KR20060087025A

KR20060087025A - 여과막을 이용한 고도정수처리장치

Info

Publication number: KR20060087025A
Application number: KR1020050007704A
Authority: KR
Inventors: 이상한; 이광윤; 이길숙; 이범구
Original assignee: (주)대우건설
Priority date: 2005-01-27
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2025-01-27
Also published as: KR100611171B1

Abstract

본 발명은 표준정수처리공정의 모래여과 대신에 막여과를 이용한 고도정수처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존 표준정수처리공정의 혼화/응집/침전조를 막여과의 전처리 시설로 활용하여 막여과 공정에서의 막오염을 최소화하여 분리막의 수명을 연장시킬 뿐만 아니라 기존 정수시설의 성능과 용량을 경제적으로 개선하고, 막여과 공정의 전처리 시설로서 분말활성탄 접촉공정을 도입하여 수도물의 수질을 향상시킴과 아울러, 원수의 수질에 변화에 따라 전처리 공정을 선택적으로 조합할 수 있도록 구성함으로써 계절적 요인이나 기후변화에 따른 급격한 수질변화에 관계없이 안전하고 안정적인 처리수질을 보장하며, 막여과 공정 등에서 배출되는 농축수 또는 역세수로부터 물을 회수하기 위한 회수장치를 설치하여 총 회수율을 99%이상으로 높일 수 있는 막여과를 이용한 고도정수처리공정에 관한 것이다.

본 발명에 따른 막여과를 이용한 고도정수처리장치는, 원수저류조, 혼화조, 응집조 및 침전조를 포함하여 구성된 정수처리장치에 있어서, 상기 침전조의 후단에 설치되며 하나 이상의 분리막 모듈을 이용하여 도입수 중에 포함된 입자상물질, 병원균 및 바이러스를 여과시키는 막여과 장치와; 상기 원수저류조의 후단에 설치되며 원수 중에 포함되어 있는 맛·냄새 원인물질, 합성세제, 페놀류, 트리할로메탄(THM)과 그 전구물질, 화학물질과 기타 유기물질을 흡착시키는 분말활성탄 흡착조와; 상기 막여과 장치의 후단에 설치되며 여과수 중에 포함되어 있는 맛·냄새 원인물질과 화학물질을 제거하는 입상활성탄 여과장치와; 상기 막여과 장치의 후단에 설치되며 상기 막여과 장치에서 배출되는 농축수 및 역세수를 농축시켜 물을 회수하는 농축수 회수장치를 포함하여 구성된다.

정수처리공정, 정수장치, 여과막, 분리막, 활성탄, 회수율,

Description

여과막을 이용한 고도정수처리장치{Advanced water treatment using membrane Filtration}

도1은 종래의 표준정수처리장치를 보여주는 개략적인 블록도,

도2는 본 발명에 따른 막여과를 이용한 고도정수처리장치를 보여주는 개략적인 블록도,

도3은 본 발명에 적용되는 막여과 장치를 보여주는 개략적인 구성도,

도4는 본 발명에 따라 선택적으로 적용할 수 있는 전처리공정의 다양한 조합을 보여주는 흐름도,

도5는 본 발명에 따른 전처리공정의 배관 및 제어구조를 보여주는 개략적인 구성도,

도6은 본 발명에 따른 농축수 회수장치의 개략적인 구성을 보여주는 블록도,

도7은 본 발명에 따른 농축수 회수장치의 개략적인 구성을 보여주는 구성도,

도8은 본 발명에 따른 농축수 회수장치의 구성을 보여주는 개략적인 사시도이다.

****도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명****

3 : 분말활성탄 흡착조 6 : 침전조

7 : 막여과 장치 8 : 입상활성탄 여과장치

9 : 농축수 회수장치 10 : 전처리부

11 : 메인이송관 12, 13, 16 : 우회이송관

22, 23, 26 : 제1 내지 제3 우회제어밸브

32, 35 : 제1 및 제2 전자제어밸브

본 발명은 표준정수처리공정의 모래여과 대신에 막여과 공정을 이용하는 고도정수처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존 표준정수처리공정의 혼화/응집/침전조를 막여과의 전처리 시설로 활용하여 막여과 공정에서의 막오염을 최소화할 뿐만 아니라 기존 정수시설의 성능과 용량을 경제적으로 개선하고, 막여과 공정의 전처리 시설로서 분말활성탄 접촉공정을 도입하여 처리수의 수질을 향상시킴과 아울러 원수의 수질에 따라 전처리 공정을 선택적으로 조합할 수 있도록 구성함으로써 계절적 요인이나 기후변화에 따른 급격한 수질변화에 관계없이 안전하고 안정적인 처리수질을 보장하며 막여과 공정 등에서 배출되는 농축수로부터 물을 회수하기 위한 회수장치를 설치하여 총 회수율을 99%이상으로 높일 수 있는 막여과를 이용한 고도정수처리공정에 관한 것이다.

최근 상수원의 오염이 심각해짐에 따라 정수수질에 대한 관심이 높아지고 고도정수처리에 대한 요구가 증가하여 기존의 정수처리시설에 대한 보완이나 새로운 공정의 도입이 시도되고 있다. 하지만 기존의 정수시설의 보완이나 새로운 고도정 수처리시설을 도입하기 위해서는 부지확보를 포함하여 많은 어려움이 뒤따르고 있다. 이에 따라 안정된 수질뿐만 아니라 콤팩트하고 운전 및 유지관리가 용이한 막여과를 이용한 고도정수처리공정이 제시되고 있다.

이러한 막여과를 이용한 고도정수처리공정은 기존의 고도처리공정과는 달리 원수의 수질변화에도 효과적으로 대응할 수 있으며 부지면적이 작게 소요되며 기존에 설치된 재래식 처리공정을 대신하여 사용할 수 있는 콤팩트하고 유지관리가 용이한 처리공정이라 할 수 있다. 하지만 막분리 공정을 고도정수처리공정에 적용할 경우 막오염 발생으로 인한 투과 플럭스 감소, 분리막 수명의 단축 및 회수율 감소 등에 따른 경제성 저하등 많은 어려움이 따른다.

한편, 종래의 정수처리장치는 혼화/응집/침전 및 모래여과 공정로 이루어진 표준정수처리공정(Conventional Water Treatment Process)을 사용하고 있다. 즉 도1에서 보는 바와 같이, 강이나 호수로부터 취수된 원수는 협잡물을 제거하기 위한 스크린(102)을 거친 후에 혼화조(102)에서 투입된 응집제(Coagulant)와 잘 혼합된다. 그리고 완속 교반되는 응집조(105)에서 침전되기 힘든 미세 콜로이드 입자들이 응집되어 침전 가능한 플록을 형성하고 침전조(106)에서 원수로부터 침전 제거된다. 이후 모래여과조(107)에서 모래를 이용한 여과(Filtration)를 거치면서 원수 속의 입자상 물질들은 대부분 제거된다. 마지막으로 염소와 같은 소독제를 이용하여 살균(108) 후에 수도수로 공급된다. 이러한 표준정수처리공정은 공정이 단순하고 운영비가 저렴하기 때문에 상수원수의 수질이 양호한 경우에 매우 유용하게 사용될 수 있다.

그러나 이러한 표준정수처리공정은 다음과 같은 문제점을 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 만약에 응집제로 투입된 알루미늄염, 철염 또는 고분자 응집제 등이 침전 및 여과 공정에서 충분히 제거되지 않는다면 배관에서의 스케일링 증가, 처리수질의 문제, 치매유발(Al염) 등과 같은 문제를 야기할 수 있다. 또한 투입된 응집제는 슬러지 발생량을 증가시켜서 슬러지 처분에 경제적으로 큰 부담이 된다. 또한 소독에 사용되는 염소는 원수에 미량 존재하는 천연 유기물질(NOM, Natural Organic Matter)과 반응하여 발암 물질인 THMs(Tri-Halo-Methanes)를 생성할 수도 있으며, 최근에는 염소 소독만으로 바이러스를 살균하는 것에 관해서 많은 문제점들이 제기되고 있다. 또한 기존의 표준정수처리공정은 미세 콜로이드 및 입자상 물질들은 제거가 가능하지만 원수 속에 포함된 용존성 오염물질은 거의 처리할 수가 없었다.

이러한 문제점을 극복하기 위하여 다양한 방식의 고도정수처리공법(Advanced water treatment)이 제시되고 있다. 막분리 공정을 비롯한 활성탄 흡착, 고도산화공정(AOP, Advanced Oxidation Process) 등이 이에 해당한다. 특히 막분리 공정을 정수 공정에 도입하면 응집제 주입량을 현격하게 줄일 수 있거나 없앨 수 있으며 응집제 사용량의 감소에 따라 슬러지 발생량 감소의 효과를 얻을 수 있다. 또한 UF를 사용하면 THMs과 같은 소독 부산물 문제가 해결될 뿐만 아니라 바이러스를 포함한 기아디아(Giardia), 크립토스포리듐(Cryptosporidium)과 같은 병원성 미생물을 완벽하게 제거할 수 있다. 또한 원수 속에 유입된 미량 유해 물질을 별도의 프로세스 없이 제거할 수 있다. 그리고 분리막 공정을 사용하였을 때 얻을 수 있는 또 다 른 장점중의 하나는 원수의 급격한 수질 변동에도 안정된 처리수의 수질을 확보할 수 있으며 작은 공간만을 필요로 하기 때문에 시스템이 콤팩트화 될 수 있다는 것이다. 예를 들어 혼화, 응집, 여과, 소독 공정이 하나의 분리막 여과 시스템으로 대체될 수 있다.

그러나 이러한 분리막 여과 시스템은 지하수와 같이 수질이 양호한 경우에만 적용할 수 있었고, 각종 유기물질 및 녹조류 등으로 오염된 지표수에는 적용할 수 없었다. 즉, 공장폐수와 생활폐수의 유입으로 오염된 하천수, 호소수와 같은 지표수를 상수원으로 사용하는 경우에는 막오염 현상이 발생할 수밖에 없다. 따라서 기존의 정수처리시설을 개량하거나 신규 정수처리시설을 설치함에 있어 콤팩트화가 가능한 분리막 여과공정을 사용하되 오염도가 높을 뿐만 아니라 계절이나 기후에 따라 수질이 급변하는 지표수로부터 안정적이고 안전한 처리수를 얻을 수 있는 막여과를 이용한 고도정수처리공정이 요구되고 있다.

이에 따라 본 발명은 종래의 표준정수처리공정 및 막여과를 이용한 고도정수처리공정의 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 본 발명의 주된 목적은, 기존 표준정수처리공정에서 사용하는 급속모래 여과공정 대신에 막여과 공정을 도입함과 아울러 기존 급속모래 여과공정의 전처리 공정으로 사용되던 혼화/응집/침전공정을 막여과 공정의 전처리 공정으로 활용함으로써 하천수 또는 호소수와 같이 오염도가 높고 계절 및 기후에 따라 수질의 변화가 심한 지표수를 막여과 할 때 발생되는 막오염 및 분리막의 수명 단축을 방지할 수 있는 막여과를 이용한 고도정수 처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 기존의 혼화/응집/침전공정을 막여과 공정의 전처리 공정으로 사용하여 기존 정수처리시설을 활용할 뿐만 아니라 맛, 냄새, 소독부산물 및 합성유기화합물 등을 제거하기 위하여 분말활성탄 흡착공정을 막여과 시스템의 전처리 공정으로 사용하되 상기 전처리 단위공정을 수질의 변화에 따라 선택적으로 적용할 수 있도록 이송관 및 우회관 그리고 전자제어밸브를 구성함으로써 양질의 수돗물을 경제적으로 생산할 수 있는 막여과를 이용한 고도정수처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 오염된 상수원에서 문제시되는 맛 냄새 및 소독부산물, 합성유기화합물 등을 제거하기 위하여 막여과 공정의 전처리 공정으로 분말활성탄 흡착공정을 도입할 뿐만 아니라 막여과 공정의 후단에 입상활성탄 여과공정(GAC)을 더 구비하여 양질의 수도수를 생산할 수 있는 막여과를 이용한 고도정수처리장치를 제공하는 것이다.

아울러 본 발명의 다른 목적은, 막여과 공정에서 발생되는 농축수 및 분리막 역세척 시 발생되는 역세수를 통해 배출되는 물을 회수할 수 있도록 2단 여과 방식의 회수장치를 구비하여 수자원의 낭비를 최소화할 수 있는 막여과를 이용한 고도정수처리장치를 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 막여과를 이용한 고도정수처리장치는, 원수저류조, 혼화조, 응집조 및 침전조를 포함하여 구성된 정수처리장치에 있어서, 상기 침전조의 후단에 설치되며 하나 이상의 분리막 모듈을 이용하여 도입수 중에 포함된 입자상물질, 병원균 및 바이러스를 여과시키는 막여과 장치와; 상기 원수저류조의 후단에 설치되며 원수 중에 포함되어 있는 맛·냄새 원인물질, 합성세제, 페놀류, 트리할로메탄(THM)과 그 전구물질, 화학물질과 기타 유기물질을 흡착시키는 분말활성탄 흡착조와; 상기 막여과 장치의 후단에 설치되며 여과수 중에 포함되어 있는 맛·냄새 원인물질과 화학물질을 제거하는 입상활성탄 여과장치와; 상기 막여과 장치의 후단에 설치되며 상기 막여과 장치에서 배출되는 농축수 및 역세수를 농축시켜 물을 회수하는 농축수 회수장치를 포함하여 구성된다.

본 발명은 또한 상기 원수저류조, 분말활성탄 흡착조, 응집조 및 침전조와 상기 막여과 장치 사이에 설치된 하나의 메인이송관과; 상기 원수저류조와 막여과 장치 사이에 연통되게 설치된 제1 우회이송관과; 상기 분말활성탄 흡착조를 우회하도록 상기 메인이송관에 설치된 제2 우회이송관과; 상기 침전조를 우회하도록 상기 메인인송관에 설치된 제3 우회이송관과; 상기 제1 내지 제3 우회이송관에 각각 설치된 제1 내지 제3 우회제어밸브와; 상기 원수저류조와 분말활성탄 흡착조 사이 및 상기 혼화/응집조와 침전조 사이의 메인이송관에 설치된 제1 내지 제2 전자제어밸브를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 상기 원수저류조의 선단에 설치되어 유입되는 원수의 수질을 측정하는 수질측정기와; 상기 수질측정기에서 측정된 값을 근거로 상기 메인이송관 및 우회이송관에 설치된 전자제어밸브를 제어하여 다양한 막여과 전처리 공정을 선택적으로 조합하는 제어부를 더 포함하여 구성된다.

본 발명에 있어서, 상기 농축수 회수장치는 소정 크기의 탱크 내부에 설치된 하나 이상의 튜블라 분리막 모듈과; 상기 튜블라 분리막 모듈의 윗쪽 외주면에 설치되고 소정의 흡입펌프가 연통되는 흡입관과; 상기 튜블라 분리막 모듈의 하부에 미세 공기방울을 공급할 수 있도록 설치된 산기장치와; 상기 산기장치에 공기를 공급할 수 있도록 설치되고 소정의 컴프레셔와 연통된 공기 공급관과; 상기 탱크에 여과막 장치에서 배출되는 농축수, 역세수 또는 침전조의 슬러지를 공급할 수 있도록 설치된 농축수 공급관을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 막여과를 이용한 고도정수처리장치에 대하여 상세히 설명한다.

먼저, 도2는 본 발명에 따른 막여과를 이용한 고도정수처리장치를 보여주는 개략적인 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고도정수처리장치(1)는 원수저류조(2), 분말활성탄 흡착조(3), 혼화조(4), 응집조(5), 침전조(6), 막여과 장치(7) 및 입상활성탄 여과장치(9)로 구성되어 있다. 그리고 상기 막여과 장치(7)에서 배출되는 농축수와 역세수는 농축수 회수장치(9)에서 재차 여과되고 여기에서 여과된 여과수는 원수저류조(2)로 순환공급되고 나머지 슬러지는 종래와 같은 처리공정을 통해서 폐기된다. 이와 같이 본 발명에 따른 고도정수처리장치(1)는 크게 종래 표준정수처리공정의 모래여과조(107) 대신에 설치된 막여과 장치(7)와, 상기 막여과 장치(7)로 유입되는 원수를 전처리하기 위한 전처리부(10)와, 상기 막여과 장치(7)에서 배출되는 여과수를 고도처리하기 위한 입상활성탄 여과장치(8) 및, 상 기 막여과 장치(7)에서 배출되는 농출수와 역세수를 재차 여과하여 회수하기 위한 농축수 회수장치(9)로 구성되어 있다.

따라서 원수저류조(2)로부터 공급되는 원수는 전처리부(10)에서 흡착, 혼화, 응집 및 침전 등의 공정을 순차적으로 거쳐서 입자물질, 악취물질 및 화학물질 등이 1차적으로 제거되고, 미세한 공극을 갖는 다수의 MF/UF 모듈로 이루어진 막여과 장치(7)를 통해서 오염물질, 유해미생물 및 바이러스 등이 2차적으로 제거되며, 이어서 입자활성탄 여과장치(8)을 통과하면서 여과 처리수에 포함되어 있던 냄새 유발물질, 합성세제성분, 유해화학물질 등이 흡착 제거된다. 그리고 상기 막여과 장치(7)에서 배출되는 농축수 및 역세수는 다수의 튜블라 분리막(Tubular membrane)으로 이루어진 농축수 회수장치(9)를 통해서 농축되어 수자원의 낭비를 최소화한다.

이하 본 발명에 따른 고도정수처리장치의 각 공정을 보다 상세하게 설명한다. 먼저, 상기 막여과 장치(7)는 도3에서 보는 바와 같이 다수의 분리막 모듈(71)이 병렬로 설치되어 있다. 이때 상기 분리막 모듈(71)은 MF(Microfiltration)와 UF(Ultrafiltration) 분리막으로 구성된다. 일반적으로 MF막은 지아디아, 크립토스포리디움과 같은 대부분의 박테리아를 제거할 수 있을 정도로 충분히 작은 공극을 가지고 있으나 바이러스를 제거하기는 어렵다. 따라서 바이러스를 제거할 수 있는 UF 분리막을 MF 분리막의 후단에 병렬 설치하는 MF/UF 혼합형이 바람직하다. 그리고 상기 MF/UF 분리막은 중공사형 모듈이 바람직하다. 중공사형 모듈은 원통형 케이스의 내부에 다수의 중공사막을 설치하고 막 다발의 양쪽 끝부분을 접착하여 만 든 것이다. 이러한 중공사형 모듈은 단위부피당 막면적이 넓어 설치면적은 작은 장점이 있으나 유로면적이 작아 오염에 민감하여 정수처리에 적합하다.

이어 본 발명에 따른 막여과 장치(7)의 여과방식은 도입수와 여과수의 유동패턴에 따라 십자류형 여과(크로스 플로우)방식과 전량여과(데드앤 플로우)방식이 사용된다. 일반적으로 MF 분리막에서는 십자류형 여과방식이 사용되는데 십자류형 여과는 유체흐름에 따른 전단력에 의해 입자가 막표면에 쌓이는 것을 방지하여 케익층이 형성되는 것을 억제하는 장점이 있는 반면에 도입수 중 일부분만 막을 통과하기 때문에 농축수에 많은 물이 잔류하여 버려지므로 회수율이 떨어지는 단점이 있다. 그리고 UF 분리막에서 사용되는 전량여과 방식은 도입수가 전량 여과되므로 버려지는 물이 없다는 장점이 있으나 막표면에 쌓인 고형물을 제거하기 위해서 주기적인 역세척이 필요하다는 단점이 있다. 전기한 바와 같이 본 발명에 따른 막여과 장치(7)는 MF/UF 혼합형이므로 십자류형 여과방식과 전량여과방식이 혼합된다.

한편, 본 발명에 따른 막여과 장치(7)는 도입수가 MF/UF모듈로 공급되기 전에 공극 100㎛ 크기의 마이크로스트레이너(도시되지 않음)를 통과한다. 상기 마이크로스트레이너는 MF/UF모듈로 공급되는 원수에서 크기가 큰 입자를 제거함으로써 여과막의 막힘 또는 손상을 방지한다. 한편 원수공급펌프에 의해서 공급되는 도입수는 UF/UF 여과막에 필요한 여과압력을 유지시켜주며 정해진 유량의 처리수를 생산할 수 있도록 인버터에 의해 변속 운전된다. 그리고 도입수는 모듈의 하부에 위치한 도입부로 공급되어 중공사의 외부에서 가해지는 압력(외압식)에 의해서 중공사막의 내부로 여과된다. 그리고 여과된 물은 중공사 내부를 통하여 모듈 상단으로 유출된다. 유출된 처리수는 입상활성탄 여과장치(8)를 통해서 처리수조로 보내지고 일부는 상기 막여과 장치(7)의 역세수로 사용된다.

이어, 본 발명에 따른 막여과 장치(7)는 상기 중공사막의 외부에 축적된 고형물을 제거하기 위하여 주기적으로 역세척(backflushing)을 실시한다. 일반적으로 역세척은 시간표에 의해 자동적으로 제어된다. 이때 역세척은 PLC에 의해 자동적으로 역세척 펌프와 밸브가 작동하도록 설계된다. 일반적으로 역세척은 약20~30분당 1회 실시하며 수질조건에 따라 주기가 조정된다. 이때 상기 역세수는 일정농도의 잔류염소가 포함된 처리수를 사용하는 것이 바람하다. 그리고 역세척 시 공기세정을 일정 주기로 병행하며, 화학세정약품을 역세척 주기동안 일정시간 접촉시키는 약품첨가 역세척도 적용이 가능하다.

이어서 본 발명에 따른 막여과를 이용한 고도정수처리장치(1)는 분리막 여과(7)의 전단에서 다수의 전처리공정이 수행되어 막여과 장치(7)에서의 적정한 플럭스 유지와 막오염을 방지하고 원수수질의 변화에 따라서 여과수 또는 처리수의 수질이 변동되는 것을 방지한다. 특히 기존의 정수처리시설을 개량하는 경우, 혼화/응집/침전조를 막여과의 전처리공정으로 활용함으로써 경제적으로 고도정수처리장치를 구성할 수 있다. 또한 본 발명은 하천수나 호소수 등 지표수를 상수원으로 이용할 경우, 상수원의 부영양화에 따른 이미취 및 오염물질을 제거할 수 있도록 막분리 여과의 전처리공정의 하나로서 분말활성탄 흡착조(3)를 더 설치한다.

다시 도2를 참조하여 막여과 전처리 공정을 보다 상세히 설명한다. 먼저 상기 원수저류조(2)는 취수원에서 취수된 원수가 일시적으로 저류하는 곳으로서, 지 표수를 상수원으로 사용하는 경우에는 침사지나 스크린조를 거친 원수가 저장되었다가 분말활성탄 흡착조(3), 혼화조(4) 등으로 공급되도록 하고, 지하수를 상수원으로 사용하는 경우에는 곧 바로 막여과 장치(8)로 공급되도록 한다. 이어 상기 분말활성탄 흡착조(3)는 응집, 침전으로 제거되지 않는 맛·냄새 원인물질(2-MIB, 지오스민 등), 합성세제, 페놀류, 트리할로메탄(THM)과 그 전구물질, 화학물질과 기타 유기물질 등을 제거하기 위한 것이다. 상기 분말활성탄 흡착조(3)는 소정의 교반기가 설치된 반응조와 상기 반응조의 하부에 설치되어 분말활성탄을 슬러리 상태로 주입하는 분말활성탄 주입기로 구성되어 있다. 여기서 분말활성탄(powdered activated carbon, PAC)은 다양한 크기의 공극(pore)이 서로 연결된 그물망(network) 구조를 가지며, 이들 공극에 의해 제공되는 넓은 표면적(800~1200㎡/g)에 피흡착제가 물리화학적으로 결합하므로써 흡착이 이루어진다. 따라서 상기 분말활성탄 흡착조(3)에 분말활성탄을 혼합시켜 피흡착물질을 흡착시킨 다음 그 후단에서 이어지는 혼화/응집 및 침전과정을 통해서 제거하거나 분리막에서 여과하여 제거하게 된다.

한편 상기 분말활성탄은 상시 투입하는 것이 가능하나, 분말활성탄의 구입비용의 증가, 분말활성탄의 여과막 통과 및 슬러지 생산량 증가 등의 문제가 있으므로 식물성 플랑크톤과 같은 조류(藻類)가 급증하거나 수질이 악화돼 물에서 심한 냄새가 나는 경우에 선택적으로 투입하는 것이 바람직하다. 따라서 원수의 수질이 양호한 경우에는 분말활성탄 흡착조(3)를 거치지 않고 곧 바로 혼화조(4) 등으로 공급하는 것이 보다 경제적으로 수도물을 생산하는 방법이다. 이어서 상기 혼화조 (4)는 원수에 포함되어 있는 오염물질과 응집제를 매우 짧은 시간내에 반응시켜 전기적 중화 및 흡착에 의해 미세한 플록(Floc)을 생성시키기 위한 것이다. 상기 혼화조(4)는 소정의 교반기가 설치된 반응조와 응집제를 투입하기 위한 응집제 투입기가 구비되어 있다. 그리고 상기 응집조(5)는 혼화조(4)에서 생성된 미세플록을 성장시켜 여과 또는 침전 가능한 크기의 플록으로 설장시키기 위한 것으로서, 교반기가 설치된 소정 크기의 반응조로 이루어져 있다. 또한 상기 침전조(6)는 응집조(5)에서 성장된 플록이 침전시키고 상징수만 막여과 장치(8)로 보내는 시설이다. 이때 상기 침전조(6)는 다수의 경사판이 설치된 경사판 침전조인 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 막분리를 이용한 고도처리정수장치(1)는 원수의 수질에 따라 다양한 경로의 전처리공정을 거치는 것을 특징으로 한다. 예를 들어, 도4에서 보는 바와 같이, 공정1은 지하수와 같이 원수의 수질이 매우 양호한 경우에 적용하는 공정으로서, 막에 손상을 줄 수 있는 일정 크기(50~200㎛) 이상의 입자를 물리적으로 제거하는 최소한의 공정만을 거친 후 곧바로 막여과하도록 구성한 것이다. 이 경우 처리수 탁도는 0.05NTU 이하를 유지하고 지아디아 또는 크립토스포리디움 등의 제거율도 99.99%이상을 나타낸다. 그러나 공정1은 원수의 탁도가 높고 TOC 즉, 소독부산물 전구물질의 제거가 필요한 지표수에 적용하기는 곤란하다. 그리고 공정4는 상수원이 부영양화 등에 의해서 매우 오염된 경우에 적용되는 공정으로서, 원수저류조(2), 분말활성탄 흡착조(3), 혼화/응집조(4,5) 및 침전조(6)를 모두 거친 다음에 막여과 장치(7)로 공급되도록 함으로써 막여과 장치(7)가 여과하지 못하는 맛·냄새 원인물질이나 화학물질을 전처리 고정에서 제거하도록 한다. 따라서 본 발명에 따른 고도정수처리장치(1)는 분말활성탄과 응집제의 사용을 최소화하고 정수처리시간을 단축시킴과 아울러 슬러지 발생량을 최소화할 수 있도록 전처리 공정을 유입되는 원수의 수질에 따라서 적절히 선택적하여 적용한다.

도5는 본 발명에 따라 막여과 전처리 공정을 다양하고 용이하게 선택 적용할 수 있도록 구성된 배관구조 및 제어시스템을 보여주는 구성도이다. 도시된 바와 같이, 상기 원수저류조(2), 분말활성탄 흡착조(3), 혼화/응집조(4,5), 침전조(6) 및 막여과 장치(7) 사이에는 원수가 이송되는 메인이송관(11)이 설치되어 있다. 그리고 상기 원수저류조(2)와 막여과 장치(7) 사이에는 제1 우회이송관(12)이 설치되고, 상기 분말활성탄 흡착조(3)에는 제2 우회이송관(13)이 설치되어 있으며, 상기 침전조(6)에는 제3 우회이송관(16)이 연통되게 설치되어 있다.

그리고 제1 내지 제3 우회이송관(12)(13)(16)에는 각각 제1 내지 제3 우회제어밸브(22)(23)(26)가 설치되어 있다. 한편, 상기 메인이송관(11)의 원수저류조(2)와 분말활성탄 흡착조(3) 사이에는 제1 전자제어밸브(32), 상기 혼화/응집조(4,5)와 침전조(6) 사이의 메인이송관(11)에는 제2 전자제어밸브(33)가 설치되어 있다. 그리고 상기 제1 내지 제3의 우회제어밸브(22)(23)(26)와 제1 및 제2 전자제어밸브(32)(35)는 소정의 제어부(40)와 전기적으로 연결되어 있다. 이때 상기 제어부(40)는 원수의 수질에 따라서 공정1 내지 공정4을 선택하는 것으로서, 상기 원수저류조(2)의 선단에 설치되어 유입되는 원수의 수질을 연속적으로 감지하는 제1 수질측정기(41) 및/또는 상기 막여과 장치(7)의 선단에 설치되어 막여과 장치(7)로 유입되는 도입수의 수질을 측정하는 제2 수질측정기(46), 예를 들어 입도측정기나 탁도계 와 전기적으로 접속되어 있다. 따라서 상기 제어부(40)는 원수 및 도입수의 탁도, 입자수 등을 근거로 적절한 전처리 공정을 선택하게 된다. 예를 들어, 혼화/응집, 침전 및 막여과로 이어지는 공정3을 선택하는 경우에, 상기 제2 우회이송관(13)은 개방되고 제1 및 제3 우회이송관(16)은 폐쇄된다. 이를 위해, 상기 제1 및 제3 우회제어밸브(22)(26) 그리고 상기 제1 전자제어밸브(32)는 폐쇄되고, 상기 제2 우회제어밸브(23)와 제2 전자제어밸브(35)는 개방된다.

이어서 도6 및 도7은 본 발명에 따른 농축수 회수장치(9)를 보여주는 개략적인 구성도이다. 도시된 바와 같이 막여과 장치(7)에는 역세척을 위한 역세수를 공급하기 위한 역세수공급조(99)가 구비되어 있다. 또한 막여과 장치(7)에서 배출되는 농축수와 역세수를 회수하기 위한 농축수 회수장치(9)가 설치되어 있다. 전기한 바와 같이, 상기 막여과 장치(7)에서 배출되는 농축수와 역세수에는 많은 양의 물이 포함되어 있다. 종래의 막여과 장치(7)에서는 농축수와 역세수를 그대로 폐기 처분하였으므로 그 회수율(정수처리공정으로 유입된 물에 대한 처리수의 비)이 표준 정수처리공정의 경우보다 떨어지는 문제점이 있었다. 따라서 본 발명에서는 상기 막여과 장치(7)에서 배출되는 농축수와 역세수를 막여과하여 회수하기 위한 농축수 회수장치(9)가 더 구비되어 있다.

도7 및 도8을 참조하면, 상기 농축수 회수장치(9)는 소정 크기의 탱크(97) 내부에 하나 이상의 튜블라 분리막 모듈(Tubular membrane module)(91)이 설치되어 있다. 이때 상기 튜블라 분리막 모듈(91)는 소정 크기의 원통형 케이스 내부에 소정 크기의 공극을 갖는 다수의 관형 분리막이 상하로 조밀하게 배열되어 있다. 이 때 상기 관형 분리막 다발의 상하 단부는 밀폐되어 있다. 또한 상기 원통형 케이스의 윗쪽 외주면에는 흡입관(94)이 설치되어 있다. 그리고 상기 흡입관(94)에는 소정의 흡입펌프(92)가 설치되어 있다. 또한 상기 튜블라 분리막 모듈(91)의 하부에는 공기 공급관(96)을 통해 공급되는 공기를 상기 관형 분리막으로 공급하기 위한 산기장치(100)가 설치되어 있다.

따라서 상기 흡입펌프(92)를 작동시키면, 상기 듀블라 분리막 모듈(91)를 통해서 농축수 및 역세수가 순환하면서 다수의 관형 분리막의 내부에서 외부로 여과된다. 그리고 여과된 여과수는 흡입관(94)을 통해 처리수조로 이송되거나 다시 분말활성탄 흡착조(3)로 이송된다. 한편 소정의 컴프레서(95)를 통해서 공급되는 공기는 산기장치(100)를 통해서 미세공기 방울을 관형 분리막의 내부로 공급한다. 이와 같이 관형 분리막의 내부로 공급되는 미세 공기방울은 농축수 및 역세수와 함께 상승되면서 전단력을 가하여 관형 분리막 내부에 고형물이 쌓이는 것을 방지한다.그리고 미설명부호 93은 농축수 및 역세수가 저류되는 저류조, 98은 농축수 및 역세수의 공급관이다.

이와 같이 본 발명에 따른 농축수 회수장치(9)는 막여과 장치(7)에서 배출되는 분리막 농축수, 분리막 역세수 또는 침전조(6)에서 배출되는 침전슬러지에 포함되어 있는 물을 재차 여과하여 회수함으로써 전체 회수율을 높인다. 예를 들어, 본 발명에 따른 고도정수처리장치(1)는 막여과 장치(7)에서의 회수율이 95%, 농축수 회수장치(9)에서의 회수율이 90%이므로 전체 시스템의 회수율은 99%이상이 된다. 이는 종래의 표준정수처리장치에서 달성한 97%의 회수율보다 향상된 것으로서 그만큼 수자원을 절약하는 효과가 있다.

끝으로 상기 막여과 장치(7)의 후단에는 그로부터 배출된 여과수에 포함된 오염물질을 흡착하도록 그 내부에 입상활성탄층이 형성된 입상활성탄 여과장치(8)가 설치된다. 여기서 입상활성탄(GAC)은 다양한 세공구조를 가진 무정형 탄소로서 물리적, 화학적 공정을 거쳐 제조된다. 이는 상기 활성탄의 내부표면에서 일어나는 흡착에 기인한 흡착능으로 유입수에 포함된 유해 유기물을 제거하기 위함이다. 이때 상기 입상활성탄 여과장치(8)에는 상기 활성탄 처리수의 입자분석을 수행하여 처리수의 병원성 미생물, 미세활성탄 등 입자성 물질의 누출상태를 파악하고, 자동으로 역세척을 수행함으로써 입상활성탄 여과장치(8)의 운전효율을 극대화시킬 수 있도록 한 자동역세척장치가 설치되며 상기 활성탄 자동역세척을 수행한 처리수는 상기한 농축수 회수장치(9)에서 여과 처리된다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 기존의 표준정수처리공정(CWTP)에서 급속모래여과공정의 전처리 시설로 운영 중인 혼화/응집 또는 혼화/응집/침전공정을 막여과 공정의 전처리 시설로 활용함으로써 기존 정수시설의 획기적인 용량 증대가 가능하고, 지하수 등 제한된 원수수질에만 적용되어온 막여과를 이용한 고도정수처리공정을 하천수, 호소수 등 다양한 수질조건에 적용 가능하도록 응용범위를 확대할 수 있다.

또한 본 발명은 기존의 혼화/응집/침전공정을 막여과 공정의 전처리 공정으로 사용하여 기존 정수처리시설을 활용할 뿐만 아니라 맛, 냄새, 소독부산물 및 합 성유기화합물 등을 제거하기 위하여 분말활성탄 흡착공정을 막여과 시스템의 전처리 공정으로 사용하되 상기 전처리 단위공정을 원수수질의 변화에 따라 선택적으로 적용할 수 있도록 하여 변화하는 수질조건에서도 안전하고 안정적인 수돗물을 경제적으로 생산할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 오염된 상수원에서 문제시되는 맛 냄새 및 소독부산물, 합성유기화합물 등을 제거하기 위하여 막여과 공정의 전처리로 분말활성탄 흡착공정을 도입할 뿐만 아니라 막여과 공정의 후단에 입상활성탄 여과공정(GAC)을 더 구비하여 양질의 수도수를 공급할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 기존 막여과 시스템의 낮은 회수율을 다단 여과 시스템을 도입하여 회수율을 높임으로써 기존 막여과 시스템의 단점을 보완하고 한정된 수자원을 효율적으로 사용할 수 있다.

아울러 본 발명은 기존의 모래여과지를 막여과 장치로 대체하고 모래여과지의 부지에 활성탄흡착장치 등의 고도처리시설을 설치함으로써 부지를 추가로 구입하지 않고도 처리수질을 향상시키고 처리용량을 증대시킬 수 있는 것으며, 기존 표준 정수처리공정에 비하여 약품주입 자동화가 용이하고 주입조건 변화에 따른 처리수질 변동이 없어 정수시설의 무인 자동운전이 가능하다.

Claims

원수저류조, 혼화조, 응집조 및 침전조를 포함하여 구성된 정수처리장치에 있어서,

상기 침전조의 후단에 설치되며 하나 이상의 분리막 모듈을 이용하여 도입수 중에 포함된 입자상물질, 병원균 및 바이러스를 여과시키는 막여과 장치와;

상기 원수저류조의 후단에 설치되며 원수 중에 포함되어 있는 맛·냄새 원인물질, 합성세제, 페놀류, 트리할로메탄(THM)과 그 전구물질, 화학물질과 기타 유기물질을 흡착시키는 분말활성탄 흡착조와;

상기 막여과 장치의 후단에 설치되며 여과수 중에 포함되어 있는 맛·냄새 원인물질과 화학물질을 제거하는 입상활성탄 여과장치와;

상기 막여과 장치의 후단에 설치되며 상기 막여과 장치에서 배출되는 농축수 및 역세수를 농축시켜 물을 회수하는 농축수 회수장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 막여과를 이용한 고도정수처리장치.
제1항에 있어서,

상기 원수저류조, 분말활성탄 흡착조, 응집조 및 침전조와 상기 막여과 장치 사이에 설치된 하나의 메인이송관과; 상기 원수저류조와 막여과 장치 사이에 연통되게 설치된 제1 우회이송관과; 상기 분말활성탄 흡착조를 우회하도록 상기 메인이송관에 설치된 제2 우회이송관과; 상기 침전조를 우회하도록 상기 메인인송관에 설 치된 제3 우회이송관과; 상기 제1 내지 제3 우회이송관에 각각 설치된 제1 내지 제3 우회제어밸브와; 상기 원수저류조와 분말활성탄 흡착조 사이 및 상기 혼화/응집조와 침전조 사이의 메인이송관에 설치된 제1 내지 제2 전자제어밸브를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 막여과를 이용한 고도정수처리장치.
제2항에 있어서,

상기 원수저류조의 선단에 설치되어 유입되는 원수의 수질을 측정하는 수질측정기와; 상기 수질측정기에서 측정된 값을 근거로 상기 메인이송관 및 우회이송관에 설치된 전자제어밸브를 제어하여 다양한 막여과 전처리 공정을 선택적으로 조합하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 막여과를 이용한 고도정수처리장치.
제1항에 있어서,

상기 농축수 회수장치는 소정 크기의 탱크 내부에 설치된 하나 이상의 튜블라 분리막 모듈과; 상기 튜블라 분리막 모듈의 윗쪽 외주면에 설치되고 소정의 흡입펌프가 연통되는 흡입관과; 상기 튜블라 분리막 모듈의 하부에 미세 공기방울을 공급할 수 있도록 설치된 산기장치와; 상기 산기장치에 공기를 공급할 수 있도록 설치되고 소정의 컴프레셔와 연통된 공기 공급관과; 상기 탱크에 여과막 장치에서 배출되는 농축수, 역세수 또는 침전조의 슬러지를 공급할 수 있도록 설치된 농축수 공급관을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 막여과를 이용한 고도정수처리장치.