KR101354403B1 - 여과 방법 및 막여과 장치 - Google Patents

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아사히 가세이 케미칼즈 가부시키가이샤
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Abstract

막모듈에 대하여 압력을 구동력으로 하는 여과 운전을 실행함으로써, 원수를 여과하여 여과수를 얻는 여과 방법으로서, 상기 여과 운전은, 원수측 가압 여과와, 여과수측 감압 여과와, 상기 원수측 가압 여과 및 상기 여과수측 감압 여과를 조합한 복합 여과의 3가지 양태를 포함하고, 원수측 수질, 막여과 유속, 막차압의 하나 이상을 측정하고, 측정치에 따라서, 상기 3가지 양태 중 어느 하나의 여과로부터 다른 여과로 전환하는 것을 특징으로 하는 여과 방법.

Description

여과 방법 및 막여과 장치{FILTERING METHOD, AND MEMBRANE-FILTERING APPARATUS}
본 발명은, 상수, 공업용수, 하천수, 호소수, 지하수, 저수, 하수 이차 처리수, 하수, 배수 등을 처리하는 압력을 구동력으로 하여 막모듈을 이용하여 여과하는 여과 방법 및 막여과 장치에 관한 것이다.
압력을 구동력으로 하는 액체의 막여과에는 원수측 가압 여과와 여과수측 감압 여과의 2가지가 있다. 원수측 가압 여과는 막의 원수측을 가압하고, 여과수측을 통상 대기압으로 개방함으로써 막의 원수측과 여과수측에 압력차(막차압)를 생기게 하여 여과하는 방법이다. 한편, 여과수측 감압 여과는 막의 원수측을 통상은 대기압으로 개방하고, 여과수측을 감압함으로써 막차압을 생기게 하여 여과하는 방법이다.
상기와 같은 방법으로 원수를 막으로 여과하면, 원수 중의 현탁 물질이나 사용하는 막의 세공 직경 이상의 크기의 물질이 막에 의해 저지되어 농도 분극이나 케이크층을 형성하는 동시에, 세공을 폐색시켜 여과 저항을 증대시키므로(이하, 「막오염시킨다」로 기재하고, 막오염의 원인이 되는 물질을 「막오염 원인 물질」로 기재함), 일정한 막여과 유량(막여과 유속)의 운전을 계속하는 동안에 막차압이 상승해 간다. 막차압이 상승하면 약품 세정이 필요해지지만, 약품 세정의 횟수는 비용, 환경 부하의 쌍방을 감안하여 적은 것이 바람직하다. 즉, 막여과 운전을 계속함에 있어서, 막여과 유속을 장기간 일정량으로 확보한 채, 막차압의 상승을 억제하는 것이 바람직하다.
막차압의 상승을 억제하는 수단으로서, 막간 유로 내에 공급되는 액을 순환 펌프의 압력으로 순환하여 막세정하고, 상기 액을 흡인 펌프를 이용하여 여과막을 통과시켜 여과수를 취출하는 막처리 방법이, 일본 특허 공개 평 11-300168호 공보에 기재되어 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 평 11-300168호 공보
그러나, 일본 특허 공개 평 11-300168호 공보에 기재된 종래의 막처리 방법에서는, 여과액을 취출하는 동력이 흡인 펌프의 흡인력에 의존하고, 순환 펌프의 압력에 실질적으로 의존하지 않기 때문에, 막오염에 의해 막차압 상승이 발생한 경우, 설계한 여과 유속을 확보할 수 없을 우려가 있었다.
본 발명은, 설계한 막여과 유속을 확보한 채, 막차압의 상승을 억제하여, 장시간 안정된 여과 운전을 계속할 수 있는 여과 방법 및 막여과 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은,
(1) 막모듈에 대하여 압력을 구동력으로 하는 여과 운전을 실행함으로써, 원수를 여과하여 여과수를 얻는 여과 방법으로서, 상기 여과 운전은, 원수측 가압 여과와, 여과수측 감압 여과와, 상기 원수측 가압 여과 및 상기 여과수측 감압 여과를 조합한 복합 여과의 3가지 양태를 포함하고, 원수측 수질, 막여과 유속, 막차압 중 하나 이상을 측정하고, 측정치에 따라서, 상기 3가지 양태 중 어느 하나의 여과로부터 다른 여과로 전환하는 것을 특징으로 하는 여과 방법.
(2) 상기 측정치는, 상기 원수측 수질로부터 산출되는 막오염 원인 물질의 농도를 나타내는 특성값 X이며, 상기 특성값 X가, 미리 설정한 임계값을 하회하는 경우에는 상기 원수측 가압 여과를 행하고, 상기 특성값 X가 상기 임계값을 상회하는 경우에는, 상기 원수측 가압 여과로부터 상기 복합 여과로 전환하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 여과 방법.
(3) 상기 특성값 X는, 원수측 탁도 A(도) 및 원수측 총유기탄소량(mg/L) 중 하나 이상으로부터 산출되는 것을 특징으로 하는 상기 (2)의 여과 방법.
(4) 상기 원수측 탁도가 A(도), 원수측 총유기탄소량이 B(mg/L)인 경우에, 상기 특성값 X는, X=A+B로 산출되는 것을 특징으로 하는 상기 (3)의 여과 방법.
(5) 상기 측정치는 막여과 유속이며, 상기 여과수측 감압 여과에 의한 설계 유량으로 정유량 여과 운전하는 중에, 상기 측정치가 미리 설정된 막여과 유속을 하회한 경우에, 상기 여과수측 감압 여과로부터, 상기 원수측 가압 여과 또는 상기 복합 여과로 전환하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 여과 방법.
(6) 상기 측정치는 상기 막차압에 대응하는 상기 여과수측의 흡입 양정이며,
상기 여과수측 감압 여과에 의한 설계 유량으로 정유량 여과 운전하는 중에, 상기 여과수측의 흡입 양정이 유효 NPSH에 도달한 경우에, 상기 여과수측 감압 여과로부터, 상기 원수측 가압 여과 또는 상기 복합 여과로 전환하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 여과 방법.
(7) 상기 여과 운전과, 상기 막모듈의 여과수측으로부터 원수측으로 송액하는 역세정과 상기 막모듈에 대한 기체 세정을 동시에 행하는 역세정 운전을 교대로 반복하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)~(6) 중 어느 하나의 여과 방법.
(8) 역세정 운전을 행하는 경우에는, 여과수측으로부터 가압한 가압 역세정을 행하는 것을 특징으로 하는 상기 (7)의 여과 방법.
(9) 역세정 운전을 행하는 경우에는, 원수측을 감압한 감압 역세정을 행하는 것을 특징으로 하는 상기 (7)의 여과 방법.
(10) 역세정 운전을 행하는 경우에는, 여과수측으로부터 가압한 가압 역세정과 원수측을 감압한 감압 역세정을 조합한 복합 역세정을 행하는 것을 특징으로 하는 상기 (7)의 여과 방법.
(11) 여과수측으로부터 가압한 가압 역세정과, 원수측을 감압한 감압 역세정과, 여과수측으로부터 가압한 가압 역세정과 원수측을 감압한 감압 역세정을 조합한 복합 역세정 중 어느 하나의 역세정을 선택할 수 있고, 역세정 운전을 행하는 경우에는, 가압 역세정과, 감압 역세정과, 복합 역세정 중 어느 하나의 역세정을 선택하는 것을 특징으로 하는 상기 (7)의 여과 방법.
(12) 압력을 구동력으로 하는 막모듈을 포함하는 막여과 장치로서, 상기 막모듈의 원수측 압력을 조정하는 제1 압력 조절 수단과, 상기 막모듈의 여과수측 압력을 조정하는 제2 압력 조절 수단과, 상기 막모듈의 원수측의 수질을 측정하는 측정 수단과, 상기 측정 수단으로 측정된 측정치에 기초하여, 상기 제1 압력 조절 수단 및 상기 제2 압력 조절 수단 중 하나 이상을 구동 제어하는 제어 수단을 포함하고, 상기 제어 수단은, 원수측 가압 여과와, 여과수측 감압 여과와, 상기 원수측 가압 여과 및 여과수측 감압 여과의 복합 여과의 3가지 양태 중, 하나의 여과로부터 다른 여과로 전환하는 것을 특징으로 한다.
(13) 상기 제2 압력 조절 수단은 감압 펌프이며, 상기 측정 수단은 탁도계 및 총유기탄소량 측정기 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 상기 (12)의 막여과 장치.
(14) 상기 제어 수단은, 상기 제1 압력 조절 수단 및 상기 제2 압력 조절 수단 중 하나 이상을 구동 제어하여, 여과수측을 가압한 가압 역세정과, 원수측을 감압한 감압 역세정과, 여과수측을 가압한 가압 역세정 및 원수측을 감압한 감압 역세정을 조합한 복합 역세정 중 어느 하나의 역세정을 행하는 것을 특징으로 하는 상기 (12) 또는 (13)의 막여과 장치.
본 발명에 의하면, 설계한 막여과 유속을 확보한 채, 막차압의 상승을 억제하여, 장시간 안정된 여과 운전을 계속하는 것이 가능해진다.
도 1은, 본 발명의 실시형태에 관한 것으로, 원수측 가압 여과와, 여과수측 감압 여과와, 복합 여과를 전환할 수 있는 막여과 장치의 개략적인 구성을 나타낸 설명도이다.
도 2는, 본 실시형태에 따른 막여과 장치에서의 원수측 가압 여과의 여과 공정에서의 유체의 흐름을 나타낸 설명도이다.
도 3은, 여과수측 감압 여과의 여과 공정 또는 복합 여과의 여과 공정에서의 유체의 흐름을 나타낸 설명도이다.
도 4는, 여과수측 가압 역세정에 관한 것으로, 역세정과 기체 세정을 동시에 실시하는 세정 공정에서의 유체의 흐름을 나타낸 설명도이다.
도 5는, 원수측 감압 역세정 또는 복합 역세정에 관한 것으로, 역세정과 기체 세정을 동시에 실시하는 세정 공정에서의 유체의 흐름을 나타낸 설명도이다.
도 6은, 박리한 제거 대상 물질을 막모듈로부터 배출하는 배출 공정에서의 유체의 흐름을 나타낸 설명도이다.
도 7은, 실시예 1, 비교예 1, 비교예 2에서의 막차압 변화 특성을 나타낸 도면이다.
도 8은, 실시예 1, 비교예 1, 비교예 2에서의 탁도 변화 특성을 나타낸 도면이다.
도 9는, 실시예 1, 비교예 1, 비교예 2에서의 막여과 유속 변화 특성을 나타낸 도면이다.
도 10은, 실시예 2, 비교예 3에서의 막차압 변화 특성을 나타낸 도면이다.
도 11은, 실시예 3, 비교예 4, 비교예 5에서의 막차압 변화 특성을 나타낸 도면이다.
도 12는, 실시예 3, 비교예 4, 비교예 5에서의 막여과 유속 변화 특성을 나타낸 도면이다.
도 13은, 실시예 4, 비교예 6, 비교예 7에서의 막차압 변화 특성을 나타낸 도면이다.
도 14는, 실시예 4, 비교예 6, 비교예 7에서의 막여과 유속 변화 특성을 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 막여과 장치의 실시형태를, 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에 따른 막여과 장치(50)는, 고액 분리막(이하 「막」이라고 함)이 케이스 내에 수용된 막모듈(4)을 포함하고 있다. 막여과 장치(50)는, 압력을 구동력으로 하여, 막모듈(4)에 의해 원수(1)로부터 현탁 물질이나 막의 세공 직경 이상의 크기의 물질을 분리 제거하여 여과수를 얻기 위한 설비이다.
본 실시형태에 따른 막은, 내경이 0.7 mmφ, 외경이 1.2 mmφ, 평균 구멍 직경 0.1 ㎛의 폴리불화비닐리덴(PVDF)제 중공사형 정밀 여과(MF)막이며, 중공사의 외표면적으로부터 산출한 막모듈(4)의 유효 막면적이 7.4 ㎡이다. 또, 막모듈(4)은, 1 m 길이, 84 mm 직경의 폴리염화비닐(PVC) 케이싱에 수용한 외압 원수측 가압 여과식 모듈이다.
또, 막의 소재는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부텐 등의 폴리올레핀; 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체(PFA), 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP), 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체(EPE), 테트라플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체(ETFE), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 클로로트리플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체(ECTFE), 폴리불화비닐리덴(PVDF) 등의 불소계 수지; 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤, 폴리페닐렌설파이드 등의 수퍼엔지니어링 플라스틱; 아세트산셀룰로오스, 에틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스류; 폴리아크릴로니트릴; 폴리비닐알콜의 단독 및 이들의 혼합물을 들 수 있다.
또, 막의 형상으로는, 중공사형, 평막형, 플리츠형, 스파이럴형, 튜블러형 등 임의의 형상을 이용할 수 있다. 역세정의 효과가 높기 때문에 중공사형이 특히 바람직하다.
또, 본 실시형태에 따른 막모듈로는, 다수의 중공사 분리막으로 이루어진 막다발의 양단부 또는 어느 한쪽 단부가 접착 고정되고, 어느 한쪽 또는 양쪽 단부의 중공사막 단부가 개구된 것이 바람직하게 이용된다. 접착 고정되는 단부의 단면형상으로는, 원형 외에, 삼각형, 사각형, 육각형, 타원형 등이어도 좋다. 본 실시형태에 따른 막 및 상기 막을 포함하는 막모듈(4)은, 본 발명의 설명을 위한 일례이다.
또, 막여과 장치(50)는, 원수(1)를 수용하는 원수 탱크(2), 막모듈(4)을 투과한 여과수를 저류하는 여과수 탱크(6), 막모듈(4)의 원수측 입구(4a)와 원수 탱크(2)를 연락하는 원수 도입 관로(51) 및 막모듈(4)의 배수측 출구(4c)로부터의 배수를 원수 탱크(2)로 복귀시키기 위한 원수 순환관(53)을 포함하고 있다.
원수 도입 관로(51)에는, 원수 탱크(2) 내에 저류된 원수(1)를 막모듈(4)에 압송하는 압력 조절 여과 펌프(3)가 배치되고, 압력 조절 여과 펌프(3)보다 상류측 및 하류측에는 각각 밸브(14, 24)가 설치되어 있다. 압력 조절 여과 펌프(3)보다 하류측의 밸브(24)와 막모듈(4) 사이에는 공기 도입관(51a)이 접속되어 있다. 공기 도입관(51a)은, 막모듈(4)의 막에 대하여 기체 세정을 행하는 공기를 공급하는 압축기(10)에 접속되어 있고, 공기 도입관(51a)에는 밸브(22)가 설치되어 있다. 또, 배수 배출 관로(52)에는, 배수의 배출시에 관로를 개방하는 밸브(23)가 설치되어 있다. 압력 조절 여과 펌프(3)는, 원수측 압력을 조정하는 제1 압력 조절 수단에 해당한다.
원수 도입 관로(51)에는, 원수 순환관(53)에 연락하여 역세정수가 유동하는 제1 역세정수 관로(71) 및 제2 역세정수 관로(72)가 접속되어 있다. 제1 역세정수 관로(71) 및 제2 역세정수 관로(72)는, 압력 조절 여과 펌프(3)의 구동에 의해 막모듈(4)의 배수측 출구(4c)로부터 배수를 끌어들여 배수 배출 관로(52)에 송액하기 위한 관로이며, 제1 역세정수 관로(71) 및 제2 역세정수 관로(72)에는 각각 밸브(26, 27)가 설치되어 있다.
원수 탱크(2)에는 원수(1)의 수용구(2a)가 형성되고, 또한, 막모듈(4)의 배수측 출구(4c)에 연락하는 원수 순환관(53)이 접속되어 있다. 원수 순환관(53)에는 밸브(15)가 설치되어 있다. 또한, 원수 탱크(2)에는, 원수측의 수질을 측정하는 수질 측정기(11)가 설치되어 있다. 수질 측정기(11)는, 탁도계 및 총유기탄소량 측정기 중 하나 이상이다. 수질 측정기(11)는, 원수측의 수질을 측정하는 측정 수단에 해당한다.
또, 막여과 장치(50)는, 막모듈(4)의 여과수측 출구(4b)와 여과수 탱크(6)를 연락하는 여과수 관로(55)를 포함하고 있다. 여과수 관로(55)는, 도중에 2방향으로 분기되며, 한쪽은 감압하지 않은 상태로 여과수를 여과수 탱크(6)에 보내는 제1 관로(57)가 되고, 다른쪽은 감압함으로써 여과수를 막모듈(4)로부터 여과수 탱크(6)에 보내는 제2 관로(58)가 된다. 제1 관로(57)의 입구에는 밸브(16)가 설치되고, 제2 관로(58)의 입구에는 밸브(17)가 설치되어 있다. 또한, 막여과 장치(50)는, 원수 도입 관로(51)에 배치된 원수 입구 압력 측정기(12a), 여과수 관로(55)에 배치된 여과수측 압력 측정기(12b), 원수 순환관(53)에 배치된 원수 출구 압력 측정기(12c) 및 막여과 유속 측정기(13)를 포함하고 있다. 원수 입구 압력 측정기(12a), 원수 출구 압력 측정기(12c) 및 여과수측 압력 측정기(12b)는, 각각의 위치에서의 압력을 측정하는 기기이며, 막여과 유속 측정기(13)는 제1 관로(57)를 흐르는 여과수의 막여과 유속을 측정하는 기기이다.
원수 입구 압력 측정기(12a)로 측정된 압력을 Pi, 원수 출구 압력 측정기(12c)로 측정된 압력을 Pp, 여과수측 압력 측정기(12b)로 측정된 압력을 Po로 했을 때, 막차압 Pd는 이하의 식에 의해 산출된다.
Pd=(Pi+Po)/2-Pp ㆍㆍㆍㆍ (식)
제2 관로(58)는 도중에 2방향으로 분기되며, 한쪽은 여과측 관로(59)가 되고, 다른쪽은 역세정측 관로(61)가 된다. 여과측 관로(59)에는, 감압 여과 펌프(5)가 설치되어 있고, 감압 여과 펌프(5)를 사이에 두고 상류측 및 하류측에는 각각 밸브(18, 19)가 설치되어 있다. 또, 역세정측 관로(61)에는, 가압 역세정 펌프(7)가 설치되어 있고, 역세정수의 흐름 방향을 기준으로 하여 가압 역세정 펌프(7)의 하류측 및 상류측에는 각각, 밸브(21) 및 밸브(20)가 설치되어 있다. 감압 여과 펌프(5)는, 여과수측 압력을 조정하는 제2 압력 조절 수단에 해당한다.
본 실시형태에서는, 막모듈(4)의 원수측에 압력 조절 여과 펌프(3), 여과수측에 감압 여과 펌프(5)가 되도록, 압력 조절 여과 펌프(3)와 감압 여과 펌프(5)를 직렬로 접속하고, 압력 조절 여과 펌프(3)와 감압 여과 펌프(5)를 독립적으로 온/오프할 수 있도록 배치하고 있기 때문에 바람직하지만, 이 양태 이외의 배치로 하는 것도 가능하다.
또, 막여과 장치(50)는, 약액으로서의 산화제를 저류하는 산화제 탱크(8)와, 산화제 탱크(8)에 저류된 산화제를 막모듈(4)에 공급하기 위한 약액 공급 관로(63)를 포함하고 있다. 약액 공급 관로(63)에는 산화제 송액 펌프(9)가 설치되고, 또한 산화제 송액 펌프(9)보다 하류측에는 밸브(25)가 설치되어 있다. 약액 공급 관로(63)의 하류 단부는, 제1 관로(57)와 제2 관로(58)의 분기점보다 상류측이 되는 위치에서 여과수 관로(55)에 접속되어 있다.
또, 막여과 장치(50)는, 막모듈(4)을 이용하여 원수(1)를 여과하는 여과 운전 및 막모듈(4)에 여과수를 투과시키는 역세정과 막모듈(4)에 대한 기체 세정을 동시에 행하는 역세정 운전을 제어하는 제어 유닛(40)을 포함하고 있다. 제어 유닛(40)은, 각 펌프(3, 5, 7, 9) 및 압축기(10)에 제어 신호를 송수신할 수 있게 접속되어 있다. 또, 제어 유닛(40)은, 각 밸브(14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 24, 25, 26, 27)에 제어 신호를 송수신할 수 있게 접속되어 있다. 또, 제어 유닛(40)은, 수질 측정기(11)로 측정된 원수(1)의 수질에 관한 측정치 데이터를 수신할 수 있게 접속되어 있고, 또한 원수 입구 압력 측정기(12a), 여과수측 압력 측정기(12b) 및 원수 출구 압력 측정기(12c)로 측정된 막차압에 관한 측정치 데이터를 수신할 수 있게 접속되어 있고, 또한 막여과 유속 측정기(13)로 측정된 막여과 유속에 관한 측정치 데이터를 수신할 수 있게 접속되어 있다.
제어 유닛(40)은, 중앙 처리 장치를 포함하며, 중앙 처리 장치는, 하드웨어 구성으로서 CPU, RAM, ROM 등을 가지며, 기능적 구성으로서 제어부, 연산부 및 기억부를 갖는다. 또한, 제어 유닛(40)은, 정해진 설정치, 예를 들어, 원수측 수질로부터 산출되는 막오염 원인 물질의 농도를 나타내는 특성값 X를 평가하기 위해 미리 설정되는 임계값, 막여과 유속을 평가하기 위해 미리 설정되어 기준이 되는 막여과 유속 또는 유효 NPSH(available net positive suction head) 등의 정보나 데이터를 입력하기 위한 입력 장치, 각종 정보를 출력하는 모니터 등의 출력 장치 등을 포함하고 있다.
제어 유닛(40)은, 각 펌프(3, 5, 7, 9) 및 압축기(10)에 대하여 제어 신호를 송신하여 구동하고, 또 구동을 정지함으로써 각 펌프(3, 5, 7, 9) 및 압축기(10)의 구동을 제어한다. 또, 제어 유닛(40)은, 각 밸브(14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 24, 25, 26, 27)에 제어 신호를 송신함으로써, 각 밸브(14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 24, 25, 26, 27)의 개폐를 제어한다. 또, 제어 유닛(40)은, 수질 측정기(11)로 측정된 원수(1)의 수질에 관한 측정치, 원수 입구 압력 측정기(12a), 여과수측 압력 측정기(12b) 및 원수 출구 압력 측정기(12c)로 측정된 막차압에 관한 측정치 및 막여과 유속 측정기(13)로 측정된 막여과 유속에 관한 측정치를 감시하고 있고, 또한 감압 여과 펌프(5)에서의 흡입 양정을 감시하고 있다.
본 실시형태에 따른 막여과 장치(50)의 제어 유닛(40)은, 막모듈(4)에 대하여 압력을 구동력으로 하는 여과 운전을 실행한다. 또, 제어 유닛(40)은, 막모듈(4)의 여과수측으로부터 원수측으로 여과수 및 산화제의 혼합 액체를 송액하는 역세정과 막모듈(4)의 막에 대한 기체 세정을 동시에 행하는 역세정 운전을 실행한다. 제어 유닛(40)은, 여과 운전과 역세정 운전을 교대로 반복 실행함으로써, 막의 폐색을 효과적으로 억제한다.
[여과 운전]
우선, 제어 유닛(40)에 의해 실행되는 여과 운전에 관해 설명한다. 제어 유닛(40)에 의해 실행되는 여과 운전에는, 원수측 가압 여과와, 여과수측 감압 여과와, 원수측 가압 여과 및 여과수측 감압 여과를 조합한 복합 여과의 3가지 양태가 있다.
(원수측 가압 여과)
도 2에 나타낸 바와 같이, 원수측 가압 여과를 행하는 경우, 제어 유닛(40)은, 원수 도입 관로(51)에 설치된 밸브(14, 24) 및 여과수 관로(55)의 제1 관로(57)에 설치된 밸브(16)를 개방하고, 기체 세정용 공기를 공급하기 위한 밸브(22), 산화제를 공급하기 위한 밸브(25) 및 여과수 관로(55)의 제2 관로(58)에 설치된 밸브(17)를 폐쇄한다. 그 결과, 원수측 가압 여과용 유체 유로가 형성된다.
다음으로, 제어 유닛(40)은 압력 조절 여과 펌프(3)를 구동한다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 압력 조절 여과 펌프(3)의 구동에 의해, 원수(1)는, 원수 탱크(2)를 경유하여 막모듈(4)에 압송된다. 막모듈(4)을 투과한 여과수는, 여과수 관로(55)의 제1 관로(57)를 통과하여 여과수 탱크(6)에 보내진다.
또, 원수 순환관(53)에 설치된 밸브(15)를 폐쇄하여 여과하면 전량 여과 방식, 밸브(15)의 개방도를 조절하여 개방하면 순환 여과 방식이 된다.
(여과수측 감압 여과)
도 3에 나타낸 바와 같이, 여과수측 감압 여과를 행하는 경우, 제어 유닛(40)은, 원수 도입 관로(51)에 설치된 밸브(14, 24), 여과수 관로(55)의 제2 관로(58)에 설치된 밸브(17) 및 제2 관로(58)의 여과측 관로(59)에 설치된 밸브(18, 19)를 개방한다. 또, 기체 세정용 공기를 공급하기 위한 밸브(22), 산화제를 공급하기 위한 밸브(25) 및 여과수 관로(55)의 제1 관로(57)에 설치된 밸브(16)를 폐쇄한다. 그 결과, 여과수측 감압 여과용 유체 유로가 형성된다. 여과수측 감압 여과용 유체 유로와 복합 여과의 유체 유로는 동일하다.
다음으로, 제어 유닛(40)은, 압력 조절 여과 펌프(3) 및 감압 여과 펌프(5)를 구동 제어한다. 제어 유닛(40)의 구동 제어에 의해, 원수(1)는 원수 탱크(2)를 거쳐 압력 조절 여과 펌프(3)에 의해 막모듈(4)에 송액되고, 막모듈(4)의 여과수측에 접속된 감압 여과 펌프(5)로 감압함으로써 여과수를 얻을 수 있다. 본 실시형태에 따른 여과수측 감압 여과에서는, 제어 유닛(40)은, 막모듈(4)에 원수(1)를 공급할 수 있는 최저한의 가압이 되도록 압력 조절 여과 펌프(3)를 구동 제어하고, 따라서, 여과수를 얻기 위한 구동력은 실질적으로 감압 여과 펌프(5)에 의해서만 부여된다. 압력 조절 여과 펌프(3)를 구동시키지 않고, 압력 조절 여과 펌프(3)를 바이패스하는 배관을 설치하여 밸브로 전환하도록 해도 좋다.
(복합 여과)
도 3에 나타낸 바와 같이, 복합 여과를 행하는 경우, 제어 유닛(40)은, 여과수측 감압 여과용 유체 유로와 동일한 유체 유로를 형성한다. 다음으로, 제어 유닛(40)은, 원수 공급의 역할을 겸하는 압력 조절 여과 펌프(3)와 감압 여과 펌프(5)를 구동한다. 그 결과, 원수(1)는, 압력 조절 여과 펌프(3)에 의해 원수 탱크(2)를 거쳐 막모듈(4)에 압송되고, 또한 감압 여과 펌프(5)로 여과수측을 감압함으로써, 가압과 감압의 쌍방을 동시에 행하는 방법에 의해 여과수를 얻을 수 있다. 얻어진 여과수는, 역세정 탱크를 겸용하는 여과수 탱크(6)에 저장된다.
[역세정 운전]
또, 여과 운전을 계속하여 막차압이 상승한 경우에는, 역세정이나 기체 세정 등의 물리 세정을 행하는 것이 바람직하다. 역세정이란, 막모듈(4)의 막의 여과수측으로부터 원수측으로 여과수를 투과시킴으로써, 막의 세공 안이나 원수측에 부착된 막오염 원인 물질을 제거하는 방법이다. 또, 기체 세정이란, 공기 등의 기체를 막의 원수측에 기포로서 도입함으로써 막을 동요시켜, 막의 원수측에 퇴적된 막오염 원인 물질을 제거하는 방법이다. 원수측에 실제로 가해지는 압력이 낮아, 막오염 원인 물질의 압축이 억제되고 있는 경우에는, 물리 세정에 의해 막오염 원인 물질을 제거하기 쉬워지는 것으로 생각할 수 있다.
본 실시형태에 따른 막여과 장치(50)는, 상기 여과 운전과 역세정 운전을 교대로 반복 실행한다. 여기서, 막여과 장치(50)의 제어 유닛(40)에 의해 실행되는 역세정 운전에 관해 설명한다. 본 실시형태에 따른 역세정 운전에는, 여과수측 가압 역세정과, 원수측 감압 역세정과, 여과수측 가압 역세정 및 원수측 감압 역세정을 조합한 복합 역세정의 3가지 양태가 있다.
(여과수측 가압 역세정)
도 4에 나타낸 바와 같이, 여과수측 가압 역세정에서는 역세정 공정과 배액 공정이 행해진다. 우선, 제어 유닛(40)은, 여과수 관로(55)의 제2 관로(58)에 설치된 밸브(17) 및 역세정측 관로(61)에 설치된 밸브(20, 21)를 개방하고, 또한 배수 배출 관로(52)에 설치된 밸브(23)를 개방한다. 한편, 여과측 관로(59)에 설치된 밸브(18) 및 원수 도입 관로(51)에 설치된 밸브(24)를 폐쇄한다. 그 결과로서, 역세정용 유체 유로가 형성된다. 역세정용 유체 유로의 형성에 따라, 산화제를 막모듈(4)에 공급하기 위해, 약액 공급 관로(63)에 설치된 밸브(25)가 개방되고, 또한 기체 세정용 공기를 막모듈(4)에 공급하기 위해, 공기 도입관(51a)에 설치된 밸브(22)를 개방한다.
다음으로, 제어 유닛(40)은, 가압 역세정 펌프(7)를 구동하여, 역세정 탱크를 겸용하는 여과수 탱크(6)에 저장되어 있는 여과수를 막모듈(4)로 압송한다. 또한, 제어 유닛(40)은, 산화제 송액 펌프(9)를 구동하여, 약액 공급 관로(63)를 통해 역세정용 여과수에 산화제를 공급하여 혼합 액체를 생성하고, 혼합 액체를 막모듈(4)의 여과수측으로부터 원수측으로 송액하여 역세정을 행한다. 또한, 제어 유닛(40)은, 압축기(10)를 구동하여, 공기 도입관(51a)을 통해 압축 공기를 막모듈(4)의 원수(1)측에 공급하여 막의 기체 세정을 행한다.
상기 역세정 공정후, 제어 유닛(40)은 배액 공정을 실행한다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 배액 공정은, 역세정 공정에서 막으로부터 박리한 제거 대상 물질을 배출하는 공정이다. 배액 공정에서 제어 유닛(40)은, 원수 도입 관로(51)의 밸브(14, 24) 및 배수 배출 관로(52)의 밸브(23)를 개방하고, 그 밖의 밸브(16, 17, 22, 25) 등을 폐쇄하여 배액용 유체 유로를 형성한다.
다음으로, 제어 유닛(40)은, 압력 조절 여과 펌프(3)를 구동하여, 원수(1)를 막모듈(4)에 공급한다. 여기서, 막모듈(4)의 원수(1)측에 고이는 제거 대상 물질은, 원수(1)와 함께 막모듈(4)의 배수측 출구(4c)를 통과하여 배수 배출 관로(52)에 배출된다.
(원수측 감압 역세정)
도 5에 나타낸 바와 같이, 원수측 감압 역세정에서는 역세정 공정과 배액 공정이 행해진다. 역세정 공정에서 제어 유닛(40)은, 여과수 관로(55)의 제2 관로(58)에 설치된 밸브(17) 및 역세정측 관로(61)에 설치된 밸브(20, 21)를 개방하고, 또한 배수 배출 관로(52)에 설치된 밸브(23)를 개방하고, 압력 조절 여과 펌프(3)에 연락하는 제1 역세정수 관로(71) 및 제2 역세정수 관로(72)에 설치된 밸브(26, 27)를 개방한다. 한편, 여과측 관로(59)에 설치된 밸브(18) 및 원수 도입 관로(51)에 설치된 밸브(14, 24)를 폐쇄한다. 그 결과로서, 역세정용 유체 유로가 형성된다. 또한, 기체 세정용 공기를 공급하기 위한 밸브(22) 및 산화제를 공급하기 위한 밸브(25)를 개방한다.
다음으로, 제어 유닛(40)은, 압력 조절 여과 펌프(3)로 막모듈(4)의 원수측을 감압하도록 구동 제어하고, 또한 가압 역세정 펌프(7)를 구동 제어한다. 제어 유닛(40)의 구동 제어에 의해, 역세정 탱크를 겸용하는 여과수 탱크(6)에 저장되어 있는 여과수는 막모듈(4)에 송액되고, 막모듈(4)의 원수측에 접속된 압력 조절 여과 펌프(3)로 감압함으로써 역세정이 행해진다. 본 실시형태에 따른 원수측 감압 역세정에서는, 제어 유닛(40)은, 막모듈(4)에 여과수를 공급할 수 있는 최저한의 가압이 되도록 가압 역세정 펌프(7)를 구동 제어하고, 따라서, 역세정을 위한 구동력은 실질적으로 압력 조절 여과 펌프(3)에 의해서만 부여된다. 가압 역세정 펌프(7)를 구동시키지 않고, 가압 역세정 펌프(7)를 바이패스하는 배관을 설치하여 밸브로 전환하도록 해도 좋다.
상기 역세정 공정후, 제어 유닛(40)은, 여과수측 가압 역세정의 배액 공정과 동일한 배액 공정을 실행한다(도 6 참조).
(복합 역세정)
도 5에 나타낸 바와 같이, 복합 역세정에서는 역세정 공정과 배액 공정이 행해진다. 역세정 공정에서 제어 유닛(40)은, 원수측 감압 역세정과 동일하게 역세정용 유체 유로를 형성하고, 또한 기체 세정용 공기를 공급하기 위한 밸브(22) 및 산화제를 공급하기 위한 밸브(25)를 개방한다.
다음으로, 제어 유닛(40)은, 압력 조절 여과 펌프(3)로 막모듈(4)의 원수측을 감압하도록 구동 제어하고, 또한 가압 역세정 펌프(7)를 구동 제어한다. 제어 유닛(40)의 구동 제어에 의해, 역세정 탱크를 겸용하는 여과수 탱크(6)에 저장되어 있는 여과수는 가압 역세정 펌프(7)에 의해 막모듈(4)에 압송되고, 또한 압력 조절 여과 펌프(3)로 원수측을 감압함으로써, 가압과 감압의 쌍방을 동시에 행하는 방법에 의해 역세정이 행해진다.
상기 역세정 공정후, 제어 유닛(40)은, 여과수측 가압 역세정의 배액 공정과 동일한 배액 공정을 실행한다(도 6 참조).
[전환 제어]
제어 유닛(40)은, 수질 측정기(11)로 측정된 원수측 수질, 막차압 측정기(12)로 측정된 막차압 및 막여과 유속 측정기(13)로 측정된 막여과 유속을 모두 감시하고 있다. 그리고, 제어 유닛(40)은, 각 측정치 중 하나 이상에 따라서, 상기 3가지 양태의 여과 중 어느 하나의 여과로부터 다른 여과로 전환하는 제어를 행한다. 제어 유닛(40)에 의해 행해지는 전환 제어에 관해 설명한다.
전환 제어로는, 예를 들어, 제어 유닛(40)이 측정치로서 원수측 수질을 취득하고, 취득한 측정치로부터 막오염 원인 물질의 농도를 나타내는 특성값 X를 산출하여, 그 특성값 X가, 미리 설정한 임계값을 하회하는 경우에는 원수측 가압 여과를 행하고, 그 특성값 X가 임계값을 상회하는 경우에는, 원수측 가압 여과로부터 복합 여과로 전환하도록 해도 좋다.
특성값 X는 원수측 수질로부터 산출된다. 원수측 수질의 항목으로는, 탁도(도), TOC(mg/L), CODMn(mg/L), CODCr(mg/L), BOD(mg/L), 또는 이하에 기재하는 금속 농도, Fe(mg/L), Mn(mg/L), Al(mg/L), Si(mg/L), Ca(mg/L), Mg(mg/L)를 들 수 있고, 대응하는 수질 측정 기기를 설치하여 각각의 수질 측정치를, 막오염 원인 물질을 나타내는 특성값 X로서 이용할 수 있다. 본 실시형태에 따른 수질 측정기(11)는, 탁도(도) 및 TOC(mg/L) 중 하나 이상을 취득하여, 각 측정치로부터 특성값 X를 산출하도록 하고 있다. 예를 들어, 특성값 X는 탁도(도)만, 또는, TOC(mg/L)만으로부터 산출해도 좋고, 탁도(도) 및 TOC(mg/L)로부터 산출해도 좋다. 특성값 X를 탁도(도) 및 TOC(mg/L)로부터 산출하는 경우, 탁도를 A(도), TOC를 B(mg/L)로 하면, X=A+B의 값으로서 산출할 수 있다. TOC(mg/L)는 총유기탄소량이다.
또, 특성값 X로서 탁도를 이용하는 경우에는, 임계값은 탁도 0.01도~1000도로 임계값을 정하는 것이 바람직하고, 1도~100도로 정하는 것이 보다 바람직하다. 특성값 X로서 TOC를 이용하는 경우에는, 임계값은 TOC 0.01 mg/L~1000 mg/L로 임계값을 정하는 것이 바람직하고, 1 mg/L~100 mg/L로 정하는 것이 보다 바람직하다. 특성값 X로서 탁도 및 TOC(A+B)를 이용하는 경우에는, 임계값은 A+B의 값이 0.01~1000으로 임계값을 정하는 것이 바람직하고, A+B의 값이 1~100으로 임계값을 정하는 것이 보다 바람직하다.
또, 전환 제어의 다른 양태로서, 예를 들어, 제어 유닛(40)이 측정치로서 막여과 유속을 취득하고, 여과수측 감압 여과에 의한 설계 유량으로 정유량 여과 운전하는 중에, 취득한 측정치가 미리 설정된 막여과 유속을 하회한 경우에, 여과수측 감압 여과로부터, 원수측 가압 여과 또는 복합 여과로 전환하도록 해도 좋다.
또, 전환 제어의 다른 양태로서, 예를 들어, 제어 유닛(40)이 측정치로서 막차압에 대응하는 여과수측의 흡입 양정을 취득하고, 여과수측 감압 여과에 의한 설계 유량으로 정유량 여과 운전하는 중에, 여과수측의 흡입 양정이 유효 NPSH에 도달한 경우에, 여과수측 감압 여과로부터, 원수측 가압 여과 또는 복합 여과로 전환하도록 해도 좋다.
전환의 타이밍이나 전환 제어의 양태에 관해서는, 상기 외에 여러가지 양태를 생각할 수 있다. 다음으로, 제어 유닛(40)에 의한 전환 제어의 작용, 효과에 관해 설명한다.
본 실시형태에서의 피처리수로서의 바람직한 원수는, 상수, 공업용수, 하천수, 호소수, 지하수, 저수, 하수 이차 처리수, 배수 또는 하수 등이다. 이 종류의 원수(1)를 막으로 여과하면, 원수(1) 중의 막오염 원인 물질에 의해 케이크층의 형성 및 세공의 폐색에 의해 여과 저항을 증대시키는 막오염이 발생하기 때문에, 정유량 운전을 계속하는 동안에 막차압이 상승해 간다.
본 발명자는, 막오염 원인 물질량이 많고, 탁도 및 TOC(총유기탄소량) 중 하나 이상이 높은 원수에 대해, 막차압이 대기압 미만이 되는 동등한 막여과 유속으로 정량 여과 운전한 경우, 여과수측 감압 여과와 비교하여, 원수측 가압 여과가 막차압의 상승이 빠르다는 것을 발견했다.
또, 상기 원수(1)에서는 수질에 변동이 발생하는 것이 일반적이고, 막오염 원인 물질의 양도 변동한다. 본 발명자는, 원수(1) 중의 막오염 원인 물질이 급격히 상승하면 막오염이 급격하게 진행되게 되지만, 이 때, 특히 원수측 가압 여과와 비교하여 여과수측 감압 여과가 막차압의 상승을 억제할 수 있다는 것을 발견했다.
이상과 같은 원수측 가압 여과와 여과수측 감압 여과의 차이는, 막오염 원인 물질이 존재하는 막의 원수측에 실제로 가해지는 압력의 차이 때문에 생긴다고 생각할 수 있다. 즉, 원수측 가압 여과에서는 원수측에 실제로 가해지는 압력이 대기압과 막차압의 합인 반면, 여과수측 감압 여과에서는 원수측에 실제로 가해지는 압력이 대기압이 되고, 원수측에 실제로 가해지는 압력이 막차압분만큼 원수측 가압 여과가 높아지게 된다.
원수측 가압 여과도, 여과수측 감압 여과도, 같은 막여과 유속으로 운전한 경우, 초기에 가해지는 막차압은 같고, 원수(1) 중의 막오염 원인 물질에 대하여 막과 수직 방향으로 가해지는 힘은 같다. 그러나, 막오염 원인 물질이 퇴적되는 막표면에서의 실제 압력은 여과수측 감압 여과와 비교하여, 원수측 가압 여과가 대기압분만큼 높다. 따라서, 원수측 가압 여과에서는 막오염 원인 물질의 입자가 보다 압축되어 형태가 변화하여, 막표면에 형성되는 케이크층은 보다 치밀한 것이 되는 것으로 생각할 수 있다. 이 상태에서, 역세정과 기체 세정을 동시에 행하면, 케이크층이 조밀해져 있는 원수측 가압 여과에서는 역세정의 효과가 낮아진다고 생각할 수 있다. 이 때문에, 장기간의 여과 운전을 계속하면, 동일한 막여과 유속으로 운전하는 원수측 가압 여과는 여과수측 감압 여과에 비해 압력의 상승이 빨라진다. 그 차이는 원수 중에 포함되는 막오염 원인 물질의 양이 적으면 무시할 수 있을 정도로 작지만, 막오염 원인 물질의 양이 어느 일정치를 넘으면 현저해진다. 따라서, 역세정 등의 효과만을 기준으로 생각하면, 원수측 가압 여과보다 여과수측 감압 여과가 유리하다고 생각할 수 있다.
그러나, 여과수측 감압 여과에서는, 얻어지는 막차압은 최대로 대기압분이므로, 막차압이 대기압 이상이 되는 조건에서는, 여과수측 감압 여과 단독으로 운전할 수 없어, 설계한 막여과 유속을 확보할 수 없다. 즉, 막오염 원인 물질이 적은 원수의 경우, 높은 막여과 유속으로 운전되는 것이 일반적이고, 안정 운전시의 막차압이 높은 값이 되므로, 여과수측 감압 여과 단독으로 여과 운전할 수는 없다. 따라서, 원수측 가압 여과, 또는 복합 여과가 필요해진다.
여기서, 원수 중의 막오염 원인 물질의 양이 많은 경우에는, 막의 원수측에 실제로 가해지는 압력을 저감하기 위해 복합 여과를 선택하고, 여과수를 취출하는 구동력으로서 여과수측 감압 여과의 기여를 가능한 한 크게 하여, 막여과 유속의 부족분을 원수측 가압 여과에 의해 보충하는 것이 보다 바람직하다. 한편, 원수 중의 막오염 원인 물질의 양이 적은 경우에는, 원수측 가압 여과만으로 운전하는 것이 에너지 효율을 감안하여 유리해지고, 또한 여과수측 감압 펌프의 사용 빈도 및 기간을 최소한으로 억제함으로써 펌프의 수명을 장기화할 수 있다.
즉, 막여과 장치(50) 및 막여과 장치(50)에 의해 실행되는 여과 방법에 의하면, 원수(1)의 수질 변동, 막여과 유속이나 막차압의 변화에 따라서 최적의 여과 운전이 되도록 여과의 양태를 전환하기 때문에, 원수 수질에 변동이 있는 경우에도 높은 막여과 유속으로, 막차압의 상승을 억제하여 약품 세정의 횟수를 삭감하고, 또한 에너지 소비가 최소한이어서 펌프의 수명을 장기화하는 것이 가능해진다. 그 결과, 설계한 막여과 유속을 확보한 채 막차압의 상승을 억제하여, 장시간 안정된 여과 운전을 계속하는 것이 가능해진다.
또, 막여과 장치(50) 및 막여과 장치(50)에 의해 실행되는 여과 방법에서는, 여과수측 가압 역세정, 원수측 감압 역세정 및 복합 역세정 중 어느 하나의 역세정을 선택하여 실행함으로써, 효과적인 역세정을 가능하게 한다.
예를 들어, 원수측 감압 역세정에서는, 여과수측 가압 역세정과 비교하여, 막오염 원인 물질이 퇴적되어 있는 막표면에서의 실제 압력이 대기압분만큼 작아진다. 따라서, 막표면에 퇴적된 막오염 원인 물질의 압축이 완화되어, 역세정 효과는 높다고 생각할 수 있다. 한편, 여과 방법과 마찬가지로, 원수측 감압 역세정만으로는 설계한 역세정 유속을 확보할 수 없는 경우도 있다고 생각되고, 이 경우에는, 복합 역세정으로 하여, 역세정수를 취출하는 구동력에 의한 원수측 감압 역세정의 기여를 가능한 한 크게 하고, 부족분을 여과수측 가압 역세정에 의해 보충하도록 함으로써 바람직한 역세정이 가능해진다.
이상, 본 발명의 실시형태에 관해 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에만 한정되지 않는다. 예를 들어, 원수측 가압 여과, 여과수측 감압 여과, 복합 여과, 여과수측 가압 역세정, 원수측 감압 역세정 및 복합 역세정을 행하기 위한 제1 및 제2 압력 조절 수단과 관련하여, 가압 수단으로는 가압 펌프, 압력 조절 펌프, 고압 기체, 수두차 등을 들 수 있고, 감압 수단으로는 흡인 펌프, 진공 펌프 등을 들 수 있다.
( 실시예 )
[실시예 1]
원수로서 평균 탁도 1도의 하천 표류수를 이용했다. 상기 막여과 장치(50)에 대응하는 장치를 이용하여 여과 운전 및 역세정 운전을 행했다. 이 여과 운전은, 원수측 가압 여과로 개시했다. 수질 측정기(11)로부터의 신호가 제어 유닛(40)에 보내어져, 측정치가 5도에 도달한 시점부터 제어 유닛(40)에 의해 복합 여과로 자동적으로 전환되었다.
원수측 가압 여과는 막모듈(4)에 압력 조절 여과 펌프(3)를 이용하여 원수(1)를 일정 유량(막여과 유속 2.5 ㎥/㎡/일, 하루에 막면적 1 ㎡당 2.5 ㎥의 여과수를 얻을 수 있는 유량)으로 공급하는 정유량 여과로 하고, 전량 여과 방식으로 행했다.
복합 여과에서는, 막모듈(4)에 압력 조절 여과 펌프(3)를 이용하여 원수(1)를 일정 유량(막여과 유속 2.5 ㎥/㎡/일, 하루에 막면적 1 ㎡당 2.5 ㎥의 여과수를 얻을 수 있는 유량)으로 공급하고, 동시에 감압 여과 펌프(5)로 감압하는 정유량 여과로 하고, 전량 여과 방식으로 행했다. 복합 여과에서의 감압 여과 펌프(5)의 회전수는, 펌프의 최대 회전수인 50 헤르츠로 운전했다.
본 실시예에서는, 원수측 가압 여과 또는 복합 여과와 세정 운전을 교대로 반복하여 행하고, 운전 조건으로는, 여과 운전 29분, 역세정 운전으로서 역세정 동시 기체 세정 1분, 배출 30초를 반복적으로 행했다. 역세정 운전은 3.0 ㎥/㎡/일로 행하고, 동시에 산화제 송액 펌프(9)를 이용하여 산화제 탱크(8) 중의 차아염소산나트륨을 공급하여, 역세정수의 잔류 염소 농도가 3 mg/리터가 되도록 했다. 기체 세정용 기체는 압축기(10)에 의해 압축한 공기를 이용하여 행하고, 공기 유량은 1.5 N㎥/hr로 하여 행했다.
상기 운전 조건으로 원수측 가압 여과법으로 연속 운전을 시작한 결과, 약 1000 시간후에 탁도가 5도를 넘어 17도에 도달했기(도 8 참조) 때문에, 복합 여과로 자동적으로 전환되었다. 막차압은 최대 163 kPa까지 상승하고, 3000 시간후에는 145 kPa였다(도 7 참조). 3000 시간까지 정해진 막여과 유속 2.5 ㎥/㎡/일을 유지한 채로 연속 운전할 수 있었다(도 9 참조).
[비교예 1]
원수로서 평균 탁도 1도의 하천 표류수를 이용했다. 제어 유닛(40)을 제외하고 실시예 1과 동일한 구성을 포함하는 장치를 이용하여 여과 운전 및 역세정 운전을 행하고, 여과 운전은 원수측 가압 여과로 실시예 1과 동시에 병행하여 행했다. 막모듈(4)에 압력 조절 여과 펌프(3)를 이용하여 원수(1)를 일정 유량(막여과 유속 2.5 ㎥/㎡/일, 하루에 막면적 1 ㎡당 2.5 ㎥의 여과수를 얻을 수 있는 유량)으로 공급하는 정유량 여과로 하고, 전량 여과 방식으로 행했다.
비교예 1의 운전 조건으로는, 여과 운전 29분, 역세정 운전으로서 역세정 동시 기체 세정 1분, 배출 30초를 반복적으로 행했다. 역세정 운전은 3.0 ㎥/㎡/일로 행하고, 동시에 산화제 송액 펌프(9)를 이용하여 산화제 탱크(8) 중의 차아염소산나트륨을 공급하여, 역세정수의 잔류 염소 농도가 3 mg/리터가 되도록 했다. 기체 세정용 기체는 압축기(10)에 의해 압축한 공기를 이용하여 행하고, 공기 유량은 1.5 N㎥/hr로 하여 행했다. 상기 운전 조건으로 연속 운전한 결과, 약 1050 시간후에 막차압이 약품 세정이 필요한 200 kPa가 되었기 때문에, 장치를 정지했다(도 7 참조).
[비교예 2]
원수로서 평균 탁도 1도의 하천 표류수를 이용했다. 비교예 1과 동일한 구성을 포함하는 장치를 이용하여 여과 운전 및 역세정 운전을 행하고, 여과 운전은 여과수측 감압 여과로 실시예 1과 동시에 병행하여 행했다. 막모듈(4)에 압력 조절 여과 펌프(3)를 이용하여 원수(1)를 일정 유량(막여과 유속 2.5 ㎥/㎡/일, 하루에 막면적 1 ㎡당 2.5 ㎥의 여과수를 얻을 수 있는 유량)으로 공급하는 정유량 여과로 하고, 전량 여과 방식으로 행했다.
비교예 2의 운전 조건으로는, 여과 운전 29분, 역세정 운전으로서 역세정 동시 기체 세정 1분, 배출 30초를 반복적으로 행했다. 역세정 운전은 3.0 ㎥/㎡/일로 행하고, 동시에 산화제 송액 펌프(9)를 이용하여 산화제 탱크(8) 중의 차아염소산나트륨을 공급하여, 역세정수의 잔류 염소 농도가 3 mg/리터가 되도록 했다. 기체 세정용 기체는 압축기(10)에 의해 압축한 공기를 이용하여 행하고, 공기 유량은 1.5 N㎥/hr로 하여 행했다. 상기 운전 조건으로 연속 운전한 결과, 1000 시간후에 설계 막여과 유속인 2.5 ㎥/㎡/일을 하회하고, 최저 1.5 ㎥/㎡/일이 되었다(도 9 참조).
[실시예 2]
원수로서 평균 탁도 0.1도의 하천 표류수를 이용했다. 실시예 1과 동일한 구성을 포함하는 장치를 이용하여 여과 운전 및 역세정 운전을 행하고, 여과 운전은 여과수측 감압 여과로 개시하여, 막차압 측정기(12)에서의 측정치가 80 kPa에 도달한 시점부터 원수측 가압 여과와 여과수측 감압 여과를 조합한 여과 방법으로 자동적으로 전환되었다. 원수측 가압 여과와 여과수측 감압 여과를 조합한 여과 방법의 감압 여과 펌프(5)의 회전수는, 여과수측 감압 여과를 계속하여 막차압이 80 kPa에 도달한 시점의 값으로 운전했다. 복합 여과에서는, 막모듈(4)에 압력 조절 여과 펌프(3)를 이용하여 원수(1)를 일정 유량(막여과 유속 5.0 ㎥/㎡/일, 하루에 막면적 1 ㎡당 5.0 ㎥의 여과수를 얻을 수 있는 유량)으로 공급하고, 동시에 감압 여과 펌프(5)로 감압하는 정유량 여과로 하고, 전량 여과 방식으로 행했다.
실시예 2의 운전 조건으로는, 여과 운전 29분, 역세정 운전으로서 역세정 동시 기체 세정 1분, 배출 30초를 반복적으로 행했다. 역세정 운전은 3.8 ㎥/㎡/일로 행하고, 동시에 산화제 송액 펌프(9)를 이용하여 산화제 탱크(8) 중의 차아염소산나트륨을 공급하여, 역세정수의 잔류 염소 농도가 3 mg/리터가 되도록 했다. 기체 세정용 기체는 압축기(10)에 의해 압축한 공기를 이용하여 행하고, 공기 유량은 1.5 N㎥/hr로 하여 행했다. 상기 운전 조건으로 여과수측 감압 여과법으로 연속 운전을 시작한 결과, 약 400 시간후에 막차압이 80 kPa에 도달했기 때문에, 복합 여과로 전환했다. 약 2000 시간까지 안정적인 여과를 계속하여 약 2500 시간후에 막차압이 약품 세정이 필요한 200 kPa가 되었다(도 10 참조).
[비교예 3]
원수로서 평균 탁도 0.1도의 하천 표류수를 이용했다. 비교예 1과 동일한 구성을 포함하는 장치를 이용하여 여과 운전 및 역세정 운전을 행하고, 여과 운전은 원수측 가압 여과로 행했다. 막모듈(4)에 압력 조절 여과 펌프(3)를 이용하여 원수(1)를 일정 유량(막여과 유속 5.0 ㎥/㎡/일, 하루에 막면적 1 ㎡당 5.0 ㎥의 여과수를 얻을 수 있는 유량)으로 공급하는 정유량 여과로 하고, 전량 여과 방식으로 행했다.
비교예 3의 운전 조건으로는, 여과 운전 29분, 역세정 운전으로서 역세정 동시 기체 세정 1분, 배출 30초를 반복적으로 행했다. 역세정 운전은 3.8 ㎥/㎡/일로 행하고, 동시에 산화제 송액 펌프(9)를 이용하여 산화제 탱크(8) 중의 차아염소산나트륨을 공급하여, 역세정수의 잔류 염소 농도가 3 mg/리터가 되도록 했다. 기체 세정용 기체는 압축기(10)에 의해 압축한 공기를 이용하여 행하고, 공기 유량은 1.5 N㎥/hr로 하여 행했다. 상기 운전 조건으로 연속 운전한 결과, 안정된 운전 시간이 짧고, 약 1900 시간후에 막차압이 약품 세정이 필요한 200 kPa가 되었다(도 10 참조).
[실시예 3]
원수로서 평균 탁도가 100도인 하천수 모래 여과기의 역세정 배수를 이용했다. 실시예 1과 동일한 구성을 포함하는 장치를 이용하여 여과 운전 및 역세정 운전을 행하고, 여과 운전은 여과수측 감압 여과로 개시하여, 막여과 유속 측정기(13)의 측정치가 설계 막여과 유속인 1.0 ㎥/㎡/일을 하회한 시점부터 복합 여과로 자동적으로 전환되었다. 복합 여과의 감압 여과 펌프(5)의 회전수는, 최대 회전수인 50 헤르츠로 운전했다. 복합 여과에서는, 막모듈(4)에 압력 조절 여과 펌프(3)를 이용하여 원수(1)를 일정 유량(막여과 유속 1.0 ㎥/㎡/일, 하루에 막면적 1 ㎡당 1.0 ㎥의 여과수를 얻을 수 있는 유량)으로 공급하고, 동시에 감압 여과 펌프(5)로 감압하는 정유량 여과로 하고, 전량 여과 방식으로 행했다.
실시예 3의 운전 조건으로는, 여과 운전 29분, 역세정 운전으로서 역세정 동시 기체 세정 1분, 배출 30초를 반복적으로 행했다. 역세정 운전은 1.0 ㎥/㎡/일로 행하고, 동시에 산화제 송액 펌프(9)를 이용하여 산화제 탱크(8) 중의 차아염소산나트륨을 공급하여, 역세정수의 잔류 염소 농도가 3 mg/리터가 되도록 했다. 기체 세정용 기체는 압축기(10)에 의해 압축한 공기를 이용하여 행하고, 공기 유량은 1.5 N㎥/hr로 하여 행했다. 상기 운전 조건으로 여과수측 감압 여과법으로 연속 운전을 시작한 결과, 약 2250 시간후에 막여과 유속 측정기(13)의 측정치가 설계 막여과 유속인 1.0 ㎥/㎡/일을 하회했기 때문에, 복합 여과로 자동적으로 전환되었다. 약 3000 시간후에 막차압이 약품 세정이 필요한 200 kPa가 되어(도 11 참조), 설계 막여과 유속인 1.0 ㎥/㎡/일로 약 3000 시간 운전할 수 있었다(도 12 참조).
[비교예 4]
원수로서 평균 탁도가 100도인 하천수 모래 여과기의 역세정 배수를 이용했다. 비교예 1과 동일한 구성을 포함하는 장치를 이용하여 여과 운전 및 역세정 운전을 행하고, 여과 운전은 여과수측 감압 여과로 행했다. 막모듈(4)에 압력 조절 여과 펌프(3)를 이용하여 원수(1)를 일정 유량(막여과 유속 1.0 ㎥/㎡/일, 하루에 막면적 1 ㎡당 1.0 ㎥의 여과수를 얻을 수 있는 유량)으로 공급하고, 감압 여과 펌프(5)로 감압하는 정유량 여과로 하고, 전량 여과 방식으로 행했다.
비교예 4의 운전 조건으로는, 여과 운전 29분, 역세정 운전으로서 역세정 동시 기체 세정 1분, 배출 30초를 반복적으로 행했다. 역세정 운전은 1.0 ㎥/㎡/일로 행하고, 동시에 산화제 송액 펌프(9)를 이용하여 산화제 탱크(8) 중의 차아염소산나트륨을 공급하여, 역세정수의 잔류 염소 농도가 3 mg/리터가 되도록 했다. 기체 세정용 기체는 압축기(10)에 의해 압축한 공기를 이용하여 행하고, 공기 유량은 1.5 N㎥/hr로 하여 행했다. 상기 운전 조건으로 연속 운전한 결과, 막여과 유속이 약 2300 시간후에 설계 막여과 유속인 1.0 ㎥/㎡/일을 하회하고, 약 3000 시간후에는 0.45 ㎥/㎡/일이 되었다(도 12).
[비교예 5]
원수로서 평균 탁도가 100도인 하천수 모래 여과기의 역세정 배수를 이용했다. 비교예 1과 동일한 구성을 포함하는 장치를 이용하여 여과 운전 및 역세정 운전을 행하고, 여과 운전은 원수측 가압 여과로 행했다. 막모듈(4)에 압력 조절 여과 펌프(3)를 이용하여 원수(1)를 일정 유량(막여과 유속 1.0 ㎥/㎡/일, 하루에 막면적 1 ㎡당 1.0 ㎥의 여과수를 얻을 수 있는 유량)으로 공급하는 정유량 여과로 하고, 전량 여과 방식으로 행했다.
비교예 5의 운전 조건으로는, 여과 운을 29분, 역세정 운전으로서 역세정 동시 기체 세정 1분, 배출 30초를 반복적으로 행했다. 역세정 운전은 1.0 ㎥/㎡/일로 행하고, 동시에 산화제 송액 펌프(9)를 이용하여 산화제 탱크(8) 중의 차아염소산나트륨을 공급하여, 역세정수의 잔류 염소 농도가 3 mg/리터가 되도록 했다. 기체 세정용 기체는 압축기(10)에 의해 압축한 공기를 이용하여 행하고, 공기 유량은 1.5 N㎥/hr로 하여 행했다. 상기 운전 조건으로 연속 운전한 결과, 약 1950 시간후에 막차압이 약품 세정이 필요한 200 kPa가 되었다(도 11 참조).
[실시예 4]
원수로서 평균 탁도 2도의 하천 표류수를 이용했다. 실시예 1과 동일한 구성을 포함하는 장치를 이용하여 여과 운전 및 역세정 운전을 행하고, 여과 운전은 여과수측 감압 여과로 개시하여, 막차압 측정기(12)에서의 측정치가 80 kPa에 도달한 시점부터 복합 여과로 자동적으로 전환되었다. 복합 여과의 감압 여과 펌프(5)의 회전수는, 여과수측 감압 여과를 계속하여 막차압이 80 kPa에 도달한 시점의 값으로 운전했다. 복합 여과에서는, 막모듈(4)에 압력 조절 여과 펌프(3)를 이용하여 원수(1)를 일정 유량(막여과 유속 1.7 ㎥/㎡/일, 하루에 막면적 1 ㎡당 1.7 ㎥의 여과수를 얻을 수 있는 유량)으로 공급하고, 동시에 감압 여과 펌프(5)로 감압하는 정유량 여과로 하고, 전량 여과 방식으로 행했다.
실시예 4의 운전 조건으로는, 여과 운전 29분, 역세정 운전으로서 역세정 동시 기체 세정 1분, 배출 30초를 반복적으로 행했다. 역세정 운전은 1.7 ㎥/㎡/일로 행하고, 동시에 산화제 송액 펌프(9)를 이용하여 산화제 탱크(8) 중의 차아염소산나트륨을 공급하여, 역세정수의 잔류 염소 농도가 3 mg/리터가 되도록 했다. 기체 세정용 기체는 압축기(10)에 의해 압축한 공기를 이용하여 행하고, 공기 유량은 1.5 N㎥/hr로 하여 행했다. 상기 운전 조건으로 여과수측 감압 여과법으로 연속 운전을 시작한 결과, 100 시간후에 막차압이 43 kPa가 되었다. 100 시간후에 탁질을 첨가하여, 탁도를 약 100도로 한 결과, 막차압은 최대 73 kPa까지 상승하고 그 후 저하되었다. 250 시간후에 다시 탁질을 첨가하여 100도로 한 결과, 약 260 시간후(탁질을 첨가하고 나서 약 10 시간후)에 막차압이 80 kPa에 도달했기 때문에, 복합 여과로 자동적으로 전환되었다. 막차압은 최대 140 kPa까지 상승하고, 그 후 저하되어 500 시간후에 63 kPa가 되었다(도 13 참조). 설계 막여과 유속인 1.7 ㎥/㎡/일로 500 시간 운전할 수 있었다(도 14 참조).
[비교예 6]
원수로서 평균 탁도 2도의 하천 표류수를 이용했다. 비교예 1과 동일한 구성을 포함하는 장치를 이용하여 여과 운전 및 역세정 운전을 행하고, 여과 운전은 여과수측 감압 여과로 행했다. 막모듈(4)에 압력 조절 여과 펌프(3)를 이용하여 원수(1)를 일정 유량(막여과 유속 1.7 ㎥/㎡/일, 하루에 막면적 1 ㎡당 1.7 ㎥의 여과수를 얻을 수 있는 유량)으로 공급하고, 감압 여과 펌프(5)로 감압하는 정유량 여과로 하고, 전량 여과 방식으로 행했다.
비교예 6의 운전 조건으로는, 여과 운전 29분, 역세정 운전으로서 역세정 동시 기체 세정 1분, 배출 30초를 반복적으로 행했다. 역세정 운전은 1.7 ㎥/㎡/일로 행하고, 동시에 산화제 송액 펌프(9)를 이용하여 산화제 탱크(8) 중의 차아염소산나트륨을 공급하여, 역세정수의 잔류 염소 농도가 3 mg/리터가 되도록 했다. 기체 세정용 기체는 압축기(10)에 의해 압축한 공기를 이용하여 행하고, 공기 유량은 1.5 N㎥/hr로 하여 행했다. 상기 운전 조건으로 연속 운전한 결과 100 시간후에 막차압이 45 kPa가 되었다. 100 시간후에 탁질을 첨가하여, 탁도를 약 100도로 한 결과, 막차압은 최대 69 kPa까지 상승하고 그 후 저하되었다(도 13 참조). 250 시간후에 다시 탁질을 첨가하여 100도로 한 결과, 약 260 시간후(탁질을 첨가하고 나서 약 10 시간후)에 막여과 유속이 설계 막여과 유속인 1.7 ㎥/㎡/일을 하회하고, 최저 0.82 ㎥/㎡/일이 되었다(도 14 참조).
[비교예 7]
원수로서 평균 탁도 2도의 하천 표류수를 이용했다. 비교예 1과 동일한 구성을 포함하는 장치를 이용하여 여과 운전 및 역세정 운전을 행하고, 여과 운전은 원수측 가압 여과로 행했다. 막모듈(4)에 압력 조절 여과 펌프(3)를 이용하여 원수(1)를 일정 유량(막여과 유속 1.7 ㎥/㎡/일, 하루에 막면적 1 ㎡당 1.7 ㎥의 여과수를 얻을 수 있는 유량)으로 공급하는 정유량 여과로 하고, 전량 여과 방식으로 행했다.
비교예 7의 운전 조건으로는, 여과 운전 29분, 역세정 운전으로서 역세정 동시 기체 세정 1분, 배출 30초를 반복적으로 행했다. 역세정 운전은 1.7 ㎥/㎡/일로 행하고, 동시에 산화제 송액 펌프(9)를 이용하여 산화제 탱크(8) 중의 차아염소산나트륨을 공급하여, 역세정수의 잔류 염소 농도가 3 mg/리터가 되도록 했다. 기체 세정용 기체는 압축기(10)에 의해 압축한 공기를 이용하여 행하고, 공기 유량은 1.5 N㎥/hr로 하여 행했다. 상기 운전 조건으로 연속 운전한 결과 100 시간후에 막차압이 45 kPa가 되었다. 100 시간후에 탁질을 첨가하여, 탁도를 약 100도로 한 결과, 막차압은 최대 113 kPa까지 상승하고 그 후 저하되었다(도 13 참조). 250 시간후에 다시 탁질을 첨가하여 100도로 한 결과, 약 265 시간후(탁질을 첨가하고 나서 약 15 시간후)에 막차압이 약품 세정이 필요한 200 kPa가 되었다(도 13 참조).
상수, 공업용수, 하천수, 호소수, 지하수, 저수, 하수 이차 처리수, 배수, 하수 등을 원수로 하여 막여과에 적용하거나, 또는 유가물의 분리 혹은 농축을 위해 막여과를 적용하는 분야에서 바람직하게 이용할 수 있다.
1 : 원수
3 : 압력 조절 여과 펌프(제2 조정 수단)
5 : 감압 여과 펌프(제1 조정 수단)
4 : 막모듈
11 : 수질 측정기(측정 수단)
40 : 제어 유닛(제어 수단)
50 : 막여과 장치

Claims (14)

  1. 막모듈에 대하여 압력을 구동력으로 하는 여과 운전을 실행함으로써, 원수를 여과하여 여과수를 얻는 여과 방법으로서,
    상기 여과 운전은, 원수측 가압 여과와, 여과수측 감압 여과와, 상기 원수측 가압 여과 및 상기 여과수측 감압 여과를 조합한 복합 여과의 3가지 양태를 포함하고,
    원수측 수질을 측정하고, 측정치로부터 산출되는 막오염 원인 물질의 농도를 나타내는 특성값 X가, 미리 설정한 임계값을 하회하는 경우에는 상기 가압 여과를 행하고, 상기 특성값 X가 상기 임계값을 상회하는 경우에는, 상기 원수측 가압 여과로부터 상기 복합 여과로 전환하는 것을 특징으로 하는 여과 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 특성값 X는, 원수측 탁도 A(도) 및 원수측 총유기탄소량(mg/L) 중 하나 이상으로부터 산출되는 것을 특징으로 하는 여과 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 원수측 탁도가 A(도), 원수측 총유기탄소량이 B(mg/L)인 경우에, 상기 특성값 X는 X=A+B로 산출되는 것을 특징으로 하는 여과 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항, 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 여과 운전과, 상기 막모듈의 여과수측으로부터 원수측으로 송액하는 역세정과 상기 막모듈에 대한 기체 세정을 동시에 행하는 역세정 운전을 교대로 반복하는 것을 특징으로 하는 여과 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 역세정 운전을 행하는 경우에는, 여과수측을 가압한 가압 역세정을 행하는 것을 특징으로 하는 여과 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 역세정 운전을 행하는 경우에는, 원수측을 감압한 감압 역세정을 행하는 것을 특징으로 하는 여과 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 역세정 운전을 행하는 경우에는, 여과수측을 가압한 가압 역세정과 원수측을 감압한 감압 역세정을 조합한 복합 역세정을 행하는 것을 특징으로 하는 여과 방법.
  11. 삭제
  12. 압력을 구동력으로 하는 막모듈을 포함하는 막여과 장치로서,
    상기 막모듈의 원수측 압력을 조정하는 제1 압력 조절 수단과,
    상기 막모듈의 여과수측 압력을 조정하는 제2 압력 조절 수단과,
    상기 막모듈의 원수측의 수질을 측정하는 측정 수단과,
    상기 측정 수단으로 측정된 측정치에 기초하여, 상기 제1 압력 조절 수단 및 상기 제2 압력 조절 수단 중 하나 이상을 구동 제어하는 제어 수단을 포함하고,
    상기 제어 수단은, 원수측 가압 여과와, 여과수측 감압 여과와, 상기 원수측 가압 여과 및 여과수측 감압 여과의 복합 여과의 3가지 양태 중, 하나의 여과로부터 다른 여과로 전환하는 것을 특징으로 하는 막여과 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제2 압력 조절 수단은 감압 펌프이며, 상기 측정 수단은 탁도계 및 총유기탄소량 측정기 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 막여과 장치.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 제1 압력 조절 수단 및 상기 제2 압력 조절 수단 중 하나 이상을 구동 제어하여, 여과수측을 가압한 가압 역세정과, 원수측을 감압한 감압 역세정과, 여과수측을 가압한 가압 역세정 및 원수측을 감압한 감압 역세정을 조합한 복합 역세정 중 어느 하나의 역세정을 행하는 것을 특징으로 하는 막여과 장치.
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