KR19990018165A - 역삼투압 순환여과방식 정수시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유입밸브(20)가 구비된 유입라인(L1)상에 설치된 마이크로 필터(22)와 활성탄 필터(23)를 통과한 원수를 가압하는 가압펌프(25)와, 원수를 투과수와 농축수로 분리하는 멤브레인(29)과, 이 멤브레인(29)을 통과한 투과수를 저장하는 저장탱크(35)와, 농축수를 배출시키는 배수밸브(32)가 구비된 배수라인(L2)으로 구성된 역삼투압 정수시스템에 있어서, 유입라인(L1)의 가압펌프(25)와 멤브레인(29)사이 및 정수라인(L3)의 멤브레인(29)과 저장탱크(35)사이에는 각각 압력센서(26)(36)가 설치되고, 정수라인(L3)에는 정수의 오염상태를 감지하는 전기전도도 센서(33)가 설치되며, 유입라인(L1)의 가압펌프(25)입구측과 배수라인(L2) 및 정수라인(L3)사이에는 순환밸브(31)가 구비된 순환라인(L4)이 설치되고, 유입라인(L1)의 전처리필터부 전방과 배수라인(L2)사이에는 세정밸브(30)가 구비된 세정라인(L5)이 설치되어 압력센서(26)(36) 및 전기전도도 센서(33)의 입력신호에 의하여 가압된 원수의 운전압력, 저장탱크(35)내의 정수압력 및 멤브레인(29)을 투과한 정수의 오염상태를 제어부(40)에서 판단하여 상기 유입밸브(20), 가압펌프(25), 순환밸브(31), 세정밸브(30), 배수밸브(32)의 동작을 제어하므로써 시스템내에 존재하는 농축수 및 멤브레인(29)표면의 오염물질을 일정시간동안 세척 배수하는 세척단계, 정상운전단계 및 농축수를 연속적으로 순환여과시키는 순환여과단계가 자동적으로 실행되도록 역삼투압 정수시스템에 관한 것이다.

Description

역삼투압 순환여과방식 정수시스템

본 발명은 역삼투압 순환여과방식 정수시스템에 관한 것으로서, 특히 원수의 역삼투분리공정에서 생성되어 버리는 농축수를 연속적인 순환여과과정을 거치므로써 농축수의 회수율을 극대화 시켜 원수의 낭비를 최소화하여 물낭비가 많은 역삼투압 정수시스템의 단점을 극복할 수 있도록 한 것이다.

본 발명과 관련된 선행기술로는 농축수를 재활용할 수 있도록 한 국내 특허공고 제95-5500호의 역삼투압 정수시스템을 들 수 있는데, 이는 도1에 도시한 바와 같이, 전처리 여과필터부(2)의 하부로 유입된 수도수(원수)를 흡착제거하는 활성탄 흡착필터부(4)와, 이 활성탄 흡착필터부(4)를 통한 물을 정수(투과수)와 농축수로 분리하는 역삼투압 필터부(5)와, 상기 정수를 저장하거나 배출콕(10)의 제어에 따라 후처리필터부(8), 살균부(9)를 통해 저장된 정수를 배수하는 정수압력 저장탱크(7)와, 상기 농축수를 저장하는 농축수 저장탱크(15)와, 상기 농축수 저장탱크(15)로 유입되는 농축수의 수질을 감지하는 수질센서(18)와, 상기 수질센서(18)에 의한 일정농도 이상의 수질감지시 농축수를 배수하는 농축수 배수밸브(14)와, 상기 농축수 저장탱크(15)내의 수위를 간지하는 센서(16)(17)와, 가압펌프(6)제어에 따라 수도수 및 농축수를 급수하도록 동작하는 수도수＼농축수 급수밸브(12)(13)로 구성된 것으로, 이는 역삼투압 정수시스템에 농축수 저장탱크(15)를 설치하여 농축수의 수질에 따라 선택적으로 재활용 하므로써 전처리 여과필터부(2) 및 활성탄 흡착필터부(4)의 수명을 연장하고, 농축수의 수질을 감지하여 급, 배수하여 역삼투막 필터의 손상을 방지하며, 농축수를 재활용 하므로써 농축수를 버리는 물이 상대적으로 적어짐에 따라 비용절감의 효과를 갖도록 한 것이었다.

상기한 종래의 역삼투압 정수시스템에 있어서는 회수율에 있어서는 종전보다 향상되었으나, 부피가 큰 별도의 농축수 저장탱크를 시스템내부에 설치하여야 했었으므로 시스템의 부피가 전체적으로 커지게 되는 문제점이 있었을 뿐만 아니라, 수질센서가 정수가 아닌 농축수의 수질을 감지하도록 설치되어 있었으므로 정수(투과수)의 수질선정이 부정확하게 되는 폐단이 있었고, 멤브레인의 오염상태를 외부에서 정확하게 판별할 수가 없었으므로 멤브레인의 화학세척작업을 적기에 해주지 못하게 되는 등의문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래의 제반 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 역삼투 분리공정에서 생성되는 농축수를 연속적인 순환여과에 의하여 회수율을 극대화 시킴으로서 원수의 낭비를 최소화하여 물낭비가 많은 역삼투압 정수처리 장치의 단점을 극복할 수 있도록 하는데 있는 것이며, 이와 아울러 사용자가 원하는 수질을 임의로 설정할 수 있도록 하므로써 원수의 수질변동에 따른 투과수의 수질 저하를 방지하고 연속적으로 안정된 수질의 투과수를 공급하는 정수시스템을 제공하는데 있는 것이다.

또, 본 발명은 PLC를 이용하여 시스템의 자동적인 연속운전이 가능하며, 시스템 내에 이상이 생겼을 경우에는 스스로 진단하여 자체 해결 또는 오류표시를 외부로 나타내면서 작동을 정지시킬 수 있도록 하므로써 고장배제와 즉각적인 처치가 가능한 역삼투압 정수시스템을 제공하는데 있는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 유입밸브가 구비된 유입라인상에 설치되어 원수의 부유물질을 제하는 마이크로 필터와 산화제 등을 흡착하는 활성탄필터로 이루어진 전처리 필터부를 통과한 원수를 가압하는 가압펌프와, 원수를 투과수와 농축수로 분리하는 역삼투압 멤브레인과, 이 멤브레인을 통과한 투과수를 정수라인을 통하여 저장하는 저장탱크와, 멤브레인을 통과하지 못한 농축수를 배출시키는 배수밸브가 구비된 배수라인으로 구성된 역삼투압 정수시스템에 있어서, 상기 유입라인의 가압펌프와 멤브레인사이 및 정수라인의 멤브레인과 저장탱크사이에는 각각 압력센서가 설치되고, 상기 정수라인에는 정수의 오염상태를 감지하는 전기전도도센서가 설치되며, 상기 유입라인의 가압펌프 입구측과 배수라인 및 정수라인사이에는 순환밸브와 첵밸브가 구비된 순환라인이 설치되고, 상기 유입라인의 전처리필터부 전방과 배수라인사이에는 세정밸브가 구비된 세정라인이 설치되어 상기 양 압력센서 및 전기전도도 센서에서 검출된 신호가 제어부에 입력되면 시스템내의 운전압력, 저장탱크내의 압력 및 정수의 오염상태에 따라 상기 유입밸브, 가압펌프, 순환밸브, 세정밸브, 배수밸브의 동작을 제어하여 시스템내에 존재하는 농축수 및 멤브레인 표면의 오염물질을 일정시간동안 세척 배수하는 세척단계, 정상운전단계, 농축수를 연속적으로 순환여과시키는 순환여과단계로 진행시킬 수 있도록 한 정수시스템을 제공한 것이다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.

도1은 종래 역삼투압 정수시스템의 구성도,

도2는 본 발명에 따른 역삼투압 순환여과방식 정수시스템의 구성도,

도3은 본 발명에 적용된 멤브레인의 구조도,

도4는 본 발명에 적용된 멤브레인의 전개상태도,

도5는 본 발명에 따른 역삼투압 순환여과방식 정수시스템의 블록구성도,

도6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 역삼투압 순환여과방식 정수시스템의 제어흐름도이다.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 유입밸브 21 : 첵밸브

22 : 마이크로필터 23 : 활성탄필터

24 : 첵밸브 25 : 가압펌프

26 : 압력센서 27 : 압력게이지

28 : 맥동방지기 29 : 멤브레인

30 : 세정밸브 31 : 순환밸브

32 : 배수밸브 33 : 전기전도도 센서

34 : 첵밸브 35 : 저장탱크

36 : 압력센서 37 : 압력게이지

38 : 볼밸브 39 : 첵밸브

40 : 압력센서 L1 : 유입라인

L2 : 배수라인 L3 : 정수라인

L4 : 순환라인 L5 : 세정라인

도2는 본 발명의 전체적인 구성을 도시한 것으로, 본 발명은 유입밸브(20)가 구비된 유입라인(L1)상에 설치되어 원수의 부유물질을 제거하는 마이크로 필터(22)와 산화제 등을 흡착하는 활성탄 필터(23)로 이루어진 전처리필터부를 통과한 원수를 가압하는 가압펌프(25)와, 원수를 투과수와 농축수로 분리하는 역삼투압 멤브레인(29)과, 이 멤브레인(29)을 통과한 투과수를 정수라인(L3)을 통하여 저장하는 저장탱크(35)와, 상기 멤브라인(29)을 통과하지 못한 농축수를 배출시키는 배수밸브(32)가 구비된 배수라인(L2)으로 구성된 역삼투압 정수시스템에 있어서, 상기 유입라인(L1)이 가압펌프(25)와 멤브레인(29)사이 및 정수라인(L3)의 멤브레인(29)과 저장탱크(36)사이에는 각각 압력센서(26)(36)가 설치되고, 상기 정수라인(L3)에는 정수의 오염상태를 감지하는 전기전도도 센서(33)가 설치되며, 상기 유입라인(L1)의 가압펌프(25)입구측과 배수라인(L2) 및 정수라인(L3)사이에는 순환밸브(31)가 구비된 순환라인(L4)이 설치되고, 상기 유입라인(L1)의 전처리필터부 전방과 배수라인(L2)사이에는 세정밸브(30)가 구비된 세정라인(L5)이 설치된 특징을 갖는다.

도면중 미설명 부호 21,24,34,39는 첵밸브이고, 27,37,47은 압력게이지이며, 28은 맥동방지기이고, 38은 저장탱크(35)에 설치되는 볼밸브이다.

도3은 본 발명의 전기적인 블록구성을 도시한 것으로, 본 발명은 상기 압력센서(26)(36) 및 전기전도도 센서(33)의 입력신호에 의하여 가압된 원수의 운전압력, 저장탱크(35)내의 정수압력 및 멤브레인(29)을 투과한 정수의 오염상태를 제어부(40)에서 판단하여 상기 유입밸브(20), 가압펌프(25), 순환밸브(31), 세정밸브(30), 배수밸브(32) 및 배출밸브(38)의 동작을 제어하므로써 시스템내에 존재하는 농축수 및 멤브레인(29)표면의 오염물질을 일정시간동안 세척 배수하는 세척단계, 정상운전단계 및 농축수를 연속적으로 순환여과시키는 순환여과단계가 되도록 제어하게 되는 것이다.

도4 및 도5는 본 발명에 사용되어지는 역삼투압 멤브레인(29)의 구조를 도시한 것으로, 본 발명은 두루마리형(Spiral Wound Type) 멤브레인을 적용한 것이며, 이는 공급수 유입부(a)로 유입된 원수가 분리막(b)(d), 캐리어(d) 및 스페이서(e)가 두루마리상태로 감겨진 여과막(f)을 투과하여 정수배출부(g)로 여과되어 배출되고, 여과되지 못한 농축수는 농축수배출부(h)로 배출되도록 구성된 것으로, 이러한 두루마리형은 단위 부피당 표면적이 가장 크고 모듈 내부에 체류하는 유량이 비교적 적기 때문에 다른 모듈에 비해 투과수의 양이 많다는 장점이 있기 때문에 본 발명의 시스템에 적용하였다.

상기한 역삼투압 정수시스템의 멤브레인은 이온성분까지도 분리할 수 있는 미세한 세공구조로 이루어져 있어 분리공정 중 경계면에서의 축적에 의한 오염이나 장치내에서 박테리아 등의 성장 억제를 위해서는 원수를 멤브레인에 공급하기 저네 반드시 부유물질(SS)과 산화제(오존, 염소 등) 등을 제거해 주어야 하는데, 이를 전처리라고 하며, 본 시스템에서는 마이크로 필터(22)와 활성탄 필터(23)의 2가지의 전처리 필터부를 사용하였다.

상기 마이크로 필터(22)는 기공 크기가 5μm으로서 부유물질, 불순물 등을 제거하며 고압펌프를 보호하고 장치에서 발생할 수 있는 오염(Plugging)을 방지한다. 마이크로 필터(22)를 통과하면서 제거되지 않은 산화제, 유기물 등은 활성탄 필터(23)를 거치면서 흡착제거된다.

여기서 1차 여과된 원수는 가압펌프(25)에 의해 삼투압 이상의 압력으로 가압되어지며 이때, 가압펌프(25)의 주기적인 맥동으로 인한 압력의 변동을 최소화하기 위해서 맥동방지기(28)를 가압펌프(25)와 멤브레인(29)사이에 설치하였다.

이와 같이 구성된 본 발명의 동작절차를 설명하면 다음과 같다.

도6은 본 발명의 제어흐름상태를 도시한 것으로, 일단 시스템이 가동되면 제1단계(S1)에서 유입밸브(20)와 배수밸브(32)만이 열리고 가압펌프(25)가 작동되어 원수가 유입되면서, 시스템내에 존재하는 농축수 및 멤브레인(29)표면의 오염물질을 일정시간 동안 세척, 배수하게 된다.

상기한 세척단계(제1단계)가 끝나면 제2단계(S2)로 진행하게 되는 것이며, 이 제2단계(S2)에서는 조기에 최적운전압력 도달을 위해 배수밸브(32)가 닫히고 실제 정수는 여기부터 시작된다.

상기 제2단계(S2)에서는 배수밸브(32)만 오프로 절환되고 나머지는 제1단계(S1)의 상태와 같다.

제2단계(S2)에서 운전압력이 상승하여 설정압력이상으로 될 경우, 이를 압력센서(26)에서 감지하여 제어부(40)로 신호를 송출하면 순환밸브(31)가 열리고 유입밸브(20)가 닫히게 되는 제3단계(S3)로 진행되는 것이다. 즉, 원수 유입이 차단되면서 농축수의 재순환에 의한 순환여과단계가 시작되는 것이다.

상기한 순환여과단계에서는 투과수가 생성됨에 따라 운전압력이 떨어지게 되는데, 설정압력의 저압점으로 떨어지는 제4단계에서는 다시 유입밸브(20)가 열리고 순환밸브(31)가 닫히면서 운전압력 상승단계인 제2단계(S2)로 돌아간다.

이와 같이 정상운전, 순환운전의 연속적인 반복운동은 압력센서(26)의 신호를 읽어 들여 제어부(40)의 명령으로 유입밸브(20)와 순화밸브(31)의 개폐가 제어되기 때문이다. 또한 압력센서(26)의 최적 운전압력범위의 임의적인 설정을 통해 투과수의 양은 물론 원하는 투과수의 수질을 조절할 수 있다.

제5단계(S5)에서는 저장탱크(35)로 투과수가 유입되어 저장탱크(35)의 내부압력이 증가하게 되는데 일정량 이상이 유입되어 저장탱크(35)측의 압력센서(36)가 고압점에 도달하면 표시부(50)에 만수를 의미하는 운전상태 「2」가 표시되며, 사용자가 투과수를 사용하기 전까지 시스템을 자동으로 정지시킨다.

제5단계(S5)에서 저장탱크(35)내의 투과수를 일정량 사용하면 저장탱크(35)내부의 압력이 떨어지고, 압력센서(36)가 고압점이하로 떨어지면 시스템은 자동으로 재시작한다.

이와 같이 시스템을 일정시간 연속사용하면 멤브레인(29)표면에 침전물이 형성되어 투과수의 양이 감소하고 생성된 투과수의 전기전도도가 상승하게 되는데, 제6단계(S6)에서는 전기전도도 센서(33)에서 감지된 전기전도도가 설정값을 초과하면 표시부(50)에 멤브레인 세척단계를 의미하는 운전모드「3」을 나타내고, 제7단계에서는 유입밸브(20)와 배수(32)가 열리면서 운전 중에 생성된 멤브레인(29)표면의 각종 오염물질을 외부로 세척해 낸다. 이러한 과정을 세척단계라 하고, 이 세척단계를 통해 원수의 수질변동에 따른 투과수의 수질 저하를 방지하고 항상 일정한 수질의 투과수를 얻을 수 있다.

또한 장기간 시스템을 사용하게 되면 세척단계(제7단계; S7)에서 제거되지 못한 각종 이온성분 등이 멤브레인(29)의 표면에 누적되어 오염(Fouling)현상이 발생하게 되며, 제8단계(S8)에서는 제어부(40)의 명령에 의해 표시부(50)에는 오류모드 「0/3」을 표시한다. 이러한 경우에는 화학세정제를 사용하여 멤브레인(29)을 세정해 주어야 한다. 기존 역삼투압 정수기의 경우에는 세정 또는 멤브레인 교환시기를 투과 수량의 감소 또는 사용기간으로 판단함으로서 사용자가 정확한 시기를 판단하기가 어려웠는데, 본 발명의 시스템에서는 멤브레인 표면이 심하게 오염되어 세척을 해도 전기전도도가 설정값 이하로 떨어지지 않을 경우 오류모드「0/3」을 나타내어 정확한 세정주기를 지시한다. 화학세정은 오염물질의 종류에 따라 세정제를 선택할 수 있으며, MODE 4와 MODE 5에서는 가압펌프(26)가 5분 간격으로 운전과 정지를 반복하면서 30분동안 진행한다. 이때는 각 밸브 동작상태는 유입밸브(20) ON, 순환밸브(31) OFF, 세정밸브(30) ON, 배수밸브(32) OFF, 상태이다.

본 시스템은 다음과 같은 증상이 있을 때에도 제어부(40)가 이를 감지하여 표시부(50)에 오류표시를 나타내어 장치를 보호하게 할 수 있다.

예를 들면, 과도한 연속운전으로 인해 가압펌프에 과부하가 발생할 경우에는 오류모드「0/1」을 나타내어 외부에서 시스템의 전원공급을 일시중단 시킬 수 있도록 할 수 있으며, 저장탱크(35)와는 별도로 외부에 추가의 외부 저장탱크(도시안됨)를 설치하여, 이 외부 저장탱크의 수위를 감지할 수 있는 수위센서를 본 시스템에 접속시켜 이때 외부 저장탱크가 만수되었을 경우에는 「0/2」를 표시할 수 있도록 한다.

또, 외부로부터 원수공급이 차단되었거나 충분하지 않을 경우에는 오류모드「0/4」를 표시부에 표시하여 시스템을 정지시킴으로서 가압펌프(25)의 공회전을 방지할 수 있도록 한다.

또한, 원수중의 이물질로 인해 유입라인 또는 전처리필터부의 마이크로 필터(22)와 활성탄 필터(23)가 막히거나 누수가 발생하더라도 오류모드 「0/4」를 표시하게 할 수 있는 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 유입라인과 배수라인 및 정수라인사이에 순환밸브가 구비된 순환라인 및 세정밸브가 구비된 세정라인을 설치하여 원수의 운전압력과 저장탱크내의 저장압력 및 정수의 오염도를 감지하여 각 밸브의 개폐상태를 제어하므로써 세척단계, 정상운전단계 및 순환여과단계를 실행할 수 있도록하여 역삼투 분리공정에서 생성되는 농축수를 연속적인 순환여과에 의하여 회수율을 극대화시킬 수 있는 것이며, 이에 따라 원수의 낭비를 최소화하여 물낭비가 많은 역삼투압 정수처리 장치의 단점을 극복할 수 있는 효과가 있고, 상기 전기전도도 센서는 외부에서 설정치를 조절하여 주므로써 사용자가 원하는 수질을 임의로 설정할 수 있도록 하므로써 원수의 수질변동에 따른 투과수의 수질 저하를 방지하고 연속적으로 안정된 수질의 투과수를 공급할 수 있는 효과가 있으며, 또한, 본 발명은 제어부(PLC)를 이용하여 시스템의 자동적인 연속운전이 가능하며, 시스템 내에 이상이 생겼을 경우에는 스스로 진단하여 자체 해결 또는 오류표시를 외부로 나타내면서 작동을 정지시킬 수 있도록 하므로써 시스템의 고장배제가 가능한 것이다.

Claims (5)

1. 유입밸브(20)가 구비된 유입라인(L1), 마이크로 필터(22)와 산화제 등을 흡착하는 활성탄 필터(23), 원수를 가압하는 가압펌프(25), 원수를 투과수와 농축수로 분리하는 역삼투압 멤브레인(29)과, 이 멤브레인(29)을 통과한 투과수를 정수라인(L3)을 통하여 저장하는 저장탱크(35)와, 상기 멤브레인(29)을 통과하지 못한 농축수를 배출시키는 배수밸브(32)가 구비된 배수라인(L2)으로 구성된 역삼투압 정수시스템에 있어서, 상기 유입라인(L1)의 가압펌프(25)와 멤브라인(29)사이 및 정수라인(L3)의 멤브레인(29)과 저장탱크(35)사이에는 각각 압력센서(26)(36)가 설치되고, 상기 정수라인(L3)에는 정수의 오염상태를 감지하는 전기전도도 센서(33)가 설치되며, 상기 유입라인(L1)의 가압펌프(25)입구측과 배수라인(L2) 및 정수라인(L3)사이에는 순환밸브(31)가 구비된 순환라인(L4)이 설치되고, 상기 유입라인(L1)의 전처리필터부 전방과 배수라인(L2)사이에는 세정밸브(30)가 구비된 세정라인(L5)이 설치되며, 상기 압력센서(26)(36) 및 전기전도도 센서(33)의 입력신호에 의하여 가압된 원수의 운전압력, 저장탱크(35)내의 정수압력 및 멤브레인(29)을 투과한 정수의 오염상태를 제어부(40)에서 판단하여 상기 유입밸브(20), 가압펌프(25), 순환밸브(31), 세정밸브(30), 배수밸브(32)의 동작을 제어하므로써 시스템내에 존재하는 농축수 및 멤브레인(29)표면의 오염물질을 세척, 배수하는 세척단계, 정상운전단계 및 농축수를 연속적으로 순환여과시키는 순환여과단계를 실행시키도록 구성된 것을 특징으로하는 역삼투압 순환여과방식 정수시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어부(40)는 전기전도도 센서(33)의 설정값 변경을 통해 사용자가 원하는 수질의 투과수를 얻을 수 있도록 한 것을 특징으로하는 역삼투압 순환여과방식 정수시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 제어부(40)는 압력센서(26)(36)의 설정값을 변경하여 운전압력범위를 설정함으로서 적용된 멤브레인에 따라 최적 운전조건을 부여할 수 있도록 한 것을 특징으로하는 역삼투압 순환여과방식 정수시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 유입라인(L1)의 가압펌프(25)와 멤브레인(29)사이에는 맥동방지기(28)가 설치되는 것을 특징으로하는 역삼투압 순환여과방식 정수시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 시스템은 원수의 공급 차단과 같은 이상의 발견시 제어부(40)의 명령으로 오류표시를 나타내는 표시부(50)가 더 구비되는 것을 특징으로하는 역삼투압 순환여과방식 정수시스템.