KR20150146477A - 기포 발생기를 포함하는 수처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기포 발생기를 포함하는 수처리장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일측면에 의하면, 유입된 원수를 저장하는 원수조; 상기 원수조로부터 공급된 원수를 여과수 및 농축수로 분리하여 배출하는 막여과 모듈; 상기 막여과 모듈로부터 배출된 농축수를 상기 막여과 모듈의 원수 공급측으로 재공급하는 농축수 순환수단; 및 상기 농축수 순환수단 내에 존재하는 원수 내에 기포를 생성하는 기포발생기;를 포함하는 수처리장치가 제공된다.

Description

기포 발생기를 포함하는 수처리장치{WATER TREATING APPARATUS INCLUDING BUBBLE GENERATOR}

본 발명은 기포 발생기를 포함하는 수처리장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 기포를 발생시키는 기포 발생기를 이용하여 처리수수에 포함된 오염물질을 저감하기 위한 장치에 관한 것이다.

수처리장치는 원수를 의도한 목적에 적합하도록 처리하는 장치로서, 크게 분류하면 용수처리장치와 폐수처리장치가 있다. 여기서, 전자는 음료수나 공업용수를 대상으로 하고 후자는 도시하수 또는 도시폐수를 대상으로 한다.

이러한 수처리장치는 침전, 화학, 응집, 여과, 흡착, 생물학적처리 및 염소처리 등의 방법을 활용하여 원수를 의도한 수준으로 처리하게 되며, 각각의 용도에 따라서 사용되는 처리방법에는 차이가 있게 된다.

일 예로서 생물학적 처리장의 처리수를 원수로서 이용하는 멤브레인 재이용시설은 주로 공업용수를 공급하기 위한 목적으로 사용되며, 일반적인 수원(지하수, 호소수, 하천수 등)에 비해 일반적으로 용존성 유기물(COD, TOC 등) 유기물함량이 상대적으로 많은 특징을 가지고 있다. 즉, 생물학적 처리장의 처리수를 원수로 이용하는 경우 처리장 공정 운영 및 계절적 영향 등으로 원수내 수질이 일정치 않은 특징이 있다.

이러한 생물학적 처리장의 경우 법적방류수질 규제항목인 BOD, COD, SS 등에 대해서만 관리가 이루어지기 때문에, 탁도, 용존성 유기물질 항목 DOC, TOC 등이 일정하지 않은 특성이 있다. 따라서, 원수수질이 일정치 않으면 재이용시설의 안정적인 운영 및 유지관리가 용이치 않으며, 이로 인해 멤브레인 파울링(Fouling)의 빈도가 늘어나게 되며, 그에 따라 세정횟수가 많아져 결과적으로 유지관리비 상승 및 멤브레인 수명단축을 야기시킨다.

이러한 파울링은 주로 원수 내에 잔류하는 용존 유기물질에 의해 야기된다. 이를 해소하기 위한 방법으로서 원수 내에 응집제를 첨가하여 유기물질을 응집시킨 후 침전시켜 제거하여 멤브레인으로 유입되는 유기물의 양을 줄이는 방법을 사용할 수 있다. 그러나, 응집제를 효율적으로 사용하기 위해서는 유기물질의 농도에 맞는 적정량의 응집제를 투여하여야만 유기물질이 효율적으로 제거될 뿐만 아니라, 응집제로 인한 추가 경비를 최소화할 수 있다. 문제는, 상술한 바와 같이 원수내 유기물질 농도가 일정치 않기 때문에 적정 응집제 투여량 산정이 불가능하여 또 다른 막 파울링의 원인으로 작용하기도 한다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 멤브레인으로 유입되는 원수 내에 포함된 유기물을 사전에 제거함으로서 세정주기를 늘릴 수 있는 수처리장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 유입된 원수를 저장하는 원수조; 상기 원수조로부터 공급된 원수를 여과수 및 농축수로 분리하여 배출하는 막여과 모듈; 상기 막여과 모듈로부터 배출된 농축수를 상기 막여과 모듈의 원수 공급측으로 재공급하는 농축수 순환수단; 및 상기 농축수 순환수단 내에 존재하는 원수 내에 기포를 생성하는 기포발생기;를 포함하는 수처리장치가 제공된다.

여기서, 상기 농축수 순환수단은 상기 막여과 모듈과 상기 원수조 사이에서 연장되는 농축수 배출관을 포함하고, 상기 기포발생기는 상기 농축수 배출관 내부에 기포를 생성할 수 있다.

그리고, 상기 농축수 배출관에는 추가적인 여과수단이 구비되고, 상기 여과수단은 상기 기포발생기의 하류측에 배치될 수 있다.

또한, 상기 기포발생기에 의해 생성되는 기포의 평균입경이 50㎛ 이하일 수 있다.

그리고, 상기 원수조로 유입되는 원수는 생물학적 처리장으로부터 공급되는 처리수일 수 있다.

또한, 상기 막여과 모듈은 가압식 정밀여과막(Microfiltration Membrane, MF) 또는 한외여과막(Ultrafiltration Membrane, UF)일 수 있다.

또한, 상기 막여과 모듈로부터 공급되는 여과수를 추가적으로 처리하는 역삼투 모듈을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 기포발생기는 액체 유입구, 기체 유입구 및 배출구가 형성되는 케이싱; 및 상기 케이싱 내에 구비되어 유입된 액체 및 기체를 가압하는 임펠러;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 원수조 내에 기포발생기가 추가적으로 구비될 수 있다.

상기와 같은 구성을 포함하는 본 발명의 일측면에 의하면, 막여과 모듈로 유입되는 원수에 포함된 유기물의 일부를 상기 기포발생기에 의해 제공된 기포를 이용하여 제거함으로써, 파울링의 생성빈도를 낮출 수 있어 세정주기를 연장할 수 있게 된다. 특히, 막여과 모듈로 공급되는 원수가 아니라 막여과 모듈로부터 배출된 농축수에 기포를 제공하므로, 기포와 유기물이 접촉하는 빈도를 증가시켜서 보다 효율적으로 유기물을 제거할 수 있게 된다.

그리고, 상기 농축수 순환수단 내에 추가적인 여과수단을 제공하여, 기포와의 접촉으로 유기물을 제거한 후 생기는 스캠이 원수조에 유입되는 것을 차단함으로써, 원수의 추가적인 오염을 방지할 수 있게 된다.

아울러, 상기 기포발생기에 의해 제공되는 기포의 평균입경을 50㎛ 이하로 함으로써, 기포와 유기물의 접촉 정도를 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 수처리장치의 제1 실시예를 개략적으로 도시한 블럭도이다.
도 2는 상기 제1 실시예에 구비되는 기포발생기의 일 예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 상기 제1 실시예에 구비되는 기포발생기의 다른 예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 수처리장치의 제2 실시예를 개략적으로 도시한 블럭도이다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 수처리장치의 실시예에 대해서 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 수처리장치의 제1 실시예를 개략적으로 도시한 블럭도이다. 도 1을 참조하면, 상기 제1 실시예(100)는 생물학적 처리장의 처리수를 원수로서 이용하는 멤브레인 재이용시설에 대한 것이나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 공업용수와 같이 높은 수준의 정화를 요하지 않는 수처리분야에 적용할 수 있다.

상기 제1 실시예(100)는 하폐수 처리장(101)에 의해 1차적으로 처리된 처리수를 원수로서 저장하는 원수조(102)를 포함한다. 그리고, 상기 원수조(102)에 저장된 원수를 여과하기 위한 막여과 모듈(103)을 구비한다. 여기서, 도시되지 않았으나 상기 원수를 상기 막여과 모듈로 공급하기 위한 원수공급펌프가 구비되어, 원수를 막여과 모듈로 압송하도록 한다. 상기 원수공급펌프는 인버터 등을 이용하여 회전수를 조절할 수 있도록 구성되며, 상기 인버터에 의해 제어되는 회전수가 변경되면 펌프를 통해 공급되는 원수 유량도 변경된다.

상기 원수공급펌프에 의해 공급된 원수는 막여과 모듈(103)을 통해 여과된다. 여기서, 공급된 원수의 일부는 막여과 모듈(103) 내부에 구비되는 막을 통과하여 여과수로서 배출되고, 나머지는 여과수에 포함되어 있던 용존 유기물질이 더해져서 농도가 더욱 커진 농축수로서 배출된다. 상기 막여과 모듈(103)로는 가압식 정밀여과막(Microfiltration Membrane, MF) 또는 한외여과막(Ultrafiltration Membrane, UF) 등을 사용할 수 있으며, 상기 실시예에서는 상기 원수공급펌프에 의해 원수가 가압되어 막을 통과하는 가압식 막여과 모듈이 사용되고 있다.

구체적으로, 상기 막여과 모듈(103)은 유입된 원수를 여과하여 생성된 여과수가 배출되는 여과수 배출관(103b) 및 농축수가 배출되는 농축수 배출관(103a)과 연결되며, 상기 농축수 배출관(103a)에는 밸브가 구비되어 배출되는 농축수와 여과수의 비율을 임의로 조절할 수 있도록 구성된다.

상기 밸브는 개폐 가능한 on/off 밸브 또는 개도를 조절할 수 있는 가변 밸브를 사용할 수 있으며, 상기 밸브의 개폐상태에 따라서 배출되는 농축수와 여과수의 비율이 달라지게 된다.

상기 여과수 배출관(103b)으로부터 배출된 여과수는 여과수 저장조(104)에 일시적으로 저장되며, 역삼투 모듈(105)로 투입된다. 상기 역삼투 모듈은 흔히 RO 필터로 통칭되는 것으로서, 역삼투압을 이용하여 여과수 중에 포함된 이물질을 걸러내며, 역삼투 모듈을 통과한 여과수는 여과수 배출관(105b)을 통해 공급수로서 공급된다. 그리고, 역삼투 모듈 내에서 생성된 농축수는 농축수 배출관(105a)을 통해 외부로 배출된다.

여기서, 상기 여과수 저장조(104)는 일종의 버퍼로서 기능하여, 여과수의 공급유량에 변화가 있더라도 역삼투 모듈에 안정적으로 공급을 가능하게 하는 역할을 하게 된다.

한편, 상기 농축수 배출관(103a)은 막여과 모듈로부터 배출된 농축수를 상기 원수조(102)로 재공급하게 된다. 이때, 상기 농축수 배출관(103a)에는 기포 발생기(110')가 구비되어 농축수 배출관 내부를 흐르는 농축수 내에 기포를 제공하게 된다. 이때, 상기 기포는 그 평균 입경이 50㎛가 되도록 공급되는 것이 바람직하다. 이러한 입경을 갖는 기포는 소위 마이크로/나노 버블로서 불리우는 것으로서, 미세한 입경으로 인해 대부분은 수면에 도달하기 전에 수중에서 소멸되고, 나머지는 수면에 도달하여 파열되게 된다.

상기 마이크로 버블이 소멸하는 경우, 극히 미세한 범위 내이기는 하지만 순간적으로 수천℃의 온도 및 수천 기압의 영역(극한 반응장)을 형성하게 된다. 이를 압궤 현상이라 하는데, 이러한 영역이 발생되면 그 주위에 존재하는 유기물이 분해될 뿐만 아니라 프리 라디칼이 발생되어 인접하게 존재하는 유기물을 산화 및 파괴시키게 된다.

아울러, 상기 마이크로 버블은 마이너스롤 대전하기 위해서 원수 내에 존재하는 부유 물질을 흡착하기 쉬우므로, 이러한 부유 물질이 버블과 함께 수면으로 부상하여 분리시키는 것을 기대할 수 있다.

특히, 상기 제1 실시예에서는 이러한 마이크로 버블을 유기물의 농도가 상대적으로 높은 농축수 내에 제공하므로, 마이크로 버블과 유기물의 접촉빈도가 높아져서 유기물 분해효과를 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 제1 실시예에서는 상기 원수조(102)의 내부에도 상기 기포발생기(110)가 구비되어 있다. 이를 통해서, 유기물 제거효과를 더욱 상승시킬 수 있으나, 유입되는 처리수 내의 유기물 농도를 감안하여 상기 원수조(102) 내의 기포발생기(110)는 생략할 수도 있다.

한편, 상기 기포발생기(110')의 하류측에는 추가적인 여과수단(112)이 구비된다. 상기 여과수단(112)은 상기 막여과 모듈에 비해서 낮은 여과 성능을 구비하는데, 분해되지 않은 농축수에 포함된 용존 유기물질 및 마이크로 버블에 의해 유기물이 분해되면서 생성되는 스캠을 걸러내는 역할을 하게 된다. 이를 통해, 스캠으로 인한 상기 원수조 내의 오염도가 증가를 방지하고, 상기 막여과 모듈에 가해지는 부하를 경감할 수 있어 세정주기를 길게 할 수 있다.

다만, 상기 여과수단 역시 장기간 사용시 파울링이 발생될 수 있지만, 상기 막여과 모듈에 비해서 세정시간이 매우 짧기 때문에 세정으로 인한 가동중단 시간을 최소화할 수 있다.

한편, 상기 기포 발생기는 그 작동 원리에 따라서 크게 두 가지로 분류할 수 있는데, 하나는 가압 용해형으로 불리우며 액체 내에 기체를 공급한 후 가압하여 포화 용액을 만들고, 생성된 고압의 포화용액을 다른 액체 내에 공급하여 감압된 기체가 다시 기포화하는 현상을 이용한 것이다. 다른 하나는 2상 선회형으로 불리우며, 유체와 기체를 함께 공급한 후 노즐 내부에서 고속으로 회전시킴으로써 마이크로 버블이 생성되도록 한 것이다.

도 2는 상기 가압 용해형 기포발생기의 일 예(120)를 도시한 것으로서, 케이싱(121)의 내부에 회전 가능하게 설치되는 임펠러(124)를 포함한다. 여기서, 상기 케이싱(121)에는 액체가 유입되는 액체 유입구(122) 및 기체가 유입되는 기체 유입구(123)가 형성되고, 유입된 액체 및 기체는 혼합된 상태에서 상기 임펠러(124) 측으로 이송된다.

상기 임펠러(124)는 유입된 액체 및 기체를 가압하여 포화용액을 만들고, 생성된 포화용액은 배출구(125)를 통해서 외부로 공급된다. 상기 배출구(125)는 상기 농축수 배출관(103a)과 연결되어, 공급된 포화용액이 농축수 배출관(103a)의 내부에서 감압되면서 마이크로 버블이 농축수 배출관(103a)의 내부에 생성되도록 한다.

도 3은 상기 2상 선회형 기포발생기의 일 예(130)를 도시한 것으로서, 케이싱(131)의 양단부에 유입구(132) 및 배출구(134)가 구비되고, 상기 케이싱(131)의 측면에 기체 유입구(133)가 배치된다. 그리고, 상기 케이싱(131)의 내부에는 케이싱(131)을 통과하는 액체를 선회시키는 경사판(미도시)이 구비되어, 액체가 고속으로 회전하면서 상기 배출구(134)로부터 배출되도록 한다. 여기서, 상기 유입구(132)는 입구가 좁아지는 노즐의 형태를 가지며, 배출구(134)는 입구가 넓어지는 디퓨저의 형태를 가지고 있다.

한편, 본 발명은 반드시 도 1에 도시된 실시예에 한하지 않으며, 상기 기포발생기가 원수조 내부에만 설치된 형태도 고려할 수 있다. 도 4는 이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 제2 실시예(200)를 도시한 것으로서, 이하의 설명에서는 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호를 부여하고 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 도 4를 참조하면, 상기 제2 실시예(200)는 하폐수 처리장하폐수 처리장(101)에 의해 1차적으로 처리된 처리수를 원수로서 저장하는 원수조(102)를 포함한다.

그리고, 상기 원수조(102)에 저장된 원수를 여과하기 위한 막여과 모듈(103)을 구비하되, 상기 원수조(102)와 막여과 모듈(103) 사이에 상술한 추가적인 여과수단(112)이 구비된다.

상기 막여과 모듈(103)은 유입된 원수를 여과하여 생성된 여과수가 배출되는 여과수 배출관(103b) 및 농축수가 배출되는 농축수 배출관(103a)과 연결되며, 상기 농축수 배출관(103a)에는 밸브가 구비되어 배출되는 농축수와 여과수의 비율을 임의로 조절할 수 있도록 구성된다. 다만, 상기 제2 실시예(200)에서는 상기 농축수 배출관(103a)을 통해 배출된 농축수에 기포가 제공되지는 않으며, 상기 원수조(102)의 내부에만 기포발생기에 의한 기포가 제공되는 점에서 제1 실시예와는 차이를 갖는다.

따라서, 상기 원수조(102) 내에 유기물 분해로 생성되는 스캠이 부유하게 되므로, 상기 여과수단(112)에 의해 스캠을 사전에 여과함으로써 막여과 모듈로 스캠이 유입되는 것을 차단할 수 있도록 구성된다.

Claims (7)

1. 유입되는 원수를 저장하는 원수조;
   정밀여과막 또는 한외여과막을 구비하고, 상기 원수조로부터 공급되는 원수의 적어도 일부를 상기 정밀여과막 또는 한외여과막으로 통과시켜 여과시키며, 상기 원수의 나머지 일부와 여과되지 못한 용존 유기물질을 여과수로부터 분리하여 배출하는 막여과 모듈;
   상기 정밀여과막 또는 한외여과막을 통과하는 여과수 중에 포함된 이물질을 걸러내는 역삼투 모듈;
   상기 막여과 모듈에서 배출되는 원수의 나머지 일부와 여과되지 못한 용존 유기물질을 상기 원수조로 재공급하는 순환수단; 및
   상기 순환수단에 구비되고, 상기 순환수단을 따라 흐르는 용존 유기물질이 포함된 나머지 일부의 원수 내에 마이크로 버블을 생성하여 상기 마이크로 버블의 산화작용에 의해 상기 원수조 및 순환수단의 원수 중에 포함된 용존 유기물질을 제거하는 제1기포발생기를 포함하는 수처리장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 순환수단은 상기 막여과 모듈과 상기 원수조를 연결하는 배출관을 포함하고, 상기 제1기포발생기는 상기 배출관 내부에 마이크로 버블을 생성하는 것을 특징으로 하는 수처리장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 배출관에는 추가적인 여과수단이 구비되고, 상기 여과수단은 상기 제1기포발생기의 하류측에 배치되는 것을 특징으로 하는 수처리장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 원수조로 유입되는 원수는 생물학적 처리장으로부터 공급되는 처리수 또는 하폐수 처리장의 처리수인 것을 특징으로 하는 수처리장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 원수조의 내부에 제2기포발생기를 더 포함하여, 상기 원수조의 원수 중에 마이크로 버블을 생성하는 것을 특징으로 하는 수처리장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1기포발생기 또는 제2기포발생기는
   액체 유입구, 기체 유입구 및 배출구가 형성되는 케이싱; 및
   상기 케이싱 내에 구비되어 유입된 액체 및 기체를 가압하는 임펠러를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리장치.
7. 제5항에 있어서,
   상기 제1 및 제2기포발생기에 의해 생성되는 마이크로 버블의 평균입경이 50㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 수처리장치.

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