KR20110066301A

KR20110066301A - 세탁폐수의 정화장치 및 방법

Info

Publication number: KR20110066301A
Application number: KR1020090122898A
Authority: KR
Inventors: 오창호
Original assignee: 오창호
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2011-06-17

Abstract

본 발명에 따른 세탁폐수의 정화장치는 세착 폐수 내의 고상입자를 제거하기 위해 다단계에 걸쳐서 여과하도록 복수의 필터를 사용한다. 예비필터, 2차 필터 및 3차 필터를 사용하여 적어도 3단계로 정화한다. 보호필터를 사용하며, 3차 필터는 복수의 필터를 직렬로 배열함으로써 세탁폐수를 더욱 다단계로 정화할 수 있다. 세탁폐수는 또한 오존 발생장치와 자외선 발생장치에 의해 살균된다.

본 발명의 장치에 의해 정수된 세탁폐수는 음용수의 수준까지 정화되므로 이를 세탁공정에 재사용함으로써 세탁공정은 경제적, 환경친화적으로 된다.

세탁폐수, 다단계 정화, 재사용

Description

세탁폐수의 정화장치 및 방법{Apparatus and method for purifying waste water from laundry operations}

본 발명은 폐수의 정화장치 및 방법에 관한 것이다. 좀더 상세하게 설명하면, 공장폐수에 흔히 포함되는 중금속이나 화학물질과 같은 오염물질이 상대적으로 적은 세탁업소 등에서 발생하는 폐수의 정화장치 및 방법에 관한 것이다.

세탁방법은 크게 유기용제를 사용하는 건식세탁, 즉 드라이클리닝(dry cleaning)과 유기용제를 사용하지 않는 물세탁으로 분류된다. 물세탁 방법은 다량의 물을 사용하므로, 다수의 세탁기를 구비하고 사용자가 동전을 투입하여 의류 등을 세탁하는 소위 빨래방(미국에서는 Laundromat이라고 함), 호텔이나 숙박업소에서 발생하는 다량의 세탁물을 세탁해주는 세탁업소 등에서는 다량의 세탁폐수를 발생하게 된다. 미국 등과 같은 국가에서는 환경보호를 위해 세탁폐수에 포함된 고상 오염물의 양을 법으로 규제하므로 세탁폐수를 의무적으로 정화하여야 한다. 한국에서는 위와 같은 규제는 없으나 세탁 후 발생하는 다량의 세탁폐수를 정화하여 재활용할 수 있다면, 환경보호에도 바람직할 뿐만 아니라 매우 경제적일 것이다.

세탁폐수의 오염물은 주로 세탁물에서 발생하는 미세 섬유조각, 머리카락, 모래나 흙과 같은 입자상 물질이 주류를 이루고 있으며 이들은 미세하여 물에 현탁상태로 존재한다. 이외에 비누찌끼(soap scum)와 부유기름성분이 포함된다.

미국특허 제4,322,293호와 제5,350,526호는 필터 백(filter bag)을 사용하여 입자상 물질을 제거하고 있으나, 필터 백을 사용하는 방법은 주기적으로 공정을 중지하고 필터 백을 수동으로 청소해주어야 한다는 불편함이 있다. Kemco systems사가 판매하는 나노 여과(nano filtration)장치 또는 CMF(ceramic microfiltration) 장치는 역삼투압(Reverse Osmosis) 방식으로 아주 미세한 입자상 물질을 제거할 수 있고 자동으로 역세척(backflush)을 할 수 있으나 장치가 매우 비싸다는 단점이 있다. 미국특허 제6,846,407호는 종래의 필터 백 방식을 사용하면서 미세한 입자는 응고제(coagulant)를 사용하여 응집시킨 후에 제거하고 있으나, 이 역시 수동으로 필터 백을 청소해야 한다는 필터 백 방식의 불편함은 그대로 갖고 있다.

또한, 종래의 세탁폐수 정화장치는 어떠한 방식을 사용하는가에 관계없이 모두 정화장치에 사용되는 각 구성성분들을 개별적으로 설치하여야 하고, 일단 세탁폐수 정화장치를 원하는 장소에 설치한 후에는 이를 이동시켜서 재설치하는 것이 매우 불편하였다.

본 발명의 목적은 미세한 입자를 용이하게 제거할 수 있는 세탁폐수 정화장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 자동으로 역세척할 수 있는 세탁폐수 정화장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 세탁폐수 정화장치의 각 구성성분을 몇개의 단위로 모듈화함으로써 설치가 간단하고, 설치 후 이를 이동시켜서 재설치하는 것이 용이한 세탁폐수 정화장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 세탁폐수 내의 고상입자를 확실하고 효과적으로 제거하도록 다단의 필터를 직렬로 배열하는 정화장치를 제공한다. 즉, 본 발명에 따른 세탁폐수 정화장치는 세탁 폐수 내의 10㎛ 이상 고상입자를 여과하여 1차 정수를 만드는 전처리 필터, 1차 정수 내의 1㎛ 이상 고상입자를 여과하여 2차 정수를 만드는 2차 필터, 및 2차 정수 내의 0.01㎛ 이상 고상입자를 여과하여 최종수를 만드는 3차 필터로 구성되어 세탁폐수를 적어도 3단계에 걸쳐 정화한다. 이때 1차 정수 내의 기름 등과 같은 성분을 흡착하여 제거하는 카본 필터를 더욱 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 장치는 세탁폐수 및/또는 최종수 내의 미생물을 제거하기 위한 오존 발생장치와 최종수 내의 미생물을 제거하기 위한 자외선 발생장치를 포함한다. 또한, 각종 정수를 저장하기 위한 하나 이상의 탱크와 유동을 위한 하나 이상의 펌프를 포함하며 각 구성부는 제어용 콘트롤러에 의해 자동으로 제어된다.

본 발명의 장치는 3차 필터를 보호하기 위한 보호 필터를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 2차 필터와 3차 필터 각각이 복수의 필터로 구성되되 2차 필터는 복수의 필터가 병렬로 연결되며 3차 필터는 복수의 필터가 직렬로 연결되는 것이 바람직하다.

필터는 사용에 따라 미세입자가 필터에 포집되어 성능이 저하하게 되므로 필 터의 주기적인 세척이 필요하다. 본 발명의 장치는 필터의 세척을 용이하게 하기 위해 각 필터를 자동으로 역세척하는 장치를 제공한다. 본 발명에 사용되는 역세척 장치는 전처리 필터, 2차 및 3차 필터로 최종수를 공급하는 유동 라인, 각 유동 라인에 부착되어 유량을 자동으로 조절하는 하나 이상의 밸브, 및 상기 필터들로 공기를 공급하는 펌프시스템으로 구성된다. 역세척 시에 공기를 주입하면, 최종수의 사용량이 감소할 뿐만 아니라 세척시간이 단축된다.

본 발명에 따른 세척장치는 오존 발생장치에 의해 세탁폐수 내의 미생물을 제거하는 단계, 1차 정수를 만드는 단계, 2차 정수를 만드는 단계, 최종수를 만드는 단계, 자외선 발생장치에 의해 최종수 내의 미생물을 제거하는 단계에 의해 기본적인 작동을 하게 되며, 필요에 따라 카본 필터에 의해 1차 정수 내의 기름 등과 같은 성분을 흡착하여 제거하는 단계나 오존 발생장치에 의해 최종수 내의 미생물을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 전처리 필터, 2차 및 3차 필터를 역세척하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 세탁폐수 정화장치의 실시예를 개략적으로 나타낸 개략도이다.

세탁폐수 정화장치(1)는 고상입자를 확실하게 제거하기 위해 다단계에 걸쳐서 필터링을 하도록 전처리 필터(3), 2차 필터(5) 및 3차 필터(7)를 포함한다.

전처리 필터(3)는 세탁폐수 내의 10㎛ 크기 이상의 고상입자를 제거하는 역 할을 하며 2차 필터(5)는 전처리 필터를 거친 정수(1차 정수) 내의 1㎛ 크기 이상의 고상입자를 제거하는 역할을 한다. 본 실시예에서는 이들 필터(3,5) 모두 사용되는 막의 세공 크기에 따라 달라지는 막 필터의 일종으로서 시중에서 MRF(Micro Reverse Filter)라는 명칭으로 판매되고 있는 제품을 사용하였다. 2차 필터(5)는 복수의 필터를 사용하는 것이 바람직하며, 실시예에서는 2개의 MRF가 사용되었으며, 이들 필터는 서로 병렬로 연결되어서 하나의 필터에 장애가 발생하거나 막의 교체주기가 되더라도 다른 하나의 필터로 정수함으로써 장치의 계속적인 사용이 가능하고 동시에 사용시에는 각 필터가 담당하는 정수 부하가 감소하므로 사용수명이 증가한다.

3차 필터(7)는 2차 필터(5)를 통해 정수된 2차 정수 내의 0.01㎛ 크기 이상의 고상입자를 제거하는 역할을 한다. 3차 필터(7)는 한외여과막(ultrafiltration membrane)을 사용하였으며, 시중에서 통상적으로 판매되는 한외여과막을 구입하여 사용하였다. 3차 필터(7) 역시 복수의 필터가 사용되는 것이 바람직하며, 도시된 실시예에서는 2개의 필터(7)가 직렬로 연결되었다. 2개의 필터가 직렬로 연결되는 경우, 0.01㎛ 크기 이상의 고상입자를 2회에 걸쳐서 제거하므로 고상입자를 확실하게 제거할 수 있게 된다. 2개의 필터가 직렬로 연결되더라도 필터의 어느 하나가 작동하지 않는 경우나 필터에 대한 교체주기에 해당하는 경우에 장치의 사용을 중단하지 않고 필터를 교체,수리할 수 있도록 정수라인을 배열하는 것이 바람직하며, 이에 대해서는 후술한다.

본 발명에 따른 정수장치는 전술한 각 필터(3,5,7) 외에 이들의 성능을 보조 하거나 보호하는 필터를 부가적으로 가지며, 이하에 이들에 대해서 설명한다.

전처리 필터(3)와 2차 필터(5) 사이에 1차 정수 내의 기름 등과 같은 성분을 흡착하여 제거하는 카본 필터(4)를 배열하는 것이 바람직하다. 카본 필터(4)는 활성탄을 사용하여 1차 정수 내의 기름 성분을 흡착하여 제거할 뿐만 아니라 유기물질, 비누성분에 포함되는 계면활성제, 그외에 일부의 현탁상태 고상입자를 흡착하여 제거한다.

전술한 3차 필터(7)는 아주 미세한 입자를 포집하는 역할을 하므로 고가의 여과막을 사용하게 된다. 따라서 3차 필터에 사용되는 여과막의 사용수명은 장치의 보수, 유지비에 커다란 영향을 미친다. 본 발명에서는 고가의 3차 필터의 여과막을 보호하기 위하여 3차 필터(7) 앞에 보호 필터(6)를 제공한다. 보호 필터(6)는 2차 필터(5)를 통해 정수된 2차 정수 내에서 다시 한번 1㎛ 크기 이상의 고상입자를 제거하는 역할을 함으로써 3차 필터(7)를 보호하는 작용을 한다. 도시된 실시예에서는 시중에서 판매되고 있는 MF(microfiltration membrane) 필터로서 전술한 역할을 할 수 있는 세공크기의 막을 갖는 필터를 사용하였다. 필요에 따라서는 MF 필터 대신에 카본 필터로 대체할 수 있다.

세탁폐수 내에는 세탁물로부터 오는 여러 미생물이 존재하므로 이들을 제거할 필요가 있다. 이를 위해 본 발명의 장치는 오존 발생장치(8)와 자외선 발생장치(9)를 구비한다. 오존 발생장치(8)는 세탁폐수의 원수가 저장되는 탱크(11)에 연결되어 처음부터 세탁폐수를 살균하나 필요에 따라서는 3차 필터(7)를 거친 최종수의 저장탱크(14)에 연결되어 최종수를 함께 살균할 수 있다. 자외선 발생장치(9)는 3차 필터(7)의 하류측에 배열되어 최종수를 살균한다. 자외선 발생장치(9)가 있으므로 오존 발생장치(8)는 최종수를 살균하지 않아도 되나 확실한 살균을 위해 오존 발생장치(8)가 최종수를 살균하도록 배열될 수 있으며, 자외선은 수용액 내의 오존을 분해하는 기능을 가지므로 오존 발생장치(8)로 최종수를 살균하는 경우에는 오존 발생장치(8)가 자외선 발생장치(9)의 전단계에서 최종수를 살균하도록 배열되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 정화장치(1)는 전술한 각종 필터와 살균장치 외에 세탁폐수나 각종 정수를 저장하기 위한 하나 이상의 탱크(11,12,13,14), 액체의 유동을 위한 유동라인(30 ~ 39)과 액체유동을 위한 하나 이상의 펌프(15 ~ 18)를 포함한다.

이하에서는 정화장치(1)의 작동에 대해서 설명한다.

먼저 세탁폐수는 라인(30)을 통해 저장탱크(11)에 일시 저장된 후 펌프(15)에 의해 라인(31)을 거쳐서 전처리 필터(3)를 통과하면서 10㎛ 이상의 큰 입자들이 포집되어 1차로 정화된다. 전처리 필터를 거친 1차 정수는 카본필터(4)에서 기름, 계면활성제 등을 흡착제거한 후 저장탱크(12)에 담겨진다. 카본필터(4)의 교체,보수 시에는 1차 정수가 라인(32')으로 바이패스되며, 이를 위해 밸브(54,55)가 배열된다.

저장탱크(12)의 1차 정수는 펌프(16)에 의해 라인(23)을 지나 2차 필터(5)를 통과하면서 1㎛ 이상의 입자들이 포집되어 2차로 정화된다. 필터들이 병렬로 배열된 2차 필터를 통과한 2차 정수는 라인(34)을 지나 저장탱크(13)에 저장되며, 펌프(17)에 의해 라인(35)을 지나 보호필터(6)를 거치며 1㎛ 이상의 입자들이 완전하 게 제거된다. 본 발명에서는 보호필터(6)에서 다시 한번 1㎛ 이상의 입자들이 제거된다. 이처럼 1차 정수는 항상 2차 필터(5)와 보호필터(6)에 의해 2단계에 걸쳐서 1㎛ 이상의 입자들이 제거되므로 2차 필터(5)는 복수의 필터들이 병렬로 배열되도 무방하며, 병렬로 배열된 2차 필터(5)는 전술한 바와 같이 보수, 교체에 편리하다.

이후 2차 정수는 라인(36,36')을 지나 필터들이 직렬로 배열되는 3차 필터(7)의 전단 필터로 들어가서 1차로 0.01㎛ 이상의 입자들이 제거되고 라인(37,37')을 지나 3차 필터(7)의 후단 필터로 들어가서 0.01㎛ 이상의 입자들이 완전하게 제거됨으로써 2차 정수는 2단계에 걸쳐서 정화된다. 3차 필터(7)를 거친 3차 정수(최종수)는 라인(38,38',39)을 지나 저장탱크(14)로 들어간다.

3차 필터(7)에는 전술한 정상 라인 외에 라인(36)(37')(38)에 연결되는 바이패스 라인(40)이 배열된다. 3차 필터의 어느 하나 또는 양자 모두 교체, 수리가 필요한 경우, 2차 정수는 라인(36)과 바이패스 라인(40)을 통해 3차 필터(7)의 전단 필터를 바이패스하고 라인(37')을 지나 3차 필터(7)의 후단 필터로 들어가거나, 라인(36), 바이패스 라인(40) 및 라인(38)을 지남으로써 3차 필터(7) 전체를 바이패스 할 수 있다. 이와 같은 바이패스를 위해 라인들에는 밸브(44, 46~49)가 설치된다. 이렇게 하여 2개의 필터가 직렬로 연결되더라도 필터의 어느 하나가 작동하지 않는 경우나 필터에 대한 교체주기에 해당하는 경우에 장치의 사용을 중단하지 않고 필터를 교체,수리할 수 있다. 또한, 예시된 실시예는 3차 필터(7)의 전단 필터와 후단 필터 사이에 오버 플로우 라인(40')이 배열된다.

한편, 세탁폐수 내의 미생물을 제거하기 위해 오존 발생장치(8)와 자외선 발 생장치(9)가 부착되며, 예시된 실시예에서 오존 발생장치(8)는 세탁폐수의 원수 저장탱크(11)와 최종수의 저장탱크(14)에 연결되고 자외선 발생장치(9)는 3차 필터(7)의 하류측에 부착된다. 오존 발생장치(8)는 저장탱크 내로 오존을 주입하여 탱크 내에서 미생물을 제거하여 자외선 발생장치(9)는 3차 정수 라인 상에 배열하여 3차 정수를 연속적으로 살균한다.

전술한 바와 같이 다단계를 거쳐 고상입자들이 포집되고 미생물이 제거된 최종수는 펌프(18)에 의해 장치(1) 외로 배출된다. 최종수는 수질검사 결과에 의하면 음용이 가능할 정도로 정화되는 것으로 나타났다. 최종수는 다시 세탁공정으로 보내 재순환시킴으로써 세탁공정은 다량의 물을 사용함에도 매우 경제적으로 작업할 수 있으며 또한 환경친화적인 공정이 된다.

미세입자가 필터에 포집되면 성능이 저하하므로 주기적인 세척이 필요하며, 공지의 백 필터는 역세척이 불가능하여 정화장치 전체를 정지시킨 후에 백 필터를 세척해야 하는 불편함이 있다. 본 발명에서는 막 필터를 사용하므로 필터들의 역세척이 가능하며, 이를 위해 역세척 장치(60)가 배열된다.

도시된 실시예에서 역세척 장치(60)는 전처리 필터(3), 2차 및 3차 필터(5,7)를 역세척하기 위해 배열되며, 역세척에 사용되는 물은 최종수이다. 따라서 역세척 장치(60)는 각 필터(3,5,7)로 최종수를 공급하는 라인(61,62,63,64,64',65), 각 라인에 부착되어 유량을 자동으로 조절하는 하나 이상의 밸브(41 ~ 56), 및 상기 필터들로 공기를 공급하는 펌프 시스템으로 구성된다. 펌프시스템은 공기펌프(70)와 펌프의 공기를 각 필터(3,5,7)로 공급하는 에어 라 인(71 ~ 76)으로 구성된다. 역세척 시에 공기를 주입하는 것은 최종수의 사용량을 감시시킬 뿐만 아니라 세척시간을 단축하기 위한 것이다.

이하에서는 역세척 장치(60)의 작동에 대해서 설명한다.

역세척을 위해 사용되는 저장탱크(14)의 최종수는 밸브(41)가 개방되면서 펌프(18)에 의해 일부는 역세척 라인(62, 63, 64, 64')를 지나 각각 전처리 필터(3)와 2차 필터(5)의 하단부로 공급된다. 이들 필터(3,5)의 역세척 시에는 라인의 밸브(51,52)는 개방되나 밸브(54, 56)는 폐쇄된다. 최종수의 일부는 3차 필터(7)를 역세척을 위해 역세척 라인(65)을 통해 정수 라인(37,38)에 연결된다. 3차 필터(7)의 역세척 시에는 밸브(42,45)는 개방되나 밸브(43,44,46)는 폐쇄된다. 역세척에 사용된 물은 라인의 적당한 위치에 위치된 배출구(도시되지 않음)를 통해 배출된다. 각 필터(3,5,7)의 역세척 시에는 동시에 공기 펌프(70)가 작동되며 에어 라인(71 ~ 76)을 통해 공기가 각 필터(3,5,7) 하단으로 공급된다.

전술한 각 펌프들과 밸브들은 제어용 콘트롤러에 의해 자동으로 제어되며, 이를 위해 밸브들은 유량을 정확하게 제어할 수 있는 솔레노이드 밸브를 사용하는 것이 바람직하다.

이상에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하였으나, 당업자라면 다양한 변형이 가능할 것이다.

예를 들면, 실시예에서는 도시되지 않았으나, 오존 발생장치(8)가 저장 탱크(11)가 아닌 다른 저장탱크(12,13)의 어느 하나 이상에 연결되거나 모든 저장탱크들에 연결될 수도 있다. 경우에 따라서는 오존 발생장치(8)가 저장탱 크(11,12,13) 중의 어느 하나 이상에는 연결되나 최종수 저장탱크(14)에는 연결되지 않을 수도 있다.

도 1은 본 발명에 의한 세탁폐수 정화장치의 개략도이다.

Claims

세탁 폐수 내의 10㎛ 이상 고상입자를 여과하여 1차 정수를 만드는 전처리 필터,

1차 정수 내의 기름 등과 같은 성분을 흡착하여 제거하는 카본 필터,

1차 정수 내의 1㎛ 이상 고상입자를 여과하여 2차 정수를 만드는 2차 필터,

2차 정수 내의 0.01㎛ 이상 고상입자를 여과하여 최종수를 만드는 3차 필터,

세탁폐수 및/또는 최종수 내의 미생물을 제거하기 위한 오존 발생장치,

최종수 내의 미생물을 제거하기 위한 자외선 발생장치,

각종 정수를 저장하기 위한 하나 이상의 탱크,

액체의 유동라인과 유동을 위한 하나 이상의 펌프, 및

제어용 콘트롤러로 구성됨을 특징으로 하는 세탁폐수의 정화장치.
제 1항에 있어서, 3차 필터를 보호하기 위한 보호 필터를 포함함을 특징으로 하는 세탁폐수의 정화장치.
제 2항에 있어서, 2차 필터와 3차 필터 각각이 복수의 필터로 구성되되 2차 필터는 복수의 필터가 병렬로 연결되며 3차 필터는 복수의 필터가 직렬로 연결됨을 특징으로 하는 세탁폐수의 정화장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 전처리 필터, 2차 및 3차 필터로 최종수를 공급하는 라인, 각 라인에 부착되어 유량을 자동으로 조절하는 하나 이상의 밸브, 및 상기 필터들로 공기를 공급하는 펌프시스템으로 구성되어 상기 필터들을 자동으로 역세척하는 장치를 포함함을 특징으로 하는 세탁폐수의 정화장치.
오존 발생장치에 의해 세탁폐수 내의 미생물을 제거하는 단계,

전처리 필터에 의해 세탁 폐수 내의 10㎛ 이상 고상입자를 여과하여 1차 정수를 만드는 단계,

2차 필터에 의해 1차 정수 내의 1㎛ 이상 고상입자를 여과하여 2차 정수를 만드는 단계,

3차 필터에 의해 2차 정수 내의 0.01㎛ 이상 고상입자를 여과하여 최종수를 만드는 단계,

자외선 발생장치에 의해 최종수 내의 미생물을 제거하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 세탁폐수의 정화방법.
제 5항에 있어서, 카본 필터에 의해 1차 정수 내의 기름 등과 같은 성분을 흡착하여 제거하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 세탁폐수의 정화방법.
제 5항 또는 제 6항에 있어서, 오존 발생장치에 의해 최종수 내의 미생물을 제거하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 세탁폐수의 정화방법.
제 5항 또는 제 6항에 있어서, 역세척 장치에 의해 전처리 필터, 2차 및 3차 필터를 역세척하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 세탁폐수의 정화방법.