KR20010028866A - 흡입진공압 해제기능을 구비한 침지형 분리막 폐수처리 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

1. 청구 범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

침지형 분리막을 이용한 폐수처리분야

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

흡입 펌프에 의한 흡입 진공압을 흡입펌프가 정지하는 순간 신속히 감소시켜 공기 및 수류에 의한 분리 막 표면의 오염 물질의 제거를 용이하게 함.

3. 발명의 해결방법의 요지

폐수를 호기성 조건으로 처리하는 폭기조(4)에 유입된 폐수의 유기물을 분해하고 외부에서 공급되는 공기에 의한 상승류 흐름과 외부의 흡입펌프(9)에 의해 인가되는 흡입압력에 의해 분리막 모듈(7)을 통과하게 하여 외부로 배출하는 침지형 분리막 폐수처리 시스템에 있어서, 상기 흡입펌프(9)가 주기적으로 운전과 정지를 반복하는 과정에서, 흡입펌프(9)가 정지할 때마다 외부 대기압을 이용하여 흡입펌프(9)를 통과한 처리수를 상기 분리막 모듈(7) 측으로 흡입펌프(9)를 거치지 않고 역류시켜 흡입진공압을 신속히 감소시키도록 함.

4. 발명의 중요한 용도

침지형 분리막 폐수처리장치의 분리막 사용주기 연장.

Description

흡입진공압 해제기능을 구비한 침지형 분리막 폐수처리 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF SUBMERGED MEMBRANE WASTEWATER TREATMENT WITH RELEASING FUNCTION OF SUCTION PRESSURE}

본 발명은 폭기조에서 호기성 조건하에 처리된 폐수를 폭기조 내에 직접 침지된 분리막 모듈에 의해 슬러지와 분리된 처리수를 얻는 폐수처리 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 침지형 분리막의 오염물질 제거를 수월하게 하기 위해 분리막 모듈과 흡입펌프 사이의 흡입진공압을 효과적으로 해제시키기 위한 장치를 구비한 침지형 분리막 폐수처리 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 침지형 분리막 폐수처리장치에서 가장 중요한 성능인자는 분리막의 투과 성능을 어느 정도 기간까지 장시간 안정적으로 유지할 수 있는가에 있다. 이는 막의 슬러지 분리 효율이 아무리 우수하더라도 장기간의 운전 성능이 보장되지 않을 경우 전체 시스템의 경제성 및 효율성이 다른 폐수처리기술에 비해 떨어지기 때문이다.

도 1은 전형적인 종래의 침지형 분리막 폐수처리장치를 도시한 것으로, 폐수는 보통 유량조정조(1)에 공급되어 수중펌프(2) 등에 의해 폭기조(4)로 공급되며, 이때 폭기조(4) 내에 침지된 분리막 모듈(7)을 보호하기 위해 간격 0.5-10 mm 정도를 가지는 스크린(3)을 거쳐 폐수중의 협잡물이 제거된다. 폭기조(4)에는 블로어(5)로부터 산기관(6)을 거쳐 외부공기가 공급되는데, 이 공기는 유기물 분해를 위해 폭기조(4) 내 호기성 조건을 유지하는 역할 및 분리막 모듈(7)의 각 분리막 표면에 쌓이는 막 오염(membrane fouling) 물질을 탈착시키는 역할을 수행한다. 처리된 폐수는 분리막 모듈(7)과 연결된 흡입펌프(9)에 의해 흡입되어 조절밸브(10)를 거쳐 외부로 배출된다. 처리수량을 조절하기 위해 흡입펌프(9)의 전후단 배관에 유량조절 밸브(10)를 설치하여 분리막 모듈(7)의 투과수량을 조절하기도 하며, 흡입펌프(9)와 분리막 모듈(7) 사이에 걸리는 진공 흡입압력을 모니터링 하기 위해 압력게이지(8)를 일반적으로 설치한다.

도 1에 도시된 바와 같은 종래의 폐수처리장치에서 분리막 모듈(7)과 연결된 흡입 펌프(9)의 처리수 흡입 운전은 보통 연속적으로 되지 않는다. 주기적으로 흡입 운전과 정지를 각각 1 - 30분 내외로 반복하는데 이와 같이 운전되는 이유는 흡입 펌프가 운전중일 때는 분리막 모듈(7)을 통해 처리수를 투과시키기 위해 분리막 모듈(7)과 흡입 펌프(9) 사이에 진공압이 걸려 산기관(6)으로부터 상승하는 공기 및 수류에 의해 막 표면의 오염물질이 세정되는 효과가 약하기 때문이다. 흡입 펌프(9)가 정지한 시간동안에는 흡입 진공압이 걸리지 않기 때문에 흡입 운전시간 동안 막 표면에 부착되어 쌓인 오염물질을 공기 및 상승수류에 의해 쉽게 세정할 수 있다.

분리막의 종류에 따라 정도 차이는 있지만, 분리막 모듈(7)을 폭기조에 설치한 직후 초기에는 분리막의 표면에 오염물질이 거의 부착되어 있지 않기 때문에 이와 같은 흡입 진공압이 거의 걸리지 않은 상태에서 처리수를 얻을 수 있다. 그러나 시간이 갈수록 막 표면에 오염 물질이 축적되어 공기 및 상승 수류로는 쉽게 제거되지 않으며 처리수 흡입을 위해 흡입 펌프(9)와 분리막 모듈(7) 사이에 걸리는 진공 흡입압력이 점차 증가하게 된다. 흡입 펌프(9)가 작동하는 동안 높아진 흡입 압력은 펌프가 주기적으로 정지할 때마다 일시적으로 감소하는데, 흡입압력 증가가 높을수록 흡입 펌프(9)의 정지시간 동안의 압력 감소는 완만하게 이루어진다.

본 발명자들의 경험에 의하면 이와 같은 흡입압력이 흡입 펌프(9) 정지시간 동안에도 높아진 상태로 계속 유지되고 있을 경우, 흡입 펌프(9) 정지시간 동안 공기 및 상승수류에 의해 분리막 표면의 오염 물질이 이탈되는 효과가 떨어지므로 막 오염(membrane fouling) 현상이 단기간 내에 심화되는 문제점이 발견되었다.

기존의 대한민국 등록특허 제154384호("중공사 막을 사용하는 수처리 장치")에서는 펌프 정지시기에 흡입압력을 신속히 감소시키기 위해, 펌프가 정지할 때마다 3방향 전자변에 의해 막과 흡입펌프 사이의 배관 내에 외부 공기가 순간적으로 들어가도록 하여 배관내의 진공압을 대기압으로 떨어뜨리기도 하였다. 그러나 이러한 경우에도 다시 흡입펌프(9)가 운전을 시작할때는 분리막 모듈(7)과 흡입 펌프(7) 사이 배관에 공기가 차 있어 펌프 운전 초기 일정시간 동안 처리수가 흡입되지 않거나 펌프에 무리가 가는 현상이 발생하게 되는 문제점을 가진다.

따라서, 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 흡입 펌프가 운전하는 동안 걸리는 흡입 진공압을 흡입펌프가 정지하는 순간 신속히 감소시켜 공기 및 수류에 의한 분리 막 표면의 오염 물질의 제거를 용이하게 한, 흡입진공압 해제기능을 구비한 침지형 분리막 폐수처리 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도1은 기존의 침지형 분리막 폐수처리 장치의 구성도

도2는 본 발명에 따른 흡입진공압 해제장치를 구비한 침지형 분리막 폐수처 리 장치의 전체 구성도.

도3은 본 발명과 종래 기술의 흡입 진공압 감소 곡선 비교 그래프도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명

1: 유량조정조 2: 폐수공급 펌프 3: 스크린

4: 폭기조 5: 블로어(Blower) 6: 산기관

7: 침지형 분리막 8: 흡입압력 게이지 9: 흡입 펌프

10: 유량조절 밸브 11: 역류 밸브 12: 역류 배관

13: 처리수 댐퍼 14: 유입 조절 밸브 15: 유입 배관

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 폐수처리 장치는, 폐수를 받아들여 호기성으로 처리하는 폭기조와, 상기 폭기조 내에 침지된 분리막 모듈과, 상기 분리막 모듈의 하부에 설치되며 외부의 공기를 흡입하여 상기 분리막 모듈에 제공하는 산기관과, 상기 분리막 모듈에 흡입 압력을 인가하여 여과된 처리수를 배출단으로 배출하는 흡입 펌프를 포함하는 침지형 분리막 폐수처리 장치에 있어서, 상기 흡입펌프와 병렬로 설치되어 상기 흡입펌프의 운전정지시 상기 흡입펌프를 통과한 처리수를 흡입펌프를 거치지 않고 상기 분리막 모듈 측으로 역류시키기 위한 역류수단과, 상기 흡입펌프와 처리수 배출단 사이에 설치되어 배출되는 처리수를 임시 저류하는 처리수 댐퍼, 및 상기 처리수 댐퍼와 처리수 배출단 사이의 배관에 외부 공기를 유입하기 위한 외부공기 유입수단을 더 구비하여 흡임펌프 정지시 흡입진공압을 신속히 해제시키도록 하였다.

또한 본 발명에 따른 폐수처리 방법은, 폐수를 호기성 조건으로 처리하는 폭기조에 유입하는 제1단계와, 유입된 폐수의 유기물을 분해하고 외부에서 공급되는 공기에 의한 상승류 흐름과 외부의 흡입펌프에 의해 인가되는 흡입압력에 의해 분리막 모듈을 통과하게 하여 외부로 배출하는 제2단계를 포함하는 침지형 분리막 폐수처리방법에 있어서, 상기 제2단계에서 흡입펌프가 주기적으로 운전과 정지를 반복하는 과정에서, 상기 흡입펌프가 정지할 때마다 외부 대기압을 이용하여 흡입펌프를 통과한 처리수를 상기 분리막 모듈 측으로 흡입펌프를 거치지 않고 역류시켜 흡입진공압을 신속히 감소시키는 제3단계를 더 포함하도록 하였다.

이하, 첨부된 도2 이하를 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.

도2는 본 발명에 따른 흡입진공압 해제장치를 구비한 침지형 분리막 폐수처리 장치의 전체구성도이다.

도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 흡입진공압 해제장치를 구비한 침지형 분리막 폐수처리장치는, 도1에 나타낸 기존 폐수처리 장치의 구성에 있어서 후단부에 흡입진공압 해제장치를 더 설치한 구성을 가지는 바, 흡입진공압 해제장치는 상기 흡입펌프(9)와 병렬로 설치되어 상기 흡입펌프(9)의 운전정지시 상기 흡입펌프(9)를 통과한 처리수를 흡입펌프(9)를 거치지 않고 상기 분리막 모듈(7) 측으로 역류시키기 위한 루트를 제공하는 역류 배관(12)과, 상기 역류 배관(12)상에 설치되는 역류 조절 밸브(11)와, 흡입펌프(9)와 처리수 배출단 사이에 설치되어 배출되는 처리수를 임시 저류하는 처리수 댐퍼(13)와, 상기 처리수 댐퍼(13)와 처리수 배출단 사이의 배관에 외부 공기를 유입하기 위한 외부공기 유입배관(15)과, 상기 외부공기 유입배관(15) 상에 설치되는 유입 조절 밸브(14)로 이루어진다.

이와 같이 흡입진공압 해제장치를 구성하는 요소들의 구성 및 동작을 살펴보면, 우선 처리수 댐퍼(13)는 흡입펌프(9)에 의해 흡입되어 배출되는 처리수를 일시적으로 저류시키는 탱크이다. 외부공기 유입배관(15)과, 이 유입배관(15) 상의 유입 조절 밸브(14)는 흡입펌프(9)가 정지할 때마다 순간적으로 외부 공기를 유입하도록 동작하여 대기압에 의해 처리수 댐퍼(13) 내에 저류된 처리수가 역류밸브(11)의 조절에 따라 역류 배관(12)을 거쳐 분리막 모듈(7)로 반송되도록 함으로 흡입 진공압을 신속히 감소시키도록 한다.

그러므로 상기와 같은 동작에 의해 분리막 모듈(7)과 흡입펌프(9) 사이의 배관에 공기를 직접 주입하지 않고, 흡입펌프(9)가 주기적으로 정지할 때 마다 처리수가 역류되도록 하여 배관 내의 흡입진공압을 신속히 감소시켜주게 된다.

즉, 본 발명은 분리막 모듈(7)과 흡입펌프(9) 사이의 진공압을 외부공기를 직접 투입하지 않고 외부공기에 의한 대기압에 의해 역류되는 처리수를 이용함으로 흡입펌프의 재가동시 처리수 배출의 임시중단이나 흡입펌프(9)에 하중이 걸리는 현상이 발생하지 않게 된다. 그리고 흡입펌프(9)와 병렬로 역류 배관(12) 및 역류 밸브(11)를 설치하여 처리수 역류시 흡입펌프(9)를 거치지 않고 곧 바로 반송되도록 함으로 신속하게 흡입압력을 감소시킬수 있다.

여기서, 역류 배관(12)과 역류밸브(11)의 역할은 흡입펌프(9)의 운전정지시 처리수를 역류시키기 위한 용도이지만, 필요에 따라서는 흡입펌프(9)의 운전시 역류 밸브(11)의 조절을 통해 흡입되는 처리수의 일부가 역류 배관(12)을 통해 배출되도록 함으로써 처리수 배출량을 조절하는 기능을 수행하게 할 수도 있다. 이는 처리수의 배출량을 흡입펌프(9)의 용량만으로 조절하는 경우, 정확하게 상응하는 용량을 가진 흡입펌프(9)를 적용시켜야 하는 시스템 설계의 부담을 줄이기 위한 것으로, 역류 배관(12)과 역류 밸브(11)가 처리수 배출의 미세 조절기능을 수행하도록 하면 흡입펌프(9)의 용량 설계의 허용 폭을 늘리기 위함이다.

도3은 폐수처리 운전중 흡입펌프와 분리막 모듈 사이의 흡입진공압 감소 변화를 비교한 그래프도이다.

도면에서 측정값이 ??로 표시된 곡선은 종래의 폐수처리장치의 흡입진공압 감소 변화를 나타낸 곡선으로서, 도1에 도시한 종래의 침지형 분리막 장치를 이용하여 폐수처리를 수행하면서 흡입펌프(9)의 작동을 흡입 8분/정지 2.5분의 주기로 반복하여 운전했을때, 흡입 8분 동안 증가된 흡입압력이 정지 2.5분의 시간동안 완만하게 감소하는 변화율을 나타낸다.

측정값을 ??로 표시한 곡선은 본 발명에 따른 침지형 분리막 폐수처리 장치의 흡입진공압 감소 변화를 나타낸 것으로, 위와 같은 동일한 흡입펌프(9)의 작동 조건에서 흡입진공압이 신속히 감소하는 변화를 나타낸다.

도3에서 볼수 있듯이 본 발명은 종래기술에 비해 흡입펌프(9)의 증가된 흡입압력을 신속히 감소시켜 줌으로써 결과적으로 분리막 오염을 해결하기 위해 화학적 세정 단계까지 도달하는 분리막의 사용주기를 연장시켜 줄수 있다.

따라서, 상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명은, 흡입펌프(9)의 정지시 운전시간 동안 유도된 흡입진공압을 신속히 감소시켜 주므로써 폭기조 내에서 공기와 수류에 의한 분리막 표면의 오염물질 제거가 원할해 지고, 결과적으로 침지형 분리막의 사용주기를 연장시켜 장기간 안정적인 폐수처리 성능과 시스템의 신뢰성을 유지하게 하는 효과를 가진다.

Claims (4)

1. 폐수를 받아들여 호기성으로 처리하는 폭기조(4)와, 상기 폭기조(4)내에 침지된 분리막 모듈(7)과, 상기 분리막 모듈(7)의 하부에 설치되며 외부의 공기를 흡입하여 상기 분리막 모듈(7)에 제공하는 산기관(6)과, 상기 분리막 모듈(7)에 흡입 압력을 인가하여 여과된 처리수를 배출단으로 배출하는 흡입 펌프(9)를 포함하는 침지형 분리막 폐수처리 장치에 있어서,

   상기 흡입펌프(9)와 병렬로 설치되어 상기 흡입펌프(9)의 운전정지시 상기 흡입펌프(9)를 통과한 처리수를 흡입펌프(9)를 거치지 않고 상기 분리막 모듈(7) 측으로 역류시키기 위한 역류수단과,

   상기 흡입펌프(9)와 처리수 배출단 사이에 설치되어 배출되는 처리수를 임시 저류하는 처리수 댐퍼(13), 및

   상기 처리수 댐퍼(13)와 처리수 배출단 사이의 배관에 외부 공기를 유입하기 위한 외부공기 유입수단

   을 더 구비하여 흡임펌프에 정지시 흡입진공압을 신속히 해제시키도록 한 침지형 분리막 폐수처리 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 역류수단은,

   상기 흡입펌프(9)와 병렬로 설치되어 처리수의 역류 루트를 제공하는 역류배관, 및

   상기 역류 배관(12)상에 설치되는 역류 조절 밸브(11)

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 침지형 분리막 폐수처리 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 외부 공기 유입 수단은,

   상기 처리수 댐퍼(13)와 처리수 배출단 사이의 배관에 외부 공기를 유입하기 위한 외부공기 유입배관(15), 및

   상기 외부공기 유입배관(15) 상에 설치되는 유입 조절 밸브(14)

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 침지형 분리막 폐수처리 장치.
4. 폐수를 호기성 조건으로 처리하는 폭기조(4)에 유입하는 제1단계와, 유입된 폐수의 유기물을 분해하고 외부에서 공급되는 공기에 의한 상승류 흐름과 외부의 흡입펌프(9)에 의해 인가되는 흡입압력에 의해 분리막 모듈(7)을 통과하게 하여 외부로 배출하는 제2단계를 구비한 침지형 분리막 폐수처리방법에 있어서,

   상기 제2단계에서 흡입펌프(9)가 주기적으로 운전과 정지를 반복하는 과정에서, 흡입펌프(9)가 정지할 때마다 외부 대기압을 이용하여 흡입펌프(9)를 통과한 처리수를 상기 분리막 모듈(7) 측으로 흡입펌프(9)를 거치지 않고 역류시켜 흡입진공압을 신속히 감소시키는 제3단계

   를 더 포함하도록 한 것을 특징으로 하는 침지형 분리막 폐수처리방법.