KR102400040B1 - 수두차를 이용한 막여과 고도정수처리 장치 및 그 동압 제어 방법 - Google Patents

수두차를 이용한 막여과 고도정수처리 장치 및 그 동압 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 사이펀 및 수두차 원리를 응용함으로써 별도의 압송설비가 필요없이 동압을 일정하게 유지하는 막여과 고도정수처리 장치를 제공하기 위한 것이다.
이를 위해 본 발명에서는 미처리수가 모이는 전처리조와, 상기 전처리조 내의 수두보다 수두가 낮도록 위치된 막여과조와, 상기 막여과조의 내부에 침지된 막모듈과, 상기 막여과조 내의 수두보다 수두가 낮도록 위치된 처리수조와, 상기 전처리조 내의 미처리수가 일정수위에 이르러 상기 막여과조 내로 흘러가도록 연통하는 제1사이펀과, 상기 막모듈을 통하여 여과 처리된 상기 막여과조 내의 처리수가 상기 처리수조 내로 흘러가도록 연통하는 제2사이펀과, 상기 처리수조와 통하도록 일정한 높이와 간격을 두고 설치된 다수 개의 오버플로우관과, 상기 처리수조 내의 처리수가 오버플로우(overflow)되는 상기 오버플로우관들의 유로를 선택적으로 개폐하도록 상기 오버플로우관상에 각각 설치된 게이트 밸브 및 상기 처리수조 내 처리수의 수위에 따라 상기 게이트 밸브들의 개폐를 제어하는 수위전송기를 포함하는 막여과 고도정수처리 장치를 개시한다.

Description

수두차를 이용한 막여과 고도정수처리 장치 및 그 동압 제어 방법{MEMBRANE FILTRATION FOR ADVANCED WATER TREATMENT DEVICE USING HYDRAULIC HEAD DIFFERENTIAL AND METHOD FOR DYNAMIC PRESSURE CONTTROLLING THE SAME}
본 발명은 사이펀 및 수두차 원리를 응용한 막여과 고도정수처리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수두차를 두고 순차적으로 설치되는 복수 개의 수조와, 그 수조들 사이를 통하도록 연결하는 사이펀(siphon)의 작용에 의해 원수가 자연 유하(nonpressure flow) 방식으로 통과하면서 정화되도록 함으로써 원수의 유동 및 처리수량 조정을 위한 펌프 등과 같은 별도의 압송설비 없이도 동압(유동하고 있는 유체가 갖는 압력)을 일정하게 유지하면서 원수를 원활하게 정화처리할 수 있는 막여과 고도정수처리 장치 및 그 동압 제어 방법에 관한 것이다.
고도정수처리시설이란 재래식수처리공정(혼화, 응집, 침전, 여과, 소독)으로는 완전히 제거되지 않아 "먹는물 수질기준"의 충족이 어려운 여러 가지 유해물질들을 적절하게 처리하기 위한 정수처리시설로서 오존을 이용한 기술 및 고도산화법을 이용한 기술, 활성탄을 이용한 기술, 막분리 기능을 이용한 기술 등이 있다.
특히 막분리 기능을 이용한 막여과(Membrane Filtration) 기술은 최근 급속히 확산 및 보급되고 있는 고효율의 정수처리기술로서 미세한 공극으로 선택적 투과성을 갖는 반투과성 분리막(Membrane)을 여재로 이용하여 원수 중의 불순물을 분리 제거함과 동시에 병원성 미생물을 제거하고 회수율이 높으므로 기존 정수처리시설의 단점을 보완하는 차세대 기술로써 각광받고 있다.
이러한 막여과 기술은 분리막의 재질, 구조, 형태, 공치공경(Nominal pore size), 통수방식, 운전방식, 여과방식, 제어방식 등에 따라 분류할 수 있다.
이 중에서 운전방식에 의한 분류는 원기둥 모양의 하우징 내부에 실 형태의 중공사막을 갖는 막모듈로 물을 넣고 압력을 가하면서 통과시켜 이물질이나 불순물을 걸러내는 가압식과, 미세 구멍을 갖는 분리막을 침지조에 담가 물을 통과시키는 과정에서 이물질이나 불순물을 걸러내는 침지식이 있다. 가압식은 펌프에 의한 가압으로 현탁물질을 배제시키며 전처리시설로 부유물질 배제공정이 필요하고 강제 순환을 위한 동력비가 상대적으로 높은 한계가 있다. 침지식은 펌프에 의한 흡입으로 현탁물질을 배제시키며 막모듈이 침지조에 장착됨에 따라 수온의 영향이 크다.
종래의 가압식 막여과 고도정수처리 장치는 원수(미처리수)가 막모듈을 통과하면서 그 오염물질은 점착되고 여과된 투과수(처리수)만 배출되는 구조이므로, 여과 공정이 진행되면서 필연적으로 막모듈에 점착되는 오염물질의 양이 증가하고, 이러한 오염물질의 점착으로 인해 막모듈을 통한 원수의 흐름이 방해되어 결과적으로 물질 투과율이 급격히 감소하는 이른바 파울링(fouling) 현상이 발생하여 그 본연의 성능 저하는 물론 막모듈을 통과시키기 위한 원수(미처리수)의 필요 압력은 증가하게 된다.
이에 따라 주기적으로 막모듈에 점착된 오염물질을 제거하는 막 세정작업을 실시해야만 하는데, 이러한 막 세정작업은 주로 여과된 투과수(처리수)를 막모듈에 강하게 역류시켜 물리적으로 오염물질을 털어내는 역세(backwashing of water or air), 공기세정(air scrubbing), 플러싱(flushing) 등의 물리적 세정작업(physical cleaning)과 화학약품을 포함하는 세정제를 막모듈에 반복적으로 접촉시킴으로써 화학적으로 오염물질을 제거하는 화학적 세정작업(chemical in place)으로 구분된다.
또한, 종래의 침지식 막여과 고도정수처리 장치는 유입되는 원수(미처리수)를 저류조에 집수하고 혼화조에서 응집제와 함께 혼화시키고, 응집조에서 원수에 포함되어 있는 유기물질 등을 응집시킨 후, 응집조에서 응집처리가 완료된 응집처리수를 침전조로 유입시켜 응집물 또는 입자성 오염물질을 경사판을 통하여 침전시킨다.
그리고 침전조의 침전처리수를 막모듈이 설치된 분리막조로 유입시켜 막모듈(분리막)을 통해 여과함으로써 정수를 얻을 수 있으며, 필요에 따라서는 오존 및/또는 활성탄 처리의 고도처리를 수행할 수도 있다.
그런데 이와 같은 종래의 막여과 고도정수처리 장치는 처리수의 강제 압송 등을 위해 펌프가 설치되므로 초기 설치비 및 운전비용이 높은 문제점과 함께 설치장소(부지면적)에 제약이 따를 수밖에 없다.
한편, 수두(hydraulic head)는 물기둥의 높이를 뜻하는 유체정역학 용어로, 높은 곳에 있는 물이 가지는 위치에너지, 압력, 속도와 연관되어 있다. 베르누이의 원리에 의하면 물기둥에 의해 가해지는 압력차(△p)는 물의 밀도(ρ), 중력가속도(g), 물기둥의 높이차인 수두차(△h)의 곱으로 표현되는 데, 일반적으로 앞의 두 값은 일정하기 때문에 압력차는 수두차에 정비례 즉, 함수관계가 성립한다. 따라서 원하는 압력을 얻기 위해서는 그에 해당하는 수두만큼 수면의 높이를 만들어주면 된다. 사이펀(siphon)의 원리도 이와 연관된 개념이다.
대한민국 공개특허공보 10-2014-0144933호(2014.12.22) 대한민국 공개특허공보 10-2014-0081552호(2014.07.01) 대한민국 등록특허공보 10-1342689호(2013.12.11) 대한민국 등록특허공보 10-1276499호(2013.06.12) 대한민국 등록특허공보 10-0925680호(2009.11.02) 대한민국 등록특허공보 10-0932154호(2009.12.08) 대한민국 등록특허공보 10-0843656호(2008.06.27) 대한민국 등록특허공보 10-0791896호(2007.12.28)
이에 본 발명자는 상술한 제반 사항을 종합적으로 고려하여 기존의 기술이 갖는 한계 및 문제점의 해결에 역점을 두어, 원수의 유동 및 처리수의 양 조절을 위한 펌프 등과 같은 별도의 압송설비 없이도 동압을 일정하게 유지하면서 원수를 정화처리할 수 있는 막여과 고도정수처리 장치를 개발하고자 각고의 노력을 기울여 부단히 연구하던 중 그 결과로써 본 발명을 창안하게 되었다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 수조들 내의 수두차와 수조들을 연통하는 사이펀의 작용에 의해 원수가 자연 유하로 흘러서 여과 처리될 수 있도록 하는 막여과 고도정수처리 장치 및 그 동압 제어 방법을 제공하는 데 있는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제 및 목적은 수두압과 사이펀 압력 변화에 따른 수두차를 이용하여 동압을 일정하게 유지할 수 있도록 하는 막여과 고도정수처리 장치 및 그 동압 제어 방법을 제공하는 데 있는 것이다.
상술한 바와 같은 해결 과제 및 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1실시 양태에 따른 구체적인 수단은, 미처리수가 모이는 전처리조와, 상기 전처리조 내의 수두보다 수두가 낮도록 위치된 막여과조와, 상기 막여과조의 내부에 침지된 막모듈과, 상기 막여과조 내의 수두보다 수두가 낮도록 위치된 처리수조와, 상기 전처리조 내의 미처리수가 일정수위에 이르러 상기 막여과조 내로 흘러가도록 연통하는 제1사이펀과, 상기 막모듈을 통하여 여과 처리된 상기 막여과조 내의 처리수가 상기 처리수조 내로 흘러가도록 연통하는 제2사이펀과, 상기 처리수조와 통하도록 일정한 높이와 간격을 두고 설치된 다수 개의 오버플로우관과, 상기 처리수조 내의 처리수가 오버플로우(overflow)되는 상기 오버플로우관들의 유로를 선택적으로 개폐하도록 상기 오버플로우관상에 각각 설치된 게이트 밸브 및 상기 처리수조 내 처리수의 수위에 따라 상기 게이트 밸브들의 개폐를 제어하는 수위전송기를 포함하는 것을 특징으로 하는 막여과 고도정수처리 장치를 제시한다.
이로써 본 발명의 제1실시 양태는, 수두차 및 사이펀 원리에 의해 동압을 일정하게 유지하면서 자연 유하 방식으로 미처리수 및 처리수를 유동시키기 때문에 별도의 압송설비에 의한 에너지 사용량과 설치공간을 줄이고 설치비용 및 운전비용을 절감할 수 있다.
그리고 본 발명의 제2실시 양태에 따른 구체적인 수단은, 상기 제1사이펀상에 설치되어 상기 수위전송기의 제어 신호에 따라 미처리수의 흐름을 개폐 및 유량을 조절하는 제1유량조절밸브 및 상기 제2사이펀상에 설치되어 상기 수위전송기의 제어 신호에 따라 처리수의 흐름을 개폐 및 유량을 조절하는 제2유량조절밸브를 더 포함하여 구성됨으로써 더욱 효과적이면서 효율적으로 동압을 일정하게 유지시킬 수 있다.
그리고 본 발명의 제3실시 양태에 따른 구체적인 수단은, 미처리수가 모이는 전처리조와, 상기 전처리조 내의 수두보다 수두가 낮도록 위치되고, 상부에 유입구가 형성되고 하부에 배출구가 형성된 케이싱과, 상기 케이싱의 내부에 구비된 막모듈과, 상기 케이싱 내의 수두보다 수두가 낮도록 위치된 처리수조와, 상기 전처리조 내의 미처리수가 일정수위에 이르러 상기 케이싱 내로 흘러가도록 연통하는 제1사이펀과, 상기 막모듈을 통하여 여과 처리된 상기 케이싱 내의 처리수가 상기 처리수조 내로 흘러가도록 연통하는 제2사이펀과, 상기 처리수조와 통하도록 일정한 높이와 간격을 두고 설치된 다수 개의 오버플로우관과, 상기 처리수조 내의 처리수가 오버플로우(overflow)되는 상기 오버플로우관들의 유로를 선택적으로 개폐하도록 상기 오버플로우관상에 각각 설치된 게이트 밸브 및 상기 처리수조 내 처리수의 수위에 따라 상기 게이트 밸브들의 개폐를 제어하는 수위전송기를 포함하는 것을 특징으로 하는 막여과 고도정수처리 장치를 제시한다.
이로써 본 발명의 제3실시 양태는, 수두차 및 사이펀 원리에 의해 유량을 일정하게 유지하면서 자연 유하 방식으로 미처리수 및 처리수를 유동시키기 때문에 별도의 압송설비에 의한 에너지 사용량과 설치공간을 줄이고 설치비용 및 운전비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 사이펀 현상을 더욱 효과적으로 유도 및 유발하여 미처리수를 신속하고 수월하게 여과 처리할 수 있다.
그리고 본 발명의 제4실시 양태에 따른 구체적인 수단은, 상기 처리수조 내의 처리수를 상기 케이싱의 배출구에서 상기 유입구로 통하도록 분출하여 역세하는 역세펌프와 상기 제1사이펀상에 설치되어 상기 수위전송기의 제어 신호에 따라 미처리수의 흐름을 개폐 및 유량을 조절하는 제1유량조절밸브 및 상기 제2사이펀상에 설치되어 상기 수위전송기의 제어 신호에 따라 처리수의 흐름을 개폐 및 유량을 조절하는 제2유량조절밸브를 더 포함하여 구성됨으로써 막모듈의 파울링(fouling)을 감소시켜 더욱 효과적이면서 효율적으로 동압을 일정하게 유지시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 제1 내지 제4실시 양태로, 상기 전처리조는 침전, 분말 활성탄(PAC) 접촉, 혼화, 응집 중 적어도 어느 하나의 전처리공정을 구현 가능하도록 설치될 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 제1 내지 제4실시 양태로, 상기 전처리조는 미처리수에 포함된 입자들을 여과 및 침전 가능한 크기의 플록으로 성장시키는 교반기가 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 제1 내지 제4실시 양태로, 상기 막모듈은 중공사형(hollow fiber type membrane), 평판형(flat sheet type membrane), 관형(tubular type membrane) 중 어느 하나의 막모듈로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 제1실시 양태에 따른 막여과 고도정수처리 장치에서, 상기 게이트 밸브들을 개폐함으로써 처리수의 동압을 제어하는 동압 제어 방법으로, 상기 처리수조 내 처리수의 수위가 미리 정해진 일정범위 내로 유지하는지를 상기 수위전송기가 실시간으로 계측하는 제1단계와, 상기 처리수조 내 처리수의 수위가 미리 정해진 일정범위를 벗어나면 상기 처리수조 내 처리수의 수위가 미리 정해진 일정범위 내와 일치하도록 상기 게이트 밸브들 중 적어도 어느 하나 이상을 선택적으로 개폐하는 제2단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 막여과 고도정수처리 장치의 동압 제어 방법을 제시한다.
그리고 본 발명의 제2실시 양태에 따른 막여과 고도정수처리 장치에서, 상기 게이트 밸브들을 개폐함으로써 처리수의 동압을 제어하는 동압 제어 방법으로, 상기 처리수조 내 처리수의 수위가 미리 정해진 일정범위 내로 유지하는지를 상기 수위전송기가 실시간으로 계측하는 제1단계와, 상기 처리수조 내 처리수의 수위가 미리 정해진 일정범위를 벗어나면 상기 처리수조 내 처리수의 수위가 미리 정해진 일정범위 내와 일치하도록 상기 게이트 밸브들 중 적어도 어느 하나 이상을 선택적으로 개폐하는 제2단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 막여과 고도정수처리 장치의 동압 제어 방법을 제시한다.
그리고 본 발명의 제4실시 양태에 따른 막여과 고도정수처리 장치에서, 상기 게이트 밸브들을 개폐함으로써 처리수의 동압을 제어하는 동압 제어 방법으로, 상기 처리수조 내 처리수의 수위가 미리 정해진 일정범위 내로 유지하는지를 상기 수위전송기가 실시간으로 계측하는 제1단계와, 상기 처리수조 내 처리수의 수위가 미리 정해진 일정범위를 벗어나면 상기 처리수조 내 처리수의 수위가 미리 정해진 일정범위 내와 일치하도록 상기 게이트 밸브들 중 적어도 어느 하나 이상을 선택적으로 개폐하는 제2단계와, 상기 제2단계에서 일정시간 동안 상기 처리수조 내 처리수의 수위가 미리 정해진 일정범위 내와 일치하지 않으면 상기 제1 및 제2유량조절밸브를 폐쇄하고, 상기 막모듈의 파울링(fouling)이 감소하도록 상기 처리수조 내의 처리수를 상기 케이싱의 배출구에서 상기 유입구와 슬러지 배출구로 통하도록 분출하여 상기 막모듈을 역세하는 역세펌프의 작동을 제어하는 제3단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 막여과 고도정수처리 장치의 동압 제어 방법을 제시한다.
상기와 같은 기술적 과제의 해결과 목적을 달성하기 위한 수단 및 구성을 갖춘 본 발명은, 펌프 등의 압송설비를 이용한 인위적·기계적 압력으로 원수 및 처리수를 이동시켰던 기존의 방식과 달리 별도의 동력이 필요없는 수두차 및 사이펀 원리를 이용하여 자연 유하 방식으로 원수 및 처리수를 유동시키므로 원수 및 처리수의 유동 및 양 조절을 위한 압송설비에 의한 에너지 사용량과 설치공간(부지면적)을 최소화하고 설치비용 및 운전비용을 크게 절감할 수 있다.
게다가 처리수조에 담기는 처리수의 수위를 실시간으로 계측하여 그 수위가 일정 범위 내를 벗어나면 게이트 밸브의 개폐를 선택적으로 제어하여 오버플로우관의 유로를 차단함으로써 처리수조의 오버플로우(overflow) 높이를 조절하고, 아울러 역세 과정을 통해 막모듈의 파울링(fouling)을 감소시켜 수두압과 사이펀 압력을 조절함으로써 처리수의 동압을 일정하게 유지시킬 수 있다.
나아가서, 본 발명은 소규모 정수장이나 마을 상수도와 같이 전문인력이 부족한 곳에서는 자동화 및 무인화가 가능하여 통합운영관리를 꾀할 수 있을 뿐만 아니라 응집제 투여의 감량화, 슬러지 발생량의 저감화, 에너지 사용의 합리화 등의 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 막여과 고도정수처리 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시 예에 따른 막여과 고도정수처리 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 제3실시 예에 따른 막여과 고도정수처리 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 제4실시 예에 따른 막여과 고도정수처리 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
이에 앞서, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이는 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 개념과 당해 기술분야에서 통용 또는 통상적으로 인식되는 의미로 해석하여야 함을 명시한다.
또한, 본 발명과 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
여기서, 첨부된 도면들은 기술의 구성 및 작용에 대한 설명과 이해의 편의 및 명확성을 위해 일부분을 과장하거나 간략화하여 도시한 것으로, 각 구성요소가 실제의 크기와 정확하게 일치하는 것은 아님을 밝힌다.
아울러 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
<제1실시 예>
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시 예에 따른 막여과 고도정수처리 장치는 크게 전처리조(10), 막여과조(20), 막모듈(30), 처리수조(40), 제1사이펀(50), 제2사이펀(60), 오버플로우관(41), 게이트 밸브(42) 및 수위전송기(90)를 포함하여 구성되어 있다.
<전처리조>
전처리조(10)는 착수정 등의 외부에서 취수 및 유입되는 원수(미처리수)의 수위 변동을 안정시키고 원수의 배출량을 일정하게 유지하여 후속공정으로 이루어지는 응집제 주입, 침전, 여과 등 일련의 수처리작업이 용이하도록 함과 동시에 막모듈(30)의 오염현상을 최소화하기 위한 전처리공정이 원활하게 이루어질 수 있도록 한다.
그리고 전처리조(10)는 외부로부터 원수를 연속적 또는 간헐적으로 공급하는 관로(미도시)와 연결되어 있고, 그 내부에 담긴 미처리수의 수두(h1)가 막여과조(20) 내의 수두(h2)보다 상대적으로 높도록 설치되어 있다. 기준면으로부터의 수두 h ＝ P/rw(압력수두)＋V2/2g(속도수두)＋Z(위치수두)이다. 여기서, P는 압력, rw는 체적당 물의 중량, g는 중력가속도, V는 속도를 나타낸다.
또한, 전처리조(10)는 통상의 정수처리 방식인 응집, 침전, 여과, 오존, 염소소독으로 제거되지 않는 맛·냄새 원인(유발)물질(2-MIB, 지오스민 등), 합성세제, 페놀류, 트리할로메탄과 그 전구물질, 화학물질과 기타 유기물질을 제거할 수 있도록 침전조 또는 분말 활성탄(PAC) 접촉조로도 이용이 가능하다.
그리고 전처리조(10)는 원수에 포함되어 있는 오염물질과 투입된 응집제를 짧은 시간에 반응시켜 전기적 중화 및 흡착에 의해 미세 플록(micro floc)을 생성시키는 혼화조로도 이용 가능하고, 또 응집제를 투입하여 침전되지 않는 콜로이드 상태의 물질과 침전속도가 느린 부유물질이 잘 침전될 수 있도록 큰 플록을 형성시키는 응집조로도 이용 가능하다.
또한, 전처리조(10)는 고탁도일 때 알칼리제와 응집보조제를 투입하여 응집효율을 향상시키거나 막여과 역세척수 또는 배출수 처리수를 받아들이는 목적과 기능을 가질 수 있고, 아울러 원수(미처리수)를 기계적으로 휘저어 섞어 고르고 균일한 혼합상태로 만들거나 콜로이드 상태의 미세한 부유물질의 전기화학적 특성을 변화시켜 불안정화시키는 급속혼화와, 불안정화된 입자들을 효과적으로 서로 충돌시켜 여과 및 침전 가능한 크기의 플록으로 성장시키기 위한 교반기가 설치될 수도 있다.
<막여과조>
막여과조(20)는 전처리조(10) 내의 수두(h1)보다 그 수두(h2)가 상대적으로 낮도록 설치되어 전처리조(10)에서 배출되는 미처리수를 제1사이펀(50)을 통해 공급받아 수위 변동을 안정시키고 배출량을 일정하게 유지하여 막모듈(30)을 통한 여과처리가 원활하게 이루어질 수 있도록 한다.
여기서, 막여과조(20)는 역세정과 공기세정을 위한 별도의 역세펌프(미도시)와 연결될 수 있고, 슬러지 등의 농축수(미처리수 중 막모듈을 투과하지 못하고 배제된 원수)를 배출하기 위한 별도의 진공펌프(미도시)와 연결될 수도 있다.
<막모듈>
막모듈(30)은 넓은 막 면적을 콤팩트하게 집적시킨 단위체로 이루어져 막여과조(20)의 내부에 침지된 상태로 설치되어 제1사이펀(50)을 통해 전처리조(10)에서 미처리수를 공급받아 체거름작용과 부착작용 및 케이크층에 의한 포착작용을 통해 여과 처리한다.
여기서, 막모듈(30)은 음압이나 차압 등의 외압(out-to-in) 방식에 의해 불순물이나 이물질, 슬러지 등의 고형성분을 제외한 유체만이 중공사형(hollow fiber type membrane), 평판형(flat sheet type membrane), 관형(tubular type membrane), 또는 와권형(spiralwound membrane)의 분리막을 선택적으로 통과하도록 구현할 수 있다.
그리고 막모듈(30)의 여과막으로는 0.01㎛의 공칭공경과 90% 이상의 회수율을 가진 폴리비닐리덴 디플루오라이드(PVDF), 폴리테트라 플루오르에틸렌(PTFE) 등과 같은 유기계 재질의 정밀여과막(MF)이나 1,000Dalton 이상의 분획분자량을 가진 PVDF 등과 같은 유기계 재질의 한외여과막(UF) 구조를 채용할 수 있으나, 이에 특별히 한정하지 않으며, 공지된 무기막 또는 유기막 재질도 사용 가능하다.
예를 들어, 세라믹 및 금속막을 포함하는 무기막이나 폴리프로필렌(PP), 폴리아마이드(PA), 폴리에틸렌(PE), 폴리비닐리덴 디플루오라이드(PVDF), 폴리슐폰(PS), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리테트라 플루오르에틸렌(PTFE), 셀룰로오스 아세테이트, 폴리술포네이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 유기막이 가능하다.
그리고 막모듈(30)은 1개 또는 복수 개가 사용된 군집(카세트, 랙)을 병렬로 배열한 형태를 채용할 수 있다.
또한, 막모듈(30)의 하부에는 폭기가 충분히 이루어지도록 공기를 기포 상태로 만들어 분산시키는 별도의 산기 장치(air diffuser)를 설치함으로써 막모듈(30)에 부유입자나 미생물 등이 정착되어 막히는 파울링을 방지하고 여과 성능 및 효율을 향상시킬 수도 있다.
<처리수조>
처리수조(40)는 막여과조(20) 내의 수두(h2)보다 그 수두(h3)가 상대적으로 낮도록 설치되어 막여과조(20)에서 배출되는 처리수를 제2사이펀(60)을 통해 공급받아 수위 변동을 안정시켜 배출량을 일정하게 유지하면서 별도의 송배수관을 통해 정수장의 정수지(미도시)로 배출한다.
여기서, 전처리조(10)와 막여과조(20) 간의 수두차 및 막여과조(20)와 처리수조(40) 간의 수두차는 충분히 수두를 가질 수 있도록 각각 계단식으로 설치하는 것이 바람직하다.
<제1사이펀>
제1사이펀(50)은 연통관으로 형성되어 전처리조(10) 내의 미처리수가 일정수위에 이르면 사이펀의 원리에 의해 막여과조(20) 내로 자연스럽게 흘러가도록 연결한다.
즉, 제1사이펀(50) 상단의 유입구는 전처리조(10) 내의 미처리수 속에 잠기고, 그 하단의 배출구는 막여과조(20) 내의 미처리수 속에 잠기도록 설치되어 수두가 높은 전처리조(10) 내의 미처리수 표면에 대기압이 작용하여 누르면 전처리조(10) 내의 미처리수를 위로 끌어올리거나 수평방향으로 끌러내어 배출시키다가 중력 작용으로 수두가 낮은 막여과조(20)로 흘러내리도록 작용한다.
<제2사이펀>
제2사이펀(60)은 연통관으로 형성되어 막모듈(30)을 통하여 여과 처리된 막여과조(20) 내의 처리수(미처리수 중 막모듈을 투과한 원수)가 사이펀의 원리에 의해 처리수조(40) 내로 자연스럽게 흘러가도록 연결한다.
즉, 제2사이펀(60) 상단의 유입구는 막여과조(20) 내의 처리수 속에 잠기고, 그 하단의 배출구는 처리수조(40) 내의 처리수 속에 잠기도록 설치되어 수두가 높은 막여과조(20) 내의 처리수 표면에 대기압이 작용하여 누르면 막여과조(20) 내의 처리수를 위로 끌어올리거나 수평방향으로 끌러내어 배출시키다가 중력 작용으로 수두가 낮은 처리수조(40)로 흘러내리도록 작용한다.
<오버플로우관>
오버플로우관(41)은 처리수조(40)의 내부와 통하도록 다수 개가 일정한 높이와 간격을 두고 설치되어 처리수조(40) 내 처리수의 액면 높이를 조절한다.
즉, 오버플로우관(41)을 통해 오버플로우되는 처리수의 높이에 따라 동압을 일정하게 유지할 수 있다.
<게이트 밸브>
게이트 밸브(42)는 처리수조(40) 내의 처리수가 오버플로우되는 높이를 조절하기 위해 오버플로우관(41)상에 각각 설치되어 오버플로우관(41)들의 유로를 선택적으로 개폐한다.
여기서, 게이트 밸브(42)로는 수위전송기(90)의 출력에 연결된 컨트롤러(C)로부터 제어 신호를 수신하고, 그에 의해 내장된 솔레노이드밸브가 플랩 등을 개폐 작동시켜 밸브를 통과하는 처리수의 흐름을 차단하는 급수 자동조절밸브(feed water regulating valve)를 채택하여 적용할 수 있다.
즉, 게이트 밸브(42)는 사전에 설정된 동압을 유지하기 위하여 수위전송기(90)의 수위 계측 신호에 따라 오버플로우관(41)들 중 적어도 어느 하나 이상을 선택적으로 개폐한다.
<수위전송기>
수위전송기(90)는 처리수조(40) 내 처리수의 수위 변화에 따라 게이트 밸브(42)의 개폐를 제어할 수 있도록 처리수조(40)상에 설치되어 있다.
여기서, 수위전송기(90)로는 처리수조(40) 내 처리수의 수위 변화에 따라 게이트 밸브(42)의 컨트롤러(C)로 제어 신호를 실시간으로 송신하는 구조를 채용할 수 있다.
예를 들어, 전류의 흐름여부를 이용하여 일정한 지점에서의 수위의 높고 낮음을 판단하는 전기 전도식 수위 검지기, 수위의 증감에 따라 전하량의 크기가 변하면서 정전 용량이 변하는 원리를 이용하여 수위를 정전식으로 검출해 게이트 밸브(42)의 컨트롤러(C)로 제어 신호를 전달하는 정전용량식 수위레벨 검지기(Capacitance Probe type), 처리수조(40)의 고수위측과 저수위측의 차압을 측정하여 수위로 환산하고, 이를 비교 판단하여 게이트 밸브(42)의 개폐를 제어하는 컨트롤러(C)로 제어 신호를 보내는 차압 전송기(Differential pressure transmitter), 수위에 따라 플로트가 상하로 운동하면서 스위치를 탈착시키고, 이에 의해 전기회로를 형성함으로써 수위를 검출하는 플로트 스위치(Float level switch), 처리수조(40) 내에 채워진 처리수에 잠긴 디스플레이서의 부력에 의한 미소변위를 토르크 튜브를 통해 로드 셀에 전달함으로써 선형적인 전기신호로 출력하여 이 신호 크기에 따른 레벨을 표시하는 레벨 트랜스미터(Level transmitter) 등을 채택하여 적용할 수 있다.
즉, 수위전송기(90)는 처리수조(40) 내 처리수의 수위를 실시간으로 계측하여 그 수위가 미리 정해진 일정 범위 내를 벗어나면 게이트 밸브(42)의 개폐 정도를 제어하도록 신호를 출력함으로써 처리수의 동압을 일정하게 유지시킬 수 있다.
한편, 수위전송기(90)의 수위 계측신호가 수신되는 별도의 컨트롤러(C)는 처리수조(40) 내 처리수의 오버플로우 높이를 조절하는 게이트 밸브(42)의 작동을 제어할 수 있도록 상호 전기적으로 연결되어 있다.
<작용 및 작동원리, 제어 방법>
이와 같이 구성된 본 발명의 제1실시 예에 따른 막여과 고도정수처리 장치는 전처리조(10)가 막여과조(20)보다 수두가 더 높게 위치하도록 설치되고, 막여과조(20)가 처리수조(40)보다 수두가 더 높게 위치하도록 설치되며, 아울러 제1사이펀(50)이 전처리조(10) 내의 미처리수를 막여과조(20) 내로 흘러가도록 연통하고, 제2사이펀(60)이 막여과조(20) 내의 처리수를 처리수조(40) 내로 흘러가도록 연통함으로써 수두차 및 사이펀 원리를 병행하여 자연 유하 방식으로 원수 및 처리수를 유동시킬 수 있고, 이로 인해 원수 및 처리수의 유동 및 처리수량 조정을 위한 압송설비가 불필요하여 에너지 사용량과 설치공간(부지면적)을 최소화하고 설치비용 및 운전비용을 크게 절감할 수 있다.
더욱이 수위전송기(90)가 처리수조(40) 내 처리수의 수위 변화를 실시간으로 계측하여 그 수위가 미리 정해진 일정 범위 내를 벗어날 경우 이를 테면, 막모듈(30)이 오염되어 처리수조(40) 내 수위가 미리 정해진 일정 범위를 벗어나서 낮아지면 처리수조(40) 내 처리수의 수위가 미리 정해진 일정범위 내와 일치하도록 게이트 밸브(42)들 중 적어도 어느 하나 이상의 개폐를 선택적으로 신속하게 제어하여 처리수가 오버플로우되는 높이를 조절하고, 이를 통한 수두압과 사이펀 압력을 조절함으로써 처리수의 동압을 일정하게 유지시킬 수 있다.
즉, 처리수조(40) 내의 처리수가 정상 오버플로우 수위보다 낮을 경우 수위전송기(90)는 이를 검출하여 게이트 밸브(42)들 중 정상 오버플로우 수위에 해당하는 오버플로우관(41) 또는 그보다 높은 위치의 오버플로우관을 제외한 나머지 오버플로우관(41)상에 설치되어 있는 게이트 밸브(42)를 폐쇄하도록 컨트롤러(C)로 제어 신호를 송신하고, 그 컨트롤러(C)의 제어 신호를 수신하는 게이트 밸브(42)는 해당 오버플로우관(41)의 유로를 차단하여 수두압과 사이펀 압력을 조절하고, 이렇게 상승하는 수두압과 사이펀 압력에 의해 처리수조(40) 내의 처리수가 정상 동압범위 내로 서서히 증가하다가 미리 정해진 처리수의 오버플로우 높이가 되면 동압을 일정하게 유지하게 된다.
<제2실시 예>
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 제2실시 예에 따른 막여과 고도정수처리 장치에 대해 설명한다.
여기서, 본 발명의 제2실시 예에 따른 막여과 고도정수처리 장치와 관련한 구성요소 중 전술한 제1실시 예와 동일 또는 유사한 작용효과를 갖는 구성요소는 그와 동일한 참조부호를 사용하며, 그에 대한 반복적이고 구체적인 설명은 생략한다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2실시 예에 따른 막여과 고도정수처리 장치는 크게 전처리조(10), 막여과조(20), 막모듈(30), 처리수조(40), 제1사이펀(50), 제2사이펀(60), 제1유량조절밸브(70), 제2유량조절밸브(80), 오버플로우관(41), 게이트 밸브(42) 및 수위전송기(90)를 포함하여 구성되어 있다.
<제1유량조절밸브>
제1유량조절밸브(70)는 전처리조(10) 내의 미처리수가 막여과조(20) 내로 흘러가는 흐름을 개폐하여 그 유량을 조절할 수 있도록 제1사이펀(50)상에 설치되어 있다.
여기서, 제1유량조절밸브(70)로는 수위전송기(90)의 출력에 연결된 컨트롤러(C)로부터 제어 신호를 수신하고, 그에 의해 내장된 솔레노이드밸브가 플랩 등을 개폐 작동시켜 밸브를 통과하는 미처리수의 유량을 조절하여 여과속도를 제한하며 막여과조(20)로의 흐름을 억제하는 급수 자동조절밸브(feed water regulating valve)를 채택하여 적용할 수 있다.
즉, 제1유량조절밸브(70)는 사전에 설정된 유량을 유지하기 위하여 수위전송기(90)의 수위 계측 신호에 따라 자동으로 개폐된다.
<제2유량조절밸브>
제2유량조절밸브(80)는 막여과조(20) 내의 처리수가 처리수조(40) 내로 흘러가는 흐름을 개폐하여 그 유량을 조절할 수 있도록 제2사이펀(60)상에 설치되어 있다.
여기서, 제2유량조절밸브(80)로는 제1유량조절밸브(70)와 마찬가지로 수위전송기(90)의 출력에 연결된 컨트롤러(C)로부터 제어 신호를 수신하고, 그에 의해 내장된 솔레노이드밸브가 플랩 등을 개폐 작동시켜 밸브를 통과하는 처리수의 유량을 조절하여 여과속도를 제한하며 처리수조(40)로의 흐름을 억제하는 급수 자동조절밸브(feed water regulating valve)를 채택하여 적용할 수 있다.
즉, 제2유량조절밸브(80)는 사전에 설정된 유량을 유지하기 위하여 수위전송기(90)의 수위 계측 신호에 따라 자동으로 개폐된다.
<수위전송기>
수위전송기(90)는 처리수조(40) 내 처리수의 수위 변화에 따라 제1 및 제2유량조절밸브(70)(80)와 게이트 밸브(42)의 개폐를 각각 제어할 수 있도록 처리수조(40)상에 설치되어 있다.
여기서, 수위전송기(90)로는 처리수조(40) 내 처리수의 수위 변화에 따라 제1 및 제2유량조절밸브(70)(80)와 게이트 밸브(42)의 컨트롤러(C)로 각각 제어 신호를 실시간으로 송신하는 구조를 채용할 수 있다.
예를 들어, 전류의 흐름여부를 이용하여 일정한 지점에서의 수위의 높고 낮음을 판단하는 전기 전도식 수위 검지기, 수위의 증감에 따라 전하량의 크기가 변하면서 정전 용량이 변하는 원리를 이용하여 수위를 정전식으로 검출해 제1 및 제2유량조절밸브(70)(80)와 게이트 밸브(42)의 컨트롤러로 각각 제어 신호를 전달하는 정전용량식 수위레벨 검지기(Capacitance Probe type), 처리수조(40)의 고수위측과 저수위측의 차압을 측정하여 수위로 환산하고, 이를 비교 판단하여 제1 및 제2유량조절밸브(70)(80)와 게이트 밸브(42)의 개폐를 제어하는 컨트롤러(C)로 제어 신호를 보내는 차압 전송기(Differential pressure transmitter), 수위에 따라 플로트가 상하로 운동하면서 스위치를 탈착시키고, 이에 의해 전기회로를 형성함으로써 수위를 검출하는 플로트 스위치(Float level switch), 처리수조(40) 내에 채워진 처리수에 잠긴 디스플레이서의 부력에 의한 미소변위를 토르크 튜브를 통해 로드 셀에 전달함으로써 선형적인 전기신호로 출력하여 이 신호 크기에 따른 레벨을 표시하는 레벨 트랜스미터(Level transmitter) 등을 채택하여 적용할 수 있다.
즉, 수위전송기(90)는 처리수조(40) 내 처리수의 수위를 실시간으로 계측하여 그 수위가 미리 정해진 일정 범위 내를 벗어나면 제1 및 제2유량조절밸브(70)(80)와 게이트 밸브(42)의 개폐를 각각 제어하도록 신호를 출력함으로써 처리수의 동압을 일정하게 유지시킬 수 있다.
한편, 수위전송기(90)의 수위 계측신호가 수신되는 별도의 컨트롤러(C)는 미처리수 및 처리수의 흐름을 단속하는 제1 및 제2유량조절밸브(70)(80)와 처리수조(40) 내 처리수의 오버플로우 높이를 조절하는 게이트 밸브(42)의 작동을 제어할 수 있도록 이들과 각각 전기적으로 연결되어 있다.
<작용 및 작동원리, 제어 방법>
이와 같이 구성된 본 발명의 제2실시 예에 따른 막여과 고도정수처리 장치는 수위전송기(90)가 처리수조(40) 내 처리수의 수위 변화를 실시간으로 계측하여 그 수위가 미리 정해진 일정 범위 내를 벗어날 경우 이를 테면, 막모듈(30)이 오염되어 처리수조(40) 내 수위가 미리 정해진 일정 범위를 벗어나서 낮아지면 처리수조(40) 내 처리수의 수위가 미리 정해진 일정범위 내와 일치하도록 게이트 밸브(42)들 중 적어도 어느 하나 이상의 개폐를 신속하게 제어하여 처리수조(40) 내 처리수가 오버플로우되는 높이를 조절하고, 이를 통한 수두압과 사이펀 압력을 조절함으로써 처리수의 동압을 일정하게 유지시킬 수 있다.
즉, 처리수조(40) 내의 처리수가 정상 오버플로우 수위보다 낮을 경우 수위전송기(90)는 이를 검출하여 게이트 밸브(42)들 중 정상 오버플로우 수위에 해당하는 오버플로우관(41) 또는 그보다 높은 위치의 오버플로우관을 제외한 나머지 오버플로우관(41)상에 설치되어 있는 게이트 밸브(42)를 폐쇄하도록 컨트롤러(C)로 제어 신호를 송신하고, 그 컨트롤러(C)의 제어 신호를 수신하는 게이트 밸브(42)는 해당 오버플로우관(41)의 유로를 차단하여 수두압과 사이펀 압력을 조절하고, 이렇게 상승하는 수두압과 사이펀 압력에 의해 처리수조(40) 내의 처리수가 정상 동압범위 내로 서서히 증가하다가 미리 정해진 처리수의 오버플로우 높이가 되면 동압을 일정하게 유지하게 된다.
이때, 설정된 일정시간 동안에도 처리수조(40) 내 처리수의 수위가 미리 정해진 오버플로우 수위와 일치하지 않을 경우에는 컨트롤러(C)가 제1 및 제2유량조절밸브(70)(80)의 열림 상태를 최대로 제어하여 막모듈(30)로 공급되는 미처리수와 처리수조(40)로 공급되는 처리수의 유량을 증가시킴으로써 처리수조(40) 내의 처리수가 한층 더 신속하게 정상 동압를 유지할 수 있다.
<제3실시 예>
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 제3실시 예에 따른 막여과 고도정수처리 장치에 대해 설명한다.
여기서, 본 발명의 제3실시 예에 따른 막여과 고도정수처리 장치와 관련한 구성요소 중 전술한 제1 및 제2실시 예와 동일 또는 유사한 작용효과를 갖는 구성요소는 그와 동일한 참조부호를 사용하며, 그에 대한 반복적이고 구체적인 설명은 생략한다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 제3실시 예에 따른 막여과 고도정수처리 장치는 크게 전처리조(10), 케이싱(21), 막모듈(30), 처리수조(40), 제1사이펀(50), 제2사이펀(60), 오버플로우관(41), 게이트 밸브(42) 및 수위전송기(90)를 포함하여 구성되어 있다.
<케이싱>
케이싱(21)은 밀폐된 내부로 전처리조(10)에서 수두차와 제1사이펀(50)을 통해 자연 유하 방식으로 배출되는 미처리수를 공급받아 막모듈(30)을 통해 여과처리한 후, 처리수조(40)로 수두차와 제2사이펀(60)을 통해 자연 유하 방식으로 배출한다.
즉, 케이싱(21)의 상부에는 제1사이펀(50) 하단의 배출구와 연통되는 유입구(22)가 형성되어 있고, 하부에는 제2사이펀(60) 상단의 유입구와 연통되는 처리수 배출구(23)가 형성되어 있으며, 그 내부에 유입되는 미처리수의 수두(h2)가 전처리조(10) 내의 수두(h1)보다 낮고 처리수조(40) 내의 수두(h3)보다 높도록 위치되어 있다.
<막모듈>
막모듈(30)은 케이싱(21)의 내부에 수납된 상태로 구비되어 제1사이펀(50)을 통해 전처리조(10)에서 미처리수를 공급받아 체거름 작용과 부착작용 및 케이크층에 의한 포착작용을 통해 여과 처리한다.
여기서, 막모듈(30)은 음압이나 차압 등의 외압(out-to-in) 또는 내압 방식에 의해 불순물이나 이물질, 슬러지 등의 고형성분을 제외한 유체만이 중공사형(hollow fiber type) 또는 관형막(tubular type) 등의 가압식 분리막을 선택적으로 통과하도록 구현할 수 있다.
한편, 본 발명의 제3실시 예에 따른 막여과 고도정수처리 장치에서 전처리조(10)와 케이싱(21) 간의 수두차 및 케이싱(21)과 처리수조(40) 간의 수두차는 충분히 수두를 확보할 수 있도록 각각 계단식으로 설치하는 것이 바람직하다.
<작용 및 작동원리, 제어 방법>
이와 같이 구성된 본 발명의 제3실시 예에 따른 막여과 고도정수처리 장치는 전처리조(10)가 케이싱(21)보다 수두가 더 높게 위치하도록 설치되고, 케이싱(21)이 처리수조(40)보다 수두가 더 높게 위치하도록 설치되며, 아울러 제1사이펀(50)이 전처리조(10) 내의 미처리수를 케이싱(21) 내로 흘러가도록 연통하고, 제2사이펀(60)이 케이싱(21) 내의 처리수를 처리수조(40) 내로 흘러가도록 연통함으로써 수두차 및 사이펀 원리를 병행하여 자연 유하 방식으로 원수 및 처리수를 유동시킬 수 있고, 이로 인해 원수 및 처리수의 유동 및 처리수량 조정을 위한 압송설비가 불필요하여 에너지 사용량과 설치공간(부지면적)을 최소화하고 설치비용 및 운전비용을 크게 절감할 수 있다.
특히 막모듈(30)을 막여과조(20)에 침지시키는 방식의 전술한 제1실시 예와 달리 케이싱(21)에 내장하는 구조이기 때문에 설치가 한층 더 용이하고 유입구(22)와 처리수 배출구(23)의 압력차에 의한 사이펀 현상을 더욱 효과적으로 유도 및 유발하여 미처리수를 한층 신속하고 수월하게 여과 처리할 수 있을 뿐만 아니라 여러 개를 적용할 경우 순간유량 및 생산유량을 조절할 수 있다.
더욱이 수위전송기(90)가 처리수조(40) 내 처리수의 수위 변화를 실시간으로 계측하여 그 수위가 미리 정해진 일정 범위 내를 벗어날 경우 이를 테면, 막모듈(30)이 오염되어 처리수조(40) 내 수위가 미리 정해진 일정 범위를 벗어나서 낮아지면 처리수조(40) 내 처리수의 수위가 미리 정해진 일정범위 내와 일치하도록 게이트 밸브(42)들 중 적어도 어느 하나 이상의 개폐를 신속하게 제어하여 처리수가 오버플로우되는 높이를 조절하고, 이를 통한 수두압과 사이펀 압력을 조절함으로써 처리수의 동압을 일정하게 유지시킬 수 있다.
즉, 처리수조(40) 내의 처리수가 정상 오버플로우 수위보다 낮을 경우 수위전송기(90)는 이를 검출하여 게이트 밸브(42)들 중 정상 오버플로우 수위에 해당하는 오버플로우관(41) 또는 그보다 높은 위치의 오버플로우관을 제외한 나머지 오버플로우관(41)상에 설치되어 있는 게이트 밸브(42)를 폐쇄하도록 컨트롤러(C)로 제어 신호를 송신하고, 그 컨트롤러(C)의 제어 신호를 수신하는 게이트 밸브(42)는 해당 오버플로우관(41)의 유로를 차단하여 수두압과 사이펀 압력을 조절하고, 이렇게 상승하는 수두압과 사이펀 압력에 의해 처리수조(40) 내의 처리수가 정상 동압범위 내로 서서히 증가하다가 미리 정해진 처리수의 오버플로우 높이가 되면 동압을 일정하게 유지하게 된다.
<제4실시 예>
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 제4실시 예에 따른 막여과 고도정수처리 장치에 대해 설명한다.
여기서, 본 발명의 제4실시 예에 따른 막여과 고도정수처리 장치와 관련한 구성요소 중 전술한 제1 내지 제3실시 예와 동일 또는 유사한 작용효과를 갖는 구성요소는 그와 동일한 참조부호를 사용하며, 그에 대한 반복적이고 구체적인 설명은 생략한다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 제4실시 예에 따른 막여과 고도정수처리 장치는 크게 전처리조(10), 케이싱(21), 막모듈(30), 처리수조(40), 제1사이펀(50), 제2사이펀(60), 오버플로우관(41), 게이트 밸브(42), 제1유량조절밸브(70), 제2유량조절밸브(80), 수위전송기(90), 역세펌프(45), 이물탱크(28) 및 솔레노이드밸브(29)를 포함하여 구성되어 있다.
<역세펌프>
역세펌프(45)는 처리수조(40) 내의 처리수를 원수의 흐름과 반대로 케이싱의 처리수 배출구(23)에서 유입구(22), 슬러지 배출구(24)로 통하도록 분출하여 막모듈(30)을 역세(back washing)한다.
여기서, 역세펌프(45)에 의해 케이싱의 처리수 배출구(23)에서 슬러지 배출구(24)로 통하도록 분출하는 처리수는 컴프레셔 등과 같은 별도의 압축공기공급장치에서 공급되는 고압의 압축공기와 동시에 분출하도록 이루어짐으로써 막모듈(30)의 역세 시 높은 압력이 가해져 마찰을 일으키게 되고, 이로 인해 막모듈(30)에 점착된 오염물질을 한층 더 효과적으로 제거하여 역세 효율을 증대시키고 역세 시간을 단축할 수 있다.
<이물탱크>
이물탱크(28)는 역세펌프(45)의 작동에 의한 역세 과정에서 막모듈(30)에서 분리 제거되어 슬러지 배출구(24)로 유출되는 이물을 받아서 저장한다.
<솔레노이드밸브>
솔레노이드밸브(29)는 슬러지 배출구(24)와 이물탱크(28)를 연결하는 배관상에 설치되어 슬러지 배출구(24)로 유출되는 이물이 이물탱크(28)로 이동하는 것을 단속한다.
한편, 수위전송기(90)의 수위 계측신호가 수신되는 별도의 컨트롤러(C)는 미처리수 및 처리수의 흐름을 단속하는 제1 및 제2유량조절밸브(70)(80)와, 처리수조(40) 내 처리수의 오버플로우 높이를 조절하는 게이트 밸브(42)와, 역세를 위해 처리수조(40) 내의 처리수를 케이싱의 처리수 배출구(23)로 압송하는 역세펌프(45)와, 역세에 의해 케이싱의 유입구(22)를 통해 유출되는 이물의 이동을 단속하는 솔레노이드밸브(29)의 작동을 제어할 수 있도록 이들과 각각 전기적으로 연결되어 있다.
<작용 및 작동원리, 제어 방법>
이와 같이 구성된 본 발명의 제4실시 예에 따른 막여과 고도정수처리 장치는 수위전송기(90)가 처리수조(40) 내 처리수의 수위 변화를 실시간으로 계측하여 그 수위가 미리 정해진 일정 범위 내를 벗어날 경우 이를 테면, 막모듈(30)이 오염되어 처리수조(40) 내 수위가 미리 정해진 일정 범위를 벗어나서 낮아지면 처리수조(40) 내 처리수의 수위가 미리 정해진 일정범위 내와 일치하도록 게이트 밸브(42)들 중 적어도 어느 하나 이상의 개폐를 신속하게 제어하여 처리수조(40) 내 처리수가 오버플로우되는 높이를 조절하고, 이를 통한 수두압과 사이펀 압력을 조절함으로써 처리수의 동압을 일정하게 유지시킬 수 있다.
즉, 처리수조(40) 내의 처리수가 정상 오버플로우 수위보다 낮을 경우 수위전송기(90)는 이를 검출하여 게이트 밸브(42)들 중 정상 오버플로우 수위에 해당하는 오버플로우관(41) 또는 그보다 높은 위치의 오버플로우관을 제외한 나머지 오버플로우관(41)상에 설치되어 있는 게이트 밸브(42)를 폐쇄하도록 컨트롤러(C)로 제어 신호를 송신하고, 그 컨트롤러(C)의 제어 신호를 수신하는 게이트 밸브(42)는 해당 오버플로우관(41)의 유로를 차단하여 수두압과 사이펀 압력을 조절하고, 이렇게 상승하는 수두압과 사이펀 압력에 의해 처리수조(40) 내의 처리수가 정상 동압범위 내로 서서히 증가하다가 미리 정해진 처리수의 오버플로우 높이가 되면 동압을 일정하게 유지하게 된다.
아울러 설정된 일정시간 동안에도 처리수조(40) 내 처리수의 수위가 미리 정해진 일정범위 내와 일치하지 않을 경우에는 컨트롤러(C)가 제1 및 제2유량조절밸브(70)(80)를 닫힘 상태로 제어하여 막모듈(30)로 미처리수가 공급되지 않도록 하고, 솔레노이드밸브(29)는 열림 상태로 제어한 후, 역세펌프(45)를 작동시켜 처리수조(40) 내의 처리수를 케이싱의 처리수 배출구(23)에서 유입구(22), 슬러지 배출구(24)로 통하도록 분출하여 막모듈(30)을 역세 함으로써 막모듈(30)의 파울링(fouling)을 감소시킨다.
이 과정에서 케이싱의 유입구(22)로 유출되는 막모듈(30)에서 떨어져 나오는 이물은 처리수와 함께 폐수를 이루며, 이는 솔레이노이드밸브(29)를 통해 이물탱크(28)로 모이게 된다.
또한, 처리수조(40) 내의 처리수가 정상 오버플로우 수위보다 높을 경우 수위전송기(90)는 이를 검출하여 게이트 밸브(42)들 중 정상 오버플로우 수위에 해당하는 오버플로우관(41) 또는 그보다 높은 위치의 오버플로우관(41)상에 설치되어 있는 게이트 밸브(42)를 개방하도록 컨트롤러(C)로 제어 신호를 송신하고, 그 컨트롤러(C)의 제어 신호를 수신하는 게이트 밸브(42)는 해당 오버플로우관(41)의 유로를 완전히 개방하여 수두압과 사이펀 압력을 조절하고, 이렇게 하강하는 수두압과 사이펀 압력에 의해 처리수조(40) 내의 처리수가 정상 동압범위 내로 서서히 감소하다가 미리 정해진 처리수의 오버플로우 높이가 되면 동압을 일정하게 유지하게 된다.
따라서 막모듈(30)을 통과하는 처리수의 흐름이 원활하면서 그 양이 증가함으로써 더욱 효과적이면서 효율적으로 처리수의 동압을 일정하게 유지시킬 수 있다.
한편, 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 안에서 예시되지 않은 여러 가지 변형과 응용 가능함은 물론 구성요소의 치환 및 균등한 타 실시 예로 변경하여 폭넓게 적용할 수도 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백하다.
그러므로 본 발명의 기술적 특징에 대한 변형과, 응용에 관계된 내용은 본 발명의 기술사상 및 범위 내에 포함되는 것으로 해석하여야 할 것이다.
10: 전처리조 20: 막여과조
21: 케이싱 22: 유입구
23: 처리수 배출구 24: 슬러지 배출구
28: 이물탱크 29: 솔레노이드밸브
30: 막모듈 40: 처리수조
41: 오버플로우관 42: 게이트 밸브
45: 역세펌프 50: 제1사이펀
60: 제2사이펀 70: 제1유량조절밸브
80: 제2유량조절밸브 90: 수위전송기

Claims (13)

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  4. 침전, 분말 활성탄(PAC) 접촉, 혼화, 응집 중 적어도 어느 하나의 전처리공정을 구현 가능하도록 설치되되, 미처리수가 모이고, 미처리수에 포함된 입자들을 여과 및 침전 가능한 크기의 플록으로 성장시키는 교반기가 구비된 전처리조(10);
    상기 전처리조(10) 내의 수두보다 수두가 낮도록 위치되고, 상부에 유입구(22)가 형성되고 하부에 처리수 배출구(23)가 형성된 케이싱(21);
    상기 케이싱(21)의 내부에 수납된 상태로 구비되며, 중공사형(hollow fiber type membrane), 평판형(flat sheet type membrane), 관형(tubular type membrane), 와권형(spiralwound membrane) 중 어느 하나의 막모듈로 이루어지는 막모듈(30);
    상기 케이싱(21) 내의 수두보다 수두가 낮도록 위치된 처리수조(40);
    상기 전처리조(10) 내의 미처리수가 일정수위에 이르러 사이펀 현상에 의해 상기 케이싱(21) 내로 흘러가도록 연통하는 연통관인 제1사이펀(50);
    상기 막모듈(30)을 통하여 여과 처리된 상기 케이싱(21) 내의 처리수가 사이펀 현상에 의해 상기 처리수조(40) 내로 흘러가도록 연통하는 연통관인 제2사이펀(60);
    상기 처리수조(40)의 내부와 통하도록 일정한 높이와 간격을 두고 설치된 다수 개의 오버플로우관(41);
    상기 처리수조(40) 내의 처리수가 오버플로우되는 상기 오버플로우관(41)들의 유로를 선택적으로 개폐하도록 상기 오버플로우관(41)상에 각각 설치된 게이트 밸브(42); 및
    상기 처리수조(40) 내 처리수의 수위에 따라 상기 게이트 밸브(42)들의 개폐를 제어하는 수위전송기(90);를 포함하고,
    상기 전처리조(10)와 상기 케이싱(21) 간의 수두차 및 상기 케이싱(21)과 상기 처리수조(40) 간의 수두차는 충분히 수두를 확보할 수 있도록 각각 설치되고,
    상기 유입구(22) 및 상기 배출구(23)의 압력차에 의해 상기 제1사이펀(50)과 상기 제2사이펀(60) 각각의 사이펀 현상이 더욱 유도됨으로써,
    상기 전처리조(10)와 상기 케이싱(21) 간의 수두차 및 상기 케이싱(21)과 상기 처리수조(40) 간의 수두차, 그리고 상기 제1사이펀(50)과 상기 제2사이펀(60) 각각에서 더욱 유도된 사이펀 현상이 병행되어, 동력 없이도 정수가 처리되는, 막여과 고도정수처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 처리수조(40) 내의 처리수가 상기 케이싱의 처리수 배출구(23)에서 상기 유입구(22)와 슬러지 배출구(24)를 통하도록 분출하여 상기 막모듈(30)을 역세(back washing)하는 역세펌프(45);
    상기 제1사이펀(50)상에 설치되어 상기 수위전송기(90)의 제어 신호에 따라 미처리수의 흐름을 개폐 및 유량을 조절하는 제1유량조절밸브(70); 및
    상기 제2사이펀(60)상에 설치되어 상기 수위전송기(90)의 제어 신호에 따라 처리수의 흐름을 개폐 및 유량을 조절하는 제2유량조절밸브(80);
    를 더 포함하는 막여과 고도정수처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 역세펌프(45)의 작동에 따라 상기 케이싱의 유입구(22)로 유출되는 이물을 받아서 저장하는 이물탱크(28); 및
    상기 슬러지 배출구(24)와 상기 이물탱크(28)를 연결하는 배관상에 설치되어 케이싱의 유입구(22)를 통해 슬러지 배출구(24)로 유출되는 이물의 이동을 단속하는 솔레노이드밸브(29);
    를 더 포함하는 막여과 고도정수처리 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제4항의 막여과 고도정수처리 장치에서, 상기 게이트 밸브(42)들을 개폐함으로써 처리수의 동압을 제어하는 동압 제어 방법으로,
    상기 처리수조(40) 내 처리수의 수위가 미리 정해진 일정범위 내로 유지하는지를 상기 수위전송기(90)가 실시간으로 계측하는 제1단계;
    상기 처리수조(40) 내 처리수의 수위가 미리 정해진 일정범위를 벗어나면 상기 처리수조(40) 내 처리수의 수위가 미리 정해진 일정범위 내와 일치하도록 상기 게이트 밸브(42)들 중 적어도 어느 하나 이상을 선택적으로 개폐하는 제2단계;
    로 이루어지는 막여과 고도정수처리 장치의 동압 제어 방법.
  13. 제5항의 막여과 고도정수처리 장치에서, 상기 게이트 밸브(42)들을 개폐함으로써 처리수의 동압을 제어하는 동압 제어 방법으로,
    상기 처리수조(40) 내 처리수의 수위가 미리 정해진 일정범위 내로 유지하는지를 상기 수위전송기(90)가 실시간으로 계측하는 제1단계;
    상기 처리수조(40) 내 처리수의 수위가 미리 정해진 일정범위를 벗어나면 상기 처리수조(40) 내 처리수의 수위가 미리 정해진 일정범위 내와 일치하도록 상기 게이트 밸브(42)들 중 적어도 어느 하나 이상을 선택적으로 개폐하는 제2단계;
    상기 제2단계에서 일정시간 동안 상기 처리수조(40) 내 처리수의 수위가 미리 정해진 일정범위 내와 일치하지 않으면 상기 제1 및 제2유량조절밸브(70)(80)를 폐쇄하고, 상기 막모듈(30)의 파울링(fouling)이 감소하도록 상기 처리수조(40) 내의 처리수를 상기 케이싱의 처리수 배출구(23)에서 상기 유입구(22)와 슬러지 배출구(24)로 통하도록 분출하여 상기 막모듈(30)을 역세하는 역세펌프(45)의 작동을 제어하는 제3단계;
    를 더 포함하여 이루어지는 막여과 고도정수처리 장치의 동압 제어 방법.
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