KR102074989B1 - Water treatment system and method for radioactive contaminated water using nano-hybrid materials - Google Patents

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    • C02F1/442Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by nanofiltration

Abstract

나노융합소재를 이용하여 방사성 오염수를 처리하는 수처리 시스템 및 그 방법이 제공된다. 이 시스템은, 유기물 및 방사성 물질이 함유된 오염수를 외부로부터 공급받아 저장하는 원수 탱크, 나노여과 및 정전기적 상호 작용을 통해 상기 오염수로부터 상기 유기물 및 상기 방사성 물질을 제거하는 나노여과막필터, 상기 원수 탱크와 제1 배관을 통해 연결되고, 상기 나노여과막필터의 후단에 제2 배관을 통해 연결되며, 정전기적 상호 작용을 통해, 상기 원수 탱크로부터 배출되는 오염수 또는 상기 나노여과막필터로부터 배출되는 여과수에서 유기물 및 방사성 물질을 제거하는 나노흡착필터, 상기 나노흡착필터로부터 배출되는 처리수를 저장하는 처리수 탱크, 상기 원수 탱크와 상기 나노흡착필터 사이에 연결되는 제1 밸브(V1), 그리고 상기 원수 탱크와 상기 나노여과막필터 사이에 연결되는 제2 밸브(V2)를 포함하고, 상기 제1 밸브(V1) 및 상기 제2 밸브(V2)는, 교차 개폐된다.Provided are a water treatment system and method for treating radioactive contaminated water using nano fusion materials. The system includes a raw water tank for receiving and storing contaminated water containing organic matter and radioactive material from outside, a nanofiltration membrane filter for removing the organic matter and the radioactive material from the contaminated water through nanofiltration and electrostatic interaction. It is connected to the raw water tank through the first pipe, and connected to the rear end of the nanofiltration membrane filter through the second pipe, and through the electrostatic interaction, contaminated water discharged from the raw water tank or filtered water discharged from the nanofiltration membrane filter Nano adsorption filter for removing organic matter and radioactive material in the, a treated water tank for storing the treated water discharged from the nano adsorption filter, a first valve (V1) connected between the raw water tank and the nano adsorption filter, and the raw water A second valve V2 connected between a tank and the nanofiltration membrane filter, wherein the first valve V1 and the The second valve V2 is opened and closed crosswise.
Figure R1020180112194

Description

나노융합소재를 이용하여 방사성 오염수를 처리하는 수처리 시스템 및 그 방법{WATER TREATMENT SYSTEM AND METHOD FOR RADIOACTIVE CONTAMINATED WATER USING NANO-HYBRID MATERIALS}WATER TREATMENT SYSTEM AND METHOD FOR RADIOACTIVE CONTAMINATED WATER USING NANO-HYBRID MATERIALS}
본 발명은 나노융합소재를 이용하여 방사성 오염수를 처리하는 수처리 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a water treatment system and method for treating radioactive contaminated water using nano fusion materials.
우리나라를 비롯한 많은 전세계 국가들에서 우라늄, 라돈 등과 같은 자연 방사성 물질에 의한 지하수 오염이 문제가 되어 왔다. 특히, 지하수를 바로 음용수로 사용하거나 먹는 샘물의 원수로 사용하는 지역의 경우, 치명적인 피해를 줄 수 있다.Groundwater contamination by natural radioactive materials such as uranium and radon has been a problem in many countries around the world including Korea. In particular, in areas where groundwater is used directly as drinking water or as raw water for drinking spring water, it can cause fatal damage.
환경부 보도 자료에 의하면, 2014년도 지하수 중 자연 방사성 물질 조사결과 101개가 발견되었고, 시·군·구 604개의 장소의 마을 상수도 조사한 결과, 우라늄 19개의 장소 등이 미국 먹는 물 수질 기준 또는 제한치를 초과한 것으로 나타났다. 이에 자연 방사성 물질의 초과 검출 지역에 대해 저감 장치 설치, 대체 수원 개발 등을 추진하며, 먹는 샘물 수질 기준으로 우라늄(30㎍/L 이하) 입법이 시행되었다. According to a press release from the Ministry of Environment, in 2014, 101 natural radioactive substances were found in groundwater, and the city waterworks of 604 cities, counties, and wards showed that 19 uranium sites exceeded US drinking water quality standards or limits. Appeared. In order to improve the detection area of natural radioactive materials, the government has promoted the installation of abatement devices and the development of alternative water sources.
일본의 후쿠시마 원전 폭발 사고로 인해 대량의 방사성 물질들이 유출되었다. 원전 주변 토양/지하수와 바다의 방사성 오염 및 오염수 유출이 최근까지도 큰 이슈가 되고 있다. 원전 오염 사고에 의한 방사성 오염의 경우, 자연 방사성 물질에 의한 오염과는 달리 우라늄-235의 방사성 붕괴 때문에 생성되는 요오드(iodine)와 세슘(Cesium)이 문제가 되고 있다. The explosion of Fukushima nuclear power plant in Japan caused the release of a large amount of radioactive material. Radioactive contamination and contaminated water outflows from soil / groundwater and oceans around nuclear power plants have been a major issue until recently. In the case of radioactive pollution caused by nuclear pollution, iodine and cesium, which are generated due to radioactive decay of uranium-235, are problematic, unlike pollution by natural radioactive materials.
원전 시설 운영 중에 방사성 물질에 의해 오염된 폐기물이 발생하며 처리 과정 중 냉각수의 유출 또는 방사성 폐기물의 침출수와, 방사성 폐기물의 저장 용량 포화 상태로 인해 요오드와 세슘 등이 발생할 수 있으므로, 이로 인한 토양, 지하수가 오염될 가능성이 충분하다.Soil and groundwater may be generated during the operation of the nuclear power plant due to radioactive contaminants, effluent from cooling water or leachate of radioactive waste, and iodine and cesium due to the saturation of radioactive waste. Is likely to be contaminated.
또한, 국내 원자력 발전소의 경우, 별도 저장시설에 보관 중인 방사성 폐기물의 저장 용량이 포화상태에 도달할 예정이다. 그러므로 새로운 방사성 폐기물 관리시설 건설과 함께 방사성 폐기물로 인한 지하수의 오염 방지 및 정화 기술의 도입이 시급한 실정하다.In addition, in the case of domestic nuclear power plants, the storage capacity of radioactive waste stored in a separate storage facility will reach saturation. Therefore, with the construction of a new radioactive waste management facility, it is urgent to introduce technologies for preventing and purifying groundwater contamination by radioactive waste.
방사성 물질에 대한 제어 연구는 개별 물질별로 연구들이 진행되었으나, 다양한 방사성 물질들을 동시에 제어할 수 있는 기술에 관한 연구는 미흡하다. Although studies on the control of radioactive materials have been conducted by individual materials, studies on techniques for simultaneously controlling various radioactive materials are insufficient.
또한, 종래에 방사성 물질을 제거하는 소재로 탄소소재 흡착제가 이용되었으나, 이는 우라늄 등의 방사성 물질에 대한 제거율 및 분산성이 낮다는 문제가 있다.In addition, although a carbon material adsorbent has been conventionally used as a material for removing radioactive materials, this has a problem in that the removal rate and dispersibility of radioactive materials such as uranium are low.
또한, 지하수 내 존재하는 방사성 물질은 매우 낮은 농도로 존재하기 때문에 단일 공정의 화학적/물리적 방법의 경우, 제거 비용이 비싸고 효율이 낮다는 단점이 있다.In addition, the radioactive material present in the groundwater is present at a very low concentration, the disadvantage of the high removal cost and low efficiency of the chemical / physical method of a single process.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 나노융합소재를 이용하는 서로 다른 두가지 이상의 수처리 공정을 결합하여 방사성 오염수를 처리하는 수처리 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다. The problem to be solved by the present invention is to provide a water treatment system and method for treating radioactive contaminated water by combining two or more different water treatment process using a nano fusion material.
본 발명의 하나의 특징에 따르면, 수처리 시스템은 유기물 및 방사성 물질이 함유된 오염수를 외부로부터 공급받아 저장하는 원수 탱크, 나노여과 및 정전기적 상호 작용을 통해 상기 오염수로부터 상기 유기물 및 상기 방사성 물질을 제거하는 나노여과막필터, 상기 원수 탱크와 제1 배관을 통해 연결되고, 상기 나노여과막필터의 후단에 제2 배관을 통해 연결되며, 정전기적 상호 작용을 통해, 상기 원수 탱크로부터 배출되는 오염수 또는 상기 나노여과막필터로부터 배출되는 여과수에서 유기물 및 방사성 물질을 제거하는 나노흡착필터, 상기 나노흡착필터로부터 배출되는 처리수를 저장하는 처리수 탱크, 상기 원수 탱크와 상기 나노흡착필터 사이에 연결되는 제1 밸브(V1), 그리고 상기 원수 탱크와 상기 나노여과막필터 사이에 연결되는 제2 밸브(V2)를 포함하고, 상기 제1 밸브(V1) 및 상기 제2 밸브(V2)는, 교차 개폐된다.According to one aspect of the invention, the water treatment system is a raw water tank for receiving and storing the contaminated water containing organic matter and radioactive material from the outside, the organic matter and the radioactive material from the contaminated water through nanofiltration and electrostatic interaction Nanofiltration membrane filter to remove the, is connected through the first pipe and the raw water tank, and is connected through the second pipe to the rear end of the nanofiltration membrane filter, through the electrostatic interaction, the contaminated water discharged from the raw water tank or A nano adsorption filter for removing organic substances and radioactive substances from the filtered water discharged from the nanofiltration membrane filter, a treated water tank for storing the treated water discharged from the nano adsorption filter, and a first connection between the raw water tank and the nano adsorption filter Valve V1 and second valve V2 connected between the raw water tank and the nanofiltration membrane filter. And wherein the first valve (V1) and the second valve (V2), the opening is crossed.
상기 수처리 시스템은, 상기 제1 밸브(V1)가 개방되고 상기 제2 밸브(V2)가 폐쇄된 경우, 상기 오염수는 상기 원수 탱크로부터 상기 나노흡착필터로 배출되어 오염수 내 농도가 정해진 임계치 이하인 저농도 유기물과 상기 방사성 물질이 상기 오염수로부터 제거되고, 상기 제1 밸브(V1)가 폐쇄되고 상기 제2 밸브(V2)가 개방된 경우, 상기 오염수는 상기 원수 탱크로부터 상기 나노여과막필터로 배출되고, 이어서 상기 나노여과막필터로부터 배출되는 여과수는 상기 나노흡착필터로 공급되어, 오염수 내 농도가 정해진 임계치 이상인 고농도 유기물과 상기 방사성 물질이 상기 오염수로부터 제거될 수 있다.In the water treatment system, when the first valve V1 is opened and the second valve V2 is closed, the contaminated water is discharged from the raw water tank to the nano adsorption filter so that the concentration in the contaminated water is equal to or less than a predetermined threshold. When the low concentration organic material and the radioactive material are removed from the contaminated water, the first valve V1 is closed and the second valve V2 is opened, the contaminated water is discharged from the raw water tank to the nanofiltration membrane filter. Subsequently, the filtered water discharged from the nanofiltration membrane filter is supplied to the nano adsorption filter, so that the high concentration organic material and the radioactive substance having a concentration in the contaminated water is greater than or equal to a predetermined threshold may be removed from the contaminated water.
상기 수처리 시스템은, 상기 나노여과막필터로부터 배출되는 여과수를 역삼투압 이상의 압력으로 누과시켜 상기 유기물 및 상기 방사성 물질이 포함된 농축수와 상기 유기물 및 상기 방사성 물질이 포함되지 않은 처리수로 분리하고, 상기 처리수는 상기 처리수 탱크로 배출하는 역삼투분리막필터, 상기 나노여과막필터와 상기 나노흡착필터 사이에 연결되는 제3 밸브(V3), 그리고 상기 나노여과막필터와 상기 역삼투분리막필터 사이에 연결되는 제4 밸브(V4)를 더 포함하고, 상기 제3 밸브(V3) 및 상기 제4 밸브(V4)는, 교차 개폐될 수 있다.The water treatment system may leak the filtrate discharged from the nanofiltration membrane filter to a pressure equal to or greater than reverse osmosis to separate concentrated water containing the organic material and the radioactive material and treated water not containing the organic material and the radioactive material, and The treated water is a reverse osmosis membrane filter discharged to the treated water tank, a third valve (V3) connected between the nanofiltration membrane filter and the nano adsorption filter, and is connected between the nanofiltration membrane filter and the reverse osmosis membrane filter. Further comprising a fourth valve (V4), the third valve (V3) and the fourth valve (V4) may be cross-opening.
상기 수처리 시스템은, 상기 나노여과막필터와 상기 역삼투분리막필터 사이에 배치되어, 상기 여과수로부터 미세물질을 필터링한 후, 상기 미세물질이 필터링된 여과수를 상기 역삼투분리막필터로 배출하는 마이크로필터를 더 포함할 수 있다.The water treatment system is disposed between the nanofiltration membrane filter and the reverse osmosis membrane filter, and after filtering the fine material from the filtrate, the micro filter to further filter the filtered water filtered by the fine material to the reverse osmosis membrane filter It may include.
상기 수처리 시스템은, 상기 제1 밸브(V1) 및 상기 제3 밸브(V3)는 폐쇄되고, 상기 제2 밸브(V2) 및 상기 제4 밸브(V4)가 개방된 경우, 상기 오염수는 상기 원수 탱크로부터 상기 나노여과막필터로 배출되고, 이어서 상기 나노여과막필터로부터 배출되는 여과수는 상기 역삼투분리막필터로 공급되어, 오염수 내 농도가 정해진 임계치 이상인 고농도 유기물과 상기 방사성 물질이 상기 오염수로부터 제거될 수 있다.In the water treatment system, when the first valve V1 and the third valve V3 are closed and the second valve V2 and the fourth valve V4 are opened, the contaminated water is the raw water. The filtered water discharged from the tank to the nanofiltration membrane filter, and then discharged from the nanofiltration membrane filter, is supplied to the reverse osmosis membrane filter, so that the high concentration of organic matter and the radioactive substance whose concentration in the contaminated water is above a predetermined threshold can be removed from the contaminated water. Can be.
상기 역삼투분리막필터는, 우라늄, 그리고 요오드 또는 세슘을 제거하고, 상기 나노여과막필터 및 상기 나노흡착필터는, 우라늄을 제거할 수 있다.The reverse osmosis membrane filter may remove uranium and iodine or cesium, and the nanofiltration membrane filter and the nano adsorption filter may remove uranium.
상기 제1 밸브(V1), 상기 제2 밸브(V2), 상기 제3 밸브(V3) 및 상기 제4 밸브(V4)는, 전자 밸브이고, 상기 제1 밸브(V1), 상기 제2 밸브(V2), 상기 제3 밸브(V3) 및 상기 제4 밸브(V4)와 유선 또는 무선으로 연결되고, 상기 오염수 내 유기물의 농도 또는 상기 방사성 물질의 종류를 기초로, 상기 제1 밸브(V1), 상기 제2 밸브(V2), 상기 제3 밸브(V3) 및 상기 제4 밸브(V4)를 선택적으로 개폐시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.The first valve V1, the second valve V2, the third valve V3, and the fourth valve V4 are solenoid valves, and the first valve V1 and the second valve ( V2) and the third valve V3 and the fourth valve V4 are connected in a wired or wireless manner, and the first valve V1 is based on the concentration of the organic matter in the contaminated water or the type of the radioactive material. The controller may further include a controller configured to selectively open and close the second valve V2, the third valve V3, and the fourth valve V4.
상기 수처리 시스템은, 상기 원수 탱크에 설치되어, 상기 원수 내 유기물의 농도를 측정하고, 측정 결과를 상기 제어부로 출력하는 유기물농도측정센서를 더 포함할 수 있다.The water treatment system may further include an organic matter concentration sensor installed in the raw water tank to measure a concentration of organic matter in the raw water and output a measurement result to the controller.
상기 수처리 시스템은, 상기 원수 탱크에 설치되어, 상기 원수 내 방사성 물질의 농도를 측정하고, 측정 결과를 상기 제어부로 출력하는 방사성 물질 측정부를 더 포함할 수 있다. The water treatment system may further include a radioactive material measuring unit installed in the raw water tank to measure a concentration of radioactive material in the raw water and output a measurement result to the controller.
상기 나노흡착필터는, 탄소계 물질인 입상 활성탄(Granular Activated Carbon, GAC)이 담체로 사용되고 표면에 철산화물(Magnetite, Fe3O4)이 코팅될 수 있다.In the nano adsorption filter, granular activated carbon (GAC), which is a carbon-based material, may be used as a carrier, and iron oxide (Magnetite, Fe 3 O 4) may be coated on a surface thereof.
상기 나노여과막필터는, 다공성 세라믹막의 표면에 나노입자층이 형성된 세라믹 나노여과막을 포함할 수 있다.The nanofiltration membrane filter may include a ceramic nanofiltration membrane having a nanoparticle layer formed on a surface of the porous ceramic membrane.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 수처리 방법은, 원수 탱크, 나노흡착필터, 상기 나노흡착필터의 전단에 배치한 나노여과막필터, 처리수 탱크, 복수의 전자 밸브 및 제어부를 포함하는 수처리 시스템에서, 상기 제어부의 수처리 방법으로서, 상기 원수 탱크에 저장된 오염수의 유기물 농도가 기 정의된 제1 임계치 이하인지 판단하는 단계, 그리고 상기 제1 임계치 이하로 판단되면, 상기 원수 탱크와 상기 나노흡착필터 사이에 연결된 제1 밸브를 개방하고, 나머지 밸브들은 폐쇄시키는 단계를 포함하고, 상기 오염수는, 상기 나노흡착필터를 통과하여 정전기적 상호 작용에 의한 흡착을 통해 상기 유기물 및 상기 방사성 물질이 제거된다.According to another feature of the invention, the water treatment method, in a water treatment system comprising a raw water tank, a nano adsorption filter, a nano filtration membrane filter disposed in front of the nano adsorption filter, a treated water tank, a plurality of electromagnetic valves and the control unit, A water treatment method of a controller, comprising: determining whether an organic matter concentration of contaminated water stored in the raw water tank is equal to or less than a first predetermined threshold value, and when determined to be equal to or less than the first threshold value, connected between the raw water tank and the nano adsorption filter. Opening the first valve and closing the remaining valves, wherein the contaminated water passes through the nanoadsorption filter to remove the organics and the radioactive material through adsorption by electrostatic interaction.
상기 판단하는 단계 이후, 상기 제1 임계치 이하가 아니면, 상기 유기물 농도가 기 정의된 제2 임계치 이상인지 판단하는 단계, 그리고 상기 제2 임계치 이상으로 판단되면, 상기 원수 탱크와 상기 나노여과막필터 사이에 연결된 제2 밸브 및 상기 나노여과막필터와 상기 나노흡착필터 사이에 연결된 제3 밸브를 개방하고, 나머지 밸브들은 폐쇄시키는 단계를 더 포함하고, 상기 오염수는, 상기 나노여과막필터 및 상기 나노흡착필터를 순차적으로 통과하여 나노 여과 및 정전기적 상호 작용에 의한 흡착을 통해 상기 유기물 및 상기 방사성 물질이 제거될 수 있다.After the determining, if not equal to or less than the first threshold, determining whether the organic concentration is greater than or equal to a predefined second threshold, and if determined to be greater than or equal to the second threshold, between the raw water tank and the nanofiltration membrane filter. Opening the third valve connected between the second valve and the nanofiltration membrane filter and the nano adsorption filter, and closing the remaining valves, wherein the contaminated water comprises the nanofiltration membrane filter and the nano adsorption filter. The organic material and the radioactive material may be removed by sequentially passing through adsorption by nano filtration and electrostatic interaction.
상기 수처리 시스템은, 상기 나노여과막필터의 후단에 배치된 역삼투분리막필터를 더 포함하고, 상기 제3 밸브를 개방하고, 나머지 밸브들은 폐쇄시키는 단계는, 상기 방사성 물질 내 기 설정된 특정 종류의 방사성 물질의 함유 여부를 판단하는 단계, 상기 특정 종류의 방사성 물질이 함유되지 않은 것으로 판단되면, 제2 밸브 및 상기 제3 밸브를 개방하고, 나머지 밸브들은 폐쇄시키는 단계, 그리고 상기 특정 종류의 방사성 물질이 함유된 것으로 판단되면, 상기 제2 밸브, 그리고 상기 나노여과막필터 및 상기 역삼투분리막필터 사이에 설치된 제4 밸브를 개발하고, 나머지 밸브들은 폐쇄시키는 단계를 포함하며, 상기 오염수는, 상기 나노여과막필터 및 상기 역삼투분리막필터를 순차적으로 통과하여 나노 여과, 정전기적 상호 작용에 의한 흡착 및 역삼투압에 따른 분리 과정을 통하여 상기 유기물 및 상기 특정 종류의 방사성 물질이 제거될 수 있다.The water treatment system may further include a reverse osmosis membrane filter disposed at a rear end of the nanofiltration membrane filter, and opening the third valve and closing the remaining valves may include setting a predetermined kind of radioactive material in the radioactive material. Judging whether the specific type of radioactive material is not contained, opening the second valve and the third valve, closing the remaining valves, and containing the specific type of radioactive material. And a fourth valve installed between the second valve and the nanofiltration membrane filter and the reverse osmosis membrane filter, and closing the remaining valves, wherein the contaminated water is the nanofiltration membrane filter. And sequentially passing through the reverse osmosis membrane filter, followed by nano filtration, adsorption and reverse by electrostatic interaction. It may be the organic material and the radioactive material of the particular type removed by the separation process according to tuap.
본 발명의 실시예에 따르면, 나노융합소재의 특성을 이용하는 서로 다른 두가지 이상의 수처리 공정을 결합하여 우라늄과 같은 자연 방사성 물질과 요오드, 세슘과 같은 방사성 사고에 의해 유출될 수 있는 물질들을 동시에 효과적으로 제거할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by combining two or more different water treatment processes utilizing the characteristics of the nano-fusion material to effectively remove the natural radioactive materials such as uranium and the substances that can be released by radioactive accidents such as iodine and cesium at the same time. Can be.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 수처리 시스템을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수처리 시스템을 나타낸다.
도 3은 도 1의 수처리 시스템을 이동식으로 구현한 예시를 나타낸 측면도이다.
도 4는 도 1의 수처리 시스템을 이동식으로 구현한 예시를 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수처리 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 나노흡착필터를 통과한 원수의 우라늄 농도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 나노흡착필터의 우라늄 및 유기물의 제거율을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 나노융합소재 별로 수처리후 원수 내 우라늄 농도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 나노융합소재 별로 우라늄 및 유기물의 제거율을 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 나노융합소재 별로 수처리후 원수 내 우라늄(U), 요오드(I), 세슘(Cs)의 농도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 나노융합소재 별로 우라늄 및 유기물의 제거율을 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 원수의 pH 별로 상대적인 우라늄종(uranium species) 분포도(distribution)를 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 원수의 pH 별로 나노여과막필터(Ceramic NF membrane)의 제타 포텐셜(zeta potential)의 크기 변화를 나타낸 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 원수의 pH 별로 나노흡착필터들의 제타 포텐셜을 나타낸 그래프이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 나노흡착필터의 종류 별 우라늄 제거 성능을 나타낸 그래프이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 우라늄 초기 농도에 따른 잔여 농도를 나타낸 그래프이다.
도 17은 저농도 우라늄의 제거 실험에 따른 결과를 나타낸다.
도 18은 고농도 우라늄의 제거 실험에 따른 결과를 나타낸다.
1 shows a water treatment system according to one embodiment of the present invention.
2 shows a water treatment system according to another embodiment of the present invention.
3 is a side view illustrating an example of a mobile implementation of the water treatment system of FIG.
4 is a plan view illustrating an example of a mobile implementation of the water treatment system of FIG.
5 is a flow chart showing a water treatment method according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a graph showing the uranium concentration change of the raw water passed through the nano adsorption filter according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing the removal rate of uranium and organics in the nano adsorption filter according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph showing the change in uranium concentration in the raw water after the water treatment for each nano-fusion material according to an embodiment of the present invention.
Figure 9 is a graph showing the removal rate of uranium and organic material for each nano-fusion material according to an embodiment of the present invention.
10 is a graph showing the concentration change of uranium (U), iodine (I), cesium (Cs) in the raw water after the water treatment for each nano fusion material according to an embodiment of the present invention.
Figure 11 is a graph showing the removal rate of uranium and organic material for each nano-fusion material according to an embodiment of the present invention.
12 is a graph showing the distribution of uranium species relative to the pH of raw water according to an embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a graph illustrating a change in the zeta potential of the nanofiltration membrane (Ceramic NF membrane) for each pH of raw water according to an embodiment of the present invention.
14 is a graph showing the zeta potential of the nano adsorption filters for each pH of raw water according to an embodiment of the present invention.
15 is a graph showing uranium removal performance by type of nano adsorption filter according to an embodiment of the present invention.
16 is a graph showing the residual concentration according to the uranium initial concentration according to an embodiment of the present invention.
Figure 17 shows the results of the experiment of the removal of low concentration uranium.
Figure 18 shows the results of the experiment of the removal of high concentration uranium.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it may further include other components, except to exclude other components unless specifically stated otherwise.
본 명세서에서 단수로 기재된 표현은 "하나" 또는 "단일" 등의 명시적인 표현을 사용하지 않은 이상, 단수 또는 복수로 해석될 수 있다.Expression used in the singular herein may be interpreted in the singular or plural unless an explicit expression such as “one” or “single” is used.
도면을 참고하여, 본 발명의 실시예에 따른 나노융합소재를 이용하여 방사성 오염수를 처리하는 수처리 시스템 및 그 방법에 대하여 설명한다.Referring to the drawings, a water treatment system and method for treating radioactive contaminated water using a nano-fusion material according to an embodiment of the present invention will be described.
본 발명의 실시예에 따른 수처리 시스템은 나노융합소재를 이용하여 오염된 지하수를 정화한다. 이러한 수처리 시스템의 주요 처리 대상 물질은 방사성 물질이다. 방사성 물질은 우라늄 등과 같은 자연방사성 물질, 및 요오드, 세슘 등과 같은 방사성 사고에 의한 유출 가능 물질을 포함한다.The water treatment system according to the embodiment of the present invention purifies the contaminated ground water using the nano fusion material. The main material to be treated in such water treatment systems is radioactive material. Radioactive materials include spontaneous radioactive materials such as uranium and the like and effluents from radioactive accidents such as iodine, cesium and the like.
나노융합소재는 구성하는 요소의 크기가 100nm 이내인 소재를 제조하는 기술과 소재의 물성을 이해하고 활용하는 기술이라 정의할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 나노융합소재는 탄소계 담체에 금속산화물, 유기화학 작용기(functional group) 등이 결합된 융합소재이다. 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 나노융합소재는 나노흡착(Nano absorbent) 필터(filter)와 나노여과(Nano Filtration, NF)막(Membrane) 필터를 포함한다. Nano fusion material can be defined as a technology for manufacturing a material with a constituent element within 100nm size and a technology for understanding and utilizing the physical properties of the material. Nano fusion material according to an embodiment of the present invention is a fusion material in which a metal oxide, an organic chemical functional group (functional group) and the like is bonded to a carbon-based carrier. Specifically, the nano-fusion material according to the embodiment of the present invention includes a nano absorbent filter (Nano absorbent) filter (Nano Filtration, NF) membrane filter (Membrane) filter.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 수처리 시스템을 나타내고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수처리 시스템을 나타내며, 도 3은 도 1의 수처리 시스템을 이동식으로 구현한 예시를 나타낸 측면도이고, 도 4는 도 1의 수처리 시스템을 이동식으로 구현한 예시를 나타내는 평면도이다.1 shows a water treatment system according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 shows a water treatment system according to another embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a side view showing an exemplary implementation of the water treatment system of FIG. 4 is a plan view illustrating an example of a mobile implementation of the water treatment system of FIG.
이때, 도 1 ~ 도 4에 도시한 수처리 시스템(100)은 도시된 구성요소보다 더 많은 구성요소를 필요로 하나, 본 발명의 기술적 사상과 관련된 구성요소를 도시하고, 나머지 구성요소들은 생략하였다.In this case, the water treatment system 100 illustrated in FIGS. 1 to 4 requires more components than those shown, but shows components related to the technical idea of the present invention, and the remaining components are omitted.
도 1을 참조하면, 수처리 시스템(100)은 원수 탱크(101), 나노흡착필터(103), 나노여과막필터(105), 마이크로(Micro)필터(107), 역삼투분리막(Reverse Osmosis Membrane, RO)필터(109) 및 처리수 탱크(111)와, 복수의 밸브(V1, V2, V3, V4)를 포함한다. 이때, 각 구성요소(101, 103, 105, 107, 109, 111)는 원수 또는 처리수가 흐르는 유로 또는 배관을 통해 상호 연결된다.Referring to FIG. 1, the water treatment system 100 includes a raw water tank 101, a nano adsorption filter 103, a nano filtration membrane filter 105, a micro filter 107, a reverse osmosis membrane, and a reverse osmosis membrane. The filter 109, the treated water tank 111, and a plurality of valves V1, V2, V3, and V4 are included. At this time, each component (101, 103, 105, 107, 109, 111) is interconnected through a flow path or piping through which raw or treated water flows.
V1은 원수 탱크(101)와 나노흡착필터(103) 사이의 배관에 장착되고, 원수 탱크(101)로부터 나노흡착필터(103)를 향하는 원수의 출입을 조절한다.V1 is mounted in the pipe between the raw water tank 101 and the nano adsorption filter 103, and controls the entry and exit of the raw water from the raw water tank 101 toward the nano adsorption filter 103.
V2는 원수 탱크(101)와 나노여과막필터(105) 사이의 배관에 장착되고, 원수 탱크(101)로부터 나노여과막필터(105)를 향하는 원수의 출입을 조절한다.V2 is mounted in the pipe between the raw water tank 101 and the nanofiltration membrane filter 105, and controls the entry and exit of raw water from the raw water tank 101 toward the nanofiltration membrane filter 105.
V3는 나노여과막필터(105)와 나노흡착필터(103) 사이의 배관에 장착되고, 나노여과막필터(105)로부터 나노흡착필터(103)를 향하는 처리수의 출입을 조절한다.V3 is mounted on the pipe between the nanofiltration membrane filter 105 and the nanoadsorption filter 103 to regulate the entry and exit of the treated water from the nanofiltration membrane filter 105 toward the nanoadsorption filter 103.
V4는 나노여과막필터(105)와 역삼투분리막필터(109) 사이의 배관에 장착되고, 나노여과막필터(105)로부터 역삼투분리막필터(109)를 향하는 처리수의 출입을 조절한다.V4 is mounted on the pipe between the nanofiltration membrane filter 105 and the reverse osmosis membrane filter 109, and controls the entry and exit of the treated water from the nanofiltration membrane filter 105 toward the reverse osmosis membrane filter 109.
원수 탱크(101)는 외부로부터 오염된 원수(raw water)를 공급받아 저장한다.The raw water tank 101 receives and stores raw water contaminated from outside.
도시하지는 않았으나, 원수 탱크(101)와 V1, 또는 원수 탱크(101)와 V2 사이에는 원수유입펌프(미도시)가 설치될 수 있다. 따라서, 원수는 원수유입펌프(미도시)에 의해 나노흡착필터(103) 또는 나노여과막필터(105)로 이동할 수 있다.Although not shown, a raw water inlet pump (not shown) may be installed between the raw water tank 101 and V1, or between the raw water tank 101 and V2. Therefore, the raw water may move to the nano adsorption filter 103 or the nanofiltration membrane filter 105 by the raw water inflow pump (not shown).
나노흡착필터(103)는 정전기적 상호 작용으로 원수 내 함유된 방사성 물질을 흡착함으로써, 원수로부터 방사성 물질을 제거한다. 나노흡착필터(103)는 탄소계 담체에 금속산화물 및 작용기가 결합된 형태를 하고 있으며, 흡착표면의 극대화를 위하여 나노 수준의 입자 크기를 가진다. The nano adsorption filter 103 removes radioactive material from raw water by adsorbing radioactive material contained in raw water by electrostatic interaction. The nano adsorption filter 103 has a form in which a metal oxide and a functional group are bonded to a carbon-based carrier, and have a nano-level particle size for maximization of an adsorption surface.
나노흡착필터(103)의 표면 전위는 양(+)의 값을 가지고, 원수 내 함유된 방사성 물질은 음(-)의 전하를 가진다. 따라서, 음(-)전하 방사성 물질과 양(+) 전하의 나노흡착필터(103) 사이의 정전기적 인력에 따른 화학적 흡착이 이루어진다. 이를 통해 원수로부터 방사성 물질이 제거된다. The surface potential of the nano adsorption filter 103 has a positive value, and the radioactive material contained in the raw water has a negative charge. Accordingly, chemical adsorption is performed according to the electrostatic attraction between the negatively charged radioactive material and the positively charged nano adsorption filter 103. This removes radioactive material from raw water.
나노흡착필터(103)는 탄소계 물질인 입상 활성탄(Granular Activated Carbon, GAC)을 담체로 사용하고 표면에 철산화물(Magnetite, Fe3O4)을 코팅하여 형성된다. 이러한 나노흡착필터(103)는 종래의 탄소소재 흡착제의 단점, 즉, 우라늄 등의 방사성 물질에 대한 낮은 제거율 및 낮은 분산성의 문제를 해결한다.The nano adsorption filter 103 is formed by using granular activated carbon (GAC) as a carrier and coating iron oxide (Magnetite, Fe 3 O 4) on a surface thereof. The nano adsorption filter 103 solves the disadvantages of the conventional carbon material adsorbent, that is, the problem of low removal rate and low dispersibility for radioactive materials such as uranium.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 나노흡착필터(103)는 철입상활성탄(Fe-GAC), 철알루미늄 산화물(FeAl-oxide), 그래핀(Graphene) 등이 사용될 수 있다. 특히, 철입상활성탄(Fe-GAC)은 실험을 통해 방사성 물질 중에서 우라늄 제거 성능이 탁월함이 증명되었다.According to one embodiment of the present invention, the nano adsorption filter 103 may be used as ferro-electric activated carbon (Fe-GAC), iron aluminum oxide (FeAl-oxide), graphene (Graphene) and the like. In particular, it has been proved that Fe-GAC has excellent uranium removal performance in radioactive materials through experiments.
나노여과막필터(105)는 나노흡착필터(103) 또는 역삼투분리막필터(109)의 전단에 위치하는 전처리 필터로서 동작한다. 나노여과막필터(105)는 원수 중에 함유된 방사성 물질을 제거하여 후단 처리의 효율을 높인다. The nanofiltration membrane filter 105 operates as a pretreatment filter positioned in front of the nano adsorption filter 103 or the reverse osmosis membrane filter 109. The nanofiltration membrane filter 105 removes the radioactive material contained in the raw water to increase the efficiency of the post treatment.
나노여과막필터(105)는 크기 배제(Size exclusion)와 나노여과막의 표면 전위의 정전기적 인력으로 원수 내 함유된 방사성 물질을 제거한다. 즉, 나노여과막필터(105)는 나노소재의 흡착 특성으로 인하여 1차적으로 방사성 물질을 제거하고, 나노여과막의 기공 크기 이상의 방사성 물질을 배제한다. The nanofiltration membrane filter 105 removes radioactive substances contained in raw water by size exclusion and electrostatic attraction of the surface potential of the nanofiltration membrane. That is, the nanofiltration membrane filter 105 primarily removes the radioactive material due to the adsorption characteristics of the nanomaterial, and excludes the radioactive material larger than the pore size of the nanofiltration membrane.
나노여과막필터(105)는 기공 크기가 1 내지 수십 nm 크기로서, 방사성 물질은 나노여과막의 기공을 통과하지 못함으로써, 방사성 물질이 제거된다. The nanofiltration membrane filter 105 has a pore size of 1 to several tens of nm, and the radioactive material does not pass through the pores of the nanofiltration membrane, thereby removing the radioactive material.
나노여과막필터(105)의 표면 전위는 (+) 전하를 띄고 있고, 방사성 물질은 (-) 전하를 띄고 있다. 따라서, 상호 정전기적 인력에 의해 나노여과막필터(105)의 표면에 방사성 물질이 결합되면서 방사성 물질이 제거된다.The surface potential of the nanofiltration membrane filter 105 has a positive charge, and the radioactive material has a negative charge. Therefore, the radioactive material is coupled to the surface of the nanofiltration membrane filter 105 by mutual electrostatic attraction to remove the radioactive material.
나노여과막필터(105)는 유기계 분리막에 나노소재를 첨가하거나 또는 한외여과(ultrafiltration, UF) 계열의 무기계 분리막 표면에 나노입자층을 형성함으로써, 나노여과막으로 개질된 것일 수 있다.The nanofiltration membrane filter 105 may be modified with a nanofiltration membrane by adding a nanomaterial to an organic separator or forming a nanoparticle layer on an ultrafiltration (UF) -based inorganic separator surface.
여기서, 무기계 분리막은 세라믹, 유리, 금속 재질 등이 소재로 사용된다. 나노소재는 금속입자, 탄소 나노튜브(Carbon nanotube, CNT), 그래핀(Graphene) 등을 포함한다.Here, the inorganic separator is used as a material, such as ceramic, glass, metal. Nanomaterials include metal particles, carbon nanotubes (CNT), graphene (Graphene) and the like.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 나노여과막필터(105)는 다공성 세라믹막에 나노소재 담지를 통한 선택적 투과성을 부여하여 세라믹 나노여과막을 제조할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the nanofiltration membrane filter 105 may provide a ceramic nanofiltration membrane by imparting selective permeability through supporting the nanomaterial to the porous ceramic membrane.
마이크로필터(107)는 나노여과막필터(105)를 통과한 처리수에 함유되어 있는 현탁 물질이나 미립자를 제거하여 역삼투분리막필터(109)의 부하를 경감시킨다.The micro filter 107 reduces the load of the reverse osmosis membrane filter 109 by removing the suspended matter or fine particles contained in the treated water passing through the nanofiltration membrane filter 105.
역삼투분리막(RO)필터(109)는 나노여과막필터(105) 및 마이크로필터(107)를 거친 처리수에 대한 방사성 물질을 재처리한다. 역삼투분리막(RO)필터(109)는 처리수를 공급받아 역삼투압 이상의 압력으로 그 내부에 설치된 역삼투압막(미도시)에 투과시켜 저농도의 처리수와 고농도의 농축수, 즉 방사성 물질이 포함된 농축수로 분리한다. 이러한 역삼투분리막(RO)필터(109)는 역삼투압 원리를 이용하며, 역삼투압 원리에 대한 설명은 종래에 알려진 기술을 사용하므로, 자세한 설명은 생략한다. The reverse osmosis membrane (RO) filter 109 reprocesses the radioactive material for the treated water that has passed through the nanofiltration membrane filter 105 and the microfilter 107. Reverse osmosis membrane (RO) filter 109 receives the treated water and permeates the reverse osmosis membrane (not shown) installed therein at a pressure equal to or greater than the reverse osmosis pressure to include low concentration of treated water and high concentration of concentrated water, that is, radioactive material. Into concentrated brine. The reverse osmosis membrane (RO) filter 109 uses a reverse osmosis principle, and the description of the reverse osmosis principle uses a conventionally known technique, and thus a detailed description thereof will be omitted.
처리수 탱크(111)는 역삼투분리막(RO)필터(109)를 거쳐 처리된 처리수를 저장한다.The treated water tank 111 stores the treated water processed through the reverse osmosis membrane (RO) filter 109.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 수처리 시스템(100)은 서로 다른 방식의 수처리 장치, 즉, 나노흡착필터(103), 나노여과막필터(105), 마이크로(Micro)필터(107), 역삼투분리막(Reverse Osmosis Membrane, RO)필터(109)가 혼합되어 있는 하이브리드 형태이다. As described above, the water treatment system 100 according to the embodiment of the present invention is a water treatment apparatus of different manners, that is, nano adsorption filter 103, nano filtration membrane filter 105, micro filter (107), Reverse osmosis membrane (RO) filter (109) is a hybrid form that is mixed.
이때, 복수의 밸브(V1, V2, V3, V4)를 통해 원수 또는 처리수의 유입 개폐가 조절됨으로써, 수처리 시스템(100)은 나노흡착필터(103), 나노여과막필터(105), 마이크로(Micro)필터(107), 역삼투분리막(Reverse Osmosis Membrane, RO)필터(109) 중에서 일부를 선택적으로 이용하는 수처리 공정을 수행할 수 있다.At this time, the inlet opening and closing of the raw water or the treated water is controlled through the plurality of valves (V1, V2, V3, V4), the water treatment system 100 is a nano adsorption filter 103, nano filtration membrane filter 105, Micro (Micro The filter 107 and the reverse osmosis membrane (RO) filter 109 may be used to selectively perform a water treatment process using a part of the filter 109.
본 발명의 실시예에 따른 수처리 공정은 세가지로 구분된다. Water treatment process according to an embodiment of the present invention is divided into three.
제1 수처리 공정은 나노흡착필터(103)만 사용하여 원수 내 저농도 유기물과 방사성 물질 중에서 우라늄을 제거한다. The first water treatment process uses only the nano adsorption filter 103 to remove uranium from low concentration organic matter and radioactive material in raw water.
제2 수처리 공정은 나노여과막필터(105)를 통해 전처리후 나노흡착필터(103)를 사용하여 원수 내 고농도 유기물과 방사성 물질 중에서 우라늄을 제거한다.The second water treatment process removes uranium from high concentration organic matter and radioactive material in raw water using the nano adsorption filter 103 after pretreatment through the nanofiltration membrane filter 105.
제3 수처리 공정은 나노여과막필터(105)를 통해 전처리후 역삼투분리막(RO)필터(109)를 사용하여 원수 내 고농도 유기물과 방사성 물질 중에서 우라늄, 요오드, 세슘을 제거한다. The third water treatment process removes uranium, iodine and cesium from high concentration organic matter and radioactive material in raw water using a reverse osmosis membrane (RO) filter 109 after pretreatment through the nanofiltration membrane filter 105.
수처리 시스템(100)이 이러한 세가지 수처리 공정을 선택적으로 수행하는 동작은 다음 표 1과 같다.The operation of selectively performing these three water treatment processes by the water treatment system 100 is shown in Table 1 below.
유기물 농도Organic matter concentration 세슘/요오드 함유 유무Cesium / iodine V1V1 V2V2 V3V3 V4V4
저농도 유기물Low concentration organic matter XX OnOn OffOff OffOff OffOff
고농도 유기물High concentration organic matter XX OffOff OnOn OnOn OffOff
고농도 유기물High concentration organic matter OO OffOff OnOn OffOff OnOn
표 1을 참조하면, 원수의 유기물 농도가 저농도이고, 세슘/요오드는 함유되지 않고 우라늄만 포함된 경우, V1은 개방되고 V2, V3, V4는 폐쇄된다. V1의 개방에 따라, 원수 탱크(101)로부터 배출되는 원수는 나노흡착필터(103)로 유입된다. 원수는 나노흡착필터(103)를 통해 유기물과 우라늄이 제거되고, 나노흡착필터(103)를 통과한 처리수는 처리수 탱크(111)로 배출된다.(제1 수처리 공정) Referring to Table 1, when the organic concentration of the raw water is low and cesium / iodine is contained and only uranium is contained, V1 is opened and V2, V3, V4 are closed. As the V1 is opened, the raw water discharged from the raw water tank 101 flows into the nano adsorption filter 103. Raw water is removed from the organic matter and uranium through the nano adsorption filter 103, the treated water passing through the nano adsorption filter 103 is discharged to the treated water tank (111).
원수의 유기물 농도가 고농도이고, 세슘/요오드는 함유되지 않고 우라늄만 포함된 경우, V2, V3가 개방되고 V1, V4는 폐쇄된다. V2의 개방에 따라, 원수 탱크(101)로부터 배출되는 원수는 나노여과막필터(105)로 유입된다. 원수는 나노여과막필터(105)를 통해 유기물과 우라늄이 제거된다. V3의 개방에 따라, 나노여과막필터(105)를 통과한 1차 처리수는 나노흡착필터(103)로 배출된다. 1차 처리수는 나노흡착필터(103)를 통해 유기물과 우라늄이 제거되고, 나노흡착필터(103)를 통과한 2차 처리수, 즉, 최종 처리수는 처리수 탱크(111)로 배출된다.(제2 수처리 공정)When the concentration of organic matter in raw water is high and cesium / iodine is contained and only uranium is contained, V2 and V3 are opened and V1 and V4 are closed. As V2 opens, the raw water discharged from the raw water tank 101 flows into the nanofiltration membrane filter 105. Raw water is removed from the organic matter and uranium through the nano-filtration membrane filter (105). As the V3 is opened, the primary treated water that has passed through the nanofiltration membrane filter 105 is discharged to the nano adsorption filter 103. The primary treatment water is organic matter and uranium is removed through the nano adsorption filter 103, the secondary treatment water, that is, the final treatment water is passed through the nano adsorption filter 103 is discharged to the treated water tank (111). (Second water treatment process)
원수의 유기물 농도가 고농도이고, 우라늄을 비롯하여 세슘/요오드가 검출되면, V2, V4가 개방되고 V1, V3는 폐쇄된다. V2의 개방에 따라, 원수 탱크(101)로부터 배출되는 원수는 나노여과막필터(105)로 유입된다. 원수는 나노여과막필터(105)를 통해 유기물과 우라늄이 제거된다. V4의 개방에 따라, 나노여과막필터(105)를 통과한 1차 처리수는 역삼투분리막(RO)필터(109)로 배출된다. 이때, 역삼투분리막(RO)필터(109)의 전단에 마이크로필터(107)가 위치할 수 있다. When the concentration of organic matter in raw water is high and cesium / iodine, including uranium, is detected, V2 and V4 are opened and V1 and V3 are closed. As V2 opens, the raw water discharged from the raw water tank 101 flows into the nanofiltration membrane filter 105. Raw water is removed from the organic matter and uranium through the nano-filtration membrane filter (105). As the V4 is opened, the first treated water passing through the nanofiltration membrane filter 105 is discharged to the reverse osmosis membrane (RO) filter 109. In this case, the microfilter 107 may be positioned in front of the reverse osmosis membrane (RO) filter 109.
나노여과막필터(105)를 통과한 1차 처리수는 역삼투분리막(RO)필터(109)를 통해 유기물과 우라늄, 세슘, 요오드가 제거되고, 역삼투분리막(RO)필터(109)를 통과한 2차 처리수, 즉, 최종 처리수는 처리수 탱크(111)로 배출된다.(제3 수처리 공정)The primary treated water passing through the nanofiltration membrane filter 105 is organic matter, uranium, cesium, iodine is removed through a reverse osmosis membrane (RO) filter 109, and passed through the reverse osmosis membrane (RO) filter 109 The secondary treated water, that is, the final treated water, is discharged to the treated water tank 111. (third water treatment process)
여기서, 복수의 밸브(V1, V2, V3, V4)를 개폐하는 작업 모드는 수동 모드와 자동 모드로 구현될 수 있다. 수동 모드로 구현하는 경우, 원수 내에 유기물 농도와 세슘, 요오드 함유 유무를 이미 알고 있는 것을 전제로, 표 1을 기초로 운용자가 해당 수처리 공정을 위한 밸브들을 개폐한다.Here, the operation mode for opening and closing the plurality of valves (V1, V2, V3, V4) may be implemented in a manual mode and an automatic mode. When implemented in the manual mode, the operator opens and closes the valves for the water treatment process based on Table 1, assuming that the concentration of organic matter and the presence of cesium and iodine in the raw water are known.
자동 모드로 구현하는 경우, 도 2를 참고하여 설명한다. 도 2를 참조하면, 수처리 시스템(100)은 도 1의 구성에 추가로 자동 제어 장치(113)를 포함한다. 자동 제어 장치(113)는 유기물 농도 측정 센서(115), 방사성 물질 측정부(117) 및 제어부(119)를 포함한다. 제어부(119)는 마이크로 컨트롤러(Micro Controller Unit, MCU)일 수 있다. When implemented in the automatic mode, it will be described with reference to FIG. Referring to FIG. 2, the water treatment system 100 includes an automatic control device 113 in addition to the configuration of FIG. 1. The automatic control apparatus 113 includes an organic substance concentration sensor 115, a radioactive substance measuring unit 117, and a control unit 119. The controller 119 may be a micro controller unit (MCU).
이때, 제어부(119)는 복수의 밸브(V1, V2, V3, V4)와 유선 또는 무선으로 연결되고, 복수의 밸브(V1, V2, V3, V4)로 개폐를 명령하는 제어 신호를 송신한다. At this time, the control unit 119 is connected to the plurality of valves (V1, V2, V3, V4) by wire or wirelessly, and transmits a control signal for commanding opening and closing of the plurality of valves (V1, V2, V3, V4).
복수의 밸브(V1, V2, V3, V4)는 제어 신호에 따라 전자적으로 개폐되는 전자 밸브일 수 있다. 이처럼, 제어부(119)는 복수의 밸브(V1, V2, V3, V4)를 제어함으로써, 전술한 각 수처리 공정을 선택적으로 구동한다.The plurality of valves V1, V2, V3, and V4 may be solenoid valves that are opened and closed electronically according to a control signal. In this way, the control unit 119 selectively drives each of the above-described water treatment processes by controlling the plurality of valves V1, V2, V3, and V4.
유기물 농도 측정 센서(115)는 원수 탱크(101)에 설치되어, 원수 탱크(101) 내 원수의 유기물 농도를 측정한다. 유기물 농도 측정 센서(115)는 흡광광도법을 통해 유기물의 농도를 측정할 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니며, 유기물 농도를 측정하는 다양한 원리가 이용될 수 있다. 유기물 농도 측정 센서(115)는 측정값을 제어부(119)로 출력한다. The organic matter concentration sensor 115 is installed in the raw water tank 101 to measure the organic matter concentration of the raw water in the raw water tank 101. The organic concentration sensor 115 may measure the concentration of the organic material through absorbance spectroscopy, but is not limited thereto, and various principles of measuring the organic concentration may be used. The organic substance concentration sensor 115 outputs the measured value to the controller 119.
방사성 물질 측정부(117)는 원수 내 방사성 물질의 농도를 측정한다. 이러한 방사성 물질 측정부(117)는 센서의 형태로 구현될 수도 있고, 라돈의 함량을 통해 우라늄의 농도를 유추하는 방식을 사용할 수도 있으나, 이러한 기술에 국한되는 것은 아니며, 공개된 다양한 방사성 물질 측정 기술을 이용할 수 있다. 또한, 앞으로 개발될 수질 방사능 측정 기술을 이용할 수 있다. The radioactive material measuring unit 117 measures the concentration of radioactive material in raw water. The radioactive material measuring unit 117 may be implemented in the form of a sensor, or may use a method of inferring the concentration of uranium through the content of radon, but is not limited to this technology, various radioactive material measurement technology disclosed Can be used. In addition, water radioactivity measurement technology to be developed in the future can be used.
제어부(119)는 유기물 농도 측정 센서(115) 및 방사성 물질 측정부(117) 각각으로부터 유기물 농도를 측정한 결과와 방사성 물질을 측정한 결과를 수신한다. The controller 119 receives a result of measuring an organic concentration and a result of measuring a radioactive substance from each of the organic concentration measuring sensor 115 and the radioactive substance measuring unit 117.
제어부(119)는 원수의 유기물 농도를 측정한 결과, 저농도 유기물로 판단되고 방사성 물질에서 우라늄이 검출되면, V1을 개방하는 제어 신호를 V1으로 출력한다. As a result of measuring the organic matter concentration of the raw water, when the uranium is detected in the radioactive material, the controller 119 outputs a control signal for opening V1 to V1.
이때, 복수의 밸브(V1, V2, V3, V4)는 제어부(119)로부터 제어 신호를 수신하기 전에 모두 폐쇄 상태인 것을 전제로 한다. At this time, it is assumed that the plurality of valves V1, V2, V3, and V4 are all closed before receiving the control signal from the control unit 119.
또한, 제어부(119)는 원수의 유기물 농도를 측정한 결과, 고농도 유기물로 판단되고 방사성 물질에서 우라늄이 검출되면, V2, V3를 개방하는 제어 신호를 V2, V3로 출력한다. In addition, the controller 119 measures the organic matter concentration of the raw water, and when it is determined that the organic matter is high in concentration and uranium is detected in the radioactive material, the control unit 119 outputs a control signal for opening the V2 and V3 to V2 and V3.
또한, 제어부(119)는 원수의 유기물 농도를 측정한 결과, 고농도 유기물로 판단되고 방사성 물질에서 우라늄, 세슘, 요오드가 검출되면, V2, V3를 개방하는 제어 신호를 V2, V4로 출력한다. In addition, the controller 119 measures the organic matter concentration of the raw water, and when it is determined that the organic matter is a high concentration and uranium, cesium, and iodine are detected in the radioactive material, the control unit 119 outputs a control signal for opening V2 and V3 to V2 and V4.
이상의 도 1 및 도 2에서 설명한 수처리 시스템(100)은 이동형으로 구현될 수 있으며, 이를 나타낸 것이 도 3 및 도 4와 같다. 이때, 도 3 및 도 4에는 자동 제어 장치(113)의 구성은 생략하였다.The water treatment system 100 described with reference to FIGS. 1 and 2 may be implemented as a mobile type, and the same is illustrated in FIGS. 3 and 4. 3 and 4, the configuration of the automatic control apparatus 113 is omitted.
도 3 및 도 4를 참조하면, 수처리 시스템(100)은 컨테이너(200) 안에 탑재되어 원하는 지역에 설치될 수 있다. 컨테이너는 이동 가능한 차량에 장착되어, 여러 장소에 옮겨질 수 있다. 따라서, 장소에 구애받지 않고 방사성 물질의 수처리가 가능하게 된다. 예를들면, 방사성 물질로 오염된 지하수 지역에 설치되어, 해당 지역의 지하수에서 방사성 물질을 제거할 수 있다. 3 and 4, the water treatment system 100 may be mounted in the container 200 and installed in a desired area. The container is mounted on a movable vehicle and can be moved to various places. Therefore, water treatment of radioactive material becomes possible regardless of place. For example, it can be installed in a groundwater area contaminated with radioactive material to remove radioactive material from the groundwater in that area.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수처리 방법을 나타낸 순서도로서, 도 2의 제어부(119)의 동작을 나타낸다.5 is a flowchart illustrating a water treatment method according to an exemplary embodiment of the present invention, and illustrates an operation of the controller 119 of FIG. 2.
도 5를 참조하면, 제어부(119)는 원수에 포함된 방사성 물질의 농도를 측정한다(S101). 제어부(119)는 원수에서 우라늄이 검출되는지 판단(S103)하고, 우라늄이 검출되면, 원수에 포함된 유기물의 농도를 측정한다(S105).Referring to FIG. 5, the controller 119 measures the concentration of radioactive material included in raw water (S101). The controller 119 determines whether uranium is detected in the raw water (S103), and when uranium is detected, measures the concentration of the organic material contained in the raw water (S105).
제어부(119)는 유기물의 농도가 0.5mg/L 이하인지 판단한다(S107). 유기물의 농도가 0.5mg/L 이하이면, 원수가 저농도 유기물을 포함하는 것으로 판단하여, 전술한 제1 수처리 공정, 즉, 나노흡착필터(도 1의 103)를 사용하는 수처리를 결정한다(S109).The controller 119 determines whether the concentration of the organic material is 0.5 mg / L or less (S107). When the concentration of the organic matter is 0.5 mg / L or less, it is determined that the raw water contains the low concentration organic matter, and the first water treatment process, that is, the water treatment using the nano adsorption filter (103 in FIG. 1) is determined (S109). .
제어부(119)는 유기물의 농도가 0.5mg/L 이하가 아니라면, 유기물의 농도가 5mg/L 이상인지 판단한다(S111). 유기물의 농도가 5mg/L 이상이 아니라면, S101 단계를 다시 시작한다. If the concentration of the organic material is not 0.5 mg / L or less, the controller 119 determines whether the concentration of the organic material is 5 mg / L or more (S111). If the concentration of organic matter is not more than 5mg / L, start the step S101.
반면, 유기물의 농도가 5mg/L 이상이면, 원수가 고농도 유기물을 포함하는 것으로 판단한다. 그리고 제어부(119)는 원수에서 요오드 또는 세슘이 검출되는지 판단한다(S113). On the other hand, if the concentration of the organic matter is 5mg / L or more, it is determined that the raw water contains a high concentration of organic matter. In addition, the controller 119 determines whether iodine or cesium is detected in the raw water (S113).
원수에서 요오드 또는 세슘이 검출되지 않으면, 전술한 제2 수처리 공정, 즉, 나노여과막필터(도 1의 105) 및 나노흡착필터(103)를 사용하는 수처리를 결정한다(S115).If iodine or cesium is not detected in the raw water, water treatment using the aforementioned second water treatment process, that is, the nanofiltration membrane filter 105 (FIG. 1) and the nano adsorption filter 103 is determined (S115).
그러나, 원수에서 요오드 또는 세슘이 검출되면, 전술한 제3 수처리 공정, 즉, 나노여과막필터(105) 및 역삼투압분리막필터(도 1의 109)를 사용하는 수처리를 결정한다(S117).However, if iodine or cesium is detected in the raw water, water treatment using the above-described third water treatment process, that is, the nanofiltration membrane filter 105 and the reverse osmosis membrane filter (109 of FIG. 1) is determined (S117).
이하에서는 세가지 수처리 공정 각각에 대한 방사성 물질 및 유기물 제거 효과를 그래프 및 표와 함께 설명한다. The following describes the effect of removing radioactive material and organic matter for each of the three water treatment processes together with graphs and tables.
이때, 지하수에 자연유기물(Humic acid sodium salt, Aldrich) 및 방사성 물질을 포함시켜 오염수를 제조한 후, 오염수의 유입 압력은 2bar, 유량은 2LPM으로 설정하였다. 여기서, 오염수는 자연유기물을 0.5~5mg/L 포함한다. 그리고 오염수에 포함된 방사성 물질은 우라늄(Uranyl nitrate hexahydrate, Sigma-aldrich), 요오드화칼륨(Potassium iodide(KI), Sigma-aldrich), 염화세슘(Cesium chloride(CsCl), Sigma-aldrich)을 포함한다. At this time, after the contaminated water was prepared by including natural organic matter (Humic acid sodium salt, Aldrich) and radioactive material in the ground water, the inlet pressure of the contaminated water was set to 2bar, the flow rate was set to 2LPM. Here, the contaminated water contains 0.5-5 mg / L of natural organic matter. The radioactive materials contained in the contaminated water include uranium (Uranyl nitrate hexahydrate, Sigma-aldrich), potassium iodide (Potassium iodide (KI), Sigma-aldrich), cesium chloride (CsCl), and Sigma-aldrich. .
먼저, 도 6 및 도 7은 나노흡착필터(도 1의 103)만 사용하는 제1 수처리 공정의 효과를 설명하는 도면으로서, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 나노흡착필터를 통과한 원수의 우라늄 농도 변화를 나타낸 그래프이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 나노흡착필터의 우라늄 및 유기물의 제거율을 나타낸 그래프이다. First, FIG. 6 and FIG. 7 are views illustrating the effect of the first water treatment process using only the nano adsorption filter (103 in FIG. 1), and FIG. 6 is a view illustrating the raw water passing through the nano adsorption filter according to the embodiment of the present invention. Figure 7 is a graph showing the change in uranium concentration, Figure 7 is a graph showing the removal rate of uranium and organic matter of the nano adsorption filter according to an embodiment of the present invention.
아래 표 2는 수중 내 자연 유기물질을 0.853mg/L, 우라늄을 1.669mg/L 포함한 원수에 대한 나노흡착 공정을 하고, 유기물 및 우라늄에 대해 4주간 평가한 결과를 나타낸다.Table 2 below shows a nano adsorption process for raw water containing 0.853 mg / L of natural organic substances in water and 1.669 mg / L of uranium, and the results of 4 weeks of evaluation of organic substances and uranium.
구분division 원수enemy 1주1 week 2주2 weeks 3주3 weeks 4주4 Weeks
나노흡착필터Nano adsorption filter 유기물
(단위:mg/L)
Organic matter
(Unit: mg / L)
0.8530.853 0.7610.761 0.5480.548 0.4120.412 0.3220.322
우라늄
(단위:mg/L)
uranium
(Unit: mg / L)
1.6691.669 0.0360.036 0.0380.038 0.0330.033 0.0300.030
표 2의 원수 내 우라늄의 농도 변화를 그래프로 나타내면 도 6과 같다. 도 6을 참조하면, 원수 내 우라늄의 농도는 1주차때 최대치로 낮아지고, 이후 소량의 감소가 이루어졌다. 즉, 1주차때 대부분의 우라늄이 원수에서 제거됨을 알 수 있다. 6 shows a graph showing a change in the concentration of uranium in the raw water of Table 2. Referring to Figure 6, the concentration of uranium in the raw water was lowered to the maximum at the first week, after which a small amount was made. That is, at week 1, most of the uranium is removed from the raw water.
도 7을 참조하면, 유기물은 주(또는 회차)를 거듭할수록 제거율이 증가하였다. 우라늄은 차수에 상관없이 평균 우라늄 농도 0.034mg/L로서, 제거율이 97.9%에 육박하는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 7, the removal rate of the organic material increased as the main (or turn) was repeated. Uranium has an average uranium concentration of 0.034 mg / L regardless of the order, and the removal rate is close to 97.9%.
다음, 도 8 및 도 9는 나노여과막필터(도 1의 105)를 사용한 전처리 후 나노흡착필터(도 1의 103)를 사용하는 수처리 공정의 효과를 설명하는 도면으로서, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 나노융합소재 별로 수처리후 원수 내 우라늄 농도 변화를 나타낸 그래프이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 나노융합소재 별로 우라늄 및 유기물의 제거율을 나타낸 그래프이다. 8 and 9 illustrate the effects of the water treatment process using the nano adsorption filter (103 in FIG. 1) after pretreatment using the nanofiltration membrane filter (105 in FIG. 1), and FIG. A graph showing the change in uranium concentration in raw water after water treatment for each nano fusion material according to the example, Figure 9 is a graph showing the removal rate of uranium and organic matter for each nano fusion material according to an embodiment of the present invention.
아래 표 3은 수중 내 자연 유기물을 7.413 mg/L, 우라늄을 1.882 mg/L 포함한 원수에 대한 나노여과막공정 및 나노흡착공정을 한 후, 유기물 및 우라늄에 대해 4주간 평가한 결과를 나타낸다.Table 3 below shows the results of a four-week evaluation of the organic matter and uranium after the nanofiltration membrane process and nano adsorption process for raw water containing 7.413 mg / L of natural organic matter and 1.882 mg / L of uranium.
구분division 원수enemy 1주1 week 2주2 weeks 3주3 weeks 4주4 Weeks
나노여과막필터Nano filtration membrane filter 유기물
(단위:mg/L)
Organic matter
(Unit: mg / L)
7.4137.413 3.2813.281 3.1123.112 1.591.59 1.1191.119
우라늄
(단위:mg/L)
uranium
(Unit: mg / L)
1.8821.882 0.7520.752 0.8120.812 0.7590.759 0.6210.621
나노흡착필터Nano adsorption filter 유기물Organic matter 0.9810.981 0.9880.988 0.5410.541 0.1650.165
우라늄uranium 0.0310.031 0.0270.027 0.0220.022 0.0170.017
표 3에 따르면, 원수 내 우라늄의 농도는 1주차 때 나노여과막필터(105)를 통과한 후, 1.882→0.752로 감소하였고, 나노흡착필터(103)를 통과한 후 0.031로 감소하였다. 그리고 원수 내 유기물의 농도는 1주차 때 나노여과막필터(105)를 통과한 후, 7.413→3.281로 감소하였고, 나노흡착필터(103)를 통과한 후 0.981로 감소하였다. According to Table 3, the concentration of uranium in the raw water was reduced to 1.882 → 0.752 after passing through the nanofiltration membrane filter 105 in the first week, and decreased to 0.031 after passing through the nano adsorption filter 103. The concentration of organic matter in the raw water was reduced to 7.413 → 3.281 after passing through the nanofiltration membrane filter 105 at week 1 and decreased to 0.981 after passing through the nano adsorption filter 103.
도 9에서 1주차를 예로 들면, 우라늄은 1차 나노여과막 공정에서 0.752mg/L(제거율 60.9%)가 되고, 2차 나노흡착 공정에서 0.031mg/L(제거율 94.7%)가 되는 것을 확인하였다. 그리고 유기물은 1차 나노여과막 공정에서 3.281mg/L(제거율 55.6%)가 되고, 2차 나노흡착 공정에서 0.981mg/L(제거율 70.1%)가 되는 것을 확인하였다. 도 7과 비교하면, 도 9의 유기물은 고농도 유기물로서, 두번의 공정을 거치면서, 제거율이 향상되었다.Taking the first week in FIG. 9 as an example, uranium was 0.752 mg / L (60.9% removal) in the first nanofiltration membrane process and 0.031 mg / L (94.7% removal) in the second nano adsorption process. The organic material was found to be 3.281 mg / L (55.6% removal) in the first nanofiltration membrane process and 0.981 mg / L (70.1% removal) in the second nanoadsorption process. In comparison with FIG. 7, the organic material of FIG. 9 is a high concentration organic material, and the removal rate is improved through two processes.
다음, 도 10 및 도 11은 나노여과막필터(도 1의 105) 및 역삼투압(RO)필터(도 1의 109)를 사용하는 수처리 공정의 효과를 설명하는 도면으로서, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 나노융합소재 별로 수처리후 원수 내 우라늄(U), 요오드(I), 세슘(Cs)의 농도 변화를 나타낸 그래프이고, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 나노융합소재 별로 우라늄 및 유기물의 제거율을 나타낸 그래프이다. Next, FIGS. 10 and 11 illustrate effects of a water treatment process using a nanofiltration membrane filter (105 in FIG. 1) and a reverse osmosis (RO) filter (109 in FIG. 1), and FIG. 10 shows an embodiment of the present invention. Graph showing the change in concentration of uranium (U), iodine (I), cesium (Cs) in the raw water after the water treatment according to the nano-fusion material according to the example, Figure 11 is uranium and organic materials for each nano-fusion material according to an embodiment of the present invention Is a graph showing the removal rate of.
아래 표 4는 원수 내 자연 유기물질을 5.060 mg/L, 우라늄(U) 2.011 mg/L, 요오드(I) 1.982 mg/L, 세슘(Cs) 1.725 mg/L로 하여 나노여과막 공정 및 역삼투압 공정을 한 결과를 나타낸다. Table 4 shows the nanofiltration membrane process and reverse osmosis process using natural organic substances in raw water as 5.060 mg / L, uranium (U) 2.011 mg / L, iodine (I) 1.982 mg / L, cesium (Cs) and 1.725 mg / L. The result is shown.
구분division 원수enemy 1주1 week 2주2 weeks 3주3 weeks 4주4 Weeks
나노여과막필터Nano filtration membrane filter 유기물
(단위:mg/L)
Organic matter
(Unit: mg / L)
5.0605.060 1.9111.911 1.6711.671 1.7151.715 1.6811.681
우라늄
(단위:mg/L)
uranium
(Unit: mg / L)
2.0112.011 0.8850.885 0.8150.815 0.8010.801 0.6110.611
요오드
(단위:mg/L)
iodine
(Unit: mg / L)
1.9821.982 1.8211.821 1.841.84 1.8241.824 1.8111.811
세슘
(단위:mg/L)
cesium
(Unit: mg / L)
1.7251.725 1.6271.627 1.5911.591 1.6111.611 1.5661.566
역삼투압(RO)
필터
Reverse Osmosis (RO)
filter
유기물Organic matter 0.0140.014 0.0210.021 ND(Not detected, 불검출)ND (Not detected) NDND
우라늄uranium 0.0120.012 0.0110.011 NDND NDND
요오드iodine 0.1090.109 0.0840.084 0.0940.094 0.0760.076
세슘cesium 0.0210.021 NDND 0.0310.031 0.0120.012
표 4의 결과 중 4주동안 우라늄(U), 요오드(I), 세슘(Cs) 각각의 농도 변화를 나타낸 것이 도 10의 그래프이다. 또한, 도 10을 기초로, 나노여과막필터(105) 및 역삼투분리막필터(109) 각각의 우라늄(U) 제거율, 요오드(I) 제거율, 세슘(Cs) 제거율을 나타낸 것이 도 11의 그래프이다.In the results of Table 4, the concentration of each of uranium (U), iodine (I), and cesium (Cs) for 4 weeks is a graph of FIG. 10. Also, based on FIG. 10, the uranium (U) removal rate, the iodine (I) removal rate, and the cesium (Cs) removal rate of each of the nanofiltration membrane filter 105 and the reverse osmosis membrane filter 109 are shown in FIG. 11.
도 10 및 도 11의 결과를 종합하면, 1차 나노여과막 공정에서 우라늄(U) 0.885 mg/L(제거율 61.3%), 요오드(I) 1.821mg/L(제거율 7.9%), 세슘(Cs) 1.599mg/L(제거율 7.3%)가 된다. 그리고 역삼투압 공정에서, 우라늄(U) 0.006 mg/L(제거율 99.7%), 요오드(I) 0.091 mg/L(제거율 95.4%), 세슘(Cs) 0.016 mg/L(제거율 99.1%)가 되는 것을 확인하였다. 이처럼, 요오드(I)와 세슘(Cs)은 역삼투압 공정에서 제거율이 높아지는 것을 확인할 수 있다.10 and 11, in the first nanofiltration membrane process, uranium (U) 0.885 mg / L (61.3% removal), iodine (I) 1.821 mg / L (7.9% removal), cesium (Cs) 1.599 mg / L (7.3% removal). In the reverse osmosis process, uranium (U) 0.006 mg / L (removal rate 99.7%), iodine (I) 0.091 mg / L (removal rate 95.4%), cesium (Cs) 0.016 mg / L (removal rate 99.1%) Confirmed. As such, it can be seen that iodine (I) and cesium (Cs) have a higher removal rate in the reverse osmosis process.
환경부령 제621호의 먹는물 수질 기준에 따르면, 우라늄은 0.03mg/L을 넘지 않도록 되어 있다. 이상의 수처리 공정의 성능 평가 결과, 제1 수처리 공정에서 우라늄 농도가 먹는물 수질 기준에 근접한 결과를 나타내었다. 또한, 제2 수처리 공정 및 제3 수처리 공정에서 우라늄 먹는물 수질 기준 이하로 우라늄이 제거되는 것을 확인하였다. According to the Drinking Water Quality Standard of Environment Directive No. 621, uranium is not to exceed 0.03 mg / L. As a result of the performance evaluation of the above water treatment process, the uranium concentration in the first water treatment process showed a result close to the drinking water quality standards. In addition, it was confirmed that uranium is removed below the uranium drinking water quality standard in the second water treatment process and the third water treatment process.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 나노여과막필터(도 1의 105) 및 나노흡착필터(도 1의 103)의 방사성 물질 제거 성능을 평가한 결과를 그래프 및 표와 함께 설명한다. Meanwhile, the results of evaluating the radioactive material removal performance of the nanofiltration membrane filter (105 of FIG. 1) and the nano adsorption filter (103 of FIG. 1) according to an embodiment of the present invention will be described with graphs and tables.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 원수의 pH 별로 상대적인 우라늄종(uranium species) 분포도(distribution)를 나타낸 그래프이고, 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 원수의 pH 별로 나노여과막필터(Ceramic NF membrane)의 제타 포텐셜(zeta potential)의 크기 변화를 나타낸 그래프이다. 12 is a graph showing the distribution of uranium species (uranium species) relative to the pH of the raw water according to an embodiment of the present invention, Figure 13 is a nanofiltration membrane filter (Ceramic NF) for each pH of the raw water according to an embodiment of the present invention It is a graph showing the change in size of the zeta potential of the membrane.
여기서, 나노여과막필터는 세라믹(ceramic) 나노여과(nano filtration, NF) 막(membrane)이 사용되었다. 세라믹나노여과막은 세라믹막에 알루미늄 산화물입자가 고온/고압 소결된 세라믹 한외분리(UF)막이 나노분리막으로 개질되었다. 나노분리막으로 개질하기 위해 알루미나(Alumina)-지르코니아(Zirconia) 나노입자를 코팅용액으로 제조하여, 세라믹 한외분리(UF)막에 여과시키는 여과공법을 이용하였다.Here, the nano filtration membrane filter (ceramic nano filtration (NF) membrane) (membrane) was used. In the ceramic nanofiltration membrane, a ceramic ultra separation (UF) membrane in which aluminum oxide particles were sintered at high temperature / high pressure was modified as a nano separation membrane. Alumina-Zirconia nanoparticles were prepared as a coating solution in order to modify the nanoseparation membrane, and a filtration method was used to filter the ceramic ultra-separation (UF) membrane.
도 12를 참조하면, 일반적인 지하수의 pH 조건은 7~9 사이이며, 해당 pH 범위에서 우라늄은 UO2(CO3)(330g/mol), (UO2)2CO3(OH3)-(651g/mol), UO2(CO3)3 4-(450g/mol) 형태의 종들이 존재하나, 이중에서도 (UO2)2CO3(OH3)-(651g/mol), UO2(CO3)3 4-(450g/mol) 형태가 우세함을 알 수 있다. Referring to FIG. 12, pH conditions of general groundwater are between 7 and 9, and in the pH range, uranium is UO 2 (CO 3 ) (330 g / mol), (UO 2 ) 2 CO 3 (OH 3 ) - (651 g / mol), UO 2 (CO 3 ) 3 4- (450 g / mol) forms exist, but among them (UO 2 ) 2 CO 3 (OH 3 ) - (651 g / mol), UO 2 (CO 3 ) 3 4- (450 g / mol) form is predominant.
따라서, pH 조건 7~9 사이에서 우세한 우라늄종인 (UO2)2CO3(OH3)-(651g/mol), UO2(CO3)3 4-(450g/mol)가 세라믹나노여과막의 크기 배제를 통해 제거됨을 알 수 있다.Therefore, the size of ceramic nanofiltration membranes (UO 2 ) 2 CO 3 (OH 3 ) - (651 g / mol) and UO 2 (CO 3 ) 3 4- (450 g / mol), which are dominant between pH conditions 7-9 Exclusion indicates that it is eliminated.
도 13을 참조하면, 세라믹나노여과막(Ceramic NF membrane)의 제타 포텐셜(Zeta potential)(세로축)은 pH(가로축) 별로 크기를 달리하며, 양(+) 전하를 띄고 있다. pH 조건 7~9 사이에서 우세한 우라늄종인 (UO2)2CO3(OH3)-(651g/mol), UO2(CO3)3 4-(450g/mol)는 음(-) 전하를 띄고 있다. 따라서, (UO2)2CO3(OH3)-(651g/mol), UO2(CO3)3 4-(450g/mol)는 세라믹나노여과막의 표면과의 정전기적 상호작용에 따른 화학적 흡착을 통해 제거된다. Referring to FIG. 13, the zeta potential (vertical axis) of the ceramic NF membrane varies in size by pH (horizontal axis) and has a positive charge. The predominant uranium species (UO 2 ) 2 CO 3 (OH 3 ) - (651 g / mol) and UO 2 (CO 3 ) 3 4- (450 g / mol) between pH conditions 7-9 have a negative charge have. Therefore, (UO 2 ) 2 CO 3 (OH 3 ) - (651 g / mol) and UO 2 (CO 3 ) 3 4- (450 g / mol) are chemically adsorbed by electrostatic interaction with the surface of ceramic nanofiltration membrane. Is removed through.
다음, 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 원수의 pH 별로 나노흡착필터들의 제타 포텐셜을 나타낸 그래프이고, 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 나노흡착필터의 종류 별 우라늄 제거 성능을 나타낸 그래프이고, 도 16은 본 발명의 실시예에 따른 우라늄 초기 농도에 따른 잔여 농도를 나타낸 그래프이다. Next, FIG. 14 is a graph showing zeta potentials of nano adsorption filters according to pH of raw water according to an embodiment of the present invention, and FIG. 15 is a graph showing uranium removal performance according to types of nano adsorption filters according to an embodiment of the present invention. 16 is a graph showing the residual concentration according to the initial concentration of uranium according to an embodiment of the present invention.
여기서, 나노흡착필터는 GAC(Granular Activated Carbon, 입상활성탄), Fe2O3(산화철), Fe-GAC가 사용되었다. Fe-GAC는 활성탄 표면에 철산화물을 코팅한 흡착제로서, Fe-GAC 표면에 구형의 철산화물이 입자 형태로 코팅이 되어 있다. Here, the nano adsorption filter was used GAC (Granular Activated Carbon, granular activated carbon), Fe 2 O 3 (iron oxide), Fe-GAC. Fe-GAC is an adsorbent coated with iron oxide on the surface of activated carbon, and spherical iron oxide is coated on the surface of Fe-GAC in the form of particles.
도 14를 참조하면, pH 조건 7~9 사이에서 Fe-GAC의 표면 전위(P1)가 GAC, Fe2O3 보다 높은 양(+)의 값을 가지는 것으로 나타났다. 따라서, 도 12에서 설명한 것처럼, pH 조건 7~9 사이에서 우세한 우라늄종((UO2)2CO3(OH3)-(651g/mol), UO2(CO3)3 4-(450g/mol))은 음(-) 전하를 띄고 있으므로, 우라늄과 Fe-GAC 표면 사이의 정전기적 상호작용으로 인해, 우라늄과 Fe-GAC간의 화학적 흡착이 이루어지며, 이를 통해 우라늄이 제거된다. 여기서, 화학적 흡착이란 흡착제표면과 흡착질의 화학적 결합으로 인한 흡착을 의미한다.Referring to FIG. 14, it was found that the surface potential (P1) of Fe-GAC has a positive value higher than that of GAC and Fe 2 O 3 between pH conditions 7-9. Thus, as described in FIG. 12, uranium species ((UO 2 ) 2 CO 3 (OH 3 ) - (651 g / mol), UO 2 (CO 3 ) 3 4- (450 g / mol) that prevail between pH conditions 7-9 )) Has a negative charge, and due to the electrostatic interaction between uranium and the Fe-GAC surface, chemical adsorption between uranium and Fe-GAC takes place, thereby removing uranium. Here, chemical adsorption means adsorption due to chemical bonding of the adsorbent surface and the adsorbate.
도 15를 참조하면, Fe-GAC에 대한 대조군은 GAC, Fe2O3으로 하였고, 반응시간은 3시간으로 설정하였으며, 오염수의 pH는 7로 하였다. 이때, Fe2O3의 우라늄 제거율은 약35%, GAC의 우라늄 제거율은 약 62%, Fe-GAC의 우라늄 제거율은 약 97%로 측정되었다. 따라서, 철과의 공침을 통한 GAC의 표면 개질은 우라늄 제거율에 있어 35%의 향상을 보여 효과적인 표면개질 방법으로 판단된다.Referring to Figure 15, the control for the Fe-GAC was GAC, Fe 2 O 3 , the reaction time was set to 3 hours, the pH of the contaminated water was set to 7. In this case, the uranium removal rate of Fe 2 O 3 was about 35%, the uranium removal rate of GAC was about 62%, and the uranium removal rate of Fe-GAC was about 97%. Therefore, the surface modification of GAC through coprecipitation with iron shows an improvement of uranium removal rate by 35%, which is considered to be an effective surface modification method.
도 16을 참조하면, Fe-GAC의 성능을 다양한 농도(0.1mg/L ~ 100mg/L)에서 수행하고, 먹는물 수질 기준(0.03mg/L)(P2)과 비교하였다. pH는 7.0으로 조절되었다. 샘플링은 24시간의 충분한 반응 이후에 진행되었으며, 초기 우라늄 농도에 따른 잔여 중금속의 농도를 측정하였다.Referring to Figure 16, the performance of Fe-GAC was performed at various concentrations (0.1mg / L ~ 100mg / L), compared to drinking water quality standards (0.03mg / L) (P2). pH was adjusted to 7.0. Sampling proceeded after a sufficient reaction of 24 hours and the concentration of residual heavy metals was determined according to the initial uranium concentration.
초기 농도에 대한 잔여농도 실험결과를 보면, 그래프가 어느 순간, 즉, 우라늄 농도 2를 초과하는 순간을 기점으로 잔여 농도가 급격하게 증가하는 것을 확인 할 수가 있는데 이는 Fe-GAC에 대한 각 중금속의 최대 흡착량과 관계가 있다.The residual concentration test results for the initial concentration shows that the residual concentration increases rapidly at a certain moment, that is, when the uranium concentration exceeds 2, which is the maximum of each heavy metal for Fe-GAC. It is related to the amount of adsorption.
최대 흡착량 이하의 농도 범위에서는 주입된 대부분의 중금속이 Fe-GAC 표면에 흡착된 상태에서 잔여 농도를 갖게 되고, 최대 흡착량 이상으로 중금속이 주입된 농도 범위에서는 흡착되지 못한 잔여 농도로 남게 되기 때문에, 최대 흡착량을 기점으로 서로 다른 경향을 보여주는 것으로 판단된다. 즉, 우라늄 농도 0.1~2에서는 중금속의 잔여 농도가 먹는물 수질기준, 즉, 0.03을 만족하는 것으로 확인된다. In the concentration range below the maximum adsorption amount, most of the injected heavy metals have a residual concentration in the state of being adsorbed on the surface of Fe-GAC. In addition, it is judged that different trends are shown based on the maximum adsorption amount. That is, at the uranium concentration of 0.1 to 2, it is confirmed that the residual concentration of heavy metal satisfies the drinking water quality standard, that is, 0.03.
다음, 도 17 및 도 18은 Fe-GAC의 우라늄 흡착에 있어 자연 유기물질의 영향을 확인하기 위하여, 자연유기물질로 선정된 Humic acid를 각 0.5, 5.0 mg/L 농도로 주입하여 실험한 결과를 나타낸 그래프이다.Next, FIGS. 17 and 18 show the results of experiments by injecting Humic acid, which is selected as a natural organic substance, at concentrations of 0.5 and 5.0 mg / L to confirm the influence of natural organic substances on uranium adsorption of Fe-GAC. The graph shown.
여기서, 세분화된 실험결과 도출을 위하여 우라늄의 경우 초기 농도를 저농도(0.1 mg/L)와 고농도(2.0 mg/L)로 나누어서 진행하고 자연유기물질은 0~5.0mg/L를 사용하며, pH는 7을 사용하며, 반응시간은 5시간으로 하였다. Fe-GAC는 1g/L을 사용하였다. 도 17은 저농도 우라늄의 제거 실험에 따른 결과를 나타내고, 도 18은 고농도 우라늄의 제거 실험에 따른 결과를 나타낸다. Here, in order to derive the refined experimental results, uranium proceeds by dividing the initial concentration into low concentration (0.1 mg / L) and high concentration (2.0 mg / L), and using natural organic substances 0 ~ 5.0mg / L, and pH is 7 was used and the reaction time was 5 hours. Fe-GAC was used 1g / L. FIG. 17 shows the results of the removal experiment of low concentration uranium, and FIG. 18 shows the results of the removal experiment of high concentration uranium.
도 17 및 도 18을 참조하면, 저농도와 고농도 우라늄 실험 모두에서, 자연유기물질로 인한 흡착제의 우라늄에 대한 흡착 효율이 저해 되는 것을 확인하였다. 그러나 우라늄 제거에 대해서 자연유기물질의 방해효과가 있음에도 불구하고, Fe-GAC와 GAC 모두 자연유기물질 농도 5.0 mg/L까지 우라늄을 먹는물 수질기준(0.03 mg/L) 이하로 제거 할 수 있다. Referring to FIGS. 17 and 18, in both low and high uranium experiments, it was confirmed that the adsorption efficiency for uranium of the adsorbent due to natural organic substances was inhibited. However, despite the natural organic substance interference effect on uranium removal, both Fe-GAC and GAC can remove uranium below the drinking water quality standard (0.03 mg / L) up to 5.0 mg / L.
저농도 우라늄 조건에서 Fe-GAC와 GAC의 우라늄 제거율을 매우 비슷한 것으로 나타났다. 고농도 우라늄 조건에서 GAC는 0, 0.5, 5.0 mg/L의 자연유기물 조건에서 우라늄 잔여농도 각 0.06, 0.08, 0.16 mg/L로 어느 조건에서도 먹는물 수질기준을 만족시키지 못하였다. 반면, Fe-GAC는 5.0 mg/L 자연유기물질 농도에서는 잔여 우라늄 농도 0.1512 mg/L로 수질기준을 만족하진 못하였지만 0.5 mg/L의 자연유기물질 농도까지 우라늄을 먹는물 수질기준 이하로 제거하여 수질기준을 만족시켰다. 따라서, GAC의 철산화물개질을 통하여 흡착제의 자연유기물에 대한 우라늄 선택성이 향상 된 것으로 사료된다.The uranium removal rates of Fe-GAC and GAC were found to be very similar under low uranium conditions. At high concentrations of uranium, GAC was 0.06, 0.08 and 0.16 mg / L at 0, 0.5, and 5.0 mg / L of natural organic matter. Fe-GAC, on the other hand, did not meet the water quality standards at the concentration of 0.1512 mg / L of residual uranium at 5.0 mg / L concentration of natural organic matter. The water quality standard was satisfied. Therefore, it is thought that uranium selectivity for natural organic matter of adsorbent is improved through the iron oxide reforming of GAC.
위의 실험을 통하여 Fe-GAC와 GAC의 수질기준 만족을 위한 자연유기물질 대응 범위를 조사 할 수 있었으며, 저농도 우라늄에 대해서는 Fe-GAC와 GAC모두 5.0 mg/L의 자연유기물질 농도까지 대응이 가능하지만, 고농도 우라늄에 대해서는 Fe-GAC만이 0.5 mg/L의 자연유기물질 농도까지 대응이 가능했다. 전반적인 자연유기물질 대응 능력은 Fe-GAC가 GAC보다 뛰어난 것으로 나타났으며, 이는 철 산화물에 의한 개질 효과가 자연유기물질에 대한 중금속 선택성을 향상시켰기 때문이다. Through the above experiment, it was possible to investigate the range of natural organic substances to satisfy the water quality standards of Fe-GAC and GAC, and it is possible to cope with the low concentration of uranium up to 5.0 mg / L of natural organic substances in both Fe-GAC and GAC. However, for high uranium concentrations, only Fe-GAC was able to cope with natural organic matter concentrations of 0.5 mg / L. Fe-GAC was found to be superior to GAC in overall organic organic materials, because the modification effect by iron oxide improved the selectivity of heavy metals to natural organic materials.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.

Claims (14)

  1. 유기물 및 방사성 물질이 함유된 오염수를 외부로부터 공급받아 저장하는 원수 탱크,
    나노여과 및 정전기적 상호 작용을 통해 상기 오염수로부터 상기 유기물 및 상기 방사성 물질을 제거하는 나노여과막필터,
    상기 원수 탱크와 제1 배관을 통해 연결되고, 상기 나노여과막필터의 후단에 제2 배관을 통해 연결되며, 정전기적 상호 작용을 통해, 상기 원수 탱크로부터 배출되는 오염수 또는 상기 나노여과막필터로부터 배출되는 여과수에서 유기물 및 방사성 물질을 제거하는 나노흡착필터,
    상기 나노흡착필터로부터 배출되는 처리수를 저장하는 처리수 탱크,
    상기 원수 탱크와 상기 나노흡착필터 사이에 연결되는 제1 밸브(V1), 그리고
    상기 원수 탱크와 상기 나노여과막필터 사이에 연결되는 제2 밸브(V2)를 포함하고, 상기 제1 밸브(V1) 및 상기 제2 밸브(V2)는,
    교차 개폐되는, 수처리 시스템.
    Raw water tank which receives and stores the contaminated water containing organic matter and radioactive material from the outside,
    A nanofiltration membrane filter for removing the organic matter and the radioactive material from the contaminated water through nanofiltration and electrostatic interaction,
    It is connected through the first pipe and the raw water tank, and is connected through the second pipe to the rear end of the nanofiltration membrane filter, discharged from the nanofiltration membrane filter or contaminated water discharged from the raw water tank through the electrostatic interaction Nano adsorption filter for removing organic matter and radioactive material from filtered water,
    Treated water tank for storing the treated water discharged from the nano adsorption filter,
    A first valve V1 connected between the raw water tank and the nano adsorption filter, and
    A second valve (V2) is connected between the raw water tank and the nanofiltration membrane filter, wherein the first valve (V1) and the second valve (V2),
    Cross-opening, water treatment system.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 밸브(V1)가 개방되고 상기 제2 밸브(V2)가 폐쇄된 경우, 상기 오염수는 상기 원수 탱크로부터 상기 나노흡착필터로 배출되어 오염수 내 농도가 정해진 임계치 이하인 저농도 유기물과 상기 방사성 물질이 상기 오염수로부터 제거되고,
    상기 제1 밸브(V1)가 폐쇄되고 상기 제2 밸브(V2)가 개방된 경우, 상기 오염수는 상기 원수 탱크로부터 상기 나노여과막필터로 배출되고, 이어서 상기 나노여과막필터로부터 배출되는 여과수는 상기 나노흡착필터로 공급되어, 오염수 내 농도가 정해진 임계치 이상인 고농도 유기물과 상기 방사성 물질이 상기 오염수로부터 제거되는, 수처리 시스템.
    In claim 1,
    When the first valve (V1) is open and the second valve (V2) is closed, the contaminated water is discharged from the raw water tank to the nano adsorption filter so that the concentration in the contaminated water is less than a predetermined threshold and the radioactive Material is removed from the contaminated water,
    When the first valve V1 is closed and the second valve V2 is open, the contaminated water is discharged from the raw water tank to the nanofiltration membrane filter, and then the filtered water discharged from the nanofiltration membrane filter is nano. And a high concentration of organic matter and radioactive material whose concentration in the contaminated water is above a predetermined threshold is removed from the contaminated water.
  3. 제1항에서,
    상기 나노여과막필터로부터 배출되는 여과수를 역삼투압 이상의 압력으로 누과시켜 상기 유기물 및 상기 방사성 물질이 포함된 농축수와 상기 유기물 및 상기 방사성 물질이 포함되지 않은 처리수로 분리하고, 상기 처리수는 상기 처리수 탱크로 배출하는 역삼투분리막필터,
    상기 나노여과막필터와 상기 나노흡착필터 사이에 연결되는 제3 밸브(V3), 그리고
    상기 나노여과막필터와 상기 역삼투분리막필터 사이에 연결되는 제4 밸브(V4)를 더 포함하고,
    상기 제3 밸브(V3) 및 상기 제4 밸브(V4)는,
    교차 개폐되는, 수처리 시스템.
    In claim 1,
    The filtered water discharged from the nanofiltration membrane filter is leaked to a pressure equal to or greater than reverse osmosis to separate the concentrated water containing the organic material and the radioactive material and the treated water not containing the organic material and the radioactive material. Reverse osmosis membrane filter to discharge to water tank,
    A third valve V3 connected between the nanofiltration membrane filter and the nano adsorption filter, and
    Further comprising a fourth valve (V4) connected between the nanofiltration membrane filter and the reverse osmosis membrane filter,
    The third valve V3 and the fourth valve V4 are
    Cross-opening, water treatment system.
  4. 제3항에서,
    상기 나노여과막필터와 상기 역삼투분리막필터 사이에 배치되어, 상기 여과수로부터 미세물질을 필터링한 후, 상기 미세물질이 필터링된 여과수를 상기 역삼투분리막필터로 배출하는 마이크로필터
    를 더 포함하는, 수처리 시스템.
    In claim 3,
    The micro filter disposed between the nanofiltration membrane filter and the reverse osmosis membrane filter, and filters the fine material from the filtered water, and then discharges the filtered water filtered by the fine material to the reverse osmosis membrane filter.
    Further comprising, a water treatment system.
  5. 제3항에서,
    상기 제1 밸브(V1) 및 상기 제3 밸브(V3)는 폐쇄되고, 상기 제2 밸브(V2) 및 상기 제4 밸브(V4)가 개방된 경우, 상기 오염수는 상기 원수 탱크로부터 상기 나노여과막필터로 배출되고, 이어서 상기 나노여과막필터로부터 배출되는 여과수는 상기 역삼투분리막필터로 공급되어, 오염수 내 농도가 정해진 임계치 이상인 고농도 유기물과 상기 방사성 물질이 상기 오염수로부터 제거되는, 수처리 시스템.
    In claim 3,
    When the first valve V1 and the third valve V3 are closed and the second valve V2 and the fourth valve V4 are opened, the contaminated water is discharged from the raw water tank to the nanofiltration membrane. Filtrate discharged to the filter, and then discharged from the nanofiltration membrane filter is supplied to the reverse osmosis membrane filter, the high concentration organic matter and the radioactive material having a concentration in the contaminated water is above a predetermined threshold, the water treatment system.
  6. 제5항에서,
    상기 역삼투분리막필터는,
    우라늄, 그리고 요오드 또는 세슘을 제거하고,
    상기 나노여과막필터 및 상기 나노흡착필터는,
    우라늄을 제거하는, 수처리 시스템.
    In claim 5,
    The reverse osmosis membrane filter,
    Remove uranium and iodine or cesium,
    The nano filtration membrane filter and the nano adsorption filter,
    Water treatment system to remove uranium.
  7. 제3항에서,
    상기 제1 밸브(V1), 상기 제2 밸브(V2), 상기 제3 밸브(V3) 및 상기 제4 밸브(V4)는, 전자 밸브이고,
    상기 제1 밸브(V1), 상기 제2 밸브(V2), 상기 제3 밸브(V3) 및 상기 제4 밸브(V4)와 유선 또는 무선으로 연결되고, 상기 오염수 내 유기물의 농도 또는 상기 방사성 물질의 종류를 기초로, 상기 제1 밸브(V1), 상기 제2 밸브(V2), 상기 제3 밸브(V3) 및 상기 제4 밸브(V4)를 선택적으로 개폐시키는 제어부
    를 더 포함하는, 수처리 시스템.
    In claim 3,
    The first valve V1, the second valve V2, the third valve V3, and the fourth valve V4 are solenoid valves,
    Wired or wirelessly connected to the first valve (V1), the second valve (V2), the third valve (V3) and the fourth valve (V4), the concentration of organic matter in the contaminated water or the radioactive material A control unit for selectively opening and closing the first valve (V1), the second valve (V2), the third valve (V3) and the fourth valve (V4) based on the type of.
    Further comprising, a water treatment system.
  8. 제7항에서,
    상기 원수 탱크에 설치되어, 상기 오염수 내 유기물의 농도를 측정하고, 측정 결과를 상기 제어부로 출력하는 유기물농도측정센서
    를 더 포함하는, 수처리 시스템.
    In claim 7,
    Organic concentration measurement sensor installed in the raw water tank, to measure the concentration of organic matter in the contaminated water, and outputs the measurement results to the controller
    Further comprising, a water treatment system.
  9. 제8항에서,
    상기 원수 탱크에 설치되어, 상기 오염수 내 방사성 물질의 농도를 측정하고, 측정 결과를 상기 제어부로 출력하는 방사성 물질 측정부
    를 더 포함하는, 수처리 시스템.
    In claim 8,
    Is installed in the raw water tank, the radioactive material measuring unit for measuring the concentration of the radioactive material in the contaminated water, and outputs the measurement results to the control unit
    Further comprising, a water treatment system.
  10. 제1항에서,
    상기 나노흡착필터는,
    탄소계 물질인 입상 활성탄(Granular Activated Carbon, GAC)이 담체로 사용되고 표면에 철산화물(Magnetite, Fe3O4)이 코팅된, 수처리 시스템.
    In claim 1,
    The nano adsorption filter,
    Granular activated carbon (GAC), which is a carbon-based material, is used as a carrier, and iron oxide (Magnetite, Fe3O4) is coated on the surface of the water treatment system.
  11. 제1항에서,
    상기 나노여과막필터는,
    다공성 세라믹막의 표면에 나노입자층이 형성된 세라믹 나노여과막을 포함하는, 수처리 시스템.
    In claim 1,
    The nano filtration membrane filter,
    And a ceramic nanofiltration membrane having a nanoparticle layer formed on a surface of the porous ceramic membrane.
  12. 원수 탱크, 나노흡착필터, 상기 나노흡착필터의 전단에 배치한 나노여과막필터, 처리수 탱크, 복수의 전자 밸브 및 제어부를 포함하는 수처리 시스템에서, 상기 제어부의 수처리 방법으로서,
    상기 원수 탱크에 저장된 오염수의 유기물 농도가 기 정의된 제1 임계치 이하인지 판단하는 단계, 그리고
    상기 제1 임계치 이하로 판단되면, 상기 원수 탱크와 상기 나노흡착필터 사이에 연결된 제1 밸브를 개방하고, 나머지 밸브들은 폐쇄시키는 단계를 포함하고,
    상기 오염수는,
    상기 나노흡착필터를 통과하여 정전기적 상호 작용에 의한 흡착을 통해 상기 유기물 및 방사성 물질이 제거되는, 수처리 방법.
    In a water treatment system including a raw water tank, a nano adsorption filter, a nano filtration membrane filter disposed in front of the nano adsorption filter, a treated water tank, a plurality of electromagnetic valves and a control unit,
    Determining whether the organic matter concentration of the contaminated water stored in the raw water tank is equal to or less than a first predetermined threshold value, and
    If it is determined to be less than the first threshold, opening a first valve connected between the raw water tank and the nano adsorption filter and closing the remaining valves,
    The contaminated water,
    The organic and radioactive material is removed through the nano adsorption filter through the adsorption by electrostatic interaction.
  13. 제12항에서,
    상기 판단하는 단계 이후,
    상기 제1 임계치 이하가 아니면, 상기 유기물 농도가 기 정의된 제2 임계치 이상인지 판단하는 단계, 그리고
    상기 제2 임계치 이상으로 판단되면, 상기 원수 탱크와 상기 나노여과막필터 사이에 연결된 제2 밸브 및 상기 나노여과막필터와 상기 나노흡착필터 사이에 연결된 제3 밸브를 개방하고, 나머지 밸브들은 폐쇄시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 오염수는,
    상기 나노여과막필터 및 상기 나노흡착필터를 순차적으로 통과하여 나노 여과 및 정전기적 상호 작용에 의한 흡착을 통해 상기 유기물 및 상기 방사성 물질이 제거되는, 수처리 방법.
    In claim 12,
    After the determining step,
    Determining whether the concentration of the organic material is greater than or equal to a second predetermined threshold, if not less than the first threshold, and
    If it is determined to be equal to or greater than the second threshold, opening a second valve connected between the raw water tank and the nanofiltration membrane filter and a third valve connected between the nanofiltration membrane filter and the nano adsorption filter and closing the remaining valves. Including more,
    The contaminated water,
    And sequentially passing through the nanofiltration membrane filter and the nano adsorption filter to remove the organic material and the radioactive material through nanofiltration and adsorption by electrostatic interaction.
  14. 제13항에서,
    상기 제3 밸브를 개방하고, 나머지 밸브들은 폐쇄시키는 단계는,
    상기 방사성 물질 내 기 설정된 특정 종류의 방사성 물질의 함유 여부를 판단하는 단계,
    상기 특정 종류의 방사성 물질이 함유되지 않은 것으로 판단되면, 제2 밸브 및 상기 제3 밸브를 개방하고, 나머지 밸브들은 폐쇄시키는 단계, 그리고
    상기 특정 종류의 방사성 물질이 함유된 것으로 판단되면, 상기 제2 밸브, 그리고 제4 밸브를 개발하고, 나머지 밸브들은 폐쇄시키는 단계를 포함하며,
    상기 오염수는,
    상기 나노여과막필터 및 역삼투분리막필터를 순차적으로 통과하여 나노 여과, 정전기적 상호 작용에 의한 흡착 및 역삼투압에 따른 분리 과정을 통하여 상기 유기물 및 상기 특정 종류의 방사성 물질이 제거되고,
    상기 제4 밸브는,
    상기 나노여과막필터 및 상기 나노여과막필터의 후단에 배치된 역삼투분리막필터 사이에 설치되는, 수처리 방법.
    In claim 13,
    Opening the third valve, closing the remaining valves,
    Determining whether the radioactive material contains a predetermined type of radioactive material,
    If it is determined that the particular kind of radioactive material is not contained, opening the second valve and the third valve, closing the remaining valves, and
    If it is determined that the particular type of radioactive material is contained, developing the second valve and the fourth valve, and closing the remaining valves,
    The contaminated water,
    Through the nanofiltration membrane filter and the reverse osmosis membrane filter sequentially, the organic material and the specific kind of radioactive material are removed through nanofiltration, adsorption by electrostatic interaction and separation process according to reverse osmosis pressure,
    The fourth valve,
    The nanofiltration membrane filter and the reverse osmosis membrane filter disposed in the rear end of the nanofiltration membrane filter, the water treatment method.
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KR200383096Y1 (en) * 2005-01-31 2005-04-29 (주)대우건설 Advanced water treatment using membrane Filtration
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한국환경과학회 2017년 정기학술대회 발표논문집(제26권)

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