KR20120122928A - 여과 시스템 - Google Patents

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KR20120122928A
KR20120122928A KR1020120043709A KR20120043709A KR20120122928A KR 20120122928 A KR20120122928 A KR 20120122928A KR 1020120043709 A KR1020120043709 A KR 1020120043709A KR 20120043709 A KR20120043709 A KR 20120043709A KR 20120122928 A KR20120122928 A KR 20120122928A
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김대중
박동을
이아름
신용철
이광진
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코오롱인더스트리 주식회사
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Abstract

여과 작업 중에 소모되는 에너지를 최소화함으로써 수처리 비용을 획기적으로 절감할 수 있는 에너지 절감형 및 친환경적 여과 시스템이 개시된다. 본 발명에 의하면, 원수의 수두압 및/또는 여과수의 사이펀 원리에 의한 수압에 의해 임계 막 압력 이상의 막간차압이 자연적으로 발생하기 때문에 여과 작업 중에 소모되는 에너지가 최소화될 수 있다.

Description

여과 시스템{Filtration System}
본 발명은 여과 시스템에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 여과 작업 중에 소모되는 에너지를 최소화함으로써 수처리 비용을 획기적으로 절감할 수 있는 에너지 절감형 및 친환경적 여과 시스템에 관한 것이다.
유체로부터 오염물질을 제거하여 정수하는 수처리 방법으로는 가열이나 상변화를 이용하는 방법과 여과막을 이용하는 방법이 있다.
여과막의 세공 크기에 따라 원하는 수질이 안정적으로 얻어질 수 있으므로, 여과막을 이용하는 방법이 가열이나 상변화를 이용하는 방법에 비해 공정의 신뢰도가 높다는 장점이 있다. 또한, 여과막을 이용할 경우 가열 등의 조작이 필요 없기 때문에, 미생물을 이용하는 분리 공정에서 미생물이 열에 의해 영향을 받는 것을 방지할 수 있다.
여과막을 이용한 분리 방법 중 하나로는 중공사 형태의 막을 이용하는 방법이 있다. 전통적으로 중공사막은 무균수, 음용수, 초순수 제조 등 정밀 여과 분야에 널리 사용되어 왔으나, 최근에는 하/폐수처리, 정화조에서의 고액 분리, 산업폐수에서의 부유 물질(SS : Suspended Solid) 제거, 하천수의 여과, 공업용수의 여과, 및 수영장 물의 여과 등으로 그 응용 범위가 확대되고 있다.
중공사막을 이용한 여과는 그 운전 방식에 따라 가압식 여과와 침지식 여과로 분류될 수 있다.
가압식 여과의 경우, 처리되어야 할 유체에 압력을 가함으로써 불순물 또는 슬러지 등의 고형 성분을 제외한 유체만이 중공사막 표면을 통해 중공으로 선택적으로 투과되도록 한다. 가압식 여과는 유체 순환을 위한 별도의 설비를 요구하기는 하지만 단위 시간에 얻을 수 있는 투과수의 양이 침지식 여과에 비해 상대적으로 많다는 장점을 갖는다. 대한민국 특허출원번호 제10-2008-0091855호에 가압식 중공사막 모듈의 일 예가 설명되어 있다.
이에 반해, 침지식 여과의 경우, 처리하고자 하는 유체가 저장된 조(bath)에 중공사막 모듈을 직접 침지시키고 중공사막의 중공 내에 음압(negative pressure)을 가함으로써 불순물 또는 슬러지 등의 고형 성분을 제외한 유체만이 중공사막 표면을 통해 중공으로 선택적으로 투과되도록 한다. 침지식 여과는 단위 시간에 얻을 수 있는 투과수의 양이 침지식 여과에 비해 상대적으로 적다는 단점을 갖지만 유체 순환을 위한 설비가 필요 없어 시설비나 운전비의 절감을 가져올 수 있다는 장점을 갖는다. 대한민국 특허출원번호 제10-2007-0040261호에 침지식 중공사막 모듈의 일 예가 설명되어 있다.
그러나, 통상의 가압식 중공사막 모듈 및 통상의 침지식 중공사막 모듈 모두 여과작업의 수행을 위해서는 중공사막의 외부와 중공 사이에 압력 차이(△P: 이하 '막간차압'이라 함)를 인위적으로 발생시켜야만 한다는 점에서 상대적으로 큰 에너지 소모 및 상당량의 수처리 비용을 요구하였다. 또한, 여과작업을 위해 막대한 에너지가 소모되기 때문에, 종래의 여과 시스템은 환경적 측면에서도 문제점을 갖고 있었다.
따라서, 본 발명은 위와 같은 관련 기술의 제한 및 단점들에 기인한 문제점들을 방지할 수 있는 여과 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 관점은, 원수의 수두압 및/또는 여과수의 사이펀 원리에 의한 수압에 의해 임계 막 압력 이상의 막간차압이 자연적으로 발생하는 여과 시스템을 제공하는 것이다.
위에서 언급된 본 발명의 관점들 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 설명되거나, 그러한 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
위와 같은 본 발명의 관점에 따라, 처리되어야 할 원수가 저장되는 원수 탱크; 상기 원수 탱크로부터 제공되는 상기 원수를 여과하는 중공사막 모듈; 및 상기 중공사막 모듈에 의해 생산되는 여과수가 저장되는 여과수 탱크를 포함하고, 상기 중공사막 모듈은 상기 원수를 여과하는 다수의 중공사막들을 포함하며, 상기 원수 탱크 내의 상기 원수의 수두압(Head Pressure)과 상기 중공사막 모듈에 의해 생산되는 여과수의 사이펀(siphon) 원리에 의한 수압의 합이 상기 중공사막들의 임계 막 차압(Threshold Membrane Pressure)보다 큰 것을 특징으로 하는 여과 시스템이 제공된다.
위와 같은 본 발명에 대한 일반적 서술은 본 발명을 예시하거나 설명하기 위한 것일 뿐으로서, 본 발명의 권리범위를 제한하지 않는다.
본 발명에 의하면, 원수의 수두압 및/또는 여과수의 사이펀 원리에 의한 수압에 의해 임계 막 압력 이상의 막간차압이 자연적으로 발생하기 때문에 여과 작업 중에 소모되는 에너지가 최소화될 수 있고, 에너지 소모가 최소화됨으로써 수처리 비용이 획기적으로 절감될 수 있을 뿐만 아니라 친환경적 여과 시스템이 구현될 수 있다.
또한, 원수 탱크, 중공사막 모듈, 및 여과수 탱크 등이 수직으로 배열되기 때문에, 이들이 평면적으로 배열되었던 종래의 여과 시스템에 비하여 여과 시스템을 위한 부지 면적이 줄어들 수 있고, 그 결과 여과 시스템 설치 비용이 절감될 수 있다.
이 밖에도, 본 발명의 실시를 통하여, 본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 새롭게 파악될 수 있을 것이다.
첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕고 본 명세서의 일부를 구성하기 위한 것으로서, 본 발명의 실시예들을 예시하며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 여과 시스템의 개략도이고,
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 여과 시스템의 개략도이고,
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 여과 시스템의 개략도이고,
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 여과 시스템의 개략도이고,
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 여과 시스템의 개략도이며,
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 여과 시스템의 개략도이다.
이하에서 설명되는 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 설명하기 위한 것에 불과한 것으로서 이러한 실시예들로 본 발명이 제한되지는 않으며, 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 실시예들의 다양한 변경 및 변형이 가능하다는 점은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위에 기재된 발명 및 그 균등물의 범위 내에 드는 변경 및 변형을 모두 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 '원수의 수두압(Head Pressure)'은 원수 탱크 내의 원수의 수면이 중공사막 모듈보다 위에 위치함으로써 갖게 되는 중공사막 모듈에 대한 원수의 상대적 수압을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 '여과수의 사이펀 원리에 의한 수압'은, 중공사막 모듈이 여과수 탱크보다 위에 위치함으로써 갖게 되는, 중공사막 모듈에 의해 생산되는 여과수의 여과수 탱크에 대한 상대적 압력을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 '임계 막 차압(Threshold Membrane Pressure: TMP)'은, 중공사막에 의한 여과가 실행되기 위하여 필요한 최소한의 막간차압, 즉 중공사막 밖의 물이 중공사막을 투과하여 중공으로 유입되기 위해 필요한 중공사막 내외의 최소 압력 차이를 의미한다.
본 발명의 여과 시스템은, 처리되어야 할 원수가 저장되는 원수 탱크, 상기 원수 탱크로부터 제공되는 상기 원수를 여과하는 중공사막 모듈, 및 상기 중공사막 모듈에 의해 생산되는 여과수가 저장되는 여과수 탱크를 포함한다. 상기 중공사막 모듈은 상기 원수를 여과하는 다수의 중공사막들을 포함한다.
본 발명에 의하면, 상기 원수 탱크 내의 상기 원수의 수두압(Head Pressure)과 상기 중공사막 모듈에 의해 생산되는 여과수의 사이펀(siphon) 원리에 의한 수압의 합이 상기 중공사막들의 임계 막 차압(Threshold Membrane Pressure)보다 크다.
일반적으로, 원수의 수두압과 여과수의 사이펀 원리에 의한 수압은 다음의 식 1 및 2에 의해 각각 산출될 수 있다.
식 1: PH = h1*ρ*g
식 2: PS = h2*ρ*g
여기서, PH 및 PS는 각각 원수의 수두압 및 여과수의 사이펀 원리에 의한 수압이고, h1 및 h2는 각각 원수 탱크 내 원수의 수면과 중공사막 모듈의 높이 차이 및 중공사막 모듈과 여과수 탱크의 높이 차이(이하, '수위'라고 통칭함)이고, ρ는 물의 밀도이고, g는 중력상수이다.
1기압(ATM)은 1.0332 kgf/cm2이고, 10.332m의 물을 1기압으로 표시하므로, 물의 위치에너지를 압력으로 환산하면 1m 높이에 약 0.1kgf/cm2로 환산될 수 있다.
한편, 원수의 수두압(PH)과 여과수의 사이펀 원리에 의한 수압(PS)의 합은 중공사막의 초기 임계 막 차압(TMP)보다 충분히 커야 하는데, 이것은 배관 및 밸브를 통과할 때 마찰로 인한 압력강하가 발생하기 때문이다.
예를 들어, 가압식 및 침지식 중공사막 모듈이 1m3/m2/day(40LMH)의 조건으로 운전된다고 가정할 때, 중공사막의 초기 임계 막 차압(TMP)은 약 0.3kfg/cm2이므로, 원수의 수두압(PH)과 여과수의 사이펀 원리에 의한 수압(PS)의 합이 1.0kfg/cm2이상이 되도록 원수 탱크 내 원수의 수면과 중공사막 모듈의 높이 차이(h1) 및 중공사막 모듈과 여과수 탱크의 높이 차이(h2)가 조절될 수 있다.
아래의 표 1은 배관/밸브의 마찰손실로 인해 발생하는 압력강하에 대응하여 추가적으로 확보되어야 할 수위(h1 및/또는 h2)를 배관 부속 및 밸브 종류별로 예시한 것이다.
Figure pat00001
이하에서는, 원수의 수두압과 여과수의 사이펀 원리에 의한 수압이 0 또는 양의 값을 각각 갖는 경우를 상정하여 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 여과 시스템의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하도록 한다.
다만, 상기 원수의 수두압과 여과수의 사이펀 원리에 의한 수압의 합이 중공사막의 임계 막 차압보다 크기만 하다면 이들 중 하나가 원수 탱크, 중공사막 모듈, 및 여과수 탱크의 상대적 위치에 따라 음의 값을 가질 수도 있으며, 이러한 여과 시스템도 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 여과 시스템의 개략도이다. 도 1에 예시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 의한 여과 시스템은, 처리되어야 할 원수(W)가 저장되는 원수 탱크(110), 상기 원수 탱크(110)로부터 제공되는 상기 원수(W)를 여과하는 중공사막 모듈(120), 및 상기 중공사막 모듈(120)에 의해 생산되는 여과수(F)가 저장되는 여과수 탱크(130)를 포함한다.
상기 중공사막 모듈(120)은 상기 원수(W)를 여과하는 다수의 중공사막들을 포함한다. 상기 중공사막 모듈(120)은 가압식 모듈이므로 여과가 수행되기 위해서는 상기 중공사막 모듈(120) 내로 유입되는 원수(W)에 압력이 가해져야 한다. 원수(W)에 압력이 가해짐에 따라 발생하는 막간차압, 즉 중공사막 내외의 압력 차이가 중공사막의 임계 막 차압(TMP) 이상이 되어야 원수(W) 중 순수한 물이 중공사막을 통과하게 된다.
본 발명의 제1 실시예에 의하면, 중공사막 모듈(120)은 원수 탱크(110)의 아래에 위치하되, 원수 탱크(110) 내에 저장되는 원수(W)의 양과 관계없이 상기 원수 탱크(110) 내의 원수(W)의 수두압이 항상 중공사막 모듈(120)의 중공사막들의 임계 막 차압(TMP)보다 항상 클 수 있도록, 상기 중공사막 모듈(120)이 상기 원수 탱크(110)로부터 충분한 거리만큼 이격되어 있다.
즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 여과 시스템의 경우, 원수 탱크(110) 내의 원수(W)의 수두압이 중공사막의 임계 막 차압(TMP)보다 크다. 따라서, 중공사막의 임계 막 차압(TMP)보다 큰 압력이 중공사막 모듈(120) 내로 유입되는 원수(W)에 가해져 여과 작업이 수행될 수 있다.
선택적으로, 도 1에 예시된 바와 같이, 원수(W)의 수두압이 중공사막의 임계 막 차압(TMP)보다 소정 범위 이상으로 클 경우, 원수가 감압 밸브(150)를 통해 중공사막 모듈(120)에 유입되도록 제어될 수 있다. 상기 감압 밸브(150)는 중공사막 모듈(120)에 제공되는 원수(W)의 압력을 감소시킨다. 다만, 여과 작업이 수행될 수 있기 위해서는, 상기 감압 밸브(150)에 의해 감소된 원수(W)의 압력이 중공사막의 임계 막 차압(TMP)보다 여전히 크도록 제어되어야 한다.
중공사막 모듈(120)에 의한 여과 작업이 진행됨에 따라 중공사막 모듈(120) 내에서 중공사막의 오염이 발생한다. 중공사막의 오염은 중공사막의 임계 막 차압(TMP)을 상승시킨다. 따라서, 도 1에 예시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 의한 여과 시스템은 보조 가압 펌프(140)를 더 포함할 수 있다. 중공사막의 임계 막 차압(TMP)의 상승으로 인해 원수 탱크(110) 내의 원수(W)의 수두압만으로 여과 작업이 수행될 수 없을 경우, 상기 보조 가압 펌프(140)는 중공사막 모듈(120)에 공급되는 원수(W)에 추가적인 압력을 제공함으로써 중공사막의 오염에도 불구하고 여과 작업이 수행될 수 있도록 한다.
이하에서는, 도 2를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 의한 여과 시스템을 설명한다.
도 2에 예시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 의한 여과 시스템은, 처리되어야 할 원수(W)가 저장되는 원수 탱크(210), 상기 원수 탱크(210)로부터 제공되는 상기 원수(W)를 여과하는 중공사막 모듈(220), 및 상기 중공사막 모듈(220)에 의해 생산되는 여과수(F)가 저장되는 여과수 탱크(230)를 포함한다.
상기 중공사막 모듈(220)은 상기 원수(W)를 여과하는 다수의 중공사막들을 포함한다. 상기 중공사막 모듈(220)은 가압식 모듈이며, 중공사막 모듈(220) 내로 유입되는 원수(W)에 압력이 가해짐에 따라 발생하는 막간차압이 중공사막의 임계 막 차압(TMP) 이상이 되어야 원수(W) 중 순수한 물이 중공사막을 통과하게 된다.
본 발명의 제2 실시예에 의하면, 원수 탱크(210) 내의 원수(W)의 수두압이 중공사막 모듈(220) 내의 중공사막의 임계 막 차압(TMP)보다 클 수 있도록, 상기 원수 탱크(210)는 그 안에 저장되는 원수(W)의 충분한 수위를 보장할 수 있는 깊이를 갖는다.
따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 여과 시스템의 경우, 원수 탱크(210) 내에 충분한 원수(W)가 채워지면, 원수(W)의 수두압이 중공사막의 임계 막 차압(TMP)보다 커지고, 중공사막의 임계 막 차압(TMP)보다 큰 압력이 중공사막 모듈(1220) 내로 유입되는 원수(W)에 가해져 여과 작업이 수행될 수 있다.
도 2에 예시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 의한 여과 시스템도, 제1 실시예에 의한 여과 시스템과 마찬가지의 이유로, 보조 가압 펌프(240) 및 감압 밸브(250)를 더 포함할 수 있다.
이하에서는, 도 3을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 의한 여과 시스템을 설명한다.
도 3에 예시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 의한 여과 시스템은, 처리되어야 할 원수(W)가 저장되는 원수 탱크(310), 상기 원수 탱크(310)로부터 제공되는 상기 원수(W)를 여과하는 중공사막 모듈(320), 상기 중공사막 모듈(320)에 의한 여과 작업을 개시시키기 위한 초기동력제공 펌프(340), 및 상기 중공사막 모듈(320)에 의해 생산되는 여과수(F)가 저장되는 여과수 탱크(330)를 포함한다.
상기 중공사막 모듈(320)은 상기 원수(W)를 여과하는 다수의 중공사막들을 포함한다. 상기 중공사막 모듈(320)은 원수 탱크(310)와 떨어져 위치하는 가압식 모듈이며, 중공사막 모듈(320) 내로 유입되는 원수(W)에 압력이 가해짐에 따라 발생하는 막간차압이 중공사막의 임계 막 차압(TMP) 이상이 되어야 원수(W) 중 순수한 물이 중공사막을 통과하게 된다.
본 발명의 제3 실시예에 의하면, 원수 탱크(310)의 원수(W)의 수면이 중공사막 모듈(320)과 동일한 높이를 갖는 반면, 여과수 탱크(330)는 중공사막 모듈(320)의 아래에 위치한다. 초기동력제공 펌프(340)에 의해 가압된 원수(W)가 중공사막 모듈(320)에 유입됨으로써 여과 작업이 개시된다. 중공사막 모듈(320)의 여과 작업에 의해 생성된 여과수(F)는 중공사막 모듈(320) 아래에 위치한 여과수 탱크(330)로 낙하한다.
중공사막 모듈(320)에 의해 생산된 여과수(F)가 일단 여과수 탱크(330)로 낙하하기 시작하면 사이펀(siphon) 원리가 적용된다. 본 발명의 제3 실시예에 의하면, 상기 중공사막 모듈(320)에 의해 생산되는 여과수(F)의 사이펀 원리에 의한 수압이 상기 중공사막들의 임계 막 차압(TMP)보다 클 수 있도록 상기 중공사막 모듈(320)과 상기 여과수 탱크(330)가 충분한 거리만큼 이격되어 있기 때문에, 일단 여과 작업이 개시된 후에는 초기동력제공 펌프(340)의 도움 없이도 여과 작업이 지속적으로 수행될 수 있다.
사이펀은 높은 곳에 존재하는 용기 내 액체를 용기를 기울이지 않고 용기 밖의 낮은 곳으로 옮기는 관을 지칭하는 것이며, 사이펀 원리는 높은 위치에 존재하는 액체의 액면에 작용하는 상대적으로 큰 압력으로 인해 액체가 관 안으로 밀어 올려지는 현상을 의미한다. 또한, '여과수의 사이펀 원리에 의한 수압'은, 전술한 바와 같이, 중공사막 모듈(320)이 여과수 탱크(330)보다 위에 위치함으로써 갖게 되는, 중공사막 모듈(320)에 의해 생산되는 여과수(F)의 여과수 탱크(330)에 대한 상대적 압력을 의미한다.
이하에서는, 도 4를 참조하여 본 발명의 제4 실시예에 의한 여과 시스템을 설명한다.
도 4에 예시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 의한 여과 시스템은, 처리되어야 할 원수(W)가 저장되는 원수 탱크(410), 상기 원수 탱크(410)로부터 제공되는 상기 원수(W)를 여과하는 중공사막 모듈(420), 상기 중공사막 모듈(420)에 의한 여과 작업을 개시시키기 위한 초기동력제공 펌프(440), 및 상기 중공사막 모듈(420)에 의해 생산되는 여과수(F)가 저장되는 여과수 탱크(430)를 포함한다.
상기 중공사막 모듈(420)은 상기 원수(W)를 여과하는 다수의 중공사막들(421)을 포함한다. 상기 중공사막 모듈(420)은 상기 원수 탱크(410) 내의 원수(W)에 침지되어 여과 작업을 수행하는 침지식 모듈이고, 상기 초기동력제공 펌프(440)는 상기 중공사막 모듈(420)에 중공사막(421)의 임계 막 차압(TMP) 이상의 막간차압을 발생시키기 위한 음압(negative pressure)을 제공함으로써 여과 작업을 개시시킨다.
본 발명의 제4 실시예에 의하면, 상기 초기동력제공 펌프(440)에 의해 개시된 중공사막 모듈(420)의 여과 작업에 의해 생성된 여과수(F)가 중공사막 모듈(420) 아래, 즉 원수 탱크(410)의 아래에 위치한 여과수 탱크(430)로 낙하한다. 중공사막 모듈(420)에 의해 생산된 여과수(F)가 일단 여과수 탱크(430)로 낙하하기 시작하면 사이펀(siphon) 원리가 적용된다.
본 발명의 제4 실시예에 의하면, 상기 중공사막 모듈(420)에 의해 생산되는 여과수(F)의 사이펀 원리에 의한 수압이 상기 중공사막들(421)의 임계 막 차압(TMP)보다 클 수 있도록 상기 원수 탱크(410)와 상기 여과수 탱크(430)가 충분한 거리만큼 이격되어 있기 때문에, 일단 여과 작업이 개시된 후에는 초기동력제공 펌프(440)의 도움 없이도 여과 작업이 지속적으로 수행될 수 있다.
이하에서는, 도 5를 참조하여 본 발명의 제5 실시예에 의한 여과 시스템을 설명한다.
도 5에 예시된 바와 같이, 본 발명의 제5 실시예에 의한 여과 시스템은, 처리되어야 할 원수(W)가 저장되는 원수 탱크(510), 상기 원수 탱크(510)로부터 제공되는 상기 원수(W)를 여과하는 중공사막 모듈(520), 상기 중공사막 모듈(520)에 의한 여과 작업을 개시시키기 위한 초기동력제공 펌프(540), 및 상기 중공사막 모듈(520)에 의해 생산되는 여과수(F)가 저장되는 여과수 탱크(530)를 포함한다.
상기 중공사막 모듈(520)은 원수 탱크(510)와 떨어져 위치하는 가압식 모듈이며, 중공사막 모듈(520) 내로 유입되는 원수(W)에 압력이 가해짐에 따라 발생하는 막간차압이 중공사막의 임계 막 차압(TMP) 이상이 되어야 원수(W) 중 순수한 물이 중공사막을 통과하게 된다.
본 발명의 제5 실시예에 의하면, 상기 중공사막 모듈(520)은 상기 원수 탱크(510)의 아래에 위치하고, 상기 여과수 탱크(530)는 상기 중공사막 모듈(520)의 아래에 위치한다.
상기 초기동력제공 펌프(540)는, 상기 중공사막 모듈(520)에 공급되는 상기 원수(W)에, 적어도 상기 임계 막 차압(TMP)과 상기 수두압의 차이보다 큰 압력을 제공함으로써 여과 작업을 개시시킨다. 즉, 원수 탱크(510) 내에 저장되어 있는 원수(W)의 수두압에 초기동력제공 펌프(540)로부터 제공되는 압력이 더하여진 총 압력이 중공사막 모듈(520)로 유입되는 원수에 가해짐으로써 중공사막의 임계 막 차압(TMP)보다 큰 막간차압이 발생하여 여과 작업이 개시된다.
중공사막 모듈(520)의 여과 작업에 의해 생성된 여과수(F)는 중공사막 모듈(520) 아래에 위치한 여과수 탱크(530)로 낙하한다.
중공사막 모듈(520)에 의해 생산된 여과수(F)가 일단 여과수 탱크(530)로 낙하하기 시작하면 사이펀(siphon) 원리가 적용되어 상기 초기동력제공 펌프(540)의 기능을 대체한다.
즉, 본 발명의 제5 실시예에 의하면, 상기 중공사막 모듈(520)이 상기 원수 탱크(510)의 아래에 위치하고, 상기 여과수 탱크(530)가 상기 중공사막 모듈(520)의 아래에 위치하되, 상기 원수 탱크 내 원수(W)의 수두압과 상기 중공사막 모듈(520)에 의해 생산되는 여과수(F)의 사이펀 원리에 의한 수압의 합이 상기 중공사막의 임계 막 차압(TMP)보다 크도록 상기 원수 탱크(510)와 상기 여과수 탱크(530)가 서로 충분히 거리만큼 이격되어 있다. 따라서, 일단 여과 작업이 개시된 후에는 초기동력제공 펌프(540)의 도움 없이도 여과 작업이 지속적으로 수행될 수 있다.
한편, 위에서 살펴본 본 발명의 제3 내지 제5 실시예들에서 초기동력제공 펌프(340, 440, 540)는 기본적으로 여과 작업의 개시를 위하여 여과 작업의 초기에만 압력을 공급하지만, 중공사막의 임계 막 차압(TMP) 상승을 유발하는 막 오염이 발생할 경우, 중공사막 모듈(320, 520)에 공급되는 원수(W)에 추가적인 압력을 제공하거나 중공사막 모듈(420)에 추가적인 음압을 제공함으로써, 중공사막의 오염에도 불구하고 여과 작업이 지속적으로 수행되도록 할 수 있다.
이하에서는, 도 6을 참조하여 본 발명의 제6 실시예에 의한 여과 시스템을 설명한다.
본 발명의 제6 실시예에 의한 여과 시스템은 신재생에너지를 여과작업에 이용한다는 것을 제외하고는 기본적으로 제1 실시예에 의한 여과 시스템과 동일한 구성을 갖는다.
앞에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 의하면 원수 탱크(110) 내의 원수(W)의 수두압이 중공사막 모듈(120)의 중공사막들의 임계 막 차압(TMP)보다 항상 클 수 있도록, 충분한 크기의 위치에너지를 상기 원수 탱크(110) 내의 원수(W)가 갖는다. 이를 위해, 중공사막 모듈(120)에 비해 상대적으로 높은 곳에 위치한 원수 탱크(110)에 원수 공급부(600)로부터 원수가 먼저 공급되어야 하는데, 이것은 에너지 소모를 요구한다.
본 발명의 제6 실시예의 여과 시스템은 제1 실시예에 의한 여과 시스템의 구성들 외에 신재생에너지 공급부(700) 및 펌프(P)를 더 포함한다. 신재생에너지 공급부(700)로부터 제공되는 에너지로 펌프(P)가 동작함으로써 상대적으로 낮은 곳에 위치한 원수 공급부(600)로부터 상대적으로 높은 곳에 위치한 원수 탱크(110)로 원수가 제공된다. 즉, 신재생에너지가 원수의 위치에너지로 변환된다.
상기 신재생에너지 공급부(700)는 태양광, 태양열, 풍력, 및 지열 중 적어도 어느 하나를 이용하여 에너지를 생산하며, 상기 펌프(P)는 신재생에너지를 직접 활용할 수 있는 펌프로서 직류전기에 의해 동작할 수 있다.
일반적으로, 신재생에너지 주변 자연 환경에 전적으로 의존하기 때문에 전력 생산이 불규칙할 수밖에 없다. 불규칙한 전력 생산에도 불구하고 전력의 안정적 공급을 가능하게 하기 위해서는 생산되는 전력을 축전지라는 부가적 구성을 통해 지속적으로 비축하여야 한다.
그러나, 본 발명의 제6 실시예에 의하면, 신재생에너지가 생산되는 즉시 원수의 위치에너지로 변환되기 때문에 축전지라는 부가적 구성이 요구되지 않으며, 신재생에너지 공급부(700)가 안정적인 에너지 공급원으로 사용될 수 있다. 신재생에너지의 사용(특히, 전기요금이 비싼 시간에)을 통해 친환경적 여과를 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 여과 작업에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.
이상에서는, 제1 실시예에 의한 여과 시스템에 신재생에너지 관련 구성이 추가된 친환경 여과 시스템을 본 발명의 제6 실시예로서 설명하였으나, 위에서 설명한 본 발명의 제2 내지 제5 실시예들 각각에 대해서도 상기 신재생에너지 관련 구성이 부가됨으로써 친환경 여과 시스템이 구현될 수 있다.
한편, 여과 시스템이 침지식 중공사막 모듈이 아닌 가압식 중공사막 모듈을 포함할 경우, 처리되어야 할 원수가 모듈의 상부를 통해 모듈 내로 유입되고 중공사막을 통과한 여과수가 모듈의 하부를 통해 모듈 밖으로 배출되도록 함으로써 수두압의 손실을 최소화할 수 있다.
이상에서 살펴본 본 발명의 실시예들에 의하면, 원수의 수두압 및/또는 여과수의 사이펀 원리에 의한 수압에 의해 임계 막 압력 이상의 막간차압이 자연적으로 발생하기 때문에 여과 작업 중에 소모되는 에너지가 최소화될 수 있고, 에너지 소모가 최소화됨으로써 수처리 비용이 획기적으로 절감될 수 있다.
110, 210, 310, 410, 510 : 원수 탱크
120, 220, 320, 420, 520 : 중공사막 모듈
130, 230, 330, 430, 530 : 여과수 탱크
140, 240 : 보조 가압 펌프
150, 250 : 감압 밸브
340, 440, 540 : 초기동력제공 펌프
600 : 원수 공급부 700 : 신재생에너지 공급부

Claims (12)

  1. 처리되어야 할 원수가 저장되는 원수 탱크;
    상기 원수 탱크로부터 제공되는 상기 원수를 여과하는 중공사막 모듈; 및
    상기 중공사막 모듈에 의해 생산되는 여과수가 저장되는 여과수 탱크를 포함하고,
    상기 중공사막 모듈은 상기 원수를 여과하는 다수의 중공사막들을 포함하며,
    상기 원수 탱크 내의 상기 원수의 수두압(Head Pressure)과 상기 중공사막 모듈에 의해 생산되는 여과수의 사이펀(siphon) 원리에 의한 수압의 합이 상기 중공사막들의 임계 막 차압(Threshold Membrane Pressure)보다 큰 것을 특징으로 하는 여과 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원수 탱크 내의 상기 원수의 수두압이 상기 중공사막들의 임계 막 차압보다 큰 것을 특징으로 하는 여과 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 중공사막 모듈은 상기 원수 탱크의 아래에 위치하되,
    상기 원수 탱크 내에 저장되는 상기 원수의 양과 관계없이 상기 원수 탱크 내의 상기 원수의 수두압이 항상 상기 중공사막들의 임계 막 차압보다 항상 클 수 있도록, 상기 중공사막 모듈이 상기 원수 탱크로부터 충분한 거리만큼 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 여과 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 원수 탱크 내의 상기 원수의 수두압이 상기 중공사막의 임계 막 차압보다 클 수 있도록, 상기 원수 탱크는 그 안에 저장되는 원수의 충분한 수위를 보장할 수 있는 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 여과 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 중공사막 모듈에 의한 여과가 진행됨에 따라 발생하는 상기 중공사막들의 오염으로 인해 상기 원수의 수두압만으로 상기 여과작업이 수행될 수 없을 경우에, 상기 중공사막 모듈에 공급되는 상기 원수에 추가적인 압력을 제공하는 보조 가압 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 여과 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 원수의 수두압이 상기 중공사막들의 임계 막 차압보다 소정 범위 이상으로 클 경우, 상기 중공사막 모듈에 제공되는 원수의 압력을 감소시키는 감압 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 여과 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 중공사막 모듈에 의한 여과 작업을 개시시키기 위한 초기동력제공 펌프를 더 포함하고,
    상기 여과수 탱크는 상기 중공사막 모듈의 아래에 위치하며,
    상기 중공사막 모듈에 의해 생산되는 여과수의 사이펀 원리에 의한 수압이 상기 중공사막들의 임계 막 차압보다 큰 것을 특징으로 하는 여과 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 중공사막 모듈은 상기 원수 탱크 내의 원수에 침지되어 여과 작업을 수행하는 침지식 중공사막 모듈이고,
    상기 초기동력제공 펌프는 상기 중공사막 모듈에 음압을 제공하는 것을 특징으로 하는 여과 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 중공사막 모듈은 상기 원수 탱크와 떨어져 위치하는 가압식 중공사막 모듈이고,
    상기 초기동력제공 펌프는 상기 중공사막 모듈에 제공되는 상기 원수에 압력을 가하는 것을 특징으로 하는 여과 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 중공사막 모듈에 의한 여과 작업을 개시시키기 위한 초기동력제공 펌프를 더 포함하고,
    상기 중공사막 모듈은 상기 원수 탱크의 아래에 위치하고,
    상기 여과수 탱크는 상기 중공사막 모듈의 아래에 위치하는 것을 특징으로 하는 여과 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 초기동력제공 펌프는, 상기 중공사막 모듈에 공급되는 상기 원수에, 적어도 상기 임계 막 차압과 상기 수두압의 차이보다 큰 압력을 제공하는 것을 특징으로 하는 여과 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    원수 공급부;
    신재생에너지 공급부; 및
    상기 신재생에너지 공급부로부터 제공되는 신재생에너지를 이용하여 상기 원수 공급부로부터 상기 원수 탱크로 상기 처리되어야 할 원수를 이동시키는 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 여과 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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