KR102307286B1 - 역삼투 설비의 농축수 처리장치 - Google Patents

역삼투 설비의 농축수 처리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 역삼투에 의해 수처리하는 역삼투 설비의 농축수 처리장치에 관한 것으로서, 원수가 공급되는 유입부와, 원수를 펌핑하여 투입하는 펌핑부와, 원수를 역삼투에 의해 여과 처리하는 역삼투 여과부와, 처리수를 유출시키는 처리수 유출부와, 농축수를 배출시키는 농축수 배출부와, 농축수 배출부에서 배출된 농축수를 선택적으로 회수하여 역삼투 여과부로 공급하는 회수부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명은 처리수 생산시 동시에 발생하는 농축배출수를 별도의 재처리 공정이나 공급수에 일정 비율로 혼합 희석하여 사용하지 않으며 운전 중에는 농축수 배출없이 처리수의 생산이 가능하며 설정 시간이나 수질에 도달하면 자동으로 필터 용기내에 있는 물만 배출하여 필터나 역삼투막의 성능저하 없이 경제적인 고효율, 고회수율 운영을 가능하게 할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

역삼투 설비의 농축수 처리장치{APPARATUS FOR TREATING CONCENTRATED WATER OF REVERSE OSMOSIS EQUIPMENT}
본 발명은 역삼투 설비의 농축수 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원수를 역삼투에 의해 여과 처리하는 역삼투 설비의 농축수 처리장치에 관한 것이다.
일반적으로, 하/폐수 또는 오/폐수(이하에서는 편의 상 “폐수” 라고 한다) 등을 정화하는 수처리 분야에서는 분리막(membrane)을 이용하여 폐수 중의 오염 물질을 여과함으로써 생산수를 얻고 있다.
분리막은 특정성분을 선택적으로 통과시킴으로써 용해되어 있지 않는 입자를 분리하는 일반 여과(Filtration) 뿐만 아니라, 폐수 중의 콜로이드, 미립자 등의 부유물질을 분리 제거하는 데 적합하며, 액체에 용해된 용존 물질이나 혼합기체의 분리까지도 가능한 특수한 재질의 막(膜)을 지칭한다.
이러한 분리막은 그 성능에 따라 정밀여과막(MF; Microfiltration Membrane), 한외여과막(UF; Ultra filtration Membrane), 나노여과막(NF; Nan filtration Membrane), 역삼투막(RO; Reverse Osmosis Membrane), 이온교환막(IE; Ion Exchange), 전기투석막(ED; Electrolyte Dialysis), 기체분리막(GAS; Gas Separation/PV), 및 혈액투석막 (Hem dialysis)으로 나뉘며, 사용 목적에 따라 적절히 선택한다.
또한, 분리막은 형태에 따라 나권형(Spiral-wound), 중공사형(Hollow -Fiber), 관형(Tubular Type), 판틀형(Plate ＆ Frame type), 실관형(Hollow-fiber type) 그리고 모노리스형 모듈(Monolith type) 등으로 구분할 수 있다.
상기와 같은 분리막을 이용한 수처리 공정으로는 다양한 운전 방법들이 있지만, 고농도의 폐수를 처리하거나 오염물질 또는 회수 대상물 물질을 농축함에 있어 막의 오염 및 부하를 최소화시키기가 어렵고, 회수율이 낮아 효율성이 떨어지고, 농축수를 재 처리해야 하는 문제가 있다.
또한, 분리막을 이용한 수처리 공정에서의 낮은 회수율은 생산수 대비 많은 유량의 원수를 공급해야 하는 특성으로 비교적 큰 동력이 필요하고, 이로 인해 수처리 운영비가 증가할 수 있다.
최근들어 폐수 처리장에서 배출되는 폐수 처리수 재이용의 중요성이 점점 증가되고 있다. 그에 따라 폐수 처리수의 재이용이 의무화 되고 있으며, 재 이용수에 대한 수질권고기준이 마련되고 있다.
재 이용수 생산 방법은 사용목적에 적합하도록 폐수 처리수에 함유되어 있는 오염물질을 적절하게 제거할 수 있는 다양한 수처리 공정에 기초하여 구성될 수 있다.
그러나, 수처리 공정에서 발생되는 농축수의 처리가 새로운 문제점으로 대두되고 있는데, 농축수는 재이용수에 포함되지 못하는 물로서, 용질 및 현탁 물질과 같은 오염물질이 농축되어 있는 물이다.
이러한 농축수의 경우 수질에 따라 방류 수질 기준을 만족하기 위해 재처리 하여 방류하거나 고비용의 폐기물처리 절차에 의하여 폐기되어야 한다. 농축수의 발생량은 유입 처리수 수량 대비 약20~30% 정도에 육박하는 것으로 알려져 있다. 따라서 농축수 처리 및 폐기 비용은 폐수처리 재이용 분야에서 경제적 부담이 될 수 있으며, 그에 따라 재 이용수 생산방법의 경제적 효율성을 심각하게 저하시킬 수 있다는 문제점이 있었다.
상기와 같이 역삼투장치는 공급수와 농축수 및 처리수가 일정 비율로 나뉘어진다. 이러한 이유는 역삼투 설비는 무기이온의 정제 또는 분리가 목적으로 사용되므로 필터(막)가 농축으로 인한 다량의 이온물질들이 필터(막) 표면에 석출 및 침적되는 것을 막기 위해서 일정량의 농축배출수를 반드시 버려야만 한다.
또한, 2배열, 3배열 구성의 경우 전단측 필터 또는 역삼투막에는 미세입자에 의한 파울링 오염이 일어나고 후단측 필터 또는 역삼투막에는 이온 농축으로 인한 스케일 오염이 일어난다.
이로 인하여 필터 용기 안에서 생기는 필터들의 오염이 서로 불균형하게 일어나므로 효율적인 관리 및 유지 보수가 어렵다. 운전 중 항상 일정량의 농축수를 배출함으로서 공급수의 양적 손실과 동력비 상승은 물론 추가적인 농축 배출수 재처리 공정 도입이 필요하거나 농축수 배출량 증가에 따른 처리문제 등 경제적인 부담이 크게 발생하는 문제점도 있었다.
대한민국 등록특허 제10-1481079호 (2015년01월12일) 대한민국 등록특허 제10-1421386호 (2014년07월18일) 대한민국 등록특허 제10-1898225호 (2018년10월29일)
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로서, 처리수 생산시 동시에 발생하는 농축배출수를 별도의 재처리 공정이나 공급수에 일정 비율로 혼합 희석하여 사용하지 않으며 운전 중에는 농축수 배출없이 처리수의 생산이 가능하며 설정 시간이나 수질에 도달하면 자동으로 필터 용기내에 있는 물만 배출하여 필터나 역삼투막의 성능저하 없이 경제적인 고효율, 고회수율 운영을 가능하게 할 수 있는 역삼투 설비의 농축수 처리장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 운전 중 농축수를 배출하지 않고 전량 회수함으로써 필터용기 내에 유속을 향상시켜 농도 분극으로 인한 필터 표면에 스케일 부착을 억제시키며 포화농도 이상이 되었을 때에 필터 용기 내에 물만 배출함으로써, 공급수의 양적 손실을 줄여 필터 또는 역삼투막의 내구성을 향상시켜 수명을 연장시키며 전처리 설비의 용량 감소 및 운영 유지비를 감소시켜 경제성을 향상시킬 수 있는 역삼투 설비의 농축수 처리장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 생산수 대비 농축배출수로 인한 공급수의 양적 손실과 배열구성에서 수반되는 필터 또는 역삼투막의 불균형에서 발생하는 오염을 최소화하여 필터의 수명단축 등 운영비 상승 등의 문제점을 해소하기 위해 인출된 것으로 운전 중 발생하는 농축 배출수를 별도의 재처리 공정이나 일정 비율의 농축 배출수를 원수와 희석하여 사용하지 않으며 농축 배출수를 전량 회수하여 사용함으로써, 공급수의 양적 손실을 제거하고 배열 방식에 오는 필터 또는 역삼투막의 효율을 향상시켜 고효율, 고회수율 운전을 할 수 있는 역삼투 설비의 농축수 처리장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 역삼투에 의해 수처리하는 역삼투 설비의 농축수 처리장치로서, 원수가 공급되는 유입부(10); 상기 유입부(10)의 하류에 설치되어, 원수를 펌핑하여 투입하는 펌핑부(20); 상기 펌핑부(20)의 하류에 설치되어, 원수를 역삼투에 의해 여과 처리하는 역삼투 여과부(30); 상기 역삼투 여과부(30)의 하류 일방에 연결되어, 상기 역삼투 여과부(30)에서 처리된 처리수를 유출시키는 처리수 유출부(40); 상기 역삼투 여과부(30)의 하류 타방에 연결되어, 상기 역삼투 여과부(30)에서 처리된 농축수를 배출시키는 농축수 배출부(50); 및 상기 농축수 배출부(50)의 하류와 상기 펌핑부(20)의 상류에 각각 연결되어, 상기 농축수 배출부(50)에서 배출된 농축수를 선택적으로 회수하여 상기 역삼투 여과부(30)로 공급하는 회수부(60);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 유입부(10)는, 원수를 유입시켜 공급하는 공급배관; 상기 공급배관의 일방에 설치되어, 원수의 압력을 측정하는 제1 압력계; 상기 공급배관의 일방에 설치되어, 원수의 수질을 측정하는 제1 수질계측기; 상기 공급배관의 타방에 설치되어, 원수의 수질을 측정하는 제2 수질계측기; 상기 공급배관의 타방에 설치되어, 전위차에 의해 원수를 측정하는 전위분석기; 및 상기 공급배관의 타방에 설치되어, 실리카에 의해 원수를 측정하는 실리카분석기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 펌핑부(20)는, 원수를 펌핑하여 투입하는 공급펌프; 상기 공급펌프의 일방에 접속되어, 공급펌프의 펌핑을 제어하는 펌프제어기; 및 상기 공급펌프의 하류에 설치되어, 원수의 압력을 측정하는 제2 압력계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 역삼투 여과부(30)는, 압력용기의 내부에 복수개의 역삼투막이 일렬로 설치되어 있는 여과필터로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 역삼투 여과부(30)는, 복수개의 여과필터가 다단으로 연결된 1개 이상의 필터군으로 이루어져 있고, 상기 1개 이상의 필터군이 직렬로 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 역삼투 여과부(30)는, 복수개의 여과필터가 다단으로 연결된 1개 이상의 필터군으로 이루어져 있고, 상기 1개 이상의 필터군이 병렬로 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 처리수 유출부(40)는, 처리수가 유출되는 유출배관; 상기 유출배관의 일방에 설치되어, 처리수의 수질을 측정하는 제4 수질계측기; 및 상기 유출배관의 일방에 설치되어, 처리수의 유량을 측정하는 제1 유량측정기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 농축수 배출부(50)는, 농축수가 배출되는 제1 배출배관; 상기 제1 배출배관의 하류 일방에 분기되어, 농축수를 외부로 배출시키는 제2 배출배관; 상기 제2 배출배관의 일방에 설치되어, 농축수의 배출여부를 조절하는 제1 자동밸브; 상기 제2 배출배관의 일방에 설치되어, 농축수의 유량을 측정하는 제3 유량측정기; 및 상기 제2 배출배관의 일방에 설치되어, 농축수의 수질을 측정하는 제5 수질계측기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 회수부(60)는, 농축수를 회수하는 회수배관; 상기 회수배관의 일방에 설치되어, 농축수의 회수여부를 조절하는 제2 자동밸브; 상기 회수배관의 일방에 설치되어, 농축수의 회수량을 조절하는 제1 제어밸브; 상기 회수배관의 일방에 설치되되 상기 제2 자동밸브의 상류에 설치되어, 농축수의 압력을 측정하는 제3 압력계; 상기 회수배관의 타방에 설치되어, 농축수의 유량을 측정하는 제2 유량측정기; 상기 회수배관의 타방에 설치되어, 농축수의 수질을 측정하는 제3 수질계측기; 및 상기 회수배관의 타방에 설치되되 상기 제2 유량측정기의 상류에 설치되어, 농축수의 압력을 측정하는 제4 압력계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 펌핑부(20)는, 상기 펌핑부(20)의 하류에서 측정한 압력과 상기 회수부(60)의 제3 압력계에서 측정한 압력 사이의 차이가 설정값과 동일하거나 설정값 보다 큰 경우에 가동이 정지되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 처리수 생산시 동시에 발생하는 농축배출수를 별도의 재처리 공정이나 공급수에 일정 비율로 혼합 희석하여 사용하지 않으며 운전 중에는 농축수 배출없이 처리수의 생산이 가능하며 설정 시간이나 수질에 도달하면 자동으로 필터 용기내에 있는 물만 배출하여 필터나 역삼투막의 성능저하 없이 경제적인 고효율, 고회수율 운영을 가능하게 할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 운전 중 농축수를 배출하지 않고 전량 회수함으로써 필터용기 내에 유속을 향상시켜 농도 분극으로 인한 필터 표면에 스케일 부착을 억제시키며 포화농도 이상이 되었을 때에 필터 용기 내에 물만 배출함으로써, 공급수의 양적 손실을 줄여 필터 또는 역삼투막의 내구성을 향상시켜 수명을 연장시키며 전처리 설비의 용량 감소 및 운영 유지비를 감소시켜 경제성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 생산수 대비 농축배출수로 인한 공급수의 양적 손실과 배열구성에서 수반되는 필터 또는 역삼투막의 불균형에서 발생하는 오염을 최소화하여 필터의 수명단축 등 운영비 상승 등의 문제점을 해소하기 위해 인출된 것으로 운전 중 발생하는 농축 배출수를 별도의 재처리 공정이나 일정 비율의 농축 배출수를 원수와 희석하여 사용하지 않으며 농축 배출수를 전량 회수하여 사용함으로써, 공급수의 양적 손실을 제거하고 배열 방식에 오는 필터 또는 역삼투막의 효율을 향상시켜 고효율, 고회수율 운전을 할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 역삼투 설비의 농축수 처리장치의 운전상태를 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 역삼투 설비의 농축수 처리장치의 배출상태를 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 의한 역삼투 설비의 농축수 처리장치의 운전상태를 나타내는 구성도.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 의한 역삼투 설비의 농축수 처리장치의 배출상태를 나타내는 구성도.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 의한 역삼투 설비의 농축수 처리장치의 운전상태를 나타내는 구성도.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 의한 역삼투 설비의 농축수 처리장치의 배출상태를 나타내는 구성도.
도 7은 본 발명의 역삼투 설비의 농축수 처리장치의 처리공정을 나타내는 흐름도.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 역삼투 설비의 농축수 처리장치의 운전상태를 나타내는 구성도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 역삼투 설비의 농축수 처리장치의 배출상태를 나타내는 구성도이고, 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 의한 역삼투 설비의 농축수 처리장치의 운전상태를 나타내는 구성도이고, 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 의한 역삼투 설비의 농축수 처리장치의 배출상태를 나타내는 구성도이고, 도 5는 본 발명의 제3 실시예에 의한 역삼투 설비의 농축수 처리장치의 운전상태를 나타내는 구성도이고, 도 6은 본 발명의 제3 실시예에 의한 역삼투 설비의 농축수 처리장치의 배출상태를 나타내는 구성도이고, 도 7은 본 발명의 역삼투 설비의 농축수 처리장치의 처리공정을 나타내는 흐름도이다.
도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 의한 역삼투 설비의 농축수 처리장치는, 유입부(10), 펌핑부(20), 역삼투 여과부(30), 처리수 유출부(40), 농축수 배출부(50) 및 회수부(60)를 포함하여 이루어져, 역삼투에 의해 수처리하는 역삼투 설비의 농축수 처리장치이다.
유입부(10)는, 원수가 공급되는 유입수단으로서, 공급배관(11), 제1 압력계(12), 제1 수질계측기(13), 제2 수질계측기(14), 전위측정기(15), 실리카분석기(16)로 이루어져 있다.
공급배관(11)은, 원수를 유입시켜 공급하는 배관부재로서, 폐수, 오수, 급수 등과 같이 다양한 원수를 저장하는 원수의 저장조나 공급원으로부터 하류로 연결되어 원수를 공급하게 된다.
제1 압력계(12)는, 공급배관(11)의 일방에 설치되어 원수의 압력을 측정하는 측정부재로서, PT(PRESSURE TRANSMITTER)로 이루어져 원수의 공급압력을 측정하여 원수의 역삼투에 의한 처리공정의 공정압력을 일정하게 유지하도록 조절하게 된다.
제1 수질계측기(13)는, 공급배관(11)의 일방에 설치되어 원수의 수질을 측정하는 측정부재로서, TDS(Total Dissolved Solid) 측정기로 이루어져 수처리시 원수의 오염도를 측정하게 된다.
제2 수질계측기(14)는, 공급배관(11)의 타방에 설치되어 원수의 수질을 측정하는 측정부재로서, 원수와 회수된 농축수와의 합류부위의 하류에 설치된 TDS(Total Dissolved Solid) 측정기로 이루어져 수처리시 원수와 농축수와의 혼합수의 오염도를 측정하게 된다.
전위측정기(15)는, 공급배관(11)의 타방에 설치되어 전위차에 의해 원수를 측정하는 측정부재로서, 원수와 회수된 농축수와의 합류부위의 하류에 설치된 ORP(Oxidation Reduction Potential) 측정기로 이루어져 수처리시 원수와 농축수와의 혼합수의 산화환원전위를 측정하게 된다.
실리카분석기(16)는, 공급배관(11)의 타방에 설치되어 실리카에 의해 원수를 측정하는 측정부재로서, 원수와 회수된 농축수와의 합류부위의 하류에 설치된 SiO2(silicon dioxide; silica) 측정기로 이루어져 수처리시 원수와 농축수와의 혼합수의 오염도를 측정하게 된다.
펌핑부(20)는, 유입부(10)의 하류에 설치되어 원수를 펌핑하여 투입하는 펌핑수단으로서, 투입배관(21), 공급펌프(22), 펌프제어기(23) 및 제2 압력계(24)로 이루어져 있다.
투입배관(21)은, 공급펌프(22)의 하류와 역삼투 여과부(30)의 상류 사이에 연결되어 원수를 펌핑에 의해 투입하는 배관부재로서, 폐수, 오수, 급수 등과 같이 다양한 원수를 역삼투 여과부(30)에 공급하게 된다.
공급펌프(22)는, 원수를 펌핑하여 투입하는 투입부재로서, 폐수, 오수, 급수 등과 같이 다양한 원수를 공급펌프(22)의 펌핑에 의해 역삼투 여과부(30)에 공급하게 된다.
펌프제어기(23)는, 공급펌프(22)의 일방에 접속되어 공급펌프(22)의 펌핑을 제어하는 제어기로서, VFD(Variable frequency drive) 인버터로 이루어져 주파수에 비례하는 전압을 이용해서 공급펌프(22)의 모터를 기동하게 된다.
제2 압력계(24)는, 공급펌프(22)의 하류에 설치되어 원수의 압력을 측정하는 측정부재로서, PT(PRESSURE TRANSMITTER)로 이루어져 원수의 펌핑압력을 측정하여 원수의 역삼투에 의한 처리공정의 펌핑압력을 일정하게 유지하도록 조절하게 된다.
또한, 이러한 펌핑부(20)는, 펌핑부(20)의 하류의 제2 압력계(24)에서 측정한 압력과 회수부(60)의 제3 압력계(67)에서 측정한 압력 사이의 차이가 설정값과 동일하거나 설정값 보다 큰 경우에 공급펌프(22)의 가동이 정지되는 것이 바람직하다.
역삼투 여과부(30)는, 펌핑부(20)의 하류에 설치되어 원수를 역삼투에 의해 여과 처리하는 역삼투 여과수단으로서, 압력용기의 내부에 복수개의 역삼투막이 일렬로 설치되어 있는 여과필터로 이루어져 있다.
특히, 이러한 역삼투 여과부(30)의의 배열 방식은 배열방식에 따라 1배열방식, 2배열방식, 제3배열방식으로 크게 나뉘어지고, 1배열방식은 가정용 정수기와 소용량 수처리장치 및 해수담수화에서 주로 사용되고, 해수담수화의 경우 해수의 높은 염농도 때문에 1배열방식이 사용되며 많은 량의 농축수, 즉 공급수의 50% 정도가 배출되게 된다.
따라서 2배열 방식, 3배열 방식은 중형 및 대형 용량의 경우에 선택 사용되며 원수의 수질 및 전처리 방법에 따라서 결정되어지고, 2배열 방식의 압력용기의 구성비율은 2 : 1 비율이며 3배열 방식의 압력용기의 구성비율은 4 : 2 : 1 비율이 사용되는 것이 바람직하다.
또한, 이러한 역삼투 여과부(30)는, 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이 제11 내지 제14 여과필터(31a, 31b, 31c, 31d) 등과 같이 복수개의 여과필터가 다단으로 연결된 1개 이상의 필터군으로 이루어져 있는 것이 가능함은 물론이다. 이러한 1개 이상의 필터군이 직렬로 배치되어 있는 것이 가능함은 물론이다.
특히, 역삼투 여과부(30)는, 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이 제11 내지 제14 여과필터(31a, 31b, 31c, 31d) 및 제21 내지 제 24 여과필터(32a, 32b, 32c, 32d) 등과 같이 복수개의 여과필터가 다단으로 연결된 1개 이상의 필터군으로 이루어져 있고, 이러한 1개 이상의 필터군이 병렬로 배치되어 있는 것도 가능함은 물론이다.
처리수 유출부(40)는, 역삼투 여과부(30)의 하류 일방에 연결되어 역삼투 여과부(30)에서 처리된 처리수를 유출시키는 처리수 유출수단으로서, 유출배관(41), 제4 수질계측기(42) 및 제1 유량측정기(43)로 이루어져 있다.
유출배관(41)은, 역삼투 여과부(30)의 하류 일방에서 처리수가 유출되는 배관부재로서, 역삼투 여과부(30)에서 역삼투막에 의해 여과처리된 처리수가 유출된다.
제4 수질계측기(42)는, 유출배관(41)의 일방에 설치되어 처리수의 수질을 측정하는 측정부재로서, 역삼투 여과부(30)의 하류에 설치된 TDS(Total Dissolved Solid) 측정기로 이루어져 수처리시 배출되는 처리수의 오염도를 측정하게 된다.
제1 유량측정기(43)는, 유출배관(41)의 일방에 설치되어 처리수의 유량을 측정하는 측정부재로서, 역삼투 여과부(30)의 하류에 설치된 FT(FLOW TRANSMITTER)로 이루어져 수처리시 배출되는 처리수의 유량를 측정하여 처리수의 유출량을 일정하게 유지하게 된다.
농축수 배출부(50)는, 역삼투 여과부(30)의 하류 타방에 연결되어 역삼투 여과부(30)에서 처리된 농축수를 배출시키는 농축수 배출수단으로서, 제1 배출배관(51), 제2 배출배관(52), 제1 자동밸브(53), 제3 유량측정기(54) 및 제5 수질계측기(55)로 이루어져 있다.
제1 배출배관(51)은, 농축수가 배출되는 배관부재로서, 역삼투 여과부(30)의 하류 타방에 연결되어 역삼투 여과부(30)에서 역삼투막에 의해 여과처리된 농축수가 배출된다.
제2 배출배관(52)은, 제1 배출배관(51)의 하류 일방에 분기되어 농축수를 외부로 배출시키는 배관부재로서, 역삼투 여과부(30)에서 역삼투막에 의해 여과처리된 농축수의 일부가 선택적으로 외부로 배출된다.
제1 자동밸브(53)는, 제2 배출배관(52)의 일방에 설치되어 농축수의 배출여부를 조절하는 밸브부재로서, 차압유량 조절밸브로 이루어져 농축수의 외부로의 배출여부를 선택적으로 조절하게 된다.
제3 유량측정기(54)는, 제2 배출배관(52)의 일방에 설치되어 농축수의 유량을 측정하는 측정부재로서, 역삼투 여과부(30)의 하류에 설치된 FT(FLOW TRANSMITTER)로 이루어져 수처리시 외부로 배출되는 농축수의 유량를 측정하여 농축수의 배출량을 일정하게 유지하게 된다.
제5 수질계측기(55)는, 제2 배출배관(52)의 일방에 설치되어 농축수의 수질을 측정하는 측정부재로서, 역삼투 여과부(30)의 하류에 설치된 TDS(Total Dissolved Solid) 측정기로 이루어져 수처리시 외부로 배출되는 농축수의 오염도를 측정하게 된다.
회수부(60)는, 농축수 배출부(50)의 하류와 펌핑부(20)의 상류에 각각 연결되어 농축수 배출부(50)에서 배출된 농축수를 선택적으로 회수하여 역삼투 여과부(30)로 공급하는 회수수단으로서, 회수배관(61), 제2 자동밸브(62), 제1 제어밸브(63), 제3 수질계측기(64), 제2 유량측정기(65), 제4 압력계(66), 제3 압력계(67), 체크밸브(68) 및 게이트밸브(69)로 이루어져 있다.
회수배관(61)은, 농축수를 회수하는 배관부재로서, 농축수 배출부(50)의 하류와 펌핑부(20)의 상류 사이에 연결되어 역삼투 여과부(30)에서 배출된 농축수를 외부로 배출시키지 않고서 유입부(10)의 하류에서 원수와 합류시켜 역삼투 여과부(30)에서 재처리하여 농축수의 배출없이 순환해서 재처리하게 된다.
제2 자동밸브(62)는, 회수배관(61)의 일방에 설치되어 농축수의 회수여부를 조절하는 밸브부재로서, 차압유량 조절밸브로 이루어져 농축수의 회수여부를 선택적으로 조절하게 된다.
제1 제어밸브(63)는, 회수배관(61)의 일방에 설치되어 농축수의 회수량을 조절하는 밸브부재로서, 솔레노이드 밸브로 이루어져 원수와 혼합되어 재처리되는 농축수의 회수량을 조절하게 된다.
제3 수질계측기(64)는, 회수배관(61)의 타방에 설치되어 농축수의 수질을 측정하는 측정부재로서, 역삼투 여과부(30)의 하류에 설치된 TDS(Total Dissolved Solid) 측정기로 이루어져 수처리시 선택적으로 회수되어 원수와 혼합된 후에 재처리되어 순환되는 농축수의 오염도를 측정하게 된다.
제2 유량측정기(65)는, 회수배관(61)의 타방에 설치되어 농축수의 유량을 측정하는 측정부재로서, 역삼투 여과부(30)의 하류에 설치된 FT(FLOW TRANSMITTER)로 이루어져 수처리시 선택적으로 회수되어 원수와 혼합된 후에 재처리되어 순환되는 농축수의 유량를 측정하여 농축수의 회수량을 일정하게 유지하게 된다.
제4 압력계(66)는, 회수배관(61)의 타방에 설치되되 제2 유량측정기(65)의 상류에 설치되어 농축수의 압력을 측정하는 측정부재로서, PT(PRESSURE TRANSMITTER)로 이루어져 농축수의 회수압력을 측정하여 농축수의 회수압력을 일정하게 유지하도록 조절하게 된다.
제3 압력계(67)는, 회수배관(61)의 일방에 설치되되 제2 자동밸브(62)의 상류에 설치되어 농축수의 압력을 측정하는 측정부재로서, PT(PRESSURE TRANSMITTER)로 이루어져 농축수의 배출압력을 측정하여 농축수의 배출압력을 일정하게 유지하도록 조절하게 된다.
이와 같이 펌핑부(20)의 제2 압력계(24)에서 측정한 압력과 회수부(60)의 제3 압력계(67)에서 측정한 압력 사이의 차이가 설정값과 동일하거나 설정값 보다 큰 경우에 원수와 농축수의 혼합수의 압력이 농축수의 압력 보다 상승하여 역삼투에 의한 막여과처리 효율이 저하되므로 펌핑부(20)의 가동을 정지시키는 것이 바람직하다.
체크밸브(68)는, 회수배관(61)의 일방에 설치되되 제1 제어밸브(63)의 하류에 설치되어 농축수의 유동방향을 제어하는 밸브부재로서, 농축수를 회수해서 유입부(10)와 펌핑부(20) 사이의 합류부위로만 일방향으로 유동하도록 제어하게 된다.
게이트밸브(69)는, 회수배관(61)의 일방에 설치되되 제1 제어밸브(63)의 하류에 설치되어 농축수의 회수량을 조절하는 밸브부재로서, 유입부(10)의 원수와 혼합하는 경우에 원수의 수질이나 유압 등과 같은 다양한 상태에 따라 농축수의 회수량을 조절하도록 농축수의 유량을 제어하게 된다.
이하, 도면을 참조해서 본 실시예의 역삼투 설비의 농축수 처리장치를 이용한 수처리 공정을 구체적으로 설명한다.
도 1, 도 2 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 역삼투 설비의 농축수 처리장치를 이용한 수처리 공정은, 도 7에 나타낸 바와 같이, 제2 자동밸브 개방단계(S10), 제어밸브 개방단계(S20), 펌프가동단계(S30), 가동시간 설정단계(S40), 실리카분석단계(S50), 전위측정단계(S60), 수질측정단계(S70), 압력차 비교단계(S80), 펌프정지단계(S90), 제1 자동밸브 개방단계(S100), 밸브폐쇄단계(S110), 정지시간 설정단계(S120), 수질분석단계(S130), 밸브제어단계(S140), 펌프제어단계(S150), 압력비교단계(S160)를 포함하여 이루어져, 역삼투에 의해 수처리하는 역삼투 설비의 농축수 처리공정이다.
제2 자동밸브 개방단계(S10)는, 농축수 배출부(50)에서 분기된 회수부(60)의 회수배관(61)에 설치된 제2 자동밸브(62)를 개방하여 농축수의 일부 또는 전체를 회수하는 단계로서, 농축수 배출부(50)의 제1 자동밸브(53)을 폐쇄하고 제2 자동밸브(62)를 개방하여 농축수 배출부(50)에서 배출된 농축수를 전부 회수하는 것도 가능함은 물론이다.
제어밸브 개방단계(S20)는, 제2 자동밸브(62)의 하류에 설치된 제1 제어밸브(63)를 개방하는 단계로서, 제1 제어밸브(63)의 개방량을 조절하여 농축수의 회수량을 조절하게 된다.
펌프가동단계(S30)는, 원수가 유입되는 유입부(10)와 역삼투 여과부(30)에서 배출된 농축수가 회수되는 회수부(60)와의 합류부위의 하류에 설치된 펌핑부(20)를 가동하는 단계로서, 펌핑부(20)를 가동하여 원수와 농축수의 혼합수를 펌핑하여 역삼투 여과부(30)에 투입하게 된다.
가동시간 설정단계(S40)는, 펌핑부(20)의 가동시간을 설정하는 단계로서, 펌핑부(20)의 가동시간인 서비스시간과 설정시간과 비교하면서 원수와 농축수와의 혼합수에 대한 유량이나 압력 등의 유동상태를 측정하여 펌핑부(20)의 가동시간을 판정하여 펌프의 가동여부를 제어하게 된다.
실리카분석단계(S50)는, 원수가 유입되는 유입부(10)와 역삼투 여과부(30)에서 배출된 농축수가 회수되는 회수부(60)와의 합류부위의 하류에 설치된 실리카분석기(16)에 의해 분석하는 단계로서, 실리카분석기(16)에 의해 원수와 농축수의 혼합수에 포함된 실리카를 분석하여 설정값과 비교하여 펌프의 구동여부를 제어하게 된다.
전위측정단계(S60)는, 원수가 유입되는 유입부(10)와 역삼투 여과부(30)에서 배출된 농축수가 회수되는 회수부(60)와의 합류부위의 하류에 설치된 전위측정기(15)에 의해 분석하는 단계로서, 전위측정기(15)에 의해 원수와 농축수의 혼합수의 전위차를 분석하여 설정값과 비교하여 펌프의 구동여부를 제어하게 된다.
수질측정단계(S70)는, 원수가 유입되는 유입부(10)와 역삼투 여과부(30)에서 배출된 농축수가 회수되는 회수부(60)와의 합류부위의 하류에 설치된 제2 수질계측기(14)에 의해 분석하는 단계로서, 제2 수질계측기(14)에 의해 원수와 농축수의 혼합수의 오염도를 분석하여 설정값과 비교하여 펌프의 구동여부를 제어하게 된다.
압력차 비교단계(S80)는, 펌핑부(20)의 제2 압력계(24)에서 측정한 압력과 회수부(60)의 제3 압력계(67)에서 측정한 압력 사이의 차이를 설정값과 비교하는 단계로서, 차이값이 설정값과 동일하거나 설정값 보다 큰 경우에 원수와 농축수의 혼합수의 압력이 농축수의 압력 보다 상승하여 역삼투에 의한 막여과처리 효율이 저하되므로 펌핑부(20)의 가동을 정지시키는 것이 바람직하다.
펌프정지단계(S90)는, 가동시간 설정단계(S40)와 실리카분석단계(S50)와 전위측정단계(S60)와 수질측정단계(S70)와 압력차 비교단계(S80)에서의 판정결과에 따라 펌프를 정지시키는 단계로서, 원수와 농축수의 혼합수의 압력, 수질, 전위차 등의 상태가 설정값 보다 상승하여 역삼투에 의한 막여과처리 효율이 저하되므로 펌핑부(20)의 가동을 정지시키게 된다.
제1 자동밸브 개방단계(S100)는, 농축수 배출부(50)에 설치된 제1 자동밸브(53)을 개방하는 단계로서, 펌프정지단계(S90)에서 펌핑부(20)가 정지된 경우에 제1 자동밸브(53)을 개방하여 농축수를 외부로 배출시키게 된다.
밸브폐쇄단계(S110)는, 회수부(60)에 설치된 제2 자동밸브(62)와 제1 제어밸브(63)를 폐쇄하는 단계로서, 회수부(60)를 폐쇄하여 농축수를 농축수 배출부(50)에만 유동시켜 농축수 전체를 외부로 배출시키게 된다.
정지시간 설정단계(S120)는, 펌핑부(20)의 정지시간을 설정하는 단계로서, 펌핑부(20)의 정지시간인 서비스시간과 설정시간을 서로 비교하면서 원수와 농축수와의 혼합수에 대한 유량이나 압력 등의 유동상태를 측정하여 펌핑부(20)의 정지시간을 판정하여 펌프의 가동여부를 제어하게 된다.
수질분석단계(S130)는, 역삼투 여과부(30)에서 유출된 처리수가 배출되는 배수부위의 하류에 설치된 제4 수질계측기(42)에 의해 수질을 분석하는 단계로서, 제4 수질계측기(42)에 의해 처리수의 오염도를 분석하여 설정값과 비교하여 펌프의 구동여부를 제어하게 된다.
밸브제어단계(S140)는, 회수부(60)에 설치된 제1 제어밸브(63)의 개방여부를 제어하는 단계로서, PID 제어(Proportional Integral Derivation Control)에 의해 제1 제어밸브(63)의 개방량을 조절하여 농축수의 회수량을 조절하게 된다.
펌프제어단계(S150)는, 펌핑부(20)에 설치된 공급펌프(22)의 가동여부를 제어하는 단계로서, PID 제어(Proportional Integral Derivation Control)에 의해 공급펌프(22)의 가동여부를 제어하여 원수와 농축수의 혼합수의 투입량을 조절하게 된다.
압력비교단계(S160)는, 유입부(10)에 설치된 제1 압력계(12)에서 측정한 압력을 대기압의 1.5배와 비교하는 비교단계로서, 제1 압력계(12)의 측정압력이 대기압의 1.5배 보나 큰 경우에는 공급펌프(22)의 가동여부를 제어하여 원수와 농축수의 혼합수의 투입량을 조절하게 된다.
또한, 본 발명의 역삼투 설비의 농축수 처리장치는 한 개의 압력용기 내부에 필터나 역삼투막을 4개 이하를 직렬로 연결하는 복수의 압력용기와 분배되는 유입부 인버터를 부착한 고압펌프, 압력용기 내 물 배출 밸브, 수질 계측기, 복수의 필터에서 나오는 회수배관 등을 포함하여 이루어져 있고, 운전시간은 25분에서 50분 동안 농축수 배출없이 처리수를 생산하고 설정 시간이나 포화농도의 수질 이상이 되면 필터용기 내에 있는 필터안의 물만 1분 ~ 2분 동안 배출하게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 처리수 생산시 동시에 발생하는 농축배출수를 별도의 재처리 공정이나 공급수에 일정 비율로 혼합 희석하여 사용하지 않으며 운전 중에는 농축수 배출없이 처리수의 생산이 가능하며 설정 시간이나 수질에 도달하면 자동으로 필터 용기내에 있는 물만 배출하여 필터나 역삼투막의 성능저하 없이 경제적인 고효율, 고회수율 운영을 가능하게 할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 운전 중 농축수를 배출하지 않고 전량 회수함으로써 필터용기 내에 유속을 향상시켜 농도 분극으로 인한 필터 표면에 스케일 부착을 억제시키며 포화농도 이상이 되었을 때에 필터 용기 내에 물만 배출함으로써, 공급수의 양적 손실을 줄여 필터 또는 역삼투막의 내구성을 향상시켜 수명을 연장시키며 전처리 설비의 용량 감소 및 운영 유지비를 감소시켜 경제성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 생산수 대비 농축배출수로 인한 공급수의 양적 손실과 배열구성에서 수반되는 필터 또는 역삼투막의 불균형에서 발생하는 오염을 최소화하여 필터의 수명단축 등 운영비 상승 등의 문제점을 해소하기 위해 인출된 것으로 운전 중 발생하는 농축 배출수를 별도의 재처리 공정이나 일정 비율의 농축 배출수를 원수와 희석하여 사용하지 않으며 농축 배출수를 전량 회수하여 사용함으로써, 공급수의 양적 손실을 제거하고 배열 방식에 오는 필터 또는 역삼투막의 효율을 향상시켜 고효율, 고회수율 운전을 할 수 있는 효과를 제공한다.
이상 설명한 본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러 가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서 상기 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
10: 유입부 20: 펌핑부
30: 역삼투 여과부 40: 처리수 유출부
50: 농축수 배출부 60: 회수부

Claims (10)

  1. 역삼투에 의해 수처리하는 역삼투 설비의 농축수 처리장치로서,
    원수가 공급되는 유입부(10);
    상기 유입부(10)의 하류에 설치되어, 원수를 펌핑하여 투입하는 펌핑부(20);
    상기 펌핑부(20)의 하류에 설치되어, 원수를 역삼투에 의해 여과 처리하는 역삼투 여과부(30);
    상기 역삼투 여과부(30)의 하류 일방에 연결되어, 상기 역삼투 여과부(30)에서 처리된 처리수를 유출시키는 처리수 유출부(40);
    상기 역삼투 여과부(30)의 하류 타방에 연결되어, 상기 역삼투 여과부(30)에서 처리된 농축수를 배출시키는 농축수 배출부(50); 및
    상기 농축수 배출부(50)의 하류와 상기 펌핑부(20)의 상류에 각각 연결되어, 상기 농축수 배출부(50)에서 배출된 농축수를 선택적으로 회수하여 상기 역삼투 여과부(30)로 공급하는 회수부(60);를 포함하고,
    상기 회수부(60)는,
    농축수를 회수하는 회수배관;
    상기 회수배관의 일방에 설치되어, 농축수의 회수여부를 조절하는 제2 자동밸브;
    상기 회수배관의 일방에 설치되어, 농축수의 회수량을 조절하는 제1 제어밸브;
    상기 회수배관의 일방에 설치되되 상기 제2 자동밸브의 상류에 설치되어, 농축수의 압력을 측정하는 제3 압력계;
    상기 회수배관의 타방에 설치되어, 농축수의 유량을 측정하는 제2 유량측정기;
    상기 회수배관의 타방에 설치되어, 농축수의 수질을 측정하는 제3 수질계측기; 및
    상기 회수배관의 타방에 설치되되 상기 제2 유량측정기의 상류에 설치되어, 농축수의 압력을 측정하는 제4 압력계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 역삼투 설비의 농축수 처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유입부(10)는,
    원수를 유입시켜 공급하는 공급배관;
    상기 공급배관의 일방에 설치되어, 원수의 압력을 측정하는 제1 압력계;
    상기 공급배관의 일방에 설치되어, 원수의 수질을 측정하는 제1 수질계측기;
    상기 공급배관의 타방에 설치되어, 원수의 수질을 측정하는 제2 수질계측기;
    상기 공급배관의 타방에 설치되어, 전위차에 의해 원수를 측정하는 전위분석기; 및
    상기 공급배관의 타방에 설치되어, 실리카에 의해 원수를 측정하는 실리카분석기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 역삼투 설비의 농축수 처리장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 펌핑부(20)는,
    원수를 펌핑하여 투입하는 공급펌프;
    상기 공급펌프의 일방에 접속되어, 공급펌프의 펌핑을 제어하는 펌프제어기; 및
    상기 공급펌프의 하류에 설치되어, 원수의 압력을 측정하는 제2 압력계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 역삼투 설비의 농축수 처리장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 역삼투 여과부(30)는, 압력용기의 내부에 복수개의 역삼투막이 일렬로 설치되어 있는 여과필터로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 역삼투 설비의 농축수 처리장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 역삼투 여과부(30)는, 복수개의 여과필터가 다단으로 연결된 1개 이상의 필터군으로 이루어져 있고, 상기 1개 이상의 필터군이 직렬로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 역삼투 설비의 농축수 처리장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 역삼투 여과부(30)는, 복수개의 여과필터가 다단으로 연결된 1개 이상의 필터군으로 이루어져 있고, 상기 1개 이상의 필터군이 병렬로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 역삼투 설비의 농축수 처리장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리수 유출부(40)는,
    처리수가 유출되는 유출배관;
    상기 유출배관의 일방에 설치되어, 처리수의 수질을 측정하는 제4 수질계측기; 및
    상기 유출배관의 일방에 설치되어, 처리수의 유량을 측정하는 제1 유량측정기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 역삼투 설비의 농축수 처리장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 농축수 배출부(50)는,
    농축수가 배출되는 제1 배출배관;
    상기 제1 배출배관의 하류 일방에 분기되어, 농축수를 외부로 배출시키는 제2 배출배관;
    상기 제2 배출배관의 일방에 설치되어, 농축수의 배출여부를 조절하는 제1 자동밸브;
    상기 제2 배출배관의 일방에 설치되어, 농축수의 유량을 측정하는 제3 유량측정기; 및
    상기 제2 배출배관의 일방에 설치되어, 농축수의 수질을 측정하는 제5 수질계측기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 역삼투 설비의 농축수 처리장치.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 펌핑부(20)는, 상기 펌핑부(20)의 하류에서 측정한 압력과 상기 회수부(60)의 제3 압력계에서 측정한 압력 사이의 차이가 설정값과 동일하거나 설정값 보다 큰 경우에 가동이 정지되는 것을 특징으로 하는 역삼투 설비의 농축수 처리장치.
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