KR20040096112A - 광촉매산화 장치부 및 막여과 장치부를 포함한고도정수처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고도정수처리장치 및 이를 이용한 정수처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 ⅰ) 유기성 오염물질의 여과를 행하는 여과막을 포함한 막 여과장치부 및 ⅱ) 상기 막 여과장치부의 전방에 설치된 광촉매 산화장치부를 포함하는 고도 정수처리장치 및 상기 장치를 이용한 정수처리방법에 관한 것이다.

본 발명은 광촉매 산화장치부에서 유입수에 포함되어 있는 유기물질, 대장균을 포함한 균류 및 바이러스를 모두 제거함으로써, 유입수의 수질 및 유량에 관계없이 후속하는 염소소독공정에서의 소정량의 염소투입에 의해서도 잔류염소량을 일정하게 유지시킬 수 있으므로, 잔류 염소량의 관리가 매우 용이해진다. 또한, 본 발명은 여과막을 오염시키는 유기물질을 광촉매산화를 통해 분해시키기 때문에 여과막의 수명이 길어지고 세척 등의 막 관리비를 절감하는 효과가 있고, 아울러, 광촉매 산화장치부와 막 여과장치부만 통과한 물과, 추가적으로 염소소독을 거친 물을 별도로 생산함으로써 염소의 사용량을 절감하고, 최종 용도에 따라 공정을 선택할 수 있는 추가적 장점이 있다.

Description

광촉매산화 장치부 및 막여과 장치부를 포함한 고도정수처리장치 {Water Purification Apparatus containing a Photo-catalyzed oxidation part and a Membrane-filtering part}

본 발명은 고도정수처리장치 및 이를 이용한 정수처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 ⅰ) 유기성 오염물질의 여과를 행하는 여과막을 포함한 막 여과장치부 및 ⅱ) 상기 막 여과장치부의 전방에 설치된 광촉매 산화장치부를 포함하는 고도 정수처리장치 및 상기 장치를 이용한 정수처리방법에 관한 것이다.

종래 기술의 정수처리에는, 비교적 양호한 수질의 원수를 살균처리만 하는 염소소독방식; 대략 연평균 탁도 10 NTU, BOD 3㎎/l, 및 암모니아성 질소 0.1㎎/l 인 원수를 2 내지 5m/day의 여과속도에서 모래 여재-필터링(filtering) 및 미생물 작용으로 여과하는 완속여과 방식; 및, 탁도가 높거나 수질 변화가 심한 처리원수를 대상으로 하여, 전단계로서의 화학적 응집·침전공정을 연계하여 수행하는 급속여과 방식이 있다.

상기 방식 중 염소소독방식은 현재 국내의 많은 상수원이 많이 오염되어 있는 실정에는 맞지 않으며, 적용하더라도 극히 작은 범위의 지역에서만 적용할 수 있는 실정이며, 상기 화학적 응집·침전 공정 후 완속 및 급속여과방식은 탁도,철, 망간, 일반세균 및 대장균 등의 제거에 효과적이나, 증발잔유물, 계면활성제 및 이취미(異臭味) 물질에 대해서는 거의 효과가 없는 것으로 알려져 있고, 특히 처리 원수 중 암모니아성질소 존재 시 염소 요구량이 증대하고 소독효과가 감소되는 문제점 뿐만 아니라, 응집침전 방해 및 여과지 폐색 등의 조류 문제가 있다. 또한 현재 운영중인 응집·침전 후 완속 또는 급속 여과방식에 따른 정수처리장은 그 운전과 유지에 있어 여러가지 문제가 있는 바, 예를 들어, 정수장에 유입되는 유량에 대한 측정장비가 미비하고, 고탁도, 독성물질 유입 등에 의한 부하쇼크 (shock load)에 대한 신속하고 적절한 대처가 어려우며, 침전지에서의 월류 트로프 (trough) 설치 미비 및 설치된 트로프의 설계 시공 오류와 운영관리의 미숙 등으로 침전 슬러지(sludge)가 월류되어 여과지로 유출되는 문제 등이 있다.

한편, 전술한 모든 문제는 막을 통한 정수 처리방식으로 해결될 수 있는 것으로 공지되어 있는 바, 운전방법이 아직 체계화되어 있지 않고 운전 자체도 용이하지 않아 운전자의 과오로 인해 수질이 불안정할 수 있는 기존 정수처리방법과 달리, 막을 이용한 정수처리방법은 운전이 용이하여 운전자의 과오로 인해 수질이 나빠지는 경우가 극히 적으며 이미 운전 방법이 체계화되어 있어 안정적인 수질을 보장할 수 있는 장점이 있다. 안정적인 수질 보장은 상수도가 많은 양이 음용수로 사용됨을 감안할 때 매우 중요한 요소이다.

더우기, 막을 이용한 상수처리 시설은 기존공정보다 더 우수한 수질의 물을 공급할 수 있는 바, 막처리에 의한 오염물질 제거 성능을 보인 하기 표 1을 참조하면, 막을 이용한 수처리 설비에서 취한 물의 수질이 탁도, 색도, 암모니아성질소,망간, 철, 알루미늄, 일반세균, 대장균군 등의 모든 수질 기준에서 기존 방식 중 대표적인 응집·침전법보다 우수함을 알 수 있다.

한편, 막여과를 이용한 종래 기술은 유기물질 제거를 위한 활성탄 흡착공정, 막 여과 공정, 살균을 위한 오존·염소소독 공정 등으로 이루어져 있는 바, 유입수 중에 포함된 유기물질은 주로 막 여과 장비에서 여과되므로 여과막의 세공이 쉽게 막혀 이를 제거하기 위한 세척공정이 빈번히 요구되고 심할 경우 여과막 자체를 교체해주어야 하는 문제가 있다. 아울러, 종래기술상의 막 (MF, UF)여과 공정에서는 바이러스가 제거되지 않으므로 처리원수에 바이러스가 포함되어 있는 바, 계절에 따라 유기물질의 농도가 변동하게 되어 일정량의 잔류염소를 유지하기 위해서 염소소독공정에서 주입되는 염소량을 원수 수질 변동에 따라 조절하여야 하는 문제가 있다. 이처럼 수질변동에 따라 염소주입량을 조절해야 하는 경우, 일반적으로 잔류염소량의 유지를 위해 과량의 염소를 주입하게 되는데, 이 때 염소주입율이 부적정한 경우 대장균 등 미생물 검출 가능성이 매우 높거나 혹은 정수된 물의 냄새 또는 맛에 문제가 있을 수 있고, 특히 축산농가에서는 가축들이 염소냄새가 나는 물을 먹지 않는 곤란한 경우가 발생하고 있다.

따라서, 당해 기술분야에서는 막 여과를 이용한 고도정수처리방법으로서, 처리원수의 수질변화와 상관없이 염소 주입량을 일정하게 유지하면서도 잔존 염소량을 적정수준으로 고정시킬 수 있는 방법에 대한 요구가 있어왔다.

본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위해 예의 연구한 결과, 이산화티타늄 등 자외선 조사에 의해 유기물질 등을 분해하는 광촉매를 포함한 광촉매 산화장치부 및, 오염물질을 여과하는 여과막 (UF, NF)을 포함한 막 여과장치부를 구비한 고도정수처리 장치로서, 상기 광촉매 산화장치부를 상기 막 여과장치부의 전단에 설치하여, 막여과 전(前), 처리원수에 포함되어 있는 유기물질 또는 균류를 광촉매산화반응에 의해 분해할 수 있는 정수처리장치의 경우, 여과 막의 막힘 (fouling)없고 대장균등의 균 및 바이러스를 동시 제거할 수 있으며, 후속하는 소독처리단계에서 원수의 수질변동에 관계없이 소독 약품 (예를 들어, 염소 또는 오존)의 주입량을 일정하게 유지시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명에 이르게 되었다.

결국, 본 발명은 막 여과장치부의 막힘이 없고, 처리원수의 수질 변동에 관계없이 후속하는 소독 처리단계에서의 소독약품의 사용량을 일정하게 유지할 수 있는 고도 정수처리방법을 제공하기 위한 것이다.

도 1은 본 발명의 한 구현예에 따른 고도 정수처리장치를 이용한 정수처리 공정도이고;

도 2의 (a), (b) 및 (c)는 각각 본 발명의 한 구현예에 따른 광촉매 산화장치부의 평면도, 정면도 및 측면도를 나타낸 것이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1...처리원수 2...유입펌프

3...전처리여과기 4...광촉매산화장치부

4a...자외선램프 4b...광촉매

4c...플랜지 4d...챔버

5...가압펌프 6...막 여과장치부

7...처리수조 8...처리수

9...무소독처리수 10...농축배수

11...역세펌프 12...세정탱크

13...세정펌프 14...소독제 저장조

15...소독제 주입펌프

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 측면은 ⅰ) 여과막을 포함하고, 유기성 오염물질의 여과를 행하는 막 여과장치부 및 ⅱ) 상기 막 여과장치부의 전방에 설치된 광촉매 산화장치부를 포함하는 고도 정수처리장치에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 한 측면은 상기 막여과장치부 및 상기 광촉매 산화장치부 이외에 추가로 ⅲ) 소독처리 장치부를 포함하는 장치에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 한 측면은 ⅰ) 처리원수를 광촉매 산화장치부로 도입하여 처리원수 내의 유기성 오염 물질, 균 및/또는 박테리아를 분해·사멸시키는 단계; 및 ⅱ) 상기 ⅰ)단계로부터의 처리원수를, 여과막을 포함한 막여과장치부에 도입하여 분획분자량 이상의 물질을 여과·제거하는 단계를 포함하는 고도정수처리방법에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 한 측면은 상기 ⅰ) 및 ⅱ) 단계 외에, ⅲ) 단계로서 상기 ⅱ) 단계를 거친 여과수를 화학약품으로 처리하는 약품세정 단계를 추가로 포함하는 고도 정수처리방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 고도 정수처리장치에 있어, ⅰ) 막 여과장치부는 응집, 침전, 여과 및, 선택적 소독공정으로 이루어진 정수처리공정에 있어서, 여과 막을 이용하여 유기물질 등의 오염물질을 여과시키는 장치이다. 바람직하게는 상기 여과 막은 UF 또는 NF로서, 80,000 달톤 이상의 분획 분자량 조건 및 처리수의 탁도 0.1NTU이하, 입자수에 대하여는 2㎛이상 20개/㎖이하가 보증되는 것이며, 그 안정성이 인정된 막이다.

본 발명에 있어, ⅱ) 광산화촉매장치는 막여과처리에 앞서, 처리원수에 존재하는 유기 물질, 균, 및 박테리아 등을 산화반응에 의해 분해하기 위한 장치로서, 상기 막 여과장치부의 전단에 설치되고, 광촉매가 코팅된 복수개의 유리봉 또는 유리판이 일정 간격을 두고 적층(積層)되어 이루어진 광촉매 모듈(module) 및 상기 광촉매 모듈와 수평으로 설치된 자외선램프로 이루어져 있다. 구체적인 사용의 경우, 자외선이 처리원수 및 광촉매 모듈에 조사되면 상기 광에 의해 활성화된 광촉매가 상기 모듈 내의 유리봉 또는 유리판들 사이의 공간을 관통하여 흐르는 처리원수상의 유기물질, 박테리아 및/또는 균류를 분해시키게 된다.

보다 상세히, 광촉매 모듈은 약 2 내지 5㎜ 직경의 유리 봉 또는 두께 3 내지 5㎜, 폭 5 내지 20㎜ 유리판을 1.5 내지 2 ㎜ 의 간격으로 적층(積層)하여 이루어진다. 유리판 또는 유리봉에 코팅될 광촉매로써는 광에 의해 활성화되어 유기물의 산화를 일으키는 모든 촉매를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 이산화티탄(TiO₂)를 사용한다. 자외선램프(UV-A type 또는 UV-C type)는 광촉매 모듈 사이에 광촉매 모듈과 평행하게 설치되며, 바람직하게는 300 내지 400J/㎡ , 또는 그 이상의 에너지를 조사하도록 설계된다.

본 발명에 따른 장치는 상기 막 여과장치부의 후단에 살균 등을 위한 소독 처리장치부(예를 들어 염소소독 또는 오존소독장치부 등)를 추가로 포함하여, 운전자의 선택에 따라 여과 후의 처리수를 추가로 소독하여 최종 처리수 중 일정량의 소독제(예를 들어 염소 또는 오존 등)가 존재하도록 할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는, 상기 광촉매 산화장치부와 막 여과장치를 거쳐 정수된 물과, 상기 광촉매 산화장치부, 막 여과장치부 및 소독처리 장치부를 거쳐 정수된 물을 별도로 배출시켜 물의 소비용도에 따라 별도로 공급할 수 있어 추가로 유리하다.

본 발명에 따른 상기 장치를 이용한 고도 정수처리방법을 구체적으로 살펴보면, 전(前) 염소처리를 거치거나 거치지 않은 처리원수가 중력 또는 압력에 의해 전처리 여과기로 유입되며, 상기 여과기에서 필요로 하는 유속을 확보하기 위하여 유입펌프에서 가압되어 10∼50㎛이상의 큰 입자상 물질들이 제거된다.

상기 전처리여과기를 통과한 처리원수는 광촉매 산화장치부로 유입되는 바, 본 광촉매 산화장치부에서는 적층 모듈내에 존재하는 유리봉 또는 유리판 상의 광촉매가 자외선램프로부터 자외선을 받아 활성화됨으로써 모듈내 유리봉 또는 유리판사이의 공간을 관통하여 흐르는 처리원수내의 유기물질 등을 분해하고 박테리아 등을 사멸시키므로, 후속의 막 여과장치부의 분리막에 있어서의 바이오 필름(Bio-film)형성이 억제된다. 일단 광촉매산화장치부를 거친 처리원수는 1.5 내지 2.0㎏/㎠ 정도의 가압펌프에 가압되어 여과막으로 공급된다. 본 여과막(UF)에서는 분획분자량 이상의 물질을 분리되며, 운전자의 선택에 따라 본 단계에서 정수처리가 완료될 수 있다. 여과막 전후의 차압(差壓) 또는 시간 (15 내지 60분)에 의하여 약30 내지 60초간 역세(逆洗)공정을 수행하고, 필요에 따라, 화학약품에 의한 막의 세정등을 수행할 수 있으나, 이는 원수의 수질조건에 따라 생략될 수 있다. 이 경우, 일반적으로 사용되는 화학약품은 차아염소산나트륨(NaOCl), 가성소다(NaOH), 또는 구연산(Citric Acid) 등이며, 약품의 종류, 세정 방법 및 절차는 사용막의 종류에 따라 다르다.

원수의 수질이 급격하게 악화되는 경우에는 상기 막을 크로스 플로우(Cross-Flow) 방식으로 운전하어 생산수의 수질을 보증할 수 있다.

여과장치부를 통과한 처리수에는 사용목적에 따라 소독의 잔류성을 확보하기 위하여 소독약품을 주입한다. 보다 상세히, 소독처리가 필요한 경우 저장조에 저장된 소독제를 소독제 주입펌프로 처리수에 주입하여 일정 수준의 소독약품 잔류성을 확보한다. 이 때, 소독제의 주입량은 원수수질 조건에 영향을 받게 되는 바, 광촉매산화장치부에서 대장균군 및 바이러스를 포함하는 유기물을 제거함으로써 원수의 수질변동에 관계없이 소독제 주입량을 일정하게 유지시킬 수 있어 유지관리가 용이하게 된다.

처리수의 용도에 따라 소독 약품의 잔류성이 필요치 않은 경우(예를 들어, 축산농가수), 막여과를 거친 처리수를 그대로 사용처로 공급한다.

본 발명은 광촉매 산화장치부에서 유입수에 포함되어 있는 유기물질, 대장균을 포함한 균류 및 바이러스를 모두 제거함으로써, 유입수의 수질 및 유량에 관계없이 후속하는 염소소독공정에서의 소정량의 염소투입에 의해서도 잔류염소량을 일정하게 유지시킬 수 있으므로, 잔류 염소량의 관리가 매우 용이해진다. 또한, 본 발명은 여과막을 오염시키는 유기물질을 광촉매산화를 통해 분해시키기 때문에 여과막의 수명이 길어지고 세척 등의 막 관리비를 절감하는 효과가 있고, 아울러, 광촉매 산화장치부와 막 여과장치부만 통과한 물과, 추가적으로 염소소독을 거친 물을 별도로 생산함으로써 염소의 사용량을 절감하고, 최종 용도에 따라 공정을 선택할 수 있는 추가적 장점이 있다.

Claims (6)

1. ⅰ) 유기성 오염물질의 여과를 위한 여과막을 포함하는 막 여과장치부 및 ⅱ) 상기 막 여과장치부의 전방에 설치된 광촉매 산화장치부를 포함하는 고도 정수처리장치.
2. 제 1항에 있어서, 추가로 ⅲ) 소독처리 장치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 막 여과장치부의 여과막은 UF 또는 NF로서, 80,000 달톤 이상의 분획 분자량 조건 및 처리수의 탁도 0.1NTU이하, 입자수에 대하여는 2㎛이상 20개/㎖이하가 보증되는 여과막인 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 광촉매 산화장치부는 a) 광촉매가 코팅된 복수개의 유리봉 또는 판이 서로 일정 간격을 두고 적층되어 이루어진 광촉매 모듈 및 b) 자외선 램프로 이루어진 것을 특징으로 하는 장치.
5. ⅰ) 처리원수를 광촉매 산화장치부로 도입하여 유기성 오염물질을 분해하고 균 및/또는 박테리아를 사멸시키는 단계; 및 ⅱ) 상기 유기성 오염물이 제거된 처리원수를, 여과막을 포함한 막여과장치부로 도입하여 분획분자량 이상의 물질을 여과제거하는 단계를 포함하는 고도처리방법.
6. 제 5항에 있어서, ⅲ) 상기 ⅱ) 단계를 거친 여과 처리수를 소독처리하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.