KR101494302B1 - 막여과 역세수 망간제거장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 역세수에 대해 망간 제거공정을 적용하여 역세척 공정시 망간에 의한 막오염을 방지함과 함께 망간 제거공정에 사용되는 망간 흡착층의 재생이 가능한 막여과 역세수 망간제거장치에 관한 것으로서, 따른 막여과 역세수 망간제거장치는 처리대상 원수를 막여과하는 막모듈과, 흡착수단을 이용하여, 상기 막모듈의 막여과수에 포함되어 있는 망간 성분을 흡착, 제거하는 망간 흡착조와, 상기 망간 흡착조에 의해 망간이 제거된 막여과수를 저장함과 함께 상기 막모듈에 역세수를 공급하는 역세수조 및 상기 망간 흡착조에 재생액을 공급하여, 상기 망간 흡착조의 흡착수단에 흡착된 망간이 탈착되도록 하는 재생액 공급조를 포함하여 이루어지며, 상기 흡착수단은 마그네타이트 계열 흡착제 또는 기능성 흡착제인 것을 특징으로 한다.

Description

막여과 역세수 망간제거장치{Apparatus for removal of manganese ions in backwashing water for membrane filtration}

본 발명은 막여과 역세수 망간제거장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 역세수에 대해 망간 제거공정을 적용하여 역세척 공정시 망간에 의한 막오염을 방지함과 함께 망간 제거공정에 사용되는 망간 흡착층의 재생이 가능한 막여과 역세수 망간제거장치에 관한 것이다.

막여과 공정은 탁도 및 병원성 미생물의 완벽한 제거가 가능하며, 공정의 콤팩트화와 모듈화에 의한 용지 면적의 감소를 기대할 수 있다. 또한, 공정의 단순화로 운전자동화가 가능하여 유지관리가 용이하다는 장점이 있다. 이와 같은 막여과 공정은 음용수를 생산하는 정수처리에 널리 이용되고 있다.

이와 같은 막여과 공정은 유기 및 무기오염물질 등에 의한 막표면 스케일의 형성과 막공경의 폐색으로 인한 투과성능의 감소 등의 문제점이 있다. 이러한 막오염에 의한 투과성능의 감소 현상을 줄이기 위해 일정 주기로 역세척 공정이 적용된다. 역세척 공정은 역세수를 이용하여 막표면의 오염물질을 제거하는 공정이며, 역세척 공정에 사용되는 역세수는 일반적으로 막여과 공정에 의해 생산되는 막여과수가 이용된다.

그러나, 역세수 내 망간 이온이 존재하는 경우 오히려 역세 공정에 의해 망간에 의한 막오염이 증가되게 된다. 망간이온이 존재하는 역세수로 역세척하는 경우에도 별도의 망간 제거공정이 부재하여, 반복적인 역세척 공정이 진행됨에 따라 망간에 의한 막오염이 누적된다. 이러한 막오염 현상은 역세척 공정시 투입되는 차아염소산나트륨(NaOCl)과 용존망간(Mn²⁺)이 반응하여 산화망간(MnO₂)이 막 공경 내부에 형성되는 것에 기인한다.

본 출원인은 한국등록특허 제954571호를 통해 역세수에 차아염소산나트륨을 선택적으로 포함시키는 단계별 역세정 공정을 적용하여 망간에 의한 막오염을 최소화하는 기술을 제시한 바 있다. 그러나, 상기 등록특허의 경우 역세수에 일정량의 망간이 포함되어 있어 망간에 의한 막오염에 대한 근본적인 해결책으로는 한계가 있으며, 기존 접촉산화 방식을 이용한 망간 제거시에는 접촉시간이 길고 전산화 공정이 반드시 필요하여 넓은 부지면적이 소요되게 된다. 또한 0.1 mg/L 이하의 낮은 농도에 대한 처리효율 보증이 어려운 단점을 가지고 있다.

한국등록특허 제954571호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 역세수에 대해 망간 제거공정을 적용하여 역세척 공정시 망간에 의한 막오염을 방지함과 함께 망간 제거공정에 사용되는 망간 흡착층의 재생이 가능한 막여과 역세수 망간제거장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 막여과 역세수 망간제거장치는 처리대상 원수를 막여과하는 막모듈과, 흡착수단을 이용하여, 상기 막모듈의 막여과수에 포함되어 있는 망간 성분을 흡착, 제거하는 망간 흡착조와, 상기 망간 흡착조에 의해 망간이 제거된 막여과수를 저장함과 함께 상기 막모듈에 역세수를 공급하는 역세수조 및 상기 망간 흡착조에 재생액을 공급하여, 상기 망간 흡착조의 흡착수단에 흡착된 망간이 탈착되도록 하는 재생액 공급조를 포함하여 이루어지며, 상기 흡착수단은 마그네타이트 계열 흡착제 또는 기능성 흡착제인 것을 특징으로 한다.

상기 마그네타이트 계열 흡착제는 분말 형태의 마그네타이트 입자, 다공성 담체에 마그네타이트 입자가 결합된 것 중 어느 하나 또는 이들의 조합이며, 상기 다공성 담체는 메조기공 실리카(meso-porous silica)일 수 있다. 또한, 상기 기능성 흡착제는 망간 이온의 흡착이 가능한 기능기(functional group)가 다공성 담체 표면에 구비된 것이며, 상기 망간 이온의 흡착이 가능한 기능기는 티올기(-SH), 포스포닉기(-PO₃H₂), 아미노포스포닉기(aminophosphonic functional group), 비스피코릴아민기(bispicolylamine functional group), 설폰기(-SO₃H) 중 어느 하나이다.

상기 망간 흡착조 내에 자성판 또는 자성담체가 구비되며, 상기 자성판은, 자성을 갖는 평판에 복수의 통수공이 구비되는 구조이며, 상기 망간 흡착조 내에 망간 흡착조의 길이 방향을 따라 일정 간격을 두고 반복 배치되며, 상기 자성담체는, 상기 망간 흡착조 내에서 흡착수단과 혼재하는 형태로 구비될 수 있다.

상기 망간 흡착조의 전단에 구비되어 상기 막모듈에 의해 생산된 막여과수의 일부를 저장하는 유입조와, 상기 망간 흡착조의 후단에 구비되어 망간이 제거된 막여과수를 저장하는 처리수조가 더 구비되며, 상기 망간 흡착조는 수평 방향으로 배치되며, 막모듈의 막여과수가 상기 유입조로부터 망간 흡착조에 수평 방향으로 공급되면, 막여과수 내의 망간 성분은 흡착수단에 흡착, 제거되며, 망간 성분에 흡착, 제거된 막여과수는 상기 처리수조에 저장되며, 상기 재생액 공급조에 저장되어 있는 재생액이 상기 유입조를 거쳐 망간 흡착조에 수평 방향으로 공급되면, 흡착수단에 흡착된 망간 성분은 재생액에 의해 탈착되며, 탈착된 망간 성분이 포함된 재생액은 상기 처리수조로 이동되며, 처리수조의 재생액은 순환배관을 통해 유입조로 순환되어, 망간 흡착조에 재공급될 수 있다.

상기 망간 흡착조는 수직 방향으로 배치되며, 막여과수는 상기 망간 흡착조에 하향류 또는 상향류로 공급될 수 있다.

상기 흡착수단은 이온교환수지이며, 상기 이온교환수지는 망간 이온과 이온교환이 가능한 기능기를 구비하며, 상기 이온교환수지의 일단을 통해 막여과수가 유입되면, 막여과수가 이온교환수지를 투과하면서 막여과수 내의 망간 이온이 이온교환수지에 흡착되며, 망간 이온이 제거된 막여과수는 이온교환수지의 다른 일단을 통해 배출되어 역세수조로 이동되며, 이온교환수지의 재생 공정시, 상기 재생액 공급조로부터 재생액이 상기 이온교환수지에 공급되며, 재생액에 의해 이온교환수지로부터 탈착된 망간 이온은 재생액에 포함되어 상기 재생액 공급조로 이동된다.

상기 이온교환수지의 상부와 하부에 각각 구비되어 전원 인가시 이온교환수지에서 탈착되는 망간 이온을 투과시켜 이온교환수지를 재생시키는 음이온 교환막 및 양이온 교환막과, 상기 음이온 교환막과 양이온 교환막으로부터 이격된 위치에 각각 구비되는 양극 및 음극을 더 구비할 수 있다.

본 발명에 따른 막여과 역세수 망간제거장치는 다음과 같은 효과가 있다.

막여과수를 막모듈의 역세수로 이용함에 있어서, 막여과수 내에 포함되어 있는 저농도의 망간 성분을 흡착 방식을 통해 효과적으로 제거하여 역세척 공정시 망간에 의한 막오염을 최소화할 수 있게 된다. 또한, 망간 흡착수단의 재생이 가능함에 따라 운용 효율을 향상시킬 수 있다.

이와 함께, 막여과수 전체에 대한 망간 제거가 아닌 역세수로 사용되는 막여과수 즉, 전체 막여과수 대비 3∼5%에 대해 본 발명의 장치를 적용하는 방식임에 따라 장치의 용량을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 막여과 역세수 망간제거장치의 구성도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 막여과 역세수 망간제거장치의 흡착 과정 및 재생 과정을 설명하기 위한 참고도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예의 변형 실시예에 따른 막여과 역세수 망간제거장치의 구성도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예의 또 다른 변형 실시예에 따른 막여과 역세수 망간제거장치의 구성도.
도 5a 내지 도 5c는 자성판 또는 자성담체의 사시도.
도 6은 자성 여부에 따른 망간 이온 흡착량 변화를 나타낸 그래프.
도 7은 저농도 망간에서의 흡착제별 망간 흡착량을 나타낸 그래프.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 역세수 망간제거장치의 구성도.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 역세수 망간제거장치의 흡착 과정 및 재생 과정을 설명하기 위한 참고도.

본 발명은 막모듈의 역세척에 사용되는 역세수를 공급함에 있어서, 역세수 내의 망간 잔류농도를 최소화하여 망간에 의해 막오염이 유발되는 것을 억제하는 기술을 제시한다. 역세수 내의 망간은 흡착 방식에 의해 제거되며, 본 발명은 마그네타이트 계열 흡착제를 이용하는 방법과 이온교환수지를 이용하는 방법을 제시한다. 이와 함께, 본 발명은 망간 흡착에 사용되는 흡착수단(즉, 마그네타이트 계열 흡착제, 이온교환수지 등)을 재생시키는 기술을 제시한다.

이하의 설명에서, 제 1 실시예는 마그네타이트 계열 흡착제를 이용하는 방법에 관한 것이고, 제 2 실시예는 이온교환수지를 이용하는 방법에 관한 것이다. 또한, 제 1 실시예에 있어서, 마그네타이트 계열 흡착제의 종류 및 막여과수의 흐름 방향에 따라 다양한 변형 실시예가 추가될 수 있다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 막여과 역세수 망간제거장치를 상세히 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 막여과 역세수 망간제거장치는 막모듈(110), 유입조(120), 망간 흡착조(130), 처리수조(140), 역세수조(150) 및 재생액 공급조(160)를 포함하여 구성된다.

상기 막모듈(110)은 처리대상 원수를 막여과하여 정수처리하는 역할을 한다. 상기 유입조(120)는 상기 막모듈(110)에 의해 생산된 막여과수의 일부를 저장함과 함께 상기 망간 흡착조(130)에 공급하며, 상기 망간 흡착조(130)는 상기 유입조(120)로부터 공급되는 막여과수에 대해 마그네타이트 계열 흡착제 등의 흡착수단(10)을 이용하여 막여과수 내의 망간을 흡착, 제거하는 역할을 한다. 상기 처리수조(140)는 망간이 제거된 막여과수를 저장하며, 상기 역세수조(150)는 상기 처리수조(140)로부터 망간이 제거된 막여과수 즉, 역세수를 저장하는 함과 함께 막모듈(110)의 역세척 공정시 역세수를 공급하는 역할을 한다. 또한, 상기 재생액 공급조(160)는 상기 망간 흡착조(130)에 재생액을 공급하여 망간 흡착조(130)의 흡착수단(10)에 흡착된 망간의 탈착을 유도하는 역할을 한다.

막여과수의 망간 흡착 공정이 진행되는 공간을 제공하는 망간 흡착조(130) 내에는 막여과수 내에 포함되어 있는 망간을 흡착하는 흡착수단(10)이 구비된다.

상기 흡착수단(10)은 마그네타이트 계열 흡착제를 포함하며, 상기 마그네타이트 계열 흡착제는 분말 형태의 마그네타이트(magnetite, Fe₃O₄) 입자, 다공성 담체에 마그네타이트 입자가 결합된 것 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 의미하며, 상기 마그네타이트 계열 흡착제는 상기 망간 흡착조(130) 내에 채워지는 형태로 구비된다. 상기 다공성 담체로는 메조기공 실리카(meso-porous silica)가 이용될 수 있다.

상기 망간 흡착조(130) 내에는 마그네타이트 계열 흡착제 이외에 자성판(20) 또는 자성담체(60)(70)가 선택적으로 구비될 수 있으며, 상기 자성판(20) 또는 자성담체(60)(70)는 망간 흡착조(130) 내에 자장(magnateic field)을 인가하여 망간 이온의 흡착 효율을 증대시킴과 함께 막여과수의 원활한 흐름을 유도하는 역할을 한다. 상기 자성판(20)은 자성을 갖는 평판(21)에 복수의 통수공(22)이 구비되는 형태이며(도 5a 참조), 망간 흡착조(130) 내에 망간 흡착조(130)의 길이 방향을 따라 일정 간격을 두고 반복, 배치될 수 있으며, 통수공(22)을 통해 막여과수가 균일하게 분배되어 흐르도록 유도함과 함께 막여과수 내에 포함되어 있는 망간 이온 제거효율을 증대시키는 역할을 한다. 또한, 상기 자성담체(60)(70)는 망간 흡착조(130) 내에서 흡착수단(10)과 혼재하는 형태로 구비되며, 세부적으로 도 5b에 도시한 바와 같이 자성체(61) 표면 상에 비자성 재질의 돌기(62)가 구비되는 형태 또는 도 5c에 도시한 바와 같이 비자성 재질로 이루어지는 몸체(72)의 중앙부위에 자성체(71)가 구비되는 형태로 구성될 수 있다. 상기 자성담체(60)(70)는 흡착수단(10)과 함께 망간 흡착조(130) 내에 혼재하는 형태로 구비됨에 따라, 막여과수의 흐름에 따라 유동될 수 있으며 이와 같이 망간 흡착조(130) 내에서 그 위치가 변동됨으로 인해 망간 성분의 흡착효율을 배가시킬 수 있는 장점이 있다. 한편, 망간 흡착조(130) 내에 자성판(20) 또는 자성담체(60)(70)가 구비되는 경우, 도 6에 도시한 바와 같이 망간 이온의 흡착량이 향상되는 것을 확인할 수 있다.

상기 흡착수단(10)의 배출단측에 망간 이온의 추가적인 여과 및 마그네타이트 계열 흡착제의 유실을 방지하기 위해 상기 마그네타이트 흡착제의 하단에 망간의 추가적인 여과를 위해 자갈층(30)과 스트레이너(40)(strainer)가 더 구비될 수 있다. 상기 스트레이너(40)는 유공블록 또는 메쉬망 형태의 스크린(screen)으로 대체될 수도 있다.

한편, 상기 흡착수단(10)으로 상기 마그네타이트 계열 흡착제 이외에 망간 이온의 흡착이 가능한 기능기(functional group)가 구비된 기능성 흡착제가 사용될 수도 있다. 상기 기능성 흡착제는 기능기가 구비된 다공성 담체로 구성될 수 있으며, 상기 다공성 담체 표면에 망간 이온의 흡착이 가능한 기능기가 구비된다. 망간 이온의 흡착이 가능한 기능기는 티올기(-SH), 포스포닉기(-PO₃H₂), 아미노포스포닉기(aminophosphonic functional group), 비스피코릴아민기(bispicolylamine functional group), 설폰기(-SO₃H) 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 상기 다공성 담체로는 메조기공 실리카(meso-porous silica)가 이용될 수 있다.

상기 흡착수단(10)으로 마그네타이트 계열 흡착제 또는 기능성 흡착제를 적용하는 것은 막여과수 내의 망간 이온 농도에 대응하여 망간 제거효율을 향상시키기 위함이다. 막여과수 내의 망간 농도가 상대적으로 낮으면 마그네타이트 계열 흡착제의 적용이 효과적이며, 망간 농도가 상대적으로 높으면 기능성 흡착제를 적용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 실험예에 근거하면, 망간 농도가 0.1 mg/L 이하인 경우에는 마그네타이트 계열 흡착제의 흡착 효율이 우세하며(도 7 참조), 망간 농도가 0.1 mg/L를 초과되는 경우는 기능성 흡착제의 흡착 효율이 우수함을 확인할 수 있다.

이상과 같은 구성 하에, 막모듈(110)의 막여과수가 망간 흡착조(130)에 수평 방향으로 공급되면, 막여과수 내의 망간 성분은 자성판(또는 자성담체) 및 흡착수단(10)(마그네타이트 계열 흡착제 또는 기능성 흡착제)에 흡착, 제거된다(도 2a 참조). 자갈층(30)과 스트레이너(40)가 구비되는 경우, 흡착수단(10)을 통과한 막여과수는 자갈층(30)과 스트레이너(40)를 순차적으로 거쳐 망간 성분의 추가적인 여과 과정이 진행되며, 망간 성분에 흡착, 제거된 막여과수는 처리수조(140)에 저장된다. 처리수조(140)에 저장된 막여과수는 역세수조(150)에 공급된다. 상기 막여과수의 망간 제거 과정에 있어서, 망간 제거효율을 높이기 위해 상기 망간 흡착조(130)에 공급되는 막여과수에 망간산화제인 차아염소산나트륨을 투입할 수도 있다.

이상, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 막여과 역세수 망간제거장치의 구성 및 이를 이용한 막여과수의 망간 제거과정에 대해 설명하였다. 한편, 전술한 바와 같이 망간 흡착에 사용된 흡착수단(10)(마그네타이트 계열 흡착제 또는 기능성 흡착제)은 재생이 가능하며, 이를 통해 흡착수단(10)을 재사용할 수 있다. 흡착수단(10)의 재생에 대해 설명하면 다음과 같다.

망간 흡착 공정이 완료된 상태에서, 재생액 공급조(160)에 저장되어 있는 재생액을 상기 유입조(120)로 공급한다. 유입조(120)의 재생액은 망간 흡착조(130)를 관통하는 형태로 망간 흡착조(130)에 공급되며, 망간 흡착조(130) 내의 흡착수단(10)에 흡착된 망간 성분은 재생액에 의해 탈착된다. 망간 흡착조(130)를 통과한 재생액 즉, 흡착수단(10)으로부터 탈착된 망간 성분을 포함하는 재생액은 처리수조(140)로 이동된다(도 2b 참조). 처리수조(140)의 재생액은 순환배관(50)을 통해 유입조(120)로 순환될 수 있으며, 유입조(120)로 순환된 재생액을 망간 흡착조(130)에 재공급함으로써 재생액에 의한 흡착수단(10)의 재생 과정을 반복적으로 실시할 수 있다.

상기 재생액은 흡착수단(10)의 종류에 따라 적용된다. 흡착수단(10)으로 마그네타이트 계열 흡착제가 이용되는 경우, 재생액으로는 산 용액이 적용된다. 산 용액으로는 염산(HCl), 황산(H₂SO₄), 질산(HNO₃) 용액이 이용될 수 있으며, 마그네타이트 계열 흡착제의 오염 정도에 따라 옥살산, 구연산, 아스코르빈산 등의 유기산이 함께 적용될 수 있다. 또한, 산 용액의 농도는 염산 기준으로 0.01∼0.2M 정도가 바람직하며, 재생액의 주입량은 흡착제 1kg당 10∼50L가 바람직하다. 산 용액의 농도 및 재생액 주입량이 상기 수치범위를 벗어나는 경우 망간 성분의 탈착효율이 저하되거나 흡착제에 손상이 가해지는 문제가 발생한다. 한편, 기능성 흡착제를 흡착수단(10)으로 이용하는 경우, 염화나트륨(NaCl) 용액 또는 염화칼슘(CaCl₂) 용액 등의 고농도 염수 또는 산 용액을 적용할 수 있다. 염화칼슘 용액을 이용하는 경우, 0.01M∼0.1M 범위의 농도를 갖는 것이 바람직하다.

한편, 상기 흡착수단(10)의 재생 공정과 역세수 공급 과정을 병행하여 진행할 수도 있다. 이 경우, 상술한 바와 같은 흡착수단(10)의 재생 공정이 진행됨과 동시에 막여과수는 역세수조(150)로 직접 공급된다.

이상, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 막여과 역세수 망간제거장치 및 이를 이용한 망간 제거방법 및 흡착수단(10) 재생방법에 대해 설명하였다.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 막여과 역세수 망간제거장치에 있어서, 망간 흡착조(130)는 수평 방향으로 배치되며, 막여과수 또한 망간 흡착조(130)에 수평 방향으로 공급되는 방식이다. 상기 제 1 실시예의 변형 실시예로, 망간 흡착조(130)를 수직 방향으로 구성하고, 망간 흡착조(130)에 공급되는 막여과수를 하향류 또는 상향류로 공급하는 방식도 가능하다.

구체적으로, 망간 흡착조(130)를 수직 방향으로 구성하고 막여과수를 하향류로 공급하는 방식은 도 3과 같다. 도 3을 참조하면, 망간 흡착조(130)는 수직 방향으로 배치되며, 망간 흡착조(130) 내에 흡착수단(10)이 구비된다. 또한, 상기 흡착수단(10) 하부에는 망간의 추가적인 여과를 위해 자갈층(30)과 스트레이너(40)(strainer)가 더 구비될 수 있다. 즉, 망간 흡착조(130) 내에 스트레이너(40), 자갈층(30), 흡착수단(10)이 순차적으로 적층되는 구조를 이룰 수 있다. 상기 흡착수단(10)은 상기 제 1 실시예와 동일하게 마그네타이트 계열 흡착제 또는 기능성 흡착제로 구성될 수 있으며, 흡착수단(10)과 함께 제 1 실시예의 자성판 또는 자성담체가 망간 흡착조(130) 내에 구비될 수 있다.

이와 같은 구성 하에, 막여과수의 망간 제거방법 및 흡착수단(10)의 재생방법을 살펴보면 다음과 같다. 막모듈(110)의 막여과수가 망간 흡착조(130)에 하향류로 공급되면, 막여과수 내의 망간 성분은 마그네타이트 계열 흡착제 또는 기능성 흡착제 등의 흡착수단(10)에 흡착, 제거되며, 망간 성분에 흡착, 제거된 막여과수는 상기 역세수조(150)에 저장된다. 흡착수단(10)의 재생의 경우, 흡착공정이 완료된 상태에서 재생액 공급조(160)에 저장되어 있는 재생액을 망간 흡착조(130)에 상향류로 공급하여 흡착수단(10)에 흡착된 망간 성분을 재생액을 통해 탈착시킬 수 있으며, 탈착된 망간 성분은 재생액에 포함되어 재생액 공급조(160)로 이송된다. 상기 재생액은 제 1 실시예와 마찬가지로 흡착수단(10)의 종류에 따라 달리 적용되며, 적용 기준 또한 제 1 실시예와 동일하다.

다음으로, 망간 흡착조(130)를 수직 방향으로 구성하고 막여과수를 상향류로 공급하는 방식은 도 4와 같다. 도 4를 참조하면, 망간 흡착조(130)는 수직 방향으로 배치되며, 망간 흡착조(130) 내에 흡착수단(10)이 구비된다. 또한, 상기 망간 흡착조(130)의 전단에는 유입조(120)가 구비된다. 상기 흡착수단(10)은 상기 제 1 실시예와 동일하게 마그네타이트 계열 흡착제 또는 기능성 흡착제로 구성될 수 있으며, 흡착수단(10)과 함께 제 1 실시예의 자성판 또는 자성담체가 망간 흡착조(130) 내에 구비될 수 있다.

도 4에 도시된 변형 실시예의 막여과수 망간 제거방법 및 흡착수단(10)의 재생방법을 살펴보면 다음과 같다. 막모듈(110)의 막여과수가 유입조(120)에 저장된 상태에서, 유입조(120)의 막여과수는 상기 망간 흡착조(130)에 상향류로 공급된다. 이 과정에서, 막여과수 내의 망간 성분은 마그네타이트 계열 흡착제 또는 기능성 흡착제 등의 흡착수단(10)에 흡착, 제거되며, 망간 성분에 흡착, 제거된 막여과수는 상기 역세수조(150)에 저장된다. 흡착수단(10)의 재생의 경우, 흡착공정이 완료된 상태에서 재생액 공급조(160)에 저장되어 있는 재생액을 망간 흡착조(130)에 상향류로 공급하여 흡착수단(10)에 흡착된 망간 성분을 재생액을 통해 탈착시킬 수 있으며, 탈착된 망간 성분은 재생액에 포함되어 재생액 공급조(160)로 이송된다. 상기 재생액은 제 1 실시예와 마찬가지로 흡착수단(10)의 종류에 따라 달리 적용되며, 적용 기준 또한 제 1 실시예와 동일하다.

이상, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 막여과 역세수 망간제거장치 및 그 변형 실시예에 대해 설명하였다. 다음으로, 이온교환수지를 흡착수단(10)으로 적용하는 제 2 실시예에 대해 설명하기로 한다. 상술한 바와 같이, 제 1 실시예 및 그 변형 실시예는 흡착수단(10)으로 마그네타이트 계열 흡착제 또는 기능성 흡착제를 적용한다.

제 2 실시예로, 도 8에 도시한 바와 같이 이온교환수지를 흡착수단(10)으로 이용하여 망간 흡착조(130)를 구성할 수 있다. 구체적으로, 망간 흡착조(130) 내에 이온교환수지가 구비된다. 상기 이온교환수지(221)는 미세한 3차원 구조의 고분자 비드에 이온교환 기능기(functional group)가 결합된 것으로서, 막여과수 내에 용존되어 있는 망간 성분을 흡착하는 역할을 한다.

상기 이온교환수지(221)의 일단을 통해 막여과수가 유입되며, 막여과수가 이온교환수지(221)를 투과하면서 막여과수 내의 망간 이온이 이온교환수지(221)에 흡착되며, 망간 이온이 제거된 막여과수는 이온교환수지(221)의 다른 일단을 통해 배출되어 역세수조로 이동된다(도 9a 참조).

상기 이온교환수지(221)의 상부와 하부에 각각 음이온 교환막(222), 양이온 교환막(223)이 구비될 수 있다. 상기 음이온 교환막(222)과 양이온 교환막(223)은 생략 가능하거나 스페이서(spacer)로 대체될 수도 있는데, 이에 대해서는 후술하기로 한다.

상기 음이온 교환막(222)과 양이온 교환막(223)은 전원 인가시 이온교환수지(221)에서 탈착되는 망간 이온을 투과시켜 이온교환수지(221)를 재생시키는 역할을 한다. 상기 음이온 교환막(222)으로부터 이격된 위치에 양극(224)이 구비되고, 상기 양이온 교환막(223)으로부터 이격된 위치에 음극(225)이 구비되며, 상기 양극(224)과 음극(225)에 전원이 인가되면, 상기 이온교환수지(221)에 흡착되어 있는 음이온 형태의 망간 성분은 상기 음이온 교환막(222)을 통해 배출되고, 상기 이온교환수지(221)에 흡착되어 있는 양이온 형태의 망간 성분은 상기 양이온 교환막(223)을 통해 배출된다. 이 때, 상기 이온교환수지(221)의 재생 공정시 전원 인가와 함께 상기 이온교환수지(221)에는 재생액으로 세척수가 공급되며, 상기 세척수는 재생액 공급조로부터 공급된다. 음이온 교환막(222) 및 양이온 교환막(223)을 통해 배출되는 망간 성분은 세척수에 포함되어 재생액 공급조로 이동된다(도 9b 참조). 이온교환수지(221)의 재생에 사용되는 재생액으로는 염화나트륨 용액과 산 용액 중 어느 하나 또는 두 가지 용액이 순차적으로 사용될 수 있다.

한편, 이온교환수지(221)에 의한 망간 흡착 공정과 이온교환수지(221)의 재생 공정이 독립적으로 진행됨에 따라, 음이온 교환막(222)과 양이온 교환막(223)의 구성을 생략하는 것도 가능하며, 이 경우 이온교환수지(221)를 이격시키기 위한 스페이서(spacer)로 음이온 교환막(222)과 양이온 교환막(223)을 대체하는 것도 가능하다. 음이온 교환막(222)과 양이온 교환막(223)의 구성이 생략되거나 스페이서로 대체되는 경우, 재생 공정시 이온교환수지(221)에서 탈착된 망간 이온은 세척수와 함께 배출된다.

10 : 흡착수단 20 : 자성판
21 : 평판 22 : 통수공
30 : 자갈층 40 : 스트레이너
50 : 순환배관 60, 70 : 자성담체
110 : 막모듈 120 : 유입조
130 : 망간 흡착조 140 : 처리수조
150 : 역세수조 160 : 재생액 공급조

Claims (8)

1. 처리대상 원수를 막여과하는 막모듈;
   흡착수단을 이용하여, 상기 막모듈의 막여과수에 포함되어 있는 망간 성분을 흡착, 제거하는 망간 흡착조;
   상기 망간 흡착조에 의해 망간이 제거된 막여과수를 저장함과 함께 상기 막모듈에 역세수를 공급하는 역세수조; 및
   상기 망간 흡착조에 재생액을 공급하여, 상기 망간 흡착조의 흡착수단에 흡착된 망간이 탈착되도록 하는 재생액 공급조를 포함하여 이루어지며,
   상기 흡착수단은 마그네타이트 계열 흡착제 또는 기능성 흡착제인 것을 특징으로 하는 막여과 역세수 망간제거장치.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 마그네타이트 계열 흡착제는 분말 형태의 마그네타이트 입자, 다공성 담체에 마그네타이트 입자가 결합된 것 중 어느 하나 또는 이들의 조합이며, 상기 다공성 담체는 메조기공 실리카(meso-porous silica)인 것을 특징으로 하는 막여과 역세수 망간제거장치.
   
3. 제 1 항에 있어서, 상기 기능성 흡착제는 망간 이온의 흡착이 가능한 기능기(functional group)가 다공성 담체 표면에 구비된 것이며,
   상기 망간 이온의 흡착이 가능한 기능기는 티올기(-SH), 포스포닉기(-PO₃H₂), 아미노포스포닉기(aminophosphonic functional group), 비스피코릴아민기(bispicolylamine functional group), 설폰기(-SO₃H) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 막여과 역세수 망간제거장치.
   
4. 제 1 항에 있어서, 상기 망간 흡착조 내에 자성판 또는 자성담체가 구비되며,
   상기 자성판은,
   자성을 갖는 평판에 복수의 통수공이 구비되는 구조이며, 상기 망간 흡착조 내에 망간 흡착조의 길이 방향을 따라 일정 간격을 두고 반복 배치되며,
   상기 자성담체는,
   상기 망간 흡착조 내에서 흡착수단과 혼재하는 형태로 구비되는 것을 특징으로 하는 막여과 역세수 망간제거장치.
   
5. 제 1 항에 있어서, 상기 망간 흡착조의 전단에 구비되어 상기 막모듈에 의해 생산된 막여과수의 일부를 저장하는 유입조와,
   상기 망간 흡착조의 후단에 구비되어 망간이 제거된 막여과수를 저장하는 처리수조가 더 구비되며,
   상기 망간 흡착조는 수평 방향으로 배치되며,
   막모듈의 막여과수가 상기 유입조로부터 망간 흡착조에 수평 방향으로 공급되면, 막여과수 내의 망간 성분은 흡착수단에 흡착, 제거되며, 망간 성분에 흡착, 제거된 막여과수는 상기 처리수조에 저장되며,
   상기 재생액 공급조에 저장되어 있는 재생액이 상기 유입조를 거쳐 망간 흡착조에 수평 방향으로 공급되면, 흡착수단에 흡착된 망간 성분은 재생액에 의해 탈착되며, 탈착된 망간 성분이 포함된 재생액은 상기 처리수조로 이동되며,
   처리수조의 재생액은 순환배관을 통해 유입조로 순환되어, 망간 흡착조에 재공급되는 것을 특징으로 하는 막여과 역세수 망간제거장치.
   
6. 제 1 항에 있어서, 상기 망간 흡착조는 수직 방향으로 배치되며, 막여과수는 상기 망간 흡착조에 하향류 또는 상향류로 공급되는 것을 특징으로 하는 막여과 역세수 망간제거장치.
   
7. 제 1 항에 있어서, 상기 흡착수단은 이온교환수지이며, 상기 이온교환수지는 망간 이온과 이온교환이 가능한 기능기를 구비하며,
   상기 이온교환수지의 일단을 통해 막여과수가 유입되면, 막여과수가 이온교환수지를 투과하면서 막여과수 내의 망간 이온이 이온교환수지에 흡착되며, 망간 이온이 제거된 막여과수는 이온교환수지의 다른 일단을 통해 배출되어 역세수조로 이동되며,
   이온교환수지의 재생 공정시, 상기 재생액 공급조로부터 재생액이 상기 이온교환수지에 공급되며, 재생액에 의해 이온교환수지로부터 탈착된 망간 이온은 재생액에 포함되어 상기 재생액 공급조로 이동되는 것을 특징으로 하는 막여과 역세수 망간제거장치.
   
8. 제 7 항에 있어서, 상기 이온교환수지의 상부와 하부에 각각 구비되어 전원 인가시 이온교환수지에서 탈착되는 망간 이온을 투과시켜 이온교환수지를 재생시키는 음이온 교환막 및 양이온 교환막과,
   상기 음이온 교환막과 양이온 교환막으로부터 이격된 위치에 각각 구비되는 양극 및 음극을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 막여과 역세수 망간제거장치.

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