KR20130066430A - 압력균형 탱크를 이용한 수처리 장치 - Google Patents

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윤희성
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Abstract

본 발명은 수처리 장치에 관한 것으로, 특히 외부로부터 유입되는 원수를 2차례에 걸쳐 여과시키는 과정에서 발생하는 압력 불균형을 압력균형 탱크를 이용해 개선하여 전체적인 시스템의 설비를 개선한 압력균형 탱크를 이용한 수처리 장치에 관한 것이다. 본 발명 압력균형 탱크를 이용한 수처리 장치에 의하면, 1차 여과된 처리수가 2차 여과단계로 직접 공급되는데 따른 압력 및 유량 유지문제를 압력균형 탱크를 이용해 용이하게 해소할 수 있다.

Description

압력균형 탱크를 이용한 수처리 장치{WATER TREATMENT SYSTEM USING THE BALANCE TANK OF PRESSURE}
본 발명은 수처리 장치에 관한 것으로, 특히 외부로부터 유입되는 원수를 2차례에 걸쳐 여과시키는 과정에서 발생하는 압력 불균형을 압력균형 탱크를 이용해 개선하여 전체적인 시스템의 설비를 개선한 압력균형 탱크를 이용한 수처리 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 한외여과와 역삼투여과를 통해 수질을 정화하는 과정에서 압력균형 탱크를 이용하여 시스템의 설비를 개선한 압력균형 탱크를 이용한 수처리 장치에 관한 것이다.
분리막(membrane)은 2 또는 다 성분 혼합물로부터 선택적으로 특정성분(1 또는 다 성분)을 분리할 수 있는 물리적 경계층(barrier)으로 정의할 수 있다. 따라서 분리막을 투과하거나 분리막으로 배제된 상(phase)중 특정성분의 농도는 증가 또는 감소할 수밖에 없다. 이와 같은 분리는 단순하게 입자의 크기 차이에 의하여 이루어질 수도 있지만, 농도 차에 의한 분자간 확산율, 전하 반발력, 분리막 재질에 대한 특정성분의 용해도 차이 등에 따라서 분리 특성이 복합적으로 결정되기도 한다.
이러한 분리막은 재질에 따라 생체막과 합성막으로 구분할 수 있으며, 구조에 따라 다공성 막과 비다공성 막, 대칭막과 비대칭막 등으로 대별되고, 기공크기에 따라 역삼투, 나노여과, 한외여과 및 정밀여과막 등으로 구별할 수 있다.
정밀여과막은 주로 탁도나, 병원성 미생물, 입자성 물질 등을 제거하며, 한외여과막은 바이러스, 나노여과막은 다가이온이나 자연유기물을, 그리고 역삼투막은 이온을 제거한다.
구체적으로 역삼투막(Reverse osmosis membrane)은 이온 및 분자크기가 10 이내인 용질을 분리하는 막분리 공정으로, 1970년대 해수 담수화 및 폐수처리에서 성공적으로 산업화되기 시작하였다. 삼투(osmosis)란 저농도 용액과 고농도의 용액이 물만을 선택적으로 통과시키는 분리막으로 나뉘어져 있을 경우, 저농도 용액 중에 물이 고농도 용액쪽으로 이동하는 자연 현상이다. 따라서 고농도 용액측에 삼투압보다 높은 압력을 가하면 물만이 분리막을 통과하여 순수를 제조할 수 있게 되며 이러한 막을 역삼투막이라 한다. 운전 압력은 용액에 포함되어 있는 염의 농도와 회수율에 크게 의존하는데 50 내지 100 기압 범위에서 염 농도가 높은 해수로부터 순수를 제조하는 고압의 역삼투 공정과 15 내지 50 기압 범위에서 담수를 처리하는 저압 역삼투 공정으로 대분할 수 있다.
역삼투법에서는 유기 고분자의 유전율(dielectric) 상수가 낮기 때문에 용존 염이 막표면에 잘 흡착되지 않을　뿐 아니라 정밀여과 또는 한외여과에서와 같이 유기물에 의한 막오염 현상이 작으므로 막의 수명도 길어진다.
그러나 역삼투막은 고압에서도 견딜 수 있도록 기계적 강도가 우수하여야 하며 염소와 용존 염에 대한 내화학성이 좋아야 한다. 역삼투막의 재질은 기계적 강도가 우수한 지지층 위에 분리효과를 극대화시킬 수 있는 분리층 또는 활성층으로 형성된 방향족 폴리아미드(polyamide) 복합막이 가장 널리 사용되며 비대칭형 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate)막도 활용된다. 이상에서와 같이 역삼투막은 용존 염을 분리 제거할 뿐 아니라 분자량이 적은 유기물 및 방향족 탄화수소 등의 분리조작에도 이용되고 있다.
이러한 특징을 갖는 역삼투막을 이용해 수질을 정화하기 위한 종래의 수처리 장치가 도 1에 도시되어 있다.
종래의 수처리 장치(1)는 한외여과부(10)에서 생성되는 한외여과 처리수를 한외여과 토출펌프(20)를 이용하여 한외여과 처리수조(30)로 이송하여 저장시키고, 역삼투 공급펌프(40)를 이용하여 한외여과 처리수조(30)의 물을 전처리 필터(50)로 공급하는 방법을 사용한다. 전처리 필터(50)를 통과한 물은 역삼투 고압펌프(60)를 통해 역삼투여과부(70)로 고압 펌핑된다.
이러한 구조를 갖는 종래의 수처리 장치(1)는 다음과 같은 문제점을 갖는다.
첫째, 한외여과 토출펌프(20)에서 나오는 한외여과 처리수의 압력은 한외여과부(10)의 오염정도에 따라 불규칙적으로 변동한다. 이러한 압력변동으로 인하여 한외여과 토출펌프(20)를 통해 나오는 한외여과 처리수를 역삼투 고압펌프(60)로 직접 유입시키지 못하고 한외여과 처리수조(30)를 설치하여 압력을 안정시킨 후 역삼투 공급펌프(40)를 이용하여 공급하게 된다. 따라서, 한외여과 처리수조(30)를 반드시 구비해야 하므로 공정이 복잡해지고 시설의 설치 및 유지보수에 비용이 많이 들어가게 된다.
둘째, 한외여과 처리수가 가지고 있는 압력은 한외여과 처리수조(30)로 물을 공급할 수 있는 정도의 압력으로 설계되어 한외여과 처리수조(30)를 채우게 되므로, 한외여과 처리수조(30)의 물은 역삼투 공급펌프(40)라는 새로운 압력원을 이용하여 역삼투 여과부(70)로 공급하게 되며, 그에 따라 공정이 복잡해지고 시설의 설치 및 유지보수 비용이 많이 들어가게 된다.
셋째, 한외여과 처리수조(30)에 한외여과 처리수가 저장되어 있는 동안 처리수조 내부의 오염이 발생할 가능성이 있기 때문에 반드시 전처리 필터(50)를 필요로 한다.
본 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 역삼투여과를 위해 공급되는 한외여과 처리수의 유입압력변동을 용이하게 제어할 수 있는 압력균형탱크를 이용한 수처리 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 한외여과 처리수를 직접 역삼투 고압펌프로 공급하여 새로운 압력원이 필요치 않으며, 한외여과에서 생산된 물을 곧바로 역삼투 고압펌프로 이송하기 때문에 저장에 따른 오염이 발생하지 않는 압력균형탱크를 이용한 수처리 장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명 압력균형탱크를 이용한 수처리 장치는, 1차 여과단계를 통해 외부로부터 유입되는 원수를 1차 여과시키고, 1차 여과를 통해 생성되는 1차 처리수를 2차 여과단계로 이송시켜 2차 여과시키도록 이루어진 수처리 모듈; 및 1차 여과단계를 통해 생성된 1차 처리수를 저장하였다가 1차 여과단계로부터 2차 여과단계로 직접 공급되는 1차 처리수의 공급압력이 변동될 때 저장된 1차 처리수를 높이차를 이용해 2차 여과단계로 공급하여 2차 여과단계로 공급되는 1차 처리수의 공급압력을 안정화시키는 압력균형 탱크;를 포함한다.
1차 여과단계에서는 한외여과 또는 정밀여과가 이루어지며, 2차 여과단계에서는 역삼투여과 또는 나노여과가 이루어진다.
수처리 모듈은, 외부의 물을 유입하여 한외여과시키는 한외여과부; 한외여과부로부터 한외여과 처리수를 토출시키는 한외여과 토출펌프; 한외여과 처리수를 유입한 후 역삼투압에 의해 정화하는 역삼투여과부; 및 한외여과 처리수를 역삼투여과부로 고압 펌핑하는 역삼투 고압펌프;를 포함한다.
수처리 모듈은 2개 이상 구비된다.
각 수처리 모듈의 한외여과부 중 일부가 정지하더라도 나머지 한외여과부와 압력균형 탱크를 이용해 각 수처리 모듈의 역삼투 고압펌프로 일정한 압력의 한외여과 처리수가 공급되도록 한다.
역삼투 고압펌프의 전단 압력은 0.5~0.8㎏/㎠이 바람직하다.
한외여과 토출펌프로부터 토출되는 한외여과 처리수의 압력이 0.8㎏/㎠를 초과하면 한외여과 처리수가 상기 압력균형 탱크로 유입되고, 한외여과 토출펌프로부터 토출되는 한외여과 처리수의 압력이 0.5㎏/㎠ 미만이면 압력균형 탱크로부터 한외여과 처리수가 토출되어, 역삼투 고압펌프의 전단압력 및 유량이 일정하게 유지되도록 이루어진다.
압력균형 탱크의 설치높이는 한외여과 토출펌프와 역삼투 고압펌프를 잇는 관로를 기준으로 5~8m가 바람직하다.
압력균형 탱크에 저수된 한외여과 처리수 중 일부를 한외여과부로 공급하여 한외여과부를 세척하도록 이루어진다.
본 발명은 압력균형 탱크로부터 한외여과 처리수를 한외여과부로 펌핑하여 한외여과부를 세척하도록 이루어진 역세척 펌프를 더 포함한다.
압력균형 탱크에 저수된 한외여과 처리수는 한외여과 토출펌프를 통해 한외여과부로 공급되어 한외여과부를 세척하도록 이루어진다.
본 발명 압력균형 탱크를 이용한 수처리 장치에 의하면 다음과 같은 효과들을 갖는다.
첫째, 역삼투여과를 위해 공급되는 한외여과 처리수의 유입압력변동을 압력균형 탱크를 이용해 용이하게 제어할 수 있다. 즉, 한외여과 토출펌프로부터 토출되는 한외여과 처리수의 압력이 낮을 경우 압력균형 탱크로부터 역삼투 고압펌프로 한외여과 처리수가 공급되고, 한외여과 토출펌프로부터 토출되는 한외여과 처리수의 압력이 높을 경우 한외여과 처리수를 압력균형탱크로 유입하여 역삼투 고압펌프로 유입되는 처리수의 압력을 일정하게 유지할 수 있다. 따라서, 유입압력변동으로 인해 역삼투 고압펌프로 가해지는 충격을 사전에 예방할 수 있다.
둘째, 한외여과 처리수를 직접 역삼투 고압펌프로 공급하도록 이루어지기 때문에 공정이 간단해지고 새로운 압력원이 필요치 않게 된다. 즉, 종래 수처리 장치에 구비되어 있던 한외여과 처리수조, 역삼투막 공급펌프, 역삼투막 전처리필터를 구비하지 않아도 된다. 따라서, 시설의 설치 및 유지 보수 비용을 절감할 수 있다.
셋째, 한외여과 처리수를 직접 역삼투 고압펌프로 공급하도록 이루어지기 때문에 저장에 따른 오염이 발생되지 않는다. 즉, 종래에는 한외여과 처리수조 내에서 한외여과 처리수가 체류해 있는 시간이 길고 체류하는 처리수의 양도 많기 때문에 오염정도가 커서 수처리공정에 큰 영향을 미쳤으나, 본 발명의 경우에는 한외여과 처리수가 역삼투 고압펌프로 직접 공급되고 압력균형탱크에서도 한외여과 처리수가 수시로 유입 또는 배출되어 체류시간이 짧기 때문에 오염정도가 낮아서 수처리공정에 미치는 영향이 적다.
도 1은 종래기술에 따른 수처리 장치에 의해 수처리가 이루어지는 과정을 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수처리 장치에 의해 수처리가 이루어지는 과정을 나타낸 개략도.
도 3은 도 2에서 한외여과 토출펌프, 역삼투 고압펌프, 압력균형 탱크의 관계를 나타낸 도면.
도 4는 역세척 펌프가 있는 경우 한외여과 역세수의 흐름을 나타낸 개략도.
도 5는 역세척 펌프가 없는 경우 한외여과 역세수의 흐름을 나타낸 개략도.
도 6은 복수 개의 수처리 모듈이 하나의 압력균형 탱크와 연결되어 수처리가 이루어지는 과정을 나타낸 개략도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수처리 장치에 의해 수처리가 이루어지는 과정을 나타낸 개략도이다.
본 발명에 따른 압력균형 탱크를 이용한 수처리 장치는 수처리 모듈(100), 압력균형 탱크(200) 및 역세수 공급모듈(300)를 포함하여 이루어진다.
수처리 모듈(100)은 한외여과부(110), 한외여과 토출펌프(120), 역삼투여과부(130) 및 역삼투 고압펌프(140)를 포함한다.
한외여과부(110)는 외부로부터 유입되는 유입수를 한외여과시켜 한외여과 처리수를 만든다. 한외여과란 보통의 여과법으로 분리하기 어려운 콜로이드 입자나 분자를 황산지, 방광막, 콜로디온 따위를 이용하여 투석을 써서 압력을 주어 거르는 방법을 말한다. 한외여과방식에는 가압식과 침지식이 있으며, 본 실시예에 따른 수처리 장치는 침지식에 적합하나 가압식에도 적용 가능하다.
한외여과 토출펌프(120)는 한외여과부(110) 및 역삼투 고압펌프(140)와 연결되어 한외여과부에서 생성된 한외여과 처리수를 역삼투 고압펌프(140) 측으로 이송시킨다. 한외여과 토출펌프(120)의 토출압력은 역삼투 고압펌프(140)의 필요유입 압력을 만족할 수 있도록 설계되는 것이 바람직하다.
역삼투여과부(130)는 역삼투 고압펌프(140)를 통해 유입되는 한외여과 처리수를 역삼투막을 이용해 여과해준다.
역삼투 고압펌프(140)는 한외여과 토출펌프(120)로부터 토출되는 한외여과 처리수를 고압으로 역삼투 고압펌프(140)에 공급한다. 역삼투 고압펌프(140)의 전단 압력은 0.5~0.8㎏/㎠로 유지되는 것이 바람직하다. 만일 전단 압력이 0.8㎏/㎠를 초과하는 경우에는 역삼투여과부(130)로 공급되는 한외여과 처리수의 공급압력이 너무 강하기 때문에 순간적으로 역삼투 고압펌프(140)의 성능이 저하되거나 유량이 증가하여 여과가 안정적으로 유지되지 못하며, 전단 압력이 0.5㎏/㎠ 미만일 경우에는 역삼투여과부(130)에서의 여과에 필요한 압력보다 낮아 역삼투 고압펌프(140)에서 공동현상이 발생할 수 있다. 이처럼 역삼투 고압펌프(140) 전단의 압력이 일정하게 유지되지 않으면 역삼투여과에 필요한 적정수준의 유량공급에 문제가 발생할 수 있으며, 순간적인 압력의 변화는 역삼투 고압펌프(140)에 충격을 줄 수 있다.
압력균형 탱크(200)는 한외여과 토출펌프(120)를 통해 토출되는 한외여과 처리수를 일정 높이에 저장하였다가 다시 중력에 의해 토출하도록 이루어져 역삼투 고압펌프(140)의 전단압력 및 유량을 일정하게 유지시킨다. 압력균형 탱크(200)의 설치 높이는 역삼투 고압펌프(140)의 전단압력 및 유량을 고려하여 한외여과 토출펌프(120)와 역삼투 고압펌프(140)를 잇는 관로를 기준으로 5~8m가 바람직하다. 압력균형 탱크(200)는 한외여과 토출펌프(120)와 역삼투 고압펌프(140) 사이에 관로를 통해 연결된다.
역세수 공급모듈(300)은 압력균형 탱크(200)에 저장된 한외여과 처리수 중 일부를 한외여과부(110)로 공급하여 한외여과부(110)를 세척할 수 있도록 이루어진다. 역세수 공급모듈(300)은 역세척 펌프(310)를 포함한다. 역세척 펌프(310)는 압력균형 탱크(200)와 한외여과부(110)를 연결하는 제1역세수 이송배관(320)과 연결되도록 설치되어, 압력균형 탱크(200)에 저장된 한외여과 처리수를 한외여과부(110)로 강제 이송시키게 된다.
한편, 한외여과 토출펌프(120)의 전단측 및 토출측, 역삼투 고압펌프(140)의 전단측, 역세척 펌프(310)의 전단측 및 토출측에는 한외여과 처리수의 흐름을 제어하기 위한 밸브(b1)(b2)(b3)(b4)(b5)가 각각 구비된다.
도 3은 도 2에서 한외여과 토출펌프, 역삼투 고압펌프, 압력균형 탱크의 관계를 나타낸 도면이다.
여과를 위한 운전이 최초로 시작되거나 정지 후 재가동하게 되는 운전 초기에는 한외여과부(110)에서 생산된 한외여과 처리수가 한외여과 토출펌프(120)의 작동에 의해 압력균형 탱크(200)로 보내진다. 압력균형 탱크(200)에 적정량의 한외여과 처리수가 채워지면 한외여과부(110)에서 생성된 한외여과 처리수는 역삼투 고압펌프(140)로 직접 공급된다. 이후, 역삼투 고압펌프(140)의 전단압력을 일정하게 유지하기 위하여 압력균형 탱크(200)에 채워진 한외여과 처리수가 역삼투 고압펌프(140)로 공급되는 경우에는 압력균형 탱크(200)의 수위를 일정하게 유지하기 위하여 필요시마다 압력균형 탱크(200)로 한외여과 처리수가 유입된다.
역삼투 고압펌프(140)의 운전이 시작되면 여과막 세정, 기계류 보수를 위한 정지 외에는 연속운전된다.
운전을 시작한 후 한외여과 처리수의 압력을 나타낸 A가 0.5~0.8㎏/㎠를 유지하면 한외여과 토출펌프(120)에서 나오는 물은 역삼투 고압펌프(140)로 들어가게 된다. 이 경우 한외여과 토출펌프(120)에서 물이 연속적으로 나오기 때문에 압력균형 탱크(200)에서 물이 내려오지 않게 된다.
만약, A의 압력이 순간적으로 0.5㎏/㎠ 미만으로 내려갈 경우 0.5~0.8㎏/㎠를 유지하고 있는 B에서 압력유지를 위하여 물이 내려오면서 C의 압력이 0.5~0.8㎏/㎠로 유지된다.
반대로, A의 압력이 순간적으로 0.8㎏/㎠를 초과하게 되면 B의 압력보다 높은 압력이기 때문에 A에서 나오는 물의 일부가 B로 올라간다. 따라서, C의 압력이 0.5~0.8㎏/㎠로 유지된다.
상기와 같은 운전에 의해 한외여과 토출펌프(120)에서 역삼투막 공정으로 직접 물을 공급하는 경우 발생되는 역삼투 고압펌프(140)의 유입압력변동을 압력균형 탱크(200)를 통하여 제어할 수 있다.
도 4는 역세척 펌프가 있는 경우 한외여과 역세수의 흐름을 나타낸 개략도이고, 도 5는 역세척 펌프가 없는 경우 한외여과 역세수의 흐름을 나타낸 개략도이다. 여기서, 밸브표시에 아무런 색이 없는 경우에는 밸브가 열려 있음을 나타낸 것이고, 밸브표시에 검정색이 칠해진 부분은 밸브가 닫혀 있음을 나타낸 것이다.
한외여과부(110)를 세척하기 위한 세척수는 압력균형 탱크(200)로부터 공급될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 역세척 펌프(310)가 있는 경우에는 역세척 펌프(310)를 통해 한외여과 역세수가 한외여과부(110)로 공급된다. 이 때, 역세척 펌프(310)의 전단측과 토출측에 구성된 밸브(b4)(b5)는 한외여과 역세수가 한외여과부(110)로 이송될 수 있도록 모두 열린다. 반면, 한외여과 역세수가 역세척 펌프(310) 이외의 다른 곳으로 이송되는 것을 방지하기 위해 한외여과 토출펌프(120)의 전단측과 토출측에 구성된 밸브(b1)(b2)를 닫힌다. 역삼투 고압펌프(140)의 전단측에 구성된 밸브(b3)는 열린상태를 유지한다. 한편, 한외여과 처리수가 역삼투여과부(130)로 공급되는 과정에서는 제1역세수 이송배관(320)에 구비된 밸브(b4)(b5)는 모두 닫히고 한외여과 토출펌프(120)의 전단측과 토출측에 구성된 밸브(b1)(b2)는 열린다.
도 5에 도시된 바와 같이 역세척 펌프가 없는 경우에는 한외여과 토출펌프(120)를 통해 한외여과 역세수가 한외여과부(110)로 공급된다. 이 경우 압력균형 탱크(200)는 제2역세수 이송배관(330)을 통해 한외여과 토출펌프(120)의 전단측 배관과 연결되고, 한외여과부(110)는 제3역세수 이송배관(340)을 통해 한외여과 토출펌프(120)의 토출측 배관과 연결된다. 이 때, 제2역세수 이송배관(330), 한외여과 토출펌프(120)의 전단측과 토출측, 역삼투 고압펌프(140)의 전단측 및 제3역세수 이송배관(340)에는 각각 밸브(b6)(b1)(b2)(b3)(b7)가 구비된다. 한외여과 역세수가 흐르는 과정에서는 제2역세수 이송배관(330)에 구비된 밸브(b6) 및 제3역세수 이송배관(340)에 구비되는 밸브(b7)만 열리고 한외여과 토출펌프(120)의 전단측 및 토출측에 구비된 밸브(b1)(b2)는 닫히며, 역삼투 고압펌프(140)의 전단측에 구비되는 밸브(b3)는 열린 상태를 유지한다. 한편, 한외여과 처리수가 역삼투여과부(130)로 공급되는 과정에서는 제2,3역세수 이송배관(330)(340)에 구비된 밸브(b6)(b7)는 모두 닫히고 한외여과 토출펌프(120)의 전단측과 토출측에 구성된 밸브(b1)(b2)는 열린다.
도 6은 복수 개의 수처리 모듈이 하나의 압력균형 탱크와 연결되어 수처리가 이루어지는 과정을 나타낸 개략도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 압력균형 탱크를 이용한 수처리 장치는 수처리 모듈(100)을 2개 이상 구비할 수 있다. 이 경우 수처리 모듈(100)의 수와 상관없이 하나의 압력균형 탱크(200)만 사용된다.
여과를 위한 운전이 최초로 시작되거나 정지 후 재가동하게 되는 운전 초기에는 각 수처리 모듈(100)의 한외여과부(110)에서 생산된 한외여과 처리수가 한외여과 토출펌프(120)의 작동에 의해 하나의 관을 통해 하나의 압력균형 탱크(200)로 보내진다. 압력균형 탱크(200)에 적정량의 한외여과 처리수가 채워지면 한외여과부(110)에서 생성된 한외여과 처리수는 하나의 관을 통해 각 역삼투 고압펌프(140)로 직접 공급된다. 이후, 역삼투 고압펌프(140)의 전단압력을 일정하게 유지하기 위하여 하나의 압력균형 탱크(200)에 채워진 한외여과 처리수는 필요시마다 각 수처리 모듈(100)의 역삼투 고압펌프(140)로 공급된다.
따라서, 각 수처리 모듈(100)의 한외여과부(110) 중 일부가 세정 또는 보수를 위하여 동작하지 않더라도 다른 한외여과부(110)에서 공급되는 한외여과 처리수와 압력균형 탱크(200)의 처리수가 갖는 압력 및 유량을 통해 각 역삼투 고압펌프(140)의 전단압력 및 유량을 일정하게 유지할 수 있다.
압력균형 탱크(200)의 용량은 세정 또는 보수를 위해 일부 한외여과부(110)가 정지하는 경우라도 각 역삼투 고압펌프(140)의 유입압력 및 유량이 일정하게 유지되어야 함을 고려하여 설계된다.
참고적으로 한외여과부(110)의 세정은 여러 개가 동시에 실시되는 것이 아니라 한 번에 하나씩만 실시되는 것이 바람직하며, 2개 이상의 한외여과부(110)가 정지하는 경우는 기계고장 또는 한외여과부(110)의 막교체를 위한 경우이므로 시스템을 정지하게 된다. 따라서, 압력균형 탱크(200)의 용량을 설계할 때 하나의 한외여과부(110) 세정시 필요한 유량을 고려하면 된다. 그러나 이는 어디까지나 하나의 실시예에 불과하며 경우에 따라 2개 이상의 한외여과부(110)가 세정 또는 정지될 수 있음을 고려하여 압력균형 탱크(200)의 용량을 설계할 수도 있다.
이하에서는 전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명 압력균형 탱크를 이용한 수처리 장치의 작용을 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 외부로부터 유입되는 물은 한외여과부(110)를 통과하면서 한외여과 처리된다. 이렇게 생성된 한외여과 처리수는 한외여과 토출펌프(120)를 통해 토출된다.
운전 초기에 한외여과 토출펌프(120)를 통해 토출되는 물은 1차적으로 압력균형 탱크(200)로 이송되어 압력균형 탱크(200)에 최고수위까지 채워진다. 이 과정에서 역삼투 고압펌프(140)의 전단에 위치되는 밸브는 닫힌 상태를 유지하여 역삼투 고압펌프(140)로 한외여과 처리수가 이송되지 않게 된다.
압력균형 탱크(200)에 한외여과 처리수가 최고수위까지 채워지면 역삼투 고압펌프(140)의 전단에 위치되는 밸브를 열어 한외여과 토출펌프(120)로부터 토출되는 물이 역삼투 고압펌프(140)로 직접 유입된 후 역삼투여과부(130)로 이송되도록 한다.
운전을 시작한 후 한외여과 토출펌프(120)의 출구측 압력이 0.5~0.8㎏/㎠를 유지하면 한외여과 토출펌프(120)에서 나오는 물은 역삼투 고압펌프(140)로 들어가게 된다. 이 경우 한외여과 토출펌프(120)에서 물이 연속적으로 나오기 때문에 압력균형 탱크(200)에서 물이 내려오지 않게 된다.
만일, 한외여과 토출펌프(120)의 출구측 압력이 0.5㎏/㎠ 미만으로 내려갈 경우 0.5~0.8㎏/㎠를 유지하고 있는 압력균형 탱크(200)로부터 압력유지를 위하여 물이 내려오면서 역삼투 고압펌프(140)의 입구측 압력이 0.5~0.8㎏/㎠로 유지되도록 한다.
한외여과 토출펌프(120)의 출구측 압력이 0.8㎏/㎠를 초과하게 되면 압력균형 탱크(200)의 압력보다 높은 압력이기 때문에 한외여과 토출펌프(120)에서 나오는 물의 일부가 압력균형 탱크(200)로 올라간다. 따라서, 역삼투 고압펌프(140)의 입구측 압력이 0.5~0.8㎏/㎠로 유지된다.
상기와 같은 운전에 의해 한외여과 토출펌프(120)에서 역삼투여과 공정으로 직접 한외여과 처리수를 공급하는 경우 발생되는 역삼투 고압펌프(140)의 유입압력변동을 압력균형 탱크(200)를 통하여 용이하게 제어할 수 있다.
한편, 한외여과부(110)의 운전을 정지시키고 한외여과부(110)를 세척하기 위해 한외여과 역세수를 공급하는 과정은 역세척 펌프(310)의 유무에 따라 나뉠 수 있다.
역세척 펌프(310)가 있는 경우에는 한외여과 토출펌프(120)를 통해 역삼투여과부(130)로 한외여과 처리수를 이송하는 경로에 설치된 밸브(b1)(b2)를 닫는다. 반면, 압력균형 탱크(200)로부터 한외여과부(110)로 한외여과 역세수를 이송하는 경로 즉, 제1역세수 이송배관(320)에 설치된 밸브(b4)(b5)는 모두 개방한다. 따라서, 한외여과 역세수는 제1역세수 이송배관(320)을 통해 한외여과부(110)로만 공급되어 한외여과부(110)를 세척하게 된다. 이 때, 역삼투 고압펌프(140)의 전단에 구비된 밸브(b3)는 개방되므로 역삼투 고압펌프(140)로 한외여과 처리수가 계속 공급된다.
역세척 펌프(310)가 없는 경우에는 한외여과 토출펌프(120)를 통해 역삼투여과부(130)로 한외여과 처리수를 이송하는 경로에 설치된 밸브(b1)(b2)를 모두 닫는다. 반면, 압력균형 탱크(200)로부터 한외여과부(110)로 한외여과 역세수를 이송하는 경로 즉, 제2,3역세수 이송배관(330)(340)에 설치된 밸브(b6)(b7)는 모두 개방한다. 따라서, 한외여과 역세수는 제2역세수 이송배관(330), 한외여과 토출펌프(120) 및 제3역세수 이송배관(340)을 통해 한외여과부(110)로만 공급되어 한외여과부(110)를 세척하게 된다. 이 때, 역삼투 고압펌프(140)의 전단에 구비된 밸브(b3)는 개방되므로 역삼투 고압펌프(140)로 한외여과 처리수가 계속 공급된다.
한편, 본 발명에 따른 압력균형 탱크를 이용한 수처리 장치는 수처리 모듈(100)이 2개 이상 구비될 수 있으며, 이 경우 각 수처리 모듈(100)의 한외여과 토출펌프(120)는 하나의 압력균형 탱크(200)와 연결된다. 따라서, 각 수처리 모듈(100)의 한외여과부(110) 중 일부가 동작하지 않더라도 나머지 한외여과부(110)와 압력균형 탱크(200)의 유량 및 압력으로 각 수처리 모듈(100)의 역삼투 고압펌프(140)로 일정한 전단압력 및 유량을 갖는 한외여과 처리수가 공급된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명 압력균형 탱크를 이용한 수처리 장치를 바람직한 실시예를 기초로 상세히 설명하였으나, 본 발명은 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 해당분야 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양하게 변형 실시할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 실시예에 따른 여과방식은 외부로부터 유입되는 원수를 한외여과를 통해 1차 여과하고, 역삼투여과를 통해 2차 여과하는 경우만을 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다른 여과방식이 적용될 수 있다. 즉 1차 여과 방식으로 한외여과 외에 정밀여과가 적용될 수 있으며, 2차 여과 방식으로 역삼투여과 외에 나노여과가 적용될 수 있다. 이처럼 여과방식이 바뀌는 경우 본 발명의 수처리 모듈을 구성하는 각 구성요소들의 명칭을 여과방식에 맞게 변경하기만 하면 본 발명에 따른 수처리 장치를 적용할 수 있다.
100 : 수처리 모듈 110 : 한외여과부
120 : 한외여과 토출펌프 130 : 역삼투여과부
140 : 역삼투 고압펌프 200 : 압력균형 탱크
300 : 역세수 공급모듈 310 : 역세척 펌프
320 : 제1역세수 이송배관 330 : 제2역세수 이송배관
340 : 제3역세수 이송배관

Claims (11)

  1. 외부로부터 유입되는 원수를 1차 여과단계를 통해 1차 여과시키고, 1차 여과를 통해 생성되는 1차 처리수를 2차 여과단계로 이송시켜 2차 여과시키도록 이루어진 수처리 모듈; 및
    상기 1차 여과단계를 통해 생성된 상기 1차 처리수를 저장하였다가 상기 1차 여과단계로부터 상기 2차 여과단계로 직접 공급되는 1차 처리수의 공급압력이 변동될 때 저장된 상기 1차 처리수를 높이차를 이용해 상기 2차 여과단계로 공급하여 상기 2차 여과단계로 공급되는 상기 1차 처리수의 공급압력을 안정화시키는 압력균형 탱크;를 포함하는 압력균형 탱크를 이용한 수처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 1차 여과단계에서는 한외여과 또는 정밀여과가 이루어지며, 상기 2차 여과단계에서는 역삼투여과 또는 나노여과가 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력균형 탱크를 이용한 수처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수처리 모듈은,
    외부의 물을 유입하여 한외여과시키는 한외여과부;
    상기 한외여과부로부터 한외여과 처리수를 토출시키는 한외여과 토출펌프;
    한외여과 처리수를 유입한 후 역삼투압에 의해 정화하는 역삼투여과부; 및
    한외여과 처리수를 상기 역삼투여과부로 고압 펌핑하는 역삼투 고압펌프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력균형 탱크를 이용한 수처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 수처리 모듈은 2개 이상 구비되는 것을 특징으로 하는 압력균형 탱크를 이용한 수처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 각 수처리 모듈의 한외여과부 중 일부가 정지하더라도 나머지 한외여과부와 상기 압력균형 탱크를 이용해 상기 각 수처리 모듈의 역삼투 고압펌프로 일정한 압력의 한외여과 처리수가 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 압력균형 탱크를 이용한 수처리 장치.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 역삼투 고압펌프의 전단 압력은 0.5~0.8㎏/㎠인 것을 특징으로 하는 압력균형 탱크를 이용한 수처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 한외여과 토출펌프로부터 토출되는 한외여과 처리수의 압력이 0.8㎏/㎠를 초과하면 한외여과 처리수가 상기 압력균형 탱크로 유입되고, 상기 한외여과 토출펌프로부터 토출되는 한외여과 처리수의 압력이 0.5㎏/㎠ 미만이면 상기 압력균형 탱크로부터 한외여과 처리수가 토출되어, 상기 역삼투 고압펌프의 전단압력 및 유량이 일정하게 유지되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 압력균형 탱크를 이용한 수처리 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 압력균형 탱크의 설치높이는 상기 한외여과 토출펌프와 상기 역삼투 고압펌프를 잇는 관로를 기준으로 5~8m인 것을 특징으로 하는 압력균형 탱크를 이용한 수처리 장치.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 압력균형 탱크에 저수된 한외여과 처리수 중 일부를 상기 한외여과부로 공급하여 상기 한외여과부를 세척하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 압력균형 탱크를 이용한 수처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 압력균형 탱크로부터 한외여과 처리수를 상기 한외여과부로 펌핑하여 상기 한외여과부를 세척하도록 이루어진 역세척 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력균형 탱크를 이용한 수처리 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 압력균형 탱크에 저수된 한외여과 처리수는 상기 한외여과 토출펌프를 통해 상기 한외여과부로 공급되어 상기 한외여과부를 세척하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 압력균형 탱크를 이용한 수처리 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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