KR102453863B1 - 응집제로 코팅된 마이크로 파이버 여재를 사용하는 물리·화학적 수처리 공법 - Google Patents

응집제로 코팅된 마이크로 파이버 여재를 사용하는 물리·화학적 수처리 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 a) 응집제로 코팅된 마이크로 파이버 여재를 포함하는 가압식 마이크로 파이버 여과기 상부로 원수를 공급하여 가압식 여과를 수행하는 단계; b) 상기 마이크로 파이버 여과기의 하부에서 역세척수 및 공기를 공급하여 마이크로 파이버 여재를 역세척하는 단계; 및 c) 상기 마이크로 파이버 여재의 역세척이 완료된 후, 응집제를 역세척수와 함께 공급하여 상기 마이크로 파이버 여재를 응집제로 코팅하는 단계;를 포함하며, 상기 가압식 응집제로 코팅된 파이버 여과기의 역세척 폐수를 흡인식 마이크로 파이버 여과기에 의해서 농축하여 탈수기로 이송하는, 응집제로 코팅된 마이크로 파이버 여재를 사용하는 물리·화학적 수처리 공법을 제공한다.

Description

응집제로 코팅된 마이크로 파이버 여재를 사용하는 물리·화학적 수처리 공법{Physicochemical water treatment process using microfiber filter coated with coagulant}
본 발명은 물리·화학적 수처리 공법에 관한 것으로서 기존의 응집조와 혼화조, 침전조, 모래 여과조를 응집제로 코팅된 마이크로 파이버 여재를 포함하는 가압식 마이크로 파이버 여과기 하나로 대체하는 기술에 관한 것이다.
침전 및 여과와 같은 물리적 처리공정은 정수, 하수 또는 폐수의 처리 공정에서 주 처리수단 또는 보조적 처리수단으로 사용 되어 왔으며, 침전 및 여과 방법으로 분리되지 않는 용존성 콜로이드 입자를 포함한 미립자들은 화학처리 공정인 응집제에 의한 응집 및 조대화 후, 침전 및 여과와 같은 물리적 처리에 의해 처리되어 왔다.
응집 공정은 응집제가 미세 콜로이드의 표면전하 이중층의 두께를 감소시켜서 콜로이드 입자의 응집을 돕는 역할을 하는 바 응집의 효율은 교반 및 혼화에 의한 응집제와 콜로이드 입자간의 충돌 횟수, pH, 알카리도, 응집제의 산화수에 따라 달라질 수 있다.
그러므로, 최적의 응집을 위해서는 응집제와 원수의 혼화 및 강력한 교반에 의해서 콜로이드 입자와 응집제의 충돌 횟수를 증가시켜야 하는데, 저농도(탁도) 원수 유입시 콜로이드 입자의 절대 숫자가 부족하므로 응집제의 투여량이 과다하게 주입하고, 혼화 교반 시간을 길게 해도 응집이 잘되지 않는 문제점이 있었다.
또한, 응집후 응집물의 분리를 위하여 사용되는 침전 공정은 넓은 부지가 필요하며 가압부상 방법은 과다한 에너지와 약품이 소요되는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 물리·화학적 처리 공정을 적용하는 정수, 하수, 및 폐수 처리장은 넓은 면적이 요구되고, 슬러지 발생량이 많으며, 유지관리가 어렵다는 문제점이 있었다.
한국 특허 등록 제10-1879845호 한국 특허 등록 제10-0241198호
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,
기존 응집 공정보다 훨씬 적은 량의 응집제에 의한 화학처리가 가능하며;
응집 및 침전(또는 부상)이 하나의 여과기에서 실시간으로 구현되어, 소요부지를 대폭 감소시키며;
기존 화학 공정에서 필수적으로 요구되는 응집 , 침전(부상)처리후 추가적인 여과처리를 생략할 수 있으며;
가압부상에 의한 과다한 에너지와 약품 소모가 불필요하며,
저농도(저탁도) 원수 유입시 응집 불량, 침전불량 등의 문제가 방지되어 효율적인 수처리가 가능하며;
유지관리가 용이한 물리·화학적 수처리 공법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은,
a) 응집제로 코팅된 마이크로 파이버 여재를 포함하는 가압식 마이크로 파이버 여과기 상부로 원수를 공급하여 가압식 여과를 수행하는 단계;
b) 상기 마이크로 파이버 여과기의 하부에서 역세척수 및 공기를 공급하여 마이크로 파이버 여재를 역세척하는 단계; 및
c) 상기 마이크로 파이버 여재의 역세척이 완료된 후, 응집제를 역세척수와 함께 공급하여 상기 마이크로 파이버 여재를 응집제로 코팅하는 단계;를 포함하는 응집제로 코팅된 마이크로 파이버 여재를 사용하는 물리·화학적 수처리 공법을 제공한다.
본 발명의 응집제로 코팅된 마이크로 파이버 여재를 사용하는 물리·화학적 수처리 공법은
첫째, 응집제가 역세척 주기마다 파이버의 코팅에만 소량씩 사용되므로 기존 응집 공정보다 훨씬 적은 량의 응집제에 의한 화학처리가 가능하고;
둘째, 응집 , 침전(또는 부상)이 하나의 여과기에서 실시간으로 구현됨으로서 소요부지를 대폭 감소 시킬 수 있으며;
셋째, 기존 화학 공정에서는 응집 , 침전(부상)처리후 추가적인 여과처리가 요구되나, 이러한 처리의 생략이 가능하며;
넷째, 가압부상에 의한 과다한 에너지와 약품 소모가 불필요하며,
다섯째, 저농도(저탁도) 원수 유입시 응집 불량, 침전불량 등의 문제가 방지되어 효율적인 수처리가 가능하며;
여섯째, 유리관리가 용이한 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태로서, 응집제로 코팅된 마이크로 파이버 여재를 포함하는 가압식 마이크로 파이버 여과기 모듈을 모식적으로 도시한 도면이며,
도 2는 본 발명의 일 실시형태로서, 가압식 마이크로 파이버 여과기 모듈(마이크로 파이버 여재 미도시)의 절단 사시도이며,
도 3은 본 발명의 응집제로 코팅된 마이크로 파이버 여재를 사용하는 물리·화학적 수처리 공법에 적용될 수 있는 수처리 시스템을 나타낸 도면이며,
도 4은 본 발명의 일 실시형태로서, 응집제로 코팅된 마이크로 파이버 여재를 포함하는 가압식 마이크로 파이버 여과기 모듈의 가압식 여과 프로세스를 모식적으로 도시한 단면도이며,
도 5은 본 발명의 일 실시형태로서, 응집제로 코팅된 마이크로 파이버 여재를 포함하는 가압식 마이크로 파이버 여과기 모듈의 역세척 프로세스를 모식적으로 도시한 단면도이다.
이하에서, 본 발명에 대하여 도면을 참조하여 자세히 설명한다.
먼저, 응집제로 코팅된 마이크로 파이버 여재를 포함하는 가압식 마이크로 파이버 여과기 모듈을 모식적으로 도시한 도 1 및 본 발명의 물리·화학적 수처리 공법에 적용될 수 있는 수처리 시스템에 관한 도 3을 참조하여 본 발명을 설명한다.
본 발명의 응집제로 코팅된 마이크로 파이버 여재를 사용하는 물리·화학적 수처리 공법은 다음 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다:
a) 응집제로 코팅된 마이크로 파이버 여재(204)를 포함하는 가압식 마이크로 파이버 여과기 상부(201, 원수 공급구)로 원수를 공급하여 가압식 여과를 수행하는 단계;
b) 상기 마이크로 파이버 여과기(103)의 하부에서 역세척수(411) 및 공기(412)를 공급하여 마이크로 파이버 여재를 역세척하는 단계; 및
c) 상기 마이크로 파이버 여재(204)의 역세척이 완료된 후, 응집제를 역세척수와 함께 공급하여 상기 마이크로 파이버 여재(204)를 응집제로 코팅하는 단계.
본 발명의 물리·화학적 수처리 공법은 상기 a) 단계 내지 c) 단계는 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 a) 단계에서 응집제로 코팅된 마이크로 파이버 여재(204)는 그 전단계에서 상기 c) 단계와 동일한 단계의 수행에 의해 마이크로 파이버 여재(204)에 응집제 코팅이 완료된 것일 수 있다. 물론, 상기 응집제로 코팅된 마이크로 파이버 여재(204)는 가압식 마이크로 파이버 여과기를 구성할 때, 미리 응집제로 코팅된 형태로 조립된 것일 수도 있다.
상기 마이크로 파이버 여재(204)는 마이크로 파이버로 이루어진 여재인 경우 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 마이크로 파이버로 직조된 형태일 수 있으며, 다수개이 마이크로 파이버가 촘촘하게 배열된 형태일 수도 있다.
상기 가압식 마이크로 파이버 여과기는 이 분야에 공지된 구조를 갖는 것일 수 있다. 즉, 본 발명은 가압식 마이크로 파이버 여과기의 구조에 특징이 있는 것이 아니라, 프로세스에 따라 응집제로 코팅되거나 코팅되지 않은 마이크로 파이버 여재(204)를 포함하는 가압식 마이크로 파이버 여과기를 사용하는 것에 특징이 있으므로, 응집제로 코팅되지 않은 가압식 마이크로 파이버 여과기의 구조는 이 분야에 공지된 것(예: 한국 특허 등록 제10-1879845호)과 동일한 형태일 수 있다.
본 발명이 일 실시형태로서, 상기 가압식 마이크로 파이버 여과기는 상부에 원수 공급구(201)가 연결된 가압 하우징(203)과; 상기 가압 하우징(203) 내측에 설치되어 원수를 여과하는, 상단부가 유동홀더(202)에 고정된 마이크로 파이버 여재(204); 상기 마이크로 파이버 여재(204)의 내측 하부에 배치되어 여과된 처리수(401), 역세척수(411) 및 공기(412)를 통과시키는 다공성 투과관(205); 상기 다공성 투과관(205)의 하부와 연결되어 여과수를 배출하고, 역세척수(411)를 공급하는 여과수 및 역세척수 유통구(208); 및 상기 다공성 투과관(205)의 하부와 연결되어 공기(412)를 공급하는 공기 공급관(207);을 포함할 수 있다.
상기 마이크로 파이버 여재(204)의 하단부는 여과기의 내부 공간 하단부에 위치된 고정홀더(206)에 고정될 수 있다. 또한, 다공성 투과관(205)에 끼워진 상태로 고정될 수도 있다.
상기에서 마이크로 파이버 여재(204)는 관형상으로 형성된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 a) 단계의 가압식 여과는, 도 4에 예시적으로 도시된 바와 같이, 수행될 수 있다. 즉, 원수 공급구(201)에서 원수(400)가 공급되면서 압력이 가해지면, 유동홀더(202)가 아래 방향으로 가압되면서, 마이크로 파이버 여재(204)가 압축된 상태로 원수(400)를 여과시키며, 상기 여과된 처리수(401)는 다공성 투과관(205)을 통과하여, 여과수 및 역세척수 유통구(208)를 통하여 배출된다.
상기 b) 단계의 역세척 단계는, 도 5에 예시적으로 도시된 바와 같이, 수행될 수 있다. 즉, 여과수 및 역세척수 유통구(208)를 통하여 공급된 역세척수(411)가 다공성 투과관(205)을 통과한 후, 마이크로 파이버 여재(204)를 통과하면서 유동홀더(202)를 가압 하우징(203)까지 밀어 올리고, 이 때, 상기 마이크로 파이버 여재(204)는 수직으로 정렬되어 팽팽하게 펴진 형태가 되면서 포촉된 오염 입자(단순 오염입자 및/또는 응집제로 응집된 입자)를 탈리시키며, 한편, 이어서 주입되는 역세척 공기(412)도 마이크로 파이버를 상하좌우로 진동시키면 포촉된 오염 입자(단순 오염입자 및/또는 응집제로 응집된 입자)를 탈리시킨다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 가압식 여과 처리가 완료된 처리수(401)는 도 3에 도시된 바와 같이, 처리수 저장탱크(140)로 이송되며, 일부는 역세척수로 사용하기 위하여 역세척수 저장조(115)로 이송되며,
마이크로 파이버 여재(204)를 역세척한 역세척 폐수(410)는 흡인식 여과 탱크(128)로 반송되며(또한, 일부는 원수 저장조(101)로 이송될 수도 있음), 상기 흡인식 여과 탱크(128)에 저장되는 역세척 폐수(410)는 흡인식 마이크로 파이버 여과기(121)로 공급되어 여과되며,
상기 흡인 여과된 처리수는 원수 저장조(101)로 반송되며, 일부는 흡인식 마이크로 파이버 여과기 역세척수 저장조(127)로 이송될 수 있다(또한, 일부는 흡인식 여과 탱크(128)로 반송될 수 있음).
상기 흡인식 여과 탱크(128)에서 흡인식 마이크로 파이버 여과기(121)로 공급되는 역세척 폐수(410)는 부표(129)에 부착된 흡인 호스 홀더(130)에 고정된 흡인 호스로를 통하여 공급된다. 따라서, 흡인식 여과 탱크(128)이 역세척 폐수 중 상부에 위치하는 역세척 폐수가 공급된다.
즉, 흡인식 여과 탱크(128)에서 흡인 호스 홀더(흡입구 포함)(130)의 상부에 부표(129)가 장착되어 흡인식 여과 탱크(128)의 수위에 따라 흡입구가 상승, 하강하면서, 상부의 역세척 폐수를 흡인식 마이크로 파이버 여과기(121)로 공급한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 가압식 마이크로 파이버 여과기(103)에 대한 원수의 공급은 원수 저장조(101)에 의하여 이루어진다. 또한, 가압식 마이크로 파이버 여과기(103) 및 흡인식 마이크로 파이버 여과기(121)에 대한 공기의 공급은 공기 공급장치(150)에 의하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 흡인식 마이크로 파이버 여과기(121)는 상기 가압식 마이크로 파이버 여과기(103)와 동일한 구조를 가지며, 동일한 방식으로 역세척을 수행하며, 역세척에 사용된 역세척 폐수는 상기 흡인식 여과 탱크(128)로 반송될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 액체상태의 응집제를 역세척이 완료된 후, 마이크로 파이버의 표면에 코팅한 후, 도 4에 도시된 바와 같이, 가압식 여과가 수행된다. 즉, 유입되는 원수(400)의 압력으로 여재층이 압착되면서 원수(400)에 있는 콜로이드 및 미립자는 응집제가 코팅된 마이크로 파이버 사이의 공극을 통과하면서 마이크로 파이버 표면의 응집제에 의하여 제타포텐셜이 감소되어 콜로이드 입자간의 응집, 코팅파이버 표면 흡착 및 공극에 의한 여과가 이뤄지게 된다. 마이크로 파이버에 포촉된 응집 플록은 역세척 공정시에 마이크로 파이버에서 탈리되어 흡인식 여과 탱크(128)로 반송되고, 흡인식 마이크로 파이버 여과기(121)에 의해서 농축되고, 탈수기(161)에 의한 탈수후 탈수케익 형태로 폐기물 저장조로 이송된다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 가압식 마이크로 파이버 여과기 모듈은 도 1에 도시된 바와 같이, 가압 하우징(203)내에 유동홀더(202)와 고정홀더(206)에 마이크로 파이버 여재(204)가 고정되고, 이 때, 다공성 투과관(205)관은 상기 마이크로 파이버 여재(204)의 하단부에 삽입된 상태로 상기 고정홀더(206)와 함께 상기 마이크로 파이버 여재(204)의 하단부를 고정하는 기능을 수행한다. 상기 가압식 마이크로 파이버 여과기 모듈에 역세척수가 주입되면, 마이크로 파이버의 유동홀더(202)의 부상으로 마이크로 파이버가 수직으로 정렬되며 이어서 주입되는 역세척 공기에 의해서 마이크로 파이버는 상하좌우로 진동하면서 포촉된 오염 입자를 탈리시키는 역세척이 수행된다. 상기 역세척이 끝난 마이크로 파이버는 역세척 펌프 및 응집제 주입 정량 펌프가 가동하면서 응집제를 마이크로 파이버 모듈 내부에 주입함에 따라 마이크로 파이버의 표면이 응집제로 코팅되며, 이 후 역세척 펌프와 정량 펌프는 가동을 멈추고 가압펌프가 가동하여 코팅된 마이크로 파이버를 압착하여 여과층을 형성하며, 여과층이 형성될 때까지의 초기 처리수는 응집제 저장탱크(114)로 반송된다. 이 후 처리수는 처리수 저장탱크에 저장되며 정해진 일정시간 여과후 역세척을 반복함으로서 연속적인 반복운전이 수행된다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 응집제는 응집제 저장탱크(114)에 저장되며, 응집제 정량펌프(113)에 의해 역세척 공급관으로 공급될 수 있다.
구체적으로, 역세척이 완료된 후, 응집제 저장탱크(114)에 저장된 응집제가 응집제 정량펌프(113)에 의해 역세척수 공급관으로 공급되며, 역세척수 이송 펌프가 동시에 작동되어 역세척수와 응집제의 혼합물이 공급되어, 마이크로 파이버 여재(204) 표면을 응집제로 코팅하게 된다.
상기 응집제로는 수처리공정에서 응집을 목적으로 사용하는 범용 응집제로서 유기,무기 구분없이 적용될 수 있다.
상기 응집제는 구체적으로 Al2(SO4)3·16H2O, Al2(SO4)3·18H2O, 폴리염화알루미늄(PAC), 폴리황산알루미늄(PAS), 폴리황산알루미늄실리케이트(PAS), 및 폴리염화알루미늄실리케이트(PACS)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 응집제는 Al2(SO4)3·16H2O, Al2(SO4)3·18H2O, 폴리염화알루미늄(PAC), 폴리황산알루미늄(PAS), 폴리황산알루미늄실리케이트(PAS), 및 폴리염화알루미늄실리케이트(PACS)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상 100 중량부를 기준으로 폴리도파민 및 도파민메타크릴아마이드(PDMA)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상 2 내지 10 중량부 및 물 20 내지 40 중량부를 혼합한 조성물 형태로 공급되는 것이 바람직할 수 있다. 상기 조성물은 용액 형태이거나 슬러리 형태일 수 있다.
103: 마이크로 파이버 여과기, 102: 가압펌프, 112: 역세척 펌프, 105: 원수 개폐밸브, 106: 역세척 폐수 개폐 밸브, 107: 초기처리수 개폐 밸브, 108: 처리수 개폐밸브, 109: 역세척수 보충 개폐밸브, 110: 역세척 공기 개폐밸브, 111: 역세척수 개폐밸브, 113: 응집제 정량펌프, 114: 역세척 공기 개폐밸브, 150: 흡인식 여과 탱크(128), 129: 부표, 130: 흡인 호스 홀더, 127: 흡인식 마이크로 파이버 여과기 역세척수 저장조, 121: 흡인식 마이크로 파이버 여과기, 124: 흡인식 여과 펌프, 126: 역세척 펌프, 123: 흡입 개폐밸브, 131: 흡인식 마이크로 파이버 여과기 초기처리수 개폐밸브, 133: 흡인식 여과기 역세수 보충 개폐밸브, 132: 흡인식 여과기 처리수 개폐 밸브, 125: 흡인식 마이크로 파이버 여과기 역세척수 개폐밸브, 120: 흡인식 마이크로 파이버 여과기 역세척 공기 개폐밸브, 160: 농축 슬러지 이송펌프, 201: 원수 공급구, 202: 유동홀더, 203: 가압 하우징, 204: 마이크로 파이버 여재, 205: 다공성 투과관, 206: 고정홀더, 207: 공기 공급관, 208: 여과수 및 역세척수 유통구, 400: 원수, 401: 여과된 처리수, 410: 역세척 폐수, 411: 역세척수, 412: 공기

Claims (7)

  1. a) 응집제로 코팅된 마이크로 파이버 여재를 포함하는 가압식 마이크로 파이버 여과기 상부로 원수를 공급하여 가압식 여과를 수행하는 단계;
    b) 상기 마이크로 파이버 여과기의 하부에서 역세척수 및 공기를 공급하여 마이크로 파이버 여재를 역세척하는 단계; 및
    c) 상기 마이크로 파이버 여재의 역세척이 완료된 후, 응집제를 역세척수와 함께 공급하여 상기 마이크로 파이버 여재를 응집제로 코팅하는 단계;를 포함하고,
    상기 가압식 마이크로 파이버 여과기는
    상부에 원수 공급구가 연결된 가압 하우징과;
    상기 가압 하우징 내측에 설치되어 원수를 여과하는, 상단부가 유동홀더에 고정된 마이크로 파이버 여재;
    상기 마이크로 파이버 여재의 내측 하부에 배치되어 여과된 처리수, 역세척수 및 공기를 통과시키는 다공성 투과관;
    상기 다공성 투과관의 하부와 연결되어 여과수를 배출하고, 역세척수를 공급하는 여과수 및 역세척수 유통구; 및
    상기 다공성 투과관의 하부와 연결되어 공기를 공급하는 공기 공급관;을 포함하고,
    가압식 여과 처리가 완료된 처리수는 처리수 저장탱크로 이송되며, 일부는 역세척수로 사용하기 위하여 역세척수 저장조로 이송되며,
    마이크로 파이버 여재를 역세척한 역세척 폐수는 흡인식 여과 탱크로 이송되며, 상기 흡인식 여과 탱크에 저장되는 역세척 폐수는 흡인식 마이크로 파이버 여과기로 공급되어 여과되며,
    상기 흡인 여과된 처리수는 원수 저장조로 반송되며, 일부는 흡인식 마이크로 파이버 여과기 역세척수 저장조로 이송되는 것을 특징으로 하는 응집제로 코팅된 마이크로 파이버 여재를 사용하는 물리·화학적 수처리 공법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    흡인식 마이크로 파이버 여과기는 상기 가압식 마이크로 파이버 여과기와 동일한 구조를 가지며, 동일한 방식으로 역세척을 수행하며, 역세척 폐수는 상기 흡인식 여과 탱크로 이송되는 것을 특징으로 하는 응집제로 코팅된 마이크로 파이버 여재를 사용하는 물리·화학적 수처리 공법.
  5. 제4항에 있어서,
    흡인식 여과 탱크에서 흡입구의 상부에 부표가 장착되어 흡인식 탱크의 수위에 따라 흡입구가 상승, 하강하는 것을 특징으로 하는 응집제로 코팅된 마이크로 파이버 여재를 사용하는 물리·화학적 수처리 공법.
  6. 제1항에 있어서,
    역세척시 유동홀더의 부상으로 마이크로 파이버가 수직으로 정렬되며, 이어서 주입되는 역세척 공기에 의해서 마이크로 파이버가 상하좌우로 진동하면서 포촉된 오염 입자가 탈리되는 것을 특징으로 하는 응집제로 코팅된 마이크로 파이버 여재를 사용하는 물리·화학적 수처리 공법.
  7. 제1항에 있어서,
    역세척이 완료된 후, 응집제 저장탱크에 저장된 응집제가 응집제 정량펌프에 의해 역세척수 공급관으로 공급되며, 역세척수 이송 펌프가 동시에 작동되어 역세척수와 응집제의 혼합물이 공급되어, 마이크로 파이버 여재 표면을 응집제로 코팅하는 것을 특징으로 하는 응집제로 코팅된 마이크로 파이버 여재를 사용하는 물리·화학적 수처리 공법.
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