KR101455025B1 - 고탁도 및 고조류에 효과적인 정수처리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고탁도 및 고조류인 원수의 정수처리 시스템에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 침지식 유기막을 이용한 1차 처리 및 가압식 무기막을 이용한 2차 처리를 통한 고탁도 및 고조류에 효과적인 정수처리 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 원수조(100), 응집조(200), 침지식 막여과조(300), 가압식 막여과조(400), 처리수조(500)를 포함하여 구성된 정수처리 시스템을 제공한다.
또한 상기 침지식 막여과조(300)는 막여과 반응조(301), 흡입식 막여과부(320), 흡입장치(330)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 정수처리 시스템을 제공한다.
또한 상기 가압식 막여과조(400)는 가압장치(410), 가압식 막여과부(420)를 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 정수처리 시스템을 제공한다.
또한 상기 침지식 막여과조(300)는 유기막을 사용하고,
상기 가압식 막여과조(400)는 무기막을 사용하는 것을 특징으로 하는 정수처리 시스템을 제공한다.

Description

고탁도 및 고조류에 효과적인 정수처리 시스템{a water treatment system effective for treating both high turbity and high algal raw water}

본 발명은 고탁도 및 고조류인 원수의 정수처리 시스템에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 침지식 유기막을 이용한 1차 처리 및 가압식 무기막을 이용한 2차 처리를 통한 고탁도 및 고조류에 효과적인 정수처리 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 표류수, 복류수, 지하수, 해수나 오ㆍ하ㆍ폐수 방류수 등에 포함된 부유물질 및 콜로이드 등의 탁도 유발물질 및 조류ㆍ원생동물 등과 같이 어느 정도 그 크기가 큰 미생물 등의 불순물을 제거하기 위한 기술은, 화학응집침전 후 모래여과처리 기술, 화학응집침전 후 기계적 여과처리 기술, 화학응집 후 침전조 생략에 의한 직접 기계적 여과처리 기술이 있다.

화학응집침전 후 모래여과처리 기술은 화학응집제를 사용하여, 상기한 바와 같은 불순물을 응집에 의한 플럭화한 후 침전조로 유입하여, 이들 플럭을 침전조에서 1차 제거한 상징수를 후단의 모래여과기에 유입하여, 잔존한 탁도 유발물질을 제거하는 가장 일반적인 기술이다. 이 기술의 장점은 교과서적인 방법으로 일반적인 운전자에게 익숙한 공정일 뿐 아니라 현재까지는 원수 수질 등 주변 환경 변화에 따른 운전조건이 가장 많이 확립되어 있는 까닭에 운전 불량 원인 및 그 원인을 제거하기 위한 조치가 일반화되어 있다는 것이다. 그러나 처리용량 대비 그 크기가 대단히 크기 때문에 즉, 설치 부지를 많이 차지하는 까닭에 건설비가 높을 뿐 아니라 응집된 플럭의 대부분이 침전되기 위해 그 크기가 커야 함으로 화학응집 시 응집제 사용량이 과다함에 따른 운전비 상승을 초래하게 된다. 또한 일반적인 적절한 크기의 장치에서는 처리된 물의 수질에도 그 한계가 있다.

화학응집침전 후 기계적 여과처리 기술은 원수로부터 화학응집 및 침전과정은 상기 화학응집침전 후 모래여과처리 기술과 동일하지만 모래여과기 보다는 그 크기가 일반적으로 1/4인 기계식여과기를 사용함으로서 전체적인 크기는 약간 줄일 수 있으나, 필요 부지의 대부분을 차지하고 있는 침전조가 존재하는 관계로 여전히 전체공정을 건설하기 위한 부지가 대단히 크다. 한편, 탁도 유발물질 제거 성능에서는 일반적으로 모래여과기가 약 50%인 반면 막여과가 아닌 일반적인 기계식 여과기의 경우 85% 이상으로 모래여과기 보다 우수하다.

화학응집 후 침전조 생략에 의한 직접 기계적 여과처리 기술은 원수로부터 화학응집까지는 상기 두 가지 종래의 방법과 동일하나 침전조를 거치지 않고 직접 기계적 여과기술을 적용하여 탁도 유발물질을 제거한다. 따라서 처리공정 건설에 필요한 부지가 기존의 처리공정보다 1/10～1/50로 축소되어 건설비를 대폭 줄일 수 있고, 화학응집 플럭을 침전시킬 필요가 없기 때문에 그 크기가 침전조를 사용할 때보다 작아도 되므로 일반적으로 응집제 사용량을 절감할 수 있다. 또한 응집숙성 시간도 기존의 침전조를 사용할 경우 20～40분이 필요하나, 기계식 여과기의 경우 2～3분이면 족하기 때문에 응집숙성조의 부피가 감소되는 만큼 교반 동력도 감소되어 운전비의 절감 효과도 있다.

종래의 정수처리공정은 약품의 혼화/응집/침전 공정과, 모래여과 및 염소소독을 근간으로 하는 공정으로 구성되어 있었으나, 최근 기술의 발달로 인해 원수의 지속적인 수질악화에 따른 정수처리공정의 처리능력 한계를 보완하기 위하여 오존,

활성탄 및 막분리 등의 공정을 이용하는 고도정수처리공정이 개발되어 사용되고 있다.

그러나 이러한 고도정수처리공정을 구성하는 막분리 공정은 막표면의 세공크기에 따라 MF(Microfiltration), UF(Ultrafiltration), NF(Nanofiltration) 및 RO(Reverse Osmosis) 등의 공정으로 구분할 수 있으며, 특히 세공크기에 따라 입자성 물질 및 용존성 물질까지도 선택적으로 제거할 수 있는 효능을 가지고 있어 차세대 수처리 기술로 인식되고 있음은 물론, 최근 들어 정수처리공정 현장에 급속하게 보급되고 있는바, 이러한 보급추세는 향후 더욱 증가할 것으로 예상된다.

그러나 정수처리에서 실용적으로 평가되어 온 MF(micro filtration)막 또는 UF(ultra filtration)막은 공칭공경(nominal pore size) 또는 분획분자량(molecular weight cut-off)의 제한 때문에 기본적으로 용존성 물질의 제거에 한계가 있는 문제점이 있었다. 즉, MF막이나 막으로는 원수에 미량으로 포함된 유기물 등의 오염원을 완벽하게 제거하기는 어렵다.

또한, 상기한 막여과 공정에는 막 파울링(membrane fouling) 문제도 있는데, 이는 상수원수 중에 콜로이드상으로 부유하고 있는 무기화합물과 천연유기물(NOM, natural organic matter), 미생물 및 그 대사산물 등의 각종 불순물에 의해 복합

적으로 발생하는 현상으로서, 막 파울링이 발생하면 막의 약품 세정 빈도가 많아지고, 막의 교환 주기가 단축되어 막여과정수처리 프로세스의 유지관리상 중요한 제한 인자가 된다.

특히, 여름철 강우에 따른 고탁도 발생이 문제가 되는 상수원수의 경우 막 파울링을 최소화할 수 있도록 응집, 침전 등 전처리를 두는 경우가 많으며, 고도처리를 위하여 전, 후처리 공정을 다수 추가할 경우 시설비용와 부지소요비용, 유지관리 비용 등이 증가하고 유지관리성이 떨어지는 등의 단점이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하고자 하는 일환으로 본 출원인은 등록특허 10-0827221호(고도정수처리방법, 이하 선행기술)에서 "인라인블랜더 혼화장치, 침지식 막여과조, 입상활성탄 여과장치(GAC), 소독조가 순차적으로 배열되는 것을 포함하는 고도정수처리장치에 관한 것"을 제안하여 종래의 막여과 장치에 비하여 유기물 제거, DOC제거 및 탁도가 제거되는 효과를 보여주는 기술을 제시한 적이 있다.

또한 본 출원인은 등록특허 10-0666831호(침지식 막여과를 이용한 고도정수처리 방법, 이하 선행기술)에서 "침지식 막여과조는 공칭공경 0.04 ㎛, 내부 강화지지층을 갖는 PVDF (polyvinylidene fluoride) 재질의 중공사 한외여과(UF) 막을 여과조 내에 침지시켜 여과하는 것으로, 10 ~ 14분 여과, 15초 ~ 30초 역세정을 주기적으로 자동 반복하는 여과방식으로 이루어진 것을 특징으로 하는 침지식 막여과 고도정수처리 방법"을 제시한 바 있다.

본 발명은 상기한 종래기술 및 선행기술을 개선하여 고탁도 및 고조류인 원수를 더욱 효과적으로 정수처리하는 장치 및 공법을 제공하고자 한다.

또한 본 발명은 원수 성상(수질상태)에 따른 침지막과 무기막(세라믹막)의 가변적인 운전으로 분리막 오염을 최소화할 수 있는 정수처리 시스템을 제공하고자 한다.

또한 정수처리 회수율을 극대화할 수 있어 처리 시설을 최소화할 수 있는 정수처리 시스템을 제공하고자 한다.

또한 무기막(세라믹막)의 낮은 함수율 농축슬러지 발생으로 인한 탈수장비를 최소화할 수 있는 정수처리 시스템을 제공하고자 한다.

또한 종래의 2단의 침지 시스템에서 2단막 여과지의 슬러지 농축현상을 무기막(세라믹막)의 Dead End Filtration 운전형태로 농축 배출함으로서 슬러지의 체류시간을 줄여 슬러지의 긴 체류시간에 따른 2차 막오염물질을 발생을 차단하는 정수처리 시스템을 제공하고자 한다.

또한 침전조 형태의 막여과조에 경사판을 설치하여 플록의 체류시간을 증대시켜 침강성을 증대시키고, 경사판 후에 격막을 설치하여 원수의 흐름에 따른 슬러지 재부상 및 막여과 역세공정시의 슬러지 재부상을 방지할 수 있는 정수처리 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점 및 고탁도, 고조류의 원수를 효과적으로 처리하기 위한 요구사항을 해결하기 위하여,

원수조(100), 응집조(200), 침지식 막여과조(300), 가압식 막여과조(400), 처리수조(500)를 포함하여 구성된 정수처리 시스템을 제공한다.

또한 상기 침지식 막여과조(300)는 막여과 반응조(301), 흡입식 막여과부(320), 흡입장치(330)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 정수처리 시스템을 제공한다.

또한 상기 가압식 막여과조(400)는 가압장치(410), 가압식 막여과부(420)를 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 정수처리 시스템을 제공한다.

또한 상기 침지식 막여과조(300)는 유기막을 사용하고,

상기 가압식 막여과조(400)는 무기막을 사용하고,

제어부(600)가 부가되어 침지식 막여과조와 가압식 막여과조의 유량을 조절하여 회수율을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 정수처리 시스템을 제공한다.

본 발명은 기존의 침지식 막여과조를 슬러지의 침전 기능을 수행하는 침전지형태로 변경/개선하여 제공함에 따라 고탁도 및 고조류의 원수를 처리하는 대응성을 극대화하는 효과를 창출하게 된다.

또한 본 발명은 원수 성상(수질상태)에 따른 침지막과 무기막(세라믹막)의 가변적인 운전으로 분리막 오염을 최소화할 수 있는 효과가 나타나게 된다.

또한 본 발명은 침지식 막여과조는 유기막을 사용하고 가압식 막여과조는 무기막을 사용하게 됨에 따라 회수율이 99.8%까지 도달할 수 있게 되어 종래의 유기막만 사용하는 경우 회수율의 90%를 넘지 못하는 문제점 및 무기막만을 사용하는 경우의 회수율이 98%를 넘지 못하는 문제점을 해결하게 된다.

또한 본 발명은 침지식 막여과조와 가압식 막여과조를 가변적으로 운전할 수 있음에 따라 분리막 오염을 최소화할 수 있는 효과가 나타난다.

또한 본 발명은 가압식 여과막조에서 무기막(세라믹막)의 Dead End Filtration 운전형태로 농축 배출함으로서 침지식 유기막조의 슬러지의 체류시간을 줄일 수 있어 슬러지의 긴 체류시간에 따른 2차 막오염물질 발생을 차단하는 효과가 나타난다.

또한 본 발명의 침지식 막여과조는 막여과부에 부착된 슬러지가 자연적으로 침강을 할 수 있는 구성을 취하게 됨에 따라 막여과부의 파울링(fouling, 폐색)을 방지하기 위한 공기 세정(aeration) 공정을 수행하지 않게 되며, 그에 따라 공기세정 공정을 수행하지 않을 수 있어 전력소모량을 현저히 감소시키는 효과가 나타난다.

또한 본 발명은 침전조 형태의 막여과조의 전반부에 경사판을 설치하여 플록의 체류시간을 증대시켜 침강성을 증대시키는 효과를 창출하고 또한 경사판 후에 격막을 설치하여 원수의 흐름에 따른 슬러지의 재부상 및 막여과 역세 공정시(또는 에어레이션 공정시) 슬러지의 재부상을 방지할 수 있는 효과가 나타난다.

도 1은 본 발명에 따른 정수처리 시스템 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 침지식 막여과조의 개념도.
도 3은 본 발명에 따른 가압식 막여과조의 개념도.

이하 본 발명을 도면을 참고하여 상세히 설명한다.

본 발명은 원수조(100), 응집조(200), 침지식 막여과조(300), 가압식 막여과조(400), 처리수조(500)를 포함하여 구성된 정수처리 시스템을 제공한다.

본 발명의 원수조(100)는 강, 호소, 하천 등으로부터 유입되어지는 원수를 저류시키고 저장해두는 장치 또는 수단을 의미한다.

따라서 원수조는 통상의 탱크, 또는 수조 등과 같은 장치 또는 수단으로 구성할 수 있다.

본 발명의 응집조(200)는 상기한 원수(처리될 물)에 응집제를 혼합하여 원수 속의 부유물질(Suspended solid)과 결합하여 응집물(coagulant)로 만드는 작용을 하는 탱크 또는 수조 등과 같은 수단 또는 장치를 의미한다.

또한 본 발명의 응집조는 응집을 잘 유도하기 위하여 교반 장치가 구비되어 있을 수가 있다.

본 발명은 상기한 응집조(200)에 응집제주입부(220)가 부가되어 구성되어 있다.

응집제주입부(220)는 응집제를 응집조에 유입하게 해주는 기능을 수행하는 수단 또는 장치를 의미한다.

상기 응집제주입부에 사용되는 응집제는 황산알루미늄, 황산제1철, 황산제2철, 염화제2철, 칼륨명반, PAC(폴리알미늄클로라이드), 알루민산나트륨, 암모늄명반, 염화코퍼러스, 페록, 점토, 수산화칼슘, 산화칼슘, 활성규산, 고분자 응집제 등과 같은 철염, 또는 알루미늄 계열 응집제 등 다양하게 사용할 수 있다.

또한 본 발명의 상기한 응집제주입부에 응집보조제주입부가 부가되어 구성될 수 있다.

응집보조제는 응집제의 성능을 높여서 효과를 증대시키기 위해 첨가하는 약품을 말한다. 본 발명에서 응집보조제로 pH 조정용 알칼리제로는 소석회, 소다회, 가성 소다 등을 사용할 수 있다. 또한 일반적으로 사용되는 무기계 응집보조제로 벤토나이트, 활성 규산, 시멘트 더스트, 플라이애시가 있고, 유기계 응집보조제로 양이온성인 폴리아크릴아민, 폴리에틸렌아민, 음이온성인 폴리아크릴산 등을 사용할 수 있다.

본 발명은 상기한 응집조 이전에 혼화조(210)가 구성될 수 있다.

상기한 혼화조(210)는 투입되는 응집제 또는/및 응집보조제와 원수 내의 부유물질과 만나 플록(floc)을 잘 형성하게 하는 장치 또는 수단을 의미한다.

혼화조에는 교반기가 장치되어 있을 수가 있어 응집제 또는/및 응집보조제와 섞인 원수를 교반함으로써 플록(folc)의 형성을 촉진하게 한다.

따라서 혼화조에는 상기한 응집제주입부(220) 또는/및 응집보조제주입부가 구비되어 있고 또한 원수를 잘 교반하기 위한 교반 수단이 설치되어 있을 수가 있다.

도 1에서 보는 것처럼 본 발명에서는 상기한 혼화조의 기능으로 인라인믹서 형태로 할 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.

본 발명은 상기한 응집조에서 처리된 원수가 침지식 막여과조(300)로 유입되는 것을 기술적 특징으로 한다.

본 발명은 상기한 침지식 막여과조에 기술적 특징이 있다.

도 2에서 보는 것처럼 침지식 막여과조(300)는 막여과 반응조(301), 흡입식 막여과부(320), 흡입장치(330)를 포함하여 구성되어 있다.

상기한 막여과 반응조(301)는 수조 형태로 이루어져 있으며, 원수가 유입되는 전반부의 깊이가 원수가 유출되는 후반부의 깊이보다 깊은 구조로 되어 있는 것이 좋다.

이와 같은 막여과 반응조의 구조로 응집조를 통과한 원수 속의 플록(folc)이 막여과 반응조의 하부로 침강하여 침강 슬러지를 형성하게 되고 그 침강 슬러지가 막여과 반응조의 상부로 이송되어 용이하게 배출 처리할 수 있도록 하는 기능과 작용을 하게 된다.

따라서 막여과 반응조의 전반부의 하부에는 슬러지 배출구(340)가 형성될 수 있고 펌프 등으로 침강 슬러지를 배출시켜 처리하게 된다.

본 발명의 상기한 막여과 반응조에 격막(310)이 형성되어 원수 내의 플록 제거에 더욱 효과적으로 작용할 수 있다.

도 2에서 보는 것처럼 상기한 격막(310)은 막여과 반응조의 전반부의 설치될 수 있으며 상단부 격막(310)이 하나 이상 또는/및 하단부 격막(311)이 하나 이상이 설치될 수 있다.

상기한 격막은 판 형태로 이루어진 구조물 또는 장치 형태로 되어 있으나 그 형태에 크게 구애받는 것은 아니다.

상기한 격막은 침지식 막여과조에 유입된 원수의 흐름을 막여과 반응조의 수직방향으로 흐르게 하여 원수 속의 플록의 침강 효과를 촉진시키는 작용을 하게 된다.

도 2에서 보는 것처럼 격막은 상단부격막(310)에 의하여 원수의 흐름이 수직 하단 방향으로 흐르게 되어 원수 속의 플록이 막여과 반응조 바닥으로 용이하게 침강하도록 한다.

또한 하단부격막(311)에 의하여 원수는 다시 수직 상단방향으로 흐르게 되어 침강된 플록이 막여과 반응조 후반부 방향으로 쓸려 나지 않도록 하는 작용을 하게 된다.

이와 같은 격막의 작용으로 원수 속의 플록의 침강율이 현저히 높아지게 되어 추후에 막여과를 하는 공정에서 부하를 줄일 수 있는 효과도 창출하게 된다.

또한 원수의 흐름에 따른 슬러지의 재부상 및 막여과 역세 공정시(또는 에어레이션 공정시) 슬러지의 재부상을 방지할 수 있는 작용과 효과가 나타난다.

본 발명은 상기한 막여과 반응조 내에 경사판(350)을 설치할 수 있다.

경사판(350)은 원수 내의 플록을 제거하는데 더욱 효과적으로 작용하게 된다.

경사판은 막여과 반응조 내부의 원수가 하단부로 흐르면서 원수의 플록이 경사판에 부착되어 막여과 반응조 하부로 침강시키는 기능을 수행한다.

도 2에서 보는 것처럼 본 발명의 경사판(350)은 하나 이상 설치될 수 있으며 상기한 격막의 앞에 설치하는 것이 바람직하다.

상기한 경사판은 원수 내의 플록의 체류시간을 증대시켜 침강성을 증대시키는 작용과 효과를 나타내게 한다.

본 발명은 상기한 흡입식 막여과부(320)는 유기 또는 무기막이 설치되어 있는 장치 또는 수단을 의미한다.

본 발명은 상기한 흡입식 막여과부는 흡입장치(330)에 연결되어 있어서, 흡입장치가 막여과 반응조 내의 원수를 흡입(suction)하면 흡입식 유기막부의 막을 통과하여 원수의 오염물질(부유물질, 플록 등)을 제거할 수 있게 된다.

흡입장치(330)는 통상의 흡입펌프 등을 의미한다.

따라서 상기한 흡입식 막여과부에 사용되는 막은 바람직하게는 유기막을 사용하는 것이 좋다.

유기막은 통상적으로 사용하는 유기막을 사용할 수 있으며 셀룰로오스계(초산 cellulose 등) 및 합성수지계(polysulfone, polyethylene, polypropylene, polyacrylonitryl, PVDF(PVDF(polyvinylidene fluoride) 등) 등을 중공사 형태로 사용할 수 있다.

본 발명의 침지식 막역과조의 막여과 공정은 여과모드(filtration mode)와 역세모드(backwashing mode)의 두 가지 모드가 반복적으로 운전된다.

본 발명은 막의 자체 파울링(fouling)을 방지하기 위하여, 공기세정(air scouring), 역세정(backwashing or backpulse), 유지세정(maintenance cleaning)의 세 가지 방법을 이용할 수 있으며, 막오염이 진행되어 정상적인 여과공정을 수행할 수 없게 된 경우 회복세정(recovery cleaning)을 실시할 수 있다.

상기한 공기세정은 막여과부에 블로어(미도시)가 설치되어 있어 이를 이용하여 여과 및 역세 모드에 지속적으로 수행된다. 막모듈이 조합된 카세트(cassette)

의 하부에는 블로어에 의해 공급된 공기를 방출하기 위한 배관 및 산기구멍이 설치되어 있고 공급된 공기는 막모듈 하부에서 상부로 상향류 형태로 흐르게 되며 이때 생성되는 전단력을 이용하여 중공사 막의 외부에 쌓인 고형물을 털어낸다.

본 발명에서는 상기한 공기세정 공정을 수행하지 않을 수 있어 전력소모량을 현저히 감소시키는 효과가 나타난다.

즉, 본 발명의 침지식 막여과조는 막여과부에 부착된 슬러지가 자연적으로 침강을 할 수 있는 구성을 취하게 됨에 따라 막여과부의 파울링(fouling, 폐색)을 방지하기 위한 공기 세정(aeration) 공정을 수행하지 않게 된다.

따라서 침지식 막여과조의 소모되는 전력의 50%이상을 차지하는 종래의 공기세정 공정을 생략할 수 있음에 따라 전력소모량을 현저히 감소시키는 효과가 나타난다.

상기한 역세정(backwashing or backpulse)은 상기 흡입펌프에 솔레노이드 밸브로 연결되어 설정된 프로그램에 따라 자동으로 수행되며 여과와는 반대 방향으로 저장된 처리수를 막에 공급하는 작용으로 수행한다.

본 발명은 상기한 바처럼 공기세정 공정 없이 주기적인 역세정을 수행함으로써 여과막 표면에 퇴적된 고형물질이 공기와 물 흐름에 따른 전단력으로 제거되며 막여과 성능을 안정적으로 유지할 수 있다.

본 발명에서 성능 유지를 위한 유지세정(maintenance cleaning)과 성능 회복을 위한 회복세정(chemical cleaning forrecovery)을 수행할 수 있다.

유지세정과 회복세정의 목적은 통상적인 공기세정과 역세정으로도 완전히 제거되지 않고 축적된 유기성/무기성 화합물과 미생물 번식에 의한 생물막 등을 제거하는 데 있다.

특히, 유지세정(maintenance cleaning)의 주목적은 막 표면에서의 미생물 번식에 의한 막여과 성능의 저하를 방지하는 데 있고, 이를 위해 주기적으로 약품을 주입한다. 유지세정에 사용되는 약품으로는 일반적으로 차아염소산나트륨(NaOCl) 등의 알칼리제를 사용하며 무기성 금속염을 제거하기 위해 필요에 따라 구연산(citric acid), 옥살산(oxalic acid) 또는 황산(H2SO4) 등의 산제를 사용할 수 있다.

세정주기는 주 1회 실시하고 소요시간은 약 15분이다. 세정약품의 농도는 NaOCl이 10~100 mg/L로서 원수 중의 유기물과 반응하여 생성되는 소독부산물을 최소화하도록 조절된다.

세정방법은 역세정과 같은 방식으로 진행되고, 약품은 여과수 저장탱크에 주입하거나 또는 역세 배관에 직접 주입하여 혼합할 수 있다.

회복세정(recovery cleaning)은 운전압력 범위(약 0.8 MPa 이상)을 벗어나는 시점에서 막여과 성능의 회복을 목적으로 실시하는 세정으로 알칼리세정(NaOH, NaOCl 등)과 산세정(구연산, 황산 등)을 실시한다.

침지식 막여과조 내에 일정 시간과 농도의 약품을 직접 주입하고 막을 그대로 침지시키는 방식으로 세정한다. 계외세정도 적용하여 실시할 수 있다.

본 발명의 상기한 침지식 막여과조에서 처리된 원수는 처리수조(500)에 이송되게 된다.

본 발명은 상기한 침지식 막역과조의 처리수량을 제어하기 위하여 상기한 흡입장치에 연결된 제어부(600)에 의하여 처리수량을 조절하게 된다.

제어부(600)는 다시 설명하겠지만 상기한 침지식 막여과조의 처리수량과 하기의 가압식 막여과조의 처리수량을 조절하는 기능을 수행하는 작용을 한다.

상기와 같은 침지식 막여과조의 회수율은 90%정도에 해당하여, 나머지 10%의 원수는 처리되지 않고 방류되어야 하는 문제점이 발생하게 된다.

따라서 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 상기한 침지식 막여과조에서 처리되지 않은 원수를 가압식 막여과조(400)를 통과하여 처리하도록 한 점에 기술적 특징이 있다.

본 발명의 가압식 막여과조(400)는 가압장치(410), 가압식 막여과부(420)를 포함하여 구성되어 있다.

도 1 및 도 3에서 보는 것처럼 본 발명의 가압식 막여과조의 가압장치(410)통상의 펌프 등과 같이 원수에 압력을 가하여 가압식 막여과부에 전달해주는 기능을 수행하는 장치 또는 수단을 의미한다.

상기한 가압장치(410)는 전술한 침지식 막여과조에서 처리되지 않은 원수를 가압식 막여과조에 가압하여 유입시키는 기능을 수행한다.

따라서 상기한 가압장치(410)는 제어부(600)에 의하여 유량이 제어되게 된다.

즉, 제어부는 상기한 침지식 막여과조의 흡입장치에서 소요되는 유량과 가압식 막여과조(400)의 가압장치(410)에서 소요되는 유량을 분배하고 제어하게 된다.

이와 같은 작용으로 사용자의 요구에 따라 침지식 막여과조에서 처리하는 유량과 가압식 막여과조에서 처리하는 유량을 제어할 수 있게 된다.

상기한 제어부(600)는 통상의 MCU(mocro comtroller unit) 또는 CPU(central procseeing unit) 등과 같은 중앙처리장치, RAM 또는 ROM 등의 메모리, 정보 송수신 장치 등의 하드웨어를 구비하고 또한 상기한 유량 분배, 솔레노이드 밸브 조작 제어 등을 할 수 있는 응용프로그램이 탑재되어 있는 구성으로 될 수 있다.

본 발명은 상기한 가압식 막여과조의 가압식 막여과부는 유기막 또는 무기막을 사용할 수 있으나 바람직하게는 무기막을 사용하는 점에 특징이 있다.

본 발명의 무기막은 무기질 소재의 막(무기막)으로 된 것을 의미하며 금속이나 금속 산화물, 탄소 등의 물질로 이루어져 있는 통상의 무기막을 사용할 수 있음을 의미한다.

더욱 바람직하게는 세라믹 소재로 제조된 무기막을 사용하는 것이 좋다.

이와 같은 무기막은 고분자막이 갖고 있지 않은 여러가지 장점 즉, 내열성, 내화학성 및 물리적 강도 등과 같은 특성을 갖고 있다.

본 발명의 상기한 무기막은 다공성 지지체가 포함되어 있으며, 재질은 알루미나, 지르코니아, 타이타니아, 실리카, 뮬라이트, 실리콘 카바이드, 실리콘 나이트라이드, 카본 등을 주로 사용되는데, 일반적으로 1000℃이상의 고온에서 소결되어 제조된 것을 사용할 수 있다.

본 발명의 상기한 무기막은 다공성 지지체의 벽을 사이에 두고 한 쪽 면으로는 금속염 용액을, 반대쪽 면으로는 알칼리 유체를 각각 흘려 보냄으로써, 상기 지지체의 표면이나 기공 내부에 이와 같이 생성된 불용성 무기층을 건조시킨 후에, 고온 소결시켜 금속 산화물층을 형성시키는 것으로 이루어지는 제조 방법으로 이루어진 미세 기공 무기막인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 상기 미세 기공 무기막 제조 방법은 상기한 금속 산화물층을 추가로 금속층으로 환원시키는 것으로 한다.

또한 상기 금속염 용액은 금속염이 알루미늄, 지르코늄, 실리콘, 타이타늄, 철, 바나듐. 팔라듐, 백금. 은, 니켈, 마그네숨, 망간, 크롬 및 이트륨으로 구성되는 군에서 선택되는 금속의 염인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 알칼리 유체는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 암모니아수, 탄산나트륨 및 탄산암모늄으로 구성되는 군에서 선택되는 한 가지 이상의 용액인 것을 특징으로 하며 PH가 7 이상으로 수행된다.

따라서 본 발명에 의한 미세 기공을 갖는 무기막의 제조 방법은, 액상에서 서로 반응하여 불용성 침전물을 형성하는 두 반응물인, 금속염 용액 (이하 반응물 1이라 칭함)과 알칼리 유체(이하 반응물 2라 칭함)를 다공성 지지체를 사이에 두고 흘려 보내면 두 반응물이 이 지지체의 기공 내부 또는 표면에서 반응하여 불용성 침전물을 형성함으로써 지지체의 기공을 축소시키거나 완전히 막게 된다.

이와 같이 불용성 침전물이 형성된 지지체를 상온에서 건조시키고, 약 400∼700℃ 정도의 온도에서 고온 소결시켜, 금속 산화물층을 형성시키면 미세 기공을 갖는 무기막이 제조된다.

경우에 따라서, 이와 같이 금속 산화물층이 헝성된 미세 기공을 갖는 무기막을 추가로 환원 반응시켜, 금속층으로 이루어진 미세 기공 무기막을 제조할 수도 있다. 상기한 바와 같이 금속 산화물층을 형성시킨 후, 약 200∼700℃의 온도에서 공기를 차단시키고 수소 기체를 흘려 보내면서 환원 반응시켜 금속층을 형성시킨다.

이와 같이 제조된 금속층의 미세 기공 무기막은 기공 크기의 제어에 의한 기체 투과도와 선택도의 조절 외에도, 투과 기체와의 흡착력 등에 의해서도 기체 투과도와 선택도의 조절이 가능하므로, 그 제어 효과를 증대시킬 수 있다.

다공성 지지체는 그 모양에는 특별한 한정이 없으나, 예를 들어 평판형 또는 관형으로 사용될 수 있다.

다공성 지지체의 재질로는 알루미나, 지르코니아, 타이타니아, 실리카, 뮬라이트, 실리콘 카바이드, 실리콘 나이트라이드, 카본 등이 주로 사용되는데, 일반적으로 1000℃이상의 고온에서 소결되어 제조된 것들이다.

일반적으로 다공성 지지체에는 작은 기공이 다수 존재하는데, 그 기공 크기는 일반적으로 약 0.004∼50㎛정도, 보다 바람직하게는 약 0.005∼2㎛ 정도가 되고, 지지체의 전체 기공율은 약 30∼60% 정도가 된다.

본 발명에 의한 무기막 제조에 사용될 수 있는, 금속 산화물의 전구체인 금속염은 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr), 실리콘(Si), 타이타늄(Ti), 철(Fe), 바나듐(V), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 은(Ag), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg), 망간(血), 크롬(Cr), 이트륨(Y) 등과 같은 금속의 염화물, 질화물 및 옥살산염 등이 일반적이

다.

이 중에서, 알루미늄 나이트레이트, 지르코닐 나이트레이트, 실리콘 클로라이드, 타이타늄 클로라이드, 질화철, 팔라듐 나이트레이트, 염화백금산, 질화은, 니켈 나이트레이트, 마그네숨 나이트레이트, 질화크롬, 이트륨 나이트레이트 등이 대표적인 경우의 예가 된다.

침전체인 알카리 유체로는, 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화칼슘(Ca(OH)2 ), 암모니아수(NH4 OH), 탄산나트륨(Na2CO3 ) 및 탄산암모늄((NH 4)2CO3 ) 등의 용액 중의 한 가지만이 사용되거나, 한 가지 이상의 혼합 용액으로서 pH 7 이상의 알카리 용액이 일반적으로 사용될 수 있으며, 기체로서 암모니아 기체 등을 사용할 수 있다.

보다 바람직하게는, 암모니아수(NH4 OH), 탄산나트륨(Na2CO3 ) 및 탄산암모늄((NH4)2CO3)의 각 용액 중의 한 가지 또는 한 가지 이상의 혼합 용액 및 암모니아 기체를 사용한다.

이와 같이 본 발명에 의해 형성되는 박막층은, 금속 산화물층으로는 알루미나(A12O3), 지르코니아(ZrO2), 타이타니아(TiO2 ), 산화바나듐(V2O5 ), 마그네시아(NlgO), 이트리아(Y2O3 ), 실리카(SiO2 ), 산화니겔(NiO), 산화철(Fe2O3 ), 산화꽐라듐(PdO), 산화은(AgO) 등의 2가 이상의 금속 산화물로 이루어진다. 또한, Pd, Ni,Pt와 Ag 등의 금속으로 이루어진다.

본 발명은 상기한 가압식 막여과부를 통과하여 처리된 원수는 처리수조(500)에 유입되게 된다.

또한 본 발명의 가압식 막여과조에서도 파울링(fouling)을 방지하기 위하여 여과공정과 역세공정을 번갈아 가며 수행하게 된다.

본 발명은 바람직하게는 상기한 가압식 막여과조를 Cross Flow Filtration 방식보다는 Dead End Filtration(전면 여과) 운전형태로 운영되는 막여과부로 구성된 가압식 막여과조인 것이 좋다.

도 3에서 보는 바와 같이 가압장치는 원수를 가압식 막여과조에 가압하여 주입하는 기능을 수행한다.

또한 처리수조(500)의 처리된 물을 역세펌프(411)로 막여과조에 주입하여 역세공정을 수행하게 된다.

상기의 역세수는 백워싱 유출부(430)로 배출되어 별도로 처리될 수 있다.

본 발명에서 상기한 가압식 막여과조(무기막)의 처리수의 회수율은 약 98%가 된다.

따라서 본 발명의 전체 처리수의 회수율은 상기한 침지식 막여과조의 처리수의 회수율이 90%이고 가압식 막여과조의 처리수의 회수율이 98%인바 전체적으로 약 99.8%의 처리수의 회수율로 높인 효과를 나타나게 된다.

[* 전체회수율 = 0.9+0.1*0.98 =0.998]

이와 같이 본 발명은 종래의 유기막조를 사용하는 형태의 처리수의 회수율에 비하여 현저히 높은 정수처리 시스템을 제공하게 된다.

또한 본 발명은 상기한 제어부(600)에서 침지식 막여과조와 가압식 막여과조에 처리하는 유량을 조절하는 기능을 통하여 원수의 수질에 따라서 회수율을 조절하는 기능을 수행할 수 있게 된다.

즉, 그 하나의 실시예로 상기한 침지식 막여과조에 원수 전체 유량의 50%를 유입시키고 그 나머지를 가압식 막여과조에 유입시키는 경우의 회수율은 다음과 같다.

전체 유량(단위 m³/d)을 100이라 하면 침지식 막여과조(유기막조)에서 회수되는 량은 50*0.9=45이고, 가압식 막여과조(무기막조)에 회수되는 량은 55*0.98=53.9이므로 총 회수율은 45+53.9=98.9의 회수율을 보이게 된다.

이와 같이 본 발명은 원수의 성상에 따라 제어부를 통하여 침지식 막여과조와 가압식 막여과조에 처리되는 유량을 조절할 수 있어 전체적인 회수율을 조절하는 작용과 효과를 나타내게 된다.

또한 본 발명은 상기한 침지식 막여과조와 가압식 막여과조를 가변적으로 운전할 수 있는바, 침지식 막여과조를 계외세정하는 경우 침지식 막여과조는 침전지로 활용되도록 하는 기능을 수행하게 된다.

이와 같은 침지식 막여과조와 가압식 막여과조의 가변적 운전으로 분리막 오염을 최소화하게 되는 효과가 나타난다.

본 발명의 처리수조(500)는 상기한 공정을 통과하여 처리된 원수가 저장되어 있는 탱크 또는 수조를 의미한다.

본 발명은 상기한 장치와 구조로 이루어진 고탁도 및 고조류에 효과적인 정수처리 시스템을 제공하게 된다.

본 발명은 수처리 특히 정수를 처리하는 정수 처리 장치 및 시스템 산업에 매우 유용한 발명이다.

특히 본 발명은 수처리 특히 정수 처리 시설을 통하여 처리된 원수를 생활 용수로 쓸 수 있는 수처리의 설치, 시공, 관리, 운영하는 산업에 획기적인 발명이다.

또한 본 발명은 수처리를 위한 장치를 생산, 제조, 가공, 판매, 유통, 사용하는 산업과 밀접한 관련이 있다.

100 : 원수조
200 : 응집조 210 : 혼화조
220 : 응집제주입부
300 : 침지식 막여과조 301 : 막여과 반응조
310 : 격막
320 : 흡입식 막여과부 330 : 흡입장치
340 : 슬러지 배출구 350 : 경사판
400 : 가압식 막여과조 410 : 가압장치
411 : 역세펌프
420 : 가압식 막여과부 430 : 백워싱 유출부
500 : 처리수조
600 : 제어부

Claims (4)

1. 원수를 저류시키고 저장해두는 원수조(100),
   원수에 응집제를 혼합하여 응집물(coagulant)을 만드는 작용을 하는 응집조(200),
   상기 응집조를 통과한 원수가 유입되어 처리되는 침지식 막여과조(300)가 구비되되,
   상기 침지식 막여과조(300)는 수조 형태로 이루어져 있으며 응집조를 통과한 원수 속의 플록(folc)이 막여과 반응조의 하부로 침강하여 침강 슬러지를 형성하게 되는 막여과 반응조(301),
   막여과 반응조 내의 원수를 흡입(suction)하여 흡입식 유기막부의 막을 통과시켜 원수의 오염물질을 제거하는 흡입식 막여과부(320),
   상기 흡입식 막여과부에 연결되어 원수를 흡입하는 기능을 수행하는 흡입장치(330)을 포함하여 구성되고,
   상기 침지식 막여과조를 통과한 원수가 여과되어 처리되는 가압식 막여과조(400)가 구비되되,
   원수에 압력을 가하여 가압식 막여과부에 전달해주는 기능을 수행하는 가압장치(410),
   원수를 여과하는 가압식 막여과부(420)가 포함되어 구성되고,
   상기 침지식 막여과조에서 처리된 원수와 상기 가압식 막여과조에서 처리된 원수가 저장되는 처리수조(500)를 포함하여 구성되며,
   상기 침지식 막여과조(300)의 흡입식 막여과부는 유기막을 사용하고,
   상기 가압식 막여과조(400)의 가압식 막여과부는 무기막을 사용하고,
   제어부(600)가 부가되어 침지식 막여과조와 가압식 막여과조의 유량을 조절하여 회수율을 조절할 수 있는 기능을 수행하며,
   상기 침지식 막여과조(300)는 막여과 반응조에 격막(310)이 형성되어 있되 상단부 격막(310) 및 하단부 격막(311)이 설치되어 원수 속의 플록의 침강 효과를 촉진시키는 기능을 수행하고,
   상기 침지식 막여과조(300)는 막여과 반응조 내에 경사판(350)을 격막 앞에 하나 이상 설치하여 원수 내의 플록의 체류시간을 증대시켜 침강성을 증대시키는 기능을 수행하는 것에 특징이 있는 정수처리 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기한 응집조(200) 이전에 응집제 또는 응집보조제를 투입하여 원수 내의 부유물질과 만나 플록(floc)을 형성하게 하는 혼화조(210)가 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 정수처리 시스템.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기한 침지식 막여과조(300)의 흡입식 막여과부의 유기막은 셀룰로오스계, 또는 polysulfone, polyethylene, polypropylene, polyacrylonitryl 또는 PVDF(polyvinylidene fluoride)의 합성수지계를 중공사 형태로 사용한 것을 특징으로 하는 정수처리 시스템.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 가압식 막여과조(400)의 가압식 막여과부의 무기막은 금속, 금속 산화물, 탄소 또는 세라믹 소재로 제조된 무기막인 것을 특징으로 하는 정수처리 시스템.
   
   

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