KR20230064223A - 에너지 절약형 막여과 장치 및 이를 이용한 막여과 방법 - Google Patents

에너지 절약형 막여과 장치 및 이를 이용한 막여과 방법 Download PDF

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임재림
김지혜
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한국수자원공사
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Abstract

본 발명은 에너지절약형 막여과 장치 및 이를 이용한 막여과 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일정한 유량으로 여과 대상 원수를 공급받아 저장하는 원수 공급조; 상기 원수 공급조로부터 원수를 공급받아 이물질을 제거하는 분리막; 상기 분리막에 의해 이물질이 제거된 투과수를 일시적으로 저장하는 여과수조; 및 분리막을 세정하기 위한 약품이 저장된 화학세정 수조;를 포함하되, 상기 원수 공급조의 유입구에는 자연 유하식으로 여과 대상 원수를 공급하기 위한 제1 관로가 위치하고, 상기 원수 공급조의 수위, 상기 여과수조의 수위, 및 상기 분리막의 투과수 배출구의 순으로 순차적으로 낮아지도록 배치된 것을 특징으로 하는 막여과 장치 및 이를 이용한 막여과 방법에 관한 것이다.

Description

에너지 절약형 막여과 장치 및 이를 이용한 막여과 방법{Energy Saving Type Membrane Filtration Apparatus And Filtration Method Thereof}
본 발명은 에너지 절약형 막여과 장치 및 이를 이용한 막여과 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수두 차이를 이용하여 자연 유하 방식으로 운전이 가능하고 나아가 유량 제어를 위한 부품을 최소화할 수 있는 에너지 절약형 막여과 장치 및 이를 이용한 막여과 방법에 관한 것이다.
경제 성장과 소득 수준이 증가함에 따라 각종 오염물질이 수계로 배출되어 심각한 물 오염이 진행되고 있고, 또 지구온난화에 따른 현상으로 인해 우리나라를 포함하여 세계적으로 물부족 사태를 겪는 지역이 늘어나고 있는 추세이다.
일반적으로 먹는 물의 생산 과정, 즉 정수과정은 응집제를 투입하여 큰 입자와 일부 작은 입자를 제거한 후, 활성탄여과와 오존 산화 등 고도처리를 통해 깨끗한 물을 생산한다.
한편 21세기 들어서면서 분리막에 관한 관심이 집중되고 있으며, 국내외 다수의 정수장에도 도입되어 운전되고 있는 상황이다.
분리막은 표면에 미세한 기공이 형성되어 있어 각종 이물질의 제거능력이 탁월하고 재래식 정수과정 보다 운영이 용이하다는 이점이 있다.
물론 분리막의 도입 초기에는 분리막 자체의 비용이 고가인 관계로 선택적으로 설치되었지만, 분리막 비용이 갈수록 저렴해지고 있다는 점에서 향후 정수과정에서 핵심 단위 공정으로 자리 잡을 것으로 예상하고 있다.
하지만 분리막은 기본적으로 펌프와 같은 동력을 필요로 하고 또 각종 제어장치가 비싸다는 단점이 있다. 게다가 탄소중립을 지향하는 것이 세계적인 관심 사항이라는 현 실정을 고려하면 분리막 운전에 필요한 동력을 최소화하고 나아가 각종 제어장치를 줄인 막여과 장치와 막여과 방법의 개선이 필요하다.
한국공개특허공보 제2018-0008175호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 분리막 운전시 에너지 비용을 최소화할 수 있는 에너지절약형 막여과 장치 및 이를 이용한 막여과 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명에서는 유량 제어와 관련된 부품들을 최소화하면서도 정유량에 가까운 운전이 가능한 에너지절약형 막여과 장치 및 이를 이용한 막여과 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 막여과 장치는, 일정한 유량으로 여과 대상 원수를 공급받아 저장하는 원수 공급조(100); 상기 원수 공급조(100)로부터 원수를 공급받아 이물질을 제거하는 분리막(200); 상기 분리막(200)에 의해 이물질이 제거된 투과수를 일시적으로 저장하는 여과수조(300); 및 분리막(200)을 세정하기 위한 약품이 저장된 화학세정 수조(400);를 포함하되, 상기 원수 공급조(100)의 유입구(121)에는 자연 유하식으로 여과 대상 원수를 공급하기 위한 제1 관로(L1)가 위치하고, 상기 원수 공급조(100)의 수위, 상기 여과수조(300)의 수위, 및 상기 분리막(200)의 투과수 배출구의 순으로 순차적으로 낮아지도록 배치된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 막여과 장치에서, 상기 원수 공급조(100)의 유입구(121)에는 펌프(P)로 여과 대상 원수를 공급하기 위한 제1′ 관로(L1′)가 더 구비된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 막여과 장치에서, 상기 원수 공급조(100)는, 직립한 상태로 위치하며 소정 길이를 갖는 원통형상으로, 유출구(111)가 형성되는 하부는 아래로 갈수록 내경이 좁아지는 상협하광 구조를 갖는 메인 몸체(110); 및 상기 메인 몸체(110)의 내측 상부에는 위로 갈수록 내경이 점진적으로 좁아지는 상협하광 구조이고, 상측 단부에 여과 대상 원수의 유입구(121)가 형성된 보조 몸체(120);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 막여과 장치에서, 상기 원수 공급조(100)의 유출구(111)와 유입구(121)는 동일한 수직선상에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 막여과 장치에서, 상기 원수 공급조(100)의 유출구(111)에는 상기 분리막(200)으로 여과 대상 원수를 공급하기 위한 제2 관로(L2)가 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 막여과 장치에서, 상기 분리막(200)은 한외여과막 또는 정밀여과막인 것으로 특징으로 한다.
또한 본 발명의 막여과 장치에서, 상기 여과수조(300)는 물리세정을 위한 제1 여과수조(310)와 투과수를 일시적으로 저장하는 제2 여과수조(320)로 이루어지되, 상기 제1 여과수조(310)의 수위는 상기 원수 공급조(100)의 수위와 상기 분리막(200)의 투과수 배출구 사이에 위치하고, 상기 제2 여과수조(320)의 수위는 상기 제1 여과수조(310)의 수위와 상기 분리막(200)의 투과수 배출구 사이에 위치하도록 배치된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에서는 전술한 막여과 장치를 사용한 막여과 방법으로서, 여과 대상 원수를 일정한 유량으로 원수 공급조(100)에 공급하는 제1 단계; 원수 공급조(100)의 원수를 분리막(200)에 공급하는 제2 단계; 분리막(200)으로 원수에 포함된 이물질을 제거하여 투과수를 얻는 제3 단계; 및 간헐 또는 비간헐적으로 분리막(200)을 세정하는 제4 단계;를 포함하되, 상기 제2 단계에서는 자연 유하식에 의해 원수 공급조(100)의 원수가 일정한 유량으로 상기 분리막(200)으로 공급되고, 상기 제3 단계에서는 투과수의 일부가 여과수조(300)에 저류되며, 상기 제4 단계에서는 여과수조(300)에 저류된 투과수가 자연 유하식에 의해 분리막(200)으로 공급되어 물리세정이 수행되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 막여과 방법에서, 상기 제1 단계에서는 자연 유하식 및/또는 펌프(P)로 여과 대상 원수를 원수 공급조(100)에 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 에너지절약형 막여과 장치 및 이를 이용한 막여과 방법에 의하면, 수두 차이를 이용한 자연 유하 방식으로 운전이 가능하기 때문에 에너지 비용을 최소화할 수 있다는 이점이 있다.
또한 본 발명의 에너지절약형 막여과 장치 및 이를 이용한 막여과 방법에 의하면, 유량 제어를 위한 부품을 최소화하면서도 정유량에 가까운 운전이 가능하여 설치비용과 유지비용을 줄일 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 에너지 절약형 막여과 장치의 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시한 에너지 절약형 막여과 장치에서 원수 공급조의 상세도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 에너지 절약형 막여과 장치의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 에너지 절약형 막여과 장치를 사용한 막여과 방법의 흐름도이다.
본 출원에서 “포함한다”, “가지다” 또는 “구비하다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 에너지절약형 막여과 장치 및 이를 이용한 막여과 방법에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 에너지 절약형 막여과 장치의 개념도이다.
도 1에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 막여과 장치는, 원수 공급조(100), 분리막(200), 여과수조(300), 화학세정 수조(400), 다수개의 관로, 다수개의 밸브, 및 펌프(P)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 원수 공급조(100)는 일정한 유량으로 여과 대상 원수를 공급받아 일시적으로 저장하는 한편, 공급받는 유량 모두를 분리막(200)으로 이송한다.
여기서, 원수 공급조(100)에 공급하는 유량을 일정하게 조절하는 방법은 특별히 제한하지 않는다. 예를 들어, 취수원 등으로부터 이송되는 원수가 원수 공급조(100) 보다 높은 곳에 위치하면서 충분한 양의 원수가 이송될 시에는, 원수 공급조(100) 전방에 보조 원수 공급조(100′)를 설치하는 한편, 보조 원수 공급조(100′)와 원수 공급조(100)를 연결하는 제1 관로(L1)의 출구 높이를 보조 원수 공급조(100′)의 오버플로우(overflow) 위치보다 다소 낮게 설치함으로써 항상 일정한 유량이 원수 공급조(100)로 이송될 수 있다.
또 취수원 등으로부터 이송되는 원수가 원수 공급조(100) 보다 낮은 곳에 위치하면서 충분한 양의 원수가 이송될 시에는, 정량 펌프(P)를 사용함으로써 일정한 유량을 원수 공급조(100)로 이송시킬 수 있다. 물론 이러한 방법은 단독 또는 병행하여 사용할 수 있음은 당연하고, 제1 밸브(V1)와 제2 밸브(V2)는 분리막(200)의 세정이나, 장치의 수리, 보수시 원수 공급을 차단하기 위한 밸브들이다.
분리막(200)은 원수 공급조(100)로부터 원수를 공급받아 원수에 포함되어 있는 이물질을 제거하여 투과수를 생성한다.
본 발명에서는 펌프 등 별도의 구동원 없이 원수를 분리막(200)으로 공급하고 투과수를 얻을 수 있도록, 분리막(200)의 투과수 배출구는 원수 공급조(100)의 수위 보다 낮은 곳에 위치한다.
여기서, 이물질을 제거할 수 있다면 분리막의 종류는 특별히 제한하지 않지만, 역삼투막이나 나노여과막은 수기압 내지 수십 기압의 차압이 요구되므로, 1기압 이내의 차압 조건에서 운전이 가능한 정밀여과막이나 한외여과막인 것이 바람직하다.
한편 제2 관로(L2)는 원수 공급조(100) 하부에 위치한 유출구와 분리막(200) 입구를 연결하기 위한 관로로서, 물리세정이나 화학세정 시 원수의 공급을 차단하기 위한 제3 밸브(V3)가 제2 관로(L2)에 장착되어 있다. 또 분리막(200) 하부에는 물리세정이나 화학세정 시 폐액을 배출할 수 있도록 제5 관로(L5)가 마련되며, 또 제5 관로(L5)에는 제4 밸브(V4)가 장착되어 있다.
여과수조(300)는 분리막(200)에 의해 이물질이 제거된 투과수를 일시적으로 저장하며, 이러한 여과수조(300)는 물리세정 시 역세척수로도 사용된다.
즉, 일정 시간 내지 일정량의 원수를 분리막으로 통과시키면, 제거된 이물질들이 분리막에 부착 또는 흡착하여 여과성능이 저하되는 소위 파울링(fouling)이 발생하며, 따라서 원수가 이동하는 방향과 반대방향으로 간헐 또는 비간헐적으로 깨끗한 물을 공급하여 분리막의 여과성능을 회복시킨다.
통상의 분리막 공정에서는 분리막의 역세척이 펌프에 의해 이루어지지만, 본 발명에서는 펌프를 사용하지 않고 수두차에 의한 구동력만으로 물리세정을 실시하며, 따라서 여과수조(300)의 수위가 원수 공급조(100)의 수위보다는 낮지만 분리막(200)의 투과수 배출구 보다는 높은 곳에 위치하는 것이 바람직하다.
제3 관로(L3)는 분리막(200)의 투과수 배출구와 여과수조(300)를 연결하는 관로로서, 물리세정시 여과수조(300)의 물이 자연 유하식으로 분리막(200)의 투과수 배출구로 이동할 수 있도록 제3 관로(L3) 타측은 여과수조(300) 바닥의 유출입구(미도시)와 연결되는 것이 바람직하다.
화학세정 수조(400)는 약품을 사용하여 분리막(200)을 세척하기 위한 수조이다. 전술한 바와 같이, 투과수를 사용하여 간헐 또는 비간헐적으로 분리막(200)을 세척하는 물리세정 과정이 반복적으로 수행되지만, 일부 이물질들은 그대로 남아 물리세정 만으로는 회복이 어렵기 때문에 약품을 사용하여 분리막(200)의 성능을 회복시키는 화학세정 공정이 필연적으로 요구된다.
화학세정 시에도 별도의 동력 없이 화학세정액을 분리막(200)으로 공급할 수 있도록 화학세정 수조(400)의 수위가 원수 공급조(100)의 수위보다는 낮지만 분리막(200)의 투과수 배출구 보다는 높은 곳에 위치하는 것이 좋다.
여기서, 제3′ 관로(L3′)는 분리막(200)의 투과수 배출구와 화학세정 수조(400)를 연결하는 관로로서, 화학세정시 화학세정 수조(400)의 화학세정액이 자연 유하식으로 분리막(200)의 투과수 배출구로 이동할 수 있도록 제3′ 관로(L3′) 타측은 화학세정 수조(400) 바닥의 유출입구(미도시)와 연결되는 것이 바람직하다.
이상과 같이 원수 공급조(100)의 수위가 가장 높고, 다음으로 여과수조(300)와 화학세정 수조(400)의 수위, 가장 낮은 곳에는 분리막(200)의 투과수 배출구가 위치하도록 배치되면, 외부 동력 없이도 원수 공급조(100)의 수위와 여과수조(300)의 수위 차에 해당되는 여과수두(HP)에 의해 여과가 진행된다. 또 물리세정시에도 펌프 등 별도의 가압 수단 없이 여과수조(300)의 수위와 분리막(200)의 중간 지점에 해당되는 위치 차에 기인하는 물리세정 수두(HB)에 의해 물리세정이 가능하다.
도 2는 도 1에 도시한 에너지 절약형 막여과 장치에서 원수 공급조의 상세도이다. 도 2를 참조하면서 공급된 원수를 전부 여과하고 나아가 정유량 여과에 가까운 운전을 가능하게 하는 원수 공급조에 관해 상세하게 설명하기로 한다.
원수 공급조(100)는 메인 몸체(110)와 보조 몸체(120)로 구성된다.
메인 몸체(110)는 외형이 대략 원통형상이며 지면에 대해 길이 방향으로 직립한 상태로 위치한다. 그리고 하부는 아래로 갈수록 내경이 좁아지는 상협하광 구조로 이루어져 있으며, 꼭지점 즉 하부의 중앙에는 유출구(111)가 구비되어 있다.
한편 보조 몸체(120)는 메인 몸체(110)의 내측 상부에 위치한다. 구체적으로 위로 갈수록 내경이 점진적으로 좁아지는 상협하광 구조로서, 하측 가장자리는 메인 몸체(110)의 내벽과 연결되어 있고 상측 단부 중앙에는 여과 대상 원수가 유입되는 유입구(121)가 형성되어 있다.
전술한 바와 같이 분리막(200)을 이용한 여과 공정에서는 이물질에 의한 파울링 현상에 따라 여과성능이 떨어지기 때문에 동일한 유량의 투과수를 확보하기 위해서는 더 큰 힘으로 원수를 가압해야 한다.
본 발명에서는 별도의 가압수단 없이 자연 유하식인 수두 차이를 통해 원수를 공급하기 때문에, 긴 원통 형상의 메인 몸체(110)로 공급된 원수는 정유량에 가까운 투과수를 얻을 수 있다.
즉, 원수 공급조(100)의 유출구(111)를 기준으로 설명하면, 분리막이 전혀 오염되지 않은 상태의 수두가 제1 수두(h1)라고 가정할 때, 분리막 여과 공정을 진행함에 따라 분리막이 오염되면 투과수가 일시적으로 감소한다. 하지만 이와 함께 수두가 제2 수두(h2) 또는 제3 수두(h3) 만큼 상승하기 때문에 더 큰 힘으로 원수를 가압하는 효과를 얻을 수 있고 따라서 공급되는 원수 유량만큼 투과수를 얻을 수 있다.
특히, 도 2에 도시한 바와 같이 메인 몸체(110)의 내측 상부에 내경이 점진적으로 좁아지는 상협하광 구조의 보조 몸체(120)가 구비된 원수 공급조(100)를 채용할 시에는 보다 정유량에 가까운 운전이 가능하다.
구체적으로, 보조 몸체(120)는 위로 갈수록 내경이 좁아지는 구조이기 때문에 수두 상승에 필요한 시간을 단축시킬 수 있고, 따라서 원수를 가압하는 힘을 빨리 증가시킬 수 있다.
즉, 제3 수두(h3)와 제4 수두(h4)가 동일하다고 가정할 때, 보조 몸체(120)의 단면적이 보조 몸체(120) 아래에 위치하는 메인 몸체(110)의 단면적보다 작기 때문에 상대적으로 짧은 시간에 해당 수두를 확보할 수 있다.
게다가 보조 몸체(120)는 위로 갈수록 단면적이 점진적으로 작아지기 때문에 보조 몸체(120) 내에서도 상부로 갈수록 수두 확보가 용이한데, 이는 분리막 운전시의 차압 상승이 점차 가속되는 현상을 고려한 것이다.
물론 전술한 효과를 기대하기 위해서는 원수 공급조(100)의 유출구(111)와 유입구(121)의 중심이 동일한 수직선상인 중심선(CL)에 위치해야 함은 자명하다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 에너지 절약형 막여과 장치의 개념도이다.
본 발명의 제2 실시예에서는 여과수조(300)가 제1 여과수조(310)와 제2 여과수조(320)로 구성된 것을 제외하고 나머지는 전술한 제1 실시예와 동일하므로 이하에서는 상이한 구성에 관해서만 설명하기로 한다.
제1 여과수조(310)는 물리세정을 위한 수조이고, 제2 여과수조(320)는 투과수를 일시적으로 저장하는 수조인데, 제1 여과수조(310)의 수위는 원수 공급조(100)의 수위와 분리막(200)의 투과수 배출구 사이에 위치하는 반면, 제2 여과수조(320)의 수위는 제1 여과수조(310)의 수위와 분리막(200)의 투과수 배출구 사이에 위치한다.
제2 실시예에 의하면 제1 실시예보다 더 많은 투과수를 확보할 수 있다. 구체적으로 설명하면, 분리막(200)의 투과수를 이송하는 제3 관로(L3)는 제2 여과수조(320)와 이어져 있으며, 소정 위치에서 분기된 제3″ 관로(L3″)는 제1 여과수조(310)와 연결되어 있다.
물리세정이 종료된 후 제1 여과수조(310)에 투과수를 채우는 단계에서는 투과수가 제3 관로(L3) 및 제3″ 관로(L3″)를 경유하여 이동하고, 제1 여과수조(310)에 물리세정을 위한 충분한 양의 투과수가 채워진 이후에는 제2 여과수조(320)로만 투과수가 이동한다.
따라서 물리세정 수두(HB)는 그대로 유지하는 한편, 제1 여과수조(310) 수위와 제2 여과수조(320) 수위 차이에 해당되는 제2 여과수두(HP2)를 추가로 확보할 수 있어 더 많은 투과수를 생성할 수 있다.
다음은 전술한 막여과 장치를 사용하여 막여과하는 방법에 관해 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 에너지 절약형 막여과 장치를 사용한 막여과 방법의 흐름도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 막여과방법은 여과 대상 원수를 일정한 유량으로 원수 공급조(100)에 공급하는 제1 단계, 원수 공급조(100)의 원수를 분리막(200)에 공급하는 제2 단계, 분리막(200)으로 원수에 포함된 이물질을 제거하여 투과수를 얻는 제3 단계, 및 간헐 또는 비간헐적으로 분리막(200)을 세정하는 제4 단계;를 포함하여 구성된다.
여과 대상 원수를 일정한 유량으로 원수 공급조(100)에 공급하는 제1 단계에서는, 취수원 등으로부터 이송되는 원수를 원수 공급조(100) 전방에 구비된 보조 원수 공급조(100′)로 공급하고 보조 원수 공급조(100′)에서는 일정한 유량이 원수 공급조(100)로 이송될 수 있도록 일부를 오버플로우(overflow) 시킨다. 물론 필요에 따라서는 정량 펌프(P)를 사용하여 원수 공급조(100)로 일정한 유량이 공급되도록 조절할 수 있다.
원수 공급조(100)의 원수가 자연 유하식에 의해 일정한 유량으로 분리막(200)으로 공급되는 제2 단계에서는, 분리막(200)에서 일부 이물질이 축적되어 여과성능이 다소 떨어지더라도 원수 공급조(100)에서의 수위 상승에 따른 여과수두(HP)로 인해 가압력을 높일 수 있어 원수 공급조(100)로 공급된 유량과 근접한 유량의 원수를 공급하는 것이 가능하다.
통상 정유량 방식으로 분리막을 운전할 시에는 펌프로 원수를 가압하여 공급하면서 투과수의 유량을 연속적으로 측정하고, 측정값이 설정된 유량보다 높거나 낮으면 다시 펌프로 신호를 송신하여 공급량을 조절하는 것이 일반적이다.
하지만 이 경우 투과수의 유량을 정밀하게 제어하는 것이 쉽지 않을 뿐만 고가의 제어 장비와 제어 프로그램을 구입해야 하는 반면, 본 발명에서는 원수 공급조의 구조를 개량하고 수두 차이를 이용하기 때문에 훨씬 경제적이다.
분리막(200)에 의해 이물질이 제거된 투과수 일부가 여과수조(300)에 저류되는 제3 단계에서는 제3 밸브(V3)와 제6 밸브(V6)는 열려 있는 반면 제4 밸브(V4)와 제5 밸브(V5)는 닫혀 있다.
여기서, 물리세정에 필요한 양의 투과수가 여과수조(300)에 채워진 이후 나머지 투과수는 별도의 저류조로 이송된다.
여과수조(300)에 저류된 투과수가 자연 유하식에 의해 분리막(200)으로 공급되어 물리세정이 수행되는 제4 단계에서는 정해진 시간 동안 여과공정을 실시한 이후이거나 정해진 양의 투과수를 얻은 이후 실시되나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
물리세정 시에는 원수 및 투과수가 이동하는 반대 방향으로 여과수조(300)에 집수된 투과수를 공급하며, 즉, 제6 밸브(V6)와 제4 밸브(V4)는 열려 있는 반면 제3 밸브(V3)와 제5 밸브(V5)는 닫혀 있다.
장기간 여과 공정 후 실시하는 화학세정시에는, 제5 밸브(V5)와 제4 밸브(V4)는 열려 있는 반면 제3 밸브(V3)와 제6 밸브(V6)는 닫혀 있다. 물론 화학세정 수조(400)의 화학세정액이 분리막(200)으로 충분히 이동한 뒤에는 제4 밸브(V4)를 닫아도 무방하다.
화학세정액은 알칼리 물질이나 산성 물질 등이 용해된 상태이며, 이러한 화학세정액은 공지된 기술에 해당되므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 에너지 절약형 막여과 장치를 사용하여 막여과할 시에는 전술한 방법과 대비하여 제1 단계와 제2 단계는 동일하고, 제3 단계와 제4 단계에서 차이가 있다.
구체적으로, 제3 단계에서는 분리막(200)에 의해 이물질이 제거된 투과수는 먼저 제1 여과수조(310)로 공급되어 충분한 양의 물리세정액이 채워진 이후, 제2 여과수조(320)로 공급된다.
따라서 투과수가 제1 여과수조(310)로 공급될 시에는 제3 밸브(V3)와 제6 밸브(V6)는 열려 있는 반면 제4 밸브(V4), 제5 밸브(V5) 및 제7 밸브(V7)는 닫혀 있고, 제2 여과수조(320)로 공급될 시에는 제3 밸브(V3)와 제7 밸브(V7)는 열려 있는 반면 제4 밸브(V4), 제5 밸브(V5) 및 제6 밸브(V6)는 닫혀 있는 상태이다.
여기서, 제1 여과수조(310) 내부 소정 위치에 설치된 수위 센서(미도시)에 도달하거나 제1 여과수조(310)로의 공급 시간에 기초하여 제2 여과수조(320)로의 공급여부를 결정할 수 있다.
제4 단계에서의 물리세정 시에는 제6 밸브(V6)와 제4 밸브(V4)는 열려 있는 반면 제3 밸브(V3), 제5 밸브(V5) 및 제7 밸브(V7)는 닫혀 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
100 : 원수 공급조
100′ : 보조 원수 공급조
110 : 메인 몸체
111 : 유출구
120 : 보조 몸체
121 : 유입구
200 : 분리막
300 : 여과수조
310 : 제1 여과수조
320 : 제2 여과수조
400 : 화학세정 수조
P : 펌프
HP : 여과수두
HP1 : 제1 여과수두 HP2 : 제2 여과수두
HB : 물리세정 수두
h1 : 제1 수두 h2 : 제2 수두
h3 : 제1 수두 h4 : 제2 수두
h5 : 제5 수두
L1 : 제1 관로 L1′ : 제1′ 관로
L2 : 제2 관로
L3 : 제3 관로
L3′ : 제3′ 관로 L3″ : 제3″ 관로
L4 : 제4 관로
L5 : 제5 관로
V1 : 제1 밸브 V2 : 제2 밸브
V3 : 제3 밸브 V4 : 제4 밸브
V5 : 제5 밸브 V6 : 제6 밸브
V7 : 제7 밸브
CL : 중심선

Claims (9)

  1. 일정한 유량으로 여과 대상 원수를 공급받아 저장하는 원수 공급조(100);
    상기 원수 공급조(100)로부터 원수를 공급받아 이물질을 제거하는 분리막(200);
    상기 분리막(200)에 의해 이물질이 제거된 투과수를 일시적으로 저장하는 여과수조(300); 및
    분리막(200)을 세정하기 위한 약품이 저장된 화학세정 수조(400);를 포함하되,
    상기 원수 공급조(100)의 유입구(121)에는 자연 유하식으로 여과 대상 원수를 공급하기 위한 제1 관로(L1)가 위치하고,
    상기 원수 공급조(100)의 수위, 상기 여과수조(300)의 수위, 및 상기 분리막(200)의 투과수 배출구의 순으로 순차적으로 낮아지도록 배치된 것을 특징으로 하는 막여과 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원수 공급조(100)의 유입구(121)에는 펌프(P)로 여과 대상 원수를 공급하기 위한 제1′ 관로(L1′)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 막여과 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 원수 공급조(100)는,
    직립한 상태로 위치하며 소정 길이를 갖는 원통형상으로, 유출구(111)가 형성되는 하부는 아래로 갈수록 내경이 좁아지는 상협하광 구조를 갖는 메인 몸체(110); 및
    상기 메인 몸체(110)의 내측 상부에는 위로 갈수록 내경이 점진적으로 좁아지는 상협하광 구조이고, 상측 단부에 여과 대상 원수의 유입구(121)가 형성된 보조 몸체(120);를 포함하는 것을 특징으로 하는 막여과 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 원수 공급조(100)의 유출구(111)와 유입구(121)는 동일한 수직선상에 위치하는 것을 특징으로 하는 막여과 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 원수 공급조(100)의 유출구(111)에는 상기 분리막(200)으로 여과 대상 원수를 공급하기 위한 제2 관로(L2)가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 막여과 장치.
  6. 제6항에 있어서,
    상기 분리막(200)은 한외여과막 또는 정밀여과막인 것으로 특징으로 하는 막여과 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 여과수조(300)는 물리세정을 위한 제1 여과수조(310)와 투과수를 일시적으로 저장하는 제2 여과수조(320)로 이루어지되,
    상기 제1 여과수조(310)의 수위는 상기 원수 공급조(100)의 수위와 상기 분리막(200)의 투과수 배출구 사이에 위치하고, 상기 제2 여과수조(320)의 수위는 상기 제1 여과수조(310)의 수위와 상기 분리막(200)의 투과수 배출구 사이에 위치하도록 배치된 것을 특징으로 하는 막여과 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 막여과 장치를 사용한 막여과 방법으로서,
    여과 대상 원수를 일정한 유량으로 원수 공급조(100)에 공급하는 제1 단계;
    원수 공급조(100)의 원수를 분리막(200)에 공급하는 제2 단계;
    분리막(200)으로 원수에 포함된 이물질을 제거하여 투과수를 얻는 제3 단계; 및
    간헐 또는 비간헐적으로 분리막(200)을 세정하는 제4 단계;를 포함하되,
    상기 제2 단계에서는 자연 유하식에 의해 원수 공급조(100)의 원수가 일정한 유량으로 상기 분리막(200)으로 공급되고,
    상기 제3 단계에서는 투과수의 일부가 여과수조(300)에 저류되며,
    상기 제4 단계에서는 여과수조(300)에 저류된 투과수가 자연 유하식에 의해 분리막(200)으로 공급되어 물리세정이 수행되는 것을 특징으로 하는 막여과 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 단계에서는 자연 유하식 및/또는 펌프(P)로 여과 대상 원수를 원수 공급조(100)에 공급하는 것을 특징으로 하는 막여과 방법.
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