KR102474264B1 - Uv 오존 순환형 산화반응 공정과 세라믹 분리막의 막여과 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리 장치 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
세라믹 분리막을 이용한 침지식 막여과 공정의 침지식 처리탱크 및 오존 산화공정의 오존 처리탱크를 결합함과 더불어 반응이 종료된 배오존(미반응 오존)의 낭비 및 환경 영향을 최소화할 수 있는 오존 UV 반응공정의 오존 UV 반응탱크를 결합시킴과 더불어 양방향으로 수처리 하는 UV 오존 순환형 산화반응 공정과 세라믹 분리막의 막여과 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리 장치 및 그 방법이 개시된다.
Description
본 발명은 일체형 양방향 수처리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 세라믹 분리막을 이용한 침지식 막여과 공정의 침지식 처리탱크 및 오존 산화공정의 오존 처리탱크를 결합함과 더불어 반응이 종료된 배오존(미반응 오존)의 낭비 및 환경 영향을 최소화할 수 있는 오존 UV 반응공정의 오존 UV 반응탱크를 결합시킴과 더불어 양방향으로 수처리 하는 UV 오존 순환형 산화반응 공정과 세라믹 분리막의 막여과 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
1748년 삼투현상에 관한 실험을 위해 분리막(Separation Membrane)을 사용한 이래로 1829년 고체 물질 속에서의 기체와 액체의 확산연구를 통하여 최초로 분리막을 이용한 물질 분리가 시작되었다.
이러한 분리막은 물성에 따라 유기막(Organic membranes), 무기막(Inorganic membranes), 금속막(Metal membranes), 복합막(Asymmetric membranes)으로 구분되며, 이때, 무기막의 한 종류로 세라믹 분리막(Ceramic Membrane)이 있다.
여기서, 세라믹 분리막은 고분자 중합체 분리막에 비하여 pH, 압력, 온도 등 극한조건에서 높은 물리적 내구성을 가지며, 비교적 고농도 화학세정에 내성이 있는 것으로 알려져 있고, 유지관리의 용이성 때문에 최근 다양한 분야에서 사용되고 있다.
구체적으로, 세라믹 분리막은 친수성이고 역세(Back-wash)가 가능하므로 고플럭스로 안정적인 운전이 가능하고, 또한, 막표면이 높은 음전하를 띠기 때문에 수중에서 음전하를 띠는 박테리아, 조류, MLSS, 미생물생성 고분자물질(TEP), 오일 등의 오염물질 제거가 용이하다는 장점이 있다.
또한, 이러한 세라믹 분리막은 저농도의 응집제만 주입하더라도 저분자 조류부산물질(Algal-derived Organic Matters: AOM)등 용존유기물(DOC) 제거율을 향상시킬 수 있고, 또한, 역세 시 저농도의 차염소산나트륨을 추가함으로써 바이오파울링의 성장 전에 제어가 가능하며, 이에 따라, 막오염을 저감시킬 수 있다.
이러한 장점으로 인해 세라믹 분리막을 이용한 침지식 막여과 공정이 각광받고 있다.
한편, 고도산화공정(AOP)은 넓은 의미로는 수산화라디칼(·OH)을 이용한 산환반응을 통해서 물이나 폐수 속의 유기용매(또는 무기용매)를 제거하는 화학적 처리방법으로서, 오존(O3)과 과산화수소(H2O2) 또는 UV광을 사용하는 화학공정을 말한다. 이러한 고도산화공정을 통해 발생한 수산화라디칼(·OH)은 현존하는 가장 강한 산화제로서 사실상 물에 녹아있는 그 어떤 화합물도 산화시킬 수 있으며, 종종 확산 제어 반응 속도로 작용한다.
이에, 수산화라디칼이 생성되는 순간 오염물질들과 무차별적으로 반응하며, 매우 빠르고 효율적으로 오염물질을 작은 무기분자들로 분해하며, 이러한 수산화라디칼은 한 개 또는 여러 개의 주 산화제(예를 들면, 오존, 과산화수소, 산소 등) 또는 에너지원이나 촉매(예를 들면, 자외선, 이산화 티타늄 등)으로부터 생성된다.
이와 같이 오존을 사용한 고도산화공정은 강력한 유기물 산화 및 소독공정으로 자연유기물(Natural Organic Matter: NOM), 고분자화합물, 미량유기물질 등의 난분해성유기물의 제거뿐만 아니라 맛냄새 물질 및 색도 제거도 가능하여 수처리에 널리 이용되고 있다.
도 1a는 종래의 기술에 따른 세라믹 분리막을 타워 형태로 구성한 세라믹 분리막 타워를 나타내는 도면이고, 도 1b는 종래의 기술에 따른 침지식 막여과 공정의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 세라믹 분리막(20a)을 다수 개 적층하여 세라믹 분리막 모듈(20b)을 형성하고, 이러한 세라믹 분리막 모듈(20b)을 다수 개 적층하여 세라믹 분리막 타워(20)를 형성한다.
이러한 세라믹 분리막 타워(20)는, 도 1b에 도시된 침지막 여과부(10) 내에 구축될 수 있다.
이때, 세라믹 분리막(20a)을 침지식으로 배치하는 침지막 여과부(10)를 이용한 막여과 공정의 경우, 여과 공정과 세정 공정이 교번적이고 연속적으로 이루어진다.
이에 종래 막여과 공정은 처리 수질의 우수성과 적은 부지면적 사용 등의 이점 때문에 국내뿐만 아니라 세계적으로 널리 상용되고 있으나, 이러한 막여과 공정을 이용할 경우, 처리하고자 하는 원수 내 오염물질에 의한 막오염이 발생하며, 이와 같은 막오염에 따른 처리수량 감소가 가장 큰 문제로 지적되고 있다.
또한, 오존을 기반으로 하는 고도산화공정은 전력 및 산소만 있으면 현장에서 쉽게 적용할 수 있고, 오존 주입량 제어 및 자동화가 가능하지만, 이론적으로 높은 산화력에 비해 대다수 유기물과 반응이 느리거나 전혀 반응하지 않는 단점이 있다.
이에 따라, 오존을 이용한 고도산화공정과 세라믹 분리막을 연계한 공정이 다양한 곳에서 연구가 되고 있지만, 이를 실증화할 경우 공정 자체의 구조가 복잡해지고, 유지관리가 어렵다는 문제점이 있다.
또한, 오존을 기존 산기관을 사용하여 공급할 경우, 처리하고자 하는 원수에 접촉하는 시간과 면적이 충분하지 않을 수 있으며, 이로 인해 처리 성능의 저감이 발생할 수 있고, 반응이 종료된 오존은 오존처리시설을 통해 산소로 분해되어 배출되도록 하게 되는데, 오존 용해율이 낮은 반응 효율이 떨어지고, 처리효율도 좋지 않아 경제성이 저하되는 문제점이 있게 된다.
이에 최근 오존 산화공정과 세라믹 막여과를 연계한 연구가 진행되고 있으나, 오존 산화반응을 위한 오존 처리탱크와 세라믹 막여과 공정을 위한 침지식 처리탱크가 각각 별도로 구분되어 해당 공정을 수행하고 하고 있다.
도 2는 종래의 기술에 따른 침지식 처리탱크와 오존 처리탱크가 분리된 수처리 장치의 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 침지식 처리탱크와 오존 처리탱크가 분리된 수처리 장치(90)는, 원수탱크(91), 침지식 처리탱크(92), 오존 발생기(93), 오존 처리탱크(94) 및 처리수 탱크(95) 등을 포함하며,
이때, 오존 산화반응을 위한 오존 처리탱크(94)와 세라믹 막여과 공정을 위한 침지식 처리탱크(92)가 각각 별도로 구분되어 있기 때문에, 효율성이 떨어진다는 문제점이 있었다.
도 3은 종래 오존과 자외선을 이용한 수처리장치를 도시한 것이다.
초기에 오염된 상태로 공급되는 원수를 정화처리하는 수처리장치에 있어서,
오존이 용해된 원수가 원수유입관(36)을 통해 유입되며 자외선에 의해 살균 처리된 처리수를 처리수토출관(37)을 통해 외부로 토출하도록 내부가 빈 공간을 갖는 외관본체부(31); 상기 외관본체부(31)의 외부에 설치되어 원수유입관(36)과 연결된 오존주입관을 통해 원수유입관 내부를 흐르는 원수에 오존을 주입하는 오존주입장치부(34); 상기 외관본체부(31) 내부에 설치되어 외관본체부으로부터 오존이 용해된 원수가 유입 및 토출하도록 상, 하부가 개방 형성되고, 상기 개방된 하부에는 유입되는 오존이 용해된 원수의 흐름을 제어하는 미세망을 결합된 내관본체부(32);
상기 내관본체부(32) 내에 설치되어 내관본체부 내로 유입되어 흐르는 오존이 용해된 원수를 살균 처리하도록 자외선을 방사하는 적어도 하나 이상의 자외선램프(35);
상기 외관본체부(31)와 내관본체부(32) 사이에 설치되어 외관본체부로 내로 유입된 오존이 용해된 원수의 흐름을 안내하는 나선형 블레이드(33);
상기 외관본체부(31)의 상부와 처리수토출관(37) 사이에 연통 설치되어 처리수토출관 내에서 기액 분리된 오존을 재용해 시키도록 외관본체부 내로 오존을 반송시키는 오존반송관(38); 으로 구성되어 원수에 오존의 흡수율을 최대한 높이고, 자외선에 의해 병원성균 또는 바이러스 등을 제거하도록 살균 처리함에 따라 깨끗한 상태의 처리수를 생성할 수 있을 뿐만 아니라 원수를 처리수로의 정화 처리가 보다 효율적으로 이루어지도록 하고 있음을 알 수 있으나 세라믹 분리막을 이용한 침지식 막여과 공정과 오존 산화공정와 별도로 운용되는 한계가 있었다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 서로 결합된 세라믹 분리막의 막여과 공정과 오존 산화반응 공정에 발생하는 배오존을 UV 오존 순환형 산화반응 공정을 통해 배오존을 소모함과 더불어 원수의 유기물을 추가적으로 제거할 수 있는 UV 오존 순환형 산화반응 공정과 세라믹 분리막의 막여과 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 세라믹 분리막을 이용한 침지식 막여과 공정의 침지식 처리탱크 및 오존 산화반응 공정의 오존 처리탱크를 결합하여 일체화시킴으로써 수처리 공정을 단순화시킬 수 있는, UV 오존 순환형 산화반응 공정과 세라믹 분리막의 막여과 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 세라믹 분리막의 막여과 공정과 오존 산화반응 공정을 결합하되 양방향 수처리가 가능하도록 결합시켜 여과 공정 효율을 증대시킬 수 있고, 실증화 단계에서 부지면적을 감소시킬 수 있는, UV 오존 순환형 산화반응 공정과 세라믹 분리막의 막여과 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 고도산화 세라믹 막여과 일체형 구조로서, 평막형 멤브레인을 이용한 오존 공급 및 수처리 공정 모두에 사용할 수 있는, UV 오존 순환형 산화반응 공정과 세라믹 분리막의 막여과 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 UV 오존 순환형 산화반응 공정과 세라믹 분리막의 막여과 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리 장치 및 그 방법은,
하수 또는 오폐수를 포함하는 원수가 저장되는 원수탱크; 교차 배치되는 제1 세라믹 분리막 및 제2 세라믹 분리막을 포함하며, 상기 원수탱크로부터 원수를 공급받아 상기 제1 세라믹 분리막을 이용한 오존 산화반응 공정과 상기 제2 세라믹 분리막을 이용한 침지식 막여과 공정이 함께 이루어지는 침지식 처리탱크; 상기 침지식 처리탱크의 일측 또는 타측에 오존을 발생시켜 공급하는 오존 발생기; 상기 침지식 처리탱크에 의해 처리된 처리수가 저장되며, 상기 침지식 처리탱크의 세정을 위해 역세수(Back-wash)를 공급하는 처리수 탱크; 및 침지식 처리 탱크의 배오존공급구와 배오존 공급관을 통해 배오존이 유입되고, 원수탱크로부터 원수가 함께 유입되어 서로 혼합되어, 오존 UV 반응조에 내부에 설치된 UV램프에 의하여 배오존은 수산화라디칼(·OH)로 변화되어 원수의 유기물을 수산화라디칼(·OH)이 산화시켜, 유기물이 산화된 원수는 침지식 처리 탱크로 공급되고, 오존은 최종 배출되도록 하는 오존 UV 반응조;를 포함하되, 상기 오존 발생기 및 상기 침지식 처리탱크의 일측 사이에 설치되어 오존 발생기의 오존의 공급 및 침지식 처리탱크의 타측에서 처리된 처리수의 공급을 제어하도록 개폐되는 제1 개폐 밸브; 및 상기 오존 발생기 및 상기 침지식 처리탱크의 타측 사이에 설치되어 오존 발생기의 오존의 공급 및 침지식 처리탱크의 일측에서 처리된 처리수의 공급을 제어하도록 개폐되는 제2 개폐 밸브를 포함하되, 상기 침지식 처리탱크는 세라믹 분리막을 이용한 침지식 막여과 공정의 침지식 처리탱크와 오존 산화반응의 오존 처리탱크가 일체화된 처리탱크가 되도록 하게 된다.
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본 발명에 따르면, 발생하는 배오존을 UV 오존 순환형 산화반응 공정을 통해 배오존을 소모함과 더불어 원수의 유기물을 추가적으로 제거할 수 있어 친환경적인 수처리가 가능하게 된다.
본 발명에 따르면, 세라믹 분리막을 이용한 침지식 막여과 공정의 침지식 처리탱크 및 오존 산화반응 공정의 오존 처리탱크를 결합하여 일체화시킴으로써 수처리 공정을 단순화시킬 수 있고, 이러한 공정의 단순화에 따라 전력사용량을 절감시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 세라믹 분리막의 막여과 공정과 오존 산화반응 공정을 결합하되 양방향 수처리가 가능하도록 결합시킴으로써 막여과 공정 효율을 증대시킬 수 있고, 실증화 단계에서 부지면적을 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 고도산화 세라믹 막여과 일체형 구조로서, 평막형 멤브레인을 이용한 오존 공급 및 수처리 공정 모두에 사용할 수 있다.
도 1a는 종래 세라믹 분리막을 타워 형태로 구성한 세라믹 분리막 타워를 나타내는 도면이고, 도 1b는 종래 침지식 막여과 공정의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래 침지식 처리탱크와 오존 처리탱크가 분리된 수처리 장치의 구성도이다.
도 3은 종래 오존과 자외선을 이용한 수처리장치의 구성도이다.
도 4a는 본 발명의 침지식 오존 처리탱크 내의 동작을 예시하는 도면이고, 도 4b는 시간당 플럭스를 예시하는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 분리막의 막여과 공정과 오존 산화반응 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리 장치에서 침지식 처리탱크를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 분리막의 막여과 공정과 오존 산화반응 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리 장치의 구성도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일측 세라믹 분리막 세트과 타측 분리막 세트의 동작을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 8a는 본 발명의 침지식 처리탱크 내의 동작을 예시하는 도면이고, 도 8b는 시간당 플럭스를 예시하는 도면이다.
도 9a는 본 발명의 오존과 공기역세척으로 발생하는 수투과도 회복을 비교하여 나타내는 도면이고, 도 9b는 공세, 오존역세, 계외세정의 분리막 회복률을 비교하여 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 오존 UV 반응조의 구성도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 분리막의 막여과 공정과 오존 산화반응 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리방법의 동작흐름도이다.
도 2는 종래 침지식 처리탱크와 오존 처리탱크가 분리된 수처리 장치의 구성도이다.
도 3은 종래 오존과 자외선을 이용한 수처리장치의 구성도이다.
도 4a는 본 발명의 침지식 오존 처리탱크 내의 동작을 예시하는 도면이고, 도 4b는 시간당 플럭스를 예시하는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 분리막의 막여과 공정과 오존 산화반응 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리 장치에서 침지식 처리탱크를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 분리막의 막여과 공정과 오존 산화반응 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리 장치의 구성도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일측 세라믹 분리막 세트과 타측 분리막 세트의 동작을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 8a는 본 발명의 침지식 처리탱크 내의 동작을 예시하는 도면이고, 도 8b는 시간당 플럭스를 예시하는 도면이다.
도 9a는 본 발명의 오존과 공기역세척으로 발생하는 수투과도 회복을 비교하여 나타내는 도면이고, 도 9b는 공세, 오존역세, 계외세정의 분리막 회복률을 비교하여 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 오존 UV 반응조의 구성도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 분리막의 막여과 공정과 오존 산화반응 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리방법의 동작흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 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.
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.
[UV 오존 순환형 산화반응 공정과 세라믹 분리막의 막여과 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리 장치(200)]
도 4a는 본 발명의 세라믹 분리막의 막여과 공정과 오존 산화반응 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리 장치에서 침지식 오존 처리탱크 내의 동작을 예시하는 도면이고, 도 4b는 시간당 플럭스를 예시하는 도면이다.
본 발명의 세라믹 분리막의 막여과 공정과 오존 산화반응 공정이 결합된 일체형 수처리 장치(200)가 도 4a에 도시된 바와 같이, 일방향 수처리 장치로 형성될 경우 도 4b에 도시된 바와 같이, 시간당 플럭스가 시간 경과에 따라 감소할 수 있음을 알 수 있다.
이에 본 발명은 세라믹 분리막의 막여과 공정과 오존 산화반응 공정을 결합하되 양방향 수처리가 가능하도록 결합시킴으로써 막여과 공정 효율을 증대시킬 수 있고, 실증화 단계에서 부지면적을 감소시킬 수 있고, 또한, 고도산화 세라믹 막여과 일체형 구조로서, 평막형 멤브레인을 이용한 오존 공급 및 수처리 공정 모두에 사용할 수 있도록 하게 된다.
이로서 본 발명은 세라믹 분리막을 이용한 침지식 막여과 공정의 침지식 처리탱크 및 오존 산화반응 공정의 오존 처리탱크를 결합하여 일체화시킴으로써 수처리 공정을 단순화시킬 수 있도록 하고, 이러한 공정의 단순화에 따라 전력사용량을 절감시킬 수 있게 된다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 분리막의 막여과 공정과 오존 산화반응 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리 장치에서 침지식 처리탱크(120)를 구체적으로 나타내는 도면이다.
즉, 침지식 처리탱크(120)가 오존 산기막, 여과수 생산막을 따로 두지 않고 두 기능을 동시에 수행함으로써 같은 목표 생산수량 대비 보다 적은 세라믹 분리막 모듈을 사용함에 따라 수처리 장치가 설치되는 부지의 축소로 이어질 수 있도록, 침지식 처리탱크(220)는 도 5a에 도시된 바와 같이, 세라믹 분리막이 수직 배치는 세로형이거나, 또는, 도 5b에 도시된 바와 같이, 세라믹 분리막이 수평 배치되는 가로형일 수 있음을 알 수 있다.
나아가, 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 분리막의 막여과 공정과 오존 산화반응 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리 장치는 추가로 결합된 세라믹 분리막의 막여과 공정과 오존 산화반응 공정에 발생하는 배오존을 UV 오존 순환형 산화반응 공정을 결합시켜, 배오존을 소모함과 더불어 원수의 유기물을 추가적으로 제거할 수 있도록 하게 된다.
이하, 본 발명의 세라믹 분리막의 막여과 공정과 오존 산화반응 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리 장치(200)를 도 6을 기준으로 살펴보면 다음과 같다.
상기 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 분리막의 막여과 공정과 오존 산화반응 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리 장치(200)의 구성도로서, 도 6의 a)는 침지식 처리탱크의 일측에 오존이 공급되는 것을 나타내며, 도 6의 b)는 침지식 처리탱크의 타측에 오존이 공급됨에 따라 양방향으로 수처리하는 것을 나타내는 도면이다.
즉, 도 6의 a) 및 b)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 분리막의 막여과 공정과 오존 산화반응 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리 장치(200)는, 원수탱크(210), 침지식 처리탱크(220), 오존 발생기(230), 처리수 탱크(240), 원수 공급펌프(250), 자흡식 펌프(260), 역세 펌프(270), 제1 개폐 밸브(280a) 및 제2 개폐 밸브(280b), 오존 UV 반응조(290)를 포함한다.
여기서, 상기 제1 개폐 밸브(280a) 및 제2 개폐 밸브(280b)는 삼방향 밸브로 도시되었지만, 양방향 밸브일 수도 있다.
먼저, 원수탱크(210)는 도 6의 a) 및 b)와 같이, 하수 또는 오폐수를 포함하는 원수가 저장된다. 이때, 상기 원수탱크(210)에 저장된 원수는 원수 공급펌프(250)에 의해 침지식 처리탱크(220)의 일측에 형성된 원수 공급구(228)를 통해 상기 침지식 처리탱크(220)에 공급된다.
원수 공급펌프(250)는 상기 원수탱크(210)에 저장된 원수를 상기 침지식 처리탱크(220)에 공급한다.
침지식 처리탱크(220)는 도 6의 a) 및 b)와 같이, 교차 배치되는 제1 세라믹 분리막(224) 및 제2 세라믹 분리막(225)을 포함하며, 상기 원수탱크(210)로부터 원수를 공급받아 상기 제1 세라믹 분리막(224)을 이용한 오존 산화반응 공정과 상기 제2 세라믹 분리막(225)을 이용한 침지식 막여과 공정이 함께 이루어진다.
이때, 상기 침지식 처리탱크(220)는 세라믹 분리막을 이용한 침지식 막여과 공정의 침지식 처리탱크와 오존 산화반응의 오존 처리탱크가 일체화된 처리탱크로서, 고도산화 세라믹 막여과 일체형 구조로서, 평막형 멤브레인을 이용한 오존 공급 및 수처리 공정 모두에 사용할 수 있다.
구체적으로, 상기 침지식 처리탱크(220)는 도 6의 a) 및 b)와 같이, 침지식 처리탱크 본체(221), 제1 패널(222), 제2 패널(223), 제1 세라믹 분리막(224), 제2 세라믹 분리막(225), 제1 오존 주입 및 처리수 배출구(226), 제2 오존 주입 및 처리수 배출구(227) 및 원수 공급구(228)를 포함한다.
제1 패널(222)은 침지식 처리탱크 본체(221)의 일측에 결합되고,
제2 패널(223)은 상기 침지식 처리탱크 본체(221)의 타측에 상기 제1 패널(222)에 대향되도록 결합된다.
제1 세라믹 분리막(224)은 소정 간격으로 배치되는 다수의 세라믹 분리막으로서, 상기 오존 발생기(230)로부터 주입되는 오존을 원수에 접촉시킬 수 있도록 상기 제1 패널(222)의 측면에 결합되며, 미세기포를 발생시켜 유기물 및 오염물질을 분해시킬 수 있다.
제2 세라믹 분리막(225)은 상기 제1 세라믹 분리막(224)과 교차 배열되는 다수의 세라믹 분리막으로서, 막여과 공정을 위해 상기 제2 패널(223)의 측면에 수직 방향으로 결합되며, 상기 제1 세라믹 분리막(224)과 일정 간격의 배치를 통하여 상기 원수를 막여과 처리함으로써 막오염 물질의 부착을 억제시킬 수 있다.
여기서, 상기 제1 세라믹 분리막(224) 및 제2 세라믹 분리막(225)은 동일한 재질의 세라믹 분리막을 사용할 수 있도록 하되, 서로 교차 배열되며, 또한, 상기 제1 세라믹 분리막(224) 및 제2 세라믹 분리막(225)은 수직 방향으로 교차 설치되거나 또는 수평 방향으로 교차 설치될 수 있다.
제1 오존 주입 및 처리수 배출구(226)는 상기 오존 발생기(230)에 의해 생성된 오존을 상기 침지식 처리탱크(220)의 일측에 주입할 수 있도록 상기 제1 패널(222)의 중앙부에 형성되고, 막여과 공정에서 제1 및 제2 세라믹 분리막(224, 225)에 의해 처리된 처리수를 배출하며, 세정 공정에서 상기 침지식 처리탱크(220)의 세정을 위해 역세수가 유입된다.
제2 오존 주입 및 처리수 배출구(227)는 상기 오존 발생기(230)에 의해 생성된 오존을 상기 침지식 처리탱크(220)의 타측에 주입할 수 있도록 상기 제2 패널(223)의 중앙부에 형성되며, 막여과 공정에서 상기 제1 및 제2 세라믹 분리막(224, 225)에 의해 처리된 처리수를 배출하며, 세정 공정에서 상기 침지식 처리탱크(220)의 세정을 위해 역세수가 유입된다.
원수 공급구(228)는 상기 원수 공급펌프(250)에 의해 공급되는 원수를 상기 침지식 처리탱크(220) 내에 공급할 수 있도록 상기 침지식 처리탱크 본체(221)의 측면 일측에 형성된다.
이로서 본 발명에 의한 침지식 처리탱크(220)를 이용하게 되면, 처리하고자 하는 원수로 채워져 있는 침지식 처리탱크(220) 내 일정 간격으로 배치된 평막형 제1 및 제2 세라믹 분리막(224, 225)을 수직 또는 수평으로 배열하고, 오존 발생기(230)에서 발생한 오존은 제1 세라믹 분리막(224)의 공극을 통하여 미세기포 형식으로 원수와 접촉하게 한다.
오존이 공급되는 제1 패널(222)과 체결된 제1 세라믹 분리막(224)은 오존과 원수의 접촉면적을 최대화하도록 설치되고, 상기 제1 세라믹 분리막(224)에서 미세기포를 발생시켜 유기물 및 오염물질의 분해를 가능하게 한다.
또한, 상기 제1 세라믹 분리막(224)과 교차 배열되며, 반대측에 설치된 제2 세라믹 분리막(225)의 경우, 제2 세라믹 분리막(225)을 이용한 막여과 처리부로서, 상기 제2 세라믹 분리막(225)은 제2 패널(223)에 수직 또는 수평방향으로 체결되고, 상기 제2 패널(223)에 체결된 제2 세라믹 분리막(225)은 상기 오존이 공급되는 제1 패널(222)과 체결된 제1 세라믹 분리막(224)과 일정 간격의 배치를 통하여 막오염 물질의 부착을 억제할 수 있다.
이때, 상기 제1 세라믹 분리막(224) 및 제2 세라믹 분리막(225)은 동일한 세라믹 분리막을 이용하도록 하되, 이러한 제1 및 제2 세라믹 분리막(224, 225)이 교차 배열되는 카세트 형태의 일체형으로 제작함으로써, 상기 제1 세라믹 분리막(224)의 오존 주입 및 상기 제2 세라믹 분리막(225)의 막여과 처리의 일체형 공정이 가능하며, 이에 따라, 수처리 장치의 성능을 향상시킬 수 있고 유지관리를 용이하게 수행할 수 있다.
이에 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 분리막의 막여과 공정과 오존 산화반응 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리 장치(200)의 경우, 세라믹 분리막을 이용한 침지식 막여과 공정의 침지식 처리탱크 및 오존 산화반응 공정의 오존 처리탱크를 결합하여 일체화시킴으로써 수처리 공정을 단순화시키고, 이러한 공정의 단순화에 따라 전력사용량을 절감시킬 수 있게 된다.
오존 발생기(230)는 도 6의 a) 및 b)와 같이, 상기 침지식 처리탱크(220)에 오존을 발생시켜 공급한다. 이때, 상기 오존 발생기(230)에 의해 생성된 오존은 오존 공급관(231)을 통해 상기 침지식 처리탱크(220)에 형성된 제1 오존 주입 및 처리수 배출구(226)를 통해 상기 침지식 처리탱크(220)에 공급된다.
처리수 탱크(240)는 도 6의 a) 및 b)와 같이, 상기 침지식 처리탱크(220)에 의해 처리된 처리수가 저장되며, 상기 침지식 처리탱크(220)의 세정을 위해 역세수(Back-wash Water)를 공급한다. 이때, 상기 처리수는 처리수 공급관을 통해 배출되고, 자흡식 펌프(260)에 의해 상기 처리수 탱크(240)에 형성된 처리수 공급구(241)를 통해 처리수 탱크(240)에 집수된다. 또한, 상기 처리수 탱크(240)에 저장된 일부 처리수는 역세수 공급구(242) 및 역세수 공급관(271,272)을 통해 배출되고, 역세 펌프(270)에 의해 상기 침지식 처리탱크(220)의 세정을 위해 공급된다.
자흡식 펌프(260)는 상기 침지식 처리탱크(220)의 일측 또는 타측에서 처리된 처리수를 자흡식(Self Priming)으로 상기 처리수 탱크(240)에 공급한다.
역세 펌프(270)는 도 6의 a) 및 b)와 같이, 상기 침지식 처리탱크(220)의 세정을 위한 역세수로서 상기 처리수 탱크(240)에 저장된 처리수를 상기 침지식 처리탱크(220)의 일측 또는 타측에 공급한다. 예를 들면, 제1 역세수 공급관(271)을 통해 상기 침지식 처리탱크(220)의 타측에 역세수를 공급하며, 제2 역세수 공급관(272)을 통해 상기 침지식 처리탱크(220)의 타측에 역세수를 공급할 수 있다.
제1 개폐 밸브(280a)는 도 6의 a) 및 b)와 같이, 상기 오존 발생기(230) 및 상기 침지식 처리탱크(220)의 일측 사이에 설치되어 상기 오존 발생기(230)의 오존의 공급 및 상기 침지식 처리탱크(220)의 타측에서 처리된 처리수의 공급을 제어하도록 개폐된다.
제2 개폐 밸브(280b)는 도 6의 a) 및 b)와 같이, 상기 오존 발생기(230) 및 상기 침지식 처리탱크(220)의 타측 사이에 설치되어 상기 오존 발생기(230)의 오존의 공급 및 상기 침지식 처리탱크(220)의 일측에서 처리된 처리수의 공급을 제어하도록 개폐된다.
이에 따라, 상기 침지식 처리탱크(220) 내에서 오존이 상기 제1 세라믹 분리막(224) 또는 제2 세라믹 분리막(225)의 공극을 통해 미세기포 형태로 원수와 접촉하며, 상기 미세기포가 오존과 원수의 접촉면적을 최대화하며, 상기 교차 배치된 제1 및 제2 세라믹 분리막(224, 225)은 유기물 및 오염물질을 분해함과 동시에, 상기 역세수에 의해 상기 제1 및 제2 세라믹 분리막(224, 225)에 부착되는 오염물질을 억제할 수 있다.
한편, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 분리막의 막여과 공정과 오존 산화반응 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리 장치에서 일측 세라믹 분리막 세트과 타측 분리막 세트의 동작을 구체적으로 설명하기 위한 도면으로서, 도 7의 a)는 제1 및 제2 개폐 밸브(280a, 280b)가 각각 양방향 밸브(281a, 281b)로 구현된 경우를 나타내며, 도 7의 b)는 제1 및 제2 개폐 밸브(280a, 280b)가 각각 삼방향 밸브(282a, 282b)로 구현된 경우를 나타낸다.
도 7의 a) 및 b)에 도시된 바와 같이, A 분리막 세트에서 오존이 주입될 때 B 분리막 세트에서는 여과가 되는 방식이고, 일정 시간 후 역할을 교대하여 수행한다. 이때, 오존 가스를 이용하여 막 공극과 표면에 쌓인 유기오염물질을 제거함과 동시에 침지식 처리탱크(220) 내 원수의 유기물질도 동시에 제거할 수 있다.
이때, 지속적인 세척을 통해 세라믹 분리막의 투과성능이 높은 상태로 유지하면서 운전이 가능하여 동시간 운전대비 많은 생산수량을 확보할 수 있다.
구체적으로, A 구간에서, 좌측에서는 기포형 오염방지제를 주입하는 밸브를 열고 자흡식 펌프와 연결된 제1 개폐 밸브를 잠가 오염방지제를 주입하고 우측에서는 자흡식 펌프와 연결된 제2 개폐 밸브를 열고 오염방지제를 주입하는 제1 개폐 밸브를 닫아 침지식 처리탱크(220) 내의 물을 빨아들여 물을 여과하며, 예를 들면, 10분이 경화한 후 B로 진행한다.
또한, B 구간에서, 좌측에서는 펌프와 연결된 제1 개폐 밸브를 열고 우측에서는 오염방지제를 주입하는 제2 개폐 밸브를 열어 왼쪽에서는 여과수를 생산하고 우측에서는 오염방지제를 주입한다. 이러한 A와 B를 주기적으로 반복하여 사용한다.
한편, 도 8a는 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 분리막의 막여과 공정과 오존 산화반응 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리 장치에서 침지식 처리탱크 내의 동작을 예시하는 도면이고, 도 8b는 시간당 플럭스를 예시하는 도면이다.
본 발명의 세라믹 분리막의 막여과 공정과 오존 산화반응 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리 장치가 도 4a에 도시된 바와 같이, 일방향 수처리 장치일 경우에는 도 4b에 도시된 바와 같이, 시간당 플럭스가 시간 경과에 따라 감소하는 것을 알 수 있다.
이에 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 분리막의 막여과 공정과 오존 산화반응 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리 장치에서 침지식 처리탱크는,
도 8a에 도시된 바와 같이, 양방향 수처리 장치이기 때문에, 도 8b에 도시된 바와 같이, 시간당 플럭스가 시간 경과에 따라 감소하지 않고 상승 및 하강하면서 유지되는 것을 알 수 있다.
한편, 도 9a는 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 분리막의 막여과 공정과 오존 산화반응 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리 장치에서 오존과 공기역세척으로 발생하는 수투과도 회복을 비교하여 나타내는 도면이고, 도 9b는 공세, 오존역세, 계외세정의 분리막 회복률을 비교하여 나타내는 도면이다.
아직까지 오존을 사용한 분리막 역세척에 대한 연구는 거의 되어있지 않으며, 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 분리막의 막여과 공정과 오존 산화반응 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리 장치(200)를 적용하면, 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 역세척을 통해 기존 공세 방식보다 더 많은 양의 오염물질을 제거 가능한 것으로 실험결과 나타났다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 분리막의 막여과 공정과 오존 산화반응 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리 장치(200)의 경우, 여과와 역세의 교차운전을 통해 세라믹 분리막을 깨끗하게 유지할 수 있어 기존 공정대비 보다 긴 여과수명을 확보할 수 있으며, 이는 분리막 교체, 생산수량 등의 경제성 측면에서 유리하다. 또한, 오존 역세척 방식을 통해 화학약품 사용량을 절감함과 동시에 시간대비 효율적인 세척이 가능하므로 더 많은 수량을 생산할 수 있다.
본 발명의 오존 UV 반응조(290)는, 도 6의 a) 및 b)와 같이, 본 발명이 세라믹 분리막을 이용한 침지식 막여과 공정의 침지식 처리 탱크 및 오존 산화반응 공정의 오존 UV 반응 탱크를 결합하여 일체화시킴에 나아가, 침지식 처리 탱크(220)에서 남은 오존이 공급되어 배오존을 처리하면서, 원수도 함께 공급되어 UV(자외선)를 이용하여 원수의 유기물을 추가적으로 제거하기 위한 것이다.
이에 본 발명의 UV 오존 순환형 산화반응 공정과 세라믹 분리막의 막여과 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리 장치(200)는 UV 오존 순환형 산화반응 공정의 오존 UV 반응조(290)가 함께 결합된다.
이러한 오존 UV 반응조(290)는 침지식 처리 탱크(220)의 배오존공급구(229)와 배오존 공급관을 통해 배오존이 유입되고, 원수탱크(210)로부터 원수가 함께 유입되고 서로 혼합되어, 오존 UV 반응조(290)에 내부에 설치된 UV램프에 의하여 배오존은 수산화라디칼(·OH)로 변화되어, 원수의 유기물을 수산화라디칼(·OH)이 산화시키게 된다.
이에 유기물이 산화된 원수는 침지식 처리 탱크(220)로 공급되고, 오존은 최종 배출시키게 된다.
이를 위해 도 10과 같이, 상기 오존 UV 반응조(290)는 오존 UV 반응 탱크(291), 나선형 순환부(292), UV램프(293), 오존배출구(294), 상부덮개(295), 원수배출구(296)를 포함하게 된다.
즉, 오존 UV 반응 탱크(291)는 도 10과 같이 상부덮개에 의하여 상부가 폐색된 원통형 몸통부로 형성된 탱크로서, 하부로는 원수와 침지식 처리 탱크(220)의 배오존공급구(229)와 배오존 공급관을 통해 배오존이 함께 원수공급구(291a)와 배오존공급구(291b)가 형성된다.
또한 상부덮개에는 UV램프(293)에 의하여 수산화라디칼(·OH)로 변화된 배오존으로부터 형성된 오존이 배출될 수 있도록 오존배출구(294)가 형성되고, 상부덮개(295)의 중앙에 설치된 고정브라켓을 이용하여 UV램프(293)가 중앙부에 다수가 하방으로 연장되며 상단은 전원공급을 위해 외부로 노출되도록 설치됨을 알 수 있다.
이러한 오존 UV 반응 탱크(291)는 외부면을 따라 상방으로 나선형 순환부(292)가 형성되며 오존 UV 반응 탱크(291)의 내부는 중앙수직공간이 형성되어 UV램프(293)가 설치됨을 알 수 있다.
이러한 나선형 순환부(292)는 공급된 배오존과 원수가 서로 혼합되어 반응하는 시간을 연장하는 효과를 위한 것으로서, 결국 서로 혼합된 배오존과 원수는 나선형 순환부(292)을 따라 상방으로 월류되어 중앙수직공간을 경유하여 하방으로 흐르게 된다.
이와 같이 하방으로 흐르는 과정에서 중앙수직공간에 설치된 UV램프(293)에 의하여 원수의 유기물은 산화되고, 오존 UV 반응 탱크(291)의 내측 하부에서 다시 나선형 순환부(292)를 따라 재순환되며, 나선형 순환부(292) 상부의 월류부를 통해 오존은 오존배출구(294)를 통해 배출되고, 유기물이 산화된 오존은 원수배출구(296)를 통해 침지식 처리 탱크(220)로 공급된다.
이에 침지식 처리 탱크(220)에서 처리해야 하는 오존량을 감소시킬 수 있어 오존 처리를 위한 에너지와 환경영향을 최소화시킬 수 있게 되고, 원수는 유기물이 처리되어 침지식 처리 탱크(220)의 세라믹 분리막에 가해지는 부담이 작아지기 때문에 막오염을 감소시킬 수 있어 처리수 생산량을 증가시킬 수 있어, 내구연한이 길어지고, 세척약품도 감소시킬 수 있어 경제성을 확보할 수 있게 된다.
[UV 오존 순환형 산화반응 공정과 세라믹 분리막의 막여과 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리방법]
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 UV 오존 순환형 산화반응 공정과 세라믹 분리막의 막여과 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리방법의 동작흐름도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 분리막의 막여과 공정과 오존 산화반응 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리 방법은, 먼저, 원수 탱크(210) 내의 원수를 침지식 처리 탱크(220)로 공급한다(S110).
여기서, 상기 침지식 처리탱크(220)는 세라믹 분리막을 이용한 침지식 막여과 공정의 침지식 처리탱크와 오존 산화반응의 오존 처리탱크, 오존 UV 반응 탱크가 일체화된 처리탱크이다.
다음으로, 제1 및 제2 개폐 밸브(280a, 280b)의 개폐에 대응하여 오존 발생기(230)에서 발생된 오존을 상기 침지식 처리 탱크(220)로 공급한다(S120).
이때, 기포형 오염방지제를 주입한다. 여기서, 상기 제1 및 제2 개폐 밸브(280a, 280b)는 각각 양방향 밸브 또는 삼방향 밸브일 수 있다.
다음으로, 상기 침지식 처리 탱크(220) 내의 제1 세라믹 분리막(224)을 이용한 오존 산화반응 공정 및 제2 세라믹 분리막(225)을 이용한 침지식 막여과 공정을 수행하여 처리수(또는 생산수)를 생성한다(S130).
구체적으로, 상기 침지식 처리탱크(220)는, 침지식 처리탱크 본체(221); 상기 침지식 처리탱크 본체(221)의 일측에 결합되는 제1 패널(222); 상기 침지식 처리탱크 본체(221)의 타측에 상기 제1 패널(222)에 대향되도록 결합되는 제2 패널(223); 소정 간격으로 배치되는 다수의 세라믹 분리막으로서,
상기 오존 발생기(230)로부터 주입되는 오존을 원수에 접촉시킬 수 있도록 상기 제1 패널(222)의 측면에 결합되며, 미세기포를 발생시켜 유기물 및 오염물질을 분해시키는 제1 세라믹 분리막(224); 상기 제1 세라믹 분리막(224)과 교차 배열되는 다수의 세라믹 분리막으로서, 막여과 공정을 위해 상기 제2 패널(223)의 측면에 수직 방향으로 결합되며, 상기 제1 세라믹 분리막(224)과 일정 간격의 배치를 통하여 상기 원수를 막여과 처리함으로써 막오염 물질의 부착을 억제시키는 제2 세라믹 분리막(225); 상기 오존 발생기(230)에 의해 생성된 오존을 상기 침지식 처리탱크(220)의 일측에 주입할 수 있도록 상기 제1 패널(222)의 중앙부에 형성되고, 막여과 공정에서 제1 및 제2 세라믹 분리막(224, 225)에 의해 처리된 처리수를 배출하며, 세정 공정에서 상기 침지식 처리탱크(220)의 세정을 위해 역세수가 유입되는 제1 오존 주입 및 처리수 배출구(226); 상기 오존 발생기(230)에 의해 생성된 오존을 상기 침지식 처리탱크(220)의 타측에 주입할 수 있도록 상기 제2 패널(223)의 중앙부에 형성되며, 막여과 공정에서 상기 제1 및 제2 세라믹 분리막(224, 225)에 의해 처리된 처리수를 배출하며, 세정 공정에서 상기 침지식 처리탱크(220)의 세정을 위해 역세수가 유입되는 제2 오존 주입 및 처리수 배출구(227); 및 상기 원수 공급펌프(250)에 의해 공급되는 원수를 상기 침지식 처리탱크(220) 내에 공급할 수 있도록 상기 침지식 처리탱크 본체(221)의 일측에 형성되는 원수 공급구(228)를 포함한다.
이때, 상기 제1 세라믹 분리막(224) 및 제2 세라믹 분리막(225)은 동일한 재질의 세라믹 분리막을 사용할 수 있도록 하되, 서로 교차 배열되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1 세라믹 분리막(224) 및 제2 세라믹 분리막(225)은 수직 방향으로 교차 설치되거나 또는 수평 방향으로 교차 설치될 수 있다. 또한, 상기 제1 패널(222), 제2 패널(223), 제1 세라믹 분리막(224) 및 제2 세라믹 분리막(225)은 일체화된 카세트 형태로 제작되는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 처리수를 저장하는 처리수 탱크(240)가 상기 침지식 처리 탱크(220)로 역세수를 공급하여 상기 제2 세라믹 분리막(225)을 세정한다(S140).
다음으로, 설정 시간에 따라 오존 공급과 처리수 배출을 위해 상기 제1 및 제2 개폐 밸브(280a, 280b)를 절환시킨다(S150).
다음으로, 상기 침지식 처리 탱크(220) 내의 상기 제2 세라믹 분리막(225)을 이용한 오존 산화반응 공정 및 상기 제1 세라믹 분리막(224)을 이용한 침지식 막여과 공정을 수행하여 처리수(또는 생산수)를 생성한다(S160).
다음으로, 상기 처리수를 저장하는 처리수 탱크(240)가 상기 침지식 처리 탱크(220)로 역세수를 공급하여 상기 제1 세라믹 분리막(224)을 세정한다(S170). 후속적으로, 전술한 단계를 반복하여 수행한다.
이에 따라, 상기 침지식 처리탱크(220) 내에서 오존이 상기 제1 세라믹 분리막(224) 또는 제2 세라믹 분리막(225)의 공극을 통해 미세기포 형태로 원수와 접촉하며, 상기 미세기포가 오존과 원수의 접촉면적을 최대화하며, 상기 교차 배치된 제1 및 제2 세라믹 분리막(224, 225)은 유기물 및 오염물질을 분해함과 동시에, 상기 역세수에 의해 상기 제1 및 제2 세라믹 분리막(224, 225)에 부착되는 오염물질을 억제할 수 있다.
또한, 침지식 처리탱크(220)로부터 배오존이 원수와 함께 오존 UV 반응조(290)로 공급되고, 상기 오존 UV 반응조(290)는 오존 UV 반응 탱크(291), 나선형 순환부(292), UV램프(293), 오존배출구(294), 상부덮개(295), 원수배출구(296)를 포함하여 원수의 유기물을 상화시키고, 배오존은 최종 오존으로 배출되도록 하게 된다.
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 처리하고자 하는 수처리 장치의 목적 및 처리 능력에 따라 다양하게 활용할 수 있다. 예를 들면, 생산수(또는 처리수) 수질에 따라 다양하게 사용할 수 있으며, 집단주거단지 내 잡배수(gray water)를 원수로 적용할 경우, 생산수 또는 처리수를 단지 내 청소용수 또는 조경용수로 사용할 수 있으며, 또한, 미세먼지 저감을 위한 전용 용수로도 사용할 수 있다. 또한, 막여과 공정 효율 증대 및 실증화 단계 부지면적을 감소시킬 수 있다.
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. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
200: 일체형 양방향 수처리 장치
210: 원수탱크 220: 침지식 처리탱크
221: 침지식 처리탱크 본체 222: 제1 패널
223: 제2 패널 224: 제1 세라믹 분리막
225: 제2 세라믹 분리막 226: 제1 오존 주입 및 처리수 배출구
227: 제2 오존 주입 및 처리수 배출구
228: 원수 공급구 229: 배오존공급구
230: 오존 발생기 231: 오존 공급관
240: 처리수 탱크
241: 처리수 공급구 242: 역세수 공급구
250: 원수 공급펌프 260: 자흡식 펌프
270: 역세 펌프
271: 제1 역세수 공급관 272: 제2 역세수 공급관
280a: 제1 개폐 밸브 280b: 제2 개폐 밸브
281a, 281b: 양방향 밸브 282a, 282b: 삼방향 밸브
290: 오존 UV 반응조 291: 오존 UV 반응 탱크
291a: 원수공급구 291b: 배오존공급구
292: 나선형 순환부
293: UV램프 294: 오존배출구
295: 상부덮개 296: 원수배출구
210: 원수탱크 220: 침지식 처리탱크
221: 침지식 처리탱크 본체 222: 제1 패널
223: 제2 패널 224: 제1 세라믹 분리막
225: 제2 세라믹 분리막 226: 제1 오존 주입 및 처리수 배출구
227: 제2 오존 주입 및 처리수 배출구
228: 원수 공급구 229: 배오존공급구
230: 오존 발생기 231: 오존 공급관
240: 처리수 탱크
241: 처리수 공급구 242: 역세수 공급구
250: 원수 공급펌프 260: 자흡식 펌프
270: 역세 펌프
271: 제1 역세수 공급관 272: 제2 역세수 공급관
280a: 제1 개폐 밸브 280b: 제2 개폐 밸브
281a, 281b: 양방향 밸브 282a, 282b: 삼방향 밸브
290: 오존 UV 반응조 291: 오존 UV 반응 탱크
291a: 원수공급구 291b: 배오존공급구
292: 나선형 순환부
293: UV램프 294: 오존배출구
295: 상부덮개 296: 원수배출구
Claims (12)
- 하수 또는 오폐수를 포함하는 원수가 저장되는 원수탱크(210);
교차 배치되는 제1 세라믹 분리막(224) 및 제2 세라믹 분리막(225)을 포함하며, 상기 원수탱크(210)로부터 원수를 공급받아 상기 제1 세라믹 분리막(224)을 이용한 오존 산화반응 공정과 상기 제2 세라믹 분리막(225)을 이용한 침지식 막여과 공정이 함께 이루어지는 침지식 처리탱크(220);
상기 침지식 처리탱크(220)의 일측 또는 타측에 오존을 발생시켜 공급하는 오존 발생기(230);
상기 침지식 처리탱크(220)에 의해 처리된 처리수가 저장되며, 상기 침지식 처리탱크(220)의 세정을 위해 역세수(Back-wash)를 공급하는 처리수 탱크(240); 및
침지식 처리 탱크(220)의 배오존공급구(229)와 배오존 공급관을 통해 배오존이 유입되고, 원수탱크(210)로부터 원수가 함께 유입되어 서로 혼합되어, 오존 UV 반응조(290)에 내부에 설치된 UV램프에 의하여 배오존은 수산화라디칼(·OH)로 변화되어 원수의 유기물을 수산화라디칼(·OH)이 산화시켜, 유기물이 산화된 원수는 침지식 처리 탱크(220)로 공급되고, 오존은 최종 배출되도록 하는 오존 UV 반응조(290);를 포함하되, 상기 오존 발생기(230) 및 상기 침지식 처리탱크(220)의 일측 사이에 설치되어 오존 발생기(230)의 오존의 공급 및 침지식 처리탱크(220)의 타측에서 처리된 처리수의 공급을 제어하도록 개폐되는 제1 개폐 밸브(280a); 및 상기 오존 발생기(230) 및 상기 침지식 처리탱크(220)의 타측 사이에 설치되어 오존 발생기(230)의 오존의 공급 및 침지식 처리탱크(220)의 일측에서 처리된 처리수의 공급을 제어하도록 개폐되는 제2 개폐 밸브(280b)를 포함하되, 상기 침지식 처리탱크(220)는 세라믹 분리막을 이용한 침지식 막여과 공정의 침지식 처리탱크와 오존 산화반응의 오존 처리탱크가 일체화된 처리탱크인 UV 오존 순환형 산화반응 공정과 세라믹 분리막의 막여과 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리 장치, - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 침지식 처리탱크(220) 내에서 오존이 상기 제1 세라믹 분리막(224) 또는 제2 세라믹 분리막(225)의 공극을 통해 미세기포 형태로 원수와 접촉하며, 상기 미세기포가 오존과 원수의 접촉면적을 최대화하며, 상기 교차 배치된 제1 및 제2 세라믹 분리막(224, 225)은 유기물 및 오염물질을 분해함과 동시에, 상기 역세수에 의해 상기 제1 및 제2 세라믹 분리막(224, 225)에 부착되는 오염물질을 억제하는 UV 오존 순환형 산화반응 공정과 세라믹 분리막의 막여과 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리 장치, - 제1항에 있어서,
상기 원수탱크(210)에 저장된 원수를 상기 침지식 처리탱크(220)에 공급하는 원수 공급펌프(250);
상기 침지식 처리탱크(220)의 일측 또는 타측에서 처리된 처리수를 자흡식(Self Priming)으로 상기 처리수 탱크(240)에 공급하는 자흡식 펌프(260); 및
상기 침지식 처리탱크(220)의 세정을 위한 역세수로서 상기 처리수 탱크(240)에 저장된 처리수를 상기 침지식 처리탱크(220)의 일측 또는 타측에 공급하는 역세 펌프(270)를 추가로 포함하는 UV 오존 순환형 산화반응 공정과 세라믹 분리막의 막여과 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리 장치, - 제4항에 있어서, 상기 침지식 처리탱크(220)는,
침지식 처리탱크 본체(221);
상기 침지식 처리탱크 본체(221)의 일측에 결합되는 제1 패널(222);
상기 침지식 처리탱크 본체(221)의 타측에 상기 제1 패널(222)에 대향되도록 결합되는 제2 패널(223);
소정 간격으로 배치되는 다수의 세라믹 분리막으로서, 상기 오존 발생기(230)로부터 주입되는 오존을 원수에 접촉시킬 수 있도록 상기 제1 패널(222)의 측면에 결합되며, 미세기포를 발생시켜 유기물 및 오염물질을 분해시키는 제1 세라믹 분리막(224); 및
상기 제1 세라믹 분리막(224)과 교차 배열되는 다수의 세라믹 분리막으로서, 막여과 공정을 위해 상기 제2 패널(223)의 측면에 수직 방향으로 결합되며, 상기 제1 세라믹 분리막(224)과 일정 간격의 배치를 통하여 상기 원수를 막여과 처리함으로써 막오염 물질의 부착을 억제시키는 제2 세라믹 분리막(225)을 포함하는 UV 오존 순환형 산화반응 공정과 세라믹 분리막의 막여과 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리 장치, - 제5항에 있어서,
상기 제1 세라믹 분리막(224) 및 제2 세라믹 분리막(225)은 서로 교차 배열되거나, 상기 제1 세라믹 분리막(224) 및 제2 세라믹 분리막(225)은 수직 방향으로 교차 설치되거나 또는 수평 방향으로 교차 설치되는 UV 오존 순환형 산화반응 공정과 세라믹 분리막의 막여과 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리 장치, - 제5항에 있어서,
상기 침지식 처리탱크(220)는,
상기 오존 발생기(230)에 의해 생성된 오존을 상기 침지식 처리탱크(220)의 일측에 주입할 수 있도록 상기 제1 패널(222)의 중앙부에 형성되고, 막여과 공정에서 제1 및 제2 세라믹 분리막(224, 225)에 의해 처리된 처리수를 배출하며, 세정 공정에서 상기 침지식 처리탱크(220)의 세정을 위해 역세수가 유입되는 제1 오존 주입 및 처리수 배출구(226);
상기 오존 발생기(230)에 의해 생성된 오존을 상기 침지식 처리탱크(220)의 타측에 주입할 수 있도록 상기 제2 패널(223)의 중앙부에 형성되며, 막여과 공정에서 상기 제1 및 제2 세라믹 분리막(224, 225)에 의해 처리된 처리수를 배출하며, 세정 공정에서 상기 침지식 처리탱크(220)의 세정을 위해 역세수가 유입되는 제2 오존 주입 및 처리수 배출구(227); 및
상기 원수 공급펌프(250)에 의해 공급되는 원수를 상기 침지식 처리탱크(220) 내에 공급할 수 있도록 상기 침지식 처리탱크 본체(221)의 일측에 형성되는 원수 공급구(228)를 추가로 포함하는 UV 오존 순환형 산화반응 공정과 세라믹 분리막의 막여과 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리 장치, - 제5항에 있어서,
상기 제1 패널(222), 제2 패널(223), 제1 세라믹 분리막(224) 및 제2 세라믹 분리막(225)은 일체화된 카세트 형태로 제작되는 UV 오존 순환형 산화반응 공정과 세라믹 분리막의 막여과 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리 장치, - 제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 개폐 밸브(280a, 280b)는 각각 양방향 밸브(Twoway Valve) 또는 삼방향 밸브(Threeway valve)인 UV 오존 순환형 산화반응 공정과 세라믹 분리막의 막여과 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리 장치, - a) 원수 탱크(210) 내의 원수를 침지식 처리 탱크(220)로 공급하는 단계;
b) 제1 및 제2 개폐 밸브(280a, 280b)의 개폐에 대응하여 오존 발생기(230)에서 발생된 오존을 상기 침지식 처리 탱크(220)로 공급하는 단계;
c) 상기 침지식 처리 탱크(220) 내의 제1 세라믹 분리막(224)을 이용한 오존 산화반응 공정 및 제2 세라믹 분리막(225)을 이용한 침지식 막여과 공정을 수행하여 처리수를 생성하는 단계;
d) 상기 처리수를 저장하는 처리수 탱크(240)가 상기 침지식 처리 탱크(220)로 역세수를 공급하여 상기 제2 세라믹 분리막(225)을 세정하는 단계;
e) 설정 시간에 따라 오존 공급과 처리수 배출을 위해 상기 제1 및 제2 개폐 밸브(280a, 280b)를 절환키는 단계;
f) 상기 침지식 처리 탱크(220) 내의 상기 제2 세라믹 분리막(225)을 이용한 침지식 막여과 공정 및 상기 제1 세라믹 분리막(224)을 이용한 오존 산화반응 공정을 수행하여 처리수(또는 생산수)를 생성하는 단계; 및
g) 상기 처리수를 저장하는 처리수 탱크(240)가 상기 침지식 처리 탱크(220)로 역세수를 공급하여 상기 제1 세라믹 분리막(224)을 세정하는 단계를 포함하되,
상기 f) 단계는, 침지식 처리 탱크(220)의 배오존공급구(229)와 배오존 공급관을 통해 배오존이 유입되고, 원수탱크(210)로부터 원수가 함께 유입되어 서로 혼합되어, 오존 UV 반응조(290)에 내부에 설치된 UV램프에 의하여 배오존은 수산화라디칼(·OH)로 변화되어 원수의 유기물을 수산화라디칼(·OH)이 산화시켜, 유기물이 산화된 원수는 침지식 처리 탱크(220)로 다시 공급되고, 오존은 최종 배출되도록 하는 오존 UV 반응조(290)에 의한 오존 UV 반응공정을 포함하며,
상기 b)단계의 제1 개폐 밸브(280a)는 상기 오존 발생기(230) 및 상기 침지식 처리탱크(220)의 일측 사이에 설치되어 오존 발생기(230)의 오존의 공급 및 상기 침지식 처리탱크(220)의 타측에서 처리된 처리수의 공급을 제어하도록 개폐되고, 상기 b)단계의 제2 개폐 밸브(280b)는 상기 오존 발생기(230) 및 상기 침지식 처리탱크(220)의 타측 사이에 설치되어 오존 발생기(230)의 오존의 공급 및 상기 침지식 처리탱크(220)의 일측에서 처리된 처리수의 공급을 제어하도록 개폐되고, 상기 침지식 처리탱크(220)는 세라믹 분리막을 이용한 침지식 막여과 공정의 침지식 처리탱크와 오존 산화반응의 오존 처리탱크가 일체화된 처리탱크인 UV 오존 순환형 산화반응 공정과 세라믹 분리막의 막여과 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리방법. - 제 10항에 있어서,
상기 b) 단계의 침지식 처리탱크(220)는,
침지식 처리탱크 본체(221);
상기 침지식 처리탱크 본체(221)의 일측에 결합되는 제1 패널(222);
상기 침지식 처리탱크 본체(221)의 타측에 상기 제1 패널(222)에 대향되도록 결합되는 제2 패널(223);
소정 간격으로 배치되는 다수의 세라믹 분리막으로서, 상기 오존 발생기(230)로부터 주입되는 오존을 원수에 접촉시킬 수 있도록 상기 제1 패널(222)의 측면에 결합되며, 미세기포를 발생시켜 유기물 및 오염물질을 분해시키는 제1 세라믹 분리막(224); 및
상기 제1 세라믹 분리막(224)과 교차 배열되는 다수의 세라믹 분리막으로서, 막여과 공정을 위해 상기 제2 패널(223)의 측면에 수직 방향으로 결합되며, 상기 제1 세라믹 분리막(224)과 일정 간격의 배치를 통하여 상기 원수를 막여과 처리함으로써 막오염 물질의 부착을 억제시키는 제2 세라믹 분리막(225)을 포함하는 UV 오존 순환형 산화반응 공정과 세라믹 분리막의 막여과 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리방법. - 제11항에 있어서,
상기 침지식 처리탱크(220)는,
상기 오존 발생기(230)에 의해 생성된 오존을 상기 침지식 처리탱크(220)의 일측에 주입할 수 있도록 상기 제1 패널(222)의 중앙부에 형성되고, 막여과 공정에서 제1 및 제2 세라믹 분리막(224, 225)에 의해 처리된 처리수를 배출하며, 세정 공정에서 상기 침지식 처리탱크(220)의 세정을 위해 역세수가 유입되는 제1 오존 주입 및 처리수 배출구(226);
상기 오존 발생기(230)에 의해 생성된 오존을 상기 침지식 처리탱크(220)의 타측에 주입할 수 있도록 상기 제2 패널(223)의 중앙부에 형성되며, 막여과 공정에서 상기 제1 및 제2 세라믹 분리막(224, 225)에 의해 처리된 처리수를 배출하며, 세정 공정에서 상기 침지식 처리탱크(220)의 세정을 위해 역세수가 유입되는 제2 오존 주입 및 처리수 배출구(227); 및
원수 공급펌프(250)에 의해 공급되는 원수를 상기 침지식 처리탱크(220) 내에 공급할 수 있도록 상기 침지식 처리탱크 본체(221)의 일측에 형성되는 원수 공급구(228)를 추가로 포함하는 UV 오존 순환형 산화반응 공정과 세라믹 분리막의 막여과 공정이 결합된 일체형 양방향 수처리방법.
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| KR101932028B1 (ko) * | 2018-05-08 | 2018-12-24 | 한국산업기술시험원 | 분리막 생물반응기 및 이를 포함하는 수처리장치 |
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2021
- 2021-05-13 KR KR1020210061823A patent/KR102474264B1/ko active IP Right Grant
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