KR101394237B1 - System for controlling membrane process for desalination using multi-water source as feed water and sea water as draw solution, and method for the same - Google Patents
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Abstract
다중수원을 유입수로 사용하고, 해수를 유도용액으로 사용함으로써, 하수처리수의 재이용률을 향상시키고, 역삼투 공정에서 높은 회수율과 고플럭스로 운전이 가능하며, 별도의 농축수 처리 시설의 설치 없이 바로 바다로 배출시킬 수 있는, 하수처리수와 해수를 이용한 정삼투-역삼투 조합형 해수담수화 장치를 위한 삼투막 공정제어 시스템 및 그 방법이 제공된다.By using multiple water sources as influent and using seawater as induction solution, it is possible to improve the reutilization rate of sewage treated water and to operate with high recovery rate and high flux in reverse osmosis process and without installation of separate concentrated water treatment facility There is provided an osmotic membrane process control system and method for a seawater desalination apparatus using a seawater-reverse osmosis combined seawater using sewage treatment water and seawater, which can be directly discharged to the sea.
Description
본 발명은 해수담수화 장치의 삼투막 공정제어에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 하수처리수, 빗물, 지하수 등의 다중수원(Multi-water source)을 유입수(Feed Water)로 하고, 해수(Sea Water)를 유도용액(Draw Solution)으로 하는 정삼투(Forward Osmosis: FO)-역삼투(Reverse Osmosis: RO) 조합형 해수담수화 장치를 위한 삼투막 공정제어 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an osmotic membrane process control of a seawater desalination apparatus, and more particularly, to a multi-water source such as sewage treatment water, rainwater and ground water as feed water, To a reverse osmosis (RO) combined seawater desalination apparatus using an ozone depletion membrane (ODS) as a draw solution.
해수담수화 방법은 크게 증발법, 전기투석법 및 역삼투법(Reverse Osmosis: RO)으로 구분할 수 있는데, 역삼투법이 증발법에 비하여 단위 부피의 물을 생산하기 위한 에너지 필요량이 상대적으로 작기 때문에, 역삼투법이 널리 사용되고 있다. The reverse osmosis method is widely used because the reverse osmosis method requires a relatively small amount of energy to produce a unit volume of water as compared with the evaporation method, because the reverse osmosis method can be roughly classified into an evaporation method, an electrodialysis method and a reverse osmosis method (RO) have.
이러한 역삼투법은 해수나 기수에 함유되어 있는 성분을 고분자 분리막(역삼투막)을 이용하여 생산수와 농축수로 분리시키며, 생산수는 성분농도를 희석하여 용수 및 음용수로 활용하고 농축수는 다시 바다로 배출하게 된다.This reverse osmosis method separates the components contained in seawater or sea water into product water and concentrated water by using a polymer membrane (reverse osmosis membrane). The product water is used as water and drinking water by diluting the component concentration, and the concentrated water is discharged to the sea .
그러나 이러한 역삼투법을 이용한 해수담수화에 있어서 현장 실시에 장애요인으로 작용하는 것 중의 하나는 보론 제거율에 관한 문제이다. 여기서, 보론은 해수 내에 평균적으로 약 5~10 ㎎/L의 농도로 존재하고 있는데, 보론을 다량 섭취하는 경우 인체에 여러 가지 악영향을 미치는 것으로 알려져 있다.However, one of the obstacles to on - site implementation of seawater desalination using this reverse osmosis method is the problem of the boron removal rate. Here, boron is present in the sea water at an average concentration of about 5 to 10 mg / L, and it is known that a large amount of boron ingestion has various adverse effects on the human body.
전술한 보론을 제거하기 위한 역삼투막과 관련된 기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-1059865호에는 "해수담수화장치에서의 보론 농도 측정방법, 보론 농도 자동유지 방법 및 보론 농도 자동유지 기능의 해수담수화장치"라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 1을 참조하여 설명한다.As a technique related to a reverse osmosis membrane for removing boron described above, Korean Patent No. 10-1059865 discloses a method of measuring boron concentration in a seawater desalination apparatus, an automatic boron concentration maintenance method, and a desalination apparatus for a boron concentration automatic maintenance function, , Which will be described with reference to Fig.
도 1은 종래의 기술에 따른 역삼투압 방식의 해수담수화 장치의 구성도로서, 보론 제거율 모니터링 및 조절 기능을 구비한 역삼투막 방식의 해수담수화 장치를 예시하는 도면이다.FIG. 1 is a block diagram of a reverse osmosis type seawater desalination apparatus according to a conventional art, and is a diagram illustrating a reverse osmosis membrane type seawater desalination apparatus having a boron removal rate monitoring and control function.
도 1을 참조하면, 종래의 기술에 따른 역삼투압 방식의 해수담수화 장치(10)는, 외부로부터 유입된 해수가 담기는 유입수 탱크(23); 역삼투막을 구비하여 유입수 탱크(23)로부터의 유입수가 통과될 때 역삼투압 작용에 의해 유입수를 담수화하는 역삼투막 모듈(25); 및 역삼투막 모듈(25)에 의해 처리된 처리수가 저장되는 처리수 탱크(27)를 포함한다. 또한, 종래의 기술에 따른 역삼투압 방식의 해수담수화 장치(10)는 유입수를 유입수 탱크(23)로 공급하기 위한 공급펌프(21); 및 유입수 탱크(23)와 역삼투막 모듈(25) 사이에는 해수를 가압하여 역삼투막 모듈(25)로 공급하는 고압펌프(24)가 구비될 수 있다.Referring to FIG. 1, the reverse osmosis type
이때, 해수는 공급펌프(21)에 의해 유입수 탱크(23)로 들어오게 되고, 고압펌프(24)에 의하여 가압되어 역삼투막 모듈(25)로 공급되며, 역삼투막 모듈(25)에 구비된 역삼투막을 통과하면서 이온성 물질, 보론 등이 제거되어 담수화된 후에 처리수 탱크(27)로 이송된다.At this time, the seawater is introduced into the
종래의 기술에 따른 역삼투압 방식의 해수담수화 장치(10)의 경우, 처리수에 함유되어 있는 보론의 농도 측정 결과에 따라, 유입수 탱크(23)로 공급되는 유입수에 대해 pH 농도를 조절하기 위하여 유입수에 pH 농도 조절액을 주입하는 약액 주입장치(30)가 구비되는데, 후술하는 것처럼 처리수에 함유되어 있는 보론의 농도에 대한 모니터링 결과에 따라 상기 약액 주입장치(30)로부터의 필요한 pH 농도 조절액이 유입수로 공급되어 유입수와 혼합됨으로써 유입수의 pH 농도가 변화된다. 이때, 유입수 탱크(23)와 처리수 탱크(27)에는, 각각의 탱크에 담겨진 물의 전도도와 온도와 pH 농도를 측정하는 전도도 센서, 온도 센서 및 pH 센서가 구비된다. 이러한 센서들을 하나의 유닛 형태의 소프트 센서(11)로 일체화시켜 유입수 탱크(23)와 처리수 탱크(27)에 각각 설치될 수 있다.In the case of the
구체적으로, 약액 주입장치(30)는, 산성용액을 담고 있는 산성용액 탱크(32); 산성용액 주입용 정량펌프(33); 염기성 용액을 담고 있는 염기성용액 탱크(34); 및 염기성용액 주입용 정량펌프(35)를 포함할 수 있다. 유입수 탱크(23)로 유입수를 이송시키는 해수 공급 관로에는 혼합기(22)가 구비될 수 있는데, 산성용액 주입용 정량펌프(33)와 염기성용액 주입용 정량펌프(35)로부터의 산성용액 및 염기성 용액은 혼합기(22)로 공급되어, 외부로부터 공급되는 유입수와 혼합된 후 유입수탱크(23)로 유입된다.Specifically, the
종래의 기술에 따른 역삼투압 방식의 해수담수화 장치(10)의 경우, 해수담수화 공정에서, 역삼투막에 의한 보론 제거율을 지속적으로 감시하고 허용치를 넘은 경우, 자동적으로 유입수의 pH를 조절함으로써 처리수 내의 보론 제거율을 항상 안전한 수준으로 유지할 수 있고, 또한, 현장에서 온라인으로 측정하기 어려운 보론의 제거율을 연속적으로 감시할 수 있다.In the case of the
전술한 역삼투법을 이용하는 담수화 장치는, 물에 용해되어 있는 이온성 물질은 거의 배제되고 순수한 물은 통과되는 역삼투막(멤브레인)에 의해 해수 중에 용해되어 있는 이온성 물질을 제거하는 구조를 갖는다.The desalination apparatus using the reverse osmosis method has a structure in which ionic substances dissolved in water are almost excluded and pure water is passed through a reverse osmosis membrane (membrane) to remove ionic substances dissolved in seawater.
이와 같이 원수로부터 이온성 물질과 순수한 물을 분리시키기 위해서는 삼투압 이상의 높은 압력을 필요로 하는데, 이때의 압력을 역삼투압이라 하며, 해수 담수화의 경우 대략 42∼70bar 정도의 높은 압력을 필요로 한다.In order to separate the ionic material and the pure water from the raw water, a higher pressure than the osmotic pressure is required. In this case, the osmotic pressure is called reverse osmosis pressure and the seawater desalination requires a high pressure of about 42 to 70 bar.
이러한 역삼투압을 제공하기 위해 담수화 장치에는 원수를 펌핑하는 원수공급수단(공급펌프 등)이 설치된다. 일반적으로 상기와 같은 원수공급수단으로서 대부분 전력을 소모하는 고압펌프를 사용하기 때문에 해수의 담수화에 상당한 에너지가 소모되는 단점이 있었다.In order to provide such a reverse osmosis pressure, a desalination apparatus is provided with a raw water supply means (a supply pump or the like) for pumping raw water. Generally, since the high-pressure pump consuming most of the power is used as the raw water supply means as described above, there is a disadvantage that considerable energy is consumed for desalination of seawater.
한편, 최근 역삼투 공정을 대체할 수 있는 차세대 기술로서 정삼투(Forward Osmosis: FO) 공정이 주목받고 있다. 역삼투(Reverse Osmosis: RO)와 정삼투의 두 공정 모두 반투막을 사이에 둔 서로 농도가 다른 용액이 농도 평형에 이르기 위해 저농도의 용액 중의 물이 고농도의 용액 쪽으로 유입되어 희석되는 삼투현상에 기초한 것이다.On the other hand, Forward Osmosis (FO) process has attracted attention as a next generation technology that can replace the reverse osmosis process. Both reverse osmosis (RO) and positive osmosis processes are based on osmosis phenomena in which water in a low concentration solution flows into a high concentration solution and is diluted so that solutions having different concentrations between the semipermeable membranes reach concentration equilibrium .
예를 들면, 해수담수화에서 정삼투는 해수보다 삼투압이 높은 용액과 해수가 반투막을 사이에 두고 해수 중의 순수가 해수보다 삼투압이 높은 용액 쪽으로 이동하게 되는 것으로, 이때, 해수보다 삼투압이 높은 용액을 유도용액(Draw Solution)이라 한다.For example, in the case of seawater desalination, pure osmosis in a seawater is shifted toward a solution having a higher osmotic pressure than seawater, and pure water in seawater is moved toward a solution having higher osmotic pressure than seawater. (Draw Solution).
따라서 정삼투에서는 역삼투에서 필요한 고압의 펌프가 불필요하지만, 담수를 생산하기 위해서는 해수 중의 순수가 이동해 희석된 유도용액 중에서 유도용질을 분리 회수해야 하는 추가 공정이 필요하다. 이러한 정삼투 공정은 고압의 펌프가 불필요해 담수 생산을 위한 단위소비전력을 크게 절감할 수 있고, 역삼투 공정에서 문제가 되는 막 오염도 가압 공정 없이 진행되기 때문에 막 세척이 용이하기 때문이다.Therefore, high-pressure pumps required for reverse osmosis are not required in the case of osmosis, but in order to produce freshwater, pure water in seawater is required to move and separate the inducted solute from the diluted induction solution. This positive osmosis process does not require a high-pressure pump and can greatly reduce the unit power consumption for fresh water production, and the membrane contamination, which is a problem in the reverse osmosis process, proceeds without the pressurization process, and thus membrane washing is easy.
한편, 전술한 정삼투막과 관련된 기술로서, 대한민국 공개특허번호 제2011-134591호에는 "정삼투식 해수 담수화 장치 및 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 2를 참조하여 설명한다.On the other hand, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2011-134591 discloses a technology called " dual-septation seawater desalination apparatus and method "as a technique related to the above-described forward osmosis membrane, which will be described with reference to Fig.
도 2는 종래의 기술에 따른 정삼투압 방식의 해수담수화 장치를 예시하는 구성도이다.2 is a configuration diagram illustrating a seawater desalination apparatus according to the prior art.
도 2를 참조하면, 종래의 기술에 따른 정삼투압 방식의 해수담수화 장치는, 해수가 위치되는 해수 위치공간(42)과 탄산수소암모늄(NH4HCO3)을 포함하는 삼투 유도용액이 위치되는 삼투 유도용액 위치공간(43)을 갖되 해수 위치공간(42)과 삼투 유도용액 위치공간(43)이 정삼투막(41)으로 분리되어 있는 정삼투막 반응기(40); 및 정삼투막 반응기(40)를 경유한 삼투 유도용액이 유입되고 삼투 유도용액으로부터 발생되는 기체가 위치될 수 있는 공간을 가지며, 유입된 삼투 유도용액에 초음파를 가하여 삼투 유도용액에 캐비테이션 현상이 발생되도록 하는 초음파출력수단(51)을 갖는 초음파 반응기(50); 및 초음파 반응기(50)에서 발생된 기체를 담수나 정삼투막 반응기(40)의 삼투 유도용액 위치공간(43)으로 공급될 삼투 유도용액에 공급하여 액화되도록 하는 삼투 유도용액 재생기(60)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the conventional osmotic seawater desalination apparatus includes a
정삼투막 반응기(40)는 삼투막에 의해 분리되어 있는 공간을 갖는다. 즉, 삼투막을 기준으로 어느 한쪽에는 해수가 위치되고, 다른 한쪽에는 삼투 유도용액이 위치되도록 된 정삼투막 반응기(40)를 갖는다.The forward osmosis membrane reactor (40) has a space separated by an osmosis membrane. Namely, the osmosis membrane reactor has a
이러한 정삼투막 반응기(40)가 정삼투막(41)으로 분리된 해수 위치공간(42)과 삼투 유도용액 위치공간(43)을 갖고, 해수 위치공간(42)에는 해수가 위치되며, 삼투 유도용액 위치공간(43)에는 탄산수소암모늄을 포함하는 삼투 유도용액이 위치되게 한다. 이에 따라, 역삼투압 방식과 달리 별도의 가압펌프 등을 사용하지 않더라도 해수 위치공간(42)에 위치된 해수로부터 물이 자연스럽게 분리되어 삼투 유도용액 위치공간(43)으로 이동됨으로써 희석된 삼투 유도용액을 얻을 수 있다. 이때, 이러한 과정을 거친 삼투 유도용액은 사용 가능한 담수의 형태가 아니며, 사용 가능한 담수의 형태로 만들기 위해서는 희석된 삼투 유도용액으로부터 암모니아와 이산화탄소를 제거해야 한다.The
종래의 기술에 따른 정삼투압 방식의 해수담수화 장치는, 정삼투막 반응기 및 초음파 반응기를 구비함으로써, 적은 에너지를 사용하여 담수를 신속하게 얻을 수 있을 뿐만 아니라 유해 성분을 용이하게 분리할 수 있다.The seawater desalination apparatus according to the conventional art has a positive osmosis membrane reactor and an ultrasonic reactor, so that fresh water can be obtained quickly using less energy, and harmful components can be easily separated.
한편, 전술한 역삼투압 및 정삼투압 방식이 모두 이용되는 이중 삼투막과 관련된 기술로서, 대한민국 공개특허번호 제2011-67748호에는 "담수화 소요 에너지 절감형 이중 삼투장치 및 이를 이용한 담수화 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 3을 참조하여 설명한다.On the other hand, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2011-67748 discloses a technology related to a double osmotic membrane in which both of the reverse osmosis and the positive osmotic pressure systems described above are used. The invention has been disclosed, which will be described with reference to Fig.
도 3은 종래의 기술에 따른 역삼투압 및 정삼투압의 이중 삼투압 장치의 구성도이다.FIG. 3 is a block diagram of a dual osmotic pressure device of reverse osmosis and forward osmosis according to the prior art.
도 3을 참조하면, 종래의 기술에 따른 역삼투압 및 정삼투압의 이중 삼투압 장치는, 삼투막 모듈(70), 염 분리수단(72), 정삼투 유도용액 공급수단(73), 에너지 회수수단(74), 및 저압 역삼투막 모듈(75)을 포함한다.3, a reverse osmosis and a forward osmosis dual osmotic device according to the prior art includes an osmosis membrane module 70, a salt separation means 72, a osmosis inducing solution supply means 73, an energy recovery means 74, and a low pressure reverse
삼투막 모듈(78)은 해수 또는 기수 등의 유입수를 삼투막을 통해 여과하여 1차 처리수를 생산하는 역할을 하는 것으로서, 이때, 삼투막 모듈(78)은 역삼투 과정과 정삼투 과정을 모두 유도하는 기능을 수행한다.The
이와 같이, 삼투막 모듈(78) 내에서 역삼투와 정삼투 과정이 모두 진행된다는 것은 유입수의 여과 경로가 역삼투와 정삼투로 분산되는 것을 의미하며, 일정량의 유입수를 처리하는 경우 역삼투 이외에 정삼투에 의해 유입수의 일부가 처리됨에 따라 모든 유입수를 역삼투 과정만을 통해 처리하는 종래 기술에 대비하여 역삼투 과정에 요구되는 압력을 최소화할 수 있다.Thus, the reverse osmosis and positive osmosis processes in the
또한, 삼투막 모듈(78)에 있어서, 역삼투 과정은 고압펌프(71)를 통해 고압의 유입수를 삼투막 모듈(78)에 공급함으로써 유도되며, 정삼투 과정은 유입수와 정삼투 유도용액 사이의 농도 차이에 의해 유도된다.Also, in the
상기 정삼투 과정에서, 유입수와 정삼투 유도용액은 삼투막을 기준으로 공간적으로 분리되며, 유입수와 정삼투 유도용액 사이의 농도 차이에 의해 발생하는 삼투압에 의하여 유입수가 여과된다. 이때, 정삼투 유도를 위해 상기 정삼투 유도용액의 용존이온농도는 유입수의 용존이온농도보다 높아야 한다.In the forward osmosis process, the influent and the osmotic induction solution are spatially separated on the basis of the osmotic membrane, and the influent water is filtered by the osmotic pressure caused by the difference in concentration between the influent and the osmotic induction solution. At this time, the concentration of dissolved ions in the purified osmotic induction solution should be higher than that of the influent water for inducing the osmosis.
염 분리수단(72)은 삼투막 모듈(78)에 의해 여과된 1차 처리수를 대상으로 2차 처리수와 염으로 분리한다. 이러한 염 분리수단(72)은 1차 처리수 내에 포함된 염의 종류에 따라 다양하게 구성할 수 있다.The salt separation means 72 separates the primary treated water filtered by the
정삼투 유도용액 공급수단(73)은 유입수보다 높은 용존이온농도를 갖는 정삼투 유도용액을 삼투막 모듈(78)에 공급하는 역할을 한다. 이때, 정삼투 유도용액은 일정 수준의 용존이온농도를 유지한다.The positive osmotic induction solution supply means 73 serves to supply the
에너지 회수수단(74)은 상기 염 분리수단(72)으로부터 배출되는 2차 처리수의 압력을 회수하여 고압 상태로 저압 역삼투막 모듈(75)에 공급하는 역할을 한다. 여기서, 도면부호 76 및 77은 역압 밸브를 나타낸다.The energy recovery means 74 recovers the pressure of the secondary treatment water discharged from the salt separating means 72 and supplies the recovered pressure to the low pressure reverse
종래의 기술에 따른 역삼투압 및 정삼투압의 이중 삼투압 장치의 경우, 역삼투 및 정삼투가 병행됨에 따라, 역삼투에 필요한 유입수의 압력을 낮출 수 있고, 이와 함께 삼투막 단위면적 담수 생산효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 별도의 저압 역삼투막 모듈을 통해 잔존하는 미량의 염을 효율적으로 제거할 수 있다.In the case of the reverse osmotic pressure and the osmotic pressure dual osmotic pressure device according to the related art, reverse osmosis and positive osmosis are combined, thereby reducing the pressure of the inflow water required for the reverse osmosis and improving the production efficiency of the osmosis membrane unit area . In addition, a small amount of residual salt can be efficiently removed through a separate low pressure reverse osmosis membrane module.
한편, 급속한 도시화와 산업화에 따라 깨끗한 물에 대한 수요가 크게 증가되고 있는 반면에 수질환경 오염 및 수자원의 고갈로 인하여 물 부족 문제가 심각해지고 있다. 이런 상황에서 용수원의 추가 확보는 중요한 문제로 대두되고 있다.On the other hand, rapid urbanization and industrialization have greatly increased the demand for clean water, but water shortages have become serious due to water pollution and depletion of water resources. In this situation, securing additional water resources is becoming an important issue.
새로운 용수원으로 이용 가능한 방안으로는 지하수 개발, 해수의 담수화, 중수도를 포함하는 하수처리수의 재이용 방안 등을 들 수 있는데, 현 단계에서 채택할 수 있는 방안으로는 기본적인 물 사용량의 절감을 전제로 한 하수처리수의 재이용 방안이 가장 타당성하다고 할 수 있다.Possible options for new water sources include groundwater development, desalination of seawater, and reuse of wastewater treatment water, including reclaimed water. At the present stage, the measures that can be adopted include a reduction of basic water consumption Reuse of sewage treatment water is most feasible.
또한, 하수처리수는 고도처리 공법의 도입에 따라 2006년 평균 BOD가 6.9 mg/L로 수질이 양호하고, 연간 65억톤이라는 막대한 양이 발생하므로, 각종 용수로 재이용할 경우, 물 수급의 지역적인 불균형을 완화할 수 있으며, 농업용수 확보, 하천유지용수 공급으로 건천화된 도심하천의 생태계 회복 및 상수도 미보급 지역의 용수확보가 가능하다(환경부 2009). 따라서 막대한 양의 하수처리수를 하천으로 직방류하지 않고 다양한 용도로 재이용할 경우, 유입 부하량 감소로 하천의 수질개선을 도모할 수 있으며, 특히 수질오염총량관리제 시행지역에서는 가장 효과적인 오염부하량 삭감수단이 될 수 있다.In addition, with the introduction of the advanced treatment method, the sewage treatment water has an average BOD of 6.9 mg / L in 2006, which is a good quality of water and generates an enormous amount of 6.5 billion tons annually. Therefore, when reused as various kinds of water, And it is possible to recover the ecosystem of urban rivers that have been streamed by securing water for agricultural use, supplying water for river maintenance, and securing water in areas where water supply is not available (Ministry of Environment 2009). Therefore, it is possible to improve the water quality of the river by reducing the amount of the influent load when the enormous amount of sewage-treated water is reused for various purposes without direct discharge to the river. In particular, .
또한, 수돗물 사용량 및 댐 주변지역 지원비 절감 등의 사회적 편익과 저렴한 재이용수 공급으로 비용절감 및 경쟁력을 높일 수 있다. 그러나 2007년말 기준으로 전체 재이용수(6.4억톤)중 57.9%가 하수처리장 장내용수로 재이용되고 있으며, 나머지는 농업용수, 하천유지용수 등으로 재이용되고 있으며 공업용수는 1.5%(0.1억톤)에 불과한 실정이다(환경부 2009). 이러한 하수처리수의 재이용이 새로운 용수원으로 자리잡기 위해서는 청소수, 세척수 등 주로 세척용수 용도에서 벗어나 공업용수, 간접취수원 공급 용수, 생활용수 등 구체적인 기능을 지닌 수자원으로 활용되어야 한다. 이를 위해서는 재이용수에 대한 낮은 신뢰도와 경제성 부족을 극복해야만 실질적으로 새로운 용수원으로 자리잡을 수 있을 것이다.In addition, cost reduction and competitiveness can be improved by providing social benefits such as reduction of tap water usage and supporting cost in the area around the dam and cheap reusable water supply. However, as of the end of 2007, 57.9% of the total reuse (6.4 billion tons) is being reused as sewage treatment plant water, while the remainder is being reused as agricultural water and river maintenance water, and industrial water is only 1.5% (0.1 billion tons) (Ministry of Environment 2009). In order to reuse this wastewater treatment water as a new water source, it should be used as a water resource having specific functions such as industrial water, indirect water supply water, and domestic water. In order to do this, it is necessary to overcome the low reliability and economical lack of reuse water, and it will become a new water resource.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 정삼투 공정은 수압 대신에 삼투압 구배를 이용하기 때문에 에너지 소비가 적고, 삼투막 표면에서 수압에 의한 오염물질들의 압착이 발생하지 않아 막오염에 유리하고, 세정 효과가 양호한, 다중수원 유입수 및 해수 유도용액을 이용한 해수담수화를 위한 삼투막 공정제어 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.In order to solve the above problems, the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an osmosis membrane- The present invention is to provide an osmotic membrane process control system and method for seawater desalination using multi-source influent and seawater induction solution which is advantageous in pollution and has a good cleaning effect.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 세척 용도로 사용되는 하수처리수를 해수담수화를 위한 용도로 사용하기 때문에 하수처리수의 재이용률을 향상시킬 수 있는, 다중수원 유입수 및 해수 유도용액을 이용한 해수담수화를 위한 삼투막 공정제어 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for desalination of seawater, which is capable of improving the reutilization rate of the treated water by using the treated water for desalination for seawater desalination, And to provide an osmotic membrane process control system and method therefor for desalination.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 정삼투 공정을 통해 유도용액으로 사용된 해수의 TDS 농도가 크게 낮아져 삼투압이 감소하기 때문에 역삼투 공정에서 높은 회수율과 고플럭스로 운전이 가능한, 다중수원 유입수 및 해수 유도용액을 이용한 해수담수화를 위한 삼투막 공정제어 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a multi-source water inflow system capable of operating at a high recovery rate and a high flux in a reverse osmosis process because the TDS concentration of seawater used as an induction solution is significantly lowered, And an osmotic membrane process control system for seawater desalination using a seawater induction solution and a method therefor.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 해양환경에 큰 문제점을 발생시킬 수 있는 역삼투 공정의 농축수가 해수와 비슷한 농도로 배출되기 때문에 별도의 농축수 처리 시설의 설치 없이 바로 바다로 배출시킬 수 있는, 다중수원 유입수 및 해수 유도용액을 이용한 해수담수화를 위한 삼투막 공정제어 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.Another technical problem to be solved by the present invention is that the concentrated water of the reverse osmosis process, which may cause a serious problem in the marine environment, is discharged at a concentration similar to that of seawater, so that it can be discharged directly to the sea without installing a separate concentrated water treatment facility The present invention relates to an osmotic membrane process control system for seawater desalination using multiple water source influent and seawater induction solutions, and a method therefor.
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전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 다중수원 유입수 및 해수 유도용액을 이용한 해수담수화를 위한 삼투막 공정제어 시스템은, 다중수원 처리수를 유입수로 이용하고 해수를 유도용액으로 이용하는 정삼투와 역삼투 조합형 양방향 삼투에 의한 해수담수화장치에 적용되는 삼투막 공정제어시스템에 있어서, 정삼투막 유닛의 유입수 공급라인과 해수 공급라인, 상기 정삼투막 유닛의 1차 처리수 배출라인과 하수처리수 배출라인, 역삼투막 유닛의 2차 처리수 배출라인 및 농축수 배출라인에 각각 설치되어 TDS 농도 및 유량을 계측하는 총용존 고형물(TDS) 계측기 및 유량계; 상기 정삼투막 유닛의 유입수 공급라인과 해수 공급라인에 설치된 TDS 계측기 및 유량계를 통해 계측된 TDS 농도 및 유량에 근거하여 다중수원 처리수 및 해수에 대한 유량인자, 수질인자 및 정삼투막 공정 운전인자를 수집하는 데이터 수집부; 상기 데이터 수집부로부터 유량인자, 수질인자 및 공정 운전인자를 전달받아, 농도분극 모델과 용해확산 모델을 결합하여 처리하고자 하는 다중수원 처리수 및 해수의 수질 및 유량을 설정하고, 역삼투막 유닛의 운전압력을 결정하는 모델예측 제어부; 및 상기 모델예측 제어부에서 결정된 운전압력에 대한 오차를 계산하여 보정하는 피드백 제어부를 포함하여 구성된다.As a means for achieving the above-mentioned technical object, the osmotic membrane process control system for seawater desalination using the multiple water source influent and seawater induction solution according to the present invention is a system for controlling the osmotic membrane process using multiple water source treatment water as an influent water, An osmosis membrane process control system applied to a seawater desalination apparatus by bidirectional osmosis by a combination of a forward osmosis and a reverse osmosis, comprising: an inflow water supply line and a seawater supply line of a forward osmosis membrane unit; a primary treatment water discharge line of the osmosis membrane unit; A total dissolved solids (TDS) meter and a flow meter installed in the sewage-treated water discharge line, the second treated water discharge line of the reverse osmosis membrane unit, and the concentrated water discharge line, respectively, for measuring TDS concentration and flow rate; Based on the TDS concentration and the flow rate measured through the TDS meter and the flow meter installed in the inflow water supply line of the osmosis membrane unit and the seawater supply line, the flow factor, water quality factor, and osmosis membrane process operation factor A data collecting unit for collecting the data; The water quality and flow rate of the multi-source wastewater treatment water and the seawater to be treated by combining the concentration polarization model and the dissolution diffusion model are received from the data collection unit, and the operation pressure of the reverse osmosis membrane unit A model predictive controller; And a feedback control unit for calculating and correcting an error with respect to the operating pressure determined by the model prediction control unit.
여기서, 상기 다중수원 유입수는 하수처리수, 빗물 또는 지하수일 수 있다.Here, the multi-source influent water may be sewage treated water, rainwater, or groundwater.
여기서, 상기 모델예측 제어부는, 상기 데이터 수집부로부터 제공된 수질인자 및 공정인자를 전달받아 다중수원 처리수 및 해수 유도용액의 총용존 고형물(TDS)을 삼투압 모델식을 사용하여 삼투압으로 변환하여 상기 다중수원 처리수 및 해수 유도용액의 삼투압을 결정하는 모델 입력부; 상기 결정된 다중수원 처리수 및 해수 유도용액의 삼투압과 상기 다중수원 처리수의 유입 유량에 따라 정삼투막 유닛 생산수량 및 수질, 유도용액의 유입량을 결정하는 제1 수치해석 연산부; 역삼투 공정 예측제어를 위한 농도분극 모델과 용해확산 모델의 결합 모델식을 사용하여 최종처리수의 유량 및 수질을 만족시킬 수 있는 운전압력을 결정하는 제2 수치해석 연산부; 및 상기 제1 및 제2 수치해석 연산부에 의하여 산출된 운전압력의 예측값과 실제 데이터를 검증하는 모델 출력부를 포함할 수 있다.Here, the model prediction control unit receives the water quality factor and the process factor provided from the data collection unit, converts the total dissolved solids (TDS) of the multi-source water treatment water and the sea water induction solution into osmotic pressure using the osmotic pressure model equation, A model input unit for determining the osmotic pressure of the treated water source and the seawater induction solution; A first numerical analysis operation unit for determining the quantity of water produced by the osmosis membrane unit, the water quality and the inflow amount of the induction solution according to the osmotic pressure of the multi-water source treatment water and the sea water induction solution and the influent flow rate of the multi- A second numerical computation unit for determining an operating pressure that can satisfy the flow rate and water quality of the final treated water using a coupled model equation of the concentration polarization model and the dissolution diffusion model for the reverse osmosis process predictive control; And a model output unit for verifying the actual value and the predicted value of the operating pressure calculated by the first and second numerical analysis operation units.
여기서, 상기 피드백 제어부는, 상기 제1 수치해석 연산부를 통해 계산된 해수 유도용액의 유입량에 대한 오차를 계산하는 오차계산부; 및 상기 제1 수치해석 연산부를 통해 계산된 해수 유도용액의 유입량이 정삼투막 공정 구동에 필요한 충분한 삼투압으로 작용할 수 있도록 상기 오차계산부에서 산출된 값을 토대로 적정한 해수 유도용이 유ㅇ량의 변동량을 산출하는 피드백 연산부를 포함할 수 있다.Here, the feedback control unit may include an error calculation unit for calculating an error with respect to an inflow amount of the seawater induction solution calculated through the first numerical analysis operation unit; And an amount of variation in the amount of the seawater inducible solution calculated based on the value calculated by the error calculation unit so that the inflow amount of the seawater induction solution calculated through the first numerical analysis operation unit can act as a sufficient osmotic pressure necessary for driving the osmosis membrane process And may include a feedback calculation unit for calculating the feedback amount.
여기서, 상기 모델예측 제어부는 용해확산 모델과 농도분극 모델을 미리 내장된 수치해석연산 프로그램을 통하여 해수 유도용액의 유입량, 정삼투 공정의 처리수 수질 및 유량, 미리 설정된 최종처리수의 유량 및 수질을 만족시키기 위한 역삼투 공정의 운전압력을 예측하는 것을 특징으로 한다.Here, the model predictive controller may calculate the influent amount of the seawater inducing solution, the water quality and the flow rate of the purified water in the forward osmosis process, the flow rate and the water quality of the final treated water set in advance, The operation pressure of the reverse osmosis process is estimated.
여기서, 상기 모델 출력부에서 출력되는 정삼투 공정의 유도용액의 유입량, 처리 수질과 유량 및 역삼투 공정의 운전압력은 검증부에서 실제 데이터와 상관분석을 통하여 적합성을 판단하는 것을 특징으로 한다.Here, the inflow amount of the induction solution, the quality of the treated water and the flow rate of the forward osmosis process output from the model output unit, and the operation pressure of the reverse osmosis process are determined through the correlation analysis with the actual data in the verification unit.
여기서, 상기 모델 입력부의 삼투압(π) 모델식은, 
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여기서, 상기 농도분극 모델과 용해확산 모델의 결합 모델식은, 
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한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 다중수원 유입수 및 해수 유도용액을 이용한 해수담수화를 위한 삼투막 공정제어 방법은, 다중수원 처리수를 유입수로 이용하고 해수를 유도용액으로 이용하는 정삼투와 역삼투 조합형 양방향 삼투에 의한 해수담수화장치에 적용되는 삼투막 공정제어방법에 있어서, a) 최종 처리수의 유량 및 수질을 결정한 후, 정삼투막 공정의 유입수인 다중수원 처리수와 해수 유도용액의 총용존 고형물(TDS)을 측정하는 단계; b) 상기 측정된 TDS를 삼투압 모델식을 사용하여 다중수원 처리수와 해수 유도용액의 삼투압을 결정하는 단계; c) 순수투과도 및 유도용액 농도별 투과실험을 통해 미리 결정된 정삼투막과 역삼투막의 물 여과계수( 
본 발명에 따른 다중수원 유입수 및 해수 유도용액을 이용한 해수담수화를 위한 삼투막 공정제어 방법은, h) 상기 다중수원 처리수 및 해수 유도용액의 유입유량 변동이 가능하지 않은 경우, 경보를 발생하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.The osmotic membrane process control method for seawater desalination using multiple water source influent and seawater induction solutions according to the present invention comprises the steps of: h) generating an alarm when the inflow rate of the multi- . ≪ / RTI >
여기서, 상기 b) 단계의 삼투압(π) 모델식은, 
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여기서, 상기 c) 단계의 정삼투막을 위한 농도분극 모델과 용해확산 모델을 결합한 모델식은, 
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여기서, 상기 d) 단계의 역삼투막을 위한 농도분극 모델과 용해확산 모델을 결합한 모델식은, 
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본 발명에 따르면, 정삼투 공정은 수압 대신에 삼투압 구배를 이용하기 때문에 에너지 소비가 적고, 삼투막 표면에서 수압에 의한 오염물질들의 압착이 발생하지 않아 막오염에 유리하고, 세정 효과가 양호하다.According to the present invention, since the positive osmosis process utilizes an osmotic gradient instead of water pressure, energy consumption is low and the contaminants are not pressed by the water pressure on the osmotic membrane surface, which is advantageous for membrane contamination and has a good cleaning effect.
본 발명에 따르면, 세척 용도로 사용되는 하수처리수를 해수담수화를 위한 용도로 사용하기 때문에 하수처리수의 재이용률을 향상시킬 수 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, since the wastewater treatment water used for cleaning purposes is used for seawater desalination, the reuse rate of the wastewater treatment water can be improved.
본 발명에 따르면, 정삼투 공정을 통해 유도용액으로 사용된 해수의 TDS 농도가 크게 낮아져 삼투압이 감소하기 때문에 역삼투 공정에서 높은 회수율과 고플럭스로 운전이 가능하다. According to the present invention, since the TDS concentration of the seawater used as the induction solution is significantly lowered through the positive osmosis process, the osmotic pressure is reduced, so that it is possible to operate at a high recovery rate and high flux in the reverse osmosis process.
본 발명에 따르면, 해양환경에 큰 문제점을 발생시킬 수 있는 역삼투 공정의 농축수가 해수와 비슷한 농도로 배출되기 때문에 별도의 농축수 처리 시설의 설치 없이 바로 바다로 배출시킬 수 있다.According to the present invention, since the concentrated water of the reverse osmosis process, which may cause a serious problem in the marine environment, is discharged at a concentration similar to that of seawater, it can be discharged directly to the sea without installing a separate concentrated water treatment facility.
도 1은 종래의 기술에 따른 역삼투압 방식의 해수담수화 장치의 구성도이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 정삼투압 방식의 해수담수화 장치를 예시하는 구성도이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 역삼투압 및 정삼투압의 이중 삼투압 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다중수원 유입수 및 해수 유도용액을 이용한 정삼투-역삼투 조합형 해수담수화 장치의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 다중수원 유입수 및 해수 유도용액을 이용한 해수담수화를 위한 삼투막 공정제어 시스템의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 다중수원 유입수 및 해수 유도용액을 이용한 해수담수화를 위한 삼투막 공정제어 방법의 동작흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 다중수원 유입수 및 해수 유도용액을 이용한 해수담수화를 위한 삼투막 공정제어 시스템이 구현된 화면을 예시하는 도면이다.1 is a configuration diagram of a reverse osmosis type seawater desalination apparatus according to the prior art.
2 is a configuration diagram illustrating a seawater desalination apparatus according to the prior art.
FIG. 3 is a block diagram of a dual osmotic pressure device of reverse osmosis and forward osmosis according to the prior art.
FIG. 4 is a block diagram of a seawater desalination apparatus of a combined osmosis-reverse osmosis type using multiple water source influent and seawater induction solutions according to an embodiment of the present invention.
5 is a configuration diagram of an osmotic membrane process control system for seawater desalination using multiple water source influent and seawater induction solutions according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart illustrating a method for controlling osmotic membrane processes for desalination of seawater using multiple water source influent and seawater induction solutions according to an embodiment of the present invention.
7 is a view illustrating a screen on which an osmotic membrane process control system for desalination of seawater using multiple water source influent and seawater induction solutions according to an embodiment of the present invention is implemented.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다중수원 유입수 및 해수 유도용액을 이용한 정삼투-역삼투 조합형 해수담수화 장치의 구성도이다.FIG. 4 is a block diagram of a seawater desalination apparatus of a combined osmosis-reverse osmosis type using multiple water source influent and seawater induction solutions according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다중수원 유입수 및 해수 유도용액을 이용한 정삼투-역삼투 조합형 해수담수화 장치(100)는, 정삼투막 유닛 및 역삼투막 유닛을 사용하는 조합형 해수담수화 장치로서, 하수처리수 저장조(110), 제1 내지 제3 순환 펌프(121~123), 제1 내지 제6 TDS 계측기(131~136), 제1 내지 제6 유량계(141~146), 정삼투압 유닛(Forward Osmosis Unit: 150), 역삼투압 유닛(Reverse Osmosis Unit: 160) 및 농축수 저장조(170)를 포함한다.Referring to FIG. 4, the
하수처리수 저장조(110)는 정삼투막 유닛의 유입수로 사용되는 다중수원 유입수를 저장한다. 여기서, 상기 다중수원 유입수는 하수처리수, 빗물 또는 지하수일 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.The wastewater treatment
제1 내지 제6 TDS 계측기(131~136)는 상기 다중수원 처리수 저장조(110), 상기 정삼투막 유닛(150), 상기 역삼투막 유닛(160) 및 상기 농축수 저장조(170)에 설치되어 각각의 총용존 고형물(Total Dissolved Solids: TDS)의 농도를 측정한다.The first to
제1 내지 제6 유량계(141~146)는 상기 다중수원 처리수 저장조(110), 상기 정삼투막 유닛(150), 상기 역삼투막 유닛(160) 및 상기 농축수 저장조(170)에 설치되어 각각의 유량을 측정한다.
구체적으로, 상기 총용존 고형물(TDS) 계측기(131~136) 및 유량계(141~146)는 정삼투막 유닛(150)의 유입수 공급라인과 해수 공급라인, 상기 정삼투막 유닛(150)의 1차 처리수 배출라인과 하수처리수 배출라인, 역삼투막 유닛(160)의 2차 처리수 배출라인 및 농축수 배출라인에 각각 설치되어 TDS 농도 및 유량을 계측하며, 이때, 상기 정삼투막 유닛(150)의 유입수 공급라인과 해수 공급라인에 설치된 TDS 계측기(131, 132) 및 유량계(141, 142)를 통해 계측된 TDS 농도 및 유량에 근거하여 다중수원 처리수 및 해수에 대한 유량인자, 수질인자 및 정삼투막 공정 운전인자를 수집할 수 있다.The first to
The total dissolved solids (TDS)
정삼투압 유닛(150)은 삼투압 구배에 의한 정삼투 현상으로 상기 다중수원 처리수에 포함된 오염물질들을 제거하고, 순수한 물만을 해수 유도용액에 유입시켜 해수의 총용존 고형물(TDS)의 농도를 낮춘다.The
역삼투압 유닛(160)은 상기 정삼투막 유닛(150)의 후단에 설치되며, 상기 정삼투막 유닛(150)을 통과한 해수 유도용액 전량을 공급받아 해수담수화 처리를 수행한다. 즉, 상기 역삼투압 유닛(160)을 통해 2차 처리수인 담수로 처리된다.The
농축수 저장조(170)는 상기 역삼투막 유닛(160)을 통과한 여과수인 농축수를 저장하여, 후속적으로 상기 농축수는 유입해수 범위의 농도를 갖기 때문에 별도의 농축수 처리 없이 바다로 방류될 수 있다.The concentrated
유도용액 투입장치(180)는 상기 정삼투막 유닛(150)에 유입수로 공급되는 다중수원 처리수에 포함된 물만 삼투막을 통과하는 순흐름을 유도하기 위해 상기 유입수보다 높은 고농도의 해수 유도용액을 상기 정삼투막 유닛(150)에 공급한다.The
또한, 본 발명의 실시예에 따른 다중수원 유입수 및 해수 유도용액을 이용한 정삼투-역삼투 조합형 해수담수화 장치(100)는, 제1 내지 제3 순환 펌프(121~123)를 포함할 수 있고, 또한, 상기 정삼투 유닛으로 유입되어 처리된 하수처리수를 하수처리장으로 반송하기 위한 하수처리수 순환펌프를 포함할 수 있다.Also, the
구체적으로, 하수처리수 저장조(110) 후단에 설치된 정삼투막 유닛(150)에서 하수 유도용액에 의해 삼투 현상을 발생시키는 삼투압이 발생되고, 이로 인해 정삼투막 유닛(150)에서 다중수원 유입수인 하수처리수에 포함된 오염물질들을 제거시키고, 순수한 물만을 하수 유도용액으로 유도하여 하수 유도용액의 TDS 농도를 낮추고, 정삼투막 유닛(150)에서 처리된 유도용액은 전량 역삼투막 유닛(160)의 유입수로 이송되어 고회수율로 해수담수화를 수행하며, 이때, 정삼투 공정에서 처리된 하수처리수는 하수처리장으로 재이송될 수 있다.Specifically, the osmotic pressure generating osmotic phenomenon by the sewage-inducing solution is generated in the forward
본 발명의 실시예에 따른 다중수원 유입수 및 해수 유도용액을 이용한 정삼투-역삼투 조합형 해수담수화 장치에 따르면, 정삼투막과 역삼투막으로 구성된 양방향 삼투기술에 의해서 해수를 담수화시킴으로써, 기존 역삼투막 공정의 한계인 회수율을 향상시키고, 역삼투막의 농축수를 유입 해수의 TDS 농도범위로 하여 배출할 수 있다. 이때, 정삼투막 유닛(150)의 유입수는 하수처리수 단독 또는 빗물, 지하수 및 하수처리수로 구성된 다중수원으로 사용하고, 정삼투막의 유도용액은 해수를 사용함으로써, 유입수와 유도용액의 삼투압 차에 의하여 유입수의 오염물질은 정삼투막 유닛(150)에서 제거하고, 처리수는 유도용액인 해수로 유도하여 해수의 TDS 농도를 낮추고, 이후 정삼투막의 생산수는 역삼투막을 통해 음용수를 수준의 안전한 물만을 분리하며, 이때의 역삼투막의 농축수는 유입해수 범위로 하여 별도의 농축수 처리 없이 바다로 방류하게 된다.According to the seawater desalination apparatus using the combined osmosis-reverse osmosis system using the multiple water source influent and the seawater induction solution according to the embodiment of the present invention, desalination of the seawater by the bi-directional osmosis technology composed of the osmosis membrane and the reverse osmosis membrane, The recovery rate of phosphorus can be improved and the concentrated water of the reverse osmosis membrane can be discharged as the TDS concentration range of the incoming seawater. At this time, the inflow water of the purified
한편, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 다중수원 유입수 및 해수 유도용액을 이용한 해수담수화를 위한 삼투막 공정제어 시스템의 구성도이다.Meanwhile, FIG. 5 is a configuration diagram of an osmotic membrane process control system for seawater desalination using multiple water source influent and seawater induction solutions according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다중수원 유입수 및 해수 유도용액을 이용한 해수담수화를 위한 삼투막 공정제어 시스템(200)은, 다중수원 유입수 및 해수 유도용액을 이용한 해수담수화를 위한 삼투막 공정제어 시스템은, 다중수원 처리수를 유입수로 이용하고 해수를 유도용액으로 이용하는 정삼투와 역삼투 조합형 양방향 삼투에 의한 해수담수화장치에 적용되는 삼투막 공정제어 시스템으로서, 데이터 수집부(210), 모델예측 제어부(220) 및 피드백 제어부(230)를 포함하며, 상기 모델예측 제어부(220)는 모델 예측부(221), 제1 수치해석 연산부(222), 제2 수치해석 연산부(223) 및 모델 출력부(224)를 포함하고, 상기 피드백 제어부(230)는 운전압력 오차 계산부(231) 및 피드백 연산부(232)를 포함한다.5, the osmotic membrane
데이터 수집부(210)는 다중수원 처리수 저장조와 정삼투막 유닛, 역삼투막 유닛 및 농축수 저장조 각각, 예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 정삼투막 유닛 및 역삼투막 유닛 각각의 공급라인 및 배출라인 각각에 설치되어, 유입된 다중수원 처리수 및 해수의 총용존 고형물(TDS)을 각각 계측하는 각각의 TDS 계측기 및 유량계를 통해 계측된 유량인자, 수질인자 및 정삼투막 공정 운전인자를 수집한다. 여기서, 상기 다중수원 유입수는 하수처리수, 빗물 또는 지하수일 수 있다.As shown in FIG. 4, the
모델예측 제어부(220)는 상기 데이터 수집부(210)로부터 유량인자, 수질인자 및 공정 운전인자를 전달받아, 농도분극 모델과 용해확산 모델을 결합하여 처리하고자 하는 다중수원 처리수 및 해수의 수질 및 유량을 설정하고, 역삼투막 유닛의 운전압력을 결정한다. 즉, 상기 모델예측 제어부(220)는 후술할 용해확산 모델과 농도분극 모델을 미리 내장된 수치해석연산 프로그램을 통하여 해수 유도용액의 유입량, 정삼투 공정의 처리수 수질 및 유량, 미리 설정된 최종처리수의 유량 및 수질을 만족시키기 위한 역삼투 공정의 운전압력을 예측하는 것을 특징으로 한다.The model
구체적으로, 상기 모델예측 제어부(220)의 모델 예측부(221)는 상기 데이터 수집부로부터 제공된 수질인자 및 공정인자를 전달받아 다중수원 처리수 및 해수 유도용액의 총용존 고형물(TDS)을 삼투압 모델식을 사용하여 삼투압으로 변환하여 상기 다중수원 처리수 및 해수 유도용액의 삼투압을 결정한다.Specifically, the
상기 모델예측 제어부(220)의 제1 수치해석 연산부(222)는 상기 결정된 다중수원 처리수 및 해수 유도용액의 삼투압과 상기 다중수원 처리수의 유입 유량에 따라 정삼투막 유닛 생산수량 및 수질, 유도용액의 유입량을 결정한다.The first numerical
상기 모델예측 제어부(220)의 제2 수치해석 연산부(223)는 역삼투 공정 예측제어를 위한 농도분극 모델과 용해확산 모델의 결합 모델식을 사용하여 최종처리수의 유량 및 수질을 만족시킬 수 있는 운전압력을 결정한다.The second numerical
상기 모델예측 제어부(220)의 모델 출력부(224)는 상기 제1 및 제2 수치해석 연산부에 의하여 산출된 운전압력의 예측값과 실제 데이터를 검증하여 출력한다. 즉, 상기 모델 출력부(224)에서 출력되는 정삼투 공정의 유도용액의 유입량, 처리 수질과 유량 및 역삼투 공정의 운전압력은 검증부에서 실제 데이터와 상관분석을 통하여 적합성을 판단하게 된다.The
또한, 피드백 제어부(230)는 상기 모델예측 제어부에서 결정된 운전압력에 대한 오차를 계산하여 보정한다.The
구체적으로, 상기 피드백 제어부(230)의 운전압력 오차 계산부(231)는 상기 제1 수치해석 연산부를 통해 계산된 해수 유도용액의 유입량에 대한 오차를 계산한다.Specifically, the operation pressure
상기 피드백 제어부(230)의 피드백 연산부(232)는 상기 제1 수치해석 연산부를 통해 계산된 해수 유도용액의 유입량이 정삼투막 공정 구동에 필요한 충분한 삼투압으로 작용할 수 있도록 상기 오차계산부에서 산출된 값을 토대로 적정한 해수 유도용액 유입량의 변동량을 산출한다.The
한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 다중수원 유입수 및 해수 유도용액을 이용한 해수담수화를 위한 삼투막 공정제어 방법의 동작흐름도이다.Meanwhile, FIG. 6 is a flowchart illustrating an operation of the osmotic membrane process control method for desalination of seawater using multiple water source influent and seawater induction solutions according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다중수원 유입수 및 해수 유도용액을 이용한 해수담수화를 위한 삼투막 공정제어 방법은, 다중수원 유입수 및 해수 유도용액을 이용한 해수담수화를 위한 삼투막 공정제어 방법은, 다중수원 처리수를 유입수로 이용하고 해수를 유도용액으로 이용하는 정삼투와 역삼투 조합형 양방향 삼투에 의한 해수담수화장치에 적용되는 삼투막 공정제어 방법이다.Referring to FIG. 6, the osmotic membrane process control method for seawater desalination using multiple water source influent and seawater induction solutions according to an embodiment of the present invention includes controlling osmotic membrane processes for desalination of seawater using multiple water source influent and seawater inducing solutions, The method is an osmotic membrane process control method applied to a seawater desalination apparatus using bidirectional osmosis combined with reverse osmosis combined with reverse osmosis using multi-source treated water as an influent and seawater as an inducing solution.
먼저, 먼저, 최종처리수의 유량 및 수질을 결정하고(S110), 하수처리수 및 해수의 총용존 고형물(Total Dissolved Solids: TDS)을 측정한다(S120). 즉, 최종 처리수의 유량 및 수질을 결정한 후, 정삼투막 공정의 유입수인 다중수원 처리수와 해수 유도용액의 총용존 고형물(TDS)을 측정한다.First, the flow rate and the water quality of the final treated water are determined (S110), and the total dissolved solids (TDS) of the sewage treated water and the seawater are measured (S120). That is, after determining the flow rate and the water quality of the final treated water, the total dissolved solids (TDS) of the multi-source treated water and the sea water induction solution, which are the inflows of the purified osmosis membrane process, are measured.
다음으로, 상기 측정된 TDS를 다음의 수학식 1의 삼투압 모델식을 사용하여 다중수원 처리수와 해수 유도용액의 삼투압을 결정한다(S130).Next, the osmotic pressure of the multiple water source treatment water and the seawater induction solution is determined using the osmotic pressure model equation of the following equation (1) (S130).
하수처리수 및 해수의 삼투압을 TDS를 통해 결정하기 위한 삼투압 모델식은 다음의 수학식 1과 같다.The osmotic pressure model equation for determining the osmotic pressure of sewage-treated water and seawater through TDS is shown in
다음으로, 순수투과도 및 유도용액 농도별 투과실험을 통해 미리 결정된 정삼투막과 역삼투막의 물 여과계수( 
구체적으로, 정삼투막 공정에서의 생산수량(
여기서, 
다음으로, 후술할 수학식 4 및 5의 역삼투막을 위한 농도분극 모델과 용해확산 모델을 사용하여 처음 설정한 최종처리수의 유량 및 수질을 만족시킬 수 있는 운전압력을 결정한다(S150). 즉, 역삼투막을 위한 농도분극 모델과 용해확산 모델을 사용하여 정삼투 유닛에서 삼투현상에 의해 희석된 유도용액을 유입수로 하여, 최종처리수의 수질 및 유량을 만족시키기 위한 운전압력을 계산한다.Next, using the concentration polarization model and the dissolution diffusion model for the reverse osmosis membrane of Equations (4) and (5) to be described later, the operation pressure that can satisfy the flow rate and water quality of the final treatment water set for the first time is determined (S150). That is, using the concentration polarization model and the dissolution diffusion model for the reverse osmosis membrane, the induction solution diluted by the osmosis phenomenon in the osmosis unit is used as the influent water, and the operation pressure for calculating the water quality and the flow rate of the final treated water is calculated.
구체적으로, 최종처리수의 수질 및 유량을 만족시키기 위한 역삼투 공정의 운전압력(
여기서, 
다음으로, 상기 계산된 운전압력이 역삼투막의 최대 운전압력을 초과하지 않는지 여부를 판단한다(S160). 즉, 상기 미리 설정한 최종처리수의 유량 및 수질의 값을 만족시키기 위해 수치해석 연산부에 의해 계산된 운전압력이 최대 운전압력을 초과하는지 여부를 판단한다.Next, it is determined whether the calculated operating pressure does not exceed the maximum operating pressure of the reverse osmosis membrane (S160). That is, it is determined whether the operation pressure calculated by the numerical analysis operation unit exceeds the maximum operation pressure in order to satisfy the flow rate and the water quality of the preset final process water.
다음으로, 상기 운전압력이 최대 운전압력을 초과하지 않은 경우 , 상기 계산된 운전압력으로 운전을 수행한다(S170).Next, if the operating pressure does not exceed the maximum operating pressure, the operation is performed at the calculated operating pressure (S170).
다음으로, 상기 계산된 운전압력이 최대운전압력을 초과하는 경우, 다중수원인 하수처리수 및 해수 유도용액의 유입유량 변동이 가능한지 여부를 판단하고(S180), 변동이 불가능한 경우 경보를 발생하도록 한다(S190).Next, when the calculated operating pressure exceeds the maximum operating pressure, it is determined whether the inflow rate of the sewage-treated water and the seawater induction solution, which are multiple water sources, is changeable (S180) (S190).
한편, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 다중수원 유입수 및 해수 유도용액을 이용한 해수담수화를 위한 삼투막 공정제어 시스템이 구현된 화면을 예시하는 도면이다.Meanwhile, FIG. 7 is a view illustrating a screen on which an osmotic membrane process control system for desalination of seawater using multiple water source influent and seawater induction solutions according to an embodiment of the present invention is implemented.
본 발명의 실시예에 따른 다중수원 유입수 및 해수 유도용액을 이용한 해수담수화를 위한 삼투막 공정제어 시스템이 구현된 화면(300)은, 정삼투(310), 역삼투(320), 시뮬레이션(330) 및 결과(340)로 구분된다. The
예를 들면, 상기 정삼투(310)는 유입수(311), 유도용액(312), 멤브레인(313) 및 구성(314)로 이루어지고, 상기 역삼투(320)는 유입수(321), 멤브레인(322) 및 동작 조건(323)으로 이루어질 수 있다.For example, the
전술한 바와 같이, 회수율 향상을 위해 하수처리수를 이용하는 정삼투와 역삼투 조합형 해수담수화장치 및 모델 예측제어에 의한 유도용액 유입량 및 운전압력의 결정 방법에 관한 결과를 설명하였다.As described above, the results of the determination method of the induction solution inflow amount and the operation pressure by the seawater desalination apparatus using the purified osmosis and reverse osmosis combined with the sewage treatment water and the model predictive control are described.
본 발명의 실시예에 따르면, 정삼투 공정은 수압 대신에 삼투압 구배를 이용하기 때문에 에너지 소비가 적고, 삼투막 표면에서 수압에 의한 오염물질들의 압착이 발생하지 않아 막오염에 유리하고, 세정 효과가 양호하다.According to the embodiment of the present invention, since the positive osmosis process utilizes an osmotic gradient instead of the water pressure, energy consumption is low, the contaminants are not squeezed by the water pressure on the osmotic membrane surface, Good.
본 발명의 실시예에 따르면, 세척 용도로 사용되는 하수처리수를 해수담수화를 위한 용도로 사용하기 때문에 하수처리수의 재이용률을 향상시킬 수 있다.According to the embodiment of the present invention, since the sewage treatment water used for the cleaning purpose is used for seawater desalination, the reuse rate of the sewage treated water can be improved.
본 발명의 실시예에 따르면, 정삼투 공정을 통해 유도용액으로 사용된 해수의 TDS 농도가 크게 낮아져 삼투압이 감소하기 때문에 역삼투 공정에서 높은 회수율과 고플럭스로 운전이 가능하다.According to the embodiment of the present invention, since the TDS concentration of the seawater used as the induction solution is significantly lowered through the positive osmosis process and the osmotic pressure is reduced, the reverse osmosis process can be operated at a high recovery rate and high flux.
본 발명의 실시예에 따르면, 해양환경에 큰 문제점을 발생시킬 수 있는 역삼투 공정의 농축수가 해수와 비슷한 농도로 배출되기 때문에 별도의 농축수 처리 시설의 설치 없이 바로 바다로 배출시킬 수 있다.According to the embodiment of the present invention, since the concentrated water of the reverse osmosis process, which may cause a serious problem in the marine environment, is discharged at a concentration similar to that of seawater, it can be discharged directly to the sea without installing a separate concentrated water treatment facility.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.
100: 정삼투/역삼투 조합형 해수담수화 장치
110: 하수처리수 저장조
121, 122, 123; 제1 내지 제3 순환 펌프
131~136: 제1 내지 제6 TDS 계측기
141~146: 제1 내지 제6 유량계
150: 정삼투압 유닛(Forward Osmosis Unit)
160: 역삼투압 유닛(Reverse Osmosis Unit)
170: 농축수 저장조
200: 삼투막 공정 제어 시스템
210: 데이터 수집부
220: 모델예측 제어부
230: 피드백 제어부
221: 모델 예측부
222: 제1 수치해석 연산부
223: 제2 수치해석 연산부
224: 모델 출력부
231: 운전압력 오차 계산부
232: 피드백 연산부100: Combined seawater desalination system with positive osmosis / reverse osmosis
110: Sewage treated water storage tank
121, 122, 123; The first to third circulation pumps
131 to 136: First to sixth TDS meters
141 to 146: First to sixth flow meters
150: Forward Osmosis Unit
160: Reverse osmosis unit
170: Concentrated water storage tank
200: osmotic membrane process control system
210:
220: model prediction control section
230:
221: model predictor
222: first numerical analysis operation section
223: second numerical analysis operation section
224: Model output section
231: Operation pressure error calculating section
232:
Claims (18)
정삼투막 유닛의 유입수 공급라인과 해수 공급라인, 상기 정삼투막 유닛의 1차 처리수 배출라인과 하수처리수 배출라인, 역삼투막 유닛의 2차 처리수 배출라인 및 농축수 배출라인에 각각 설치되어 TDS 농도 및 유량을 계측하는 총용존 고형물(TDS) 계측기 및 유량계;
상기 정삼투막 유닛의 유입수 공급라인과 해수 공급라인에 설치된 TDS 계측기 및 유량계를 통해 계측된 TDS 농도 및 유량에 근거하여 다중수원 처리수 및 해수에 대한 유량인자, 수질인자 및 정삼투막 공정 운전인자를 수집하는 데이터 수집부;
상기 데이터 수집부로부터 유량인자, 수질인자 및 공정 운전인자를 전달받아, 농도분극 모델과 용해확산 모델을 결합하여 처리하고자 하는 다중수원 처리수 및 해수의 수질 및 유량을 설정하고, 역삼투막 유닛의 운전압력을 결정하는 모델예측 제어부; 및
상기 모델예측 제어부에서 결정된 운전압력에 대한 오차를 계산하여 보정하는 피드백 제어부
를 포함하는 다중수원 유입수 및 해수 유도용액을 이용한 해수담수화를 위한 삼투막 공정제어 시스템.1. An osmotic membrane process control system applied to a seawater desalination apparatus by bidirectional osmosis using a combination of a forward osmosis and a reverse osmosis combined type using multiple water source treatment water as an influent and seawater as an induction solution,
A purified water discharge line and a concentrated water discharge line of the purified osmosis membrane unit, a seawater supply line and a seawater supply line of the forward osmosis membrane unit, a primary treatment water discharge line and a sewage treatment water discharge line, Total dissolved solids (TDS) meters and flow meters to measure TDS concentration and flow;
Based on the TDS concentration and the flow rate measured through the TDS meter and the flow meter installed in the inflow water supply line of the osmosis membrane unit and the seawater supply line, the flow factor, water quality factor, and osmosis membrane process operation factor A data collecting unit for collecting the data;
The water quality and flow rate of the multi-source wastewater treatment water and the seawater to be treated by combining the concentration polarization model and the dissolution diffusion model are received from the data collection unit, and the operation pressure of the reverse osmosis membrane unit A model predictive controller; And
A feedback control unit for calculating and correcting an error with respect to the operating pressure determined by the model prediction control unit,
And an osmotic membrane process control system for seawater desalination using multiple water source influent and seawater induction solutions.
상기 다중수원 유입수는 하수처리수, 빗물 또는 지하수인 것을 특징으로 하는 다중수원 유입수 및 해수 유도용액을 이용한 해수담수화를 위한 삼투막 공정제어 시스템.The method according to claim 6,
Wherein the multi-source influent water is sewage-treated water, rainwater, or groundwater. 2. The osmotic membrane process control system for seawater desalination using multiple water source influent and sea water induction solution.
상기 데이터 수집부로부터 제공된 수질인자 및 공정인자를 전달받아 다중수원 처리수 및 해수 유도용액의 총용존 고형물(TDS)을 삼투압 모델식을 사용하여 삼투압으로 변환하여 상기 다중수원 처리수 및 해수 유도용액의 삼투압을 결정하는 모델 입력부;
상기 결정된 다중수원 처리수 및 해수 유도용액의 삼투압과 상기 다중수원 처리수의 유입 유량에 따라 정삼투막 유닛 생산수량 및 수질, 유도용액의 유입량을 결정하는 제1 수치해석 연산부;
역삼투 공정 예측제어를 위한 농도분극 모델과 용해확산 모델의 결합 모델식을 사용하여 최종 처리수의 유량 및 수질을 만족시킬 수 있는 운전압력을 결정하는 제2 수치해석 연산부; 및
상기 제1 및 제2 수치해석 연산부에 의하여 산출된 운전압력의 예측값과 실제 데이터를 검증하는 모델 출력부
를 포함하는 다중수원 유입수 및 해수 유도용액을 이용한 해수담수화를 위한 삼투막 공정제어 시스템.7. The image processing apparatus according to claim 6,
And the total dissolved solids (TDS) of the multiple water source treatment water and the seawater induction solution are converted into osmotic pressure using the osmotic pressure model equation by receiving the water quality factor and the process factor provided from the data collector, A model input unit for determining an osmotic pressure;
A first numerical analysis operation unit for determining the quantity of water produced by the osmosis membrane unit, the water quality and the inflow amount of the induction solution according to the osmotic pressure of the multi-water source treatment water and the sea water induction solution and the influent flow rate of the multi-
A second numerical computation unit for determining an operating pressure that can satisfy the flow rate and water quality of the final treated water using a coupled model equation of the concentration polarization model and the dissolution diffusion model for the reverse osmosis process predictive control; And
A model output unit for verifying the actual value and the predicted value of the operating pressure calculated by the first and second numerical analysis operation units,
And an osmotic membrane process control system for seawater desalination using multiple water source influent and seawater induction solutions.
상기 제1 수치해석 연산부를 통해 계산된 해수 유도용액의 유입량에 대한 오차를 계산하는 오차계산부; 및
상기 제1 수치해석 연산부를 통해 계산된 해수 유도용액의 유입량이 정삼투막 공정 구동에 필요한 충분한 삼투압으로 작용할 수 있도록 상기 오차계산부에서 산출된 값을 토대로 적정한 해수 유도용액 유입량의 변동량을 산출하는 피드백 연산부
를 포함하는 다중수원 유입수 및 해수 유도용액을 이용한 해수담수화를 위한 삼투막 공정제어 시스템.9. The apparatus of claim 8,
An error calculation unit for calculating an error with respect to an inflow amount of the seawater induction solution calculated through the first numerical analysis operation unit; And
A feedback calculation unit for calculating a fluctuation amount of the inflow amount of the seawater induction solution based on the value calculated by the error calculation unit so that the inflow amount of the seawater induction solution calculated through the first numerical analysis operation unit can act as a sufficient osmotic pressure necessary for driving the hydro- [0040]
And an osmotic membrane process control system for seawater desalination using multiple water source influent and seawater induction solutions.
상기 모델예측 제어부는 용해확산 모델과 농도분극 모델을 미리 내장된 수치해석연산 프로그램을 통하여 해수 유도용액의 유입량, 정삼투 공정의 처리수 수질 및 유량, 미리 설정된 최종 처리수의 유량 및 수질을 만족시키기 위한 역삼투 공정의 운전압력을 예측하는 것을 특징으로 하는 다중수원 유입수 및 해수 유도용액을 이용한 해수담수화를 위한 삼투막 공정제어 시스템.The method according to claim 6,
The model predictive controller may calculate the flow rate and water quality of the final treated water in accordance with the inflow amount of the seawater induction solution, the treated water quality and flow rate of the normal osmosis process, Wherein the operation pressure of the osmosis membrane process is predicted for the osmosis membrane process control system for desalination of sea water using the multi-source influent and seawater induction solution.
상기 모델 출력부에서 출력되는 정삼투 공정의 유도용액의 유입량, 처리 수질과 유량 및 역삼투 공정의 운전압력은 검증부에서 실제 데이터와 상관분석을 통하여 적합성을 판단하는 것을 특징으로 하는 다중수원 유입수 및 해수 유도용액을 이용한 해수담수화를 위한 삼투막 공정제어 시스템.9. The method of claim 8,
Wherein the flow rate of the induction solution, the quality of the treated water and the flow rate of the forward osmosis process output from the model output unit, and the operating pressure of the reverse osmosis process are determined by the verification unit through correlation analysis with actual data. An osmotic membrane process control system for seawater desalination using sea water induction solution.
상기 모델 입력부의 삼투압(π) 모델식은,
로 주어지는 것을 특징으로 하는 다중수원 유입수 및 해수 유도용액을 이용한 해수담수화를 위한 삼투막 공정제어 시스템.9. The method of claim 8,
The osmotic pressure (π) model expression of the model input unit,
Wherein the osmotic membrane process control system for seawater desalination using multiple water source influent and seawater induction solutions is provided.
상기 농도분극 모델과 용해확산 모델의 결합 모델식은,
로 주어지고, 여기서,
The combined model equation of the concentration polarization model and the dissolution diffusion model,
Lt; / RTI >
a) 최종 처리수의 유량 및 수질을 결정한 후, 정삼투막 공정의 유입수인 다중수원 처리수와 해수 유도용액의 총용존 고형물(TDS)을 측정하는 단계;
b) 상기 측정된 TDS를 삼투압 모델식을 사용하여 다중수원 처리수와 해수 유도용액의 삼투압을 결정하는 단계;
c) 순수투과도 및 유도용액 농도별 투과실험을 통해 미리 결정된 정삼투막과 역삼투막의 물 여과계수(
d) 역삼투막을 위한 농도분극 모델과 용해확산 모델을 사용하여 정삼투 유닛에서 삼투현상에 의해 희석된 유도용액을 유입수로 하여, 최종처리수의 수질 및 유량을 만족시키기 위한 운전압력을 계산하는 단계;
e) 상기 미리 설정한 최종처리수의 유량 및 수질의 값을 만족시키기 위해 수치해석 연산부에 의해 계산된 운전압력이 최대 운전압력을 초과하는지 여부를 판단하는 단계;
f) 상기 계산된 운전압력이 최대 운전압력을 초과하지 않는 경우, 상기 해수 유도용액의 유입량 및 운전압력을 결정하는 단계; 및
g) 상기 계산된 운전압력이 최대 운전압력을 초과하는 경우, 다중수원 처리수 및 해수 유도용액의 유입유량 변동이 가능한지를 판단하여, 변동 가능하면 상기 c) 단계로 진행하는 단계
를 포함하는 다중수원 유입수 및 해수 유도용액을 이용한 해수담수화를 위한 삼투막 공정제어 방법.A method for controlling an osmotic membrane process applied to a seawater desalination apparatus using osmosis and reverse osmosis combined bidirectional osmosis in which seawater is used as an influent and multiple water source treatment water is used as an induction solution,
a) measuring the total dissolved solids (TDS) of the multi-source treated water and the seawater induction solution, which are influent of the osmosis membrane process, after determining the flow rate and water quality of the final treated water;
b) determining the osmotic pressure of the multi-source treated water and the seawater induction solution by using the measured TDS using an osmotic pressure model equation;
c) Water permeability coefficient of the fixed osmosis membrane and reverse osmosis membrane determined through permeation experiment by pure water permeability and induction solution concentration
d) calculating the operating pressure to satisfy the water quality and flow rate of the final treated water, using the concentration polarization model for the reverse osmosis membrane and the dissolution diffusion model as the influent solution diluted by the osmosis phenomenon in the osmosis unit as the influent water;
e) determining whether the operation pressure calculated by the numerical analysis operation unit exceeds the maximum operation pressure to satisfy the flow rate and the water quality of the preset final process water;
f) determining the influent amount and operating pressure of the seawater inducing solution when the calculated operating pressure does not exceed the maximum operating pressure; And
g) If the calculated operating pressure exceeds the maximum operating pressure, it is determined whether fluctuation of the influent flow rate of the multiple water source treatment water and the seawater induction solution is possible, and if yes, proceed to step c)
And a method for controlling the osmotic membrane process for seawater desalination using the seawater induction solution.
h) 상기 다중수원 처리수 및 해수 유도용액의 유입유량 변동이 가능하지 않은 경우, 경보를 발생하는 단계를 추가로 포함하는 다중수원 유입수 및 해수 유도용액을 이용한 해수담수화를 위한 삼투막 공정제어 방법.15. The method of claim 14,
h) generating an alarm when the inflow rate of the multi-source water and the seawater induction solution is not possible; and controlling the osmotic membrane process for seawater desalination using the multi-source influent and seawater induction solution.
상기 b) 단계의 삼투압(π) 모델식은,
로 주어지는 것을 특징으로 하는 다중수원 유입수 및 해수 유도용액을 이용한 해수담수화를 위한 삼투막 공정제어 방법.15. The method of claim 14,
The osmotic pressure (?) Model formula of step b)
Wherein the osmotic membrane is subjected to a desalination process for desalinating the seawater using the multi-source influent and seawater induction solution.
상기 c) 단계의 정삼투막을 위한 농도분극 모델과 용해확산 모델을 결합한 모델식은,
로 주어지고, 여기서,
The model equation combining the concentration polarization model and the dissolution diffusion model for the osmosis membrane of step c)
Lt; / RTI >
상기 d) 단계의 역삼투막을 위한 농도분극 모델과 용해확산 모델을 결합한 모델식은,
로 주어지고, 여기서,
The model equation combining the concentration polarization model and the dissolution diffusion model for the reverse osmosis membrane of step d)
Lt; / RTI >
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