KR20130011174A - 정제수제조시스템 역삼투압 장치 농축수의 재활용시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 역삼투압 장치의 농축수를 원수탱크나 연수탱크로 순환시켜 농축수를 재활용하는 장치와 그 방법을 고안하였다. 재활용 방법에서 역삼투압장치의 농축수 배수라인에 농축수 회수용 자동밸브와 농축수 배수용 자동밸브를 장착하는 시스템을 채택하였다. 재활용 방법에서 역삼투압장치의 농축수 배수라인에 농축수 회수용 자동밸브와 농축수 배수용 자동밸브를 장착하는 시스템을 고안하였다. 역삼투압장치 농축수 재활용 방법에서 정제수 저장탱크가 만수된 후 연수탱크로 정제수를 순환하고 역삼투압장치의 농축수를 원수탱크나 연수탱크로 유입된다. 역삼투압장치의 농축수 배수라인에 농축수 회수용 자동밸브의 열림시기를 결정함에 있어 콘트롤판넬에 릴레이타임을 설정하여 작동하도록 하였으며 연수탱크로 RO 농축수를 보낼 경우 RO 농축수 회수용 자동밸브의 열림시기는 연수탱크의 용량만큼 정제수제조시스템에 통수된 후에 RO 농축수를 연수탱크로 보내도록 콘트롤판넬에 릴레이타임을 설정하고, 원수탱크로 RO 농축수를 보낼 경우 RO 농축수 회수용 자동밸브의 열림시기는 전처리시스템 배관 및 베셀의 용량과 연수탱크의 용량만큼 정제수제조시스템에 통수된 후에 RO 농축수를 원수탱크로 보내도록 콘트롤판넬에 릴레이타임을 설정하였다. 본 고안을 통하여 역삼투압장치 농축수를 재활용하여 용수절감효과를 가져오며 농축수를 재활용하기 위한 별도의 투자비가 발생하지 않는다.

Description

정제수제조시스템 역삼투압 장치 농축수의 재활용시스템 및 그 방법 {The recycling system by the reverse osmosis system in purified water generation system of concentrates wastewater}

본 발명의 수처리분야로 역삼투압장치를 활용하는 모든 산업에 활용가능하며 용수 재활용 측면에서 그 가치가 크다 할 수 있다. 역삼투압장치 농축수를 배출하지 않고 재활용할 경우 수원자 보호는 물론 원수절감에 따른 경제적인 이익을 창출할 수 있다는 장점을 가진다. 역삼투압장치를 활용하는 분야는 정제수, 순수, 초순수를 원료 및 부원료, 혹은 세척용으로 쓰이는 산업에 활용가능하다. 또한, 우수 및 하수와 오폐수 처리는 물론 담수화산업 등 매우 광범위한 분야를 가진고 있다. 본 고안을 통하여 농축수를 재활용 한다면 폐수발생량 저감에 따른 폐수처리비용 절감에도 적지 않은 효과를 거둘 것으로 판단된다.

본 발명의 수처리분야로 역삼투압장치를 활용하는 모든 산업에 활용가능하며 용수 재활용 측면에서 그 가치가 크다 할 수 있다. 역삼투압장치 농축수를 배출하지 않고 재활용할 경우 수원자 보호는 물론 원수절감에 따른 경제적인 이익을 창출할 수 있다는 장점을 가진다. 역삼투압장치를 활용하는 분야는 정제수, 순수, 초순수를 원료 및 부원료, 혹은 세척용으로 쓰이는 산업에 활용가능하다. 또한, 우수 및 하수와 오폐수 처리는 물론 담수화산업 등 매우 광범위한 분야를 가진고 있다. 본 고안을 통하여 농축수를 재활용 한다면 폐수발생량 저감에 따른 폐수처리비용 절감에도 적지 않은 효과를 거둘 것으로 판단된다.

제약산업을 비롯한 다양한 바이오 합성 및 반도체 제조 산업에서 사용되는 정제수제조시스템의 중요한 장치중 하나인 역삼투압 장치의 농축수 활용에 관한 내용이다. 이하 서술내용에서는 제약산업의 정제수제조시스템과 역삼투압 장치에 대하여서만 기술한다. 그러나 본 고안의 적용범위는 제약산업 이외의 역삼투압 장치가 활용되는 모든 산업분야에 적용된다고 볼 수 있다.

제약산업에서의 정제수제조설비는 제조지원설비에 속한다. 제조지원설비에 속하는 것은 정제수(제조용수) 뿐만 아니라 공기조화장치와 컴퓨터시스템이 있다. 정제수제조시스템은 우선 정제수전처리시스템(Purified Water Pretreatment System)이 있다.

정제수 전처리시스템은 유입수(Feed Water)를 정제수제조시스템에서 요구하는 품질의 전처리수를 제조하여 정제수제조시스템으로 전처리수를 공급하는 기능을 한다. 그 다음으로 정제수최종처리시스템(Purified Water Final Generation System)은 정제수전처리시스템으로부터 공급받은 전처리수를 정제수제조장치를 통하여 물의 품질을 정제수로 향상시켜 정제수분배시스템의 정제수저장탱크에 정제수를 공급하는 기능을 한다. 그 뒤의 정제수분배시스템(Purified Water Distribution System)은 정제수제조시스템으로부터 공급받은 정제수를 정제수저장탱크에 저장하고 이 저장된 정제수를 배관을 통하여 일정한 온도, 유속 및 품질을 유지하면서 계속적으로 순환되도록 하는 기능을 한다. 또한, 정제수의 품질 등에 이상이 있을 경우 제조라인에 정제수가 공급되지 않도록 하는 기능을 한다. 그 외 주사용수제조 및 분배시스템(Water For Injection Distillation & Distribution System)과 청정증기제조 및 분배시스템(Pure Steam Generation & Distribution System)이 있다.

의약품에서 제조용수는 다양한 용도로 사용된다. 제조용수는 주로 원료, 용매 및 세척수로서의 용도이며 원료의약품 및 완제의약품의 원료, 첨가물, 용매 등으로 널리 사용된다. 품질관리에서도 시험 분석용으로도 사용되어지는데 이러한 관리기준은 사용되는 목적에 맞게 설정되고 용수의 종류에 따라 각 나라별 규정 및 가이드라인 그리고 시험기준에 적합하여야 한다. 제조용수는 제조의약품의 품질에 영향을 주기 때문에 되도록 순수한 물을 사용하여 한다. 색도 및 탁도 등 일반적 외관에서부터 중금속, 유기물, 미립자, 미생물, 소족용 잔류염소, 미생물 및 필요시 파이로겐(Pyrogen)이 고려되어야 한다. 이렇게 정제수의 활용도 및 중요성이 크다 할 수 있다.

본 고안의 대상 장치인 정제수 제조시스템의 역삼투(RO : Reverse Osmosis)압 장치에 대하여 기술하면 다음과 같다. 물은 자유로이 통과하나 용질(염류 등)은 통과시키지 않는 반투막(Semipermeable Membrane)이 있다. 물의 일부가 수용액 중으로 삼투하여 수두 차가 발생한다. 이 수두 차에 해당하는 압력을 삼투압(Osmotic Pressure)이라 하는데 이 압력보다 높은 압력(해수의 경우 50~100kgf/cm²)을 반대편 수용액에 가하면 수용액 중의 물이 순수한 물 쪽으로 이동한다. 이러한 현상을 역삼투현상이라 한다. 이 장치는 설비나 조작이 간단하고 유기물이나 무기물에 관계없이 적용할 수 있고 소요 에너지는 전기투석보다 적다. 현재 사용하고 있는 장치의 압력 범위는 약 20~100kgf/cm² 정도이며 실용적인 반투막의 종류로는 Cellulose Acetate, 방향족 Polyamide, Nylon 등이 있다.

이들 반투막(멤브레인)은 MF(Micro Filter), UF(Ultra Filter)의 Screen 방식이 아닌 막과 용질ㆍ용매의 상호작용이 주요 지배인자이며, 통상 0.001μm 정도의 물질을 분리 대상으로 한다. 물을 통과시키지만, 물에 용해한 용질(ion이나 분자)은 거의 통과시키지 않는 성질을 가진 반투막을 사이에서 처리수와 농축수가 발생하는 것이다. RO에 사용되는 멤브레인은 공극 분포(Pore Size)가 매우 미세하므로 막힐 우려가 높다. 따라서 전처리 과정에서 부유물질 제거를 철저히 해야 하고, 기름 성분이 유입되면 막오염으로 여과 능력이 감소되고 막의 변성이 올수 있으므로 주의해야 한다.

막오염(Fouling)은 막 공급수 중의 용질이 막에 의해 저지됨에 따라 막의 막힘이나 부착층의 형성을 초래하는 현상을 말한다. Fouling에 따른 막의 여과기능은 저하한다. Fouling의 원인물질로서는 탁질, Scale, Silica, 금속산화물, 유기물, 미생물 등이 있다. 특히, 스케일 층(Scale Layer)은 막 공급수 중의 용해성분이 막면 위에 농축되어 스케일로소 석출되고, 이것이 퇴적 고착해서 형성되는 부착층을 말한다. 스케일 층은 막 여과저항을 증가시키기 때문에 막 공급수의 pH 조정에 의해 스케일 층의 생성을 방지하거나, 생성한 스케일 층을 약품세정으로 제거하는 등의 조작을 행한다.

상기에서 반투막의 특성을 설명한 바와 같이 RO 막에는 회수율(Recovery Rate)이 있다. 반투막을 통과하여 처리수로 통과하는 비율을 말하며 이와 반대로 특정의 용질이 막에 의해 투과가 저지되어 농축수로 나가는 비율을 저지율(Rejection Rate)라 한다. 예로 회수율이 70%인 경우 30%는 농축수 발생비율이다. 또 다른 예로 시간당 10ton의 정제수를 생산할 경우 7.0ton/hr(회수율 70%)의 생산수가 만들어 지지만 3ton/hr은 농축수로 배출된다. RO 막은 친수성막(Hydrophilic Membrane)으로 Hydroxyl, Carboxyl, Amino, Ketone, Sulfonic 작용기는 처리수로 통과시키고 소수성(Hydrophobic) 물질은 농축수로 배출된다. 특히, 일정시간 통수가 없다면 막의 표면은 건조되어 처리효율을 나타내지 못한다. 그렇기 때문에 연속운전이 필요하고 이로 인한 농축수의 배출량은 증가하게 된다. 또한, 정제수의 사용점이 있는 순환 Loop는 24시간 통수 되도록 권장하고 있기 때문에 RO의 연속 운전은 필연적이고 농축수 발생량 역시 24시간 배출 될 수밖에 없다.

RO 농축수는 처리수에 비하여 오염도가 회수율에 비례적으로 높다. 이들 농축수는 결국 폐수처리장으로 유입되어 부하를 가중시킨다. RO 농축시설은 정수시설로 판단되며 정수시설은 “수질 및 수생태계 보전에 관한 법률” 시행규칙 별표 4에 따라 역세시설이 있는 경우 폐수배출시설로 규정하고 있다. 따라서 역세시설이 있는 RO농축시설에서 발생하는 수질오염물질은 폐수로 그렇지 않는 경우에는 오수로 처리하여야 할 것이다. 또한, 배출허용기준 적용 지역기준은 환경부 고시 “배출허용기준(폐수)적용을 위한 지역지정 규정(환경부 고시 2009-107호)”에 의하여 해당 배출지역이 청정지역, 가지역, 나지역, 특례지역으로 구분되어 해당지역에 적합한 처리를 하여야 한다. 하지만 RO 설비를 운영하는 기업체에서는 무엇보다도 소중한 수재원의 고갈과 이로 인한 경제적 손실이다.

우리나라는 1960년대 이후 계속된 경제개발계획에 의해 대도시로 인구가 집중되는 현상이 가속화되고 경제 및 산업발전에 따른 생활수준의 향상으로 인하여 물수요의 급격한 증가를 초래하였다. 이로 인해 수자원 확보를 위하여 새로운 수자원을 개발 하거나 현재 이용가능한 수자원의 이용 촉진을 위해 오염으로부터 수자원을 보호하는 등 한정된 수원을 보다 효율적으로 이용하는 방안이 다각적으로 이루 어지고 있는 실정이다. 가용수자원의 효율적인 이용방안 중 한번 이용한 물을 재처리하여 이용하는 처리수 재이용은 가용수자원의 확보뿐만 아니라 배출되는 오염물질 역시 줄 일 수 있으므로 그 이용이 시급한 상황이다. 결국 RO 농축수는 중수도로 활용할 가치가 있다. 중수도(Wastewater Reclamation and Reusing System)는 한 번 사용한 수돗물을 생활용수, 공업용수 등으로 재활용할 수 있도록 다시 처리하는 시설로 상수도와 하수도의 중간에 위치한다는 뜻에서 비롯된 말로, 주로 수세식 화장실용수, 에어컨 냉각용수, 청소용수, 세차용수, 살수용수, 조경용수(연못, 분수 등), 소방용수 등 잡용도에만 쓰이기 때문에 잡용수라고도 한다. 중수도는 수돗물 소비량을 줄이고 하수 발생량을 감소시켜 수질보전의 효과를 얻을 수 있고 수돗물 공급량 감소로 댐 건설수요를 줄일 수 있으며, 갈수기에 물 부족으로 인한 어려움을 덜 수 있는 특징이 있다. 그러나 중수도는 저장탱크의 미생물 번식과 악취발생 및 일부 불분물 제거를 위하여 또 다른 중수처리 시스템이 필요하다는 단점을 지니고 있다. 근래 일부 기업들이 RO 농축수를 옥외 저장조에 유입시켜 중수로 활용하고 있지만 RO 농축수의 발생량에 비하여 활용도가 미미한 실정이기에 근본적 대처가 필요한 상황이다.

따라서 본 고안에서는 RO 농축수를 중수활용 개념이 아니고 보다 획기적인 방법을 다 각도로 모색해 보았다. 특히, 오염된 농축수를 외부로 방류하지 않고 어떠한 처리장치를 투입하지 않고 수처리시스템에 재투입하는 방식을 고안하고자 한다. 농축수를 외부로 배출하지 않고 수처리시스템에서 재순환하거나 재활용할 수 있는 시스템을 무방류시스템(Zero Discharge System)이라고 한다. 보통 무방류시스템을 운영하기 위해서는 보다 처리 효율이 높은 시설과 기술이 필요하며, 처리를 위한 시설비와 운영비 등 경제적인 효과도 고려해야 한다. 폐수를 처리한 뒤 방류하지 않고 재이용하는 경우 그 용도와 목적에 따라 처리하는 방법과 처리 시설도 매우 다르다. 대개 폐수를 처리한 뒤 재이용하기 위한 무방류 시스템을 설계하기 위해서는 폐수의 재생에 이용되는 단위조작 및 공정과 오염물 제거 효과를 고려하여야 한다. 일부 기업들은 폐수의 무방류 시스템을 하고 있다고 자처하고 있으나 경제적인 이득은 없이 기업 이미지 고취와 친환경 기업이란 타이틀을 얻는데 만족하고 있다. 이유는 무방류 시스템을 하기 위해서는 기존의 수처리시스템보다 상당히 높은 기술과 시간과 비용이 발생한다고 보고되고 있기 때문이다. 따라서 본 고안의 경우 완전 무방류시스템을 채택하기 보다는 일부 무방류시스템(Semi Zero Discharge System)이라 할 수 있다. 또한, 수처리의 RO장치는 일부 농축수의 배출이 불가피한 구조를 가지고 있다. 수처리시스템이 정제수를 생산할 경우는 농축수의 농도는 농축 비율만큼 오염되어 있지만 정제수를 사용처(Use Point)에서 사용하지 않을 경우 정제수저장탱크의 수위는 올라가고 결국 생산된 정제수는 연수 탱크로 보내어 진다. 최종적으로는 정제수를 RO 장치가 다시 처리하는 경우가 되기에 농축수의 농도는 상당히 양호한 상태가 될 것이다. 이때 오염이 낮은 농축수를 연수탱크에 입할 경우 수처리시스템에 부하가 발생하지 않으며 농축수를 방류하지 않고 운영할 수 있다. 하지만 이 경우 PLC(Program Logic Controller) 프로그램에 의하여 밸브와 시간에 대한 로직을 구성해야 한다. 이에 대한 구체적인 내용은 “발명을 실시하기 위한 구체적인 내용”에서 기술 하겠다.

다음은 기 등록된 특허를 중심으로 본 고안과의 차별성을 검토하겠다.

대한민국공개특허 제 10-2001-0074072의 “역삼투압 정수 시스템의 농축수 재활용장치”는 정수처리과정을 거친 후 버려지는 물을 생활용수로 재활용 할 수 있는 역삼투압 정수 시스템의 농축수 재활용장치에 관한 것이다.

상기 고안의 경우는 특별하게 농축수를 처리하여 저장하는 것이 아니라 단순하게 저장탱크에 저장하여 생활용수로 활용하고자 하는 방식이다. 이 경우 문제가 되는 것은 농축수에 존재하는 유기물질에 의하여 바이오필림(Bio Film)이 저장탱크 내벽에 생길 수 있고 이에 따라 미생물의 번식위험을 내포하게 된다. 특히, 생활용수의 경우 그 사용처가 불분명하고 사용처의 급수 요구량이 정기적이지 못해 저장탱크에 오랜 시간 저장되어 있는 문제점이 발생할 수 있다.

대한민국공개특허 제 10-1992-0002782의 “역삼투압 정수시스템 및 그 제어방법”은 농축수를 재활용하는 역삼투압 정수시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 농축수 저장탱크 유입수로 상에 물질을 감지할 수 있는 수질센서를 설치하여 설정농도 이상일 경우는 농축수를 배수하고 설정농도 이하에서는 농축수를 재활용하도록 하여 전처리 여과필터 및 활성탄 흡착필터의 수명을 연장함과 아울러 자원재이용 및 비용절감 효과를 기대하고자 한 고안이다.

상기 고안의 경우 문제가 되는 것은 설정농도를 명확하게 정하기 어렵다는 것이다. 목적하는 농도가 유기물을 평가하는 지표와 무기물을 평가하는 지표가 서로 다르고 이들에 대한 연관성을 선정하기가 매우 힘들다.

대한민국공개특허 제 20-2000-0013146의 “농축수 재활용 타입의 가정용 정수기”는 농축수 재활용 타입의 가정용 정수기에 관한 것으로, 역삼투 정수기가 갖는 농축수 방출의 문제를 해결하기 위하여 고안한 것으로서, 정수기 내의 원수 공급라인 상에 원수탱크를 정수탱크와 분리 설치하여 역삼투필터로 부터 배출되는 농축수를 리사이클 시켜 재공급 회수하는 한편, 정수탱크 내부의 농도를 자동제어 함으로써 기준치 이하의 저농도 상태를 유지하여 반복 순환 공급될 수 있도록 함으로써 원수에 대한 정수 회수율을 80% 이상 높일 수 있게 된 것이다.

상기 특허는 가정용 정수기가 가지고 있는 정수탱크 외에 역삼투압장치의 농축수를 저장할 수 있는 원수탱크를 설치하여 수돗물과 일정한 비율로 혼합하여 정수과정을 거치는 시스템이다. 이 경우 농축수 중 일부를 외부로 배출하지 않기 때문에 농축수의 농도는 계속해서 증가하게 되고 각 정수 장치에 부하를 증가시켜 교체주기를 짧게 하는 단점을 가진다. 본 고안에서는 일정량의 농축수가 외부로 배출하도록 시스템을 운영한다.

대한민국공개특허 제 10-1997-0002818의 “역삼투압 정수기”는 침전필터, 전처리카본필터, 멤브레인필터, 포스트카본필터, UV살균램프로 이루어진 역삼투압정수 및 살균시스템을 갖춘 역삼투압 정수기에 대한 기술내용으로 멤브레인필터에서 발생되는 농축수의 일부를 별도의 필터부재를 통해 필터링한 다음 원수유입측으로 유도하여 원수와 함께 다시 정수 및 살균처리토록 된 것에 그 특징이 있다.

상기 특허의 경우 일반 가정용 정수기에서 역삼투압 장치의 농축수를 다시 필터를 통하여 여과하는 방식이다. 본 고안에서는 역삼투압 장치 농축수에 대하여 추가적인 여과장치 없이 원수탱크나 연수탱크로 유입시켜 재사용 한다.

본 고안은 역삼투압장치의 농축수를 효율적으로 재활용하는 방법을 모색한 것이다.

현재 여러 기술들이 제시되고 있으나 그 활용도가 미미한 실정이다. 따라서 농축수를 최대한 활용가능 하도록 하는 방법을 고안하는데 중점을 두었다. 특히 농축수의 경우 오염도가 높기 때문에 수처리시스템에 재활용할 경우 처리장치에 부하를 줄 수 있어 고심해야할 사안이다. 또한, 농축수를 수처리시스템의 투입부분을 결정과 투입시기를 산정하는데 있어 다양한 실험과 시행착오를 거쳐 농축수 재활용방안을 최적화하고자 하였다.

본 고안을 위해서 역삼투압장치가 구축된 현장에서 직접 시스템을 운전하며 다양한 실험을 실시하여야 효과적인 자료를 얻을 수 있다. 그리고 역삼압장치의 농축수 특성을 다각도로 분석하고 수처리장치의 특성 등을 이해해야 한다. 본 고안은 설치비용이 발생하지 않는 재활용시스템을 구축하고자 하기에 수질을 특성을 섬세하게 분석하고 판단하는 기술을 요구한다.

본 발명을 통하여 발생되는 역삼투압장치 농축수 재활용하여 물 부족 국가인 우리나라의 용수절감효과를 가져올 수 있다. 각 역삼투압장치를 활용하는 기업들은 본 고안의 재활용시스템을 이용하여 기업이미지 고취는 물론 원수절감효과와 폐수처리에 드는 막대한 비용을 절감하게 된다. 또한, 본 고안의 경우 수처리시스템에 농축수를 재투입하여도 수처리장치의 부하를 주지 않으므로 수처리시스템의 운영비용이 증가하지 않는다. 특히, 농축수를 재활용하기 위한 별도의 장치가 필요한 것이 아니고 현존하는 장치들에 의하여 이루어지기에 재활용을 위한 설치 및 투자비가 들지 않는다.

[도 1]은 본 발명의 대표도로 정제수제조시스템의 흐름도와 RO 농축수의 재활용 경로를 나타낸 것이다.
[도 2] RO 농축수를 연수탱크나 원수탱크로 유입하기전 단위공정과 시간에 관한 알고리즘 순서도를 나타낸 것이다.
[도 3]은 연수탱크 유입 후에 정제수의 전도도를 평가한 그림이다.

본 발명에 따라서, 구체적인 내용은 다음과 같이 정리할 수 있다. [도 1]에 제시한 정제수제조시스템의 흐름도와 RO 농축수의 재활용 경로를 보면, 원수(11)가 원수탱크(12)에 유입된다.

원수탱크에 유입된 원수는 원수공급 펌프(12)를 통하여 정제수 전처리시스템에 전달된다.

우선 10 마이크로 필터(14)에서 원수에 존재하는 미립자를 제거한다.

그다음으로 활성탄 여과장치(15)와 연수장치(16)를 거치게 된다. 활성탄 여과장치는 수중에 존재하는 미립자와 유기물을 제거하고 상수도에 존재하는 잔류염소를 제거하는데 목적을 둔다. 연수장치는 수중 경도성분을 제거하여 정제수 제조장인 역삼투압장치와 전기탈이온화장치를 보호한다. 이렇게 처리된 물은 자외선 살균기(17)에 의하여 소독된 후에 연수탱크(18)에 유입된다. 연수된 물은 정제수제조시스템 유입펌프(19)를 통하여 정제수제조시스템에 전해진다. 열교환기(20)는 정제수를 생산할 경우 RO의 처리효율이 가장 좋은 20℃ 전후를 유지하지만 전처리시스템과 정제수제조시스템의 열수살균용으로 활용되기도 한다. 역삼투압장치에 유입되기 전에 5um마이크로 필터(21)를 거쳐 미립자를 제거한다. 그 후 역삼투압장치 공급펌프(22)에 의하여 고압으로 역삼투압장치(23)에 유입된다. 역삼투압장치에서 처리된 처리수는 역삼투압장치 처리수 통합라인(24)을 통하여 전기탈이온화장치(25)를 거치게 된다. 그 후 정제수 자외선 살균기(26)를 통하여 최종 살균후 미립자 및 세균 제거를 목적으로 하는 제균필터(27)를 거친다. 이렇게 처리된 정제수는 정제수저장탱크 공급용 자동밸브(42)가 열리고 정제수 저장탱크 공급라인(43)을 거쳐 정제수저장탱크(44)로 유입된다.

역삼투압장치(23)에서 발생하는 농축수는 역삼투압장치 농축수라인(30)을 통하여 배수되기도 하며 역삼투압장치의 유량을 맞추기 위해 순환라인 수동밸브(31)의 조절에 의하여 순환라인(32)으로 유입되어 역삼투압장치로 다시 유입된다. 농축수라인(30) 중 배수라인은 배수라인 수동밸브(33) 조절에 의하여 유량이 조절된 후에 배수된다. 이때 배수라인에 유량계(34)를 설치하여 농축수의 유량을 측정가능하게 한다. 정제수가 제조되어 정제수 저장탱크로 유입될 경우는 농축수 배출라인 자동밸브(37)가 열려 배출되어진다. [도 2]의 RO 농축수를 연수탱크나 원수탱크로 유입하기전 단위공정과 시간에 관한 알고리즘 순서도를 나타낸 것이다. 수처리시스템이 가동되어 정상적으로 정제수가 생산되어 정제수저장탱크로 유입되어 진다. 이때는 상기 설명과 같이 농축수 배출라인 자동밸브(37)가 열려 배출되어진다. 그러다가 정제수저장탱크가 만수가 될 경우 연수탱크 리턴용 자동밸브(40)가 열리고 리턴라인(41)을 거쳐 정제수는 연수탱크로 유입된다. 연수탱크 리턴용 자동밸브(40)가 열리는 동시에 PLC 프로그램에 의하여 릴레이타임을 설정하여 일정시간이 경과한 후에 농축수 회수라인 자동밸브(35)가 열리고 농축수 배출라인 자동밸브(37)가 닫힌다. 결국 RO 농축수는 농축수 연수탱크 공급라인(36)을 거쳐 연수탱크로 유입되어 외부로 배출되지 않는다. 이때 연수탱크 리턴용 자동밸브(40)가 열림과 동시 설정된 릴레이타임은 최소 연수탱크의 용량만큼 정제수제조시스템을 거쳐 연수탱크로 유입되는 시간으로 설정해야 한다. 연수탱크가 만수되면 전처리수에서 공급하는 전처리수는 전처리순환용 자동밸브(46)가 열리고 전처리순환라인을 통하여 원수탱크로 유입된다. 또한, 연수탱크에 용수공급시 전처리수 공급용 연수탱크가 열려 물이 공급된다. 이런 현상이 일정시간 경과하면 전처리시스템과 연수탱크 및 정제수제조 시스템 그리고 정제수저장탱크가 모두 정제수로 순환하게 된다. 정제수가 유입되기 전 연수탱크 잔류하는 전처리수와 정제수의 순환유량 및 전처리시스템의 처리유량 등에 따라 결정된다.

또한 연수탱크가 아니고 원수탱크로 RO 농축수를 회수할 경우도 있다. 그에 대한 설은 실시예3에서 자세히 기술되어 있다. 정제수저장탱크가 만수가 될 경우 연수탱크 리턴용 자동밸브(40)가 열리고 리턴라인(41)을 거쳐 정제수는 연수탱크로 유입된다. 연수탱크 리턴용 자동밸브(40)가 열리는 동시에 PLC 프로그램에 의하여 릴레이타임을 설정하여 일정시간이 경과한 후에 농축수 회수라인 자동밸브(35)가 열리고 농축수 배출라인 자동밸브(37)가 닫힌다. 결국 RO 농축수는 농축수 원수탱크 공급라인(48)을 거쳐 원수탱크로 유입되어 외부로 배출되지 않는다. 이때 원수탱크 리턴용 자동밸브(40)가 열림과 동시 설정된 릴레이타임은 최소 연수탱크의 용량과 전처리배관 및 베셀의 용량만큼 정제수제조시스템을 거쳐 연수탱크로 유입되는 시간으로 설정해야 한다. 이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 하며, 이로써 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

수처리시스템의 공정변화에 따른 정제수의 전도도와 TOC

본 고안을 위하여 충북 충주의 D제약사 정제수제조시스템에서 현장평가 하였다. 정제수제조시스템을 가동하여 정제수저장탱크에 정제수를 유입시켰다. 정제수저장탱크의 만수로 인하여 정제수는 연수탱크로 유입되었다. 이때부터 3분 간격으로 시료를 채취하여 전도도와 TOC를 측정하였다. 또한, 초기 정제수저장탱크로 유입되는 정제수의 전도도와 TOC도 분석 하였다. D제약사의 경우 연수탱크용량이 3ton 이며, 정제수저장탱크가 만수된 후에 연수탱크로 유입될 때 탱크 안에는 2ton의 용수가 존재하였다. 정제수가 연수탱크로 리턴 되는 유량은 3ton/hr이고 전처리시스템에서 연수탱크로 유입되는 유량은 3ton/hr이다. 이 결과 10분 후에 연수탱크가 만수 되었다. 본 실시예에서는 정제수가 연수탱크로 유입되는 시간과 동시에 어느정도의 시간이 경과해야 RO 농축수를 연수탱크로 리턴시키때 효율적인가를 확인하는 것이다.

수질분석에 사용된 장비는 전도도측정기 DWA-3000B와 TOC 측정기 DOHRMANN, Phoenix8000을 이용하였다. [표 1]은 정제수저장탱크 만수후의 정제수가 연수탱크로 리턴될 때 RO 처리수와 농축수의 전도도 및 TOC를 나타낸 것이다. 이 경우 RO 농축수는 배수되고 있는 상황이다.

[표 1]에 나타난 것과 같이 정제수저장탱크가 만수후에 시간경과에 따른 전도도와 TOC가 감소하는 경향을 보였다. 최종 24분 뒤에 RO 처리수의 전도도는 0.81uS/cm을 보였고 농축수는 40uS/cm 나타내었다. TOC 역시 최종 0.22ppm의 처리수와 0.57ppm의 농축수가 관찰되었다. 이 결과는 9분 후부터 연수탱크가 정제수 수질에 가까워지고 있다는 증거이다.

정제수저장탱크 만수후의 RO 처리수와 농축수의 전도도 및 TOC

정제수저장 탱크 만수 후 경과 시간(분)	전도도(uS/cm)		TOC(mg/L)
	RO 처리수	RO 농축수	RO 처리수	RO 농축수
0	3.2	460	0.62	2.23
3	3.0	432	0.61	2.08
6	1.7	285	0.38	0.95
9	0.84	64	0.27	0.68
12	0.87	55	0.26	0.59
15	0.91	43	0.24	0.64
18	0.85	48	0.23	0.62
21	0.87	39	0.32	0.60
24	0.81	40	0.22	0.57

상기 실시예1에서 관찰한 것과 같이 정제수저장탱크가 만수후 9분 뒤에 농축수를 연수탱크로 유입시킬 경우 이 농축수의 전도도는 정제수제조설비에 큰 부하는 주지 않고 원활한 처리경향을 보일 것으로 판단된다.

연수탱크 유입후 정제수의 전도도 평가

RO 농축수를 연수탱크로 유입시킨 후에 EDI 후단 전도도를 30분 간격으로 평가해 보았다.

본 평가는 장시간 RO 농축수가 수처리시스템에 유입될 경우 발생할 수 있는 저해요인들을 확인하기 위한 것이다. 전도도는 실시예1의 모델을 사용하여 분석하였다.

[도 3]은 연수탱크 유입 후에 정제수의 전도도를 평가한 그림이다. X축은 RO 농축수를 연수탱크에 유입한 후에 시간의 경과를 나타낸 것이고 Y축은 EDI 후단의 전도도를 측정한 것이다. 초기 0분은 0.08uS/cm로 연수탱크에 정제수를 입유된 직후의 전도도이다. 30분경과 이후 전도도 측정값은 0.078~0.096uS/cm로 일정한 경향을 관찰하였다. 이는 RO 농축수가 일정 릴레이타임을 거친후 연수탱크에 유입될 경우 연수탱크에 있던 전처리수는 이미 RO와 EDI를 거쳐 처리되고 다시 연수탱크로 유입된 결과라 할 수 있다. 따라서 정제수저장탱크가 만수된 후 최소한 연수탱크의 유량을 정제수제조시스템이 처리한 후에는 RO 농축수를 연수탱크로 유입하여도 된다고 판단된다. 상기 결과를 통하여 본 고안에서 구현하고자 하는 RO 농축수의 연수탱크 유입시기 및 방법을 보다 구체화 할 수 있었다.

*대표도, 도면1.의 주요부분에 대한 부호의 설명*
11 : 원수 유입라인 31 : 역삼투압장치 순환라인 수동밸브
12 : 원수저장 탱크 32 : 역삼투압장치 순환라인
13 : 원수공급 펌프 33 : 농축수 배수라인 수동밸브
14 : 마이크로 필터(10um) 34 : 농축수 배수라인 유량계
15 : 활성탄 여과장치 35 : 농축수 회수라인 자동밸브
16 : 연수장치 36 : 농축수의 연수탱크 공급라인
17 : 전처리 자외선 살균기 37 : 농축수 배출라인 자동밸브
18 : 전처리 저장탱크 38 : 농축수 배출라인
19 : 정제수 제조시스템 공급 펌프 39 : 콘트롤판넬
20 : 열교환기 40 : 연수탱크 리턴용 자동밸브
21 : 마이크로 필터(5.0um) 41 : 연수탱크 리턴용 공급라인
22 : 역삼투압장치 공급 펌프 42 : 정제수저장탱크 공급용 자동밸브
23 : 역삼투압장치 43 : 정제수저장탱크 공급라인
24 : 역삼투압장치 처리수 통합라인 44 : 정제수저장 탱크
25 : 전기탈이온화장치 45 : 전처리수 순환라인
26 : 정제수 자외선 살균기 46 : 전처리순환용 자동밸브
27 : 제균필터 47 : 전처리수저장탱크 공급 자동밸브
28 : 정제수 저장탱크 공급라인 48 : 농축수의 원수탱크 공급라인
29 : 역삼투압장치 처리수라인 30 : 역삼투압장치 농축수 라인

Claims (6)

1. 역삼투압 장치의 농축수를 원수탱크나 연수탱크로 순환시켜 농축수를 재활용하는 장치 및 그 방법
2. 제 1항에 있어서, 상기 재활용 방법에서 역삼투압장치의 농축수 배수라인에 농축수 회수용 자동밸브와 농축수 배수용 자동밸브를 장착하는 시스템 및 그 방법
3. 제 1항에 있어서, 상기 역삼투압장치 농축수 재활용 방법에서 정제수 저장탱크가 만수된 후 연수탱크로 정제수를 순환하고 역삼투압장치의 농축수를 원수탱크나 연수탱크로 유입하는 방법
4. 제 2항에 있어서, 역삼투압장치의 농축수 배수라인에 농축수 회수용 자동밸브의 열림시기를 결정함에 있어 콘트롤판넬에 릴레이타임을 설정하여 작동하도록 하는 시스템 및 그 방법
5. 제 4항에 있어서, 연수탱크로 RO 농축수를 보낼 경우 RO 농축수 회수용 자동밸브의 열림시기는 연수탱크의 용량만큼 정제수제조시스템에 통수된 후에 RO 농축수를 연수탱크로 보내도록 콘트롤판넬에 릴레이타임을 설정하는 방법
6. 제 4항에 있어서, 원수탱크로 RO 농축수를 보낼 경우 RO 농축수 회수용 자동밸브의 열림시기는 전처리시스템 배관 및 베셀의 용량과 연수탱크의 용량만큼 정제수제조시스템에 통수된 후에 RO 농축수를 원수탱크로 보내도록 콘트롤판넬에 릴레이타임을 설정하는 방법
   

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