KR20010033860A

KR20010033860A - 수처리 방법

Info

Publication number: KR20010033860A
Application number: KR1020007007421A
Authority: KR
Inventors: 요시히꼬 모리; 야스지로 후지이
Original assignee: 야마모토 카즈모토; 아사히 가세이 가부시키가이샤
Priority date: 1998-11-05
Filing date: 1998-11-05
Publication date: 2001-04-25
Also published as: EP1044928B1; EP1044928A4; AU9761698A; CN1284933A; US6464877B1; KR100384668B1; EP1044928A1; AU737042B2; WO2000027756A1; CN1135206C; DE69828821D1; DE69828821T2

Abstract

본 발명은 원수에 오존을 첨가하고 원수를 내오존성 막을 사용하여 여과하며, 내오존성 막을 투과한 여과수 중에 존재하는 오존의 농도를 검출하고 그 오존 농도가 소정의 값이 되도록 원수에 주입하는 오존의 양을 연속적으로 자동 제어하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법에 관한 것이다.

Description

수처리 방법{Water Treating Method}

종래의 대표적인 물의 정화 방법은 취수한 원수에 우선 염소 또는 차아염소산나트륨을 먼저 첨가하고, 철 또는 망간을 산화시켜 불용화하고, 또한 정화 공정내에서의 미생물의 증식 및 악영향을 방지하고, 이어서 현탁 물질을 응집시키기에 적절한 응집제를 첨가하고, 응집 물질을 플록화시켜 침전 분리하여, 오버플로우 플록을 모래 여과 공정으로 분리하고, 원수를 청정화하는 응집 침전법이다. 원수 중의 현탁 물질이 적을 때에는, 응집제를 라인 믹싱하여 모래 여과하는 방법이나, 현탁 물질을 가압 부상시키는 방법도 있다.

그러나, 최근의 반도체 산업에서 요구되는 물의 정화 수준이나, 상수도에서 요구되는 원생동물의 제거 수준은 종래의 응집 침전법만으로는 달성할 수 없다. 또한 상수도에 있어서 수처리되는 원수의 수질이 해마다 악화되고 있으며 이에 따라 원수로부터의 색상 성분 또는 이상한 냄새 및 막의 제거, 농약이나 환경 호르몬 등의 유해 유기물의 제거, 또는 크립토스포리디움 (Cryptosporidium) 및 지알디아 (Giardia) 등의 원생동물의 제거, 또한 염소 소독 부생성물인 트리할로메탄류의 저감 등이 요구되고 있다. 이에 대응하기 위해서, 생물학적 처리, 오존 처리, 활성탄 처리 등의 고도 처리가 행하여지기 시작하였다.

최근에는, 응집 침전법에 비하여, 불순물, 균류, 원생동물을 충분히 높은 신뢰성으로 자동 운전이 가능하게 제거하는 능력이 뛰어난 잇점으로 인해 한외여과 (UF) 막 또는 정밀여과 (MF) 막을 이용한 막 여과법이 간이 수도 등에서 채용되고 있으며, 또한 상기 고도 처리와 조합한 형태로의 막 여과 처리도 검토되고 있다.

그러나, 막 여과 처리에서는, 막 여과를 계속하면 막의 막힘이 발생하여 막 여과 유속이 서서히 저하되기 때문에, 정기적으로 약품 세정을 할 필요가 있다. 이 약품 세정 빈도를 될 수 있는 한 적게 하기 위해서, 응집 침전과 같은 까다로운 전처리를 행하거나 또는 막 여과 유속을 낮게 설정할 필요가 있기 때문에, 경제성의 관점에서 그 적용 범위가 한정되고 있다. 또한, 막 여과 처리를 하면 원수 중에 함유되는 크립토스포리디움 등의 원생동물은 완전히 제거되어, 여과수는 안전하게 되지만, 막 여과시에 생성되는 농축 폐수 중에는 이들 원생동물이 농축되어 있기 때문에, 그 폐수의 폐기에는 엄중한 주의가 필요하다.

이들 문제를 해결하는 방법으로서, 예를 들면 미국 특허 제5,27l,830호 공보및 PCT WO 97/10893호 공보는 여과막의 상류측에 오존을 주입하여 막의 막힘을 방지함과 동시에 수질을 개선하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 이러한 처리 방식으로 충분한 효과를 얻기 위해서는 원수의 수질 변화를 예측하여 오존을 필요량보다 많게 주입하지 않으면 않되므로 경제성이 뒤떨어진다. 또한, 오존 주입량을 많게 함으로써 부생성물이 생기거나, 여과수 중에 잔존하는 오존이 후단의 공정, 예를 들면 활성탄을 사용한 공정의 활성탄과 반응하여 활성탄의 부하를 크게 하는 등의 바람직하지 못한 결과를 초래한다.

한편, 원수로의 오존의 주입량이 적은 경우는 막의 막힘에 의해 막 여과 유속이 낮아지며, 그 결과 수질의 개선 효과도 불충분해진다. 또한 원수 수질이 변하는 경우, 막 여과 유속이 크게 변동하며 처리 수질도 변동하게 된다. 따라서, 항상 일정한 처리 수량과 처리 수질을 보장하는 것이 곤란하였다.

본 발명은 상수도 또는 하수의 2차 처리수의 고도 처리 방법, 및 공업용수 또는 폐수의 처리 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 오존을 사용한 물의 막 여과 처리 방법에 있어서, 일정한 고수질의 여과수를 안정적이면서 효율적으로 공급하는 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시양태의 처리 흐름을 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명의 다른 실시양태의 처리 흐름을 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명의 또다른 실시양태의 처리 흐름을 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명의 또다른 실시양태의 처리 흐름을 나타내는 도면이다.

도 5는 실시예 l에 있어서, 내오존성 막을 투과한 여과수의 오존 농도와 막 여과 유속과의 관계를 나타내는 도면이다.

＜본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태＞

본 발명은 기본적으로 원수에 오존을 첨가하여 오존을 함유하는 물을 내오존성 막을 사용하여 여과하는 것을 포함함을 특징으로 하는 수처리 방법이다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시 양태를 나타내는 수처리 흐름을 나타낸다.

도 1은 내오존성 막을 투과한 여과수의 오존 농도를 오존 농도 측정기를 사용하여 검출하고, 오존 발생기의 오존량을 자동 제어하는 것을 포함함을 특징으로 하는 기본 흐름을 나타낸다.

도 2는 내오존성 막을 투과한 여과수를 활성탄 처리 장치로 더 처리하는 수처리 공정에 있어서, 원수에 첨가하는 오존량을 제어할 경우의 흐름을 나타낸다.

도 3은 내오존성 막을 투과한 여과수를 역삼투막으로 더 처리하는 수처리 공정에 있어서, 원수에 첨가하는 오존량을 제어할 경우의 흐름을 나타낸다.

도 4는 도 2의 활성탄 처리, 또는 도 3의 역삼투막 처리를 행하는 수처리 방법에 있어서, 원수에 응집제를 첨가하는 경우의 흐름을 나타낸다.

본 발명에서 말하는 "원수"란 하천수, 호수 및 늪지대수, 지하수, 저수, 하수의 2차 처리수, 공장 폐수 등의 상수도, 하수의 2차 처리수의 고도 처리, 및 폐수 처리의 대상이 되는 물이다.

종래, 상기와 같은 원수를 그대로 막으로 여과하면, 상기 원수 중에 포함되는 현탁 물질이나 사용하는 막의 세공 직경 보다 큰 유기물은 막으로 차단되어, 소위 농도 분극이나 케이크층을 형성함과 동시에 상기 원수 중의 유기물은 막을 막히게 하거나, 또는 막 내부의 그물상 조직에 부착한다. 그 결과, 원수를 여과하였을 때의 막의 여과 유속은 청정수를 여과하였을 때의 그것과 비교하여 수분의 1에서 수십분의 l에까지 저하되어 버린다.

그러나 오존 등의 산화제의 존재하에 상기 원수를 막으로 여과하면, 막에 부착 또는 막혀 있는 유기물을 오존 등의 산화제에 의해 분해하면서 여과할 수 있으며, 매우 높은 여과 유속을 얻을 수 있다. 즉, 오존 존재하에서의 여과막은 막을 통과하는 오존이 막에 부착한 유기물을 반복적으로 공격하기 때문에, 상시 자기 세정을 하면서 여과를 행하게 되어 그 결과 높은 여과 유속을 얻을 수 있는 여과법이 된다.

원수에 오존을 첨가함으로써, 상기와 같이 막 여과에 있어서 높은 여과 유속이 얻어진다는 효과 이외에 색상 제거, 이상한 냄새 및 맛의 제거 등의 수질 개선의 효과, 또한 철 및 망간을 산화하여, 막 여과법으로 이들을 효과적으로 제거할 수 있는 효과를 기대할 수 있다. 본 발명에서는, 이들 효과를 동시에 달성하는 양의 오존을 첨가할 필요가 있다.

수질 향상을 위해 원수에 첨가되는 오존량은 원수의 성상, 수질 개선을 목적에 따라서도 다르지만, 오존 농도 0.05 내지 30 mg/ℓ의 범위로 첨가된다. 오존의 주입량이 너무 많으면, 오존에 의한 산화 분해의 부생성물이 많이 생겨, 후단의 부생성물 흡착 공정에 대한 부하가 커지거나, 또는 원수 중의 망간이 산화되어, 막 여과법으로 효과적으로 제거할 수 없게 되어 바람직하지 못하다. 또한, 과잉의 오존도 증가하기 때문에 경제적이지 않다. 한편, 주입 오존량이 지나치게 적으면 충분한 수질 개선 효과를 얻을 수 없다.

원수로의 오존 주입량과 막 여과 유속과의 관계도 원수 수질에 따라 다르다. 본 발명자들은 여과막면에 오존이 잔류하는 경우와, 잔류하지 않는 경우에 따라, 같은 원수에 동일 오존량을 주입한 경우에도 막의 여과 유속이 다르고, 여과막면에 오존이 잔류하는 쪽이 막면이 항상 세정되기 때문에 여과 유속이 높아진다는 것을 발견하였다.

그래서, 여과수에 오존이 잔류 (즉, 여과막면에 오존이 잔류)하는 조건으로, 여과수의 오존 농도와 막 여과 유속의 관계를 검토하였다. 그 결과, 여과수의 오존 농도와 막 여과 유속에는 도 5에 나타낸 것과 같은 관계가 있다는 것을 발견하였다. 즉, 여과수의 잔류 오존 0.3 mg/ℓ이상에서는 막 여과 유속은 거의 일정하며, 0.05 mg/ℓ미만에서는 여과수 오존 농도에 대해 막 여과 유속이 크게 의존하고, 그 변화는 급격하다.

즉, 여과수 오존 농도 0.3 mg/ℓ이상에서는 막 여과 유속이 계속 증가하는 것을 기대할 수 없고, 또한 0.05 mg/ℓ미만에서는 막 여과 유속의 변화가 커서 안정된 여과수량을 얻기가 곤란하다는 것을 발견하였다.

한편, 여과수의 오존 농도가 0.05 mg/ℓ 이상 1.0 mg/ℓ 미만이 되도록 원수에 오존을 주입한 경우에는 수질도 충분히 개선된다는 것을 발견하였다.

이상으로부터, 원수에 오존을 첨가하고, 원수를 내오존성 막을 사용하여 여과하는 방법에 있어서, 필요하고도 충분한 오존 처리 효과를 얻기 위해서는, 내오존성막을 투과한 여과수 중에 존재하는 오존의 농도가 0.05 내지 1 mg/ℓ, 바람직하게는 0.05 mg/ℓ 이상 0.3 mg/ℓ 미만의 범위의 소정의 값이 되도록 원수에 주입하는 오존의 양이 제어된다.

이하에, 각 공정 단계를 상세히 설명한다.

[오존량의 제어]

본 발명은 원수에 오존을 첨가하여, 내오존성 막을 사용하여 원수를 여과할 때, 여과수 중의 오존 농도가 소정의 값이 되도록 원수에 주입하는 오존의 양을 연속적으로 자동 제어하는 것에 특징이 있다.

도 l 내지 도 4의 흐름도에 있어서, 원수 (1)는 오존 처리 (2)의 공정으로 오존에 의해 처리되어, 공정 (3)에서 내오존성 막에 의해 막 여과 처리된다. 막을 투과한 여과수 중의 오존 농도는 오존 농도 측정기 (4)에 의해서 항상 계측된다. 계측된 값에 의하여, 잔류 오존 농도가 예를 들면 0.05 mg/ℓ 이상 0.3 mg/ℓ 미만의 범위의 값이 되도록 오존 발생기 (5)로부터 오존 처리 공정으로 공급되는 오존량이 자동 제어된다.

오존 농도 측정기 (4)로서는 자외선 흡광도법, 전극법, 요오드 적정법, 인디고 블루법, 형광법, 발색법 등을 이용할 수 있으나, 높은 정밀도로 단시간에 피드백 제어를 행하는 방법이 바람직하다. 측정치의 연산 처리가 가능한 자외선 흡광도법 또는 전극법이 바람직하다. 오존 농도 측정기 (4)의 측정치는 CPU (중앙 연산 처리 장치)에 의해 연산 처리되며 오존 발생기 (5)에 전해진다. 그 신호에 따라서 오존 발생기 (5)에서는 오존 발생기의 전류 또는 전압을 제어하는 수단에 의해 발생하는 오존 농도를 증가 또는 감소시킨다.

[오존 처리]

오존 처리 (2)에 있어서, 원수에 첨가하는 오존은 오존 단체이어도 오존화 공기이어도 좋다. 원수로의 오존의 도입은 원수조의 앞에 설치한 반응탑내에 설치한 산기관 등 또는 원수조내의 적절한 위치에 설치한 산기관 등을 통해 행할 수 있다. 산기관이 탑재된 반응탑 대신에 U자관 방식을 이용할 수도 있다.

또한, 오존을 첨가하는 다른 구성으로서, 내오존성 막에 원수를 도입하는 관의 도중에 설치된 배출 (ejecting) 방식 또는 라인 믹싱 방식으로 오존을 첨가하여도 좋다.

또한, 오존 발생 방법으로서 방전에 의한 경우의 오존 발생의 원료는 공기이어도 좋고 산소이어도 좋다. 또한 물의 전기 분해에 의해 발생한 오존이어도 좋다. 바람직하게는 오존은 원수중으로 연속적으로 공급된다.

오존의 첨가에 의해, 원수 (l) 중에 서식하는 미생물류, 예를 들면 바이러스류, 박테리아류, 곰팡이류, 원생동물을 사멸시킬 수가 있다. 또한 원수 (1) 중의 현탁 물질이나 유기물을 오존에 의해 분해함과 동시에, 후술하는 내오존성 막에 부착 또는 막혀 있는 유기물을 분해하면서 오존을 함유하는 원수를 여과할 수 있어, 매우 높은 여과 유속을 얻을 수 있다. 즉, 오존 존재하에 있는 여과막은 막을 통과하는 오존에 의해 막에 부착된 유기물이 반복적으로 공격되기 때문에, 항상 자기 세정하면서 여과를 행하게 되며 그 결과 높은 여과 유속을 얻을 수 있다.

원수 (1)와 오존과의 접촉 시간에 특히 유의할 필요는 없으나 1 초 내지 30분이 일반적이다.

[막 여과 장치]

본 발명에 이용되는 막여과 장치는 적어도 원수를 저장하는 조 또는 탱크 (이하, 원수조라 한다), 막 모듈, 원수를 막모듈로 보내는 수단 (순환 펌프 등), 막 여과수를 저장하는 조 또는 탱크 (이하, 여과수조라 한다), 막을 역류 세정하는 수단을 갖춰햐 한다. 또한, 직교류 흐름 여과 방식의 경우는, 막을 투과하지 않은 원수 (순환수)를 원수조로 돌리는 라인을 구비한다.

[내오존성 막에 의한 막여과 처리]

본 발명에 사용되는 내오존성 막으로서는 오존에 의해 열화되지 않는 여과막이면 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면 내오존성을 갖는 세라믹 등의 무기막, 폴리플루오르화비닐리텐 (PVDF) 막, 폴리 테트라플루오르화 에틸렌 (PTFE) 막, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체 (ETFE) 막, 폴리플루오로아크릴레이트 (PFA) 막 등의 불소계 수지막 등의 유기막을 적용할 수 있다. 특히, 폴리플루오르화비닐리덴 (PVDF) 막을 사용하면 바람직하다.

이러한 내오존성 막 중, 세공 직경 영역이 한외여과 (UF) 막으로부터 정밀여과 (MF) 막에 적합한 것을 사용할 수 있으나, 기본적으로 높은 여과 유량을 갖는 정밀여과 (MF) 막을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 평균 세공 직경이 0.001 내지 1 ㎛인 막이 바람직하고, 평균 세공 직경 0.05 내지 l ㎛의 막이 더욱 바람직하다.

내오존성 막의 형상으로서는, 중공사형, 평막형, 플리트 (pleat)형, 나선형, 관형 등 임의의 형상을 사용할 수 있으나, 단위 체적당의 막 면적을 크게 잡을 수 있는 중공사형 막이 바람직하다. 일반적으로 여과는 막을 설치한 모듈을 이용하여 행해진다.

여과 방식은 전량 여과 방식이어도 직교류 흐름 여과 방식이어도 좋다. 직교류 흐름 여과 방식의 경우, 주입된 오존 가스 중의 공기 또는 산소는 순환수와 함께 원수조로 반송되고 기액 분리된다. 이에 대하여, 전량 여과 방식의 경우에는, 막 모듈의 원수측에서 미반응의 가스상으로 존재하는 오존화 공기를 제거할 필요가 있다. 예를 들면 막 모듈 상부에 기액 분리 장치를 설치하는 등의 연구가 필요하다.

또한, 가압 여과 방식이어도 음압 여과 방식이어도 좋으나, 가압 여과 방식이 보다 높은 여과 유속이 얻어지기 때문에 바람직하다. 또한 내압 여과, 외압 여과 중 어느 쪽이어도 좋다.

막의 여과 성능을 유지하기 위해서 정기적으로 막 모듈의 물리 세정을 행한다. 물리 세정법으로서는 주로 역류 세정과 에어 버블링이 효과적이다.

역류 세정은 내오존성 막을 투과한 여과수를 사용하여 행하는 것이 바람직하다.

에어 버블링은 일정 시간의 여과 후, 여과를 중지하여 원수측의 막면에 가스를 공급하고, 막면을 진동시킴으로서 막의 세정을 행하는 것이다. 본 발명에 있어서는, 막 면에 부착하는 유기물이 오존에 의해 분해되어 비부착성 물질이 되기 때문에, 막의 세공을 막는 비부착성의 물질 (유기물, 무기물)이 에어 버블링에 의해 효과적으로 흔들어 털려서 큰 세정 효과를 얻을 수 있다.

에어 버블링은 역류 세정과 병용하여도 좋고, 여과-에어 버블링-역류 세정의 순으로 행하여도 좋고, 여과-역류 세정-에어 버블링 또는 여과-(에어 버블링 동시 역류 세정)의 순으로 행하여도 좋다.

또한, 동시에 원수를 흘리면서 에어 버블링을 행하여도 좋고, 원수를 흘리지않고 행하여도 좋다. 또는, 에어 버블링과 역류 세정을 교대로 행하여도 좋다.

에어 버블링은 1 초 내지 6 분이 바람직하다. 1 초 미만으로는 그 효과가 얻어지지 않고, 한편 6 분을 초과하면 여과를 중지히는 시간이 길어져 여과수량이 적어져 바람직하지 못하다.

[활성탄 처리]

도 2의 흐름도에 있어서, 활성탄 처리 장치 (6)는 내오존성 막을 투과한 여과수중에 함유되는 미량 유기물, 오존과 반응하여 생성한 생물학적으로 분해가 용이한 유기 물질, 또는 오존과의 반응으로 생성된 부생성물 등을 제거하여 고도로 처리된 물을 얻기 위한 것이다. 활성탄 처리는 구체적으로는 내오존성 막을 투과한 여과수를 입상 활성탄을 함유하는 조에 도입하여, 후처리하는 것을 포함함을 특징으로 한다.

활성탄으로는 생물학적 활성탄 (BAC)을 바람직하게 사용할 수 있다. BAC는 특히 휴민 (humin) 등이 오존와 반응하여 생성되는 생물학적으로 분해가 용이한 유기물의 제거에 유효하다.

활성탄 처리를 행하는 경우는, 이하의 이유에 의해 내오존성 막으로부터의 여과수중의 오존 농도를 낮게 제어하는 것이 중요하다. 여과수 중의 오존 농도가 높으면, 활성탄이 오존과 반응하여, 산소 가스가 발생하여 에어 록 (air lock) 현상을 일으켜 물 여과 저항이 증가하거나 여과할 수 없게 된다. 1.O mg/ℓ를 초과하는 오존 농도에서는 이러한 현상이 현저해진다. 또한, 오존 농도가 높으면, 활성탄 처리 공정에서의 활성탄의 부하가 커지며, 생물학적 활성탄 중의 미생물이 오존에 의해 사멸할 가능성이 있다. 여과수 중의 오존 농도는 0.05 내지 1.0 mg/ℓ, 바람직하게는 0.05 mg/ℓ 이상 0.3 mg/ℓ미만, 더욱 바람직하게는 0.05 mg/ℓ 내지 0.25 mg/ℓ의 범위가 좋다.

[탈오존 처리]

역삼투막에 의한 막 여과 처리를 행하는 도 3의 흐름에 있어서는, 역삼투막에 의한 막 여과 처리 (8) 이전에, 오존 내성을 갖지 않은 역삼투막을 보호할 목적으로 여과수의 탈오존 처리를 행하는 것이 바람직하다. 탈오존 처리는 예를 들면, 체류조를 설치하여 폭기에 의해 여과수로부터 오존을 제거하거나 티오황산나트륨 등의 환원제, 또는 활성탄 처리에 의해 잔류 오존을 분해시키는 것을 포함함을 특징으로 한다.

[역삼투막에 의한 막여과 처리]

일반적으로, 역삼투막으로 물을 처리하는 방법에 있어서는, 전처리로서 응집 침전-모래 여과법 등이 현탁 물질을 제거하기 위해 수행된다. 이들 방법에 따르면, 역삼투막을 사용한 여과의 전처리를 행하는 물에 포함되는 현탁 물질의 함유치, 즉, FI (오염 지수)치를 3 이하로 할 수 있으나 불충분한 값이다.

내오존성 막을 사용하는 본 발명의 수처리 방법에 따르면, 상기 내오존성 막이 원수 (1) 중의 현탁 물질이나 미생물류 등을 차단하기 때문에, 상기 FI치를 1 이하로 할 수 있다. 따라서, 내오존성 막을 투과한 여과수를 또한 역삼투막에 의해 처리하는 도 3의 흐름의 경우, 원수 (1)의 수질 변동, 수량 변동, 수온 변동에 상관없이 항상 안정된 수질의 여과수를 역 삼투막으로 일정하게 보낼 수 있다. 그 결과, 역삼투막에 부하가 걸리지 않고, 처리 능력이 충분히 유지되며, 높은 여과 유속을 얻을 수 있기 때문에, 역삼투막 설비의 소형화를 도모할 수 있다. 또한, 공급 압력이 저하될 수 있기 때문에 에너지 비용이 낮아진다.

또한, 본 발명의 수처리 방법은 내오존성 막을 사용한 막 여과법을 기본으로 하고 있기 때문에, 여과 유속이 높고 고효율이며, 결과로서 전체 설비비를 저감시킬 수 있다.

또한, 역삼투막에 의한 막 여과 처리 (8)에 의해서, 예를 들면 생물학적 활성탄 처리로서는 미생물에 의해 소화되지 않고 활성탄에 흡착되기 어려운 다당류 등의 친수성이 높은 유기물도 제거할 수 있다. 또한, 생물학적 활성탄 처리시, 수온이 낮아지면 생물 활성이 저하되어 처리 능력이 저하되지만, 역삼투막의 사용에 의하면 온도 의존성이 작다는 이점이 있다.

역삼투막의 유형은 특별히 제한되지 않고, 통상의 역삼투막 이외에, 저압 역삼투막이나 나노 필터를 사용할 수 있다. 저압 처리에 맞는 저압 역삼투막이나 나노 필터를 사용하면, 여과 운전 압력을 높일 수 있고, 여과 유속을 높일 수 있기 때문에 바람직하다.

또한, 역삼투막은 가용성 유기물이나 농약 등의 미세 오염물 및 무기염을 차단할 수도 있기 때문에, 고도로 오염된 원수나 염의 농도가 높은 원수를 음료수로 사용할 경우나 공업용수로 이용할 경우에 유효하다.

[응집제 첨가]

내오존성 막에 의한 막 여과에 있어서, 막의 세공 직경이 정밀여과 (MF) 영역, 특히 세공 직경이 큰 막을 이용할 경우에는, 원수 (1) 중의 현탁 물질 (SS)이나 박테리아 등이 막내에 침입한다. 특히 고점성물에 의한 막의 막힘은 통상의 막 여과 운전 방식으로는 세정이 매우 곤란하다.

세공 직경이 큰 정밀여과 (MF) 막을 사용하는 막 여과법에서는, 원수에 폴리염화알루미늄 (PAC), 황산알루미늄, 염화제1철, 염화제2철 등의 응집제를 첨가하는 것이 바람직하다. 응집제를 사용할 경우의 흐름을 도 4에 예시하였다.

응집제의 첨가는, 원수 (1)를 저장하는 탱크 등의 저장조에 첨가하여도 좋고, 혹은 원수 (1)를 오존 첨가를 행하는 곳으로 보내는 관의 도중이나, 또는 오존 첨가 후 내오존성 막에 원수 (1)를 보내는 관의 도중에 라인 믹싱 방식으로 첨가하여도 좋다.

응집제의 효과를 보다 높이는 목적으로, 액체 약품 등으로 원수의 pH값을 목적하는 수준으로 조정하여도 좋다. 적절한 pH값은 사용하는 응집제에 따라서도 다르며, 응집제 첨가전, 또는 첨가 중 또는 첨가 후의 pH값이 2 내지 8, 바람직하게는 2 내지 7.5로 조정한다.

pH값 조정을 의한 액체 약품은 응집제를 첨가하기 전에 또는 응집제와 동시에, 응집제의 첨가와 동일한 방법 (원수조로의 첨가, 라인 믹싱 첨가 등)을 이용하여 첨가한다. 원수가 알칼리성인 경우는 염산, 황산, 질산 등의 무기산으로, 원수가 산성인 경우는 수산화나트륨이나 수산화칼륨 등으로 적절한 pH값으로 조정한다.

응집제를 액체 약품과 병용하면, 유기 현탁 물질이나 고분자 물질이 응집되어 오존과의 접촉이 적어지기 때문에, 필요한 오존량을 대략 반감시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

응집제의 첨가량은 원수 (l) 중에 함유되는 현탁 물질을 응집할 수 있는 양일 필요가 있어, 일반적으로 원수 (l) 1 ℓ 중에 1 내지 1OO mg 첨가하면 좋고, 또한 바람직하게는, 원수 (1)의 1 ℓ 중에 2 내지 50 mg 첨가하면 좋다.

이하에, 본 발명의 실시예를 나타낸다.

본 발명의 목적은 오존을 사용한 물의 막 여과 처리 방법에 있어서, 원수의 수질이 변하여도 높은 여과 유속을 유지하면서, 일정한 고수질의 여과수를 얻을 수 있는 방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 다른 목적은 오존을 사용한 물의 막 여과 처리 방법에 있어서, 여과수중의 잔존 오존량을 낮게 유지하여 후단의 수처리 단계를 효과적으로 행할 수 있는 방법을 제공하는 데에 있다.

또한 본 발명의 목적은 컴팩트한 시스템으로 고수질의 처리액이 얻어지며, 또한 유해한 폐기물이 생기지 않는 수처리 방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 수처리 방법은 원수에 오존을 첨가하고 원수를 내오존성 막을 사용하여 여과하는 것을 포함하며, 내오존성 막을 투과한 여과수 중에 존재하는 오존의 농도를 검출하고, 그 오존 농도가 소정의 값이 되도록 원수에 주입하는 오존의 양을 연속적으로 자동 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 수처리 방법의 실시양태의 예를 들면 상기 특징을 갖는 수처리 방법에 있어서,

내오존성 막을 투과한 여과수중에 존재하는 오존의 농도를 검출하고, 그 오존의 농도가 0.05 내지 1.0 mg/ℓ 범위의 소정의 값이 되도록 원수에 주입하는 오존의 양을 연속적으로 자동 제어하는 것을 포함하는 방법,

내오존성 막을 투과한 여과수를 활성탄으로 더 처리하는 방법,

내오존성 막을 투과한 여과수를 역삼투막으로 더 처리하는 방법,

여과수를 역삼투막으로 처리하기 전에, 여과수를 폭기하거나, 여과수를 활성탄으로 처리하거나, 또는 여과수에 티오황산나트륨을 첨가하는 방법,

내오존성 막으로 여과하기 전에, 원수에 응집제를 첨가하는 방법, 및

응집제의 효과를 높이기 위하여, 원수의 pH값을 조정하는 방법이 포함된다.

＜실시예 1 (본 발명)＞

원수 (1)로서, 탁도가 3 내지 4 도, 색상이 5 내지 10 도, COD (화학적 산소 요구량)이 6 내지 8 mg/ℓ, 수온이 12 ℃인 하천 표류수를 사용하여, 도 1에 나타내는 것과 같이 원수 (1) → 오존 처리 (2) → 내오존성 막에 의한 막 여과 처리 (3)를 순차 실시하였다. 내오존성 막을 투과한 여과수의 오존 농도를 오존 농도 측정기 (4)로 측정하고, 그 값이 소정의 값이 되도록 오존 발생기 (5)로부터의 오존 발생량을 CPU를 통해 자동적으로 증감시켰다.

내오존성 막에 의한 막 여과 처리 (3)에 사용된 내오존성 막으로서는 일본 특허 공개 공보 제(평)3-215535호에 따라 제조된 평균 세공 직경 0.1 μm의 PVDF (폴리플루오르화비닐리덴)제 중공사형 정밀여과 (MF) 막을 사용하였다. 사용한 모듈은 내경이 0.7 mm이고 외경이 1.25 mm인 PVDF제 중공사막을 1800본속으로 7.62 cm (3 인치) 직경의 PVC (폴리염화비닐) 케이싱에 설치한 외압형 모듈로서, 막 면적이 7.0 m²이고, 모듈 여과압이 50 kPa일 때의 청정수 유속은 매시간당 1.8 m³이었다.

여과는 직교류 방식으로 상기 원수 (1)를 원수조로 공급하고, 펌프로 상기 PVDF제 중공사 모듈에 모듈 입력 압력을 일정하게 하여 공급하는 정압 여과를 수행하고, 막 여과수량과 순환수량이 1 대 1이 되도록 순환수량을 조정하였다.

펌프의 출구와 모듈과의 사이에 배출 방식의 오존 첨가구가 부착되어 있으며, 공기를 원료로 하여 생성한 오존을 첨가하였다.

운전 조건은 여과를 10분 행한 후, 여과수에 의한 역류 세정을 15초간 행하는 조작을 반복하여, 12시간 마다 매시간당 2 Nm³의 공기를 모듈의 하부로부터 공급하여 에어 버블링을 120초간 행하였다.

내오존성 막을 여과한 여과수의 오존 농도가 소정의 값이 되도록, 오존 농도 측정기 (4)로부터 오존 발생기 (5)로의 오존 발생량을 제어하는 신호의 값을 설정하고, 상기 막 여과 운전을 50시간 행하였다. 50시간 후의 막 여과 유속을 측정하고, 동일 막 여과 압력에서 얻은 청정수 유속의 값으로 나눈 값을 구하여, 도 5의 결과를 얻었다.

여과수의 분석을 행한 결과, 여과수 오존량이 0.05 mg/ℓ 이상인 경우는 탁도가 0.02도, 색상이 2도 이하이며, 대장균, 일반 세균은 전혀 검출되지 않았다. 한편, 여과수 오존량이 0.05 mg/ℓ 미만인 경우에는, 탁도는 0.02도이고 대장균도 일반 세균도 검출되지 않았지만, 색상은 5 내지 7도이었다.

＜실시예 2 (본 발명)＞

실시예 1에 있어서, 여과수의 오존 농도가 0.2 mg/ℓ가 되도록 운전하고, 여과수를 활성탄조에 보냈다 (도 2의 흐름도 참조). 활성탄으로서 칼곤사 (Calgon Co., Ltd.)제 F400을 사용하여, EBCT (공탑 접촉 시간)가 20분이 되도록 설계하였다.

수질을 분석한 결과, 내오존성 막의 여과수는 탁도가 0.02도, 색상이 2도 이하, COD가 4 내지 5.5 mg/ℓ이었다. 더우기, 활성탄을 통과한 후의 수질은 탁도가 0.02도, 색상이 1도 이하, COD가 0.3 내지 0.8 mg/ℓ이었다.

＜실시예 3 (본 발명)＞

원수 (1)로서, 탁도가 5 내지 11 도, 색상이 18 내지 20 도, COD가 20 내지 30 mg/ℓ, pH값이 7.2 내지 7.6, 수온이 23 내지 25 ℃인 하천의 2차 처리 폐수를 사용하여, 도 1에 나타내는 것과 같이 원수 (1) → 오존 처리 (2) → 내오존성 막에 의한 막 여과 처리 (3)를 순차 실시하였다. 또한, 내오존성 막을 투과한 여과수의 오존 농도가 0.25 mg/ℓ가 되도록 설정하였다.

여과수의 수질은 탁도가 0.1도 이하, 색상이 2도 이하, COD가 6 내지 8 mg/ℓ이었다. 더우기, 여과수의 일부를 채취하여 한천 배지 및 크립토스포리디움 오오시스트 (Cryptosporidium oocyst)의 검출을 위한 잠정적 시험법으로 잔존 미생물류를 검출한 바, 전혀 그의 생존은 확인되지 않았다.

또한, 농축후의 일부를 채취하여 동일하게 시험하였지만, 위험한 잔존, 생존 미생물류의 존재는 확인되지 않고, 농축 폐수가 안전한 것을 확인하였다.

＜실시예 4 (본 발명)＞

실시예 3과 동일한 원수 및 내오존성 막 모듈을 사용하여, 도 4의 역삼투막 처리를 행하는 수처리 방법을 행하였다. 즉, 원수 (1) → pH 조정 (9) → 응집제 첨가 (10) → 오존 처리 (2) → 내오존성 막에 의한 막 여과 처리 (3)를 순차 실시하여, 얻어진 여과수의 일부를 탈오존 처리 (7)를 행한 후, 역삼투막에 의한 막 여과 처리 (8)를 행하였다.

pH값 조정은 원수를 내오존성 막을 사용하는 막 여과 장치내의 원수조 (도시되어 있지 않음)로 공급하는 라인의 도중에, 정적 혼합기를 설계하고, 황산을 첨가하여, pH값이 6.2 내지 6.5가 되도록 조정하였다. 또한, 정적 혼합기와 원수조와의 사이에 또다른 정적 혼합기를 설치하고, 응집제로서 염화제2철 (FeCl₃)을 원수 1 ℓ에 대해 35 mg의 비율로 첨가한 후, 오존 처리를 행하였다.

내오존성 막을 투과한 여과수의 오존 농도를 오존 농도 측정기 (4)로 측정하고, 그의 값이 0.05 mg/ℓ가 되도록 오존 발생기 (5)로부터의 오존 발생량을 CPU를 통해 자동적으로 증감시켰다.

내오존성 막을 투과한 여과수의 수질은 탁도가 0.1도 이하, 색상이 1도 이하, COD가 4 내지 6 mg/ℓ이었다.

탈오존 처리는 내오존성 막을 투과한 여과수에 티오황산나트륨을 원수 1 ℓ에 대해 0.15 mg의 비율로 첨가하여, 잔류 오존을 분해시켰다.

이어서, 이 처리수의 일부를 방향족 폴리아미드계 화합물 막 나선형 나노필터에 공급하였다. 이 방향족 폴리아미드계 복합막 나선형 나노필터는 NaCl 차단율이 65%, MgCl₂차단율이 50%, 수크로오스 차단율이 99%이었다.

상기 방향족 폴리아미드계 복합막 나선형 나노필터를 2단 계단식으로 배열하고, 여과수 회전율을 70%로 하여, 40 kPa의 여과압에서 2개월간 운전하였다. 전기간에 걸쳐 일정한 운전이 행해지고, 5 m³/일의 여과 유량이 얻어졌다. 또한, TOC (전체 유기 탄소) 제거율은 전기간에 걸쳐 90 내지 97%로 일정하며, 얻어진 처리수의 수질은 재사용가능한 정도로 충분한 수질이었다.

＜실시예 5 (본 발명)＞

실시예 1의 원수를 사용하여 여과를 정압 여과의 전량 여과 방식으로 행하였다. 즉, 원수조에는 여과수와 동량의 수량을 공급하고, 막 모듈의 상부에 기액 분리 장치를 설치하였다. 오존의 첨가 방법, 사용한 내오존성 막, 운전 조건은 실시예 1과 동일하였다.

여과수의 오존 농도가 0.25 mg/ℓ가 되도록 운전을 행한 결과, 50시간 운전 후의 막 여과 유속을 동일 막 여과 압력에서의 청정수 유속의 값으로 나눈 값은 70%로서, 직교류 방식 여과의 경우와 동일하였다. 더우기, 여과수의 수질도 직교류 여과의 경우와 동일하고, 전량 여과 방식과 직교류 여과 방식에서는 차이가 관찰되지 않았다.

본 발명에 의하면, 오존을 사용한 물의 막 여과 처리에 있어서, 원수의 수질에 변동이 있어도 높은 여과 유속을 유지하면서, 일정하게 높은 수질을 갖는 여과수를 안정하게 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 오존을 사용한 물의 막 여과 처리에 있어서, 여과수중의 잔존 오존량을 낮게 유지하며, 후단의 수처리를 효과적으로 행할 수 있다.

더우기, 본 발명에 의하면, 콤팩트한 시스템으로 처리된 고수질의 물이 얻어지며, 또한 유해한 폐기물을 발생시키지 않는 수처리 방법을 실현할 수 있다.

따라서, 본 발명의 방법에 의하면 상수도나 하수의 2차 처리수의 고도 처리, 및 공업용수 또는 폐수 처리 등에 있어서, 양호한 수질을 갖는 처리수를 경제적으로 또한 안정적으로 공급할 수 있다.

Claims

원수에 오존을 첨가하고 원수를 내오존성 막을 사용하여 여과하는 것을 포함하며, 내오존성 막을 투과한 여과수 중에 존재하는 오존의 농도를 검출하고 그 오존 농도가 소정의 값이 되도록 원수에 주입하는 오존의 양을 연속적으로 자동 제어하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
제1항에 있어서, 여과수 중에 존재하는 오존의 농도가 0.05 내지 1.0 mg/ℓ 범위의 소정의 값이 되도록 원수에 주입하는 오존의 양을 제어하는 수처리 방법.
제1항에 있어서, 여과수를 활성탄으로 더 처리하는 수처리 방법.
제1항에 있어서, 여과수를 역삼투막으로 더 여과하는 수처리 방법.
제4항에 있어서, 여과수를 역삼투막으로 처리하기 전에, 여과수를 폭기하거나, 여과수를 활성탄으로 처리하거나, 또는 여과수에 티오황산나트륨을 첨가하여 잔존 오존을 제거하는 수처리 방법.
제1항에 있어서, 원수에 응집제를 더 첨가하는 수처리 방법.
제6항에 있어서, 응집제를 첨가하기 전에, 응집제를 첨가한 후에, 또는 응집제를 첨가함과 동시에, 원수의 pH값을 2 내지 8로 조정하는 수처리 방법.