KR19990070114A - 고투수성한외여과막모듈을이용한중앙정수시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정수시스템에 관한 것으로, 원수를 시스템에 공급하는 원수공급부; 상기 원수공급부에 연결되어, 공급되는 원수의 유기물, 잔류염소 등을 흡착 제거하는 활성탄 필터; 상기 활성탄 필터에 직결되어 오염물질을 1차 여과하는 정밀여과막 장치 ; 상기 정밀여과막 장치에 연결되어, 미생물 및 용존하지 않은 오염물질을 2차 여과하는 한외여과막 장치; 상기 한외여과막 장치에서 여과된 물을 저장하는 정수 저장 탱크; 상기 정수 저장 탱크에 직결되어, 정수가 저장탱크로부터 공급될 때 최종적으로 살균하여 미생물을 제거하는 자외선 필터; 및 상기 자외선 필터를 거쳐 먹는물을 공급하는 공용 음수대로 구성된 것을 특징으로 하는 정수 시스템에 관한 것이다.

Description

고투수성 한외여과막 모듈을 이용한 중앙 정수 시스템

본 발명은 정수 시스템에 관한 것으로, 특히 고투수성 한외여과막 장치를 이용한 정수 처리 시스템에 관한 것이다.

기존의 아파트 정수 시스템은 이온교환수지, 활성탄, 자외선 필터, 오존살균장치 등을 사용하여 이온교환, 흡착, 살균 등의 방법으로 경수의 연수화, 유기물질, 미생물 제거를 주 목적으로 하고 있다. 그러나, 이들 정수장치는 장치의 설치비용이 많이 소요되며, 국내 수질을 고려하지 않고 과도한 정수를 하게 되는 단점이 있었다. 즉, 아파트 정수 시스템의 경우 지하수나 수돗물을 여과하는 방법만으로도 충분히 좋은 수질을 얻을 수가 있다. 따라서 이들 시스템은 정수효과의 신뢰도가 낮으며, 사용되는 정수소재의 유지관리에도 어려움이 많았다. 특히 정수처리된 물은 각 가정의 수도꼭지로 운반되는 도중에 수도관 내부에서 미생물이 재번식하거나 부식된 수도관으로 부터 부식된 물질이 탈락되어 2차 오염물을 유발하는 경우가 많다. 이에 따라 정수된 물에도 미생물이 발생하거나 앙금이 발생하는 등 정수기능을 충분히 발휘하지 못하였다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 최근 막을 이용한 정수장치가 개발되고 있는데 현재 사용되고 있는 막의 종류로는 역삼투막, 한외여과막, 정밀여과막이 주종을 이루고 있다. 그러나 역삼투막은 정수되는 물의 양이 적어 많은 모듈을 사용함에 따라 비용이 많이 소요된다. 또한 한외여과막과 정밀여과막은 수도직결식 가정용 정수기에 많이 사용되고 있는데, 한외여과막은 미생물 제거와 용존되지 않은 이물질 제거에 탁월한 기능을 갖고 있어 중앙 정수 시스템에 사용하는 것이 바람직하나, 투과수량이 적어 사용되는 모듈이 증가함에 따라 장치가 커지고 비용도 비싸지는 단점이 있었다. 또한 정밀여과막은 여과성능이 다른 막에 비해 낮아 주로 전처리에 사용되고 있는 실정이다.

본 발명자들은 종래의 막 장치가 갖고 있던 여러 가지 문제점을 해결하기 위해 노력한 결과 고투수성 한외여과막을 이용한 정수 시스템을 개발하기에 이르렀다.

따라서 본 발명의 목적은 고투수성 한외여과막 장치를 적용하여 적은 모듈 수에도 불구하고 투수량이 많고 탁월한 정수효과를 나타내는 정수 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 전자동으로 운영되는 정수 시스템을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 정수 시스템에서 실시되는 정수공정의 예를 나타내는 도면

도 2는 본 발명의 정수 시스템에서 한외여과막 장치의 역세공정을 나타내는 도면

도 3은 본 발명의 정수 시스템에서 실시되는 수세공정의 예를 나타내는 도면으로서,

도 3a는 역세공정과 동일하게 수세하는 공정도,

도 3b는 정수공정과 동일하게 수세하는 공정도.

도 4는 본 발명의 정수시스템에 사용된 한외여과막 장치의 구조를 나타내는 도면으로서,

도 4a는 본 발명의 한외여과막 장치의 일부를 절개한 사시도,

도 4b는 도 5a의 A-A′선을 절단한 단면도

도 4c는 한외여과막 장치에 사용된 한외여과막의 사시도.

* 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1∼7 : 게이트 밸브

11∼20 : 유량 조절 밸브(글로브밸브)

21∼23 : 체크밸브

31∼33 : 볼 밸브

41 : 온도지시계(Temperature Indicator)

51 : 유량 조절 지시계(Flow Indicating Controller)

61∼65 : 압력 지시계

71 : High Pressure Switch(고압 스위치)

100 : 지하저수조

101∼106 : 자동밸브(솔레노이드 밸브)

110 : 순환펌프

120 : 활성탄 필터

130 : 정밀여과막 장치

140 : 한외여과막 모듈

141, 142, 143 : 한외여과막

144 : 한외여과막 모듈 유입구

145 : 농축수 배출구

146, 147 : 유출구

148 : 한외여과막 모듈

149 : 한외여과막 유입구

150 : 정수 저장 탱크

160 : 공급 펌프

170 : 자외선 필터

180 : 공용 음수대

201, 202 : 수위조절기(LIC)

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 정수 시스템은 원수를 시스템에 공급하는 원수공급부; 상기 원수공급부에 연결되어, 공급되는 원수의 유기물, 잔류염소 등을 흡착 제거하는 활성탄 필터; 상기 활성탄 필터에 직결되어, 오염물질을 1차 여과하는 정밀여과막 장치; 상기 정밀여과막 장치에 연결되어 미생물 및 용존하지 않은 오염물질을 2차 여과하는 한외여과막 장치; 상기 한외여과막 장치에서 여과된 물을 저장하는 정수 저장 탱크; 상기 정수 저장 탱크에 직결되어 정수가 저장탱크로부터 공급될 때 최종적으로 살균하여 미생물을 제거하는 자외선 필터; 및 상기 자외선 필터를 거쳐 먹는물을 공급하는 공용 음수대로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.

일반적으로 아파트에 공급되는 물은 수돗물이거나, 지하수로써 물에 존재하는 오염물질은 주로 송, 배수관에서 발생하는 철 산화물, 잔류염소와 결합한 트리할로메탄, 정수장에서 사용되는 응집제에 의한 잔류 알루미늄, 아파트 저수조, 옥내 배관에서 발생하는 미생물, 앙금, 이물질 등이다. 또한 지하수는 미생물과 질산성 질소, 경도 등이 수질기준을 초과하는 경우가 많다. 이들 오염물질이 물중에 존재함으로써 심미적이고 위생학적으로 좋지 않은 결과를 야기하게 된다. 또한 수질이 나쁜 수돗물을 정수하는 아파트의 정수장치는 이물질과 미생물 이외에 나쁜 맛과 냄새를 유발하는 잔류염소의 제거가 필수적으로 필요하며, 필요한 경우 이온교환수지나 역삼투압장치를 이용하여 경도를 낮추어야 한다. 또한 수도꼭지로 급수되는 과정에서 오염물질의 발생이 우려되므로 최종적인 살균과정이 필요하다.

이러한 개념으로, 본 발명은 지하저수조에 활성탄 필터, 정밀여과막 장치 및 고투수성 한외여과막을 이용한 정수 시스템을 설치하고, 외부에 설치된 공용 음수대로 공급되기 직전에 자외선 필터를 설치하여, 수돗물에 포함된 잔류염소를 활성탄 필터에서 흡착 제거하도록 하고, 활성탄 필터에서 생존 가능성이 있는 미생물은 한외여과막에서 제거하며, 저장 및 이송 과정에서 발생할 수 있는 미생물을 최종적으로 자외선 필터에서 사멸시켜 제거하도록 설계한 것이다. 이에 따라 최종적으로 처리된 처리수에는 앙금이나 미생물이 존재하지 않으며, 잔류염소로 인한 나쁜 맛과 냄새도 없게 된다.

본 발명을 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. 도 1에는 본 발명의 정수 시스템이 도시되어 있다. 시스템내로 원수를 일정한 유량으로 공급시켜 주는 원수공급부는 자동밸브(101)와 글로브밸브(11) 및 순환펌프(110)로 구성된다. 순환펌프(110)에 의해 공급된 원수는 활성탄 필터(120)로 이송된다.

활성탄 필터(120)는 5∼150Å 크기의 많은 미세한 기공이 형성되어 표면적이 극대화된 활성탄을 이용한 필터로서, 물 중의 각종 유기물, 맛, 냄새, 잔류염소, 트리할로메탄, 농약류 등을 흡착 제거한다. 또한 활성탄 필터는 자동역세기능을 갖추도록 한다. 활성탄 필터(120)에서 처리된 물은 다시 정밀여과막 장치(130)로 보내진다.

정밀여과막은 α-셀룰로즈 재질로써 다공질의 분말을 성형하여 고온에서 소성시켜 만든 것이다. 정밀여과막은 필터의 크기에 따라 물 속의 부유물질을 미크론 단위까지 제거해준다. 정밀여과막(130)장치에서 1차 여과된 물은 한외여과막 장치(140)로 보내져 2차 여과된다.

고투수성 한외여과막 장치(140)는 공극이 미세하여, 0.01㎛ 이상의 큰 분자인 박테리아와 바이러스, 그리고 정밀여과막을 통과한 탁도유발물질과 미세 부유물까지 제거하며 인체에 필요한 미네랄 성분을 통과시키는 것으로서, 유기물질 제거에 적당한 막 장치이다. 본 발명의 한외여과막 장치는 내열성, 내화학성, 내염소성, 내약품성, 내구성 및 내용제성이 우수한 폴리설폰을 소재로 하여 제조된 것으로, 0.008∼0.05㎛, 바람직하게는 0.01㎛의 미세기공이 무수히 존재하는 고투수성 다발식 특수 중공사로 구성된 모듈을 포함하고 있다. 막의 크기는 내경이 0.35∼0.45mm, 외경이 0.5∼0.6mm인 것이 바람직하고 비대칭구조로 형성되어 있다.

종래의 한외여과막은 막 표면에 존재하는 활성층에 의한 투수성 저하와 같은 문제점이 있었고, 경제성이 낮으며 막 표면이 너무 조밀하여 오염이 많이 진행된 경우 약품 세정을 하지 않으면 급속히 투과수량이 저하되고 역세효과가 저하되는 단점이 있었다.

또, 일반적인 정밀여과막의 기공은 0.2∼0.45㎛로서, 통수량이 크고 균 제거능력도 우수하나 물 중에 입자가 많은 경우 막 기공의 구멍이 막히는 현상이 심각하여 장기운전은 곤란하다.

중공사막은 막 교체시 비용이 많이 들고, 수천가닥의 중공사막 중 일부만 훼손되어도 폐기해야 하며, 막과 본체가 한몸으로 영구 부착되어 있어 폐기시 환경오염을 유발하게 된다. 또한 정수는 대부분 대용량으로 연속적으로 진행되나 중공사막은 본체와 일체형으로 다발 내외부의 세정 정도가 달라 정상적인 막 성능을 발휘하기가 곤란하다.

따라서 본 발명의 고투수성 한외여과막은 중공사막 외부 여과형 방식을 채택하여 연속운전시 효율적 역세정이 가능하고, 장기 운전으로 막이 심하게 오염되면 본체내에서 막을 분리하여 물리적 세정도 가능하도록 설계되었다.

본 발명의 한외여과막 장치(140)는 도 4a에 상세히 도시되어 있다. 한외여과막 장치(140)의 본체(148)내에는 세 개의 막(141, 142, 143)이 설치되어 있다(도 4b 참조). 물은 전량여과시 유입구(144)로 유입되어 막(141) 표면에 형성된 한외여과막 유입구(149)(도 4c 참조)를 통해 막(141)으로 유입되어 여과되고 유출구(146, 147)를 통해 배출된다. 또한 십자류 여과를 행할 경우에는 농축수를 농축수 배출구(145)로 배수한다.

한외여과막 장치(140)에서 여과된 물은 정수 저장 탱크(150)로 보내져 저장되고, 정수 저장 탱크(150)로부터 공급될 때는 공급 펌프(160)를 거쳐 자외선 필터(170)에 의해, 최종적으로 재발생할 수 있는 미생물이 제거된다. 최종 처리된 물은 공용 음수대(180)를 통하여 음용하게 된다.

본 발명의 시스템은 전자동으로 운전된다. 즉, 장치에 부착된 제어부(panel)의 PLC(Program Logic Control)프로그램에 의해 모든 자동밸브(101, 102, 103, 104, 105, 106)와 지하저수조 및 정수 저장 탱크에 설치된 LIC(Level Indicator Control), 펌프 등이 연동하여 전과정이 자동화되며 주어진 시간에 따라 정수, 역세 과정이 반복되므로 항상 막 표면을 청결하게 유지시켜 준다. 예를 들어 1일 10시간의 정수과정을 운전하면 3시간마다 1∼2분간 자동 역세가 이루어지도록 설계되는 것 등이다. 순환펌프(110)는 자동/수동 조작이 가능하도록 하며 자동운전의 경우 정수 저장 탱크에 설치된 LIC(202)에 의거하여 ON, OFF 제어되고, 역세시에는 역세용수 확보 및 역세시간이 설정된 타이머에 의해 ON, OFF가 제어되도록 한다. 자동밸브는 원수유입부(101)와 막 전단(102), 투과수라인(103), 배수라인(106), 역세수라인(104, 105)에 각각 설치되어, 제어부의 프로그램에 따라 개폐되면서 시스템의 자동화가 가능하도록 해준다.

운전압력과 유량은 정수 저장 탱크 앞의 FIC(51)와 글로브밸브(11∼18)로써 조정한다. 압력계(PI)는 모듈의 전단(63)과 배수라인(64), 투과라인(65)에 설치되고, 정밀여과막 장치(62), 활성탄 필터 전단(61)에 설치하며 고압 스위치(71)를 활성탄 필터 전단에 설치하여 과도한 운전압력의 상승으로 인한 막 모듈의 손상을 방지하도록 한다. 또한 유량계는 자동밸브(103)를 거쳐 정수 저장 탱크(150)로 유입되기 직전에 FIC를 설치하여 디지탈식으로 판독하도록 하였다.

그리고, 펌프의 공회전으로 인한 고장을 방지하기 위해 각 저장 탱크에 수위조절기(201, 202)를 설치하여 설정치에 따라 시스템이 개폐되도록 하였다. 또한 한외여과막 장치는 예비용을 포함하여 2조를 병렬로 설치하도록 하였다.

운전공정은 정수, 역세척, 세정준비, 세정 및 수세 공정으로 분류되며, 프로그램 입력으로 자동 운전되고 제어판상의 정수/역세척, 정수/수세 버튼을 이용하여 수동으로 공정을 선택할 수 있다. 또한 정수 및 역세 운전 시간을 임의로 선택할 수 있다. 장치를 정지시킨 후에 다시 운전할 때에는 투과수에 의한 역세→정수의 순서로 운전된다.

자동모드로 설정하였을 경우 역세→정수 과정으로 설정된 시간에 따라 자동으로 자동밸브가 개폐되면서 실시된다. 이때 수동밸브의 개폐를 반드시 확인하여야 한다. 수동으로 운전할 경우에는 밸브를 토글 스위치로 자동밸브를 열어 운전을 한다. 본 발명은 전량 여과를 위주로 하며 각 운전과정은 다음과 같다.

1) 정수

순환펌프에 의해 유입되는 원수의 유량은 순환펌프 전단의 글로브밸브(11)와 펌프의 도피배관에 설치된 글로브밸브(12), 활성탄 필터 전단의 글로브밸브(13), 한외여과막 전단의 글로브밸브(14)에 의해 조절된다.

정수과정이 시작되면 자동밸브(101, 102, 103)가 열리고, 순환펌프(110)가 가동되어 막으로 유입되는 물을 정수하게 되며, 정수과정에서 볼 밸브(31, 32)가 열린다. 정수된 물은 정수 저장 탱크(150)에 집수된다. 막에 걸리는 압력은 막의 전단과 투과라인에 설치되어 있는 압력계(PI)를 이용하여 조절한다. 정수공정은 전량여과를 위주로 하나, 십자류 여과등을 행할 경우에는 농축수를 자동밸브(106)를 거쳐 배수되도록 하였다.

2) 역세

여과시간이 경과하여 한외여과막의 회수율이 떨어지면 회수율을 회복하기 위한 물리적인 조작이 필요하다. 이러한 조작중의 하나가 처리수에 의한 막의 역세척이다.

이 공정은 도 2에 도시되어 있다. 역세척은 정수과정의 반대방향을 가는 것으로 정수가 막 모듈의 Out→In이면 역세척은 In→Out이 되고 정수가 In→Out이면 역세척은 Out→In이 된다.

정수 저장 탱크(150)로 부터 자동밸브(104)를 거쳐 공급된 정수는 순환펌프(110)와 자동밸브(105), 활성탄 필터(120), 정밀여과막(130) 및 자동밸브(105)를 거쳐 한외여과막 장치(140)로 공급되어 한외여과막을 역세척하게 된다. 역세척에 사용된 물은 자동밸브(106)를 통하여 배수된다. 이때 역세압 및 유량 조절은 게이트 밸브(10, 6, 5) 및 글로브밸브(17, 16)에 의해 조절하게 된다. 역세용수 확보를 위한 타이머는 설정된 시간동안 순환펌프를 가동시켜 역세에 필요한 용수를 정수 저장 탱크(150)에 저장키 위한 역할을 수행하며, 설정된 시간 전이라도 정수 저장 탱크(150)의 수위가 LIC의 High상태에 도달하면 펌프는 자동으로 멈출 수 있도록 설계되었다. 역세용수 확보용 타이머가 가동중일때는 정수공정과 마찬가지로 순환펌프가 ON상태일때 자동밸브 101, 102, 103은 열리고 104, 105, 106은 닫힌다. 또한 역세시간 지정용 타이머가 가동중일때는 자동밸브 101, 102, 103은 닫히고 104, 105, 106은 열린다. 역세를 위한 타이머는 설정된 시간 동안 역세용수 확보를 위한 타이머에 설정된 시간이 종료된 직후 순환펌프를 가동시켜 역세 역할을 수행토록 한다.

3) 세정 준비 공정

물리적인 역세척으로 회복율이 회복되지 않을 때는 화학약품을 이용하여 막을 세정하는데, 이 세정을 위한 준비공정으로서 한외여과막 모듈(140)을 분리한다.

4) 세정공정

세정공정은 막의 물리적인 역세척으로도 막의 성능이 회복되지 않을 때 화학약품을 이용하여 세정하는 공정으로서 한외여과막(140)에 한하여 실시한다. 막의 세정공정은 전, 후 유량이 20% 이상 차이가 날 때 막을 분리하여 실시하며, 화학세척약품으로는 수산화나트륨(NaOH)과 차아염소산나트륨(NaOCl)을 사용한다.

5) 수세 공정

이 공정은 화학세척을 완료한 한외여과막을 장치에 설치한 후 정수 저장 탱크의 정수를 이용하여 혹시 남아있을지도 모르는 세척액 등을 제거하기 위한 수세작업으로 자동/수동 조작하여 실시한다. 먼저 도 3a와 같이 자동밸브(104, 105, 106)를 열어 일정 시간 역세를 실시하고 다시 도 3b와 같이 자동밸브(104, 102, 103)를 열어 정수를 이용하여 정수과정과 동일하게 수세한 뒤 수세한 물은 FIC 전단에 설치된 게이트밸브를 조작하여 배수라인으로 배수한다.

하기 표 1에는 본 발명의 고투수성 한외여과막과 일반 한외여과막의 투수성을 비교한 데이타가 기재되었고, 표 2에는 상기 본 발명의 실시에 의한 정수결과를 나타내었다.

표 1 고투수성 한외여과막과 일반 한외여과막의 투수성 비교

항 목업 체 명	막면적(m2)	물 투과성(L/m2·시간)	모듈당 통수량(m3/시간)	멤브레인 소재	비 고
고투수성한외여과막	15.6	130	2.0	폴리설폰	수온 15℃압력 1kgf/cm2원수 상수도
A·S	7.2	260	1.9	셀룰로오즈 아세테이트
T	12	170	2.0	폴리아크릴로니트릴

표 2 고투수성 한외여과막을 이용한 중앙 정수 장치의 정수효과

본 발명의 정수 시스템을 사용함으로 인해 아파트 등에서 각 가정에 별도의 정수기를 부착할 필요없이 완전하게 정수된 먹는물을 음용하는 것이 가능해진다. 따라서, 경제적인 부담이 줄어들게 된다. 또한, 본 발명의 정수 시스템은 종래의 정수 시스템에 비해, 상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 정수량이 많다. 또한, 상기 표 2에 나타낸 바와 같이 미생물과 탁도 제거가 우수하며, 사용수명이 길어 경제적이다. 또한 고투수성 한외여과막의 교체 및 유지관리가 용이하고, 정수 저장 탱크 뒤에 자외선 살균장치가 부착되어 있어 저장과정에서 생길 수 있는 오염물질마저 완벽하게 제거되는 장점이 있다.

Claims (3)

1. 원수를 시스템에 공급하는 원수공급부; 상기 원수공급부에 연결되어 공급되는 원수의 잔류염소 등을흡착 제거하는 활성탄 필터; 상기 활성탄 필터에 연결되어, 오염물질을 1차 여과하는 정밀여과막 장치; 상기 정밀여과막 장치에 연결되어, 미생물 및 용존하지 않은 오염물질을 2차 여과하는 한외여과막 장치; 상기 한외여과막 장치에서 여과된 물을 저장하는 정수 저장 탱크; 상기 정수 저장 탱크에 직결되어 정수가 저장탱크로부터 공급될 때 최종적으로 살균하여 미생물을 제거하는 자외선 필터; 및 상기 자외선 필터를 거쳐 먹는물을 공급하는 공용 음수대로 구성된 것을 특징으로 하는 정수 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 한외여과막 장치는 평균 크기가 1㎛, 내경이 0.4∼0.5mm, 외경이 0.5∼0.6mm인 폴리설폰 재질의 한외여과막을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
3. 제 1항에 있어서, 상기 정수 저장 탱크에는 수위를 감지하는 수위 조절기가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 시스템.