KR20100125930A - 고급산화공정을 이용한 수처리장치 및 방법 - Google Patents

고급산화공정을 이용한 수처리장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 막여과 공정의 전처리 공정으로 수산화 래디컬(·OH)을 통해 난분해성 유기물질을 제거하는 고급산화공정(AOP)을 적용하여 막오염 물질을 효과적으로 제어할 수 있는 고급산화공정을 이용한 수처리장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 고급산화공정을 이용한 수처리장치는 원수 내에 포함되어 있는 난분해성 유기물질을 분해하는 고급산화장치와, 상기 고급산화장치를 통과한 원수 내에 포함된 콜로이드성 물질을 응집시키는 응집조 및 상기 응집조로부터 원수를 공급받아 원수 내에 포함되어 있는 응집물 및 고분자 물질을 여과하는 막여과 장치를 포함하여 이루어지며, 상기 고급산화장치는, 원수를 순환시키는 순환관체와, 상기 순환관체의 일측에 각각 구비되어 상기 순환관체 내에 과산화수소, 오존을 주입하는 과산화수소 주입수단 및 오존 주입수단으로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
막여과, 고도산화, AOP, 역삼투막

Description

고급산화공정을 이용한 수처리장치 및 방법{Method and apparatus for waste-water reuse using advanced oxidation process}
본 발명은 고급산화공정을 이용한 수처리장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 막여과 공정의 전처리 공정으로 수산화 래디컬(·OH)을 통해 난분해성 유기물질을 제거하는 고급산화공정(AOP)을 적용하여 막오염 물질을 효과적으로 제어할 수 있는 고급산화공정을 이용한 수처리장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 경제발전에 따른 급속한 산업화와 도시화로 물의 수요는 급증하고 있으나, 무절제한 물의 사용으로 인한 수자원 고갈과 수질오염으로 용수 부족현상이 심화되고 있으며 이러한 수자원이 부족한 현실에서도 쓰고 버린 물이 하천과 바닥에 그대로 방류되고 있어 수자원의 재활용 및 오염방지 대책이 중요한 사회 및 경제문제로 대두되고 있다. 따라서, 수질오염 방지와 수자원의 안정적이고 경제적인 확보를 위해 하수를 여러 용도의 용수로 정화하여 재활용하는 수처리시스템이 절실히 요구되고 있다.
하수재이용은 수자원 보존과 친환경적 관점에서 주목받는 기술이며, 산업화 와 도시화로 인한 물부족 문제의 대안으로 제시되고 있다. 현재까지의 하수재이용 기술에는 모래여과, 응집, 침전, 활성탄 흡착 및 막여과 공정 등이 있으며, 재이용 용도와 경제성 및 현장조건에 의해 공정이 결정되고 있다. 이들 중 막여과 기술은 정수처리 및 하폐수처리 분야에 폭넓게 적용되고 있으며, 제거의 선택성, 수질의 안정성, 공간 확보의 용이성 등과 같은 장점을 가지고 있다. 반면, 운전과정에서 수중에 유기물질, 무기물질, 미생물 등 오염물질에 의한 막오염으로 처리효율이 떨어지는 문제점을 가지고 있다. 따라서, 막여과 공정의 효과적인 적용을 위해서는 막오염 물질에 대한 적절한 제어가 매우 중요하다.
일반적으로 막오염 물질의 제어를 위해 전처리 공정을 이용하거나 세척을 강화하는 방법이 있다. 전처리 공정에는 약품응집, 활성탄 흡착 등이 있으며, 이들은 막오염 물질을 사전에 제거하여 막표면에 유입되는 오염 부하를 감소시키는 역할을 한다.
또한, 종래의 물의 안정성을 확보하기 위한 살균처리로는 수중에 염소 등을 투여하는 방법이 있으나, 이는 살균작용은 하지만 수중에 소독제가 잔존하고 또 다른 화합물과 반응하여 2차 오염을 유발하게 되어 살균 후의 안정성이 문제가 된다. 이러한 염소에 의한 살균방법의 문제점을 개선한 것으로서, 고급산화공정(AOP, Advanced Oxidation Process)이 제시된 바 있으며, 고급산화공정은 난분해성 유기화합물을 산화 분해시키는 기술로써 산화공정에서 사용되는 일반 산화제보다 훨씬 강력한 산화력을 가진 수산화 래디컬(Hydroxyl radical : ·OH)을 수중에 생성시켜 수중에 오염되어 있는 각종 독성, 난분해성 유기물질을 최종적으로 물과 이산화탄 소(CO2+H2O)로 산화, 분해시키는 기술이다. 즉, 이러한 고급산화공정(AOP)은 강력한 산화제에서 생성되는 수산화 래디컬을 중간생성물(intermediate)로 이용하여 수중에 잔류하는 유기물을 제거하는 것이며, 난분해성 유기물, 냄새 및 색도 제거 등에 활용되고 있다.
종래의 막여과 공정에 있어서, 막오염 물질에 의해 처리효율이 저하되는 문제점 있으며 이를 해결하기 위해 약품응집, 활성탄 흡착 등의 전처리 공정을 적용하고 있으나 그 효과가 미흡하다.
이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 막여과 공정의 전처리 공정으로 수산화 래디컬(·OH)을 통해 난분해성 유기물질을 제거하는 고급산화공정(AOP)을 적용하여 막오염 물질을 효과적으로 제어할 수 있는 고급산화공정을 이용한 수처리장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고급산화공정을 이용한 수처리장치는 원수 내에 포함되어 있는 난분해성 유기물질을 분해하는 고급산화장치와, 상기 고급산화장치를 통과한 원수 내에 포함된 콜로이드성 물질을 응집시키는 응집조 및 상기 응집조로부터 원수를 공급받아 원수 내에 포함되어 있는 응집물 및 고분자 물질을 여과하는 막여과 장치를 포함하여 이루어지며, 상기 고급산화장치는, 원수를 순환시키는 순환관체와, 상기 순환관체의 일측에 각각 구비되어 상기 순환관체 내에 과산화수소, 오존을 주입하는 과산화수소 주입수단 및 오존 주입수단으로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 과산화수소 주입수단이 상기 순환관체에 연결되는 지점은 상기 오존 주 입수단이 상기 순환관체에 연결되는 지점보다 전단에 위치한다. 상기 과산화수소 주입수단 및 오존 주입수단에 각각 원수가 공급되며, 상기 원수는 순환관체의 일측에 구비된 종속순환로 및 재순환로를 통해 공급될 수 있다. 이 때, 상기 종속순환로는 상기 순환관체의 원수가 순환하는 방향으로 분기되어 상기 과산화수소 주입수단 또는 오존 주입수단과 연결되며, 상기 재순환로는 원수가 순환하는 반대 방향으로 분기되어 상기 과산화수소 주입수단 또는 오존 주입수단과 연결된다.
상기 과산화수소 주입수단과 오존 주입수단의 출구에 와류 형성을 유도하는 벤튜리관이 더 구비될 수 있으며, 상기 순환관체 내에 혼합기가 더 구비되며, 상기 혼합기는 과산화수소 및 오존을 원수와 혼합하는 역할을 한다.
상기 막여과 장치에 잔류하는 농축수는 상기 고급산화장치로 재순환된다. 또한, 역삼투막이 더 구비되고, 상기 막여과 장치에 의해 분리된 처리수는 상기 역삼투막을 투과하며, 상기 역삼투막에 잔류하는 농축수는 상기 고급산화장치로 재순환될 수 있다.
본 발명에 따른 고급산화공정을 이용한 수처리방법은 원수 내의 난분해성 유기물질이 상기 고급산화장치에 의해 산화, 분해되는 제 1 단계와, 상기 고급산화장치를 통과한 원수 내에 포함되어 있는 콜로이드성 물질이 응집조에 의해 응집되는 제 2 단계와, 상기 응집조에서 배출된 원수 내에 포함되어 있는 응집물 및 고분자 물질이 막여과 장치에 의해 분리되고 처리수를 배출하는 제 3 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 막여과 장치에 분리된 처리수는 분리막 처리수조에 전달되며, 분리막 처리수조 내의 처리수 중 일부는 상기 막여과 장치의 역세정수로 공급되는 과정을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 막여과 장치에 잔류하는 농축수는 상기 고급산화장치로 재순환되어 고급산화과정을 거치는 과정을 더 포함할 수 있다.
상기 제 3 단계 이후, 상기 막여과 장치에 의해 분리된 처리수를 역삼투막을 투과하도록 하여 처리수 내의 무기물질 및 이온물질을 제거하는 제 4 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 역삼투막에 잔류하는 농축수는 상기 고급산화장치로 재순환되어 고급산화과정을 거치는 과정을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 고급산화공정을 이용한 수처리장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
막여과 공정의 진행 전에 전처리 공정으로서 고급산화공정 및 응집 공정을 적용함으로써 막여과의 투과특성을 향상시킬 수 있으며, 이를 통해 막 오염을 최소화할 수 있게 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 고급산화공정을 이용한 수처리장치 및 방법을 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고급산화공정을 이용한 수처리장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고급산화장치의 구성도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 고급산화공정을 이용한 수처리장치는 고급산화장치(110), 응집조(120) 및 막여과 장치(130)를 포함하여 이루어진다.
상기 고급산화장치(110)는 고급산화공정(AOP, Advanced Oxidation Process)을 통해 원수 내에 포함되어 있는 난분해성 유기물질을 산화, 분해시키는 역할을 하는 것으로서, 세부적으로 도 2에 도시한 바와 같이 순환관체(111), 과산화수소 주입수단(112) 및 오존 주입수단(113)의 조합으로 이루어진다.
상기 순환관체(111)는 원수를 공급받아 순환시키는 역할을 하며, 상기 과산화수소 주입수단과 오존 주입수단(113)은 각각 상기 순환관체(111) 내에 과산화수소(H2O2)와 오존(O3)을 주입하는 역할을 하며, 상기 과산화수소 주입수단 및 오존 주입수단을 통해 각각 원수 내에 주입되는 과산화수소(H2O2)와 오존(O3)은 수산화 래디컬(·OH)을 생성시켜 원수 내에 포함되어 있는 난분해성 유기물질을 분해하는 역할을 한다. 이 때, 상기 과산화수소 주입수단(112)은 상기 오존 주입수단(113)의 전단에 구비되는 것이 바람직한데, 그 이유는 원수 내에 오존보다 과산화수소가 먼저 주입되도록 하여 수산화 래디컬의 생성 효율을 향상시키기 위함이다.
한편, 상기 과산화수소 주입수단(112)과 오존 주입수단(113) 각각에는 원수가 공급되어 해당 원수에 과산화수소, 오존이 각각 혼합된 채로 상기 순환관체(111) 내에 주입되는데, 상기 과산화수소 주입수단(112)과 오존 주입수단(113)의 원수는 상기 순환관체(111)의 일측에 구비된 종속순환로(114) 및 재순환로(115)를 통해 공급될 수 있다.
상기 종속순환로(114)는 상기 순환관체(111)의 원수가 순환하는 방향으로 분기되어 상기 과산화수소 주입수단(112) 또는 오존 주입수단(113)과 연결되며, 상기 재순환로(115)는 원수가 순환하는 반대 방향으로 분기되어 상기 과산화수소 주입수단(112) 또는 오존 주입수단(113)과 연결된다. 여기서, 상기 순환관체(111)로부터 종속순환로(114)로 분기되는 지점은 상기 과산화수소 주입수단(112) 또는 오존 주입수단(113)의 출구가 구비된 지점보다 전단에 구비되며, 상기 순환관체(111)로부터 재순환로(115)로 분기되는 지점은 상기 과산화수소 주입수단(112) 또는 오존 주입수단(113)의 출구가 구비된 지점보다 후단에 구비되는 것이 바람직하다. 이상과 같은 종속순환로(114) 및 재순환로(115)의 구성을 통해 과산화수소 주입수단(112) 또는 오존 주입수단(113)에 원수를 공급함과 함께 오존(O3), 과산화수소(H2O2) 및 원수의 균일한 혼합을 이룰 수 있게 된다.
한편, 난분해성 유기물질의 분해가 촉진되기 위해서는 수산화 래디컬이 원수 내에서 균일하게 생성, 분포되어야 하는데, 이는 오존(O3) 및 과산화수소(H2O2)가 원수와 균일하게 혼합됨을 의미한다. 이와 같이 오존(O3) 및 과산화수소(H2O2)가 원수와 균일하게 혼합되는 것을 보조하기 위해 상기 순환관체(111)의 일측에는 혼합기(도시하지 않음)가 더 구비될 수 있다.
오존(O3) 및 과산화수소(H2O2)가 원수와 균일하게 혼합되도록 하기 위한 방법으로, 상기의 혼합기를 이용하는 방법 이외에 와류를 유도하는 방법도 있다. 즉, 상기 순환관체(111)와 연결되는 상기 과산화수소 주입수단(112) 및 오존 주입수단(113)의 출구측에 벤투리(venturi)관(도시하지 않음)을 구비시켜 벤투리관을 통과하는 <원수+과산화수소>의 혼합 유체 또는 <원수+오존>의 혼합 유체에 와류가 형성되도록 유도하여 오존(O3) 및 과산화수소(H2O2)가 원수에 균일하게 혼합되도록 할 수 있다. 이와 함께, 상기 순환관체(111) 내에 원활한 혼합을 위해 추가적으로 교반 날개(116)가 더 구비될 수 있다.
상술한 바와 같은 구성에 있어서, 상기 순환관체(111) 내에 원수가 공급되어 순환됨을 기재하였으나, 원수 이외에 후술하는 막여과장치(130) 및 역삼투막(150)으로부터 재순환되는 농축수가 공급될 수 있다. 이 경우, 상기 종속순환로(114) 및 재순환로(115)를 통해 상기 과산화수소 주입수단(112) 또는 오존 주입수단(113)에 공급되는 원수 역시 농축수일 수 있다. 또한, 상기 종속순환로(114) 및 재순환로(115)를 통해 상기 과산화수소 주입수단(112) 또는 오존 주입수단(113)에 원수 또는 농축수가 공급됨을 명시하였으나, 종속순환로(114) 및 재순환로(115) 이외에 별도의 공급배관을 통해 원수 또는 농축수가 공급될 수도 있다.
이상, 상기 고급산화장치(110)의 구성에 대해 설명하였으며, 상기 고급산화장치(110)를 통해 원수 내의 난분해성 유기물질이 산화, 분해되며, 상기 고급산화장치(110)를 거친 원수는 상기 응집조(120)로 유입된다.
상기 응집조(120)는 원수 내에 포함되어 있는 콜로이드성 물질을 응집제를 통해 응집하는 역할을 한다. 이 때, 응집제로는 폴리 황산 알루미늄(PAC) 등이 사 용될 수 있는데 원수의 특성에 따라 특정 응집제가 선택적으로 적용될 수 있다. 또한, 응집제에 의해 응집된 콜로이드성 물질 즉, 응집물은 원수와 함께 상기 막여과 장치(130)에 유입된다. 즉, 응집조(120) 내의 응집물 슬러리 제거를 위해 별도의 공정이 적용되지 않고 원수 내에 응집물이 포함된 상태로 곧바로 막여과 장치(130)에 유입된다.
상기 막여과 장치(130)는 분리막을 통해 원수 내에 포함되어 있는 응집된 콜로이드성 물질 즉, 응집물 및 고분자 물질을 여과하는 역할을 하는 것으로서, 상기 분리막은 한외여과막(Ultrafiltration) 또는 정밀여과막(Microfiltration)으로 구성될 수 있다. 상기 막여과 장치(130)에 의해 응집물 및 고분자 물질이 제거된 처리수는 분리막 처리수조(140)에 전달된다.
한편, 상기 막여과 장치(130)에 의해 처리된 처리수 이외에 상기 막여과 장치(130)에 잔류하는 농축수가 존재하는데, 상기 농축수 중 일부 또는 전부는 상기 고급산화장치(110)로 재순환되어 고급산화과정을 거치게 되며 상기 분리막 처리수조(140) 내의 처리수 중 일부는 역세정수의 용도로 상기 막여과 장치(130)로 반송되어 막여과 장치(130) 내에 잔류하는 막 오염물질을 제거하는데 이용된다. 이 때, 상기 역세정수 내에는 차아염소산나트륨(NaOCl) 등의 산화제가 포함될 수 있다. 또한, 상기 고급산화장치(110)로 재순환되지 않은 농축수는 외부로 배출된다.
한편, 상기 막여과 장치(130)의 후단에 역삼투막(150)이 더 구비될 수 있다. 상기 역삼투막(reverse osmosis)(150)은 상기 막여과 장치(130)를 거친 처리수 내에 포함되어 있는 무기물질 및 이온물질을 제거하는 역할을 한다. 상기 역삼투 막(150)을 거친 처리수는 역삼투막 처리수조(160)로 전달되며, 상기 분리막에서와 마찬가지로 상기 역삼투막(150) 내에 농축수가 잔류되는데 상기 역삼투막(150)의 농축수 역시 그 일부 또는 전부가 상기 고급산화장치(110)로 재순환되어 고급산화공정을 재차 거치게 된다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 고급산화공정을 이용한 수처리장치를 설명하였다. 이하에서는, 상기 고급산화공정을 이용한 하수재이용 장치의 동작 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 고급산화공정을 이용한 수처리방법을 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고급산화공정을 이용한 수처리방법을 설명하기 위한 순서도이다.
먼저, 상기 고급산화장치(110)에 원수가 유입되면 고급산화공정에 의해 원수 내의 난분해성 유기물질이 산화, 분해된다(S301). 구체적으로, 상기 고급산화장치(110)를 구성하는 순환관체(111) 내에 원수가 유입된 상태에서, 상기 과산화수소 주입수단(112) 및 오존 주입수단(113)을 통해 각각 과산화수소(H2O2), 오존(O3)이 주입되면 상기 오존(O3) 및 과산화수소(H2O2)로부터 수산화 래디컬(·OH)이 생성되고, 생성된 수산화 래디컬이 원수 내의 난분해성 유기물질을 산화, 분해시킨다. 이 때, 오존(O3) 및 과산화수소(H2O2)가 원수와 균일하게 혼합되는 것을 유도하기 위해 순환관체(111)의 일측에 혼합기를 구비시키거나 주입수단(112)의 출구에 벤투리관을 구비시킬 수 있다. 또한, 상기 순환관체(111)의 일측에서 분기되어 상기 과산화 수소 주입수단(112) 및 오존 주입수단(113)에 각각 연결되는 종속순환로(113), 재순환로(114)를 구비시켜 상기 과산화수소 주입수단(112) 및 오존 주입수단(113) 각각에 원수를 공급할 수도 있다.
상기 고급산화장치(110)를 통해 난분해성 유기물질이 제거된 원수는 응집조(120)로 전달되며, 상기 응집조(120) 내에서는 응집제가 투여되고 이로 인해 원수 내의 콜로이드성 물질은 응집된 상태로 부유된다(S302). 이 때, 응집제에 의해 응집된 응집물은 원수와 함께 슬러리 상태를 이룰 수 있는데, 해당 슬러리는 별도의 공정에 의해 제거되지 않고 상기 막여과 장치(130)로 전달된다.
응집물이 포함된 원수가 상기 막여과 장치(130)로 전달된 상태에서, 상기 막여과 장치(130)에 의해 원수 내에 포함되어 있는 응집물 및 고분자 물질은 여과, 제거된다(S303). 전술한 바와 같이, 상기 막여과 장치(130) 내에 구비되는 분리막은 한외여과막(Ultrafiltration) 또는 정밀여과막(Microfiltration) 등이 이용될 수 있다.
상기 막여과 장치(130)에 의해 분리된 처리수는 분리막 처리수조(140)에 전달되는데, 상기 분리막에 잔존하는 막 오염물질을 제거하기 위해 분리막 처리수조(140) 내의 일부 처리수는 역세정수의 용도로 상기 막여과 장치(130)로 반송되며, 상기 역세정수에 의해 분리막 내의 막 오염물질은 제거된다. 한편, 상기 막여과 장치(130)에 의해 분리된 처리수 이외에 상기 막여과 장치(130) 내에는 농축수가 잔류하게 되는데, 해당 농축수의 일부 또는 전부는 상기 고급산화장치(110)로 재순환되어 고급산화공정을 재차 거치게 된다.
상기 막여과 장치(130)를 거친 처리수는 재이용수로 이용되는데, 처리수 내의 무기물질 및 이온물질을 제거하기 위해 막여과 공정 이후에 역삼투막(150) 공정을 더 적용할 수 있다. 즉, 상기 분리막 처리수조(140) 내의 처리수를 역삼투막(150)을 투과하도록 하여 처리수 내의 무기물질 및 이온물질을 제거할 수 있다(S304). 이 때, 상기 역삼투막(150) 내에 농축수가 잔류할 수 있는데, 해당 농축수의 일부 또는 전부는 상기 고급산화장치(110)로 재순환되어 고급산화공정을 거치도록 할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 고급산화공정을 이용한 수처리장치 및 방법을 설명하였다.
한편, 본 발명에 따른 고급산화공정을 이용한 수처리 장치는 전술한 바와 같이 막여과 공정의 전처리 공정으로서 고급산화공정을 적용함에 특징으로 한다. 따라서, 전처리 공정의 수행 여부에 따른 분리막의 투과 특성을 살펴볼 필요가 있다. 이하에서는, 1) 원수, 2) 응집처리한 원수, 3) 오존처리한 원수, 4) 고급산화공정을 적용한 원수, 5) 고급산화공정 및 응집처리한 원수를 대상으로 분리막의 투과 특성을 살펴보기로 한다.
<분리막 투과특성 평가>
분리막 투과특성을 평가하기 위해 도 4와 같은 실험장치를 구성하였으며, 세부적으로 원수조(401), 분리막 모듈(403), 역세정수조(402), 투과량 측정장치(404) 로 구성된다. 상기 실험장치는 질소 가스를 이용한 정압제어 방식으로 운전하였으며, 실험은 상온(25±2℃)에서 실시되었다.
이와 같은 구성 하에, 상기 원수조(401)의 원수는 분리막 모듈(403)을 거쳐 투과량 측정장치에 전달되어 분리막 모듈(403)을 투과하는 처리수의 양을 측정하는 것을 목적으로 한다. 이 때, 상기 분리막 모듈(403)은 본 발명의 막여과 장치에 상응하며, 상기 역세정수조(402)는 분리막 모듈(403)의 역세정에 이용되며 역세정을 거친 역세정수는 다시 역세정수조(402)로 반송된다. 따라서, 역세정수는 분리막 모듈(403)을 투과하는 처리수에 포함되지 않는다. 막여과 과정과 역세정 과정을 독립적으로 운용하기 위해 각 세부장치에는 선택적으로 개폐되는 자동밸브가 설치된다. 여기서, 상기 원수조(401)에 저장되는 원수는 1) 원수, 2) 응집처리한 원수, 3) 오존처리한 원수, 4) 고급산화공정을 적용한 원수, 5) 고급산화공정 및 응집처리한 원수 중 하나이다.
한편, 막여과 과정과 역세정 과정에서 압력조정은 압력조절밸브(regulator)를 통해 제어하였으며, 막여과시 원수조(401)의 압력은 0.5 bar, 역세정시에는 역세정수조(402)의 압력을 0.75 bar로 가압하여 원수 또는 역세정수가 분리막 모듈(403)을 통과하도록 하였다. 막여과 공정과 역세정 공정의 운전주기는 막여과 7분 - 역세정 1분을 1회로 하여 각 회당 8분 동안 운전하였으며, 막여과 - 역세정을 5회 연속 반복하여 각각의 회당 투과된 처리수를 소정의 처리수조에 유입시켜 그 무게 변화를 전자저울로 측정하여 분리막 모듈(403)의 투과유량을 계산하였다. 참고로, 역세정수에는 10 ppm(v/v) 농도의 차아염소산나트륨(NaOCl)을 첨가하였다.
분리막 모듈의 투과 성능은 다음의 <식 1> 및 <식 2>을 통해 계산하였다.
<식 1>
Figure 112009030782676-PAT00001
(여기서, J는 회당 누적 투과성능, △V는 회당 누적 투과유량, A는 분리막 면적, △T는 회당 누적 시간)
<식 2>
Figure 112009030782676-PAT00002
(여기서, J는 회당 누적 투과성능, J0는 초기 투과성능)
실험 결과, 도 5에 도시한 바와 같이 전처리 과정을 적용하지 않은 1) 원수의 경우 35분 후 투과 성능(J/Jo(%))이 40%로 나타났으나, 2) 응집처리한 원수의 경우에는 투과성능이 65%, 3) 오존(O3)처리한 원수는 77%, 4) 고급산화공정을 적용한 원수의 경우에는 81%로 나타나 전처리를 하지 않은 원수에 대비하여 분리막의 오염이 저하되는 것을 알 수 있다.
또한, 5) 고급산화공정 및 응집처리한 원수의 경우에는 87%의 투과성능을 나타내는 바, 고급산화공정과 응집 처리를 모두 적용하는 경우 투과 성능을 배가시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고급산화공정을 이용한 수처리장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고급산화장치의 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고급산화공정을 이용한 수처리방법을 설명하기 위한 순서도.
도 4는 분리막 투과특성을 평가하기 위한 실험장치의 구성도.
도 5는 분리막 투과특성을 나타낸 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 고급산화장치 111 : 순환관체
112 : 과산화수소 주입수단 113 : 오존 주입수단
114 : 종속순환로 115 : 재순환로
116 : 교반 날개 120 : 응집조
130 : 막여과 장치 140 : 분리막 처리수조
150 : 역삼투막 160 : 역삼투막 처리수조

Claims (14)

  1. 원수 내에 포함되어 있는 난분해성 유기물질을 분해하는 고급산화장치;
    상기 고급산화장치를 통과한 원수 내에 포함된 콜로이드성 물질을 응집시키는 응집조; 및
    상기 응집조로부터 원수를 공급받아 원수 내에 포함되어 있는 응집물 및 고분자 물질을 여과하는 막여과 장치를 포함하여 이루어지며,
    상기 고급산화장치는,
    원수를 순환시키는 순환관체와,
    상기 순환관체의 일측에 각각 구비되어 상기 순환관체 내에 과산화수소, 오존을 주입하는 과산화수소 주입수단 및 오존 주입수단으로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고급산화공정을 이용한 수처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 과산화수소 주입수단이 상기 순환관체에 연결되는 지점은 상기 오존 주입수단이 상기 순환관체에 연결되는 지점보다 전단에 위치하는 것을 특징으로 하는 고급산화공정을 이용한 수처리장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 과산화수소 주입수단 및 오존 주입수단에 각각 원수 가 공급되며, 상기 원수는 순환관체의 일측에 구비된 종속순환로 및 재순환로를 통해 공급되는 것을 특징으로 하는 고급산화공정을 이용한 수처리장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 종속순환로는 상기 순환관체의 원수가 순환하는 방향으로 분기되어 상기 과산화수소 주입수단 또는 오존 주입수단과 연결되며, 상기 재순환로는 원수가 순환하는 반대 방향으로 분기되어 상기 과산화수소 주입수단 또는 오존 주입수단과 연결되는 것을 특징으로 하는 고급산화공정을 이용한 수처리장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 과산화수소 주입수단과 오존 주입수단의 출구에 와류 형성을 유도하는 벤튜리관이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 고급산화공정을 이용한 수처리장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 순환관체 내에 혼합기가 더 구비되며, 상기 혼합기는 과산화수소 및 오존을 원수와 혼합하는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 고급산화공정을 이용한 수처리장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 막여과 장치에 잔류하는 농축수는 상기 고급산화장치로 재순환되는 것을 특징으로 하는 고급산화공정을 이용한 수처리장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 역삼투막이 더 구비되고, 상기 막여과 장치에 의해 분리된 처리수는 상기 역삼투막을 투과하며,
    상기 역삼투막에 잔류하는 농축수는 상기 고급산화장치로 재순환되는 것을 특징으로 하는 고급산화공정을 이용한 수처리장치.
  9. 제 1 항의 고급산화공정을 이용한 수처리장치를 이용한 고급산화공정을 이용한 수처리방법에 있어서,
    원수 내의 난분해성 유기물질이 상기 고급산화장치에 의해 산화, 분해되는 제 1 단계;
    상기 고급산화장치를 통과한 원수 내에 포함되어 있는 콜로이드성 물질이 응집조에 의해 응집되는 제 2 단계; 및
    상기 응집조에서 배출된 원수 내에 포함되어 있는 응집물 및 고분자 물질이 막여과 장치에 의해 분리되고 처리수를 배출하는 제 3 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고급산화공정을 이용한 수처리방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 막여과 장치에 분리된 처리수는 분리막 처리수조에 전달되며, 분리막 처리수조 내의 처리수 중 일부는 상기 막여과 장치의 역세정수로 공급되는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고급산화공정을 이용한 수처리방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 막여과 장치에 잔류하는 농축수는 상기 고급산화장치로 재순환되어 고급산화과정을 거치는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고급산화공정을 이용한 수처리방법.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 제 3 단계 이후,
    상기 막여과 장치에 의해 분리된 처리수를 역삼투막을 투과하도록 하여 처리수 내의 무기물질 및 이온물질을 제거하는 제 4 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고급산화공정을 이용한 수처리방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 역삼투막에 잔류하는 농축수는 상기 고급산화장치 로 재순환되어 고급산화과정을 거치는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고급산화공정을 이용한 수처리방법.
  14. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 단계는,
    오존과 과산화수소가 각각 독립적인 경로를 통해 원수와 혼합되어 반응관체 내에 주입되며, 과산화수소가 반응관체에 주입되는 지점은 오존이 반응관체 내에 주입되는 지점보다 전단에 위치하는 것을 특징으로 하는 고급산화공정을 이용한 수처리방법.
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