KR20170011431A - 증기를 이용한 막모듈 세정장치 및 방법 - Google Patents

증기를 이용한 막모듈 세정장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 증기(steam) 세정을 통해 분리막 표면 및 공극 내의 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있는 증기를 이용한 막모듈 세정장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 증기를 이용한 막모듈 세정장치는 원수를 막모듈로 공급하는 원수조; 원수를 여과하여 처리수를 생산하는 막모듈; 처리수를 저장함과 함께 처리수를 역세수 용도로 상기 막모듈에 공급하는 처리수조; 및 막모듈의 세정공정시, 막모듈의 1차측, 2차측, 충수측 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 증기를 공급하는 증기공급장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

증기를 이용한 막모듈 세정장치 및 방법{Apparatus and method for cleaning membrane module using steam}
본 발명은 증기를 이용한 막모듈 세정장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 증기(steam) 세정을 통해 분리막 표면 및 공극 내의 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있는 증기를 이용한 막모듈 세정장치 및 방법에 관한 것이다.
분리막 기반의 막여과 공정은 정수, 하수, 해수담수화, 하수재이용, 초순수 제조 등 모든 수처리 분야에서 활용이 가능하며, 기존 수처리공정 대비 설비의 집적성이 높으며, 원수 부하에 강하고, 운영 효율과 처리수 수질이 높음과 함께 자동화 구현이 용이한 장점을 가지고 있다.
하지만, 막여과 공정 운전이 진행됨에 따라 분리막 표면에 다양한 오염물질들이 흡착되거나 분리막 기공을 막아 분리막 표면에 심각한 오염을 유발하게 되며, 막오염이 진행된 분리막은 본래의 여과 기능이 상실되어 막여과 공정에서 안정적인 처리수량을 확보하기 어렵다.
구체적으로, 수처리 공정에 많이 사용되고 있는 분리막인 정밀여과막(MF, microfiltration)과 한외여과막(UF, ultrafiltration)은 탁질 및 입자성물질에 대해 완벽히 제거할 수 있는 분리막으로 수처리 공정에서 다양하게 활용되고 있지만, 투과유속 감소 및 운전비용 증가의 원인이 되는 막오염은 분리막 공정에서 가장 큰 문제점이다. 막오염은 농도분극이나 막표면에 겔층이 형성되어 기공 내에 흡착 또는 막힘으로 인해 일어나게 되고 이러한 막오염을 제어하기 위해 역세정으로써 수역세 및 공기역세정과 화학세정으로써 유지세정 및 회복세정을 실시하게 된다. 이러한 막오염 제어방법은 막오염 저감에 있어 효율을 높일 수 있지만 여전히 막오염 현상에 대한 문제점을 해결되지 않고 있는 실정이다. 분리막의 오염은 막표면에서의 농도분극과 막표면이나 공극 내 입자의 흡착과 누적으로 인해 투과유속의 감소가 일어나기 때문에 막표면과 공극 내 오염물질이 모두 제어될 필요가 있다.
한편, 기존의 막오염 제어를 위한 직접적인 방법으로 물리적 방법과 화학적 방법을 병행한 세정 기술이 있다. 물리적 막오염 제어방법으로 플러싱, 역세정, air-scrubbing 등이 적용되고 있으며, 수리학적 흐름에 의한 물리적 힘을 이용하여 막 표면에 생성된 오염물질을 제거하는 방안이 모색되어 실제 적용되고 있으나, 점성물질 및 흡착 등의 막오염 상태에서는 좋은 세정효율을 기대할 수 없다. 화학적 막오염 제어방법으로, 막오염 특성에 따라 산성 약품, 염기성 약품, 계면활성제, 킬레이트제, 산화제 등 다양한 약품을 분리막이 허용하는 상태(pH 범위, 약품 농도, 접촉시간 등)에 따라 다양한 적용이 가능하다. 약품 세정을 실시할 경우, 짧은 주기에서 저농도의 약품으로 단시간에 세정하는 유지화학세정(MCC, maintenance chemical cleaning)과 분리막의 오염이 심각하게 진행되어 허용한 운전압력 도달시 고농도의 약품으로 장시간 세정하는 CIP(cleaning in place) 방법으로 수행 가능하며, 역세정 공정 수행시 저농도의 약품을 동시에 주입하는 방법(CEB, chemical enhanced backwashing) 등 다양한 기법으로 화학적 세정방법이 적용되고 있으나, 화학약품을 사용하는데 있어서 발생하는 폐액처리문제 등은 2차적인 처리를 요구하게 되어 시설부지의 증가를 야기하고, 약품세정에 필요한 약품의 소비는 운영비의 증가를 부추기는 원인 중 하나이다.
한국등록특허 제10-1513249호 한국등록특허 제10-954571호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 증기(steam) 세정을 통해 분리막 표면 및 공극 내의 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있는 증기를 이용한 막모듈 세정장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 증기를 이용한 막모듈 세정장치는 원수를 막모듈로 공급하는 원수조; 원수를 여과하여 처리수를 생산하는 막모듈; 처리수를 저장함과 함께 처리수를 역세수 용도로 상기 막모듈에 공급하는 처리수조; 및 막모듈의 세정공정시, 막모듈의 1차측, 2차측, 충수측 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 증기를 공급하는 증기공급장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
원수조와 막모듈의 1차측 사이에 구비되는 원수공급배관과, 처리수조와 막모듈의 2차측 사이에 구비되는 역세수배관과, 원수조와 막모듈의 충수측 사이에 구비되는 충수배관을 더 포함하여 구성되며, 상기 증기공급장치의 증기는 원수공급배관, 역세수배관, 충수배관을 통해 막모듈의 1차측, 2차측, 충수측에 공급 가능하다.
또한, 상기 증기공급장치와 막모듈의 1차측 사이에 구비되어 증기공급장치의 증기를 막모듈의 1차측에 공급하는 제 1 증기공급배관과, 상기 증기공급장치와 막모듈의 2차측 사이에 구비되어 증기공급장치의 증기를 막모듈의 2차측에 공급하는 제 2 증기공급배관과, 상기 증기공급장치와 막모듈의 충수측 사이에 구비되어 증기공급장치의 증기를 막모듈의 충수측에 공급하는 제 3 증기공급배관을 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 증기를 이용한 막모듈 세정방법은 막모듈의 1차측, 2차측, 충수측 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 증기를 공급하는 증기세정을 통해 막모듈의 오염물질을 제거하는 것을 특징으로 한다.
상기 증기세정은 물리세정 또는 화학세정과 병행하여 적용되며, 상기 물리세정은 역세와 공세 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 의미하며, 상기 화학세정은 화학약품을 이용한 막모듈 세정을 의미한다. 또한, 상기 증기세정의 전단계 또는 상기 증기세정의 후단계에 상기 물리세정 또는 화학세정을 실시할 수 있다. 이와 함께, 상기 증기세정은 막모듈의 여과공정 완료 후에 실시된다.
본 발명에 따른 증기를 이용한 막모듈 세정장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
증기를 이용하여 세정을 실시함에 따라, 막모듈 표면 또는 공극 내의 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있다. 또한, 증기세정을 기존의 물리세정 또는 화학세정과 병행하여 적용하는 경우, 효율적인 막오염 제어가 가능함과 함께 화학약품 및 공기 사용량을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증기를 이용한 막모듈 세정장치의 구성도.
도 2는 막모듈의 1차측, 2차측 및 충수측에 증기가 공급되는 흐름을 나타낸 참고도.
본 발명은 막모듈의 표면 및 공극에 존재하는 오염물질을 세정함에 있어서 증기(steam)를 이용하는 기술을 제시한다. 막모듈의 1차측 또는 2차측에 증기를 분사하여 막모듈 내의 오염물질을 탈착시키는 이른 바, 증기세정(steam cleaning)을 단독으로 적용하거나 물리세정(physical cleaning) 또는 화학세정(chemical cleaning)과 병행하여 적용함으로써 막모듈의 오염을 효과적으로 제어할 수 있는 기술을 제시한다. 상기 물리세정은 역세(역세수를 이용한 막모듈 세정)와 공세(공기를 이용한 막모듈 세정) 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 의미하며, 상기 화학세정은 차아염소산나트륨 등의 화학약품을 이용한 막모듈 세정을 의미한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 증기를 이용한 막모듈 세정장치 및 방법을 상세히 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 증기를 이용한 막모듈(120) 세정장치는 원수조(110), 막모듈(120), 처리수조(130) 및 증기공급장치(140)를 포함하여 구성된다.
상기 원수조(110)는 처리대상수인 원수를 상기 막모듈(120)에 공급하며, 상기 막모듈(120)은 원수를 여과하여 처리수를 생산하며, 상기 처리수조(130)는 막모듈(120)에 의해 생산된 처리수를 저장하는 역할을 한다. 상기 막모듈(120) 내에 구비되는 분리막은 고분자분리막, 세라믹분리막 중 어느 하나일 수 있다.
상기 증기공급장치(140)는 막모듈(120)의 세정공정시 막모듈(120)에 증기(steam)를 공급하며, 막모듈(120)에 공급된 증기는 막모듈(120)의 표면 및 공극에 존재하는 오염물질을 세정하는 역할을 한다. 상기 증기공급장치(140)로부터 공급되는 증기는 막모듈(120)의 1차측 또는 2차측에 공급되거나 막모듈(120)의 측부에 구비된 충수측을 통해 공급될 수 있다. 막모듈(120)의 1차측, 2차측, 충수측 중 어느 하나에 증기가 공급되거나 이들의 조합에 동시에 증기가 공급되는 것도 가능하다. 예를 들어, 1차측과 2차측에 동시에 증기가 공급되거나 1차측, 2차측 및 충수측 모두에 증기가 공급되는 것도 가능하다. 여기서, 상기 막모듈(120)의 1차측은 원수가 유입되는 막모듈(120)의 하단부를 의미하고, 상기 2차측은 역세수가 유입되는 막모듈(120)의 상단부를 의미한다.
원수의 막모듈(120)로의 공급을 위해 원수조(110)와 막모듈(120)의 1차측 사이에는 원수공급배관(10)이 구비되며, 막모듈(120)의 2차측과 처리수조(130) 사이에는 막모듈(120)에서 생산된 처리수를 이송하기 위한 처리수배관(20) 및 처리수를 역세수로 막모듈(120)의 2차측에 공급하기 위한 역세수배관(30)이 구비된다. 또한, 막모듈(120)의 역세 후 막모듈(120) 내에 원수를 충수하기 위해 막모듈(120)의 충수측과 원수조(110) 사이에는 충수배관(40)이 구비된다. 막모듈(120)의 충수측은 전술한 바와 같이 막모듈(120)의 측부에 구비된다. 이와 함께, 막모듈(120)의 공세(공기를 이용한 막모듈(120) 세정)를 위해 공기공급장치(150)가 더 구비될 수 있으며, 공기공급장치(150)와 막모듈(120)의 1차측 사이에는 공기공급배관(50)이 구비된다.
전술한 바에 있어서, 막모듈(120)의 1차측, 2차측, 충수측 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 증기가 공급됨을 기술하였는데, 막모듈(120)의 1차측에 공급되는 증기는 원수공급배관(10)을 통해 공급되며, 막모듈(120) 2차측으로의 증기 공급은 역세수배관(30)을 통해 진행되며, 막모듈(120) 충수측으로의 증기 공급은 충수배관(40)을 통해 진행된다. 이를 위해, 증기공급장치(140)와 원수공급배관(10), 역세수배관(30), 충수배관(40) 사이에는 각각 제 1 증기공급배관(61), 제 2 증기공급배관(62), 제 3 증기공급배관(63)이 구비된다. 즉, 증기공급장치(140)와 원수공급배관(10) 사이에는 제 1 증기공급배관(61)이 구비되고, 증기공급장치(140)와 역세수배관(30) 사이에는 제 2 증기공급배관(62)이 구비되며, 증기공급장치(140)와 충수배관(40) 사이에는 제 3 증기공급배관(63)이 구비된다. 상기 제 1 내지 제 3 증기공급배관(63)을 통해 증기공급장치(140)의 증기가 막모듈(120)의 1차측, 2차측, 충수측에 선택적으로 공급된다(도 2 참조). 다른 실시예로, 제 1 증기공급배관(61)이 막모듈(120)의 1차측에 직접 연결되도록 하고, 제 2 증기공급배관(62)이 막모듈(120)의 2차측에 직접 연결되도록 하며, 제 3 증기공급배관(63)이 막모듈(120)의 충수측에 연결되도록 하여, 원수공급배관(10), 역세수배관(30) 및 충수배관(40)을 거치지 않고 막모듈(120)의 1차측, 2차측, 충수측에 직접 증기가 공급되도록 구성할 수도 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 증기를 이용한 막모듈 세정장치에 대해 설명하였다. 상술한 증기를 이용한 막모듈 세정장치의 동작은 크게 1) 급수, 2) 여과, 3) 세정, 4) 배수, 5) 충수의 과정으로 진행된다. 상기 1) 급수과정은 막모듈에 원수를 공급하는 과정이고, 2) 여과과정은 막모듈에 의한 원수의 여과과정을 일컬으며, 3) 세정과정은 막모듈의 오염물질을 제거하는 과정으로서 본 발명에 따른 증기를 이용한 막모듈 세정방법이 적용되는 과정이며, 4) 배수과정은 막모듈 내의 물을 외부로 배출하는 과정이며, 5) 충수과정은 막모듈 내에 원수를 충수하는 과정을 의미한다. 상기 막여과 수처리공정 중 3) 세정과정 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 증기를 이용한 막모듈 세정방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
막모듈(120)에 의한 여과과정이 완료되면, 막모듈(120)에 대한 세정과정이 진행된다. 본 발명은 막모듈(120)에 대한 세정과정을 진행함에 있어서, 증기세정(steam cleaning)을 통해 막모듈(120)을 세정함에 특징이 있다.
구체적으로, 상기 증기세정은 막모듈(120)의 1차측, 2차측, 충수측 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 증기를 공급하여 막모듈(120)의 표면 및 공극 내에 존재하는 오염물질을 제거하는 공정이며, 상기 증기세정은 단독으로 적용되거나 물리세정 또는 화학세정과 병행하여 적용될 수 있다. 즉, 증기세정 진행 후 물리세정 또는 화학세정을 진행할 수 있으며, 물리세정 또는 화학세정 진행 후 증기세정을 실시할 수 있으며, 증기세정과 <물리세정 또는 화학세정>을 조합한 다양한 변형 실시예 또한 적용 가능하다.
상기 증기세정시, 막모듈(120)로의 증기 공급은 전술한 바와 같이 원수공급배관(10), 역세수배관(30), 충수배관(40)을 이용하거나 제 1 내지 제 3 증기공급배관을 이용할 수 있다. 원수공급배관(10), 역세수배관(30) 및 충수배관(40)을 이용하는 경우, 원수공급배관(10), 역세수배관(30), 충수배관(40) 각각에 증기가 주입되어 막모듈(120)의 1차측, 2차측, 충수측에 공급되며, 제 1 내지 제 3 증기공급배관(61)(62)(63)을 각각 막모듈(120)의 1차측, 2차측, 충수측에 직접 연결시킨 경우, 제 1 증기공급배관(61), 제 2 증기공급배관(62), 제 3 증기공급배관(63) 각각을 통해 막모듈(120)의 1차측, 2차측, 충수측에 증기가 공급된다.
10 : 원수공급배관 20 : 처리수배관
30 : 역세수배관 40 : 충수배관
50 : 공기공급배관 61 : 제 1 증기공급배관
62 : 제 2 증기공급배관 63 : 제 3 증기공급배관
110 : 원수조 120 : 막모듈
130 : 처리수조 140 : 증기공급장치
150 : 공기공급장치

Claims (10)

  1. 원수를 막모듈로 공급하는 원수조;
    원수를 여과하여 처리수를 생산하는 막모듈;
    처리수를 저장함과 함께 처리수를 역세수 용도로 상기 막모듈에 공급하는 처리수조; 및
    막모듈의 세정공정시, 막모듈의 1차측, 2차측, 충수측 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 증기를 공급하는 증기공급장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 증기를 이용한 막모듈 세정장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    원수조와 막모듈의 1차측 사이에 구비되는 원수공급배관과,
    처리수조와 막모듈의 2차측 사이에 구비되는 역세수배관과,
    원수조와 막모듈의 충수측 사이에 구비되는 충수배관을 더 포함하여 구성되며,
    상기 증기공급장치의 증기는 원수공급배관, 역세수배관, 충수배관을 통해 막모듈의 1차측, 2차측, 충수측에 공급 가능한 것을 특징으로 하는 증기를 이용한 막모듈 세정장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 증기공급장치와 막모듈의 1차측 사이에 구비되어 증기공급장치의 증기를 막모듈의 1차측에 공급하는 제 1 증기공급배관과,
    상기 증기공급장치와 막모듈의 2차측 사이에 구비되어 증기공급장치의 증기를 막모듈의 2차측에 공급하는 제 2 증기공급배관과,
    상기 증기공급장치와 막모듈의 충수측 사이에 구비되어 증기공급장치의 증기를 막모듈의 충수측에 공급하는 제 3 증기공급배관을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 증기를 이용한 막모듈 세정장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 막모듈 내에 구비되는 분리막은 고분자분리막, 세라믹분리막 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 증기를 이용한 막모듈 세정장치.
  5. 막모듈의 1차측, 2차측, 충수측 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 증기를 공급하는 증기세정을 통해 막모듈의 오염물질을 제거하는 것을 특징으로 하는 증기를 이용한 막모듈 세정방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 증기세정은 물리세정 또는 화학세정과 병행하여 적용되며,
    상기 물리세정은 역세와 공세 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 의미하며, 상기 화학세정은 화학약품을 이용한 막모듈 세정인 것을 특징으로 하는 증기를 이용한 막모듈 세정방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 증기세정의 전단계 또는 상기 증기세정의 후단계에 상기 물리세정 또는 화학세정을 실시하는 것을 특징으로 하는 증기를 이용한 막모듈 세정방법.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 증기세정은 막모듈의 여과공정 완료 후에 실시하는 것을 특징으로 하는 증기를 이용한 막모듈 세정방법.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 증기세정은 막모듈 세정장치를 통해 진행되며,
    상기 막모듈 세정장치는,
    원수를 막모듈로 공급하는 원수조와,
    원수를 여과하여 처리수를 생산하는 막모듈과,
    처리수를 저장함과 함께 처리수를 역세수 용도로 상기 막모듈에 공급하는 처리수조와,
    막모듈의 세정공정시, 막모듈의 1차측, 2차측, 충수측 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 증기를 공급하는 증기공급장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 증기를 이용한 막모듈 세정방법.
  10. 제 5 항에 있어서, 상기 막모듈 내에 구비되는 분리막은 고분자분리막, 세라믹분리막 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 증기를 이용한 막모듈 세정방법.
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