KR20160101019A - 흡착성 분말 물질 상의 흡착 및 막의 마모를 제한하는 수단을 포함하는 막형 수처리 시설 및 방법 - Google Patents

Abstract

적어도 하나의 침지된 여과막을 함유하는 막 반응기에서 0.1-5g/L의 농도로 흡착성 분말 물질과 접촉하도록 물을 투입하는 단계; 막 반응기 내 흡착성 분말 물질을 함유하는 물의 침지된 막에 의한 여과 단계, 상기 막은 적어도 부분적으로 유기물질로 구성됨;를 포함하는 수처리 방법으로서, 상기 방법은 흡착성 분말 물질에 의한 적어도 하나의 침지된 막의 마모를 제한하는 것을 목표로 하는 단계들을 포함하되, 상기 단계들은: 막 반응기 내에서, 1g/L-10g/L의 농도로, 입자들로 구성된 미립자 중합체 물질과 접촉하도록 흡착성 분말 물질을 함유하는 물을 투입하는 단계, 상기 입자들은 1㎜-5㎜의 평균직경을 가지며 1.05-1.5의 밀도를 가짐; 및 적어도 하나의 여과막을 함유하는 막 반응기 내에서 물, 흡착성 분말 물질 및 미립자 중합체 물질로 구성된 혼합물을 교반하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 수처리 방법이 제공된다.

Description

흡착성 분말 물질 상의 흡착 및 막의 마모를 제한하는 수단을 포함하는 막형 수처리 시설 및 방법{MEMBRANE WATER TREATMENT FACILITY AND METHOD INCORPORATING ADSORPTION ON AN ADSORBENT POWDERED MATERIAL AND MEANS FOR LIMITING THE ABRASION OF THE MEMBRANES}

1. 발명의 분야

본 발명은 수처리 분야에 관련된다.

보다 구체적으로, 본 발명은 적어도 하나의 막 반응기를 시행하며, 오염물의 함량을 감소시키는 것을 목표로 하는 수처리 방법 및 대응 플랜트에 관련된다.

하기 상세한 설명에서 용어 "오염물(pollutant)"은 처리될 물에 존재하는 임의의 물질로서 사람 또는 동물의 소비를 포함한 주어진 용도에 적합하게 물이 처리되도록 하기 위해 그 함량이 제한될 필요가 있는, 임의의 물질을 의미하는 것으로 여겨진다. 이러한 물질은 미생물, 부유 물질, 유기 물질, 콜로이드성 물질, 살충제 및/또는 비료, 의약품 잔류물, 용매, 환경 호르몬 등을 포함한다.

2. 종래 기술

처리수 또는 자연수를 정제하거나 음용에 적합하게 하기 위해 다양한 방법이 시행된다. 이들 방법의 목적은 물이 함유하는 모든 또는 일부의 유기 물질, 미세 오염 물질, 미생물, 부유 물질 등을 제거하는 것이다. 물에서 발견되는 미세 오염 물질은 다양한 기원을 가질 수 있다: 의약품 잔류물, 환경 호르몬, 농약 잔류물, 염화 용매 등.

이러한 단계들은 전형적으로 응고-응집 단계를 시행한 뒤에, 처리될 물이 분말 활성 탄소(PAC), 이온 교환 수지 또는 제올라이트와 같은 흡착성 분말 물질과 접촉하는 흡착 단계를 시행한다. 이들의 다공성과 높은 흡착 용량 덕분에, 흡착성 분말 물질은 오염물의 고정 또는 흡착을 가능하게 한다. 이후, 대개 중력식 분리기에 의해 이후 모래 필터에 의해 그리고 최종적으로 여과막에 의해, 이들 분말 물질 및 응고-응집제가 물에서 분리된다. 응고-응집 및 흡착 단계들은 물에 함유된 오염물을 상당히 감소시킨다. 따라서, 여과막에 도달하는 물은 막을 막히게 할 수 있는 많은 물질이 이미 제거된 것이다. 그러나, 시행되기 위해 이들 방법은 상당한 기반시설, 특히 토목 공사 작업을 필요로 하며, 따라서 비용이 많이 든다. 또한, 이러한 방법은 시행 조건들, 특히 분리기 내 분말 물질의 농도와 관련된 사항 및 손실을 최소화하기 위해 첨가되어야 하는 신선한 물질의 양을 최소화하기 위해 분리기의 바닥에 흐르는 물질의 손실의 관리를, 정교하게 제어할 필요를 시사한다. 모든 이들 요인들은 수처리 플랜트의 전반적인 효율 및 처리수의 제조비용에 부정적인 영향을 미친다.

이들 문제점들은 특허 출원 번호 FR-A1-2982255에 기재된 용해된 유기 오염 물질의 내용물을 제거하기 위해 폐수 또는 자연수를 처리하는 기술에 의해 상당히 극복될 수 있다. 상기 특허 출원에서, 물이 5-50m/h의 속도로 흐르는 반응기에서 PAC와 접촉하도록 물이 투입되며 이후 획득된 혼합물은 비-막형 기계적 여과 유닛을 통해 직접적으로 여과된다.

다른 대안적 방법으로, PAC와 접촉하도록 처리될 물이 투입되며 이후 처리된 물은 외부-내부 여과로 막 여과에 의해 PAC로부터 분리된다. 이런 맥락에서 사용된 막은 특히 나노여과(nanofiltration) 막 또는 한외여과(ultrafiltration) 막 또는 정밀여과(microfiltration) 막일 수 있다. 이후 PAC는 회수되고 여과막의 상류로 재순환된다.

이러한 방법은 특히 효과적인 것으로 입증된다. 그러나, 여전히 더 개선될 여지가 있다.

막을 통해 물이 배수되는 정밀 여과 또는 한외 여과 또는 나노 여과에 의한, 침지된 막에 의한 여과 동안, PAC 같은 분말 물질은 이들 막의 세공을 막는다. 따라서, 막은 점진적으로 막히는 경향이 있고, 이는 부하(load)의 손실 및 막을 통한 여과 흐름의 감소를 증가시키는 결과를 가져오며, 따라서 에너지 소모를 증가시킨다. PAC에 의한 막의 막힘은 부분적으로 비가역적일 수 있으며, 또한 막의 사용 수명을 감소시키는 경향이 있다.

침지된 막의 막힘을 없애려면, 주로 염화 용매와 같은 화학 제품을 사용하여 매일 또는 매주 세척해서 사용해야 한다. 여기서, 이들 용매는 PAC의 흡착 용량을 감소시킨다. 이런 PAC 효율의 감소를 극복하기 위해, 처리될 물에 신선한 PAC를 자주 주입해야만 한다.

종종, 막의 막힘을 없애는 것을 돕기 위해 반응기에 공기가 주입된다. 또한, 주입된 공기는 반응기의 내용물을 교반시킬 수 있다.

그러나, 여과 막으로 공기의 주입과 결합된 PAC 및/또는 막힘 없앰에 사용되는 화학 제품은 막의 표면에 마모 작용을 갖는 경향이 있다. 이들 막은 PAC보다 낮은 경도를 갖는, 주로 중합체인, 유기 물질로 정말 완전히 또는 부분적으로 구성된다. 이런 마모 현상의 첫 번째 결과는 정밀 여과막 또는 한외 여과막 또는 나노 여과막의 사용 수명을 감소시키고, 필연적으로 여과 효율을 감소시키는 것이다.

따라서, 여과막을 종종 교체할 필요가 있다. 어떤 경우, 막의 이러한 교체는 매년 이루어져야 한다.

따라서, 이들 방법은 에너지 및 시약의 주요한 소모를 일으킨다. 또한, 여과 막은 비교적 자주 교체되어야 한다. 이는 플랜트를 작동이 중단되어야 함을 의미한다. 이러한 모든 것은 처리수의 제조 비용의 증가에 관여한다.

3. 발명의 목표

본 발명은 특히 종래 기술의 이런 문제점의 전부 또는 일부를 극복하는 것을 목적으로 한다.

보다 구체적으로, 본 발명의 목적은 적어도 일 구현 예에서, 특히 분말 활성 탄소와 같은 흡착성 분말 물질 상의 흡착 및 막의 사용 수명을 최적화하는 유기물로 적어도 부분적으로 구성된 특히 나노여과 또는 정밀여과 또는 한외여과 막 상의 막 여과를 결합한 수처리 방법을 제공하는 것이다.

구체적으로, 본 발명의 목적은 막을 구성하는 물질의 마모를 통한 여과 막의 마모 및 찍어짐을 제한할 수 있는, 물의 막 처리 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 적어도 일 구현 예에서, 막의 막힘 없앰에 필요한 시약의 소모, 그리고 보다 일반적으로는 수처리를 수행하는데 사용되는 시약의 소모를 감소시키는 방법을 시행하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 적어도 일 구현 예에서, 설계가 단순 및/또는 시행하기 단순 및/또는 간편 및/또는 경제적인 기술을 제공하는 것이다.

4. 발명의 요약

이러한 목표뿐만 아니라 하기 나타날 다른 목표들이 본 발명에 의해 획득될 수 있으며, 본 발명은:

적어도 하나의 침지된 여과막을 함유하는 막 반응기에서 0.1-5g/L의 농도로 흡착성 분말 물질과 접촉하도록 물을 투입하는 단계;

막 반응기 내 흡착성 분말 물질을 함유하는 물의 침지된 막에 의한 여과 단계, 상기 막은 적어도 부분적으로 유기물질로 구성됨;를 포함하는 수처리 방법으로서,

상기 방법은 흡착성 분말 물질에 의한 적어도 하나의 침지된 막의 마모를 제한하는 것을 목표로 하는 단계들을 포함하되, 상기 단계들은:

막 반응기 내에서, 1g/L-10g/L의 농도로, 입자들로 구성된 미립자 중합체 물질과 접촉하도록 흡착성 분말 물질을 함유하는 물을 투입하는 단계, 상기 입자들은 1㎜-5㎜의 평균직경을 가지며 1.05-1.5의 밀도를 가짐; 및

적어도 하나의 여과막을 함유하는 막 반응기 내에서 물, 흡착성 분말 물질 및 미립자 중합체 물질로 구성된 혼합물을 교반하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 수처리 방법에 관련된다.

5. 도면 리스트
본 발명의 다른 특징 및 이점은 단순히 설명적이고 불완전한 예시로서 주어진 하기 두 개의 바람직한 구현 예의 설명으로부터 그리고 첨부된 도면으로부터 보다 명확히 나타날 것이며, 도면 중:
- 도 1은 본 발명에 따른 방법을 시행하는 플랜트의 제1 구현 예를 개략적으로 도시하며;
- 도 2는 본 발명에 따른 방법을 시행하는 플랜트의 제2 구현 예를 개략적으로 도시하며;
- 도 3은 본 발명에 따라 시행된 도 1에 도시된 유형의 플랜트의 정밀여과 막의 투과성의 증진을 나타내는 그래프이다.

따라서, 본 발명은 교반이 일어나는 수처리 반응기에 특정 미립자 중합체 물질을 제공하는 단계를 포함하는, 분말 물질 상의 흡착과 이후 막의 여과를 결합한 수처리 기술을 제안하며, 적어도 부분적으로 여과막을 구성하는 유기물질에 대한 흡착성 분말 물질의 마모 능력에 기인한 기술적 문제를 해결하려는 목표를 가진다.

본 발명은 흡착성 분말 물질이 PAC인 경우에 한정되지 않으며, 사용되는 여과막을 적어도 부분적으로 구성하는 유기물질의 경도보다 큰 경도를 갖는 물질이라면 흡착성 분말 물질이 예를 들어 제올라이트와 같은 다른 물질인 경우도 포함함에 주목한다. 또한, 본 발명은 수지 미립자가 이러한 마모 능력을 가질 수 있는 한, 흡착성 물질이 수지로 구성되는 경우에도 적용될 것이다.

당해 기술분야의 통상의 기술자는 여과막을 함유하는 반응기에 미립자 물질을 첨가하는 것은, 팽배한 교반 동작의 영향 하에, 막의 마모 현상 및/또는 막의 막힘 현상이 두드러지게 할 것임을 상당히 논리적으로 믿는 경향이 있었다. 그러나, 본 발명자들은 미립자 중합체 물질의 첨가가 마모 현상을 전혀 증폭시키지 않음을 인지하였다. 상당히 상반되게, 미립자 중합체 물질은 흡착성 분말 물질에 의해 통상적으로 초래되는 기계적 마모 및 찢어짐으로부터 막의 표면을 보호한다. 보다 구체적으로, 본 발명자들은 미립자 중합체 물질의 보호적 역할은 물질을 구성하는 입자들 뿐만 아니라 입자들에 의해 유도된 난류(turbulence)가 여과막 주위에 보호 쉴드 또는 막을 형성하는 사실에 관련됨을 주목하였다. 이런 보호 쉴드는:

- 흡착성 분말 물질이 막의 표면에 결합하게 되는 것을 방지하고, 따라서 막의 세공의 막힘을 방지하거나 적어도 제한하며,

- 흡착성 분말 물질이 여과 막의 표면을 문지르는 것을 방지하고, 따라서 막의 마모 현상을 방지하거나 적어도 제한한다.

따라서, 본 발명에 따른 기술은 막힘을 없애기 위해, 막에 화학 제품을 사용해 세척하는 빈도를 감소시킨다.

이에 따라, 흡착성 분말 물질의 흡착 용량에 대한 상기 화학 제품의 부정적인 효과가 감소되며, 이런 물질의 소비의 감소를 유도한다.

또한, 상기 반응기 내 교반은 현탁액 내 흡착성 분말 물질 및 미립자 중합체 물질의 농도가 모든 지점에서 근본적으로 균질하도록 이들을 현탁시키기 적합한 매체의 반응기 내 생성을 가능하게 한다. 이는 수처리를 최적화하는 역할을 한다.

또한, 반응기 내 현탁된 미립자 중합체 물질은 반응기 내 추가적 난류를 유도한다. 이런 추가적 난류는 반응기 내 흡착성 물질의 농도를 더욱 균질화하는 역할을 한다. 그 결과, 수처리 효율이 보다 규칙적이며, 처리된 물의 품질은 보다 재현가능하게 된다.

모든 이런 이유로, 본 발명에 따른 방법은 흡착성 분말 물질의 사용으로, 막힘 없앰 화학 제품의 사용으로, 막에서 상당한 절약을 달성할 수 있으며, 또한 현재 사용되는 방법과 동등한 우수한 품질 또는 보다 나은 품질의 물을 제조함과 동시에 에너지 면에서 주요한 절약을 달성할 수 있다.

본 발명에 따른 기술은 특히 막의 사용 수명을 연장시킨다. 따라서, 여과막의 교체의 빈도는 오늘날 사용되는 기술보다 감소된다.

일 변형 예에 따르면, 막 반응기 내에서 물, 미립자 중합체 물질 및 흡착성 분말 물질로 구성된 혼합물의 교반은 적어도 부분적으로 바람직하게는 혼합물에 공기를 순차적으로(sequenced) 주입하는 것에 기인한다. 공기를 순차적으로(sequencing) 주입하는 것의 이점은 이것이 과도기 모드에 의해 난류를 일으켜 에너지를 절약하기 때문이다.

대안으로서 또는 보충적으로, 막 반응기 내에서 물, 미립자 중합체 물질 및 흡착성 분말 물질로 구성된 혼합물의 교반은 적어도 부분적으로, 상기 반응기 내 물 및 흡착성 분말 물질로 구성된 혼합물의 적어도 일부의 재순환에 기인한다.

이에 따라 촉발된 교반은 첫 번째로 반응기 내 흡착성 분말 물질 및 미립자 중합체 물질의 농도의 균질성을 향상시키며, 두 번째로 흡착성 분말 물질에 비해 미립자 중합체 물질의 보호적 역할을 발전시킨다.

바람직하게, 흡착성 분말 물질은 분말 활성 탄소(PAC), 즉 5㎛-200㎛, 바람직하게 15㎛-35㎛의 평균 직경을 갖는 입자들로 구성된 활성 탄소이다.

이롭게는, 상기 중합체 물질은 폴리프로필렌 비드, 카보네이티드 폴리프로필렌 비드, 미네랄로 채워진 중공(hollow) 폴리프로필렌 비드, 폴리카보네이트 비드, 폴리우레탄 비드, 폴리메틸메타크릴레이트 비드, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 비드, 폴리옥시메틸렌 비드, 폴리에틸렌 비드, 및 폴리비닐 클로라이드 비드를 포함하는 군으로부터 선택된다.

이들 비드는 막에 비해 화학적으로 비활성인 이점을 가지며 비용이 적게 든다. 바람직하게, 이들 비드의 표면은, 막에 마모적으로 작용하거나 처리될 물이 함유할 수 있는 바이오매스를 고정시키는 지지체로서 작용하지 않도록, 매끄럽다.

하나의 이로운 구현 예에서, 처리될 물은 3-15m/h의 속도로 막 반응기 안을 순환한다.

이러한 시행은 흡착성 물질 및 미립자 중합체 물질을 현탁시키기 유리한 환경을 반응기 내에 생성한다. 따라서, 미립자 중합체 물질의 비드의 움직임에 의해 유도된 난류 효과는 흡착성 분말 물질에 의한 막의 마모 현상을 방지하거나 적어도 크게 제한한다. 또한, 난류의 움직임은 여과 물질에 부착될 수 있고 세공을 막을 수 있는 물질의 매끄러운 분리를 가능하게 한다.

이롭게는, 상기 막은 침지된 정밀여과, 한외여과 및 나노여과 막으로 이루어진 막의 군으로부터 선택된다.

일 구체적인 이로운 구현 예에서, 본 발명에 따른 방법은 처리될 물로 오존을 주입하는 단계를 더 포함하며, 상기 오존 주입 단계는 상기 막 반응기의 상류 또는 상기 막 반응기 내에서 수행될 수 있다.

이러한 단계는 제거되어야 하는 일부의 분자를 산화시킴으로써 수처리 효율을 개선한다. 이런 단계는 특히 환경 호르몬 및 의약품 잔류물의 제거를 개선시킨다. 또한, 오존은 커다란 크기의 유기분자를 보다 작은 분자로 부수며, 따라서 이들의 흡착 및 차후의 제거를 용이하게 한다. 최종적으로 오존화는 특정 조류의 독성 및 악취 분자를 제거한다.

바람직하게, 본 발명의 방법은 상기 막 반응기 내 어떠한 응고제 및/또는 응집제의 주입도 포함하지 않는다. 실제로, 특정 수처리 방법은 예를 들어 물의 유기 거대분자를 제거함으로써 방법의 효율을 개선시키고 처리수로부터 분말 물질의 분리를 가능하게 하기 위해 응고-응집 단계를 포함한다. 그러나, 이들 방법은 흡착성 물질 및 응집 및 응고제를 처리수로부터 분리하는 분리기에 대한 계획을 시사한다. 하지만, 일부의 흡착성 분말 물질은 이러한 분리 동안 손실된다. 이는 새로운 흡착성 물질을 재주입하는 것과 수처리 비용이 증가하는 것을 시사한다. 또한, 이들 분리기 뿐만 아니라 응고/응집 탱크 등은 수처리 비용 증가의 등가지표의 원인이 되는 토목공사 작업 및 보수에 대한 많은 투자를 나타낸다. 본 발명은 막을 사용하기 때문에 응고 및/또는 응집의 시행을 피하는 것을 가능하게 한다. 이는 규제와 관련된 이유로 응고제 및/또는 응집제의 사용이 허용되지 않는 경우 특히 주목할만하다. 본 발명에 따른 플랜트의 크기 및 비용은 이로써 감소된다. 흡착제의 손실 및 그에 따른 흡착제의 소비 또한 감소된다.

또한, 본 발명의 대상은, 적어도 하나의 여과막을 포함하는 적어도 하나의 막형 여과 유닛을 포함하는 적어도 하나의 막 반응기;

적어도 하나의 막 반응기로 처리될 물을 운반하는 수단;

처리될 물에 흡착성 분말 물질을 주입하는 수단;

막 반응기의 적어도 일부의 내용물을 재순환시키는 수단;

1-10g/L의 농도로 막 반응기 내에 존재하며 1㎜-5㎜의 평균 직경 및 1.05-1.5의 밀도를 갖는, 입자들로 구성된 미립자 중합체 물질;

막 반응기 내부에 미립자 중합체 물질의 유지 수단;

막 반응기의 내용물의 교반 수단;

막형 여과 유닛에서 나오는 물의 배출 수단;

막 반응기에서 나오는 물 및 흡착성 분말 물질 및 과량의 슬러지의 혼합물을 배수하는(draining) 수단을 포함하는, 상기 방법을 시행하기 위한 플랜트이다.

따라서, 본 발명에 따른 플랜트는 응고-응집 탱크나 응고제 및 응집제를 주입하는 수단이나 디캔터와 같은 임의의 분리기를 포함하지 않기 때문에, 응고/응집 단계를 포함하는 플랜트에 비해 간결하다. 또한, 이는 비-막형 여과 유닛을 시행하는 플랜트보다 더 간결하다.

이롭게는, 상기 미립자 중합체 물질은 폴리프로필렌 비드, 카보네이티드 폴리프로필렌 비드, 미네랄로 채워진 중공 폴리프로필렌 비드, 폴리카보네이트 비드, 폴리우레탄 비드, 폴리메틸메타크릴레이트 비드, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 비드, 폴리옥시메틸렌 비드, 폴리에틸렌 비드, 및 폴리비닐 클로라이드 비드를 포함하는 군으로부터 선택된다.

본 발명의 바람직한 변형 예에 따르면, 상기 막 반응기는:

물과 흡착성 분말 물질의 전-접촉 구역으로서, 처리될 물의 운반 수단, 상기 처리될 물의 운반 수단으로 안내하거나 접촉을 위한 구역으로 안내하는 흡착성 분말 물질의 주입 수단이 연결된 전-접촉 구역; 및

막 여과 구역;을 포함하고,

상기 전-접촉 구역 및 여과 구역은 서로 물리적으로 분리되고, 상기 플랜트는 여과 구역으로 전-접촉 구역의 내용물을 운반하는 수단을 포함한다.

이런 구현 예는 흡착성 분말 물질로 처리될 물의 체류 시간을 증가시킴으로써 흡착성 분말 물질 상에 오염물을 흡착하는데 유리하다. 이러한 변형 예는 처리될 물에 용해된 오염의 단순하고 만족스러운 감소를 가능하게 한다.

바람직하게, 상기 막 반응기의 내용물의 교반 수단은 막 반응기 내부, 이롭게는 막 반응기의 하부 또는 상기 전-접촉 구역에 배치되는 적어도 하나의 공기 주입 바를 포함한다.

대안적으로 또는 보충적으로, 상기 막 반응기의 내용물의 교반 수단은 막 반응기의 적어도 일부의 내용물을 재순환시키는 수단을 포함한다.

막 반응기의 전-접촉 구역에 제공되는, 반응기의 내용물의 교반 수단의 형태를 취하는 교반기를 제공하는 것 또한 가능하다.

이들 구현 예 중 어느 하나 또는 2개 구현 예의 조합은 막 반응기 내 현탁액으로 흡착성 분말 물질 및 미립자 중합체 물질을 유지하기 위해 교반을 일으키는 것을 가능하게 한다. 이런 교반은 첫 번째로 반응기 내 상기 흡착성 분말 물질 및 미립자 중합체 물질의 분포를 균질화할 수 있고 두 번째로 흡착성 물질이 여과 막에 부착되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 물의 품질은 보다 우수하고 보다 재현가능하다. 막의 마모 및 막힘 현상 또한 감소되거나 심지어 방지될 수 있다.

이롭게는, 본 발명에 따른 플랜트는 처리될 물로 오존을 주입하는 수단을 포함한다.

오존 주입 수단은 처리될 물을 전-접촉 반응기로 안내하는 수단에 위치되거나, 막 반응기 자체 내에 위치될 수 있다. 또한, 오존의 주입은 흡착성 분말 물질을 처리될 물에 주입하는 것보다 상류에서 수행될 수 있다. 보다 구체적으로, 오존의 주입은, 흡착성 물질과 접촉하도록 배치하는 단계 이전에, 거대분자를 부수며 흡착 전 물에 용해된 오염물을 부분적으로 산화시킨다. 따라서, 흡착성 분말 물질의 흡착이 용이하게 되며 처리수의 품질이 개선된다.

6. 본 발명의 구현 예의 설명

6.1. 본 발명의 원리의 상기

본 발명의 일반적인 원리는 흡착성 분말 물질 상의 흡착 및 막 상의 여과를 결합한 수처리 기술을 기초로 하며, 이에 따르면 막의 마모를 제한하기 위해 막 반응기로 미립자 중합체 물질이 첨가된다.

6.2. 제1 구현 예의 설명

도 1을 참고로, 본 발명에 따른 방법을 시행하는 발명에 따른 플랜트의 제1 구현 예를 나타낸다.

상기 구현 예에서, 본 발명에 따른 플랜트는 처리될 물을 반응기로 도입하기 위해 수처리 반응기(40)로 통하는 물의 도입 도관(1)을 포함한다.

오존의 주입 수단(2), 즉 주입기는 처리될 물이 오존화 단계를 겪도록 하기 위해 처리될 물에 오존을 주입하는데 사용된다. 상기 오존화 단계는 처리될 물에 함유된 전부 또는 일부의 오염물을 산화시킨다. 또한, 이는 거대분자를 부숴 흡착성 분말 물질 상에 이들이 흡착되는 것을 용이하게 한다. 이런 구현 예에서, 오존의 주입은 물의 도입 파이프(1)에서 수행된다. 그러나, 다른 구현 예에서, 이는 막 반응기의 수준에서 수행될 수 있다.

반응기(40)는 막형 여과 모듈(41)에 자리를 할당한다. 상기 막형 여과 모듈(41)은 침지된 막, 이 경우 정밀여과 막으로 구성되나, 다른 구현 예에서 이는 적어도 부분적으로 유기물질로 만든 한외여과 또는 나노여과 막일 수 있다. 반응기(40)의 치수는 반응기(40)의 내벽들과 여과 모듈(41)의 외부 윤곽 사이에 약간의 공간이 있도록 하는 것이다.

예를 들어 주입기와 같은, 미립자 흡착 물질의 주입 수단(3)은 반응기(40)로 안내된다. 바람직하게, 상기 미립자 흡착 물질은 PAC이고, 막 반응기(40)에서 물 중 PAC의 농도가 0.1g/L-5g/L이도록 하는 결정된 함량으로 반응기(40)에 분배된다.

반응기(40)는 비드(42)의 형태로 미립자 중합체 물질을 함유한다. 비드(42)는 매끄러운 표면을 가진다. 상기 비드는 본 발명에 따른 방법을 시행하기 적합하며, 1㎜-5㎜의 평균 직경 및 1.05-1.5의 밀도를 가진다. 바람직하게, 이는 폴리프로필렌 비드, 카보네이티드 폴리프로필렌 비드, 미네랄로 채워진 중공 폴리프로필렌 비드, 폴리카보네이트 비드, 폴리우레탄 비드, 폴리메틸메타크릴레이트 비드, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 비드, 폴리옥시메틸렌 비드, 폴리에틸렌 비드, 및 폴리비닐 클로라이드 비드를 포함하는 군으로부터 선택된 미립자 중합체 물질일 수 있다.

바람직하게, 비드의 함량은 반응기(40)에서 물 중 비드(42)의 농도가 약 8g/L이도록 선택된다.

플랜트는 반응기(40)로 공기를 주입하는 수단을 포함한다. 본 명세서에서 이들 주입 수단은 공기 도입 시스템(미도시)과 연결되며, 막형 여과 모듈 아래 반응기(40)의 하부에 위치된 주입 바(43)를 포함한다. 주입된 공기는 PAC가 처리될 물에 현탁되어, 그 분포가 막 반응기 내에서 근본적으로 균일하게 되는 것을 가능하게 하며, 오염물 흡착 용량을 최적화한다. 또한, 주입된 공기는 반응기 내 비드(42)의 교반을 가능하게 한다. 이후, 비드(42)는 막의 표면에 보호적 쉴드를 형성함으로써,

- PAC가 막의 표면에 문질러지는 것을 방지함으로써 마모로부터 막의 마모 및 찢어짐을 제한하는 것;

- 물질이 반응기 안에 생성하는 난류 때문에 막을 손상시키지 않으면서 막의 표면에 증착될 수 있는 물질을 매끄럽게 분리시키는 것을 가능하게 한다.

처리수를 PAC와 분리시키기 위해 PAC와 혼합된 물은 여과 모듈을 관통한다. 이에 따라, 처리수는 위에 펌프(51)가 위치된 파이프(50)에 의해 배출된다.

또한, 플랜트는 위에 재순환 펌프(46) 및 배수 유닛(47)이 있는 재순환 루프(45)를 포함한다. 배수 유닛(47)은 과량의 슬러지를 배출한다. 재순환 파이프(45)의 유입구(inlet)는 반응기(40)의 상부로 통하는 반면, 유출구(outlet)는 반응기의 하부로 통한다. 상기 루프(45)는 적어도 부분적으로, 반응기 내에 함유된 물과 PAC의 혼합물의 재순환을 가능하게 하며, 상기 재순환은 반응기에 교반을 생성한다.

반응기(40)와 재순환 루프(45)의 유입구 사이에 배치된 고정 스크린(44)은 반응기(40) 내 비드(42)를 유지한다.

상기 구현 예에서, 반응기 내 교반이 연속적으로 지속되도록 한다.

6.3. 제2 구현 예의 설명

본 발명에 따른 방법을 시행하는 플랜트의 제2 구현 예를 도 2에 나타낸다. 본 구현 예에서, 도 1을 참조로 설명된 구현 예와 동일한 기능을 갖는 요소는 동일한 참조부호를 붙인다.

제2 구현 예에서, 플랜트는 전-접촉 구역(48) 및 여과 구역(49)으로 세분되는 막 반응기(40)를 포함한다.

본 명세서에서 전-접촉 구역(48)은 전-접촉 탱크(48)를 포함하고, 여과 구역은 여과 탱크(49)를 포함하며, 전-접촉 탱크는 여과 탱크의 상류에 배치된다.

상기 전-접촉 탱크(48)는 탱크의 하부에 예를 들어 주입 바(43)와 같은 공기 주입 수단에 자리를 할당한다. 상기 주입 바는 공기 도입 네트워크(미도시)에 연결된다. 또한, 전-접촉 탱크(48)는 물이 탱크(48)로부터 여과 탱크(49)로 순환하도록 하는 펌프(46)에 자리를 할당한다. 상기 탱크(48)는 처리될 물과 흡착성 물질 사이의 접촉 시간을 증가시킨다. 상기 구현 예는 더 오래 화합물이 PAC에 의해 흡착되도록 함으로써 수처리 방법의 효율을 증가시키기 위해, 충전된 물을 처리하는데 특히 유용하다.

다른 구현 예에서, 탱크의 내용물의 교반은 전-접촉 탱크(48)에 제공되는 하나 이상의 교반기를 통해 수행될 수 있음에 주목할 것이다.

본 구현 예에서, 물 및 흡착성 물질과 과량의 슬러지의 혼합물의 배출을 가능하게 하는 배수 유닛(47)은 여과 탱크(49)의 하부에 위치된다. 여과 탱크(49) 내 비드를 유지하는데 사용되는 고정 스크린(44)이 배수 유닛(47)에 선행한다.

또한, 상기 제2 구현 예에 따른 플랜트는 플랜트 내 물 및 흡착성 물질의 혼합물의 평균 체류 시간을 증가시키고 전-접촉 탱크 및 여과 탱크에서 교반 생성 역할을 하는 재순환 루프를 포함한다. 상기 재순환 루프는:

- 전-접촉 탱크(48)로 여과 탱크(49)의 적어도 일부의 내용물을 재순환시키는 파이프(45), 및

- 여과 탱크(49)로 전-접촉 탱크(48)의 내용물을 운반하는데 사용되는 펌프(46)를 포함한다.

제1 구현 예의 경우와 같이, 오존의 주입(3)은 물 도입 파이프(1)에서 이루어진다. 그러나, 다른 구현 예에서, 전-접촉 탱크(48)로 또는 여과 탱크(49)에 오존을 주입하는 수단을 고려할 수 있다.

상기 구현 예에서, 막의 막힘 없앰이 연속적이도록, 반응기 내부 교반이 연속적으로 수행된다.

6.4. 변형 예

상술된 두 개의 구현 예에서, 반응기의 내용물은 반응기 또는 반응기의 여과 구역으로의 공기의 주입 때문에, 그리고 반응기 또는 여과 구역의 내용물의 재순환 때문에, 움직임이 생긴다. 변형 예에서, 반응기의 내용물은 오직 공기 주입에 의해 또는 오직 재순환에 의해 움직임이 생길 수 있다.

상기 제2 구현 예에서, 반응기(40)는 분리벽에 의해 전-접촉 탱크(48) 및 여과 구역(49)으로 세분된다. 그러나, 도시되지 않은 다른 구현 예에서, 플랜트는 막형 여과 수단을 포함하는 수처리 반응기와 별개의 전-접촉 탱크를 포함할 수 있다. 이런 다른 구현 예에서, 전-접촉 탱크는 수처리 반응기의 상류에 배치된다. 파이프에 의해, 처리될 물과 PAC의 혼합물을 전-접촉 탱크로부터 수처리 탱크로 보내는데 파이프가 이용된다. 상기 변형 예에서, PAC를 도입하고 처리될 물을 도입하는 수단들 또한 전-접촉 탱크로 통한다. 제2 구현 예에서와 같이, 전-접촉 탱크의 교반은 공기의 주입에 의해 및/또는 수처리 반응기에서 전-접촉 탱크로 처리될 물과 PAC의 혼합물의 재순환에 의해 수행될 수 있다.

7. 실험

PAC 주입과 함께, 정밀여과 막을 포함한 막 반응기를 포함하는, 음용 가능하도록 수처리하는 플랜트를 시행하였으며, 물에서 PAC를 분리하고 미생물의 함량을 감소시키는데 막이 사용되었다.

미생물의 감소를 나타내는 로그 제거 값(LRV) 파라미터의 측정이 2개의 별개의 방법(배양 및 RT-PCR)에 따라, 실험의 시작 그리고 한 달 반 뒤에 이루어졌다. 하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 이들 측정 결과는 상기 감소의 아주 상당한 약화를 나타낸다. 실제로, 한 달 반 뒤에 관찰된 LRV는 측정 방법에 따라 5배 또는 7배 더 작다. 이는 PAC에 의한 마모로 인한 막의 효율의 약화를 입증한다.

분석 유형	초기 LRV	1.5개월 후 LRV
배양	4.1	0.6
RT-PCT	3.8	0.8

막 반응기 안으로 중합체 물질로 이루어진 비드, 즉 4㎜의 직경을 가지며 1.05의 밀도를 갖는 카보네이티드 폴리프로필렌의 주입을 제공한 것을 제외하고, 정제를 위해 동일 유형의 플랜트를 시행하였다. 화학 제품을 사용한 막의 세척은 수행하지 않았다.

1.5개월의 작동 후, LRV 기준은 3.3으로 측정되었는바, 초기 값에 근접하다. 상기 3.3의 LRV는 정량화 한계점에 근접한 미생물의 감소에 해당된다. 이런 결과는 주로 앞서 관찰된 막의 마모 현상의 최소화를 입증한다. 도 3을 참조하면, 실험의 시작시 측정된 투과도(LPi20)에 대한 작동 시간 동안 측정된 투과도(LP20)의 비율에 해당되는, 막의 상대적 투과도는 막의 화학적 세척이 이루어지지 않았음에도 불구하고 약간만 약화되었다. COD(화학적 산소 요구량)의 감소 및 TOC(총 유기 탄소)의 감소는 실험 내내 안정적이었다.

8. 결론

따라서, 본 발명에 따른 방법은 현존하는 방법에 의해 제조된 것보다 아주 우수한 품질은 아니더라도 균등한 품질의 처리수의 제조를 가능하게 한다. 본 발명에 따른 방법은 여과막의 사용 동안 자주 접하게 되는 문제, 즉 흡착성 물질의 마모 성질로 인한 너무 이른 막의 기계적 마모 및 찍어짐을 해결하며, 반응기로 주입된 공기의 작용과 결합될 수 있다. 실제로, 막에 비해 비활성인 미립자 중합체 물질의 첨가는, 자연스레 상상할 수 있었던 바와 달리 막의 마모 문제를 전혀 악화시키지 않으며, 이들 막의 표면을 보호한다. 보다 구체적으로, 반응기의 교반은 흡착성 분말 물질 및 미립자 중합체 물질을 현탁시키는 것을 가능하게 한다. 따라서, 흡착성 물질이 막을 문지르는 것이 제한된다: 따라서, 본 발명에 따른 방법은 막의 기계적 마모 및 찢어짐으로 이어지는 마모 현상을 효과적으로 감소시킨다.

또한, 미립자 중합체 물질을 형성하는 입자들은 물에서 이들의 움직임에 의해 매체의 난류 상태를 만들며, 흡착성 분말 물질이 여과막에 부착되고 막의 세공을 막는 것을 방지한다. 따라서, 본 발명에 따른 방법은 막의 막힘을 제한하는 역할도 한다.

Claims (15)

1. 적어도 하나의 침지된 여과막을 함유하는 막 반응기에서 0.1-5g/L의 농도로 흡착성 분말 물질과 접촉하도록 물을 투입하는 단계;
   막 반응기 내 흡착성 분말 물질을 함유하는 물의 침지된 막에 의한 여과 단계, 상기 막은 적어도 부분적으로 유기물질로 구성됨;를 포함하는 수처리 방법으로서,
   상기 방법은 흡착성 분말 물질에 의한 적어도 하나의 침지된 막의 마모를 제한하는 것을 목표로 하는 단계들을 포함하되, 상기 단계들은:
   막 반응기 내에서, 1g/L-10g/L의 농도로, 입자들로 구성된 미립자 중합체 물질과 접촉하도록 흡착성 분말 물질을 함유하는 물을 투입하는 단계, 상기 입자들은 1㎜-5㎜의 평균직경을 가지며 1.05-1.5의 밀도를 가짐; 및
   적어도 하나의 여과막을 함유하는 막 반응기 내에서 물, 흡착성 분말 물질 및 미립자 중합체 물질로 구성된 혼합물을 교반하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 수처리 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   막 반응기 내에서 물, 미립자 중합체 물질 및 흡착성 분말 물질로 구성된 혼합물을 교반하는 단계는, 적어도 부분적으로, 공기를 혼합물로 순차적으로 또는 비순차적으로 주입하는 것에 기인하는 것을 특징으로 하는, 방법.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   막 반응기 내에서 물, 미립자 중합체 물질 및 흡착성 분말 물질로 구성된 혼합물을 교반하는 단계는, 적어도 부분적으로, 반응기 내 물 및 흡착성 분말 물질로 구성된 혼합물의 적어도 일부를 재순환시키는 것에 기인하는 것을 특징으로 하는, 방법.
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   흡착성 분말 물질은 분말 활성 탄소(PAC)인 것을 특징으로 하는, 방법.
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 중합체 물질은 폴리프로필렌 비드, 카보네이티드 폴리프로필렌 비드, 미네랄로 채워진 중공 폴리프로필렌 비드, 폴리카보네이트 비드, 폴리우레탄 비드, 폴리메틸메타크릴레이트 비드, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 비드, 폴리옥시메틸렌 비드, 폴리에틸렌 비드, 및 폴리비닐 클로라이드 비드를 포함하는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 방법.
   
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   처리될 물이 3-15m/h의 속도로 막 반응기 안을 순환하는 것을 특징으로 하는, 방법.
   
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   침지된 막은 나노 여과막, 한외 여과막 및 정밀 여과막으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 방법.
   
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   처리될 물로 오존을 주입하는 단계를 더 포함하고, 상기 오존 주입 단계는 막 반응기의 상류에서 또는 막 반응기 내에서 수행될 수 있는 것을 특징으로 하는, 방법.
   
9. 적어도 하나의 여과막을 포함하는 적어도 하나의 막형 여과 유닛(41)을 포함하는 적어도 하나의 막 반응기(40);
   적어도 하나의 막 반응기(40)로 처리될 물을 운반하는 수단(1);
   처리될 물에 흡착성 분말 물질을 주입하는 수단(3);
   막 반응기(40)의 적어도 일부의 내용물을 재순환시키는 수단(45, 46);
   1-10g/L의 농도로 막 반응기 내에 존재하며 1㎜-5㎜의 평균 직경 및 1.05-1.5의 밀도를 갖는, 입자들로 구성된 미립자 중합체 물질(42);
   막 반응기(40) 내부에 미립자 중합체 물질(42)의 유지 수단(44);
   막 반응기(40)의 내용물의 교반 수단;
   막형 여과 유닛(41)에서 나오는 물의 배출 수단(50, 51);
   막 반응기(40)에서 나오는 물 및 흡착성 분말 물질 및 과량의 슬러지의 혼합물을 배수하는 수단(47)을 포함하는, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 방법을 시행하기 위한 수처리 플랜트.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 중합체 물질은 폴리프로필렌 비드, 카보네이티드 폴리프로필렌 비드, 미네랄로 채워진 중공 폴리프로필렌 비드, 폴리카보네이트 비드, 폴리우레탄 비드, 폴리메틸메타크릴레이트 비드, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 비드, 폴리옥시메틸렌 비드, 폴리에틸렌 비드, 및 폴리비닐 클로라이드 비드를 포함하는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 플랜트.
    
11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    막 반응기(40)는:
    물과 흡착성 분말 물질의 전-접촉 구역으로서, 처리될 물의 운반 수단(1), 상기 처리될 물의 운반 수단(1) 또는 접촉을 위한 구역으로 안내하는 흡착성 분말 물질의 주입 수단(3)이 연결된 전-접촉 구역(48); 및
    막 여과 구역(49);을 포함하고,
    전-접촉 구역(48) 및 여과 구역(49)은 서로 물리적으로 분리되고, 상기 플랜트는 여과 구역(49)으로 전-접촉 구역(48)의 내용물을 운반하는 수단(46)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 플랜트.
    
12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    막 반응기(40)의 내용물의 교반 수단은 막 반응기(40)의 내부에 배치되는 적어도 하나의 공기 주입 바(43)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 플랜트.
    
13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    공기 주입 바(43)는 전-접촉 구역(48) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는, 플랜트.
    
14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    막 반응기(40)의 내용물의 교반 수단은 막 반응기(40)의 적어도 일부의 내용물의 재순환 수단(45, 46)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 플랜트.
    
15. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    처리될 물로 오존을 주입하는 수단(2)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 플랜트.
    

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