KR100774881B1 - 수온에 따른 모래여과공정의 역세척수 유속제어 장치 및방법 - Google Patents

수온에 따른 모래여과공정의 역세척수 유속제어 장치 및방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일반적인 수처리공정에서 핵심공정으로 적용되고 있는 급속여과지의 운전 및 관리를 위하여 온라인 온도계(On-Line Thermometer), 역세척 펌프 및 압축공기를 이용하여 급속여과지 역세척시 역세척수의 수온 조건에 따라 급속여과지의 역세척 유속, 역세척 유량 및 역세척 시간을 조절함으로써 급속여과지의 역세척을 효율적으로 수행하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 급속여과지에 공급되는 역세척수의 온도를 측정하는 제1 단계; 측정된 수온에 따라 온도 범위를 각각 0 ∼ 10℃, 11 ∼ 20℃, 21 ∼ 30℃, 31℃이상 4단계로 등급화하고, 측정된 온도 범위에 따라 미리 설정한 물역세척 유속을 결정하는 제2 단계; 및 상기 제어부에서는 입력된 측정온도 범위에 따라 공기 역세척 시간 및 물역세척 시간을 결정하는 제3 단계를 포함하는 수온에 따른 모래여과공정의 역세척수 유속제어방법 및 상기 제어방법을 구현하기 위한 장치를 제공함으로써 기존 급속여과지의 일률적인 역세척 유속 및 공기역세척량을 유지하는 역세척 방법을 변경하여, 역세척수의 수온 조건에 따라 역세척 유속 및 방법을 조절하여 일정한 여과층의 유동을 유지시킬 수 있도록 하였다.
수처리, 급속여과지, 온라인 온도계, 공기역세척, 물역세척

Description

수온에 따른 모래여과공정의 역세척수 유속제어 장치 및 방법{A APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING THE BACKWASH OF A RAPID FILTER USING CRITERIA OF TEMPERATURE}
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수온에 의한 급속여과지 역세척 제어 장치를 나타낸 개략도.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수온에 의한 급속여과지 역세척 제어 방법의 흐름도.
도3은 본 발명의 급속여과지 역세척 제어방법에서 온도범위에 따른 최적의 급속여과지 역세척 유속을 분석한 결과를 나타낸 도표.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1: 제어 PC 2: 제어부
3: 초음파 수위계 4: 역세척 펌프
5: 온도계 6: 유량계
7: 물역세척 유량조절 밸브 8: 물역세척 밸브
9: 공기 밸브 10: 공기 압축기
11: 역세척수 저장조
본 발명은 수처리 분야에서의 핵심공정인 급속여과지를 효율적으로 역세척하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 탁도 유발물질인 입자성 물질의 제거를 위하여 핵심공정으로 활용되는 급속여과지의 효율적인 역세척을 수행하기 위하여 온라인 온도계(On-Line Thermometer), 역세척 펌프 및 공기역세척 장치를 이용하여 급속여과지로 유입되는 유입수의 수온에 따라 역세척 수량 및 공기량을 조절하는 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 급속여과지는 원수 중의 현탁물질을 약품으로 응집시킨 다음 입상층에서 비교적 빠른 속도로 물을 통과시켜 여재에 부착시키거나 여과층에서 체거름작용으로 탁질을 제거하는 기술로서, 수처리 공정의 핵심 공정이다. 이러한 급속여과지는 운전 시간이 경과될수록 수중의 입자성 물질이 여재 내에 축적되어 폐색이 되고, 이에 따른 여과 유속 및 유량의 감소가 자연적으로 발생하기 때문에 주기적인 역세척이 필수적으로 요구된다.
통상 급속여과지의 역세척은 2단계로 되어 있으며 1단계는 탁질을 여재로부터 박리하고 또 박리된 탁질을 여과층으로부터 분리하여 배출시키는 과정을 진행한다. 이때, 역세척수 및 공기를 이용하여 여과층을 유동상태로 유지하여 부착 탁질을 박리하여 분리하는 단계이다. 2단계는 여과층상으로부터 분리된 탁질을 조속히 트로프로 배출시키는 단계로 트로프의 높이 및 간격의 영향을 받는다.
급속여과지의 역세척은 여과층 전체가 균등하고 유효한 세척 여부에 따라 효율이 달라지게 된다. 이를 위해서는 역세척시 여과층의 팽창률을 유지하여야 하며, 이에 따라 여과층 내에 억류되어 있는 탁질을 여재로부터 박리하고 또 박리된 탁질을 여과층으로부터 분리하여 트로프로 월류배출시키는데 필요하고 충분한 역세척 유속과 균등한 수류분포가 유지될 수 있다.
특히, 급속여과지의 역세척은 수온에 따라 역세척 팽창률이 달라지게 되며, 이에 따라 계절적인 변화에 역세척 수량을 변동시키지 않을 경우 팽창률이 달라지므로 이를 보상하지 않고 운전할 경우 효과적인 역세척을 기대하기 어렵다.
기존의 급속여과지 역세척 운전에서 일교차가 큰 날씨에 역세척수의 수온을 고려하지 않고 운영함으로써 역세척시 역세척 수량의 소비가 과다하게 발생하고 있다. 또한, 여름철과 겨울철에 역세척수의 수온이 큰 경우 운전자가 일일이 수온을 측정하여 역세척 수량을 직접 수동으로 조절하고 있다. 이로 인하여, 운전에 상당한 불편함이 제기되고 있으며, 운전자 교체시 업무의 인수인계 과정에서 역세척 수량 조절을 소홀히 취급함으로써, 급속여과지 표층에는 압밀된 플록(Floc)층이 형성되거나, 급속여과지 내에 머드볼(Mud-ball)이 형성되어 여과면적의 감소로 인한 여과저항의 증대, 주변여과속도의 증대로 인한 플록의 누출, 여과지 벽체와 여과재 사이에 형성된 간격을 통로로 하여 플록이 유출되는 등 심각한 운전상의 문제가 발생할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해서는 급속여과지 역세척시, 역세척수의 수온에 따라 역세척 수량을 자동으로 조절하여 역세척수의 손실을 최소화하면서 역세척 효율을 최대화할 수 있는 자동제어시스템의 개발이 요구되고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 정수 처리 공정에 핵심 공정으로 적용되고 있는 급속여과지의 역세척 과정에서 수온을 지표로 선정하여 유입수의 수온에 따라 역세척 유속 및 공기량을 조절함으로써 일정한 여과층의 유동을 유지하도록 제어하는 역세척 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 외부로부터 역세척수를 급속여과지에 공급하기 위한 역세척수 공급수단; 상기 급속여과지에 역세척수를 공급하기 위한 배관라인상에 설치되어 역세척수의 온도 및 유량을 실시간으로 측정하고, 이 측정 데이타를 이용하여 역세척수 유량을 조절하는 역세척수 유량 조절수단; 상기 역세척수 유량 조절수단으로부터 측정된 데이타를 수신하고 기설정된 입력 데이타값과 비교연산하여 얻어진 변환된 측정신호를 이용하여 역세척 유속, 역세척 유량 및 역세척 시간을 제어하기 위한 제어수단; 및 상기 제어수단에서 전송되는 변환된 제어신호를 수신하여 상기 급속여과지의 온도를 디스플레이하고, 상기 변환된 측정신호가 기설정된 기준범위에 해당될 경우에 상기 급속여과지의 역세척시점이 도래하였음을 인식하여 역세척 유속과 역세척 유량을 상기 제어수단에 전송하는 제어 PC(Personal Computer)를 포함하는 수온에 따른 모래여과공정의 역세척수 유속제어장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 급속여과지에 공급되는 역세척수의 온도를 측정하는 제1 단계; 측정된 수온에 따라 온도 범위를 각각 0℃ 초과 10℃ 미만, 11℃ 초과 20℃ 미만, 21℃ 초과 30℃ 미만, 31℃이상 4단계로 등급화하고, 측정된 온도 범위에 따라 미리 설정한 물역세척 유속을 결정하는 제2 단계; 및 상기 제어부에서는 입력된 측정온도 범위에 따라 공기 역세척 시간 및 물역세척 시간을 결정하는 제3 단계를 포함하는 수온에 따른 모래여과공정의 역세척수 유속제어방법을 제공한다.
여기서, 상기 측정된 온도가 (a) 0℃ 초과 10℃ 미만일 경우, 역세척 유속을 28 ∼ 35 m/hr로 결정하며, (b) 11℃ 초과 20℃ 미만일 경우, 역세척 유속을 33 ∼ 42 m/hr로 결정하며, (c) 21℃ 초과 30℃ 미만일 경우, 역세척 유속을 38 ∼ 46 m/hr로 결정하며, (d) 31℃ 이상일 경우, 역세척 유속을 40 m/hr 이상으로 결정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 측정된 온도 범위에 따라 상기 급속여과지 역세척 유속 및 공기역세척 유량을 제어하는 역세척 유량조절 밸브, 물역세척 밸브, 공기 역세척 밸브, 배수 밸브 및 정수 밸브를 제어하여 역세척 시간 및 순서를 조절하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도1 내지 도3을 참조하여 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명한다.
본 발명은 기존 급속여과지의 일률적인 역세척 유속 및 공기역세척량을 유지하는 역세척 방법을 변경하여, 역세척수의 수온 조건에 따라 역세척 유속 및 역세척 수량 또는 공기량을 조절하여 일정한 여과층의 유동을 유지할 수 있도록 구현한 것이다.
도1은 수온에 의한 급속여과지 역세척 장치를 도시한 것으로서, 수처리 시스템에서 급속여과지 역세척시 역세척수의 수온에 따라 역세척 유속, 역세척 수량, 역세척 공기량을 실시간으로 자동 제어하는 장치이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명은 역세척수가 저장된 역세척수 저장조(11)와; 상기 역세척수 저장조(11)로부터 역세척수를 급속여과지에 공급하기 위한 역세척 펌프(4)와; 상기 급속여과지에 역세척수를 공급하기 위한 배관라인상에 설치되어 역세척수의 온도 및 유량을 실시간으로 측정하고, 이 측정 데이타를 이용하여 역세척수 유량을 조절하는 역세척수 유량조절장치와; 상기 역세척수 유량조절장치로부터 측정된 데이타를 수신하고 기설정된 입력 데이타값과 비교연산하여 역세척 유속, 역세척 유량 및 역세척 시간을 제어하기 위한 제어부(2); 및 상기 제어부(2)에서 전송되는 변환된 측정신호를 수신하여 상기 급속여과지의 온도를 디스플레이하고, 상기 변환된 측정신호가 기설정된 기준범위에 해당될 경우에 상기 급속여과지의 역세척 시점이 도래하였음을 인식하여 역세척 유속 및 역세척 유량을 상기 제어부(2)에 전송하는 제어 PC(1)로 구성된다.
상기 역세척수 유량조절장치는 공급되는 역세척수의 온도를 측정하고 이 측정 데이타를 상기 제어부(2)에 온라인으로 송출하는 온라인(on-line) 온도계(5)와; 상기 역세척수의 유량을 측정하여 제어부(2)에 송출하는 유량계(6)와; 상기 제어부(2)로부터 제어신호를 인가받아 역세척수 유량을 조절하는 물역세척 유량 조절 밸브(7)와; 상기 유량이 조절된 역세척수를 급속여과지에 선택적으로 공급하기 위해 개폐되는 물역세척 밸브(8)를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 급속여과지에 공급되는 역세척수와는 별도로 제어부(2)로부터 제어신호를 인가받아 소정 량의 공기를 급속여과지에 공급하는 공기 밸브(9); 및 상기 공기 밸브(9)측으로 소정 압력의 공기를 공급하기 위한 공기압축기(10)를 더 포함할 수 있다.
미설명부호 3은 급속여과지의 수위를 조절하기 위한 초음파 수위계를 나타낸다.
상기와 같이 구성된 본 발명에서 역세척수 유속을 제어하기 위한 방법을 도2를 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 역세척수 펌프(4)를 가동시켜 역세척수 저장조(11)로부터 역세척수를 급속여과지에 공급하게 되며, 온라인 온도계(5)를 이용하여 상기 급속여과지 역세척수의 온도를 측정한다(S10). 다음에 측정된 수온에 따라 온도 범위를 각각 0℃ 초과 10℃ 미만, 11℃ 초과 20℃ 미만, 21℃ 초과 30℃ 미만, 31℃ 이상 4단계로 등급화하고, 측정된 온도 범위에 따라 미리 설정한 물역세척 유속을 결정한다(S20, S30).
상기 제어부(2)에서는 입력된 측정온도 범위에 따라 공기 역세척 시간 및 물역세척 시간을 결정한다(S40). 상기 S40 단계를 수행하고, 상기 급속여과지의 역세척 시점이 도달했는지를 판단하여, 역세척 시점이 도달했을 경우 역세척을 수행하고 그렇지 않을 경우 S10단계의 수온계측을 다시 시작한다(S50, S60).
도3은 온도 범위에 따른 최적의 역세척 유속을 분석한 결과를 나타내고 있다. 전술한 S10단계에서 측정된 온도가 (a) 0℃ 초과 10℃ 미만일 경우, 역세척 유속을 28 ∼ 35 m/hr로 결정하며, (b) 11℃ 초과 20℃ 미만일 경우, 역세척 유속을 33 ∼ 42 m/hr로 결정하며, (d) 21℃ 초과 30℃ 미만일 경우, 역세척 유속을 38 ∼ 46 m/hr로 결정하며, (d) 31℃ 이상일 경우, 역세척 유속을 40 m/hr 이상으로 결정하는 역세척을 수행하는 것이 최적의 효과를 나타난 것으로 분석되었다.
또한, S10단계에서 측정된 온도 범위에 따라 상기 급속여과지의 역세척 유속 및 공기역세척 유량을 제어하는 역세척 유량조절 밸브, 역세척수 밸브, 공기 역세척 밸브, 역세척수 유출단에 구비된 배수 밸브 및 정수밸브를 제어하여 역세척 시간 및 순서를 조절한다.
지금까지 본 발명에 관한 바람직한 실시예와 그 실시예에 따른 급속여과지의 운전 결과가 설명되었다. 그러나, 이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 기존 수처리 공정의 급속여과지에서 역세척의 수온 변화에 무관하게 역세척 유속과 공기량을 일정하게 유지함으로써 역세 척 시 여과층의 팽창률이 변동되어 역세척이 원활히 수행되지 않는 단점을 보완할 수 있으며, 이러한 유입수의 수온 데이터를 실시간으로 수집하여 역세척 팽창률을 일정하게 유지함으로써 역세척 효율과 경제성을 도모할 수 있는 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 역세척 팽창률을 유지시킴으로써 여과층을 유동상태로 하고 국소적인 단락류나 작은 소용돌이에 의한 여재 상호간의 충돌과 마찰이나 수류의 전단력으로 부착탁질을 박리함으로써 여과지속시간의 증가, 여과수질의 증대, 머드볼(Mud Ball)의 발생 억제 등의 효과를 기대할 수 있다.

Claims (10)

  1. 외부로부터 역세척수를 급속여과지에 공급하기 위한 역세척수 공급수단;
    상기 급속여과지에 역세척수를 공급하기 위한 배관라인상에 설치되어 역세척수의 온도 및 유량을 실시간으로 측정하고, 이 측정 데이타를 이용하여 역세척수 유량을 조절하는 역세척수 유량 조절수단;
    상기 역세척수 유량 조절수단으로부터 측정된 데이타를 수신하고 기설정된 입력 데이타값과 비교연산하여 얻어진 변환된 측정신호를 이용하여 역세척 유속, 역세척 유량 및 역세척 시간을 제어하기 위한 제어수단; 및
    상기 제어수단에서 전송되는 변환된 제어신호를 수신하여 상기 급속여과지의 온도를 디스플레이하고, 상기 변환된 측정신호가 기설정된 기준범위에 해당될 경우에 상기 급속여과지의 역세척시점이 도래하였음을 인식하여 역세척 유속 및 역세척 유량을 상기 제어수단에 전송하는 제어 PC(Personal Computer)
    를 포함하는 수온에 따른 모래여과공정의 역세척수 유속제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 역세척수 유량조절수단은
    급속여과지에 공급되는 역세척수의 온도를 측정하고 이 측정 데이타를 상기 제어수단에 온라인으로 송출하는 온도계;
    상기 역세척수의 유량을 측정하여 제어수단에 송출하는 유량계;
    상기 제어수단으로부터 제어신호를 인가받아 역세척수 유량을 조절하는 역세척수 유량 조절 밸브; 및
    상기 유량이 조절된 역세척수를 급속여과지에 공급하기 위해 상기 제어수단의 제어신호에 의해 선택적으로 개폐되는 역세척수 밸브
    를 포함하는 수온에 따른 모래여과공정의 역세척수 유속제어장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어수단은
    역세척수 유량 조절수단에서 측정된 온도 신호를 수신하여 역세척 유속범위를 결정하고, 역세척수 유량계를 통하여 수집된 유량값을 여과지의 단위면적당 유속으로 변환하여 역세척수의 유속을 결정하여 역세척 시점 도래시에 역세척 유속을 제어하는 것을 특징으로 하는 수온에 따른 모래여과공정의 역세척수 유속제어장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    급속여과지에 공급되는 역세척수와는 별도로 제어수단으로부터 제어신호를 인가받아 소정량의 공기를 급속여과지에 공급하는 공기 밸브; 및
    상기 공기 밸브측으로 소정 압력의 공기를 공급하기 위한 공기압축기
    를 더 포함하는 수온에 따른 모래여과공정의 역세척수 유속제어장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어PC는
    역세척수 유량조절수단에 의해 측정된 수온에 관한 데이터를 실시간으로 저장하고 그 저장된 데이터로부터 역세척 수량을 지정하기 위하여 통계 분석한 후, 상기 통계 분석된 결과를 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 수온에 따른 모래여과공정 역세척수 유속제어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 급속여과지내에 공급되는 역세척수의 수위를 측정하여 온라인으로 제어수단에 송출하는 초음파 수위계를 더 포함하는 수온에 따른 모래여과공정의 역세척수 유속제어장치.
  7. 급속여과지에 공급되는 역세척수의 온도를 측정하는 제1 단계;
    측정된 수온에 따라 온도 범위를 각각 0℃ 초과 10℃ 미만, 11℃ 초과 20℃ 미만, 21℃ 초과 30℃ 미만, 31℃ 이상의 4단계로 등급화하고, 측정된 온도 범위에 따라 미리 설정한 물역세척 유속을 결정하는 제2 단계; 및
    상기 제어부에서는 입력된 측정온도 범위에 따라 공기 역세척 시간 및 물역세척 시간을 결정하는 제3 단계
    를 포함하는 수온에 따른 모래여과공정의 역세척수 유속제어방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제3 단계 수행 후, 상기 급속여과지 역세척 시점이 도달했는지를 판단하여, 역세척 시점이 도달했을 경우에 역세척을 수행하는 제4 단계
    를 더 포함하는 수온에 따른 모래여과공정의 역세척수 유속제어방법.
  9. 제 7 항 또는 제8 항에 있어서,
    상기 제2 단계에서 측정된 온도가
    (a) 0℃ 초과 10℃ 미만일 경우, 역세척 유속을 28 ∼ 35 m/hr로 결정하며,
    (b) 11℃ 초과 20℃ 미만일 경우, 역세척 유속을 33 ∼ 42 m/hr로 결정하며,
    (c) 21℃ 초과 30℃ 미만일 경우, 역세척 유속을 38 ∼ 46 m/hr로 결정하며,
    (d) 31℃ 이상일 경우, 역세척 유속을 40 m/hr 이상으로 결정하여 역세척을 수행하는 것을 특징으로 하는 수온에 따른 모래여과공정의 역세척수 유속제어방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    측정된 온도 범위에 따라
    상기 급속여과지의 역세척 유속 및 공기역세척 유량을 제어하는 역세척 유량조절 밸브, 역세척수 밸브, 공기 역세척 밸브, 역세척수 유출단에 구비된 배수 밸브 및 정수밸브를 제어하여 역세척 시간 및 순서를 조절하는 것을 특징으로 하는 수온에 따른 모래여과공정 역세척수 유속제어 방법.
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KR20200129421A (ko) 2019-05-08 2020-11-18 한국과학기술연구원 배액을 이용하여 역세척이 가능한 순환식 수경재배 시스템 및 역세척 방법

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