KR101345873B1 - 물질수지를 이용하여 효율적으로 막세정을 하는 막여과 공정 운영방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 막여과 공정 운영방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 물질수지를 이용하여 실시간으로 막의 오염상태를 파악하고 이 오염상태에 대한 정보에 근거하여 역세정과 강화세정 여부를 판단함으로써 보다 효율적으로 세정공정이 이루어질 수 있도록 하는 막여과 공정 운영방법에 관한 것이다.
본 발명은, 막모듈을 이용하여 오염물질을 제거하는 막여과 공정의 운영방법에 있어서, 상기 막모듈에 유입되는 유입수에 포함된 물질의 양과 막모듈을 통과하여 배출되는 배출수의 물질의 양, 역세 배출수에 포함된 물질의 양, 역세정 후 드레인(drain) 수에 포함된 물질의 양을 실시간으로 구하는 물질량 측정단계; 상기 물질량 측정단계에서 실시간으로 측정된 물질량을 기준으로 막모듈에 남은 물질량을 구하는 물질수지 계산단계; 상기 물질수지 계산단계에서 계산된 물질량을 기준으로 역세정과 강화세정의 실시여부를 판단하는 판단단계; 및 상기 판단단계의 결과를 바탕으로 강화세정을 실시하는 세정단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 막여과 공정 운영방법을 제공한다.

Description

물질수지를 이용하여 효율적으로 막세정을 하는 막여과 공정 운영방법{Membrane Process Operating Method}

본 발명은 막여과 공정 운영방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 물질수지를 이용하여 실시간으로 막의 오염상태를 파악하고 이 오염상태에 대한 정보에 근거하여 강화물리세정이나 강화약품침지 세정 등의 여부를 판단함으로써 보다 효율적으로 세정공정이 이루어질 수 있도록 하는 물질수지를 이용하여 효율적으로 막세정을 하는 막여과 공정 운영방법에 관한 것이다.

일반적으로 막여과 기술은 분리하고자 하는 입자보다 작은 크기의 공극을 갖는 매체에 압력, 중력차, 농도차, 온도차 등의 구동력(driving force)을 가하여 입자를 분리해내는 기술로서, 주로 정수처리 공정에 많이 활용되고 있다.

통상 정수처리 공정에 활용되는 막모듈은 통상 정밀여과 또는 한외여과막으로서 0.001~0.1㎛정도의 공극을 갖고 있는 막이며, 이러한 막모듈에 구동력을 가하여 수중에 존재하는 입자성 물질, 콜로이드, 병원성 미생물 등을 분리하여 제거하게 된다.

상기 막모듈이 전술한 입자들을 계속해서 걸러내는 과정에서 막의 공극이 제거대상 물질들에 의해 막히게 되므로, 막모듈의 공극을 막은 물질들을 제거하기 위하여 공기나 물, 또는 소량의 약품을 첨가한 물 등을 이용하여 막을 정기적으로 세척하게 되며 이를 역세정이라 부른다.

전술한 역세정 공정을 통하여 막모듈의 공극을 막는 물질들의 일부분은 제거되지만, 역세정 공정을 수행하더라도 회복되지 못하는 비가역적 막모듈의 오염은 불가피하다. 역세정 공정에 의해서도 막모듈에서 제거되지 못한 오염물에 의해 막모듈의 차압이 증가하게 되고 그 차압이 막모듈의 한계 차압에 도달하게 되면 막모듈에 의한 처리를 정지하고 화학약품에 의해 막모듈을 세척하게 되는데 이를 CIP(Clean In Place) 공정 또는 화학세정 공정이라고 부르며 이하 본 명세서에서는 두 가지 용어를 혼용하기로 한다.

이러한 화학세정 공정은 고농도의 다양한 약품을 통해 막모듈 내에 축적된 막오염 물질을 씻어내는 공정으로서 통상 하루 이상 막모듈 정수처리 공정을 정지하게 되며, 정수장에 설계된 유량만큼을 생산하기 위해 세정하지 않는 다른 막모듈 공정에서 화학세정을 하는 막모듈 공정이 부담해야 할 정수량을 처리해야 하므로 화학세정을 하지 않는 막모듈 공정의 막오염을 증가시킬 수 있는 여지가 있는 문제점도 있다.

한편, 막여과 공정을 적용함에 있어서 막오염의 저감을 위해 응집-침전과 같은 기존의 정수처리 공정과 혼합하는 경우가 있는데, 이는 막오염 측면에서는 긍정적이긴 하나, 소요되는 부지면적의 과다 및 관리 포인트가 증대되는 등의 단점을 가지고 있다. 특히 침전지의 경우, 정수장에서 가장 큰 부지면적을 차지할 뿐만 아니라, 관련되는 슬러지 처리설비 등의 기기설비도 소요되며, 주기적인 청소 등을 위해 소요되는 인력이나 유지관리비용도 소요된다.

본 발명은 전술한 배경기술의 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 물질수지를 이용하여 막오염의 상황을 실시간으로 파악할 수 있도록 함으로써 막의 세정 타이밍을 적절히 정할 수 있고 이로 인하여 화학세정의 주기를 늘이고 막의 사용수명을 증가시킬 수 있는 막여과 공정 운영방법을 제공하는데 있다.

전술한 과제의 해결 수단으로서 본 발명은,

막모듈을 이용하여 오염물질을 제거하는 막여과 공정의 운영방법에 있어서,

상기 막모듈에 유입되는 유입수에 포함된 물질의 양과 막모듈을 통과하여 배출되는 배출수의 물질의 양, 역세 배출수에 포함된 물질의 양, 역세정 후 드레인(drain) 수에 포함된 물질의 양을 실시간으로 구하는 물질량 측정단계;

상기 물질량 측정단계에서 실시간으로 측정된 물질량을 기준으로 막모듈에 남은 물질량을 구하는 물질수지 계산단계;

상기 물질수지 계산단계에서 계산된 물질량을 기준으로 강화세정의 실시여부를 판단하는 판단단계; 및

상기 판단단계의 결과를 바탕으로 강화세정을 실시하는 세정단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 막여과 공정 운영방법을 제공한다.

상기 물질량 측정단계에서 각각의 물질량은 각각의 유량에 물질의 농도를 곱한 값에 의해 측정할 수 있다.

상기 판단단계는,

유입수에 포함된 물질의 양을 역세 배출수에 포함된 물질의 양과 배출수에 포함된 물질의 양과 역세정 후 드레인(drain)수에 포함된 물질의 양을 더한 값으로 나눈 역세효율지수를 구하고, 역세효율지수의 크기에 따라 강화세정의 실시여부를 판단하는 것이 바람직하다.

유입수에 포함된 물질의 양을 역세 배출수에 포함된 물질의 양과 역세정 후 드레인(drain)수에 포함된 물질의 양을 더한 값으로 나눈 역세효율지수를 구하고, 역세효율지수의 크기에 따라 강화세정의 실시여부를 판단할 수도 있다.

상기 강화세정은 강화물리세정, CEB(Chemically Enhanced Backwashing), 또는 강화침지역세정을 의미하는데, 상기 강화침지역세정은 차아염소산나트륨 또는 가성소다를 이용하는 염기세정 또는 산세정을 하는 것이다.

본 발명에 의하면 물질수지 식을 이용하여 막오염의 발생을 실시간으로 모니터링 할 수 있므로 운전자가 막오염의 발생에 적극적으로 대응할 수 있다. 또한, 이러한 적극적인 대응으로 인하여 막여과 공정이 낮은 여과저항치를 유지할 수 있도록 함으로써 화학세정 주기를 늘일 수도 있고, 막모듈의 사용 수명을 늘일 수도 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 막여과 공정을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 막여과 공정 운영방법의 흐름도.
도 3은 물질수지를 계산하는 방법을 설명하기 위한 도면.

이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명의 하나의 바람직한 실시예에 대하여 설명함으로써 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 제공하기로 한다.

도 1은 일반적인 막여과 공정을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 막여과 공정 운영방법의 흐름도이며, 도 3은 물질수지를 계산하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

우선 본 발명을 설명하기 전에 도 1을 참조하면서 막여과 공정에 대하여 간략하게 설명하기로 한다.

막여과 공정은 일반적으로 착수정/침사지(10)와 응집/응결조(20), 침전조(30), 막모듈(40)으로 구성된다. 침사지(10), 응집조(20)와 침전조(30)를 거치면서 입자가 큰 부유물들이 제거된 원수가 막모듈(40)으로 유입되는 구성이며 막모듈(40)을 통과한 유출수(41)는 정수가 완료된 물로 보관 후 필요한 곳으로 이송된다.

도면부호 42로 표시된 구성은 막모듈(40)을 역세정한 처리수나 화학세정을 한 처리수 또는 드레인수(drain water)를 의미한다. (상기 역세정 공정 후에 막모듈의 케이싱 내부에 있는 물을 전부 외부로 배출하게 되는데 이를 드레인(drain) 공정이라고 하고 이때 나오는 물을 드레인수라고 한다.) 한편, 화학세정을 하는 경우에는 세정수 탱크(51)의 물에 화학약품조(52)에서 화학약품을 적당량 주입하여 원하는 농도의 화학세정수를 제조한 후 펌프(P)를 통하여 원하는 압력을 강화세정수를 가압한 상태로 막모듈(40)에 공급하게 된다.

이하에서는 도2 및 도 3을 참조하면서 본 발명의 하나의 실시예에 따른 막여과 공정 운영방법을 설명하기로 한다.

본 실시예에 따른 막여과 공정 운영방법은 도 1에 도시된 바와 같은 막모듈을 이용하여 오염물질을 제거하는 막여과공정을 효율적으로 운영하기 위한 방법으로서, 물질량 측정단계, 물질수지 계산단계, 판단단계 및 세정단계를 포함하여 이루어진다.

상기 물질량 측정단계는 상기 막모듈에 유입수에 포함된 물질의 양, 막모듈을 통과하여 배출되는 배출수에 포함된 물질의 양, 역세 배출수에 포함된 물질의 양, 역세정 후 드레인수에 포함된 물질의 양을 실시간으로 구하는 단계이다.

이때 측정되는 물질은 탁도나, TOC(Total Organic Carbon), 조류개체수, 클로로필-a 입자 개수, UV254, TDS 등의 막오염 물질을 대표할 수 있는 수질인자 등에 의하여 측정할 수 있다.

전술한 물질의 양 측정단계는 도 3에 도시된 바와 같이 유량정보와 농도정보를 측정하여 계산할 수 있다. 유입수의 유량정보와 유입수의 농도정보를 이용하여 유입수에 포함된 물질의 양을 계산해 낼 수 있고, 배출수나 드레인수에 포함된 물질의 양 역시 동일한 방법으로 계산할 수 있다.

이처럼 물질의 양을 실시간으로 측정한다는 것은 실시간으로 물질수지를 계산할 수 있다는 의미로서 매우 효과적으로 사용될 수 있다.

상기 물질수지 계산단계는 실시간으로 측정된 물질의 양을 기준으로 막모듈에 남은 물질의 양을 구하는 단계이다. 막모듈에 의하여 유입수에 포함된 오염물질을 제거하는 과정에서 막모듈에는 오염물질이 침착(沈着)하게 되며 역세정에 의해 정기적또는 비정기적으로 오염물질을 제거하게 되는데 역세정에 의해서도 오염물질이 완전히 제거되는 것은 아니며 여전히 역세정 후에도 막모듈에는 오염물질이 남아 있으므로 이 오염물질의 양을 알아내는 경우 그 값은 강화세정의 실시여부를 판단하기 위한 효과적인 지표로 이용될 수 있는데 본 발명에서는 물질 수지에 의하여 막모듈에 남은 오염물질의 양을 구해내는 것이다.

상기 판단단계는 상기 물질수지 계산단계에서 계산된 물질량을 기준으로 강화세정의 실시여부를 판단하는 단계이다.

본 발명에서는 상기 강화세정이란 용어를 강화물리세정이나 기존에 사용되어온 CEB(Chemically Enhanced Backwashing) 또는 강화침지역세정을 의미하는 것으로 정의한다.
상기 강화물리세정이란 일반적인 역세정에 비하여 유량을 증가시키는 등의 방법으로 막모듈에 보다 강한 압력을 가하여 역세정을 하는 것으로 의미하고, 강화침지역세정이란 추가적인 산화제나 염기 등을 통하여 막모듈을 세정하는 것으로서 화학세정(CIP)에 사용되는 약품농도의 약 1/100정도, 접촉시간은 1/24 정도를 침지시켜 세정하는 것을 정의하는데, 강화침지역세정은 화학세정(CIP)에 비하여 매우 짧은 시간 안에 막모듈의 오염물을 제거할 수 있는 장점이 있는 세정방법이다.

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상기 강화세정 여부를 판단하는데 있어서 본 실시예에서는 역세효율지수라는 값을 이용하여 강화세정의 실시여부를 판단하게 역세효율지수는 다음의 식에 의해 구해지게 된다.

그런데, 막모듈(40)을 통과하는 과정에서 오염물질은 거의 전부가 제거되므로 처리수에 포함된 물질의 양을 0으로 가정할 수도 이으므로 아래와 같이 더욱 간단한 방법으로 역세효율지수를 계산할 수도 있다.

상기의 식은 아래의 식으로 치환될 수도 있다.

상술한 역세효율지수가 1보다 크다는 것은 유입수의 물질량에 비하여 역세배출수와 드레인수에 포함된 물질의 양이 많다는 것을 의미하고 이는 막모듈에 물질이 침착이 되어 있다는 것을 의미하게 된다. 이는 다시 말해 역세효율지수가 크면 클수록 막모듈에 침착된 물질의 양이 많다는 것을 의미하게 된다.

따라서 역세효율지수는 강화세정을 실시할지 여부를 판단하는 매우 효과적인 지수가 될 수 있으며, 역세효율지수가 특정값 1보다 큰 경우에는 강화침지역세정을 실시하는 것으로 판단 역세효율지수가 특정값 1보다는 작고 특정값 2보다는 큰 경우에는 강화물리 세정을 하고, 역세효율지수가 특정값 2보다 작은 경우에는 특별한 조치없이 계속해서 막공정을 운영하는 것으로 판단할 수 있다.

이때 상기 특정값 1 및 특정값 2는 실험 또는 계산에 의해 구할 수 있으며, 현장상황 등에 따라 적절히 결정해서 사용할 수 있는 값이다.

상기 세정단계는 상기 판단단계의 결과를 바탕으로 세정을 실시하는 단계이다. 세정단계에서의 세정은 강화물리세정을 할 수도 있고, 강화침지역세정을 할 수도 있다.

이처럼 본 발명에서는 실시간으로 측정되는 물질수지를 이용한 역세효율지수를 활용하여 최적의 시점에 화학세정을 할 수 있도록 함으로써 화학세정의 주기를 늘일 수도 있고, 막모듈의 수명을 늘일 수 있는 등 막여과 공정을 매우 효율적으로 운영할 수 있도록 하는 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 하나의 실시예에 대하여 설명함으로써 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 제공하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 사상에 어긋나지 않는 범위 안에서 다양한 형태의 막여과 공정 운영 방법으로 구체화될 수 있다.

10 : 침전지 20 : 응집조
30 : 침전조 40 : 막모듈

Claims (7)

1. 막모듈을 이용하여 오염물질을 제거하는 막여과 공정의 운영방법에 있어서,
   상기 막모듈에 유입되는 유입수에 포함된 물질의 양과 막모듈을 통과하여 배출되는 배출수의 물질의 양, 역세 배출수에 포함된 물질의 양, 역세정 후 드레인(drain) 수에 포함된 물질의 양을 실시간으로 구하는 물질량 측정단계;
   상기 물질량 측정단계에서 실시간으로 측정된 물질량을 기준으로 막모듈에 남은 물질량을 구하는 물질수지 계산단계;
   상기 물질수지 계산단계에서 계산된 물질량을 기준으로 강화세정의 실시여부를 판단하는 판단단계; 및
   상기 판단단계의 결과를 바탕으로 강화세정을 실시하는 세정단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 막여과 공정 운영방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 물질량 측정단계는 각각의 유량에 물질의 농도를 곱한 값에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는 막여과 공정 운영방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 판단단계는,
   유입수에 포함된 물질의 양을 역세 배출수에 포함된 물질의 양과 배출수에 포함된 물질의 양과 역세정 후 드레인(drain)수에 포함된 물질의 양을 더한 값으로 나눈 역세효율지수를 구하고, 역세효율지수의 크기에 따라 강화세정의 실시여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 막여과 공정 운영방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   유입수에 포함된 물질의 양을 역세 배출수에 포함된 물질의 양과 역세정 후 드레인(drain)수에 포함된 물질의 양을 더한 값으로 나눈 역세효율지수를 구하고, 역세효율지수의 크기에 따라 강화세정의 실시여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 막여과 공정 운영방법.
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 강화세정은 강화물리세정, CEB(Chemically Enhanced Backwashing), 강화침지역세정 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조합을 의미하는 것을 특징으로 하는 막여과 공정 운영방법.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 강화침지역세정은 차아염소산나트륨 또는 가성소다를 이용하는 염기세정 또는 산세정인 것을 특징으로 하는 막여과 공정 운영방법.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 물질량 측정단계에서 역세 배출수에 포함된 물질의 양과 역세정 후 드레인 수에 포함된 물질의 양을 구하는 것은 역세 배출수와 역세정후 드레인수를 별도의 저류조에 합류시킨 후에 한번에 구하는 것을 특징으로 하는 막여과 공정 운영방법.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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