KR100925680B1 - 수위자동제어 수문을 이용한 침지식 막여과 정수처리장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수위제동제어 수문을 이용한 저전력 침지식 막여과 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원수가 유입되는 원수 유입관과; 상기 원수유입관(7)의 내부에 설치되어 원수의 부유물질을 필터링하는 스크린(8)과; 상기 스크린(8)에서 부유물질이 필터링된 원수를 응집시키기 위하여 응집제가 투입되는 응집제투입관과; 제 1막여과조(1)와 일 측에 인접하여 pH의 조절에 의해 응집효율을 향상시키는 응집조(11)와; 상기 응집조(11)와 일측에 인접하고 내부에 침지식분리막(15)이 설치되어 원수를 여과하는 제 1막여과조(1)와; 상기 제 1막여과조(1)와 일 측에 인접하고 내부에 침지식분리막(15)이 설치되어 제 1막여과조(1)로부터 이송된 원수를 정화하는 제 2막여과조(2)와; 상기 응집조(11)와 제 1막여과조(1) 그리고 제 1막여과조(1)와 제 2막여과조(2)의 인접한 벽면 상단에 설치되어 자연유하원리에 의해 원수를 이동시키는 수문과; 상기 제 1막여과조(1)와 제 2막여과조(2)와 각각 관으로 연결되어 여과펌프를 통해 막여과수(13)가 이동하는 활성탄탑(14)과; 제 2막여과조(2)의 하단부에 설치되어 운전 중에 농축된 미처리 원수를 배출하는 배출관(16);으로 구성되는 수위제동제어 수문을 이용한 저전력 침지식 관한 것이다.
이를 통해서, 기존의 침지식 고도정수처리 시스템의 침지식 막여과 공정에서 1단에서 2단으로의 원수공급을 펌프(pump)를 통해 이루어졌음에 비해서 본 발명은 응집조(11)와 막여과조 1단과 2단의 사이에 침지식 분리막 운전조건에 따라 통합자동제어장치에 연계되는 수위 자동제어 수문을 설치하고 선행기술의 펌프를 제거함으로써 펌프 설치로 발생되는 배관 등 초기투자비를 절감하고 펌프의 제거를 통한 소요부지면적을 최소화하고 유지관리비를 줄여 에너지 소비를 최적화할 수 있다.
저낙차 중력식 막여과조, 침지식 분리막, 막여과 정수처리장치, 수위자동제어 수문
Description
본 발명은 수위제동제어 수문을 이용한 저전력 침지식 막여과 정수처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 1단과 2단의 사이에 수위 자동제어 수문을 설치하고 선행기술의 펌프를 제거함으로써 펌프와 관련한 배관, 밸브, 유량계 등 초기투자비를 절감하고 펌프의 제거를 통한 소요부지면적을 최소화하고 유지관리비를 줄여 에너지 소비를 최적화할 수 있는 수위제동제어 수문을 이용한 저전력 침지식 막여과 정수처리장치에 관한 것이다.
침지막 분리막은 가압식 분리막에 사용되는 압력용기 없이 수조 내에 직접 침지시켜 사용하기 때문에, 분리막 시스템에 대한 별도의 공간이 필요 없고, 여과펌프의 진공압에 의해 처리량만큼만 흡입하는 방식이어서 외부순환식에 비해 부지면적과 동력비가 적게 드는 장점이 있으나 다수의 펌프를 사용하여 전력비용과 설치장소에 제약이 있다. 자연유하 방식에 의한 막여과조 운전은 동력비를 줄이고 초기투자비를 절감할 수 있는 장점이 있는 반면, 취수원과 막여과 정수처리장치가 중력식 자연유하 원리를 적용하기 위해서는 중력식 단계별 인공구조물을 형성하는 방법과 자연 지형을 이용하는 방법이 있다.
중력식 인공구조물의 경우 일반적으로 취수원에서 착수정까지 펌프에 의한 이송이 요구되며 인공구조물로 인해 유지관리비는 절감되는 반면 초기투자비가 증가된다. 자연지형을 이용하는 경우 취수원이 일반적으로 저지대에 있기 때문에 기술의 적용이 제한적이고 착수정까지 펌프에 의한 이송이 요구되며 시스템 설치에 있어 많은 제약이 수반된다.
막여과 정수처리장치가 일반적으로 설치되는 평지 조건에서 각 반응조의 수위조절과 막여과 운전에 따른 수문 개폐제어에 의해 자연유하 방식을 구현함으로써 펌프 대신에 수위 자동제어 수문을 설치하여 자연유하 원리를 이용하여 초기투자비를 개선하고 에너지 소비를 최소화하여 유지관리비를 최적화하여 할 수 있다.
본 발명은 수위제동제어 수문을 이용한 저전력 침지식 막여과 정수처리장치에 관한 것으로서, 기존의 고도정수처리장치의 단점을 개선하기 위하여 응집조(11)와 막여과조사이 그리고 제 1막여과조(1)와 제 2막여과조(2)사이에 수문을 장치하여 자연유하 원리를 이용하여 펌프를 설치함으로써 발생할 수 있는 관련 배관비용을 최소화하고 소요부지면적을 줄여 초기 투자비를 절감할 수 있으며 에너지 소비를 최소화하여 유지관리비까지도 줄일 수 있는 수위제동제어 수문을 이용한 저전력 침지식 막여과 정수처리장치를 제공하는 데 있다.
본 고안은 상기의 기술적 과제를 해결하기 위해서, 원수가 유입되는 원수 유입관과 상기 원수유입관(7)의 내부에 설치되어 원수의 부유물질을 필터링하는 스크린(8)과 상기 스크린(8)에서 부유물질이 필터링된 원수를 응집시키기 위하여 응집제가 투입되는 응집제투입관과 제 1막여과조(1)와 일측에 인접하여 pH의 조절에 의해 응집효율을 향상시키는 응집조(11)와 상기 응집조(11)와 일측에 인접하고 내부에 침지식분리막(15)이 설치되어 원수를 여과하는 제 1막여과조(1)와 상기 제 1막여과조(1)와 일측에 인접하고 내부에 침지식분리막(15)이 설치되어 제 1막여과조(1)로부터 이송된 원수를 정화하는 제 2막여과조(2)와 상기 응집조(11)와 제 1막여과조(1) 그리고 제 1막여과조(1)와 제 2막여과조(2)의 인접한 벽면 상단에 설치되어 자연유하 원리에 의해 원수를 이동시키는 수문과 상기 제 1막여과조(1)와 제 2막여과조(2)와 각각 관으로 연결되어 여과펌프를 통해막여과수(13)가 이동하는 활성탄탑(14)과 제 2막여과조(2)의 하단부에 설치되어 운전 중에 농축된 미처리 원수를 배출하는 배출관(16)으로 구성되는 수위제동제어 수문을 이용한 저전력 침지식 막여과장치를 통해서 해결할 수 있다.
또한, 원수에 응집제를 투입하는 단계와 상기 투입된 응집제와 혼화하기 전에 큰 부유입자를 스크린(8)을 통해 필터링하는 단계와 원수와 응집제를 인라인혼화기(17)에서 혼화하는 단계와 상기 인라인혼화기(17) 및 제 1막여과조(1)의 사이의 응집조(11)를 통해 pH의 조절에 의해 응집효율을 향상시키며 응집시키는 단계와 제 1막여과조(1)에서 원수가 분리막을 통과하며 부유물질을 여과하고 1단 여과펌프(5)를 통해 막여과조의 원수를 강제로 흡입하여 활성탄탑(14)으로 이송시키는 단계와 상기 제 1막여과조(1)와 제 2막여과조(2) 사이에 수문을 설치하여 제 1막여과조(1)에서 미처리된 부유물질이 일부 농축된 미처리 원수를 유입관을 통해 제 2막여과조(2)로 중력에 의한 자연유하 원리로 이송되는 단계와 상기 제 1막여과조(1)와 인접한 제 2막여과조(2)를 통해 미처리 원수를 여과하고 2단 여과펌프(6)를 통해 침지식 분리막을 가지고 분리막과 활성탄탑(14)을 연통시키고 막여과조의 원수를 강제로 흡입하여 활성탄탑(14)으로 이송시키는 단계와 상기 원수의 흐름을 역으로 하여 침지식분리막(15)에 붙을 수 있는 흡착부유물을 탈리시키는 역세단계와 상기 제 2막여과조(2)의 하단부에 형성된 배출관(16)으로 일정 농축 미처리 원수를 배출하는 배출단계와 상기 활성탄탑(14)으로 모아진 원수를 마지막으로 활성탄탑(14)에 적용된 입상활성탄 여과장치를 통해 소독하고 정화하여 공급하는 단계로 구성되는 수위제동제어 수문을 이용한 저전력 침지식 막여과방법을 통해서 해결할 수 있다.
기존의 고도정수처리장치의 단점을 개선하기 위하여 제 1막여과조(1)와 제 2막여과조(2)사이에 수문을 장치하여 자연유하 원리를 이용하여 펌프를 설치함으로써 발생할 수 있는 관련 배관비용을 최소화하고 소요부지면적을 줄여 초기 투자비를 절감할 수 있으며 에너지 소비 최소화하여 유지관리비까지도 줄일 수 있다.
상기에서 상술한 과제해결수단을 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 장치들의 구성도이다.
원수가 유입되는 원수 유입관과 상기 원수유입관(7)의 내부에 설치되어 원수의 부유물질을 필터링하는 스크린(8)과 상기 스크린(8)에서 부유물질이 필터링된 원수를 응집시키기 위하여 응집제가 투입되는 응집제투입관과 제 1막여과조(1)와 일측에 인접하여 pH의 조절에 의해 응집효율을 향상시키는 응집조(11)와 상기 응집조(11)와 일측에 인접하고 내부에 침지식분리막(15)이 설치되어 원수를 여과하는 제 1막여과조(1)와 상기 제 1막여과조(1)와 일측에 인접하고 내부에 침지식분리막(15)이 설치되어 제 1막여과조(1)로부터 이송된 원수를 정화하는 제 2막여과조(2)와 상기 응집조(11)와 제 1막여과조(1) 그리고 제 1막여과조(1)와 제 2막여과조(2)의 인접한 벽면 상단에 설치되어 자연유하 원리에 의해 원수를 이동시키는 수문과 상기 제 1막여과조(1)와 제 2막여과조(2)와 각각 관으로 연결되어 여과펌프를 통해막여과수(13)가 이동하는 활성탄탑(14)과 제 2막여과조(2)의 하단부에 설치되어 운전 중에 농축된 미처리 원수를 배출하는 배출관(16)과 제 1막여과조(1)와 제 2막여과조(2)의 하단에 설치되어 분리막의 흡착 부유물을 탈리시키는 산기관(12)으로 구성된다.
상기의 장치를 통해서 원수가 유입관을 통하여 공급되어질 때 스크린(8)을 통하여 큰 부유입자를 1차적으로 필터링을 한다. 필터링과 동시에 응집제를 투입한다. 투입된 원수와 응집제는 응집효율을 증가시키기 위하여 인라인혼화기(17)를 통과시켜 미세입자가 큰 입자로 응집되게 한다. 인라인혼화기(17)를 통하여 믹싱되어 응집된 혼합물은 다시 응집조(11)로 이송되어 교반에 의해 응집되게 한다.
응집조(11)에 의해 응집된 원수는 이어서 상단부에 설치된 수문#1(3)에 의해 제 1막여과조(1)로 이동하게 된다. 자연유하의 원리를 이용하여 중력에 의하여 자연스럽게 이동을 도모한다.
제 1막여과조(1)로 이동한 원수는 제 1막여과조(1)에서 여과펌프를 통해 침지식 분리막을 이용하여 부유물질을 여과하고 산기관(12)을 통해 분리막 하단에 공기를 공급하여 분리막의 흡착 부유물을 탈리시키는 단계를 거치게 된다.
또한, 상기의 제 1막여과조(1)에서 부유물질이 농축된 미처리 원수는 수문#2(4)를 통하여 제 2막여과조(2)로 이송되어 처리되는데 제 1막여과조(1)와 제 2막여과조(2) 사이에는 수위레벨센서에 연계된 수위자동조절 수문#2(4)를 설치하여 기존의 선행기술들과 달리 자연유하의 원리를 이용하여 중력에 의하여 자연스럽게 이송된다. 이를 통해서 관련배관 비용을 최소화하고 소요부지면적을 최소화하여 초기 투자비를 절감하고 에너지의 소비를 줄여 유지관리비를 절감할 수 있다. 본 발명은 높은 농도의 제 2막여과조(2)의 내부 농축수를 배출관(16)을 통하여 전체 유입원수의 2~3볼륨%의 범위 내에서 배출하여 장치의 운전을 안정적으로 유지할 수 있다.
마지막으로 제 1막여과조(1)와 제 2막여과조(2)에서 여과된 원수는 활성탄탑(14)을 거쳐 미량의 유기성 유해물질을 처리한 후 소독과정을 거쳐서 공급한다.
본 발명은 수문의 설치를 통해서 기존의 전기에너지를 이용한 펌프를 대체하여 자연유하의 원리를 이용하여 중력에너지를 통해 별도의 에너지원의 필요없이 응집조(11)와 제 1막여과조(1)와 제 2막여과조(2) 사이에 수문의 유입관을 통해 이송되도록 하였다. 상기의 수문은 본 발명의 여과 및 역세 운전조건에서 수위레벨센서에 연동되어 MMI(Man Machine Interface)에 의해 수문개폐가 자동제어된다.
상기의 MMI(Man Machine Interface)는 HMI(Man Machine Interface)라고도 불리며 사람과 기계의 대화를 도와주는 장치 또는 기능을 두고 MMI라고 말하는데 PLC, NC등과 통신하면서 기계를 조작하고, 그 상태를 파악하도록 보여주거나 기록하고, 경고하는 등의 기능을 갖는 컴퓨터 및 프로그램과 주변장치를 통틀어 MMI라 한다. 이를 통해서 여과시 자연유하 원리를 이용하기 위해 수문을 자동적으로 조절하고 역세시 상승된 수위 이상으로 응집조(11)로의 역류가 방지되도록 응집조(11)에서 수문의 Open 수위 결정하고 이와 연계된 막여과조 Open 수위는 응집조(11)와 이와 연계된 막여과조 수문의 Open 수위보다 낮게 설정하고 조절한다.
도 2는 본 발명의 실제 3D 입체 구조물이다.
본 발명에 설치되는 수문을 조절하기 위해서 수문개폐핸들을 설치하여 자연 유하의 원리를 이용하는데 수위 레벨센서 뿐만 아니라 수동으로도 수문개폐핸들을 조절하여 이송하게 된다.
본 발명은 기존의 다른 기술과 달리 자연유하의 원리를 이용하는데 특별한 지형조건의 구애됨 없이 일반적인 지형에서 적용할 수 있다. 또한, 인공적인 구조물을 이용한 중력식 여과장치의 경우는 취수원부터 별도의 장비와 구조물이 필요해서 초기비용이 많이 들지만 본 발명은 한 장소에서 여과공정이 가능하고 자연유하원리를 이용함에도 별도의 장치의 필요없이 이용할 수 있도록 하고 초기에 별도의 부지가 필요 없어 초기투자비를 개선하고 에너지 소비를 최소화하여 유지관리비를 최적화하여 할 수 있다.
하기의 실시 예를 통해서 본 발명의 기술을 구체화하였다.
<실시예>
서울시 구의정수장 내 침지식 막여과 정수처리시설에서 운영되는 처리용량 550/day 규모의 파일럿 설비의 플럭스(flux)는 1단 분리막 0.90 /day, 2단 분리막 0.45 /day이다. 여과 및 역세주기는 15분/30초로 유지세정은 1일 1회 수행된다.
막여과 정수처리장치는 통합자동제어장치 로직에 의한 MMI(Man Machine Interface)에 의해 제어되며 각 유량은 막여과조 내 설치된 수위레벨센서에 의해 감지된다. 감지된 수위조절센서에 의해 정세, 역세 그리고 유지세정시 MMI에 연동된 수위조절이 수문에 의해 수행된다.
1. 수문의 운전조건
| 구분 | 수문( Gate ) #1(3) | 수문( Gate ) #2(4) |
| 설치위치 | 응집 → 1단 막여과조 | 1단 막여과조 → 2단 막여과조 |
| Open Level | 2,650 mm | 2,450 mm |
| Close Level | 3,000 mm | 3,000 mm |
2.운전방법
| 조건 | 운전방법 | 비고 | |
| 수문( Gate ) #1(3) | 수문( Gate ) #2(4) | ||
| 1/2단 정세시 | 2,650 | 2,450 | |
| 1단 역세시 | 2,650 | 2,650 | 원수유입없음 |
| 1단 유지세정 | 3,000 | 3,000 | 원수유입없음 |
| 2단 역세시 | 2,650 | 2,650 | |
| 2단 유지세정 | 2,650 | 2,650 | |
인공구조물에 의해 형성된 중력식 자연유하 방식이 아닌 막여과 일반 구조물 내에서 중력식 자연유하 원리를 적용하기 위해 수문 #1(3)의 Open 수위는 1단 역세시 상승된 90 mm를 고려하여 2650 mm로 수위로 결정되었으며 응집조(11)로의 역류가 방지된다. 수문 #2(4)의 Open 수위는 1단 막여과조 low level 수위인 2490 mm와 2단 막여과조 high level 수위인 2400 mm 사이에서 결정된다. 수문 #1(3)과 수문 # 2(4)의 close 수위는 유지세정시 상승하는 수두가 1단의 경우 유지세정시 상승하는 수위 360 mm와 1단 막여과조 high level 수위인 2550 mm를 고려한 3000 mm로 설정되었다. 정세 15분과 역세 30초에 따라 수문의 개폐가 수위레벨센서에 의해 침지식 막여과 통합자동제어장치의 MMI에 연계되어 작동된다. 따라서 수문의 여닫이 구조물의 작동방향은 일반적인 수문의 작동방향과는 다르게 아래에서 위로 운전된다.
3. 운전조건에 따른 전력소모량 분석(550톤/일, 구의 정수장)
| 제어방식 | 소비전력량(kWh/d) | |
| 550m3/d | 25000m3/d | |
| 전형적인 연속 산기방식 적용시 | 92.8 | 4225 |
| 자동제어 산기방식 적용시* | 70.5 | 3200 |
| 자동제어 산기방식과 저낙차 중력식 수문제어 적용시 | 67.5 | 3075 |
* 자동제어 산기방식은 기존 연속산기방식과 간헐 산기방식을 혼합한 방식으로 저탁도 운전기간에는 간헐 산기방식을 적용하고 고탁도 운전기간에는 연속산기방식을 적용하는 분리막 공기세정기술임.
영등포 막여과 정수장 2,500 /d 기준으로 기존 연속 산기방식 적용시보다 자동제어 산기방식과 저낙차 중력식 수문제어 적용했을 때 최종적으로 1150 kWh/일이 절감되어 에너지 소비를 최소화할 수 있는 것으로 측정되었다.
도 1은 본 발명의 장치들의 구성도
도 2는 본 발명의 실제 장치 도면
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 제 1막여과조
2 : 제 2막여과조
3 : 수문 #1
4 : 수문 #2
5 : 1단 여과펌프
6 : 2단 여과펌프
7 : 원수유입관
8 : 스크린
9 : 응집제 투입관
10 : pH 조정
11 : 응집조
12 : 산기관
13 : 막여과수
14 : 활성탄탑
15 : 침지식분리막
16 : 배출관
17 : 인라인혼화기
Claims (6)
- 원수가 유입되는 원수유입관(7)과;상기 원수유입관(7)의 내부에 설치되어 원수의 부유물질을 필터링하는 스크린(8)과;상기 스크린(8)에서 부유물질이 필터링된 원수를 응집시키기 위하여 응집제가 투입되는 응집제 투입관(9)과;상기 원수유입관과 응집제 투입관이 연결되어 원수와 응집제를 혼화하는 인라인혼화기(17)와;제 1막여과조(1)와 일측에 인접하여 pH의 조절에 의해 응집효율을 향상시키는 응집조(11)와;상기 응집조(11)와 일측에 인접하고 내부에 침지식분리막(15)이 설치되어 원수를 여과하는 제 1막여과조(1)와;상기 제 1막여과조(1)와 일측에 인접하고 내부에 침지식분리막(15)이 설치되어 제 1막여과조(1)로부터 이송된 원수를 정화하는 제 2막여과조(2)와;상기 응집조(11)와 제 1막여과조(1) 그리고 제 1막여과조(1)와 제 2막여과조(2)의 인접한 벽면 상단에 설치되어 자연유하 원리에 의해 원수를 이동시키는 수문과;상기 제 1막여과조(1)와 제 2막여과조(2)와 각각 관으로 연결되어 여과펌프를 통해 막여과수(13)가 이동하는 활성탄탑(14)과;제 2막여과조(2)의 하단부에 설치되어 운전 중에 농축된 미처리 원수를 배출하는 배출관(16);로 구성되는 수위제동제어 수문을 이용한 저전력 침지식 막여과 정수처리장치
- 제 1항에 있어서,상기 제 1막여과조(1)와 제 2막여과조(2)의 하단에 설치되어 분리막의 흡착 부유물을 탈리시키는 산기관(12)이 설치되는 수위제동제어 수문을 이용한 저전력 침지식 막여과 정수처리장치
- 원수에 응집제를 투입하는 단계와;상기 투입된 응집제와 혼화하기 전에 큰 부유입자를 스크린(8)을 통해 필터링하는 단계와;원수와 응집제를 인라인혼화기(17)에서 혼화하는 단계와;상기 인라인혼화기(17) 및 제 1막여과조(1)의 사이의 응집조(11)를 통해 pH의 조절에 의해 응집효율을 향상시키며 응집시키는 단계와;제 1막여과조(1)에서 원수가 분리막을 통과하며 부유물질을 여과하고 1단 여과펌프(5)를 통해 막여과조의 원수를 강제로 흡입하여 활성탄탑(14)으로 이송시키는 여과단계와;상기 제 1막여과조(1)와 제 2막여과조(2) 사이에 수문을 설치하여 제 1막여과조(1)에서 미처리된 부유물질이 일부 농축된 미처리 원수를 유입관을 통해 제 2막여과조(2)로 중력에 의한 자연유하 원리로 이송되는 단계와;상기 제 1막여과조(1)와 인접한 제 2막여과조(2)를 통해 미처리 원수를 여과하고 2단 여과펌프(6)를 통해 침지식 분리막을 가지고 분리막과 활성탄탑(14)을 연통시키고 막여과조의 원수를 강제로 흡입하여 활성탄탑(14)으로 이송시키는 여과단계와;상기 원수의 흐름을 역으로 하여 침지식분리막(15)에 붙을 수 있는 흡착부유물을 탈리시키는 역세단계와;상기 제 2막여과조(2)의 하단부에 형성된 배출관(16)으로 일정 농축 미처리 원수를 배출하는 배출단계와;상기 활성탄탑(14)으로 모아진 원수를 마지막으로 활성탄탑(14)에 적용된 입상활성탄 여과장치를 통해 소독하고 정화하여 공급하는 단계;로 구성되는 수위제동제어 수문을 이용한 저전력 침지식 막여과방법
- 제 3항에 있어서,상기 막여과조 여과 및 역세 운전조건에서 막여과조 내 설치된 수위레벨센서에 연동되어 MMI(Man Machine Interface)에 의해 수문개폐가 자동제어되는 단계와;역세시 상승된 수위 이상으로 응집조(11)로의 역류가 방지되도록 응집조(11)에서 수문의 Opem 수위 결정하고 이와 연계된 막여과조 Open 수위는 응집조(11)와 이와 연계된 막여과조 수문의 Open 수위보다 낮게 설정하는 단계;유지세정시 상승하는 수위와 제 1막여과조(1) 최고유량 운전수위를 고려하여 유지세정시 각 수문의 Close 수위를 설정하는 단계;로 구성되는 수위제동제어 수문을 이용한 저전력 침지식 막여과방법.
- 제 3항에 있어서,상기 제 1막여과조(1)와 제 2막여과조(2)의 여과과정을 수행하면서 하부에 장치된 산기관(12)을 통해 공기를 공급하여 분리막의 흡착부유물을 탈리시키는 단계가 구성되는 수위제동제어 수문을 이용한 저전력 침지식 막여과방법.
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