KR20090062503A - 간헐폭기식 공기세정방식을 이용한 막분리 공정의 최적운전제어시스템 및 방법 - Google Patents

간헐폭기식 공기세정방식을 이용한 막분리 공정의 최적운전제어시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20090062503A
KR20090062503A KR1020070129803A KR20070129803A KR20090062503A KR 20090062503 A KR20090062503 A KR 20090062503A KR 1020070129803 A KR1020070129803 A KR 1020070129803A KR 20070129803 A KR20070129803 A KR 20070129803A KR 20090062503 A KR20090062503 A KR 20090062503A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
membrane
filtration
water
tank
turbidity
Prior art date
Application number
KR1020070129803A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100979096B1 (ko
Inventor
강대신
허형우
박승국
연경호
윤소담
여인호
김인홍
강호정
김유훈
오현제
이상호
최준석
최병보
Original Assignee
주식회사 한화건설
한국건설기술연구원
주식회사 태영건설
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 한화건설, 한국건설기술연구원, 주식회사 태영건설 filed Critical 주식회사 한화건설
Priority to KR1020070129803A priority Critical patent/KR100979096B1/ko
Publication of KR20090062503A publication Critical patent/KR20090062503A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100979096B1 publication Critical patent/KR100979096B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B01D65/08—Prevention of membrane fouling or of concentration polarisation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/14—Ultrafiltration; Microfiltration
    • B01D61/22—Controlling or regulating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B01D65/02—Membrane cleaning or sterilisation ; Membrane regeneration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/22—Treatment of water, waste water, or sewage by freezing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2321/00—Details relating to membrane cleaning, regeneration, sterilization or to the prevention of fouling
    • B01D2321/18—Use of gases
    • B01D2321/185—Aeration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00—Specific treatment goals
    • C02F2303/16—Regeneration of sorbents, filters

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

본 발명은 계절별 원수 수질이 급변하는 특성에 대처하기 위해 막간차압(Transmembrane Pressure), 여과수온, 막투과유속(Flux)등을 측정하여 막오염 지수를 산출하고, 막 유입수 탁도(Feed Turbidity)와 막오염지수를 이용하여 공기세정 방법(Aeration Methods) 및 공기세정 강도(Air Scouring Intensity)를 조절하며, 고효율 저에너지 간헐폭기식 공기세정 방법으로 실시간으로 자동 제어하는 간헐폭기식 공기세정방식을 이용한 막분리 공정의 최적운전 제어시스템 및 방법에 관한 것이다.
상기한 본 발명은 공기 세정량을 막오염 정도에 따라 정량화시켰으며, 원수 탁도 변화에 따라 공기세정 방법을 차별화함으로써 세정에 소요되는 에너지를 정량화하였으며, 자동제어시스템으로 연계가 가능할 뿐만 아니라, 안정적인 막여과 특성을 유지하며 막분리 공정 운전을 최적화할 수 있는 효과를 가진다.
막여과조, 침지식 막여과 유니트, 온라인 탁도계, 막유입수 탁도, 막간차압, 막오염지수, 막분리, 간헐폭기식 역세방식

Description

간헐폭기식 공기세정방식을 이용한 막분리 공정의 최적운전 제어시스템 및 방법{Optimized operation control system and method for membrane process using intermittent aeration}
본 발명은 고도정수처리 기술분야에서, 침지식 막분리 공정을 효율적이고 경제적으로 수행하기 위한 간헐폭기식 공기세정방식을 이용한 막분리 공정의 최적운전 제어시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 계절별 원수 수질이 급변하는 특성에 대처하기 위해 막간차압(Transmembrane Pressure), 여과수온, 막투과유속(Flux)등을 측정하여 막오염지수(Fouling Index)를 산출하고, 막 유입수 탁도(Feed Turbidity)와 막오염 지수를 이용하여 공기세정 방법(Aeration Methods) 및 공기세정 강도(Air Scouring Intensity)를 조절할 수 있으며, 고효율 저에너지 간헐폭기식 공기세정 방법으로 실시간으로 자동 제어할 수 있는 하는 막분리 공정의 최적운전 제어시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 막분리 공정은 일정한 여과유량을 유지한 후에 막간차압의 변화 를 모니터링하여 일정압력을 초과하거나 일정시간을 초과하는 경우에 역세척을 수행하는 방법으로 운전을 제어한다. 이러한 방법은 크게 두 가지로 구분이 되는데, 여과와 동시에 공기세정을 하는 연속폭기식 여과방법(Continuance Aeration Filtration Methods)과 여과기간 동안 공기세정을 전혀하지 않는 무폭기식 여과방법(Non Aeration Filtraton Methods)이 있다. 두 방법 모두 많은 정수시스템에서 널리 사용되고 있는 것으로 서로 장단점이 있다. 먼저, 연속폭기식 여과방법은 가역적 막오염(Reversible Fouling)을 일으키는 유입수 탁질 물질에 보다 넓은 범위 내에서 대처가 가능하지만, 연속폭기에 의한 에너지 손실이 크다. 반면, 무폭기식 여과방법은 에너지손실은 작으나, 처리 가능한 유입수 탁질물질에 대한 대처범위가 비교적 작다. 이러한 두 방법 모두 운전이 간단한 장점이 있으나, 원수 수질변화가 심할 경우 경제성과 효율성 모두를 극대화하기 어렵다. 그 예로 무폭기식 여과방법은 수질변화가 큰 조건에서 도입할 경우 기존 침전(Settling)이나, Roughing 필터등의 전처리 시설이 별도로 필요하며, 연속폭기방식 여과방법의 경우 유지관리에 소요되는 비용이 큰 단점을 지니고 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 막 유입수 탁도 및 막오염 지수를 이용한 간헐폭기식 여과방법(Periodic Aeration Filtration Methods)을 사용하여 원수 수질변화가 심한 국내 지표수의 특성에 가장 적합한 폭기방법 및 강도조절을 자동제어 시스템에 적용함으로써 고효율 저에너지 막분리 공정을 통합제어할 수 있는 간헐폭기식 공기세정방식을 이용한 막분리 공정의 최적운전 제어시스템 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 공기 세정량을 막오염 정도에 따라 정량화하고, 원수 탁도 변화에 따라 공기세정 방법을 차별화함으로싸 세정에 소요되는 에너지를 정량화하며, 자동제어시스템으로 연계가 가능할 뿐만 아니라, 안정적인 막여과 특성을 유지하며 막분리 공정 운전을 최적화할 수 있는 간헐폭기식 공기세정방식을 이용한 막분리 공정의 최적운전 제어시스템 및 방법을 제공함에 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 막오염 지수, 탁도 및 운전조건에 대한 실시간 데이터를 수집하여 데이터베이스화하고 디스플레이함으로써 막오염의 조기경보가 가능하고, 막오염정도에 따라 폭기방식 및 폭기량 조절이 가능하고, 에너지 소비효율을 최적화할 수 있는 간헐폭기식 공기세정방식을 이용한 막분리 공정의 최적운전 제어시스템및 방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 다수의 분리막으로 이루어져 유입원수를 여과하여 침전시키는 침지식 막모듈유니트와, 바닥에 설치되어 막 표면의 탁질에 의한 흡착을 최소화하기 위해 기포를 발생시키는 역세용 산기장치를 구비하여 분리막의 여과 및 역세척을 실시하는 막여과조; 상기 막여과조의 전단부에 설치되어 그에 유입되는 전처리된 유입원수의 탁도를 계측하는 탁도측정수단; 상기 막 여과조를 통과한 막여과 처리수를 저장하며, 분리막의 역세수로 사용되는 처리수조; 상기 막여과조의 드레인 라인상에 설치되어 역세척후에 하측으로 침지되는 역세폐액을 임시 저장하는 역세폐수조; 상기 처리수조의 배관 라인상에 설치되며, 막모듈 유니트의 역세에 필요한 처리수를 처리수조로 송출하기 위해 가동되는 원심펌프; 연속폭기식에서 일정 회수율에 대한 모니터링 및 제어를 위하여 역세척 후의 생성되는 역세폐수의 유량을 측정하는 역세폐수 유랑계; 상기 원심펌프와 처리수조의 연결배관상에 설치되며, 원심펌프를 통과한 처리수에 포함된 여과 플럭스를 측정하기 위한 막여과처리 유량계; 상기 막여과처리 유량계 일측에 설치되어 처리수의 안전성 및 점도(Viscosity)를 측정하기 위한 수온 및 pH측정계; 상기 막 모듈 유니트의 배출라인상에 설치되며, 막간차압(Transmanbrane Pressure)을 측정하기 위한 압력계; 분리막의 여과 및 역세척에 있어 간헐폭기식 역세척 방법 적용을 위하여 상기 막여과조의 막유입부 배관라인, 처리수조의 여과부 배관라인 및 역세폐수조의 드레인 라인상에 각각 설치되며, 외부의 제어신호에 의해 온/오프(on/off)되는 자동밸브; 상기 온라인 탁도계를 통해 계측된 막유입수의 탁도신호, 상기 수온 및 pH측정계에 의해 계측된 수온신호, 막여과 처리수 유량계를 통해 측정된 여과 플럭스 및 상기 압력계를 통하여 측정된 막간차압에 대한 신호를 인가받아 탁도증가율, 여과 플럭스, 막오염지수를 계산하고 이를 디스플레이하는 로직연산부; 및 상기 로직연산부에서 산출된 탁도증가율 및 막오염지수를 이용하여 역세척 주기 및 역세척 방법에 대한 자동제어 로직(Logic)을 설정하여 제반기기에 제어신호를 송출하는 제어부를 포함하는 간헐폭기식 공기세정방식을 이용한 막분리 공정의 최적운 전 제어시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 외부로부터 막여과조로 유입되는 막유입수의 탁도를 온라인 탁도계를 통하여 측정하는 제1 단계; 상기 막여과조를 통과한 처리수에 대하여 상기 수온 및 pH측정장치에 의한 수온계측과, 막여과 처리수 유량계를 통한 여과 플럭스 유량 계측과, 압력계를 통한 막간차압(TMP)을 계측하는 제2 단계; 상기 제2 단계에서 계측된 수온, 여과플러스 유량 및 막간차압(TMP)을 매개로 막오염지수(MFI)를 산출하는 제3 단계; 상기 제3 단계에서 산출된 막오염지수로 폭기강도를 결정하고, 무폭기/간헐폭기식 여과를 실시하는 제4 단계; 막오염지수와 제1 설정값의 대소를 비교 판단하여, 막오염지수가 제1 설정값보다 작으면 현재운전조건을 유지하고, 이 데이타를 DB에 저장하는 제5 단계; 상기 제5 단계에서 막오염지수가 제1 설정값을 초과하게 되면, 막유입수 탁도가 기설정된 제2 설정값과 유입원수의 탁도의 대소를 비교/판단하여 제2 설정값보다 유입원수의 탁도가 클 경우 무폭기식/간헐적 공기세정방식에서 연속폭기식 공기세정 방법으로 변환하는 제6 단계; 상기 제6 단계 수행후 유입원수의 탁도가 제2 설정값보다 작게 되었다고 판단되면, 제4 단계를 실시하는 제7 단계; 및 상기 유입원수의 탁도가 제2 설정값보다 작다고 판단되면 막오염지수 증가에 따른 응집제의 주입량을 증가시키고 이 데이타를 DB에 저장하는 제8 단계를 포함하는 간헐폭기식 공기세정방식을 이용한 막분리 공정의 최적운전 제어방법을 제공한다.
상기한 특징을 갖는 본 발명에 따르면, 정수처리를 위한 막분리 시스템으로 유입되는 유입수의 탁도 등의 온라인 측정 가능 항목과, 막모듈의 막간차압 증가율로부터 계산된 막오염 지수를 실시간으로 분석하여 데이터베이스화하고 디스플레이함으로써, 운영자는 정량화된 운영자료를 통하여 각 단위공정의 운전인자를 산출하여 공정을 제어할 수 있으므로 안전하고 신뢰성이 향상된 수처리를 할 수 있는 효과를 가진다.
또한, 수집된 데이터를 자동제어 시스템과 연계함으로써 막분리 공정 운전의 자동화를 이룰 수 있는 다른 효과가 있다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부한 도 1를 참조하여 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예를 단지 예로서만 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 장치 및 방법은, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 한, 다른 실시예에도 유사하게 적용될 수 있다.
첨부된 도1은 본 발명의 막분리를 이용한 고도정수처리 공정에서 막유입수 탁도 및 막오염 지수의 연속 모니터링에 의한 간헐폭기식 공기세정방법의 최적 제어시스템을 개략적으로 나타낸 공정도로서, 바람직한 실시예 구성을 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 도면에 도시한 바와 같이, 고도정수처리 시스템에 있어서, 후술할 막 여과조의 유량을 조절하는 유량 조절조(1)와; 상부에 설치되며 다수의 분리막으로 이루어져 원수를 여과하여 침전시키는 침지식 막모듈유니트(6)와, 하부 바닥에 설치되어 막 표면의 탁질에 의한 흡착을 최소화하기 위해 기포를 발생시키는 역세용 산기관(7)을 포함하여 분리막의 여과 및 역세척을 실시하는 막여과조(2)와; 상기 막여과조(2)를 통과한 막 여과 처리수를 저장하며, 분리막의 역세수로 사용되는 처리수조(3)와; 상기 막여과조(2)의 하단에 위치되어 역세척후에 하측으로 침지되는 역세폐액을 임시 저장하는 역세폐수조(4)와; 상기 처리수조(3)의 처리수 배관 라인상에 설치되어 상기 분리막을 이용한 원수의 여과시 관로내에 생성되는 공기를 제거하기 위한 탈포조(5)와; 상기 산기관(7)에 공기를 주입하기 위한 송풍기(8)와; 상기 처리수조(3)의 배관 라인상에 설치되며, 막모듈 유니트(6)의 역세에 필요한 처리수를 처리수조(3)로 송출하기 위해 가동되는 원심펌프(9)와; 상기 유량조절조(1)와 막여과조(2)를 연결하는 배관라인상에 설치되어 막여과조(2)로 유입되는 전처리된 유입원수 시료의 탁도를 측정하는 온라인 탁도계(10)와; 상기 막여과조(2)와 역세폐수조(4)를 연결하는 라인의 바이패스라인에 설치되며, 연속폭기식에서 일정 회수율에 대한 모니터링 및 제어를 위하여 역세척 후의 생성되는 역세폐수의 유량을 측정하는 역세폐수 유랑계(11)와; 상기 원심펌프(9)와 처리수조(3)의 연결배관상에 설치되며, 원심펌프(9)를 통과한 처리수에 포함된 여과 플럭스를 측정하기 위한 막여과처리 유량계(12)와; 상기 막여과처리 유량계(12) 일측에 설치되어 처리수의 안전성 및 점도(Viscosity)를 측정하기 위한 수온 및 pH측정장치(13)와; 상기 막 모듈 유니트(6)의 배출라인상에 설치되며, 막간차압(Transmanbrane Pressure)을 측정하기 위한 압력계(14)와; 상기 막여과조(2)의 수위를 조절하기 위한 수위측정용 압력계(15)와; 상기 탈포조(5)의 수위를 제어하기 위한 탈포조 수위센서(16)와; 상기 유량조절조(1)의 배출라인상에 설치되며, 막여과조 수위측정용 압력계(14)와 연동하여 막여과조(2)의 수위를 자동으로 조절할 수 있도록 개폐되는 밸브(17)와; 분리막의 여과 및 역세척에 있어 간헐폭기식 공기세정 방법 적용을 위하여 상기 막여과조(2)의 막유입부 배관라인, 처리수조(3)의 여과부 배관라인 및 역세폐수조(4)의 드레인 라인상에 각각 설치되어 온/오프(on/off)되는 자동밸브(18 내지 24)와; 상기 온라인 탁도계(10)를 통해 계측된 막유입수의 탁도신호, 상기 수온 및 pH측정장치(13)에 의해 계측된 수온신호, 막여과 처리수 유량계(12)를 통해 측정된 여과 플럭스 및 상기 압력계(14)를 통하여 측정된 막간차압에 대한 신호를 인가받아 여과 플럭스 및 막오염지수를 계산하고 이를 디스플레이하는 로직연산부(25)와; 상기 로직연산부(25)에서 산출된 유입수 탁도 및 막오염지수를 이용하여 공기세정 방법 및 강도에 대한 자동제어 로직(Logic)이 설정되어 있으며, 각 제어장치부에 신호를 보내는 제어부(26)를 포함한다.
본 발명의 핵심적인 인자인 막오염 지수(FI)는 가역적 막오염지수 값으로서, 다음과 같이 유도되며, 여과저항의 증가가 막유입수 중에 존재하는 입자가 필터 표면에 케이크를 형성하기 때문으로 가정하면 시간(dt)에 대한 투과수 유량(dV)의 감소속도는 하기의 [수학식1]로 표시된다.
[수학식 1]
Figure 112007089641504-PAT00001
막여과 저항값은 Darcy`s Law에 의해 다음의 [수학식2]와 같이 표현된다. 여기서, Rm은 막자체 저항값이고, Rc는 막표면에 케이크를 형성하여 생긴 저항값을 나타내며, ΔP는 막여과 압력(TMP)를, A는 막면적(Surface area)을, μ는 점성계수(Viscosity)를 나타낸다.
[수학식 2]
Figure 112007089641504-PAT00002
위 [수학식 1]과 [수학식 2]에서, 막유입수 농도가 C0일 때 여과시간에 대한 막투과도 감소량을 역으로 표현하면 다음의 [수학식 3]과 같다.
[수학식 3]
Figure 112007089641504-PAT00003
위 식에서 수질에 의한 막오염을 나타내는 값을 MFI(Modified Fouling Index)로 표현할 수 있다. 여기서, α는 특정 저항값(Specific Resistance)이 된다.
상기 MFI는 하기의 [수학식 4]와 같다.
[수학식 4]
Figure 112007089641504-PAT00004
여기서, FI는 막오염 정도를 표시하는 척도로서 α×C0로 나타낼 수 있으며, MFI는 하기의 [수학식 5]와 같이 정의할 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112007089641504-PAT00005
Qi는 초기여과 유량(Initial permeate flow)값을 나타낸다.
위 [수학식 3]을 FI식으로 다시 표현하면 하기의 [수학식 6]과 같다.
[수학식 6]
Figure 112007089641504-PAT00006
여기서, Qf는 역세전 유량(Final permeate flow), Ri은 막 자체의 여과 저항값(초기여과 저항값)을 나타내며, Rf는 막오염 물질에 의한 여과 저항값(역세전 여과 저항값)을 나타낸다.
가역적 막오염 지수(FI)는 막 표면에 형성되는 오염층의 케이크비저항 (Specific cake resistance)과 동일한 의미를 지니고 있기 때문에 막오염의 속도 뿐 아니라 막오염을 유발시키는 물질의 특성까지 나타낼 수 있다는 장점이 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명은 정수처리를 위한 막분리 시스템으로 유입되는 유입수의 탁도 등의 온라인 측정 가능 항목과, 막모듈의 막간차압 증가율로부터 계산된 막오염지수를 실시간으로 분석하고, 데이터를 수집하여 데이터베이스화하고 디스플레이한다. 이에 따라 운영자는 정량화된 운영자료를 통하여 각 단위공정의 운전인자를 산출하여 공정을 제어할 수 있으므로 안전하고 신뢰성이 향상된 수처리를 수행하게 되는 것이다. 또한 수집된 데이터를 자동제어 시스템과 연계함으로써 막분리 공정 운전의 자동화를 이룰 수 있다.
도2는 본 발명에 의한 막오염지수와 온라인 막유입수 탁도를 이용한 간헐폭기식 공기세정방법의 제어흐름도이다.
도면에 도시한 바와 같이, 외부로부터 유입되는 원수가 막여과조(2)로 유입되면, 온라인 탁도계(10)를 통하여 막유입수의 탁도를 측정한다(S2).
이때, 순간적인 수질변동에 대응할 수 있도록 실시간으로 막 유입수 탁도를 측정한다. 그리고, 상기 온라인 탁도계(10)를 통하여 수집된 탁도 데이터를 로직연산부(25)에서 1분 평균값을 이용하여 제어에 이용되며, 이 값이 후술할 제2 설정값보다 30분 이상 높게 나타날 경우 공기세정방식을 변환하되, 막오염지수값은 역세척 주기에 한번 계산되는 값으로 막오염지수값이 변하는 시기에 공기세정방식이 변하게 되도록 제어한다.
다음, 상기 막여과조(2)를 통과한 처리수에 대하여 상기 수온 및 pH측정장치(13)에 의한 수온계측과, 막여과 처리수 유량계(12)를 통한 여과 플럭스 유량 계 측과, 상기 압력계(14)를 통한 막간차압(TMP)을 계측한다(S4).
상기 S4 단계에서 계측된 수온, 여과플러스 유량 및 막간차압(TMP)을 매개로 막오염지수(MFI)를 산출하되, 이때 상기 막오염지수는 상술한 [수학식 6]을 이용하여 산출한다(S6). 상기 S6단계에서 산출된 막오염지수(MFI)로 폭기강도를 결정하고, 무폭기/간헐폭기식 여과를 실시한다(S8, S10).
이때, 수온, 여과플러스 유량 및 막간차압(TMP)은 막여과처리수 유량계, pH/수온계 및 압력계를 통해 각각 실시간으로 측정되며, 1분평균값을 이용하여 막오염지수값을 연산하고, 역세척 주기에 한번 계산된 막오염지수값과 막오염지수 설정값의 비교연산을 통해 간헐폭기식 공기세정방법을 결정한다.
상기 S10 단계 수행 후, 막오염지수와 설정값A의 대소를 비교 판단하여, 막오염지수가 설정값A보다 작으면 현재운전조건을 유지하고, 이 데이타를 DB에 저장한다(S12, S14, S16).
상기 S10 단계에서, 막오염지수 설정값A는 그 초기값을 10으로 설정하며, 이 값은 고정된 값의 의미를 지니기 보다는 막모듈 유니트의 종류에 따라 차이가 나타날 수 있다.
상기 S10 단계에서 막오염지수가 설정값A를 초과하게 되면, 즉 각각의 계측장비를 통하여 데이타를 수집한 후 막오염지수 설정값이 10 이상인 조건에서 막유입수 탁도 설정값(초기설정값 30NTU)과 유입원수의 탁도의 대소를 비교/판단하여 설정값B보다 유입원수의 탁도가 클 경우 탁질물질이 막오염에 가장 큰 영향인자로 보고 무폭기식/간헐적 공기세정방식에서 연속폭기식 공기세정 방법으로 변환한 다(S18, S20).
상기 연속폭기식 여과를 지속적으로 수행하여 유입원수의 탁도가 설정값B보다 작게 되었다고 판단되면, S10단계로 리턴하여 무폭기/간헐폭기식 여과를 수행한다(S22).
상기 유입원수의 탁도가 설정값B보다 작다고 판단되면 막오염지수 증가에 따른 응집제의 주입량을 증가시키고 이 데이타를 DB에 저장한다(S24, S26).
상기 S20 단계에서 수행된 방법은 고탁도기간에 연속폭기 방식을 통한 폭기량 및 주기를 늘림으로써 막표면에 고형물 침적을 배제시키는데 효과적이다. 또한, 이 조건에서 원수탁도가 설정값B이하가 될 때가지 자동으로 기존 공기세정 방법(무폭기 및 간헐폭기)으로 운전이 실행된다. 간헐폭기 및 연속폭기 방식에서 폭기강도는 막오염지수에 의해 결정되며, 경험식에 의해 유도된다. 즉, 막유입수 탁도가 증가하게 되면 막 표면에 침적되는 입자수가 늘어남으로 인해 막오염은 증가하게 되고, 막 오염지수 또한 상승하게 된다. 이때 막표면 공기세정에 의해 표면에 침적되는 입자들을 털어주는데 탁질에 의한 입자개수가 증가하게 되면 공기세정량을 증가시킴으로써 고형물에 의한 막오염을 최소화시키게 된다.
도3a 및 도3b는 폭기강도에 대한 막오염 지수를 나타낸 것으로, 막오염 지수를 이용한 폭기강도의 경험식 유도에 사용된다.
도4a 및 도4b는 무폭기식 공기세정 방법(NAF)과 연속폭기식 공기세정(CAF)방법에 대한 저탁도 및 고탁도 기간의 막오염 지수를 비교한 것으로, 저탁도 기간에는 무폭기식 공기세정 방법(NAF)이, 고탁도 기간에는 연속폭기식 공기세정 방 법(CAF)이 보다 효율적인 공기세정 방법임을 보여준다.
도5는 저탁도 기간동안 폭기방식(무폭기 방식(NAF), 연속방식(CAF) 및 간헐폭기방식(PAF))의 막여과 저항값을 비교한 것으로, 저탁도 기간에서는 공기세정 방식에 대한 막오염 차이가 크지 않는 것을 보여준다.
도6은 실시간 간헐폭기식 공기세정방식을 적용하여 운전한 데이터를 보여준다.
도7은 각각의 폭기방식(무폭기 방식(NAF), 연속방식(CAF) 및 간헐폭기방식(PAF))에 대한 에너지 효율을 비교한 것으로, 간헐 및 무폭기 방식이 연속폭기식에 비해 70~80%의 에너지 효율이 증가하는 것을 보여준다.
상기한 바와 같이 본 발명은 막 유입수 탁도 및 막오염 지수를 이용한 폭기방법 및 강도를 실시간으로 제어함으로써 연중 지표수의 수질변화가 큰 국내 상수 취수원을 타겟으로 막분리 시스템에서의 막오염을 가장 효율적으로 억제할 수 있다.
유입수 탁도가 기준치 이하에서 막오염지수값이 상승하게 되면 그 원인을 용존성 유기물 및 조류의 개체수증가 등으로 판단한다. 용존성 유기물 및 조류제거를 위해 응집제 주입량을 조절하여 혼화 응집을 실시하게 되고, 응집제 주입량 조절은 막오염지수 증가, 감소율에 따라 로직연산부(25)에서 응집제 주입량이 결정되면 제어부(26)의 응집제 주입제어에 의해 조절 및 주입된다. 동시에 로직연산부(25)에서는 측정된 탁도와 막간차압, 막오염 지수 및 운전조건을 데이터베이스에 저장함으로써 설정치를 보정하는데 활용한다. 각 설정값은 현장 운전자에 의한 입력이 가능 하게 하며, 정수처리시설 및 막분리 모듈의 종류, 재질 및 원수 수질조건 등에 따라 다소 차이가 있을 수 있다.
도1은 본 발명에 의한 간헐폭기식 공기세정방식을 이용한 막분리 공정의 최적운전 제어장치의 일실시예 구성을 개랙적으로 나타낸 공정도.
도2는 본 발명에 의한 막오염지수와 온라인 막유입수 탁도를 이용한 간헐폭기식 공기세정 방법의 제어흐름도.
도3a 및 도3b는 본 발명에서 막오염 지수를 폭기강도에 따라 나타낸 도표.
도4a 및 도4b는 본 발명에서 막 유입수탁도 범위에 따른 폭기 방식를 막오염 지수를 이용하여 비교한 도표.
도5는 본 발명에서 폭기방식별 막여과 저항값을 비교한 도표.
도6은 본 발명에서 막오염지수를 이용한 폭기강도를 실시간으로 제어하여 나타낸 도표.
도7은 폭기 방식별 에너지 소모량을 계산한 것으로 간헐폭기식 공기세정방식의 에너지 절감효율을 나타내는 도표.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 유량조절조 2 : 막여과조
3 : 처리수조 4 : 역세폐수조
5 : 탈포조 6 : 막모듈 유니트
7 : 산기관 8 : 송풍기
9 : 여과/역세펌프 10 : 온라인 막유입수 탁도계
11 : 역세폐수유량계 12 : 막여과처리수 유량계
13 : pH, 수온계 14 : 차압측정용 압력계
15 : 막여과조 수위조절용 압력계 16 : 공기분리조 수위센서
17 : 개패조절용 자동밸브 18~24 : 온/오프(On/Off) 자동밸브
25 : 로직연산부 26 : 제어부

Claims (8)

  1. 다수의 분리막으로 이루어져 유입원수를 여과하여 침전시키는 침지식 막모듈유니트와, 바닥에 설치되어 막 표면의 탁질에 의한 흡착을 최소화하기 위해 기포를 발생시키는 역세용 산기장치를 구비하여 분리막의 여과 및 역세척을 실시하는 막여과조;
    상기 막여과조의 전단부에 설치되어 그에 유입되는 전처리된 유입원수의 탁도를 계측하는 탁도측정수단;
    상기 막여과조를 통과한 막여과 처리수를 저장하며, 분리막의 역세수로 사용되는 처리수조;
    상기 막여과조의 드레인 라인상에 설치되어 역세척후에 하측으로 침지되는 역세폐액을 임시 저장하는 역세폐수조;
    상기 처리수조의 배관 라인상에 설치되며, 막모듈 유니트의 역세에 필요한 처리수를 처리수조로 송출하기 위해 가동되는 원심펌프;
    연속폭기식에서 일정 회수율에 대한 모니터링 및 제어를 위하여 역세척 후의 생성되는 역세폐수의 유량을 측정하는 역세폐수 유랑계;
    상기 원심펌프와 처리수조의 연결배관상에 설치되며, 원심펌프를 통과한 처리수에 포함된 여과 플럭스를 측정하기 위한 막여과처리 유량계;
    상기 막여과처리 유량계 일측에 설치되어 처리수의 안전성 및 점도(Viscosity)를 측정하기 위한 수온 및 pH측정계;
    상기 막 모듈 유니트의 배출라인상에 설치되며, 막간차압(Transmanbrane Pressure)을 측정하기 위한 압력계;
    분리막의 여과 및 역세척에 있어 간헐폭기식 역세척 방법 적용을 위하여 상기 막여과조의 막유입부 배관라인, 처리수조의 여과부 배관라인 및 역세폐수조의 드레인 라인상에 각각 설치되며, 외부의 제어신호에 의해 온/오프(on/off)되는 자동밸브;
    상기 온라인 탁도계를 통해 계측된 막유입수의 탁도신호, 상기 수온 및 pH측정계에 의해 계측된 수온신호, 막여과 처리수 유량계를 통해 측정된 여과 플럭스 및 상기 압력계를 통하여 측정된 막간차압에 대한 신호를 인가받아 탁도증가율, 여과 플럭스, 막오염지수를 계산하고 이를 디스플레이하는 로직연산부; 및
    상기 로직연산부에서 산출된 탁도증가율 및 막오염지수를 이용하여 역세척 주기 및 역세척 방법에 대한 자동제어 로직(Logic)을 설정하여 제반기기에 제어신호를 송출하는 제어부
    를 포함하는 간헐폭기식 공기세정방식을 이용한 막분리 공정의 최적운전 제어시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리수조의 처리수 배관 라인상에 설치되어 상기 분리막을 이용한 원수의 여과시 관로내에 생성되는 공기를 제거하기 위한 탈포조; 및
    상기 탈포조의 수위를 제어하기 위한 탈포조 수위센서
    를 더 포함하는 간헐폭기식 공기세정방식을 이용한 막분리 공정의 최적운전 제어시스템.
  3. 외부로부터 막여과조로 유입되는 막유입수의 탁도를 온라인 탁도계를 통하여 측정하는 제1 단계;
    상기 막여과조를 통과한 처리수에 대하여 상기 수온 및 pH측정장치에 의한 수온계측과, 막여과 처리수 유량계를 통한 여과 플럭스 유량 계측과, 압력계를 통한 막간차압(TMP)을 계측하는 제2 단계;
    상기 제2 단계에서 계측된 수온, 여과플러스 유량 및 막간차압(TMP)을 매개로 막오염지수(MFI)를 산출하는 제3 단계;
    상기 제3 단계에서 산출된 막오염지수로 폭기강도를 결정하고, 무폭기/간헐폭기식 여과를 실시하는 제4 단계;
    막오염지수와 제1 설정값의 대소를 비교 판단하여, 막오염지수가 제1 설정값보다 작으면 현재운전조건을 유지하고, 이 데이타를 DB에 저장하는 제5 단계;
    상기 제5 단계에서 막오염지수가 제1 설정값을 초과하게 되면, 막유입수 탁도가 기설정된 제2 설정값과 유입원수의 탁도의 대소를 비교/판단하여 제2 설정값보다 유입원수의 탁도가 클 경우 무폭기식/간헐적 공기세정방식에서 연속폭기식 공기세정 방법으로 변환하는 제6 단계;
    상기 제6 단계 수행후 유입원수의 탁도가 제2 설정값보다 작게 되었다고 판단되면, 제4 단계를 실시하는 제7 단계; 및
    상기 유입원수의 탁도가 제2 설정값보다 작다고 판단되면 막오염지수 증가에 따른 응집제의 주입량을 증가시키고 이 데이타를 DB에 저장하는 제8 단계
    를 포함하는 간헐폭기식 공기세정방식을 이용한 막분리 공정의 최적운전 제어방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 단계는
    순간적인 수질변동에 대응할 수 있도록 실시간으로 막 유입수 탁도를 측정하는 과정을 포함하는 간헐폭기식 공기세정방식을 이용한 막분리 공정의 최적운전 제어방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 온라인 탁도계를 통하여 수집된 탁도 데이터를 로직연산부에서 1분 평균값을 이용하여 제어에 이용되며, 이 값이 제2 설정값보다 30분 이상 높게 나타날 경우 공기세정방식을 변환하되, 막오염지수값은 역세척 주기에 한번 계산되는 값으로 막오염지수값이 변하는 시기에 공기세정방식이 변하게 되도록 제어하는 것을 특 징으로 하는 간헐폭기식 공기세정방식을 이용한 막분리 공정의 최적운전 제어방법.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제4 단계는
    수온, 여과플러스 유량 및 막간차압(TMP)은 막여과처리수 유량계, pH/수온계 및 압력계를 통해 각각 실시간으로 측정되며, 1분평균값을 이용하여 막오염지수값을 연산하고, 역세척 주기에 한번 계산된 막오염지수값과 막오염지수 설정값의 비교연산을 통해 간헐폭기식 공기세정방법을 결정하는 것을 특징으로 하는 간헐폭기식 공기세정방식을 이용한 막분리 공정의 최적운전 제어방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 막오염 지수는 하기의 [수학식1] 및 [수학식2]에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 간헐폭기식 공기세정방식을 이용한 막분리 공정의 최적운전 제어방법.
    [수학식1]
    Figure 112007089641504-PAT00007
    [수학식 2]
    Figure 112007089641504-PAT00008
    상기 식에서, MFI: 막오염 지수, ΔP는 막여과 압력(TMP)를, A는 막면적(Surface area), μ는 점성계수(Viscosity), FI는 막오염 정도를 표시하는 척도, Qf는 역세전 유량(Final permeate flow), Ri은 막 자체의 여과 저항값(초기여과 저항값), Rf는 막오염 물질에 의한 여과 저항값(역세전 여과 저항값)을 각각 나타낸다.
  8. 제 3 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 단계에서 산출된 막유입수 탁도 데이타와 상기 제2 단계에서 산출된 막오염지수 데이타를 이용하여 플랜트 관리자에게 디스플레이하거나 외부의 공정제어부와 연계함으로써, 간헐폭기식 여과 및 역세척 방법을 결정하는 것을 특징으로 하는 간헐폭기식 공기세정방식을 이용한 막분리 공정의 최적운전 제어방법.
KR1020070129803A 2007-12-13 2007-12-13 간헐폭기식 공기세정방식을 이용한 막분리 공정의 최적운전제어시스템 및 방법 KR100979096B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070129803A KR100979096B1 (ko) 2007-12-13 2007-12-13 간헐폭기식 공기세정방식을 이용한 막분리 공정의 최적운전제어시스템 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070129803A KR100979096B1 (ko) 2007-12-13 2007-12-13 간헐폭기식 공기세정방식을 이용한 막분리 공정의 최적운전제어시스템 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090062503A true KR20090062503A (ko) 2009-06-17
KR100979096B1 KR100979096B1 (ko) 2010-09-02

Family

ID=40991744

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070129803A KR100979096B1 (ko) 2007-12-13 2007-12-13 간헐폭기식 공기세정방식을 이용한 막분리 공정의 최적운전제어시스템 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100979096B1 (ko)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100949658B1 (ko) * 2009-07-29 2010-03-26 주식회사 코오롱 여과막을 이용한 유체 처리 장치
KR100983312B1 (ko) * 2009-09-28 2010-09-20 에이네스트(주) 분리막과 오존을 이용한 하폐수의 재이용장치
WO2013025389A2 (en) * 2011-08-18 2013-02-21 General Electric Company Control of immersed membrane system considering energy cost fluctuations
WO2014088190A1 (ko) * 2012-12-03 2014-06-12 제일모직 주식회사 분리막 세정 시스템 및 이를 이용한 분리막 세정 방법
KR101670913B1 (ko) * 2016-02-15 2016-11-09 에스케이건설 주식회사 마이크로버블과 센티버블을 이용한 막세정 장치 및 방법
KR101692789B1 (ko) * 2015-09-08 2017-01-04 에스케이건설 주식회사 막유니트를 이용한 수처리 장치 및 수처리 방법
KR20180034839A (ko) * 2016-09-28 2018-04-05 롯데케미칼 주식회사 막오염 예측방법
CN107884476A (zh) * 2017-12-13 2018-04-06 天津膜天膜科技股份有限公司 基于Arduino控制器的柱式膜组件曝气强度监测***
CN107992752A (zh) * 2017-10-18 2018-05-04 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司 一种数据处理方法、装置及计算机设备
CN108114602A (zh) * 2016-11-30 2018-06-05 斗山重工业建设有限公司 膜过滤***
KR101993826B1 (ko) * 2019-01-28 2019-06-27 코오롱글로벌 주식회사 여과막을 이용한 수처리 시스템
CN114272759A (zh) * 2021-11-25 2022-04-05 上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司 一种上排水浸没式膜装置及其冲洗控制方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101269253B1 (ko) 2011-02-28 2013-05-29 경희대학교 산학협력단 생물막반응조의 막 세정 시기 예측 방법 및 시스템
KR101363662B1 (ko) * 2013-10-18 2014-02-24 대림산업 주식회사 응집/침전 기능이 부여된 고효율 침지식 막조

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100720139B1 (ko) * 2005-09-26 2007-05-21 주식회사 태영건설 막분리를 이용한 고도정수처리장치의 막오염 지수 연속 모니터링에 의한 응집 전처리 공정 제어장치 및 그 방법

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100949658B1 (ko) * 2009-07-29 2010-03-26 주식회사 코오롱 여과막을 이용한 유체 처리 장치
KR100983312B1 (ko) * 2009-09-28 2010-09-20 에이네스트(주) 분리막과 오존을 이용한 하폐수의 재이용장치
WO2013025389A2 (en) * 2011-08-18 2013-02-21 General Electric Company Control of immersed membrane system considering energy cost fluctuations
WO2013025389A3 (en) * 2011-08-18 2013-05-10 General Electric Company Control of immersed membrane system considering energy cost fluctuations
US10005039B2 (en) 2012-12-03 2018-06-26 Lotte Chemical Corporation System for cleaning membrane, and method for cleaning membrane using same
CN104968421A (zh) * 2012-12-03 2015-10-07 乐天化学株式会社 用于清洁膜的***及使用其清洁膜的方法
WO2014088190A1 (ko) * 2012-12-03 2014-06-12 제일모직 주식회사 분리막 세정 시스템 및 이를 이용한 분리막 세정 방법
KR101692789B1 (ko) * 2015-09-08 2017-01-04 에스케이건설 주식회사 막유니트를 이용한 수처리 장치 및 수처리 방법
KR101670913B1 (ko) * 2016-02-15 2016-11-09 에스케이건설 주식회사 마이크로버블과 센티버블을 이용한 막세정 장치 및 방법
KR20180034839A (ko) * 2016-09-28 2018-04-05 롯데케미칼 주식회사 막오염 예측방법
CN108114602A (zh) * 2016-11-30 2018-06-05 斗山重工业建设有限公司 膜过滤***
CN107992752A (zh) * 2017-10-18 2018-05-04 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司 一种数据处理方法、装置及计算机设备
CN107992752B (zh) * 2017-10-18 2020-05-22 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司 一种数据处理方法、装置及计算机设备
CN107884476A (zh) * 2017-12-13 2018-04-06 天津膜天膜科技股份有限公司 基于Arduino控制器的柱式膜组件曝气强度监测***
CN107884476B (zh) * 2017-12-13 2024-05-17 天津膜天膜科技股份有限公司 基于Arduino控制器的柱式膜组件曝气强度监测***
KR101993826B1 (ko) * 2019-01-28 2019-06-27 코오롱글로벌 주식회사 여과막을 이용한 수처리 시스템
CN114272759A (zh) * 2021-11-25 2022-04-05 上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司 一种上排水浸没式膜装置及其冲洗控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR100979096B1 (ko) 2010-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100979096B1 (ko) 간헐폭기식 공기세정방식을 이용한 막분리 공정의 최적운전제어시스템 및 방법
EP2731917B1 (en) Method of maintaining water quality in a process stream
US8557114B2 (en) Water purification apparatus and method for using pressure filter and pore control fiber filter
US20200277206A1 (en) Single-stage water treatment system
KR20110067744A (ko) 해수담수화 장치의 역삼투막에 대한 실시간 막오염 포텐셜 감시방법 및 실시간 막오염 포텐셜 감시기능을 가지는 해수담수화장치
EP2718237A1 (en) Control system for wastewater treatment plants with membrane bioreactors
JP3924919B2 (ja) 水ろ過処理装置
KR100720139B1 (ko) 막분리를 이용한 고도정수처리장치의 막오염 지수 연속 모니터링에 의한 응집 전처리 공정 제어장치 및 그 방법
KR100889915B1 (ko) 막오염속도를 이용한 화학세정 자동 제어 장치 및 그 방법
KR101533554B1 (ko) 역삼투막 베셀 내 실시간 막오염 감시 장치 및 방법
KR20080101588A (ko) 막여과 정수처리장치의 운영 및 설계방법과 이를 위한 장치
KR102319947B1 (ko) 물 집약 공정에서 소수성 상태 및 파울링을 제어하기 위한 방법 및 시스템
JP3473309B2 (ja) 膜分離装置の運転制御装置
JPWO2017221984A1 (ja) 造水システムのトラブル判定プログラム及びトラブル判定装置、並びに記録媒体
KR100949658B1 (ko) 여과막을 이용한 유체 처리 장치
KR101786821B1 (ko) 중력 구동 방식의 수처리 장치
KR101693100B1 (ko) 스마트 막여과 수처리 시스템
KR20160057595A (ko) 막차압(TMP:Trans Membrane Pressure) 측정 결과를 이용하여 막세정을 하는 막여과 공정 운영방법
JP2009262087A (ja) 水処理装置の運転方法
KR101522254B1 (ko) 유동적 회수율을 갖는 2단 막여과 시스템 및 이의 운전방법
KR20170075085A (ko) 막여과 정수 시스템 및 이를 이용한 망간 저감방법
KR20100116848A (ko) 막여과 정수처리시스템용 유지관리 안정성 향상을 위한 제어장치 및 방법
KR101418738B1 (ko) 가압형-침지형 하이브리드 막 여과시스템
KR101692789B1 (ko) 막유니트를 이용한 수처리 장치 및 수처리 방법
KR101541654B1 (ko) 교차 운전을 이용한 역삼투막 여과장치 및 여과방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130612

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130710

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150804

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160801

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170802

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180801

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200210

Year of fee payment: 10