KR20150005008A - 분리막의 유지 화학 세정 방법 및 유지 화학 세정 시스템 - Google Patents

분리막의 유지 화학 세정 방법 및 유지 화학 세정 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 분리막의 유지 화학 세정 방법 및 유지 화학 세정 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소정의 세정액이 저장된 세정 탱크로부터 분리막 모듈 내부로 세정액을 순환시켜 분리막을 유지 화학 세정하는 방법에 있어서, 유지 화학 세정이 종료된 후 세정 탱크로 회수된 세정액을 다시 사용하여 차기 유지 화학 세정을 수행하고, 이때 세정액 중의 화학 세정제의 농도와 세정시간을 곱한 값이 일정하게 유지되도록 화학 세정제의 농도와 세정 시간을 제어하여 수행하는 분리막의 유지 화학 세정 방법 및 시스템에 관한 것이다.

Description

분리막의 유지 화학 세정 방법 및 유지 화학 세정 시스템{Maintenance chemical cleaning method of separation membrane and Maintenance chemical cleaning system thereof}
본 발명은 분리막 모듈을 화학 세정제를 이용하여 화학 세정함으로써 분리막의 여과 성능을 유지시키는 분리막의 유지 화학 세정 방법 및 유지 화학 세정 시스템에 관한 것이다.
분리막(Membrane)이란 특정 성분을 선택적으로 통과시킴으로써 혼합물을 분리시킬 수 있는 막이다. 분리막은 수 nm 이상의 구멍(세공)을 많이 가진 다공질 막(Porous Membrane)이다. 분리막은 수중에 포함된 유기 오염물질, 무기 오염물질, 기생충, 박테리아 등을 분리시킬 수 있다.
분리막은 세공의 크기에 따라 정밀 여과막(MF), 한외 여과막(UF), 나노 여과막(NF), 역삼투막(RO) 등으로 구분된다. 예를 들어, 먹는 물을 생산하거나 생활하수나 공장폐수를 처리하는 데는 정밀 여과막과 한외 여과막이 적합하다. 분리막을 이용한 수처리는 다른 여과 공정에 비해 응집제 등 약품의 사용량이 적고, 소요되는 부지면적을 줄일 수 있는 장점이 있다.
분리막은 적은 에너지로 고액분리 가능하나 분리막 오염(Fouling)이 막의 성능을 떨어뜨리는 문제가 있다. 오염 현상은 물에 함유된 부유물질이나 분리막 표면에 쉽게 흡착되는 성질을 가진 물질이 막 표면과 공경에 축적되어 유체의 흐름을 방해하여 투과율을 감소시키는 것이다.
파울링(Fouling)은 막 자체의 변질이 아니라 오염물질에 의한 막 성능의 저하이기 때문에 세정으로 성능을 회복시킬 수 있다. 파울링이 발생하면 투과 유속이 저하한다. 파울링은 부착층, 겔층, 스케일, 흡착층 등으로 이루어진다. 부착층(Adsorbed Layer)에는 막면에 퇴적, 침적된 케이크, 혹은 스케일 및 부착된 물질에 의해 형성된 층이 있다.
케이크 층은 원액 중의 미립자, 미생물, 콜로이드상 물질 등의 현탁 물질이 막면 상에 축적되어 형성된 층이다. 겔(Gel)층은 농축에 의해 용해성 고분자 등의 용질이 막면 농도가 상승해서 막면에 형성된 겔상의 비유동성 층이다. 스케일(Scale)은 농축에 의해 SiO2나 CaSO4 등의 난용성 물질이 용해도를 넘어서 막면 상에 석출한 층이다. 흡착층은 원액 중에 포함된 물질이 막 면에 특이하게 흡착되어 형성된 층이다. 예를 들어, 하전된 현탁물질, 가용성 고분자, 계면활성제 등이 그 물질과 반대 하전을 가진 막에 정전흡착되거나 소포제나 기름방울 등의 소수성 물질이나 소수성 막의 소수흡착 등에 의한 층이다.
막의 플럭스를 회복시키는 세척방법으로는 물리적 방법과 화학적 방법이 있다. 물리적 방법에는 공기포 요동(Air Scrubbing) 수세(Flushing) 및 역세척(Reverse Filtration)이 있다. 공기포 요동(Air Scrubbing)은 공기의 요동을 이용하여 막 면의 현탁 물질 제거하는 것이고, 수세는 원수를 이용하여 막 면의 현탁 물질을 제거하는 것이며, 역세척은 공급방향과 반대방향으로 여과수나 압축공기를 공급하여 현탁물질 제거하는 것이다.
공기포 요동 및 역세척(AS & RF : Air Scrubbing & Reverse Filtration)은 전통적인 물리적 세척방법이다. 이 방법은 정상적인 여과(Filtration) 후 일정 간격으로 일정시간 동안 정상 여과의 반대방향으로 여과수(Filtered Water)를 정상 여과속도 이상으로 흘려주며 동시에 압축공기(Air)를 넣어 막을 강하게 흔들어서 표면에 붙은 이물질을 제거하는 방법이다. 이 방법의 소요시간은 정상 여과 10~60분마다 5~150초 정도 실시한다. 이 방법의 세정주기는 간헐 연속적으로 이루어진다.
화학적 세정방법은 분리막에 부착되어 있는 오염물질을 세정액을 이용하여 화학적으로 분해하는 것이다. 화학 세정은 무기오염물 제거를 위해 산 세척, 유기오염물질 제거를 위한 염기세척이나, 계면활성제 또는 효소나 소독제를 이용한 세척을 포함한다. 세정제는 파울링을 유발하는 물질에 따라 선택하여 사용한다. 예를 들어, 산화제(차아염소산나트륨(NaOCl), 과산화수소(H2O2), 오존(O3))는 유기물이나 미생물에 의해 막이 오염된 경우에 사용한다. 계면활성제(각종 이온성 비이온성 계면활성제, 유화제)는 지방이나 광유에 의해 오염된 경우, 산(질산(HNO3), 인산(H2PO4), 염산(HCl), 황산(H2SO4), 구연산, 옥살산)은 칼슘스케일이나 금속물질에 의한 오염된 경우, 알칼리(수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화암모늄(NH4OH) 탄산나트륨(Na2CO3))는 실리카 스케일이나 휴민질에 의해 오염된 경우에 사용된다.
종래의 전통적인 화학 세정방법은 CIP(Cleaning In Place) 이다. 이 방법은 막간 차압이 한계치에 도달할 때 실시한다. 이 방법은 보편적으로 사용되는 화학적 순환형(Chemical Circulation Type)이다. 이 방법은 보편적으로 4~24시간 소요되며 린스(Rinse) 시간도 오래 걸린다. 이 방법은 오염 물질에 의한 차압 형성에 따라 실시하고, 고농도의 알칼리 및 산 용액이 필요하며 비교적 약품 사용량이 많다.
일예로 대한민국 특허공개 제10-2010-0116847호는 지능형 고효율 분리막 유지 세정장치 및 방법에 관한 것으로, 원수 수질을 실시간으로 측정하여 총조류 개체수를 검출하고, 총조류 개체수에 따라 약품을 변경하여 분리막을 세정하도록 하는 방법 및 장치를 개시하고 있다.
이와 같은 화학 세정에서 순환 과정을 통해 다시 세정 탱크에 유입된 세정액은 대부분 중화된 후 외부로 배출된다. 따라서, 환경 오염을 유발하고, 중화와 배수에 소요되는 시간으로 인해 생산성이 저하되는 문제점이 있다.
KR10-2010-0116847 A
본 발명자들은 NaOCl을 화학 세정을 위한 화학 세정제로 사용하여 유지 화학 세정을 유효염소 농도를 200ppm으로 적용 실시한 결과, 1차 세정 후 CIP 탱크 내 유효염소 농도는 약 185 ppm, 2차 세정 후 유효염소 농도는 약 170 ppm 인 것을 확인할 수 있었다. 그러나 대부분 1차 유지 화학 세정 후 CIP 탱크로 회수된 세정액은 중화된 후 외부로 배출되어 왔다.
이에 본 발명자들은 세정액을 재활용하는 공정 운영방법에 대해 연구한 결과, 유지 세정 후 세정액을 재활용하여 사용하고, 이때 필요시 화학 세정제를 추가하거나 세정 시간을 연장함으로써 세정액 제조에 소요되는 시간, 화학 세정제 비용 및 및 폐액 처리비를 절감하고, 공정 생산량을 증가시킬 수 있음을 확인하고, 이를 토대로 본 발명을 완성하였다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 세정액을 배출하지 않고 재활용할 수 있도록 하여 생산량을 증가시키고 세정액 배출에 따른 환경 악영향을 최소화할 수 있는 분리막의 유지 화학 세정 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은
소정의 세정액이 저장된 세정 탱크로부터 분리막 모듈 내부로 세정액을 순환시켜 분리막을 유지 화학 세정하는 방법에 있어서,
유지 화학 세정이 종료된 후 세정 탱크로 회수된 세정액을 다시 사용하여 차기 유지 화학 세정을 수행하고, 이때 세정액 중의 화학 세정제의 농도와 세정시간을 곱한 값이 일정하게 유지되도록 화학 세정제의 농도와 세정 시간을 제어하여 수행하는 분리막의 유지 화학 세정 방법을 제공한다.
또한 본 발명은,
원수 탱크로부터 공급되는 원수 중의 이물질을 제거하는 분리막 모듈과, 상기 분리막 모듈을 통해 이물질이 제거된 생산수를 저장하는 생산수 탱크를 포함하고 있는 수처리 장치에서,
소정의 세정액이 저장된 세정 탱크로부터 상기 분리막 모듈 내부로 세정액을 순환시켜 화학 세정하기 위한 분리막 모듈의 세정 시스템으로서,
상기 세정 탱크의 세정액 중 화학 세정제의 농도를 측정하는 측정부;
상기 세정 탱크로 화학 세정제를 공급하는 화학 세정제 공급부;
상기 세정 탱크로부터 분리막 모듈로 세정액을 공급하는 세정액 공급부; 및
상기 측정부에서 측정된 화학 세정제의 농도에 따라 상기 세정액 공급부의 세정액 공급 또는 상기 화학 세정제 공급부의 화학 세정제 공급을 조절하는 제어부
를 포함하는 분리막의 유지 화학 세정 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에서는 세정액을 재활용하여 차기 유지 화학 세정이 이루어지므로, 세정액 제조과정과 사용된 세정액 배출 과정에 소요되는 시간을 절약할 수 있으며, 약품과 폐액 처리비를 감소시킬 수 있다. 또한, 분리막 모듈의 생산시간이 늘어남에 따라 생산량이 증대될 수 있다.
이 도면들은 본 발명의 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 분리막의 유지 화학 세정 시스템을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 분리막의 유지 화학 세정 시스템을 개략적으로 도시한 블록 구성도 이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 분리막의 유지 화학 세정 시스템(100)은 음용수, 오/폐수, 산업 폐수 등을 정화 처리하거나, 제약 제조사 등에서의 초순수를 제조하기 위한 수처리 장치에 적용될 수 있다.
예를 들면, 수처리 장치는 기본적으로 상기에서와 같이 정화 처리되지 않은 처리수(이하에서는 편의 상 "원수" 라고 한다)를 수용하는 원수 탱크(10)와, 원수 중의 각종 이물질을 제거하는 분리막 모듈(20)과, 분리막 모듈(20)을 통해 이물질이 제거된 물(이하에서는 편의 상 "생산수"라고 한다)을 저장하는 생산수 탱크(30)를 포함하고 있다.
상기 원수 탱크(10)와 분리막 모듈(20)은 제1 연결 라인(L1)을 통해 연결될 수 있다. 여기서, 상기 제1 연결 라인(L1)에는 원수 탱크(10)에 저장된 원수를 분리막 모듈(20)로 공급할 수 있는 원수 펌프(P1)가 설치되며, 원수 펌프(P1)의 후단에는 원수 밸브(V1)가 설치된다.
따라서, 원수 탱크(10)의 내부로 수용되는 원수는 분리막 모듈(20)을 거치며 각종 이물질이 제거되고, 이렇게 이물질이 제거된 생산수는 생산수 탱크(30)에 저장될 수 있다.
여기서, 분리막 모듈(20)은 원수 중에 포함된 중금속 및 기타 금속 이온과, 미세한 유기/무기 물질 등과 같은 각종 현탁 물질, 고분자 물질, 난용해성 물질, 흡착성 물질 등의 이물질을 제거한다.
이 경우, 상기 분리막 모듈(20)은 미세한 기공을 지닌 멤브레인을 포함한다. 상기 분리막은 막 운전 방식에 따라 침지식, 가압형 분리막뿐만 아니라 막 모듈의 형태에 따라 중공사막, 관형막, 평판형막, 나권형막 등의 모든 분리막이 가능하다.
이들의 재질은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 공지된 바의 모든 무기막 및 유기막 재질이 사용 가능하다. 대표적으로 세라믹, 및 금속막을 포함하는 무기막; 폴리프로필렌(PP), 폴리아마이드(PA), 폴리에틸렌(PE), 폴리비닐리덴 디플루오라이드(PVDF), 폴리술폰(PS), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리테트라 플루오르에틸렌(PTFE), 셀룰로오스 아세테이트, 폴리술포네이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 유기막; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하다.
상기한 분리막 모듈(20)은 위에서 언급한 바 있는 각종 원수를 정화 처리하기 위한 공지 기술의 분리막 모듈로서 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이와 같이, 원수가 연속적으로 상기 분리막 모듈(20)을 통과하는 여과 공정이 수행되면, 원수에 포함된 오염물질이 분리막 표면에 부착되어 막 오염이 진행된다. 이와 같은 막 오염이 진행될 수록 투과유량이 저하되고 차압이 증가하게 된다. 이에 막 여과 공정에서 안정적인 생산량을 유지하기 위해 주기적인 유지 화학 세정을 통해 장기적인 운영을 도모한다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 분리막의 유지 화학 세정 시스템(100)은 화학 세정제가 용해된 세정액을 분리막 모듈(20)로 순환시켜 화학 세정함에 있어서, 세정액을 재사용하여 차기 유지 화학 세정하여 분리막 모듈의 정화 성능을 유지시킬 수 있는 구조로 이루어진다.
이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 상기 분리막의 유지 화학 세정 시스템(100)은 기본적으로, 세정 탱크(40), 측정부(50), 화학 세정제 공급부(60), 세정액 공급부(70)와, 제어부(80)를 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 세정 탱크(40)는 세정액을 수용하기 위한 것이다.
상기한 막 여과 공정에서 분리막 모듈(20)에 의해 생산된 생산수는 제1 생산수 공급라인(L5)를 유동하며 세정 탱크(40)로 우선 공급/저장된다. 이때 상기 세정 탱크(40)에 설치된 수위 센서(도면에 도시되지 않음)가 세정 탱크(40)에 대한 기설정된 수위를 감지하게 되면, 상기 제1 생산수 공급라인(L5)에 설치된 제1 생산수 밸브(V4)를 폐쇄하여 세정 탱크(40)로 유입되는 생산수를 차단할 수 있다. 이후 제2 생산수 공급라인에 설치된 제2 생산수 밸브(V5)를 개방하여 생산수를 생산수 탱크(30)로 공급/저장하게 된다.
이후 유지 화학 세정 시, 소정의 화학 세정제가 저장된 세정제 탱크(51)로부터 화학 세정제가 세정 탱크(40)로 공급됨으로써 세정 탱크(40) 내 생산수와 화학 세정제가 혼합되면서 세정액이 제조된다.
본 발명의 실시예에서, 상기 측정부(50)는 상기 세정 탱크(40)에 저장된 세정액 중의 화학 세정제의 농도를 측정하기 위한 것이다. 상기 측정부(50)는 세정액 중의 화학 세정제의 농도를 검출하고 그 검출신호를 뒤에서 더욱 설명될 제어부(80)로 출력한다. 이때, 상기 측정부(50)는 세정 탱크 내 또는 세정 탱크와 연결된 유출 관로에 설치될 수 있다.
이러한 측정부는 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 농도 센서로 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 화학 세정제 공급부(60)는 화학 세정제를 세정 탱크(40)로 공급하여 세정 탱크(40) 내 수용된 생산수와 화학 세정제가 혼합되면서 세정액을 제조하기 위한 것이다.
상기 화학 세정제 공급부(60)은 소정의 화학 세정제를 수용하는 화학 세정제 탱크(61)와, 상기 화학 세정제 탱크(61)로부터 화학 세정제를 상기 세정 탱크(40)로 공급하는 화학 세정제 공급 펌프(P3)와, 상기 화학 세정제 탱크(61)과 상기 세정 탱크(40)을 연결하는 제4 연결 라인(L4)과, 상기 제4 연결라인(L4)에 설치되는 화학 세정제 공급 밸브(V3)를 포함한다.
즉, 화학 세정제 탱크(61) 내의 화학 세정제가 제4 연결라인(L4)을 따라 유동하며 세정 탱크(40)로 공급됨으로써 세정 탱크(40) 내 생산수와 화학 세정제가 혼합되면서 세정액이 제조된다.
본 발명의 실시예에서, 상기 세정액 공급부(70)는 세정 탱크(40) 내 세정액을 분리막 모듈(20)로 공급하여 분리막 모듈(20)을 유지 화학 세정함으로써 분리막 모듈(20)의 여과 성능을 유지하기 위한 것이다.
이를 위해, 상기 세정액 공급부(70)는 상기 세정 탱크(40)로부터 세정액을 상기 분리막 모듈(20)로 공급하는 세정 펌프(P2)와, 상기 세정 탱크(40)와 상기 제1 연결 라인(L1)을 연결하는 제3 연결 라인(L3)과, 상기 제3 연결 라인(L3)에 설치되는 세정액 공급 밸브(V2)을 포함한다.
따라서, 유지 화학 세정 공정시, 상기 세정 탱크(40)의 세정액은 세정 펌프(P2) 의해 제3 연결 라인(L3)와 제1 연결 라인(L1)을 따라 분리막 모듈(20)로 공급되어, 분리막 모듈(20) 내 막 부재와 접촉하면서 화학적 세정 작업이 이루어진다. 이후 분리막 모듈(20)의 비생산수 배출관으로부터 배출된 세정액은 제2 연결 라인(L2)를 유동하며 다시 세정 탱크(40)로 돌아온다. 그 후, 세정액은 다시 제3 연결 라인(L3)와 제1 연결 라인(L1)을 따라 분리막 모듈(20)로 공급되고, 다시 제2 연결 라인(L2)를 유동하며 다시 세정 탱크(40)로 돌아오는 순환 과정을 통해 유지 화학 세정이 이루어진다.
본 실시예에서, 상기 제어부(80)는 분리막의 유지 화학 세정 시스템(100)의 제반 작동을 제어하기 위한 것으로서, 보다 구체적으로는 화학 세정제 공급부(60)를 통해 공급되는 화학 세정제의 공급량과, 세정액 공급부(70)를 통해 공급되는 세정액의 공급 시간을 제어하기 위한 것이다.
즉, 상기 제어부(80)는 측정부(50)으로부터 출력된 검출신호에 따라 제어 신호를 인가하여 세정액 공급 밸브(V2)와 화학 세정제 공급 밸브(V3)의 개폐를 제어한다.
이 경우, 상기 제어부(80)은 밸브(V2, V3) 개폐의 작동에 필요한 설정시간 또는 작동 스위치 신호에 따른 각종 데이터 값의 로직을 저장하고 있는 통상적인 메모리부(도면에 도시되지 않음)에 의해서 분리막의 유지 화학 세정 시스템 (100)의 전반적인 작동을 제어한다.
따라서, 세정액 공급 밸브(V2)와 화학 세정제 공급 밸브(V3)는 제어부(80)에 의해 개폐 여부, 개폐 정도, 개폐 시간이 결정되고, 이로써 화학 세정제의 공급량, 세정액의 공급시간이 결정된다.
이때 세정 탱크(40)로 회수된 세정액을 재사용하여 차기 유지 화학 세정을 수행함에 있어서, 상기 측정부(50)로부터 출력되는 세정액 중의 화학 세정제의 농도와 세정시간을 곱한 값이 일정하게 유지되도록, 제어부(80)은 세정액 공급 밸브(V2)와 화학 세정제 공급 밸브(V3)의 개폐 정도, 개폐 시간을 제어한다.
즉, 유지 화학 세정이 종료된 후 세정 탱크(40)에 회수된 세정액 중의 화학 세정제의 농도는 최초 화학 세정제의 농도 보다 감소한 상태이다. 이때 측정부(50)로부터 출력된 화학 세정제의 농도가 최초 화학 세정제의 농도 대비 80 % 이상인 경우 회수된 세정액을 재사용하여 차기 유지 화학 세정을 수행함에 있어서, 세정액 중의 화학 세정제의 농도와 세정시간을 곱한 값이 일정하게 유지되도록 제어부(80)는 세정 시간이 연장되도록 조절하며, 이를 위해 세정액 공급 밸브(V2)의 폐쇄 시간을 제어한다.
또한, 유기 화학 세정이 종료된 후 회수된 세정액을 재사용하여 차기 유지 화학 세정함에 있어서, 측정부(50)로부터 출력되는 세정액 중의 화학 세정제의 농도가
최초 화학 세정제의 농도에 이를 때까지 추가로 화학 세정제를 투입하여 화학 세정제의 농도와 세정 시간을 곱한 값이 일정하게 유지되도록 한다. 이를 위해 제어부(80)는 화학 세정제 공급 밸브(V3)의 개폐 정도, 개폐 시간을 제어하여 화학 세정제의 공급량을 조절한다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 분리막의 유지 화학 세정 시스템(100)을 이용한 분리막의 유지 화학 세정 방법을 도 1을 참조하여 상세하게 설명한다.
우선, 본 발명의 실시예에서는 분리막 모듈(20)에 의한 원수의 여과 공정 시, 원수 펌프(P1)를 통해 분리막 모듈(20)로 원수를 공급한다. 이 때, 분리막 모듈(20)은 원수 중에 포함된 각종 이물질을 분리막 모듈(20)을 통해 제거하고, 이렇게 분리막 모듈(20)을 거치며 원수 중의 이물질이 제거된 생산수를 세정 탱크(40)과 생산수 탱크(30)에 공급/저장할 수 있다.
여기서, 원수 펌프(P1)는 작동하고 있으며, 원수 밸브(V1), 제1 생산수 밸브 또는 제2 생산수 밸브(V4, V5)는 개방된 상태에 있고, 나머지 밸브들은 폐쇄된 상태에 있으며, 세정 펌프(P2)와 화학 세정제 공급 펌프(P3)는 작동하지 않는 상태에 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 원수 펌프(P1)의 펌핑 압력으로서 원수 탱크(10)에 저장된 원수가 분리막 모듈(20)로 공급될 수 있으며, 원수가 분리막 모듈(20)을 통과하면서 그 원수 중에 포함된 각종 이물질은 분리막 모듈(3)에 의해 제거될 수 있다.
이렇게 분리막 모듈(3)을 통과하며 원수 중의 이물질이 제거된 생산수는 제1 또는 제2 생산수 공급라인(L5, L6)을 따라 유동하며 세정 탱크(40) 또는 생산수 탱크 (30)에 저장될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 분리막 모듈(20)에 의한 원수의 여과 공정을 일정 시간 지속한 후, 분리막 모듈(20)에 축적되어 있는 각종 이물질을 화학 세정제로 세정하여 분리막 모듈(20)의 여과 성능을 유지한다.
이에 따라, 막 여과 공정 중 주기적인 유지 화학 세정이 필요한 경우, 원수 펌프(P1)의 작동을 중단하여 막 여과 공정을 중단하고, 원수 밸브(V1)와 제1 및 제2 생산수 공급 밸브(V4, V5)는 폐쇄한 후, 세정액 제조 및 유지 화학 세정이 순차적으로 수행된다.
본 발명의 실시예에서는 상기 분리막 모듈(20)의 유지 세정 시, 세정액을 제조하기 위해 화학 세정제 공급 밸브(V3)를 개방하고, 세정제 공급 펌프(P3)를 작동하여, 화학 세정제 탱크(61)에 저장된 화학 세정제를 세정제 공급 펌프(P3)의 펌핑 압력으로서 세정 탱크(40)로 공급할 수 있다.
즉, 화학 세정제 탱크(51)로부터 화학 세정제가 세정 탱크(40)로 공급됨으로써 제4 연결 라인(L4)를 따라 유동하며 세정 탱크(40)로 공급되며 세정 탱크(40) 내 저장된 생산수와 화학 세정제가 혼합되면서 세정액이 제조된다. 이때 설정된 농도로 세정액을 제조하기 위해, 제어부(80)는 화학 세정제 공급 밸브(V3)의 개폐 정도, 개폐 시간을 제어할 수 있다.
이어서 세정제 공급 펌프(P3)의 작동을 중단하고, 세정 펌프(P2)를 작동시키고 화학 세정제 공급 밸브(V3)는 폐쇄, 세정액 공급 밸브(V2)를 개방한 상태에서 유지 화학 세정 공정이 시작된다. 세정 탱크(40)에 제조되어 저장된 세정액은 세정 펌프(P2)에 의해 제3 연결 라인(L3)과 제1 연결 라인(L1)를 유동하며 분리막 모듈(20) 내부로 공급된다. 그리고 분리막 모듈(20)을 통과하면서 분리막에 대한 화학 세정을 수행한 후 제2 연결 라인(L2)을 통해 다시 세정 탱크(40)로 유입된다. 이와 같은 화학 세정 공정이 진행되는 동안 세정액은 계속하여 분리막 모듈(20) 내부와 세정 탱크(40)를 순환한다. 상기 화학 세정 공정은 기 설정된 시간 동안 진행되거나, 분리막 모듈(20)의 오염이 설정된 값 미만으로 낮아질 때까지 수행되도록 구현될 수 있다.
종래에는 이러한 유지 화학 세정이 수행된 후 중화제 탱크(미도시)에 저장된 중화제를 세정 탱크(40)로 공급하여 회수된 세정액을 중화한 후 외부로 배출하였다. 그리고 일정 기간 분리막 모듈(20)에 의한 여과 공정 후 다시 세정액을 제조하여 차기 유지 화학 세정을 실시하였다.
그러나 본 발명의 실시예에서는 세정 탱크(40)로 회수된 세정액을 차기 유지 화학 세정에 다시 사용한다. 이때 차기 유지 화학 세정은 화학 세정제의 농도(C)와 세정 시간(T)의 곱이 일정하게 유지되도록 제어부(80)에 의해 재사용되는 세정액 중의 화학 세정제의 농도와 차기 유지 화학 세정 시간이 제어된다.
일예로 200 ppm의 차염소산나트륨을 화학 세정제로 사용하여, 화학 세정제의 농도(C)와 세정 시간(T)의 곱의 값이 일정하게 유지되도록 차기 세정 시간을 제어하는 방법은 다음과 같다:
최초 세정시: 화학 세정제의 농도(C)와 세정 시간(T)의 곱: 염소농도 200 ppm ×0.25 hr (T)= 50이 되도록 제어부(80)에 의해 세정액 공급 밸브(V2)과 화학 세정제 공급 밸브(V3)의 개폐 정도, 개폐 시간이 결정되어 설정된 농도로 세정액이 제조되고, 설정된 세정 시간만큼 세정액이 세정 탱크(40)으로부터 분리막 모듈(20)로 순환하면서 최초 유지 화학 세정이 이루어진다.
1차 재활용 세정 시: 최초 세정 후 일정 기간 여과 공정을 거친 다음 세정 탱크(40)로 회수된 세정액을 1차 재활용하여 차기 화학 세정이 실시된다. 이때 측정부(50)는 세정 탱크(40)로 회수된 세정액 중의 잔류염소농도를 측정하고, 이를 제어부(80)으로 출력한다. 이때 측정부(50)에 의해 측정된 세정액 중의 잔류염소농도가 185 ppm인 경우, 세정액을 재사용하여 유지 화학 세정을 실시하되, 화학 세정제의 농도(C)와 세정 시간(T)의 곱이 50으로 유지되도록 하기 위해 세정시간을 0.25 hr에서 약 0.27 hr로 연장하여 수행한다. 이를 위해 제어부(80)는 세정액 공급 밸브(V2)의 폐쇄 시간을 제어한다.
2차 재활용 세정시: 1차 재활용 유지 세정 후 일정 기간 여과 공정을 거친 다음 세정 탱크(40)로 회수된 세정액을 2차 재활용하여 차기 화학 세정이 실시된다. 이때 측정부(50)는 세정 탱크(40)로 회수된 세정액 중의 잔류염소농도를 측정하고, 이를 제어부(80)으로 출력한다. 이때 측정부(50)에 의해 측정된 세정액 중 잔류염소농도가 170 ppm인 경우, 세정액을 재사용하여 유지 화학 세정을 실시하되, 화학 세정제의 농도(C)와 세정 시간(T)의 곱이 50으로 유지되도록 하기 위해 세정시간을 약 0.29 hr로 연장하여 수행한다. 이를 위해 제어부(80)는 세정액 공급 밸브(V2)의 폐쇄 시간을 제어한다.
이에 따라 세정액 제조과정과 사용된 세정액 배출 과정에 소요되는 시간을 절약할 수 있으며, 약품과 폐액 처리비를 감소시킬 수 있다.
상기 세정시간 제어를 통해 세정액을 재활용하는 방법은 유지 화학 세정이 종료된 후 세정 탱크에 회수된 세정액 중의 화학 세정제의 농도가 최초 세정액의 농도 대비 80 % 이상인 경우 세정 시간 조절만으로 동일한 세정 효과 유지가 가능하다.
일예로 200 ppm의 차염소산나트륨을 화학 세정제로 사용하여, 화학 세정제의 농도(C)와 세정 시간(T)의 곱의 값이 일정하게 유지되도록 화학 세정제의 농도를 제어하는 방법은 다음과 같다:
최초 세정시: 화학 세정제의 농도(C)와 세정 시간(T)의 곱: 염소농도 200 ppm ×0.25 hr (T)= 50
1차 재활용 세정시: 최초 세정 후 일정 기간 여과 공정을 거친 다음 세정 탱크(40)로 회수된 세정액을 1차 재활용하여 차기 화학 세정이 실시된다. 이때 측정부(50)는 세정 탱크(40)로 회수된 세정액 중의 잔류염소농도를 측정하고, 이를 제어부(80)으로 출력한다. 이때 측정부(50)에 의해 측정된 세정액 중의 잔류염소농도가 185 ppm인 경우, 세정액을 재사용하여 유지 화학 세정을 실시하되, 세정액 중 화학 세정제의 농도(C)가 200 ppm이 되도록 화학 세정제를 세정 탱크(40)에 추가로 공급한 뒤 차기 화학 세정을 수행한다. 이를 위해 제어부(80)는 화학 세정제 공급 밸브(V3)의 개폐 정도, 개폐 시간을 제어한다.
2차 재활용 세정시: 1차 재활용 유지 세정 후 일정 기간 여과 공정을 거친 다음 세정 탱크(40)로 회수된 세정액을 2차 재활용하여 차기 화학 세정이 실시된다. 이때 측정부(50)는 세정 탱크(40)로 회수된 세정액 중의 잔류염소농도를 측정하고, 이를 제어부(80)으로 출력한다. 이때 측정부(50)에 의해 측정된 세정액 중 잔류염소농도가 170 ppm인 경우, 세정액을 재사용하여 유지 화학 세정을 실시하되, 화학 세정제의 농도(C)가 200 ppm이 되도록 화학 세정제를 화학 세정제를 세정 탱크(40)에 추가로 공급한 뒤 차기 화학 세정을 수행한다. 이를 위해 제어부(80)는 화학 세정제 공급 밸브(V3)의 개폐 정도, 개폐 시간을 제어한다.
이와 같이, 세정에 필요한 화학 세정제 농도 하락폭에 대해서 소량의 투입으로 세정 효율을 유지할 수 있으며, 약품량을 절감할 수 있다. 이에 따라 세정액 제조과정과 사용된 세정액 배출 과정에 소요되는 시간을 절약할 수 있으며, 약품과 폐액 처리비를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 분리막의 유지 화학 세정시 세정액을 재활용을 통해 생산시간 증가에 따른 생산량 증대를 확보할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10...원수 탱크 20...분리막 모듈
30...생산수 탱크 40...세정 탱크
50...측정부 60...화학 세정제 공급부
70...세정액 공급부
L1, L2, L3, L4, L5, L6...연결라인 P1...원수 펌프 P2...세정 펌프 P3...화학 세정제 공급 펌프
V1, V2, V3, V4, V5, V6...밸브

Claims (12)

  1. 소정의 세정액이 저장된 세정 탱크로부터 분리막 모듈 내부로 세정액을 순환시켜 분리막을 유지 화학 세정하는 방법에 있어서,
    유지 화학 세정이 종료된 후 세정 탱크로 회수된 세정액을 다시 사용하여 차기 유지 화학 세정을 수행하고, 이때 세정액 중의 화학 세정제의 농도와 세정시간을 곱한 값이 일정하게 유지되도록 화학 세정제의 농도와 세정 시간을 제어하여 수행하는 분리막의 유지 화학 세정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유지 화학 세정이 종료된 후 세정 탱크에 회수된 세정액 중의 화학 세정제의 농도가 최초 화학 세정제의 농도 대비 80 % 이상인 경우 세정 시간을 조절하여 차기 유지 화학 세정을 수행하는 것인 분리막의 유지 화학 세정 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유지 화학 세정이 종료된 후 세정 탱크에 회수된 세정액 중 화학 세정제의 농도가 최초 화학 세정제의 농도에 이를 때까지 추가로 화학 세정제를 투입하여 차기 유지 화학 세정을 수행하는 분리막의 유지 화학 세정 방법.
  4. 원수 탱크로부터 공급되는 원수 중의 이물질을 제거하는 분리막 모듈과, 상기 분리막 모듈을 통해 이물질이 제거된 생산수를 저장하는 생산수 탱크를 포함하고 있는 수처리 장치에서,
    소정의 세정액이 저장된 세정 탱크로부터 상기 분리막 모듈 내부로 세정액을 순환시켜 화학 세정하기 위한 분리막 모듈의 세정 시스템으로서,
    상기 세정 탱크의 세정액 중 화학 세정제의 농도를 측정하는 측정부;
    상기 세정 탱크로 화학 세정제를 공급하는 화학 세정제 공급부;
    상기 세정 탱크로부터 분리막 모듈로 세정액을 공급하는 세정액 공급부; 및
    상기 측정부에서 측정된 화학 세정제의 농도에 따라 상기 세정액 공급부의 세정액 공급 또는 상기 화학 세정제 공급부의 화학 세정제 공급을 조절하는 제어부
    를 포함하는 분리막의 유지 화학 세정 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 원수 탱크와 상기 분리막 모듈을 연결하는 제1 연결 라인과,
    상기 분리막 모듈로 공급된 세정액을 세정 탱크로 순환시키기 위해 분리막 모듈과 세정 탱크를 연결하는 제2 연결 라인
    을 포함하는 분리막의 유지 화학 세정 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 세정액 공급부는
    상기 세정 탱크로부터 세정액을 상기 분리막 모듈로 공급하는 세정 펌프와,
    상기 세정 탱크와 상기 제1 연결 라인을 연결하는 제3 연결 라인과,
    상기 제3 연결 라인에 설치되는 세정액 공급 밸브
    를 포함하는 분리막의 유지 화학 세정 시스템.
  7. 제4항에 있어서, 상기 화학 세정제 공급부는
    화학 세정제를 수용하는 화학 세정제 탱크와,
    상기 화학 세정제 탱크로부터 화학 세정제를 세정 탱크로 공급하기 위한 화학 세정제 공급 펌프와,
    상기 화학 세정제 탱크와 상기 세정 탱크를 연결하는 제4 연결 라인과,
    상기 제4 연결 라인에 설치되는 화학 세정제 공급 밸브
    를 포함하는 분리막의 유지 화학 세정 시스템.
  8. 제4항에 있어서, 상기 측정부는
    상기 세정 탱크 내 또는 세정 탱크와 연결된 유출 관로에 설치되는 분리막의 유지 화학 세정 시스템.
  9. 제4항에 있어서, 상기 세정 탱크에는 수위를 감지하는 수위 센서가 설치되는 분리막의 유지 화학 세정 시스템.
  10. 제4항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 측정부로부터 측정된 세정액 중의 화학 세정제의 농도와 세정시간을 곱한 값이 일정하게 유지되도록 상기 세정액 공급부의 세정액 공급 시간 또는 상기 화학 세정제 공급부의 화학 세정제 공급량을 제어하는 분리막의 유지 화학 세정 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제어부는
    유지 화학 세정이 종료된 후 상기 측정부로부터 측정된 세정액 중의 화학 세정제의 농도가 최초 화학 세정제의 농도 대비 80 % 이상인 경우 상기 세정액 공급부의 세정액 공급 시간을 조절하여 차기 유지 화학 세정을 수행하는 분리막의 유지 화학 세정 시스템.
  12. 제10항에 있어서, 상기 제어부는
    유지 화학 세정이 종료된 후 상기 측정부로부터 측정된 화학 세정제의 농도가 최초 화학 세정제의 농도에 이를 때까지 상기 화학 세정제 공급부의 화학 세정제 공급량을 조절하여 차기 유지 화학 세정을 수행하는 분리막의 유지 화학 세정 방법.
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WO2022114914A1 (ko) * 2020-11-30 2022-06-02 롯데케미칼 주식회사 기체 분리막 운전 방법

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