KR101415060B1 - 재급수 유로를 구비한 수처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 재급수 유로를 구비한 수처리장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일측면에 의하면, 원수조; 상기 원수조로부터 유입된 원수에 응집제를 투입하여 혼화시키는 혼화조; 상기 혼화조로부터 유입된 원수와 응집제와 응집되도록 하는 응집조; 응집이 이루어전 원수를 여과하는 막여과장치; 상기 막여과장치로 유입된 원수의 일부를 회수하여 막여과장치로 재유입시키는 순환유로; 상기 순환유로에 구비되어 회수된 원수를 막여과장치로 압송하는 순환펌프; 상기 응집조의 하류측에 배치되어 원수를 상기 막여과장치로 압송하는 원수 펌프; 및 상기 순환유로와 상기 원수조, 혼화조 및 응집조를 각각 연결하는 재급수 유로;를 포함하는 수처리장치로서, 상기 원수조로 유입되는 원수의 탁도에 따라서 상기 원수조, 혼화조 및 응집조 중 어느 하나로 순환유로 상의 원수를 재급수하는 것을 특징으로 하는 수처리장치가 제공된다.

Description

재급수 유로를 구비한 수처리장치{WATER TREATMENT APPARATUS WITH RESUPPLYING FLOW PATH}

본 발명은 재급수 유로를 구비한 수처리장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 원수에 포함된 이물질들을 응집시키기 위한 수단을 포함하는 수처리장치에 관한 것이다.

일반적인 물리, 화학적 수처리방법은 응집-침전-여과 또는 응집-부상-여과 등의 공정을 포함하게 되며, 이중 응집 공정은 원수에 부유하고 있는 미세한 크기의 콜로이드 입자를 침전 및 여과가 가능한 크기의 입자인 플록(floc)으로 성장시키는 공정이다. 이러한 응집 공정은 콜로이드 입자가 서로 응집하여 플록이 되도록 촉진시키는 응집제를 원수에 투입한 후, 상기 응집제가 원수 내에 고르게 섞이도록 하는 혼화 공정을 포함하게 되고, 상기 혼화 공정은 내부에 임펠러가 구비된 응집조를 필요로 하게 된다. 아울러, 응집조 내에서 플록화된 이물질이 포함된 원수는 펌프에 의해서 막여과장치로 이송된다.

상술한 바와 같은 수처리방법에 있어서, 원수 내의 이물질의 응집정도는 막여과장치에서의 여과효율에 큰 영향을 미치게 된다. 즉, 높은 응집도를 얻을수록 응집제의 사용량 및 막여과장치에서의 원수의 회수율도 높일 수 있게 되는 것이다. 그러나, 응집조 및 침전조에서 충분한 정도로 플록이 성장하더라도, 막여과장치에서의 회수율이 충분치 못한 경우가 있어 문제가 된다. 이를 해결하기 위해, 응집제의 사용량을 늘리는 방법을 고려할 수 있지만, 이는 비용의 증가로 이어지게 된다.

이러한 문제점을 해소하기 위한 방안으로서, 본 출원인은 막여과장치로 유입된 원수의 일부를 회수하여 다시 막여과장치로 유입시키는 순환라인을 구비한 수처리장치(출원번호 10-2012-0077928호)를 제안한 바 있다. 상기 수처리장치에서는 응집제가 주입된 원수를 상기 순환라인 상에서 순환시키면서 응집효율을 높이도록 한 것으로서 응집제 사용량을 높이지 않고서도 충분한 응집효율을 얻을 수 있도록 한 것이다.

다만, 이러한 수처리장치를 사용하더라도 장기간 사용할 경우 상기 막여과장치에 적용되는 정밀여과막 또는 한외여과막이 오염되는 것은 피할 수 없다. 즉, 상기 정밀여과막 또는 한외여과막은 기본적으로 체거름(sieve filtration) 원리를 이용하는 것이기 때문에, 일정 시간 이상 사용한 경우에는 막오염이 불가피하다.

막오염을 일으키는 총 여과저항(R_t)은 케이크, 공극막힘, 흡착, 겔층(Gel layer), 공극률, 스케일에 의한 여과저항으로 구분할 수 있다. 총 여과저항이 여과허용압력까지 도달하게 되면, 불가피하게 고농도의 다양한 화학약품을 이용하여 막을 세정하는 화학세정을 실시하여 초기 상태 분리막을 회복시키게 된다.

다만, 이와 같은 화학세정이 반복적으로 수행한다면 유기 분리막의 열화가 촉진되어 분리막의 수명이 단축되게 된다. 아울러, 화학세정을 실시하는 동안에는 수처리장치를 정지시켜야 하므로, 운영효율도 저하되게 된다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 총 여과저항이 여과허용압력에 도달하는 주기를 연장하여 화학세정의 빈도를 줄일 수 있는 수처리장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 원수조; 상기 원수조로부터 유입된 원수에 응집제를 투입하여 혼화시키는 혼화조; 상기 혼화조로부터 유입된 원수와 응집제와 응집되도록 하는 응집조; 응집이 이루어전 원수를 여과하는 막여과장치; 상기 막여과장치로 유입된 원수의 일부를 회수하여 막여과장치로 재유입시키는 순환유로; 상기 순환유로에 구비되어 회수된 원수를 막여과장치로 압송하는 순환펌프; 상기 응집조의 하류측에 배치되어 원수를 상기 막여과장치로 압송하는 원수 펌프; 및 상기 순환유로와 상기 원수조, 혼화조 및 응집조를 각각 연결하는 재급수 유로;를 포함하는 수처리장치로서, 상기 원수조로 유입되는 원수의 탁도에 따라서 상기 원수조, 혼화조 및 응집조 중 어느 하나로 순환유로 상의 원수를 재급수하는 것을 특징으로 하는 수처리장치가 제공된다.

상술한 바와 같이, 총 여과저항은 분리막 고유의 저항, 분리막에 쌓인 케이크층에 의한 저항 및 분리막에 흡착된 막오염물질에 의한 저항으로 구분될 수 있다. 여기서, 다른 요인에 의한 저항에 비해서 상대적으로 케이크층에 의한 저항이 크기 때문에 케이크층이 생성되는 것을 지연시키는 것만으로 유지화학세정의 주기를 연장시킬 수 있게 된다. 이를 위해서는 응집효율을 높이는 것이 관건이지만, 응집제를 단순히 대량으로 투입하는 것만으로는 응집효율을 높일 수 없을뿐더러, 응집제 사용량이 늘수록 처리비용도 증가하게 된다.

또한, 투입된 응집제가 모두 응집이 되는 것은 아니며, 충분한 정도의 응집시간과 오염 물질 대비 적정량의 응집제가 투입되어야 응집이 효율적으로 이루어질 수 있다. 다만, 응집시간을 늘리기 위해서는 유로를 연장하거나 혼화조 또는 응집조의 크기를 증가시켜야 하지만 이는 공간적인 제약이 뒤따르고, 처리 시간도 연장시키는 결과를 초래하게 된다.

따라서, 막여과장치로 투입된 원수에 포함된 응집제 중 일부는 조건만 갖춰지면 추가적으로 응집을 야기할 수 있기 때문에, 본 발명자들은 이러한 점에 착안하여 막여과장치로 유입된 원수에 혼입된 응집제 중 일부를 다시 응집시킬 수 있도록 하기 위해서 이를 원수조, 혼화조 또는 응집조에 재급수하여 응집이 일어날 수 있도록 하였다.

다만, 원수조, 혼화조 및 응집조에 존재하는 원수의 상태가 서로 다르기 때문에 응집 여력에 차이가 있게 되므로, 본 발명에서는 원수의 탁도에 따라서 재급수하는 지점을 달리하여 응집효율을 증가시키고 막여과저항의 증가를 최소화할 수 있도록 하고 있다.

구체적으로, 상기 원수의 탁도를 내림차순으로 제1 내지 제4 구간으로 구획하고, 탁도가 제1 구간에 해당되는 경우 순환유로 상의 원수를 상기 원수조로 재급수할 수 있다. 즉, 탁도가 높을수록 수처리장치를 이루는 일련의 저장조 중 상류측으로 막여과장치 내의 원수를 재급수하는 것이다.

여기서, 상기 탁도가 제2 구간에 해당되는 경우 순환유로 상의 원수를 상기 혼화조로 재급수할 수 있다. 또한, 상기 탁도가 제3 구간에 해당되는 경우 순환유로 상의 원수를 상기 응집조로 재급수할 수 있다. 마지막으로, 상기 탁도가 제4 구간에 해당되는 경우에는 응집여력이 충분하지 않은 경우이므로 순환유로 상의 원수를 재급수하지 않을 수 있다.

이때, 상기 구간은 100ntu, 50ntu 및 10ntu를 기준으로 하여, 각각 원수 탁도가 100ntu 이상, 50ntu 이상 100ntu 미만, 10ntu 이상 50ntu 미만, 및 10ntu 미만으로 구분될 수 있다.

경우에 따라서는, 상기 원수펌프의 상류 측에 응집제 투입수단이 추가적으로 구비될 수 있다.

상기와 같은 구성을 포함하는 본 발명의 측면들에 의하면, 기투입된 응집제를 활용하여 응집효율을 높임으로서, 원수조, 혼화조 및 응집조 내에서 사전에 케이스 유발물질을 응집 및 침전시킴으로써 막여과장치에서 케이크층이 생성되는 속도를 최소화할 수 있게 된다. 이를 통해서, 총 여과저항이 여과허용압력에 도달하는 주기를 연장하여 화학세정의 빈도를 줄일 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 수처리장치의 일 실시예를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 실시예에서 원수가 처리되는 과정을 도시한 흐름도이다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 수처리장치의 실시예에 대해서 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 수처리장치의 제1 실시예의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다. 도 1을 참조하면, 상기 제1 실시예(100)는 처리 대상인 원수를 일시적으로 저장하는 원수조(110)를 포함하며, 상기 원수조(110)에 저장된 원수는 후술할 원수 펌프(120)로 유입된다.

한편, 상기 원수조(110)의 하류측에는 혼화조(112)가 배치되며, 상기 혼화조(112)와 인접하여 혼화조 내에 응집제를 투입하는 제1 응집제 투입수단(112a)이 설치된다. 상기 혼화조(112)는 상기 원수조(110)로부터 원수를 공급받아 상기 제1 응집제 투입수단(112a)에 의해 투입된 응집제가 원수와 고르게 혼화되도록 하기 위한 것이다. 투입된 응집제가 혼화조 내에서 혼화되면, 원수 내에 포함된 콜로이드 입자들이 응집반응을 일으켜 플록을 형성하게 된다.

상기 혼화조(112)의 하류측에는 응집조(114)가 배치된다. 상기 응집조(114)는 응집제가 혼화되어 있는 원수를 유입하여 오염물질과 응집제를 응집시켜서 플록이 본격적으로 생성되도록 하는 역할을 하게 된다.

상기 응집조(114)의 하류측에는 응집제로 인해 생성된 플록 들을 침전처리하기 위한 침전조(116)가 배치되고, 상기 침전조(116)의 하류측에는 상술한 원수 펌프(120) 측으로 공급되는 유량을 조정하기 위한 유량조정조(118)가 배치된다. 여기서, 상기 침전조 및 유량조정조의 경우 필요에 따라서는 생략하는 것도 고려할 수 있다.

한편, 상기 원수 펌프(120)의 상류측에는 제2 응집제 투입장치(130)가 위치한다. 상기 제2 응집제 투입장치(130)는 상기 제1 응집제 투입장치에 비해서 응집 성능이 우수한 응집제를 투입하여 플록 사이즈를 더욱 증가시키는 역할을 하게 된다. 이렇게 플록 사이즈를 키우게 되면 원수 펌프(120)를 통과하면서 플록들이 잘게 부숴지더라도 후술할 막여과장치(150)에서 효과적으로 걸러질 수 있도록 한다. 경우에 따라서는, 상기 제2 응집제 투입장치를 생략하는 것도 가능하다.

상기 유량 조정조(118)로부터 원수 펌프(120)로 유입된 원수는 상기 원수 펌프(120)의 토출측과 막여과장치(150)의 유입구(152) 사이를 연결하는 급수유로(122)로 토출된다.

상기 급수유로(122)에는 개도를 조절할 수 있는 제1 밸브(140)가 추가적으로 설치되어 원수의 유속을 임의로 조절할 수 있도록 한다. 즉, 급수유로를 통과하더라도 플록의 크기가 원하는 정도에 미치지 못하는 경우에는 상기 제1 밸브(140)를 이용하여 원수의 유속을 조절하여 플록의 크기를 조절할 수 있게 된다. 여기서, 상기 급수유로(122)에 제1 압력감지수단(126)을 설치하고, 그로부터 급수유로(122) 내부의 유속을 측정할 수 있다. 이렇게 측정된 유속은 상술한 바와 같은 상기 제1 밸브(140)의 개도 조절에 이용된다.

플록이 성장한 원수는 상기 원수펌프(120)의 압력으로 인해서 막여과장치(150)로 유입된다. 상기 막여과장치는 한외여과막(UF) 또는 정밀여과막(MF) 등의 막을 이용하여 원수에 혼입된 플록을 걸러내는 역할을 하며, 플록이 걸러진 처리수는 처리수 토출구(156)를 통해 외부로 토출되고, 막에 잔류하는 플록들은 역세 과정을 거쳐서 상기 막여과장치로부터 제거된다.

한편, 상기 막여과장치(150)에는 막을 통과하지 않은 원수의 일부를 외부로 토출하는 원수 토출구(154)가 추가적으로 형성되어 있다. 상기 원수 토출구(154)로부터 토출되는 원수는 막에 의한 여과과정을 거치지 않았기 때문에 플록들이 함께 혼입된 상태에 있게 된다. 이렇게 토출된 원수는 순환유로(124)로 유입된다.

상기 순환유로(124)는 막여과장치로부터 토출된 원수를 상기 원수 펌프(120)의 하류측으로 재급수할 수 있도록 형성되어 있고, 도중에 토출된 원수를 이송시키기 위한 순환 펌프(160)를 구비하고 있다. 상기 순환펌프(160)는 임펠러나 베인이 회전하는 형태의 원심 펌프가 아닌 용적식 펌프가 채용된다. 이를 통해서, 원수에 혼입되어 있는 플록이 펌프를 거치면서 잘게 부숴지는 것을 최소화할 수 있게 된다. 그리고, 상기 순환유로(124)에는 순환유로 내의 유속을 측정하기 위한 제2 압력감지수단(127)이 구비되어 있고, 상기 제2 압력감지수단(127)에 의해 측정된 유속에 따라서 순환유로 내의 유속을 제어하기 위한 제2 밸브(162)도 추가적으로 설치된다.

상기 제1 및 제2 밸브(140, 162) 및 상기 제1 및 제2 압력감지수단(126, 127)은 상기 막여과장치(150)로 투입되는 원수 유량과 순환유로(124)로 회귀되는 원수의 유량을 조절하여 막여과장치(150)로 투입되는 원수 내의 응집제가 오염물질과 충분히 혼화되어 플록을 형성할 수 있도록 제어한다.

한편, 상기 순환유로(124) 내부를 흐르는 원수의 일부를 상기 상기 원수조, 혼화조 및 응집조에 각각 재급수하기 위한 재급수 유로(170)가 구비된다. 상기 재급수 유로(170)는 각각 상기 원수조, 혼화조 및 응집조 측으로 연장되는 제1 내지 제3 재급수 유로(170a, 170b, 170c)를 포함하고, 상기 각각의 제1 내지 제3 재급수 유로에는 제1 내지 제3 재급수밸브(172, 174, 176)가 구비된다. 여기서, 상기 제1 내지 제3 재급수밸브는 상기 원수조(110)로 유입되는 원수의 탁도에 따라서 개폐가 결정된다.

구체적으로, 상기 원수의 탁도가 100ntu 이상인 경우에는 상기 제1 재급수밸브(172)가 개방되고, 나머지 두 개의 재급수밸브가 폐쇄되어 원수조(110)에 원수가 재급수되게 된다. 그리고, 원수의 탁도가 50ntu 이상 100ntu 미만인 경우에는 혼화조(112)에, 10ntu 이상 50ntu 미만인 경우에는 응집조(114)에 원수가 공급되고, 탁도가 10ntu 미만인 경우에는 재급수이 이루어지지 않게 된다.

이제, 도 2를 참조하여, 상기 실시예에서 원수가 처리되는 과정에 대해서 설명하도록 한다.

우선, 상기 원수 펌프(120)를 작동시켜서 원수조(110) 내의 원수가 혼화조(112), 응집조(114), 침전조(116) 및 유량 조정조(118)를 거쳐서 원수 펌프(120)의 내부로 유입되도록 한다(S10 단계). 이 과정에서, 별도의 탁도 측정수단을 이용하여 유입되는 원수의 탁도를 측정하고(S20 단계), 측정된 탁도가 10ntu 이상인지를 확인한다(S30 단계). 만일, 탁도가 10ntu 미만인 경우에는 케이크층 생성이 매우 적은 경우에 해당되므로 재급수처리 없이 정상운전을 수행한다(S40 단계).

탁도가 10ntu 이상인 경우에는 S50 단계로 이동하여 50ntu 이상인지의 여부를 확인한다. 만일, 탁도가 50ntu 미만인 경우에는 응집조로 원수를 재순환시킨다(S60 단계). 이 경우는 탁도가 비교적 낮은 정도에 속하므로 원수 펌프(120)와 근접한 응집조로 원수를 재급수시켜, 원수에 기포함된 응집제가 새로 유입되는 원수 내에 포함된 작은 콜로이드를 포획하여 플록을 형성하도록 하고, 이렇게 형성된 플록은 상기 응집조 또는 상기 침전조의 바닥으로 침전되어 사전에 제거될 수 있다. 이때, 상기 재급수된 원수는 상기 응집조 및 침전조만을 거치게 되므로 원수조로 재급수되는 경우에 비해서 신속한 처리가 가능하다.

탁도가 50ntu 이상인 경우에는 S70 단계로 이동하여 탁도가 100ntu 이상인지를 확인한다. 만일, 탁도가 100ntu 미만인 경우에는 순환유로 상의 원수를 혼화조에 재급수한다(S80 단계). 이 경우에는 새로이 유입되는 원수가 중간 정도의 오염도를 가지고 있어 응집이 이루어지는 데에는 상기 S60 단계에 비해서 시간이 필요하게 된다. 따라서, 응집조 보다 상류측인 혼화조로 재급수하여 충분한 시간을 얻으면서도 처리시간을 단축할 수 있도록 한다. 재급수된 순환유로 상의 원수는 혼화조 내에서 새로이 유입된 원수 내의 오염 물질과 결합하여 플록을 형성하게 되고 이는 응집조를 거치면서 더욱 커질 수 있으며, 최종적으로는 상기 침전조에서 침전처리된다.

만일, 탁도가 100ntu 이상인 경우에는 원수조로 순환유로 상의 원수를 재급수한다(S90 단계). 이 경우에는 새로이 유입되는 원수가 가장 높은 정도의 오염도를 가지고 있어 응집이 이루어지는 데에는 상기 S80 단계에 비해서도 더 많은 시간이 필요하게 된다. 따라서, 혼화조 보다 상류측인 원수조로 재급수하여 충분한 시간을 얻을 수 있도록 한다. 재급수된 순환유로 상의 원수는 원수조 내에서 새로이 유입된 원수 내의 콜로이드 입자와 미세한 고형물질과 접촉하여 비중이 큰 플록을 형성하게 된다. 이렇게 생성된 플록의 일부는 원수조의 바닥면으로 침전되고, 일부는 혼화조로 유입되어, 최종적으로는 상기 침전조에서 침전처리된다.

110 : 원수탱크, 112 : 혼화조,
114 : 응집조, 116 : 침전조,
118 : 유량 조정조, 120 : 원수펌프,
124 : 순환유로, 150 : 막여과장치,
170 : 재급수 유로.

Claims (7)

1. 원수조;
   상기 원수조로부터 유입된 원수에 응집제를 투입하여 혼화시키는 혼화조;
   상기 혼화조로부터 유입된 원수와 응집제와 응집되도록 하는 응집조;
   응집이 이루어전 원수를 여과하는 막여과장치;
   상기 막여과장치로 유입된 원수의 일부를 회수하여 막여과장치로 재유입시키는 순환유로;
   상기 순환유로에 구비되어 회수된 원수를 막여과장치로 압송하는 순환펌프;
   상기 응집조의 하류측에 배치되어 원수를 상기 막여과장치로 압송하는 원수 펌프; 및
   상기 순환유로와 상기 원수조, 혼화조 및 응집조를 각각 연결하는 재급수 유로;를 포함하는 수처리장치로서,
   상기 원수조로 유입되는 원수의 탁도에 따라서 상기 원수조, 혼화조 및 응집조 중 어느 하나로 순환유로 상의 원수를 재급수하는 것을 특징으로 하는 수처리장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 원수의 탁도를 내림차순으로 제1 내지 제4 구간으로 구획하고, 탁도가 제1 구간에 해당되는 경우 순환유로 상의 원수를 상기 원수조로 재급수하는 것을 특징으로 하는 수처리장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 탁도가 제2 구간에 해당되는 경우 순환유로 상의 원수를 상기 혼화조로 재급수하는 것을 특징으로 하는 수처리장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 탁도가 제3 구간에 해당되는 경우 순환유로 상의 원수를 상기 응집조로 재급수하는 것을 특징으로 하는 수처리장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 탁도가 제4 구간에 해당되는 경우에는 순환유로 상의 원수를 재급수하지 않는 것을 특징으로 하는 수처리장치.
6. 제2항에 있어서,
   상기 제1 내지 제4 구간은 각각 원수 탁도가 100ntu 이상, 50ntu 이상 100ntu 미만, 10ntu 이상 50ntu 미만, 및 10ntu 미만으로 구분되는 것을 특징으로 하는 수처리장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 원수펌프의 상류측에 응집제 투입수단이 추가적으로 구비되는 것을 특징으로 하는 수처리장치.

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