KR101519079B1 - 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
나노 필터 또는 역삼투 필터를 이용한 수처리 분리막 공정이 표준처리공정과 조합 적용되는 정수처리 및 하수방류수 재이용 시스템에 있어서, 오염물질 종류 및 농도, 물질전달상수 및 확산계수별로 등급화된 오염물질 데이터베이스에 근거하여 유입수 오염물질의 종류와 농도, 공정 회수율 및 에너지 소비율에 따라 나노 필터 또는 역삼투 필터 공정을 간헐 운전이나 연속 운전을 지속하되 운전 플럭스가 가변 제어되도록 가압 압력을 자동으로 제어할 수 있고, 또한, 오염물질의 종류별 수질기준을 초과하여 유입되는 시기에 따라 가변적으로 운영함으로써 표준처리공정과 조합하여 블렌딩을 적용할 경우에 나노 필터 또는 역삼투 필터의 블렌딩 비율을 자동으로 결정할 수 있는, 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 시스템 및 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 수처리 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 나노 필터 또는 역삼투 필터를 이용한 수처리 분리막 공정이 표준처리공정과 조합 적용되는 정수처리 및 하수방류수 재이용 시스템에 있어서, 오염물질 데이터베이스-기반으로 수처리 분리막 공정의 유입수 오염물질의 종류와 농도, 공정 회수율 및 에너지 소비율에 따라 수처리 분리막의 운전 플럭스를 가변적으로 제어하고, 전처리 시스템의 생산 수량의 블렌딩(Blending) 비율을 자동으로 결정하는, 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 시스템 및 방법에 관한 것이다.
막여과는 1950년대에 해수담수화, 염수 및 지하수 처리를 목적으로 먹는물 처리에 소개되었다. 이러한 막여과는 실제 원수로부터 제거가 꼭 필요한 화합물만을 처리하기 위해 막을 선택할 수 있다는 고유의 속성을 보인다. 이러한 화합물들은 대표적으로 무기물질(Inorganic or Organics Salts), 금속류, 자연유기물질, 소독 부산물질, 탁도 및 입자, 병원성 미생물 등이 있다.
한편, 대부분의 정수처리 플랜트는 경도, 미량 오염물질, NOM(Natural Organic Matter) 및 맛냄새의 처리를 위해서 수처리 분리막, 예를 들면, 나노 필터(나노막) 또는 역삼투 필터(나노막)를 사용하고 있다. 특히, 맛냄새 물질은 비교적 분자량이 큰 고분자 유기물에서 분자량이 작은 화합물에 이르기까지 화학적 성질이 매우 가변적이기 때문에, 막여과에서는 매우 특별한 방식으로 처리하고 있다. 예를 들면, 이러한 맛냄새의 원천은 대부분 저분자 화합물인 휘발성 화합물이며, 수처리 분리막인 나노 필터 또는 역삼투 필터를 사용하여 처리하고 있다.
일부 국가에서는 이러한 나노 필터 또는 역삼투 필터를 색도(Color) 제거를 위해 적용하기도 한다. 이러한 색도 제거는 일반적으로 휴믹(Humic) 물질류와 같은 NOM(Natural Organic Matter) 제거를 의미한다. 여기서, 색도는 NOM의 한 가지 특성을 나타내는 것으로, 색을 띠는 지표수 처리를 실제로 수행하고 있는 일부 국가들은 지하수가 제한적이며, 춥고 늪이 많은 지역적 특성을 갖고 있다. 이러한 지역적 특성은 북아메리카, 영국, 스칸디나비아 반도, 러시아 일부 지역에서도 나타난다. 이때, 이러한 지역들에서 색을 띠는 지표수는 경도가 낮지만 뚜렷한 색을 보이는 용존 유기물의 농도는 매우 높다. 또한, NOM(Natural Organic Matter)이 관심사인 지역들을 총괄적으로 비교 분석한 결과, 원수는 대체적으로 휴믹 물질을 보다 높은 농도로 함유하고 있고, 염도는 비교적 적게 함유하고 있다.
이러한 나노 필터 또는 역삼투 필터를 공업용수 또는 간접취수용수의 확보를 위하여 적용하는 경우, 총 유기탄소와 색도 이외에 1,4 다이옥산 등 내분비계 장애물질을 제거할 수 있다. 또한, 염도가 높은 물에서 염화나트륨(NaCl) 등의 무기염 제거를 위해서 나노 필터 또는 역삼투 필터를 사용할 수 있는데, 대략 0.5㎚ 크기의 공극을 가지고 있다.
그러나 정수처리 또는 하수방류수 재이용을 위해 도입하고 있는 나노 필터 또는 역삼투 필터 설비는 통상적으로 고압으로 운전해야 하기 때문에 상기 나노 필터 또는 역삼투 필터 설비 전단의 표준처리공정에 비해 에너지 소비율이 2~5배가 높고, 또한, 막 파울링(Fouling)으로 인해서 주기적으로 분리막을 교체해야 하기 때문에 유지관리 비용이 높게 소요되는 단점이 있다.
한편, 도 1은 종래의 기술에 따른 표준처리공정 처리수와 혼합(Blending) 되는 공정 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 기술에 따른 표준처리공정 처리수와 혼합(Blending) 되는 공정 구성으로서, 유입원수 저장탱크(11), 표준처리공정 수행부(12), 제1 이송배관(13), 수처리 분리막(14), 가변펌프 운전부(15), 가압 펌프(16), 제2 이송 배관(17), 최종처리수 저장탱크(18)를 포함한다.
전술한 바와 같이, 표준처리 공정에서 제거할 수 없는 맛냄새 유발물질, 미량의 유기 오염물질 및 각종 무기 이온류 등은, 도 1에 도시된 바와 같이, 수처리 분리막(14)인 나노 필터 또는 역삼투 필터에서 높은 효율로 제거할 수 있는 것으로 알려져 있으나, 각각의 오염물질마다 수처리 분리막(14)에서 물질전달 또는 확산속도가 다르기 때문에 운전플럭스 및 운전압력, 공정 회수율 등이 달라지고, 이에 따라 에너지 소비율도 각각 다르게 된다. 즉, 표준처리공정에서 제거할 수 없는 하천에서 조류 발생으로 기인한 2-MIB, 지오즈민(Geosmin) 등의 맛냄새 유발물질, 이오프로마이드(Iopromide) 및 이부프로펜(Ibuprofen) 등 미량 유기오염물질, 질산성 질소, 비소 등 각종 무기 이온류 등의 오염물질은 처리 대상지역의 수환경 특성에 따라 유입시기와 빈도가 다르고, 일반 가정 등을 포함한 수요가에서 요구되는 용수량 또한 낮과 밤, 계절별에 따라 다르기 때문에 상기 표준처리공정과 동일한 처리 용량으로 설계하는 경우에는 과도한 설치비용과 전력소모가 요구된다는 문제점이 있다.
또한, 대부분의 정수처리 및 하수방류수 재이용 시설에서는 표준처리공정에서 처리되지 못하는 오염물질의 종류가 계절별로 오염물질 종류 및 유입농도가 일정하지 않다는 특성을 갖고 있고, 이러한 표준처리공정과의 블렌딩 기술을 적용할 경우에는 적절한 블렌딩 비율의 결정이 필요하게 된다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 나노 필터 또는 역삼투 필터를 이용한 수처리 분리막 공정이 표준처리공정과 조합 적용되는 정수처리 및 하수방류수 재이용 시스템에 있어서, 오염물질 종류 및 농도, 물질전달상수 및 확산계수별로 등급화된 오염물질 데이터베이스에 근거하여 유입수 오염물질의 종류와 농도, 공정 회수율 및 에너지 소비율에 따라 나노 필터 또는 역삼투 필터 공정을 간헐 운전이나 연속 운전을 지속하되 운전 플럭스가 가변 제어되도록 가압 압력을 자동으로 제어할 수 있는, 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 표준처리공정과 조합하여 블렌딩을 적용할 경우, 나노 필터 또는 역삼투 필터의 블렌딩(Blending) 비율을 자동으로 결정할 수 있는, 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 시스템은, 유입원수 저장탱크로부터 공급된 유입원수를 표준처리공정에 의해 처리하는 표준처리공정 수행부; 상기 표준처리공정에 의해 처리된 처리수를 이송하는 제1 이송배관; 나노 필터 또는 역삼투 필터로서, 표준처리공정 수행부의 후단의 일측에 연결되어, 상기 표준처리공정 처리수를 수처리하는 수처리 분리막; 상기 제1 이송 배관 상에 설치되고, 상기 수처리 분리막에 공급되는 표준처리공정에 의해 처리된 처리수의 공급을 제어하는 제어밸브; 상기 수처리 분리막의 전단에 설치되고, 적정한 운전 플럭스 및 공정 회수율로 상기 수처리 분리막을 가압하는 가압 펌프; 오염물질 종류 및 농도, 물질전달상수 및 확산계수별로 등급화된 데이터를 저장된 오염물질 데이터베이스; 및 상기 오염물질 데이터베이스에서 선택된 오염물질의 종류와 농도에 근거하여 상기 제어밸브의 개폐를 제어하고, 상기 가압 펌프가 적정 운전압력으로 구동될 수 있도록 제어하는 가변 운전부를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 수처리 분리막은 상기 오염물질 데이터베이스에 근거하여 상기 표준처리공정 수행부에서 제거할 수 없는 맛냄새 유발물질, 미량의 유기 오염물질 및 각종 무기 이온류를 수처리하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 시스템은, 상기 수처리 분리막에서 처리된 처리수를 이송하는 제2 이송 배관; 및 상기 표준처리공정 수행부에서 직접 공급되는 처리수와 상기 제2 이송 배관을 통해 이송되는 상기 수처리 분리막에서 처리된 처리수를 블렌딩하여 저장하는 최종처리수 저장탱크를 추가로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 가변 운전부는, 상기 제1 이송 배관 상에 설치된 제어밸브를 통해 상기 수처리 분리막으로 공급되는 상기 표준처리공정의 처리수의 유량을 제어하고, 상기 수처리 분리막의 전단에 설치된 가압펌프에 의해 상기 표준처리공정의 처리수가 여과 처리되어, 최종적으로 표준처리공정과 혼합되어 상기 최종처리수 저장탱크로 공급되는 표준처리공정의 처리수의 블렌딩 비율을 제어하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 가변 운전부는, 운영자가 표준처리공정 처리수 내의 오염물질의 종류, 농도 및 물질전달상수 등이 저장된 오염물질 데이터베이스로부터 이를 선택하고, 처리대상 오염물질을 처리하기 위한 상기 수처리 필터에서 처리되는 물질의 농도와 단위 전력소모량을 선정하는 오염물질 선정부; 상기 표준처리공정 처리수의 유량, 온도 및 전기전도도를 계측하여 모니터링하는 계측부; 상기 오염물질 선정부와 계측부에 따라 상기 수처리 분리막의 농도분극 현상을 고려한 용해확산모델 알고리즘으로 적정한 운전 플럭스와 공정 회수율을 결정하는 모델 예측 제어부; 상기 모델 예측 제어부의 수치해석 결과에 따라 운전압력의 오차를 계산하고, 상기 계산된 운전압력의 오차에 따라 피드백 연산하는 피드백 제어부; 및 상기 모델 예측 제어부에서 결정된 운전 플럭스 및 공정 회수율에 따라 상기 수처리 필터를 가압하는 가압펌프를 제어하고, 상기 제어밸브의 개폐를 제어하는 가변운전 제어부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 모델 예측 제어부는, 수질인자 및 공정인자를 전달받아 표준처리공정 처리수의 TDS를 삼투압으로 변환하여 삼투압을 결정하는 모델 입력부; 상기 모델 예측 제어부의 상기 결정된 삼투압과 상기 표준처리공정 처리수의 유입유량에 따라 상기 수처리 분리막의 생산수량 및 수질, 유도용액의 유입유량을 결정하는 제1 수치해석 연산부; 역삼투 공정의 예측제어를 위한 농도분극모델과 용해확산모델을 결합한 모델로부터 최종처리수의 유량 및 수질을 만족시키도록 상기 수처리 분리막을 가압하는 가압 펌프의 운전 압력을 결정하는 제2 수치해석 연산부; 및 상기 제1 및 제2 수치해석 연산부에 의하여 산출된 운전 압력의 예측 값과 실제 데이터를 비교 검증하여 오차 범위 이내인 경우, 운전 플럭스 및 공정 회수율을 결정하여 출력하는 모델 출력부를 포함할 수 있다.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 방법은, a) 표준처리공정 수행부가 유입원수에 대한 표준처리공정을 수행하는 단계; b) 상기 표준처리공정이 수행된 처리수를 제1 이송배관을 통해 수처리 분리막인 나노 필터 또는 역삼투 필터에 공급하는 단계; c) 오염물질 데이터베이스에 따른 상기 표준처리공정 처리수 내의 오염물질의 종류 및 농도를 선정하는 단계; d) 모델 예측제어 방식으로 수처리 분리막을 가압하는 가압펌프의 운전플럭스 및 운전압력을 결정하는 단계; e) 처리 가능한 유량을 결정하고, 상기 제1 이송배관과 수처리 분리막 사이에 설치된 제어밸브를 제어하는 단계; f) 상기 수처리 분리막을 이용하여 표준처리공정 처리수를 분리막 수처리하는 단계; 및 g) 상기 수처리 분리막에 의해 분리막 수처리된 처리수를 제2 이송배관을 통해 최종처리수 저장탱크에 이송 및 저장하는 단계를 포함하되, 상기 f) 단계에서 수처리 분리막은 상기 오염물질 데이터베이스에 근거하여 상기 표준처리공정 수행부에서 제거할 수 없는 맛냄새 유발물질, 미량의 유기 오염물질 및 각종 무기 이온류를 수처리하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 나노 필터 또는 역삼투 필터를 이용한 수처리 분리막 공정이 표준처리공정과 조합 적용되는 정수처리 및 하수방류수 재이용 시스템에 있어서, 오염물질 종류 및 농도, 물질전달상수 및 확산계수별로 등급화된 오염물질 데이터베이스에 근거하여 유입수 오염물질의 종류와 농도, 공정 회수율 및 에너지 소비율에 따라 나노 필터 또는 역삼투 필터 공정을 간헐 운전이나 연속 운전을 지속하되 운전 플럭스가 가변 제어되도록 가압 압력을 자동으로 제어할 수 있다. 이에 따라 에너지 소비를 줄일 수 있고, 막 오염물질들에 의한 막 오염의 처리에 유리하며, 세정주기가 길어짐으로써 운전 및 유지관리 비용을 절감시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 오염물질의 종류별 수질기준을 초과하여 유입되는 시기에 따라 가변적으로 운영함으로써, 표준처리공정과 조합하여 블렌딩을 적용할 경우에 나노 필터 또는 역삼투 필터의 블렌딩 비율을 자동으로 결정할 수 있다.
본 발명에 따르면, 나노 필터 또는 역삼투 필터에서 발생하는 농축수 발생을 최소화함으로써 표준처리공정의 원수로 회수할 경우, 별도의 농축수 처리설비 없이도 수처리 시스템을 운영할 수 있고, 전체 수처리 시스템의 회수율을 극대화할 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 표준처리공정 처리수와 혼합(Blending) 되는 공정 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 시스템에서 가변운전 제어부의 구체적인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 방법의 공정흐름도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 방법의 구체적인 공정흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 시스템에서 운전 플럭스와 공정 회수율을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 시스템이 구현된 화면을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 시스템에서 가변운전 제어부의 구체적인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 방법의 공정흐름도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 방법의 구체적인 공정흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 시스템에서 운전 플럭스와 공정 회수율을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 시스템이 구현된 화면을 나타내는 도면이다.
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.
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. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
[오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 시스템]
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 시스템의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 시스템은, 크게, 유입원수 저장탱크(210), 표준처리공정 수행부(220), 제1 이송배관(230), 제어밸브(240), 수처리 분리막(250), 가압 펌프(260), 제2 이송 배관(270), 최종처리수 저장탱크(280), 가변 운전부(100) 및 오염물질 데이터베이스(300)를 포함한다.
유입원수 저장탱크(210)는 지표수, 지하수, 하수 방류수 등의 유입원수를 저장하고, 표준처리공정 수행부(220)는 상기 유입원수 저장탱크(210)로부터 공급된 유입원수를 표준처리공정에 의해 처리한다. 이때, 상기 유입원수 저장탱크(210)의 배관, 상기 표준처리공정 수행부(220)의 제1 이송 배관(230) 상에 유량계(도시되지 않음), 온도계((도시되지 않음)) 및 염농도계(도시되지 않음)가 설치될 수 있고, 상기 가압펌프(260)에 압력계(도시되지 않음)가 설치될 수 있다는 점은 당업자에게 자명하다. 여기서, 유입원수에 대한 표준처리공정은 표준정수 처리공정이고, 본 발명의 실시예에 따른 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 시스템은 상기 표준처리공정에서 제거할 수 없는 맛냄새 유발물질, 미량의 유기 오염물질 및 각종 무기 이온류 등을 수처리 분리막에 의해 처리하는 것이기 때문에 표준처리공정에 대한 상세한 설명은 당업자에게 자명하므로 생략하기로 한다.
제1 이송배관(230)은 상기 표준처리공정 수행부(220)에서 표준처리공정에 의해 처리된 처리수를 수처리 분리막(250)으로 이송한다.
제어밸브(240)는 상기 제1 이송 배관(230) 상에 설치되어, 가변 운전부(100)의 제어 하에 수처리 분리막(250)에 공급되는 표준처리공정에 의해 처리된 처리수의 공급을 제어한다. 즉, 상기 제어밸브(240)는 상기 가변 운전부(100)의 제어 하에 개폐가 제어된다.
수처리 분리막(250)은 나노 필터 또는 역삼투 필터로서, 표준처리공정 수행부(220)의 후단의 일측에 연결되어, 상기 표준처리공정 처리수를 수처리한다.
가압 펌프(260)는 상기 수처리 분리막(250)의 전단에 설치되고, 상기 가변 운전부(100)의 제어 하에 적정한 운전 플럭스 및 공정 회수율로 상기 수처리 분리막(250)을 가압하여 상기 수처리 분리막(250)이 수처리를 수행하게 된다.
가변 운전부(100)는 오염물질 데이터베이스(300)에서 선택된 오염물질의 종류와 농도에 근거하여 상기 제어밸브(240)의 개폐를 제어하고, 상기 가압 펌프(260)가 적정 운전압력으로 구동될 수 있도록 제어한다.
오염물질 데이터베이스(300)는 오염물질 종류 및 농도, 물질전달상수 및 확산계수별로 등급화된 데이터를 저장한다. 즉, 오염물질은 지역별 계절별로 오염물질 종류 및 유입농도가 일정하지 않다는 특성을 갖고 있기 때문에 오염물질 종류 및 농도, 물질전달상수 및 확산계수별로 등급화된 데이터를 미리 저장해둠으로써 수처리 분리막 공정의 가변운전에 용이하게 적용할 수 있다. 여기서, 상기 오염물질 데이터베이스(300)에 저장되는 오염물질 종류 및 농도, 물질전달상수 및 확산계수는 지역별 계절별로 달라질 수 있다.
제2 이송 배관(270)은 상기 수처리 분리막(250)에서 처리된 처리수를 이송하고, 최종처리수 저장탱크(280)는 최종처리수를 저장하며, 이때, 최종처리수 저장탱크(280)는 상기 표준처리공정 수행부(220)에서 직접 공급되는 처리수와 상기 제2 이송 배관(270)을 통해 이송되는 상기 수처리 분리막(250)에서 처리된 처리수를 블렌딩하여 저장한다.
본 발명의 실시예에 따른 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 시스템은, 표준처리공정의 처리수를 수처리 분리막(250)에 가변적으로 공급하기 위한 제어밸브(240)가 상기 제1 이송 배관(230) 상에 설치되어 상기 수처리 분리막(250)으로 공급되는 상기 표준처리공정의 처리수의 유량을 제어할 수 있고, 또한, 상기 수처리 분리막(250)의 전단에 설치된 가압펌프(260)에 의해 상기 표준처리공정의 처리수가 여과 처리되어, 최종적으로 표준처리공정과 혼합되어 최종처리수 저장탱크(280)로 공급되는 표준처리공정의 처리수의 블렌딩 비율을 제어할 수 있다.
전술한 바와 같이, 대부분의 정수처리 및 하수방류수 재이용 시설에서는 표준처리공정에서 처리되지 못하는 오염물질의 종류가 지역별 계절별로 다르고, 유입물질의 농도 또한 일정하지 않다는 특성이 있기 때문에, 본 발명의 실시예에 따른 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 시스템에 따르면, 상기 오염물질 데이터베이스(300)에 근거하여 원수 또는 표준공정 처리수 내에 존재하는 물질에 따라 나노 필터 또는 역삼투 필터(250)에서 제거되는 농도를 모델 예측 제어에 따라 수학적으로 모사하고, 이를 기반으로 나노 필터 또는 역삼투 필터(250)의 전단에 설치된 가압 펌프(260)를 가변 제어할 수 있다. 이에 따라 에너지 소비를 줄일 수 있고, 막 오염물질들에 의한 막 오염의 처리에 유리하며, 세정주기가 길어짐으로써 운전 및 유지관리 비용을 절감시킬 수 있다.
한편, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 시스템에서 가변운전 제어부의 구체적인 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 시스템에서 가변운전 제어부(200)는, 오염물질 선정부(110), 계측부(120), 모델 예측 제어부(130), 피드백 제어부(140) 및 가변운전 제어부(150)를 포함하고, 이때, 상기 모델 예측 제어부(130)는 모델 입력부(131), 제1 수치해석 연산부(132), 제2 수치해석 연산부(133) 및 모델 출력부(134)를 포함하며, 상기 피드백 제어부(140)는 운전압력 오차 계산부(141) 및 피드백 연산부(142)를 포함한다.
오염물질 선정부(110)는 운영자가 표준처리공정 처리수(또는 처리대상 원수) 내의 오염물질의 종류, 농도 및 물질전달상수 등이 저장된 오염물질 데이터베이스(300)로부터 이를 선택하고, 처리대상 오염물질을 처리하기 위한 상기 수처리 필터(250)에서 처리되는 물질의 농도와 단위 전력소모량을 선정한다.
계측부(120)는 상기 수처리 분리막(250)의 유입 배관 일측에 설치된 유량계, 온도계, 전기전도도 센서로서, 표준처리공정 처리수의 유량, 온도 및 전기전도도를 계측하여 모니터링한다.
모델 예측 제어부(130)는 상기 오염물질 선정부(110)와 계측부(120)에 따라 상기 수처리 분리막(250)의 농도분극 현상을 고려한 용해확산모델의 알고리즘으로 적정한 운전 플럭스와 공정 회수율을 결정한다.
구체적으로, 상기 모델 예측 제어부(130)의 모델 입력부(131)는 수질인자 및 공정인자를 전달받아 표준처리공정 처리수의 TDS를 삼투압으로 변환하여 삼투압을 결정한다.
상기 모델 예측 제어부(130)의 제1 수치해석 연산부(132)는 상기 결정된 삼투압과 상기 표준처리공정 처리수의 유입유량에 따라 상기 수처리 분리막의 생산수량 및 수질, 유도용액의 유입유량을 결정한다.
상기 모델 예측 제어부(130)의 제2 수치해석 연산부(133)는 역삼투 공정의 예측제어를 위한 농도분극모델과 용해확산모델을 결합한 모델로부터 최종처리수의 유량 및 수질을 만족시킬 수 있는 상기 수처리 분리막(250)을 가압하는 가압 펌프(260)의 운전 압력을 결정한다.
상기 모델 예측 제어부(130)의 모델 출력부(134)는 운전 플럭스 및 공정 회수율을 결정하여 출력한다. 즉, 상기 모델 출력부(134)는 상기 제1 및 제2 수치해석 연산부(132, 133)에 의하여 산출된 운전 압력의 예측 값과 실제 데이터를 비교 검증하여 오차 범위 이내인 경우, 운전 플럭스 및 공정 회수율을 결정하여 출력한다.
피드백 제어부(140)는 상기 모델 예측 제어부(130)의 수치해석 결과에 따라 운전압력의 오차를 계산하고, 상기 계산된 운전압력의 오차에 따라 피드백 연산하여 상기 모델 예측 제어부(130)의 모델 입력부(131)로 입력한다.
구체적으로, 상기 피드백 제어부(140)의 운전압력 오차 계산부(141)는 상기 모델 예측 제어부(130)의 제2 수치해석 연산부(133)에서 연산된 운전 압력의 오차를 계산하고, 상기 피드백 제어부(140)의 피드백 연산부(142)는 상기 계산된 운전압력의 오차에 따라 피드백 연산하여 상기 모델 예측 제어부(130)의 모델 입력부(131)로 입력한다.
가변운전 제어부(150)는 상기 모델 예측 제어부(130)에서 결정된 운전 플럭스 및 공정 회수율에 따라 상기 수처리 필터(250)를 가압하는 가압펌프(260)를 제어하고, 상기 제어밸브(240)의 개폐를 제어한다.
본 발명의 실시예에 따른 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 시스템은, 정수처리 또는 하수방류수 재이용 시스템에서 각종 오염물질을 처리하기 위하여 나노 필터 또는 역삼투 필터가 전단의 표준처리공정의 처리수를 전량 처리하는 방식이 아니라, 표준처리공정 처리수를 이송하는 제1 이송 배관(230) 상의 제어밸브(240)를 통해 일부분을 처리하게 된다.
또한, 최적화 알고리즘이 내재된 가변 운전부(100)에서 모델예측 기반으로 운영됨으로써, 상기 수처리 필터(250)의 운전 단계에서 상기 오염물질 데이터베이스(300)에 근거하여 오염물질의 종류와 농도에 따라 상기 가압펌프(260)를 가동함으로써 일정한 운전 플럭스를 유지하되 목표 단위 전력소모량을 유지하는 조건으로 운영할 수 있다.
[오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 방법]
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 방법의 공정흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 방법은, 표준처리공정 수행부(220)가 유입원수에 대한 표준처리공정을 수행한다(S110).
다음으로, 상기 표준처리공정이 수행된 처리수를 제1 이송배관(230)을 통해 수처리 분리막(250)인 나노 필터 또는 역삼투 필터에 공급한다(S120).
다음으로, 오염물질 데이터베이스(300)에 따른 상기 표준처리공정 처리수 내의 오염물질의 종류 및 농도를 선정한다(S130).
다음으로, 모델 예측제어 방식으로 수처리 분리막(250)을 가압하는 가압펌프(260)의 운전플럭스 및 운전압력을 결정한다(S140).
다음으로, 처리 가능한 유량을 결정하고, 상기 제1 이송배관(230)과 수처리 분리막(250) 사이에 설치된 제어밸브(240)를 제어한다(S150).
다음으로, 상기 수처리 분리막(250)을 이용하여 표준처리공정 처리수를 분리막 수처리한다(S160).
다음으로, 상기 수처리 분리막(250)에 의해 분리막 수처리된 처리수를 제2 이송배관(270)을 통해 최종처리수 저장탱크(280)에 이송 및 저장한다(S170).
한편, 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 방법의 구체적인 공정흐름도이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 방법은, 먼저, 오염물질 선정부(110)에서 운영자가 표준처리공정 처리수에 존재하는 오염물질의 종류와 농도를 오염물질 데이터베이스(300)에 근거하여 선정하고(S201), 운영자가 상기 나노 필터 또는 역삼투 필터(250)를 통해 처리할 오염물질의 기준 농도와 일정한 단위 전력소모량을 유지하기 위한 소모되는 목표 단위 전력소모량을 선정한다(S202).
다음으로, 표준공정 처리수의 유량 및 TDS를 측정한다(S203). 즉, 상기 계측부(120)에서 표준공정 처리수의 유량, 온도, 전도도를 측정한다.
다음으로, 표준공정 처리수의 삼투압을 결정한다(S204). 상기 나노 필터 또는 역삼투 필터(250)의 가변 제어를 위해서 상기 표준처리공정 처리수의 삼투압(
)을 TDS를 통해 결정할 수 있다. 이때, 
일 수 있고, 여기서, 
는 총용존 고형물의 농도를 나타낸다.
다음으로, 나노 필터 또는 역삼투 필터 공정에서 사용할 분리막 모델을 선택하고, 선택된 분리막 모델의 물질전달 계수를 입력하며, 최대운전압력을 선택한다(S205). 즉, 대상 오염물질을 처리하기 위하여 적용된 나노 필터 또는 역삼투 필터의 모델을 선정한다.
다음으로, 상기 선정한 수처리 분리막(250)의 막면적과 회수율에 따른 농축계수 및 온도 보정이 고려된 물 전달계수를 통해서 상기 가압펌프(260)의 1차 압력을 계산한다(S206). 예를 들면, 역삼투 필터를 위한 농도분극모델과 용해확산모델을 사용하여 처음 선정한 최종처리수의 유량 및 수질을 만족시킬 수 있는 운전압력을 결정한다. 이때, 운전압력을 결정하는 수학식은 
로 주어지고, 여기서, 
는 운전압력을 나타내고, 
는 회수율을 나타내며, 
는 분리막 여과 플럭스[㎥/㎡ㅇhr]를 나타내고, 
는 분리막을 통과하는 용매 전달계수[㎡·s/㎏]를 나타낸다.
다음으로, 계산된 운전압력이 결정된 삼투압보다 작고, 또한, 나노 필터 또는 역삼투 필터의 최대운전압력을 초과했는지 여부를 판단한다(S207). 이때, 계산된 운전압력이 결정된 삼투압보다 작지 않거나 운전 가능한 최대압력 미만이 아닌 경우, 삼투압을 재계산한다(S208).
다음으로, 나노 필터 또는 역삼투 필터에서 수리학적 특성 및 오염특성을 고려하기 위하여 농도분극 현상을 고려하여 분리막 표면에서의 오염물질 농도를 계산한다(S209). 예를 들면, 상기 수처리 분리막(250)인 나노 필터 또는 역삼투 필터에서 수리학적 특성을 고려한 농도분극 현상을 고려하여 상기 수처리 분리막(250) 표면에서의 오염물질 농도를 구할 수 있다.
이때, 농도분극 현상 수학식인 
으로부터 분리막 표면에서 오염물질의 농도(
)를 구할 수 있고, 만약, 처리수의 오염물질 농도가 무시할 정도 작거나 완벽하게 제거된다면, 
로 주어질 수 있다. 여기서, 
는 분리막에 의해 처리된 오염물질의 농도로 운전자가 사전에 입력한 수질기준 농도 (㎎/L)를 나타내고, 
는 유입수의 오염물질의 농도(㎎/L)를 나타내며, k는 물질이동계수를 나타내는 값으로, 
로 계산된다. 여기서, D는 확산계수 값을 나타내고, δ는 농도경계층을 나타낸다. 이때, 상기 k값이 커지면 커질수록, 분리막 표면으로부터 벌크 상태의 오염물이 용존되어 있는 용해물 지역으로 돌아가려는 용질(오염물질)이 늘어남을 의미한다. 이러한 k값은 선정된 분리막 표면에서의 유체의 속도, 난류특성, 밀도, 점성 등을 고려된 특성 값으로 본 발명의 실시예에 따른 오염물질 데이터베이스에 결정된 값을 사용한다.
다음으로, 나노필터 및 역삼투 필터를 통해 처리되는 오염물질의 농도를 계산한다(S210). 예를 들면, 용매 플럭스, 용질 물질전단 변수, 회수율 및 농도분극을 통해 계산한 분리막 표면에서 농도를 통해 나노 필터 또는 역삼투 필터를 통해 처리되는 오염물질의 농도 및 오염물질의 제거율을 계산한다. 이때, 오염물질의 농도는 
로 주어질 수 있고, 여기서,
는 최종적으로 계산되는 처리수의 농도(㎎/L)를 의미하고, 
는 처리수의 오염물질 농도를 계산하기 위하여 필요한 용질(오염물질)의 분리막 투과 플럭스로 
로 계산할 수 있다. 여기서, 
는 표준상태 즉, 온도 20℃ 조건에서 용질(오염물질) 전달상수이고, 
는 온도 보정이 된 용질(오염물질) 전달상수로서, 상기 오염물질 데이터베이스에 저장된 값을 이용하며, 
은 전술한 농도분극 해석 수학식을 이용하여 산출한 분리막 표면에서의 농도를 나타낸다.
다음으로, 직렬로 연결된 분리막 모듈에서 생기는 압력강하인 압력손실을 계산한다(S211). 예를 들면, 직렬로 연결된 나노 필터 또는 역삼투 필터 모듈에서 생기는 압력강하를 계산할 수 있다. 이때, 일반적으로 압력강하는 
로 주어질 수 있고, 여기서, 
는 압력강하를 나타내며, 
, 
및 
은 선정된 분리막 종류 및 모델에 따라 오염물질 데이터베이스에 입력된 상수를 나타내고, 
는 직렬로 연결된 분리막 모듈의 수를 의미한다.
다음으로, 상기와 같은 가압조건에서 펌프효율을 고려하여 단위 전력소모량을 계산한다(S212). 예를 들면, 상기와 같은 가압조건에서 펌프 효율을 고려하여 단위 전력소모량을 계산할 수 있다. 이때, 단위 전력소모량(
)은 
로 주어질 수 있다. 여기서, 
는 가압 압력을 나타내고, 
는 분리막 모듈을 직렬연결 시에 발생하는 압력강하를 나타내고, 
는 분리막에 공급된 원수 유량을 나타내며, 
는 펌프의 효율을 나타내고, 
와 
는 각각 나노 필터 또는 역삼투 필터 공정이 도입된 시스템의 농축수 배관 상에 연결된 에너지 회수장치에서 회수된 압력과 유량을 나타내며, 
는 에너지 회수장치의 효율을 나타내고, 
는 단위 전력소모량을 계산하기 위하여 생산 유량을 나타낸다.
다음으로, 상기와 같이 정해진 분리막 모델에서 운전플럭스와 회수율에 따른 처리되는 오염물질의 농도와 단위 전력소모량의 관계를 비교하고, 상기 운영자가 입력한 오염물질의 농도와 단위 전력소모량을 제한조건으로 분석한 결과를 통해 가용한 운전플럭스 및 회수율 범위를 결정한다(S213). 또한, 나노 필터 또는 역삼투 필터(250) 공정의 운전인자인 운전 플럭스와 회수율에 따른 계산된 오염물질 처리농도와 단위 전력소모량에 대한 상관도를, 예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같이 작성한다. 구체적으로, 도 6에서 가로축은 운전 플럭스를 의미하고, 세로축은 회수율을 의미하며, 빨간 점선은 오염물질의 계산된 처리수 농도를 의미하고, 검정 실선은 계산된 에너지 소비량을 의미하는 것으로, 제한조건인 에너지 소비량은 2.5 ㎾h/㎥ 이하이고, 오염물질의 처리 농도가 1.0㎎/L 이하일 경우, 이때의 가능한 운전 플럭스는 12.3~18.5LMH(l/㎡ㅇhr)를 나타내고, 회수율은 33~58%가 되는 것을 나타낸다. 따라서 이러한 최적화 알고리즘 방법에 의해 운전자가 선택한 오염물질에 따라 가변 운전을 수행할 수 있다.
다음으로, 운영자가 입력한 오염물질 처리기준과 목표 단위 전력소모량을 기준으로 최적의 운전플럭스와 회수율 조건을 만족하는 범위를 결정하여 적정 운전 플럭스, 운전압력, 처리가능 유량 계산 및 제어밸브를 제어한다(S214). 즉, 상기와 같은 방법으로 최적화 알고리즘 갖는 모델예측 제어부를 통해 표준처리공정에서 처리수를 이송하는 제1 이송 배관(230)상의 제어밸브(240)의 개폐율을 조절하여 나노필터 및 역삼투 필터(250)로 최대 공급 가능한 유량을 제어하고, 대상 표준처리공정 처리수를 처리한다.
다음으로, 계산된 운전압력 이하인지 확인하고(S215), 계산된 운전압력 이하가 아닌 경우, 오염물질 농도를 초과하였는지 여부를 판단한다(S216). 이때, 오염물질 농도를 초과하지 않은 경우에는 전술한 S209 단계로 되돌아가서 수처리 분리막(나노 필터 또는 역삼투 필터) 표면에서 오염물질의 농도 및 TDS 계산하고, 상기 오염물질 농도를 초과한 경우에는 유량을 재종한 후 오염물질의 농도 및 TDS 계산하고(S217), 전술한 S203 단계로 되돌아가서 표준공정 처리수의 유량 및 TDS를 측정한다.
다음으로, 계산된 운전압력 이하인 경우, 해당 운전압력으로 가압펌프를 운전한다(S218). 즉, 결정된 운전플럭스를 유지하기 위한 운전 압력이 상기 계산된 삼투압 이상이고, 이론적으로 계산한 최대운전압력 이하이면 정상조건으로 하여 운전을 지속한다.
한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 시스템에서 운전 플럭스와 공정 회수율을 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 시스템이 구현된 화면을 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 시스템은, 가변 제어되는 운전 플럭스(Flux) 및 이에 대응하는 공정 회수율을 도 6에서 빗금으로 도시된 바와 같이 최적화할 수 있다.
또한, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 시스템이 실제로 프로그램으로 구현되어, 예를 들면, 나노 필터에 대해 최적화된 것을 나타낸다.
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 나노 필터 또는 역삼투 필터를 이용한 수처리 분리막에 있어서, 오염물질 종류 및 농도, 물질전달상수 및 확산계수별로 등급화된 오염물질 데이터베이스에 근거하여 유입수 오염물질의 종류와 농도, 공정 회수율 및 에너지 소비율에 따라 나노 필터 또는 역삼투 필터 공정을 간헐 운전이나 연속 운전을 지속하되 운전 플럭스가 가변 제어되도록 가압 압력을 자동으로 제어할 수 있다. 이에 따라 에너지 소비를 줄일 수 있고, 막 오염물질들에 의한 막 오염의 처리에 유리하며, 세정주기가 길어짐으로써 운전 및 유지관리 비용을 절감시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 오염물질의 종류별 수질기준을 초과하여 유입되는 시기에 따라 가변적으로 운영함으로써, 표준처리공정과 조합하여 블렌딩을 적용할 경우에 나노 필터 또는 역삼투 필터의 블렌딩 비율을 자동으로 결정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 나노 필터 또는 역삼투 필터에서 발생하는 농축수 발생을 최소화함으로써 표준처리공정의 원수로 회수할 경우, 별도의 농축수 처리설비 없이도 수처리 시스템을 운영할 수 있고, 전체 수처리 시스템의 회수율을 극대화할 수 있다.
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.
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.
100: 가변 운전부
110: 오염물질 선정부
120: 계측부(유량, 온도, 전기전도도 모니터링)
130: 모델 예측 제어부
131: 모델 입력부
132: 제1 수치해석 연산부
133: 제2 수치해석 연산부
134: 모델 출력부
140: 피드백 제어부
141: 운전압력 오차 계산부
142: 피드백 연산부
150: 가변운전 제어부
210: 유입원수 저장탱크
220: 표준처리공정 수행부
230: 제1 이송배관
240: 제어밸브
250: 수처리 분리막(나노 필터 또는 역삼투 필터)
260: 가압 펌프
270: 제2 이송 배관
280: 최종처리수 저장탱크
300: 오염물질 데이터베이스
110: 오염물질 선정부
120: 계측부(유량, 온도, 전기전도도 모니터링)
130: 모델 예측 제어부
131: 모델 입력부
132: 제1 수치해석 연산부
133: 제2 수치해석 연산부
134: 모델 출력부
140: 피드백 제어부
141: 운전압력 오차 계산부
142: 피드백 연산부
150: 가변운전 제어부
210: 유입원수 저장탱크
220: 표준처리공정 수행부
230: 제1 이송배관
240: 제어밸브
250: 수처리 분리막(나노 필터 또는 역삼투 필터)
260: 가압 펌프
270: 제2 이송 배관
280: 최종처리수 저장탱크
300: 오염물질 데이터베이스
Claims (10)
- 유입원수 저장탱크(210)로부터 공급된 유입원수를 표준처리공정에 의해 처리하는 표준처리공정 수행부(220);
상기 표준처리공정에 의해 처리된 처리수를 이송하는 제1 이송배관(230);
나노 필터 또는 역삼투 필터로서, 표준처리공정 수행부(220)의 후단의 일측에 연결되어, 상기 표준처리공정 처리수를 수처리하는 수처리 분리막(250);
상기 제1 이송 배관(230) 상에 설치되고, 상기 수처리 분리막(250)에 공급되는 표준처리공정에 의해 처리된 처리수의 공급을 제어하는 제어밸브(240);
상기 수처리 분리막(250)의 전단에 설치되고, 적정한 운전 플럭스 및 공정 회수율로 상기 수처리 분리막(250)을 가압하는 가압 펌프(260);
오염물질 종류 및 농도, 물질전달상수 및 확산계수별로 등급화된 데이터를 저장된 오염물질 데이터베이스(300);
상기 오염물질 데이터베이스(300)에서 선택된 오염물질의 종류와 농도에 근거하여 상기 제어밸브(240)의 개폐를 제어하고, 상기 가압 펌프(260)가 적정 운전압력으로 구동될 수 있도록 제어하는 가변 운전부(100); 및
상기 수처리 분리막(250)에서 처리된 처리수를 이송하는 제2 이송 배관(270); 및 상기 표준처리공정 수행부(220)에서 직접 공급되는 처리수와 상기 제2 이송 배관(270)을 통해 이송되는 상기 수처리 분리막(250)에서 처리된 처리수를 블렌딩하여 저장하는 최종처리수 저장탱크(280);를 포함하되,
상기 가변 운전부(100)는, 상기 제1 이송 배관(230) 상에 설치된 제어밸브(240)를 통해 상기 수처리 분리막(250)으로 공급되는 상기 표준처리공정의 처리수의 유량을 제어하고, 상기 수처리 분리막(250)의 전단에 설치된 가압펌프(260)에 의해 상기 표준처리공정의 처리수가 여과 처리되어, 최종적으로 표준처리공정과 혼합되어 상기 최종처리수 저장탱크(280)로 공급되는 표준처리공정의 처리수의 블렌딩 비율을 제어하는 것을 특징으로 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 수처리 분리막(250)은 상기 오염물질 데이터베이스(300)에 근거하여 상기 표준처리공정 수행부에서 제거할 수 없는 맛냄새 유발물질, 미량의 유기 오염물질 및 각종 무기 이온류를 수처리하는 것을 특징으로 하는 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 시스템. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 가변 운전부(100)는,
운영자가 표준처리공정 처리수 내의 오염물질의 종류, 농도 및 물질전달상수가 저장된 오염물질 데이터베이스(300)로부터 이를 선택하고, 처리대상 오염물질을 처리하기 위한 상기 수처리 필터(250)에서 처리되는 물질의 농도와 단위 전력소모량을 선정하는 오염물질 선정부(110);
상기 표준처리공정 처리수의 유량, 온도 및 전기전도도를 계측하여 모니터링하는 계측부(120);
상기 오염물질 선정부(110)와 계측부(120)에 따라 상기 수처리 분리막(250)의 농도분극 현상을 고려한 용해확산모델 알고리즘으로 적정한 운전 플럭스와 공정 회수율을 결정하는 모델 예측 제어부(130);
상기 모델 예측 제어부(130)의 수치해석 결과에 따라 운전압력의 오차를 계산하고, 상기 계산된 운전압력의 오차에 따라 피드백 연산하는 피드백 제어부(140); 및
상기 모델 예측 제어부(130)에서 결정된 운전 플럭스 및 공정 회수율에 따라 상기 수처리 필터(250)를 가압하는 가압펌프(260)를 제어하고, 상기 제어밸브(240)의 개폐를 제어하는 가변운전 제어부(150)
를 포함하는 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 시스템. - 제5항에 있어서, 상기 모델 예측 제어부(130)는,
수질인자 및 공정인자를 전달받아 표준처리공정 처리수의 TDS를 삼투압으로 변환하여 삼투압을 결정하는 모델 입력부(131);
상기 모델 예측 제어부(130)의 상기 결정된 삼투압과 상기 표준처리공정 처리수의 유입유량에 따라 상기 수처리 분리막의 생산수량 및 수질, 유도용액의 유입유량을 결정하는 제1 수치해석 연산부(132);
역삼투 공정의 예측제어를 위한 농도분극모델과 용해확산모델을 결합한 모델로부터 최종처리수의 유량 및 수질을 만족시키도록 상기 수처리 분리막(250)을 가압하는 가압 펌프(260)의 운전 압력을 결정하는 제2 수치해석 연산부(133); 및
상기 제1 및 제2 수치해석 연산부(132, 133)에 의하여 산출된 운전 압력의 예측 값과 실제 데이터를 비교 검증하여 오차 범위 이내인 경우, 운전 플럭스 및 공정 회수율을 결정하여 출력하는 모델 출력부(134)
를 포함하는 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 시스템. - a) 표준처리공정 수행부(220)가 유입원수에 대한 표준처리공정을 수행하는 단계;
b) 상기 표준처리공정이 수행된 처리수를 제1 이송배관(230)을 통해 수처리 분리막(250)인 나노 필터 또는 역삼투 필터에 공급하는 단계;
c) 오염물질 데이터베이스(300)에 따른 상기 표준처리공정 처리수 내의 오염물질의 종류 및 농도를 선정하는 단계;
d) 모델 예측제어 방식으로 수처리 분리막(250)을 가압하는 가압펌프(260)의 운전플럭스 및 운전압력을 결정하는 단계;
e) 처리 가능한 유량을 결정하고, 상기 제1 이송배관(230)과 수처리 분리막(250) 사이에 설치된 제어밸브(240)를 제어하는 단계;
f) 상기 수처리 분리막(250)을 이용하여 표준처리공정 처리수를 분리막 수처리하는 단계; 및
g) 상기 수처리 분리막(250)에 의해 분리막 수처리된 처리수를 제2 이송배관(270)을 통해 최종처리수 저장탱크(280)에 이송 및 저장하는 단계
를 포함하되,
상기 f) 단계에서 수처리 분리막(250)은 상기 오염물질 데이터베이스(300)에 근거하여 상기 표준처리공정 수행부에서 제거할 수 없는 맛냄새 유발물질, 미량의 유기 오염물질 및 각종 무기 이온류를 수처리하는 것을 특징으로 하는 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 방법. - 제7항에 있어서,
상기 제1 이송 배관(230) 상에 설치된 제어밸브(240)를 통해 상기 수처리 분리막(250)으로 공급되는 상기 표준처리공정의 처리수의 유량을 제어하고, 상기 수처리 분리막(250)의 전단에 설치된 가압펌프(260)에 의해 상기 표준처리공정의 처리수가 여과 처리되어, 최종적으로 표준처리공정과 혼합되어 상기 최종처리수 저장탱크(280)로 공급되는 표준처리공정의 처리수의 블렌딩 비율을 제어하는 것을 특징으로 하는 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 방법. - 제8항에 있어서,
상기 c) 단계의 오염물질 데이터베이스(300)는 오염물질 종류 및 농도, 물질전달상수 및 확산계수별로 등급화된 데이터를 저장하는 것을 특징으로 하는 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 방법. - 제9항에 있어서,
상기 오염물질 데이터베이스(300)에서 선택된 오염물질의 종류와 농도에 근거하여 상기 제어밸브(240)의 개폐를 제어하고, 상기 가압 펌프(260)가 적정 운전압력으로 구동될 수 있도록 제어하는 것을 특징으로 하는 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 방법.
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| KR1020130154884A KR101519079B1 (ko) | 2013-12-12 | 2013-12-12 | 오염물질 데이터베이스-기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 시스템 및 방법 |
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-
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- 2013-12-12 KR KR1020130154884A patent/KR101519079B1/ko active IP Right Grant
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