KR19990032736A - 고효율 수처리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하수 및 폐수처리를 위한 고효율의 수처리 시스템에 관한 것으로서, 기존의 시스템에 비해 저렴한 제조비용과 단위 부피당의 높은 막 표면적, 시스템의 사용시간의 증대 등을 목적으로 안출된 것이다.

본 발명은 구체적으로 부유물을 1차적으로 걸러내고 화학물질을 투여하여 냄새나 유독성분을 제거하는 전처리 공정과, 미세한 부유물을 제거하는 정밀여과 공정 및 물에 용존해 있는 중금속의 제거를 위한 역삼투 공정으로 구성된 시스템에 관한 것으로서, 특히 정밀여과 공정에서는 자동제어 장치에 의해 자동적으로 원수의 유입과 처리수의 배출이 가능하며 역세척 펌프에 의해 주기적 또는 연속적으로 정밀여과막의 세척이 가능하도록 설계된 특징을 지닌 것이다.

Description

고효율 수처리 시스템

본 발명은 하수 및 폐수처리를 위한 수처리 시스템에 관한 것으로, 좀더 자세히는, 전처리공정, 화학처리공정, 정밀여과공정 및 역삼투 공정으로 구성된 고효율의 수처리 시스템에 관한 것이다.

막분리공정은 얼마전만 하더라도 기술적으로 중요한 분리공정으로 여겨지지 않았으나 최근에는 많은 응용 분야에 걸쳐 막분리 공정이 이용되면서 성장중에 있는 공정이다. 현재의 막분리 공정에 이용되고 있는 것은 정밀여과(microfiltration), 한외여과(ultrafiltration), 역삼투(reverse osmosis), 기체투과(gas separation), 투과증발(pervaporation)등이 있다. 이러한 막들은 각각의 기공 크기와 재질 및 용도에 따라서 사용 용도에 제한을 지니는데, 특히 산업용 폐수처리나 하수처리에는 정밀여과막과 한외여과막, 역삼투막이 주로 사용되고 있다.

이러한 상업적인 분리막 시스템의 구성은 투자비와 운전비용에 따라 디자인에 큰 영향을 주며, 시스템 디자인은 막과 모듈의 개발 만큼 중요하다. 예를들면, 많은 역삼투 공정에서 전처리필터, 또는 화학처리와 같은 과량의 공급용액에 대하여 전처리 공정이 자주 필요하다. 또한 공급용액의 전처리 장치 뿐만 아니라, 시스템의 단위 크기, 펌프 조절장치의 비용은 총투자비에 대해 높은 비중을 차지한다. 일반적으로 전체 공정비용은 투자비용과 운전비용으로 크게 나타낼 수 있는데, 이것은 막의 투과성(permeability)와 배제율(rejection)에 의한 막의 면적과 펌프의 용량, 전처리 장치 등의 투자비용과 에너지 소비량, 막교체비용 등의 운전비용에 의해 결정되며, 이 두가지 모두 분리막 시스템 디자인에는 매우 중요하다.

하수 및 폐수처리 공정은 이미 오랜기간 동안 다양한 공정 및 장치가 개발되어 왔지만, 일반적으로 유체내의 많은 부유물과 유독성 액체로 인해, 침전공정이나 응집공정이 반드시 포함되여 왔으며, 원수의 질과 양이 사용장소에 따라 공정이 큰 편차를 보이고 있다. 그러므로 대부분 스크린이나 여과, 침강에 의한 물리적 처리와 중화, 산화, 흡착 등의 화학적 처리를 거쳐 미생물에 의한 생물학적 처리를 거치는 공정으로 이루어져 있다. 그러나, 이러한 공정은 전처리 공정인 침전조나 응고조와 같은 큰 용적을 차지하는 공정이 대부분이어서 넓은 장소를 요구하거나 큰 운전비용 및 처리공정이 겉으로 드러나 있으므로, 정수의 처리 효율이 매우 떨어지며 주변에 악취가 심한 단점을 포함하고 있다. 한편, 최근에는 전처리공정과 막공정으로 이루어져 있는 시스템이 개발되어지고 있으며, 이러한 공정은 JP 171688, USP 5006253, WO 9109667, USP 4895649, EP 335647에서 개시되어 있는 바와 같이 정밀여과막 또한 한외여과막과 역삼투막과의 조합을 통하여 공정을 디자인한 시스템의 경우도 있다. 그러나, 일부 정밀여과막 또는 한외여과막과 역삼투막을 통한 시스템의 경우는 역삼투막의 전단계인 정밀여과 또는 한외여과 단계에 처리 가능한 요구원수의 질이 존재함에 따라 다양한 원수의 환경에 빠르게 적용하기가 어려우며, 정밀여과막 및 한외여과막은 파울링 현상 및 농도 분극화 현상으로 교체주기가 짧은 단점을 가지고 있다. 또한 이러한 농도분극화 현상을 극복하기 위한 방법으로서 역세척 방법을 도입하는 방법이 알려져 있으나, 이 경우는 정밀여과막의 간헐적인 역세척 작업으로 인하여 처리수의 흐름이 방해될 뿐만 아니라, 다음 공정으로서 유체 흐름이 차단되고 운전시간이 늘어나게 되어 운전비용이 증대되는 문제가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 수처리 공정의 개략도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 원수탱크 2 : 스크린

3 : 화학처리탱크 4 : 부유물집진탱크

5 : 정밀여과막 6 : 역삼투막

7 : 역세척펌프 8 : 자동제어장치

9 : 처리수탱크

본 발명은 두장 이상의 스크린을 사용하여 부유물 등을 1차적으로 걸러낸 후, 냄새 유독성분 등을 제거하기 위해 화학약품을 투여하여 처리하는 전처리 공정, 미세한 부유물 등을 2차적으로 제거하기 위해 정밀여과막을 사용하는 정밀여과공정 및 물에 용존해 있는 중금속 등의 제거를 위한 역삼투 공정으로 이루어진 수처리 시스템에 관한 것이다.

이하에서 첨부된 도면에 의거 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에서 전처리 공정은 두장 이상의 스크린(2)을 사용하여 원수탱크(1)로 부터 공급되는 하수 또는 폐수의 일정크기 이상의 부유물들을 걸러내는 공정과, 산화, 환원, 흡착 또는 중화 기능을 지닌 화학물질을 화학처리탱크(3)내에 첨가하여 냄새나 유독성분 등을 제거하는 공정으로 구성되는데, 이때 사용되는 스크린(2)은 개구의 크기가 50∼1000μ 범위의 것으로서 탈착이 가능하고 역세척펌프(7)를 통한 세척이 가능하도록 장착되며, 첨가되는 화학물질은 하수나 폐수의 특성에 따라 적합한 물질이 선택 사용된다.

일반적으로 역삼투 공정은 공급 용액에 총분산고체량(gross suspended solids)과 부유물(debris)이 없어야 하는데, 장기의 전처리 공정에 의해 처리된 용액에는 이들이 잔존하고 농도 분극화 현상으로 인한 파울링이 쉽게 발생하므로 본 발명에서는 이를 방지하기 위하여 전처리 공정과 역삼투 공정사이에 정밀여과막(5)을 통과시키는 정밀여과 공정을 채용하였다.

이때 정밀여과막(5)은 TIPS(thermally induced phase separation)법에 의해 제조되는 중공사 분리막을 사용하는 것이 정밀여과막의 사용가능 시간을 크게 늘릴 수 있으므로 바람직하다.

중공사 분리막의 제조시 산화를 방지하며 적정온도 조건에서 중공사의 응고를 일으키기 위해서는 가열장치가 되어 있는 진공부를 방사구와 응고액 사이에 장치하여야 한다. 이러한 진공부는 또한 일정 길이로 온도 구배를 이루어야 하는 것이 매우 중요하며, 이때 각 부위에 따른 온도 차이로 인한 중공사 분리막의 성능이 결정된다. 우선 첫 번째 영역은 상분리거동이 일어나는 영역으로서 중공사에 균일하고 적절한 크기를 갖도록 두가지 성분의 상분리 정도를 조절하는 영역이므로 이 영역의 온도는 중공사 분리막의 분리 성능을 좌우하는 것으로 매우 중요하다. 두 번째 영역에서는 중공사 분리막의 섬유 구조를 형성하는 영역이다. 상분리가 이루어진 이후에 중공사 분리막의 우수한 분리성능을 얻기 위해서는 다공의 구조가 피브릴 구조를 형성하는 것이 적합한데, 이러한 피브릴 구조를 형성하기 위하여 세 번째 영역에서의 온도 차이를 통하여 자발적 연신이 이루어져 원하는 구조를 갖게 하는 것이다. 세 번째 영역은 형성된 중공사의 물리적 성질을 조절하는 영역으로, 이 영역에서 완전한 냉각을 이루어 중공사의 형태를 유지하며, 만일 이부분의 완전한 냉각이 이루어지지 않는다면 두 번째 영역의 피브릴 구조를 갖게 하기가 어렵다. 이렇게 얻어진 중공사 분리막은 강도와 신도가 높고, 높은 중공율 및 다공표면을 갖게 된다.

상기와 같은 특성을 지닌 정밀여과막(5)은 도 1에 나타낸 바와 같이 병렬 형태로 나열되고 자동제어장치(8)를 통하여 자동적으로 원수의 유입과 처리수의 배출이 가능하도록 구성되며 또한 각각의 정밀여과막은 연속적으로 개폐가 가능하고 1번막이 가동하였을 때 2번막이 폐쇄되어 역세척펌프(7)를 사용하여 유체 또는 공기에 의해 세척이 되도록 설계된다. 이때 세척된 부유물은 부유물 집진탱크(4)에 포집되며 부유물이 제거된 액체는 다시 화학처리탱크(3)에서 나오는 유체와 함께 정밀여과 공정으로 이송되는 것이다.

이와 같이 정밀여과 공정을 거친 유체는 최종적으로 물에 용존해 있는 중금속 등을 제거하기 위하여 역삼투막(6)이 장착된 역삼투 공정을 거치도록 함에 의해 수처리가 완료된다.

한편, 상기 공정에서 스크린이나 정밀여과막의 부유물을 세척하기 위한 역방향 유체나 공기의 흐름은 특정하게 한정되지는 않지만 대략 10-30분 사이의 간격으로 주기적 또는 연속적으로 이루어질 수 있도록 설계하는 것이 작업성면에서 유리하다.

이하에서 실시예 및 비교 실시예를 들어 본 발명을 좀더 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

하수에서 처리된 원수 탱크에 충분한 압력을 가하여 이송파이프를 통해 스크린 장치로 이송된 원수는 각각 200, 400, 600, 800 마이크로까지 걸러낼 수 있는 4장의 스크린이 부착된 스크린막을 이용하여 분리한 후 이어서 하수를 냄새 및 유독 성분을 제거하기 위하여 화학물질을 첨가하여 화학적 처리를 행하였다. 이와 같이 처리된 처리수는 다시 도 1에 나타낸 정밀여과 공정으로 이송하여 처리하였으며, 이때, 정밀여과막은 자동제어 시스템에 의해 유입구 및 유출구의 개폐가 조절되며 병렬로 배열된 고신도 정밀 여과막은 15분 간격으로 공기 및 유체를 통하여 세척하며, 역세척하는 정밀여과막은 자동제어 시스템에 의하여 유입구와 유출구는 닫히고, 역세척용 유입구와 유출구가 열리게 되어 유체는 역으로 흐르게 되도록 하였으며, 또한 1번 막이 역세척하는 동안 2번 막을 통하여 정류되도록 장치하였다.

이어서 정밀여과 공정을 거쳐 부유물들을 제거한 여과물을 최종적으로 역삼투 공정으로 이송하여 역삼투막에 의한 중금속 등을 제거함에 의해 수처리를 완료하였다. 이와 같은 공정은 12시간 간격으로 120시간 동안 정류된 처리수를 분석하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[실시예 2]

정밀여과 공정에서 정밀여과막 세척을 20분 간격으로 1번막 부터 3번막 까지 차례로 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였으며 12시간 간격으로 120시간동안 정류된 처리수를 분석하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[비교실시예 1]

자동제어 장치가 없는 시스템으로 역세척을 15분 간격으로 실시한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였으며, 12시간 간격으로 120시간동안 정류된 처리수를 분석하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[비교실시예 2]

역세척을 20분 간격으로 진행한 것 이외에는 비교실시예 1과 동일하게 실시하였으며, 12시간 간격으로 120시간동안 정류된 처리수를 분석하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

(표 1)

본 발명에 따른 처리 시스템을 사용하는 경우 처리 시스템의 저렴한 제조 비용, 단위 부피량의 높은 막표면적, 막을 통한 높은 물질전달 속도 및 시스템의 사용 시간 증대 등의 유용한 효과를 얻을 수 있다.

Claims (4)

1. 두장 이상의 스크린(2)을 사용하여 원수탱크(1)로 부터 공급되는 하수 또는 폐수의 부유물을 걸러내는 공정과 화학물질을 첨가하여 냄새나 유독성분을 제거하는 화학처리 공정으로 구성된 전처리 공정과, 중공사 분리막을 사용하는 정밀여과막(5)을 병렬식으로 나열하고 자동제어장치(8)에 의해 자동적으로 원수의 유입과 처리수의 배출이 가능하며 역세척펌프(7)에 의해 정밀여과막의 세척이 가능하도록 설계된 정밀여과공정 및 역삼투막(6)을 사용하는 역삼투 공정으로 이루어진 고효율 수처리 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 스크린은 개구의 크기가 50∼1000μ 범위에 있으며 역세척이 가능하도록 장치되어 있는 것임을 특징으로 하는 고효율 수처리 시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 정밀여과 공정에서 세척된 부유물은 부유물 집장장치(4)에 포집되고 여기서 부유물이 제거된 액체는 다시 화학처리탱크(3)에서 나오는 유체와 함께 정밀여과 공정으로 이송되는 것을 특징으로 하는 고효율 수처리 시스템.
4. 제 1 항에 있어서, 정밀여과 공정에서의 역세척은 10∼30분 간격으로 주기적 또는 연속적으로 이루어지도록 되어 있음을 특징으로 하는 고효율 수처리 시스템.