KR102628923B1 - 개량된 농축수 순환 공급구조를 갖는 고회수율의 역삼투멤브레인형 산업용 정수시스템 - Google Patents

개량된 농축수 순환 공급구조를 갖는 고회수율의 역삼투멤브레인형 산업용 정수시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 개량된 농축수 순환 공급구조를 갖는 고회수율의 역삼투(Reverse Osmosis, 이하 RO라 약함) 멤브레인형 산업용 정수시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 역삼투 멤브레인 카트리지들에 원수를 투과하여 정수와 농축수를 분리하고, 상기 정수가 분리된 농축수를 원수로 희석하여 역삼투 멤브레인 카트리지에 순환 공급하여 역삼투 여과처리함으로써, 농축수의 발생을 최소화하여 정수의 회수률이 향상되도록 한 개량된 농축수 순환 공급구조를 갖는 고회수율의 역삼투 멤브레인형 산업용 정수시스템에 관한 것이다.

Description

개량된 농축수 순환 공급구조를 갖는 고회수율의 역삼투 멤브레인형 산업용 정수시스템{High recovery rate reverse osmosis membrane type industrial water purification system with improved concentrated water circulation supply structure}
본 발명은 개량된 농축수 순환 공급구조를 갖는 고회수율의 역삼투(Reverse Osmosis, 이하 RO라 약함) 멤브레인형 산업용 정수시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 역삼투 멤브레인 카트리지들에 원수를 투과하여 정수와 농축수를 분리하고, 상기 정수가 분리된 농축수를 원수로 희석하여 역삼투 멤브레인 카트리지에 순환 공급하여 역삼투 여과처리함으로써, 농축수의 발생을 최소화하여 정수의 회수률이 향상되도록 한 개량된 농축수 순환 공급구조를 갖는 고회수율의 역삼투 멤브레인형 산업용 정수시스템에 관한 것이다.
최근 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 정수시스템은, 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.
한편, 본 발명자는 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 하는 병렬구조 멤브레인의 회분식 및 연속식 운전의 최적화를 통한 고회수율 역삼투 재이용 시스템을 제안한 바 있다.
상기 고회수율 역삼투 재이용 시스템은, 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.
그런데, 역삼투 이온 처리유닛에서 회수된 농축수를 원수로 희석하여 역삼투 이온 처리유닛에 재공급함에 있어, 상기 농축수에는 다량의 공기가 잔류하고, 상기 농축수가 순환을 반복하면 공기의 잔류량이 증가한다.
이와 같이 농축수에 다량 혼입된 공기에 의해 농축수 순환 공급부의 순환펌프에 의한 농축수의 순환 공급효율이 저하되는 현상이 야기되고, 또 순환펌프의 수명을 단축하는 문제점이 야기된다.
그리고, 상기 다량의 공기가 혼입된 농축수를 희석한 원수가 역삼투 이온 처리부에 재공급되면, 상기 역삼투 이온 처리부를 구성하는 역삼투 멤브레인 카트리지의 역삼투층에 공기가 잔류하여 투수 여과면적을 감소하여 역삼투 멤브레인 카트리지의 정수효율과 수명이 저감 단축되고, 또 공기에 의한 케비테이션(cavitation) 현상에 의해 배관들의 물리적인 내구성이 약화와 소음을 야기한다.
KR 제10-1026734호 KR 제10-2021-0004384호 KR 제10-1998-0016045호 KR 제10-2019-0043588호
상기한 문제점을 해소하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 역삼투 멤브레인 카트리지들를 투과하는 과정에 다량의 공기가 혼입된 농축수의 잔류 공기를 신속히 제거하여, 순환펌프에 의한 농축수의 순환 공급효율과 역삼투 멤브레인 카트리지의 정수 효율을 지속적으로 유지되도록 한 개량된 농축수 순환 공급구조를 갖는 고회수율의 역삼투 멤브레인형 산업용 정수시스템을 제공함에 있다.
상기한 목적은, 본 발명에서 제공되는 하기 구성에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 개량된 농축수 순환 공급구조를 갖는 고회수율의 역삼투 멤브레인형 산업용 정수시스템은,
역삼투실이 형성된 중공의 베셀과, 상기 베셀에 형성된 역삼투실에 직렬로 정렬하여 배치되어 원수 급수부를 통해 역삼투실 내로 급수되는 원수에 잔류된 이온을 제거하는 복수의 역삼투 멤브레인 카트리지를 포함하여 구성되어, 정수와 농축수를 분리하여 배수하는 역삼투 이온 처리부와; 상기 각 역삼투 이온 처리부에 원수를 급수하는 원수 급수부; 및 상기 역삼투 이온 처리부에서 배수되는 농축수를 회수하고 상기 회수되는 농축수를 원수 급수부에 의해 급수되는 원수로 희석하여 역삼투 이온 처리부에 재급수하는 농축수 재순환공급부를 포함하여 구성되고,
상기 베셀에 형성된 역삼투실은, 역삼투 멤브레인 카트리지가 직렬로 정렬하여 배치되는 카트리지 배치공간과, 상기 카트리지 배치공간의 측부에 연통되게 형성되어 멤브레인 카트리지가 배치된 카트리지 배치공간에서 유입된 농축수를 평활하여 잔류된 공기들을 포집하는 농축수 평활공간을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 농축수 평활공간에 배치되어 카트리지 배치공간에 직렬로 정렬된 역삼투 멤브레인 카트리지의 측부를 지지하여 역삼투 멤브레인 카트리지들이 카트리지 배치공간에 직렬로 밀착되게 정렬되도록 하는 카트리지 지지틀을 더 포함하여 구성된다.
보다 바람직하게는, 상기 농축수 평활공간에는 상기 농축수 평활공간을 기수 배출포트가 형성된 상층부와 농축수 배수포트가 형성된 하층부로 상하 구획하며 복수의 타공들이 형성된 기수 분리막이 배치된다.
그리고, 상기 기수 배출포트를 따라 배출되는 공기를 혼입한 농축수를 설정수위로 저수하여 농축수와 공기 사이의 비중 편차에 의해 농축수와 공기를 상하 분리하는 기수 분리트랩을 포함하는 기수 분리 포집부를 더 포함하여 구성된다.
또한, 상기 농축수 평활공간에는 초음파 발진자들이 배치되어 상기 농축수 평활공간 내로 유입된 농축수는 초음파 발진자에서 발진되는 초음파 진동에 의해 잔류된 공기들이 분리되어 부상되도록 구성한다.
전술한 바와 같이 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.
특히, 본 발명에서는 농축수의 재순환을 통해 정수의 회수율을 극대화함에 있어, 상기 반복하여 순환 공급되는 농축수에 잔류된 기포상의 공기를 안정되게 제거함으로써 농축수 순환펌프의 순환효율을 향상하고, 상기 기포상의 공기가 역삼투 멤브레인 카트리지의 역삼투층에 고착되어 투수 여과면적을 감소하는 현상과, 케비테이션(cavitation) 현상에 의해 배관들의 내구성 약화와 소음이 예방된다.
그리고, 본 발명에 따른 역삼투형 산업용 정수시스템은 독특한 교반 희석구조를 갖는 농축수 희석부를 통해 원수와 농축수가 안정되게 희석된 원수를 역삼투 이온 처리부에 지속적으로 공급하고, 이를 통해 원수의 안정된 역삼투가 가능한 특이성을 갖는다.
도 1은 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 개량된 농축수 순환 공급구조를 갖는 고회수율의 역삼투 멤브레인형 산업용 정수시스템의 전체 구성 및, 정수과정을 보여주는 것이고,
도 2 내지 도 4는 상기 고회수율의 역삼투 멤브레인형 산업용 정수시스템에 있어, 역삼투 이온처리부와 기수 분리부의 세부 구성 및 작용상태를 보여주는 것이고,
도 5 내지 도 6은 상기 고회수율의 역삼투 멤브레인형 산업용 정수시스템에 있어, 농축수 희석부의 세부 구성 및 작용상태를 보여주는 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 개량된 농축수 순환 공급구조를 갖는 고회수율의 역삼투 멤브레인형 산업용 정수시스템을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 개량된 농축수 순환 공급구조를 갖는 고회수율의 역삼투 멤브레인형 산업용 정수시스템의 전체 구성 및, 정수과정을 보여주는 것이고, 도 2 내지 도 4는 상기 고회수율의 역삼투 멤브레인형 산업용 정수시스템에 있어, 역삼투 이온처리부와 기수 분리부의 세부 구성 및 작용상태를 보여주는 것이고, 도 5 내지 도 6은 상기 고회수율의 역삼투 멤브레인형 산업용 정수시스템에 있어, 농축수 희석부의 세부 구성 및 작용상태를 보여주는 것이다.
본 발명에 따른 개량된 농축수 순환 공급구조를 갖는 고회수율의 역삼투 멤브레인형 산업용 정수시스템(1)은, 응집 침전과정과, 생물학적 처리과정과, UF처리과정, 살균·소독 과정 등의 전처리 공정을 통해 고형 입자들이 제거된 원수를 역삼투(RO) 처리과정을 통해 후처리하여, 상기 원수에서 이온이 제거된 정수를 연속하여 회수하는 방류수 재이용 시스템이다.
상기 고회수율의 역삼투 멤브레인형 산업용 정수시스템(1)은, 도 1에서 보는 바와 같이 전처리 과정을 통해 고형입자들이 제거된 원수를 역삼투(RO) 처리하여 원수에 잔류된 이온을 여과하는 복수의 역삼투 멤브레인 카트리지(120)들이 배치되어, 이온이 제거된 정수와 정수에서 제거된 이온들이 농축 잔류된 농축수를 분리하여 배출하는 하나 이상의 역삼투 이온 처리부(100)와; 상기 역삼투 이온 처리부(100)에 고형입자가 제거된 원수를 급수하는 원수 급수부(200); 및 상기 역삼투 이온 처리부(100)에서 배수되는 농축수를 회수하고 상기 회수되는 농축수를 원수 급수부(200)에 의해 급수되는 원수로 희석하여 역삼투 이온 처리부(100)에 재급수하는 농축수 재순환공급부(300)를 포함한다.
상기 역삼투 이온 처리부(100)는 도 1 내지 도 3에서 보는 바와 같이 역삼투실(111)이 형성된 중공의 베셀(110)과, 상기 베셀(110)에 형성된 역삼투실(111)에 직렬로 정렬하여 배치되어 원수 급수부(200)를 통해 역삼투실(111) 내로 급수되는 원수에 잔류된 이온을 제거하는 복수의 역삼투 멤브레인 카트리지(120)들을 포함한다.
상기 역삼투 멤브레인 카트리지(120)는 원수에 잔류된 이온을 제거하는 역삼투층(121)의 중앙부에, 역삼투층(121)을 투과하면서 이온이 제거된 정수의 배출경로를 형성하는 정수공(122)이 형성된 중공의 권취물로 구성된다.
그리고, 상기 베셀(110)은 일측에 원수 급수포트(112a)가 형성되고 타측에는 실장된 역삼투 멤브레인 카트리지(120)들의 정수공(122)과 연통하는 정수 배수포트(114)와, 실장된 역삼투 멤브레인 카트리지(120)의 역삼투층(121)과 연통하는 농축수 배수포트(113a)가 각각 형성된 중공의 역삼투실(111)을 갖는다.
또한, 상기 베셀(110) 내에 직렬로 정렬하여 배치되는 역삼투 멤브레인 카트리지(120)는 역삼투층(121)을 상호 밀착하여 역삼투층(121) 간 안정된 투수상태를 형성하고, 또 정수공(122) 사이는 밀폐된 연통상태를 형성하는 것이 바람직하다.
이를 위해, 본 실시예에서는 도 2 내지 도 3에서 보는 바와 같이 상하 마주하는 역삼투 멤브레인 카트리지(120)의 역삼투층(121)들 사이, 정수공(122)들 사이를 정형화되게 밀착 또는 연통되도록 하는 독특한 직렬 이음구(130)를 제안하여서, 복수의 역삼투 멤브레인 카트리지(120)들이 역삼투실(111) 내에서 정형화되게 직렬 이음되도록 한다.
상기 직렬 이음구(130)는, 상하 마주하는 역삼투 멤브레인 카트리지(120)들의 역삼투층(121) 외경면 사이를 감싼 상태로 직렬 이음하는 직렬 연결림(131)과; 상기 상하 마주하는 역삼투 멤브레인 카트리지(120)들의 정수공(122)에 양단을 삽입하여 정수공(122)들을 직렬 이음하는 직렬 이음관(132)을 포함한다.
따라서, 상기 역삼투실(111) 내에 직렬로 정렬되는 역삼투 멤브레인 카트리지(120)들은 직렬 연결림(131)과 직렬 이음관(132)을 통해 동심구조로 직렬하여 밀착되어, 원수의 역삼투 과정에 역삼투층(121)을 투과하는 원수가 이음된 역삼투층(121) 사이로 누설되는 현상이 억제되고, 또 정수공(122)을 따라 이동하는 정수는 역삼투 멤브레인 카트리지 사이로 누수되어 원수에 재혼입되는 현상이 예방되도록 한다.
그리고, 상기 역삼투 이온 처리부(110)에 원수를 급수하는 원수 급수부(200)는 원수 급수관로(210)와, 상기 원수 급수관로(210)를 따라 역삼투 이온 처리부(110)에 고형입자가 제거된 원수를 급수하는 고압의 원수 급수펌프(220)를 포함한다.
본 실시예에서는 원수 급수부(200)에 4개의 역삼투 이온처리부(100)를 병렬구조로 연결하여, 하나의 원수 급수부(200)에 의해 병렬구조로 연결된 4개의 역삼투 이온 처리부(100)에 원수가 동시에 분배하여 급수되도록 한다.
그리고, 상기 역삼투 이온 처리부(100)에서 배수되는 농축수를 역삼투 이온 처리부(100)에 재순환 공급하는 농축수 재순환 공급부(300)는, 상기 역삼투 이온 처리부(100)의 농축수 배수포트(113a)와 원수 급수부(200)의 원수 급수관로(210) 사이에 연결하는 농축수 순환관로(310)와; 상기 농축수 순환관로(310)에 배치되어 농축수 배수포트(113a)를 통해 배수되는 농축수를 농축수 순환관로(310)를 따라 원수 급수관로(210)에 급수하는 농축수 순환펌프(320)를 포함한다.
본 실시예에서는 농축수 재순환공급부(300)에 4개의 역삼투 이온처리부(100)의 농축수 배수포트(113a)를 병렬구조로 연결하여, 하나의 농축수 재순환공급부(300)에 의해 4개의 역삼투 이온 처리부(100)에서 배수되는 농축수가 순환 공급되도록 한다.
따라서, 상기 원수 급수부(200)를 통해 역삼투 이온 처리부(100)에 급수된 원수는 역삼투 멤브레인 카트리지(120)들의 역삼투층(121)을 순차적으로 투과하면서 이온이 제거된 정수를 형성하고 정수 저수조(미도시)에 저수되어 고순도의 공업용수 등으로 활용된다.
그리고, 상기 농축수 배수포트(113a)를 통해 배출되는 농축수는 농축수 재순환공급부(300)를 통해 상기 역삼투 이온 처리부(100)들에 재순환 공급 및 역삼투 처리되는 농축수 재순환/역삼투 공정이 실시된다.
이때, 상기 농축 이온들이 잔류된 농축수는 원수와 희석된 상태로 역삼투 이온 처리부(100)에 재순환 공급되고, 이러한 상기 농축수 재순환/역삼투 공정을 반복적으로 실시하여 정수를 회수하면 농축수의 발생을 최소화되므로 정수의 회수율이 극대화된다.
특히, 본 실시예와 같이 상기 농축수 재순환공급부(300)를 통해 고농도의 농축 이온들이 잔류하는 농축수를 원수로 희석하여 잔류 농축 이온농도를 기준 농축 이온농도 보다 낮게하여 공급하면, 상기 역삼투 이온 처리부(100)를 구성하는 역삼투 멤브레인 카트리지(120)의 역삼투층(121)에 고농도의 농축 이온들이 잔류하는 이온 분극현상이 억제된다.
그리고, 본 실시예에서는 도 1과 도 5 내지 도 6에서 보는 바와 같이 상기 원수 급수부(200)를 통해 급수되는 원수와, 농축수 재순환 공급부(300)를 통해 급수되는 농축수를 신속하게 희석하여 역삼투 이온 처리부(100)에 급수하는 독특한 희석구조를 갖는 농축수 희석부(600)를 부가한다.
상기 농축수 희석부(600)는, 외벽부재(610a)와 내벽부재(610b) 사이에 원수 급수공간(610c)이 형성된 복층구조의 농축수 희석공간(613)을 갖는 농축수 희석조(610)를 포함하며, 상기 외벽부재(610a)에는 원수 급수공간(610c)과 원수 급수부(200)를 연통하는 원수 급수구(611)가 형성되고, 상기 내벽부재(610b)에는 원수 급수공간(610c)에 급수된 원수를 농축수 희석공간(613)으로 분출하는 원수 분출공(610b-a)들이 형성된다.
그리고, 상기 농축수 희석공간(613)에는 농축수 재순환공급부(300)에서 급수되는 농축수를 농축수 희석공간(613)으로 분출하는 농축수 분출부재(620)가 배치된다.
상기 농축수 분출부재(620)는 농축수 재순환공급부(300)와 연통하며 농축수 희석공간(613)에 회동구조로 설치된 농축수 공급관축(621)과, 상기 농축수 공급관축(621)에 방사구조로 배치되어 농축수 공급관축(621)에 공급된 농축수를 농축수 희석공간(613)에 일방향으로 교반 분출하는 농축수 교반 분출날개(622)를 포함한다.
또한, 상기 농축수 희석공간(613)에는 역삼투 이온 처리부(100)와 연통하는 원수 배수구(612)가 연통되게 형성되어, 상기 농축수 희석공간(613)에서 농축수가 희석된 원수는 원수 배수구(612)를 통해 역삼투 이온 처리부(100)들에 분배하여 급수된다.
따라서, 상기 원수 공급부(200)를 통해 원수 급수공간(610c)에 급수된 원수는 원수 분출공(610b-a)을 통해 농축수 희석공간(613)으로 분출되고, 이러한 과정에 상기 농축수 분출부재(620)는 농축수 재순환공급부(300)를 통해 농축수 희석공간(613) 내에 농축수를 원수와 교반 희석을 도모하여 역삼투 이온 처리부(100)에 농축수가 균일하게 희석된 원수가 급수되도록 한다.
그리하여, 본 실시예에 따른 역삼투형 산업용 정수시스템(1)는 독특한 교반 희석구조를 갖는 농축수 희석부(600)를 통해 원수와 농축수가 안정되게 희석된 원수를 역삼투 이온 처리부(100)에 지속적으로 공급하게 된다.
또한, 상기 농축수 순환관로(310)에는 기준 농축 이온 농도 이상의 농축 이온이 순환되는 농축수에 잔류하면, 상기 농축수를 농축수 배출관로(330)를 통해 배수하는 3방향 전자밸브(331)가 형성된다.
본 실시예에서는 상기 농축수 순환관로(310)에 역삼투 이온 처리부(100)에 세정제를 공급하여 역삼투 멤브레인 카트리지(120)의 역삼투층(121)에 잔류된 스케일을 녹이는 약품을 공급하는 약품 세정부(400)를 부가한다.
그리고, 상기 농축수 순환관로(130)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 센서(341, 342, 343)들을 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.
따라서, 상기 역삼투 이온 처리부(100)의 역삼투 멤브레인 카트리지(120)에 스케일이 다량 잔류하여 처리수의 유량 저하가 15% 이상 발생되면 농축수 순환펌프(320)는 저수된 세정제를 역삼투 이온 처리부(100)에 공급하여 역삼투 멤브레인 카트리지(120)에 잔류된 스케일을 용해하여 제거하는 약품 세정공정을 실시한다.
상기 약품 세정공정을 실시할 경우, 상기 농축수 순환관로(310)는 약품 저수탱크(410)와 일시적으로 연통하여 약품 저수탱크(410)에 저수된 약품을 역삼투 이온 처리부(100)에 강제 순환 공급하여서, 역삼투 이온 처리부(100)의 역삼투 멤브레인 카트리지(120)에 응집된 스케일이 용해하여 제거되도록 한다.
그리하여, 상기 역삼투형 이온 처리부(100)를 구성하는 역삼투 멤브레인 카트리지(120)에 스케일의 생성을 억제하여 약액을 통한 역삼투 멤브레인 카트리지(120)의 약품 세정주기를 연장하고, 결과적으로, 잦은 약품 세정에 따른 역삼투 멤브레인 카트리지(120)의 수명 단축을 억제하고, 또 정수의 회수 효율 향상과 농축수의 발생을 최소화하여 농축수의 후처리에 따른 비용 발생이 절감된다.
한편, 상기 각 역삼투실(111)에 배치된 역삼투 멤브레인 카트리지(120)의 역삼투층(121)을 투과한 농축수에는 다량의 공기들이 잔류하며, 상기 공기들은 농축수 순환펌프(320)의 농축수 순환효율을 저하시키는 주요인이다.
그리고, 상기 다량의 공기가 혼입된 농축수를 희석한 원수가 역삼투 이온 처리부(100)에 재공급되면, 역삼투 멤브레인 카트리지(120)의 역삼투층(121)에 공기가 잔류하여 투수 여과면적을 감소하여 역삼투 이온 처리부(100)의 정수효율과 수명이 저감 단축되고, 또 공기에 의한 케비테이션(cavitation) 현상에 의해 배관들의 내구성 약화와 소음을 야기한다.
이러한 문제점을 해소하기 위해, 본 실시예에서는 상기 베셀(110)에 역삼투된 농축수에 잔류된 공기를 제거하는 독특한 기수 분리구조를 마련하여, 상기 기수 분리구조에 의해 베셀(110)의 역삼투실(111)로 재공급되는 농축수에 잔류된 공기를 제거함으로써, 상기 공기에 의한 제반적인 문제점을 해소한다.
본 발명에 따른 기수 분리구조는, 도 1 내지 도 4에서 보는 바와 같이 상기 베셀(110)에 형성된 역삼투실(111)을 역삼투 멤브레인 카트리지(120)가 직렬로 정렬하여 배치되는 카트리지 배치공간(111A)과, 상기 카트리지 배치공간(111A)의 측부에 형성되어 멤브레인 카트리지(120)가 배치된 카트리지 배치공간(111A)에서 유입된 농축수를 평활하여 잔류된 공기들을 제거하는 농축수 평활공간(111B)을 형성하여 구현된다.
바람직하게는, 상기 농축수 평활공간(111B)에는 카트리지 배치공간(111A)에 정렬된 역삼투 멤브레인 카트리지(120)의 측부를 지지하여 역삼투 멤브레인 카트리지(120)들이 카트리지 배치공간(111A)에 직렬로 밀착되게 정렬되도록 하는 카트리지 지지틀(510)을 배치한다.
따라서, 상기 카트리지 배치공간(111A)에 배치된 역삼투 멤브레인 카트리지(120)의 역삼투층(121)을 투과하는 과정에 기포상의 다량 공기가 혼입된 농축수는 역삼투 멤브레인 카트리지(120)가 배치되지 아니한 중공의 농축수 평활공간(111B)에 잔류하면서 평활작용에 의해 공기들이 제거된다.
특히, 본 발명에서는 상기 농축수 평활공간(111B)에 잔류된 공기를 농축수의 손실을 최소화하면서 포집 제거하는 기수 분리 포집부(500)를 마련하여서, 농축수 평활공간(111B)에 포집되는 공기의 안정적인 제거를 도모한다.
상기 기수 분리 포집부(500)는, 농축수 평활공간(111B)을 기수 배출포트(115)가 형성된 상층부와, 농축수 배수포트(113)가 형성된 하층부로 상하 구획하며 복수의 타공(521)들이 형성된 기수 분리막(520)과; 상기 기수 배출포트(115)를 따라 배출되는 공기를 혼입한 농축수를 설정수위로 저수하여 농축수와 공기 사이의 비중 편차에 의해 농축수와 공기를 상하 분리하는 기수 분리트랩(530)를 포함한다.
특히, 본 실시예에서는 상기 기수 분리막(520)을 농축수 평활공간(111B)에 배치된 중공의 카트리지 지지틀(510)의 중공부에 배치하여, 상기 카트리지 지지틀(510)을 상하로 구획한다.
그리고, 상기 기수 분리트랩(530)의 상부에는 배기밸브((533)를 배치하여 상기 기수 분리트랩(530) 내에 설정압력에 도달하면 배기밸브(533)는 일시적으로 개방되어 기수 분리트랩(530) 내에 포집된 공기를 외부로 배출한다.
또한, 상기 공기가 제거된 농축수가 저수된 기수 분리트랩(530)의 하부와, 농축수 재순환 공급부(300)의 농축수 순환관로(310) 사이에는 농축수 재급수관(532)이 배치한다.
특히, 본 실시예에서는 상기 기수 분리트랩(530) 내에 스프링(534a)에 의해 하향 탄지된 기수 분리패드(534)를 배치하고, 상기 기수 분리패드(534)의 상층부에는 농축수와의 비중편차를 통해 농축수의 상부에 부상된 기수 분리 유막층(535)을 형성하여, 도 4와 같이 기수 분리트랩(530)으로 유입된 농축수는 기수 분리 유막층(535)과의 비중 편차에 의해 하층부에 잔류하면서 농축수 재급수관(532)을 따라 배출되고, 기수 분리 유막층(535) 보다 비중이 낮은 공기는 상부로 부상하여 배기밸브(533)를 통해 배출되어서 농축수의 누출을 최소화하면서 농축수에 잔류된 공기의 안정적인 제거가 이룩되도록 한다.
이때, 상기 기수 분리패드(534)은 스프링(534a)의 탄력적인 신축을 통해 상하로 유동하면서, 기수 분리패드(534)의 패드층에 잔류된 기포 상의 공기를 보다 신속히 제거하여, 농축수에서 부상되는 공기가 상부로 안정되게 투과하도록 한다.
보다 바람직하게는, 상기 기수 분리막(520)이 형성된 상기 농축수 평활공간(111B)과, 상기 기수 분리트랩(530) 내에는 초음파 발진자(540)를 배치하여, 상기 농축수 평활공간(111B) 내로 유입된 농축수와, 상기 기수 분리트랩(530) 내에 유입된 농축수는 초음파 발진자(540)에서 발진되는 초음파 진동에 의해 잔류 공기들을 보다 신속히 부상하여 포집되도록 한다.
따라서, 상기 농축수 평활공간(111B)에 유입된 농축수에서 제거된 공기들은 농축수와의 비중 편차에 의해 기수 분리막(520)을 투과하여 상층부로 부상되면서 1차 분리되고, 상기 상층부로 부상된 공기들은 일부의 농축수와 함께 기수 배출포트(115)를 따라 기수 분리트랩(530)에 유입된다.
그리고, 상기 기수 분리트랩(530)에 유입된 공기를 혼입한 농축수는 기수 ㅂ분리 유막층(535)과의 비중 편차에 의해 공기가 2차 분리되고, 상기 분리된 공기는 배기밸브(533)를 통해 외부로 배출되고, 공기가 제거된 농축수는 농축수 재급수관(532)을 통해 농축수 재순환공급부(300)를 통해 원수로 희석되어 역삼투 이온 처리부(100)에 재공급되어서, 역삼투 이온 처리부(100)에 의한 역삼투 처리에 의해 정수로 회수된다.
본 실시예에 따른 기수 분리 포집부(500)를 포함하는 기수 분리구조를 통해 순환 공급되는 농축수에 잔류된 공기를 제거하면, 농축수 순환펌프(320)에 의한 농축수의 순환 효율이 증가하고, 공기에 의한 역삼투 멤브레인 카트리지(120)의 정수효율이 저하되는 등의 제반적인 문제점의 극복이 가능하다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의통상의 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 정수시스템
100. 역삼투 이온 처리부
110. 베셀 111. 역삼투실
111A. 카트리지 수납공간 111B. 농축수 평활공간
112. 카트리지 수납공간 112a. 원수 급수포트
113. 농축수 배수포트 114. 정수 배수포트
115. 기수 배출포트
120. 역삼투 멤브레인 카트리지
121. 역삼투층 122. 정수공
130. 직렬 이음구
131. 직렬 연결림 132. 직렬 이음관
200. 원수 급수부 210. 원수 급수관로
220. 원수 급수펌프
300. 농축수 재순환공급부 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
500. 기수 분리 포집부 510. 카트리지 지지틀
520. 기수 분리막 521. 타공
530. 기수 분리트랩 531. 기수 유입구
532. 농축수 재급수관 533. 배기밸브
534. 기수 분리패드 535. 기수 분리 유막층
540. 초음파 발진자
600. 농축수 희석부
610. 농축수 희석조 610a. 외벽부재
610b. 내벽부재 610b-a. 원수 분출공
610c. 원수 급수공간 611. 원수 급수구
612. 원수 배수구 613. 농축수 희석공간
620. 농축수 교반 분출부재 621. 농축수 공급관축
622. 농축수 분출날개

Claims (5)

  1. 역삼투실이 형성된 중공의 베셀과, 상기 베셀에 형성된 역삼투실에 직렬로 정렬하여 배치되어 원수 급수부를 통해 역삼투실 내로 급수되는 원수에 잔류된 이온을 제거하는 복수의 역삼투 멤브레인 카트리지를 포함하여 구성되어, 정수와 농축수를 분리하여 배수하는 역삼투 이온 처리부와; 상기 역삼투 이온 처리부에 원수를 급수하는 원수 급수부; 및 상기 역삼투 이온 처리부에서 배수되는 농축수를 회수하고 상기 회수되는 농축수를 원수 급수부에 의해 급수되는 원수로 희석하여 역삼투 이온 처리부에 재급수하는 농축수 재순환공급부를 포함하여 구성되고,
    상기 베셀에 형성된 역삼투실은, 역삼투 멤브레인 카트리지가 직렬로 정렬하여 배치되는 카트리지 배치공간과, 상기 카트리지 배치공간의 측부에 연통되게 형성되어 멤브레인 카트리지가 배치된 카트리지 배치공간에서 유입된 농축수를 평활하여 잔류된 공기들을 포집하는 농축수 평활공간을 포함하고,
    상기 농축수 평활공간에 배치되어 카트리지 배치공간에 직렬로 정렬된 역삼투 멤브레인 카트리지의 측부를 지지하여 역삼투 멤브레인 카트리지들이 카트리지 배치공간에 직렬로 밀착되게 정렬되도록 하는 카트리지 지지틀을 더 포함하고,
    상기 농축수 평활공간에는 상기 농축수 평활공간을 기수 배출포트가 형성된 상층부와, 농축수 배수포트가 형성된 하층부로 상하 구획하며 복수의 타공들이 형성된 기수 분리막을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 개량된 농축수 순환 공급구조를 갖는 고회수율의 역삼투 멤브레인형 산업용 정수시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 상기 기수 배출포트를 따라 배출되는 공기를 혼입한 농축수를 설정수위로 저수하여 농축수와 공기 사이의 비중 편차에 의해 농축수와 공기를 상하 분리하는 기수 분리트랩을 포함하는 기수 분리 포집부를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 개량된 농축수 순환 공급구조를 갖는 고회수율의 역삼투 멤브레인형 산업용 정수시스템.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 농축수 평활공간에는 초음파 발진자들이 배치되어 상기 농축수 평활공간 내로 유입된 농축수는 초음파 발진자에서 발진되는 초음파 진동에 의해 잔류된 공기들이 분리되어 부상되도록 구성한 것을 특징으로 하는 개량된 농축수 순환 공급구조를 갖는 고회수율의 역삼투 멤브레인형 산업용 정수시스템.
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