KR20170095473A - 수처리용 막의 오염 저감 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수처리용 막의 오염 저감 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 오염 저감 장치는 여과막의 상류에 설치되는 응집조 및 응집조와 여과막 사이에 배치되는 백필터를 포함하고, 응집조에서는 산화알루미늄 입자를 주입하여 응집조에 유입되는 물로부터 유기물의 응집 및 인산염의 석출 처리를 하고, 응집조에서 유기물이 응집되고 인산염이 석출된 물은 백필터에 유입되어 응집된 유기물 및 석출된 인산염이 필터링되는 것이다.

Description

수처리용 막의 오염 저감 장치{APPARATUS FOR REDUCTION OF FOULING OF MEMBRANE FOR WATER TREATMENT}

본 발명은 수처리용 막의 오염 저감 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 물의 정화 처리 플랜트 등에서 오염 물질을 필터링하는 막에 오염 물질이 부착되고 막이 폐색되는 것을 저감하는 장치 및 저감 방법에 관한 것이다.

물의 고도 정화 처리에 있어서 유기물은 한외여과막(ultrafiltration membrane)이나 정밀여과막(microfiltration membrane)에의 부착 또는 오염에 있어서 매우 중요한 고려 요소이다.

한외여과막이나 정밀여과막과 같은 미세한 구멍을 갖는 여과막은 식수 수준의 고도로 정화된 물을 얻기 위한 수준의 고도 정화 처리에서 널리 사용되고 있다. 그러나, 이러한 용도의 여과막은 여과하는 물에 함유된 유기물에 의해 막의 세공이 막히거나 좁아지고 막의 내부에도 유기물이 침착되어 여과 저항이 상승하여 여과 효율이 현저히 낮아지게 되는 문제가 있다.

더욱이 이러한 여과막에의 유기물의 침착이나 부착을 그대로 방치하면 막의 표면에 유기물의 막이 형성되어 여과막을 통한 물의 흐름이 정체되어 여과막을 사용할 수 없게 된다. 따라서, 여과막은 주기적으로 막의 표면을 정화 처리된 물 또는 화학제 등으로 세척하여 유기물을 제거하여 주어야 한다.

여과막의 청소 주기를 길게 하고 여과막의 수명을 길게 하기 위해서는 여과막의 상류에서 유기물을 응집하여 처리함으로써 여과막에 유입되는 유기물의 농도를 낮추는 것이 효과적이다.

이러한 유기물의 응집 처리는 유기물을 함유하는 물에 알루미늄염 또는 철염 의 응고제 및 'PAC'(powdered activated carbon)과 같은 흡착제를 투여하여 유기물을 제거한다. 그러한 유기물 처리 방법의 예가 일본 특허공개공보 제2005-238152호(문헌 1)에 개시되어 있다.

그러나, 이러한 문헌 1과 같은 처리 공정에 의하더라도 응집 처리되어 응집물이 침전된 처리수에도 다량의 유기물이 존재하고, 이러한 유기물은 특히 한외여과막이나 정밀여과막과 같은 세공에 의한 여과를 하는 막의 막힘과 처리 효율을 현저히 낮아지게 하는 원인으로 된다.

또한, 물의 오염에 있어서 인(phosphorus)올 인한 부영양화가 이슈로 되어 있으며, 오폐수의 처리에 있어 인의 배출량 규제가 강화되고 있어, 오폐수로부터 인 또는 인산이온을 효율적으로 제거하기 위한 흡착제가 요구된다.

수중의 인을 제거하는 주된 방법으로는 생물학적 방법과 응집-침전법이 널리 이용되고 있다. 생물학적 방법의 일례로서, 인 제거능이 있는 미생물이나 광합성 박테리아를 이용하여 오폐수를 처리하는 방법이 있으나, 이러한 생물학적 방법에서는 처리 후의 수질에서 인이 효과적으로 제거되지 못하고 처리 효율도 일정하지 않다는 문제가 있다.

응집-침전법은 철염 계통의 무기응집제를 이용하여 오폐수에 포함된 인산이온을 불용성의 인산염으로 전환하여 제거하는 방법인데, 인을 저농도까지 제거할 수는 있지만 안정적인 제거 효율을 달성하기 위해서는 추가의 다량의 화학제가 필요하고 운영 경비가 상응한다는 문제점이 있다.

최근에는 이온교환특성을 가지며 산성 용액 내에서 이온 흡착 능력을 가지는 음이온 교환제로서 산화티탄, 산화 지르코늄 또는 산화주석을 이용하거나 제올라이트를 이용한 인 제거 공정이 이용되고 있다.

그러나, 이러한 기법에서는 티탄, 지르코늄, 주석 또는 제올라이트를 재생하기 위해 막대한 비용이 소요될 뿐만 아니라, 추가의 반응조 및 침전조가 요구된다는 문제점이 있다.

일본 특허공개공보 제2005-238152호(문헌 1)

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 고려하여 한외여과막이나 정밀여과막과 같은 세공을 갖는 여과막에 의한 여과의 앞서 이들 여과막의 막힘과 오염을 초래하는 유기물을 효과적으로 흡착하여 제거할 수 있는 장치를 제공하려는 것이다.

또한, 본 발명은 전술한 유기물의 제거와 동시에 정화하려는 물로부터 인을 효율적으로 제거할 수 있는 장치를 제공하려는 것이다. 특히, 본 발명은 별도의 반응조나 침전조 또는 인을 제거하기 위한 추가의 응집조를 마련할 필요 없이, 유기물의 제거와 동시에 인을 효율적으로 제거할 수 있는 장치를 제공하려는 것이다.

전술한 본 발명의 해결 과제는 본 발명에 따른 수처리용 막의 오염 저감 장치에 의해 달성되는데, 본 발명의 오염 저감 장치는, 여과막의 상류에 설치되는 응집조 및 응집조와 여과막 사이에 배치되는 백필터를 포함하고, 응집조에서는 산화알루미늄 입자를 주입하여 응집조에 유입되는 물로부터 유기물의 응집 및 인산염의 석출 처리를 하고, 응집조에서 유기물이 응집되고 인산염이 석출된 물은 백필터에 유입되어 응집된 유기물 및 석출된 인산염이 필터링되는 것이다.

이러한 본 발명의 오염 저감 장치의 구성에 따르면, 폭기조와 침전조 등에서 일차적으로 고상의 오니 등이 제거되어 처리된 물 또는 하천 또는 호수로부터 유입된 자연수에 산화알루미늄 입자를 투여함으로써 물에 잔류하는 유기물이 응집되고 인이 인산염으로 석출되고, 이렇게 응집된 유기물과 석출된 인산염은 응집조의 하류에 배치되는 백필터에 의해 필터링되어 제거되고, 처리된 물은 여과막에서 여과된다. 본 발명의 산화 알루미늄 입자는 황산알루미늄 수화물에 수산화나트륨을 혼합하여 생성되는 것이다.

전술한 구성과 작용의 본 발명에 따르면, 정화 처리하고자 하는 물에 잔류하여 여과막의 막힘이나 여과 효율의 저하를 유발하는 유기물의 제거와 인의 제거가 동시에 이루어질 수 있다.

특히, 본 발명에 따르면, 한외여과 또는 정밀 여과에 이용되는 세공의 여과막의 효율 저하 및 막힘으로 초래하는 잔류 유기물을 제거함으로써 한외여과 또는 정밀 여과에 이용되는 여과막의 이용 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 상당한 추가 장치가 요구되는 인을 인산염 형태로 제거할 수 있어서, 수처리 장치의 효율이 상승하고 장치의 제조 원가 및 운용 비용이 절감된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 장치 및 이 장치가 사용되는 수처리 플랜트의 기본적인 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2와 도 3은 각각 산화 알루미늄 입자의 투입량에 따른 유기물의 농도 감소와 인산이온의 농도 감소를 보여주는 그래프이다.
도 4는 응집제의 종류 및 투입량에 따른 유기물에 대한 응집 효율을 보여주는 그래프이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성과 작용을 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 장치 및 이 장치가 사용되는 수처리 플랜트의 기본적인 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.

본 실시예의 수처리 플랜트는 상수도에 공급되는 수준의 고도 정수 처리된 물 또는 정밀 화학 산업이나 반도체 공정에서 사용하기 위해 고도 정수 처리되는 물을 공급하기 위한 용도로 사용되는 것이다.

본 실시예의 오염 저감 장치는 응집조와 백 필터(bag filter)로 구성되어 있다. 응집조에는 처리하고자 하는 물이 공급되는데, 이러한 물은 일차적으로 부유물 및 큰 입자의 오염물이 침전 및 생물학적 처리에 의해 제거된 것이거나, 자연 하천 또는 호수 등으로부터 유입되어 자연수에 존재하는 수준의 유기물과 인산이온이 함유되어 있다. 이하에서는 본 실시예의 오염 저감 장치에서 처리하고자 하는 물을 원수라고 부른다.

원수에는 오폐수 등의 침전 및 오니의 여과 후에도 잔류하는 유기물 또는 생물학적 처리 과정에서 미생물이 유기물을 처리하는 과정에서 발생하는 고분자 상태의 유기물이 존재한다. 또한, 원수에는 자연수에 존재하는 인산이온 또는 오폐수를 일차 정화 처리한 뒤에도 존재하게 되는 인산이온이 함유되어 있다.

이러한 원수는 응집조(10)에 유입되고, 응집조에는 본 발명에 따라 제조되는 산화알루미늄입자가 투여된다. 산화알루미늄 입자는 'HAOPs' (Heated Aluminium Oxide Particles)라고 불리우는 것으로서, 황산알루미늄 수화물에 수산화나트륨을 혼합하여 생성되는 것이다.

황산알루미늄 수화물은 Al2(SO4)3·18H2O의 조성을 갖는 것이고, 수산화나트륨(NaOH)와 혼합되어 110 ℃의 온도하에 24시간 동안 두어 생성되는 것이다. 이렇게 하여 생성된 황산알루미늄 입자는 평균 17.32 ㎛의 평균 입도를 갖는다.

산화 알루미늄 입자를 투여하면, 원수 내의 유기물이 응집되어 유기물 농도가 저하하고, 인산이온이 인산염으로 석출되어 인산이온의 농도가 저하하는데, 도 2와 도 3은 각각 산화 알루미늄 입자의 투입량에 따른 유기물의 농도 감소와 인산이온의 농도 감소를 보여준다.

도 2에서는 유기물의 흡광도로 유기물의 농도를 측정한 결과를 보여준다. 도 2와 도 3에서 알 수 있듯이, 산화알루미늄 입자의 투입량이 증가하는 데 따라서 유기물의 농도 및 인산이온의 농도가 감소하는 것을 확인할 수 있다.

원수는 응집조에서 처리된 후에 백필터에 유입된다. 백필터에서는 응집조에서 응집된 유기물과 석출된 인산염이 필터링되고, 유기물과 인산이온이 감소된 물은 정밀여과막또는 한외여과막을 통하여 고도 정수 처리된다.

정밀여과막 또는 한외여과막은 여과막의 상류에 공급되는 물의 유기물 농도가 현저히 감소되므로 막의 세공에 부착되는 유기물이 적어서 장기간 사용할 수 있고 재생 또는 교환 주기가 짧아 진다.

도 4는 응집제의 종류 및 투입량에 따른 유기물에 대한 응집 효율을 보여주는 그래프이다. 이 그래프에서 볼 수 있듯이, 10 ㎎/L의 투입량에서 본 실시예의 산화알루미늄입자(HAOPs)를 응집제로서 사용한 경우에는 다른 응집제에 비해 대략 2배 이상의 응집 효율을 나타내는 것을 알 수 있다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으며, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않고, 특허청구의 범위에 기재한 범위에서 다양한 변경과 변형이 가능하다.

Claims (2)

1. 수처리용 막의 오염 저감 장치로서,
   여과막의 상류에 설치되는 응집조 및 응집조와 여과막 사이에 배치되는 백 필터를 포함하고,
   응집조에서는 산화알루미늄 입자를 주입하여 응집조에 유입되는 물로부터 유기물의 응집 및 인산염의 석출 처리를 하고, 응집조에서 유기물이 응집되고 인산염이 석출된 물은 백필터에 유입되어 응집된 유기물 및 석출된 인산염이 필터링되는 것인 오염 저감 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   산화알루미늄 입자는 황산알루미늄 수화물에 수산화나트륨을 혼합하여 생성되는 것인 오염 저감 장치.

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