KR102282983B1 - 병렬구조 멤브레인의 회분식 및 연속식 운전의 최적화를 통한 고회수율 역삼투 재이용 시스템, 및 제어방법 - Google Patents

병렬구조 멤브레인의 회분식 및 연속식 운전의 최적화를 통한 고회수율 역삼투 재이용 시스템, 및 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기존의 역삼투(RO, Reverse Osmosis) 멤브레인의 산업용 처리 시스템의 문제점을 개선하고 처리효율을 극대화 한 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 역삼투(RO) 멤브레인 베셀 내에 원수에 잔류된 이온을 필터링하는 복수의 역삼투 멤브레인을 기존의 시스템과는 다르게 병렬구조로 배치한 역삼투 이온 처리유닛에 원수를 회분식 및 연속식 운전의 최적화를 통하여 이온분극 현상을 최소화하고 이를 통해 스케일 생성을 억제하여 역삼투(RO) 멤브레인 시스템의 안정성을 높여 처리수의 회수율을 높이고 농축수 발생량을 최소화하여 재이용 공정에서는 재이용수 단가를 낮추어 물 재이용 산업의 활성화에 기여하고, 현재의 기술로는 경제성 문제로 적용이 불가능한 무방류공정(Zero Liquid Discharge), 최소방류공정(Minimal Liquid Discharge)을 구현할 수 있는 가장 이상적인 시스템인 병렬구조 멤브레인의 회분식 및 연속식 운전의 최적화를 통한 고회수율 역삼투 재이용 시스템, 및 제어방법.에 관한 것이다.

Description

병렬구조 멤브레인의 회분식 및 연속식 운전의 최적화를 통한 고회수율 역삼투 재이용 시스템, 및 제어방법{High recovery RO reusing system and its control method through optimization of the batch and continuous operation of membrane modules which has the parallel arrangement}
본 발명은 병렬구조 멤브레인의 회분식 및 연속식 운전의 최적화를 통한 고회수율 역삼투(Reverse Osmosis, 이하 RO라 약함) 재이용 시스템, 및 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 베셀 내에 원수에 잔류된 이온을 필터링하는 복수의 역삼투 멤브레인을 병렬로 배치한 역삼투 이온 처리유닛에 원수를 투과하여 처리수와 농축수를 분리 처리하는 고회수율 역삼투(RO) 재이용 시스템, 및 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 폐수란, 유기물 및 무기물이 혼합되어 그대로 사용할 수 없는 물을 일컫는 것으로, 산업화로 인한 각종 설비나 제조과정에서 폐수가 발생되고 있으며, 수질오염사고 또한 많이 발생되어 수질오염의 문제 해결이 대두되고 있다.
이에 따라, 폐수 처리수의 재이용 시설의 설치와 적극적인 수자원의 발굴로써 폐수 방류수의 재이용이 대두되고 있는 실정이다.
그리고, 생활수준 향상과 경제활동 증가로 물 소요가 늘어나는 반면, 한정된 수자원은 향후 물 수급의 지역적인 불균형이 예상됨에 따라 적극적인 수자원 발굴과 양질의 방류수 재이용이 요구되고 있다.
특히, 우리나라는 물에 대한 스트레스가 높은 국가군에 속하며 하천 취수율이 36%로 가뭄시 물 사용에 대해 취약한 실정이다.
따라서, 하천 등 기존 수원에서 취수를 줄여 물에 대한 스트레스를 줄이고 기후변화에 따른 가뭄 등에 선제적으로 대응하기 위하여 빗물이용, 중수도는 많은 사례가 있지만 대규모 환경기초시설인 하폐수처리장 방류수 재이용의 경우 수요처 확보, 기존 공업용수 대비 높은 재이용수 단가 문제, RO 재이용 공정의 높은 유지관리비용과 많은 농축수 처리 문제로 인해 포항, 구미 등 몇몇 지역을 제외하고는 재이용 시설이 적용된 사례가 미미한 실정이다.
한편, 종래 UF 처리과정을 통해 고형입자들이 제거된 원수에서 이온을 제거하여 공업용수로 처리하여 회수하도록 하는 역삼투(RO) 멤브레인 정수 시스템은, 도 8에서 보는 바와 같이 1차 역삼투 이온 처리유닛의 1차 농축수 배출관을 통해 2차 역삼투 이온 처리유닛이 직렬 이음되어, 1차 역삼투 이온 처리유닛에서 배출된 농축 이온농도가 높은 농축수를 2차 역삼투 이온 처리유닛이 정수처리하도록 구성된다.
상기 역삼투 멤브레인 시스템은 1차 역삼투 이온 처리유닛에서 원수 총 공급량 100%에 대하여, 처리수를 50% 회수하고, 원수에서 분리된 50%의 농축수에서 대하여 처리수를 50%를 회수하도록 구성된 직렬 관계로, 1차 역삼투 이온 처리과정과 2차 역삼투 이온 처리과정을 통해서 총 원수 공급량 100%에 대하여 처리수를 75%를 회수하고, 나머지 25%의 농축수를 생성하게 된다.
따라서, 상기 1차 역삼투 이온 처리유닛과 2차 역삼투 이온 처리유닛을 직렬로 연결한 종래 역삼투 멤브레인 시스템은, 원수의 총량에 대하여 75%의 회수율을 갖는 관계로 처리수의 회수율이 낮고, 농축수의 발생량이 많아 증발 처리 등 고가의 후처리 비용이 요구되며, 2단 직렬 RO 공정의 불안정성으로 인해 유지관리비용의 상승으로 인해 경제성이 현저히 떨어져 재이용수 단가 상승에 따른 하폐수처리장 방류수 재이용 사업 진행의 어려움, 무방류 및 최소방류 공정 구현의 불가능 등 많은 문제점을 갖고 있다.
특히, 상기 역삼투 멤브레인 시스템은 1차 역삼투 이온 처리유닛과 2차 역삼투 이온 처리유닛을 직렬로 연결된 관계로, 2차 역삼투 이온 처리유닛의 역삼투 멤브레인의 역삼투층에 기준 농축 이온농도 이상의 잔류 농축 이온이 누적되어서 이온 분극현상이 심화되고, 결과적으로 이온 분극현상을 이룬 잔류 농축 이온들이 역삼투층에 고착되어 다량의 스케일이 형성되어 약품 세정 주기가 단축되고 이로 인해 역삼투 멤브레인의 수명이 단축되며, 또 처리수의 회수율이 감소되는 문제점이 야기되었다.
따라서, 종래 역삼투 멤브레인 시스템은 역삼투 멤브레인의 수명이 설계치에 미치지 못하여, 잦은 역삼투 멤브레인의 교체에 따른 유지관리비용 상승과 처리수의 수질 저하 및 회수율 감소와 같은 문제가 야기되고 있는 실정이다.
대한민국 특허 등록번호 제10-1026734호(20110328) "방류수를 재이용하기 위한 처리 장치 및 방법"
상기한 문제점을 해소하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 처리수와 분리 배출되는 농축수를 역삼투 이온 처리유닛에 회분식 방법으로 지속적으로 재순환하고 이 재순환과정에서 배출되는 처리수만큼 연속적으로 원수가 공급되어지며 최종 목표까지 농축이 이루어지면 고농도의 농축수는 계외로 배출됨과 동시에 원수가 연속적으로 공급되어짐으로써 역삼투 멤브레인 내 큰 농도 차이가 발생되어 이온 분극현상에 의해 고농도의 이온층이 역삼투 멤브레인에 형성되는 것을 억제함으로써, 역삼투 멤브레인의 수명 연장을 통해 원수의 처리에 따른 경제성과 생산성이 확보되고 농축수의 발생을 최소화하는 병렬구조 멤브레인의 회분식 및 연속식 운전의 최적화를 통한 고회수율 역삼투 재이용 시스템, 및 제어방법을 제공함에 있다.
상기한 목적은, 본 발명에서 제공되는 하기 구성에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 병렬구조 멤브레인의 회분식 및 연속식 운전의 최적화를 통한 고회수율 역삼투 재이용 시스템은,
전처리 과정을 통해 고형입자들이 제거된 원수를 역삼투(RO) 멤브레인으로 처리하여 원수에 잔류된 이온을 여과하는 복수의 병렬구조로 역삼투 멤브레인들이 배치되어, 이온이 제거된 처리수와 원수에서 제거된 이온들이 농축 잔류된 농축수를 분리하여 배출하는 하나 이상의 역삼투 이온 처리유닛과;
상기 각 역삼투 이온 처리유닛에 고형입자가 제거된 원수를 급수하는 원수 급수부; 및
상기 역삼투 이온 처리유닛에서 배출되는 농축수를 회수하여, 회수된 농축수와 원수 급수부에 의해 급수되는 원수를 혼입하여 역삼투 이온 처리유닛에 급수하여서, 원수와의 혼입을 통해 잔류 농축 이온 농도가 저감된 농축수를 역삼투 이온 처리유닛에 재급수하는 농축수 순환공급부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 역삼투 이온 처리유닛은, 역삼투 처리공간이 형성된 베셀과, 상기 베셀에 형성된 역삼투 처리공간에 일렬로 정렬하여 배치되어 원수 급수부를 통해 공급되는 원수에 잔류된 이온을 제거하는 복수의 병렬구조 역삼투 멤브레인을 포함하여 구성된다.
보다 바람직하게는, 상기 농축수 순환공급부는, 상기 역삼투 이온 처리유닛의 농축수 포트를 통해 배수되는 농축수를 회수하여, 원수 급수부를 통해 역삼투 이온 처리유닛의 급수실에 공급되는 원수와 혼입하는 농축수 순환관로와; 상기 농축수 순환관로에 배치되어 농축수 순환관로를 통해 농축수 포트를 통해 배수되는 농축수를 원수에 급수하는 농축수 순환펌프를 포함한다.
한편, 본 발명에 따른 병렬구조 멤브레인의 회분식 및 연속식 운전의 최적화를 통한 고회수율 역삼투 재이용 시스템의 제어방법은,
원수 급수부가, 병렬구조로 연결된 역삼투 이온 처리유닛들에 전처리를 통해 고형입자들이 제거된 원수를 급수하여, 상기 급수된 원수가 역삼투 멤브레인의 역삼투층을 투과하면서 이온이 제거된 처리수는 처리수 라인을 통해 배출되고, 농축 이온들이 잔류된 농축수는 농축수 포트를 통해 배출되는 원수 역삼투 공정과;
농축수 순환 공급부가, 원수 역삼투 공정에 의해 농축수 포트를 통해 배출되는 농축수를 원수가 공급되는 역삼투 이온 처리유닛에 혼입 공급하여서, 상기 원수와 농축수가 혼입된 처리수가 역삼투 멤브레인의 역삼투층을 투과하면서 이온이 제거된 처리수는 처리수 라인을 통해 배출되고, 농축 이온들이 잔류된 농축수는 농축수 포트를 통해 배출하고 상기 배출되는 농축수를 역삼투 이온 처리유닛에 재순환 공급하는 과정을 반복 실시하는 농축수 재순환/역삼투 공정; 및
상기 농축수 재순환/역삼투 공정에서, 재순환되는 농축수의 잔류 농축 이온농도가 기준 농축 이온농도 이상으로 증가하면, 콘트롤러부는 배수밸브를 통해 기준 농축 이온농도 이상의 농축수를 농축수 배출관을 통해 배수하는 농축수 배수공정을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같이 본 발명에서는, 전처리에 의해 고형입자들이 제거된 원수에서 이온을 제거하여 이온이 제거된 처리수를 회수하는 역삼투(RO) 처리구조를 개량하여서, 역삼투 멤브레인에 이온들이 고농축되는 이온 분극현상을 억제하여 역삼투 멤브레인의 표면에 고농축 이온들이 응집하여 스케일이 생성되는 이온 분극현상을 억제하고 있다.
즉, 본 발명에서는 상기 역삼투 이온 처리유닛을 투과하여 잔류 이온농도가 높게 형성된 농축수를 잔류 이온농도가 낮은 원수와 혼입하여 잔류 이온농도를 기준 잔류농도 이하로 낮춘 다음, 상기 기준 잔류농도 이하의 농축수를 역삼투 이온 처리유닛에 재순환 공급하고 있다.
따라서, 본 발명은 후처리에 많은 비용이 소요되는 농축수 발생량을 최소화하면서도, 역삼투 멤브레인 표면에 스케일의 생성을 최소화하여 기존 2단 RO 공정에 비해 매우 높은 안정성을 가지며 세정주기를 길게 가져가는 것이 가능해져 역삼투 멤브레인의 수명 연장을 통한 유지 보수 비용의 절감이 가능하고, 또 처리수의 회수율이 증가되어 향상된 생산성과 경제성을 갖는다.
도 1은 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 병렬구조 멤브레인의 회분식 및 연속식 운전의 최적화를 통한 고회수율 역삼투 재이용 시스템의 전체 구성 및, 처리과정을 보여주는 것이고,
도 2 내지 도 4는 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 병렬구조 멤브레인의 회분식 및 연속식 운전의 최적화를 통한 고회수율 역삼투 재이용 시스템을 구성하는 역삼투 이온 처리유닛의 세부 구성 및 작용상태를 보여주는 것이고,
도 5 내지 도 7은 본 발명에서 보다 바람직한 실시예로 제안하고 있는 병렬구조 멤브레인의 회분식 및 연속식 운전의 최적화를 통한 고회수율 역삼투 재이용 시스템을 구성하는 역삼투 이온 처리유닛의 세부 구성 및 작용상태를 보여주는 것이고,
도 8은 종래 역삼투(RO) 멤브레인의 산업용 처리 시스템의 전체 구성 및 정수과정을 보여주는 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 병렬구조 멤브레인의 회분식 및 연속식 운전의 최적화를 통한 고회수율 역삼투 재이용 시스템, 및 제어방법을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 병렬구조 멤브레인의 회분식 및 연속식 운전의 최적화를 통한 고회수율 역삼투 재이용 시스템의 전체 구성 및, 처리과정을 보여주는 것이고, 도 2 내지 도 4는 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 병렬구조 멤브레인의 회분식 및 연속식 운전의 최적화를 통한 고회수율 역삼투 재이용 시스템을 구성하는 역삼투 이온 처리유닛의 세부 구성 및 작용상태를 보여주는 것이고, 도 5 내지 도 7은 본 발명에서 보다 바람직한 실시예로 제안하고 있는 병렬구조 멤브레인의 회분식 및 연속식 운전의 최적화를 통한 고회수율 역삼투 재이용 시스템을 구성하는 역삼투 이온 처리유닛의 세부 구성 및 작용상태를 보여주는 것이고, 도 8은 종래 역삼투(RO) 멤브레인의 산업용 처리 시스템의 전체 구성 및 정수과정을 보여주는 것이다.
본 발명에 따른 병렬구조 멤브레인의 회분식 및 연속식 운전의 최적화를 통한 고회수율 역삼투 재이용 시스템(1)은, 역삼투(RO) 재이용 시스템의 전처리 공정으로 많이 사용되는 UF 시스템을 통해 고형입자들이 제거된 원수를 역삼투(RO) 처리과정을 통해 원수에 잔류된 이온들을 제거하여 처리수를 회수하는 방류수 재이용 시스템이다.
본 발명에서 제안하고 있는 병렬구조 멤브레인의 회분식 및 연속식 운전의 최적화를 통한 고회수율 역삼투 재이용 시스템(1)은, 도 1 내지 도 4에서 보는 바와 같이 전처리 과정을 통해 고형입자들이 제거된 원수를 역삼투(RO) 처리하여 원수에 잔류된 이온을 여과하는 복수의 병렬구조 역삼투 멤브레인(120)들이 배치되어, 이온이 제거된 처리수와 원수에서 제거된 이온들이 농축 잔류된 농축수를 분리하여 배출하는 하나 이상의 역삼투 이온 처리유닛(100)과; 상기 각 역삼투 이온 처리유닛(100)에 고형입자가 제거된 원수를 급수하는 원수 급수부(200)를 포함한다.
상기 원수 급수부(200)는, 원수 급수관로(210)와, 상기 원수 급수관로(210)를 따라 역삼투 이온 처리유닛(100)에 고형입자가 제거된 원수를 급수 유입하는 원수 급수펌프(220)를 포함한다.
본 실시예에서는 3개의 역삼투 이온 처리유닛(100)들을 병렬구조로 연결하여, 하나의 원수 급수부(200)에 의해 병렬 연결된 3개의 역삼투 이온 처리유닛(100)에 각각 역삼투 처리를 요하는 원수가 동시에 분배하여 급수되도록 한다.
여기서, 상기 상호 병렬구조로 연결되는 역삼투 이온 처리유닛(100)의 개수나, 각 역삼투 이온 처리유닛(100) 내에 배치되는 역삼투 멤브레인(120)의 개수 및 용량은 현장의 원수 처리용량에 따라 증감될 수 있다.
상기 역삼투 이온 처리유닛(100)은, 역삼투 처리공간(113)이 형성된 베셀(110)과, 상기 베셀(110)에 형성된 역삼투 처리공간(113)에 일렬로 정렬하여 배치되어 원수 급수부(200)를 통해 공급되는 원수에 잔류된 이온을 제거하는 복수의 역삼투 멤브레인(120)을 포함한다.
그리고, 상기 역삼투 멤브레인(120)은 원수에 잔류된 이온을 제거하는 역삼투층(121)의 중앙부에, 역삼투층(121)을 투과하면서 이온이 제거된 처리수의 배출경로를 형성하는 처리수공(122)이 형성된 도넛형의 권취물로 구성된다.
그리고, 상기 베셀(110) 내에 일렬로 정렬하여 배치되는 역삼투 멤브레인(120)의 처리수공(122)들은 양단에 밀폐링(131)이 형성된 이음관(130)을 통해 상호 연통되어서, 상기 역삼투층(121)을 투과하여 이온이 제거되어 처리수공(122)으로 유입된 처리수는 인접한 역삼투 멤브레인(120)의 역삼투층(121)으로 재유입되지 아니하고 이음관(130)을 따라 이동하여 최종적으로 베셀(110)에 형성된 정수포트(112a)를 통해 배출되도록 한다.
또한, 상기 이음관(130)을 통해 처리수공(122)이 연결되는 역삼투 멤브레인 (120)들을 일렬로 정렬하여 실장하는 베셀(110)은, 일측에 급수포트(111a)가 형성된 급수실(111)이 형성되고 타측에는 실장된 역삼투 멤브레인(120)의 처리수공(122)과 연통하는 정수포트(112a)와, 실장된 역삼투 멤브레인(120)의 역삼투층(121)과 연통하는 농축수 포트(112b)가 형성된 배수실(112)이 형성된 중공의 역삼투 처리공간(113)을 갖는 중공체로 구성된다.
본 실시예에서는 상기 각 베셀(110)에 형성된 역삼투 처리공간(113) 내에, 이음관(130)을 통해 처리수공(122)이 연결된 6개의 역삼투 멤브레인(120)를 일렬로 정렬하여 배치한다.
따라서, 상기 원수 급수부(200)를 통해 병렬구조로 연결된 각 역삼투 이온 처리유닛(100)의 베셀(110)에 공급되는 원수는 역삼투 처리공간(113) 내에 일렬로 정렬하여 배치된 역삼투 멤브레인(120)들의 역삼투층(121)을 순차적으로 투과한다.
이때, 역삼투층(121)을 투과하면서 이온이 제거된 처리수는 이음관(130)을 통해 연결된 처리수공(122)을 통해 정수 포트(112a)로 배수되어 공업용수로 활용되고, 상기 원수에서 제거된 이온이 농축 잔류된 농축수는 배수실(112)과 농축수 포트(112b)를 통해 배수된다.
한편, 상기 역삼투 멤브레인(120)은 기준 농축 이온농도 이상의 잔류 농축이온이 투과하면 역삼투층(121) 내에 이온 분극현상이 심화되어 잔류 농축 이온들이 역삼투층(121)에 농축 잔류하여 처리수의 회수율을 저하하고, 또한 농축 잔류된 이온들이 응집하여 다량의 스케일을 형성하지만, 기준 농축 이온농도 미만의 잔류 농축 이온들이 역삼투층(121)을 투과하여 배출되면 역삼투층(121) 내에 스케일 형성이 감소되는 특징을 갖는다.
그리고, 이온 분극현상이 발생되어 역삼투층(121)에 잔류된 농축 이온들은, 농축수와의 농도편차에 의해 상대적으로 농도가 낮은 농축수에 희석하여 농축수와 함께 배출되므로, 농축 이온 농도가 낮은 농축수를 역삼투 멤브레인(120)에 지속적으로 투과하면 역삼투층(121)에 잔류된 농축 이온 농도가 점차 낮아지는 특징도 갖는다.
그런데, 종래 역삼투(RO) 멤브레인의 산업용 처리 시스템은 도 8에서 보는 바와 같이 1차 역삼투 이온 처리유닛과 직렬 이음되어 1차 역삼투 이온 처리유닛에서 배출된 잔류 농축 이온농도가 높은 농축수를 2차 역삼투 이온 처리유닛에 급수하여 처리수를 회수 처리하도록 구성된다.
따라서, 종래 역삼투(RO) 멤브레인의 산업용 처리 시스템은 2차 역삼투 이온 처리유닛의 역삼투 멤브레인들의 역삼투층에 기준 농축 이온농도 이상의 잔류 농축 이온이 누적되어서 이온 분극현상이 심화되었고, 결과적으로 이온 분극현상을 이룬 잔류 농축 이온들이 역삼투층에 고착되어 다량의 스케일이 형성되어서 역삼투 멤브레인의 수명과 약품 세정 주기가 단축되고, 또 처리수의 회수율이 감소되는 문제점이 야기되었다.
본 발명에서는 상기 역삼투 이온 처리유닛(100)에서 배출되는 농축수를 회수하여 회수된 농축수와 원수 급수부(200)에 의해 급수되는 원수를 혼입하여 역삼투 이온 처리유닛(100)에 급수하여서, 원수와의 희석을 통해 농축 이온들의 잔류 이온 농도가 저감된 농축수를 역삼투 이온 처리유닛(100)에 재급수하여 재처리되도록 하는 농축수 순환공급부(300)를 더 포함한다.
상기 농축수 순환공급부(300)는, 상기 역삼투 이온 처리유닛(100)의 농축수 포트(112b)를 통해 배수되는 농축수를 회수하여, 원수 급수부(200)를 통해 역삼투 이온 처리유닛(100)의 급수실(111)에 공급되는 원수와 혼입하는 농축수 순환관로(310)와; 상기 농축수 순환관로(310)에 배치되어 농축수 순환관로(310)를 통해 농축수 포트(112b)를 통해 배수되는 농축수를 원수에 급수하는 농축수 순환펌프(320)를 포함한다.
상기 농축수 순환관로(310)에는 기준 농축 이온 농도 이상의 농축 이온이 순환되는 농축수에 잔류하면, 상기 농축수를 배수하는 3방향 전자밸브(331)가 형성된 농축수 배출관로(330)가 형성된다.
본 실시예에서는 상기 농축수 순환펌프(320)에 의한 농축수의 순환 공급압력은 원수 급수부(200)를 구성하는 원수 급수펌프(220)의 원수 급수압보다 상대적으로 낮도록 구성하고 용량은 크게 설계한다.
따라서, 상기 역삼투 이온 처리유닛(100)에 새로이 급수되는 원수의 량은 농축수 순환펌프(320)를 통해 급수되는 농축수의 순환 공급량에 따라 증감하도록 구성된다.
본 실시예에서는 상기 농축수 순환관로(310)에 역삼투 이온 처리유닛(100)에 세정제를 공급하여 역삼투 멤브레인(120)의 역삼투층(121)에 잔류된 스케일을 녹이는 약품을 공급하는 약품 세정부(400)를 부가한다.
따라서, 상기 역삼투 이온 처리유닛(100)의 역삼투 멤브레인(120)에 스케일이 다량 잔류하여 처리수의 유량 저하가 15% 이상 발생되면 농축수 순환펌프(320)는 저수된 세정제를 역삼투 이온 처리유닛(100)에 공급하여 역삼투 멤브레인(120)에 잔류된 스케일을 용해하여 제거하는 약품 세정공정을 실시하도록 구성된다.
상기 약품 세정공정을 실시할 경우, 상기 농축수 순환관로(310)는 약품 저수탱크(410)와 일시적으로 연통하여 약품 저수탱크(410)에 저수된 약품을 역삼투 이온 처리유닛(100)에 강제 순환 공급하여서, 역삼투 이온 처리유닛(100)의 역삼투 멤브레인(120)에 응집된 스케일을 용해하여 제거하도록 한다.
또한, 상기 농축수 순환관로(310)의 흡입측과 배출측, 그리고 농축수 배출관로(330)에는 이동하는 농축수의 유량을 계측하는 유량 계측센서(341)와, 농축수에 잔류된 농축 이온량을 계측하는 농축 이온량 계측센서(342)와, 농축수의 압력을 계측하는 압력 계측센서(343)가 각각 배치되며, 상기 각 센서를 통해 계측된 계측값들은 콘트롤러부(미도시)에 실시간으로 인가된다.
따라서, 이들 각 센서들을 통해 인가되는 계측값들을 통해 콘트롤러부(미도시)는 농축수 순환펌프(320)를 통해 원수와 혼입되는 농축수의 순환 공급량과, 농축수의 배출량, 및 약액을 통한 역삼투 멤브레인(120)의 세정주기를 자동으로 설정 제어한다.
그리하여, 상기 역삼투형 이온 처리유닛(100)를 구성하는 역삼투 멤브레인(120)에 스케일의 생성을 억제하여 약액을 통한 역삼투 멤브레인(120)의 약품 세정주기를 연장하고, 결과적으로, 잦은 약품 세정에 따른 역삼투 멤브레인의 수명 단축을 억제하고, 또 처리수의 회수 효율 향상과 농축수의 발생을 최소화하여 농축수의 후처리에 따른 비용 발생을 절감한다.
보다 바람직하게는, 도 5 내지 도 7에서 보는 바와 같이 상기 역삼투 이온 처리유닛(100)을 구성하는 베셀(110)에, 역삼투 멤브레인(120)가 일렬로 정렬되는 역삼투 처리공간(113)과 연통하는 하나 이상의 원수 보충포트(114)를 형성한다.
이때, 원수 보충포트(114)에는 혼입량 조절밸브(114a)가 형성되어서, 혼입량 조절밸브(114a)에 의해 설정되는 급수량에 따라 역삼투 처리공간(113)의 각 구간에 정량의 원수가 급수되도록 한다.
이와 같이 구성하면, 상기 베셀(110) 내에 일렬로 정렬하여 배치되어 각 역삼투 멤브레인(120)에 균일한 농도의 농축 이온이 잔류된 농축수가 투과되도록 함으로써, 역삼투 멤브레인(120) 사이에 스케일의 잔류 생성량 편차가 발생되는 현상이 예방된다.
즉, 상기 베셀(110) 내에 일렬로 정렬된 역삼투 멤브레인(120)는 순차적으로 농축수를 역삼투처리하므로, 급수실(111)에 근접할수록 농축 이온량이 낮고, 배수실(112)에 근접할수록 농축 이온량이 높다.
이를 해소하기 위해, 본 실시예에서는 역삼투 처리공간(113)에 원수 보충포트(114)를 통해 원수를 정량 공급하도록 구성함으로써, 각 역삼투 멤브레인(120)에 일정 농도의 농축 이온이 잔류된 농축수가 각각 급수되도록 함으로써, 역삼투 멤브레인(120)들 사이에 스케일의 생성 잔류 편차가 발생되는 현상을 해소하고 있으며, 이 또한 본 발명의 기술적 특징으로 예정하고 있다.
또한, 본 실시예에서는 상기 베셀(110)에는 역삼투 처리공간(113)에 형성되는 압력에 따라 급수된 농축수를 바이패스하여 역삼투 처리공간(113) 내에 국부적으로 압력이 증가를 방지하는 균압 분배포트(115)를 형성하여서, 역삼투 처리공간(113) 내 국부적인 과압 발생을 해소하여 해당 역삼투 처리공간(113) 내에 배치된 역삼투 멤브레인(120)의 과압에 의한 손상을 방지한다.
보다 바람직하게는, 상기 각 균압 분배포트(115)에는 압력밸브(115a)를 형성하여, 형성된 역삼투 처리공간(113)의 구간에 설정 압력 이상의 과압이 발생되면, 균압 분배포트(115)는 해당 구간에 유입된 농축수를 바이패스하여 인접한 역삼투 처리공간(113)의 구간에 유입하여서, 역삼투 처리공간(113)에 전체적으로 균일한 처리압력이 형성되도록 구성한다.
한편, 하기에서는 본 발명에서 제안하고 있는 역삼투형의 산업용 처리 시스템의 제어방법을 도 1 내지 도 3을 참조하여 상술하기로 한다.
최초, 상기 원수 급수부(200)를 통해 병렬구조로 연결된 역삼투 이온 처리유닛(100)들에 전처리를 통해 고형입자들이 제거된 원수가 급수된다.
그리고, 상기 급수된 원수는 역삼투 멤브레인(120)의 역삼투층(121)을 투과하면서 이온이 제거된 처리수는 처리수공(122) 및 처리수포트(112a)를 통해 배출되고, 농축 이온들이 잔류된 농축수는 농축수 포트(112b)를 통해 배출되는 원수 역삼투 공정을 실시한다.
그리고, 상기 원수 역삼투 정공에 의해 상기 처리수포트(112a)를 통해 배출되는 처리수는 처리수 저수조(미도시)에 저수되어 공업용수 등으로 활용되고, 농축수 포트(112b)를 통해 배출되는 농축수는 농축수 순환 공급부(300)를 통해 상기 역삼투 이온 처리유닛(100)에 재순환 공급 및 역삼투 처리되는 농축수 재순환/역삼투 공정이 실시된다.
이때, 상기 농축수 순환 공급부(300)를 통해 역삼투 이온 처리유닛(100)에 재순환 공급되는 농축수는, 원수 급수부(200)를 통해 급수되는 원수와 혼입되어 잔류 농축 이온농도를 기준 농축 이온농도 보다 낮게 형성하여 역삼투 이온 처리유닛(100)에 재공급된다.
따라서, 상기 역삼투 이온 처리유닛(100)에 병렬구조로 배치된 각 역삼투 멤브레인(120)의 역삼투층(121)에 고농도의 농축 이온들이 잔류하여 이온 분극현상의 발생이 억제된다.
이러한 과정에, 상기 농축수 재순환/역삼투 공정을 반복적으로 실시하여 처리수를 회수하면, 역삼투 시스템의 안정적인 운영이 가능하고 농축수의 발생량을 최소화하면서 다량의 처리수를 회수하는 것이 가능하므로, 처리수의 회수율이 증가된다.
그리고, 이러한 농축수 재순환/역삼투 공정의 반복적인 수행에 의해 재순환되는 농축수에 잔류된 잔류 농축 이온농도가 기준 농축 이온농도 이상으로 증가하면, 콘트롤러부(미도시)는 3방향 전자밸브를 통해 기준 농축 이온농도 이상의 농축수를 농축수 배출관을 통해 배수한다. 처리수의 유량 저하가 15% 이상 발생할 경우 상기 약품 세정부(400)에 저수된 약품을 농축수 순환 공급수(300)를 통해 역삼투 이온 처리유닛(100)에 순환 공급하여 약품에 의해 역삼투 이온 처리유닛(100)의 역삼투 멤브레인(120)의 약품 세정을 도모하여서, 잔류된 농축 이온 및 농축 이온이 응집된 스케일을 용해하여 제거하는 스케일 제거공정을 실시한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
1. 역삼투형 산업용 처리 시스템
100. 역삼투 이온 처리유닛
110. 베셀 111. 급수실
111a. 급수포트
112. 배수실 112a. 처리수 포트
112b. 농축수 포트
113. 역삼투 처리공간 113a. 원수 급수포트
114. 원수 보충포트 114a. 혼입량 조절밸브
115. 균압 분배포트 115a. 압력밸브
120. 역삼투 멤브레인
121. 역삼투층 122. 처리수공
130. 이음관 131. 밀폐링
200. 원수 급수부 210. 원수 급수관로
220. 원수 급수펌프
300. 농축수 순환공급부 310. 농축수 순환관로
320. 농축수 순환펌프 330. 농축수 배출관로
331. 3방향 전자밸브
341. 유량 계측센서 342. 농축 이온량 계측센서
343. 압력 계측센서
400. 약품 세정부 410. 약품 저수탱크

Claims (11)

  1. 전처리 과정을 통해 고형입자들이 제거된 원수를 역삼투(RO) 처리하여 원수에 잔류된 이온을 여과하는 복수의 병렬구조 역삼투 멤브레인들이 배치되어, 이온이 제거된 처리수와 원수에서 제거된 이온들이 농축 잔류된 농축수를 분리하여 배출하는 하나 이상의 역삼투 이온 처리유닛과;
    상기 각 역삼투 이온 처리유닛에 고형입자가 제거된 원수를 급수하는 원수 급수부; 및
    상기 역삼투 이온 처리유닛에서 배출되는 농축수를 회수하여, 회수된 농축수와 원수 급수부에 의해 급수되는 원수를 혼입하여 역삼투 이온 처리유닛에 급수하여서, 원수와의 혼입을 통해 잔류 농축 이온 농도가 저감된 농축수를 역삼투 이온 처리유닛에 재급수하는 농축수 순환공급부를 포함하고,
    상기 농축수 순환공급부는 상기 역삼투 이온 처리유닛의 농축수 포트를 통해 배수되는 농축수를 회수하여, 원수 급수부를 통해 역삼투 이온 처리유닛의 급수실에 공급되는 원수와 혼입하는 농축수 순환관로와; 상기 농축수 순환관로에 배치되어 농축수 순환관로를 통해 농축수 포트를 통해 배수되는 농축수를 원수에 급수하는 농축수 순환펌프를 포함하고,
    상기 농축수 순환관로에는 기준 농축 이온 농도 이상의 농축 이온이 순환되는 농축수에 잔류하면, 원수와 혼입되기 이전에 상기 농축수를 배수하는 배수밸브가 형성된 농축수 배출관로가 형성된 것을 특징으로 하는 병렬구조 멤브레인의 회분식 및 연속식 운전의 최적화를 통한 고회수율 역삼투 재이용 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 역삼투 이온 처리유닛은, 역삼투 처리공간이 형성된 베셀과, 상기 베셀에 형성된 역삼투 처리공간에 일렬로 정렬하여 배치되어 원수 급수부를 통해 공급되는 원수에 잔류된 이온을 제거하는 복수의 병렬구조 역삼투 멤브레인을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 병렬구조 멤브레인의 회분식 및 연속식 운전의 최적화를 통한 고회수율 역삼투 재이용 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서, 상기 원수 급수부는 원수 급수펌프를 포함하여 구성되고, 상기 농축수 순환펌프에 의한 농축수의 순환 공급압력은 원수 급수부를 구성하는 원수 급수펌프의 원수 급수압보다 상대적으로 낮도록 구성되고 유량은 크게 설정되며, 상기 원수 급수펌프를 통해 역삼투 이온 처리유닛에 공급되는 원수의 공급량은, 농축수 순환펌프를 통해 역삼투 이온 처리유닛에 공급되는 농축수의 급수량에 따라 증감되도록 구성한 것을 특징으로 하는 병렬구조 멤브레인의 회분식 및 연속식 운전의 최적화를 통한 고회수율 역삼투 재이용 시스템.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 농축수 순환관로의 흡입측과 배출측, 그리고 농축수 배출관로에는 이동하는 농축수의 유량을 계측하는 유량 계측센서와, 농축수에 잔류된 농축 이온량을 계측하는 농축 이온량 계측센서와, 농축수의 압력을 계측하는 압력 계측센서가 각각 배치되며,
    상기 각 센서를 통해 계측된 계측값들은 콘트롤러부에 실시간으로 인가하도록 구성된 것을 특징으로 하는 병렬구조 멤브레인의 회분식 및 연속식 운전의 최적화를 통한 고회수율 역삼투 재이용 시스템.
  7. 제 2항에 있어서, 상기 베셀은 일측에 급수포트가 형성된 급수실이 형성되고 타측에는 실장된 역삼투 멤브레인의 처리수공과 연통하는 처리수포트와, 실장된 역삼투 멤브레인의 역삼투층과 연통하는 농축수 포트가 형성된 배수실이 형성된 중공의 역삼투 처리공간을 갖는 중공체로 구성된 것을 특징으로 하는 병렬구조 멤브레인의 회분식 및 연속식 운전의 최적화를 통한 고회수율 역삼투 재이용 시스템.
  8. 제 2항에 있어서, 상기 역삼투 멤브레인는 원수에 잔류된 이온을 제거하는 역삼투층의 중앙부에, 역삼투층을 투과하면서 이온이 제거된 처리수의 배출경로를 형성하는 처리수공이 형성된 도넛형의 권취물로 구성된 것을 특징으로 하는 병렬구조 멤브레인의 회분식 및 연속식 운전의 최적화를 통한 고회수율 역삼투 재이용 시스템.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 베셀의 역삼투 처리공간 내에 일렬로 정렬하여 배치되는 역삼투 멤브레인의 처리수공들은, 양단에 밀폐링이 형성된 이음관을 통해 상호 연통된 것을 특징으로 하는 병렬구조 멤브레인의 회분식 및 연속식 운전의 최적화를 통한 고회수율 역삼투 재이용 시스템.
  10. 원수 급수부가, 병렬구조로 연결된 역삼투 이온 처리유닛들에 전처리를 통해 고형입자들이 제거된 원수를 급수하여, 상기 급수된 원수가 역삼투 멤브레인의 역삼투층을 투과하면서 이온이 제거된 처리수는 처리수공을 통해 배출되고, 농축 이온들이 잔류된 농축수는 농축수 포트를 통해 배출되는 원수 역삼투 공정과;
    농축수 순환 공급부가, 원수 역삼투 공정에 의해 농축수 포트를 통해 배출되는 농축수를 원수가 공급되는 역삼투 이온 처리유닛에 혼입 공급하여서, 상기 원수와 농축수가 혼입된 처리수가 역삼투 멤브레인의 역삼투층을 투과하면서 이온이 제거된 처리수는 처리수공을 통해 배출되고, 농축 이온들이 잔류된 농축수는 농축수 포트를 통해 배출하고 상기 배출되는 농축수를 역삼투 이온 처리유닛에 재순환 공급하는 과정을 반복 실시하는 농축수 재순환/역삼투 공정; 및
    상기 농축수 재순환/역삼투 공정에서, 재순환되는 농축수의 잔류 농축 이온농도가 기준 농축 이온농도 이상으로 증가하면, 콘트롤러부는 상기 농축수 순환 공급부의 농축수 순환관로에 형성된 배수밸브를 통해 기준 농축 이온농도 이상의 농축수를 원수와 혼입되기 이전에 농축수 배출관을 통해 배수하는 농축수 배수공정을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 병렬구조 멤브레인의 회분식 및 연속식 운전의 최적화를 통한 고회수율 역삼투 재이용 시스템의 제어방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 농축수 배수공정을 마친 다음, 농축수 순환 공급부가 약품 세정부에 저수된 약품을 역삼투 이온 처리유닛에 순환하여 약품에 의해 역삼투 이온 처리유닛의 역삼투 멤브레인를 약품 세정하여, 잔류된 농축 이온 및 농축 이온이 응집된 스케일을 용해하여 제거하는 스케일 제거공정을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 병렬구조 멤브레인의 회분식 및 연속식 운전의 최적화를 통한 고회수율 역삼투 재이용 시스템의 제어방법.
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