KR19990046484A - 한외여과막을이용한공기압축기유분함유응축수처리장치 - Google Patents

Abstract

(1) 발명이 속한 기술분야

·환경관련 폐수처리 분야 중 유분함유폐수 처리분야

·막분리 기술분야 중 한외여과막 분야

(2) 발명의 목적

본 발명은 공기압축기에서 발생하는 유분함유 응축수를 방류기준치가 만족될 수준으로 처리하되, 산업현장에서 부담없이 구입이 가능하고 운전이 간편하며 유지비가 저렴한 처리장치 개발에 그 목적이 있다.

(3) 발명의 구성

본 장치는 응축수 → 펌프 → 전처리 필타 (Pre-Filter) → 한외여과막 모듈(Ultrafiltration Module) → 여과액 방류의 공정으로 이루어지며 이 공정을 보조하는 요소들로서 외부 케이스, 하부오일팬, 압력계, 환풍기, 운전 스위치, 점검 덮개판, 배관장치 등이 있다.

펌프는 응축수를 흡입하여 전처리 필타 및 한외여과 모듈로 보내주는 역할을하고, 전처리 필타는 응축수에 섞인 고형분 (이물질)을 일자로 처리하며, 한외여과 모듈은 응축수에 남은 고형분과 유분 및 기타 물질을 제거하여 여과된 액을 방류하도록 구성되어 있다.

(4) 발명의 효과

·저렴한 처리장치 개발 및 보급

·응축수의 무단방류를 막고 수질환경 보호에 이바지

·수입대체 상품으로서 외화지출을 막고, 해외시장을 개척

Description

한외여과막을 이용한 공기압축기 유분함유응축수 처리장치{The Treatment System Used By Ultrafiltration Membrane For Drained Oily Water Of Air Compressor}

① 발명이 속하는 기술분야

·환경관련 폐수처리 분야중 유분함유폐수 처리분야

·막분리 기술분야중 한외여과막 분야

·공기압축기의 응축수 관련분야

② 종래의 기술

·국내에는 공기압축기의 응축수 처리를 위해 제작되는 별도의 장치는 없고 다른 폐수와 함께 처리되거나 발생량이 적다는 이유로 대부분의 산업현장에서 몰래 방류되고 있는 실정이다.

·외국에서 수입되는 장비로는 유분응집제를 투입하여 화학적으로 침전시킨후 방류시키는 장비가 있으나 구입비용이 워낙 비싸고 유지비가 많이 드는 단점이 있어 대부분의 산업현장에서 구입을 꺼리는 실정이다.

본 발명은 공기압축기의 유분함유 응축수를 방류기준치를 만족시킬 정도로 처리하되, 산업현장에서 부담없이 구입이 가능하고 운전이 간편하며 유지비용이 많이 들지 않는 장치의 개발에 중점을 두어 연구되었다.

특히 전체 산업계에 보급된 공기압축기의 수량으로 볼 때 비록 개개의 공기 압축기에서 발생되는 응축수의 양은 적을지라도 전체를 합한다면 엄청난 양의 유분함유 폐수가 그냥 버려지고 있는 실정임을 감안, 현실적으로 산업현장에서 쉽게 쓰여질수 있는 장치가 아니라면 별 의미가 없다고 판단하였다.

이런 관점에서 이미 물질의 분자량 크기에 따른 선택분리 분야에서 시작되어 폐수처리 분야에까지 그 적용범위가 날로 확대되고 있는 막분리 기술, 그중에서도 한외여과막을 주목하였고, 실제로 수많은 샘플링 테스트 (Sampling Test)를 통해 그것이 가능하다는 결론에 도달하였다.

일반적인 유분함유 폐수의 경우 그 조성성분의 복잡성으로 인하여 한외여과막으로 여과시키더라도 통상 방류기준을 만족시키기가 어렵다는 것이 상식이있다. 그러나 공기압축기 응축수의 경우에는 조성성분이 수분과 유분(공기압축기 작동부 윤활유가 주종을 이룸)으로 비교적 단순한데다 혼입 이물질량이 적어서 대부분 응축수가 한외여과막을 통과하는것 만으로 방류기분치를 충족하였고 일부 기준치를 벗어나는 경우에는 보조장비로서 활성탄소 및 흡유제를 주성분으로 하는 유분흡착조 (油分吸着槽)를 통과시켰더니 방류기준치가 만족되었다.

제 1 도는 기호로 표시된 배관회로도이다.

제 2 도는 조립된 상태를 나타내는 장치의 외형 사시도이다.

제 3 도는 내부의 구성요소 배치를 나타내는 평면도이다.

제 4 도는 내부의 구성요소 배치를 나타내는 정면도이다.

제 5 도는 보조장치로 사용되는 유분흡착조의 사시도이다.

제 6 도는 보조장치로 사용되는 유분흡착조의 단면도이다.

① 기술적 과제를 해결하기 위한 장치의 구성

본 장치는 다음의 공정으로 응축수를 처리한다

각 구성요소간에는 배관으로 서로 연결되며 이들 핵심요소들의 원활한 작동을 위해 필요한 보조요소들로는 외부케이스, 하부오일팬, 압력계, 환풍기, 펌프운전 스위치, 점검덮개판, 배관장치 등으로 구성되어 있다.

② 각 구성요소의 기능 및 작용

본 장치의 구성요소 및 기능은 다음과 같다.

·외부 케이스 ( 1 ) : 전체 구성요소들을 고정·부착하고 보호하며 지탱해주는 역할을 한다.

재질은 일반 강판이나 스텐레스 스틸 ( Stainless Steel )판을 사용하며 판재의 두께는 장치의 크기에 따라 1∼3mm 정도로 제작한다.

·하부 오일팬 ( 2 ) : 장치의 운전·보수·점검과정에서 흘러나올수 있는 액체가 바닥에 떨어지지 않도록 받아주는 역할을 하며 외부 케이스( 1 )의 하부에 내장된다. 청소시에 고여 있는 액체를 빼낼수 있도록 오일팬 바닥에 드레인밸브 ( 3 )를 부착한다.

·점검 덮개판 ( 4 ) : 보다 손쉬운 장치의 점검·보수를 위해 해체가 용이한 덮개판을 외부 케이스의 상면(上面)과 후면(後面)에 설치한다.

·펌프 ( 5 ) : 응축수를 흡입하여 전처리 필타( 6 ) 및 한외여과막 모듈( 7 )로 보내주는 역할을 하며, 용량은 2∼3Kgf/㎠ 압력상태에서 한외여과막 모듈 내부의 유속이 1∼2 m/sec. 정도가 되도록 유량을 선정한다. 펌프형식은 일반 원심형 펌프(Centrifugal Type)를 사용해도 되고 경우에 따라서는 기어 펌프(Gear), 트로코이드 펌프(Trochoid), 다이아프램 펌프(Diaphragm)등 어떤 형식의 펌프를 사용하여도 무방하다.

·전처리 필타 ( 6 ) : 펌프( 5 )에서 공급된 응축수 내의 고형분 (이물질)을 제거하여 한외여과 모듈( 7 )을 보호하는 역할을 한다. 전처리필타( 6 ) 내부의 필타 엘리먼트 재질은 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene)등 어느것을 사용해도 무방하고 경우에 따라 탄소성분(Carbon)의 필타를 사용할 수도 있다. 여과등급은 액상태에 따라 1∼25㎛ (공칭) 중 적절한 것으로 선정하되 통상 10㎛ 정도를 사용하면 무난하다. 또한 형상은 어떤 타입의 것이든 관계가 없으나 시중에서 가장 널리 쓰이고 있고 또 저렴한 사권형 (絲捲型, String Wound Type) 의 표준규격 ( 직경65 × 길이 10˝,20˝,30˝)을 쓰는 것이 효율적이다.

외부의 케이싱은 표준형 엘리먼트에 맞는 합성수지 계열 ( 아크릴, 우레탄등 )의 표준형 시중구매품을 사용한다.

·한외여과막 모듈 ( 7 ) : 한외여과막 모듈의 등급은 분획분자량( UWCO : Molecular Weight Of Cut Off, 分劃分子量) 10,000 ~ 300,000 Dalton 의 것중 적당한 등급을 적용하되 보통의 경우 30,000 ~ 100,000 Dalton 의 등급을 선정한다.

모듈의 규격은 처리하고자 하는 응축수의 양에 따라 다음과 같이 선정한다.

·압력계 ( 8 ) : 압력계는 외부 케이스 ( 1 ) 전면 (前面)에 2개가 부착되며 압력확인 부위는 펌프( 5 )와 전처리 필타( 6 ) 사이에 1개, 전처리 필타 ( 6 )와 한외여과막 모듈( 7 ) 사이에 1개가 설치되고, 각각 '전처리 필타 압력'과 'U/F모듈압력' 으로 지칭된다.

·환풍기 ( 9 ) : 환풍기는 장치 내부의 펌프( 5 )나 기타 기기의 과열을 방지하고 장비내부에 습기가 차는 것을 막기위해 장치의 측면 내부에 설치된다.

통풍이 잘되도록 장치의 양측면 하부에는 통풍구( 10 )를 뚫어 준다.

그러나 통풍이 잘되는 서늘한 곳에 본 장치가 설치될 경우에는 환풍기를 부착하지 않아도 무방하다.

·펌프운전 스위치 ( 11 ) : 운전 스위치는 장치의 기동과 정지를 선택할 수 있도록 장치전면에 압력계( 8 )와 나란히 설치 된다. 운전 스위치와 전기제어함( Control Box)이 따로 설치되는 것을 피하기 위해 운전스위치 겸용 과전류 차단기를 사용하여 장치의 단순화를 꾀한다.

·기타 배관장치 ( 12 ) : 구성부품과 부품들을 순차적으로 연결하며 처리용량에 따라 구경을 정하되 플렉시블 호스 ( Flexible Hose )나 스틸 ( Steel ) 배관을 사용한다.

·유분흡착조 (油分吸着槽) : 유분흡착조는 본 발명에 따른 응축수 처리장치를 이용하여 유분함유 응축수를 여과시켰을 때 처리된 여과액이 폐수 방류기준치를 만족하지 못할 경우, 방류기준치를 맞추기 위해 사용되는 보조장치이다. 유분흡착조는 염화비닐 재질의 케이스(13) 내부에 상부덮개판(14)과, 일차적으로 유분을 흡착·제저하는 조대형 유흡착제(15), 잔여유분을 이차적으로 정밀제거 하는 활성탄소분말(16), 상하부에서 유흡착제(15)와 활성탄소분말(16)을 보호하는 스폰지(17)등을 넣어 간단하게 만들어진 장치이다.

이 유분흡착조는 공기압축기 유분함유 응축수 처리장지에서 방류기준을 만족시키기 위해 반드시 필요한 구성요소는 아니고, 응축수에 함유될수 있는 여러종류의 유분중 일부 합성유계통의 특수유종은 유분제거가 아주 까다로운데 이 경우에만 2차 처리장치로서 사용된다.

③ 실시예

다음의 실시예에 명기된 내용은 발명의 이해를 돕기 위해 일반적인 사항을 대표사례만 정리한 것이다. 따라서 발명의 결과가 다음의 실시예에 기재된 것으로만 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 1 >

·한외여과막 모듈 ( 7 ) : Φ1″× l10″, 폴리아크릴로나이트릴 재질, 분획분자량 (MWCO) 30,000 Dalton 등급 (PN03C) 및 100,000 Dalton 등급 (PNl0B)각 1개(PN03C 및 PN10B는 편의상 모듈등급 구별을 위해 부여한 기호임)

·전처리필타 (6) : PP재질, 10μ×Φ65×ℓ250mm,사권형,아크릴케이싱,1개

·펌프 (5) : 원심형 (Centurifugal Type), 2Kgf/㎠ x 3.5ℓ/min 용량, AC 단상 220V×125watt 규격,1대

이상 주요부품을 제 1 도 처럼 배관구성을 하여 광유계 유분이 섞인 응축수를 여과시켰던 바, 다음과 같은 결과를 얻었다.

※시험조건 : 외기온도 13℃, 시험압 1.8Kgf/㎠, 펌프공급유량 3.5ℓ/min.

여과유량 PN03C → 3.6ℓ/hr, PN10B → 4.3ℓ/hr.

< 실시예 2 >

한외여과막 ( 7 )전처리 필타 ( 6 ), 펌프 ( 5 )등의 주요부품과 시험조건을

<실시예 1>과 동일하게 하여 또다른 광유계 유분이 섞인 응축수를 여과시켜 다음의 결과를 얻었다.

< 실시예 3 >

한외여과막(7), 전처리 필타(6), 펌프(5)등의 부품은 <실시예 1>과 동일하게 하고, 한외여과막을 통과한 여과액을 유분흡착조를 다시 통과시켜 최종처리액을 얻었다.

그 다음은 그 결과를 분석한 자료이다.

< 실시예 4 >

앞의 <실시예 1> ∼ <실시예 3> 이외에도 많은 시험을 행한 결과 일반적인 공기압축기 응축수를 처리함에 있어 다음과 같이 장치를 구성하는 것이 바람직하다는 결론에 도달하였다.

※ (주) 상기(上記)의 예는 처리유량에 따른 여러 가지 사양의 장치들 중 일부를 예시한 것이며 응축수의 성분이나 상태에 따라 구성부품(요소)의 사양이나 조합이 달라질 수 있다. (가장 일반적인 것을 예시한 것임.)

※ (주) 표의 내용중 '사용조건'항에 명기된 PAN, PS 재질은 다음의 약어이다.

PAN : Polyacrylonitrile ( 폴리 아크릴로나이트릴 )

PS : Polysulfon ( 폴리 술폰 )

여기서 재질이라 함은 한외여과막 모듈 내부의 한외여과막 재질을 가리킨다.

본 발명으로 얻어지는 효과는 다음과 같다.

① 저렴한 가격으로 응축수 처리장치의 보급이 가능하다.

② 소액의 전기료 외에는 유지비가 거의 들지 않는다.

③ 장치의 조작이 간단하여 누구나 쉽게 작동시킬 수 있다.

④ 쉽게 구입이 가능하므로 응축수의 무단방류를 막을 수 있다.

⑤ 따라서 수질환경 보호에 크게 이바지 할 수 있다.

⑥ 작업현장의 환경을 개선하고 환경관련 국제인증을 획득하는데 도움이 된다.

⑦ 여과된 액을 방류시키지 않고 재활용도 가능하므로 물 사용량을 줄일 수 있다.

⑧ 수입대체 상품으로서 외화지출을 막을 수 있다.

⑨ 해외시장 개척을 통해 외화획득에 기여할 수 있다.

Claims (5)

1. 공기압축기에서 발생되는 유분함유 응축수를 흡입하여 공급해주는 펌프(5), 응축수에 혼입된 고형분 이물질을 일자로 걸러주는 전처리 필타(6), 응축수에 남아 있는 잔류 고형분과 유분 및 기타 이물질을 여과시키는 한외여과막 모듈(7)을 주요 구성품으로 하고, 보조구성품으로서 액체받이 하부 오일팬(2)과 보수·정검용 점검 덮개판(4)과 전처리 필타(6)에 작용하는 압력 및 한외여과막 모듈(6)에 작용하는 압력을 확인할수 있는 두 개의 압력계(8)와 장치내부의 과열방지용 환풍기(9) 및 통풍구(10)가 부착되어 있고 펌프운전 스위치(11)와 기타 배관장치(l2)를 갖추고 있으며, 모든 구성품들을 고정 및 부착하고 보호·지탱해주는 외부케이스(1)가 감싸고 있는 것을 특징으로 하는 공기압축기 유분함유 응축수처리장치.
2. 제 1 항에 있어서, 펌프⑸와 전처리 필타(6), 그리고 한외여과막 모듈(7)을 조합하여 공기압축기 유분함유 응축수를 여과시켜 방류기준치를 만족시킬 수 있는 공기압축기 유분함유 응축수 처리장치.
3. 제 1 항에 있어서, 외부케이스(1) 내부에 모든 구성품을 고정·부착시켜 조작이 단순하고 설치면적을 최소화시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 공기 압축기 유분함유 응축수 처리장치.
4. 제 1 항에 있어서, 구성품들의 조합을 다르게 함으로써 응축수 발생량에 따라 적합한 처리용량의 장치를 구성할 수 있는 것을 특징으로 하는 공기 압축기 유분함유 응축수 처리창치.
5. 제 1 항에 재시된 공기압축기 유분함유 응축수 처리장치에 있어서, 처리된 여과액이 방류기준치를 만족시키지 못할 경우 방류기준을 맞추기 위해 보조장치로 사용되는 염화비닐 재질의 케이스(13), 상부 덮개판(14), 일차로 유분을 흡착·제거하는 유분흡착제(15), 잔여 유분을 정밀하게 제거하는 활성탄소분말(16), 상·하부의 스폰지층(l7)등으로 구성된 유분흡착조와 공기압축기 유분함유 응축수 처리장치의 조합.