KR101978329B1 - 막여과 장치 및 이를 이용한 막모듈 세척방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소듐 알지네이트(sodium alginate)를 막여과 세정공정에 적용함으로써 분리막에 흡착된 오염물질을 효과적으로 제거함과 함께 물리세정주기 또는 화학세정주기를 늘려 화학세정액 사용에 따른 부산물 발생을 최소화할 수 있는 막여과 장치 및 이를 이용한 막모듈 세척방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 막여과 장치는 원수를 막모듈에 공급하는 원수조; 원수를 막여과하여 처리수를 생산하는 막모듈; 막모듈을 통해 생산된 처리수를 저장하는 처리수조; 및 막모듈의 세척시 원수 또는 처리수에 소듐 알지네이트 수용액을 공급하는 알지네이트 수용액 공급조를 포함하여 이루어지며, 상기 원수조와 막모듈의 원수유입측 사이에는 통합배관이 구비되며, 상기 통합배관에는 처리수 공급배관과 알지네이트 수용액 공급배관이 연결되며, 상기 통합배관을 통해 막모듈의 원수유입측에 원수 또는 처리수가 단독으로 공급되거나, 알지네이트 수용액이 혼합된 원수 또는 알지네이트 수용액이 혼합된 처리수가 공급되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 막여과 장치 및 이를 이용한 막모듈 세척방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소듐 알지네이트(sodium alginate)를 막여과 세정공정에 적용함으로써 분리막에 흡착된 오염물질을 효과적으로 제거함과 함께 물리세정주기 또는 화학세정주기를 늘려 화학세정액 사용에 따른 부산물 발생을 최소화할 수 있는 막여과 장치 및 이를 이용한 막모듈 세척방법에 관한 것이다.
막여과 수처리 공법은 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.
반면, 유기 및 무기 오염물질 등에 의한 막표면 스케일의 형성과 막공경의 폐색으로 인한 투과성능의 감소는 막이용 수처리공정의 가장 큰 문제점으로 알려져 있다. 이러한 막오염에 의한 투과성능의 감소 현상을 줄이기 위하여 일정 주기로 화학세정 또는 물리세정을 실시하는 방법이 보편적으로 이용되고 있다. 화학세정은 막오염의 성상에 따라 산 또는 알칼리 세정액을 분리막에 공급하여 세정하는 방법이고, 물리세정은 플러싱, 초음파 등을 이용하여 분리막에 흡착된 오염물을 탈착시키는 방법이다.
물리세정은 화학세정에 비해 운전비용이 저렴한 장점은 있으나 세정효율이 떨어지는 문제점이 있으며, 화학세정의 경우 높은 세정효율을 기대할 수 있으나 고농도의 세정액 사용에 따른 환경오염의 문제점이 있다. 특히, 염소계열의 화학세정액을 사용하는 경우 수중의 유기물과 반응하여 THM, HAA와 같은 유해 부산물을 생성함으로 인해 이들 부산물을 처리하기 위한 별도의 설비가 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 소듐 알지네이트(sodium alginate)를 막여과 세정공정에 적용함으로써 분리막에 흡착된 오염물질을 효과적으로 제거함과 함께 물리세정주기 또는 화학세정주기를 늘려 화학세정액 사용에 따른 부산물 발생을 최소화할 수 있는 막여과 장치 및 이를 이용한 막모듈 세척방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 막여과 장치는 원수를 막모듈에 공급하는 원수조; 원수를 막여과하여 처리수를 생산하는 막모듈; 막모듈을 통해 생산된 처리수를 저장하는 처리수조; 및 막모듈의 세척시 원수 또는 처리수에 소듐 알지네이트 수용액을 공급하는 알지네이트 수용액 공급조를 포함하여 이루어지며, 상기 원수조와 막모듈의 원수유입측 사이에는 통합배관이 구비되며, 상기 통합배관에는 처리수 공급배관과 알지네이트 수용액 공급배관이 연결되며, 상기 통합배관을 통해 막모듈의 원수유입측에 원수 또는 처리수가 단독으로 공급되거나, 알지네이트 수용액이 혼합된 원수 또는 알지네이트 수용액이 혼합된 처리수가 공급되는 것을 특징으로 한다.
알지네이트 수용액이 혼합된 원수 또는 알지네이트 수용액이 혼합된 처리수가 막모듈의 원수유입측에 공급되는 경우, 알지네이트 수용액이 혼합된 원수의 소듐 알지네이트 농도 또는 알지네이트 수용액이 혼합된 처리수의 소듐 알지네이트 농도는 0.1∼0.5%(g/v)이다.
본 발명에 따른 막모듈 세척방법은 처리수를 이용하여 막모듈을 세척하는 역세 과정; 알지네이트 수용액이 혼합된 원수를 이용하여 막모듈을 세척하는 원수-알지네이트 수용액 세척 과정; 원수를 이용하여 막모듈을 세척하는 원수 세척 과정; 및 막모듈에 원수를 충수하는 원수 충수 과정;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 역세 과정은, 처리수조의 처리수가 막모듈의 처리수배출측에 공급되어 처리수에 의한 막모듈 역세척이 진행되며, 막모듈 역세척이 완료되면 막모듈 세척에 이용된 처리수는 막모듈의 원수유입측을 통해 배출되어 배출수조로 이동되는 과정으로 진행된다.
상기 원수-알지네이트 수용액 세척 과정은, 원수조의 원수가 통합배관에 공급되는 상태에서 알지네이트 수용액의 알지네이트 수용액이 통합배관에 공급되어 막모듈의 원수유입측에는 알지네이트 수용액이 혼합된 원수가 공급되며, 알지네이트 수용액이 혼합된 원수에 의한 막모듈 세척이 진행된다.
상기 원수 세척 과정은, 원수조의 원수가 통합배관을 통해 막모듈의 원수유입측으로 공급되며, 막모듈은 원수에 세척되고 원수 세척에 사용된 원수는 막모듈의 처리수배출측을 통해 배출수조로 배출되는 과정으로 진행된다.
상기 역세 과정과 원수-알지네이트 수용액 세척 과정 사이에 처리수-알지네이트 수용액 세척 과정이 진행되며, 상기 처리수-알지네이트 수용액 세척 과정은 알지네이트 수용액이 혼합된 처리수를 이용하여 막모듈을 세척하는 과정이다.
본 발명에 따른 막여과 장치 및 이를 이용한 막모듈 세척방법은 다음과 같은 효과가 있다.
막모듈 세척공정에 알지네이트 수용액이 혼합된 원수(또는 처리수)를 적용함에 따라, 막표면의 오염물질을 소듐 알지네이트를 이용하여 용이하게 제거할 수 있으며, 이를 통해 막모듈의 화학세정주기를 늘릴 수 있다.
또한, 소듐 알지네이트는 침전특성이 있어 막모듈 세척에 사용된 배출수로부터 소듐 알지네이트를 용이하게 분리할 수 있다. 이에 따라, 소듐 알지네이트를 분리하기 위한 추가 설비가 최소화된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 막여과 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 막모듈 세척방법을 설명하기 위한 순서도.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 막모듈 세척방법을 설명하기 위한 공정 참고도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 막모듈 세척방법을 설명하기 위한 순서도.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 막모듈 세척방법을 설명하기 위한 공정 참고도.
본 발명은 막모듈 세척방법을 실시함에 있어서 소듐 알지네이트(sodium alginate)를 막모듈 세척에 적용하는 기술을 제시한다.
막여과 공정은 통상 막여과, 역세, 원수 세척, 원수 충수, 막여과의 순서로 진행된다. 즉, 막모듈을 이용한 막여과를 실시한 후, 막모듈에 대해 역세를 진행한 다음, 원수를 이용하여 막모듈을 세척하고, 막모듈에 원수를 충수한 후 막여과를 실시하는 과정이 반복된다. 이와 같은 막여과 공정을 실시함에 있어서, 분리막에 존재하는 파울링(fouling) 등을 제거하기 위해 일정 주기 간격으로 화학세정액을 이용한 화학세정을 실시한다. 참고로, 역세 및 원수 세척 그리고 초음파 세척 등은 물리세정에 속한다.
화학세정액을 이용한 화학세정은 앞서 '발명의 배경이 되는 기술'에서 언급한 바와 같이 유해 부산물을 생성하여 환경 오염을 유발하고 이를 처리하기 위한 별도의 시설이 요구되는 단점이 있다.
본 발명은 막모듈의 세척효율을 향상시켜 화학세정액의 사용을 최소화하여 화학세정의 주기를 늘릴 수 있는 기술을 제시하며, 이를 구현하기 위해 소듐 알지네이트(sodium alginate)를 막모듈 세척에 적용하는 기술을 제시한다.
소듐 알지네이트는 중금속 흡착특성이 우수한 것으로 알려져 있으며, 수처리 공정에서 담체 제조용으로도 이용되고 있는 물질이다. 본 발명은 이러한 소듐 알지네이트의 흡착특성을 막모듈 세척에 적용하는 기술을 제시한다. 세부적으로, 소듐 알지네이트가 일정 농도로 포함된 소듐 알지네이트 수용액을 막모듈 세척에 이용하는 기술을 제시한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 막여과 장치 및 이를 이용한 막모듈 세척방법에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 막모듈 세척방법을 설명하기에 앞서, 이를 구현하기 위한 막여과 장치에 대해 먼저 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 막여과 장치는 원수조(110), 막모듈(120), 알지네이트 수용액 공급조(140) 및 처리수조(150)를 포함하여 구성된다.
상기 원수조(110)는 처리대상수인 원수를 막모듈(120)에 공급하며, 상기 막모듈(120)은 원수를 막여과하여 처리수를 생산한다. 상기 처리수조(150)는 막모듈(120)을 통해 생산된 처리수를 저장하며, 처리수의 일부는 막모듈의 역세 또는 막모듈의 플러싱에 이용된다. 상기 알지네이트 수용액 공급조(140)는 막모듈(120)의 세척시 원수 또는 처리수에 소듐 알지네이트(sodium alginate) 수용액을 공급하는 역할을 한다.
상기 원수조(110)와 막모듈(120)의 원수유입측 사이에는 통합배관(10)이 구비되며, 상기 통합배관(10)에는 처리수 공급배관(131)과 알지네이트 수용액 공급배관(141)이 연결된다. 상기 통합배관(10)은 기본적으로 원수조(110)의 원수를 막모듈(120)의 원수유입측에 공급하는 역할을 하며, 이에 더해 처리수조(150)의 처리수를 막모듈(120)의 원수유입측에 플러싱 용도로 공급하는 역할, 알지네이트 수용액이 혼합된 원수 또는 알지네이트 수용액이 혼합된 처리수를 막모듈(120)의 원수유입측에 공급하는 역할을 한다.
즉, 상기 통합배관(10)을 통해 막모듈(120)의 원수유입측에는 원수 또는 처리수가 단독으로 공급되거나, 알지네이트 수용액이 혼합된 원수 또는 알지네이트 수용액이 혼합된 처리수가 공급될 수 있다.
상기 구성 이외에 막모듈(120)의 처리수배출측으로부터 배출되는 배출수를 저장하는 배출수조(160)를 더 구비한다. 막모듈(120)의 처리수배출측으로부터 배출되는 배출수는 막모듈(120) 세척시 사용된 원수, 처리수, 알지네이트 수용액이 혼합된 원수, 알지네이트 수용액이 혼합된 처리수 중 어느 하나이다. 또한, 상기 통합배관(10), 처리수 공급배관(131), 알지네이트 수용액 공급배관(141) 각각에는 해당 배관을 선택적으로 개폐하는 개폐밸브가 구비된다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 막여과 장치에 대해 설명하였다. 다음으로, 상술한 막여과 장치를 기반으로 진행되는 본 발명의 일 실시예에 따른 막여과 공정의 세정방법에 대해 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, 막여과 과정이 완료됨이 전제된다(S101). 본 발명에 따른 막여과 장치의 동작은 크게 막여과, 막모듈(120) 세척, 원수 충수로 구분된다. 막여과는 원수를 막모듈(120)로 여과하여 처리수를 생산하는 과정이며, 막모듈(120) 세척은 막여과가 완료된 상태에서 원수, 처리수 등을 이용하여 막모듈(120)을 세척하는 과정이며, 원수 충수는 막모듈(120) 세척이 완료된 상태에서 막모듈(120)에 원수를 충수하는 과정이며 원수 충수가 완료되면 막여과가 다시 실시되어 상기의 과정이 반복된다.
막여과 과정이 완료되면 역세 과정이 진행된다(S102). 구체적으로, 처리수조(150)의 처리수는 막모듈의 처리수배출측에 공급되어 처리수에 의한 막모듈(120) 역세척이 진행된다. 막모듈(120) 역세척이 완료되면 막모듈(120) 세척에 이용된 처리수는 막모듈(120)의 원수유입측을 통해 배출되어 배출수조(160)로 이동된다(도 3a 참조).
상기 역세 과정이 완료된 상태에서, 알지네이트 수용액이 혼합된 원수를 이용한 원수-알지네이트 수용액 세척 과정을 진행한다(S104). 세부적으로, 원수조(110)의 원수가 통합배관(10)에 공급되는 상태에서 알지네이트 수용액의 알지네이트 수용액이 통합배관(10)에 공급되어 막모듈(120)의 원수유입측에는 알지네이트 수용액이 혼합된 원수가 공급되며, 이에 따라 알지네이트 수용액이 혼합된 원수에 의한 막모듈(120) 세척이 진행된다(도 3c 참조).
상기 알지네이트 수용액은 소듐 알지네이트(sodium alginate)가 용해된 수용액을 의미하며, 알지네이트 수용액을 통합배관(10)에 공급함에 있어서 알지네이트 수용액이 혼합된 원수의 소듐 알지네이트 농도가 0.1∼0.5%(g/v) 범위에 속하도록 알지네이트 수용액 공급량을 조절할 필요가 있다. 알지네이트 수용액이 혼합된 원수의 소듐 알지네이트 농도가 0.1%(g/v)보다 작으면 막모듈(120)의 세척효율이 저감되며, 소듐 알지네이트 농도가 0.5%(g/v)를 초과하면 소듐 알지네이트가 막모듈(120) 표면에 흡착되어 막여과 특성을 저하시킬 수 있다.
한편, 역세 과정과 원수-알지네이트 수용액 세척 과정 사이에 처리수-알지네이트 수용액 세척 과정을 실시할 수도 있다(S103). 즉, 처리수를 이용한 역세 과정이 완료된 후 처리수-알지네이트 수용액 세척 과정을 실시한 다음, 상술한 원수-알지네이트 수용액 세척 과정을 실시할 수 있다.
처리수-알지네이트 수용액 세척 과정은 알지네이트 수용액이 혼합된 처리수를 이용하여 막모듈(120)을 세척하는 과정이다. 세부적으로, 처리수조(150)의 처리수가 처리수 공급배관(131)을 거쳐 통합배관(10)에 공급되는 상태에서 알지네이트 수용액의 알지네이트 수용액이 통합배관(10)에 공급되어 막모듈(120)의 원수유입측에는 알지네이트 수용액이 혼합된 처리수가 공급되며, 이에 따라 알지네이트 수용액이 혼합된 처리수에 의한 막모듈(120) 세척이 진행된다(도 3b 참조).
처리수-알지네이트 수용액 세척 과정을 진행함에 있어서, 알지네이트 수용액이 혼합된 처리수의 소듐 알지네이트 농도는 0.1∼0.5%(g/v) 범위에 속하도록 알지네이트 수용액 공급량을 조절할 필요가 있으며, 그 이유는 알지네이트 수용액이 혼합된 원수의 소듐 알지네이트 농도 설정 이유와 동일하다.
원수-알지네이트 수용액 세척 과정이 완료된 상태에서, 원수 세척 과정이 진행된다(S105). 원수조(110)의 원수가 통합배관(10)을 통해 막모듈(120)의 원수유입측으로 공급되며, 막모듈(120)은 원수에 세척되고 원수 세척에 사용된 원수는 막모듈(120)의 처리수배출측을 통해 배출수조(160)로 배출된다(도 3d 참조).
원수 세척 과정이 완료되면, 원수 충수(S106) 및 막여과 과정(S107)이 진행된다. 상술한 바와 같은 제반 세척 과정 즉, 역세 과정, 처리수-알지네이트 수용액 세척 과정, 원수-알지네이트 수용액 세척 과정, 원수 세척 과정이 완료되면 막모듈(120)에 원수를 충수하는 원수 충수 과정을 진행하고, 원수 충수가 완료되면 막모듈(120)을 이용한 원수 여과 과정 즉, 막여과 과정이 재차 실시된다.
10 : 통합배관 110 : 원수조
120 : 막모듈 131 : 처리수 공급배관
140 : 알지네이트 수용액 공급조
141 : 알지네이트 수용액 공급배관 150 : 처리수조
160 : 배출수조
120 : 막모듈 131 : 처리수 공급배관
140 : 알지네이트 수용액 공급조
141 : 알지네이트 수용액 공급배관 150 : 처리수조
160 : 배출수조
Claims (7)
- 원수를 막모듈에 공급하는 원수조;
원수를 막여과하여 처리수를 생산하는 막모듈;
막모듈을 통해 생산된 처리수를 저장하는 처리수조; 및
막모듈의 세척시 원수 또는 처리수에 소듐 알지네이트 수용액을 공급하는 알지네이트 수용액 공급조를 포함하여 이루어지며,
상기 원수조와 막모듈의 원수유입측 사이에는 통합배관이 구비되며, 상기 통합배관에는 처리수 공급배관과 알지네이트 수용액 공급배관이 연결되며,
상기 통합배관을 통해 막모듈의 원수유입측에 원수 또는 처리수가 단독으로 공급되거나, 알지네이트 수용액이 혼합된 원수 또는 알지네이트 수용액이 혼합된 처리수가 공급되며,
알지네이트 수용액이 혼합된 원수 또는 알지네이트 수용액이 혼합된 처리수가 막모듈의 원수유입측에 공급되는 경우, 알지네이트 수용액이 혼합된 원수의 소듐 알지네이트 농도 또는 알지네이트 수용액이 혼합된 처리수의 소듐 알지네이트 농도는 0.1∼0.5%(g/v)인 것을 특징으로 하는 막여과 장치.
- 삭제
- 막여과 장치의 막모듈 세척방법에 있어서,
처리수를 이용하여 막모듈을 세척하는 역세 과정;
알지네이트 수용액이 혼합된 원수를 이용하여 막모듈을 세척하는 원수-알지네이트 수용액 세척 과정;
원수를 이용하여 막모듈을 세척하는 원수 세척 과정; 및
막모듈에 원수를 충수하는 원수 충수 과정;을 포함하여 이루어지며,
상기 막여과 장치는,
원수를 막모듈에 공급하는 원수조와, 원수를 막여과하여 처리수를 생산하는 막모듈과, 막모듈을 통해 생산된 처리수를 저장하는 처리수조와, 막모듈의 세척시 원수 또는 처리수에 소듐 알지네이트 수용액을 공급하는 알지네이트 수용액 공급조를 포함하여 구성되며,
상기 원수조와 막모듈의 원수유입측 사이에는 통합배관이 구비되며, 상기 통합배관에는 처리수 공급배관과 알지네이트 수용액 공급배관이 연결되며, 상기 통합배관을 통해 막모듈의 원수유입측에 원수 또는 처리수가 단독으로 공급되거나, 알지네이트 수용액이 혼합된 원수 또는 알지네이트 수용액이 혼합된 처리수가 공급되며,
상기 역세 과정은,
처리수조의 처리수가 막모듈의 처리수배출측에 공급되어 처리수에 의한 막모듈 역세척이 진행되며, 막모듈 역세척이 완료되면 막모듈 세척에 이용된 처리수는 막모듈의 원수유입측을 통해 배출되어 배출수조로 이동되는 과정으로 진행되며,
상기 원수-알지네이트 수용액 세척 과정은,
원수조의 원수가 통합배관에 공급되는 상태에서 알지네이트 수용액의 알지네이트 수용액이 통합배관에 공급되어 막모듈의 원수유입측에는 알지네이트 수용액이 혼합된 원수가 공급되며, 알지네이트 수용액이 혼합된 원수에 의한 막모듈 세척이 진행되며,
상기 원수 세척 과정은,
원수조의 원수가 통합배관을 통해 막모듈의 원수유입측으로 공급되며, 막모듈은 원수에 세척되고 원수 세척에 사용된 원수는 막모듈의 처리수배출측을 통해 배출수조로 배출되는 과정으로 진행되는 것을 특징으로 하는 막모듈 세척방법.
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- 제 3 항에 있어서, 상기 역세 과정과 원수-알지네이트 수용액 세척 과정 사이에 처리수-알지네이트 수용액 세척 과정이 진행되며,
상기 처리수-알지네이트 수용액 세척 과정은 알지네이트 수용액이 혼합된 처리수를 이용하여 막모듈을 세척하는 과정인 것을 특징으로 하는 막모듈 세척방법.
- 제 3 항 또는 제 6 항에 있어서, 알지네이트 수용액이 혼합된 원수의 소듐 알지네이트 농도 또는 알지네이트 수용액이 혼합된 처리수의 소듐 알지네이트 농도는 0.1∼0.5%(g/v)인 것을 특징으로 하는 막모듈 세척방법.
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