KR20180075937A - Method for removing natural organic matters and water treatment system for reducing membrane fouling using ceramic hollow fiber membrane with adsorption layer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 수처리 시스템에 관한 것으로, 구체적으로, 금속산화물 흡착층이 형성된 세라믹 중공사막 모듈을 이용한 수처리 시스템 및 이를 이용한 자연유기물질 처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a water treatment system, and more particularly, to a water treatment system using a ceramic hollow fiber membrane module having a metal oxide absorption layer and a method for treating a natural organic substance using the same.
분리막의 종류에는 역삼투막, 나노여과막, 한외여과막, 정밀여과막, 이온교환막, 기체분리막, 투과증발막 등이 있으며 분리막 모듈의 형태에는 평판형, 관형, 나권형, 중공사형 등이 있다. Types of membranes include reverse osmosis membranes, nanofiltration membranes, ultrafiltration membranes, microfiltration membranes, ion exchange membranes, gas separation membranes, and pervaporation membranes. Membrane module types are flat, tubular, bellows, hollow.
그 중에서, 중공사막 모듈은, 내부가 비어있는 긴 실형태의 막인 중공사막이 다발로 있는 형태이며, 가압에 의한 외압식 또는 내압식 등으로 운영될 수 있다.Among them, the hollow fiber membrane module has a bundle of hollow fiber membranes, which are hollow long hollow membranes, and can be operated by external pressure or pressure-resistant type by pressurization.
한편, 분리막의 성능은 분리막 표면 또는 세공 표면에 입자성 또는 용존성 물질이 부착되는 막오염 현상으로 인해 저하되는데, 다수의 다발을 갖는 중공사막 모듈 역시 사용 누적에 따라 이러한 성능 저하가 이루어진다.On the other hand, the performance of the separation membrane is deteriorated due to the membrane contamination phenomenon in which particulate or dissolved substance is adhered to the surface of the separation membrane or the pore surface, and the performance of the hollow fiber membrane module having a plurality of the bundles also deteriorates with the accumulation of usage.
종래에는 이러한 막오염 현상을 저감시키고 우수한 처리효율을 유지하기 위해 분리막 여과 운전 도중 주기적으로 분리막의 표면을 물리적/화학적으로 세척하였으며, 특히 역세수를 역방향으로 통과시키는 역세척으로 막의 여과 성능을 회복하였다. Conventionally, in order to reduce such membrane contamination and maintain excellent treatment efficiency, the membrane surface was physically / chemically cleaned periodically during membrane filtration operation. In particular, membrane filtration performance was restored by backwashing the reverse water through the reverse side .
한편, 역세수로서 처리수 또는 처리수에 산, 알칼리 또는 무기 및 유기세제 등의 세척제를 혼합하여 사용하였는데, 이러한 역세수를 펌프로 가압하는 과정이 필요하며 많은 동력과 에너지가 소모됨은 물론 약품 유지관리 비용이 발생하게 되었고, 혼합하는 약품의 종류 또한 원수에 특성에 따라 교체 해주어야 하는 단점이 있었다.On the other hand, as a reverse water wash, an acid, an alkali, or a detergent such as an inorganic or organic detergent is mixed with treated water or treated water. However, such a process of pressurizing the reverse water with a pump is required and consumes a lot of power and energy, Management costs have been incurred, and the types of medicines to be mixed have also been disadvantageous in that they have to be changed depending on the characteristics of the raw water.
관련 종래 문헌을 살펴본다.Related conventional literature will be discussed.
미국 공개특허공보 제6,113,792호는 파울링을 줄이기 위한 입자 흡착과 함께 막여과를 사용하여 물에서 오염물질을 제거하는 방법에 관한 것으로, 가열된 산화철 또는 알루미늄 산화물로 이루어진 입자 흡착제를 물과 접촉시키고, 물의 오염물질을 상기 입자 흡착제에 흡착시키고, 멤브레인에 통과시켜 오염물질을 분리시키는 멤브레인의 오염을 줄이기 위한 방법에 관한 것이다.U.S. Patent No. 6,113,792 relates to a method for removing contaminants from water using membrane filtration with particle adsorption to reduce fouling wherein the particle adsorbent consisting of heated iron oxide or aluminum oxide is contacted with water, To a method for adsorbing contaminants of water on the particle adsorbent and passing it through the membrane to reduce contamination of the membrane that separates contaminants.
그러나, 이는 멤브레인 통과 전 물에 흡착제를 접촉시키는 별도의 전처리 과정이고, 자연유기물질을 처리하는데는 문제가 여전했다.However, this is a separate pretreatment process for bringing the adsorbent into contact with water before passing through the membrane, and there has been a problem in treating natural organic materials.
본 발명은 세라믹 중공사막 모듈의 막오염으로 인한 수명단축 문제를 해결하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention attempts to solve the problem of shortening the lifetime of the ceramic hollow fiber membrane module due to membrane contamination.
구체적으로, 자연유기물질 제거능력이 우수한 금속산화물 흡착층을 세라믹 중공사막 표면에 형성하여, 기존 분리막 수처리 시스템의 단점인 분리막 표면 또는 세공 표면에 발생하는 막오염 현상을 원천적으로 저감시켜, 막오염 및 세척 빈도수를 감소시킴과 동시에 자연유기물질의 처리효율을 증대시키고자 한다.Specifically, the metal oxide adsorption layer having excellent ability to remove natural organic substances is formed on the surface of the ceramic hollow fiber membrane, and the membrane contamination phenomenon occurring on the membrane surface or pore surface, which is a disadvantage of the existing membrane water treatment system, is fundamentally reduced, Thereby reducing the frequency of washing and increasing the treatment efficiency of natural organic materials.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 금속산화물이 저장되는 금속산화물 저장조(100); 상기 금속산화물 저장조(100)의 금속산화물을 공급받으며, 세라믹 중공사막(225)을 포함하는 세라믹 중공사막 모듈(200); 상기 세라믹 중공사막 모듈(200)로 막여과 처리되어야 하는 원수를 유입시키는 원수조(300); 및 상기 세라믹 중공사막 모듈(200)에 의해 처리수가 저장되는 처리수조(400)을 포함하고, 상기 세라믹 중공사막(225)에 상기 금속산화물에 의한 흡착층(250)이 형성되고, 상기 흡착층(250)이 형성된 세라믹 중공사막(225)에 상기 원수조(300)의 원수가 유입되는 수처리 시스템을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a metal oxide storage tank for storing a metal oxide; A ceramic hollow fiber membrane module 200 receiving a metal oxide of the metal
또한, 상기 금속산화물은 철-알루미늄의 이중구조 산화물(Fe-Al binary oxide, FAO)인 것이 바람직하다.In addition, the metal oxide is preferably an iron-aluminum binary oxide (FAO).
또한, 상기 세라믹 중공사막 모듈(200)은, 상기 금속산화물 및 상기 원수가 유입되는 캡 유입구(211)를 포함하는 제 1 캡(210); 상기 제 1 캡(210)을 통과한 금속산화물이 유입됨으로써 상기 세라믹 중공사막(225)에 상기 흡착층(250)이 형성되는 하우징(220); 및 상기 흡착층(250)이 형성된 세라믹 중공사막(225)에 의해 처리된 처리수가 집수되는 제 2 캡(230);을 포함하고, 상기 제 1 캡(210)은 상기 캡 유입구(211)와 연통되는 분리판(215)을 더 포함하고, 상기 제 2 캡(230)은 상기 제 2 캡(230)에 집수된 처리수를 배출하는 캡 배출구(232)를 포함하는 것이 바람직하다.The ceramic hollow fiber membrane module 200 includes a
또한, 상기 하우징(220)은, 상기 원수조(300)의 원수를 공급받는 하우징 유입구(221); 및 상기 세라믹 중공사막 모듈(200)내의 역세수를 배출하는 하우징 배출구(222)를 포함하는 것이 바람직하다.The
또한, 상기 수처리 시스템은, 상기 금속산화물 저장조(100)와 상기 세라믹 중공사막 모듈(200)의 상기 캡 유입구(211)를 연결하는 제 1 라인(12); 상기 원수조(300)와 상기 세라믹 중공사막 모듈(200)의 상기 제 2 원수 유입구(221)를 연결하는 제 2 라인(32); 상기 제 2 라인(32)과 상기 제 1 라인(12)을 연결하는 분기라인(22); 상기 하우징 배출구(222)와 상기 원수조(300)를 연결하는 제 3 라인(21); 및 상기 처리수조(400)와 상기 캡 배출구(232)를 연결하는 제 4 라인(42)을 더 포함하는 것이 바람직하다.The water treatment system may further include a
또한, 상기 수처리 시스템은, 상기 제 1 라인(12)에 위치하며, 상기 금속산화물 저장조(100)측 전단에 위치하는 제 1 밸브(V1); 상기 제 1 라인(12)에 위치하며, 상기 세라믹 중공사막 모듈(200)측 후단에 위치하는 제 2 밸브(V2); 상기 제 2 라인(32)에 위치하며, 상기 세라믹 중공사막 모듈(200)측 후단에 위치하는 제 3 밸브(V3); 상기 분기라인(22)에 위치하는 제 4 밸브(V4); 및 상기 제 3 라인(21)에 위치하는 제 5 밸브(V5)를 더 포함하는 것이 바람직하다.The water treatment system may further include: a first valve (V1) located in the first line (12) and located at a front end of the metal oxide storage tank (100); A second valve (V2) located in the first line (12) and located at the rear end of the ceramic hollow fiber membrane module (200) side; A third valve (V3) located in the second line (32) and located at the rear end of the ceramic hollow fiber membrane module (200) side; A fourth valve (V4) located in the branch line (22); And a fifth valve (V5) located in the third line (21).
또한, 상기 세라믹 중공사막 모듈(200)로 상기 금속산화물 저장조(100)의 상기 금속산화물이 공급되는 경우, 상기 제 3 밸브(V3), 상기 제 4 밸브(V4) 및 상기 제 5 밸브(V5)가 폐쇄되는 것이 바람직하다.The third valve (V3), the fourth valve (V4), and the fifth valve (V5) are connected to each other when the metal oxide of the metal oxide reservoir (100) is supplied to the ceramic hollow fiber membrane module (200) Is closed.
또한, 상기 세라믹 중공사막 모듈(200)로 상기 원수조(300)의 원수가 공급되는 경우, 상기 제 1 밸브(V1)는 폐쇄되며, 상기 제 2 밸브(V2) 및 상기 제 4 밸브(V4)가 더 폐쇄되거나 상기 제 3 밸브(V3)가 더 폐쇄되는 것이 바람직하다.When the raw water of the
또한, 상기 세라믹 중공사막 모듈(200)을 역세척할 경우, 상기 제 1 밸브(V1), 상기 제 3 밸브(V3) 및 상기 제 4 밸브(V4)가 폐쇄되며, 이와 동시에 상기 세라믹 중공사막 모듈(200)에서 발생하는 역세수 및 분리된 금속산화물은 상기 금속산화물 저장조(100)로 다시 공급되는 것이 바람직하다.When the ceramic hollow fiber membrane module 200 is backwashed, the first valve V1, the third valve V3 and the fourth valve V4 are closed. At the same time, the ceramic hollow fiber membrane module The separated water and the separated metal oxide generated in the metal oxide storage tank 200 may be supplied to the metal
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 방법은, (a) 세라믹 중공사막 모듈(200)로 금속산화물이 공급되는 단계; (b) 상기 금속산화물이 상기 세라믹 중공사막 모듈(200)에 흡착층(250)을 형성하는 단계; (c) 원수조(300)의 원수가 상기 세라믹 중공사막 모듈(200)로 공급되는 단계; 및 (d) 상기 세라믹 중공사막 모듈(200)에서 처리수가 처리수조(400)로 배출되는 단계;를 포함하는 수처리 방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a ceramic hollow fiber membrane module, including: (a) supplying a metal oxide to a ceramic hollow fiber membrane module; (b) forming the adsorption layer (250) on the ceramic hollow fiber membrane module (200) by the metal oxide; (c) supplying raw water of the
또한, 상기 금속산화물은 철-알루미늄의 이중구조 산화물(Fe-Al binary oxide, FAO)인 것이 바람직하다.In addition, the metal oxide is preferably an iron-aluminum binary oxide (FAO).
또한, 상기 (b)단계 이후에, (b1) 상기 세라믹 중공사막 모듈(200)의 여과 저항을 측정하여 상기 흡착층(250)이 형성된 것을 확인하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.After the step (b), (b1) the filtration resistance of the ceramic hollow fiber membrane module 200 is measured to confirm that the
또한, 상기 (d)단계 이후에, (d1) 상기 세라믹 중공사막 모듈(200)의 투과플럭스가 초기 투과플럭스 대비 기설정된 기준 이하로 감소되었다고 판단될 경우, 상기 세라믹 중공사막 모듈(200)을 역세척시키는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.If it is determined that the permeation flux of the ceramic hollow fiber membrane module 200 has decreased below a preset reference with respect to the initial transmission flux, the ceramic hollow fiber membrane module 200 may be reversed And washing it.
첫째, 분리막 수처리 공정의 처리효율을 높이기 위해 응집, 혼화, 침전 등의 전처리 공법을 사용하게 되는데, 본 발명은 자연유기물의 흡착능이 우수한 금속산화물을 이용한 단일 공법으로 원수의 오염물질(부유물질 및 용존 유기물)의 제거가 가능하고 기존 전처리 공법의 생략 또는 간소화가 가능하다.First, in order to increase the treatment efficiency of the membrane water treatment process, a pretreatment method such as coagulation, mixing, and precipitation is used. The present invention relates to a method using a metal oxide having excellent ability to adsorb natural organic substances, Organic matter) can be removed and existing pretreatment methods can be omitted or simplified.
둘째, 기존 분리막 수처리 공정의 전처리공법으로 사용되는 응집, 혼화, 침전의 경우 원수조건, 최적의 응집제 주입량, 교반시간, 침전시간 등을 고려하지 않을 경우 분리막 오염을 가속화 시킬 수 있으며, 이는 유지관리 비용의 증가와 막수명 단축을 가져오게 된다. 그러나, 본 발명의 경우 세라믹 분리막 표면의 막오염 방지가 가능하며, 처리수를 이용한 단순 물리 역세정을 통해 분리막의 유지관리가 가능하기 때문에 경제적인 효과가 뛰어나다. Second, in the case of coagulation, mixing and sedimentation used in the pretreatment process of existing membrane water treatment process, it is possible to accelerate the membrane contamination without considering the raw water condition, optimal amount of coagulant injected, agitation time and settling time, And the film life is shortened. However, in the case of the present invention, it is possible to prevent the membrane contamination on the surface of the ceramic separator, and it is possible to maintain the separation membrane by simple physical reverse cleaning using the treated water, so that the economical effect is excellent.
셋째, 본 발명은 고분자 중공사막에 비해 높은 투과 플럭스를 가지는 세라믹 중공사 막표면에 흡착층을 형성시킴으로써 투과 플럭스 감소를 최소화 하고 동시에 자연유기물 제거율을 높일 수 있다.Third, by forming an adsorption layer on the surface of the ceramic hollow fiber membrane having a higher permeation flux than the polymer hollow fiber membrane, it is possible to minimize permeation flux reduction and increase the removal rate of natural organic matter.
넷째, 본 발명에 따른 수처리 시스템의 세라믹 중공사막 모듈의 경우, 자연유기물질과의 빠른 반응시간 및 높은 친화력을 가지고 있기 때문에 처리효율이 높고, 적은 양의 금속산화물을 가지고도 고품질의 처리수를 생산할 수 있다. Fourth, in the case of the ceramic hollow fiber membrane module of the water treatment system according to the present invention, since it has a fast reaction time with a natural organic material and high affinity, the treatment efficiency is high and a high quality treated water is produced even with a small amount of metal oxide .
도 1은 본 발명에 따른 수처리 시스템의 개략도이다.
도 2에 본 발명에 따른 수처리 시스템의 흡착층이 형성된 세라믹 중공사막 모듈의 개략도를 도시한다.
도 3은 알루미늄 산화물(HAO)과 철-알루미늄 이중구조 산화물(FAO)울 이용한 자연유기물(휴믹산) 제거효율 및 탁도 변화가 도시된 그래프이다.
도 4는 알루미늄 산화물(HAO)과 철-알루미늄 이중구조 산화물(FAO)울 이용한 자연유기물(단백질; BSA, 다당류; SA)의 용존유기탄소(DOC) 제거효율 변화가 도시된 그래프이다.
도 5는 알루미늄 산화물(HAO) 흡착층을 형성하고 난 후 자연유기물질 (Humic acid; HA; 휴믹산) 여과에 따른 세라믹(Ceramic) 분리막과 고분자(Polymeric) 분리막의 투과플럭스 변화가 도시된 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 수처리 방법의 순서도이다.1 is a schematic diagram of a water treatment system according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of a ceramic hollow fiber membrane module in which an adsorption layer of a water treatment system according to the present invention is formed.
3 is a graph showing the removal efficiency and turbidity of natural organic substances (humic acid) using aluminum oxide (HAO) and iron-aluminum double structure oxide (FAO) wool.
4 is a graph showing changes in DOC removal efficiency of natural organic substances (proteins; BSA, polysaccharide; SA) using aluminum oxide (HAO) and iron-aluminum double structure oxide (FAO) wool.
FIG. 5 is a graph showing changes in transmission fluxes of a ceramic separator and a polymeric separator according to a humic acid (HA) filtration after forming an aluminum oxide (HAO) adsorption layer.
6 is a flow chart of the water treatment method according to the present invention.
본 발명에서 '원수'는 수처리 시스템에서 사용될 수 있는 원수 즉, 하수, 폐수 등과 같은 수처리가 필요한 원수를 의미하며, 본 발명의 일 실시예에서는 전처리가 필요한 자연유기물질을 포함하는 원수를 의미한다.In the present invention, 'raw water' refers to raw water that can be used in a water treatment system, that is, raw water that requires water treatment such as sewage, wastewater, etc. In one embodiment of the present invention, raw water containing natural organic materials required to be pretreated.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 수처리 시스템을 상세히 설명한다. 여기에서, 본 발명을 이루는 구성요소들은 필요에 따라 일체형으로 사용되거나 각각 분리되어 사용될 수 있다. 또한, 사용 형태에 따라 일부 구성요소를 생략하여 사용 가능하다. 본 발명의 형태 및 구성요소의 개수에 있어서도 다양한 변형이 가능하다.Hereinafter, a water treatment system according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Here, the constituent elements of the present invention can be used integrally or separately from each other as needed. In addition, some components may be omitted depending on the usage form. Various modifications can be made in the form and the number of elements of the present invention.
수처리Water treatment 시스템 system
도 1을 참조하여 본 발명에 따른 수처리 시스템을 설명한다.The water treatment system according to the present invention will be described with reference to FIG.
본 발명에 따른 수처리 시스템은 금속산화물 저장조(100), 세라믹 중공사막 모듈(200), 원수조(300) 및 처리수조(400)를 포함한다.The water treatment system according to the present invention includes a metal
금속산화물 저장조(100)에는 금속산화물이 저장되며, 금속산화물 저장조(100)의 금속산화물은 세라믹 중공사막 모듈(200)로 공급된다.Metal oxide is stored in the metal
금속산화물 저장조(100)에 저장되는 금속산화물은 일 실시예에서는 철-알루미늄 이중구조의 산화물(Fe-Al binary oxide, FAO)이며, 다른 실시예에서는, 철-알루미늄 이중구조의 산화물(FAO)에 알루미늄 산화물(Heated Aluminum Oxide, HAO)을 더 포함한다.The metal oxide stored in the metal
또한, 금속산화물 저장조(100)는 별도의 펌프를 더 포함하여 금속산화물을 세라믹 중공사막 모듈(200)로 공급할 수 있다.In addition, the metal
세라믹 중공사막 모듈(200)은 제 1 캡(210), 하우징(220) 및 제 2 캡(230)을 포함한다.The ceramic hollow fiber membrane module 200 includes a
또한, 세라믹 중공사막 모듈(200)은 흡착층(250) 형성 유무를 확인하기 위한 여과저항 측정기를 더 포함할 수 있다.The ceramic hollow fiber membrane module 200 may further include a filtration resistance meter for confirming whether the
캡 유입구(211) 및 하우징 유입구(221)를 통해 세라믹 중공사막 모듈(200)로 유입된 원수는 세라믹 중공사막 모듈(200) 내에서 막여과 처리되어 캡 배출구(232)로 배출된다.The raw water flowing into the ceramic hollow fiber membrane module 200 through the
세라믹 중공사막 모듈(200)을 역세척할 경우, 처리수조(400) 내의 처리수가 캡 배출구(232)로 유입되어 하우징(220)를 역세척한 뒤 하우징 배출구(222)로 배출된다.When the ceramic hollow fiber membrane module 200 is backwashed, the treated water in the treated
제 1 캡(210)은 캡 유입구(211) 및 분리판(215)을 포함한다.The
캡 유입구(211)로 금속산화물 및 원수가 유입된다.The metal oxide and the raw water flow into the
분리판(215)은 세라믹 중공사막 모듈(200)로 유입되는 금속산화물을 세라믹 중공사막 모듈(200)의 하우징(220)에 균일하게 분포시켜 흡착층(250)을 형성하게 하기 위한 것이다.The
분리판(215)을 통과하고 세라믹 중공사막 모듈(200)에 유입된 금속산화물이 하우징(220)의 세라믹 중공사막(225) 각각들에 균일하게 분포된다. The metal oxides flowing through the
이러한 과정을 통해, 세라믹 중공사막 모듈(200)의 세라믹 중공사막(225)에 금속산화물에 의한 흡착층(250)이 형성되는 것이다.Through this process, the
따라서, 분리판(215)은 금속산화물 저장조(100)의 금속산화물이 유입되는 경로인 세라믹 중공사막 모듈(200)의 제 1 캡(210)에 위치하여 캡 유입구(211)와 연통되는 것이 바람직하다.Accordingly, the
하우징(220)은 하우징 유입구(221), 하우징 배출구(222), 세라믹 중공사막(225) 및 흡착층(250)을 포함한다.The
하우징 유입구(221)를 통해 원수조(300)의 원수가 유입된다.The raw water of the
하우징 배출구(222)를 통해 하우징(220)내를 역세척한 역세수가 배출된다.The backwash water backwashed through the
세라믹 중공사막(225)에 흡착층(250)이 형성되며, 흡착층(250)은 분리판(215)에 의해 분리된 금속산화물이 하우징(220)내에 균일하게 분포됨으로써 세라믹 중공사막(225)에 형성되는 것이다.The
도 2를 더 참조하여 설명하면, 세라믹 중공사막(225)의 표면에 금속산화물이 흡착되어 흡착층(250)을 형성함으로써 막을 형성하고, 형성된 막에 의해 유기 물질이 걸러지게 된다.2, a metal oxide is adsorbed on the surface of the ceramic
즉, 이렇게 형성된 흡착층(250)에 의해 세라믹 중공사막 모듈(200)이 보호되어 수명이 증가되고, 적은 투과플럭스 감소폭을 갖게 된다.That is, the ceramic hollow fiber membrane module 200 is protected by the thus formed
제 2 캡(230)는 하우징(220)에 의해 여과됨으로써 처리수를 집수하며, 캡 배출구(232)를 포함한다.The
캡 배출구(232)를 통해 제 2 캡(230)에 집수된 원수가 배출된다. The raw water collected in the
원수조(300)는 유기물질을 포함하는 원수가 저장되거나 저류되며, 원수조(300) 내의 원수는 세라믹 중공사막 모듈(200)로 공급된다.The raw water in the
원수조(300)에서 원수를 공급하는 시기는 구체적으로, 세라믹 중공사막 모듈(200)에 흡착층(250)이 형성된 것으로 확인될 경우, 원수조(300)가 세라믹 중공사막 모듈(200)로 원수를 공급한다.Specifically, when it is confirmed that the
처리수조(400)에 세라믹 중공사막 모듈(200)에 의해 막여과 됨으로써 처리된 처리수가 저장된다.Treated water is stored in the treated
또한, 세라믹 중공사막 모듈(200)을 역세척할 경우, 처리수조(400) 내의 처리수를 세라믹 중공사막 모듈(200)로 공급하여 역세척하게되고, 발생된 역세수는 하우징 배출구(222)로 배출된다.When the ceramic hollow fiber membrane module 200 is backwashed, the treated water in the treated
본 발명에 따른 수처리 시스템의 연결방법을 상세히 살펴본다.The connection method of the water treatment system according to the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 수처리 시스템의 금속산화물 저장조(100), 세라믹 중공사막 모듈(200), 원수조(300) 및 처리수조(400)는 제 1 라인(12), 제 2 라인(32), 제 3 라인(21), 제 4 라인(42) 및 분기라인(22)에 의해 연결된다.The metal
제 1 라인(12)은 금속산화물 저장조(100)의 배출부와 세라믹 중공사막 모듈(200)의 캡 유입구(211)를 연결하며, 제 1 밸브(V1) 및 제 2 밸브(V2)를 구비한다.The
제 1 밸브(V1)는 금속산화물 저장조(100)의 배출부에 인접하게 위치한다. 즉, 제 1 밸브(V1)는 제 1 라인(12) 상의 금속산화물 저장조(100)측 전단에 위치한다.The first valve (V1) is located adjacent to the discharge of the metal oxide reservoir (100). In other words, the first valve (V1) is located on the first line (12) in front of the metal oxide reservoir (100) side.
제 2 밸브(V2)는 세라믹 중공사막 모듈(200)의 캡 유입구(211)에 인접하게 위치한다. 즉, 제 2 밸브(V2)는 제 1 라인 상의 세라믹 중공사막 모듈(200)측 후단에 위치한다.The second valve V2 is positioned adjacent to the
제 2 라인(32)은 원수조(300)의 배출부와 세라믹 중공사막 모듈(200)의 하우징 유입구(221)를 연결하며, 제 3 밸브(V3)를 구비한다.The
제 3 밸브(V3)는 세라믹 중공사막 모듈(200)의 하우징 유입구(221)에 인접하게 위치한다. 즉, 제 3 밸브(V3)는 상기 제 2 라인(32) 상의 세라믹 중공사막 모듈(200)측 후단에 위치한다.The third valve V3 is located adjacent to the
제 3 라인(21)은 세라믹 중공사막 모듈(200)의 하우징 배출구(222)와 원수조(300)의 유입부를 연결하며, 제 5 밸브(V5)를 구비한다.The
제 4 라인(42)은 처리수조(400)의 유입부와 세라믹 중공사막 모듈(200)의 캡 배출구(232)를 연결한다.The
분기라인(22)은 제 1 라인(12)과 제 2 라인(32)을 연결하며, 제 4 밸브(V4)를 구비한다.The
본 발명에 따른 수처리 시스템의 밸브 제어 방법을 살펴본다.A valve control method of a water treatment system according to the present invention will be described.
세라믹 중공사막 모듈(200)로 금속산화물 저장조(100)의 금속산화물이 공급되는 경우, 제 3 밸브(V3), 제 4 밸브(V4) 및 제 5 밸브(V5)가 폐쇄된다. 즉, 제 1 라인(12)에 구비되는 제 1 밸브(V1) 및 제 2 밸브(V2)가 개방되어 금속산화물 저장조(100)의 금속산화물이 세라믹 중공사막 모듈(200)로 공급되는 것이다.When the metal oxide of the metal
세라믹 중공사막 모듈(200)로 원수조(300)의 원수가 공급되는 경우, 제 1 밸브(V1), 제 2 밸브(V2) 및 제 4 밸브(V4)가 폐쇄된다.The first valve V1, the second valve V2 and the fourth valve V4 are closed when the raw water of the
다른 실시예에서는, 세라믹 중공사막 모듈(200)로 원수조(300)의 원수가 공급되는 경우, 제 1 밸브(V1) 및 제 3 밸브(V3)만 폐쇄된다. 즉, 두가지 실시예 중 한가지의 실시예에 따라 밸브가 제어됨으로써 원수조(300)의 원수가 세라믹 중공사막 모듈(200)로 공급되는 것이다.In another embodiment, when the raw water of the
세라믹 중공사막 모듈(200)을 역세척할 경우, 제 1 밸브(V1), 제 3 밸브(V3) 및 제 4 밸브(V4)가 폐쇄된다. 즉, 이러한 밸브 제어를 통해, 처리수조(400)의 처리수를 이용하여 세라믹 중공사막 모듈(200)을 역세척하고, 역세척과정에서 발생하는 역세수 및 분리된 금속산화물은 제 3 라인(21)을 통해 금속산화물 저장조(100)로 다시 공급되는 것이다.When the ceramic hollow fiber membrane module 200 is backwashed, the first valve V1, the third valve V3 and the fourth valve V4 are closed. That is, through the valve control, the ceramic hollow fiber membrane module 200 is backwashed using the treated water in the
수처리Water treatment 시스템을 이용한 System-based 수처리Water treatment 방법 Way
도 6을 참조하여 본 발명에 따른 수처리 시스템을 이용한 수처리 방법을 설명한다.The water treatment method using the water treatment system according to the present invention will be described with reference to FIG.
본 발명에 따른 수처리 시스템을 이용한 수처리 방법은 (a) 세라믹 중공사막 모듈(200)로 금속산화물이 공급되는 단계, (b) 금속산화물이 세라믹 중공사막 모듈(200)에 흡착층(250)을 형성하는 단계, (b1) 세라믹 중공사막 모듈(200)의 여과 저항을 측정하여 흡착층(250)이 형성된 것을 확인하는 단계, (c) 원수조(300)의 원수가 세라믹 중공사막 모듈(200)로 공급되는 단계, (d) 세라믹 중공사막 모듈(200)에서 처리수가 처리수조(400)로 배출되는 단계, 및 (d1) 세라믹 중공사막 모듈(200)의 투과플럭스가 초기 투과플럭스 대비 기설정된 기준 이하로 감소되었다고 판단될 경우, 세라믹 중공사막 모듈(200)을 역세척시키는 단계를 수행한다.The water treatment method using the water treatment system according to the present invention comprises the steps of (a) supplying a metal oxide to a ceramic hollow fiber membrane module 200, (b) forming a metal oxide on the ceramic hollow fiber membrane module 200 to form an adsorption layer 250 (B1) confirming that the
(a) 세라믹 중공사막 모듈(200)로 금속산화물이 공급되는 단계는, 금속산화물 저장조(100) 내에 저장된 금속산화물이 펌프에 의해 세라믹 중공사막 모듈(200)로 공급되는 단계이다.(a) In the step of supplying the metal oxide to the ceramic hollow fiber membrane module 200, the metal oxide stored in the metal
이 단계에서 사용된는 금속산화물은 철-알루미늄의 이중구조 산화물(Fe-Al binary oxide, FAO)이며, 다른 실시예에서, 알루미늄 산화물(HAO)을 더 포함할 수도 있다.The metal oxide used in this step is an iron-aluminum binary oxide (FAO), and in another embodiment may further comprise aluminum oxide (HAO).
다음으로, (b) 금속산화물이 세라믹 중공사막 모듈(200)에 흡착층(250)을 형성하는 단계는, 세라믹 중공사막 모듈(200)로 공급된 금속산화물이 세라믹 중공사막 모듈(200) 내에 위치하는 분리판(215)에 의해 하우징(220)내에서 균일하게 분포됨으로써 흡착층(250)을 형성하는 단계이다.Next, the step (b) of forming the
다음으로, (b1) 세라믹 중공사막 모듈(200)의 여과 저항을 측정하여 흡착층(250)이 형성된 것을 확인하는 단계는, 세라믹 중공사막 모듈(200)의 여과 저항을 측정하여 흡착층(250)의 형성 유무를 판단한다.Next, the step (b1) of measuring the filtration resistance of the ceramic hollow fiber membrane module 200 to confirm that the
이 단계에서 흡착층(250)이 형성된 것으로 판단될 경우, 다음단계가 수행되고, 흡착층(250)이 충분히 형성되지 못한 것으로 판단될 경우, (a) 단계를 재수행한다.If it is determined that the
다음으로, (c) 원수조(300)의 원수가 세라믹 중공사막 모듈(200)로 공급되는 단계는, 흡착층(250)이 형성된 세라믹 중공사막 모듈(200)로 원수조(300) 내의 원수를 공급하여 원수 내의 유기물질을 제거하는 단계이다.(C) The raw water in the
다음으로, (d) 세라믹 중공사막 모듈(200)에서 처리수가 처리수조(400)로 배출되는 단계는, 하우징(220)를 통과함으로써 걸러진 상태의 처리수가 수집되는 처리수집수부(230) 내의 처리수를 처리수조(400)로 배출시키는 단계이다. (D) The process of discharging the process water from the ceramic hollow fiber membrane module 200 to the
다음으로, (d1) 세라믹 중공사막 모듈(200)의 투과플럭스가 초기 투과플럭스 대비 기설정된 기준 이하로 감소되었다고 판단될 경우, 세라믹 중공사막 모듈(200)을 역세척시키는 단계는, 세라믹 중공사막 모듈(200)의 투과플럭스가 초기 투과플럭스 대비 기 설정된 기준 이하로 감소되었다고 판단될 경우, 즉, 세라믹 중공사막 모듈(200)의 성능이 저하된 것으로 판단될 경우, 세라믹 중공사막 모듈(200)을 역세척시키는 단계이다.Next, if it is determined that the transmission flux of the ceramic hollow fiber membrane module 200 is decreased to be less than a preset reference value with respect to the initial transmission flux, the step of backwashing the ceramic hollow fiber membrane module 200 may include: When it is determined that the permeation flux of the ceramic hollow fiber membrane module 200 is reduced to be lower than a preset reference with respect to the initial transmission flux, that is, when it is determined that the performance of the ceramic hollow fiber membrane module 200 is deteriorated, Washing step.
철-알루미늄의 이중구조 산화물(Fe-Al binary oxide, FAO)의 효과 검증Verification of the effect of iron-aluminum binary oxide (Fe-Al binary oxide, FAO)
도 3 내지 도 5를 참조하여 철-알루미늄의 이중구조 산화물(FAO)의 유기물질 제거효과를 검증한다. 3 to 5, the effect of removing the organic substances of the iron-aluminum double structure oxide (FAO) is verified.
도 3을 참조하면, 철-알루미늄의 이중구조 산화물(FAO)이 알루미늄 산화물(HAO) 대비 2배(탁도 기준) 내지 5배(자외선 흡광도 기준)이상 뛰어난 자연유기물(휴믹산) 제거율(Removal efficiency)을 가지는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 3, the removal efficiency of natural organic (humic acid), which is superior to that of aluminum oxide (HAO) by two times (turbidity standard) to five times (based on ultraviolet absorbance), is higher than that of aluminum oxide .
도 4를 참조하면, 자연유기물 중 단백질(BSA)에 대하여는 철-알루미늄 산화물(FAO)이 알루미늄 산화물(HAO) 대비 조금 뛰어난 제거율을 보이나, 다당류(SA)에 대하여는 철-알루미늄 산화물(FAO)이 알루미늄 산화물(HAO) 대비 약 4 배이상 뛰어난 제거율을 보이는 것을 알 수 있다.4, ferro-aluminum oxide (FAO) exhibits a slightly higher removal rate compared to aluminum oxide (HAO) for proteins (BSA) in natural organic materials, while ferro-aluminum oxide (FAO) The removal efficiency is about four times higher than that of the oxide (HAO).
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 세라믹 중공사막 모듈(200)의 경우, 고분자 분리막의 투과플럭스 변화와 유사한 변화율을 갖는 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 세라믹 중공사막 모듈(200)의 경우 기존의 세라믹 중공사막 대비 뛰어난 막수명을 갖는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, it can be seen that the ceramic hollow fiber membrane module 200 according to the present invention has a rate of change similar to that of the permeation flux of the polymer membrane. That is, it can be seen that the ceramic hollow fiber membrane module 200 according to the present invention has an excellent membrane lifetime compared to the conventional ceramic hollow fiber membrane.
이상, 본 명세서에는 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 본 발명의 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다. While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the following claims. It will be appreciated that embodiments are possible. Accordingly, the scope of protection of the present invention should be determined by the claims.
12: 제 1 라인
32: 제 2 라인
21: 제 3 라인
22: 분기라인
42: 제 4 라인
V1: 제 1 밸브
V2: 제 2 밸브
V3: 제 3 밸브
V4: 제 4 밸브
100: 금속산화물 저장조
200: 세라믹 중공사막 모듈
210: 제 1 캡
211: 캡 유입구
215: 분리판
220: 하우징
221: 하우징 유입구
222: 하우징 배출구
225: 세라믹 중공사막
230: 제 2 캡
232: 캡 배출구
250: 흡착층
300: 원수조
400: 처리수조12: First line
32: second line
21: Line 3
22: Branch line
42: Line 4
V1: first valve
V2: second valve
V3: third valve
V4: fourth valve
100: metal oxide storage tank
200: Ceramic hollow fiber membrane module
210: first cap
211: cap inlet
215: separator plate
220: Housing
221: housing inlet
222: housing outlet
225: Ceramic hollow fiber membrane
230: second cap
232: cap outlet
250: adsorption layer
300: Circulating water tank
400: Treatment tank
Claims (13)
상기 금속산화물 저장조(100)의 금속산화물을 공급받으며, 세라믹 중공사막(225)을 포함하는 세라믹 중공사막 모듈(200);
상기 세라믹 중공사막 모듈(200)로 막여과 처리되어야 하는 원수를 유입시키는 원수조(300); 및
상기 세라믹 중공사막 모듈(200)에 의해 처리수가 저장되는 처리수조(400)을 포함하고,
상기 세라믹 중공사막(225)에 상기 금속산화물에 의한 흡착층(250)이 형성되고, 상기 흡착층(250)이 형성된 세라믹 중공사막(225)에 상기 원수조(300)의 원수가 유입되는,
수처리 시스템.
A metal oxide storage tank (100) storing a metal oxide;
A ceramic hollow fiber membrane module 200 receiving a metal oxide of the metal oxide storage tank 100 and including a ceramic hollow fiber membrane 225;
A raw water tank 300 for introducing raw water to be subjected to membrane filtration by the ceramic hollow fiber membrane module 200; And
And a treatment water tank (400) in which treated water is stored by the ceramic hollow fiber membrane module (200)
The raw water of the raw water tank 300 flows into the ceramic hollow fiber membrane 225 on which the adsorption layer 250 is formed by the metal oxide on the ceramic hollow fiber membrane 225,
Water treatment system.
상기 금속산화물은 철-알루미늄의 이중구조 산화물(Fe-Al binary oxide, FAO)인,
수처리 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the metal oxide is a Fe-Al binary oxide (FAO)
Water treatment system.
상기 세라믹 중공사막 모듈(200)은,
상기 금속산화물 및 상기 원수가 유입되는 캡 유입구(211)를 포함하는 제 1 캡(210);
상기 제 1 캡(210)을 통과한 금속산화물이 유입됨으로써 상기 세라믹 중공사막(225)에 상기 흡착층(250)이 형성되는 하우징(220); 및
상기 흡착층(250)이 형성된 세라믹 중공사막(225)에 의해 처리된 처리수가 집수되는 제 2 캡(230);을 포함하고,
상기 제 1 캡(210)은 상기 캡 유입구(211)와 연통되는 분리판(215)을 더 포함하고,
상기 제 2 캡(230)은 상기 제 2 캡(230)에 집수된 처리수를 배출하는 캡 배출구(232)를 포함하는,
수처리 시스템.
The method according to claim 1,
The ceramic hollow fiber membrane module (200)
A first cap 210 including a cap inlet 211 through which the metal oxide and the raw water are introduced;
A housing 220 in which the metal oxide that has passed through the first cap 210 flows to form the adsorption layer 250 on the ceramic hollow fiber membrane 225; And
And a second cap 230 for collecting the treated water treated by the ceramic hollow fiber membrane 225 on which the adsorption layer 250 is formed,
The first cap 210 further includes a separating plate 215 communicating with the cap inlet 211,
The second cap 230 includes a cap outlet 232 for discharging treated water collected in the second cap 230.
Water treatment system.
상기 하우징(220)은,
상기 원수조(300)의 원수를 공급받는 하우징 유입구(221); 및
상기 세라믹 중공사막 모듈(200)내의 역세수를 배출하는 하우징 배출구(222)를 포함하는,
수처리 시스템.
The method of claim 3,
The housing (220)
A housing inlet 221 for receiving raw water of the raw water tank 300; And
And a housing outlet (222) for discharging backwash water in the ceramic hollow fiber membrane module (200)
Water treatment system.
상기 수처리 시스템은,
상기 금속산화물 저장조(100)와 상기 세라믹 중공사막 모듈(200)의 상기 캡 유입구(211)를 연결하는 제 1 라인(12);
상기 원수조(300)와 상기 세라믹 중공사막 모듈(200)의 상기 제 2 원수 유입구(221)를 연결하는 제 2 라인(32);
상기 제 2 라인(32)과 상기 제 1 라인(12)을 연결하는 분기라인(22);
상기 하우징 배출구(222)와 상기 원수조(300)를 연결하는 제 3 라인(21); 및
상기 처리수조(400)와 상기 캡 배출구(232)를 연결하는 제 4 라인(42)을 더 포함하는,
수처리 시스템.
5. The method of claim 4,
The water treatment system comprises:
A first line 12 connecting the metal oxide reservoir 100 and the cap inlet 211 of the ceramic hollow fiber membrane module 200;
A second line (32) connecting the source water tank (300) and the second raw water inlet (221) of the ceramic hollow fiber membrane module (200);
A branch line (22) connecting the second line (32) and the first line (12);
A third line 21 connecting the housing outlet 222 and the source water tank 300; And
Further comprising a fourth line (42) connecting the process bath (400) and the cap outlet (232)
Water treatment system.
상기 수처리 시스템은,
상기 제 1 라인(12)에 위치하며, 상기 금속산화물 저장조(100)측 전단에 위치하는 제 1 밸브(V1);
상기 제 1 라인(12)에 위치하며, 상기 세라믹 중공사막 모듈(200)측 후단에 위치하는 제 2 밸브(V2);
상기 제 2 라인(32)에 위치하며, 상기 세라믹 중공사막 모듈(200)측 후단에 위치하는 제 3 밸브(V3);
상기 분기라인(22)에 위치하는 제 4 밸브(V4); 및
상기 제 3 라인(21)에 위치하는 제 5 밸브(V5)를 더 포함하는,
수처리 시스템.
6. The method of claim 5,
The water treatment system comprises:
A first valve (V1) located in the first line (12) and located at the front end of the metal oxide storage tank (100);
A second valve (V2) located in the first line (12) and located at the rear end of the ceramic hollow fiber membrane module (200) side;
A third valve (V3) located in the second line (32) and located at the rear end of the ceramic hollow fiber membrane module (200) side;
A fourth valve (V4) located in the branch line (22); And
Further comprising a fifth valve (V5) located in said third line (21)
Water treatment system.
상기 세라믹 중공사막 모듈(200)로 상기 금속산화물 저장조(100)의 상기 금속산화물이 공급되는 경우, 상기 제 3 밸브(V3), 상기 제 4 밸브(V4) 및 상기 제 5 밸브(V5)가 폐쇄되는,
수처리 시스템.
The method according to claim 6,
When the metal oxide of the metal oxide storage tank 100 is supplied to the ceramic hollow fiber membrane module 200, the third valve V3, the fourth valve V4 and the fifth valve V5 are closed felled,
Water treatment system.
상기 세라믹 중공사막 모듈(200)로 상기 원수조(300)의 원수가 공급되는 경우, 상기 제 1 밸브(V1)는 폐쇄되며,
상기 제 2 밸브(V2) 및 상기 제 4 밸브(V4)가 더 폐쇄되거나 상기 제 3 밸브(V3)가 더 폐쇄되는,
수처리 시스템.
The method according to claim 6,
When raw water of the raw water tank 300 is supplied to the ceramic hollow fiber membrane module 200, the first valve V1 is closed,
Wherein the second valve (V2) and the fourth valve (V4) are further closed or the third valve (V3) is further closed,
Water treatment system.
상기 세라믹 중공사막 모듈(200)을 역세척할 경우, 상기 제 1 밸브(V1), 상기 제 3 밸브(V3) 및 상기 제 4 밸브(V4)가 폐쇄되며,
이와 동시에 상기 세라믹 중공사막 모듈(200)에서 발생하는 역세수 및 분리된 금속산화물은 상기 금속산화물 저장조(100)로 다시 공급되는,
수처리 시스템.
The method according to claim 6,
When the ceramic hollow fiber membrane module 200 is backwashed, the first valve V1, the third valve V3, and the fourth valve V4 are closed,
At the same time, the backwash water generated from the ceramic hollow fiber membrane module 200 and the separated metal oxide are supplied back to the metal oxide storage tank 100,
Water treatment system.
(b) 상기 금속산화물이 상기 세라믹 중공사막 모듈(200)에 흡착층(250)을 형성하는 단계;
(c) 원수조(300)의 원수가 상기 세라믹 중공사막 모듈(200)로 공급되는 단계; 및
(d) 상기 세라믹 중공사막 모듈(200)에서 처리수가 처리수조(400)로 배출되는 단계;를 포함하는,
수처리 방법.
(a) supplying a metal oxide to the ceramic hollow fiber membrane module 200;
(b) forming the adsorption layer (250) on the ceramic hollow fiber membrane module (200) by the metal oxide;
(c) supplying raw water of the raw water tank 300 to the ceramic hollow fiber membrane module 200; And
(d) discharging treatment water from the ceramic hollow fiber membrane module (200) to the treatment water tank (400).
Water treatment method.
상기 금속산화물은 철-알루미늄의 이중구조 산화물(Fe-Al binary oxide, FAO)인,
수처리 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the metal oxide is a Fe-Al binary oxide (FAO)
Water treatment method.
상기 (b)단계 이후에,
(b1) 상기 세라믹 중공사막 모듈(200)의 여과 저항을 측정하여 상기 흡착층(250)이 형성된 것을 확인하는 단계;를 더 포함하는,
수처리 방법.
12. The method of claim 11,
After the step (b)
(b1) measuring the filtration resistance of the ceramic hollow fiber membrane module (200) to confirm that the adsorption layer (250) is formed;
Water treatment method.
상기 (d)단계 이후에,
(d1) 상기 세라믹 중공사막 모듈(200)의 투과플럭스가 초기 투과플럭스 대비 기설정된 기준 이하로 감소되었다고 판단될 경우, 상기 세라믹 중공사막 모듈(200)을 역세척시키는 단계;를 더 포함하는,
수처리 방법.
13. The method of claim 12,
After the step (d)
(d1) backwashing the ceramic hollow fiber membrane module (200) when it is determined that the transmission flux of the ceramic hollow fiber membrane module (200) is reduced below a preset reference with respect to the initial transmission flux.
Water treatment method.
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