KR101269253B1 - Membrane cleaning interval prediction method and system in membrane bioreactor - Google Patents

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Abstract

본 발명은 생물막반응조의 막간 압력차를 예측 하고, 막간 압력차의 예측을 통해 멤브레인 모듈의 세정 시기를 예측할 수 있는 선형 모델을 제공하고, 멤브레인 모듈의 정확한 세정 시기를 예측하는 방법 및 시스템을 제공한다. 또한, 통계학적 최소자승법과 순환 최소자승법을 사용하여 예측 모델을 구축하고, 예측 모델에 RMSE를 적용하여 그 유효성을 검토할 수 있다.
본 발명에 따른 생물막반응조의 막 세정 시기 예측 방법은, 막간압력차-시간 사이의 지수적 관계식을 갖는 생물막반응조의 막 세정 시기 예측 방법에 있어서, 상기 막간압력차-시간 곡선의 추정지표 선형화를 수행하여 선형 관계식을 도출하는 1단계; 미리 정해진 시간 주기마다 생물막반응조 운전 시간 및 막간 압력차를 측정하여 측정값을 도출하는 2단계; 측정된 시간 및 막간압력차에 순환 최소자승법을 적용하여 상기 측정값이 도출될 때마다 상기 선형 관계식의 매개변수를 도출하는 3단계; 및 상기 선형 관계식에 막 세정이 필요한 경우의 막간 압력차를 대입하여, 막 세정 시기를 도출하는 4단계를 포함한다.
The present invention provides a linear model for predicting the intermembrane pressure difference of the biofilm reactor, the prediction time of the membrane module through the prediction of the intermembrane pressure difference, and provides a method and system for predicting the precise cleaning time of the membrane module. . In addition, we can build a predictive model using statistical least-squares method and cyclic least-squares method, and examine its effectiveness by applying RMSE to the predictive model.
In the method for predicting membrane cleaning timing of a biofilm reactor according to the present invention, in the method for predicting membrane cleaning timing of a biofilm reactor having an exponential relationship between the intermembrane pressure difference and time, the estimation index linearization of the intermembrane pressure difference and time curve is performed. 1 step of deriving a linear relationship; Deriving a measurement value by measuring a biofilm reactor operation time and an intermembrane pressure difference at a predetermined time period; Deriving a parameter of the linear relation whenever the measured value is derived by applying a cyclic least square method to the measured time and the interlayer pressure difference; And four steps of deriving the membrane cleaning timing by substituting the intermembrane pressure difference when the membrane cleaning is required in the linear relational expression.

Description

생물막반응조의 막 세정 시기 예측 방법 및 시스템{MEMBRANE CLEANING INTERVAL PREDICTION METHOD AND SYSTEM IN MEMBRANE BIOREACTOR}Method and system for predicting membrane cleaning time of biofilm reactor {MEMBRANE CLEANING INTERVAL PREDICTION METHOD AND SYSTEM IN MEMBRANE BIOREACTOR}

본 발명은 생물막반응조의 막 세정 시기 예측 방법 및 시스템에 대한 것으로, 상세하게는 추정지표의 선형화를 통해 막간압력차 관계식을 선형화 하고, 최소자승법 또는 순환 최소자승법을 이용하여 매개변수를 도출함으로써, 생물막반응조의 막 세정 시기를 예측하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a method and a system for predicting membrane cleaning time of a biofilm reactor, in particular, by linearizing the estimated indicators, linearizing the relationship between pressure differentials and deriving a parameter using a least square method or a cyclic least square method. A method and system for predicting the timing of membrane cleaning of a reactor.

활성 슬러지 공정은 활성 슬러지(Activated sludge) 조건에서 하수를 산화하는 세균 군집과 함께 공기공급조(포기조)에서 공기를 공급하여 하수 속의 콜로이드 상태 또는 용해한 물질이 침전하거나 활성 슬러지에 흡착되어 정화되는 폐수처리 공법의 하나이다. 이러한 활성 슬러지 공정에 있어서, 정화작용을 수행한 활성 슬러지를 다시 본처리과정으로 반송하고, 2차 고형물을 제거하기 위해 멤브레인 모듈을 활용한 것을 생물막반응조(Membrane Bioreactor : MBR)라 한다.The activated sludge process supplies air from an air supply tank (aeration tank) together with a bacterial community that oxidizes sewage under activated sludge conditions, and wastewater treatment in which colloidal or dissolved substances in sewage precipitate or are adsorbed on activated sludge. It is one of the construction methods. In this activated sludge process, the activated sludge which has been purged is returned to the main treatment process, and a membrane module is used to remove the secondary solids, which is called a membrane bioreactor (MBR).

생물막반응조는 생물반응조에서 산소를 공급하고 세균 군집을 교반하여 정화가 일어나도록 하고, 정화된 물을 멤브레인 모듈에 통과시킴으로써, 슬러지와 고형물을 걸러내어 2차적으로 정화가 일어나도록 하는 것이다.The biofilm reactor is to supply oxygen from the bioreactor and stir the bacterial community to purge, and to pass the purified water through the membrane module to filter the sludge and solids so that the secondary purification.

생물막반응조는 멤브레인 모듈의 위치에 따라 측류형과 수몰형으로 분류할 수 있다.Biofilm reactors can be categorized into sidestream and submerged depending on the location of the membrane module.

도 1은 측류형의 생물막반응조를 도시한 것이고, 도 2는 수몰형의 생물막반응조를 도시한 것이다.FIG. 1 illustrates a side flow type biofilm reactor, and FIG. 2 illustrates a submerged biofilm reactor.

도 1 및 도 2를 참조하면, 측류형의 생물막반응조는 멤브레인 모듈(10)이 바이오리액터(20)로부터 분리되어 있는 반면, 수몰형의 생물막반응조는 멤브레인 모듈(10)이 바이오리액터(20)에 수몰된 형태로 제공된다. Referring to FIGS. 1 and 2, in the sidestream biofilm reactor, the membrane module 10 is separated from the bioreactor 20, whereas in the submerged biofilm reactor, the membrane module 10 is connected to the bioreactor 20. It is provided in submerged form.

측류형의 경우 멤브레인 모듈(10)에서 걸러진 슬러지를 바이오리액터(20)로 반환하는 공정이 더 추가된 것에 차이가 있을뿐, 바이오리액터(20)에서 정화된 물을 멤브레인 모듈(10)에 투과하여 제 2차 정화를 수행한다는 점은 양자 모두 동일하다.In the case of the side flow type, there is a difference in that a process of returning the sludge filtered from the membrane module 10 to the bioreactor 20 is further added, and the water purified in the bioreactor 20 is permeated through the membrane module 10. The same is true for performing the second purification.

활성 슬러지 공정에 있어서 멤브레인 모듈을 이용하게 되면, 슬러지와 고형물이 막을 통과하지 못하게 됨으로써, 세균 군집을 완벽하게 보존할 수 있다는 이점과, 2차 정화 처리 과정을 거침으로써, 모든 고형물이 걸러질 수 있는 시스템을 제공할 수 있다는 이점을 같게 된다.The use of a membrane module in an activated sludge process prevents sludge and solids from passing through the membrane, allowing for complete preservation of bacterial communities, and through the second purification process, all solids can be filtered out. The advantage is that the system can be provided.

그러나, 이러한 멤브레인 모듈을 이용한 활성 슬러지 공정에 있어서, 콜로이드 입자 등이 분산된 현탁 수용액을 막여과시킬 때 농도분극으로 막표면에 용질이 쌓인 케익층(cake layer)이나 젤층(gel layer)에 의해 발생하는 막오염(membrane fouling)은 공정의 전체 효율을 떨어뜨리게 되므로, 막을 주기적으로 세척 또는 교체해 주어야 한다.However, in the activated sludge process using such a membrane module, when the membrane-filtered suspension aqueous solution in which colloid particles and the like are dispersed is generated by a cake layer or a gel layer in which solute is accumulated on the membrane surface. Membrane fouling will reduce the overall efficiency of the process, so the membrane should be cleaned or replaced periodically.

막 표면의 슬러지 퇴적물, 케익층(cake layer)이나 젤층(gel layer)의 형성 미생물의 성장 등이 파울링 현상의 원인으로 지목되고 있다. 뿐만 아니라, 콜로이드, 여과된 고형물로 인해 미립자 막오염(Particulate fouling)이 진행될 수 있으며, 혼압액 부유 고형물(Mixed Liquor Suspended Solid : MLSS) 용존 산소량, 슬러지 보존 시간 등도 미립자 막오염에 영향을 끼치는 인자로 작용할 수 있다.Sludge deposits on the surface of the film, the formation of cake layers or gel layers, and the growth of microorganisms are pointed to cause fouling. In addition, particulate fouling may occur due to colloids and filtered solids, and mixed oxygen suspended solids (MLSS) dissolved oxygen and sludge retention time are also factors that affect particulate membrane fouling. Can work.

이처럼 막오염을 원인이 되는 인자의 다양성으로 인해 파울링 프로세스의 예측은 복잡한 계산과정이 필요하고, 이에 따라 아직까지 파울링 메커니즘에 대해 일반적으로 수용되는 보편적 모델은 없는 실정이다.
Due to the variety of factors that cause membrane fouling, the prediction of the fouling process requires a complicated calculation process, and thus there is no universal model generally accepted for the fouling mechanism.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은, 본 발명은 생물막반응조의 막간 압력차를 예측 하고, 막간 압력차의 예측을 통해 멤브레인 모듈의 세정 시기를 예측할 수 있는 선형 모델을 제공하여, 예측 모델의 정확성을 향상 시키는 것에 목적이 있다.The present invention devised to solve the above problems, the present invention provides a linear model that predicts the intermembrane pressure difference of the biofilm reaction tank, and can predict the cleaning time of the membrane module through the prediction of the intermembrane pressure difference, The purpose is to improve the accuracy of the model.

또한, 예측 모델을 제시하기 위한 방법으로, 통계학적 최소자승법과 순환 최소자승법을 사용하고, 예측 모델에 RMSE를 적용하여 그 유효성을 검토하는 것에 다른 목적이 있다.
In addition, as a method for presenting a prediction model, there is another purpose of using the statistical least square method and the cyclic least square method, and examining the effectiveness of applying the RMSE to the prediction model.

상기 목적을 해결하기 위한 본원의 제 1 발명, 생물막반응조의 막 세정 시기 예측 방법은, 막간압력차-시간 사이의 지수적 관계식을 갖는 생물막반응조의 막 세정 시기 예측 방법에 있어서, 상기 막간압력차-시간 곡선의 추정지표 선형화를 수행하여 선형 관계식을 도출하는 1단계; 생물막반응조 운전 시간 및 막간 압력차를 측정하는 2단계; 측정된 시간 및 막간압력차에 최소자승법을 적용하여 상기 선형 관계식의 매개변수를 도출하는 3단계; 및 상기 선형 관계식에 막 세정이 필요한 경우의 막간 압력차를 대입하여, 막 세정 시기를 도출하는 4단계를 포함한다.The first invention of the present application, the membrane cleaning timing prediction method of the biofilm reaction tank for solving the above object, in the membrane cleaning timing prediction method of the biofilm reaction tank having an exponential relationship between the intermembrane pressure difference-time, A step 1 of deriving a linear relational expression by performing linearization of an estimated index of a time curve; Measuring the biofilm reactor operation time and the pressure difference between the two membranes; Deriving a parameter of the linear relation by applying a least square method to the measured time and the interlayer pressure difference; And four steps of deriving the membrane cleaning timing by substituting the intermembrane pressure difference when the membrane cleaning is required in the linear relational expression.

이때, 본원의 제 1 발명은, 막간압력차-시간 사이의 지수적 관계식을 갖는 생물막반응조의 막 세정 시기 예측 방법에 있어서, 상기 막간압력차-시간 곡선의 추정지표 선형화를 수행하여 선형 관계식을 도출하는 1단계; 미리 정해진 시간 시기로 생물막반응조 운전 시간 및 막간 압력차를 측정하여 측정값 도출하는 2단계; 측정된 시간 및 막간압력차에 순환 최소자승법을 적용하여 상기 측정값이 도출될 때 마다 상기 선형 관계식의 매개변수를 도출하는 3단계; 및 상기 매개변수의 도출값에 통계적 품질 관리 기법을 적용하여, 막 세정 시기를 예측하는 4단계를 포함하는 형태로 실시될 수도 있다.At this time, the first invention of the present application, in the method for predicting the membrane cleaning time of the biofilm reactor having an exponential relationship between the inter-membrane pressure difference-time, deriving a linear relationship by performing linearization of the estimated index of the inter-membrane pressure difference-time curve Step 1 to do; A second step of measuring a biofilm reactor operation time and an intermembrane pressure difference at a predetermined time period to derive a measurement value; Deriving a parameter of the linear relation whenever the measured value is derived by applying a cyclic least square method to the measured time and the interlayer pressure difference; And a four step of predicting the timing of membrane cleaning by applying a statistical quality control technique to the derived value of the parameter.

본원의 제 2 발명, 생물막반응조의 막 세정 시기 예측 시스템은, 생물막반응조로부터 운전시간에 따른 막간압력차 데이터를 측정하는 데이터 측정부; 상기 데이터 측정부로부터 측정한 데이터에 최소자승법을 적용하여 막간압력차-운전 시간 사이의 선형 방정식의 매개변수를 산출하는 매개변수 산출부; 및 상기 선형방정식에 기설정된 막간압력차의 기준치를 대입하여 막 세정 시기를 예측하는 막세정 시기 판단부를 포함한다.The second invention of the present application, the membrane cleaning timing prediction system of the biofilm reaction tank, the data measuring unit for measuring the inter-membrane pressure difference data according to the operating time from the biofilm reaction tank; A parameter calculator for calculating a parameter of a linear equation between the intermembrane pressure difference and operation time by applying a least square method to the data measured by the data measurer; And a membrane cleaning timing determination unit for predicting the membrane cleaning timing by substituting the reference value of the pre-membrane pressure difference set in the linear equation.

이때, 본원의 제 2 발명은, 생물막반응조로부터 운전시간에 따른 막간압력차 데이터를 미리 지정된 시간 주기로 측정하는 데이터 측정부; 상기 데이터 측정부로부터 측정한 데이터에 선형 최소자승법을 적용하여 막간압력차-운전 시간 사이의 선형 방정식의 매개변수를 산출하는 매개변수 산출부; 및 상기 매개변수의 분포도에 품질관리기법을 적용하여 막 세정 시기를 예측하는 막 세정 시기 판단부를 포함하는 형태로 실시될 수도 있다.
At this time, the second invention of the present application, the data measuring unit for measuring the inter-membrane pressure difference data according to the operating time from the biofilm reaction tank in a predetermined time period; A parameter calculator which applies a linear least square method to data measured by the data measurer and calculates a parameter of a linear equation between the intermembrane pressure difference and operation time; And a membrane cleaning timing determiner for predicting the membrane cleaning timing by applying a quality control technique to the distribution of the parameter.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 정규 분포를 갖는 예측 모델을 제시할 수 있어, 생물막반응조의 막간 압력차와 멤브레인 모듈의 정확한 세정 시기를 예측할 수 있는 이점이 있다.
According to the present invention having the configuration as described above, it is possible to present a predictive model having a normal distribution, there is an advantage that can be predicted between the membrane pressure difference between the biofilm reactor and the correct cleaning time of the membrane module.

도 1은 종래기술에 따른 측류형의 생물막반응조,
도 2는 종래기술에 따른 수몰형의 생물막반응조,
도 3a 및 도 3b는 생물막반응조 프로세스에 순환 최소자승법을 적용하여, 일일 간격으로 κ와 b의 분포를 나타낸 예시도,
도 4a 및 도 4b는 κ와 b의 분포가 중심선을 벗어나 ±1σ로 향하게 되는 시점의 부분 확대도, 및
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 생물막반응조의 막 세정 시기 예측 시스템의 블록도이다.
1 is a side flow biofilm reactor according to the prior art,
2 is a biofilm reaction tank of a submerged type according to the prior art,
3a and 3b is an exemplary view showing the distribution of κ and b at daily intervals by applying a cyclic least square method to the biofilm reactor process,
4A and 4B are partial enlarged views of the time point at which the distribution of κ and b is deviated from the center line to ± 1σ, and
5 is a block diagram of a membrane cleaning timing prediction system of a biofilm reactor according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

중간 시험 규모(pilot scale) 생물막반응조 프로세스에서 투과 플럭스가 일정한 경우, 막간압력차(Trans Membrane Pressure : TMP) 곡선은 최초 1, 2개월 사이 여과 과정의 끝에서 가파르게 증가하는 전형적인 지수함수 특성을 나타낸다. 이와 같이, 여과 과정의 끝에서 TMP 가 급격하게 상승하는 것은, 비균질 파울링 영역 감소 모델, 비균질 파울링 포어(pore) 감소 모델, 임계 흡입 압력 모델, 여과 이론(percolation theory), 비균질 섬유 다발 모델 등으로 설명할 수 있다.Intermediate pilot scale If the permeate flux is constant in the biofilm reactor process, the Trans Membrane Pressure (TMP) curve shows a typical exponential characteristic that increases steeply at the end of the filtration process between the first one and two months. As such, the sharp rise in TMP at the end of the filtration process may include a heterogeneous fouling area reduction model, a heterogeneous fouling pore reduction model, a critical suction pressure model, a percolation theory, a heterogeneous fiber bundle model, and the like. This can be explained by.

이 중 하나인 비균질 파울링 영역 감소 모델에 있어서, MBR 프로세서의 진행 과정에 따른 막간 압력차(Trans Membrane Pressure : TMP)는 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.In the heterogeneous fouling area reduction model, which is one of them, the transmembrane pressure (TMP) according to the progress of the MBR processor may be expressed by Equation 1 below.

Figure 112011014696585-pat00001
Figure 112011014696585-pat00001

여기서 TMP0는 파울링이 시작되기 전 여과 시간이 0인 경우 최초의 막간 압력차를 의미하는 것이고, t는 여과 시간을 의미하며 단위는 일(day) 단위이다. 또한, κt는 MBR 시스템의 특성에 의해 결정되는 시간 기반의 파울링 계수로 단위는 l/day 이다.Where TMP 0 is the initial intermembrane pressure difference when filtration time is zero before fouling starts, t means filtration time, and the unit is days. In addition, κ t is a time-based fouling coefficient, determined by the characteristics of the MBR system, in units of l / day.

상기 수학식에서, 멤브레인에 대한 화학적 세정을 진행해야 하는 막간 압력차의 최대 허용값을 정하고 MBR 시스템의 시간 기반 특성값인 κt를 알 수 있다면, 멤브레인을 세정해야 하는 시기 t를 연산할 수 있게 된다.In the above equation, if the maximum allowable value of the inter-membrane pressure difference to be subjected to chemical cleaning for the membrane can be determined and the time-based characteristic value κ t of the MBR system can be known, it is possible to calculate the time t to clean the membrane. .

일반적으로 파울링 현상에 의해 발생하는 막간 압력차는 40~50kPa 이므로, 막간 압력차의 최대 허용값은 40~50kPa 이내인 것이 바람직하다.In general, since the intermembrane pressure difference generated by the fouling phenomenon is 40 to 50 kPa, the maximum allowable value of the intermembrane pressure difference is preferably within 40 to 50 kPa.

상기 수학식 1을 일정한 플럭스 모드로 동작하는 중간실험 규모의 MBR 시스템에 적용한다면, 먼저, 필터를 투과한 누적 용량은 하기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
If Equation 1 is applied to an MBR system of an intermediate experiment scale operating in a constant flux mode, first, the cumulative capacity passing through the filter may be expressed as Equation 2 below.

Figure 112011014696585-pat00002
Figure 112011014696585-pat00002

여기서 J는 필터를 통과하는 투과 플럭스를 나타내고, A는 멤브레인의 표면적, t 는 여과 시간을 의미한다.Where J is the permeate flux through the filter, A is the surface area of the membrane and t is the filtration time.

이를 이용하여 수학식 1에 나타난 TMP 함수를 필터링 시간 대신 필터를 투과한 누적 용량에 대한 함수로 변경하면 하기 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Using this, if the TMP function shown in Equation 1 is changed to a function for the cumulative capacity passing through the filter instead of the filtering time, it can be expressed as Equation 3 below.

Figure 112011014696585-pat00003
Figure 112011014696585-pat00003

여기서 κV는 부피 기반의 비가역적인 파울링 계수를 나타내며 단위는 l/m3이다. 수학식 1과 마찬가지로, 막 세척에 필요한 최대 막간압력차를 지정하고, 시스템 특성에 따른 파울링 계수 κV가 주어진다면, 필터를 투과한 누적 용량 V를 계산함으로써, 막 세척 시기를 산정할 수 있게 된다.
Where κ V represents the volume-based irreversible fouling coefficient and the unit is l / m 3 . As in Equation 1, by specifying the maximum intermembrane pressure difference required for the membrane cleaning, and given the fouling coefficient κ V according to the system characteristics, it is possible to calculate the membrane cleaning timing by calculating the cumulative capacity V through the filter do.

수학식 3에 있어서, κV와 활성 슬러지액의 수용성 물질의 농도가 비례관계를 갖는 것으로 가정될 수 있다면, 상기 수학식 3은 하기 수학식 4와 같이 변형될 수 있다.
In Equation 3, if it can be assumed that κ V and the concentration of the water-soluble substance of the activated sludge solution have a proportional relationship, Equation 3 may be modified as in Equation 4 below.

Figure 112011014696585-pat00004
Figure 112011014696585-pat00004

여기서 L은 kg 단위의 멤브레인 표면의 유기 오염물의 누적량을 의미하고, κL은 유기 오염물 기반의 파울링 계수를 의미하며 단위는 l/kg 이다. 또한, C는 혼탁액의 수용성 물질 중 유기물의 농도를 의미한다.
Where L is the cumulative amount of organic contaminants on the membrane surface in kg, κ L is the fouling coefficient based on organic contaminants, and the unit is l / kg. In addition, C means the density | concentration of the organic substance in the water-soluble substance of a turbid liquid.

상기 수학식 1, 3 및 4에서 살펴볼 수 있는 바와 같이, MBR 프로세스에서 TMP를 모델링 한 경우, TMP는 t, V 및 L에 대해 선형 함수가 아닌 지수 함수의 형태를 갖게 되어, TMP와 t, V 및 L의 분포는 통계학적으로 비정규분포를 나타내게 되므로, 막 세척 간격을 정확하게 예측하기 어렵다는 문제점이 있다.
As can be seen in Equations 1, 3 and 4, when modeling the TMP in the MBR process, TMP has the form of an exponential function rather than a linear function for t, V and L, TMP and t, V Since the distribution of and L shows a statistically nonnormal distribution, there is a problem that it is difficult to accurately predict the membrane washing interval.

일반적으로 비정규분포는 응용 과학 및 공학에서 적용되는 관련 파라미터의 시간 혹은 공간의 변화를 표현하기 위해 사용된다. 비정규분포는 같은 변량의 정규 분포와 비교할 때 데이터의 확률밀도는 중간지점에서 피크값을 갖고 헤비 태일(heavy tails)을 갖는다는 특징이 있다. 이러한 비선형 분포를 갖는 모델링 시스템은 그 성능에 있어서, 정규 분포보다 예측 능력이 현저히 떨어진다는 단점을 갖게 된다. 그러므로, 정확한 예측을 위해서, 측정 변수를 정규분포 또는 선형 모델로 변환할 필요가 있다.
In general, nonnormal distributions are used to express changes in time or space of related parameters applied in applied science and engineering. The nonnormal distribution has the characteristic that the probability density of the data has a peak at the midpoint and heavy tails when compared with the normal distribution of the same variance. The modeling system having such a nonlinear distribution has a disadvantage in that its performance is significantly lower than that of a normal distribution in performance. Therefore, for accurate prediction, it is necessary to convert the measured variables into a normal distribution or a linear model.

상기 수학식 1, 3 및 4에서 살펴볼 수 있는 바와 같이, 막간압력차(TMP)는 지수 형태의 관계식을 갖는 비가우시안 분포의 일종인 대수정규분포(Lognormal Distribution)의 형태를 띄고 있다. 그러므로, 이와 같은 모델로 정확한 막간압력차를 예측하거나, 멤브레인의 적절한 세척 시기를 예측하는 것은 어렵게 된다. 이를 해결하기 위한 방법으로, 막간 압력차를 선형화된 변수로 변경하거나, 정규화를 수행해야 할 것이다.As can be seen in Equations 1, 3, and 4, the intermembrane pressure difference (TMP) is a lognormal distribution, which is a kind of non-Gaussian distribution having an exponential relationship. Therefore, it is difficult to predict the exact intermembrane pressure difference or to predict the time of proper washing of the membrane with such a model. To solve this problem, it is necessary to change the intermembrane pressure difference to a linearized variable or perform normalization.

상기 수학식 1, 3 및 4의 막간 압력차(TMP)의 추정지표를 선형화(Stochastic linearization)를 수행하기 위해, 자연 로그 변환을 시도할 수 있다. TMP와 막 세척 시기의 정확한 예측을 위한 모델을 구축하기 위해, 상기 수학식 1, 3 및 4의 양변에 자연로그를 취하는 것이다.In order to perform linear linearization of the estimated index of the inter-membrane pressure difference (TMP) of Equations 1, 3, and 4, natural logarithmic transformation may be attempted. In order to build a model for accurate prediction of TMP and membrane washing time, natural logarithms are taken on both sides of Equations 1, 3 and 4.

즉, 상기 수학식, 1, 3 및 4의 양변에 자연로그를 취하게 되면, 지수적 파울링 모델은 1차 선형 모델로 변환될 수 있다.
That is, taking the natural logarithm to both sides of the equations (1), (3) and (4), the exponential fouling model can be converted into a linear linear model.

예컨대, 상기 수학식 1의 양변에 자연로그를 취하게 되면, 하기 수학식 5와 같이 일차 함수로 표현될 수 있다.
For example, if the natural log is taken on both sides of Equation 1, it may be expressed as a linear function as shown in Equation 5 below.

Figure 112011014696585-pat00005
Figure 112011014696585-pat00005

즉, 매개변수인 lnTMP0와 κt가 주어진다면, TMP의 한계값을 정하여, 멤브레인 세척 시기 t를 산정할 수 있게 된다.That is, given the parameters lnTMP 0 and κ t , it is possible to estimate the membrane cleaning timing t by setting the limit value of TMP.

즉, 수학식 1, 3 및 4의 양변에 자연로그를 취하게 되면, 하기 수학식 6과 같은 1차 선형 모델로 변환될 수 있다.
That is, if the natural log is taken on both sides of the equations (1), (3) and (4), it can be converted into a linear linear model such as the following equation (6).

Figure 112011014696585-pat00006
Figure 112011014696585-pat00006

즉, MBR 프로세서의 모델링 함수는 로그함수를 취함으로서, 상기 수학식 6과 같은 선형성을 갖는 일차함수로 표현될 수 있다. 여기서 y는 lnTMP를 나타내고, κ는 κt, κL, κV 의 관계식, t는 운전 일수를 나타내고, b는 lnTMP0값을 나타낸다.That is, the modeling function of the MBR processor may be represented by a linear function having a linearity as shown in Equation 6 by taking a logarithmic function. Where y represents lnTMP, κ represents the relationship of κ t , κ L , κ V , t represents the number of days of operation, and b represents the lnTMP 0 value.

이때, 매개변수 κ와 b 값을 구하기 위해, 최소자승법(least-square method)를 활용할 수 있다. 최소자승법은 측정된 TMP 값과, 운전일수 t의 데이터를 이용하여, 매개변수 κ와 b의 값을 예측하는 통계학적 방법이다.In this case, the least-square method may be used to obtain values of the parameters κ and b. The least-squares method is a statistical method for predicting the values of parameters κ and b using measured TMP values and data of days of operation t.

최소자승법을 통해 κ와 b 값을 예측한 후, 파울링의 한계 TMP를 정함으로써, 막 세정이 필요한 운전일수 t를 산정할 수 있는 것이다.
By predicting the values of κ and b through the least-squares method, the limiting TMP of fouling can be determined, and thus the number of days t required to clean the membrane can be estimated.

최소자승법으로 도출된 κ와 b 값의 유효성을 검증하기 위해 RMSE(Root Mean Square Error)를 사용할 수 있다. RMSE는 지수 형태의 관계식에 의해 예측된 값과, 실제 측정된 값의 차이를 측정하기 위한 것이다. Root Mean Square Error (RMSE) can be used to validate the k and b values derived by the least-squares method. The RMSE is for measuring the difference between the value predicted by the exponential relationship and the actual measured value.

RMSE는 하기 수학식 8과 같이 정의될 수 있다.
RMSE can be defined as Equation 8 below.

Figure 112011014696585-pat00007
Figure 112011014696585-pat00007

여기서 Yi는 실제로 측정된 TMP 값을,

Figure 112011014696585-pat00008
는 모델에 의해 예측된 TMP 값을 나타내며, n은 샘플의 수를 나타내는 것이다.Where Y i is the actual measured TMP value,
Figure 112011014696585-pat00008
Denotes the TMP value predicted by the model, and n denotes the number of samples.

위와 같은 최소자승법을 이용하면, 생물막반응조 프로세스에 적용 가능한 하나의 관계식을 도출할 수 있다. 그러나 최소자승법을 사용하는 경우에는, 생물막반응조 전체 프로세스에 걸쳐 하나의 관계식을 사용하기 때문에, 막간 압력차가 다른 측정값의 오차에 의해 영향을 받는 경우에는, 막간압력차의 측정값이 정상인지 비정상인지를 판단할 수 없다는 문제점을 갖는다.Using the least-squares method described above, one relationship can be derived that is applicable to the biofilm reactor process. However, when the least-squares method is used, one relational expression is used throughout the entire biofilm reactor, so if the inter-membrane pressure difference is affected by an error of another measurement value, is it normal or abnormal? There is a problem that can not be determined.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 방안으로, 순환 최소자승법을 적용하여, 실험 날짜별로, 적합한 막간압력차에 대한 관계식을 도출할 수 있다.In order to solve this problem, by applying the cyclic least squares method, it is possible to derive a relation for the appropriate inter-membrane pressure difference for each experimental date.

순환 최소자승법을 적용하기 위해서는, 생물막반응조 공정에 있어, 막간압력차 데이터는 주기적으로 업데이트 되어야 하며, 일단위로 업데이트 되는 것이 바람직하다. 순환 최소자승법은 일일 단위로 업데이트 되는 데이터를 누적하여 κ와 b 값을 일단위로 산정하게 된다. 따라서, 일일 간격으로 막간압력차의 예측 모델이 달라지게 되므로, 더 정확한 막 세정 시기를 결정할 수 있다.In order to apply the cyclic least-squares method, in the biofilm reactor process, the intermembrane pressure difference data should be updated periodically, and preferably updated daily. The cyclic least-squares method accumulates data updated daily and calculates κ and b values by day. Therefore, the prediction model of the intermembrane pressure difference is different at daily intervals, so that a more accurate timing of membrane cleaning can be determined.

즉, 최소자승법은 전기간에 걸쳐 동일한 κ, b 값을 사용하게 되지만, 순환 최소자승법을 이용하면, 누적 데이터에 적합한 κ, b 값을 날마다 업데이트 함으로써, 좀 더 정확한 예측 모델을 구축할 수 있는 이점이 있다.
In other words, the least-squares method uses the same values of κ and b throughout the period, but the cyclic least-squares method has the advantage of building a more accurate prediction model by updating the values of κ and b that are suitable for the cumulative data every day. have.

순환 최소자승법을 적용하는 경우, 막 세정 시기를 결정하기 위한 방법으로 통계적 품질관리기법(Statistical Quality Control : SQC)을 적용할 수 있다. 통계적 품질관리기법은 데이터 변동을 의미 있는 변동과 의미 없는 변동으로 나누고, 변동하고 있는 데이터에서 일정한 규칙성을 찾기 위함이다. When the cyclic least square method is applied, statistical quality control (SQC) can be applied as a method for determining the timing of membrane cleaning. Statistical quality control techniques divide data fluctuations into meaningful and meaningless fluctuations, and find constant regularity in fluctuating data.

도 3a 및 도 3b는 생물막반응조 프로세스에 순환 최소자승법을 적용하여, 일일 간격으로 κ와 b의 분포를 나타낸 예시도이고, 도 4a 및 도 4b는 κ와 b의 분포가 중심선을 벗어나 ±1σ로 향하게 되는 시점의 부분 확대도이다.Figures 3a and 3b is an illustration showing the distribution of κ and b at daily intervals by applying the cyclic least square method to the biofilm reactor process, Figures 4a and 4b is the distribution of κ and b out of the center line toward ± 1σ It is a partial enlarged view at the time of becoming.

도 3a와 도 3b, 도 4a 와 도 4b의 a-a 및 b-b 지점에서 살펴볼 수 있는 바와 같이, 프로세스가 진행됨에 따라, κ와 b는 중심선에 근접했다가 ±1σ로 이동하는 현상을 관찰할 수 있고, 결국, b는 프로세스가 진행됨에 증가하는 경향을, κ는 프로세스가 진행됨에 따라 감소하는 경향을 보이는 것을 확인할 수 있다. As can be seen from the points aa and bb of FIGS. 3a and 3b, 4a and 4b, as the process proceeds, κ and b approaches the centerline and moves to ± 1σ. As a result, it can be seen that b tends to increase as the process proceeds, and κ tends to decrease as the process proceeds.

이와 같이 나타나는 분포표에서, b와 κ가 중심선을 벗어나, ±1σ로 전이되는 경향을 나타내는 시점에서 막 세정이 필요한 것으로 결정할 수 있다.In this distribution table, it can be determined that membrane cleaning is necessary at the time point at which b and κ are out of the center line and tend to shift to ± 1σ.

즉, 순환 최소자승법에 의해 날마다 갱신되는 κ와 b 값을 통계적 품질관리기법을 이용하여, 중심선을 기준으로 ±3σ에 분포시켰을 때, κ와 b 값은 일정 시간이 지나면, 중심선에 수렴하게 되고, 이후에는 중심선을 벗어나 ±1σ로 향하게 된다. 이때, κ와 b 값이 중심선을 벗어나는 경향이 발생하는 경우, 파울링에 따라, 편차가 증가하는 것으로 판단하여, 막 세정 시기가 필요함을 판단할 수 있는 것이다.
That is, when κ and b values updated daily by the cyclic least square method are distributed to ± 3σ based on the center line using statistical quality control technique, κ and b values converge to the center line after a certain time. After that, it goes out of the center line and goes to ± 1σ. In this case, when the κ and b values tend to deviate from the center line, it is determined that the deviation increases according to fouling, and thus it may be determined that the membrane cleaning timing is necessary.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 생물막반응조의 막 세정 시기 예측 시스템의 블록도이다. 도 5를 참조하면 생물막반응조의 막 세정 시기 예측 시스템은, 데이터 측정부(110), 매개변수 산출부(120), 막 세정 시기 판단부(130) 및 데이터 저장부(140)를 포함한다. 생물막반응조의 막 세정 시기 예측 시스템은, 파울링이 일어날 때의 한계 막간압력차 값을 설정할 수 있는 기준 설정부(150)를 더 포함할 수 있다.5 is a block diagram of a membrane cleaning timing prediction system of a biofilm reactor according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, the membrane cleaning timing prediction system of the biofilm reactor includes a data measuring unit 110, a parameter calculator 120, a membrane cleaning timing determining unit 130, and a data storage unit 140. The membrane cleaning timing prediction system of the biofilm reactor may further include a reference setting unit 150 that may set a limit inter-membrane pressure difference value when fouling occurs.

먼저, 데이터 측정부(110)는 생물막반응조로부터 운전일수에 따른 TMP 데이터를 측정하고 데이터 저장부(140)로 저장한다. 데이터 측정부(110)는 생물막반응조에 포함된 압력센서로부터 TMP 데이터를 획득하거나, 사용자의 외부 입력에 기초하여 TMP 데이터를 획득할 수 있다.First, the data measuring unit 110 measures the TMP data according to the number of operating days from the biofilm reactor and stores it in the data storage unit 140. The data measuring unit 110 may obtain TMP data from a pressure sensor included in a biofilm reactor, or may obtain TMP data based on an external input of a user.

매개변수 산출부(120)는 데이터 측정부(110)로부터 측정 데이터를 독출하여, 생물막반응조의 TMP 예측 선형 모델의 매개변수를 도출한다. 예컨대, 상기 수학식 6과 같이 선형적 TMP 예측 모델에 있어서 측정데이터에 최소자승법 또는 순환 최소자승법을 적용함으로써 κ와 b를 도출할 수 있다.The parameter calculator 120 reads the measurement data from the data measuring unit 110 to derive the parameters of the TMP prediction linear model of the biofilm reactor. For example, κ and b can be derived by applying the least square method or the cyclic least square method to the measured data in the linear TMP prediction model as shown in Equation 6 above.

이때, 순환 최소자승법을 적용하여 매개변수를 도출하는 경우, 데이터 측정부(110)는 미리 지정된 주기, 바람직하게는 일일 단위로 측정 데이터를 업데이트 하는 것이 바람직하고, 매개변수 산출부(120)도 일일 단위로 κ와 b를 도출하여 데이터 저장부(140)에 저장한다.In this case, when the parameter is derived by applying the cyclic least square method, the data measuring unit 110 preferably updates the measurement data in a predetermined cycle, preferably, on a daily basis, and the parameter calculating unit 120 is also daily. Deriving κ and b in units and stores them in the data storage unit 140.

막 세정 시기 판단부(130)는 매개변수 연산 결과를 이용하여 생물막반응조의 막 세정 시기를 판단한다. 매개변수 산출부(120)가 최소자승법을 이용하여 매개변수를 도출한 경우, 도출된 매개변수를 이용한 TMP 예측 선형 모델은 공정 동작 전체 일수에 적용되는 모델이므로, 기준 설정부(150)로부터 파울링이 예측되는 한계 TMP 값을 통해 막 세정 시기를 예측 한다. The membrane cleaning timing determiner 130 determines the membrane cleaning timing of the biofilm reactor using the parameter calculation result. When the parameter calculator 120 derives a parameter using the least squares method, since the TMP prediction linear model using the derived parameter is a model applied to the whole days of the process operation, fouling from the reference setter 150 is performed. This predicted marginal TMP value predicts the timing of membrane cleaning.

또는 매개변수 산출부(120)가 순환최소자승법을 이용하여 매개변수를 도출한 경우, 도출된 매개변수를 이용한 TMP 예측 선형 모델은 해당 날짜에만 적용될 수 있는 모델이므로, 기준 설정부(150)는 매개변수에 품질관리기법을 적용함으로써, 막 세정 시기를 예측할 수 있다.
Alternatively, when the parameter calculator 120 derives a parameter using the cyclic least squares method, since the TMP predictive linear model using the derived parameter is a model that can be applied only to the corresponding date, the reference setter 150 may determine the parameter. By applying quality control techniques to the parameters, it is possible to predict when to clean the membrane.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
As described above, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and is intended by those skilled in the art to which the present invention pertains. Various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.

10 : 멤브레인 모듈
20 : 바이오리액터
110 : 데이터 측정부
120 : 매개변수 산출부
130 : 막 세정 시기 판단부
140 : 데이터 저장부
150 : 기준 설정부
10: membrane module
20: Bioreactor
110: data measuring unit
120: parameter calculation unit
130: membrane cleaning timing determination unit
140: data storage unit
150: reference setting unit

Claims (18)

막간압력차-시간 사이의 지수적 관계식을 갖는 생물막반응조의 막 세정 시기 예측 방법에 있어서,
상기 막간압력차-시간 곡선의 추정지표 선형화를 수행하여 선형 관계식을 도출하는 1단계;
미리 정해진 시간 주기마다 생물막반응조 운전 시간 및 막간 압력차를 측정하여 측정값을 도출하는 2단계;
측정된 시간 및 막간압력차에 순환 최소자승법을 적용하여 상기 측정값이 도출될 때마다 상기 선형 관계식의 매개변수를 도출하는 3단계; 및
상기 선형 관계식에 막 세정이 필요한 경우의 막간 압력차를 대입하여, 막 세정 시기를 도출하는 4단계
를 포함하는 생물막반응조의 막 세정 시기 예측 방법.
In the method for predicting the membrane cleaning time of a biofilm reactor having an exponential relationship between the intermembrane pressure difference-time,
A step 1 of deriving a linear relation by performing linearization of the estimated indicators of the intermembrane pressure difference-time curve;
Deriving a measurement value by measuring a biofilm reactor operation time and an intermembrane pressure difference at a predetermined time period;
Deriving a parameter of the linear relation whenever the measured value is derived by applying a cyclic least square method to the measured time and the interlayer pressure difference; And
Four steps of deriving the membrane cleaning timing by substituting the intermembrane pressure difference when the membrane cleaning is required in the linear relational expression
Method for predicting the membrane cleaning time of a biofilm reactor comprising a.
제 1 항에 있어서, 상기 1단계는,
막간압력차-시간 사이의 지수적 관계식인
Figure 112011014696585-pat00009
(여기서 TMP는 막간 압력차, TMP0는 여과 시작 전 최초의 막간 압력차, κt는 생물막반응조 시스템의 특성에 의해 결정되는 시간 기반의 파울링 계수, t 는 생물막반응조 프로세스 경과 시간)의 양변에 자연로그를 취함으로써, 상기 선형 관계식을 도출하는 것을 특징으로 하는 생물막반응조의 막 세정 시기 예측 방법.
The method of claim 1, wherein the first step is
The exponential relationship between the intermembrane pressure difference and time,
Figure 112011014696585-pat00009
Where TMP is the intermembrane pressure difference, TMP 0 is the first intermembrane pressure difference before filtration begins, κ t is the time-based fouling coefficient, and t is the elapsed time of the biofilm reactor process, determined by the characteristics of the biofilm reactor system. A method for predicting the membrane cleaning time of a biofilm reactor, wherein the linear relation is derived by taking a natural log.
제 2 항에 있어서, 상기 3단계는,
상기 선형 관계식
Figure 112013009016981-pat00010
에 있어서, 상기 시간주기마다 갱신되는 TMP와 t의 측정값으로 최소자승법을 적용하여 상기 시간 주기 단위로 매개변수 lnTMP0 및 κt를 도출하는 것을 특징으로 하는 생물막반응조의 막 세정 시기 예측 방법.
The method of claim 2, wherein the third step is
The linear relation
Figure 112013009016981-pat00010
The method according to claim 1, wherein the parameters lnTMP 0 and κ t are derived for each time period by applying a least-squares method to the measured values of TMP and t updated at each time period.
제 3 항에 있어서, 상기 4단계는,
40 내지 50 kPa 의 막간 압력차를 상기 선형방정식에 대입하여 상기 막 세정 시기를 도출하는 것을 특징으로 하는 생물막반응조의 막 세정 시기 예측 방법.
The method of claim 3, wherein the fourth step,
A membrane cleaning timing prediction method of a biofilm reactor, characterized in that the membrane cleaning timing is derived by substituting an interlayer pressure difference of 40 to 50 kPa into the linear equation.
제 1 항에 있어서,
상기 3단계 및 상기 4단계 사이에,
Root Mean Square Error를 이용하여, 도출된 상기 매개변수의 유효성을 확인하는 단계를 더 포함하는 생물막반응조의 막 세정 시기 예측 방법.
The method of claim 1,
Between the three and four steps,
The method of predicting the membrane cleaning time of a biofilm reactor further comprising the step of confirming the validity of the derived parameter using a root mean square error.
제 5 항에 있어서,
상기 Root Mean Square Error는 상기 막간 압력차의 측정값과 산출값을 기반으로 산정되는 것을 특징으로 하는 생물막반응조의 막 세정 시기 예측 방법.
The method of claim 5, wherein
The root mean square error is estimated based on the measured value and the calculated value of the pressure difference between the membranes.
막간압력차-투과용량 사이의 지수적 관계식을 갖는 생물막반응조의 막 세정 시기 예측 방법에 있어서,
상기 막간압력차-부피 곡선의 추정지표 선형화를 수행하여 선형 관계식을 도출하는 1단계;
미리 정해진 시간 주기마다 생물막반응조의 막을 통과한 투과용량 및 막간 압력차를 측정하여 측정값을 도출하는 2단계;
측정된 투과용량 및 막간압력차에 순환 최소자승법을 적용하여 상기 측정값이 도출될 때마다 상기 선형 관계식의 매개변수를 도출하는 3단계; 및
상기 선형 관계식에 막 세정이 필요한 경우의 막간 압력차를 대입하여, 막 세정 시기를 도출하는 4단계
를 포함하는 생물막반응조의 막 세정 시기 예측 방법.
In the membrane cleaning timing prediction method of a biofilm reactor having an exponential relationship between the intermembrane pressure difference and the permeation capacity,
A step 1 of deriving a linear relation by performing linearization of the estimated indicators of the intertidal pressure difference-volume curve;
Deriving a measurement value by measuring a permeation capacity and a pressure difference between the membranes passing through the membrane of the biofilm reactor at predetermined time periods;
Deriving a parameter of the linear relation whenever the measured value is derived by applying the cyclic least square method to the measured permeation capacity and the intermembrane pressure difference; And
Four steps of deriving the membrane cleaning timing by substituting the intermembrane pressure difference when the membrane cleaning is required in the linear relational expression
Method for predicting the membrane cleaning time of a biofilm reactor comprising a.
제 7 항에 있어서, 상기 1단계는,
막간압력차-투과용량 사이의 지수적 관계식인
Figure 112013009016981-pat00011
(여기서 TMP는 막간 압력차, TMP0는 여과 시작 전 최초의 막간 압력차, κV는 생물막반응조 시스템의 특성에 의해 결정되는 부피 기반의 파울링 계수, V 는 막을 통과한 투과 용량)의 양변에 자연로그를 취함으로써, 상기 선형 관계식을 도출하는 것을 특징으로 하는 생물막반응조의 막 세정 시기 예측 방법.
The method of claim 7, wherein the first step,
The exponential relationship between intermembrane pressure difference and permeation capacity
Figure 112013009016981-pat00011
(Wherein TMP is the intermembrane pressure difference, TMP 0 is the first intermembrane pressure difference before filtration starts, κ V is the volume-based fouling coefficient determined by the characteristics of the biofilm reactor system, and V is the permeate capacity through the membrane). A method for predicting the membrane cleaning time of a biofilm reactor, wherein the linear relation is derived by taking a natural log.
제 7 항에 있어서, 상기 3단계는,
상기 선형 관계식
Figure 112013009016981-pat00012
에 있어서, 상기 시간 주기마다 갱신되는 TMP와 v의 측정값으로 최소자승법을 적용하여 상기 시간 주기 단위로 매개변수 lnTMP0 및 κV를 도출하는 것을 특징으로 하는 생물막반응조의 막 세정 시기 예측 방법.
The method of claim 7, wherein the three steps,
The linear relation
Figure 112013009016981-pat00012
The method according to claim 1, wherein the parameters lnTMP 0 and κ V are derived on the basis of the time period by applying the least-square method to the measured values of TMP and v updated at each time period.
제 9 항에 있어서, 상기 4단계는,
Figure 112013009016981-pat00024
(J는 막을 통과하는 투과 플럭스, A는 막의 표면적, t 는 생물막반응조 운전 시간)를 이용하여 상기 막 세정 시기를 도출하는 것을 특징으로 하는 생물막반응조의 막 세정 시기 예측 방법.
The method of claim 9, wherein the fourth step,
Figure 112013009016981-pat00024
A method for predicting the membrane cleaning time of a biofilm reactor, wherein the membrane cleaning timing is derived using (J is the permeate flux passing through the membrane, A is the surface area of the membrane, and t is the biofilm reactor operation time).
막간압력차-시간 사이의 지수적 관계식을 갖는 생물막반응조의 막 세정 시기 예측 방법에 있어서,
상기 막간압력차-시간 곡선의 추정지표 선형화를 수행하여 선형 관계식을 도출하는 1단계;
미리 정해진 시간 주기마다 생물막반응조 운전 시간 및 막간 압력차를 측정하여 측정값을 도출하는 2단계;
측정된 시간 및 막간압력차에 순환 최소자승법을 적용하여 상기 측정값이 도출될 때마다 상기 선형 관계식의 매개변수를 도출하는 3단계; 및
상기 매개변수의 도출값에 통계적 품질 관리 기법을 적용하여, 막 세정 시기를 예측하는 4단계
포함하는 생물막반응조의 막 세정 시기 예측 방법.
In the method for predicting the membrane cleaning time of a biofilm reactor having an exponential relationship between the intermembrane pressure difference-time,
A step 1 of deriving a linear relation by performing linearization of the estimated indicators of the intermembrane pressure difference-time curve;
Deriving a measurement value by measuring a biofilm reactor operation time and an intermembrane pressure difference at a predetermined time period;
Deriving a parameter of the linear relation whenever the measured value is derived by applying a cyclic least square method to the measured time and the interlayer pressure difference; And
Four steps to predict the timing of membrane cleaning by applying statistical quality control techniques to the derived values of the parameters
Method for predicting membrane cleaning time of a biofilm reactor comprising.
제 11 항에 있어서, 상기 1단계는,
막간압력차-시간 사이의 지수적 관계식인
Figure 112011014696585-pat00014
(여기서 TMP는 막간 압력차, TMP0는 여과 시작 전 최초의 막간 압력차, κt는 생물막반응조 시스템의 특성에 의해 결정되는 시간 기반의 파울링 계수, t 는 생물막반응조 프로세스 경과 시간)의 양변에 자연로그를 취함으로써, 상기 선형 관계식을 도출하는 것을 특징으로 하는 생물막반응조의 막 세정 시기 예측 방법.
The method of claim 11, wherein the first step,
The exponential relationship between the intermembrane pressure difference and time,
Figure 112011014696585-pat00014
Where TMP is the intermembrane pressure difference, TMP 0 is the first intermembrane pressure difference before filtration begins, κ t is the time-based fouling coefficient, and t is the elapsed time of the biofilm reactor process, determined by the characteristics of the biofilm reactor system. A method for predicting the membrane cleaning time of a biofilm reactor, wherein the linear relation is derived by taking a natural log.
제 12 항에 있어서, 상기 3단계는,
상기 선형 관계식
Figure 112013009016981-pat00015
에 있어서, 일단위로 갱신되는 TMP와 t의 측정값으로 최소자승법을 적용하여 일단위로 매개변수 lnTMP0 및 κt를 도출하는 것을 특징으로 하는 생물막반응조의 막 세정 시기 예측 방법.
The method of claim 12, wherein the third step,
The linear relation
Figure 112013009016981-pat00015
The method for predicting membrane cleaning timing of a biofilm reactor according to claim 1, wherein the parameters lnTMP 0 and κ t are derived on a daily basis by applying a least square method to the measured values of TMP and t updated daily.
제 13 항에 있어서, 상기 4단계는,
상기 매개변수의 분포가, 중심선(Center Line)을 수렴한 후 상기 중심선(Center Line)을 벗어나 ±1σ로 향하는 시점을 막 세정 시기로 예측하는 것을 특징으로 하는 생물막반응조의 막 세정 시기 예측 방법.
The method of claim 13, wherein the four steps,
And a time when the distribution of the parameter converges to a center line and then moves out of the center line toward ± 1 s as a membrane cleaning timing.
미리 정해진 시간 주기마다 생물막반응조로부터 운전시간에 따른 막간압력차 데이터를 측정하는 데이터 측정부;
상기 데이터 측정부로부터 측정한 데이터에 순환 최소자승법을 적용하여 상기 데이터가 측정될 때마다 막간압력차-운전 시간 사이의 선형 방정식의 매개변수를 산출하는 매개변수 산출부; 및
상기 선형 방정식에 기설정된 막간압력차의 기준치를 대입하여 막 세정 시기를 예측하는 막세정 시기 판단부
를 포함하는 생물막반응조의 막 세정 시기 예측 시스템.
A data measuring unit configured to measure intermembrane pressure difference data according to an operation time from a biofilm reaction tank at predetermined time periods;
A parameter calculator which applies a cyclic least square method to the data measured by the data measurer and calculates a parameter of a linear equation between the interlude pressure difference and operation time each time the data is measured; And
Membrane cleaning timing determining unit for predicting the membrane cleaning timing by substituting the reference value of the pre-membrane pressure difference set in the linear equation
Membrane cleaning timing prediction system of a biofilm reactor comprising a.
미리 정해진 시간 주기마다 생물막반응조로부터 운전시간에 따른 막간압력차 데이터를 측정하는 데이터 측정부;
상기 데이터 측정부로부터 측정한 데이터에 순환 최소자승법을 적용하여 상기 데이터가 측정될 때마다 막간압력차-운전 시간 사이의 선형 방정식의 매개변수를 산출하는 매개변수 산출부; 및
상기 매개변수의 분포도에 품질관리기법을 적용하여 막 세정 시기를 예측하는 막 세정 시기 판단부
를 포함하는 생물막반응조의 막 세정 시기 예측 시스템.
A data measuring unit configured to measure intermembrane pressure difference data according to an operation time from a biofilm reaction tank at predetermined time periods;
A parameter calculator which applies a cyclic least square method to the data measured by the data measurer and calculates a parameter of a linear equation between the interlude pressure difference and operation time each time the data is measured; And
Membrane cleaning time determination unit for predicting the membrane cleaning time by applying the quality control technique to the distribution of the parameters
Membrane cleaning timing prediction system of a biofilm reactor comprising a.
제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
상기 선형 방정식은 하기 수학식인 것을 특징으로 하는 생물막반응조의 막 세정 시기 예측 시스템.

[수학식]
Figure 112011014696585-pat00016

(여기서 TMP 는 막간압력차, κt는 생물막반응조 시스템의 특성에 의해 결정되는 시간 기반의 파울링 계수, t는 운전일수를 의미함.)
17. The method according to claim 15 or 16,
The linear equation is the membrane cleaning timing prediction system of the biofilm reactor, characterized in that the following equation.

[Mathematical Expression]
Figure 112011014696585-pat00016

(Where TMP is the intermembrane pressure difference, κ t is the time-based fouling coefficient determined by the characteristics of the biofilm reactor system, and t is the number of days of operation).
제 16 항에 있어서,
상기 막 세정 시기 판단부는 상기 매개변수의 분포가 중심선(Center Line)을 수렴한 후 상기 중심선(Center Line)을 벗어나 ±1σ로 향하는 시점을 막 세정 시기로 예측하는 것을 특징으로 하는 생물막반응조의 막 세정 시기 예측 시스템.
17. The method of claim 16,
The membrane cleaning timing determining unit predicts a time when the distribution of the parameter converges to a center line and then moves out of the center line toward ± 1σ as the membrane cleaning timing. Timing prediction system.
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