KR20120001845A - Apparatus for treating water - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 섬유여과(Fiber Filter) 및 막여과(Membrane Filter) 기술을 이용한 수처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원수에 포함된 부유고형물 및 콜로이드 등과 같은 탁도 유발물질의 대부분, 냄새ㆍ이취미 등을 유발하는 일부 용존물질, 조류ㆍ원생동물ㆍ박테리아ㆍ바이러스 등과 같은 미생물 및 용존 무기염류 등의 불순물을 사전에 여과 처리함으로써, 후속하는 역삼투압막 여과와 같은 고도처리의 전처리로 활용할 수 있는 수처리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a water treatment apparatus using a fiber filter and membrane filter technology, and more particularly, most of the turbidity-causing substances such as suspended solids and colloids contained in raw water, odors, tastes, etc. Water treatment device that can be used as a pretreatment for advanced treatment such as reverse osmosis membrane filtration by filtering out some of the dissolved substances, microorganisms such as algae, protozoa, bacteria and viruses and impurities such as dissolved inorganic salts that cause It is about.
일반적으로 표류수, 복류수, 지하수, 해수 및 오ㆍ하ㆍ폐수 등에 포함된 부유물질이나 콜로이드와 같은 탁도 유발물질, 조류ㆍ원생동물 등과 같이 크기가 상대적으로 큰 미생물 등의 불순물을 제거하기 위한 기술로는 화학응집침전 후 모래여과처리 기술, 화학응집침전 후 기계적 여과처리 기술, 화학응집 후 침전조 생략에 의한 직접 기계적 여과처리 기술 등이 있다.In general, it is a technique for removing impurities such as suspended substances such as drift water, submerged water, ground water, sea water, sewage and waste water, turbidity substances such as colloids, and microorganisms of relatively large size such as algae and protozoa. Sand filtration after chemical flocculation, mechanical filtration after chemical flocculation, and direct mechanical filtration treatment by omission of a precipitation tank after chemical flocculation.
먼저 상기 화학응집침전 후 모래여과처리 기술은, 화학응집제를 사용하며, 이러한 화학응집제에 의해 불순물을 응집시켜 플럭(Floc)으로 만든 후 침전조로 유입한다. 이러한 화학응집침전 후 모래여과처리 기술은 침전조에서 플럭을 1차 제거한 후, 후단의 모래여과기에 유입하여 잔존하는 탁도 유발물질을 제거하는 방법으로서, 가장 일반적인 기술이다. 이 기술의 장점은 교과서적인 방법으로 일반적인 운전자에게 익숙한 공정일 뿐 아니라, 현재 까지는 원수 수질 등 주변 환경 변화에 따른 운전조건이 가장 많이 확립되어 있기 때문에 운전불량 원인 및 그 원인을 제거하기 위한 조치가 일반화 되어 있다는 점에 있다. 그러나 그 처리용량 대비하여 크기가 대단히 크기 때문에, 설치 부지를 많이 차지하여 건설비가 높을 뿐 아니라, 응집된 플럭의 대부분이 침전되기 위해서는 그 크기가 커져야하기 때문에 화학응집 시 응집제 사용량이 과다함에 따른 운전비의 상승을 초래하게 된다. 또한 처리된 여과수의 수질도 만족스럽지 못하다는 한계를 갖는다. First, after the chemical flocculation sedimentation, sand filtration treatment technology uses a chemical flocculant, and aggregates impurities by such chemical flocculant into flocs and flows into the precipitation tank. After the chemical flocculation sedimentation, the sand filtration treatment method is a method of first removing the floc from the sedimentation tank and then removing the residual turbidity-causing substances by entering the sand filter at the rear stage. The advantage of this technology is that it is a process that is familiar to the general driver by textbook method, and since the operating conditions are most established due to changes in the surrounding environment such as raw water quality so far, the cause of the malfunction and the measures to eliminate the cause are generalized. Is that it is. However, because the size is very large compared to the processing capacity, it takes up a lot of installation site and high construction cost, and because the size of the flocculated floc needs to be large in order to precipitate most flocculated flocs, Will cause an increase. In addition, there is a limit that the water quality of the treated filtrate is not satisfactory.
다음으로 상기 화학응집침전 후 기계적 여과처리 기술의 경우, 원수로부터 화학응집 및 침전과정은 상기한 화학응집침전 후 모래여과처리 기술과 동일하지만, 모래여과기 보다는 그 크기가 일반적으로 1/4 정도인 기계식여과기를 사용함으로서 전체적인 크기를 줄일 수 있다, 그러나 필요 부지의 대부분을 차지하고 있는 침전조는 여전히 필요하기 때문에 전체공정을 건설하기 위한 부지가 대단히 클 수밖에 없다. 한편, 탁도 유발물질의 제거 성능에 있어서는 일반적으로 모래여과기가 약 50%인 반면, 막여과가 아닌 일반적인 기계식 여과기의 경우 85% 이상으로 모래여과기 보다는 우수하다.Next, in the case of the mechanical filtration treatment technology after the chemical flocculation sedimentation, the process of chemical coagulation and precipitation from the raw water is the same as the above-described sand filtration treatment technique after the chemical flocculation sedimentation, but the mechanical size is generally about 1/4 of that of the sand filtration. The use of a filter can reduce the overall size, but the sedimentation tank, which occupies most of the required site, is still needed, so the site for building the entire process is very large. On the other hand, in the removal performance of the turbidity-causing substances, sand filter is generally about 50%, while in the case of general mechanical filter other than membrane filtration is more than 85% than sand filter.
그 다음으로 상기 화학응집 후 침전조 생략에 의한 직접 기계적 여과처리 기술의 경우, 원수로부터 화학응집까지는 전술한 두 가지의 방법과 동일하나, 침전조를 거치지 않고 직접 기계적 여과기술을 적용하여 탁도 유발물질을 제거한다는 점에 차이가 있다. 따라서 설비의 건설에 필요한 부지가 기존의 처리공정 보다 1/10∼1/50로 축소되어 건설비를 대폭 줄일 수 있고, 화학응집 플럭을 침전시킬 필요가 없기 때문에, 그 크기가 침전조를 사용 때보다 작아도 되므로 일반적으로 응집제 사용량을 절감할 수 있다. 또한 응집 숙성 시간도 기존의 침전조를 사용할 경우 20∼40분이 필요하나, 기계식 여과기의 경우 2∼3분이면 족하기 때문에 응집숙성조의 부피가 감소되는 만큼 교반 동력도 감소되어 운전비의 절감 효과도 있다. 그러나 기계식 여과기의 1단 처리에 의해서는 수십 NTU(Nepthelometric Turbidity Unit) 이상의 고탁도 원수가 유입할 때 처리수질이 약 1 NTU로서, 음용수 수질의 일반적 기준인 0.5 NTU를 훨씬 상회하는 문제가 있고, 이의 개선을 위해 고농도의 무기응집제를 사용할 경우 여과공극 막힘 현상이 심화되어 잦은 역세로 인한 역세수량이 크게 증가되는 문제가 있다. 또한 분리막(Membrane) 공정만을 적용할 경우, 유입 원수의 탁도가 10 NTU 이하로 한정되는 단점이 있다.Subsequently, in the case of the direct mechanical filtration treatment technique by omitting the settling tank after the chemical coagulation, from the raw water to the chemical coagulation, it is the same as the two methods described above. The difference is that. Therefore, the site required for the construction of the facility is reduced to 1/10 to 1/50 than the existing treatment process, which can greatly reduce the construction cost, and it is not necessary to settle the chemical flocculation flocs, so even if the size is smaller than that of the sedimentation tank. In general, the amount of flocculant used can be reduced. In addition, the coagulation aging time is also required 20-40 minutes when using a conventional sedimentation tank, but in the case of a mechanical filter 2 to 3 minutes is sufficient, the stirring power is reduced as the volume of the coagulation aging tank is reduced, there is also a reduction in operating costs. However, the first stage treatment of the mechanical filter has a problem that the treated water quality is about 1 NTU when high turbidity raw water of several tens of NTU (Nepthelometric Turbidity Unit) is introduced, far exceeding 0.5 NTU, which is a general standard of drinking water quality. When using a high concentration of inorganic coagulant to improve the clogging of the filter pores, there is a problem that the amount of backwash due to frequent backwashing increases significantly. In addition, when only the membrane (Membrane) process is applied, the turbidity of the incoming raw water is limited to less than 10 NTU.
한편, 일반적인 기계식여과기가 아닌 여과막인 1.0㎛ 이하의 정밀여과막 또는 한외여과막을 사용하는 경우, 100%에 가까운 우수한 탁도 제거효율을 가지며, 침지형 분리막의 경우 고탁도 유입수에 대해서도 운전은 가능하다. 그러나 일반적으로 여과 선속도가 섬유여과장치의 1/50∼1/100인 1.0 m/日로서, 그 규모가 커지기 때문에 기계식여과기에 비해 건설비가 6배 이상 높을 뿐 아니라, 막오염을 감소시키기 위한 역세정 공기 및 역세수 사용이 과다해지며, 이로 인해 운전비 역시 일반적으로 3배 이상 높은 것이 단점이다. 이러한 단점은 원수에 포함된 탁도 유발물질을 제거하기 위해, 전술한 전처리 장치를 막여과 전에 사용함으로서 어느 정도 해결하는 것이 통상적인 방법인 데, 현존하는 가장 우수한 전처리 장치를 1단으로 사용하더라도 10 NTU 이상의 원수 유입할 때, 여과 선속도가 1.5 m/日을 초과하지 못하는 것으로 알려져 있다. On the other hand, when using a microfiltration membrane or an ultrafiltration membrane of 1.0 μm or less, which is not a general mechanical filter, has excellent turbidity removal efficiency close to 100%, and an immersion type separation membrane can be operated for high turbidity influent. However, in general, the filtration linear velocity is 1.0 m / day, which is 1/50 to 1/100 of the fiber filtration device, and as the size increases, the construction cost is not less than six times higher than that of the mechanical filter, and it is also used to reduce membrane contamination. The use of cleaning air and backwashing water is excessive, which is why operating costs are generally three times higher. This drawback is a common solution to remove turbidity-causing substances contained in raw water by using the above-mentioned pretreatment device before membrane filtration. Even though the best existing pretreatment device is used in one stage, 10 NTU When the above raw water flows in, it is known that the filtration linear velocity does not exceed 1.5 m / day.
결론적으로 상술한 바와 같은 종래기술에 따르면, 원수에 포함된 오염물 제거 공정의 첫 단계인 탁도 유발물질 제거가 부실함으로서, 후속공정인 고도처리공정의 필요 크기를 과도하게 하여 건설비의 상승 및 운전비 상승의 원인이 되었으며, 이러한 결과는 음용수의 생산 및 물 재사용 원가를 상승시키는 원인이 되었다.In conclusion, according to the prior art as described above, by removing the turbidity-causing substances, which is the first step of the contaminant removal process included in the raw water, the required size of the subsequent high-treatment process is excessively increased to increase the construction cost and operation cost. This resulted in an increase in the cost of producing and reusing water.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 처리수의 탁도를 기준치 이하로 유지시키면서도, 고가가 소요되는 후속공정의 건설비 및 운전비를 대폭 줄임으로써, 궁긍적으로 생산수의 원가를 대폭 절감할 수 있는 수처리 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was created in order to solve the above problems, while maintaining the turbidity of the treated water below the reference value, while significantly reducing the construction cost and operating cost of expensive subsequent processes, ultimately reduce the cost of production water It is an object of the present invention to provide a water treatment apparatus that can greatly reduce the cost.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 무기응집제가 투입된 처리대상의 원수을 급속하게 혼합시키는 라인믹서; 상기 라인믹서와 직렬 연결되고, 상기 무기응집제와 혼합된 원수를 숙성시켜 응집된 플럭(Floc)의 크기를 성장시키는 응집조; 상기 응집조와 직렬 연결되고, 유입되는 응집수를 섬유여재로 된 여과층을 통과시켜 직접 여과하는 섬유여과기; 및 상기 섬유여과기와 직렬 연결되고, 유입되는 여과수를 멤브레인(Membrane)을 통과시켜 다시 여과하는 막여과기를 구비하는 수처리 장치가 제공된다.According to the present invention for achieving the above object, a line mixer for rapidly mixing the raw water of the treatment target to which the inorganic coagulant is added; An agglomeration tank connected in series with the line mixer and growing raw water mixed with the inorganic coagulant to grow the size of the flocculated floc; A fiber filter connected in series with the agglomeration tank and directly filtering the agglomerated water flowing through the filter layer made of a fiber filter; And a membrane filter connected in series with the fiber filter and filtering the incoming filtrate through a membrane.
상기 수처리 장치는, 상기 섬유여과기를 우회하여 상기 응집조의 출구와 상기 막여과기의 입구를 직접 연결하는 제1우회라인; 상기 막여과기를 우회하여, 상기 섬유여과기의 출구와 상기 막여과기의 출구를 직접 연결하는 제2우회라인; 상기 응집조의 출구로부터 분기되는 상기 제1우회라인의 분기점에 설치되어, 유입된 응집수가 상기 섬유여과기 방향과 상기 제1우회라인 방향 중 선택된 일 방향으로만 유동하도록 유로를 전환하는 제1전환밸브; 및 상기 섬유여과기의 출구로부터 분기되는 상기 제2우회라인의 분기점에 설치되어, 유입된 여과수가 상기 막여과기 방향과 상기 제2우회라인 방향 중 선택된 일 방향으로만 유동하도록 유로를 전환하는 제2전환밸브를 더 구비할 수 있다.The water treatment apparatus includes: a first bypass line bypassing the fiber filter and directly connecting an outlet of the coagulation tank and an inlet of the membrane filter; A second bypass line bypassing the membrane filter and directly connecting the outlet of the fiber filter and the outlet of the membrane filter; A first switching valve installed at a branch point of the first bypass line branching from the outlet of the flocculation tank and switching the flow path so that the introduced flocculation water flows only in one direction selected from the fiber filter direction and the first bypass line direction; And a second switch installed at a branch point of the second bypass line branching from the outlet of the fiber filter, and switching the flow path so that the introduced filtration water flows only in one direction selected from the membrane filter direction and the second bypass line direction. A valve may be further provided.
여기서 상기 라인믹서에 유입되는 원수의 탁도가 5 NTU 이상인 고탁수인 경우, 상기 제1 및 제2전환밸브를 전환 조절하여, 상기 제1우회라인및 상기 제2우회라인이 모두 차단되도록 하고, 상기 라인믹서에 유입되는 원수의 탁도가 1 NTU 이상 5 NTU 미만인 중탁수인 경우, 상기 제1 및 제2전환밸브를 전환 조절하여, 상기 제1우회라인은 차단하고, 상기 막여과기를 우회하도록 상기 제2우회라인은 개방하며, 상기 라인믹서에 유입되는 원수의 탁도가 1 NTU 이만인 저탁수인 경우, 상기 제1 및 제2전환밸브를 전환 조절하여, 상기 섬유여과기를 우회하도록 상기 제1우회라인을 개방하고, 상기 제2우회라인은 차단하는 것이 바람직하다. In the case where the turbidity of the raw water flowing into the line mixer is 5 NTU or more, the first and second switching valves are controlled to be switched so that both the first bypass line and the second bypass line are blocked. When the turbidity of the raw water flowing into the line mixer is heavy water of 1 NTU or more and less than 5 NTU, the first and second switching valves are switched and controlled to block the first bypass line and bypass the membrane filter. 2 bypass line is open, when the turbidity of the raw water flowing into the line mixer is less than 1 NTU, the first bypass line to bypass the fiber filter by switching the first and second switching valves, It is preferable to open and to block the second bypass line.
또한 상기 수처리 장치는, 상기 라인믹서에 유입되는 원수의 탁도를 감지하는 탁도감지센서; 및 상기 탁도감지센서에 의해 감지된 원수의 탁도에 대응하여, 상기 제1 및 제2전환밸브가 전환되도록 조절하는 밸브제어부를 더 구비할 수 있다.In addition, the water treatment device, turbidity detection sensor for detecting the turbidity of the raw water flowing into the line mixer; And in response to the turbidity of the raw water detected by the turbidity detection sensor, the first and second switching valves may further include a valve control unit for adjusting to switch.
더욱이 상기 막여과기는, MF 멤브레인(Micro Filtration Membrane) 또는 UF 멤브레인(Ultra-Filtration Membrane)을 포함할 수 있다.Furthermore, the membrane filter may include an MF membrane (Micro Filtration Membrane) or an UF membrane (Ultra-Filtration Membrane).
본 발명에 따른 수처리 장치에 의하면 다음과 같은 효과를 갖는다.According to the water treatment apparatus according to the present invention has the following effects.
첫째, 원수의 탁도 정도에 대응하여 섬유여과기와 막여과기를 탄력적으로 선택하여 적용할 수 있기 때문에, 수처리 과정에서 불필요한 에너지의 낭비를 최소화함으로써, 에너지 효율을 극대화 할 수 있다. First, since the fiber filter and the membrane filter can be flexibly selected and applied according to the degree of turbidity of raw water, it is possible to maximize energy efficiency by minimizing waste of unnecessary energy during water treatment.
둘째, 고탁도의 원수에는 모래여과기 대신에 섬유여과기를 사용하기 때문에 여과를 위한 설비의 소요면적 및 운전 동력비를 줄일 수 있고, 탁도 유발물질의 대부분을 사전에 제거할 수 있기 때문에, 후속공정인 막 여과공정의 막 투과유속을 기존의 전처리 시스템보다 크게 증가시킬 수 있으며, 이로 인해 막 여과공정의 건설비용과 운전비용을 대폭 절감할 수 있다. Second, because the raw water of high turbidity uses a fiber filter instead of a sand filter, it can reduce the required area and operating power cost of the equipment for filtration, and can remove most of the turbidity-causing substances in advance, so that the membrane is a subsequent process. Membrane permeation flow rate of the filtration process can be significantly increased compared to the existing pretreatment system, thereby significantly reducing the construction cost and operating cost of the membrane filtration process.
셋째, 본 발명에 따른 수처리 장치에 의해 처리된 여과수는 그 자체로 용도에 따라 사용되거나, 역삼투막 등의 후속공정을 처리함으로서 용존된 염류 등을 제거하여 음용수 뿐 아니라 해수담수화, 하천유지용수, 농·공업용수로의 재사용이 가능하다.Third, the filtered water treated by the water treatment device according to the present invention is used according to its use, or by removing the dissolved salts by treating a subsequent process such as reverse osmosis membrane, drinking water as well as seawater desalination, river maintenance water, agriculture and It can be reused as industrial water.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수처리 장치를 개략적으로 블록 구성도,
도 2는 중탁도의 원수가 유입되었을 때, 도 1에 나타낸 수처리 장치에 의한 수처리 공정을 설명하기 위한 블록 구성도,
도 3은 저탁도의 원수가 유입되었을 때, 도 1에 나타낸 수처리 장치에 의한 수처리 공정을 설명하기 위한 블록 구성도이다.1 is a schematic block diagram of a water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a block diagram for explaining a water treatment process by the water treatment apparatus shown in FIG. 1 when raw water having a heavy turbidity is introduced; FIG.
3 is a block diagram for explaining a water treatment process by the water treatment apparatus shown in FIG. 1 when raw water of low turbidity is introduced.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수처리 장치(100)는, 라인믹서(110)와, 응집조(120)와, 섬유여과기(130)와, 막여과기(140)를 구비한다.Referring to FIG. 1, the
상기 라인믹서(110)에는 처리 대상의 원수가 유입되는데, 그 전에 무기응집제(111)가 투입된다. 이러한 라인믹서(110)는 무기응집제(111)가 투입된 원수을 급속하게 혼합시킨다. 한편 유입되는 원수는, 도면에는 도시하지 않았으나 1 mm 정도의 미세 망을 형성하는 스크린에 의해 상대적으로 그 크기가 큰 부유물질 등과 같은 이물질이 걸러진 상태로 유입되는 것이 바람직하다. 그리고 상기 무기응집제(111)의 사용 목적은 조류, 고분자 물질 등을 포함하는 부유물질 및 콜로이드 형태의 탁도 유발물질 등과 같은 오염물질의 제거를 용이하게 하기 위한 것이다. 다만 이와 같은 무기응집제의 사용은 비용 및 슬러지 발생량 증가에 따른 운전비 상승을 가중시킬 수 있으므로 원수의 수질에 따라 사용여부 및 사용량을 적절히 조절하는 것이 바람직하다. 상기 무기응집제(111)는 일반적인 PAC(Poly Aluminum Chloride)가 사용될 수 있다. 투여되는 무기응집제(111)의 양에 따라 원수의 탁도와 부유물질 제거율이 변화될 수 있는데 이에 대해서는 후술하는 실험결과에서 설명하도록 한다.The raw water to be treated is introduced into the
상기 응집조(120)는 라인믹서(110)와 직렬 연결되며, 일정한 부피를 가지는 형태로 제공될 수 있다. 이러한 응집조(120)는 상기 무기응집제(111)와 혼합된 원수를 숙성시킴으로써, 응집된 플럭(Floc)의 크기를 성장시킨다.The
상기 섬유여과기(130)는, 응집조(120)와 직렬 연결된다. 그리고 유입되는 응집수를 섬유여재로 된 여과층을 통과시켜 직접 여과한다. 이러한 섬유여과기(130)는 응집 숙성된 원수에서 탁도 유발물질의 대분을 제거하여, 후술하는 막여과기(140)로 공급할 수 있다.The
상기 막여과기(140)는, 섬유여과기(130)와 직렬 연결되고, 유입되는 여과수를 멤브레인(Membrane)을 통과시켜 다시 여과한다. 이러한 막여과기(140)의 목적은, 상기 섬유여과기(130)와 유사하게 원수에 포함된 탁도 유발물질을 여과하는 것으로서, 더욱 상세하게는 상기 섬유여과기(130)에서 1차 여과되어 탁도 유발물질의 농도가 낮아진 미세한 양의 탁도 유발물질을 2차로 여과하기 위한 것이다. 상기 막여과기(140)로는, MF 멤브레인(Micro Filtration Membrane) 또는 UF 멤브레인(Ultra-Filtration Membrane)을 사용할 수 있다. 다만, 여기서 멤브레인 자체에 대한 기술은 공지기술에 해당하므로 자세한 설명을 생략한다.The
한편, 여과된 처리수의 수질에 대한 요구조건에 따라서는 상기 막여과기(140)를 거친 처리수에 잔존되어 있는 미량의 탁도 유발물질을 더욱 제거하기 위해, 후속공정으로 정밀 혹은 한외여과기나, 용존 무기염류까지 제거하는 역삼투압막 여과기와 같은 고도여과장치(200)를 연결하여 사용할 수 있다. 이 경우 본 발명의 실시예에 따른 수처리 장치(100)는, 상기 고도여과장치(200)의 전처리 장치로서의 역할을 수행한다.On the other hand, depending on the requirements for the quality of the filtered treated water, in order to further remove the traces of turbidity causing substances remaining in the treated water passed through the
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에서, 상기 수처리 장치(100)는, 제1 및 제2우회라인(150)(160)과, 제1 및 제2전환밸브(170)(180)를 더 구비할 수 있다.In the embodiment of the present invention as described above, the
상기 제1우회라인(150)에는 섬유여과기(130)를 우회하여, 상기 응집조(120)의 출구와 상기 막여과기(140)의 입구를 직접 연결하는 유로가 형성되어 있다. 또한 상기 제2우회라인(160)에는 상기 막여과기(140)를 우회하여, 상기 섬유여과기(130)의 출구와 상기 막여과기(140)의 출구를 직접 연결하는 유로가 형성되어 있다. 이러한 제1 및 제2우회라인(150)(160)의 작용에 대해서는 후술하도록 한다.The
상기 제1전환밸브(170)는 상기 응집조(120)의 출구로부터 분기되는 상기 제1우회라인(150)의 분기점에 설치되어, 유입된 응집수가 상기 섬유여과기(130) 방향과 상기 제1우회라인(150) 방향 중 선택된 일 방향으로만 유동하도록 유로를 전환한다. 또한 상기 제2전환밸브(180)는 상기 섬유여과기(130)의 출구로부터 분기되는 상기 제2우회라인(160)의 분기점에 설치되어, 유입된 여과수가 상기 막여과기(140) 방향과 상기 제2우회라인(160) 방향 중 선택된 일 방향으로만 유동하도록 유로를 전환한다. 상기 제1 및 제2전환밸브(170)(180)는 유로 전환밸브의 일종으로서, 입구 하나와 출구 2개를 갖는 3 포트(Port) 밸브이고, 수동으로 작동하는 경우는 물론, 전자적으로 자동 제어되는 것이어도 무방하며, 다양한 형상과 기능의 실시예가 가능하다고 할 것이다. 이러한 제1 및 제2전환밸브(170)(180)의 작용도 후술하도록 한다 The
한편, 유입되는 원수의 탁도와 무관하게, 일률적으로 상기한 바와 같은 섬유여과기(130) 및 막여과기(140)를 순차적으로 모두 적용하는 것은 에너지효율의 측면에서 불리할 수 있다. 즉, 탁도가 낮은 원수가 유입되는 경우에는, 섬유여과기(130) 또는 막여과기(140)를 사용하지 않고도 원하는 탁도의 처리수를 얻을 수 있기 때문이다. On the other hand, irrespective of the turbidity of the incoming raw water, uniformly applying all of the
이하에서는 유입되는 원수의 탁도에 대응하여, 본 발명의 실시예에 따른 수처리 장치(100)의 작용을 첨부도면을 참조하여 살펴보도록 한다. Hereinafter, in response to the turbidity of the incoming raw water, the operation of the
먼저 유입되는 원수의 탁도가 5 NTU 이상인 고탁수인 경우, 도 1에 도시된 바와 같이 유입된 원수는 순차 직렬 연결된 라인믹서(110), 응집조(120), 섬유여과기(130), 막여과기(140) 순으로 유동하며 순차적으로 여과된다. 이를 위해 상기 제1 및 제2전환밸브(170)(180)는, 상기 제1우회라인(150)및 상기 제2우회라인(160)이 모두 차단되도록 절환 조절된다. First, when the turbidity of the raw water introduced is high turbidity of 5 NTU or more, as shown in FIG. 1, the introduced raw water is sequentially line-connected
다음으로, 상기 라인믹서(110)에 유입되는 원수의 탁도가 1 NTU 이상 5 NTU 미만인 중탁수인 경우, 섬유여과기(130)의 후속 공정인 막여과기(140)에 의한 여과공정을 생략하여, 후속공정의 공급수질은 만족시키면서 에너지소비를 최소화하는 것이 바람직하다. 왜냐 하면 막여과기(140)에 의한 여과공정은 섬유여과기(130)에 의한 여과공정보다 에너지 소비가 많은 반면에, 중탁도 원수에 대해서는 섬유여과기(130)에 의한 여과만으로도 수질만족이 가능하기 때문이다. 이를 구현하기 위해, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제1 및 제2전환밸브(170)(180)는 상기 제1우회라인(150)를 차단하여 섬유여과기(130)에 의한 여과공정이 수행되도록 하는 반면에, 상기 막여과기(140)를 우회하도록 상기 제2우회라인(160)은 개방하도록 전환 조절된다. Next, when the turbidity of the raw water flowing into the
그 다음으로, 상기 라인믹서(110)에 유입되는 원수의 탁도가 1 NTU 이만인 저탁수인 경우, 막여과기(140)에 의한 여과공정은 전처리의 여과공정이 없이도 사용 가능하기 때문에 섬유여과기(130)에 의한 여과공정을 생략하는 것이 에너지효율 측면에서 바람직하다. 이를 구현하기 위해, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 제1 및 제2전환밸브(170)(180)는 상기 섬유여과기(130)를 우회하도록 상기 제1우회라인(150)을 개방하고, 상기 제2우회라인(160)은 차단하여 막여과기(140)를 통과하도록 전환 조절된다. Next, when the turbidity of the raw water flowing into the
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 유입되는 원수의 탁도에 대응하여, 유입되는 원수의 유동라인을 변경할 수 있는데, 이와 같은 유동라인의 변경은 수동으로 이루어질 수 있으나, 자동으로 구현시킬 수 있다. 이를 위해 상기 수처리 장치(100)는, 탁도감지센서(191)와, 밸브제어부(192)를 더 구비할 수 있다. 여기서 상기 탁도감지센서(191)는 라인믹서(110)에 유입되는 원수의 탁도를 감지하여, 그 정보를 밸브제어부(192)에 전달하고, 밸브제어부(192)는 유입된 원수의 탁도에 대응하여 상기 제1 및 제2전환밸브(170)(180)가 전환되도록 제어한다. According to the embodiment of the present invention as described above, in response to the turbidity of the incoming raw water, it is possible to change the flow line of the incoming raw water, such a change of the flow line can be made manually, but can be implemented automatically have. To this end, the
이하에서는 지금까지 상술한 수처리 장치(100)를 사용하여 얻어진 실험 데이터를 기반으로 본 발명의 실시예에 따른 효과를 설명하도록 한다.Hereinafter, the effects according to the embodiment of the present invention will be described based on the experimental data obtained by using the
먼저 실험에 사용된 섬유여과기(130)는 압력식으로서 1차 실험에 사용된 섬유여과기(130)의 사양은 아래 표 1과 같다.First, the
상기 실험은 섬유여과기(130) 및 막(Membrane)여과기(140)로 구성된 경우 및 섬유여과기만을 사용하는 경우 각각에 대해 모두 수행하였다. 또한 각각의 섬유여과기(130)에 투입되는 무기응집제(111)인 17% PAC의 양을 조절함으로써, 무기응집제(111)의 투입 농도와 여과효율의 상관관계를 확인할 수 있도록 하였다.The experiment was performed for each of the case consisting of the
아래 표 2는 이와 같은 원수의 탁도와 부유물질 농도를 나타낸다. Table 2 below shows the turbidity and suspended solids concentration of the raw water.
첫 번째로, 저탁도의 원수(약 15 NTU)를 섬유여과기(130)를 이용하여 여과하였다. 아래 표 3은 이 경우에 대한 적정양의 무기응집제(111) 투입양을 나타낸다.First, low turbidity raw water (about 15 NTU) was filtered using a
Flocculant
(분)Filtration duration
(minute)
위의 결과를 분석하면, 무기응집제(111)를 투입하지 않았을 때는 평균 48.8%의 제거율을 보이는 반면, 무기응집제(111)가 20 mg/l 투입되었을 때에는 98%, 무기응집제(111)가 30 mg/l 투입되었을 때에는 95.6%(최저 탁도 0.32 NTU)를 보이는 것을 확인할 수 있다. 따라서 여과수의 수질은 무기응집제(111)의 적정 투입양까지는 비례관계에 있지만 그 이상에서는 비례하지 않음을 알 수 있다. 결과적으로 다량의 무기응집제(111) 투입은 오히려 여과장치의 처리 성능을 저하시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있다.Analysis of the above results, the average removal rate of 48.8% when the inorganic coagulant (111) was not added, whereas 98%, inorganic coagulant (111) 30 mg when the inorganic coagulant (111) is added 20 mg / l It can be seen that when / l was injected, it showed 95.6% (minimum turbidity 0.32 NTU). Therefore, the water quality of the filtered water is proportional to the proper amount of the
한편 여과지속시간은 무기응집제(111) 투입량에 반비례하였는데 무기응집제(111)를 투입하지 않은 경우 3시간이상 지속되었던 여과지속시간이 무기응집제(111)를 30mg/ℓ투입하였을 때에는 30분 내외까지 감소하였다. 이는 무기응집제(111) 투입량이 증가 할수록 무기응집제(111)에서 유발되는 부유물질(SS)인 Al(OH)3의 량이 증가되고, 잔존 무기응집제(111)의 양이 증가함에 따라 공극 폐쇄작용이 빨리 진행되기 때문이다.On the other hand, the filtration duration was inversely proportional to the amount of the
두 번째로, 고탁도 원수(약 300NTU)를 섬유여과기(130)만으로 여과하였다. 아래 표 4는 300NTU 이상의 고탁도 원수에 대한 응집제의 적정 투입양을 알아보기 위하여 10~25mg/ℓ 범위의 무기응집제(111)를 투입하면서 처리수질과 지속시간 등을 측정한 결과이다.Second, high turbidity raw water (about 300 NTU) was filtered using only the
Amount of flocculant
(분)Filtration duration
(minute)
실험결과 20mg/ℓ의 무기응집제(111) 투입 시 평균탁도가 7.5NTU(제거율 97.5%)로 가장 양호한 결과를 얻었으며, 여과지속시간은 35분 전후를 나타내었다. 이와 같은 결과는 저탁도의 경우와 유사한 것이다.Experimental results showed that the average turbidity of 7.5 NTU (removal rate 97.5%) was obtained when the inorganic coagulant (111) was injected at 20 mg / ℓ, and the filtration duration was about 35 minutes. This result is similar to that of low turbidity.
세 번째로, 본 발명의 실시예에 따른 섬유여과기(130)와 막여과기(140)를 장시간(약 1개월) 운전하였다. 아래 <표 5>는 섬유여과기(130)와 막여과기(140) 각각에서의 처리결과를 나타낸다.Third, the
sample
(%)Average turbidity removal rate
(%)
본 발명의 실시예에 따른 수처리 장치를 고탁도의 원수가 유입되는 실험조건 하에서 1개월 동안 연속 가동한 결과, 원수의 탁도에 따라 섬유여과기(130)의 여과수는 20NTU까지 상승하였으나, 막여과기(140)의 여과수는 0.3NTU 전후로 안정적으로 나타났다. 이는 먹는물 기준에 적합한 정도의 탁도로서 두 개의 여과기를 연결함으로서 한 개를 사용한 경우보다 훨씬 탁월한 처리효과가 있음을 확인할 수 있었다.As a result of continuously operating the water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention under experimental conditions in which raw water of high turbidity was introduced for 1 month, the filtrate of the
2차 실험은 섬유여과기(130)와 막여과기(140)의 탁도 유발물질 제거율과 SDI 수치의 변화를 관찰하였다.In the second experiment, the removal rate of the turbidity-inducing substance and the SDI value of the
참고로 SDI 수치는 역삼투막 유입수에 포함된 탁도 유발물질이 역삼투막에 막오염을 일으키는 지표로, 수중에 포함되어 있는 현탁물질에 의한 공칭공경 0.14㎛의 멤브레인의 1분간 당의 막힘도를 말하며, 역삼투막으로 공급되는 공급수중의 미량의 부유물질을 정량화 하여 전처리 적정 여부를 판단하는 지표 지수이다.For reference, the SDI value is an indicator that turbidity-inducing substance contained in the reverse osmosis membrane influent causes membrane fouling in the reverse osmosis membrane. It refers to the degree of sugar blockage of the membrane of 0.14 ㎛ of nominal pore due to the suspended substance contained in the water and is supplied to the reverse osmosis membrane. It is an index index to determine whether the pretreatment is appropriate by quantifying a small amount of suspended solids in the supply water.
역삼투막 제조사는 와권형 역삼투막의 경우 SDI 5.0이하가 되도록 전처리할 것을 일반적으로 주문하며, SDI(Silt Density Index)라 불리우나 SI(Silting Index), FI(Fouling Index)로 불리기도 하며, 보통 Auto SDI Kit로 측정한다Reverse osmosis membrane manufacturers generally order pretreatment for SDI 5.0 or less in the case of spiral wound reverse osmosis membrane, and it is called SDI (Silt Density Index) but also called SI (Silting Index) and FI (Fouling Index). Measure
그 측정방법은 ASTM D4189-95에 명시되어 있으며, 그 내용을 간략히 살펴보면, 시료수 500㎖가 206kPa 압력으로 멤브레인 필터(0.45㎛)를 통과하는 데 소요된 초기 시간(T0)과 같은 상태에서 15분간 계속 여과한 후 다시 500㎖를 여과하는데 소요되는 시간을 측정(T1)하여 SDI15 = (1-T0/T1)*100/15의 계산식으로 구한다.The method of measurement is specified in ASTM D4189-95, which is briefly described. For 15 minutes, 500 ml of sample is equal to the initial time (T0) required to pass through the membrane filter (0.45 μm) at 206 kPa pressure. After filtration is continued, the time required for filtration of 500 ml is measured again (T1), and is calculated by the formula of SDI 15 = (1-T0 / T1) * 100/15.
그러나 이러한 SDI15는 지표수, 호소수 등의 탁도가 어느 정도 존재하는 일반적인 물에서는 Ti의 값이 무한대 값이 됨으로 측정 불가가 되는 경우가 종종 발생하며, 설사 측정이 된다하여도 측정 시 오차가 심한 관계로 이에 대한 참조 자료를 구하기 위해 SDI15를 측정하는 중간에 SDI5 및 SDI10즉, 초기 여과 후 15분을 기다리는 동안에 5분째 및 10분째 SDI 값을 측정하여 최종 측정되는 SDI15 값에 대한 신뢰성 여부를 판단한다.However, such SDI 15 is often impossible to measure due to the infinite value of Ti in general water having some degree of turbidity such as surface water and lake water. the SDI 5 and the SDI 10 in the middle of measuring the SDI 15 to obtain the reference material that is, by measuring the five bunjjae and 10 bunjjae SDI value while waiting for 15 minutes from the initial filtration reliability whether the SDI 15 value is the last measurement To judge.
투입농도
(mg/ℓ)17% PAC
Input concentration
(mg / ℓ)
여과수fiber
filtrate
여과수UF
filtrate
여과수fiber
filtrate
여과수UF
filtrate
20
20
100
100
3.50
3.50
0.35
0.35
지금까지의 실험결과를 통해 기존의 여과공정 대신 기계식 여과기인 섬유여과기(130)를 이용한 직접여과 방식의 수처리 공정 설계 시에는, 고탁도 원수 유입에 대비한 안정적인 처리수 공급을 위해서 막여과기(140)를 연결할 필요가 있음을 알 수 있다.In the design of the direct filtration method using the
섬유여과기(130)는 원수의 수질 특성 변화에 효율적으로 대응할 수 있어 안정적인 수질확보를 가능하게 하는 장치이며, 기존의 모래여과시설에 비해 소요부지면적이 매우 작으며 수두손실이 적어 운전비용이 저렴하며, 정수처리시설의 완전 자동화가 가능하다는 장점이 있다.The
압력식 섬유여과기(130)는 펌프를 사용하여 원수를 유입하여야 하기 때문에 비록 기존의 급속 모래여과기를 사용하는 경우에 비해 절반 정도이나 약간의 동력을 사용하여야 한다. 이와 같은 압력식 섬유여과기(130)의 상세한 구성은 공지 기술이므로, 여기서는 설명을 생략하도록 한다. Since the pressure
한편, 상기 막여과기(140)에 의해 여과된 여과수에 용존되어 있는 무기염류까지 제거하여 순수를 공급 받기 원하면 역삼투압막과 같은 고도여과장치(200)를 이용할 수 있다. 여기서도 역삼투압막에 의한 여과장치 자체에 관한 상세한 기술내용은 알려진 것이므로, 설명을 생략한다.On the other hand, if you want to remove the inorganic salts dissolved in the filtered water filtered by the
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 수처리 장치에 따르면, 원수의 탁도 정도에 대응하여 섬유여과기(130)와 막여과기(140)를 탄력적으로 선택하여 적용할 수 있기 때문에, 수처리 과정에서 불필요한 에너지의 낭비를 최소화함으로써, 에너지 효율을 극대화 할 수 있다. As described above, according to the water treatment apparatus according to the embodiment of the present invention, since the
또한 고탁도의 원수에는 모래여과기 대신에 섬유여과기(130)를 사용하기 때문에 여과를 위한 설비의 소요면적 및 운전 동력비를 줄일 수 있고, 탁도 유발물질의 대부분을 사전에 제거할 수 있기 때문에, 후속공정인 막 여과공정의 막 투과유속을 기존의 전처리 시스템보다 크게 증가시킬 수 있으며, 이로 인해 막 여과공정의 건설비용과 운전비용을 대폭 절감할 수 있다. In addition, since the
그리고 처리된 여과수는 그 자체로 용도에 따라 사용되거나, 역삼투막 등의 후속공정을 처리함으로서 용존된 염류 등을 제거하여 음용수 뿐 아니라 해수담수화, 하천유지용수, 농·공업용수로의 재사용이 가능하다.The filtered water can be used according to its use or can be reused as not only drinking water but also seawater desalination, river maintenance water, agricultural and industrial water by removing dissolved salts by treating subsequent processes such as reverse osmosis membranes.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이며, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible. The true technical protection scope of the invention should be defined by the technical spirit of the appended claims.
100 : 수처리 장치 110 : 라인믹서
111 : 무기응집제 120 : 응집조
130 : 섬유여과기 140 : 막여과기
150,160 : 제1 및 제2우회라인 170,180 : 제1 및 제2전환밸브
191 : 탁도감지센서 192 : 밸브제어부
200 : 고도여과장치100: water treatment device 110: line mixer
111: inorganic coagulant 120: flocculation tank
130: fiber filter 140: membrane filter
150,160: first and second bypass line 170,180: first and second switching valve
191: turbidity sensor 192: valve control unit
200: advanced filtration device
Claims (5)
상기 라인믹서(110)와 직렬 연결되고, 상기 무기응집제(111)와 혼합된 원수를 숙성시켜 응집된 플럭(Flocs)의 크기를 성장시키는 응집조(120);
상기 응집조(120)와 직렬 연결되고, 유입되는 응집수를 섬유여재로 된 여과층을 통과시켜 직접 여과하는 섬유여과기(130); 및
상기 섬유여과기(130)와 직렬 연결되고, 유입되는 여과수를 멤브레인(Membrane)을 통과시켜 다시 여과하는 막여과기(140)를 구비하는 수처리 장치.A line mixer 110 for rapidly mixing raw water of a treatment target to which the inorganic coagulant 111 is injected;
An agglomeration tank 120 connected in series with the line mixer 110 and growing the size of the flocculated flocs by aging raw water mixed with the inorganic coagulant 111;
A fiber filter 130 connected in series with the agglomeration tank 120 and directly filtering the agglomerated water flowing through the filtration layer made of a fiber filter; And
Is connected in series with the fiber filter 130, the water treatment device having a membrane filter 140 for filtering the incoming filtered water through the membrane (Membrane) again.
상기 섬유여과기(130)를 우회하여, 상기 응집조(120)의 출구와 상기 막여과기(140)의 입구를 직접 연결하는 제1우회라인(150);
상기 막여과기(140)를 우회하여, 상기 섬유여과기(130)의 출구와 상기 막여과기(140)의 출구를 직접 연결하는 제2우회라인(160);
상기 응집조(120)의 출구로부터 분기되는 상기 제1우회라인(150)의 분기점에 설치되어, 유입된 응집수가 상기 섬유여과기(130) 방향과 상기 제1우회라인(150) 방향 중 선택된 일 방향으로만 유동하도록 유로를 전환하는 제1전환밸브(170); 및
상기 섬유여과기(130)의 출구로부터 분기되는 상기 제2우회라인(160)의 분기점에 설치되어, 유입된 여과수가 상기 막여과기(140) 방향과 상기 제2우회라인(160) 방향 중 선택된 일 방향으로만 유동하도록 유로를 전환하는 제2전환밸브(180)를 더 구비하는 수처리 장치.The method according to claim 1,
A first bypass line 150 which bypasses the fiber filter 130 and directly connects the outlet of the flocculation tank 120 and the inlet of the membrane filter 140;
A second bypass line 160 which bypasses the membrane filter 140 and directly connects the outlet of the fiber filter 130 and the outlet of the membrane filter 140;
It is installed at the branch point of the first bypass line 150 branching from the outlet of the flocculation tank 120, the introduced flocculation water in one direction selected from the direction of the fiber filter 130 and the first bypass line 150 A first switching valve 170 for switching the flow path so as to flow only; And
It is installed at the branch point of the second bypass line 160 branched from the outlet of the fiber filter 130, the introduced filtration water selected one of the direction of the membrane filter 140 direction and the second bypass line 160 direction The water treatment device further comprises a second switching valve 180 for switching the flow path so as to flow only.
상기 라인믹서(110)에 유입되는 원수의 탁도가 5 NTU 이상인 고탁수인 경우, 상기 제1 및 제2전환밸브(170)(180)를 전환 조절하여, 상기 제1우회라인(150)및 상기 제2우회라인(160)이 모두 차단되도록 하고,
상기 라인믹서(110)에 유입되는 원수의 탁도가 1 NTU 이상 5 NTU 미만인 중탁수인 경우, 상기 제1 및 제2전환밸브(170)(180)를 전환 조절하여, 상기 제1우회라인(150)은 차단하고, 상기 막여과기(140)를 우회하도록 상기 제2우회라인(160)은 개방하며,
상기 라인믹서(110)에 유입되는 원수의 탁도가 1 NTU 이만인 저탁수인 경우, 상기 제1 및 제2전환밸브(170)(180)를 전환 조절하여, 상기 섬유여과기(130)를 우회하도록 상기 제1우회라인(150)을 개방하고, 상기 제2우회라인(160)은 차단하는 수처리 장치. The method according to claim 2,
When the turbidity of the raw water flowing into the line mixer 110 is high turbidity of 5 NTU or more, the first and second switching valves 170 and 180 are switched to adjust the first bypass line 150 and the first bypass line. Make sure that all of the second bypass lines 160 are blocked,
When the turbidity of the raw water flowing into the line mixer 110 is heavy turbid water of 1 NTU or more and less than 5 NTU, the first and second switching valves 170 and 180 are switched to adjust the first bypass line 150. ) Is blocked, the second bypass line 160 is opened to bypass the membrane filter 140,
When the turbidity of the raw water flowing into the line mixer 110 is low turbidity water of less than 1 NTU, the first and second switching valves 170 and 180 are switched to be adjusted to bypass the fiber filter 130. The first bypass line 150 is opened, and the second bypass line 160 blocks the water.
상기 라인믹서(110)에 유입되는 원수의 탁도를 감지하는 탁도감지센서(191); 및
상기 탁도감지센서(191)에 의해 감지된 원수의 탁도에 대응하여, 상기 제1 및 제2전환밸브(170)(180)가 전환되도록 조절하는 밸브제어부(192)를 더 구비하는 수처리 장치.The method according to claim 3,
Turbidity detection sensor 191 for detecting the turbidity of the raw water flowing into the line mixer 110; And
In response to the turbidity of the raw water detected by the turbidity sensor (191), the water treatment device further comprises a valve control unit (192) for adjusting so that the first and second switching valve (170) (180) is switched.
상기 막여과기(140)는, MF 멤브레인(Micro Filtration Membrane) 또는 UF 멤브레인(Ultra-Filtration Membrane)을 포함하는 수처리 장치.The method according to any one of claims 1 to 4,
The membrane filter 140, the water treatment device including an MF membrane (Micro Filtration Membrane) or UF membrane (Ultra-Filtration Membrane).
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KR1020100062434A KR20120001845A (en) | 2010-06-30 | 2010-06-30 | Apparatus for treating water |
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KR1020100062434A KR20120001845A (en) | 2010-06-30 | 2010-06-30 | Apparatus for treating water |
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- 2010-06-30 KR KR1020100062434A patent/KR20120001845A/en active IP Right Grant
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