WO2012044028A2

WO2012044028A2 - 여과 시스템 및 여과 방법

Info

Publication number: WO2012044028A2
Application number: PCT/KR2011/007076
Authority: WO
Inventors: 이광진; 이아름; 신용철; 양준열
Original assignee: 코오롱인더스트리 주식회사; 코오롱환경서비스주식회사
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2012-04-05
Also published as: US20130213886A1; KR20120032434A; CN103180031B; CN103180031A; KR101771207B1; US10052591B2; WO2012044028A3

Abstract

전처리 작업을 통하여 여과막 오염 자체를 최소화하되, 전처리 작업과 여과막을 이용한 여과 작업을 하나의 여과부 내에서 수행함으로써 전처리를 위한 별도의 공간 및 시설을 요구하지 않는 여과 시스템 및 여과 방법이 개시된다. 본 발명의 여과 시스템은 원수에 미세기포를 공급하는 미세기포 공급부를 포함한다. 미세 기포의 부상으로 인해 상기 여과부 내에 형성되는 동적 여과층을 통해 처리되어야 할 원수를 상기 여과부에 공급함으로써 전처리가 수행된다.

Description

여과 시스템 및 여과 방법

본 발명은 여과 시스템 및 여과 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 전처리를 위한 별도의 공간 및 시설을 요구하지 않을 뿐만 아니라 여과막의 오염을 억제하고 오염된 여과막을 효과적으로 세정할 수 있는 여과 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

고온에서의 가열이나 상변화를 이용하는 분리 방법에 비하여 여과막을 이용한 분리 방법은 많은 장점들이 있는데, 가장 큰 장점들 중 하나는 여과막의 세공 크기에 따라 원하는 수질을 안정적으로 얻을 수 있으므로 공정의 신뢰도를 높일 수 있다는 점이다. 또한, 여과막을 이용하면 고온에서의 가열 등의 조작이 필요 없기 때문에, 미생물 등을 사용하는 분리 공정에 여과막이 사용될 경우 미생물이 열에 의해 영향을 받는 것을 방지할 수도 있다.

그러나, 여과막에 의한 수처리가 진행됨에 따라 오염 물질에 의한 여과막 오염 현상이 야기되어 여과막의 투과 성능이 크게 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.

여과막 오염을 해결하기 위하여 백워싱(backwashing), 산기(aeration) 등과 같은 여과막 세정이 수행될 수 있으나, 이와 같은 여과막 세정은 일단 오염된 여과막으로부터 오염물질을 제거하는 것으로서 사후적 조치에 불과하다는 한계를 갖고 있다.

따라서, 여과막 오염에 대한 사전적 조치로서, 여과막의 오염을 원천적으로 최소화하기 위하여 여과막에 의한 여과 작업 전에 상대적으로 큰 고형 물질을 원수로부터 미리 제거하는 전처리 작업을 수행하는 것이 고려될 수 있다.

그러나, 이와 같은 전처리 작업을 수행하기 위해서는 별도의 전처리용 공간의 확보, 전처리 시설의 설치, 및 그에 따른 비용 증가 등의 문제점이 발생하게 된다.

따라서, 본 발명은 위와 같은 관련 기술의 제한 및 단점들에 기인한 문제점들을 방지할 수 있는 여과 시스템 및 여과 방법에 관한 것이다.

본 발명의 일 측면은 전처리 작업을 통하여 여과막 오염 자체를 최소화하되, 전처리 작업과 여과막을 이용한 여과 작업을 하나의 여과부 내에서 수행함으로써 전처리를 위한 별도의 공간 및 시설을 요구하지 않는 여과 시스템 및 여과 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 측면은 모듈 케이스 내에 존재하는 중공사막의 산기 세정을 위하여 제공되는 미세기포의 활용도를 극대화할 수 있는 여과 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 측면은 여과막의 오염 자체를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 일단 오염된 여과막을 효과적으로 세정할 수 있는 여과 시스템 및 여과 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술될 것이고, 부분적으로는 그러한 기술로부터 자명할 것이다. 또는, 본 발명의 실시를 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 학습되어질 수 있을 것이다. 본 발명의 목적들 및 다른 이점들은 첨부된 도면은 물론이고 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위에서 특정된 구조에 의해 실현되고 달성될 것이다.

본 발명의 일 측면으로서, 처리되어야 할 원수를 위한 공간을 제공하는 여과부; 상기 원수에 미세기포를 공급하는 미세기포 공급부; 상기 미세 기포가 상기 원수 내에서 부상(floating)하면서 접촉하게 되는 여과막; 및 상기 미세 기포의 부상으로 인해 상기 여과부 내에 형성되는 동적 여과층(dynamic filtration layer)을 통해 처리되어야 할 원수를 상기 여과부에 공급하는 원수 공급부를 포함하는 여과 시스템이 제공된다.

본 발명의 다른 측면으로서, 원수 유입포트, 미세기포 유입포트, 및 여과수 배출포트를 갖는 모듈 케이스; 상기 원수 유입포트를 통해 처리되어야 할 원수를 상기 모듈 케이스 내로 공급하는 원수 공급부; 상기 미세기포 유입포트를 통해 미세기포를 상기 모듈 케이스 내의 상기 원수로 공급하는 미세기포 공급부; 상기 모듈 케이스 내에 존재하며, 상기 모듈 케이스의 내의 상기 원수를 위한 공간과 상기 여과수 배출포트를 물리적으로 차단함으로써 상기 원수가 상기 여과수 배출포트를 통해 상기 모듈 케이스로부터 배출되는 것을 방지하는 고정부; 상기 모듈 케이스 내의 중공사막 - 여기서, 상기 중공사막의 양단 모두는 상기 고정부에 포팅되어 있고, 상기 중공사막과 상기 여과수 배출포트가 유체 연통할 수 있도록 개방되어 있음 -; 및 상기 여과수 배출포트를 통해 상기 중공사막의 중공에 음압을 가하는 펌프를 포함하는 여과 시스템이 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면으로서, 처리되어야 할 원수를 전처리하는 단계; 및 상기 전처리된 원수를 여과막으로 여과하는 단계를 포함하되, 상기 전처리 단계와 상기 여과 단계가 하나의 여과부에서 수행되는 여과 방법이 제공된다.

위와 같은 일반적 서술 및 이하의 상세한 설명 모두는 본 발명을 예시하거나 설명하기 위한 것일 뿐으로서, 특허청구범위의 발명에 대한 더욱 자세한 설명을 제공하기 위한 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에 의하면, 전처리 작업을 통하여 여과막 오염 자체가 최소화됨과 동시에, 전처리 작업과 여과막을 이용한 여과 작업이 하나의 여과부 내에서 수행됨으로써 전처리를 위한 별도의 공간 및 시설을 요구되지 않는다.

또한, 여과막의 오염 자체가 경제적 및 효과적으로 방지될 수 있을 뿐만 아니라 일단 오염된 여과막에 대해서는 살균 효과를 수반하는 세정이 실행될 수 있기 때문에, 본 발명의 여과 시스템 및 여과 방법은 여과막의 여과 성능을 향상시키고 역세(backwashing) 주기 및 회복세정(recovery cleaning) 주기를 길게 할 수 있다.

본 발명의 다른 효과들은 그와 관련된 기술적 구성과 함께 이하에서 자세히 기술될 것이다.

첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕고 본 명세서의 일부를 구성하기 위한 것으로서, 본 발명의 실시예들을 예시하며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 여과 시스템을 보여주는 개략도이고,

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 의한 여과 시스템을 보여주는 개략도이며,

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 의한 여과 시스템을 보여주는 개략도이다.

본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 다양한 변경 및 변형이 가능하다는 점은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위에 기재된 발명 및 그 균등물의 범위 내에 드는 변경 및 변형을 모두 포함한다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "일반기포"는 직경이 100㎛를 초과하는 기포로 정의된다. 일반기포는 물 속을 상대적으로 빠른 속도로 상승하여 수면에서 터져 소멸된다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "미세기포"는 직경이 100㎛ 이하인 기포로 정의된다. 미세기포는 1~100㎛의 직경을 갖는 마이크로기포와 1㎛ 미만의 직경을 갖는 나노기포로 분류될 수 있다. 마이크로기포는 물 속에서 상대적으로 서서히 상승하고 서서히 소멸한다. 나노기포는 물 속에서 몇 달 동안 지속될 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 여과 시스템 및 여과 방법의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 여과 시스템을 개략적으로 나타낸다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 의한 여과 시스템(100)은 처리되어야 할 원수를 위한 공간을 제공하는 여과부(110)를 포함한다. 상기 여과부(110)는 수조(water bath)일 수 있다.

여과부(110) 내의 원수에 여과막(120)이 침지된다. 여과막(120)은 중공사막 또는 평막의 형태를 가질 수 있다. 제1 펌프(P1)로부터의 음압(negative pressure)이 여과막(120) 내부에 가해짐으로써 유체만이 선택적으로 여과막(120) 내부로 투과되고 불순물 또는 슬러지 등의 고형 성분이 분리된다. 즉, 제1 펌프(P1)로부터의 음압이 여과막(120)에 가해짐으로써 여과수가 생산된다.

본 발명의 여과 시스템(100)은 여과부(110) 내의 원수에 미세기포를 공급하기 위한 미세기포 공급부(130)를 포함한다.

본 발명의 미세기포 공급부(130)는 여과막(120)을 통해 생산된 여과수의 일부 및 에어(air)를 각각 공급받고, 상기 에어를 상기 여과수에 용해시킴으로써 에어-용존 여과수(air-dissolved filtrate)를 생산하는 에어 용해부(131)를 포함할 수 있다.

본 발명의 미세기포 공급부(130)는 상기 에어 용해부(131)로부터 에어-용존 여과수를 받아 이를 토출함으로써 미세기포를 발생시키는 노즐(132)을 포함할 수 있다. 도 1에 예시된 바와 같이, 노즐(132)은 여과부(110) 내에서 상기 여과막(120) 아래에 위치할 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 실시예에 의한 여과 시스템(100)은 일반기포 공급부(140)를 더 포함할 수 있다. 일반기포 공급부(140)는 블로워(blower)(141) 및 상기 블로워(141)로부터 에어를 공급받아 일반기포를 발생시키는 산기관(142)을 포함할 수 있다. 도 1에 예시된 바와 같이, 산기관(142)은 여과부(110) 내에서 상기 노즐(132) 아래에 위치할 수 있다.

본 발명의 여과 시스템(100)은 여과부(110)에 원수를 공급하기 위한 원수 공급부를 포함한다. 원수 공급부는 공급될 원수를 저장하기 위한 원수 저장조(160) 및 원수 저장조(160)의 원수를 여과부(110)로 공급하기 위한 제2 펌프(P2)를 포함할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 제1 실시예에 의한 여과 시스템(100)의 여과 작업 프로세스를 구체적으로 설명한다.

먼저, 원수 저장조(160)의 원수가 제2 펌프(P2)에 의해 여과부(110) 내로 유입된다.

여과부(110) 내로 유입된 원수에 노즐(132)로부터 분출된 미세기포가 공급된다. 미세기포는 마이크로기포, 나노기포, 또는 이들의 혼합일 수 있다.

미세기포는 원수 내에서 서서히 부상하게 된다. 이때, 원수 내에 존재하는 오염 입자들과 미세기포 사이의 정전기적 인력 및 미세기포의 표면장력에 의해 상기 오염 입자들이 미세기포와 함께 수면으로 부상하게 된다. 그 결과, 여과부(110) 내에는 미세기포 및 다양한 입자성 오염 물질들로 이루어진 동적 여과층(150)이 원수의 수면 또는 그 근처에 형성된다.

시간의 경과에 따라 새로운 미세기포 및 오염 물질들이 동적 여과층(150)에 추가됨과 동시에 기존의 미세기포들이 소멸하게 된다. 즉, 동적 여과층(150)은 그 형태 및 크기가 지속적으로 변할 수 있다.

미세기포 중 나노기포의 비율이 높을수록 동적 여과층(150)의 두께가 두껍고 안정적으로 유지될 수 있다.

도 1에 예시된 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 노즐(132)의 아래에 위치한 산기관(142)으로부터 제공된 일반기포가 상대적으로 빠른 속도로 수면을 향해 상승한다. 일반기포의 빠른 상승은 미세기포, 특히 나노기포의 상승을 유발한다.

한편, 제1 펌프(P1)로부터의 음압이 여과막(120) 내부에 가해짐으로써 여과수가 생산된다. 이렇게 생산된 여과수의 일부는 에어 용해부(131)로 유입된다. 에어 용해부(131)는 별도의 통로로 에어를 공급받은 후 이 에어를 여과수에 용해시킴으로써 에어-용존 여과수를 생산하고 이를 노즐(132)로 공급한다.

노즐(132)을 통해 발생된 미세기포는 부상하면서 여과막 표면에 접촉 또는 달라붙어 다른 오염물질이 여과막 표면에 달라붙는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다. 또한, 시간의 경과에 따라 미세기포, 특히 나노기포가 터지면 온도가 급상승하게 되어 살균효과까지 기대할 수 있다. 이와 같은 미세기포의 세정 및 살균 효과 덕분에 여과막의 여과성능이 더욱 오랜 시간 동안 지속될 수 있다.

한편, 제2 펌프(P2)를 통해 원수 저장조(160)의 원수가 여과부(110)로 공급될 때 동적 여과층(150)을 통과하게 된다. 미립자 또는 콜로이드성 물질 등의 오염물질이 부착된 미세기포는 제타 전위(Zeta Potential)를 띄기 때문에 원수 공급부로부터 공급되는 원수 중에 존재하는 오염물질과의 정전기적 상호 작용에 의해 원수에 대한 1차 여과, 즉 전처리 작업을 수행할 수 있다.

이와 같은 구성 및 방법을 통해 전처리 작업을 수행함으로써 여과막(120) 오염 자체를 최소화하되, 전처리 작업과 여과막(120)을 이용한 여과 작업을 하나의 여과부(110) 내에서 수행할 수 있다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 의한 여과 시스템을 개략적으로 나타낸다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 의한 여과 시스템(200)은 처리되어야 할 원수를 위한 공간을 제공하는 여과부(210)를 포함한다. 상기 여과부(210)는 가압식 중공사막 모듈의 케이스 형태일 수 있다.

제1 및 제2 고정부(241, 242)를 통해 여과부(210) 내에 여과막(220)이 고정된다. 도 2에 예시된 바와 같이, 여과막(220)은 중공사막의 형태를 가질 수 있다. 여과부(210) 하부에 위치한 제2 고정부(242)는 원수가 통과할 수 있도록 다수의 관통 홀(H)들을 가진다.

여과 시스템(200)은 여과부(210)에 원수를 공급하기 위한 원수 공급부를 포함한다. 원수 공급부는 공급될 원수를 저장하기 위한 원수 저장조(260) 및 원수 저장조(260)의 원수를 여과부(210)로 공급하기 위한 제3 펌프(P3)를 포함할 수 있다.

제3 펌프(P3)에 의해 가압된 원수가 여과부(210) 내로 지속적으로 유입되면서 유체만이 선택적으로 여과막(220) 내부로 투과되고 불순물 또는 슬러지 등의 고형 성분이 분리된다. 즉, 제3 펌프(P3)에 의해 가압된 원수가 여과부(220) 내로 유입됨에 따라 여과막을 통과한 유체, 즉 여과수가 생산된다.

본 발명의 제2 실시예에 의한 여과 시스템(200)은 여과부(210) 내의 원수에 미세기포를 공급하기 위한 미세기포 공급부(230)를 포함한다.

본 발명의 미세기포 공급부(230)는 여과막(220)을 통해 생산된 여과수의 일부 및 에어를 각각 공급받고, 상기 에어를 상기 여과수에 용해시킴으로써 에어-용존 여과수를 생산하는 에어 용해부(231)를 포함할 수 있다.

미세기포 공급부(230)는 상기 에어 용해부(231)로부터 에어-용존 여과수를 받아 이를 토출함으로써 미세기포를 발생시키는 노즐(232)을 포함할 수 있다. 도 2에 예시된 바와 같이, 노즐(232)은 여과부(210) 밖에 위치하고 미세기포를 별도의 배관을 통해 여과부(210) 내의 원수에 공급할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 제2 실시예에 의한 여과 시스템(200)의 여과 작업 프로세스를 구체적으로 설명한다.

먼저, 원수 저장조(260)의 원수가 제3 펌프(P3)에 의해 가압된 상태로 여과부(210) 내로 유입된다.

미세기포 공급부(230)로부터의 미세기포가 여과부(210) 내로 유입된 원수에 공급된다. 미세기포는 마이크로기포, 나노기포, 또는 이들의 혼합일 수 있다.

미세기포는 제2 고정부(242)에 형성된 관통 홀(H)들을 통과하여 원수 내에서 서서히 부상하게 된다. 이때, 원수 내에 존재하는 오염 입자들이 정전기적 인력에 의해 미세기포에 부착되게 되어 미세기포와 함께 수면으로 부상하게 된다. 그 결과, 여과부(210) 내에는 미세기포 및 다양한 입자성 오염 물질들로 이루어진 동적 여과층(250)이 원수의 수면, 즉 제1 고정부(241)의 바로 아래에 형성된다.

시간의 경과에 따라 새로운 미세기포 및 오염 물질들이 동적 여과층(250)에 추가됨과 동시에 기존의 미세기포들이 소멸하게 된다. 즉, 동적 여과층(250)은 그 형태 및 크기가 지속적으로 변할 수 있다.

한편, 여과막(220)을 통해 생산된 여과수의 일부는 에어 용해부(231)로 유입된다. 에어 용해부(231)는 별도의 통로로 에어를 공급받은 후 이 에어를 여과수에 용해시킴으로써 에어-용존 여과수를 생산하고 이를 노즐(232)로 공급한다.

노즐(232)을 통해 발생된 미세기포는 배관을 통해 여과부(210) 내로 인입되고, 제2 고정부(242)에 형성된 관통 홀(H)들을 통과하여 부상하면서 여과막 표면에 접촉 또는 달라붙어 다른 오염물질이 여과막 표면에 달라붙는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다. 또한, 시간의 경과에 따라 미세기포, 특히 나노기포가 터지면 온도가 급상승하게 되어 살균효과까지 기대할 수 있다. 이와 같은 미세기포의 세정 및 살균 효과 덕분에 여과막의 여과성능이 더욱 오랜 시간 동안 지속될 수 있다.

한편, 제3 펌프(P3)를 통해 원수 저장조(260)의 원수가 여과부(210)로 공급될 때 동적 여과층(250)을 통과하게 된다. 미립자 또는 콜로이드성 물질 등의 오염물질이 부착된 미세기포는 제타 전위(Zeta Potential)를 띄기 때문에 원수 공급부로부터 공급되는 원수 중에 존재하는 오염물질과의 정전기적 상호 작용에 의해 원수에 대한 1차 여과, 즉 전처리 작업을 수행할 수 있다.

이와 같은 구성 및 방법을 통해 전처리 작업을 수행함으로써 여과막(220) 오염 자체를 최소화하되, 전처리 작업과 여과막(220)을 이용한 여과 작업을 하나의 여과부(210) 내에서 수행할 수 있다.

한편, 본 발명의 제2 실시예에 의한 여과 시스템(200)은 다음과 같은 문제점을 가질 수 있다.

첫째, 여과 작업이 수행되는 동안, 동적 여과층(250)에 새로운 미세기포 및 오염 물질들이 지속적으로 추가됨과 동시에 동적 여과층(250) 내에 이미 존재하던 미세기포들이 시간의 경과에 따라 소멸하게 된다. 미세기포의 소멸은 여과부(210) 내의 제1 고정부(241) 및 동적 여과층(250) 사이에 공기층 형성을 야기한다.

상기 공기층의 형성으로 말미암아 여과막(220)의 일부가 공기에 노출되게 된다. 고압의 원수가 여과부(210) 내로 유입되면서 상기 공기층의 기압도 높아지게 된다. 이로 인해, 상기 공기에 노출된 여과막(220) 부분을 공기가 투과하면서 여과막을 통한 여과수 생산에 장애가 발생하게 된다.

고압의 원수가 여과부(210) 내로 유입됨과 동시에 배출포트(미도시)를 통해 농축수 및 공기가 여과부(210) 밖으로 배출되도록 하는 크로스-플로우(cross-flow) 방식을 적용함으로써 제1 고정부(241) 및 동적 여과층(250) 사이에 공기층이 형성되는 것을 어느 정도 방지할 수는 있으나, 여과부(210) 내로 유입되는 원수의 압력을 더욱 높여주어야 하는 부담이 따르게 된다.

둘째, 미세기포는 고압으로 압축된 공기(즉, 고압으로 물에 용해된 공기)가 상압으로 나오면서 발생하게 된다. 따라서, 이러한 미세기포가 여과부(210) 내의 고압의 원수에 공급될 경우 상기 고압의 원수에 다시 용해되어 사라질 수 있다. 즉, 미세기포가 여과부(210) 내의 원수로 인입됨으로써 다시 고압의 조건 하에 놓여지게 되면 원수에 다시 용해될 가능성이 커지게 된다. 결과적으로, 가압 여과 방식에 미세기포를 이용한 산기방식을 적용할 경우 만족할 만한 산기효과를 기대할 수 없다는 문제점이 있다.

이하에서는, 위와 같은 본 발명의 제2 실시예에 의한 여과 시스템(200)의 문제점들을 극복할 수 있는 본 발명의 제3 실시예에 의한 여과 시스템을 도 3을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 의한 여과 시스템을 개략적으로 나타낸다.

도 3에 예시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 의한 여과 시스템(300)은 처리되어야 할 원수를 위한 공간을 제공하는 여과부로서 모듈 케이스(310)를 포함한다. 상기 모듈 케이스(310)는 원수 유입포트(311), 미세기포 유입포트(312), 및 여과수 배출포트(313)를 갖는다. 상기 모듈 케이스(310)는 원수의 수면으로 부상하는 오염물질을 배출하기 위한 제1 배출포트(314) 및 여과 작업이 수행됨에 따라 생성된 농축수를 배출하기 위한 제2 배출포트(315)를 더 포함할 수 있다.

상기 모듈 케이스(310) 내에는 고정부(340)가 존재한다. 고정부(340)는 모듈 케이스(310)의 내의 원수를 위한 공간과 상기 여과수 배출포트(313)를 물리적으로 차단함으로써 모듈 케이스(310) 내의 원수가 상기 여과수 배출포트(313)를 통해 모듈 케이스(310)로부터 배출되는 것을 방지한다.

여과 시스템(300)은 모듈 케이스(310) 내에 중공사막(320)을 포함한다. 중공사막(320)의 양단 모두는 상기 고정부(340)에 포팅되어 있다. 즉, 고정부(340)를 통해 중공사막(320)이 모듈 케이스(310) 내에 고정된 상태로 존재한다. 중공사막(320)의 양단 모두는 상기 중공사막(320)과 상기 여과수 배출포트(313)가 유체 연통할 수 있도록 개방되어 있다.

도 3에 예시된 바와 같이, 상기 고정부(340)는 모듈 케이스(310)의 하부(lower part)에 위치하고 중공사막(320)의 양단 모두가 상기 고정부(340)에 포팅되어 있기 때문에, 여과 작업 중에 미세기포의 소멸로 인해 모듈 케이스(310)의 상부(upper part)에 공기층이 형성된다고 하더라도 중공사막(320) 전체가 공기층에 노출되지 않고 원수 내에서 유지될 수 있다. 따라서, 중공사막(320) 내 공기의 유입으로 인한 여과 장애가 방지될 수 있다.

본 발명의 제3 실시예에 의한 여과 시스템(300)은 상기 여과수 배출포트(313)를 통해 상기 중공사막(320)의 중공에 음압을 가하는 펌프(P5)를 포함한다. 펌프(P5)로부터 음압이 제공됨에 따라 모듈 케이스(310) 내의 원수 중 유체만이 중공사막(320)을 투과하여 중공사막(320)의 중공으로 유입되고, 불순물 또는 슬러지 등의 고형 성분이 분리된다. 중공사막(320)의 중공으로 유입된 여과수는 여과수 배출포트(313)를 통해 모듈 케이스(310)로부터 배출된다.

여과 시스템(300)은 상기 원수 유입포트(311)를 통해 처리되어야 할 원수를 상기 모듈 케이스(310) 내로 공급하는 원수 공급부, 및 상기 미세기포 유입포트(312)를 통해 미세기포를 상기 모듈 케이스(310) 내의 상기 원수로 공급하는 미세기포 공급부(330)를 포함한다.

상기 원수 공급부는 공급될 원수를 저장하기 위한 원수 저장조(360) 및 원수 저장조(360)의 원수를 모듈 케이스(310)로 공급하기 위한 펌프(P4)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 펌프(P4)는 원수가 모듈 케이스(310)가 흐르는데 필요한 크기의 압력만을 제공한다.

즉, 고압의 원수가 여과부로 제공되는 가압 방식의 여과 시스템과는 달리, 본 발명의 제3 실시예에 의한 여과 시스템(300)에서는 모듈 케이스(310) 내로 유입되는 원수의 압력이 높지 않은 대신에 펌프(5)가 중공사막(320)에 음압을 제공한다. 음압이 제공됨에 따라 발생하는 중공사막(320)의 내부와 외부의 압력 차이에 의해 여과 작업이 수행된다. 결과적으로, 그리 높지 않은 압력의 원수로 미세기포가 공급되기 때문에 원수에 미세기포가 용해될 가능성이 최소화될 수 있고, 그 결과 모듈 케이스(310) 내에 존재하는 중공사막(320)의 산기 세정을 위하여 제공되는 미세기포의 활용도가 극대화될 수 있다.

상기 미세기포 공급부(330)는 중공사막(320)을 통해 생산된 여과수의 일부 및 에어를 각각 공급받고, 상기 에어를 상기 여과수에 용해시킴으로써 에어-용존 여과수를 생산하는 에어 용해부(331), 및 상기 에어 용해부(331)로부터 에어-용존 여과수를 받아 이를 토출함으로써 미세기포를 발생시키는 노즐(332)을 포함할 수 있다. 도 3에 예시된 바와 같이, 노즐(332)은 모듈 케이스(310) 밖에 위치하고 미세기포를 별도의 배관을 통해 모듈 케이스(310) 내의 원수에 공급한다.

이하에서는, 본 발명의 제3 실시예에 의한 여과 시스템(300)의 여과 작업 프로세스를 구체적으로 설명한다.

먼저, 원수 저장조(360)의 원수가 펌프(P4)에 의해 모듈 케이스(310) 내로 유입된다.

펌프(P5)가 중공사막(320)의 중공에 음압을 가함으로써 원수 내의 유체만이 중공사막(320)을 통과하게 되고 원수 내의 불순물들은 걸러지게 된다.

이와 같은 여과 작업에 의해 생산된 여과수는 여과수 배출포트(313)를 통해 모듈 케이스(310)로부터 배출되고, 그 일부는 에어 용해부(331)로 유입된다. 에어 용해부(331)는 별도의 통로로 에어를 공급받은 후 이 에어를 상기 여과수에 용해시킴으로써 에어-용존 여과수를 생산하고 이를 노즐(332)로 공급한다.

노즐(332)을 통해 발생된 미세기포들은 배관(미도시) 및 미세기포 유입포트(312)를 통해 모듈 케이스(310) 내로 인입된다. 미세기포들은 마이크로기포, 나노기포, 또는 이들의 혼합일 수 있다.

미세기포들은 원수 내에서 서서히 부상하게 되는데, 미세기포들 중 일부가 중공사막(320) 표면에 달라붙어 다른 오염물질이 중공사막(320) 표면에 달라붙는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다. 중공사막(320) 표면에 달라붙어 있던 미세기포, 특히 나노기포가 시간의 경과에 따라 터지게 되면 온도가 급상승하게 되어 살균효과까지 기대할 수 있다. 이와 같은 미세기포의 세정 및 살균 효과 덕분에 중공사막(320)의 여과성능이 더욱 오랜 시간 동안 지속될 수 있다.

한편, 원수 내에서 서서히 부상하던 미세기포들 중 일부에 원수 내의 오염 입자들이 정전기적 인력에 의해 부착되고, 상기 오염 입자와 미세기포가 함께 수면으로 부상하게 된다. 그 결과, 모듈 케이스(310) 내에는 미세기포 및 다양한 입자성 오염 물질들로 이루어진 동적 여과층(350)이 원수의 수면[모듈 케이스(310)의 상부(upper part) 부근]에 형성된다.

시간의 경과에 따라 새로운 미세기포 및 오염 물질들이 동적 여과층(350)에 추가됨과 동시에 기존의 미세기포들이 소멸하면서 모듈 케이스(310)의 상부에 공기층이 형성될 수 있다.

선택적으로, 여과 작업 중에 상기 동적 여과층(350)이 모듈 케이스(310)의 원수 유입포트(311)보다 항상 낮게 위치하도록 원수 공급부로부터 제공되는 원수의 양이 조절될 수 있다. 이 경우, 동적 여과층(350) 내에 존재하는 미세기포의 소멸과 관계 없이 모듈 케이스(310)의 상부에는 항상 공기층이 존재하게 된다. 또한, 원수 유입포트(311)를 통해 유입되는 원수가 1차적으로 동적 여과층(350)을 통과하게 되기 때문에 동적 여과층(350)에 의한 원수의 전처리 작업이 수행될 수 있다. 즉, 동적 여과층(350)을 이용한 전처리 작업과 중공사막(320)을 이용한 여과 작업 모두가 하나의 모듈 케이스(310) 내에서 수행될 수 있다.

이상에서 살펴본 본 발명의 제1 내지 제3 여과 시스템들에 따른 여과 방법을 정리하면 다음과 같다.

본 발명의 여과 방법은 처리되어야 할 원수를 전처리하는 단계 및 상기 전처리된 원수를 여과막으로 여과하는 단계를 포함하되, 상기 전처리 단계와 상기 여과 단계가 하나의 여과부에서 수행된다.

상기 전처리 단계는, 상기 여과부 내의 처리되어야 할 원수의 수면에 동적 여과층을 형성시키는 단계 및 상기 동적 여과층을 통해 상기 여과부 내에 처리되어야 할 원수를 공급하는 단계를 포함할 수 있다.

원수의 수면에 상기 동적 여과층을 형성시키는 단계는 상기 원수에 미세기포를 공급하는 단계를 포함할 수 있고, 미세기포 공급 단계는 상기 여과 단계를 통해 생산된 여과수에 에어를 용해시키는 단계 및 상기 에어-용존 여과수를 토출함으로써 미세기포를 발생시키는 단계를 포함할 수 있다.

Claims

처리되어야 할 원수를 위한 공간을 제공하는 여과부;

상기 원수에 미세기포를 공급하는 미세기포 공급부;

상기 미세 기포가 상기 원수 내에서 부상(floating)하면서 접촉하게 되는 여과막; 및

상기 미세 기포의 부상으로 인해 상기 여과부 내에 형성되는 동적 여과층(dynamic filtration layer)을 통해 처리되어야 할 원수를 상기 여과부에 공급하는 원수 공급부를 포함하는 여과 시스템.
제1항에 있어서,

상기 미세기포 공급부로부터의 미세 기포를 상기 여과부 내의 상기 원수에 전달하기 위한 배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 여과 시스템.
제1항에 있어서,

상기 미세기포 공급부는,

상기 여과막을 통해 생산된 여과수에 에어를 용해시키는 에어 용해부; 및

상기 에어 용해부로부터 에어-용존 여과수(air-dissolved filtrate)를 받아 토출함으로써 미세기포를 발생시키는 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 여과 시스템.
제3항에 있어서,

상기 노즐은 상기 여과부 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 여과 시스템.
제4항에 있어서,

상기 노즐의 하부에 일반 기포를 발생시키는 산기관(aeration tube)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 여과 시스템.
제1항에 있어서,

상기 여과부는 원수 유입포트, 미세기포 유입포트, 및 여과수 배출포트를 갖는 모듈 케이스이고,

상기 여과막은 상기 모듈 케이스 내에 위치한 중공사막이고,

상기 원수 공급부는 상기 원수 유입포트를 통해 상기 원수를 상기 모듈 케이스 내로 공급하며,

상기 미세기포 공급부는 상기 미세기포 유입포트를 통해 상기 미세기포를 상기 모듈 케이스 내의 상기 원수로 공급하는 것을 특징으로 하는 여과 시스템.
제6항에 있어서,

상기 모듈 케이스 내에 고정부를 더 포함하되,

상기 고정부에는 상기 중공사막의 양단 모두가 포팅되어 있고,

상기 고정부는 상기 모듈 케이스의 내의 원수를 위한 공간과 상기 여과수 배출포트를 물리적으로 차단함으로써 상기 원수가 상기 여과수 배출포트를 통해 상기 모듈 케이스로부터 배출되는 것을 방지하며,

상기 고정부에 포팅되어 있는 상기 중공사막의 양단 모두는 개방되어 있어 상기 중공사막과 상기 여과수 배출포트는 유체 연통할 수 있는 것을 특징으로 하는 여과 시스템.
제7항에 있어서,

상기 여과수 배출포트를 통해 상기 중공사막의 중공에 음압(negative pressure)을 가하는 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 여과 시스템.
원수 유입포트, 미세기포 유입포트, 및 여과수 배출포트를 갖는 모듈 케이스;

상기 원수 유입포트를 통해 처리되어야 할 원수를 상기 모듈 케이스 내로 공급하는 원수 공급부;

상기 미세기포 유입포트를 통해 미세기포를 상기 모듈 케이스 내의 상기 원수로 공급하는 미세기포 공급부;

상기 모듈 케이스 내에 존재하며, 상기 모듈 케이스의 내의 상기 원수를 위한 공간과 상기 여과수 배출포트를 물리적으로 차단함으로써 상기 원수가 상기 여과수 배출포트를 통해 상기 모듈 케이스로부터 배출되는 것을 방지하는 고정부;

상기 모듈 케이스 내의 중공사막 - 여기서, 상기 중공사막의 양단 모두는 상기 고정부에 포팅되어 있고, 상기 중공사막과 상기 여과수 배출포트가 유체 연통할 수 있도록 개방되어 있음 -; 및

상기 여과수 배출포트를 통해 상기 중공사막의 중공에 음압을 가하는 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 여과 시스템.
처리되어야 할 원수를 전처리하는 단계; 및

상기 전처리된 원수를 여과막으로 여과하는 단계를 포함하되,

상기 전처리 단계와 상기 여과 단계가 하나의 여과부에서 수행되는 것을 특징으로 하는 여과 방법.
제10항에 있어서,

상기 전처리 단계는,

상기 여과부 내의 처리되어야 할 원수의 수면에 동적 여과층을 형성시키는 단계; 및

상기 동적 여과층을 통해 상기 여과부 내에 처리되어야 할 원수를 공급하는 단계를 포함하는 여과 방법.
제11항에 있어서,

상기 원수의 수면에 상기 동적 여과층을 형성시키는 단계는 상기 원수에 미세기포를 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 여과 방법.
제12항에 있어서,

상기 미세기포 공급 단계는,

상기 여과 단계를 통해 생산된 여과수에 에어를 용해시키는 단계; 및

상기 에어-용존 여과수(air-dissolved filtrate)를 토출함으로써 미세기포를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 여과 방법.