KR101687761B1 - 표면개질 내오염성 분리막 및 이를 이용한 막여과 하폐수 처리 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 양친매성막을 이용한 표면개질 내오염성 분리막 및 이를 이용한 막여과 하폐수 처리 시스템으로, 보다 상세하게는 스크린이 시설되고, 중력에 의하여 슬러지를 침전시키는 저장부, 하부단과 상부단으로 구성되고, 상기 상부단은 하부단에 저장되어 있는 유입수의 상부영역 폐수를 유입시켜 미생물에 의하여 수처리하며, 상부단으로 폐수의 유입은 스크루장치에 의하여 실시되는 활성슬러지부, 처리수의 하부영역에 침전물을 활성슬러지부로 반송시키고, 상부영역의 처리수는 배출하는 반송부, 복수개의 모듈 하우징 내부로 처리수를 주입시키고, 모듈하우징 내부는 표면개질된 분리막으로 이루어져 있으며, 상기 분리막으로 투과된 투과수는 투과수 배출관, 투과되지 못한 처리수를 반송부로 배출하는 유입수 반송관을 포함하여 이루어지는 막분리부, 처리수를 광원수단으로 자외선을 조사하여 살균처리하는 살균부로 이루어진 표면개질 내오염성 분리막 및 이를 이요한 막여과 하폐수 처리 시스템에 관한 것으로 막분리공정 전처리 과정으로 중력을 이용한 슬러지 침전 과정을 복수개 포함하고, 활성슬러지법을 실시하여 막오염을 줄이고, 유지 및 관리를 편리하게 실시하고, 친수성 및 소수성을 가지는 양친매성 분리막을 사용하여 표면개질함으로써 분리막 오염이 저감되어 사용수명이 늘어나 경제성이 높으며, 수처리 과정을 다섯개의 공정으로 간소화하여 경제성을 높이고, 그 구성을 대형 또는 소형으로 제작이 가능하다는 장점을 가지고 있다.
Description
본 발명은 양친매성막을 이용한 표면개질 내오염성 분리막 및 이를 이용한 막여과 하폐수 처리 시스템으로, 보다 상세하게는 스크린이 시설되고, 중력에 의하여 슬러지를 침전시키는 저장부, 하부단과 상부단으로 구성되고, 상기 상부단은 하부단에 저장되어 있는 유입수의 상부영역 폐수를 유입시켜 미생물에 의하여 수처리하며, 상부단으로 폐수의 유입은 스크루장치에 의하여 실시되는 활성슬러지부, 처리수의 하부영역에 침전물을 활성슬러지부로 반송시키고, 상부영역의 처리수는 배출하는 반송부, 복수개의 모듈 하우징 내부로 처리수를 주입시키고, 모듈하우징 내부는 표면개질된 분리막으로 이루어져 있으며, 상기 분리막으로 투과된 투과수는 투과수 배출관, 투과되지 못한 처리수를 반송부로 배출하는 유입수 반송관을 포함하여 이루어지는 막분리부, 처리수를 광원수단으로 자외선을 조사하여 살균처리하는 살균부로 이루어진 표면개질 내오염성 분리막 및 이를 이요한 막여과 하폐수 처리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 종래의 하폐수 처리방법들로는 물리적 처리, 화학적 처리 및 생물학적 처리를 중심으로 시행되고 있으며, 물리적 처리는 하폐수 중의 고형물을 중력에 의해 액체로부터 분리하거나 또는 기타의 물리적 방법으로 처리하는 공법으로 처리의 한계성이 있고, 화학적 처리는 화학 약품을 하폐수에 첨가하여 중화 또는 pH조정, 산화환원, 응집 침전, 흡착등의 처리공법으로 화학약품 비용 및 슬러지 발생량의 증가에 따른 처리비용이 매우 높으며, 상기 물리 화학적 방법의 단점을 보완하기 위하여 생물학적 고도처리방법을 적용하고 있으나 생물학적 고도 처리방법인 경우 유입수 중의 유기물과 영양염류의 농도에 따라 처리 효율에 큰 영향을 받고 있으며, 이에 활성미생물에 의한 영양염류 제거율의 신뢰가 낮은 형편이다.
상기의 문제점에 따라서 최근에는 막분리 공정이 활발히 연구 및 실시되고 있는 실정으로 막분리 공정은 기화 및 응축을 반복하는 증류 공정과는 달리 상변화를 필요로 하지 않는 물리 기계적인 분리 조작으로 기존의 에너지 다소비형인 공정과 비교하여 70~80% 또는 그 이상까지도 에너지를 절약할 수 있고, 특히, 한외여과는 오염된 물을 전처리 하는 과정에서 매우 중요한 공정이며, 수천 내지 수십만에 달하는 콜로이드 입자나 거대분자를 분리하며, 미생물, 바이러스 및 각종 단백질 분리와 유가공 제품에도 사용 되어진다.
반면, 상기 막분리공정은 현재까지 상당한 기술적인 진보가 있어왔지만, 분리막 연구개발의 커다란 기술적인 어려움으로 꼽히는 것은 오염물질의 비가역적인 흡착에 의한 분리막 오염과 이로 인한 시스템 성능의 저하이다. 그 결과 수처리 공정의 경제적인 효율은 갈수록 떨어지고 대형 산업에 적용하기도 어려움을 겪고 있으며, 그에 따라서 수처리 분리막의 오염을 최소화하고 사용수명을 최대한 연장할 수 있는 기술의 개발이 증가되고 있고, 그 방법으로는 오존 또는 자외선 전처리, 역세척, 화학약품 세척 및 적절한 모듈 디자인 선택과 가동조건 조절등이 있으나 이미 분리막이 충분히 오염되었다고 판단하였을 때 실시하는 일회성 처치수단에 지나지 않으므로 수질 오염원의 비가역적 흡착을 줄여 내오염성을 향상시키기 위한 근본적인 방안이 필요한 실정이다.
상기 수처리 분리막의 사용수명을 늘리기 위한 근본적인 방안으로는 대부분의 오염물질은 소수성을 띄기 때문에 분리막을 친수화로 개질하면 표면에 물분자층을 형성함으로 오염물질에 저항성을 가져 흡착을 줄여주는 분리막 소재의 친수성(hydrophilicity)을 향상하는 방법, 오염물질과 분리막 표면의 정전기적 반발력을 이용하는 것으로 분리막 표면의 전하와 오염물질 전하를 동일하게 하는 표면전하(surface charge)를 조절하는 방법 및 PEG(poly ethylene glycol)와 같은 친수성의 긴 고분자 사슬을 표면에 그래프팅하여 거대분자로 이루어진 콜로이드의 흡착을 방지하는 것으로 입체반발을 유도하는 방법등이 있다. 그러나, 상기의 방법들도 기술적 한계가 있다는 문제점은 여전히 가지고 있다.
따라서, 상기 문제점들을 해결하기 위해 친수성 및 소수성을 동시에 가지고 있는 양친매성막으로 수처리하는 방법이 제시되고 있으며, 그 선행기술로는 한국공개특허 제10-2015-0086244호(2015. 07. 27.) 양친매성 블록 코폴리머로 이루어진 일체형-비대칭 중공사 폴리머막의 제조방법, 수득된 중공사막 및 그 용도에 관한 것으로 건식/습식 방사법으로 이소포러스 외피, 포러스 내피 및 스펀지-유사 내부구조를 갖는 자립 일체형-비대칭 중공사 폴리머막을 제조하기 위하여 건식/습식 방사법을 이용하는 방법을 제공하고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기와 같은 종래 일반적인 기술과, 선행기술들의 수처리 분리막의 내오염성 문제점을 해결하는 것으로, 근본적인 해결책으로 소수성과 친수성을 가지고 있는 양친매성막을 이용하여 막분리 공정을 실시하고, 상기 양친매성막 구성을 독립적으로 고려하지 않고, 미생물을 이용한 전처리 과정을 실시하여 종합적인 안목으로 분리막 오염저감 및 하폐수처리 시스템을 제공하는 것이다.
상기와 같은 문제점을 해결하고 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 따른 표면개질 내오염성 분리막 및 이를 이용한 막여과 하폐수 처리 시스템은 저장부(10), 활성슬러지부(20), 반송부(30), 막분리부(40) 및 살균부(50)로 구성되되, 상기 저장부(10)는 스크린(12)이 시설되어 유입되는 폐수내 입자크기가 큰 슬러지를 제거한 후 유입시켜 저장하고, 중력에 의하여 슬러지를 침전시키며, 상기 활성슬러지부(20)는 내부에 분리판으로 하부단(22)과 상부단(26)으로 구성되고, 상기 하부단(22)은 저장부(10)에 폐수가 유입되어 저장되는 유입수를 중력에 의해 슬러지를 침전시키며, 상기 상부단(26)은 다공성 볼(28)이 복수개 충진되어 있고, 하부단(22)에 저장되어 있는 유입수의 상부영역 폐수를 유입시켜 미생물에 의하여 수처리하고, 상부단(26)으로 폐수의 유입은 천장의 모터가 고정되어 연결설치되는 스크루장치(24)에 의하여 실시되고, 상기 반송부(30)는 상기 상부단(26)에서 처리된 처리수를 유입시켜 슬러지를 중력에 의하여 침전시키며, 처리수의 하부영역에 침전물을 활성슬러지부(20) 하부단(22)으로 반송시키고, 상부영역의 처리수는 배출하며, 상기 막분리부(40)는 반송부(30)에서 배출되는 처리수를 복수개의 모듈하우징(42) 내부로 주입시키고, 모듈하우징(42) 내부는 친수성 및 소수성을 포함되어 표면개질된 분리막인 양친매성막(44)으로 이루어져 있으며, 상기 분리막으로 투과된 투과수를 배출하는 투과수 배출관(48) 및 투과되지 못한 슬러지 및 미생물을 포함하는 처리수를 반송부(30)로 배출하는 유입수 반송관(46)을 포함하여 이루어져 있고, 상기 살균부(50)는 투과수 배출관(48)을 통하여 유입되는 처리수를 광원수단(52)으로 자외선을 조사하여 살균처리하며, 상기 광원수단(52)을 감싸는 석영셀(54)과 알루미늄 재질의 반사틀(56)로 이루어진다.
상기 활성슬러지부(20)에서 스크루장치(24)는 일반적으로 사용되는 펌프를 이용하여 폐수를 상부단(26)으로 유입시킬 수 있는 것을 대체 가능하며, 상부단(26) 측면 또는 하부면에 산기관(미도시)을 설치한다.
상기 활성슬러지부(20) 다공성 볼(28)은 톱밥 또는 일정크기의 나무, 제올라이트, 황토 및 패각분말이 부피비율 1:0.5~0.6:0.3~0.4:0.1~0.2로 혼합되어 소성된 재질로 구성되고, 상기 톱밥 또는 일정크기의 나무재질은 볼 외부면에 돌출 및 노출되되 그 내부는 혐기성균이 주입되어 투입되며, 상기 다공성 볼(28)이 반송부(30)로 배출되는 것을 방지하기 위해 격자망이 배출구에 설치된다.
상기 막분리부(40)의 표면개질된 분리막인 양친매성막(44)은 불소계 폴리플루오린화비닐라덴(PVDF), 소수성 물질인 PMMA{Poly(methyl methacrylate)}와 친수성 물질인 PPEGMEMA{Poly(polyethylene glycol methyl ether methacrylate)}의 공중합체인 PMMA-b-PPEGMEMA 및 염화리튬(LiCl)로 혼합된 용액을 부직포 위에 부은 후 독터 블레이드로 캐스팅을 한 후 25℃ 증류수에 함침하여 제조한다.
상기 막분리부(40)의 유입수 반송관(46) 관면적이 유입구로부터 작게 구배를 주어 내부 유압을 높여 양친매성막(44) 투과수의 양을 높이거나, 상기 유입수 반송관(46) 유입구에 금속막을 부착시켜 유압을 높여준다.
상기 살균부(50)는 180~300nm 크기의 파장세기로 조사되고, 반사틀(56)이 "U"형상을 이루어 광원수단(52)에서 조사되는 자외선의 분포를 넓히고 처리수에 집중시키는 하폐수 처리 시스템을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 표면개질 내오염성 분리막 및 이를 이용한 막여과 하폐수 처리 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 본 발명은 막분리공정 전처리 과정으로 중력을 이용한 슬러지 침전 과정을 복수개 포함하고, 활성슬러지법을 실시하여 막오염을 줄이고, 유지 및 관리를 편리하게 실시 한다.
(2) 본 발명은 친수성 및 소수성을 가지는 양친매성 분리막을 사용하여 표면개질함으로써 분리막 오염이 저감되어 사용수명이 늘어나 경제성이 높다.
(3) 본 발명은 수처리 과정을 다섯개의 공정으로 간소화하여 경제성을 높이고, 그 구성을 대형 또는 소형으로 제작이 가능하다는 장점을 가지고 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 표면개질 내오염성 분리막 및 이를 이용한 막여과 하폐수 처리 시스템의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 활성슬러지부의 내부 수처리 흐름을 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 막분리부의 내부 수처리 흐름을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 살균부의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 활성슬러지부의 내부 수처리 흐름을 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 막분리부의 내부 수처리 흐름을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 살균부의 단면도이다.
본 발명의 명칭은 "표면개질 내오염성 분리막 및 이를 이용한 막여과 하폐수 처리 시스템"으로 통상의 기술자가 쉽게 알 수 있도록 구체적인 내용을 기재하고 충분히 유추 가능한 별도의 기재는 생략하며 필요 경우 실시예 및 도면을 기재한다. 또한, 본 명세서 및 특허청구범위에서 정의된 용어들은 한정 해석하지 아니하며, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있고, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 발명의 일면에 있어서,
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 표면개질 내오염성 분리막 및 이를 이용한 막여과 하폐수 처리 시스템의 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 활성슬러지부의 내부 수처리 흐름을 나타내는 단면도이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 막분리부의 내부 수처리 흐름을 나타내는 단면도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 살균부의 단면도로 도 1 내지 도 4를 참고하여 하기에 더욱 상세하게 개진한다.
분리막을 이용한 막여과 하폐수 처리 시스템은 저장부(10), 활성슬러지부(20), 반송부(30), 막분리부(40) 및 살균부(50)로 구성되되, 상기 저장부(10)는 스크린(12)이 시설되어 유입되는 폐수내 입자크기가 큰 슬러지를 제거한 후 유입시켜 저장하고, 중력에 의하여 슬러지를 침전시키며, 상기 활성슬러지부(20)는 내부에 분리판으로 하부단(22)과 상부단(26)으로 구성되고, 상기 하부단(22)은 저장부에 폐수가 유입되어 저장되는 유입수를 중력에 의해 슬러지를 침전시키며, 상기 상부단(26)은 다공성 볼(28)이 복수개 충진되어 있고, 하부단(22)에 저장되어 있는 유입수의 상부영역 폐수를 유입시켜 미생물에 의하여 수처리하고, 상부단(26)으로 폐수의 유입은 천장의 모터가 고정되어 연결설치되는 스크루장치(24)에 의하여 실시되고, 상기 반송부(30)는 상기 상부단(26)에서 처리된 처리수를 유입시켜 슬러지를 중력에 의하여 침전시키며, 처리수의 하부영역에 침전물을 활성슬러지부(20)로 반송시키고, 상부영역의 처리수는 배출하며, 상기 막분리부(40)는 반송부(30)에서 배출되는 처리수를 복수개의 모듈하우징(42) 내부로 주입시키고, 모듈하우징(42) 내부는 친수성 및 소수성을 포함되어 표면개질된 분리막인 양친매성막(44)으로 이루어져 있으며, 상기 분리막으로 투과된 투과수를 배출하는 투과수 배출관(48) 및 투과되지 못한 슬러지 및 미생물을 포함하는 처리수를 반송부로 배출하는 유입수 반송관(46)을 포함하여 이루어져 있고, 상기 살균부(50)는 투과수 배출관(48)을 통하여 유입되는 처리수를 광원수단(52)으로 자외선을 조사하여 살균처리하며, 상기 광원수단(52)을 감싸는 석영셀(54)과 알루미늄 재질의 반사틀(56)로 이루어진다.
상기 활성슬러지부(20)에서 스크루장치(24)는 일반적으로 사용되는 펌프를 이용하여 폐수를 상부단(26)으로 유입시킬 수 있는 것을 대체 가능하며, 상부단(26) 측면 또는 하부면에 산기관(미도시)을 설치한다.
상기 활성슬러지부(20) 다공성 볼(28)은 톱밥 또는 일정크기의 나무, 제올라이트, 황토 및 패각분말이 부피비율 1:0.5~0.6:0.3~0.4:0.1~0.2로 혼합되어 소성된 재질로 구성되고, 상기 톱밥 또는 일정크기의 나무재질은 볼 외부면에 돌출 및 노출되되 그 내부는 혐기성균이 주입되어 투입되며, 상기 다공성 볼(28)이 반송부(30)로 배출되는 것을 방지하기 위해 격자망이 배출구에 설치된다.
상기 막분리부(40)의 표면개질된 분리막인 양친매성막(44)은 불소계 폴리플루오린화비닐라덴(PVDF), 소수성 물질인 PMMA{Poly(methyl methacrylate)}와 친수성 물질인 PPEGMEMA{Poly(polyethylene glycol methyl ether methacrylate)}의 공중합체인 PMMA-b-PPEGMEMA 및 염화리튬(LiCl)로 혼합된 용액을 부직포 위에 부은 후 독터 블레이드로 캐스팅을 한 후 25℃ 증류수에 함침하여 제조한다.
상기 PMMA-b-PPEGMEMA 공중합체의 합성은 CuCl1, toluene, dNbpy(4,4'-dinonyl-2,2'-dipyridyl), MMA(Methyl methacrylate,99%) 및 toluene에 녹인 2-EBP(Ethyl 2-bromo propionate, 98%)을 25℃에서 아르곤 분위기에서 혼합 반응시킨 반응용액을 80℃ oil bath에 넣어 16~18시간동안 전환(conversion)이 95%되면 -78℃ 에서 반응을 끝내고, 퀀칭된 용액은 THF(tetrahydrofuran 99.9%)에 희석시킨 후 알루미늄옥사이드 컬럼에 통과시킨 뒤 용액이 모아지면 압력을 낮춰 용매를 제거하고, 응축된 용액을 methanol에 한 방울씩 떨어뜨려 걸러진 하얀색 결과물을 25℃, 진공에서 48시간동안 건조하여 PMMA를 제조한다.
상기 PMMA 전구체 다음으로 순차적으로 PPEGMEMA 공중합 시키는데, 합성 방법은 CuCl1, toluene, dNbpy(4,4'-dinonyl-2,2'-dipyridyl), PMMA 및 PEGMEMA를 차례대로 25℃에서 아르곤 분위기에서 혼합하여 중합이 20시간동안 95%의 전환(conversion)을 이루면 -78℃에서 반응을 멈추고 hexan에 침전을 잡았으며, 상기 PMMA와 PPEGMEMA의 중량 비율은 1:2로 한다.
상기 폴리플루오린화비닐라덴(PVDF), 소수성 물질인 PMMA{Poly(methyl methacrylate)}와 친수성 물질인 PPEGMEMA{Poly(polyethylene glycol methyl ether methacrylate)}의 공중합체인 PMMA-b-PPEGMEMA 및 염화리튬(LiCl)은 중량비율 1:0.1~1:0.01~0.1 로 하는 것이 바람직하며, 그이유로는 PMMA-b-PPEGMEMA공중합체와 LiCl은 첨가제로써 분리막 구조 형성에 큰 영향을 갖으므로 PMMA-b-PPEGMEMA 공중합체의 함량이 증가할수록 친수기인 PPEGMEMA의 양이 증가하여 제조중 물이 침투하는 속도가 빨라지기 때문에 표면 기공의 크기와 수가 증가하고 분리막의 뚜께도 증가하며, LiCl의 함량이 증가하면 도프 용액의 점도가 증가하여 상부니 속도가 느려지게 되고, 따라서 분리막의 두께와 macrovoid는 감소하였으며, PMMA-b-PPEGMWMA 공중합체와 LiCl의 조성을 중량비율을 1:0.1로하여 제조되었을때 표면에 균일한 크기의 기공이 형성되기 때문이다.
상기 막분리부(40)의 유입수 반송관(46) 관면적이 유입구로부터 작게 구배를 주어 내부 유압을 높여 양친매성막(44) 투과수의 양을 높이거나, 상기 유입수 반송관(46) 유입구에 금속막을 부착시켜 유압을 높여준다.
상기 살균부(50)는 180~300nm 크기의 파장세기로 조사되고, 반사틀(56)이 "U"형상을 이루어 광원수단(52)에서 조사되는 자외선의 분포를 넓히고 처리수에 집중시킨다.
실험예 : 응집 특성 시험
S하수종말처리장에서 채취한 원수를 본 발명에 따른 처리공정인 스크린이 시설되고 1차 침전시키는 저장부(10), 2차 침전후 상부영역의 폐수를 미생물이 함유된 처리조로 투입하는 활성슬러지부(20), 3차 침전시키고 침전물을 2차 침전공정으로 반송시키고 상부영역은 막분리부(40)로 배출하는 반송부(30), 양친매성막(44)으로 구성된 한외여과막을 이용한 막분리부(40) 및 자외선을 185nm 파장세기로 조사하여 살균하는 살균부(50)와 동일한 조건으로 구성된 흐름으로 처리한 후 원수 및 처리수를 채취하여 COD, BOD, pH농도 및 탁도를 측정하였다.
| 구분 | COD | BOD | pH | 탁도 |
| 폐수원수 | 2857.5 | 3897.3 | 5.2 | 1.722 |
| 처리수 | 3.9 | 1.9 | 7.1 | 0.521 |
상기 표 1을 살펴보면 처리된 폐수의 COD, BOD는 90%이상 제거되었고, pH의 변화는 약알칼리성으로 측정되었으며, 탁도도 60%이상 맑아지는 결과를 확인할 수 있다. 또한, 본 발명의 공정에 의하여 막 오염을 줄여 분리막의 교체량을 줄임으로써 유지비용도 절감할 수 있다.
추가의 일면에 있어서,
저장부(10)에 산화알루미늄(Al2O3)의 농도가 50~65%인 알루미늄 클로 하이드레이트, 염화알루미늄 및 폴리알루미늄 클로라이드 중에서 선택된 하나와, 농도가 30~60인 염산(HCl)및 순도가 60~98%인 빙초산을 중량비율로 1:0.5~1:0.1~0.3으로 혼합하여, 제올라이트, 패각분말 및 활성규사(quartz sand) 분말을 1:0.5~2:0.1~2:00.5~2의 중량비로 혼합하고, 70~80℃ 가열 후 농도가 10~40%인 가성소다(NaOH)를 혼합물의 중량비율 1:0.01~0.03으로 혼합한뒤 150~210℃의 조건하에서 10~16시간 반응시키고, 10~30℃ 냉각시켜 제조된 응집제를 저장부(10)에 투입하여 응집처리하는 과정을 실시 할 수 있다.
또는, 구조유도체 주형 물질인 메조포러스 실리카(mesoporous silica;MS)를 계면활성제를 사용하여 계면활성제와 실리카의 상호 작용에 의해서 합성하여 흡착제를 제조할 수 있는데 상기 계면활성제 분자의 머리 부분에 있는 양전하와 규산 음이온이 정전기적 균형을 맞추기 위하여 결합하는 동시에 액정구조의 형성과 구조화에 참여하여 육각형 배열구조의 계면활성제의 액정 구조가 형성되고 합성이 안정화된 후 고온으로 소성시키면 구조유도체인 계면활성제는 탄화되고 다공성을 가지는 실리카겔만 남게되며 제조된 메조포러스 실리카의 표면 개질은 중금속 또는 소수성 유기화합물의 흡착에 용이하다. 따라서 상기 제조된 메조포러스 실리카 흡착제를 저장부(10)에 직접 투입하거나 격자형식의 구조물등에 코팅하여 투입하여 하폐수내 중금속을 제거하는 구성을 추가할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 표면개질 내오염성 분리막 및 이를 이용한 막여과 하폐수 처리 시스템은 막분리공정 전처리 과정으로 중력을 이용한 슬러지 침전 과정을 복수개 포함하고, 활성슬러지법을 실시하여 막오염을 줄이고, 유지 및 관리를 편리하게 실시하고, 친수성 및 소수성을 가지는 양친매성 분리막을 사용하여 표면개질함으로써 분리막 오염이 저감되어 사용수명이 늘어나 경제성이 높으며, 수처리 과정을 다섯개의 공정으로 간소화하여 경제성을 높이고, 그 구성을 대형 또는 소형으로 제작이 가능하다는 장점을 가진다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었지만, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술은 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10 : 저장부 42 : 모듈하우징
12 : 스크린 44 : 양친매성막
20 : 활성슬러지부 46 : 유입수 반송관
22 : 하부단 47 : 금속막
24 : 스크루장치 48 : 투과수 배출관
26 : 상부단 50 : 살균부
28 : 다공성 볼 52 : 광원수단
29 : 격자망 54 : 석영셀
30 : 반송부 56 : 반사틀
40 : 막분리부
12 : 스크린 44 : 양친매성막
20 : 활성슬러지부 46 : 유입수 반송관
22 : 하부단 47 : 금속막
24 : 스크루장치 48 : 투과수 배출관
26 : 상부단 50 : 살균부
28 : 다공성 볼 52 : 광원수단
29 : 격자망 54 : 석영셀
30 : 반송부 56 : 반사틀
40 : 막분리부
Claims (6)
- 분리막을 이용한 막여과 하폐수 처리 시스템에 있어서,
상기 시스템은 저장부, 활성슬러지부, 반송부, 막분리부 및 살균부로 구성되되,
상기 저장부는 스크린이 시설되어 유입되는 폐수내 입자크기가 큰 슬러지를 제거한 후 유입시켜 저장하고, 중력에 의하여 슬러지를 침전시키며,
상기 활성슬러지부는 내부에 분리판으로 하부단과 상부단으로 구성되고, 상기 하부단은 저장부에 폐수가 유입되어 저장되는 유입수를 중력에 의해 슬러지를 침전시키며, 상기 상부단은 다공성 볼이 복수개 충진되어 있고, 하부단에 저장되어 있는 유입수의 상부영역 폐수를 유입시켜 미생물에 의하여 수처리하고, 상부단으로 폐수의 유입은 천장의 모터가 고정되어 연결설치되는 스크루장치에 의하여 실시되고,
상기 반송부는 상기 상부단에서 처리된 처리수를 유입시켜 슬러지를 중력에 의하여 침전시키며, 처리수의 하부영역에 침전물을 활성슬러지부로 반송시키고, 상부영역의 처리수는 배출하며,
상기 막분리부는 반송부에서 배출되는 처리수를 복수개의 모듈 하우징 내부로 주입시키고, 모듈하우징 내부는 친수성 및 소수성을 포함되어 표면개질된 분리막인 양친매성막으로 이루어져 있으며, 상기 분리막으로 투과된 투과수를 배출하는 투과수 배출관 및 투과되지 못한 슬러지 및 미생물을 포함하는 처리수를 반송부로 배출하는 유입수 반송관을 포함하여 이루어져 있고,
상기 살균부는 투과수 배출관을 통하여 유입되는 처리수를 광원수단으로 자외선을 조사하여 살균처리하며, 상기 광원수단을 감싸는 석영셀과 알루미늄 재질의 반사틀로 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면개질 내오염성 분리막을 이용한 막여과 하폐수 처리 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 활성슬러지부에서 스크루장치는 일반적으로 사용되는 펌프를 이용하여 폐수를 상부단으로 유입시킬 수 있는 것을 대체 가능하며, 상부단 측면 또는 하부면에 산기관(미도시)을 설치하는 것을 특징으로 하는 표면개질 내오염성 분리막을 이용한 막여과 하폐수 처리 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 활성슬러지부 다공성 볼은 톱밥 또는 일정크기의 나무, 제올라이트, 황토 및 패각분말이 부피비율 1:0.5~0.6:0.3~0.4:0.1~0.2로 혼합되어 소성된 재질로 구성되고, 상기 톱밥 또는 일정크기의 나무재질은 볼 외부면에 돌출 및 노출되되 그 내부는 혐기성균이 주입되어 투입되며, 상기 다공성 볼이 반송부로 배출되는 것을 방지하기 위해 격자망이 배출구에 설치되는 것을 특징으로 하는 표면개질 내오염성 분리막을 이용한 막여과 하폐수 처리 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 막분리부의 표면개질된 분리막은 불소계 폴리플루오린화비닐라덴(PVDF), 소수성 물질인 PMMA{Poly(methyl methacrylate)}와 친수성 물질인 PPEGMEMA{Poly(polyethylene glycol methyl ether methacrylate)}의 공중합체인 PMMA-b-PPEGMEMA 및 염화리튬(LiCl)로 혼합된 용액을 부직포 위에 부은 후 독터 블레이드로 캐스팅을 한 후 25℃ 증류수에 함침하여 제조하는 것을 특징으로 하는 표면개질 내오염성 분리막을 이용한 막여과 하폐수 처리 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 막분리부의 유입수 반송관 관면적이 유입구로부터 작게 구배를 주어 내부 유압을 높여 양친매성막 투과수의 양을 높이거나, 상기 유입수 반송관 유입구에 금속막을 부착시켜 유압을 높여주는 것을 특징으로 하는 표면개질 내오염성 분리막을 이용한 막여과 하폐수 처리 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 살균부는 180~300nm 크기의 파장세기로 조사되고, 반사틀이 "U"형상을 이루어 광원수단에서 조사되는 자외선의 분포를 넓히고 처리수에 집중시키는 것을 특징으로 하는 표면개질 내오염성 분리막을 이용한 막여과 하폐수 처리 시스템.
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