KR20030021022A

KR20030021022A - 활성탄소섬유를 이용한 수처리시스템 및 그 방법

Info

Publication number: KR20030021022A
Application number: KR1020010054452A
Authority: KR
Inventors: 라현주
Original assignee: 주식회사 유니테크
Priority date: 2001-09-05
Filing date: 2001-09-05
Publication date: 2003-03-12

Abstract

본 발명은 활성탄소섬유를 이용한 수처리시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 수처리시스템에 재생능력과 정수능력이 탁월한 활성탄소섬유를 장착하여 하ㆍ폐수 또는 약품을 정화함으로써, 최종 방류수 및 하ㆍ폐수 재활용기술의 적용 범위를 확대하도록 된 활성탄소섬유를 이용한 수처리시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

Description

활성탄소섬유를 이용한 수처리시스템 및 그 방법{A SEWAGE WATER TREATMENT SYSTEM AND METHOD, USING ACTIVATED CARBON FIBER}

본 발명은 활성탄소섬유를 이용한 수처리시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고액분리 등과 같은 1차적 수처리가 이미 이루어졌거나 이를 요하지 않는 상태에서의 하ㆍ폐수 또는 약품을 고도로 정수 처리하는 시스템으로, 최근에 개발된 활성탄소섬유가 내장된 타워를 이용하여 수처리를 하고, 활성탄소섬유를 반복적으로 재생하여 사용할 수 있도록 된 활성탄소섬유를 이용한 수처리시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 수처리시스템은 하ㆍ폐수를 정화 처리하여 농업용수나 공업용수로 사용하기 위한 것이다.

최근에 물 부족국가로 분류된 우리나라는 하ㆍ폐수 재활용에 관한 기술이 급속도로 성장하고 있으며, 여기서 현재까지 연구되어 사용되는 종래의 방법을 대략 4종류로 분류하여 문제점과 더불어 설명하기로 한다.

1) 활성탄(Activated Carbon, AC)

활성탄은 입자의 크기에 따라서 입상 활성탄(GAC)과 분말 활성탄(PAC)으로 대별된다. 이들이 타 흡착제에 비하여 미세흡착공(Micropore)이 잘 발달되어 있어 날로 수요가 급증하고 있다.

그러나, 상기 입상 활성탄이 이용되는 경우 고가의 여과조가 제작되어 설치되어야 하고, 상기 입상 활성탄에 폐수의 오염물질이 흡착되는 시간이 길어 활성탄 내에 장시간 체류하게 되는 고비점 물질이나 중합물이 분해나 중합반응이 발생하여 활성탄의 열화가 촉진되어 쉽게 손상되며, 편류 및 긴 비사용층 길이, 재생 등의 어려움이 있었다. 또한, 상기 분말 활성탄의 경우 취급이 곤란하고 분말의 누출로 장치의 고장 원인이 되며, 재생이 불가능하다는 문제점이 있다.

2) 정밀여과막(Microfilteration Membrance)

정밀여과막은 셀룰로오즈나 나일론, 또는 PVC, PP, PE등을 재질로 제작되어 약 0.1 ∼ 1㎛정도의 입자를 제거하는데 사용되고 있다.

그러나, 상기 정밀여과막은 콜로이드 물질이 표면의 세공(細孔)을 차단하는 현상이 발생되고, 이는 정밀여과의 효과를 크게 저하시키는 문제점이 있다.

3) 분리막 생물반응조(Membrane Bioreactor, MBR)

분리막 생물반응조공정은 운전방식에 따라 순환펌프를 사용하는 외부형 여과방식과 분리막 모듈을 반응조에 침지시키고 감압펌프를 사용하여 여과하는 침지형 여과방식이 있고, 국내에서는 운전비와 동력비, 공간의 효율성을 고려하여 침지형 여과방식이 주를 이루고 있다.

그러나, 상기 침지형 여과방식에 사용되는 분리막의 오염을 최소화하기 위하여 사용되는 공기량은 일반적으로 미생물이 유기물질을 분해하기 위해 요구되는 산소량 보다 5 ∼ 10배정도 초과 공급시켜야되는 에너지 비용에 대한 낭비가 있고, 과폭기에 의한 처리수의 색도에 대한 문제도 제기되었다.

4) 투과증발법(Pervaporation)

투과증발법은 막으로의 액체 혼합물의 흡착, 막을 통한 선택적인 확산이나 흐름 그리고 증기상으로의 탈착으로 나뉘어지고, 상기 투과증발법은 여러 우수한 성능을 가진 반면, 설비가 복잡하면서 고가이면서 막의 안정성에 대한 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 다양한 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 하ㆍ폐수의 정화능력이 우수하면서 반복적인 재생이 가능한 활성탄소섬유를 사용하여 수처리 공정에서 다양한 요건으로 제거되지 않은 오염물질을 함유하거나 수처리 공정을 요하지 않는 원수를 고도 정수처리 함으로써 효과적으로 폐수를 정화하고, 약품처리와 최종 방류수 및 하ㆍ폐수 재활용기술 등으로 적용 범위를 확대할 수 있도록 된 활성탄소섬유를 이용한 수처리시스템 및 그 방법을 제공함에 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 시스템의 공정이 전체적으로 도시된 개략도,

도 2는 도 1의 타워가 단독으로 설치되어 부분 절개된 상태도,

도 3은 본 발명의 시스템의 제어상태가 도시된 블록회로도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10...수처리시스템20...정수수단,

22...유입펌프24...유입관,

26...배출관30...타워,

32...활성탄소섬유(ACF)40...역세수단,

46...역세수조47...역세수주입펌프,

48...역세압력센서50...역세관,

54...처리수조56...스팀발생장치,

58...공기발생장치60...제어수단,

62...원폐수검지센서64...정화수검지센서,

66...처리수검지센서70...컨트롤러,

V...밸브.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 유입관을 통해 내부로 유입되는 원수가 통과되어 여과하도록 된 활성탄소섬유가 내장된 타워를 구비하여 이루어진 정수수단;과 상기 정수수단에 의해 여과된 정화수의 일정량이 우회하여 집수된 역세수가 상기 활성탄소섬유를 원수의 흐름에 대해 역류로 관통하도록 상기 타워에 설치된 주입관에 장착되는 역세수주입펌프를 구비하여 이루어진 역세수단; 및 상기 타워에 유입 또는 배출되는 유수의 성분변화를 측정하는 다수개의 센서로부터 데이터를 수집하여 역세수단을 제어하는 제어수단;으로 이루어진다.

상기 타워는 단독으로 설치되거나 2개 이상이 직렬 또는 병렬로 연결되어 설치된다.

상기 타워에는 활성탄소섬유가 타워의 내부를 주변부와 중심부로 구획하도록 내벽과 소정간격 이격되어 장착된다.

상기 제어수단은 타워에 유입 또는 배출되는 원수, 정화수, 처리수를 유도하는 각각의 관로 상에 상기 유수에 대한 오염의 종류와 정도를 측정하는 센서가 부착된다.

타워 내부로 유입되는 원수가 활성탄소섬유를 관통하면서 정화처리되는 제1단계 (단계 S1);와 컨트롤러의 제어신호에 의해 타워를 역세척하는 제2단계 (단계 S2);로 이루어진다.

상기 각 단계마다 유수의 변화를 센서가 측정하여 그 결과를 컨트롤러에 전송하도록 된다.

상기 역세척 방법은 역세수, 스팀, 공기를 이용하면서 원수의 흐름에 대해 역류로써 활성탄소섬유를 세척하게 하고, 역세수나 스팀의 경로 상에 잔류하는 수분을 주입되는 공기로 제거한다.

상기 역세수의 온도는 50 ∼ 80℃이다.

상기 스팀은 온도가 100 ∼ 170℃, 압력이 1 ∼ 7㎏f/㎠으로 5 ∼ 60분 동안 타워를 역세척한다.

상기 타워에 주입되는 공기의 압력은 2 ∼ 3㎏f/㎠이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 활성탄소섬유를 이용한 수처리시스템 및 그 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 시스템의 공정이 전체적으로 도시된 개략도이고, 도 2는 도 1의 타워가 단독으로 설치되어 부분 절개된 상태도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 활성탄소섬유를 이용한 수처리시스템(10)은 정수수단(20)과 역세수단(40) 및 제어수단(60)의 3개의 수단으로 이루어진다.

상기 정수수단(20)은 하ㆍ폐수 또는 약품 등과 같은 원수(原水)를 여과하여 정화수로 수질을 변경시키기 위한 것으로, 활성탄소섬유(Activated Carbon Fiber, ACF ; 32)가 내장된 타워(30)가 2개 이상이 직렬 또는 병렬로 설치되기도 하고, 또는 도 2와 같이 단독으로 설치되기도 하며, 상기 타워(30)에는 유입펌프(22)의 강압에 의해 원수가 타워(30)에 주입되도록 유입관(24)과, 타워(30) 내부에서 활성탄소섬유(32)를 통과하는 원수가 여과되어 정화수로 배출되도록 배출관(26)이 설치된다.

또한, 상기 타워(30)에는 정수 공정시 내부의 변화를 감시하기 위해 압력센서(34)와 온도센서(36)가 장착되고, 후술될 역세수단(40)의 공기주입장치(56)에 의해 타워(30)에 주입되는 공기를 배출시키기 위한 에어벤트(38)가 설치된다.

상기 유입관(24)에는 원폐수의 오염 종류 및 농도 등을 측정하기 위한 원폐수검지센서(62)가 설치되고, 상기 배출관(26)에는 정화수의 정화정도를 측정하여 활성탄소섬유(32)의 파과점 정도를 인지하는 정화수검지센서(64)가 설치된다.

상기 활성탄소섬유(32)는 불순물이 흡착되는 미세공(Micropore)이 다량으로형성된 것으로 도 2에서 보는 바와 같이, 타워(30)의 내부를 주변부와 중심부로 분할 구획하여 통과하는 원폐수의 불순물을 흡착 제거하도록 타워(30)의 내벽과 소정 간격 이격되어 설치된다.

상기 역세수단(40)은 정수수단(20)의 타워(30)를 역세, 좀 더 정확하게는 활성탄소섬유(32)를 재생하기 위한 것으로, 상기 배출관(26)을 통해 이송되는 정화수의 일정량을 우회시키도록 배출관(26)과 연통되어 취부된 반송관(42)이 수두를 감시하는 레벨센서(44)를 갖는 역세수조(46)와 취부되고, 이 역세수조(46)에 집수된 소정의 정화수 즉, 역세수를 타워(30)의 내부로 유입되도록 역세수조(46)와 타워(30) 사이에 역세관(50)이 설치되며, 상기 타워(30)를 역세척한 역세수 즉, 처리수가 외부로 배출되도록 유입관(24)에 연통되는 처리수배출관(52)이 소정의 위치에 설치된 처리수조(54)와 취부된다.

또한, 상기 역세수단(40)은 타워(30)를 역세척하기 위해 역세수 이외에 스팀을 이용하기 위해 설치되는 스팀발생장치(56)를 구비하며, 상기 타워(30)를 역세척한 역세수 또는 스팀의 경로 상에 잔류하는 수분을 제거하기 위해 블로우어 또는 컴프레셔와 같은 공기주입장치(58)를 구비한다.

상기 처리수배출관(52)은 필요에 따라 타워(30)에 직접 연결되도록 설치될 수도 있다.

상기 처리수배출관(30)에는 처리수의 탁도, COD(Chemical Oxygen demand), SS(Suspendid Solid) 등을 측정하기 위한 처리수검지센서(66)가 장착된다.

상기 역세관(50)의 일단부는 활성탄소섬유(32)를 세척하는 역세수 또는 스팀이 타워(30)의 내부에서 원수의 흐름에 대해 역류하도록 타워(30)에 설치되고, 타단부는 역세수주입펌프(45)가 취부되면서 역세수조(46)에 설치된 역세수주입관(46′)과, 스팀발생장치(56)에 설치된 스팀주입관(56′) 및, 공기주입장치(58)에 설치된 공기주입관(58′) 등과 연통되도록 취부된다.

상기 제어수단(60)은 정화수단(20)과 역세수단(40)의 작동 여부를 결정하는 것으로, 정화수단(20)과 역세수단(40)에 설치된 복수개의 센서(34, 36, 44, 48, 62, 64, 66)들로부터 테이타를 수집 및 분석하여 제어하는 컨트롤러(70)가 설치된다.

상기 컨트롤러(70)는 도 3에서와 같이, 본 시스템(10)에 설치된 각종 센서(34, 36, 44, 48, 62, 64, 66)들과 연결되어 있을 뿐만 아니라, 모든 관(24, 26, 42, 46′, 50, 52, 56′, 58′)에 설치되는 밸브(V) 및 펌프(22, 48)를 제어하여 유수의 흐름을 관장하게 된다.

이하, 본 발명에 따른 시스템을 작동방법에 따라 설명한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 시스템(10)은 원수가 활성탄소섬유(32)가 내장된 타워(30)를 경유하면서 정화되는 단계(S1)와, 컨트롤러(70)의 제어신호에 의해 상기 정화단계(S1)가 정지되면서 파과점에 이른 활성탄소섬유(32)를 재생하는 단계(S2)로 이루어진다.

상기 각 단계(S1, S2)에는 유수에 대한 측정 데이타가 각 센서(34, 36, 44, 48, 62, 64, 66)에서 컨트롤러(70)로 전송되는 것을 포함한다.

먼저, 원수가 유입관(24)을 통해 타워(30)를 경유하여 여과된 다음,배출관(26)으로 정화수가 배출된다.(S1)

여기서, 상기 유입관(24)과 배출관(26)에 각각 설치된 원수검지센서(62)와 정화수검지센서(64)가 원폐수에서 정화수로의 변화를 측정한 데이타를 컨트롤러(70)에 전송하고, 이 데이타를 컨트롤러(70)가 비교 분석하여 정화단계(S1)의 ON(온)/OFF(오프) 및 동작시간을 제어하게 된다.

다음, 컨트롤러(70)의 제어에 의해 상기 정화단계(S1)가 중지되고, 타워(30)를 역세하게 된다.(S2)

또한 여기서, 상기 배출관(26)과 처리수배출관(52)에 각각 설치된 정화수검지센서(64)와 처리수검지센서(66)가 정화수에서 처리수로의 변화를 측정한 데이타를 컨트롤러(70)에 전송하고, 이 데이타를 컨트롤러(70)가 비교 분석하여 역세단계(S2)의 ON/OFF 및 동작시간을 제어하게 된다.

상기 역세단계(S2)에서의 방법은 역세수와 공기를 동시에 주입하여 버블(BUBBLE)을 생성시켜 역세한 후, 잔류수분을 공기주입으로 제거하는 한가지와, 스팀을 역세수 주입 전ㆍ후에 유입시켜 역세한 후, 잔류수분을 공기로 제거하는 다른 한가지가 있다.

여기서, 상기 역세수의 온도는 0 ∼ 100℃ 범위 내에서 사용 가능하며, 바람직하게는 50 ∼ 80℃가 적당하고, 상기 공기의 압력은 2 ∼ 3㎏f/㎠이며, 또한 상기 스팀은 100 ∼ 170℃의 온도와 1 ∼ 7㎏f/㎠의 압력으로 5 ∼ 60분 정도 유입시키는 것이 바람직하다.

다음에 도시된 참고도 1은 정화단계(S1)를 통한 폐수의 정화수준이 도시된것이고, 참고도 2는 역세단계(S2)를 통해 활성탄소섬유(32)가 재생된 정도가 도시된 것이다.

참고도 1

참고도 2

또한, 다음의 표는 본 발명에 따른 시스템에 의해 진행된 실험의 결과가 정리된 것이다.

표 1

분석항목	유입수 농도	처리수 농도	제거 효율(%)
COD_Mn(mg/L)	98	20	79.6

표 2

분석항목	유입수 색도	처리수 색도	제거 효율(%)
색도(APHA)	75	15	80

상기와 같이 구성된 본 발명의 효과는 다음과 같다.

수처리시스템에 미세공들이 발달된 활성탄소섬유를 적용하게되면 하ㆍ폐수 또는 약품에 함유되어 있는 불순물을 손쉽게 흡착ㆍ제거하게되므로 정수공정 시간이 단축되면서 시간당 처리 용량이 극대화되어 고효율성을 요구할 수 있다. 또한, 재생성이 뛰어난 활성탄소섬유의 물리적 특성을 살려 역세수, 스팀, 공기를 사용하여 미세공에 흡착되어 있는 불순물을 쉽게 이탈시킬 수 있어 재생효율이 극대화되고, 교체 및 유지보수 비용이 극감되며, 종래의 활성탄과 같은 정화제의 누출이 제거되어 재생ㆍ반복이 최대화됨으로써 시스템의 안정성이 상승되어 시스템의 신뢰도가 향상된다.

Claims

유입관을 통해 내부로 유입되는 원수가 통과되어 여과하도록 된 활성탄소섬유가 내장된 타워를 구비하여 이루어진 정수수단;

상기 정수수단에 의해 여과된 정화수의 일정량이 우회하여 역세수조에 집수되어 이루어진 역세수가 상기 활성탄소섬유를 원수의 흐름에 대해 역류로 관통하도록 상기 타워에 설치된 주입관에 장착되는 역세수주입펌프를 구비하여 이루어진 역세수단;

상기 정수수단과 역세수단을 제어하기 위해 상기 타워에 유입 또는 배출되는 유수의 성분변화를 측정하는 다수개의 센서와 연계되도록 설치된 컨트롤러를 구비하여 이루어진 제어수단;

을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 수처리시스템.
제1항에 있어서,

상기 타워는 단독으로 설치되거나 2개 이상이 직렬 또는 병렬로 연결되어 설치되는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 수처리시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 타워에는 활성탄소섬유가 타워의 내부를 주변부와 중심부로 구획하도록내벽과 소정간격 이격되어 장착되는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 수처리시스템.
제1항에 있어서,

상기 제어수단은 타워에 유입 또는 배출되는 원수, 정화수, 처리수를 유도하는 각각의 관로 상에 상기 유수에 대한 오염의 종류와 정도를 측정하는 센서가 부착되는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 수처리시스템.
타워 내부로 유입되는 원수가 활성탄소섬유를 관통하면서 정화처리되는 제1단계 (단계 S1);

컨트롤러의 제어신호에 의해 타워를 역세하는 제2단계 (단계 S2);

로 이루어지는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 수처리 방법.
제5항에 있어서,

상기 각 단계마다 유수의 변화를 센서가 측정하여 그 결과를 컨트롤러에 전송하도록 된 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 수처리 방법.
제5항에 있어서,

상기 역세단계에서의 역세방법은 역세수와 공기를 동시에 주입하여 버블을 생성시켜 세척한 후, 잔류수분을 공기주입으로 제거하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 수처리 방법.
제5항에 있어서,

상기 역세단계에서의 역세방법은 스팀을 역세수 주입 전 또는 후에 유입시켜 세척한 후, 잔류수분을 공기로 제거하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 수처리 방법.
제7항 또는 제8항에 있어서,

상기 역세수의 온도는 50 ∼ 80℃인 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 수처리 방법.
제8항에 있어서,

상기 스팀은 온도가 100 ∼ 170℃, 압력이 1 ∼ 7㎏f/㎠으로 5 ∼ 60분 동안 타워를 역세척하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 수처리 방법.
제7항에 있어서,

상기 타워에 주입되는 공기의 압력은 2 ∼ 3㎏f/㎠인 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 수처리 방법.