 재배 장치, 한국특허 공개 2001-0107892: 관형막 내부 공기주입에 의한 침지형 분리막 생물 반응기의 막오염 제어 방법 등에 개시되어 있다. 비록 관형 분리막이 기타의 모듈과 비교하여 상대적으로 낮은 오염성을 나타내지만, 용액에 존재하는 입자성 물질이나 용질을 분리하고자 할 때 용액 내에 존재하는 배제 입자들은 확산 속도가 매우 작기 때문에 막의 중심부와 표면 사이의 농도 구배가 크더라도 쉽게 역확산이 일어나지 않아 막의 표면 근처에서 용질의 농도가 증가되는 농도 분극 현상이 발생하거나 이들 농도 분극층이 진행, 분리막 표면에서 용질 연속상으로 상전이가 발생하여 용질층이 형성되기도 하며, 작은 용질 입자는 큰 기공의 벽에 흡착되기도 하고 기공과 비슷한 크기의 입자에 의해 기공이 차폐되기도 하는 분리막 오염 현상이 발생하기도 한다.

따라서 이러한 현상들에 의해 운전 시간이 지남에 따라 분리막 투과유속이 저하되고, 투과유속의 감소로 경제성을 상실할 경우 일반적으로 장치를 정지시킨 후 스폰지 볼 등으로 용질층을 제거하거나 화학 약품을 이용하여 세정하거나 혹은 물리적인 방법을 동원하여 세정하며, 세정 효과를 상실할 경우 새로운 막으로 교체한다.

상기 막오염이나 농도분극 등 투과 저항층을 제어하거나 감소시키기 위한 기술로서 내압형 관형막의 경우 나사모양의 봉을 관형막 내부에 삽입하고, 외압형의 경우 하우징 내부에 나사식 홈을 만들어 분리가 수행되는 분리막 표면에 와류를 형성시키는 방법이 미국 특허 5,628,909 및 기술문헌 {Momentum balance analysis of permeate flux for ultrafiltration in tubular membranes with gradually increasing incidental angles of a wired-rod insert, Journal of Membrane Science, Volume 278, Issues 1-2, 5 July 2006, Pages 205-211 H.M. Yeh and Y.F. Chen}, {Prediction of permeate flux for ultrafiltration in wire-rod tubularmembrane modules, Journal of Membrane Science, Volume 209, Issue 1, 1 November 2002, Pages 19-26 H. M. Yeh, J. F. Dong, M. J. Hsieh and C. C. Yang}, {The performance of helical screw-thread inserts in tubular membranes, Separation and Purification Technology, Volumes 22-23, 1 March 2001, Pages 89-113, B. J. Bellhouse, G. Costigan, K. Abhinava and A. Merry}, {Improvement of ultrafiltration performance in tubular membranes using a twisted wire-rod assembly, Journal of Membrane Science, Volume 178, Issues 1-2, 15 September 2000, Pages 43-53, H. M. Yeh and K. T. Chen}, {Enhanced microfiltration of bovine blood using a tubular membrane with a screw-threaded insert and oscillatory flow, Journal of Membrane Science, Volume 112, Issue 2, 17 April 1996, Pages 249-261} 등에 개시되어 있다.

그러나 상기 형태의 와류 형성 장치는 내부 삽입봉이나 외부 나사식 홈이 고정되어 단순히 수동적 와류 형성 장치에 불과하므로 그 효과가 크지 않다.

보다 적극적인 형태의 와류 형성 시스템으로 테일러 와류를 형성시키기 위하여 분리막에 모터를 장착, 막을 회전시키고 막외부로 공급액을 공급시켜 막내부로 투과시키는 방법이 기술문헌 {Rotating reverse osmosis filtration for wastewater recovery: Dynamic model for flux and rejection, Lee, S, and Lueptow, RM, Journal of Membrane Science, 192:129-143, 2001} 등에 개시되어 있다.

그러나 상기 방법의 경우 공급액 또는 농축수가 투과수 측으로 혼입되지 않도록 하기 위한 차폐가 어렵고 이로 인해 운전압력에 제한을 받으며, 모터를 장착함으로써 모터를 구동하기 위한 추가적인 에너지 비용이 소요되는 문제점을 지닌다.

이에 공급액 또는 농축액의 혼입을 차폐시키기 위하여 관형막을 고정시키고 장치를 단순화하고 모터의 구동력을 배제한 상태에서 공급액의 흐름 힘, 또는 농축액의 유출 힘에 의해 회전할 수 있는 회전봉을 관형막 내부에 장착하여 테일러 와류를 발생시키거나 난류를 형성시키거나 또는 직접적인 방법으로 막 내부에 형성된 용질층 및 농도 분극을 제거하여 투과수의 높은 유량을 보유하면서 장시간 운전이 가능하도록 하는 방식의 관형 분리막 모듈을 발명하여 한국특허 349,317로 등록한 바 있다.

상기 발명에 의한 관형 분리막 모듈의 경우 종래기술의 문제점을 상당부분 해결할 수 있으나, 중심부에 삽입된 봉이 회전하면서 원심력에 의해 바깥으로 휘게 되고 이로 인해 모듈의 중간 부분에 위치한 관형막은 손상을 입을 수 있으므로 이를 방지하기 위해서는 분리막 모듈의 길이에 제한을 두어야 하는 문제점을 지녔다.

이 밖에도 물질 분리에 관형막을 사용한 한국특허 312,166에서는, 철강 탈지공정의 세정액의 오염물을 제거하고 회수하여 공정수로 재이용하기 위하여 미량의 교류 전류를 처리수의 흐름 방향으로 공급하여 오염 물질 표면의 반발 전위를 순간적으로 진동시켜 합체 현상을 가속화하고 유분과 결합된 현탁 물질을 분리시켜 비중차를 변화시킴으로써 오염 물질로부터의 처리수 분리 회수 효율을 향상시키도록 하고 폐세정액에 적합한 분리막에 의해 연속 여과하는 관형 분리막을 이용한 스트립 탈지 세정액 재처리 장치가 있다. 그러나 이들은 폐세정액에 의해 발생하는 관형 분리막 내부의 농도 분극을 제거하기 위한 수단을 구비하지 못하여, 분리막의 사용주기가 매우 단축되며, 생산수량도 급속 감소하는 문제점을 갖는다.

종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 원수를 정수하기 위한 수처리부를 관형막으로 구성함으로써, 원수가 여과되어 배출되는 관형막의 내부공간을 공기 또는 물로 이루어진 압력유체가 역방향으로 분출되는 역세척 유로로 이용할 수 있고, 이로서 관형막의 표면에 침적된 오염물은 물론 관형막의 미세기공에 끼어있는 불순물의 미립자까지도 쉽게 제거할 수 있도록 하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 기존의 분리막 공정에 비해 역세설비구성이 매우 간단하고 운전이 용이하며, 약품을 사용하지 않기 때문에 수처리비용을 절감하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 관형막 내의 관로를 따라 승강되는 역세추를 설치함으로써, 부분적인 역세 집중현상을 방지하고 관형막의 전체구간을 고르게 역세할 수 있도록 하는데 있다.

본 발명의 일측면에 따르면, 수처리를 필요로 하는 원수를 저장 및 공급하는 원수조; 상기 원수조로부터 원수를 공급받아 저장하는 막분리조; 상기 막분리조 내에 침지되어 원수를 정수 처리하는 수처리부; 상기 수처리부에서 정수된 처리수를 공급받아 저장하는 처리수조; 상기 수처리부 내에 압력유체를 공급시켜 관형막의 역세척이 이루어지도록 하는 역세척부; 및 상기 역세척을 통해 배출된 슬러지를 포집하는 농축조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 관형막을 이용한 수처리시스템이 제공될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 수처리를 필요로 하는 원수를 저장 및 공급하는 원수조; 상기 원수조로부터 원수를 공급받아 정수 처리하는 수처리부; 상기 수처리부에서 정수된 처리수를 공급받아 저장하는 처리수조; 상기 수처리부 내에 압력유체를 공급시켜 관형막의 역세척이 이루어지도록 하는 역세척부; 및 상기 역세척된 역세척수를 반송받는 원수조의 바닥에 침전된 슬러지를 포집하는 농축조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 관형막을 이용한 수처리시스템이 제공될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 복수의 관형막으로 이루어지는 수처리부를 갖는 수처리시스템의 관형막 내에 처리수가 유출되는 역방향으로 압력유체가 공급되도록 하여 폐색된 막의 오염물이 제거 되도록 하는 것을 특징으로 하는 수처리시스템의 관형막 세정방법이 제공될 수 있다.

본 발명은 원수를 정수하기 위한 수처리부를 관형막으로 구성함으로써, 원수가 여과되어 배출되는 관형막의 내부공간을 공기 또는 물로 이루어진 압력유체가 역방향으로 분출되는 역세척 유로로 이용할 수 있고, 이로서 관형막의 표면에 침적된 오염물은 물론 관형막의 미세기공에 끼어있는 불순물의 미립자까지도 쉽게 제거할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 기존의 분리막 공정에 비해 역세설비구성이 매우 간단하고 운전이 용이하며, 약품을 사용하지 않기 때문에 수처리비용을 절감하는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 관형막 내의 관로를 따라 승강되는 역세추를 설치함으로써, 부분적인 역세집중현상을 방지하고 관형막의 전체구간을 고르게 역세할 수 있는 효과를 갖는다.

본 발명은 압력유체를 이용한 직접적인 역세가 가능한 관형막을 사용하여 침지식 및 가압식의 각종 수처리 분리막 공정을 달성할 수 있고, 오염물을 포함한 원수가 관형막 외부에서 내부로 여과 처리되는 수처리시스템에 의해 지속적인 여과효율을 달성할 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 1실시예에 따른 관형막을 이용한 수처리시스템을 도시한 개념도.
도 2, 도 3은 도 1의 수처리부에 역세추를 적용한 예를 나타낸 확대도.
도 4는 본 발명의 2실시예에 따른 관형막을 이용한 수처리시스템을 도시한 개념도.
도 5, 도 6은 도 4의 수처리부에 역세추를 적용한 예를 나타낸 확대도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.

[1실시예]

도 1은 본 발명의 1실시예에 따른 관형막을 이용한 수처리시스템을 도시한 개념도이고, 도 2, 도 3은 도 1의 수처리부에 역세추를 적용한 예를 나타낸 확대도이다.

도 1내지 도 3을 참조하여 본 발명의 1실시예인 침지식 수처리 시스템에 대해 설명한다.

본 발명의 1실시예에 따른 수처리시스템은 크게 원수조(110), 막분리조(120), 수처리부(130), 처리수조(140), 역세척부(150), 농축조(160)를 포함한다.

상기 원수조(110)는 수처리를 필요로 하는 원수(예를 들면 하폐수, 중수, 빗물 등)를 저장시켜 수처리부(130)에 공급하는 역할을 수행하게 된다. 이와 같은 원수조(110)는 탱크 형태 등 다양한 형태로 제작될 수 있으나, 가급적 수처리부(130)보다 높은 위치에 형성되도록 하여 수두차에 의한 자연 공급압력이 생성되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 막분리조(120)는 원수조(110)로부터 원수를 공급받아 이를 임시 저장하게 된다. 이때, 상기 막분리조(120) 내에는 수처리부(130)가 침지되어 설치되며, 원수를 정수 처리하게 된다.

상기 수처리부(130)의 구성에 대해 보다 자세히 설명하면 다음과 같다.

상기 수처리부(130)는, 원형 또는 각형배열을 갖는 복수의 관형막(131)이 설치된다. 이때, 상기 관형막(131)은 원수를 통과시킬 수 있는 미세 통기공들을 갖는 여과막을 원통형으로 제작한 것으로서, 원수가 통과되는 과정에서 원수에 포함된 불순물이 필터링 되도록 한다.

이와 같은 관형막(131)은 관 외면에서 내측방향으로 원수가 통과되어 불순물이 여과되도록 하며, 관형막(131) 내부유로를 통해 여과된 처리수를 배출하게 된다.

이때, 상기 관형막(131)의 상부를 밀폐 가능하게 상부캡(133)이 결합된다.

상기 상부캡(133)은 관형막(131)의 보수를 위해 착탈 가능한 형태로 결합할 수 있다.

그리고, 상기 관형막(131)의 하부에 하부캡(135)이 결합된다. 이때, 상기 하부캡(135)은 처리수를 배출하거나 역세척용 유체를 관형막(131) 내부로 공급하는 역할을 하게 된다.

그리고, 본 발명은 도 2, 도 3에서 보는 바와 같이 상기 관형막(131) 내에 세척용 공급유체에 의해 승강되는 역세추(139)가 더 설치되도록 할 수 있다.

상기 역세추(139)는 관형막(131) 내부에서 역세시 상하로 움직이는 일정중량을 갖는 추로서, 역세시 압력유체의 토출압에 의해 관형막(131) 상부까지 상승하였다가 관형막(131) 상부부터 역세가 완료되면서 점차적으로 하부로 하강하게 된다.

이와 같은 역세추(139)는 관형막(131) 내에 주입되는 역세용 압력유체(공기 또는 물)가 특정 구간에만 집중되지 않고 관형막(131)의 전체 구간을 상부에서 하부로 점차적으로 이동시켜 집중 공급되도록 함으로써, 결과적으로 관형막(131)의 전구간이 고르게 역세되도록 한다.

이와 같은 역세추(139)는 관형막(131) 내부의 직경보다 작게 형성함으로서 추의 이동이 원할하게 이루어지도록 함과 동시에 역세추(139)와 관형막(131) 사이의 공간으로 빠져나가는 역세용 유체(공기 또는 물)가 최소화 될 수 있도록 공차가 관리되어야 한다.

이와 같은 역세추(139)를 설치하기 위해 상기 관형막(131) 하단에 안내관(137)이 연장 결합되고, 상기 안내관(137)의 단부 내경에 스토퍼(138)를 돌출 형성할 수 있다.

이때, 상기 안내관(137)은 역세추(139)와의 유격공간을 형성하여 여과된 처리수가 통과할 수 있도록 하고, 이와 같은 안내관(137)의 직경은 관형막(131) 외경과 같게 할 수도 있으나, 이보다 좀 더 큰 크기로 형성할 수 있다.

이때, 상기 안내관(137)의 하부 내경에는 역세추(139)가 빠지지 않도록 복수의 스토퍼(138)들을 방사상으로 설치할 수 있다.

본 발명의 처리수가 하부로 유출되는 경로에 대해 살펴보면, 관형막(131) 외부에서 내부로 여과된 처리수는 관형막(131) 하부로 이동하여 하부캡(135)에 마련된 역세수유입관(135b)을 통해 유출된다.

이때, 관형막(131) 내에 역세추(139)가 설치되는 경우에는 처리수가 관형막(131) 하부의 안내관(137) 및 역세추(139) 사이의 환형공간으로 유출되어 하부캡(135)를 통해 나가게 된다.

그리고, 상기 하부캡(135)을 통해 역세공기(또는 역세수)가 주입되면 다수의 안내관(137) 하부를 통해 역세공기(또는 역세수)가 상승하고 유체압에 의해 역세추(139)는 관형막(131)의 상단까지 상승하게 된다.

이때, 관형막(131)이 전체적으로 폐색되었을 경우, 수압차에 의해 역세공기는 우선적으로 관형막(131) 상단에서 외부로 빠져나가면서 역세가 이루어게 되며, 이후, 상부의 역세가 완료되면 차압이 작아져서 역세추(139) 중량에 의해 역세추(139)는 하강되고, 역세공기는 하강한 역세추(139) 하부의 관형막(131) 외부로 빠져나가 역세되며, 이러한 과정이 지속되면 역세추(139)는 하부로 내려가면서 관형막(131)의 고른 역세효과를 달성할 수 있게 된다.

이때, 상기 관형막(131)의 상부는 추의 이탈을 방지하기 위해 각각의 관형막(131) 상부 끝단을 밀폐되도록 할 수 있다.

그리고, 상기한 역세추(139)의 형상은 처리수가 하부측의 안내관(137)로 이동될 수 있도록 상부는 좁고, 하부는 역세추(139)의 기능을 할 수 있도록 관형막(131) 내부직경보다 작은 병 모양의 형상으로 제작할 수 있다.

이는, 역세시 관형막(131)내로 상승할 수 있도록 상부의 좁은 부분이 일정부분 관형막(131) 하부에 위치하여야 한다. 관형막(131)과 역세추(139) 사이의 공기누출 방지를 위해 필요시 역세추(139)에 안내깃 또는 날개(미도시) 등이 구비되도록 할 수 있다.

그리고, 상기 수처리부(130)에서 정수된 처리수는 처리수조(140)에 저장되는데, 상기 수처리부(130)와 처리수조(140) 사이의 관로 상에 설치되어 원수를 흡입 여과하여 배출시키기 위한 펌프(P)를 설치될 수 있다.

이때, 수두가 확보될 경우 흡입 여과하여 배출시키기 위한 펌프가 없는 관형막을 이용한 중력식 수처리시스템을 구현할 수 있다.

또한, 상기 펌프(P)의 전후단에 압력계(PG) 및 유량계(F)를 설치하여 수처리시스템의 처리속도가 제어되도록 할 수 있다.

그리고, 상기 수처리부(130) 내에 압력유체를 공급시켜 관형막(131)의 역세척이 이루어지도록 하는 역세척부(150)가 구비된다.

상기 역세척부(150)는 역세공기를 공급하는 송풍기(151) 또는 역세수를 공급하는 역세펌프(153) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있는데, 상기 역세수는 처리수조(140)로부터 직접 공급받아 공급되도록 할 수 있다.

이와 같은 역세공기 및 역세수는 단독으로 공급되거나 혼합된 형태로 공급될 수 있다.

그리고, 상기 역세척을 통해 배출된 슬러지는 막분리조(120)의 바닥에 침전되고, 이때 침전된 슬러지를 농축조(160)에서 포집하게 된다.

이때, 상기 농축조(160)는 막분리조(120)보다 하부 위치에 설치되는 것이 바람직하다.

이하, 1실시예에 따른 수처리시스템의 운전예에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 여과운전모드로서, V14밸브만 개방된 상태에서 여과펌프(P)가 가동된다.

이때, 유체의 흐름은 원수조(110) - 막분리조(120) - 수처리부(130) - 여과펌프(P) - 처리수조(140)로 이루어진다.

이후, 여과 운전 중의 역세시기를 확인하게 되는데, 역세시기는 정유량운전기준 또는 정압운전기준에 의해 정해질 수 있다.

먼저, 정유량운전을 기준하게 되면, 관형막 처리유량을 일정하게 유지하기 위해 관형막의 폐색에 따라 유량이 감소할 경우 펌프압을 상승시키는 운전방법으로서, 여과 운전시 관형막(131)이 오염물질에 의해 점차 폐색될수록 여과펌프(P)의 흡입압력(침지식)이 상승하거나 막으로 여과되는 처리수의 양이 줄어들게 되는데, 이를 기준으로 판단하게 된다

또한, 정압운전을 기준하게 되면, 관형막 운전시 여과압력을 일정하게 유지시키는 운전방법으로서, 여과 운전시 막이 오염물질에 의해 점차 폐색될수록 여과압력은 일정하므로 처리유량이 감소된다.

따라서, 관형막 운전시 설정값 이상의 여과압력 상승 또는 처리유량 감소시 역세를 하면 된다.

이후, 역세운전모드로서, V14밸브가 닫히고 V12밸브만 열린 상태로 송풍기(151)가 가동되어 역세가 시작되고, 이후 공기가 관형막(131) 내부에서 외부로 유출됨에 따라 막표면 및 막공극에 걸려있던 오염물질이 떨어지게 된다.

일정시간 공기역세척이 완료되면 필요에 따라(침지식) 역세펌프(153)로 헹굼운전을 시행하게 되는데, V13밸브만 열리고 역세펌프(153)가 가동되면 처리수 등을 이용하여 깨끗한 물이 관형막(131) 내부에서 외부로 유출되며 역세 및 헹굼작용을 하게 된다.

이후, 슬러지 배출모드로서, 막여과 운전과 역세운전이 계속 진행됨에 따라 막분리조(120)의 오염물 농도가 점차 증가하게 되며, 일정 수준이상으로 농도가 증가하여 막여과 효율이 낮아지면 막분리조(120)의 슬러지를 배출시켜 농축조(160)로 이송시키도록 한다. 이때 V11밸브만 열린 상태를 유지하게 된다.

[2실시예]

도 4는 본 발명의 2실시예에 따른 관형막을 이용한 수처리시스템을 도시한 개념도이고, 도 5, 도 6은 도 4의 수처리부에 역세추를 적용한 예를 나타낸 확대도이다.

도 4내지 도 6을 참조하여 본 발명의 2실시예인 가압식 수처리 시스템에 대해 설명한다.

본 발명의 2실시예에 따른 수처리시스템은 크게 원수조(110), 수처리부(130), 처리수조(140), 역세척부(150), 농축조(160)를 포함한다.

그리고, 상기 수처리부(130)는 원수조(110)로부터 원수를 공급받아 정수 처리하게 되는데, 상기 원수조(110)와 수처리부(130) 사이의 관로 상에 원수를 압송하기 위한 펌프(P)가 설치되도록 하여 수처리부(130)에 소정의 압력이 형성되도록 할 수 있다.

이때, 상기 펌프(P)의 후단에 압력계(PG)를 설치하여 공급압력이 제어되도록 할 수 있다.

상기 수처리부(130)는, 원형 또는 각형배열을 갖는 복수의 관형막(131)이 설치된다. 이때, 상기 관형막(131)은 원수를 통과시킬 수 있는 미세 통기공들을 갖는 여과막을 원통형으로 제작한 것으로서, 원소가 통과되는 과정에서 원수에 포함된 불순물이 필터링 되도록 한다.

이때, 상기 관형막(131) 다발은 막케이스(131)에 의해 둘러싸인 형태로 설치되며, 상기 관형막(131) 및 막케이스(131)의 상부에는 처리수를 배출하는 상부캡(133)이 결합되는데, 상기 상부캡(133)은 관형막(131)의 보수를 위해 착탈 가능한 형태로 결합할 수 있다.

그리고, 상기 관형막(131) 및 막케이스(131)의 하부에 하부캡(135)이 결합된다. 이때, 상기 하부캡(135)은 처리수를 배출하거나 역세척용 유체를 관형막(131) 내부로 공급하는 역할을 하게 된다.

이때, 상기 막케이스(131)는 관형막(131) 다발과 외부를 격리시키는 구조로서, 별도의 원수유입구(132a)와 퇴수유출구(132b)를 구비하게 된다.

이때, 상기 원수유입구(132a)는 막케이스(131)의 하부에 형성되어 원수조(110) 측과 관로로 연결되며 원수가 공급되도록 한다. 그리고, 상기 퇴수유출구(132b)는 막케이스(131)의 상부에 형성되어 역세공정 후의 오물이 함유된 물을 퇴수처리하게 된다.

그리고, 본 발명은 도 5, 도 6에서 보는 바와 같이 상기 관형막(131) 내에 세척용 공급유체에 의해 승강되는 역세추(139)가 더 설치되도록 할 수 있다.

이와 같은 역세추(139)는 관형막(131) 내에 주입되는 역세용 압력유체(공기 또는 물)가 특정 구간에만 집중되지 않고 관형막(131)의 전체 구간을 상부에 하부로 점차적으로 이동시켜 집중 공급되도록 함으로써, 결과적으로 관형막(131)의 전구간이 고르게 역세되도록 한다.

이때, 관형막(131) 내에 역세추(139)가 경우에는 처리수가 관형막(131) 하부의 안내관(137) 및 역세추(139) 사이의 환형공간으로 유출되어 하부캡(135)를 통해 나가게 된다.

그리고, 처리수가 상부캡(133)을 통해 유출되는 경우로서, 관형막(131) 하부끝에 설치되었던 안내관(137) 및 스토퍼(138)의 구성을 관형막(131)의 상부끝에도 동일하게 구비되도록 하여 처리수의 이동 및 역세추(139)의 이탈방지 등의 기능을 할 수 있도록 한다.

여과과정에 대해 살펴보면, 역세추(139)가 하부 안내관(137)에 위치하고 있어 처리수는 관형막(131) 내부를 통과하여 상부 안내관(137) 및 상부캡(133)를 통해 유출되고, 역세시 역세공기가 주입되면 역세추(139)는 상부안내관(137) 내 스토퍼(138)까지 상승하며, 추후의 역세과정은 처리수가 하부로 유출되는 경우와 같다.

이때 상측의 안내관(137)의 길이는 하부안내관(137) 길이보다 약간 짧게 형성하여 역세추(139)의 하단이 관형막(131) 상부로 이탈되지 않고 다시 하강될 수 있도록 한다.

그리고, 상기 수처리부(130)에서 정수된 처리수는 처리수조(140)에 저장하게 된다.

이때, 상기 수처리부(130)와 처리수조(140) 사이에 압력계(PG) 및 유량계(F)를 설치하여 펌프(P)의 압력이 간접 제어되도록 할 수 있다.

그리고, 상기 역세척된 역세척수는 원수조(110)로 반송되고, 원수조(110)의 바닥에 슬러지가 침전된다. 이때 침전된 슬러지는 원수조(110) 하부에 설치된 농축조(160)를 통해 포집된다.

2실시예에서와 같은 본 발명의 가압식 수처리시스템은 관형막(131) 표면의 폐색시 침지식과 마찬가지로 공기역세를 수행하여 막분리 공정을 지속적으로 유지할 수 있으며, 폐색시기 및 역세시기는 분리막 전후의 차압 또는 여과플럭스의 감소 등을 통해 확인할 수 있다.

또한 여과된 처리수는 관형막 모듈의 상부캡(133) 또는 하부캡(135)을 통해 유출될 수 있으며, 하부캡(135)에는 역세공기(역세수)가 유입될 수 있는 역세공기유입관(135a) 및 역세수유입관(135b)이 구비된다.

이때, 상기 역세수유입관(135b)은 처리수 유출관으로도 이용될 수 있다.

또한, 상기 역세공기유입관(135a) 및 역세수유입관(135b)을 별도의 라인으로 구성하거나 분기되는 하나의 관로로 구성되도록 하여 밸브 등의 조작으로 선택적 운전이 가능하도록 할 수 있다.

또한, 하부캡(135)에 연결되는 역세공기유입관(135a)에는 다수의 관형막(131)으로 공기분배가 원활히 이루어 질 수 있도록 다양한 형태의 산기장치(미도시)가 설치될 수 있다.

이하, 2실시예에 따른 수처리시스템의 운전예에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 여과운전모드로서, V21밸브, V24밸브만 열린 상태에서 여과펌프(P)가 가동된다.

이때, 유체의 흐름은 원수조(110) - 여과펌프(P) - 수처리부(130) - 처리수조(140)로 이루어진다.

먼저, 정유량운전을 기준하게 되면, 관형막 처리유량을 일정하게 유지하기 위해 막의 폐색에 따라 유량이 감소할 경우 펌프 압을 상승시키는 운전방법으로서, 여과 운전시 관형막(131)이 오염물질에 의해 점차 폐색될수록 여과펌프(P)의 토출압력(가압식)이 상승하거나 관형막(131)으로 여과되는 처리수의 양이 줄어들게 된다.

이에 정류량 운전을 위해 압력을 상승시켜 운전하다 일정수준 이상으로 압력이 필요할 경우 역세를 시작한다.

그리고, 정압운전을 기준하게 되면, 관형막 운전시 여과압력을 일정하게 유지시키는 운전방법으로서, 여과 운전시 관형막(131)이 오염물질에 의해 점차 폐색될수록 여과압력은 일정하므로 처리유량이 감소된다.

따라서, 관형막 운전시 관형막 전후단의 압력차이가 일정수준 이상이거나 처리유량 감소시 역세를 하면 된다.

그리고, 역세운전모드로서, V21밸브와 V24밸브가 닫히고 공기역세를 위해 V22밸브와 V25밸브만 열린 상태로 송풍기(151)가 가동되어 공기역세가 시작된다.

이후 공기가 관형막 내부에서 외부로 유출됨에 따라 막표면 및 막공극에 걸려있던 오염물질이 떨어지게 된다.

또한 역세시 열려있는 V25밸브를 통해 벤트기능 및 역세척수 슬러지가 원수조(110)로 반송되거나 폐기될 수 있다.

이후, 일정시간 공기(또는 물) 역세척이 완료되면 수처리부(130) 내부의 슬러지배출을 위해 역세펌프(153)로 헹굼운전을 시행한다.

이를 위해, V22밸브가 닫히고, V23밸브가 열린 상태로 역세펌프(153)가 가동되면 처리수 등을 이용하여 깨끗한 물이 관형막(131) 내부에서 외부로 유출되며 관형막(131)으로부터 탈리된 슬러지를 포함한 역세척수가 수처리부(130) 내에서 원수조(110)로 반송되거나 폐기된다.

앞서 살펴본 바와 같은 본 발명은 원수를 정수하기 위한 수처리부를 관형막으로 구성함으로써, 원수가 여과되어 배출되는 관형막의 내부공간을 공기 또는 물로 이루어진 압력유체가 역방향으로 분출되는 역세척 유로로 이용할 수 있고, 이로서 관형막의 표면에 침적된 오염물은 물론 관형막의 미세기공에 끼어있는 불순물의 미립자까지도 쉽게 제거할 수 있다.

또한, 본 발명은 기존의 분리막 공정에 비해 역세설비구성이 매우 간단하고 운전이 용이하며, 약품을 사용하지 않기 때문에 수처리비용을 절감할 수 있고, 관형막 내의 관로를 따라 승강되는 역세추를 설치함으로써, 부분적인 역세집중현상을 방지하고 관형막의 전체구간을 고르게 역세할 수 있으며, 본 발명은 압력유체를 이용한 직접적인 역세가 가능한 관형막을 사용하여 침지식 및 가압식의 각종 수처리 분리막 공정을 달성할 수 있고, 오염물을 포함한 원수가 관형막 외부에서 내부로 여과 처리되는 수처리시스템에 의해 지속적인 여과효율을 달성할 수 있게 된다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경하거나, 실시형태들을 조합 또는 치환하여 본 발명의 실시예에 명확하게 개시되지 않은 형태로 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것에 불과하므로 이를 제한적으로 이해해서는 안되며, 이러한 변형된 실시예는 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.

110: 원수조 120: 막분리조
130: 수처리부 131: 관형막
132: 막케이스 132a: 원수유입구
132b: 퇴수유출구 133: 상부캡
133a: 처리수유출관 135: 하부캡
135a: 역세공기유입관 135b: 역세수유입관
137: 안내관 138: 스토퍼
139: 역세추 140: 처리수조
150: 역세척부 151: 송풍기
153: 역세펌프 160: 농축조
PG: 압력계 F: 유량계
P: 펌프 V11,V12,V13,V14: 밸브
V21,V22,V23,V24,V25: 밸브

Claims

수처리를 필요로 하는 원수를 저장 및 공급하는 원수조(110);
상기 원수조(110)로부터 원수를 공급받아 저장하는 막분리조(120);
상기 막분리조(120) 내에 침지되어 원수를 정수 처리하는 수처리부(130);
상기 수처리부(130)에서 정수된 처리수를 공급받아 저장하는 처리수조(140);
상기 수처리부(130) 내에 압력유체를 처리수가 유출되는 역방향으로 공급시켜 관형막(131)의 역세척이 이루어지도록 하는 역세척부(150); 및
상기 역세척을 통해 배출된 슬러지를 포집하는 농축조(160);를 포함하고,
상기 수처리부(130)는, 원형 또는 각형배열을 갖는 복수의 관형막(131);
상기 관형막(131)의 상부를 밀폐 가능하게 결합하는 상부캡(133); 및
상기 관형막(131)의 하부에 결합되어 처리수를 배출하거나 역세척용 유체를 공급하도록 된 하부캡(135);을 포함하며,
상기 관형막(131) 내에 세척용 공급유체에 의해 승강되는 역세추(139)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 관형막을 이용한 수처리시스템.
수처리를 필요로 하는 원수를 저장 및 공급하는 원수조(110);
상기 원수조(110)로부터 원수를 공급받아 정수 처리하는 수처리부(130);
상기 수처리부(130)에서 정수된 처리수를 공급받아 저장하는 처리수조(140);
상기 수처리부(130) 내에 압력유체를 처리수가 유출되는 역방향으로 공급시켜 관형막(131)의 역세척이 이루어지도록 하는 역세척부(150); 및
상기 역세척된 역세척수를 반송받는 원수조(110)의 바닥에 침전된 슬러지를 포집하는 농축조(160);를 포함하고,
상기 수처리부(130)는, 원형 또는 각형배열을 갖는 복수의 관형막(131);
상기 관형막(131)의 상부에 결합되어 처리수를 배출하는 상부캡(133); 및
상기 관형막(131)의 하부에 결합되어 처리수를 배출하거나 역세척용 유체를 공급하도록 된 하부캡(135);을 포함하며,
상기 관형막(131) 내에 세척용 공급유체에 의해 승강되는 역세추(139)가 더 포함하되,
상기 원수조(110)와 수처리부(130) 사이의 관로 상에 원수를 압송하기 위한 펌프(P)를 설치하는 것을 특징으로 하는 관형막을 이용한 수처리시스템.
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제1항에 있어서,
상기 수처리부(130)와 처리수조(140) 사이의 관로 상에 설치되어 원수를 흡입여과하여 배출시키기 위한 펌프(P)를 설치하는 것을 특징으로 하는 관형막을 이용한 수처리시스템.
제1항 또는 2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 역세척부(150)는 역세공기를 공급하는 송풍기(151) 또는 역세수를 공급하는 역세펌프(153) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 관형막을 이용한 수처리시스템.
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